BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGENREFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Die Anmeldung beansprucht die Vorteile der provisorischen US-Anmeldung mit der Serien-Nr. 61/780,096, die am 13. März 2013 eingereicht wurde, und jene der nichtprovisorischen US-Anmeldung mit der Serien-Nr. 14/204,281, die am 11. März 2014 eingereicht wurde.The application claims the benefits of US Provisional Application Ser. No. 61 / 780,096, filed Mar. 13, 2013, and those of Non-provisional U.S. Application Ser. 14 / 204,281 filed on March 11, 2014.
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Offenbarung betrifft generell Zündkerzen und betrifft insbesondere das Aneinanderschweißen von Masseelektroden und Metallhüllen.The disclosure generally relates to spark plugs, and more particularly relates to welding together ground electrodes and metal sheaths.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Zündkerzen können dazu verwendet werden, um eine Verbrennung in Verbrennungsmotoren einzuleiten. Zündkerzen zünden typischerweise ein Gas, wie ein Luft/Brennstoff-Gemisch, in einem Motorzylinder oder einer Verbrennungskammer, indem ein Funken quer über eine Funkenstrecke erzeugt wird, die zwischen zwei oder mehr Elektroden definiert ist. Das Zünden des Gases mittels des Funkens ruft eine Verbrennungsreaktion in dem Motorzylinder hervor, die den Leistungshub des Motors hervorruft. Die hohen Temperaturen, die hohen elektrischen Spannungen, die schnelle Wiederholung von Verbrennungsreaktionen, und das Vorhandensein von korrosiven Materialien in den Verbrennungsgasen können eine raue Umgebung erzeugen, innerhalb der die Zündkerze funktionieren muss.Spark plugs can be used to initiate combustion in internal combustion engines. Spark plugs typically ignite a gas, such as an air / fuel mixture, in an engine cylinder or combustion chamber by generating a spark across a spark gap defined between two or more electrodes. The ignition of the gas by the spark causes a combustion reaction in the engine cylinder, which causes the power stroke of the engine. The high temperatures, high electrical voltages, rapid repetition of combustion reactions, and the presence of corrosive materials in the combustion gases can create a harsh environment within which the spark plug must operate.
Zündkerzen beinhalten typischerweise eine oder mehrere Masseelektroden und eine Metallhülle, die andere Komponenten der Zündkerze lagert. Die Masseelektroden sind traditionell an den Metallhüllen über einen Widerstandsschweißprozess angebracht worden. Obgleich das Widerstandsschweißen funktioniert hat, kommt es manchmal vor, dass geschmolzenes Material lateral extrudiert wird, wenn die Masseelektroden und die Hüllen aufgeschmolzen und zusammengedrückt werden. Das extrudierte Material kann es dann erforderlich machen, dass es in einem anschließenden Metallbearbeitungsprozess entfernt wird - dieser Schritt wird manchmal als Schweiß-Grat- bzw. Schweiß-Flash-Entfernung bezeichnet. Dies kann insbesondere dann gelten, wenn gewisse Nickel-basierte Legierungen involviert sind, wie jene, die den Namen Inconel® 601 tragen.Spark plugs typically include one or more ground electrodes and a metal shell supporting other components of the spark plug. The ground electrodes have traditionally been attached to the metal sheaths via a resistance welding process. Although resistance welding has worked, it sometimes happens that molten material is laterally extruded as the ground electrodes and sheaths are melted and compressed. The extruded material may then require it to be removed in a subsequent metalworking process - this step is sometimes referred to as weld flash removal. This can be especially true when certain nickel-based alloys are involved, such as those bearing the name Inconel® 601.
Das Dokument US 2008/0238283 A1 offenbart eine Zündkerze, bei der eine Metallhülle mit einer Masseelektrode mittels einer Laser-Schweißung verbunden ist.The document US 2008/0238283 A1 discloses a spark plug in which a metal shell is connected to a ground electrode by means of a laser weld.
Eine weitere Zündkerze, die aus dem Dokument WO 2011/123229 A1 bekannt geworden ist, weist eine Masseelektrode auf, die durch eine Schweißverbindung mit dem distalen Ende der Metallhülle verbunden ist, wobei die Schweißverbindung eine Widerstandsschweißverbindung und eine Laserschweißverbindung beinhaltet.Another spark plug coming out of the document WO 2011/123229 A1 has disclosed a ground electrode, which is connected by a welded connection to the distal end of the metal shell, wherein the welded joint includes a resistance welded joint and a laser welded joint.
Das Dokument DE 600 26 304 T2 offenbart einen weiteren Zündkerzenkörper mit bimetallischer Masseelektrode und offenbart eine Laserschweiß-Verbindung.The document DE 600 26 304 T2 discloses another bimetallic ground electrode spark plug body and discloses a laser welding joint.
ÜBERSICHTOVERVIEW
Es ist vor diesem obigen Hintergrund eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Zündkerze sowie ein verbessertes Verfahren zum Zusammenbauen einer Zündkerze anzugeben.It is an object of the invention to provide an improved spark plug and an improved method of assembling a spark plug in view of the above background.
Diese Aufgabe wird durch eine Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, sowie durch ein Verfahren zum Assemblieren bzw. Zusammenbauen einer Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 12.Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet eine Zündkerze eine Metallhülle, die eine axiale Bohrung aufweist, einen Isolator, der eine axiale Bohrung aufweist, eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode. Der Isolator ist teilweise oder mehr innerhalb der Axialbohrung der Metallhülle angeordnet, und die Mittelelektrode ist teilweise oder mehr innerhalb der axialen Bohrung des Isolators angeordnet. Die Masseelektrode ist an der Metallhülle mittels einer Schmelzschweißverbindung angebracht, und zwar an einer Schnittstelle zwischen der Masseelektrode und der Metallhülle. Die Schmelzschweißverbindung beinhaltet eine oder mehrere Laser-Keyhole-Schweißung(en). Die Laser-Keyhole-Schweißung(en) beinhaltet bzw. beinhalten Material der Metallhülle und Material der Masseelektrode, und zwar verfestigt in einer temporären Kavität, die über das Auftreffen eines Laserstrahls erzeugt wird, der die Laser-Keyhole-Schweißung(en) erzeugt.This object is solved by a spark plug having the features of claim 1, and by a method of assembling a spark plug having the features of claim 12. According to one embodiment, a spark plug includes a metal shell having an axial bore, an insulator, which has an axial bore, a center electrode and a ground electrode. The insulator is partially or more disposed within the axial bore of the metal shell, and the center electrode is partially or more disposed within the axial bore of the insulator. The ground electrode is attached to the metal shell by fusion welding, at an interface between the ground electrode and the metal shell. The fusion weld joint includes one or more laser keyhole welds. The laser keyhole weld (s) include material of the metal shell and material of the ground electrode, solidified in a temporary cavity created by the impact of a laser beam producing the laser keyhole weld (s).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine Zündkerze eine Metallhülle mit einer axialen Bohrung, einen Isolator mit einer axialen Bohrung, eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode auf. Der Isolator ist teilweise oder mehr innerhalb der axialen Bohrung der Metallhülle angeordnet, und die Mittelelektrode ist teilweise oder mehr innerhalb der axialen Bohrung des Isolators angeordnet. Die Masseelektrode ist an der Metallhülle mittels einer Schmelzschweißverbindung angebracht, und zwar an einer Schnittstelle zwischen der Masseelektrode und der Metallhülle. Die Schmelzschweißverbindung beinhaltet mehrfache individuelle Laser-Schweißsegmente, und jedes individuelle Laser-Schweißsegment erstreckt sich über die Schnittstelle zwischen der Masseelektrode und der Metallhülle, und zwar an einem unterschiedlichen Ort entlang der Schnittstelle.According to another embodiment, a spark plug has a metal shell with an axial bore, an insulator with an axial bore, a center electrode, and a ground electrode. The insulator is partially or more disposed within the axial bore of the metal shell, and the center electrode is partially or more disposed within the axial bore of the insulator. The ground electrode is attached to the metal shell by fusion welding, at an interface between the ground electrode and the metal shell. The fusion weld joint includes multiple individual laser weld segments, and each individual laser weld segment extends across the interface between the ground electrode and the substrate Metal shell, at a different location along the interface.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Montieren bzw. Zusammenbauen einer Zündkerze einige Schritte. Ein Schritt beinhaltet das Bereitstellen einer Metallhülle, eines Isolators, einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode. Ein weiterer Schritt beinhaltet das Ausrichten der Masseelektrode mit einem freien Ende der Metallhülle. Ein weiterer Schritt beinhaltet das positionsmäßige Festlegen der Masseelektrode und der Metallhülle aneinander, und zwar an dem freien Ende der Metallhülle. Noch ein weiterer Schritt beinhaltet das Erzeugen von einer oder mehreren Laser-Keyhole-Schweißung(en), und zwar an einer Schnittstelle zwischen der Masseelektrode und der Metallhülle. Die Laser-Keyhole-Schweißung(en) beinhaltet bzw. beinhalten verfestigtes Material der Masseelektrode und verfestigtes Material der Metallhülle.According to yet another embodiment, a method of assembling a spark plug includes some steps. One step involves providing a metal shell, an insulator, a center electrode, and a ground electrode. Another step involves aligning the ground electrode with a free end of the metal shell. Another step involves positionally fixing the ground electrode and the metal shell to each other at the free end of the metal shell. Yet another step involves generating one or more laser keyhole welds, at an interface between the ground electrode and the metal shell. The laser keyhole weld (s) include solidified material of the ground electrode and solidified material of the metal shell.
Figurenlistelist of figures
Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
- 1 eine Teil-Querschnittsansicht einer beispielhaften Zündkerze ist;
- 2 ein Flussdiagramm ist, das unterschiedliche Schritte oder Stufen eines beispielhaften Verfahrens zum Anbringen einer Masseelektrode an einer Metallhülle mittels einer Laser-Keyhole-Schweißung darstellt, und wobei das Verfahren in Verbindung mit der Zündkerze der 1 verwendet werden kann;
- 3 eine Seitenansicht ist, die eine beispielhafte Metallhüllenanordnung mit einer Masseelektrode ist, die an der Metallhülle mittels einer Laser-Keyhole-Schweißung gemäß dem Verfahren der 2 angebracht ist;
- 4 eine vergrößerte Ansicht einer beispielhaften Laser-Keyhole-Schweißung ist, die gemäß dem Verfahren der 2 gebildet ist; und
- 5-8 perspektivische Ansichten sind, die unterschiedliche Nahtmuster („stitching patterns“) für eine Laser-Keyhole-Schweißung zeigen, die gemäß dem Verfahren der 2 gebildet ist.
Preferred exemplary embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, wherein like numerals denote like elements, and wherein: - 1 FIG. 4 is a partial cross-sectional view of an exemplary spark plug; FIG.
- 2 FIG. 5 is a flowchart illustrating different steps or stages of an exemplary method of attaching a ground electrode to a metal shell by laser keyhole welding, and wherein the method in conjunction with the spark plug of FIG 1 can be used;
- 3 FIG. 12 is a side view illustrating an exemplary metal shell assembly having a ground electrode attached to the metal shell by laser keyhole welding in accordance with the method of FIG 2 is appropriate;
- 4 an enlarged view of an exemplary laser keyhole weld, which according to the method of 2 is formed; and
- 5-8 are perspective views showing different stitching patterns for a laser keyhole weld, which according to the method of 2 is formed.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Die vorliegend beschriebene Zündkerze beinhaltet eine Schmelzschweißverbindung bzw. Schmelzschweißfügeverbindung mit einer Laser-Keyhole-Schweißverbindung bzw. -Schweißung („laser keyhole weld“) bzw. Lasertiefschweißverbindung, die eine Masseelektrode an einer Metallhülle anbringt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die Laser-Keyhole-Schweißung gebildet durch einen Laser mit hoher Energiedichte, wie einen Faserlaser, und führt zu einer Schmelzschweißverbindung („fused weld joint“) an der Schnittstelle von Metallhülle und Masseelektrode, wobei diese Schmelzschweißverbindung eine Anzahl von erwünschten Qualitäten bzw. Eigenschaften zeigen kann. Die Laser-Keyhole-Schweißung kann als ein Ersatz für oder zusätzlich zu standardmäßig verwendeten Masseelektroden-Anbringungstechniken und -Prozessen verwendet werden. Die Laser-Keyhole-Schweißung kann die Anbringungsfestigkeit der Masseelektrode verbessern, als auch die thermische und elektrische Leitfähigkeit über die Schnittstelle zwischen Metallhülle und Masseelektrode. Dies kann unterschiedlich sein, und zwar beispielsweise gegenüber gewissen Festkörperschweißverbindungen, bei denen geschmolzene Materialien hauptsächlich molekular gebunden sind, ohne dass die Materialien notwendigerweise über ihre jeweiligen Schmelztemperaturen hinaus erwärmt und miteinander verschmolzen werden. Aufgrund der Präzision eines Lasers mit hoher Energiedichte kann es sein, dass keine Notwendigkeit für eine Schweißgrat-Entfernung besteht, nachdem die Laser-Keyhole-Schweißverbindung gebildet ist.The spark plug described herein includes a fusion weld joint with a laser keyhole weld that applies a ground electrode to a metal shell. According to an exemplary embodiment, the laser keyhole weld is formed by a high energy density laser, such as a fiber laser, and results in a fused weld joint at the interface of the metal shell and ground electrode, which fusion weld compound has a number of desirable ones Qualities or characteristics can show. The laser keyhole weld can be used as a substitute for or in addition to standard ground electrode attachment techniques and processes. The laser keyhole weld can improve the attachment strength of the ground electrode as well as the thermal and electrical conductivity across the metal shell to ground electrode interface. This may be different, for example, from certain solid state welded joints in which molten materials are primarily molecularly bonded without necessarily warming and fusing the materials beyond their respective melting temperatures. Due to the precision of a high energy density laser, there may be no need for weld burr removal after the laser keyhole weld is formed.
Eine beispielhafte Zündkerze ist in 1 dargestellt, wobei eine Schmelzschweißverbindung mit einer Laser-Keyhole-Schweißung verwendet wird, um eine Masseelektrode an eine Zündkerzenhülle zu fügen oder daran anzubringen. In dieser besonderen Ausführungsform beinhaltet die Zündkerze 10 eine Mittelelektrode 12, einen Isolator 14, eine Metallhülle 16 und einen Massedraht oder eine Masseelektrode 18. Weitere Komponenten der Zündkerze können einen Anschlussbolzen, einen Innenwiderstand, verschiedene Innendichtungen („gaskets“), innere Dichtungen („seals“) sowie Edelmetall-Zündspitzen beinhalten, die Fachleuten sämtlich bekannt sind. Die Mittelelektrode 12 ist eine elektrisch leitfähige Komponente und ist generell innerhalb einer axialen Bohrung 24 des Isolators 14 angeordnet, und weist einen Endabschnitt auf, der außerhalb des Isolators freiliegen kann, und zwar in der Nähe eines Zündendes der Zündkerze 10. Der Isolator 14 ist generell innerhalb einer axialen Bohrung der Metallhülle 16 angeordnet und kann einen Endnasenabschnitt aufweisen, der außerhalb der Hülle angeordnet ist, und zwar in der Nähe des Zündendes der Zündkerze 10. Der Isolator 14 ist vorzugsweise aus einem isolierenden Material wie einer keramischen Zusammensetzung hergestellt, das die Mittelelektrode 12 gegenüber der Metallhülle 16 elektrisch isoliert. An der Mittel- und der Masseelektrode 12, 18 können jeweils Zündspitzen 20, 22 angebracht sein, und zwar in Abhängigkeit von dem gewünschten Zündkerzendesign, wobei die Zündspitzen dazu beitragen können, eine Funkenstrecke zu bilden, also dort, wo ein Funken während des Betriebs des Motors den Verbrennungsprozess initiiert. Die Zündspitzen 20 und 22 sind jedoch optional, da die Funkenstrecke durch Funkenbildungsflächen der Mittelelektrode 12, der Masseelektrode 18 oder beider Elektroden definiert sein könnte.An exemplary spark plug is in 1 using a fusion weld joint with a laser keyhole weld to attach or attach a ground electrode to a spark plug shell. In this particular embodiment, the spark plug includes 10 a center electrode 12 , an insulator 14 , a metal shell 16 and a ground wire or a ground electrode 18 , Other components of the spark plug may include a terminal stud, internal resistance, various gaskets, internal seals, and precious metal firing tips, all of which are well known to those skilled in the art. The center electrode 12 is an electrically conductive component and is generally within an axial bore 24 of the insulator 14 disposed, and has an end portion which can be exposed outside the insulator, in the vicinity of a firing end of the spark plug 10 , The insulator 14 is generally within an axial bore of the metal shell 16 disposed and may have an Endnasenabschnitt which is disposed outside of the shell, in the vicinity of the ignition end of the spark plug 10 , The insulator 14 is preferably made of an insulating material such as a ceramic composition comprising the center electrode 12 opposite the metal shell 16 electrically isolated. At the middle and ground electrodes 12 . 18 can each ignition tips 20 . 22 Depending on the desired spark plug design, the ignition tips can contribute to a Spark gap, where a spark during operation of the engine initiates the combustion process. The firing tips 20 and 22 however, are optional because the spark gap is due to sparking surfaces of the center electrode 12 , the earth electrode 18 or both electrodes could be defined.
Die Mittelelektrode 12 und/oder die Masseelektrode 18 können eine Nickel-basierte externe Umhüllungsschicht und einen Kupfer-basierten inneren wärmeleitenden Kern aufweisen. Einige nicht einschränkende Beispiele von Nickel-basierten Materialien, die in Verbindung mit der Mittelelektrode 12 und/oder der Masseelektrode 18 verwendet werden können, beinhalten Legierungen, die zusammengesetzt sind aus Nickel (Ni), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Aluminium (AI), Mangan (Mn), Silizium (Si), und jede geeignete Legierung oder Kombination hiervon, wie jene Ni-basierte Legierungen, die gewöhnlich als Inconel® 600 und 601 bezeichnet werden. Der innere wärmeleitende Kern kann aus reinem Kupfer (Cu) sein, aus Cu-basierten Legierungen, oder aus einem gewissen anderen Material mit einer geeigneten thermischen Leitfähigkeit. Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel beinhaltet die Masseelektrode 18 eine Ni-basierte externe Umhüllungsschicht und einen Cu-basierten inneren wärmeleitenden Kern, wobei die äußere Umhüllungsschicht aus einer Ni-basierten Legierung hergestellt ist, die mehr als etwa 55 Gew.-% plus Ni und mehr als etwa 20 Gew.-% Cr aufweist. Diese Art von Nickelbasiertem Elektrodenmaterial mit hohem Chromanteil zeigt eine gute Festigkeit, als auch erwünschte Charakteristika hinsichtlich Korrosion und Erosion. Natürlich sind andere Materialien gewiss möglich, einschließlich von Mittel- und/oder Masseelektroden, die mehr als einen inneren wärmeleitenden Kern aufweisen, oder überhaupt keinen inneren wärmeleitenden Kern.The center electrode 12 and / or the ground electrode 18 may include a nickel-based external cladding layer and a copper-based internal thermally conductive core. Some non-limiting examples of nickel-based materials used in conjunction with the center electrode 12 and / or the ground electrode 18 include alloys composed of nickel (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), aluminum (Al), manganese (Mn), silicon (Si), and any suitable alloy or combination thereof, such as those Ni-based alloys commonly referred to as Inconel® 600 and 601. The inner heat-conducting core may be pure copper (Cu), Cu-based alloys, or some other material having suitable thermal conductivity. By way of non-limiting example, the ground electrode includes 18 a Ni-based external cladding layer and a Cu-based inner thermally conductive core, wherein the outer cladding layer is made of a Ni-based alloy having more than about 55 wt% plus Ni and more than about 20 wt% Cr , This type of high chromium nickel-based electrode material exhibits good strength as well as desirable corrosion and erosion characteristics. Of course, other materials are certainly possible, including center and / or ground electrodes having more than one inner heat-conducting core, or no inner heat-conducting core at all.
Die Metallhülle 16 stellt eine äußere Struktur für die Zündkerze 10 bereit und kann Gewindegänge zur Installation in und zur elektrischen Kommunikation mit einem zugeordneten Motor aufweisen. Die Metallhülle 16 kann aus einer Stahllegierung oder einem beliebigen anderen geeigneten Material hergestellt sein, und kann ferner auch mit einer Zink-basierten oder Nickel-basierten Legierungsbeschichtung beschichtet sein, um ein Beispiel zu nennen. Die Masseelektrode 18 ist an einem freien Ende 28 der Metallhülle 16 angebracht, und zwar an einer Schnittstellengrenze oder einer Schnittstelle 34 zwischen der Masseelektrode 18 und der Metallhülle 16, und kann als fertiggestelltes Produkt eine beliebige einer Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen aufweisen, einschließlich der herkömmlichen Konfiguration mit J-Spalt bzw. L-Spalt, die in 1 gezeigt ist. Die Schnittstelle 34 ist eine Fläche-an-Fläche-Schnittstelle zwischen der Masseelektrode 18 und der Metallhülle 16.The metal shell 16 represents an outer structure for the spark plug 10 ready and can have threads for installation in and for electrical communication with an associated engine. The metal shell 16 may be made of a steel alloy or any other suitable material, and may also be coated with a zinc-based or nickel-based alloy coating, for example. The ground electrode 18 is at a free end 28 the metal shell 16 attached, at an interface boundary or an interface 34 between the ground electrode 18 and the metal shell 16 , and as a finished product may have any one of a number of different configurations, including the conventional J-gap or L-gap configuration disclosed in U.S. Patent Nos. 5,496,074; 1 is shown. the interface 34 is an area-to-area interface between the ground electrode 18 and the metal shell 16 ,
Ein beispielhafter Masseelektroden-Anbringungsprozess 100 ist diagrammartig in 2 und bildlich in 3 dargestellt. Beginnend mit Schritt 102 wird die Masseelektrode 18 mit dem freien Ende 24 der Metallhülle 16 ausgerichtet. Wie es in 3 gezeigt ist, kann die Masseelektrode 18 orthogonal in Bezug auf das freie Ende 28 der Metallhülle 16 ausgerichtet werden, so dass ein Winkel α von etwa 90° gebildet wird. Diese Ausrichtung kann manuell vollzogen werden, oder kann das Ergebnis eines präziseren automatisierten Prozesses sein, der eine Kamera-basierte Positioniervorrichtung oder dgl. verwendet, um für das System eine Rückkopplung bereitzustellen. Der Schritt 102 kann auch beinhalten, die Masseelektrode 18 radial in Bezug auf das freie Ende 18 auszurichten (radial bezieht sich hier auf die generell zylindrische Form der Zündkerze 10).An exemplary ground electrode attachment process 100 is diagrammatic in 2 and figuratively in 3 shown. Starting with step 102 becomes the ground electrode 18 with the free end 24 the metal shell 16 aligned. As it is in 3 is shown, the ground electrode 18 orthogonal with respect to the free end 28 the metal shell 16 be aligned so that an angle α of about 90 ° is formed. This alignment may be accomplished manually, or may be the result of a more precise automated process using a camera-based positioning device or the like to provide feedback to the system. The step 102 may also include the ground electrode 18 radially with respect to the free end 18 to align (radially refers here to the generally cylindrical shape of the spark plug 10 ).
Die Masseelektrode 18 wird dann positionsmäßig an dem freien Ende 28 der Metallhülle 16 festgelegt, wie es im Schritt 104 der 2 beschrieben ist. Dies kann mittels einer vorläufigen Widerstandsschweißung, einer Vorsprungschweißung („projection weld“) oder einer Heftschweißung („tack weld“) der Masseelektrode 18 an dem freien Ende 28 der Metallhülle 16 erfolgen. Im Falle einer Vorsprungschweißung kann ein Vorsprung oder ein anderes vorstehendes Schweißelement an der Masseelektrode 18, der Metallhülle 16 oder an beiden verwendet werden, aus Gründen der Herstellungsmachbarkeit ist der Vorsprung vorzugsweise Teil der Metallhülle. Eine derartige Schweißung kann eine anfängliche Schweißverbindung erzeugen, die anschließend durchgeschweißt oder mit einer zusätzlichen Schmelzschweißverbindung verstärkt werden kann, wie es nachstehend erläutert wird. Es sollte sich jedoch verstehen, dass andere Festlegungsverfahren verwendet werden können, wie ein mechanisches Klemmen oder eine beliebige andere temporäre Haltetechnik, die nicht notwendigerweise Schweißen beinhaltet. Schritt 104 erzeugt ein temporäres Festlegen zwischen der Metallhülle 16 und der Masseelektrode 18. Das temporäre Festlegen erleichtert das permanente Festlegen in darauf folgenden Schritten. Ferner ist zu verstehen, dass der Ausrichtungsschritt 102 und der Festlegungsschritt 104 von der gleichen Vorrichtung gleichzeitig durchgeführt werden können.The ground electrode 18 then becomes positional at the free end 28 the metal shell 16 set as it is in the step 104 the 2 is described. This may be accomplished by preliminary resistance welding, projection weld, or tack weld of the ground electrode 18 at the free end 28 the metal shell 16 respectively. In the case of a projection weld, a protrusion or other protruding welding element may be attached to the ground electrode 18 , the metal shell 16 or both, for manufacturing reasonability, the projection is preferably part of the metal shell. Such a weld may create an initial weld joint which may subsequently be through-welded or reinforced with an additional fusion weld joint, as discussed below. It should be understood, however, that other attachment methods may be used, such as mechanical clamping or any other temporary retention technique that does not necessarily involve welding. step 104 creates a temporary fix between the metal shell 16 and the ground electrode 18 , Temporary setting makes permanent setting easier in subsequent steps. It should also be understood that the alignment step 102 and the setting step 104 can be performed simultaneously by the same device.
Im Schritt 106 wird ein konzentrierter und hochenergiedichter Laser dazu verwendet, um an der Schnittstelle 34 zwischen der Masseelektrode 18 und der Metallhülle 16 eine oder mehrere Laser-Keyhole-Schweißungen bzw. Lasertiefschweißungen durchzuführen. Ein Faserlaser kann dazu verwendet werden, um diesen Schritt durchzuführen, als auch andere geeignete konzentrierte und hochenergiedichte Laser, die Nd:YAG-, CO2-, Dioden-, Scheiben- und Hybrid-Laserausrüstung verwenden, und zwar mit oder ohne Schutzgas (z.B. Argon), um die geschmolzene Schweißschmelze zu schützen. Bei dem Faserlaserbeispiel emittiert der Faserlaser einen relativ konzentrierten und hochenergiedichten Strahl, der eine Laser-Keyhole-Schweißung erzeugt, die wiederum dazu beiträgt, eine geschmolzene bzw. Schmelzschweißverbindung zu bilden, und zwar zwischen den unterschiedlichen Materialien der Masseelektrode 18 und der Metallhülle 16. Der Faserlaser kann einen nicht gepulsten oder einen kontinuierlichen Wellenstrahl verwenden, einen gepulsten Strahl oder einen gewissen anderen Typ. Bei dem Beispiel mit kontinuierlicher Welle („continuous wave“) arbeitet der Faserlaser mit einer Leistung in einem Bereich von etwa 150 W bis 350 W und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 mm/s bis etwa 20 mm/s relativ zu dem Werkstück; und gemäß einem gepulsten Beispiel verwendet der Faserlaser einen rechteckwellen- oder glockenförmigen Puls bzw. ein derartiges Pulssignal, weist eine Impulslänge in einem Bereich von etwa 1,0 Millisekunden bis etwa 3,0 Millisekunden auf, arbeitet bei einer Frequenz in einem Bereich von etwa 200 Hz bis etwa 1000 Hz, arbeitet bei einer Leistung in einem Bereich von etwa 200 W bis etwa 400 W und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 mm/s bis etwa 20 mm/s relativ zu dem Werkstück. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die oben angeführten Parameter lediglich beispielhaft sind und dass derartige Parameter signifikant variieren können, und zwar auf der Grundlage von Faktoren wie der Art und der Natur der Widerstandsschweißung, die dazu verwendet wird, um die Masseelektrode anfänglich an der Hülle anzubringen, und der Laseroptik, um einige Möglichkeiten zu nennen.In step 106 a concentrated and high energy laser is used to interface with 34 between the ground electrode 18 and the metal shell 16 Perform one or more laser keyhole welds or laser deep welds. A fiber laser may be used to perform this step, as well as other suitable concentrated and high energy density lasers using Nd: YAG, CO2, diode, disc, and hybrid laser equipment, with or without shielding gas (eg, argon ), to the to protect melted weld melt. In the fiber laser example, the fiber laser emits a relatively concentrated and high energy density beam which produces a laser keyhole weld, which in turn helps to form a fused joint between the different materials of the ground electrode 18 and the metal shell 16 , The fiber laser can use a non-pulsed or continuous wave beam, a pulsed beam or some other type. In the continuous wave example, the fiber laser operates at a power in a range of about 150 W to 350 W and moves at a speed of about 10 mm / s to about 20 mm / s relative to the workpiece ; and according to a pulsed example, the fiber laser uses a square wave or bell-shaped pulse, has a pulse length in a range of about 1.0 milliseconds to about 3.0 milliseconds, operates at a frequency in a range of about 200 Hz to about 1000 Hz, operates at a power in a range of about 200 W to about 400 W and moves at a speed of about 10 mm / s to about 20 mm / s relative to the workpiece. It should be understood, however, that the above-noted parameters are merely exemplary and that such parameters may vary significantly based on factors such as the type and nature of the resistance welding used to initially apply the ground electrode to the sheath to install, and the laser optics, to name a few possibilities.
Unter Bezugnahme nunmehr auf die 3 und 4 wird die Bildung der Laser-Keyhole-Schweißung und der Schmelzschweißverbindung im Schritt 106 in größerer Genauigkeit erläutert. Unter besonderer Bezugnahme auf das in 3 dargestellte Beispiel kann ein Laserstrahl B aus einem Laser mit hoher Energiedichte auf die Schnittstelle 34 zwischen der Masseelektrode 18 und der Metallhülle 16 auftreffen bzw. treffen, und zwar an einer inneren Seite I der Masseelektrode, also dort, wo diese an der Hülle angebracht ist und hiervon um den Winkel α getrennt ist, an einer äußeren Seite O der Masseelektrode, oder an beiden. Ob der Laserstrahl B von der inneren Seite I oder der äußeren Seite O ausgeht, kann davon abhängen, ob der Laserstrahl B auch dazu verwendet wird, um andere Schweißungen auszuführen, und von dem Ort jener anderen Schweißungen. Wenn beispielsweise der Laserstrahl B auch eine Schweißung an einem Edelmetallteil 40 ausführt, dann könnte der Laserstrahl B an der inneren Seite I vorgenommen werden bzw. stattfinden, um beide Schritte in dem gleichen oder nahezu dem gleichen Prozess durchzuführen. Wenn die Ausführung an der inneren Seite I erfolgt, ist eine freiliegende Fläche der resultierenden Schweißung an einer zur Funkenstrecke weisenden Fläche 35 der Masseelektrode 18. Wenn der Laserstrahl B die Schweißung jedoch nur an der Schnittstelle 34 durchführt, dann könnte der Laserstrahl B auch an der äußeren Seite O stattfinden bzw. erfolgen. In manchen Fällen kann die äußere Seite O gegenüber der inneren Seite I bevorzugt sein, und zwar aufgrund der Zugänglichkeit der Schnittstelle 34. Wenn die Ausführung an der äußeren Seite O erfolgt, ist eine freiliegende Fläche der resultierenden Schweißung eine äußere Fläche 37 der Masseelektrode 18.Referring now to the 3 and 4 the formation of the laser keyhole weld and the fusion weld joint in step 106 explained in greater detail. With particular reference to the in 3 Example shown, a laser beam B from a laser with high energy density on the interface 34 between the ground electrode 18 and the metal shell 16 hit on an inner side I of the ground electrode, ie where it is attached to the shell and is separated therefrom by the angle α, on an outer side O of the ground electrode, or both. Whether the laser beam B emanates from the inner side I or the outer side O may depend on whether the laser beam B is also used to perform other welds and the location of those other welds. For example, if the laser beam B is also a weld on a precious metal part 40 then the laser beam B could be taken on the inner side I to perform both steps in the same or nearly the same process. When performed on the inner side I, an exposed surface of the resulting weld is on a spark gap facing surface 35 the earth electrode 18 , However, if the laser beam B welds only at the interface 34 performs, then the laser beam B could also take place or take place on the outer side O. In some cases, the outer side O may be preferable to the inner side I due to the accessibility of the interface 34 , When performing on the outer side O, an exposed surface of the resulting weld is an outer surface 37 the earth electrode 18 ,
Obgleich der Laserstrahl B in 3 durch mehrfache Pfeile gezeigt ist, kann der Laserstrahl B ein einzelner Strahl sein, der die Schnittstelle 34 überstreicht, wenn er bewegt wird, um ein bestimmtes Schweißungsmuster zu erzeugen, wie es nachstehend beschrieben wird; in anderen Worten zeigen die mehrfachen Pfeile lediglich dessen Bewegung an. Ein potenzieller Grund für das Schweißen der Schnittstelle 34 an der inneren Seite I der Masseelektrode 18 liegt darin, dass sich die Konfiguration der Schnittstelle aus jener Perspektive (d.h. unter einem Übergang von etwa 90°, der durch den Winkel α gebildet ist) gut für die nachstehend beschriebenen Laser-Nahtmuster („laser stitching patterns“) eignen kann. Wie erwähnt, liegt ein weiterer potenzieller Grund für die Verwendung des Laserstrahls B, der von der inneren Seite I der Masseelektrode 18 ausgeht, wie es in 3 dargestellt ist, darin, dass der gleiche bzw. derselbe Laserkopf (z.B. ein Galvo-Laserkopf mit Spiegeln im Inneren, die den Laserstrahl B bewegen) anschließend verwendet werden kann, um das Edelmetallteil 40 an einer Innenfläche eines distalen Endes 42 der Masseelektrode anzubringen. Dieser Gebrauch des gleichen bzw. desselben Lasers, um beide Funktionen durchzuführen, kann Zeit und Geld sparen, da zusätzliche Laserausrüstung eliminiert werden kann. Der Laserstrahl B kann auf die Schnittstelle 34 an dem gleichen Ort auftreffen, wo die anfängliche Schweißverbindung zuvor im Schritt 104 erzeugt worden ist; beispielsweise kann der Laserstrahl B in eine zuvor erzeugte Widerstandsschweißung eindringen.Although the laser beam B in 3 shown by multiple arrows, the laser beam B may be a single beam, which is the interface 34 sweeps as it is moved to create a particular weld pattern, as described below; in other words, the multiple arrows merely indicate its movement. A potential reason for welding the interface 34 on the inner side I of the ground electrode 18 is that the configuration of the interface from that perspective (ie, under a transition of about 90 °, which is formed by the angle α) can be well suited for the laser stitching patterns described below. As mentioned, another potential reason for using the laser beam B from the inner side I of the ground electrode 18 goes out, as it is in 3 in that the same or the same laser head (eg a galvo laser head with mirrors inside, which move the laser beam B) can subsequently be used to the noble metal part 40 on an inner surface of a distal end 42 to mount the earth electrode. This use of the same laser to perform both functions can save time and money since additional laser equipment can be eliminated. The laser beam B can access the interface 34 hit the same place where the initial weld joint in step before 104 has been generated; For example, the laser beam B can penetrate into a previously produced resistance welding.
In einer unterschiedlichen Ausführungsform geht der Laserstrahl B' von der äußeren Seite O der Masseelektrode 18 aus und bildet eine Schmelzschweißverbindung an der Schnittstelle 34 zwischen der Masseelektrode 18 und der Metallhülle 16, und zwar aus jener Perspektive. In Abhängigkeit von der Art und der Natur der vorläufigen Widerstandsschweißung, die im Schritt 104 verwendet wurde, kann der Schritt 106 eine Schmelzschweißverbindung sowohl von der inneren als auch der äußeren Seite I, O der Masseelektrode 18 erzeugen. Ein solcher Ansatz könnte in überlappenden oder sich berührenden Keyhole-Schweißungen von gegenüberliegenden Seiten der Masseelektrode führen, da jeder der Laser mit hoher Energiedichte eine Keyhole-Schweißung bilden kann, die wesentlich bzw. substanziell in die Dicke der Masseelektrode 18 eindringt (z.B. kann jede Keyhole-Schweißung um 75 % oder mehr in die Dicke der Masseelektrode eindringen). Die sich überlappenden Keyhole-Schweißungen können in der Nachbarschaft einer zuvor gebildeten Widerstands- oder Heftschweißung angeordnet sein, und können die Anbringung der Masseelektrode 18 an der Metallhülle 16 verfestigen. Tatsächlich können die Keyhole-Schweißungen in manchen Fällen nahezu vollständig durch die Dicke der Masseelektrode 18 hindurchgehen, wobei die resultierende Schmelzschweißverbindung an der gegenüberliegenden Seite des Laserstrahlausgangs sichtbar sein könnte.In a different embodiment, the laser beam B 'goes from the outer side O of the ground electrode 18 and forms a fusion weld at the interface 34 between the ground electrode 18 and the metal shell 16 and from that perspective. Depending on the nature and nature of the preliminary resistance welding, which in step 104 was used, the step can 106 a fusion welded joint from both the inner and outer sides I, O of the ground electrode 18 produce. Such an approach could result in overlapping or touching keyhole welds from opposite sides of the ground electrode, since each of the high energy density lasers can form a keyhole weld which is essential. Substantially in the thickness of the ground electrode 18 penetrates (eg each Keyhole weld can penetrate by 75% or more in the thickness of the ground electrode). The overlapping keyhole welds may be disposed in the vicinity of a previously formed resistance or tack weld, and may facilitate attachment of the ground electrode 18 on the metal shell 16 solidify. In fact, in some cases, the keyhole welds can be almost entirely through the thickness of the ground electrode 18 The resulting fusion weld could be visible on the opposite side of the laser beam output.
Nunmehr wird Bezug genommen auf 4, wo ein beispielhafter Prozess zum Bilden einer Keyhole-Schweißung 50 an der Schnittstelle 34 zwischen der Masseelektrode 18 und der Metallhülle 16 gezeigt ist. Die schematische Darstellung in 4 erfolgt aus der Perspektive der inneren Seite I der Masseelektrode 18 und soll zeigen, wie eine Laser-Keyhole-Schweißung erzeugt wird. Die Figur ist teilweise geschnitten, um die Laser-Keyhole-Schweißung in der Mitte ihrer Bildung zu zeigen. Wenn sich der Laserstrahl B entlang der Schnittstelle 34 (Richtung A) bewegt, schmilzt er, und verdampft in manchen Fällen, die Materialien der Metallhülle 16 und/oder der Masseelektrode 18 in dem Bereich, wo er direkt diese trifft oder darauf auftrifft. Dies bildet eine temporäre Kavität 38 in der Masseelektrode 18 und/oder der Metallhülle 16. Die temporäre Kavität 38 wird dann schnell von geschmolzenem Material aus dem unmittelbar umgebendem und benachbarten Bereich gefüllt, das aufgrund der thermischen Energie des nahen Laserstrahls B aufgeschmolzen wird und in die Kavität fließt. Dieser Prozess des Erzeugens einer temporären Kavität 38 und des anschließenden Füllens derselben mit geschmolzenem Material aus der umgebenden Metallhülle 16 und/oder Masseelektrode 18 wird vervollständigt, bis die Keyhole-Schweißung 50 beendet ist und eine Schmelzschweißverbindung 36 gebildet ist. Dieser Prozess führt zu einer kleinen wärmebeeinflussten Zone und einem kleinen Schweißkern („weld nugget“) und bildet eine Schmelzschweißverbindung, die Material sowohl von der Masseelektrode 18 als auch von der Metallhülle 16 aufweist, wobei die Materialien aufgeschmolzen und wieder verfestigt sind, im Gegensatz zum Unterziehen derselben einer molekularen Bindung wie in einigen herkömmlichen Festkörper-Laserschweißprozessen. Dieser Prozess des Verwendens eines Lasers mit hoher Energiedichte wie einem Faserlaser zur Bildung von Keyhole-Schweißungen ist besonders brauchbar, wenn er dazu verwendet wird, um eine aus einem Nickel-basierten Material mit einem hohen Chromgehalt (Nickel-basierte Legierung mit mehr als etwa 55 Gew.-% Nickel (Ni) und mehr als etwa 20 Gew.-% Chrom (Cr)) an einer Metallhülle anzubringen, da derartige Materialien mit anderen Techniken manchmal schwierig zu bearbeiten sind. Die Keyhole-Schweißung 50 kann sich radial (relativ zu der generell zylindrischen Form der Zündkerze 10) in die Schnittstelle 34 erstrecken, und zwar auf eine Tiefe, die vollständig oder nahezu gleich der Erstreckung bzw. dem Maß des Gegenüberliegens von Fläche zu Fläche zwischen Masseelektrode 18 und Metallhülle 16 an der Schnittstelle 34 ist. In manchen Fällen haben sich diese radialen Tiefen als hinreichend herausgestellt, um eine Haltekraft und Schweißungsfestigkeit zwischen der Masseelektrode 18 und der Metallhülle 16 zu gewährleisten.Now, reference is made to 4 where is an exemplary process for forming a keyhole weld 50 at the interface 34 between the ground electrode 18 and the metal shell 16 is shown. The schematic representation in 4 takes place from the perspective of the inner side I of the ground electrode 18 and show how a laser keyhole weld is created. The figure is partially cut to show the laser keyhole weld in the middle of its formation. When the laser beam B along the interface 34 (Direction A) moves, it melts, and evaporates in some cases, the materials of the metal shell 16 and / or the ground electrode 18 in the area where he meets or hits directly. This forms a temporary cavity 38 in the ground electrode 18 and / or the metal shell 16 , The temporary cavity 38 is then rapidly filled by molten material from the immediately surrounding and adjacent area, which is melted due to the thermal energy of the near laser beam B and flows into the cavity. This process of creating a temporary cavity 38 and then filling them with molten material from the surrounding metal shell 16 and / or ground electrode 18 is completed until the keyhole weld 50 is finished and a fusion weld 36 is formed. This process results in a small heat affected zone and a small weld nugget and forms a fusion weld joint, which is material from both the ground electrode 18 as well as from the metal shell 16 wherein the materials are melted and resolidified, as opposed to subjecting them to molecular bonding as in some conventional solid state laser welding processes. This process of using a high energy density laser such as a fiber laser to form keyhole welds is particularly useful when used to make a high chromium nickel-based material (nickel-based alloy greater than about 55 % By weight of nickel (Ni) and more than about 20% by weight of chromium (Cr)) to a metal shell, since such materials are sometimes difficult to work with other techniques. The keyhole weld 50 can be radial (relative to the generally cylindrical shape of the spark plug 10 ) in the interface 34 extend, to a depth that is completely or nearly equal to the extent of the face-to-face confrontation between the ground electrode 18 and metal shell 16 at the interface 34 is. In some cases, these radial depths have been found to be sufficient to provide a holding force and weld strength between the ground electrode 18 and the metal shell 16 to ensure.
Nach dem Abschluss des Schrittes 106 könnte jede beliebige Anzahl von zusätzlichen Prozessen nach der Anbringung durchgeführt werden. Zwei Beispiele derartiger Prozesse sind der Prozess, der die Edelmetall-Zündspitze 40 an der Masseelektrode 18 anbringt, und der Prozess des Biegens der Masseelektrode und des Ausrichtens der Masseelektrode mit der Mittelelektrode 12, so dass eine Funkenstrecke mit geeigneter Größe erzeugt wird. Fachleute werden erkennen, dass derartige Prozesse nach der Anbringung auch hier verwendet werden können.After completing the step 106 Any number of additional processes could be performed after the attachment. Two examples of such processes are the process of the precious metal firing tip 40 at the ground electrode 18 and the process of bending the ground electrode and aligning the ground electrode with the center electrode 12 so that a spark gap of suitable size is generated. Those skilled in the art will recognize that such processes can also be used after installation.
Nunmehr wird Bezug genommen auf die 5-8, die einige unterschiedliche Beispiele von potenziellen Laser-Nahtmustern zeigen, die mit der Laser-Keyhole-Schweißung verwendet werden können. Die exakten Muster können, neben anderen Faktoren, von der Dicke der Masseelektrode, der Dicke der Metallhülle, dem Grad der Wärme, die als ein Ergebnis des Laserschweißens erzeugt wird, und den Materialien abhängen, die für die Masseelektrode und die Metallhülle verwendet werden. In 5 erstreckt sich ein Keyhole-Schweißmuster 236 über eine Schnittstelle 234, oder kreuzt diese, und zwar unter einem generell orthogonalen Winkel relativ zu der Schnittstelle, und beinhaltet eine Anzahl von individuellen Schweißsegmenten 236a-e, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Obgleich die benachbarten Schweißsegmente 236a-e als voneinander durch Räume beabstandet dargestellt sind, können eines oder mehrere der benachbarten Schweißsegmente 236a-e sich berühren oder überlappen. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Keyhole-Schweißmuster 336 eine Anzahl von individuellen Schweißsegmenten 336a-d beinhaltet, die sich über die Schnittstelle 334 gemäß einem nicht-orthogonalen Winkel erstrecken (d.h. die Schweißsegmente sind winklig oder geneigt ausgerichtet in Bezug auf die Schnittstelle 334). Wiederum sind die individuellen Schweißsegmente 336a-d generell parallel zueinander ausgerichtet. 7 ist in dieser Hinsicht ähnlich, das Laser-Keyhole-Schweißmuster 436 weist jedoch individuelle Schweißsegmente 436a-d auf, die sich nicht in einem isolierten nahtartigen Muster („stitch-style pattern“) befinden, wie es in den 5, 6 und 8 gezeigt ist. Stattdessen bilden die Schweißsegmente 436a-d ein nicht-isoliertes oder Zickzack-Muster (Kreuzmuster können auch verwendet werden). Die Schweißsegmente 436a-d überlappen einander an ihren Enden, wie dargestellt. Dies könnte erreicht werden über eine kontinuierliche Schweißung mit einem einzelnen Start- und einem einzelnen Stopp-Punkt, oder mittels mehrfacher und diskreter Schweißungen, die separate Start- und Stopp-Punkte besitzen. 8 zeigt, dass die individuellen Schweißsegmente 536-e der Laser-Keyhole-Schweißung 536 nicht notwendigerweise alle ähnlich hinsichtlich Größe und/oder Form zueinander sein müssen. Darüber hinaus sind Variationen hinsichtlich Größe, Form, Anzahl der Segmente und Muster gewiss möglich, und zwar in Abhängigkeit von den Besonderheiten der Anwendung, innerhalb der sie verwendet wird.Now reference is made to the 5-8 showing some different examples of potential laser seam patterns that can be used with laser keyhole welding. The exact patterns may depend, among other factors, on the thickness of the ground electrode, the thickness of the metal shell, the degree of heat generated as a result of the laser welding, and the materials used for the ground electrode and metal shell. In 5 extends a keyhole weld pattern 236 via an interface 234 , or crosses them, at a generally orthogonal angle relative to the interface, and includes a number of individual weld segments 236a-e which are aligned parallel to each other. Although the adjacent welding segments 236a-e As shown spaced apart from one another by spaces, one or more of the adjacent welding segments may be used 236a-e touch or overlap. 6 shows another embodiment in which the keyhole welding pattern 336 a number of individual welding segments 336a-d involves, which is about the interface 334 according to a non-orthogonal angle (ie, the welding segments are angled or inclined with respect to the interface 334 ). Again, the individual welding segments 336a-d generally aligned parallel to each other. 7 is similar in this respect, the laser keyhole weld pattern 436 however, has individual weld segments 436a-d which are not in an isolated stitch-style pattern, as in the 5 . 6 and 8th is shown. Instead, the weld segments form 436a-d a non-isolated or zigzag pattern (cross patterns can also be used). The welding segments 436a-d overlap each other at their ends as shown. This could be accomplished via a continuous weld with a single start and a single stop point, or by multiple and discrete welds having separate start and stop points. 8th shows that the individual welding segments 536-e the laser keyhole weld 536 not necessarily all have to be similar in size and / or shape to each other. In addition, variations in size, shape, number of segments, and patterns are certainly possible, depending on the particulars of the application in which it is used.
Bei der Ausführungsform der 5-8 kann das Anordnen von Schweißstart- und Schweißstopp-Punkten in einer Distanz weg von der Schnittstelle zwischen der Masseelektrode und der Metallhülle und stattdessen an der Elektrode oder der Hülle selbst die Haltekraft und die Schweißfestigkeit an der Schnittstelle verbessern. Es ist herausgefunden worden, dass das Einleiten eines Laser-Schweißprozesses, wie eines solchen, die oben beschrieben sind (d.h. Schweißstarten) und das Beenden des Laser-Schweißprozesses (d.h. Schweißstopp) eine relativ kraftvolle Bewegung und Verrühren des Materials hervorrufen können, das an jenem Punkt von dem Laserstrahl getroffen wird. Und die Bewegung und das Verrühren können hierdurch eine oder mehrere Kavitäten oder Krater unterhalb des unmittelbar benachbarten Oberflächenniveaus bilden, können eine oder mehrere Vorsprünge bilden, die aus dem umgebenden Oberflächenniveau nach oben vorspringen, oder können eine Porosität an dem Schweißstart- bzw. Schweiß-Stopp-Punkt hervorrufen, oder können zu einer Kombination dieser Konsequenzen führen. Wenn sie an der Schnittstelle in einem hinreichend großen Maß gebildet werden, können diese Konsequenzen manchmal die Haltekraft und die Schweißfestigkeit an der Schnittstelle behindern, obgleich dies nicht immer der Fall sein muss. Demgemäß kann das Einleiten und das Beenden des Laser-Schweißprozesses in einer Entfernung von der Schnittstelle und stattdessen an der Masseelektrode und/oder der Metallhülle die Haltekraft und die Schweißfestigkeit verbessern oder gewährleisten. Es ist nichtsdestotrotz anzumerken, dass Schweißmuster mit Schweiß-Start- und Stopp-Punkt an der Schnittstelle dennoch die Haltekraft und die Schweißfestigkeit verbessern oder gewährleisten können.In the embodiment of the 5-8 For example, placing weld start and stop points at a distance away from the interface between the ground electrode and the metal shell, and instead at the electrode or shell itself, can improve the retention force and weld strength at the interface. It has been found that initiating a laser welding process such as that described above (ie, welding starting) and terminating the laser welding process (ie, welding stop) can cause relatively powerful movement and agitation of the material that is on it Point is hit by the laser beam. And the agitation and agitation may thereby form one or more cavities or craters below the immediately adjacent surface level, may form one or more protrusions projecting upwardly from the surrounding surface level, or may have porosity at the weld start / stop Point, or may lead to a combination of these consequences. If formed at the interface to a sufficiently large extent, these consequences may sometimes hinder the retention force and weld strength at the interface, although this may not always be the case. Accordingly, initiating and terminating the laser welding process at a distance from the interface, and instead at the ground electrode and / or the metal shell, can improve or ensure the holding force and the welding strength. It is nonetheless noted that welding patterns with weld start and stop points at the interface can still improve or ensure holding power and weld strength.
Welches Laser-Nahtmuster auch verwendet wird, es ist herausgefunden worden, dass die Schmelzschweißverbindungen, die hier beschrieben werden, eine Verbindung („joint“) erzeugen, die eine größere Festigkeit besitzt als jene, die in den bislang bekannten Widerstandsschweißungen manchmal erzeugt werden. Bei einem Testvorgang wurde auf die hier beschriebene Schmelzschweißverbindung eine Zugkraft ausgeübt, und zwar zwischen der Masseelektrode und der Metallhülle. Die Zugkraft wurde erhöht und aufrechterhalten, bis die Masseelektrode selbst an einem Ort entfernt von der Schmelzschweißverbindung gebrochen ist, wohingegen die Schmelzschweißverbindung intakt geblieben ist. Dies war eine Indikation dafür, dass die Schmelzschweißverbindung eine größere Festigkeit als die Masseelektrode selbst zeigte. Wenn der gleiche Testvorgang an einer zuvor bekannten Widerstandsschweißverbindung durchgeführt wurde, brach im Gegensatz hierzu die Widerstandsschweißung und die Masseelektrode blieb intakt. Dies war eine Indikation dafür, dass die Widerstandsschweißverbindung schwächer war als die Masseelektrode. Natürlich werden nicht sämtliche Testvorgänge zu den gleichen Ergebnissen führen.Whichever laser seam pattern is used, it has been found that the fusion weld joints described herein produce a joint that has greater strength than those sometimes produced in the previously known resistance welds. In a test operation, a tensile force was applied to the fusion weld joint described here, between the ground electrode and the metal shell. The tensile force was increased and maintained until the ground electrode itself was broken at a location remote from the fusion weld joint, whereas the fusion weld joint remained intact. This was an indication that the fusion-welded joint showed greater strength than the ground electrode itself. In contrast, when the same test was performed on a previously known resistance welded joint, resistance welding broke and the ground electrode remained intact. This was an indication that the resistance welded joint was weaker than the ground electrode. Of course, not all tests will lead to the same results.
Es versteht sich, dass das Vorstehende eine Beschreibung von einer oder mehreren bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die hier offenbarten bestimmten Ausführungsformen bzw. die hier offenbarte bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern ausschließlich durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Ferner beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen auf bestimmten Ausführungsformen und sollen nicht als Beschränkungen des Schutzbereiches der Erfindung oder hinsichtlich der Definition von in den Ansprüchen verwendeten Begriffen verstanden werden, ausgenommen dort, wo ein Begriff oder eine Phrase ausdrücklich oben definiert ist.It should be understood that the foregoing is a description of one or more preferred exemplary embodiments of the invention. The invention is not limited to the particular embodiments disclosed herein or the particular embodiment disclosed herein, but is defined solely by the following claims. Furthermore, the statements contained in the above description refer to particular embodiments and are not to be construed as limitations on the scope of the invention or on the definition of terms used in the claims except where a term or phrase is expressly defined above.
In der vorliegenden Spezifikation und in den Ansprüchen sind die Begriffe „zum Beispiel,“ „z.B.“, „beispielsweise“, „wie“ und „wie bspw.“, sowie die Verben „aufweisen“, „haben“, „enthalten“ und deren andere Verbformen, wenn in Verbindung mit einer Auflistung von einem oder mehreren Bestandteilen oder anderen Einzelteilen verwendet, jeweils als nicht endend bzw. offen zu verstehen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht so zu verstehen ist, dass andere, zusätzliche Bestandteile oder Einzelteile auszuschließen wären. Andere Begriffe sind unter Verwendung ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung zu verstehen.In the present specification and claims, the terms "for example," "eg," "for example," "as," and "such as," as well as the verbs "comprise," "have," "contain," and the like other verb forms, when used in conjunction with a listing of one or more components or other items, are each to be understood as non-ending or open, meaning that the listing is not to be understood as excluding other, additional components or items , Other terms are to be understood using their broadest reasonable meaning.
