DE102016105855A1

DE102016105855A1 - Schweißverfahren

Info

Publication number: DE102016105855A1
Application number: DE102016105855.6A
Authority: DE
Inventors: Kohei Hisada; Toru HIOKI; Kazuyuki OGUSU; Shuichi Matsumoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2016-10-06
Also published as: US20160288262A1; CN106041307B; CN106041307A; US10076807B2

Abstract

Ein Schweißverfahren gemäß der Erfindung ist ein Schweißverfahren, in dem Schweißen durch Abgeben eines Hochenergiestrahls auf einen Schweißgegenstand durchgeführt wird, der eine Mehrzahl überlappter Metallbleche hat. Dieses Schweißverfahren hat Ausbilden eines Heftschweißkerns (41a) an einem Schweißpunkt (41) auf dem Schweißgegenstand und Ausbilden einer Mehrzahl Fertigschweißkerne (41b) entlang einer virtuellen geschlossenen Kurve, die den Heftschweißkern (41a) umgibt, während der Heftschweißkern (41a) an dem Schweißpunkt (41) belassen bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren. Genauer betrifft die Erfindung ein Schweißverfahren unter Verwendung eines Hochenergiestrahls wie z.B. eines Laserstrahls, eines Elektronenstrahls oder eines Ionenstrahls.
Als ein Schweißverfahren zum Zusammenfügen einer Mehrzahl überlappter Metallbleche ist ein Schweißverfahren durch Laserschweißen weit verwendet, da es verschiedene Vorteile bietet, wie z.B. dass wenig Verarbeitungsspannung besteht, ein Schweißen mit hoher Geschwindigkeit möglich ist, und wenige Abschnitte durch Restwärme beeinträchtigt werden.
Die Druckschrift JP 2013-132686 A von den Erfindern beschreibt ein Laserschweißverfahren, das eine Mehrzahl Kerne mit einem konstanten Abstand p auf einer virtuellen geschlossenen Kurve ausbildet, die z.B. durch einen Kreis ausgebildet ist. Eine Festigkeit gleich wie oder größer als die einer kreisförmigen oder runden Schweißung, die annähernd den gleichen Durchmesser wie die geschlossene Kurve aufweist, ist durch geeignetes Bestimmen des Abstands p und des Durchmessers d realisiert.
Mit der in der Druckschrift JP 2013-132686 A beschriebenen Technologie kann, wenn der Durchmesser der Kerne relativ groß wird, z.B. eine Verformung aufgrund der Restwärme oder eine thermische Verformung während des Schweißens auftreten. Eine bekannte Weise um eine derartige Verformung während des Schweißens zu unterdrücken, ist es, zuerst ein Heftschweißen durchzuführen, und dann ein Fertigschweißen auf oder nahe der Heftschweißung durchzuführen.
Wenn jedoch das Fertigschweißen an dem oberen Bereich einer Heftschweißung durchgeführt wird, ist die Verformungsunterdrückungswirkung durch die Heftschweißung verloren, wenn die Fertigschweißung durchgeführt wird, und als Ergebnis kann eine schlussendlich auftretende Verformung entstehen. Falls andererseits das Fertigschweißen nahe dem Heftschweißen durchgeführt wird, und die Heftschweißung sogar nach dem Fertigschweißen belassen bleibt, kann die schwache Heftschweißung sich ablösen, nachdem das Fertigschweißen durchgeführt wurde. Obwohl das Ablösen der Heftschweißung kein großes Problem hinsichtlich der Festigkeit darstellt, kann ein abnormales Geräusch entstehen, wenn die Heftschweißung sich ablöst.
Mit einem in der Druckschrift JP 2009-241116 A beschriebenen Schweißverfahren wird eine kontinuierliche Schweißung durch ein erstes Punktschweißen eines überlappten Metallmaterials entlang einer vorbestimmten Fügelinie ausgebildet, und dann ein Laserschweißen entlang des Punktschweißens ausgebildet. Die Druckschrift JP 2009-241116 A bemerkt, dass Punktschweißen die Notwendigkeit für eine Matrize oder vorübergehendes Befestigen zum vorübergehenden Halten vermeidet, wenn das Laserschweißen durchgeführt wird. Eine Punktschweißung dient nämlich ebenfalls als Heftschweißung, um eine Verformung eines zu schweißenden Gegenstands zu der Zeit des Laserschweißens zu unterdrücken.
Mit der in der Druckschrift JP 2009-241116 A beschriebenen Technologie ragt die Punktschweißung entsprechend der Heftschweißung von der kontinuierlichen Schweißung durch Laserschweißung vor, die der Fertigschweißung entspricht. Hier ist z.B. mit einem stark leitfähigen Aluminiumlegierungsblech oder Ähnlichem die Heftschweißung schwächer als die Fertigschweißung. Deswegen, wenn die Heftschweißung von der Fertigschweißung vorragt, wie in der Druckschrift JP 2009-241116 A beschrieben ist, kann die schwache Heftschweißung sich aus verschiedenen Gründen ablösen, nachdem die Fertigschweißung durchgeführt wurde. Obwohl das Ablösen der Heftschweißung kein Problem hinsichtlich der Festigkeit bedeutet, kann ein abnormales Geräusch entstehen, wenn die Heftschweißung sich ablöst.
Ein erster Gesichtspunkt der Erfindung unterdrückt sowohl die Verformung eines Schweißgegenstands, wenn ein Fertigschweißen durchgeführt wird, und unterdrückt ein Ablösen einer Heftschweißung nach dem Fertigschweißen.
Der erste Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Schweißverfahren, in dem ein Schweißen durch Abgeben eines Hochenergiestrahls auf einen Schweißgegenstand durchgeführt wird, der eine Mehrzahl überlappter Metallbleche hat. Dieses Schweißverfahren hat Ausbilden eines Heftschweißkerns an einem Schweißpunkt auf dem Schweißgegenstand, und Ausbilden einer Mehrzahl Fertigschweißkerne entlang einer virtuellen geschlossenen Kurve, die den Heftschweißkern umgibt, während der Heftschweißkern an dem Schweißpunkt belassen bleibt (übrig gelassen bleibt).
In dem Schweißverfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung werden eine Mehrzahl Fertigschweißkerne entlang einer virtuellen geschlossenen Kurve ausgebildet, die den Heftschweißkern umgibt, während der Heftschweißkern an dem Schweißpunkt belassen bleibt. Da nämlich der Heftschweißkern verbleibt, kann die Verformungsunterdrückungswirkung durch den Heftschweißkern sogar während des Fertigschweißens beibehalten bleiben. Da der verbleibende Heftschweißkern durch die Fertigschweißkerne umgeben ist, kann ebenfalls ein Ablösen des Heftschweißkerns nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden. Somit können sowohl eine Verformung der Schweißgegenstände während des Fertigschweißens, wie auch ein Ablösen der Heftschweißung nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden.
Ein zweiter Gesichtspunkt der Erfindung unterdrückt ebenfalls ein Ablösen der Heftschweißung nach dem Fertigschweißen.
Der zweite Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Schweißverfahren, in dem Schweißen durch Abgeben eines Hochenergiestrahls auf einen Schweißgegenstand durchgeführt wird, der eine Mehrzahl überlappter Metallbleche hat. Dieses Schweißverfahren hat Ausbilden eines Heftschweißkerns an einem Schweißpunkt auf dem Schweißgegenstand durch Punktschweißen, und Ausbilden einer Mehrzahl von Fertigschweißkernen durch Abgeben des Hochenergiestrahls entlang einer virtuellen geschlossenen Kurve, die den Heftschweißkern umgibt, während der Heftschweißkern an dem Schweißpunkt belassen wird.
In dem Schweißverfahren gemäß des zweiten Gesichtspunkts der Erfindung wird eine Mehrzahl Fertigschweißkerne durch Abgeben eines Hochenergiestrahls entlang einer virtuellen geschlossenen Kurve ausgebildet, die den Heftschweißkern umgibt, während der durch Punktschweißen ausgebildete Heftschweißkern an dem Schweißpunkt belassen wird. Deswegen ist der Heftschweißkern durch die Fertigschweißkerne umgeben, und so kann ein Ablösen des Heftschweißkerns nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden.
In dem Heftschweißverfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung kann eine Größe des Heftschweißkerns kleiner als eine Größe von jedem der Mehrzahl der Fertigschweißkerne gemacht werden. Als Ergebnis kann eine thermische Verformung reduziert werden, wenn der Heftschweißkern ausgebildet wird.
Darüber hinaus können in dem Schweißverfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung der Heftschweißkern und die Mehrzahl der Fertigschweißkerne voneinander getrennt ausgebildet werden. Als Ergebnis kann eine Verformung des Schweißgegenstands zu der Zeit des Fertigschweißens wirkungsvoller unterdrückt werden.
Ebenfalls kann in dem Schweißverfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ein Laserstrahl als der Hochenergiestrahl verwendet werden.
Ebenfalls kann in dem Schweißverfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung die virtuelle geschlossene Kurve einem um die Fertigschweißkerne umschriebenen Kreis entsprechen.
Ebenfalls kann in dem Schweißverfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung die virtuelle geschlossene Kurve dem Schweißpunkt entsprechen.
Ebenfalls können in dem Schweißverfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung der Heftschweißkern und der Fertigschweißkern eine Kreisform aufweisen, und die Größe des Heftschweißkerns kann ein Durchmesser des Heftschweißkerns sein, und die Größe des Fertigschweißkerns kann ein Durchmesser des Fertigschweißkerns sein.
Ebenfalls können in dem Schweißverfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung der Heftschweißkern und der Fertigschweißkern eine elliptische Form aufweisen, und die Größe des Heftschweißkerns kann die einer Hauptachsenlänge des Heftschweißkerns sein, und die Größe des Fertigschweißkerns kann die einer Hauptachsenlänge des Fertigschweißkerns sein.
Ebenfalls können in dem Schweißverfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung der Heftschweißkern und der Fertigschweißkern eine elliptische Form aufweisen, und die Größe des Heftschweißkerns kann ein Durchschnittswert der Hauptachsenlänge des Heftschweißkerns und einer Nebenachsenlänge des Heftschweißkerns sein, und die Größe des Fertigschweißkerns kann ein Durchschnittswert einer Hauptachsenlänge des Fertigschweißkerns und einer Nebenachsenlänge des Fertigschweißkerns sein.
Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung können sowohl eine Verformung eines Schweißgegenstands, wenn das Fertigschweißen durchgeführt wird, wie auch ein Ablösen einer Heftschweißung nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden.
Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung kann ein Ablösen der Heftschweißung nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
1 eine Seitenansicht eines Beispiels einer Laserschweißvorrichtung zum Ausführen eines Schweißverfahrens gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine Draufsicht ist, die den Grundvorgang der Laserschweißvorrichtung darstellt;
3A eine Schnittansicht ist, die den Grundvorgang der Laserschweißvorrichtung darstellt;
3B eine Schnittansicht ist, die den Grundvorgang der Laserschweißvorrichtung darstellt;
3C eine Schnittansicht ist, die den Grundvorgang der Laserschweißvorrichtung darstellt;
3D eine Schnittansicht ist, die den Grundvorgang der Laserschweißvorrichtung darstellt;
4A eine Ansicht ist, die das Schweißverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
4B eine Ansicht ist, die das Schweißverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
4C eine Ansicht ist, die das Schweißverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
4D eine Ansicht ist, die das Schweißverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
5 eine vergrößerte Draufsicht eines Schweißpunkts ist;
6 eine Schnittansicht entlang einer Linie VI-VI in 5 ist;
7A eine Ansicht ist, die ein Schweißverfahren gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
7B eine Ansicht ist, die ein Schweißverfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
7C eine Ansicht ist, die ein Schweißverfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
7D eine Ansicht ist, die ein Schweißverfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
8 eine Draufsicht eines Schweißgegenstands gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist;
9 eine Seitenansicht eines Beispiels einer Laserschweißvorrichtung zum Ausführen eines Schweißverfahrens gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist;
10 eine Draufsicht ist, die den Grundvorgang der Laserschweißvorrichtung darstellt;
11A eine Draufsicht ist, die das Schweißverfahren gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
11B eine Ansicht ist, die das Schweißverfahren gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
12 eine vergrößerte Draufsicht eines Schweißpunkts ist;
13 eine Schnittansicht entlang einer Linie V-V in 12 ist;
14 eine Draufsicht eines Schweißgegenstands gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform ist; und
15 eine Draufsicht eines Schweißgegenstands gemäß einem Vergleichsbeispiel ist.
Im Folgenden werden bestimmte beispielhafte Ausführungsformen mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen im Detail beschrieben, an denen die Erfindung angewendet wurde. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen begrenzt. Ebenfalls sind die Beschreibung und die Zeichnungen zum Zweck der Klarheit in geeigneter Weise vereinfacht.
Erste beispielhafte Ausführungsform
Zuerst wird eine Laserschweißvorrichtung zum Ausführen eines Schweißvorgangs gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. 1 ist eine Seitenansicht eines Beispiels der Laserschweißvorrichtung zum Ausführen eines Schweißverfahrens gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. 2 ist eine Draufsicht, die den Grundvorgang der Laserschweißvorrichtung darstellt. 3 ist eine Schnittansicht, die den Grundvorgang der Laserschweißvorrichtung darstellt.
Die rechtsläufigen xyz-Koordinatensysteme, die aus 1 bis 3 und den anderen Zeichnungen ersichtlich sind, dienen zu beschreibenden Zwecken, um das Positionsverhältnis der bestimmenden Elemente darzustellen, und entsprechen in den Zeichnungen einander. Normalerweise ist die xy-Ebene eine horizontale Ebene, und die positive z-Achsenrichtung ist die Richtung vertikal nach oben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, hat eine Laserschweißvorrichtung 1 einen Laseroszillator 10, einen Abtastabschnitt 11 und eine Antriebsquelle 12. Der Laseroszillator 10 erzeugt einen Laserstrahl. Der erzeugte Laserstrahl wird zu dem Abtastabschnitt 11 unter Verwendung eines optischen Faserkabels 13 geführt. Ein Kohlenstoffdioxidlaser, ein YAG-Laser oder ein Faserlaser können z.B. als der Laserstrahl verwendet werden.
Der Abtastabschnitt 11 stellt einen über das optische Faserkabel 13 von dem Laseroszillator 10 geführten Laserstrahl 16 in einem aus 2 ersichtlichen Bereitstellungsbereich 18 bereit, und gibt den Laserstrahl 16 auf ein Metallblech 31 ab, das ein Schweißgegenstand ist. Als Ergebnis wird ein Schweißpunkt 40 ausgebildet, der sich zwischen den zwei überlappten Metallblechen 31 und 32 erstreckt.
Der Abtastabschnitt 11 hat Spiegel 14 und 15, die jeweils in der Lage sind, um eine einzelne Schwenkachse zu schwenken. Zum Beispiel stellt der Spiegel 14 den Laserstrahl 16 in der x-Achsenrichtung bereit, und der Spiegel 15 tastet den Laserstrahl 16 in der y-Achsenrichtung ab. Die Spiegel 14 und 15 können unter Verwendung von z.B. Galvanometerspiegeln ausgebildet sein.
Der Abtastabschnitt 11 ist in der Lage, sich durch die Antriebsquelle 12 wie z.B. ein Roboter in eine geeignete Richtung (die x-Achsenrichtung, die y-Achsenrichtung und die z-Achsenrichtung) zu bewegen. In 1 ist der Abtastabschnitt 11 aus den zwei Spiegeln 14 und 15 ausgebildet, aber der Abtastabschnitt 11 kann auch aus einem einzelnen Spiegel ausgebildet sein, der in der Lage ist, in zwei axiale Richtungen zu schwenken.
Als Nächstes wird der Grundbetrieb der Laserschweißvorrichtung 1 mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. 2 und 3 sind Ansichten, die einen Fall darstellen, in dem zwei Metallbleche 31 und 32 als Schweißgegenstände miteinander durch Schweißen zusammengefügt werden. 3 ist eine Ansicht, die einen Fall darstellt, in dem die zwei Metallbleche 31 und 32, die Schweißgegenstände sind, geringfügig voneinander getrennt angeordnet sind, aber die zwei Metallbleche 31 und 32 können ebenfalls einander berührend angeordnet sein.
Wie aus der Draufsicht der 2 ersichtlich ist, bewegt sich der Abtastabschnitt 11, wenn die Metallbleche 31 und 32 geschweißt werden, in eine durch den Pfeil gezeigte Schweißrichtung. Hier ist die Schweißrichtung die Richtung, in der die Metallbleche 31 und 32 geschweißt werden. Mit anderen Worten, die Schweißrichtung ist die Richtung, in der die Schweißpunkte 41 und 42 ausgebildet werden, die aus 3 ersichtlich sind. Zu dieser Zeit bewegt sich der Bereitstellungsbereich 18 des Laserstrahls 16, wenn sich der Abtastabschnitt 11 bewegt. Der Abtastabschnitt 11 kann sich mit einer konstanten Geschwindigkeit (d.h. kontinuierlich) in der Schweißrichtung bewegen, oder er kann sich in einer gestuften Weise (d.h. nichtkontinuierlich) bewegen.
Wie ebenfalls aus 3A ersichtlich ist, gibt der Abtastabschnitt 11 den Laserstrahl 16 an dem Schweißpunkt 41 ab, wenn die Metallbleche 31 und 32 geschweißt werden. Der Abtastabschnitt 11 fährt fort, sich in der Schweißrichtung zu bewegen. Deswegen stellt der Abtastabschnitt 11 den Laserstrahl 16 derart bereit, dass der Laserstrahl 16 an dem Schweißpunkt 41 abgegeben wird, wie aus 3B und 3C ersichtlich ist. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastabschnitts 11 ist auf eine Geschwindigkeit derart eingestellt, dass der Schweißpunkt 41 von dem Beginn zu dem Ende des Schweißens des Schweißpunkts 41 innerhalb des Bereitstellungsbereichs 18 des Abtastabschnitts 11 fällt.
Dann gibt der Abtastabschnitt 11 den Laserstrahl 16 an dem nächsten Schweißpunkt 42 ab, wie aus 3D ersichtlich ist. Auf diese Weise ist die Laserschweißvorrichtung 1 in der Lage, den Laserstrahl 16 mit dem Abtastabschnitt 11 bereitzustellen und einen vorbestimmten Punkt der Metallbleche 31 und 32 zu schweißen, während der Abtastabschnitt 11 mit der Antriebsquelle 12 bewegt wird. Wenn das voranstehend beschriebene Schweißverfahren verwendet wird, sind die Schweißpunkte 41 (der Schweißpunkt 40 in 1) diskret. Natürlich kann die Anzahl der Mehrzahl der Metallbleche, die die Schweißgegenstände sind, auch drei oder mehr betragen.
Als Nächstes wird das Schweißverfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf 4 beschrieben. 4 ist eine Ansicht, die das Schweißverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt. Das Schweißverfahren gemäß dieser ersten beispielhaften Ausführungsform kann unter Verwendung der voranstehend beschriebenen Laserschweißvorrichtung 1 ausgeführt werden. 4A bis 4D sind Draufsichten des Metallblechs 31, auf das der Laserstrahl 16 abgegeben wird. In 4 ist lediglich der Bereitstellungsbereich 18 des Abtastabschnitts 11 gezeigt; der Abtastabschnitt 11 ist nicht gezeigt.
Das Schweißverfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist ein Laserschweißverfahren, das das Zusammenschweißen der Mehrzahl der Metallbleche 31 und 32 durch Abgeben des in dem Abtastabschnitt 11 bereitgestellten Laserstrahls 16 auf der Mehrzahl der Metallbleche 31 und 32, die die Schweißgegenstände sind, durchführt, während es den Abtastabschnitt 11 bewegt, der den von dem Laseroszillator 10 geführten Laserstrahl 16 bereitstellt.
Wie aus 4A ersichtlich ist, wird ein Heftschweißen durch das Abgeben des Laserstrahls 16 an dem Schweißpunkt 41 durchgeführt. Noch genauer wird ein Heftschweißkern 41a an dem Schweißpunkt 41 ausgebildet. Dann wird das Heftschweißen durch Abgeben des Laserstrahls 16 an dem Schweißpunkt 42 durchgeführt. Es wird nämlich ein Heftschweißkern 42a an dem Schweißpunkt 42 ausgebildet. Hier ist die Heftschweißung eine vorübergehende Schweißung, um zu unterdrücken, dass die Metallbleche 31 und 32 sich aufgrund einer Restspannung und einer thermischen Verformung während des Fertigschweißens verformen. Die Heftschweißung weist eine geringere Fügefestigkeit als die Fertigschweißung auf.
Als Nächstes wird das Fertigschweißen durch Abgeben des Laserstrahls 16 an dem Schweißpunkt 41 durchgeführt, wie aus 4B ersichtlich ist. Noch genauer wird eine Mehrzahl von Fertigschweißkernen 41b ausgebildet, die den Heftschweißkern 41a umgeben. In dem Beispiel in der Zeichnung sind drei Fertigschweißkerne 41b ausgebildet, die den Heftschweißkern 41a umgeben. Hier ist das Fertigschweißen das Schweißen, um die Metallbleche 31 und 32 fest zusammenzufügen. Zum Beispiel ist die Abgabezeit des Laserstrahls 16 in dem Fertigschweißen länger als die Abgabezeit des Laserstrahls 16 in dem Heftschweißen. Die bestimmte Struktur des Schweißpunkts 41 mit dem Heftschweißkern 41a und die Mehrzahl der Fertigschweißkerne 41b werden später beschrieben.
Als Nächstes wird das Heftschweißen durch das Abgeben des Laserstrahls 16 an einem Schweißpunkt 43 beschrieben, wie aus 4C ersichtlich ist. Es wird nämlich ein Heftschweißkern 43a an dem Schweißpunkt 43 ausgebildet. Dann führt der Abtastabschnitt 11 ein Fertigschweißen durch Abgeben des Laserstrahls 16 an dem Schweißpunkt 42 durch. Es werden nämlich eine Mehrzahl Fertigschweißkerne 42b ausgebildet, die den Heftschweißkern 42a umgeben. Danach können die Metallbleche 31 und 32 durch Wiederholen dieses Vorgangs miteinander verschweißt werden.
Hier wird die bestimmte Struktur des Schweißpunkts 41 mit dem Heftschweißkern 41a und der Mehrzahl der Fertigschweißkerne 41b mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben. 5 ist eine vergrößerte Draufsicht des Schweißpunkts 41. Ebenfalls ist 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 5.
Wie aus 5 ersichtlich ist, wird mit dem Schweißverfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform zuerst der Heftschweißkern 41a innerhalb einer virtuellen geschlossenen Kurve ausgebildet, die durch eine Strich-zwei-Punktlinie ersichtlich ist, die einen Schweißpunkt 41 anzeigt, und dann wird die Mehrzahl der Fertigschweißkerne 41b entlang der virtuellen geschlossenen Kurve ausgebildet, die den Heftschweißkern 41a umgibt, während der Heftschweißkern 41a belassen wird. Entsprechend ist der nach dem Fertigschweißen verbleibende Heftschweißkern 41a durch die Fertigschweißkerne 41b umgeben, die entlang der virtuellen geschlossenen Kurve ausgebildet ist, die den Heftschweißkern 41a umgibt.
Da nämlich der Heftschweißkern 41a belassen bleibt, kann die die Verformung unterdrückende Wirkung durch den Heftschweißkern 41a sogar während des Fertigschweißens beibehalten bleiben. Da auch der Heftschweißkern 41a, der belassen geblieben ist, durch die Fertigschweißkerne 41b umgeben ist, kann das Ablösen des Heftschweißkerns 41a nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden. Deswegen können sowohl die Verformung der Schweißgegenstände während des Fertigschweißens wie auch das Ablösen der Heftschweißung nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden.
In dem Beispiel in 5 ist ein einzelner kreisförmiger Heftschweißkern 41a, der den Durchmesser Da aufweist, in der Mitte einer kreisförmigen virtuellen Kurve (d.h. dem Schweißpunkt 41) ausgebildet, der einen Durchmesser D aufweist. Drei kreisförmige Fertigschweißkerne 41b, die jeweils einen Durchmesser Db aufweisen, die in die virtuelle Kurve (d.h. den Schweißpunkt 41) eingeschrieben sind, sind an gleich beabstandeten Abständen diesen Heftschweißkern 41a umgebend ausgebildet.
Von dem Gesichtspunkt der die Verformung unterdrückenden Wirkung während des Fertigschweißens wird der Heftschweißkern 41a bevorzugt von dem Fertigschweißkernen 41b entfernt ausgebildet, wie aus 5 ersichtlich ist. Jedoch können ein Abschnitt des Heftschweißkerns 41a und ein Abschnitt der Fertigschweißkerne 41b einander auch überlappen.
Die Anzahl der Heftschweißkerne 41a und die Anzahl der Fertigschweißkerne 41b ist eine beliebige Anzahl. Ebenfalls sind die Formen des Heftschweißkerns 41a und der Fertigschweißkerne 41b nicht darauf begrenzt, kreisförmig zu sein, sondern können z.B. ebenfalls elliptisch oder polygonal sein. Darüber hinaus ist die virtuelle geschlossene Kurve, die den Heftschweißkern 41a umgibt, nicht darauf begrenzt, kreisförmig zu sein, sondern kann z.B. auch eine elliptische oder eine geeignete Kurve oder polygonal sein. Ebenfalls umschreibt in dem in 5 gezeigten Beispiel die virtuelle geschlossene Kurve, die den Heftschweißkern 41a umgibt, die Fertigschweißkerne 41b, kann aber auch durch die Mitte der Fertigschweißkerne 41b durchtreten, oder kann in die Fertigschweißkerne 41b eingeschrieben sein.
Wie aus 5 ersichtlich ist, ist bevorzugt die Größe (z.B. der Durchmesser) Da des Heftschweißkerns 41a kleiner als die Größe (z.B. der Durchmesser) Db von jedem der Fertigschweißkerne 41b. Dies ermöglicht, dass eine thermische Verformung verringert wird, wenn der Heftschweißkern 41a ausgebildet wird. Ebenfalls ergibt eine kleinere Größe Da des Heftschweißkerns 41a keine eine Verformung unterdrückende Wirkung zu der Zeit des Fertigschweißens, sondern ermöglicht ebenfalls, dass die Heftschweißzeit verkürzt wird, was die Produktionsleistungsfähigkeit und den Energiedeckungsgrad verbessert.
Unter Betrachtung von Festigkeitseigenschaften wie z.B. einer Schälfestigkeit (gegen ein Ablösen) ist es bevorzugt, dass die Größe Db der Fertigschweißkerne 41b mit Bezug auf den Abstand zwischen angrenzenden Fertigschweißkernen 41b, d.h. dem Abstand p so ausgelegt ist, dass 1/2 < Db/p ≤ 1 erfüllt ist. Die Größe Db der Fertigschweißkerne 41b ist der Durchmesser, wenn die Fertigschweißkerne 41b eine kreisförmige Form aufweisen. Wenn andererseits die Fertigschweißkerne 41b eine elliptische Form aufweisen, kann die Größe Db die Hauptachsenlänge sein oder sie kann z.B. ein Durchschnittswert der Hauptachsenlänge und der Nebenachsenlänge sein.
Wenn Db/p ≤ 1/2, ist die Größe Db der Fertigschweißkerne 41b mit Bezug auf den Abstand p klein, so dass die Fertigschweißkerne 41b voneinander getrennt sind. Deswegen beeinträchtigt die Mehrzahl der Fertigschweißkerne 41b einander in Bezug auf ihre Festigkeitseigenschaften nicht, so dass, wenn eine die Festigkeit eines einzelnen Fertigschweißkerns 41b übersteigende Last aufgebracht wird, der Fertigschweißkern 41b einzeln brechen wird. Deswegen ist die Festigkeitseigenschaft von jedem Fertigschweißkern 41b kleiner als die Festigkeitseigenschaft eines einzelnen Kerns, der durch eine virtuelle Kurve (d.h. der Schweißpunkt 41) umgeben ist, die den Durchmesser D aufweist.
Wenn 1 < Db/p, ist die Größe Db der Fertigschweißkerne 41b ebenfalls zu groß für einen Abstand p, und angrenzende Fertigschweißkerne 41b, die die Größe Db aufweisen, überlappen einander. Deswegen werden die Mehrzahl der Fertigschweißkerne 41b ein einzelner Kern und alle brechen auf einmal entlang der Grenze zwischen dem geschmolzenen Abschnitt und dem Grundmaterial. Wenn nämlich 1 < Db/p, wird die Festigkeitseigenschaft gleichwertig der Festigkeitseigenschaft eines einzelnen Kerns, der durch die virtuelle Kurve umgeben ist (d.h., der Schweißpunkt 41), die den Durchmesser D aufweist.
Wenn andererseits 1/2 < Db/p ≤ 1, sind angrenzende Fertigschweißkerne 41b geeignet voneinander getrennt. Das Grundmaterial (d.h. die Metallbleche 31 und 32) liegt nämlich zwischen angrenzenden Fertigschweißkernen 41b, so dass unterdrückt ist, dass die Fertigschweißkerne 41b ein einzelner Kern werden und brechen. Zusätzlich ist ebenfalls unterdrückt, dass die Fertigschweißkerne 41b einzeln brechen. Deswegen kann, wenn 1/2 < Db/p ≤ 1, eine Festigkeitseigenschaft erhalten werden, die eine Festigkeitseigenschaft eines einzelnen Kerns übersteigt, der durch eine virtuelle Kurve (d.h. den Schweißpunkt 41) umgeben ist, die den Durchmesser D aufweist.
Wie ebenfalls aus 4 ersichtlich ist, ist es bevorzugt, wenn ein bestimmter Schweißpunkt fertig geschweißt wird, ein Fertigschweißen durchzuführen, während die an beiden Seiten davon positionierten Schweißpunkte beschränkt sind. Noch genauer wird, wenn der Schweißpunkt 42 fertig geschweißt wird, z.B. bevorzugt der Schweißpunkt 43, der an der stromabwärtsliegenden Seite in der Schweißrichtung davon innerhalb des Bereitstellungsbereichs 18 positioniert ist, zuerst geschweißt, wie aus 4C ersichtlich ist. Das Fertigschweißen der an beiden Seiten positionierten Schweißpunkte, während diese Schweißpunkte beschränkt werden, auf diese Weise macht es möglich, eine Verformung und Positionsabweichung der Metallbleche 31 und 32 wirkungsvoller zu unterdrücken, wenn das Fertigschweißen durchgeführt wird.
Wie ebenfalls aus 4 ersichtlich ist, werden das Heftschweißen und das Fertigschweißen bevorzugt innerhalb des Bereitstellungsbereichs 18 ausgeführt, während der Abtastabschnitt 11 bewegt wird. Als Ergebnis geht der Abtastabschnitt 11 lediglich einmal durch die Schweißroute, wenn die Metallbleche 31 und 32 geschweißt werden, was die Produktivität verbessert.
Alternativ kann der Abtastabschnitt 11 ebenfalls zweimal durch die Schweißroute durchgehen, obwohl die Produktivität nicht so gut sein wird. Es können nämlich zuerst Heftschweißkerne (d.h. die Heftschweißkerne 41a und 42a usw.) zuerst an allen Schweißpunkten (d.h. den Schweißpunkten 41 und 42 usw.) ausgebildet werden, und dann können die Fertigschweißkerne (d.h. die Fertigschweißkerne 41b und 42b usw.) ausgebildet werden.
Wie voranstehend beschrieben ist, werden mit dem Schweißverfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform nach dem Ausbilden des Heftschweißkerns innerhalb der virtuellen geschlossenen Kurve die Mehrzahl der Fertigschweißkerne entlang der virtuellen geschlossenen Kurve ausgebildet, die den Heftschweißkern umgibt, während der Heftschweißkern belassen bleibt. Deswegen ist der Heftschweißkern, der nach dem Fertigschweißen belassen bleibt, durch die Fertigschweißkerne umgeben, die entlang der virtuellen geschlossenen Kurve ausgebildet sind, die den Heftschweißkern umgibt.
Da nämlich der Heftschweißkern belassen bleibt, kann die die Verformung unterdrückende Wirkung durch den Heftschweißkern sogar während des Fertigschweißens beibehalten bleiben. Da ebenfalls der Heftschweißkern, der belassen bleibt, durch die Fertigschweißkerne umgeben ist, kann ein Ablösen des Heftschweißkerns nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden. Deswegen können sowohl die Verformung des Schweißgegenstands während des Fertigschweißens wie auch ein Ablösen der Heftschweißung nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
Als nächstes wird mit Bezug auf 7 ein Schweißverfahren gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der ersten beispielhaften Ausführungsform werden die Schweißgegenstände miteinander verschweißt, während ein Heftschweißen an einer Stelle an der stromabwärts liegenden Seite in der Schweißrichtung eines Schweißpunkts durchgeführt wird, wo ein Fertigschweißen durchzuführen ist, wie aus 4 ersichtlich ist. Im Gegensatz werden in der zweiten beispielhaften Ausführungsform die Schweißgegenstände zusammengeschweißt, während das Heftschweißen an zwei Stellen an der stromabwärtsliegenden Seite einer Schweißrichtung eines Schweißpunkts durchgeführt wird, wo das Fertigschweißen durchzuführen ist, wie aus 7 ersichtlich ist.
Wie aus 7A ersichtlich ist, wird das Heftschweißen durch Abgeben des Laserstrahls 16 an jedem der Schweißpunkte 41, 42 und 43 durchgeführt. Die Heftschweißkerne 41a, 42a und 43a werden nämlich an den Schweißpunkten 41, 42 und 43 ausgebildet. Die Reihenfolge, in der die Schweißpunkte 41, 42 und 43 ausgebildet werden, ist nicht besonders begrenzt, sondern kann eine beliebige Reihenfolge sein. Wenn jedoch das Heftschweißen kontinuierlich durchgeführt wird, ist es wirkungsvoller, das Heftschweißen in der Reihenfolge 41, 42 und 43 durchzuführen.
Wie aus 7B ersichtlich ist, wird als nächstes das Fertigschweißen durch Abgeben des Laserstrahls 16 an dem Schweißpunkt 41 durchgeführt. Es werden nämlich eine Mehrzahl der Fertigschweißkerne 41b ausgebildet, die den Heftschweißkern 41a umgeben.
Wie aus 7C ersichtlich ist, wird als nächstes das Heftschweißen durch Abgeben des Laserstrahls 16 an einem Schweißpunkt 44 durchgeführt. Es wird nämlich ein Heftschweißkern 44a an dem Schweißpunkt 44 ausgebildet. Wie aus 7D ersichtlich ist, wird dann ein Fertigschweißen durch Abgeben des Laserstrahls 16 an dem Schweißpunkt 42 durchgeführt. Es werden nämlich eine Mehrzahl der Fertigschweißkerne 42b ausgebildet, die den Heftschweißkern 42a umgeben. Danach können die Metallbleche 31 und 32 durch Wiederholen dieses Vorgangs miteinander verschweißt werden.
Mit dem Schweißverfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, wird das Heftschweißen an zwei Stellen an der stromabwärts liegenden Seite einer Schweißrichtung der Stelle durchgeführt, wo das Fertigschweißen durchzuführen ist. Deswegen können eine Verformung und eine Positionsabweichung der Metallbleche 31 und 32 sogar wirkungsvoller unterdrückt werden, als dies mit dem Schweißverfahren gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der Fall ist, die in 4 dargestellt ist. Mit dem Schweißverfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform wird das Heftschweißen an zwei Stellen an der stromabwärtsliegenden Seite der Stelle durchgeführt, wo das Fertigschweißen durchzuführen ist, aber das Heftschweißen kann auch in zwei oder mehr Stellen durchgeführt werden.
Als nächstes wird ein Beispiel der Erfindung mit Bezug auf 8 beschrieben. 8 ist eine Draufsicht eines Schweißgegenstands 100A gemäß dem Beispiel. Der Schweißgegenstand 100A wurde unter Verwendung des Schweißverfahrens gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform verschweißt. In diesem Beispiel bestand der Schweißgegenstand 100A aus zwei überlappenden rahmenförmigen Aluminiumlegierungsbleche der 6000er-Serie. Die Dicke eines Aluminiumlegierungsblechs betrug 1,2 mm und die Dicke des anderen Aluminiumlegierungsblechs betrug 0,9 mm. Ein Faserlaser wurde für den Laseroszillator 10 der Laserschweißvorrichtung 1 verwendet.
Wie aus 8 ersichtlich ist, gab es 20 Schweißpunkte 101A mit dem Schweißgegenstand 100A. Zu dieser Zeit werden das Schweißen und das Fertigschweißen des Schweißgegenstandes 100A innerhalb des Bereitstellungsbereichs 18 durchgeführt, während der Abtastabschnitt 11 bewegt wird, wie mit Bezug auf 4 beschrieben ist. In diesem Beispiel trat der Abtastabschnitt 11 nämlich durch die Schweißroute, die durch die Pfeile in 8 angezeigt ist, wenn der Schweißgegenstand 100A verschweißt wurde.
Ebenfalls wurden an jeden Schweißpunkt 101A ein kreisförmiger Heftschweißkern und drei kreisförmige Fertigschweißkerne ausgebildet, wie in 5 vergrößert gezeigt ist. Der Durchmesser Da des Heftschweißkerns betrug ungefähr 1 mm. Ebenfalls betrug der Durchmesser Db der Fertigschweißkerne ungefähr 5 mm. Der Durchmesser D der virtuellen geschlossenen Kurve, d.h. des umschreibenden Kreises der Fertigschweißkerne, die den Heftschweißkern umgibt, betrug ungefähr 11 mm.
In diesem Beispiel wurden drei der Fertigschweißkerne 41b den einen Heftschweißkern umgebend an jedem Schweißpunkt 101A ausgebildet, wie aus 5 ersichtlich ist. Da nämlich der Heftschweißkern belassen bleibt, kann die die Verformung unterdrückende Wirkung durch den Heftschweißkern sogar während des Fertigschweißens beibehalten bleiben, und so kann die Verformung der Schweißgegenstände während des Fertigschweißens unterdrückt werden. Da auch der Heftschweißkern durch die Fertigschweißkerne umgeben ist, kann das Ablösen des Heftschweißkerns nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden. Es können nämlich so die Verformung des Schweißgegenstands während des Fertigschweißens wie auch das Ablösen der Heftschweißung nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die voranstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt. Es können nämlich geeignete Modifikationen innerhalb des Bereichs der Erfindung vorgenommen werden. Zum Beispiel ist die Form der Kerne an den Schweißpunkten eine beliebige Form, d.h., die Kerne können eine beliebige geeignete Form aufweisen, wie z.B. C-förmig, O-förmig oder linear sein. Ebenfalls kann das Schweißverfahren gemäß der Erfindung breit auf ein Schweißen angewendet werden, das einen Hochenergiestrahl wie z.B. einen Laserstrahl, einen Elektronenstrahl oder einen Ionenstrahl verwendet (z.B. Hybridlaserbogenschweißen oder Elektronenstrahlschweißen). Darüber hinaus können das Heftschweißen und das Fertigschweißen unter Verwendung einer Mehrzahl von Abtastabschnitten durchgeführt werden. In diesem Fall werden eine Mehrzahl Laserstrahlen verwendet, so dass die Schweißgeschwindigkeit schneller sein kann. Ebenfalls ist das Schweißverfahren gemäß der Erfindung insbesondere für ein Aluminiumlegierungsblech geeignet, das dazu tendiert, sich während des Schweißens zu verformen, aber es kann auf andere Metallbleche wie z.B. auf Stahlbleche angewendet werden.
Dritte beispielhafte Ausführungsform
Zuerst wird mit Bezug auf 9 und 10 eine Laserschweißvorrichtung zum Ausführen des Schweißverfahrens gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 9 ist eine Seitenansicht eines Beispiels einer Laserschweißvorrichtung zum Ausführen eines Schweißverfahrens gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform. 10 ist eine Draufsicht, die den Grundbetrieb der Laserschweißvorrichtung darstellt.
Die aus 9 und 10 ersichtlichen rechtsläufigen xyz-Koordinatensysteme dienen zu beschreibenden Zwecken, um das Positionsverhältnis der bestimmenden Elemente darzustellen, und entsprechen in den Zeichnungen einander. Normalerweise ist die xy-Ebene eine horizontale Ebene und die Positive z-Achsenrichtung ist die Richtung vertikal nach oben.
Wie aus 9 ersichtlich ist, hat eine Laserschweißvorrichtung 101 einen Laseroszillator 110, einen Abtastabschnitt 111 und eine Antriebsquelle 112. Der Laseroszillator 110 erzeugt einen Laserstrahl. Der erzeuge Laserstrahl wird zu dem Abtastabschnitt 111 unter Verwendung eines optischen Faserkabels 113 geführt. Ein Kohlenstoffdioxidlaser, ein YAG-Laser oder ein Faserlaser können z.B. als der Laserstrahl verwendet werden.
Der Abtastabschnitt 111 stellt einen Laserstrahl 116 bereit, der über das optische Faserkabel 113 von dem Laseroszillator 110 geführt ist, und gibt dem Laserstrahl 116 an vier Schweißpunkten 141 bis 144 in dieser Reihenfolge auf ein Metallblech 131 ab, das ein Schweißgegenstand ist. Als Ergebnis werden Fertigschweißkerne ausgebildet, die sich zwischen den zwei überlappten Metallblechen 131 und 132 erstrecken. Wie aus 9 und 10 ersichtlich ist, werden die Heftschweißkerne 141a bis 144 durch Punktschweißen im Voraus an den Schweißpunkten 141 bis 144 entsprechend ausgebildet. 9 ist eine Ansicht, die die Weise zeigt, in der ein Fertigschweißkern 141b durch Abgeben des Laserstrahls 116 an dem Schweißpunkt 141 ausgebildet wird, wo der Heftschweißkern 141a ausgebildet ist. Die Position und Anzahl der Schweißpunkte ist nicht besonders begrenzt, sondern kann geeignet bestimmt werden.
Der Abtastabschnitt 111 hat Spiegel 114 und 115, die jeweils in der Lage sind, um eine einzelne Schwenkachse zu schwenken. Zum Beispiel stellt der Spiegel 114 den Laserstrahl 116 in der x-Achsenrichtung bereit, und der Spiegel 115 stellt den Laserstrahl 116 in der y-Achsenrichtung bereit. Die Spiegel 114 und 115 können z.B. unter Verwendung von Galvanometerspiegeln ausgebildet sein. Der Abtastabschnitt 111 kann nämlich den Laserstrahl 116 über einen vorbestimmten Bereitstellungsbereich auf der Oberfläche des Metallblechs 131 bereitstellen.
Ebenfalls kann der Abtastabschnitt 111 sich in eine geeignete Richtung (die x-Achsenrichtung, die y-Achsenrichtung und die z-Achsenrichtung) durch die Antriebsquelle 112 wie z.B. einen Roboter bewegen. In 9 ist der Abtastabschnitt 111 aus den zwei Spiegeln 114 und 115 ausgebildet, aber der Abtastabschnitt 111 kann ebenfalls aus einem einzelnen Spiegel ausgebildet sein, der in der Lage ist, in zwei axialen Richtungen zu schwenken.
Als nächstes wird der Grundbetrieb der Laserschweißvorrichtung 101 mit Bezug auf 9 und 10 beschrieben. Das Beispiel in den Zeichnungen stellt einen Fall dar, in dem die zwei Metallbleche 131 und 132, die die Schweißgegenstände sind, durch Schweißen miteinander gefügt werden. 9 ist eine Ansicht, die einen Fall darstellt, in dem die zwei Metallbleche 131 und 132, die Schweißgegenstände sind, geringfügig getrennt voneinander angeordnet sind, aber die zwei Metallbleche 131 und 132 können auch einander berührend angeordnet sein.
Wie vorstehend beschriebenen ist, werden die Heftschweißkerne 141a bis 144a vorangehend entsprechend durch Punktschweißen an den Schweißpunkten 141 bis 144 ausgebildet. Hier ist es mit einem stark leitenden Aluminiumlegierungsblech oder Ähnlichem schwierig, durch Punktschweißen eine ausreichende Fügefestigkeit zu erhalten, weshalb eine spezielle Vorrichtung zum Erhalten einer ausreichenden Fügefestigkeit notwendig ist. Andererseits ist mit dem Heftschweißen eine große Fügefestigkeit nicht erforderlich. Deswegen kann eine allgemeine (z.B. eine Stahlblech-)Punktschweißvorrichtung ohne Änderungen für das Heftschweißen eines stark leitenden Aluminiumlegierungsblechs oder Ähnlichem verwendet werden. Die Verwendung des Punktschweißens ermöglicht es, dass das Heftschweißen schneller als mit dem Laserschweißen durchgeführt wird, wodurch die Produktivität verbessert wird.
Wie aus der Draufsicht in 10 ersichtlich ist, bewegt sich der Abtastabschnitt 111 in der durch den Pfeil angezeigten Schweißrichtung, wenn die Metallbleche 131 und 132 verschweißt werden. Hier ist die Schweißrichtung die Richtung, in der die Metallbleche 131 und 132 verschweißt sind. Mit anderen Worten, die Schweißrichtung ist die Richtung, in der die Schweißpunkte 141 und 142 ausgebildet sind, die aus 10 ersichtlich ist, und ist die positive x-Achsenrichtung in dem Beispiel in der Zeichnung. Der Abtastabschnitt 111 kann sich mit einer konstanten Geschwindigkeit (d.h. kontinuierlich) in der Schweißrichtung bewegen, oder er kann sich in einer gestuften Weise (d.h. nichtkontinuierlich) bewegen.
Wie aus 9 ersichtlich ist, gibt der Abtastabschnitt 111 den Laserstrahl 116 an den Schweißpunkt 141 ab, wo der Heftschweißkern 141a ausgebildet ist, wenn die Metallbleche 131 und 132 verschweißt werden. Deswegen werden die Fertigschweißkerne 141b an dem Schweißpunkt 141 ausgebildet. Dann gibt der Abtastabschnitt 111 den Laserstrahl 116 an dem nächsten Schweißpunkt 142 ab, während er sich bewegt. Als Ergebnis werden nichtgezeigte Fertigschweißkerne an dem Schweißpunkt 142 ausgebildet. Fertigschweißkerne werden ebenfalls an den Schweißpunkten 143 und 144 in einer ähnlichen Weise ausgebildet.
Auf diese Weise kann die Laserschweißvorrichtung 101 eine vorbestimmte Stelle der Metallbleche 131 und 132 durch Bereitstellen des Laserstrahls 116 mit dem Abtastabschnitt 111 schweißen, während der Abtastabschnitt 111 mit der Antriebsquelle 112 bewegt wird. Wenn das voranstehend beschriebene Schweißverfahren verwendet wird, sind die Schweißpunkte 141 bis 144 diskret. Natürlich kann die Anzahl der Mehrzahl der Metallbleche, die die Schweißgegenstände sind, auch drei oder mehr betragen.
Als nächstes wird das Schweißverfahren dieser beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf 11 beschrieben. 11 ist eine Ansicht, die das Schweißverfahren gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform darstellt, und ist eine Draufsicht des Schweißpunkts 141. Das Schweißverfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist ein Laserschweißverfahren, das die Mehrzahl der Metallbleche 131 und 132 durch Abgeben des Laserstrahls 116, der durch den Abtastabschnitt 111 bereitgestellt ist, auf die Mehrzahl der Metallbleche 131 und 132, die die Schweißgegenstände sind, zusammenschweißt, während der Abtastabschnitt 111 bewegt wird, der den von dem Laseroszillator 110 geführten Laserstrahl 116 bereitstellt.
Hier werden Metallbleche 131 und 132 durch Punktschweißen heftgeschweißt, bevor das Fertigschweißen durch Laserschweißen durchgeführt wird. Noch genauer wird der Heftschweißkern 141a durch Punktschweißen an dem Schweißpunkt 141 ausgebildet, wie aus 11a ersichtlich ist. Hier ist das Heftschweißen eine vorübergehende Schweißung, um zu unterdrücken, dass sich die Metallbleche 131 und 132 aufgrund einer Restspannung und thermischen Verformung des Fertigschweißens verformen. Die Heftschweißung weist eine geringere Fügefestigkeit als die Fertigschweißung auf.
Als nächstes wird durch Abgeben des Laserstrahls 116 die Fertigschweißung an dem Schweißpunkt 141 durchgeführt, während der Heftschweißkern 141a belassen wird, wie aus 11b ersichtlich ist. Noch genauer wird eine Mehrzahl der Fertigschweißkerne 141b entlang einer virtuellen geschlossenen Kurve ausgebildet, die den Heftschweißkern 141a umgibt. In dem Beispiel in der Zeichnung sind drei Fertigschweißkerne 114b entlang der virtuellen geschlossenen Kurve ausgebildet (d.h., die Strich-zwei-Punktlinie, die den Schweißpunkt 141 anzeigt), die den Schweißpunkt 141 umgibt. Hier ist das Fertigschweißen ein Schweißen, um die Metallbleche 131 und 132 fest miteinander zu fügen. Die Reihenfolge, in der die Mehrzahl der Fertigschweißkerne 141b ausgebildet werden, kann eine beliebige Reihenfolge sein.
Hier wird die bestimmte Struktur des Schweißpunkts 141 mit dem Heftschweißkern 141a und der Mehrzahl der Fertigschweißkerne 141b mit Bezug auf 12 und 13 beschrieben. 12 ist eine vergrößerte Draufsicht des Schweißpunkts 141, und 13 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 12.
Wie aus 12 ersichtlich ist, wird mit dem Schweißverfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Mehrzahl der Fertigschweißkerne 141b durch Laserschweißen entlang der virtuellen geschlossenen Kurve (d.h. die Strich-zwei-Punkt-Linie, die den Schweißpunkt 141 anzeigt) ausgebildet, die den Heftschweißkern 141a umgibt. Deswegen ist der Heftschweißkern 141a durch die Fertigschweißkerne 141b umgeben, so dass ein Ablösen des Heftschweißkerns 141a nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden kann. Da der Heftschweißkern 141a belassen wird, kann auch die eine Verformung unterdrückende Wirkung durch den Heftschweißkern 141a während des Fertigschweißens ebenfalls beibehalten bleibt.
In dem aus 12 ersichtlichem Beispiel ist ein kreisförmiger Heftschweißkern 141a, der den Durchmesser Da aufweist, in der Mitte der kreisförmigen virtuellen Kurve (d.h. die Strich-zwei-Punkt-Linie, die den Schweißpunkt 141 anzeigt) ausgebildet, die den Durchmesser D aufweist. Drei kreisförmige Fertigschweißkerne 141b, die jeweils einen Durchmesser Db aufweisen, die in die virtuelle Kurve (d.h. die Strich-zwei-Punkt-Linie, die den Schweißpunkt 141 anzeigt) eingeschrieben sind, sind in gleichmäßig beabstandeten Abständen diesen Heftschweißkern 141a umgebend ausgebildet.
Aus dem Gesichtspunkt der die Verformung unterdrückenden Wirkung während des Fertigschweißens ist der Heftschweißkern 141a bevorzugt von den Fertigschweißkernen 141b entfernt ausgebildet, wie aus 12 ersichtlich ist. Jedoch kann ein Abschnitt des Heftschweißkerns 141a und ein Abschnitt der Fertigschweißkerne 141b einander ebenfalls überlappen.
Ebenfalls kann die Anzahl der Heftschweißkerne 141a und die Anzahl der Fertigschweißkerne 141b eine beliebige Anzahl sein. Außerdem sind die Formen der Heftschweißkerne 141a und der Fertigschweißkerne 141b nicht darauf begrenzt, kreisförmig zu sein, sondern können z.B. ebenfalls elliptisch oder polygonförmig sein. Darüber hinaus ist die virtuelle geschlossene Kurve, die den Heftschweißkern 141a umgibt, nicht darauf begrenzt, kreisförmig zu sein, sondern kann auch elliptisch oder eine geeignete Kurve oder polygonförmig sein. Ebenfalls umschreibt in dem in 12 gezeigten Beispiel die virtuelle geschlossene Kurve, die den Heftschweißkern 141a umgibt, die Fertigschweißkerne 141b, kann aber auch durch die Mitte der Fertigschweißkerne 141b durchtreten, oder in die Fertigschweißkerne 141b eingeschrieben sein.
Wie aus 12 ersichtlich ist, ist die Größe (z.B. der Durchmesser) Da des Heftschweißkerns 141a bevorzugt kleiner als die Größe (z.B. der Durchmesser) Db von jedem der Fertigschweißkerne 141b. Dies ermöglicht es, dass eine thermische Verformung verringert ist, wenn der Heftschweißkern 141a ausgebildet wird. Ebenfalls ermöglicht es eine kleinere Größe Da des Heftschweißkerns 141a, dass die Heftschweißzeit verkürzt wird, was die Produktionsleistungsfähigkeit und den Energiewirkungsgrad verbessert. Jedoch verringert sich die die Verformung unterdrückende Wirkung zu der Zeit des Fertigschweißens.
Unter Betrachtung von Festigkeitseigenschaften, wie z.B. einer Schälfestigkeit (gegen ein Ablösen), ist es bevorzugt, dass die Größe Db der Fertigschweißkerne 141b mit Bezug auf den Abstand zwischen den angrenzenden Fertigschweißkernen 141b, d.h. dem Abstand p, 1/2 < Db/p ≤ 1 erfüllt. Die Größe Db der Fertigschweißkerne 141b ist der Durchmesser, wenn die Fertigschweißkerne 141b eine Kreisform aufweisen. Wenn andererseits die Fertigschweißkerne 141b eine elliptische Form aufweisen, kann die Größe Db die Hauptachsenlänge sein oder kann z.B. ein Durchschnittswert der Hauptachsenlänge und der Nebenachsenlänge sein.
Wenn Db/p ≤ 1/2, ist die Größe Db der Fertigschweißkerne 141b mit Bezug auf den Abstand p klein, so dass die Fertigschweißkerne 141b voneinander getrennt sind. Deswegen beeinträchtigen die Mehrzahl der Fertigschweißkerne 141b einander in Bezug auf ihre Festigkeitseigenschaften nicht, so dass, wenn eine die Festigkeit eines einzelnen Fertigschweißkerns 141b übersteigende Last aufgebracht wird, der Fertigschweißkern 141b einzeln brechen wird. Deswegen ist die Festigkeitseigenschaft von jedem Fertigschweißkern 141b kleiner als die Festigkeitseigenschaft eines einzelnen Kerns, der durch eine virtuelle Kurve umgeben ist (d.h. den Schweißpunkt 141), die den Durchmesser D aufweist.
Wenn 1 < Db/p, ist die Größe Db der Fertigschweißkerne 141b ebenfalls zu groß für den Abstand p, und angrenzende Fertigschweißkerne 141b, die die Größe Db aufweisen, überlappen einander. Deswegen wird die Mehrzahl der Fertigschweißkerne 141b zu einem einzelnen Schweißkern, und es brechen alle auf einmal entlang der Grenze zwischen dem geschmolzenen Abschnitt und dem Grundmaterial. Wenn nämlich 1 < Db/p, wird die Festigkeitseigenschaft gleichwertig zu einer Festigkeitseigenschaft eines einzelnen Kerns, der durch die virtuelle Kurve umgeben ist (d.h. der Schweißpunkt 141), die den Durchmesser D aufweist.
Wenn andererseits 1/2 < Db/p ≤ 1, sind angrenzende Fertigschweißkerne 141b geeignet voneinander getrennt. Es liegt nämlich das Grundmaterial (d.h. die Metallbleche 131 und 132) zwischen angrenzenden Fertigschweißkernen 141b, und so ist unterdrückt, dass die Fertigschweißkerne 141b zu einem einzelnen Kern werden und brechen. Zusätzlich ist ebenfalls unterdrückt, dass die Fertigschweißkerne 141b einzeln brechen. Wenn 1/2 < Db/p ≤ 1, kann deswegen eine Festigkeitseigenschaft erhalten werden, die eine Festigkeitseigenschaft eines einzelnen Kerns übersteigt, der durch eine virtuelle Kurve umgeben ist (d.h. den Schweißpunkt 141), die den Durchmesser D aufweist.
Wie gerade voranstehend beschrieben wurde, wird in dieser beispielhaften Ausführungsform der Heftschweißkern zuerst durch Punktschweißen an dem Schweißpunkt ausgebildet, und dann werden die Mehrzahl der Fertigschweißkerne durch Abgeben eines Hochenergiestrahls entlang der virtuellen geschlossenen Kurve ausgebildet, die den Heftschweißkern umgibt, während der Heftschweißkern belassen bleibt. Deswegen ist der Heftschweißkern, der nach dem Fertigschweißen belassen bleibt, durch die Fertigschweißkerne umgeben. Somit kann ein Ablösen des Heftschweißkerns nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden.
Als nächstes wird ein Beispiel der Erfindung mit Bezug auf 14 und 15 beschrieben. 14 ist eine Draufsicht eines Schweißgegenstands 1100 gemäß diesem Beispiel, und 15 ist eine Draufsicht eines Schweißgegenstands 1110 gemäß einem Vergleichsbeispiel. Der Schweißgegenstand 1100 wird unter Verwendung des Schweißverfahrens gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform geschweißt. In diesem Beispiel besteht der Schweißgegenstand 1100 aus zwei überlappenden rahmenförmigen Aluminiumlegierungsblechen der 6000er-Serie. Die Dicke von einem Aluminiumlegierungsblech betrug 1,2 mm und die Dicke des anderen Aluminiumlegierungsblechs betrug 0,9 mm. Eine Kupferlegierungsspitze wurde für das Punktschweißen verwendet. Die Schweißbedingungen waren ein Druck von 1960 N, ein Schweißstrom von 14 kA und eine Energiebeaufschlagungsdauer von acht Zyklen. Ein Faserlaser wurde für den Laseroszillator 110 der Laserschweißvorrichtung 101 verwendet.
Wie aus 14 ersichtlich ist, befanden sich 20 Schweißpunkte 1101 auf dem Schweißgegenstand 1100 gemäß dem Beispiel. Ein kreisförmiger Heftschweißkern wurde durch Punktschweißen ausgebildet, und drei kreisförmige Fertigschweißkerne wurden durch Laserschweißen ausgebildet, wie aus 12 vergrößert ersichtlich ist, an jedem von 10 der Schweißpunkte 1101, die mittels Punktierung gekennzeichnet sind. An jedem der anderen 10 Schweißpunkte 1101b wurden lediglich drei Fertigschweißkerne ausgebildet, aber es wurden keine Heftschweißkerne ausgebildet. Der Durchmesser Da des Heftschweißkerns betrug ungefähr 1 bis 3 mm. Ebenfalls betrug der Durchmesser Db der Fertigschweißkerne ungefähr 4 mm. Der Durchmesser D des umschriebenen Kreises der Fertigschweißkerne betrug ungefähr 11 mm.
Wie andererseits aus 15 ersichtlich ist, gab es ebenfalls 20 Schweißpunkte 1111 auf dem Schweißgegenstand 1110 gemäß dem Vergleichsbeispiel. An jedem dieser Schweißpunkte 1111 wurden drei Fertigschweißkerne wie in dem Beispiel ausgebildet, allerdings wurden keine Heftschweißkerne durch Punktschweißen ausgebildet. Anstelle des Heftschweißens wurde der Schweißgegenstand 1110 unter Verwendung von 10 Klemmen 1112 begrenzt. Von diesen sind vier Klemmen 1112b in der Lage, an anderen Positionen als den Schweißpunkten 1111 bereitgestellt zu sein, aber sechs der Klemmen 1112a müssen an den Schweißpunkten 1111 bereitgestellt sein. Deswegen wurde in dem Vergleichsbeispiel der Schweißgegenstand 1110 zweimal entlang der durch die Pfeile in der Zeichnung angezeigten Schweißroute lasergeschweißt. Das erste Mal wurden 14 der Schweißpunkte 1111 lasergeschweißt. Das zweite Mal wurden die sechs Schweißpunkte 1111 lasergeschweißt, die durch die Klemmen 1112a versteckt waren.
Im Gegensatz wurde mit dem Beispiel das Heften durch Punktschweißen durchgeführt, so dass der Schweißgegenstand 1100 mittels Laserschweißen einmal entlang der Schweißroute geschweißt werden konnte. Deswegen konnte in dem Beispiel die Herstellungsleistungsfähigkeit stärker als in dem Vergleichsbeispiel mit Verwendung der Klemmen verbessert werden. Ebenfalls wurden in dem Beispiel an jedem Schweißpunkt 1101 drei der Fertigschweißkerne 41b einen einzelnen Heftschweißkern umgebend ausgebildet, wie aus 12 ersichtlich ist. Deswegen konnte in dem Beispiel das Ablösen des Heftschweißkerns nach dem Fertigschweißen unterdrückt werden, während eine Verformung während des Fertigschweißens unterdrückt war.
Andere beispielhafte Ausführungsformen
Die Erfindung ist nicht auf die voranstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt. Es können nämlich innerhalb des Bereichs der Erfindung geeignete Modifikationen vorgenommen werden. Zum Beispiel kann die Form der Kerne an den Fertigschweißpunkten eine beliebige Form sein, d.h. die Kerne können eine beliebige geeignete Form wie z.B. C-förmig, O-förmig oder linear z.B. aufweisen. Ebenfalls kann das Schweißverfahren gemäß der Erfindung breit auf Schweißen angewendet werden, das einen Hochenergiestrahl wie z.B. einen Laserstrahl, einen Elektronenstrahl oder einen Ionenstrahl (z.B. Hybridlaserbogenschweißen und Elektronenstrahlschweißen) verwendet. Ebenfalls ist das Schweißverfahren gemäß der Erfindung insbesondere für Aluminiumlegierungsbleche geeignet, die dazu tendieren, sich während des Schweißens zu verformen, können aber auch auf andere Metallbleche wie z.B. Stahlbleche angewendet werden.
Ein Schweißverfahren gemäß der Erfindung ist ein Schweißverfahren, in dem Schweißen durch Abgeben eines Hochenergiestrahls auf einen Schweißgegenstand durchgeführt wird, der eine Mehrzahl überlappter Metallbleche hat. Dieses Schweißverfahren hat Ausbilden eines Heftschweißkerns (41a) an einem Schweißpunkt (41) auf dem Schweißgegenstand und Ausbilden einer Mehrzahl Fertigschweißkerne (41b) entlang einer virtuellen geschlossenen Kurve, die den Heftschweißkern (41a) umgibt, während der Heftschweißkern (41a) an dem Schweißpunkt (41) belassen bleibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-132686 A [0003, 0004]
JP 2009-241116 A [0006, 0006, 0007, 0007]

Claims

Schweißverfahren, das Schweißen durch Abgeben eines Hochenergiestrahls auf einen Schweißgegenstand durchführt, der eine Mehrzahl überlappte Metallbleche hat, gekennzeichnet durch Umfassen von: Ausbilden eines Heftschweißkerns (41a; 141a) an einem Schweißpunkt auf dem Schweißgegenstand; und Ausbilden einer Mehrzahl Fertigschweißkerne (41b; 141b) entlang einer virtuellen geschlossenen Kurve (41; 141), die den Heftschweißkern (41a; 141a) umgibt, während der Heftschweißkern (41a; 141a) an dem Schweißpunkt belassen bleibt.
Schweißverfahren nach Anspruch 1, wobei der Heftschweißkern (41a; 141a) an dem Schweißpunkt auf dem Schweißgegenstand durch Punktschweißen ausgebildet wird; und die Mehrzahl der Fertigschweißkerne (41b; 141b) durch Abgeben des Hochenergiestrahls entlang der virtuellen geschlossenen Kurve (41; 141) ausgebildet werden, die den Heftschweißkern (41a; 141a) umgibt, während der Heftschweißkern (41a; 141a) an dem Schweißpunkt belassen bleibt.
Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Größe des Heftschweißkerns (41a; 141a) kleiner als eine Größe von jedem der Mehrzahl der Fertigschweißkerne (41b; 141b) gemacht wird.
Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Größe des Heftschweißkerns (41a; 141a) kleiner als eine Größe von einem der Fertigschweißkerne (41b; 141b) gemacht wird.
Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Heftschweißkern (41a; 141a) und die Mehrzahl der Fertigschweißkerne (41b; 141b) getrennt voneinander ausgebildet sind.
Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Laserstrahl als der Hochenergiestrahl verwendet wird.
Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die virtuelle geschlossene Kurve (41; 141) einem den Fertigschweißkernen (41b; 141b) umschriebenen Kreis entspricht.
Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die virtuelle geschlossene Kurve (41; 141) dem Schweißpunkt entspricht.
Schweißverfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Heftschweißkern (41a; 141a) und der Fertigschweißkern (41b; 141b) Kreisformen aufweisen; und die Größe des Heftschweißkerns (41a; 141a) ein Durchmesser des Heftschweißkerns (41a; 141a) ist, und die Größe des Fertigschweißkerns (41b; 141b) ein Durchmesser des Fertigschweißkerns (41b; 141b) ist.
Schweißverfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Heftschweißkern (41a; 141a) und der Fertigschweißkern (41b; 141b) eine elliptische Form aufweisen; und die Größe des Heftschweißkerns (41a; 141a) eine Hauptachsenlänge des Heftschweißkerns (41a; 141a) ist, und die Größe des Fertigschweißkerns (41b; 141b) eine Hauptachsenlänge des Fertigschweißkerns (41b; 141b) ist.
Schweißverfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Heftschweißkern (41a; 141a) und der Fertigschweißkern (41b; 141b) eine elliptische Form aufweisen; und die Größe des Heftschweißkerns (41a; 141a) ein Durchschnittswert einer Hauptachsenlänge des Heftschweißkerns (41a; 141a) und einer Nebenachsenlänge des Heftschweißkerns (41a; 141a) ist und die Größe des Fertigschweißkerns (41b; 141b) ein Durchschnittswert einer Hauptachsenlänge des Fertigschweißkerns (41b; 141b) und einer Nebenachsenlänge des Fertigschweißkerns (41b; 141b) ist.