JP2020535019A - 溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

溶接スタッドを基板に溶接するための装置であって、前記溶接スタッドのためのスタッドホルダ及びハウジングを含む溶接ガンと、溶接機と、前記溶接機から前記溶接ガンに溶接電流を導くための第１の電気ケーブルと、前記基板から前記溶接機に前記溶接電流を導くための第２の電気ケーブルと、ガス容器と、前記ガス容器からのガスを前記スタッドホルダに導くためのガス配管と、を備え、前記ガス容器は前記溶接機によって支持されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、スタッドを基板に固定するための装置及び方法、並びに、そのようなスタッドに関する。

種々の用途において様々なスタッドを基板に固定するためのいくつか装置及び方法が知られている。例えば、スタッドは基板と接触させられ、電流を印加される。電流がスタッドと基板との間を流れると直ちに、スタッドは、アークを形成しながら基板から持ち上げられる。放出されたエネルギーにより、スタッド及び基板の材料は、部分的に液化する。続いて電流が遮断され、スタッドが液化した材料の中に浸漬される。その間に、この材料は冷えて固化する。次いで、スタッドは、材料結合によって基板に接合される。
十分に短い時間でスタッド及び基板の材料の液化に必要なエネルギーを利用可能とするために、非常に高い電流強度で電流を発生させ、相応する寸法を有する電気ケーブルを介してスタッドに供給する装置が知られている。液化した材料の酸化を防止するために、スタッドと基板との間の接触部位を不活性ガスでフラッシュする（spulen）ことが知られている。

例えば建築物又は船舶の建造のような用途では、ネジ山を有する様々なサイズのスタッドが用いられ、当該ネジ山に、物体を基板に固定するために、当該物体がねじ留めされる。例えば電流の持続時間及び電力のような、固定方法のいくつかのパラメータは、使用者によって装置において設定され、使用されるスタッドに適合されなければならない。目視検査によって、使用者は、最終的にスタッドと基板との間の接合の品質を評価する。したがって、接合の品質は、使用者の経験及び能力にも依存する。

本発明の課題は、スタッドの基板への固定が簡略化され及び／又は改善される装置及び／又は方法を利用可能とすることである。

この課題は、溶接スタッドを基板に溶接するための装置であって、前記溶接スタッドのためのスタッドホルダを含む溶接ガンと、溶接機と、ガス容器と、前記ガス容器からのガスを前記スタッドホルダに導くためのガス配管と、前記ガス配管内に配置されたバルブと、前記バルブを制御するための制御装置であって、前記ガス配管を前記ガス容器からのガスでフラッシュするために、前記バルブを所定の時間に亘って開放するために設けられている制御装置と、を備える装置において解決される。ガス配管の自動的なフラッシングによって、状況によっては、溶接工程前の待ち時間及び／又はガス消費が低減される。

有利な実施形態は、前記制御装置が、前記所定の時間が経過したときに溶接工程を開始するために設けられていることを特徴とする。代替的な実施形態は、前記制御装置が、前記所定の時間が経過したときに、前記装置が溶接工程のための準備ができていることを前記装置の使用者に信号で知らせるために設けられていることを特徴とする。

別の有利な実施形態は、前記ガス容器が、前記溶接機、前記ガス配管、及び／又は、前記溶接ガンによって支持されていることを特徴とする。

別の有利な実施形態は、前記装置が前記ガス配管を通るガス流を制御するためのガス流制御装置を含み、前記ガス流制御装置が前記バルブを含むことを特徴とする。

別の有利な実施形態は、前記装置が、前記溶接機から前記溶接ガンに溶接電流を導くための第１の電気ケーブルと、前記基板から前記溶接機に前記溶接電流を導くための第２の電気ケーブルと、を含むことを特徴とする。

この課題は、溶接スタッドを基板に溶接するための方法であって、前記溶接スタッドのためのスタッドホルダを含む溶接ガンと、溶接機と、ガス容器と、前記ガス容器からのガスを前記スタッドホルダに導くためのガス配管と、前記ガス配管内に配置されたバルブと、を備える装置が利用可能とされ、前記ガス配管を前記ガス容器からのガスでフラッシュするために所定の時間に亘って前記バルブが開放され、前記ガス容器からのガスが前記溶接スタッドの周囲を流れる間、前記溶接スタッドが前記基板に溶接される方法によって、同様に解決される。

有利な実施形態は、前記溶接スタッドの前記基板への前記溶接が、前記所定の時間が経過したときに開始されることを特徴とする。代替的な実施形態は、前記所定の時間が経過したときに、前記装置が溶接工程のための準備ができていることが、前記装置の使用者に信号で知らされることを特徴とする。

本発明が、以下において、実施例に基づき、図面を参照して、詳細に説明される。

溶接装置を概略的に示している。

図１には、溶接スタッド２０を基板３０に溶接するための溶接装置１０が、概略的に示されている。溶接スタッド２０の材料及び基板３０の材料は、導電性であり、特に金属である。溶接装置１０は、押しボタンスイッチとして形成されたトリガスイッチ４１を有する溶接ガン４０と、ハウジング５１を有する溶接機５０と、第１の電気ケーブル６１と、接続端子６３を有する第２の電気ケーブル６２と、例えば電力ケーブルとして形成された電気供給ケーブル６４と、電気通信配線６５と、ガス缶又はガスボトルとして形成されたガス容器７０と、ガスホースとして形成されたガス配管７２と、を含む。

第１のケーブル６１は、溶接スタッド２０に溶接機５０を通る電流を供給する機能を果たす。第２のケーブル６２は、接続端子６３が基板３０にクランプされたときに、基板３０を溶接機５０と電気的に接続する機能を果たす。溶接スタッド２０が基板３０と接触すると、回路が閉じ、その結果、溶接スタッド２０には、溶接機５０から、例えば直流又は交流の形態である溶接電流が印加される。溶接ガン４０は、この目的のために、図１には示されていない溶接電流接触素子を含む。溶接機５０は、供給ケーブル６４からの電流を溶接電流に変換するための装置（図示せず）を含み、当該装置は、溶接電流を所望の電圧及び電流強度で供給するために、例えば、コンデンサ、サイリスタ、絶縁ゲート電極又は他のパワー電子素子を有するバイポーラトランジスタ、及び、マイクロプロセッサを有する付属の制御装置を含む。

溶接機５０は、駆動素子５２を有する入力装置５１と、視覚的な表示要素５４及び無線伝送ユニットを有する出力装置５３と、を備える。入力装置５１は、例えば、電圧、電流強度、溶接電流の電力及び持続時間、スタッドの位置及び速度などのような、溶接装置１０によって実行されるべき溶接プロセスのパラメータを、溶接装置１０の使用者が入力するために用いられる。出力装置５３は、例えば、溶接プロセスのパラメータに関する情報、溶接プロセスの検出された放出又は他の量に関する情報、溶接工程の品質に関する情報、溶接工程を改善するための措置に関する情報、溶接スタッドの検出された特性に関する情報又は上述した量から導出される情報、及び／又は、溶接装置１０の、特に溶接ガン４０のクリーニング及び／又はメンテナンスに関する推奨又は指示のような情報を、使用者に対して出力するために用いられる。

通信配線６５は、溶接ガン４０、特に図１には示されていない溶接ガン４０の制御装置と、溶接機５０、特に制御装置及び／又は入力装置５１及び／又は出力装置５３と、の間の通信のために用いられる。この通信を通じて、例えば溶接電流の溶接スタッド２０の移動との同期を達成し又は容易にするために、例えば溶接工程のパラメータに関する情報の交換が行われる。図示されていない実施例では、溶接ガンと溶接機との間の通信は、無線で、又は、溶接電流を導く第１の電気ケーブルによって行われる。

溶接ガン４０は、開口部４６を有するハウジング４２を備え、当該ハウジングから、トリガスイッチ４１を有するグリップ４３が突出している。溶接ガン４０は、更に、スタッドホルダ４４を備え、当該スタッドホルダには、溶接工程の間、溶接スタッド２０が保持されている。このために、スタッドホルダは、例えば２つ、３つ、４つ又はより多くの弾性アーム（詳細には図示せず）を含み、これらの間に溶接スタッド２０が差し込まれ、締まり嵌め（Klemmsitz）によって保持される。溶接ガン４０は、更に、溶接スタッド２０に溶接電流を印加するための溶接電流接触素子を備え、当該溶接電流接触素子は、例えば１つ以上の弾性アームの形態でスタッドホルダ４４に一体化されている。

溶接ガン４０は、更に、溶接ガン及び溶接機５０の様々な構成要素及び装置を制御するための制御装置９９を備える。制御装置９９は、溶接工程の１つ以上のパラメータを制御するために設けられている。制御装置９９は、これに加えて、例えば１つ以上のマイクロプロセッサ、１つ以上の一時的な又は永久的なデータメモリなどのような様々な電子部品を含む。

溶接ガン４０は、更に、第１のソレノイドとして形成されたスタッド持ち上げ装置を備え、当該スタッド持ち上げ装置は、作動すると、スタッドホルダ４４に、開口部４６から離れて後方へ（図１において上方へ）向かう力を印加する。信号配線（図示せず）を介して、制御装置９９は、スタッド持ち上げ装置を制御するために、特に作動及び停止させるために、当該スタッド持ち上げ装置と通信する。

溶接ガン４０は、更に、バネ要素又は第２のソレノイドとして形成されたスタッド浸漬装置を備え、当該スタッド浸漬装置は、作動すると、スタッドホルダ４４に、開口部４６に向かって前方へ（図１において下方へ）向かう力を印加する。信号配線（図示せず）を介して、制御装置９９は、スタッド浸漬装置を制御するために、特に作動及び停止させるために、当該スタッド浸漬装置と通信する。スタッド浸漬装置がバネ要素として形成されている場合、このバネ要素は、好ましくはスタッドホルダがスタッド持ち上げ装置によって後方へ移動されるときに引き伸ばされ、その結果、バネ要素は、スタッド持ち上げ装置が停止されると直ちに、スタッドホルダを前方へ移動させる。

ガス配管７２は、溶接工程中における周囲の酸素による酸化から接触領域を保護するため、溶接スタッド２０と基板３０との間の接触領域に、ガス容器７０からの保護ガスを供給する機能を果たす。ガス配管７２は、保護ガスをスタッドホルダ４４に導く。

溶接機５０は、ハウジング５１内に配置されたガス容器収容部７３を備え、当該ガス容器収容部内には、ガス容器７０が交換可能に収容されており、その結果、ガス容器７０は溶接機５０によって支持されている。図示されていない実施例では、ガス容器は、溶接機の外側に、例えばそのハウジングに、装着、特に固定されている。ガス配管７２は、ガス容器７０をガス配管７２に接続するためにガス容器収容部７３に配置されたガス接続要素７４を備える。更に、溶接装置１０、及び特に溶接機５０は、ガス配管７２を通るガス流を制御するための、バルブ、特にソレノイドバルブとして形成されたガス流制御装置７５を備え、ガス流は、例えば、ガス流制御装置７５の断面積を調整することによって、又は、ガス流制御装置７５の１つ以上の開放されたフェーズの持続時間又は頻度を調整することによって、制御される。その際、ガス流の制御は、好ましくは、溶接工程の他のパラメータ及び／又はガス配管７２内のガス容積に適合されている。

ガス流制御装置７５は、完全にハウジング５１内に配置され、溶接機５０によって支持されており、溶接スタッド２０と基板３０との間の接触領域へのガス流を制御する機能を果たす。ガス流制御装置７５は、例えば制御装置９９によって制御される制御可能なバルブを含む。とりわけ、制御装置９９は、ガス配管７２をガス容器からのガスでフラッシュし溶接工程を開始するために、又は、所定の時間が経過したときに、溶接装置１０が溶接工程のための準備ができていることを溶接装置１０の使用者に信号で知らせるために、所定の時間にわたってバルブを開放するために設けられている。ガス配管７２の自動的なフラッシングによって、状況によっては、溶接工程前の待ち時間及び／又はガス消費が低減される。

更に、溶接装置１０、及び特に溶接機５０は、ガス容器７０のための充填レベル検出装置７６を備える。充填レベル検出装置７６は、好ましくは、完全にハウジング５１内に配置され、溶接機５０によって支持されている。充填レベル検出装置７６は、ガス配管７２内に、例えばガス接続要素７４に配置された、ガス容器の内圧を測定するための圧力センサ、及び、実行された溶接の数を検出するデータ処理装置を含む。図示されていない実施例では、充填レベル検出装置は、特にガス容器の重量又は慣性、ガス流の制御中における圧力又は温度勾配、ガス容器内容物の音響応答などを測定するためのセンサを含む。付加的に又は代替的に、充填レベル検出装置７６は、ガス容器７０に装着された記憶媒体と、溶接機によって支持されていると共に、ガス容器７０の充填状態に関する情報を記憶媒体に保存し、及び／又は、記憶媒体から読み出し、及び／又は、出力装置５３、例えばその表示要素５４によって出力するのに適したデータ処理装置と、を含む。

溶接装置１０を用いた溶接プロセスにおいては、先ず、基板３０及びスタッド２９が使用可能とされる。更なるステップにおいて、例えば、続いて行われる溶接工程の所望のパラメータに関する情報が、入力装置を介して使用者により入力される。更なるステップにおいて、溶接スタッド２０は、溶接機５０によって、第１のケーブル６１及び第２のケーブル６２を用いて、溶接スタッド２０と基板３０との間に、溶接電流が印加される。更なるステップにおいて、溶接スタッド２０は、溶接スタッド２０と基板３０との間に流れる溶接電流を維持しながら、スタッド持ち上げ装置によって基板から持ち上げられ、その際、溶接スタッド２０と基板３０との間にアークが形成される。特にアークにより発生する熱に起因して、溶接スタッド２０及び／又は基板３０の材料が、部分的に液化される。更なるステップにおいて、溶接スタッド２０が、スタッド浸漬装置によって、溶接スタッド２０又は基板３０の液化した材料内に浸漬される。その後、溶接スタッド２０又は基板３０の液化した材料が凝固し、その結果、溶接スタッド２０が材料結合により基板３０と接合される。

ガス配管７２をガス容器７０からのガスでフラッシュするために、ガス流制御装置７５のバルブが所定の時間に亘って開放され、ガス容器７０からのガスが溶接スタッド２０の周囲を流れる間、溶接スタッド２０が基板３０に溶接される。その際、溶接スタッド２０の基板３０への溶接は、所定の時間が経過したときに開始される。代替的に、所定の時間が経過したときに、装置が溶接工程のための準備ができていることが、溶接装置１０の使用者に信号で知らされる。ガス配管のこの自動的なフラッシングは、好ましくは、溶接装置１０がオンにされたとき、及び／又は、比較的長いダウンタイムの後、及び／又は、ガス配管７２の部品が交換された後に常に、特にそのようなときにのみ、実施される。

その際、個々の方法ステップは、制御装置９９によって制御され、当該制御装置は、特に、例えば電圧、溶接電流の電流強度及び持続時間、又は、スタッドの移動の時刻及び速度、又は、スタッドの位置、又は、ガス配管７２を通るガス流のような、溶接工程のパラメータも制御する。更に、ガス容器７０の充填レベル及び実行された溶接の数が、検出され、記憶され、出力される。

本発明が、第１の物体を第２の物体に固定するための装置の例及びそのような装置の製造方法に基づいて記載された。その際、記載された実施形態の特徴は、単一の固定装置又は単一の製造方法の範囲内で、任意に互いに組み合わせることもできる。本発明による装置及び本発明による方法は、他の目的にも適していることに留意されたい。

Claims (9)

1. 溶接スタッドを基板に溶接するための装置であって、前記溶接スタッドのためのスタッドホルダを含む溶接ガンと、溶接機と、ガス容器と、前記ガス容器からのガスを前記スタッドホルダに導くためのガス配管と、前記ガス配管内に配置されたバルブと、前記バルブを制御するための制御装置であって、前記ガス配管を前記ガス容器からのガスでフラッシュするために、前記バルブを所定の時間に亘って開放するために設けられている制御装置と、を備える装置。
2. 前記制御装置は、前記所定の時間が経過したときに溶接工程を開始するために設けられている、請求項１に記載の装置。
3. 前記制御装置は、前記所定の時間が経過したときに、前記装置が溶接工程のための準備ができていることを前記装置の使用者に信号で知らせるために設けられている、請求項１に記載の装置。
4. 前記ガス容器は、前記溶接機、前記ガス配管、及び／又は、前記溶接ガンによって支持されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記ガス配管を通るガス流を制御するためのガス流制御装置を更に備え、前記ガス流制御装置は前記バルブを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記溶接機から前記溶接ガンに溶接電流を導くための第１の電気ケーブルと、前記基板から前記溶接機に前記溶接電流を導くための第２の電気ケーブルと、を更に備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 溶接スタッドを基板に溶接するための方法であって、
   ａ）前記溶接スタッドのためのスタッドホルダを含む溶接ガンと、溶接機と、ガス容器と、前記ガス容器からのガスを前記スタッドホルダに導くためのガス配管と、前記ガス配管内に配置されたバルブと、を備える装置を利用可能とするステップと、
   ｂ）前記ガス配管を前記ガス容器からのガスでフラッシュするために所定の時間に亘って前記バルブを開放するステップと、
   ｃ）前記ガス容器からのガスが前記溶接スタッドの周囲を流れる間、前記溶接スタッドを前記基板に溶接するステップと、を含む方法。
8. 前記所定の時間が経過したときに前記ステップｃ）が開始される、請求項７に記載の方法。
9. 前記所定の時間が経過したときに、前記装置が溶接工程のための準備ができていることを前記装置の使用者に信号で知らせる、請求項７に記載の方法。

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