DE19944470A1

DE19944470A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff

Info

Publication number: DE19944470A1
Application number: DE19944470A
Authority: DE
Inventors: Stefan Trube; Ernst Miklos; Juergen Scholz
Original assignee: Linde Gas AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2001-04-12

Abstract

Die Erfindung betrifft das Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoffen in Drahtform. Neben einem fokussierten Laserstrahl wird der Zusatzwerkstoff auf das zu bearbeitende, relativbewegte Werkstück geführt. Erfindungsgemäß erfolgt die Zufuhr des Zusatzwerkstoffs konzentrisch zur Laserstrahlung. Insbesondere kann die Achse der Drahtzufuhr koaxial zur Laserstrahlachse ausgerichtet sein, beispielsweise in ringförmiger Anordnung der Laserstrahlung um die Zufuhrachse. Es können auch mehrere Laserstrahlenbündel auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche geleitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff, wobei zumindest ein fokussierter Laserstrahl auf das zu bearbeitende, relativbewegte Werkstück geleitet wird und ein Zusatzwerkstoff in Drahtform der Bearbeitungsstelle zugeführt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff umfassend einen Laserschweißkopf zum Zuleiten zumindest eines fokussierten Laserstrahls auf das zu bearbeitende Werkstück, Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Laserschweißkopf und Werkstück und Mittel zur Zufuhr eines Zusatzwerkstoffes in Drahtform zur Bearbeitungsstelle.

Unter dem Laserstrahlschweißen als eine Form der Laserbearbeitung stellt das Laser strahlschweißen mit Zusatzdraht eine relativ junge Variante dar, die aber zahlreiche Möglichkeiten der industriellen Anwendung eröffnet.

Beim Laserstrahlschweißen mit Zusatzdraht wird üblicherweise der Zusatzdraht unter einem Winkel zur Laserstrahlachse zugeführt. Die Zufuhr des Zusatzwerkstoffes erfolgt dabei üblicherweise vorlaufend oder nachlaufend, wobei der Draht in der Regel über eine stechend oder schleppend angeordnete Vorschubeinrichtung zugeführt wird.

Um die geforderte Schweißqualität sicherstellen zu können, muß beim Laserstrahl schweißen mit Zusatzwerkstoff ein reproduzierbares und prozeßsicheres Schweißen ermöglicht werden. Dabei stellt die reproduzierbare Zufuhr des Zusatzwerkstoffes ein großes Problem dar, weil der Zusatzwerkstoff definiert an den Schweißort gebracht werden muß. Des weiteren bedingt die seitliche Zufuhr des Zusatzwerkstoffes unter einem Winkel bezüglich der Laserstrahlachse richtungsabhängige Einschränkungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, welche ein verbessertes und prozeßsicheres Laserstrahlschweißen ermöglichen, in dem eine reproduzierbare Zufuhr des Zusatz werkstoffes sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren dadurch gelöst, daß der Zusatzwerkstoff konzentrisch zur Laserstrahlung zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weißt eine Anordnung des Laserschweißkopfes und der Mittel zur Zufuhr des Zusatzwerkstoffes auf, so daß der Zusatzwerkstoff konzentrisch zur Laserstrahlung zugeführt wird.

Durch die beschriebene Anordnung kann der Zusatzwerkstoff sicher erfaßt, aufge schmolzen und dem Schmelzbad zugeführt werden. Durch die Erfindung entfallen ferner auf der Drahtzufuhr basierende Richtungsabhängigkeiten.

Die Laserstrahlung kann koaxial zur Achse der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes erfolgen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu eine entsprechende Anordnung des Laserschweißkopfes und der Mittel zur Zufuhr des Zusatzwerkstoffes vorgesehen.

In Ausgestaltung der Erfindung wird die Laserstrahlung ringförmig um die Achse der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes geleitet.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Laserstrahlenbündel auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche geleitet. Die Laserstrahlenbündel um geben die Achse der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes konzentrisch.

In Weiterbildung der Erfindung können ein oder mehrere Laser bzw. Laserstrahlquellen zur Erzeugung der Laserstrahlung vorhanden sein. Bei mehreren Laser bzw. Laser strahlquellen können durch unterschiedliche Ansteuerung der Laser und/oder Positionierung der einzelnen Laser definiert die Wärmezufuhr und/oder die Schmelz badeigenschaften gesteuert werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Prozeß sicherheit.

Die konzentrisch zur Laserstrahlung angeordnete Zufuhr des Zusatzwerkstoffes zur Bearbeitungsstelle kann beim Laserstrahlschweißen sowohl mit als auch ohne den Einsatz von Schutz- und Prozeßgasen erfolgen. In der Regel wird bevorzugt, daß ein Prozeß- und/oder Schutzgas auf das zu bearbeitende Werkstück strömt. Dabei eignen sich alle als Prozeß- und/oder Schutzgase bekannten Gase oder Gasgemische.

Im Rahmen der Erfindung können als Zusatzwerkstoff Massivdrähte oder Fülldrähte eingesetzt werden.

Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die Drahtzufuhr intermittierend oder bevorzugt kontinuierlich erfolgen.

Die Erfindung eignet sich zur Anwendung beim Laserstrahlschweißen mit Schweiß robotern. Insbesondere bei Roboteranwendungen erweitert die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der speziellen Anordnung die Anwendungsmöglichkeiten des Laser strahlschweißens.

Unter einem fokussierten Laserstrahl wird im Rahmen der Erfindung ein im wesent lichen auf die Werkstückoberfläche fokussierter Laserstrahl verstanden. Außer bei der überwiegend eingesetzten Methode mit im wesentlich auf die Werkstückoberfläche fokussierter Laserstrahlung kann die Erfindung auch bei der selten benutzten Variante mit auf die Werkstückoberfläche defokussierter Strahlung Anwendung finden.

Die Erfindung ist grundsätzlich nicht auf den Einsatz von speziellen Arten von Lasern beschränkt. Vor allem eignen sich für das Laserstrahlschweißen CO₂-Laser oder Nd:YAG-Laser, aber auch Hochleistungsdiodenlaser (HDL).

Claims

1. Verfahren zum Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff, wobei zumindest ein fokussierter Laserstrahl auf das zu bearbeitende, relativbewegte Werkstück geleitet wird und ein Zusatzwerkstoff in Drahtform der Bearbeitungsstelle zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwerkstoff konzentrisch zur Laser strahlung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes koaxial zur Laserstrahlachse ausgerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung ringförmig um die Achse der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes auf das zu bear beitende Werkstück geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Laserstrahlenbündel auf das zu bearbeitende Werkstück geleitet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung durch einen oder mehrere Laser erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozeß- und/oder Schutzgas auf das zu bearbeitende Werkstück strömt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzwerkstoff Massivdrähte oder Fülldrähte eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtzufuhr kontinuierlich erfolgt.

9. Vorrichtung zum Laserstrahlschweißen mit Zusatzwerkstoff umfassend einen Laserschweißkopf zum Zuleiten zumindest eines fokussierten Laserstrahls auf das zu bearbeitende Werkstück, Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Laserschweißkopf und Werkstück und Mittel zur Zufuhr eines Zusatzwerkstoffes in Drahtform zur Bearbeitungsstelle, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung des Laserschweißkopfs und der Mittel zur Zufuhr des Zusatzwerkstoffes vorgesehen ist, so daß der Zusatzwerkstoff konzentrisch zur Laserstrahlung zugeführt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung des Laserschweißkopfs und der Mittel zur Zufuhr des Zusatzwerkstoffes vorgesehen ist, so daß die Achse der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes koaxial zur Laserstrahl achse ausgerichtet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung des Laserschweißkopfs und der Mittel zur Zufuhr des Zusatzwerkstoffes vorgesehen ist, so daß die Laserstrahlung ringförmig um die Achse der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes geleitet wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuleiten der Laserstrahlung Mittel zum Zuleiten mehrerer Laserstrahlenbündel auf das zu bearbeitende Werkstück umfassen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Laser zur Erzeugung der Laserstrahlung vorhanden sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Zufuhr eines Prozeß- und/oder Schutzgas auf das zu bearbeitende Werkstück vorgesehen sind.

15. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14 zum Laserstrahlschweißen mit Schweißrobotern.