用于通过在焊接之前、期间或之后的退火来焊接线材的方法和装置;所制造的线材;在该方法中对小管的应用

摘要

提出一种用于焊接线材（2）的方法，其中使用激光源把至少两个线材（2）相互焊接起来，其中在焊接之前利用热气流对至少一个要焊接的线材（2）进行退火；和/或在焊接期间利用热气流至少对所产生的焊点进行退火；和/或紧接着利用热气流对所产生的焊点进行退火。

说明书

本发明涉及用于焊接特别是细的尤其是含碳的线材的方法和装置。

由现有技术已知各种不同的线材焊接方法，据此，要焊接的线材通过供电被焊接，接下来通过用于提高温度的继续供电或者在退火腔室中被后续处理，但所产生的焊点作为增粗部分始终明显突出于被焊接的线材的径向横截面。根据现有技术的通过供电焊接工作的所有焊接方法都有问题，即随着直径变小，规定的触点（用于触发电流的触点的表面和特性）越来越差，这导致故障点大量出现。焊点区域中的增粗部分也是个问题，致使对于至关重要的应用来说，通常以机械方式必须将这些点拉平，必要时随后还要执行另一退火步骤，以便确保足够的抗拉能力和抗弯能力，在此例如参见US 6,311,684 B1。

尽管事后进行两次退火，但相应的焊接往往没有足够的机械抗拉和抗弯能力，其中机械地去除焊点区域的增粗部分（焊接毛刺）和在炉中相当不利地进行耗能的退火，这些都是耗费大量时间、能量的因素，进而是成本高昂的因素。

本发明所基于的问题或其目的在于，至少部分地减小或者避免上述缺点，特别是要机械地去除线材焊点区域的增粗部分，同时还要避免多次退火，以便由此提供成本低廉的、快速而可靠的细线材焊接方法。

根据本发明，该问题通过根据权利要求1的方法、根据权利要求17的装置、根据权利要求33的线材和根据权利要求34的应用来解决。

本发明的方法是一种用于焊接线材的方法，特别是高强度的线材，亦即通常高含碳量的线材，尤其是高强度的细线材，也就是其直径往往不大于0.5mm而其含碳量大于10％（重量）的线材，其特征在于，使用激光源把至少两个线材相互焊接起来，其中例如特别是采用脉冲式固体激光器作为激光源，其中在焊接之前利用热气流对至少一个要焊接的线材进行退火，和/或在焊接期间利用热气流至少对所产生的焊点进行退火，紧接着利用热气流对所产生的焊点进行退火处理（退火），所述焊点也是焊接部位（焊瘤）并称为焊接部位。热气流特别是被定向成点状。热气流的温度特别是例如介于+250℃~+500℃之间。

利用点状热气流进行退火，除了能实现方法过程极为极化和节省大量时间外，特别是还带来了如下优点：只需点状地对相关的焊接区进行热处理，与焊接不相关的线材因而不会受到改变其特性的处理。

根据本发明特别重要的是，使用激光源把线材相互焊接起来，因为借助这种均匀的、与线材直径无关的能量载体，且借助稍后说明的机械的过程控制组件，形成一种焊点，这种焊点的空间尺寸基本上不超过要焊接的线材的径向横截面伸展，其中应用热气流带来了优点，优选例如该热气流选自一组空气、氮气、惰性气体，因为这些物质在实践中已表明非常适宜，另外实际上已表明非常有利的是，使用喷嘴把热气施喷到焊点上，从而能有针对性地在有限的较窄空间内释放热量，使得在退火过程期间有利地在焊点处产生最高温度，故可确定从焊点观察沿着线材的纵轴向温度连续地下降，这基本上确保材料特性在退火区之外得以保持。

以此方式提供一种用于焊接线材的方法，其确保可靠地且可再现地进行焊接，这种焊接无需机械地去除否则按照现有技术在焊点处的突出的焊接毛刺，这导致明显节省时间和金钱，另一方面，该方法不像现有技术那样通常在炉中进行退火或者通过供电提高温度，而是利用热气流进行特殊的退火，通过所形成的温度变化情况受控地在被焊接的线材的金属结构中进行再结晶过程，以便以此方式产生或保证很高的抗弯能力和抗拉能力。

此外最好使用保护气体例如特别是氩气进行线材焊接，以便要么避免起皮（Verzundern），要么实现焊点的高质量。

另外有益的是，使用用于热气的喷嘴也就是从中喷出热气的喷嘴来施喷保护气体，以便由此实现一种简单的器材结构。

此外有利地是，在焊接期间，要相互焊接在一起的线材的最大温度位于焊接中心，以便以此方式得到朝向两侧均匀的温度梯度变化情况，以便以后为退火提供最佳基础，这最终表现在高的抗拉能力和抗弯能力上。

特别有益的是，要焊接的线材利用引导设备在特别是可破坏的小管所谓的精度补偿小管中伸展，用于使得各种不同的直径相匹配，也用于明显地改善特别是在玻璃小管中对细线材的操作，所述引导设备本身能实现相向地引导线材、把相互熔为一体的线材压紧，也能实现其在焊接过程期间的进给，以及实现其行程限制。在焊接过程期间参数精确地保持所有力和行程，这能实现可再现地在径向圆周上与线材相应地进行线材焊接。所使用的精度补偿小管最好能在处理之后通过机械压力例如利用钳子被去除。

因此基于上述论述总是有利的是，即使要焊接的线材利用引导设备相向地被引导且接下来被焊接，在引导要焊接的线材时也使用包围这些线材的小管，用于使得这些线材彼此相向，所述小管是玻璃小管、玻璃陶瓷小管或陶瓷小管。

另外有利的是，利用弹性力部件在焊接之前以由该力部件施加的力―牵拉地或顶压地―相向地移动要焊接的线材，以便提供规定的要焊接的位置。

根据本发明，概念“力部件”所指的部件是，其可以经过调整，使得其对所作用的部件施加力，故其例如也包括气动或液压缸部件，但也包括磁性部件，然而特别是要强调传统的弹簧部件。

更特别有益的是，在要焊接的线材被焊接时，利用一个或所述力部件―牵拉地或顶压地―相向地移动要焊接的线材，其中利用行程限制部件例如特别是缆线或调整螺钉限制这些线材的相向移动，使得在焊接线材时所产生的焊点并不明显超过线材的径向横截面延伸。这例如特别是可以利用在图1中示出并相应地说明的装置和相关的方法步骤来实现。特别是通过预应力来确保要焊接的两个线材的规定的压紧力，其中在利用激光辐射进行通常仅持续若干个千分之一秒的焊接时，通过在焊点处变软且能流动的材料，两个线材轻易地相向移动成为一体，从而通过对行程的限制来受控地且预定地限制所产生的焊点增粗部分（焊瘤）。伺服电机或类似的调整部件并不能在如此短暂的时段内可再现地且受控地把线材相向地牵拉在一起而熔流为一体，从而不会产生可再现的通常低质量的焊接。

由于已经过实践考验，力部件最好是选自气动的、液压的、磁性的或弹性的力部件组的部件，因为它们保证了在焊点质量的可再现性方面的特别高的可靠性，但完全也可以考虑快速伺服电机力部件，即使尺寸并不完全吻合。

实践中已表明有益的是，要焊接的线材的最大直径为2mm，这最终可能归因于热量扩散，利用激光辐射快速地施加能量或多或少地导致最大直径的上限。

另外最好在退火之后进行抗拉能力测试，以便在制造之后紧接着确定在抗拉能力方面相应必需的最小的载荷，以便在此时就已经识别出可能的缺陷。

这里特别有益的是，线材的焊接、退火和抗拉能力测试都在一个装置中进行，以便减少被焊接线材的复杂的松弛和再次夹紧，这又显著地减少了投入的工作、时间，进而降低了成本。

上述说明相应地适用于本发明的用于实施本发明的方法的装置。

本发明的另一个重要的方面是，使用优选由玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷构成的可破坏的精度补偿小管，用于实施本发明的方法，因为为了焊接利用激光源使用激光辐射和接下来利用热气流进行退火的这种组合，最终在本发明的装置中非常适宜且可再现地使用这种玻璃小管进行，在相向地引导线材时，以增大的压力作用到要被焊接线材的线材端头上，此时这些玻璃小管负责线材的可靠引导和高稳定性，同时，在焊接之后例如使用钳子通过简单的压碎可将这些玻璃小管去掉。

此外在制造技术方面非常有利的是，在焊接和退火之后可以紧接着进行抗拉能力测试，以便现场检查对焊点的最低要求，必要时排除低劣的质量。

本发明将通过如下范例不受局限地予以阐述。

图中示出：

图1为示意性的原理俯视图；

图2为图1的示意性的局部横剖视图；

图3为图1中所示实施方式的示意性的横剖视图；

图4为另一实施方式的示意性的局部横剖视图；和

图5为另一实施方式的示意性的横剖视图。

在图1中可从上面示意性地看到本发明的装置的结构。

要焊接的线材2在每一个玻璃小管5的位于中心内部的芯线中牢固地固定在移动的容纳机构8a或静止的容纳机构8b中。

容纳机构8a通过缆线X与伺服控制的转轮10连接。容纳机构8b与力承受传感器（Kraftaufnahmesensor）13刚性连接。

弹簧6以若干牛顿的预应力把容纳机构8a与容纳机构8b连接起来。在该过程时刻，弹簧6的力通过容纳机构、缆线X和转轮10或刚性连接线Y传递到力承受传感器，然后总是传递到壳体上。

通过转轮10的顺时针旋转，容纳机构8A在弹簧6的力作用下现在朝向容纳机构8b移动，直至两个焊接线材端头接触。

随着这些线材的接触，弹簧6的弹性力转移到固定在容纳机构8a和8b中的线材上。

缆线X和刚性连接线Y不再承受力。

转轮10按规定继续顺时针旋转，就会把缆线X进一步放出一段规定的距离。这段距离在以后精确地等于线材在焊接过程期间通过弹簧6的牵拉而相向移动的那段距离。

这段距离决定了焊瘤的直径，该直径在理想情况下恰好等于线材的直径。

如果这些线材接触，且线轮10已按规定进一步放出缆线，则在恒定的压力和规定的距离的情况下利用激光辐射把这两个线材相互焊接起来。

在施加激光辐射并由此使得两个线材2发生焊接之后，产生焊接点3，然后利用朝向该焊接点的喷嘴9，通过热气流（4）对该焊接点进行退火处理，其中热气流的温度根据材料和直径而定约为+250℃~+500℃，且热气是氩气。退火在焊接之后紧接着就进行。

在退火时需要注意，喷嘴9的方向要使得在焊点3的中心有最大温度，从而温度向外持续降低，且在退火之后最终冷却时由于通过退火发生的再结晶过程而产生较高的抗拉能力（Zuglast）特别是抗弯能力。

在焊接和退火之后，紧接着也就是特别是在冷却至室温之后，对焊点进行抗拉能力测试，以便现场检查所设定的最低要求。在这里，转轮10逆时针旋转，并通过缆线X使得弹簧14张紧，现在增大的力通过容纳机构8a和8b中的线材2的固定接线以及刚性接线Y引至力承受传感器13。在此通过焊点引导全部的力。弹簧6的力在测试之前通过测量系统的归零来补偿。通过转轮10的旋转，该力可以连续增大，直至达到所希望的值。

如果焊点3在此未受损坏，焊接就成功了，于是接下来就可以把两个相互焊接在一起的线材―现在是新的共同的线材―从装置中取出。

仅仅为正常工作起见，需要指出，要焊接的线材的相对于焊接而言的远端被夹紧固定在引导设备8的相应夹紧部件上，例如特别是利用卡夹（Klemmbacke）进行固定，所述卡夹是引导设备8的部分。

还需要指出，在焊接和测试之后，例如特别是可以使用钳子把敏感的玻璃小管以压碎破坏的方式简单地去掉。

在图2中，以相比于图1放大的横剖视图局部地再次示出两个要焊接的线材2是如何设置在相应的玻璃小管5中的，以便然后靠在一起进行焊接。

在图3至5中，参照针对图1和2的上述说明和设计，就行程限制部件7示出了各种不同的实施例原理，其中在图3中缆线X用作行程限制部件7，在图4中调整螺钉11用作行程限制部件，在图5中调整螺钉11和在支座15和隔片12之间的用作行程限制部件。图3中的实施方式应参见图1的说明。针对图4可以确定，在支座15和调整螺钉11远端之间的非常狭窄的间隙S通过对调整螺钉11的相应调整在焊接时规定了有限的行程，而此点在图5中通过隔片12来实现，该隔片在焊接之前被去掉。

仅仅为正常工作起见，需要指出，代替把容纳机构8a和8b拉拢到一起的一根弹簧，还可使用两根相互对顶的弹簧或其它力部件。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于焊接线材的方法，其特征在于，使用激光源（1）把至少两个线材（2）相互焊接起来，其中

a） 在焊接之前利用热气流（4）对至少一个要焊接的线材（2）进行退火；和/或

b） 在焊接期间利用热气流（4）至少对所产生的焊点（3）进行退火；和/或

c） 紧接着利用热气流（4）对所产生的焊点（3）进行退火。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，热气是选自一组空气、氮气、惰性气体的气体。

3.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，使用喷嘴（9）把热气施喷到焊点（3）上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在焊接期间，要相互焊接在一起的线材（2）的最大温度位于焊点（3）的中心。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，线材（2）是含碳的线材。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，使用保护气体进行线材焊接。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，使用用于热气的喷嘴（9）来施喷保护气体。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，使用引导设备（8a、8b）相向地引导要焊接的线材（2）并接下来进行焊接。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在引导要焊接的线材（2）时，使用包围所述线材（2）的小管（5），用于使得线材（2）彼此相向。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，小管（5）是玻璃小管、陶瓷小管或玻璃陶瓷小管。

11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，要焊接的线材（2）的最大直径为2mm。

12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，在退火之后进行抗拉能力测试。

13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，线材焊接、退火和抗拉能力测试在一个装置中进行。

14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，利用力部件（6）在焊接之前以由该力部件（6）施加的力相向地移动要焊接的线材（2）。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，力部件是选自一组伺服电机、气动的、液压的、磁性的弹性力部件的部件。

16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，在要焊接的线材（2）被焊接时，利用一个或所述力部件（6）相向地移动要焊接的线材（2），其中利用行程限制部件（7）限制所述线材的相向移动，使得在焊接线材（2）时所产生的焊点（3）并不明显超过线材（2）的径向横截面延伸。

17.一种用于焊接线材的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得至少两个线材（2）利用激光源（1）相互焊接起来，其中

a） 在焊接之前至少一个要焊接的线材（2）利用热气流（4）被退火；和/或

b） 在焊接期间至少所产生的焊点（3）利用热气流（4）被退火；和/或

c） 紧接着所产生的焊点（3）利用热气流（4）被退火。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，热气（4）是选自一组空气、氮气、惰性气体的气体。

19.如权利要求17至18中任一项所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得热气（4）通过喷嘴（9）被施喷到焊点（3）上。

20.如权利要求17至19中任一项所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得在焊接期间，要相互焊接在一起的线材（2）的最大温度位于焊点（3）的中心。

21.如权利要求17至20中任一项所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得线材焊接在使用保护气体的情况下进行。

22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得保护气体利用用于热气的喷嘴（9）被施喷。

23.如权利要求17至22中任一项所述的装置，其特征在于，线材（2）是含碳的线材。

24.如权利要求17至23中任一项所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得要焊接的线材（2）利用引导设备（8a、8b）被相向地引导并接下来被焊接。

25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得在引导要焊接的线材（2）时，使用包围所述线材（2）的小管（5），用于使得线材（2）彼此相向。

26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，小管（5）是玻璃小管。

27.如权利要求17至26中任一项所述的装置，其特征在于，要焊接的线材（2）的最大直径为2mm。

28.如权利要求17至27中任一项所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得在退火之后进行抗拉能力测试。

29.如权利要求17至28中任一项所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得线材焊接、退火和抗拉能力测试在一个装置中进行。

30.如权利要求17至29中任一项所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得要焊接的线材（2）在焊接之前利用力部件（6）以由该力部件（6）施加的力相向地移动。

31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，力部件是选自一组伺服电机、气动的、液压的、磁性的弹性力部件的部件。

32.如权利要求17至31中任一项所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得在要焊接的线材（2）被焊接时，要焊接的线材（2）利用一个或所述力部件（6）相向地移动，其中利用行程限制部件（7）限制所述线材的相向移动，使得在焊接线材（2）时所产生的焊点（3）并不明显超过线材（2）的径向横截面延伸。

33.一种线材，采用根据权利要求1至16中任一项的方法或者利用根据权利要求17至32中任一项的装置而制得。

34.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其特征在于，退火在+250℃~+500℃的温度下进行。

35.如权利要求17至32中任一项所述的装置，其特征在于，该装置经过设计，使得退火在+250℃~+500℃的温度下进行。