DE112019002402T5

DE112019002402T5 - Schweißverfahren und Schweißvorrichtung

Info

Publication number: DE112019002402T5
Application number: DE112019002402.7T
Authority: DE
Inventors: Noritsugu Kato; Shigeyuki Kusano; Yuki KATO; Tsuyoshi Hayakawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2021-02-25
Also published as: JP6863334B2; WO2019216041A1; JP2019195839A; CN112055635B; US11865640B2; CN112055635A; US20210069828A1

Abstract

Eine Anpassung der Menge an Energie in zumindest einer spezifischen Anlegeeinheit (241, 242) ausgeführt wird, wenn Energie an ein Paar (40) zylindrischer Bauteile angelegt wird, in welches ein anderes zylindrisches Bauteil (11) innerhalb eines zylindrischen Bauteils (22) eingesetzt ist, um das Paar zylindrischer Bauteile in einer Umfangsrichtung zu schmelzen und schweißen. Die Anpassung wird in Zusammenhang mit einem Drehwinkel ausgeführt, um eine Beziehung von Pd + Pw > θ zu erfüllen, wobei Pd ein Ausgabeverringerungs-Drehwinkel ist, der die Energiemenge ausgehend von einer stabilen Energiemenge HP verringert, die bei einem Schweißendprozess ausgehend von der spezifischen Anlegeeinheit angelegt wird, Pw ein Überlappungs-Drehwinkel ist, bei welchem die Bestrahlungsteile um das Paar zylindrischer Bauteile mit der stabilen Energiemenge HP überlappen, und θ ein Trennwinkel zwischen der spezifischen Anlegeeinheit und einer anderen Anlegeeinheit ist, die in einer Drehrichtung um die Achse zueinander benachbart sind.

Description

Querverweis auf ähnliche Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2018-092 004 , eingereicht am 11. Mai 2018, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Schweißen eines Paars zylindrischer Bauteile, in welches ein anderes zylindrisches Bauteil innerhalb eines zylindrischen Bauteils eingesetzt ist.
Hintergrund
JP 3799599 B schlägt eine Schweißvorrichtung vor, bei welcher Anlegeeinheiten zum Anlegen von Energie an einen Schweißabschnitt des Paars zylindrischer Bauteile mit einem vorgegebenen Winkel in der Umfangsrichtung auf einer Ebene, die orthogonal zu einer Achse der zylindrischen Bauteile verläuft, an zwei Stellen arrangiert sind. Die Schweißvorrichtung trägt zu der Prävention einer Verformung des geschweißten Abschnitts bei, indem die Verformung in dem gesamten Schweißabschnitt um die Achse des zylindrischen Bauteils ausgeglichen wird.
Kurzfassung
Ein Injektor, welcher ein Schweißzielprodukt von JP 3799599 B ist, ist ein Injektor vom Typ mit Direkteinspritzung, der in einem Maschinenblock aufgenommen ist und Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzt. Der Injektor vom Typ mit Direkteinspritzung weist eine Düse auf, die in die Brennkammer hervorragt. Die Düse ist zu einem stark sauren kondensierten Wasser bzw. Kondenswasser, genauer gesagt Schwefelsäure, freigelegt bzw. diesem ausgesetzt, das aufgrund der zu der Brennkammer rückgeführten Luft in einer Umgebung mit hoher Temperatur in der Brennkammer erzeugt wird. Daher kann die Belastungs-Korrosions-Rissbildung aufgrund von saurem Kondenswasser in einer Region mit hoher Restbelastung auftreten, falls ein Abschnitt vorliegt, an welchem eine Restbelastung aufgrund von ungleichmäßigem Abkühlen nach einem Schweißen in dem Schweißabschnitt um die Achse der Düse groß ist. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Restbelastung in dem geschweißten Abschnitt um die Achse zu reduzieren, aber JP 3799599 B ist in dieser Hinsicht verbesserungsfähig. Ein solches Problem ist nicht auf den Injektor beschränkt, aber es ist bei anderen Arten von Paaren zylindrischer Bauteile üblich, die in einer korrosiven Umgebung mit hoher Temperatur verwendet werden.
Die vorliegende Offenbarung wurde getätigt, um die vorstehenden Probleme zu lösen, und kann als die folgenden Ausführungsformen umgesetzt werden.
Gemäß einem Aspekt bzw. Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Schweißverfahren zum Schmelzen und Schweißen eines Paars zylindrischer Bauteile in Umfangsrichtung vorgesehen, in welches ein anderes zylindrisches Bauteil innerhalb eines zylindrischen Bauteils eingesetzt ist. Das Schweißverfahren weist einen Dreh-Schweiß-Schritt, der eine Anlegeeinheit relativ dreht, welche eine Energie zum Schmelzen und Schweißen das Paars zylindrischer Bauteile und des Paars zylindrischer Bauteile um eine Achse des Paars zylindrischer Bauteile anlegt, und die Energie ausgehend von der Anlegeeinheit an das Paar zylindrischer Bauteile anlegt, um ein Bestrahlungsteil der Energie zu drehen, die ausgehend von der Anlegeeinheit um die Achse angelegt ist, und einen Anpassungsschritt, der die Menge an Energie anpasst, die in Zusammenhang mit einem Drehwinkel des Paars zylindrischer Bauteile um die Achse ausgehend von der Anlegeeinheit an das Paar zylindrischer Bauteile angelegt wird, auf. Bei dem Anpassungsschritt wird die Anpassung der Menge an Energie in einer spezifischen Anlegeeinheit, welche zumindest eine der Anlegeeinheiten ist, die an zwei oder mehr Stellen in einer Umfangsrichtung des Paars zylindrischer Bauteile arrangiert sind, in Zusammenhang mit einem Drehwinkel ausgeführt, um eine Beziehung von Pd + Pw > θ zu erfüllen, wobei Pd ein Ausgabeverringerungs-Drehwinkel ist, der die Energiemenge ausgehend von einer stabilen Energiemenge HP verringert, die bei einem Schweißendprozess ausgehend von der spezifischen Anlegeeinheit angelegt wird, Pw ein Überlappungs-Drehwinkel ist, bei welchem die Bestrahlungsteile um das Paar zylindrischer Bauteile mit der stabilen Energiemenge HP überlappen, und θ ein Trennwinkel zwischen der spezifischen Anlegeeinheit und einer anderen Anlegeeinheit ist, die in einer Drehrichtung um die Achse zueinander benachbart sind.
Gemäß dem vorstehenden Schweißverfahren ist es möglich, die Temperaturverteilung bei dem Schweißendprozess bzw. Ende des Schweißprozesses an der Schweißstelle um die Achse des Paars zylindrischer Bauteile auszugleichen und die Restbelastung nach dem Abkühlen zu reduzieren, indem Schweißen mit einer Energie in Zusammenhang gebracht wird, die ausgehend von einer anderen Anlegeeinheit angelegt wird, die in einer Drehrichtung um eine Achse zueinander benachbart angeordnet sind, und mit einer Energie geschweißt wird, die ausgehend von der spezifischen Anlegeeinheit angelegt wird.
Figurenliste

1 eine erläuternde Ansicht, die in einem schematischen Querschnitt einen Zustand zeigt, in welchem ein Injektor, der durch eine Schweißvorrichtung der ersten Ausführungsform erhalten wird, auf eine Maschine angewendet wird;
2 eine Vorderansicht eines Teilschnitts eines Injektors, der durch die Schweißvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erhalten wird, bei welcher eine Düse im Querschnitt dargestellt ist, welche ein Hauptteil des Injektors ist;
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Düse des Injektors zeigt, der in 2 gezeigt wird;
4 eine erläuternde Ansicht, die einen Umriss der Schweißvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt;
5 eine erläuternde Ansicht, die eine Schweißsituation durch die Schweißvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt;
6 eine erläuternde Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem Zustand einer Laserausgabe, die ausgehend von jeder der Anlegeeinheiten der Schweißvorrichtung der ersten Ausführungsform emittiert wird, und einer Schweißmarke zeigt;
7 eine erläuternde Ansicht, die Spezifikationen eines Ausgabeverringerungs-Drehwinkels Pd, eines Überlappungs-Drehwinkels Pw und eines Trennwinkels θ für jede Schweißprobe zeigt;
8 eine erläuternde Ansicht, die eine Restbelastungsverteilung für jeden Schweißabschnitt für jede Schweißprobe zeigt;
9 eine erläuternde Ansicht, die den Umriss der Schweißvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch zeigt; und
10 ein erläuterndes Diagramm, das den ersten optischen Kopf in der Schweißvorrichtung der zweiten Ausführungsform zeigt, wie diese aus einer Richtung A in 9 betrachtet wird.

Detaillierte Beschreibung
Erste Ausführungsform:
Wie in 1 gezeigt wird, wird ein Injektor 1, der das Schweißzielbauteil einer Schweißvorrichtung 200 der ersten Ausführungsform beinhaltet, auf eine Maschine 80 als eine Maschine mit interner Verbrennung angewendet und spritzt Benzin als einen Kraftstoff ein, um dieses der Maschine 80 zuzuführen. Die Maschine 80 beinhaltet einen zylindrischen Zylinderblock 81, einen Kolben 82, einen Zylinderkopf 90, ein Ansaugventil 95, ein Abgasventil 96, eine Zündkerze 97 und dergleichen. Der Kolben 82 ist so innerhalb des Zylinderblocks 81 vorgesehen, dass dieser dazu in der Lage ist, sich hin und her zu bewegen. Der Zylinderkopf 90 ist so vorgesehen, um ein offenes bzw. geöffnetes Ende des Zylinderblocks 81 zu schließen. Eine Brennkammer 83 ist zwischen einer Innenwand des Zylinderblocks 81, einer Wandoberfläche des Zylinderkopfs 90 und dem Kolben 82 ausgebildet. Ein Volumen der Brennkammer 83 nimmt zu oder ab, so wie sich der Kolben 82 hin und her bewegt. Der Zylinderkopf 90 weist einen Ansaugkrümmer 91 und einen Abgaskrümmer 93 auf. In dem Ansaugkrümmer 91 ist ein Ansaugdurchlass 92 ausgebildet. Der Ansaugdurchlass 92 weist ein Ende, das zu einer Atmosphäre offen ist, und das andere Ende auf, das mit der Brennkammer 83 verbunden ist. Der Ansaugdurchlass 92 führt eine Luft (nachfolgend als „Ansaugluft“ bezeichnet), die ausgehend von der Seite der Atmosphäre angesaugt wird, zu der Brennkammer 83. In dem Abgaskrümmer 93 ist ein Abgasdurchlass 94 ausgebildet. Ein Ende des Abgasdurchlasses 94 ist mit der Brennkammer 83 verbunden und das andere Ende ist zu der Seite der Atmosphäre offen. Der Abgasdurchlass 94 führt eine Luft (nachfolgend als „Abgasluft“ bezeichnet), die das Verbrennungsgas enthält, das in der Brennkammer 83 erzeugt wird, zu der Seite der Atmosphäre.
Der Injektor 1 ist ein Injektor vom Typ mit Direkteinspritzung, der in dem Zylinderblock 81 des Ansaugdurchlasses 92 des Ansaugkrümmers 91 aufgenommen ist und Kraftstoff direkt in die Brennkammer 83 einspritzt. Der Injektor 1 ist so vorgesehen, dass dessen Mittellinie in Bezug auf eine Mittellinie der Brennkammer 83 geneigt angeordnet ist oder in Hinblick auf die Mittellinie der Brennkammer 83 eine verdrehte Beziehung aufweist. Hierbei ist die Mittellinie der Brennkammer 83 die Achse der Brennkammer 83 und fällt mit einer Achse des Zylinderblocks 81 zusammen. Der Injektor 1 ist auf einer Seite der Brennkammer 83 vorgesehen. Der Injektor 1 ist so vorgesehen, dass die Mehrzahl von Einspritzlöchern 13 an einem radial äußeren Abschnitt der Brennkammer 83 freigelegt ist. Dem Injektor 1 wird ein Kraftstoff, der durch eine (nicht näher dargestellte) Kraftstoffpumpe auf einen Kraftstoffeinspritzdruck beaufschlagt ist, zugeführt. Der kegelförmige Kraftstoffsprühstrahl Fo wird ausgehend von der Mehrzahl von Einspritzlöchern 13 des Injektors 1 in die Brennkammer 83 eingespritzt.
Wie in 2 gezeigt wird, beinhaltet der Injektor 1 an der Spitze eines Gehäuses 20 eine Düse 10. Die Düse 10 ist aus Metall wie beispielsweise martensitischem Edelstahl hergestellt. Die Düse 10 wird abgeschreckt, um so einen vorgegebenen Härtegrad aufzuweisen. Die Düse 10 weist einen rohrförmigen Abschnitt 11, einen Bodenabschnitt 12, Einspritzlöcher 13, einen Ventilsitz 14 und dergleichen auf.
Wie in 3 gezeigt wird, ist der rohrförmige Abschnitt 11 in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet. Der Bodenabschnitt 12 schließt ein Ende des zylindrischen Abschnitts 11. Die Einspritzlöcher 13 sind Durchgangslöcher, die den Bodenabschnitt 12 durchdringen, und in dem Bodenabschnitt 12 sind sechs Einspritzlöcher 13 ausgebildet. Der Ventilsitz 14 ist in einer Ringform um die Einspritzlöcher 13 auf der Seite des rohrförmigen Abschnitts 11 des Bodenabschnitts 12 ausgebildet.
Das Gehäuse 20 weist einen hervorragenden Verbinderabschnitt 57 auf. Eine Endseite eines Hauptkörperabschnitts 21, das heißt, eine untere Endseite in 2, bildet einen Düsen-Halteabschnitt 22, und die andere Endseite (obere Endseite in 2) des Hauptkörperabschnitts 21 bildet einen Einlassabschnitt 23. Der Hauptkörperabschnitt 21 und der Düsen-Halteabschnitt 22 sind zusammen mit einem (nicht näher dargestellten) zylindrischen Bauteil, das innerhalb des Hauptkörperabschnitts 21 aufgenommen ist, aus einem magnetischen Material wie beispielsweise ferritischem Edelstahl ausgebildet, und magnetisch stabilisiert. Der Einlassabschnitt 23 ist in einer rohrförmigen Form aus einem magnetischen Material wie beispielsweise ferritischem Edelstahl ausgebildet. Das Gehäuse 20 nimmt in dem Hauptkörperabschnitt 21 ein zylindrisches Bauteil auf, welches aus einem nicht-magnetischen Material wie beispielsweise austenitischem Edelstahl hergestellt ist und als eine magnetische Membran fungiert.
Der Düsen-Halteabschnitt 22 ist so vorgesehen, dass eine Innenwand auf der unteren Endseite in 2 an die Außenwand des rohrförmigen Abschnitts 11 der Düse 10 gepasst ist. Das heißt, die Düse 10, welche ein anderes zylindrisches Bauteil ist, genauer gesagt der rohrförmige Abschnitt 11, ist innerhalb des Düsen-Halteabschnitts 22 eingesetzt, welcher ein zylindrisches Bauteil ist (vergleiche 3). Der Düsen-Halteabschnitt 22 und der zylindrische Abschnitt 11 bilden bei der vorliegenden Offenbarung ein Paar zylindrischer Bauteile aus. Dann bestrahlt eine Schweißvorrichtung 200 der ersten Ausführungsform mit dem Laserstrahl hin zu einem Bestrahlungsteil LP in der Figur in einem Zustand, in welchem der rohrförmige Abschnitt 11 bereits innerhalb des Düsen-Halteabschnitts 22 eingesetzt ist, wie in 3 gezeigt wird. Das Bestrahlungsteil LP kann eine Seitenwand auf der Spitzenseite des Düsen-Halteabschnitts 22 sein. Da das Bestrahlungsteil LP zusammen mit der Düse 10 in die Brennkammer 83 hervorsteht, ist dieses der korrosiven Umgebung mit hoher Temperatur in der Brennkammer 83 ausgesetzt. Daher ist es vorzuziehen, die Restbelastung an dem schmelzgeschweißten Abschnitt durch das Laserlicht, mit welchem das Bestrahlungsteil LP bestrahlt wird, möglichst stark zu reduzieren, um das Auftreten einer Belastungs-Korrosions-Rissbildung zu unterbinden.
Der Kraftstoffdurchlass 100 ist ausgehend von dem Einlassabschnitt 23 zu der Spitze des Düsen-Halteabschnitts 22 innerhalb des Gehäuses 20 ausgebildet. Der Kraftstoffdurchlass 100 ist mit den Einspritzlöchern 13 der Düse 10 verbunden. Das heißt, der rohrförmige Abschnitt 11 der Düse 10 bildet innerhalb den Kraftstoffdurchlass 100 aus. Ein (nicht näher dargestelltes) Rohr ist mit dem Einlassabschnitt 23 verbunden. Im Ergebnis strömt der Kraftstoff durch die Rohrleitung ausgehend von der Kraftstoffzufuhrquelle (Kraftstoffpumpe) in den Kraftstoffdurchlass 100, und der einströmende Kraftstoff strömt in die Düse 10, nachdem durch einen (nicht näher dargestellten) Filter Fremdstoffe gesammelt wurden.
In dem Düsen-Halteabschnitt 22 ist eine Nadel 30 aufgenommen. Die Nadel 30 ist in einer Stabform aus einem Metall wie martensitischem Edelstahl ausgebildet und derart ausgehärtet, dass diese einen vorgegebenen Härtegrad aufweist. Die Nadel 30 ist so in dem Gehäuse 20 eingehaust, dass diese in einer axialen Richtung des Gehäuses 20 in dem Kraftstoffdurchlass 100 hin und her beweglich ist. Die Nadel 30 weist einen Nadelkörper 301, einen Sitzabschnitt 31, einen Abschnitt 32 mit großem Durchmesser, einen Kranzabschnitt 34 und dergleichen auf. Der Nadelkörper 301 ist in einer Stabform ausgebildet. Der Sitzabschnitt 31 ist an dem Endabschnitt des Nadelkörpers 301 auf der Seite der Düse 10 ausgebildet und kann den Ventilsitz 14 kontaktieren.
Der Abschnitt 32 mit großem Durchmesser ist nahe dem Sitzabschnitt 31 an dem Ende des Nadelkörpers 301 auf der Seite des Ventilsitzes 14 ausgebildet. Der Außendurchmesser des Abschnitts 32 mit großem Durchmesser ist derart eingestellt, dass dieser größer ist als der Außendurchmesser des Endabschnitts des Nadelkörpers 301 auf der Seite des Ventilsitzes 14. Der Abschnitt 32 mit großem Durchmesser ist so ausgebildet, dass dessen Außenwand auf der Innenwand des rohrförmigen Abschnitts 11 der Düse 10 gleitet. Im Ergebnis wird die Nadel 30 durch die Innenwand des rohrförmigen Abschnitts 11 geführt und bewegt sich in der axialen Richtung des Endabschnitts auf der Seite des Ventilsitzes 14 hin und her. Ausgeschnittene Abschnitte 33 sind derart in dem Abschnitt 32 mit großem Durchmesser ausgebildet, dass eine Mehrzahl von Umfangsabschnitten der Außenwand eingekerbt ist. Dadurch kann der Kraftstoff zwischen den ausgeschnittenen Abschnitten 33 und der Innenwand des rohrförmigen Abschnitts 11 strömen.
Die Nadel 30 bewegt sich entlang der axialen Richtung des Gehäuses 20 durch einen (nicht näher dargestellten) Nadel-Antriebsmechanismus hin und her, der in dem Hauptkörperabschnitt 21 aufgenommen ist, und die Nadel 30 öffnet und schließt die Einspritzlöcher 13 durch den Sitzabschnitt 31, der von dem Ventilsitz 14 getrennt ist (nicht anliegt) oder den Ventilsitz 14 kontaktiert (anliegt). Der Injektor 1 spritzt Kraftstoff ausgehend von den Einspritzlöchern 13 in die Maschine 80 ein, indem die Einspritzlöcher 13 geöffnet und geschlossen werden. Der Nadel-Antriebsmechanismus ist unter Verwendung einer Spulen- bzw. Schraubenfeder, einer Spule, die durch Erregung eine magnetische Kraft erzeugt, und dergleichen konfiguriert, aber da diese Konfigurationen nicht direkt die vorliegende Offenbarung betreffen, werden deren Darstellung und Beschreibung weggelassen.
Wie in 4 gezeigt wird, schweißt die Schweißvorrichtung 200 der ersten Ausführungsform den Düsen-Halteabschnitt 22 und den vorstehend beschriebenen rohrförmigen Abschnitt 11 des Injektors 1. Die Schweißvorrichtung 200 beinhaltet einen Lasergenerator 210 als eine Energiequelle, eine Energie-Anpassungseinheit 220, ein Spektroskop 230, einen ersten optischen Kopf 241, einen zweiten optischen Kopf 242 und eine Drehantriebseinheit 250. Das Schweißmodusbauteil der Schweißvorrichtung 200 ist der Düsen-Halteabschnitt 22, in welchen der rohrförmige Abschnitt 11 eingesetzt wird, und das Gehäuse 20 ist in der Schweißvorrichtung 200 eingestellt. Nachfolgend wird der Düsen-Halteabschnitt 22, in welchen der rohrförmige Abschnitt 11 eingesetzt ist, als ein Paar 40 zylindrischer Bauteile bezeichnet werden.
Der Lasergenerator 210 ist eine Vorrichtung, die einen Laserstrahl mit hoher Energie zum Schmelzen und Schweißen des Paars 40 zylindrischer Bauteile in der Umfangsrichtung erzeugt, und es können zum Beispiel ein YAG-Laser oder ein CO2-Laser verwendet werden. Die Energie-Anpassungseinheit 220 passt die Energiemenge des Laserlichts an, wenn das Laserlicht, das durch den Lasergenerator 210 erzeugt wird, zu dem Spektroskop 230 geführt wird. Das Spektroskop 230 teilt das Laserlicht, dessen Energiemenge durch die Energie-Anpassungseinheit 220 angepasst worden ist, in zwei Richtungen, und führt das geteilte Laserlicht zu dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242. Der Lasergenerator 210 kann eine Anpassungsfunktion aufweisen, die Energiemenge von Laserlicht anzupassen.
Der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 bestrahlen das Bestrahlungsteil LP des Paars 40 zylindrischer Bauteile mit dem Laserlicht, das ausgehend von dem Spektroskop 230 geführt wird. Der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 entsprechen der Anlegeeinheit bei der vorliegenden Offenbarung und befinden sich an zwei Stellen in der Umfangsrichtung auf einer Ebene, die orthogonal zu einer Achse 40C des Paars 40 zylindrischer Bauteile verläuft, welche das Schweißziel ist. Der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 sind um die Achse des Paars 40 zylindrischer Bauteile benachbart zueinander angeordnet, und ein Trennwinkel θ um die Achse 40C des Paars 40 zylindrischer Bauteile beträgt 80 °≦θ≦110. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Trennwinkel θ 90 °. Das heißt, der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 sind an zwei Stellen um die Achse 40C des Paars 40 zylindrischer Bauteile asymmetrisch drehend arrangiert. Dann bestrahlen der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 das Bestrahlungsteil LP, das in 3 gezeigt wird, bei einem Laserbestrahlungswinkel, der in Hinblick auf die Achse 40C geneigt ist, mit Laserlicht. Der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 können entlang einer Ebene, die orthogonal zu der Achse 40C verläuft, mit dem Laserlicht bestrahlen. In der folgenden Beschreibung werden der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 kollektiv als der optische Kopf 240 bezeichnet. Ferner wird das Laserlicht, das ausgehend von dem ersten optischen Kopf 241 emittiert wird, als ein erstes Laserlicht L1 bezeichnet, und das Laserlicht, das ausgehend von dem zweiten optischen Kopf 242 emittiert wird, wird als ein zweites Laserlicht L2 bezeichnet, um diese zu unterscheiden.
Die Drehantriebseinheit 250 entspricht der Dreheinheit bei der vorliegenden Offenbarung und dreht das Paar 40 zylindrischer Bauteile mit einer konstanten Geschwindigkeit um die Achse und dreht ein Bestrahlungsteil von Energie, die ausgehend von dem optischen Kopf 240 an das Paar 40 zylindrischer Bauteile angelegt wird, das heißt, ein Bestrahlungsteil von Laserlicht um die Achse 40C. Bei der vorliegenden Ausführungsform dreht die Drehantriebseinheit 250 das Paar 40 zylindrischer Bauteile mit einer konstanten Geschwindigkeit mit einer Drehgeschwindigkeit (zum Beispiel 30 rpm), mit welcher das Paar 40 zylindrischer Bauteile in 2 bis 5 Sekunden eine Drehung um die Achse vollführt, im Gegenuhrzeigersinn. Daher drehen sich beide optische Köpfe mit einer konstanten Geschwindigkeit relativ zu dem Paar 40 zylindrischer Bauteile in der Richtung im Uhrzeigersinn. Eine Laserbestrahlung wird ausgehend von dem optischen Kopf 240 zu dem Bestrahlungsteil LP des Paars 40 zylindrischer Bauteile durchgeführt, das sich mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht. Daher fungiert die Energie-Anpassungseinheit 220 als eine Anpassungseinheit, welche die Menge an Energie anpasst, die in Zusammenhang mit dem Drehwinkel des Paars 40 zylindrischer Bauteile um die Achse ausgehend von dem optischen Kopf 240 an das Paar 40 zylindrischer Bauteile angelegt wird. Der Lasergenerator 210, die Energie-Anpassungseinheit 220 und die Steuereinheit, welche die Drehantriebseinheit 250 integral steuert, können durch einen sogenannten Computer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und dergleichen konfiguriert sein, die logische Betriebe ausführen.
Die Schweißvorrichtung 200 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration bestrahlt das Paar 40 zylindrischer Bauteile, welches sich mit einer konstanten Geschwindigkeit um die Achse dreht, mit dem ersten und zweiten Laserlicht L1 und L2 ausgehend von dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242, und schmelzschweißt das Paar 40 zylindrischer Bauteile an dem Bestrahlungsteil LP über den gesamten Umfang. Anstelle des Laserlichts kann eine andere Energie wie beispielsweise eine Bogenentladung oder ein Elektronenstrahl verwendet werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ein Schmelzschweißen durch die Schweißvorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden. Ein oberer Teil von 5 zeigt, dass der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 durch einen Winkel θ getrennt sind. Ein unterer Teil zeigt das Schweißverhalten, wenn das Laserlicht emittiert wird, während der optische Kopf 240 relativ zu dem Paar 40 zylindrischer Bauteile in einer Richtung im Uhrzeigersinn mit den Drehpositionen beider Köpfe in Zusammenhang steht. In dem unteren Teil von 5 steht das Schweißverhalten des ersten optischen Kopfes 241 auf der inneren Seite in Zusammenhang mit der Drehposition des ersten optischen Kopfes 241 selbst. Auf dessen Außenseite steht das Schweißverhalten des zweiten optischen Kopfes 242 in Zusammenhang mit der Drehposition des zweiten optischen Kopfes 242 selbst. Der Einfachheit der Beschreibung halber ist eine Bestrahlungsstartposition SP2 des zweiten Laserlichts L2 ausgehend von dem zweiten optischen Kopf 242 auf einen Referenzwinkel von 0° um die Achse 40C des Paars 40 zylindrischer Bauteile eingestellt, das eine Laserbestrahlung empfängt, und ein Winkel um die Achse 40C ist als ein Winkel definiert, der ausgehend von diesem Referenzwinkel im Uhrzeigersinn gemessen wird.
In dem oberen Teil von 6 wird ein Übergang der Menge an Energie des ersten Laserlichts L1, das ausgehend von dem ersten optischen Kopf 241 emittiert wird, in Zusammenhang mit dem Drehwinkel des Paars 40 zylindrischer Bauteile gezeigt. In einem mittleren Teil von 6 wird ein Übergang der Menge an Energie des zweiten Laserlichts L2, das ausgehend von dem zweiten optischen Kopf 242 emittiert wird, in Zusammenhang mit dem Drehwinkel des Paars 40 zylindrischer Bauteile gezeigt. Dann wird in dem unteren Teil ein Beispiel von Schweißmarken gezeigt, die durch Schweißen, das mit Laserbestrahlung ausgehend von dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242 einhergeht, auf dem Paar 40 zylindrischer Bauteile hinterlassen werden.
Der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 starten gleichzeitig eine Laserbestrahlung, wenn diese an Bestrahlungsstartpositionen SP1 und SP2 positioniert sind, die in 5 gezeigt werden. Vor der Laserbestrahlung ist das Paar 40 zylindrischer Bauteile bereits mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht worden. Wenn die Laserbestrahlung ausgehend von beiden optischen Köpfen an den Bestrahlungsstartpositionen SP1 und SP2 gestartet wird, erhöht die Energie-Anpassungseinheit 220 von 4 allmählich die Menge an Energie des Laserlichts, das zu beiden optischen Köpfen geführt wird, ausgehend von einem Wert von null auf eine spezifizierte stabile Energiemenge HP. Der vorstehend dargelegte Zustand wird in 6 gezeigt, und die Menge an Energie des zweiten Laserlichts L2, das ausgehend von dem zweiten optischen Kopf 242 emittiert wird, erhöht sich bei einem Winkel von 0 ° ausgehend von der Bestrahlungsstartposition SP2 (vergleiche 5). Die Menge an Energie des ersten Laserlichts L1, das ausgehend von dem ersten optischen Kopf 241 emittiert wird, erhöht sich bei einem Winkel von 270 ° (=-90 °) ausgehend von der Bestrahlungsstartposition SP1. Die Erhöhung hinsichtlich einer Ausgabe bei dem Start eines Schweißens wird bei dem Drehungsprozess durchgeführt, bei welchem das Paar 40 zylindrischer Bauteile sich auf einen Ausgabeerhöhungs-Drehwinkel Pu dreht. Wenn sich das Paar 40 zylindrischer Bauteile auf den Ausgabeerhöhungs-Drehwinkel Pu dreht, wird die Energiemenge des Laserlichts, das ausgehend von beiden optischen Köpfen emittiert wird, zu der stabilen Energiemenge HP. Diese stabile Energiemenge HP ist eine Energiemenge, die das Paar 40 zylindrischer Bauteile (den Düsen-Halteabschnitt 22, in welchen der rohrförmige Abschnitt 11 eingesetzt wird) an dem Bestrahlungsteil LP schmelzen und schweißen kann (vergleiche 3), und ist im Voraus auf Grundlage von Spezifikationen wie beispielsweise dem Material und der Dicke des rohrförmigen Abschnitts 11 und des Düsen-Halteabschnitts 22 definiert, die das Paar 40 zylindrischer Bauteile ausbilden.
Nachdem das Paar 40 zylindrischer Bauteile auf den Ausgabeerhöhungs-Drehwinkel Pu gedreht wurde, behält die Energie-Anpassungseinheit 220 die Energiemenge des Laserlichts bei, die bei der stabilen Energiemenge HP zu beiden optischen Köpfen geführt wird. Diese Beibehaltung der Energiemenge wird bei dem Drehprozess fortgesetzt, bei welchem das Paar 40 zylindrischer Bauteile sich über den Hauptschweiß-Drehwinkel Ph (= 360°) hinaus dreht. Das heißt, bis das Paar 40 zylindrischer Bauteile sich einmal um die Achse 40C dreht, wird das erste Laserlicht L1 mit der stabilen Energiemenge HP kontinuierlich ausgehend von dem ersten optischen Kopf 241 emittiert, und das zweite Laserlicht wird ebenfalls kontinuierlich ausgehend von dem zweiten optischen Kopf 242 emittiert. Indem die Laserlichtbestrahlung auf diese Weise fortgesetzt wird, werden bei dem Paar 40 zylindrischer Bauteile der rohrförmige Abschnitt 11 und der Düsen-Halteabschnitt 22 über den gesamten Umfang an dem Bestrahlungsteil LP schmelzgeschweißt (hauptgeschweißt).
Wenn das Paar 40 zylindrischer Bauteile sich über den Hauptschweiß-Drehwinkel Ph hinaus dreht, um ein Schmelzschweißen über den gesamten Umfang sicherzustellen, stellt die Energie-Anpassungseinheit 220 die Energiemenge des Laserlichts, die zu beiden optischen Köpfen geführt wird, auf die stabile Energiemenge HP ein. Dabei wird die Beibehaltung der Energiemenge bei dem Drehprozess weiter fortgesetzt, bei welchem das Paar 40 zylindrischer Bauteile sich über einen Überlappungs-Drehwinkel Pw hinaus dreht, welcher mit dem Hauptschweiß-Drehwinkel Ph überlappt. Das heißt, jenseits des Überlappungs-Drehwinkels Pw überlappt das Energiebestrahlungsteil, das die Laserlichtbestrahlung mit der stabilen Energiemenge HP empfängt, mit der stabilen Energiemenge HP und das Paar 40 zylindrischer Bauteile wird überlappungsgeschweißt.
Wenn das Paar 40 zylindrischer Bauteile sich über den Überlappungs-Drehwinkel Pw hinaus dreht, verschiebt sich das Schweißen des Paars 40 zylindrischer Bauteile danach auf einen Schweißendprozess. Daher reduziert die Energie-Anpassungseinheit 220 bei dem Schweißendprozess allmählich die Energiemenge des Laserlichts, das zu beiden optischen Köpfen geführt wird, ausgehend von der stabilen Energiemenge HP. Diese Ausgabereduzierung wird bei einem Drehprozess durchgeführt, bei welchem das Paar 40 zylindrischer Bauteile auf einen Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd gedreht wird, nachdem dieses das Überlappungs-Schweißen empfängt, und wenn das Paar 40 zylindrischer Bauteile auf den Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd gedreht wird, wird die Menge an Energie des Laserlichts, das ausgehend von beiden optischen Köpfen emittiert wird, null, und das Schweißen des Paars 40 zylindrischer Bauteile ist abgeschlossen. Nachdem das Schweißen abgeschlossen ist, setzt die Drehantriebseinheit 250 die Drehung des Paars 40 zylindrischer Bauteile fort, bis das Abkühlen des geschweißten Abschnitts abgeschlossen ist, und stoppt die Drehung des Paars 40 zylindrischer Bauteile nach dem Abschluss des Abkühlens. Die Düse 10, bei welcher das Paar 40 zylindrischer Bauteile geschweißt wurde, genauer gesagt das Gehäuse 20 mit der Düse 10, ist aus der Drehantriebseinheit 250 entfernt worden. Dann ist das neue Gehäuse 20 bei der Drehantriebseinheit 250 so eingestellt worden, dass dieses durch die Drehantriebseinheit 250 gedreht wird.
Die Energie-Anpassungseinheit 220 in der Schweißvorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform kooperiert durch die Drehantriebseinheit 250 mit der Drehsteuerung mit konstanter Geschwindigkeit des Paars 40 zylindrischer Bauteile und passt in Zusammenhang mit den folgenden Drehwinkeln die Energiemenge des Laserlichts an, das ausgehend von beiden optischen Köpfen emittiert wird, sodass eine Beziehung des folgenden Beziehungsausdrucks erfüllt ist. Der Beziehungsausdruck ist Pd + Pw > θ, wobei Pd der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel ist, Pw der Überlappungs-Drehwinkel ist, und der Winkel θ der Trennwinkel zwischen dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242 ist. In diesem Fall sind der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd und der Überlappungs-Drehwinkel Pw auf Werte eingestellt, welche nicht null sind. Ferner ist es bei dem vorstehenden Drehwinkel zum Anpassen der Menge an Energie vorzuziehen, dass der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd derart eingestellt ist, dass dieser in Hinblick auf den Überlappungs-Drehwinkel Pw die Beziehung Pd > Pw erfüllt. Zusätzlich zu dieser Beziehung ist es vorzuziehen, dass der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd derart eingestellt ist, dass dieser in Hinblick auf den Trennwinkel θ von beiden optischen Köpfen die Beziehung Pd ≧θ erfüllt. Bei der ersten Ausführungsform weisen der Ausgabeerhöhungs-Drehwinkel Pu, der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd und der Überlappungs-Drehwinkel Pw bei dem Start eines Schweißens bei dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242 den gleichen Wert auf, wenn die Menge an Energie, die mit dem Drehwinkel in Zusammenhang steht, angepasst wird.
Wie in 6 gezeigt wird, werden die Schweißmarken, die aufgrund der Reihe von vorstehend beschriebenen Schweißverhalten auf dem Paar 40 zylindrischer Bauteile hinterlassen werden, schmale Übergangs-Schweißmarken, die sich bei dem Hauptschweißen während des Ausgabeverringerungs-Drehwinkels Pd ausgehend von den Schweißmarken allmählich verengen. Dann überlappen die schmalen Übergangs-Schweißmarken aufgrund des ersten optischen Kopfes 241, an welchem Schweißen bei dem Drehwinkel um die Achse der Achse 40C folgt, auf den schmalen Übergangs-Schweißmarken aufgrund des zweiten optischen Kopfes 242, an welchem Schweißen bei dem Drehwinkel um die Achse der Achse 40C vorangeht. Das Überlappen der Schweißmarken wird verursacht, indem der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd und der Trennwinkel θ zwischen beiden optischen Köpfen so eingestellt werden, dass Pd > θ. Die maximale Breite der Linse beträgt ungefähr das 1,1-fache des Überlappungs-Drehwinkels Pw.
Als nächstes wird die Restbelastung beschrieben werden, die in dem geschweißten Paar 40 zylindrischer Bauteile zurückbleibt. An dem geschweißten Abschnitt des Paars 40 zylindrischer Bauteile um die Achse der Achse 40C bleibt aufgrund des Schmelzschweißens, das auftritt, indem dieses die Energie des ersten Laserlichts L1 und die Energie des zweiten Laserlichts L2 empfängt, und des nachfolgenden Abkühlens eine Belastung zurück. Die Restbelastung wurde für jeden Drehwinkel in dem gesamten Schweißabschnitt des Paars 40 zylindrischer Bauteile gemäß einem Restbelastungs-Messverfahren unter Verwendung von Röntgenstrahlen gemessen. Wie in 7 gezeigt wird, sind die Messproben vier Messproben, welche den Trennwinkel θ (= 90 °) zwischen dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242 sowie den Überlappungs-Drehwinkel Pw (= 30 °) gemein haben. Wie vorstehend beschrieben ist bei einer ersten Probe S1 die Summe (Pw + Pd) des Überlappungs-Drehwinkels Pw und des Ausgabeverringerungs-Drehwinkels Pd zum Anpassen der Energiemenge kleiner als der Trennwinkel θ zwischen beiden optischen Köpfen (Pd + Pw < θ). Bei sowohl einer zweiten Probe S2, einer dritten Probe S3 als auch einer vierten Probe S4 ist die Summe (Pw + Pd) des Überlappungs-Drehwinkels Pw und des Ausgabeverringerungs-Drehwinkels Pd größer als der Trennwinkel θ zwischen beiden optischen Köpfen (Pd + Pw > θ).
Wie in 8 gezeigt wird, unterscheidet sich die Restbelastung bei dem Paar 40 zylindrischer Bauteile abhängig von dem Drehwinkel der Düsen-Endoberfläche, welche die Schweißstelle zu dem Paar 40 zylindrischer Bauteile ist, und nur bei der ersten Probe S1 (die durch die Strich-Zweistrichlinie gezeigt wird) übersteigt die maximale Restbelastung einen Beurteilungswert Lu. Auf Grundlage des vorstehenden Ergebnisses gemäß der Schweißvorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform ist die Beziehung zwischen dem Trennwinkel θ zwischen dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242, die zueinander benachbart angeordnet sind, dem Überlappungs-Drehwinkel Pw und dem Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd derart eingestellt, dass diese die Beziehung von Pd + Pw > θ erfüllt. Daher ist es möglich, die Temperaturverteilung bei dem Schweißendprozess an der Schweißstelle um die Achse 40C des Paars 40 zylindrischer Bauteile auszugleichen, und dadurch die Restbelastung nach dem Abkühlen zu reduzieren. Bei den Proben der 7 und 8 sind alle Trennwinkel θ auf 90° eingestellt, aber es können ähnliche Ergebnisse erhalten werden, wenn die Trennwinkel θ auf Werte eingestellt sind, welche andere sind als 90 °.
Bei der Schweißvorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform ist der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd derart eingestellt, dass dieser in Hinblick auf den Überlappungs-Drehwinkel Pw die Beziehung von Pd > Pw erfüllt. Das heißt, da der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd auf einen Wert eingestellt ist, der größer ist als der Überlappungs-Drehwinkel Pw, ist der Winkelbereich, in welchem die Energie allmählich reduziert wird, bei dem Ende eines Schweißens ausreichend weit eingestellt, und die Restbelastung kann weiter reduziert werden.
Bei der Schweißvorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform ist der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd derart eingestellt, dass dieser in Hinblick auf den Trennwinkel θ zwischen dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242 die Beziehung von Pd ≧ θ erfüllt. Zudem kann ausgehend von dem vorstehenden Punkt der Bereich des Winkels, bei welchem die Energie allmählich reduziert wird, bei dem Ende eines Schweißens ausreichend erhöht werden, und die Restbelastung kann weiter reduziert werden.
Bei dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242 in der Schweißvorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform sind der Ausgabeerhöhungs-Drehwinkel Pu, der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd und der Überlappungs-Drehwinkel Pw, welcher die Menge an Energie anpasst, die mit dem Drehwinkel um die Achse 40C des Paars 40 zylindrischer Bauteile in Zusammenhang steht, die gleichen. Daher kann der Laserstrahl, dessen Energiemenge durch die Energie-Anpassungseinheit 220 angepasst worden ist, durch das Spektroskop 230 dispergiert und zu dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242 geführt werden, wie in 4 gezeigt wird. Im Ergebnis können die Kosten reduziert werden, indem die Vorrichtungskonfiguration vereinfacht wird.
Bei der Schweißvorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform sind der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 an zwei Stellen um die Achse 40C des Paars 40 zylindrischer Bauteile arrangiert, und der Trennwinkel θ beider optischer Köpfe entlang der Drehrichtung des Paars 40 zylindrischer Bauteile ist derart eingestellt, dass dieser 80 °≦θ≦ 110 ° erfüllt, und beträgt bei der vorliegenden Ausführungsform 90 ° Positionen des Paars 40 zylindrischer Bauteile, die um ungefähr 90 ° getrennt sind, werden ausgehend von dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242 mit Laserstrahlen bestrahlt. Daher wird ausgehend von dem zweiten optischen Kopf 242 ausgehend von einer Richtung mit dem zweiten Laserlicht L2 bestrahlt, in welcher der Düsen-Halteabschnitt 22 und der rohrförmige Abschnitt 11 des Paars 40 zylindrischer Bauteile dabei sind, durch das erste Laserlicht L1, das ausgehend von dem ersten optischen Kopf 241 emittiert wird, verformt zu werden. Daher werden der Düsen-Halteabschnitt 22 und der rohrförmige Abschnitt 11 in Richtungen verformt, die orthogonal zueinander verlaufen, und werden im Ganzen einheitlich verformt.
Zweite Ausführungsform
Wie in 9 gezeigt wird, beinhaltet die Schweißvorrichtung 200A der zweiten Ausführungsform eine Gaszufuhreinheit 260, die dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242 ein Edelgas wie beispielsweise Argon zuführt. Die Schweißvorrichtung 200A weist zudem den Lasergenerator 210 und die Energie-Anpassungseinheit 220 auf, die in 4 gezeigt wird, aber deren Darstellung ist in 9 weggelassen. Wie in 10 gezeigt wird, weist der erste optische Kopf 241 um das Laseremissionsloch 241a eine Mehrzahl von bogenförmigen Gasemissionslöchern 241b mit langem Durchmesser auf und umgibt das erste Laserlicht L1, das mit dem Strahlungs-Edelgas ausgehend von der Mehrzahl von Gasemissionslöchern 241b ausgehend von dem Laseremissionsloch 241a emittiert wird. Das gleiche gilt für den zweiten optischen Kopf 242. Dadurch senkt die Schweißvorrichtung 200A durch das emittierte Laserlicht rasch die Temperatur des geschweißten Abschnitts, und somit wird die Reduzierung der Restbelastung weiter verbessert, die erhalten wird, indem der Überlappungs-Drehwinkel Pw und dergleichen wie vorstehend beschrieben definiert sind.
Andere Ausführungsformen:
(1) Bei der vorstehenden Ausführungsform wird das Paar 40 zylindrischer Bauteile um die Achse 40C gedreht, aber der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 können um die Achse 40C des Paars 40 zylindrischer Bauteile gedreht werden.
(2) Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird bei der Laserlichtemission ausgehend von sowohl dem ersten optischen Kopf 241 als auch dem zweiten optischen Kopf 242 die Menge an Energie gemäß dem Drehwinkel des Paars 40 zylindrischer Bauteile angepasst. Allerdings ist dies nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Das heißt, zumindest ein optischer Kopf der beiden optischen Köpfe, zum Beispiel der zweite optische Kopf 242, an welchem Schweißen mit dem Drehwinkel um die Achse der Achse 40C vorangegangen ist, wird bei der vorliegenden Offenbarung als die spezifische Anlegeeinheit verwendet, und bei der Laserlichtemission ausgehend von dem zweiten optischen Kopf 242 kann die Menge von dessen Energie als Reaktion auf den Drehwinkel des Paars 40 zylindrischer Bauteile angepasst werden. In diesem Fall kann die Laserlichtemission ausgehend von dem ersten optischen Kopf 241 durch das bestehende Anpassungsverfahren für eine Energiemenge durchgeführt werden. Alternativ wird bei der vorliegenden Offenbarung der erste optische Kopf 241, an welchem nachfolgend Schweißen durchgeführt wird, bei dem Drehwinkel um die Achse der Achse 40C als die spezifische Anlegeeinheit verwendet, und es wird die Anpassung einer vorstehend beschriebenen Energiemenge durchgeführt. Die Laserlichtemission ausgehend von dem zweiten optischen Kopf 242 kann durch das bestehende Anpassungsverfahren für eine Energiemenge durchgeführt werden. Dadurch legt der erste optische Kopf 241 letztlich die Energie mit der stabilen Energiemenge HP an die gleiche Position des Paars 40 zylindrischer Bauteile an, welches sich um die Achse dreht. Daher ist es möglich, die Restbelastung zu reduzieren, nachdem die schmalen Übergangs-Schweißmarken aufgrund des ersten Laserlichts L1 hinterlassen wurden, die in 6 gezeigt werden.
(3) Bei der vorstehenden Ausführungsform sind der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242 an asymmetrisch drehenden Positionen um die Achse 40C des Paars 40 zylindrischer Bauteile arrangiert. Allerdings kann eine Mehrzahl von optischen Köpfen an symmetrisch drehenden Positionen um die Achse 40C arrangiert sein. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Beziehung von Pd + Pw > θ für eine Energiebestrahlung ausgehend von einer Mehrzahl von optischen Köpfen erfüllt ist.
(4) Bei der vorstehenden Ausführungsform sind der Ausgabeerhöhungs-Drehwinkel Pu, der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd und der Überlappungs-Drehwinkel Pw bei dem ersten optischen Kopf 241 und dem zweiten optischen Kopf 242 die gleichen, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Energie-Anpassungseinheit 220 kann zum Beispiel für jeden optischen Kopf vorgesehen sein, um die Menge an Energie anzupassen, die unterschiedlichen Drehwinkeln für jeden optischen Kopf entspricht. Genauer gesagt können sich der Überlappungs-Drehwinkel Pw und der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd für jeden optischen Kopf unter der Annahme unterscheiden, dass die Beziehung von Pd + Pw > θ erfüllt ist.
(5) Bei der vorstehenden Ausführungsform werden zwei optische Köpfe, der erste optische Kopf 241 und der zweite optische Kopf 242, verwendet. Allerdings können drei optische Köpfe oder mehr derart mit im Wesentlichen gleichen Intervallen in einem Winkel θ arrangiert sein, dass der rohrförmige Abschnitt 11 und der Düsen-Halteabschnitt 22 des Paars 40 zylindrischer Bauteile geschweißt werden kann. Wenn drei optische Köpfe oder mehr arrangiert werden, sind die optischen Köpfe so arrangiert, dass diese die Beziehung von (360/n)-10≦θ≦(360/n)+10 erfüllen, falls die Anzahl an optischen Köpfen n ist und der Trennwinkel zwischen benachbarten optischen Köpfen in der Umfangsrichtung θ ° ist. Aufgrund der Struktur der Schweißvorrichtung ist die Anzahl an optischen Köpfen, die vorgesehen sind, auf ungefähr 10 beschränkt.
(6) Bei der vorstehenden Ausführungsform ist die Düse 10, welche das Paar 40 zylindrischer Bauteile in dem Injektor 1 ist, das Schweißziel. Allerdings ist das Schweißziel nicht auf die Düse 10 beschränkt, solange das Paar zylindrischer Bauteile, in welches ein anderes zylindrisches Bauteil innerhalb des zylindrischen Bauteils eingesetzt ist, in der Umfangsrichtung geschmolzen und geschweißt wird.
Die vorliegende Ausführungsform sollte nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt werden, sondern es können verschiedene andere Ausführungsformen umgesetzt werden, ohne sich von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung zu entfernen. Zum Beispiel können die technischen Merkmale bei jeder Ausführungsform, die den technischen Merkmalen in der Form entsprechen, die in der Zusammenfassung beschrieben werden, verwendet werden, um einige oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder einen der vorstehend beschriebenen Effekte vorzusehen. Es kann eine Ersetzung oder Kombination geeignet durchgeführt werden, um einen Teil oder alle zu erzielen. Falls die technischen Merkmale in der vorliegenden Beschreibung nicht als wesentlich beschrieben werden, können diese zudem weggelassen werden, wo dies geeignet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018092004 [0001]
JP 3799599 B [0003, 0004]

Claims

Schweißverfahren zum Schmelzen und Schweißen eines Paars (40) zylindrischer Bauteile in Umfangsrichtung, in welches ein anderes zylindrisches Bauteil (11) innerhalb eines zylindrischen Bauteils (22) eingesetzt ist, aufweisend: einen Dreh-Schweiß-Schritt, der eine Anlegeeinheit (241, 242) relativ dreht, welche eine Energie zum Schmelzen und Schweißen des Paars zylindrischer Bauteile und des Paars zylindrischer Bauteile um eine Achse (40C) des Paars zylindrischer Bauteile anlegt, und die Energie ausgehend von der Anlegeeinheit an das Paar zylindrischer Bauteile anlegt, um ein Bestrahlungsteil der Energie zu drehen, die ausgehend von der Anlegeeinheit um die Achse angelegt ist; und einen Anpassungsschritt, der die Menge an Energie anpasst, die in Zusammenhang mit einem Drehwinkel des Paars zylindrischer Bauteile um die Achse ausgehend von der Anlegeeinheit an das Paar zylindrischer Bauteile angelegt wird, wobei bei dem Anpassungsschritt die Anpassung der Menge an Energie in einer spezifischen Anlegeeinheit (241, 242), welche zumindest eine der Anlegeeinheiten ist, die an zwei oder mehr Stellen in einer Umfangsrichtung des Paars zylindrischer Bauteile arrangiert sind, in Zusammenhang mit einem Drehwinkel ausgeführt wird, um eine Beziehung von Pd + Pw > θ zu erfüllen, wobei Pd ein Ausgabeverringerungs-Drehwinkel ist, der die Energiemenge ausgehend von einer stabilen Energiemenge HP verringert, die bei einem Schweißendprozess ausgehend von der spezifischen Anlegeeinheit angelegt wird, Pw ein Überlappungs-Drehwinkel ist, bei welchem die Bestrahlungsteile um das Paar zylindrischer Bauteile mit der stabilen Energiemenge HP überlappen, und θ ein Trennwinkel zwischen der spezifischen Anlegeeinheit und einer anderen Anlegeeinheit ist, die in einer Drehrichtung um die Achse zueinander benachbart sind.
Schweißverfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd und der Überlappungs-Drehwinkel Pw beide derart eingestellt sind, dass diese größer als null sind und eine Beziehung von Pd > Pw erfüllen.
Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd derart eingestellt ist, dass dieser in Hinblick auf den Trennwinkel θ eine Beziehung von Pd ≧θ erfüllt.
Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anlegeeinheiten auf eine asymmetrisch drehende Weise um die Achse an zwei oder mehr Stellen arrangiert sind, und die spezifische Anlegeeinheit (241) eine Anlegeeinheit ist, die schließlich eine Energie an den gleichen Abschnitt des Paars zylindrischer Bauteile anlegt.
Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anlegeeinheiten in dem Dreh-Schweiß-Schritt an zwei Stellen um die Achse arrangiert sind, und der Trennwinkel θ entlang der Drehrichtung auf 80 °≦θ≦110 ° eingestellt ist.
Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei dem Anpassungsschritt ein Ausgabeerhöhungs-Drehwinkel Pu, der die Energiemenge bei einem Start eines Schweißens auf die stabile Energiemenge erhöht, der Ausgabeverringerungs-Drehwinkel Pd und der Überlappungs-Drehwinkel Pw bei allen Anlegeeinheiten die gleichen sind, wenn die Energiemenge in Zusammenhang mit dem Drehwinkel angepasst ist.
Schweißvorrichtung (200) zum Schmelzen und Schweißen eines Paars (40) zylindrischer Bauteile in Umfangsrichtung, in welches ein anderes zylindrisches Bauteil (11) innerhalb eines zylindrischen Bauteils (22) eingesetzt ist, aufweisend: eine Energiequelle (210), die eine Energie zum Schmelzen und Schweißen des Paars von zylindrischen Bauteilen produziert; eine Anlegeeinheit (241, 242), welche die Energie, die durch die Energiequelle erzeugt wird, an das Paar zylindrischer Bauteile anlegt; eine Dreheinheit (250), welche die Anlegeeinheit und das Paar zylindrischer Bauteile relativ um eine Achse (40C) des Paars zylindrischer Bauteile dreht und ein Bestrahlungsteil an Energie dreht, die ausgehend von der Anlegeeinheit um die Achse angelegt ist; und eine Anpassungseinheit (220), welche die Menge an Energie anpasst, die in Zusammenhang mit einem Drehwinkel des Paars zylindrischer Bauteile um die Achse ausgehend von der Anlegeeinheit an das Paar zylindrischer Bauteile angelegt wird, wobei die Anlegeeinheiten an zwei oder mehr Stellen in einer Umfangsrichtung auf einer Ebene arrangiert sind, die orthogonal zu der Achse des Paars zylindrischer Bauteile verläuft, bei der Anpassungseinheit die Anpassung der Menge an Energie in einer spezifischen Anlegeeinheit (241, 242), welche zumindest eine der Anlegeeinheiten ist, in Zusammenhang mit einem Drehwinkel ausgeführt wird, um eine Beziehung von Pd + Pw > θ zu erfüllen, wobei Pd ein Ausgabeverringerungs-Drehwinkel ist, der die Energiemenge ausgehend von einer stabilen Energiemenge HP verringert, die bei einem Schweißendprozess ausgehend von der spezifischen Anlegeeinheit angelegt wird, Pw ein Überlappungs-Drehwinkel ist, bei welchem die Bestrahlungsteile um das Paar zylindrischer Bauteile mit der stabilen Energiemenge HP überlappen, und θ ein Trennwinkel zwischen der spezifischen Anlegeeinheit und einer anderen Anlegeeinheit ist, die in einer Drehrichtung um die Achse zueinander benachbart sind.