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Title:
LAP WELDING METHOD BY MEANS OF BEAM WELDING, PARTICULARLY LASER BEAM WELDING ON COATED METAL SHEETS, ESPECIALLY GALVANIZED STEEL SHEETS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/024404
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a lap welding method by means of beam welding on coated metal sheets, particularly a laser beam welding method for galvanized steel sheets. The coating has a substantially lower melting point and evaporation temperature or combustion temperature than the metal sheet material while at least one coated opposite surface with a joining gap is provided in the overlapping zone. According to the invention, at least one reference joining gap comprising opposite surfaces that rest against each other in a planar or positive manner is provided in the overlapping area and welding area while the respective parameters of the energy beam are temporally varied at an excitation frequency that lies within a specific excitation window located around a special excitation frequency of a vaporizing capillary formed in the molten bath during the welding process.

Inventors:
BLOEHS WOLFGANG (DE)
OTTO ANDREAS (DE)
SCHMIDT MICHAEL (DE)
ALBERT FLORIAN (DE)
ESSER GERD (DE)
GEIGER MANFRED (DE)
Application Number:
PCT/EP2005/008961
Publication Date:
March 09, 2006
Filing Date:
August 18, 2005
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (DE)
BLZ GMBH (DE)
BLOEHS WOLFGANG (DE)
OTTO ANDREAS (DE)
SCHMIDT MICHAEL (DE)
ALBERT FLORIAN (DE)
ESSER GERD (DE)
GEIGER MANFRED (DE)
International Classes:
B23K26/32; (IPC1-7): B23K26/32
Foreign References:
DE3812448C11989-06-15
EP0564995A11993-10-13
Attorney, Agent or Firm:
Geissler, Manfred c/o Audi AG (Patentabteilung I/EX, Ingolstadt, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Überlappschweißverfahren mittels Strahlschweißung an beschichteten Blechen, wobei die Beschichtung eine wesentlich niedrigere Schmelz und Ver dampfungs bzw. Verbrennungstemperatur als der Blechwerkstoff auf¬ weist und im Überlappungsbereich mindestens eine beschichtete Ge¬ genflächen mit einem Fügespalt vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein NullFügespalt mit plan oder formangepasst aneinander liegenden Gegenflächen im Überlappungs und Schwei߬ bereich vorliegt, dass die jeweiligen Parameter des Energiestrahls mit einer Anregungs¬ frequenz in einem Frequenzfenster um eine spezielle Anregungs¬ frequenz der beim Schweißvorgang im Schmelzbad gebildeten Dampf¬ kapillare liegt und die Anregungsfrequenz innerhalb dieses Frequenz fensters zeitlich variiert wird.
2. Überlappschweißverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierte Intensität des Energiestrahls durch eine Variation seiner Strahlleistung und/oder des Strahldurchmessers, insbesondere der Fokuslage bei einem Laserstrahl, und/oder der absobierten Energie, insbesondere der Polarisation bei einem Laserstrahl, und/oder der räumlichen und zeitlichen Lage des Laserstrahls sowie der räumlichen und zeitlichen Intensitätsverteilung innerhalb des Laserstrahls, und/oder des Einstrahlwinkels, geändert wird.
3. Überlappschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Energiestrahls mit der jeweiligen Anregungsfrequenz variiert wird und/oder eine bestimmte kontinuierliche oder variable Intensität durch eine mit der Anregungsfrequenz variablen Intensität überlagert wird.
4. Überlappschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für einen konkreten Schweißfall mit bestimmten Randbedingungen, eine Eigenfrequenz bevorzugt die Resonanz¬ frequenz oder eine andere verbundene Frequenz der Dampfkapillare als (lokales) Maximum einer Übertragungsfunktion empirisch ermittelt wird.
5. Überlappschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Frequenzfensters um die jeweilige Eigenfrequenz, in dem die Anregungsfrequenz variiert, etwa um eine Zehnerpotenz geringer ist als die Größe der gewählten Eigenfrequenz.
6. Überlappschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Frequenzfensters um die jeweilige Eigenfrequenz 400 Hz, bevorzugt 200 Hz und besonders bevorzugt 100 Hz ist.
7. Überlappschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Anregungsfrequenz innerhalb des Frequenzfensters durch eine zeitlich periodisch in einem Variations¬ zyklus verlaufende Frequenzverschiebung erfolgt.
8. Überlappschweißverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzverschiebung durch eine auf die Eigenfrequenz mo¬ dulierte Änderungsfrequenz erfolgt.
9. Überlappschweißverfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit für einen periodischen Variationszyklus in der Größenordnung von Millisekunden liegt.
10. Überlappschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Variation der Anregungsfrequenz ein Zu¬ fallsgenerator vorgesehen ist, der sukzessive auf jeweils eine von vor¬ bestimmten Frequenzen aus dem Frequenzfenster nach dem Zufalls¬ prinzip weiterschaltet.
11. Überlappschweißverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen dem Zufallsgenerator zugeordneten Zeitgeber in der Größenordnung von Mikrosekunden auf eine neue Anregungsfrequenz weitergeschaltet wird.
12. Überlappschweißverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufallsgenerator für die Weiterschaltung jeweils eine Zeitspan¬ ne aus einem Zeitfenster von 0 5 Millisekunden nach dem Zufallsprin¬ zip auswählt.
13. Überlappschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichteten Bleche verzinkte Stahlbleche sind.
14. Überlappschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlschweißverfahren ein Laserstrahl schweißverfahren mit einem CO2Laser oder mit einem Faserlaser oder mit einem Diodenlaser oder mit einem Festkörperlaser verwendet wird.
15. Überlappschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlschweißverfahren das Elektronenstrahl schweißen oder das Plasmastrahlschweißen verwendet wird.
Description:
Beschreibung

Überlappschweißverfahren mittels Strahlschweißunq, insbesondere mittels Laserstrahlschweißunq an beschichteten Blechen, insbesondere an verzinkten Stahlblechen

Die Erfindung betrifft ein Überlappschweißverfahren mittels Strahlschweißung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Überlappschweißverfahren liegen wenigstens zwei Bleche in einem Überlappungsbereich übereinander und werden durch einen Energieeintrag und Aufschmelzen des Blechmaterials und nachfolgender Abkühlung mitein¬ ander verbunden. Dazu werden insbesondere im Fahrzeugkarosseriebau ne¬ ben dem allgemein bekannten Widerstandspunktschweißen zunehmend Strahlschweißverfahren eingesetzt, wobei die Schweißenergie über einen gesteuerten Energiestrahl zugeführt wird. Besondere Bedeutung kommt ver¬ mehrt dem Laserstrahlschweißen zu mit den Vorteilen eines minimalen Schweißverzugs, hoher Schweißgeschwindigkeiten, großer Struktursteifigkeit und hoher Maßhaltigkeit. Als weitere Strahlschweißverfahren kommen bei- spielsweise auch Elektronenstrahlschweißverfahren und Plasmastrahl¬ schweißverfahren zum Einsatz.

Beim allgemein bekannten Laserstrahlschweißvorgang wird ein Schmelzbad gebildet, das entsprechend der Schweißgeschwindigkeit entlang einer Schweißnaht gezogen wird und das sich durch den Blechwerkstoff des oberen Blechs in den Blechwerkstoff des unteren Blechs erstreckt. Dabei wird ein Teil des Schmelzbades verdampft und es entsteht eine Dampfkapillare (Keyhole), die durch und mit dem Schmelzbad entlang der Schweißnaht gezogen wird. Es handelt sich dabei um einen durch prozessbedingte Veränderungen in der Ver¬ dampfungsrate und dem Umgebungsdruck dynamischen Vorgang, wobei die Dampfkapillare auch zum Kollabieren neigen kann, dann verbunden mit erheb¬ lichen Schweißfehlern, wie Spritzern, Auswürfen, Poren und ungenügender Ein-/Durchschweißung. Eine schwingende Dampfkapillare emittiert aufgrund des enthaltenen ionisierten Metalldampfplasmas elektromagnetische Strah¬ lung, welche durch geeignete Messaufbauten, insbesondere optische Messun- gen erfasst und analysiert werden kann. Damit kann auch ein Resonanzbe¬ reich der schwingenden Dampfkapillare ermittelt werden, in dem die Dampfka¬ pillare so stark schwankt, dass sie regelmäßig mit chaotischer Kapillarschwin¬ gung kollabiert, was zu erheblichen Schweißfehlern führt.

Solche Resonanzbereiche liegen je nach den Randbedingungen, wie Material¬ art und -stärke, Laserleistung, etc., für einen konkreten Schweißprozess etwa im Kilohertzbereich und können entsprechend dem vorgenannten Verfahren empirisch ermittelt werden.

Es hat sich gezeigt, dass durch eine Anregung von außen eine an sich instabi¬ le und chaotische Kapillarschwingung, die zu erheblichen Schweißfehlern führt, in ein System mit stabilisierter Dynamik überführt werden kann, das we¬ sentlich bessere Schweißergebnisse liefert. Dazu ist es bekannt (WO 02060634 A1 ), die Laserleistung periodisch mit der empirisch ermittelten Resonanzfrequenz der Dampfkapillare zu variieren. Dies beruht auf der Über¬ legung, dass einem schwingungsfähigen System durch Anregung in seiner Re¬ sonanzfrequenz sehr effizient Energie zugeführt werden kann, so dass es sta¬ bile Schwingungen bei einer Stabilisierung des Schweißprozesses in der Re¬ sonanzfrequenz ausführt. Überlappschweißungen mit einem solchen Laser- strahlschweißverfahren sind bei unbeschichteten Blechen, welche ohne Fü- gespalt im Überlappungsbereich plan aneinander liegen, mit guten Schweißer¬ gebnissen einfach beherrschbar.

Erhebliche grundsätzliche Probleme treten jedoch bei Überlappschweißungen mit Strahlschweißverfahren, insbesondere mit Laserstrahlschweißverfahren, an beschichteten Blechen auf, wobei die Beschichtung eine wesentlich niedri¬ gere Schmelz- und Verdampfungs- bzw. Verbrennungstemperatur als der Blechwerkstoff aufweist, wenn im Überlappungsbereich die beschichteten Ge¬ genflächen ohne einen Fügespalt plan aufeinander liegen. Bereichsweise bzw. mikroskopisch gesehen tritt dieser Effekt auch bei gekrümmten Blechen auf, wenn die Passung der zu verbindenden Bleche in der Fügezone entsprechend spaltfrei ist. Zum wirkungsvollen Schutz gegen Korrosion werden insbesondere im Karosseriebau beschichtete Bleche als zinkbeschichtete Stahlbleche ver¬ wendet, bei denen im Zusammenhang mit Laserstrahlschweißungen die schweißtechnische Beherrschung in der Serienfertigung erheblichen Aufwand verursacht:

Während des Schweißprozesses erreicht der Stahl des Stahlblechs in der Schweißzone mindestens die Schmelztemperatur, welche bei unlegierten Stählen im allgemeinen etwa bei 14500C liegt. Die Zinkbeschichtung besitzt einen Schmelzpunkt von 4200C und eine Verdampfungstemperatur von 9070C. Beim Schweißvorgang im Überlappbereich, insbesondere bei plan bzw. form- angepasst aneinander liegenden beschichteten Gegenflächen, führt zwischen den Blechen die dortige Verdampfung des Zinks und seine anschließende Überhitzung zu einer enormen Volumen- und Druckzunahme. Von entschei¬ dendem Einfluss ist hierbei die absolute Menge des im Spalt befindlichen Be- schichtungsmaterials (Gesamtschichtdicke) unabhängig, ob nur eine Blech¬ oberfläche oder beide Blechoberflächen innerhalb der Fügeebene beschichtet sind. Dabei strömt der expandierende Zinkdampf unter hohem Druck und mit hoher Geschwindigkeit durch das Schmelzbad ins Freie, welches den Weg des geringsten Ausströmwiderstandes darstellt, was zu massiven Auswürfen und Nahtfehlern führt - eine so hergestellte Laserstrahlschweißnaht führt we¬ der zu einer stabilen mechanischen Verbindung noch zu einer optisch akzep¬ tablen Schweißnaht und ist daher praktisch nicht einsetzbar.

Ausgehend von den vorstehenden Erfahrungen bei Überlappschweißungen mit Laserstrahlverfahren bei verzinkten Stahlblechen, wenn diese im Überlap¬ pungsbereich ohne Fügespalt plan bzw. formangepasst aufeinander liegen, sind bereits Maßnahmen bekannt, mit denen die Schweißnahtqualität ver¬ bessert werden kann:

Bei bekannten aufwendigen Verfahren (WO 9529033 A1 ; EP 365229 A1 ) wird die Beschichtung vor dem Laserschweißvorgang lokal im Überlappbereich, dort wo die sonst beschichteten Gegenflächen aneinander liegen, entfernt. Da¬ durch wird von vorneherein das ursächliche Problem vermieden, dass ein ex- pandierender Zinkdampf zwischen den Blechen überhaupt erzeugt wird, der durch das Schmelzbad austritt. Damit wird der Schweißvorgang auf das gut beherrschbare Laserstrahlschweißverfahren mit unbeschichteten Blechen bei einem Null-Fügespalt, d. h. im Überlappbereich aneinander liegenden Blechen zurückgeführt. Nachteilig ist hier die äußerst aufwendige Entfernung der Be- Schichtung im Überlappbereich sowie der Verlust des Korrosionsschutzes durch die dann fehlende Beschichtung im Schweißbereich.

Bei einer weiter bekannten Methode zur Verbesserung der Schweißnahtqua¬ lität der vorstehenden Überlappschweißung bei verzinkten Blechen (US 4684779 A1 ; WO 9102621 A1 ) wird versucht, durch das Aufbringen eines Schutz-/Arbeitsgases mit hohem Druck auf das Schmelzbad das Austreten von expandierendem Zinkdampf durch das Schmelzbad zu verhindern oder zumin¬ dest weitgehend zu reduzieren. Dies ist ein aufwendiges Verfahren, das zu¬ dem bei plan bzw. formangepasst aneinander liegenden, beschichteten, über- läppenden Gegenflächen das eruptive Austreten von expandierendem Zink¬ dampf durch das Schmelzbad nur bedingt verhindern kann. Diese gerätetech- nisch aufwendige Maßnahme ist zudem mit einem kostenintensiven Gasver¬ brauch verbunden und hat sich aufgrund der beschränkten Eignung für spe¬ zielle Einzelfallanwendungen in der industriellen Anwendung bisher nicht durchsetzen können.

Eine weitere bekannte Maßnahme zur Verbesserung der Schweißnahtqualität bei den vorstehenden Schweißbedingungen (WO 0066314 A1) besteht darin, zwei Laserstrahlen in einer Doppelfokusanordnung zu verwenden, welche bei¬ de in einem geringen Abstand entland der Schweißnaht in ein damit vergrößer- tes Schmelzbad strahlen. Dadurch sollen die Austrittsfläche und die Austrittzeit für den aus dem Schmelzbad expandieren Zinkdampf vergrößert werden. Der Durchtritt ins Freie soll dadurch weniger heftig erfolgen und zu einer Reduzie¬ rung von Auswürfen und Nahtfehlern führen. Die im Einzelfall denkbaren Pro¬ zessverbesserungen sind allerdings in der Regel nur auf Kosten einer verrin- gerten Vorschubgeschwindigkeit und damit verbunden geringeren Wirtschaft¬ lichkeit zu erzielen. Außerdem ist bekanntermaßen die Dynamik der Dampfka¬ pillare u.a. von Materialart und -dicke, Beschichtungsdicke, Vorschubge¬ schwindigkeit, Laserleistung usw. abhängig. Daher ist nicht zu erwarten, dass mit einer starren Multi-Fokus-Anordnung verbesserte Schweißergebnisse bei unterschiedlichen Bearbeitungsbedingungen - wie sie typisch für die einzelnen Arbeitsoperationen in der Automobilfertigung sind - zu erzielen sind. Es würde sich vielmehr um eine Optikkonfiguration handeln, die auf einen einzigen spe¬ ziellen Anwendungsfall optimiert ist (Single use optic), und bei anderen Bear¬ beitungssituationen keinen positiven Effekt hätte. Alternativ wäre sicher auch eine adaptive, verstellbare Doppelfokusanordnung denkbar, wobei diese Ma߬ nahme ersichtlich aufwendig wäre. Generell hat das Schweißen von beschich¬ teten Stahlblechen mit Doppelfokusanordnung aufgrund des bisher fehlenden Nachweises einer breiten, durchgreifenden Stabilisierung des Schweißprozes¬ ses noch keinen Eingang in die industrielle Produktion gefunden. Die derzeit insbesondere im Fahrzeugbau gängige und bewährte Maßnahme zur Optimierung der Schweißnahtqualität bei Überlappschweißungen von ver¬ zinkten Stahlblechen mit Laserstrahlschweißverfahren besteht darin, eine kon¬ trollierte Entgasung des Zinkdampfs aus dem Überlappungsbereich der gegen- überliegenden Gegenflächen durch die Schaffung eines Entgasungsraums herbeizuführen, so dass die Zinkentgasung aus dem Zwischenraum zwischen den Blechen nicht oder nur sehr wenig durch das Schmelzbad erfolgt. Zur Schaffung eines solchen Entgasungsraums sind bereits eine Vielzahl von Vor¬ schlägen bekannt, die alle darauf hinauslaufen, vor dem Schweißvorgang hergestellte Spalte und/oder Radienzwickel und/oder Kanäle an oder in unmit¬ telbarer Nähe der Schweißstelle vorzusehen. Insbesondere werden solche Entgasungsraumstrukturen durch Einprägungen mit punktuellen Anlagestellen und/oder Aufkantungen und/oder unterschiedlichen Wölbungen im Überlapp¬ bereich hergestellt. Beispielsweise wird aus der Vielzahl der dazu vorhanden- en Veröffentlichungen auf die Dokumente DE 38 12 448 C1 ; DE 39 33 408 C2; EP 421091 B1 ; US 5104032 A1 ; US 4682002 AV, WO 04024385 A1 ; WO 03066273 A1 ; WO 0198017 A1 ; WO 0112378 A1 ; US 6359252 B1 ; EP 748268 BV1 EP 771605 A2; EP 157913 AV, WO 9011161 A1; US 4916284 A1 ; DE 101 59 459 B4; DE 102 45 352 B3; US 4682002; EP 1422016 A2; EP 1372901 AV, EP 1003624 A1 ; EP 1005944 hingewiesen.

Aufgrund der vorstehenden Gegebenheiten ist es dem Fachmann für Laser¬ strahlschweißverfahren seit langem aus dem Stand der Technik bekannt, dass den durch ein eruptives Ausgasen von expandierendem Zinkdampf durch das Schmelzbad möglichen Problemen beim Überlappschweißen verzinkter Stahl¬ bleche dadurch begegnet werden kann, dass

a) definierte Entgasungsräume als Spalte, Radienzwickel oder Kanäle mit de¬ finierten Spaltweiten von etwa 0,2 ± 0,1 mm geschaffen werden. Die untere Grenze für die Spaltweite liegt bei etwa 0,1 mm, da bei noch kleinerer Spaltweite keine kontrollierte Entgasung des Zinkdampfs durch den Spalt mehr möglich ist und die Entgasung dann durch das Schmelzbad erfolgt - bei Spaltweiten über etwa 0,3 mm (im Einzelfall auch 0,6 mm möglich) ergibt sich dagegen ein starker Schweißnahteinfall mit einer Verschlech¬ terung der mechanischen Schweißnahteigenschaften. Der Aufwand für die Gewährleistung eines solchen Spalts innerhalb der vorstehenden engen Grenzen in Verbindung mit der vorbereitenden Blechbearbeitung und der erforderlichen Spanntechnik ist unabhängig von der jeweils verwendeten konkreten Maßnahme, insbesondere in der Großserienfertigung von Karos¬ serien und Karosseriebauteilen erheblich und sehr kostenintensiv.

b) regelmäßig noch aufwendigere Maßnahmen, wie das Vorsehen von Schutzgas-Druckatmosphären über dem Schmelzbad oder angepassten Doppellaserstrahlanordnungen sind erforderlich, wenn keine solchen definierten Entgasungsspalte innerhalb der vorstehenden Spaltweitengren- zen geschaffen sind. Diese Maßnahmen bedingen zudem meist ungünstig geringe Schweißgeschwindigkeiten und werden bislang industriell nicht eingesetzt. Eine besonders aufwendige jedoch nachteilige Möglichkeit be¬ steht in der Entfernung der Zinkbeschichtung und damit einem Verlust des Korrosionsschutzes im Schweißbereich.

Ausgehend von diesem Hintergrund liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein gattungsgemäßes Überlappschweißverfahren mittels Strahlschweißung so weiterzubilden, dass mit einfachen kostengünstigen Maßnahmen Schwei߬ nähte wirtschaftlich mit guter Nahtqualität hinsichtlich der mechanischen und optischen Nahteigenschaften herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Gemäß Anspruch 1 liegt beim Überlappschweißvorgang ein Null-Fügespalt mit plan bzw. formangepasst aneinander liegenden Gegenflächen im Überlap- pungs- und Schweißbereich vor. Die jeweiligen Parameter des Energiestrahls werden mit einer speziellen Anregungsfrequenz variiert, wobei diese in einem Frequenzfenster i.d.R. um eine Eigenfrequenz der beim Schweißvorgang im Schmelzbad gebildeten Dampfkapillare liegt und wobei diese innerhalb dieses Frequenzfensters zeitlich variiert wird.

Erfindungsgemäß ist somit die Schaffung und Einhaltung eines Entgasungs¬ raums innerhalb engen Grenzen nicht erforderlich, was zu einer wesentlichen Vereinfachung und Kostenreduzierung führt. Nur durch die Variation der Pa¬ rameter, z. B. der Intensität des Energiestrahls mit einer speziellen bzw. defi- nierten, vorgegebenen Anregungsfrequenz ist es ohne Entgasungsraum mög¬ lich, Schweißnähte mit guter Nahtqualität hinsichtlich der mechanischen und optischen Nahteigenschaften herzustellen. Dazu ist es wesentlich, dass die Anregungsfrequenz in einem Fenster um eine spezielle Frequenz der schwin¬ genden Dampfkapillare liegt, wobei diese Eigenfrequenz empirisch, wie ein- gangs erwähnt, ermittelt werden kann.

Eine Anregung des Energiestrahls nur mit der Resonanzfrequenz führt zu kei¬ nen befriedigenden Ergebnissen (Resonanzkatastrophe), da dabei wegen des eruptiven Ausgasens von Beschichtungsdampf durch das Schmelzbad hin- durch die vorstehend beschriebenen Schweißfehler, wie Spritzer, Auswürfe, Poren, usw. mit ungenügender Schweißnahtqualität auftreten. Überraschend hat sich jedoch gezeigt, dass bei einer Variation der Anregungsfrequenz in einem Frequenzfenster um die Resonanzfrequenz als spezieller Eigenfrequenz eine Stabilisierung des Schweißvorgangs erhalten wird, wobei die Entgasung des Beschichtungsdampfs durch das Schmelzbad gleichmäßig und so beruhigt erfolgt, dass die vorstehenden Schweißfehler nicht auftreten oder zumindest so weit reduziert sind, dass eine für übliche Anwendungsfälle gute Schwei߬ qualität hinsichtlich der mechanischen Stabilität und eines gleichmäßigen Schweißnahtbildes erhalten wird. Ein Null-Spalt ist mit einer entsprechenden Spanntechnik verhältnismäßig einfach herzustellen, wobei gute Schweißergeb- nisse noch bis zu einer gewissen Plustoleranz des Null-Spalts bis etwa 0,6 mm zu erreichen sind.

Gemäß Anspruch 2 stehen mehrere Möglichkeiten für die Variation der Ein- Stellparameter des Energiestrahls zur Verfügung. Die bevorzugte Variation er¬ folgt durch Variation der Strahlleistung, bei einem Laserverfahren durch Varia¬ tion der Laserstrahlleistung. Alternative und/oder zusätzliche Variationsmög¬ lichkeiten bestehen in der Variation des Strahldurchmessers, insbesondere der Fokuslage bei einem Laserstrahl, und/oder der absorbierten Energie, insbe- sondere durch eine Variation der Polarisation bei einem Laserstrahl, und/oder der räumlichen und zeitlichen Lage des Laserstrahls sowie der räumlichen und zeitlichen Intensitätsverteilung innerhalb des Laserstrahls, und/oder des Ein¬ strahlwinkels. Diese Variation erfolgt durch Änderung der jeweiligen Anre¬ gungsfrequenz. Solche Variationen der Energiestrahlparameter erfordern i.d.R. nur einen geringen apparativen und steuerungstechnischen Aufwand.

Gemäß Anspruch 3 können die Parameter des Energiestrahls je nach den Ge¬ gebenheiten insgesamt mit der jeweiligen Anregungsfrequenz variiert werden oder das Verfahren wird mit einer bestimmten kontinuierlichen Grundintensität des Energiestrahls betrieben, dem eine mit der Anregungsfrequenz variierende Zusatzintensität überlagert wird.

Für das vorliegende Verfahren ist es erforderlich, die Resonanzfrequenz der Dampfkapillare für einen konkreten Schweißfall mit jeweils bestimmten vorlie- genden Randbedingungen zu kennen, da diese Anregungsfrequenz im Fre¬ quenzfenster, vorzugsweise etwa in einem mittleren Bereich dieses Frequenz¬ fensters liegen soll.

Zur Ermittlung der Eigenfrequenz gemäß Anspruch 4 wird für unbeschichtete Bleche vorgeschlagen, die Eigenfrequenz empirisch dergestalt zu ermitteln, dass Schweißvorgänge mit unterschiedlichen Intensitätsfrequenzen des Energiestrahls ausgeführt werden. Die Frequenz, bei der eine maximale Ener¬ gieübertragung erfolgt, was beispielsweise durch optische Beobachtung des Metalldampfplasmas ermittelt werden kann, wird als Eigenfrequenz erkannt und dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundegelegt. Alternativ hierzu kön- nen die emittierten Signale eines Schweißprozesses ohne externe Anregung aufgenommen werden. Aus den gewonnenen Daten lässt sich dann die „natür¬ liche" Dynamik des Schweißprozesses ermitteln, wobei die (lokalen) Maxima die Eigenfrequenzen des Prozesses repräsentieren. Die jeweilige Größe der Eigenfrequenz hängt von konkreten Randbedingungen, wie den Blechdicken, der Materialart, der Schweißtiefe, etc. ab. Da bei Serienfertigungen vieler gleicher Bauteile jeweils gleiche Randbedingungen vorliegen, reicht es aus, eine solche Eigenfrequenz für alle diese Schweißvorgänge nur einmal zu er¬ mitteln. Auf Wechsel der Bearbeitungsbedingungen kann dann i.d.R. durch einfaches Anpassen der elektrischen Steuerungsparameter reagiert werden.

Gute Schweißergebnisse sind gemäß Anspruch 5 erzielt worden, wenn die Breite des Frequenzfensters um die jeweilige Anregungsfrequenz etwa um eine Zehnerpotenz geringer ist als die Größe der jeweiligen Eigenfrequenz. Bei einer ermittelten Eigenfrequenz von 2000 Hz wäre somit ein Frequenzfenster in der Breite von etwa 200 Hz zu wählen.

Je nach den Gegebenheiten können nach Anspruch 6 auch feste vorgegebene Fensterbreiten verwendet werden, die nicht an die Größe der Eigenfrequenz unmittelbar gekoppelt sind und in einer Größe von 400 Hz, bevorzugt 200 Hz und besonders bevorzugt von 100 Hz liegen.

Nach Anspruch 7 sind gute Schweißergebnisse zu erzielen, wenn die Variation der Anregungsfrequenz innerhalb des Frequenzfensters durch eine zeitlich pe¬ riodisch in einem Variationszyklus verlaufende Frequenzverschiebung erfolgt, welche gemäß Anspruch 8 insbesondere durch eine auf die spezielle Anre¬ gungsfrequenz modulierte Änderungsfrequenz erzielt werden kann. Dabei sol- len die Zeiten für einen periodischen Variationszyklus gemäß Anspruch 9 in der Grössenordnung von Millisekunden liegen.

Alternativ zu der vorstehenden Maßnahme für einen periodischen Variations- zyklus wird mit Anspruch 10 eine Variation der Anregungsfrequenz nach dem Zufallsprinzip verwendet, wobei mittels eines Zufallsgenerators sukzessive auf jeweils eine vorbestimmte Frequenz aus dem Frequenzfenster weitergeschal¬ tet wird. Diese Weiterschaltung kann nach Anspruch 11 jeweils nach einer vor¬ eingestellten Zeitspanne im Mikrosekundenbereich erfolgen oder nach An- spruch 11 ebenfalls nach dem Zufallsprinzip aus einem Zeitfenster von 0 bis wenigen Millisekunden ausgewählt werden.

Ziel der vorstehenden Weiterschaltungen und Umschaltungen und der perio¬ dischen Variationszyklen für die Anregungsfrequenz innerhalb des Frequenz- fensters ist es, einerseits die Anregung effektiv und gut steuerbar im Bereich der Eigenfrequenz durchzuführen aber andererseits der Resonanzkatastrophe durch ein ständiges Aufschwingen der Dampfkapillare zu entgehen und dabei zudem ein weitgehend gleichmäßiges Entgasen von Beschichtungsdampf durch das Schmelzbad zu ermöglichen.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Überlappschweißverfahren gemäß Anspruch 13 bei verzinkten Stahlblechen einsetzbar. Das Überlapp¬ schweiß verfahren ist mit guter Schweißqualität auch bei anderen beschich¬ teten Blechen verwendbar, bei denen die Beschichtung eine niedrigere Schmelz- und Verdampfungs- bzw. Verdampfungstemperatur als der Blech¬ werkstoff aufweist, da dort im wesentlichen die gleichen Probleme wie bei ver¬ zinkten Stahlblechen auftreten.

Besonders vorteilhaft ist ein Laserstrahlschweißverfahren mit einem CO2-Laser einsetzbar, wobei jedoch je nach den Gegebenheiten auch Faserlaser, Dio¬ denlaser oder Festkörperlaser verwendbar sind. Grundsätzlich ist das erfin- dungsgemäße Überiappschweißverfahren auch mit anderen Strahlschwei߬ verfahren, wie Elektronenstrahlschweißverfahren oder Plasmastrahlschwei߬ verfahren mit guten Schweißergebnissen verwendbar.