JP2008501527A - ろう接または溶接によって被接合部分を結合する方法ならびに結合方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

凹状の継ぎ目（３）を間に形成する被接合部分（１，２）をろう接または溶接する際に、インサート（４）を挿入して、ろう接されるかまたは溶接を行う。このようにして後加工なく上塗り可能な継ぎ目閉鎖が得られる。

Description

本発明は、ろう接または溶接によって金属製の被接合部分を結合する方法に関する。さらに本発明は、結合方法を実施するためのインサートに関する。

ろう接または溶接による金属部分（被接合部分）の結合は公知である。自動車の車体組立では、たとえば車体のサイド部分とルーフ部分がろう接によって互いに結合され、この場合ろうは、被接合部分の間の継ぎ目を充填するか、もしくは閉鎖して、後加工なしに下塗り可能かつ上塗り可能な表面を形成するよう所望されるので、抵抗溶接結合またはレーザ溶接結合の場合において、特に被接合部分を重ね合わせて配置した場合に該当するような、継ぎ目をカバーするための手段を講じる必要がない。特にこのような使用法では、また別のろう接結合でも、継ぎ目を充填する、硬化されたろうの、できるだけ気孔のない表面が重要であり、ならびに継ぎ目幅が変動する場合、ひいてはろう量が変化する場合でも、できるだけ均等な充填高さが重要である。国際公開第０２／０６４３００号パンフレットには、線状ろうを予備過熱する、トーチを用いたろう接が開示されている。さらに実地から、ろう接しようとする被接合部分をレーザで過熱して、線状ろうをレーザビームに導入し、その結果としてレーザビームにより線状ろうを溶解することが公知である。特に亜鉛被覆された金属薄板（金属薄板の被覆は、望ましくは継ぎ目の外側でできるだけ損傷なく維持される（亜鉛の蒸発温度は１０６０度））の場合で、使用される、約９００度〜１０６０度の融点を有するＣｕＳｉ−ろうまたはＣｕＺｎろうの融点では、硬化されたろうの、欠陥のない、もしくは気孔のない表面は、約２〜３ｍ／ｍｉｎの比較的低いろう接速度でしか実現されない。ろう接結合の代わりに、溶接結合、たとえば上下に重ね合わされた金属薄板における点溶接結合、または連続的もしくは非連続的なレーザ溶接結合が行われると、たとえば後付けされるプラスチックプロフィール（成形部分）による、溶接部をカバーするための手段、または後加工のための手間の掛かる手段を講じる必要がある。

したがって本発明の課題は、改善されたろう接結合部または溶接結合部を提供し、結合プロセスが比較的高い速度でも、閉鎖されるかもしくは充填された品質の良好な継ぎ目を有しており、したがって後加工なしに、もしくは最小限の後加工で利用可能、特に上塗り可能であるものを提供することである。この課題は、請求項１の特徴部に記載した方法によって解決される。

継ぎ目にインサートが配置されて、両方の被接合部分と結合されることによって、一連の利点が得られる。

挿入されて、溶接されるかまたはろう接されるインサートによって、継ぎ目を充填するためのろうもしくは溶接金属の所要量が低減される。閉鎖された継ぎ目の表面は、長手方向でみて実質的にフラットになっている。継ぎ目底部へのろうもしくは溶接金属の進入は防止され、結合面の幅が規定される。（高価な）ろうの所要量は低減される。気孔形成のリスクは、インサートのないろう接もしくは溶接に対して大幅に低減されている。さらに４ｍ／ｍｉｎを超える、特に５〜８ｍ／ｍｉｎの高い結合速度を得ることができる。比較的高い速度にもかかわらず、連続気孔のない、均等で平滑な凹状の継ぎ目の構成をした、支持作用を有する結合部が得られる。

有利には、インサートが、非円形で継ぎ目形状に適合した横断面形状、特に三角形に類似の横断面形状を有する型インサートである。

ろう接結合または溶接結合のための熱源として、たとえばレーザ、たとえばシングルビーム技術もしくはダブルビーム技術もしくはマルチビーム技術におけるＮｄ：ＹＡＧ、ダイオードレーザ、ファイバレーザ、プラズマ源、誘導過熱、火炎、コンビネーションされた（ハイブリッド−）熱源が考えられる。

本発明による方法は、有利には車体組立において、特に金属薄板部分、管部分、成形部分および中実部分を結合するために用いることができ、これらの部分は、車体における外側から見えるかまたは見えない領域に組み込まれ、後加工なしに上塗りすることができ、さらにまた車体基本構造組立において、金属薄板部分、特に金属薄板部分と管部分とを結合するために用いることができる。

被接合部分として、たとえば折り曲げられたフランジを備えた２つの構成部分が提供されるか、またはフラットな構成部分もしくは丸み付けされた構成部分および折り曲げられたフランジを備えた構成部分が提供されるので、位置決めに際して継ぎ目が形成される。

インサートもしくは型インサートは、場合によっては丸み付けされた角隅領域を備えた、丸い横断面または実質的に三角形の横断面を有する、たとえば鋼から成る線状の金属インサートであってよい。そのような型インサートは、成形ローラによって、たとえば丸い線材から製作することができる。インサートもしくは型インサートは、継ぎ目に挿入したあとで、そこでたとえば２つのレーザビームを用いたたとえばレーザ溶接装置によって溶接される。溶接に代わるろう接の形態に関して、型インサートは、公知の形式で、ろうもしくは線状ろうを供給してろう接される。有利には、インサートもしくは型インサートは、ろうから成る、これを部分的または完全に包囲する被覆体を備えている。この場合ろうによる被覆体もしくはコーティングは、有利には、ろう接に際して追加的なろうを供給する必要のない厚さに選択されている。インサートもしくは型インサート上のろう量は、ろう接に際して追加的なろうを導入できる程度に選択してもよい。

次に本発明の実施例を図示し、詳しく説明する。

図１には、１被接合部分１と別の１被接合部分２との間の結合箇所を示した。被接合部分は、互いに位置決めされており、それも被接合部分１と被接合部分２との間で凹（溝）状もしくはＶ字形の継ぎ目（接合部）３が生じるように、位置決めされている。このために被接合部分１，２に、折り曲げられたフランジ部分７，８を設けることができ、これによって被接合部分が互いに当接して位置決めされた状態で、これらを固定するために、適当な凹状の継ぎ目が形成される。図１および図２〜図４には、継ぎ目が図平面に対して垂直に延びるように示し、また結合領域は断面図（ハッチングなし）で示した。そのような継ぎ目は、もちろん別の形状で成形された構成部分の間に形成することもできるので、たとえば図３から看取されるように、たとえば１被接合部分が管状の構成部分で、両方の被接合部分が管状の構成部分で、また１接合部が真っ直ぐに延びる構成部分であってよい。被接合部分１，２は、ろう接または溶接によって結合することのできるたとえば任意の金属部分であってよい。本発明の有利な利用範囲は、車体組立にあるので、被接合部分は、特に亜鉛コーティングされた鋼板から成る、たとえば自動車の車体のルーフ部分およびサイド部分である。

本発明によれば、ろう接もしくは溶接のまえ、また場合によってはろう接もしくは溶接に際して、インサート４が継ぎ目３に導入され、インサート４は少なくとも部分的に継ぎ目３を充填する。図１に示した第１実施例によれば、線状のインサート４は、円形の横断面を有していて、かつろう接箇所１１において、ろう接によって、被接合部分１と、また被接合部分２とも結合されている。これによって被接合部分１と被接合部分２とは互いに結合される。ろう１１は、被接合部分１と被接合部分２との間で直接的に作用してもよく、その結果ろうは、継ぎ目３の残りの中空スペースを部分的または完全に充填する。両方の被接合部分１，２は、別の結合手段によって互いに結合することもでき、たとえばフランジ７，８における追加的な点溶接によって結合することもできる。使用されるろう（硬ろう）１１は、線状ろうとしての従来慣用の形式で、ろう接時に、熱源に供給して溶融させることができるので、ろう接温度に過熱された被接合部分１，２ならびにインサート４はぬらして結合することができる。この場合ろう接のための熱源として、公知の全ての熱源が考えられ、とりわけ単数または複数のレーザビームによって形成される熱源が考えられ、これはろう接では広く知られている。

図２には、図１と同等の別のろう接結合を示しており、ここでは原則として同じ構成部分には、同じ符号を用いた。インサート４は、ここでは凹状の継ぎ目３に適合した形状を有する型インサート４として形成されている。継ぎ目３が凹状の形状を有している場合、インサート４は、横断面でほぼ三角形のインサートである。このようなインサートも同様にろう１１によって継ぎ目にろう接される。ろうは、線状で、従来慣用の形式で供給することもできる。図６によるインサートの実施例が有利であり、この場合インサート４は、ろう接温度で溶融しない金属、たとえば鋼から成る心材もしくはコアを備えており、心材は、ろうから成る、これを少なくとも部分的に包囲する被覆体５を備えている。この場合インサート４を継ぎ目３に挿入し、そのあとで継ぎ目に向かって移動する熱源によってろう接を行うことができ、しかも線状ろうの構成をした別のろうを供給するか、または別の形式で供給を行う必要はない。これについては、ろうで包囲されたインサート４に対して追加的に行うことができる。ろうで包囲されたインサート４と溶融可能なろうは、同時に継ぎ目全体に沿って存在するので、熱作用は、同時に比較的大きな継ぎ目区分または継ぎ目全体に沿って得られ、その結果ろう接は、公知のように、継ぎ目に沿って漸次進行して行われるのではなく、比較的長い継ぎ目区分または継ぎ目全体に沿って同時に行われる。

図３には、別の実施例を示しており、ここでもまた同じ構成部材には同じ符号を用いた。この場合被接合部分１は、接合領域で折り曲げられたフランジを有していない真っ直ぐに延びる構成部分である。インサート４は、ここでも型インサートである。

図４には、選択的な実施例を示しており、ここではろう接の代わりに溶接が行われる。ここでも２つの被接合部分１，２が示されており、これらの間で継ぎ目３が形成される。継ぎ目３には、インサート４が挿入されており、インサート４は、横断面で丸い線状のインサートであってよく、また型インサート４であってよい。図示の実施例では、型インサートが用いられる。型インサートは、被接合部分１，２と同等の溶接特性を有する金属材料から成っているので、溶接熱源によって、被接合部分１，２とインサート４との溶接を行うことができる。図示の実施例では、２つの溶接ビームＡ，Ｂは矢印で示しており、溶接ビームＡ，Ｂは、溶接法に適した公知の形式で、溶融領域１０，１２を形成し、溶接ビームによって、被接合部分１，２，４の溶接が得られる。溶接ビームＡ，Ｂは、たとえばビーム分配器によってレーザビーム源から導出されるレーザビームであってよい。溶接ビームは、適当に継ぎ目に対して相対的に移動され、それも定置の被接合部分１，２ならびにインサート４に沿ってレーザビーム出射開口が移動することによって、または搬送装置によって定置のレーザビーム出射位置に対して被接合部分１，２およびインサート４が移動することによって、移動される。このようなことは一般的に公知であり、ここでは詳しい説明はしない。

図５には、適当な型インサート４を横断面で示しており、この場合インサート４はたとえば鋼線材から成っている。型インサートは、溶接にも、また外部でろうの供給されるろう接にも適している。図６には、先ず円形横断面（図面で左側）を有する型インサート４を示しており、この型インサート４は、矢印Ｃで示唆した、成形ローラの加工プロセスによって型インサート（図面で右側）に成形することができる。両方の型インサートで示したように、型インサートは、ろう接で溶融しない金属製の心材１４から成っていて、かつろうから成る被覆体５を有している。被覆体５は、図示したように完全に心材１４を包囲して配置するか、または部分的に心材１４を覆うようにすることができる。被覆体５は、成形ステップＣの前後で形成することができる。被覆体５は、心材１４が液状のろうを有する浴を通って一回または複数回案内されることによって得られるか、または線状心材１４の周りに押出成形して配置することによって得られる。

被接合部分の配置構成については図示していないが、結合しようとする縁領域が折り曲げられた縁部領域を有しておらず、互いに垂直に当接する、つまりＴ字形継手が提供される。本発明によれば、線状型は、１凹部（または両方の凹部）に挿入して、被接合部分と溶接またはろう接することができる。これによって本発明による、表面品質に関する利点が得られ、その上拡大された結合面によって結合部の耐性が高められる。

本発明によるろう接結合部の１実施例を示す図である。 ろう接結合部の別の１実施例を示す図である。 ろう接結合部のさらに別の１実施例を示す図である。 本発明による溶接結合部の１実施例を示す図である。 型インサートを示す図である。 ろう被覆体を有するインサートもしくは型インサートを示す図である。

Claims (13)

1. ろう接または溶接によって金属製の被接合部分（１，２）を結合する方法において、
   複数の被接合部分を、互いに位置決めして、実質的に凹状の継ぎ目（３）を形成し、該継ぎ目を少なくとも部分的に充填する線状のインサート（４）を、継ぎ目において、ろう接または溶接によって、両方の被接合部分と結合することを特徴とする、ろう接または溶接によって金属製の被接合部分を結合する方法。
2. インサートが、丸い横断面を有している、請求項１記載の方法。
3. インサートが、型インサートとして形成されていて、かつ非円形の横断面を有している、請求項１記載の方法。
4. 型インサートが、継ぎ目の形状に適合する横断面を有していて、特に三角形に類似した横断面を有している、請求項３記載の方法。
5. ろう接に際して、部分的または完全に、ろうから成る被覆体（５）を備えたインサートを用いる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 被覆体が単個のろう供給源を形成するようにするか、またはろう接に際して追加的にろうを供給する、請求項５記載の方法。
7. 溶接に際して、被接合部分とインサートとの両方のコンタクト領域で個別的に作用する２つのビーム（Ａ，Ｂ）で加工を行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
8. 折り曲げられたフランジ（７，８）を備えた両方の被接合部分（１，２）を、互いに位置決めして、継ぎ目を形成する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 折り曲げられたフランジ（８）を備えた１被接合部分（２）を、フラットなまたは丸い１被接合部分（１）に対して位置決めして、継ぎ目を形成する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
10. 熱源として、レーザ、特にツインビーム技術、および／またはプラズマ源、および／またはインサートと被接合部分とを誘導過熱する熱源、および／または炎熱源を用いる、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 特に車体のルーフ部分とサイド部分とを結合するために、自動車の車体組立において用いることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法の使用法。
12. ろう接に際して、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施するためのインサートにおいて、
    線状のインサートが、金属製の心材（１４）と、該心材を部分的または完全に包囲する、硬ろう、特にＣｕＳｉ−ろうまたはＣｕＺｎ−ろうから成る被覆体（５）とを備えていることを特徴とする、インサート。
13. 当該インサートが、非円形の横断面を有する型インサート（４）である、請求項１２記載のインサート。

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