DE102008036863A1

DE102008036863A1 - Kehlnaht an einem Überlapp- und/oder Parallelstoß und ein Verfahren zur Erzeugung einer solchen Kehlnaht

Info

Publication number: DE102008036863A1
Application number: DE102008036863A
Authority: DE
Inventors: Holger Gruss
Original assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Current assignee: MBDA Deutschland GmbH
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-08-08
Also published as: DE102008036863B4; WO2010015246A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Ausbildung einer Kehlnaht an einem Überlapp- und/oder Parallelstoß zwischen einem ersten Fügepartner und einem zweiten Fügepartner unter der Verwendung von einem Formteil sowie ein Verfahren zum Schweißen oder Löten einer derartigen Kehlnaht unter Verwendung eines solchen Formteils.

Description

Die Erfindung betriff eine Kehlnaht an einem Überlapp- oder Parallelstoß zwischen einem ersten und einem zweiten Fügepartner unter der Verwendung eines Formteiles, das als Schweißzusatzwerkstoff eingesetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer solchen Kehlnaht unter der Verwendung eines Formteiles.
Um eine Verbesserung der Schweißnahteigenschaften, wie insbesondere Festigkeit, Duktilität, Heißriss- und Korrosionsverhalten zu erreichen, wird bei der Laserstrahlschweißerei ein Schweißzusatzwerkstoff verwendet. Dieser Schweißzusatzwerkstoff wird in der Regel als Draht oder Band eingesetzt. Dabei gestaltet sich die Positionierung, Zuführung und Einbringung dieses Schweißzusatzwerkstoffes als sehr schwierig. Erschwerend wird das Einbringen des Schweißzusatzwerkstoffes in dem Falle noch, wenn kleine Brennweiten verwendet werden müssen, weil beispielsweise der Bauraum sehr klein oder verwinkelt ausgebildet ist. Es ist deshalb notwendig, dass in einem solchen Falle zur Überprüfung ein Kontrollsystem mit einer Sensorik hinsichtlich der Zuführgeschwindigkeit und Positionierung des Schweißzusatzwerkstoffes erforderlich ist.
Gerade beim Abrollen des Schweißzusatzwerkstoffes werden Eigenspannungen in Form von Verwindungen abgebaut, die zu einer unerwünschten Depositionierung des Schweißzusatzwerkstoffes in der Schweißzone führen. Ferner führt dieses zu einer Defokussierung des Laserstrahls, wodurch die Prozessinstabilitäten, wie beispielsweise Einbrandkerben oder Prozessspuren zunehmen. Ein weiterer Nachteil beim Arbeiten mit Drähten bzw. Bändern liegt darin, dass es bei der Zuführung dieser Schweißzusatzwerkstoffe Geschwindigkeitsschwankungen gibt. Diese Geschwindigkeitsschwankungen führen darüber hinaus zu einer nicht reproduzierbaren Schweißgutzusammensetzung. Darüber hinaus entstehen unterschiedliche Schweißgutzusammensetzungen in dem Bereich der Nahtwurzel und der Nahtflanke.
In der DE 10 2004 054 346 A1 wird ein verbessertes Schweißverfahren vorgestellt, bei dem der Schweißzusatzwerkstoff prozesssicher und reproduzierbar einbringbar ist. Es wird zwischen die zu verbindenden Fügepartner ein aus einem Schweißzusatzwerkstoff stranggepressten Formteil angeordnet. Diese Verwendung von Formteilen ist jedoch auf T- oder Stumpfstoßschweißen begrenzt.
Bei der Ausbildung von beispielsweise induktiv erhitzten Kanten, wie sie beim Stumpfnahtschweißen angewendet werden, zeigt die DE 10 822 16 A , dass zwischen den miteinander zu verschweißenden Bandkanten ein mit zu verschweißender dünner, metallischer Profilstrang einläuft, der zumindest an der Innenseite eines Mantels beidseits der Schweißnaht mit Vorsprüngen zur Abdeckung der Naht versehen ist.
Ein ähnliches Schweißverfahren zur Verbindung von Rohrenden im Stumpfschweißverfahren offenbart die DE 35 16 571 A1 . In gleicher Weise sei noch darauf hingewiesen, dass die Verwendung von Schweißzusatzwerkstoffen auch in der US 4 267 4 28 beschrieben wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Schweißen oder Löten von Kehlnähten an Überlapp- und Parallelstößen so zu verbessern, dass eine Prozesssicherheit und damit höhere Reproduzierbarkeit des Schweiß- oder Lötprozesses gegeben ist. Ferner soll eine bessere Zugänglichkeit zum Schweißbad und damit geringere Anforderungen an die Anlagetechnik erreicht werden. Darüber hinaus soll eine weitgehend homogene Schweißgutzusammensetzung und damit eine Qualitätsverbesserung beim Ausbilden derartiger Kehlnähte an Überlapp- und Parallelstößen in der Zukunft möglich sein.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einem Verfahren gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Die Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.
Eine Verbesserung der Prozesssicherheit und damit eine höhere Produzierbarkeit des Schweißprozesses insgesamt wird durch den Einsatz eines Formteiles erreicht. Dabei ist das Formteil als Schweißzusatzwerkstoff ausgebildet und steht somit immer in einer definierten Menge und gleicher Zusammensetzung beim Schweißvorgang zur Verfügung. Dabei wird das Formteil bereichsweise zwischen die zu verbindenden Fügepartner platziert und steht somit in einer definierten Menge an jedem Punkt der Schweißnaht zur Verfügung.
Das Formteil ist so ausgebildet, dass es vorzugsweise eine annähernd dreieckige äußere Form aufweist, die durch eine Anschlagfläche, die in einem Winkel zu einer Auflagefläche ausgebildet ist, unterbrochen wird. Durch die Anschlagfläche am Formteil wird die Lage des Schweißzusatzwerkstoffes am Schweißgut eindeutig definiert.
Um das Formteil bereichsweise zwischen die zu verbindenden Fügepartnern platzieren zu können, weist mindestens einer der Fügepartner eine Materialreduzierung im Bereich der auszuführenden Kehlnaht auf. In diesem Bereich der Materialreduzierung wird das Formteil eingelegt bzw. eingesteckt, so dass das Formteil mit seiner Auflagefläche mit der Materialreduzierung, die als Absatz oder Rücksprung ausgebildet sein kann, in Berührung steht. Eine seitliche Kante des Fügepartners mit der Materialreduzierung wird gegen die Anschlagfläche des Formteiles gedrückt. Durch die Deponierung des Formteiles vor dem Schweiß- bzw. Heftvorgang ist sichergestellt, dass auf der gesamten Länge der Kehlnaht stets die gleiche Menge Schweißzusatzwerkstoff zur Verfügung steht. Dieses hat zur Folge, dass eine Optimierung der Eigenschaften bezüglich Festigkeit, Duktilität, Korrosion und Heißrisssicherheit gegeben ist.
Die Auflagefläche verhindert dabei ein Verrutschen des Formteiles vor dem Schweiß- bzw. Heftvorgang. Dieses kann insbesondere durch eine Spannvorrichtung erreicht werden, die die Fügepartner mit dem teilweise dazwischen befindlichen Formteil vor dem Heften bzw. im eigentlichen Schweißvorgang miteinander verspannt. Durch diese Positionierung fallen Geschwindigkeitsschwankungen der Drahtzuführung weg, was auch zur Folge hat, dass bei dem vorliegenden Verfahren nicht unterschiedliche Schweißgutzusammensetzungen zu verzeichnen sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines möglichen, in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt:
1 Eine Ansicht einer Deponierung eines Formteiles zwischen zwei Fügepartnern, die mit einer Kehlnaht verbunden werden;
2 eine zweite Ansicht einer Ausbildung eines Formstückes in einer perspektivischen Darstellung;
3 eine dritte Ansicht einer Kehlnaht in einem Querschnitt nach dem Schweißvorgang mit einem Formteil.
Die 1 zeigt einen ersten Fügepartner 1 und einen zweiten Fügepartner 2, die mittels eines Schweißzusatzwerkstoffes in Form eines Formteiles 3 durch einen Schweißvorgang miteinander verbunden werden sollen. Dabei weist der erste Fügepartner 1 eine Materialreduzierung 4 in Form eines Absatzes oder eines Rücksprunges auf. In diesem Bereich der Materialreduzierung 4 ist teilweise das Formteil 3 eingebracht worden. Die Materialreduzierung 4 ist so bemessen, dass sie in ihren Abmaßen die gleiche Größenordnung wie das Formteil 3 in diesem Bereich aufweist.
Das Formteil 3 hat in diesem Bereich eine Auflagefläche 5 ausgebildet, die mit der Materialreduzierung 4 in Kontakt steht. Auf der gegenüberliegenden Seite der Auflagefläche 5 ist eine Basisfläche 8 des Formteiles 3 vorhanden. Durch eine nicht dargestellte Spannvorrichtung werden vor dem Schweißvorgang die Fügepartner 1 und 2 mit dem dazwischen befindlichen Formteil 3 miteinander verpresst oder verklemmt, um ein Verrutschen des Formteiles 3 bei dem Schweißvorgang zu unterbinden.
Das Formteil 3 weist noch eine Anschlagfläche 6 auf, die gegen eine Kante 12 des Fügepartners 1 gerichtet ist. Durch die Anschlagfläche 6 in Verbindung mit der Kante 12 wird insbesondere erreicht, dass die Lage des Formteiles 3 genau definiert ist und somit eine reproduzierbare Zusammensetzung der Schweißnaht erzielt wird.
In der 2 wird in einer separaten Darstellung das Formteil 3 noch einmal wiedergegeben. Es zeigt sich, dass das Formteil 3 annähernd eine dreieckige Form aufweist, die in einem Bereich von der Auflagefläche 5 und der dazu im Winkel stehenden Anschlagfläche 6 unterbrochen wird. Im Bereich der Anschlagfläche 6 und der Auflagefläche 5 ist eine Unterbrechung 7 in Form eines Rücksprunges oder einer Einwölbung vorhanden. Diese Unterbrechung 7 gestattet es, dass beispielsweise eine Kante des Fügepartners 1, wie sie der 1 entnommen werden kann, in diesem Bereich der Unterbrechung 7 hineinragt.
Der Schweißvorgang gestaltet sich so, dass vor dem eigentlichen Schweißvorgang die Fügepartner 1 und 2 mit dem entsprechend platzierten Formteil 3, wie es beispielsweise der 1 zu entnehmen ist, zusammengelegt werden und mittels einer geeigneten Spannvorrichtung aufeinander geklemmt oder gepresst werden. Durch die Spannvorrichtung kann das Formteil 3 während des Schweißvorganges bzw. auch des Heftvorganges seine Position nicht verlassen. Bei dem nachfolgenden Schweißvorgang wird eine Umschmelzung des Schweißzusatzwerkstoffes erreicht, so dass eine kraft- und formschlüssige Verbindung in Form einer Kehlnaht 11 zwischen den Fügepartner 1 und 2, wie sie der 3 zu entnehmen ist, entsteht.
Durch die Verwendung des Formteiles 3 beim Fügen der Fügepartner 1 und 2 in Form einer Kehlnaht 11 ist eine bessere Zugänglichkeit zum Schweißbad und damit geringere Anforderungen an die Anlagetechnik verbunden. Es können somit die Schweißdüsen entfallen und darüber hinaus ist ein aufwendiges Kontrollsystem in Form von Sensoren zur Überprüfung der Drahtzufuhr nicht notwendig. Gleichzeitig wird jedoch auch die Optimierung der Kehlnaht 11 hinsichtlich ihrer Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität, Korrosion und Heißrisssicherheit erhöht.
Durch die etwa dreieckige Form des Formteils 3 wird erreicht, dass etwa gleiche Schweißgutzusammensetzungen im Bereich der Nahtwurzel und der Nahtflanke 10, auftreten.
Dieses vorgestellte Verfahren bzw. auch die Verwendung eines Formteiles bei einer Kehlnaht 11 eignet sich insbesondere bei der Verwendung von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen. Das Formteil ist dabei aus AlMgX bzw. aus AlSiX oder dergleichen hergestellt.
Bei der entsprechender Verwendung von geeigneten Materialien versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung auch auf ein Lötverfahren Anwendung finden kann.

1: Erster Fügepartner
2: zweiter Fügepartner
3: Formteil
4: Materialreduzierung
5: Auflagefläche
6: Anschlagfläche
7: Unterbrechung
8: Basisfläche
9: Außenfläche
10: Nahtflanke
11: Kehlnaht
12: Kante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004054346 A1 [0004]
- DE 1082216 A [0005]
- DE 3516571 A1 [0006]
- US 4267428 [0006]

Claims

Kehlnaht, ausgebildet an einem Überlapp- oder Parallelstoß zwischen einem ersten Fügepartner (1) und einem zweiten Fügepartner (2), wobei einer der Fügepartner (1) oder (2) im zu verbindenden Bereich eine Materialreduzierung (4) aufweist, die ganz oder teilweise mit einem aus Zusatzwerkstoffen bestehenden Formteil (3) so ausgefüllt ist, dass das Formteil (3) mit beiden Fügepartner (1, 2) in Kontakt steht und darüber hinaus über den Fügebereich hinaus ragt.
Kehlnaht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialreduzierung (4) als Absatz oder Rücksprung ausgebildet ist.
Kehlnaht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (3) eine Auflagefläche (5) und eine Anschlagfläche (6) aufweist.
Kehlnaht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (3) sich an der Geometrie der auszubildenden Nahtflanke (10) der zu verbindenden Fügepartnern (1) oder/und (2) orientiert.
Kehlnaht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite der Materialreduzierung (4) mit der Auflagefläche (5) in Kontakt steht.
Kehlnaht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine seitliche Kante (12) des Fügepartners (1) mit der Anschlagfläche (6) in Kontakt steht.
Kehlnaht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (3) annähernd eine dreieckige äußere Form aufweist, die durch die zueinander stehenden Auflagefläche (5) und die Anschlagfläche (6) unterbrochen ist.
Kehlnaht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergang zwischen der Auflagefläche (5) und der Anschlagfläche (6) eine Unterbrechung (7) vorhanden ist.
Kehlnaht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (7) als Rücksprung oder als Einwölbung ausgebildet ist.
Kehlnaht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücksprung oder die Einwölbung teilweise von einer Ecke des Fügepartners (1) ausgefüllt ist.
Kehlnaht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügepartner (1, 2) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
Verfahren zum Schweißen oder Löten einer Kehlnaht zwischen zwei Fügepartnern (1, 2) nach den vorhergehenden Ansprüchen unter Verwendung eines Formteiles (3), wobei das Formteil (3) bereichsweise vor dem Schweißvorgang zwischen den Fügepartnern (1, 2) formschlüssig durch eine Spannvorrichtung eingespannt wird, und dass anschließend die Fügepartner (1, 2) durch einen Schweißprozess oder Lötprozess mittels des Materials des Formteiles (3) miteinander verbunden werden.