JP2012110967A - 短時間アーク溶接及び短時間アーク溶接システムの方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】例えば金属スタッドのような要素12を、例えば金属板のような部品14に短時間アーク溶接する方法及びシステムが提案され、溶接行程において、要素12は、最初に該部品14に対して上昇され、溶接アークが該要素12と該部品14との間に形成され、該要素12は再び降下され、該部品に対する該要素12の上昇高さHは、少なくとも、該要素12の上昇と降下との間の時間区分内で検知される。降下行程の開始及び/又は降下行程自体を、検知された上昇高さHに応じて制御して、前に特定された合計溶接時間が達成されるようにする。
【選択図】図1
Description
本発明は、要素が最初に部品に対して上昇されて溶接アークが該要素と該部品との間に形成され、該要素が再び降下されることからなり、該部品に対する該要素の上昇高さが、少なくとも、該部品の上昇と降下との間の時間区分内で検知されるようになった、例えば金属スタッドのような要素を、例えば金属板のような部品に短時間アーク溶接する方法に関する。
この短時間アーク溶接方法又はこの短時間アーク溶接システムのそれぞれは、さらに、例えば1999年9月にEmhart TUCKERにより発表された「Dieneue TUCKER−Technologie. Bolzenschweissen mit System!」(「新しいTUCKER技術。スタッド溶接システム!」という名称のパンフレットにより、一般には「スタッド溶接」としても知られている。
ある期間にわたり一定した上昇曲線は、部品に対する要素の上昇運動について予め決められている。
降下行程は、所定の降下速度で行われ、特定の時点で開始される。
上述の周知の短時間アーク溶接方法は、依然として、溶接行程と他の溶接行程との間の均一性に関して、改良の余地がある。
本発明の目的は、特定の溶接条件に関係なく、最良の溶接結果が達成される、改良された短時間アーク溶接方法又は改良された短時間アーク溶接システムを示すことである。
本発明の目的は、この方法により完全に達成される。
本発明の実施形態は、図に表わされ、以下の説明において述べられる。
図1において、本発明による短時間アーク溶接システムは、全体を10で示される。
溶接システム10は、金属スタッド12のような要素を金属板14のような部品上に溶接するものである。
典型的な実用例は、締結スタッド12を自動車両の本体パネル14に溶接するものである。関係のある要素は、ねじ、ナット、目穴などを備えた又は備えない金属スタッドとすることができる。部品14は、板の厚さが0.5mmといったほど薄い本体パネルとすることができる。
溶接システム10は、制御及びエネルギユニット20を有し、このユニットに複数の、典型的には5つの供給ユニット22を連結することができる。少なくとも1つの溶接ヘッド24がそれぞれ供給ユニット22に連結され、その供給ユニット22の1つが図1に概略的に表わされている。
制御及びエネルギユニット20は、部品14と上昇された要素12との間にアークを形成する電源装置を有する。さらに制御及びエネルギユニットは、主制御装置を有する。主制御装置は、適当なインタフェースを介して、特に、処理パラメータを入力して表示し、かつ、例えば、生産ラインのような他の方法と通信するように働くものである。制御及びエネルギユニット20は、他の方法と通信する目的のためにインタフェース26を有する。
溶接ヘッド24は、供給ユニット22から、溶接されるべき要素を一度に1つ受け取る。この目的のために、溶接ヘッド24は、それ自体が周知であるホルダを有する(詳細は図示せず)。さらに、29で概略的に示される線形経路上の部品14に対しておおよそ垂直な方向に、ホルダを及び該ホルダと併せて要素12を移動させるために、リニアモータ28が設けられる。
その結果として、電気リニアモータにより要素12の高さHを部品14に対して調整することができる(上昇高さ)。
さらに、溶接ヘッド24は、それぞれの実際の上昇高さHを検知する上昇高さ検知手段30を有する。
さらに、これらの連結は、制御及びエネルギユニット20の電源装置からの電力を溶接ヘッド24に供給するための電源ラインを含む。連結はさらに、溶接されるべき要素12を供給するための圧縮空気ラインを供給ユニット22と溶接ヘッド24との間に含む。
分配ガイド(図示せず)を設けると、2つ又は任意にそれより多くの溶接ヘッド24を1つの供給ユニット22に連結することができる。
溶接ヘッド24は、例えば、ロボットアームに永久的に取り付けられるものであってもよいし、或いは、自由に操作可能な溶接ガンであってもよい。
図示される溶接システム10は、この技術分野において用いられる好ましい実施形態を1つだけ表わしている。特別な供給ユニットを設けず、溶接されるべき要素12を手によってホルダ内に挿入する他の実施形態を設計することができる。
溶接システム10の作動は、図2を参照することにより以下に全体的に説明される。
これらの変数の表現は、この説明を単純化するために、純粋に定性及び概略的な性質のものである。
溶接を実行する場合には、電気接触が形成されるように、最初に要素12が部品14上に置かれる。続いて、時点t1において、いわゆる前電流Ivが導通される。その後すぐに、時点t2において、要素12が、溶接上昇高さに到達する時点t3まで、該部品14に対して上昇される。この時間中、前電流は導通されたままである。要素12が上昇されると、アークが発生する。前電流アークは、溶接地点の領域に存在する汚染物質を焼いて除去するか、又は、ワックス層がある場合には該ワックス層を蒸発させるのに十分なだけのエネルギを有する。
降下行程は、時点t5において開始される。要素12は、部品14に当たる時点t6まで、所定の速度で降下される。この時点において、アークは短絡され、溶接電流Isは切られる。図2に定性的に示されるように、降下行程は、部品14の溶融表面における要素12の飽和浸漬が保証されるように、ゼロラインの僅かに下まで行われる。
要素12及び部品14の溶融部は、エネルギ入力が途切れたことにより、結合し、冷める。適用された合計エネルギ量は、図2においてEendで示される。
要素12は、このようにして部品14に対してしっかりと溶接され、部分を部品14に固定するための固定具として働くことができる。
図2において、合計溶接時間Tsが示され、これはすなわち、t4からt6までの時間である。
前電流時間Tvは、t1からt4までの時間として表わされる。
最後に、降下時間TAが現れ、これはt5からt6までの時間である。
特に、電気リニアモータ28を用いる場合には、上昇動作について特定の所望の特性を設定し、測定された上昇高さHをそれぞれの所望の特性に調整するようにすることにより、上昇高さHを調整することができる。このことは、溶接行程の各々の時点において、要素12と部品14との間に正確な位置の定義を得ることを可能にする。
電流Iは、制御及びエネルギユニット20の電源装置からの定電流源により利用可能にされる。要素12と部品14との間のアーク電圧は、その結果として、これら2つの要素の間に存在する電気抵抗にしたがって調整される。この電気抵抗は、明らかに、表面特性、汚染物質などに依存し、溶接行程毎に異なる。
このシステムにより、アーク電圧を溶接行程中に一定することが可能であり、したがって、該溶接行程による溶接品質における変動がより小さくなる。調整工程の詳細は、WO 96/10468に開示されており、この開示の全体が引用によりここに組み込まれる。
この文献においては、さらに、降下行程は、前もって設定された特定の降下速度で行われることが説明されている。
従来技術においては、このことは、合計溶接時間Tsが溶接行程毎に異なることを意味することになる。例えば、図2の表現において、時間t5における上昇高さHが図示されるものよりも高い場合には、降下速度が一定であるために、時間t6は時間的に後方にシフトする。その結果として、合計溶接時間Tsも長くなる。対照的に、アーク電圧を調節するための上昇高さの調整に起因して、上昇高さが、時間t5において、図2に示されるものより低い場合には、時間t6は時間的に前方にシフトし、これにより合計溶接時間Tsが短くなる。エネルギ入力Eも、時間t5において、上昇高さHによって同様に変更されることが理解される。
図3において、一方では、図2にも示されるように、上昇高さHの特性が参照として示される。境界条件を他の方法により変更することなく、一定の合計溶接時間Tsを得るために、溶接行程は、閉ループ制御のために、該溶接行程中に最後に調整された上昇高さHに関係なく、t6で終了される。
要素が、例えば、溶接行程中にアーク電圧調整のために概略的にH’として示されるように上昇された場合には、一定の降下速度を条件として、時点t5の前にある時間t5’において早くも降下行程の開始が行われる。
対照的に、調整中に、概略的にH”で示されるようなより低い上昇高さが設定された場合には、降下行程は、時系列的に時点t5の後にある時間t5”になるまで開始されない。
降下行程の開始から時間t6まで一定の降下速度を維持することは、以下の利点を有する。降下速度は、一方では、溶融部が、浸漬前に要素12から部品14上に落ちるのを防ぐために十分に高いように選択することができる。他方では、降下速度は、部品14に対する跳ね返り及び溶融部の飛び散りをもたらすことがある強い衝撃を防ぐために、十分に遅いように選択することができる。
本実施形態の場合における設定された所定の降下速度の値は、結果としてこれら2つの境界条件間での妥協点を見つけるものである。
しかしながら、異なる例においては、図3において、一方がHにより示され、他方がH’’’により示されるように、溶接行程中に異なる高さが望まれることがある。
通常、異なる停止時間t5又はt5’’’はそれぞれ、種々の上昇高さH及びH’’’についてプログラムされなければならない。本発明による方法においては、時間t5又はt5’’’における正しい点は、検知された上昇高さにより自動的に選択され、したがって、この時点の特定のプログラミングは不要になる。
図4は、本発明による溶接方法の代替的な実施形態を示す。
本実施形態においては、上昇高さの調整は、時間t5における上昇高さHa又はHbに関係なく、常に時間t5における一定の点まで上げられる。
それにもかかわらず設定された所定の合計溶接時間を達成するためには、降下行程が常に時点t6において終了するように降下行程の速度を選択する。図4に示される例においては、曲線Ha上の上昇高さは、このように時点t5において比較的高い。その結果として、合計溶接行程を時点t6で終了するためには、比較的速い速度を設定しなければならない。
本発明による方法の代替的な実施形態は、プログラムするのに僅かに単純である。対照的に、図3の実施形態は、均一な降下速度という利点を有し、したがって定義された浸漬行程を有する。
本発明による方法のさらに別の実施形態が図5に示される。
本実施形態においては、図4の実施形態と同様に、溶接行程中の上昇高さの調整は、常に時点t5で行われる。
続いて、一定の合計溶接時間Tsを達成するために、その動作は降下行程の速度に影響を与えるだけでなく、その加速度にも影響を与える。すなわち、上昇動作Hx過程において、例えば、上昇高さは、時点t5のすぐ後では最初は比較的速い速度で減速され、この速度は、時点t6に近づくと、連続的に減速されて穏やかな浸漬が達成されるようにする。
降下作動を制御するこの方法は、さらに、図3の実施形態と併せて用いることができ、この場合には、連続的に速度を遅くする代わりに、降下作動の特定の経路−時間特性が予め定めておき、例えば図5に示されるように放物線形態を得ることができるということが理解される。
図3、図4、及び図5における実施形態は、さらに、特定の合計溶接持続時間及び/又は特定の合計溶接エネルギにより、溶接行程を完了するために相互に組み合わせることができることを理解されたい。
さらに、本発明による方法は、アークが「発生しない」短時間アーク溶接方法にも適用することができることが理解される。
Claims (13)
- 金属要素(12)を、金属部品(14)に対して上昇させ、溶接電流を供給して溶接アークが前記要素(12)と前記金属部品(14)との間に形成されるようにし、次いで前記金属要素(12)を再び降下させ、前記金属要素(12)を前記金属部品(14)に接触させ、溶接電流を遮断することにより、溶接行程が行われ、該溶接行程における前記金属部品に対する前記要素(12)の上昇高さ(H)が検知されるようにされた、金属要素(12)を金属部品(14)にアーク溶接する方法であって、
溶接電流が供給される溶接作業中において、前記金属要素(12)の降下が開始される時点までの間において前記上昇高さ(H)が調節され、溶接電流の供給開始から溶接電流の遮断までの時間である合計溶接時間(Ts)が前もって特定された値となるように、該降下の開始の時点(t5)及び/又は降下速度を、前記金属要素(12)の降下の開始の時点で検知された前記上昇高さ(H)に応じて制御することを特徴とする方法。 - 前記降下速度が前記上昇高さ(H)に関係なく一定であるようにし、前記合計溶接時間(Ts)が前記前もって特定された値となるようにするために、降下の開始の時点(t5)が前記検知された上昇高さ(H)に応じて制御されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記降下が前もって特定された時点(t5)で開始され、前記合計溶接時間(Ts)が前記前もって特定された値となるようにするために、前記降下速度が制御されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記降下の開始までの前記上昇高さの調整が、溶接アークの電圧を一定に調整する結果をもたらすことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 金属要素(12)を、最初に金属部品(14)に対して上昇させ、溶接電流を供給して溶接アークが前記要素(12)と前記部品(14)との間に形成されるようにし、前記金属要素(12)を再び降下させ、該金属要素(12)を前記金属部品(14)に接触させ溶接電流を遮断することにより、溶接行程が行われ、該溶接行程における前記金属部品に対する前記金属要素(12)の上昇高さ(H)が検知されるようにされた、金属要素(12)を金属部品(14)上にアーク溶接する方法であって、
溶接電流の供給開始から該溶接電流の遮断までに供給される電気エネルギの合計である合計溶接エネルギ(Eend)が前もって特定された値となるように、前記金属要素の降下の開始の時点及び/又は降下速度を、検知された上昇高さ(H)に応じて制御することを特徴とする方法。 - 金属要素(12)を最初に金属部品(14)に対して上昇させ、再び前記金属要素を降下させる溶接装置(24)と、
前記金属要素(12)が前記金属部品(14)に対して上昇させられた状態における前記金属部品(14)に対する前記金属要素(12)の上昇高さ(H)を検知する上昇高さ検知装置(30)と、
前記金属部品(14)と上昇された前記金属要素(12)との間にアークを形成するための電力を与える電源装置(20)と、
前記金属要素(12)の上昇及び降下のために前記溶接装置(24)を作動させる制御装置と、
を備えた、金属要素(12)を金属部品(14)に溶接するアーク溶接システム(10)であって、
前記制御装置は、前記溶接装置(24)の作動を制御することにより、溶接電流が供給されている溶接行程中の少なくとも前記要素(12)の降下工程の開始の時点まで前記上昇高さ(H)が調節され、溶接電流の供給開始から溶接電流の遮断までの時間である合計溶接時間(Ts)が前もって特定された値となるように、前記降下の開始の時点及び/又は降下速度が、前記金属要素(12)の降下の開始の時点で検知された上昇高さ(H)に応じて制御されるようにする、
ことを特徴とするシステム。 - 前記溶接装置(24)が前記要素(12)を上昇及び降下させるための電気モータ(28)を有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
- 前記モータ(28)がリニアモータ(28)であることを特徴とする請求項7に記載のシステム。
- 金属要素(12)を金属部品(14)上にアーク溶接する方法であって、
前記金属要素(12)を前記金属部品(14)から離れるように上昇させ、
前記金属要素(12)と前記金属部品(14)との間に溶接電流を供給して溶接アークを生じさせ、
前記金属要素(12)を前記金属部品(14)に向けて降下させる、
段階からなり、
前記金属部品(14)から前記金属要素(12)が離れた状態にあるときの前記金属部品(14)に対する前記金属要素(12)の上昇高さを検出し、
前記金属要素(12)を降下させる速度又は該金属要素(12)の降下を開始させる時点が、前記金属要素(12)の降下開始時点での前記金属部品(14)に対する前記金属要素(12)の検出された前記上昇高さに基づいて定められる
ことを特徴とする方法。 - 金属要素(12)を金属部品(14)上にアーク溶接する方法であって、
前記金属要素(12)を前記金属部品(14)から離れるように上昇させ、
前記金属要素(12)と前記金属部品(14)との間に溶接電流を供給して溶接アークを生じさせ、
前記金属要素(12)を前記金属部品(14)に向けて降下させ、前記金属要素が前記金属部品に接触した後に溶接電流を遮断して溶接行程を終了する、
段階からなり、
前記金属要素(12)を降下させる速度が、前記金属要素(12)の降下を開始する時点で検出された前記部品(14)に対する前記要素(12)の上昇高さに基づいて定められる
ことを特徴とする方法。 - 前記金属要素(12)を降下させる速度は、該金属要素(12)の降下開始の時点から溶接行程の終了の時点までの間において変化させられることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記金属要素(12)を降下させる速度は、前記金属要素(12)が前記金属部品(14)に接近するにつれて遅くなるように制御される請求項10に記載の方法。
- 前記金属要素(12)を降下させる速度は、前記金属要素(12)が前記金属部品(14)に接近するにつれて速くなるように制御される請求項10に記載の方法。
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