WO2022248128A1

WO2022248128A1 - VERFAHREN ZUM LASERSTRAHLTIEFSCHWEIßEN

Info

Publication number: WO2022248128A1
Application number: PCT/EP2022/060476
Authority: WO
Inventors: Daniel BÖHM; Markus GRETZER; Jan-Philipp Weberpals
Original assignee: Audi Ag
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2022-04-21
Publication date: 2022-12-01
Also published as: EP4347170A1; CN117203016A; US20240165742A1; DE102021113430A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahltiefschweißen zumindest zweier Fügepartner (1, 3), bei dem eine Laserstrahlvorrichtung einen Laser- strahl (10) mit einem Tiefschweiß-Laserstrahlanteil (11) erzeugt, der mit einer Vorschubgeschwindigkeit (v) entlang einer Fügestelle bewegt wird, wobei der Tiefschweiß-Laserstrahlanteil (11) im Fügepartner-Werkstoff eine Dampfka- pillare (15) erzeugt, die von einem Schmelzbad (17) umgeben ist und die sich mit dem Laserstrahl (10) in Schweißrichtung durch den Fügepartner- Werkstoff bewegt, und zwar unter Bildung einer Kapillarumströmung (18), bei der eine an der Kapillarfront (19) befindliche Metallschmelze über beidseitig der Dampfkapillare (15) gebildete Schmelzbadkanäle (21) in Richtung Kapil- larrückseite (23) strömt und dort erstarrt. Erfindungsgemäß ist dem Laser- strahl (10) zusätzlich zumindest ein Aufschmelz-Laserstrahlanteil (13) zuge- ordnet, mittels dem die Breite (b), das heißt der Strömungsquerschnitt, der Schmelzbadkanäle (21) erhöht wird, wodurch sich die Strömungsgeschwin- digkeit der die Schmelzbadkanäle (21) durchströmenden Metallschmelze re- duziert.

Description

Verfahren zum Laserstrahltiefschweißen _

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahltiefschweißen zumindest zweier Fügepartner nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beispielhaft kann eine Bipolarplatte einer Brennstoffzelle aus zwei Metallfo lien (zum Beispiel Stahlfolien) sehr dünner Materialstärke im Bereich von 75 pm hergestellt werden. Die beiden Metallfolien können über ein Laserstrahl- tiefschweißen miteinander verschweißt werden. Dabei können sich sehr lange Schweißnähte von mehreren Metern ergeben.

Bei einem gattungsgemäßen Verfahren erzeugt eine Laserstrahlvorrichtung einen Laserstrahl, der einen Tiefschweiß-Laserstrahlanteil aufweist. Der La- serstrahl bewegt sich mit einer Vorschubgeschwindigkeit entlang einer Füge stelle. Dabei erzeugt der Laserstrahl im Fügepartner-Werkstoff eine Dampf kapillare, die von einem Schmelzbad umgeben ist. Die Dampfkapillare be wegt sich zusammen mit dem Laserstrahl in Schweißrichtung durch den Fü gepartner-Werkstoff. Dies erfolgt unter Bildung einer Kapillarumströmung, bei der eine an der Kapillarfront befindliche Metallschmelze über beidseitig der Dampfkapillare gebildete Schmelzbadkanäle in Richtung Kapillarrückseite strömt und dort erstarrt.

Bei Erreichen einer kritischen Vorschubgeschwindigkeit treten im Stand der Technik in Abhängigkeit weiterer Prozessparameter sowie der physikali schen und geometrischen Materialeigenschaften periodische Unregelmäßig keiten auf der Schweißnahtoberfläche auf. Dieser Effekt wird als Humping bezeichnet, da er eine Struktur von Perlen bzw. kleinen Material-Anhäufun- gen einnimmt. Eine solche Schweißnahttopographie ergibt zwischen den ein zelnen Materialanhäufungen Materialdefizite, die partiell zu einer Schwä chung der Schweißverbindung und damit zu einer höheren Wahrscheinlich keit einer Undichtigkeit zwischen den beiden Fügepartnern führen.

Die oben erwähnte kritische Vorschubgeschwindigkeit, ab der der Humping- Effekt eintritt, stellt daher eine Prozessbeschränkung dar. Beispielhaft führt im Stand der Technik eine Vorschubgeschwindigkeit beim Laserstrahltief schweißen von dünnen Stahlfolien (Dicke bei zum Beispiel 75 pm) im Be reich von 1000 mm/s zu dem oben beschriebenen Humping-Effekt in der Schweißnaht. Eine weitere Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit resul tiert in einer unregelmäßigen Schweißnahttopographie.

Aus der DE 197 51 195 C1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schweißen mittels Laserstrahlung bekannt. Aus der DE 10 2007 046 074 A1 ist eine weitere Vorrichtung zur Laserbearbeitung bekannt. Aus der DE 10 2019 210 019 A1 ist eine optische Apparatur zum Laserschweißen ei nes Werkstückes bekannt. Aus der DE 10 2021 113 430 A1 ist ein Verfahren zum Laserstrahltiefschweißen bekannt. Aus der DE 11 2015 003 358 T5 ist eine Optimierung der Schmelzbadform in einem Fügeverfahren bekannt. Aus der WO 99/06173 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Schweißen mittels La serstrahlung bekannt. Darüber hinaus ist eine Veröffentlichung der Firma Blackbird et al vom 15.09.2021 bekannt [T. Bautze-Scherff; D. Reitemeyer;

N. Kaplan; V. Türetkan: Defect-free high speed welding of stainless Steel foils by means of process-adapted intensity distribution, Kolloquium LKH2, Fraun hofer ILT, Aachen, 2021].

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Laserstrahltief schweißen zumindest zweier Fügepartner bereitzustellen, bei dem trotz ho her Prozessgeschwindigkeit das Auftreten des Humping-Effekts in der Schweißnaht prozesssicher vermieden werden kann.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Laserstrahltiefschweißen zu mindest zweier Fügepartner aus. In dem Verfahren erzeugt eine Laserstrahl vorrichtung einen Laserstrahl mit Tiefschweiß-Laserstrahlanteil. Der Laser strahl wird mit einer Vorschubgeschwindigkeit entlang einer Fügestelle be wegt. Dabei erzeugt der Laserstrahl im Fügepartner-Werkstoff eine Dampf kapillare, die von einem Schmelzbad umgeben ist. Die Dampfkapillare be wegt sich zusammen mit dem Laserstrahl in Schweißrichtung durch den Fü gepartner-Werkstoff. Dies erfolgt unter Bildung einer Kapillarumströmung, bei der eine an der Kapillarfront befindliche Metallschmelze über beidseitig der Dampfkapillare gebildete Schmelzbadkanäle in Richtung Kapillarrückseite strömt und dort erstarrt.

Die Erfindung geht von dem Sachverhalt aus, dass bei einem herkömmlichen Laserstrahltiefschweißen die sich beidseitig der Dampfkapillare bildenden Schmelzbadkanäle einen geringen Strömungsquerschnitt aufweisen. Die Ka pillarumströmung erreicht daher im Bereich der Schweißbadkanäle eine ma ximale Strömungsgeschwindigkeit. Aufgrund des geringen Strömungsquer schnitts an den Seiten der Dampfkapillare (das heißt Schmelzbadbreite ab züglich Dampfkapillardurchmesser) übersteigt die dort bei der Kapillarum strömung auftretende mittlere Geschwindigkeit die Vorschubgeschwindigkeit beim Laserstrahlschweißen um das Vielfache, und zwar insbesondere bei Materialien mit geringer Temperaturdifferenz zwischen Verdampfung und Er starrung sowie geringer Temperaturleitfähigkeit.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass im herkömmlichen Laserstrahltief schweißen die maximale Strömungsgeschwindigkeit in den seitlichen Schmelzbadkanälen einen wesentlichen Faktor bei der Entstehung des Hum- ping-Effekts bildet. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dem Laserstrahl zusätzlich zumindest ein Auf- schmelz-Laserstrahlanteil zugeordnet. Mit dem Aufschmelz-Laserstrahlanteil wird die Breite, das heißt der Strömungsquerschnitt, der Schmelzkanäle er höht. Dadurch reduziert sich die Strömungsgeschwindigkeit der die Schmelz- badkanäle durchströmenden Metallschmelze. Aufgrund der reduzierten Strö mungsgeschwindigkeiten in den seitlichen Schmelzbadkanälen kann die Vor schubgeschwindigkeit im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich erhöht werden, ohne dass ein Humping-Effekt, das heißt eine periodische Schweiß nahtopographie mit einander abwechselnden Materialdefiziten sowie Materi alanhäufungen eintritt.

Erfindungsgemäß kann daher durch gezielte Strahlformung des Laserstrahls die Strömungsgeschwindigkeit um die Dampfkapillare gesenkt werden, wodurch die resultierende Obergrenze der Vorschubgeschwindigkeit, ab der der Humping-Effekt auftritt, gesteigert werden kann. Erfindungsgemäß kann somit eine geschlossene Schweißnaht mit einer deutlich größeren Vorschub geschwindigkeit gefügt werden, als es vergleichsweise im Stand der Technik ermöglicht ist, der mit einem herkömmlichen runden Laserstrahl ohne Strahl formung arbeitet. Durch die erfindungsgemäß angepasste Strahlformung bzw. Strahlüberlagerung wird die Ausbildung des Schmelzbades derart be einflusst, dass der Strömungsquerschnitt an den Seiten der Dampfkapillare vergrößert wird, um die dort bei der Kapillarumströmung auftretende mittlere Strömungsgeschwindigkeit zu reduzieren.

Es ist hervorzuheben, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf das Laserstrahlfügen zweier Fügepartner beschränkt ist. Vielmehr ist das erfin dungsgemäße Verfahren auch für die Herstellung eines Bauteilverbunds aus mehreren Fügepartnern geeignet. Zudem ist hervorzuheben, dass das erfin dungsgemäße Verfahren unabhängig von der Materialstärke einsetzbar ist. Das heißt dass mit dem Verfahren sowohl Anwendungsfälle mit dickeren Ma terialstärken, zum Beispiel im Karosseriebau, als auch Anwendungsfälle mit dünnen Materialstärken, beispielsweise ca. 50 pm bis 200 pm, abdeckbar sind, wie sie beim Laserstrahlfügen von elektrochemischen Komponenten ei nes elektrochemischen Systems auftreten, zum Beispiel bei Bipolarplatten ei ner Brennstoffzelle, bei Batteriezellen-Komponenten, bei Komponenten eines Batteriemoduls, eines Batteriegesamtsystems, eines Elektrolyseur, eines Wasserstoffverdichters oder dergleichen. Die erfindungsgemäße Schmelzbadverbreiterung speziell an den Seiten der Dampfkapillare kann in einer ersten Ausführungsvariante durch Ausnutzung der lateralen Wärmeausbreitung durch vornehmlich konduktiven Wär metransport erzielt werden. In einer zweiten Ausführungsvariante kann die Schmelzbadverbreitung durch das gezielte oberflächennahe Aufschmelzen vorzugsweise nach Art eines Wärmeleitungsschweißens erfolgen.

Zusammengefasst wird erfindungsgemäß der Strömungsquerschnitt in der Kapillarumströmung erhöht, wodurch sich die Vorschubgeschwindigkeit bis zum Erreichen des Humping-Effekts deutlich steigern lässt. Gleichermaßen kann lässt sich damit das entstehende Wärmefeld (bzw. Temperatureinfluss zone) beeinflussen und kann der damit resultierende thermische Verzug ge ring gehalten bzw. gesteuert werden.

Erfindungsgemäß kann die Strahlformung durch Anpassung bzw. Zunahme von optischen Komponenten im Betriebsmittelstrang in der Laserstrahlquelle, über die Strahlführung in der Glasfaser oder direkt in der Bearbeitungsoptik erfolgen. Beispiele für die Strahlformung in der Glasfaser im Hinblick auf eine Richtungsunabhängigkeit sind Fasern mit konfokalen Anordnungen durch zum Beispiel eine Kern-/Mantelführung der Strahlung. Eine konfokale Anord nung im Sinne der Erfindung umfasst eine konzentrische Anordnung, bei der der Laserstrahl-Spot aufgeteilt ist in eine radial innere Kernfläche (nachfol gend auch als Kern bezeichnet) sowie in eine radial äußere Ring- oder Man telfläche (nachfolgend auch als Ring oder Mantel bezeichnet), die zueinan der konzentrisch mit gleichem Mittelpunkt ausgerichtet sind, und zwar mit oder ohne zwischengeordnetem geometrischen Spalt. Eine solche konzentri sche Anordnung ist im Hinblick auf eine möglichst richtungsunabhängige La serstrahlführung in der Fläche von Vorteil.

Die überlagerte Leistungsverteilung (das heißt Intensität, berechnet aus Leis tung / Fläche) kann dabei individuell durch das angewendete Strahlfor mungsprinzip vor und/ oder auch während des Bearbeitungsprozesses erfol gen. Zudem ist es anwendungsbezogen denkbar, dass die Laserstrahlanteile nicht zueinander konzentrisch mit gemeinsamer optischer Achse, sondern zueinander das heißt außermittig versetzt sind. Überdies können neben einer runden Ausführung der Laserstrahlanteile andere Formen wie Ellipsen, Rechtecke, etc. eingesetzt werden. Über die Wahl des Betriebsmittelstrangs bestehend aus Laser, Faser und Optik lässt sich die Intensität einmalig vorgeben oder zeitlich über den Bear beitungsprozess anpassen. Beispielshafte Ausführungen können sein:

- Zwei- oder Mehrkernfaser mit einem Laser: In diesem Fall ist das Leistungsverhältnis (zwischen Kern und Ring) einstellbar. Zudem kann die Gesamtleistung einmalig oder zeitlich moduliert angepasst werden.

- Zwei- oder Mehrkernfaser mit entsprechender Anzahl an Lasern: In diesem Fall können Kern und Ring unabhängig voneinander vor und/ oder während des Bearbeitungsprozesses eingestellt werden, und zwar bezüglich Laserleistung, Modulation, etc.

- Optikseitig über diffraktive optische Elemente (DOE): In diesem Fall kann eine feste Geometrievorgabe mit eingeschränkter Leistungsver teilung zwischen Ring und Kern (ein oder mehrere DOEs notwendig) bei absoluter Leistungsvorgabe durch die Laserquelle einmalig oder zeitlich moduliert werden.

- Optikseitig über refraktive optische Elemente: In diesem Fall kann eine feste Geometrievorgabe mit eingeschränkter Leistungsverteilung zwischen Ring und Kern bei absoluter Leistungsvorgabe durch die La serquelle einmalig oder zeitlich moduliert werden. Zudem können durch die Auslegung des Elements, beispielsweise durch Defokussie rung, die Strahlachsen der Laserstrahlanteile zueinander verschoben werden.

Der Laserstrahl und/oder die Laserstrahlanteile können jeweils als ein Rund- strahl realisiert sein. In einer ersten Ausführungsvariante können der Tief schweiß-Laserstrahlanteil und der Aufschmelz-Laserstrahlanteil in einer überlagerten Strahlformung in konzentrischer Anordnung ausgerichtet sein, und zwar insbesondere in einer Kern-/Mantelführung des Laserstrahls. In diesem Fall bildet ein radial innerer Kern mit insbesondere Kreis-Quer schnittsfläche den Tiefschweiß-Laserstrahlanteil und ein radial äußerer, im Querschnitt kreisringförmiger Mantel den Aufschmelz-Laserstrahlanteil.

Mittels einer Prozesssteuerung der Laserstrahlvorrichtung können bei der konzentrischen Anordnung das Durchmesserverhältnis der beiden Laser strahlanteile und/oder das Leistungsverhältnis der beiden Laserstrahlanteile an die Prozessgeschwindigkeit angepasst werden, damit sich ein ausrei chend großer Schmelzbadkanal für die Kapillarumströmung ergibt.

Bei dem Durchmesserverhältnis d2/di gilt: d2 ä di, und vorzugsweise 1 < d2/di < 20, wobei di = Fokusdurchmesser des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils, und d2 = Fokus-Außendurchmesser des Aufschmelz-Laserstrahlanteils.

Besonders bevorzugt gilt für das Verhältnis der beiden Strahldurchmesser: 2,5 < d2/di < 10, und höchstbevorzugt 2,5 < d2/di < 4.

Zur Bereitstellung solcher Durchmesserverhältnisse ist ein Single-Mode-La- ser bevorzugt, mit dem solche kleinen Fokusdurchmesser erzeugbar sind. Die Abbildung wird vorzugsweise über eine Scanneroptik durchgeführt, und zwar mit einem Abbildungsverhältnis zwischen 1 und 6, insbesondere zwi schen 2 und 4.

Die Leistung des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils kann von der Prozesssteue rung direkt proportional mit der Vorschubgeschwindigkeit geändert werden. Beispielhaft kann bei einer Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit von 800 mm/s um einen Faktor von 1 ,5 auf 1200 mm/s die Leistung des Tief schweiß-Laserstrahlanteils ebenfalls um denselben Faktor erhöht werden. Mittels der Erfindung können Vorschubgeschwindigkeiten bis zu 1500 mm/s, insbesondere 2000 mm/s erzielt werden. Bei der oben angedeuteten konzentrischen Anordnung kann die Leistung des Aufschmelz-Laserstrahlanteils (das heißt im kreisringförmigen, radial äu ßeren Mantel) im Vergleich zur Leistung des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils reduziert sein, und zwar bevorzugt bis auf einen Wert unterhalb einer Tief schweißschwelle. Auf diese Weise wird im Bereich des Aufschmelz-Laser strahlanteils zwar die Schmelztemperatur, nicht jedoch die Dampftemperatur des Fügepartner-Werkstoffes (zum Beispiel Stahl) erreicht.

Nachfolgend wird eine zur überlagerten Strahlformung alternative Strahlfor mung beschrieben: Demnach kann der Laserstrahl einen Tiefschweiß-Laser strahlanteil und zumindest einen, in der Schweißrichtung vorauseilenden Aufschmelz-Laserstrahlanteil aufweisen. Bevorzugt können dem Tief schweiß-Laserstrahlanteil zumindest zwei vorauseilende Aufschmelz-Laser- strahlanteile zugeordnet sein. In diesem Fall kann sich der Tiefschweiß-La- serstrahlanteil auf einer Fügestellen-Längsachse bewegen, während die bei den Aufschmelz-Laserstrahlanteile jeweils um einen Querversatz beidseitig von der Fügestellen-Längsachse versetzt sind. Der Mittelpunkt-Querabstand a2 zwischen den beiden vorauseilenden Aufschmelz-Laserstrahlanteilen kann dabei bevorzugt zumindest dem Fokusdurchmesser di des Tief- schweiß-Laserstrahlanteils entsprechen. Zudem kann der Abstand der einan der quer zur Fügestellen-Längsachse zugewandten Innenseiten der beiden vorauseilenden Aufschmelz-Laserstrahlanteilen kleiner bemessen sein als der Fokusdurchmesser des nacheilenden Tiefschweiß-Laserstrahlanteils. Dadurch ist ein Überlapp zwischen den Teilschmelzbädern der insgesamt drei Laserstrahlanteile sichergestellt.

Beispielhaft kann bei einer Materialstärke des Fügepartner-Werkstoffes in ei nem Bereich von beispielsweise 50 pm bis 150 pm, insbesondere bei 75 pm folgendes gelten: Der Fokusdurchmesser des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils kann in einem Bereich von beispielsweise 40 pm bis 100 pm liegen, und zwar insbesondere bei 50 pm. Hierzu kann bevorzugt ein Single-Mode-Laser eingesetzt werden, mit dem derart kleine Fokusdurchmesser erzeugbar sind. Die Abbildung wird vorzugsweise über eine Scanneroptik durchgeführt, und zwar mit einem Abbildungsverhältnis zwischen 1 und 6, insbesondere zwi schen 2 und 4.

Bei der Strahlformung mit den beiden vorauseilenden Aufschmelz-Laser- strahlanteilen kann deren Abstand zum nacheilenden Tiefschweiß-Laser- strahlanteil bis auf einen Null-Abstand reduziert sein. Bei einem Null-Abstand liegen die Mittelpunkte der insgesamt drei Laserstrahlanteile in Querrichtung zur Fügestellen-Längsachse in Flucht hintereinander.

Für die Auslegung der Leistung gilt dasselbe, wie bereits anhand der kon zentrischen Anordnung beschrieben.

In einer weiteren alternativen Strahlformung kann genau ein Aufschmelz-La- serstrahlanteil bereitgestellt sein, der mit dem nacheilenden Tiefschweiß-La serstrahlanteil in der Schweißrichtung in Längsflucht ausgerichtet ist. Bei die ser Strahl-Konfiguration sind zwei prozessuale Ausprägungen von der Erfin dung umfasst:

1. Der vorauseilende Aufschmelz-Laserstrahlanteil kann eine Leistung auf weisen, die im Vergleich zur Leistung des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils bis auf einen Wert unterhalb der Tiefschweißschwelle reduziert ist. Der Aufschmelz-Laserstrahlanteil führt daher ein Wärmeleitungsschweißen aus, bei dem lediglich ein oberflächennahes Aufschmelzen erfolgt, jedoch ohne Verdampfung des Fügepartner-Werkstoffes. Die Laserstrahl-Spots der beiden Laserstrahlanteile können derartige Fokusdurchmesser aufwei sen, dass die beiden Spots sich zumindest berühren oder einander teil weise überdecken. Der Mittelpunkt-Längsabstand zwischen den beiden Laserstrahlanteilen ist größer als Null bemessen. Das Durchmesserver hältnis der beiden Laserstrahlanteile kann in Analogie wie bei der konzent rischen Anordnung bestimmt werden. Die Leistung der beiden Laserstrahl anteile kann ebenfalls in Analogie zur konzentrischen Anordnung einge stellt werden. 2. Bei der zweiten prozessualen Ausprägung kann der vorauseilende Auf- schmelz-Laserstrahlanteil so ausgelegt sein, dass er kein Wärmeleitungs schweißen, sondern ein Tiefschweißen ausführt. In diesem Fall kann das Durchmesserverhältnis d2/di an den beiden Laser-Spots zumindest nahe 1 sein. Mittels der Prozesssteuerung kann der Mittelpunkt-Abstand zwi schen den beiden Laserstrahlanteilen so eingestellt werden, dass der late rale Temperaturgradient kleiner ist als im Vergleich zu einem Einzelstrahl bzw. im Vergleich zu zwei Laserstrahlanteilen mit einem zu großen Ab stand. Die Prozesssteuerung kann in Abhängigkeit von der Vorschubge schwindigkeit den Mittelpunkt-Abstand sowie die Leistungen der beiden Laserstrahlanteile einstellen, und zwar bevorzugt derart, dass die Breite des jeweiligen Schmelzbadkanals durch den geringeren Temperaturgradi enten zunimmt.

In einer weiteren alternativen Strahlumformung können die in Längsflucht hintereinander angeordneten Laserstrahlanteile einen Linienfokus bilden. Dieser erstreckt sich über eine Fokuslänge entlang der Schweißrichtung. Die Breite des Linienfokus entspricht dem Fokusdurchmesser der Laserstrahlan teile.

Die im Rahmen der Erfindung erfolgenden Strahlformungen können durch optische Elemente in der Laserstrahlvorrichtung, zum Beispiel einem Prisma, einem diffraktiven oder refraktiven optischen Element oder anderen Ausprä gungen in der Bearbeitungsoptik, vorzugsweise im kollimierten Strahlengang zwischen der Kollimationslinse und der Fokussierlinse erzeugt werden.

Die Strahlaufteilung kann beispielsweise über Teile oder Prismen erzeugt werden, wobei der Linienfokus beispielhaft über Zylinderlinsen erzeugt wer den kann.

Das Verfahren kann insbesondere beim Laserstrahlfügen von Komponenten in einem elektrochemischen System angewendet werden, etwa Batteriezel- len-Komponenten, Komponenten einer Brennstoffzelle, eines Batteriemo- ] l duls, eines Batteriegesamtsystems, eines Elektrolyseurs, eines Wasser stoffverdichters oder dergleichen. In diesem Fall können übereinanderlie gende Blechteile mit einer Material stärke insbesondere im Bereich von bei spielsweise 50 pm bis 250 pm, oder im Bereich von beispielsweise 250 pm bis 500 pm miteinander verbunden werden. Alternativ dazu sind auch andere Anwendungen möglich, etwa beim Laserstrahlfügen von übereinanderliegen den Blechteilen mit einer Materialstärke im Bereich von beispielsweise 250pm bis 500 pm.

Das Verfahren kann ferner beim Laserstrahlfügen von Komponenten im Ka rosseriebau angewendet werden. In diesem Fall können als Fügepartner übereinanderliegende Blechteile mit einer Materialstärke von beispielsweise größer als 0,5 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm, beson ders bevorzugt im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm miteinander verbunden wer den.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefüg ten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 4c Ansichten, anhand derer ein Schweißprozess gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist,

Fig. 5 bis 7 jeweils Ansichten, anhand derer Strahlformungen gemäß weite rer Ausführungsbeispiele veranschaulicht sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines Bauteilverbun des von zwei oder mehreren Blechteilen. Grundsätzlich lässt sich das Ver fahren unabhängig von der Materialstärke einsetzen. Das heißt neben einem Anwendungsfall zum Beispiel im Karosseriebau sind auch Einsatzfälle mit dünnen Materialstärken im Bereich von beispielsweise ca. 50 pm bis 200 pm möglich, wie sie bei elektrochemischen Komponenten auftreten, zum Bei- spiel bei Bipolarplatten einer Brennstoffzelle, bei Batteriezellen-Komponen- ten, bei Komponenten eines Batteriemoduls, eines Batteriegesamtsystems, eines Elektrolyseurs oder eines Wasserstoffverdichters oder dergleichen.

In der Figur 1 ist eine Laserstrahlvorrichtung gezeigt, mittels der zwei Füge partner 1 , 3 in einem Tiefschweißverfahren miteinander verschweißt werden. Die beiden Fügepartner 1, 3 sind beispielhaft materialdünne Stahlfolien. Die Fügepartner 1, 3 können beispielhaft Komponenten eines elektrochemischen Systems sein, etwa einer Brennstoffzelle oder einer Batteriezelle, oder Kom ponenten eines Batteriemoduls, eines Batteriegesamtsystems, eines Elektro lyseurs oder dergleichen.

Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung nicht auf spezielle Material stärken der Fügepartner 1, 3 beschränkt ist. Beispielhaft können die übereinanderlie genden Fügepartner 1, 3 eine Materialstärke insbesondere im Bereich von beispielsweise 50 pm bis 250 pm, oder im Bereich von beispielsweise 250 pm bis 500 pm aufweisen. Alternativ dazu sind auch andere Anwendun gen möglich, etwa beim Laserstrahlfügen von übereinanderliegenden Blech teilen mit einer Materialstärke im Bereich von beispielsweise 250 pm bis 500 pm.

Zudem ist das Verfahren nicht auf das Laserstrahlfügen von Komponenten eines elektrochemischen Systems beschränkt. Vielmehr ist das Verfahren bei beliebigen Anwendungsfällen einsetzbar, beispielhaft beim Laserstrahlfü gen von Komponenten im Karosseriebau. In diesem Fall können Fügepartner 1, 3 mit einer Materialstärke von beispielsweise größer als 0,5 mm, insbe sondere im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm, miteinander verbunden werden.

Im Tiefschweißprozess wird die Laserstrahlvorrichtung mit einer Vorschubge schwindigkeit v in einer Schweißrichtung bewegt, wodurch sich eine Schweißnaht 4 bildet, die die beiden Fügepartner 1, 3 fluiddicht miteinander verbindet. Die Laserstrahlvorrichtung weist in der Figur 1 eine Bearbeitungsoptik 5 mit einer Lichtleitfaser 7 auf. Die Bearbeitungsoptik 5 ist aus einer Kollima tionsoptik 7 und einer Fokussieroptik 9 aufgebaut. In der Bearbeitungsoptik 5 erfolgt eine überlagerte Strahlformung des Laserstrahls 10. Mittels der über lagerten Strahlformung werden ein Tiefschweiß-Laserstrahlanteil 11 und ein Aufschmelz-Laserstrahlanteil 13 in konzentrischer Anordnung ausgerichtet, wie es aus der Figur 2 und 4 hervorgeht. Bei der konzentrischen Anordnung ist eine Kern-/Mantelführung des Laserstrahls 10 realisiert, in der ein radial innerer Kern mit Kreis-Querschnittsfläche den Tiefschweiß-Laserstrahlanteil 11 bildet und ein radial äußerer, im Querschnitt kreisringförmiger Mantel den Aufschmelz-Laserstrahlanteil 13 bildet.

Mittels des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11 wird im Schweißprozess ge mäß der Figur 2 eine Dampfkapillare 15 im Fügepartner-Werkzeug erzeugt, die von einem Schmelzbad 17 umgeben ist. Die Dampfkapillare 15 bewegt sich mit dem Laserstrahl 10 in der Schweißrichtung durch den Fügepartner- Werkstoff. Dabei ergibt sich eine in der Figur 3 mit Pfeilen angedeutete Kapil- larumströmung 17, bei der eine an der Kapillarfront 19 befindliche Metall schmelze über beidseitig der Dampfkapillare 15 gebildete Schmelzbadkanäle 21 in Richtung Kapillarrückseite 23 strömt und dort erstarrt.

Mit Hilfe des Aufschmelz-Laserstrahlanteils 13 erfolgt ein gezieltes oberflä chennahes Aufschmelzen nach Art eines Wärmeleitungsschweißens. Dadurch wird eine Schmelzbadverbreiterung erzeugt, bei der sich die Breite b (Figur 3) und damit der Strömungsquerschnitt der Schmelzbadkanäle 21 erhöht. Auf diese Weise wird die Strömungsgeschwindigkeit der die Schmelzbadkanäle 21 durchströmenden Metallschmelze reduziert. Aufgrund der reduzierten Strömungsgeschwindigkeiten in den seitlichen Schmelzbad kanälen 21 kann die Vorschubgeschwindigkeit im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich erhöht werden, ohne dass ein Humping-Effekt eintritt, das heißt eine periodische Schweißnahtopographie mit einander abwech selnden Materialdefiziten sowie Materialanhäufungen. ln den Figuren 1 bis 4 sind der Laserstrahl 10 sowie die beiden Laserstrahl anteile 11, 13 jeweils als ein Rundstrahl realisiert. Eine Prozesssteuerung der Laserstrahlvorrichtung kann das Durchmesserverhältnis d2/di sowie das Leistungsverhältnis P1/P2 zwischen den beiden Laserstrahlanteilen 11, 13 in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit v anpassen, wobei gilt: d2 > di, sowie 1 < d2/di < 20, wobei di = der Fokusdurchmesser des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11 d2 = der Fokus-Außendurchmesser des Aufschmelz-Laserstrahlanteils 13.

Pi = Leistung des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11 P2 = Leistung des Aufschmelz-Laserstrahlanteils 13

Beispielhaft kann bei einer Materialstärke des Fügepartner- Werkstoffes von 50 pm der Fokusdurchmesser di des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11 bei 75 pm liegen.

Die Leistung P2 des Aufschmelz-Laserstrahlanteils 13 ist in den Figuren 1 bis 4 im Vergleich zur Leistung Pi des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11 bis auf einen Wert unterhalb einer Tiefschweißschwelle reduziert. Mit dem Auf- schmelz-Laserstrahlanteil 13 wird daher zwar die Schmelztemperatur, nicht jedoch die Dampftemperatur des Fügepartner-Werkstoffes erreicht. Die Leis tung P2 des Aufschmelz-Laserstrahlanteils 13 ist derart eingestellt, dass le diglich die Bauteiloberfläche aufgeschmolzen wird. Bei der Bemessung der Leistung P2 des Aufschmelz-Laserstrahlanteils 13 wird die thermische Beein flussung durch die Leistung Pi des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11 berück sichtigt.

Beispiele für die Strahlformung in der Glasfaser sind Faser mit einer konzent rischen Anordnung ohne bzw. mit einem geometrischen Abstand (das heißt Ringspalt 30) zwischen Kern und Ring. Variable Größen hierbei sind bei der konzentrischen Anordnung das Durchmesserverhältnis d2/d1. In diesem Fall gilt: d2 > d1 (d2: Außendurchmesser Ring, d1 : Außendurchmesser Kern), wobei vorzugsweise gilt: 1 < d2/d1 <20. Die Figur 4a zeigt die Bedingung für den geometrischen Abstand ds - d1 = 0. Dieser ist damit nicht vorhanden und zeigt sich in Faser mit einem Brechungsindexunterschied in der Grenz fläche. In der Figur 4b ist der geometrische Abstand (das heißt der Ringspalt 30) mit ds - d1 > 0 und d2 > ds beschrieben (ds: Ringspalt-Außendurchmes ser).

Ebenso kann das Leistungsverhältnis P2/P1 an den Prozess und vornehm lich an die Prozessgeschwindigkeit angepasst werden, damit sich ein ausrei chend großer Schmelzbadkanal 21 für die Kapillarumströmung ausbildet.

Darüber hinaus ist jede konfigurierbare Matrixanordnung vorstellbar: Bei spielhaft sind in der Figur 4c der Kern und der Ring nicht mehr konzentrisch zueinander ausgerichtet, sondern zueinander versetzt, wobei der Kern nach wie vor vollständig vom Ring umgeben ist. Die in den Figuren 4a bis 4c ge zeigten Konfigurationen verfolgen den Ansatz, dass durch den äußeren Strahlungsanteil 13 das Schmelzbad 17 durch oberflächennahes Aufschmel zen (Regime des Wärmeleitungsschweißen) verbreitert wird.

Alle Strahlkonfigurationen lassen sich neben Fasern durch optische Ele mente wie zum Beispiel ein Prisma, ein diffraktives oder refraktives optisches Element oder weitere Ausprägungen in der Bearbeitungsoptik vorzugsweise im kollimierten Strahlengang zwischen der Kollimationslinse und der Fokus sierlinse erzeugen.

Nachfolgend sind anhand der Figuren 5 bis 7 jeweils alternative Strahlfor mungen gemäß weiterer Ausführungsbeispiele angedeutet. In den Figuren 5 bis 7 sind die Laserstrahlanteile 11, 13 jeweils als Einzel-Rundstrahlen reali siert, von denen in den Figur 5 bis 7 lediglich die sich an der Fügestelle bil denden Laserspots gezeigt sind.

In der Figur 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel angedeutet, bei dem der Laserstrahl 10 mittels Strahlumformung in einen nacheilenden Tiefschweiß- Strahlanteil 11 und in zwei vorauseilende Aufschmelz-Strahlanteile 13 aufge- teilt wird. Demnach bewegt sich der Tiefschweiß-Laserstrahlanteil 11 auf ei ner Fügestellen-Längsachse x, während die beiden vorauseilenden Auf- schmelz-Laserstrahlanteile 13 jeweils beidseitig um einen Querversatz von der Fügestellen-Längsachse x versetzt sind. Der Mittelpunkt-Längsabstand ai zwischen dem nacheilenden Tiefschweiß-Laserstrahlanteil 11 und den beiden vorauseilenden Aufschmelz-Laserstrahlanteilen 13 ist größer als Null sowie derart bemessen, dass die von den Laserstrahlanteilen 11, 13 erzeug ten Teil-Schmelzbäder in ein gemeinsames Schmelzbad übergehen. Bei spielhaft können sich die Laserstrahlanteile 11, 13 mit ihren Laserspots zu mindest tangential berühren oder einander teilweise überlagern. Der Mittel punkt-Querabstand a2 zwischen den beiden vorauseilenden Aufschmelz-La serstrahlanteilen 13 kann zumindest dem Fokusdurchmesser di des Tief schweiß-Laserstrahlanteil 13 entsprechen. Zudem kann in der Figur 5 ein Abstand a3 zwischen einander zugewandten Innenseiten der beiden Auf schmelz-Laserstrahlanteilen 13 kleiner bemessen sein als der Fokusdurch messer di des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11. Auf diese Weise ist ein Überlapp zwischen den Teilschmelzbädern der beiden vorauseilenden Auf schmelz-Laserstrahlanteilen 13 sowie des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11 sichergestellt.

In der Figur 6 ist in einer Ansicht entsprechend der Figur 4 und 5 ein drittes Ausführungsbeispiel angedeutet, bei dem der Laserstrahl 10 mittels Strahlumformung in einen nacheilenden Tiefschweiß-Laserstrahlanteil 11 und in einen vorauseilenden Aufschmelz-Laserstrahlanteil 13 aufgeteilt wird. In der Figur 6 sind die beiden Laserstrahlanteile 11, 13 in Längsflucht hinter einander angeordnet.

In einer ersten Prozessvariante kann in der Figur 6 der Aufschmelz-Laser strahlanteil 13 eine Leistung P2 aufweisen, die im Vergleich zur Leistung Pi des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11 bis auf einen Wert unterhalb einer Tiefschweißschwelle reduziert. Auf diese Weise erfolgt mittels des Auf- schmelz-Laserstrahlanteils 13 ein Wärmeleitungsschweißen, das eine Schmelzbadverbreiterung durch Ausnutzen eines lateralen Wärmeeintrags W durch vornehmlich konduktiven Wärmetransport ergibt. Durch Vergröße rung des Abstands ai wird der laterale Wärmeeintrag W vergrößert und da mit das Schmelzbad 17 im Bereich der Dampfkapillare 15 verbreitert.

In einer zweiten Prozessvariante kann in der Figur 6 der vorauseilende Auf- schmelz-Laserstrahlanteil 13 eine Leistung P2 aufweisen, die kein Wärmelei tungsschweißen, sondern ein Tiefschweißen ermöglicht. Das Durchmesser verhältnis d2/di kann bei zumindest nahe 1 liegen. Zudem kann der Mittel punkt-Längsabstand ai zwischen den beiden Laserstrahlanteilen 11 , 13 so eingestellt sein, dass der laterale Temperaturgradient kleiner ist als im Ver gleich zu einem Einzelstrahl bzw. zwei Laserstrahlanteilen mit einem zu gro ßen Abstand. Die Prozesssteuerung der Laserstrahlvorrichtung kann in Ab hängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit v den Mittelpunkt-Längsabstand ai sowie die Leistungen Pi, P2 derart einstellen, dass die Breite des jeweili gen Schmelzbadkanals 21 durch den geringen Temperaturgradienten zu nimmt.

In der Figur 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die beiden in Längsflucht hintereinander angeordneten Laserstrahlanteile 11 , 13 einen Linienfokus 29 bilden. Dieser erstreckt sich über eine Fokuslänge I entlang der Schweißrichtung, wobei dessen Breite den Fokusdurchmessern di, d2 der Laserstrahlanteile 11 , 13 entspricht. Die Leistung Pi des nacheilenden Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11 ist derart bemessen, dass ein Tiefschweiß prozess ermöglicht ist. Zudem ist im Linienfokus 29 eine Leistungsverteilung entlang der Längsachse x möglich.

Alternativ und/oder zusätzlich können in den Ausführungsbeispielen der Fi guren 5 bis 7 anstelle der dargestellten Rundstrahlen auch Strahlen mit einer Strahlformung eingesetzt werden, wie sie in den Figuren 4a bis 4c dargestellt sind. Generell sind auch hier Strahlen in beliebigen geometrischen Formen einsetzbar. BEZUGSZEICHENLISTE:

1 3 Fügepartner

4 Schweißnaht

5 Bearbeitungsoptik 7 Kollimationsoptik

9 Fokussieroptik

10 Laserstrahl 11 Tiefschweiß-Laserstrahlanteil 13 Aufschmelz-Laserstrahlanteil 15 Dampfkapillare

17 Schmelzbad

18 Kapillarströmung 19 Kapillarfront 21 Schmelzbadkanal 23 Kapillarrückseite 25 Tiefschweiß-Laserspot 27 Aufschmelz-Laserspot 29 Linienfokus x Fügestellen-Längsachse

Linienfokus-Länge b Schmelzbadkanal-Breite ai Mittelpunkt-Längsabstand a2 Mittelpunkt-Querabstand a3 Abstand v Vorschubgeschwindigkeit

W lateraler Wärmeeintrag di Fokusdurchmesser des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11 d2 Fokus-Außendurchmesser des Aufschmelz-Laserstrahlanteils 13

Pi Leistung des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils 11

P₂ Leistung des Aufschmelz-Laserstrahlanteils 13

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Laserstrahltiefschweißen zumindest zweier Fügepartner (1 , 3), bei dem eine Laserstrahlvorrichtung einen Laserstrahl (10) mit ei nem Tiefschweiß-Laserstrahlanteil (11) erzeugt, der mit einer Vorschub geschwindigkeit (v) entlang einer Fügestelle bewegt wird, wobei der Tiefschweiß-Laserstrahlanteil (11) im Fügepartner- Werkstoff eine Dampfkapillare (15) erzeugt, die von einem Schmelzbad (17) umgeben ist und die sich mit dem Laserstrahl (10) in Schweißrichtung durch den Fügepartner- Werkstoff bewegt, und zwar unter Bildung einer Kapilla- rumströmung (18), bei der eine an der Kapillarfront (19) befindliche Me tallschmelze über beidseitig der Dampfkapillare (15) gebildete Schmelz badkanäle (21) in Richtung Kapillarrückseite (23) strömt und dort er starrt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Laserstrahl (10) zusätzlich zumindest ein Aufschmelz-Laser- strahlanteil (13) zugeordnet ist, mittels dem die Breite (b), das heißt der Strömungsquerschnitt, der Schmelzbadkanäle (21) erhöht wird, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit der die Schmelzbadkanäle (21) durchströmenden Metallschmelze reduziert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der La serstrahl (10) und/oder die Laserstrahlanteile (11, 13) jeweils als ein Rundstrahl realisiert sind, und/oder dass der Tiefschweiß-Laserstrahl anteil (11) und der Aufschmelz-Laserstrahlanteil (13) in einer überlager ten Strahlformung in konzentrischer Anordnung ausgerichtet sind, und zwar insbesondere in einer Kern-/Mantelführung des Laserstrahls (10), bei der ein radial innerer Kern mit insbesondere Kreis-Querschnittsflä che den Tiefschweiß-Anteil (11) und ein radial äußerer, im Querschnitt kreisringförmiger Mantel den Aufschmelz-Anteil (13) bildet, und/oder dass insbesondere die Schmelzbadverbreiterung durch ein gezieltes oberflächennahes Aufschmelzen, vorzugsweise nach Art eines Wärme leitungsschweißens, erfolgt.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlvorrichtung eine Prozesssteuerung aufweist, die ein Durch messerverhältnis (d2/di) und/oder ein Leistungsverhältnis (P1/P2) zwi schen den beiden Laserstrahlanteilen (11 , 13) in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit (v) anpasst, und dass insbesondere für den Fokusdurchmesser (di) des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils (11) und den Fokusdurchmesser (d2) des Aufschmelz-Laserstrahlanteils (13) fol gendes gilt: d2 ä di, sowie

1 < d2/di < 20, bevorzugt

2,5 < d2/di < 10, höchst bevorzugt

2,5 < d2/di < 4, und/oder dass der Aufschmelz-Laserstrahlanteil (13) eine Leistung (P2) aufweist, die im Vergleich zur Leistung (Pi) des Tiefschweiß-Laser strahlanteils (11) reduziert ist, und zwar insbesondere auf einen Wert unterhalb einer Tiefschweißschwelle, mit dem zwar die Schmelztempe ratur, nicht jedoch die Dampftemperatur des Fügepartner- Werkstoffes erreicht wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Strahlformung der Laserstrahl (10) einen Tiefschweiß-Laserstrahlanteil (11 ) und zumindest einen in der Schweiß richtung vorauseilenden Aufschmelz-Laserstrahlanteil (13) aufweist, die über einen Mittelpunkt-Längsabstand (ai) von größer als Null voneinan der beabstandet sind, und/oder dass insbesondere der Mittelpunkt- Längsabstand (ai, a2) zwischen den Laserstrahlanteilen (11 , 13) so be messen ist, dass die von den Laserstrahlanteilen (11 , 13) erzeugten Teil-Schmelzbäder in ein gemeinsames Schmelzbad übergehen, und/oder dass insbesondere sich die Laserstrahlanteile (11 , 13) an der Fügestelle, das heißt deren Laserspots, zumindest tangential berühren oder einander teilweise überlagern, und/oder dass insbesondere die La serstrahlanteile (11 , 13) in der Schweißrichtung in Längsflucht hinterei nander angeordnet sind.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass von den beiden in Längsflucht hintereinander angeordneten Laserstrahlanteilen (11 , 13) der vorauseilende Aufschmelz-Laserstrahlanteil (13) so ausge legt ist, dass er kein Wärmeleitungsschweißen, sondern ein Tiefschwei ßen ausführt, und dass insbesondere das Durchmesserverhältnis (d2/di) insbesondere zumindest nahe bei 1 liegt, und dass insbeson dere mittels der Prozesssteuerung der Mittelpunkt-Längsabstand (ai) zwischen den Laserstrahlanteilen (11 , 13) so einstellbar ist, dass der la terale Temperaturgradient kleiner ist als im Vergleich zu einem Einzel strahl, und/oder dass insbesondere die Prozesssteuerung in Abhängig keit von der Vorschubgeschwindigkeit den Mittelpunkt-Längsabstand (ai) sowie die Leistungen (Pi, P2) einstellt, und zwar bevorzugt derart, dass die Breite (b) des jeweiligen Schmelzbadkanals (21) durch den ge ringen Temperaturgradienten zunimmt.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beiden in Längsflucht hintereinander angeordneten Laserstrahlanteile (11 , 13) ei nen Linienfokus (29) bilden, der sich über eine Fokuslänge (I) in der Schweißrichtung erstreckt und dessen Breite dem Fokusdurchmesser (di, d2) der Laserstrahlanteile (11 , 13) entspricht.

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Tiefschweiß-Laserstrahlanteil (11) zumindest zwei vo rauseilende Aufschmelz-Laserstrahlanteile (13) zugeordnet sind, und dass insbesondere sich der Tiefschweiß-Laserstrahlanteil (11) auf einer Fügestellen-Längsachse (x) bewegt, während die beiden Aufschmelz- Laserstrahlanteile (13) jeweils um einen Querversatz beidseitig von der Fügestellen-Längsachse (x) versetzt sind, und dass insbesondere der Mittelpunkt-Querabstand (a2) zwischen den beiden Aufschmelz-Laser- strahlanteilen (13) zumindest dem Fokusdurchmesser (di) des Tief- schweiß-Laserstrahlanteils (11) entspricht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ab stand (a3) der einander quer zur Fügestellen-Längsachse (x) zuge wandten Innenseiten der vorauseilenden Aufschmelz-Laserstrahlantei- len (13) kleiner bemessen ist als der Fokusdurchmesser (di) des Tief schweiß-Laserstrahlanteils (11), so dass insbesondere ein Überlapp zwischen den Teilschmelzbädern der beiden vorauseilenden Auf- schmelz-Laserstrahlanteilen (13) sowie des Tiefschweiß-Laserstrahlan teils (11) sichergestellt ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Materialstärke des Fügepartner-Werk- stoffes in einem Bereich von beispielsweise 50 pm bis 150 pm, insbe sondere bei 75 pm, der Fokusdurchmesser (di) des Tiefschweiß-Laser strahlanteils (11) in einem Bereich von beispielsweise 40 pm bis

100 pm, insbesondere bei 50 pm liegt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesssteuerung der Laserstrahlvorrichtung die Leistung (Pi) des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils (11) direkt propor tional mit der Vorschubgeschwindigkeit (v) ändert, so dass zum Beispiel bei einer Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit (v) von

800 mm/s um einen Faktor von 1 ,5 auf 1200 mm/s die Leistung (Pi) des Tiefschweiß-Laserstrahlanteils (11) um denselben Faktor erhöht wird, und/oder dass Vorschubgeschwindigkeiten (v) bis zu 1500 mm/s, insbesondere 2000 mm/s erzielbar sind.