专利名称：焊接方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于部件的焊接的方法和设备。
背景技术：
焊接是通过引起聚结而连结材料的制造或エ艺，该材料通常是金属或热塑性塑料。这通常通过熔化工件和/或添加填料材料以形成熔化材料的熔池而实现，该熔池也称作焊接熔池。在焊接熔池冷却之后，产生高強度接头。焊接接头的质量且因此焊接接头的强度与エ件的表面条件紧密相关，诸如基体的表面上的污染物和氧化物形成。此外，取决于要连结的材料的类型和质量，相同的焊接エ艺可花费/消耗非常不同量的能量来产生坚固焊缝。 花费更多能量的焊接エ艺可需要更大、更重、更有力和由此更贵重的焊接器械。焊接能量的这种增加的消耗倾向于减少焊接操作的总效率，且伴有焊接器械的更高成本和更大占地面积，倾向于增加成品组件的有效成本。
发明内容
一种用于焊接エ件的焊接设备，包括能量源，该能量源被构造为在エ件的区域中产生焊缝，其中，エ件的特征在于层。该设备还包括第一轮和第二轮，该第一轮特征在于第一圓周和布置在第一圆周上的第一组突起部，该第二轮特征在于第二圆周和布置在第二圆周上的第二组突起部。第一轮和第二轮中的每ー个被构造为相对于エ件旋转；第一和第二组突起部被构造为，随着工件在第一和第二轮之间移动时，对该层进行破裂。在对该层的破裂之后，能量源在エ件的所述区域产生焊縫。第一和第二轮中的至少ー个被构造为以预定频率振动，其中，预定频率可处于大约20-40KHz的范围内。焊接设备可还包括控制器，该控制器被构造为调节エ件在第一和第二轮之间的移动，和调节能量源以产生焊缝。焊接设备可还包括固定装置，该固定装置被构造为使エ件相对于第一和第二轮运动，从而使得第一和第二轮相对于エ件旋转，其中，控制器可调节该固定装置。此外，焊接设备可包括机构，该机构被构造为旋转第一和第二轮中的至少ー个，从而使得エ件相对于第一和第二轮移动，其中，控制器可调节该机构。能量源可被构造为激光束、电子束、等离子束、焊弧、和混合能量源中的ー个，该混合能量源诸如激光/焊弧。エ件可包括相邻基体，其在界面处接触，从而该区域形成在该界面处。基体中的至少ー个可由含铁和不含铁材料中的ー种形成，诸如钢、铝和镁。所述层可包括氧化物覆层和/或材料污染物，布置在相邻基体中的至少ー个的表面上。还披露了 ー种使用该焊接设备的方法。本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明优选实施例和最佳模式的以下详细描述并连同附图显而易见。
图I是焊接设备的横截面示意图，显示了由移动通过该设备的两个对接材料板形成的エ件；图2类似于图I所示的设备的焊接设备的横截面示意图，但是该设备在エ件和产生焊缝的能量源上移动；和图3是显示经由焊接设备焊接エ件的方法的流程图。
具体实施例方式參考附图，在附图中，相同的元件被标有相同的附图标记，图I和2示出了焊接设备10,用于焊接エ件12。如图所示,エ件12包括相邻基体14、16,所述基体被示出为相对 于焊接设备10定位的两个对接材料板，以便通过焊缝连结。尽管基体14、16被示出为两个材料板，每个基体还可具有明显不同的形状，其附加地包括两个相対的实质上平坦的表面，所述表面被构造为通过焊缝连结。每个基体14、16可由适于被焊接的含铁或不含铁材料形成，诸如钢、铝和镁。如图1-2所示，エ件12的特征在于层18。层18被布置在基体14、16的外表面上，且可包括氧化物覆层，所述氧化物覆层覆盖每个基体的ー个或多个平面。相应地，层18可围绕每个基体14、16。层18通常在材料(诸如铝或镁)暴露于环境条件时由这些材料的氧化物导致。层18可还包括主体材料(subject material)的杂质或污染物。当エ件12被焊接时，基体14、16外表面上的层18通常反射由适当热源(例如激光)产生的热能，并因此影响在基体之间的界面20处的通过焊接设备10造成的热产生。因而，在层18上的氧化物覆层和/或污染物的存在通常对于焊接过程的效率和完工的焊接接头的质量有损害，部分地因为被反射的热是浪费的能量，所述能量继而必须被更大功率的焊接设备10补偿。另夕卜，由氧化物形成的表面层通常在高温(诸如在2000摄氏度之上，其通常是激光焊接过程的特征)下分解。被分解的氧化物层通常形成不一致性，诸如捕获在焊接熔池中并导致弱化的焊接接头的多孔和/或裂纹。焊接设备10包括能量源22，该能量源22被构造为在形成在界面20处的区域24中形成焊缝(如图2所示)。相应地，能量源22可被构造为在区域24中产生被焊接材料的熔池的任何适当发生器，例如激光束、电子束、等离子束、焊弧或混合能量源(诸如激光/焊弧)。由热源22产生的热量通常在界面20处穿过层18，并至少部分地延伸到基体14、16中。因而，形成在界面20处的区域24可包括基体14、16的部分，从而焊接熔池包括基体本身的金属。焊接设备10还包括第一大致圆形的轮26。第一轮26的特征在于具有第一圆周的外表面28该外表面28。第一轮26包括第一组突起部或齿30,其布置在第一圆周上。第一轮26被构造为相对于エ件12旋转。焊接设备10还包括第二轮32，其特征在于具有第二圆周的外表面34。第二轮32包括第二组突起部或齿36，其布置在第二圆周上。类似于第一轮26，第二轮32还被构造为相对于エ件12旋转。第一和第二组突起部30、36被构造为，随着工件12有效地夹持在第一和第二轮26,32之间且在其之间移动，破裂表面层18。层18的破裂通过层的机械破裂而实现，由此允许能量源22产生的能量被基体14、16更有效地吸收。相应地，能量源22被定位为加热エ件12，且紧跟着层18被破裂之后在エ件的区域24中产生焊缝，以便产生更高质量的焊接熔池。为了在エ件12在第一和第二轮26、32之间移动时破裂表面层18，第一和第二轮中的至少ー个被构造为，随着轮使エ件经历夹持负载，以预定频率振动。主体频率(subjectfrequency)可在使用焊接设备10的焊接过程开发期间被经验地确立，其中，目标可以是层18的足够破裂，以便通过焊接设备以最小的功率消耗产生有效焊縫。根据焊接设备10的最初进行的开发，在一个可行实施例中，在O. 5-10千牛(kN)范围的夹持负载下，预定频率可以在大约20-40KHZ的超声波范围内。如图I和2所示，焊接设备10包括控制器38，该控制器38被构造为调节エ件12在第一和第二轮26、32之间的移动，和调节能量源22以产生焊缝。如图I所示，焊接设备 10可还包括固定装置40，该固定装置40可以被整合到传送带中。固定装置40可由此被构造为以适当的速率使エ件12相对于第一和第二轮26、32运动，从而使得第一和第二轮相对于エ件12旋转。在这种情况下，控制器38被构造为调节固定装置40的操作，以使エ件12相对于第一和第二轮26、32移动。相应地,随着第一和第二轮26、32被旋转和振动,第一和第二组突起部30、36重复地接合エ件12的表面和对层18进行破裂。如图2所示，焊接设备10可还包括机构42，该机构42被构造为使第一轮26旋转，且可还被构造为使第二轮32旋转，从而使得エ件12以适当的速率相对于第一和第二轮移动。在这种情况下，控制器38被构造为调节机构42，以使第一和第二轮26、32旋转和振动。相应地，随着第一和第二轮26、32相对于エ件12旋转，第一和第二组突起部30、36重复地接合エ件的表面，且对层18的任何氧化物和/或污染物进行破裂。如图I所示，在当エ件12沿箭头44所示的方向被固定装置40移动时的情况下，两个轮沿相反方向旋转，由此允许エ件在轮之间穿过。具体地，当第一轮26逆时针旋转(如箭头46所示)时，第二轮32沿相反方向旋转，S卩，顺时针(如箭头48所示)。类似地，如图2所示,不论机构42用于使第一和第二轮26、32 二者均旋转,或仅使其中ー个轮旋转以便将エ件拉动通过第一和第二轮，或仅仅使第一和第二轮的组件相对于エ件12运动，两个轮都沿由箭头46和48所示的相反方向旋转。继续參考图2，和如上所述，第一和第二轮26、32的组件可通过机构42相对于エ件12运动。第一和第二轮26、32的组件的这种运动的方向由箭头50表示。另外，如所述，第一和第二轮26、32中的任一个或两者可被用作由机构42驱动的主动轮(ー个或多个)。在机构42用于旋转第一和第二轮26、32中的仅ー个的情况下，第一轮26或第二轮32可用作响应两个轮中的在第一和第二轮之间拉动エ件12并使エ件12穿过第一和第二轮的另一个轮而旋转的惰轮。图3示出了焊接エ件10的方法60。方法60在此相对于在图I和2所示焊接设备10中连结エ件12的基体14和16而描述。方法在框62中开始，基体14、16被对接用于被焊接设备10处理。在框62之后，方法行进到框64，使エ件12在第一轮26和第二轮32之间穿过，从而第一轮和第二轮相对于エ件12旋转。在框64之后,方法行进到框66,其中，该方法包括随着工件在第一和第二轮26、32之间移动，通过第一和第二组突起部30、36对エ件12的层18进行破裂。当エ件12在第一和第二轮26、32之间移动时，第一和第二轮中的至少ー个的超声波振动可用于进ー步对于层18进行破裂。从框66，方法行进到框68，其中，方法包括在层18的破裂之后，通过能量源22在エ件12的区域24产生焊縫。控制器38可用于调节能量源22，以便产生焊缝。在框62和64之间，方法60可行进到框70，其中，方法还包括经由控制器38调节エ件12在第一和第二轮26、32之间的穿过。在框70中，方法可包括经由固定装置40使エ件12相对于第一和第二轮26、32运动，从而使得第一和第二轮可相对于エ件旋转和振动，以便破裂和移除层18的任何氧化物和/或污染物。替代地，在框70中，方法可包括旋转第一和第二轮26、32中的至少ー个，从而使得エ件12经由机构42相对于第一和第二轮运动。 尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种用于焊接エ件的焊接设备，该焊接设备包括 能量源，被构造为在エ件的区域中产生焊缝，其中，エ件的特征在于层； 第一轮，特征在于第一圆周和具有布置在第一圆周上的第一组突起部，第一轮被构造为相对于エ件旋转；和 第二轮，特征在于第二圆周和具有布置在第二圆周上的第二组突起部，第二轮被构造为相对于エ件旋转； 其中 第一和第二组突起部被构造为，随着工件在第一和第二轮之间移动时，破裂该层；和 在破裂该层之后，能量源在エ件的所述区域产生焊縫。
2.如权利要求I所述的焊接设备，其中，第一和第二轮中的至少ー个被构造为以预定频率振动。
3.如权利要求I所述的焊接设备，其中，所述预定频率处于大约20-40KHz的范围内。
4.如权利要求I所述的焊接设备，还包括控制器，该控制器被构造为调节エ件在第一和第二轮之间的移动，和调节能量源以产生焊缝。
5.如权利要求4所述的焊接设备，还包括固定装置，该固定装置被构造为使エ件相对于第一和第二轮运动，从而使得第一和第二轮相对于エ件旋转，其中，控制器调节该固定装置。
6.如权利要求4所述的焊接设备，还包括机构，该机构被构造为旋转第一和第二轮中的至少ー个，从而使得エ件相对于第一和第二轮移动，其中，控制器调节该机构。
7.如权利要求I所述的焊接设备，其中，能量源被构造为激光束、电子束、等离子束、焊弧和混合能量源中的ー个。
8.如权利要求I所述的焊接设备，其中，エ件包括相邻基体，所述相邻基体在界面处接触，所述区域形成在该界面处，并且其中，基体中的至少ー个由含铁和不含铁材料中的ー种形成。
9.如权利要求8所述的焊接设备，其中，所述层包括氧化物覆层，该氧化物覆层被布置在相邻基体中的至少ー个的表面上。
10.如权利要求8所述的焊接设备，其中，所述层包括材料污染物，该材料污染物被布置在相邻基体中的至少ー个的表面上。
全文摘要
一种用于焊接工件的焊接设备，包括能量源，该能量源构造为在工件的区域中产生焊缝，其中，工件的特征在于层。该设备还包括第一轮和第二轮，该第一轮特征在于第一圆周和布置在第一圆周上的第一组突起部，该第二轮特征在于第二圆周和布置在第二圆周上的第二组突起部。第一轮和第二轮中的每一个被构造为相对于工件旋转；第一和第二组突起部被构造为，随着工件在第一和第二轮之间移动时，破裂该层。在破裂该层之后，能量源在工件的所述区域中产生焊缝。还提供了一种使用所披露焊接设备的方法。
文档编号B23K37/00GK102689119SQ20121008035
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者D.杨, P-C.王 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司