DE102014202835A1

DE102014202835A1 - Method for laser welding of cavities

Info

Publication number: DE102014202835A1
Application number: DE102014202835.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Burbaum; Andreas Kreutzer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschweißen von Kavitäten aufweisenden Bauteilen (3, 4) aus metallischen, insbesondere aus austenitischen Werkstoffen, bei dem die zu schweißenden Bauteile (3, 4) in einem Vorwärmprozess vorgewärmt und anschließend durch einen Tiefschweißprozess mittels Laserstrahlung miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zu schweißenden Bauteile (3, 4) in dem Vorwärmprozess im Bereich der herzustellenden Schweißnähte (9, 10) durch Laserstrahlung vorgewärmt werden und/oder dass die tiefgeschweißten Schweißnähte (9, 10) in einem Wärmeleitungsschweißprozess durch Laserstrahlung nachbehandelt werden.The invention relates to a method for the laser welding of cavities comprising components (3, 4) of metallic, in particular of austenitic materials, in which the components to be welded (3, 4) are preheated in a preheating process and then connected to each other by a deep welding process by means of laser radiation, characterized in that the components to be welded (3, 4) in the preheating in the region of the welds to be produced (9, 10) are preheated by laser radiation and / or that the deep-welded welds (9, 10) are treated by laser radiation in a heat conduction welding process.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschweißen von Kavitäten aufweisenden Bauteilen aus metallischen, insbesondere aus austenitischen Werkstoffen, bei dem die zu schweißenden Bauteile in einem Vorwärmprozess vorgewärmt und anschließend durch einen Tiefschweißprozess mittels Laserstrahlung miteinander verbunden werden. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Laserstrahleinrichtung, die eine Laserstrahlquelle und eine im Strahlengang der Laserstrahlquelle positionierte Zoom-Optik aufweist, einer Antriebseinrichtung, die mit der Laserstrahleinrichtung gekoppelt ist, um diese zu verfahren, und einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Laserstrahleinrichtung und der Antriebseinrichtung aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung automatisch die Laserstrahleinrichtung durch Betätigung der Antriebseinrichtung verfährt und die Zoom-Optik einstellt, um zwei Bauteile durch einen Tiefschweißprozess miteinander zu verbinden. The present invention relates to a method for the laser welding of components comprising cavities made of metallic, in particular of austenitic materials, in which the components to be welded are preheated in a preheating process and subsequently connected to each other by a deep welding process by means of laser radiation. Furthermore, the present invention relates to an apparatus for performing the method with a laser beam device having a laser beam source and a positioned in the beam path of the laser beam source zoom optics, a drive device which is coupled to the laser beam device to move them, and a control device for Having control of the laser beam device and the drive device, wherein the control device automatically moves the laser beam device by operating the drive device and adjusts the zoom optics to connect two components by a deep welding process with each other.

Das Laserstrahlschweißen oder Laserschweißen wird in erster Linie zum Verschweißen von metallischen Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug gefügt werden müssen. Daher kommt das Laserstrahlschweißen bevorzugt zum Einsatz, um die Bauteile von Gasturbinen miteinander zu verbinden. Speziell werden durch Laserstrahlschweißen Brennerkomponenten gefügt, die aus austenitischem Werkstoff bestehen und mit Kavitäten versehen sind, durch die im Betrieb flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoff geführt wird. Beispielsweise werden Drallkörper (swirler hub) von Brennern aus einem Nabenkörper und einem aufgesetzten Deckel durch einen Laserschweißprozess hergestellt. Da durch die Kavitäten einer solchen Nabe im Betrieb flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoff geführt wird, dürfen durch den Laserschweißprozess keine kerbebehafteten Wurzeldurchhänge nach dem Schweißprozess verbleiben, weil an solchen Wurzeldurchhängen durch den Brennstoff Korrosionsvorgänge ausgelöst werden können, die zum Versagen der Brennerkomponente führen können. Untersuchungen zum Laserstrahlschweißen an Brennerkomponenten haben gezeigt, dass unter Einsatz eines geschmolzenen Kalzium-Silikat-Schweißpulvers für die Wurzelformierung eine geeigneten Nahtqualität speziell im Wurzelbereich erzielt werden kann. Problematisch ist allerdings, dass sich beim Ausschalten der Laserstrahlung noch kritische Wurzeldurchhänge bilden können. Laser welding or laser welding is primarily used for welding metallic components that have to be joined with high welding speed, narrow and slim weld form and with low thermal distortion. Therefore, the laser beam welding is preferably used to connect the components of gas turbines with each other. Specifically, by laser welding torch components are joined, which consist of austenitic material and are provided with cavities through which during operation liquid and / or gaseous fuel is fed. For example, swirlers of burners are made from a hub body and an attached lid by a laser welding process. Since liquid and / or gaseous fuel is guided through the cavities of such a hub during operation, no laser-welding process leaves any notched root passages after the welding process, because at such root passages through the fuel corrosion can be triggered, which can lead to failure of the burner component. Investigations on laser beam welding on torch components have shown that using a molten calcium silicate welding powder for root formation, a suitable seam quality, especially in the root zone, can be achieved. The problem, however, is that when turning off the laser radiation critical root passages can still form.

Untersuchungen zeigen, dass eine Verbesserung der Nahtoberfläche durch eine Vorwärmung der zu verschweißenden Komponenten verbessert werden kann. Erste Schweißversuche wurden an im Ofen vorgewärmten Bauteilen durchgeführt. Nachteilig hieran ist, dass eine solche Ofenvorwärmung und anschließende Schweißung für eine industrielle Anwendung schwierig umzusetzen ist. Investigations show that an improvement in the seam surface can be improved by preheating the components to be welded. Initial welding tests were carried out on components preheated in the furnace. The disadvantage of this is that such a furnace preheating and subsequent welding is difficult to implement for industrial application.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laserschweißen von Kavitäten aufweisenden Bauteilen der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass die Entstehung von Wurzeldurchhängen auch nach dem Ausschalten der Laserstrahlung vermieden wird. Object of the present invention is therefore to provide a method and apparatus for laser welding of cavities having components of the type mentioned in such a way that the formation of root passages is avoided even after switching off the laser radiation.

Ferner soll das Verfahren zur Automatisierung geeignet sein, um kurze Prozesszeiten zu erreichen. Furthermore, the method should be suitable for automation in order to achieve short process times.

Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die zu schweißenden Bauteile in dem Vorwärmprozess im Bereich der herzustellenden Schweißnähte durch Laserstrahlung vorgewärmt werden und/oder dass die tiefgeschweißten Schweißnähte in einem Wärmeleitungsschweißprozess durch Laserstrahlung nachbehandelt werden. Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist die Aufgabe ferner dadurch gelöst, dass die Steuerungseinrichtung automatisch die Zoom-Optik einstellt und die Laserstrahleinrichtung durch Betätigung der Antriebseinrichtung verfährt, um die zu schweißenden Bauteile vor der Durchführung des Tiefschweißprozesses einem Vorwärmprozess zu unterwerfen, in welchem die zu schweißenden Bauteile im Bereich der herzustellenden Schweißnähte vorgewärmt werden und/oder um die während des Tiefschweißprozesses hergestellten Schweißnähte in einem Wärmeleitungsschweißprozess durch Laserstrahlung nachzubehandeln. This object is achieved in a method of the type mentioned above in that the components to be welded are preheated in the preheating in the welds to be produced by laser radiation and / or that the deep-welded seams are treated by laser radiation in a heat conduction welding process. In a device of the type mentioned above, the object is further achieved in that the control device automatically adjusts the zoom optics and moves the laser beam device by operating the drive means to subject the components to be welded before performing the deep welding process a preheating in which the to be welded components to be welded in the range of welds to be produced and / or to post-treat the welds produced during the deep welding process in a heat conduction welding process by laser radiation.

Der Erfindung liegt damit die Überlegung zugrunde, nicht nur den eigentlichen Fügeprozess, d.h. den Tiefschweißprozess, mittels Laserstrahlung durchzuführen, sondern auch den Vorwärmprozess und/oder die Nachbehandlung durch einen Wärmeleitungsschweißprozess. Hierdurch wird es möglich, alle zum Schweißen erforderlichen Prozessschritte mittels einer einzigen Laserschweißeinrichtung auszuführen, wodurch einerseits der apparatetechnische Aufwand gering gehalten wird und andererseits kurze Prozesszeiten erreicht werden können. The invention is therefore based on the consideration, not only the actual joining process, i. the deep welding process to perform by means of laser radiation, but also the preheating and / or the post-treatment by a heat conduction welding process. This makes it possible to carry out all the process steps required for welding by means of a single laser welding device, whereby on the one hand the apparatus-technical effort is kept low and on the other hand, short process times can be achieved.

Gerätetechnisch wird hierzu eine Laserstrahleinrichtung eingesetzt, die eine Laserstrahlquelle und eine im Strahlengang der Laserstrahlquelle positionierte Zoom-Optik aufweist. Diese wird durch die Steuerungseinrichtung der Laserschweißvorrichtung für den durchzuführenden Schweißprozessschritt (Vorwärmen, Tiefschweißen, Wärmeleitungsschweißen) jeweils in geeigneter Weise eingestellt. Für den Tiefschweißprozess empfiehlt sich die Bearbeitung mit einem Laserstrahl, der eine sogenannte Top Hat-Intensitätsverteilung aufweist. Entsprechend stellt die Steuerungseinrichtung die Laserstrahleinrichtung und insbesondere die Zoom-Optik automatisch ein, um den Tiefschweißprozess mit der Top Hat-Intensitätsverteilung durchzuführen. Für den Vorwärmprozess und den Wärmeleitungsschweißprozess sind geringere Laserintensitäten, dafür jedoch größere Einstrahlungsflächen (Brennpunkte) an den zu bearbeitenden Bauteilen gewünscht. Entsprechend wird die Zoom-Optik für diese Prozesse jeweils so eingestellt, dass sie für den durchzuführenden Prozess den Laserstrahl geeignet fokussieren und auf diese Weise die Größe des Brennpunktes und damit auch die Intensität der durch den Laserstrahl eingebrachten Energie eingestellt wird. Device technology, a laser beam device is used for this purpose, which has a laser beam source and a positioned in the beam path of the laser beam source zoom optics. This is set by the controller of the laser welding apparatus for the welding process step to be performed (preheating, deep welding, thermal conduction welding), respectively. For the deep welding process, it is recommended to use a laser beam that has a has so-called top hat intensity distribution. Accordingly, the controller automatically adjusts the laser beam device, and particularly the zoom optics, to perform the deep welding process with the top hat intensity distribution. For the preheating process and the heat conduction welding process, lower laser intensities are required, but larger irradiation areas (focal points) on the components to be processed are desired. Accordingly, the zoom optics for these processes are each set so that they appropriately focus the laser beam for the process to be performed and in this way the size of the focal point and thus also the intensity of the introduced by the laser beam energy is adjusted.

Es hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Schweißnähte keiner oder nur noch einer geringfügigen Nachbearbeitung bedürfen und eine hohe Schweißnahtqualität ohne Zusatzwerkstoffe erreicht werden kann. It has been found that welds produced by the method according to the invention require no or only a minor reworking and a high weld quality can be achieved without additional materials.

Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt With regard to advantageous embodiments of the invention, reference is made to the following description of an embodiment with reference to the accompanying drawings. In the drawing shows

1 schematisch eine Laserschweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, eingesetzt zum Schweißen der Nabe eines Drallkörpers (swirler hub), 1 schematically a laser welding apparatus according to the present invention used for welding the hub of a swirler hub,

2 die Fokussierung des Laserstrahls beim Tiefschweißprozess und 2 the focusing of the laser beam in the deep welding process and

3 die Fokussierung des Laserstrahls beim Vorwärmen und beim Wärmeleitungsschweißen. 3 the focusing of the laser beam during preheating and heat conduction welding.

Die 1 zeigt eine Laserschweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eingesetzt wird, um Bauteile aus metallischen und insbesondere austenitischen Werkstoffen zu verschweißen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Laserschweißvorrichtung 1 konkret eingesetzt, um die Nabe 2 eines Drallkörpers (swirler hub) aus einem Nabenkörper 3 und einem aufgesetzten Deckel 4 herzustellen. Derartige Naben 2 für Drallkörper sind typische Bauteile von Brennerkomponenten, die ihren Einsatz in der Gasturbinentechnologie finden. Sie weisen in ihrem Inneren Kavitäten in Form von ringförmig um eine Nabenachse N verlaufenden Kanälen 5, 6 auf, von denen ausgehend sich durch die Außenwandung der Nabe 2 Bohrungen (7, 8) nach außen erstrecken, durch welche im Betrieb Drallschaufeln mit Brennstoff versorgt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Kavität 5 in der vorderen Stirnfläche des Nabenkörpers 3 ausgebildet, die unter Bildung eines Ringkanals durch den Deckel 4 verschlossen wird, der auf die vordere Stirnfläche des Nabenkörpers 3 aufgesetzt ist und mit diesem verschweißt wird. The 1 shows a laser welding apparatus according to the present invention, which is used to weld components of metallic and austenitic materials in particular. In the illustrated embodiment, the laser welding device 1 used concretely to the hub 2 a swirler hub from a hub body 3 and an attached lid 4 manufacture. Such hubs 2 Swirl bodies are typical components of burner components used in gas turbine technology. They have in their interior cavities in the form of annularly extending around a hub axis N channels 5 . 6 on, starting from which through the outer wall of the hub 2 Holes ( 7 . 8th ) extend to the outside through which swirl blades are supplied with fuel during operation. In the illustrated embodiment, a cavity 5 in the front end surface of the hub body 3 formed, forming an annular channel through the lid 4 is closed, which on the front end face of the hub body 3 is attached and welded with this.

Erfindungsgemäß werden die beiden Bauteile 3, 4 in einem dreistufigen Prozess mittels der Laserschweißeinrichtung 1 miteinander verbunden, bei dem sie zunächst in einem Vorwärmprozess im Bereich der herzustellenden Schweißnähte 9, 10 durch Laserstrahlung vorgewärmt werden, anschließend durch einen Tiefschweißprozess mittels Laserstrahlung miteinander verbunden werden und abschließend die tiefgeschweißten Schweißnähte in einem Wärmeleitungsschweißprozess durch Laserstrahlung nachbehandelt werden. According to the invention, the two components 3 . 4 in a three-stage process by means of the laser welding device 1 in which they first in a preheating process in the field of welds to be produced 9 . 10 be preheated by laser radiation, then connected by a deep welding process by means of laser radiation and finally the deep-welded seams are treated in a heat conduction welding process by laser radiation.

Zur Durchführung dieses dreistufigen Fügeprozesses wird eine Laserschweißvorrichtung 1 mit an sich bekannter Ausgestaltung verwendet. Die Laserschweißvorrichtung 1 umfasst eine Laserstrahleinrichtung 11, die eine Laserstrahlquelle 12, von der in der Zeichnung nur die Faser gezeigt ist, und eine im Strahlengang Z der Laserstrahlquelle 12 positionierte Zoom-Optik 13 aufweist. Ferner umfasst die Laserschweißvorrichtung eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung, die mit der Laserstrahleinrichtung gekoppelt ist, um diese zu verfahren und auf diese Weise an der gewünschten Position gegenüber der herzustellenden Schweißnaht zu positionieren und entlang dieser zu verfahren. Schließlich ist eine Steuerungseinrichtung 14 zur Steuerung der Laserstrahleinrichtung 11 und der Antriebseinrichtung vorgesehen. Die Steuerungseinrichtung 14 ist ausgebildet, die Laserstrahleinrichtung 11 durch Betätigung der Antriebseinrichtung automatisch zu verfahren und die Zoom-Optik einzustellen. To carry out this three-stage joining process is a laser welding device 1 used with per se known embodiment. The laser welding device 1 includes a laser beam device 11 which is a laser beam source 12 of which only the fiber is shown in the drawing, and one in the beam path Z of the laser beam source 12 positioned zoom optics 13 having. Furthermore, the laser welding device comprises a drive device, not shown, which is coupled to the laser beam device in order to move it and in this way to position it at the desired position with respect to the weld seam to be produced and to move along it. Finally, a control device 14 for controlling the laser beam device 11 and the drive means provided. The control device 14 is formed, the laser beam device 11 to move automatically by operating the drive device and adjust the zoom optics.

Die Zoom-Optik 13 umfasst in an sich bekannter Weise mehrere Linsen, nämlich eine Kollimationslinse 15, eine Linse 16 zur Aufweitung des Laserstrahls und eine Fokussierlinse 17, die in dieser Reihenfolge in dem Strahlengang Z ausgehend von der Laserstrahlquelle 12 in Richtung der zu bearbeitenden Werkstücke hintereinander angeordnet sind. Dabei ist eine Linse – hier die Linse 16 zur Aufweitung des Laserstrahls – in der Richtung des Strahlengangs Z verstellbar, um eine Verstellung des Brennpunktes eines erzeugten Laserstrahls zu ermöglichen. The zoom optics 13 comprises in a conventional manner a plurality of lenses, namely a collimating lens 15 , a lens 16 for expanding the laser beam and a focusing lens 17 , which in this order in the beam path Z, starting from the laser beam source 12 are arranged one behind the other in the direction of the workpieces to be machined. Here is a lens - here the lens 16 for expanding the laser beam - in the direction of the beam Z adjustable to allow adjustment of the focal point of a laser beam generated.

In dem Tiefschweißprozess ist die Einbringung einer hohen Energiedichte bis in eine Tiefe von mehreren Millimetern in die zu fügenden Bauteile erforderlich. Entsprechend wird die Linse 16 zur Aufweitung des Laserstrahls für den Tiefschweißprozess automatisch so eingestellt, dass ein kleiner Brennpunkt entsteht und die Intensitätsverteilung des Laserstrahls eine Top Hat-Qualität besitzt, wie dies in der 2 angedeutet ist. In the deep welding process, the introduction of a high energy density down to a depth of several millimeters in the components to be joined is required. Accordingly, the lens 16 For expanding the laser beam for the deep welding process automatically adjusted so that a small focal point is formed and the intensity distribution of the laser beam has a Top Hat quality, as in the 2 is indicated.

Zur Ausführung des Vorwärmprozesses, der vor dem Schweißprozess stattfindet, und des Wärmeleitungsschweißprozesses, in welchem die tiefgeschweißten Nähte nachbehandelt werden, ist der Eintrag von Laserstrahlung gegenüber dem Tiefschweißvorgang auf einer größeren Fläche und mit einer geringeren Intensität gewünscht. Entsprechend wird hier die verstellbare Linse 16 so positioniert, dass der Brennpunkt an der Werkstückoberfläche entsprechend groß ist. Mit anderen Worten wird die verstellbare Linse 16 so positioniert, dass eine stärkere Aufweitung des Laserstrahls im Vergleich zu dem Tiefschweißprozess stattfindet. In order to carry out the preheating process, which takes place before the welding process, and the thermal conduction welding process, in which the deep-welded seams are aftertreated, the entry of laser radiation is desired over the deep-welding process in a larger area and with a lower intensity. Accordingly, here is the adjustable lens 16 positioned so that the focal point on the workpiece surface is correspondingly large. In other words, the adjustable lens 16 positioned so that a greater expansion of the laser beam takes place in comparison to the deep welding process.

Zur Herstellung einer Schweißverbindung wird die Laserschweißeinrichtung 11 gegenüber den zu fügenden Bauteilen 3, 4 positioniert und eingestellt, um den Vorwärmprozess auszuführen. Entsprechend wird die Linse 16 zur Aufweitung des Laserstrahls in Z-Richtung so verstellt, dass der in 3 dargestellte und zuvor erläuterte Brennpunkt entsteht. Anschließend wird die Laserstrahleinrichtung 11 automatisch mittels der Antriebseinrichtung entlang der herzustellenden Schweißnaht 9 verfahren, um den Nabenkörper 3 und den Deckel 4 im Bereich der herzustellenden Schweißnaht 9 vorzuwärmen. To make a welded joint, the laser welding device 11 opposite to the components to be joined 3 . 4 positioned and adjusted to perform the preheat process. Accordingly, the lens 16 adjusted to the expansion of the laser beam in the Z direction so that the in 3 shown and previously explained focus arises. Subsequently, the laser beam device 11 automatically by means of the drive device along the weld to be produced 9 proceed to the hub body 3 and the lid 4 in the area of the weld to be produced 9 preheat.

Nach Durchführung des Vorwärmprozesses wird die Linse 16 zur Aufweitung des Laserstrahls verstellt, um im Bereich der herzustellenden Schweißnähte eine Top Hat-Intensitätsverteilung mit einem gegenüber dem Vorwärmprozess kleinen Brennpunkt, jedoch einer hohen Intensität, die über die Brennfläche im Wesentlichen gleichbleibend ist, zu erhalten. Anschließend wird die Laserstrahleinrichtung wieder entlang der herzustellenden Schweißnaht 9 verfahren, um den Nabenkörper 3 und den Deckel 4 in einem Tiefschweißprozess miteinander zu verbinden. After the preheating process, the lens becomes 16 adjusted to the expansion of the laser beam in order to obtain a top hat intensity distribution in the region of the welds to be produced with a small focal point compared with the preheating process, but a high intensity which is substantially constant over the focal surface. Subsequently, the laser beam device is again along the weld to be produced 9 proceed to the hub body 3 and the lid 4 to join together in a deep welding process.

Nach Beendigung des Tiefschweißprozesses wird die Linse 16 zur Aufweitung des Laserstrahls wiederum verstellt, um den Laserstrahl aufzuweiten und damit den Brennpunkt zur Durchführung eines Wärmeleitungsschweißprozesses zu vergrößern. Schließlich wird die Schweißeinrichtung 11 wiederum entlang der Schweißnaht 9 verfahren, um die tiefgeschweißte Naht einem Wärmeleitungsschweißprozess zu unterziehen. After completion of the deep welding process, the lens becomes 16 for expanding the laser beam in turn adjusted to widen the laser beam and thus to increase the focal point for performing a thermal conduction welding process. Finally, the welding device 11 again along the weld 9 to subject the deep-welded seam to a thermal conduction welding process.

Die vorgenannten Vorgänge laufen automatisch ab, da die Kontur der herzustellenden Schweißnaht 9 und die Position der verstellbaren Linse 16 zur Aufweitung des Laserstrahls für die jeweiligen Prozessschritte in der Steuerungseinrichtung abgelegt sind. Somit kann die Verbindung der zu fügenden Bauteile vollautomatisch und in kurzer Zeit mittels einer Schweißvorrichtung erfolgen. The aforementioned processes take place automatically, since the contour of the weld to be produced 9 and the position of the adjustable lens 16 are stored for expanding the laser beam for the respective process steps in the control device. Thus, the connection of the components to be joined can be done fully automatically and in a short time by means of a welding device.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Verfahren zum Laserschweißen von Kavitäten aufweisenden Bauteilen (3, 4) aus metallischen, insbesondere aus austenitischen Werkstoffen, bei dem die zu schweißenden Bauteile (3, 4) in einem Vorwärmprozess vorgewärmt und anschließend durch einen Tiefschweißprozess mittels Laserstrahlung miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zu schweißenden Bauteile (3, 4) in dem Vorwärmprozess im Bereich der herzustellenden Schweißnähte (9, 10) durch Laserstrahlung vorgewärmt werden und/oder dass die tiefgeschweißten Schweißnähte (9, 10) in einem Wärmeleitungsschweißprozess durch Laserstrahlung nachbehandelt werden. Method for the laser welding of cavities ( 3 . 4 ) of metallic, in particular of austenitic materials, in which the components to be welded ( 3 . 4 ) are preheated in a preheating process and then connected to each other by a deep welding process by means of laser radiation, characterized in that the components to be welded ( 3 . 4 ) in the preheating process in the region of the welds to be produced ( 9 . 10 ) are preheated by laser radiation and / or that the deep-welded welds ( 9 . 10 ) are post-treated by laser radiation in a heat conduction welding process.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefschweißprozess mit einem Laserstrahl durchgeführt wird, der eine Top Hat-Intensitätsverteilung aufweist. A method according to claim 1, characterized in that the deep welding process is performed with a laser beam having a top hat intensity distribution.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärmprozess und/oder der Wärmeleitungsschweißprozess mittels der gleichen Laserschweißeinrichtung (11) ausgeführt wird, die auch für den Tiefschweißprozess eingesetzt wird. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the preheating process and / or the heat conduction welding process by means of the same laser welding device ( 11 ), which is also used for the deep welding process.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laserschweißeinrichtung (11) mit einer Laserstrahlquelle (12) und einer Zoom-Optik (13), die wenigstens eine entlang des Strahlengangs (Z) der Laserstrahlquelle verstellbare Linse (16) aufweist, verwendet wird, und dass die Zoom-Optik (13) eingestellt wird, um den erzeugten Laserstrahl für den jeweils durchzuführenden Prozess geeignet zu fokussieren und auf diese Weise die Größe des Brennpunkts (B) festzulegen. Method according to claim 3, characterized in that a laser welding device ( 11 ) with a laser beam source ( 12 ) and a zoom lens ( 13 ), the at least one along the beam path (Z) of the laser beam source adjustable lens ( 16 ), and that the zoom optics ( 13 ) is set to properly focus the generated laser beam for each process to be performed, thereby determining the size of the focal point (B).

Laserschweißvorrichtung zum Laserschweißen von Kavitäten aufweisenden Bauteilen aus metallischen, insbesondere austenitischen Werkstoffen, mit einer Laserstrahleinrichtung (11), die eine Laserstrahlquelle (12) und eine im Strahlengang der Laserstrahlquelle (12) positionierte Zoom-Optik (13) aufweist, einer Antriebseinrichtung, die mit der Laserstrahleinrichtung (11) gekoppelt ist, um diese zu verfahren, und einer Steuerungseinrichtung (14) zur Steuerung der Laserstrahleinrichtung (11) und der Antriebseinrichtung aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung (14) automatisch die Laserstrahleinrichtung (11) durch Betätigung der Antriebseinrichtung verfährt und die Zoom-Optik (13) einstellt, um zwei Bauteile (3, 4) durch einen Tiefschweißprozess miteinander zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (14) automatisch die Zoom-Optik (13) einstellt und die Laserstrahleinrichtung (11) durch Betätigung der Antriebseinrichtung verfährt, um die zu schweißenden Bauteile (3, 4) vor der Durchführung des Tiefschweißprozesses einem Vorwärmprozess zu unterwerfen, in welchem die zu schweißenden Bauteile (3, 4) im Bereich der herzustellenden Schweißnähte (9, 10) vorgewärmt werden und/oder um die während des Tiefschweißprozesses hergestellten Schweißnähte (9, 10) in einem Wärmeleitungsschweißprozess durch Laserstrahlung nachzubehandeln. Laser welding device for the laser welding of components comprising cavities made of metallic, in particular austenitic materials, with a laser beam device ( 11 ), which is a laser beam source ( 12 ) and one in the beam path of the laser beam source ( 12 ) positioned zoom optics ( 13 ), a drive device connected to the laser beam device ( 11 ) in order to move it, and a control device ( 14 ) for controlling the laser beam device ( 11 ) and the drive device, wherein the control device ( 14 ) automatically the laser beam device ( 11 ) by actuating the drive device moves and the zoom optics ( 13 ) to accommodate two components ( 3 . 4 ) by a deep welding process, characterized in that the control device ( 14 ) automatically the zoom optics ( 13 ) and the laser beam device ( 11 ) is moved by actuating the drive device to the components to be welded ( 3 . 4 ) prior to performing the deep welding process to subject a preheating process in which the components to be welded ( 3 . 4 ) in the region of the welds to be produced ( 9 . 10 ) are preheated and / or around the welds produced during the deep-welding process ( 9 . 10 ) post-treated in a heat conduction welding process by laser radiation.

Laserschweißvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahleinrichtung (11) ausgebildet ist, einen Laserstrahl mit einer Top Hat-Intensitätsverteilung zu erzeugen und dass die Steuerungseinrichtung (14) die Laserstrahleinrichtung (11) und insbesondere die Zoom-Optik (13) einstellt, um den Tiefschweißprozess mit der Top Hat-Intensitätsverteilung durchzuführen. Laser welding device according to claim 5, characterized in that the laser beam device ( 11 ) is adapted to generate a laser beam with a top hat intensity distribution and that the control device ( 14 ) the laser beam device ( 11 ) and in particular the zoom optics ( 13 ) to perform the deep welding process with the top hat intensity distribution.