專利名稱：用于熱處理焊縫的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在焊機(jī)中感應(yīng)地?zé)崽幚砗缚p的方法和裝置，焊 機(jī)具有用于連接焊帶的激光焊接頭，其中利用直線感應(yīng)器在實(shí)際焊接之 前和之后扭^于焊縫和相鄰焊縫部位的加熱過程。
背景技術(shù)：
在焊接時(shí)且尤其在薄板激光射線焊接時(shí)非常高的能量集中地加入 到拼接區(qū)的非常窄的部位里面。因?yàn)猷徑舆@個(gè)劇烈加熱部位的薄板部位 具有環(huán)境溫度，因此在結(jié)束焊接時(shí)由于高的溫度降導(dǎo)致非?？焖俚乩?卻。由此產(chǎn)生組織變化，它們使這個(gè)部位中的機(jī)械特性明顯變差。因此 通過在實(shí)際焊接之前和之后對(duì)相關(guān)焊縫部位有針對(duì)性地?zé)崽幚?，在焊?過程后對(duì)冷卻進(jìn)行影響。在此預(yù)熱的目的是避免在焊接過程之后出現(xiàn)裂 紋，并且提高焊縫部位的能含量，用于降低冷卻速度。在焊接開始后的 后加熱用于進(jìn)一步降低冷卻速度。
在此通過熱技術(shù)加熱、例如利用氣體或等離子燃燒器或者通過感應(yīng) 加熱實(shí)現(xiàn)焊縫部位的熱處理。 一般通過在帶頂面或底面上單面布置燃燒 器或者感應(yīng)器進(jìn)行焊縫熱處理。由此產(chǎn)生由工藝引起的不均勻的溫度分 布并由此帶來在焊縫高度上不均勻的熱處理。在短加熱時(shí)間和高的單位 熱功率時(shí)進(jìn) 一 步強(qiáng)化這種不對(duì)稱'("生。
對(duì)于由上述原因所需的熱處理已知不同的方法和裝置。由DE 10 2004 001 166 Al已知一種用于激光焊接的、通過在焊縫部位進(jìn)行預(yù)熱和 /或后加熱的方法，通過激光焊接頭的激光射線進(jìn)行加熱，其中需要與焊 接基本相同的功率并且以相同的聚集但是更高的進(jìn)給速度并且必要時(shí) 多重地在要被處理的焊縫部位旁邊導(dǎo)引。對(duì)這種方法可以選擇，使激光 射線以更高的散焦并且必要時(shí)也更慢地在要被處理的焊縫部位旁邊導(dǎo) 引。
在EP 1 285 719 Bl中描述了在旋轉(zhuǎn)的軸上的激光涂覆焊接，其中為 了分級(jí)預(yù)熱使用圓扇段形感應(yīng)器，其扇形段就地在激光射線加工頭前面 布置在軸上。通過兩個(gè)不同的、相互間相對(duì)地并且相對(duì)于激光射線產(chǎn)生 點(diǎn)固定設(shè)置的感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)預(yù)熱循環(huán)，其中第 一感應(yīng)器的熱流密度小于第二感應(yīng)器，而第 一 感應(yīng)器的熱作用時(shí)間和作用面積大于第二感應(yīng) 器。因此在第一預(yù)熱循環(huán)中比在第二預(yù)熱循環(huán)中更慢地升溫。兩個(gè)感應(yīng) 器可以通過不同的頻率驅(qū)動(dòng)，^f旦是它們也可以組合到一個(gè)感應(yīng)器里面， 其中通過磁場強(qiáng)化元件、不同的感應(yīng)器橫截面或更窄的線圏間距實(shí)現(xiàn)不 同的感應(yīng)場強(qiáng)度。在特別裂紋每丈感的材料中也可以緊接著感應(yīng)的后加熱 循環(huán)，其中在這里使用的感應(yīng)器與預(yù)熱循環(huán)的兩個(gè)感應(yīng)器組合成公共的 感應(yīng)器。
在DE 101 52 685 A1中建議一種裝置，通過它使焊縫和已經(jīng)設(shè)置在 焊縫上的熱流區(qū)通過一個(gè)或多個(gè)先后沿著焊縫在在線運(yùn)行時(shí)固定設(shè)置 的或在在線運(yùn)行時(shí)可移動(dòng)的直線感應(yīng)器可以執(zhí)行所焊接工件的局部感 應(yīng)熱處理。在直線感應(yīng)器有效范圍以內(nèi)這樣設(shè)置與直線感應(yīng)器成比例的 屏蔽元件，使得它屏蔽由直線感應(yīng)器在運(yùn)行中加載的由直線感應(yīng)器產(chǎn)生 的交流》茲場的部分工件部位。

發(fā)明內(nèi)容
由所述現(xiàn)有技術(shù)提出本發(fā)明的目的是，這樣進(jìn)一步改進(jìn)用于上述形 式焊縫熱處理的方法和裝置，使得在很大程度上使在焊接鋼板時(shí)在焊縫 部位中形成裂紋或組織變化的危險(xiǎn)最小化。
所述目的按照本發(fā)明通過權(quán)利要求1特征部分所述特征由此得以實(shí) 現(xiàn)，利用確定可調(diào)整的多重分級(jí)直線感應(yīng)器通過不同功率密度的區(qū)域加 熱焊縫部位，該感應(yīng)器通過多重分布其線匝長度和/或不同地覆蓋線匝和 /或與鋼帶的多個(gè)不同間距分級(jí)構(gòu)成。
通過權(quán)利要求9的特征給出 一種用于執(zhí)行這種方法的裝置。
按照本發(fā)明通過使整個(gè)用于加熱施加的熱功率密度分布在各個(gè)加 熱級(jí)上執(zhí)4亍多級(jí)加熱，其中在第一加熱級(jí)中產(chǎn)生比在下面的加熱級(jí)中更 陡斜的升溫。由此例如可以在兩級(jí)加熱時(shí)在第 一 與第二加熱級(jí)之間執(zhí)行 3: l比例的功率分布。這種功率分布的結(jié)果使得在第二加熱級(jí)中比第一 加熱級(jí)中更緩慢地升溫。由此不僅在帶底面與帶底面之間與單級(jí)加熱級(jí) 相比實(shí)現(xiàn)更小的溫度梯度，而且在接近所期望的最終溫度時(shí)也使組織過 熱的危險(xiǎn)最小化。在多級(jí)加熱時(shí)也可以有利地在各個(gè)加熱級(jí)之間以通過 測量溫度獲得的專門匹配的溫度通過緊接著冷卻事先加熱的焊縫部位 調(diào)節(jié)保持時(shí)間，然后接著再加熱。為了在各個(gè)加熱級(jí)之間產(chǎn)生補(bǔ)償區(qū)例 如可以中斷各個(gè)線匝。按照本發(fā)明可以選擇單獨(dú)或共同控制地給出用于預(yù)熱和后加熱的
直線感應(yīng)器，其中可以沒有剛性耦聯(lián)地使激光焊接頭和直線感應(yīng)器例如 在分開的車上運(yùn)動(dòng)。
要執(zhí)行的在激光焊接頭后面移動(dòng)的焊縫部位的多級(jí)加熱在很大程 度上取決于鋼帶組織。因此以與工藝需求匹配的且通過例如測溫獲得的 與激光焊接頭的最佳距離設(shè)置激光焊接頭。但是按照本發(fā)明也能夠?qū)崿F(xiàn) 與激光焊接頭控制無關(guān)的直線感應(yīng)器運(yùn)動(dòng)，用于例如避免在焊縫部位中 的局部過熱，為此例如使與激光焊接頭的距離振動(dòng)地變化。
利用設(shè)置在激光焊接頭前面的分級(jí)直線感應(yīng)器執(zhí)行的前面移動(dòng)的 焊縫部位的多級(jí)加熱由于直接銜接的加熱可以通過激光焊接頭以其速 度實(shí)現(xiàn)，因此例如能夠并且有可能是有意義的，使這個(gè)直線感應(yīng)器固定 地附屬于激光焊接頭或者使它直接耦聯(lián)在激光焊接頭上。但是在這里也 能夠，如果為了工藝匹配需要，使直線感應(yīng)器以振動(dòng)的距離變化設(shè)置在 激光焊接頭前面。
因此通過多級(jí)構(gòu)成的直線感應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)概括為
-區(qū)分功率密度和與此相關(guān)的控制并減少在加熱區(qū)結(jié)束時(shí)過熱的
危險(xiǎn)，
-固定的構(gòu)造無需可變化的導(dǎo)體長度， -在緊靠鋼帶作用范圍的線匝分布， -緊湊的結(jié)構(gòu)形式。


下面借助于在附圖中所示的實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)。附 圖中
圖1示出用于熱處理焊縫的裝置，
圖2示出按照現(xiàn)有技術(shù)的單級(jí)直線感應(yīng)器，
圖3示出在單級(jí)加熱時(shí)的溫度-時(shí)間曲線，
圖4示出兩級(jí)直線感應(yīng)器的電流分布，
圖5示出具有圖4的電流分布的兩級(jí)直線感應(yīng)器，
圖6示出在兩級(jí)加熱時(shí)的溫度-時(shí)間曲線，
圖7示出具有再加熱的兩級(jí)后加熱的溫度-時(shí)間曲線。
具體實(shí)施例方式
在圖1中簡示出用于焊接和用于熱處理鋼帶2中的焊縫1 (參見圖
64) 的裝置。它由激光焊接頭3和設(shè)置在其前面的直線感應(yīng)器4和設(shè)置
在其后面的直線感應(yīng)器5組成。在這個(gè)實(shí)施例中激光焊接頭3和兩個(gè)直 線感應(yīng)器4， 5為了焊接工藝和為了熱處理在運(yùn)動(dòng)方向或焊接方向9上 運(yùn)動(dòng)，而固定夾緊鋼帶2。在這里所示的實(shí)施例也可以用于在直線感應(yīng) 器4, 5和激光焊接頭3固定設(shè)置時(shí)可移動(dòng)的鋼板。在激光焊接頭3前 面移動(dòng)的直線感應(yīng)器在對(duì)應(yīng)于直線感應(yīng)器4長度的前面移動(dòng)的焊縫部位 6中加熱鋼帶2并且以相同的方式由設(shè)置在激光焊接頭3后面的后面移 動(dòng)的直線感應(yīng)器5后加熱跟隨(后面移動(dòng))的激光焊接頭3的焊縫部位 7。
用于熱處理的直線感應(yīng)器按照現(xiàn)有技術(shù)一般單級(jí)地構(gòu)成。在圖3中 原則示出的溫度-時(shí)間曲線給出通過這種在圖2中示例示出的只具有一 個(gè)連續(xù)級(jí)長L的線匝的直線感應(yīng)器8執(zhí)行的單級(jí)加熱過程。由曲線圖可 以看出，在帶頂面的溫度T。與帶底面的溫度Tu之間存在較大的溫度差， 在加熱時(shí)間tges結(jié)束時(shí)最大，因?yàn)闇囟炔钪苯优c直線感應(yīng)器的加熱功率 密度q和加熱時(shí)間t成比例。與所致力的加熱區(qū)15結(jié)束后和冷卻區(qū)17 開始前的工藝溫度Tm的偏差太大，因此存在組織過熱的危險(xiǎn)。
在圖4中示出兩級(jí)直線感應(yīng)器，具有兩個(gè)不同長度構(gòu)成的級(jí)長" 和L2。因?yàn)榧訜岬剿铝Φ墓に嚋囟萒m在兩級(jí)直線感應(yīng)器10 (參見圖
5) 中需要與在單級(jí)直線感應(yīng)器8中相同的能量加入Q tges = qhl . t一 qh2 . t2 (qw . t!用于第一加熱級(jí)，qh2 . t2用于第二加熱級(jí))并且在分電 流L和12上的電流分布Iges與級(jí)長U和L2成反比，通過相應(yīng)地選擇級(jí)長 可以控制在各個(gè)加熱級(jí)上的能量加入。
在圖5中示出由此實(shí)現(xiàn)的例如在兩級(jí)直線感應(yīng)器10的不同長度級(jí) 長k和L2上的電流分布。具有比較長級(jí)L2更高功率密度h的較短級(jí)" 在焊接方向9上位于前面，即，要被處理的焊縫部位首先以較高的功率 密度加載。由圖4和5還可以看出，以何種方式可以在兩級(jí)直線感應(yīng)器 10中通過兩個(gè)具有其不同長度級(jí)長U和L2的線匝的特殊布置和電流輸 入實(shí)現(xiàn)電流分布。
現(xiàn)在在圖6中原則示出的溫度-時(shí)間曲線給出通過這種直線感應(yīng)器 10執(zhí)行的兩級(jí)加熱過程的結(jié)果。在第一加熱級(jí)15中陡斜的升溫盡管同 樣導(dǎo)致在帶溫度T。與Tu之間直到以^結(jié)束第 一加熱級(jí)時(shí)強(qiáng)烈的溫度差， 但是緊接著在第二加熱級(jí)16中在時(shí)間間隔t2上開始溫度補(bǔ)償，由此在
7這個(gè)以tges第二熱處理過后與所致力的帶溫平均值Tm的溫度差與單級(jí)加 熱相比明顯變小。
在圖7中示出具有后加熱的兩級(jí)后加熱的實(shí)際結(jié)果。在這里所示的
溫度-時(shí)間曲線中溫度曲線變化通過緊靠焊接部位20以t = 0開始接著 陡斜變化的冷卻17。在給定的溫度、在這里約320。C時(shí)通過陡斜的升溫 再加熱的第一加熱級(jí)15開始以約1.7秒的持續(xù)時(shí)間直到約52(TC的溫 度。緊接著第二加熱級(jí)16以扁平的升溫直到約3.3秒的總加熱時(shí)間和最 終溫度約620°C。然后最終的冷卻跟隨通過再加熱扁平的冷卻曲線17，。 但是存在這種情況，在這些情況下區(qū)域16是純保持區(qū)或者甚至是具有 延遲冷卻的區(qū)。在延遲冷卻時(shí)饋入到系統(tǒng)里面的能量不足以補(bǔ)償給到環(huán) 境的熱量。
附圖標(biāo)記清單
1焊縫
2鋼帶
3激光焊接頭
4用于預(yù)熱的直線感應(yīng)器
5用于后加熱的直線感應(yīng)
6前面移動(dòng)的焊縫部位
7后面移動(dòng)的焊縫部位
8單級(jí)直線感應(yīng)器
9焊4妾方向，運(yùn)動(dòng)方向
10兩級(jí)直線感應(yīng)器
15,16 力口熱區(qū)
17,17' 冷卻區(qū)
20緊靠的焊接部位
線匝長度
k,L2 直線導(dǎo)體的級(jí)長
I"12 電流強(qiáng)度
T帶溫度
To帶頂面溫度
Tu帶底面溫度Tm 平均帶溫度
t 時(shí)間
& 第一加熱級(jí)結(jié)束
t2 第二加熱級(jí)結(jié)束
t2es 總加熱時(shí)間
權(quán)利要求
1.一種用于感應(yīng)地在焊機(jī)中熱處理焊縫的方法，該焊機(jī)具有用于連接鋼帶(2)的激光焊接頭(3)，其中焊縫(1)和鄰接的焊縫部位(6，7)在實(shí)際焊接之前和之后利用直線感應(yīng)器(4，5)執(zhí)行加熱過程，其特征在于，利用確定可調(diào)整的多重分級(jí)直線感應(yīng)器(4，5)通過不同功率密度的區(qū)域加熱焊縫部位(6，7)，該感應(yīng)器通過多重分布其線匝長度和/或不同地覆蓋線匝和/或與鋼帶(2)的多個(gè)不同間距分級(jí)構(gòu)成。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使激光焊接頭(3)和 直線感應(yīng)器(4, 5)在焊縫(1)旁邊導(dǎo)引，在焊接方向上通過它們對(duì) 準(zhǔn)要被連接的位置固定設(shè)置的鋼帶(2)。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，位置固定地設(shè)置激光焊 接頭(3)并且使要被連接的鋼帶(2)對(duì)準(zhǔn)焊接方向地在焊縫(1)旁 邊導(dǎo)引。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，利用設(shè)置在激光焊 接頭(3)前面的感應(yīng)器(4)加熱前面的焊縫部位(6)并且以與工藝 匹配的且通過例如測溫獲得的與激光焊接頭(3)的最佳距離加熱在激 光焊接頭(3)后面的焊縫部位(7),其中后面移動(dòng)的直線感應(yīng)器(5) 不直接耦聯(lián)在激光焊接頭(3)上，而是對(duì)應(yīng)于工藝需要分開控制地移 動(dòng)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，以與激光焊接頭(3) 的振動(dòng)的距離變化使直線感應(yīng)器(4, 5)變化。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，這樣執(zhí)行 整個(gè)用于加熱要施加的熱功率密度qH在各加熱級(jí)(ti, t2)上的分布， 使得在第一加熱級(jí)(tj中發(fā)生比在下面的加熱級(jí)(t2)中更陡斜的升溫。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在兩級(jí)加熱時(shí)在第一級(jí) (tl)與第二級(jí)(t2)之間以3: 1的比例執(zhí)4亍功率分布。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，在各個(gè)加熱級(jí)(tp t2)之間以通過測溫專門匹配的溫度通過緊接著冷卻事先加熱的焊縫部 位(7)規(guī)定保持時(shí)間，然后接著再加熱。
9. 一種用于執(zhí)行尤其權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法的、感應(yīng) 地在焊機(jī)中熱處理焊縫的裝置，該焊機(jī)具有用于連接鋼帶(2)的激光 焊接頭(3)，其中焊縫(1)和鄰接的焊縫部位(6, 7)在實(shí)際焊接之前和之后利用直線感應(yīng)器(4, 5)執(zhí)行加熱過程，其特征在于一個(gè)可用于預(yù)熱和后加熱的多級(jí)直線感應(yīng)器(4, 5),在其長度上具有不同的功 率密度，其中功率密度的分布 通過多個(gè)線匝和分導(dǎo)體長度的分級(jí)變化和/或 通過在其長度上不同地覆蓋線匝，其中在線匝內(nèi)部也可以實(shí)現(xiàn)不 同的功率密度和/或 通過在直線感應(yīng)器(4, 5)與鋼帶(2)之間的不同分級(jí)耦聯(lián)距 離，通過同樣在線匝內(nèi)部建立不同的功率密度。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，為了產(chǎn)生各個(gè)加熱區(qū) 之間的補(bǔ)償中斷各個(gè)線匝。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，選擇單個(gè)或共 同控制地構(gòu)成用于預(yù)熱和后加熱的直線感應(yīng)器(4， 5)。
12. 如權(quán)利要求9， 10或11所述的裝置，其特征在于，在激光焊 接頭(3)的前面以變化的距離設(shè)置直線感應(yīng)器(4)并且在激光焊接頭(3)的后面以變化的距離設(shè)置直線感應(yīng)器(5)。
13. 如權(quán)利要求9， 10或11所述的裝置，其特征在于，所述直線 感應(yīng)器(4)與激光焊接頭(3)耦聯(lián)。
14. 如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，固定 地夾緊鋼板而使激光焊接頭(3)和直線感應(yīng)器(4, 5)是可以移動(dòng)的。
15. 如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述 鋼板是可移動(dòng)的并且至少位置固定地設(shè)置激光焊接頭(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于熱處理焊縫的方法和裝置。為了改善并進(jìn)一步構(gòu)成在利用激光實(shí)際焊接之前和之后焊縫和相鄰焊縫部位(6，7)的熱處理，用于使在焊接鋼板(2)時(shí)在焊縫部位中形成裂紋或組織變化的危險(xiǎn)最小化，按照本發(fā)明建議，利用確定可調(diào)整的多重分級(jí)直線感應(yīng)器(4，5)通過不同功率密度的區(qū)域加熱焊縫部位(6，7)，該感應(yīng)器通過多重分布其線匝長度和/或不同地覆蓋線匝和/或與鋼帶(2)的多個(gè)不同間距分級(jí)構(gòu)成。同時(shí)在第一加熱級(jí)中實(shí)現(xiàn)比在下面的加熱級(jí)中更陡斜的升溫。
文檔編號(hào)B23K26/42GK101578379SQ200780043508
公開日2009年11月11日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者C·倫格斯多夫, H·貝倫斯, L·庫梅爾, R·朱根斯 申請人:Sms迪馬格股份公司