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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laser-Überlappschweißverfahren für Teile aus verzinktem Stahlblech.
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Hintergrund der Erfindung
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Verzinkte Bleche werden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit in vielen Teilen von Fahrzeugkarosserien von Kraftfahrzeugen verwendet. Blechelemente aus verzinkten Blechen zur Herstellung von Teilen für Fahrzeugkarosserien werden zu dreidimensionalen Formen pressgeformt und in Randteilen dieser dreidimensionalen Formen verschweißt, wodurch eine Fahrzeugkarosseriekonstruktion auf der Grundlage eines Hohlquerschnitts entsteht, die hinsichtlich ihrer Festigkeit vorteilhaft ist. Im Allgemeinen werden solche Blechelemente für Fahrzeugteile hauptsächlich mittels Punktschweißen integriert. Jedoch wird nun das Laserstrahlschweißen als alternative Technik eingeführt, das eine Verarbeitung mit höherer Geschwindigkeit ermöglicht.
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Aus
FR 2 731 373 A1 und aus
DE 103 31 745 A1 sind Verfahren zum Verbinden von im Wesentlichen zweidimensionalen Strukturen, wie z. B. Blechen, bekannt. Diese Verfahren nehmen keinen Bezug auf die Verbindung dreidimensionaler Strukturen, für welche eine präzise relative Ausrichtung erforderlich ist.
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Es ist bekannt, dass verdampftes Zink Schweißfehler wie Blasenhohlräume verursachen kann, wenn verzinkte Bleche eng überlappend angeordnet und mittels eines Lasers miteinander verschweißt werden, weil das verdampfte Zink geschmolzenes Metall wegblasen oder als Blasen im geschmolzenen Metall verbleiben kann. Zur Vermeidung dieses Problems wird in
JP2571976B und
JP10-216974A eine Technik vorgeschlagen, bei der Vorsprünge auf einem der verzinkten Bleche gebildet werden, wodurch ein Spalt gebildet wird, in dem der Zinkdampf in demjenigen Zustand, in dem die Bleche einander überlappen, entweichen kann.
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Weil ein Fahrzeugkarosserie-Blechelement eines Kraftfahrzeugs durch Pressformen gebildet wird, werden Vorsprünge auf solchen Pressteilen gebildet, indem die Teile nach einem Pressformverfahren einem Prägeverfahren unterzogen werden, bei dem sich Prägestempel innerhalb eines Formwerkzeugs befinden. Wenn jedoch an Teilen, die ursprünglich für eine Eignung zum Punktschweißen konstruiert wurden, ein Laserstrahlschweißen durchgeführt wird, sind solche Teile nicht so konstruiert, dass sie eine Anordnung der für das Laserstrahlschweißen erforderlichen Vorsprünge ermöglichen. Folglich besteht dahingehend ein Problem, dass die Vorsprünge aufgrund des begrenzten Raums und des Vorhandenseins von Neigungen nicht auf einer Verbindungsfläche angeordnet werden können. Darüber hinaus besteht ein anderes Problem darin, dass Schweißpositionen aufgrund der hinzugefügten Vorsprünge geändert werden müssen.
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Wenn die Schweißpositionen geändert werden, ändern sich das Festigkeitsverhalten und das Schlagfestigkeitsverhalten, weil die Konstruktion der Fahrzeugkarosserie geändert wird, weswegen die Konstruktion erneut Tests zur Bestätigung des Verhaltens unterzogen werden muss. Darüber hinaus können für die neu konstruierten Teile nicht direkt Konstruktionsdaten verwendet werden, die unter der Voraussetzung eines Punktschweißverfahrens zusammengestellt wurden. Solche Probleme haben der Einführung des Laserstrahlschweißens beträchtliche Hindernisse entgegengesetzt.
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Darüber hinaus erfolgt das Pressformen üblicherweise in einer Richtung, und auch das Prägeverfahren wird in derselben Richtung wie die Pressrichtung durchgeführt. Pressteile für Kraftfahrzeuge werden jedoch zu dreidimensionalen Formen mit zahlreichen geneigten und gekrümmten Flächen geformt. Wenn demgemäß ein Prägeverfahren 63 an einer beliebigen dieser Flächen in derselben Richtung wie der Pressrichtung P durchgeführt wird, wie in 5A veranschaulicht ist, ist das Verfahren nicht parallel zu einer bearbeiteten Fläche 71.
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Ein so geformter Vorsprung 61 weist eine tatsächliche Spitze 61a in einer Position auf, die von der Mitte 63a eines Prägestempels 3 entfernt ist. Daher ist die Höhe g' der Spitze 61a im Verhältnis zur Abweichung 61e vergrößert, und in einem Zustand, in dem ein Fügepartner 81 den Vorsprung 61 überlappt, wie in 5B veranschaulicht ist, kann ein richtiger Spalt nicht gebildet werden (indem ein größerer Spalt g' als der geplante Spalt g gebildet wird). Weiterhin wirkt, wenn dieser Vorsprung 61 zwischen den Einspannklemmen 64 und 65 eingespannt wird, eine Spannkraft ungleichmäßig auf den Fügepartner 81 ein, und es ist schwierig, einen gleichmäßigen Spalt zwischen Verbindungsflächen beizubehalten, weil der Haltezustand instabil wird. Folglich ist eine gute Schweißqualität möglicherweise nicht erhältlich.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Gegebenheiten gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Laser-Überlappschweißverfahrens, mit dem ein gleichmäßiger Spalt für das Abführen von Zinkdampf sogar dann herstellbar ist, wenn das Verfahren auf Verbindungsflächen von Pressteilen mit dreidimensionalen Formen angewandt wird, die geneigte und gekrümmte Flächen haben können, und mit dem eine gute Schweißqualität erhältlich ist.
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Zur Lösung der oben beschriebenen Probleme umfasst ein Laser-Überlappschweißverfahren für Teile aus verzinktem Stahlblech die Schritte des: Pressformens von zwei Teilen 10, 20 aus verzinktem Stahlblech in eine dreidimensionale Form, sodass die beiden Teile langgestreckte Verbindungsbereiche 11, 21 mit einander gegenüberliegenden Flächen aufweisen, die zu verschweißen sind, und eine Mehrzahl von Vorsprüngen 1, die an wenigstens einem Verbindungsbereich 11 der langgestreckten Verbindungsbereiche 11, 21 der beiden Teile 10, 20 in vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des wenigstens einen Verbindungsbereichs 11 ausgebildet sind; Haltens der beiden Teile 10, 20 in einem Zustand, in dem die langgestreckten Verbindungsbereiche 11, 21 einander so überlappen, dass ein Spalt g gemäß der Höhe der Vorsprünge 1 zwischen den langgestreckten Verbindungsbereichen 11, 21 gebildet wird; und des Bestrahlens einer Fläche der überlappenden langgestreckten Verbindungsbereiche 11, 21 der beiden Teile 10, 20 zwischen den Vorsprüngen 1 mit einem Laserstrahl so, dass die überlappenden langgestreckten Verbindungsbereiche 11, 21 an Punkteinheiten 2e mittels Laserenergie geschmolzen und verschweißt werden und beim Schmelzen gebildetes Zinkgas durch den Spalt g abgeführt wird, wobei der Schritt des Pressformens das Ausbilden der Mehrzahl von Vorsprüngen 1 durch Prägestempel 3 umfasst, die jeweils in dieselbe Richtung wie die Pressrichtung P weisen, und die Mehrzahl der Vorsprünge 1 gratförmig ausgebildete Vorsprünge 1a sind, die sich jeweils auf einer ersten geneigten Fläche 11d des wenigstens einen Verbindungsbereichs 11 in Bezug auf die Pressrichtung P befinden, und die sich parallel zu einer Höhenlinie in Bezug auf die Pressrichtung P der erstem geneigten Fläche 11d erstrecken.
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Gemäß diesem Verfahren bleibt eine Konturlinie in Bezug auf die Pressrichtung sogar dann eben in Bezug auf die Pressrichtung, wenn der Verbindungsbereich gegen die Pressrichtung geneigt ist. Daher kann der gratförmige Vorsprung, der sich parallel zur Konturlinie erstreckt, mittels eines Prägestempels mit einer ebenen Gratlinie in Bezug auf die Pressrichtung hergestellt werden. Darüber hinaus kann der gratförmige Vorsprung mit einer konstanten Höhe vom Verbindungsbereich entlang der Gratlinie unabhängig von Neigungswinkel oder von der Krümmung des Verbindungsbereichs ausgebildet werden, sodass der gleichmäßige Spalt zum Abführen von Zinkdampf sogar in demjenigen Fall, in dem die Verbindungsbereiche der Pressteile dreidimensionale Formen haben, stabil geformt sein kann. Folglich ist eine gute Schweißqualität erhältlich.
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Vorzugsweise weist im Schritt des Pressformens der wenigstens eine Verbindungsbereich 11 ferner eine zweite geneigte Fläche 11e auf, und ferner sind im Schritt des Pressformens die erste geneigte Fläche 11d und die zweite geneigte Fläche 11e des wenigstens einen Verbindungsbereichs 11 in Bezug auf die Pressrichtung P als abwickelbare Flächen parallel zur Richtung einer Bezugsachse 10c senkrecht zur Pressrichtung P geformt, und jede Gratlinie 1c der gratförmigen Vorsprünge 1a ist parallel zur Richtung der Bezugsachse ausgerichtet.
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Sogar in demjenigen Fall, in dem das Pressteil zu einer dreidimensionalen Form geformt wird, indem zahlreiche geneigte und gekrümmte Flächen angewandt werden, ist es hinsichtlich der Formbarkeit vorteilhaft, das Pressteil auf der Grundlage einer abwickelbaren Fläche, die sich parallel zur Richtung einer Bezugsachse senkrecht zur Pressrichtung befindet, zu dreidimensionalen Formen zu formen, solange das Pressteil hergestellt wird, indem eine flache Stahlplatte einem Verformungsprozess unterzogen wird. Durch die Ausbildung der gratförmigen Vorsprünge, die sich in Richtung der Bezugsachse bis zum Verbindungsbereich des Teils erstrecken, kann ein Spalt mit hoher Maßhaltigkeit stabil geformt werden. Darüber hinaus wird die Gratlinie eines jeden Prägestempels zur Herstellung des gratförmigen Vorsprungs parallel zur Richtung der Bezugsachse eingestellt. Folglich besteht auch dahingehend ein Vorteil, als die Maschinenkonfiguration vereinfacht wird.
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Im Schritt des Pressformens erstreckt sich in einer weiter bevorzugten Ausführungsform die zweite geneigte Fläche 11e in einer Richtung, die sowohl die Pressrichtung P als auch die Richtung der Bezugsachse 10c schneidet, und jede Gratlinie 1c der gratförmigen Vorsprünge 1a, die in der zweiten geneigten Fläche 11e ausgebildet ist, erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des wenigstens einen Verbindungsbereichs 11.
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Durch Anwendung der oben beschriebenen Konstruktion des gratförmigen Vorsprungs kann der gleichmäßige Spalt zwischen den Verbindungsbereichen in Richtung der seitlichen Enden der Verbindungsbereiche, nämlich in der Richtung, in der Zinkdampf abgeführt wird, stabil geformt werden, und ein genaues Laserstrahlschweißverfahren kann durchgeführt werden, ohne dass Schweißfehler wie Blasenhohlräume verursacht werden. Darüber hinaus benötigt der gratförmige Vorsprung in Längsrichtung der langgestreckten Verbindungsbereiche nur eine kleine Fläche. Somit kann der Vorsprung gebildet werden, ohne die Konstruktion eines Bereichs zu beeinflussen, auf den Laserstrahlung einwirkt.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform befindet sich jeder der Vorsprünge 1a zwischen den Punkteinheiten 2e, die jeweils äquivalent zu einem einzelnen Schweißpunkt sind, wenn die beiden Teile 10, 20 punktgeschweißt werden, und der Schritt des Bestrahlens mittels des Laserstrahls umfasst ein Laserscanning diskreter Einheiten 2c, 2d, wobei die diskreten Einheiten 2c, 2d entweder entlang einer die Punkteinheit 2e umgebenden Bogenlinien oder entlang gerader Linien über eine Länge L durch die Punkteinheit 2e verlaufen.
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Wie oben beschrieben ist, benötigt der gratförmige Vorsprung in Längsrichtung der langgestreckten Verbindungsbereiche nur eine kleine Fläche. Demgemäß kann der Vorsprung gebildet werden, ohne die Anordnung von Punkteinheiten zu beeinflussen, die beim Punktschweißen äquivalent zu Schweißpunkten sind. Somit ist es möglich, eine Verbindungsfestigkeit zu erhalten, die äquivalent zum Fall des Punktschweißens von zwei Teilen ist, indem die Punkteinheiten wie oben beschrieben einem Laserscanning von Einheiten unterzogen werden. Auf diese Weise ist es möglich, vorhandene Konstruktionsdaten zu verwenden, die unter der Voraussetzung eines Punktschweißverfahrens zusammengestellt wurden. Dies ist vorteilhaft, um das Laserstrahlschweißen als alternative Technik zum Ersatz des Punktschweißens einzuführen. Der niedrige Energieverbrauch ist ein weiterer Vorteil, weil dazu ein Minimum an Laserscanning erforderlich ist. Dagegen verursachen Laserstrahlschweißverfahren kein Problem wie einen wirkungslosen Nebenschlussstrom an einem Schweißpunkt, wie er beim Punktschweißen beobachtet wird. Folglich ist es auch möglich, die Verbindungsfestigkeit durch ein zusätzliches Laserscanning in Räumen zwischen den Punkteinheiten lokal zu erhöhen.
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Das Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere bevorzugt durchgeführt, wenn die beiden Teile 10, 20 Blechelemente sind, die eine Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs bilden, und wenigstens einer der langgestreckten Verbindungsbereiche 11, 21 ein Flansch 21 ist, der entlang eines Randes eines der entsprechenden Blechelemente ausgebildet ist.
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Wie oben beschrieben ist, kann gemäß dem Laser-Überlappschweißverfahren für Teile aus verzinktem Blech der vorliegenden Erfindung ein gleichmäßiger Spalt für die Abführung von Zinkdampf zwischen langgestreckten Verbindungsbereichen gepresster Teile mit dreidimensionaler Form einschließlich vieler geneigter und gekrümmter Bereiche stabil geformt werden und dadurch eine hervorragende Schweißqualität erreicht werden. Darüber hinaus kann das Laser-Überlappschweißverfahren unter den erforderlichen Mindest-Schweißbedingungen durchgeführt werden, wobei Gebrauchseigenschaften und eine Qualität erhalten werden, die mit denjenigen eines Punktschweißverfahrens vergleichbar sind. Daher kann ein Laser-Überlappschweißverfahren zu geringen Kosten als alternative Technik zu einem Punktschweißverfahren eingeführt werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1A ist eine perspektivische Ansicht, in der Teile aus verzinktem Blech, die einem Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterziehen sind, dargestellt sind, bevor sie miteinander verbunden werden, und 1B ist ein entlang der Linie A-A in 1A genommener Querschnitt der Teile aus verzinktem Blech, nachdem sie miteinander verbunden wurden.
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2A ist ein entlang der Linie B-B in 2B genommener Querschnitt, 2B ist eine Vorderansicht, in der die Teile aus verzinktem Blech, die einem Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterziehen sind, dargestellt sind, und 2C und 2D sind vergrößerte Ansichten des Laserstrahl-Schweißverfahrens der Einheiten.
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3A ist eine perspektivische Ansicht, in der die Teile aus verzinktem Blech, die einem Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterziehen sind, in einem horizontal angeordneten Zustand dargestellt sind, und 3B ist eine vergrößerte Ansicht eines Vorsprungs darin.
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Die 4A und 4B sind entlang der Linie C-C in 3B genommene Querschnitte der Teile aus verzinktem Blech, die einem Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterziehen sind, 4A veranschaulicht ein Prägeverfahren, und in 4B ist ein eingespannter Zustand dargestellt.
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Die 5A und 5B sind Querschnitte der Teile aus verzinktem Blech in einem Vergleichsbeispiel, das den 4A und 4B entspricht, wobei in 5A ein Prägeverfahren gemäß dem Stand der Technik dargestellt ist und in 5B ein eingespannter Zustand gemäß dem Stand der Technik dargestellt ist.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten ausführlich unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
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1A veranschaulicht eine Heckschürze 10, die unterhalb einer Hecktüröffnung eines Kraftfahrzeugs zu positionieren ist, und ein Heckpartieelement, das an eine obere Außenfläche der Heckschürze 10 zu fügen ist, bevor sie miteinander verbunden werden, wobei beide ein Beispiel für Teile aus verzinktem Blech darstellen, die einem Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterziehen sind. Dagegen sind in 1B die Teile aus verzinktem Blech dargestellt, nachdem sie miteinander verbunden wurden.
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Die Heckschürze 10 weist an einem oberen Kantenteil davon einen Flansch 12 auf. Der Flansch 12 erstreckt sich in Richtung der Fahrzeugbreite und ragt in Richtung des Fahrzeughecks. Ein langgestreckter Verbindungsbereich 11, der sich in Richtung der Fahrzeugbreite erstreckt, ist an der Unterseite des Flansches 12 ausgebildet. Eine Kanalstruktur 14, die sich in Richtung der Fahrzeugbreite erstreckt, ist zwischen dem langgestreckten Verbindungsbereich 11 und dem Flansch 12 ausgebildet. Die Kanalstruktur 14 weist einen U-förmigen Querschnitt auf, der in Richtung Fahrzeugheck geöffnet ist. Ein Teil der Heckschürze 10 unterhalb des langgestreckten Verbindungsbereichs 11 ist praktisch derjenige Teil, der die Heckschürze bildet, und ein mittlerer Teil davon in Richtung der Fahrzeugbreite ist zu einem sich ausbauchenden Teil 13 ausgebildet, der sich in Richtung Fahrzeugheck so ausbaucht, dass ein Teil einer hinteren Wandung eines (nicht dargestellten) Reserveradgehäuses gebildet wird.
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Ein Heckpartieelement 20 weist Flansche 21 und 22 auf. Der Flansch 22 ist auf einem oberen Kantenteil des Heckpartieelements 20 ausgebildet. Der Flansch 22 erstreckt sich in Richtung der Fahrzeugbreite und ragt in Richtung des Fahrzeughecks. Der Flansch 21 ist an einem Teil am unteren Ende des Heckpartieelements 20 ausgebildet und erstreckt sich in Richtung der Fahrzeugbreite und ragt von dort nach unten. Dann wird, wie in den 1A und 1B veranschaulicht ist, der Flansch 22 des Heckpartieelements 20 überlappend mit einer unteren Fläche des Flansches 12 der Heckschürze 10 angeordnet, und der Flansch 21 des Heckpartieelements 20 wird überlappend mit dem langgestreckten Verbindungsbereich 11 der Heckschürze 10 angeordnet. Durch Einwirkenlassen eines unten beschriebenen Laser-Überlappschweißverfahrens auf die überlappenden Teile wird ein sich in Richtung der Fahrzeugbreite erstreckender geschlossener Querschnitt 15 zwischen der Kanalstruktur 14 der Heckschürze 10 und dem Heckpartieelement 20 gebildet. Die verschweißten und verbundenen Flansche 12 und 22 bilden dagegen zusammen einen Teil eines Flansches einer Hecktüröffnung, der sich entlang einer unteren Kante der Hecktüröffnung erstreckt.
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Eine große Zahl von Vorsprüngen 1 (1a, 1b) wird auf dem langgestreckten Verbindungsbereich 11 und auf der unteren Fläche des Flansches 12 der Heckschürze 10 ausgebildet, wobei in Längsrichtung davon Abstände ausgebildet werden, um Spalte für die Abführung von Zinkdampf einzuführen, der zum Zeitpunkt des Laser-Überlappschweißens zwischen den jeweiligen überlappenden Teilen 11, 21 bzw. 12, 22 gebildet wird.
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Diese Vorsprünge 1 (1a, 1b) sind zwischen Punkteinheiten 2e ausgebildet, die in den 2A und 2B mit den Bezugszahlen 2e bezeichnet sind, d. h., den Punkteinheiten 2e, die den einzelnen Schweißpunkten entsprechen, die beim Verbinden der Heckschürze 10 und des Heckpartieelements 20 mittels Punktschweißen verwendet werden, damit sie einen Abstand zu den Punkteinheiten 2e aufweisen. Bei der Durchführung des Laserstrahlschweißverfahrens wird das (unten beschriebene) Laserscanning von Einheiten 2c, 2d, wie in 2C und 2D veranschaulicht ist, an jeder der Punkteinheiten 2e durchgeführt. Auf diese Weise ist es möglich, Verbindungsfestigkeiten zu erhalten, die äquivalent zu denjenigen im Fall eines Punktschweißens von zwei Teilen sind.
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Die Heckschürze 10 wird durch Pressformen eines ausgestanzten verzinkten Blechs gebildet, und dann werden die Vorsprünge 1 (1a, 1b) unter Verwendung von Prägestempeln 3, die an einem Formwerkzeug für ein Prägeverfahren angebracht sind, gebildet. Obwohl die Darstellung in 4A im Vergleich zum tatsächlichen Verfahren umgedreht ist, wird der Vorsprung 1 (1a, 1b) gebildet, indem die Heckschürze 10 auf einem unteren Formwerkzeug einschließlich eines Formwerkzeugs 32 positioniert wird, wobei ein Loch in einer Position gebohrt ist, die einem Bearbeitungsbereich entspricht, und dann der Prägestempel 3 aus einem Loch, das in einen oberen Formwerkzeug 32 (einem Halteblock) gebohrt ist, so verschoben wird, dass der Prägestempel 3 das Stahlblech 11 in das Loch im Formwerkzeug 32 presst.
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Wie oben beschrieben ist, wird, weil der sich ausbauchende Teil 13 in der unteren Hälfte der Heckschürze 10 ausgebildet ist, der langgestreckte Verbindungsbereich 11, der sich entlang des oberen Endes dieses sich ausbauchenden Teils 13 erstreckt, ebenfalls in einer dreidimensionalen Form geformt. Insbesondere wird, wie in 1A und 2A veranschaulicht ist, eine erste flache Fläche 11a, die sich am weitesten in Richtung Fahrzeugheck ausbaucht, in einem mittleren Teil in Richtung der Fahrzeugbreite des langgestreckten Verbindungsbereichs 11 ausgebildet, und zweite flache Flächen 11c werden auf beiden Seiten (wobei in den 2A und 2B nur die rechte Seite dargestellt ist) der ersten flachen Fläche 11a gebildet, wobei abgesetzte Flächen 11b dazwischen eingefügt sind. Weiterhin schließen sich eine erste geneigte Fläche 11d mit einem Neigungswinkel von etwa 30° und eine zweite geneigte Fläche 11e mit einem Neigungswinkel von etwa 5° auf beiden Seiten der zweiten flachen Flächen 11c übergangslos an.
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Die Heckschürze 10 hat im Wesentlichen eine symmetrische dreidimensionale Form, und die geneigten Flächen 11d und 11e, die abgesetzten Flächen 11b und die gekrümmten Flächen von Übergangsteilen davon am langgestreckten Verbindungsbereich 11 bestehen aus einer abwickelbaren Fläche (einschließlich der flachen Flächen) parallel zu einer Symmetrieachse (Bezugszahl 10c in 2B), die sich in vertikaler Richtung des Fahrzeugs erstreckt. Aus diesem Grund haben diese Flächen in Bezug auf eine Pressrichtung P in der Richtung parallel zur Symmetrieachse 10c dieselben Höhen. Dies bedeutet, dass die Konturlinie in jeder beliebigen Position des langgestreckten Verbindungsbereichs 11 in Bezug auf die Pressrichtung P parallel zur Symmetrieachse 10c ist.
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Demgemäß wird der Vorsprung 1, der auf jeder der geneigten Flächen 11d, 11e am langgestreckten Verbindungsbereich 11 ausgebildet ist, durch ein Prägeverfahren gebildet, bei dem ein in 4A veranschaulichter Prägestempel 3 mit einer Spitze mit V-förmigem Querschnitt verwendet wird, und ist dadurch als gratförmiger Vorsprung 1a mit einer Gratlinie 1c geformt, die sich parallel zur Symmetrieachse 10c erstreckt, wie in 3B veranschaulicht ist. Durch die oben beschriebene Bildung der gratförmigen Vorsprünge 1a kann eine gleichmäßige Höhe in Richtung der Gratlinie 1c unabhängig von den Neigungswinkeln des langgestreckten Verbindungsbereichs 11 (11d, 11e) erhalten werden, und ein gleichmäßiger Spalt g kann zwischen dem Flansch 21 eines Fügepartners 20 und dem den Flansch 21 überlappenden langgestreckten Verbindungsbereich 11 gebildet werden, wie in 4B veranschaulicht ist. Darüber hinaus kann, wie in 4B veranschaulicht ist, ein stabil abgestützter Zustand erhalten werden, wenn der langgestreckte Verbindungsbereich 11 (11d) und der Flansch 21 des Fügepartners zwischen den Einspannklemmen 4 und 5 an der Position des Vorsprungs 1a gehalten wird.
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Andererseits ist jeder der Vorsprünge 1 auf den flachen Flächen 11a, 11c des langgestreckten Verbindungsbereichs 11 als trapezförmiger Vorsprung 1b mit einer flachen, kreisförmigen Oberseite geformt. Auf diese Weise kann der Flansch 21 des Fügepartners 20 über einen breiten Bereich stabil abgestützt werden, und der gleichmäßige Spalt g kann zwischen den überlappenden Teilen sogar dann beibehalten werden, wenn die Anzahl der zu bildenden Vorsprünge 1b vermindert wird, indem die Abstände dazwischen vergrößert werden. Dagegen besteht der Flansch 12 der Heckschürze 10 aus einer flachen Fläche 12a in der Mitte und flachen Flächen 12c, die sich auf beiden Seiten (wobei in 2A und 2B nur die rechte Seite dargestellt ist) der flachen Fläche 12a erstrecken, wobei abgesetzte Teile 12b dazwischen eingefügt sind. Demgemäß sind die Vorsprünge 1 am Flansch 12 mit Ausnahme von zwei gratförmigen Vorsprüngen 1a jeweils neben den abgesetzten Teilen 12b zu trapezförmigen Vorsprüngen 1b geformt.
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Wie oben beschrieben ist, überlappen der langgestreckten Verbindungsbereich 11 und der Flansch 12 der Heckschürze 10, die in Abhängigkeit von der dreidimensionalen Form mit den beiden Typen von Vorsprüngen 1a, 1b versehen sind, die Flansche 21 und 22 des Heckpartieelements 20, wodurch der vorbestimmte Spalt g zwischen den überlappenden Teilen gebildet wird. Darüber hinaus werden die beiden in den 2A und 2B veranschaulichten Punkteinheiten 2e einem Laserscanning von Einheiten 2c, 2d unterzogen, wie in 2C und 2D veranschaulicht ist, während die Heckschürze 10 und das Heckpartieelement 20 an mehreren Positionen entlang der überlappenden Teile eingespannt sind.
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Das in 2C veranschaulichte Laserscanning von Einheiten 2c veranschaulicht ein Laserscanning in einer kreisrunden Form (einer gekrümmten Linienform oder einer C-Form), die jede Punkteinheit 2e umgibt. Dagegen veranschaulicht das in 2D dargestellte Laserscanning von Einheiten 2d ein geradliniges Laserscanning über eine Länge L, wodurch ein Nahtbereich erhalten wird, der äquivalent zur Punkteinheit 2e ist. Ein solches Laserschweißen wird je nach Form oder Raum des Schweißbereichs selektiv durchgeführt. Obwohl keine spezielle Einschränkung besteht, ist ein Remote-Scanner-Schweißverfahren mit einer Laserstrahl-Schweißmaschine mit optischem Scanning unter Verwendung eines Galvanoscanners aufgrund einer Konfiguration, die eine wiederholte Durchführung eines Laserscannings von Einheiten 2c, 2d mit konstanten Formen ermöglicht, bevorzugt.
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In dieser Ausführungsform ist jeder der gratförmigen Vorsprünge 1a auf eine Höhe von 8 mm und eine Breite von 1 mm eingestellt, während jeder der trapezförmigen Vorsprünge 1b mit einer Oberseite mit einem Durchmesser von 4 mm ausgebildet ist. Dagegen wird die Höhe jedes der Vorsprünge 1a und 1b, die den Spalt g zwischen den langgestreckten Verbindungsbereichen definieren, innerhalb eines Bereichs von g = 0,15 ± 0,05 mm (0,1 bis 0,2 mm) eingestellt, was weniger als die Hälfte der Dicke des verzinkten Blechs (0,6 bis 1,2 mm) beträgt. In der Zwischenzeit wird wie bei jedem Laserscanning von Einheiten 2c, 2d ein kreisförmiges Laserscanning von Einheiten 2c mit einem Durchmesser von 7 mm (unter Erzeugung eines nicht kontinuierlichen Teils, der 1 mm entspricht) oder ein geradliniges Laserscanning von Einheiten 2d mit einer Länge L gleich 17 mm für die Punkteinheit 2e mit einem Durchmesser von 6 mm, was typisch für das Punktschweißen ist, durchgeführt. Auf diese Weise wird eine gute Schweißqualität ohne Fehler aufgrund von Zinkdampf bewerkstelligt.
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In dieser Ausführungsform beschrieben ist der Fall einer Bildung der gratförmigen Vorsprünge 1a, die parallel zur Richtung der Symmetrieachse 10c ausgerichtet sind, auf dem langgestreckten Verbindungsbereich 11, der auf der abwickelbaren Fläche parallel zur Richtung der Symmetrieachse 10c gebildet ist. Die Neigungsrichtung der geneigten Flächen und der gekrümmten Flächen ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Ein konstanter Spalt g kann unabhängig von den Neigungswinkeln des langgestreckten Verbindungsbereichs erhalten werden, indem die gratförmigen Vorsprünge 1a in der zur Neigungsrichtung und zur Pressrichtung P senkrechten Richtung ausgerichtet werden, indem die gratförmigen Vorsprünge 1a in Richtung der Konturlinie in Bezug auf die Pressrichtung P ausgerichtet werden. In diesem Fall braucht der Prägestempel 3 nur dieselbe Form zu haben, die oben beschrieben ist, weil der gratförmige Vorsprung 1a in Richtung der Anordnung eine kleine Fläche benötigt. Demgemäß kann der Vorsprung 1a in einem begrenzten Raum des langgestreckten Verbindungsbereichs und in einem Bereich nahe einem der abgesetzten Teile 11b, 12b geformt werden, und somit hat der Vorsprung 1a hinsichtlich der Form den Vorteil eines umfangreichen Anwendungsbereichs.
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In der Ausführungsform ist das Beispiel des Schweißens und Verbindens der Heckschürze 10 und des Heckpartieelements 20 eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das Laser-Überlappschweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise jedoch auch auf das Schweißen und Verbinden anderer Blechelemente von Fahrzeugkarosserien, Bestandteile, Verstärkungselemente und Halterungen von Kraftfahrzeugen und darüber hinaus auf verschiedene andere Teile aus verzinktem Blech, die zu einer dreidimensionalen Form pressgeformt werden, anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorsprünge
- 1a
- gratförmiger Vorsprung
- 1b
- trapezförmiger Vorsprung
- 1c
- Gratlinie
- 2
- Laser
- 2c
- diskrete Einheit
- 2d
- diskrete Einheit
- 2e
- Punkteinheit
- 3
- Prägestempel
- 4
- Einspannklemme
- 5
- Einspannklemme
- 10
- Heckschürze/Teil
- 10c
- Symmetrieachse/Bezugsachse
- 11
- Verbindungsbereich/Flansch
- 12
- Verbindungsbereich/Flansch
- 11a
- flache Fläche
- 11b
- abgesetzte Fläche
- 11c
- flache Fläche
- 11d
- geneigte Fläche
- 11e
- geneigte Fläche
- 12
- Flansch
- 12a
- flache Fläche
- 12b
- abgesetzte Teile
- 12c
- flache Fläche
- 13
- ausbauchender Teil
- 14
- Kanalstruktur
- 15
- Querschnitt
- 20
- Heckpartieelement/Fügepartner
- 21
- Verbindungsbereich/Flansch
- 22
- Verbindungsbereich/Flansch
- 32
- Formwerkzeug
- 61
- Vorsprung
- 61a
- Spitze
- 61e
- Abweichung
- 63
- Prägeverfahren
- 63a
- Mitte
- 64
- Einspannklemme
- 65
- Einspannklemme
- 71
- Fläche
- 81
- Fügepartner