Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen beschichteter Stahlbleche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Automobilbau ist es bekannt, Teile von Karosserien aus hoch härtbaren Stahlblechen her- zustellen, um eine ausreichende Stabilität der Fahrgastzelle zu gewährleisten. Hochfeste Stähle haben hierbei den Vorteil, dass aufgrund der hohen Tragkraft die Dimensionen und damit auch das Gewicht verringert werden kann, so dass Kraftstoff eingespart wird.

Derart ausgebildete, hochfeste Stahlsorten sind beispielsweise Mangan-Bor-Iegierte Stähle, wie beispielsweise der am häufigsten hierfür eingesetzte Stahl 22MnB5.

Derartige hochfeste Stahlsorten werden im sogenannten Presshärteverfahren verarbeitet, bei dem diese Stahlsorten so hoch erhitzt werden, dass die ursprünglich ferritisch-perlitische Stahlstruktur in ein austenitisches Gefüge überführt wird. Dieses austenitische Hochtempera- turgefüge des Eisens ermöglicht es, durch eine Abschreckung mit einer Geschwindigkeit, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt, in ein martensitisches Gefüge umgewandelt zu werden. Aufgrund der unterschiedlichen Kohlenstofflöslichkeiten von Austenit und Marten- sit kommt es hierbei zu einer Gitterverzerrung, die eine hohe Härte bis über 1500 MPa er- möglicht. Dieses Härteverfahren ist seit längerer Zeit bekannt und wird entsprechend häufig eingesetzt.

Beim Presshärten gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung der- artiger Bauteile, unterschieden wird hierbei das direkte und das indirekte Verfahren.

Beim direkten Verfahren wird eine ebene Platine austenitisiert und anschließend in einem Presshärtewerkzeug in einem Hub oder mehreren Hüben umgeformt und abgeschreckt. Dieses Verfahren ist vergleichsweise günstig, ermöglicht jedoch nicht immer hochkomplexe Geometrien auszuformen. Beim indirekten Verfahren wird zunächst aus einer ebenen Platine ein Bauteil kalt umge- formt, was auch komplexe Geometrien ermöglicht. Anschließend wird das umgeformte Bau- teil austenitisiert und anschließend in einem Pressenwerkzeug abgeschreckt, ohne üblicher- weise noch größere Umformungen zu erfahren. Das Umformwerkzeug hat somit eine dem bereits umgeformten Bauteil entsprechende Kontur und dient lediglich der Härtung.

Derartige, für das Presshärten eingesetzte Stahlbleche können bereits als Platine mit einer Korrosionsschutzbeschichtung ausgebildet sein. Die üblichen Korrosionsschutzbeschichtun- gen sind hierbei eine Zinkbeschichtung oder Zinklegierungsbeschichtung oder eine Alumi- nium- bzw. Aluminiumlegierungsbeschichtung.

Zudem ist es bekannt, zusammengesetzte Platinen, sogenannte Tailored Blanks zu verwen- den, bei denen entweder unterschiedliche Stahlsorten zusammengeschweißt sind oder glei- che Stahlsorten, aber mit unterschiedlichen Dicken, verschweißt sind.

Auch hierbei sind selbstverständlich beschichtete Ausgangsplatinen möglich, so dass bei- spielsweise zwei Bleche aus einem 22MnB5 mit unterschiedlicher Dicke und einer Aluminium- Siliziumbeschichtung miteinander verschweißt werden.

Insbesondere beim Verschweißen von Aluminium-Silizium-beschichteten Blechen konnte aber festgestellt werden, dass offensichtlich Aluminium aus der Beschichtung in die Schweißnaht gelangt. Das Aluminium in der Schweißnaht wirkt sich ungünstig auf die Martensitumwand- lung bzw. Martensitbildung aus, zudem verursacht Aluminium die Bildung von intermetalli- schen Phasen, die an sich relativ hart sind, aber auch sehr spröde und damit als Rissausgang dienen können.

Um das Problem bei dem Verschweißen von Tailored Blanks zu umgehen, ist es bekannt, Aluminiumschichten vor dem Schweißen teilbereichsweise beidseitig eines geplanten Schweißstumpfstoßes zu entfernen, um zu verhindern, dass Aluminium-Silizium in die Schweißnaht eindringen kann.

Hierbei ist von Nachteil, dass im Bereich der Schweißnaht in diesem Fall kein Korrosions- schutz besteht und insbesondere bei dem Erhitzen zum Zwecke des Härtens später die Schweißnaht und die die Schweißnaht begrenzenden Kanten verzundern und entkohlen kön- nen. Zudem ist hierbei von Nachteil, dass diese Verfahren zum Entfernen der Aluminium-Silizium- Beschichtungen einen zusätzlichen Prozessschritt darstellen, der zudem nicht leicht zu be- herrschen ist.

Aus der DE 10 2012 111 118 B3 ist ein Verfahren zum Laserschweißen eines oder mehrerer Werkstücke aus presshärtbarem Stahl, insbesondere Mangan-Bor-Stahl bekannt, bei dem im Stumpfstoß geschweißt wird und bei dem das Werkstück oder die Werkstücke eine Dicke von mind. 1,8mm aufweisen und/oder an dem Stumpfstoß ein Dickensprung von mind. 0,4mm entsteht, wobei bei dem Laserschweißen in das mit einem Laserstrahl erzeugte Schmelzbad Zusatzdraht zugeführt wird. Um sicherzustellen, dass sich die Schweißnaht beim Warmum- formen zuverlässig in ein martensitisches Gefüge aufhärten lässt, sieht diese Schrift vor, dem Zusatzdraht mind. 1 Legierungselement aus der Mangan, Chrom, Molybdän, Silizium und/o- der Nickel umfassenden Gruppe zuzusetzen, dass die Bildung von Austenit in dem mit dem Laserstrahl erzeugten Schmelzbad begünstigt, wobei dieses mind. ein Legierungselement mit einem um mind. 0,1 Gewichtsprozent größeren Masseanteil im Zusatzdraht vorhanden ist als in dem presshärtbaren Stahl des Werkstückes oder der Werkstücke.

Aus der DE 10 2014 001 979 A1 ist ein Verfahren zum Laserschweißen eines oder mehrerer Werkstücke aus härtbarem Stahl im Stumpfstoß bekannt, wobei der Stahl insbesondere ein Mangan-Bor-Stahl ist und die Werkstücke eine Dicke zwischen 0,5 und 1,8mm aufweisen und/oder an dem Stumpfstoß ein Dickensprung zwischen 0,2 und 0,4 mm entsteht, wobei beim Laserschweißen in das Schmelzbad ein Zusatzdraht eingeführt wird, wobei das Schmelzbad ausschließlich durch den einen Laserstrahl erzeugt wird. Um sicherzustellen, dass sich die Schweißnaht beim Warmumformen zuverlässig in ein martenstisches Gefüge aufhärten lässt, sieht die Schrift vor, dass der Zusatzdraht mindestens ein Legierungselement aus der Mangan, Chrom, Molybdän, Silizium und/oder Nickel umfassenden Gruppe enthält, sodass die Bildung von Austenit begünstigt wird.

Aus der EP 2 737 971 A1 ist ein tailor welded blank bekannt und ein Verfahren zu seiner Her- stellung, wobei das Blech dadurch erzeugt wird, dass Bleche unterschiedlicher Dicke oder Zu- sammensetzung miteinander verbunden werden, wobei Qualitätsprobleme in der Schweiß- zone vermindert werden sollen. Auch hierbei wird ein Zusatzdraht verwendet, wobei dieser so ausgestaltet werden soll, dass im Temperaturbereich von 800 bis 950°C kein Ferrit ent- steht. Dieses Verfahren soll insbesondere für AISi-beschichtete Bleche geeignet sein, wobei auch dieser Draht einen höheren Gehalt an Austenit stabilisierenden Elementen haben soll, die insbesondere aus Kohlenstoff oder Mangan bestehen. oberflächig beschichteten metallischen Werkstücken bekannt, wobei die oberflächige Be- schichtung Aluminium enthalten soll. Der Laserstrahl soll mit wenigstens einem Lichtbogen kombiniert sein, sodass ein Schmelzen des Metalls und ein Schweißen des oder der Teile be- wirkt wird und, dass wenigstens eines der Teile vor seinem Schweißen auf der Oberfläche einen seiner seitlichen Schnittflächen die verschweißt werden soll, Ablagerungen der Beschichtung von Aluminium-Silizium aufweist.

Aus der EP 2 942 143 B1 ist ein Verfahren zum Verbinden von zwei Rohlingen bekannt, wo- bei die Rohlinge Stahlbleche sind mit einer Beschichtung, welche eine Schicht aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung umfassen, wobei die beiden Teile aneinandergeschweißt werden unter Nutzung eines Laserstrahls und eines Lichtbogens, wobei der Lichtbogenbren- ner eine Fülldrahtelektrode umfasst und die Fülldrahtelektrode aus einer Stahllegierung um- fassend stabilisierende Elemente besteht, wobei Laser und Lichtbogen in einer Schweißrich- tung bewegt werden, wobei in Schweißrichtung der Lichtbogenschweißbrenner und der Laserstrahl nachfolgend angeordnet sind.

Aus der EP 2 883 646 B1 ist ein Verfahren zum Verbinden von zwei Rohlingen bekannt, wo- bei zumindest einer der Rohlinge eine Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung umfasst, wobei beim Schweißvorgang ein Metallpulver in die Schweißzone zugeführt wird und das Metallpulver ein auf Eisen basierendes Pulver umfassend gammastabilisierende Ele- mente ist und das Laserstrahlschweißen ein Zweipunktlaserstrahlschweißen ist.

Aus der EP 2 007 545 B1 ist ein Verfahren zur Fierstellung eines geschweißten Teils mit sehr guten mechanischen Eigenschaften bekannt, wobei ein Stahlblech eine Beschichtung besitzt, die aus einer intermetallischen Schicht besteht und einer auf der intermetallischen Schicht befindlichen Metalllegierungsschicht. Zum Zwecke des Verschweißens der Bleche soll an der Peripherie des Blechs, d. h. den Bereichen, die verschweißt werden sollen, die Metalllegie- rungsschicht auf der intermetallischen Schicht entfernt sein, wobei es sich bei dieser Schicht um eine Aluminiumlegierungsschicht handelt. Diese Beschichtung soll durch einen Laser- strahl beseitigt sein, sodass diese als Aluminium-Siliziumschicht ausgebildete Schicht vor dem Verschweißen abgedampft wird, um schädliche Einflüsse des Aluminiums in der Schweißnaht zu vermeiden. Gleichzeitig soll die intermetallische Schicht bestehen bleiben, um möglicher- weise korrosionshemmende Wirkungen zu entfalten. Aus der WO 2017/103149 A1 ist ein Schweißverfahren bekannt, bei dem zwei separat er- zeugte Laserstrahlen entlang einer geplanten Schweißnaht geführt werden, wobei der erste Laserstrahl dazu dient, einen Fülldraht aufzuschmelzen, während der zweite Laser durch eine rotierende Bewegung eine Vermischung des Schmelzbades sicherstellen soll. Hiermit soll das Aufschmelzen einerseits und das Vermischen des Füllmaterials andererseits sichergestellt werden. Darüber hinaus wird ein Verfahren offenbart, bei dem ein voreilender Laserstrahl er- zeugt wird, der den Fülldraht aufschmilzt, während ein nacheilender Laserstrahl in zwei La- serstrahlen aufgetrennt wird, welche entlang der Schweißnaht hintereinander geführt wer- den, wobei ausgeführt wird, dass in diesem Fall es einer Bewegung dieser Laserstrahlen nicht bedarf.

Aus der WO 2019/030249 A1 ist ein Schweißverfahren bekannt, bei dem zwei Aluminium-Sili- zium-beschichtete Bleche mittels eines Lasers zusammengefügt werden, wobei dieser Laser zur Durchmischung eines Schweißbades während des Schweißvorganges rotiert.

Bei der WO 2017/103149 A1 ist von Nachteil, dass die Anlagentechnik außerordentlich auf- wändig ist, wobei sich herausgestellt hat, dass bei dem angegebenen seriellen Doppelfokus mit Draht keine ausreichende Homogenisierungswirkung stattfindet.

Aus der DE 10 2017 120 051 A1 ist ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen eines oder meh- rerer Stahlbleche aus presshartbaren Mangan-Bor-Stahl bekannt, bei dem zumindest eines der Stahlbleche eine Beschichtung aus Aluminium besitzt, wobei das Laserstrahlschweißen unter Zuführung eines Zusatzdrahts in das ausschließlich mittels eines Laserstrahls erzeugte Schmelzbad erfolgt. Der Zusatzdraht soll zumindest ein Austenit-stabilisierendes Legierungs- element enthalten. Das Verfahren hat zum Ziel, bei einem relativ geringen Energieverbrauch und bei einer hohen Produktivität zu erreichen, dass die Schweißnaht nach dem Warmumfor- men eine dem Grundwerkstoff vergleichbare Festigkeit aufweist. Hierzu wird vorgeschlagen, dass der Laserstrahl derart in Oszillation versetzt wird, dass er quer zur Schweißrichtung os- zilliert, wobei die Oszillationsfrequenz des Laserstrahls mindestens 200 Hz, vorzugsweise mindestens 500 Hz beträgt. Hiermit soll insbesondere das Abtragen der Aluminiumbeschich- tung am Rand der zu verschweißenden Blechkanten entfallen.

Aus der JP 2004 000 1084 ist ein Schweißverfahren bekannt, bei dem zur Verbesserung der Spaltüberbrückbarkeit und der Verbesserung der Tiefenschweißung ein Laserschweißverfah- ren und ein Lichtbogenschweißverfahren miteinander kombiniert werden, wobei es möglich ist, den Laser als Laser mit zwei Strahlen auszubilden, wobei die Schweißvorrichtung vor- sieht, die beiden Strahlen umeinander rotieren zu lassen. Aus der DE 10 2014 107 716 B3 ist ein Schweißverfahren bekannt, bei dem zur Reduktion von Schweißspritzern während des Schweißens der Laserstrahl, der die Verschweißung durchführt, während der Vorschubbewegung eine räumlich oszillierende Bewegung überla- gert erhält, wobei die oszillierende Bewegung parallel oder senkrecht zum Fügestoß ausge- führt wird.

Bei den genannten Verfahren ist von Nachteil, dass in der Praxis stabile tragende Schweiß- nähte nicht zuverlässig erzielt werden können und aus unerklärlichen Gründen immer wieder große Unterschiede in der Endfestigkeit der Schweißnähte festgestellt werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schweißverfahren zuverlässiger auszugestalten und Schweißnähte mit reproduzierbaren mechanischen Eigenschaften zu erzeugen.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeich- net.

Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass bei Verfahren, bei denen ein Laserstrahl den Draht aufschmilzt während zwei nacheilende Laserstrahlen zusätzliche Energie in das Schmelzbad einbringen, aus unerklärlichen Gründen die Schweißnähte immer wieder sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

Bei einem Verfahren, bei dem ein einziger Laser rührt, jedoch Draht verwendet wird, konnte erfindungsgemäß herausgefunden werden, dass auch bei optimaler Vermischung des Alumi- niums aus der Beschichtung im Schmelzbad rechnerisch so viel Aluminium zur Verfügung steht, dass die Schweißnähte, insbesondere bei dünnen Blechdicken, nicht ausreichend härt- bar sind. Zudem konnte festgestellt werden, dass oszillierende Single-Spot-Laser ganz offen- sichtlich nicht in der Lage sind, eine gleichbleibende Schweißnahtqualität zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird die naturgemäß bestehende Schmelzbadströmung durch eine zusätzli- che erzwungene Strömung überlagert, welche durch die Rotation eines Laserdoppelstrahls erzeugt wird, um somit den Zusatzdraht und das Aluminium aus der Beschichtung homogen in der Schweißnaht zu verteilen.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass zwischen der Rotationsfrequenz und der Schweißge- schwindigkeit ein Zusammenhang besteht, ohne den eine gewünschte Rührwirkung nicht er- zielbar ist. Zudem hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, sowohl den Spotdurchmesser als auch den Spotabstand definiert einzustellen, um die gewünschten Effekte noch zu verbessern.

Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Laserstrahlen, insbesondere zwei Teillaserstrahlen, vorhanden, die im Schweißbad rotieren. Hierbei können die Schweißlaser beispielsweise sym- metrisch um die Schweißbadmitte rotieren oder asymmetrisch um die Schweißbadmitte rotie- ren, wobei ein Schweißstrahl bzw. Laserstrahl in einem kleineren Radius um die Schweißbad- mitte rotiert, während ein zweiter Schweißstrahl oder Laserstrahl mit einem größeren Radius um die Schweißbadmitte rotiert.

Bei einer weiteren möglichen Ausführung bewegt sich ein Laserstrahl entlang der Schweiß- badmitte, während ein zweiter Schweißstrahl oder Laserstrahl orbital den ersten Schweiß- strahl herum oszilliert bzw. rotiert. Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass insbeson- dere die Vorschubgeschwindigkeit und die Rührwirkung aufeinander abgestimmt sein müs- sen. Bei einer falschen Kombination aus Vorschubgeschwindigkeit und Rührwirkung können negative Effekte wie zB. Humping, starke Spritzerbildung bis zum Schweißnahtdurchbruch auftreten. Zu geringe Vorschubgeschwindigkeit kann sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Prozesses auswirken. Die Rührwirkung wird hierbei definiert als die Zahl der Umdrehun- gen durch den Vorschub.

Zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Homogenisierung des Schweißbades auf physikali- schem Wege werden erfindungsgemäß auch auf metallurgischer Weise die zu beschichteten Bleche ohne die jeweilige Aluminium-Silizium-Schicht ganz oder teilweise zu entfernen mitei- nander verschweißt, wobei jedoch der negative Einfluss des Aluminiums auf die mechani- schen Eigenschaften der Schweißverbindung durch die Verwendung von Zusatzmaterial neutralisiert wird. Zudem wird erfindungsgemäß der Entkohlung und Verzunderung der Schweißnaht vorgebeugt, die Warmfestigkeit der Schweißnaht gesteigert und die Schweiß- naht zudem für nachfolgende Warmumformprozesse derart ertüchtigt, dass die werkzeugbe- dingten an der Schweißnaht herrschenden schlechteren Kühlbedingungen kompensiert wird.

Für die erfindungsgemäße metallurgische Neutralisierung des Aluminiums bzw. dessen ne- gativen Wirkungen wird mit einem speziellen Zusatzmaterial geschweißt, dessen Chemie bzw. Legierungslage darauf abgestimmt ist, den Wirkungen des Aluminiums entgegenzu- steuern. Das Zusatzmaterial kann dabei aus Pulver, Draht oder Kombinationen davon ge- wählt sein. Bevorzugt kann ein Schweißdraht als Zusatzmaterial gewählt werden da prozess- technische Vorteile in Bezug auf die Handhabung und Zuführung aufweisen kann. Insbesondere besitzt der Schweißdraht einen definierten Chromgehalt, der die Zunderbil- dung und die Randentkohlung stark hemmt.

Dementsprechend wird im Gegensatz zum Stand der Technik keine Gammastabilisierung vorgenommen, sondern mit wenig Nickel und Mangan geschweißt. Überraschend hat sich ergeben, dass trotzdem eine hochfeste Schweißnaht entsteht.

Somit gelingt es ablationsfrei zu Schweißen und den negativen Einfluss von Aluminium auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung zu unterdrücken, wobei zusätzlich eine Entkohlung und Verzunderung der Schweißnaht nahezu vermieden wird, die Schweiß- naht bezüglich der Warmfestigkeit gesteigert wird. Dies gelingt u. a. dadurch, dass mit einem erhöhten Chromgehalt geschweißt wird, welcher die Härtbarkeit verbessert. Dies ist wichtig, weil erfindungsgemäß erkannt wurde, dass beim Warmumformprozess werkzeugbedingt an der Schweißnaht oft schlechtere Kühlbedingungen vorliegen, was sich in einem Härteabfall der Schweißnaht nach dem Presshärtevorgang widerspiegelt.

Insgesamt wird somit durch die Verwendung von einem speziell auf das Material abgestimm- ten Zusatzdraht das Aluminium weitgehend neutralisiert und durch den Chromgehalt in der Schweißnaht die Zunderbildung und Randentkohlung stark gehemmt. Ein geeigneter Zusatz- draht besitzt einen Kohlenstoffanteil der 0,80 bis 2,28 mal dem Kohlenstoffgehalt des Grund- werkstoffes, bevorzugt 0,88 bis 1,51 mal dem Kohlenstoffgehalt des Grundwerkstoffes, be- sonders bevorzugt 0,90 bis 1,26 mal dem Kohlenstoffgehalt des Grundwerkstoffes, noch be- sonderer bevorzugt 0,90 bis 1,17 mal dem Kohlenstoffgehalt des Grundwerkstoffes ent- spricht, bei einem Chromgehalt von 8 bis 20%, einem Nickelgehalt unter 5%, bevorzugt unter 1%, einem Siliziumgehalt von 0,2 bis 3%, einem Mangangehalt von 0,2 bis 1% und optional einem Molybdängehalt bis 2 %, bevorzugt 0,5 bis 2%.

Beim Verschweißen mit einem solchen Zusatzdraht gelingt es, beim nachfolgenden Här- teprozess Zunderbildung und Randentkohlung stark zu hemmen und die Wirkung des aus der Beschreibung stammenden Aluminiums zu „neutralisieren“.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Verschweißen beschichteter Stahlbleche, ins- besondere mit einer Aluminiumsilizium metallischen Überzugsschicht beschichteter Stahlble- che, wobei eine Konfiguration aus zwei Laserstrahlen vorhanden ist, wobei die Laserstrahlen auf ein zu bildendes Schweißbad einwirken, wobei zumindest ein Laserstrahl um eine Rotati- onsachse rotiert, sodass die Laserstrahlen eine Relativbewegung zueinander ausführen, wo- bei die Laserstrahlen entlang einer Schweißachse geführt werden, wobei zum Zwecke einer Schweißbaddurchmischung eine def i nie rt e Rü h rwi rkun g un d eine de fi nie rt e Schweißge- schwindigkeit in Abhängigkeit zueinander eingehalten werden, wobei für die Rührwirkung gilt: wobei frot die Rotationsfrequenz ist und v _w die Schweißgeschwindigkeit ist und wobei gilt: wobei beim Verschweißen der Bleche ein Schweißzusatzdraht verwendet wird, wobei der Schweißzusatzdraht aus folgender Zusammensetzung besteht:

C= 0,80 - 2,28 x %C Grundwerkstoff

Cr= 8 - 20%

Ni< 5%

Si= 0,2 - 3%

Mn= 0,2 - 1%

Optional Mo< 2%

Optional V und/oder W in Summe < 1 %

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte unvermeidbare Verunreinigungen, wobei alle Angaben in Masse-% sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Laserstrahlen symmetrisch um eine Rotationsachse angeordnet und rotieren diametral gegenüberliegend um die Rotations- achse oder ein Laserstrahl entlang einer Schweißachse geführt und der andere Schweißstrahl rotiert um den ersten Laserstrahl oder ein erster Laserstrahl rotiert mit einem ersten kleine- ren Radius um die Rotationsachse während der zweite Laserstrahl mit einem größeren Ra- dius um die Rotationsachse (5) rotiert oder eine Mischung aus diesen Bewegungsformen.

Bei einer Ausführungsform sind somit bei einer symmetrischen Rotation der Laserstrahlen bzw. deren Projektionsflächen oder Spots, die Laserstrahlen jeweils von der Mitte aus um den Spotabstand X _df beabstandet, wobei der Spotdurchmesser bzw. Durchmesser des Laser- strahls d _f 0,1 mm bis 1 mm beträgt, wobei die gesamte Überdeckungsbreite der Laserstrah- len dem Abstand der Spotmitten zueinander zuzüglich eines Spotdurchmessers beträgt, wo- bei der Betrag zwischen 0,5 mm und 2,5 mm liegt.

Bei dieser Ausführungsform ist insbesondere von Vorteil, wenn für den Spotabstand X _df gilt

X _df ≥ 0,8 * d _f .

Bei einer nächsten Ausführungsform sind bei einer Laserstrahlkonfiguration zwei Laserstrah- len orbital angeordnet, wobei ein erster Laserstrahl entlang der Schweißfortschrittsrichtung auf einer Mittenachse des Schweißbades, nämlich der Schweißachse verbleibt, während der zweite Laserstrahl bzw. zweite Spot um eine Rotationsachse (5) rotiert, wobei die Rotations- achse (5) auf der Schweißachse (4) liegt oder um die Schweißachse (4) oszilliert und den Mittelpunkt des ersten Spots (2) darstellt.

Bei dieser Ausführungsform ist insbesondere von Vorteil, wenn der Spotdurchmesser zwi- schen 0,1 und 1 mm beträgt, wobei gilt:

Bei einer wieder nächsten Ausführungsform rotieren bei einer Laserstrahlkonfiguration zwei Laserstrahlen bzw. zwei Laserspots um eine Rotationsachse rotieren, wobei ein erster Laser- strahl bzw. erster Laserspot mit einem ersten Radius um die Rotationsachse rotiert und der zweite Laserstrahl bzw. zweite Laserspot mit einem zweiten Radius um die Rotationsachse rotiert, wobei einer der Radien größer ist als der andere, wobei folgende Bedingungen gel- ten:

Wobei Xoff dem Abstand des ersten Laserstrahls von der Rotationsachse entspricht und da- her die Exzentrität der Laserstrahlen zueinander definiert.

Bei den vorgenannten Ausführungsforme ist es von Vorteil, wenn mit einer Laserleistung zwi- schen 2 und 10 kW, insbesondere 3 bis 8 kW bevorzugt 4 bis 7 kW geschweißt wird.

Von Vorteil ist zudem, wenn die Rührwirkung η in mm ^--- z-w ^--- i-s-c ^-- h ^-- e ^-- n ^--1 4 und 30 mm ^--- b ^-- e-t ^-- r-ä ^-1 gt. Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt die Schweißgeschwindigkeit Vw zwischen 5 und 12, insbesondere 6 und 10 m/min.

Das optimale Prozessfenster für die Rührwirkung ist zudem abhängig von der Schweißge- schwindigkeit V _w .

Es ist von Vorteil, wenn ein Schweißdraht verwendet wird dessen Nickelgehalt unter 1 Masse-% liegt.

Von Vorteil ist zudem, wenn ein Molybdängehalt von 0,5 bis 2 Masse-% im Schweißdraht vorhanden ist.

Vorteilhafterweise werden Spaltbreiten von 0 bis 0,3 mm insbesondere 0 bis 0,2 mm einge- stellt. Besonders vorteilhaft kann die Einstellung des „technischen Nullspalts“ d.h. die Bleche ohne bewusste Spalteinstellung sein, da dies prozesstechnische Vorteile aufweisen kann. In einer weiteren Ausführungsform kann die Einstellung des Spaltes von 0,2 mm vorteilhaft für die Verringerung des Al-Gehaltes in der Schweißnaht sein.

Außerdem ist es von Vorteil, wenn der Kohlenstoffgehalt des Zusatzdrahtes mit

C= 0,88 bis 1,51 x C Grundwerkstoff bevorzugt

C= 0,90 bis 1,26 x C Grundwerkstoff besonders bevorzugt C= 0,90 bis 1,17 x C Grundwerkstoff eingestellt wird.

Vorteilhafterweise wird als Grundmaterial ein Stahl verwendet wird, der ein Bor-Mangan-Stahl ist, welcher durch ein Austenitisierungs- und Abschreckverfahren auf besonders bevorzugt auf eine Zugfestigkeit von größer als 900 MPa härtbar ist und insbesondere ein Stahl aus der Gruppe der CMnB-Stähle wie beispielsweise ein 22MnB5 oder 20MnB8 verwendet wird.

Hierbei ist insbesondere von Vorteil, wenn als Grundmaterial ein Stahl der allgemeinen Legie- rungszusammensetzung (in Masse-%)

Kohlenstoff (C) 0,03-0,6 Mangan (Mn) 0,3-3,0 Aluminium (AI) 0,01-0,07 Silizium (Si) 0,01-0,8

Chrom (Cr) 0,02-0,6

Nickel (Ni) <0,5

Titan (Ti) 0,01-0,08

Niob (Nb) <0,1

Stickstoff (N) < 0,02

Bor (B) < 0,02

Phosphor (P) < 0,01

Schwefel (S) < 0,01

Molybdän (Mo) < 1

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, verwendet wird.

Weiter vorteilhaft kann als Grundmaterial ein Stahl der allgemeinen Legierungszusammenset- zung (in Masse-%)

Kohlenstoff (C) 0,03-0,36 Mangan (Mn) 0,3-2,00 Aluminium (AI) 0,03-0,06 Silizium (Si) 0,01-0,20 Chrom (Cr) 0,02-0,4 Nickel (Ni) <0,5 Titan (Ti) 0,03-0,04

Niob (Nb) <0,1

Stickstoff (N) < 0,007

Bor (B) < 0,006

Phosphor (P) < 0,01

Schwefel (S) < 0,01

Molybdän (Mo) < 1

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, verwendet wird.

Von Vorteil ist zudem, wenn der Zusatzdraht einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,024 bis 1 ,086 Masse-%, besonders bevorzugt 0,186 bis 0,5082 Masse-% noch besonderer be- vorzugt zwischen 0,20 bis 0,257 Masse-% aufweist.

Die Erfindung betrifft zudem eine Platine umfassend ein erstes Stahlblech und ein zweites Stahlblech, welche miteinander verschweißt sind nach dem vorgenannten Verfahren. Vorteilhaft ist es bei einer Ausführungsform, wenn die Stahlbleche eine unterschiedliche Le- gierungszusammensetzung aufweisen.

Hierbei ist insbesondere von Vorteil, wenn die genannte Platine einer Warmumformung oder Kaltumformung und danach folgenden Presshärtung unterzogen wird.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:

Figur 1: schematisiert die symmetrische, asymmetrische und orbitale Rotation der

Schweißlaserstrahlen;

Figur 2: das erfindungsgemäße Prozessfenster bezüglich der Rührwirkung;

Figur 3: die Darstellung nach Figur 2 mit der Bedeutung der außerhalb liegenden

Bereiche;

Figur 4: eine Tabelle, zeigend 16 unterschiedliche Versuche im Vergleich von erfindungsgemäßen und nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsformen;

Figur 5: eine Darstellung einer symmetrischen Rühranordnung mit den Funktionen des

Spotabstandes, des Spotdurchmessers zueinander;

Figur 6: das Prozessfenster bei einer symmetrischen Rühranordnung;

Figur 7: eine schematische Darstellung einer orbitalen Rühranordnung mit den

Funktionen des Spotabstandes und des Spotdurchmessers;

Figur 8: das Prozessfenster der orbitalen Rühranordnung;

Figur 9: die Darstellung einer asymmetrischen Rühranordnung mit der Funktion des

Spotabstandes, des Spotdurchmessers und der Exzentrität;

Figur 10: eine gehärtete Schweißnaht in einer Schliffdarstellung gemäß des Versuchs VI nach der Tabelle;

Figur 11: eine Schliffdarstellung gemäß Versuch V2 nach der Tabelle;

Figur 12: eine Schliffdarstellung der Schweißnaht nach Versuch V4 in der Tabelle; Figur 13: eine Schweißnaht im Querschnitt in Schliffdarstellung gemäß Versuch V16 nach der Tabelle.

In Figur 1 sind drei unterschiedliche prinzipiell mögliche und auch miteinander kombinierbare Laserstrahlkonfigurationen gezeigt, wobei bei den gezeigten Laserstrahlkonfigurationen in einer symmetrischen Konfiguration (Fig. la), die Laserstrahlen symmetrisch zu einer Rotati- onsachse angeordnet sind und sich hierbei diametral gegenüberliegend um die Rotations- achse gedreht werden.

Die symmetrische Konfiguration kann vorteilhafterweise die höchste Rührwirkung erzielen.

Bei einer asymmetrischen Anordnung (Fig. lb) ist ein Laserstrahl näher zur Rotationsachse angeordnet als der andere, sodass eine Exzentrizität erzeugt wird. Durch die asymmetrische Anordnung kann vorteilhafterweise auf die gewünschte Schweißnahtgeometrie eingewirkt werden.

Bei der orbitalen Anordnung (Fig. lc) ist ein zentraler Laserstrahl vorhanden, der entlang ei- ner Schweißfortschrittsrichtung bewegt wird, während der zweite Laserstrahl von diesem entfernt um diesen herum und die Rotationsachse dreht.

Die orbitale Anordnung kann vorteilhafterweise auf allfällige Blechdickenunterschiede aus- gleichend wirken.

In Figur 5 ist die symmetrische Rühranordnung genauer gezeigt.

Bei dieser Laserstrahlkonfiguration 1 sind zwei Laserstrahlen 2, 3 vorhanden, welche jeweils in etwa gleich von einer idealisierten Schweißbad mitte 4 entfernt sind. Bevorzugt liegt in der idealen Schweißbad mitte 4 auch die Rotationsachse 5, um die die beiden Laserstrahlen 2, 3 herum entsprechend der Rotationsrichtungen 6, 7 drehen.

Dementsprechend sind um 90° versetzte beispielhafte Folgepositionen 2', 3'gezeigt. Die La- serstrahlen 2, 3 bzw. deren Projektionsfläche (Spot) haben einen gegebenen Durchmesser d _f entsprechend der Ausdehnungspfeile 8, 9.

Die beiden Laserstrahlen 2, 3 bzw. deren Projektionsflächen (Spots) sind jeweils von der Mitte aus betrachtet um den Spotabstand X _df beabstandet. Die theoretische Schweißbad- breite beträgt dementsprechend dem Spotabstand plus jeweils einem halben Spotdurchmes- ser. Der Schweißfortschritt findet entsprechend des Pfeiles 10 entlang der idealisierten Schweiß- badmitte 4 mit einer Schweißfortschrittsgeschwindigkeit V _w statt.

Bei dieser Konfiguration einer symmetrischen rotierenden Anordnung ist der Spotdurchmes- ser d _f , vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 1 mm angesiedelt.

Der Abstand der Spotmitte zueinander zuzüglich des Spotdurchmessers liegt vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 3 mm insbesondere 0,9 mm bis 2,5 mm, wobei vorzugsweise für den Spotabstand X _df gilt X _df ≥ 0,8 * d _f .

Ein geeignetes Prozessfenster für die symmetrische Rühranordnung betreffend den Zusam- menhang zwischen Spotabstand und Durchmesser, erkennt man in Figur 6. Wie bereits aus- geführt gilt als Gesetzmäßigkeit, dass der Spotdurchmesser d _f zwischen 0,1 und 1 mm be- trägt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Laserstrahlkonfiguration 11 (Figur 7) sind zwei Laserstrahlen 2, 3 orbital angeordnet, das bedeutet, dass ein erster Spot 2 entsprechend der Schweißfort- schrittsrichtung 10 auf der Schweißachse 4 verbleibt, während ein zweiter Spot 3 um eine Rotationsachse 5 rotiert, die auf der Schweißachse 4 liegt und den Mittelpunkt des ersten Spots 2 darstellt.

Die Rotation des zweiten Spots 3 erfolgt dementsprechend entlang der Rotationsrichtung 7, die in einem bestimmten Radius um die Rotationsachse 5 angeordnet ist. Die unterschiedli- chen Positionen des zweiten Laserspots 3 sind hierbei in Figur 7 beispielhaft um 180° ge- dreht mit der Position 3' gezeigt. Durchgeführt werden jedoch vollständige Rotationen wäh- rend der Verschweißung entlang des Schweißfortschritts 10.

Die Schweißachse 4 ist gleichzeitig auch die idealisierte Schweißbadmitte 4.

Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform beträgt der Spotdurchmesser ebenfalls zwischen 0,1 und 1 mm, wobei hierbei gilt:

Auch hier gilt, dass X _df > 0,8 * d _f . In Figur 8 ist das entsprechend der soeben genannten Rah- menbedingungen geltende Prozessfenster für die orbitale Rühranordnung angegeben, wobei in dem Prozessfenster die Funktion des Spotabstands über den Spotdurchmesser angegeben ist und der entsprechend erfindungsgemäße Bereich sich innerhalb der geschlossenen Fläche befindet. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einer Laserstrahlkonfiguration 1 (darge- stellt in Figur 9) rotieren wiederum zwei Laserspots 2, 3 um eine Rotationsachse 5, wobei je- doch eine erste Rotationsrichtung 6 eines ersten Laserstrahls 2 bzw. ersten Laserspots 2 dichter an der Rotationsachse angeordnet ist, als die zweite Rotationsrichtung 7 des zweiten Laserstrahls 2. Die Spotabstandsmitte ist somit von der Schweißbadmitte 4 entfernt bzw. zu dieser versetzt angeordnet.

Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform gilt wieder, dass der Spotdurchmesser d _f zwischen 0,1 und 1 mm beträgt, wobei für die zudem die folgende Bedingung eingehalten wird:

In Figur 2 wird das erfindungsgemäße Prozessfenster bezüglich der Rührwirkung dargestellt. Dabei zeigt Figur 3 die jeweiligen Effekte beim Durchführung des Prozesses bei ungeeigne- ten, d.h. außerhalb des Prozessfensters liegenden Parametern.

Bei der Wahl einer zu hohen Rührwirkung in Kombination mit einer hohen Schweißgeschwin- digkeit kann es zu Humping (instabiler Schweißprozess), vermehrten Auftreten von Spritzern bis hin zu Laserschweißnahtdurchbruch kommen.

Überraschenderweise kann auch bei einer zu geringen Rührwirkung die Spritzerneigung stark ansteigen.

Eine Laserschweißgeschwindigkeit (v _w ) von weniger als 4 m/min ist zwar technisch möglich aber wirtschaftlich nicht mehr sinnvoll.

In der Tabelle gemäß Figur 4 sind sechzehn Schweißversuche dargestellt, wobei die Schweißversuche mit unterschiedlichen Schweißfortschrittsgeschwindigkeiten, unterschiedli- chen Rührwirkungen und unterschiedlichen Leistungen durchgeführt wurden. Nach dem klär- ten wurden die Schweißnähte begutachtet und entsprechend der Schweißnahthomogenität und Prozessstabilität klassifiziert. N.b. steht für nicht beurteilbar, da bei diesen Versuchen keine stabile Schweißnaht erzielt werden konnte. In Figur 10 ist ein Schweißnahtgefüge nach der Härtung gezeigt (Beispiel V1 aus der Tabelle aus Fig. 4) bei dem die erfindungsgemäßen Parameter nicht eingehalten wurden. Das Schweißnahtgefüge nach der Härtung ist optisch schon als inhomogen wahrnehmbar, wobei die Schweißfortschrittsgeschwindigkeit 6 m pro Minute betrug. Der Spotdurchmesser 0,3 mm, jedoch bei einem Spotabstand von 0, was bedeutet, dass lediglich ein einzelner Laser verwendet wurde. Es zeigt sich, dass mit diesem herkömmlichen Verfahren ein qualitativ be- friedigendes Ergebnis nicht erreichbar ist.

In Figur 11 ist das Ergebnis einer erfindungsgemäßen Ausführung (Beispiel V2 aus der Ta- belle aus Fig. 4) zu sehen, wobei der Schliff nach der Härtung homogen ist. Der Spotdurch- messer betrug hier 0,3 mm, wobei eine symmetrische Rühranordnung verwendet wurde bei der der Spotabstand 0,9 mm betrug.

Die Laserleistung betrug 4,3 kW, die Schweißfortschrittsgeschwindigkeit 6 m pro Minute. Die Rührwirkung η betrug 4,125 mm ^-1 , wobei die Rührwirkung der Quotient aus der Rotations- frequenz und der Schweißgeschwindigkeit bzw. dem Schweißfortschritt ist.

Der Abstand der Spotmitte zur Rotationsachse betrug 0,45 mm, das bedeutet, dass die Spots die Rotationsachse auf einem Radius umkreist haben.

In Figur 12 ist Versuch 4 gezeigt, der nicht erfindungsgemäß ist. Während der Spotdurch- messer und der Spotabstand in einem erfindungsgemäßen Bereich liegen, so wie die Schweißfortschrittsgeschwindigkeit, die mit 6 m pro Minute derjenigen des Versuchs 2 ent- spricht, auch ist der Abstand der Spotmitte zur Rotationsachse gleich, jedoch ist die Rührwir- kung als Quotient aus der Rotationsfrequenz und Schweißfortschrittsgeschwindigkeit zu ge- ring, sodass der Schliff nach der Härtung eine deutliche Inhomogenität zeigt.

In Figur 13 ist das Ergebnis des erfindungsgemäßen Versuchs 16 gezeigt. Man erkennt, dass ein homogenes Schweißnahtgefüge vorliegt. Der Spotabstand beträgt hierbei 0,4 mm bei ei- nem Spotdurchmesser von 0,3 mm, wobei die Fortschrittsgeschwindigkeit der der anderen Versuche entsprach. Die Rührwirkung η ist mit 4,125 mm ^-1 im erfindungsgemäßen Bereich, wobei der Abstand der Spotmitte zur Rotationsachse 0,2 mm betrug.

Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch eine gezielte Auswahl an Parametern und eine entsprechende Prozesssteuerung zuverlässig homogene Schweißnähte bei der Verschwei- ßung von Aluminiumsilizium beschichteten Blechen erreicht werden. Erfindungsgemäß wird das Verschweißen zweier unterschiedlich dicker Bleche, bevorzugt CMn-Stähle insbesondere eines härtbaren CMnB-Stahles, insbesondere von 22MnB5-Stahl- materialien dadurch bewerkstelligt, dass ein Schweißzusatzdraht verwendet wird. Insbeson- dere werden erfindungsgemäß Aluminium-Silizium-beschichtete Stahlbleche mit > 900 MPa Zugfestigkeit nach Härtung, ablationsfrei durch Schweißen gefügt.

Die bevorzugte chemische Legierung des Zusatzdrahtes bzw. Fülldrahtes besteht aus fol- genden Elementen:

C= 0,80 - 2,28 x C Grundwerkstoff

Cr= 8 - 20 Masse-%

Ni< 5, vorzugsweise < 1 Masse-%

Si= 0,2 - 3 Masse-%

Mn= 0,2 - 1 Masse-%

Optional Mo=< 2, vorzugsweise 0,5 - 2,5 Masse-%

Optional V und/oder W in Summe < 1% Masse-%

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte unvermeidliche Verunreinigungen

Bevorzugt wird der Kohlenstoff des Zusatzdrahtes bzw. Fülldrahtes wie folgt eingestellt, bzw. weist der Zusatzdraht folgende Zusammensetzung auf:

C= 0,88 bis 1,51 ^c C Grundwerkstoff

Cr= 10 - 18 Masse-%

Ni= < 1 Masse-%

Si= 0,3 - 1 Masse-%

Mn= 0,4 - 1 Masse-%

Mo= 0,5 - 1,3 Masse-%

V = 0,1 - 0,5 Masse-%

W= 0,1 - 0,5 Masse-%

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte unvermeidliche Verunreinigungen

Besonders bevorzugt:

C= 0,90 bis 1,26 x C Grundwerkstoff

Noch besonderer bevorzugt:

C= 0,90 bis 1,17 x C Grundwerkstoff Wie bereits ausgeführt, werden als Werkstoffe Aluminium-Silizium-beschichtete Bleche mit einer Auflage von 60g/m ² je Seite aus einem 22MnB5 gefügt, wobei zum Zwecke der Zug- proben, Bleche mit 1,5 mm gefügt wurden. Derartige Blechte wurden mit Schweißkanten ver- sehen und mit einem Trumpf Schweißlaser 4006 (4,4 kW) mit einem Fokusgrößendurchmes- ser 0,6 mm verschweißt.

Der Grundwerkstoff ist ein Stahl der allgemeinen Legierungszusammensetzung (in Masse-%)

Kohlenstoff (C) 0,03-0,6 Mangan (Mn) 0, 3-3,0 Aluminium (AI) 0,01-0,07 Silizium (Si) 0,01-0,8 Chrom (Cr) 0,02-0,6 Nickel (Ni) <0,5 Titan (Ti) 0,01-0,08

Niob (Nb) <0,1 Stickstoff (N) < 0,02

Bor (B) 0,002-0,02 Phosphor (P) < 0,01 Schwefel (S) < 0,01 Molybdän (Mo) < 1

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Dies bedeutet, dass der Kohlenstoffgehalt des Zusatzdrahtes im Bereich von 0,024 bis 1,086 Masse-% liegen kann. In der Produktion wird selbstverständlich der Kohlenstoffgehalt des Zusatzdrahtes konkret auf Basis Kohlenstoffgehalts des vorliegenden Grundwerkstoffes ausgewählt.

Bevorzugt kann der Grundwerkstoff folgende Legierungszusammensetzung aufweisen: Kohlenstoff (C) 0,03-0,36

Mangan (Mn) 0,3-2,00

Aluminium (AI) 0,03-0,06

Silizium (Si) 0,01-0,20

Chrom (Cr) 0,02-0,4

Nickel (Ni) <0,5

Titan (Ti) 0,03-0,04

Niob (Nb) <0,1 Stickstoff (N) < 0,007 Bor (B) 0,002-0,006

Phosphor (P) < 0,01 Schwefel (S) < 0,01 Molybdän (Mo) < 1

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Konkret kann z.B. der 22MnB5 folgende Zusammensetzung aufweisen:

C=0,22 Si=0,19

Mn=1,22 P=0,0066 S=0,001 Al=0,053 Cr=0,26

Ti=0,031 B=0,0025 N=0,0042,

Rest Eisen und schmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei alle Angaben in Masse-% sind.

Bei dieser konkreten Zusammensetzung des Grundwerkstoffes kann der Kohlenstoffgehalt des Zusatzdrahtes im Bereich von 0,186 bis 0,5082 Masse-% bzw. besonders bevorzugt zwischen 0,216 bis 0,257 Masse-% liegen.