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DE102022121053A1 - Process for welding zinc-coated sheet metal - Google Patents

Process for welding zinc-coated sheet metal Download PDF

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Publication number
DE102022121053A1
DE102022121053A1 DE102022121053.7A DE102022121053A DE102022121053A1 DE 102022121053 A1 DE102022121053 A1 DE 102022121053A1 DE 102022121053 A DE102022121053 A DE 102022121053A DE 102022121053 A1 DE102022121053 A1 DE 102022121053A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser beam
welding
path
weld
feed line
Prior art date
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Pending
Application number
DE102022121053.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Travis Stempky
Chonghua Jiang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik Se De
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority to PCT/EP2022/084803 priority Critical patent/WO2023110583A1/en
Publication of DE102022121053A1 publication Critical patent/DE102022121053A1/en
Priority to US18/741,833 priority patent/US20240367262A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen einer ersten Schweißfläche (12a) eines ersten Blechs (10a) mit einer zweiten Schweißfläche (12b) eines zweiten Blechs (10b), wobei die erste Schweißfläche (12a) eine Zinkbeschichtung (16a) aufweist. Die Schweißflächen (12a, 12b) sind einander zugewandt und voneinander beabstandet angeordnet. Ein Laserstrahl (18) wird entlang der ersten Schweißfläche (12a) und der zweiten Schweißfläche (12b) zum Verschweißen der Schweißflächen (12a, 12b) in einer Taumelbewegung geführt. Die Taumelbewegung hat eine Richtungskomponente in einer Vorschubrichtung (FD) des Laserstrahls (18) und eine Richtungskomponente senkrecht zur Vorschubrichtung (FD). Der Weg (24) des Laserstrahls (18) auf den Schweißflächen (12a, 12b) hat ein Muster, das sich mit einer Periode (30) in der Vorschubrichtung (FD) wiederholt. Die Breite des Weges (24) senkrecht zur Vorschubrichtung (FD) ist größer als die Periode (30) des Weges (24) in Vorschubrichtung (FD). Der Laserstrahl (18) ist in radialer Richtung von seiner Strahlachse (BA) in ein inneres Profil (20) und ein äußeres Profil (22) unterteilt, deren Intensitäten unterschiedlich sind, wobei das äußere Profil (22) das innere Profil (20) umgibt.The invention relates to a method for welding a first welding surface (12a) of a first metal sheet (10a) to a second welding surface (12b) of a second metal sheet (10b), the first welding surface (12a) having a zinc coating (16a). The welding surfaces (12a, 12b) face each other and are spaced apart from each other. A laser beam (18) is guided in a wobbling motion along the first welding surface (12a) and the second welding surface (12b) to weld the welding surfaces (12a, 12b). The wobbling motion has a directional component in a feed direction (FD) of the laser beam (18) and a directional component perpendicular to the feed direction (FD). The path (24) of the laser beam (18) on the weld faces (12a, 12b) has a pattern that repeats with a period (30) in the feed direction (FD). The width of the path (24) perpendicular to the feed direction (FD) is greater than the period (30) of the path (24) in the feed direction (FD). The laser beam (18) is divided radially from its beam axis (BA) into an inner profile (20) and an outer profile (22), the intensities of which differ, with the outer profile (22) surrounding the inner profile (20). .

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen von zinkbeschichteten Blechen.The invention relates to a method for welding zinc-coated metal sheets.

EP 0 327 320 A1 betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von zwei Blechen, bei dem in der Schweißnaht ein Ausgasungsweg für die beim Schweißen entstehenden Gase gebildet wird. EP 0 327 320 A1 relates to a method for welding two metal sheets, in which an outgassing path for the gases produced during welding is formed in the weld seam.

US 10 118 249 B2 offenbart ein Verfahren zum Schweißen von zwei Blechen, bei dem ein Laserstrahl entlang eines schraubenlinienförmigen Weges auf den Blechen geführt wird, um eine für eine glatte Schweißnaht geeignete Wärmeverteilung zu erreichen. U.S. 10,118,249 B2 discloses a method of welding two metal sheets in which a laser beam is swept along a helical path on the metal sheets to achieve a heat distribution suitable for a smooth weld.

US 2020/0047285 A1 betrifft ein Verfahren zum Schweißen von zwei sich überlappenden Blechen, bei dem zur Verbesserung eines Ausgasungsprozesses in den Blechen, insbesondere von Zink, ein vorläufiges Schmelzbad durch einen Laserstrahl mit relativ geringer Leistungsdichte erzeugt wird. Anschließend wird ein Laserstrahl mit höherer Leistungsdichte eingesetzt, um ein Hauptschmelzbad mit größerer Ausdehnung zu erzeugen. US 2020/0047285 A1 relates to a method for welding two overlapping metal sheets, in which, in order to improve an outgassing process in the metal sheets, in particular of zinc, a preliminary molten bath is produced by a laser beam with a relatively low power density. A laser beam with a higher power density is then used to create a main weld pool with a larger extent.

US 2020/0171603A1 beschreibt ein Verfahren zum Schweißen von zwei Blechen in einem Stapel von Blechen, bei dem ein Laserstrahl entlang eines ersten Weges in einer ersten Richtung und dann entlang eines zweiten Weges in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung geführt wird, wobei sich der erste Weg und der zweite Weg überlappen. Die wiederholte Bestrahlung des Schweißweges verringert die beim Schweißen entstehenden Fehler. US2020/0171603A1 describes a method for welding two metal sheets in a stack of metal sheets, in which a laser beam is scanned along a first path in a first direction and then along a second path in a second direction opposite to the first direction, the first path and the second way overlap. The repeated irradiation of the welding path reduces the defects generated during welding.

US 2020/0254562A1 offenbart ein Verfahren zum Schweißen von Blechen unter Verwendung eines zentralen Laserstrahls und eines ringförmigen konzentrischen Laserstrahls, wobei der ringförmige konzentrische Laserstrahl den zentralen Laserstrahl in radialer Richtung umgibt. Der ringförmige konzentrische Laserstrahl und der zentrale Laserstrahl haben unterschiedliche Leistungsdichten, die variiert werden, um eine Glättung des Schweißbereichs zu erreichen. US2020/0254562A1 discloses a method of welding sheet metal using a central laser beam and an annular concentric laser beam, the annular concentric laser beam radially surrounding the central laser beam. The ring-shaped, concentric laser beam and the central laser beam have different power densities, which are varied in order to achieve a smoothing of the weld area.

Ziel der Erfindungaim of the invention

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur weiteren Reduzierung von Fehlern beim Schweißen zweier Bleche durch einen Laserstrahl bereitzustellen, insbesondere von Fehlern, die durch eine Zinkbeschichtung auf den Blechen verursacht werden.It is an object of the invention to provide a method for further reducing defects in the welding of two metal sheets by a laser beam, in particular defects caused by zinc coating on the metal sheets.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 erreicht. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen.This aim is achieved by a method according to claim 1. Dependent claims relate to advantageous embodiments.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  1. a) Bereitstellen eines ersten Blechs mit einer ersten Schweißfläche und eines zweiten Blechs mit einer zweiten Schweißfläche, wobei das erste Blech eine Zinkbeschichtung auf der ersten Schweißfläche aufweist;
  2. b) Anordnen der ersten Schweißfläche und der zweiten Schweißfläche, derart, dass die erste Schweißfläche und die zweite Schweißfläche einander zugewandt sind, mit einem Spalt zwischen der ersten Schweißfläche und der zweiten Schweißfläche;
  3. c) Bestrahlen der ersten Schweißfläche und der zweiten Schweißfläche mit einem Laserstrahl, wobei der Laserstrahl einen inneren Kern und einen äußeren Ring aufweist, deren Intensitätsprofile unterschiedlich sind, wobei der Laserstrahl mit einer Taumelbewegung in einer Vorschubrichtung entlang einer imaginären Vorschublinie und senkrecht zur Vorschublinie bewegt wird, wobei der Weg des Laserstrahls entlang der Vorschublinie eine periodische Form aufweist, wobei die Breite des Weges senkrecht zur Vorschublinie größer ist als die Länge der Periode des Weges entlang der Vorschublinie.
The method according to the invention comprises the following steps:
  1. a) providing a first sheet having a first weld surface and a second sheet having a second weld surface, the first sheet having a zinc coating on the first weld surface;
  2. b) arranging the first weld face and the second weld face such that the first weld face and the second weld face face each other with a gap between the first weld face and the second weld face;
  3. c) irradiating the first weld surface and the second weld surface with a laser beam, the laser beam having an inner core and an outer ring whose intensity profiles are different, the laser beam being moved with a wobbling motion in a feed direction along an imaginary feed line and perpendicular to the feed line , wherein the path of the laser beam along the feed line has a periodic shape, the width of the path perpendicular to the feed line being greater than the length of the period of the path along the feed line.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für Fahrzeugkarosseriebleche, die zu einem gewissen Anteil aus kaltverformten Standardstählen oder Stählen der 3. Generation bestehen. Die Oberfläche ist mit einer Korrosionsschutzschicht mit einem gewissen Zinkgehalt versehen. Vor dem Laserschweißen muss diese Beschichtung im Schweißbereich entfernt werden, um Schweißrisse zu vermeiden.The invention is particularly advantageous for vehicle body panels that consist to a certain extent of cold-formed standard steels or steels of the 3rd generation. The surface has an anti-corrosion layer with a certain zinc content. Before laser welding, this coating must be removed in the welding area to avoid welding cracks.

Typischerweise entsteht ein gewisses Rissrisiko, wenn das Zink (aus der Beschichtung) mit dem geschmolzenen Stahl verschmilzt. Dies führt zu intermetallischen Phasen. Diese Phasen führen zur Versprödung des Basismaterials und damit zu Rissen in den Nähten. Diese Rissereignisse können sofort oder mit zeitlicher Verzögerung auftreten.Typically, some risk of cracking arises as the zinc (from the coating) fuses with the molten steel. This leads to intermetallic phases. These phases lead to embrittlement of the base material and thus to cracks in the seams. These crack events can occur immediately or with a time delay.

Aufgrund der niedrigen Verdampfungstemperatur von Zink (~907 °C) im Vergleich zum Schmelzpunkt von Stahl (~1500 °C) entstehen starke Dampfdruckkräfte, die den geschmolzenen Stahl aus der Schmelzzone des Prozesses drängen, was die Schweißnaht schwächt oder sogar unbrauchbar macht.Due to the low vaporization temperature of zinc (~907 °C) compared to the melting point of steel (~1500 °C), strong vapor pressure forces are created that force the molten steel out of the melting zone of the process, weakening the weld or even rendering it unusable.

Allgemeiner ausgedrückt betrifft die Erfindung das Schweißen von zumindest teilweise beschichteten Blechen, die Metall, vorzugsweise Stahl, enthalten, in einer Werkstückanordnung mit einem Spalt, insbesondere einem Entgasungsspalt, zwischen den Blechen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Schweißen von Blechen mit einer Beschichtung auf einer oder beiden Seiten des Blechs, wobei die Beschichtung Zink umfasst. Die Entgasung des Zinks aus der Zinkbeschichtung wird durch den Spalt verbessert, wodurch auch Fehler durch Gaseinschlüsse in der Schweißnaht der Bleche verringert werden.Expressed more generally, the invention relates to the welding of at least partially coated sheets containing metal, preferably steel, in a workpiece arrangement with a gap, in particular a degassing gap, between the sheets. More particularly, the invention relates to the welding of sheet metal having a coating on one or both sides of the sheet metal, the coating comprising zinc. Degassing of the zinc from the zinc coating is improved by the gap, which also reduces defects caused by gas pockets in the weld seam of the sheets.

Die Tatsache, dass die Breite des Weges des Laserstrahls, der für das Schweißen senkrecht zur Vorschublinie verwendet wird, größer ist als die Länge der Periode des Weges entlang der Vorschublinie, ermöglicht eine gleichmäßige Wärmeverteilung auf den Schweißflächen. Dadurch wird eine gleichmäßige Verdampfung des Zinks in der Zinkbeschichtung gefördert, bevor das Material in den Blechen zum Bilden der Schweißnaht geschmolzen wird. Auf diese Weise dringt nur wenig gasförmiges Zink in das geschmolzene Material der Bleche ein, wodurch Fehler in der Schweißnaht der Bleche, die durch Gaseinschlüsse aus dem während des Schweißvorgangs erzeugten Zinkdampf verursacht werden, verhindert oder zumindest verringert werden.The fact that the width of the path of the laser beam used for welding perpendicular to the feed line is greater than the length of the path period along the feed line allows for uniform heat distribution on the welded surfaces. This promotes even evaporation of the zinc in the zinc coating before the material in the sheets is melted to form the weld. In this way, only a small amount of gaseous zinc penetrates into the molten material of the sheets, which prevents or at least reduces defects in the weld of the sheets caused by gas inclusions from the zinc vapor generated during the welding process.

Die Strahlformung, bei der ein Laserstrahl einen inneren Kern und einen äußeren Ring mit unterschiedlichen Intensitätsprofilen aufweist, verringert das Risiko von Spritzern beim Schweißen und verbessert dadurch auch die Qualität der Schweißnaht der Bleche. Die Intensitätsprofile des inneren Kerns und des äußeren Rings des Laserstrahls können während des Schweißvorgangs verändert werden, um die vom Laserstrahl erzeugte Wärmeverteilung an lokale Veränderungen des Blechs auf dem Weg des Laserstrahls anzupassen, der insbesondere den Schweißweg beim Schweißvorgang definiert.Beam shaping, in which a laser beam has an inner core and an outer ring with different intensity profiles, reduces the risk of spatter during welding and thereby also improves the quality of the sheet metal weld. The intensity profiles of the inner core and the outer ring of the laser beam can be modified during the welding process in order to adapt the heat distribution generated by the laser beam to local changes in the sheet metal along the path of the laser beam, which in particular defines the weld path during the welding process.

Vorteilhaft ist, dass die Schweißstrategie durch Taumeln so gestaltet werden kann, dass der Schweißvorgang eine gewisse Spaltüberbrückungsfähigkeit aufweist. Dies ist möglich durch die Aufweitung der Schmelzzone durch Oszillation des Laserstrahls in harmonischen Mustern in Quer- und Längsrichtung von einem Mittelpunkt der Laserstrahlachse aus, insbesondere einer nominellen Laserstrahlachse.It is advantageous that the welding strategy can be designed by wobbling in such a way that the welding process has a certain gap-bridging ability. This is possible by expanding the melt zone by oscillating the laser beam in harmonic patterns in the transverse and longitudinal directions from a midpoint of the laser beam axis, in particular a nominal laser beam axis.

Die Schweißstrategie durch Taumeln ist so ausgelegt, dass die sich ergebende Schweißgeschwindigkeit eine Erwärmung der Elemente der Korrosionsschutzschicht bis zum Verdampfen dieser Elemente ermöglicht, während das Stahlvolumen unter dem heißen Beschichtungsabschnitt noch fest ist. Dies ermöglicht das Entweichen verdampfter Elemente, vorzugsweise entlang des Spalts.The tumble welding strategy is designed such that the resulting welding speed allows the elements of the anti-corrosion layer to be heated to the point of vaporization of these elements while the volume of steel under the hot coating section is still solid. This allows vaporized elements to escape, preferably along the gap.

In einigen Ausführungsformen betrifft die Erfindung das Schweißen von mindestens zwei Blechen in einer Überlappungssituation, wobei die Schweißnaht als partielle Durchschweißung oder als Wurzelschweißung, eine sogenannte vollständige Durchschweißung, ausgeführt werden kann.In some embodiments, the invention relates to the welding of at least two metal sheets in an overlap situation, where the weld seam can be performed as a partial penetration weld or as a root weld, a so-called full penetration weld.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Schweißtechnologie mit Strahlformung verwendet werden, bei der der Laserstrahl nicht den typischerweise verwendeten Gaußschen oder zylinderförmigen Intensitätsprofilen entspricht.In some embodiments of the invention, beam shaping welding technology may be used in which the laser beam does not conform to the typically used Gaussian or cylindrical intensity profiles.

In einigen Ausführungsformen betrifft die Erfindung die Verwendung einer 2in1-Fasertechnologie, wobei die optische Faser eine Strahlführungsfaser oder eine optische Faser als Teil einer Faserlaserquelle ist. Die Faserdurchmesser sind Kern/Ring = 50 µm/200 µm oder 100 µm/400 µm oder 200 µm/700 µm.In some embodiments, the invention relates to the use of a 2-in-1 fiber technology, where the optical fiber is a beam guiding fiber or an optical fiber as part of a fiber laser source. The fiber diameters are core/ring = 50 µm/200 µm or 100 µm/400 µm or 200 µm/700 µm.

Insbesondere gilt für das Strahlparameterprodukt BPP des Laserstrahls in der Kernfaser: BPP > 1 mm*mrad und BPP < 12 mm*mrad, vorzugsweise BPP > 1,8 mm*mrad und BPP < 8 mm*mrad, insbesondere BPP ≥ 2 mm*mrad und BPP ≤ 4 mm*mrad.In particular, the following applies to the beam parameter product BPP of the laser beam in the core fiber: BPP>1 mm*mrad and BPP<12 mm*mrad, preferably BPP>1.8 mm*mrad and BPP<8 mm*mrad, in particular BPP≧2 mm*mrad and BPP ≤ 4mm*mrad.

Vorzugsweise liegt die Laserleistung im Bereich von 1 kW bis 24 kW und insbesondere im Bereich von 4 kW bis 8 kW, vorzugsweise 6 kW bis 8 kW.The laser power is preferably in the range from 1 kW to 24 kW and in particular in the range from 4 kW to 8 kW, preferably 6 kW to 8 kW.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Strahlformung mit einem DOE (diffraktives optisches Element) erfolgen. Mit Hilfe einer Abtastoptik kann der Laserstrahl entlang eines zu schweißenden Weges bewegt werden. In some embodiments of the invention, the beam shaping can be done with a DOE (diffractive optical element). With the help of scanning optics, the laser beam can be moved along a path to be welded.

Insbesondere kann das Werkstück kontrolliert positioniert werden, um einen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Blech zu erreichen. Der Abstand kann durch eine Klemmvorrichtung hergestellt werden, die kontrolliert um 0,1 mm bis 0,3 mm geöffnet werden kann, nachdem die Klemmung die Teile bis zum vollständigen Kontakt zusammengepresst hat. Die Beabstandung kann durch das Anbringen von Erhebungen („Lasergrübchen“) erfolgen, die durch das Auftreffen von Laserpulsen in dem Bereich, in dem das Schweißen stattfindet, erzeugt werden können. Eine andere Möglichkeit, den Abstand zu erreichen, ist die Verwendung von Unterlegscheiben.In particular, the workpiece can be positioned in a controlled manner in order to achieve a distance between the first and the second sheet. The clearance can be established by a clamp that can be opened in a controlled manner by 0.1mm to 0.3mm after the clamp has pressed the parts together to full contact. The spacing can be accomplished by creating bumps (“laser pits”) that can be created by impinging laser pulses in the area where welding takes place. Another way to achieve spacing is to use shims.

Beim verwendeten Taumeln ist das bevorzugte Muster ein acht-(8)-förmiges Muster.
Insbesondere ist die Hauptachse des Musters, vorzugsweise in Vorschubrichtung des Laserstrahls, quer zur Schweißrichtung ausgerichtet.
In the wobble used, the preferred pattern is an eight (8) shaped pattern.
In particular, the main axis of the pattern is in front preferably in the feed direction of the laser beam, aligned transversely to the welding direction.

Vorzugsweise hat das acht-(8)-förmige Muster eine Abmessung von insgesamt 0,5 mm bis 3 mm in Richtung der Hauptachse, vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung des Laserstrahls beim Schweißen. Diese Ausdehnung kann im Bereich von 0,8 mm bis 2 mm liegen, insbesondere im Bereich von 1 mm bis 1,5 mm.Preferably, the eight (8)-shaped pattern has a dimension of 0.5 mm to 3 mm in total in the major axis direction, preferably in a direction perpendicular to the advancing direction of the laser beam in welding. This expansion can be in the range from 0.8 mm to 2 mm, in particular in the range from 1 mm to 1.5 mm.

Die Frequenz der Schwingung zur Erzeugung des Taumelmusters kann im Bereich von 100 Hz bis 1000 Hz liegen. Vorzugsweise ist die Frequenz der Schwingung höher als 300 Hz, insbesondere höher als 333 Hz.The frequency of the vibration to create the wobble pattern can range from 100 Hz to 1000 Hz. The frequency of the vibration is preferably higher than 300 Hz, in particular higher than 333 Hz.

Die Taumelkurve des Laserstrahls kann kreisförmig sein, wobei durch die Querbewegung der Prozesszone des Schweißvorgangs entlang des zu schweißenden Weges ein spiralförmiges Muster entsteht. Das Spiralmuster kann in Richtung der Hauptachse, vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung des Laserstrahls beim Schweißen, eine Abmessung von 0,5 mm bis zu insgesamt 3 mm aufweisen. Vorzugsweise liegt diese Erweiterung oder Ausdehnung im Bereich von 0,8 mm bis 2 mm, besonders vorteilhaft im Bereich von 1 mm bis 1,5 mm.The wobble curve of the laser beam can be circular, with the transverse movement of the process zone of the welding operation creating a spiral pattern along the path to be welded. The spiral pattern can have a dimension of 0.5 mm up to a total of 3 mm in the direction of the main axis, preferably in a direction perpendicular to the direction of advance of the laser beam during welding. This enlargement or expansion is preferably in the range from 0.8 mm to 2 mm, particularly advantageously in the range from 1 mm to 1.5 mm.

Die Taumelfigur kann oval sein, wobei durch die Querbewegung der Prozesszone entlang des zu schweißenden Weges ein spiralförmiges Muster entsteht. Die Hauptachse der ovalen Figur ist vorzugsweise quer zur Schweißrichtung ausgerichtet. Die ovale Figur kann in Richtung der Hauptachse eine Abmessung von 0,5 mm bis zu insgesamt 3 mm haben. Vorzugsweise liegt diese Ausdehnung im Bereich von 0,8 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 1 mm bis 1,5 mm. Dabei liegt die Länge der kurzen Achse der ovalen Figur vorzugsweise im Bereich von 5 % bis 80 % der Länge der Hauptachse der ovalen Figur, besonders bevorzugt 10 % der Länge der Hauptachse, insbesondere in einer Richtung senkrecht zu einer Vorschubrichtung des Laserstrahls beim Schweißen.The wobble pattern can be oval, with a spiral pattern created by the transverse movement of the process zone along the path to be welded. The main axis of the oval figure is preferably oriented transversely to the direction of welding. The oval figure can have a dimension of 0.5 mm up to a total of 3 mm in the direction of the main axis. This expansion is preferably in the range from 0.8 mm to 2 mm, particularly preferably in the range from 1 mm to 1.5 mm. The length of the short axis of the oval figure is preferably in the range of 5% to 80% of the length of the major axis of the oval figure, more preferably 10% of the length of the major axis, particularly in a direction perpendicular to a feed direction of the laser beam during welding.

Insbesondere beträgt die Taumelgeschwindigkeit zur Bildung des Taumelmusters 800 mm/s bis 2000 mm/s, vorzugsweise 1500 mm/s.In particular, the tumbling speed for forming the tumbling pattern is 800 mm/s to 2000 mm/s, preferably 1500 mm/s.

Die typische Schweißgeschwindigkeit beträgt 2 m/min bis zu 8 m/min und vorzugsweise 4 m/min.Typical welding speed is 2 m/min up to 8 m/min and preferably 4 m/min.

Insbesondere dauert die Startrampe der Laserleistung 225 ms, wobei eine Strecke von 15 mm durchlaufen wird. Vorzugsweise steigt die Laserleistung von 0 W auf 6000 W. Die Schweiß- und die Taumelgeschwindigkeit können konstant gehalten werden.In particular, the start ramp of the laser power lasts 225 ms, covering a distance of 15 mm. The laser power preferably increases from 0 W to 6000 W. The welding speed and the tumbling speed can be kept constant.

Vorzugsweise dauert die Endrampe der Laserleistung 150 ms, wobei eine Strecke von 10 mm durchlaufen wird. Die Laserleistung kann von 6000 W auf 1200 W sinken. Insbesondere können die Schweiß- und die Taumelgeschwindigkeit konstant gehalten werden.The end ramp of the laser power preferably lasts 150 ms, covering a distance of 10 mm. The laser power can drop from 6000 W to 1200 W. In particular, the welding and tumbling speeds can be kept constant.

Vorzugsweise kann die Abtastoptik zum Schweißen mit einer optischen Vergrößerung betrieben werden, die im Bereich von 1:1 bis 4:1, vorzugsweise im Bereich von 1,5:1 bis 3,26:1, besonders bevorzugt 1,7:1 liegt.The scanning optics for welding can preferably be operated with an optical magnification in the range from 1:1 to 4:1, preferably in the range from 1.5:1 to 3.26:1, particularly preferably 1.7:1.

Insbesondere wird eine 2in1-Faser mit einem Kern/Ring-Durchmesserverhältnis von 50 µm/200 µm oder 100 µm/400 µm oder 200 µm/700 µm verwendet, wobei die Durchmesser um +/- 50 µm variieren können. Die Faser kann auch aus mehr als zwei Abschnitten bestehen, insbesondere dem inneren Kern (Abschnitt) und mindestens zwei Ringen (Abschnitten), die konzentrisch um den inneren Kern angeordnet sind.In particular, a 2in1 fiber with a core/ring diameter ratio of 50 μm/200 μm or 100 μm/400 μm or 200 μm/700 μm is used, with the diameters being able to vary by +/- 50 μm. The fiber can also consist of more than two sections, in particular the inner core (section) and at least two rings (sections) arranged concentrically around the inner core.

Vorzugsweise werden IR-Festkörperlaser mit einer Wellenlänge η im Bereich von 800 nm<η<2000 nm verwendet, vorzugsweise im Bereich von 1000 nm<η<1100 nm, besonders bevorzugt 1030 nm, 1063 nm und 1070 nm.IR solid-state lasers with a wavelength η in the range of 800 nm<η<2000 nm are preferably used, preferably in the range of 1000 nm<η<1100 nm, particularly preferably 1030 nm, 1063 nm and 1070 nm.

Insbesondere wird ein Laserstrahl mit einer Leistung im Bereich von 1 kW bis 24 kW, vorzugsweise im Bereich von 4 kW bis 8 kW, verwendet.In particular, a laser beam with a power in the range from 1 kW to 24 kW, preferably in the range from 4 kW to 8 kW, is used.

Insbesondere wird eine Strahlformungsvorrichtung zur Erzeugung eines zentral ausgerichteten und/oder positionierten Strahls mit hoher Brillanz und eines ringförmig ausgerichteten und/oder positionierten Ringstrahls mit geringerer Brillanz als der zentrale Strahl verwendet.In particular, a beam shaping device is used to generate a centrally aligned and/or positioned beam with high brilliance and an annularly aligned and/or positioned ring beam with lower brilliance than the central beam.

Der zentrale Laserstrahl und der ringförmige Laserstrahl können unterschiedliche Wellenlängen haben. Der zentrale Laserstrahl und der ringförmige Laserstrahl können aus derselben Laserquelle stammen. Alternativ können sie auch aus separaten Laserquellen stammen.The central laser beam and the annular laser beam can have different wavelengths. The central laser beam and the annular laser beam can originate from the same laser source. Alternatively, they can also come from separate laser sources.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Schweißfläche mit Zink beschichtet. Dadurch wird insbesondere das zweite Blech an der zweiten Schweißfläche vor Korrosion geschützt.According to an advantageous embodiment of the invention, the second welding surface is coated with zinc. As a result, the second metal sheet in particular is protected against corrosion on the second welding surface.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat die Taumelbewegung auf beiden Seiten der Vorschublinie die gleiche Amplitude, wobei die Amplitude insbesondere größer ist als die Periode des Weges des Laserstrahls entlang der imaginären Vorschublinie. Die durch den Laserstrahl erzeugte Wärme wird über eine vergleichsweise große Fläche verteilt. Dies trägt dazu bei, dass das Zink gleichmäßig verdampft, bevor das Metall der Bleche schmilzt.According to a further embodiment of the invention, the wobbling movement has the same amplitude on both sides of the feed line, the amplitude in particular being greater than that Period of the path of the laser beam along the imaginary feed line. The heat generated by the laser beam is distributed over a comparatively large area. This helps the zinc vaporize evenly before the metal of the sheets melts.

Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung sind das erste Blech und das zweite Blech als Überlappungsverbindung angeordnet. Insbesondere befinden sich die erste Schweißfläche und die zweite Schweißfläche auf den längeren Seitenflächen des ersten Blechs und des zweiten Blechs. Der Entgasungsspalt befindet sich zwischen den längeren Seitenflächen des ersten Blechs und des zweiten Blechs.According to some embodiments of the invention, the first panel and the second panel are arranged as a lap joint. In particular, the first weld surface and the second weld surface are located on the longer side surfaces of the first panel and the second panel. The degassing gap is located between the longer side surfaces of the first sheet and the second sheet.

Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung sind das erste Blech und das zweite Blech als Überlappungsverbindung angeordnet.In some embodiments of the invention, the first panel and the second panel are arranged as a lap joint.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung werden die Platten durch eine Kehlnaht oder eine I-Schweißnaht verbunden.In further embodiments of the invention, the panels are joined by a fillet weld or an I-weld.

Vorzugsweise hat der Weg des Laserstrahls die Form einer Sinusfunktion, einer Zickzackfunktion, eines Mäanders, von aufeinanderfolgenden Achten oder Unendlichkeitszeichen. Ein Schweißweg mit einer der oben genannten Formen fördert die gleichmäßige Verteilung der vom Laserstrahl erzeugten Wärme in den Schweißflächen während des Schweißens.Preferably, the path of the laser beam is in the form of a sine function, a zigzag function, a meander, consecutive eights or infinities. A weld path having any of the above shapes promotes the even distribution of heat generated by the laser beam in the weld surfaces during welding.

Vorteilhaft ist, dass die Leistung des Laserstrahls entlang des Weges des Laserstrahls variiert wird. Durch Modulation der Laserstrahlleistung entlang des Weges des Laserstrahls kann die Energiebelastung der vom Laserstrahl erzeugten Schweißzone variiert werden, um den Wärmeeintrag in der Vorschubrichtung des Laserstrahls zu steuern, wobei die Korrosionsschutzschicht durch den Laserstrahl abgetragen wird, ohne das Basismaterial, insbesondere das Stahlblech, zu schmelzen oder zu erweichen.It is advantageous that the power of the laser beam is varied along the path of the laser beam. By modulating the laser beam power along the path of the laser beam, the energy load on the welding zone generated by the laser beam can be varied in order to control the heat input in the direction of advance of the laser beam, with the anti-corrosion layer being removed by the laser beam without melting the base material, in particular the steel sheet or to soften.

In einer spezialisierten Version der oben genannten Ausführungsform der Erfindung wird die Leistung des Laserstrahls während des Schweißvorgangs in einem vorbestimmten Abschnitt am Ende des Laserstrahls in der Vorschubrichtung des Laserstrahls gegenüber der gemittelten Leistung des Laserstrahls auf dem Weg des Laserstrahls erhöht oder verringert. Insbesondere kann die lokale Laserleistung so eingestellt werden, dass sie höher oder niedriger ist als die mittlere Laserleistung auf dem Schweißweg, wenn sich der Laser in der Vorschubrichtung noch nicht aufgeschmolzenen Abschnitten der Bleche nähert. Dies trägt dazu bei, das Zink zu entgasen, bevor das Blechmaterial am Ende der Schweißwege geschmolzen wird. Der Laserstrahl kann im Dauerstrich-(CW-), Puls- oder modulierten Betrieb eingesetzt werden.In a specialized version of the above embodiment of the invention, the power of the laser beam during the welding process is increased or decreased in a predetermined portion at the end of the laser beam in the direction of advance of the laser beam from the average power of the laser beam on the path of the laser beam. In particular, the local laser power can be adjusted in such a way that it is higher or lower than the average laser power on the welding path when the laser approaches sections of the metal sheets that have not yet been melted in the feed direction. This helps to degas the zinc before the sheet material is melted at the end of the weld paths. The laser beam can be used in continuous wave (CW), pulsed or modulated mode.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Laserleistung entlang des Weges des Laserstrahls konstant sein.In some embodiments of the invention, the laser power may be constant along the path of the laser beam.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Laserstrahl mehrmals entlang desselben Segments der Vorschublinie geführt, wobei die Amplitude der Taumelbewegung in der Richtung senkrecht zur imaginären Vorschublinie bei jedem Durchlauf des Segments unterschiedlich eingestellt wird. Der Wärmeeintrag des Laserstrahls in die Bleche wird entlang des Segments allmählich erhöht, insbesondere in der Nähe des Schweißweges. Auf diese Weise kann die Entgasung des Zinks besser kontrolliert werden. Verbleibende lokale spröde intermetallische Phasen werden wieder aufgeschmolzen und die versprödenden Elemente werden besser im geschmolzenen eisenbasierten Material der Bleche verteilt.In a further preferred embodiment of the invention, the laser beam is guided several times along the same segment of the feed line, the amplitude of the wobbling movement in the direction perpendicular to the imaginary feed line being adjusted differently for each pass through the segment. The heat input of the laser beam into the sheets is gradually increased along the segment, especially near the weld path. In this way, the degassing of the zinc can be better controlled. Remaining local brittle intermetallic phases are melted again and the brittle elements are better distributed in the molten iron-based material of the sheets.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das erste Blech und/oder das zweite Blech einen Stahl, der Ferrit, Martensit, Bainit und/oder Austenit enthält, wobei der Stahl insbesondere ein Mehrphasenstahl ist. Vorzugsweise enthalten das erste Blech und/oder das zweite Blech einen Stahl der 3. Generation. Bei Stahl der 3. Generation handelt es sich in der Regel um einen Mehrphasenstahl, der zumindest teilweise aus den vorgenannten Komponenten besteht. Insbesondere enthält der Stahl der 3. Generation Rest-Austenit in einer Bainit- und/oder Martensit-Matrix. Bei den Stählen der Generation 3 handelt es sich um fortschrittliche hochfeste Stähle mit einer hohen Zugfestigkeit und einer guten Duktilität.In some embodiments of the invention, the first sheet and/or the second sheet comprises a steel containing ferrite, martensite, bainite and/or austenite, the steel being in particular a multi-phase steel. Preferably, the first sheet and/or the second sheet contain a 3rd generation steel. Third-generation steel is usually a multi-phase steel that consists at least partially of the aforementioned components. In particular, the 3rd generation steel contains residual austenite in a bainite and/or martensite matrix. Generation 3 steels are advanced high-strength steels with high tensile strength and good ductility.

Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren das Schweißen von beschichteten Stählen und Stählen der 3. Generation ohne Entfernen der Korrosionsschutzschicht. Außerdem erleichtert das erfindungsgemäße Verfahren das Schweißen von beschichteten Stählen und Stählen der 3. Generation, wobei eine Versprödung der Schweißzone aufgrund von eingearbeiteten Beschichtungselementen in einer unangemessen hohen Menge vermieden wird.Advantageously, the method according to the invention allows coated steels and steels of the 3rd generation to be welded without removing the anti-corrosion layer. In addition, the method according to the invention facilitates the welding of coated steels and steels of the 3rd generation, avoiding embrittlement of the weld zone due to incorporated coating elements in an unreasonably high amount.

(Legierungen aus Stahlsorten der 3. Generation sind zum Beispiel von den Herstellern Arcelor Mittal und USS Steel bekannt. Sie umfassen Fortiform®980, Fortiform®1050, Fortiform®1180, 980 XG3, HDGI 980, XG3 AHSS.)(Alloys made from 3rd generation steel grades are known, for example, from manufacturers Arcelor Mittal and USS Steel. They include Fortiform®980, Fortiform®1050, Fortiform®1180, 980 XG3, HDGI 980, XG3 AHSS.)

Vorzugsweise ist die imaginäre Vorschublinie sinusförmig, kreisförmig, spiralförmig, zickzackförmig oder C-förmig. Insbesondere ein Weg des Laserstrahls entlang einer spiralförmigen imaginären Vorschublinie fördert eine vergleichsweise gleichmäßige Wärmeverteilung und verbessert damit einen gleichmäßigen Entgasungs- und Schweißvorgang. Ein Weg des Laserstrahls entlang einer C-förmigen imaginären Vorschublinie mit offenen Enden verbessert auch den Entgasungsvorgang beim Verdampfen der Zinkbeschichtung.Preferably, the imaginary feed line is sinusoidal, circular, spiral, zigzag or C-shaped. In particular, a way of the laser Jet along a helical imaginary feed line promotes comparatively even heat distribution, thereby improving even degassing and welding. A path of the laser beam along a C-shaped imaginary feed line with open ends also improves the degassing process when evaporating the zinc coating.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt die Breite des Spaltes zwischen der ersten Schweißfläche und der zweiten Schweißfläche 0,05 mm bis 0,5 mm, insbesondere 0,1 mm bis 0,2 mm. Eine Spaltbreite in diesem Bereich ist besonders geeignet für einen gleichmäßigen Entgasungs- und Schweißvorgang, der durch eine Taumelbewegung des Laserstrahls gemäß der Erfindung verursacht wird.In an advantageous embodiment of the invention, the width of the gap between the first welding surface and the second welding surface is 0.05 mm to 0.5 mm, in particular 0.1 mm to 0.2 mm. A gap width in this range is particularly suitable for smooth degassing and welding caused by wobbling of the laser beam according to the invention.

Die Taumelstrategie ermöglicht das Schweißen von Blechen mit einem Abstand der oben genannten Breite. Im Prinzip ist das Taumeln auch zum Schweißen in spaltfreien Anordnungen geeignet. Der Spalt kann eine kreisförmige Form haben. Das Entweichen von Dampf in radialer Richtung in einem solchen Spalt ist vorteilhaft, da der Dampf sonst direkt durch ein beim Schmelzen des Blechmaterials entstehendes Stichloch entweichen kann, wodurch der geschmolzene Stahl aus der Prozesszone herausgedrückt und die Schweißnaht möglicherweise unbrauchbar wird.The wobble strategy allows for the welding of sheets with a gap of the above width. In principle, tumbling is also suitable for welding in gap-free arrangements. The gap can have a circular shape. The escape of steam radially in such a gap is advantageous because otherwise the steam can escape directly through a tap hole formed when the sheet material is melted, thereby forcing the molten steel out of the process zone and possibly rendering the weld unusable.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Anteil der Leistung des inneren Kerns des Laserstrahls 20 % bis 80 % der Gesamtleistung des inneren Kerns und des äußeren Rings des Laserstrahls, insbesondere 59 % bis 61 % der Gesamtleistung. Eine Leistungsverteilung in diesem Bereich führt zu einer Wärmezone in den Blechen, die die Entgasung der Zinkbeschichtung fördert, bevor das Material der Bleche geschmolzen wird. In einigen Ausführungsformen kann der Laserstrahl mehr als einen äußeren Ringabschnitt umfassen, wobei jeder Ringabschnitt konzentrisch zueinander und zum inneren Kern des Laserstrahls ist. In dieser Ausführungsform kann der Anteil der Leistung des inneren Kerns des Laserstrahls 20 % bis 80 % der Gesamtleistung des Laserstrahls (d. h. umfassend den inneren Kern und alle äußere Ringe) betragen, insbesondere 59 % bis 61 % der Gesamtleistung.In preferred embodiments of the invention, the proportion of the power of the inner core of the laser beam is 20% to 80% of the total power of the inner core and the outer ring of the laser beam, in particular 59% to 61% of the total power. A power distribution in this range results in a hot zone in the sheets that promotes degassing of the zinc coating before the sheet material is melted. In some embodiments, the laser beam may include more than one outer ring section, with each ring section being concentric with each other and the inner core of the laser beam. In this embodiment, the proportion of the power of the inner core of the laser beam can be 20% to 80% of the total power of the laser beam (i.e. comprising the inner core and all outer rings), in particular 59% to 61% of the total power.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Geschwindigkeit des Laserstrahls entlang der Vorschublinie während der Taumelbewegung 2 m/min bis 8 m/min, insbesondere 3 m/min bis 5 m/min. Hier wird die Geschwindigkeit des Laserstrahls entlang der Vorschublinie begrenzt, um die Menge an Dampf pro Zeiteinheit niedrig zu halten, wobei der Dampf durch Entgasung des Zinks in der Zinkbeschichtung erzeugt wird. Auf diese Weise erfolgt das Entweichen des Dampfes fast ohne Rückstoß und geschmolzener Stahl wird nicht aus der Prozesszone, wo das Schweißen stattfindet, herausgeschleudert.According to a further embodiment of the invention, the speed of the laser beam along the feed line during the tumbling movement is 2 m/min to 8 m/min, in particular 3 m/min to 5 m/min. Here the speed of the laser beam is limited along the feed line to keep the amount of vapor per unit time low, the vapor being generated by degassing the zinc in the zinc coating. In this way, the escape of steam occurs almost without recoil and molten steel is not thrown out of the process zone where welding takes place.

Weitere Vorteile der Erfindung sind aus der Beschreibung und der Zeichnungen ersichtlich. Ebenso können die vorgenannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet werden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Beschreibung der Erfindung.Further advantages of the invention can be seen from the description and the drawings. Likewise, the features mentioned above and those detailed below can each be used individually or in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Schweißen zweier Bleche; 1 shows schematically a method for welding two metal sheets;
  • 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Laserstrahl, der beim Schweißvorgang verwendet wird; 2 shows schematically a cross section through a laser beam used in the welding process;
  • 3 zeigt schematisch eine vergrößerte Ansicht des Weges des Laserstrahls. 3 Fig. 12 schematically shows an enlarged view of the path of the laser beam.

1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Schweißen eines ersten Blechs 10a mit einer ersten Schweißfläche 12a und eines zweiten Blechs 10b mit einer zweiten Schweißfläche 12b, wobei die Bleche 10a, 10b im Querschnitt dargestellt sind. Die Bleche 10a, 10b sind quaderförmig und sind als Überlappungsverbindung angeordnet. Die erste Schweißfläche 12a und die zweite Schweißfläche 12b befinden sich auf zwei der größeren Seitenflächen der Platten 10a, 10b und liegen einander gegenüber. Ein Spalt 14 trennt die erste Schweißfläche 12a und die zweite Schweißfläche 12b räumlich voneinander. Die erste Schweißfläche 12a und die zweite Schweißfläche 12b sind mit Zinkbeschichtungen 16a, 16b bedeckt, wobei weitere Zinkbeschichtungen 16c, 16d auf Seitenflächen der Bleche gegenüber der ersten Schweißfläche 12a und der zweiten Schweißfläche 12b aufgebracht sind. Die Zinkbeschichtungen 16a - 16d dienen dazu, die Bleche 10a, 10b vor Korrosion zu schützen. Der Spalt 14 zwischen den Schweißflächen 14a, 14b ermöglicht die Entgasung von verdampftem Zink aus den Zinkbeschichtungen 16a, 16b während des Schweißens des ersten Blechs 10a und des zweiten Blechs 10b. 1 1 schematically shows a method for welding a first metal sheet 10a with a first welding surface 12a and a second metal sheet 10b with a second welding surface 12b, the metal sheets 10a, 10b being shown in cross section. The metal sheets 10a, 10b are cuboid and are arranged as an overlap connection. The first welding surface 12a and the second welding surface 12b are located on two of the larger side surfaces of the plates 10a, 10b and face each other. A gap 14 spatially separates the first welding surface 12a and the second welding surface 12b from one another. The first weld surface 12a and the second weld surface 12b are covered with zinc coatings 16a, 16b, with further zinc coatings 16c, 16d being applied to side surfaces of the sheets opposite the first weld surface 12a and the second weld surface 12b. The zinc coatings 16a-16d serve to protect the metal sheets 10a, 10b from corrosion. The gap 14 between the weld faces 14a, 14b allows for outgassing of vaporized zinc from the zinc coatings 16a, 16b during the welding of the first sheet 10a and the second sheet 10b.

Die erste Schweißfläche 12a und die zweite Schweißfläche 12b werden mit einem Laserstrahl 18 zum Erzeugen einer Schmelzzone 36 bestrahlt, zu dem Zweck, die Bleche 10a, 10b zu verschweißen. Der Laserstrahl 18 wird entlang einer Taumelkurve in einer Vorschubrichtung FD bewegt, wobei die Taumelkurve einen Weg 24 des Laserstrahls 18 definiert. Senkrecht zur Vorschubrichtung FD hat der Weg 24 des Laserstrahls 18 auf beiden Seiten einer imaginären Vorschublinie 28, die in Vorschubrichtung FD verläuft, die gleiche Amplitude 26. Der Weg 24 des Laserstrahls 18 hat eine periodische mäandernde Form. Die Amplitude 26 des Weges 24 des Laserstrahls 18 ist größer als die Länge der Periode 30 (siehe 3) des Weges 24 des Laserstrahls 18 entlang der imaginären Vorschublinie 28. The first weld face 12a and the second weld face 12b are irradiated with a laser beam 18 to create a fusion zone 36 for the purpose of welding the sheets 10a, 10b. The laser beam 18 is moved along a wobble curve in a feed direction FD, the wobble curve defining a path 24 of the laser beam 18 . Perpendicular to the feed direction FD, the path 24 of the laser beam 18 has an imaginary path on both sides ren feed line 28, which runs in the feed direction FD, the same amplitude 26. The path 24 of the laser beam 18 has a periodic meandering shape. The amplitude 26 of the path 24 of the laser beam 18 is greater than the length of the period 30 (see 3 ) of the path 24 of the laser beam 18 along the imaginary feed line 28.

2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Laserstrahl 18 mit einem inneren Kern 20 und einem äußeren Ring 22 unterschiedlicher Intensitäten in radialer Richtung von einer Strahlachse BA (hier in die Papierebene hinein und aus ihr heraus) des Laserstrahls 18. Der innere Kern 20 und der äußere Ring 22 tragen dazu bei, Spritzer während des Schweißvorgangs zu vermeiden. Das Verhältnis der Intensitäten des inneren Kerns 20 und des äußeren Rings 22 des Laserstrahls 18 kann entlang des Weges 24 (siehe 1) des Laserstrahls 18 verändert werden, um den Schweißvorgang an die lokalen Eigenschaften der Bleche 10a, 10b anzupassen. 2 shows schematically a cross section through the laser beam 18 with an inner core 20 and an outer ring 22 of different intensities in the radial direction from a beam axis BA (here into and out of the plane of the paper) of the laser beam 18. The inner core 20 and the outer ring 22 help prevent spatter during the welding process. The ratio of the intensities of the inner core 20 and the outer ring 22 of the laser beam 18 along path 24 (see FIG 1 ) of the laser beam 18 can be changed in order to adapt the welding process to the local properties of the sheets 10a, 10b.

3 zeigt schematisch eine vergrößerte Ansicht des Weges 24 des Laserstrahls 18 (vgl. 1). In einem vorbestimmten Abschnitt 32 an einem Ende des Weges 24 des Laserstrahls 18 in Vorschubrichtung FD des Laserstrahls 18 wird die Leistung des Laserstrahls 18 während des Schweißvorgangs im Vergleich zur gemittelten Leistung des Laserstrahls 18 auf dem Weg 24 des Laserstrahls 18 erhöht oder verringert. Die imaginäre Vorschublinie 28 ist in mehrere Segmente 34a, 34b unterteilt. Der Laserstrahl 18 kann mehrmals entlang derselben Segmente 34a, 34b der Vorschublinie 28 geführt werden, wobei die Amplitude 26 des Weges 24 des Laserstrahls 18 in der Richtung senkrecht zur imaginären Vorschublinie 28 bei jedem Durchlauf der Segmente 34a, 34b unterschiedlich eingestellt wird. 3 12 schematically shows an enlarged view of the path 24 of the laser beam 18 (cf. 1 ). In a predetermined portion 32 at an end of the path 24 of the laser beam 18 in the feed direction FD of the laser beam 18, the power of the laser beam 18 during the welding process is increased or decreased compared to the average power of the laser beam 18 on the path 24 of the laser beam 18. The imaginary feed line 28 is divided into several segments 34a, 34b. The laser beam 18 can be scanned several times along the same segments 34a, 34b of the feed line 28, with the amplitude 26 of the path 24 of the laser beam 18 in the direction perpendicular to the imaginary feed line 28 being adjusted differently with each pass through the segments 34a, 34b.

Unter Berücksichtigung aller Figuren der Zeichnungen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Schweißen einer ersten Schweißfläche 12a eines ersten Blechs 10a mit einer zweiten Schweißfläche 12b eines zweiten Blechs 10b, wobei die erste Schweißfläche 12a eine Zinkbeschichtung 16a aufweist. Die Schweißflächen 12a, 12b sind einander zugewandt und voneinander beabstandet angeordnet. Ein Laserstrahl 18 wird entlang der ersten Schweißfläche 12a und der zweiten Schweißfläche 12b zum Verschweißen der Schweißflächen 12a, 12b in einer Taumelbewegung geführt. Insbesondere wird der Laserstrahl gleichzeitig entlang der ersten Schweißfläche 12a und der zweiten Schweißfläche 12b geführt. Die Taumelbewegung hat eine Richtungskomponente in einer Vorschubrichtung FD des Laserstrahls 18 und eine Richtungskomponente senkrecht zur Vorschubrichtung FD. Der Weg 24 des Laserstrahls 18 auf den Schweißflächen 12a, 12b hat ein Muster, das sich mit einer Periode 30 in der Vorschubrichtung FD wiederholt. Die Breite des Weges 24 senkrecht zur Vorschubrichtung FD ist größer als die Periode 30 des Weges 24 in Vorschubrichtung FD. Der Laserstrahl 18 ist in radialer Richtung von seiner Strahlachse BA in ein inneres Profil 20 und ein äußeres Profil 22 unterteilt, deren Intensitäten unterschiedlich sind, wobei das äußere Profil 22 das innere Profil 20 umgibt.With all figures of the drawings in mind, the invention relates to a method of welding a first weld surface 12a of a first sheet 10a to a second weld surface 12b of a second sheet 10b, the first weld surface 12a having a zinc coating 16a. The welding surfaces 12a, 12b face each other and are spaced apart from each other. A laser beam 18 is guided in a wobbling motion along the first welding surface 12a and the second welding surface 12b to weld the welding surfaces 12a, 12b. In particular, the laser beam is simultaneously guided along the first welding surface 12a and the second welding surface 12b. The wobbling movement has a directional component in a feed direction FD of the laser beam 18 and a directional component perpendicular to the feed direction FD. The path 24 of the laser beam 18 on the weld faces 12a, 12b has a pattern that repeats with a period 30 in the feed direction FD. The width of the path 24 perpendicular to the feed direction FD is greater than the period 30 of the path 24 in the feed direction FD. The laser beam 18 is divided in the radial direction from its beam axis BA into an inner profile 20 and an outer profile 22 whose intensities are different, with the outer profile 22 surrounding the inner profile 20 .

BezugszeichenlisteReference List

10a - b10a - b
Blechesheets
12a - b12a - b
Schweißflächenwelding surfaces
1414
Spaltgap
16a - d16a - d
Zinkbeschichtungenzinc coatings
1818
Laserstrahllaser beam
2020
Innerer Kerninner core
2222
Äußerer Ringouter ring
2424
Weg des Laserstrahlspath of the laser beam
2626
Amplitudeamplitude
2828
Vorschubliniefeed line
3030
Periodeperiod
3232
Vorbestimmter AbschnittPredetermined section
34a - b34a-b
Segmentesegments
3636
Schmelzzone melting zone
FDFD
Vorschubrichtungfeed direction
BAB.A
Strahlachsebeam axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • US 2020/0254562 A1 [0006]US 2020/0254562 A1 [0006]

Claims (14)

Verfahren zum Schweißen von zwei Blechen (10a, 10b), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines ersten Blechs (10a) mit einer ersten Schweißfläche (12a) und eines zweiten Blechs (10b) mit einer zweiten Schweißfläche (12b), wobei das erste Blech (10a) eine Zinkbeschichtung (16a) auf der ersten Schweißfläche (12a) aufweist; b) Anordnen der ersten Schweißfläche (12a) und der zweiten Schweißfläche (12b), derart, dass die erste Schweißfläche (12a) und die zweite Schweißfläche (12b) einander zugewandt sind, mit einem Spalt (14) zwischen der ersten Schweißfläche (12a) und der zweiten Schweißfläche (12b); c) Bestrahlen der ersten Schweißfläche (12a) und der zweiten Schweißfläche (12b) mit einem Laserstrahl (18), wobei der Laserstrahl (18) einen inneren Kern (20) und einen äußeren Ring (22) aufweist, deren Intensitätsprofile unterschiedlich sind, wobei der Laserstrahl (18) mit einer Taumelbewegung in einer Vorschubrichtung (FD) entlang einer imaginären Vorschublinie (28) und senkrecht zur Vorschublinie (28) bewegt wird, wobei der Weg (24) des Laserstrahls (18) entlang der Vorschublinie (28) eine periodische Form aufweist, wobei die Breite des Weges (24) senkrecht zur Vorschublinie (28) größer ist als die Länge der Periode (30) des Weges (24) entlang der Vorschublinie (28).Method for welding two metal sheets (10a, 10b), the method comprising the following steps: a) providing a first metal sheet (10a) with a first welding surface (12a) and a second metal sheet (10b) with a second welding surface (12b), the first metal sheet (10a) having a zinc coating (16a) on the first welding surface (12a) having; b) arranging the first weld surface (12a) and the second weld surface (12b) such that the first weld surface (12a) and the second weld surface (12b) face each other with a gap (14) between the first weld surface (12a) and the second welding surface (12b); c) irradiating the first welding surface (12a) and the second welding surface (12b) with a laser beam (18), the laser beam (18) having an inner core (20) and an outer ring (22) whose intensity profiles are different, wherein the laser beam (18) is moved with a wobbling motion in a feed direction (FD) along an imaginary feed line (28) and perpendicular to the feed line (28), the path (24) of the laser beam (18) along the feed line (28) having a periodic shape, the width of the path (24) perpendicular to the feed line (28) being greater than the length of the period (30) of the path (24 ) along the feed line (28). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Schweißfläche (12b) mit Zink beschichtet ist.procedure after claim 1 , wherein the second weld surface (12b) is coated with zinc. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Taumelbewegung auf beiden Seiten der Vorschublinie (28) die gleiche Amplitude (26) aufweist, wobei die Amplitude (26) insbesondere größer ist als die Periode (30) des Weges (24) des Laserstrahls (18).Method according to one of the preceding claims, in which the wobbling movement has the same amplitude (26) on both sides of the feed line (28), the amplitude (26) being in particular greater than the period (30) of the path (24) of the laser beam (18 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Blech (10a) und das zweite Blech (10b) als Überlappungsverbindung angeordnet sind.Method according to one of the preceding claims, in which the first panel (10a) and the second panel (10b) are arranged as a lap joint. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bleche (10a, 10b) durch eine Kehlnaht oder eine I-Schweißnaht verbunden werden.Method according to one of the preceding claims, in which the metal sheets (10a, 10b) are joined by a fillet weld or an I-weld. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Weg (24) des Laserstrahls (18) die Form einer Sinusfunktion, eines Mäanders, einer Zickzackfunktion, von aufeinanderfolgenden Achten oder Unendlichkeitszeichen hat.A method according to any one of the preceding claims, wherein the path (24) of the laser beam (18) is in the form of a sine function, a meander, a zigzag function, consecutive eights or infinities. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leistung des Laserstrahls (18) entlang des Weges (24) des Laserstrahls (18) variiert wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein the power of the laser beam (18) is varied along the path (24) of the laser beam (18). Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Leistung des Laserstrahls (18) während des Schweißvorgangs in einem vorbestimmten Abschnitt (32) an einem Ende des Weges (24) des Laserstrahls (18) in der Vorschubrichtung (FD) des Laserstrahls (18) im Vergleich zur gemittelten Leistung des Laserstrahls (18) auf dem Weg (24) des Laserstrahls (18) erhöht oder verringert wird.procedure after claim 7 , wherein the power of the laser beam (18) during the welding operation in a predetermined section (32) at an end of the path (24) of the laser beam (18) in the direction of advance (FD) of the laser beam (18) compared to the average power of the laser beam (18) is increased or decreased on the path (24) of the laser beam (18). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laserstrahl (18) mehrmals entlang desselben Segments (34a, 34b) der Vorschublinie (28) geführt wird, wobei die Amplitude (26) der Taumelbewegung in Richtung senkrecht zur imaginären Vorschublinie (28) bei jedem Durchlauf des Segments (34a, 34b) unterschiedlich eingestellt wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein the laser beam (18) is swept along the same segment (34a, 34b) of the scan line (28) multiple times, the amplitude (26) of the wobbling motion in the direction perpendicular to the imaginary scan line (28) on each pass of the segment (34a, 34b) is set differently. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Blech (10a) und/oder das zweite Blech (10b) einen Stahl umfasst, der Ferrit, Martensit, Bainit und/oder Austenit enthält, wobei der Stahl insbesondere ein Mehrphasenstahl ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the first sheet (10a) and/or the second sheet (10b) comprises a steel containing ferrite, martensite, bainite and/or austenite, the steel being in particular a multiphase steel. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die imaginäre Vorschublinie (28) sinusförmig, kreisförmig, spiralförmig, zickzackförmig oder C-förmig ist.A method according to any one of the preceding claims, wherein the imaginary feed line (28) is sinusoidal, circular, spiral, zigzag or C-shaped. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Breite des Spalts (14) zwischen der ersten Schweißfläche (12a) und der zweiten Schweißfläche (12b) 0,05 mm bis 0,3 mm, insbesondere 0,1 mm bis 0,2 mm, beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the width of the gap (14) between the first welding surface (12a) and the second welding surface (12b) is 0.05 mm to 0.3 mm, in particular 0.1 mm to 0.2 mm. amounts to. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil der Leistung des inneren Kerns (20) des Laserstrahls (18) 20 % bis 80 % der Gesamtleistung des inneren Kerns (20) und des äußeren Rings (22) des Laserstrahls (18) beträgt, insbesondere 59 % bis 61 % der Gesamtleistung.Method according to one of the preceding claims, wherein the proportion of the power of the inner core (20) of the laser beam (18) is 20% to 80% of the total power of the inner core (20) and the outer ring (22) of the laser beam (18), in particular 59% to 61% of the total output. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Geschwindigkeit des Laserstrahls (18) entlang der Vorschublinie (28) während der Taumelbewegung 2 m/min bis 8 m/min, insbesondere 3 m/min bis 5 m/min beträgt.Method according to one of the preceding claims, in which the speed of the laser beam (18) along the feed line (28) during the tumbling movement is 2 m/min to 8 m/min, in particular 3 m/min to 5 m/min.
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