专利名称：焊接整形设备及使用该设备的焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接整形设备和使用该设备的焊接方法。
背景技术：
在下文中，作为本发明的相关技术的例子，将描述利用例如激光束的高能量密度光束制造焊接产品的焊接技术。高能量密度光束每单位光束面积具有高能量输入，因此有效地增加焊接产品中的焊接金属区的焊接强度。近年，如图16和图17中所示，优选地，激光束用于将多个板材件1X和2X焊接到一起来制造焊接产品。
公开号为Hei.2-43590的日本专利(第一引用专利文献)公开了一种对接焊缝技术，其中利用激光束将薄钢板的端部对接并焊接到一起。在该对接焊缝焊接技术中，焊接是在通过光纤传输激光束的条件下执行的，光束的光点直径设定为每一个钢板厚度的两倍或更高倍，或者是钢板对接的端部之间的缝隙的十倍或更高倍，并且光束的能量强度设定为低于能产生等离子的水平。
另外，公开号为Sho.62-101382的日本专利(第二引用专利文献)公开了一种将带轮(pulley)凸缘彼此焊接的方法其中，电极被设置成从外部与凸缘的外圆周表面(凸缘端面的外直径)接触，由绝缘和耐热陶瓷材料制成的环状加压盘设置在相应的凸缘的侧表面的外部，并且在凸缘的厚度方向上压迫凸缘，并且此后，焊接电流流到所述电极，因此产生焦耳热来将凸缘焊接到一起。
根据上述相关技术，如图17中所示，在板材件1X和2X的对接表面之间形成焊接金属区5X。此外，需要增加焊接金属区5X的焊接强度和焊接可靠性。然而，当增加由激光束输入的热以增加焊接金属区5X中的熔深(weld penetration)的深度时，在焊接金属区5X中产生驼峰，如图18中所示，并因此在焊接金属区5X中形成驼峰焊道(humping bead)。技术名词“驼峰焊道”意思是当焊接金属区中熔化的焊接金属隆起时可能在焊接金属区中形成的焊道，因此导致在焊接产品中焊接金属区的厚度不均。
简单来说，第一和第二引用专利文献的问题在于，由激光束输入热的增加在焊接金属区中非期望地形成驼峰焊道。
发明内容
因此，本发明是针对出现在相关技术中的上述问题而作出的，并且本发明的目的为提供一种焊接整形设备和使用该设备的焊接方法，其有效地防止在焊接金属区中形成驼峰焊道。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种焊接方法，其中第一目标件和第二目标件对接到一起并且通过加热装置加热，以形成焊接金属区，该方法包括设置整形装置以使整形装置与焊接金属区接触，以对焊接金属区进行整形。因为通过整形装置对焊接金属区进行整形，可以防止在焊接金属区中驼峰焊道的形成。因此，尽管由激光束输入的热低于或高于参考水平，也可以防止在焊接金属区中驼峰焊道的形成。因为即使当由激光束输入的热高于参考水平时，也可以防止在焊接金属区中驼峰焊道的形成，所以可以增加热输入以增加焊接金属区中的熔深的深度并且提高焊接金属区的焊接可靠性。
根据本发明的另一个方面，提供了一种焊接整形设备，其用于整形利用加热装置加热由对接的第一和第二目标件形成的焊接金属区，所述焊接整形设备包括整形装置，该整形装置具有用于与焊接金属区接触的接触面并且对焊接金属区进行整形。因为整形装置可以对焊接金属区进行整形，所以可以防止在焊接金属区中驼峰焊道的形成，这样，尽管由激光束输入的热低于或高于参考水平，也可以防止在焊接金属区中驼峰焊道的形成。如上所述，即使当输入高热时也可以防止在焊接金属区中形成驼峰焊道，所以可以增加焊接金属区中的熔深的深度，并且通过增加由激光束输入的热提高焊接金属区的焊接可靠性。
发明优点 根据本发明的焊接设备和利用该设备的焊接方法，焊接金属区可以通过整形装置整形，所以可以防止在焊接金属区中形成驼峰焊道。因此，即使当在第一目标件和第二目标件之间限定有台阶时，或者用于焊接的加热条件改变时，也可以形成期望的焊接金属区，因此增加了焊接条件的自由度。
本发明的上述和其它目的以及特点将从结合附图给出的优选实施例的下述描述中变得更加明显，附图中 图1为根据本发明的第一实施例的正视图，示意性地图示了第一板材件的第一边缘和第二板材件的第二边缘彼此重叠，并且激光束施加到板材件的重叠边缘之间的结合处的状态； 图2为示意性地图示了激光束施加到板材件的重叠的第一和第二边缘之间的结合处，因此在结合处形成熔化的焊接金属或焊道的状态的正视图； 图3为示意性地图示了由激光束形成的焊道被整形装置整形的状态的正视图； 图4为示意性地图示了在激光束施加到板材件的重叠的边缘之间的结合处的过程中，在激光束的热输入位置后面的位置整形焊道的状态的侧视图； 图5为示意性地图示了在激光束施加到板材件的重叠的边缘之间的结合处的过程中，在激光束的热输入位置后面的位置整形焊道的状态的平面图； 图6为示意性地图示了焊道的横截面的图； 图7为图示根据本发明的第一实施例的示意性的实例的焊道的横截面的照片副本； 图8为根据本发明的第二实施例的正视图，示意性地图示了第一板材件的第一边缘和第二板材件的第二边缘彼此重叠，并且激光束施加到重叠边缘之间的结合处的状态； 图9为根据本发明的第二实施例的正视图，示意性地图示了光束施加到板材件的重叠的第一和第二边缘之间的结合处，因此在结合处形成熔化的焊接金属或焊道的状态； 图10为根据本发明的第二实施例的正视图，示意性地图示了通过整形装置整形由激光束形成的焊道的状态； 图11为根据本发明的第三实施例的侧视图，示意性地图示了在激光束施加到板材件的重叠的边缘之间的结合处的过程中，在激光束的热输入位置后面的位置整形焊道的状态； 图12为根据本发明的第四实施例的正视图，示意性地图示了通过整形装置整形由激光束形成的焊道的状态； 图13为根据本发明的第五实施例的正视图，示意性地图示了通过整形装置整形由激光束形成的焊道的状态； 图14为根据本发明的第六实施例的侧视图，示意性地图示了在激光束施加到板材件的重叠的边缘之间的结合处的过程中，在激光束的热输入位置后面的位置整形焊道的状态； 图15为根据本发明的第七实施例的侧视图，示意性地图示了在激光束施加到板材件的重叠的边缘之间的结合处的过程中，在激光束的热输入位置后面的位置整形焊道的状态； 图16为根据相关技术的正视图，示意性地图示了第一板材件的第一边缘和第二板材件的第二边缘彼此重叠，并且激光束施加到板材件的重叠边缘之间的结合处的状态； 图17为相关技术的正视图，为示意性地图示了激光束施加到板材件的重叠的第一和第二边缘之间的结合处，因此在结合处形成焊道的状态；及 图18为示意性地图示了根据相关技术的由激光束形成的焊道变成驼峰焊道的侧视图。
具体实施例方式本发明的各实施例将参照附图详细描述。
在本发明中，加热装置可以从例如高能量密度光束、电弧、电流和气体的常规方式中选择。高能量密度光束的例子为激光束或电子束。激光的例子为YAG激光、CO2激光、红宝石激光、Ar激光或玻璃激光。第一目标件和第二目标件优选由金属制成，其可以通过加热熔化并焊接到一起，并且其可以从黑色金属或有色金属中选择。黑色金属可以是软钢、硬钢或合金钢。合金钢的例子是不锈钢。不锈钢的例子可以是铁素体钢、奥氏体钢和马氏体钢。当焊接产品是铁产品时，产品中的碳含量是产品质量的1.0％或更少、0.8％或更少、0.5％或更少或0.3％或更少，并且此外，是产品质量的0.1％或更少、或0.05％或更少。当焊接产品是铁类产品时，优选限制产品中的碳含量，以限制超温。
在本发明中，第一目标件和第二目标件中的每个优选地构造为板材。因此，焊接产品可以构造为通过将多个金属基板材件焊接到一起构成的结构。详细来说，为了在本发明中生产焊接产品，优选地，多个板材件的端部对接到一起，并且加热对接的多个板材件的端部以形成焊接金属区，因此将多个板材件互相焊接到一起。
整形装置优选设置在焊接方向上的板材件的对接端部的部分的后面，所述部分被加热装置加热。在上述状态中，被加热装置加热的板材件的对接端部的部分与整形装置之间的距离是可改变的距离。当距离是可改变的距离时，可以控制焊接金属区的整形程度。当距离太长并且因此焊接金属区变得过冷，焊接金属区的整形程度将会受限。此外，当距离太短并因此在焊接金属区中的熔化的焊接金属过多时，熔化的焊接金属可能会流出。因此，优选地，被加热装置加热的板材件的对接端部的部分与整形装置之间的距离应根据环境确定。
整形装置可以形成为具有与焊接金属区接触的接触面的加压部件。例如，加压部件可以形成为旋转部件。当加压部件构造为旋转部件时，旋转部件的优点在于焊接金属区可以被该旋转部件连续地整形。旋转部件可以包括辊子或环行部件，例如履带或带子。旋转部件可以构造为从动型或驱动型部件。例如，整形装置可以包括第一加压部件和第二加压部件，其可以与焊接金属区接触并且压迫焊接金属区。第一加压部件和第二加压部件中的至少一个可以构造为具有与焊接金属区接触的接触面的辊子。
此外，在焊接金属区的厚度方向上第一加压部件和第二加压部件之间的距离可以改变。在上述状态中，可以适当地对应于焊接金属区的厚度改变。此外，在焊接金属区的厚度方向上第一加压部件和第二加压部件之间的距离改变可以控制焊接金属区的锻造效果。
此外，整形装置可以包括环形组件，其具有与焊接金属区接触的接触面；以及用来支持环形组件的支撑件。环形组件与加压部件的旋转部件一同旋转，同时环形组件的接触面与焊接金属区接触。环形组件可以构造为带子或链条。环形组件可以构造为从动型或驱动型。
根据本发明，尽管输入了高热，但是整形装置防止了在焊接金属区中驼峰焊道的形成，因此实现了高焊接速度，并且通过增加由激光束输入的热在金属焊接区中增加了熔深的深度。在上述情况中，当第一目标件和第二目标件是板材件时，熔深进入焊接金属区内的深度设定为HA毫米，并且第一板材的厚度设定为t1毫米，HA/t1＝2到20。所以焊接金属区的熔深的深度与第一板材的厚度的比率可以优选地确定为大比率。HA与t1的比率(HA/t1)可以根据焊接产品的种类确定。例如，HA与t1的比率优选地包括在以下范围内2.5到20的范围，2到19的范围，2到18的范围，2到15的范围或2到10的范围。此外，HA与t1的比率的下限值设定为，例如，2.2、2.5、3、3.5、4或5。此外，HA与t1的比率的上限值设定为，例如，20、15、10或8。
当焊接金属区在厚度方向上的宽度用W表示时，W和t1之间的关系可以表示为W≥t1，其中焊接金属区在厚度方向上的宽度W表示为W＝t1×2。因此，焊接金属区在厚度方向上的宽度W可以表示为W＝(t1×2)×α，其中α＝0.85到1.15，或者0.95到1.05。
在焊接金属区整形之后，焊接金属区可以具有暴露面，其在熔深的深度方向上暴露。特别地，在焊接金属区整形之后，焊接金属区可以具有两个暴露面，其在相对方向上暴露。换句话说，在整形之后的焊接金属区可以包括第一暴露面，其向外暴露并且面向第一板材的一个厚度方向；以及第二暴露面，其向外暴露并且面向第二板材的相对的厚度方向。在上述情况中，整形后的焊接金属区的第一暴露面和第二暴露面向外暴露，并且因此可以用肉眼从第一暴露面和第二暴露面，或者利用图像拾取装置观察焊接金属区的熔深的深度，因此可期望地增加焊接金属区的强度和可靠性。
在本发明的优选实施例中，当第一目标件和第二目标件是板材件时，第一板材的厚度设定为t1，第二板材的厚度设定为t2，焊接金属区的第一暴露面可限定于在焊接金属区的厚度方向上的第一板材的边缘的表面延长线以内或以外t1/5毫米的范围内，并且焊接金属区的第二暴露面限定于在焊接金属区的厚度方向上的第二板材的边缘的表面延长线以内或以外t1/5毫米的范围内。
因此，在本发明的优选实施例中，焊接金属区的第一暴露面可以沿着第一板材的第一边缘的表面延长线限定，而焊接金属区的第二暴露面可以沿着第二板材的第二边缘的表面延长线限定。此外，由整形装置形成的焊接金属区的第一和第二暴露面可以具有各自的迹线。当迹线是凹或凸迹线时，可以增加涂覆后涂料的粘着强度。
此外，焊接金属区可以包括暴露面，其向外暴露并且从第一和第二板材件中的一个向外，其中第一和第二板材件中剩下的一个(非焊接板材)暴露在焊道的暴露面的相对侧。当例如激光束的热源的加热位置从期望的加热位置偏离时，或者当第一板材和第二板材具有不同的厚度时，易于产生上述状态。
第一实施例 在下文，将参照图1到图6详细描述本发明的第一实施例。附图是示意性的附图，其中没有详细示出其结构。第一实施例适用于将目标件的边缘焊接到一起。如图1中所示，由金属制成的第一板材件1用作第一目标件，由金属制成的第二板材件2用作第二目标件。为了将板材件的边缘焊接到一起，第一板材件1的第一边缘11和第二板材件2的第二边缘21重叠。第一板材件1和第二板材件2中的每个包括黑色金属(例如，具有总质量的0.3％或更少的碳含量，更优选地，总质量的0.1％或更少)。第一板材件1的第一边缘11的厚度用t1表示，而第二板材件2的第二边缘21的厚度用t2表示，其中t1＝t2，t1_t2，t1＜t2或t1＞t2。
如图1中所示，在激光束7施加到重叠的边缘11和21之前，第一板材件1的第一边缘11的第一端面13和第二板材件2的第二边缘21的第二端面23设定为彼此平齐，因此形成平的表面。因此，激光束可以被均匀地施加到重叠的边缘11和21，并且焊道5的强度增加。然而，在本发明中，第一端面13和第二端面23之间可能限定有台阶。
此外，如图1中所示，用作加热装置的为高能量密度光束的YAG激光束7从激光源72施加到第一边缘11的端面13和第二边缘21的端面23，因此熔化端面13和23。因此，熔化的焊接金属6形成并且凝固以形成作为焊接金属区的焊道5。这里，用每单位面积高热输入的光束执行激光束焊接，因此导致快速加热，并且被快速地冷却，因此导致快速冷却。此外，当焊接时，在箭头X1方向上(焊接方向，见图4)相对于第一边缘11和第二边缘21移动激光束7。焊接方向意思是焊接进行的方向。在本发明中，可以移动激光束7而第一边缘11和第二边缘21固定。可选地，可以移动第一边缘11和第二边缘21而激光束7固定。
如图4中所示，整形装置4在焊接方向上设置在激光束7的热输入位置7c的后面。换句话说，整形装置4设置在已经施加了激光束7的位置。整形装置4包括具有第一平面辊子表面43(第一接触面)的第一旋转部件41(第一加压部件)，和具有第二平面辊子表面44(第二接触面)的第二旋转部件42(第二加压部件)。如图3中所示，第一旋转部件41可旋转地保持在第一支撑件46中，而第二旋转部件42可旋转地保持在第二支撑件47中。在实施例中，第一旋转部件41和第二旋转部件42构造为不连接到驱动马达的从动型部件，因此可以空转。然而，第一旋转部件41和第二旋转部件42可根据需要构造为连接到驱动马达的驱动型部件。
第一旋转部件41和第二旋转部件42具有相同的直径。第一旋转部件41的中心轴P1在垂直方向上和第二旋转部件42的中心轴P2平行。在本发明中，第一旋转部件41和第二旋转部件42中的每个均可以构造为具有在其内冷却旋转部件的冷却通道的结构。然而，应理解为第一旋转部件41和第二旋转部件42可以构造为没有冷却通道的结构。此外，第一旋转部件41和第二旋转部件42可以由金属或陶瓷材料制成。当第一旋转部件41和第二旋转部件42由金属制成时，金属旋转部件41和42，具有高导热性，所以它们可以在短时间内快速地冷却熔化的焊接金属或焊道5。金属旋转部件41和42可以从例如黑色金属、或铜基、钛基或铝基金属制成。金属旋转部件41和42的陶瓷材料可以是，例如氧化铝、氧化硅、碳化硅、氮化硅或氧化锆。
根据第一实施例，在激光束7的热输入位置7c和整形装置4之间的距离L1(参看图4)能够改变。在上述情况中，第一支撑件46和第二支撑件47的位置可以在焊接方向上(箭头X1的方向)相对于激光束7的热输入位置7c移动。这里，当第一板材件1和第二板材件2被固定时，激光束7的热输入位置7c可以相对于固定的第一板材件1和第二板材件2移动。当激光束7的热输入位置7c如上所述移动时，优选地使得第一旋转部件41和第二旋转部件42跟随激光束7的热输入位置7c。
此外，当激光束7的热输入位置7c被固定时，第一板材件1和第二板材件2可以相对于激光束7的热输入位置7c移动。在上述情况中，第一旋转部件41和第二旋转部件42可以固定在它们的位置上。可选地，第一旋转部件41和第二旋转部件42可以相对于激光束7的热输入位置7c移动，所以距离L1可以改变。
距离L1(参看图4)等于激光束7的热输入位置7c和位置LB之间的距离，而第一旋转部件41和第二旋转部件42之间的距离LA被最小化。在本发明中，距离L1可以根据焊接条件适当地确定。例如，距离L1可以设定在如下范围内0＜L1＜100mm或0＜L1＜50mm，以及特别地，0＜L1＜30mm。在本发明中，当通过整形装置4整形焊道5时，可以通过改变距离L1选择焊道5的整形温度。例如，可以在焊道5的外表面和内部变得凝固的同时，通过整形装置4整形焊道5。可选地，可以在焊道5的外表面变得凝固，但焊道5的内部保持熔化状态的同时，通过整形装置4整形焊道5。还可选地，可以在焊道5的外表面处于半凝固状态时，通过整形装置4整形焊道5。
此外，根据第一实施例，第一旋转部件41的第一辊子表面43和第二旋转部件42的第二辊子表面44之间在焊道5的厚度方向上的距离LA(参看图4)改变。因此，可以控制焊道5的厚度。当如上所述控制距离LA时，可以预期焊道5的锻造效果。焊道5的锻造效果的优点在于，其优选地增加了焊道5的强度并且减小了在焊道5中的针孔的个数。
当如上所述形成焊道5时，整形装置4优选地与焊道5接触并整形焊道5，如图3到图5中所示。在上述情况中，如图3中所示，第一旋转部件41的第一辊子表面43与焊道5的第一暴露面51接触，第一暴露面51是焊道5在焊道5的厚度方向上的第一侧表面。此外，第二旋转部件42的第二辊子表面44与焊道5的第二暴露面52接触，第二暴露面52是焊道5在焊道5的厚度方向上的第二侧表面。如上所述，通过整形装置4整形焊道5的第一和第二暴露面51和52，所以本发明可以提供具有极好外观的良好焊道5。在焊道5的整形过程中，如图3中所示，第一旋转部件41的第一辊子表面43与第一板材件1的第一表面14接触，而第二旋转部件42的第二辊子表面44与第二板材件2的第二表面24接触。因此，可以限制焊道5的厚度。
在第一实施例中，尽管通过激光束7的热输入低于或高于参考水平，也可以通过整形装置4有效地整形焊道5，因此防止驼峰焊道的形成。如上所述，因为即使当通过激光束7的热输入高于参考水平时，也可以防止在焊接金属区中的驼峰焊道的形成，所以可以增加热输入以增加在焊接金属区中的熔深的深度，增加焊道5的强度并且提高焊道5的焊接可靠性。
图6示意性地图示了整形后的焊道5的横截面。如图6中所示，整形后的焊道5设置有第一暴露面51，其向外暴露并且面向第一板材件1的一个厚度方向；第二暴露面52，其向外暴露并且面向第二板材件2的相对厚度方向；第三暴露面53，其与第一暴露面51和第二暴露面52相交。此外，第一暴露面51和第二暴露面52通过在熔深方向上(激光束施加方向)延伸形成，所以暴露面51和52可以通过肉眼从外侧查看。
如图6中所示，整形的焊道5的第一暴露面51和第二暴露面52在焊道5的相对厚度方向上向外。焊道5的第一暴露面51通过第一旋转部件41的第一辊子表面43整形，并且被限定为沿着第一板材件1的第一边缘11的第一表面14的平面。焊道5的第二暴露面52通过第二旋转部件42的第二辊子表面44整形，并且被限定为沿着第二板材件2的第二边缘21的第二表面24的平面。
如上所述，焊道5的第一暴露面51和第二暴露面52各自通过第一辊子表面43和第二辊子表面44整形，所以第一暴露面51和第二暴露面52可以具有通过第一辊子表面43和第二辊子表面44形成的各自的迹线。当所示迹线是凹或凸迹线时，可以增加涂覆后涂料的粘着强度。
根据第一实施例，如图6中所示，焊道5的第一暴露面51沿着第一板材件1的第一边缘11的第一表面14的延长线限定。此外，焊道5的第二暴露面52沿着第二板材件2的第二边缘21的第二表面24的延长线限定。
换句话说，当第一板材件1的厚度设定为t1，第二板材件2的厚度设定为t2时，焊道5的第一暴露面51限定在第一板材件1的第一边缘11的第一表面14的延长线以内或以外t1/5毫米的范围内。此外，焊道5的第二暴露面52限定在第二板材件2的第二边缘21的第二表面24的延长线以内或以外t2/5毫米的范围内。
在第一实施例中，可以通过增加激光束7的热输入增加焊道5的熔深的深度，所以，当焊道5的熔深的深度设定为HA mm，第一板材件1的第一边缘11的厚度设定为t1 mm时，HA与t1的比率(HA/t1)可以在4到13的范围内确定，特别地，在4到11或4到8的范围内确定。因此，焊道5的熔深的深度与第一板材件1的厚度确定为大比率。焊道5的熔深的深度的增加不能通过常规的焊接技术实现。
此外，根据第一实施例，当焊道5在焊道5的厚度方向上的宽度用W表示时(参看图6)，W和t1之间的关系可以表示为W≥t1。当t1+t2＝t3时，宽度W可以表示为W＝t3或W_t3。因此W/t3确定在0.85到1.15的范围内，特别地，在0.95到1.05范围内。
如上所述，具有增加熔深深度的焊道5可以牢固地将第一板材件1的第一边缘11和第二板材件2的第二边缘21焊接到一起。因此，可以生产出容器900(参看图9)，其具有限定在第一板材件1和第二板材件2内部的腔室901。
如上所述，根据第一实施例，构成整形装置4的第一旋转部件41和第二旋转部件42整形焊道5，因此防止驼峰焊道的形成。因此，即使通过激光束输入的热低于或高于参考水平，也可以在焊接过程中防止驼峰焊道的形成。
在实施例中，即使当通过激光束输入的热高于参考水平时，也可以防止驼峰焊道的形成。因此，可以增加热输入以增加焊道5的熔深的深度，并且提高焊道5的焊接可靠性。此外，不像常规的焊接技术，本发明的实施例可以提供增加的焊道5的熔深的深度HA与第一板材件的厚度t1的比率(HA/t1)。
此外，焊道5的第一暴露面51和第二暴露面52向外暴露，所以可以从外部用肉眼或者用图像拾取装置观察焊道5的熔深的深度，因此可如期望地增加焊道5的焊接强度和焊接可靠性。特别地，根据第一实施例，焊道5的厚度确定为第一板材件1的第一边缘11的厚度t1和第二板材件2的第二边缘21的厚度t2的总和t3。因此，焊道5具有期望的厚度，增加了焊道5的强度并因此增加了焊道5的可靠性，以及改善了焊道5的外观。
根据第一实施例，尽管焊道5会有些变形，第一旋转部件41的第一辊子表面43和第二旋转部件42的第二辊子表面44可以快速地整形焊道5。因此，当激光束7施加到重叠的边缘11和21之前，在第一板材件1的第一边缘11的第一端面13(参看图1)和第二板材件2的第二边缘21的第二端面23之间限定有台阶时，可以在补偿该台阶的影响的过程中形成焊道5。在上述状态中，可以形成良好的焊道5。此外，如上所述，可以在根据本发明的焊接方法中，增加由激光束输入的热，所以，当在重叠的边缘之间限定有台阶时，可以在补偿该台阶的影响的过程中形成焊道5。因此，本发明极大地增加了焊接条件的自由度。
此外，当焊接时，激光束7的热输入位置可以在箭头X1方向上(焊接方向)相对于第一板材件1和第二板材件2移动，因此连续地将件1和2焊接到一起。在上述状态中，当整形装置4跟随激光束7的热输入位置相对于第一板材件1和第二板材件2移动，从而整形装置4相对于第一板材件1和第二板材件2移动时，焊道5可以被连续地整形。因此，可以增加焊接产品的产量并且可以减少焊接产品的生产成本。
根据第一实施例，可以通过整形装置4的第一旋转部件41的第一辊子表面43和第二旋转部件42的第二辊子表面44快速地冷却处于高温状态的焊道5。因此，限制了焊道5的氧化，因此提高了焊道5的防腐蚀性能。因此，优选地，第一旋转部件41的第一辊子表面43和第二旋转部件42的第二辊子表面44均用例如铜或铜合金的高传导金属制成。
实验实例 图7为图示根据本发明的第一实施例的实验实例的焊道的横截面的照片。实验实例中的焊接条件设定如下激光源为YAG激光，激光输出功率为4.5kw，光束中心的直径为0.6mm，并且第一板材件1和第二板材件2的材料是不锈钢。此外，第一板材件1的厚度是0.6mm，第二板材件2的厚度是0.6mm，焊接速度是3m/min，并且距离L1为8mm。此外，第一旋转部件41和第二旋转部件42的材料为铜合金，第一旋转部件41的外直径为45mm，第二旋转部件42的外直径为45mm。在实验实例中，焊道5的熔深的深度HA为3.8mm，所以HA/t1＝3.8mm/0.6mm_6.3。
根据实验实例，焊道5的熔深的深度与第一板材件的厚度的比率(HA/t1)可以设定为大比率。此外，当焊道5在焊道5的厚度方向上的宽度用W表示，并且宽度W大约为1.2mm时，宽度W和厚度t1之间的关系可以表示为W≥t1并且W_t1×2。
如图7的照片中所示，焊道的第一暴露面向外暴露，并且沿着第一板材件的第一边缘的第一表面的延长线限定。此外，焊道的第二暴露面向外暴露，并且沿着第二板材件的第二边缘的第二表面的延长线限定。
第二实施例 图8到图10为示意性地图示了本发明的第二实施例的图。第二实施例的基本结构与第一实施例保持相同，因此提供了与第一实施例相同的操作效果。在下文中，将基于与第一实施例的不同处描述第二实施例。如图10中所示，根据第二实施例的整形装置4包括具有第一平面辊子表面43(第一接触面)的第一旋转部件41，和具有第二平面辊子表面44(第二接触面)的第二旋转部件42。第一旋转部件41可旋转地保持在第一支撑件46中，而第二旋转部件42可旋转地保持在第二支撑件47中。在第二实施例中，第一旋转部件41和第二旋转部件42均构造为不连接到驱动马达的从动型部件，因此可以空转。此外，第一旋转部件41和第二旋转部件42具有相同的直径。第一旋转部件41的中心轴P1在水平方向上平行于第二旋转部件42的中心轴P2。
如图8所示，为了将根据第二实施例的板材件焊接到一起，第一和第二板材件1和2水平设置，从而在激光束7施加到重叠的边缘11和21之前，第一板材件1的第一边缘11和第二板材件2的第二边缘21彼此重叠。第一板材件1和第二板材件2的重叠的第一边缘11和第二边缘21的第一端面13和第二端面3形成平齐的表面。因此，激光束可以被均匀地施加到第一和第二端面13和23，从而增加了焊道5的焊接强度。然而，应注意到，第一和第二端面13和23之间可能限定有台阶。
如图8中所示，用作加热装置的高能量密度光束的YAG激光束7从激光源72在水平方向上施加到重叠的第一和第二边缘11和21，因此熔化第一和第二端面13和23。因此，熔化的焊接金属6形成并且凝固，因此形成作为焊接金属区的焊道5。
当激光束7在水平方向上施加到水平重叠的第一和第二边缘11和21时，焊道5可能由于重力下垂，并因此在第二实施例中仅有一个旋转部件可以用于朝上支撑焊道5。
详细地说，第二旋转部件42设置在焊道5的下面，而第一旋转部件41可以从焊道5上面去除。在上述状态中，可以减少焊接产品的生产成本并简化焊接夹具的构造。
如上所述，如图10中所示，当焊道5形成时，整形装置4设置在焊道5的每一侧以整形焊道5。在上述状态中，第一旋转部件41的第一辊子表面43与焊道5的第一暴露面51接触，而第二旋转部件42的第二辊子表面44与焊道5的第二暴露面52接触。因为焊道5的第一和第二暴露面51和52通过整形装置4整形，所以可以提供具有良好外观的焊道5。因此，即使通过激光束输入的热低于或高于参考水平，也可以防止驼峰焊道的形成。因为即使当通过激光束输入的热高于参考水平时，也可以防止驼峰焊道的形成，所以可以增加热输入以增加焊接速度，增加焊道的熔深的深度并因此提高焊道的焊接可靠性。
在第二实施例中，可以防止驼峰焊道的形成，所以可以增加通过激光束输入的热，以增加焊道的熔深的深度并提高焊道5的焊接可靠性。因此，不像常规的焊接技术，本发明的第二实施例可以提供增加的焊道5的熔深的深度HA与第一板材件1的厚度t1的比率(HA/t1)。
第三实施例 图11为示意性地图示了本发明的第三实施例的图。第三实施例的基本结构与第一实施例保持相同，因此提供了与第一实施例相同的操作效果。在下文中，将基于与第一实施例的不同处描述第三实施例。在第三实施例中，整形装置4包括具有第一平面辊子表面43(第一接触面)的第一旋转部件41，和具有第二平面辊子表面44(第二接触面)的第二旋转部件42。此外，设置脱模剂喷涂部件90以将脱模剂91喷涂在第一平面辊子表面43和第二平面辊子表面44上。在第三实施例中，脱模剂91使得第一旋转部件41和第二旋转部件42容易地从焊道5脱离。此外，脱模剂91有效地防止第一旋转部件41和第二旋转部件42过热。
第四实施例 图12为示意性地图示了本发明的第四实施例的图。第四实施例的基本结构与第一实施例保持相同，因此提供了与第一实施例相同的操作效果。在下文中，将基于与第一实施例的不同处描述第四实施例。在第四实施例中，整形装置4包括具有第一平面辊子表面43的第一旋转部件41，和具有第二平面辊子表面44的第二旋转部件42。第一旋转部件41被第一驱动马达41m旋转，该第一驱动马达是被第一支撑件46支撑的驱动部件。以相同的方式，第二旋转部件42被第二驱动马达42m旋转，该第二驱动马达是被第二支撑件47支撑的驱动部件。此外，第一旋转部件41和第二旋转部件42之间的每分钟转数(rpm)不同。因此，第四实施例可以容易地响应焊道5的第一暴露面51和第二暴露面52之间的焊接线的长度差。此外，在第四实施例中，第一旋转部件41和第二旋转部件42有时可以被同步旋转。
第五实施例 图13为示意性地图示了本发明的第五实施例的图。第五实施例的基本结构与第一实施例保持相同，因此提供了与第一实施例相同的操作效果。在下文中，将基于与第一实施例的不同处描述第五实施例。在第五实施例中，第二板材件2的厚度t2大于第一板材件1的厚度t1。焊道5在焊道5的熔深的深度方向上延伸和形成。焊道5具有从第一板材件1向外暴露的暴露面51。在上述状态中，第二板材件2的表面24(非焊接面)设置在焊道5的暴露面51的相对侧。如图13中所示，第一旋转部件41和焊道5的第一暴露面51接触，而第二旋转部件42和第二板材件2的表面24接触。在上述状态中，焊道5介于第一旋转部件41和第二旋转部件42之间，所以焊道5的第一暴露面51可以被整形装置4适当地整形。
第六实施例 图14为示意性地图示了本发明的第六实施例的图。第六实施例的基本结构与第一实施例保持相同，因此提供了与第一实施例相同的操作效果。在下文中，将基于与第一实施例的不同处描述第六实施例。在第六实施例中，整形装置4包括第一旋转部件41，其具有第一平面辊子表面43并且用作焊道5的主整形；第二旋转部件42，其具有第二平面辊子表面44并且用作焊道5的主整形。整形装置4进一步包括第一旋转部件410，其具有第一平面辊子表面430并且用作焊道5的最终整形；第二旋转部件420，其具有第二平面辊子表面440并且用作焊道5的最终整形。在第六实施例中，在主整形之后执行最终整形，所以可以有效地整形焊道5以获得良好外观。
第七实施例 图15为示意性地图示了本发明的第七实施例的图。第七实施例的基本结构与第一实施例保持相同，因此提供了与第一实施例相同的操作效果。在下文中，将基于与第一实施例的不同处描述第七实施例。如图15中所示，整形装置4B包括第一环形部件81B和第二环形部件85B，环行部件被设置为使得焊道5介于两环形部件81B和85B之间。
第一环形部件81B包括第一环形组件82B，和作为第一支撑件来支撑第一环形组件82B的第一旋转部件83B。以相同的方式，第二环形部件85B包括第二环形组件86B，和作为第二支撑件来支撑第二环形组件86B的第二旋转部件87B。
如图15中所示，第一环形组件82B包括多个段820，其以首尾相连的方式设置并且彼此接合，因此形成履带结构，其中段820可彼此相对移动。第一环形组件82B包括与焊道5接触的第一接触面84B。响应第一旋转部件83B的旋转，当第一接触面84B与焊道5接触时第一环形组件82B被旋转。第二环形部件85B具有和第一环形部件81B相同的构造，并且以与第一环形部件81B相同的方式操作。
在第七实施例中，如图15中所示，当通过激光束7形成焊道5时，整形装置4B整形焊道5。换句话说，第一环形组件82B的第一接触面84B在焊道5的厚度方向上与焊道5的第一侧面接触。以相同的方式，第二环形组件86B的第二接触面88B在焊道5的厚度方向上与焊道5的第二侧面接触。
因为焊道5可以被整形装置4B整形，如上所述，第七实施例提供了具有良好外观的焊道5。因此，即使热输入高于或低于参考水平，也可以防止驼峰焊道的形成。因为即使当输入高热时也可以防止驼峰焊道的形成，所以可以增加熔深的深度，增加焊道5的强度，并且同时通过增加热输入来提高焊道5的焊接可靠性。
其它实施例 在第一实施例中，构造了整形装置的旋转部件41和42在焊道高度方向上压迫焊道5的整个长度。然而，可以通过旋转部件41和42在焊道高度方向上压迫焊道5的总长度的一部分(例如，焊道5在焊道高度方向上的总长度的至少40％或50％)，而不影响本发明的机能。而本发明参照优选实施例示出和描述，本领域技术人员应理解为可以做出各种改变和修改而不脱离所附权利要求书限定的本发明的精神和范围。
工业实用性 从上述描述明显看出，本发明优选地用于焊接产品的生产或焊接方法。特别地，本发明优选地用于利用诸如激光等高能量密度光束的加热装置的焊接产品的生产或焊接方法。
权利要求
1.一种焊接方法，包括将第一和第二目标件对接到一起；利用加热装置加热所述对接的第一和第二目标件，以形成焊接金属区；及设置整形装置以使所述整形装置与所述焊接金属区接触并且对所述焊接金属区进行整形。
2.如权利要求1所述的焊接方法，其中所述加热装置选自高能量密度光束、电弧、电流和气体。
3.如权利要求1或2所述的焊接方法，其中所述第一和第二目标件中的每个包括板材件。
4.如权利要求1到3中任意一项所述的焊接方法，其中所述整形装置设置在沿焊接方向上的、所述对接的第一和第二目标件的被所述加热装置加热的部分的后面。
5.如权利要求1到4中任意一项所述的焊接方法，其中所述整形装置包括加压部件，所述加压部件具有与所述焊接金属区接触的接触面。
6.如权利要求4所述的焊接方法，其中所述加压部件包括第一加压部件和第二加压部件，所述第一和第二加压部件可与所述焊接金属区接触，以使所述焊接金属区介于所述第一和第二加压部件之间。
7.如权利要求6所述的焊接方法，其中所述第一和第二加压部件中的至少一个包括旋转部件，所述旋转部件具有与所述焊接金属区接触的接触面。
8.如权利要求1到7中任意一项所述的焊接方法，其中所述整形装置包括环形组件，其具有与所述焊接金属区接触的接触面，所述环形组件用于与所述加压部件的旋转部件一起旋转，同时所述环形组件的接触面与所述焊接金属区接触；及支撑件，其用于支撑所述环形组件。
9.如权利要求1到8中任意一项所述的焊接方法，其中所述对接的第一和第二目标件的被所述加热装置加热的部分与所述整形装置之间的距离能够改变。
10.如权利要求1到9中任意一项所述的焊接方法，其中所述焊接金属区包括两个面向相对方向并且向外暴露的暴露面。
11.如权利要求1到9中任意一项所述的焊接方法，其中所述第一目标件包括第一板材件，并且所述第二目标件包括第二板材件，其中第一板材件的边缘和第二板材件的边缘彼此重叠。
12.如权利要求11所述的焊接方法，其中所述焊接金属区的熔深的深度设定为HA毫米，并且所述第一板材件的厚度设定为t1毫米，HA/t1＝2到20，以使所述焊接金属区的熔深的深度与所述第一板材件的厚度的比率大。
13.如权利要求11或12所述的焊接方法，其中所述焊接金属区包括第一暴露面，其向外暴露并且面向所述第一板材件的一个厚度方向；及第二暴露面，其向外暴露并且面向所述第二板材件的相对厚度方向。
14.如权利要求11或12所述的焊接方法，其中所述焊接金属区包括暴露面，其向外暴露并且从所述第一板材件和第二板材件中的一个面向外，其中所述第一板材件和第二板材件中剩下的一个暴露在与所述焊接金属区的所述暴露面相对的一侧。
15.如权利要求14所述的焊接方法，其中当所述第一板材件的厚度设定为t1时，所述焊接金属区的第一暴露面限定于在所述焊接金属区的厚度方向上第一板材件表面的延长线以内或以外t1/5毫米的范围内，并且所述焊接金属区的第二暴露面限定于在所述焊接金属区的厚度方向上第二板材件表面的延长线以内或以外t1/5毫米的范围内。
16.如权利要求14或15所述的焊接方法，其中所述焊接金属区的第一暴露面沿着第一板材件表面的延长线限定，所述焊接金属区的第二暴露面沿着第二板材件表面的延长线限定。
17.一种焊接整形设备，包括整形装置，其用于整形焊接金属区，所述焊接金属区通过使用加热装置加热对接的第一和第二目标件形成，所述整形装置包括与所述焊接金属区接触的接触面。
18.如权利要求17所述的焊接整形设备，其中所述整形装置包括加压部件，所述加压部件具有与所述焊接金属区接触的接触面。
19.如权利要求17或18所述的焊接整形设备，其中所述加压部件包括第一加压部件和第二加压部件，所述第一和第二加压部件可与所述焊接金属区接触，以使所述焊接金属区介于第一和第二加压部件之间。
20.如权利要求19所述的焊接整形设备，其中在所述第一加压部件和第二加压部件之间的所述焊接金属区的厚度方向上的距离能够改变。
21.如权利要求19或20所述的焊接整形设备，其中所述第一和第二加压部件中的至少一个包括旋转部件，所述旋转部件具有与所述焊接金属区接触的接触面。
22.如权利要求17到21中任意一项所述的焊接整形设备，其中所述整形装置包括环形组件，其具有与所述焊接金属区接触的接触面，所述环形组件用于与所述加压部件的旋转部件一起旋转，同时所述环形组件的接触面与所述焊接金属区接触；及支撑件，其用于支持所述环形组件。
23.如权利要求17到22中任意一项所述的焊接整形设备，其中被所述加热装置加热的部分与所述整形装置之间的距离能够改变。
全文摘要
一种焊接方法和焊接整形装置，其有利于抑制凝固部分形成驼峰焊道。所述焊接方法通过使用加热装置加热接合到一起的第一目标件(1)和第二目标件(2)来形成焊接凝固部分(5)。整形装置(4)设置为与所述焊接凝固部分(5)接触以对所述焊接凝固部分(5)进行整形。
文档编号B23K15/00GK101076429SQ200580042449
公开日2007年11月21日 申请日期2005年12月7日 优先权日2004年12月10日
发明者三方博成 申请人:丰田自动车株式会社