用於硬釺焊的方法和設備的製作方法

2023-05-19 09:19:26

專利名稱：用於硬釺焊的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過硬釺焊連接金屬接合件的方法，其中接合件通過至少一個熱源加熱，接合件之間的接縫用焊料填充。此外本發明涉及一種用來實施此方法的設備。
背景技術：
通過硬釺焊連接金屬零件(接合件)是公知的，相同或不同的金屬可以相互連接(例如鋼/鋼或鋁/鋼)。在汽車車身製造中例如汽車車身的側構件和頂構件通過釺焊相互連接，其中焊料也填充構件之間的接縫，並可以結合成一不需後續加工的可上底漆和油漆的表面，因此不必採取覆蓋接縫的措施，就像在所述零件的焊接連接時一樣。因此特別是在這種應用場合，但是也在其他硬釺焊連接時，對填充接縫的硬化的焊料儘可能無氣孔的表面以及對即使在接縫寬度波動，從而焊料量有變化時儘可能均勻的填充高度給予重視。WO 02/064300指出一種用燃燒器和焊條預熱的釺焊。其次在實際中已知，待釺焊接合件用雷射加熱，同樣焊條也引入雷射束內，使雷射束將焊條熔化。特別是在其塗層除接縫外應該儘可能保持完好無損的塗鋅板上(鋅的蒸發溫度為1060℃)和在所用的cusi-或銅/鋅焊料具有980-1060℃的熔點時僅僅在2-3米/分的小的焊接速度時才能得到硬化焊料無可挑剔或者說無氣孔的表面。可以採用的焊料(具有不同的成分)是本領域技術人員熟知的。

發明內容
因此本發明的目的是提供一種改進的硬釺焊方法，用這種方法可以以高焊接速度實現硬化焊料良好的表面質量。
這個目的用權利要求1的特徵實現。
通過設置一儲存液態焊料的容器可以使釺焊部位的加熱和焊料的液化相互完全分開。因此接合件的加熱可以更精確地控制，特別是可以避免由於過熱使塗鋅層蒸發的危險，因為不從加熱接合件的能量束中吸取用來使焊料熔化的能量。用這種方法還可以更精確地調整焊料的溫度，使得通過本發明的方法可以進行在溫度方面最佳的釺焊，這造成硬化後的焊料良好的表面質量。此外可由儲備輸入的液態焊料量可以比在輸入固態焊條時更方便地與變化的接縫尺寸相匹配，並且這裡變化的輸入焊料量對接合件的加熱同樣沒有影響。
優先考慮將液態焊料沿加熱或釺焊過程相對於接合件的運動方向在熱源作用區後面加注到接合件上。這允許通過熱源在焊接區內的清潔和脫氧作用最佳地準備好焊料加注區。這種效果可以通過在加熱區內加入帶或不帶粉狀脫氧劑的氣體或氣體混合物強化。與此不同按用固態焊條的現有技術實際上通常焊條在加熱區之前輸入或延滯輸入，因此被雷射束熔化的焊料必須在射束周圍或射束下面流動，因此不能充分利用雷射束對板材表面的清潔和脫氧作用。焊條從另一側亦即聳立地輸入克服焊條可能的卡死或掛住，這將導致釺焊過程的中斷。
不僅根據取決於送進速度的固定控制參數，而且附加地根據例如通過光學檢測裝置對接縫特別是其在充填前的尺寸的檢測使液態焊料有控制地從儲備輸入到接縫中。相應地輸入的焊料的量可以與沿接縫的接縫尺寸的變化相匹配，以得到沿接縫始終均勻地填充的接縫，看不到沿接縫焊縫表面形狀的變化。已經填滿的接縫的檢驗，例如同樣通過光學檢驗，可以用作控制量。同樣在焊料加入前和/或後也進行加熱的接合件的溫度測量。
在容器封閉的情況下從容器中輸出焊料可以通過在容器內產生正壓或負壓精確地控制。為此可以在容器內設置一可以控制的元件例如一柱塞，它可以通過驅動裝置或多或少地插入或拉出容器，這個元件尤其是可以由插入用於熔化的容器的焊條構成。但是也可以在柔性容器壁或其一部分上施加一個力，以產生正壓或負壓，以輸出或停止輸出液態焊料。在開口容器情況下它可以或多或少地傾側和退回，以控制其輸出量或其開始或停止輸出。


下面藉助於在附圖中表示的實施例詳細說明本發明的其他實施方式和優點。附圖表示圖1示意示出用來實施本方法的第一種設備；圖2接合件沿接縫縱向的向視圖；圖3示意示出用來實施本方法的另一種設備；圖4-6示出優選可以採用本發明的接合件的多種類型。
具體實施例方式
圖1示出可以用來實施按本發明的方法的設備的第一實施例。在這裡該圖示出設備的大大簡化的視圖。藉助於此設備例如在圖2中所示的接合件1、2可以通過硬釺焊相互連接，其中焊料或多或少地填滿位於接合件1、2之間的接縫5，並在焊料硬化後應該形成儘可能無氣孔的表面，它可以上底漆和油漆，而不用或僅僅用很少的後續加工。這裡接縫5應該儘可能均勻地填滿，從而使焊料可以例如在車身構件之間形成一均勻的可以看到的接縫填充，例如在一由第一接合件1構成的汽車車身頂構件和一由第二接合件2構成的側構件之間焊縫。這當然只能看作是例子，按照本發明可以連接任意的金屬接合件(如開頭提到的由不同金屬組成)。接合件可以附加地通過其他連接方式連接，例如通過具有在接縫5下方的焊點的點焊。在圖1的示意側視圖中用水平線示意表示接合件2，它和在圖1中看不到的另一接合件1(圖2)形成待填充的接縫。接合件1、2藉助於第一熱源在接縫區域內這樣加熱，使它們為釺焊作好準備。加熱可以從原則上在硬釺焊區的下邊界約450℃開始分別上升到所需要的釺焊溫度地進行，這當然與所用的焊料有關，例如在汽車工業中所用的硬釺焊時為約950℃至約1030℃或1060℃。藉助於熱源3儘可能僅僅使釺焊區加熱到這個溫度，以避免對接合件1、2的相鄰區域產生不利的熱影響，因為這裡可能涉及到塗層板，尤其是鍍鋅板，它們不應該經受較高的溫度。熱源3例如可以是雷射束，它在圖中僅僅通過邊緣射線3表示。這裡雷射束3的焦點通常位於接縫5下方，以便在焊接區或待注入焊料的區域內接合件1、2得到儘可能好和均勻的加熱。代替一個雷射束3也可以採用多個雷射束。如在圖2中用射束走向4所示。代替雷射束3當然也可以考慮任何其他能夠將接合件1、2在焊接區內加熱到需要的釺焊溫度的熱源。為此考慮例如等離子射線源、電弧源、火焰源或感應加熱元件。其中熱源例如雷射束3沿接縫5運動，使接縫區逐漸加熱，然後注入焊料。這裡熱源和裝置的相對於接縫運動的其他零件的運動可以通過裝置在固定不動的接合件1、2上方運動，或通過接合件1、2沿固定不動的裝置運動的方法實現。在圖1中這通過這樣的方法表示，即對於雷射束畫一箭頭A，它表示運動方向，還畫出一方框27，它形象表示對於裝置和接合件1、2的相對運動必需的所有運動元件。這些運動元件的結構是本領域技術人員熟知的，因此這裡不必說明。可以考慮所有已知類型的運動元件。這些運動元件可以由設備的控制系統20控制，這通過相應地用點劃線表示的通向方框27的控制線表示。但是控制系統20也可以與用於運動元件的單獨的控制裝置連通，以便得到關於運動的信息和再給運動元件發送關於釺焊的信息。現在按照本發明在容器6內設置一液態焊料7的儲備，液體形式的焊料注入接合件1、2之間的加熱的待填充的接縫中。在圖1中這通過容器6表示，其中液態焊料7通過陰影線表示。液態焊料7從容器中儘可能直接連接在熱源的熱作用區上地通過將液態焊料澆注或注射入接縫的方法注入接合件1、2上接縫內。因此在圖1中所示的在雷射束3和容器6或其液態焊料7的澆口12之間的距離只應該理解為示意性的。絕對不是表示雷射束3在接合件1、2上的作用區和容器6澆口12的出口之間的真實距離。焊料7在接合件具有對於釺焊所需要的溫度的地方澆入接縫內。為此可以設置一溫度測量元件28，它將加熱的接合件的至少一個溫度測量值傳送給設備的控制系統20。也可以這樣，即可以調整容器6或其澆口端到雷射束3的距離，特別是還可以通過控制系統在設備運行期間改變這個距離。
焊料7在容器6內保持液態。容器6可以具有加熱元件，它們在圖中用9示意表示，並同樣可以通過控制系統20控制。加熱元件可以做成這樣，使它將已經成液態輸入容器6的焊料保持液態，或者它可以設計成這樣，使它能將成固態輸入容器6的焊料在容器內熔化並在它裡面保持液態。在圖中表示後一種方案，其中固態焊條8通過焊料輸送裝置18從儲存器25中抽出並輸入容器6內，在那裡焊條8熔化，並以熔化狀態形成液態焊料儲備7。
液態焊料從液態焊料7的儲備中注入接縫5，並在那裡形成焊料填充物，其表面在圖2中用線7′表示。其次在圖2中表示了容器6的澆口12。(也可以根據接縫5結構的不同設置多個澆口12，從而可以使液態焊料最佳地注入接縫)。用於容器的加熱元件9可以是任意的加熱元件，它可以使焊料熔化並保持液態，例如電阻加熱元件或感應加熱元件。也可以從熱源傳出熱能，使得加熱元件9由用於加熱接合件的同一個熱源構成。容器6可以是隔熱的並由不受液態焊料侵蝕的和不與焊料結合使焊料無法輸出的材料組成。容器例如可以由耐高溫的金屬或由陶瓷組成。
圖1中表示一封閉的容器，由它可以這樣地進行焊料輸出，使得使焊料通過澆口12開始輸出，在容器內產生一正壓，而為了停止焊料的輸出則產生一減小的壓力，例如負壓。這可以通過在容器上作用一個力進行，通過此力使容器或其壁的一部分或多或少地壓攏。焊料可以根據流體狀態以恆定的量流出(由澆口確定)，接縫的填充通過接縫和澆口之間的相對速度控制。焊料輸出還可以通過正、負壓在其量方面定量給料。這與僅僅用焊料輸出開始和停止進行運行相比更優先。在所示例子中在封閉容器6內的控制和正、負壓的產生通過這樣的方法進行，即固態焊條8通過由控制系統20控制的輸入元件18以規定的速度移入容器、停止，或以規定的速度部分地退回，使得可以調整通過附加地送入或必要時退回的焊料體積在容器6內得到的壓力變化，例如作為正壓或負壓，這造成通過容器的在澆口12末端處形成的唯一的開口輸出相應的焊料。但是也可以設置其他不是由焊條8構成的元件，例如一可移入容器或可從它裡面拔出的柱塞，它用來控制正負壓。液態焊料例如根據控制系統20的控制參數相應地流入接縫並填充它，控制參數與送進速度有關，其中熱源3和容器6相對於接合件1、2的送進速度越大，輸入的焊料便越多。
在此期間最好設置一檢測元件32，它例如在沿接縫的每個部位根據接合件1、2的製造和折彎誤差確定接縫相應的大小，並將相應的控制值傳送給控制系統20。因此焊料的注入可以這樣控制，使得在接縫體積小的區域內注入較少的焊料，在接縫體積大的區域內注入較多的焊料，使得沿焊縫得到儘可能均勻的焊接表面7′，這裡檢測元件32可以用任何已知的方法檢測接縫，例如通過光學元件。也可以設置一檢測元件31，它檢測硬化後的焊料的表面，並將例如關於氣孔度的相應信號傳送給控制系統20。控制系統可以相應地對熱源3施加影響，這在圖中僅僅通過從控制系統20到雷射射線3的控制線表示，並可以通過加熱元件9對液態焊料的溫度施加影響。
在熱源的作用區之前或在雷射射線3之前可以通過清理裝置24進行接縫的機械清理。在熱量輸入區本身內通過熱源或雷射射線3的加熱進行清理和脫氧。脫氧可以通過加入帶或不帶粉狀脫氧劑添加劑的氣體或氣體混合物提高效果，這在圖中僅通過氣源或脫氧劑10的添加劑源和氣流或脫氧劑流用箭頭B表示。對於焊料注入可以設置保護氣體，它同樣僅僅通過氣源11和箭頭C表示。有助於清理的氣體和保護氣體的功能也可以由唯一一個氣源實現，它代替兩個分開表示的氣源10和11。
圖3表示設備的另一個實施例，其中相同的附圖標記表示基本上相同的元件，上面說明的所有方案對於圖3的實施例也是適用的，如果它們可以有價值地在那裡使用的話。代替封閉的容器在圖3中表示一開口的容器16，它同樣具有一澆口12。焊料7在開口容器內呈液態並通過加熱元件9保持液態。現在這裡這樣地進行輸出，即容器可繞一轉軸迴轉，其中它可以用在位於轉軸14對面的末端上通過提升和下降機構13提升和下降。如果液態焊料的液面到達容器的澆口12或不到澆口12，便相應地從容器中澆出或不澆出液態焊料。提升和下降機構13同樣通過控制系統20控制，以便使液態焊料儘可能定量地澆入接縫7。
圖4、5和6表示不同方案的接合件1、2，在它們之間分別形成接縫，還分別表示所形成的接縫焊料填充物的表面7′。代替所示的卷邊接合件按照本發明也可以焊接例如相互對接地鄰接的接合件。例如帶有用來形成接縫的斜切的端面的接合件。
本發明的方法和本發明的設備由於按本發明可以達到的焊接質量可以更多地採用無銀焊料，而與迄今為止的含銀焊料相比不影響焊縫的質量。
此外待焊接金屬件表面熔接的話，也可以採用本發明的方法和設備。
權利要求
1.用來通過硬釺焊連接金屬接合件(1，2)的方法，其中接合件(1，2)通過至少一個熱源(3；4)加熱，接合件(1，2)之間的接縫(5)用焊料填充，其特徵為焊料從一含有液態焊料(7)儲備的容器(6；16)由控制系統(20)控制地特別是定量地注入接縫(5)內。
2.按權利要求1的方法，其特徵為所述至少一個熱源(3；4)和容器(6)相對於接縫受控制地運動，特別是同樣通過控制系統(20)受控制地運動，其中特別是容器(6；16)沿運動方向跟隨在熱源後面。
3.按權利要求1或2的方法，其特徵為根據對接縫的檢驗和/或在焊料注入前溫度的測量和/或對已填充焊料的接縫(5)的檢驗控制焊料從容器到接縫的輸入。
4.按權利要求3的方法，其特徵為所述檢驗通過光學和/或聲學和/或磁性和/或機械檢測元件進行。
5.按上述權利要求之任一項的方法，其特徵為通過這樣的方法由控制系統控制焊料注入接縫，即在封閉的容器(6)內產生壓力變化特別是相對於大氣壓的正壓或負壓，或敞開的容器(16)或多或少地向澆口位置轉動。
6.按權利要求5的方法，其特徵為在容器內的正壓或負壓通過輸入在容器內熔化的固態焊料(8)特別是焊條(8)形式的焊料實現。
7.按上述權利要求之任一項的方法，其特徵為容器具有至少一個澆口(12)。
8.按上述權利要求之任一項的方法，其特徵為所述至少一個熱源(3；4)是一雷射射線源和/或等離子射線源和/或電弧源和/或火焰源和/或感應加熱元件。
9.按上述權利要求之任一項的方法，其特徵為在容器內的焊料通過一與所述至少一個熱源無關的加熱源(9)保持液態或由所述至少一個熱源保持液態，以及焊料是在450℃至1060℃，特別是950℃至1030℃範圍內熔化的焊料，特別是無銀焊料。
10.按上述權利要求之任一項的方法，其特徵為接合件的脫氧通過熱源進行，特別是在輸入氣體或氣體混合物的情況下和/或通過添加粉狀脫氧劑(10)進行。
11.按上述權利要求之任一項的方法，其特徵為液態焊料注入接縫在保護氣體(11)中進行。
12.按上述權利要求之任一項的方法，其特徵為接合件(1，2)是汽車車身構件，特別是塗層的構件，尤其是鍍鋅構件。
13.按上述權利要求之任一項的方法，其特徵為接合件直接對接或藉助於單面或雙面的卷邊(21，22)相互接合。
14.用來藉助於硬釺焊連接接合件(1，2)的設備，包括至少一個熱源(3；4)、一焊料輸入裝置以及用於接合件(1，2)與熱源及焊料輸入裝置相對運動的裝置，其特徵為焊料輸入裝置具有一用來盛放液態焊料(7)儲備的可加熱的容器(6；16)和注入機構(12；13，14；18)，通過它們可將液態焊料(7)注入到通過熱源加熱的接合件之間的接縫(5)中。
15.按權利要求14的設備，其特徵為設有控制系統(20)，它們控制熱源和容器相對於接合件的相對速度和/或從容器(6；16)注入接縫的焊料(7)的量。
16.按權利要求15的設備，其特徵為控制系統設計得用來根據接縫檢測裝置(32)和/或溫度測量裝置(28)和/或焊縫檢測裝置(31)進行控制，這些檢測裝置具有特別是光學識別元件。
17.按權利要求14至16之任一項的設備，其特徵為容器是一封閉容器(6)，該封閉容器的焊料輸出可通過用來在容器內產生正壓或負壓的裝置(8，18，20)控制。
18.按權利要求17的設備，其特徵為用來產生正壓或負壓的裝置包括可或多或少地插入容器內的元件，其中該元件特別是由一通過一可控的焊條輸入裝置(18)導入容器內的焊條(8)構成。
19.按權利要求16的設備，其特徵為容器是一敞開的容器(16)，其焊料輸出可通過容器的迴轉機構(13，14)控制。
20.按權利要求14至19之任一項的設備，其特徵為容器具有至少一個澆口(12)。
21.按權利要求14至20之任一項的設備，其特徵為所述至少一個熱源是一雷射射線源和/或等離子射線源和/或電弧源和/或火焰源和/或感應加熱元件。
22.按權利要求14至21之任一項的設備，其特徵為容器中的焊料可通過一與所述至少一個熱源無關的加熱源(9)液化。
23.按權利要求14至22之任一項的設備，其特徵為它具有用於接縫的機械清理裝置(24)。
24.按權利要求14至23之任一項的設備，其特徵為它具有一氣體輸入裝置(10)，通過該氣體輸入裝置可向熱源的作用區輸入氣體。
25.按權利要求14至24之任一項的設備，其特徵為它具有一保護氣體輸入裝置(11)，通過該保護氣體輸入裝置可將氣體輸入到焊料注入區中。
全文摘要
為了沿共同的接縫硬釺燭接合件(1，2)，通過一熱源例如雷射射線(3)加熱接合件。然後將熔化的焊料(7)從一容器(6)的儲備中注入接縫。用這種方法可以以高的速度用焊料填充接縫，並且硬化的焊料表面實際上沒有氣孔，這允許不進行後續加工便上底漆/油漆。
文檔編號B23K3/06GK1984741SQ200580024040
公開日2007年6月20日 申請日期2005年5月20日 優先權日2004年6月1日
發明者W·烏裡希 申請人:焊接技術有限公司