专利名称：焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前叙部分所述的用于焊接一个金属层和一个金属物体的方法。
背景技术：
至少带有一个电极，例如一个中间电极或火花塞侧电极的火花塞已经由现有技术公开了很长时间，它至少部分地采用一种贵金属。
在EP 0 575 163B1中描述了一种带有一个火花塞侧电极和一个中间电极的火花塞。该中间电极具有一个带有一个焊在它上面的点火尖端的前端，其中该点火尖端和火花塞侧电极形成一个火花间隙。一个环形的激光焊缝在电极的前端和点火尖端之间围绕外限位面的周边延伸。点火尖端在此可以优选由一种贵金属制成并借助激光束焊、氩焊或电子束焊安装到电极上。
此外由DE 101 03 046A1公开了一种方法，在该方法中一个贵金属层和一个火花塞的电极被这样连接，即实现热量由电极的远离贵金属层的一侧至少部分地穿过电极向贵金属层的方向引入连接区域。其中贵金属层不必完全在其整个厚度和/或整个长度和宽度上熔化。这个方法不希望，生产所产生的在电极或贵金属层上的误差波动在未调节的激光能量的作用下可以导致不同的焊接深度。由此可能以不希望的方式出现焊接能量向前推进直到贵金属层的表面并且因此在贵金属层的表面上和电极的金属基材形成熔合物。
发明内容
与之相比，本发明的任务在于提出一种用于焊接金属层和金属物体的方法，它一方面使金属层和金属物体持久固定地连接并且另一方面很大程度上避免远离金属物体的金属层的表面的变型。
本发明的任务以有利的方式通过一种具有权利要求1的特征性特征的方法解决。该方法使在金属层和金属物体之间的连接区域引入的热量可以根据需要调节，这样获得在金属层和金属物体之间的持久的连接，而不会损害远离金属物体的金属层的表面。
所述调节借助一个高温计进行，利用该高温计确定用于控制焊接过程的金属层的表面温度。由于金属物体基本上处于高温计和焊接所必需的能量源之间，高温计的温度测量基本上不受能量源散射的影响，而是通过金属层的表面温度确定。此外在这个连接层的确定区域内引入能量的大小或持续时间取决于在这个区域的金属层的表面温度来进行调节，这样以这种方式可以产生质量价值高的焊缝。
利用在从属权利要求中举出的措施使根据本发明的方法的有利的改进方案成为可能。
如果金属层和金属物体的焊接借助激光焊接完成并且金属层至少在一部分面积的未完全熔化是有利的。使用激光能量作为能量源使引入的焊接能量可以特别准确地对焦。
此外如果在将贵金属层装到火花塞的电极上时的焊接基本上沿着电极的圆周进行是有利的。
在一个本方法特别有利的实施方式中，能量源在能量引入时在金属物体的表面上方进行第一平移运动，并且高温计基本上同步进行第二平移运动，其中第一平移运动相对于第二平移运动以一种方式进行，即金属物体始终处于能量源和高温计之间。此外如果热源的功率在此取决于由高温计确定的金属层的表面温度调节来进行控制是有利的。在贵金属的区域可达到的焊接深度误差由于调节而降低到约0.08mm。
在附图中描述了一个本发明的实施例并且在下面的说明中详细解释。图1a到1d示意示出了根据现有技术的带有装备了贵金属的电极的火花塞的壳体，图2a到2d示出了根据按照本发明的方法生产的带有装备了贵金属的电极的火花塞的壳体，并且图3示意示出了一个金属物体，该物体借助按本发明的方法用一个金属层装备。
具体实施例方式
在图1d中示意描述了一个火花塞的管状金属壳体10，在该壳体上焊接了至少一个或多个火花塞侧电极12。在它们和一个未示出的火花塞中间电极之间产生触发火花。中间电极设计为例如双材料电极，其中一个铜芯被一种镍合金包住。因为不仅一个火花塞的火花塞侧电极12，而且中间电极由于形成触发火花而遭受高的腐蚀负荷，优选至少其中一个电极在触发火花的产生区域使用贵金属镶嵌。其中该相应的电极具有一个缺口，在该缺口中插入一个合适的贵金属片并且和电极材料焊接在一起。
图1d示出了一种按照现有技术的焊接方法，其中一个用于产生在焊接过程中所必需的热量的能量源，例如一个激光器14，被对准到要插入的贵金属片16的表面并且通过对它加热产生与火花塞侧电极12的基体材料的焊接。
它实现了一个用一个贵金属片装备的火花塞侧电极12，如它在图1c中以上视图示意描述的那样。可以看出在贵金属片16的周围是一个熔化区域18，它基本上由一种电极基体材料和贵金属片的材料的混合物组成。如在图1a中一个截面图所示，熔化区域18可以包住贵金属片的整个区域。在图1b中成像了一个这种完全熔化的贵金属片16的摄影照片。可以识别出的是火花塞侧电极12和熔化区域18。缺点在于，电极基体材料和贵金属的混合物与贵金属片16的材料相比表现出明显差的抗腐蚀性。不过其材料性能还是明显好于电极基体材料的材料性能。
图2a到2d示出了与图1a到1d类似的图片，其中相同的附图标记表示相同的结构组件。在图2d中可以看出，现在激光器14作为焊接能量源被对准火花塞侧电极12的与一个要固定的贵金属片16对置的一侧。在图2a中可以看出，熔化区域18由此不再达到与大气层有接触的贵金属片16的表面，这样尽管形成了贵金属片16和火花塞侧电极12的焊接，但是并不能在上视图中在装配了贵金属片16的火花塞侧电极12上看出熔化区域。这些在图2c和图2b的左侧的成像图中示出。图2b的右侧的成像图示出了远离装配了贵金属的火花塞侧电极12的大平面的背面以及在它上面可识别的熔化区域18。
一方面为了使贵金属片16在火花塞侧电极12上的充分地固定，将一定量的能量引入熔化区域18是必要的，这样它包围插入的贵金属片的部分区域。另一方面设定的能量数量不能这么大，即它导致贵金属片16完全熔化。
在图3中举例说明了一种焊接过程的调节。其中如在图2a到2d中已描述的那样，一个激光器14对准火花塞侧电极12的远离要插入的贵金属片16的侧面，这样在贵金属片16的面对火花塞侧电极12的那一侧面形成一个熔化区域18。为了调节在火花塞侧电极12的每个面积区域引入的能量，在火花塞侧电极12的与激光器14对置的一侧设有一个高温计20。它优选这样定位，即可以确定贵金属片16的那个部分区域的一个表面温度，该区域与同一时刻产生的熔化区域18的区域特别接近。在理想情况下高温计20和激光器14形成一个虚拟的直线，它垂直于激光照射的火花塞侧电极12的大表面并且激光器14的激光束沿着该直线侵入火花塞侧电极12的材料。
这里一个高温计可以理解为任意的测量装置，只要它能足够准确地确定加工过程中贵金属片的比较高的表面温度，都是合适的。这些可以以一种非接触式的测量方法为基础，例如吸收发射出的红外线，或者根据一种以与贵金属片16的表面接触为前提的测量方法，例如测量一个电气的电阻印刷导线的电阻。
所述调节优选以这种方式进行，即对准火花塞侧电极12的激光器14的功率以及因此在每个时间单位里引入熔化区域18里的能量取决于利用高温计20确定的贵金属片16的表面温度来实现，其中激光器14和高温计20的平移运动优选、但不是强制地保持。
一种替代的调节在于，利用激光器14对火花塞侧电极12的一个表面区域的照射进行到这样一个时刻，在该时刻在一个与照射表面区域对置的贵金属片16的表面区域记录了一个对应于一个储存的最低温度的温度。在该时刻最好进行火花塞侧电极12和/或激光器14以及高温计20的平移运动。其中激光器14和高温计20进行基本上同向的平移运动，这样在图3中描述的在对一个新的表面区域对焦情况下的测量布置基本保持不变。
这使得考虑到加工技术所产生的误差波动在火花塞侧电极12上实施贵金属片16或者缺口时，在贵金属和电极基体材料之间产生的焊接连接没有质量损失。通过选择一个合适的，在贵金属16的表面必须遵循的最低温度，可以适当地影响在熔化区域18内的材料成分。在此为了避免明显不同的热膨胀系数，在熔化区域18内的材料中贵金属的份额＜30％，特别是＜5％是有利的。此外为了探测有缺陷的焊接连接可以动用高温计信号，例如当被检查的贵金属片16的一个表面温度出现在储存的包络线外面时。
为了获得高温计信号设有一个合适的、未示出的分析和调节单元，利用该单元进行激光器14的功率调节和/或定位。该分析和调节单元执行在测量的表面温度和储存的最低温度之间的理论/实际值比较，并且基于比较的结果对一个激光器定位装置以及激光器必要时给出定位和调节指令。
待加工的贵金属片可能具有例如从0.8到2.5mm，特别是1.5mm的长度，以及从0.3到约7mm的宽度。它们可以单独、以混合的方式或作为合金含有例如铂、铱、铑、钌和/或钯。
按照本发明的调节的应用不限于在火花塞的火花塞侧电极生产时的应用，而是也可以在利用贵金属片装备火花塞的中间电极时使用。此外该调节可以应用在任意的用于连接一个金属物体和一个金属层的焊接过程中，其中不希望金属层完全熔化。此外该应用不限于激光焊接方法，而且这种调节也可以在电阻焊接过程，在氩焊或电子束焊接时应用。
权利要求
1.用于焊接一个金属层(16)和一个金属物体(12)，特别是一个贵金属层和一个火花塞的电极的方法，其中热量从远离金属层(16)的金属物体(12)的一侧至少部分地在金属层(16)的方向穿过该金属物体引入到一个连接区域(18)中，其特征在于，在金属物体(12)的具有金属层(16)的一侧上借助一个高温计(20)确定金属层(16)的用于控制焊接过程的温度。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，焊接借助激光焊进行。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，金属层(16)至少在部分面积上未完全熔化。
4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，焊接基本上沿着金属物体(12)的圆周进行。
5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，热源(14)在热量引入时在金属物体(12)的表面上进行第一平移运动，并且高温计(20)基本上同步地进行第二平移运动，其中第一平移运动相对于第二平移运动以一种方式进行，即金属物体(12)始终处于热源(14)和高温计(20)之间。
6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，热量引入基本上沿着在热源(14)和高温计(20)之间的虚拟的直线进行。
7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，热源的能量功率根据获得的金属层的温度进行调节。
8.按权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，第一平移运动取决于用高温计(20)确定的金属层(16)的温度进行。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，只要金属层(16)的处于高温计(20)的焦点中的表面部分的温度不具有一个储存的最低温度，就不进行第一平移运动。
全文摘要
本发明描述了一种用于焊接一个金属层(16)和一个金属物体(12)的方法，其中热量从远离金属层(16)的金属物体(12)的一侧至少部分地在金属层(16)的方向上穿过该金属物体引入到一个连接区域(18)中。在金属物体(12)的具有金属层(16)的一侧上借助一个高温计(20)确定金属层(16)的用于控制焊接过程的温度。
文档编号B23K26/42GK1759972SQ20051011355
公开日2006年4月19日 申请日期2005年10月14日 优先权日2004年10月14日
发明者T·尤伊斯特尔, G·雷伯, A·本茨, U·哈格, T·佩特施尔 申请人:罗伯特.博世有限公司