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Title:
WELDING DEVICE, METHOD FOR PRODUCING A COMPONENT USING A WELDING PROCESS, AND USE OF AN ELECTRODE MADE OF A WELDING FILLER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/155257
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a welding device (1) for welding workpieces (100), comprising a laser beam source (10) for emitting a laser beam (11), and an advancing device for carrying out an advancing movement of a fusible electrode (70) made of a welding filler (30) in a transport direction (21) into a fusion zone. The invention also relates to a current contact unit (60) for applying an electric voltage to the fusible electrode (70). The laser beam source (10), the advancing device, and the current contact unit (60) are arranged relative to one another and designed such that the longitudinal axis of the laser beam (11) which can be emitted by the laser beam source (10) runs substantially parallel to the transport direction (21) of the electrode (70). The invention further relates to a method for producing a component using a welding process and to the use of a specially formed electrode made of welding filler for welding at least one component.

Inventors:
KLOSHEK ALEXANDER (DE)
MICHAILOV VESSELIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/057642
Publication Date:
October 15, 2015
Filing Date:
April 08, 2015
Export Citation:
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Assignee:
BRANDENBURGISCHE TECH UNIVERSITÄT COTTBUS SENFTENBERG (DE)
International Classes:
B23K9/12; B23K9/173; B23K26/14; B23K28/02
Foreign References:
US20070145028A12007-06-28
DE4436084A11996-02-15
US20040000539A12004-01-01
US2963570A1960-12-06
JPS61111779A1986-05-29
JP2011152570A2011-08-11
CN101318266A2008-12-10
US20120234802A12012-09-20
EP2457681A12012-05-30
JPH02147185A1990-06-06
US20040262269A12004-12-30
US20120168414A12012-07-05
DE102007021361A12008-11-06
DE60100967T22004-08-12
DE19627803C11997-10-16
Attorney, Agent or Firm:
Schulz Junghans Patentanwälte PartGmbB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Schweißeinrichtung (1 ) zum Schweißen von Werkstücken (100), umfassend eine Laserstrahlquelle (10) zur Emission eines Laserstrahls (1 1 ), eine Vorschubeinrich- tung zur Realisierung einer Vorschubbewegung einer abzuschmelzenden Elektrode (70) aus Schweißzusatzwerkstoff (30) in einer Transportrichtung (21 ) in eine Abschmelzzone, und eine Stromkontakteinheit (60) zur Anlegung einer elektrischen Spannung an die abzuschmelzende Elektrode (70),

dadurch gekennzeichnet,

dass die Laserstrahlquelle (10), die Vorschubeinrichtung und die Stromkontakteinheit (60) derart relativ zueinander angeordnet und ausgebildet sind, dass die Längsachse des von der Laserstrahlquelle (10) aussendbaren Laserstrahls (1 1 ) im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung (21 ) der Elektrode (70) verläuft. 2. Schweißeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Elektrodenformungseinrichtung (40) aufweist, mit der ein Querschnitt der Elektrode (70) erzeugbar ist, der den von der Laserstrahlquelle (10) aussendbaren Laserstrahl (1 1 ) zumindest in einem Winkelbereich von 180° umgibt. 3. Schweißeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquelle (10), die Vorschubeinrichtung, die Stromkontakteinheit (60) und die Elektrodenformungseinrichtung (40) derart relativ zueinander angeordnet und ausgebildet sind, dass der von der Laserstrahlquelle (10) aussendbare Laserstrahl (1 1 ) durch einen von der Elektrode (70) ausgebildeten Hohlraum (50) verläuft.

4. Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gaszuführungseinrichtung aufweist, mit der ein Schutzgasstrom (91 ) erzeugbar ist, wobei die Gaszuführungseinrichtung derart angeordnet und eingerichtet ist, dass der Schutzgasstrom (91 ) zwischen Laserstrahl (1 1 ) und Elektrode (70) in Richtung einer zur erzeugenden Schweißstelle (1 10) realisierbar ist.

5. Schweißeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verbindungseinrichtung (41 ) zur Erzeugung einer mechanischen Verbindung von Kanten und/ oder Bereichen des Schweißzusatzwerkstoffes (30), insbesondere mittels Erzeugung eines Stoffschlusses, aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung, bei dem mittels einer Laserstrahlquelle (10) ein Laserstrahl (1 1 ) emittiert wird, mittels einer Vorschubeinrichtung eine Vorschubbewegung einer abzuschmelzenden Elektrode (70) aus Schweißzusatzwerkstoff (30) in einer Transportrichtung (21 ) in eine Abschmelzzone realisiert wird, und an die abzuschmelzende Elektrode (70) eine elektrische Spannung mittels einer Stromkontakteinheit (60) angelegt wird, wobei der von der Laserstrahlquelle (10) erzeugte Laserstrahl (1 1 ) derart emittiert wird, dass seine Längsachse im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung (21 ) der Elektrode (70)verläuft. 7. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Elektrodenformungseinrichtung (40) ein Querschnitt der Elektrode (70) erzeugt wird, der den von der Laserstrahlquelle (10) ausgesendeten Laserstrahl (1 1 ) zumindest in einem Winkelbereich von 180° umgibt. 8. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dass mittels einer Gaszuführungseinrichtung ein Schutzgasstrom (91 ) zwischen Laserstrahl (1 1 ) und Elektrodenmaterial (70) in Richtung einer zur realisierenden Schweißstelle (1 10) erzeugt wird. 9. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine mechanische Verbindung von Kanten und/ oder Bereichen des Schweißzusatzwerkstoffes (30) hergestellt wird. 10. Verwendung einer Elektrode aus Schweißzusatzwerkstoff mit einem zumindest segmentweise konkaven Querschnitt zur Schutzgasschweißung oder Unterpulver- schweißung wenigstens eines Bauteils.

Description:
Schweißeinrichtung, Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung und Verwendung einer Elektrode aus Schweißzusatzwerkstoff

Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schweißeinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung und die Verwendung einer speziell geformten Elektrode aus Schweißzusatzwerkstoff zur Schweißung wenigstens eines Bauteils.

Lichtbogenschweißverfahren, wie z. B. das Lichtbogenhandschweißen, das Schutz- gasschweißen sowie auch das Unterpulverschweißen, sind hinlänglich bekannt. Relativ neu ist es, ein solches Lichtbogenschweißverfahren zur Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit und/oder zur Überbrückung größerer Spalten zwischen zu schweißenden Bauteilen mit einem Laserstrahlschweißverfahren zu kombinieren. Derartige Kombinationsverfahren werden unter anderem zum Rohrleitungsbau sowie zum Schiffsbau eingesetzt. Diese auch Laser-Hybrid-Schweißverfahren genannten Schweißmethoden bedürfen üblicherweise einer geringeren Nahtvorbereitung als beim MIG- bzw. MAG-Schweißen. Durch die Nutzung eines Laserstrahls lässt sich konzentriert Wärme einbringen und eine hohe Schweißtiefe sowie Schweißgeschwindigkeit realisieren. Bei Auftreffen des Laserstrahls auf die Werkstückoberflä- che wird der bestrahlte Bereich bis auf Verdampfungstemperatur erhitzt. Es entsteht eine Dampfsäule, an der der Laserstrahl reflektiert wird, so dass sich ein sehr tiefer Einbrand realisieren lässt. Durch die Lichtbogenschweißung lässt sich auf Grund der abschmelzenden Elektrode innerhalb kürzester Zeit ein großes Schweißzusatzwerkstoffvolumen zuführen. Auf diese Weise lassen sich auch dickere Bauteile mittels Schweißung fügen. Das Laser-Hybrid-Schweißen lässt sich insbesondere zur

Schweißung von Aluminiumteilen verwenden, wobei relativ hohe Bauteiltoleranzen sowie geringe Schweißnahtvorbereitungen akzeptabel sind. Neben den genannten Effekten hat das Laser-Hybrid-Schweißen den Vorteil der relativ geringen Wärmeeinbringung in das zu schweißende Werkstück, verbunden mit den dadurch beding- ten geringfügigen Verzug bzw. Spannungen. Dies wirkt sich günstig auf die Festigkeitswerte des Werkstückes sowie dessen Maßgenauigkeit aus. Aufgrund der Ein- bringung von Wärme durch den Laser lassen sich die Prozessparameter zur Realisierung des Lichtbogens verringern.

Es ist weiterhin bekannt, beim Plasmaschweißen einen Laserstrahl koaxial zu einem entstehenden Lichtbogen auszurichten, wobei hier ein Zusatzwerkstoff gegebenen- falls extra dem Schweißbad zugegeben werden muss, da die beim Plasmaschweißen verwendete Elektrode nicht abbrennt.

Aus der DE 10 2007 021 361 A1 ist ein Verfahren zur Laser-Lichtbogen- Hybridschweißung bekannt, welches insbesondere zur Schweißung von Kehl- oder V-Nähten geeignet ist. Hier werden ein Laserschweißkopf und ein Lichtbogen- schweißkopf relativ zueinander bewegt und ihre Positionen in Abhängigkeit des

Lichtbogenschweißstroms geregelt. Die DE 601 00 967 T2 offenbart eine Einrichtung zum Laser-Hybridschweißen, in der ebenfalls ein Lichtbogen und ein Laser zum Einsatz kommen, wobei ein Zusatzwerkstoff seitlich in einen Schweißkopf eingegeben wird. Aus der DE 196 27 803 C1 ist eine Düsenanordnung zum gleichzeitigen Schweißbearbeiten mit einem Laserstrahl und einem Lichtbogen bekannt, wobei die Schweißelektrode und der Laserstrahl winklig zueinander auf das zu schweißende Werkstück auftreffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schweißeinrichtung sowie ein Ver- fahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung und eine derartige Schweißelektrode zur Verfügung zu stellen, mit denen in einfacher, kostengünstiger und mit geringem Aufwand automatisierbarer Weise Schweißverbindungen mit hohem Festigkeitswert, geringem Verzug sowie geringer Schweißnahtvorbereitung realisierbar sind. Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Schweißeinrichtung nach Anspruch 1 , durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung nach Anspruch 6 und durch die erfindungsgemäße Verwendung einer speziell geformten Elektrode aus Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schweißeinrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung ist in den Unteransprüchen 7 bis 9 angegeben. Die erfindungsgemäße Schweißeinrichtung dient zum Schweißen von Werkstücken und umfasst eine Laserstrahlquelle zur Emission eines Laserstrahls, eine Vorschubeinrichtung zur Realisierung einer Vorschubbewegung einer abzuschmelzenden Elektrode aus Schweißzusatzwerkstoffen entlang einer Transportrichtung in eine Abschmelzzone, sowie eine Stromkontakteinheit zur Anlegung einer elektrischen Spannung an die abzuschmelzende Elektrode. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Laserstrahlquelle, die Vorschubeinrichtung und die Stromkontakteinheit derart relativ zueinander angeordnet und ausgebildet sind, dass die Längsachse des von der Laserstrahlquelle ausgesendeten Laserstrahls im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung der Elektrode verläuft. Vorzugsweise verläuft die Längsachse des Laserstrahls genau parallel zur Transportrichtung der Elektrode, wobei eine zulässige Winkelabweichung zwischen Laserstrahl-Längsachse und Transportrichtung maximal 5° und bevorzugt nicht mehr als 3° betragen soll. Mit der Stromkontakteinheit wird eine elektrische Spannung an den Schweißzusatzwerkstoff angelegt, der damit im Bereich zwischen der elektrischen Kontaktierung mittels der Stromkontakteinheit und dem entgegengesetzt gepoltem Werkstoff als Elektrode ausgeführt ist. Die von der Vorschubeinrichtung realisierte Vorschubbewegung kann unmittelbar auf diese Elektrode wirken, wobei von der Vorschubeinrichtung eine Kraft bzw. ein Drehmoment direkt auf die Elektrode übertragen wird. Alternativ wirkt die Vorschubeinrich- tung auf den Schweißzusatzwerkstoff, der durch die Stromkontakteinheit geführt wird und somit die Elektrode in Richtung Abschmelzzone schiebt. Die Transportrichtung der Elektrode verläuft im Wesentlichen in Richtung einer zur realisierenden Schweißstelle, wie z. B. den Bereich einer herzustellenden Naht zwischen zwei Werkstücken. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Schweißeinrichtung als Schutzgasschweiß- einheit ausgebildet, wobei sie als MIG-Einheit unter Nutzung von inertem Gas oder auch als MAG-Schweißeinheit unter Nutzung von aktiven, also reaktionsfähigen Gasen ausgeführt ist und demzufolge zur Ausführung von Lichtbogenschweißverfahren dient, bei dem die Elektrode vorzugsweise als abschmelzender Schweißdraht von einer als Motor ausgestalteten Vorschubeinrichtung im Wesentlichen kontinuierlich nachgeführt wird.

In alternativer Ausgestaltung ist die Schweißeinrichtung zur Ausführung von Unterpulverschweißen ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Schweißeinrichtung kann in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Elektrodenformungseinrichtung aufweisen, mit der ein Querschnitt der Elektrode erzeugbar ist, der den von der Laserstrahlquelle aussendbaren Laserstrahl zumindest in einem Winkelbereich von 180° umgibt. Diese Umgebung des Laserstrahls mit dem Elektrodenmaterial in einem Winkelbereich von mindestens 180° ist in der senkrecht zur Längsachse des Laserstrahls verlaufenden Querschnittsebene des Laser- Strahls realisiert. Die Umgebung des Laserstrahls mit Elektrodenmaterial kann insbesondere in einer Elektrodenform realisiert sein, die konkav bzw. U- oder V-förmig ist oder auch hohlprofilformig ausgebildet ist. Die Laserstrahlquelle ist in entsprechender Weise angeordnet, den Laserstrahl derart zu emittieren, dass er zumindest in einem Winkelbereich von 180° von Elektrodenmaterial umgeben ist.

Insbesondere können die Laserstrahlquelle, die Vorschubeinrichtung, die Stromkontakteinheit und die Elektrodenformungseinrichtung derart relativ zueinander angeordnet ausgebildet sein, dass der von der Laserstrahlquelle ausgesendete Laserstrahl durch einen von der Elektrode ausgebildeten Hohlraum verläuft. Das heißt, dass die Elektrode vorzugsweise einen hohlen Querschnitt aufweist, wobei durch den Hohlraum des Hohlquerschnittes der Laserstrahl emittiert werden kann, ohne dass er das Elektrodenmaterial aufschmilzt.. Das heißt, dass der Laserstrahl nicht auf das Elektrodenmaterial auftrifft, oder dass der Laserstrahl zwar auf das Elektrodenmaterial trifft, jedoch mit einer derart geringen Intensität, dass keine laserbeding- te Aufschmelzung des Elektrodenmaterials zu verzeichnen ist, sondern lediglich eine Erwärmung des Elektrodenmaterials. Eine solche Erwärmung kann sich energetisch positiv auf den gesamten Schweißvorgang auswirken, da das Elektrodenmaterial vor Abschmelzung vorgewärmt wird und demzufolge zwecks Abschmelzung weniger Energie durch den Lichtbogen zugeführt werden muss. In dieser Ausführungsform ist demzufolge der Laserstrahl im Wesentlichen vollständig vom Material des

Schweißzusatzwerkstoffes bzw. der Elektrode umgeben, wobei je nach Ausführung der Elektrode auch eine geringfügige Unterbrechung z.B. in Form eines Spaltes im umgebenden Material, wie z. B. ein Spalt mit einer Breite von weniger als ein Zehntel der maximalen lichten Weite Hohlraumes, existieren kannDie Elektrodenformungs- einrichtung ist hierbei eingerichtet, z. B. aus einem Blechstreifen aus Schweißzusatzwerkstoff ein Rohr oder auch ein Hohlprofil mit einem nicht-runden Querschnitt zu formen. In einer besonderen Ausführungsform kann der verwendete Schweißzusatzwerkstoff als Ausgangsmaterial vor der Umformung geschwächte Materialbereiche, wie z. B. Rillen oder Vertiefungen bzw. Ausnehmungen aufweisen, die ein ent- sprechend verringertes axiales Widerstandsmoment realisieren und demzufolge eine Verformung des Schweißzusatzwerkstoffes in diesen Bereichen begünstigen, so dass beispielsweise auch eine Hohlelektrode mit mehreckigen Querschnitt geformt werden kann. Vorzugsweise ist die Elektrodenformungseinrichtung in Richtung des Transports der Elektrode zwischen der Laserstrahlquelle und der Stromkontakteinheit angeordnet. Alternativ dazu kann die Stromkontakteinheit auch zwischen der Elektrodenformungseinrichtung und der Laserstrahlquelle angeordnet sein, so dass eine Umformung der Elektrode erst nach Anlage der elektrischen Spannung erfolgt.

In volumensparender Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Stromkon- takteinheit durch die Elektrodenformungseinrichtung bzw. einzelne Elemente der Elektrodenformungseinrichtung ausgebildet ist, so dass gleichzeitig mit der Umformung des Elektrodenmaterials auch dessen elektrische Kontaktierung erfolgen kann.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anordnung einer Elektrodenformungseinrichtung eingeschränkt, sondern die erfindungsgemäße Schweißeinrichtung kann auch ohne Elektrodenformungseinrichtung ausgeführt sein, wobei in diesem Fall bereits vorgeformte, U- bzw. V-profilförmige Elektroden eingesetzt werden, die in die Abschmelzzone nachgeführt werden, wobei der Laserstrahl parallel zur Transportrichtung dieser Elektroden und im Wesentlichen zwischen den Profilschenkeln der V- bzw. U-profilförmigen Elektrode geführt wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schweißeinrichtung eine Gaszuführungseinrichtung aufweist, mit der ein Schutzgasstrom erzeugbar ist, wobei die Gaszuführungseinrichtung derart angeordnet und eingerichtet ist, dass ein Schutzgasstrom zwischen Laserstrahl und Elektrode und/ oder an der Außenseite der Elektrode in Richtung einer zu erzeugenden Schweißstelle realisierbar ist. Bei Ausgestaltung der Elektrode mit einem hohlen Querschnitt strömt demzufolge das Schutzgas im hohlen Querschnitt der Elektrode in Richtung der Schweißstelle. In alternativer Ausführung oder hinzukommend wird das Schutzgas durch eine Düse um die Elektrode herum der Schweißstelle zugeführt. Das Schutzgas schützt das flüssi- ge Metall unter dem Lichtbogen bzw. dem Laser vor Oxidation, um eine Schwächung der Schweißnaht zu vermeiden. Als Schutzgas können insbesondere aktive Gase, inerte Gase u. Mischgase zum Einsatz kommen. So lässt sich reines C0 2 oder ein Mischgas aus Argon und geringen Anteilen aus C0 2 und 0 2 verwenden. Dabei kann durch den Hohlraum der Elektrode ein anderes oder auch dasselbe Gas strömen, welches an der Außenseite der Elektrode entlang strömt.

Die erfindungsgemäße Schweißeinrichtung kann jedoch auch zur Ausführung von Unterpulverschweißung eingerichtet sein, wobei sie dann ein Reservoir von

Schweißpulver aufweist. In dieser Ausgestaltungsvariante ist die Schweißeinrichtung insbesondere zur automatisierten Schweißung langer Nähte ausgebildet. Der Schweißprozess wird von einer Schicht des relativ grobkörnigen und mineralischen Schweißpulvers bedeckt. Das Schweißpulver wird durch die vom Lichtbogen bzw. Laser erzeugte Wärme aufgeschmolzen und bildet eine flüssige Schlacke, die eine geringere Dichte aufweist, als das darunter befindliche Schmelzbad und demzufolge auf dem Schmelzbad aufschwimmt. Durch die dadurch erzeugte Schlackeschicht wird das flüssige Metall vor einem Kontakt mit der Atmosphäre geschützt. Der Lichtbogen und der Laser brennen in einer gasgefüllten Kaverne unter der Schlacke und dem Pulver. Die erstarrte Schlackeschicht lässt sich nach dem Schweißvorgang in einfacher Weise von der Schweißnaht lösen.

Insbesondere zur Erzeugung einer Schweißelektrode mit hohlem Querschnitt weist die erfindungsgemäße Schweißeinrichtung eine Verbindungseinrichtung zur Erzeu- gung einer mechanischen Verbindung von Kanten und/oder Bereichen des Schweißzusatzwerkstoffes auf, wobei diese Verbindungseinrichtung insbesondere dazu eingerichtet sein kann, die Kanten bzw. Bereiche des Schweißzusatzwerkstoffes mittels Stoffschluss zu verbinden. Damit lässt sich z. B. eine Verschweißung von Kanten eines zu einem Rohrquerschnitt geformten Schweißzusatzwerkstoffes realisieren, so dass der Rohrquerschnitt vollständig geschlossen ist. Alternativ lassen sich auch mehrere Schweißzusatzwerkstoff-Elemente zu einer Elektrode mit einem konkaven bzw. hohlen Querschnitt verbinden, wobei diese Schweißzusatzwerkstoff-Elemente nicht zwingend vorher umgeformt worden sein müssen. Die Verbindungseinrichtung kann dabei ein Bestandteil der Elektrodenformungseinrichtung oder auch die Elekt- rodenformungseinrichtung selbst sein. In besonders bevorzugter Ausgestaltungsform ist die Verbindungseinrichtung dazu geeignet, Kanten und/oder Bereiche wenigstens eines im Wesentlichen helixförmig verlaufenden Schweißzusatzwerkstoffes miteinander zu verbinden, um eine im Wesentlichen rohrförmige Elektrode herzustellen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißen, bei dem mittels einer Laserstrahlquelle ein Laserstrahl emittiert wird, mittels einer Vorschubeinrichtung eine Vorschubbewegung einer abzuschmelzenden Elektrode aus Schweißzusatzwerkstoff entlang einer Transportrichtung in eine Abschmelzzone realisiert wird, und an die abzuschmelzende Elektrode eine elektrische Spannung mittels einer Stromkontakteinheit angelegt wird, wobei der von der Laserstrahlquelle erzeugte Laserstrahl derart emittiert wird, dass seine Längsachse im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung der Elektrode verläuft. Das heißt, dass die Elektrode nach Anlage der elektrischen Spannung sukzessiv abgeschmolzen wird, durch Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den Elektroden und dem zu schweißenden Werkstück. Dabei erfolgt die Emission des Laserstrahls vorzugsweise genau parallel zur Transport- oder Vorschubrichtung bzw. zur Elektrodenachse. Durch die hohe Temperatur des Lichtbogens und die Einwirkung des La- serstrahls wird der Grundwerkstoff an der Schweißstelle aufgeschmolzen. Das bedeutet, dass aufgrund der Einbringung der zusätzlichen Wärme des Laserstrahls dieser zusammen mit dem Lichtbogen das Werkstück bzw. das zu schweißende Bauteil sehr tief schweißen kann, so dass nur eine geringfügige Schweißnahtvorbereitung notwendig ist. Durch die parallele Zuführung des fokussierten Laserstrahls und des Schweißzusatzwerkstoffes kann es bei einer gewissen Streuung des Laserstrahls zu einer Erwärmung des Zusatzwerkstoffes kommen, wodurch sich die Abschmelzleistung erhöhen lässt.

Durch die parallele oder koaxiale Zuführung von Zusatzwerkstoff und Laserstrahl wird nur ein geringer Teil des Schweißbades abgedeckt, so dass das Schweißbad allseitig optisch beobachtbar ist. Außerdem wird durch die parallele bzw. koaxiale Zuführung gewährleistet, dass Zusatzwerkstoff und Laserstrahl tatsächlich an derselben Stelle auf das Werkstück auftreffen, uns zwar im Wesentlichen unabhängig vom Abstand zwischen Werkstückoberfläche und Stromkontakteinheit. Des Weiteren erfolgt durch die Kombination des Lasers mit dem Lichtbogen eine Stabilisierung des Licht- bogens.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißen ist vorgesehen, dass mittels einer Elektrodenformungseinrichtung ein Querschnitt der Elektrode erzeugt wird, der den von der Laserstrahlquelle ausgesendeten Laserstrahl zumindest in einem Winkelbereich von 180° umgibt. In besonderer Ausgestaltung dieses Verfahrensaspektes ist vorgesehen, dass durch die Elektrodenformungseinrichtung ein im Wesentlichen hohler Querschnitt der Elektrode erzeugt wird, durch den der Laserstrahl verläuft. In alterna- tiver Ausgestaltung wird lediglich ein Schweißzusatzwerkstoff mit konkaven Querschnitt bzw. als U- bzw. als V-Profil zur Verfügung gestellt, und der Laserstrahl so emittiert, dass der Laserstrahl mindestens in einem Bereich von 180° vom Material des Schweißzusatzwerkstoffes bzw. der Elektrode umgeben ist.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mittels einer Gaszuführungseinrichtung ein Schutzgasstrom zwischen dem Laserstrahl und dem Elektrodenmaterial in Richtung einer zu realisierenden Schweißstelle erzeugt wird. Mit diesem Schutzgas soll bei Abschmelzung der Elektrode das entstehende Schweißbad vor der Atmosphäre geschützt werden, wobei der Schweißzusatzwerkstoff in oder an die Stromkontakteinheit nachgeführt wird. Bei hohl ausgeführter Elektrode wird das Schutzgas vorzugsweise durch den Hohlquerschnitt der Schweißstelle zugeführt. Alternativ strömt das Schutzgas aus einer Düse an der Außenseite des Elektrodenmaterials entlang dem Lichtbogen und dem den Laserstrahl in Richtung Schweißstelle und schützt die erstarrende Schmelze.

Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Realisierung eines Schutzgasstromes eingeschränkt, sondern es kann auch als Unterpulverschweißverfahren ausgeführt werden.

Weiterhin kann mittels einer Verbindungseinrichtung wenigstens eine mechanische Verbindung von Kanten und/oder Bereichen von Schweißzusatzwerkstoff hergestellt werden. Damit lässt sich z. B. eine Verschweißung von Kanten oder Bereichen eines im Rohrquerschnitt geformten Schweißzusatzwerkstoffes realisieren, so dass der Rohrquerschnitt vollständig geschlossen ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Elektrode aus Schweißzusatzwerkstoff mit einem zumindest segmentweise konkaven Querschnitt und vorzugsweise einem hohlen Querschnitt zur Schutzgasschweißung oder Unterpulverschweißung wenigstens eines Bauteils. Das heißt, dass eine Elektrode mit konkavem Querschnitt bzw. hohlem Querschnitt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Unter einem konkaven Querschnitt ist hier ein jeglicher, durch negative Formelemente wie z. B. Ausnehmungen oder Aus- sparungen geformter Querschnitt zu verstehen und zwar unabhängig davon, ob er eine Wölbung aufweist oder an der Innenseite durch lineare Abschnitte begrenzt ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schweißeinrichtung in schematischer Ansicht von der Seite,

Fig. 2 einen Schnitt entlang des in Fig. 1 angedeuteten Schnittverlaufes A-A durch die erfindungsgemäße Schweißeinrichtung.

Die erfindungsgemäße Schweißeinrichtung wird an Hand einer Ausführung beschrieben, die zum Schutzgasschweißen ausgebildet ist, bei der das Schutzgas durch eine hohl geformte Elektrode 70 und durch eine Schutzgasdüse 90 als

Schutzgasstrom 91 um den sich ausbildenden Lichtbogen 80 und den Laserstrahl 1 1 herum in Richtung der Schweißstelle 1 10 bzw. sich des sich dort ausbildenden

Schweißbades 120 gerichtet wird. Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Schutzgas-Schweißeinrichtung eingeschränkt, sondern sie kann auch als eine hier nicht dargestellte Unterpulverschweißeinrichtung ausgebildet sein.

Die beispielhaft dargestellte Schweißeinrichtung 1 umfasst eine Laserstrahlquelle 10, mit der ein Laserstrahl 1 1 in Richtung der auszuführenden Schweißstelle 1 10 auf einem zu schweißendem Werkstück 100 emittierbar ist. Weiterhin ist eine Elektrodenformungseinrichtung 40 angeordnet, mit der ein hier beispielshaft in einem unver- formten Abschnitt 31 flächig vorliegender Schweißzusatzwerkstoff 30 derart verform- bar ist, dass der Schweißzusatzwerkstoff 30 in einem verformten Abschnitt 32 einen rohrförmigen Hohlquerschnitt ausbildet, wie es unter anderem aus dem in Fig. 2 in Schnittdarstellung ersichtlichen Schweißzusatzwerkstoff 30 erkennbar ist. Dieser verformte Schweißzusatzwerkstoff 30 bildet die Elektrode 70 aus. Durch diesen im We- sentlichen rohrförmig ausgestalteten Schweißzusatzwerkstoff 30 strahlt der Laserstrahl 1 1 , im Wesentlichen ohne auf den Schweißzusatzwerkstoff 30 aufzutreffen. Der Laserstrahl 1 1 führt durch den Hohlraum 50, der durch den verformten Schweißzusatzwerkstoff 30 ausgebildet ist, hindurch.

Zur Realisierung eines vollständig rohrförmigen Querschnittes ist eine Verbindungs- einrichtung 41 angeordnet, mit der Kanten des verformten Schweißzusatzwerkstoffes miteinander verbunden werden können, insbesondere mittels Stofffluss und vorzugsweise mittels Schweißung.

Der verformte Schweißzusatzwerkstoff 30 wird mittels einer hier nicht extra gezeigten Vorschubeinrichtung in der dargestellten Transportrichtung 30 in Richtung der

Schweißstelle 1 10 transportiert. Dabei gelangt der Schweißzusatzwerkstoff 30 in den Bereich einer Stromkontakteinheit 60, mit der eine elektrische Spannung an den Schweißzusatzwerkstoff 30 angelegt wird. Dadurch bildet der Schweißzusatzwerkstoff 30 die Elektrode 70 aus, die zwischen ihrem freien Ende und der Schweißstelle 1 10 abschmilzt, von dem dort ausgebildeten Lichtbogen 80 auf die Schweißstelle 1 10 übertragen wird und dort zumindest teilweise das Schweißbad 120 ausbildet. Das Schweißbad 120 wird durch das Schutzgas des Schutzgasstromes 91 vor der Atmosphäre geschützt.

Die Laserstrahllängsachse 12 verläuft dabei parallel zur Transportrichtung 21 des Schweißzusatzwerkstoffes 30.

In Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Stromkontakteinheit 60 den rohrförmig ausgestalteten Schweißzusatzwerkstoff 30 vollständig umgibt und elektrisch leitfähig kontaktiert. In dem durch den rohrförmigen Schweißzusatzwerkstoff 30 ausgebildeten Hohlraum 50 verläuft der von der Laserstrahlquelle 10 emittierte Laserstrahl 1 1 , der somit koaxial zum Lichtbogen 80 auf das Werkstück 100 auftrifft und zumindest teilweise das Schweißbad 120 realisiert. Der Lichtbogen 80 sowie auch der Laserstrahl 1 1 werden somit genutzt, um in einer Schweißstelle 1 10 des Werkstück 100 zu erwärmen und aufzuschmelzen, wobei wie in beschriebener Weise der Laserstrahl 1 1 eine tiefe Schweißung des Werkstückes bzw. der zu verbindenden Bauteile ermöglicht.

Bezugszeichenliste

Schweißeinrichtung 1

Laserstrahlquelle 10 Laserstrahl 1 1

Laserstrahllängsachse 12

Transportrichtung 21

Schweißzusatzwerkstoff 30 Unverformter Abschnitt 31

Verformter Abschnitt 32

Elektrodenformungseinrichtung 40

Verbindungseinrichtung 41 Hohlraum 50

Stromkontakteinheit 60

Elektrode 70

Lichtbogen 80 Schutzgasdüse 90

Schutzgasstrom 91

Werkstück 100

Schweißstelle 1 10 Schweißbad 120