DE10248955B3 - Welding device for sheet metal panels using high energy welding beam with formation of venting gap for welding gases - Google Patents

Welding device for sheet metal panels using high energy welding beam with formation of venting gap for welding gases Download PDF

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Abstract

The welding device has pressure devices (4,5) used for clamping flange sections of 2 or more sheet metal panels (1,2,3) together, a venting device (12,13) providing wedge-shaped gaps between the latter for venting the welding gases. Welding lenses are attached to the pressure devices for focusing opposing welding beams (10,11) onto the clamped area of the flange sections.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung für zwei oder mehrere Bleche mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten mittels Hochenergie-Schweißstrahlen.The invention relates to a welding device for two or several sheets with flange-like and / or flat cross sections by means of high-energy welding beams.

Es sind mitlaufende Andrückvorrichtungen zum Aufeinanderspannen zweier oder mehrerer Bleche mit flanschähnlichen Querschnitten für das Verschweißen mittels Hochenergie-Schweißstrahl bekannt. Sie bestehen aus einer eine Schweißoptik eines Schweißgerätes umschließenden, an dieser um eine Achse frei drehbar gelagerten, konisch ausgebildeten Hülse. Diese Achse ist um einen. Winkel zur Achse des Schweißstrahles so geneigt, dass die Achse des Schweißstrahles nahe der inneren Mantelfläche der Hülse aus dieser austritt. Die freie Stirnseite des Konusses der Hülse liegt an einer Stelle neben dem Schweißstrahl auf dem zu verschweißenden Flansch des Bleches auf. Eine zweite konisch ausgebildete Hülse spannt, der ersten gegenüber liegend, die drei zu verschweißenden Bleche aufeinander. Eine Entgasungsvorrichtung bildet keilförmige Öffnungen zwischen den flanschähnlichen Querschnitten der Bleche. Bei dieser Andrückvorrichtung werden die Bleche mit einem Schweißstrahl bearbeitet, der durch eine der konisch ausgebildeten Hülsen geführt ist ( EP 1249304 A1 ).Simultaneous pressing devices for clamping two or more sheets with flange-like cross sections together for welding by means of a high-energy welding beam are known. They consist of a conical sleeve which surrounds the welding optics of a welding device and is freely rotatably mounted on the sleeve about an axis. This axis is around one. Angle inclined to the axis of the welding beam in such a way that the axis of the welding beam emerges from the sleeve near the inner lateral surface thereof. The free end face of the cone of the sleeve lies at a point next to the welding beam on the flange of the sheet to be welded. A second conical sleeve, opposite the first, clamps the three sheets to be welded together. A degassing device forms wedge-shaped openings between the flange-like cross sections of the sheets. In this pressing device, the sheets are processed with a welding jet that is guided through one of the conically shaped sleeves ( EP 1249304 A1 ).

Beim Schweißen zweier Bleche mit Blechstärken über 2 mm ist der Vorschub des Schweißstrahles so klein, dass eine hohe Wärmemenge in die Bleche eingetragen wird. Diese führt im wesentlich höherem Maße zum Verdampfen von Beschichtungswerkstoff der Bleche. Die Abführung der großen Gasmengen ist noch ungenügend gelöst und führt zu einer schlechten Nahtqualität. Der geringe Vorschub des Schweißstrahles ist weiterhin der Produktivität der Schweißvorrichtung abträglich. Diese Nachteile treten beim Schweißen dreier oder mehrerer Bleche übereinander im verstärkten Umfange auf.When welding two sheets with sheet thicknesses over 2 mm is the feed of the welding beam so small that a large amount of heat is entered in the sheets. This leads to a much higher degree of evaporation of coating material of the sheets. The removal of large amounts of gas is still insufficient solved and leads bad seam quality. The low feed of the welding beam is still the productivity of welder detrimental. These disadvantages occur when welding three or more sheets on top of each other in the reinforced Scope to.

Um die Schweißgeschwindigkeit zu vergrößern, ist ein Schweißerfahren mit mehreren Hochenergie–Schweißstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, bekannt. Bei diesem Schweißverfahren strahlen die Schweißstrahlen gleichzeitig auf den Schweißbereich ein. Die Schweißstrahlen sind auf zwei einander gegenüberliegende Werkstückaußenflächen gerichtet und schmelzen die Werkstückdicke des Schweißbereiches jeweils anteilig auf ( DE 42 16 643 A1 ).In order to increase the welding speed, a welding operation with several high-energy welding beams, in particular laser beams, is known. With this welding process, the welding beams radiate simultaneously onto the welding area. The welding beams are aimed at two opposing outer surfaces of the workpiece and each partially melt the workpiece thickness of the welding area ( DE 42 16 643 A1 ).

Lösungswege für die Nutzung der Vorteile dieses Schweißverfahrens zum Verschweißen zweier oder mehrerer Bleche mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten, insbesonders beschichteter Bleche, sind nicht bekannt.solutions for the Taking advantage of this welding process to weld two or several sheets with flange-like and / or flat cross sections, especially coated sheets, are not known.

Es ist deswegen Aufgabe der Erfindung, eine Schweißvorrichtung für zwei oder mehrere Bleche mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten mittels Hochenergie-Schweißstrahlen zu schaffen, die die Schweißgeschwindigkeit vergrößert und die Nahtqualität insbesondere bei größeren Blechdicken verbessert sowie dabei die Abführung des gasförmigen Beschichtungswerkstoffes beherrschbar macht.It is therefore an object of the invention a welding device for two or several sheets with flange-like and / or flat cross sections by means of high-energy welding beams to create the welding speed enlarged and the seam quality improved especially with larger sheet thicknesses as well as the exhaustion of the gaseous Coating material controllable.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Lösungsgedanken der Patentansprüche 2 bis 6 sind vorteilhafte Detailmerkmale.According to the invention, this object is achieved by Features of claim 1 solved. The solution to the claims 2 to 6 are advantageous detail features.

Durch die Kombination von zwei gegeneinander wirkenden Andrückvorrichtungen zum Aufeinanderspannen von zwei oder mehreren Blechen mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten und zwei Schweißoptiken, die mit den Andrückvorrichtungen so verbunden sind, dass ihre Schweißstrahlen gegeneinander gerichtet auf die jeweilige Blechoberfläche fokussiert sind und je ein Schweißstrahl durch je eine Andrückvorrichtung hindurch geführt ist und eine Entgasungsvorrichtung, die keilförmige Öffnungen zwischen den flanschähnlichen Querschnitten der Bleche erzeugt, wird die Anwendung der Zweistrahl-Schweißtechnik auch bei Blechen mit flanschähnlichen Querschnitten möglich. Dadurch sind auch bei diesen Werkstücken hohe Schweißgeschwindigkeiten und gute Nahtqualitäten zu erreichen.By combining two against each other acting pressure devices for clamping two or more sheets with flange-like and / or flat cross sections and two welding optics with the pressing devices are connected in such a way that their welding beams are directed towards each other on the respective sheet surface are focused and one welding beam each by a pressing device passed through and a degassing device, the wedge-shaped openings between the flange-like cross sections The sheet metal is produced using the two-beam welding technique also for sheets with flange-like Cross sections possible. Thereby are also with these workpieces high welding speeds and good seam qualities too to reach.

Die Verbindung der einzelnen Elemente zu einer Schweißvorrichtung erleichtert die Benutzung an einem Industrieroboter. Die Lagerung der konischen Hülse der Andrückvorrichtung auf der Schweißoptik ist die Voraussetzung für die durch die Andrückvorrichtung hindurchgeführten Schweißstrahlen. Alternativ ist die Anwendung zweier Schweißgeräte oder eines mit ausgekoppeltem Teilstrahl. Die Auswahl wird durch die vorhandenen Raumverhältnisse und Ausstattung bestimmt.The connection of the individual elements to a welding device facilitates use on an industrial robot. Warehousing the conical sleeve the pressing device on the welding optics is the prerequisite for through the pressing device guided through Welding beams. Alternatively, the use of two welding machines or one with a decoupled Partial beam. The selection is based on the available space and equipment determined.

Die Entgasung mittels drehbarer Messerrolle ist an sich bekannt, aber ohne Anwendung der anderen Kombinationsmerkmale für diese Anwendungsfälle nicht ausreichend.The degassing by means of a rotating knife roller is known per se, but without using the other combination features for this use cases unsatisfactory.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.In the drawing is the invention on an embodiment explained.

Die Zeichnung zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Schweißvorrichtung.The drawing shows a schematic cross section through the welding device.

Zwischen zwei Blechen 1;2 mit flanschähnlichen Querschnitten ist ein Blech 3 mit ebenen Querschnitt angeordnet. Die freien Enden der drei Bleche 1;2;3 sind bündig zueinander angeordnet: Diese drei Bleche 1;2;3 werden durch eine Laserschweißnaht nahe zu den senkrechten Schenkeln der flanschähnlichen Bleche 1;2 miteinander verbunden.Between two sheets 1 ; 2 with flange-like cross sections is a sheet 3 arranged with a flat cross section. The free ends of the three sheets 1 ; 2 ; 3 are arranged flush with each other: these three sheets 1 ; 2 ; 3 are made by a laser weld seam close to the vertical legs of the flange-like sheets 1 ; 2 connected with each other.

Zum Spannen der drei Bleche 1;2;3 liegen auf dem oberen und an den unteren Flanschen der beiden äußeren Bleche 1;2 je eine an der Schweißoptik frei drehbar gelagerte konische Hülse 4;5 auf. Deren Drehachsen 6;7 sind so schräg gestellt, dass die innere Mantelfläche des Konus annähernd parallel zu den Achsen 8;9 der Laserschweißstrahlen 10;11 verläuft. Dadurch liegt die freie Stirnseite des Konus der Hülse 4;5 nur an einem Punkt auf dem Flansch des jeweiligen Bleches 1;2 auf. Der obere und der untere Punkt liegen einander gegenüber. Durch die Schrägstellung der konischen Hülsen 4;5 ist im Bereich der freien Enden der Flansche der Bleche 1;2;3 Raum geschaffen für eine umlaufend gelagerte Messerrolle 12 mit zwei Schneiden 13: Der Abstand deren Spitzen ist entsprechend der Stärke des mittleren Bleches 3 bemessen.For clamping the three sheets 1 ; 2 ; 3 lie on the upper and lower flanges of the two outer sheets 1 ; 2 One conical sleeve each freely rotatable on the welding optics 4 ; 5 on. Their axes of rotation 6 ; 7 are so inclined that the inner surface of the cone is approximately parallel to the axes 8th ; 9 of laser welding beams 10 ; 11 runs. As a result, the free end face of the cone of the sleeve lies 4 ; 5 only at one point on the flange of the respective sheet 1 ; 2 on. The top and bottom points face each other. Due to the inclination of the conical sleeves 4 ; 5 is in the area of the free ends of the flanges of the sheets 1 ; 2 ; 3 Space created for a rotating knife roll 12 with two cutting edges 13 : The distance between their tips is according to the thickness of the middle sheet 3 sized.

Durch jede der Hülsen 4;5 ist je ein Laserschweißstrahl 10;11 geführt, der so fokussiert ist, dass er etwa parallel zur Innenwand der jeweiligen Hülse 4;5 verläuft und in Richtung und Lage mit dem gegenüberliegenden Schweißstrahl übereinstimmt.Through each of the pods 4 ; 5 is a laser welding beam each 10 ; 11 guided, which is focused so that it is approximately parallel to the inner wall of the respective sleeve 4 ; 5 runs and coincides in the direction and position with the opposite welding beam.

Zur Erzeugung beider Laserschweißstrahlen 10;11 können sowohl zwei Laserschweißgeräte verwendet werden. Aber es ist auch die Anwendung eines Laserschweißgerätes möglich, bei dem ein Teilstrahl ausgekoppelt ist.To generate both laser welding beams 10 ; 11 two laser welding machines can be used. But it is also possible to use a laser welding device in which a partial beam is coupled out.

Da insbesondere im Automobilbau die Flansche der Bleche 1;2 unregelmäßig im Raum verlaufen, ist es vorteilhaft, die Schweißvorrichtung an der Hand eines Industrieroboters zu befestigen und dessen Fähigkeit, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gelernten Raumkurven zu folgen, zu nutzen.The flanges of the metal sheets, especially in automotive engineering 1 ; 2 run irregularly in space, it is advantageous to attach the welding device to the hand of an industrial robot and to use its ability to follow space curves learned at different speeds.

Durch die aufeinander gerichteten Laserschweißstrahlen 10;11 wird in an sich bekannter Weise je zur Hälfte das Material der drei Bleche 1;2;3 geschmolzen und eine durchgängige Dampfkapillare gebildet. Da dieser Vorgang mit hoher Geschwindigkeit erfolgt, ist der Wärmeeintrag in die Bleche 1;2;3 entsprechend gering. Dadurch wird angemessen weniger Beschichtungsmaterial der Bleche 1;2;3 verdampft. Die dabei anfallende Gasmenge wird im erforderlichen Maße durch die durch die Messerschneiden 13 geschaffenen keilförmigen Zwischenräume zwischen den Flanschen der Bleche 1;2;3 gewährleistet. Somit wird der Austritt der Gasmengen durch die Dampfkapillare der Schweißnaht vermieden und eine gute Nahtqualität erreicht.Due to the laser welding beams directed towards each other 10 ; 11 half of the material of the three sheets in a manner known per se 1 ; 2 ; 3 melted and a continuous vapor capillary formed. Since this process takes place at high speed, the heat input into the sheets 1 ; 2 ; 3 correspondingly low. This appropriately reduces the amount of coating material used for the sheets 1 ; 2 ; 3 evaporated. The amount of gas generated is determined to the required extent by the knife blades 13 created wedge-shaped spaces between the flanges of the sheets 1 ; 2 ; 3 guaranteed. The escape of the gas quantities through the steam capillary of the weld seam is avoided and a good seam quality is achieved.

11
Blech mit flanschähnlichem Querschnittsheet with flange-like cross-section
22
Blech mit flanschähnlichem Querschnittsheet with flange-like cross-section
33
Blech mit ebenen Querschnittsheet with flat cross section
44
Konische Hülseconical shell
55
Konische Hülseconical shell
66
Drehachseaxis of rotation
77
Drehachseaxis of rotation
88th
Achseaxis
99
Achseaxis
1010
LaserschweißstrahlLaser welding beam
1111
LaserschweißstrahlLaser welding beam
1212
Messerrolleknife role
1313
SchneidenTo cut

Claims (6)

1: Schweißvorrichtung für zwei oder mehrere Bleche mit flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten mittels Hochenergie-Schweißstrahlen mit mitlaufenden Andrückvorrichtungen (4;5) zum Aufeinanderspannen von zwei oder mehreren Blechen (1;2;3) an ihren flanschähnlichen und/oder ebenen Querschnitten, die einander gegenüberliegend angeordnet sind; einer Entgasungsvorrichtung (12;13), die keilförmige Öffnungen zwischen den flanschähnlichen Querschnitten der Bleche (1;2;3) erzeugt; zwei Schweißoptiken, die mit den Andrückvorrichtungen (4;5) so verbunden sind, dass ihre Schweißstrahlen (10;11) gegeneinander gerichtet auf die jeweilige Blechoberfläche fokussiert sind und je ein Schweißstrahl (10;11) durch je eine der Andrückvorrichtungen (4;5) hindurch geführt ist. 1 : Welding device for two or more sheets with flange-like and / or flat cross sections by means of high-energy welding beams with accompanying pressure devices ( 4 ; 5 ) for clamping two or more sheets together ( 1 ; 2 ; 3 ) on their flange-like and / or flat cross sections, which are arranged opposite each other; a degassing device ( 12 ; 13 ), the wedge-shaped openings between the flange-like cross sections of the sheets ( 1 ; 2 ; 3 ) generated; two welding optics, which are connected to the pressing devices ( 4 ; 5 ) are connected so that their welding rays ( 10 ; 11 ) are directed towards each other on the respective sheet metal surface and one welding beam each ( 10 ; 11 ) by one of the pressing devices ( 4 ; 5 ) is passed through. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckvorrichtungen (4;5), die Schweißoptiken und die Entgasungsvorrichtung (12;13) zu einer Schweißvorrichtung verbunden sind und diese an der Hand eines Industrieroboters befestigt ist.Welding device according to claim 1, characterized in that the pressure devices ( 4 ; 5 ), the welding optics and the degassing device ( 12 ; 13 ) are connected to a welding device and this is attached to the hand of an industrial robot. Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede mitlaufende Andrückvorrichtung als eine die Schweißoptik eines Schweißstrahles umschließende frei drehbare konische Hülse (4;5) ausgebildet ist, deren Drehachse (6;7) um einen Winkel zur Achse (8;9) des Schweißstrahles (10;11) so geneigt ist, dass die Achse (8;9) des Schweißstrahles (10;11) nahe der inneren Mantelfläche der Hülse (4;5) aus dieser austritt, wobei die freie Stirnseite des Konus der Hülse (4;5) neben dem Schweißstrahl (10;11) auf dem zu verschweißenden flanschähnlichen Querschnitt eines Bleches (1;2) aufliegt.Welding device according to claims 1 and 2, characterized in that each rotating pressure device as a freely rotatable conical sleeve surrounding the welding optics of a welding beam ( 4 ; 5 ) is formed, the axis of rotation ( 6 ; 7 ) at an angle to the axis ( 8th ; 9 ) of the welding beam ( 10 ; 11 ) is inclined so that the axis ( 8th ; 9 ) of the welding beam ( 10 ; 11 ) near the inner surface of the sleeve ( 4 ; 5 ) emerges from this, the free end face of the cone of the sleeve ( 4 ; 5 ) next to the welding beam ( 10 ; 11 ) on the flange-like cross-section of a sheet to be welded ( 1 ; 2 ) rests. Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schweißoptik ein Hochenergie-Schweißgerät zugeordnet ist.welder according to the claims 1 to 3, characterized in that each welding optics High energy welding machine assigned is. Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer Schweißoptik ein Hochenergie-Schweißgerät zugeordnet ist und aus dessen Strahlengang ein Teilstrahl ausgekoppelt wird, der über optische Elemente zu der zweiten Schweißoptik geleitet wird.welder according to the claims 1 to 3, characterized in that a welding optics High energy welding machine assigned and from whose beam path a partial beam is coupled out, the over optical elements is routed to the second welding optics. Schweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Entgasungsvorrichtung eine drehbare Messerrolle (12) mit einer oder mehreren Schneiden (13) angeordnet ist, die zwischen die flanschähnlichen Querschnitte der zu verschweißenden Bleche (1;2;3) druckbar ist.Welding device according to Claims 1 to 5, characterized in that a rotatable knife roller ( 12 ) with one or more cutting edges ( 13 ) is arranged between the flange-like cross-sections of the sheets to be welded ( 1 ; 2 ; 3 ) is printable.
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