Influence of filler wire oscillation on the seam texture in laser beam brazing

Abstract

In car body construction, customer-visible parts have to fulfill the highest standards for optical quality (class-A surface quality). For connections of these components, laser beam brazing with copper-based filler wire is used in serial production because of its high achievable optical seam quality. To fulfil the high-quality standards, several features like the seam edge geometry, surface pores or the surface texture of the seam have to be inspected. A recent approach of filler wire oscillation has shown the capability of increasing the quality of the seam edge. However, for the industrial use of the wire oscillation, the other mentioned features relating to seam quality have to be investigated. In this study, the influence of the wire movement on the surface quality is investigated by superimposing the wire feed with a longitudinal oscillation at different oscillation frequencies up to 250 Hz. It can be seen, that the oscillation frequency influences the movement of the melt pool. In every oscillation cycle the melt pool expands and gets pushed back by the yet solid parts of the wire. This results in a discontinuous solidification process and creates ripples in the seam surface, which appear in the same frequency as the wire oscillation. Furthermore, the wire oscillation can interrupt the surface oxide layer within the oscillation cycle which accumulates aperiodic at the surface of the seam for constant wire feeds. This periodically interrupted oxide layer creates a uniform distributed pattern on the seam surface and increases the optical seam quality.

Abstract

Im Karosseriebau müssen für den Kunden sichtbare Teile höchste Anforderungen an die optische Qualität (Class-A-Oberflächenqualität) erfüllen. Für die Verbindung dieser Komponenten wird das Laserstrahllöten mit Kupferlot aufgrund der hohen erreichbaren optischen Nahtqualität in der Serienfertigung eingesetzt. Um die hohen Qualitätsanforderungen zu erreichen, müssen mehrere Merkmale, wie die Nahtkantengeometrie, Oberflächenporen oder die Oberflächenstruktur der Naht berücksichtigt werden. Ein neuartiger Ansatz der Zusatzdrahtoszillation konnte das Potential aufzeigen, die Qualität der Nahtkante zu erhöhen. Für den industriellen Einsatz der Drahtoszillation muss jedoch auch der Einfluss auf die anderen genannten Merkmale in Bezug auf die Nahtqualität untersucht werden. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Zusatzdrahtoszillation auf die Oberflächenqualität untersucht, indem der Drahtvorschub mit einer longitudinalen Schwingung mit verschiedenen Schwingungsfrequenzen bis 250 Hz überlagert wird. Es ist zu erkennen, dass die Schwingungsfrequenz die Bewegung des Schmelzbades beeinflusst. In jedem Schwingungszyklus dehnt sich das Schmelzbad aus und wird von den noch festen Teilen des Drahtes zurückgedrängt. Dies führt zu einem diskontinuierlichen Erstarrungsprozess und erzeugt Schuppungen der Nahtoberfläche, die in der gleichen Frequenz wie die Drahtoszillation auftreten. Darüber hinaus kann durch die Drahtschwingung die Oberflächenoxidschicht innerhalb des Schwingungszyklus aufgerissen werden, die sich ansonsten aperiodisch auf der Nahtoberfläche sammelt. Diese periodisch unterbrochene Oxidschicht erzeugt ein gleichmäßiges Muster auf der Nahtoberfläche, wodurch die optische Nahtqualität erhöht wird.