專利名稱：鍍鋁鋼板燃料箱制造方法，鍍鋁鋼板波束焊方法及焊接件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將鍍鋁鋼板通過波束焊接成一種裝置的技術(shù)的改進(jìn)，該裝置例如是用予機(jī)動車的燃料箱。
用于機(jī)動車?yán)缧⌒湍ν熊嚮蝾愃栖囕v中的燃料箱一般由鍍錫鉛鋼板或鍍鋅鎳鋼板制得，以便使其內(nèi)表面防腐。為了環(huán)境保護(hù)的目的，對鍍鉛層的使用強(qiáng)行給予一定程度的合法限制，因而，工藝上就要求使用其它材料的燃料箱。有一種這樣的燃料箱是由在其兩表面均鍍有易熔鋁層的鋼板制得，所述鋼板它們的邊緣相互疊加并互相焊接。由于鋼板的兩面鍍有鋁層，這種結(jié)構(gòu)的燃料箱在其內(nèi)外表面上均能防腐。
通常，以前制作燃料箱的鋼板通過電阻縫焊來焊接。如果使用電阻縫焊工藝來焊接在其兩表面均具有易熔的鍍鋁層的鋼板，那么存在下列缺陷焊機(jī)的焊接電極需要頻繁地清潔和整形，因?yàn)樵诤附舆^程中鍍鋁部分傾向于同焊接電極相連接。
因?yàn)殄冧X層對熱和電極易傳導(dǎo)，除非向所述的鋼板提供的電流為普通鋼板所需電流的1.5～2.0倍，否則所述鋼板不可能焊接。
在焊接過程中由于施加在鋼板上的熱量很大，因此，鋼板的表面層由于該施加的熱量而在很大區(qū)域上受到損害，特別是燃料箱的內(nèi)表面在焊接過程之后需要表面處理以便防腐。
因此，本發(fā)明的一個目的就是以一定的方式提供一種可將鍍鋁鋼板焊接成一裝置的波束焊接工藝，以省去事后的對內(nèi)外表面的防腐處理，增加焊縫的強(qiáng)度，防止鍍鋁部分與焊接電極相連，且縮小鋼板表面層受損的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種鍍鋁鋼板燃料箱的制造方法，包括步驟將一對鍍鋁鋼板的殼體的各個突緣相互疊加，通過波束使突緣相互焊接，從而形成燃料箱。
當(dāng)波束焊接機(jī)沿突緣的整個周邊移動時，波束基本上垂直于突緣從波束焊接機(jī)射向突緣。另一種選擇是，當(dāng)波束焊接機(jī)整體沿突緣周邊的外側(cè)移動時，波束可基本上平行突緣從波束焊接機(jī)射向突緣的周邊的外側(cè)，還有一種選擇是，其中一個突緣比另一個突緣可以向外伸出一較大距離，當(dāng)波束焊接機(jī)整體沿突緣的周邊外側(cè)移動時，波束從波束焊接機(jī)傾斜地射向所述另一個突緣的周邊的外側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，還提供鍍鋁鋼板的激光波束焊接方法，包括步驟將一對中間具有縫隙的鍍鋁鋼板的突緣疊置，并且波束貼近射向所述縫隙的同時從焊接區(qū)向所述縫隙排放多余的成分從而使突緣相互焊接。
其中一塊鍍鋁鋼板可具有一階梯區(qū)，該階梯區(qū)與另一塊鍍鋁鋼板間隔分開，因而在該階梯區(qū)與另一塊鍍鋁鋼板之間構(gòu)成一縫隙。鍍鋁鋼板可焊接成一容器，例如燃料箱，而該縫隙可向內(nèi)與容器連通，或向容器外打開。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種通過波束焊接制得的焊接件，它包括通過波束相互焊接的一對鍍鋁鋼板，所述鍍鋁鋼板通過焊接區(qū)相互連接，該焊接區(qū)至多包含重量百分比為65％的鋁。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種通過波束焊接制得的燃料箱，它包括一對鍍鋁鋼板的殼體，該殼體具有相互疊加的突緣并通過波束相互焊接，所述突緣通過焊接區(qū)相互接合，所述焊接區(qū)至多包含重量百分比為65％的鋁。
本發(fā)明的上述及其它目的，細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)通過下面參照附圖對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)描述將變得十分明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的制造方法制得的鍍鋁鋼板燃料箱的透視圖；圖2A至2C是表示據(jù)本發(fā)明的不同的焊接方法的部分橫截面圖。
圖3是包括焊接鍍鋁鋼板，且其中一塊鍍鋁鋼板具有一階梯區(qū)以形成一向內(nèi)打開的縫隙的燃料箱部分橫截面視圖；圖4是包括焊接鍍鋁鋼板，且其中一塊所述鋼板具有一階梯區(qū)以形成一向外打開的縫隙的燃料箱部分橫截面視圖；圖5表示試件焊接狀態(tài)時的立面圖；圖6表示中間具有縫隙的兩試件的焊接區(qū)的放大橫截面圖；圖7表示中間沒有縫隙的兩試件的焊接區(qū)的放大橫截面圖；圖8是表示通過試件進(jìn)行張拉試驗(yàn)以測試焊接強(qiáng)度的結(jié)果的一圖表。
圖9是表示在焊接區(qū)內(nèi)鋁的含量與剝落斷裂應(yīng)力之間相互關(guān)系的圖表。
圖10A是張拉試驗(yàn)中使用的試件的前視圖；且圖10B是圖10A所示的試件的側(cè)視圖。
如圖1所示，據(jù)本發(fā)明的制造方法制得的鍍鋁鋼板燃料箱1包括一對由鍍鋁鋼板壓制形成的上下殼體2，3。該上下殼體2，3分別具有2a、2b，這兩個沿殼體的整個周邊長度相互重疊并焊接的突緣通過激光波束焊接法形成一密封的焊接區(qū)，燃料入口油嘴4和其它不同的小配件例如撐桿通過激光波束焊接或釬焊與上下殼體2，3相連。
每塊鍍鋁鋼板包括由SAIE60鋼或SAIE60Y鋼制得的鋼板，該SAIE60Y鋼通過向SAIE鋼中加鉻制得，所述鋼板在其兩面鍍有鋁。SAIE60鋼或SAIE60Y鋼除了包括為精制目的所需的碳、硅和鎂之外，還包括如磷、硫等的雜質(zhì)。
鐵的熔點(diǎn)為1540℃，沸點(diǎn)為2750℃，而鋁的熔點(diǎn)為660℃，沸點(diǎn)為2470℃上下殼體2，3的突緣2a，3a可通過圖2(A)至2(C)所示的不同焊接方法中的任一種互相疊加并焊接。
根據(jù)圖2(A)所示的焊接方法，當(dāng)激光波束焊接機(jī)沿突緣2a，3a的外側(cè)周邊整體移動時，如箭頭所指的激光波束基本上垂直于突緣2a，3a從激光波束焊接機(jī)上射向突緣2a，3a。這樣焊接方法能有效防止激光波束在突緣2a，3a上不良的位置偏移。然而，在焊接突緣2a，3a上的焊縫的上表面應(yīng)涂敷防腐層以保持足夠美觀的外表。
根據(jù)圖2(B)所示的焊接方法，當(dāng)激光波束焊接機(jī)沿突緣2a，3a的外側(cè)周邊整體移動時，如箭頭所指的激光波束基本上平行于突緣2a，3a地從激光波束焊接機(jī)上射向突緣2a，3a的周邊的外側(cè)。這種焊接方法盡管在防止激光波束在突緣2a，3a上不良的位置偏移的能力比較薄弱，但是卻無需在焊縫上涂覆防腐層。
根據(jù)圖2(C)所示的焊接方法，突緣2a，3a中的一個，例如突緣2a比突緣3a向外伸出較大一段距離，當(dāng)激光波束焊接機(jī)沿突緣2a，3a的外側(cè)周邊整體移動時，如箭頭所指的激光波束從激光波束焊接機(jī)上傾斜地射向較短突緣3a的周邊的外側(cè)。這種焊接方法比較能夠防止激光波束在突緣2a，3a上不良的位置偏移。然而，在焊接突緣2a，3a上的焊縫的上表面應(yīng)涂覆防腐層以保持足夠均勻光滑的外表。
當(dāng)使用圖2(A)所示的焊接方法時，如果在激光波束焊接時突緣2a，3a保持相互緊密接觸，那么，突緣2a，3a的焊接強(qiáng)度顯著降低，且該焊接強(qiáng)度與激光波束焊接機(jī)移動的速度有關(guān)。
通常，當(dāng)利用激光波束將鍍鋅鋼板相互焊接時，因?yàn)殄冧\層的沸點(diǎn)低，由鋅蒸氣在焊接區(qū)產(chǎn)生了砂眼。已經(jīng)有計(jì)劃提出在鍍鋅鋼板之間設(shè)置縫隙以排放這種鋅蒸氣(例如參見日本專利公報(bào)NO.4-13077)。
當(dāng)鍍鋁鋼板通過激光波束焊接時，在焊接區(qū)設(shè)有因?yàn)殇X蒸氣產(chǎn)生砂眼，這是因?yàn)殄冧X層的沸點(diǎn)高。人們發(fā)現(xiàn)這種鍍鋁鋼板焊接區(qū)的強(qiáng)度由于焊接區(qū)金屬的構(gòu)成不同而有顯著的區(qū)別。
發(fā)明人在形狀為鍍鋁鋼板的試件T(見圖5)上做張拉試驗(yàn)。試件T通過隔離物S以不同的縫隙或距離相互隔開，并且通過激光波束焊接機(jī)而互相激光波束焊接，此時激光波束焊接機(jī)以不同的速度移動。然后，在焊接試件T上作張拉試驗(yàn)以檢測其焊接強(qiáng)度。張拉試驗(yàn)的結(jié)果表示在圖8中。
當(dāng)試件T之間沒有縫隙時，作用在試件T上的壓力隨夾具C(見圖5)而變化。當(dāng)試件T之間有縫隙時，試件T之間的縫隙隨隔離物S的高度的變化而變化。在圖8中，水平軸代表試件T之間的縫距(mm)，如果中間沒有縫隙還代表施加在試件T上的壓力(kg/cm2)，而縱軸代表剝落斷裂應(yīng)力(kgf/mm2)。符號△，■代表由激光波束焊接機(jī)焊接的樣品，所述激光波束焊接機(jī)的移動速度等于縫焊機(jī)的速度。特別地，符號△代表由移動速度為3.5米/分的激光波束焊接機(jī)焊接的樣品。此時激光波束聚焦在上部試件T的上方4mm處的一點(diǎn)上，而符號■代表由移動速度為4.0米/分的激光波束焊接機(jī)焊接的樣品。此時激光波束聚焦于上，試件T的上表面上的一點(diǎn)處。符號◆代表由移動速度為基本較低的1.5米/分的激光波束焊接機(jī)焊接的樣品，此時激光波束聚焦于上試件T之上4mm處的一點(diǎn)上。
如圖10(A)和10(B)所示，試件T為L形，且其短臂疊加并焊接。在張拉實(shí)驗(yàn)中，試件T的長臂被沿如圖10(B)中箭頭所指的相反方向牽拉。
當(dāng)試件T之間沒有縫隙且施加在試件T上的壓力為5kg/cm2時，樣品△的剝落斷裂應(yīng)力在5至10kgf/cm2之間，而樣品■的該應(yīng)力更低(未示出)。因此，樣品△，■的剝落斷裂應(yīng)力非常小。當(dāng)試件T之間不具有縫隙且施加在試件T上的壓力為10kg/cm2時，樣品◆的剝落斷裂應(yīng)力在22至27kgf/mm2的范圍之間，因此相對較大。當(dāng)試件T之間存在縫隙時，樣品間顯示出較大的剝落斷裂應(yīng)力，不考慮激光波束焊接機(jī)的移動速度和激光波束的聚焦位置，該應(yīng)力接近基層金屬的斷裂應(yīng)力。
由于試件T之間的縫隙而引起剝落斷裂應(yīng)力的改變在圖6和7所示的焊接區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)圖中可清楚地看到。當(dāng)圖7所示的試件間沒有縫隙時，在鍍層疊合的表面上基本上與鍍鋁層分開的多余成分“g”例如鋁等無法排出，于是在焊接區(qū)“Y”聚留并固化。當(dāng)如圖6所示的試件間存在縫隙時，多余的成分“g”由于不同的固化溫度而從焊接區(qū)“Y”排放到縫隙中，并在縫隙中固化。
基于上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，人們發(fā)現(xiàn)在焊接鍍鋁鋼板之間存在縫隙時，在焊接鍍鋁鋼板之間可達(dá)到足夠的焊接強(qiáng)度。而在焊接鍍鋁鋼板間沒有縫隙時，在焊接鍍鋁鋼板間不能達(dá)到所需的焊接強(qiáng)度，除非激光波束焊接機(jī)以足夠低的速度移動，即單位面積施加的激光波束的熱能足夠大。
發(fā)明人考慮到在焊接區(qū)“Y”中包含的鋁會對焊接區(qū)“Y”的抗拉強(qiáng)度有影響，并檢測出在焊接區(qū)的中部包含的鋁的數(shù)量與剝落斷裂應(yīng)力的關(guān)系。圖9表示在焊接區(qū)“Y”的中部“a”(見圖6)內(nèi)包含的鋁的數(shù)量與剝落斷裂應(yīng)力之間測出的關(guān)系。實(shí)際上，圖9表示一張拉試驗(yàn)的結(jié)果，與圖8表示的上述張拉試驗(yàn)類似，這種張拉試驗(yàn)在與如圖8所示的上述相同的條件下作用在試件T上以便在試件T之間以不同的縫隙通過激光束焊接之后檢測其焊接強(qiáng)度。在圖9中，水平軸代表在焊接區(qū)內(nèi)包含的鋁的數(shù)量，而豎直軸代表剝落斷裂應(yīng)力。
從圖9中可以理解到，如果在焊接區(qū)“Y”內(nèi)包含的鋁的數(shù)量為重量百分比等于或小于0.6 5時，那么焊接試件T的剝落斷裂應(yīng)力與基層金屬的該應(yīng)力(27～28kgf/cm2)相同，而如果在焊接區(qū)“Y”內(nèi)包含的鋁的數(shù)量大于重量百分比0.6 5時，那么焊接試件T的剝落斷裂應(yīng)力小于基層金屬的該應(yīng)力。因此，在焊接區(qū)“Y”內(nèi)包含的鋁與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。以致當(dāng)焊接區(qū)Y內(nèi)包含的鋁的數(shù)量減少時焊接區(qū)“Y”的焊接強(qiáng)度增加。從圖8和9中還可以看到為了減少在焊接區(qū)“Y”內(nèi)包含的鋁的數(shù)量以便獲得所需的焊接強(qiáng)度，在焊接區(qū)設(shè)置縫隙并通過降低激光波束焊接機(jī)的移動速度，而增加單位面積施加的激光波束的熱能都是很有效的方法。因此，最好在焊接區(qū)“Y”內(nèi)包含的鋁的數(shù)量為重量百分比小于或等于0.65，從而達(dá)到所需的焊接強(qiáng)度。
圖3和4分別局部表示出燃料箱，它包括據(jù)圖2(A)所示的焊接方法焊接的鍍鋁鋼板。
在圖3中，燃料箱包括分別具有相互疊加并焊接的突緣2a，3a的上下殼體2，3。下突緣3a沿其內(nèi)周邊具有伸展的階梯區(qū)“d”并與上突緣2a向下分隔開，從而產(chǎn)生向內(nèi)朝燃料箱打開的縫隙。上下突緣2a，3a通過箭頭所指的在階梯區(qū)“d”上方向下施加在上突緣2a上的激光波束焊接。由于上下突緣2a，3a沿其外邊保持緊密接觸，上下突緣2a，3a可很容易地通過夾具在一起。
在圖4中，燃料箱包括分別具有相互疊加并焊接的突緣2a，3a的上下殼體2，3。下突緣3a沿其外周邊具有伸展的階梯區(qū)“d”并與上突緣2a向下分隔開，從而產(chǎn)生向燃料箱外側(cè)打開的縫隙。上下突緣2a，3a通過箭頭所指的在階梯區(qū)“d”上方向下施加在上突緣2a上的激光束焊接。由于上下突緣沿其外邊沒有接觸，因而沿其外邊不能用夾具夾在一起，除非上下突緣2a，3a之間插入隔離物。然而，圖4中的燃料箱有一優(yōu)點(diǎn)，即防止與焊接區(qū)“Y”(見圖6)分開的多余成分例如鋁進(jìn)入燃料箱，但可以容易地通過上下突緣2a，3a之間的向外打開的縫隙排出。
如上所述，通過在突緣2a，3a其中之一上設(shè)置階梯區(qū)“d”可以很容易地在突緣2a，3a之間形成縫隙。
由于根據(jù)本發(fā)明的燃料箱是由相互焊接的鍍鋁鋼板組成，在鍍鋁鋼板之間形成的焊接區(qū)通過鋁的犧牲陽極抗腐蝕作用而得到保護(hù)，且使燃料箱的內(nèi)表面高度抗腐。鍍鋁鋼板不需要施加涂層來作后處理。
因?yàn)殄冧X鋼板通過具有小射束點(diǎn)的激光波束來焊接，所以鍍鋁鋼板的表面層上受激光波束損傷的區(qū)域減小。激光波束焊接允許鍍鋁鋼板以高速焊接，因?yàn)樵诰植亢更c(diǎn)上可快速加熱。
激光波束焊接不需要任何焊接電極與鍍鋁鋼板接觸。因此，不存在含鋁部分與焊接電極結(jié)合的問題。
鍍鋁鋼板之間的縫隙使得多余成分從焊接區(qū)排出。因此，從焊接區(qū)排出的多余成分沒被引入到焊接區(qū)內(nèi)的焊接金屬中，這樣保證所需的焊接強(qiáng)度。
上面實(shí)施例中描述了激光波束焊接，本發(fā)明的原理也可以用在根據(jù)電子束焊接法來焊接鍍鋁鋼板上。
盡管上面描述了目前認(rèn)為是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，可以理解在不超出發(fā)明實(shí)質(zhì)的情況下本發(fā)明可以其它具體形式應(yīng)用。因此，本發(fā)明的實(shí)施例在方面雖如圖示但并不受此限制。本發(fā)明的保護(hù)范圍是由附加的權(quán)利要求書表明而非前面描述所指。
權(quán)利要求
1.一種鍍鋁鋼板燃料箱的制造方法，包括下列步驟疊加一對鍍鋁鋼板殼體的各個突緣；并通過波束相互焊接所述突緣，以此形成一燃料箱。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)波束焊接機(jī)沿突緣的整個周邊移動時所述波束基本上垂直于突緣地從波束焊接機(jī)上射向所述突緣。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)波束焊接機(jī)沿突緣的外側(cè)周邊整體移動時，所述波束基本上平行于突緣地從波束焊接機(jī)上射向突緣的外側(cè)周邊。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述突緣其中之一比另一突緣向外伸出較大一段距離，且當(dāng)波束焊接機(jī)沿突緣的外側(cè)周邊整體移動時，所述波束從波束焊接機(jī)上傾斜地射向所述另一突緣的外側(cè)周邊。
5.一種鍍鋁鋼板的激光波束焊接方法，包括下列步驟疊加一對在其間限定有一縫隙的鍍鋁鋼板的突緣，且波束貼近地射向所述縫隙并互相焊接所述突緣，此時從焊接區(qū)排放多余的成分進(jìn)入所述縫隙。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述鍍鋁鋼板其中之一具有階梯區(qū)，該階梯區(qū)使其與另一鍍鋁鋼板分隔，因而在所述階梯區(qū)和所述另一鍍鋁鋼板之間限定所述縫隙。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，該方法為了制造焊接鍍鋁鋼板的容器，其特征在于所述縫隙向內(nèi)朝容器打開。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，該方法為制造焊接鍍鋁鋼板的容器，其特征在于所述縫隙向外朝容器打開。
9.通過波束焊接制得的焊接物，包括通過波束相互焊接的一對鍍鋁鋼板，該鍍鋁鋼板通過焊接區(qū)相互連接，所述焊接區(qū)至多包括重量百分比為0.65的鋁。
10.通過波束焊接制得的燃料箱，包括分別具有相互疊加的突緣并且通過波束相互焊接的一對鍍鋁鋼板殼體，該突緣通過焊接區(qū)相連，所述焊接區(qū)至多包括重量百分比為0.65的鋁。
全文摘要
上下鍍鋁鋼板殼體分別具有相互疊加的突緣，且通過激光波束相互焊接，從而形成一燃料箱。其中一個突緣具有一階梯區(qū)，該階梯區(qū)與另一突緣分隔，因而在所述階梯區(qū)與所述另一突緣之間限定形成一縫隙。激光波束貼近縫隙地施加在突緣上以便從突緣的焊接區(qū)排出多余的成分例如鋁并排入該縫隙內(nèi)。因此，焊接區(qū)內(nèi)包含的鋁的數(shù)量減少，增加了焊接區(qū)的焊接強(qiáng)度。
文檔編號B23K103/16GK1156074SQ96113259
公開日1997年8月6日 申請日期1996年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月30日
發(fā)明者光谷博司, 后藤博記, 增田泰夫 申請人:本田技研工業(yè)株式會社