CN108778599B - 缝焊方法及缝焊装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种缝焊方法及缝焊装置。即使在停电等设备发生问题时缝焊紧急停止的情况下，也无需在缝焊结束后的其他工序中执行点焊，就能够进行不存在未被焊接部分的缝焊。通过利用辊电极对(23)夹持层叠多个工件(26,28)而形成的层叠体(24)，一边使层叠体(24)相对辊电极对(23)相对地移动，一边依次反复地进行辊电极对(23)间的通电状态的接通/断开动作，来进行层叠体(24)的缝焊。在对辊电极对(23)的通电被切断的状态下，缝焊停止后且再次开始缝焊时，使层叠体(24)向与缝焊时的相对移动方向相反的反方向移动规定距离，并对层叠体(24)执行点焊，之后再次开始缝焊。

Description

缝焊方法及缝焊装置
[技术领域]
本发明涉及通过一边使受辊电极对夹持的层叠体相对于辊电极对相对移动，一边对辊电极对间通电，来对层叠体进行缝焊的缝焊方法及缝焊装置。
[背景技术]
缝焊作为使金属板彼此以线状连续地接合的方法而广为人知。作为其一个方式，可以举出如下方法：使用辊电极对对经层叠的金属板(层叠体)进行加压、夹持后，一边使该层叠体以及该辊电极对相对移动，一边依次反复进行辊电极对之间的通电状态的接通/断开动作来进行焊接的方法(例如，专利文献1)。这样的缝焊是通过缝焊装置自动执行，因此与利用手工作业进行缝焊的情况相比，能够在短时间内高精度地进行接合作业，因此是有用的。
[现有技术文献]
专利文献
专利文献1：日本特开2013-166178号公报
[发明内容]
发明要解决的课题
通常的缝焊因停电或设备的问题等而停止焊接处理时，焊接电流虽然立即断开，但辊电极对相对于层叠体的相对移动不会立即停止，而是在移动了规定距离后才停止。而且，即使从该停止位置重新开始缝焊，在从焊接电流被切断的位置到辊电极对相对于层叠体的相对移动停止的区间未被缝焊，从而产生未被焊接的部分。因此，通过以对缝焊(bead)的终端和始端实施搭接(wrap)的方式进行加工来保持终端部和始端部的连续性。
然而，在近年来汽车用钢板的缝焊时，由于大都使用高张力钢材，板厚也各不相同，因此若进行上述那样的搭接加工，则会产生溅射、开孔等焊接不良。因此，在停止后再次开始缝焊时，有时会在缝焊的终端部和始端部未被焊接的状态被维持的情况下结束缝焊工序，再根据需要在其后的其他工序中进行点焊来加强，因而制造成本上升和制造时间产生偏差等。
本发明是鉴于上述现有问题而完成的，目的在于提供一种即使在停电等设备发生问题而导致缝焊紧急停止的情况下，也无需在缝焊结束后的其他工序中执行点焊的方式来进行不存在未被焊接部分的缝焊方法及缝焊装置。
用于解决课题的手段
本发明的缝焊方法是下述一种方法：利用辊电极对夹持层叠多个工件而形成的层叠体，一边使所述辊电极对相对于所述层叠体相对移动，一边在所述辊电极对之间通电，由此进行层叠体的缝焊，该缝焊方法的特征在于，
在对所述辊电极对的通电被切断的状态下，所述缝焊停止后，并在缝焊再次开始时，使所述辊电极对向与缝焊时的相对移动方向成相反的反方向移动规定距离，对所述层叠体执行点焊，并在执行所述点焊之后再次开始缝焊。
在本发明的缝焊方法中，在执行缝焊的过程中，在停电等设备出现问题时，缝焊在对辊电极对的通电被切断的状态下紧急停止，然后恢复时，使辊电极对向与辊电极对相对于缝焊中的层叠板的相对行进方向成相反的方向移动规定距离，并在该位置处执行点焊，然后再次开始缝焊。因此，即使在缝焊紧急停止而产生未被焊接的部分的情况下，也能够通过返回规定距离并对未被焊接的部分执行点焊来保持缝焊(bead)的连续性。因此，无需在缝焊结束后另外设置点焊的工序。
在本发明的缝焊方法中，优选对所述层叠体执行点焊的位置是从在即将紧急停止之前形成于所述层叠体的通过缝焊形成的熔核的终端部离开的位置。通过在从通过缝焊形成的熔核离开的位置执行点焊，能够抑制点焊的电流的分流，容易生成通过点焊形成的熔核。
在该情况下，优选对所述层叠体执行点焊的位置是在所述层叠体相对于所述辊电极对相对地移动的路径上。这是因为点焊是在缝焊的路径上进行的，因此容易进行位置设定。
在本发明的缝焊方法中，优选的是，所述点焊通过以下方式执行：在所述缝焊即将紧急停止之前形成于所述层叠体的通过缝焊形成的熔核与通过所述点焊而形成于所述层叠体的熔核重叠。通过设置成这种方式，通过缝焊形成的熔核的终端部与点焊的熔核相连，因此能够形成具有连续性的熔核，能够提高密封性。
在本发明的缝焊方法中，优选在点焊后再次开始的所述缝焊以通过所述点焊而形成于所述层叠体的熔核、和通过所述缝焊而形成于所述层叠体的熔核重叠的方式执行。通过设置成这种方式，点焊的熔核与通过缝焊而形成的熔核的始端部相连，因此能够形成具有连续性的熔核，能够提高密封性。
在本发明的缝焊方法中，优选在存储单元中随时存储在缝焊中通过所述层叠体的缝焊而形成的焊接位置，基于在所述存储单元中停止时被存储的焊接位置来决定在所述缝焊停止时被设定的所述辊电极对向与缝焊时的相对移动方向成相反的反方向移动的规定距离。这样，根据存储在存储单元中的焊接位置信息决定上述规定距离，通过设定为该距离，能够准确地设定进行点焊的位置。
在本发明的缝焊方法中，优选在存储单元中随时存储在缝焊中所述辊电极对相对于所述层叠体的相对移动速度，基于停止时存储到所述存储单元的移动速度，求出所述层叠体刚停止后相对移动的距离，基于该移动距离来决定在所述缝焊停止时所设定的、所述层叠体向与缝焊时的相对移动方向成相反的反方向移动的规定距离。如果知道缝焊停止时的移动速度，则能够计算出到辊电极对相对于层叠体的相对性移动停止为止的距离。因此，能够将该移动速度随时存储在存储单元中，并在缝焊停止后，基于停止时存储的移动速度求出所述规定距离。并且，通过设定成该距离，则能够正确地设定进行点焊的位置。
本发明的缝焊装置的特征在于，使用以上的缝焊方法，进行所述层叠体的缝焊。根据本发明的缝焊装置，即使在停电等设备发生问题缝焊停止的情况下，也能够对未焊接部分执行点焊，不需要在缝焊结束后再执行其他工序中的点焊。
[附图的简单说明]
图1是表示本实施方式的缝焊装置的概略的侧视图。
图2是表示构成图1所示的缝焊装置的缝焊机的一部分装置的立体图。
图3是示意性地表示图2所示的缝焊机的一部分装置的主视图。
图4A是对层叠体的通电状态以及焊接状态的第1时间点的概略说明图。
图4B是对层叠体的通电状态以及焊接状态的第2时间点的概略说明图。
图4C是对层叠体的通电状态以及焊接状态的第3时间点的概略说明图。
图5是图1所示的开关的接通/断开动作的时序图。
图6A是表示从缝焊停止的时间点到再次开始缝焊的时间点为止的辊电极对的第1动作的示意图。
图6B是表示从缝焊停止的时间点到再次开始缝焊的时间点为止的辊电极对的第2动作的示意图。
图6C是表示从缝焊停止的时间点到再次开始缝焊的时间点为止的辊电极对的第3动作的示意图。
图6D是表示从缝焊停止的时间点到再次开始缝焊的时间点为止的辊电极对的第4动作的示意图。
图6E是表示从缝焊停止的时间点到再次开始缝焊的时间点为止的辊电极对的第五动作的示意图。
图7A是时序性地表示辊电极对相对于经过时间的移动速度的变化的概略说明图。
图7B是时序性地表示对辊电极23的通电状态相对于经过时间的变化的概略说明图。
[具体实施方式]
以下，针对本发明的缝焊方法例举出与实施该缝焊方法的缝焊装置的关系中优选的实施方式，参照附图进行详细说明。
图1是表示本实施方式的缝焊装置10的概略的侧视图。缝焊装置10具有多关节机器人12和受多关节机器人12的顶端臂14支承的缝焊机16。通过这种方式组合多关节机器人12和缝焊机16而构成的缝焊装置10例如在日本特开2007-167896号公报、实用新型登记第3124033号公报中也记载的那样是公知的装置。因此，省略对上述结构的详细说明。
如图2、图3所示，缝焊机16具备：经由支架(mount)18(参照图1)受顶端臂14支承的第1辊电极20及第2辊电极22。以下，为了便于说明，有时将第1辊电极20及第2辊电极22统称为辊电极对23。第1辊电极20配置在层叠体24的上方，第2辊电极22配置在层叠体24的下方。即，缝焊机16利用辊电极对23夹持层叠体24。
作为焊接对象的层叠体24通过两枚金属板26，28从下方按这个顺序层叠而构成。并不对金属板26，28作特殊限定，金属板26，28例如由JAC590、JAC780或JAC980(均由日本钢铁联盟标准所规定的高性能高张力钢板、所谓的高张力钢材)构成。金属板26，28的厚度分别设定为D1、D2(例如约1mm～约2mm)。需要说明的是，被层叠的金属板的枚数不限于本图例示的2枚，也可以是3枚以上。
在支架18上铺设有导轨30。第1气缸(未图示)及第2气缸(未图示)受导轨30支承。上述第1气缸用于使受第1移动台32支承的第1辊电极20向接近或远离第2辊电极22的方向位移；上述第2气缸用于使受第2移动台34支承的第2辊电极22向接近或远离第1辊电极20的方向位移。另外，第1移动台32上支承有用于对第1辊电极20施加旋转的第1旋转用马达(未图示)；第2移动台34上支承有用于对第2辊电极22施加旋转的第2旋转用马达(未图示)。这种结构属于公知结构，因此省略图示及详细说明。另外，也可以代替第1气缸及第2气缸而采用伺服马达等。
在导轨30的凸部36上滑动自如地卡合有支承第1辊电极20的第1移动台32的凹部38、以及支承第2辊电极22的第2移动台34的凹部40。第1移动台32与所述第1气缸的未图示的第1杆连结，并且第2移动台34与所述第2气缸的未图示的第2杆连结。
也即，第1辊电极20伴随第1缸体的第1杆的进退动作而向接近或远离第2辊电极22的方向(箭头Y2、Y1方向)位移。另一方面，第2辊电极22伴随第2缸体的第2杆的进退动作而向接近或远离第1辊电极20的方向(箭头Y1、Y2方向)位移。
第1轴42介于第1辊电极20与第1移动台32之间。该第1轴42在上述第1旋转用马达的作用下进行旋转动作，第1辊电极20由此进行旋转动作。同样，第2辊电极22在所述第2旋转用马达的作用下，伴随第2轴44的旋转动作而进行旋转动作。需要说明的是，第1辊电极20及第2辊电极22不仅可以正转，还可以反转。
在第1轴42中埋设有检测第1辊电极20的实际的移动速度(以下，也称为实际速度va。)的速度传感器46。这里，在能够准确地测量出辊电极对23和层叠体24之间相对性的实际速度va的范围内，也可以任意地变更速度传感器46的传感器方式和/或配置位置。
如图3所示，第1辊电极20经由第1导线(电力线)48与交流电源50的正极(所谓的热侧(hot side)，也方便性地称为正电极)电连接。第2辊电极22经由第2导线(电力线)52与交流电源50的负极(所谓的冷侧(cold side)、也方便性地称为负极)电连接。
这里，有两个开关54，一个开关54介装在第1导线48上，另一个开关54介装在第2导线52上。开关54例如能够采用利用了电力元件的电子开关。通过根据控制单元56供给的控制信号切换开关54的接通/断开，能够在辊电极对23之间供给电流(通电)或者停止供给(不通电)。在本实施方式的缝焊方法中，以较短的时间间隔依次反复进行开关54的接通/断开动作。以下，在缝焊的执行过程中，将电流临时供给到辊电极对23间的状态称为“通电状态”。将临时停止向辊电极对23供给电流的状态称为“断电状态”。
在以上的结构中，上述的第1及第2缸体、第1及第2旋转用马达、速度传感器46、交流电源50以及开关54分别与作为控制机构的控制单元56(参照图1)电连接。
控制单元56发挥作为基于预先取得的示教数据来驱动控制第1及第2缸体等的驱动控制部58、控制辊电极对23间的通电状态的通电控制部60、依次更新适合于通电控制部60的通电条件的通电条件更新部62(基准条件设定部64及通电条件决定部66)的功能。另外，在驱动控制部58中具备存储器(存储单元)，该存储器随时存储缝焊中的层叠体24上的焊接位置和/或层叠体24相对于辊电极对23的相对移动速度。
该实施方式的缝焊装置10具备基本上通过上述方式构成的缝焊机16。接着，说明其作用效果以及其与该实施方式中的缝焊方法的关系。
首先，多关节机器人12移动顶端臂14、即缝焊机16，以使层叠体24配置在第1辊电极20与第2辊电极22之间。
然后，在控制单元56(驱动控制部58)的作用下，对上述第1缸体及上述第2缸体施力，随之，上述第1杆以及上述第2杆开始前进动作。也即，第2辊电极22以相对于第1辊电极20接近的方式朝向箭头Y1方向位移，并且第1辊电极20以相对于第2辊电极22接近的方式朝向箭头Y2方向位移。其结果，层叠体24被夹持在第1辊电极20与第2辊电极22之间。
此时，驱动控制部58控制所述第1缸体及所述第2缸体的第1杆及第2杆的各推进力以及所述第2缸体的第2杆的推进力，以使第1辊电极20对金属板28的加压力(F1)与第2辊电极22对金属板26的加压力(F2)均衡。
接着，驱动控制部58通过使第1及第2旋转用马达以规定转速旋转，使辊电极对23在移动方向上以规定速度移动。接着，通电控制部60使开关54成为闭合状态(接通状态)，自交流电源50开始对层叠体24开始通电。
如上所述，第1辊电极20与交流电源50的正极连接，第2辊电极22与交流电源50的负极连接，因此，如图3所示，电流i从第1辊电极20流向第2辊电极22。
图4A～图4C是时序性地表示层叠体24的通电状态和焊接状态的概略说明图。图5是图1所示的开关54的接通/断开动作的时序图。
如图4A及图5所示，在时间点t1～t2，开关54为接通状态，因此电流i从交流电源50通过第1辊电极20流向第2辊电极22。于是，在金属板26与金属板28的接触面附近的部位产生电阻发热，通过基于该电流i的焦耳热来开始加热并熔融。由此，在第1辊电极20和第2辊电极22之间的位置形成熔核80。
接着，一边使辊电极对23在移动方向上以规定速度移动，通电控制部60一边使开关54成为打开状态(断开状态)，停止从交流电源50对层叠体24的通电。
如图4B及图5所示，在时间点t2～t3，开关54为断开状态，因此在辊电极对23间不流通电流。即，在该时间段，金属板26与金属板28的接触面附近的加热被中断。
如图4C及图5所示，在时间点t3～t4，开关54为接通状态，因此，与上述相同，在第1辊电极20和第2辊电极22之间的位置形成新的熔核82。这里，由于使辊电极对23沿着移动方向移动，因此熔核82形成于比熔核80的位置靠右侧(移动方向侧)的位置。通过适当地设定通电条件，形成熔核80和熔核82相连结的连续熔核84。相邻的熔核80和熔核82通过重叠部86彼此连结，从而保持了熔核的连续性。
如图5所示，以下也同样地按照开关54的接通/断开动作，反复断开状态(时间点t4～t5)、接通状态(时间点t5～t6)、断开状态(时间点t6～t7)。
在本实施方式的缝焊装置10中，通过上述方式进行缝焊。以下，参照图6及图7，对停电等设备发生问题时而使得缝焊因对辊电极对的通电被切断的状态下停止、之后又从该停止恢复时的处理进行说明。
图6A～图6E是示意性地表示从缝焊停止的时间点到再次开始缝焊的时间点为止的辊电极对23及层叠体24的动作及焊接状态的图，图7A表示辊电极对23相对于经过时间的移动速度的变化，图7B表示辊电极对23相对于经过时间的通电状态的变化。
图6A表示缝焊停止的时间点(图7中的时间点T1)的状态，在该时间点，停止对辊电极对23的通电，但辊电极对23的移动不会突然停止，而是因惯性会在移动一定程度的距离后停止。图6B表示辊电极对23完全停止的状态(图7中的时间点T2)，用虚线表示与图6A相对应的辊电极对23的位置。根据图6B，辊电极对23从焊缝焊接停止时移动了距离d后停止。另外，通过辊电极对23而形成的熔核80由于在对辊电极对23的通电停止后不会再形成，因此熔核80只到达终端80E。在距离d处，由于对辊电极对23的通电是停止的，因此不形成熔核。
在图6B的状态下，设备的问题被消除时，若直接再次开始缝焊，则相当于距离d的区域成为未被焊接的状态。因此，在本实施方式中，为了不产生未被焊接的状态，对该部分执行点焊。也即，首先，如图6C所示，使辊电极对23与缝焊执行时成相反地旋转，向反方向移动规定距离停止(图7中的时间点T3～T4)。为了抑制点焊的电流的分流以及通过点焊形成良好的熔核，该规定距离优选为从即将停止缝焊之前通过缝焊而形成于层叠体24上的熔核的终端部离开的距离。换言之，优选设成小于上述距离d的距离。
这里，使辊电极对23向反方向移动的所述规定距离能够基于下述位置来被决定：存储在驱动控制部58的存储器中的在缝焊中层叠体24上形成的焊接位置、也即在缝焊停止时存储的焊接位置。即，能够求出在缝焊停止后且在缝焊再次开始时从存储于存储器的停止时的焊接位置到停止状态的位置(当前的位置)的距离(图6B的距离d)，因此只需将上述规定距离设定成小于求得的距离d即可。
或者，也可以基于存储在驱动控制部58的存储器中的、层叠体24相对于缝焊中的辊电极对23的相对移动速度来求出所述距离d。距离d与层叠体24相对于即将停止缝焊之前的辊电极对23的相对移动速度大致成比例，因此能够根据其移动速度求出距离d。然后，只需将所述规定距离设定成小于求得的距离d即可。
另一方面，为了简单地设定执行点焊的位置，该位置优选是在层叠体24相对于辊电极对23进行相对地移动的路径上。
另外，也可以解除辊电极对23对层叠体24的夹持的状态，使辊电极20、21从层叠体24分离并向反方向移动。
接着，执行点焊(图7中的时间点T4～T5)。该点焊比缝焊电流低且利用直流来执行。然后，通过该点焊，如图6所示形成熔核86。
另外，如图6D所示，优选通过下述方式执行点焊：在即将停止缝焊之前形成于层叠体24的通过缝焊形成的熔核、和通过点焊而形成于层叠体24的熔核86重叠。利用这种方式，由于通过缝焊形成的熔核的终端部与点焊的熔核相连，因此能够形成具有连续性的熔核，从而能够提高密封性。
在执行点焊后，通过再次开始缝焊，如图6E所示，能够进行缝焊而不会产生未被焊接的部分。在该情况下，如图6E所示，优选通过下述方式进行该缝焊：使通过点焊形成于层叠体24的熔核86与通过再次开始的缝焊而形成于层叠体24的熔核80重叠。通过点焊形成的熔核86和通过缝焊形成的熔核80的始端部80B相连，因此能够形成具有连续性的熔核，从而能够提高密封性。
需要说明的是，优选在层叠体24相对于该辊电极对23的移动速度达到一定速度之前的过程中，逐渐升高电流来对辊电极对23进行通电(图7中的时间点T5～T6)。这是因为，若在移动速度慢的状态下急剧地流通电流时，会局部性地过度发热，有时会产生穿孔等问题。
或者，在图7中的时间点T5～T6，也可以不是对辊电极对23逐渐升高电流，而是在层叠体24相对于辊电极对23的移动速度即将成为一定速度之前(图7中的时间点T5～T6之间)，以瞬间地升高到执行通常的缝焊时的电流值的方式进行通电。这是因为可以认为，如果该移动速度为一定速度以上，则局部性的发热得到缓和，因而不会产生开孔等问题。
本发明并不限定于上述的实施方式，当然也可以在不脱离本发明的主旨的范围内自由地进行变更。
例如，在本实施方式中，仅使辊电极对23移动，但只要使辊电极对23以及层叠体24中的至少一方移动即可。这是因为，只要是使两者相对移动的构成，就能够应用本发明。另外，在本实施方式中，是停止辊电极对23的旋转后来进行点焊的，但是若是极微小的旋转，也可以不完全停止旋转。而且，在点焊时，长时间进行一定电流的通电。但是，也可以多少进行一些电压变化，也可以是脉冲波形。
[符号说明]
10：缝焊装置；12：多关节机器人；16：缝焊机；20：第1辊电极；
22：第2辊电极；23：辊电极对；24：层叠体；26,28：金属板；
46：速度传感器；50：交流电源；54：开关；56：控制单元；
60：通电控制部；62：通电条件更新部；64：基准条件设定部；
66：通电条件决定部；80,82,84：熔核。

Claims (8)

1.一种缝焊方法，利用辊电极对夹持层叠多个工件而形成的层叠体，一边使所述辊电极对相对于所述层叠体相对移动，一边在所述辊电极对之间通电，由此进行层叠体的缝焊，该缝焊方法的特征在于，
所述缝焊在对所述辊电极对的通电被切断的状态下停止后，在缝焊再次开始时，使所述辊电极对向与缝焊时的相对移动方向相反的方向移动规定距离，对所述层叠体执行点焊，并在执行所述点焊之后再次开始缝焊。
2.根据权利要求1所述的缝焊方法，其特征在于，
对所述层叠体执行点焊的位置是从缝焊即将停止之前形成于所述层叠体的通过缝焊形成的熔核的终端部离开的位置。
3.根据权利要求2所述的缝焊方法，其特征在于，
对所述层叠体执行点焊的位置在所述层叠体相对于所述辊电极对相对地移动的路径上。
4.根据权利要求1所述的缝焊方法，其特征在于，
所述点焊以所述缝焊即将停止之前形成于所述层叠体的通过缝焊形成的熔核与通过所述点焊而形成于所述层叠体的熔核重叠方式执行。
5.根据权利要求1所述的缝焊方法，其特征在于，
在点焊后再次开始的所述缝焊以通过所述点焊而形成于所述层叠体的熔核与通过所述缝焊而形成于所述层叠体的熔核重叠的方式执行。
6.根据权利要求1所述的缝焊方法，其特征在于，
在存储单元中随时存储在缝焊中通过所述层叠体的缝焊而形成的焊接位置，基于所述缝焊停止时存储到所述存储单元中的焊接位置来决定在所述焊缝停止时设定的、所述辊电极对向与缝焊时的相对移动方向相反的方向移动的规定距离。
7.根据权利要求1所述的缝焊方法，其特征在于，
在存储单元中随时存储在缝焊中所述辊电极对相对于所述层叠体的相对移动速度，基于所述缝焊停止时存储到所述存储单元中的移动速度，求出所述缝焊刚停止后所述层叠体相对移动的距离，基于该移动距离来决定在所述缝焊停止时设定的、所述层叠体向与缝焊时的相对移动方向相反的方向移动的规定距离。
8.一种缝焊装置，其特征在于，
使用权利要求1所述的缝焊方法，进行所述层叠体的缝焊。
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