专利名称：操纵连杆的激光焊接方法和实施该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种操纵连杆的焊接方法及实施该方法的装置，特别是涉及一种将焊接部分周围形成的凹槽部分去除并在那里形成一凸起部分的焊接方法和装置，由此改善所述操纵连杆的物理特性。
通常，车辆的悬挂系统中提供有一操纵连杆，这种悬挂系统垂直地振荡和吸收随不稳定因素而引起的振动和碰撞的外界不稳定性。公开号为63-40210的日本公开特许公报披露了一种车辆扭转梁型(twist beamtype)后悬架。参看
图1，该悬架包括一对沿该车辆的相对两侧安装的拖臂100R和100L和在它们之间延伸的一个扭转梁102。拖臂100R和100L的前端由车体108通过接头106R和106L可转动地支撑，并限定了一旋转轴104。拖臂100R和100L的后端支撑车轮110R和110L。
一对操纵连杆124R和124L的每一第一端通过接头120R和120L可转动地连接到每一相应的拖臂上，其每一第二端可旋转地以轴104为中心并通过接头122R和122L连接到车体108上。参看图2，操纵连杆124R和124L包括一对圆环110(为清楚起见仅显示出一侧)和连接圆环110的连杆120，铰销穿过所述圆环。操纵连杆124R和124L垂直地振荡随着车辆运行期间所产生的碰撞。这样，操纵连杆124R和124L的焊接质量设计时应当考虑其疲劳耐力增加到最大值。
通常，采用凸焊方法焊接操纵连杆124R和124L。凸焊是一种电阻焊接方法，在这种焊接方法中，被焊接件的其中一件上形成一凸起而另一件具有一个平面，这两个被焊接件这样接触，即所述凸起面对所述平面接触，并给它们施加一个电压。电流集中在所述凸起部分上，以致在所述凸起部分和平面之间产生热量。与此同时，这两个焊接件向着彼此被推进。这样，当它们之间的温度达到一预定的熔点时，所述凸起部分塌陷并粘附在另一件的所述平面上。
下文中将解释操纵连杆124R和124L的圆环110和连杆120的凸焊方法。首先，一个圆环110和连杆120对准，以便在圆环110的一侧形成的第一焊接部分130与在连杆120的一侧形成的第二焊接部分140相互面对。然后，第一和第二焊接部分130和140向着彼此被推进以便强有力地挤压在一起。在这种状态下，将电极分别插入圆环110和连杆120，并给它们施加一电压。热量在第一和第二焊接部分130和140中产生，其温度升至一预定的熔点，导致第一和第二焊接部分130和140的熔化。此时，圆环110和连杆120被强有力地相互挤压在一起，以便第一和第二焊接部分130和140在相对高温下塌陷并相互粘附在一起。相对一侧的圆环以相同的工序进行焊接。
图3是图2中所示的部分“A”的放大图，该部分是凸焊之后操纵连杆的圆环110和连杆120之间的焊接部分。参看图2和图3，圆环110和连杆120通过凸焊相互整体连接在一起。然而，在以连杆120为中心的第一和第二焊接部分130和140处形成隆起部分。由于这些隆起部分，当外部力作用在所述操纵连杆上时，应力就会集中在所述焊接部分上，而且，盐粒很容易会落在所述的焊接部分上并侵蚀其周围，由此就破坏所述的操纵连杆。
本发明打算克服所述的问题。为此，本发明的目的是提供一种操纵连杆的焊接方法和实施该方法的装置，其中操纵连杆由凸焊方法焊接，之后围绕焊接部分周围的凹槽部分被激光焊接熔化并形成凸起部分，由此增加该操纵连杆的机械强度。
为了达到本发明的上述目的，本发明提供了一种采用激光焊接操纵连杆的焊接方法，所述的操纵连杆有一对圆环和在圆环之间延伸的一连杆，该方法包括步骤第一步是给所述每一环和连杆施加一电压并向着彼此推进，以便在它们之间产生热量，借此熔化它们之间的接触部分并强有力地将它们粘附在一起；第二步是将一激光束聚焦在所述的粘接部分上，与此同时旋转所述操纵连杆以便将在所述粘接部分周围形成的凹槽部分熔化并在该处形成凸起部分。
按照本发明的第一个实施例，所述第二个步骤包括转动操纵连杆；发射所述激光束；将该激光束转向/分离成两个路径；将所转向的激光束聚焦在所述操纵连杆的粘附部分上。
按照本发明的第一实施例，每一激光束相对于垂直于所述操纵连杆一旋转轴的平面以45-75度的倾斜角入射到每一粘附部分上，以便将所述凹槽部分变成一光滑的凸起部分。
按照本发明的第二个实施例，所述第二个步骤包括同时旋转两根操纵连杆；发射激光束；将所述激光束转向/分离成四个路径；将每一转向后的激光束聚焦在所述操纵连杆的每一所述粘附部分上。
按照本发明的一个优选实施例，每一激光束相对于垂直于所述操纵连杆一旋转轴的平面以45-75度的倾斜角入射到每一粘附部分上，以便将所述凹槽部分变成一光滑的凸起部分。
为了实现本发明的上述目的，本发明还提供了一种采用激光焊接操纵连杆的焊接装置，所述的操纵连杆有一对圆环和在圆环之间延伸的一连杆，该装置包括第一焊接部件和第二焊接部件，该第一部件将电压施加到所述每一圆环和连杆上并向着彼此推进每一圆环和连杆，由此熔化它们之间的接触部分并强有力地将它们粘接起来；该第二焊接部件在转动所述操纵连杆的同时将激光束聚焦在所述粘附部分上，以便将所述粘接部分周围形成的凹槽部分熔化并在该处熔化成凸起部分。
按照本发明的第一实施例，所述第二焊接部件包括一旋转台，该旋转台夹紧并旋转所述操纵连杆的两个圆环；一个发射激光束的CO2激光发生器；至少两个光束转向装置或分离器，该转向装置或分离器将所述激光束分开并沿向着所述操纵连杆的两个路径传播；以及至少两个光束聚焦装置，以将每一被转向的激光束聚焦到操纵连杆的每一焊接部分上。
按照本发明的第二个实施例，所述第二焊接部件包括至少两个旋转台，这两个旋转台夹紧并旋转两个操纵连杆中的每一个；一个发射激光束的Nd-YAG激光发生器；至少四个光束转向装置或分离器，该转向装置或分离器将所述激光束分开并沿向着所述这些操纵连杆的四个路径传播；至少四个传播所述被转向激光束的光缆；以及至少四个光束聚焦装置，以将每一被传播的激光束聚焦到这些操纵连杆的每一焊接部分上。
通过下面结合附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和其它优点将变得更加清楚明白。
图1是公开号为63-40210的日本实用新型特许公开中披露的一种车辆扭转梁(twist beam)型后悬架的示意图；图2是由普通的凸焊方法焊接的操纵连杆的局部前视图；图3是图2中“A”部分的放大图；图4是按照本发明优选实施例的凸焊装置示意图；图5是使用本发明第一实施例的CO2激光发生器的激光焊接装置示意图；图6是使用本发明第二实施例的Nd-YAG激光发生器的激光焊接装置示意图；图7是本发明第一实施例的操纵连杆焊接方法流程图8是本发明第二实施例的操纵连杆焊接方法流程图；图9是描述通过激光焊接方法将操纵连杆的一个焊接部位的凹口部分变成凸起部分的局部放大图；图10是比较两种情况下扭矩的曲线图，其中每种情况均是在凸焊之后再加激光焊接；图11是对没有凸起部分的操纵连杆进行拉伸实验时的应力分布2D模型；图12是对带有凸起部分的操纵连杆进行拉伸实验时的应力分布2D模型；图13是对没有凸起部分的操纵连杆进行加压实验时的应力分布2D模型；图14是对带有凸起部分的操纵连杆进行加压实验时的应力分布2D模型。
下面将参考附图4-14对本发明的一个优选实施例进行详细描述说明。
下文说明的激光焊接方法及实施该方法的装置实质上不限于一个操纵连杆，还可适合于一个经受反复载荷的球窝接头或各种连接。
通常，在车辆的一个悬挂系统中装有所述的操纵连杆，该操纵连杆垂直振荡并吸收包括振动和碰撞这样的外部不稳定因素。图4表示按照本发明一个优选实施例的操纵连杆301的凸焊装置300。参看图4，操纵连杆301包括第一和第二圆环310和320以及在它们之间延伸的连杆330。第一环310的底部形成有第一焊接部分312，连杆330在对着所述第一焊接部分312的一端形成有一个第二焊接部分314。连杆330的另一端形成有一第三焊接部分322，第二环320在对着第三焊接部分322的顶部形成有一第四焊接部分324。
凸焊装置300包括用于焊接第一环310和连杆330的第一电极部分350和用于焊接第二环320和连杆330的第二电极部分360。第一电极部分350包括形成有用于支撑第一环310的半圆形凹口354的第一推进部分352与第一推进部分352连接以便给第一圆环310施加一电压的第一电极356以及与连杆330连接以便给连杆330施加一电压的第二电极358。施加电压的情况下，第一电极部分350向下推进第一圆环310。
第二电极部分360包括形成有用于支撑第二环320的半圆形凹口364的第二推进部分362与第二推进部分362连接以便给第二圆环320施加一电压的第三电极366以及与连杆330连接以便给连杆330施加一电压的第四电极368。施加电压的情况下，第二电极部分360向上推进第二圆环320。
用凸焊装置300焊接操纵连杆301的焊接过程如下。调整第一圆环310的第一焊接部分312使其面向连杆330的第二焊接部分314，调整连杆330的第三焊接部分322使其面向第二圆环320的第四焊接部分324。此时，第一圆环310被插入到第一推进部分352的凹口354中，第二电极358与连杆330的一侧相连。并且第二圆环320被插入到第二推进部分362的凹口364中，第三电极368与连杆330的一侧相连。
在这种状态下，当给每一电极施加电压时并给所述操纵连杆施加一压力，电流通过每一焊接部分并由此产生热量。当所述热量上升到一预定温度时，每一焊接部分塑性变形。随着压力的施加，每一相对着的焊接部分在一高温下相互粘接成一体。
然而，如上所述，在所述操纵连杆的焊接部分，围绕这些焊接部分形成了一些隆起部，这些隆起部依次形成凹槽部分340。按照本发明的一个优选实施例，利用激光进行后处理以去除这些凹槽部分340。
图5表示按照本发明的第一实施例的一种激光焊接装置401。参看图5，激光焊接装置401转动由凸焊或类似方法焊接的操纵连杆301。激光束聚焦在操纵连杆301的所述焊接部分上，以使所述凹槽部分340变成光滑的凸起部分。
激光焊接装置401包括一个旋转所述操纵连杆的旋转台410。所述旋转台410包括锯齿形架(zigs)412，每一锯齿形架与每一圆环310和320接合并且它们一起同时旋转。从一台CO2激光发生器420发射一束激光束。所发射的激光束由射束转换器或射束分离器431分离或转向，以便向着在旋转台410上旋转的操纵连杆301。也就是说，置于上游的射束转向器或分离器431包括一个半透镜，该半透镜使得一部分激光束从那里穿过并将剩余的光束的传播路径转向约90度。转向的光束通过光束聚焦装置441被聚焦在操纵连杆301的一个凹槽部分上。另一方面，下游转向器432包括一全反镜433，该反镜将到达那里的发射光束以约90度反射角反射。该被反射的光束通过光束聚焦装置442聚焦在操纵连杆301的另一凹槽部分上。
按照本发明的第一实施例，每一被聚焦光束以相对于垂直于操纵连杆301的一旋转轴的平面45-75度的倾斜角入射到每一粘接部分上，以便将所述凹槽部分340变形为一光滑的凸出部分。这就使得被聚焦光束在没有任何物理干扰的情况下入射到操纵连杆的焊接部分上。所述入射激光束加热凹槽部分340，以便使其变成在每一圆环310和320与连杆330之间曲线的凸起部分。
图6表示按照本发明第二实施例的激光焊接装置501。参看图6，激光焊接装置501旋转至少两个由凸焊或类似方法焊接的操纵连杆301，激光束被聚焦到操纵连杆301的焊接部分上，以便将凹槽部分340变成光滑的凸起部分。
激光焊接装置501包括用于旋转至少两个操纵连杆301的至少两个旋转台511和512。每一旋转台511和512包括锯齿形架514，每一锯齿形架514与每一圆环310和320接合并一起同时旋转。一束激光束从一个Nd-YAG激光发生器520发射。该发射的激光束被束转向器或分离器530分离或转向，以便被导向在每一旋转台410上旋转的操纵连杆301上。即，束转向器或分离器530包括至少四个半反射镜531和532，它们将所述的激光束分成至少四个能量大体相同的路径，并且将该被分开的激光束的传播路径转向约90度。这些被转向的激光束通过光电缆570传送。每一被传送的激光束通过束聚焦装置441聚焦在两个操纵连杆301的每一凹槽部分上。
相应地，两个操纵连杆301可被所述激光后处理，造成所述焊接过程的加速。可替换地，仅仅操作上游的两个半反射镜531以便后处理所述操纵连杆301中的一个，此后，操作剩余的两个半反射镜532以后处理另一操纵连杆301，这就意味着一个连续的焊接过程。根据所述Nd-YAG激光发生器的激光能量可适当地确定操纵连杆301的数量。
并且，在第二个实施例中，每一聚焦光束相对于垂直于操纵连杆301的一个旋转轴的平面以45-75度的倾斜角被入射到每一被粘接部分上，以便将凹槽部分340变成光滑的凸起部分。如上所述，该被入射激光束加热凹槽部分340，以便将该凹槽部分340变成在每一圆环310和320与连杆330之间弯曲环绕的凸起部分。
图7表示按照本发明第一实施例的操纵连杆焊接流程图。参看图7，给一对圆环310和320与在它们之间延伸的连杆330施加一个电压，推进它们并相互靠压，这样由此就通过凸焊或其它的焊接方法将它们加热并相互粘接在一起(S1)。被焊接后的操纵连杆301在旋转台410上旋转(S2)。此后，发射一激光束(S3)，分离/转变该激光束的传播方向(S4)，将其聚焦在操纵连杆301的焊接部分上(S5)。
详细地说，第一实施例的焊接方法包括第一步骤(S1)，该步骤施加一电压并向着彼此推进每一圆环310和320和连杆330，以便加热破坏它们之间的接触部分并将它们粘接起来；第二个步骤是将激光束聚焦在该粘接部分上，同时旋转操纵连杆301，以便将焊接部分周围形成的凹槽部分熔化成凸起部分。
优选地，每一聚焦激光束相对于垂直于操纵连杆301的一个旋转轴的平面以45-75度的倾斜角被入射到所述焊接部分上，以便将凹槽部分340变成光滑的凸起部分。
图8表示按照本发明第二实施例的操纵连杆焊接流程图。参看图8，给一对圆环310和320与在它们之间延伸的连杆330施加一个电压，推进它们并相互靠压，由此就通过凸焊或其它的焊接方法将它们加热并相互粘接在一起(S11)。此后，至少两个被焊接后的操纵连杆301在相应的旋转台上旋转(S12)。然后，发射一激光束(S13)，将该激光束分离/转变成四个路径(S14)。将该被分离/转向的激光束通过光缆570传播(S15)，并将其聚焦在操纵连杆301的相应焊接部分上(S16)。
优选地，每一聚焦激光束相对于垂直于操纵连杆301的一个旋转轴的平面以45-75度的倾斜角被入射到每一焊接部分上，以便将凹槽部分340变成光滑的凸起部分。
在激光束聚焦的粘接部分上，产生相对高温的热量。当加热的温度升高到一个预定的熔点时，在所述粘接部分周围形成的凹槽部分340开始被熔化。相应地，如图9所示，熔化的凹槽部分340沿着第一和第二圆环310和320的圆周区域固结，由此形成所谓的“凸起”344。
下面参考附加曲线图或模型来说明经过所述凸焊和后处理后的操纵连杆的物理和机械强度得到提高的各种实验结果。
图10是表示操纵连杆301扭转强度得到提高的曲线。参考图10，将第一和第二焊接电流施加到操纵连杆301上。比较普通凸焊方法情况下与再经过激光处理情况下之间的扭转强度。在该曲线图中清楚地看到，增加激光处理的情况有助于提高扭转强度。
图11和图12表示在各施加拉伸力下，仅仅进行凸焊没有形成凸起部分的情况与增加激光焊接并沿焊接部分形成一凸起部分的情况之间的应力分布2D模型。从模型中可以很清楚地看到，当对操纵连杆仅仅进行凸焊的情况下，应力集中在所述的焊接部分上并且应力分布有一个陡的变化率。相反，当增加激光焊接时，沿所述焊接部分施加的应力与仅凸焊的情况相比有益地衰减到33％，而且应力分布也很平缓。
图13和图14表示在各施加压力下，仅仅进行凸焊没有形成凸起部分的情况与增加激光焊接并沿焊接部分形成一凸起部分的情况之间的应力分布2D模型。应力分布由不同的阴影表示出。如在图13和图14的模型中清楚地看到的那样，当对操纵连杆仅进行凸焊时，应力集中在所述焊接部分并且应力变化率很陡。相反，当增加激光焊接的情况下，沿所述焊接部分施加的应力有益地衰减，并且应力变化率很平缓。
下面进行另外的实验以表述出操纵连杆抗反复载荷的耐久性。对四个试件做实验，其中对每个试件施加不同的焊接过程，比较每个试件的弯曲疲劳强度和扭矩。如表1中所示，这四个试件分别用A、B、C、D表示。
表1
如表1所示，除试件B以外，试件A、C和D都进行激光焊接，对试件A和C又增加了退火处理。
表2表示对试件A、B、C和D进行多次实验后的弯曲疲劳耐久性。进行反复弯曲的情况下，这些试件由垂直载荷实验机(未示出)以±60Kgf的载荷和5Hz的频率进行弯曲。这一载荷施加到与操纵连杆301的一侧圆环固定连接的连杆330上。最上面一排的连续数字表示相应四个试件类型的每五次实验，数据是对应于每种试件每次实验的循环次数。
表2
如表2中所示，当试件B的疲劳耐久性设置为100％时，经过凸焊并顺序地进行激光后处理的试件D的疲劳耐久性超过280％。
表3表示经过数次实验的所述试件A、B、C和D的扭矩。将连杆330固定到操纵连杆实验机的同时给一个圆环施加扭矩。如上所述，最上排的序列号表示相应四个试件类型的每五次实验。
表3
如表3中所示，当试件B的扭矩被设置为100％时，经过凸焊和激光后处理的试件D的扭矩已增加到126.7％。
从表2和表3的结果可以看出，经过凸焊并顺序地进行激光束后处理的试件抗弯曲和扭矩的疲劳耐久性基本上得到提高。
与此同时，经过退火并进行激光焊接的试件的连杆部分被破坏，而不是其焊接部分。这表明退火削弱了连杆330的物理强度。
如上所述，按照本发明的一个优选实施例，操纵连杆凸焊后经过激光焊接，使得焊接部位的凹槽部分熔化并形成一凸起部分，由此削减了操纵连杆焊接部位的应力集中，从而当施加拉伸力、压力或扭矩时，该操纵连杆的物理和机械强度得到提高。此外，避免了通过凹槽部分的盐蚀，所以操纵连杆抗腐蚀的耐久性得到提高。
尽管只描述了本发明的优选实施例，但应当清楚不应当仅限于这些优选的实施例，如下面的权利要求那样，在不超出本发明的保护和精神的前提下，本领域技术人员可对其进行各种改变和变更。
相应地，本发明的焊接方法不仅适合于所述操纵连杆，而且也适合于经受反复载荷的一球形接头或一个连杆机构。
权利要求
1.一种操纵连杆的激光焊接方法，所述的操纵连杆有一对圆环和在这些圆环之间延伸的一连杆，该方法包括步骤第一步是给所述每一圆环和连杆施加一电压并向着彼此推进，以便在它们之间产生热量，借此熔化它们之间的接触部分并将所述圆环和连杆相互粘接在一起；第二步是将一激光束聚焦在所述圆环和连杆之间的粘接部分上，与此同时旋转所述操纵连杆，以便将在所述粘接部分周围形成的凹槽部分熔化并形成凸起部分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二个步骤包括旋转所述操纵连杆；发射所述激光束；将该激光束分离成两个路径；以及将所分离的激光束聚焦在所述操纵连杆的粘接部分上。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每一激光束相对于垂直于所述操纵连杆一旋转轴的平面以45-75度的倾斜角入射到每一粘接部分上，以便将所述凹槽部分变成一光滑的凸起部分。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述第二个步骤包括下列子步骤同时旋转两根操纵连杆；发射激光束；将所述激光束分离成四个路径；将每一转向后的激光束聚焦在所述操纵连杆的每一所述粘接部分上。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每一激光束相对于垂直于所述操纵连杆一旋转轴的平面以45-75度的倾斜角入射到每一粘接部分上，以便将所述凹槽部分变成一光滑的凸起部分。
6.一种操纵连杆的激光焊接装置，所述的操纵连杆有一对圆环和在圆环之间延伸的一连杆，该装置包括第一焊接部件，该第一部件将电压施加到所述每一圆环和连杆上并向着彼此推进每一圆环和连杆，由此熔化它们之间的接触部分并将所述圆环和连杆相互粘接起来；第二焊接部件，该第二部件在转动所述操纵连杆的同时将一激光束聚焦在所述粘接部分上，以便将所述粘接部分周围形成的凹槽部分熔化并形成凸起部分。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二焊接部件包括一旋转台，该旋转台夹紧并旋转所述操纵连杆的两个圆环；一个发射激光束的CO2激光发生器；至少两个光束分离器，该分离器将所述激光束分开并沿向着所述操纵连杆的两个路径传播；以及至少两个光束聚焦装置，该装置将每一被分离的激光束聚焦到所述操纵连杆的每一焊接部分上。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，每一激光束相对于垂直于所述操纵连杆一旋转轴的平面以45-75度的倾斜角入射到每一粘接部分上，以便将所述凹槽部分变成一光滑的凸起部分。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二焊接部件包括至少两个旋转台，这两个旋转台夹紧并旋转两个操纵连杆中的每一个；一个发射激光束的Nd-YAG激光发生器；至少四个光束转向装置或分离器，该转向装置或分离器将所述激光束分开并沿向着所述这些操纵连杆的四个路径传播；至少四个传播被转向激光束的光缆，以及至少四个光束聚焦装置，该装置将每一被传播的激光束聚焦到这些操纵连杆的每一焊接部分上。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，每一激光束相对于垂直于所述操纵连杆的一旋转轴的平面以45-75度的倾斜角入射到每一粘接部分上，以便将所述凹槽部分变成一光滑的凸起部分。
全文摘要
本发明披露了一种操纵连杆的焊接方法和实施该方法的装置。通过凸焊将一对圆环和它们之间的一连杆焊接在一起,之后再经过激光焊接,以便将所述焊接部分周围形成的一凹槽部分熔化并形成一凸起部分,由此改善所述操纵连杆的物理强度。为了进行激光焊接,提供了一个激光束发生器,一激光束转向盒,以及一聚焦装置。在所述激光束被入射到所述操纵连杆的焊接部分上的同时旋转该操纵连杆。与没有所述凸起部分的情况相比,所述操纵连杆抗拉伸、压力和扭转的物理特性得到改善。
文档编号B23K26/34GK1297800SQ9912525
公开日2001年6月6日 申请日期1999年12月1日 优先权日1999年12月1日
发明者韩裕熙, 徐廷, 李济薰, 李希邦 申请人:财团法人韩国机械研究院, 株式会社中央