专利名称：封板的感应焊接组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于焊接多块板的焊接组件和方法。更具体地，本发明涉及用来对和 汽车相关的封板进行感应焊接的感应焊接组件和方法。
背景技术：
汽车制造中使用多种技术来将具有相对较大截面积的多个表面结合在一起。在一 些情况中，这些表面具有变化的截面或者可能是用不同厚度或形状的材料制成的。使这些表面结合的一些方法可使用机械紧固件。然而，机械紧固件可能会使人产 生这样的顾虑，即时间的流逝会使表面变得分开。另一种使表面结合的方法包括使用了电 阻焊、激光焊、等离子焊或缝焊技术的焊接。在典型的焊接应用中，使用例如夹具来使多个 表面被重叠并且机械地固定就位。热源(例如，电极)被放置在重叠表面附近并靠近该重 叠表面。当热源定位在重叠表面附近时，受热源影响的区域的温度快速上升，并大致形成液 体。然后，热源沿重叠表面行进直到完成所期望的焊接。在焊接完成之后，将热源从表面移 开，于是该表面冷却。这样，可生成用于将两个或更多个表面结合在一起的焊缝。传统的焊 接热源具有若干缺点，包括与余热以及焊接的不一致性和不完整性有关的安全考虑。因此， 提供一种能在结合表面上的狭窄区域内产生热效应以避免任何余热或不安全工作环境的 感应装置将会是有益的。然而，传统焊接技术提供了不规则的应力点并且需要额外的焊接后准备工作以去 除任何多余的边缘或表面。一些焊接技术可以不沿结合表面的周边延伸，但会产生不期望 的“鼠洞(Rat Holes)”。另外一些焊接技术使用翻边或卷边操作来使表面周边结合，但会 使周边的表面内发生变化。不过，这些操作可能需要过量的材料，而这些过量的材料需要额 外时间和资源以便去除。而且，一些焊接技术对于需要沿生产线一致运动的制造工艺而言 实在太不切实际或者太过昂贵。前述焊接技术中的某些技术可能具有下面问题中的一个或多个，例如，“鼠洞，，或 由于水徙动进入卷边表面的内部范围中而引起的丝状腐蚀。另外，使用搭接焊或缝焊工艺 可容许产生卷边凸缘，该卷边凸缘可能需要额外时间和资源以便去除任何多余的卷边或焊 缝。一些工艺使用粘接剂或临时性焊接以在焊接前或者在运输和组装操作期间临时性地固 定被焊接表面。使用粘接剂的结果是，在焊接完成后可能有必要进行固化工艺，并在固化工 艺之后可能需要使用密封剂。使用临时性焊接可能会进一步耽搁时间或引起过多的费用。 这些问题和过多的操作可能会在制造工艺期间导致时间耽搁并增加费用。除了前面指出的顾虑之外，传统上实施在汽车制造工艺中的翻边、粘接和卷边工 艺可能还存在封装限制，因为这些工艺需要考虑到施加粘接剂的区域、卷起凸缘的区域或 者应用卷边器压牢装置的区域。如果使用替代性的焊接工艺，则可能会有益于去除过量的 材料。另外，通过去除任何过量材料，可使用增强的封装设计以便运送结合表面，从而提供 了额外的好处。使用替代性的焊接工艺还可使被焊接表面具有改进的抗挠性和刚度，并且 使凸缘具有更短的尺寸。
最后，通过容许提供了沿周边使表面结合的改进的焊接工艺，终加工完成的产品 可以凭借更小的半径而具有改进的特性，例如尺寸变化减小和设计自由度增强。另外，如前 面所述，使用替代性焊接工艺可使若干制造操作变得不再必要，这些制造操作包括模具翻 边操作、卷边操作、卷边粘接剂的应用、卷边后密封件的需求、卷边粘接剂的诱导固化、以及 在从组装工艺向终加工工艺的转移期间用于临时固定表面的工序间焊接。因此，提供质量上乘、生产率高并且经济的焊接设备是有益的，该焊接设备提供了 前述优点中的至少一些优点，因此可在对结合表面进行成形的同时，对具有不同厚度和/ 或不同的表面的材料进行焊接。
发明内容
本发明通过提供一种用于将大致平坦的第一表面感应焊接到大致平坦的第二表 面以形成封闭组件的方法和装置从而减少了现有技术的难点和缺点，其中第一表面和第二 表面都具有足够大的截面。该方法包括如下步骤使上模与下模间隔开以便容纳第一表面 和第二表面，所述第一表面和第二表面配置成叠置取向；在所述上模和下模之间将第一表 面的端部固定到第二表面的端部；在所述上模和所述下模处将第一表面朝向第二表面压紧 以形成端对端压紧的第一和第二表面布置；以及感应加热所述端对端压紧的第一和第二表 面布置以形成封闭组件。本发明还包括针对现有技术难点和缺点的感应焊接装置，该感应 焊接装置包括与第二臂可操作地分开的第一臂，所述第一臂与上模关联，所述第二臂与下 模关联，所述上模适于容纳第一表面，所述下模适于容纳第二表面，所述第一表面叠置于所 述第二表面上，所述感应线圈与所述上模和下模中的一个关联，并且适于感应加热所述被 容纳的第一表面和第二表面以形成封闭组件。本发明还提供了以下方案。方案1 一种用于将具有足够大截面的大致平坦的第一表面结合到具有类似足够 大截面的大致平坦的第二表面以形成封闭组件的方法，所述方法包括如下步骤使上模与下模间隔开，以便容纳所述第一表面和所述第二表面，所述第一表面和 所述第二表面配置成叠置取向，在所述上模和下模之间将所述第一表面的端部固定到所述第二表面的端部，在所述上模和所述下模处将所述第一表面朝向所述第二表面压紧，以形成端对端 压紧的第一和第二表面布置，以及感应加热所述端对端压紧的第一和第二表面布置，以便形成所述封闭组件。方案2 如方案1所述的方法，其特征在于，所述固定步骤进一步包括使所述上模 朝所述下模转移的步骤。方案3 如方案1所述的方法，其特征在于，所述封闭组件包括围绕外周边的焊接。方案4 如方案1所述的方法，其特征在于，所述上模与第一臂关联，所述下模与第 二臂关联，所述第一臂和所述第二臂在脱离位置和接合位置之间是可运动的，并且所述上 模和所述下模中的至少一个与所述第一臂和第二臂电磁连通。方案5 如方案1所述的方法，其特征在于，所述壁结构在所述下模和所述上模之 间提供了基本平坦的通道。方案6 如方案2所述的方法，其特征在于，进一步包括倾斜取向的唇边，该唇边从所述壁结构向上延伸进入所述通道中，并且适于容纳所述第二表面，由此所述第二表面沿 所述通道朝向所述唇边延伸。方案7 如方案1所述的方法，其特征在于，所述上模进一步包括朝向所述下模延 伸的隆起区域。方案8 如方案7所述的方法，其特征在于，所述隆起区域提供了弧形容纳部，所述 弧形容纳部适于容纳所述第一表面，由此所述第一表面朝向所述弧形容纳部延伸。方案9 如方案1所述的方法，其特征在于，进一步包括相对于所述第二表面有角 度地定位所述第一表面的步骤。方案10 如方案1所述的方法，其特征在于，进一步包括冷却所述上模和所述下模 中的一个以防止过热的步骤。方案11 一种感应焊接装置，包括 可操作地与第二臂分开的第一臂，所述第一臂与上模关联，所述第二臂与下模关 联，适于容纳第一表面的所述上模和适于容纳第二表面的所述下模，所述第一表面叠 置于所述第二表面上，以及感应线圈，所述感应线圈与所述上模和所述下模中的一个关联，并且适于感应加 热所述被容纳的第一表面和第二表面以形成封闭组件。
图IA是半示意透视图(semi-schematic perspective view)，其示出了感应焊接 组件。图IB是半示意透视图，其示出了图IA的感应焊接组件，该感应焊接组件容纳有端 对端的第一和第二表面布置。图2是图IA的感应焊接组件的半示意透视图，该感应焊接组件容纳有第一表面和
第一表面。图3是图IA的感应焊接组件的半示意透视图。图4是图IA的感应焊接组件的半示意透视图，该感应焊接组件正在形成封闭组 件。图5是与图IA的感应焊接组件关联的上模的半示意透视图。图6是替代性感应焊接组件的半示意透视图，该感应焊接组件容纳有第一表面和
第一表面。
具体实施例方式本文公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解的是所公开的实施例对于本发 明仅仅是示例性的，而本发明可以按照各种形式来实施。因此，本文公开的具体的结构性和 功能性细节不应被解释为限制性的，而应当仅作为权利要求的基础，以及作为教导本领域 技术人员以实际中任何适当的详细结构来多方面地使用本发明的代表性基础。总的来说，本发明提供了一种感应焊接装置，该感应焊接装置在本文中总体上以 附图标记10表示，感应焊接装置10适于由第一大致平坦的表面2和第二大致平坦的表面4来形成封闭组件20，其中第一大致平坦的表面2和第二大致平坦的表面4都具有足够大的 截面以形成封闭组件20。一般地，感应焊接装置10包括第一臂34和第二臂36，第一臂34 与上模14关联，第二臂36与下模12关联。至少一个感应线圈32也与上模14和下模12中 的至少一个关联，如图IA所示，感应线圈32与上模14关联。另外，在实践中第一臂34和 第二臂36中的一个或两个在脱离位置和接合位置之间是可运动的，其中上模14和下模12 中的至少一个与第一表面2和第二表面4电磁连通。尽管上模14和下模12可由各种材料制造，并且具有各种配置，但是通常上模14 和下模12中与感应线圈关联的部分是电绝缘的，以便充分限制电流的通过。上模14和下 模12沿支撑构件(未示出)适当定位，以便容纳待结合的第一表面2和第二表面4。第一 表面2和第二表面4可包括适于用在汽车应用中的片状金属车身板，但是本发明也可使用 其他表面。另外，第一表面2和第二表面4可具有变化的尺寸、厚度或表面，并且可以以相 对于上模14和下模12变化的角度放置在感应焊接装置10内。一般地，第一表面2和第二 表面4的尺寸大于上模14和下模12的容纳表面的尺寸，其可能大于12英寸。与上模14 关联的容纳表面在图IA中表示为弧形容纳部或展开的凸缘16。与下模12关联的容纳表面 在图IA中表示为通道26。虽然所示第一表面2和第二表面4 一般都大于12英寸，但是感 应焊接装置10可配置成用于使更小或相同尺寸的表面结合，这些表面具有相同或相似的 厚度或外表面。
上模14和下模12 —般附接到与感应焊接装置10关联的第一臂34和第二臂36， 然而也可使用与感应焊接装置10关联的可移除模具，该模具可按照需要用替代性配置的 模具或具有替代性质的模具来加以替换。分别与上模14和下模12关联的上模容纳部16 和下模容纳部26配置成相对定位的成形构件，该成形构件可以是相对于彼此互补配置的， 也可以不是相对于彼此互补配置的。一般地，弧形容纳部16和通道26都是弧形的，并且都 适于形成图3中所示封闭组件20的成形端部38。第一臂34和第二臂36中的至少一个在接合位置和脱离位置之间是可运动的，其 中第一臂34和第二臂36在接合位置中彼此邻接，而在脱离位置中则彼此分开一段距离。尽 管第一臂34和第二臂36之间的距离可变化，但在接合位置和脱离位置之间转换的期间，第 一臂34和第二臂36的分开距离一般可在大约10英寸到大约36英寸之间变化。如前面所描述和示出的，感应线圈32 —般与上模14关联，如图2所示，感应线圈 32定位成在与上模14关联的弧形容纳部16附近。在操作中，在接合位置中时，感应线圈 32定位成在下模12附近，第一表面2和第二表面4被定位在感应线圈32和下模12之间； 在脱离位置中时，感应线圈32 —般离下模12间隔一段距离。在焊接工艺期间，感应线圈32是电磁供能的，以允许线圈32提供感应加热。一般 地，电流从带有高频电源的感应线圈32中通过，使其产生磁场。该磁场进而可在第一表面 2和第二表面4内并且大致在第一表面2和第二表面4的界面处产生反向的磁场。该反向 磁场可在第一表面2和第二表面4内产生涡电流，该涡电流可最终消散成热能。电源的频 率充分受控以提供精确的穿透深度，从而集中涡流产生的热能以便使热量聚集在第一表面 2和第二表面4之间的界面处。由此，提供了用于在第一表面2和第二表面4附近进行焊接 的热源。感应线圈32和高频磁场在电方面与上模14是不同的。感应线圈32可使用铜或黄铜管材来制造，其在操作期间采用水冷以防止线圈32过热或熔化。线圈32—般安置在绝缘材料内，该绝缘材料例如是，具有刚性和耐久性的氨 基甲酸乙酯材料，但也不限于这种材料。这些绝缘材料一般是工业界内已知的，并且可相应 地变化。感应线圈32的设计可包括“场造型器”，其用于引导磁场离开感应线圈32朝向第 一表面2和第二表面2、4。任选地，可向第一表面2和第二表面4之间的接触表面施加“焊 齐U”材料以促进封闭组件20的焊接。图4示出了位于接合位置中的感应焊接装置10，感应线圈32 —般定位成邻近于被 容纳的第一表面2和第二表面4，并且位于被容纳的第一表面2和第二表面4之上，被容纳 的第一表面2和第二表面4以重叠的方式布置，并且第一表面2的端部与第二表面4的端 部关联。另外，与下模12关联的通道26可成角度放置，以便以旋转离开上模14或旋转朝 向上模14的取向来容纳第一表面2或第二表面4中的一个。可替代地，感应线圈32可以 与下模12关联，或者可以与下模12和上模14两者都关联。在对第一表面2和第二表面4 进行焊接的工艺中示出了感应线圈。优选地，感应线圈32的表面与近旁的第一表面2和第二表面4之间的距离是最小 的，因为感应焊接效率随感应线圈32与第一表面2和第二表面4的分开距离的平方而衰 减。实际上，该距离可在十分之几英寸到几英寸之间的范围内变化。如图5所示，在上模14 内，感应线圈32的尺寸和形状设置成围绕上模14的周边，使得当感应线圈32被启用时，围 绕被结合表面的外周边形成焊接。可针对特定焊接应用根据期望的加热温度来调整施加到 感应线圈32的功率。
在操作中，上模14与下模12间隔开，并且第一表面2和第二表面4以端对端取向 固定，其中第一表面2的端部固定到第二表面4的端部。任选地，第一表面2和第二表面4 可以是成角度取向的。第一表面2和第二表面4 一般根据标准量计的基准定位在上模14 和下模12之间。图2示出了容纳有第一表面2和第二表面4的上模14和下模12，其中第 一表面2和第二表面4以叠置的端对端取向布置，且第一表面2朝向弧形容纳部16延伸， 第二表面4沿通道26朝倾斜取向的唇边28延伸。随着上模14和下模12从脱离位置朝接 合位置转移，第一表面2被朝向第二表面4压紧以形成图IB所示的叠置的端对端压紧的第 一和第二表面布置30。任选地，第一模14和第二模12中的任意一个或两个都可配制以具 体的取向，以提供具有期望成形的封闭组件20。如果有的话，弧形容纳部(也称为展开凸 缘)16可以成角度地容纳第一表面2和第二表面4中的一个。任选地，与下模12关联的壁结构24和倾斜取向的唇边28可提供变形区域以便对 封闭组件20进行成形，使得封闭组件20具有充满吸引力的表面边缘38。另外，上模14可 根据变形区域具有互补配置。可替代地，变形区域可与上模14和/或下模12中的任意一 个或两个关联。在前面描述的焊接工艺中，与变形区域关联的感应线圈32可提供从封闭组 件20延伸的成形表面边缘38。变形区域可具有用于对封闭组件20进行成形的各种配置， 包括从下模12朝上模14向上延伸，上模14提供了美观的成形端部38，其中第二表面4相 邻于第一表面2。图6示出了以这种方式替代性配置成的封闭组件120。这种构造可根据 期望的成形表面提供各种封闭组件20的配置。在容纳第一表面2和第二表面4之后，感应线圈32可被启用从而具有高频磁场， 并且被电供能以允许感应线圈32加热。虽然感应线圈32可具有各种配置和取向，但是一 般地，图5所示感应线圈32沿上模14的周边取向，以便沿第一表面2和第二表面4的至少一部分提供感应焊接。随着感应线圈32加热，上表面2和下表面4的温度上升。一旦上表面2和下表面 4达到期望温度，感应焊接装置10可朝接合位置转移，将上模14引向下模12，并且引向以 端对端布置定位在上模14和下模12之间的第一表面2和第二表面4 。在与第一表面2和 /或第二表面4接触时，上模14可用足够大的力将第一表面2和第二表面4压在一起以使 上模14和下模12之间紧密接触，从而形成端对端压紧的第一和第二表面布置30。如图4中最佳示出的那样，通过足够的时间和热量，上模14和下模12可沿端对端 压紧的第一和第二表面布置30的周边提供焊接连接，形成封闭组件20。通过使连接到可 运动的上模14和/或下模12的第一臂34和第二臂36中的一个或两个运动，可使感应线 圈32升高或降低到第一表面2和第二表面4上。第一臂34和第二臂36中的一个或两个 的运动可根据所期望的操作被机械地、液压地或电动地控制。感应线圈32可由多种材料制造，包括如前所述的，被水冷的铜或黄铜管材。尽管 第一表面2和第二表面4以端对端的配置示出，但是与感应焊接装置10—起使用的其他配 置也是可能的。任选地，如图6所示，可使液体通过与下模112和/或上模114关联的管140循环 来帮助冷却上模114和下模112，并且确保在感应线圈132的供能期间所传输的任何热量都 不会对被焊接的封闭组件120的表面质量造成负面影响。另外，用非传导性材料(包括非 磁性材料)来制造支撑构件中与感应焊接组件110关联的部分，可进一步防止过热。一般地，如图IB所示，与上模14和下模12关联的第一臂34和第二臂36以及所 关联的上模14和下模12被表示成大致平坦的配置。上模14 一般具有隆起区域22，隆起区 域22提供了弧形容纳部16，弧形容纳部16大致适于容纳第一表面2，并在上模14和下模 12朝彼此运动的同时防止多余运动。下模12具有壁结构24，壁结构24提供了通道26，通 道26具有倾斜取向的唇边28，唇边28从壁结构24向上延伸进入通道26中。在所示配置 中，倾斜取向的唇边28大致适于容纳第二表面4，在允许第二表面4相对于第一表面2成角 度取向的同时可防止第一表面2和第二表面4的多余运动。可替代地，上模14和下模12 可配置成使用各种形状，包括规则形状和不规则形状，以便结合第一表面2和第二表面4， 从而感应加热并形成封闭组件20。适于容纳第二表面4的下模12可进一步配置成提供与 封闭组件20关联的成形焊接，例如但不限于宝石效应(jewel-effect)，可通过将下模12配 置成具有大约1. 5毫米的小半径来实现该宝石效应。尽管已经根据包括有实施本发明的当前优选模式的具体示例对本发明进行了描 述，但本领域技术人员将意识到在所附权利要求阐明的本发明的精神和范围内，上述方法、 构成和技术依然存在众多变形和改变。
权利要求
一种用于将具有足够大截面的大致平坦的第一表面结合到具有类似足够大截面的大致平坦的第二表面以形成封闭组件的方法，所述方法包括如下步骤使上模与下模间隔开，以便容纳所述第一表面和所述第二表面，所述第一表面和所述第二表面配置成叠置取向，在所述上模和下模之间将所述第一表面的端部固定到所述第二表面的端部，在所述上模和所述下模处将所述第一表面朝向所述第二表面压紧，以形成端对端压紧的第一和第二表面布置，以及感应加热所述端对端压紧的第一和第二表面布置，以便形成所述封闭组件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定步骤进一步包括使所述上模朝所 述下模转移的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述封闭组件包括围绕外周边的焊接。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上模与第一臂关联，所述下模与第二臂 关联，所 述第一臂和所述第二臂在脱离位置和接合位置之间是可运动的，并且所述上模和 所述下模中的至少一个与所述第一臂和第二臂电磁连通。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述壁结构在所述下模和所述上模之间提 供了基本平坦的通道。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括倾斜取向的唇边，该唇边从所述 壁结构向上延伸进入所述通道中，并且适于容纳所述第二表面，由此所述第二表面沿所述 通道朝向所述唇边延伸。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上模进一步包括朝向所述下模延伸的 隆起区域。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述隆起区域提供了弧形容纳部，所述弧形 容纳部适于容纳所述第一表面，由此所述第一表面朝向所述弧形容纳部延伸。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括相对于所述第二表面有角度地 定位所述第一表面的步骤。
10.一种感应焊接装置，包括可操作地与第二臂分开的第一臂，所述第一臂与上模关联，所述第二臂与下模关联，适于容纳第一表面的所述上模和适于容纳第二表面的所述下模，所述第一表面叠置于 所述第二表面上，以及感应线圈，所述感应线圈与所述上模和所述下模中的一个关联，并且适于感应加热所 述被容纳的第一表面和第二表面以形成封闭组件。
全文摘要
本发明涉及一种封板的感应焊接组件。具体地，本发明提供了一种用于感应加热第一表面和第二表面以形成封闭组件的方法和装置。本发明所设想的方法包括如下步骤使上模与下模间隔开以便容纳配置成叠置取向的第一表面和第二表面；将第一表面的一个端部固定到第二表面的端部；以及将第一表面朝向第二表面压紧以便形成压紧布置，该压紧布置被感应加热形成封闭组件。
文档编号B23K13/01GK101837510SQ20101012408
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者J·E·卡斯利, M·M·吉兰, S·E·哈特菲尔德-万希 申请人:通用汽车环球科技运作公司