DE19845465A1

DE19845465A1 - Überlappunsstoß-Schweißanordnung sowie diesbezügliches Schweißverfahren zur Ausbildung derselben

Info

Publication number: DE19845465A1
Application number: DE19845465A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Shirai; Yoshinori Ohmi; Hiroyasu Morikawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 1999-04-08
Anticipated expiration: 2018-10-03
Also published as: DE19845465B4; US6221505B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überlappungsstoß- Schweißanordnung und ein diesbezügliches Schweißverfahren.

Zum Verbinden von zwei Elementen bzw. Teilen gehören zum Stand der Technik verschiedene Aneinanderfüganordnungen. Un ter diesen befindet sich die Überlappungsstoß-Schweißanord nung weit verbreitet im Einsatz, und zwar aufgrund der einfa chen Positionierung der beiden zu verschweißenden Teile, be vor der Schweißvorgang durchgeführt wird.

Bei dieser Art von Überlappungsstoß-Schweißstruktur besteht die Möglichkeit, daß ein bestimmter Abschnitt einer konzen trierten Spannung unterworfen wird, was zu einer Rißausbil dung im geschweißten Abschnitt führt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Überlappungsstoß-Schweißstruktur und ein diesbezügliches Schweißverfahren zu schaffen, die in der Lage sind, die Span nung in wirksamer Weise zu mildern bzw. aufzuheben, welche auf einen geschmolzenen Abschnitt einwirkt, und zu verhin dern, daß der geschmolzene Abschnitt Risse verursacht.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich der Struktur durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 15 und hinsichtlich des Verfah rens durch die Merkmale des Anspruchs 7 bzw. 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an gegeben.

Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung demnach mit anderen Worten eine Überlappungsstoß-Schweißstruktur mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil, welche Endab schnitte aufweisen, die überlappt und durch Schweißen an einem vorbestimmten Überlappungsabschnitt fixiert sind. Ein geschmolzener Randabschnitt ist am Überlappungsabschnitt als geschmolzener und ausgehärteter Abschnitt gebildet, der in das erste Teil und das zweite Teil übergeht. Eine vordere Endseite bzw. -fläche des geschmolzenen Randabschnitts ver läuft unter einem stumpfen Winkel größer als 90° in bezug auf eine nackte Außenfläche bzw. -seite des zweiten Teils schräg, die durch das zweite Teil nicht überlappt ist.

Bevorzugt weist das zweite Teil einen Stabkörper auf, der in eine Bohrung des ersten Teils eingesetzt ist. Das erste Teil weist eine Rippe auf, die im Kontakt mit dem zweiten Teil ge bracht ist.

Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Teil um einen Legie rungsstahl der Ni-Gruppe, aufweisend die Bestandteile (in Gew.-%) C(≦0,05), Si(≦0,30), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03) und Ni(40,00∼50,00). Bei dem zweiten Teil handelt es sich um einen Edelstahl der Martensit-Gruppe, aufweisend die Bestand teile (in Gew.-%) C(≦1,20), Si(≦1,00), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03) und Cr(≦18,00). Eine Verdünnungsrate S=B/(A+B) ist gleich oder kleiner als 45%, wobei "A" eine Querschnittsflä che des geschmolzenen Randabschnitts bezeichnet, die in das erste Teil übergeht, und "B" eine Querschnittsfläche des ge schmolzenen Randabschnitts bezeichnet, die in das zweite Teil übergeht.

Alternativ handelt es sich bei dem ersten Teil um einen Edel stahl der Ferrit-Gruppe, aufweisend die Bestandteile (in Gew.-%) C(≦0,12), Si(≦3,00), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03), Cr(≦20,00) und Al(≦5,00). In diesem Ball ist die Verdünnungs rate S=B/(A+B) gleich oder kleiner als 30%.

Der geschmolzene Randabschnitt ist an dem Überlappungsab schnitt durch Ausstrahlen eines Schweißstrahls auf die Außen seite des Überlappungsabschnitts gebildet.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Schweißverfahren zum Ausbilden der Überlappungsstoß- Schweißstruktur zum Verbinden des ersten Teils mit dem zwei ten Teil. In einem ersten Schritt wird der Überlappungsab schnitt durch Überlappen der Endabschnitte des ersten Teils und des zweiten Teils gebildet. In einem zweiten Schritt wird der Laserstrahl auf einen vorbestimmten Bestrahlungspunkt auf der Außenseite des Überlappungsabschnitts verschoben von einer Endfläche bzw. -seite desselben ausgestrahlt. In einem dritten Schritt wird der geschmolzene Randabschnitt entlang einem Außenrand des Überlappungsabschnitts als der geschmol zene und ausgehärtete Abschnitt gebildet, der in das erste Teil und das zweite Teil übergeht.

Bevorzugt wird der Stabkörper des zweiten Teils in die Boh rung des ersten Teils eingeführt, um den Überlappungsab schnitt zu bilden. Eine distale Endfläche des zweiten Teils wird in Kontakt mit der Rippe gebracht, die in der Bohrung des ersten Teils gebildet ist.

Bevorzugt wird die Ausstrahlung des Schweißstrahls entlang dem gesamten Umfang des Überlappungsabschnitts derart durch geführt, daß die vordere Endfläche bzw. -seite des geschmol zenen Randabschnitts unter einem stumpfen Winkel größer als 90° in bezug auf die nackte Außenseite des zweiten Teils schräg verläuft, die durch das erste Teil nicht überlappt ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Schweißverfahren zum Ausbilden einer Überlappungsstoß- Schweißstruktur zum Verbinden eines ersten Teils mit einem zweiten Teil, die in Formen konfiguriert sind, die sich von denjenigen der vorstehend erläuterten Teile unterscheiden. Das erste Teil weist einen Kopfabschnitt, einen Schaftab schnitt und ein Loch auf, das sich in dem Kopfabschnitt und dem Schaftabschnitt erstreckt. In einem ersten Schritt wird ein Überlappungsabschnitt durch Einführen des zweiten Teils in das Loch des ersten Teils gebildet, um einen Überlappungs abschnitt auszubilden. Ein Schweißstrahl wird auf einen vor bestimmten Bestrahlungspunkt auf einer Außenseite des Schaft elements des Überlappungsabschnitts ausgestrahlt. Ein ge schmolzener Abschnitt wird entlang dem Umfang des Überlap pungsabschnitts als geschmolzener und ausgehärteter Abschnitt gebildet, der in das erste Teil und das zweite Teil übergeht.

Bevorzugt besteht das erste Teil aus einem Magnetmaterial, aufweisend zumindest einen Stahl, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Silizium-Stahl, Legierungsstahl der Ni-Gruppe und Ferrit-Edelstahl. Das zweite Teil besteht aus einem verschleißbeständigen Metallmaterial, aufweisend zumin dest einen Stahl, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die be steht aus einem Legierungswerkzeugstahl, einem Hochgeschwin digkeitswerkzeugstahl und einem Edelstahl der Martensit- Gruppe. Die Verdünnungsrate S=B/(A+B) liegt im Bereich von 15 bis 45%.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Überlappungsstoß-Schweißstruktur mit einem ersten Teil, das den Kopfabschnitt, den Schaftabschnitt und das Loch auf weist, das sich in den Kopfabschnitt und den Schaftabschnitt erstreckt. Der Überlappungsabschnitt ist zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil gebildet, das in das Loch des er sten Teils eingesetzt ist. Der geschmolzene Abschnitt ist entlang dem Umfang des Überlappungsabschnitts als der ge schmolzene und ausgehärtete Abschnitt ausgebildet, der in das erste Teil und das zweite Teil übergeht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel haft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittansicht einer Überlappungsstoß- Schweißanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von ersten und zweiten Teilen in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine Querschnittansicht der ersten und zweiten Teile, die in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind,

Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittansicht zur Erläuterung von Bestrahlungspunkten eines Laserstrahls in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht zur Erläuterung einer Verdünnungsrate eines geschmolzenen Randabschnitts in Über einstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6A eine Querschnittansicht eines ersten Teils in Über einstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung,

Fig. 6B eine Vorderansicht eines zweiten Teils in Überein stimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Er findung,

Fig. 7 eine Querschnittansicht der ersten und zweiten Teile, die in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind,

Fig. 8 eine Querschnittansicht einer Überlappungsstoß- Schweißanordnung in Übereinstimmung mit der zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9A eine perspektivische Ansicht einer Überlappungsstoß schweißanordnung in Übereinstimmung mit einer dritten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9B eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Überlap pungsstoß-Schweißanordnung in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 10 eine Querschnittansicht eines wesentlichen Teils der Überlappungsstoß-Schweißanordnung in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 11 eine Ansicht zur Erläuterung der Verbindung von zwei Teilen, die in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung geschweißt bzw. schweißver bunden werden sollen,

Fig. 12 eine Querschnittansicht einer Verdünnungsrate "S" eines geschmolzenen Abschnitts, der in zwei geschweißte Teile in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung übergeht,

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht einer Schweißanordnung in Übereinstimmung mit einem Vergleichsbeispiel,

Fig. 14 eine vergrößerte Querschnittansicht eines wesentli chen Teils der in Fig. 13 gezeigten Schweißanordnung,

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer Schweißanordnung in Übereinstimmung mit einem weiteren Vergleichsbeispiel,

Fig. 16 eine vergrößerte Querschnittansicht eines wesentli chen Teils der in Fig. 15 gezeigten Schweißanordnung,

Fig. 17 eine Ansicht der Beziehung zwischen der Laserenergie und der Bedingung bzw. dem Zustand des geschmolzenen Ab schnitts in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 18 eine Querschnittansicht des geschmolzenen Abschnitts, der gebildet wird, wenn die Verdünnungsrate "S" 10% beträgt,

Fig. 19 eine Querschnittansicht des geschmolzenen Abschnitts, der gebildet wird, wenn die Verdünnungsrate "S" 35% beträgt,

Fig. 20 eine Querschnittansicht des geschmolzenen Abschnitts, der gebildet wird, wenn die Verdünnungsrate "S" größer als 45% ist, und

Fig. 21 eine Kennlinienansicht einer Beziehung zwischen der Laserenergie und der Verdünnungsrate "S" des geschmolzenen Abschnitts in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 bis 5 zeigen eine Überlappungsstoß-Schweißanordnung sowie ein diesbezügliches Schweißverfahren in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Eine Überlappungsstoß-Schweißanordnung 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfaßt ein erstes Teil 11 und ein zweites Teil 12. Das erste Teil 11 und das zweite Teil 12 weisen je weilige Endabschnitte in Überlappung und durch Schweißen an einem vorbestimmten Überlappungsabschnitt 10 fixiert auf.

Das Strahlen eines Schweißstrahls 8 auf eine Außenfläche 117 des ersten Teils 11 führt dazu, daß das erste Teil 11 und das zweite Teil 12 miteinander verschmelzen. Abkühlen des ge schweißten Abschnitts läßt einen ausgehärteten geschmolzenen Randabschnitt 15 zurück. Der geschmolzene Randabschnitt 15 geht in die überlappten Bereiche des ersten Teils 11 und des zweiten Teils 12 über. Eine Vorderendseite bzw. vordere Stirnseite 151 des geschmolzenen Randabschnitts 15 verläuft unter einem stumpfen Winkel α größer als 90° in bezug auf eine nackte bzw. freiliegende Außenseite des zweiten Teils 12 schräg, welche nicht mit dem ersten Teil 11 überlappt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, handelt es sich bei dem ersten Teil 11 um ein rundes Rohr bzw. eine runde Röhre mit einer zylindri schen Bohrung (d. h. einem zylindrischen Hohlraum) 110, und es besteht aus einem Legierungsstahl der Nickel- bzw. Ni-Gruppe. Das zweite Teil 12 ist ein runder massiver Stab bzw. eine Stange, hergestellt aus einem Edelstahl der Martensit-Gruppe. Der Innendurchmesser des ersten Teils 11 ist im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des zweiten Teils 12.

Die nachfolgenden Tabellen 1 und 2 zeigen die chemischen Be standteile (in Gew.-%), die in den ersten Teil 11 (Legierungs stahl der Ni-Gruppe) und dem zweiten Teil 12 (Edelstahl der Martensit-Gruppe) enthalten sind.

Tabelle 1

Tabelle 2

Beim Schweißen bzw. Verschweißen des ersten Teils 11 mit dem zweiten Teil 12 wird der Rundstabkörper des zweiten Teils 12 in die zylindrische Bohrung 110 des ersten Teils 11 preßein gepaßt. Fig. 3 zeigt den Überlappungsabschnitt 10, der durch Koppeln des zweiten Teils 12 in das erste Teil 11 gebildet wird.

Fig. 4 zeigt den Laserstrahl 8, wie etwa einen YAG-Laser, der geeignet ist, eine ausreichende Schweißenergie bereitzustel len, welcher Strahl auf die äußere Zylinderfläche 117 des er sten Teils 11 gestrahlt wird. Eine Vorderendseite bzw. eine vordere Stirnseite 116 des ersten Teils 11 senkrecht zur Außenseite des zweiten Teils 12 ist dem Laserstrahl 8 nicht direkt ausgesetzt.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird der Laserstrahl 8 auf einen aus gewählten Bestrahlungspunkt gerichtet, der von der Vorderend seite 116 mit einer Distanz bzw. einem Abstand L1 verschoben bzw. versetzt ist. Ein weiterer Bestrahlungspunkt für den La serstrahl 8 ist mit einer Distanz bzw. einem Abstand L2 von der Vorderendseite 116 verschoben bzw. versetzt. Um eine zu friedenstellende Festigkeit an den geschmolzenen Randab schnitt 15 zu erzielen, beträgt ein bevorzugter Wert für die Distanz L1 0,35 mm ± 0,05 mm, während ein bevorzugter Wert für die Distanz L2 um 0,85 mm ± 0,1 mm beträgt.

Die Impulsbestrahlung des Laserstrahls 8 wird entlang dem ge samten zylindrischen Umfang des ersten Teils 11 angewendet bzw. aufgebracht, während die vorstehend genannte Verschie bungsdistanz von der Endseite bzw. -fläche 116 beibehalten wird. Infolge davon wird der geschmolzene Randabschnitt 15 am Rand des ersten Teils 11 gebildet, wie in Fig. 1 gezeigt. Dieses Schweißverfahren wird üblicherweise als Punktschweißen bezeichnet. Es ist jedoch auch möglich, das Punktschweißen durch Nahtschweißen zu ersetzen. Das Nahtschweißen wird durch kontinuierliches Anwenden des Laserstrahls 8 in derselben Weise realisiert.

Der geschmolzene Randabschnitt 15, der durch die Bestrahlung des Laserstrahls 8 derart gebildet wurde, weist eine vordere Endseite 151 auf, die unter einem stumpfen Winkel α größer als 90° in bezug auf die nackte Außenseite des zweiten Teils 12 schräg verläuft.

Beispielsweise beträgt eine bevorzugte Verdünnungsrate "S" des resultierenden geschmolzenen Randabschnitts 15 35%. Ein zulässiger Wert der Verdünnungsrate "S" ist gleich oder klei ner als 45%. In diesem Fall wird die Verdünnungsrate "S" durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

S = B/(A + B) X 100(%) (1)

wobei "A" und "B" die Querschnittsflächen des geschmolzenen Randabschnitts 15 bezeichnen, die in das erste Teil 11 bzw. 12 übergehen. Fig. 5 zeigt eine Querschnittansicht unter Dar stellung der Flächen "A" und "B" des geschmolzenen Randab schnitts 15 unterteilt durch eine Grenzlinie 105 zwischen den überlappten ersten und zweiten Teilen 11 und 12.

In Übereinstimmung mit der vorstehend erläuterten Überlap pungsstoß-Schweißanordnung gemäß der ersten Ausführungsform ist die Außenseite des ersten Teils 11 gleichmäßig gekrümmt und mit der Außenseite des zweiten Teils 12 durch Bereitstel len des geschmolzenen Endabschnitts 15 verbunden, der eine vordere Endseite 151 aufweist, die unter einem stumpfen Win kel α größer als 90° in bezug auf die nackte Außenseite des zweiten Teils 12 schräg verläuft, wie in Fig. 1 gezeigt.

Die Überlappungsstoß-Schweißanordnung gemäß der ersten Aus führungsform verursacht keinen Riß oder Ausschnitt am vorde ren Rand des geschmolzenen Randabschnitts 15. Es ist deshalb möglich, zu verhindern, daß die vordere Endseite des ersten Teils 11 in dem Überlappungsabschnitt 10 einer konzentrierten Spannung unterworfen wird.

Außerdem weist der geschmolzene Randabschnitt 15 mit der Ver dünnungsrate "S" = 35% eine relativ hohe Zähigkeit bzw. Fe stigkeit auf, die es gestattet, sämtliche Probleme zu vermei den, die aus Rissen herrühren, die in den geschweißten Ab schnitten in den herkömmlichen Schweißanordnungen auftreten.

Das Preßeinpassen des runden Stabkörpers des zweiten Teils 12 in die zylindrische Bohrung des ersten Teils 11 dient außer dem dazu, zu verhindern, daß ein bestimmter Abschnitt einer konzentrierten Spannung unterworfen bzw. ausgesetzt wird. Dies ergibt eine Schweißstruktur mit hervorragender Ermü dungsfestigkeit.

Fig. 6 bis 8 zeigen eine Überlappungsstoß-Schweißanordnung und ein diesbezügliches Schweißverfahren in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ein erstes Teil 21 weist, wie in Fig. 6A gezeigt, einen durchmessergrößeren Abschnitt 211 und einen durchmesserklei neren Abschnitt 212 auf. Außerdem weist das erste Teil 21 eine sich axial erstreckende zylindrische Bohrung (d. h. ein Durchgangsloch) 210 auf. Eine Ringrippe 214 steht in radialer Einwärtsrichtung von der inneren Zylinderwand der Zylinder bohrung 210 vor.

Ein zweites Teil 22 weist, wie in Fig. 6B gezeigt, einen mas siven durchmessergrößeren Abschnitt 221 und einen durchmes serkleineren Abschnitt 222 auf. Ein Außendurchmesser des durchmesserkleineren Abschnitt 222 ist im wesentlichen gleich einem Innendurchmesser des Innendurchmessers der Zylinderboh rung 210 des ersten Teils 21. Der durchmesserkleinere Ab schnitt 222 ist in die zylindrische Bohrung 210 des ersten Teils 21 preßeingepaßt.

Beim Verschweißen des ersten Teils 21 mit dem zweiten Teil 22 wird der durchmesserkleinere Abschnitt 222 in die zylindri sche Bohrung 210 des ersten Teils 21 preßeingepaßt. Eine di stale Endfläche 223 des durchmesserkleineren Abschnitts 222 wird in Kontakt mit der Ringrippe 214 gebracht. Fig. 7 zeigt den Überlappungsabschnitt 10, gebildet durch Koppeln des er sten Teils 22 in das erste Teil 21.

Fig. 8 zeigt den geschmolzenen Randabschnitt 15, der durch Strahlen des Laserstrahls 8 auf die äußere Zylinderfläche 217 des ersten Teils 21 in derselben Weise gebildet wird wie bei der ersten Ausführungsform.

In Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform wird das zweite Teil 22 in Kontakt mit der Ringrippe 214 gebracht. Diese Anordnung dient dazu, die Spannung zu mildern oder zu beseitigen, die in einer Druckrichtung bzw. Kompressionsrich tung zwischen dem ersten Teil 21 und dem zweiten Teil 22 wirkt.

Im folgenden wird eine mögliche Modifikation erläutert. An statt den in der Tabelle 1 gezeigten Legierungsstahl der Ni-Gruppe zu verwenden, kann das erste Teil 21 oder 22 aus einem Edelstahl der Ferritgruppe hergestellt werden. In diesem Fall ist eine bevorzugte Verdünnungsrate "S" geringer als 30%. Die Tabelle 3 zeigt die chemischen Bestandteile (in Gew.-%) des Edelstahls der Ferritgruppe.

Tabelle 3

Die Formen der ersten und zweiten Teile sind nicht auf die runden oder zylindrischen Körper beschränkt und können des halb in verschiedene Formen, wie etwa rechteckige Körper kon figuriert werden.

Im folgenden werden charakteristische Merkmale der ersten und zweiten Ausführungsformen erläutert.

Wie aus der vorstehend angeführten Erläuterung hervorgeht, stellen die vorstehend genannten ersten und zweiten Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung eine Überlappungsstoß- Schweißstruktur bereit, welche das erste Teil 11; 21 und das zweite Teil 12; 22 umfaßt, die Endabschnitte aufweisen, die durch Schweißen überlappt und durch Schweißen fixiert sind, und zwar an einem vorbestimmten Überlappungsabschnitt 10. Der geschmolzene Randabschnitt 15 ist am Überlappungsabschnitt 10 als geschmolzener und gehärteter Abschnitt gebildet, der in das erste Teil 11; 21 und das zweite Teil 12; 22 übergeht. Die vordere Endseite 151 des geschmolzenen Randabschnitts 15 verläuft unter einem stumpfen Winkel α größer als 90° in be zug auf die nackte Außenseite des zweiten Teils 12; 22 schräg, die nicht mit dem ersten Teil 11; 21 überlappt ist.

In Übereinstimmung mit dieser Anordnung ist es möglich, den geschmolzenen Randabschnitt 15 unterschiedlich von der her kömmlichen Kehle zu bilden, die rechtwinklig entlang den Grenzen zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil vorge sehen ist (siehe veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. Kokai 60-60175), und außerdem unterschiedlich von der herkömmlichen Schweißstruktur unter Verwendung eines soge nannten Schweißstabs oder einer -elektrode. Der geschmolzene Randabschnitt 15 gemäß der vorliegenden Erfindung erbringt eine erhöhte Schweißfestigkeit und einen gleichmäßig gekrümm ten Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil. Der stumpfe Schrägwinkel α der vorderen End seite 151 des geschmolzenen Randabschnitts 15 dient dazu, zu verhindern, daß ein bestimmter Abschnitt einer konzentrierten Spannung ausgesetzt wird.

Das zweite Teil 12; 22 weist einen Stabkörper auf, der in die Bohrung 110; 210 des ersten Teils 11; 21 eingesetzt ist. Das erste Teil 21 weist die Rippe 214 auf, die in Kontakt mit dem zweiten Teil 22 gebracht ist. Das Bereitstellen der Rippe 214 dient dazu, eine Spannung zu mäßigen oder zu beseitigen, die in der Druck- bzw. Kompressionsrichtung zwischen dem ersten Teil 21 und dem zweiten Teil 22 wirkt.

Das Preßeinpassen des runden Stabkörpers des zweiten Teils 12 in die zylindrische Bohrung des ersten Teils 11 dient dazu, zu verhindern, daß ein bestimmter Abschnitt einer konzen trierten Spannung ausgesetzt wird. Dies erbringt eine Schweißstruktur mit hervorragender Ermüdungsfestigkeit.

Bei dem ersten Teil handelt es sich um einen Legierungsstahl der Ni-Gruppe umfassend die Bestandteile (in Gew.-%) C(≦0,05), Si(≦0,30), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03), Ni(40,00∼50,00) und Fe(Rest). Bei dem zweiten Teil handelt es sich um einen Edel stahl der Martensit-Gruppe, umfassend die Bestandteile (in Gew.-%) C(≦1,20), Si(≦1,00), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03), Cr(≦18,00) und Fe(Rest). Die Verdünnungsrate S=B/(A+B) ist gleich oder kleiner als 45%, wobei "A" die Querschnittsfläche des geschmolzenen Randabschnitt 15 bezeichnet, die in das er ste Teil 11; 21 übergeht, und wobei "B" die Querschnittsflä che des geschmolzenen Randabschnitts 15 bezeichnet, die in das zweite Teil 12; 22 übergeht.

Alternativ handelt es sich bei dem ersten Teil um einen Edel stahl der Ferritgruppe, umfassend die Bestandteile (in Gew.-%) C(≦0,12), Si(≦3,00), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03), Cr(≦20,00), Al(≦5,00) und Fe(Rest). Bei dem zweiten Teil han delt es sich um einen Edelstahl der Martensit-Gruppe, umfas send die Bestandteile (in Gew.-%) C(≦1,20), Si(≦1,00), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03), Cr(≦18,00) und Fe(Rest). In diesem Fall ist die Verdünnungsrate S=B/(A+B) gleich oder kleiner als 30%.

Durch Verwenden der vorstehend erläuterten Stähle für die er sten und zweiten Teile ist es möglich, eine erhöhte Robust heit bzw. Beständigkeit gegenüber Ermüdung bereitzustellen.

Die Beschränkungen der jeweiligen chemischen Bestandteile, die in den ersten und zweiten Teilen enthalten sind, bestehen aus den folgenden Gründen.

<1< Legierungsstahl der Nickel-Gruppe für das erste Teil:
C(≦0,05) Der Bestandteil "C" wird zugesetzt, um eine ausreichende Materialfestigkeit aufrecht zu erhalten. Wenn der Gewichtsanteil von "C" 0,05% übersteigt, werden die magnetischen Eigenschaften beeinträchtigt.

Si(≦3,00) Der Bestandteil "Si" wird als Desoxidator und als Anreicherungselement zugesetzt. Wenn der Ge wichtsanteil von "Si" 0,30% übersteigt, wird das Material brüchig.

Mn(≦1,25) Der Bestandteil "Mn" wird als Desoxidator element zugesetzt, das bei der Herstellung des Stahls verwendet wird. Wenn der Gewichtsanteil von "Mn" 1,25% übersteigt, wird die Verarbeitbarkeit beeinträchtigt.

P(≦0,04) Der Bestandteil "P" wird zugesetzt, um die Rißempfindlichkeit zu erhöhen. Wenn der Gewichtsanteil von "P" 0,04% übersteigt, wird die Schweißbarkeit beein trächtigt.

S(≦0,03) Der Bestandteil "S" wird zugesetzt, um die Viskosität des geschmolzenen Metalls zu verringern und die Rißempfindlichkeit zu erhöhen. Wenn der Gewichtsan teil von "S" 0,03% übersteigt, wird die Schweißbarkeit beeinträchtigt.

Ni(40,00∼50,00) Der Bestandteil "Ni" wird dem Hauptbe standteil zugesetzt und ist notwendig, die Korrosionsbe ständigkeit und die magnetischen Eigenschaften zu verbes sern. Wenn der Gewichtsanteil von "Ni" geringer als 40% oder größer als 50% ist, werden sowohl die Korrosionsbe ständigkeit wie die magnetischen Eigenschaften beein trächtigt.

<2< Edelstahl der Martensit-Gruppe für das erste Teil:
C(≦1,20) Der Bestandteil "C" wird zugesetzt, um eine ausreichende Materialfestigkeit und Härte aufrecht zu er halten. Wenn der Gewichtsanteil von "C" 1,20% übersteigt, werden sowohl die Schweißbarkeit wie die Korrosionsbe ständigkeit beeinträchtigt.

Si(≦1,00) Der Bestandteil "Si" wird als Desoxidator sowie als Anreicherungselement zugesetzt. Wenn der Ge wichtsanteil von "Si" 1,0% übersteigt, wird das Material brüchig.

Mn(≦1,25) Der Bestandteil "Mn" wird als Desoxidator element zugesetzt, das bei der Herstellung von Stahl ver wendet wird. Wenn der Gewichtsanteil von "Mn" 1,25% über steigt, wird die Verarbeitbarkeit beeinträchtigt.

Cr(≦18,00) Der Bestandteil "Cr" wird zugesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhalten. Wenn der Gewichtsan teil von "Cr" 18,00% übersteigt, wird das Material brü chig.

<3< Edelstahl der Ferritgruppe für das erste Teil:
C(≦0,12) Der Bestandteil "C" wird zugesetzt, um eine ausreichende Materialfestigkeit beizubehalten. Wenn der Gewichtsanteil von "C" 0,12% übersteigt, werden sowohl die Verarbeitbarkeit wie die magnetischen Eigenschaften beeinträchtigt.

Si(≦3,00) Der Bestandteil "Si" wird zugesetzt, um die magnetische Permeabilität zu verbessern. Wenn der Ge wichtsanteil von "Si" 3,00% übersteigt, wird das Material brüchig.

Cr(≦20,00) Der Bestandteil "Cr" wird zugesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen. Wenn der Ge wichtsanteil von "Cr" 20,00% übersteigt, wird das Mate rial brüchig und die Kaltverarbeitbarkeit wird beein trächtigt. Außerdem werden die Kosten erhöht.

Al(≦5,00) Der Bestandteil "Al" wird zugesetzt, um den magnetischen spezifischen Widerstand zu erhöhen. Wenn der Gewichtsanteil von "Al" 5,00% übersteigt, wird die Verar beitbarkeit beeinträchtigt.

Unter Berücksichtigung der Beschränkung der Verdünnungsrate "S" wird der geschmolzene Randabschnitt brüchig, wenn "S" den vorgenannten Wert übersteigt, und zwar in jedem Fall.

Der geschmolzene Randabschnitt 15 wird am Überlappungsab schnitt 10 gebildet durch Strahlen bzw. Ausstrahlen eines Schweißstrahls 8, wie etwa eines Laserstrahls, eines Elektro nenstrahls oder eines Lichtbogenstrahls auf die Außenfläche bzw. Außenseite 117, 217 des Überlappungsabschnitts 10. Die Verwendung dieser Art eines Schweißstrahls ist einfach, um die Bestrahlungsposition auf der Außenseite des Überlappungs bereichs zu kontrollieren bzw. zu steuern.

Die ersten und zweiten Ausführungsformen gemäß der vorliegen den Erfindung stellen das Schweißverfahren zum Ausbilden der Überlappungsstoß-Schweißstruktur außerdem bereit. Das Schweißverfahren umfaßt die folgenden Schritte. In einem er sten Schritt wird der Überlappungsabschnitt 10 durch Überlap pen der Endabschnitte des ersten Teils 11; 21 mit dem zweiten Teil 12; 22 gebildet. In einem zweiten Schritt wird der Schweißstrahl 8 zu einem vorbestimmten Bestrahlungspunkt auf der Außenseite 117, 217 des Überlappungsabschnitts 10 ver setzt bzw. verschoben von der Endfläche bzw. -seite 116 aus gestrahlt. In einem dritten Schritt wird der geschmolzene Randabschnitt 15 am Überlappungsabschnitt 10 gebildet, und zwar als geschmolzener und gehärteter Abschnitt, der in das erste Teil 11; 21 und das zweite Teil 12; 22 übergeht.

Zum Ausbilden des Überlappungsabschnitts 10 wird der Stabkör per des zweiten Teils 12; 22 in die Bohrung 110; 210 des er sten Teils 11; 21 durch Preßeinsetzen eingesetzt bzw. einge führt. Die distale Endfläche 223 des zweiten Teils 22 wird in Kontakt mit der Rippe 214 gebracht, die in der Bohrung 210 des ersten Teils 21 gebildet ist.

Die Ausstrahlung des Schweißstrahls 8 wird entlang dem gesam ten zylindrischen Umfang des Überlappungsabschnitts 10 derart durchgeführt, daß die vordere Endseite bzw. Stirnfläche 151 des geschmolzenen Randabschnitts 15 unter einem stumpfen Win kel α größer als 90° in bezug auf die nackte Außenseite des zweiten Teils 12; 22 schräg verläuft, welche durch das erste Teil 11; 21 nicht überlappt ist.

Fig. 9A, 9B und 10∼12 zeigen eine Überlappungsstoß-Schweiß anordnung und ein diesbezügliches Schweißverfahren in Über einstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung.

Eine Überlappungsstoß-Anordnung 308 gemäß der dritten Ausfüh rungsform umfaßt wie in den Fig. 9A, 9B und 10∼11 gezeigt, ein erstes Teil 302 und ein zweites Teil 303. Das erste Teil 302 weist einen zylindrischen Körper mit einem Kopfabschnitt 321 und einem Schaftabschnitt 322 auf, die integral miteinan der gebildet sind. Ein zylindrisches Durchgangsloch 323 er streckt sich vollständig in axialer Richtung des ersten Teils 302. Das zweite Teil 303 weist einen Rohrkörper mit einem Durchgangsloch 230 auf. Der Außendurchmesser des zweiten Teils 303 ist im wesentlichen identisch zum Innendurchmesser des Durchgangslochs 323 des ersten Teils 302. Das zweite Teil 303 wird in das Durchgangsloch 323 des ersten Teils 302 preßeingesetzt, um einen Überlappungsabschnitt 310 zu bilden, wo das erste Teil 302 und das zweite Teil 303 überlappen.

Wie in Fig. 9A gezeigt, wird die Ausstrahlung eines Laser strahls 307 mit einer Leistung von 380W mit einer Geschwin digkeit von 25 mm/s entlang dem gesamten zylindrischen Umfang des Überlappungsabschnitts 310 durchgeführt, d. h. entlang der Außenfläche des Schaftabschnitts 322 des zweiten Teils 302. Dies führt dazu, daß das erste Teil 302 und das zweite Teil 303 miteinander verschmelzen. Das Abkühlen des geschweißten Abschnitts hinterläßt einen ausgehärteten geschmolzenen Ab schnitt 301. Der geschmolzene Abschnitt 301 geht in die über lappten Bereiche des ersten Teils 302 und des zweiten Teils 303 über, wie in Fig. 10 und 12 gezeigt.

Das erste Teil 302 besteht aus einem magnetischen Material, wie etwa Siliziumstahl, Legierungsstahl der Ni-Gruppe oder einem Ferrit-Edelstahl.

Tabelle 4 zeigt die chemischen Bestandteile (in Gew.-%) eines bevorzugten Siliziumstahls für das erste Teil 302.

Tabelle 4

Die Tabellen 1 und 3, die im Zusammenhang mit den vorstehend genannten ersten und zweiten Ausführungsformen erläutert sind, zeigen die chemischen Bestandteile des bevorzugten Le gierungsstahls der Ni-Gruppe und des Ferrit-Edelstahls für das erste Teil 302.

Das zweite Teil 303 besteht aus einem verschleißbeständigen Metallmaterial, wie etwa einem Legierungswerkzeugstahl, einem Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl bzw. einem Edelstahl der Martensit-Gruppe.

Die Tabelle 5 zeigt die chemischen Bestandteile (in Gew.-%) eines bevorzugten Legierungswerkzeugstahls für das zweite Teil 303.

Tabelle 5

Tabelle 6 zeigt die chemischen Bestandteile (in Gew.-%) eines bevorzugten Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahls für das zweite Teil 303.

Tabelle 6

Tabelle 2, die im Zusammenhang mit der vorstehend genannten ersten Ausführungsform erläutert ist, zeigt die chemischen Bestandteile des bevorzugten Edelstahls der Martensit-Gruppe für das zweite Teil 303.

Eine Verdünnungsrate "S" des geschmolzenen Abschnitts 301 liegt im Bereich von 15% bis 45%. Beispielsweise ist die Ver dünnungsrate "S" auf 35% eingestellt, wenn das erste Teil 302 aus dem Siliziums-Stahl der Tabelle 4 besteht, und wenn das zweite Teil 303 aus dem Legierungswerkzeugstahl von Tabelle 5 besteht.

Was die detaillierten Abmessungen des ersten Teils 302 be trifft, hat der Kopfabschnitt 321 einen Durchmesser von 22 mm und eine axiale Länge von 6,2 mm. Der Schaftabschnitt 322 hat einen Außendurchmesser von 8 mm, eine Dicke "t" von 0,6 mm und eine axiale Länge von 3 mm. Das zweite Teil 303 hat einen Durchmesser von 6,5 mm, eine Dicke von 3 mm und eine axiale Länge von 20 mm.

Die Überlappungsstoß-Schweißanordnung gemäß der dritten Aus führungsform wird bevorzugt für ein Betätigungsventil verwen det, das in einer Kraftstoffeinspritzdüse eines Verbrennungs motors eingebaut ist. Diese Art eines Betätigungsventils sieht eine elektromagnetische Ein-Ausschaltsteuerung vor.

Als nächstes werden die Funktionen und Wirkungen der dritten Ausführungsform erläutert.

Zunächst wird das zweite Teil 303 in das Durchgangsloch 323 des ersten Teils 302 eingeführt. Daraufhin wird die Bestrah lung bzw. Ausstrahlung des Laserstrahl 307 entlang dem gesam ten zylindrischen Umfang der Außenfläche des Schaftabschnitts 322 durchgeführt. Das erste Teil 302 und das zweite Teil 303 verschmelzen miteinander durch dieses Laserschweißen. Darauf hin wird der lasergeschweißte Abschnitt abgekühlt, um auszu härten, wobei der geschmolzene Abschnitt 301 verbleibt, der in die überlappten Bereiche des ersten Teils 302 und des zweiten Teils 303 übergeht. Während des Abkühlvorgangs wird das zweite Teil 302 einer Druck- bzw. Kompressionskraft aus gesetzt, die in radialer Richtung in Richtung auf sein Zen trum einwirkt. Der Rohrkörper 303 absorbiert diese Druck kraft. Die Korngrenze der gewonnenen Metallkristalle ist stark. Es liegt keine Abscheidung von Verunreinigungselemen ten vor. Der geschmolzene Abschnitt 301 ist frei von Rissen.

Da der Rohrkörper des zweiten Teils 303 aus dem verschleißfe sten Metallmaterial hergestellt ist, weist die Überlappungs stoß-Schweißanordnung 308 gemäß der dritten Ausführungsform eine hervorragende Festigkeit gegenüber Verschleiß und Abrieb auf, wenn sie in einer Kraftstoffeinspritzdüse verwendet wird.

Vergleichsbeispiel 1

Fig. 13 und 14 zeigen eine Vergleichsschweißanordnung. Das Ausstrahlen des Laserstrahls 302 wird entlang einem Kreis mit einem vorbestimmten Durchmesser auf einem kreisförmigen fla chen Abschnitt 329 des Kopfabschnitts 321 des ersten Teils 302 durchgeführt. Der kreisförmige flache Abschnitt 329 und das zweite Teil 303 verschmelzen miteinander infolge des La serschweißens und härtet daraufhin aus. Der kreisförmige fla che Abschnitt 329 weist eine Dicke von 0,6 mm auf. Das zweite Teil 303 besitzt einen massiven zylindrischen Körper. Der Rest der Anordnung ist im wesentlichen identisch zu derjeni gen der dritten Ausführungsform.

Vergleichsbeispiel 2

Fig. 15 und 16 zeigen eine weitere Vergleichsschweißanord nung. Das zweite Teil 303 erstreckt sich über das Durchgangs loch 323 des ersten Teils 302. Die obere Endfläche des zwei ten Teils 303, die aus dem Durchgangsloch 323 freiliegt, ist mit dem flachen Ringabschnitt des Kopfabschnitts 321 bündig. Die Bestrahlung des Laserstrahls 307 wird entlang der kreis förmigen Grenze zwischen dem flachen Ringabschnitt 329 des Kopfabschnitts 321 und dem zweiten Teil 303 angewendet. Der Rest der Anordnung ist im wesentlichen identisch zu derjeni gen gemäß der dritten Ausführungsform.

Experiment 1

Fig. 17 zeigt das Ergebnis eines Experiments, das durchge führt wurde, um die Schweißfestigkeit bzw. -stärke der Schweißanordnung in sowohl der dritten Ausführungsform wie dem Vergleichsbeispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 2 zu er mitteln.

Wie aus Fig. 17 hervorgeht, erzielt die dritte Ausführungs form einen zufriedenstellenden geschmolzenen Abschnitt 301 mit einer Schweißfestigkeit von 500 kgf, und sie verursacht keine Rißbildung, wenn die Laserenergie sich in einem weiten Bereich von 270 W bis 450 W befindet. Die Schweißfestigkeit ist nicht zufriedenstellend, wenn die Laserenergie geringer als 270 W ist, während eine Neigung besteht, daß ein Riß in dem geschmolzenen Abschnitt erzeugt wird, wenn die Laserener gie 450 W übersteigt.

Andererseits erzielen die Vergleichsbeispiele 1 und 2 zufrie denstellende geschmolzene Abschnitte äquivalent zu denjenigen der dritten Ausführungsform, wenn die Laserenergie sich in relativ schmalen Bereichen von 270∼375 W und 270∼315 W befin den.

Es wird angenommen, daß beide Vergleichsbeispiele 1 und 2 aufgrund einer Spannung Risse verursachen, welche auf den Verbindungsabschnitt einwirken, oder aufgrund des Einflusses der Zusammensetzungen des geschmolzenen Abschnitts.

Experiment 2

Ein weiteres Experiment wurde durchgeführt, um die Beziehung zwischen der Verdünnungsrate "S" und der Natur des geschmol zenen Abschnitts zu ermitteln, der in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform gebildet wurde. Fig. 18 zeigt den ge schmolzenen Abschnitt 301, der gebildet wird, wenn die Ver dünnungsrate "S" 10% beträgt. In diesem Fall ist der Übergang des geschmolzenen Abschnitts 301 in das zweite Teil 303 nicht zufriedenstellend. Die Schweißfestigkeit ist deshalb unzurei chend. Fig. 19 zeigt den geschmolzenen Abschnitt 301, der ge bildet wird, wenn die Verdünnungsrate "S" 35% beträgt. In diesem Fall ist der Übergang des geschmolzenen Abschnitts 301 in das zweite Teil 303 zufriedenstellend. Die Schweißfestig keit ist deshalb adäquat. Fig. 20 zeigt den geschmolzenen Ab schnitt 301, der gebildet wird, wenn die Verdünnungsrate "S" größer als 45% ist. In diesem Fall ist der Übergang des ge schmolzenen Abschnitts 301 in das zweite Teil 303 viel zu tief. Dies verursacht unerwünschte Risse 395 in dem geschmol zenen Abschnitt 301.

Experiment 3

Fig. 21 zeigt die Beziehung zwischen der Laserenergie und der Verdünnungsrate "S" des geschmolzenen Abschnitt 301, experi mentell gewonnen von der Schweißanordnung gemäß der dritten Ausführungsform durch Variieren der Laserausgangsleistung so wie der Dicke des Schaftabschnitts 322, wenn der Schaftab schnitt 322 sich mit einer Geschwindigkeit bzw. Drehzahl von 22 mm/s dreht.

Wie aus Fig. 21 hervorgeht, erzielt die dritte Ausführungs form einen zufriedenstellenden geschmolzenen Abschnitt in einem weiten Bereich der Laserenergie ohne Verursachung eines Risses oder eines Spritzers, wenn die Verdünnungsrate "S" sich im Bereich von 15∼45% befindet. Betreffend die Beziehung zwischen der Schaftdicke "t" und der Verdünnungsrate "S" ver ursacht eine 45% übersteigende Verdünnungsrate einen Riß. Wenn die Grenze bzw. Beschränkung der Schweißfestigkeit nied riger als 500 kgf ist, kann ein zufriedenstellender geschmol zener Abschnitt selbst dann gebildet werden, wenn die Verdün nungsrate "S" geringer als 15% ist.

Wie aus der vorstehend angeführten Beschreibung hervorgeht, stellt die vorstehend genannte dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ein Schweißverfahren und eine Überlappungsstoß-Schweißstruktur zum Verbinden des ersten Teils 302 mit dem zweiten Teil 303 bereit. Das erste Teil weist den Kopfabschnitt 321, den Schaftabschnitt 322 und das Loch 323 auf, das sich in dem Kopfabschnitt 321 und dem Schaftabschnitt 322 erstreckt. Beim Schweißvorgang wird der Überlappungsabschnitt 310 durch Einführen des zweiten Teils 303 in das Loch 323 des ersten Teils 302 gebildet, um den Überlappungsabschnitt 310 zu bilden. Daraufhin wird der Schweißstrahl 307 an den vorbestimmten Bestrahlungspunkt auf der Außenfläche des Schaftteils 322 des Überlappungsab schnitts 310 ausgestrahlt. Daraufhin wird der geschmolzene Abschnitt 301 entlang einem Umfang des Überlappungsabschnitts 310 als geschmolzener und ausgehärteter Abschnitt ausgebil det, der in das erste Teil 302 und das zweite Teil 303 über geht.

Wie in Fig. 9B gezeigt, wird der geschmolzene Abschnitt 301 einer Zugspannung ausgesetzt, und zwar durch Einwirken in einer Umfangsrichtung "C" sowie in einer axialen Richtung "D". In Übereinstimmung mit der Schweißstruktur, die durch das vorstehend erläuterte Schweißverfahren verwirklicht ist, kann jedoch die Zugspannung, die in der Umfangsrichtung "C" einwirkt, durch den Schaftabschnitt 322 absorbiert werden, der in der radialen Richtung sich zusammenzieht. Das Zusam menziehen des Schaftabschnitts 322 verursacht eine Festleg kraft zum festen Halten des Rohrkörpers des zweiten Teils 302, welches in das Loch 323 des ersten Teils 302 eingesetzt ist. Mit anderen Worten sind der Schaftabschnitt 322 und das zweite Teil 303 an einer anderen Kontaktfläche als dem ge schmolzenen Abschnitt 301 festsitzend festgelegt. Die in der axialen Richtung "D" einwirkende Zugspannung kann deshalb durch den sich vom geschmolzenen Abschnitt 301 unterscheiden den Abschnitt wirksam absorbiert werden. Dies verhindert signifikant, daß der geschmolzene Abschnitt 301 einer konzen trierten Spannung ausgesetzt wird.

In Übereinstimmung mit dem Schweißverfahren gemäß der dritten Ausführungsform ist die Korngrenze der gebildeten Metallkri stalle außerdem stark. Es liegt keine Abscheidung von Verun reinigungselemente vor. Der geschmolzene Abschnitt 301 ist deshalb frei von Rissen. Ein weiter Laserenergiebereich kann eingesetzt werden, um den geschmolzenen Abschnitt 301 in der vorstehend erläuterten Weise auszubilden.

Das erste Teil 302 ist aus dem Magnetmaterial hergestellt, daß zumindest einen Stahl umfaßt, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus dem Silizium-Stahl (Tabelle 4), dem Legie rungsstahl der Ni-Gruppe (Tabelle 1) und dem Ferrit-Edelstahl (Tabelle 3) besteht.

Das zweite Teil 303 besteht aus einem verschleißfesten Me tallmaterial umfassend zumindest einen Stahl, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus dem Legierungsstahl (Tabelle 5), dem Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl (Tabelle 6) und dem Edelstahl der Martensit-Gruppe (Tabelle 2) besteht.

In Übereinstimmung mit dieser Anordnung kann die resultie rende Überlappungsfuge bzw. -naht bzw. -verbindung als magne tisch kontrolliertes Stück oder Teil verwendet werden, wenn das erste Teil 302 aus dem Magnetmaterial besteht. Die resul tierende Überlappungsverbindung weist außerdem eine hervorra gende Festigkeit gegenüber Verschleiß und Abrieb auf, da das zweite Teil 303 aus dem verschleißfesten Metallmaterial be steht.

Die Verdünnungsrate S=B/(A+B) liegt im Bereich von 15 bis 45%, wobei "A" eine Querschnittsfläche des geschmolzenen Ab schnitts 301 bezeichnet, die in das erste Teil 302 übergeht, und wobei "B" eine Querschnittsfläche des geschmolzenen Ab schnitt 301 bezeichnet, die in das zweite Teil 303, wie in Fig. 12 gezeigt, übergeht.

Wenn die Verdünnungsrate "S" sich im vorstehend erläuterten Bereich befindet, geht der geschmolzene Abschnitt 301 in das erste Teil 302 und das zweite Teil 303 mit ausreichender Tiefe über. Wenn die Verdünnungsrate "S" geringer als 15% ist, ist die Schweißstärke bzw. -festigkeit des geschmolzenen Abschnitts 301 unzureichend. Wenn die Verdünnungsrate "S" größer als 45% ist, besteht die Möglichkeit bzw. Gefahr, daß in dem geschmolzenen Abschnitt 301 Risse ausgebildet werden.

Die Verdünnungsrate "S" kann durch Einstellen der Energie des Laserstrahls 307 oder durch Variieren der Dicke "t" des Schaftabschnitts 322 kontrolliert bzw. gesteuert werden.

Wenn eine erforderliche Schweißstärke bzw. -festigkeit 500 kgf beträgt, ist es bevorzugt, daß die Dicke "t" des Schaftabschnitts 322 im Bereich von 0,4 mm bis 0,8 mm liegt, um eine ausreichende Schweißfestigkeit zu erzielen. Wenn die Dicke "t" geringer als 0,4 mm ist, kann der Schaftabschnitt 322 einen Riß aufgrund mechanischer Schwäche verursachen, und zwar infolge einer dünnen Plattendicke desselben. Wenn die Dicke "t" größer als 0,8 mm ist, erfordert dies eine über mäßig hohe Laserenergie, die zu einer Wärmeverzerrung führen kann.

Diese Erfindung kann in unterschiedlichen Ausführungsformen verkörpert sein, die sämtliche unter den Schutzumfang der Er findung fallen. Die vorstehend erläuterten aktuellen Ausfüh rungsformen dienen deshalb lediglich der Beschreibung der Er findung und sind in keinster Weise für diese beschränkend. Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung fallen in den Um fang der anliegenden Ansprüche.

Claims

1. Überlappungsstoß-Schweißstruktur umfassend ein erstes Teil (11; 21) und ein zweites Teil (12; 22) mit über lappten Endabschnitten, die durch Schweißen an einem vorbestimmten Überlappungsabschnitt (10) fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschmolzener Randab schnitt (15) an dem Überlappungsabschnitt (10) als ge schmolzener und ausgehärteter Abschnitt gebildet ist, der in das erste Teil (11; 21) und das zweite Teil (12; 22) übergeht, und
eine vordere Endseite (151) des geschmolzenen Randab schnitts (15) schräg unter einem stumpfen Winkel (α) größer als 90° in bezug auf eine nackte Außenseite des zweiten Teils (12; 22) verläuft, die nicht durch das erste Teil (11; 21) überlappt ist.

2. Überlappungsstoß-Schweißstruktur nach Anspruch 1, wobei das zweite Teil (12; 22) einen Stabkörper aufweist, der in eine Bohrung (110; 210) des ersten Teils (11; 21) eingesetzt ist.

3. Überlappungsstoß-Schweißstruktur nach Anspruch 2, wobei das erste Teil (21) eine Rippe (211) aufweist, die in Kontakt mit dem zweiten Teil (22) gebracht ist.

4. Überlappungsstoß-Schweißstruktur nach einem der Ansprü che 1 bis 3, wobei das erste Teil ein Legierungsstahl der Ni-Gruppe ist, umfassend die Bestandteile (in Gew.-%) C(≦0,05), Si(≦0,30), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03) und Ni(40,00∼50,00),
das zweite Teil ein Edelstahl der Martensit-Gruppe ist, umfassend die Bestandteile (in Gew.-%) C(≦1,20), Si(≦1,00), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03) und Cr(≦18,00), und
eine Verdünnungsrate S=B/(A+B) gleich oder kleiner als 45% ist, wobei "A" eine Querschnittsfläche des ge schmolzenen Randabschnitts (15) bezeichnet, die in das erste Teil (11; 21) übergeht, und "B" eine Quer schnittsfläche des geschmolzenen Randabschnitts (15) bezeichnet, die in das zweite Teil (12; 22) übergeht.

5. Überlappungsstoß-Schweißstruktur nach einem der Ansprü che 1 bis 3, wobei
das erste Teil ein Edelstahl der Ferritgruppe ist, der die Bestandteile (in Gew.-%) C(≦0,12), Si(≦3,00), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03), Cr(≦20,00) und Al(≦5,00) umfaßt,
das zweite Teil ein Edelstahl der Martensit-Gruppe ist, der die Bestandteile (in Gew.-%) C(≦0,12), Si(≦1,00), Mn(≦1,25), P(≦0,04), S(≦0,03) und Cr(≦18,00) umfaßt, und
eine Verdünnungsrate S=B/(A+B) gleich oder kleiner als 30% ist, wobei "A" eine Querschnittsfläche des ge schmolzenen Randabschnitt (15) bezeichnet, die in das erste Teil (11; 21) übergeht, und "B" eine Quer schnittsfläche des geschmolzenen Randabschnitts (15) bezeichnet, die in das zweite Teil (12; 22) übergeht.

6. Überlappungsstoß-Schweißstruktur nach einem der Ansprü che 1 bis 5, wobei der geschmolzene Randabschnitt (15) an dem Überlappungsabschnitt (10) durch Strahlen eines Laserstrahls (8) auf eine Außenfläche bzw. -seite (117, 217) des Überlappungsabschnitt (10) gebildet ist.

7. Schweißverfahren zum Ausbilden einer Überlappungsstoß- Schweißstruktur zum Verbinden eines ersten Teils (11; 21) mit einem zweiten Teil (12; 22),
gekennzeichnet durch die Schritte:
Ausbilden eines Überlappungsabschnitts (10) durch Über lappen von Endabschnitten des ersten Teils (11; 21) und des zweiten Teils (12; 22),
Ausstrahlen eines Schweißstrahls (8) zu einem vorbe stimmten Bestrahlungspunkt auf einer Außenfläche bzw. -seite (117; 217) des Überlappungsabschnitts (10) ver setzt von einer Endseite bzw. -fläche (116) des Über lappungsabschnitts (10), und
Ausbilden eines geschmolzenen Randabschnitts (15) ent lang einem Außenrand des Überlappungsabschnitts (10) als geschmolzenen und ausgehärteten Abschnitt, der in das erste Teil (11; 21) und das zweite Teil (12; 22) übergeht.

8. Überlappungsstoß-Schweißverfahren nach Anspruch 7, wo bei ein Stabkörper des zweiten Teils (12; 22) in eine Bohrung (110; 210) des ersten Teils (11; 21) eingesetzt wird, um den Überlappungsabschnitt (10) zu bilden.

9. Überlappungsstoß-Schweißverfahren nach Anspruch 8, wo bei eine distale Endfläche (223) des zweiten Teils (22) in Kontakt mit einer Rippe (214) gebracht wird, die in der Bohrung (210) des ersten Teils (21) gebildet ist.

10. Überlappungsstoß-Schweißverfahren nach Anspruch 7, wo bei die Ausstrahlung des Schweißstrahls (8) entlang dem gesamten Umfang des Überlappungsabschnitts (10) derart durchgeführt wird, daß eine vordere Endseite bzw. -fläche (151) des geschmolzenen Randabschnitts (15) schräg unter einem stumpfen Winkel (α) größer als 90° in bezug auf die nackte Außenfläche bzw. -seite des zweiten Teils (12; 22) verläuft, die nicht mit dem ersten Teil (11; 21) überlappt ist.

11. Schweißverfahren zum Ausbilden einer Überlappungsstoß- Schweißstruktur zum Verbinden eines ersten Teils (302) und eines zweiten Teils (303), wobei das erste Teil einen Kopfabschnitt (321), einen Schaftabschnitt (322) und ein Loch (323) aufweist, das sich in dem Kopfab schnitt (321) und dem Schaftabschnitt (322) erstreckt, wobei das Schweißverfahren durch die Schritte gekenn zeichnet ist:
Ausbilden eines Überlappungsabschnitts (310), durch Einführen des zweiten Teils (303) in das Loch (323) des ersten Teils (302) zum Ausbilden des Überlappungsab schnitts (310);
Ausstrahlen eines Schweißstrahls (307) zu einem vorbe stimmten Bestrahlungspunkt auf einer Außenfläche des Schaftelements (322) des Überlappungsabschnitts (310), und
Ausbilden eines geschmolzenen Abschnitts (301) entlang dem Umfang des Überlappungsabschnitts (310) als ge schmolzener und ausgehärteter Abschnitt, der in das er ste Teil (302) und das zweite Teil (303) übergeht.

12. Schweißverfahren zum Ausbilden einer Überlappungsstoß schweißstruktur nach Anspruch 11, wobei das erste Teil (302) aus einem Magnetmaterial besteht, das zumindest einen Stahl umfaßt, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silizium-Stahl, Legierungsstahl der Ni-Gruppe und Ferrit-Edelstahl besteht.

13. Schweißverfahren zum Ausbilden einer Überlappungsstoß schweißstruktur nach Anspruch 11 oder 12, wobei das zweite Teil (303) aus einem verschleißfesten Metallma terial besteht, das einen Stahl umfaßt, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Legierungswerk zeugstahl, einem Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl und einem Edelstahl der Martensit-Gruppe besteht.

14. Schweißverfahren zum Ausbilden einer Überlappungsstoß schweißstruktur nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wo bei eine Verdünnungsrate S=B/(A+B) im Bereich von 15 bis 45% liegt, wobei "A" eine Querschnittsfläche des geschmolzenen Abschnitts (301) bezeichnet, die in das erste Teil (302) übergeht, und wobei "B" eine Quer schnittsfläche des geschmolzenen Abschnitts (301) be zeichnet, die in das zweite Teil (303) übergeht.

15. Überlappungsstoß-Schweißstruktur zum Verbinden eines ersten Teils (302) und eines zweiten Teils (303), dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Teil (302) einen Kopfabschnitt (321), einen Schaftabschnitt (322) und ein Loch (323) aufweist, das sich in dem Kopfabschnitt (321) und dem Schaftabschnitt (322) erstreckt,
ein Überlappungsabschnitt (310), der zwischen dem er sten Teil (302) und dem zweiten Teil (303) gebildet ist, der in das Loch (323) des ersten Teils (302) ein gesetzt ist, und
ein geschmolzener Abschnitt (301) entlang einem Umfang des Überlappungsabschnitts (310) als geschmolzener und ausgehärteter Abschnitt gebildet ist, der in das erste Teil (302) und das zweite Teil (303) übergeht.

16. Überlappungsstoß-Schweißstruktur nach Anspruch 15, wo bei das erste Teil (302) aus einem Magnetmaterial be steht, das zumindest einen Stahl umfaßt, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Silizium-Stahl, Legierungs stahl der Ni-Gruppe und Ferrit-Edelstahl besteht.

17. Überlappungsstoß-Schweißstruktur nach Anspruch 15 oder 16, wobei das zweite Teil (303) aus einem verschleißfe sten Metallmaterial besteht, das zumindest einen Stahl umfaßt, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Le gierungswerkzeugstahl, Hochgeschwindigkeitswerkzeug stahl und Edelstahl der Martensit-Gruppe besteht.

18. Überlappungsstoß-Schweißstruktur nach einem der Ansprü che 15 bis 17, wobei die Verdünnungsrate S=B/(A+B) im Bereich von 15 bis 45% liegt, wobei "A" eine Quer schnittsfläche des geschmolzenen Abschnitts (301) be zeichnet, die in das erste Teil (302) übergeht und "B" eine Querschnittsfläche des geschmolzenen Abschnitts (301) bezeichnet, die in das zweite Teil (303) über geht.