JP2011156573A - 溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの高騰を抑制しつつ、且つ溶接製品の品質の安定化を図ることができる溶接装置及び溶接方法を提供する。
【解決手段】溶接ワイヤ３２の受け部３４が形成されるように板材Ｐ１〜Ｐ３を重ね合わせ、板材Ｐ１〜Ｐ３の間に形成された受け部３４に紐状又は帯状の溶接ワイヤ３２を挟入し、挟入された溶接ワイヤ３２に溶融熱を供給して溶接ワイヤ３２を溶融する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接材の受け部が形成されるように少なくとも３枚の板材を重ね合わせた状態で、前記板材のヘリ継手部を溶接する溶接装置及び溶接方法に関する。

自動車の車体等の構造部材として、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理された板材が広く用いられている。これら板材を溶接するにあたり、レーザ溶接やアーク溶接が用いられている。

図４Ａに示すように、レーザ溶接の場合、３枚の板材１００（１００ａ〜１００ｃ）の上面側に向けてレーザ光１０２Ｌ、１０２Ｒを照射し、上面接触部１０４Ｌ、１０４Ｒを加熱・溶融・凝固させることで３枚の板材１００を溶接する。

図４Ｂに示すように、特許文献１に開示されるアーク溶接は、３枚の板材１００を重ね合わせる際に、前記板材１００ａ、１００ｃの配設位置を突出させ、中央にある板材１００ｂを相対的に下降させることにより凹部１０６を形成しておく（特許文献１の図１等を参照）。そして、前記凹部１０６の内壁に指向するようにトーチ１０８を配置した後、アーク放電を利用して３枚の板材１００を溶接する。なお、トーチ１０８の先端には電極と溶加材を兼ねる溶接ワイヤ１１０が配置され、アルゴンガスや炭酸ガス等のシールドガス１１２が供給されて溶接作用が営まれる。

特公昭６０−１６３０８号公報

しかしながら、図４Ａに示すレーザ溶接では、紙面手前側から奥側までの１回の走査で継手の溶接を完了するためには、同時に２箇所のレーザ光源で板材１００にレーザ光を照射しなければならない。そうすると、２つのレーザ光源を並設しなければならず、溶接装置の製造コストが高騰する不都合が生じる。板材１００が３枚以上の場合は尚更である。その上、レーザ溶接では溶け込み（上面接触部１０４Ｌ、１０４Ｒの深さ）が浅いため、溶接後の強度がそれほど高くないという問題もある。

また、図４Ｂに示すアーク溶接では、凹部１０６の隙間（図４Ｂの例では板材１００ｂの幅）が狭い場合には、トーチ１０８の設置空間の確保や、トーチ１０８の配設位置の精度を維持することが困難である。その結果、溶接の品質が低下するという問題が生じる。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、製造コストの高騰を抑制しつつ、且つ溶接の品質の安定化を図ることができる溶接装置及び溶接方法を提供することを目的とする。

本発明は、溶接材の受け部が形成されるように少なくとも３枚の板材を重ね合わせた状態で、前記板材のヘリ継手部を溶接する溶接装置に関する。

前記板材の間に形成された前記受け部に紐状又は帯状の前記溶接材を挟入する挟入部と、前記挟入部により挟入された前記溶接材に溶融熱を供給する熱源とを有することを特徴とする。

このように、受け部の間に紐状又は帯状の溶接材を挟入する挟入部を設けたので、溶融後の溶接材を受け部まで確実に案内可能であり、溶接製品の品質の安定化を図ることができる。

また、重ね合わされた前記板材を最外面側から挟持する一対のガイドローラを有することが好ましい。これにより、溶接作業の際に板材間の隙間を一定に保持可能であり、溶接製品の品質の向上とさらなる安定化を図ることができる。

さらに、前記一対のガイドローラは、前記板材を介して前記溶接材を冷却する冷却機構を備えていることが好ましい。これにより、溶融した溶接材を速やかに凝固することが可能であり、下向き溶接よりも難易度が高い上向き溶接であっても品質の安定化を図ることができる。

本発明は、重ね合わせた少なくとも３枚の板材のヘリ継手部を溶接する溶接方法に関する。

溶接材の受け部が形成されるように前記板材を重ね合わせる工程と、前記板材の間に形成された前記受け部に紐状又は帯状の前記溶接材を挟入する工程と、挟入された前記溶接材に溶融熱を供給して該溶接材を溶融する工程とを備えることを特徴とする。

また、重ね合わされた前記板材を最外面側から一対のガイドローラで挟持する工程をさらに備えることが好ましい。

さらに、前記一対のガイドローラに備えられた冷却機構により、前記板材を介して前記溶融熱が供給された前記溶接材を冷却する工程をさらに備えることが好ましい。

本発明に係る溶接装置及び溶接方法によれば、溶接材の受け部が形成されるように板材を重ね合わせ、前記板材の間に形成された前記受け部に紐状又は帯状の前記溶接材を挟入し、挟入された前記溶接材に溶融熱を供給して該溶接材を溶融するようにしたので、溶融後の溶接材を受け部まで確実に案内可能であり、溶接製品の品質の安定化を図ることができる。

本実施の形態に係る溶接装置の概略斜視図である。 図２Ａは、３枚の板材を重ね合わせて形成された受け部周辺の初期状態を表す一部拡大断面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す受け部に紐状の溶接材を挟入した状態を表す一部拡大断面図である。図２Ｃは、図２Ｂに示す溶接材を溶融・凝固して溶接作業が完了した状態を表す一部拡大断面図である。 図３Ａは、４枚の板材を重ね合わせて形成された受け部に帯状の溶接材を挟入した状態を表す一部拡大断面図である。図３Ｂは、５枚の板材を重ね合わせて形成された受け部に紐状の溶接材を挟入した状態を表す一部拡大断面図である。 図４Ａは、従来のレーザ溶接を用いてヘリ継手部を溶接する概略説明図である。図４Ｂは、従来のアーク溶接を用いてヘリ継手部を溶接する概略説明図である。

以下、本発明に係る溶接方法についてそれを実施する溶接装置との関係において好適な実施形態を添付の図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る溶接装置１０の概略斜視図である。

この溶接装置１０は、基本的には、概略台形の平板からなる基台１２と、該基台１２の手前側側面の左端及び右端にそれぞれ固定されたガイド部１４Ｌ、１４Ｒと、該手前側側面の略中央に固定された円板状の挟入ローラ１６と、該基台１２の上面左側角部の上方に固定されたレーザ光源１８と、該上面の略中央に配設された環状のコネクタ２０とから構成される。

ガイド部１４Ｌは、その一端が固定され下方に延在する直方体状の支柱２２Ｌと、該支柱２２Ｌの他端に固設された加圧装置２４Ｌと、該加圧装置２４Ｌの背面に設けられ且つＡ方向に伸縮自在なスライダ２６Ｌと、該スライダ２６Ｌに係合された円柱状の冷却ガイドローラ２８Ｌとを有する。

ここで、加圧装置２４Ｌには、空気圧を動力源とするサーボ機構が搭載されている。また、冷却ガイドローラ２８Ｌには、例えば、ヒートシンク、ヒートパイプ、水冷等による図示しない冷却機構が設けられている。

なお、ガイド部１４Ｒについても、ガイド部１４Ｌと同一の構成であるため、ガイド部１４Ｒの各構成要素をそれぞれ、支柱２２Ｒ、加圧装置２４Ｒ、スライダ２６Ｒ、及び冷却ガイドローラ２８Ｒとして特定し、詳細な説明を省略する。

挟入ローラ１６は、略直角に屈曲した支持部材３０によって基台１２に軸支されており、方向Ｅ（又はその反対方向）に回動自在である。この場合、前記挟入ローラ１６と前記基台１２のなす面は互いに直交する。さらに、上方から供給される紐状の溶接ワイヤ３２が挟入ローラ１６の一部に巻回されている。

ところで、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、重ね合わされた板材Ｐ１〜Ｐ３により形成されたヘリ継手部には、凹状の受け部３４が形成されている。図１に戻って、受け部３４には溶接ワイヤ３２が挟入され、該溶接ワイヤ３２が溶融して溶融物３６が形成され、該溶融物３６が凝固すると凝固物３８が形成される。

レーザ光源１８は、約４５度傾斜して受け部３４に指向しており、より詳細には溶接ワイヤ３２と溶融物３６との略境界部に臨む。なお、レーザ光源１８として、ＣＯ２レーザや、ＹＡＧレーザ等の公知の光源を用いてもよい。

コネクタ２０は、図示しないロボットが備えるアーム４２の先端に着脱自在である。

本実施の形態に係る溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作及び作用効果について、図１及び図２Ａ〜図２Ｃを参照しながら説明する。

先ず、溶接を行おうとする３枚の板材Ｐ１〜Ｐ３を重ね合わせて配置する。図２Ａから諒解されるように、板材Ｐ１とＰ３との間のＰ２は若干下降させて受け部３４を形成しておく。この配置を決定した後は、各板材Ｐ１〜Ｐ３の相対的位置関係が変動しないように板材Ｐ１〜Ｐ３を一時的に挟持する。この際、図示しない挟持用治具を用いることができる。

すなわち、図２Ａに示すように、左側の板材Ｐ１と右側の板材Ｐ３とは、中央の板材Ｐ２よりも突出させて配置されている。これにより、溶接ワイヤ３２（図１参照）の受け部３４が形成されている。

次いで、図示しないロボットは、アーム４２を所定の変位量だけ駆動させ、所定の位置・姿勢で停止させる。これによって、前記アーム４２の先端側に装着された溶接装置１０は、板材Ｐ１〜Ｐ３との位置関係において適切な位置・姿勢で保持される。すなわち、挟入ローラ１６の下方外周面が板材Ｐ２の上面側に臨み、所定間隔だけ離間するように位置決めされる。

その後、加圧装置２４Ｌの駆動制御により、スライダ２６Ｌに係合された冷却ガイドローラ２８Ｌを、Ａ方向に所定の変位量だけスライドさせ板材Ｐ１の外側側面に当接させる。同様に、加圧装置２４Ｒの駆動制御により、スライダ２６Ｒに係合された冷却ガイドローラ２８Ｒを、Ｂ方向に所定の変位量だけスライドさせ板材Ｐ３の外側側面に当接させる。このようにして、一対の冷却ガイドローラ２８Ｌ、２８Ｒにより、３枚の板材Ｐ１〜Ｐ３が挟持される。

次いで、図示しないロボットによって、アーム４２を一定速度でＳ方向に変位させると、アーム４２に装着された溶接装置１０も一体的にＳ方向に移動する。

このとき、冷却ガイドローラ２８Ｌは、板材Ｐ１の外側側面に接触しながら、Ｃ方向に回転しつつＳ方向に移動する。同様に、冷却ガイドローラ２８Ｒは、板材Ｐ３の外側側面に接触しながら、Ｄ方向に回転しつつＳ方向に移動する。

このように、板材Ｐ１〜Ｐ３を最外面側から挟持する一対の冷却ガイドローラ２８Ｌ、２８Ｒを設けたので、溶接作業の際に板材Ｐ１、Ｐ３間の隙間を一定に保持可能であり、溶接製品の品質の向上とさらなる安定化を図ることができる。

また、溶接装置１０の移動とあわせて、挟入ローラ１６をＥ方向に回転駆動させる。そうすると、前記挟入ローラ１６に巻回されている溶接ワイヤ３２は、該挟入ローラ１６に巻き込まれるようにＦ方向に供給され、板材Ｐ１〜Ｐ３によって形成された受け部３４に挟入される（図２Ｂ参照）。

さらに、溶接装置１０の移動とあわせて、レーザ光源１８を用いてレーザ光４０を受け部３４の所定の位置に向けて照射させる。これによって、照射されたレーザ光４０の光エネルギーが熱エネルギーに変換され、受け部３４上に挟入された溶接ワイヤ３２の一部が加熱される。溶接ワイヤ３２の温度がその融点を超えると、溶接ワイヤ３２は溶融されて一時的に液体状（溶融物３６）に変態する。その後、溶融物３６は、受け部３４の内壁の形状に沿って流動される。

さらに、溶接装置１０の移動とあわせて、冷却ガイドローラ２８Ｌ、２８Ｒが備える冷却機構により、板材Ｐ１及び板材Ｐ３を冷却させる。これによって、溶融物３６の熱量は自然放熱されるとともに、板材Ｐ２、板材Ｐ１（又は板材Ｐ３）を介して、冷却ガイドローラ２８Ｌ（２８Ｒ）側に伝導されるので、溶融物３６が冷却されて、固体状（凝固物３８）に再度変態する。

このように、一対の冷却ガイドローラ２８Ｌ、２８Ｒは、板材Ｐ１〜Ｐ３を介して溶接ワイヤ３２を冷却する冷却機構を備えているので、溶融した溶融物３６を速やかに凝固することが可能であり、下向き溶接よりも難易度が高い上向き溶接であっても品質の安定化を図ることができる。

図２Ｃに示すように、すべての板材Ｐ１〜Ｐ３に接触するように凝固物３８が生成されると、板材Ｐ１〜Ｐ３のヘリ継手部の溶接が完了する。

以上のように、受け部３４の間に紐状又は帯状の溶接ワイヤ３２を挟入する挟入部を設けたので、溶融後の溶融物３６を受け部３４まで確実に案内可能であり、溶接製品の品質の安定化を図ることができる。

ところで、溶接ワイヤ３２や受け部３４は、図２Ｂに示す断面形状に限定されることなく、種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

一例として、図３Ａに示すように、溶接ワイヤ３２が帯状、すなわち断面形状が矩形であってもよい。また、板材Ｐ２及びＰ３に対して、板材Ｐ１及びＰ４を突出するように設けてもよい。

別の一例として、図３Ｂに示すように、溶接ワイヤ３２が紐状、例えば断面形状が楕円形であってもよい。また、受け部３４の底面は平坦でなくてもよく、板材Ｐ２〜Ｐ４のうちＰ３のみ突出させて段差を設けてもよい。

なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

本実施の形態では挟入部として挟入ローラ１６を用いているが、これに限られることなく、例えばヘラ等の挟入可能な部材であってもよい。

また、本実施の形態では熱源としてレーザ光源１８を用いているが、これに限られることはない。溶接ワイヤ３２に対して直接的に又は間接的に熱エネルギーを供給できる手段であればよく、例えば、プラズマ光源やヒータ等であってもよい。

１０…溶接装置 １２…基台
１４Ｌ、１４Ｒ…ガイド部 １６…挟入ローラ
１８…レーザ光源 ２８Ｌ、２８Ｒ…冷却ガイドローラ
３２…溶接ワイヤ ３４…受け部
３６…溶融物 ３８…凝固物
Ｐ１〜Ｐ５…板材

Claims (6)

1. 溶接材の受け部が形成されるように少なくとも３枚の板材を重ね合わせた状態で、前記板材のヘリ継手部を溶接する溶接装置であって、
   前記板材の間に形成された前記受け部に紐状又は帯状の前記溶接材を挟入する挟入部と、
   前記挟入部により挟入された前記溶接材に溶融熱を供給する熱源と
   を有することを特徴とする溶接装置。
2. 請求項１記載の溶接装置において、
   重ね合わされた前記板材を最外面側から挟持する一対のガイドローラを有する
   ことを特徴とする溶接装置。
3. 請求項２記載の溶接装置において、
   前記一対のガイドローラは、前記板材を介して前記溶接材を冷却する冷却機構を備えている
   ことを特徴とする溶接装置。
4. 重ね合わせた少なくとも３枚の板材のヘリ継手部を溶接する溶接方法であって、
   溶接材の受け部が形成されるように前記板材を重ね合わせる工程と、
   前記板材の間に形成された前記受け部に紐状又は帯状の前記溶接材を挟入する工程と、
   挟入された前記溶接材に溶融熱を供給して該溶接材を溶融する工程と
   を備えることを特徴とする溶接方法。
5. 請求項４記載の溶接方法において、
   重ね合わされた前記板材を最外面側から一対のガイドローラで挟持する工程をさらに備える
   ことを特徴とする溶接方法。
6. 請求項５記載の溶接方法において、
   前記一対のガイドローラに備えられた冷却機構により、前記板材を介して前記溶融熱が供給された前記溶接材を冷却する工程をさらに備える
   ことを特徴とする溶接方法。

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