CN102046319A - 用于在金属工件的表面制造结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在工件(4)的表面上制造结构(1)的方法，所述结构(1)从所述表面突出，其中，采用利用至少部分熔化的填料(2)的焊接过程(7)，其中，在所述焊接过程(7)的焊接循环(8)期间，在焊炬(5)中受引导的所述填料(2)和所述工件(4)之间引燃电弧(3)，并且通过控制焊接参数调节所述焊接过程(7)期间的热输入。根据本发明，从多个单个元件(6)逐步制造所述结构(1)，其中，每个单个元件(6)都在所述焊接过程(7)的一个焊接循环(8)中制成，并且在每个焊接循环(8)后增加焊接中断(9)。

Description

用于在金属工件的表面制造结构的方法

技术领域

本发明涉及用于在金属工件的表面上制造结构的方法，所述结构从该表面突出，其中采用利用至少部分熔融填料的焊接过程，并且在焊接过程的焊接循环期间在焊炬中受引导的填料和工件之间引燃电弧，并且焊接过程的热输入通过控制焊接参数来调整。

背景技术

DE10057187A1公开了一种在金属和非金属材料之间制造夹层结构的方法，其中，在金属基体的表面上施加有粘合层，在粘合层上施加优选的非金属材料。粘合层通过相应的焊接过程分别由焊点或者锚固点形成，为了分别形成焊点或者锚固点，在焊接过程期间，使优选连续的焊丝发生熔融，使得所形成的焊点或者锚固点在基体的表面处具有优选的球状或者蘑菇状的形状。

该方法的缺点在于，焊点或者锚固点的设计分别局限于球状或者蘑菇状，因此不能形成特殊的几何形状。因此，这种锚固点仅适合于金属和非金属材料的特定连接。基本上，仅仅能够被液化的非金属材料才适于与以这种方式形成的金属材料连接，使得可以分别形成锚固点的嵌置或者挤出涂层。不能将纤维复合材料类的非金属材料以经济的方式连接到这种金属材料。

此外，如在两种金属材料之间的连接所必须的，具有相当钝的设计的这种锚固点可以压印到糊状或者固体材料中，只不过需要更多的努力。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供上述制造方法，通过该方法可以形成表面结构，该表面结构能够灵活地适用于各种应用。避免或者至少降低了已知方法的缺点。

本发明的该目的通过如下方式实现：该结构通过多个单个元件逐步地制造，其中每个单个元件在焊接过程的一个焊接循环中制造，并且在每个焊接循环之后进行焊接中断。

有利的是，可以实施任何形状、方向和尺寸的表面结构，并且结构的形状可以相应地适于各种应用。因此，例如，也可以产生用于连接两种金属材料的结构，或者用于此目的的定位辅助和距离辅助。在连接非金属材料例如纤维复合物与金属材料的情况下，由于所述结构适于该目的，纤维能够没有任何困难地围绕金属。因此，可以应用例如编织、缠结或者穿刺无纺纤维或者垫之类的技术。

类似的是，可以通过逐步制造方法而以有利的方式在预定数量的步骤之后，使用另一材料作为填料。这也可以这样来进行，即第一步骤通过第一焊炬用第一填料进行，其他步骤通过另一焊炬用其他填料进行。此外，也可以采用不同直径的填料。也有利的是，已经设有结构的表面可以在任何时候补充进一步的结构，或者已有结构可以分别被改进和补充。在制造步骤之间等待限定的时间段的优点在于，之前焊接的单个元件可以冷却。

通过使焊接循环以电弧的引燃开始，并且在焊接中断之前结束，而通过适当控制焊接参数来抑制所述电弧的形成，可以以有利的方式实现单个元件的冷却。

还有利的是，采用CMT(冷金属过渡)焊接过程作为所述焊接过程，使得可以进行热输入和熔滴分离的精确控制。此外，由于在填料缩回或者焊丝期间的力总是具有相同的强度，可以实现具有恒定特性(例如高度)的结构。

有利的是，每个循环制造一个单个元件，在下一焊接循环制造的单个元件与所述单个元件连接。因此，填料的材料和直径可以在结构的形成期间变化。

如果焊接循环的数量和每个焊接循环的热输入与所述结构的形状和尺寸匹配，则用于单个元件的冷却的时间段可以作为该结构的形状和尺寸的函数而变化。

还有利的是，所述结构的所述单个元件的形状和尺寸通过每个焊接循环的焊接参数确定。单个元件所需的填料的量通过热输入确定，从而可以相应地改变单个元件的形状和尺寸。

在自动焊接过程中，在每个焊接循环之后调节所述焊炬的位置，以用于下一个焊接循环。这优选在焊接中断期间进行。因此，可以实现：将结构的之后的单个元件以限定角度焊接在之前形成的单个元件上，使得可以产生基本上任何形状的结构。

附图说明

下面将参照示意性附图对本发明进行详细描述，在附图中：

图1是现有技术的用于在金属工件的表面制造结构的过程的视图；

图2是根据本发明的由单个元件构成的结构的制造过程的视图；

图3是由呈球形的单个元件形成的不同结构的视图；

图4是由组合形状的单个元件形成的不同结构的视图；以及

图5是由单个元件形成的其他结构的视图。

具体实施方式

首先，应当注意，各实施方式中相同的部件具有相同的附图标记。

图1示出了现有技术的金属工件4的表面的结构1。该结构通过焊接过程7特别是电弧焊过程形成，其中分别利用在焊炬5中受引导的填料2或者焊丝。填料2如箭头所示朝着工件4和/或离开工件4移动，并且电弧3在填料2和工件4之间引燃。结构1的制造在一个单个连续的焊接过程7中进行，即没有任何焊接中断。填料2和工件4之间的电弧3例如在实际的焊接过程7之前通过所谓的接触点燃而点燃。电弧3使得工件4和填料2部分熔化。随后，填料2朝着工件4移动，并且与工件4焊接在一起。通过适当控制焊接参数，特别是焊接电流和焊丝移动，形成一杆，其中在工件4和从焊炬5的填料2的出口端之间的中部基本上完全熔化，也成为“干伸长”。通过这样，再次形成电弧3，该电弧3将杆熔化，并且形成球状或者蘑菇状的结构1。类似地，也可以直接在工件4的表面上制造基本上如结构1的球状。

根据本发明，可以通过焊接过程7而制造任意结构1，其中结构1通过多个单个元件6来逐步地制造。因此，可以根据所需的用途来制造结构1。

因此，可以采用根据本发明的方法基本上用于所有任何应用。作为例子，结构1可以用作间隔垫、定位销、紧固器件、铆钉或者孔眼。对于这种结构1的制造，可以相应地调节焊接过程。然而，通常使用基于本发明的原理的方法，下面将进行详细描述。

该基本原理基于如下事实：用于在工件4的表面上制造任意结构1的焊接过程7分成至少两个焊接循环8和一个焊接中断9，如图2所示。一个焊接循环8用于制造至少一个单个元件6。在一个焊接循环8期间，需要引燃一个相应的电弧3。在将单个元件6分别施加或者焊接在工件4上的过程中，预定时间的焊接中断9是必须的。该焊接中断9的目的是使之前制造的单个元件6相应地冷却，使得在接下来的焊接循环8中制造的单个元件6可以焊接在被冷却的单个元件6上。焊接中断9的持续时间因此限定了单个元件6如何连接在一起。在焊接中断9期间，不引燃电弧3。因此，电弧3的形成在焊接循环8的终了时被抑制，其中焊接参数例如焊接电流、送丝速度等被相应控制。

在焊接循环8结束之后，即在焊接中断9开始之前，也可以进行短暂的电弧3引燃。因此，单个元件6的表面可以准备用于接下来的焊接循环8，其中通过电弧3的短暂引燃，将单个元件6的形状和表面改性或适应于下一个单个元件6。实际上，也可以在焊接循环8即在焊接中断9之后进行单个元件6的这种处理过程。

这样，通过单个元件6形成了结构1。通过这样，单个元件6被焊接至彼此，使得根据相应的应用形成待制造的结构1。总之，这意味着在一个焊接循环8中制造每个单个元件6，其中，一个单个元件6的制造对应于一个步骤，使得根据本发明，在工件4的表面形成结构1是逐步地形成的。

单个元件6使得能够形成构成结构1的形状。形状可以是球形或者杆形。因此单个元件6的球形可以由填料2的熔滴形成，使得可以形成基本上小的球形。如果需要形成更大的球形，一方面可以分别采用更大直径的填料2或者焊丝。另一方面，也可以通过多个单个元件6来形成该更大的球形，其中之后的单个元件6均焊接在之前形成的单个元件6上。根据球形的尺寸，在进行焊接中断9之前也可以直接连续焊接多个单个元件6。因此通过多个单个元件6形成更大的球形。当然，也可以在接下来在这种球形上焊接其他形状，使得逐步地形成期望的结构1。通过这样，重要的是，之前制成的单个元件6已经冷却到使得结构1的已有形状基本上不会被之后的单个元件6改变，但是对于之后的单个元件6来说可以进行相应的熔融。这主要通过控制热输入和焊接中断9来实现。因此，根据该方法，可以构造任何形状的结构1，其中，根据本发明，这些形状通过至少一个单个元件6(在该情况下为条形)逐步地形成。但是，通过单个元件6不仅可以形成所述的球形或者杆形的形状，而且可以形成半球形、金字塔形、倒金字塔形、峰形、长钉形、火柴形等形状。这些形状可以直接构成结构1，或者结构1可以分别通过这些形状构成。这样，这些单个元件6可以通过相应的熔融而彼此熔接，使得逐步制成的单个元件6不再可见。

优选地，结构1通过自动焊接系统施加在工件4的主区域上。通过这样，所选的结构1在该区域上均匀地或者与其用途对应地分布。因此，通常焊接多个相同的结构1。因此，每个形状所需的单个元件6的数量、各自的焊接参数配置、“干伸长”(自由焊丝端)、惰性气体或者惰性气体混合物、焊接中断9的持续时间以及焊炬5的可能的工作角度优选通过焊接测试或者模拟来确定。焊接参数配置包括最基本的焊接参数：热输入、特别是渗透到工件4中或者之前制造的单个元件6中的热，熔融性能、填料2或者焊丝的直径、送丝速度、焊接电流强度、焊接电压。这些焊接参数相互匹配，使得可以制造由至少一个单个元件6形成的结构的形状。因此，确定了单个元件6的尺寸，这与从填料2分离的材料有直接关系。

这种参数配置对于每个单个元件6和/或每个形状和/或每个结构1优选存储在焊接装置中。此外，存储每个焊接的单个元件之后所需的焊接中断9的持续时间。该结果是按步骤的顺序，使得可以通过单个元件6逐步地形成结构1。存储可以例如作为焊接循环8与随后的焊接中断的组合而进行，所谓的用于完整结构1的工作，或者功能时序。在自动焊接系统的情况下，可以还存储焊炬5的所需位置，使得随后的单个元件6以合适的角度焊接。焊炬5的定向优选在焊接中断9中进行。

制造结构1的区域的过程可以以非常个体的方式布置，和/或可以适于相应的应用。例如，如果需要不同的材料来用于填料2，以制造结构1，则该区域的所有结构1可以优选首先用第一材料焊接，随后用第二材料。当然，为此可以使用两个焊炬5。同样，这也可以适用于当结构1使用不同的焊接过程7时。

例如，通过下面参照附图描述可根据本发明的上述方法制造的不同结构1。所有附图中均表示三维结构1的一部分。

图3示出了由球形的单个元件6构成的不同结构1。

根据球形的尺寸，它们每个均由填料2的熔滴形成，或者该球形由多个单个元件6形成，如前面提到的那样。也可以设想，球形的尺寸递增或者递减。当然，球形的数量和尺寸可以任意选择。

如果所需的球形不再能够通过控制焊接参数由填料2的熔滴形成，则该球形可以通过多个小球形形成，即通过多个单个元件6形成，如图3中的第一个球形。但是，这种球形也可优选制造成使得：第一个单个元件6基本上制造成球形，进一步的单个元件6在顶部和侧面包围之前制造的单个元件6或者之前制造的多个单个元件6。通过被相应修改的热输入，可以实现形成球形的所需尺寸，如图3中的第二个球形。

同样，可以通过不同尺寸的球形的相应组合形成金字塔形或者倒金字塔形(未示出)。为了加速这种形状的制造，当然可以采用至少一个杆，使相应球形焊接在杆上，从而产生所需的形状。

可以通过组合形状来形成结构1，例如一个或者多个杆和球形，如图4所示。这里，每个形状也包括至少一个单个元件6，其中特别是球形的尺寸通过焊接参数控制或者以针对图3描述的方式产生。

在根据图4的形状中，相应的第一单个元件6形成为杆。该杆根据图2形成，即基本上分别由限定长度的填料2或者焊丝构成。杆的直径可以根据填料2的直径变化。

一个或者多个球形可以放置到杆上。例如，使得多个球形形成半球。

同样，至少两个球形可以放置到杆上和/或横向焊接到其上，从而形成基本上T形。

相应地，多个杆可以与至少一个球形组合。因此，可以将一球形焊接到杆，其中杆又可以放置到球上。类似地，两个杆可以放置到球上，从而形成Y形。相应地，可以将另外的杆焊接到球形上，使得将产生漏斗状结构1。当然，结构1可以根据需要形成，例如形成十字形。

这些结构1因此清楚地示出了根据本发明的形状由多个单个元件6构成，并且结构1逐步地形成。

杆也可以由两个单个元件6构成。在这方面，每个杆由限定长度的填料2形成。杆之间的主要区别是用于填料2的材料。这里，特别刚硬的材料用于连接到工件4的杆，而更软的材料例如用于放置在该杆上的杆。这样的优点在于，结构1可以用于形成铆钉。更软的杆被破碎或者侧向适当弯曲，使得可以使一部分与工件4形成连接。

用于结构1的另一形状也可以是峰形，如图5所示。这里，特别重要的是，限定和使用焊接参数电流、电压、送丝速度、惰性气体以及“干伸长”，使得填料2限制在所谓的糊状状态。在这种情况下，填料2可以被撕裂而形成峰，从而使峰形成为结构1。基本上，产生的杆如前所述不会直接撕裂，但是通过回缩填料2而撕裂并且形成峰。通过这种对焊接参数的控制，基本上它们在变化到下一值之前这些参数被应用限定的持续时间。因此，在一个步骤中形成峰形状的结构1。

当然，也可以以多个步骤形成峰。例如，首先制造直接撕裂的杆，随后将峰放置在其上，如前面描述的那样。

类似的是，峰可以构成结构1的形状。因此，例如，在如图4所示的Y形结构1中，放置在球形上的和被直接撕裂的杆可以通过相应的峰替代。

总之，峰具有的优点在于，属于纤维复合材料类的并优选通过结构1连接到工件4的所有材料都可以将自身容易地堆在结构1周围。

类似于峰的制造，也可以制造孔眼。在这方面，程序基本上以杆开始，并且该杆的至少一部分转化成糊状状态，使得该杆适于通过焊炬5的合适的动作而弯曲。随后，杆与填料2分离。在下一步中，该杆的自由端又连接到工件4，如图5所示，或者连接到结构1。

这种方法，即，将杆转化成糊状状态，也可以用于形成结构1的特定形状。例如，由杆形成L形。在该形状上，也可以焊接任意形状。

杆还可以焊接到工件4，由此，根据“干伸长”，可以在特定位置对填料2或者焊丝进行加热，使得填料2被加热，并且因此适于在该位置容易变形。对于该变形，使焊炬5进行相应运动，随后可以熔化填料2。因此，可容易制成钩子。

对于描述的附图，总之应当注意，其仅仅示出了根据本发明的方法可产生的可能性的一些示例。当采用CMT(冷金属过渡)焊接过程时可以特别实现各种变化。在这种情况下，可以对分别由填料2或者焊丝形成杆的热输入、熔滴分离进行精确控制，特别是对完全熔化或者撕裂期间的精确力控制，使得可以制造几乎任何形状的结构1。

总之，应当注意，这些结构1优选用于金属和塑料特别是碳纤维增强的塑料之间的连接。但是，金属-金属连接或者开头提到的其他应用也可以进行。

Claims (9)

1.一种在金属工件(4)的表面制造结构(1)的方法，所述结构(1)从所述表面突出，其中，采用利用至少部分熔化的填料(2)的焊接过程(7)，其中，在所述焊接过程(7)的焊接循环(8)期间，在焊炬(5)中受引导的所述填料(2)和所述工件(4)之间引燃电弧(3)，并且通过控制焊接参数调节所述焊接过程(7)期间的热输入，其特征在于，从多个单个元件(6)逐步地制造所述结构(1)，其中，每个单个元件(6)都在所述焊接过程(7)的一个焊接循环(8)中制成，并且在每个焊接循环(8)后进行焊接中断(9)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个焊接循环(8)以所述电弧(3)的引燃开始，并且在焊接中断(9)之前结束，其中通过适当控制焊接参数抑制所述电弧(3)的形成。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用CMT焊接过程用作所述焊接过程(7)。

4.如权利要求1至3中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，每个循环(8)制造一个单个元件(6)，在下一焊接循环(8)制造的单个元件与所述单个元件(6)连接。

5.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，焊接循环(8)的数量和每个焊接循环(8)的热输入与所述结构(1)的形状和尺寸匹配。

6.如权利要求1至5中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述结构(1)的所述单个元件(6)的形状和尺寸通过每个焊接循环(8)的焊接参数确定。

7.如权利要求1至6中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，每个单个元件(6)所需的填料(2)的量由每个焊接循环(8)的热输入确定。

8.如权利要求1至7中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过自动焊接过程(7)，在每个焊接循环(8)之后调节所述焊炬(5)的位置，以用于下一个焊接循环(8)。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述焊接中断(9)期间调节所述焊炬(5)的位置。

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