DD296436A5

DD296436A5 - LASER WELDING HEAD WITH AXIAL FEEDING OF ADDITIONAL MATERIALS OR PROTECTIVE GAS

Info

Publication number: DD296436A5
Application number: DD34261990A
Authority: DD
Inventors: Frank Duscha; Steffen Keitel
Original assignee: Zentralinstitut Fuer Schweisstechnik Der Ddr,De
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1991-12-05

Abstract

Die Erfindung wird bei Lasertechnologien angewendet, die gekennzeichnet sind durch eine axiale Zufuhr von Zusatzwerkstoff oder Gas mit dem Ziel einer Qualitaetsverbesserung der Schweisznaht, einer Auftragsschweiszung oder eines Trennschnittes, wobei Naht- oder Schnittverlauf beliebig gewaehlt werden koennen. Erfindungswesentlich ist, dasz unter einer letzten Fokussierlinse ein Umlenkelement (Prisma) angeordnet ist, welches ueber zwei ihm gegenueberliegende Umlenkspiegel mit dem gemeinsamen Fokus in Wirkverbindung steht, wobei durch bzw. seitlich und unterhalb des Umlenkelementes, innerhalb des laserstrahlfreien Raumes, mittels einer Austrittsduese die Zusatzmedien zentrisch, d. h. auch axial, fuehrbar sind. Die "Aufsplittung" des in dem Schweiszkopf einfallenden Laserstrahls schafft dabei den benoetigten Freiraum zur Unterbringung von notwendigen Zufuehreinrichtungen, Zusatzwerkstoff und Gas betreffend, wobei Energieverluste vermieden werden.{Fokussierlinse; Umlenkspiegel; Fokus; Umlenkelement; laserstrahlfreien Raum; Austrittsduese; Zusatzmedien; Zufuehreinrichtungen; Zusatzwerkstoff; Gas}The invention is used in laser technologies, which are characterized by an axial supply of filler material or gas with the aim of improving the quality of the weld seam, a Auftragsweiszung or a separating cut, with seam or cut course can be chosen arbitrarily. It is essential to the invention that a deflecting element (prism) is arranged below a last focusing lens, which is in operative connection with the common focus via two deflecting mirrors facing it, whereby the additional media are conveyed through or laterally and below the deflecting element, within the laser beam-free space, by means of an outlet nozzle centric, d. H. also axial, are feasible. The "splitting" of the laser beam incident in the welding head thereby creates the space required for accommodating necessary feeding devices, filler material and gas, energy losses being avoided. deflecting mirror; Focus; deflector; laser beam free space; outlet nozzle; Additional media; feeding; Additional material; Gas}

Description

Field of application of the invention

Erfindungsgemäß kommt das Verfahren bei Lasertechnologien zur Anwendung, die durch eine Zufuhr von Zusatzwerkstoff oder Gas die Qualität der Schweißnaht, Auftragsschweißung oder des Trennschnittes verbessern, wo Änderungen der Bearbeitungsrichtung, bedingt durch den Schweißnaht- oder Trennschnittverlauf, unabhängig von Elementen der Zuführung von Zusatzwerkstoff oder Gas realisiert werden müssen.According to the invention, the method is used in laser technologies that improve the quality of the weld, build-up welding or separating cut by a supply of filler material or gas, where changes in the machining direction, due to the weld seam or Trennschnittverlauf, regardless of elements of the supply of filler material or gas must be realized.

Characteristic of the known state of the art

Es ist bereits bekannt, daß zur Realisierung von Schweißungen oder Trennschnitten Zusatzwerkstoffe oder Gase dem Brennpunkt des Laserstrahles zugeführt werden, um einerseits die Realisierbarkeit von Schweißungen mittels Laserstrahls bei größeren Blechdicken (> 10mm) zu gewährleisten und andererseits die notwendige Laserleistung auf ein Minimum (5KW) zu reduzieren.It is already known that for the realization of welds or cuts additional materials or gases are supplied to the focal point of the laser beam, on the one hand to ensure the feasibility of welding by laser beam at larger sheet thicknesses (> 10mm) and on the other hand the necessary laser power to a minimum (5KW) to reduce.

Im EP 0262363 wird ein Verfahren beschrieben, welches den Zusatzwerkstoff von außerhalb des Laserbearbeitungskopfes zuführt und speziell den Anforderungen von Längs- oder Rundnahtschweißungen gerecht wird. Nachteilig wirkt sich hler die Beschränkung der Verwendbarkeit auf Längs- oder Rundnahtschweißungen aus, die Beweglichkeit des Laserbearbeitungskopfes ist eingeschränkt. In der US-PS 3569660 wird die Trennschnittgüte durch Gaszufuhr von außen in den Laserstrahl beeinflußt. Die Zuführeinrichtungen sind wiederum nicht in den Laserbearbeitungskopf integriert und schränken auch hier die Beweglichkeit ein, bzw. es muß dem Vorschub des Kopfes eine Richtung vorgegeben sein, um einen sauberen Trennschnitt zu erlangen, d. h. parallele Schnittkanten zu erreichen.In EP 0262363 a method is described, which feeds the filler material from outside the laser processing head and is especially suitable for the requirements of longitudinal or circumferential welds. The disadvantage is hler limiting the usability on longitudinal or Rundnahtschweißungen, the mobility of the laser processing head is limited. In US-PS 3569660 the Trennschnittgüte is influenced by gas supply from the outside into the laser beam. The feeders are in turn not integrated into the laser processing head and also limit the mobility here, or it must be the advance of the head be given a direction to obtain a clean separation cut, d. H. to achieve parallel cutting edges.

Bei dem Laserbearbeiten ähnlichen Verfahren, wie der Autogentechnik, sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die ein dosiertes Zuführen von z. B. Metallpulver DD-PS 216879 beim automatischen Auftragsschweißen mit Draht-Pulver-Kombination ermöglichen. Ein Injektorstrahl des Heizsauerstoffs wird in der DD-PS 226799 als zweiphasigerHüll-Kern-Strahl ausgebildet, und das Metallpulver wird hier über Düsen direkt im Arbeitskopf zugeführt. Bei Lichtbogenspritzpistolen nach DD-PS 250826 dienen konzentrisch zur Zerstäuberdüse angeordnete Fokussierdüsen der räumlichen Fokussierung des Spritzstrahles. Weiterhin ist bekannt, daß beim Brennschneiden mit Pulver Schneidbrenndüse und Pulverdüse zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind, DE-OS 2328216. Bereits in der DE-OS 2112083 wird eine Vorrichtung zum Markieren beschrieben, welche eine zentrale Ausblasöffnung für Pulver und diese umgebende Düsen für die Vorwärmflamme besitzt. Die genannten Verfahren und Vorrichtungen sind für den Einsatz in der Autogentechnik ausgelegt und können bei der Laserbearbeitung nicht genutzt werden. Es ist festzustellen, daß die Zusatzwerkstoffe und Gase möglichst eng an den Bearbeitungskopf geführt oder Systeme zur Zufuhr in diesen integriert sind. Diese Gedanken finden ihre Fortführung in der Gestaltung von Laserbearbeitungsköpfen. In der DE-OS 3405406 wird ein Laserschneidkopf mit zusätzlicher Düse beschrieben, welche ein seitliches Zuführen von Gas in den Fokus des Laserstrahls ermöglicht. Nachteilig wirkt sich hier die seitliche Zufuhr auf das Schnittergebnis aus, der Trennschnitt kann nicht parallel an den Werkstückkanten verlaufen, bzw. es muß eine Richtung der Bearbeitung vorgegeben sein. Ebenfalls von Düsen umgeben ist ein Arbeitskopf, der ein koaxiales Zuführen eines Fluids zur optischen Achse der Laserstrahlung ermöglicht, DE-OS 3637568.In the laser processing-like method, such as the autogenous technology, methods and apparatuses are known, the metered feeding of z. As metal powder DD-PS 216879 enable automatic build-up welding with wire-powder combination. An injector jet of heating oxygen is formed in DD-PS 226799 as a two-phase sheath-core jet, and the metal powder is fed here via nozzles directly in the working head. In arc spray guns according to DD-PS 250826 arranged concentrically to the atomizer nozzle focusing nozzles of the spatial focusing of the spray jet. Furthermore, it is known that in flame cutting with powder cutting nozzle and powder nozzle are combined to form a unit, DE-OS 2328216. Already described in DE-OS 2112083 a device for marking, which has a central exhaust opening for powder and surrounding nozzles for the preheating flame has. The mentioned methods and devices are designed for use in the automotive industry and can not be used in laser processing. It should be noted that the filler metals and gases are routed as closely as possible to the machining head or systems for feeding them are integrated. These thoughts find their continuation in the design of laser processing heads. In DE-OS 3405406 a laser cutting head is described with additional nozzle, which allows lateral supply of gas into the focus of the laser beam. The disadvantage here is the lateral feed on the cut result, the separating cut can not run parallel to the workpiece edges, or it must be given a direction of processing. Also surrounded by nozzles is a working head, which allows coaxial feeding of a fluid to the optical axis of the laser radiation, DE-OS 3637568.

Weitere Schriften, wo Gase oder Zusatzwerkstoffe dem Laserstrahl seitlich zugeführt werden, weisen die genannten Nachteile auf (EP 0173654, DD-PS 225370).Other writings where gases or filler materials are supplied to the laser beam side, have the disadvantages mentioned (EP 0173654, DD-PS 225370).

Die Bearbeitungsköpfe sind in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt, und die Qualität der Bearbeitung ist von den Faktoren der Richtung der Bearbeitung und der seitlichen Zufuhr der Zusatzwerkstoffe oder Gase abhängig.The machining heads are limited in their mobility, and the quality of processing depends on the factors of the direction of processing and the lateral supply of filler materials or gases.

Object of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, einen Laserbearbeitungskopf derart zu verbessern, daß die Zufuhr von Zusatzwerkstoff oder Gas axial in den Fokus des Laserstrahles erfolgt, womit die Qualität der Schweißung oder des Trennschnittes erhöht und eine Richtungsabhängigkeit des Vorschubes des Bearbeitungskopfes in Abhängigkeit von Zuführeinrichtungen für Zusatzwerkstoff oder Gas ausgeschlossen wird.It is an object of the invention to improve a laser processing head such that the supply of filler material or gas axially into the focus of the laser beam, whereby the quality of the weld or the separating cut increases and a directional dependence of the feed of the machining head in response to feeders for filler material or Gas is excluded.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Laserschweißköpfe eine axiale Zufuhr von Zusatzwerkstoffen oder Gasen in den Fokus eines oder mehrerer Laserstrahlteile zu entwickeln und damit die Möglichkeit der Konturverfolgung von Schweißnähten oder Trennschnitten unabhängig von der Zuführeinrichtung von Zusatzwerkstoffen oder Gasen zu gestatten.The invention has for its object to develop for laser welding heads an axial supply of filler metals or gases in the focus of one or more laser beam parts and thus to allow the possibility of contour tracking of welds or cuts independently of the feeder of filler metals or gases.

The invention is based on the fact that the coherent laser radiation passes through the last one in front of the focusing optics Deflecting mirror is shaped such that it forms two opposing maxima or these two maxima already

im Resonator des Lasers erzeugt werden.be generated in the resonator of the laser.

According to the invention, the object is achieved in that a deflecting element is arranged under the last focusing lens,

welches über zwei ihm gegenüberliegende Umlenkspiegel mit einem gemeinsamen Fokus in Wirkverbindung steht, wobei durch bzw. seitlich und unterhalb des Umlenkelements, innerhalb eines laserstrahlfreien Raumes mittels einer Austrittsdüse diewhich is in operative connection via two deflecting mirrors opposite to it, with a common focus being through or at the side and below the deflecting element, within a laser beam-free space by means of an outlet nozzle

Additional media are centric feasible. This uninvited space is used according to the invention to accommodate a Wire feed system, powder or gas distribution system. This system then positions the medium to be fed directly into the focus, and thus axially, to the incident laser radiation

zur bearbeitenden Stelle auf dem Werktück.to the processing place on the work piece.

exemplary

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Beispieles und der dazugehörigen Figur näher erläutert werden, welche eine schematische Darstellung der Anordnung zeigt.The invention will be explained in more detail below with reference to an example and the associated figure, which shows a schematic representation of the arrangement.

FIG. 1 shows an arrangement in which the focusing lens 1 is perpendicular to the incident laser beam 7. By the focusing lens 1, the radiation beam to a befindliches at an angle under the focusing lens 1 Deflecting element 2 steered. This deflection element 2 directs the partially focused laser radiation on two opposite, preferably by 180 °,

versetzte Umlenkspiegel 3.offset deflection mirror 3.

These deflecting mirrors 3 are likewise inclined at an angle and guide the two beams of the divided laser beam 7 in

einem Fokus 5 in der Bearbeitungsstelle im Zentrum der optischen Achse des eingefallenen Laserstrahles 7 zusammen.a focus 5 in the processing point in the center of the optical axis of the sunken laser beam 7 together.

By the division and deflection of the laser radiation! If a space 4 is not acted upon by laser radiation, this results in Interior of the machining head. In this space 4 is a wire feed device, which the filler material in the Focus 5 of the laser beams 7 leads, fitted. The conclusion of the laser welding head forms the centric pierced Outlet nozzle 6. In place of the two deflection mirrors 3, which enable a transmission of the split laser beam 7 into the focus 5, is in

gleicher Funktion auch ein Ringspiegel verwendbar.same function also a ring mirror used.

Claims

Laser welding head with axial supply of filler material or protective gas in the focus of a laser beam or laser beam, characterized in that below the last focusing line (1) a deflecting element (2) is arranged, which via two opposite him deflecting mirror (3) with the common focus ( 5) is in operative connection, wherein by means of an outlet nozzle (6) through or laterally and below the deflecting element (2) within a laser-beam-free space (4) the additional media can be guided centrically.

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