用于借助激光束焊接构件的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于借助激光束焊接构件的方法，尤其涉及一种方法，在所述方法中，激光束和待焊接的构件以相对较高的速度朝向彼此运动。此外，本发明涉及一种用于执行根据本发明的方法的装置。

背景技术

从申请人的DE 10 2011 004 116 A1中已知一种具有权利要求1前序部分特征的用于借助激光束焊接两个构件的方法。在已知的方法中，激光束沿着构件的接合区运动，其中，构件的材料在接合区的区域中被熔化，并且其中，熔融物相对于激光束隔开一距离或者说间距地凝固成焊缝。此外，从文献中已知，为了提高焊缝质量，相对于激光束隔开一间距或者说在相对于激光束的尾随区域中使用另一激光束，该另一激光束在接合区中加热构件的材料。由此能够在熔融物的在体积上增大的尾随区域中在熔融物内实现具有更小的流动速度的更稳定的流动条件，使得在由激光束产生的毛细管的区域中尤其不出现干扰的回流。此外，在上述文献中公开了使激光束在尾随区域中附加地在构件平面中运动，例如沿横向或纵向于两个激光束的进给方向延伸的方向。

发明内容

根据本发明的具有根据权利要求1特征的用于借助激光束焊接构件的方法具有以下优点：能够尤其在产生熔池的激光束与相互待焊接的构件之间存在相对较高的相对速度时实现焊缝的特别高的质量。本发明所基于的构思是，根据对熔池的监控调节在前移的激光束之后跟随的(另外的)激光束所跟随的距离，即尤其也能够实现相对于前移的激光束可变的或适配于熔池的距离。

因此，在上面阐述的背景下提出根据权利要求1的教导的根据本发明的用于借助激光束焊接构件的方法：借助拍摄装置感测熔池的尾随区域、分析评估由拍摄装置感测到的尾随区域的数据，并且根据分析评估在数据偏离预给定值的情况下改变所述另外的激光束的至少一个参数。

因此，本发明还包括以下实施方式，其中根据感测到的数据或感测到的数据与预给定值的偏差，不但改变在尾随区域中的与前移的激光束的距离，而且例如也改变激光功率或跟随的激光束相对于进给方向的可能运动方向。

在从属权利要求中列举出根据本发明的用于借助激光束焊接构件的方法的有利扩展方案。

特别有利的是，至少一个参数包括所述另外的激光束的运动的变化，尤其相对于所述激光束的距离的变化和/或所述另外的激光束的激光功率和/或所述另外的激光束相对于熔融物的表面的焦点位置。

此外，特别有利的是，拍摄装置是拍摄图像的拍摄装置，其中，借助算法分析评估感测到的尾随区域的图像。

在这种分析评估的扩展方案中设置，连续地分析评估感测到的图像，以便为了提高焊缝质量能够特别快速地调节所述另外的激光束。

为了能够尤其在新应用或初次应用时省去执行广泛的试验，还有利的是，事先借助数字模拟求取或调整所述另外的激光束的至少一个参数。

如已经阐述的那样，根据本发明的方法优选地用于以下应用：需要或期望激光束和相互待焊接的构件之间的高生产率或高相对速度。在此尤其是指激光束在接合区的区域中相对于构件以0.1m/s至0.5m/s的速度运动的应用。

所述方法的一个特别优选的使用在于，在燃料电池技术的范畴内焊接燃料电池的两个双极板、尤其焊接两个FCEV双极板(FCEV：燃料电池车辆)。

此外，本发明也包括一种借助激光束焊接构件的装置，尤其按照已经描述的根据本发明的方法，其中，所述装置包括至少一个激光束装置，用于产生激光束和用于使构件的材料在接合区中熔化以及产生一个另外的激光束。此外设置用于使所述另外的激光束在所述激光束的尾随区的区域中运动的器件。根据本发明的装置的特点在于，设置有拍摄装置，该拍摄装置感测(前移的)激光束的尾随区，并且借助分析评估器件分析评估由拍摄装置感测到的数据以及借助调节装置影响所述另外的激光束的至少一个参数。

特别优选的是，拍摄装置构造为拍摄图像的拍摄装置。

此外有利的是，设置能够由所述调节装置操控的执行装置，用于影响所述激光束与所述另外的激光束之间的距离。

附图说明

本发明的另外的优点、特征和细节由下面对本发明的优选实施方式的说明以及根据附图得出。

图1：在简化示图中示出用于借助一个激光束和在尾随区中跟随该激光束的另一激光束焊接两个构件的装置，和

图2：朝图1的II-II平面的方向看的构件的俯视图。

具体实施方式

在图1中极其简化地示出用于借助激光束11连接两个构件1、2的装置10的重要组成部分。两个构件1、2用作燃料电池的(FCEV)双极板的组成部分并且通常以薄板材的形式构造。尤其，构件1、2的材料包括铝或铝合金或者说铜或铜合金。下面还更详细地描述的方法在一个变型中也能够应用于其它材料或者说材质。此外，激光束11沿箭头12的方向相对于构件1、2以通常在0.1m/s至0.5m/s之间的进给速度v运动。

补充地提到，通过构件1、2相对于位置固定地布置的激光束11的运动产生激光束11和构件1、2之间的相对运动也在本发明的范畴内。

在图1中，两个构件1、2垂直于制图平面布置，使得在图1的示图中，在制图平面中的后面的构件2被前面的构件1遮挡。此外，在两个构件1、2之间必要时形成垂直于图1的制图平面的小的距离。

激光束11如从现有技术中本身已知的那样借助激光束装置14产生。在此，激光束11在两个构件1、2的接合区16的区域中形成蒸汽毛细管18。激光束11将两个构件1、2加热到高于两个构件1、2的材料熔化温度的温度。此外，激光束11借助未示出的器件(扫描仪光学器件等)沿箭头12的方向沿着构件1、2或者说沿着接合区16运动。

在激光束11沿箭头12方向运动时形成具有液态熔融物22的尾随区域20，该液态熔融物由两个构件1、2的材料构成，其中，熔融物22相对于激光束11隔开距离或者说间距地逐渐凝固成焊缝24。液态熔融物22与焊缝24的凝固区域之间的过渡区域通过图1中的边界线25标明。

此外，在激光束11的尾随区域20中设置呈一个另外的激光束26形式的附加热源11，该附加热源作用到尾随区域20中的熔融物22上。由此附加地或再次加热尾随区域20中的熔融物22，使得形成在其长度I以及在其体积上增长或增大的、具有液态熔融物22的尾随区域20。

在所示的实施例中，附加的或另外的激光束26通过附加的激光束装置28产生。替代地设置，通过从激光束11耦出来产生另外的激光束26。在附加的或独立的激光束装置28的情况下，用于使两个激光束装置14和28运动的器件优选相互耦合或构造为共同的器件。

重要的是，另外的激光束26相对于激光束11隔开受调节的距离a地跟随或者说相对于激光束11具有相应的距离a。此外，附加的激光束26具有这样的功率，使得尾随区域20中的温度小于通过激光束11产生的温度，以便将两个构件1、2相互焊接。

此外，装置10包括呈(拍摄图像)的摄像机32形式的拍摄装置30。在此，拍摄装置30或者说摄像机32感测接合区16的尾随区域20。由拍摄装置30感测到的数据D被供应给具有算法36的控制装置34，该算法构造为用于分析评估数据D和尤其在偏离预给定值的情况下影响另外的激光束26的至少一个参数。数据D和预给定值之间的数据比较用于提高焊缝24的质量，即算法36针对数据D研究影响质量的特征。

此外，控制装置34通过调节模块38和例如呈扫描仪光学器件形式的距离调节装置42与激光束装置28耦合，以便尤其改变作为另外的激光束26和激光束11之间的影响焊缝24的质量的参数的距离a。借助控制装置34连续地感测和分析评估数据D，以便能够在至少一个参数方面、尤其在距离a方面实现尽可能实时地调节另外的激光束26。

补充地提到，用于影响另外的激光束26的至少一个参数也可以包括对另外的激光束26的激光功率、焦点位置或垂直于图1的制图平面的运动的影响，如这应通过在图2中的双箭头39和40直观示出的那样。

已经描述的方法或者说装置10可以以多种方式改变或修改，而不偏离本发明的构思。