DE102023002042B3

DE102023002042B3 - laser welding device

Info

Publication number: DE102023002042B3
Application number: DE102023002042.7A
Authority: DE
Inventors: Dirk Steffens
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-05-19
Filing date: 2023-05-19
Publication date: 2024-10-31
Anticipated expiration: 2043-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserschweißvorrichtung (1), aufweisend eine Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit mit mindestens einer Laserstrahlquelle und einer Laserschweißoptik (2) wobei
- die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit ausgebildet zur Erzeugung eines ersten Schweißlaserstrahls (SS1) und mindestens eines zweiten Schweißlaserstrahls (SS2) derart, dass der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl (SS2) auf einen Werkstückbereich ausgerichtet ist, der in Schweißrichtung (SR) hinter einem Werkstückbereich liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl (SS1) ausgerichtet ist,
- eine erste Zusatzwerkstoffzuführung (ZZ1) vorgesehen, die ausgebildet ist zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffs (ZW1) auf den Werkstückbereich, auf den der erste Schweißlaserstrahl (SS1) ausgerichtet ist, oder auf einen in Schweißrichtung (SR) davor liegenden Werkstückbereich, und
- eine zweite Zusatzwerkstoffzuführung (ZZ2) vorgesehen, die ausgebildet ist zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffs (ZW2) auf den Werkstückbereich, auf den der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl (SS2) ausgerichtet ist, oder auf einen Werkstückbereich, der in Schweißrichtung (SR) vor dem Werkstückbereich liegt, auf den der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl (SS2) ausgerichtet ist, und hinter dem Werkstückbereich liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl (SS1) ausgerichtet ist.
Erfindungsgemäß ist die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 derart zur Erzeugung von zwei zweiten Schweißlaserstrahlen (SS2) ausgebildet, dass die beiden zweiten Schweißlaserstrahlen (SS2) quer zur Schweißrichtung (SR) nebeneinander auf den Werkstückbereich 7 ausgerichtet sind, der in Schweißrichtung (SR) hinter dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl (SS1) ausgerichtet ist.

The invention relates to a laser welding device (1) comprising a welding laser beam generating unit with at least one laser beam source and a laser welding optics (2), wherein
- the welding laser beam generating unit is designed to generate a first welding laser beam (SS1) and at least one second welding laser beam (SS2) such that the at least one second welding laser beam (SS2) is directed at a workpiece area which lies in the welding direction (SR) behind a workpiece area to which the first welding laser beam (SS1) is directed,
- a first additional material feed (ZZ1) is provided, which is designed to feed an additional material (ZW1) to the workpiece area to which the first welding laser beam (SS1) is directed, or to a workpiece area lying in front of it in the welding direction (SR), and
- a second additional material feed (ZZ2) is provided, which is designed to feed an additional material (ZW2) to the workpiece area onto which the at least one second welding laser beam (SS2) is directed, or to a workpiece area which, in the welding direction (SR), lies in front of the workpiece area onto which the at least one second welding laser beam (SS2) is directed, and behind the workpiece area onto which the first welding laser beam (SS1) is directed.
According to the invention, the welding laser beam generating unit 9 is designed to generate two second welding laser beams (SS2) such that the two second welding laser beams (SS2) are aligned next to one another transversely to the welding direction (SR) onto the workpiece region 7 which, in the welding direction (SR), lies behind the workpiece region 7 onto which the first welding laser beam (SS1) is aligned.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserschweißvorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a laser welding device according to the features of the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind, wie in der DE 10 2016 118 189 A1 beschrieben, ein Verfahren und eine Laserbearbeitungsmaschine zum Laserschweißen eines ersten und eines zweiten Werkstückabschnitts bekannt. Das Laserschweißen erfolgt mittels eines Laserstrahls, der mit einem Laserbearbeitungskopf entlang eines zwischen den Werkstückabschnitten gebildeten Fügespalts geführt wird. Der Laserstrahl wird mit einer Bearbeitungsoptik fokussiert. Ein Zusatzwerkstoff wird mit einer Zuführeinrichtung zum Fügespalt ausgerichtet. Eine Spaltbreite des Fügespaltes der zu verschweißenden Werkstückabschnitte wird erfasst. Die erfasste Spaltbreite entlang des Verlaufs des Fügespaltes wird ausgewertet und mit zumindest einem ersten und einem zweiten Spaltmaß verglichen. Das erste Spaltmaß umfasst eine Spaltbreite, bei der eine Schweißnaht ohne Zusatzwerkstoff gebildet wird. Das zweite Spaltmaß umfasst eine Spaltbreite, bei der zum Auffüllen des Fügespaltes ein Zusatzwerkstoff für die Bildung der Schweißnaht zugeführt wird. Bei einer erfassten Spaltbreite, die innerhalb des ersten Spaltmaßes liegt, wird während des Laserschweißens die Zuführung des Zusatzwerkstoffs zum Fügespalt stillgesetzt und ein Strahlprofil des Laserstrahls mit einem Punkt- oder Ringfokus eingestellt. Bei einer erfassten Spaltbreite, die innerhalb des zweiten Spaltmaßes liegt, wird eine Zuführung des Zusatzwerkstoffes zum Fügespalt angesteuert und ein Strahlprofil des Laserstrahls mit einem Ringfokus eingestellt.The state of the art, as described in the DE 10 2016 118 189 A1 described, a method and a laser processing machine for laser welding a first and a second workpiece section are known. The laser welding is carried out by means of a laser beam which is guided with a laser processing head along a joining gap formed between the workpiece sections. The laser beam is focused with processing optics. A filler material is aligned with the joining gap using a feed device. A gap width of the joining gap of the workpiece sections to be welded is recorded. The recorded gap width along the course of the joining gap is evaluated and compared with at least a first and a second gap dimension. The first gap dimension comprises a gap width at which a weld seam is formed without filler material. The second gap dimension comprises a gap width at which a filler material is fed in to fill the joining gap to form the weld seam. If the gap width is detected to be within the first gap dimension, the supply of the filler material to the joint gap is stopped during laser welding and a beam profile of the laser beam is set with a point or ring focus. If the gap width is detected to be within the second gap dimension, the supply of the filler material to the joint gap is controlled and a beam profile of the laser beam is set with a ring focus.

In der DE 102 35 617 A1 wird eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstückes beschrieben. Die handführbare Vorrichtung zum Laserschweißen umfasst eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls auf dem Werkstück und eine Zufuhreinrichtung für einen Zusatzwerkstoff. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine als Abstandhalter ausgeführte Führung auf, wobei die Zufuhreinrichtung an der Vorrichtung mit mehreren Freiheitsgraden beweglich angeordnet ist.In the DE 102 35 617 A1 a device for laser processing of a workpiece is described. The hand-held device for laser welding comprises a focusing optics for focusing the laser beam on the workpiece and a feed device for a filler material. Furthermore, the device has a guide designed as a spacer, wherein the feed device is arranged on the device so that it can move with several degrees of freedom.

Aus der DE 10 2017 210 703 A1 ist eine Vorrichtung zum Laserauftragsschweißen bekannt. Ein Schweißkopf für diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, eine in diesem Gehäuse mittels einer Optikhalterung gehaltene Optik aus ein oder mehreren transmissiven und/oder reflektiven optischen Elementen und eine Werkstoffdüse. Der Schweißkopf ist dazu ausgestaltet, einen Laserstrahl mittels der Optik in Richtung eines Bearbeitungspunktes auf einem zu bearbeitenden Werkstück zu lenken. Die Werkstoffdüse ist dazu ausgestaltet, einen Zusatzwerkstoff zum Bearbeitungspunkt während des Laserauftragsschweißens auszulassen, der durch Zufuhreinrichtungen der Werkstoffdüse zugeführt wird. Die transmissiven optischen Elemente bestehen aus einem Material mit einem Brechungsindex größer als 2,1.From the DE 10 2017 210 703 A1 A device for laser deposition welding is known. A welding head for this device comprises a housing, an optics system held in this housing by means of an optics holder and made up of one or more transmissive and/or reflective optical elements, and a material nozzle. The welding head is designed to direct a laser beam by means of the optics in the direction of a processing point on a workpiece to be processed. The material nozzle is designed to discharge a filler material to the processing point during laser deposition welding, which filler material is fed to the material nozzle by feed devices. The transmissive optical elements consist of a material with a refractive index greater than 2.1.

Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2012 / 0006795 A1 offenbart ein Schweißverfahren und eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen von Werkstücken mit einem Vorwärtshybridschweißprozess an einem Verbindungsbereich, der eine Schweißnaht umfasst, die durch und zwischen den Stoßflächen der Werkstücke definiert ist, und ein anschließendes Hybridschweißen an dem Verbindungsbereich. Das Vorwärts-Hybrid-Schweißverfahren bewirkt gleichzeitig, dass sich ein vorwärts gerichteter Laserstrahl und ein vorwärts gerichteter Lichtbogen entlang des Verbindungsbereichs bewegen, der die Schweißnaht durchdringt und ein Schmelzbad bildet, das zu einer Schweißnaht erstarrt. Das anschließende Hybridschweißverfahren verwendet einen hinteren Lichtbogen und einen hinteren Laserstrahl, um ein zweites Schmelzbad zu erzeugen, das wieder schmilzt und sich mit dem Schweißteil vermischt.The US patent application US 2012 / 0006795 A1 discloses a welding method and apparatus for welding workpieces together using a forward hybrid welding process at a joint region comprising a weld defined by and between the abutting surfaces of the workpieces, and subsequent hybrid welding at the joint region. The forward hybrid welding process simultaneously causes a forward laser beam and a forward arc to travel along the joint region penetrating the weld and forming a molten pool that solidifies into a weld. The subsequent hybrid welding process uses a rear arc and a rear laser beam to create a second molten pool that remelts and mixes with the weldment.

Die chinesische Patentanmeldung CN 1 13 798 669 A Patentanmeldung offenbart ein Laserschweißverfahren zur Warmumformung von Stahl mit einer Beschichtung. Das Laserschweißverfahren umfasst folgende Schritte: Erzeugung von mindestens einem Schmelzbad im Schweißprozess; Füllen jedes Schmelzbades mit mindestens einer Art von Schweißflussmittel, wobei jede Art von Schweißflussmittel die multielementare - Eigenschaften aufweist; durch die Steuerung des Füllverhältnisses verschiedener Schweißflussmittel werden nachteiligen Auswirkungen beim Eintritt einer Beschichtung in eine Schweißnaht verhindert.The Chinese patent application CN 1 13 798 669 A Patent application discloses a laser welding process for hot forming steel with a coating. The laser welding process comprises the following steps: generating at least one molten pool in the welding process; filling each molten pool with at least one type of welding flux, each type of welding flux having multi-element properties; by controlling the filling ratio of different welding fluxes, adverse effects when a coating enters a weld are prevented.

Die japanische Patentanmeldung JP H04-1 9 921 A offenbart folgendes: Um einen langen, schmalen Supraleiter herzustellen, wird das Ende eines Drahtes kontinuierlich geschmolzen, Rohmaterial wird zugeführt, eine geschmolzene Schmelzperle wird im Spitzenteil gebildet, eine gekühlte Bandbasis oder ein Trägermaterial wird der geschmolzenen Schmelzperle zugeführt, um sie in Kontakt mit der geschmolzenen Kugel zu bringen; das geschmolzene Material wird auf der Bandbasis gewischt wird. Eine Schmelzperle einer supraleitenden Verbindung oder ihres Elements wird so gebildet, dass es auf einem sich bewegenden Substrat gewischt wird, und ein einzelner Film gebildet wird. Das Volumen der Schmelzperle wird im Wesentlichen konstant gehalten, wenn ein Draht zur Rohstoffzufuhr in die Nähe des Substrats gebracht und kontinuierlich zugeführt wird. In diesem Fall wird die Spitze des vorgeschobenen Drahtes mittels einer Laserwärmequelle aufgeschmolzen, oder alternativ wird ein Lichtbogen zwischen zwei vorgeschobenen Drähten gezündet, so dass eine Wulst gebildet wird. Darüber hinaus wird die geschweißte Folie erhitzt um die Diffusion in der Folie oder zwischen den Folien zu fördern. Durch Verwendung eines Laserscanners wird die Dicke und Durchgängigkeit der geschweißten Folie überwacht und gesteuert.The Japanese patent application JP H04-1 9 921 A discloses the following: In order to produce a long, narrow superconductor, the end of a wire is continuously melted, raw material is fed, a molten melt bead is formed in the tip part, a cooled tape base or a support material is fed to the molten melt bead to bring it into contact with the molten ball; the molten material is wiped on the tape base. A melt bead of a superconducting compound or its element is formed by wiping it on a moving substrate and a single film is formed. The volume of the melt bead is kept substantially constant when a raw material feeding wire is brought close to the substrate and fed continuously. In this case, the tip of the fed wire is heated by means of a Laser heat source melts the film, or alternatively an arc is ignited between two advanced wires to form a bead. In addition, the welded film is heated to promote diffusion within the film or between the films. Using a laser scanner, the thickness and continuity of the welded film is monitored and controlled.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Laserschweißvorrichtung anzugeben.The invention is based on the object of providing a laser welding device that is improved compared to the prior art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Laserschweißvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by a laser welding device having the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Eine Laserschweißvorrichtung weist eine Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 mit mindestens einer Laserstrahlquelle 8 und einer Laserschweißoptik auf.A laser welding device has a welding laser beam generation unit 9 with at least one laser beam source 8 and a laser welding optics.

Erfindungsgemäß ist die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ausgebildet zur Erzeugung eines ersten Schweißlaserstrahls und mindestens eines zweiten Schweißlaserstrahls derart, dass der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl auf einen Werkstückbereich 7 ausgerichtet ist, der in Schweißrichtung hinter einem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist. Erfindungsgemäß ist eine erste Zusatzwerkstoffzuführung vorgesehen, die ausgebildet ist zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffs auf den Werkstückbereich, auf den der erste Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist, oder auf einen in Schweißrichtung davor liegenden Werkstückbereich. Erfindungsgemäß ist eine zweite Zusatzwerkstoffzuführung vorgesehen, die ausgebildet ist zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffs auf den Werkstückbereich, auf den der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist, oder auf einen Werkstückbereich, der in Schweißrichtung vor dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist, und hinter dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist.According to the invention, the welding laser beam generation unit 9 is designed to generate a first welding laser beam and at least one second welding laser beam such that the at least one second welding laser beam is directed at a workpiece region 7 which, in the welding direction, lies behind a workpiece region 7 onto which the first welding laser beam is directed. According to the invention, a first filler material feed is provided which is designed to feed a filler material to the workpiece region onto which the first welding laser beam is directed, or to a workpiece region lying in front of it in the welding direction. According to the invention, a second filler material feed is provided which is designed to feed a filler material to the workpiece region onto which the at least one second welding laser beam is directed, or to a workpiece region which, in the welding direction, lies in front of the workpiece region 7 onto which the at least one second welding laser beam is directed, and behind the workpiece region 7 onto which the first welding laser beam is directed.

Die erfindungsgemäße Lösung löst das Problem, dass ein Verschweißen von Bauteilen mit einer großen Fügestoßtiefe und/oder Fügestoßbreite unter Auffüllen und Ausnutzen des gesamten Fügestoßes bisher lediglich mit langsamen Schweißverfahren, beispielsweise MIG-Schweißen oder MAG-Schweißen, oder mit Mehrlagenschweißungen gelingt, die lange Taktzeiten erfordern und aufwendig sind. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird dies, d. h. insbesondere ein sicheres Auffüllen von großen Stoßfugen, nun auch mittels Laserschweißen und dadurch wesentlich schneller, insbesondere mit sehr schnellen Prozess- und Taktzeiten, und mit geringerem Aufwand ermöglicht.The solution according to the invention solves the problem that welding components with a large joint depth and/or joint width while filling and utilizing the entire joint has previously only been possible with slow welding processes, such as MIG welding or MAG welding, or with multi-layer welding, which require long cycle times and are complex. The solution according to the invention now enables this, i.e. in particular the safe filling of large butt joints, to be done using laser welding and thus much faster, in particular with very fast process and cycle times, and with less effort.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht des Weiteren eine hohe Energieeffizienz, da ein Aufschmelzen mittels des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls eine noch im zu schweißenden Bauteilverbund vorhandene Restenergie bzw. Restwärme des ersten Schweißlaserstrahls nutzt, wodurch ein entsprechender Leistungsaufwand eingespart wird.The solution according to the invention also enables high energy efficiency, since melting by means of the at least one second welding laser beam uses residual energy or residual heat of the first welding laser beam still present in the component assembly to be welded, thereby saving a corresponding amount of power.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung können unterschiedliche Zusatzwerkstoffe für die erste Zusatzwerkstoffzuführung und die zweite Zusatzwerkstoffzuführung verwendet werden, um dadurch beispielsweise gezielt ein Durchmischungsverhältnis zu verändern.In the solution according to the invention, different filler materials can be used for the first filler material feed and the second filler material feed in order to, for example, specifically change a mixing ratio.

Mittels der erfindungsgemäßen Lösung kann eine extrem hohe Verbindungsfestigkeit der Schweißverbindung erzielt werden.By means of the solution according to the invention, an extremely high connection strength of the welded joint can be achieved.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich insbesondere für das Laserschweißen von langen, linearen Nähten ohne große Umorientierungen, insbesondere für ein Fügen von Profilen, insbesondere Aluminiumstrangpressprofilen.The solution according to the invention is particularly suitable for laser welding of long, linear seams without major reorientations, in particular for joining profiles, in particular aluminum extruded profiles.

Die erfindungsgemäße Lösung, insbesondere die erfindungsgemäße Vorrichtung, eignet sich zudem auch für ein Löten von Bauteilen, zum Beispiel von Stahlbauteilen.The solution according to the invention, in particular the device according to the invention, is also suitable for soldering components, for example steel components.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Durchführung eines verzugsarmen Schweißverfahrens.The solution according to the invention enables the implementation of a low-distortion welding process.

Ist eine Zuführung von Schutzgas vorgesehen, beispielsweise in Abhängigkeit von einer jeweiligen Verwendung der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung, kann eine vergrößerte Schutzgasatmosphäre für den gesamten Prozess bereitgestellt werden, sodass gegenüber einem mehrmaligem Schweißen Gas eingespart wird.If a supply of protective gas is provided, for example depending on a particular use of the welding device according to the invention, an increased protective gas atmosphere can be provided for the entire process, so that gas is saved compared to multiple welding processes.

Für die erfindungsgemäße Laserschweißvorrichtung können beispielsweise drahtförmige oder pulverförmige Zusatzwerkstoffe verwendet werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine flexible Verwendung dieser drahtförmigen und pulverförmigen Zusatzwerkstoffe.For example, wire-shaped or powder-shaped additional materials can be used for the laser welding device according to the invention. The solution according to the invention thus enables flexible use of these wire-shaped and powder-shaped additional materials.

Die erfindungsgemäße Lösung ist für viele Stoßgeometrien und Bauteilanordnungen geeignet, beispielsweise für eine Kehlnaht an einem Überlappstoß oder für einen Stumpfstoß mit V-Fuge.The solution according to the invention is suitable for many joint geometries and component arrangements, for example for a fillet weld on a lap joint or for a butt joint with a V-joint.

Vorteilhafterweise sind somit bei der erfindungsgemäßen Lösung in Schweißrichtung hintereinander mindestens die erste Zusatzwerkstoffzuführung, der erste Schweißlaserstrahl, die zweite Zusatzwerkstoffzuführung und der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl vorgesehen.Advantageously, in the solution according to the invention, at least the first filler material feed, the first welding laser beam, the second filler material feed and the at least one second welding laser beam are provided one after the other in the welding direction.

In einem mittels der erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung durchzuführenden Verfahren zum Laserschweißen werden die Schweißlaserstrahlen insbesondere entsprechend der beschriebenen Ausbildung der Laserschweißvorrichtung erzeugt und mittels der beiden Zusatzwerkstoffzuführungen wird jeweils ein Zusatzwerkstoff insbesondere auf die zur Laserschweißvorrichtung beschriebene Weise zugeführt. Insbesondere ist in diesem Verfahren zum Laserschweißen vorgesehen, dass der erste Zusatzwerkstoff mittels der ersten Zusatzwerkstoffzuführung in einen Stoßfugengrund geleitet wird und dort vom ersten Schweißlaserstrahl zusammen mit Stoßfugenfronten auf einem Niveau einer ersten Schmelzebene aufgeschmolzen wird, und danach, insbesondere unmittelbar nachgelagert, der zweite Zusatzwerkstoff mittels der zweiten Zusatzwerkstoffzuführung oberhalb der ersten Schmelzebene hinzugeleitet und nachfolgend von dem mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl zusammen mit den Stoßfugenfronten sowie der ersten Schmelzebene aufgeschmolzen und vermischt wird.In a method for laser welding to be carried out using the laser welding device according to the invention, the welding laser beams are generated in particular in accordance with the described design of the laser welding device and a filler material is fed in each case using the two filler material feeds, in particular in the manner described for the laser welding device. In particular, in this method for laser welding, it is provided that the first filler material is fed into a butt joint base using the first filler material feed and is melted there by the first welding laser beam together with butt joint fronts at a level of a first melting plane, and then, in particular immediately downstream, the second filler material is fed in using the second filler material feed above the first melting plane and is subsequently melted and mixed by the at least one second welding laser beam together with the butt joint fronts and the first melting plane.

Der jeweilige Zusatzwerkstoff kann, wie bereits erwähnt, sowohl als Draht oder Pulver zugeführt werden. Dabei können der erste Zusatzwerkstoff und der zweite Zusatzwerkstoff bezüglich eines Volumens insbesondere entkoppelt voneinander gesteuert und auf den zu füllenden Querschnitt angepasst hinzugeführt werden. As already mentioned, the respective filler material can be supplied either as a wire or as a powder. The first filler material and the second filler material can be controlled separately from one another in terms of volume and can be supplied in a manner adapted to the cross-section to be filled.

Beispielsweise können eine Drahtfördergeschwindigkeit und/oder ein Drahtquerschnitt des drahtförmigen zweiten Zusatzwerkstoffs größer als eine Drahtfördergeschwindigkeit und/oder ein Drahtquerschnitt des drahtförmigen ersten Zusatzwerkstoffs sein.For example, a wire feed speed and/or a wire cross section of the wire-shaped second filler material can be greater than a wire feed speed and/or a wire cross section of the wire-shaped first filler material.

Erfindungsgemäß wirken statt eines einzigen zweiten Schweißlaserstrahls mit dem großen Strahldurchmesser, der größer ist als der Strahldurchmesser des ersten Schweißlaserstrahls, auch zwei quer zur Schweißrichtung nebeneinander angeordnete kleinere zweite Schweißlaserstrahlen, d. h. mit jeweils kleinerem Strahldurchmesser, insbesondere kleiner als der Strahldurchmesser des ersten Schweißlaserstrahls, auf demselben Werkstückbereich 7. In einer möglichen Ausführungsform ist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ausgebildet zur Erzeugung von zwei zweiten Schweißlaserstrahlen derart, dass die beiden zweiten Schweißlaserstrahlen quer zur Schweißrichtung nebeneinander auf den Werkstückbereich 7 ausgerichtet sind, der in Schweißrichtung hinter dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist.According to the invention, instead of a single second welding laser beam with the large beam diameter, which is larger than the beam diameter of the first welding laser beam, two smaller second welding laser beams arranged next to one another transversely to the welding direction, i.e. each with a smaller beam diameter, in particular smaller than the beam diameter of the first welding laser beam, act on the same workpiece area 7. In one possible embodiment, the welding laser beam generation unit 9 is thus designed to generate two second welding laser beams such that the two second welding laser beams are aligned next to one another transversely to the welding direction onto the workpiece area 7, which lies behind the workpiece area 7 in the welding direction onto which the first welding laser beam is aligned.

Beispielsweise ist eine Leistung im mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl oder in jedem der zweiten Schweißlaserstrahlen oder in beiden zweiten Schweißlaserstrahlen zusammen größer als im ersten Schweißlaserstrahl, d. h. die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ist in diesem Beispiel ausgebildet, die Schweißlaserstrahlen derart zu erzeugen.For example, a power in at least one second welding laser beam or in each of the second welding laser beams or in both second welding laser beams together is greater than in the first welding laser beam, i.e. the welding laser beam generation unit 9 is designed in this example to generate the welding laser beams in this way.

Die Schweißlaserstrahlen können beispielsweise über einen Strahlteiler und ein oder mehrere weitere optische Elemente in der Laserschweißoptik zusammen aus einem Laserstrahl von einer einzigen Laserstrahlquelle 8 erzeugt werden. In einer möglichen Ausführungsform weist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 nur eine Laserstrahlquelle 8 auf und die Laserschweißoptik ist dazu ausgebildet, aus dem einen Laserstrahl dieser einen Laserstrahlquelle 8 den ersten Schweißlaserstrahl und den mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl oder die mehreren zweiten Schweißlaserstrahlen zu erzeugen, insbesondere mittels des Strahlteilers und beispielsweise eines oder mehrerer weiterer optischer Elemente. Die Laserschweißoptik weist somit insbesondere den Strahlteiler und beispielsweise das eine weitere optische Element oder die mehreren weiteren optischen Elemente auf, um dies zu ermöglichen.The welding laser beams can be generated, for example, from a laser beam from a single laser beam source 8 via a beam splitter and one or more further optical elements in the laser welding optics. In one possible embodiment, the welding laser beam generation unit 9 thus has only one laser beam source 8 and the laser welding optics are designed to generate the first welding laser beam and the at least one second welding laser beam or the several second welding laser beams from the one laser beam of this one laser beam source 8, in particular by means of the beam splitter and, for example, one or more further optical elements. The laser welding optics thus have in particular the beam splitter and, for example, the one further optical element or the several further optical elements to make this possible.

Alternativ können die Schweißlaserstrahlen beispielsweise jeweils aus einer eigenen Laserstrahlquelle 8 eingekoppelt werden, insbesondere für größere Stoßfugen und einen höheren Füllgrad bei höherer Schweißgeschwindigkeit. In einer möglichen Ausführungsform weist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 zwei Laserstrahlquellen 8 auf. Die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ist dann ausgebildet zur Erzeugung des ersten Schweißlaserstrahls mittels der ersten Laserstrahlquelle 8 und des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls mittels der zweiten Laserstrahlquelle 8. Ist die Erzeugung von mehreren, insbesondere zwei, zweiten Schweißlaserstrahlen vorgesehen, können beispielsweise auch zwei zweite Laserstrahlquellen 8 vorgesehen sein. Die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ist dann ausgebildet zur Erzeugung des ersten Schweißlaserstrahls mittels der ersten Laserstrahlquelle 8, des einen zweiten Schweißlaserstrahls mittels der einen zweiten Laserstrahlquelle 8 und des anderen zweiten Schweißlaserstrahls mittels der anderen zweiten Laserstrahlquelle 8. Alternativ können die mehreren, insbesondere zwei, zweiten Schweißlaserstrahlen beispielsweise über einen Strahlteiler und weitere optische Elemente in der Laserschweißoptik zusammen aus dem Laserstrahl der einen zweiten Laserstrahlquelle 8 erzeugt werden.Alternatively, the welding laser beams can each be coupled in from a separate laser beam source 8, for example, in particular for larger butt joints and a higher degree of filling at a higher welding speed. In one possible embodiment, the welding laser beam generation unit 9 thus has two laser beam sources 8. The welding laser beam generation unit 9 is then designed to generate the first welding laser beam by means of the first laser beam source 8 and the at least one second welding laser beam by means of the second laser beam source 8. If the generation of several, in particular two, second welding laser beams is provided, two second laser beam sources 8 can also be provided, for example. The welding laser beam generation unit 9 is then designed to generate the first welding laser beam by means of the first laser beam source 8, the one second welding laser beam by means of the one second laser beam source 8 and the other second welding laser beam by means of the other second laser beam source 8. Alternatively, the several, in particular two, second welding laser beams can be combined, for example, via a beam splitter and further optical elements in the laser welding optics. men are generated from the laser beam of a second laser beam source 8.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

1 schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Laserschweißvorrichtung während einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Laserschweißen,
2 schematisch eine Rückseitenansicht einer Ausführungsform der Laserschweißvorrichtung während einer Ausführungsform des Verfahrens zum Laserschweißen,
3 schematisch eine Rückseitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Laserschweißvorrichtung während einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Laserschweißen,
4 schematisch eine Seitenansicht der Laserschweißvorrichtung mit einer Ausführungsform einer Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9, und
5 schematisch eine Seitenansicht der Laserschweißvorrichtung mit einer weiteren Ausführungsform der Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9.

The following show:

1 schematically a side view of an embodiment of a laser welding device during an embodiment of a method for laser welding,
2 schematically a rear view of an embodiment of the laser welding device during an embodiment of the laser welding method,
3 schematically a rear view of another embodiment of the laser welding device during another embodiment of the laser welding method,
4 schematically a side view of the laser welding device with an embodiment of a welding laser beam generating unit 9, and
5 schematically a side view of the laser welding device with a further embodiment of the welding laser beam generation unit 9.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numerals in all figures.

Die 1 bis 5 zeigen Ausführungsformen einer Laserschweißvorrichtung 1 während eines mittels der Laserschweißvorrichtung 1 durchgeführten Verfahrens zum Laserschweißen. Dabei ist die Laserschweißvorrichtung 1 in 1 in einer Ansicht von der Seite, in den 2 und 3 in einer Ansicht von hinten und in den 4 und 5 in einer Ansicht von der Seite dargestellt. Anhand eines dreidimensionalen Koordinatensystems mit einer Längsachse X, einer Querachse Y und einer Hochachse Z wird die jeweilige Ausrichtung der Laserschweißvorrichtung 1 nochmals verdeutlicht.The 1 to 5 show embodiments of a laser welding device 1 during a laser welding process carried out by means of the laser welding device 1. The laser welding device 1 is in 1 in a view from the side, in the 2 and 3 in a view from behind and in the 4 and 5 shown in a side view. Using a three-dimensional coordinate system with a longitudinal axis X, a transverse axis Y and a vertical axis Z, the respective orientation of the laser welding device 1 is clarified again.

Die Laserschweißvorrichtung 1 weist eine Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 mit mindestens einer in den Figuren nicht näher dargestellten Laserstrahlquelle 8 und einer Laserschweißoptik 2 auf. Die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ist ausgebildet zur Erzeugung eines ersten Schweißlaserstrahls SS1 und mindestens eines zweiten Schweißlaserstrahls SS2 derart, dass der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 auf einen Werkstückbereich 7 mindestens eines zu schweißenden Werkstücks W ausgerichtet ist, der in Schweißrichtung SR hinter einem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl SS1 ausgerichtet ist.The laser welding device 1 has a welding laser beam generation unit 9 with at least one laser beam source 8 (not shown in detail in the figures) and a laser welding optics 2. The welding laser beam generation unit 9 is designed to generate a first welding laser beam SS1 and at least one second welding laser beam SS2 such that the at least one second welding laser beam SS2 is directed at a workpiece region 7 of at least one workpiece W to be welded, which lies in the welding direction SR behind a workpiece region 7 onto which the first welding laser beam SS1 is directed.

Des Weiteren ist eine erste Zusatzwerkstoffzuführung ZZ1, beispielsweise in Form einer Düse, vorgesehen, die ausgebildet ist zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffs ZW1 auf den Werkstückbereich, auf den der erste Schweißlaserstrahl SS1 ausgerichtet ist, wie in den 1, 4 und 5 gezeigt, oder auf einen in Schweißrichtung SR davor liegenden Werkstückbereich.Furthermore, a first additional material feed ZZ1 is provided, for example in the form of a nozzle, which is designed to feed an additional material ZW1 to the workpiece area to which the first welding laser beam SS1 is directed, as shown in the 1 , 4 and 5 shown, or to a workpiece area in front of it in the welding direction SR.

Zudem ist eine zweite Zusatzwerkstoffzuführung ZZ2, beispielsweise in Form einer Düse, vorgesehen, die ausgebildet ist zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffs ZW2 auf den Werkstückbereich, auf den der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 ausgerichtet ist, wie in den 1, 4 und 5 gezeigt, oder auf einen Werkstückbereich, der in Schweißrichtung SR vor dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 ausgerichtet ist, und hinter dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl SS1 ausgerichtet ist. Die Schweißrichtung SR verläuft parallel zur Längsachse X des dreidimensionalen Koordinatensystems.In addition, a second additional material feed ZZ2 is provided, for example in the form of a nozzle, which is designed to feed an additional material ZW2 to the workpiece area to which the at least one second welding laser beam SS2 is directed, as shown in the 1 , 4 and 5 shown, or to a workpiece area which, in the welding direction SR, lies in front of the workpiece area 7 onto which the at least one second welding laser beam SS2 is directed, and behind the workpiece area 7 onto which the first welding laser beam SS1 is directed. The welding direction SR runs parallel to the longitudinal axis X of the three-dimensional coordinate system.

Bei der hier beschriebenen Laserschweißvorrichtung 1 sind somit in Schweißrichtung SR hintereinander mindestens die erste Zusatzwerkstoffzuführung ZZ1, der erste Schweißlaserstrahl SS1, die zweite Zusatzwerkstoffzuführung ZZ2 und der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 vorgesehen.In the laser welding device 1 described here, at least the first filler material feed ZZ1, the first welding laser beam SS1, the second filler material feed ZZ2 and the at least one second welding laser beam SS2 are provided one after the other in the welding direction SR.

Die beschriebene Laserschweißvorrichtung 1 ermöglicht insbesondere ein sicheres Auffüllen von großen Stoßfugen SF mittels Laserschweißen mit sehr schnellen Prozess- und Taktzeiten und einem geringeren Aufwand. Eine solche Stoßfuge SF und deren ursprüngliche Stoßgeometrie sowie eine mittels der Laserschweißvorrichtung 1 erzeugte Schmelze S sind beispielhaft in den 2 und 3 im Querschnitt während des Laserschweißens, insbesondere während des Auffüllens der Stoßfuge SF, mittels der Laserschweißvorrichtung 1 dargestellt. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine solche Stoßfuge SF während des Laserschweißens, insbesondere während des Auffüllens der Stoßfuge SF, mittels der Laserschweißvorrichtung 1. Die Stoßfuge SF weist beispielsweise eine Fügestoßtiefe t von 1,5 mm oder größer als 1,5 mm auf.The described laser welding device 1 enables in particular a safe filling of large butt joints SF by means of laser welding with very fast process and cycle times and less effort. Such a butt joint SF and its original joint geometry as well as a melt S produced by means of the laser welding device 1 are shown as examples in the 2 and 3 in cross-section during laser welding, in particular during filling of the butt joint SF, by means of the laser welding device 1. 1 shows a longitudinal section through such a butt joint SF during laser welding, in particular during filling of the butt joint SF, by means of the laser welding device 1. The butt joint SF has, for example, a joint depth t of 1.5 mm or greater than 1.5 mm.

Je nach zu erfüllender Schweißaufgabe kann für die erste Zusatzwerkstoffzuführung ZZ1 und die zweite Zusatzwerkstoffzuführung ZZ2 beispielsweise der gleiche Zusatzwerkstoff ZW1, ZW2 verwendet werden, oder es können beispielsweise unterschiedliche Zusatzwerkstoffe ZW1, ZW2 verwendet werden, um dadurch beispielsweise gezielt ein Durchmischungsverhältnis zu verändern. Es können beispielsweise drahtförmige oder pulverförmige Zusatzwerkstoffe ZW1, ZW2 verwendet werden.Depending on the welding task to be performed, the same filler material ZW1, ZW2 can be used for the first filler material feed ZZ1 and the second filler material feed ZZ2, or different filler materials ZW1, ZW2 can be used, for example, in order to achieve a specific diameter. mixing ratio. For example, wire-shaped or powdered additional materials ZW1, ZW2 can be used.

Beispielsweise werden der erste Zusatzwerkstoff ZW1 und der zweite Zusatzwerkstoff ZW2 bezüglich eines Volumens entkoppelt voneinander gesteuert und auf den zu füllenden Querschnitt der Stoßfuge SF angepasst hinzugeführt. Beispielsweise sind/ist eine Drahtfördergeschwindigkeit und/oder ein Drahtquerschnitt des drahtförmigen zweiten Zusatzwerkstoffs ZW2 größer als eine Drahtfördergeschwindigkeit und/oder ein Drahtquerschnitt des drahtförmigen ersten Zusatzwerkstoffs ZW1.For example, the first filler material ZW1 and the second filler material ZW2 are controlled decoupled from one another in terms of volume and are added in a manner adapted to the cross section of the butt joint SF to be filled. For example, a wire feed speed and/or a wire cross section of the wire-shaped second filler material ZW2 is/are greater than a wire feed speed and/or a wire cross section of the wire-shaped first filler material ZW1.

Beispielsweise sind der erste Schweißlaserstrahl SS1 und der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 in ihrer Form und Leistung entkoppelt voneinander ausführbar. So kann beispielsweise ein Strahldurchmesser d₁ des ersten Schweißlaserstrahls SS1 kleiner sein als ein Strahldurchmesser d₂ des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls SS2, wie in 2 gezeigt. Dabei ist der Strahldurchmesser d₂ des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 beispielsweise auf einen vergrößerten Drahtdurchmesser des drahtförmigen zweiten Zusatzwerkstoffs ZW2 angepasst, d. h. der Drahtdurchmesser des drahtförmigen zweiten Zusatzwerkstoffs ZW2 ist größer als der Drahtdurchmesser des drahtförmigen ersten Zusatzwerkstoffs ZW1. Alternativ können die Strahldurchmesser d₁, d₂ des ersten Schweißlaserstrahls SS1 und des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 gleich groß sein. Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ausgebildet zur Erzeugung des ersten Schweißlaserstrahls SS1 und des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls SS2 derart, dass der Strahldurchmesser d₁ des ersten Schweißlaserstrahls SS1 kleiner ist als der Strahldurchmesser d₂ des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls SS2, oder derart, dass der erste Schweißlaserstrahl SS1 und der zweite Schweißlaserstrahl SS2 einen gleichen Strahldurchmesser d₁, d₂ aufweisen.For example, the first welding laser beam SS1 and the at least one second welding laser beam SS2 can be designed to be decoupled from one another in terms of their shape and power. For example, a beam diameter d ₁ of the first welding laser beam SS1 can be smaller than a beam diameter d ₂ of the at least one second welding laser beam SS2, as in 2 shown. The beam diameter d ₂ of the second welding laser beam SS2 is adapted, for example, to an enlarged wire diameter of the wire-shaped second additional material ZW2, ie the wire diameter of the wire-shaped second additional material ZW2 is larger than the wire diameter of the wire-shaped first additional material ZW1. Alternatively, the beam diameters d ₁ , d ₂ of the first welding laser beam SS1 and the second welding laser beam SS2 can be the same size. In the embodiment according to 2 Thus, the welding laser beam generating unit 9 is designed to generate the first welding laser beam SS1 and the at least one second welding laser beam SS2 such that the beam diameter d ₁ of the first welding laser beam SS1 is smaller than the beam diameter d ₂ of the at least one second welding laser beam SS2, or such that the first welding laser beam SS1 and the second welding laser beam SS2 have the same beam diameter d ₁ , d ₂ .

Statt eines einzigen zweiten Schweißlaserstrahls SS2 mit dem großen Strahldurchmesser d₂, der größer ist als der Strahldurchmesser d₁ des ersten Schweißlaserstrahls SS1, können beispielsweise auch zwei quer zur Schweißrichtung SR nebeneinander angeordnete kleinere zweite Schweißlaserstrahlen SS2, d. h. mit jeweils kleinerem Strahldurchmesser d₂, insbesondere kleiner als der Strahldurchmesser d₁ des ersten Schweißlaserstrahls SS1, auf demselben Werkstückbereich 7 wirken. In dieser in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform ist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ausgebildet zur Erzeugung von zwei zweiten Schweißlaserstrahlen SS2 derart, dass die beiden zweiten Schweißlaserstrahlen SS2 quer zur Schweißrichtung SR nebeneinander auf den Werkstückbereich 7 ausgerichtet sind, der in Schweißrichtung SR hinter dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl SS1 ausgerichtet ist.Instead of a single second welding laser beam SS2 with the large beam diameter d ₂ , which is larger than the beam diameter d ₁ of the first welding laser beam SS1, for example, two smaller second welding laser beams SS2 arranged next to one another transversely to the welding direction SR, i.e. each with a smaller beam diameter d ₂ , in particular smaller than the beam diameter d ₁ of the first welding laser beam SS1, can act on the same workpiece area 7. In this embodiment, not shown in the figures, the welding laser beam generation unit 9 is thus designed to generate two second welding laser beams SS2 such that the two second welding laser beams SS2 are aligned next to one another transversely to the welding direction SR onto the workpiece area 7, which lies behind the workpiece area 7 in the welding direction SR onto which the first welding laser beam SS1 is aligned.

Beispielsweise ist eine Leistung im mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl SS2 oder in jedem der zweiten Schweißlaserstrahlen SS2 oder in beiden zweiten Schweißlaserstrahlen SS2 zusammen größer als im ersten Schweißlaserstrahl SS1.For example, a power in at least one second welding laser beam SS2 or in each of the second welding laser beams SS2 or in both second welding laser beams SS2 together is greater than in the first welding laser beam SS1.

In der Ausführungsform gemäß 2 sind sowohl der erste Schweißlaserstrahl SS1 als auch der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 oder die beiden zweiten Schweißlaserstrahlen SS2 in lateraler Richtung, d. h. quer zur Schweißrichtung SR, unbewegt. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Laserschweißvorrichtung 1, bei welcher der zweite Schweißlaserstrahl SS2, der bei dieser Ausführungsform einen kleineren Strahldurchmesser d₂ aufweist als der erste Schweißlaserstrahl SS1 oder beispielsweise auch den gleichen Strahldurchmesser d₂, d₁ aufweisen kann wie der erste Schweißlaserstrahl SS1, über mindestens ein optisches Element 3 in der Laserschweißoptik 2, beispielsweise über einen Scannerspiegel, d. h. über einen beweglichen Spiegel, lateral oszillierend bewegt werden kann bzw. im Verfahren lateral bewegt wird, um ein sicheres Aufschmelzen der Komponenten bis hin zur kompletten Auffüllung des Fügestoßes FS sicherzustellen. In 3 ist eine Bewegung des optischen Elementes 3 zum lateral oszillierenden Bewegen des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 anhand zweier Positionen des optischen Elementes 3 schematisch dargestellt, wobei die eine Position mit durchgezogenen Linien und die andere Position mit gestrichelten Linien dargestellt ist.In the embodiment according to 2 both the first welding laser beam SS1 and the at least one second welding laser beam SS2 or the two second welding laser beams SS2 are stationary in the lateral direction, ie transverse to the welding direction SR. 3 shows a further embodiment of the laser welding device 1, in which the second welding laser beam SS2, which in this embodiment has a smaller beam diameter d ₂ than the first welding laser beam SS1 or, for example, can have the same beam diameter d ₂ , d ₁ as the first welding laser beam SS1, can be moved laterally in an oscillating manner via at least one optical element 3 in the laser welding optics 2, for example via a scanner mirror, ie via a movable mirror, or is moved laterally in the process in order to ensure reliable melting of the components up to the complete filling of the joint FS. In 3 a movement of the optical element 3 for the laterally oscillating movement of the second welding laser beam SS2 is schematically shown using two positions of the optical element 3, wherein one position is shown with solid lines and the other position with dashed lines.

In dieser Ausführungsform gemäß 3 ist somit die Laserschweißoptik 2 ausgebildet zur oszillierenden Bewegung des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 lateral, d. h. quer zur Schweißrichtung SR. Dabei ist vorgesehen, dass die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ausgebildet ist zur Erzeugung des ersten Schweißlaserstrahls SS1 und des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 derart, dass der Strahldurchmesser d₂ des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 kleiner ist als der Strahldurchmesser d₁ des ersten Schweißlaserstrahls SS1, oder derart, dass der erste Schweißlaserstrahl SS1 und der zweite Schweißlaserstrahl SS2 einen gleichen Strahldurchmesser d₁, d₂ aufweisen.In this embodiment according to 3 the laser welding optics 2 is thus designed for the oscillating movement of the second welding laser beam SS2 laterally, ie transversely to the welding direction SR. It is provided that the welding laser beam generation unit 9 is designed to generate the first welding laser beam SS1 and the second welding laser beam SS2 such that the beam diameter d ₂ of the second welding laser beam SS2 is smaller than the beam diameter d ₁ of the first welding laser beam SS1, or such that the first welding laser beam SS1 and the second welding laser beam SS2 have the same beam diameter d ₁ , d ₂ .

Wie in 4 gezeigt, können die Schweißlaserstrahlen SS1, SS2 beispielsweise über einen Strahlteiler 4 und weitere optische Elemente 5 in der Laserschweißoptik 2 zusammen aus einem Laserstrahl LS von einer einzigen Laserstrahlquelle 8 erzeugt werden. In dieser Ausführungsform gemäß 4 weist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 nur eine Laserstrahlquelle 8 auf und die Laserschweißoptik 2 ist dazu ausgebildet, aus dem einen Laserstrahl LS dieser einen Laserstrahlquelle 8 den ersten Schweißlaserstrahl SS1 und den mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl SS2 zu erzeugen, insbesondere mittels des Strahlteilers 4 und beispielsweise weiterer optischer Elemente 5. Die Laserschweißoptik 2 weist somit insbesondere den Strahlteiler 4 und beispielsweise die weiteren optischen Elemente 5 auf, um dies zu ermöglichen.As in 4 As shown, the welding laser beams SS1, SS2 can be generated together from a laser beam LS from a single laser beam source 8, for example via a beam splitter 4 and further optical elements 5 in the laser welding optics 2. In this embodiment according to 4 Thus, the welding laser beam generation unit 9 has only one laser beam source 8 and the laser welding optics 2 are designed to generate the first welding laser beam SS1 and the at least one second welding laser beam SS2 from the one laser beam LS of this one laser beam source 8, in particular by means of the beam splitter 4 and, for example, further optical elements 5. The laser welding optics 2 thus has in particular the beam splitter 4 and, for example, the further optical elements 5 in order to make this possible.

Alternativ können die Schweißlaserstrahlen SS1, SS2, wie in 5 gezeigt, beispielsweise jeweils aus einer eigenen Laserstrahlquelle 8 eingekoppelt werden, insbesondere für größere Stoßfugen SF und einen höheren Füllgrad bei höherer Schweißgeschwindigkeit. In dieser Ausführungsform gemäß 5 weist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 zwei Laserstrahlquellen 8 auf. Die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ist hier ausgebildet zur Erzeugung des ersten Schweißlaserstrahls SS1 mittels der ersten Laserstrahlquelle 8, d. h. aus dem Laserstrahl LS1 der ersten Laserstrahlquelle 8, und des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls SS2 mittels der zweiten Laserstrahlquelle 8, d. h. aus dem Laserstrahl LS2 der zweiten Laserstrahlquelle 8.Alternatively, the welding laser beams SS1, SS2, as in 5 shown, for example, each coupled from its own laser beam source 8, in particular for larger butt joints SF and a higher degree of filling at higher welding speed. In this embodiment according to 5 The welding laser beam generating unit 9 thus has two laser beam sources 8. The welding laser beam generating unit 9 is designed here to generate the first welding laser beam SS1 by means of the first laser beam source 8, ie from the laser beam LS1 of the first laser beam source 8, and the at least one second welding laser beam SS2 by means of the second laser beam source 8, ie from the laser beam LS2 of the second laser beam source 8.

In einem mittels der Laserschweißvorrichtung 1 durchzuführenden Verfahren zum Laserschweißen werden die Schweißlaserstrahlen SS1, SS2 entsprechend der beschriebenen Ausbildung der Laserschweißvorrichtung 1 erzeugt und mittels der beiden Zusatzwerkstoffzuführungen ZZ1, ZZ2 wird jeweils ein Zusatzwerkstoff ZW1, ZW2 auf die zur Laserschweißvorrichtung 1 beschriebene Weise zugeführt. Wie in den 1 bis 3 dargestellt, ist in diesem Verfahren zum Laserschweißen insbesondere vorgesehen, dass der erste Zusatzwerkstoff ZW1 mittels der ersten Zusatzwerkstoffzuführung ZZ1 in einen Stoßfugengrund geleitet wird und dort vom ersten Schweißlaserstrahl SS1 zusammen mit Stoßfugenfronten auf einem Niveau einer ersten Schmelzebene E1 aufgeschmolzen wird, und danach, insbesondere unmittelbar nachgelagert, der zweite Zusatzwerkstoff ZW2 mittels der zweiten Zusatzwerkstoffzuführung ZZ2 oberhalb der ersten Schmelzebene E1 hinzugeleitet und nachfolgend vom mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl SS2 zusammen mit den Stoßfugenfronten auf einem Niveau einer zweiten Schmelzebene E2 sowie zusammen mit der ersten Schmelzebne E1 aufgeschmolzen und vermischt wird.In a laser welding process to be carried out using the laser welding device 1, the welding laser beams SS1, SS2 are generated in accordance with the described design of the laser welding device 1 and a filler material ZW1, ZW2 is fed in each case by means of the two filler material feeds ZZ1, ZZ2 in the manner described for the laser welding device 1. As in the 1 to 3 As shown, in this method for laser welding it is particularly provided that the first additional material ZW1 is fed into a butt joint base by means of the first additional material feed ZZ1 and is melted there by the first welding laser beam SS1 together with butt joint fronts at a level of a first melting plane E1, and then, in particular immediately downstream, the second additional material ZW2 is fed in by means of the second additional material feed ZZ2 above the first melting plane E1 and is subsequently melted and mixed by at least one second welding laser beam SS2 together with the butt joint fronts at a level of a second melting plane E2 and together with the first melting plane E1.

Claims

Laser welding device (1), having a welding laser beam generation unit with at least one laser beam source (8) and a laser welding optics (2), wherein - the welding laser beam generation unit (9) is designed to generate a first welding laser beam (SS1) and at least one second welding laser beam (SS2) such that the at least one second welding laser beam (SS2) is directed at a workpiece region (7) which lies in the welding direction (SR) behind a workpiece region (7) onto which the first welding laser beam (SS1) is directed, - a first additional material feed (ZZ1) is provided which is designed to feed an additional material (ZW1) onto the workpiece region onto which the first welding laser beam (SS1) is directed, or onto a workpiece region lying in front of it in the welding direction (SR), and - a second additional material feed (ZZ2) is provided which is designed to feed an additional material (ZW2) onto the workpiece region (7) onto which the at least one second Welding laser beam (SS2) is directed, or onto a workpiece region which, in the welding direction (SR), lies in front of the workpiece region (7) onto which the at least one second welding laser beam (SS2) is directed, and behind the workpiece region (7) onto which the first welding laser beam (SS1) is directed, characterized in that the welding laser beam generating unit (9) is designed to generate two second welding laser beams (SS2) such that the two second welding laser beams (SS2) are directed next to one another transversely to the welding direction (SR) onto the workpiece region (7) which, in the welding direction (SR), lies behind the workpiece region (7) onto which the first welding laser beam (SS1) is directed.

Laser welding device (1) according to claim 1 , characterized in that the welding laser beam generating unit (9) has two laser beam sources (8).