[发明专利]焊接方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于部件的焊接的方法和设备。

背景技术

焊接是通过引起聚结而连结材料的制造或工艺，该材料通常是金属或热塑性塑料。这通常通过熔化工件和/或添加填料材料以形成熔化材料的熔池而实现，该熔池也称作焊接熔池。在焊接熔池冷却之后，产生高强度接头。

焊接接头的质量且因此焊接接头的强度与工件的表面条件紧密相关，诸如基体的表面上的污染物和氧化物形成。此外，取决于要连结的材料的类型和质量，相同的焊接工艺可花费/消耗非常不同量的能量来产生坚固焊缝。

花费更多能量的焊接工艺可需要更大、更重、更有力和由此更贵重的焊接器械。焊接能量的这种增加的消耗倾向于减少焊接操作的总效率，且伴有焊接器械的更高成本和更大占地面积，倾向于增加成品组件的有效成本。

发明内容

一种用于焊接工件的焊接设备，包括能量源，该能量源被构造为在工件的区域中产生焊缝，其中，工件的特征在于层。该设备还包括第一轮和第二轮，该第一轮特征在于第一圆周和布置在第一圆周上的第一组突起部，该第二轮特征在于第二圆周和布置在第二圆周上的第二组突起部。第一轮和第二轮中的每一个被构造为相对于工件旋转；第一和第二组突起部被构造为，随着工件在第一和第二轮之间移动时，对该层进行破裂。在对该层的破裂之后，能量源在工件的所述区域产生焊缝。

第一和第二轮中的至少一个被构造为以预定频率振动，其中，预定频率可处于大约20-40KHz的范围内。

焊接设备可还包括控制器，该控制器被构造为调节工件在第一和第二轮之间的移动，和调节能量源以产生焊缝。焊接设备可还包括固定装置，该固定装置被构造为使工件相对于第一和第二轮运动，从而使得第一和第二轮相对于工件旋转，其中，控制器可调节该固定装置。此外，焊接设备可包括机构，该机构被构造为旋转第一和第二轮中的至少一个，从而使得工件相对于第一和第二轮移动，其中，控制器可调节该机构。

能量源可被构造为激光束、电子束、等离子束、焊弧、和混合能量源中的一个，该混合能量源诸如激光/焊弧。

工件可包括相邻基体，其在界面处接触，从而该区域形成在该界面处。基体中的至少一个可由含铁和不含铁材料中的一种形成，诸如钢、铝和镁。

所述层可包括氧化物覆层和/或材料污染物，布置在相邻基体中的至少一个的表面上。

还披露了一种使用该焊接设备的方法。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明优选实施例和最佳模式的以下详细描述并连同附图显而易见。

附图说明

图1是焊接设备的横截面示意图，显示了由移动通过该设备的两个对接材料板形成的工件；

图2类似于图1所示的设备的焊接设备的横截面示意图，但是该设备在工件和产生焊缝的能量源上移动；和

图3是显示经由焊接设备焊接工件的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，在附图中，相同的元件被标有相同的附图标记，图1和2示出了焊接设备10，用于焊接工件12。如图所示，工件12包括相邻基体14、16，所述基体被示出为相对于焊接设备10定位的两个对接材料板，以便通过焊缝连结。尽管基体14、16被示出为两个材料板，每个基体还可具有明显不同的形状，其附加地包括两个相对的实质上平坦的表面，所述表面被构造为通过焊缝连结。每个基体14、16可由适于被焊接的含铁或不含铁材料形成，诸如钢、铝和镁。

如图1-2所示，工件12的特征在于层18。层18被布置在基体14、16的外表面上，且可包括氧化物覆层，所述氧化物覆层覆盖每个基体的一个或多个平面。相应地，层18可围绕每个基体14、16。层18通常在材料(诸如铝或镁)暴露于环境条件时由这些材料的氧化物导致。层18可还包括主体材料(subject material)的杂质或污染物。当工件12被焊接时，基体14、16外表面上的层18通常反射由适当热源(例如激光)产生的热能，并因此影响在基体之间的界面20处的通过焊接设备10造成的热产生。因而，在层18上的氧化物覆层和/或污染物的存在通常对于焊接过程的效率和完工的焊接接头的质量有损害，部分地因为被反射的热是浪费的能量，所述能量继而必须被更大功率的焊接设备10补偿。另外，由氧化物形成的表面层通常在高温(诸如在2000摄氏度之上，其通常是激光焊接过程的特征)下分解。被分解的氧化物层通常形成不一致性，诸如捕获在焊接熔池中并导致弱化的焊接接头的多孔和/或裂纹。