DE102016007280A1

DE102016007280A1 - Schweißverfahren und Schweißstruktur von Metallelementen

Info

Publication number: DE102016007280A1
Application number: DE102016007280.6A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Tanaka; Takashi Ogawa; Masanobu Ishii; Yoshifumi Yoshida
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2016-12-22
Also published as: JP6617443B2; US20160368074A1; CN106256471A; JP2017006946A

Abstract

Bereitgestellt werden ein erster Schritt des in dieselbe Richtung erfolgenden Biegens von benachbarten Abschnitten von ersten und zweiten Metallelementen 11, 12 und des Bildens eines Flanschüberlappungsteiles (15), wo jeweilige Flanschabschnitte 13, 14 der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12 einander überlappen und kontaktieren, ein zweiter Schritt des Beginnens mit der Durchführung eines Bogenschweißens von einer Spitze des Flanschüberlappungsteiles 15 aus und ein dritter Schritt des Fortsetzens der Durchführung des Bogenschweißens, bis geschmolzenes Metall 19 eines Kerndrahtes und eines Basismaterials eine entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles 15 erreicht und erzeugtes Zinkgas von einer Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu einer Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles 15 emittiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schweißverfahren und eine Schweißstruktur von Metallelementen, bei denen erste und zweite Metallelemente, die jeweils aus einer galvanisierten Stahlplatte (steel sheet) gefertigt und benachbart zueinander positioniert sind, mittels Bogenschweißen verschweißt werden.
Im Allgemeinen werden galvanisierte Stahlplatten für Fahrzeugkomponenten, so beispielsweise Aufhängungsquerelemente, untere Arme, obere Arme oder Dämpfer, für Geräte der Haushaltselektronik, so beispielsweise Klimaanlagengehäuse, oder für Baumaterialien zum Zwecke der Rostvorbeugung verwendet.
In einem Fall, in dem die beiden aus der galvanisierten Stahlplatte gefertigten Elemente mittels Bogenschweißen zusammengefügt werden, wird bewirkt, dass an einer Oberfläche der Stahlplatte hinzugefügtes Zink durch die Bogenwärme, bevor die Stahlplatte geschmolzen ist, verdampft. Dies bedeutet, dass aufgrund dessen, dass der Siedepunkt von Zinkeisen von 906°C niedriger als der Schmelzpunkt von Eisen von 1539 ± 3°C ist, das Zink, bevor die Stahlplatte schmilzt, verdampft und sodann Zinkgas in das geschmolzene Metall eines Kerndrahtes, so beispielsweise eines Drahtes, und eines Basismaterials (Stahl) gelangt, wodurch Blowholes und Pits erzeugt werden (siehe „Welding Incomplete Portion", 4. Kapitel, JIS Z 3001-4, Terminologie des Schweißens).
Werden Blowholes und Pits erzeugt, so nimmt die Festigkeit oder Starrheit der verschweißten beiden Elemente aufgrund von Schweißdefekten ab, sodass ein Problem hinsichtlich der Zuverlässigkeit in einem Fall auftritt, in dem zusätzlich eine äußere Kraft einwirkt. Insbesondere wird dieses Problem in einem Fall offensichtlich, in dem eine Struktur mit einem im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt unter Verwendung der beiden Elemente gebildet wird.
Obwohl davon auszugehen ist, dass ein bestimmter Draht oder eine spezielle Bogenschweißvorrichtung verwendet werden, um der Erzeugung von Blowholes und Pits entgegenzuwirken, ist erforderlich, der Erzeugung von Blowholes und Pits entgegenzuwirken, ohne einen derartigen bestimmten Draht oder eine derartige spezielle Schweißvorrichtung zu verwenden.
In diesem Zusammenhang offenbart die internationale Veröffentlichung Nr. WO 2005/029611 A1 , wie in 4 gezeigt ist, eine Technologie, bei der in einem Fall, in dem zwei Elemente 81, 82 zusammengefügt werden, wodurch sich eine Struktur 83 mit geschlossenem Querschnitt (Batteriegehäuse) ergibt, ein Flanschabschnitt 81a, der an einem Element 81 dieser Elemente vorgesehen ist, und ein Flanschabschnitt 82a, der an dem anderen Element 82 vorgesehen ist, wechselseitig in Kontakt gebracht werden und eine äußere Endfläche der Flanschelemente 81a, 82a mittels Mikrobogenschweißen verschweißt wird.
Bei der in der vorgenanntem Patentdruckschrift offenbarten herkömmlichen Technologie wird das Bogenschweißen einfach von einer Spitze aus durchgeführt, wo die beiden Flanschabschnitte 81a, 82a überlappen, wodurch das Innere eines geschlossenen Querschnittes 84 abgedichtet werden kann. Die genannte Patentdruckschrift offenbart nichts über ein spezielles Material für die beiden Elemente 81, 82, und es verbleibt das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas innerhalb des geschmolzenen Metalls, wenn die beiden Elemente aus einer galvanisierten Stahlplatte gefertigt sind, sodass ein Problem dahingehend auftritt, dass der Erzeugung von Blowholes und Pits bei Durchführung des Schweißens nicht entgegengewirkt werden kann.
Zudem offenbart die offengelegte Veröffentlichung des japanischen Patentes Nr. JP 2003-169772 A , wie in 5 gezeigt ist, eine weitere Technologie, die in einem Fall, in dem eine aus rostfreiem Stahl gefertigte obere Platte 91 und ein aus rostfreiem Stahl gefertigtes Körperpaneel 82 zusammengefügt werden und ein Geschirrspülergehäuse 93 bilden, ein Flanschabschnitt 91a, der durch nach unten erfolgendes Biegen eines Teiles des oberen Paneels 91 integral gebildet wird, und ein Flanschabschnitt 92a, der durch nach unten erfolgendes Biegen eines Teiles eines oberen Abschnittes des Körperpaneels 92 gebildet wird, bereitgestellt werden, wobei die beiden Flanschabschnitte 91a, 92a in Kontakt miteinander gebracht werden und ein Argonbogenschweißen (auch „Inertgasbogenschweißen” genannt, das ein Schweißverfahren ist, bei dem ein Bogen in einem Inertgas erzeugt wird) für eine Spitze eines Überlappungsteiles der Flanschabschnitte 91a, 92a durchgeführt wird, wo die Flanschabschnitte 91a und 92a überlappen, wodurch ein verschweißter Abschnitt 94 gebildet wird.
Bei der vorliegenden Patentdruckschrift verbleibt in einem Fall, in dem das Material des oberen Paneels 91 und des Körperpaneels 92 von der rostfreien zur galvanisierten Stahlplatte übergeht, das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas, wie vorstehend beschrieben worden ist, innerhalb des geschmolzenen Metalls, sodass ein ähnliches Problem dahingehend auftritt, dass der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt 94 nicht entgegengewirkt werden kann. Des Weiteren betrifft die in der vorgenannten japanischen Patentdruckschrift offenbarte herkömmliche Technologie das sogenannte Kantenschweißen (edge weld) (eine Platte wird zu einer Flanschform gebogen, und die Endfläche hiervon wird verschweißt), wobei hier keine technischen Ideen der vorliegenden Offenbarung nahegelegt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Schweißverfahrens und einer Schweißstruktur von Metallelementen, die auf geeignete Weise verhindern können, dass während des Bogenschweißens erzeugtes Zinkgas innerhalb des geschmolzenen Metalls des Kerndrahtes und des Basismaterials (Stahlplatte) verbleibt, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt entgegengewirkt wird.
Die vorliegende Erfindung ist ein Schweißverfahren für Metallelemente, bei dem erste und zweite Metallelemente, die jeweils aus einer galvanisierten Stahlplatte gefertigt und benachbart zueinander positioniert sind, mittels Bogenschweißen verschweißt werden, wobei das Schweißverfahren umfasst: einen ersten Schritt des in dieselbe Richtung erfolgenden Biegens von benachbarten Abschnitten der ersten und zweiten Metallelemente und des Bildens eines Flanschüberlappungsabschnittes (Teil), wo jeweilige Flanschabschnitte der ersten und zweiten Metallelemente einander überlappen und kontaktieren, einen zweiten Schritt des Beginnens mit der Durchführung des Bogenschweißens von einer Spitze des Flanschüberlappungsabschnittes (Teil) aus und einen dritten Schritt des Fortsetzens der Durchführung des Bogenschweißens, bis geschmolzenes Metall eines Kerndrahtes und eines Basismaterials eine entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles erreicht und erzeugtes Zinkgas von einer Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu einer Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles emittiert wird.
Gebildet wird entsprechend dem vorliegenden Schweißverfahren der Metallelemente der Flanschüberlappungsteil, wo die Flanschabschnitte der ersten und zweiten Metallelemente einander kontaktieren, durch in dieselbe Richtung erfolgendes Biegen der benachbarten Abschnitte der ersten und zweiten Metallelemente bei dem ersten Schritt, Durchführen des Bogenschweißens beginnend von der Spitze des Flanschüberlappungsteiles aus bei dem zweiten Schritt und anschließendes fortgesetztes Durchführen des Bogenschweißens bei dem dritten Schritt, bis das geschmolzene Metall des Kerndrahtes und des Basismaterials die entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles erreicht und erzeugtes Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles emittiert wird.
Da hierdurch das während des Schweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite emittiert wird, kann auf geeignete Weise verhindert werden, dass Zinkgas innerhalb des geschmolzenen Metalls des Kerndrahtes und des Basismaterials (Stahlplatte) verbleibt, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt entgegengewirkt wird, ohne einen bestimmten Draht oder eine spezielle Bogenschweißvorrichtung zu verwenden.
Vorzugsweise liegt die Dicke der ersten und zweiten Metallelemente jeweils bei etwa 0,5 mm oder mehr und etwa 2,6 mm oder weniger, wobei das Bogenschweißen derart durchgeführt wird, dass die Breite des Flanschüberlappungsabschnittes etwa 6,0 mm bis etwa 13,0 mm wird.
Des Weiteren wird bevorzugt, wenn die Dicke der ersten und zweiten Metallelemente jeweils bei 0,5 mm oder mehr und 2,6 mm oder weniger liegt und das Bogenschweißen derart durchgeführt wird, dass die Höhe des Flanschüberlappungsabschnittes etwa 1,0 mm bis etwa 3,0 mm wird.
Vorzugsweise weisen die ersten und zweiten Metallelemente im Wesentlichen dieselbe Dicke auf.
Des Weiteren wird bevorzugt, wenn die Flanschabschnitte derart gebogen sind, dass die Flanschabschnitte im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schweißstruktur von Metallelementen, bei der erste und zweite Metallelemente, die jeweils aus einer galvanisierten Stahlplatte gefertigt und benachbart zueinander positioniert sind, mittels Bogenschweißen verschweißt werden, wobei die Schweißstruktur einen Flanschüberlappungsabschnitt (Teil) umfasst, wo jeweilige Flanschabschnitte der ersten und zweiten Metallelemente, die durch in dieselbe Richtung erfolgendes Biegen von benachbarten Abschnitten der ersten und zweiten Metallelemente gefertigt werden, einander überlappen und kontaktieren, wobei ein Bogenschweißen von einer Spitze des Flanschüberlappungsteiles aus durchgeführt wird und eine Länge des Flanschüberlappungsteiles derart gewählt ist, dass geschmolzenes Metall eines Kerndrahtes und eines Basismaterials eine entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles erreicht und während des Bogenschweißens erzeugtes Zinkgas von einer Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu einer Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles, bevor die Durchführung des Bogenschweißens beendet ist, emittiert wird.
Entsprechend der vorliegenden Schweißstruktur der Metallelemente kann, da die Länge des Flanschüberlappungsteiles derart gewählt ist, dass das geschmolzene Metall des Kerndrahtes und des Basismaterials die entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles erreicht und das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles, bevor das Durchführen des Bogenschweißens beendet ist, emittiert wird, das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles emittiert werden. Entsprechend kann auf geeignete Weise verhindert werden, dass das Zinkgas innerhalb des geschmolzenen Metalls des Kerndrahtes und des Basismaterials (Stahlplatte) verbleibt, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt entgegengewirkt wird, ohne einen bestimmten Draht oder eine spezielle Bogenschweißvorrichtung zu verwenden.
Bei einer Ausführungsform der vorbeschriebenen Schweißstruktur der Metallelemente liegt die Dicke der ersten und zweiten Metallelemente jeweils bei etwa 0,5 mm oder mehr und etwa 2,6 mm oder weniger, und es liegt die Breite des Flanschüberlappungsteiles nach Durchführung des Bogenschweißens bei etwa 6,0 mm bis etwa 13,0 mm. Die vorbeschriebene Breite des Flanschüberlappungsteiles entspricht nach Durchführung des Bogenschweißens einer Breite einer Schweißverstärkung (verschweißter Metallabschnitt, der sich von einer Oberfläche des Basismaterials erhebt).
Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform kann das während des Schweißens erzeugte Zinkgas besser emittiert werden, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt noch sicherer entgegengewirkt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorbeschriebenen Schweißstruktur der Metallelemente liegt die Dicke der ersten und zweiten Metallelemente jeweils bei etwa 0,5 mm oder mehr und etwa 2,6 mm oder weniger, und es liegt die Höhe des Flanschüberlappungsteiles nach Durchführung des Bogenschweißens bei etwa 1,0 mm bis etwa 3,0 mm. Die vorbeschriebene Höhe des Flanschüberlappungsteiles entspricht nach Durchführung des Bogenschweißens der Höhe der vorbeschriebenen Schweißverstärkung.
Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform kann das während des Schweißens erzeugte Zinkgas besser emittiert werden, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt noch sicherer entgegengewirkt werden kann. Da zudem die vorbeschriebene Höhe von etwa 1,0 mm bis etwa 3,0 mm bedeutet, dass der Grad des Hochstehens der Metallelemente vergleichsweise klein ist, kann die vorliegende Schweißstruktur vorzugsweise bei Fahrzeugkomponenten oder dergleichen zum Einsatz kommen. Dies bedeutet, dass sogar dann, wenn andere Komponenten um die vorliegende Schweißstruktur herum vorhanden sind, die vorliegende Schweißstruktur nicht viel Raum benötigt, sodass eine Wechselwirkung mit den anderen Komponenten um die vorliegende Schweißstruktur herum verhindert wird, wodurch auch die Layoutfähigkeit verbessert wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schweißstruktur von Metallelementen, bei der erste und zweite Metallelemente, die jeweils aus einer galvanisierten Stahlplatte gefertigt und benachbart zueinander positioniert sind, mittels Bogenschweißen verschweißt werden, wobei die Schweißstruktur einen Flanschüberlappungsabschnitt (Teil) umfasst, wo jeweilige Flanschabschnitte der ersten und zweiten Metallelemente, die durch in dieselbe Richtung erfolgendes Biegen von benachbarten Abschnitten der ersten und zweiten Metallelemente gebildet werden, einander überlappen und kontaktieren, wobei das Bogenschweißen von einer Spitze des Flanschüberlappungsteiles aus durchgeführt wird und ein geschmolzener Schweißabschnitt eine entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles erreicht, sodass während des Bogenschweißens erzeugtes Zinkgas von einer Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu einer Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles emittiert wird.
Entsprechend diesem Aspekt der vorliegenden Schweißstruktur der Metallelemente kann, da der vorbeschriebene geschmolzene Schweißabschnitt (Durchdringung) die entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles erreicht, sodass das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles emittiert wird, das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas emittiert werden. Entsprechend kann auf geeignete Weise verhindert werden, dass Zinkgas innerhalb des den geschmolzenen Schweißabschnitt beinhaltenden geschmolzenen Metalls verbleibt, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt entgegengewirkt wird.
Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die sich auf die begleitende Zeichnung bezieht.
1 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustandes eines Schweißverfahrens und einer Schweißstruktur der vorliegenden Erfindung vor Durchführung eines Bogenschweißens.
2A ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Teiles von 1, 2B ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Zustandes in einer Anfangsphase des Bogenschweißens, 2C ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Zustandes in einer mittleren Phase des Bogenschweißens, und 2D ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Zustandes in einer Endphase des Bogenschweißens.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteiles von 2D.
4 ist eine Schnittansicht zur Darstellung einer herkömmlichen Schweißstruktur.
5 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines weiteren Beispiels der herkömmlichen Schweißstruktur.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung insbesondere anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt ein Schweißverfahren und eine Schweißstruktur von Metallelementen, wobei 1 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Zustandes des Schweißverfahrens und der Schweißstruktur der vorliegenden Erfindung vor Durchführung eines Bogenschweißens ist, 2A eine Schnittansicht zur Darstellung eines Teiles von 1 ist, 2B eine Schnittansicht zur Darstellung des Zustandes in einer Anfangsphase des Bogenschweißens ist, 2C eine Schnittansicht zur Darstellung des Zustandes in einer mittleren Phase des Bogenschweißens ist, 2D eine Schnittansicht zur Darstellung des Zustandes in einer Endphase des Bogenschweißens ist, und 3 eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteiles von 2D ist.
Gemäß 1 sind ein erstes Metallelement 11 und ein zweites Metallelement 12 vorgesehen. Die Metallelemente 11, 12 sind jeweils aus einer galvanisierten Stahlplatte gefertigt, die durch Galvanisieren einer Stahlplatte (insbesondere einer weichen Stahlplatte) zum Zwecke der Rostvorbeugung gebildet wird. Jede Plattendicke t1, t2 der vorliegenden Elemente 11, 12 ist bei 0,5 bis 2,6 mm gewählt.
Das erste Metallelement 11 ist in Form eines geneigten U ausgestaltet, das integral von einem Oberseitenteil 11a, einem Seitenteil 11b und einem Unterseitenteil 11c gebildet wird. Das zweite Metallelement 12 ist in Form eines umgekehrt geneigten U ausgestaltet, das integral von einem Oberseitenteil 12a, einem Seitenteil 12b und einem Unterseitenteil 12c gebildet wird.
Jeweilige benachbarte Abschnitte des ersten Metallelementes 11 und des zweiten Metallelementes 12, das heißt beide Endabschnitte ihrer Oberseitenabschnitte 11a, 12a und beide Endabschnitte ihrer Unterseitenabschnitte 11c, 12c, sind jeweils in dieselbe Richtung, das heißt hin zu einer Außenseite, über gekrümmte Abschnitte 11d, 12d (krümmungsförmiger Abschnitt) gebogen, wodurch jeweilige Flanschabschnitte 13, 14 und zudem ein Flanschüberlappungsabschnitt 15, wo die Flanschabschnitte 13, 14 einander kontaktieren, gebildet wird (erster Schnitt).
Da hierbei jeder der jeweiligen Flanschabschnitte 13, 14 einen flachen Flächenabschnitt 16 beinhaltet, ist die Kontaktstruktur der Flanschabschnitte 13, 14 kein einfacher Kontakt, sondern ein Flächenkontakt. Des Weiteren weisen beide Metallelemente 11, 12 jeweils einen im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt 17 auf, indem der Flanschüberlappungsabschnitt 15 auf vorstehend beschriebene Weise bereitgestellt wird. Zudem werden jeweilige dreieckige Raumabschnitte 18, 18, die zu dem im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt 17 kontinuierlich sind, von dem vorbeschriebenen Paar von gekrümmten Abschnitten 11d, 12d gebildet.
Nachdem die beiden Metallelemente 11, 12, wie in 1 und 2A dargestellt ist, gewählt sind, wird damit begonnen, das Bogenschweißen von einer Spitze des Flanschabschnittes 15 aus, wie in 2A und 2B dargestellt ist, durchzuführen (zweiter Schritt).
In diesem Fall wird ein Bogen entlang einer Pfeilrichtung a (Pfeilerzeugungsrichtung), die in 2B gezeigt ist, zwischen der galvanisierten Stahlplatte als Basismaterial und einem Draht (nicht dargestellt) als Kernmaterial (Füllmaterial) gebildet, wobei diese Bogenerzeugung gleichmäßig durch Bewegen des Drahtes fortgesetzt wird, wodurch das Bogenschweißen durchgeführt wird. Insbesondere ist das Basismaterial als eine der Elektroden vorgesehen, während das Kernmaterial als die andere Elektrode vorgesehen ist, wodurch der Bogen erzeugt wird. Die durch diese Bogenerzeugung erzeugte Bogenwärme bewirkt, dass der Flanschüberlappungsabschnitt 15 und der Kerndraht schmelzen, wodurch das Bogenschweißen durchgeführt wird.
Das Schweißverfahren der Metallelemente der vorliegenden Ausführungsform wird durch nacheinander erfolgendes Schmelzen der Flanschabschnitte 13, 14, wie in 2B, 2C und 2D gezeigt ist, ausgeführt. Hierbei liegt der Siedepunkt des Zinks der galvanisierten Stahlplatte bei etwa 906°C, während der Schmelzpunkt der Stahlplatte des Basismaterials bei etwa 1539 ± 3°C liegt. Da der Siedepunkt des Zinks niedriger als der Schmelzpunkt der Stahlplatte ist, verdampft das Zink, bevor das Basismaterial schmilzt, und es wird entsprechend Zinkgas erzeugt.
Deshalb wird, wie in 2C und 2D gezeigt ist, das Bogenschweißen durchgeführt, bis das geschmolzene Metall 19 des Drahtes als Kernmaterial und der galvanisierten Stahlplatte (siehe Flanschabschnitte 13, 14) als Basismaterial eine entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche (Fläche an der Seite des im Wesentlichen geschlossenen Querschnittes 17) des Flanschüberlappungsteiles 15 erreicht und das erzeugte Zinkgas (siehe Pfeil b in 2B bis 2D) von einer Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu einer Bogenschweißungsdurchführungsseite (siehe Pfeil a von 2B) des Flanschüberlappungsteiles emittiert wird (dritter Schritt).
Da hierbei der dreieckige Raum 18 von den vorbeschriebenen orientierten, gekrümmten Abschnitten 11d, 12d gebildet wird, kann die Emission des Zinkgases von einer Anfangsphase zu einer mittleren Phase des Bogenschweißens, wie in 2B und 2C gezeigt ist, unterstützt werden. Das vorbeschriebene geschmolzene Metall 19 wird zu einem verschweißten Abschnitt 20, der einen geschmolzenen Schweißabschnitt (Durchdringung) 20P und eine Schweißverstärkung 20R, wie in 2D und 3 gezeigt ist, nach der Verfestigung beinhaltet, sodass das erste Metallelement 11 und das zweite Metallelement 12 fest und sicher zusammengefügt sind.
Es ist lediglich das Bogenschweißen des oberseitigen Flanschüberlappungsabschnittes 15, wie in 1 gezeigt ist, anhand 2A bis 2D beschrieben worden. Das Bogenschweißen für den unterseitigen Flanschüberlappungsabschnitt 15, der in 1 gezeigt ist, wird indes auf ähnliche Weise durchgeführt, wodurch eine Struktur 21 mit einem im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt (siehe 1) gebildet wird. Hierdurch wird selbstredend der vorbeschriebene verschweißte Abschnitt 20 kontinuierlich entlang einer Längsrichtung der Struktur 21 mit dem im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt gebildet.
Wie in 2A gezeigt ist, ist eine Länge L des Flanschüberlappungsabschnittes 15 derart gewählt, dass das geschmolzene Metall 19 des Drahtes als Kerndraht und des Basismaterials die entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles 15 erreicht und das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite (Seite des Pfeiles a) des Flanschüberlappungsteiles 15, bevor das Durchführen des Bogenschweißens beendet ist, emittiert wird (siehe 2D). Hierdurch wird auf geeignete Weise verhindert, dass Zinkgas innerhalb des geschmolzenen Metalls 19 verbleibt, sodass der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt 20 entgegengewirkt wird.
Des Weiteren ist, wie in 3 gezeigt ist, eine Breite W des Flanschüberlappungsabschnittes 15, insbesondere die Breite W der Schweißverstärkung 20R (verschweißter Metallabschnitt, der sich von einer Oberfläche des Basismaterials erhebt) nach Beendigung des Bogenschweißens bei etwa 6,0 bis etwa 13,0 mm gewählt. Hierdurch wird das während des Schweißens erzeugte Zinkgas auf noch geeignetere Weise emittiert, sodass der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt 20 noch sicherer entgegengewirkt wird.
Darüber hinaus wird, wie in 3 gezeigt ist, eine Höhe H des Flanschüberlappungsabschnittes 15, insbesondere die Höhe H der Schweißverstärkung 20R nach Beendigung des Bogenschweißens bei etwa 1,0 bis etwa 3,0 mm gewählt. Hierdurch wird das während des Schweißens erzeugte Zinkgas noch besser emittiert, sodass der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt 20 noch sicherer entgegengewirkt wird.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, umfasst das Schweißverfahren der Metallelemente der vorliegenden Ausführungsform, bei dem erste und zweite Metallelemente 11, 12, die jeweils aus der galvanisierten Stahlplatte gefertigt und benachbart zueinander positioniert sind, mittels Bogenschweißen verschweißt werden, den ersten Schritt (siehe 2A) des in dieselbe Richtung erfolgenden Biegens von benachbarten Abschnitten der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12 und des Bildens des Flanschüberlappungsteiles 15, wo die jeweiligen Flanschabschnitte 13, 14 der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12 einander überlappen und kontaktieren, den zweiten Schritt (siehe 2A und 2B) des Beginnens der Durchführung des Bogenschweißens von der Spitze des Flanschüberlappungsteiles 15 aus und den dritten Schritt (siehe 2C und 2D) des Fortsetzens der Durchführung des Bogenschweißens, bis das geschmolzene Metall 19 des Kerndrahtes und des Basismaterials (siehe Metallelemente 11, 12) die entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles 15 erreicht und das erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite (siehe Richtung des Pfeiles a in 2B) des Flanschüberlappungsteiles 15 (siehe 2A bis 2D) emittiert wird.
Gebildet wird entsprechend dem vorliegenden Schweißverfahren der Flanschüberlappungsteil 15, wo die Flanschabschnitte 13, 14 der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12 einander kontaktieren, durch in dieselbe Richtung erfolgendes Biegen der benachbarten Abschnitte der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12 beim ersten Schritt, Durchführen des Bogenschweißens beginnend von der Spitze des Flanschüberlappungsteiles 15 aus bei dem zweiten Schritt und bei dem dritten Schritt anschließendes fortgesetztes Durchführen des Bogenschweißens, bis das geschmolzene Metall 19 des Kerndrahtes und des Basismaterials die entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles 15 erreicht und das erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite (Richtung des Pfeiles a) des Flanschüberlappungsteiles 15 emittiert wird.
Da hierbei das während des Schweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite emittiert wird, kann auf geeignete Weise verhindert werden, dass das Zinkgas innerhalb des geschmolzenen Metalls 19 des Kerndrahtes und des Basismaterials (Stahlplatte) verbleibt, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt 20 entgegengewirkt wird, ohne dass ein bestimmter Draht oder eine spezielle Bogenschweißvorrichtung verwendet werden.
Des Weiteren umfasst die Schweißstruktur der Metallelemente der vorliegenden Erfindung, bei der die ersten und zweiten Metallelemente 11, 12, die jeweils aus der galvanisierten Stahlplatte gefertigt und benachbart zueinander positioniert sind, mittels Bogenschweißen verschweißt werden, den Flanschüberlappungsteil 15, wo die jeweiligen Flanschabschnitte 13, 14 der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12, die durch in dieselbe Richtung erfolgendes Biegen der benachbarten Abschnitte der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12 gebildet werden, einander überlappen und kontaktieren, wobei das Bogenschweißen von der Spitze des Flanschüberlappungsteiles 15 aus durchgeführt wird und die Länge L des Flanschüberlappungsteiles 15 derart gewählt wird, dass das geschmolzene Metall 19 des Kerndrahtes und des Basismaterials die entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles 15 erreicht und das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite (siehe Richtung des Pfeiles a von 2B) des Flanschüberlappungsteiles, bevor das Durchführen des Bogenschweißens beendet ist, emittiert wird (siehe 2A bis 2D).
Entsprechend der vorliegenden Schweißstruktur kann, da die Länge des Flanschüberlappungsteiles 15 derart gewählt ist, dass das geschmolzene Metall 19 des Kerndrahtes und des Basismaterials die entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles 15 erreicht und das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles 15, bevor das Durchführen des Bogenschweißens beendet ist, emittiert wird, das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles 15 emittiert werden. Entsprechend kann auf geeignete Weise verhindert werden, dass Zinkgas innerhalb des geschmolzenen Metalls 19 des Kerndrahtes und des Basismaterials (Stahlplatte) verbleibt, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt 20 entgegengewirkt wird, ohne dass ein bestimmter Draht oder eine spezielle Bogenschweißvorrichtung verwendet werden.
Darüber hinaus liegt die Dicke t1, t2 der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12 jeweils bei etwa 0,5 mm oder mehr und etwa 2,6 mm oder weniger, und es liegt die Breite W des Flanschüberlappungsteiles 15 nach Durchführung des Bogenschweißens bei etwa 6,0 bis etwa 13,0 mm (siehe 3). Die vorbeschriebene Breite des Flanschüberlappungsteiles 15 nach Durchführung des Bogenschweißens entspricht der Breite der Schweißverstärkung 20R (verschweißter Metallabschnitt, der sich von einer Oberfläche des Basismaterials erhebt).
Entsprechend dieser Struktur kann das während des Schweißens erzeugte Zinkgas besser emittiert werden, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt 20 sicherer entgegengewirkt wird.
Des Weiteren liegt die Dicke t1, t2 der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12 jeweils bei etwa 0,5 mm oder mehr und 2,6 mm oder weniger, und es liegt die Höhe H des Flanschüberlappungsteiles 15 nach Durchführung des Bogenschweißens bei etwa 1,0 bis etwa 3,0 mm (siehe 3). Die Höhe H des Flanschüberlappungsteiles 15 entspricht nach Durchführung des Bogenschweißens der Höhe der vorbeschriebenen Schweißverstärkung 20.
Entsprechend der vorliegenden Struktur kann das während des Schweißens erzeugte Zinkgas besser emittiert werden, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt 20 sicherer entgegengewirkt wird. Da zudem die vorbeschriebene Höhe H von etwa 1,0 bis etwa 3,0 mm impliziert, dass der Grad des Hochstehens der Metallelemente 11, 12 vergleichsweise klein ist, kann die vorliegende Schweißstruktur vorzugsweise bei Fahrzeugkomponenten oder dergleichen eingesetzt werden. Dies bedeutet, dass sogar dann, wenn weitere Komponenten um die vorliegende Schweißstruktur herum vorhanden sind, die vorliegende Schweißstruktur nicht viel Raum benötigt, sodass eine störende Wechselwirkung mit den anderen Komponenten um die vorliegende Schweißstruktur herum vermieden wird, wodurch zudem die Layoutfähigkeit verbessert wird.
Ferner umfasst die Schweißstruktur der Metallelemente der vorliegenden Ausführungsform, bei der die ersten und zweiten Metallelemente 11, 12, die jeweils aus der galvanisierten Stahlplatte gefertigt und benachbart zueinander positioniert sind, mittels Bogenschweißen verschweißt sind, den Flanschüberlappungsteil 15, wo die jeweiligen Flanschabschnitte 13, 14 der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12, die durch in dieselbe Richtung erfolgendes Biegen der benachbarten Abschnitte der ersten und zweiten Metallelemente 11, 12 gefertigt sind, einander überlappen und kontaktieren, wobei das Bogenschweißen von der Spitze des Flanschüberlappungsteiles 15 aus durchgeführt wird und der geschmolzene Schweißabschnitt 20P (Durchdringung) die entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles 15 erreicht, sodass das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite (siehe Pfeil a von 2B) des Flanschüberlappungsteiles 15 (siehe 2A bis 2D und 3) emittiert wird.
Da entsprechend der vorliegenden Struktur der vorbeschriebene geschmolzene Schweißabschnitt (Durchdringung) 20P die entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsteiles 15 erreicht, sodass das während des Bogenschweißens erzeugte Zinkgas von der Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsteiles 15 emittiert wird, kann das während des Bogenschweißens emittierte Zinkgas emittiert werden. Entsprechend kann auf geeignete Weise verhindert werden, dass Zinkgas innerhalb des den geschmolzenen Schweißabschnitt 20 beinhaltenden geschmolzenen Metalls 19 verbleibt, wodurch der Erzeugung von Blowholes und Pits an dem verschweißten Abschnitt 20 entgegengewirkt wird.
Obwohl die vorbeschriebene Ausführungsform beispielhalber die Struktur 21 mit dem im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt darstellt, die derart ausgestaltet ist, dass sie eine Links-Rechts-Doppelunterteilungsstruktur aufweist und im Wesentlichen seitensymmetrisch gemäß Darstellung in 1 ist, kann die vorliegende Struktur auch eine Rechts-Links-Doppelunterteilungsstruktur aufweisen und seitlich asymmetrisch sein, eine Oben-Unten-Doppelunterteilungsstruktur aufweisen und im Wesentlichen vertikal symmetrisch sein oder eine Oben-Unten-Doppelunterteilungsstruktur aufweisen und vertikal asymmetrisch sein.
Zudem ist man bei der vorliegenden Erfindung nicht auf die Struktur mit dem im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt beschränkt, sondern sie ist auch allgemein bei Fahrzeugkomponenten wie Aufhängungsquerelementen, unteren Armen, oberen Armen oder Dämpfern, sowie bei elektrischen Haushaltsgeräten wie Klimaanlagengehäusen oder auch bei Baumaterialien verwendbar.
Zusätzlich kann der vorbeschriebene Flanschabschnitt derart ausgestaltet sein, dass er sich gerade oder annähernd gerade entlang der Längsrichtung des Metallelementes erstreckt oder dass er sich nach außen und in Ringform von einem Endabschnitt eines rohrförmigen Metallelementes oder eines schalenförmigen Metallelementes aus erstreckt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/029611 A1 [0006]
JP 2003-169772 A [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Welding Incomplete Portion”, 4. Kapitel, JIS Z 3001-4, Terminologie des Schweißens [0003]

Claims

Schweißverfahren für Metallelemente, bei dem erste und zweite Metallelemente (11, 12), die jeweils aus einer galvanisierten Stahlplatte gefertigt und benachbart zueinander positioniert sind, mittels Bogenschweißen verschweißt werden, wobei das Schweißverfahren umfasst: einen ersten Schritt des in dieselbe Richtung erfolgenden Biegens von benachbarten Abschnitten der ersten und zweiten Metallelemente (11, 12) und des Bildens eines Flanschüberlappungsabschnittes (15), wo jeweilige Flanschabschnitte (13, 14) der ersten und zweiten Metallelemente (11, 12) einander überlappen und kontaktieren; einen zweiten Schritt des Beginnens mit der Durchführung des Bogenschweißens von einer Spitze des Flanschüberlappungsabschnittes (15) aus; und einen dritten Schritt des Fortsetzens der Durchführung des Bogenschweißens, bis geschmolzenes Metall eines Kerndrahtes und eines Basismaterials eine entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsabschnittes (15) erreicht und erzeugtes Zinkgas von einer Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu einer Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsabschnittes (15) emittiert wird.
Schweißverfahren nach Anspruch 1, wobei die Dicke der ersten und zweiten Metallelemente (11, 12) jeweils bei etwa 0,5 mm oder mehr und etwa 2,6 mm oder weniger liegt und das Bogenschweißen derart durchgeführt wird, dass die Breite (W) des Flanschüberlappungsabschnittes (15) zu etwa 6,0 mm bis etwa 13,0 mm wird.
Schweißverfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Dicke der ersten und zweiten Metallelemente (11, 12) jeweils bei 0,5 mm oder mehr und 2,6 mm oder weniger liegt und das Bogenschweißen derart durchgeführt wird, dass die Höhe (H) des Flanschüberlappungsabschnittes (15) zu etwa 1,0 mm bis etwa 3,0 mm wird.
Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Metallelemente (11, 12) im Wesentlichen dieselbe Dicke aufweisen.
Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flanschabschnitte (13, 14) derart gebogen werden, dass die Flanschabschnitte (13, 14) im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Schweißstruktur von Metallelementen, bei der erste und zweite Metallelemente (11, 12), die jeweils aus einer galvanisierten Stahlplatte gefertigt und benachbart zueinander positioniert sind, mittels Bogenschweißen verschweißt sind, wobei die Schweißstruktur umfasst: einen Flanschüberlappungsabschnitt (15), wo jeweilige Flanschabschnitte (13, 14) der ersten und zweiten Metallelemente (11, 12), die durch in dieselbe Richtung erfolgendes Biegen von benachbarten Abschnitten der ersten und zweiten Metallelemente (11, 12) gefertigt werden, einander überlappen und kontaktieren, wobei das Bogenschweißen von einer Spitze des Flanschüberlappungsabschnittes (15) aus durchgeführt wird und eine Länge des Flanschüberlappungsteiles derart gewählt ist, dass geschmolzenes Metall eines Kerndrahtes und eines Basismaterials und/oder eines geschmolzenen Schweißabschnittes eine entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Seitenfläche des Flanschüberlappungsabschnittes (15) erreicht und während des Bogenschweißens erzeugtes Zinkgas von einer Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu einer Bogenschweißungsdurchführungsseite des Flanschüberlappungsabschnittes (15), bevor die Durchführung des Bogenschweißens beendet ist, emittiert wird.
Schweißstruktur von Metallelementen von Anspruch 6, wobei die Dicke der ersten und zweiten Metallelemente jeweils bei etwa 0,5 mm oder mehr und etwa 2,6 mm oder weniger liegt und die Breite (W) des Flanschüberlappungsabschnittes (15) nach Durchführung des Bogenschweißens bei etwa 6,0 mm bis etwa 13,0 mm liegt.
Schweißstruktur von Metallelementen nach Ansprüchen 6 oder 7, wobei die Dicke der ersten und zweiten Metallelemente jeweils bei 0,5 mm oder mehr und 2,6 mm oder weniger liegt und die Höhe (H) des Flanschüberlappungsabschnittes (15) nach Durchführung des Bogenschweißens bei etwa 1,0 mm bis etwa 3,0 mm liegt.
Schweißstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, wobei die ersten und zweiten Metallelemente (11, 12) im Wesentlichen dieselbe Dicke aufweisen.
Schweißstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, wobei die Flanschabschnitte (13, 14) derart gebogen sind, dass die Flanschabschnitte (13, 14) im Wesentlichen parallel zueinander sind.