Formteiles

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, unterbrochen 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:

Fig. 1 Ein Doppelformteil in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 2 ein Einzelformteil in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 3 eine Ansicht einer Deponierung eines Formteiles zwischen zwei

Fügepartnern, die mit einer Kehlnaht verbunden werden sollen. In der Figur 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 Strang pressverfahren 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 Figur 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

Figur 3 entnommen werden kann, in diesen Bereich der Unterbrechung hineinragt. Gemäß der Figur 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 Figur 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 Formteile3, 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.

Bezugszeichenliste:

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