-
Die
Erfindung betrifft ein stranggepresstes Formteil, bestehend aus
einem Schweißzusatzwerkstoff zur Verwendung beim Schweißen.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
solchen Formteiles.
-
In
der
DE 10 2004
054 346 A1 wird ein verbessertes Schweißverfahren
vorgestellt, bei dem der Schweißzusatzwerkstoff prozesssicher
und reproduzierbar einbringbar ist. Dieses wird durch ein stranggepresstes
Formteil aus Schweißzusatzwerkstoffen sichergestellt. Zwischen
zwei zu verbindenden Fügepartnern wird das Formteil platziert,
wobei der Querschnitt des Formteiles an die Geometrie zumindest eines
der Fügepartner angepasst ist. Hierzu wird das Formteil
vor dem Schweißen formschlüssig mit dem zumindest
einen Fügepartner verbunden, so dass anschließend
die beiden Fügepartner durch Schweißen entlang
des Formteiles miteinander kraft- und formschlüssig verbunden
werden. Diese Verwendung von Formteilen ist jedoch auf T- oder Stumpfstoßschweißen
begrenzt.
-
Bei
der Ausbildung von beispielsweise induktiv erhitzten Kanten, wie
sie beim Stumpfnahtschweißen angewendet werden, zeigt die
DE 10 822 16 A ,
dass zwischen den miteinander zu verschweißenden Bandkanten
ein mit zu verschweißender dünner, metallischer
Profilstrang einläuft, der zumindest an der Innenseite
eines Mantels beidseits der Schweißnaht mit Vorsprüngen
zur Abdeckung der Naht versehen ist.
-
Ein ähnliches
Schweißverfahren in Verbindung mit Rohrenden im Stumpfschweißverfahren
offenbart die
DE 35
16 571 A1 . In gleicher Weise sei noch darauf hingewiesen,
dass die Verwendung von Schweißzusatzwerkstoffen auch in
der
US 4 267 428 beschrieben
wird.
-
Um
eine Verbesserung der Schweißnahteigenschaften, wie insbesondere
Festigkeit, Duktilität, Heißriss- und Korrosionsverhalten
zu erreichen, wird bei der Laserstahlschweißerei stets
ein Schweißzusatzwerkstoff verwendet. Dieser Schweißzusatzwerkstoff
wird in der Regel als Draht oder Band zugesetzt. Dabei gestaltet
sich die Positionierung, Zuführung und Einbringung dieses
Schweißzusatzwerkstoffes als sehr schwierig. Erschwerend
wird das Einbringen des Schweißzusatzwerkstoffes in dem
Falle noch, wenn kleine Brennweiten des Laserstrahles verwendet
werden müssen, weil beispielsweise der Bauraum sehr klein
oder verwinkelt ausgebildet ist. Es ist deshalb notwendig, dass
in einem solchen Falle zur Überprüfung ein Kontrollsystem
mit einer Sensorik hinsichtlich der Zuführgeschwindigkeit
und Positionierung des Schweißzusatzwerkstoffes erforderlich
ist.
-
Gerade
beim Abrollen des Schweißzusatzwerkstoffes werden Eigenspannungen
in Form von Verwindungen abgebaut, die zu einer unerwünschten Depositionierung
des Schweißzusatzwerkstoffes in der Schweißzone
führen. Dieses hat zur Folge, dass es zu einer Defokussierung
des Laserstrahls kommt, wodurch die Prozessinstabilitäten,
wie beispielsweise Einbrandkerben oder Prozessspuren zunehmen.
-
Ein
weiterer Nachteil beim Arbeiten mit Drähten bzw. Bändern
liegt darin, dass bei der Zuführung dieser Schweißzusatzwerkstoffe
enorme Geschwindigkeitsschwankungen vorliegen. Diese Geschwindigkeitsschwankungen
führen darüber hinaus zu einer nicht reproduzierbaren
Schweißgutzusammensetzung. Darüber hinaus entstehen
unterschiedliche Schweißgutzusammensetzungen in dem Bereich
der Nahtwurzel und der Nahtflanke.
-
So
genannte Formteile können den Draht beim Laserstrahlschweißen
als Schweißzusatzwerkstoff ersetzen. Durch diese Formteile
wird der Schweißprozess vereinfacht und gleichzeitig die
Prozesssicherheit erhöht.
-
Eine
derartige Formteilgestaltung hängt maßgeblich
von der Stoßkonfiguration ab.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Verwendung von
Formteilen an Kehlnähten, Überlapp- oder Parallelstößen
so einzusetzen, dass eine Prozesssicherheit und damit eine höhere Reproduzierbarkeit
des Schweiß- oder Lötprozesses gegeben ist.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Patentansprüche 1
und 4, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch
7 gelöst. Die Unteransprüche geben dabei eine
weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens
wieder.
-
Anders
als beim T- und Stumpfstoßschweißen ist beim Überlapp-
und Parallelstoß keine symmetrische Geometrie eines Formteiles
beim Schweißen notwendig. Damit aber symmetrische Abkühl- bzw.
Eigenspannungsverhältnisse beim Strangpressen vorliegen,
erfolgt die Herstellung des Formteiles in symmetrischer U-Formausführung
gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform
eines solchen Formteiles. Mittels einer Sollbruchstelle können
so aus einem Rohbauteil zwei Formteile für das Kehlnahtschweißen
an Überlapp- und Parallelstößen gewonnen
werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Sollbruchstelle so
ausgelegt wird, dass beide Formteilhälften während
des Trennvorganges sich nicht plastisch verformen.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es jedoch
auch möglich, auf eine solche Trennung zu versichten, indem
das Formteil so gestaltet ist, dass es für die Erzeugung
von Kehlnähten an Überlapp- und Parallelstößen
verwendet werden kann. Ein solches Formteil ist so ausgebildet,
dass es vorzugsweise eine annährend dreieckige äußere Form
aufweist, die durch eine Anschlagfläche, die zu einer Auflagefläche
steht, un terbrochen wird. Durch die Anschlagfläche am Formteil
wird die Lage des Schweißzusatzwerkstoffes am Fügepartner
eindeutig definiert.
-
Um
das Formteil bereichsweise zwischen die zu verbindenden Fügepartner
platzieren zu können, weist mindestens einer der Fügepartner
eine Materialreduzierung im Bereich der auszuführenden
Kehlnaht auf. In diesem Bereich der Materialreduzierung wird das
Formteil eingelegt bzw. eingesteckt, so dass das Formteil mit seiner
Anlagefläche mit der Materialreduzierung, die als Absatz
oder Rücksprung ausgebildet sein kann, in Berührung
steht. Eine seitliche Kante des Fügepartners mit der Materialreduzierung wird
gegen die Anschlagfläche des Formteiles gedrückt.
Durch die Deponierung des Formteiles vor dem Schweiß- bzw.
Heftvorgang ist sichergestellt, dass auf der gesamten Länge
der Kehlnaht stets die gleiche Menge Schweißzusatzwerkstoff
zur Verfügung steht. Daraus ist zu folgern, dass eine Optimierung
der Eigenschaften bezüglich Festigkeit, Duktilität,
Korrosion und Heißrisssicherheit gegeben ist.
-
Dabei
verhindert die Auflagefläche ein Verrutschen des Formteiles
vor und beim Schweiß- bzw. Heftvorgang. Dieses wird insbesondere
durch eine Spannvorrichtung erreicht, die die Fügepartner
mit dem teilweise dazwischen befindlichen Formteil vor dem Heften
bzw. im eigentlichen Schweißvorgang miteinander verspannt.
Durch eine derartige Positionierung fallen Geschwindigkeitsschwankungen
der Drahtzuführung weg, was zur Folge hat, dass bei dem
vorliegenden Verfahren nicht unterschiedliche Schweißgutzusammensetzungen
zu verzeichnen sind.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener, schematisch in
den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher
erläutert.
-
Es
zeigt:
-
1 Ein
Doppelformteil in einer perspektivischen Darstellung;
-
2 ein
Einzelformteil in einer perspektivischen Darstellung;
-
3 eine
Ansicht einer Deponierung eines Formteiles zwischen zwei Fügepartnern,
die mit einer Kehlnaht verbunden werden sollen.
-
In
der 1 ist ein mit der Ziffer 10 bezeichnetes
Doppelformteil wiedergeben worden. Dabei weist das Doppelformteil 10 eine
Basisfläche 8 auf. An den Enden der Basisfläche 8 sind
nach innen gerichtete Außenflächen 9 vorhanden.
Die Außenflächen 9 enden in Scheitelpunkten,
von denen jeweils senkrecht herunter eine Anschlagfläche 6 ausgebildet
ist, die jeweils in waagerecht ausgebildete Auflageflächen 6 übergehen.
Der Übergang zwischen der Anschlagfläche 6 und
der Auflagefläche 5 wird durch eine Unterbrechung 7 charakterisiert.
-
Ein
solches Doppelformteil 10 kann durch ein Strangpressverfahren
hergestellt werden. Das Verfahren bezeichnet sich insbesondere dadurch
aus, dass aufgrund der symmetrischen Ausführung des Doppelformteiles 10 es
zu einer symmetrischen Abkühl- bzw. Eigenspannungserzeugung
mit positiven Eigenschaften kommt.
-
Um
ein derartiges Doppelformteil einer Verwendung bei einem Schweißvorgang
zuführen zu können, ist es notwendig, dieses Doppelformteil 10 zu
trennen. Eine Trennung geschieht durch eine in der Mitte der Basisfläche 8 befindliche
Materialreduzierung 11 in Form einer Sollbruchstelle. Beim
Trennen derartiger Doppelformteile 10 können mittels
dieser Sollbruchstelle 11 Einzelformteile 3 geschaffen werden.
Dabei ist es wichtig, dass die Sollbruchstelle 11 so ausgelegt
wird, dass die beiden Formteilhälften einfach zu trennen
sind, ohne dass es zu einer plastischen Verformung der Einzelformteile 3 kommt.
-
In
der 2 wird in einer separaten Darstellung ein Einzelformteil 3 wiedergegeben,
dass eine zweite bevorzugte Ausführungsform darstellt.
Es zeigt sich, dass das Formteil 3 annähernd eine
dreieckige Form aufweist, die von einem Bereich der Auflagefläche 5 und
der dazu im Winkel stehenden Anschlagfläche 6 unterbrochen
wird. Auch hier ist im Bereich der Anschlagfläche und der
Auflagefläche 5 bei deren Zusammentreffen eine
Unterbrechung 7 in Form eines Rücksprunges oder
einer Einwölbung vorhanden. Diese Unterbrechung 7 gestattet
es, dass beispielsweise eine Kante eines Fügepartners 1,
wie sie der 3 entnommen werden kann, in
diesen Bereich der Unterbrechung hineinragt.
-
Gemäß der 3 wird
die Verwendung eines Formteiles 3, das auch aus einem Doppelformteil 10 durch
Trennung entstanden sein kann, wiedergegeben. Dabei wird ein erster
Fügepartner 1 und zweiter Fügepartner 2 so
dargestellt, dass diese in einem Teilbereich sich überlappen.
Der Fügepartner 1 und der Fügepartner 2 sollen
durch den Schweißzusatzwerkstoff in Form des Formteiles 3 durch
einen Schweißvorgang miteinander verbunden werden. Dabei
weist der erste Fügepartner 1 eine Materialreduzierung 4 in
Form eines Absatzes oder eines Rücksprunges auf. In diesem
Bereich der Materialreduzierung 4 ist teilweise das Formteil 3 eingebracht
worden. Die Materialreduzierung 4 ist dabei so bemessen,
dass sie von ihren Abmaßen die gleiche Größenordnung
wie das Formteil 3 in diesem Bereich aufweist. Dieses bedeutet,
dass das Formteil 3 mit seiner Auflagefläche 5 in
den Bereich der Materialreduzierung 4 hineinragt und somit
Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepartner 1, 2 besteht.
Ein weiterer Kontakt besteht darin, dass eine Kante 12 des
Fügepartners 1 mit der Anlagefläche 6 des
Formteiles 3 aneinander stößt. Die Basisfläche 8 des
Formteiles 3 liegt komplett auf dem Fügepartner 2 auf.
Durch eine nicht dargestellte Spannvorrichtung werden vor dem Schweißvorgang
die Fügepartner 1 und 2 mit dem dazwischen
befindlichen Formteil 3 miteinander verpresst oder verklemmt,
um so ein Verrutschen des Formteiles 3 vor dem Schweißvorgang
zu unterbinden.
-
Wie
das Ausführungsbeispiel der 3 zeigt,
ist es notwendig, dass das Formteil 3 stets an die zu verbindenden
Fügepartnern 1, 2 optimal angepasst wird.
Aufgrund der vor beschriebenen geometrischen Querschnittsausbildung
des Formteiles 3 ist es leicht möglich, ein Doppelformteil 10 mittels
eines Strangpressverfahrens herzustellen.
-
Insbesondere
durch eine im Wesentlichen dreieckige Form des Formteiles 3 wird
erreicht, dass etwa gleiche Schweißgutzusammensetzungen
im Bereich der Nahtwurzel und der Nahtflanke auftreten.
-
Derartige
Formteile 3 und 10 eignen sich insbesondere bei
der Verwendung von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen. Der Werkstoff
für ein derartiges Formteil 3, 10 richtet
sich ausschließlich nach der Materialzusammensetzung der
Fügepartner 1 und 2. So ist es auch möglich,
bei der entsprechenden Verwendung von geeigneten Materialien derartige
Formteile 3, 10 bei einem Lötverfahren
zur Anwendung zu bringen.
-
Durch
die Verwendung derartiger Formteile 3, 10 wird
neben einer Optimierung der Schweißnaht diese hinsichtlich
ihrer Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität, Korrosion
und Heißrisssicherheit wesentlich erhöht.
-
- 1
- Erster
Fügepartner
- 2
- zweiter
Fügepartner
- 3
- Formteil
- 4
- Materialreduzierung
- 5
- Auflagefläche
- 6
- Anschlagfläche
- 7
- Unterbrechung
- 8
- Basisfläche
- 9
- Außenfläche
- 10
- Doppelformteil
- 11
- Materialreduzierung
- 12
- Kante
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004054346
A1 [0002]
- - DE 1082216 A [0003]
- - DE 3516571 A1 [0004]
- - US 4267428 [0004]