CN107914083A - 焊接方法和焊接结构 - Google Patents

Abstract

待焊接对象通过激光焊接结合在一起，以形成相邻熔核。当相邻熔核的中心轴之间的距离为p并且待焊接对象中的相邻熔核的直径为d时，相邻熔核被形成为满足方程式1.0<p/d≤1.6。

Description

焊接方法和焊接结构

技术领域

本发明涉及一种焊接方法和一种焊接结构。

背景技术

日本专利申请公开No.2015-205323公开了一种具有多个待焊接对象的焊接结构，所述多个待焊接对象通过由激光焊接形成的焊接部而结合在一起。该焊接部具有多个熔核，该多个熔核沿着待焊接对象上的假想封闭曲线而形成。

发明内容

相比于通过激光焊接形成沿着假想直线或者假想开放曲线布置的多个熔核的方法，通过激光焊接形成沿着假想封闭曲线布置的多个熔核的焊接方法需要更大的焊接面积。因此，当将焊接点留量小的多个待焊接对象焊接在一起时，不能够使用以上焊接方法。

本发明提供了一种焊接方法，其能够使用在焊接点留量小的部分中，并且相比于利用一个熔核将待焊接对象焊接到一起，能够增强待焊接的多个对象的剥离强度，并且本发明还提供了一种焊接结构。

本发明的第一方面是一种焊接方法，包括：通过利用激光焊接在多个待焊接对象中形成相邻熔核而将所述多个待焊接对象结合在一起，其中，当所述相邻熔核的中心轴之间的距离为p并且所述多个待焊接对象中的所述相邻熔核的直径为d时，所述相邻熔核被形成为满足方程式1.0<p/d≤1.6。

在该焊接方法中，熔核以高于1.0的比率p/d形成。从而，相邻熔核的中心轴之间的距离p大于熔核的直径d。因此，保持焊接点的中心彼此隔开，使得在经历显著凝固收缩的金属中，防止凝固裂纹互相连接。因此，相比于比率p/d不高于1.0的方法，本方法能够防止诸如外观不良这样的焊接缺陷以及疲劳断裂风险增大。此外，尽管焊接点留量小，以不高于1.6的比率p/d形成熔核也能够增强待焊接对象的剥离强度。

在本发明的第一方面中，所述相邻熔核可以形成在假想直线或假想开放曲线上。

在本发明的第一方面中，所述相邻熔核的数量可以为两个或三个。

在本发明的第一方面中，所述待焊接对象可以由铝合金制成。

本发明的第二方面是一种焊接结构，包括多个待焊接对象，该多个待焊接对象具有相邻熔核，并且通过激光焊接而结合在一起，其中，当所述相邻熔核的中心轴之间的距离为p并且在所述多个待焊接对象中的所述相邻熔核的直径为d时，满足方程式1.0<p/d≤1.6。

在该焊接结构中，熔核以高于1.0的比率p/d形成。从而，相邻熔核的中心轴之间的距离p大于相邻熔核的直径d。因此，保持焊接点的中心彼此隔开，使得在经历显著凝固收缩的金属中，防止凝固裂纹互相连接。因此，相比于比率p/d不高于1.0的方法，本方法能够防止诸如外观不良这样的焊接缺陷以及疲劳断裂的风险增大。此外，尽管焊接点留量小，以不高于1.6的比率p/d形成熔核也能够增强待焊接对象的剥离强度。

在本发明的第二方面中，所述相邻熔核可以设置在假想直线或假想开放曲线上。

在本发明的第二方面中，所述相邻熔核的数量可以为两个或三个。

在本发明的第二方面中，所述待焊接对象可以由铝合金制成。

本发明能够应用于焊接点留量小的部分，并且相比于利用一个熔核焊接待焊接对象，本发明能够增强多个待焊接对象的剥离强度。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优势效果以及技术和工业意义，其中，相同的标号表示相同的元件，并且其中：

图1A是根据实施例的焊接结构的俯视图；

图1B是根据实施例的焊接结构的纵截面图；

图2是图示根据实施例的焊接结构的焊接中的状态的视图；

图3是示出根据实施例的焊接结构的试验件的立体图；

图4是示出根据实施例的熔核的间距与直径的比率p/d与试验件的剥离强度的比率之间的关系的图；

图5A是在实施例的第一修改例中的焊接结构的俯视图；以及

图5B是在实施例的第二修改例中的焊接结构的俯视图。

具体实施方式

图1A示出了作为实施例的实例的焊接结构10。焊接结构10具有待焊接对象12和待焊接对象14。例如，待焊接对象12是在俯视图中具有四边形形状的金属板。例如，待焊接对象14是在俯视图中具有四边形形状的金属板。这些金属板是用于车辆的板材，并且是例如铝合金板。在以下说明中，待焊接对象12和待焊接对象14的面内方向中的一个方向将被称为X方向，并且与X方向正交的待焊接对象12和待焊接对象14的另一个面内方向将被称为Y方向。与X方向和Y方向正交的方向将被称为Z方向。

如图1B所示，待焊接对象12与待焊接对象14互相叠置。例如，待焊接对象12与待焊接对象14通过焊接部20而结合在一起。如将稍后描述的，焊接部20通过激光焊接而形成。在激光焊接期间，激光束被施加到待焊接对象12。待焊接对象14是位于不被激光束照射的一侧上的待焊接对象。

例如，焊接部20由熔核22、24构成。例如，熔核22、24分别具有当在Z方向上观看时的大致圆形形状。熔核22、24分别具有当在Y方向上观看时的在X-Z截面中的沙漏形状。在图1B中，熔核22的中心轴A和熔核24的中心轴B由点划线表示。例如，中心轴A和中心轴B沿着Z方向延伸。

如图1A所示，经过熔核22的中心轴A和熔核24的中心轴B的直线将被称为假想直线K1。例如，假想直线K1沿着X方向延伸。在本实施例中，作为实例，熔核22和熔核24将被描述为相同的形状和相同的尺寸。待焊接对象12与待焊接对象14之间的接触区域的Y方向上的长度将被称为焊接点留量L。在本实施例中，焊接点留量L小的部分是指例如焊接点留量L为5[mm]至10[mm]的部分，或者焊接点留量L小于5[mm]的部分。

如图1B所示，在与待焊接对象12、14的结合方向(Z方向)正交的平面(X-Y平面)中的熔核22的直径为d[mm]。具体地，待焊接对象12与待焊接对象14之间(板间)的熔核22的直径为d[mm]。相邻的熔核22、24的焊接点的中心轴之间的距离(在X方向上中心轴A与中心轴B之间的距离)是p[mm]。在以下说明中，熔核22、24的中心轴之间的距离p将被称为间距p。

此处，熔核22、24形成在待焊接对象12和待焊接对象14中，使得直径d[mm]与间距p[mm]满足方程式1.0<p/d≤1.6。换言之，熔核22、24形成在待焊接对象12和待焊接对象14中，使得间距p[mm]与直径d[mm]的比率高于1.0而不高于1.6。

如果熔核22、24具有椭圆形外部形状，则直径d[mm]可以是椭圆在X方向上的长度，或者可以是长轴长度与短轴长度的平均长度。在本实施例中，熔核22与熔核24具有相同的形状和相同的尺寸。然而，如果熔核22与熔核24具有不同的直径d，例如，可以计算它们的直径d的平均值，并且可以使用该平均直径d。

图2示出了将待焊接对象12与待焊接对象14焊接在一起的焊接方法。利用焊接设备100执行本实施例中的焊接方法。焊接设备100包括：照射单元102，其朝着待焊接对象12施加激光束LA；以及控制单元104，其控制照射单元102的操作。

例如，照射单元102是诸如电扫描仪这样的激光扫描仪，并且通过控制内置电流镜(未示出)的朝向而将激光束LA施加至待焊接对象12的预定位置。从而，使熔核22形成在激光束LA所照射的位置处。控制单元104控制照射单元102的电流镜的朝向，使得相邻的熔核22、24形成为满足条件1.0<p/d≤1.6。

在本实施例中，例如，使用扫描成形方法形成熔核22。在扫描成形方法中，例如，激光束LA在待焊接对象12上沿着由箭头C所指示的周向轨迹扫描，以形成熔核22。换言之，控制单元104控制照射单元102的操作，使得在待焊接对象12的要形成熔核22的位置处沿着周向轨迹而扫描激光束LA。在形成熔核22之后，控制单元104控制照射单元102的操作，使得激光束LA施加至要形成熔核24(参见图1A)的位置。

<剥离强度试验>

将描述对已经被焊接到一起的待焊接对象12和待焊接对象14进行的剥离强度试验。利用试验机AG-20kN/50kNXDplus(日本岛津制作所)进行该剥离强度试验。

剥离强度由拉伸载荷的最大值来表示，该拉伸载荷在剥离已经结合到一起的待焊接对象12、14的剥离方向(待焊接对象12、14的厚度方向)上施加，并且该拉伸载荷是待焊接对象12、14在不剥离的情况下能够承受的载荷。剥离强度的比率被表示为利用本实施例的焊接方法而形成的焊接部20的剥离强度与待焊接对象12、14通过与熔核22(参见图1A)尺寸相当的一个熔核而结合在一起的焊接部的剥离强度的比率。

(试验件)

如图3所示，制备1.2[mm]厚度的6000系列铝合金板材30A和0.9[mm]厚的6000系列铝合金板材30B，并且这些板材均被弯曲为L状，并且焊接在一起以形成试验件30(焊接部20)。激光束LA(参见图2)的聚焦直径φ为大约0.4[mm]，并且激光束LA以圆形形状扫描。通过在固定熔核22的形成位置的同时使熔核24的形成位置在X方向上偏移，而制备间距p与直径d的比率p/d从0.2变化至2.0的多个试验件30。

在剥离强度试验中，制备一对(两个)图3所示的试验件30，并且对一个试验件30相对于另一个试验件上下倒转地设置的、背靠背(以十字形状)放置的所述一对试验件30进行试验。将所获得的试验数据被减半，并且将减半的值用作剥离强度。制备用作比较对象的具有一个熔核的试验件，并且以相同的方式对其进行剥离强度试验。

(试验结果)

图4示出了熔核22(参见图1B)的间距p与直径d的比率p/d与试验件30(参见图3)的剥离强度的比率之间的关系。

在p/d不高于0.6或者高于1.6的范围内，剥离强度的比率大约为1.0。换言之，在待焊接对象焊接(结合)在一起使得比率p/d处于不高于0.6或者高于1.6的范围内的焊接结构中，焊接部的剥离强度与待焊接对象利用一个熔核结合在一起的情况下的剥离强度相当。从而，确认如果比率p/d不高于0.6或者高于1.6，则相比于利用一个熔核将待焊接对象结合在一起的情况下的剥离强度，利用两个熔核形成焊接部几乎不能增强剥离强度。

相比之下，在比率p/d高于0.6而不高于1.6的范围内，剥离强度的比率高于1.0。换言之，在待焊接对象焊接(结合)在一起使得比率p/d处于高于0.6而不高于1.6的范围内的焊接结构中，焊接部的剥离强度比待焊接对象利用一个熔核结合在一起的情况下的剥离强度高。从而，确认在比率p/d高于0.6而不高于1.6的范围内，相比于利用一个熔核将待焊接对象结合在一起的情况下的剥离强度，利用熔核22、24(参见图1A)形成焊接部20(参见图1A)可以增强剥离强度。

在比率p/d的范围高于0.2而不高于1.0的情况下，焊接后的试验件30(参见图3)的X射线观察发现了在熔核22与熔核24(参见图3)之间的凝固裂纹。从而，在比率p/d处于高于0.6而不高于1.0的范围内的情况下，凝固裂纹互相连接，这使得该范围不适于作为使用的条件。具体地，因为如果凝固裂纹互相连接，则这些裂纹导致诸如外观不良这样的焊接缺陷和在焊接结构10(参见图1A)中疲劳断裂风险增大，所以该范围作为使用的条件是不适当的。

基于以上结果，在本实施例的焊接方法和焊接结果10(参见图1A)中的比率p/d的范围被设定为1.0<p/d≤1.6。

[作用]

接着，将描述本实施例的焊接方法和焊接结构10的作用。

在图1A和1B所示的焊接结构10以及产生该焊接结构10的焊接方法中，熔核22、24形成为比率p/d高于1.0。从而，相邻的熔核22、24之间的间距p变为大于熔核22、24的直径d。因此，在待焊接对象12、14中的焊接点的中心互相远离，使得防止凝固裂纹互相连接。因此，相比于比率p/d不高于1.0的方法，本方法能够防止诸如外观不良这样的焊接缺陷以及疲劳断裂风险增大。在断裂的情况下，能够利用待焊接对象12、14的存在于熔核22、24之间的基体金属而防止裂纹的发展，使得能够提高剥离强度。

此外，相比于在形成一个熔核的情况下的剥离强度，以不高于1.6的比率p/d形成熔核22、24能够增强待焊接对象12、14的剥离强度。可能的原因是施加在一个熔核22或熔核24上的应力被熔核22、24之间的相互作用分散。换言之，如果熔核22、24彼此隔开太远，则在熔核22、24之间不产生相互作用，并且这些熔核相继断裂，使得不增强待焊接对象12、14的剥离强度。从而，尽管焊接点留量L(参见图1A)小，以不高于1.6的比率p/d形成熔核也能够增强待焊接对象12、14的剥离强度。

在本实施例中，焊接结构10的假想直线K1被设置为沿着X方向，然而焊接结构的构造不限于该实例。

<第一修改例>

图5A示出了作为第一修改例的焊接结构40。在焊接结构40中，形成焊接部42，其中，经过六个熔核22的中心轴(未示出)的线是假想直线K1。在假想直线K1上的彼此相邻的两个熔核22的比率p/d为1.0<p/d≤1.6。从而，熔核22的数量可以是三个以上的多个。然而，从生产率的角度考虑，期望熔核的数量是两个或三个。

<第二修改例>

图5B示出了作为第二修改例的焊接结构50。在焊接结构50中，形成焊接部52，其中，经过五个熔核22的中心轴(未示出)的线是假想开放曲线K2。在假想开放曲线K2上的彼此相邻的两个熔核22的比率p/d为1.0<p/d≤1.6。从而，多个熔核22可以被设置为使得经过多个熔核22的中心轴的线是假想开放曲线K2。被设置在假想开放曲线K2上的熔核22的数量不限于五个，而可以是两个、三个、四个或六个以上这样的多个。然而，从生产率的角度考虑，期望熔核的数量是两个或三个。

<其他修改例>

在本实施例中，待焊接对象的数量是作为实例的两个，但数量不限于该实例。待焊接对象的数量可以是三个以上。待焊接对象12、14不限于在Z方向上互相叠置的对象，而可以是在Z方向上成间隔设置的对象。根据本实施例的焊接方法能够应用于任意待焊接对象，而不论待焊接对象是否被表面处理。

用于形成熔核22、24的焊接方法不限于扫描成形方法，并且能够使用诸如定点成形方法、填充成形方法以及螺旋成形方法这样的其他成形方法。在定点成形方法中，激光束以一定的时间段被施加到待焊接对象中的预定点，从而形成熔核22、24。在填充成形方法中，首先，激光束沿着周向轨迹扫描，以形成环状熔核。然后，扫描激光束，以填充已经形成的环形熔核的内部，从而形成熔核22、24。在螺旋成形方法中，激光束在带焊接对象上沿着螺旋形轨迹扫描，以形成熔核22、24。

期望一组焊接点(图1A所示的焊接部20)与另一组焊接点之间的间距被设定为20[mm]以上，从而抑制焊接点组之间的互相作用的影响。

待焊接对象可以由除了经历显著的凝固收缩并且易于凝固断裂的铝合金或高碳钢之外的其他材料制成。

虽然以上已经描述了根据本发明的实施例和修改例的焊接方法和焊接结构，但是应当理解为这些实施例和修改例可以适当地组合，或者本发明能够在本发明的主旨的范围内利用各种不同方面而实施。

Claims (8)

1.一种焊接方法，其特征在于，包括：利用激光焊接在多个待焊接对象中形成相邻熔核而将所述多个待焊接对象结合在一起，其中，当所述相邻熔核的中心轴之间的距离为p，并且所述多个待焊接对象中的所述相邻熔核的直径为d时，所述相邻熔核被形成为满足方程式1.0<p/d≤1.6。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述相邻熔核形成在假想直线或假想开放曲线上。

3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述相邻熔核的数量为两个或三个。

4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述待焊接对象由铝合金制成。

5.一种焊接结构，其特征在于，包括：多个待焊接对象，该多个待焊接对象具有相邻熔核并且通过激光焊接而结合在一起，其中，当所述相邻熔核的中心轴之间的距离为p并且在所述多个待焊接对象中的所述相邻熔核的直径为d时，满足方程式1.0<p/d≤1.6。

6.根据权利要求5所述的焊接结构，其特征在于，所述相邻熔核设置在假想直线或假想开放曲线上。

7.根据权利要求6所述的焊接结构，其特征在于，所述相邻熔核的数量为两个或三个。

8.根据权利要求7所述的焊接结构，其特征在于，所述待焊接对象由铝合金制成。