Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE10113471B4 - Method for hybrid welding by means of a laser double focus - Google Patents

Method for hybrid welding by means of a laser double focus Download PDF

Info

Publication number
DE10113471B4
DE10113471B4 DE10113471A DE10113471A DE10113471B4 DE 10113471 B4 DE10113471 B4 DE 10113471B4 DE 10113471 A DE10113471 A DE 10113471A DE 10113471 A DE10113471 A DE 10113471A DE 10113471 B4 DE10113471 B4 DE 10113471B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
welding
laser
laser beam
points
focus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE10113471A
Other languages
German (de)
Other versions
DE10113471A1 (en
Inventor
Björn Dr. Wedel
Roman Dr. Niedrig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Highyag Lasertechnologie GmbH
Original Assignee
Highyag Lasertechnologie GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Highyag Lasertechnologie GmbH filed Critical Highyag Lasertechnologie GmbH
Priority to DE10113471A priority Critical patent/DE10113471B4/en
Publication of DE10113471A1 publication Critical patent/DE10113471A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10113471B4 publication Critical patent/DE10113471B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/005Soldering by means of radiant energy
    • B23K1/0056Soldering by means of radiant energy soldering by means of beams, e.g. lasers, E.B.
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/346Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
    • B23K26/348Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K28/00Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
    • B23K28/02Combined welding or cutting procedures or apparatus

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Verfahren zum Schweißen von Materialien mittels eines einzelnen Laserstrahls und einer gekoppelten Schweißvorrichtung als Laser-Hybridschweißverfahren, bei dem mindestens zwei Laserfokussierungspunkte (12, 13) durch den Laserstrahl erzeugt und in den Schweißpunkt (20) oder in den Bereich der entstehenden Schmelze um den Schweißpunkt (20) gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Laserparameter, insbesondere die Abstände der Fokussierungspunkte (12, 13) relativ zueinander und zum Schweißpunkt und die Intensitäten der Fokussierungspunkte (12, 13), auf der Grundlage der Messung von einzelnen Parametern des Schweißprozesses, insbesondere der Schweißgeschwindigkeit und -güte, laufend und unabhängig voneinander variiert werden.method for welding of materials by means of a single laser beam and a coupled one welder as a laser hybrid welding process, at the at least two laser focussing points (12, 13) generates the laser beam and in the welding point (20) or in the area the resulting melt are directed around the welding point (20), characterized in that the respective laser parameters, in particular the distances the focusing points (12, 13) relative to each other and the welding point and the intensities the focusing points (12, 13), based on the measurement of individual parameters of the welding process, in particular the welding speed and goodness, ongoing and independent be varied from each other.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen oder Löten von Materialien mittels eines einzelnen Laserstrahls und einer gekoppelten Schweißvorrichtung oder einer gekoppelten Lötvorrichtung.The The invention relates to a method and a device for welding or Soldering from Materials by means of a single laser beam and a coupled welder or a coupled soldering device.

Die Kopplung von unterschiedlichen Schweißprozessen, insbesondere mittels eines konventionellen Schweißverfahrens und eines Laserstrahls wird Laser-Hybridschweißverfahren genannt. Diese Verfahren werden vor allem in der Fertigungstechnik verwendet, um die Vorteile der jeweiligen Verfahren zu kombinieren und auf spezifische Probleme anzuwenden. Bei einem Lichtbogenschweißverfahren wird die Schweißwärme durch einen hohen elektrischen Strom auf die Schweißoberfläche übertragen. Der Brennfleck des Lichtbogens erreicht jedoch keine große Einschweißtiefe in das Material. Auch Variationen bestimmter Schweißparameter, wie z.B. die zeitabhängige Veränderung des Schweißstromes ( DE 198 08 383 A1 ), kann diese Schweißcharakteristik nicht wesentlich verändern.The coupling of different welding processes, in particular by means of a conventional welding process and a laser beam is called laser hybrid welding process. These methods are mainly used in manufacturing technology to combine the advantages of the respective methods and to apply to specific problems. In an arc welding process, the welding heat is transmitted to the welding surface by a high electric current. However, the focal spot of the arc does not achieve a large welding depth into the material. Also variations of certain welding parameters, such as the time-dependent change of the welding current ( DE 198 08 383 A1 ), this welding characteristic can not change significantly.

Die Verwendung eines hochenergetischen Laserstrahles zur Behandlung, insbesondere Verschweißen, von Oberflächen ist Stand der Technik (z.B. DE 197 51 195 C1 ). Die wärmebeeinflusste Zone des hochenergetischen Laserstrahls ist im Gegensatz hierzu mit einer herkömmlichen Lichtbogenschweißanordnung wesentlich geringer als die Fläche des Brennfleckes. Die Einschweißtiefen sind jedoch im Vergleich zum konventionellen Schweißverfahren wesentlich tiefer. Die Kombination dieser beiden Verfahren führt zu einer kelchförmigen Schweißnaht, mit der auch Spaltbrücken zwischen Werkstücken verschweißt werden können.The use of a high-energy laser beam for the treatment, in particular welding, of surfaces is state of the art (eg DE 197 51 195 C1 ). The heat-affected zone of the high-energy laser beam, in contrast, with a conventional arc welding arrangement is substantially smaller than the area of the focal spot. However, the welding depths are significantly lower compared to the conventional welding process. The combination of these two methods leads to a cup-shaped weld, with which also gap bridges between workpieces can be welded.

Die EP1020249A2 beschreibt einen Laserbearbeitungskopf, der insbesondere zum Schweißen mittels eines Zusatzdrahtes bzw. zum Laserschneiden geeignet ist. Hierbei wird ein Laserstrahl in zwei separate Laserstrahlen durch einen konvexen Dachkantenspiegel, einen nachfolgenden konkaven Dachkantenspiegel und ein anschließendes Linsensystem aufgespaltet. Hierbei kann im Laserbearbeitungskopf das Verhältnis der Intensitäten der separaten Laserstrahlen zueinander eingestellt werden. Der Abstand der separaten Laserstrahlen zueinander wird durch eine Veränderung der Spiegelanordnung relativ zur optischen Achse beeinflusst. Nachteilig ist jedoch, da lediglich der Abstand der Laserstrahlen zueinander eingestellt werden kann, nicht hingegen eine freie kontinuierliche Positionierung der separaten Laserstrahlen.The EP1020249A2 describes a laser processing head, which is particularly suitable for welding by means of an additional wire or for laser cutting. Here, a laser beam is split into two separate laser beams by a convex roof edge mirror, a subsequent concave roof edge mirror and a subsequent lens system. In this case, the ratio of the intensities of the separate laser beams to each other can be adjusted in the laser processing head. The distance of the separate laser beams from each other is influenced by a change in the mirror arrangement relative to the optical axis. However, a disadvantage is that only the distance of the laser beams from each other can be adjusted, not a free continuous positioning of the separate laser beams.

In der DE 199 16 831 A1 wird ein Verfahren zum Laser-WIG-Schweißen beschichteter Stahlbleche beschrieben. Die Kombination eines Wolfram-Inertgas-(WIG)-Schweißverfahrens in Verbindung mit einem Nd:YAG-Festkörperlaser ermöglicht durch eine höhere Schweißnahtqualität als herkömmliche Schweißverfahren das Verschweißen von beschichteten Stahlblechen. Diese Möglichkeit ist jedoch nur in einem sehr engen Konfigurationsbereich möglich, bei dem die Parameter der Schweiß- und Lasereigenschaften genau vorgegebenen sind.In the DE 199 16 831 A1 A method for laser TIG welding of coated steel sheets is described. The combination of a Tungsten Inert Gas (TIG) welding process with a Nd: YAG solid-state laser allows welding of coated steel sheets through a higher weld quality than conventional welding processes. However, this possibility is only possible in a very narrow configuration range, in which the parameters of the welding and laser properties are precisely specified.

Aus der DE 198 49 117 A1 ist ein Verfahren und Vorrichtung zum gekoppelten Laser-MSG-Schweißen bekannt. Das Metallschutzgasschweißen (MSG) in Verbindung mit einem hochenergetischen Laser, wie z.B. ein CO2-Laser oder ein Nd:YAG-Laser, wird als herkömmlicher Hybridschweißprozess durch einen weiteren Schweißprozess erweitert. Durch einen zusätzlichen, gekoppelten MSG-Schweißprozess wird das Schweißverhalten des herkömmlichen Hybridverfahrens verbessert und die Nahtqualität, vor allem beim Schweißen von Spaltenzwischenräumen, gesteigert.From the DE 198 49 117 A1 For example, a method and apparatus for coupled laser GMA welding is known. Gas shielded metal arc welding (GMAW) combined with a high-energy laser, such as a CO 2 laser or an Nd: YAG laser, is being extended as a conventional hybrid welding process by a further welding process. An additional, coupled MSG welding process improves the welding performance of the conventional hybrid process and improves the seam quality, especially when welding gap gaps.

Die Einzelschweißverfahren, wie Lichtbogen- oder Laserstrahlschweißenverfahren, bzw. deren Kombinationen als Hybridschweißverfahren haben die wesentlichen Nachteile, dass bestimmte Unzulänglichkeiten der Einzel- bzw. Hybridschweißverfahrens teilweise oder gar nicht berücksichtigt werden. In der Schmelze um den Schweißpunkt bildet sich aufgrund der hohen Temperaturen eine sogenannte Dampfkapillare aus. Erstarrt die Schmelze zu schnell, so bildet diese eingeschlossene Dampfkapillare Hohlräume und Poren, die die mechanische Festigkeit des Werkstückes und der Schweißnaht in einem hohen Maße negativ beeinflussen (z.B. „Online-Prozessüberwachnug bei Laserstrahltiefschweißen", G. Müller; Laser Magazin 6/2000, Seite 20ff.). In Verbindung mit einer nicht regulierten Laserstrahlung kann es bei einer größeren Ausdehnung der Schmelze zu einer Unterbrechung des elektrischen Stromes und damit des Lichtbogens kommen. Ein kontinuierliches, insbesondere automatisiertes, Verschweißen wird hierdurch verhindert und die Schweißqualität reduziert. Das Verschweißen von Spaltzwischenräumen mit nur einem Laserfokussierungspunkt führt zu einer asymmetrischen Temperaturverteilung über den Spalt hinweg und reduziert damit die Schweißnahtqualität. Weiterhin kann die unkontrollierte Energieverteilung innerhalb der Schmelze bei heterogenen Werkstücken zu einem Herauslösen einzelner Bestandteile, wie z.B. Kohlenstoffverbindungen, führen, die die Materialeigenschaften einzelner Bereiche, z.B. einer Beschichtung, oder des gesamten Werkstückes negativ beeinflussen und unkontrolliert verändern können.The Single welding process, As arc or laser beam welding process, or their combinations as a hybrid welding process have the major disadvantages that certain shortcomings the single or hybrid welding process partly or not considered become. In the melt around the welding point forms due to the high temperatures, a so-called steam capillary. Stiffens the melt too fast, so this forms enclosed steam capillary cavities and pores, which are the mechanical strength of the workpiece and the weld to a high degree adversely affect (e.g., "online process monitoring in laser beam deep welding ", G. Müller; Magazine 6/2000, page 20ff.). In conjunction with an unregulated Laser radiation can cause a larger expansion of the melt to an interruption of the electric current and thus the arc come. A continuous, in particular automated, welding becomes This prevents and reduces the quality of welding. The welding of gap spaces with only one laser focussing point leads to an asymmetric one Temperature distribution over the gap across and thus reduces the weld quality. Furthermore, the uncontrolled Energy distribution within the melt for heterogeneous workpieces too a detachment individual components, e.g. Lead carbon compounds, the the material properties of individual regions, e.g. a coating, or the entire workpiece negatively influence and can change uncontrollably.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Qualität der Schweißnaht zu verbessern und beim Verschweißen von nichtschlüssigen Werkstücken eine asymmetrische Schweißnaht zu verhindern.outgoing From this prior art, it is the object of the present Invention the quality the weld to improve and when welding non-locking workpieces an asymmetric Weld to prevent.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Schmelze" bei einem homogenen Werkstück oder bei zwei schlüssig abschließenden Werkstücken die räumliche Ausdehnung der reduzierten Festigkeit der Werkstückoberflächen um den hochenergetischen Schweißpunkt verstanden. Für das Verschweißen von zwei Werkstücken über einen Spalt hinweg wird mit „Schmelze" das noch viskose Schweißgut im Spalt und die durch den Schweißvorgang unmittelbar thermisch beeinflussten Kanten und Seiten der zu verschweißenden Werkstücke verstanden.in the For the purposes of the present invention, the term "melt" in a homogeneous workpiece or at two conclusive final workpieces the spatial Extension of the reduced strength of the workpiece surfaces around the high-energy WeldingSpot Understood. For the weld together of two workpieces over a gap The "viscous" weld metal is melted away Gap and through the welding process directly thermally influenced edges and sides of the workpieces to be welded understood.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist danach vorgesehen, dass der Laserstrahl mindestens zwei Fokussierungspunkte im Schweißpunkt oder im räumlich geringen Abstand zum Schweißpunkt besitzt. Durch die frei wählbare Veränderung der Abstände der Fokussierungspunkte zu einander oder zum Schweißpunkt und/oder der Intensitäten der jeweiligen Fokussierungspunkte kann in Abhängigkeit vom Hybridschweißprozess die eingebrachte Energie in den Schweißpunkt und der Umgebung sehr genau beeinflusst werden. Hierdurch kann die Temperaturverteilung und -entwicklung der Schmelze im Schweißpunkt bzw. der Schweißnaht gesteuert werden.Is solved this object is achieved by the features of claim 1. that the laser beam has at least two focus points in the spot weld or in space small distance to the welding point has. By the freely selectable change the distances the focussing points to each other or to the spot weld and / or the intensities the respective focus points may vary depending on the hybrid welding process the introduced energy into the welding spot and the environment very much be influenced exactly. This allows the temperature distribution and development of the melt in the weld or the weld seam controlled become.

Mit Hilfe einer ständigen Temperaturmessvorrichtung können, in Abhängigkeit von den Messdaten, die Einstellungsparameter des Lasers, wie z.B. Anzahl, Abstände und Intensitäten der Fokussierungspunkte, und der Schweißanordnung, wie. z.B. Drahtvorschub, so verändert werden, dass die oben genannten Nachteile nicht oder nur in einem sehr geringen Maße auftreten. Die Qualität der Schweißpunkte bzw. der Schweißnaht wird hierdurch erhöht und das umgebende Werkstück in seinen Materialeigenschaften durch den Schweißvorgang nur sehr gering verändert.With Help a constant Temperature measuring device can, dependent on from the measurement data, the adjustment parameters of the laser, e.g. Number, distances and intensities the focussing points, and the welding arrangement, such as. e.g. Wire feed, so changed be that the above disadvantages are not or only in one very small dimensions occur. The quality the welding points or the weld is thereby increased and the surrounding workpiece changed very little in its material properties by the welding process.

Dieses Verfahren bietet damit die Möglichkeit, die Temperaturverteilung und den Abkühlprozess der Schmelze durch die Fokussierungspunkte der Laserstrahlung so zu steuern, dass die Bildung von Hohlräumen und Poren aufgrund von schnell erstarrten Dampfkapillaren stark reduziert und die Festigkeit der Schweißnaht bzw. des umgebenden Werkstückes nicht beeinflusst wird.This Procedure thus offers the possibility the temperature distribution and the cooling process of the melt through to control the focal points of the laser radiation so that the Formation of cavities and pores due to rapidly solidified vapor capillaries strong reduces and the strength of the weld or the surrounding workpiece not being affected.

Auch die Laser-Hybridverschweißung von Materialien über einen Spalt hinweg, kann mit diesem Verfahren wesentlich besser durchgeführt werden und verhindert eine asymmetrische Ausbildung der Schweißnaht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Fokussierungspunkt des Laserstrahls auf die Kante des ersten Werkstückes und der zweite Fokussierungspunkt auf die zu verschweißende Kante des zweiten Werkstückes gelegt werden. Dies führt, bei gleich gewählten Intensitäten der Fokussierungspunkte, zu einer homogenen Erwärmung der gesamten Schweißzone und verbessert die Qualität der Schweißnaht, gewährleistet eine vollständige Auffüllung des gesamten Spaltzwischenraumes mit der Schmelze und verhindert ein einseitiges Aufschmelzen nur eines Werkstückes und damit die Ausbildung einer asymmetrischen Schweißnaht.Also the laser hybrid welding of materials over a gap away, can do a lot better with this method carried out become and prevents an asymmetrical formation of the weld. By the inventive method may be a focusing point of the laser beam on the edge of the first workpiece and the second focus point on the edge to be welded of the second workpiece be placed. This leads to, at the same chosen intensities the focal points, to a homogeneous heating of the entire welding zone and improves the quality of Weld, guaranteed a complete replenishment of the entire gap gap with the melt and prevents one-sided melting of only one workpiece and thus the training an asymmetric weld.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben; die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und den nachfolgenden Figuren näher beschrieben; es zeigt:Further advantageous measures are in the rest dependent claims described; The invention is based on embodiments and the following Figures closer described; it shows:

1 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Hybridschweißverfahrens mit einem Laserdoppelfokus; 1 a schematic side view of the hybrid welding process according to the invention with a laser double focus;

2 eine Aufsicht auf zwei sich überlappende Laserfokussierungspunkte relativ zur Position des Schweißdrahtes entlang einer Schweißnaht; 2 a plan view of two overlapping Laserfokussierungspunkte relative to the position of the welding wire along a weld;

3 eine Aufsicht auf einen Spalt zwischen zwei Blechen, wobei auf jeweils einem Blech ein Fokussie rungspunkt positioniert ist und dieser relativ zur Position des Schweißdrahtes entlang Spaltzwischenraumes verschiebbar sind. 3 a plan view of a gap between two sheets, wherein on each sheet a Fokussie tion point is positioned and this relative to the position of the welding wire along the gap gap are displaced.

In der 1 ist eine schematische Seitenansicht des Hybridschweißverfahrens mit einem Laserdoppelfokus dargestellt. In Verbindung mit einem konventionellen Schweißbrenner 15 wird der Schweißdraht 14 direkt auf das zu verschweißende Werkstück (Blech) 10 geführt. Die dabei entstehende Schmelze 20 wird direkt oder im Bereich der entstehenden Schmelze durch einen Laserstrahl bestrahlt. Der Laserstrahl wird durch eine Bearbeitungsoptik 16 mit Hilfe eines Doppelfokusformungs-Moduls 19 in zwei Laserstrahlen mit unterschiedlichen Fokussierungspunkten (12, 13) aufgeteilt. Eine Ausführungsform des Doppelfokusformungs-Moduls ist in der DE 199 61 918 A1 offenbart. Hierbei gewährleistet das Doppelfokusformungs-Modul 19, dass die Intensitäten und/oder Abstände der Fokussierungspunkte unabhängig voneinander frei wählbar sind. Das Doppelfokusformungsmodul 19 kann beispielsweise zwischen einem Kollimationslinsensystem 17 und einem Fokussierungslinsenystem 18 einer Bearbeitungsoptik 16 angeordnet sein, wenn der Laserstrahl durch ein – nicht gezeigtes – Lichtleitkabel an das Werkstück 10 geführt wird. Durch die Bearbeitungsoptik 16 wird eine genaue Positionierung und Intensitätszuweisung der Fokussierungspunkte 12, 13 in der Schmelze 20 erreicht und das thermische Verhalten der Schmelze 20 kontrolliert beeinflusst.In the 1 a schematic side view of the hybrid welding process is shown with a laser double focus. In conjunction with a conventional welding torch 15 becomes the welding wire 14 directly onto the workpiece to be welded (sheet metal) 10 guided. The resulting melt 20 is irradiated directly or in the region of the resulting melt by a laser beam. The laser beam is processed by a processing optics 16 using a double-focus shaping module 19 in two laser beams with different focus points ( 12 . 13 ) divided up. An embodiment of the double-focus forming module is shown in FIG DE 199 61 918 A1 disclosed. The double-focus forming module ensures this 19 in that the intensities and / or distances of the focusing points can be selected independently of one another. The double-focus forming module 19 for example, between a collimating lens system 17 and a focusing lens system 18 a processing optics 16 be arranged when the laser beam through a - not shown - fiber optic cable to the factory piece 10 to be led. Through the processing optics 16 becomes an accurate positioning and intensity assignment of the focus points 12 . 13 in the melt 20 achieved and the thermal behavior of the melt 20 controlled influences.

In der 2 ist eine Aufsicht auf die Bearbeitungspunkte des doppelfokussierten Laserstrahls 12, 13 und des Schmelzpunktes 20 der Schweißanordnung (als Durchstoßpunkt des Schweißdrahtes 14 durch die zu verschweißenden Bleche 10, 11) aufgetragen. Durch die freie Positionierbarkeit und Zuordnung geeigneter Intensitäten der Fokussierungspunkte 12, 13 gegeneinander und relativ zum Schweißpunkt kann das Temperaturverhalten in der Schweißnaht und in den umgebenden Blechen 10, 11 gesteuert werden. Die Fokussierungspunkte 12, 13 können mit Hilfe des Doppelfokus-Moduls 19 sogar überlappend positioniert werden. Die Hohlraum- und Porenbildung aufgrund der Ausbildung der Dampfkapillare wird damit verhindert.In the 2 is a plan view of the processing points of the double-focused laser beam 12 . 13 and the melting point 20 the welding arrangement (as the piercing point of the welding wire 14 through the sheets to be welded 10 . 11 ) applied. Due to the free positioning and assignment of suitable intensities of the focus points 12 . 13 relative to each other and relative to the welding point, the temperature behavior in the weld and in the surrounding sheets 10 . 11 to be controlled. The focus points 12 . 13 can with the help of the double-focus module 19 even be positioned overlapping. The void and pore formation due to the formation of the vapor capillary is thus prevented.

Die 3 verdeutlicht die Vorteil des Hybridschweißverfahrens mittels eines Laserdoppelfokus. Zwischen zwei Blechen 10, 11 befindet sich ein zu verschweißender Spalt, wobei auf der zu verschweißenden Kante des einen Blechs 10 ein Fokussie rungspunkt 12 positioniert ist und auf der Kante des Gegenblechs 11 ein anderer Fokussierungspunkt 13. Die Positionen der Fokussierungspunkte 12, 13 können relativ zum Schweißdraht 14 entlang des Spaltzwischenraumes verschoben werden. Dies verhindert eine ungleichmäßige Erwärmung der Bleche 10, 11 und verbessert die Schweißqualität. Lasersysteme herkömmlicher Laser-Hybridschweißverfahren können nur jeweils eine Blechkante oder den schon verschweißten Spalt bestrahlen und erzeugen damit asymmetrische Schweißnähte bzw. Schweißnähte mit Hohlräumen und Poren und damit reduzierten Festigkeiten.The 3 illustrates the advantage of the hybrid welding process by means of a laser double focus. Between two sheets 10 . 11 there is a gap to be welded, being on the edge to be welded of a sheet 10 a focus point 12 is positioned and on the edge of the counter plate 11 another focus point 13 , The positions of the focus points 12 . 13 can relative to the welding wire 14 be moved along the gap gap. This prevents uneven heating of the sheets 10 . 11 and improves the quality of welding. Laser systems of conventional laser hybrid welding processes can only irradiate one sheet edge or the already welded gap and thus produce asymmetrical weld seams or weld seams with cavities and pores and thus reduced strengths.

1010
Blech 1sheet 1
1111
Blech 2sheet 2
1212
Erster Laserstrahlfokussierungspunktfirst Laser beam focusing point
1313
Zweiter Laserstrahlfokussierungspunktsecond Laser beam focusing point
1414
Schweißdrahtwelding wire
1515
Schweißbrennerwelding torch
1616
Bearbeitungsoptikprocessing optics
1717
Kollimationslinsensystemcollimating lens
1818
FokussierungslinsensystemFocusing lens system
1919
Doppelfokusformungs-ModulDouble focus forming module
2020
Schmelzemelt

Claims (4)

Verfahren zum Schweißen von Materialien mittels eines einzelnen Laserstrahls und einer gekoppelten Schweißvorrichtung als Laser-Hybridschweißverfahren, bei dem mindestens zwei Laserfokussierungspunkte (12, 13) durch den Laserstrahl erzeugt und in den Schweißpunkt (20) oder in den Bereich der entstehenden Schmelze um den Schweißpunkt (20) gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Laserparameter, insbesondere die Abstände der Fokussierungspunkte (12, 13) relativ zueinander und zum Schweißpunkt und die Intensitäten der Fokussierungspunkte (12, 13), auf der Grundlage der Messung von einzelnen Parametern des Schweißprozesses, insbesondere der Schweißgeschwindigkeit und -güte, laufend und unabhängig voneinander variiert werden.Method for welding materials by means of a single laser beam and a coupled welding device as a laser hybrid welding method, wherein at least two laser focusing points ( 12 . 13 ) generated by the laser beam and in the welding point ( 20 ) or in the region of the resulting melt around the welding point ( 20 ), characterized in that the respective laser parameters, in particular the distances of the focusing points ( 12 . 13 ) relative to each other and to the welding point and the intensities of the focusing points ( 12 . 13 ), on the basis of the measurement of individual parameters of the welding process, in particular the welding speed and quality, are continuously and independently varied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Doppelfokusformungs-Modul (19) zwischen einem Kollimationslinsensystem (17) und einem Fokussierungslinsensystem (18) den Strahlengang eines Laserstrahls in zwei Fokussierungspunkte (12, 13) aufteilt.Method according to claim 1, characterized in that a double-focus forming module ( 19 ) between a collimating lens system ( 17 ) and a focusing lens system ( 18 ) the beam path of a laser beam into two focus points ( 12 . 13 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Schweißvorrichtung eine Lötvorrichtung mit interner oder externer Lötdrahtführung verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, instead of a welding device, a soldering device used with internal or external solder wire guide becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine ständige Temperaturmessung der Schmelze (20) die Parameter des Lasers und/oder der Schweißanordnung (14, 15) für eine optimale Schweißtemperatur angepasst werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that by a continuous temperature measurement of the melt ( 20 ) the parameters of the laser and / or the welding arrangement ( 14 . 15 ) for an optimum welding temperature.
DE10113471A 2001-03-19 2001-03-19 Method for hybrid welding by means of a laser double focus Expired - Lifetime DE10113471B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10113471A DE10113471B4 (en) 2001-03-19 2001-03-19 Method for hybrid welding by means of a laser double focus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10113471A DE10113471B4 (en) 2001-03-19 2001-03-19 Method for hybrid welding by means of a laser double focus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10113471A1 DE10113471A1 (en) 2002-10-02
DE10113471B4 true DE10113471B4 (en) 2005-02-17

Family

ID=7678206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10113471A Expired - Lifetime DE10113471B4 (en) 2001-03-19 2001-03-19 Method for hybrid welding by means of a laser double focus

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10113471B4 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008061224A1 (en) 2008-12-09 2010-06-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Melt joining method and apparatus
CN105312704A (en) * 2015-11-05 2016-02-10 武汉凌云光电科技有限责任公司 Self-flowing type soldering method and system used for laser welding
CN105537770A (en) * 2014-10-22 2016-05-04 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Laser conduction mode welding of aluminum alloys with cross dual laser beams
EP3572179A1 (en) 2018-05-23 2019-11-27 Andritz Soutec AG Method for welding together components and an application of said method
WO2022069105A1 (en) 2020-10-01 2022-04-07 Andritz Soutec Ag Method for welding sheet metal parts

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10261422B4 (en) * 2002-12-30 2014-04-03 Volkswagen Ag Laser welding and soldering method and device
EP1640105A1 (en) * 2004-09-28 2006-03-29 Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG Process for laser welding
EP1880791A1 (en) 2006-07-21 2008-01-23 Aleris Aluminum Koblenz GmbH Process and apparatus for laser joining two components through the use of a laminar inert gas flow coaxial to a metal filler wire
EP1920864B1 (en) 2006-11-13 2022-07-13 Volvo Car Corporation Method for laser brazing with twinspot
FR2908677B1 (en) 2006-11-17 2009-02-20 Air Liquide LASER BEAM WELDING METHOD WITH ENHANCED PENETRATION
DE202007002203U1 (en) * 2007-02-14 2008-06-26 Liebherr-Werk Ehingen Gmbh telescopic section
EP2263823B1 (en) * 2008-11-27 2020-09-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Hybrid welding method and hybrid welding apparatus
JP5479024B2 (en) * 2009-10-27 2014-04-23 パナソニック株式会社 Joining method and joining apparatus
US20130309000A1 (en) * 2012-05-21 2013-11-21 General Electric Comapny Hybrid laser arc welding process and apparatus
DE102015104411B4 (en) 2015-03-24 2017-02-16 Scansonic Mi Gmbh Laser beam joining process and laser processing optics
CN106513997B (en) * 2017-01-05 2020-10-27 机械科学研究总院青岛分院有限公司 Laser-arc hybrid welding method for myriawatt-level high-speed rail-mounted electric bottle box
CN115740756B (en) * 2022-11-25 2024-05-14 沪东中华造船(集团)有限公司 Double-laser-double-arc high-speed welding device and method

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4714815A (en) * 1986-11-04 1987-12-22 United Technologies Corporation Dual laser beam brazing of fine wires
DE19608074A1 (en) * 1996-03-02 1997-09-04 Fraunhofer Ges Forschung Method for welding
DE19751195C1 (en) * 1997-08-01 1999-04-29 Fraunhofer Ges Forschung Method and device for welding by means of laser radiation
DE19808383A1 (en) * 1998-02-27 1999-09-02 Volkswagen Ag Method for MIG/MAG electric arc welding to join two or more components made of light metals or alloys
DE19933825A1 (en) * 1998-07-22 2000-02-10 Suzuki Motor Co Laser processing device has beam mixing device to equalize optical axes and to mix laser beams plus laser deflecting device to align beam
DE19849117A1 (en) * 1998-10-24 2000-05-18 Dilthey Ulrich Method and device for coupled laser MSG welding
EP1020249A2 (en) * 1999-01-14 2000-07-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser beam machining head
DE19916831A1 (en) * 1999-04-14 2000-10-19 Peter Krull Combined neodymium-YAG laser and TIG welding process employs specified parameters for welding steel sheets coated with metallic, organic and/or inorganic materials
DE19961918A1 (en) * 1999-12-21 2001-07-19 Highyag Lasertechnologie Gmbh Laser material processing method involves has refractive elements in variable arrangement that produce double focus from single focus; distance, intensity between foci are freely selectable

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4714815A (en) * 1986-11-04 1987-12-22 United Technologies Corporation Dual laser beam brazing of fine wires
DE19608074A1 (en) * 1996-03-02 1997-09-04 Fraunhofer Ges Forschung Method for welding
DE19751195C1 (en) * 1997-08-01 1999-04-29 Fraunhofer Ges Forschung Method and device for welding by means of laser radiation
DE19808383A1 (en) * 1998-02-27 1999-09-02 Volkswagen Ag Method for MIG/MAG electric arc welding to join two or more components made of light metals or alloys
DE19933825A1 (en) * 1998-07-22 2000-02-10 Suzuki Motor Co Laser processing device has beam mixing device to equalize optical axes and to mix laser beams plus laser deflecting device to align beam
DE19849117A1 (en) * 1998-10-24 2000-05-18 Dilthey Ulrich Method and device for coupled laser MSG welding
EP1020249A2 (en) * 1999-01-14 2000-07-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser beam machining head
DE19916831A1 (en) * 1999-04-14 2000-10-19 Peter Krull Combined neodymium-YAG laser and TIG welding process employs specified parameters for welding steel sheets coated with metallic, organic and/or inorganic materials
DE19961918A1 (en) * 1999-12-21 2001-07-19 Highyag Lasertechnologie Gmbh Laser material processing method involves has refractive elements in variable arrangement that produce double focus from single focus; distance, intensity between foci are freely selectable

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MÜLLER, G.: On-line Prozessüberwachung beim Laser- strahltiefschweissen. In: Laser Magazin, 2000, Vol. 6, S. 20-21.
MÜLLER, G.: On-line Prozessüberwachung beim Laser-strahltiefschweissen. In: Laser Magazin, 2000, Vol. 6, S. 20-21. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008061224A1 (en) 2008-12-09 2010-06-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Melt joining method and apparatus
EP2196279A2 (en) 2008-12-09 2010-06-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fillet welding method and device
CN105537770A (en) * 2014-10-22 2016-05-04 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Laser conduction mode welding of aluminum alloys with cross dual laser beams
CN105312704A (en) * 2015-11-05 2016-02-10 武汉凌云光电科技有限责任公司 Self-flowing type soldering method and system used for laser welding
EP3572179A1 (en) 2018-05-23 2019-11-27 Andritz Soutec AG Method for welding together components and an application of said method
EP3572178A1 (en) 2018-05-23 2019-11-27 ANDRITZ Soutec AG Method for welding together components and an application of said method
WO2022069105A1 (en) 2020-10-01 2022-04-07 Andritz Soutec Ag Method for welding sheet metal parts

Also Published As

Publication number Publication date
DE10113471A1 (en) 2002-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10113471B4 (en) Method for hybrid welding by means of a laser double focus
DE102012008940B4 (en) Process for joining at least two workpieces
EP2160266B1 (en) Thick-walled metal workpieces connecting method using welding
DE69628646T2 (en) METHOD FOR WELDING USING A BUNDLE OF ENERGIES USING HIGH SPEED AND HIGH PERFORMANCE
EP2205393B1 (en) Device and method for laser processing
DE102007038502B4 (en) Method for joining at least two workpieces by means of a laser beam
DE102014203025A1 (en) Method for laser beam welding and welding head
EP2117762A2 (en) Laser welding method and device
DE102009020272B4 (en) Laser welding system
EP0748268B1 (en) Process for preparing the seam regions of coated workpieces for laser beam welding and lap joint for welding coated workpieces
DE10261422B4 (en) Laser welding and soldering method and device
EP1832377B1 (en) Device and method for welding a workpiece
DE102020120643B4 (en) Process for laser welding of electrodes
DE102008063614B4 (en) Laser arc hybrid welding head
DE10037109C2 (en) Method and device for smoothing welds during beam welding
DE19608074C2 (en) Process for welding relatively moving workpieces
DE102013210845B4 (en) Method for piercing into metallic workpieces by means of a laser beam
DE102004050819B4 (en) Method and device for laser beam machining
WO2018103768A1 (en) Method for laser soldering together at least two melt-coated components or sheet metals
WO2021175555A1 (en) Method for laser welding two coated workpieces
EP0889769B1 (en) Process for joining of workpieces with laser beam
DE10344082B4 (en) Process for the laser processing of coated sheets and coated sheet metal
DE10304709A1 (en) Laser hybrid welding involves adjusting optimal coverage of welded joint region by laser beam can during on-going welding process depending on real geometry and/or profile of welded joint
DE102021115036A1 (en) Process for laser processing of a workpiece and associated laser processing system
EP4415919A1 (en) Method for laser welding a workpiece, the method switching quickly between welding zones having different materials to be welded

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R082 Change of representative
R071 Expiry of right