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DE10218296A1 - Scanner-Schweiß-Vorrichtung - Google Patents

Scanner-Schweiß-Vorrichtung

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DE10218296A1
DE10218296A1 DE10218296A DE10218296A DE10218296A1 DE 10218296 A1 DE10218296 A1 DE 10218296A1 DE 10218296 A DE10218296 A DE 10218296A DE 10218296 A DE10218296 A DE 10218296A DE 10218296 A1 DE10218296 A1 DE 10218296A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laserschweißen, insbesondere zum Scannerschweißen. Um auch bei diesem Verfahren die Schweißstellen unter Schutzgas zu halten, wird eine Wanne 4 mit Schutzgaszuführung 5 vorgeschlagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Laser-Schweiß-Vorrichtung, insbesondere für das sogenannte Scannerschweißen.
  • Beim Laserschweißen wird als Regelfall ein Laserstrahl auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert. Parallel zu der Optik oder in direkter Nachbarschaft ist eine Düse für eine Schutzgaszufuhr vorgesehen, damit die vom Laserstrahl erhitzte Schweißstelle nicht mit der Umgebungsluft in Berührung kommt.
  • Aus dem Prospekt "Remote Welding mit TRUMPF Scanner und TLF CO2-Laser" ist das sogenannte Scannerschweißen bekannt. Dieses Schweißen ersetzt teilweise das Widerstandspunktschweißen, welches zwar ein kostengünstiges Standardverfahren zum Zusammenfügen großer Bauteile ist, jedoch das Design und die Funktionalität der gefügten Bauteile durch die großen Störkonturen der Zangenwerkzeuge einschränkt. Auch die geringe Verwindungssteifigkeit der Punktverbindungen kann ein Nachteil sein. Beim Schweißen mit Scanner wird ein langbrennweitig fokussierter Laserstrahl hoher Strahlqualität frei über das dreidimensionale Werkstück gelenkt. Anders als beim herkömmlichen Laserschweißen bewegt sich hier also nicht die Fokussieroptik, sondern nur der Fokussierpunkt. Dies gelingt durch hochdynamische Verkippung feststehender Spiegel in großem Abstand über dem Werkstück. Die Laserleistung wird synchron zur Bewegung angesteuert. Der Laser ist in einem Bereich von ca. 60 cm bis 1 m über dem Werkstück angeordnet und kann einen Werkstückbereich überstreichen, der 60 × 60 cm bis 1 × 2 m beträgt. So werden beim Scannerschweißen die Punktverbindungen durch lasergeschweißte Steppnähte ersetzt, wodurch zum einen die Festigkeit und Steifigkeit steigen, was zu einer Reduktion der Blechdicken und Gewichtsersparnis führt. Zum anderen lässt sich die wesentlich bessere Zugänglichkeit des Laserschweißverfahrens nutzen, um einfachere, elegantere sowie wirtschaftliche Konstruktionen zu realisieren. Bei kartesisch oder mit Roboter geführten Arbeitsoptiken bleiben unproduktive Nebenzeiten für die Verfahrwegen zwischen den Fügestellen. Mit dem Einsatz der Scannertechnik fassen sich die Verfahrwege eliminieren.
  • Ein ähnliches System ist dem Prospekt "Remote Welding System, die neue Freiheit", der ROFIN-SINAR Laser GmbH zu entnehmen. Auch hier wird ein CO2-Laser mit einer Fokussierbrennweite von über 1,6 m verwendet. Daraus resultiert ein Arbeitsraum in der Form eines Pyramidenstumpfes mit einer Grundfläche von 1,5 m × 2,4 m.
  • Nachteilig bei dem Laser-Remote-Schweißen gegenüber dem klassischen Schweißen ist, dass kein Schutzgas über den Schweißkopf an die Schweißnaht herangebracht werden kann. Darum schweißt man heute in Deutschland in den Versuchsaufbauten unter Umgebungsluft. Das Schweißen unter Umgebungsluft hat aber verschiedene Nachteile: Stickstoff führt zur Porenbildung in der Schweißnaht, Sauerstoff führt zur unkontrollierter Schlackebildung. Auch die Luftfeuchtigkeit ist störend und kann zur Porenbildung durch Wasserstoff führen.
  • Aus der WO 90/06206 ist eine Mikrolasermaschine zum Behandeln kleiner Objekte bekannt, wobei die kleinen Objekte in einer luftdichten Kammer angeordnet sind, die dann mit einem reaktiven Gas geflutet wird. Diese Vorrichtung eignet sich allerdings nur für kleine Gegenstände.
  • Aus der EP 102 835 B1 ist ein Schweißapparat bekannt, der ebenfalls eine gasdichte Schweißkammer enthält, die von unten mit einem Schutzgas geflutet wird. Auch diese Vorrichtung eignet sich nur zum Bearbeiten relativ kleiner Gegenstände, die in die Kammer eingeschlossen werden können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Laserschweißvorrichtung für das Scannerschweißen großer Bauteile vorzuschlagen, das die Nachteile des Schweißens an Umgebungsluft verhindert.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausführungen der Erfindung sind Gegenstände von Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird das Bauteil in einen von oben offenen, wannenartigen Behälter gebracht, welcher mit Schutzgas geflutet wird. Dazu wird erfindungsgemäß die relative Schwere des Schutzgases gegenüber der Luft ausgenutzt, wobei das Gas von unten in den wannenartigen Behälter geführt wird. In die Wanne wird dann das zu verschweißende Teil, wie z. B. eine Autotüre, eingebracht. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dann alle Schweißstellen vom Schutzgas automatisch umgeben. Da in einer Ausführungsform die Seitenteile der Wanne höher sind als das zu bearbeitende Bauteil, sind die eingetauchten Bauteile immer vollständig von dem Schutzgas umgeben.
  • Die Gaszufuhr kann seitlich oder von oben erfolgen. Das schwerere Gas fällt dann wie Wasser aus einem Wasserhahn in die Wanne. In einer bevorzugten Ausführung wird die Gaszufuhr von unten erfolgen, um möglichst wenige Verwirbelungen zu erzeugen. Als vorteilhaft haben sich Zuführungen an mehreren Stellen am Boden oder im unteren Wandbereich erwiesen. Ebenso die Zufuhr über perforierte Schläuche, die unten in die Wanne eingelegt sind. Eine höhere Anzahl von Öffnungen erlaubt eine niedrigere Gasgeschwindigkeit und reduziert die Verwirbelungen. Wenn das Schutzgas dann getaktet oder kontinuierlich in diese Wanne geführt wird, werden Lufteinwirbelungen, die durch das Einbringen des Bauteils von außen erfolgten, verdrängt. Nach unseren Versuchen wurde festgestellt, dass Lufteinwirbelungen von unter 5% der Wannenatmosphäre nicht schädlich sind.
  • Der Behälter hat bevorzugt eine Grundfläche von > 60 × 60 cm oder von mehr als 1 × 2 m. Dies reicht, um handelsübliche Autotüren oder ähnliche Komponenten durch Lasersteppnähte schweißen zu können.
  • Als Schutzgase geeignet sind alle Gase und Gasmischungen, die für das Laserschweißen vorgeschlagen wurden und die gleichschwer oder schwerer als Luft sind. Vorzugsweise wird Argon oder CO2 oder Mischungen von Argon und CO2 verwendet. Möglich ist auch die Verwendung von Stickstoff allein oder gemischt mit anderen schweren, nicht reaktiven Gasen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand der in der Zeichnung gezeigten Ausführung.
  • Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Laserschweißvorrichtung, wobei der Laserstrahl von oben über ein Fokussierlinse 1 auf einen ersten Kippspiegel 2 geleitet wird, dessen Drehachse im Wesentlichen vertikal steht. Von diesem Spiegel 2 wird das Licht auf einen zweiten Drehspiegel 3 gelenkt, der eine horizontale Kippachse hat. Mit dieser Optik ist ein Arbeitsbereich am Boden der Vorrichtung überstreichbar, an dem sich erfindungsgemäß der Schutzgasbehälter 4 befindet. Dieser Schutzgasbehälter hat einen ebenen Boden und vier Seitenwände, die entweder senkrecht stehen, leicht nach außen geneigt sind, oder auch nach innen eingezogen sein können. Die in der Figur gezeigte leichte Neigung nach außen erleichtert das Einbringen der Gegenstände von oben. Bei den heutigen automatisierten Produktionslinien ist dies für die modernen Roboter kein Problem mehr. Senkrechte Wände oder leicht nach innen geneigte Wände halten den Schutzgassee am Boden der Wanne stabiler.
  • Eine einfache Schutzgaszuführung 5 ist im Boden des Behälters 4 gezeigt.
  • Zum erfindungsgemäßen Schweißen werden das oder die Bauteile flach in den Behälter 4 gelegt. Über die verschwenkbare Laseroptik werden dann die anzubringenden Steppnähte durch Verschwenken der beiden Spiegel 2, 3 aufgebracht. Gleichzeitig wird Schutzgas durch die Schutzgaszuführung 5 zugeführt, so dass das zu bearbeitende Bauteil immer von Schutzgas umgeben ist. So kann eine Automobiltüre mit 30 Schweißnähten innerhalb von 30 sec. aus zwei Blechen zusammengefügt werden.

Claims (5)

1. Laserschweißvorrichtung, insbesondere zum sogenannten Scannerschweißen mit Steppnähten, gekennzeichnet durch einen oben offenen, wannenartigen Behälter (4) und eine Schutzgaszuführung (5).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten des Behälters (4) höher sind als die Dicke des zu bearbeitenden Bauteils.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhr von unten erfolgt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (4) eine Grundfläche von > 60 × 60 cm, bevorzugt von > als 1 m × 1 m hat.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzgas Gase schwerer als Luft verwendet werden, insbesondere Argon oder CO2 oder Mischungen, die diese Gase und/oder weitere Gase enthalten.
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