JP2010142851A

JP2010142851A - アーク溶接方法及びアーク溶接装置

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Publication number: JP2010142851A
Application number: JP2008324269A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Miura; 大介三浦
Original assignee: Nippon Pop Rivets and Fasteners Ltd
Current assignee: Nippon Pop Rivets and Fasteners Ltd
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: WO2010071823A3; EP2389267A2; CN102317022A; JP5326167B2; EP2389267A4; WO2010071823A2

Abstract

【課題】ブラケット等を含む一般の溶接部材を、被溶接部材に溶接する場合の熱的影響を減少し、被溶接部材の過熱による変形を防止する。
【解決手段】アーク溶接装置１は、溶接ヘッド６に保持されたブラケット２をパイプ３にアーク溶接によって溶接する。ブラケット２に中空の筒状体５が設けられ、筒状体５は、ブラケット２から開放先端１０に向けて直径が増す中空の円錐形状に形成される。溶接ヘッド６に保持されたブラケット２の筒状体５の開放先端１０が、パイプ３に接触した状態から引上げられて、筒状体５の先端とパイプ３との間にアークを生成されて溶融され、筒状体先端１０がパイプ３に押付けられてブラケット２がパイプ３に溶接される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラケット等の溶接部材をパイプや平板等の被溶接部材に溶接するアーク溶接方法及びアーク溶接装置に関する。

ブラケット等の溶接部材をパイプや平板等の被溶接部材に溶接するアーク溶接は、よく知られている。特許文献１には、被溶接部材としての自動車のボデーパネルに、ワイヤハーネスを固定するための、溶接部材としてのブラケットを溶接する溶接装置が記載されている。特許文献１に記載の溶接装置は、Ｌ字型のブラケットを保持できる溶接ヘッドを備えている。特許文献１に記載の溶接装置は、Ｌ字型のブラケットを保持できる溶接ヘッドを有するので、溶接部材としてのブラケットを、被溶接部材としてのボデーパネルの溶接位置に保持しておく必要がないようにしている。

特開平８−０１９８６５号公報特開２００１−１０５１４２号公報

特許文献１に記載の溶接装置は、通常の公知の溶接装置と同様に、溶接熱が高いので、例えば、自動車のクロスメンバーの１つであるステハンビームにブラケットを溶接するとき、そのブラケット及びステハンビームを溶融する熱によって被溶接部材であるステハンビームに歪みが発生するおそれがある。特許文献２には、雌ねじを形成した中空のスタッドを被溶接部材に溶接する方法が記載されている。スタッドの溶接部となる端部は、鋭角状に突出した形状に形成されており、溶接時の熱的影響を小さくしようとしている。特許文献２に記載の溶接方法は、スタッドの溶接については被溶接部材に溶接する場合の熱的影響を減少しているが、ブラケット等を含む一般の溶接部材を、被溶接部材に溶接する場合の熱的影響を減少するものでない。

本発明の目的は、ブラケット等を含む一般の溶接部材を、被溶接部材に溶接する場合の熱的影響を減少することにあり、被溶接部材の過熱による変形を防止することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る、アーク溶接装置を用いて溶接部材を被溶接部材に溶接するアーク溶接方法においては、前記溶接部材の溶接位置に、該溶接部材から突出する中空の筒状体が設けられており、該筒状体は、前記溶接部材から先端に向けて直径が増しており且つ先端において開放している中空の円錐形状に形成されており、前記アーク溶接装置の溶接ヘッドに保持された前記溶接部材の前記筒状体の前記開放先端が被溶接部材の溶接個所に接触するように位置決めされた状態で、前記アーク溶接装置が、前記被溶接部材を前記被溶接部材から引上げて前記筒状体の先端と前記被溶接部材との間に小電流のパイロットアークを生成した後に大電流のメインアークを生成させて該筒状体の先端と該被溶接部材の前記溶接位置の部分とを溶融し、前記アーク溶接装置が、前記溶接ヘッドに保持された前記溶接部材の前記筒状体先端を前記被溶接部材に押付けて該筒状体先端を前記被溶接部材に溶着させて該溶接部材を前記被溶接部材に溶接する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る、溶接ヘッドに保持された溶接部材を被溶接部材にアーク溶接によって溶接するアーク溶接装置においては、前記溶接部材の溶接位置に、該溶接部材から突出する中空の筒状体が設けられており、該筒状体は、前記溶接部材から先端に向けて直径が増しており且つ先端において開放している中空の円錐形状に形成されており、当該アーク溶接装置は、前記溶接ヘッドに保持された前記溶接部材の前記筒状体の大径の開放先端が被溶接部材の溶接個所に接触するように位置決めされた状態で、前記被溶接部材を前記被溶接部材から引上げて前記筒状体の先端と前記被溶接部材との間に小電流のパイロットアークを生成した後に大電流のメインアークを生成させて該筒状体の先端と該被溶接部材の前記溶接位置の部分とを溶融し、前記溶接ヘッドに保持された前記溶接部材の前記筒状体先端を前記被溶接部材に押付けて該筒状体先端を前記被溶接部材に溶着させて該溶接部材を前記被溶接部材に溶接する、ように動作する、ことを特徴とする。

上記のアーク溶接方法及びアーク溶接装置によれば、溶接部材の溶接位置に、溶接部材から突出する中空の筒状体が設けられ、筒状体は、溶接部材から先端に向けて直径が増しており且つ先端において開放している中空の円錐形状に形成されているので、筒状体の溶接可能温度への溶融の時間が短くなり、これによって、溶接時間が極めて短くでき、被溶接部材への熱的影響を減少でき、従って、被溶接部材の過熱による変形又は歪みを防止でき、被溶接部材が薄肉の材料であっても変形のない適正な溶接を行える。そして、溶接時間が短いので省エネルギー化が可能になり、更に、溶接部材を被溶接部材に溶接する部分の筒状体は中空の円錐形のため、生成された溶接アークが円錐内部を回転しながら移動して溶融し、被溶接部材の形状に因る磁力線の影響を受けにくくなり、溶接アークの偏りによる溶接部強度低下を防げる。

上記アーク溶接装置において、前記筒状体の開放先端における開き角度は、該筒状体の軸線方向の直線に対して、５度〜８０度であるのが好ましい。また、前記筒状体の開放先端における直径は、５ｍｍ〜２５ｍｍであるのが好ましい。更に、前記溶接部材から前記先端までの前記筒状体の長さが、５ｍｍ〜５０ｍｍであるのが好ましい。なお、前記被溶接部材は、代表的には、パイプ又は平板である。そして、前記溶接部材は、代表的には、他の部品を取付けるのに利用できるブラケットである。

以下、本発明の１実施形態に係るアーク溶接装置１について、図面を参照しながら説明する。図１の（Ａ）には、アーク溶接装置１が示されている。図１の（Ｂ）及び（Ｃ）には、アーク溶接装置１の溶接動作を示されている。図２は、溶接部材であるブラケット２を示している。図３は、ブラケット２が溶接された、被溶接部材であるパイプ３を示している。図４は、溶接部材であるブラケット２の縦断面図であり、ブラケット２に設けられた筒状体５の好ましい寸法、開放角度等を示している。図５は、ブラケット２の筒状体５が溶接されるときのアークのふるまいを示している。

図１（Ａ）に示すアーク溶接装置１は、溶接部材であるブラケット２を保持する溶接ヘッド６を有する。アーク溶接装置１は、溶接ヘッド６に保持されたブラケット２と被溶接部材であるパイプ３とに所定の電力を与えてアークを生成して、ブラケット２をパイプ３に溶接する。この溶接のため、アーク溶接装置１には、電源７と、その動作を制御するコントローラ９とが備えられている。ブラケット２とパイプ３とに溶接のための所定の電力を供給するため、電線１０Ａ及び１０Ｂがアーク溶接装置１のコントローラ９からブラケット２とパイプ３とに接続されている。

図１（Ａ）において、アーク溶接装置１の溶接ヘッド６は、その溶接ヘッド６に保持されたブラケット２（溶接部材）の筒状体５の大径の開放先端がパイプ３（被溶接部材）の溶接個所に接触できるように位置決めされる。

図１（Ｂ）において、アーク溶接装置１の溶接ヘッド６は、先ず、その溶接ヘッド６に保持されたブラケット２の筒状体５の大径の開放先端を、パイプ３の所定の溶接個所に接触させる。この溶接ヘッド６の動作は、アーク溶接装置１のコントローラ９が制御する。コントローラ９は、次に、ブラケット２を筒状体５とともにパイプ３から所定高さ引上げて、筒状体５の先端とパイプ３の溶接個所との間に小電流のパイロットアークを生成させる。パイロットアークの生成の後に、大電流のメインアークを生成させて、筒状体５の先端とパイプ３の溶接位置の部分とを溶融する。

図１（Ｃ）において、コントローラ９は、溶接ヘッド６に保持されたブラケット２の筒状体５の先端とパイプ３の溶接位置の部分とが適正に溶融されたのを時間的にあるいはセンサによって検知して、溶融された筒状体５の先端をパイプ３の溶接位置の部分に押付けて、筒状体５の先端をパイプ３に溶着させる。これによって溶接部材としてのブラケット２が被溶接部材としてのパイプ３に溶接される。

図２に図示のように、溶接部材としてのブラケット２には、その溶接位置に、ブラケット２から突出する中空の筒状体５が一体に設けられている。筒状体５は、ブラケット２から先端に向けて直径が増しており且つ先端において開放している中空の円錐形状に形成されている。ブラケット２及び筒状体５は導電性材料で形成される。好ましくは、ブラケット２及び筒状体５は同じ導電性材料で一体成形される。例えば、導電性金属を板金加工することによって成形することができる。

図３に図示のように、被溶接部材としてのパイプ３には、アーク溶接装置１によって、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示される動作によって、溶接部材としてのブラケット２が筒状体５を用いて溶接される。

筒状体５の詳細について、図４を参照して説明する。筒状体５は、上記のように、溶接部材としてブラケット２の溶接位置に、ブラケット２から突出する中空の筒状体として、ブラケットに一体に形成されている。筒状体５は、ブラケット２の平面から開放先端１０に向けて直径が増すように中空の円錐形状に形成されている。筒状体５の円錐形状は、必ずしも、真正の円錐形状でなくてもよく、図示のように、ブラケット２に近い部分では円筒形状に形成され、中間高さの部分から円錐に形成されたものでも、あるいは、円錐台形状であってもよく、開放先端１０を含む先端側の部分において円錐形状を有する形状であればよい。また、筒状体５の先端１０は、開放している。実験において、筒状体５は、ブラケット２の所定部分を、プレスによってバーリング成形し、このバーリング成形によって突出した部分を、更に円錐形状に成形することによって、形成された。

筒状体５の具体的な寸法及び角度について、種々の実験の結果、次のようなデータを得た。筒状体５の開放先端１０における開き角度１１は、筒状体５の軸線１３と同じ方向に延びる平行な直線１４（筒状体５の根元の円筒部分に沿って延びる接線１４）に対して、最小角度１５が５度であり、最大角度１７が８０度であり、この開き角度１１の範囲で好ましい溶接結果を得た。また、筒状体５の開放先端１０における直径１８が５ｍｍ〜２５ｍｍである場合に、好ましい溶接結果を得た。更に、溶接部材としてのブラケット２の平面から開放先端１０までの筒状体５の長さ１９は、筒状体の加工の点を考慮して５ｍｍ〜５０ｍｍとしたが、この場合において、好ましい溶接結果を得た。

図５には、ブラケット２の筒状体５がパイプ３に溶接されるときに生成されるアークのふるまいが示されている。アークは、矢印２１及び２２に示すように、筒状体５の開放先端１０において円錐内部を周方向に移動しながら生成されていくのが観測された。これによって、筒状体５の開放先端１０の溶融時間（すなわちメインアークの生成時間）が少なくても、その開放先端１０の部分は、十分な溶融状態となり、従って、メインアークの生成を停止して筒状体５の開放先端１０をパイプ３の所定個所の押付ければ、開放先端１０がパイプ３に適正に溶着されて、ブラケット２がパイプ３に溶接される。従って、溶接時間が極めて短くでき、被溶接部材としてのパイプへの熱的影響を減少でき、パイプ等の被溶接部材の過熱による変形又は歪みを防止でき、被溶接部材が薄肉の材料であっても変形のない適正な溶接を行える。溶接時間が短いので省エネルギー化が可能になり、アークが円錐内部を回転しながら移動するので、被溶接部材の形状に因る磁力線の影響を受けにくくなり、溶接アークの偏りによる溶接部強度低下を防げる。

上記のように、溶接部材を被溶接部材に溶接するために、溶接部材に設けられた円錐形状の筒状体を被溶接部材にしており、これによって、溶接時間が短くなり、被溶接部材への熱影響が少なくてすみ、薄板へに小さなエネルギーで溶接するのが可能になり、また、溶接面積が多くなり強度が高く安定した溶接が可能になる。なお、被溶接部材は、代表的には、上記のパイプの外に平板であってもよい。溶接部材としては、上記のように、他の部品を取付けるのに利用できるブラケットが代表的であるが、他の部材であってもよい。

本発明の１実施形態に係るアーク溶接装置の構成及びその溶接動作を示しており、（Ａ）は、アーク溶接装置の構成とブラケットをパイプを位置決めした状態を示す図であり、（Ｂ）は、便宜上、アーク溶接装置を除いた状態で、ブラケットの筒状体とパイプの間でアークを生成した状態を示す図であり、（Ｃ）は、便宜上アーク溶接装置を除いた状態で、ブラケットをその筒状体を介してパイプに溶接した状態を示す図である。筒状体を有するブラケットの斜視図である。筒状体を介してブラケットをパイプに溶接した状態を示す斜視図である。ブラケットの筒状体を示すブラケットの断面図である。ブラケットの筒状体における生成アークのふるまいを示す図である。

符号の説明

１アーク溶接装置
２ブラケット（溶接部材）
３パイプ（被溶接部材）
５筒状体
６溶接ヘッド
７電源
９コントローラ
１０筒状体の開放先端
１１開き角度
１３軸線
１４直線
１５最小角度
１７最大角度
１８直径
１９長さ

Claims

アーク溶接装置を用いて溶接部材を被溶接部材に溶接するアーク溶接方法であって、
前記溶接部材には、その溶接位置に、該溶接部材から突出する中空の筒状体が設けられており、該筒状体は、前記溶接部材から先端に向けて直径が増しており且つ先端において開放している中空の円錐形状に形成されており、
前記アーク溶接装置の溶接ヘッドに保持された前記溶接部材の前記筒状体の前記開放先端が被溶接部材の溶接個所に接触するように位置決めされた状態で、前記アーク溶接装置が、前記被溶接部材を前記被溶接部材から引上げて前記筒状体の先端と前記被溶接部材との間に小電流のパイロットアークを生成した後に大電流のメインアークを生成させて該筒状体の先端と該被溶接部材の前記溶接位置の部分とを溶融し、
前記アーク溶接装置が、前記溶接ヘッドに保持された前記溶接部材の前記筒状体先端を前記被溶接部材に押付けて該筒状体先端を前記被溶接部材に溶着させて該溶接部材を前記被溶接部材に溶接する、
ことを特徴とする方法。
溶接ヘッドに保持された溶接部材を被溶接部材にアーク溶接によって溶接するアーク溶接装置であって、
前記溶接部材には、その溶接位置に、該溶接部材から突出する中空の筒状体が設けられており、該筒状体は、前記溶接部材から先端に向けて直径が増しており且つ先端において開放している中空の円錐形状に形成されており、
当該アーク溶接装置は、前記溶接ヘッドに保持された前記溶接部材の前記筒状体の大径の開放先端が被溶接部材の溶接個所に接触するように位置決めされた状態で、前記被溶接部材を前記被溶接部材から引上げて前記筒状体の先端と前記被溶接部材との間に小電流のパイロットアークを生成した後に大電流のメインアークを生成させて該筒状体の先端と該被溶接部材の前記溶接位置の部分とを溶融し、前記溶接ヘッドに保持された前記溶接部材の前記筒状体先端を前記被溶接部材に押付けて該筒状体先端を前記被溶接部材に溶着させて該溶接部材を前記被溶接部材に溶接する、ように動作する
ことを特徴とする装置。
請求項２に記載の装置において、前記筒状体の開放先端における開き角度は、該筒状体の軸線方向の直線に対して、５度〜８０度である、ことを特徴とする装置。
請求項２又は３に記載の装置において、前記筒状体の開放先端における直径は、５ｍｍ〜２５ｍｍである、ことを特徴とする装置。
請求項２〜４のいずれか１項に記載の装置において、前記溶接部材から前記先端までの前記筒状体の長さが、５ｍｍ〜５０ｍｍである、ことを特徴とする装置。
請求項２〜５のいずれか１項に記載の装置において、前記被溶接部材は、パイプ又は平板である、ことを特徴とする装置。
請求項２〜６のいずれか１項に記載の装置において、前記溶接部材は、他の部品を取付けるのに利用できるブラケットである、ことを特徴とする装置。