专利名称：板件连接结构及板件连接方法
技术领域：
本发明涉及一种用以连接板件的结构和一种用以连接板件的方法，尤其涉及一种通过将一个板件的边缘部叠置在另一板件的弯折部上并且在由该弯折部和该一个板件的端棱边所形成的间隙上进行焊接所获得的板连接结构，和涉及一种用以连接板件的方法。
在一种如日本专利申请公开公报63-56，366号所公开的上述类型的公知板件连接结构中，要与第二板件相连接的第一板件沿着其边缘设有一弯折部，该弯折部与第一板件的总体部相邻并与之偏移，使该弯折部形成有一偏移总体部的连接面并在总体部与弯折部之间还形成一肩部；而第二板件具有一个以面对面接触的方式固定至上述连接面上的边缘部。焊接填充料将弯折部与边缘部牢固固定在一起。
在上述板件连接结构中，两块板件能够被焊接和连接在一起，不致在板件表面上留下任何由点焊电极在点固焊时造成的凹坑或压痕，这是因为一可动电极被移动以接触和压靠一个板件的边缘部来进行点焊，其后在该两板件之间形成的间隙上堆积焊接填充料。
但是，如下面所要详述的那样，施加焊接填充料时的局部加热在板件上产生大的热应变并且在冷却之后引起中凹热变形。这就需要进行精整工作，如进行锤击被连接的结构的背面和/或磨平前面的重复步骤。这种精整工作要求熟练工人，大大取决于个别工人的技术水平，易降低精整的质量和减小连接结构的板厚。此外，由于要求重复操作而且有大量的焊接材料留在连接结构的外部表面上，所以增加了精整工作步骤数，并可能造成工作环境的破坏。再者，该焊接结构的刚性和强度不够。
因此，本发明的目的在于提供一种用以连接板件的结构和一种用以连接板件的方法，它们能够遏制由填充焊接引起的热应变和中凹变形，从而可减少精整工作和改善工作环境，同时可获得具有高强度、高刚度和高质量的连接结构。
根据本发明的第一方面，提供了一种用以连接第一板件和第二板件的板连接结构，它包括一个与第一板件的总体部邻接构成的弯折部，所述弯折部形成有一连接面和一介于总体部和弯折部之间的肩部；一个所述第二板件的边缘部，按面对面接触的方式固定至所述连接面上；一个将所述弯折部和所述边缘部互相牢固固定的焊接接头；其特征在于所述弯折部包括一个形成所述连接面并支承所述边缘部的主体部；以及一个箍形偏移增强部，它沿着所述肩部延伸，并且在垂直于弯折部的平面的方向上偏移所述主体部，以便加强连接面不致发生变形。
根据本发明的第二方面，提供了一种用以连接第一板件和第二板件的方法，包括以下步骤使所述第一板件设有一个与第一板件的总体部相邻的弯折部，所述弯折部形成一偏移总体部的连接面和一介于总体部与弯折部之间的肩部；将所述第二板件的边缘部按面对面接触的方式固定至所述连接面上；以及将所述弯折部和所述边缘部焊接在一起；其特征在于所述方法还包括以下的步骤使所述弯折部设置一形成所述连接面的主体部，还设置一沿所述肩部延伸的箍形偏移增强部，其在一垂直于弯折部的平面的方向上偏移所述主体部；将所述第二板件的所述边缘部放置在所述连接面上，以便沿着边缘部的自由棱边形成有一间隙；以及将焊接材料填充和堆积进行所述间隙，将弯折部和边缘部牢固固定住而不致发生变形。
从下面参照附图的详细说明中就会理解本发明的各种较佳的实施例。
图1是显示一个含有本发明的板件连接结构的汽车车身的后部的透视图；图2是沿图1中的Ⅱ-Ⅱ平面的剖视图；图3是待连接两个板件的分解透视图；图4是显示本发明的连接两板件的方法的剖视图；图5是沿图2中Ⅴ-Ⅴ线的剖视图；图6是显示本发明另一实施例中的两板件的关系的剖视图；图7是与图5相似的剖视图，但示出在本发明另一实施例中两板件是怎样被连接起来的；图8是用于本发明再一个实施例中的两板件的分解透视图；图9是显示图8中的两板件处于连接状态时的剖视图；图10是显示用于连接图9中的两板件的方法的剖视图；图11是显示连接两板件的常用方法的剖视图；图12和13是显示常用的板件连接方法中的不同步骤的剖视图。
在叙述本发明的实施例之前，先参照图11至13简述一下先有技术，以便弄清楚本发明超出先有技术的优点。
在汽车制造业中采用的连接板件的常用方法，包括如图11中所示的步骤，即将后侧板(第一板件)21进行弯折，如标号21a处所示；将顶板(第二板件)22的边缘部22a叠置在该弯折部21a的外表面上，以便在弯折部21a的一肩部和顶板22的一棱边22b之间形成一凹隙23；使一可动电极24a与一静止电极24b相配合，将顶板22在凹隙23附近压抵后侧板21，以进行点焊；其后进行填料焊接(paddingweld)，以形成一个如双点划线25所示的填充金属(padding)。但是，按照这种连接方法，由于顶板22被可动电极24a强制压靠后侧板21以进行点焊，在顶板22的表面上保留有一环状凹痕22a′。为改善外观，在完成点焊之后必须将压痕除去。这就要求进行在压痕22a′中填入填料的附加操作。
日本专利公开公报63-56，366号公开了一种在点焊时不致留下任何压痕的连接两板件的方法。如图12中所示，该连接方法包括如下的步骤将后侧板21进行弯折，如标号21a处所示；将顶板22的边缘部22a叠置在该弯折部21a上，以便在后侧板21和顶板22的斜截棱边22b之间形成一凹隙；使可动电极24a顶靠该斜截棱边22b以进行间接点焊。
其后进行填料焊接，填充两板件之间的间隙23以形成如图13中双点划线25所示的填充焊缝。填充焊接可以用MIG焊接法(熔化极隋性气体保护电弧焊)来实现，其中，有冷却的金属夹具26配置在间隙23附近，并且通过一个围绕着作为填充金属的金属电极29的气体喷嘴27将隋性气体28吹进待焊接部位，由此来实现焊接，其方式可防止空气中的氧气或氮气的有害影响。完成填充焊接之后，用砂轮机进行精整工作，将焊缝表面磨光。
按照上述连接方法，两块板件被焊接而连接在一起，不致留下由点焊所引起的任何压痕，这是因为在两板件之间的空隙形成填充焊缝之前，可动电极是接触和压靠第二板件的斜截棱边上来进行点焊的。
但是，因为第一板件被弯折，而第二板件的边缘部被叠置在该弯折部上面，因此，第二板件的棱边上出现毛刺或剪切塌陷，就会有害地导致两板件之间的连接性能不良。此外，两板件之间的间隙是由弯折部的肩部和第二板件的棱边所形成的，而填充焊接是在该间隙内实现的。因此，焊接区很窄，以致很难获得足够的接头强度。另外，填充焊接时的局部加热会使板件产生大的热应变，从而导致连接结构在冷却之后变形成为中凹形状。这可能需要采取措施以进行精整工作，包括重复进行锤打板件内侧和利用磨轮磨削板件外侧的步骤。这种精整工作需要熟练工人，并且很大程度上取决于个别工人的技术水平，结果是有可能降低精整质量和减小连接好的板件的厚度。麻烦的是，由于需要重复进行操作，并且有大量的焊接材料保留在连接好的板件的外部表面上，从而增加了精整工作步骤数，并且不可避免要破坏工作环境。
下面举出在汽车制造过程中连接后侧板和顶板的实例来对本发明的实施例进行说明，就可解决上述存在问题。
图1是示出汽车后部的透视图。标号1标示第一板件的后侧板，标号2标示第二板件的顶板。
图2示出沿图1中Ⅱ-Ⅱ平面的剖视图。后侧板1包含总体部1a和用来与顶板2连接的边缘部1c。该边缘部1c是一个邻接于总体部1a并与之相偏移的弯折部。顶板2也包含总体部2a和以叠置关系与上述弯折部1c相连接的边缘部2c。弯折部1c与边缘部2c通过焊接填料5连接在一起，这在下面要更详细进行说明。
如图3和图4中所示，弯折部1c通常偏离总体部1a，它包含一个其上具有连接面1f的主体部1e，及一个沿着垂直于主体部1e的平面的方向偏移该主体部1e的箍形(band-shaped)偏移增强部1d。总体部1a和弯折部1d之间，从而是总体部1a和增强部1d之间形成有肩部1g。因此增强部1d延着肩部1g延伸。主体部1e的端缘1h可以如图所示那样倾斜离开顶板2。
顶板2具有连接至后侧板1的连接面1f上的连接面2d。顶板2的边缘部2c的终端距肩部1g有一短距离，因此当两板1和2被连接在一起时，如图4中所示，在肩部1g和顶板2的自由棱边2b之间形成了间隙4。边缘部2c可以按逐渐远离增强部的方式向着其棱边2b倾斜延伸。
箍形增强部1d在本实施例中是一种箍形凹口，向着顶板2的边缘部2c开口。因此在增强部1d内形成了一空间S，该空间由边缘部2c局部盖住。如图5所示，在空间S和间隙4填充有焊接金属5，将两板1和2连接在一起。
下面参照图4和图5说明将后侧板1和顶板2连接在一起的方法。
在本实施例中采用的后侧板1的厚度t1和顶板2的厚度t2约为0.75mm。弯折部1c形成的增强部1d的凹口宽度t3约为4.0mm，由连接面1f至增强部1d底部的深度t4近似为0.5mm。
将顶板2的连接面2d叠置在后侧板1弯折部1c的连接面1f上，使间隙4的宽度约为1.0mm，并使棱边2b的外角2f从后侧板1的主体部1a的表面向外突出的量t5约为0.1mm。后侧板1和顶板2的相对位置用焊接夹具(未示)保持住。随着后侧板1和顶板2具有如此确立的相对位置，将后侧板1的主体部1e与顶板2的远离棱边2b的连接面2d面对面接触，使得往往会产生毛刺和/或剪切塌陷的棱边2b避免与后侧板1接触。其结果，不论顶板2的棱边2b产生有毛刺和/或剪切塌陷，都可获得良好的连接性能。
其后，由焊接夹具夹持住的后侧板1和顶板2的叠置部分借助钎接弧焊(brazearcwelding)以焊接填料互相连接在一起。
焊接填料是如图5所示那样进行堆覆的，在保持后侧板1和顶板2的相对位置的条件下，借助钎接弧焊，其中有隋性气体12通过气体喷嘴11吹向间隙4，形成了焊接接头部3。气体喷嘴11环绕着作为填充金属的金属电极13。
熔化的焊接金属5填充进板件之间的间隙4，并进一步进入增强部1d的内部空间S，将后侧板1和顶板2各自的边缘部1c和2c连接在一起。
在焊接过程中，熔化金属5不仅到达两板件之间的间隙4，而且到达增强部1d的内部空间S，使得熔化金属区甚至伸展到顶板2的边缘部2c的背面以及增强部1d的底部。因此，与熔化金属抵达区局限于两板件之间的间隙4的常规的焊接方式相比较，焊接区显著增大了，同时幅射效果也增大了，可避免局部加热。应该理解，这可以防止后侧板1和顶板2的热应变以及连接结构的中凹热变形，结果是后侧板1和顶板2的变形减小了，而焊接部3的强度增大了。
焊接之后进行精整工作，将焊接部3的表面磨光。由于热应变和结构可能发生的中凹热变形被排除了，可免去在连接结构背面上的锤击工序，因此可显著减少精整工作的步骤数。这样，精整工作可仅包括借助磨光机在外部侧面上的磨平操作。
为获得平滑表面的磨平操作，主要包括的步骤有将间隙4区域的从后侧板1和顶板2上突起的堆积金属5a(见图5)磨平；以及将先前形成的使得从后侧板1的总体部1a突起的顶板2的外角部2f磨平。这里不需要进行传统上的在受焊接应变影响的广大面积上的磨平操作。这样，本发明可以显著缩减磨平操作，防止由于磨削粒子破坏工作环境，并且可以防止由于在磨光表面时使后侧板1和顶板2的总厚度显著减小而造成的结构的刚度和强度的降低。
下面参照分别与图4和5相应的图6和7来说明本发明的另一个实施例。与图4和5中相应的部分标以相同的标号，以省掉对其的详细说明。如图6中所示，与后侧板1的弯折部1c相邻的总体部1a上设有突出部1j，该突出部1j从主体部1a沿着板件的肩部1g向外突出约为0.1至0.2mm的量t6。另一方面，顶板2上设有突出部2j，设突出部2j在边缘部2a的棱边2b与顶板2抵靠变折部1c的主体部1e的部位之间延伸。突出部2j向外突出约为0.1至0.2mm的量t7，并且在连接面1f和顶板2之间提供一个小间隙7。
具有这种构形的后侧板1和顶板2由焊接夹具固定住，在板件之间的间隙上进行焊接。熔化金属5填充进二板件之间形成的间隙4，并且进一步进入增强部1d的内部空间S。熔化金属5到达后侧板1的弯折部1c以及顶板2的边缘部2c的背面，将两板件焊接而连接在一起。
在焊接过程中，按照与上述实施例同样的方式，熔化金属5填充间隙4和增强部1d的内部空间S，甚至填充小间隙7，从而增大焊接区。通过设置突出部1j和2j以及小间隙7，增大了焊接区面积，从而改善了刚性，与此同时焊接部3的强度也增加了，并且避免了局部加热，从而排除了热应变和结构中凹变形。
随着免除在连接结构的内侧上的锤击操作，因此可显著减少焊接之后的精整工作步骤数。
为获得平滑表面的磨平操作，主要包括的步骤有借助磨光机将后侧板1和顶板2上突出的堆积金属5a磨平；将突出部1j和2j磨平，二者皆起用以磨平焊接部的精整裕量的作用。其结果，与传统的待磨平区相比较，可实现显著减少待磨平区的面积。此外，减少后侧板1和顶板2的待磨平量，可确保有足够的板厚得以保留，防止了刚性和强度的降低。
按照上述实施例，后侧板1的主体部1e被叠置在顶板2的远离其棱边2b的连接面2d，从而使往往会有毛刺和/或剪切塌陷的棱边2b避免与后侧板1相接触，因此在两板件之间提供了良好的连接特性，以确保高的装配精度。此外，在焊接过程中，熔化金属5不仅填充进两板件之间的间隙4，而且进入增强部1d的内部空间S，结果是增大了后侧板1和顶板2之间的焊接区，从而也增大了幅射区，改善了幅射效果，可以防止局部加热。这遏止了后侧板1和顶板2上产生的热应变和中凹热变形。焊接区增大也导致焊接部的强度增大。
连接特性的改善，以及板1和2由焊接引起的变形的减小，使得在连接好的结构的背面的锤击操作得以省去或大大地减少，从而只需要进行磨平操作。为获得平滑表面的磨平操作主要包括的步骤是将后侧板1和顶板2上突出的堆积金属5a磨平。这减少了待磨平区的面积，从而大大简化精整工作，改善工作环境，并且在结构具有高质量的情况下可防止由于被连接的结构厚度的减小引起的刚性和强度的降低。
图8至10示出本发明的再一个实施例。该实施例与图6和7中所示实施例的区别在于，其箍形偏移增强部1d′不具有其凹口开向顶板2的凹入形状(如图6和7所示那样)，而是具有向着顶板2偏移的凸出形状。后侧板1的总体部1a偏移增强部1d′一个距离t8。本实施例中与图6和7的实施例中等效的那些部分用相同的标号标示出，此处省去对其的说明。
本实施例中采用的后侧板1的厚度t1和顶板2的厚度t2约为0.75mm。后侧板1的增强部1d′的宽度t9约为3.0mm，其从总体部1a的表面突出的量t8约为0.1至0.2mm。顶板2的边缘部2c其宽度t10约为3.0mm，其从总体部2a的表面突出的量t7约为0.1至0.2mm。从图9的剖视图中可清楚地看到，当将顶板2的边缘部2c叠置在后侧板1的主体部1e上，后侧板1的总体部1a与顶板2的总体部2a基本上处于同一平面上。
在确立好两板的相对位置之后，使用焊接夹具(未示)保持住该两板的相对位置。
其后，在靠焊接夹具夹持住的后侧板1和顶板2之间所形成的间隙4上进行钎接弧焊的焊接操作，从而将两板焊接而连接在一起。
上述焊接是借助钎接弧焊来实现的，其中有隋性气体12通过气体喷嘴11吹向间隙4，以形成焊接部3。气体喷嘴11环绕着作为填充金属的金属电极13。
熔化金属5渗透进后侧板1的主体部1e和顶板2的边缘部2c的对置面之间的微细间隙中，从而将该两板连接在一起。由于在两板件之间的间隙附近设有增强部1d′，并且从总体部2a凸设有弯折的边缘部2c，所以增大了连接结构的刚性，并且排除了热应变和中凹热变形。
焊接之后进行精整工作以便磨平焊接部3的表面。在精整工作中，在连接结构的背面上进行的锤击工作得以被省去或大大减少，仅仅借助磨光机在外侧上进行磨平操作。
通过磨平操作可以获得与后侧板1的总体部1a及顶板2的总体部2a相邻接的平滑平面，该磨平操作主要包括将后侧板1和顶板2上突出的堆积金属5a(图10)磨平以及将后侧板1的突出的增强部1d′和顶板2的弯折的边缘部2c磨平，其中突出的增强部1d′和弯折的边缘部2c起磨平焊接部的精整裕量的作用。本实施例中的待磨区与常规者相比可大大减小，其结果是显著简化了精整工作，可防止由于磨削粒子对工作环境的破坏，等等。此外，后侧板1和顶板2的待磨量的减少可确保留有足够的板厚，防止刚度和强度被降低，从而可提供高品质的连接结构。
虽然上面的说明是就连接后侧板和顶板的情况而论的，本发明是广泛适用于汽车车身各板件之间的连接结构，其中如后侧板和后底边梁(rearskirt)之类的两板件通过填料焊接被互相连接在一起，本发明还适用于其它工业领域中的板件的连接结构。
上面已经描述了本发明的各种较佳的实施例，应该理解，这些公开内容仅仅是为了说明的目的，可以作出各种变化和变型，不致偏离如后附权利要求中所提出的发明的范围。
权利要求
1.一种用以连接第一板件和第二板件的板连接结构，它包括一个与第一板件(1)的总体部(1a)邻接构成的弯折部(1c)，所述弯折部形成有一连接面和一介于总体部和弯折部之间的肩部；一个所述第二板件(2)的边缘部(2c)，按面对面接触的方式固定至所述连接面上；一个将所述弯折部和所述边缘部互相牢固固定的焊接接头(5)；其特征在于所述弯折部(1c)包括一个形成所述连接面(1f)并支承所述边缘部(2c)的主体部(1e)；以及一个箍形偏移增强部(1d；1d′)，它沿着所述肩部延伸，并且在垂直于弯折部的平面的方向上偏移所述主体部(1e)，以便加强连接面不致发生变形。
2.根据权利要求1所述的板连接结构，其特征在于所述增强部(1d)设置在所述主体部(1e)和所述肩部(1g)之间，形成有一箍形凹口(S)，向着所述这第二板件(2)的所述边缘部(2c)开口；所述边缘部(2c)具有一终端棱边(2b)，距所述肩部(1g)一个短距离，在棱边和肩部之间留下一间隙(4)；以及所述焊接金属(5)充填所述间隙(4)和所述凹口(S)。
3.根据权利要求2所述的板连接结构，其特征在于所述边缘部(2c)以逐渐远离凹口(S)的方式向着其棱边(2b)延伸。
4.根据权利要求2所述的板连接结构，其特征在于所述边缘部(2c)具有一个偏移部(2j)，该偏移部(2j)朝向所述凹口(S)并在远离凹口的方向上偏移；所述第一板件(1)的所述总体部(1a)具有一个与所述增强部相邻的偏移部(1j)，所述偏移部(1j)按与上面第一次提到的偏移部(2j)相同的方向偏移。
5.根据权利要求1所述的板连接结构，其特征在于所述增强部(1d′)设置在所述主体部(1e)和所述肩部之间，形成了一箍形突出部，形成在弯折部(1c)的与所述第二板件(2)相同的一侧上；所述边缘部(2c)具有一端棱边(2b)，距所述突出部一短距离，在棱边(2b)和突出部之间留下一间隙(4)；以及所述焊接金属(5)充填所述间隙(4)。
6.根据权利要求5所述的板连接结构，其特征在于所述边缘部(2c)偏移所述第二板件(2)的其余部分。
7.根据权利要求5所述的板连接结构，其特征在于所述边缘部(2c)和所述增强部(1d′)分别具有一外表面，该二外表面处于相同平面上。
8.一种用以连接第一板件和第二板件的方法，包括以下步骤使所述第一板件(1)设有一个与第一板件(1)的总体部(1a)相邻的弯折部(1c)，所述弯折部(1c)形成一偏移总体部的连接面和一介于总体部与弯折部之间的肩部；将所述第二板件(2)的边缘部(2c)按面对面接触的方式固定至所述连接面上；以及将所述弯折部(1c)和所述边缘部(2c)焊接在一起；其特征在于所述方法还包括以下的步骤使所述弯折部(1c)设置一形成所述连接面的主体部(1e)，还设置一沿所述肩部延伸的箍形偏移增强部(1d；1d′)，其在一垂直于弯折部的平面的方向上偏移所述主体部；将所述第二板件(2)的所述边缘部(2c)放置在所述连接面上，以便沿着边缘部(2c)的自由棱边(2b)形成有一间隙(4)；以及将焊接材料(5)填充和堆积进所述间隙(4)，将弯折部和边缘部牢固固定住而不致发生变形。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于还包括以下步骤将所述偏移增强部(1d)设成一向着所述第二板件(2)的所述边缘部(2c)开口的箍形凹口(S)形状，并将其设置在所述主体部(1e)和所述肩部(1g)之间；在放置所述边缘部(2c)以便在所述边缘部的自由棱边与所述肩部(1g)之间形成有所述间隙时，使所述凹口(S)通过所述间隙向外侧开口；以及将焊接材料(5)通过所述间隙(4)充填和堆积进所述凹口，同时还充填间隙。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述边缘部(2c)被放置，使得该边缘部在向着其自由边棱(2b)延伸时更远离凹口(S)。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于将第二板件的边缘部(2c)和第一板件的总体部(1a)的外表面，与填充并堆积的焊接材料(5)一起进行磨削，使表面平滑和同高。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述边缘部(2c)和所述总体部(1a)邻近所述增强部(1d)的部分具有升高的表面；该升高的表面随填充和堆积的焊接材料(5)一起被精整磨平。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于还包括下列步骤将所述偏移增强部(1d′)设置成一箍形突起形状，形成在弯折部(1c)的与所述第二板件(2)相同的一侧上，并且设置在所述主体部(1e)和所述肩部之间；放置所述边缘部(2c)，以便在所述边缘部的自由棱边(2b)和所述突起之间形成所述间隙(4)；在所述间隙(S)中填充和堆积焊接材料(5)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于还包括以下步骤将边缘部(2c)和突起的外表面，随着填充和堆积的焊接材料(5)一起进行磨平，使表面平滑和同高。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述边缘部(2c)和突起具有升高的表面；以及将升高的表面随填充和堆积的焊接材料(5)一起被精整磨平。
全文摘要
为将汽车后侧板之类的第一板件和顶板之类的第二板件连接在一起，第一板件的边缘部上设有通过肩部整体形成在总体部上的弯折部，其包含一偏移增强部，具有沿着肩部的箍形凹口，其主体部具有一连接面，第二板件的边缘部面对面接触地连接在其上，在边缘部的棱边与肩部之间形成一间隙。由间隙将焊接材料填充进增强部的凹口内以将二板件连接在一起。焊接材料堆积进第二板件的背面，使焊接区增大因而使连接结构的刚性和强度增大。由于防止局部加热，从而省去焊后的锤击工作。
文档编号F16B5/08GK1098341SQ9410776
公开日1995年2月8日 申请日期1994年6月24日 优先权日1993年6月25日
发明者程泰雄, 饭田匡, 山鹿良一, 上田聪, 今泉康夫 申请人:富士重工业株式会社