CN1984741A - 用于硬钎焊的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

为了沿共同的接缝硬钎烛接合件(1，2)，通过一热源例如激光射线(3)加热接合件。然后将熔化的焊料(7)从一容器(6)的储备中注入接缝。用这种方法可以以高的速度用焊料填充接缝，并且硬化的焊料表面实际上没有气孔，这允许不进行后续加工便上底漆/油漆。

Description

用于硬钎焊的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种通过硬钎焊连接金属接合件的方法，其中接合件通过至少一个热源加热，接合件之间的接缝用焊料填充。此外本发明涉及一种用来实施此方法的设备。
背景技术
通过硬钎焊连接金属零件(接合件)是公知的，相同或不同的金属可以相互连接(例如钢/钢或铝/钢)。在汽车车身制造中例如汽车车身的侧构件和顶构件通过钎焊相互连接，其中焊料也填充构件之间的接缝，并可以结合成一不需后续加工的可上底漆和油漆的表面，因此不必采取覆盖接缝的措施，就像在所述零件的焊接连接时一样。因此特别是在这种应用场合，但是也在其他硬钎焊连接时，对填充接缝的硬化的焊料尽可能无气孔的表面以及对即使在接缝宽度波动，从而焊料量有变化时尽可能均匀的填充高度给予重视。WO 02/064300指出一种用燃烧器和焊条预热的钎焊。其次在实际中已知，待钎焊接合件用激光加热，同样焊条也引入激光束内，使激光束将焊条熔化。特别是在其涂层除接缝外应该尽可能保持完好无损的涂锌板上(锌的蒸发温度为1060℃)和在所用的cusi-或铜/锌焊料具有980-1060℃的熔点时仅仅在2-3米/分的小的焊接速度时才能得到硬化焊料无可挑剔或者说无气孔的表面。可以采用的焊料(具有不同的成分)是本领域技术人员熟知的。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种改进的硬钎焊方法，用这种方法可以以高焊接速度实现硬化焊料良好的表面质量。
这个目的用权利要求1的特征实现。
通过设置一储存液态焊料的容器可以使钎焊部位的加热和焊料的液化相互完全分开。因此接合件的加热可以更精确地控制，特别是可以避免由于过热使涂锌层蒸发的危险，因为不从加热接合件的能量束中吸取用来使焊料熔化的能量。用这种方法还可以更精确地调整焊料的温度，使得通过本发明的方法可以进行在温度方面最佳的钎焊，这造成硬化后的焊料良好的表面质量。此外可由储备输入的液态焊料量可以比在输入固态焊条时更方便地与变化的接缝尺寸相匹配，并且这里变化的输入焊料量对接合件的加热同样没有影响。
优先考虑将液态焊料沿加热或钎焊过程相对于接合件的运动方向在热源作用区后面加注到接合件上。这允许通过热源在焊接区内的清洁和脱氧作用最佳地准备好焊料加注区。这种效果可以通过在加热区内加入带或不带粉状脱氧剂的气体或气体混合物强化。与此不同按用固态焊条的现有技术实际上通常焊条在加热区之前输入或延滞输入，因此被激光束熔化的焊料必须在射束周围或射束下面流动，因此不能充分利用激光束对板材表面的清洁和脱氧作用。焊条从另一侧亦即耸立地输入克服焊条可能的卡死或挂住，这将导致钎焊过程的中断。
不仅根据取决于送进速度的固定控制参数，而且附加地根据例如通过光学检测装置对接缝特别是其在充填前的尺寸的检测使液态焊料有控制地从储备输入到接缝中。相应地输入的焊料的量可以与沿接缝的接缝尺寸的变化相匹配，以得到沿接缝始终均匀地填充的接缝，看不到沿接缝焊缝表面形状的变化。已经填满的接缝的检验，例如同样通过光学检验，可以用作控制量。同样在焊料加入前和/或后也进行加热的接合件的温度测量。
在容器封闭的情况下从容器中输出焊料可以通过在容器内产生正压或负压精确地控制。为此可以在容器内设置一可以控制的元件例如一柱塞，它可以通过驱动装置或多或少地插入或拉出容器，这个元件尤其是可以由插入用于熔化的容器的焊条构成。但是也可以在柔性容器壁或其一部分上施加一个力，以产生正压或负压，以输出或停止输出液态焊料。在开口容器情况下它可以或多或少地倾侧和退回，以控制其输出量或其开始或停止输出。
附图说明
下面借助于在附图中表示的实施例详细说明本发明的其他实施方式和优点。附图表示：
图1示意示出用来实施本方法的第一种设备；
图2接合件沿接缝纵向的向视图；
图3示意示出用来实施本方法的另一种设备；
图4-6示出优选可以采用本发明的接合件的多种类型。
具体实施方式
图1示出可以用来实施按本发明的方法的设备的第一实施例。在这里该图示出设备的大大简化的视图。借助于此设备例如在图2中所示的接合件1、2可以通过硬钎焊相互连接，其中焊料或多或少地填满位于接合件1、2之间的接缝5，并在焊料硬化后应该形成尽可能无气孔的表面，它可以上底漆和油漆，而不用或仅仅用很少的后续加工。这里接缝5应该尽可能均匀地填满，从而使焊料可以例如在车身构件之间形成一均匀的可以看到的接缝填充，例如在一由第一接合件1构成的汽车车身顶构件和一由第二接合件2构成的侧构件之间焊缝。这当然只能看作是例子，按照本发明可以连接任意的金属接合件(如开头提到的由不同金属组成)。接合件可以附加地通过其他连接方式连接，例如通过具有在接缝5下方的焊点的点焊。在图1的示意侧视图中用水平线示意表示接合件2，它和在图1中看不到的另一接合件1(图2)形成待填充的接缝。接合件1、2借助于第一热源在接缝区域内这样加热，使它们为钎焊作好准备。加热可以从原则上在硬钎焊区的下边界约450℃开始分别上升到所需要的钎焊温度地进行，这当然与所用的焊料有关，例如在汽车工业中所用的硬钎焊时为约950℃至约1030℃或1060℃。借助于热源3尽可能仅仅使钎焊区加热到这个温度，以避免对接合件1、2的相邻区域产生不利的热影响，因为这里可能涉及到涂层板，尤其是镀锌板，它们不应该经受较高的温度。热源3例如可以是激光束，它在图中仅仅通过边缘射线3表示。这里激光束3的焦点通常位于接缝5下方，以便在焊接区或待注入焊料的区域内接合件1、2得到尽可能好和均匀的加热。代替一个激光束3也可以采用多个激光束。如在图2中用射束走向4所示。代替激光束3当然也可以考虑任何其他能够将接合件1、2在焊接区内加热到需要的钎焊温度的热源。为此考虑例如等离子射线源、电弧源、火焰源或感应加热元件。其中热源例如激光束3沿接缝5运动，使接缝区逐渐加热，然后注入焊料。这里热源和装置的相对于接缝运动的其他零件的运动可以通过装置在固定不动的接合件1、2上方运动，或通过接合件1、2沿固定不动的装置运动的方法实现。在图1中这通过这样的方法表示，即对于激光束画一箭头A，它表示运动方向，还画出一方框27，它形象表示对于装置和接合件1、2的相对运动必需的所有运动元件。这些运动元件的结构是本领域技术人员熟知的，因此这里不必说明。可以考虑所有已知类型的运动元件。这些运动元件可以由设备的控制系统20控制，这通过相应地用点划线表示的通向方框27的控制线表示。但是控制系统20也可以与用于运动元件的单独的控制装置连通，以便得到关于运动的信息和再给运动元件发送关于钎焊的信息。现在按照本发明在容器6内设置一液态焊料7的储备，液体形式的焊料注入接合件1、2之间的加热的待填充的接缝中。在图1中这通过容器6表示，其中液态焊料7通过阴影线表示。液态焊料7从容器中尽可能直接连接在热源的热作用区上地通过将液态焊料浇注或注射入接缝的方法注入接合件1、2上接缝内。因此在图1中所示的在激光束3和容器6或其液态焊料7的浇口12之间的距离只应该理解为示意性的。绝对不是表示激光束3在接合件1、2上的作用区和容器6浇口12的出口之间的真实距离。焊料7在接合件具有对于钎焊所需要的温度的地方浇入接缝内。为此可以设置一温度测量元件28，它将加热的接合件的至少一个温度测量值传送给设备的控制系统20。也可以这样，即可以调整容器6或其浇口端到激光束3的距离，特别是还可以通过控制系统在设备运行期间改变这个距离。
焊料7在容器6内保持液态。容器6可以具有加热元件，它们在图中用9示意表示，并同样可以通过控制系统20控制。加热元件可以做成这样，使它将已经成液态输入容器6的焊料保持液态，或者它可以设计成这样，使它能将成固态输入容器6的焊料在容器内熔化并在它里面保持液态。在图中表示后一种方案，其中固态焊条8通过焊料输送装置18从储存器25中抽出并输入容器6内，在那里焊条8熔化，并以熔化状态形成液态焊料储备7。
液态焊料从液态焊料7的储备中注入接缝5，并在那里形成焊料填充物，其表面在图2中用线7′表示。其次在图2中表示了容器6的浇口12。(也可以根据接缝5结构的不同设置多个浇口12，从而可以使液态焊料最佳地注入接缝)。用于容器的加热元件9可以是任意的加热元件，它可以使焊料熔化并保持液态，例如电阻加热元件或感应加热元件。也可以从热源传出热能，使得加热元件9由用于加热接合件的同一个热源构成。容器6可以是隔热的并由不受液态焊料侵蚀的和不与焊料结合使焊料无法输出的材料组成。容器例如可以由耐高温的金属或由陶瓷组成。
图1中表示一封闭的容器，由它可以这样地进行焊料输出，使得使焊料通过浇口12开始输出，在容器内产生一正压，而为了停止焊料的输出则产生一减小的压力，例如负压。这可以通过在容器上作用一个力进行，通过此力使容器或其壁的一部分或多或少地压拢。焊料可以根据流体状态以恒定的量流出(由浇口确定)，接缝的填充通过接缝和浇口之间的相对速度控制。焊料输出还可以通过正、负压在其量方面定量给料。这与仅仅用焊料输出开始和停止进行运行相比更优先。在所示例子中在封闭容器6内的控制和正、负压的产生通过这样的方法进行，即固态焊条8通过由控制系统20控制的输入元件18以规定的速度移入容器、停止，或以规定的速度部分地退回，使得可以调整通过附加地送入或必要时退回的焊料体积在容器6内得到的压力变化，例如作为正压或负压，这造成通过容器的在浇口12末端处形成的唯一的开口输出相应的焊料。但是也可以设置其他不是由焊条8构成的元件，例如一可移入容器或可从它里面拔出的柱塞，它用来控制正负压。液态焊料例如根据控制系统20的控制参数相应地流入接缝并填充它，控制参数与送进速度有关，其中热源3和容器6相对于接合件1、2的送进速度越大，输入的焊料便越多。
在此期间最好设置一检测元件32，它例如在沿接缝的每个部位根据接合件1、2的制造和折弯误差确定接缝相应的大小，并将相应的控制值传送给控制系统20。因此焊料的注入可以这样控制，使得在接缝体积小的区域内注入较少的焊料，在接缝体积大的区域内注入较多的焊料，使得沿焊缝得到尽可能均匀的焊接表面7′，这里检测元件32可以用任何已知的方法检测接缝，例如通过光学元件。也可以设置一检测元件31，它检测硬化后的焊料的表面，并将例如关于气孔度的相应信号传送给控制系统20。控制系统可以相应地对热源3施加影响，这在图中仅仅通过从控制系统20到激光射线3的控制线表示，并可以通过加热元件9对液态焊料的温度施加影响。
在热源的作用区之前或在激光射线3之前可以通过清理装置24进行接缝的机械清理。在热量输入区本身内通过热源或激光射线3的加热进行清理和脱氧。脱氧可以通过加入带或不带粉状脱氧剂添加剂的气体或气体混合物提高效果，这在图中仅通过气源或脱氧剂10的添加剂源和气流或脱氧剂流用箭头B表示。对于焊料注入可以设置保护气体，它同样仅仅通过气源11和箭头C表示。有助于清理的气体和保护气体的功能也可以由唯一一个气源实现，它代替两个分开表示的气源10和11。
图3表示设备的另一个实施例，其中相同的附图标记表示基本上相同的元件，上面说明的所有方案对于图3的实施例也是适用的，如果它们可以有价值地在那里使用的话。代替封闭的容器在图3中表示一开口的容器16，它同样具有一浇口12。焊料7在开口容器内呈液态并通过加热元件9保持液态。现在这里这样地进行输出，即容器可绕一转轴回转，其中它可以用在位于转轴14对面的末端上通过提升和下降机构13提升和下降。如果液态焊料的液面到达容器的浇口12或不到浇口12，便相应地从容器中浇出或不浇出液态焊料。提升和下降机构13同样通过控制系统20控制，以便使液态焊料尽可能定量地浇入接缝7。
图4、5和6表示不同方案的接合件1、2，在它们之间分别形成接缝，还分别表示所形成的接缝焊料填充物的表面7′。代替所示的卷边接合件按照本发明也可以焊接例如相互对接地邻接的接合件。例如带有用来形成接缝的斜切的端面的接合件。
本发明的方法和本发明的设备由于按本发明可以达到的焊接质量可以更多地采用无银焊料，而与迄今为止的含银焊料相比不影响焊缝的质量。
此外待焊接金属件表面熔接的话，也可以采用本发明的方法和设备。

Claims (25)

1.用来通过硬钎焊连接金属接合件(1，2)的方法，其中接合件(1，2)通过至少一个热源(3；4)加热，接合件(1，2)之间的接缝(5)用焊料填充，其特征为：焊料从一含有液态焊料(7)储备的容器(6；16)由控制系统(20)控制地特别是定量地注入接缝(5)内。
2.按权利要求1的方法，其特征为：所述至少一个热源(3；4)和容器(6)相对于接缝受控制地运动，特别是同样通过控制系统(20)受控制地运动，其中特别是容器(6；16)沿运动方向跟随在热源后面。
3.按权利要求1或2的方法，其特征为：根据对接缝的检验和/或在焊料注入前温度的测量和/或对已填充焊料的接缝(5)的检验控制焊料从容器到接缝的输入。
4.按权利要求3的方法，其特征为：所述检验通过光学和/或声学和/或磁性和/或机械检测元件进行。
5.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：通过这样的方法由控制系统控制焊料注入接缝，即在封闭的容器(6)内产生压力变化特别是相对于大气压的正压或负压，或敞开的容器(16)或多或少地向浇口位置转动。
6.按权利要求5的方法，其特征为：在容器内的正压或负压通过输入在容器内熔化的固态焊料(8)特别是焊条(8)形式的焊料实现。
7.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：容器具有至少一个浇口(12)。
8.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：所述至少一个热源(3；4)是一激光射线源和/或等离子射线源和/或电弧源和/或火焰源和/或感应加热元件。
9.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：在容器内的焊料通过一与所述至少一个热源无关的加热源(9)保持液态或由所述至少一个热源保持液态，以及焊料是在450℃至1060℃，特别是950℃至1030℃范围内熔化的焊料，特别是无银焊料。
10.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：接合件的脱氧通过热源进行，特别是在输入气体或气体混合物的情况下和/或通过添加粉状脱氧剂(10)进行。
11.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：液态焊料注入接缝在保护气体(11)中进行。
12.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：接合件(1，2)是汽车车身构件，特别是涂层的构件，尤其是镀锌构件。
13.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：接合件直接对接或借助于单面或双面的卷边(21，22)相互接合。
14.用来借助于硬钎焊连接接合件(1，2)的设备，包括至少一个热源(3；4)、一焊料输入装置以及用于接合件(1，2)与热源及焊料输入装置相对运动的装置，其特征为：焊料输入装置具有一用来盛放液态焊料(7)储备的可加热的容器(6；16)和注入机构(12；13，14；18)，通过它们可将液态焊料(7)注入到通过热源加热的接合件之间的接缝(5)中。
15.按权利要求14的设备，其特征为：设有控制系统(20)，它们控制热源和容器相对于接合件的相对速度和/或从容器(6；16)注入接缝的焊料(7)的量。
16.按权利要求15的设备，其特征为：控制系统设计得用来根据接缝检测装置(32)和/或温度测量装置(28)和/或焊缝检测装置(31)进行控制，这些检测装置具有特别是光学识别元件。
17.按权利要求14至16之任一项的设备，其特征为：容器是一封闭容器(6)，该封闭容器的焊料输出可通过用来在容器内产生正压或负压的装置(8，18，20)控制。
18.按权利要求17的设备，其特征为：用来产生正压或负压的装置包括可或多或少地插入容器内的元件，其中该元件特别是由一通过一可控的焊条输入装置(18)导入容器内的焊条(8)构成。
19.按权利要求16的设备，其特征为：容器是一敞开的容器(16)，其焊料输出可通过容器的回转机构(13，14)控制。
20.按权利要求14至19之任一项的设备，其特征为：容器具有至少一个浇口(12)。
21.按权利要求14至20之任一项的设备，其特征为：所述至少一个热源是一激光射线源和/或等离子射线源和/或电弧源和/或火焰源和/或感应加热元件。
22.按权利要求14至21之任一项的设备，其特征为：容器中的焊料可通过一与所述至少一个热源无关的加热源(9)液化。
23.按权利要求14至22之任一项的设备，其特征为：它具有用于接缝的机械清理装置(24)。
24.按权利要求14至23之任一项的设备，其特征为：它具有一气体输入装置(10)，通过该气体输入装置可向热源的作用区输入气体。
25.按权利要求14至24之任一项的设备，其特征为：它具有一保护气体输入装置(11)，通过该保护气体输入装置可将气体输入到焊料注入区中。
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