JP2005131707A - 仮付け溶接を伴ってレーザビーム溶接するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】仮付け溶接を伴ってレーザビーム溶接するための方法を提供する。
【解決手段】高出力電力による溶接中、接合される部片の間の間隙は、最大間隙幅を超えることは許されない。本発明の課題は、一方で板の間の最大間隙幅の維持（超えないこと）を保証し、他方で達成可能な溶接速度の最大利用を可能にするレーザビーム溶接のための方法を提供することである。この課題は、溶接の前に板が最初に仮付け溶接され、また最大間隙幅の維持を保証するために、この仮付け溶接中にのみ板がクランプされるという点において解決される。
【選択図】なし

Description

本発明は、請求項１の前文による仮付け溶接を伴ってレーザビーム溶接するための方法に関する。この形式の一般的な方法は、特許文献１により公知である。

高い出力密度での溶接工程、特にレーザビーム溶接、電子ビーム溶接、又はプラズマ溶接で溶接する場合、接合される部片の間の間隙は、最大間隙幅を超えることは許されず、この最大間隙幅は、特定の工程及び接合される材料によって決定される。このことは、自動車構造においてボデーパネル板の重ね合わせ溶接で特に重要である。このため、一般に、金属の上記ボデーパネル板を共にプレスするか、あるいは溶接位置のごく近くでクランプしなければならない。

一般に、いくつかのクランプ要素を用いる静的なクランプ技術が、クランプするために採用され、これによって、溶接の継ぎ目の各点において、許容可能な間隙幅を超えないことが保証される。

特許文献２には、動的なクランプ技術が提案されている。このため、溶接棒を同時に供給する押圧要素は、溶接すべき板の上方を移動して、これらの板を共にプレスする。レーザ溶接ヘッドは、上記押圧要素に強固に接続され、溶接棒を溶融するために、上記押圧要素に対して強固に向けられる。この実施形態では、クランプ速度と溶接速度とは連動している。

現在の溶接方法、例えばレーザスキャナ溶接は、結合されたクランプ装置によって達成可能な移動速度よりも、著しく速い溶接速度を達成できる。結合されたクランプ装置はまた、一旦、板が互いに位置合わせされると、衝撃の伝達により板が位置合わせから外れるべきでないという要件によって、限定される。

特許文献１には、クランプ技術を完全に用いないことが提案されている。板は基本的に重ね合わせられ、次に、意図する溶接の継ぎ目の長さに沿って、レーザを用いて多数のスポット溶接による連結が行われ、その後、溶接される。

この方法は、平坦な板では十分であるかもしれない。しかし、複雑な形状の場合、クランプ技術なしには繋ぐことができない間隙幅が生じることが、経験によって確認されている。

独国特許発明第４４１４４６４Ｃ１号明細書 独国特許発明第１９８０３７３４Ｃ２号明細書

したがって、本発明の課題は、一方で、板の間の最大間隙幅が適正であることを保証し、他方で、達成可能な溶接速度を最大限に利用できるレーザビーム溶接のための方法を提供することである。

本発明に従うレーザビーム溶接のための本発明の方法の特徴が、請求項１に記載されている。更に他の請求項は、本発明による方法の有利な実施形態及びさらなる発展形態を記載している（請求項２〜５）。

開発すべき方法に関して、上記課題は、溶接に必要な少なくとも２つの板が互いに必要な位置関係において位置決めされ、その後、これらの板が、レーザビームで仮付け溶接され、その後、レーザビームで溶接されるという点について、本発明により解決されるが、この場合、この方法は、多数の互い違いの局部的な仮付け溶接と局部的な溶接とを含んでおり、また、仮付け溶接すべき板は、局部的に板の間の所定の最大間隙幅よりも確実に大きくならないように、クランプ装置によって局部的にクランプされる。

本発明によるこの方法の実施形態は、クランプ装置が溶接ビームを制限しないように、クランプ装置の運動と溶接ビームとが互いに切り離されるという利点を有する。クランプは、仮付け溶接を行うべき所でのみ、そして、仮付け溶接を行うべきときにのみ、行われる。このようにして、クランプの持続時間、すなわち、力の印加時間と休止時間とが最小限にされる。

さらに、最大間隙幅内に常に維持される、すなわち、間隙幅は、仮付け溶接中は、クランプ装置によって維持され、溶接中は、仮付け溶接によって維持される。

さらに、レーザ動作時間は、特許文献１と比較してより良く利用される。この理由は、溶接を始めるために、すべての仮付け溶接が最初に行われ、引き続きレーザビームを経路全体にわたって最初の仮付け溶接の位置へと戻すことが行われるのではなく、むしろ、レーザビームが、仮付け溶接後に迂回することなく、溶接を直接始めるためであり、よって、この溶接のためのクランプ装置を必要としないからである。

本発明による方法の好ましい実施形態では、クランプ装置は、局部的な溶接中に、次の局部的な仮付け溶接の位置に移動される。

これによって、全体の工程時間が短縮される。

本発明の特に好ましい実施形態では、クランプ装置の変位（移動）は、金属の板に対する力を低減して、あるいは押圧力なしに行われる。これによって、互いに対して既に位置合わせされた上記板に対して、クランプ装置の意図しない衝撃の伝達により上記板の位置合わせがずれる危険性が最小限にされる。

本発明の方法のさらに有利な実施形態では、仮付け溶接は、少なくとも１つの細長い、好ましくは長さ約２〜５ｍｍ（材料強度、レーザのパワー、溶接速度、ばねの戻る力等に左右される）の仮付け溶接の継ぎ目を形成することによって行われる。しばしば、共に考慮した場合の間隙幅及びクランプに対向する力は非常に大きいので、仮付け溶接された継ぎ目が引き裂かれるのを防止するために、ある最小の仮付け溶接領域が必要である。

仮付け溶接の継ぎ目と溶接の継ぎ目とは、車両部分の特徴に応じて互いに無関係に位置決めでき、すなわち、仮付け溶接の継ぎ目は、後の溶接の継ぎ目の完全に外側に位置でき、仮付け溶接の継ぎ目は溶接の継ぎ目を交差するか、又は重なり合うことができるか、又は溶接の継ぎ目の完全な一部分を構成することさえもできるであろう。

この場合、細長い仮付け溶接の継ぎ目が後の溶接の継ぎ目に対し直角である場合に特に好ましいが、この理由は、これによって、接合領域の全体の剛性が最大にされるからである。

上記の代わりに、後の溶接の継ぎ目は、この溶接の継ぎ目に対し左右の側面に沿って延在する、好ましくはこの溶接の継ぎ目に対し直角に延在する、２つの仮付け溶接の継ぎ目によって縁取られることができる。

本方法のさらに有利な実施形態では、仮付け溶接及び溶接は、レーザスキャナによって行われる。レーザスキャナは、特に急速かつ柔軟なビーム偏向装置、例えばミラーシステム（少なくとも１つの単軸又は多軸を持つ制御可能な旋回可能ミラーからなる、例えば独国特許出願公開第１００２７１４８Ａ１号明細書参照）又は音響・光学モジュレータを有する。

最大の利点は、容易にプログラム可能なスキャナ装置により、加工すべき表面にわたってほぼ任意の所望の加工軌道に非常に短時間の間隔でレーザビームが操縦でき、したがって、溶接速度における又は複雑な設計の横方向ビームの移動経路における特に非常に精密に規定された変更にも、容易に対応することができる。仮付け溶接と溶接との間の切り換えは、本発明によればレーザスキャナにより急速かつ簡単に可能であり、これにより、レーザ出力のほぼ連続的な利用が可能である。

以下に、本発明による方法について、例示的な実施例に基づきより詳細に説明する。

第１の例示的実施形態では、２つの鋼の板は互いに向かい合わせられ、意図する溶接継ぎ目が画定される。スキャナ装置はその上方を滑らかに移動し、加工すべき表面の上方にレーザビームを案内する。スキャナ装置は、３次元に旋回可能なコンピュータ制御されるミラーシステムからなる。スキャナ装置は、上記板の表面に対し約３００ｍｍの距離を有し、レーザの焦点は、溶接すべき表面上にある。レーザのパワーは約３５００ワットであり、溶接速度は１分当たり約５メートルである。

クランプ装置は、圧力の印加なしに、意図する溶接継ぎ目に沿って案内される。意図する溶接継ぎ目に到達すると、溶接継ぎ目は、短時間で２つの上記板を共にプレスする。緊張の持続時間は約５０ｍｓであり、また長さ約４ｍｍ、幅約０．５ｍｍの細長い仮付け溶接の継ぎ目を局部的に溶接するためにちょうど適切である。仮付け溶接の継ぎ目はクランプ装置の移動方向に対し（本番の溶接継ぎ目の主軸線に対し）直角である。

仮付け溶接後、クランプ装置が解放され、力を印加することなく、約５０ｍｍ離れた次の仮付け溶接の位置に高速で移動される。この時間中、最初の仮付け溶接位置のすぐ近傍において、すなわち、仮付け溶接の継ぎ目に対して材料及び工程に固有の最大の距離（この場合約１０ｍｍ）を維持しつつ、本番の接合のために、板が溶接される。このため、レーザビームは、スキャナ装置によって、仮付け溶接の継ぎ目の端部から溶接の継ぎ目の先頭に移動される。

板の永久的な接合を保証するために、溶接の継ぎ目が十分な長さ及び強度を有する限り、この溶接の継ぎ目は任意の所望の形状を有することができる。弓形の丸い括弧の形状（例えば、主軸線に沿って約４分の１開いた楕円）が特に有用であることが確認されている。この括弧の主軸線が、この括弧の中心に配置される仮付け溶接の継ぎ目の向きに対し、直角であるように、この丸い括弧は、溶接される。上記丸い括弧の長さは、約１２ｍｍ、幅は、約５ｍｍである。この継ぎ目を溶接するために約３００ｍｓが必要とされ、この間に、クランプ装置が次の仮付け溶接の位置に移動される。

しかし、代わりに、ひとつの長さ約２０ｍｍの直線状の継ぎ目が、仮付け溶接の継ぎ目を通って直角に溶接され、両側で等しく外側に沿って延在させることができる。

他の実施形態によれば、各接合の側のそれぞれにおいて、長さ約２ｍｍの２つの仮付け溶接の継ぎ目が、約２０ｍｍだけ離間して、クランプ装置の移動方向に対し直角に溶接される。この間隙は、最大間隙幅を確実に超えないようにするためにクランプ装置を取り外して再びクランプする必要がないように、十分に小さい。２つの仮付け溶接の継ぎ目の溶接に続き、クランプ装置が解放されて、次の接合位置に移動される。この時間中、上述の丸い括弧が溶接されるか、あるいはまた、２つの仮付け溶接の継ぎ目の間の中央の直線だけが溶接される。

第３の実施形態によれば、被覆された板が溶接される。これらの板が対面する側には、凸部（高さ約１００μｍの最小の起伏）が設けられる。これによって、緊張状態又はクランプ状態においても、板の間の最小距離が与えられ、この最小距離によって、被覆が溶接中に蒸発するのを容易に避けることができる。被覆された板金の仮付け溶接及び溶接が、上述の例示した実施形態と同様に行われる。

上に示した実施例に記載されているような本発明による方法は、自動車産業の鋼板のレーザ溶接に特に適切であることが確認されている。

特に、これによって、接合品質を同時に保証しつつ、接合時間の相当の短縮を達成できる。

Claims (5)

1. −少なくとも２つの部片の金属の板が、溶接の必要に応じて互いに位置決めされ、
   −その後、前記少なくとも２つの部片の金属の板がレーザビームで仮付け溶接され、
   −その後、レーザビームで溶接される、少なくとも２つの部片の金属の板をレーザビーム溶接するための方法において、
   −前記方法が、多数の互い違いの局部的な仮付け溶接と局部的な溶接とを含み、
   −前記板の間の所定の最大間隙幅が局部的に保証されるように、前記金属の板が、前記仮付け溶接のためにクランプ装置によって局部的にクランプされることを特徴とする方法。
2. 前記局部的な溶接中に、前記クランプ装置が次の位置に移動されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記クランプ装置の再配置が、前記板に対する圧力を低減して又は圧力の印加なしに行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記仮付け溶接が、細長い継ぎ目を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記仮付け溶接と前記溶接とが、レーザスキャナによって行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。