专利名称：产生焊接组件的系统和方法
技术领域：
本发明涉及产生焊接组件的一种系统和方法。
背景技术：
焊接是通过促成聚结(coalescence )来连接材料(通常是金属或热塑性塑料)的加工或过程。这经常通过熔化工作件的基材和增加填补材料以在基材界面形成熔融的材料的熔池(也称为焊接熔池)来完成。基材界面的焊接熔池冷却后产生高强度的焊缝。根据拟被连接的材料的类型和质量，相同的焊接过程可能耗费/消耗极不相同的总量的能量，以产生稳固耐用的焊缝。具体说，焊接由加工硬化材料(例如超高强度钢或硼钢)形成的部件通常消耗大量的能量。因此，焊接由加工硬化材料形成的部件需要更大、更重、更大功率和更贵的焊接设备。这种增加的焊接能的消耗加上焊接设备的更高成本和更大尺寸往往提闻了最终形成组件的有效成本。
发明内容
一种产生焊接组件的方法，其包括提供加工硬化钢的部件。该方法还包括对加工硬化钢部件上的一区域施以局部退火，从而提高该区域的可成形性。该方法进一步包括在已退火的区域上形成突出部或凹陷部。此外，该方法包括将板抵靠突出部夹住，并在突出部处通过焊接设备连接板和加工硬化钢部件，以产生焊接组件。加工硬化钢的部件可由高强度低合金钢形成，板可由软钢形成。加工硬化钢可以是用于所述板的压制硬化的结构强化部件。根据该方法，板和加工硬化钢的部件的连接可通过电阻含完成。另外，对加工硬化钢上所述区域的退火可通过加热元件完成。此外，加热元件可包括感应线圈。该焊接设备还可包括一对电极。在这种情况下，板抵靠突出部的夹持可通过所述一对电极完成。还提供了一种系统和一种方法，所述系统采用本文所述的方法焊接加工硬化钢的部件，所述方法产生强化的组件。从下文中对实现本发明的最佳模式(一个或多个)和实施例(一个或多个)详细描述以及结合附图和所附权利要求，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势可以被容易地理解。
图1是用来产生焊接组件的系统的示意图，该系统被显示为处于压制硬化钢(PHS)部件的特定区域的退火过程中。图2是图1所示的系统的示意图，该系统被显示为处于PHS部件的突出部的形成过程中。图3是图1所示的系统的示意图，该系统被显示为处于将软钢板焊接至PHS部件的突出部的过程中。图4是最终形成的焊接组件的不意图；和图5是显示了产生图4所示的焊接组件的方法的流程图。
具体实施例方式参考附图，其中全文中相同的附图标记表示相同的元件，图1-3示出了通过部件14和板16产生焊接组件12的系统10。完整的焊接组件12在图4中示出。如在组件12中所应用的，部件14由加工硬化钢或压制硬化钢(PHS:press_hardened steel)形成,板16由低碳钢或软钢(mild steel)形成。部件14可具体地用作板16的结构加强。如图所示，PHS部件14包括形成的突出部18，当软钢板16在突出部处焊接到部件14上时产生组件12。PHS或硼钢且有时称为高强度类型钢通常以各种尺寸的板材交付，用于成型、淬火和额外的加工。如在其预成型状态所交付的，PHS通常具有大约350MPa的屈服强度。然而，在成型和淬火之后，PHS的屈服强度通常增长至1400-1500MPa的范围，并伴有延展性的相应下降。经常地，需要将PHS所形成的部件与更低屈服强度和/或更薄的规格材料(例如软钢板16 (其具有大约250MPa的屈服强度))所形成的部件连接起来。通常选择熔化焊接将成型的和淬火后的PHS部件与更低强度和/或更薄的规格材料部件连接起来，以保持足够的焊透和产生结实的组件。然而，通常，当PHS部件与更低屈服强度和/或更薄规格的部件焊接起，较低强度和/或更薄规格部件的焊缝处可能产生表面不规则性，例如凹陷。这种表面不规则性通常是由于熔化PHS所需的能量的量显著地大于让具有更低屈服强度的部件材料熔化所需的能量的总量。通常，所完成的组件的表面不规则性是不期望出现的，并且可能需要后处理来修复或弥补这样的缺陷。为了补救前述问题，采用系统10通过在部件14上形成突出部18并随后在突出部处连接板12和部件14而生成组件12。如上面所指出的，由于压制硬化和淬火，部件14的材料获得屈服强度的提高并经历延展性的下降。因此，在部件14中形成突出部18受部件基材承受变形且不产生裂口和撕裂的能力的限制。为了协助突出部18的形成，识别出部件14上的特定区域20 (从该区域将随后形成突出部)以进行退火。退火是应用于材料的一种热处理方法，其目的是改变材料性质，例如强度和硬度。退火通常是如此执行的:加热相关材料至超出该材料的再结晶温度，维持该选定的温度一段时间，接下来冷却。退火通常用于通过使其更均质从而细化材料的组织、消除内部应力、提闻材料的延展性，并提闻材料的冷作加工特性。根据相关材料，在加热阶段之后，可允许该材料缓慢冷却至环境状态，或通过在液体中淬火更快地冷却。在退火过程之后，提高材料的可成形性，即材料通常充分软化，可用于进一步的成形、成型或冲压。系统10包括固定装置22，其被配置为定位并保持住预成型和淬火的PHS部件14。如图1所示，固定装置22包括夹持机构24。所述夹持机构24被配置为在退火过程中保持PHS部件14在固定的位置。如图1所示，系统10还包括加热元件26，其配置为在突出部18形成之前让区域20退火并提高其可成形性。加热元件26是电气装置，其可以响应外部电源(未示出)穿过加热元件输送的电流而为退火区域20产生热能。加热元件26可包括通常由铜管制成感应线圈，所述铜管成型为补足(complement)区域20的形状。如图1-3所示,系统10还可包括臂端工具(end-of-arm tooling) 28。所述臂端工具28并入加热元件26，且被配置为将加热元件移动至合适的位置来为区域20退火。臂端工具28可安装在合适的传动机构上,例如图1-3所示的祐1架机器人(gantry robot)29 该桁架机器人29是笛卡尔坐标工业机器人，其被配置为沿直线运行，而不是沿三个主要的控制轴旋转。用于安装臂端工具28的传动机构还可被配置为是通常用于移动冲压生产线的线性传动机构，或机器人手臂(未示出)。如图1-3所示，系统10还可包括装置30，其被配置为在区域20已退火后在该区域20形成突出部18。装置30可以是具有上模32和下模34的冲压机。图2具体地显示了装置30在区域20形成突出部18。如从图1-3中可看出的，固定装置32可并入装置30中，从而在区域20退火后不需要重新定位或移动部件14来形成突出部18。如图3所示，可引入板16并将其放置或叠放在部件14的突出部18上，而该部件保持在固定装置22内。可替换地，部件14可被移至系统10 (未示出)的单独工作站以与板16连接。在部件14和板16叠放在一起后，通过在突出部18产生焊接部而产生组件12。夹持机构24可进一步被配置为当板和部件被连接时将板16抵靠突出部18夹住。在这种情况下，夹持机构24被配置为可充分地调整，以仅保持住部件14或抵靠部件14来夹住并保持住板16。在固定装置22独立于装置30而设置的情况下，可以提供被配置为夹住部件14和板16的额外且分开的夹持机构(未不出)。如图3所示，可提供被配置为在突出部18处连接板16和部件14的焊接设备36并将其相对于堆叠的部件14和板16定位。焊接设备36可被配置为在突出部18处产生材料的焊接熔池的任何合适产生器，例如电阻焊接电弧，或激光、电子和等离子束。当使用电阻焊时，焊接设备36包括一对电极——第一电极38和第二电极40。如图3所示，电极38、40可并入夹持机构24内， 其中每个电极被连接至单独的夹持件。电极38、40被配置为在焊接部形成过程中在突出部18处穿过被夹持的部件14和板16传送电流。当电流通过电极38、40传送至被夹持的部件14和板16，在突出部18与板16接触的点42处产生热能，原因是在所述接触点处电阻最高。由于电阻产生的热能局部存在于突出部18处，会在电42处导致被夹持的部件14和板16每一个的金属熔化。当电流停止时，焊点的冷却允许点42处的金属凝固，从而完成图4所示的焊接组件12。如图1-3所示，控制器44可以是系统10的一部分。如图1所示，控制器44可连接至加热元件26、装置30和焊接设备36并用来对它们的操作进行调节。因此，控制器44可以是程控的，以最先执行区域20的退火，接下来在退火的区域上形成突出部18，并随后在点42处将部件14焊接至板16。如上所述参考图1-2，图5显示了通过系统10产生焊接组件12的方法50。方法50开始于图框52，其包括提供预成型形成的PHS部件14，接下来进行至图框54。在图框54中，方法包括通过加热元件26对部件14上的区域20进行退火，以为该区域施加局部回火，从而提高这些区域的可成形性。参考图1所述，在区域20的退火过程中，部件14可由固定装置22的夹持机构24保持和定位。在图框54之后，方法进行至图框56。在图框56中，该方法包括在退火的区域20上形成突出部18。在突出部18形成之后，方法进行至图框58。在图框58中，方法包括将板16抵靠突出部18夹持住。在图框58之后，该方法进行至框60，其包括通过焊接设备36在突出部18处连接部件14和板16，以产生图4所示的焊接组件12。如果如上所述固定装置22并入装置30，则夹持机构24可进一步被配置为当板和部件被连接时将板16抵靠突出部18夹持住。在固定装置22不并入装置30的情况下，代替从图框54直接进行至图框56，该方法将从图框54进行至图框62，接下来进行至图框56。在图框62中，该方法包括将部件14移至装置30来形成突出部18 (发生于图框56中)。类似地，当在图框56中突出部18已经形成后，如果焊接设备36不能被引入装置30中，则代替直接从图框56进行至图框58该方法将从图框56进行至图框64，之后进行至图框58。在图框64中，该方法包括将部件14和板16移至焊接设备36，来将板16抵靠突出部18夹持住(这随后发生于图框58中)。该详细说明和附图或制图是对本发明的支持和描述，但本发明的范围仅由权利要求所限定。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
1.一种产生焊接组件的方法，该方法包括: 对加工硬化钢部件上的一区域进行退火，以对该区域赋予一局部回火，使得提高该区域的可成形性； 在退火的区域上形成突出部； 将板抵靠突出部夹持住；和 通过焊接设备在突出部处连接板和加工硬化钢部件，以产生焊接组件。
2.按权利要求1所述的方法，其中加工硬化钢部件由高强度低合金钢形成，板由软钢形成。
3.按权利要求1所述的方法，其中加工硬化钢部件是用于所述板的压制硬化的结构强化部件。
4.按权利要求1所述的方法，其中板和加工硬化钢部件的所述连接是通过电阻焊接完成的。
5.按权利要求1所述的方法，其中对加工硬化钢部件上所述区域的退火是通过加热元件完成的。
6.按权利要求5所述的方法，其中加热元件包括感应线圈。
7.按权利要求1所述的方法，其中焊接设备包括一对电极，且其中将板抵靠突出部夹持是通过所述一对电极完成的。
8.一种产生焊接组件的系统，该系统包括: 固定装置，其被配置为保持住加工硬化钢部件； 加热元件，其被配置为对加工硬化钢部件上的一区域进行退火； 一装置，其被配置为在退火的区域上形成突出部； 夹持机构，其被配置为将板抵靠突出部夹持住； 焊接设备，其被配置为在突出部处连接加工硬化钢部件和板； 其中加热元件对加工硬化钢部件上的所述区域进行退火，以在形成突出部之前提高该区域的可成形性。
9.按权利要求8所述的系统，其中加工硬化钢部件由高强度低合金钢形成，板由软钢形成。
10.按权利要求8所述的系统，其中加工硬化钢部件是用于所述板的压制硬化的结构强化部件。
全文摘要
一种产生焊接组件的方法，其包括提供加工硬化钢部件。该方法还包括为加工硬化钢部件上的一区域进行退火，以为该区域施加局部回火，从而提高该区域的可成形性。该方法进一步包括在退火的区域形成突出部。另外，该方法包括将板抵靠突出部夹持住，并在突出部处通过焊接设备连接板和加工硬化钢部件。还揭露了采用所揭露的方法焊接加工硬化钢的部件的一种系统和产生强化组件的一种方法。
文档编号B23K11/34GK103084720SQ20121041735
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月26日 优先权日2011年10月27日
发明者B.E.卡尔森, M.T.霍尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司