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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laser-Überlappschweißverfahren für Teile aus verzinktem Stahlblech oder insbesondere ein Laser-Überlappschweißverfahren, das als alternative Technik statt eines Punktschweißens durchgeführt wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Verzinkte Bleche werden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit in vielen Teilen von Fahrzeugkarosserien von Kraftfahrzeugen verwendet. Blechelemente aus verzinkten Blechen zur Herstellung von Teilen für Fahrzeugkarosserien werden zu dreidimensionalen Formen pressgeformt und in Randteilen dieser dreidimensionalen Formen verschweißt, wodurch eine Fahrzeugkarosseriekonstruktion auf der Grundlage eines Hohlquerschnitts entsteht, die hinsichtlich ihrer Festigkeit vorteilhaft ist. Im Allgemeinen werden solche Blechelemente für Fahrzeugteile hauptsächlich mittels Punktschweißen integriert. Jedoch wird nun das Laserstrahlschweißen als alternative Technik eingeführt, das eine Verarbeitung mit höherer Geschwindigkeit ermöglicht.
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Aus
FR 2 731 373 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von Blechen bekannt. Im Verbindungsbereich der Bleche sind Vorsprünge ausgebildet.
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Aus
DE 100 48 233 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von Blechen bekannt, gemäß welchem die Bleche spaltfrei überlappend angeordnet und dann miteinander verschweißt werden.
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Es ist bekannt, dass verdampftes Zink Schweißfehler wie Blasenhohlräume verursachen kann, wenn verzinkte Bleche eng überlappend angeordnet und mittels eines Lasers miteinander verschweißt werden, weil das verdampfte Zink geschmolzenes Metall wegblasen oder als Blasen im geschmolzenen Metall verbleiben kann. Zur Vermeidung dieses Problems wird in
JP10-216974A und
JP2571976B eine Technik vorgeschlagen, bei der Vorsprünge auf einem der verzinkten Bleche gebildet werden, wodurch ein Spalt gebildet wird, in dem der Zinkdampf in demjenigen Zustand, in dem die Bleche einander überlappen, entweichen kann.
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Weil ein Fahrzeugkarosserie-Blechelement eines Kraftfahrzeugs durch Pressformen gebildet wird, werden Vorsprünge auf solchen Pressteilen gebildet, indem die Teile nach einem Pressformverfahren einem Prägeverfahren unterzogen werden, bei dem sich Prägestempel innerhalb eines Formwerkzeugs befinden. Im Fall der Verwendung eines Laserstrahlschweißens für Teile, die ursprünglich für eine Eignung zum Punktschweißen konstruiert wurden, treten jedoch folgende Probleme auf, weil solche Teile nicht so konstruiert sind, dass sie eine Anordnung der für das Laserstrahlschweißen erforderlichen Vorsprünge ermöglichen. Beispielsweise können die Vorsprünge aufgrund von begrenztem Raum und des Vorhandenseins von Neigungen nicht auf einer Verbindungsfläche angeordnet werden, oder Schweißpositionen müssen aufgrund der hinzugefügten Vorsprünge geändert werden.
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Wenn die Schweißpositionen geändert werden, ändern sich das Festigkeitsverhalten und das Schlagfestigkeitsverhalten der Konstruktion der Fahrzeugkarosserie. Aus diesem Grund muss die Konstruktion erneut Tests zur Bestätigung des Verhaltens unterzogen werden. Darüber hinaus können für die neu konstruierte Teile nicht direkt Konstruktionsdaten verwendet werden, die unter der Voraussetzung eines Punktschweißverfahrens zusammengestellt wurden. Solche Probleme haben der Einführung des Laserstrahlschweißens beträchtliche Hindernisse entgegengesetzt.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Gegebenheiten gemacht, und eine ihrer Aufgaben besteht darin, ein Laser-Überlappschweißverfahren verfügbar zu machen, mit dem ein Verhalten erreichbar ist, die demjenigen eines Punktschweißverfahrens ähnlich ist, unter der Bedingung von Verbindungen, die auf einem Punktschweißverfahren beruhen, und das als alternative Technik geeignet ist, die anstelle eines Punktschweißverfahrens durchgeführt wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Laser-Überlappschweißverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Nach diesem Verfahren werden die zahlreichen Vorsprünge, die zwischen den Punkteinheiten, die zur Durchführung des oben beschriebenen Laserscanning von Einheiten ausgebildet sind, als gratförmige Vorsprünge geformt, die sich im Wesentlichen in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Verbindungsbereiche erstrecken, und dadurch kann ein gleichmäßiger Spalt zwischen den Verbindungsbereichen in seitlicher Richtung und außerhalb der Verbindungsbereiche stabil gebildet werden, sodass Zinkdampf abgeführt werden kann, und ein Laserstrahlschweißen kann vorteilhaft bewerkstelligt werden, ohne dass Schweißfehler wie Blasenhohlräume verursacht werden.
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Darüber hinaus sind für die gratförmigen Vorsprünge kleine Bereiche in Richtung der Anordnung des Laserscannings von Einheiten erforderlich, die gebildet werden können, ohne die Konstruktion der Punkteinheiten, die äquivalent zu den Schweißpunkten für das Punktschweißverfahren sind, zu beeinflussen. Das Laserscanning von Einheiten entlang einer die Punkteinheit umgebenden Bogenlinie kann innerhalb eines im Wesentlichen äquivalenten Bereichs der Punkteinheit erfolgen, und somit ist es möglich, eine Verbindungsfestigkeit zu erhalten, die äquivalent zum Fall des Punktschweißens von zwei Teilen ist.
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Folglich ist es möglich, vorhandene Konstruktionsdaten zu verwenden, die unter der Voraussetzung eines Punktschweißverfahrens zusammengestellt wurden. Dies ist vorteilhaft, um das Laserstrahlschweißen als alternative Technik zum Ersatz des Punktschweißens einzuführen. Der niedrige Energieverbrauch ist ein weiterer Vorteil, weil dazu ein Minimum an Laserscanning erforderlich ist. Dagegen verursachen Laserstrahlschweißverfahren kein Problem wie einen wirkungslosen Nebenschlussstrom an einem Schweißpunkt, wie er beim Punktschweißen beobachtet wird. Demgemäß ist es auch möglich, die Verbindungsstärke durch ein zusätzliches Laserscanning in Räumen zwischen den Punkteinheiten lokal zu erhöhen.
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Beim Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Vielzahl der Vorsprünge (1) weiterhin trapezförmige Vorsprünge (1b) umfasst, die jeweils eine ebene Oberseite aufweisen, wobei der Abstand zwischen den benachbarten gratförmigen Vorsprüngen (1a) gleich dem Durchmesser der Punkteinheiten (2e) oder weniger als fünf Mal so lang wie dieser ist und sowohl der Abstand zwischen dem gratförmigen Vorsprung (1a) und dem trapezförmigen Vorsprung (1b), die nebeneinander angeordnet sind, als auch der Abstand zwischen den benachbarten trapezförmigen Vorsprüngen (1b) gleich dem Durchmesser der Punkteinheiten (2e) oder weniger als zehn Mal so lang ist.
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Wenn der Spalt zwischen den jeweils benachbarten gratförmigen Vorsprüngen im Schritt des Haltens der beiden Teile im überlappenden Zustand gleich dem Durchmesser der Punkteinheit oder weniger als fünf Mal so lang wie dieser ist, ist es möglich, eine Verkleinerung des Spalts aufgrund eines Verkrümmens der Verbindungsbereiche zu vermeiden und dadurch eine Hemmung der Abführung von Zinkdampf zum Zeitpunkt des Schweißens sogar dann zu vermeiden, wenn die Verbindungsbereiche zwischen den benachbarten gratförmigen Vorsprüngen beispielsweise aus Flanschen aus dünnen Stahlplatten bestehen. Wenn ein kontinuierlicher flacher Teil zwischen den mehreren Punkteinheiten am Verbindungsbereich eines der Teile ausgebildet ist, ist es weiterhin möglich, die Abstützstabilität in Bezug auf einen Verbindungsbereich des anderen Teils im Schritt des Haltens der beiden Teile im überlappenden Zustand zu verbessern, indem die trapezförmigen Vorsprünge anstelle der gratförmigen Vorsprünge gebildet werden. Somit kann der Spalt durch Weglassen der gratförmigen Vorsprünge neben den trapezförmigen Vorsprüngen gebildet werden, wodurch die Anzahl der zu formenden Vorsprünge vermindert wird.
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Das Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere bevorzugt durchgeführt, wenn die beiden Teile Blechelemente sind, die eine Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs bilden, und wenigstens einer der Verbindungsbereiche ein Flansch ist, der entlang eines Randes eines der entsprechenden Blechelemente ausgebildet ist.
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Wie oben beschrieben ist, kann gemäß dem Laser-Überlappschweißverfahren für Teile aus verzinktem Stahlblech der vorliegenden Erfindung ein gleichmäßiger Spalt für die Abführung von Zinkdampf zwischen Verbindungsbereichen gepresster Teile mit dreidimensionaler Form einschließlich vieler geneigter und gekrümmter Bereiche stabil geformt werden und dadurch eine hervorragende Schweißqualität erreicht werden. Darüber hinaus kann das Laser-Überlappschweißverfahren unter den erforderlichen Mindest-Schweißbedingungen durchgeführt werden, wobei Gebrauchseigenschaften und eine Qualität erhalten werden, die mit denjenigen eines Punktschweißverfahrens vergleichbar sind. Daher kann ein Laser-Überlappschweißverfahren zu geringen Kosten als alternative Technik zu einem Punktschweißverfahren eingeführt werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1A ist eine perspektivische Ansicht, in der Teile aus verzinktem Stahlblech, die einem Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterziehen sind, dargestellt sind, bevor sie miteinander verbunden werden, und 1B ist ein entlang der Linie A-A in 1A genommener Querschnitt der Teile aus verzinktem Stahlblech, nachdem sie miteinander verbunden wurden.
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2A ist ein entlang der Linie B-B in 2B genommener Querschnitt, 2B ist eine Vorderansicht, in der die Teile aus verzinktem Stahlblech, die einem Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterziehen sind, dargestellt sind, und 2C ist eine vergrößerte Ansicht des Laserstrahl-Schweißverfahrens der Einheiten.
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3A ist ein Querschnitt, in dem ein Verfahren zum Prägen eines gratförmigen Vorsprungs dargestellt ist, 3B ist eine perspektivische Ansicht, in der der gratförmige Vorsprung veranschaulicht ist, und 3C ist ein Querschnitt, in dem ein eingespannter Zustand des gratförmigen Vorsprungs dargestellt ist.
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4A ist ein Querschnitt, und 4B ist eine perspektivische Ansicht, in denen ein trapezförmiger Vorsprung veranschaulicht ist.
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5A ist eine Draufsicht, in der die gratförmigen Vorsprünge neben einem abgesetzten Teil und das Laserscanning von Einheiten veranschaulicht ist, und 5B ist ein entlang der Linie B-B in 5A genommener Querschnitt.
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6A ist eine Draufsicht, in der die trapezförmigen Vorsprünge neben einem abgesetzten Teil und das Laserscanning von Einheiten veranschaulicht ist, und 6B ist ein entlang einer Linie B-B in 6A genommener Querschnitt.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten ausführlich unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
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1A veranschaulicht eine Heckschürze 10, die unterhalb einer Hecktüröffnung (oder einer Kofferraumdeckelöffnung) eines Kraftfahrzeugs zu positionieren ist, und ein Heckpartieelement, das an eine obere Außenfläche der Heckschürze 10 zu fügen ist, wobei beide ein Beispiel für Teile aus verzinktem Stahlblech darstellen, die einem Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterziehen sind. Dagegen sind in 1B die Teile aus verzinktem Stahlblech dargestellt, nachdem sie miteinander verbunden wurden.
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Die Heckschürze 10 weist an einem oberen Kantenteil davon einen Flansch 12 auf. Der Flansch 12 erstreckt sich in Richtung der Fahrzeugbreite und ragt in Richtung des Fahrzeughecks. Ein langgestreckter Verbindungsbereich 11, der sich in Richtung der Fahrzeugbreite erstreckt, ist an der Unterseite des Flansches 12 ausgebildet. Eine Kanalstruktur 14, die sich in Richtung der Fahrzeugbreite erstreckt, ist zwischen dem Verbindungsbereich 11 und dem Flansch 12 ausgebildet. Die Kanalstruktur 14 weist einen U-förmigen Querschnitt auf, der in Richtung Fahrzeugheck geöffnet ist. Ein Teil der Heckschürze 10 unterhalb des Verbindungsbereichs 11 ist praktisch derjenige Teil, der die Heckschürze bildet, und ein mittlerer Teil davon in Richtung der Fahrzeugbreite ist zu einem sich ausbauchenden Teil 13 ausgebildet, der sich in Richtung Fahrzeugheck so ausbaucht, dass ein Teil einer hinteren Wandung eines (nicht dargestellten) Reserveradgehäuses gebildet wird.
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Ein Heckpartieelement 20 weist Flansche 21 und 22 auf. Der Flansch 22 ist auf einem oberen Kantenteil des Heckpartieelement 20 ausgebildet. Der Flansch 22 erstreckt sich in Richtung der Fahrzeugbreite und ragt in Richtung des Fahrzeughecks. Der Flansch 21 ist an einem Teil am unteren Ende des Heckpartieelements 20 ausgebildet und erstreckt sich in Richtung der Fahrzeugbreite und ragt von dort nach unten. Dann wird, wie in den 1A und 1B veranschaulicht ist, der Flansch 22 des Heckpartieelements 20 überlappend mit einer unteren Fläche des Flansches 12 der Heckschürze 10 angeordnet, und der Flansch 21 des Heckpartieelements 20 wird überlappend mit dem Verbindungsbereich 11 der Heckschürze 10 angeordnet. Durch Einwirkenlassen eines unten beschriebenen Laser-Überlappschweißverfahrens auf die sich überlappenden Teile wird ein sich in Richtung der Fahrzeugbreite erstreckender geschlossener Querschnitt 15 zwischen der Kanalstruktur 14 der Heckschürze 10 und dem Heckpartieelement 20 gebildet. Die verschweißten und verbundenen Flansche 12 und 22 bilden dagegen zusammen einen Teil eines Flansches einer Hecktüröffnung, der sich entlang einer unteren Kante der Hecktüröffnung erstreckt.
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Eine große Zahl von Vorsprüngen 1 (1a, 1b) wird auf dem Verbindungsbereich 11 und auf der unteren Fläche des Flansches 12 der Heckschürze 10 ausgebildet, wobei in Längsrichtung davon Abstände ausgebildet werden, um Spalte für die Abführung von Zinkdampf einzuführen, der zum Zeitpunkt des Laser-Überlappschweißens zwischen den jeweiligen überlappenden Teilen 11, 21 bzw. 12, 22 gebildet wird.
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Diese Vorsprünge 1 (1a, 1b) sind zwischen Punkteinheiten ausgebildet, die in den 2A und 2B mit den Bezugszahlen 2e bezeichnet sind, d. h., den Punkteinheiten 2e, die den einzelnen Schweißpunkten entsprechen, die beim Verbinden der Heckschürze 10 und des Heckpartieelements 20 mittels Punktschweißen verwendet werden, damit sie einen Abstand zu den Punkteinheiten 2e aufweisen. Bei der Durchführung des Laserstrahlschweißens wird ein Laserscanning von Einheiten 2c an jeder der Punkteinheiten 2e durchgeführt, wobei beim Laserscanning von Einheiten 2c eine kreisrunde Form (eine gekrümmte Linienform oder eine C-Form) gezogen wird, welche die Punkteinheit 2e umgibt, wie in 2C veranschaulicht ist. Auf diese Weise ist es möglich, Verbindungsfestigkeiten zu erhalten, die äquivalent zu denjenigen im Fall eines Punktschweißens von zwei Teilen sind.
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Die Verbindung erfolgt im Fall des Punktschweißens im gesamten Teil innerhalb der Punkteinheit 2e, wobei beim oben beschriebenen Laserscanning von Einheiten 2c nur der Rand der Punkteinheit 2e verbunden wird, ohne dass im Inneren der Punkteinheit 2e eine Verbindung bewirkt wird. Beim Laserstrahlschweißen wird jedoch ein tieferes Verschmelzen des Metalls als beim Punktschweißen erreicht. Damit bestätigt sich, dass eine Verbindungsfestigkeit, die wenigstens äquivalent zu der durch Punktschweißen erhaltenen Festigkeit ist, durch ein oben beschriebenes Laserscanning von Einheiten 2c in kreisrunder Form erhalten werden kann.
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Hier ist es auch möglich, eine Verbindungsfestigkeit zu erhalten, die wenigstens äquivalent zu der durch Punktschweißen erhaltenen Festigkeit ist, indem ein Laserscanning von Einheiten in Form einer Bogenlinie oder in Form einer geraden Linie durchgeführt wird, wodurch ein Nahtbereich erhalten wird, der äquivalent zur Punkteinheit 2e ist, statt das oben beschriebene Laserscanning von Einheiten 2c durchzuführen. Wenn das Laserscanning von Einheiten jedoch in der Form durchgeführt wird, die signifikant aus der Punkteinheit 2e herausragt, kann sich das Festigkeitsverhalten ändern, weil eine solche Konfiguration praktisch dieselbe ist wie eine Verschiebung der Punkteinheit 2e. Dieses Problem hängt auch mit den Formen der Vorsprünge 1 (1a, 1b) zusammen. Dieser Punkt wird unten beschrieben.
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Die Heckschürze 10 wird durch Pressformen eines ausgestanzten verzinkten Blechs gebildet, und dann werden die Vorsprünge 1 (1a, 1b) unter Verwendung von Prägestempeln 3, die an einem Formwerkzeug für ein Prägeverfahren angebracht sind, gebildet. Obwohl die Darstellung in 3A im Vergleich zum tatsächlichen Verfahren umgedreht ist, wird der Vorsprung 1 (1a) gebildet, indem die Heckschürze 10 auf einem unteren Formwerkzeug einschließlich eines Formwerkzeugs 32 positioniert wird, wobei ein Loch in einer Position gebohrt ist, die einem Bearbeitungsbereich entspricht, und dann der Prägestempel 3 aus einem Loch, das in einen oberen Formwerkzeug 31 (einem Halteblock) gebohrt ist, so verschoben wird, dass der Prägestempel 3 das Stahlblech 11 in das Loch im Formwerkzeug 32 presst.
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Jeder der Vorsprünge 1 (1a, 1b) wird in Abhängigkeit von den Formen des Verbindungsbereichs 11 und des Flansches 12 sowie den Lagebeziehungen zu den Punkteinheiten 2e entweder zu einem gratförmigen Vorsprung 1a, wie in den 3A bis 3C und in den 5A und 5B veranschaulicht ist, oder zu einem trapezförmigen Vorsprung 1b, wie in den 4A und 4B veranschaulicht ist, geformt.
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Der gratförmige Vorsprung 1a umfasst eine Gratlinie 1c, die sich in einer senkrechten Richtung zur Längsrichtung des langgestreckten Verbindungsbereichs 11 und des Flansches 12 erstreckt, wie in 3B veranschaulicht ist. Die Gratlinie 1c wird erhalten, indem der gratförmige Vorsprung 1a mittels des Prägeverfahrens geformt wird, bei dem der Prägestempel 3 mit einer Spitze mit V-förmigen Querschnitt verwendet wird. Die erforderliche Mindestfläche für diesen gratförmigen Vorsprung 1a ist die Fläche, die in Längsrichtung des Verbindungsbereichs 11 und des Flansches 12 erforderlich ist, und daher ist der gratförmige Vorsprung 1a für einen Bereich geeignet, in dem ausreichend Platz aufgrund der Form des Verbindungsbereichs 11 oder des Flansches 12 nicht gewährleistet werden kann. Darüber hinaus besteht auch darin ein Vorteil, dass eine gleichmäßige Höhe g in Richtung der Gratlinie 1c unabhängig von den Neigungswinkeln der geneigten Flächen 11d, 11e erhalten wird.
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Dagegen umfasst der trapezförmige Vorsprung 1b eine kreisrunde Oberseite, die eben und breit ist, wie in 4B veranschaulicht ist. Die kreisrunde Oberseite wird erhalten, indem der trapezförmige Vorsprung 1b durch das Prägeverfahren gebildet wird, bei dem ein (nicht dargestellter) Prägestempel mit einer ebenen, kreisförmigen Fläche am oberen Ende verwendet wird. Dieser trapezförmige Vorsprung 1b weist dahingehend einen Vorteil auf, als ein Fügepartner 20 mittels der ebenen Oberseite stabil abgestützt werden kann. Aus diesem Grund besteht ein Vorteil darin, dass ein gleichmäßiger Spalt g im überlappenden Bereich sogar dadurch beibehalten werden kann, dass die Abstände der trapezförmigen Vorsprünge 1b vergrößert werden und dadurch die Anzahl der zu formenden Vorsprünge 1 im Vergleich zur Positionierung der gratförmigen Vorsprünge 1a nebeneinander verringert wird. Hier kann der trapezförmige Vorsprung 1b auch zu anderen Formen als der kreisrunden Form geformt werden. Die kreisrunde Form weist jedoch hinsichtlich der Bearbeitbarkeit einen Vorteil auf.
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Der Verbindungsbereich 11 und der Flansch 12 der Heckschürze 10, die mit den oben beschriebenen jeweiligen Vorsprüngen 1a, 1b versehen sind, überlappen mit den Flanschen 21 und 22 des Heckpartieelements 20, wodurch der vorbestimmte Spalt g in den überlappenden Teilen gebildet wird. Darüber hinaus werden die beiden jeweiligen in den 2A und 2B veranschaulichten Punkteinheiten 2e nacheinander einem Laserscanning von Einheiten 2c unterzogen, während die Heckschürze 10 und das Heckpartieelement 20 an mehreren Positionen entlang der überlappenden Teile eingespannt sind. Somit werden die Heckschürze 10 und das Heckpartieelement 20 miteinander verschweißt und verbunden. Obwohl keine spezielle Einschränkung besteht, ist ein Remote-Scanner-Schweißverfahren mit einer Laserstrahl-Schweißmaschine mit optischem Scanning unter Verwendung eines Galvanoscanners aufgrund einer Konfiguration, die eine vielfach wiederholte Durchführung eines Laserscannings von Einheiten 2c mit konstanter Form ermöglicht, bevorzugt.
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Als Nächstes wird speziell die Ausführung der jeweiligen Vorsprünge 1a und 1b beschrieben. In der Heckschürze 10, die in den 2A und 2B veranschaulicht ist, werden aufgrund der vergleichsweise großen Abstände der Punkteinheiten 2e die trapezförmigen Vorsprünge 1b an flachen Flächen 11a und 11c des Verbindungsbereichs 11 und an flachen Flächen 12a und 12c des Flansches 12 gebildet. Natürlich können an diesen jeweiligen Flächen anstelle der trapezförmigen Vorsprünge 1b die gratförmigen Vorsprünge 1a gebildet werden. Dennoch ist es in diesem Fall bevorzugt, einen Abschnitt auf der flachen Fläche 12c und dergleichen des Flansches 12 beispielsweise dann, wenn große Abstände zwischen den trapezförmigen Vorsprüngen 1b vorliegen, um einen der gratförmigen Vorsprünge 1a oder der trapezförmigen Vorsprünge 1b zu ergänzen. In anderen Worten werden einige der Vorsprünge in diesem Abschnitt weggelassen, indem die trapezförmigen Vorsprünge 1b kontinuierlich gebildet werden.
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Andererseits werden die gratförmigen Vorsprünge 1a auf den geneigten Flächen 11d und 11e des Verbindungsbereichs 11 unabhängig von den Abständen der Punkteinheiten 2e geformt. In diesem Abschnitt können keine trapezförmigen Vorsprünge 1b geformt werden. Wenn in diesem Abschnitt die trapezförmigen Vorsprünge 1b statt der gratförmigen Vorsprünge 1a gebildet werden, ändern sich die tatsächlichen Höhen der Vorsprünge durch die Neigungen der geneigten Flächen 11a und 11e. Somit kann der gewünschte Spalt nicht erhalten werden.
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An einem abgesetzten Teil 11b des Verbindungsbereichs 11 und einem abgesetzten Teil 12b des Flansches 12 können keine Vorsprünge gebildet werden. Weil diese Teile 11b, 12b mit transformierter Form darüber hinaus für die Festigkeit wichtig sind, befinden sich die Schweißpunkte (die Punkteinheiten 2e) vergleichsweise nah an diesen Teilen. Wenn die trapezförmigen Vorsprünge 1b neben einem der Teile mit transformierter Form oder insbesondere beispielsweise in dem in den 6A und 6B veranschaulichten abgesetzten Teil 12b ausgeformt sind, kann ein Laserscanning von Einheiten 2c, die die Punkteinheiten 2e umgeben, nicht durchgeführt werden. Weil die Oberseite des trapezförmigen Vorsprungs 1b gegen einen Fügepartner (den Flansch 22) gepresst wird, ohne dass ein Spalt vorhanden ist, kann durch Bestrahlung mit einem Laser gebildetes Zinkgas nicht abgeführt werden.
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Wenn das Laserscanning von Einheiten zur Vermeidung der obigen Situation entfernt von den trapezförmigen Vorsprüngen 1b durchgeführt wird, wie durch die Bezugszahl 2c' in den 6A und 6B veranschaulicht ist, ist der Schweißpunkt (Laserscanning der Einheit 2c') vom abgesetzten Teil 12b entfernt. Für die Bildung des trapezförmigen Vorsprungs 1b mit einem Durchmesser d = 4 mm ist ein durch einen Durchmesser dw = 5 mm definierter Bereich erforderlich, wie in 4A veranschaulicht ist. Weiterhin muss der trapezförmige Vorsprung 1b etwa 1 mm vom oberen Ende des abgesetzten Teils 12b entfernt sein, damit der trapezförmige Vorsprung 1b stabil geprägt werden kann. Folglich muss das Laserscanning der Einheit 2c' wenigstens 6 mm vom oberen Ende des abgesetzten Teils 12b entfernt durchgeführt werden.
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Folglich werden die gratförmigen Vorsprünge 1a am abgesetzten Teil 11b des Verbindungsbereichs 11 bzw. am abgesetzten Teil 12b des Flansches 12 jeweils an Teilen der flachen Flächen 11a, 11c bzw. 12a, 12c nahe den beiden Seiten der abgesetzten Teile 11b bzw. 12b geformt. Wie in den 5A und 5B veranschaulicht ist, kann im Fall des gratförmigen Vorsprungs 1a ein Laserscanning von Einheiten 2c an einer 2 bis 3 mm vom oberen Ende des abgesetzten Teils 12b entfernten Position sogar dann durchgeführt werden, wenn der Vorsprung 1a an einer 1 mm vom oberen Ende des abgesetzten Teils 12b entfernten Position geprägt wird. Im Fall eines typischen Punktschweißverfahrens ist ein Bearbeitungsrand vorhanden, und innerhalb dieses Bearbeitungsrandes kann der gratförmige Vorsprung 1a mit einer Breite W gleich etwa 1 mm geformt werden. Daher ist es nicht nötig, die Position des Laserscannings von Einheiten 2c von der ursprünglichen Position der Punkteinheit 2e zu verschieben.
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Zusätzlich zu den Teilen mit transformierter Form wie den oben beschriebenen abgesetzten Teilen 11b und 12b können die gratförmigen Vorsprünge 1a in der Nähe der Schweißpunkte (der Punkteinheiten 2e) nahe den Enden der Flansche ausgebildet werden, ohne die Position des Laserscannings von Einheiten 2c oder das Festigkeitsverhalten zu ändern.
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In dieser Ausführungsform muss der Spalt zwischen den Verbindungsbereichen in einem Bereich g = 0,15 ± 0,05 mm (0,1 bis 0,2 mm) gehalten werden, damit eine vorteilhafte Schweißqualität erhalten wird, wenn die Länge eines jeden gratförmigen Vorsprungs gleich 8 mm ist, wobei dessen Breite w gleich 1 mm ist, der Durchmesser d der Oberseite eines jeden trapezförmigen Vorsprungs 1b gleich 4 mm ist und die Höhe eines jeden der Vorsprünge 1a, 1b gleich 0,15 mm ist. Im Fall der Verwendung von verzinkten Blechen mit einer Dicke im Bereich von 0,6 bis 1,2 mm kann der Spalt g zwischen den Verbindungsbereichen im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm gehalten werden, indem der Abstand D1 gleich 30 mm oder kleiner eingestellt wird, wenn die gratförmigen Vorsprünge 1a sich nebeneinander befinden.
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Wenn sich die gratförmigen Vorsprünge 1a und die trapezförmigen Vorsprünge 1b andererseits nebeneinander befinden und wenn sich die trapezförmigen Vorsprünge 1b nebeneinander befinden, kann der Spalt g zwischen den Verbindungsbereichen einfach dadurch im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm gehalten werden, dass der Abstand D2 gleich oder kleiner als 60 mm eingestellt wird, was zwei Mal so lang wie der Abstand D1 ist. Diese Zahlen sind im Vergleich zu einem Durchmesser von 6 mm, der im Fall eines typischen Punktschweißverfahrens auf Punkteinheiten 2e anwendbar ist, jeweils äquivalent zum Fünffachen oder weniger (hinsichtlich D1) und zum Zehnfachen oder weniger (hinsichtlich D2). Wenn folglich die ebene Fläche über den Abschnitt, der äquivalent zum oben beschriebenen Abstand D2 ist, gewährleistet ist, kann die Anzahl der zu formenden Vorsprünge vermindert werden, indem die trapezförmigen Vorsprünge 1b ausgebildet werden, und mehrere Sitzungen von Laserscannings von Einheiten 2c können zwischen den einander benachbarten Vorsprüngen durchgeführt werden.
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In der Ausführungsform ist das Beispiel des Schweißens und Verbindens der Heckschürze 10 und des Heckpartieelements 20 eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise jedoch auch auf das Schweißen und Verbinden anderer Blechelemente von Fahrzeugkarosserien, Bestandteile, Verstärkungselemente und Halterungen von Kraftfahrzeugen und darüber hinaus auf verschiedene andere Teile aus verzinktem Stahlblech, die zu einer dreidimensionalen Form pressgeformt werden, anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorsprung
- 1a
- gratförmiger Vorsprung
- 1b
- trapezförmiger Vorsprung
- 1c
- Gratlinie
- 2a
- Laser
- 2c
- Einheit
- 2e
- Punkteinheit
- 3
- Prägestempel
- 10
- Heckschürze
- 11
- Verbindungsbereich
- 11a
- flache Fläche
- 11b
- abgesetztes Teil
- 11c
- flache Fläche
- 11d
- geneigte Fläche
- 11e
- geneigte Fläche
- 12
- Flansch/Verbindungsbereich
- 13
- ausbauchendes Teil
- 14
- Kanalstruktur
- 15
- Querschnitt
- 20
- Heckpartieelement
- 21
- Flansch/Verbindungsbereich
- 22
- Flansch/Verbindungsbereich
- 31
- oberes Formwerkzeug
- 32
- unteres Formwerkzeug
