DE69628917T2

DE69628917T2 - Verfahren zum überlappschweissen mittels eines höheren energiedichte aufweisenden strahlungsbündels

Info

Publication number: DE69628917T2
Application number: DE69628917T
Authority: DE
Inventors: Charles Caristan
Original assignee: CARISTAN HELENE
Current assignee: CARISTAN, CHARLES, HOUSTON, TX., US
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: EP0814936B1; EP0814936A4; WO1996026807A1; DE69628917D1; US5603853A; EP0814936A1

Description

Anwendung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum überlappschweißen, wobei ein Blechteil wird mit Überlappung an ein zweites Blechteil geschweißt mit einer hoch Streckenenergie-Strahlung, um in der daraus folgende Schweißung eine hoch Abschälhaltbarkeit zu erzielen; und mehr besonders ein Verfahren zum überlappschweißen von zwei Blechteile, wobei die Blechteile durch die ganze Überlappungszone zusammengeschweißt werden, hierdurch verhindert man ein Abschälen der Blechteile oder ein Falten oder ein Verbiegen in der Schweißnahtumgebung während der Umformung oder des Tiefziehens der zusammengeschweißten Blechteile.
Hintergrund der Erfindung
Hoch Streckenenergie-Strahlung Schweißen, so wie bei einer Laserstrahlung oder Electronenstrahlung, wird mehr benutzt um zwei Blechteile zusammenzufügen während des Herstellens eines Produktes daß mindestens teilweise diese Blechteile enthält. Laserschweiß-Maschinen benutzen ein hochfokusierte Lichtstrahl, eingerichtet gegen ein oder beide Blechteile um diese zusammenzufügen, während Electronenstrahl Maschinen benutzen ein Electronenfluß der gegen die Blechteile eingerichtet ist um diese zu erhitzen und zusammenzufügen.
Ein für gewohnlich verwendetes Schweißnahtgefüge um ein Blechteil mit einem anderen Blechteil zusammenzufügen ist eine Überlappungsgefüge, wobei ein Kantenstreifen des erstes Blechteiles ist eingerichtet in Überlappungsgestaltung mit einer anderen Blechteilkante, bevor die Blechteile zusammengeschweißt (überlappend) werden. Vor dem Schweißen, werden die Blechteile gegeneinander durch eine Spannvorrichtung versetzt und der Strahl wird ausgerichtet zu einem oder beiden Blechteilen um diese in der Überlappungzone zusammenzufügen.
Ein weiterer Typ von Schweißnahtgefüge ist eine teilweise oder völlig durchgeschweißte Überlappungsschweißnaht um die Blechteile zusammenzufügen. Beim herstellen der Überlappungschweißnaht, wird der Strahl zu der Oberseite des Oberblechteils ausgerichtet, mit genügender Streckenenergie und mit ausreichender Zeit, so eingestellt, daß der Strahl völlig durch das Oberblechteil und mindestens teilweise durch das Unterblechteil schmeltzt und fusionniert. Gegen dieses Überlappungschweiß-Verfahren spricht, daß sich eine Schweißnaht in der Überlappungszone nicht völlig fügt, wobei mindestens teilweise, werden die Überlappungszonen Fläche nicht zusammengeschweißt. Es ergibt eine geöffnete Überlappungschweißnaht und, deswegens, nicht völlig fusionniert wo die Blechteile in überlappung gegeneinander versetzt sind, wobei die Möglichkeit besteht, und sogar sehr wahrscheinlich ist, daß die Blechteile auseinander abschälen, falten oder verbiegen werden, während der Postschweiß-Umformung der Blechteile, oder daß die Überlappungschweißnaht während des Gebrauch von einem Produkt das die Blechteile enthält, fehlen wird. Hinzu kommt das die Schweißnaht eine schwache Abschälehaltbarkeit hat, eine geöffnete Überlappungschweißnaht die ungeschweißte Zonen haben kann, wovon Riße nach Dauerschwingungen oder Zyklischer Spannung sich entwickeln können, und beim Gebrauch es passieren kann daß das Produkt welches die Blechteile enthält, unerwünschte Schweißnahtfehler ergeben wird. Diese ungeschweißten Zonen der Überlappungschweißnaht können auch Verunreinigungen und Verseuchungen ansammeln, wobei unerwunschte Korrosion in der Schweißnaht die Folge ist. Es könnte zu einer Schwächung der Scheerenfestigkeit der Schweißnaht kommen, wäre die Schweißnaht nicht breit genug. Dabei wird die Dauerschwingfestigkeit schwach, wobei es zu frühen Schweißnahtfehlern kommen kann.
Leider, kann die Vollständigkeit der Blechteile anderstweitig negative Auswirkungen haben, wenn die Schweißnaht zu breit ist, wie es typisch von den Laser-Quetschnaht überlappschweißen Verfahren dargestellt in Büdendbender, U.S. Patent No. 4,945,202. ist. Zum Beispiel, wenn die Blechteile mit einer Korrosionschutz wie Zink beschichtet sind, kann durch die Hitze während des Schweißen diese Beschichtung verdampfen, wobei die Blechteile ohne Korrosionschutz in der Nähe des Schweißnahtbereichs gelassen werden. Wäre dieser Schweißnahtbereich zu breit, die Fernschutzwirkung der Zinkbeschichtung würde so vermindert, daß der Korrosionschutz nicht in der Schmelzzone und in der Wärme beeinflußten Zone (HAZ) ermöglicht wird. Auch im Falle einer genügend breiten Überlappunsschweißnaht, wobei beide Blechteile durch die ganze Überlappung's Breite, beim Strahl hindurch die Überlappung's Breite schwingend, mit dem Strahl entgegen der Oberseite des Oberblechteiles, zusammengeschweißt werden, würde es viel Energie brauchen und die Blechteile Umformungsfähigkeit vermindern, weil die Schweißzone und die Wärme beeinflußte Zone ziemlich breit würden, und deswegen ein mehr brüchiger Schweißnahtbereich der sich nicht erfolgreich umformen lassen würde, so wie beim biegen, tiefziehen, rollformen, bördeln, bohren, oder einem anderen Unformungs-Verfahren. Hinzu kommt das die Schwingungen des Strahls durchgehend die Überlappungsbreite, ergibt reduzierte Schweißgeschwindigkeiten und vernichtet die Beschichtung an der Seite, Oberseite des Oberblechteil, gegen welche der Strahl einfallend ist, und induziert Schmelzzonen Verunreinigung bei der Beschichtungsmaterial.
Noch zu der eben dargestellte Überlappungschweißgefüge, ein andere Typ von Überlappungschweißgefüge ist ein "fillet" Überlappungschweißgefüge. In einer "fillet" Überlappungschweißgefüge, überlappen sich Blechteile aufeinander so daß ihre Schnittkanten parallel bleiben. Leider, für jede diese Typen von Überlappungsschweißnähten, ist die Naht geöffnet mit der Überlappung nur teilweise geschweißt, wobei die Abschälefestigkeit dramatisch vermindert wird und die Korrosions Warscheinlichkeit erhöht wird, und die nach dem Schweißen Umformungshaltbarkeit ohne Schweißfehler oder Umformungsfehler, so wie das Falten oder Verbiegen, schwierig gemacht wird.
Eine Alternative zum obengenannten Überlappschweißen, ist die konventionelle Quetschnaht Schweißung; diese wird in Kerby, US Patent Nr. 3,159,419, veröffenlicht. Wie veröffentlicht, schmelzt eine Druckrollenelektrode auf jeder Seite der überlappten Bleche, und schweißt die Bleche zusammen auf der anderen Seite vom Überlappungsbereich, während von den Rollen der angewandte Druck die Dicke der Überlappung reduziert. Nach dem Widerstandschweißen, bilden die Blecheteile ein Blechstück, welches für die Verwendung von Autoteilen umgeformt wird. Aber, wegen der relativ großen Abschnitt-Größe von diesen Schweißverbindungen und assozierter HAZ, die Schweißverbindungen befinden sich nicht in der Nähe der Bereichen wo das Blechstück, geformt oder gebogen wird. Es gibt andere Nachteile gegen Widerstandschweißen die zusätzlich von der fehlende Formbarkeit sind. Ein weiterer Nachteil ist, diese Widerstandsbreitnaht ist nicht geeignet für das Überlappschweißen von komplexeren zwei oder dreidimensionallen Blechen. Ein weiterer Nachteil ist, daß jeder mit niedriger verdampfender Temperatur Überzug auf den Blechen, wie Zinkbeschichtung, wird über ein breites Gebiet während des Schweißens verdampft, welches die Überlappung mit verringert oder gar keinem Korrosionsschutz lassen kann. Für Bleche, die so eine Beschichtung auf beiden Seiten haben, kann die Beschichtung auch im Überlappungsbereich verdampfen und ins geschmolzenen Metall übergehen, das dazu führt, das die Schweißung eine schlechte Vollständigkeit besitzt, die zu einer Vorzeitigen Schweißfehler führen kann.
Lentz, et. al, US Patent Nr. 4,769,522, veröffentlicht, eine Methode des Laserschweißen, die einen Apparat und eine Vorrichtung benützt für das zusammenschweißen von Randen, von einem überlapptem Blech, um einen Behälterkörper zu bilden. Ein Laserstrahl wird in einen "Mund" Vorrichtung geführt, wo die Bleche überlappen und mit einem relativ akut Einfallwinkel relativ zu einander, der gegen Teile der benachbarten Oberflächen des überlappten Blechranden einwirkt, um sie über ihrer Schmelztemperatur zu erhitzen. Vor dem Erstarren wird der "Mund" von der Vorrichtung geschlossen, die die Blechranden in überlappenden Kontakt mit einander verbindet, um sie zusammen in gemeinsamer Anordnung in einer Überlappung zu verschmelzen.
Die in Lentz veröffentlichte Methode verlangt, daß die Blechenden genau aufeinander plaziert sind, und relativ zu einander fixiert während die Bleche durch den Laserstrahl vor dem Verschließen der Blechenden schnell in Kontakt zu bringen sind, bevor die Erstarrung geschieht. Natürlich sollten die Blechenden nicht zu schnell zusammengedrückt werden, ansonsten könnte dies zu einer schlechten Integrität und niedrierger Abschällstärke, sprich zum vorzeitigen Schweißmisserfolg führen.
Deshalb ist diese Schweißmethode anfällig für nicht völlig verschweißte Überlappungen, wobei die Umformbarkeit und Abschälstärke bedeutend reduziert werden; dies resultiert daß in Bereichen der Schweißnaht, der Korossionsschutz vermindert ist.
Ein Artikel im Dezember 1993 herausgegeben in der Zeitschrift Welding Journal, "Laser Beam Welding Goes into High-Speed Production of Home Hot Water Tanks", beschreibt eine Methode des Laserschweißens, die zwei im allgemein zylindrische Tanksysteme miteinander verbindet, um einen Zisterne für eine Wasserheizung zu bilden. Die unterst Zisternehälfte, hat eine radial nach außen hin gedrehte Lippe um die obere Zisternehälfte fest aufzunehmen; es ist notwendig das beide hälften in gutem Kontakt und Verbindung sind um beide Hälften herum ihren Peripherien vollständig zu schweißen. Es sollen keine offenen Spalte innerhalb der ueberlappten Gefügeflächen zwischen Ober- und Unterzisterne sein, damit der Laserstrahl während des Schweißens durch die gemeinsame Verbindungsfläche nicht durchkommen kann. Leider, der nicht geschweißte Teil der nach außen hin gedrehten Lippe des oberen Zisterne, die damit benutzt um den unterst Zisterne zu führen wird, produziert eine offene Überlappung, die die Abschälstärke negativ beeinflußt. Zusätzlich, weil dieses Schweißnaht offen ist, ist diese auch anfällig für Rißbildung und Korrosion. Weiterhin, wenn Tiefstanzen durch das Schweißen auftret, kann es zur Risse in diesen Bereichen kommen, wegens reduzierten Abschällstärke, falten und knicken.
Autogene Laser und Elektronen Stumpfstoss Schweißmethoden, werden verwendet um geschweißten Blechteile auszubilden bevor ihren Umformung, wie es in der 1992–93 Ausgabe des The Industrial Laser Handbook veröffentlicht ist, mit dem Titel "Tailor Welded Blank: A new Alternative in Automobile Body Design", dass das nächste vorausgehende Kunst darstellt, und einem August 1974 veröffentlichtem Artikel in der Zeitschrift "Welding Journal" mit dem Titel: "Production Electron Beam Welding of Automotive Frame Components". Im Konstruieren ein geschweißten Bestandblechteilen, ein erstes Blech wurde zur gewünschten Form geschnitten und Stumpfstoß geschweißt zu einem anderen Blech, mit einem Laser oder einem Elektronenstrahl. Der Bestandteil wird geformt, nachdem dieser geschweißt wurde. Vor dem Stumpfstoß Schweißen ist es notwendig die Blechkanten genau zu vorbereiten, damit beide Blechkanten praktisch vollkommen parallel, bevor der Schweißvorgang aufgeführt werden kann, bleiben.
Selbst wenn die Kantenvorbereitungen einwandfrei durchgeführt wurden, sind diese sehr Zeit- und kostspielig. Typisch während der Kantenvorbereitung wird der Rand jedes Bleches, der verbunden werden soll, maschinell hergestellt, um diesen zum Rand des anderen Bleches parallel zu führen, damit es praktisch kein Spalt zwischen den Blechkanten gibt, wenn sie mit der Kante zum Schweißen gegeneinander gestoßen werden. Wenn die Kantenvorbereitung nicht richtig ausgeführt werden, dann wenn die Kanten der Bleche, vor dem schweißen, gegeneinander stumpf gestoßen werden, kann jedes Spalt, das zwischen den Blechkanten zu groß ist, zu einer schlechten Verbindungsstelle führen. Dieses kann möglicherweise zu Schweißfehlern führen während dem Umformen oder später, wenn die Bleche im Gebrauch sind.
Konventionelle Schweißmethoden, wie MIC/MAC, sind auch nicht geeignet, weil die resultierenden geschweißten Bleche, in den Bereichen der Schweißnaht, nicht leicht umgeformt oder besonders tief gezogen werden können, ohne negative Auswirkung, der Schweisstärke und der Schweißintegrität. Es kann möglicherweise zu Schweißfehlern wie Rissbildung, Abschällung, Faltung und Knicken der Schweißnaht kommen, während des Umformens. Konventionelle Schweißmethoden sind auch nicht geeignet dazu, diese Bleche zu schweißen, die Korrosionschutz oder niedrige verdampfende temperatur Ueberzüge haben. Diese Schweißarten produzieren relativ breite Schweißnähte, diese zerstören wiederum die Beschichtung im Bereich der Schweißnaht und der umliegenden HAZ. Schließlich, die Produktionrate mit konventionellen Schweißmethoden sind relativ langsam, und finden daher weniger oekonomische Verwendung.
Der Erfindung zufolge, Verfahren nach Ansprüche 1 und 15 und ein Produkt nach Anspruch 22 werden vorausgesetzt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die gegenwärtige Erfindung wird an eine Methode von Überlappschweißen gerichtet, die eine hohe Energiedichtestrahlung verwendet, um ein Blech, mit einem zweiten Blech in Überlappung zu verbinden, wobei die Strahlung in der richtung der Überlappungsbereichfläche, mit einem akut Winkel einfällt und entlang mindestens eins der Bleche geführt wird, um eine Überlappungschweißnaht zu produzieren, worin die Bleche durch die Überlappungsbereichfläche Komplet geschweisst werden, damit die Schweissnaht eine grosse Abschälstärke die das Umformen der Bleche nach dem Schweißen, erlauben wird. Die Überlappungsschweißmethode dieser Erfindung benötigt einen hohen Energiedichtestrahl, dies ist vorzugsweise ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl, für das Produzieren einer Überlappungsschweißnaht die kein nicht fusionierte Bereich hat, so dass die Bleche nicht auseinander schälen, falten, Knicken, oder Riße bekommen am Schweissnahtbereich während des Umformens nach dem Schweissen, oder während des Gebrauchs nach dem Umformen.
Die resultierende Überlappschweißung, verringert die Ansammlung von Staub und Korrosion am Schweissbereich, weil Riße und Ritzen werden minimiert und vorzugsweise vermieden. Durch die Überlappung werden auch zu frühe Dauerschwingfehler vermieden weil die naht vollkommend verschmolzen ist, dadurch wird die Bildung von Sollbruchstellen verhindert. Vorzugsweise ist das Blechematerial aus Aluminium, Stahl, Kupfer oder einem anderen Metall. Die Bleche können mit einem organischen oder einem metallischen Überzug beschichtet werden, wie zum Beispiel, ein Zinküberzug sofern verzinktes Material verwendet wird.
Im Verwendung, die Bleche werden überlappt und fixiert. Die Blecheraendern werden uebereinandergelegt um eine Überlappung zu bilden. Vorzugsweise ist die Überlappungsbreite wenigstens 50% der Dicke des dünnsten Bleches, und ist nicht größer als das Kleinste zwischen den Folgenden: vorzugsweise, zweimal die Dicke vom dünnsten Blech oder 1,5 mal die Dicke vom dicksten Blech. Hieraus resultiert eine geschweißte Überlappung mit hoher Formbarkeit, guter Integrität und hoher Abschälstärke.
Wenn entweder die Kante von einem Blech oder beiden Blechen Grat von der Bearbeitung hat, wie von dem Aufschlitzen, Scheeren, oder Stanzen, koennen die Blechkanten uebereinandergelegt werden so dass der Grat, ein Spalt zwischen die Bleche, vorzugsweise entstehen lassen wird, mindestens teilweise entlang der Überlappungzone. Vorzugsweise ist der Spalt zwischen den Blechen nicht größer als ca. 0.10 Millimeter, und weniger als ca. 10% der Blechdicke und ist fuer gewoehnlich ca. 0.05 Millimeter oder weniger. Natürlich können die benachbarten Oberflächen der Bleche, wo sie überlappt werden, keine Zwischenräume im Blechstück haben. Wenn die Bleche fixiert sind zum Schweißen mit Klammern, vorzugsweise unter Verwendung von Klammerdruck oder Klammern über Distanzeinstellung, kann hierdurch der Spalt zwischen die Blechstücke verändert und reguliert werden, um zu verhindern dass übermäßige Mengen von Laserenergie während des Schweißens durch die Verbindungsflächen heraus kommt.
Nachdem die Bleche fixiert sind, wird der Laserstrahl auf ein oder beiden Blechen geführt, um sie zusammenzuschweißen. Während des Schweißens hat der Laserstrahl, vorzugsweise ein akut Einfallwinkel relativ der Verbindungsflächen. Vorzugsweise wird der Laserstrahl gegen die vorne Kante von einem der Bleche und der benachbarten Oberfläche des anderen Bleches oder gegen nur die vorne Kante von einem der Bleche ausgebildet. Um die Ausformung, Geometrie und Stroemung des Schweissklumpens zu beeinflussen, werden die Bleche zur Schwerkraftrichtung F_g hin ausgerichtet so das die Überlappungsfläche relativ zur Schwerkraftrichtung F_g flache Teil der Schweißnaht akut angewinkelt ist.
Wenn das Schweißen beendet ist, erhalten Sie eine Schweißnaht, die sich über die gesamte Ueberlappung erstreckt und die in keinem Bereich der Überlappung, ungeschmolzene Stellen hinterlässt. Die komplette Schweißnaht von vorne bis hinten hat eine hohe Abschälstärke, damit sich die Bleche nicht während dem Umformen, auseinander schälen, diese Eigenschaft ist sogar im Bereich erhalten, wo geschweißt worden ist. Vorzugsweise, werden die entstandene Blechteil, mit irgendeine Umformung Methode umgeformt.
Gegenstand, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Schweißmethode für den gebrauch einer hohe Energiedichtestrahlung für das Verbinden von Blechen, in Überlappungskonfiguration, die einer mit eine hohe Abschälstarke Überlappungsschweißnaht produziert, die nicht auseinander schälen wird; die ein Blechstück produziert, welches durch konventionellen Methoden umgeformt werden kann, eben auch am Schweißbereich, so wie mit formen, tiefziehen, boerdeln, schneiden, Hydro-formen, biegen, roll-formen, Stanzen, oder irgend eine andere Umformentechnik; benutzt die Schwerkraftrichtung, um die Ausformung, Geometrie und Stroemung des Schweißklumpens waehrend des Schweißsens zu beinflussen; können Schwerkraftrichtung benutzen, um davon vorteilhaft relativ zur Verbindungsfläche, der Schweißkappilare auszurichten, der während Schweissen mit hoher Energiedichtestrahlung geschaffen wird; ist zu ununterbrochenem Laser ueberlappschweißen leicht anpassungsfähig; der leicht anpassungsfähig ist um ein Paar Bleche, vom Rolle abgewickelt, kontinuerlich zu schweissen; ist von Zwischenblechspalt so tolerant aus zu Kantenvorbereitung zu minimieren oder Kantenvorbereitung vor dem Schweissen zu vermeiden; kann vorteilhaft benutzt werden, um Bleche ungleichen dicke zu überlappschweißen; wird benutzt, um Bleche gleich dicke zu überlappschweißen; wird mit beiden, autogen und mit Zusatzmaterial Anwendungen benutzt; wird benutzt, um relativ dünn Bleche, abschnittsweise Dicke von 5 Millimetern oder weniger, zu überlappschweißen; wird benutzt, um Bleche die durch Schneidbart, Zwischenblechenspalt haben, zu überlappschweißen; wird benutzt, um mit organischen oder anorganischen Überzügen beschichtete Bleche zu fügen; ist ökonomisch, weil es unabschaelbar Ueberlappschweißverbindungen ausgibt, zwischen zwei Bleche mit verschiedene gewuenschte mechanische oder andere Eigenschaften; damit das gefertigte produkt, gewuenschte mechanische oder andere Eigenschaften in gewuenschte Bereich des gefertigtes Produkt; ist eine Methode, die einfach, flexibel, ökonomisch und zuverlässig ist; und das eine Ueberlappung produziert, mit keinem ungefuegt-Gebiet durch den Bereich der Überlappung; ist Dauerhaft, besitzt gute Integrität, hohe Abschälstärke, hohe Zugfestigkeit und hohen Dauerschwingwiderstand zu zyklischem und wiederholendem Laden, und das sich nicht während Umformung am Schweissbereich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden nachfolgend ausführlich beschrieben:
1 ist, eine perspektivische Ansicht von einem Paar Bleche, die fixiert und überlappt wurden, und mit einem Flachen intensiven Energiedichtelaserstrahl, ausgerichtet zur Gravitation und Überlappung geschweist wurden.
2 ist eine vergrößerte fragmentarische Ansicht der überlappten Bleche, die zur Gravitation allgemein waagerecht relativ ausgerichtet wurden;
3 ist ein vergrößerter fragmentarischer Abschnittsansicht der Bleche der 2, der an Linie vertreten wird, die die geschweißten Bleche illustriert;
4 ist eine vergrößerte fragmentarische Abschnittsansicht der Bleche von 2, die die resultierende Überlappung, nachdem diese vollständig geschweißt worden ist, illustriert;
5A illustriert die Strecke des Strahls von 1 der entlang einer geraden Überlappschweißnahtlinie ausgeführt wird;
5B ist die Strecke des Strahls der 1 der entlang einer unterbrochenen geraden Schweißnahtlinie ausgeführt wird;
5C ist eine Strecke des Strahls der 1, der spinnend entlang der Schweißnahtlinie lauft;
5D sind die kreisförmigen Spuren des Strahls von der 1, der entlang der Schweißnahtlinie laeuft;
5E sind die laenglichen Spuren des Strahls von der 1, der entlang der Schweißnahtlinie laeuft;
6A illustriert kreisfoermige und laengliche fokussierte Strahlflecken;
6B illustriert im allgemeinen rechteckige fokussierte Strahlflecke;
7 ist eine perspektivische Ansicht von einem Paar von überlappten Bleche die geschweißt werden, wobei eine Schweißmethode von dieser Erfindung benutzt wird, mit einem Laser welches fokussierter Strahlfleck laenglich ist;
8A ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht der festgeklemmten überlappten Bleche die relativ zur Schwerkraftrichtung eingerichtet sind, wobei die Schweißmethode von dieser Erfindung benutzt wird;
8B ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht der Bleche von 8, als die Bleche die relativ zur Schwerkraftrichtung eingerichtet sind, geschweißt werden,
8C ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht der überlappten Bleche die relativ zur Schwerkraftrichtung eingerichtet sind, welches eine fertigte Überlappschweissnaht illustriert;
9A ist eine perspektivische Ansicht von einer Maschine zum Überlappschweissen von eim paar Bleche die kontinuerlich, von einer Rolle abgewickelt werden, wobei eine Schweißmethode von dieser Erfindung benutzt wird;
9B ist eine seitliche Ansicht von der kontinuerlichen Schweißmaschine im Querschnitt 9B-9B von 9A;
9C ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht der überlappten Bleche waehrend des Schweißen mit der konituerlichen Schweißmaschine von 9A;
13 ist eine Draufsicht eines flachen Fahrzeugtürrahmens und ein flaches Scharnierverstaerkungsblech;
14 ist eine Draufsicht des Scharnierverstaerkungsblech, die in überlappendem Kontakt mit dem Türrahmen Blechstück und dem werdenden Türrahmen gesetzt geschweißt wird;
15 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht des Rahmens, der an Linie 15-15 von 14 zu sehen ist, die in mehr Details das Schweißen vom Scharnierverstaerkungsblech zum Türrahmen zeigt;
16 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht, nachdem sie vollständig geschweißt worden ist;
17 ist eine eindeutige Draufsicht über die Bleche die geschweißt wurden, und die ein Blechstück bilden; und
18 ist eine perspektivische Ansicht über die Blechstücke, nachdem sie von einem konventionellen Prozeß umgeformt worden sind;
Detailierte Beschreibung der Erfindung
Was sich jetzt auf die Zeichnungen bezieht, 1–4 illustrieren eine Methode des Überlappschweißen, die ein erstes oder oberstes Blech 30, die mit einem zweiten oder untersten Blech 32, das eine hohe Energiedichtestrahlung benutzt, strahlt 34 dafür, um die Bleche 30 & 32 zu verbinden, Überlappschweißsnaht 110 mit einer hohen Abschälstärke, so daß die Blecht 30 & 32 vorzugsweise ein Blechstück 38 ergeben. Dieses kann danach verwendet werden für konventionelle sich formende Methoden wie das Biegen, Tiefziehen, Rollen-Formen, Hydro-Formen, Ausprägung, Boerdeln oder eine andere Umformungtechnik ohne dass die Bleche 30 & 32 sich auseinander schäle lassen während dem Umformen. Die Bleche 30 & 32 werden vorzugsweise mit ähnlich schweißbaren Material konstruiert und sind vorzugsweise von Metallen wie aus Stahl, Aluminium, Kupfer oder einem anderem Metall das fähig ist geschweißt und bearbeitet zu werden. Sonst gibt es vielleicht Anträge dieser Erfindung wo nicht-schweißbare, unterschiedliche Materialien, wie Nickel und Silber, Blech ist zusammen gebundene Ausbreitung, wenn genügender Druck gleichzeitig mit der Hitzeneingabe des Lasers angewandt wird. Vorzugsweise ist die hohe Energiedichtestrahlung, 34 ein Laserstrahl. Sonst kann ein Elektronenstrahl benutzt werden.
Vorteilhaft, ermöglicht diese Methode das Schweißen von zwei oder mehreren Blechen, die in Ueberlappung zusammengeschweißt werden, um ein Blechstück 38 zu produzieren. Dieses Blechstück 38 kann von den Blechen geschweißt werden die ausgewahlt wurden, damit bestimmte gewünschte mechanische Eigenschaften auf dem Blechstück in gewünschte Bereiche sich ergeben. Durch das Vermitteln von nur gewünschten mechanischen Eigenschaften zum Blechstück 38, dünnerer Maßstab und/oder weniger teures Blechmaterial kann woanders verwendet werden, die das Blechstück 38 weniger kostspielig in der Herstellung machen, während die Eigenschaften immer noch, und für seine bestimmte Verwendung optimiert werden, und nach wie vor vollständig erhalten sind.
Wie es eindeutiger in 1 gezeigt wird, die das oberste Blech 30 solch in überlappende Beziehung mit dem unteren Blech 32 gesetzt wird, daß seine Kante 40 overlies die Spitze versieht mit einem Belag 42 des unteren Bleches 32, und die Kante 44 des unteren Bleches 32 liegt der unteren Oberfläche 46 des obersten Bleches 30 zugrunde, die schafft, ein schweißen der Verbindungsfläche 48 im Bereich der Überschneidung 50 der Bleche 30 & 32. Um die Bleche 30 & 32 in überlappender Beziehung mit einander während dem Schweißen zusammenzuhalten, werden sie von einem Paar Klemmen, oder der Vorrichtungen 52 & 54 festgehalten. Vorzugsweise, die Klammern 52 & 54 halten die überlappten Bleche 30 & 32, so daß die Flache Seite 56 der Verbindungsfläche 48 in einem relativ akut Winkel (0) zur Gravitation (Fg) steht eckigen Anzeiger 58, wie in 1 gezeigt. Vorzugsweise ist der Rand 60 von Klammer 52 leicht ausgerichtet auf den Rand 40 auf Blech 30, und ein Rand 62 von Klammer 54 ist ausgerichtet auf Rand 44 von Blech 32.
Um die Hitze während des Schweißens von jedem Blech fern zu halten, hat jede Klammer und/oder jede Vorrichtung 52 & 54 eine Kühlflüssigkeit 66, die durch Kanal 64 fließt. Geeignete Kühlflüssigkeiten können Alkoholwasser-Mischungen oder andere konventionelle Kühlmittel sein. Um eine gute Hitzeübertragung jedes Bleches 30 & 32 52 & 54 für seine assoziierte Vorrichtung bereitzustellen, wird jede Vorrichtung vorzugsweise von Kupfer oder einer weiteren guten Hitzeübertragungs-Substanz oder Metall gebaut. Dieses Klammermaterial oder Metall muß eine hohe schmelzende Temperatur besitzen und ist vorzugsweise zum Material 30 oder 32 des Bleches nicht schweißbar. Statt Hitze durch Zuführung zu entfernen, können die Bleche 30 & 32 durch das einblasen von Luft auf die Bleche, durch erzwungene Konvektion, während des Schweißens gekühlt werden.
Nachdem die Bleche 30 & 32 fixiert worden sind, einem hohen Energiedichte Laserstrahl Apparat 68, wie der Laser 70, ergibt Laserstrahl 34 aus Laserkopf 72, der auf ein oder beide Bleche 30 & 32 einfällt, beim Bereich 50 wo die Bleche 30 & 32 aufeinander überlappen. Wie in 1 gezeigt, hat der Laserapparat 70 eine Laserstrahlquelle 74, so wie ein CO2-Laser, CO-Laser, Excimer-Laser oder ein festerkörperlicher-Laser, für das Produzieren eines unfokusierter-Laserstrahl 76. Der unfokusierter-Laserstrahl 76, wird auf wenigstens einem der Bleche 30 & 32 fokusiert und trainiert, um das Blechmaterial über seinem oder ihren Schmelzpunkt zu heizen, damit es die zwei Bleche zusammenfügen wird. Der unfokusierter-Laserstrahl 76, kann durch eine Folge von Optik 78, wie Linsen oder Spiegel, geleitet werden, um die Form des Laserstrahl 34 oder die Bewegung des Lasertrahl 34 relativ zu den Blechen 30 & 32 weiter zu kontrollieren.
Während dem Schweißen, die Laserpistole 72 bewegt sich relativ zu den festgeklemmten Bleche 30 & 32 damit der Laserstrahl 34 entlang der schweißinie 80, um die Bleche 30 & 32 über der ganzen Breite der Verbindungsfläche 50 vorzugsweise zu schweißen, damit es kein ungeschweißten Bereich der ganzen Breite der Verbindungsfläche 50 gibt, wo der Lasertrahl 34 eingewirkt hat. Wie in 1 gezeigt, während dem Schweißen, der Strahl 34 reist in der Y-Richtung verhältnismäßig zu der Verbindungsfläche 48 als mit dem drei-dimensionalen Koordinatenachsereferenz 82 illustriert. Damit die Bleche 30 & 32 sich relativ zum Laserstrahl 34 bewegen, die geklemmten Bleche können gehalten werden, während sich der Strahl bewegt. Sonst kann der Lasertrahl 34 haltend bleiben während die Klammern 52 & 54, die Bleche 30 & 32 ziehen. Um Laserstrahl 34 entlang die Bleche zu trainieren, kann der Laserstrahlkopf Apparat 72 vorzugsweise von einem Roboter oder einem eindimensionalen Portal getragen werden, wenn die Bleche gerade Kanten haben, ein zwei-dimensionales Portal, wenn, zum Beispiel die überlappten Blechkanten gekrümmt sind, oder ein dreidimensionales Portal wird vorzugsweise benutzt, wenn die überlappten Blechkanten drei-dimensional gekrümmt sind.
Illustriert 2, überlappten Bleche 30 & 32 sind geklemmt und winklig gerichtet relativ zur Schwerkraftrichtung F_g, damit die Fläche 56 der Verbindungsfläche 48 ist im allgemeinen waagerecht, mit θ auf ungefähr 90°. Während dem Schweißen, ein Schutzgas 84, wie Argon, Helium, Stickstoff oder eine geeignete Kombination von Schutzgasen von einer Gasversorgung 86, wird durch eine Düse 88 in der Nähe wo der fokussierter Laserstrahl 34 gegen das Blech oder die Bleche einwirkt. Vorzugsweise, wie es eindeutiger in 2 & 3 gezeigt wird, ein zweites Schutzgasspritzpumpe 90, das von eine Gasversorgung 92 eingefuehrt wird, versorgt die Wurzelseite der Verbindungsfläche 48 mit Schutzgas, um eine bessere fertige Schweißnaht zu bekommen. Das obere Blech 30 hat eine Dicke von t₂, und das untere Blech 32 hat eine Dicke von t₂, und die Bleche 30 & 32 haben eine Überlappung mit Breite w, die auch die ganze Querschnittbreite der Verbindungsfläche 48 darstellt. Vorzugsweise, wenn sich t₁ von t₂ unterscheidet, dann ist das obere Blech 30, wo der Strahl 34 darauf einfällt, das dickste von beider Bleche 30 & 32. Wenn die Bleche sich überlappen, die vorne Kante 40 des oberen Bleches 30 liegt gegenüber der oberen Fläche 42 des unteren Bleches 32 und die vordere Kante 44 des unteren Bleches 32 liegt unterhalb der untersten Oberfläche 46 des oberen Bleches 30, solch zugrunde, daß die Breite w der Überlappung, die Entfernung zwischen der vorderen Kante 40 des oberen Bleches 30 und der vorderen Kante 44 des untersten Bleches 32 darstellt, dabei wird die Überlappungverbindung 94 bereit zum Schweißen geschaffen. Die Breite w der Überlappung ist dazu vorzugsweise gleich oder größer als 50% von der Dicke des dünnsten Bleches, ob es das oberste Blech 30 oder das unterste Blech 32 ist, und ist nicht größer als das kleinere von entweder zweimal die dünnere Blechdicke oder ungefähr 1.5 mal die dickere Blechdicke. Also, wenn das oberste Blech 30 eine Dicke t₁ von 3 Millimetern hat, und das unterste Blech 32 eine Dicke t₂ von 4 Millimetern hat, die Breite w der Überlappung von den Bleche 30 & 32 ist wenigstens 1.5 Millimeter und kann bis zu 6 Millimeter erstrecken, zum Beispiel, abhänging davon welche Stärke der Überlappschweißnaht benoetigen.
Vorzugsweise, wird keine Kantenvorbereitung von entweder der Bleche 30 oder 32 verlangt vor dem Vorrichten und dem Schweißen. Die Bleche 30 & 32 können sich überlappen, wobei ein oder beide Bleche haben eine herausragende Gußnaht 96 oder 98. die ein Spalt e, zwischen den Blechen 30 & 32 ergibt. Diese Gußnaehte 96 & 98 die in 2 & 3 gezeigt werden, werden typischerweise von dem Ausschneiden, dem Schlitzen oder dem mit Schneidwerkzeug Stanzen, um die Bleche bevor dem Schweißen zur gewünschten Größe oder Kontour zu schneiden, herausgegeben. Alernativ, können die Bleche 30 & 32 ohne irgendein zwischenspalt überlappen. Vorzugsweise, ist e typisch ungefähr 0.05 Millimeter und ist vorzugsweise nicht größer als 0.1 Millimeter oder 10% von der Blechdicke, damit nur eine unwesentliche Menge des Strahls 34 durch die Verbindung 94 herauströhmt. Um den Spalt e zu justieren, jede Klammer 52 & 54 kann vorzugsweise einen Festklemmdruck oder eine Kraft F_c, gegen die Bleche anwenden. Wenn die Bleche 30 & 32 beschichtet sind, Druck kann kontrollierbar angewandt werden, um den Spalt zwischen den Blechen 30 & 32 zu reduzieren, während es auch ermöglicht, daß verdampfte Beschichtung heraus die Verbindungsfläche 48 entkommen kann, und zu verhindern daß es in der Schweißnaht bleibt und sonst koennte die Schweißnaht kontaminiert werden. Wenn es gewünscht wird, statt festklemmende Kraft F_c zu regulieren, kann der Abstand zwischen den Klammern 52 & 54 kontrolliert werden, um den Spalt e zu regulieren. Wie es in 2 und 3 weiter illustriert wird, werden die Bleche 30 & 32 mit niedrigen verdampfenden Temperatur Überzug 100, wie Zink (verzinktes Blech) beschichtet, der Spalt e versorgt mit einem Weg zwischen den Blechen 30 & 32, wodurch verdampfte Beschichtung heraus von der Verbindungsfläche 48 strömen kann.
2 stellt einen Winkel Anzeiger 58 dar, der ein Winkel θ auf 90° zwischen Fläche 56 der Verbindungsfläche 48 und die Richtung der Schwerkraft F_g hinweist. Obwohl die Bleche 30 & 32 in 2 durch 4 mit einer waagerechten Fläche 56 gezeigt wird, kann diese auch relativ zu der Richtung der Schwerkraft F_g, gewinkelt werden, damit der Schwerkraftrichtung der Ausbildung, Strömung und/oder Geometrie der vervollständig Schweißnahtklumpen 102 der Überlappschweißnaht 36, beeinflussen kann.
Der Laserstrahl 34 wird mit einem akuten Einfallwinkel relativ zur Fläche 56 der Verbindungsfläche 48 gegen die vordere Kante 40 des obersten Bleches 30 eingerichtet, so wie von dem Strahl 34a in 2 dargestellt, oder gegen beide Bleche 30 & 32, so wie von dem Strahl 34b in 2 dargestellt. Vorzugsweise, die zentrale Achse, gezeigt in einer unterbrochen Linie in 2, vom Strahl 34a der gegen die vordere Kante 40 des obersten Bleches 30 eingerichtet ist, formt ein spitzer Winkel, α₁ relativ zu der Fläche 106 die parallel zu Fläche 56 der Verbindungsfläche 48 ist, wie in 2 gezeigt. Vorzugsweise, die zentrale Achse, auch gezeigt in einer unterbrochen Linie in 2, vom Strahl 34b der gegen beide Bleche 30 & 32 und im allgemeinen in der Richtung der Fläche 56 der Verbindungsfläche 48 eingerichtet ist, formt ein spitzer Winkel α₂ relativ zu der Fläche 108 die parallel zur Fläche 56 der Verbindungsfläche 48 ist, wie es auch in 2 gezeigt wird. Obwohl ein Paar Strahlen 34a & 34b in 2 illustriert werden, sie werden dafür gezeigt, gegen welchen Teil des obersten Bleches 30 oder beide Bleche 30 & 32 ein Strahl 34 eingerichtet werden kann, und deswegen, vorzugsweise wird nur ein Einzelzner Strahl 34a oder 34b benutzt, um Bleche 30 & 32 in Überlappung zusammenzuschweißen.
Wie es eindeutiger in 3 gezeigt wird, um eine Überlappschweißverbindung zu bilden, so wie die in in 4 gezeigte Schweißnaht 110 die keinen ungeschweißten Bereich über der Breite der Verbindungsfläche 48 hat, der Strahl 34 hat eine genug hohe Energiedichte und bewegt sich der Länge nach entlang der Verbindungsfläche 48 mit einer gewünschten Geschwindigkeit. Vorzugsweise hat der Strahl 34 eine Energiedichte von wenigstens 10⁵ watts/cm2, wo es gegen ein oder beide Bleche einfällt. Wenn es gewünscht wird, wie für die Verkleinerung von Schweißfehlerhäufigkeiten, Zusatzmaterial kann bei der Verbindungsfläche 48 waehrend des Schweissens geliefert werden, insbesondere wenn der Spalt e zwischen den Blechen größer als 0.1 Millimeter ist. Während des Schweißens kann die erzeugte Hitze, den Überzug 100 insbesondere im Bereich der Verbindungsfläche 48 verdampfen, und vorzugsweise den Überzugdampf 112 Strömt heraus von der Verbindungsfläche 48. Vorzugsweise, Schutzgas 84 hilft auch um den Überzugdampf heraus der Verbindungsfläche 48 zu blasen.
Wie es in 4 gezeigt wird, die resultierende vollständig geschweißte Verbindung 110 hat eine Verschmelzungzone 114, dieses erstreckt sich von der Vorder- bis Rückseite oder Wurzelseite der Verbindungsfläche 48, solch daß die Bleche 30 & 32 werden vollständig im Bereich der Überlappung 50 gefügt, um eine Hohe Abschaelhaltbarkeits-Schweißung 110 zu produzieren. Vorzugsweise, wird das Aspektverhältnis h/S von der Schweißung 110, relativ groß sein. Vorzugsweise, nach dem Schweißen, werden die Bleche 30 & 32 umgeformt so wie durch ein Stanzwerkzeugprozeß, durch biegen, tiefziehen, flanschen, Roll-formen, Hydro-formen, oder durch irgendeinen anderen Umformungprozeß.
Die Strecke der Laserpistolen 72 kann auch der Länge nach weiter diskontinuierlich entlang der Verbindungsfläche 48 sein, während es eine vollständige fusinonierung der Bleche 30 & 32 durch die ganze Verbindungsfläche 48 von der Vorderseite der Verbindungsfläche 48 zur Rückseite der Verbindungsfläche 48, und damit einen Stichschoßschweißnaht mit hoher Abschälhaltbarkeit.
6A & 6B illustrieren Strahlfleckformen am Punkt, wo der Strahl auf das Blech oder die Bleche einfällt. Die Größe und die Form von diesen Strahlflecken, werden gewählt, so aus die gewünschte Streckenenergie am Schweißpunkt bereitzustellen. Wie es in 6A gezeigt wird, fokussierte Strahlfleck 130 ist kreisförmig und entspricht einander dazu, zum Beispiel, Strahl 34a als es in 2 illustriert ist. Strahlfleck 132 ist kreisförmig und wird gegen beide Bleche 30 & 32 geleitet und entspricht in 2 gezeigtem Strahl 34b. Alternativeweise, kann Strahl 34 auch länglich sein wie es in 6A und 6B gezeigt wird, vom Strahlfleck 134 mit der longitudinale Richtung dieses länglichen Fleckform im allgemeinen tangent zu der Schweißlinie 80, solch daß seine Längenachse im allgemeinen tangent zur Verbindungsfläche 48 bleibt, als wird bei Strahlfleck 136 dargestellt, oder kann es auch mit einem Winkel δ eingerichtet werden, als ist beim Strahlfleck 138 dargestellt. Winkel δ liegt inzwishen ±45° und vorzugsweise, bleibt kleiner als oder entspricht zu ±10°. Andersweise kann der Stahlfleck hin und her oszilliert werden als wird beim Strahlfleck 140 in 6B dargestellt, wie für das Initieren von schmelzen-verfestigen, widerschmelzenwiderverfestigen Zyklen.
10 durch 12 illustrieren den Nutzen der schweißenden Methode dieser Erfindung, die benutzt wird, um sich ein Paar von drei-dimensional geformten Bleche 190 & 192, zu überlappschweißen, um ein drei-dimensional gekrümmtes Blechteil 194, so wie ein Zentrumspfeiler für einen Fahrzeugkarosserie, zu produzieren. Wie gezeigt in 10, vor dem Schweißen, die Bleche 190 & 192 werden überlappt, gegen einander gesetzt und durch Klammern 52 & 54 fixiert, in Vorbereitung auf das Schweißen. Vorzugsweise, die Bleche 190 & 192 sind eingerichtet relativ zur Richtung der Schwerkraft F_g, so daß die Fläche 56 der Verbindungsfläche 48 wird relativ zur Richtung der Schwerkraft F_g, gewinkelt wie es eindeutiger in 11 gezeigt wird. Nachdem die Bleche 190 & 192 überlappt und fixiert wurden, der Laserpistolenapparat 72 bewegt sich relativ zu den Blechen 190 & 192, um diese in einer Schweißlinie 110 überlappt zu schweißen wie es eindeutiger in 9 gezeigt wird.
13 bis 18 illustrieren die Konstruktion eines Blechteiles 38 (17), das vom flach Fahrzeug inneren Türteil 200 und Scharnierverstärkerung 202 gemacht wird, das mit Hilfe der schweißenden Methode von dieser Erfindung, nach dem Schweissen, in einem drei-dimensionalen Fahrzeugtür 204 umgeformt wird (18). Damit das Scharnier 202 zum Türblech 200 geschweißt werden kann, wird das Teil 206 vom Türblech 200 ausgeschnitten, im Bereich wo das Scharnier 202 befestigt werden soll.
Vorzugsweise wird die Scharnierverstärkerung 202, von Blechmaterial konstruiert, das anderen Eigenschaften oder anderer Dicke vom Material des Türbleches 200 hat. Zum Beispiel wird die Scharnierverstärkerung 202 von stärkerem Material, dickerem Material oder Dampfmaterial konstruiert, ein dreidimensionales Türteil 204 zu fertigen mit den gewünschten Eigenschaften in wenigstens dem Bereich des Türteils 204, wo die Scharnierverstärkerung befestigt wird. Zum Beispiel, wie es eindeutiger in 15 gezeigt wird, die Dicke t₁ vodere Scharnierverstaerkerung 202, kann 1.8 Millimeter sein während die Dicke t₂ des Türblech 200 ungefähr 0.8 Millimeter ist.
Vorzugsweise, die Bleche, 200 & 202 werden von umformbarem Aluminium, einem tiefziehtbar Automobilkarosseriestahl oder einer Kombination von Metallen konstruiert.
Wie in 17 & 18 gezeigt wird, die Scharnierverstaerkerung 202 hat eine Größe wenigstens etwas größer, als die komplementär gestempelte Öffnung 206 im Türblech 200, damit die Scharnierverstaerkerung 202, vorzugsweise das Türblech 200 über die ganze Peripherie der Scharnierverstaerkerung 202 vollständig überlappen wird. 14 & 15 illustrieren die Scharnierverstaerkerung 202, das über seiner Peripherie in Überlappung geschweißt wird, um die Scharnierverstaerkerung 202 zum Türblech 200 hinzuzufuegen.
Wie es in 17 gezeigt wird, das Türteil 38 wird in der drei-dimensional Fahrzeugtür 204 die in 18 illustriert wird. Wie eindeutiger in 18 illustriert wird, ein Teil der Scharnierverstaerkerung 202, wird verbogen während der Umformung, dadurch wird die Schweißlinie 110 verbogen.
Beispiel
Für die Konstruktion eines Autotuer Innenteil 204, das Scharnierverstärkerungteil 202 kat eine Dicke, t₁, von 2 Millimetern und das haupt Türblechteil 200 hat eine Dicke, t₂, von 1 Millimetern. Vorzugsweise beide Bleche, 200 & 202 werden von einem tiefstanzbaren Karosseriestahlbleches die einer 70G/70G Korrosionsschutzbeschichtung haben konstruiert. Wenn beide Bleche sich überlappen, wird die Breite der Überlappungschweißnaht, w, von den Blechen 200 & 202, ungefähr 1.1 Millimeter sein.
Ein sechs Kilowatt CO2-Laser kann mit einem Ausgabenstrahldurchmesser von ungefähr 50 Millimetern benutzt werden. Das Strahllieferungssystem kann Kupferspiegel Optik und einen fokussierende Optik welche eine Brennweite f, vom zum Beispiel 150 Millimeter haben, um ein fokussierter Strahlfleck von ungefähr 0.3 Millimetern Durchmesser wo der Strahl an der Überlappungschweißverbindung gegen die Bleche 200 und/oder 202 einfällt zu produzieren.
In dieser Zeichnung, wird der fokussierte Laserstrahl 34, gegen die Kante 40 der Scharnierverstaerkerung 202 geleitet, mit einen Einfallwinkel α = 20° relativ zur Fläche 56 der Verbindungsfläche 48 und die Blechteile 200 & 202 sind fixiert, damit sie gesinnt zur Richtung der Schwerkraft F_g, so daß die Fläche 56 der Verbindungsfläche 48 mit einem Winkel θ = 20° relativ zur Schwerkraftrichtung eingerichtet ist, damit die Schwerkraftrichtung die Formation, Geometrie und Strömung von dem Schweißklumpen beeinflußt. Während dem Schweißen, der Laserstrahl 34 entlang der Verbindungsfläche 48 gefuehrt in einer Richtung im allgemeinen tangent zur Verbindungsfläche 48 mit einer Schweißgeschwindigkeit von V = 6 Meter pro Minute.
Während dem Schweißen, wird Schutzgas, wie z. B. Argon, eingespritzt, hierbei wird der Strahl 34 gegen die Kante 40 des Scharnierverstärkerunteil 202 einwirkt, mit einer Strömungsrate von ungefähr zwanzig cubicmetern pro Stunde durch eine Düse 88, die einen Rohrdurchmesser von ungefähr 4 Millimetern hat. Vorzugsweise, wird Schutzgas auch von der Wurzelseite der Verbindungsfläche 48, während dem Schweißen gespritzt.
Verwendung und Betrieb
Im Gebrauch wird die Methode von dieser Erfindung, um ein Blech zu einem anderen Blech in Überlappungart zu schweißen, damit eine Überlappungschweißnaht produziert wird, worin die Bleche mit hoher Abschälehaltbarkeit vollkommen zusammen im Überlappungsgebiet verschmolzen sind, um Umformung der Bleche inklusiv im Bereich der Überlappungschweißnaht 110, nach dem Schweißen zu ermöglichen, und eine Schweißverbindung mit hoher Zugfestigkeit und hoher Dauerschwingfestigkeit zu produzieren. Das Überlappungschweißverfahren von dieser Erfindung, benutzt eine hohe Energiedichtestrahlung 34, die vorzugsweise eine Laserstrahlung ist, für das Produzieren einer Überlappungschweißnaht 110 das praktisch kein unverschmolztener Bereich durch die ganze Verbindungsfläche 48 hat, damit sich die Bleche während der Umformung, oder wegen Dauerschwingrisse im Bereich der Überlappungschweißnaht 110, nicht auseinander schälen.
In Betrieb, 1 bis 4 veranschaulichen nochmal das Überlappen und das Vorrichten der Bleche 30 & 32 in Vorbereitung des Schweißens. Nachdem Bleche 30 und 32 vorgerichtet worden sind, wird Laserstrahl 34 gegen ein oder beide Bleche ausgerichtet, um diese zu Schweißen. Um die mit einer hohen Abschälehaltbarkeit Schweißnaht zu schweißen, wird der Strahl 34 vorzugsweise zu einem akuten Einfallswinkel relativ der Fläche 56 der Schweißverbindungsfläche 48 eingerichtet.
Es sollte auch verstanden werden, daß obwohl die vorangehende Beschreibung und Zeichnungen, die Arbeitsweise der Erfindung im Detail beschreiben, für diejenigen die sich mit diesem Bereich beschäftigen, werden die beigefügte Datenzusammenfassung Vorschläge und Modifizierungen sowie unterschiedliche Änderungen im Aufbau und der Arbeittweise und Anwendung, ohne dadurch von der eigentlichen Erfindung und den begleitenden Ansprüche abzuweichen, enhalten. Die gegenwärtige Erfindung wird deshalb, nur vom Umfang von den befestigten Ansprüche und der anwendbaren vorausgehenden Kunst beschränkt beabsichtigt.

Claims

Eine Methode, mittels eines Strahles hoher Energiedichte zu schweißen, die ein Blech mit einer Blechkante und ein zweites Blech mit einer Blechkante, wobei besagte zwei Bleche unterschiedliche Dicken haben, und Schweißen mittels eines Strahls hoher Energiedichte umfasst und in der das geschweißte Blech so geformt wird, dass zumindest eines der Bleche und ein Teil der Schweißnaht während der Bildung gekrümmt oder dreidimensional konturiert ist, wobei eines der Bleche das andere der Bleche überlappt, so dass die Kante des einen Bleches unterhalb des anderen Bleches liegt und die Kante des anderen Bleches oberhalb des einen Bleches liegt, so dass eine Schweißnaht und ein Überlappbereich mit einer Breite des Überlappbereichs von der Kante des einen Blechs zur Kante des anderen Blechs definiert werden, wobei besagtes erstes und zweites Blech dadurch verschweißt werden, dass ein Strahl mit hoher Energiedichte für ausreichend lange Zeit und mit ausreichend hoher Energiedichte auf mindestens eines der Bleche positioniert wird, um die Bleche im gesamten Überlappbereich miteinander zu verbinden.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1 worin wenigstens eines der Bleche und ein Teil der Schweißnaht während der Bildung gekrümmt oder dreidimensional konturiert wird mit einem der folgenden Formungsverfahren: Ausprägung, tiefe Ziehung, flanging, Hydroformung, Biegen, Rollformen, oder irgendein anderes Umformungsverfahren.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1 worin eines der Bleche mechanische oder metallurgische Eigenschaften hat, die sich von denen der anderen Bleche unterscheiden.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1 wobei beide Bleche auf die selbe Grundmetaliegierung sind.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1 worin das erste Blech eine Dicke t₁ und das zweite Blech eine Dicke t₂ hat wobei die Breite der Überlappung mindestens 50% der kleineren Dicke t₁ oder t₂ beträgt und das doppelte der größeren Dicke t₁ oder t₂ nicht übersteigt.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1 worin die Schweißnaht eine Überlappung Schweißnaht ist, die keine Lippe oder keinen Teil der Breite der Überlappung der Bleche hat, die nach dem Schweißen unverbunden ist.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 6 worin die Ueberlapschweissnaht durchgehend longitudinal entlang der Schweißnaht verläuft.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1 worin mindestens eines der Bleche eine Rille von der Blechkante ausgehend hat, wobei mindestens eine der Rillen eines der Bleche gegen das andere Blech hält, wenn die Bleche zur Vorbereitung des Schweißvorganges miteinander überlappt werden.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1 worin besagter Strahl hoher Energiedichte unter spitzem Winkel zur Ebene des Überlappbereichs einfällt und so ausgerichtet wird, dass er entweder auf eine Ecke eines Blechs oder auf eine Ecke eines Blechs und einen Teil des anderen Blechs einfällt.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 9 worin die Bleche relativ zu einer vertikalen Ebene, die durch die Richtung der Gravitation und die Tangente zur Schweißnaht in der Ebene des Überlappbereichs so beschrieben wird, dass die Ebene des Überlappbereichs mit besagter vertikalen Ebene einen spitzen Winkel bildet.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 10 wobei der besagte spitze Winkel innerhalb ±20° liegt.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1 wobei ein Teil der Schweißnaht nicht gerade verläuft.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1 wobei der hoher Energiedichte Strahl auf das dickeres Blech einfällt.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 5 wobei die Kante der Bleche das andere der Bleche überlappt hat eine Breite die groesser als dis Strahlpunktflecke am Überlappbereich und nicht grosser als 5 mm.
Eine Methode, mittels eines Strahles hoher Energiedichte zu schweißen, die ein Blech mit einer dreidimensional konturiert Blechkante und ein zweites Blech mit einer dreidimensional konturiert Blechkante, besagte zwei Bleche unterschiedliche Dicken haben, und eines der Bleche das andere der Bleche überlappt, so dass die Kante des einen Bleches unterhalb des anderen Bleches liegt und die Kante des anderen Bleches oberhalb des einen Bleches liegt, so dass eine zwei oder dreidimensional konturiert Schweißnaht und ein dreidimensional konturiert Überlappbereich mit einer Breite des Überlappbereichs von der Kante des einen Blechs zur Kante des anderen Blechs definiert werden, wobei besagtes erstes und zweites Blech haben vershiedene mechanische oder metallurgische Eigenschaften und dadurch zusammen verschweißt werden, dass ein Strahl mit hoher Energiedichte, unter spitzem Winkel zur Ebene des Überlappbereichs einfällt und so ausgerichtet wird, dass er entweder auf eine Ecke eines Blechs oder auf eine Ecke eines Blechs und einen Teil des anderen Blechs einfällt, für ausreichend lange Zeit und mit ausreichend hoher Energiedichte, um die Bleche mindestens teilweise entlang der Schweisnaht im gesamten Überlappbereich miteinander zu verbinden in einem Schweisnaht Überlappbereich der keine Lippe oder keinen Teil der Breite der Überlappung der Bleche hat, die nach dem Schweißen unverbunden ist; und die Kante der Bleche das andere der Bleche überlappt hat eine Breite die groesser als dis Strahlpunktflecke am Überlappbereich.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 15 worin die Bleche relativ zu einer vertikalen Ebene, die durch die Richtung der Gravitation und die Tangente zur Schweißnaht in der Ebene des Überlappbereichs so beschrieben wird, dass die Ebene des Überlappbereichs mit besagter vertikalen Ebene einen spitzen Winkel bildet.
Ein Verfahren zum Sehweißen nach Anspruch 16 wobei der besagte spitzen Winkel innerhalb ±20° liegt.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 15 wobei beide Bleche auf die selbe Grundmetallegierung sind.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 15 worin das erste Blech eine Dicke t₁ und das zweite Blech eine Dicke t₂ hat wobei die Breite der Überlappung mindestens 50% der kleineren Dicke t₁ oder t₂ beträgt und das doppelte der größeren Dicke t₁ oder t₂ nicht übersteigt.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 19 wobei die Blechedicken sind nicht groesser als 5 mm.
Ein Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 15 wobei der hoher Energiedichte Strahl auf das dickeres Blech einfällt.
Ein Produkt, dass dadurch gewonnen wird, dass ein erstes Blech mit einer Blechkante und ein zweites Blech mit einer Blechkante, besagtes erstes und zweites Blech unterschiedliche Dicken haben, überlappt werden, und eines der Bleche das andere der Bleche überlappt, so dass die Kante des einen Bleches unterhalb des anderen Bleches liegt und die Kante des anderen Bleches oberhalb des einen Bleches liegt, so dass eine Schweissnahtlinie und ein Überlappbereich mit einer Breite des Überlappbereichs von der Kante des einen Blechs zur Kante des anderen Blechs definiert werden, so dass mittels eine hoher Energiedichtestrahlung für ausreichend lange Zeit und mit ausreichend hoher Energiedichte auf mindestens eines der Bleche ausgerichtet wird, um die Bleche im gesamten Überlappbereich miteinander zu fuegen, wobei Zumindest teilweise entlang die Schweissnaht, werden die Blechen im gesamten Überlappbereich miteinander verbunden, und die geschweißte Bleche so geformt wird, dass zumindest eines der Bleche und ein Teil der Schweißnaht während der Bildung gekrümmt oder dreidimensional konturiert ist.
Ein Produkt nach Anspruch 22 worin wenigstens eines der Bleche und ein Teil der Schweißnaht während der Bildung gekrümmt oder dreidimensional konturiert wird mit einem der folgenden Umformngsverfahren: Ausprägung, tiefe Ziehung, flanging, Hydroumformung, Biegen, Rollformen, oder irgendein anderes Umformungsverfahren.
Ein Produkt nach Anspruch 22 wobei besagter Strahl hoher Energiedichte unter spitzem Winkel zur Ebene des Überlappbereichs einfällt und so ausgerichtet wird, dass er entweder auf eine Ecke eines Blechs oder auf eine Ecke eines Blechs und einen Teil des anderen Blechs einfällt.
Ein Produkt nach Anspruch 22 wobei eines der Bleche mechanische oder metallurgische Eigenschaften hat, die sich von denen der anderen Bleche unterscheiden.
Ein Produkt nach Anspruch 22 wobei beide Bleche auf die selbe Grundmetallegierung sind.
Ein Produkt nach Anspruch 22 wobei das erste Blech eine Dicke t₁ und das zweite Blech eine Dicke t₂ hat wobei die Breite der Überlappung mindestens 50% der kleineren Dicke t₁ oder t₂ beträgt und das doppelte der größeren Dicke t₁ oder t₂ nicht übersteigt.
Ein Produkt nach Anspruch 22 wobei die Schweißnaht vor dem Schweißen eine nicht-gerade Schweißnaht ist.
Ein Produkt nach Anspruch 22 wobei die Schweißnaht eine Überlappungschweißnaht ist, die keine Lippe oder keinen Teil der Breite der Überlappung der Bleche hat, die nach dem Schweißen unverbunden ist.
Ein Produkt nach Anspruch 22 wobei die Ueberlapschweissnaht durchgehend longitudinal entlang der Schweißnahtlinie verläuft.
Ein Produkt nach Anspruch 22 wobei die Kante der Bleche das andere der Bleche überlappt hat eine Breite die groesser als die Strahlpunktflecke am Überlappbereich und nicht groesser als 5 mm.