DE102004044601A1 - Automotive manufacturing laser welding assembly for galvanised body panels has clamps creating de-gassing cap at weld seam - Google Patents

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Abstract

A welding assembly joins overlapping galvanised automotive body panels and has a laser welding beam that tracks the seam. During this process the two sheet metal components are retained by clamp that cause local deformation in the vicinity of the welding site (8). The deformation allows for the escape of gases generated by the welding process.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung zum Verbinden von zumindest teilweise überlappend angeordneten beschichteten, insbesondere verzinkten Blechen mittels eines verfahrbaren Laserstrahles.The The invention relates to a welding device for connecting coated, at least partially overlapping, in particular galvanized sheets by means of a movable laser beam.

Korrosionsgefährdete Bauteile aus Stahlblech werden, insbesondere im Automobilbau, zunehmend mit einer einseitigen oder beidseitigen Oberflächenbeschichtung z.B. aus Zink versehen. Zum Schweißen solcher Blechbauteile wird bekannter Weise das Verfahren des Laserschweißens angewendet. Durch die vergleichsweise niedrige Verdampfungstemperatur des Zinks der Oberflächenbeschichtung kann es zur Bildung von Löchern bzw. Poren innerhalb der Schweißnaht kommen, welche die Festigkeit der Schweißverbindung erheblich herabsetzen. Zur Vermeidung dieses Problems muss der entstehende Zinkdampf aus dem Bereich der Schweißnaht entweichen können. Dieses wird bekannter Weise dadurch unterstützt, dass die überlappend angeordneten zu verschweißenden Blechbauteile im Überlappungsbereich nicht vollflächig aufeinander liegen, sondern dass zwischen ihnen ein Spalt offen gehalten wird, durch den der entstehende Zinkdampf entweichen kann.Corrosion-endangered components made of sheet steel, especially in the automotive industry, increasingly with a unilateral or bilateral surface coating e.g. made of zinc Mistake. For welding Such sheet metal components, the method of laser welding is known manner used. Due to the comparatively low evaporation temperature of the zinc the surface coating it can lead to the formation of holes or pores within the weld come, which significantly reduce the strength of the welded joint. To avoid this problem, the resulting zinc vapor must be out the area of the weld can escape. This is known manner supported by the overlapping arranged to be welded Sheet metal components in the overlapping area not full surface lie on top of each other, but that between them open a gap held by the resulting zinc vapor can escape.

Zur Realisierung dieses Spaltes sind im Stand der Technik unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen beschrieben. Aus der DE 39 33 408 A1 ist es bereits bekannt, diesen Spalt durch in ein Blechbauteil eingeprägte Noppen oder Sicken herzustellen. Die DE 100 42 538 A1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem durch eine in die Blechbauteile angebrachte Rauhigkeit ein Zwischenraum in einem Überlappstoß erzeugt wird, durch welchen Schweißemissionen, insbesondere Zinkdampf, entweichen können.To realize this gap, different methods and devices have been described in the prior art. From the DE 39 33 408 A1 It is already known to produce this gap by embossed into a sheet metal component nubs or beads. The DE 100 42 538 A1 describes a method in which a roughness applied in the sheet metal components creates a gap in a lap joint, through which welding emissions, in particular zinc vapor, can escape.

Als nachteilig bei den genannten Verfahren erweist sich die Tatsache, dass zum Teil sehr zeitaufwändige und kostenintensive vorbereitende Maßnahmen für das Verschweißen der Blechbauteile erforderlich sind. Die Einrichtungen zur Erzeugung der Noppen müssen bei Bauteiländerungen unter Umständen aufwändig an die neuen Voraussetzungen angepasst werden.When disadvantageous in the mentioned methods is the fact that sometimes very time consuming and costly preparatory measures for welding the Sheet metal components are required. The facilities for production need the pimples at component changes in certain circumstances costly adapted to the new conditions.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schweißvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher die Zinkentgasung ohne vorbereitende Maßnahmen gewährleistet werden kann.In front In this background, the invention is based on the object welder to disposal by means of which the zinc degassing without preparatory activities be guaranteed can.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Schweißvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.These Task is solved with a welding device according to the characteristics of the claim 1. The dependent claims relate to particularly expedient developments the invention.

Erfindungsgemäß ist also eine Schweißvorrichtung vorgesehen, bei welcher die Bleche in Schweißrichtung seitlich neben dem Laserstrahl zwischen zumindest zwei annähernd mit einer Schweißvorschubgeschwindigkeit mitlaufenden Spannelementen angeordnet sind, durch welche eine lokale Verformung im Bereich einer Schweißstelle erzeugbar ist. Aufgrund von unterschiedlichen Eigenschaften, bedingt durch Werkstoff, Geometrie und Blechdicke werden die Bleche durch die Spannelemente nicht gleichmäßig zusammengedrückt, sondern es entsteht eine Verformung, welche eine Zinkentgasung ermöglicht. Hierdurch wird ohne aufwändige vorgelagerte Maßnahmen prozesssimultan zum eigentlichen Schweißvorgang ein Entgasungsspalt für die Zinkentgasung zur Verfügung gestellt. Die Notwendigkeit der Einprägung von Noppen oder Sicken in die Bleche ist somit nicht mehr erforderlich. Bei der erzeugten Verformung handelt es sich primär um eine elastische Verformung. Je nach einwirkendem Druck kann allerdings auch eine plastische Verformung zurückbleiben.According to the invention is thus a welding device provided in which the sheets in the welding direction laterally next to the Laser beam between at least two approximately at a welding feed speed running clamping elements are arranged, through which a local deformation in the area of a weld can be generated. Due to different characteristics, conditional through material, geometry and sheet thickness, the sheets are through the clamping elements are not uniformly compressed, but it creates a deformation which allows a zinc degassing. This is without consuming upstream activities Process simultaneously to the actual welding process, a degassing gap for the Zinc degassing available posed. The necessity of imprinting nubs or beads in the sheets are therefore no longer required. In the generated Deformation is primary around an elastic deformation. Depending on the pressure applied, however also remain a plastic deformation.

Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Spannelemente an einer den Laserstrahl erzeugenden Laserbearbeitungsoptik fixiert sind. Hierdurch werden der Laserstrahl und die die Verformung erzeugenden Spannelemente simultan entlang des Verbindungsbereiches der Bleche bewegt und es ist gewährleistet, dass die Verformung und dadurch der Entgasungsspalt zu jedem Zeitpunkt im Bereich der Schweißstelle erzeugt wird.there proves to be particularly advantageous if the clamping elements are fixed to a laser beam generating laser processing optics. As a result, the laser beam and the deformation generating Clamping elements simultaneously along the connection area of the sheets moved and it is guaranteed that the deformation and thereby the degassing gap at any time in the area of the weld is produced.

In einer anderen angewandelten Variante der vorliegenden Schweißvorrichtung ist zumindest einem der Spannelemente ein Antrieb zugeordnet. Der Vorteil eines separaten Antriebes liegt in der Entkopplung von der den Laserstrahl erzeugenden Laserbearbeitungsoptik. Hierdurch können Schweißnahtfehler reduziert werden, da unerwünschte Bewegungen der Spannelemente beispielsweise aufgrund von Unebenheiten in den Blechen nicht direkt auf die Laserbearbeitungsoptik übertragen werden.In another applied variant of the present welding device At least one of the clamping elements is associated with a drive. The advantage a separate drive is the decoupling of the laser beam generating laser processing optics. This can reduce weld defects, there unwanted Movements of the clamping elements, for example, due to bumps in the sheets are not transferred directly to the laser processing optics become.

Eine weitere ebenfalls besonders vorteilhafte Ausführungsform wird auch dadurch erreicht, dass die Spannelemente senkrecht zur Schweißrichtung versetzt nebeneinander angeordnet sind. Der Versatz der Spannelemente bewirkt, dass die Bleche sich verformen, wobei davon ausgegangen werden kann, dass die Bleche sich unterschiedlich verformen und damit ein kleiner, bei einer elastischen Verformung auch nur temporärer Spalt entsteht, der allerdings zur Zinkentgasung ausreicht.A Another particularly advantageous embodiment is also characterized ensures that the clamping elements offset perpendicular to the welding direction are arranged side by side. The offset of the clamping elements causes that the sheets deform, it being possible to assume that the sheets deform differently and thus a smaller, with elastic deformation also only temporary gap arises, which however sufficient for zinc degassing.

In einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung sind die Spannelemente in Schweißrichtung versetzt hintereinander angeordnet. Diese Variante kommt vor allem bei räumlich eingeschränkten Verhältnissen, beispielsweise beim Schweißen in einem Flanschbereich zum Einsatz.In another expedient development, the clamping elements are offset in the welding direction arranged one behind the other. This variant is mainly used in space-constrained conditions, for example, when welding in a flange area used.

Besonders praxisnah ist dabei eine andere Ausgestaltung nach welcher die Spannelemente als Spannrollen ausgebildet sind. Der Vorschub der Spannrollen entlang der Bleche erfolgt hierbei durch ein Abrollen der Spannelemente auf den Blechen, wodurch die Reibung weitestgehend reduziert werden kann.Especially In practice, another embodiment according to which the clamping elements are designed as tension rollers. The feed of the tension rollers along The sheets are made by unrolling the clamping elements on the sheets, whereby the friction is largely reduced can.

Eine andere besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass zumindest eine der Spannrollen auf dem Umfang verteilte Verformungselemente aufweist. Durch diese Verformungselemente wird die Verformung der Bleche im Bereich der Schweißstelle des Laserstrahls besonders positiv beeinflusst, so dass die beim Schweißen der Bleche entstehenden Zinkgase ungehindert entweichen können. Dabei können die Verformungselemente auch auf beiden Spannrollen angeordnet sein.A other particularly useful training The invention is also achieved in that at least one the tensioning rollers distributed on the circumference deformation elements. By These deformation elements will affect the deformation of the sheets in the area the weld the laser beam is particularly positively influenced, so that the welding The plates can escape unhindered zinc gases. there can they Deformation be arranged on both tension rollers.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe Invention leaves numerous embodiments to. To further clarify its basic principle is one of them shown in the drawing and will be described below. These shows in

1 eine Schweißvorrichtung zum Verbinden von zumindest teilweise überlappend angeordneten Blechen; 1 a welding device for connecting sheets arranged at least partially overlapping;

2 die Schweißvorrichtung aus 1 in einer entlang der Linie II-II geschnittenen Darstellung; 2 the welding device off 1 in a cut along the line II-II representation;

3 eine Schweißvorrichtung mit senkrecht zu einer Schweißrichtung versetzten Spannrollen; 3 a welding device with perpendicular to a welding direction offset tension rollers;

4 eine Schweißvorrichtung mit in Schweißrichtung versetzten Spannrollen. 4 a welding device with offset in the welding direction tensioners.

1 und 2 zeigen jeweils eine Schweißvorrichtung 1 zum Verbinden von zumindest teilweise überlappend angeordneten beschichteten, insbesondere verzinkten Blechen 2, 3 in unterschiedlichen Ansichten. Die Schweißvorrichtung 1 weist eine nicht dargestellte Laserbearbeitungsoptik zur Erzeugung eines Laserstrahles 4 auf, mittels welchem die aufeinander angeordneten Bleche 2, 3 verschweißt werden. Zum Verschweißen der Bleche 2, 3 wird der Laserstrahl 4 mit einer Schweißvorschubgeschwindigkeit in eine Schweißrichtung 5, welche als Richtungspfeil dargestellt ist, entlang eines Verbindungsbereiches der Bleche 2, 3 verfahren. Die Bleche 2, 3 sind zwischen zwei jeweils mit einer Druckkraft F belasteten und ebenfalls mit der Schweißvorschubgeschwindigkeit mitlaufenden Spannelementen 6, 7 angeordnet, wobei die Rotationsbewegung der Spannelemente 6, 7 durch Richtungspfeile 14 angedeutet ist. Die Spannelemente 6, 7 sind in Schweißrichtung 5 seitlich neben dem Laserstrahl 4 angeordnet, was insbesondere der 2 zu entnehmen ist. Durch die Spannelemente 6, 7 wird im Bereich der Schweißstelle 8 eine lokale Verformung 9 der Bleche 2, 3 erzeugt. Durch die Verformung 9 wird ein Entgasungsspalt 10 gebildet, durch welchen die beim Schweißprozess entstehenden Gase entweichen können. Zum Einbringen der Verformung 9 sind auf dem Umfang der als Spannrollen 11, 12 ausgebildeten Spannelemente 6, 7 mehrere Verformungselemente 13 angeordnet. 1 and 2 each show a welding device 1 for connecting at least partially overlapping coated, in particular galvanized sheets 2 . 3 in different views. The welding device 1 has a laser processing optics, not shown, for generating a laser beam 4 on, by means of which the stacked sheets 2 . 3 be welded. For welding the sheets 2 . 3 becomes the laser beam 4 at a welding feed speed in a welding direction 5 , which is shown as a directional arrow, along a connecting region of the sheets 2 . 3 method. The sheets 2 . 3 are between two each loaded with a compressive force F and also along with the welding feed speed clamping elements 6 . 7 arranged, wherein the rotational movement of the clamping elements 6 . 7 by directional arrows 14 is indicated. The clamping elements 6 . 7 are in welding direction 5 laterally next to the laser beam 4 arranged, which in particular the 2 can be seen. Through the clamping elements 6 . 7 is in the area of the weld 8th a local deformation 9 the sheets 2 . 3 generated. By the deformation 9 becomes a degassing gap 10 formed, through which the gases generated during the welding process can escape. For introducing the deformation 9 are on the scope of as tension rollers 11 . 12 trained clamping elements 6 . 7 several deformation elements 13 arranged.

3 zeigt eine Schweißvorrichtung 1 mit senkrecht zu einer Schweißrichtung 5 versetzten Spannrollen 11, 12. Die Spannrollen 11, 12 sind dabei nur um wenige Millimeter versetzt angeordnet, wodurch sich die Bleche 2, 3 derart verformen, dass in unmittelbarer Nähe der Schweißstelle 8 ein Entgasungsspalt 10 entsteht. 3 shows a welding device 1 with perpendicular to a welding direction 5 offset tension rollers 11 . 12 , The tension rollers 11 . 12 are offset only by a few millimeters, resulting in the sheets 2 . 3 deform such that in the immediate vicinity of the weld 8th a degassing gap 10 arises.

4 zeigt eine Schweißvorrichtung 1 mit in Schweißrichtung 5 versetzt hintereinander angeordneten Spannrollen 11, 12. Der zwischen den Drehachsen 15, 16 der Spannrollen 11, 12 dargestellte Achsversatz 17 sowie die erzeugte Verformung 9 ist übertrieben dargestellt. Ein Achsversatz 17 von wenigen Millimetern (ca. 2-3 mm) ist ausreichend, um eine Verformung 9 der Bleche 2, 3 im Bereich der Schweißstelle 8 zu erzeugen. 4 shows a welding device 1 with in welding direction 5 offset tensioning rollers arranged one behind the other 11 . 12 , The one between the axes of rotation 15 . 16 the tension rollers 11 . 12 shown offset 17 as well as the generated deformation 9 is exaggerated. An axial offset 17 of a few millimeters (about 2-3 mm) is sufficient to deformation 9 the sheets 2 . 3 in the area of the weld 8th to create.

11
Schweißvorrichtungwelder
22
Blechsheet
33
Blechsheet
44
Laserstrahllaser beam
55
Schweißrichtungwelding direction
66
Spannelementclamping element
77
Spannelementclamping element
88th
Schweißstelleweld
99
Verformungdeformation
1010
Entgasungsspaltdegassing gap
1111
Spannrolleidler
1212
Spannrolleidler
1313
Verformungselementflexure
1414
Richtungspfeilarrow
1515
Drehachseaxis of rotation
1616
Drehachseaxis of rotation
1717
Achsversatzaxial offset

Claims (7)

Schweißvorrichtung (1) zum Verbinden von zumindest teilweise überlappend angeordneten beschichteten, insbesondere verzinkten Blechen (2, 3) mittels eines verfahrbaren Laserstrahles (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (2, 3) in Schweißrichtung (5) seitlich neben dem Laserstrahl (4) zwischen zumindest zwei annähernd mit einer Schweißvorschubgeschwindigkeit mitlaufenden Spannelementen (6, 7) angeordnet sind, durch welche eine lokale Verformung (9) im Bereich einer Schweißstelle (8) erzeugbar ist.Welding device ( 1 ) for joining at least partially overlapping coated, in particular galvanized sheets ( 2 . 3 ) by means of a movable laser beam ( 4 ), characterized in that the sheets ( 2 . 3 ) in Welding direction ( 5 ) laterally next to the laser beam ( 4 ) between at least two clamping elements running approximately at a welding feed speed (US Pat. 6 . 7 ) are arranged, through which a local deformation ( 9 ) in the area of a weld ( 8th ) is producible. Schweißvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (6, 7) an einer den Laserstrahl (4) erzeugenden Laserbearbeitungsoptik fixiert sind.Welding device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the clamping elements ( 6 . 7 ) at one the laser beam ( 4 ) generating laser processing optics are fixed. Schweißvorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Spannelemente (6, 7) ein Antrieb zugeordnet ist.Welding device ( 1 ) according to claims 1 or 2, characterized in that at least one of the clamping elements ( 6 . 7 ) is assigned a drive. Schweißvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (6, 7) senkrecht zur Schweißrichtung (5) versetzt nebeneinander angeordnet sind.Welding device ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the clamping elements ( 6 . 7 ) perpendicular to the welding direction ( 5 ) are arranged side by side. Schweißvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (6, 7) in Schweißrichtung (5) versetzt hintereinander angeordnet sind.Welding device ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the clamping elements ( 6 . 7 ) in welding direction ( 5 ) are arranged one behind the other. Schweißvorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (6, 7) als Spannrollen (11, 12) ausgebildet sind.Welding device ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the clamping elements ( 6 . 7 ) as tension rollers ( 11 . 12 ) are formed. Schweißvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Spannrollen (11, 12) auf dem Umfang verteilte Verformungselemente (13) aufweist.Welding device ( 1 ) according to claim 6, characterized in that at least one of the tension rollers ( 11 . 12 ) distributed on the circumference deformation elements ( 13 ) having.
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