RS57716B1 - Bradavičasto zavarivanje metalnih limova - Google Patents

Description

Opis pronalaska

STANJE TEHNIKE

[0001] Pronalazak se odnosi na bradavičasto zavarivanje metalnih limova.

[0002] Bradavičasto zavarivanje je već dugo poznato za zavarivanje tankih gvozdenih limova jednog iznad drugog, na primer, u automobilskoj industriji, gde se međusobno zavaruju ivice vrata. U donjem gvozdenom limu se formira šuplja bradavica pritiskanjem lima pomoću alata za utiskivanje i matrice na lim pre nego što se izvrši zavarivanje. Limovi se zatim pritiskaju između dve elektrode za zavarivanje pištolja za zavarivanje. Tokom zavarivanja bradavica se postepeno urušava i formira se strukturno jak zavareni šav na mestu bradavice.

[0003] Posebno u automobilskoj industriji postoji rastuća potreba za delovima koji su napravljeni od obojenih metalnih limova, a naročito limova od aluminijuma ili magnezijuma i njihovih legura. Ovi laki delovi imaju isto tako dobra mehanička svojstva. Međutim, kada se poznati proces bradavičastog zavarivanja za gvozdene limove primeni za ove metale, ne dobija se strukturno jak zavareni šav. Nasuprot tome, bradavica se uruši još pre nego što počne formiranje zavarenog šava.

[0004] U objavljenim prijavama patenata su opisani raniji pokušaji bradavičastog zavarivanja aluminijumskih limova. Međutim, ovi inicijalni pokušaji još uvek nisu doveli do uspešne implementacije, pošto je podnosilac prijave sada utvrdio da kritični procesni parametri za dobijanje strukturno jakog zavarenog šava do sada nisu bili poznati. Generalno, opisana usavršavanja bradavičastog zavarivanja aluminijumskih limova su predstavljala samo male modifikacije procesa za gvozdene limove, dok je sada utvrđeno da je neophodan potpuno drugačiji pristup da bi se dobili dobri rezultati. U nastavku će ukratko biti izložena usavršavanja u objavljenim prijavama patenata.

[0005] WO 99/03634 podnosioca Newcor Inc. opisuje bradavičasto zavarivanje aluminijumskih limova pri čemu bradavica u donjem limu ima oblik kalote. Bradavica ima visinu koja je jednaka približno četvorostrukoj debljini lima, zbog čega je bradavica veoma tankozida i šuplja iznad glavne gornje površine donjeg lima. Ovako strukturno slaba bradavica rezultuje velikim inicijalnim utiskivanjem ili će se čak urušiti neposredno posle početka dejstva sile pritiska, zbog čega je inicijalna kontaktna oblast zavarivanja nedefinisana. Struja zavarivanja se dobija direktno od uobičajene jedne faze iz električne mreže, od 460 volti, 60 Hz, koja u suštini ima sinusoidni oblik, pri čemu se impulsi za zavarivanje generišu prekidanjem polovine njenog talasnog ciklusa. Dejstvom sledstvenih, naizmeničnih impulsa za zavarivanje na nedefinisani inicijalni kontakt za zavarivanje količina energije za zavarivanje koja se uvodi, a naročito na početku ciklusa zavarivanja, nije pod kontrolom ili ona je mala, zbog čega se dobija slab zavareni šav.

[0006] WO 01/00363 podnosioca Newcor Inc. opisuje dalji razvoj gore opisanog procesa. Prstenasto oblikovana bradavica sadrži šuplji uspravni zid sa krivinom. Bradavica se graniči sa slepim otvorom, što neizbežno zarobljava izvesnu količinu vazduha koji se naglo širi tokom ciklusa zavarivanja. Ovo dovodi do pojave pukotina, uključaka i kontaminacije koji potiču od zarobljenog vazduha, što rezultuje slabim zavarenim šavom.

[0007] EP 0102 927 opisuje set metalnih limova i proces bradavičastog zavarivanja koji se primenjuje na njemu prema uvodnim delovima zahteva 1 i 9. U opisanom procesu zavarivanja oba aluminijumska lima se snabdevaju izduženim bradavicama koje se međusobno naslanjaju unakrsno orijentisano. Zbog prisustva dve bradavice koje se naslanjaju mesto zavarivanja će biti vidljivo sa obe strane proizvoda. Ova tehnologija se može primeniti samo kod proizvoda sa niskom cenom, kao što su cevi, kao što je opisano. Gornja površina bradavica ima krivinu, pri čemu inicijalni mali kontakt za zavarivanje između unakrsnih bradavica održava malu inicijalnu struju zavarivanja. Struja zavarivanja se postepeno povećava tokom urušavanja bradavica. Ovo dovodi do toga da struja zavisi samo od poprečnog preseka rastopa, zbog čega kontrola ciklusa zavarivanja ostaje dosta mala.

[0008] US 4495 397 opisuje bradavičasto zavarivanje aluminijumskih limova sa prstenasto oblikovanim bradavicama, što dovodi do pojave pukotina, uključaka i kontaminacije u zavarenom šavu koji potiču od zarobljenog vazduha. Bradavice se formiraju između alata za utiskivanje i matrice sa ravnim površinama za hladno kovanje koje se nalaze pod uglom jedna u odnosu na drugu. Bradavice imaju dobro definisane ravne bočne površine koje su napravljene pomoću matrice, dok gornja površina i njena krivina ostaju nedefinisane. Ovo je neposredna primena alata za utiskivanje i matrice za zavarivanje čeličnih limova, što neće funkcionisati za aluminijum. Tokom ciklusa zavarivanja počinje da deluje prva sila pritiska koja izaziva trajnu hladnu deformaciju od 8%. Prva sila pritiska se zatim povećava neposredno posle dostizanja maksimuma struje zavarivanja. Struja zavarivanja se, shodno tome, kontroliše promenom sile pritiska kao vodećeg parametra. Ovo već ukazuje da sama struja zavarivanja nije pod dobrom kontrolom. Pored toga, praktično je nemoguće kontrolisati silu pritiska na takav način tokom kratkog ciklusa zavarivanja, pošto silu pritiska stvara spori mehanički sistem. Izgleda da se sila pritiska menja tokom ciklusa zavarivanja da bi se nekako kompenzovali drugi nedostaci.

[0009] JP 2002-103056 opisuje proces bradavičastog zavarivanja za aluminijum koji je sličan procesu zavarivanja iz US 4495 397, sa korišćenjem prstenasto oblikovanih bradavica, što dovodi do pukotina, uključaka i kontaminacije u zavarenim šavovima. Proces zavarivanja se primenjuje za debele aluminijumske delove, a ne za tanke limove.

[0010] DE 3024 333 opisuje konusno oblikovanu bradavicu za zavarivanje aluminijumskih delova, koja je izvedena iz zavarivanja čeličnih limova na isti direktni način kao što je ovde gore opisano.

[0011] DE 100 29 352 opisuje bradavičasto zavarivanje aluminijumskih limova sa bradavicom sličnoj bradavici koja je opisana u WO 99/03634. Bradavica ima visinu koja je jednaka približno dvostrukoj debljini lima, zbog čega je bradavica veoma tankozida i šuplja iznad glavne gornje površine donjeg lima. Ova bradavica dovodi do velikog inicijalnog utiskivanja ili će se čak urušiti neposredno posle početka dejstva sile pritiska. Vrh bradavice ima konstantni radijus i ravne bočne površine. Ovaj oblik neposredno potiče iz bradavičastog zavarivanja čeličnih limova. Iz ovih razloga ovo neće biti uspešno za aluminijum.

[0012] Kod poznatih tehnika eventualno postojeća oksidacija objekata koji treba da se zavare mora da bude odstranjena pre zavarivanja. U vezi toga JP06-170549 opisuje proces u kome se aluminijumski objekti koji treba da budu zavareni naizmenično pomeraju i obrću na mestu prstenasto oblikovane bradavice radi lokalnog odstranjivanja oksidacije pre zavarivanja. Međutim, ovo se ne može primeniti kada se bradavičasta zavarivanja vrše sukcesivno između istih objekata, pošto raniji zavareni šavovi međusobno fiksiraju te objekte.

[0013] Cilj predmetnog pronalaska je da se realizuje bradavica i postupak za bradavičasto zavarivanje koji su namenjeni za zavarivanje metalnih limova od kojih je najmanje jedan metalni lim obojeni metalni lim.

SUŠTINA PRONALASKA

[0014] Prema prvom aspektu, pronalaskom je realizovan set prvog metalnog lima i drugog metalnog lima koji treba da bude zavaren iznad prvog metalnog lima bradavičastim zavarivanjem, pri čemu je prvi metalni lim obojeni metal ili metalna legura koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum, pri čemu prvi metalni lim sadrži izduženu bradavicu koja se lokalno pruža iznad glavne gornje površine prvog metalnog lima da bi došla u kontakt sa glavnom donjom površinom drugog metalnog lima, pri čemu bradavica sadrži gornju površinu koja ima konveksni prvi segment sa prvim radijusom koji definiše na svojoj sredini najveću visinu gornje površine u odnosu na glavnu gornju površinu prvog metalnog lima, konveksni drugi segment sa drugim radijusom duž obe izdužene strane koje se sjedinjavaju sa prvim segmentom, i treći segment duž obe izdužene strane koje se sjedinjavaju sa drugim segmentima i glavnom gornjom površinom prvog metalnog lima, pri čemu prvi prelazi konveksnog prvog segmenta u druge konveksne segmente definišu prvu širinu gornje površine i pri čemu drugi prelazi konveksnih drugih segmenata u treće segmente definišu drugu širinu gornje površine, i pri čemu treći prelazi trećih segmenata u glavnu gornju površinu prvog metalnog lima definišu treću širinu gornje površine, pri čemu je prvi radijus veći od drugog radijusa.

[0015] Drugi lim može biti napravljen od gvožđa, ili drugi metalni lim može biti napravljen od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum kao i prvi lim. Tokom zavarivanja elektroda za zavarivanje deluje silom pritiska na limove na poziciji bradavice. Bradavica donjeg obojenog metalnog lima sadrži prema pronalasku gornju površinu koja ima konveksni prvi segment na vrhu sa prvim radijusom koji se sjedinjuje sa konveksnim drugim segmentima sa drugim radijusom, pri čemu je prvi radijus veći od drugog radijusa. Na ovaj način bradavica ima relativno široki konveksni prvi segment, što dovodi do progresivnog porasta inicijalne kontaktne površine na vrhu zbog lokalnog elastičnog i plastičnog uleganja materijala lima. Struja zavarivanja će se veoma dobro lokalno provoditi preko ove inicijalne kontaktne površine, dok sama bradavica može da podnese i da se suprotstavi sili pritiska koja deluje tokom zavarivanja do te mere da se obrazuje strukturno jak zavareni šav. Bradavica se ne urušava prerano tokom zavarivanja metalnih limova. Ova bradavica omogućava direktno zavarivanje limova bez prethodnog odstranjivanja oksidacije. U kvantifikovanom primeru izvođenja odnos prvi radijus/ drugi radijus je najmanje 4.

[0017] Naročito, odnos prvi radijus / drugi radijus je od 4 do 5.

[0018] Preciznije, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, odnos prvi radijus / drugi radijus je 4,5.

[0019] U dodatnom kvantifikovanom primeru izvođenja, odnos prva širina / druga širina je od 0,60 do 0,90.

[0020] Naročito, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, odnos prva širina / druga širina je od 0,70 do 0,80.

[0021] Preciznije, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, odnos prva širina / druga širina je 0,75.

[0022] U jednom primeru izvođenja treći segment je konkavni treći segment sa trećim radijusom, pri čemu je treći radijus jednak drugom radijusu. Na ovaj način gornja površina se postepeno sjedinjuje sa glavnom gornjom površinom prvog metalnog lima, čime je poboljšana otpornost protiv preranog urušavanja bradavice tokom procesa zavarivanja.

[0023] U jednom primeru izvođenja bradavica je puna metala od prvog metalnog lima iznad glavne gornje površine prvog metalnog lima. Ovaj deo metala iznad glavne gornje površine obezbeđuje materijal za formiranje zavarenog šava i poboljšava otpornost protiv preranog urušavanja bradavice tokom procesa zavarivanja.

[0024] U jednom primeru izvođenja bradavica sadrži usek u donjoj glavnoj površini prvog metalnog lima. Ovaj usek je izveden da bi se obezbedio deo materijala bradavice koji se kuje iznad glavne gornje površine.

[0025] U jednom njegovom primeru izvođenja koji nije opisan u aktuelnim patentnim zahtevima, najdublja tačka useka je smeštena ispod glavne gornje površine prvog metalnog lima.

[0026] U kvantifikovanom primeru izvođenja koji nije opisan u aktuelnim patentnim zahtevima, bradavica ima između svoje gornje površine i svog useka debljinu materijala od najmanje 0,3 milimetra.

[0027] U kvantifikovanom primeru izvođenja koji nije opisan u aktuelnim patentnim zahtevima, treća širina je od 1 do 4 milimetara.

[0028] Naročito, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, treća je 1,8 milimetara.

[0029] U kvantifikovanom primeru izvođenja dužina bradavice između prelaza sa glavne gornje površine prvog metalnog lima je od 2 do 12 milimetara.

[0030] Naročito, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, dužina bradavice između prelaza sa glavne gornje površine prvog metalnog lima je 6 milimetara.

[0031] U jednom primeru izvođenja drugi metalni lim je od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum.

[0032] Prema drugom aspektu, pronalaskom je realizovan postupak za bradavičasto zavarivanje drugog metalnog lima iznad prvog metalnog lima bradavičastim zavarivanjem pomoću aparata za bradavičasto zavarivanje, pri čemu je prvi metalni lim od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum, pri čemu prvi metalni lim sadrži izduženu bradavicu koja se lokalno pruža iznad glavne gornje površine prvog metalnog lima da bi došla u kontakt sa glavnom donjom površinom drugog metalnog lima, pri čemu bradavica sadrži gornju površinu koja ima konveksni prvi segment sa prvim radijusom koji definiše na svojoj sredini najveću visinu gornje površine u odnosu na glavnu gornju površinu prvog metalnog lima, konveksni drugi segment sa drugim radijusom duž obe izdužene strane koje se sjedinjavaju sa prvim segmentom, i treći segment duž obe izdužene strane koje se sjedinjavaju sa drugim segmentima i sa glavnom gornjom površinom prvog metalnog lima, pri čemu prvi prelazi konveksnog prvog segmenta u druge konveksne segmente definišu prvu širinu gornje površine i pri čemu drugi prelazi konveksnih drugih segmenata u treće segmente definišu drugu širinu gornje površine, i pri čemu treći prelazi trećih segmenata u glavnu gornju površinu prvog metalnog lima definišu treću širinu gornje površine, pri čemu je prvi radijus veći od drugog radijusa, pri čemu aparat za bradavičasto zavarivanje sadrži prvu elektrodu za zavarivanje i drugu elektrodu za zavarivanje koja zahvata prvi metalni lim i drugi metalni lim na poziciji bradavice da bi delovala silom pritiska na metalne limove i da bi se zatim dovela struja kroz metalne limove, pri čemu postupak sadrži dovođenje struje zavarivanja preko elektroda za zavarivanje u skladu sa impulsom, pri čemu impuls sadrži u nizu prvu trajektoriju tokom prvog vremenskog intervala na kojoj struja raste od nule do maksimalne struje, drugu trajektoriju tokom drugog vremenskog intervala na kojoj je prisutna maksimalna struja, treću trajektoriju na kojoj se struja postepeno smanjuje do nule tokom trećeg vremenskog intervala, i četvrtu trajektoriju na kojoj se struja zavarivanja tokom četvrtog vremenskog intervala održava na nuli, dok sila pritiska još uvek deluje.

[0033] Ovaj postupak se posebno odnosi na konfiguraciju dvostranog pojedinačnog zavarenog šava kod koje se pravi jedan bradavičasti zavareni šav između dve elektrode za zavarivanje. Drugi lim može biti napravljen od gvožđa, ili drugi metalni lim može biti napravljen od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum kao i prvi lim. Impuls sadrži u nizu drugu trajektoriju na kojoj je prisutna maksimalna struja zavarivanja, a koja je praćena trećom trajektorijom na kojoj se struja zavarivanja postepeno smanjuje nazad do nule. Utvrđeno je da je ovo neophodno da bi se dobio strukturno jak zavareni šav u ovim metalnim limovima bradavičastim zavarivanjem. Tokom zavarivanja bradavica se plastično urušava, što predstavlja proces toplog kovanja, a ne proces topljenja, pri čemu postepeno smanjenje struje zavarivanja nazad do nule poboljšava svojstva toplo kovanog spoja.

[0034] U jednom primeru izvođenja struja zavarivanja se dovodi kao jedan jedini impuls, zahvaljujući čemu potrebna količina energije efikasno deluje na površinu metalnih limova na lokaciji bradavice.

[0035] U jednom primeru izvođenja struja zavarivanja je jednosmerna struja, koja ima visoku gustinu energije i koja omogućava razbijanje oksidacionog sloja na spoljašnjim površinama metalnih limova na liniji kontakta sa bradavicom.

[0036] U kvantifikovanom primeru izvođenja prvi vremenski interval je maksimalno 10 milisekundi.

[0037] Naročito, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, prvi interval je maksimalno 5 milisekundi.

[0038] Preciznije, prvi interval je maksimalno 1 milisekunda.

[0039] Zadržavanjem relativnog kratkog prvog intervala, ostaje više vremena za dejstvo maksimalne struje zavarivanja za sledstveni proces toplog kovanja.

[0040] U kvantifikovanom primeru izvođenja, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, drugi vremenski interval je od 10 do 20 milisekundi, u kome se bradavica poravnava toplim kovanjem.

[0041] Naročito, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, drugi vremenski interval je 15 milisekundi.

[0042] U kvantifikovanom primeru izvođenja koji nije opisan u aktuelnim patentnim zahtevima, treći vremenski interval je najmanje 5 milisekundi, čime se dobija toplo kovani spoj i čime se dobija strukturno jak zavareni šav, bez ili sa prihvatljivom minimalnom količinom pukotina pri skupljanju ili uključaka.

[0043] U jednom njegovom primeru izvođenja treći vremenski interval je maksimalno jednak trajanju drugog vremenskog intervala.

[0044] U jednom primeru izvođenja četvrti vremenski interval je bar jednak zbiru prvog vremenskog intervala, drugog vremenskog intervala i trećeg vremenskog intervala.

čime se dobija strukturno jak zavareni šav bez ili sa prihvatljivom minimalnom količinom pukotina pri skupljanju ili uključaka.

[0045] U njegovom kvantifikovanom primeru izvođenja koji nije opisan u aktuelnim patentnim zahtevima, četvrti vremenski interval je najmanje 100 milisekundi.

[0046] Naročito, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, četvrti vremenski interval je najmanje 300 milisekundi.

[0047] U kvantifikovanom primeru izvođenja koji nije opisan u aktuelnim patentnim zahtevima, sila pritiska je 70-280 Njutna po kvadratnom milimetru bradavice u projekciji upravno na glavnu površinu prvog metalnog lima. Ova sila pritiska je u suštini veća u poređenju sa bradavičastim zavarivanjem gvozdenih limova.

[0048] Naročito, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, sila pritiska je 160 Njutna po kvadratnom milimetru bradavice u projekciji upravno na glavnu površinu prvog metalnog lima.

[0049] U kvantifikovanom primeru izvođenja maksimalna struja zavarivanja je od 2,5 do 5 kiloampera po kvadratnom milimetru bradavice u projekciji upravno na glavnu površinu prvog metalnog lima. Ova struja zavarivanja je u suštini veća u poređenju sa bradavičastim zavarivanjem gvozdenih limova.

[0050] Naročito, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, maksimalna struja zavarivanja je 4 kiloampera po kvadratnom milimetru bradavice u projekciji upravno na glavnu površinu prvog metalnog lima.

[0051] U jednom primeru izvođenja drugi metalni lim je od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum.

[0052] Prema trećem aspektu, pronalaskom je realizovan postupak za bradavičasto zavarivanje drugog metalnog lima iznad prvog metalnog lima bradavičastim zavarivanjem pomoću aparata za bradavičasto zavarivanje, pri čemu je prvi metalni lim od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum, pri čemu prvi metalni lim sadrži više izduženih bradavica koje se lokalno pružaju iznad glavne gornje površine prvog metalnog lima da bi došle u kontakt sa glavnom donjom površinom drugog metalnog lima, pri čemu bradavice sadrže gornju površinu koja ima konveksni prvi segment sa prvim radijusom koji definiše u svojoj sredini najveću visinu gornje površine u odnosu na glavnu gornju površinu prvog metalnog lima, konveksni drugi segment sa drugim radijusom duž obe izdužene strane koje se sjedinjavaju sa prvim segmentom, i treći segment duž obe izdužene strane koje se sjedinjavaju sa drugim segmentima i glavnom gornjom površinom prvog metalnog lima, pri čemu prvi prelazi konveksnog prvog segmenta u druge konveksne segmente definišu prvu širinu gornje površine i pri čemu drugi prelazi konveksnih drugih segmenata u treće segmente definišu drugu širinu gornje površine, i pri čemu treći prelazi trećih segmenata u glavnu gornju površinu prvog metalnog lima definišu treću širinu gornje površine, pri čemu je prvi radijus veći od drugog radijusa, pri čemu aparat za bradavičasto zavarivanje sadrži prvu elektrodu za zavarivanje i drugu elektrodu za zavarivanje koje istovremeno zahvataju drugi metalni lim na poziciji dve bradavice da bi delovale silom pritiska na metalne limove i da bi se zatim dovela struja kroz metalne limove, pri čemu postupak sadrži dovođenje struje zavarivanja preko elektroda za zavarivanje u skladu sa impulsom, pri čemu impuls sadrži u nizu prvu trajektoriju tokom prvog vremenskog intervala na kojoj struja raste od nule do maksimalne struje, drugu trajektoriju tokom drugog vremenskog intervala na kojoj je prisutna maksimalna struja, treću trajektoriju na kojoj se struja postepeno smanjuje nazad do nule tokom trećeg vremenskog intervala, i četvrtu trajektoriju na kojoj se struja zavarivanja tokom četvrtog vremenskog intervala održava na nuli, dok sila pritiska još uvek deluje.

[0053] Ovaj postupak se odnosi na konfiguraciju jednostranog serijskog zavarenog šava, kod koje se dva bradavičasta zavarena šava prave istovremeno pomoću elektroda za zavarivanje koje se nalaze na istoj strani radnog komada. Drugi lim može biti napravljen od gvožđa, ili drugi metalni lim može biti napravljen od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum, kao i prvi lim. Ovaj postupak ima ista svojstva i prednosti kao i konfiguracija dvostranog pojedinačnog zavarenog šava koja je opisana gore i zato oni ovde neće biti ponovljeni.

[0054] U kvantifikovanom primeru izvođenja ove konfiguracije jednostranog serijskog zavarenog šava koja nije opisana u aktuelnim patentnim zahtevima, drugi vremenski interval je od 20 do 40 milisekundi.

1

[0055] Naročito, nije opisano u aktuelnim patentnim zahtevima, drugi vremenski interval je 30 milisekundi.

[0056] Različiti aspekti i karakteristike koje su opisane i prikazane u opisu pronalaska mogu biti primenjene individualno, gde god je to moguće. Ovi pojedinačni aspekti, a naročito aspekti i karakteristike koje su opisane u priloženim patentnim zahtevima, mogu biti predmet izdvojenih patentnih prijava.

KRATKI OPIS SLIKA NACRTA

[0057] Pronalazak će biti objašnjen na osnovu ilustrativnog primera izvođenja prikazanog na priloženom nacrtu, na kome:

Slike 1A-1C su izometrijski izgled, bočni izgled i detalj aparata za bradavičasto zavarivanje prema pronalasku namenjenog za bradavičasto zavarivanje aluminijumskih limova prema pronalasku u konfiguraciji dvostranog pojedinačnog zavarenog šava;

Slika 1D je izometrijski izgled donjeg aluminijumskog lima sa bradavicama prikazanim na slici 1A;

Slike 2A-2C su izometrijski izgled, bočni izgled i detalj aparata za bradavičasto zavarivanje prema pronalasku za bradavičasto zavarivanje aluminijumskih limova prema pronalasku u konfiguraciji jednostranog serijskog zavarenog šava;

Slike 3A i 3B prikazuju formiranje bradavica u jednom od aluminijumskih limova sa slika 1A- 1C, 2A-2C;

Slike 4A i 4B prikazuju detalje formiranja bradavica sa slika 3A i 3B;

Slike 5A i 5B prikazuju detalje formiranja bradavica u aluminijumskom limu koji je deblji od aluminijumskog lima sa slika 1A-1C, 2A-2C;

Slike 6A i 6B prikazuju poprečni presek i izometrijski izgled gornje strane bradavice u aluminijumskom limu sa slike 1C;

Slika 7 prikazuje dijagram struje zavarivanja kojom deluje aparat za bradavičasto zavarivanje tokom zavarivanja; i

Slike 8A i 8B su mikroskopski izgledi poprečnih preseka rezultujućeg zavarenog šava kada su primenjeni svi parametri bradavice i parametri zavarivanja u okviru specifičnih opsega prema pronalasku, i kada su primenjeni neki od ovih parametara izvan ovih opsega, respektivno.

DETALJNI OPIS PRONALASKA

[0058] Slike 1A-1C su izometrijski izgled, bočni izgled i detalji aparata 1 za bradavičasto zavarivanje prema pronalasku za zavarivanje u konfiguraciji dvostranog pojedinačnog zavarenog šava. Aparat 1 za bradavičasto zavarivanje je konfigurisan za bradavičasto zavarivanje obojenih metalnih limova prema pronalasku, a naročito za bradavičasto zavarivanje limova od aluminijuma ili magnezijuma i njihovih legura koje imaju najmanje 80%, a prvenstveno 90% svoje težine aluminijuma ili magnezijuma kao glavnu komponentu, i dodatni udeo ili dotaciju bakra, mangana, silicijuma, cinka ili njihovih kombinacija. Legure aluminijuma imaju međunarodne četvoroslovne kodove koji su generalno označeni sa 1xxx, 2xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx i 8xxx, pri čemu su specifični primeri legure aluminijuma 1050, 1080, 1200, 2017, 2024, 3003, 3004, 3103, 4043, 5000, 5005, 5052, 5082, 5083, 5086, 5180, 5240, 5251, 5356, 5454, 5556, 6005, 6060, 6061, 6063, 6082, 6111, 6161 6262, 7020 i 7075. Legure magnezijuma imaju kod koji je generalno označen sa XX yy, pri čemu yy označava procenat težine u celim brojevima XX koji ukazuje na dodatni udeo ili dotaciju, pri čemu je A aluminijum, C je bakar, E su elementi retkih zemalja, H je torijum, K je cirkonijum, L je litijum, M je mangan, Q je srebro, S je silicijum, W je itrijum i Z je cink. Specifični primeri su legure magnezijuma AZ 31, AZ 61, AZ 80, AZ 80, ZK 60 i ZM 21. Takvi limovi, a prvenstveno tipovi 5xxx, 6xxx i AZ yy, mogu se upotrebiti u automobilskoj industriji za proizvodnju delova karoserije vozila male težine, kao i za proizvodnju lakih štrčećih delova vozila, kao što su vrata i branici. Ovi delovi mogu biti u potpunosti napravljeni od ovih limova, ali takođe postoji potreba za delovima vozila kod kojih se ovi limovi kombinuju sa gvozdenim limovima. Primer za to je gvozdena karoserija vozila sa krovom od aluminijumskog lima. Debljina limova je između 0,5 milimetara i 5 milimetara, a obično je oko 0,8-2 milimetara.

[0059] U ilustrativnom primeru izvođenja koji je opisan u nastavku je opisan aparat 1 za bradavičasto zavarivanje namenjen za bradavičasto zavarivanje ovih tipova obojenih metalnih limova jednog za drugi ili za gvozdeni lim, pri čemu je dat primer za zavarivanje dva aluminijumska legirana lima 6xxx serije.

[0060] Aparat 1 za bradavičasto zavarivanje, kao što je prikazano na slikama 1A-1C, sadrži jedinicu za zavarivanje ili pištolj 2 za zavarivanje, koje nosi robotska ruka koja nije dalje prikazana, da bi se njima manipulisalo duž radnog komada koji se zavaruje. Alternativno tome, pištolj 2 za zavarivanje je stacionarno instaliran, a radnim komadom se manipuliše u odnosu na pištolj 2 za zavarivanje pomoću robotske ruke. Kao sledeća varijanta, pištolj 2 za zavarivanje je stacionarno instaliran, a radni komad je stegnut u stezi. Pištolj 2 za zavarivanje sadrži električno provodni ram 3 koji ima oblik čeljusti koji je montiran na robotskoj ruci, i električno provodnu pritisnu glavu 15 koja se može pomerati u odnosu na ram 3. Ram 3 i pritisna glava su napravljeni od bakra ili aluminijuma. Pritisna glava 15 sadrži prvi držač 16, pri čemu je zamenljivo montirana prva elektroda 20 za zavarivanje koja ima ravnu donju površinu 21 za zavarivanje. Ram 3 na svojoj donjoj strani sadrži drugi držač 4, pri čemu je zamenljivo montirana druga elektroda 10 za zavarivanje koja ima ravnu gornju površinu 11 za zavarivanje. Prva elektroda 20 za zavarivanje i druga elektroda 10 za zavarivanje su napravljene od legure bakra koja je optimizirana za dugi radni vek. Aparat 1 za bradavičasto zavarivanje se upotrebljava za pravljenje bradavičastih zavarenih šavova između dva metalna lima koji su postavljeni jedan iznad drugog, pri čemu kontaktna površina sa prvom elektrodom 20 za zavarivanje ostaje bez nedostataka. Ova strana lima je već prevučena prevlakom, bez međutretmana, kao što su uklanjanje fleka i poliranje.

[0061] Prva elektroda 20 za zavarivanje i druga elektroda 10 za zavarivanje su uzajamno poravnate, pri čemu je gornja površina 11 za zavarivanje okrenuta prema donjoj površini 21 za zavarivanje. Pritisna glava 15 se klizno vodi duž rama 3 radi linearnog pomeranja u smeru A u odnosu na ram. Ovaj radni hod se izvršava pomoću pneumokinetičkog pogona. Pneumokinetički pogon sadrži u nizu pneumatski cilindar, oprugu i pogonsku klipnjaču 14, pri čemu je prikazan samo njen kraj koji je spojen sa pritisnom glavom 15 preko senzora 17 pritiska. Pneumatski cilindar pomera pogonsku klipnjaču 14 naniže prema radnom komadu. Kada gornja elektroda 20 za zavarivanje dodirne radni komad, pneumatski cilindar će sabiti oprugu do unapred određene sile pritiska F. Sabijena opruga omogućava brzo praćenje malih pomeranja prve elektrode 20 za zavarivanje tokom zavarivanja. Na pritisnoj glavi 15 i ramu 3 su predviđene dve sadejstvujuće kotve 25, 26 koje zahvataju jedna drugu da bi zadržale elektrode 10, 20 za zavarivanje poravnatim dok sila pritiska F deluje na radni komad. Elektrode 10, 20 za zavarivanje mogu obrazovati deo kola sa vodom za hlađenje radi hlađenja

1

elektroda 10, 20 za zavarivanje pri kratkom ciklusu zavarivanja. Senzor 17 pritiska nadzire silu pritiska F i njenu promenu da bi obezbedio adekvatan proces zavarivanja kao što je opisano u nastavku.

[0062] Elektrode 10, 20 za zavarivanje su povezane sa električnim kolom 30 za napajanje koje je šematski prikazano na slici 1B. Električno kolo 30 za napajanje sadrži pretvarač 31 čiji ulaz 32 je povezan sa uobičajenom električnom mrežom, a to je trofazna električna mreža od 230/400V, 50 Hz u ovom primeru. Pretvarač 31 je konfigurisan za pretvaranje ove trofazne električne mreže u izlaz u obliku jednofazne naizmenične struje koja ima visoku frekvenciju od oko 1 kHz. Izlaz pretvarača 31 je povezan sa transformatorom 33 koji je montiran na ramu 3 u blizini elektroda 10, 20 za zavarivanje. Transformator 33 transformiše naizmeničnu struju visokog napona i visoke frekvencije iz pretvarača 31 u struju niskog napona i visoke frekvencije, sa istom izlaznom visokom frekvencijom. Izlaz iz transformatora 33 je povezan sa ispravljačem 34 koji transformiše naizmeničnu struju u jednosmernu struju. Dva izlaza 35, 36 ispravljača 34 su spojena sa dvema elektrodama 10, 20 za zavarivanje. Napon i struja pretvarača 31 se precizno kontrolišu po vremenu, što dovodi do specifične struje zavarivanja kroz elektrode 10, 20 za zavarivanje sa karakteristikama čiji parametri će biti opisani u nastavku. Podrazumeva se da su "gornji" i "donji", i "prvi" i "drugi" neograničavajući, relativni izrazi za dva lima 50, 51, od kojih je jedan snabdeven bradavicom 60. Limovi 50, 51 imaju konstantnu debljinu između sukcesivnih bradavica 60. Limovi 50, 51 mogu imati konstantnu debljina duž cele glavne ravni, to jest izuzev na mestima gde su zaista prisutne bradavice 60. Limovi 50, 51 mogu imati spoljašnji oksidacioni sloj na površinama okrenutim upolje.

[0063] Kao što je prikazano na slikama 1A-1C, dva aluminijumska lima 50, 51 koja treba da budu zavarena su postavljena jedan iznad drugog između elektroda 10, 20 za zavarivanje. Donji aluminijumski lim 50 je takođe prikazan odvojeno na slici 1D. Kao što je prikazano na slikama 1C i 1D, donji aluminijumski lim 50 sadrži više bradavica 60 koje štrče prema donjoj površini gornjeg aluminijumskog lima 51. Bradavice 60 su formirane na aluminijumskom limu 50 u ranijoj fazi, kao što će biti opisano u nastavku.

[0064] Slike 2A-2C prikazuju konfiguraciju za jednostrano serijsko zavarivanje. U ovoj varijanti konfiguracije donji aluminijumski lim 51 je snabdeven ivičnim delom 52 koji je savijen unazad da bi obuhvatio ivicu obuhvaćenog aluminijumskog lima 50 koja je snabdevena bradavicama 60. U ovoj konfiguraciji aparat 1 za bradavičasto zavarivanje sadrži dva pištolja 2 za zavarivanje koji rade istovremeno. Svaki pištolj 2 za zavarivanje sadrži elektrodu 10, 20 za zavarivanje u prvom držaču 16, a neprovodne osovinice 12 su montirane u drugim držačima 4. Alternativno tome, drugi držači 4 su zamenjeni nosećim ramom za radni komad koji drži limove 50, 51 koji su postavljeni jedan nasuprot drugog tokom zavarivanja. Dva izlaza 35, 36 ispravljača 34 su povezana sa dve elektrode 10, 20 za zavarivanje. Konfiguracija aparata 1 za bradavičasto zavarivanje, kao što je prikazano na slikama 2A-2C, takođe se može upotrebiti za jednostrano serijsko zavarivanje radnog komada, kao što je prikazano na slikama 1A-1C.

[0065] Za sve konfiguracije, elektroda, odnosno elektrode (10), 20 za zavarivanje u gornjem držaču, odnosno držačima 16 se dovode naniže u smeru A da bi se naslonile na gornje aluminijumske limove 51 ili ivični deo 52 na poziciji bradavice 60. Tokom procesa zavarivanja deluju specifična sila pritiska F i struja zavarivanja u skladu sa specifičnim vremenskim karakteristikama, zbog čega se bradavica 60 potpuno urušava i toplim kovanjem nastaje strukturno jak zavareni šav, koji ima optimalna svojstva materijala, kao što će biti opisano u nastavku. Posle zavarivanja donja površina gornjeg lima 51 ili ivični deo 52 su čvrsto naslonjeni na površinu oko urušene bradavice 60. Za sve konfiguracije, za svaku tačku zavarivanja postoji samo jedno ispupčenje 60 koje formira zavareni šav između limova 50, 51. Drugim rečima, neposredno iznad cele dužine bradavice 60 donja površina gornjeg aluminijumskog lima 51 koja je okrenuta prema bradavici 60 je ravna i pruža se paralelno glavnoj ravni gornjeg aluminijumskog lima 51. U prvoj konfiguraciji u skladu sa slikama 1A-1C struja zavarivanja uglavnom prolazi kroz bradavicu 60 koja je obuhvaćena između elektroda 10, 20 za zavarivanje. U drugoj konfiguraciji u skladu sa slikama 2A-2C struja zavarivanja prolazi kroz dve bradavice 60 koje se nalaze u nizu preko gornjeg lima 50, ali značajan deo struje takođe prolazi direktno kroz ivični deo 52 koji je paralelan sa njim. Ovo je kompenzovano karakteristikama struje, kao što je opisano u nastavku.

[0066] U svim konfiguracijama radni komad ima ivicu sa širinom B koja sadrži raspoređene strukturne zavarene šavove, pri čemu u odgovarajućoj oblasti postoji potreba da se održi što je moguće manja širina B ivice. Aparat 1 za bradavičasto zavarivanje je u svim konfiguracijama prilagođen zavarenim ivicama sa širinom od 4 do 10 milimetara, a prvenstveno od 6 do 8 milimetara.

[0067] Bradavice 60 su formirane u ranijoj fazi presovanjem aluminijumskog lima 50 između prvog formirajućeg bloka 80 i drugog formirajućeg bloka 90 od kaljenog čelika, kao što je prikazano na slikama 3A i 3B. Prvi formirajući blok 80 sadrži ravnu donju površinu 81 koja ima izduženo udubljenje 82. Drugi formirajući blok 90 sadrži ravnu gornju površinu 91 i

1

štrčeći alat 92 za utiskivanje sa ravnim trouglastim poprečnim presekom i oštrom, ali zaobljenom gornjom ivicom koja je poravnata sa udubljenjem 82. U odgovarajućoj oblasti ceo prvi formirajući blok 80 se ponekad zove "matrica", dok se ceo drugi formirajući blok 90 zove "alat za utiskivanje". Pri formiranju bradavice 60 aluminijumski lim 50 se postavlja nasuprot ravne donje površine 81 prvog formirajućeg bloka 80, a drugi formirajući blok 90 se pomera i pritiska u smeru K prema aluminijumskom limu 50 sve dok se ravna gornja površina 91 čvrsto ne nasloni na donju površinu aluminijumskog lima 50. U ovom hodu formiranja alat 92 za utiskivanje prodire u aluminijumski lim 50 i lokalno plastično deformiše ili hladno kuje materijal tako da potpuno popuni prostor unutar udubljenja 82, zbog čega je oblik gornje površine bradavice 60 potpuno komplementaran sa unutrašnjom površinom udubljenja 82. U odgovarajućoj oblasti gornja površina bradavice 60 se zato ponekad naziva "udubljenje". Situacije tokom i posle prodiranja su detaljno prikazane na slikama 4A i 5A.

[0068] Slike 5A i 5B prikazuju formiranje ispupčenja 60 prema pronalasku u aluminijumskom limu 50a sa drugačijom, u ovom primeru većom debljinom. Pri formiranju bradavice 60 se upotrebljava isti prvi formirajući blok 80 sa istim udubljenjem 82, dok se alternativno tome upotrebljava drugi formirajući blok 90a koji ima istu gornju površinu 91 i alternativni alat 92a za utiskivanje sa ravnim trouglastim poprečnim presekom i oštrom, ali zaobljenom gornjom ivicom. Alat 90a za utiskivanje je veći, a osnova mu je šira od alata 90 za utiskivanje za tanji aluminijumski lim. Pri hodu formiranja alat 92a za utiskivanje prodire u aluminijumski lim 50 i lokalno plastično deformiše materijal tako da potpuno popuni prostor unutar udubljenja 82, zbog čega je oblik gornje površine bradavice 60 ponovo komplementaran sa unutrašnjom površinom udubljenja 82.

[0069] Udubljenje 82 ima za sve debljine lima istu specifičnu geometriju koja se komplementarno prenosi na gornju površinu bradavice 60 pri formiranju. Geometrijski parametri bradavice 60 su detaljno prikazani na slikama 6A i 6B. Kao što je prikazano na slici 6B, izdužena bradavica je u suštini ravna ili pravougaona u svom uzdužnom smeru. Kao što je takođe prikazano na slici 6A, bradavica 60 ima gornju površinu 61 koja se pruža iznad glavne gornje površine 53 aluminijumskog lima 50. Gornja površina 61 sadrži izduženi prizmatični srednji deo 62 čiji konstantni poprečni presek je prikazan na slici 6A, i dva krajnja dela 63 gde se krajevi srednjeg dela 62 simetrično sjedinjavaju sa glavnom gornjom površinom 53 aluminijumskog lima 50.

[0070] Kao što je prikazano na slici 6A, srednji deo 62 gornje površine 61 sadrži konveksni prvi segment 65 sa prvim radijusom R1 koji nije beskonačan. Konveksni prvi segment 65

1

definiše u svojoj sredini najveću visinu H1 gornje površine 61 u odnosu na glavnu gornju površinu 53 aluminijumskog lima 50. Najveća visina je između 0,35 milimetara i 0,55 milimetara, a prvenstveno oko 0,45 milimetara, za sve debljine lima. Konveksni prvi segment 65 se simetrično sjedinjuje sa obe strane sa konveksnim drugim segmentima 64 sa manjim drugim radijusom R2. Ovi prvi prelazi T1 sa prvog konveksnog segmenta 65 u druge konveksne segmente 64 su glatki. U matematičkom smislu tangente segmenata 64, 65 koji se sjedinjavaju se podudaraju sa prvim prelazima T1. Konkavni prvi segment 65 ima prvu širinu W1 između prvih prelaza T1.

[0071] Konveksni drugi segmenti 64 se simetrično sjedinjavaju sa konkavnim trećim segmentima 63 sa trećim radijusom R3. Ovi drugi prelazi T2 sa konveksnih drugih segmenata 65 u konkavne treće segmente 64 su glatki. U matematičkom smislu tangente segmenata 64, 65 koji se sjedinjavaju se podudaraju sa drugim prelazima T2 i menjaju svoj smer. Konveksni prvi segment 65 i konveksni drugi segmenti 64 imaju ukupnu drugu širinu W2 između drugih prelaza T2. Konkavni treći segmenti 63 se simetrično sjedinjavaju sa glavnom gornjom površinom 53 aluminijumskog lima 50. Ovi treći prelazi T3 sa konkavnih trećih segmenata 63 u ravnu glavnu gornju površinu 53 su glatki. U matematičkom smislu tangente segmenta 63 koji se sjedinjava i ravne glavne gornje površine se podudaraju sa trećim prelazima T3. Gornja površina 61 ima ukupnu treću širinu W3 između trećih prelaza T3, koja je ukupna širina bradavice 60 iznad glavne gornje površine 53 aluminijumskog lima 50.

[0072] Gore navedeni prelazi T1, T2, T3 su imaginarne tačke u poprečnom preseku kao što je prikazano na slici 6A i imaginarne linije koje se pružaju paralelno glavnoj gornjoj površini 53 aluminijumskog lima 50. Treći prelazi T3 formiraju osnovne linije gornje površine 61 duž dužih strana bradavice 60. Dva krajnja dela 63 imaju uzdužni segment, a posmatrano sa srednjeg dela 62 istu spoljašnju konturu kao poprečni presek srednjeg dela 62. Gornja površina 61 bradavice 60 ima ukupnu dužinu L1. Kao što je prikazano na slici 6A, bradavica 60 ima minimalnu debljinu materijala Q posmatrano između gornje površine 61 i površine udubljenja 66. Bradavica 60 formira lokalno suženje u materijalu lima.

[0073] Za gore navedene geometrijske parametre važe specifične vrednosti i odnosi:

odnos prvi radijus R1 / drugi radijus R2 je najmanje 4. Prvenstveno je odnos prvi radijus R1 / drugi radijus R2 od 4 do 5. Još poželjnije je odnos prvi radijus R1 / drugi radijus R2 oko 4,5. Odnos prva širina W1 / druga širina W2 je između 0,60 i 0,90. Prvenstveno je odnos prva širina W1 / druga širina W2 oko 0,70 i 0,80. Još poželjnije je odnos prva širina W1 / druga

1

širina W2 oko 0,75. Ovi odnosi geometrijskih parametara rezultuju gornjom površinom 61 koja ima relativno široki konveksni prvi segment 65 na vrhu, ali još uvek ima najveću visinu H1 samo u svojoj sredini, čime obrazuje inicijalnu liniju kontakta sa donjom površinom aluminijumskog lima 51 ili ivičnim delom 52 koji treba da bude zavaren za lim 50 sa bradavicom 60, i zbog toga obrazuje prolaz za inicijalnu struju zavarivanja. Čim sila pritiska F počne da deluje, široki konveksni prvi segment 65 dovodi do progresivnog porasta inicijalne kontaktne površine na vrhu zbog lokalnog elastičnog i plastičnog uleganja hladnog materijala. Struja zavarivanja će se lokalno veoma dobro provoditi samo preko ove kontaktne površine.

[0074] Treća širina W3 je između 1 i 4 milimetara. Prvenstveno je treća širina W3 oko 1,8 milimetara. Dužina L1 je između 2 i 12 milimetara. Prvenstveno je dužina L16 milimetara.

[0075] Minimalna debljina materijala Q je veća od 0,3 milimetara. Prvenstveno je minimalna debljina materijala Q veća od 0,45 milimetara. Ovo se primenjuje već za debljine lima od 0,8 do 1 milimetara. Vrh 67 useka 66 koji ostane iza alata 92 za utiskivanje je uvek lociran ispod glavne gornje površine 53 aluminijumskog lima 50, koja je označena imaginarnom linijom C na slikama 4B i 5B, zbog čega je deo bradavice 60 koji se pruža iznad glavne gornje površine aluminijumskog lima 50 popunjen metalom. Minimalna debljina materijala koja se time dobija obezbeđuje da bradavica 60 izdržava inicijalno lokalno uleganje hladnog materijala. Kada se elektrode 10, 20 za zavarivanje dovedu u u kontakt sa radnim komadom, sila pritiska F drugog držača 16 u odnosu na prvi držač 4 se prati tokom vremena da bi se verifikovao strukturni integritet bradavice 60. Kada sila pritiska F i njena promena tokom vremena nisu unutar predviđenih granica, onda se zaključuje da bradavica 60 ne može da se upotrebi za zavareni šav bez nedostataka. Onda se ne dovodi struja zavarivanja. Do ovoga može doći kada se bradavica 60 već urušila ili kada uopšte nema bradavice.

[0076] Slika 7 prikazuje dijagram struje zavarivanja koja se dovodi kroz elektrode 10, 20 za zavarivanje aparata 1 za bradavičasto zavarivanje tokom zavarivanja. Struja zavarivanja se dovodi kao jedan jedini ili kontinualni impuls unipolarne jednosmerne struje sa specifičnim parametrima za struju zavarivanja I u trenutku t. Strujni impuls počinje posle početka dejstva konstantne sile pritiska F i pošto je potvrđen strukturni integritet bradavice 60. U trenutku kada počne da deluje konstantna sila pritiska F, smanjenje visine vrha zbog lokalnog elastičnog i plastičnog uleganja hladnog materijala je ograničeno na 2%. Ovo se ostvaruje zahvaljujući specifičnim karakteristikama oblika bradavice 60, a naročito upotrebljenom prvom radijusu R1 i drugom radijusu R2 i odnosu između njih, i tome što je bradavica 60

1

čvrsta iznad glavne gornje površine 53 prvog aluminijumskog lima 50. Zbog izuzetne otpornosti protiv uleganja pod dejstvom primenjene sile pritiska F eventualno postojeća oksidacija između kontaktnih površina se lomi. Zbog toga prethodni korak odstranjivanja oksidacije koji je poznat iz odgovarajuće oblasti nije neophodan.

[0077] Strujni impuls sadrži u nizu prvu trajektoriju P1 na kojoj se struja zavarivanja (u amperima) na vremenskom intervalu t1 brzo povećava od 0 ampera do maksimalne struje Imax, drugu trajektoriju P2 na kojoj je struja zavarivanja na drugom vremenskom intervalu t2 u suštini konstantna ili je konstantna, treću trajektoriju P3 na kojoj se struja zavarivanja na vremenskom intervalu t3 proporcionalno smanjuje (prema pravoj liniji na dijagramu sa linearnim stepenima) od maksimalne struje Imax do 0 ampera. Ovo je neposredno praćeno četvrtom trajektorijom P4 na kojoj se na preostalom vremenskom intervalu t4 struja zavarivanja održava na 0 ampera, dok sila pritiska F još uvek deluje preko elektroda 10, 20 za zavarivanje. Posle ove četvrte trajektorije P4 elektrode 10, 20 za zavarivanje se povlače nazad i postavljaju se na sledeću lokaciju za zavarivanje. Za gore navedene parametre impulsa se primenjuju specifične vrednosti i odnosi.

[0078] Prva trajektorija P1 ima ekstremno kratko vreme uspona ili prvi vremenski interval t1 od maksimalno 10 milisekundi. Prvenstveno je prvi vremenski interval t1 maksimalno 5 milisekundi. Još poželjnije prvi vremenski interval t1 je maksimalno 1 milisekunda.

[0079] Za konfiguraciju sa dvostranim pojedinačnim zavarenim šavom druga trajektorija P2 sa konstantnom strujom ima drugi vremenski interval t2 između 10 i 20 milisekundi. Prvenstveno je drugi vremenski interval t2 oko 15 milisekundi. Za konfiguracije sa jednostranim serijskim zavarenim šavom kao što je opisano sa pozivom na slike 2A-2C druga trajektorija P2 sa konstantnom strujom ima drugi vremenski interval t2 između 20 i 40 milisekundi. Prvenstveno je drugi vremenski interval t2 oko 30 milisekundi.

[0080] Treća trajektorija P3 sa proporcionalnim smanjenjem ima treći vremenski interval t3 od najmanje 5 milisekundi. Prvenstveno je treći vremenski interval t3 maksimalno jednak drugom vremenskom intervalu t2.

[0081] Prvi trajektorija P1 i treća trajektorija P3 formiraju asimetrični trapez, pri čemu je prvi vremenski interval t1 kraći od trećeg vremenskog intervala t3. Prvenstveno, prvi vremenski interval t1 je kraći od polovine trećeg vremenskog intervala t3.

1

[0082] Četvrta trajektorija P4 ima četvrti vremenski interval t4 koji ima dužinu koja je jednaka bar zbiru prvog vremenskog intervala t1, drugog vremenskog intervala t2 i trećeg vremenskog intervala t3 u kome se dovodi struja. Prvenstveno je četvrti vremenski interval t4 jednak najmanje 100 milisekundi. Još poželjnije je da je četvrti vremenski interval t4 jednak oko 300 milisekundi.

[0083] Ovi specifični parametri impulsa obezbeđuju da se na kraju dobije strukturni zavareni šav sa odličnim svojstvima materijala na mestu ranije bradavice 60. Sama bradavica 60 dovodi do toga da struja zavarivanja prolazi na mestu bradavice 60, a ne kroz susednu oblast lima 50 sa bradavicom 60. Relativno kratki inicijalni prvi vremenski interval t1 prve trajektorije P1 obezbeđuje da dužina drugog vremenskog intervala t2 može da bude optimalna unutar ukupnog prvog vremenskog intervala t1, drugog vremenskog intervala t2 i trećeg vremenskog intervala t3 u kojima se dovodi struja zavarivanja i zato se električna energija dovodi do zavarenog šava. Ovo kratko prvo trajanje t1 je obezbeđeno relativno velikom inicijalnom kontaktnom površinom na širokom konveksnom prvom segmentu 65 pošto sila pritiska F počne da deluje, pri čemu relativno velika inicijalna kontaktna površina formira glavnu površinu za provođenje struje zavarivanja. Strmi uspon struje zavarivanja na prvoj trajektoriji P1 je izazvan relativno velikim naponom zavarivanja između elektroda 10, 20 za zavarivanje od oko 25 do 40 volti i relativno velikom silom pritiska F, kao što će ovde biti specifikovano u nastavku. Napon zavarivanja, struja zavarivanja i sila pritiska su veći u poređenju sa bradavičastim zavarivanjem dva gvozdena lima koje je poznato iz odgovarajuće oblasti. Na kraju prvog trajanja t1 počinje plastično urušavanje zagrejane bradavice 60. Urušavanje je izazvano električnom energijom za zavarivanje koja deluje na drugoj trajektoriji P2. Na kraju druge trajektorije P2 bradavica 60 se potpuno urušava, a donja površina drugog aluminijumskog lima 51 se potpuno naslanja na gornju površinu 53 prvog aluminijumskog lima 50. Urušavanje zagrejane bradavice 60 se odvija u jednom jedinom kontinualnom hodu u kome se električna energija za zavarivanje kontinualno dovodi do zavarenog šava. Postepeno urušavanje bradavice 60 nije proces topljenja, već dobro kontrolisani proces toplog kovanja, pri čemu bradavica 60 zadržava dovoljnu čvrstoću da se suprotstavi svom predviđenom urušavanju, zbog čega se materijali međusobno zavaruju. Tokom sledeće treće trajektorije P3 električna struja se proporcionalno smanjuje, zbog čega se količina energije koja se dovodi zavarenom šavu postepeno smanjuje, a poboljšava se i toplo kovani spoj.

2

[0084] Tokom četvrte trajektorije P4 više se ne dovodi električna energija za zavarivanje, dok elektrode 10, 20 za zavarivanje hlade zavareni šav i nastavljaju da deluju silom pritiska F. Na četvrtoj trajektoriji P4 energija za zavarivanje se povlači na ubrzani, ali kontrolisani način na četvrtom vremenskom intervalu t4 koji ima približno isto trajanje kao ono tokom koga je prethodno delovala električna struja zavarivanja. Na ovaj način se dobija strukturni zavareni šav visokog kvaliteta uz minimalne defekte zbog skupljanja.

[0085] Struja zavarivanja za poželjnu bradavicu 60 sa dužinom L1 od 6 milimetara i širinom W3 od 1,8 milimetara kod osnove u apsolutnim vrednostima je između 30 kA i 50 kA, a prvenstveno je oko 40 kA. Veličina osnove definiše ispupčenu oblast gornje površine 61 bradavice 60 u ravni glavne gornje površine 53 aluminijumskog lima 50. Kada se odnosi na ispupčenu oblast, struja zavarivanja je između 2,5 kA i 5 kA po mm<2>, a prvenstveno oko 4 kA po mm<2>ispupčene oblasti. Druga trajektorija P2 ima približno dvostruku dužinu u konfiguraciji serijski zavarenih šavova u poređenju sa konfiguracijom sa pojedinačnim zavarenim šavom da bi se omogućilo da ista količina energije bude uvedena u bradavice 60.

[0086] Sila pritiska F za poželjnu bradavicu 60 sa dužinom L1 od 6 milimetara i širinom W3 od 1,8 milimetara kod osnove u apsolutnim vrednostima je između 800 N i 3000 N, a prvenstveno oko 1750 N. Kada se odnosi na ispupčenu oblast, sila pritiska F je između 70 N i 280 N, a prvenstveno oko 160 N po mm<2>ispupčene oblasti. Sila pritiska F koja deluje je konstantna ili u suštini konstantna tokom ciklusa zavarivanja, to jest na ili tokom prve trajektorije P1, druge trajektorije P2, treće trajektorije P3 i četvrte trajektorije P4.

[0087] Slika 8A je mikroskopski izgled strukturnog zavarenog šava kada su upotrebljeni parametri zavarivanja unutar opsega koji su prethodno opisani. Zavareni šav nema pukotine, a količina uključaka i poroznosti prikazanih kao crne tačke 101 je minimalna. Ovaj zavareni šav ima visoki strukturni integritet. Ovaj zavareni šav je čak jači od samog materijala aluminijumskih limova 50, 51.

[0088] Slika 8B je mikroskopski izgled zavarenog šava kada su neki od upotrebljenih parametara zavarivanja izvan gore opisanih opsega. U ovom primeru su naročito drugo trajanje t2 i treće trajanje t3 izabrani daleko izvan specifikovanih opsega. Kao rezultat ovoga, integritet materijala se promenio, pri čemu zavareni šav sadrži raspoređene, izdužene pukotine koje se sužavaju, prikazane kao crne linije 100, i brojne uključke i poroznosti prikazane kao crne tačke 101. Pukotine i uključci dovode do slabog zavarenog šava koji ne može podneti mehanička opterećenja koja su potrebna u industriji.

[0089] Podrazumeva se da je gornji opis uključen radi ilustracije izvođenja poželjnih primera izvođenja i da nije namenjen za ograničavanje obima pronalaska. Na osnovu gornjeg razmatranja stručnjaku iz odgovarajuće oblasti će biti očigledne mnoge varijacije koje bi još uvek bile obuhvaćene obimom predmetnog pronalaska, koji je definisan priloženim patentnim zahtevima.

Claims (18)

Patentni zahtevi

1. Set od prvog metalnog lima (50) i drugog metalnog lima (51) koji treba da bude zavaren iznad prvog metalnog lima bradavičastim zavarivanjem, pri čemu je prvi metalni lim od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum, naznačen time što prvi metalni lim (50) sadrži izduženu bradavicu (60) koja se lokalno pruža iznad glavne gornje površine (53) prvog metalnog lima (50) da bi došla u kontakt sa glavnom donjom površinom drugog metalnog lima (51), pri čemu bradavica sadrži gornju površinu (61) koja ima konveksni prvi segment (65) sa prvim radijusom (R1) koji definiše u svojoj sredini najveću visinu (H1) gornje površine (61) u odnosu na glavnu gornju površinu (53) prvog metalnog lima (50), konveksni drugi segment (64) sa drugim radijusom (R2) duž obe izdužene strane koje se sjedinjavaju sa prvim segmentom (65), i treći segment (63) duž obe izdužene strane koje se sjedinjavaju sa drugim segmentima (64) i glavnom gornjom površinom (53) prvog metalnog lima (50), pri čemu prvi prelazi (T1) konveksnog prvog segmenta (65) u druge konveksne segmente (64) definišu prvu širinu (W1) gornje površine (61) i pri čemu drugi prelazi (T2) konveksnih drugih segmenata (64) u treće segmente (63) definišu drugu širinu (W2) gornje površine (61), i pri čemu treći prelazi (T3) trećih segmenata (63) u glavnu gornju površinu (53) prvog metalnog lima (50) definišu treću širinu (W3) gornje površine (61), pri čemu je prvi radijus (R1) veći od drugog radijusa (R2).

2. Set prema zahtevu 1, pri čemu je odnos prvi radijus (R1) / drugi radijus (R2) jednak najmanje 4.

3. Set prema zahtevu 1 ili 2, pri čemu je odnos prvi radijus (R1) / drugi radijus (R2) od 4 do 5.

4. Set prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu je odnos prva širina (W1) / druga širina (W2) od 0,60 do 0,90.

5. Set prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu je treći segment (63) konkavni treći segment (63) sa trećim radijusom (R3), pri čemu je treći radijus jednak drugom radijusu.

2

6. Set prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu je bradavica (60) puna metala od prvog metalnog lima (50) iznad glavne gornje površine (53) prvog metalnog lima (50).

7. Set prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu bradavica (60) sadrži usek (66) u donjoj glavnoj površini (54) prvog metalnog lima (50) .

8. Set prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu je drugi metalni lim (51) od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum.

9. Postupak za bradavičasto zavarivanje drugog metalnog lima (51) iznad prvog metalnog lima (50) bradavičastim zavarivanjem pomoću aparata (1) za bradavičasto zavarivanje, pri čemu je prvi metalni lim (50) od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum, pri čemu aparat (1) za bradavičasto zavarivanje sadrži prvu elektrodu (20) za zavarivanje i drugu elektrodu (10) za zavarivanje koje zahvataju prvi metalni lim (50) i drugi metalni lim (51) na poziciji bradavice (60) ili koje zahvataju istovremeno drugi metalni lim (51) na poziciji dve bradavice (60) da bi delovale silom pritiska na metalne limove (50,51) i da bi se zatim dovela struja kroz metalne limove, pri čemu postupak sadrži dovođenje struje zavarivanja preko elektroda za zavarivanje u skladu sa impulsom, pri čemu impuls sadrži u nizu prvu trajektoriju (P1) tokom prvog vremenskog intervala (t1) na kojoj struja raste od nule do maksimalne struje, drugu trajektoriju (P2) tokom drugog vremenskog intervala (t2) na kojoj je prisutna maksimalna struja, treću trajektoriju (P3) na kojoj se struja postepeno smanjuje do nule tokom trećeg vremenskog intervala (t3), i četvrtu trajektoriju (P4) na kojoj se struja zavarivanja tokom četvrtog vremenskog intervala (t4) održava na nuli, dok sila pritiska još uvek deluje naznačen time što prvi metalni lim sadrži jednu ili više izduženih bradavica (60) koje se lokalno pružaju iznad glavne gornje površine (53) prvog metalnog lima (50) da bi došle u kontakt sa glavnom donjom površinom drugog metalnog lima (51), pri čemu jedna ili više bradavica (60) sadrže gornju površinu (61) koja ima konveksni prvi segment (65) sa prvim radijusom (R1) koji definiše u svojoj sredini najveću visinu (H1) gornje površine (61) u odnosu na glavnu gornju površinu (53) prvog metalnog lima (50), konveksni drugi segment (64) sa drugim radijusom (R2) duž obe izdužene strane koje se sjedinjavaju sa prvim segmentom (65), i treći segment (63) duž obe izdužene strane koje se sjedinjavaju sa drugim segmentima (64) i sa glavnom gornjom površinom (53) prvog metalnog lima (50), pri čemu prvi prelazi (T1) konveksnog prvog segmenta (65) u druge konveksne segmente (64) definišu prvu širinu (W1) gornje površine (61) i pri čemu drugi prelazi (T2) konveksnih drugih segmenata (64) u treće segmente (63) definišu drugu širinu (W2) gornje površine (61), i pri čemu treći prelazi (T3) trećih segmenata (63) u glavnu gornju površinu (53) prvog metalnog lima (50) definišu treću širinu (W3) gornje površine (61), pri čemu je prvi radijus (R1) veći od drugog radijusa (R2).

10. Postupak prema zahtevu 9, pri čemu se struja zavarivanja dovodi kao jedan jedini impuls.

11. Postupak prema zahtevu 9 ili 10, pri čemu je struja zavarivanja jednosmerna struja.

12. Postupak prema bilo kom od zahteva 9-11, pri čemu je prvi vremenski interval (t1) kraći od trećeg vremenskog intervala (t3).

13. Postupak prema bilo kom od zahteva 9-12, pri čemu je prvi vremenski interval (t1) maksimalno 10 milisekundi.

14. Postupak prema bilo kom od zahteva 9-13, pri čemu je prvi interval maksimalno 1 milisekunda.

15. Postupak prema bilo kom od zahteva 9-14, pri čemu je treći vremenski interval (t3) jednak maksimalnom trajanju drugog vremenskog intervala (t2).

16. Postupak prema bilo kom od zahteva 9-15, pri čemu je četvrti vremenski interval (t4) bar jednak zbiru prvog vremenskog intervala (t1), drugog vremenskog intervala (t2) i trećeg vremenskog intervala (t3).

17. Postupak prema bilo kom od zahteva 9-16, pri čemu je maksimalna struja zavarivanja od 2,5 do 5 kiloampera po kvadratnom milimetru bradavice (60) u projekciji upravnoj na glavnu površinu (53) prvog metalnog lima (50).

2

18. Postupak prema bilo kom od zahteva 9-17, pri čemu drugi metalni lim (51) od obojenog metala ili metalne legure koja ima kao glavnu komponentu aluminijum ili magnezijum.

2