【０００１】
本発明は、溶接したい部分間の間隙を閉鎖する方法と、該方法に従って製作されたテーラードブランクと、間隙を閉鎖する装置と、そのような装置を備えた溶接装置とに関する。
【０００２】
レーザを用いた金属薄板の溶接は、今日広く普及した接合方法である。レーザの代わりに、例えば電子ビームのようなエネルギビームも使用され得る。この場合、金属薄板は有利には端面を突合せた形（ｓｔｕｍｐｆ）で互いに接合されるが、これは、接合したい金属薄板の端面を、両金属薄板間に狭小な間隙のみが存在するように位置決めすることにより実施される。溶接シームの高い品質を達成するために、接合したい金属薄板間の間隙は０．０５ｍｍもしくは０．０８ｍｍよりも幅広であるべきではなく、このことにより、個々の金属薄板の誤差は、この最大に許容し得る間隙幅の半分を超えてはならない。そのような公差を守るために相応に、コストの高い道具と、しかも手間のかかる処理方法とが必要になることは明らかである。
【０００３】
アルミニウム薄板からなるテーラードブランクのレーザ溶接において、溶接ゾーン内に充填粉末を装填することが提案されている（［参考文献１］Ｔ．Ｐｏｈｌ著「Ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｔａｉｌｏｒｅｄ ｂｌａｎｋｓ−ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ａｐｐｌｉｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ」参照）。［参考文献２］「Ｓｃｈｗｅｉｓｓｅｎ ＆ Ｓｃｈｎｅｉｄｅｎ、第５２巻（２０００年）、第３号」の第１４０頁〜１４８頁に掲載されたＭ．Ｋｅｒｎ他著の「Ｂｅｅｉｎｆｌｕｓｓｕｎｇ ｄｅｒ Ｓｃｈｗｅｉｓｓｎａｈｔｑｕａｌｉｔａｅｔ ｂｅｉｍ ＣＯ２−Ｌａｓｅｒｓｔｒａｈｌｓｃｈｗｅｉｓｓｅｎ ｄｕｒｃｈ ｍａｇｎｅｔｏｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｓｃｈｅ Ｅｆｆｅｋｔｅ」に基づいて、溶接品質を溶接ゾーン内の磁界により改善することが知られている。
【０００４】
本発明の課題は、間隙閉鎖を改善し、ひいては溶接品質をも改善することである。
【０００５】
この課題は、冒頭で述べた方法において、請求項１の特徴部に記載された特徴により解決される。
【０００６】
間隙内の磁界が充填粉末との組み合わせで使用されることにより、極めて良好な間隙閉鎖と溶接品質とを得ることができ、この場合、充填粉末は磁界により間隙内に安定させられる。
【０００７】
さらに、本発明の別の課題は、溶接時に間隙閉鎖する装置を提供することである。この課題は、請求項１１の特徴部に記載された特徴により解決される。
【０００８】
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。唯一の図には概略的にテーラードブランクの溶接が示されている。
【０００９】
図面には概略的に、端面で突合せ溶接される２つの個々の金属薄板１，２から成る金属薄板接合部のレーザ溶接（もしくは任意の種類のエネルギビームを用いた溶接）が示されている。このような金属薄板接合はテーラードブランクと呼ばれ、一般には溶接後に、成形部分を形成するために変形される。この場合、金属薄板１，２は一般に鉄薄板又は鉄を含有した金属薄板であるが、アルミニウム薄板もテーラードブランクのために溶接されることができる［参考文献１］。既に述べたように、間隙３は、溶接シーム６の申し分ない品質を保障するためには、大きすぎてはならない。それというのは、レーザビーム５の溶接ゾーン１１は、限られた直径を有しているに過ぎないからである。それに基づいて、狭小な間隙幅が要求されることにより、背景技術においては、金属薄板１，２の互いに対向して位置する縁部を極めて精密に、ひいては手間をかけて準備することが前提となる。
【００１０】
【外１】
【００１１】
粉末９は、供給装置８により間隙内に装填され、磁界１５により間隙内に保持されるか、もしくは間隙内のその位置で安定させられる。磁界の影響を受ける粉末は、一般には鉄粉又は鉄を含有した粉末であって、この場合、磁界の力線に従って方向付けられる。磁界１５の安定化作用により、［参考文献１］においてアルミニウムから成るテーラードブランクの溶接の場合で示されているような、粉末を直接に溶接ゾーン１１に導入することが可能であるばかりではなく、粉末は、任意の距離で本来の溶接ゾーンの手前に位置する侵入領域１０において間隙３内に装填されることも可能である。ただし、その前提条件としてこの領域内に磁界が作用していることが挙げられる。このようにして、粉末装填が、乱流の存在する溶接ゾーン１１においてのみならず、既に準備した形で、つまり前もって間隙に沿って、まだ溶接の影響を受けていないゾーン１０においても可能である。このことにより、所望する分量の粉末９を間隙内に適切に装填することが可能になり、ひいては可能な限り良好な間隙閉鎖が可能になる。さらに、正確な充填を監視する適当な検出器を溶接位置の手前の箇所に組み込むことが可能である。磁界中で安定するそのような粉末を装填することは当然、鉄薄板および鋼薄板から成るテーラードブランクの溶接時においても、アルミニウム薄板またはその他の材料から成るテーラードブランクの溶接時においても可能である。
【００１２】
この場合、鉄粉は、溶接シーム６の硬度形成に影響を及ぼす合金添加剤（Ｌｅｇｉｅｒｕｎｇｓｚｕｓａｔｚ）としても働く。間隙３内における磁束線集中は鉄粉を強制的に間隙内に引きつける。間隙は鉄粉の粒径よりも大きい。この粒径は、間隙の良好な充填を可能にするためには、相応に細粒に選択されるべきである。有利には、磁界で満ちた間隙３における良好な埋入を生ぜしめるために、主として球形の粉末粒子が使用される。この場合、粉末装填は、所望するならば、溶接ゾーン１１にのみ実施することもできるし、溶接ゾーン１１と、間隙３の、溶接ゾーン１１の手前に位置するゾーン１０とに実施することもできるし、または間隙３の、溶接ゾーンの手前に位置するゾーン１０にのみ実施することもできる。溶接ゾーン１１において温度はキュリー点より高いので、磁界は液相の金属の流動特性に影響を及ぼすことはない。しかし、［参考文献２］に基づいて、磁界が付加的に溶接特性にポジティブな影響を及ぼし得ることが知られている。相応に、磁束密度Ｂのベクトルは、このベクトルが時計回りで見て送り方向ＶＭに対して直角に巡っているように選択されるべきである。
【００１３】
図示の例ではＵ字形の電磁石が使用される。勿論、別の構造形式も容易に可能である。例えば、磁石コイルは、ヨーク１３の側方の脚部に配置されていてもよい。磁石回路は、溶接したい金属薄板１，２の突合せ縁部を介して閉じている。これにより、金属薄板もより大きな力で互いに引き合い、このことは同じく間隙閉鎖に寄与する。磁界は時間的に定常的に発生されてもよいし、または時間的に変動する経過を有して発生されてもよく、これは、充填したい間隙区分に沿って異なっていてもよい。それにより、間隙内へ粉末が侵入する際に、装填が、変動する磁界により改善されることができて、続いて、間隙内に装填された粉末が定常的な磁界により安定化されることができる。
【００１４】
供給装置８による粉末９の供給は、例えば流動体流、特に不活性ガスにより行われることができる。粉末をピエゾ衝撃（Ｐｉｅｚｏｉｍｐｕｌｓｅ）またはマグネット衝撃（Ｍａｇｎｅｔｉｍｐｕｌｓｅ）により搬送することも可能である。この場合、間隙経過に沿った供給装置の追跡案内および／または充填後の装填コントロールは例えば、公知の光学的な間隙追跡手段により実施されることができる。
【００１５】
間隙３に磁界を発生させる装置１２は、金属薄板を固く保持する、原理的に公知の磁気的な緊締手段と、溶接機内で組み合わされてもよい。電磁石は間隙の長手方向で、複数の、別個に通電される個々の磁石に分割されることができる。
【００１６】
この溶接方法もしくは装置は、直線的に突合された金属薄板、いわゆる「直線形テーラードブランク（ｌｉｎｅａｒｅ ｔａｉｌｏｒｅｄ ｂｌａｎｋｓ）」のレーザ溶接において使用されることができるが、しかも、その他の間隙閉鎖の方法が使用不可能な、非直線的に互いに隣接した金属薄板、いわゆる「非直線形テーラードブランク（ｎｉｃｈｔｌｉｎｅａｒｅ ｔａｉｌｏｒｅｄ ｂｌａｎｋｓ）」の溶接においても使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
テーラードブランクの溶接を概略的に示す図である。[0001]
The present invention relates to a method for closing a gap between parts to be welded, a tailored blank made according to the method, a device for closing a gap, and a welding device comprising such a device.
[0002]
The welding of thin metal plates using a laser is a widely used joining method today. Instead of a laser, an energy beam such as an electron beam can also be used. In this case, the thin metal plates are advantageously joined together in a stampf form, which positions the end surfaces of the thin metal plates to be joined so that there is only a narrow gap between the two thin metal plates. It is carried out by doing. In order to achieve a high quality of the weld seam, the gap between the metal sheets to be joined should not be wider than 0.05 mm or 0.08 mm, so that individual metal sheet errors will be at this maximum. Do not exceed half the allowable gap width. Obviously, in order to keep up with such tolerances, a costly tool and a cumbersome processing method are required.
[0003]
In laser welding of tailored blanks made of aluminum thin plates, it has been proposed to fill the welding zone with a filling powder (see [Reference 1] “Laser welded aluminum tailored blanks-recent results from applied research” by T. Pohl. ). [Reference 2] M.S. published on pages 140 to 148 of "Schweissen & Schneiden, Vol. 52 (2000), No. 3". Based on "Beinflussung der Schweissnahtqualitaet beim CO 2 -Laserstrahlschweissen durch magnetofluiddynamische Effte" by Kern et al.
[0004]
The object of the present invention is to improve the gap closure and thus also the weld quality.
[0005]
This problem is solved by the features described in the characterizing part of claim 1 in the method described at the outset.
[0006]
A very good gap closure and weld quality can be obtained by using the magnetic field in the gap in combination with the filling powder, in which case the filling powder is stabilized in the gap by the magnetic field.
[0007]
Yet another object of the present invention is to provide an apparatus for closing a gap during welding. This problem is solved by the features described in the characterizing portion of claim 11.
[0008]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The only figure schematically shows the tailored blank welding.
[0009]
The drawing schematically shows laser welding (or welding with any kind of energy beam) of a metal sheet joint consisting of two individual metal sheets 1, 2 which are butt welded at the end faces. Such sheet metal joining is called a tailored blank and is generally deformed after welding to form a shaped part. In this case, the metal sheets 1 and 2 are generally iron sheets or iron-containing metal sheets, but aluminum sheets can also be welded for tailored blanks [Reference 1]. As already mentioned, the gap 3 should not be too large in order to ensure the perfect quality of the weld seam 6. This is because the welding zone 11 of the laser beam 5 has only a limited diameter. Based on this, it is assumed that a narrow gap width is required, and in the background art, it is assumed that the edges of the thin metal plates 1 and 2 that are located opposite to each other are prepared with extremely high precision and effort. Become.
[0010]
[Outside 1]
[0011]
The powder 9 is loaded into the gap by the supply device 8 and held in the gap by the magnetic field 15 or stabilized at that position in the gap. The powder affected by the magnetic field is generally iron powder or iron-containing powder, and in this case, the powder is oriented according to the magnetic field lines of force. Due to the stabilizing action of the magnetic field 15, it is possible not only to introduce the powder directly into the welding zone 11, as shown in the case of welding of tailored blanks made of aluminum in [reference 1], It is also possible for the powder to be loaded into the gap 3 at an intrusion area 10 located in front of the original welding zone at any distance. However, the precondition is that a magnetic field acts in this region. In this way, powder loading is possible not only in the welding zone 11 where turbulence exists, but also in the already prepared form, ie in the zone 10 which has not yet been affected by the welding along the gap in advance. . This makes it possible to properly load a desired amount of powder 9 into the gap, thus enabling the best possible gap closure. In addition, a suitable detector that monitors the correct filling can be incorporated at a point before the welding position. It is of course possible to load such powders that are stable in a magnetic field, either when welding tailored blanks made of iron and steel sheets or when welding tailored blanks made of aluminum sheets or other materials.
[0012]
In this case, the iron powder also acts as an alloy additive that affects the hardness formation of the weld seam 6. Concentration of magnetic flux lines in the gap 3 forcibly attracts iron powder into the gap. The gap is larger than the particle size of the iron powder. This particle size should be chosen correspondingly fine in order to allow a good filling of the gap. Advantageously, mainly spherical powder particles are used in order to produce a good embedding in the gap 3 filled with a magnetic field. In this case, the powder loading can be carried out only in the welding zone 11, if desired, or in the welding zone 11 and the zone 10 located in front of the welding zone 11 in the gap 3. Alternatively, it can be carried out only in the zone 10 located in front of the welding zone in the gap 3. Since the temperature in the welding zone 11 is higher than the Curie point, the magnetic field does not affect the flow characteristics of the liquid phase metal. However, it is known based on [Reference 2] that a magnetic field can additionally have a positive influence on the welding properties. Accordingly, the vector of the magnetic flux density B, the vector should be selected as around at right angles to the direction V M feeding viewed in clockwise.
[0013]
In the illustrated example, a U-shaped electromagnet is used. Of course, other structural types are readily possible. For example, the magnet coil may be disposed on the side leg of the yoke 13. The magnet circuit is closed via the butt edge of the metal sheets 1 and 2 to be welded. Thereby, the metal sheets also attract each other with greater force, which also contributes to the gap closure. The magnetic field may be generated constantly in time, or it may be generated with a time-varying course, which may vary along the gap segment to be filled. Thereby, as the powder enters the gap, the loading can be improved by the fluctuating magnetic field, and subsequently the powder loaded in the gap can be stabilized by the stationary magnetic field. it can.
[0014]
The supply of the powder 9 by the supply device 8 can be performed, for example, by a fluid stream, in particular an inert gas. It is also possible to transport the powder by piezo impulse or magnet impulse. In this case, the tracking guidance of the feeding device along the gap course and / or the loading control after filling can be implemented, for example, by known optical gap tracking means.
[0015]
The device 12 for generating a magnetic field in the gap 3 may be combined in the welder with a magnetic clamping means known in principle that holds the sheet metal firmly. The electromagnet can be divided into a plurality of individually energized individual magnets in the longitudinal direction of the gap.
[0016]
This welding method or apparatus can be used in laser welding of linearly abutted sheet metal, so-called “linear tailored blanks”, but other gap closure methods are used. It can also be used in the welding of impossible, non-linearly adjacent sheets of metal, so-called “non-linear tailored blanks”.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]
It is a figure showing roughly welding of a tailored blank.
