(57)【要約】      （修正有）【課題】高負荷性を有する直線溶接継目及びその形成方法を提供する。【解決手段】少なくとも２つの構成要素の間に耐久接合部を形成するために直線溶接継目の耐荷重能力を特に増すための方法において、溶接継目破壊が最も高い確率で生じる位置において、接続線の接線が１５°以上の角度を有するように、不連続部が溶接継目内に導入される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの構成要素の間に耐久接合部を形成するために直線溶接継目の耐荷重能力を特に増すための方法において、溶接継目破壊が最も高い確率で生じる位置が前記溶接継目に沿って決定されることと、前記位置において、接続線の接線が１５°以上の角度を有するように、不連続部が前記溶接継目内に導入されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記不連続部が、
前記第１の溶接継目に対して角度付けられた第２の溶接継目であって、好ましくは前記第１の溶接継目及び前記第２の溶接継目の両方が連続的移動で溶接される、第２の溶接継目、
又は
第２の接合接続部、好ましくはクリンチ接続部であって、該接続部の接続線が前記溶接継目の主軸線に対して角度付けられる第２の接合接続部、
の形態で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも２つの構成要素の間に耐久接合部を形成するために耐荷重能力を増した直線溶接継目において、接続線の接線が１５°以上の角度を有するように、前記溶接継目が溶接継目破壊が最も高い確率で生じる位置に不連続部を有することを特徴とする直線溶接継目。
【請求項４】
前記不連続部が、
前記第１の溶接継目に対して角度付けられて設けられた第２の溶接継目、
又は
第２の接合接続部、好ましくはクリンチ接続部であって、該接続部の接続線が前記溶接継目の主軸線に対して角度付けられる第２の接合接続部、
の形態で存在することを特徴とする、請求項３に記載の直線溶接継目。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１及び３の前段部分に記載の高負荷性又は強靱性を有する直線溶接継目及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも２つの構成要素の間に耐久接合部を形成するために、スポット溶接継目の負荷性又は強靭性を増大させるため、スポット溶接継目を直線的に長くすること、すなわち、溶接部の長さを３０ｍｍ以上延在させることが知られている。しかし、このような直線溶接継目は高負荷に耐えることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、高負荷に耐えることができる直線溶接継目及びその形成方法の提供に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によって提供される方法に関しては、請求項１の特徴部分に規定され、また溶接継目に関しては、請求項３に規定される。その他の請求項は、本発明の方法の有利な実施形態及びさらなる発展形態（請求項２）及び溶接継目の有利な実施形態及びさらなる発展形態（請求項４）を含む。
【０００５】
少なくとも２つの構成要素の間に耐久接合部を形成するために直線状溶接継目の耐荷重能力又は強靱性の増大を目標とするために提供される方法に関して、本発明の目的は、溶接継目破断が最も高い確率で生じる位置が決定されることと、また不連続部と主溶接継目の主軸線との交差部の接線が１５°以上の角度（交差角度）を有するように、この決定された位置において不連続部が溶接継目に導入される本発明によって、解決される。
【０００６】
本発明において、少なくとも２つの構成要素の間の接続線は、一方で主溶接継目と、他方で構成要素の耐久接合部を形成するための不連続部との間の交差角度として画定される。
【０００７】
継目破断が最も高い確率で生じる位置は経験的に決定できるか、あるいは公知の方法によって直線溶接継目の予想負荷状態のシミュレーション（例えば、ＦＥＭ構造計算に基づく負荷及び制動シミュレーション）によって決定できる。
【０００８】
予想される負荷の種類及び直線溶接継目の構造に応じて、継目破断が最も高い確率で生じる位置は、継目延進の中央とまさに同様に溶接継目の端部に生じ得ることが確認されている。その結果、予想される負荷及び直線溶接継目の構造の種類に応じて、不連続部が溶接継目端部か、あるいは溶接継目の延長部に沿った所定の点のいずれかに導入される。
【０００９】
驚くべきことに、接合部の耐荷重能力の顕著な増加を保証するために、接続線の接線は互いに垂直である必要がないことが確認されている。１５°の角度でも、耐荷重能力の大きな増加が生じるが、４５°よりも大きな角度であるとより効果的である。
【００１０】
本発明の方法の有利な一実施形態では、不連続部は第１の溶接継目に対して角度付けられて設けられた第２の溶接継目の形態で形成され、この場合、時間及び制御技術の観点から、両方が１つの連続的移動で溶接される場合に特に有利である。さらにまた、両方の溶接継目を互いに時間と無関係に形成することができ、この場合、時間的シーケンスは重要ではない。
【００１１】
第２の溶接継目は、第１の溶接継目の幅の少なくとも３倍の長さを有することが好ましい。
【００１２】
驚くべきことに、接合部の耐荷重能力の顕著な増加を付与するために、前記溶接継目同士は対称軸線を有する必要がなく、また交差する必要がないことが確認されている。２つの溶接継目の接続線の一方側に１５°の傾きを有する場合も、耐荷重能力の本質的な増大を容易にもたらす、ということである。
【００１３】
本発明の方法の有利な一実施形態では、溶接継目はレーザビームを用いる溶接によって形成され、これによって、耐久接続部を高精度で非常に迅速に形成できる。また他の種類の溶接、例えば抵抗溶接も同様に利用可能である。
【００１４】
スキャナ装置によってレーザビームが表面にわたって移動される場合は、特に有利となる。スキャナ装置は、特に急速かつフレキシブルなビーム偏向装置、例えば（少なくとも１つの単軸又は多軸の制御可能な旋回可能ミラーの）ミラーシステム、あるいはその他の音響光学変調器である。これによって、不連続部の導入中のレーザビームの再配置に必要な時間はほぼ完全になくなる。それにより、レーザシステムの高効率の利用が可能になる。
【００１５】
本発明の方法のその他の有利な一実施形態では、不連続部は、第２の接合接続部の形態で形成され、好ましくは変形又は再形成によって、例えばクリンチング、リベット打ち又は継目クリンチングによって得られ、この場合、２つの構成要素の接続線は溶接継目の接続線に対し角度を付けて設けられる。好ましくは、最初に不連続部が形成され、その後に溶接継目が不連続部まで、又はその上方に施される。
【００１６】
次に、６つの実施形態及びそれに関連する図に基づき、本発明の方法及び溶接継目についてより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１の実施形態によれば、より長期間にわたって、互いに接合される多数のそれぞれ２つの鋼板が、レーザスキャナによって２０ｍｍの長さの直線溶接継目によって接合され、また溶接継目に破壊が生じるまで、一連の様々な荷重をそれぞれ受ける。溶接継目破壊の進行が観測され、また溶接継目の破損の開始位置がそれぞれ決定される。統計的評価手段によって、最も頻繁に生じる位置が決定される。この位置は、溶接継目破損が最も高い確率で生じる経験的に決定される位置であるとみなされる。
【００１８】
第１の実施形態によれば、溶接継目の一方の端部が、溶接継目破損が最も高い確率で生じる位置であると決定される。
【００１９】
互いに接合される２つの同様の鋼板が、レーザスキャナによって２０ｍｍの長さの同一の溶接継目によって接合され、この場合、溶接継目の破損の最大の危険を有する端部で、１回の連続的移動によりレーザスキャナが移動されて、接続線の接線が約４５°の角度を有するように長さ５ｍｍの第２のレーザ溶接継目を形成する。２つのレーザ溶接継目の接続線の形状が図１に示されている。
【００２０】
本発明による不連続部を有するこのような直線溶接継目は、３０％以上の耐荷重能力の増加を示す。
【００２１】
第２の実施形態によれば、強い振動を受ける２つの湾曲した構成要素を接合する５００ｍｍの長さの溶接継目の不具合又は破損が決定される。この場合、破損は溶接継目の延在部の中央で始まる。
【００２２】
除去は、図２に従って、溶接された対称な不連続部の導入によって行われ、この不連続部は、破損の危険を有する点において元の溶接継目に交差する。溶接継目の耐荷重能力は、図３による溶接された対称な不連続部の導入によってさらに高められ、この不連続部は破損の危険のある点で元の溶接継目に２回交差する。同様に頑丈なのは、図４による交差部のない破損の危険にある点で溶接された対称な不連続部を有する溶接継目である。幾分より弱いのは、図５による破壊の危険にある点に簡単な交差箇所を有する溶接された非対称な不連続部を有する溶接継目である。
【００２３】
強い振動を受ける２つの湾曲した構成要素を含む第６の実施形態によれば、最初に、破損の危険にある点がクリンチされ、次に、直線溶接継目が図６に示したように該点の上方に通過させられる。
【００２４】
本発明の溶接継目及びその形成のための方法は、少なくとも時折強力な荷重を受ける構成要素間の従来の接合部を形成するために、特に振動負荷を受ける例えば車体板金のような鋼板のレーザ溶接のために特に適するものとして、上述の実施形態に明示される。
【００２５】
本発明によれば、耐荷重能力に関する本質的な利点又は改良を達成することができる。このことにより、部分的な、重量の低減ならびに空間及び費用の節減がもたらされる。
【００２６】
本発明は、上述の実施形態に限定されず、さらに広範囲に適用することができる。
【００２７】
したがって、直線溶接継目の破壊の危険のある異なる位置に多数の不連続部を設けることも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】溶接継目に溶接された非対称な不連続部の図である。
【図２】溶接継目に沿って破損の危険があると予測される点における簡単な交差箇所を有する溶接継目の対称な不連続部の図である。
【図３】二重交差部を有する溶接継目に沿って破損の危険があると予測される点で溶接された二重交差部を有する対称な不連続部の図である。
【図４】溶接継目に沿って破損の危険があると予測される点の周りに溶接された交差部のない非対称な不連続部の図である。
【図５】溶接継目に沿って破損の危険があると予測される点における溶接継目に溶接された簡単な交差部を有する非対称な不連続部の図である。
【図６】溶接継目に沿って破損の危険があると予測される点における溶接継目にクリンチされた非対称な不連続部の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
LINEAR WELD SEAM WITH HIGH LOAD CAPACITY 
AND PROCESS FOR PRODUCTION
The invention concerns a linear weld seam with high load capacity or toughness, and a process for production thereof, according to the precharacterizing portion of Patent Claims 1 and 3.
For increasing the load capacity or toughness of spot weld seams in order to produce a durable connection between at least two components, it is known to lengthen these linearly, that is, to extend the length of the weld to more than 30 mm.  Such linear weld seams however are not able to endure high loads.
The task of the present invention concerns the providing of linear weld seams which are capable of accepting high load and a process for their production.
The invention is set forth in the characterizing portions of Patent Claims 1 with regard to the process to be provided and Claim 3 with regard to the weld seam to be provided.  The further claims contain advantageous embodiments and further developments of the inventive process (Patent Claim 2) and the weld seam (Patent Claim 4).
With regard to the process to be provided for the targeted increase in the load bearing ability or toughness of a linear-like weld seam for production of a durable connection between at least two components, the task is inventively solved thereby, that the location with the highest probability of a weld seam rupture is determined, and that at this determined location a discontinuity is introduced in the weld seam, such that the tangent at the intersection of the discountinuity with the main axis of the main weld seam exhibits an angle (intersection angle) of 15°or more.
Therein, the connecting line between the at least two components is defined as the angle of intersection between, on the one hand, the main weld seam, and on the other hand, the discountinuity for forming the durable joint of the components. 
The location of the highest probability of a seam rupture can be empirically determined or can be determined by simulation of the expected load conditions of the linear weld seam by known methods (for example, load and brake simulation based on FEM structure calculations).
Depending upon the type of the loads to be expected and the design of the linear weld seam, it has been found that the location with the highest probability of a seam rupture could occur at the end of the weld seam just as well as in the middle of the seam progression.  As a consequence, the discontinuity is introduced, depending upon the type of the load to be expected and the design of the linear weld seam, either on one weld seam end or some were at a predetermined point along the extent of the weld seam.
Surprisingly it has been found that the tangents of the connecting line need not be perpendicular relative to each other, in order to ensure a significant increase in the load bearing capacity of the joint.  Even with an angle of 15o a substantial increase in the load bearing ability occurs, even better however is an angle of greater than 45°.
In one advantageous embodiment of the inventive process the discontinuity is produced in the form of a second weld seam provided at an angle relative to the first weld seam, wherein with regard to time and control technology it is particularly advantageous when both are welded in one continuous movement.  Alternatively to this, both weld seams can however be produced time independent from each other, wherein the time sequence does not play any role.
Preferably the second weld seam exhibits a length of at least the triple of the breadth of the first weld seam.  
Surprisingly it has been found that the weld seams need not exhibit any axis of symmetry and need not cross themselves, in order to impart a significant increase in the load bearing capacity of the joint.  Even a one-sided tilting of the connecting line of the two weld seams by 15°already imparts a substantial increase in load bearing capacity.
In one advantageous embodiment of the inventive process the weld seam is produced by welding using a laser beam, whereby durable connections can be produced with high precision very rapidly.  Other types of welding, for example resistance welding, are likewise employable.
It is particularly advantageous when the laser beam is moved over the surface by means of a scanner device.  A scanner device is a particularly rapid and flexible beam deflection device, for example a mirror system (of at least one single- or multi-axis controllable pivotable mirror) or alternatively acusto-optic modulators.  Thereby the time required for repositioning of the laser beam during the introduction of the discontinuities disappears almost completely.  Therewith, a highly efficient utilization of the laser system is made possible.
In one alternative advantageous embodiment of the inventive process the discontinuity is produced in the form of a second joint connection, preferably brought about by a deformation or reshaping, for example by clinching, stamp riveting or seam clinching, of which the connecting line of the two components is provided angled to the connecting line of the weld seam.  Preferably, first the discontinuity is produced, and thereafter the weld seam is applied up to or over it.
In the following the inventive process and the weld seams are described in greater detail on the basis of six illustrative embodiments and associated figures:
Therein there is shown:
Fig. 1      Asymmetric welded discontinuity on a weld seam  
Fig. 2      Symmetric weld seam discontinuity at a point predicted to be at risk of breakage along the weld seam with a simple cross-over
Fig. 3      Symmetric welded discontinuity at a point predicted to be at risk of breakage along the weld seam with double crossing 
Fig. 4      Asymmetric welded discontinuity about a point predicted to be at risk of breakage along the weld seam without crossing
Fig. 5      Asymmetric welded discontinuity in a weld seam at a point predicted to be at risk of breakage along the weld seam with a simple crossing
Fig. 6      Asymmetric clinched discontinuity in a weld seam at a point predicted to be at risk of breakage along the weld seam
According to a first illustrative embodiment, over a longer period of time a large number of respectively two sheets of steel to be joined to each other are joined by means of a laser scanner with a straight weld seam of 20 mm length and respectively subject to a series of various loads, until a break in the weld seam occurs.  The progression of the weld seam break is observed and the location of the initiation of the weld seam breakage is respectively determined.  By means of a statistical evaluation the most frequently occurring location is determined.  This location is considered to be the empirically determined location with the highest probability of a weld seam breakage.
According to this first illustrative embodiment, one end of the weld seam is determined as being the location with the highest probability of a weld seam breakage.  
Two similar steel sheets to be joined to each other are joined by means of a laser scanner with the same weld seam of 20 mm length, wherein, on the end with the greatest risk of weld seam breakage, in one continuous movement the laser scanner is moved to produce a second laser weld seam of 5 mm in length, in such a manner that the tangents of the connecting line exhibit an angle of approximately 45°.  The shape of the connecting line of the two laser weld seams is shown in Fig. 1.
Such a linear weld seam with discontinuity in accordance with the invention exhibits an increase in load bearing capacity of more than 30%.
According to a second illustrative embodiment the fault or breakage of a 500 mm long weld seam is determined, which seam joins two curved components which are subjected to strong vibrations.  This time the breakage begins in the middle of the run of the weld seam.
Relief is provided in accordance with Fig. 2 by the introduction of a symmetric welded discontinuity, which crosses the original weld seam at the point with the danger of breakage.  The load accepting ability of the weld seam is even further increased by the introduction of a symmetric welded discontinuity according to Fig. 3, which twice crosses the original weld seam at the point at risk of breakage.  Similarly tough is a weld seam with a symmetric welded discontinuity at the point in danger of breakage, without crossing, according to Fig. 4.  Somewhat weaker is a weld seam with asymmetric welded discontinuity with a simple cross-over at the point in danger of breaking according to Fig. 5.
According to a sixth embodiment involving two curved components, which are subjected to strong vibrations, first the point in danger of breakage is clinched and then the linear weld seam is passed there-over, as shown in Fig. 6.
The inventive weld seam and the inventive process for its production demonstrate themselves in the illustrative embodiments of the above described examples as particularly suited for the production of conventional joints between components which are at least occasionally subjected to strong loades, in particular for the laser welding of steel sheets such as for example body sheet metal subjected to vibration loads.
In accordance with the invention substantial advantages or improvements with regard to the load bearing capacity can be produced.  This for, its part, brings about a reduction in weight as well as savings in space and costs.
The invention is not limited to the above described illustrative embodiments, but rather can be applied broadly.
It is thus also conceivable to provide multiple discontinuities at different locations at risk of breaking in the linear weld seam.
Patent Claims
1.  Process specifically for increasing the load bearing capacity of a linear weld seam for producing a durable joint between at least two components, thereby characterized, that the location along the weld seam with the highest probability of a weld seam break is determined, that at this location a discontinuity is introduced into the weld seam, in such a manner that the tangents at the connecting line exhibit an angle of 15°or more.
2.  Process according to Claim 1, thereby characterized, that the discontinuity is produced in the form of
-  a second weld seam angled with respect to the first weld seam, wherein preferably both are welded in a continuous movement,
or
-  a second joint connection, preferably a clinch connection, of which the connecting line is angled relative to the main axis of the weld seam.
3.  Linear weld seam with increased load bearing capacity for production of a durable joint between at least two components, thereby characterized, that the weld seam exhibits a discontinuity at the location of the highest probability of a weld seam break, in such a manner that the tangents of the connecting lines exhibit an angle of 15°or more.
4.  Linear weld seam according to Claim 3, thereby characterized, that the discontinuity exists in the form of
-  a second weld seam provided angled relative to the first weld seam
or
-  a second joint connection, preferably a clinch connection, of which the connecting line is angled relative to the main axis of the weld seam.
ABSTRACT
For increasing the load bearing capacity of spot-like weld seams for producing a durable joint between at least two components it is known to lengthen this linearly, that is, to weld with a longitudinal orientation extending more than 30 mm.  Such linear weld seams however do not endure high loads.
The task of the present invention comprises providing linear weld seams with increased load bearing capacity and a process for their production.
This task is solved by a process specifically for increasing the load bearing capacity of a linear weld seam for producing a durable joint between at least two components, wherein the location with the highest probability of a weld seam break is determined and then, at this location, a discontinuity is introduced into the weld seam, in such a manner that the tangent of the connecting line exhibits an angle of 15°or more.
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