CN101578379B - 用于热处理焊缝的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于热处理焊缝的方法和装置。为了改善并进一步构成在利用激光实际焊接之前和之后焊缝和相邻焊缝部位(6，7)的热处理，用于使在焊接钢板(2)时在焊缝部位中形成裂纹或组织变化的危险最小化，按照本发明建议，利用确定可调整的多重分级直线感应器(4，5)通过不同功率密度的区域加热焊缝部位(6，7)，该感应器通过多重分布其线匝长度和/或不同地覆盖线匝和/或与钢带(2)的多个不同间距分级构成。同时在第一加热级中实现比在下面的加热级中更陡斜的升温。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在焊机中感应地热处理焊缝的方法和装置，焊机具有用于连接焊带的激光焊接头，其中利用直线感应器在实际焊接之前和之后执行焊缝和相邻焊缝部位的加热过程。
背景技术
在焊接时且尤其在薄板激光射线焊接时非常高的能量集中地加入到拼接区的非常窄的部位里面。因为邻接这个剧烈加热部位的薄板部位具有环境温度，因此在结束焊接时由于高的温度降导致非常快速地冷却。由此产生组织变化，它们使这个部位中的机械特性明显变差。因此通过在实际焊接之前和之后对相关焊缝部位有针对性地热处理，在焊接过程后对冷却进行影响。在此预热的目的是避免在焊接过程之后出现裂纹，并且提高焊缝部位的能含量，用于降低冷却速度。在焊接开始后的后加热用于进一步降低冷却速度。
在此通过热技术加热、例如利用气体或等离子燃烧器或者通过感应加热实现焊缝部位的热处理。一般通过在带顶面或底面上单面布置燃烧器或者感应器进行焊缝热处理。由此产生由工艺引起的不均匀的温度分布并由此带来在焊缝高度上不均匀的热处理。在短加热时间和高的单位热功率时进一步强化这种不对称性。
对于由上述原因所需的热处理已知不同的方法和装置。由DE 102004 001 166 A1已知一种用于激光焊接的、通过在焊缝部位进行预热和/或后加热的方法，通过激光焊接头的激光射线进行加热，其中需要与焊接基本相同的功率并且以相同的聚集但是更高的进给速度并且必要时多重地在要被处理的焊缝部位旁边导引。对这种方法可以选择，使激光射线以更高的散焦并且必要时也更慢地在要被处理的焊缝部位旁边导引。
在EP 1 285 719 B1中描述了在旋转的轴上的激光涂覆焊接，其中为了分级预热使用圆扇段形感应器，其扇形段就地在激光射线加工头前面布置在轴上。通过两个不同的、相互间相对地并且相对于激光射线产生点固定设置的感应器实现两个预热循环，其中第一感应器的热流密度小于第二感应器，而第一感应器的热作用时间和作用面积大于第二感应器。因此在第一预热循环中比在第二预热循环中更慢地升温。两个感应器可以通过不同的频率驱动，但是它们也可以组合到一个感应器里面，其中通过磁场强化元件、不同的感应器横截面或更窄的线圈间距实现不同的感应场强度。在特别裂纹敏感的材料中也可以紧接着感应的后加热循环，其中在这里使用的感应器与预热循环的两个感应器组合成公共的感应器。
在DE 101 52 685 A1中建议一种装置，通过它使焊缝和已经设置在焊缝上的热流区通过一个或多个先后沿着焊缝在在线运行时固定设置的或在在线运行时可移动的直线感应器可以执行所焊接工件的局部感应热处理。在直线感应器有效范围以内这样设置与直线感应器成比例的屏蔽元件，使得它屏蔽由直线感应器在运行中加载的由直线感应器产生的交流磁场的部分工件部位。
发明内容
由所述现有技术提出本发明的目的是，这样进一步改进用于上述形式焊缝热处理的方法和装置，使得在很大程度上使在焊接钢板时在焊缝部位中形成裂纹或组织变化的危险最小化。
所述目的按照本发明通过权利要求1特征部分所述特征由此得以实现，利用确定可调整的多重分级直线感应器通过不同功率密度的区域加热焊缝部位，该感应器通过多重分布其线匝长度和/或不同地覆盖线匝和/或与钢带的多个不同间距分级构成。
通过权利要求9的特征给出一种用于执行这种方法的装置。
按照本发明通过使整个用于加热施加的热功率密度分布在各个加热级上执行多级加热，其中在第一加热级中产生比在下面的加热级中更陡斜的升温。由此例如可以在两级加热时在第一与第二加热级之间执行3∶1比例的功率分布。这种功率分布的结果使得在第二加热级中比第一加热级中更缓慢地升温。由此不仅在带底面与带底面之间与单级加热级相比实现更小的温度梯度，而且在接近所期望的最终温度时也使组织过热的危险最小化。在多级加热时也可以有利地在各个加热级之间以通过测量温度获得的专门匹配的温度通过紧接着冷却事先加热的焊缝部位调节保持时间，然后接着再加热。为了在各个加热级之间产生补偿区例如可以中断各个线匝。
按照本发明可以选择单独或共同控制地给出用于预热和后加热的直线感应器，其中可以没有刚性耦联地使激光焊接头和直线感应器例如在分开的车上运动。
要执行的在激光焊接头后面移动的焊缝部位的多级加热在很大程度上取决于钢带组织。因此以与工艺需求匹配的且通过例如测温获得的与激光焊接头的最佳距离设置激光焊接头。但是按照本发明也能够实现与激光焊接头控制无关的直线感应器运动，用于例如避免在焊缝部位中的局部过热，为此例如使与激光焊接头的距离振动地变化。
利用设置在激光焊接头前面的分级直线感应器执行的前面移动的焊缝部位的多级加热由于直接衔接的加热可以通过激光焊接头以其速度实现，因此例如能够并且有可能是有意义的，使这个直线感应器固定地附属于激光焊接头或者使它直接耦联在激光焊接头上。但是在这里也能够，如果为了工艺匹配需要，使直线感应器以振动的距离变化设置在激光焊接头前面。
因此通过多级构成的直线感应器能够实现的优点概括为：
-区分功率密度和与此相关的控制并减少在加热区结束时过热的危险，
-固定的构造无需可变化的导体长度，
-在紧靠钢带作用范围的线匝分布，
-紧凑的结构形式。
附图说明
下面借助于在附图中所示的实施例详细解释本发明的其它细节。附图中：
图1示出用于热处理焊缝的装置，
图2示出按照现有技术的单级直线感应器，
图3示出在单级加热时的温度-时间曲线，
图4示出两级直线感应器的电流分布，
图5示出具有图4的电流分布的两级直线感应器，
图6示出在两级加热时的温度-时间曲线，
图7示出具有再加热的两级后加热的温度-时间曲线。
具体实施方式
在图1中简示出用于焊接和用于热处理钢带2中的焊缝1(参见图4)的装置。它由激光焊接头3和设置在其前面的直线感应器4和设置在其后面的直线感应器5组成。在这个实施例中激光焊接头3和两个直线感应器4，5为了焊接工艺和为了热处理在运动方向或焊接方向9上运动，而固定夹紧钢带2。在这里所示的实施例也可以用于在直线感应器4，5和激光焊接头3固定设置时可移动的钢板。在激光焊接头3前面移动的直线感应器在对应于直线感应器4长度的前面移动的焊缝部位6中加热钢带2并且以相同的方式由设置在激光焊接头3后面的后面移动的直线感应器5后加热跟随(后面移动)的激光焊接头3的焊缝部位7。
用于热处理的直线感应器按照现有技术一般单级地构成。在图3中原则示出的温度-时间曲线给出通过这种在图2中示例示出的只具有一个连续级长L的线匝的直线感应器8执行的单级加热过程。由曲线图可以看出，在带顶面的温度To与带底面的温度Tu之间存在较大的温度差，在加热时间tges结束时最大，因为温度差直接与直线感应器的加热功率密度q和加热时间t成比例。与所致力的加热区15结束后和冷却区17开始前的工艺温度Tm的偏差太大，因此存在组织过热的危险。
在图4中示出两级直线感应器，具有两个不同长度构成的级长L1和L2。因为加热到所致力的工艺温度Tm在两级直线感应器10(参见图5)中需要与在单级直线感应器8中相同的能量加入Q·tges＝qh1·t1+qh2·t2(qh1·t1用于第一加热级，qh2·t2用于第二加热级)并且在分电流I1和I2上的电流分布Iges与级长L1和L2成反比，通过相应地选择级长可以控制在各个加热级上的能量加入。
在图5中示出由此实现的例如在两级直线感应器10的不同长度级长L1和L2上的电流分布。具有比较长级L2更高功率密度11的较短级L1在焊接方向9上位于前面，即，要被处理的焊缝部位首先以较高的功率密度加载。由图4和5还可以看出，以何种方式可以在两级直线感应器10中通过两个具有其不同长度级长L1和L2的线匝的特殊布置和电流输入实现电流分布。
现在在图6中原则示出的温度-时间曲线给出通过这种直线感应器10执行的两级加热过程的结果。在第一加热级15中陡斜的升温尽管同样导致在带温度To与Tu之间直到以t1结束第一加热级时强烈的温度差，但是紧接着在第二加热级16中在时间间隔t2上开始温度补偿，由此在这个以tges第二热处理过后与所致力的带温平均值Tm的温度差与单级加热相比明显变小。
在图7中示出具有后加热的两级后加热的实际结果。在这里所示的温度-时间曲线中温度曲线变化通过紧靠焊接部位20以t＝0开始接着陡斜变化的冷却17。在给定的温度、在这里约320℃时通过陡斜的升温再加热的第一加热级15开始以约1.7秒的持续时间直到约520℃的温度。紧接着第二加热级16以扁平的升温直到约3.3秒的总加热时间和最终温度约620℃。然后最终的冷却跟随通过再加热扁平的冷却曲线17’。但是存在这种情况，在这些情况下区域16是纯保持区或者甚至是具有延迟冷却的区。在延迟冷却时馈入到系统里面的能量不足以补偿给到环境的热量。
附图标记清单
1 焊缝
2 钢带
3 激光焊接头
4 用于预热的直线感应器
5 用于后加热的直线感应器
6 前面移动的焊缝部位
7 后面移动的焊缝部位
8 单级直线感应器
9 焊接方向，运动方向
10 两级直线感应器
15，16 加热区
17，17’ 冷却区
20 紧靠的焊接部位
L 线匝长度
L1，L2 直线导体的级长
I1，I2 电流强度
T 带温度
To 带顶面温度
Tu 带底面温度
Tm 平均带温度
t 时间
t1 第一加热级结束
t2 第二加热级结束
tges 总加热时间
Claims (10)
1.一种用于感应地在焊机中热处理焊缝的方法，该焊机具有用于连接钢带(2)的激光焊接头(3)，其中焊缝(1)和邻接的焊缝部位(6，7)在实际焊接之前和之后利用直线感应器(4，5)执行加热过程，其中，利用确定可调整的多重分级直线感应器(4，5)通过不同功率密度的区域加热焊缝部位(6，7)，该感应器通过多重分布其线匝长度和/或不同地覆盖线匝和/或与钢带(2)的多个不同间距分级构成，其特征在于，这样执行整个用于加热要施加的热功率密度qH在各加热级(t1，t2)上的分布，使得在第一加热级(t1)中发生比在下面的加热级(t2)中更陡斜的升温。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在两级加热时在第一加热级(t1)与第二加热级(t2)之间以3∶1的比例执行功率分布。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在各个加热级(t1，t2)之间以通过测温专门匹配的温度通过紧接着冷却事先加热的焊缝部位(7)规定保持时间，然后接着再加热。
4.一种用于执行按照权利要求1至3中任一项所述的方法的、感应地在焊机中热处理焊缝的装置，该焊机具有用于连接钢带(2)的激光焊接头(3)，其特征在于一个可用于预热和后加热的多级直线感应器(4，5)，在其长度上具有不同的功率密度，其中功率密度的分布
通过多个线匝和分导体长度的分级变化和/或
通过在其长度上不同地覆盖线匝，其中在线匝内部也可以实现不同的功率密度，和/或
通过在直线感应器(4，5)与钢带(2)之间的不同分级耦联距离而产生，通过该耦联距离同样在线匝内部建立不同的功率密度。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，为了产生各个加热区之间的补偿区中断各个线匝。
6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，选择单个或共同控制地构成用于预热和后加热的直线感应器(4，5)。
7.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，在激光焊接头(3)的前面以变化的距离设置预热直线感应器(4)并且在激光焊接头(3)的后面以变化的距离设置后加热直线感应器(5)。
8.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述预热直线感应器(4)与激光焊接头(3)耦联。
9.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，固定地夹紧钢板而使激光焊接头(3)和直线感应器(4，5)是可以移动的。
10.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述钢板是可移动的并且至少位置固定地设置激光焊接头(3)。
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