CN107073635A - 电弧焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是在高速接合的同时减小接合后接合对象物的变形的电弧焊接装置。收容形成电弧等离子区的电极(12)的喷嘴(20)由有朝向电弧等离子区的径向外侧供给气体的气体供给孔(220、230、240、250)的气体供给部(22)、以及吸引气体供给部所供给的气体的气体吸引部(21)形成。隔着电极设置的一对气体供给孔(220、240)朝向距离电极第一距离(L1)的位置供给第一压力的气体。与一对气体供给孔(220、240)不同的隔着电极设置的一对气体供给孔(230、250)朝向距离电极比第一距离长的第二距离(L2)的位置供给比第一压力低的第二压力的气体。由此，电弧等离子区在连结气体供给孔(220、240)的方向被压缩，连结气体供给孔(230、250)的方向变长。

Description

电弧焊接装置
本申请基于2014年11月5日提出的日本专利申请2014－225117号的优先权，并在此引用其记载内容。
技术领域
本发明涉及将两个接合对象物电弧焊接的电弧焊接装置。
背景技术
以往，公知有一种电弧焊接装置，该电弧焊接装置朝向两个接合对象物与设置于该两个接合对象物相抵接的部位附近的电极以使两个接合对象物与电极彼此极性不同的方式供给电力，并利用在两个接合对象物与电极之间流动的电弧电流将两个接合对象物焊接。例如，在专利文献1中记载有如下电弧焊接装置，该电弧焊接装置具备电极并使电弧等离子区稳定，其中，该电极具有焊接气体供给孔，该焊接气体供给孔能够向两个接合对象物与电极之间供给能够依靠电弧电流形成电弧等离子区的焊接气体。
专利文献1：日本特开2006－51521号公报
通常，电弧焊接中的电弧等离子区的能量密度比较低，为100～1000W/mm2左右。因此，电弧焊接成为接合对象物中的熔融宽度较宽并且熔深较浅的低纵横比的加工，因此接合部分的变形容易变大，并且难以以高速进行加工。另一方面，为了减小变形，并且加快加工速度，而使用能量密度为10000～1000000W/mm2左右的激光焊接，但设备昂贵，因此存在加工成本变高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供不仅以高速进行接合而且减小接合对象物在接合后的变形的电弧焊接装置。
本发明是将两个接合对象物焊接的电弧焊接装置，其具备电极、气体供给部、气体吸引部、电力供给部以及气体存积部。
电极设置于两个接合对象物相抵接的部位附近，在该电极与两个接合对象物相抵接的部位之间形成电弧等离子区。
气体供给部设置于电极的径向外侧，并具有多个朝向电弧等离子区的径向外侧供给气体的气体供给孔。
气体吸引部设置于多个气体供给部与电极之间，并具有对气体供给部供给至两个接合对象物相抵接的部位与电极之间的电弧等离子区的径向外侧的气体进行吸引的气体吸引孔。
电力供给部与电极电连接，并朝向电极供给与两个接合对象物不同的极性的电力。
气体存积部存积气体供给部朝向电弧等离子区的径向外侧供给的气体。
本发明的电弧焊接装置的特征在于，隔着电极设置的一对气体供给孔形成于距离电极第一距离的位置，与一对气体供给孔不同的隔着电极设置的一对气体供给孔形成于距离电极比第一距离长的第二距离的位置。另外，本发明的电弧焊接装置的特征在于，一对气体供给孔朝向电弧等离子区的径向外侧供给第一压力的气体，与一对气体供给部不同的隔着电极设置的一对气体供给部朝向电弧等离子区的径向外侧供给比第一压力低的压力亦即第二压力的气体。
在本发明的电弧焊接装置中，气体供给部依靠两个接合对象物相抵接的部位与电极之间的电弧电流朝向电弧等离子区的径向外侧供给气体。被供给至该电弧等离子区的径向外侧的气体由设置于气体供给部与电极之间的气体吸引部沿径内方向所吸引。由此，在该电弧等离子区的径向外侧，形成从径外方向朝向径内方向的气体流动。能够通过该气体的流动自由改变电弧等离子区的形状。
并且，在本发明的电弧焊接装置中，隔着电极设置的一对气体供给孔朝向电弧等离子区的径向外侧供给第一压力的气体。另一方面，与一对气体供给孔不同的隔着电极设置的一对气体供给孔形成于距离电极比第一距离长的第二距离的位置，并朝向该电弧等离子区的径向外侧供给比第一压力低的压力亦即第二压力的气体。由此，电弧等离子区在将一对气体供给孔连结的方向被压缩，因此能够在将一对气体供给孔连结的方向提高电弧等离子区的能量密度，从而能够以熔融宽度较窄并且熔深较深的高纵横比进行焊接。另外，电弧等离子区的在将与一对气体供给孔不同的隔着电极设置的一对气体供给孔连结的方向的长度比连结一对气体供给孔的方向的长度长，因此若沿该电弧等离子区变长的方向将两个接合对象物电弧焊接，则能够短时间内焊接比较大的范围。
这样，本发明的电弧焊接装置能够通过从电弧等离子区的径外方向朝向径内方向的气体流动，短时间内以熔融宽度较窄并且熔深较深的高纵横比在比较大的范围进行焊接。由此，本发明的电弧焊接装置不仅能够以高速将接合对象物接合而且能够减小接合后接合对象物的变形。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的电弧焊接装置的示意图。
图2是本发明的第一实施方式的电弧焊接装置所具备的喷嘴的剖视图。
图3是本发明的第一实施方式的电弧焊接装置所具备的喷嘴的立体图。
图4是图2的Ⅳ－Ⅳ线剖视图。
图5是图2的V－V部放大图。
图6是本发明的第二实施方式的电弧焊接装置所具备的喷嘴的剖视图。
图7是本发明的第二实施方式的电弧焊接装置所具备的喷嘴的剖视图，且是与图6不同的剖视图。
图8是本发明的第三实施方式的电弧焊接装置所具备的喷嘴的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的多个实施方式进行说明。
第一实施方式
基于图1～图5对本发明的第一实施方式的电弧焊接装置进行说明。
第一实施方式的电弧焊接装置1是通过电弧焊接将接合对象物6、7接合的装置。如图1所示，电弧焊接装置1由焊接部10、作为“电力供给部”的电源30、气体存积部40以及控制部50等构成。
焊接部10通过在被插入电弧焊接装置1的接合对象物6、7相抵接的部位之间流动电弧电流，而将接合对象物6与接合对象物7电弧焊接。焊接部10具有：电极12、电位附加部14、作为“气体供给部”和“气体吸引部”的喷嘴20、以及电极支承部16。
如图1所示，电极12被收容于喷嘴20的内部。电极12设置于接合对象物6与接合对象物7相抵接的部位附近。电极12经由电极支承部16与电源30电连接(图1的连接配线C12)。
电位附加部14设置于接合对象物6与接合对象物7相抵接的部位的与电极12相反的一侧。电位附加部14与电源30电连接(图1的连接配线C14)。另外，电位附加部14与接合对象物6、7电连接。电位附加部14以将接合对象物6、7形成为与电极12的极性不同的极性的方式向两个接合对象物6、7供给电力。由此，在接合对象物6、7与电极12之间流动电弧电流，从而形成电弧等离子区P1(参照图2～图5)。
喷嘴20与电极12一起被支承于电极支承部16。喷嘴20经由电源30与气体存积部40连接(图1的连接配管C201、C202)。喷嘴20一边朝向接合对象物6和接合对象物7相抵接的部位与电极12之间的电弧等离子区P1的径向外侧供给气体一边吸引该气体。对喷嘴20的详细结构进行后述。
电极支承部16以使电极12的一个端部121位于接合对象物6与接合对象物7相抵接的部位附近的方式支承电极12以及喷嘴20。
电源30与电极12以及电位附加部14电连接。电源30根据控制部50的指令以使电极12的极性与电位附加部14的极性不同的方式供给电力。
气体存积部40存积喷嘴20朝向电弧等离子区P1的径向外侧供给的气体，例如，在氦气、氩气等中混合有氢气的气体。气体存积部40所存积的气体通过电源30以及连接配管C201、C202供给给喷嘴20。
控制部50由输入操作用按钮、显示设定条件的显示器、以及具有作为存储机构的RAM和ROM等的微型计算机等构成。控制部50与电源30电连接。控制部50例如基于预先输入的程序将控制电弧焊接装置1的信号输出至电源30。在电源30中，基于该信号对向电极12以及电位附加部14供给的电力、喷嘴20所供给的气体的压力等进行控制。
接下来，基于图2～图5对喷嘴20的结构详细进行说明。图2是喷嘴20的在与喷嘴20的中心轴CA1垂直的方向的剖视图，且是从气体在喷嘴20的内部流动的方向观察喷嘴20中的处于接合对象物6、7附近的部位的剖视图。图3是喷嘴20的立体图，且是显露出喷嘴20的局部，具体而言，显露出喷嘴20的四分之一的局部剖视图。在图2、图3中，利用空心箭头示出了电弧焊接装置1中的接合对象物6、7移动的方向作为焊接线方向D1。
喷嘴20是形状为大致长方体状的部件。喷嘴20由气体吸引部21和气体供给部22等形成。在第一实施方式中，气体吸引部21与气体供给部22形成为一体。
气体吸引部21设置于喷嘴20的大致中央。气体吸引部21具有气体吸引孔210。在气体吸引孔210收容有电极12。如图4、图5所示的虚线箭头F210那样，气体吸引孔210对电弧等离子区P1周边的气体进行吸引。
气体供给部22以在气体吸引部21的径向外侧包围气体吸引部21的方式设置。气体供给部22具有气体供给孔220、230、240、250。
气体供给孔220、230、240、250中的气体供给孔220、240隔着电极12形成。具体而言，如图2所示，若将通过中心轴CA1并沿焊接线方向D1的方向延伸的假想线以及通过中心轴CA1并沿与焊接线方向D1相反的方向延伸的假想线设为接合对象物6、7的移动轴A67，将通过与电极12的中心轴同轴的中心轴CA1上的点并将气体供给孔220与气体供给孔240连结的假想线设为第一假想线VL1，则以移动轴A67与第一假想线VL1在中心轴CA1上垂直交叉的方式形成气体供给孔220、240。另外，气体供给孔220、240彼此到中心轴CA1上的点的距离为相同的距离，该距离均形成为第一距离L1。
如图4所示，气体供给孔220、240由形成为与中心轴CA1平行的第一气体供给孔221、241和以随着靠近接合对象物6、7而靠近电极12的方式形成的第二气体供给孔222、242构成。如图4所示的虚线箭头F220、F240那样，气体供给孔220、240朝向电弧等离子区P1的径向外侧供给第一压力的气体。气体供给孔220、240相当于权利要求书中记载的“一对气体供给孔”。
气体供给孔230、250以隔着电极12的方式形成。具体而言，如图2所示，若将通过中心轴CA1上的点并将气体供给孔230与气体供给孔250连结的假想线设为第二假想线VL2，则以移动轴A67与第二假想线VL2形成为相同的直线的方式形成气体供给孔230、250。另外，气体供给孔230、250彼此到中心轴CA1上的点的距离为相同的距离，该距离均形成为比第一距离L1长的第二距离L2。如图5所示的虚线箭头F230、F250那样，气体供给孔230、250朝向电弧等离子区P1的径向外侧供给比第一压力低的第二压力的气体。气体供给孔230、250相当于权利要求书中记载的“与一对气体供给孔不同的隔着电极设置的一对气体供给孔”。
在喷嘴20中，气体吸引部21对气体供给部22供给至电弧等离子区P1的径向外侧的气体进行吸引。由此，如图4所示的虚线箭头F22、F24以及图5所示的虚线箭头F23、F25那样，形成从电弧等离子区P1的径外方向朝向径内方向的气体流动。如图2所示，通过在电弧等离子区P1的径向外侧的气体流动将电弧等离子区P1的在与中心轴CA1垂直的方向的截面形状形成为在第二假想线VL2上具有长边的椭圆形状。
在第一实施方式的电弧焊接装置1中，在将接合对象物6与接合对象物7焊接时，利用在电极12与接合对象物6、7之间流动的电弧电流形成电弧等离子区P1。在该电弧等离子区P1的径向外侧，利用气体供给部22和气体吸引部21形成如虚线箭头F22、F23、F24、F25所示那样的从电弧等离子区P1的径外方向朝向径内方向的气体流动。在第一实施方式中，能够通过该气体的流动自由改变电弧等离子区P1的形状。
并且，在电弧焊接装置1中，气体供给孔220、240形成为比气体供给孔230、250靠近电极12。另外，气体供给孔220、240将比气体供给孔230、250所供给的第二压力的气体压力更高的第一压力的气体朝向电弧等离子区P1的径向外侧供给。由此，如图4所示，电弧等离子区在将气体供给孔220与气体供给孔240连结的方向被压缩，因此能够提高电弧等离子区P1的在将气体供给孔220与气体供给孔240连结的方向的能量密度。因此，在电弧焊接装置1中，如图4所示，能够进行形成于接合对象物6、7相抵接的部位的熔融部67的宽度比较窄、并且熔融部67的熔深比较深的焊接。
另外，如图5所示，对于电弧等离子区P1的形状来说，气体供给孔230与气体供给孔250连结的方向的长度比气体供给孔220与气体供给孔240连结的方向的长度长，因此若使气体供给孔230与气体供给孔250连结的方向与移动轴A67的方向相同，则能够短时间内焊接比较大的范围。
这样，第一实施方式的电弧焊接装置1能够利用从电弧等离子区P1的径外方向朝向径内方向流动的气体，短时间内以熔融宽度较窄并且熔深较深的高纵横比在比较大的范围进行焊接。由此，不仅能够以高速将接合对象物6、7接合而且能够减小接合后接合对象物6、7在熔融部67的变形。
另外，在电弧焊接装置1中，由于能够以高纵横比并且以高速将接合对象物6、7接合，所以与使用昂贵设备的激光焊接相比，能够降低加工成本。
另外，在电弧焊接装置1中，如图4所示，第二气体供给孔222、242以随着靠近接合对象物6、7而靠近电极12的方式形成。由此，在气体供给孔220、240中流动的气体朝向电弧等离子区P1的径内方向流动，因此电弧等离子区P1的形状在气体供给孔220与气体供给孔240连结的方向进一步变短，从而能够进一步提高电弧等离子区的能量密度。因此，能够使熔融部67的宽度进一步变窄并且使熔融部67的熔深进一步变深。
第二实施方式
接下来，基于图6、图7对本发明的第二实施方式的电弧焊接装置进行说明。第二实施方式在气体吸引部与电极之间具备电极收容部这点与第一实施方式不同。应予说明，对于与第一实施方式实际上相同的部位标注相同的符号，并省略说明。
第二实施方式的电弧焊接装置所具备的喷嘴60的剖视图如图6、图7所示。喷嘴60除了具有气体吸引部21和气体供给部22之外还具有电极收容部26。
电极收容部26是被收容于气体吸引孔210的大致筒状的部件。电极收容部26具有沿喷嘴20的中心轴CA1方向贯通电极收容部26的收容空间260。在收容空间260收容有电极12。另外，如图6、图7的虚线箭头F260所示，在收容空间260，朝向电弧等离子区P1，例如流动有氦气、氩气等惰性气体。如图6、图7的实线箭头F26所示，从收容空间260流出至电弧等离子区P1附近的气体被吸引至气体吸引孔210。
在第二实施方式的电弧焊接装置中，利用在收容空间260中朝向电弧等离子区P1流动的气体将形成于电极12的一个端部121附近的电弧等离子区P1向接合对象物6、7按压。由此，能够进一步提高电弧等离子区的能量密度。因此，第二实施方式不仅能够起到与第一实施方式相同的效果，而且能够使熔融部67的宽度进一步变窄并且使熔融部67的熔深进一步变深。
另外，在第二实施方式的电弧焊接装置中，利用朝向电弧等离子区P1流动的气体将电弧等离子区P1形成于比较远离电极12的一个端部121的位置，因此能够防止因电弧等离子区P1而产生的电极12的氧化。
第三实施方式
接下来，基于图8对本发明的第三实施方式的电弧焊接装置进行说明。第三实施方式在具备对喷嘴施力的施力机构这点与第一实施方式不同。应予说明，对于与第一实施方式实际相同的部位标注相同的符号，并省略说明。
在第三实施方式的电弧焊接装置中，喷嘴70具有作为“施力机构”的弹簧27。
弹簧27沿使气体吸引部21以及气体供给部22与接合对象物6、7相抵接的方向对气体吸引部21以及气体供给部22施力。
在第三实施方式的电弧焊接装置中，若气体供给部22供给规定压力以上的气体，则在气体吸引部21以及气体供给部22的靠接合对象物6、7侧的端面701与接合对象物6、7的靠喷嘴20侧的端面671之间形成间隙SP2。若向间隙SP2供给的气体的压力大于弹簧27的作用力并且恒定，则能够将端面701与端面671间的距离保持为恒定，因此能够将在间隙SP2中流动的气体的流动保持为恒定，而不影响接合对象物6、7的表面的形状。由此，能够使因径向外侧的气体流动而能改变形状的电弧等离子区的形状稳定。因此，第三实施方式不仅能够起到与第一实施方式相同的效果，而且能够使高纵横比稳定。
其他实施方式
(1)在上述实施方式中，设置有四个气体供给孔。然而，气体供给孔的数量并不限定于此。
(2)在上述实施方式中，将一对气体供给孔连结的假想线与将与该一对气体供给孔不同的一个气体供给孔连结的假想线形成为在喷嘴的中心轴上垂直交叉。然而，形成有气体供给孔的位置并不限定于此。将一对气体供给孔连结的假想线与将与该一对气体供给孔不同的一个气体供给孔连结的假想线不重叠即可。
(3)在上述实施方式中，气体吸引部与气体供给部形成为一体。气体吸引部与气体供给部也可以分别形成。
(4)气体供给部所供给的气体是气体存积部经由电源供给的。然而，气体存积部也可以不经由电源而向气体供给部供给气体。
(5)在上述实施方式中，向被支承于电极支承部的电极与电位附加部之间插入接合对象物，来进行电弧焊接。然而，也可以使电极以及电位附加部相对于被固定的接合对象物移动，来进行电弧焊接。
(6)在上述实施方式中，利用电位附加部使接合对象物的极性与电极的极性不同。然而，也可以不具有电位附加部。也可以使向电极供给的电力的极性与接合对象物的极性不同。
本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离发明的主旨的范围内以各种方式进行实施。
符号说明：
1…电弧焊接装置；6、7…接合对象物；12…电极；21…气体吸引部；210…气体吸引孔；22…气体供给部；220、230、240、250…气体供给孔；30…电源(电力供给部)；40…气体存积部。

Claims (5)

1.一种电弧焊接装置，其将两个接合对象物(6、7)电弧焊接，
所述电弧焊接装置(1)的特征在于，具备：
电极(12)，其设置于所述两个接合对象物相抵接的部位附近，并在所述电极(12)与所述两个接合对象物相抵接的部位之间形成电弧等离子区(P1)；
气体供给部(22)，其设置于所述电极的径向外侧，并具有多个朝向所述电弧等离子区的径向外侧供给气体的气体供给孔(220、230、240、250)；
气体吸引部(21)，其设置于所述气体供给部与所述电极之间，并具有对所述气体供给部供给至所述电弧等离子区的径向外侧的气体进行吸引的气体吸引孔(210)；
电力供给部(30)，其与所述电极电连接，并朝向所述电极供给与所述两个接合对象物不同的极性的电力；以及
气体存积部(40)，其存积所述气体供给部朝向所述电弧等离子区的径向外侧供给的气体，
隔着所述电极设置的一对气体供给孔(220、240)形成于距离所述电极第一距离(L1)的位置，
与上述一对气体供给孔不同的隔着所述电极设置的一对气体供给孔(230、250)形成于距离所述电极比所述第一距离长的第二距离(L2)的位置，
上述一对气体供给孔朝向所述电弧等离子区的径向外侧供给第一压力的气体，与上述一对气体供给孔不同的隔着所述电极设置的一对气体供给孔朝向所述电弧等离子区的径向外侧供给比所述第一压力低的压力亦即第二压力的气体。
2.根据权利要求1所述的电弧焊接装置，其特征在于，
第一假想线(VL1)与第二假想线(VL2)在所述电极的中心轴上以直角交叉，其中，所述第一假想线(VL1)通过上述一对气体供给孔以及所述电极的中心轴上的点，所述第二假想线(VL2)通过与上述一对气体供给孔不同的隔着所述电极设置的一对气体供给孔以及所述电极的中心轴上的点，
所述电弧等离子区的在与所述电极的中心轴垂直的方向的截面形状为在所述第二假想线的方向具有长边的椭圆形状。
3.根据权利要求1或2所述的电弧焊接装置，其特征在于，
在所述气体吸引部的径向内侧还具备电极收容部(26)，所述电极收容部(26)具有收容所述电极的收容空间(260)，
在所述收容空间流动着朝向所述电弧等离子区的气体。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的电弧焊接装置，其特征在于，
还具备施力机构(27)，所述施力机构(27)沿使所述气体供给部以及所述气体吸引部与所述两个接合对象物相抵接的方向对所述气体供给部以及所述气体吸引部施力，
在所述气体供给部朝向所述电弧等离子区的径向外侧供给规定压力以上的气体时，在所述气体供给部的靠所述两个接合对象物侧的端面(701)与所述两个接合对象物的靠所述气体供给部侧的端面(671)之间形成有间隙(SP2)。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的电弧焊接装置，其特征在于，
上述一对气体供给孔以随着靠近所述两个接合对象物而靠近所述电极的方式形成。
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