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DE19944470A1 - Process for laser beam welding comprises guiding a focussed laser beam onto a moving workpiece and concentrically adding an additive material in wire form to the processing site in wire form - Google Patents

Process for laser beam welding comprises guiding a focussed laser beam onto a moving workpiece and concentrically adding an additive material in wire form to the processing site in wire form

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Publication number
DE19944470A1
DE19944470A1 DE19944470A DE19944470A DE19944470A1 DE 19944470 A1 DE19944470 A1 DE 19944470A1 DE 19944470 A DE19944470 A DE 19944470A DE 19944470 A DE19944470 A DE 19944470A DE 19944470 A1 DE19944470 A1 DE 19944470A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser beam
laser
filler material
workpiece
wire form
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
DE19944470A
Other languages
German (de)
Inventor
Stefan Trube
Ernst Miklos
Juergen Scholz
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.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde Gas AG
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 Linde Gas AG filed Critical Linde Gas AG
Priority to DE19944470A priority Critical patent/DE19944470A1/en
Publication of DE19944470A1 publication Critical patent/DE19944470A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/18—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Process for laser beam welding comprises guiding a focussed laser beam onto a moving workpiece and concentrically adding an additive material in wire form to the processing site in wire form. An Independent claim is also included for an apparatus for laser beam welding comprising: a laser beam head for introducing the laser beam to the workpiece; a device for producing relative movement between the laser beam head and the workpiece; and a device for concentrically feeding an additive material in wire form to the processing site.

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.The invention relates to a method for laser beam welding with filler material, wherein at least one focused laser beam on the relatively moved to be processed Workpiece is guided and an additional material in wire form of the machining point is fed. The invention further relates to a device for laser beam welding with filler material comprising a laser welding head for feeding at least one focused laser beam on the workpiece to be machined, means for generating a relative movement between the laser welding head and the workpiece and means for Supply of a filler material in wire form to the processing point.

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.Under laser beam welding as a form of laser processing, the laser represents Beam welding with filler wire is a relatively young variant, but it is numerous Possibilities of industrial application opened.

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.When welding with additional wire, the additional wire is usually under fed an angle to the laser beam axis. The filler material is fed usually leading or trailing, the wire usually over a stinging or dragging feed device is fed.

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.In order to ensure the required welding quality, the laser beam must welding with filler material a reproducible and reliable welding be made possible. The reproducible supply of the filler material is stopped big problem because the filler metal is brought to the welding site in a defined manner must become. Furthermore, the lateral supply of the filler material is necessary an angle with respect to the laser beam axis direction-dependent restrictions.

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.The invention is therefore based on the object of a method and a device to show the type mentioned above, which is an improved and reliable Laser beam welding enables a reproducible supply of the additive material is ensured.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren dadurch gelöst, daß der Zusatzwerkstoff konzentrisch zur Laserstrahlung zugeführt wird.This object is achieved for the method in that the Filler metal is fed concentrically to the laser radiation.

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.The device according to the invention knows an arrangement of the laser welding head and the means for supplying the filler material so that the filler material is supplied concentrically to the laser radiation.

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.Due to the arrangement described, the filler material can be reliably detected melted and fed to the weld pool. Eliminated by the invention directional dependencies based on the wire feed.

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.The laser radiation can take place coaxially to the axis of the feed of the filler material. In the device according to the invention, a corresponding arrangement of the Laser welding head and the means for supplying the filler material are provided.

In Ausgestaltung der Erfindung wird die Laserstrahlung ringförmig um die Achse der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes geleitet.In an embodiment of the invention, the laser radiation is annular around the axis of the Feed of the filler passed.

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 another embodiment of the invention, multiple laser beams are directed to the workpiece surface to be machined. The laser beams around give the axis of the feed of the filler material concentrically.

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.In a development of the invention, one or more lasers or laser beam sources be available to generate the laser radiation. With several lasers or lasers Beam sources can be controlled differently by the laser and / or Positioning the individual lasers defines the heat input and / or the melting bathing properties can be controlled. This leads to an increase in the process safety.

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. The supply of the filler material arranged concentrically to the laser radiation Machining point can be with or without the laser beam welding Protective and process gases are used. As a rule, it is preferred that a Process and / or protective gas flows onto the workpiece to be machined. Are suitable all gases or gas mixtures known as process and / or protective gases.  

Im Rahmen der Erfindung können als Zusatzwerkstoff Massivdrähte oder Fülldrähte eingesetzt werden.Within the scope of the invention, solid wires or cored wires can be used as filler material be used.

Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die Drahtzufuhr intermittierend oder bevorzugt kontinuierlich erfolgen.In connection with the invention, the wire feed can be intermittent or preferably take place continuously.

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.The invention is suitable for use in laser welding with welding robots. In particular in robot applications, the invention extends Device with the special arrangement the possible uses of the laser beam welding.

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.Within the scope of the invention, a focused laser beam essentially becomes a Understand laser beam focused on the workpiece surface. Except for the predominantly used method with essentially on the workpiece surface The invention can also use focused laser radiation in the rarely used variant with radiation that is defocused on the workpiece surface.

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).In principle, the invention is not restricted to the use of special types of lasers. CO 2 lasers or Nd: YAG lasers are particularly suitable for laser beam welding, but also high-power diode lasers (HDL).

Claims (15)

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.1. A method for laser beam welding with filler material, wherein at least one focused laser beam is guided onto the relatively moving workpiece to be machined and a filler material is supplied in wire form to the processing point, characterized in that the filler material is supplied concentrically to the laser radiation. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes koaxial zur Laserstrahlachse ausgerichtet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the axis of the feed of the filler material is aligned coaxially to the laser beam axis. 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.3. The method according to claim 2, characterized in that the laser radiation ring-shaped around the axis of the feed of the filler material on the bear machining workpiece. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Laserstrahlenbündel auf das zu bearbeitende Werkstück geleitet werden.4. The method according to claim 1, characterized in that several Laser beams are directed onto the workpiece to be machined. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung durch einen oder mehrere Laser erzeugt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the Laser radiation is generated by one or more lasers. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozeß- und/oder Schutzgas auf das zu bearbeitende Werkstück strömt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a Process and / or protective gas flows onto the workpiece to be machined. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzwerkstoff Massivdrähte oder Fülldrähte eingesetzt werden.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that as Additional material solid wires or cored wires can be used. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtzufuhr kontinuierlich erfolgt. 6. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the Wire feed takes place continuously.   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.9. Device for laser beam welding with filler material comprising one Laser welding head for supplying at least one focused laser beam to the Workpiece to be machined, means for generating a relative movement between Laser welding head and workpiece and means for feeding a filler in Wire form to the processing point, characterized in that an arrangement of the laser welding head and the means for feeding the filler material is provided so that the filler material is concentric with the laser radiation is fed. 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.10. The device according to claim 9, characterized in that an arrangement of Laser welding head and the means for supplying the filler material are provided is so that the axis of the feed of the filler material is coaxial with the laser beam axis is aligned. 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.11. The device according to claim 10, characterized in that an arrangement of Laser welding head and the means for supplying the filler material are provided is so that the laser radiation is annular around the axis of the supply of Filler metal is conducted. 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.12. The apparatus according to claim 9, characterized in that the means for Supply of the laser radiation Means for supplying several laser beams include the workpiece to be machined. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Laser zur Erzeugung der Laserstrahlung vorhanden sind.13. Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that a or more lasers for generating the laser radiation are present. 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.14. Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that Means for supplying a process and / or protective gas to the to be processed Workpiece are provided. 15. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14 zum Laserstrahlschweißen mit Schweißrobotern.15. Use of the device according to one of claims 9 to 14 for Laser beam welding with welding robots.
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