用激光束焊接轻质板材和实心板材的方法_2

文档序号:9509409阅读:来源:国知局
可选择或者额外地这样进行(或者促使)能量输入空间上的变化,通过在焊接点上的能量束或者能量束的轰击位置在焊接点的轻质板材一侧和实心板材一侧位置之间来回运动并且能量束具有用于能量束轰击位置的摆动的同步功率调制器,其中能量束的功率或者强度这样在时间上变化,即与能量束轰击位置在焊接点的实心板材一侧的位置上定位时相比,在能量束轰击位置在焊接点的轻质板材一侧的位置上定位时的能量束具有更小的功率或强度。特别可以设置,将这种功率调制用于额外支持上述停留时间-调制,其中在焊接点的轻质板材一侧的位置上存在的停留时间和光束功率/光束强度都小于焊接点的实心板材一侧的位置上存在的停留时间和光束功率/光束强度。
[0023]下面用单位时间内和单位面积内的光束能量来表示的强度。对于具有随时间保持恒定的强度和规定的光束横截面的预设光束,能量输入因此按比例地随停留时间增加。功率表示单位时间内的能量输入,其中光束区段的功率等于通过该光束区段的横截面积累计的强度。
[0024]通过该方法可以形成分隔的或者间隔的焊接点。还可以设置,通过焊接点位置沿着预设的焊缝分布的持续推进而形成连续的焊缝。
[0025]在施加焊接材料的施加前和/或期间可以通过加热光束在焊接点上进行能量输入。可以将融化状态的焊接材料输入到在通过加热光束加热的板材区域。还可以设置,使固体状态的焊接材料与通过加热光束加热的板材区域接触,其中焊接材料通过由加热光束进行的能量输入熔化。这里焊接材料可以通过电阻加热(技术上称作电热丝应用)预调温。可以这样设置,焊接材料从固相到熔融相的转变只需要最小的能量输入。
[0026]根据实施方式这样产生焊接连接,首先通过上述在空间上变化的能量输入预热轻质板材和实心板材,接着将(例如熔化的)焊接材料施加到已预热的焊接点上。因此在焊接材料施加前通过以能量束进行的能量输入对焊接点预调温并且随后将焊接材料(优选熔化的焊接材料)施加到预调温的焊接点上。
[0027]可以这样设置,将熔融形式的焊接材料施加到焊接点上,其中将焊接点上的熔融状态下的焊接材料施加到轻质板材和/或实心板材上。特别可以设置,以液滴的形式施加焊接材料,其中将例如以熔融状态的焊接材料以由单个的液滴组成的材料形式施加到焊接点上。
[0028]例如可以这样设置,轻质板材和实心板材间的焊缝这样产生,即通过首先沿着预设的焊缝分布通过上述空间中变化的能量输入预热轻质板材和实心板材并且这样预热后的焊缝分布补充有焊条,其中通过用于熔化焊条的焊接材料而设置的激光或者激光束或其他含能量的光束(下面也称作“熔化光束”)将焊条的焊接材料熔化并将熔化的焊接材料施加到通过加热光束预热的焊缝分布上。焊接材料的熔化可以例如通过脉冲的激光进行,其中焊接材料逐个通过脉冲激光熔化。这里可以通过焊接材料的电阻加热使熔化必需的能量输入最小化。
[0029]熔化光束通过空间上的变化既可以用于焊接材料的熔化又可以用于产生的焊缝的后续处理(也即,通过由能量束进行的能量输入加热),所产生的焊缝仍处于凝固前沿熔融相中。由此产生了优异的焊缝质量。同样有利的是,熔池区域的保护层具有合适的保护气体。
[0030]根据实施方式可以设置,在焊接在预设的焊接点位置上之前使轻质板材和/或实心板材具有结构或微结构(也即,由具有小于1000 μ m范围内的尺寸的结构元素构成的结构)。这样的微结构可以例如这样产生,通过将脉冲激光束或者其他含能量的光束(下面也称作“结构化光束”)引到轻质板材和/或实心板材上,其中通过每个光束脉冲将板材表面局部熔化并形成熔融凹口,从而由这些熔融凹口形成微结构。因此在焊接材料施加前,这样在焊接点上通过局部的熔化使轻质板材和/或实心板材具有表面结构,在焊接点区域的轻质板材和实心板材的表面粗糙度增加(由此焊接材料和各个板材之间的连接面或者接触面增大)。
[0031]通过轻质板材和/或实心板材在焊接点位置上设置具有微结构,板材上熔化的焊接材料的表面张力或者界面张力降低,从而可以以各个板层和焊接材料之间的较小的接触角实施焊接并且焊缝相应地可以保持平坦。由此可以省略例如焊接点的后续加工或者使对此的费用最小化。
[0032]加热光束、熔化光束和结构化光束可以分别是不同的含能量的光束,例如通过单独的发光装置(例如激光器)产生的光束。还可以设置,至少两个或所有这些光束都作为一个同样的光束,其中该光束在时间上依次发挥加热光束、熔化光束和结构光束的功能并且因此例如在第一时间段或者方法-步骤中发挥加热光束的功能,第二时间段或者方法-步骤中发挥熔化光束的功能和/或第三时间段或者方法-步骤中发挥结构化光束的功能。
【附图说明】
[0033]接下来借助实施例与附图详细阐明本发明,其中相同的或相似的特征用同样的附图标记表示,附图中示意性地示出了:
[0034]附图1示出了轻质板材和实心板材之间的焊接连接;
[0035]附图2示出了通过具有沿着其光束横截面变化的强度的能量束产生的焊接连接;
[0036]附图3示出了用于阐明附图2的的强度分布表;
[0037]附图4示出了用摆动的能量束产生的焊接连接。
【具体实施方式】
[0038]附图1以横截面图示出了轻质板材1和实心板材3之间的焊接连接的几何形状。轻质板材1具有两个盖板5和一个设置在盖板之间的夹层形状中、以塑料层7形式的核心层。例如各个盖板5由镀锌的钢板制成,核心层7由聚合材料制成。实心板材3是镀锌钢板。轻质板材1和实心板材3设置为卷边接合的形式。
[0039]通过焊接材料9,轻质板材1和实心板材3以形成材料配合的连接的方式在焊接点11上互相连接。例如通过沿着附图中示出的Xyz坐标系统的X方向持续地推进焊接点位置11产生了沿X方向延伸的焊缝。
[0040]如附图1中所示的,焊接材料9在焊接点11的轻质板材一侧的区域13中与轻质板材1接触连接并且在焊接点11的实心板材一侧的区域15中与实心板材3接触连接,从而焊接点11具有轻质板材一侧的位置13和实心板材一侧的位置15,其中焊接点11的轻质板材一侧的位置13通过焊接材料9与焊接点11的实心板材一侧的位置15连接。焊接点11的轻质板材一侧的位置13(横向于焊缝的纵向)从横坐标71延伸到横坐标y2,而相反地焊接点11的实心板材一侧的位置15从横坐标72延伸到横坐标y3 (类似地也适用于其他附图)。
[0041]附图2示出了通过根据实施方式的方法形成焊缝,其中在各个焊接点11上通过以激光束17形式的能量束进行能量输入。激光束17具有沿其光束横截面在空间上变化的强度,其中激光束17在附图2中通过同样相对于Y方向上限定的边缘光束示出。激光束17在焊接点11上的强度分布(也即在轰击焊接点时)相对于横向方向(y方向)在附图3中示出。
[0042]根据附图3,激光束17的强度分布不是旋转对称的。激光束17具有两个分束17’,17”,其中第一分束17’具有最大强度^并且第二分束17”具有最大强度12,其中两个最大强度构成了激光束17的局部最大强度并且沿着横向于焊缝的纵向分布的横向方向(也即,沿着y方向)互相间隔。第一分束17’的最大强度IJP光功率小于第二分束17”的最大强度12和光功率。这样的具有两个局部最大强度的激光束17可以例如通过双焦点光学或者通过两个单独的激光束的光学集合而产生唯一的总光束。
[0043]激光束17这样形成并且对准焊接点11,功率弱的第一分束17’以最大强度II作用在焊接点11的轻质板材一侧的位置13上并且功率强的第二分束17”作用在焊接点11的实心板材一侧的位置15上。因此在焊接点11的轻质板材一侧的位置13上的能量输入低于在焊接点11的实心板材一侧的位置15上的能量输入。
[0044]根据附图2和3,激光束17具有沿着光束横截面这样变化的强度,即,光束17具有两个局部的最大强度。可选择设置,激光束17不具有局部最大强度,而是取而代之地这样形成和实施激光束17,S卩,使其在焊接点11上具有一个在从轻质板一侧的位置13到实心板一侧的位置15的方向上、即在从横坐标yi到横坐标y 3的方向上单调(例如严格单调)地增加的强度。
[0045]根据附图2和3,在焊接点11上通过激光束17进行的能量输入在空间上这样变化,通过激光束17具有沿着其光束横截面在空间上变化的强度,使在轻质板材一侧的位置13上的能量输入小于实心板材一侧的位置15。
[0046]附图4示出了通过根据另一实施方式的方法形成焊接连接,其中使用以激光束19的形式的振荡
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