Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6 und ein Bauteil nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.The invention relates to a method for producing a component according to the features of the preamble of claim 1, an apparatus for producing a component according to the features of the preamble of claim 6 and a component according to the features of the preamble of claim 9.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der EP 1 640 105 A1 beschrieben, ein Verfahren zum Laserschweißen bekannt. Bei dem Verfahren zum Laserschweißen von Bauteilen aus kohlenstoffhaltigem Stahl wird mithilfe eines ersten Laserstrahls eine Schweißnaht erzeugt. Ein zweiter Laserstrahl ist zum Nachfahren der Schweißnaht für eine Wärmebehandlung der Schweißnaht vorgesehen.From the prior art, as in the EP 1 640 105 A1 described a method for laser welding. In the process of laser welding carbon steel components, a weld is produced by a first laser beam. A second laser beam is provided for tracing the weld for a heat treatment of the weld.
In der DE 10 2004 001 166 B4 wird ein Verfahren zum Laserschweißen mit Vor- und/oder Nachwärmung im Bereich der Schweißnaht beschrieben. Das Schweißen und die Wärmebehandlung werden mittels eines einzigen Laserstrahls mit im Wesentlichen gleicher Leistung durchgeführt. Das Schweißen und die Wärmebehandlung werden derart zeitlich beabstandet, dass die Temperaturabnahme der jeweiligen Bestrahlungsfläche vom Zeitpunkt der ersten Bestrahlung bis zum Zeitpunkt der nachfolgenden Bestrahlung weniger als 50 Prozent beträgt. Bei der Wärmebehandlung wird der auf die Bestrahlungsfläche und Zeiteinheit bezogene Laserenergieeintrag durch Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit derart eingestellt, dass die dem Laserstrahl abgewandte Seite der bereits vorhandenen oder zukünftigen Schweißnaht um mindestens 10°C erwärmt wird.In the DE 10 2004 001 166 B4 a method for laser welding with preheating and / or reheating in the region of the weld is described. The welding and the heat treatment are carried out by means of a single laser beam with substantially equal power. The welding and the heat treatment are spaced in time such that the temperature decrease of the respective irradiation surface from the time of the first irradiation to the time of the subsequent irradiation is less than 50 percent. During the heat treatment, the laser energy input related to the irradiation surface and the time unit is adjusted by increasing the feed rate such that the side of the already existing or future weld seam facing away from the laser beam is heated by at least 10 ° C.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Bauteil sowie ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zu dessen Herstellung anzugeben.The invention is based on the object to provide an improved component and an improved method and an improved apparatus for its production.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The object is achieved by a method for producing a component having the features of claim 1, a device for producing a component having the features of claim 6 and a component having the features of claim 9.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils werden zwei Komponenten aus Metall mittels zumindest einer Schweißeinheit miteinander verschweißt.In a method for producing a component, two components made of metal are welded together by means of at least one welding unit.
Erfindungsgemäß wird die Schweißnaht im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. D. h. die beiden Komponenten oder zumindest die miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Komponenten sind jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet, beispielsweise weisen sie einen runden, ovalen oder prismatischen Querschnitt auf. Die beiden Komponenten werden dann derart zueinander positioniert und miteinander verschweißt, dass die Schweißnaht entsprechend der miteinander zu verschweißenden Bereiche der Komponenten ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet wird, d. h. ein Querschnitt durch das Bauteil entlang der Schweißnaht, senkrecht zu einer Bauteillängsachse, ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Schweißnaht kann dabei durchgängig oder unterbrochen ausgebildet sein. Vor dem Schweißen werden die miteinander zu verschweißende Bereiche der Komponenten mittels zumindest einer Wärmebehandlungseinheit vorgewärmt. Das Schweißen und das Vorwärmen werden mit im Wesentlichen feststehenden Einheiten durchgeführt, d. h. die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit ist zumindest während des Vorwärmens im Wesentlichen feststehend und die zumindest eine Schweißeinheit ist zumindest während des Schweißens im Wesentlichen feststehend. Zumindest während des Schweißens werden die beiden Komponenten mit derselben Rotationsgeschwindigkeit um die Bauteillängsachse des durch das Schweißen auszubildenden Bauteils gedreht. Während des Vorwärmens werden die beiden Komponenten zweckmäßigerweise ebenfalls um diese Bauteillängsachse gedreht. Dabei können die beiden Komponenten mit derselben Rotationsgeschwindigkeit oder mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten gedreht werden.According to the invention, the weld is formed substantially rotationally symmetrical. Ie. the two components or at least the areas of the two components to be welded together are each rotationally symmetrical, for example they have a round, oval or prismatic cross-section. The two components are then positioned relative to each other and welded together, that the weld is also formed rotationally symmetrical according to the areas of the components to be welded together, d. H. a cross section through the component along the weld, perpendicular to a component longitudinal axis, is rotationally symmetrical. The weld can be formed continuously or interrupted. Before welding, the areas of the components to be welded together are preheated by means of at least one heat treatment unit. Welding and preheating are performed with substantially fixed units, i. H. the at least one heat treatment unit is substantially stationary at least during preheating and the at least one welding unit is substantially stationary at least during welding. At least during welding, the two components are rotated at the same rotational speed about the component longitudinal axis of the component to be formed by the welding. During the preheating the two components are expediently also rotated about this component longitudinal axis. The two components can be rotated at the same rotational speed or at different rotational speeds.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Komponenten aus Metall, beispielsweise aus Stahl-, Stahlguss- und/oder Eisengusswerkstoffen, miteinander verschweißt werden, wobei mindestens eine der beiden zu verschweißenden Komponenten einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,25 Gewichtsprozent aufweist, beispielsweise einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,4 Gewichtsprozent. Es können auch beide miteinander zu verschweißenden Komponenten einen solch hohen Kohlenstoffgehalt aufweisen.By means of the method according to the invention, components made of metal, for example of steel, cast steel and / or cast iron materials, are welded together, wherein at least one of the two components to be welded has a carbon content of more than 0.25 weight percent, for example a carbon content of at least zero , 4% by weight. It is also possible for both components to be welded together to have such a high carbon content.
Aufgrund des hohen Kohlenstoffgehaltes sind die Komponenten nur noch bedingt schweißgeeignet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere durch das Vorwärmen der miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Komponenten, wird jedoch das Verschweißen auch aus solchen Werkstoffen mit hohem Kohlenstoffgehalt gefertigter Komponenten ermöglicht, wobei ein sehr gutes Schweißergebnis mit optimierten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften erzielt wird. Insbesondere wird die Gefahr einer Aufhärtung und von Rissbildungen im Bereich der Schweißnaht reduziert. Die beiden miteinander zu verschweißenden Komponenten können jeweils aus einem Stahlwerkstoff oder jeweils aus einem Eisengusswerkstoff bestehen oder eine der beiden miteinander zu verschweißenden Komponenten besteht aus einem Stahlwerkstoff und die andere Komponente besteht aus einem Eisengusswerkstoff.Due to the high carbon content, the components are only partially suitable for welding. However, by the method according to the invention, in particular by the preheating of the areas of the two components to be welded together, the welding is also made possible from components with high carbon content manufactured components, with a very good welding result with optimized strength and toughness properties is achieved. In particular, the risk of hardening and cracking in the weld is reduced. The both components to be welded together may each consist of a steel material or each of a cast iron material or one of the two components to be welded together consists of a steel material and the other component consists of a cast iron material.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere im Bereich der Schweißnaht die Bauteilzähigkeit erhöht und schädliche Bauteileigenspannungen werden reduziert, um erhöhte dynamische Festigkeitswerte zu erzielen. Im Schweißnahtbereich und in an die Schweißnaht angrenzenden Wärmeeinflusszonen des Bauteils wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise eine Vickershärte von weniger als 500 HV 1 erzielt.By means of the method according to the invention, in particular in the area of the weld seam, the component toughness is increased and harmful component residual stresses are reduced in order to achieve increased dynamic strength values. In the weld seam region and in the heat-affected zones of the component adjacent to the weld, a Vickers hardness of less than 500 HV 1 is advantageously achieved by the method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine wirtschaftliche und sichere Gesamtprozessführung der Bauteilherstellung, wobei durch den Verfahrensablauf, insbesondere durch das Vorwärmen der miteinander zu verschweißenden Bereiche der Komponenten, das Grundproblem der schlechten Schweißeignung der Werkstoffe mit hohem Kohlenstoffgehalt, insbesondere die Gefahr der Aufhärtung und Härterisse, verringert oder vermieden wird und gleichzeitig die Schlagzähigkeit und Schwingfestigkeit verbessert wird. Dies ist insbesondere für im Wesentlichen rotationssymmetrische Teile für Verbrennungsmotoren von großer Bedeutung, beispielsweise für Nockenwellen von Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge.The method according to the invention enables an economical and reliable overall process management of the component production, wherein the basic problem of poor weldability of the materials with high carbon content, in particular the risk of hardening and hardening cracks, is reduced by the process sequence, in particular by preheating the regions of the components to be welded together is avoided and at the same time the impact resistance and fatigue strength is improved. This is particularly important for substantially rotationally symmetrical parts for internal combustion engines of great importance, for example, for camshafts of internal combustion engines for vehicles.
Des Weiteren ist durch diese mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens verbesserten Eigenschaften des Bauteils eine Verringerung eines Qualitätssicherungsaufwandes insbesondere in der Großserienfertigung zu erreichen, Garantie- und Kulanzkosten werden reduziert und die Kundenzufriedenheit wird gesteigert. Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die prozesssichere Herstellung von Bauteilen mittels Schweißkombinationen, die bislang nur mit deutlich größerem Risiko möglich waren. Dadurch wird ein konstruktiver Gestaltungsfreiraum erhöht.Furthermore, by means of these improved properties of the component by means of the method according to the invention, it is possible to achieve a reduction in quality assurance expenditure, in particular in mass production, guarantee and goodwill costs are reduced and customer satisfaction is increased. In addition, the method according to the invention enables the process-reliable production of components by means of welding combinations, which were hitherto only possible with significantly greater risk. As a result, a constructive freedom of design is increased.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
1 schematisch eine Schnittdarstellung zweier zu einem Bauteil miteinander zu verschweißender Komponenten, 1 1 is a schematic sectional view of two components to be welded together to form a component;
2 schematisch eine Schnittdarstellung eines Bauteils aus zwei miteinander verschweißten Komponenten, 2 1 is a schematic sectional view of a component made of two components welded together;
3 schematisch eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform eines Bauteils aus zwei miteinander verschweißten Komponenten, 3 2 is a schematic view of a detail of a first embodiment of a component made of two components welded together;
4 schematisch eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsform eines Bauteils aus zwei miteinander verschweißten Komponenten, 4 1 is a schematic view of a detail of a second embodiment of a component made of two components welded together;
5 schematisch eine Detailansicht einer dritten Ausführungsform eines Bauteils aus zwei miteinander verschweißten Komponenten, 5 1 is a schematic view of a detail of a third embodiment of a component made of two components welded together;
6 schematisch eine Detailansicht einer vierten Ausführungsform eines Bauteils aus zwei miteinander verschweißten Komponenten, 6 1 is a schematic view of a detail of a fourth embodiment of a component made of two components welded together;
7 schematisch eine Detailansicht einer fünften Ausführungsform eines Bauteils aus zwei miteinander verschweißten Komponenten, 7 1 is a schematic view of a detail of a fifth embodiment of a component made of two components welded together;
8 schematisch eine Schnittdarstellung eines Bauteils aus zwei miteinander verschweißten Komponenten mit Halterungen der Komponenten, 8th 3 is a schematic sectional view of a component made of two components welded together with holders of the components,
9 schematisch eine Schnittdarstellung eines Bauteils aus zwei miteinander verschweißten Komponenten mit Darstellung von Wärmeeinflusszonen, und 9 schematically a sectional view of a component of two welded together components showing heat affected zones, and
10 schematisch eine Schnittdarstellung eines Bauteils aus zwei miteinander verschweißten Komponenten sowie Halterungen der Komponenten, eine Schweißeinheit und eine Wärmebehandlungseinheit. 10 schematically a sectional view of a component of two welded together components and mounts of the components, a welding unit and a heat treatment unit.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
1 zeigt eine Längsschnittdarstellung zweier in einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils 1 miteinander zu verschweißender Komponenten 2, 3 aus Metall. In 2 ist das Bauteil 1, welches aus den beiden miteinander verschweißten Komponenten 2, 3 ausgebildet ist, in einem Längsschnitt gezeigt. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich beispielsweise um eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs, wobei als Komponenten 2, 3 zur Ausbildung der Nockenwelle ein Rohr und ein Flanschbereich miteinander verschweißt werden. Die 3 bis 7 zeigen, jeweils in einer Detailansicht eines Schweißnahtbereichs, beispielhaft verschiedene Ausführungsformen der Positionierung der beiden zum Bauteil 1 miteinander verschweißten Komponenten 2, 3. 1 shows a longitudinal sectional view of two in a method for producing a component 1 components to be welded together 2 . 3 made of metal. In 2 is the component 1 , which consists of the two welded together components 2 . 3 is formed, shown in a longitudinal section. In the component 1 For example, it is a camshaft of an internal combustion engine of a vehicle, wherein as components 2 . 3 to form the camshaft a tube and a flange are welded together. The 3 to 7 show, in each case in a detailed view of a weld region, by way of example different embodiments of the positioning of the two to the component 1 welded together components 2 . 3 ,
Zum Verschweißen werden die beiden Komponenten 2, 3 in einer Rotationsvorrichtung 4 einer Vorrichtung 5 zur Herstellung des Bauteils 1, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des Bauteils 1, eingespannt und gehaltert. Die Rotationsvorrichtung 4 zur Halterung der Komponenten 2, 3 ist in den 8 und 10 schematisch stark vereinfacht dargestellt. Dabei sind Haltemittel 6 zur Halterung der Komponenten 2, 3 und nach deren Verschweißen zur Halterung des Bauteils 1 durch Pfeile schematisch stark vereinfacht dargestellt. 9 zeigt das Bauteil 1 mit einer durch das Verschweißen ausgebildeten Schweißnaht 7 und Wärmeeinflusszonen 8, welche seitlich der Schweißnaht 7 durch das Schweißen ausgebildet werden. Diese Wärmeeinflusszonen 8 sind Bereiche, in welchen das Material des Bauteils 1 durch das Einbringen von Wärme während des Schweißens beeinflusst und dadurch in seiner Struktur verändert wird. In 10 ist das in der Vorrichtung 5 eingespannte und bereits geschweißte Bauteil 1 dargestellt.For welding, the two components 2 . 3 in a rotating device 4 a device 5 for the production of the component 1 , in particular for carrying out the method for producing the component 1 , clamped and held. The rotation device 4 for holding the components 2 . 3 is in the 8th and 10 schematically shown greatly simplified. These are holding means 6 for holding the components 2 . 3 and after welding them to hold the component 1 represented by arrows schematically greatly simplified. 9 shows the component 1 with a weld formed by the welding 7 and heat affected zones 8th , which is the side of the weld 7 be formed by welding. These heat affected zones 8th are areas in which the material of the component 1 influenced by the introduction of heat during welding and thereby changed in its structure. In 10 is that in the device 5 clamped and already welded component 1 shown.
Im Verfahren werden die beiden Komponenten 2, 3 mittels zumindest einer Schweißeinheit 9 miteinander verschweißt. In 10 ist eine derartige Schweißeinheit 9 schematisch stark vereinfacht dargestellt. Bei den beiden zu verschweißenden Komponenten 2, 3 handelt es sich um im Wesentlichen rotationssymmetrische Teile, so dass durch das Verschweißen auch die Schweißnaht 7 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet wird. D. h. die beiden Komponenten 2, 3 werden zum Verschweißen derart positioniert, dass sich eine rotationssymmetrische Schweißzone ergibt. Um das Verschweißen zu optimieren, werden vor dem Schweißen miteinander zu verschweißende Bereiche der Komponenten 2, 3 mittels zumindest einer Wärmebehandlungseinheit 11 vorgewärmt. In 10 ist eine solche zum Vorwärmen verwendete Wärmebehandlungseinheit 11 schematisch stark vereinfacht dargestellt.In the process, the two components 2 . 3 by means of at least one welding unit 9 welded together. In 10 is such a welding unit 9 schematically shown greatly simplified. For the two components to be welded 2 . 3 it is essentially rotationally symmetrical parts, so that by welding and the weld 7 is formed substantially rotationally symmetrical. Ie. the two components 2 . 3 are positioned for welding so that there is a rotationally symmetric weld zone. To optimize welding, parts of the components to be welded together before welding 2 . 3 by means of at least one heat treatment unit 11 preheated. In 10 is such a heat treatment unit used for preheating 11 schematically shown greatly simplified.
Vorteilhafterweise wird die durch das Verschweißen ausgebildete Schweißnaht 7 mittels der zumindest einen Wärmebehandlungseinheit 11 wärmebehandelt. Dabei werden auch Bereiche des Bauteils 1, welche an die Schweißnaht 7 angrenzen und durch den während des Schweißens erfolgten Wärmeeintrag beeinflusst wurden, wärmebehandelt. Bei diesen Bereichen handelt es sich um die bereits erwähnten und in 9 dargestellten Wärmeeinflusszonen 8, in welchen die Gefügestruktur des Bauteilmaterials durch die Wärmebeeinflussung verändert wurde. Diese Wärmebehandlung nach dem Schweißen wird auch als Anlassen bezeichnet.Advantageously, the weld formed by welding becomes 7 by means of the at least one heat treatment unit 11 heat treated. This also includes areas of the component 1 , which at the weld 7 and heat affected by the heat input during welding. These areas are those already mentioned and in 9 illustrated heat affected zones 8th in which the microstructure of the component material has been changed by the heat influence. This heat treatment after welding is also referred to as tempering.
Die Vorrichtung 5 zur Durchführung des Verfahrens weist mindestens eine Arbeitsstation auf, an welcher die Rotationsvorrichtung 4 zur Aufnahme der beiden zu verschweißenden Komponenten 2, 3, zumindest eine Schweißeinheit 9 zum Verschweißen der beiden Komponenten 2, 3 und zumindest eine Wärmebehandlungseinheit 11 zum Vorwärmen der miteinander zu verschweißende Bereiche der Komponenten 2, 3 und zur optionalen Wärmebehandlung der Schweißnaht 7 bzw. des Schweißnahtbereichs inklusive der Wärmeeinflusszonen 8 angeordnet sind. Um das Bauteil 1 gemäß dem Verfahren auszubilden, werden die beiden zu verschweißenden Komponenten 2, 3 in die Rotationsvorrichtung 4 eingespannt, wie in 8 schematisch gezeigt. Dazu weist die Rotationsvorrichtung 4 die durch Pfeile angedeuteten Haltemittel 6 auf, welche eine exakte radiale und axiale Positionierung und ein festes Einspannen der beiden Komponenten 2, 3 und später des ausgebildeten Bauteils 1 in der Rotationsvorrichtung 4 sicherstellen.The device 5 for carrying out the method has at least one workstation on which the rotation device 4 for receiving the two components to be welded 2 . 3 , at least one welding unit 9 for welding the two components 2 . 3 and at least one heat treatment unit 11 for preheating the areas of the components to be welded together 2 . 3 and for optional heat treatment of the weld 7 or the weld area including the heat affected zones 8th are arranged. To the component 1 According to the method, the two components to be welded become 2 . 3 in the rotation device 4 clamped, as in 8th shown schematically. For this purpose, the rotation device 4 the holding means indicated by arrows 6 on which an exact radial and axial positioning and a tight clamping of the two components 2 . 3 and later of the formed component 1 in the rotation device 4 to ensure.
Anschließend werden die beiden Komponenten 2, 3 um ihre jeweilige Rotationsachse gedreht, welche der Bauteillängsachse 10 des auszubildenden Bauteils 1 entspricht. Das Drehen der beiden Komponenten 2, 3 und des durch das Verschweißen ausgebildeten Bauteils 1 ist in 10 durch einen Rotationspfeil P dargestellt. Während des Vorwärmens kann dieses Drehen der beiden Komponenten 2, 3 mit derselben Rotationsgeschwindigkeit erfolgen oder mit voneinander abweichenden Rotationsgeschwindigkeiten.Subsequently, the two components 2 . 3 rotated about their respective axis of rotation, which is the component longitudinal axis 10 of the trainee component 1 equivalent. Turning the two components 2 . 3 and the component formed by the welding 1 is in 10 represented by a rotation arrow P. During preheating, this may be turning of the two components 2 . 3 occur at the same rotational speed or with different rotational speeds.
Ist vorgesehen, dass in der Vorrichtung 5 nur Komponenten 2, 3 zur Herstellung eines jeweiligen Bauteils 1 verwendet werden, welche auch während des Vorwärmens mit derselben Rotationsgeschwindigkeit gedreht werden, so weist die Rotationsvorrichtung 4 für die Drehbewegung zweckmäßigerweise lediglich einen Antrieb auf, so dass die beiden Komponenten 2, 3 zwangsläufig mit derselben Rotationsgeschwindigkeit gedreht werden. Eine Relativbewegung der beiden Komponenten 2, 3 zueinander findet somit nicht statt, da sich die beiden Komponenten 2, 3 mit derselben Rotationsgeschwindigkeit um dieselbe Achse drehen. Dieses Ausschließen der Relativbewegung ist für das Verschweißen der Komponenten 2, 3 besonders wichtig, da hier die Komponenten 2, 3 exakt zueinander ausgerichtet und relativ zueinander unbeweglich gehalten werden müssen.Is provided that in the device 5 only components 2 . 3 for producing a respective component 1 are used, which are also rotated during the preheating at the same rotational speed, so the rotating device 4 for the rotational movement expediently only one drive, so that the two components 2 . 3 inevitably be rotated at the same rotational speed. A relative movement of the two components 2 . 3 thus, there is no mutual interaction, since the two components 2 . 3 rotate around the same axis at the same rotation speed. This exclusion of the relative movement is for the welding of the components 2 . 3 especially important, because here are the components 2 . 3 must be aligned exactly with each other and held immovable relative to each other.
Werden die Komponenten 2, 3 während des Vorwärmens mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten bewegt, so muss durch eine entsprechende Einstellung der Rotationsvorrichtung 4 sichergestellt werden, dass sich die beiden Komponenten 2, 3 während des Schweißens mit derselben Rotationsgeschwindigkeit drehen, um eine Relativbewegung der Komponenten 2, 3 während des Schweißens zu verhindern, so dass das Verschweißen der Komponenten 2, 3 ermöglicht ist. Zum Verschweißen sind die beiden Komponenten 2, 3 in der Rotationsvorrichtung 4 derart zueinander positioniert, dass ihre aneinander zu schweißenden Bereiche einander zugewandt sind und aneinander anliegen oder vorgegeben beabstandet sind, um das Verschweißen zu ermöglichen. Zweckmäßigerweise sind die beiden Komponenten 2, 3 auch bereits während des Vorwärmens entsprechend positioniert.Become the components 2 . 3 moved during preheating at different rotational speeds, so must by an appropriate adjustment of the rotary device 4 be sure that the two components 2 . 3 during welding, rotate at the same rotational speed to allow relative movement of the components 2 . 3 during welding, so that the welding of the components 2 . 3 is possible. For welding are the two components 2 . 3 in the rotation device 4 positioned to each other such that their portions to be welded to each other face each other and abut each other or are predetermined spaced to allow the welding. Conveniently, the two components 2 . 3 already positioned during preheating.
Beispielhafte Positionierungen der beiden Komponenten 2, 3 zueinander sind in den 3 bis 7 dargestellt, wobei hier jeweils nur ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung einer Rohrwandung des durch das Verschweißen ausgebildeten Bauteils 1 im Bereich der Schweißnaht 7 dargestellt ist. Die beiden Komponenten 2, 3 sind hier jeweils bereits miteinander verschweißt. So sind die beiden Komponenten 2, 3 in 3 mit ihren Stirnseiten relativ nah zueinander positioniert und in 4 etwas weiter beabstandet, so dass sich in 4 eine über ihre Tiefenausdehnung hinweg etwas breitere Schweißnaht 7 ergibt. In 3 geht die Schweißnaht 7 nur teilweise durch, in 4 geht die Schweißnaht 7 ganz durch. Die Schweißnaht 7 ist jeweils der durch das Schweißen aufgeschmolzene Bereich der beiden Komponenten 2, 3, an welchen sich die in den 3 bis 7 nicht dargestellten Wärmeeinflusszonen 8 anschließen.Exemplary positioning of the two components 2 . 3 to each other are in the 3 to 7 shown here, in each case only one Section of a sectional view of a pipe wall of the formed by the welding member 1 in the area of the weld 7 is shown. The two components 2 . 3 here are each already welded together. So these are the two components 2 . 3 in 3 positioned with their end faces relatively close to each other and in 4 a little further apart, so that in 4 a slightly wider weld along its depth 7 results. In 3 the weld goes 7 only partially through, in 4 the weld goes 7 completely through. The weld 7 is in each case the area of the two components melted by welding 2 . 3 , in which the in the 3 to 7 not shown heat affected zones 8th connect.
In den 5 und 6 sind die Komponenten 2, 3 radial versetzt und axial ineinandergeschoben angeordnet, d. h. die Komponenten 2, 3 weisen einen unterschiedlichen Durchmesser auf, wobei ein Außendurchmesser der dünneren Komponente 3 zweckmäßigerweise mit einem Innendurchmesser der dickeren Komponente 2 korrespondiert, so dass die dünnere Komponente 3 in die dickere Komponente 2 eingeschoben werden kann, wodurch die Komponenten 2, 3 aneinander anliegen und miteinander verschweißt werden können. In 5 werden die beiden Komponenten 2, 3 in einem von den Stirnseiten beabstandeten Bereich miteinander verschweißt, so dass sich die Schweißnaht 7 durch die dickere und dadurch außen angeordnete Komponente 2 hindurch und in die dünnere und dadurch innen angeordnete Komponente 3 hinein erstreckt. In 6 werden die Komponenten 2, 3 im Bereich der Stirnseite der dickeren, außen angeordneten Komponente 2 verschweißt, so dass sich die Schweißnaht 7 über einen inneren Randbereich der Stirnseite der außen angeordneten Komponente 2 und in die innen angeordnete Komponente 3 hinein erstreckt.In the 5 and 6 are the components 2 . 3 radially offset and arranged axially in one another, ie the components 2 . 3 have a different diameter, wherein an outer diameter of the thinner component 3 suitably with an inner diameter of the thicker component 2 corresponds, so the thinner component 3 in the thicker component 2 can be inserted, eliminating the components 2 . 3 abut each other and can be welded together. In 5 become the two components 2 . 3 welded in a region spaced from the end faces area, so that the weld 7 through the thicker and thus arranged outside component 2 through and into the thinner and thus arranged inside component 3 extends into it. In 6 become the components 2 . 3 in the area of the front side of the thicker, externally arranged component 2 welded, so that the weld 7 via an inner edge region of the front side of the externally arranged component 2 and inside the component 3 extends into it.
In 7 weist die erste Komponente 2 eine Reduzierung ihres Außendurchmessers auf, wodurch eine Stufe zwischen einem Bereich mit großem Außendurchmesser und einem Bereich mit reduziertem Außendurchmesser ausgebildet ist. Die zweite Komponente 3 weist einen Innendurchmesser auf, welcher mit diesem reduzierten Außendurchmesser korrespondiert, so dass diese zweite Komponente 3 auf den Bereich mit reduziertem Außendurchmesser der ersten Komponente 2 aufgeschoben und bis an die Stufe herangeschoben werden kann. Der Außendurchmesser der zweiten Komponente 3 ist geringer als der große Außendurchmesser der ersten Komponente 2, so dass die Komponenten 2, 3 im Bereich der Stufe, in welchem sie aneinander anliegen, verschweißt werden. Die Schweißnaht 7 erstreckt sich dabei über einen Außenrandbereich der an der ersten Komponente 2 anliegenden Stirnseite der zweiten Komponente 3 und in den Bereich mit größerem Außendurchmesser der ersten Komponente 2 hinein.In 7 has the first component 2 a reduction in its outer diameter, whereby a step is formed between a large outer diameter portion and a reduced outer diameter portion. The second component 3 has an inner diameter which corresponds to this reduced outer diameter, so that this second component 3 on the area of reduced outer diameter of the first component 2 can be postponed and pushed up to the stage. The outer diameter of the second component 3 is less than the large outer diameter of the first component 2 so the components 2 . 3 in the region of the stage in which they rest against each other, are welded. The weld 7 extends over an outer edge region of the at the first component 2 adjacent end face of the second component 3 and in the larger outer diameter region of the first component 2 into it.
Vor dem Schweißen werden miteinander zu verschweißende Bereiche der Komponenten 2, 3 vorgewärmt. Hierzu weist die Vorrichtung 5 zumindest eine Wärmebehandlungseinheit 11 auf, welche zumindest während des Vorwärmens im Wesentlichen feststehend in der Vorrichtung 5 angeordnet ist, d. h. fest auf die miteinander zu verschweißenden Bereiche der Komponenten 2, 3 ausgerichtet ist. Vorzugsweise weist die Vorrichtung 5 eine Mehrzahl von Wärmebehandlungseinheiten 11 auf, welche um den Umfang der Komponenten 2, 3 vorzugsweise gleichmäßig verteilt positioniert sind. Beispielsweise weist die Vorrichtung 5 zwei Wärmebehandlungseinheiten 11 auf, welche sich gegenüberliegend positioniert sind, oder mehr als zwei Wärmebehandlungseinheiten 11, welche beispielsweise sternförmig um die Komponenten 2, 3 positioniert sind.Before welding, areas of the components to be welded together 2 . 3 preheated. For this purpose, the device 5 at least one heat treatment unit 11 which, at least during preheating, is substantially stationary in the device 5 is arranged, ie firmly on the parts to be welded together of the components 2 . 3 is aligned. Preferably, the device 5 a plurality of heat treatment units 11 on which around the perimeter of the components 2 . 3 preferably positioned evenly distributed. For example, the device 5 two heat treatment units 11 which are positioned opposite one another or more than two heat treatment units 11 which, for example, star-shaped around the components 2 . 3 are positioned.
Die zumindest eine Schweißeinheit 9 der Vorrichtung 5 ist zumindest während des Schweißens im Wesentlichen feststehend in der Vorrichtung 5 angeordnet, d. h. fest auf den zu verschweißenden Bereich der beiden Komponenten 2, 3 ausgerichtet. Vorzugsweise weist die Vorrichtung 5 eine Mehrzahl von Schweißeinheiten 9 auf, welche um den Umfang der beiden Komponenten 2, 3 vorzugsweise gleichmäßig verteilt positioniert sind. Beispielsweise weist die Vorrichtung 5 zwei Schweißeinheiten 9 auf, welche sich gegenüberliegend positioniert sind, oder mehr als zwei Schweißeinheiten 9, welche beispielsweise sternförmig um die zu verschweißenden Komponenten 2, 3 positioniert sind.The at least one welding unit 9 the device 5 is substantially stationary in the device at least during welding 5 arranged, ie firmly on the area to be welded of the two components 2 . 3 aligned. Preferably, the device 5 a plurality of welding units 9 on which around the perimeter of the two components 2 . 3 preferably positioned evenly distributed. For example, the device 5 two welding units 9 which are positioned opposite each other, or more than two welding units 9 , which, for example, in a star shape around the components to be welded 2 . 3 are positioned.
Die zumindest eine Schweißeinheit 9 oder bevorzugt die mehreren Schweißeinheiten 9 ist/sind jeweils beispielsweise als Laserstrahlschweißeinheiten, als Laserhybridschweißeinheiten, als Elektronenstrahlschweißeinheiten, als Kondensatorentladungsschweißeinheiten oder als Metallschutzgasschweißeinheiten ausgebildet, so dass die beiden Komponenten 2, 3 entsprechend durch Laserschweißen, Laserhybridschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Kondensatorentladungsschweißen (KE) oder Metallschutzgasschweißen, d. h. durch Metallschweißen mit inerten Gasen (MIG-Schweißen) oder mit aktiven, also reaktionsfähigen Gasen (MAG-Schweißen) verschweißt werden. Der Schweißprozess kann mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoff erfolgen. Dies ist beispielsweise abhängig vom jeweiligen Schweißverfahren.The at least one welding unit 9 or preferably, the plurality of welding units 9 is / are in each case designed, for example, as laser beam welding units, as laser hybrid welding units, as electron beam welding units, as capacitor discharge welding units or as metal inert gas welding units, so that the two components 2 . 3 Accordingly, by laser welding, laser hybrid welding, electron beam welding, capacitor discharge welding (KE) or gas metal arc welding, ie by metal welding with inert gases (MIG welding) or with active, ie reactive gases (MAG welding) welded. The welding process can be carried out with or without filler metal. This depends, for example, on the particular welding process.
Durch das Vorwärmen der miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Komponenten 2, 3 vor dem Schweißen können mittels dieses Verfahrens Komponenten 2, 3 aus Metall, beispielsweise aus Stahl-, Stahlguss- und/oder Eisengusswerkstoffen, miteinander verschweißt werden, wobei mindestens eine der beiden zu verschweißenden Komponenten 2, 3 einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,25 Gewichtsprozent aufweist, beispielsweise einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,4 Gewichtsprozent. Es können auch beide miteinander zu verschweißenden Komponenten 2, 3 einen solch hohen Kohlenstoffgehalt aufweisen.By preheating the areas of the two components to be welded together 2 . 3 before welding, components can be used by this method 2 . 3 made of metal, for example of steel, cast steel and / or cast iron, are welded together, wherein at least one of the two components to be welded 2 . 3 has a carbon content of more than 0.25% by weight, for example a carbon content of at least 0.4% by weight. It can also be both components to be welded together 2 . 3 have such a high carbon content.
Aufgrund des hohen Kohlenstoffgehaltes sind die Komponenten 2, 3 nur noch bedingt schweißgeeignet. Durch das Verfahren, insbesondere durch das Vorwärmen der miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Komponenten 2, 3, wird jedoch das Verschweißen auch aus solchen Werkstoffen mit hohem Kohlenstoffgehalt gefertigter Komponenten 2, 3 ermöglicht, wobei ein sehr gutes Schweißergebnis mit optimierten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften erzielt wird. Insbesondere wird die Gefahr einer Aufhärtung und von Rissbildungen im Bereich der Schweißnaht 7 reduziert. Die beiden miteinander zu verschweißenden Komponenten 2, 3 können jeweils aus einem Stahlwerkstoff oder jeweils aus einem Eisengusswerkstoff bestehen oder eine der beiden miteinander zu verschweißenden Komponenten 2, 3 besteht aus einem Stahlwerkstoff und die andere Komponente 3, 2 besteht aus einem Eisengusswerkstoff.Due to the high carbon content, the components are 2 . 3 only partially suitable for welding. By the method, in particular by the preheating of the areas of the two components to be welded together 2 . 3 however, welding is also made from such high carbon content components 2 . 3 allowing a very good welding result with optimized strength and toughness properties. In particular, the risk of hardening and cracking in the weld is 7 reduced. The two components to be welded together 2 . 3 can each consist of a steel material or each of a cast iron material or one of the two components to be welded together 2 . 3 consists of a steel material and the other component 3 . 2 consists of a cast iron material.
Zum Verschweißen werden die Komponenten 2, 3 mittels der Rotationsvorrichtung 4 gedreht und somit relativ zu der zumindest einen feststehenden Schweißeineinheit 9 oder den mehreren feststehenden Schweißeinheiten 9 bewegt, so dass die Schweißnaht 7 durch die zumindest eine Schweißeinheit 9 bzw. durch die mehreren Schweißeinheiten 9 ausgebildet wird.For welding, the components 2 . 3 by means of the rotary device 4 rotated and thus relative to the at least one fixed welding unit 9 or the several fixed welding units 9 moves, leaving the weld 7 through the at least one welding unit 9 or through the multiple welding units 9 is trained.
Vorzugsweise wird die ausgebildete Schweißnaht 7 und zweckmäßigerweise die an die Schweißnaht 7 angrenzenden Wärmeeinflusszonen 8 nach dem Schweißen wärmebehandelt. Hierzu wird/werden zweckmäßigerweise die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit 11 bzw. die mehreren Wärmebehandlungseinheiten 11 genutzt, welche bereits zum Vorwärmen der Komponenten 2, 3 genutzt wurden. Auch zumindest während der Wärmebehandlung ist/sind die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit 11 bzw. die mehreren Wärmebehandlungseinheiten 11 im Wesentlichen feststehend in der Vorrichtung 5 angeordnet, d. h. fest auf das durch die miteinander verschweißten Komponenten 2, 3 ausgebildete Bauteil 1 ausgerichtet.Preferably, the formed weld 7 and expediently to the weld 7 adjacent heat-affected zones 8th heat treated after welding. For this purpose, the at least one heat treatment unit will / will be expediently 11 or the plurality of heat treatment units 11 used, which already for preheating the components 2 . 3 were used. Also, at least during the heat treatment is / are at least one heat treatment unit 11 or the plurality of heat treatment units 11 essentially fixed in the device 5 arranged, ie firmly on the through the welded together components 2 . 3 trained component 1 aligned.
Wie bereits erwähnt, kann die Vorrichtung 5 eine Mehrzahl dieser Wärmebehandlungseinheiten 11 aufweisen, welche um den Umfang des Bauteils 1 vorzugsweise gleichmäßig verteilt positioniert sind. Beispielsweise weist die Vorrichtung 5 zwei Wärmebehandlungseinheiten 11 auf, welche sich gegenüberliegend positioniert sind, oder mehr als zwei Wärmebehandlungseinheiten 11, welche beispielsweise sternförmig um das Bauteil 1 positioniert sind. Um die Anordnung und Ausrichtung der Schweißeinheiten 9 und Wärmebehandlungseinheiten 11 nicht zu behindern, sind die einzelnen Einheiten 9, 11 um den Umfang der Komponenten 2, 3 bzw. um den Umfang des durch Verschweißen der Komponenten 2, 3 ausgebildeten Bauteils 1 herum versetzt zueinander angeordnet, wie in 10 dargestellt.As already mentioned, the device can 5 a plurality of these heat treatment units 11 which are around the circumference of the component 1 preferably positioned evenly distributed. For example, the device 5 two heat treatment units 11 which are positioned opposite one another or more than two heat treatment units 11 , which, for example, star-shaped around the component 1 are positioned. To the arrangement and alignment of the welding units 9 and heat treatment units 11 not to hinder, are the individual units 9 . 11 around the scope of the components 2 . 3 or around the circumference of by welding the components 2 . 3 trained component 1 staggered around each other as in 10 shown.
Die eine oder mehreren Schweißeinheiten 9 und/oder die eine oder mehreren Wärmebehandlungseinheiten 11 können, insbesondere bei einer Ausbildung als Lasereinheiten, beispielsweise senkrecht zur Bauteiloberfläche bzw. zur Oberfläche der Komponenten 2, 3 ausgerichtet sein oder in einem anderen Winkel, beispielsweise schräg.The one or more welding units 9 and / or the one or more heat treatment units 11 can, in particular in a training as laser units, for example, perpendicular to the component surface or to the surface of the components 2 . 3 be aligned or at a different angle, for example obliquely.
Die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit 11 oder die bevorzugt mehreren Wärmebehandlungseinheiten 11 ist/sind zweckmäßigerweise jeweils als Lasereinheit oder als Elektronenstrahleinheit ausgebildet. Durch die Verwendung unterschiedlicher Einheiten 9, 11 zum Schweißen einerseits und zum Vorwärmen sowie zur optionalen Wärmebehandlung andererseits können zum Schweißen hochwertige Laserschweißeinheiten mit einer ausreichend hohen Strahlqualität verwendet werden, wodurch ein hoher Energieeintrag und ein gutes Schweißergebnis ermöglicht werden. Zudem können auf diese Weise zum Schweißen auch andere Schweißverfahren eingesetzt werden, welche entsprechend andere Schweißeinheiten 9 erfordern, welche nicht als Laser- oder Elektronenstrahleinheiten ausgebildet sind, wie oben bereits geschildert.The at least one heat treatment unit 11 or the preferred plurality of heat treatment units 11 is / are expediently designed in each case as a laser unit or as an electron beam unit. By using different units 9 . 11 For welding on the one hand and for preheating and for optional heat treatment on the other hand, high-quality laser welding units with a sufficiently high beam quality can be used for welding, whereby a high energy input and a good welding result are made possible. In addition, other welding methods can be used in this way for welding, which according to other welding units 9 require, which are not designed as laser or electron beam units, as already described above.
Für das Vorwärmen und die optionale Wärmebehandlung nach dem Schweißen können kostengünstigere und weniger energiestarke Laser- oder Elektronenstrahleinheiten mit geringerer Strahlqualität verwendet werden, zum Beispiel Diodenlaser. Zudem ist zum Vorwärmen und zur optionalen Wärmebehandlung bei der Verwendung von Lasereinheiten ein breiterer Fokus erforderlich, um während des Vorwärmens die miteinander zu verschweißende Bereiche der Komponenten 2, 3 zu erwärmen und während der Wärmebehandlung nach dem Schweißen nicht nur die Schweißnaht 7 selbst, sondern auch die in 9 dargestellten Wärmeeinflusszonen 8 neben der Schweißnaht 7 wärmezubehandeln. Die Fokusbreite entspricht dabei zweckmäßigerweise in etwa der Breite der Wärmeeinflusszonen 8, d. h. der Breite der Schweißnaht 7 zusätzlich der an die Schweißnaht 7 seitlich angrenzenden Wärmeeinflusszonen 8.For preheating and optional post-weld heat treatment, lower cost and lower energy laser or electron beam units of lower beam quality may be used, for example, diode lasers. In addition, a wider focus is required for preheating and optional heat treatment using laser units to provide the areas of the components to be welded together during preheating 2 . 3 to heat and during heat treatment after welding not only the weld 7 yourself, but also the in 9 illustrated heat affected zones 8th next to the weld 7 heat treat. The focus width expediently corresponds approximately to the width of the heat-affected zones 8th ie the width of the weld 7 in addition to the weld 7 laterally adjacent heat-affected zones 8th ,
Um ein optimales Vorwärmergebnis, ein optimales Schweißergebnis und optional auch ein optimales Wärmebehandlungsergebnis zu ermöglichen, sind an der Rotationsvorrichtung 4 der Vorrichtung 5 zweckmäßigerweise verschiedene Rotationsgeschwindigkeiten einstellbar. So können, wenn das Vorwärmen, das Schweißen und die optionale Wärmebehandlung getrennt voneinander durchgeführt werden, die Komponenten 2, 3 zum Vorwärmen, zum Verschweißen und optional zur Wärmebehandlung mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten gedreht werden.To enable an optimal preheating result, an optimal welding result and optionally also an optimal heat treatment result, are on the rotating device 4 the device 5 suitably different Adjustable rotation speeds. Thus, when preheating, welding and optional heat treatment are performed separately, the components may be used 2 . 3 be rotated for preheating, welding and optionally for heat treatment at different rotational speeds.
Beispielsweise werden die Komponenten 2, 3 zum Vorwärmen mit einer höheren Rotationsgeschwindigkeit gedreht als zum Schweißen. Während des Schweißens werden die Komponenten 2, 3 beispielsweise relativ langsam und um zum Beispiel lediglich eine Umdrehung gedreht, um die Schweißnaht 7 mit einer Schweißeinheit 9 auszubilden, oder lediglich um eine Teilumdrehung bei einem Einsatz mehrerer Schweißeinheiten 9. Dabei wird die Rotationsgeschwindigkeit aus Taktzeitgründen so hoch gewählt, wie dies zur Erreichung eines guten Schweißergebnisses möglich ist.For example, the components become 2 . 3 for preheating rotated at a higher rotational speed than for welding. During welding, the components become 2 . 3 For example, relatively slowly and rotated, for example, only one revolution to the weld 7 with a welding unit 9 form, or only a partial revolution when using multiple welding units 9 , In this case, the rotation speed is selected to be as high for cycle time reasons as is possible to achieve a good welding result.
Zum Vorwärmen wird zweckmäßigerweise eine höhere Rotationsgeschwindigkeit gewählt und die Komponenten 2, 3 werden vorteilhafterweise mehrfach gedreht, um einen gleichmäßigen Wärmeeintrag zu ermöglichen. Beispielsweise werden die Komponenten 2, 3 mit einer derart hohen Rotationsgeschwindigkeit gedreht, dass sie mit einer Vorschubgeschwindigkeit von mehr als 5 m/min. unter der zumindest einen Wärmebehandlungseinheit 11 rotieren, d. h. dass pro Minute fünf Meter der Oberfläche der beiden Komponenten 2, 3 von der zumindest einen Wärmebehandlungseinheit 11 bestrahlt werden. Vorzugsweise erfolgt während des Vorwärmens die zumindest lokale Energieeinkopplung durch die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit 11 oder durch die Mehrzahl von Wärmebehandlungseinheiten 11 derart, dass im späteren Wärmeeinflussbereich der zu verschweißenden Komponenten 2, 3 die Temperatur zumindest im Wesentlichen oberhalb von 200°C liegt. Besonders vorteilhafterweise liegt die Temperatur oberhalb der Martensitstarttemperatur der jeweils miteinander zu verschweißenden Komponenten 2, 3.For preheating, a higher rotational speed is expediently selected and the components 2 . 3 are advantageously rotated several times to allow a uniform heat input. For example, the components become 2 . 3 rotated at such a high rotational speed that they are at a feed rate of more than 5 m / min. under the at least one heat treatment unit 11 rotate, ie that per minute five meters of the surface of the two components 2 . 3 from the at least one heat treatment unit 11 be irradiated. During the preheating, the at least local energy input by the at least one heat treatment unit preferably takes place 11 or by the plurality of heat treatment units 11 such that in the later heat influence region of the components to be welded 2 . 3 the temperature is at least substantially above 200 ° C. Particularly advantageously, the temperature is above the martensite starting temperature of the components to be welded together 2 . 3 ,
Zweckmäßigerweise wird auch das Bauteil 1 während der Wärmebehandlung, wenn diese durchgeführt wird, mit einer gegenüber dem Schweißen erhöhten Rotationsgeschwindigkeit gedreht. Die Rotationsgeschwindigkeit des Bauteils 1 während der Wärmebehandlung kann dabei beispielsweise der Rotationsgeschwindigkeit der beiden Komponenten 2, 3 während des Vorwärmens entsprechen oder auch von dieser abweichen. Durch das schnellere Drehen des Bauteils 1 während der Wärmebehandlung im Vergleich zum Schweißen wird ein gleichmäßiger Wärmeeintrag im Bereich der Schweißnaht 7 und der Wärmeeinflusszonen 8 ermöglicht. Zweckmäßigerweise wird das Bauteil 1 dabei mehrfach gedreht. Auf diese Weise kann der Wärmeeintrag auch mit geringerer Energie erfolgen. Die Rotationsgeschwindigkeit kann auf diese Weise als eine zentrale Steuer- und/oder Regelgröße für das Vorwärmen, das Schweißen und das optionale Wärmebehandeln verwendet werden.Appropriately, the component is also 1 during the heat treatment, when it is performed, with a rotation speed increased from the welding. The rotational speed of the component 1 during the heat treatment can, for example, the rotational speed of the two components 2 . 3 during preheating or deviate from it. By faster turning of the component 1 During the heat treatment compared to welding, a uniform heat input in the area of the weld 7 and the heat affected zones 8th allows. Appropriately, the component 1 rotated several times. In this way, the heat input can also be done with less energy. The rotational speed can thus be used as a central control and / or regulating variable for preheating, welding and optional heat treatment.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden das Schweißen, welches nur eine kurze Bearbeitungszeit von beispielsweise lediglich einigen Sekunden erfordert, und das Vorwärmen vor dem Schweißen und/oder die Wärmebehandlung nach dem Schweißen, welche jeweils eine wesentlich längere Bearbeitungszeit erfordern, um mittels Wärmeleitung eine entsprechende Temperatur unter der Oberfläche des Bauteils 1 zu erreichen, nacheinander durchgeführt, d. h. das Schweißen erst, nachdem das Vorwärmen der miteinander zu verschweißenden Bereiche der Komponenten 2, 3 vollständig abgeschlossen ist und/oder, wenn diese durchgeführt wird, die Wärmebehandlung erst, nachdem das Schweißen beendet ist und das Bauteil 1 somit vollständig ausgebildet ist, denn ein gleichzeitiges Vorwärmen und/oder eine gleichzeitige Wärmebehandlung mit einer für das Schweißen optimalen Rotationsgeschwindigkeit könnte einen inhomogenen, ungleichmäßigen und lokal eng begrenzter Wärmeeintrag zur Folge haben, der zum Verziehen des Bauteils 1 führen könnte.In an advantageous embodiment of the method, the welding, which requires only a short processing time of, for example, only a few seconds, and the preheating before welding and / or the heat treatment after welding, each requiring a much longer processing time to a corresponding by heat conduction Temperature below the surface of the component 1 to achieve successively carried out, ie welding only after preheating the areas of the components to be welded together 2 . 3 is completely completed and / or, if this is done, the heat treatment only after the welding is completed and the component 1 thus completely formed, because a simultaneous preheating and / or a simultaneous heat treatment with an optimum for welding rotation speed could result in an inhomogeneous, non-uniform and locally narrow heat input, the distortion of the component 1 could lead.
Durch das Vorwärmen und optional die Wärmebehandlung jeweils als eigener Arbeitsgang werden im Gegensatz dazu aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit und der Mehrzahl von Umdrehungen ein homogener, gleichmäßiger Wärmeeintrag und eine gleichmäßige und tiefe Wärmeverteilung über den gesamten zu verschweißenden Bereich der jeweiligen Komponente 2, 3 während des Vorwärmens und über den gesamten Schweißnahtbereich des Bauteils 1 hinweg während der abschließenden Wärmebehandlung erreicht, inklusive der Wärmeeinflusszonen 8. Dadurch werden ein gleichmäßiges Vorwärmergebnis durch das Vorwärmen und ein gleichmäßiges Anlassergebnis und eine gleichmäßige Eigenspannungsausbildung durch die abschließende Wärmebehandlung ermöglicht.By the preheating and optionally the heat treatment in each case as a separate operation, in contrast, due to the high rotational speed and the plurality of revolutions, a homogeneous, uniform heat input and a uniform and deep heat distribution over the entire area to be welded of the respective component 2 . 3 during preheating and over the entire weld area of the component 1 during the final heat treatment, including the heat affected zones 8th , This enables a uniform preheating result by the preheating and a uniform starting result and a uniform residual stress formation by the final heat treatment.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung unterschiedlicher Einheiten 9, 11 für das Schweißen einerseits und das Vorwärmen sowie die optionale Wärmebehandlung andererseits liegt darin, dass während des Vorwärmens der Komponenten 2, 3 und, wenn dies durchgeführt wird, während der Wärmebehandlung des Bauteils 1 in der Arbeitsstation, welche jeweils eine deutlich längere Bearbeitungszeit als das Schweißen erfordern, bereits in einer oder mehreren weiteren Arbeitsstationen mittels der zumindest einen Schweißeinheit 9 der Vorrichtung 5 oder bevorzugt mittels der mehreren Schweißeinheiten 9 weitere Komponenten 2, 3 zu Bauteilen 1 verschweißt werden können. D. h. nach dem Schweißen wird die Schweißeinheit 9 oder werden die mehreren Schweißeinheiten 9 auf eine andere Arbeitsstation gerichtet, an welcher bereits weitere Komponenten 2, 3 mit der Wärmebehandlungseinheit 11 oder den mehreren Wärmebehandlungseinheiten 11 dieser weiteren Arbeitsstation vorgewärmt wurden, so dass sie sofort mittels der Schweißeinheit 9 oder den mehreren Schweißeinheiten 9 verschweißt werden können. An der weiteren Arbeitsstation ist die Schweißeinheit 9 oder sind die mehreren Schweißeinheiten 9 dann während des Schweißvorgangs ebenfalls wieder im Wesentlichen feststehend. Bei Laserschweißeinheiten ist diese Ausrichtung der Schweißeinheit 9 oder der Schweißeinheiten 9 zum Beispiel auf einfache Weise mittels einer Strahlweiche pro Schweißeinheit 9 zu realisieren, welche den Laserstrahl der jeweiligen Laserschweißeinheit auf eine andere Arbeitsstation ausrichtet.Another advantage of using different units 9 . 11 for welding on the one hand and preheating and the optional heat treatment on the other hand is that during the preheating of the components 2 . 3 and, if so, during the heat treatment of the component 1 in the workstation, which each require a significantly longer processing time than welding, already in one or more further workstations by means of the at least one welding unit 9 the device 5 or preferably by means of the plurality of welding units 9 other components 2 . 3 to components 1 can be welded. Ie. after this Welding becomes the welding unit 9 or become the multiple welding units 9 directed to another workstation, which already has other components 2 . 3 with the heat treatment unit 11 or the plurality of heat treatment units 11 This further work station were preheated so that they immediately by means of the welding unit 9 or the multiple welding units 9 can be welded. At the other workstation is the welding unit 9 or are the multiple welding units 9 then again essentially stationary during the welding process. For laser welding units, this alignment is the welding unit 9 or the welding units 9 for example, in a simple way by means of a beam switch per welding unit 9 to realize which aligns the laser beam of each laser welding unit to another workstation.
So weist die Vorrichtung 5 beispielsweise zwei oder drei oder mehr Arbeitsstationen auf, wobei jede Arbeitsstation mit kostengünstigen Wärmebehandlungseinheiten 11 ausgerüstet ist, beispielsweise kostengünstigen Lasereinheiten mit geringer Energie. Des Weiteren weist die Vorrichtung 5 eine oder mehrere Schweißeinheiten 9 auf, welche auf die einzelnen Arbeitsstationen auszurichten sind und dort während des Schweißvorgangs im Wesentlichen feststehend sind. Es sind daher wesentlich weniger der kostenintensiven Schweißeinheiten 9 erforderlich, welche beispielsweise als kostenintensive hochwertige Laserschweißeinheiten mit einer hohen Brillanz und Strahlqualität ausgebildet sind. Zudem ist dadurch ein schneller und rationeller Produktionsablauf ermöglicht, wobei beispielsweise nacheinander in drei Arbeitsstationen Komponenten 2, 3 zunächst vorgewärmt werden, zu Bauteilen 1 verschweißt werden und danach vorzugsweise wärmebehandelt werden.So does the device 5 for example, two or three or more workstations, each workstation having inexpensive heat treatment units 11 equipped, for example, low-cost laser units with low energy. Furthermore, the device 5 one or more welding units 9 on which are to be aligned to the individual workstations and there are substantially fixed during the welding process. It is therefore much less costly welding units 9 required, which are designed for example as cost-intensive high-quality laser welding units with a high brilliance and beam quality. In addition, this allows a faster and more efficient production process, for example, successively in three workstations components 2 . 3 be preheated first, to components 1 be welded and then preferably heat treated.
So wird beispielsweise in der ersten Arbeitsstation ein bereits geschweißtes Bauteil 1 wärmebehandelt, während die Schweißeinheit 9 oder die mehreren Schweißeinheiten 9 auf die zweite Arbeitsstation gerichtet sind, um dort die Komponenten 2, 3 zum Bauteil 1 zu verschweißen, und während in der dritten Arbeitsstation weitere Komponenten 2, 3 mittels einer oder mehreren Wärmebehandlungseinheiten 11 dieser dritten Arbeitsstation bereits vorgewärmt werden. Nachdem die Wärmebehandlung in der ersten Arbeitsstation abgeschlossen ist, ist diese erste Arbeitsstation dann mit neuen Komponenten 2, 3 zu bestücken und die Komponenten 2, 3 sind vorzuwärmen, um sie danach mit der Schweißeinheit 9 oder mit den Schweißeinheiten 9 zu verschweißen, nachdem diese die vorgewärmten Komponenten 2, 3 in der dritten Arbeitsstation verschweißt haben. Ein Stillstand der Schweißeinheiten 9 während des Vorwärmens und während der optionalen Wärmebehandlung ist somit vermieden.For example, the first workstation becomes an already welded component 1 heat treated while the welding unit 9 or the multiple welding units 9 are directed to the second workstation to there the components 2 . 3 to the component 1 to weld, and while in the third workstation other components 2 . 3 by means of one or more heat treatment units 11 This third workstation is already preheated. After the heat treatment in the first workstation is complete, this first workstation is then with new components 2 . 3 to equip and the components 2 . 3 preheat to them afterwards with the welding unit 9 or with the welding units 9 to weld after these the preheated components 2 . 3 welded in the third workstation. A stoppage of the welding units 9 during preheating and during the optional heat treatment is thus avoided.
Zusätzlich oder alternativ zu dem oben beschriebenen separaten Vorwärmen der Komponenten 2, 3 vor dem Schweißen, d. h. in einem zum Schweißen separaten Arbeitsgang, kann dieses Vorwärmen auch zeitlich parallel zum Schweißen erfolgen, d. h. der jeweilige zu verschweißende Teilbereich wird erst unmittelbar vor dem Verschweißen vorgewärmt. Dabei trifft mindestens ein Laserstrahl oder Elektronenstrahl der zumindest einen Wärmebehandlungseinheit 11 im Winkelbereich vor dem jeweiligen aktuell zu verschweißenden Fügebereich auf, um so den Vorwärmeffekt direkt vor dem Schweißen zu unterstützen oder herzustellen. Der jeweilige Teilbereich wird somit geschweißt, nachdem dieser Teilbereich vorgewärmt wurde. Das Schweißen wird somit durchgeführt oder zumindest begonnen, bevor das Vorwärmen der gesamten miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Komponenten 2, 3 vollständig abgeschlossen wurde.Additionally or alternatively to the separate preheating of the components described above 2 . 3 before welding, ie in a separate welding operation, this preheating can also take place parallel to the welding time, ie the respective part to be welded is preheated only immediately before welding. At least one laser beam or electron beam strikes the at least one heat treatment unit 11 in the angular range in front of the respective joining region currently to be welded, in order to support or produce the preheating effect directly before welding. The respective subarea is thus welded after this subarea has been preheated. The welding is thus carried out or at least started before the preheating of the entire areas of the two components to be welded together 2 . 3 was completed completely.
Das Gleiche gilt auch für die Wärmebehandlung nach dem Schweißen, wenn diese durchgeführt wird. Auch hier kann, zusätzlich oder alternativ zu der oben beschriebenen separaten Wärmebehandlung als separater Arbeitsgang, zeitlich parallel zum Schweißprozess mindestens ein Laserstrahl oder Elektronenstrahl der zumindest einen Wärmebehandlungseinheit 11 im Winkelbereich nach dem jeweiligen aktuell verschweißten Fügebereich auftreffen, um so die Wärmebehandlung nach dem Schweißen durchzuführen oder zumindest zu starten. Hierbei wird jeweils ein Teilbereich wärmebehandelt, welcher unmittelbar vorher geschweißt wurde. Der jeweilige Teilbereich wird somit wärmebehandelt, nachdem dieser Teilbereich geschweißt wurde. Die Wärmebehandlung wird somit durchgeführt oder zumindest begonnen, bevor das Schweißen des gesamten zu verschweißenden Bereichs des Bauteils 1 vollständig abgeschlossen wurde.The same applies to the heat treatment after welding, when this is done. Here too, in addition to or as an alternative to the separate heat treatment described above as a separate operation, at least one laser beam or electron beam of the at least one heat treatment unit can be used parallel to the welding process 11 In the angular range after the respective currently welded joint area impinge so as to perform the heat treatment after welding or at least start. In this case, a partial area is heat treated in each case, which was welded immediately before. The respective portion is thus heat treated after this portion has been welded. The heat treatment is thus carried out or at least started before the welding of the entire area of the component to be welded 1 was completed completely.
Zusammenfassend wird das Verfahren daher auf die folgende Weise durchgeführt:
Es werden miteinander zu verschweißende Bereiche der Komponenten 2, 3 zunächst mittels zumindest einer Wärmebehandlungseinheit 11 vorgewärmt und danach werden die Komponenten 2, 3 mittels zumindest einer Schweißeinheit 9 miteinander verschweißt. Vorzugsweise wird eine durch das Schweißen ausgebildete Schweißnaht 7 mittels der zumindest einen Wärmebehandlungseinheit 11 wärmebehandelt, d. h. angelassen. Diese Wärmebehandlung betrifft neben der Schweißnaht 7 zweckmäßigerweise auch die an die Schweißnaht 7 angrenzenden und durch das Schweißen beeinflussten Wärmeeinflusszonen 8.In summary, the method is therefore carried out in the following way:
There are areas of the components to be welded together 2 . 3 first by means of at least one heat treatment unit 11 preheated and then the components 2 . 3 by means of at least one welding unit 9 welded together. Preferably, a weld formed by the welding is formed 7 by means of the at least one heat treatment unit 11 heat treated, ie annealed. This heat treatment affects next to the weld 7 expediently also to the weld 7 adjacent and influenced by the welding heat affected zones 8th ,
Vorwärmen vor dem Schweißen kann bedeuten, dass das Vorwärmen als ein separater Arbeitsgang vor dem Schweißen durchgeführt werden kann, wobei das Schweißen erst beginnt, wenn das Vorwärmen der miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Komponenten 2, 3 vollständig abgeschlossen ist. Das Vorwärmen vor dem Schweißen kann ebenfalls bedeuten, dass das Vorwärmen eines relativ kleinen Fügebereichs unmittelbar vor dem Schweißen dieses Fügebereichs erfolgt, d. h. es wird jeweils ein Teilbereich der zu verschweißenden Bereiche der Komponenten 2, 3 vorgewärmt und unmittelbar danach wird dieser Teilbereich verschweißt. Dies wird dadurch erreicht, dass die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit 11 auf einen Teilbereich der miteinander zu verschweißenden Bereiche der Komponenten 2, 3 unmittelbar vor dem Teilbereich ausgerichtet ist, auf welchen die zumindest eine Schweißeinheit 9 ausgerichtet ist, d. h. die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit 11 und die zumindest eine Schweißeinheit 9 sind in Schweißrichtung unmittelbar nacheinander auf die beiden Komponenten 2, 3 gerichtet. Auch eine Kombination dieser beiden Vorgehensweisen zum Vorwärmen ist möglich, d. h. das Vorwärmen beginnt mit einem separaten Vorwärmschritt, an welchen sich dann das weitere Vorwärmen unmittelbar vor dem Schweißen anschließt. Auf diese Weise können die miteinander zu verschweißenden Bereiche der Komponenten 2, 3 zunächst über längere Zeit gleichmäßig erwärmt werden, so dass sich die Wärme gleichmäßig von der Oberfläche der Komponenten 2, 3 in die Tiefe ausbreiten kann. Durch das weitere Vorwärmen unmittelbar vor dem Schweißen wird dann sichergestellt, dass die Temperatur nicht wieder zu stark abfällt und dass eine ausreichend hohe Vorwärmtemperatur unmittelbar vor dem Schweißen vorhanden ist.Preheating before welding may mean that preheating can be done as a separate operation before welding, with welding only starting when Preheating the areas of the two components to be welded together 2 . 3 is completely completed. The preheating before welding can also mean that the preheating of a relatively small joining region takes place immediately before the welding of this joining region, ie in each case a partial region of the regions of the components to be welded becomes 2 . 3 preheated and immediately after this part is welded. This is achieved in that the at least one heat treatment unit 11 to a portion of the areas of the components to be welded together 2 . 3 is aligned directly in front of the portion on which the at least one welding unit 9 is aligned, ie the at least one heat treatment unit 11 and the at least one welding unit 9 are in welding direction immediately one after the other on the two components 2 . 3 directed. A combination of these two procedures for preheating is possible, ie the preheating begins with a separate preheating step, which then followed by further preheating immediately before welding. In this way, the areas of the components to be welded together can be 2 . 3 First, heat it evenly over a long period of time, so that the heat is evenly distributed from the surface of the components 2 . 3 can spread into the depths. By further preheating immediately before welding is then ensured that the temperature does not drop too much again and that a sufficiently high preheating temperature is present immediately before welding.
Das zum Vorwärmen gesagte trifft sinngemäß auch für die Wärmebehandlung nach dem Schweißen zu, wenn eine solche durchgeführt wird. D. h. Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann bedeuten, dass die Wärmebehandlung als ein separater Arbeitsgang nach dem Schweißen durchgeführt werden kann, wobei die Wärmebehandlung erst beginnt, wenn das Verschweißen der beiden Komponenten 2, 3 zum Bauteil 1 vollständig abgeschlossen ist. Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann ebenfalls bedeuten, dass die Wärmebehandlung eines relativ kleinen Fügebereichs unmittelbar nach dem Schweißen dieses Fügebereichs erfolgt, d. h. es wird jeweils ein Teilbereich der zu verschweißenden Bereiche der Komponenten 2, 3 geschweißt und unmittelbar danach wird dieser Teilbereich wärmebehandelt. Dies wird dadurch erreicht, dass die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit 11 auf einen Teilbereich der miteinander verschweißten Bereiche der Komponenten 2, 3 unmittelbar nach dem Teilbereich ausgerichtet ist, auf welchen die zumindest eine Schweißeinheit 9 ausgerichtet ist, d. h. die zumindest eine Schweißeinheit 9 und die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit 11 sind in Schweißrichtung unmittelbar nacheinander auf die beiden Komponenten 2, 3 gerichtet. Auch eine Kombination dieser beiden Vorgehensweisen zum Wärmebehandeln ist möglich, d. h. die Wärmebehandlung beginnt unmittelbar nach dem Schweißen des jeweiligen Teilbereichs und setzt sich, nachdem das Schweißen des Bauteils 1 vollständig abgeschlossen ist, als separate Wärmebehandlung fort. Auf diese Weise kann die Wärmebehandlung unmittelbar nach dem Schweißen des jeweiligen kleinen Teilbereichs begonnen werden, wodurch ein starkes Abkühlen nach dem Schweißen vermieden wird. Anschließend wird die Wärmebehandlung fortgesetzt, um ein optimales Anlassergebnis zu erzielen.The said for preheating applies mutatis mutandis to the heat treatment after welding, if such is performed. Ie. Heat treatment after welding may mean that the heat treatment can be carried out as a separate operation after welding, wherein the heat treatment does not begin until the welding of the two components 2 . 3 to the component 1 is completely completed. The heat treatment after welding may also mean that the heat treatment of a relatively small joining region takes place immediately after the welding of this joining region, ie in each case a partial region of the regions of the components to be welded becomes 2 . 3 welded and immediately thereafter, this portion is heat treated. This is achieved in that the at least one heat treatment unit 11 to a portion of the welded together areas of the components 2 . 3 is aligned immediately after the portion on which the at least one welding unit 9 is aligned, ie the at least one welding unit 9 and the at least one heat treatment unit 11 are in welding direction immediately one after the other on the two components 2 . 3 directed. A combination of these two methods of heat treatment is possible, ie the heat treatment begins immediately after the welding of the respective sub-area and settles after the welding of the component 1 Completely completed, as a separate heat treatment continues. In this way, the heat treatment can be started immediately after the welding of the respective small portion, whereby a strong cooling after welding is avoided. Subsequently, the heat treatment is continued to achieve an optimal starting result.
Wird sowohl das Vorwärmen unmittelbar vor dem Schweißen als auch die Wärmebehandlung unmittelbar nach dem Schweißen durchgeführt, d. h. wird die Wärmebehandlung eines Bereichs am Bauteil 1 bereits begonnen, bevor das Vorwärmen der Komponenten 2, 3 des Bauteils 1 abgeschlossen ist, so weist die Vorrichtung 5 zweckmäßigerweise eine Mehrzahl Wärmebehandlungseinheiten 11 auf, von welchen dann eine oder mehrere zum Vorwärmen und eine oder mehrere andere zur Wärmebehandlung eingesetzt werden. Alternativ kann auch eine so genannte Scannereinrichtung eingesetzt werden, um den Laserstrahl oder Elektronenstrahl einer Wärmebehandlungseinheit 11 abwechselnd auf einen Bereich unmittelbar vor dem aktuellen Schweißbereich und auf einen Bereich unmittelbar hinter dem aktuellen Schweißbereich auszurichten.When both the pre-heating immediately before welding and the heat treatment are carried out immediately after welding, that is, the heat treatment of an area on the component 1 already started before the preheating of the components 2 . 3 of the component 1 is completed, so assigns the device 5 expediently a plurality of heat treatment units 11 of which then one or more are used for preheating and one or more others for heat treatment. Alternatively, a so-called scanner device can be used to the laser beam or electron beam of a heat treatment unit 11 to align alternately to an area just before the current weld area and to an area immediately behind the current weld area.
Durch das Verfahren und die Vorrichtung 5 wird insbesondere im Bereich der Schweißnaht 7 die Bauteilzähigkeit erhöht und schädliche Bauteileigenspannungen werden reduziert, um erhöhte dynamische Festigkeitswerte zu erzielen. Das mit dem Verfahren und mit der Vorrichtung 5 zur Durchführung des Verfahrens herzustellende Bauteil 1 ist beispielsweise ein Bauteil 1, welches durch Verschweißen zweier Komponenten 2, 3 ausgebildet ist, wobei die Komponenten 2, 3 jeweils aus Stahl oder aus einem Eisengusswerkstoff ausgebildet sind, wobei mindestens eine der Komponenten 2, 3 einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,4 Gewichtsprozent aufweist und wobei eine Vickershärte des Bauteils 1 im Schweißnahtbereich und in an die Schweißnaht 7 angrenzenden Wärmeeinflusszonen 8 geringer ist als 500 HV 1.By the method and the device 5 especially in the area of the weld 7 Component toughness increases and harmful component residual stresses are reduced in order to achieve increased dynamic strength values. The procedure and the device 5 to produce the method to be manufactured component 1 is for example a component 1 , which by welding two components 2 . 3 is formed, wherein the components 2 . 3 each formed of steel or of a cast iron material, wherein at least one of the components 2 . 3 having a carbon content of at least 0.4% by weight and having a Vickers hardness of the component 1 in the weld area and in the weld 7 adjacent heat-affected zones 8th less than 500 HV 1.
Das Verfahren und die Vorrichtung 5 ermöglichen eine wirtschaftliche und sichere Gesamtprozessführung der Bauteilherstellung, wobei durch den Verfahrensablauf, insbesondere durch das Vorwärmen der miteinander zu verschweißenden Bereiche der Komponenten 2, 3, das Grundproblem der schlechten Schweißeignung der Werkstoffe mit hohem Kohlenstoffgehalt, insbesondere die Gefahr der Aufhärtung und Härterisse, verringert oder vermieden wird und gleichzeitig die Schlagzähigkeit und Schwingfestigkeit verbessert wird. Dies ist insbesondere für im Wesentlichen rotationssymmetrische Teile für Verbrennungsmotoren von großer Bedeutung, beispielsweise für Nockenwellen von Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge. Des Weiteren ist durch diese mittels des Verfahrens und der Vorrichtung 5 verbesserten Eigenschaften des Bauteils 1 eine Verringerung eines Qualitätssicherungsaufwandes insbesondere in der Großserienfertigung zu erreichen, Garantie- und Kulanzkosten werden reduziert und die Kundenzufriedenheit wird gesteigert. Zudem ermöglichen das Verfahren und die Vorrichtung 5 die prozesssichere Herstellung von Bauteilen 1 mittels Schweißkombinationen, die bislang nur mit deutlich größerem Risiko möglich waren. Dadurch wird ein konstruktiver Gestaltungsfreiraum erhöht.The method and the device 5 allow an economical and secure overall process management of component production, with the process flow, in particular by the preheating of the areas of the components to be welded together 2 . 3 that the basic problem of poor weldability of the high carbon materials, in particular the risk of hardening and hardening cracks, is reduced or avoided while at the same time the impact resistance and fatigue strength are improved. This is in particular for substantially rotationally symmetrical parts for internal combustion engines of great importance, for example, for camshafts of internal combustion engines for vehicles. Furthermore, by this means of the method and the device 5 improved properties of the component 1 Reduction of quality assurance efforts, especially in mass production, guarantee and goodwill costs are reduced and customer satisfaction is increased. In addition, the method and the device allow 5 the process-reliable production of components 1 using welding combinations that were previously only possible with significantly greater risk. As a result, a constructive freedom of design is increased.
Bei derartigen Bauteilen 1, die zumindest eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Schweißverbindung aufweisen, ist ohne das beschriebene Vorwärmen und die beschriebene optionale Wärmebehandlung oftmals die durch den Fügeprozess entstandene Schweißnaht 7 Schwachpunkt unter dynamischer Belastung, insbesondere bei einer Ausbildung der Komponenten 2, 3 aus Werkstoffen mit einem hohen Kohlenstoffgehalt, welche ohne das beschriebene Vorwärmen nicht oder nur mit sehr schlechter Schweißqualität zu schweißen sind. Beim Schweißen wird Material der beiden zu verbindenden Komponenten 2, 3 aufgeschmolzen. Nach der Erstarrung entsteht neben der unvermeidbaren Kerbe an der Schweißwurzel ein aufgehärtetes, nicht entspanntes Schweißgefüge. Die Praxis zeigt, dass unter umlaufender dynamischer Biegebeanspruchung genau diese Schweißnaht 7 bzw. der Schweißwurzelbereich Ausgangsstelle für Schwinganrisse und somit lebensdauerlimitierend sind. Dies gilt insbesondere beim Fügen von gebauten Nockenwellen durch Schweißen des Flanschbereiches an das Rohr, bevorzugt durch Laserschweißen. D. h. das als Nockenwelle ausgebildete Bauteil 1 wird durch Verschweißen des Flanschbereichs mit dem Rohr ausgebildet. Unter motorischen Bedingungen (Umlaufbiegung) stellt genau diese Schweißnaht 7 den Schwachpunkt dar.In such components 1 , which have at least one essentially rotationally symmetrical welded connection, is often the weld seam produced by the joining process without the described preheating and the described optional heat treatment 7 Weak point under dynamic load, especially with a training of the components 2 . 3 from materials with a high carbon content, which are not weldable without the described preheating or only with very poor welding quality. When welding material is the two components to be joined 2 . 3 melted. After solidification, in addition to the unavoidable notch at the weld root, a hardened, not relaxed weld structure is created. Practice shows that under circumferential dynamic bending stress exactly this weld 7 or the weld root area starting point for oscillation cracks and thus life-limiting. This is especially true when joining assembled camshafts by welding the flange area to the pipe, preferably by laser welding. Ie. the formed as a camshaft component 1 is formed by welding the flange portion to the pipe. Under motor conditions (circulation bend) represents exactly this weld 7 the weak point.
Zur Erhöhung der dynamischen Bauteilfestigkeit bzw. der Lebensdauer des Bauteils 1, beispielsweise der Nockenwelle, muss genau dieser Bereich optimiert werden. Eine Vermeidung der Kerbwirkung im Bereich der Schweißwurzel, zum Beispiel durch eine Nachbearbeitung, ist aufgrund der Zugänglichkeit nicht möglich, da sich die Schweißwurzel im Bauteilinneren des hohlen Rohres befindet.To increase the dynamic component strength or the life of the component 1 For example, the camshaft, exactly this area must be optimized. An avoidance of the notch effect in the area of the weld root, for example by a post-processing, is not possible because of the accessibility, since the weld root is located in the component interior of the hollow tube.
Daher werden zunächst die miteinander zu verschweißenden Bereiche der beiden Komponenten 2, 3 vorgewärmt, um das Verschweißen mit einem guten Schweißergebnis zu ermöglichen, und die beim Schweißen erzeugte Schweißnaht 7, welche eine Art Härtegefüge darstellt, wird vorzugsweise auf die beschriebene Weise durch die nachfolgende Wärmebehandlung entspannt, d. h. die Schweißnaht 7 wird bei erhöhten Temperaturen nachträglich angelassen, um eine Erhöhung der Bauteilzähigkeit und eine Reduzierung schädlicher Bauteilzugeigenspannungen zu bewirken. Dies führt zu verbesserten dynamischen Festigkeitswerten. Auf diese Weise wird der Schweißnahtbereich nicht geometrisch, sondern werkstofftechnisch optimiert. Durch das Anlassen wird die Bauteilzähigkeit erhöht und schädliche Bauteileigenspannungen werden reduziert, um erhöhte dynamische Festigkeitskennwerte zu erzielen.Therefore, first, the areas to be welded together of the two components 2 . 3 preheated to allow welding with a good welding result, and the weld produced during welding 7 , which represents a kind of hardness structure, is preferably relaxed in the manner described by the subsequent heat treatment, ie, the weld 7 is subsequently annealed at elevated temperatures to effect an increase in component toughness and a reduction in deleterious component residual stresses. This leads to improved dynamic strength values. In this way, the weld seam area is not geometrically optimized, but material technology. Tempering increases component toughness and reduces deleterious component residual stresses to achieve increased dynamic strength characteristics.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dieses Anlassen in einem Ofen oder mittels Induktion durchzuführen. Nachteilig hierbei sind einerseits die hohe Wärmeeinbringung und damit der Verzug des Bauteils 1, gegebenenfalls auch die Verzunderung am Bauteil 1. Des Weiteren ist der Materialtransport von der Schweißanlage zur Anlassstation logistisch aufwändig und kostenintensiv. Zudem tritt bei einer Erwärmung durch Induktion ein hoher Verschleiß der Induktoren auf. Mittels des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung 5 zu dessen Durchführung wird dies verhindert, da das Anlassen, d. h. die Wärmebehandlung, wenn eine solche durchgeführt wird, in derselben Aufspannung wie das Schweißen durchgeführt werden, d. h. das Bauteil 1 bleibt in der Arbeitsstation und in der Rotationsvorrichtung 4 eingespannt. Die Wärmebehandlung kann direkt nach dem Schweißen ohne einen Transport des Bauteils 1 oder ein Neueinspannen des Bauteils 1 erfolgen. Daraus resultiert eine kürzere Verarbeitungszeit und logistisch sowie zeitlich aufwändige und kostenintensive Materialtransporte sind vermieden.From the prior art it is known to perform this annealing in an oven or by induction. The disadvantage here is on the one hand the high heat input and thus the delay of the component 1 , possibly also the scaling on the component 1 , Furthermore, the material transport from the welding system to the starting station is logistically complex and cost-intensive. In addition, when heated by induction, a high wear of the inductors occurs. By means of the described method and the device 5 This is prevented for its implementation, since the tempering, ie the heat treatment, if carried out, is carried out in the same setting as the welding, ie the component 1 stays in the workstation and in the rotation device 4 clamped. The heat treatment can be done directly after welding without any transport of the component 1 or reloading the component 1 respectively. This results in a shorter processing time and logistical and time-consuming and costly material transports are avoided.
Auch das obligatorische Vorwärmen der miteinander zu verschweißenden Bereiche der Komponenten 2, 3 wird in derselben Aufspannung wie das Schweißen durchgeführt, d. h. das Bauteil 1 wird in der Arbeitsstation und in der Rotationsvorrichtung 4 eingespannt, vorgewärmt, geschweißt und optional wärmebehandelt. Auch das Vorwärmen ist auf die zu verschweißenden Bereiche der Komponenten 2, 3 begrenzt, so dass eine Energieeinsparung beispielsweise gegenüber einer Erwärmung der Komponenten 2, 3 in einem Ofen erreicht wird. Zudem finden auch zwischen dem Vorwärmen und dem Schweißen kein Transport und kein Neueinspannen der Komponenten 2, 3 statt. Daraus resultiert eine kürzere Verarbeitungszeit und logistisch sowie zeitlich aufwändige und kostenintensive Materialtransporte sind vermieden.Also, the obligatory preheating of the parts of the components to be welded together 2 . 3 is carried out in the same setting as the welding, ie the component 1 gets in the workstation and in the rotation device 4 clamped, preheated, welded and optionally heat treated. The preheating is also on the areas of the components to be welded 2 . 3 limited, so that energy savings, for example, against heating of the components 2 . 3 is achieved in an oven. In addition, there is no transport and no relocking of the components between preheating and welding 2 . 3 instead of. This results in a shorter processing time and logistical and time-consuming and costly material transports are avoided.
Durch ein lokales Vorwärmen nur der miteinander zu verschweißenden Bereiche der Komponenten 2, 3 und durch ein optionales lokales Anlassen nur im Bereich der Schweißnaht 7, inklusive der Wärmeeinflusszonen 8, mit Hilfe zumindest eines Laser- oder Elektronenstrahls, d. h. mit Hilfe einer oder mehrerer Lasereinheiten oder Elektronenstrahleinheiten als Wärmebehandlungseinheiten 11, kann die Energieeinbringung und damit auch der Bauteilverzug gering gehalten werden. Aufgrund der stark gesunkenen Preise für Laserstrahlquellen wird das Vorwärmen und das optionale Anlassen mittels Laser auch wirtschaftlich interessant, da sich deutliche Einsparungen an Energiekosten und Verschleißteilen erzielen lassen. Des Weiteren ist, wie bereits beschrieben, keine weitere Aufspannung bzw. kein Materialtransport an eine weitere Anlage bzw. an einen Ofen nötig.By a local preheating only the areas of the components to be welded together 2 . 3 and by an optional local tempering only in the area of the weld 7 , including the heat affected zones 8th , with the help of at least one laser or electron beam, ie with the aid of one or more laser units or electron beam units as heat treatment units 11 , the energy input and thus the component delay can be kept low. Due to the sharp drop in prices for laser sources, preheating and optional laser starting is also of economic interest, since significant savings in energy costs and wearing parts can be achieved. Furthermore, as already described, no further clamping or material transport to a further system or to an oven is necessary.
Das Verfahren ist sehr wirtschaftlich und kostengünstig, da für das Vorwärmen und die optionale Wärmebehandlung kostengünstige Lasereinheiten verwendet werden können. Zudem ist das Verfahren auf einfache Weise in einen bereits vorhandenen Schweißprozess zu integrieren, beispielsweise durch die Installation einer oder mehrerer Wärmebehandlungseinheiten 11. Im Vergleich zu induktiver Erwärmung mit einem hohen Verschleiß der Induktoren tritt bei dem Verfahren mit als Lasereinheiten oder Elektronenstrahleinheiten ausgebildeten Wärmebehandlungseinheiten 11 ein wesentlich geringerer Verschleiß auf. Ein Energieverbrauch ist, insbesondere im Vergleich zu einem Vorwärmen und einer Wärmebehandlung in einem Ofen, wesentlich geringer.The process is very economical and cost effective, as preheating and optional heat treatment can be carried out using inexpensive laser units. In addition, the method is easy to integrate into an existing welding process, for example by installing one or more heat treatment units 11 , Compared to inductive heating with a high wear of the inductors occurs in the process with formed as laser units or electron beam units heat treatment units 11 a much lower wear on. Energy consumption is significantly lower, especially compared to preheating and heat treatment in an oven.
Mittels des Verfahren ist eine Lebensdauer des Bauteils 1 erhöht, eine dynamische Bauteilfestigkeit ist gesteigert und konstruktive Freiheitsgrade sind erhöht, beispielsweise ist eine Verringerung einer Wandstärke und somit eine Verringerung des Gewichts ermöglicht. Diese Gesichtspunkte spielen insbesondere bei einem als Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs ausgebildeten Bauteil 1 eine erhebliche Rolle. Durch das Verfahren ist somit auch ein Beitrag zum Leichtbau ermöglicht und Motorschäden durch eine zerstörte Nockenwelle werden vermieden oder zumindest auf ein Minimum reduziert.By means of the method is a life of the component 1 increases, a dynamic component strength is increased and constructive degrees of freedom are increased, for example, a reduction in wall thickness and thus a reduction in weight is possible. These aspects play in particular in a component designed as a camshaft for an internal combustion engine of a vehicle 1 a significant role. The method thus also makes a contribution to lightweight construction possible and engine damage caused by a destroyed camshaft is avoided or at least reduced to a minimum.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele. Beispielsweise können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Komponenten 2, 3 aus Metall, beispielsweise aus Stahl-, Stahlguss- und/oder Eisengusswerkstoffen, miteinander verschweißt werden, wobei die zu verschweißenden Komponenten 2, 3 einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,25 Gewichtsprozent aufweisen.The invention is not limited to the described embodiments. For example, by means of the method according to the invention also components 2 . 3 made of metal, for example of steel, cast steel and / or cast iron materials, are welded together, wherein the components to be welded 2 . 3 have a carbon content of less than 0.25 weight percent.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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EP 1640105 A1 [0002] EP 1640105 A1 [0002]
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DE 102004001166 B4 [0003] DE 102004001166 B4 [0003]
