DE102022004766A1 - Method for laser beam welding of at least one component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen (10) wenigstens eines Bauelements (12), bei welchem mittels einer Schweißeinrichtung (18) durch einen von der Schweißeinrichtung (18) bereitgestellten und auf das Bauelement (12) gerichteten Laserstrahl (20) wenigstens eine Schweißnaht (22) in einem Schweißbereich (24) des Bauelements (12) hergestellt wird, wobei ein sich senkrecht zu einer Axialrichtung (26) des Laserstrahls (20) erstreckendes Strahlprofil (28) des Laserstrahls (20), welcher von der Schweißeinrichtung (18) bereitgestellt wird, zumindest in Umfangsrichtung (30) der Schweißnaht (22) einer vollständigen Kontur (32) der Schweißnaht (22) entspricht.The invention relates to a method for laser beam welding (10) of at least one component (12), in which at least one weld seam (20) is produced by means of a welding device (18) using a laser beam (20) provided by the welding device (18) and directed onto the component (12). 22) is produced in a welding area (24) of the component (12), a beam profile (28) of the laser beam (20) extending perpendicular to an axial direction (26) of the laser beam (20), which is provided by the welding device (18). is, at least in the circumferential direction (30) of the weld seam (22), corresponds to a complete contour (32) of the weld seam (22).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen wenigstens eines Bauelements gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for laser beam welding of at least one component according to the preamble of claim 1.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen wenigstens eines Bauelements bereits hinlänglich bekannt. Bei dem Verfahren wird mittels einer Schweißeinrichtung durch einen von der Schweißeinrichtung bereitgestellten, insbesondere von der Schweißeinrichtung ausgesendeten, und auf das Bauelement, insbesondere direkt, gerichteten Laserstrahl wenigstens eine Schweißnaht in einem Schweißbereich, insbesondere einem Nahtbereich, des Bauelements hergestellt beziehungsweise erstellt.A method for laser beam welding of at least one component is already well known from the general state of the art. In the method, at least one weld seam is produced or created in a welding area, in particular a seam area, of the component by means of a welding device by a laser beam provided by the welding device, in particular emitted by the welding device, and directed onto the component, in particular directly.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen wenigstens eines Bauelements zu schaffen, so dass eine Qualität einer Schweißnaht besonders erhöht werden kann.The object of the present invention is to create a method for laser beam welding of at least one component, so that the quality of a weld seam can be particularly increased.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen wenigstens eines Bauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention by a method for laser beam welding of at least one component with the features of claim 1. Advantageous embodiments with useful developments of the invention are specified in the remaining claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass ein sich senkrecht zu einer Axialrichtung des Laserstrahls erstreckendes Strahlprofil des Laserstrahls, welcher von der Schweißeinrichtung, insbesondere zum Herstellen der Schweißnaht, bereitgestellt wird, zumindest in Umfangsrichtung der Schweißnaht, insbesondere ununterbrochen, einer vollständigen Kontur der, insbesondere zu schweißenden beziehungsweise geschweißten, Schweißnaht entspricht. Dies bedeutet, dass der Laserstrahl das Strahlprofil aufweist, welches senkrecht zu der Axialrichtung des Laserstrahls verläuft, wobei das Strahlprofil zumindest in Umfangsrichtung der Schweißnaht der vollständigen Kontur der Schweißnaht entspricht. In anderen Worten wird mittels des von der Schweißeinrichtung bereitgestellten beziehungsweise ausgesendeten Laserstrahls ein Abbild der mittels des Laserstrahls zu schweißenden Schweißnaht, das heißt ein Abbild der kompletten Kontur einer zu verschweißenden Verbindung, auf dem Bauelement, insbesondere auf einer Oberfläche des Bauelements beziehungsweise in dem Schweißbereich, abgebildet, um die Schweißnaht, insbesondere gemäß dem Abbild, herzustellen. Somit wird als der Laserstrahl beispielsweise ein geformtes Strahlprofil verwendet beziehungsweise angewendet, welches die komplette Kontur der zu schweißenden Verbindung ununterbrochen abbildet, und insbesondere im Prozess verschweißt. Unter dem Prozess kann insbesondere ein Schweißprozess verstanden werden. Wieder in anderen Worten wird mittels des Laserstrahls eine komplette Stoßkontur, insbesondere ringsherum, verschweißt, so dass weder Schweißnahtanfang noch Schweißnahtende der Schweißnaht entstehen. Somit werden mittels des Laserstrahls beispielsweise alle Bereiche der Schweißnaht, das heißt die komplette Schweißnaht, zeitgleich geschweißt beziehungsweise hergestellt.The method according to the invention provides that a beam profile of the laser beam, which extends perpendicular to an axial direction of the laser beam and is provided by the welding device, in particular for producing the weld seam, at least in the circumferential direction of the weld seam, in particular uninterrupted, a complete contour of the, in particular welding or welded, weld seam corresponds. This means that the laser beam has the beam profile which runs perpendicular to the axial direction of the laser beam, the beam profile corresponding to the complete contour of the weld seam at least in the circumferential direction of the weld seam. In other words, by means of the laser beam provided or emitted by the welding device, an image of the weld seam to be welded using the laser beam, that is, an image of the complete contour of a connection to be welded, is created on the component, in particular on a surface of the component or in the welding area. shown in order to produce the weld seam, in particular according to the image. Thus, for example, a shaped beam profile is used or applied as the laser beam, which continuously maps the complete contour of the connection to be welded, and in particular is welded in the process. The process can be understood in particular as a welding process. In other words, a complete joint contour, in particular all around, is welded using the laser beam, so that neither the start nor the end of the weld seam is created. For example, all areas of the weld seam, i.e. the entire weld seam, are welded or produced at the same time using the laser beam.
Unter der Stoßkontur kann insbesondere eine Kontur beziehungsweise eine Form eines Schweißstoßes verstanden werden. Unter dem Schweißstoß kann insbesondere ein Bereich, beispielsweise der Nahtbereich, verstanden werden, wobei in dem Bereich miteinander zu verschweißende Bauelemente, insbesondere das Bauelement und ein separat von dem Bauelement ausgebildetes, weiteres Bauelement, miteinander vereinigt werden.The joint contour can be understood to mean in particular a contour or a shape of a weld joint. The welding joint can be understood in particular to mean an area, for example the seam area, in which components to be welded together, in particular the component and a further component formed separately from the component, are combined with one another in the area.
Unter dem Strahlprofil kann insbesondere ein Querschnitt des Laserstrahls verstanden werden. Unter der Kontur der Schweißnaht kann insbesondere eine Form beziehungsweise eine Erstreckung der Schweißnaht verstanden werden. Die Kontur der Schweißnaht erstreckt sich vorzugsweise auf der Oberfläche des Bauelements. Insbesondere erstreckt sich die Kontur der Schweißnaht in einer Ebene, welche vorzugsweise senkrecht zu der Axialrichtung des Laserstrahls verläuft.The beam profile can be understood in particular as a cross section of the laser beam. The contour of the weld seam can be understood in particular to mean a shape or an extent of the weld seam. The contour of the weld seam preferably extends on the surface of the component. In particular, the contour of the weld seam extends in a plane which is preferably perpendicular to the axial direction of the laser beam.
Unter dem Laserstrahlschweißen kann insbesondere ein Schweißprozess beziehungsweise eine Schweißoperation verstanden werden, bei welcher mittels des von der Schweißeinrichtung bereitgestellten beziehungsweise ausgesendeten Laserstrahls geschweißt wird. Beispielsweise handelt es sich bei dem Verfahren zum Laserstrahlschweißen um ein Verfahren zum Dichtschweißen, insbesondere mittels Laserstrahlschweißen beziehungsweise mittels des Laserstrahls. Unter dem Dichtschweißen kann insbesondere ein Herstellen einer dichten Verbindung zwischen zwei Bauelementen mittels Schweißen verstanden werden.Laser beam welding can in particular be understood as meaning a welding process or a welding operation in which welding takes place using the laser beam provided or emitted by the welding device. For example, the method for laser beam welding is a method for seal welding, in particular by means of laser beam welding or by means of the laser beam. Seal welding can be understood in particular to mean producing a tight connection between two components by means of welding.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Das Laserstrahlschweißen, insbesondere Dichtschweißen, von wenigstens einem Bauelement, insbesondere von zwei oder mehreren Bauelementen, kann mehreren Herausforderungen unterliegen. So kann bei einem herkömmlichen Verfahren zum Laserstrahlschweißen über beispielsweise eine Scanneroptik der Laserstrahl, insbesondere relativ zu dem Bauelement, bewegt werden, um die Schweißnaht herzustellen. Dies kann insbesondere als bewegter Strahl beziehungsweise als bewegter Schweißstrahl bezeichnet werden. Nachteilig kann dabei sein, dass der insbesondere als Anfang bezeichnete Schweißnahtanfang und das insbesondere als Ende bezeichnete Schweißnahtende der Schweißnaht entstehen, insbesondere dadurch, dass der Schweißstrahl von dem Schweißnahtanfang zu dem Schweißnahtende bewegt wird, um die Schweißnaht herzustellen. Zwar ist es prinzipiell denkbar, den Schweißnahtanfang und das Schweißnahtende außerhalb einer eigentlichen Dichtschweißzone zu positionieren oder den Schweißnahtanfang und das Schweißnahtende mehrmals mittels des Laserstrahls zu überfahren, beispielsweise mittels überlagerter Strahloszillation (Wobbeln), allerdings kann sich dies negativ auf die Qualität der Schweißnaht auswirken. Insbesondere kann bei Anwendung des bewegten Strahls sowohl der insbesondere als Einstieg bezeichnete Schweißnahtanfang als auch das Schweißnahtende einen Endkrater ausbilden, welcher eine potentielle Leckagestelle sein kann, so dass beispielsweise eine Gesamtbauteilverbindung undicht werden kann.The invention is based in particular on the following findings and considerations: Laser beam welding, in particular seal welding, of at least one component, in particular two or more components, can be subject to several challenges. In a conventional method for laser beam welding, for example, the laser beam can be moved, in particular relative to the component, via scanner optics in order to produce the weld seam. This can be referred to in particular as a moving beam or as a moving welding beam. It can be disadvantageous that the beginning of the weld seam, which is particularly referred to as the beginning, and in particular The weld end of the weld seam, referred to as the end, is created, in particular by the welding beam being moved from the start of the weld seam to the end of the weld seam in order to produce the weld seam. Although it is in principle conceivable to position the start and end of the weld seam outside of an actual sealing weld zone or to pass over the start and end of the weld seam several times using the laser beam, for example by means of superimposed beam oscillation (wobbling), this can have a negative effect on the quality of the weld seam. In particular, when using the moving beam, both the beginning of the weld seam, which is referred to in particular as the entry point, and the end of the weld seam can form an end crater, which can be a potential leak point, so that, for example, an entire component connection can become leaky.
Demgegenüber kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Qualität der Schweißnaht beziehungsweise eine Qualität des Schweißprozesses, insbesondere der Schweißverbindung, besonders erhöht werden. Dadurch, dass das Strahlprofil des Laserstrahls zumindest in Umfangsrichtung der Schweißnaht der vollständigen Kontur der Schweißnaht entspricht, kann ein besonders verbessertes Dichtschweißen bewirkt werden, insbesondere durch Entfall von potentiellen Fehlerstellen wie Schweißnahtanfang und Schweißnahtende. Ferner kann ein Bauteilverzug beim Schweißen, insbesondere durch symmetrische und zeitgleiche Erwärmung, besonders reduziert beziehungsweise vermieden werden. Ferner kann die Schweißnaht rings der gesamten Stoßgeometrie besonders homogen ausgeprägt beziehungsweise ausgebildet werden. Insgesamt ist erkennbar, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen, insbesondere Dichtschweißen, mittels geformter Laserstrahlkontur bereitgestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei besonders vielen, insbesondere bei allen, zu verschweißenden Werkstoffen angewendet werden. Ferner kann eine Flexibilität gegenüber der Stoßgeometrie besonders hoch sein. Zudem können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens neue Konstruktionsmöglichkeiten geschaffen werden. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach in aktuelle beziehungsweise bestehende Produktionsabläufe integriert werden. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zum Dichtschweißen von Batteriegehäusen, beispielsweise eines Stutzens an einer Befüllöffnung. Somit kann es sich bei dem Bauelement beispielsweise um ein Gehäuseelement eines Speichergehäuses für einen elektrischen Energiespeicher handeln.In contrast, the method according to the invention can be used to particularly increase the quality of the weld seam or a quality of the welding process, in particular of the welded connection. Because the beam profile of the laser beam corresponds to the complete contour of the weld seam at least in the circumferential direction of the weld seam, a particularly improved seal welding can be achieved, in particular by eliminating potential defect points such as the start and end of the weld seam. Furthermore, component distortion during welding can be particularly reduced or avoided, in particular through symmetrical and simultaneous heating. Furthermore, the weld seam can be particularly homogeneous around the entire joint geometry. Overall, it can be seen that the method according to the invention can be used to provide a method for laser beam welding, in particular seal welding, using a shaped laser beam contour. The method according to the invention can be used with a particularly large number, in particular with all, materials to be welded. Furthermore, flexibility with respect to the joint geometry can be particularly high. In addition, new design options can be created using the method according to the invention. In particular, the method according to the invention can be integrated particularly easily into current or existing production processes. The method according to the invention is particularly suitable, for example, for seal-welding battery housings, for example a nozzle at a filling opening. The component can therefore be, for example, a housing element of a storage housing for an electrical energy storage device.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of to abandon invention.
Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
2 schematische Darstellungen unterschiedlicher Konturen einer Schweißnaht, welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden können; und -
3 schematische Darstellungen unterschiedlicher Stoßgeometrien, welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens verschweißt werden können.
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1 a schematic representation of process steps of a process according to the invention; -
2 schematic representations of different contours of a weld seam, which can be produced using a method according to the invention; and -
3 schematic representations of different joint geometries, which can be welded using a method according to the invention.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Das erste Bauelement 12 ist beispielsweise ein Gehäuseelement, beispielsweise für einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Somit kann unter dem ersten Bauelement 12 beispielsweise ein Speichergehäuse verstanden werden. Das Bauelement 12 kann insbesondere als erstes Bauelement 12 bezeichnet werden. In dem in
Beispielsweise ist bei einem ersten der Schritte A das zweite Bauelement 14, insbesondere zunächst, von dem ersten Bauelement 12 beabstandet, das heißt nicht in der Öffnung 16 angeordnet. Beispielsweise wird bei einem, insbesondere nach dem ersten Schritt A stattfindenden, zweiten Schritt B das zweite Bauelement 14, insbesondere direkt, an dem ersten Bauelement 12, insbesondere in der Öffnung 16, angeordnet, wodurch beispielsweise die Öffnung 16 von dem zweiten Bauelement 14 verschlossen wird.For example, in a first step A, the
Bei dem Verfahren wird, insbesondere bei einem nach dem zweiten Schritt B stattfindenden, dritten Schritt C, mittels einer Schweißeinrichtung 18 durch wenigstens einen von der Schweißeinrichtung 18 bereitgestellten beziehungsweise ausgesendeten und auf das erste Bauelement 12, und insbesondere auf das zweite Bauelement 14, gerichteten Laserstrahl 20 wenigstens eine Schweißnaht 22 in einem Schweißbereich 24 des ersten Bauelements 12, und insbesondere des zweiten Bauelements 14, hergestellt, insbesondere um die Bauelemente 12, 14 miteinander zu verschweißen. Unter dem Schweißbereich 24 kann insbesondere der Nahtbereich verstanden werden. Über die Schweißnaht 22 können die Bauelemente 12, 14 miteinander verbunden werden.In the method, in particular in a third step C taking place after the second step B, by means of a
Um eine Qualität der Schweißnaht 22 besonders erhöhen zu können, ist es vorgesehen, dass ein sich senkrecht zur einer Axialrichtung 26 des Laserstrahls 20 erstreckendes Strahlprofil 28 des Laserstrahls 20, welcher von der Schweißeinrichtung 18, insbesondere zum Herstellen der Schweißnaht 22, bereitgestellt wird, zumindest in Umfangsrichtung 30 der Schweißnaht 22, insbesondere ununterbrochen, einer vollständigen Kontur 32 der, insbesondere zu schweißenden beziehungsweise geschweißten, Schweißnaht 22 entspricht.In order to be able to particularly increase the quality of the weld seam 22, it is provided that a
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Schweißnaht 22, insbesondere vollständig, hergestellt beziehungsweise geschweißt wird, während eine Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl 20, insbesondere der Schweißeinrichtung 18, und dem ersten Bauelement 12, und insbesondere dem zweiten Bauelement 14, unterbleibt. Dies bedeutet, dass der Laserstrahl 20 nicht, insbesondere relativ zu dem ersten Bauelement 12, insbesondere relativ zu dem zweiten Bauelement 14, bewegt wird, während das Laserstrahlschweißen 10 durchgeführt wird. In anderen Worten werden die Bauelemente 12, 14 mittels des Laserstrahls 20 bei starr stehender Optik der Schweißeinrichtung 18 miteinander verschweißt. Insbesondere unterbleibt die Relativbewegung während des vollständigen Verfahrens. Das Verfahren ist somit vorzugsweise frei von der Relativbewegung. Dadurch kann die Schweißnaht 22 besonders präzise hergestellt werden. Insbesondere können dabei Fehlerstellen wie Schweißnahtanfang und Schweißnahtende vermieden werden, wodurch eine Dichtigkeit einer Schweißverbindung, insbesondere der Schweißverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauelement 12, 14, besonders erhöht werden kann beziehungsweise hergestellt werden kann. Durch das Unterbleiben der Relativbewegung beziehungsweise durch die starr stehende Optik kann eine Positioniergenauigkeit der Schweißnaht 22 besonders verbessert werden.It is preferably provided that the weld seam 22 is produced or welded, in particular completely, while there is no relative movement between the
In dem in
In weiterer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Kontur 32 der Schweißnaht 22, welche mit dieser Schweißeinrichtung 18, insbesondere durch den von der Schweißeinrichtung 18 bereitgestellten beziehungsweise ausgesendeten Laserstrahl 20, hergestellt wird, als, insbesondere vollständig, geschlossenes Profil 36, insbesondere Hohlprofil, ausgebildet ist beziehungsweise wird. In anderen Worten wird eine umlaufende, insbesondere dichte, Schweißnaht 22, mittels des Laserstrahls 20 erstellt beziehungsweise hergestellt. Dies ist beispielsweise in
In weiterer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Profil 36 beziehungsweise die Kontur 32 der Schweißnaht 22 als Rundprofil 38 oder als Rechteckprofil 40 beziehungsweise als Rechteck oder asymmetrisches Profil 42 ausgebildet ist beziehungsweise wird. Dies ist in
In dem in
In weiterer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Laserstrahl 20 zum Herstellen der Schweißnaht 22 mit dieser Schweißeinrichtung 18 gepulst bereitgestellt beziehungsweise ausgesendet wird. In anderen Worten handelt es sich bei dem Laserstrahl 20 um einen gepulsten Laserstrahl 20. Dies bedeutet insbesondere, dass die Schweißnaht 22 mittels eines oder mehrerer hintereinander folgender Laserpulse geschweißt beziehungsweise hergestellt wird. Dadurch kann eine Taktzeit zum Verschweißen der Bauelemente 12, 14 besonders reduziert werden, insbesondere durch Einsatz von besonders schneller Laserpulse. Ferner kann ein Energieaufwand zum Schweißen besonders gering gehalten werden. Dies bedeutet, dass durch das Laserpulsen beispielsweise eine Energieeinsparung erzielt werden kann. Unter dem Laserpuls kann insbesondere ein Laserpuls mit konturiertem Laserstrahl verstanden werden. Eine Pulsdauer des Laserstrahls 20 ist beispielsweise kleiner, insbesondere genau, 5 Sekunden. In anderen Worten wird beispielsweise mittels eines oder mehrerer Pulse mit einer Pulsdauer von ≤ 5 Sekunden geschweißt. Eine Pulsleistung ist beispielsweise ≥ 250 Watt. Unter der Pulsleistung kann insbesondere eine von der Schweißeinrichtung 18 bereitgestellte beziehungsweise aufzubringende Leistung, insbesondere zum Schweißen, verstanden werden.In a further embodiment, it is provided that the
Insgesamt ist erkennbar, dass bei dem Verfahren die Schweißeinrichtung 18, insbesondere eine Schweißoptik, derart über einer Fügestelle an den Bauelementen 12, 14 positioniert werden kann, sodass eine komplette Stoßkontur mittels eines oder mehrerer hintereinander folgender Laserpulse bei starr stehender Optik ringsherum verschweißt werden kann und insbesondere weder Schweißnahtanfang noch Schweißnahtende entstehen.Overall, it can be seen that in the method the
Eine Strahlformung des Laserstrahls 20, insbesondere des Strahlprofils 28, kann beispielsweise durch optische Elemente in der Schweißoptik und/oder in einer Strahlquelle und/oder in einem Lichtleitkabel erfolgen.Beam shaping of the
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- 2022-12-16 DE DE102022004766.7A patent/DE102022004766A1/en not_active Ceased
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