DE102016105679A1

DE102016105679A1 - Schweißverfahren

Info

Publication number: DE102016105679A1
Application number: DE102016105679.0A
Authority: DE
Inventors: Kohei Hisada; Toru HIOKI; Shuichi Matsumoto; Kazuyuki OGUSU
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2016-10-06
Also published as: JP6149887B2; JP2016196017A; US20160288261A1; CN106041306A; CN106041306B; US9962789B2

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einem Schweißverfahren, bei dem ein zu schweißendes Objekt, das eine Vielzahl von Metallplatten umfasst, die aufeinander gestapelt sind, mit einem Strahl hoher Energie bestrahlt und ein Schweißen durchgeführt wird. Das Schweißverfahren umfasst: Ausbilden einer Vielzahl von Heftschweißlinsen (41a) entlang einer gedachten geschlossenen Kurve auf einem zu schweißenden Teil (41) des zu schweißenden Objekts; und Ausbilden einer Vielzahl von Hauptschweißlinsen (41b) so, dass die Hauptschweißlinsen (41b) die Vielzahl jeweiliger Heftschweißlinsen (41a) überlappen.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißverfahren und genauer auf ein Schweißverfahren, das einen Strahl hoher Energie, etwa einen Laserstrahl, einen Elektronenstrahl oder einen Ionenstrahl, nutzt.
2. Stand der Technik
Ein weiteverbreitetes Schweißverfahren, um eine Vielzahl von Metallplatten, die aufeinander gestapelt sind, miteinander zu verbinden, ist ein Schweißverfahren durch Laserschweißen, weil es insofern Vorteile bietet, als dass es wenig Bearbeitungsverzug gibt, ein Schweißen mit hoher Geschwindigkeit möglich ist und weniger Abschnitte durch Restwärme beeinträchtigt werden.
Die JP 2001-062575 A offenbart ein Verfahren zum Laserschweißen zweier Metallplatten, die aufeinander gestapelt sind, bei dem eine Vielzahl von Schweißlinsen so entlang einer geschlossenen Kurve ausgebildet wird, dass die Bedingung Schweißlinsendurchmesser/Abstand ≥ 0,5 erfüllt ist.
In der JP 2001-062575 A gibt es das Problem, dass während eines Schweißvorgangs aufgrund eines Wärmeverzugs oder einer Restspannung eine Verformung des zu schweißenden Objekts auftritt. Um der Verformung des zu schweißenden Objekts während des Schweißvorgangs zu begegnen, ist es bekannt, ein Heftschweißen durchzuführen, bevor an dem heftgeschweißten Teil oder einer Umgebung davon ein Hauptschweißen durchgeführt wird.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Erfinder sind auf die folgenden Probleme gestoßen. Wenn ein Hauptschweißen so durchgeführt wird, dass der hauptgeschweißte Teil den heftgeschweißten Teil überlappt, geht während des Hauptschweißvorgangs die Wirkung verloren, die Verformung des zu schweißenden Objekts durch den heftgeschweißten Teil zu unterdrücken, was mit einer Verformung des zu schweißenden Objekts endet. Wenn andererseits die Umgebung des heftgeschweißten Teils hauptgeschweißt wird und der heftgeschweißte Teil auch nach Abschluss des Hauptschweißens zurückbleibt, platzt der heftgeschweißte Teil, der eine geringe Festigkeit hat, nach Abschluss des Hauptschweißens ab. Obwohl kein Problem besteht, wenn der heftgeschweißte Teil abplatzt, tritt beim Abplatzen des heftgeschweißten Teils ein anormales Geräusch auf.
Die Erfindung ist angesichts dessen erfolgt und zielt darauf ab, eine Verformung eines zu verschweißenden Objekts, nachdem ein Hauptschweißen erfolgt ist, und ein Abplatzen eines heftgeschweißten Teils, nachdem das Hauptschweißen erfolgt ist, zu unterdrücken.
Ein erfindungsgemäßes Schweißverfahren ist ein Schweißverfahren, in dem ein zu schweißendes Objekt, das eine Vielzahl von Metallplatten umfasst, die aufeinander gestapelt sind, mit einem Strahl hoher Energie bestrahlt und ein Schweißen durchgeführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Vorgänge umfasst: Ausbilden einer Vielzahl von Heftschweißlinsen entlang einer gedachten geschlossenen Kurve auf einem zu schweißenden Teil des zu schweißenden Objekts; und Ausbilden einer Vielzahl von Hauptschweißlinsen so, dass die Hauptschweißlinsen die Vielzahl jeweiliger Heftschweißlinsen überlappen.
In dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren wird auf dem zu schweißenden Teil entlang der gedachten geschlossenen Kurve eine Vielzahl von Heftschweißlinsen vorgesehen. Daher kann die Verformung des zu verschweißenden Objekts auch dann, wenn die Hauptschweißlinsen so ausgebildet werden, dass die Hauptschweißlinsen die Heftschweißlinsen überlappen, aufgrund des Vorhandenseins von anderen Heftschweißlinsen und den Hauptschweißlinsen, die bereits ausgebildet worden sind, unterdrückt werden. Außerdem wird die Vielzahl von Hauptschweißlinsen so ausgebildet, dass die Vielzahl von Hauptschweißlinsen die Vielzahl jeweiliger Heftschweißlinsen überlappt. Daher bleibt keine Heftschweißlinse zurück, nachdem das Hauptschweißen erfolgt ist. Selbst wenn eine Heftschweißlinse zurückbleibt, verhindert die Hauptschweißlinse, die so ausgebildet wird, dass sie die Heftschweißlinse überlappt, dass die zurückbleibende Heftschweißlinse abplatzt. Es ist daher möglich, eine Verformung des zu schweißenden Objekts, wenn das Hauptschweißen erfolgt, und ein Abplatzen des heftgeschweißten Teils, nachdem das Hauptschweißen erfolgt ist, zu unterdrücken.
Außerdem ist es in dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren vorzuziehen, dass die Vielzahl von Hauptschweißlinsen so ausgebildet wird, dass die Vielzahl von Hauptschweißlinsen die Vielzahl jeweiliger Heftschweißlinsen umschließt. Da kein heftgeschweißter Teil zurückbleibt, nachdem das Hauptschweißen abgeschlossen ist, ist es möglich, im Wesentlichen zu verhindern, dass der heftgeschweißte Teil abplatzt, nachdem das Hauptschweißen erfolgt ist.
Außerdem wird in dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren als der Strahl hoher Energie vorzugsweise ein Laserstrahl verwendet.
Erfindungsgemäß ist es möglich, eine Verformung eines zu schweißenden Objekts, nachdem ein Hauptschweißen erfolgt ist, und ein Abplatzen eines heftgeschweißten Teils, nachdem das Hauptschweißen erfolgt ist, zu unterdrücken.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich vollständiger aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die lediglich zu Darstellungszwecken angegeben werden und die Erfindung somit nicht beschränken sollen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel einer Laserschweißvorrichtung zeigt, um ein Schweißverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen;
2 ist eine Draufsicht, um einen Grundarbeitsvorgang der Laserschweißvorrichtung zu beschreiben;
die 3A bis 3D sind Schnittansichten, um den Grundarbeitsvorgang der Laserschweißvorrichtung zu beschreiben;
die 4A bis 4D sind Schaubilder, um das Schweißverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu beschreiben;
die 5A bis 5C sind Schaubilder, um das Schweißverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu beschreiben;
6 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen zu schweißenden Teil 41;
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII von 6;
die 8A bis 8D sind Schaubilder, um ein Schweißverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zu beschreiben; und
9 ist eine Draufsicht auf ein zu schweißendes Objekt 100 gemäß einem Beispiel.
Beschreibung der exemplarischen Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Allerdings ist die Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die folgende Beschreibung und Zeichnungen bei Bedarf vereinfacht.
– Erstes Ausführungsbeispiel –
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 bis 3D eine Laserschweißvorrichtung beschrieben, um ein Schweißverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen. 1 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel der Laserschweißvorrichtung zeigt, um das Schweißverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen. 2 ist eine Draufsicht, um einen Grundarbeitsvorgang der Laserschweißvorrichtung zu beschreiben. Die 3A bis 3D sind Schnittansichten, um den Grundarbeitsvorgang der Laserschweißvorrichtung zu beschreiben.
Die in den 1 bis 3D usw. angegebenen rechtshändigen xyz-Koordinaten sind aus Gründen der Bequemlichkeit angegeben, insbesondere um den Lagezusammenhang zwischen Bestandteilen in den Zeichnungen zu erläutern. In den Zeichnungen bildet die xy-Ebene eine horizontale Ebene und die z-Achsenrichtung ist die vertikale Richtung, wobei die positive Richtung auf der z-Achse die vertikal nach oben gehende Richtung ist.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält die Laserschweißvorrichtung 1 einen Laseroszillator 10, eine Scaneinrichtung 11 und eine Antriebsquelle 12.
Der Laseroszillator 10 erzeugt einen Laserstrahl. Der Laserstrahl, der erzeigt wird, wird unter Verwendung eines Glasfaserkabels 13 der Scaneinrichtung 11 zugeleitet. Der Laserstrahl kann zum Beispiel ein Kohlendioxidlaser, ein YAG-Laser oder ein Faserlaser sein.
Die Scaneinrichtung 11 scannt einen Laserstrahl 16, der vom Laseroszillator 10 über das Glasfaserkabel 13 zugeführt wird, in einem Scanbereich 18, der in 2 gezeigt ist, und gibt den Laserstrahl 16 auf eine Metallplatte 31 ab, die ein zu schweißendes Objekt ist. Auf diese Weise wird ein zu schweißender Teil 40 ausgebildet, in dem zwei Metallplatten 31 und 32, die aufeinander gestapelt sind, miteinander verbunden werden.
Die Scaneinrichtung 11 enthält Spiegel 14 und 15, die jeweils um eine Rotationsachse herum drehbar sind. Zum Beispiel scannt der Spiegel 14 den Laserstrahl 16 in der x-Achsenrichtung und der Spiegel 15 scannt den Laserstrahl 16 in der y-Achsenrichtung. Die Spiegel 14 und 15 können zum Beispiel aus Galvanospiegeln ausgebildet sein.
Die Scaneinrichtung 11 kann durch die Antriebsquelle 12, etwa zum Beispiel ein Roboter, in einer gewünschten Richtung (x-Achsenrichtung, y-Achsenrichtung, z-Achsenrichtung) bewegt werden.
Die Scaneinrichtung 11 ist in 1 zwar aus zwei Spiegeln 14 und 15 ausgebildet, doch kann sie aus nur einem Spiegel ausgebildet sein, der in zwei Axialrichtungen drehbar ist.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3A bis 3D wird nun ein Grundarbeitsvorgang der Laserschweißvorrichtung 1 beschrieben. Die 2 und 3A bis 3D veranschaulichen einen Fall, in dem die zwei Metallplatten 31 und 32 als die zu verschweißenden Objekte verschweißt und miteinander verbunden werden. Während die zwei Metallplatten 31 und 32, die die zu verschweißenden Objekte sind, in den 3A bis 3B derart angeordnet sind, dass sie voneinander beabstandet sind, können die zwei Metallplatten 31 und 32 auch derart angeordnet werden, dass sie einander berühren.
Wenn die Metallplatten 31 und 32 miteinander verschweißt werden, wird die Scaneinrichtung 11, wie in der Draufsicht von 2 gezeigt ist, in einer Schweißrichtung bewegt, die durch den Pfeil angegeben ist. Die Schweißrichtung ist eine Richtung, in der die Metallplatten 31 und 32 zusammengeschweißt werden. Mit anderen Worten ist die Schweißrichtung die Richtung, in der zu schweißende Teile 41 und 42, die in den 3A bis 3D gezeigt sind, ausgebildet werden. Dabei bewegt sich der Scanbereich 18 des Laserstrahls 16, wenn sich die Scaneinrichtung 11 bewegt. Die Scaneinrichtung 11 kann sich in der Schweißrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit (d. h. kontinuierlich) oder schrittweise (d. h. diskontinuierlich) bewegen.
Wenn die Schweißplatten 31 und 32 zusammengeschweißt werden, bestrahlt die Scaneinrichtung 11 zudem, wie in 3A gezeigt ist, den zu schweißenden Teil 41 mit dem Laserstrahl 16. Die Scaneinrichtung 11 bewegt sich weiter in der Schweißrichtung. Daher scannt die Scaneinrichtung 11, wie in den 3B und 3C gezeigt ist, den Laserstrahl 16 und bewirkt, dass der zu schweißende Teil 41 mit dem Laserstrahl 16 bestrahlt wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Scaneinrichtung 11 wird auf eine solche Geschwindigkeit eingestellt, dass der zu schweißende Teil 41 vom Beginn des Schweißens des zu schweißenden Teils 41 bis zum Ende seines Schweißens im Scanbereich 18 der Scaneinrichtung 11 liegt.
Wie in 3D gezeigt ist, gibt die Scaneinrichtung 11 danach den Laserstrahl 16 auf den nächsten zu schweißenden Teil 42 ab. Auf diese Weise ist die Laserschweißvorrichtung 1 dazu imstande, vorbestimmte Teile der Metallplatten 31 und 32 zu schweißen, indem sie den Laserstrahl 16 durch die Scaneinrichtung 11 scannt, während die Scaneinrichtung 11 durch die Antriebsquelle 12 bewegt wird. Wenn das obige Schweißverfahren verwendet wird, werden die zu schweißenden Teile 41 und 42 (der zu schweißende Teil 40 in 1) diskret. Die Anzahl der Vielzahl von Metallplatten, die die zu schweißenden Objekte sind, kann natürlich drei oder mehr betragen.
Unter Bezugnahme auf die 4A bis 4D und 5A bis 5C wird als Nächstes ein Schweißverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die 4A bis 4D und 5A bis 5C sind Schaubilder, um das Schweißverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu beschreiben. Das Schweißverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann unter Verwendung der oben beschriebenen Laserschweißvorrichtung 1 ausgeführt werden. Die 4A bis 4D zeigen jeweils eine Draufsicht auf die mit dem Laserstrahl 16 bestrahlte Metallplatte 31. Außerdem ist in den 5A bis 5C der in 4B gezeigte Hauptschweißvorgang des zu schweißenden Teils 41 weiter in mehrere Vorgänge unterteilt. In den 4A bis 4D ist nur der Scanbereich 18 der Scaneinrichtung 11 gezeigt und die Scaneinrichtung 11 ist weggelassen. In den 5A bis 5C ist nur der zu schweißende Teil 41 gezeigt.
Das Schweißverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Laserschweißverfahren, bei dem die Vielzahl der Metallplatten 31 und 32 geschweißt wird, indem der von der Scaneinrichtung 11 gescannte Laserstrahl 16 auf die Vielzahl von Metallplatten 31 und 32, die die zu schweißenden Objekte sind, abgegeben wird, während die Scaneinrichtung 11, die den vom Laseroszillator 10 zugeleiteten Laserstrahl 16 scannt, bewegt wird.
Wie in 4A gezeigt ist, wird der zu schweißende Teil 41 zunächst mit dem Laserstrahl 16 bestrahlt, um ein Heftschweißen durchzuführen. Genauer wird in dem zu schweißenden Teil 41 eine Vielzahl von Heftschweißlinsen 41a ausgebildet. In dem in 4A gezeigten Beispiel werden drei Heftschweißlinsen 41a ausgebildet. Die drei Heftschweißlinsen 41a können in einer beliebigen Reihenfolge ausgebildet werden. Das gleiche trifft auf die anderen zu schweißenden Teile zu. Der Ausdruck "Heftschweißen" meint ein vorübergehendes Schweißen, um die Metallplatten 31 und 32 während des Hauptschweißvorgangs daran zu hindern, sich aufgrund eines Wärmeverzugs oder einer Restspannung zu verformen. Die Verbindungsfestigkeit beim Heftschweißen ist geringer als die beim Hauptschweißen.
Als Nächstes wird der zu schweißende Teil 42 mit dem Laserstrahl bestrahlt, um ein Heftschweißen durchzuführen. Das heißt, es werden in dem zu schweißenden Teil 42 drei Heftschweißlinsen 42a ausgebildet.
Wie in 4B gezeigt ist, wird als Nächstes der zu schweißende Teil 41 mit dem Laserstrahl 16 bestrahlt, um ein Hauptschweißen durchzuführen. Genauer wird eine Vielzahl von Hauptschweißlinsen 41b so ausgebildet, dass die Hauptschweißlinsen 41b die Vielzahl jeweiliger Heftschweißlinsen 41a überlappen. In dem in 4B gezeigtem Beispiel werden drei Hauptschweißlinsen 41b so ausgebildet, dass die Hauptschweißlinsen 41b die drei jeweiligen Heftschweißlinsen 41a überlappen. Der Ausdruck "Hauptschweißen" meint ein Schweißen, um die Metallplatten 31 und 32 sicher miteinander zu verbinden. Zum Beispiel ist die Zeit, während der der Laserstrahl 16 beim Hauptschweißvorgang abgegeben wird, länger als die Zeit, während der der Laserstrahl 16 beim Heftschweißvorgang abgegeben wird.
Es wird nun unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C der in 4B gezeigte Hauptschweißvorgang des zu schweißenden Teils 41 genauer beschrieben.
Wie in 5A gezeigt ist, wird, wenn der zu schweißende Teil 41 hauptgeschweißt wird, die erste Hauptschweißlinse 41b so ausgebildet, dass die erste Hauptschweißlinse 41b die erste Heftschweißlinse 41a überlappt. In dem in 5A gezeigten Beispiel wird die erste Hauptschweißlinse 41b so ausgebildet, dass die erste Hauptschweißlinse 41b die Heftschweißlinse 41a überlappt, die in dem in 5A gezeigten zu schweißenden Teil 41 auf der linken unteren Seite positioniert ist. Wenn beim Hauptschweißvorgang die erste Hauptschweißlinse 41b ausgebildet wird, geht die Wirkung verloren, die Verformung des zu schweißenden Objekts durch die erste Heftschweißlinse 41a, die durch die Strichellinie angegeben ist, zu unterdrücken. Allerdings ist es aufgrund des Vorhandenseins der zwei verbleibenden Heftschweißlinsen 41a möglich, die Verformung des zu schweißenden Objekts zu unterdrücken, wenn die Hauptschweißlinse 41b ausgebildet wird.
Wie in 5B gezeigt ist, wird als Nächstes die zweite Hauptschweißlinse 41b so ausgebildet, dass die zweite Hauptschweißlinse 41b die zweite Heftschweißlinse 41a überlappt. In dem in 5B gezeigten Beispiel wird die zweite Hauptschweißlinse 41b so ausgebildet, dass die zweite Hauptschweißlinse 41b die Heftschweißlinse 41a überlappt, die in dem in 5B gezeigten zu schweißenden Teil 41 rechts unten positioniert ist. Wenn beim Hauptschweißvorgang die zweite Hauptschweißlinse 41b ausgebildet wird, geht die Wirkung verloren, die Verformung des zu schweißenden Objekts durch die zweite Heftschweißlinse 41a, die durch die Strichellinie angegeben ist, zu unterdrücken. Allerdings kann aufgrund des Vorhandenseins der einen verbliebenen Heftschweißlinse 41a und der ersten Hauptschweißlinse 41b die Verformung des zu schweißenden Objekts unterdrückt werden, wenn die zweite Hauptschweißlinse 41b ausgebildet wird. Wenn die Wärmeleitfähigkeit der Metallplatten 31 und 32, die die zu schweißenden Objekte sind, so hoch wie die einer Aluminiumlegierungsplatte ist, erstarrt die erste Hauptschweißlinse 41b rasch, wodurch eine gesteigerte Wirkung erzielt werden kann, die Verformung des zu schweißenden Objekts durch die erste Hauptschweißlinse 41b zu unterdrücken.
Wie in 5C gezeigt ist, wird als Nächstes die dritte Hauptschweißlinse 41b so ausgebildet, dass die dritte Hauptschweißlinse 41b die dritte Heftschweißlinse 41a überlappt. In dem in 5C gezeigten Beispiel wird die dritte Hauptschweißlinse 41b so ausgebildet, dass die dritte Hauptschweißlinse 41b die Heftschweißlinse 41a überlappt, die in dem in 5C gezeigten zu schweißenden Teil 41 oben positioniert ist. Wenn beim Hauptschweißvorgang die dritte Hauptschweißlinse 41b ausgebildet wird, geht die Wirkung verloren, die Verformung des zu schweißenden Objekts durch die dritte Heftschweißlinse 41a, die durch die Strichellinie angegeben ist, zu unterdrücken. Allerdings kann aufgrund des Vorhandenseins der ersten und zweiten Hauptschweißlinsen 41b die Verformung des zu schweißenden Objekts unterdrückt werden, wenn die dritte Hauptschweißlinse 41b ausgebildet wird.
Die drei Hauptschweißlinsen 41b können in beliebiger Reihenfolge ausgebildet werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird die Vielzahl von Heftschweißlinsen 41a in dem zu schweißenden Teil 41 entlang der gedachten geschlossenen Kurve vorgesehen. Daher ist es auch dann, wenn die Hauptschweißlinse 41b so ausgebildet wird, dass die Hauptschweißlinse 41b die eine Schweißlinse 41a überlappt, aufgrund des Vorhandenseins der anderen Heftschweißlinse 41a und der Hauptschweißlinse 41b, die bereits ausgebildet worden ist, möglich, die Verformung des zu schweißenden Objekts zu unterdrücken.
Außerdem wird die Vielzahl von Hauptschweißlinsen 41b so ausgebildet, dass die jeweiligen Hauptschweißlinsen 41b die jeweiligen Heftschweißlinsen 41a überlappen. Wie in den 5A bis 5C gezeigt ist, bleiben die Heftschweißlinsen 41a nach Abschluss des Hauptschweißens nicht zurück, wenn die jeweiligen Hauptschweißlinsen 41b die jeweiligen Heftschweißlinsen 41a umschließen. Daher tritt kein Abplatzen des heftgeschweißten Teils auf, nachdem das Hauptschweißen abgeschlossen ist.
Andererseits wird das Abplatzen der verbleibenden Heftschweißlinse durch die Hauptschweißlinse 41b, die so ausgebildet wird, dass sie die Heftschweißlinse 41a überlappt, auch dann unterdrückt, wenn ein Teil der Heftschweißlinse 41a über die Hauptschweißlinse 41b, die so ausgebildet wird, dass sie die Heftschweißlinse 41a überlappt, hinausragt und nach dem Hauptschweißen zurückbleibt. Indem dafür gesorgt wird, dass die geschlossene Kurve, die durch die Mitte der Heftschweißlinsen 41a geht, innerhalb der geschlossenen Kurve bleibt, die durch die Mitte der Hauptschweißlinsen 41b geht, kann das Abplatzen des heftgeschweißten Teils nach dem Hauptschweißvorgang weiter unterdrückt werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist es bei dem Schweißverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, eine Verformung des zu verschweißenden Objekts, wenn das Hauptschweißen erfolgt, und das Abplatzen des heftgeschweißten Teils, nachdem das Hauptschweißen erfolgt ist, zu unterdrücken.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf die 4A bis 4C wird die Beschreibung des Schweißverfahrens gemäß diesem Ausführungsbeispiel fortgesetzt.
Wie in 4C gezeigt ist, wird als Nächstes ein zu schweißender Teil 43 mit dem Laserstrahl 16 bestrahlt, um ein Heftschweißen durchzuführen. Das heißt, es werden in dem zu schweißenden Teil 43 drei Heftschweißlinsen 43a ausgebildet.
Wie in 4D gezeigt ist, bewirkt die Scaneinrichtung 11 danach, dass der zu schweißende Teil 42 mit dem Laserstrahl 16 bestrahlt wird, um ein Hauptschweißen durchzuführen. Das heißt, drei Hauptschweißlinsen 42b werden so ausgebildet, dass die drei Hauptschweißlinsen 42b die drei jeweiligen Heftschweißlinsen 42a überlappen.
Indem ein ähnlicher Arbeitsvorgang wiederholt wird, können die Metallplatten 31 und 32 verschweißt werden.
Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 wird der ausführliche Aufbau des zu schweißenden Teils 41 einschließlich der Vielzahl von Hauptschweißlinsen 41b beschrieben, die so ausgebildet werden, dass sie die Vielzahl jeweiliger Heftschweißlinsen 41a überlappen. 6 ist eine vergrößerte Draufsicht auf den zu schweißenden Teil 41. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII von 6.
Wie in 6 gezeigt ist, wird in dem Schweißverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Vielzahl von Heftschweißlinsen 41a entlang der gedachten geschlossenen Kurve ausgebildet, die durch eine Linie aus einem sich mit zwei kurzen Strichen abwechselnden langen Strich angegeben ist und den zu schweißenden Teil 41 zeigt. Danach wird die Vielzahl von Hauptschweißlinsen 41b so ausgebildet, dass die Hauptschweißlinsen 41b die jeweiligen Heftschweißlinsen 41a überlappen.
In dem in 6 gezeigten Beispiel werden entlang der gedachten Kurve, die eine Kreisform mit einem Durchmesser D hat, (d. h. dem zu schweißenden Teil 41) in gleichen Abständen drei Heftschweißlinsen 41a ausgebildet, die eine Kreisform mit einem Durchmesser Da haben, und dann werden drei Hauptschweißlinsen 41b, die eine Kreisform mit einem Durchmesser Db haben, so ausgebildet, dass die Hauptschweißlinsen 41b die jeweiligen Heftschweißlinsen 41a überlappen. Nachdem die Hauptschweißlinsen 41b ausgebildet sind, bleibt keine Heftschweißlinse 41a zurück. Daher sind die Heftschweißlinsen 41a durch die Strichellinien angegeben.
Die Anzahl an Heftschweißlinsen 41a und die Anzahl an Hauptschweißlinsen 41b sind nicht besonders beschränkt. Außerdem muss die Anzahl an Hauptschweißlinsen 41b und die Anzahl an Heftschweißlinsen 41a nicht die gleiche sein, und die Anzahl an Hauptschweißlinsen 41b kann größer als die Anzahl an Heftschweißlinsen 41a sein. Das heißt, die Heftschweißlinsen 41a werden nicht unbedingt an allen Positionen ausgebildet, an denen die Hauptschweißlinsen 41b ausgebildet werden.
Außerdem ist die Form der Heftschweißlinsen 41a und der Hauptschweißlinsen 41b nicht auf die Kreisform beschränkt, und sie kann zum Beispiel länglich oder polygonal geformt sein.
Außerdem ist die Form der gedachten geschlossenen Linie, auf der die Heftschweißlinsen 41a und die Hauptschweißlinsen 41b angeordnet sind, (gedachte geschlossene Kurve, die in 6 durch den sich mit zwei kurzen Strichen abwechselnden langen Strich angegeben ist und den zu schweißenden Teil 41 zeigt) nicht auf die Kreisform beschränkt, sondern kann zum Beispiel auch länglich, eine Kurve mit einer gewünschten Form oder polygonförmig sein.
Außerdem ist der Durchmesser Da der Heftschweißlinse 41a zwar im Allgemeinen, wie in 6 gezeigt ist, kleiner als der der Hauptschweißlinse 41b, doch kann der Durchmesser Da der Heftschweißlinse 41a größer als der der Hauptschweißlinse 41b sein. Wenn der Durchmesser Da der Heftschweißlinse 41a kleiner wird, kann der Wärmeverzug verringert werden, wenn die Heftschweißlinse 41a ausgebildet wird. Außerdem kann die Heftschweißzeit verringert werden, was die Produktionseffizienz und die Energieeffizienz verbessert. Andererseits verschlechtert sich die Wirkung, beim Hauptschweißvorgang die Verformung des zu schweißenden Objekts zu unterdrücken.
Wenn der Durchmesser Da der Heftschweißlinse 41a größer als der Durchmesser Db der Hauptschweißlinse 41b ist, geht ein Teil der Heftschweißlinse 41a über die Hauptschweißlinse 41b, die so ausgebildet wird, dass sie die Heftschweißlinse 41a überlappt, hinaus und bleibt nach dem Hauptschweißen zurück. Auch in einem solchen Fall wird das Abplatzen der verbliebenen Heftschweißlinse durch die Hauptschweißlinse 41b, die so ausgebildet wird, dass sie die Heftschweißlinse 41a überlappt, unterdrückt.
Hinsichtlich der Festigkeitseigenschaft wie der Abplatzfestigkeit erfüllt der Durchmesser Db der Hauptschweißlinse 41b bezogen auf einen Abstand p, der die Entfernung zwischen den nebeneinander liegenden Hauptschweißlinsen 41b ist, vorzugsweise die Bedingung 1/2 < Db/p ≤ 1. Wenn die Hauptschweißlinse 41b eine Kreisform hat, ist der Durchmesser Db der Hauptschweißlinse 41b der Kreisdurchmesser. Wenn die Hauptschweißlinse 41b andererseits eine Ellipsenform hat, kann der Durchmesser Db zum Beispiel die Länge der langen Achse sein oder er kann ein Mittelwert der Länge der langen Achse und der Länge der kurzen Achse sein.
Wenn Db/p ≤ 1/2 ist, ist der Durchmesser Db der Hauptschweißlinse 41b bezogen auf den Abstand p klein, sodass die Hauptschweißlinsen 41b voneinander getrennt sind. Im Hinblick auf der Festigkeitseigenschaft brechen die Hauptschweißlinsen 41b daher, wenn eine Last aufgebracht wird, die die Festigkeit jeder einzelnen Hauptschweißlinse 41b überschreitet, jeweils getrennt, ohne dass die Vielzahl von Hauptschweißlinsen 41b einander beeinflusst. Daher wird die Festigkeit geringer als die einer Linse, die von einem Kreis 41c umgeben ist, der den Durchmesser (D + Db) hat.
Wenn 1 < Db/p ist, ist zudem der Durchmesser Db der Hauptschweißlinse 41b für den Abstand p zu groß, sodass sich die Durchmesser Db der nebeneinander liegenden Hauptschweißlinsen 41b schließlich miteinander überlappen. Somit wird die Vielzahl von Hauptschweißlinsen 41b vereint und es findet entlang einer Grenze zwischen der Schweißverbindung (der Vielzahl von Hauptschweißlinsen 41b) und dem Grundmaterial (den Metallplatten 31 und 32) auf einmal ein Bruch statt. Das heißt, die Festigkeit wird gleich der einer Schweißlinse, die von dem Kreis 41c umgeben ist, der den Durchmesser (D + Db) hat.
Wenn 1/2 < Db/p ≤ 1 ist, sind die nebeneinander liegenden Schweißlinsen 41b dagegen angemessen voneinander beabstandet. Das heißt, zwischen den nebeneinander liegenden Hauptschweißlinsen 41b befindet sich das Grundmaterial (die Metallplatten 31 und 32), wodurch die Hauptschweißlinsen 41b daran gehindert werden, sich zu vereinen und auf einmal zu brechen. Darüber hinaus werden die Hauptschweißlinsen 41b auch daran gehindert, getrennt zu brechen. Daher kann eine höhere Festigkeit als die einer Linse erzielt werden, die von dem Kreis 41c umgeben ist, der den Durchmesser (D + Db) hat.
Wie in den 4A bis 4D gezeigt ist, ist es außerdem vorzuziehen, dass der zu schweißende Teil hauptgeschweißt wird, während die zu schweißenden Teile auf beiden Seiten davon fixiert gehalten werden. Und zwar wird zum Beispiel, wie in 4C gezeigt ist, wenn der zu schweißende Teil 42 hauptgeschweißt wird, vorzugsweise zuerst der zu schweißende Teil 43 heftgeschweißt, der im Scanbereich 18 auf der stromabwärtigen Seite der Schweißrichtung positioniert ist. Indem der zu schweißende Teil geschweißt wird, während die zu schweißenden Teile, die auf beiden Seiten von ihm positioniert sind, fixiert bleiben, ist es möglich, wirksam zu unterdrücken, dass die Metallplatten 31 und 32 verformt oder verschoben werden, wenn das Hauptschweißen erfolgt.
Wie in den 4A bis 4D gezeigt ist, ist es außerdem vorzuziehen, dass das Heftschweißen und das Hauptschweißen in dem Scanbereich 18 erfolgen, während die Scaneinrichtung 11 bewegt wird. Die Anzahl an Malen, an denen die Scaneinrichtung 11 den Schweißweg passiert, wenn die Metallplatten 31 und 32 geschweißt werden, wird eins, wodurch die Produktivität verbessert wird.
Alternativ können die Hauptschweißlinsen (Hauptschweißlinsen 41b, 42b usw.) nacheinander ausgebildet werden, nachdem die Heftschweißlinsen (Heftschweißlinsen 41a, 42a usw.) in allen zu schweißenden Teilen (zu schweißende Teile 41, 42 usw.) ausgebildet wurden. In diesem Fall wird jedoch die Anzahl an Malen, an denen die Scaneinrichtung 11 den Schweißweg passiert, zwei, wodurch die Produktivität geringer wird.
Wie oben beschrieben wurde, wird in dem Schweißverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Vielzahl von Heftschweißlinsen in dem zu schweißenden Teil entlang der gedachten geschlossenen Kurve vorgesehen. Daher ist es auch dann, wenn die Hauptschweißlinsen so ausgebildet werden, dass die Hauptschweißlinsen die Heftschweißlinsen überlappen, möglich, die Verformung des zu schweißenden Objekts durch das Vorhandensein anderer Heftschweißlinsen und der Hauptschweißlinse, die bereits ausgebildet worden ist, zu unterdrücken.
Außerdem wird die Vielzahl von Hauptschweißlinsen so ausgebildet, dass die Hauptschweißlinsen die Vielzahl jeweiliger Heftschweißlinsen überlappen. Daher bleibt keine Heftschweißlinse zurück, nachdem das Hauptschweißen abgeschlossen ist. Auch wenn eine Heftschweißlinse zurückbleibt, verhindert die Hauptschweißlinse, die so ausgebildet wird, dass sie die Heftschweißlinse überlappt, dass die zurückbleibende Heftschweißlinse abplatzt.
Es ist daher möglich, eine Verformung des zu schweißenden Objekts, wenn das Hauptschweißen erfolgt, und ein Abplatzen des Heftschweißteils, nachdem das Hauptschweißen erfolgt ist, zu unterdrücken.
– Zweites Ausführungsbeispiel –
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 8A bis 8D ein Schweißverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in den 4A bis 4D gezeigt ist, wird das zu schweißende Objekt im ersten Ausführungsbeispiel geschweißt, während bezogen auf den hauptzuschweißenden Teil ein Teil stromabwärts der Schweißrichtung heftgeschweißt ist. Andererseits wird beim zweiten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 8A bis 8D ein Fall beschrieben, in dem das zu schweißende Objekt geschweißt wird, während bezogen auf den hauptzuschweißenden Teil zwei Teile stromabwärts der Schweißrichtung heftgeschweißt sind.
Wie in 8A gezeigt ist, wird jeder der zu schweißenden Teile 41, 42 und 43 mit dem Laserstrahl 16 bestrahlt, um ein Heftschweißen durchzuführen. Das heißt, es werden in dem zu schweißenden Teil 41 drei Heftschweißlinsen 41a ausgebildet, in dem zu schweißenden Teil 42 werden drei Heftschweißlinsen 42a ausgebildet, und in dem zu schweißenden Teil 43 werden drei Heftschweißlinsen 43a ausgebildet. Die Reihenfolge des Heftschweißens der zu schweißenden Teile 41, 42 und 43 ist nicht besonders beschränkt.
Wie in 8B gezeigt ist, wird als Nächstes der zu schweißende Teil 41 mit dem Laserstrahl 16 bestrahlt, um ein Hauptschweißen durchzuführen. Das heißt, es werden drei Hauptschweißlinsen 41b so ausgebildet, dass die drei Hauptschweißlinsen 41b die drei jeweiligen Heftschweißlinsen 41a überlappen.
Wie in 8C gezeigt ist, wird als Nächstes ein zu schweißender Teil 44 mit dem Laserstrahl 16 bestahlt, um ein Heftschweißen durchzuführen. Das heißt, in dem zu schweißenden Teil 44 werden drei Heftschweißlinsen 44a ausgebildet.
Wie in 8D gezeigt ist, wird danach der zu schweißende Teil 42 mit dem Laserstrahl 16 bestrahlt, um ein Hauptschweißen durchzuführen. Das heißt, es werden drei Hauptschweißlinsen 42b so ausgebildet, dass die Hauptschweißlinsen 42b die drei jeweiligen Heftschweißlinsen 42a überlappen.
Indem ähnliche Arbeitsvorgänge wiederholt werden, können die Metallplatten 31 und 32 verschweißt werden.
In dem in den 8A bis 8D gezeigten Schweißverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden bezogen auf den hauptzuschweißenden Teil zwei Teile stromabwärts der Schweißrichtung heftgeschweißt. Daher ist es in diesem Schweißverfahren verglichen mit dem in den 4A bis 4D gezeigten Schweißverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel möglich, die Verformung oder die Verschiebung der Metallplatten 31 und 32 noch wirksamer zu unterdrücken.
In dem Schweißverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden zwar bezogen auf den hauptzuschweißenden Teil zwei Teile stromabwärts der Schweißrichtung heftgeschweißt, doch kann die Anzahl an heftzuschweißenden Teilen auch drei oder mehr betragen.
– Beispiel –
Unter Bezugnahme auf 9 wird als Nächstes ein Beispiel der Erfindung beschrieben. 9 ist eine Draufsicht auf ein zu schweißendes Objekt 100 gemäß diesem Beispiel.
Das zu schweißende Objekt 100 wurde unter Verwendung des Schweißverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel geschweißt. In diesem Beispiel wurden als das zu schweißende Objekt 100 zwei rahmenförmige Aluminiumlegierungsplatten der 6000er Reihe, die aufeinander gestapelt waren, verwendet. Die Dicken der jeweiligen Aluminiumlegierungsplatten betrugen 1,2 mm und 0,9 mm. Als Laseroszillator 10 der Laserschweißvorrichtung 1 wurde ein Faserlaser verwendet.
Wie in 9 gezeigt ist, betrug die Anzahl an zu schweißenden Teilen 100 in dem zu schweißenden Objekt 100 20. Wie unter Bezugnahme auf die 4A bis 4D beschrieben wurde, wurden das Heftschweißen und das Hauptschweißen des zu schweißenden Objekts 100 dabei in dem Scanbereich 18 ausgeführt, während die Scaneinrichtung 11 bewegt wurde. Das heißt, die Anzahl an Malen, an denen die Scaneinrichtung 11 den durch den Pfeil in 9 angegebenen Schweißweg passierte, als das zu schweißende Objekt 100 geschweißt wurde, betrug in diesem Beispiel eins.
Wie in der vergrößerten Ansicht in 6 gezeigt ist, wurden in jedem der zu schweißenden Teile 101 drei Heftschweißlinsen, die eine Kreisform hatten, und drei Hauptschweißlinsen, die eine Kreisform hatten, ausgebildet. Außerdem betrug der Durchmesser Db der Hauptschweißlinse etwa 5 mm.
Wie in den 5A bis 5C gezeigt ist, wurden in diesem Beispiel nacheinander in jedem der zu schweißenden Teile 101 drei Hauptschweißlinsen so ausgebildet, dass die drei Hauptschweißlinsen die drei Heftschweißlinsen überlappten und umschlossen. Daher blieb keine Heftschweißlinse zurück, nachdem das Hauptschweißen abgeschlossen war, was bedeutet, dass in dem heftgeschweißten Teil kein Abplatzen auftrat, nachdem das Hauptschweißen erfolgt war.
Da in jedem der zu schweißenden Teile 101 die drei Heftschweißlinsen vorgesehen wurden, war es, wie unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C beschrieben wurde, zudem möglich, eine Verformung des zu schweißenden Objekts aufgrund des Vorhandenseins anderer Heftschweißlinsen und der Hauptschweißlinse, die bereits ausgebildet worden war, zu unterdrücken, als die Hauptschweißlinse ausgebildet wurde.
Zusammenfassend war es in diesem Beispiel möglich, eine Verformung des zu schweißenden Objekts, als das Hauptschweißen erfolgte, und ein Abplatzen des heftgeschweißten Teils, nachdem das Hauptschweißen erfolgt war, zu unterdrücken.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt und kann bei Bedarf geändert werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel können die Schweißlinsen der zu schweißenden Teile eine gewünschte Form haben. Die Schweißlinsen können zum Beispiel C-förmig, O-förmig oder linear geformt sein.
Außerdem kann das Schweißverfahren gemäß der Erfindung auf breiter Basis zum Schweißen unter Verwendung eines Strahls hoher Energie, etwa eines Laserstrahls, eines Elektronenstahls und eines Ionenstrahls (z. B. Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen, Elektronenstrahlschweißen), eingesetzt werden.
Außerdem können das Heftschweißen und das Hauptschweißen unter Verwendung einer Vielzahl von Scaneinrichtungen erfolgen. Da in diesem Fall eine Vielzahl von Laserstrahlen verwendet wird, kann die Schweißgeschwindigkeit erhöht werden.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Schweißverfahren zwar besonders für eine Aluminiumlegierungsplatte geeignet, die dazu tendiert, leicht verformt zu werden, wenn ein Schweißen erfolgt, doch kann es auch bei einer Stahlplatte oder einer anderen Metallplatte eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001-062575 A [0003, 0004]

Claims

Schweißverfahren, bei dem ein zu schweißendes Objekt, das eine Vielzahl von Metallplatten (31, 32) umfasst, die aufeinander gestapelt sind, mit einem Strahl hoher Energie bestrahlt und ein Schweißen durchgeführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Vorgänge umfasst: Ausbilden einer Vielzahl von Heftschweißlinsen (41a) entlang einer gedachten geschlossenen Kurve auf einem zu schweißenden Teil (41) des zu schweißenden Objekts; und Ausbilden einer Vielzahl von Hauptschweißlinsen (41b) so, dass die Hauptschweißlinsen (41b) die Vielzahl jeweiliger Heftschweißlinsen (41a) überlappen.
Schweißverfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Hauptschweißlinsen (41b) so ausgebildet wird, dass die Vielzahl von Hauptschweißlinsen (41b) die Vielzahl jeweiliger Heftschweißlinsen (41a) umschließt.
Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als der Strahl hoher Energie ein Laserstrahl (16) verwendet wird.