JP4562354B2 - 溶接方法および溶接装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、母材の表面に絶縁皮膜が形成されている被溶接物を溶接するための溶接方法および溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属部材どうしを溶接するための溶接方法には種々のものがあるが、その中でも抵抗溶接は、「短時間で効率的に溶接できる」という利点があることから、幅広い分野で使用されている。しかし、抵抗溶接では、被溶接物の表面に接触された抵抗溶接電極から溶接しようとする箇所（以下、「溶接箇所」という。）へ溶接電流を付与してジュール熱を発生させる必要があるため、被溶接物の表面が酸化皮膜等のような絶縁皮膜である場合には、発熱量が不足して溶接不良を生じるおそれがあった。
【０００３】
この問題を解決するための一手段として、被溶接物の表面にある絶縁皮膜をレーザ光により予め除去する技術が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２２５７７０
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術（特許文献１）では、絶縁皮膜をレーザ光により除去して母材を露出させた後に、母材に抵抗溶接電極を接触させて溶接箇所へ溶接電流を付与していたので、絶縁皮膜を除去する工程から溶接電流を付与する工程へ移行するのに時間を要し、溶接作業を迅速に行うことができないという問題があった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、母材の表面に絶縁皮膜が形成されている被溶接物であっても迅速に抵抗溶接することのできる、溶接方法および溶接装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明は、「互いに重ね合わされた板状またはシート状の被溶接物１４ａ，１４ｂのそれぞれに一対の抵抗溶接電極２８，３０を所定の押圧力で押し当てて接触させ、一対の抵抗溶接電極２８，３０に溶接電圧を印加しながら、抵抗溶接電極２８，３０と被溶接物１４ａ，１４ｂとの接触部Ｐ１，Ｐ２にレーザ光を照射することを特徴とする溶接方法」である。
【０００８】
この発明では、板状またはシート状の被溶接物１４ａ，１４ｂに押し当てられた抵抗溶接電極２８，３０に溶接電圧を印加しながら、抵抗溶接電極２８，３０と被溶接物１４ａ，１４ｂとの接触部Ｐ１，Ｐ２にレーザ光を照射するようにしているので、レーザ光により絶縁皮膜が除去されると、その瞬間に溶接箇所Ｐ０へ溶接電流が付与される。したがって、絶縁皮膜を除去する工程から溶接電流を付与する工程への移行時間は限りなくゼロに近くなる。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、「互いに重ね合わされた２つの板状またはシート状の被溶接物１４ａ，１４ｂを挟んでこれらを互いに密着させる一対の抵抗溶接電極２８，３０と、一対の抵抗溶接電極２８，３０に溶接電圧を印加する溶接電源３２とを備える溶接装置１０において、抵抗溶接電極２８，３０に溶接電圧が印加された状態で、抵抗溶接電極２８，３０と被溶接物１４ａ，１４ｂとの接触部Ｐ１，Ｐ２にレーザ光を照射するレーザ光照射手段１８をさらに備えることを特徴とする溶接装置１０」である。
【００１０】
この発明では、溶接電源３２から抵抗溶接電極２８，３０に溶接電圧を印加しながら、レーザ光照射手段１８から抵抗溶接電極２８，３０と、板状またはシート状の被溶接物１４ａ，１４ｂとの接触部Ｐ１，Ｐ２にレーザ光を照射することができる。したがって、レーザ光により絶縁皮膜を除去した瞬間に溶接箇所Ｐ０へ溶接電流を付与することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図３を参照して、この発明が適用された溶接装置１０は、図４に示すようなロボットアーム１２に装着されて２つの被溶接物１４ａおよび１４ｂを互いに溶接するものであり、一般には「スポット溶接ガン」と称されるものである。
ただし、この発明は、「スポット溶接ガン」の他に、固定式の溶接装置にも適用可能であることを予め指摘しておく。
【００１２】
被溶接物１４ａおよび１４ｂは、母材の表面に絶縁皮膜が形成されている板状またはシート状の材料であり、具体的には、アルミからなる母材の表面に酸化皮膜が形成されているアルミ板や、スチールからなる母材の表面に酸化皮膜が形成されているスチール家具用鋼板等がこれに該当する。
【００１３】
溶接装置１０（図１〜図３）は、「加圧手段」としての加圧部１６，「レーザ光照射手段」としてのレーザ光照射部１８，ガス吸引管２０および接続部２２（図１）等によって構成される。
【００１４】
加圧部１６は、被溶接物１４ａおよび１４ｂを互いに点状に密着させるものであり、図１および図２に示すように、略コ字状のフレーム２４，エアシリンダ装置２６ならびに略円柱状の抵抗溶接電極２８および３０等によって構成される。
【００１５】
エアシリンダ装置２６は、フレーム２４の上部に取り付けられたシリンダ２６ａ（図１，図２）とシリンダ２６ａ内に摺動自在に収容されたピストン２６ｂ（図２）とによって構成され、図示しないエア供給源からシリンダ２６ａ内に供給されたエアによってピストン２６ｂが往復運動される。
【００１６】
そして、ピストン２６ｂの下端には、抵抗溶接電極２８が取り付けられ、フレーム２４の下部には、抵抗溶接電極２８と対向するようにして抵抗溶接電極３０が取り付けられ、抵抗溶接電極２８および３０には、溶接電源３２が接続される。
【００１７】
レーザ光照射部１８は、図３に示すように、被溶接物１４ａと抵抗溶接電極２８との接触部Ｐ１および被溶接物１４ｂと抵抗溶接電極３０との接触部Ｐ２にレーザ光を照射することにより、接触部Ｐ１およびＰ２にある絶縁皮膜を除去するものであり、図２に示すように、２つの照射ユニット３４，レーザ光源３６，光ファイバー３８等によって構成される。
【００１８】
各照射ユニット３４は、図３に示すように、筒状のケース４０，コリメータレンズ等からなる出射部４２および集光レンズ４４等によって構成され、ケース４０の側面には、シールドガス（アルゴンガス，ヘリウムガス等）を供給するためのガス供給口４０ａが形成され、ガス供給口４０ａには、図２に示すように、ガス供給装置４６が接続される。
【００１９】
レーザ光源３６は、レーザ光を発生させるものである。レーザ光源３６の種類は特に限定されるものではないが、例示するならば、ＹＡＧレーザ，エキシマレーザ，ガラスレーザ，ＣＯ2レーザまたは半導体レーザ等を挙げることができる。
【００２０】
そして、各照射ユニット３４の出射部４２とレーザ光源３６とが光ファイバー３８を介して接続される。ただし、レーザ光源３６の種類が、ＣＯ2レーザ等のような光ファイバーによる伝送が困難なものである場合には、レーザ光をミラーで反射させることにより各照射ユニット３４へ導くようにしてもよい。
【００２１】
ガス吸引管２０は、各照射ユニット３４におけるケース４０の先端から吐出されたシールドガス（アルゴンガス，ヘリウムガス等）や被溶接物１４ａおよび１４ｂで発生したヒューム（煙）を吸引して排出するためのものであり、ガス吸引管２０には、吸引ポンプ等のようなガス吸引装置４８が接続される。
【００２２】
接続部２２は、加圧部１６，照射ユニット３４およびガス吸引管２０等を一体としてロボットアーム１２に接続するものである。
【００２３】
そして、加圧部１６，溶接電源３２，レーザ光源３６，ガス供給装置４６およびガス吸引装置４８には、図２に示すように、一連の溶接動作やシールドガス等の供給・排気動作を制御するための制御装置５０が接続される。
【００２４】
溶接装置１０を用いて被溶接物１４ａと被溶接物１４ｂとを互いに溶接する際には、まず、被溶接物１４ａと被溶接物１４ｂとを重ね合わせ、これらを図示しない冶具で定盤に固定する。続いて、図４に示すように、ロボットアーム１２およびエアシリンダ装置２６を駆動して、抵抗溶接電極２８および３０を被溶接物１４ａおよび１４ｂのそれぞれに所定の押圧力で押し当てて接触させ、被溶接物１４ａおよび１４ｂを互いに密着させる。
【００２５】
そして、図３に示すように、溶接電源３２から抵抗溶接電極２８および３０に溶接電圧を印加しながら、接触部Ｐ１およびＰ２にレーザ光を照射する。すると、接触部Ｐ１およびＰ２の被溶接物１４ａおよび１４ｂが加熱溶融されることによって、被溶接物１４ａおよび１４ｂとそこに押し当てられた抵抗溶接電極２８および３０との接触面積が増大し、また、絶縁皮膜が蒸発されて除去される。
【００２６】
このとき、抵抗溶接電極２８および３０には、予め溶接電圧が印加されているので、レーザ光により絶縁皮膜が除去されて電気抵抗が小さくなると、その瞬間に溶接箇所Ｐ０へ溶接電流が付与され、被溶接物１４ａおよび１４ｂが互いに溶接される。
【００２７】
この実施例によれば、絶縁皮膜を除去する工程から溶接箇所Ｐ０に溶接電流を付与する工程への移行時間を限りなくゼロに近づけることができるので、母材の表面に絶縁皮膜が形成されている被溶接物１４ａおよび１４ｂであっても迅速に抵抗溶接することができる。
【００２９】
なお、上述の実施例では、被溶接物１４ａおよび１４ｂを互いにスポット溶接するようにしているが、たとえば図５に示すようなシーム溶接装置５２を用いることによって、これらをシーム溶接するようにしてもよい。
【００３０】
シーム溶接装置５２（図５）では、上述した実施例における棒状の抵抗溶接電極２８および３０に代えて、円盤状の抵抗溶接電極５４および５６が用いられ、抵抗溶接電極５４および５６が被溶接物１４ａおよび１４ｂに所定の押圧力で押し当てられて接触される。そして、抵抗溶接電極５４と被溶接物１４ａとの接触部Ｐ１および抵抗溶接電極５６と被溶接物１４ｂとの接触部Ｐ２にレーザ光照射部１８からレーザ光が照射される。
【００３１】
シーム溶接装置５２（図５）を用いて被溶接物１４ａおよび１４ｂを互いに溶接する際には、まず、被溶接物１４ａと被溶接物１４ｂとを重ね合わせ、これらを図示しない冶具で定盤に固定する。続いて、図５に示すように、抵抗溶接電極５４および５６を被溶接物１４ａおよび１４ｂのそれぞれに押し当てて接触させ、被溶接物１４ａおよび１４ｂを互いに密着させる。
【００３２】
そして、被溶接物１４ａおよび１４ｂを所定の送り速度Ｖで送りながら、抵抗溶接電極５４および５６を回転させて接触部Ｐ１およびＰ２の位置を移動させるとともに、抵抗溶接電極５４および５６に溶接電源３２から溶接電圧を印加しながら、接触部Ｐ１およびＰ２にレーザ光照射部１８からレーザ光を照射する。すると、接触部Ｐ１およびＰ２の絶縁皮膜がレーザ光により除去された直後から溶接箇所Ｐ０への溶接電流の供給が開始される。
【００３３】
つまり、図６に示すように、接触部Ｐ１およびＰ２には一定の幅Ｌがあるため、被溶接物１４ａおよび１４ｂの任意の点Ａが抵抗溶接電極５４および５６に接触している時間Ｔは、幅Ｌと被溶接物１４ａおよび１４ｂの送り速度Ｖとによって定まることとなり（Ｔ＝Ｌ／Ｖ）、時間Ｔの間に絶縁皮膜が除去されるとその瞬間から溶接箇所Ｐ０へ溶接電流が付与されるようになる。なお、幅Ｌは、抵抗溶接電極５４および５６の直径を変えることにより調整可能である。
【００３４】
また、シーム溶接する場合には、図７に示すように、本体部５４ａおよび５６ａと被溶接物１４ａおよび１４ｂとの間に導線５４ｂおよび５６ｂを送り込んで、本体部５４ａおよび５６ａと被溶接物１４ａおよび１４ｂとが直接接触するのを防止するようにしてもよい。この場合には、本体部５４ａおよび５６ａに汚れが付着して電気抵抗が増大するのを防止できるので、溶接不良をより確実に防止できる。
【００３５】
さらに、被溶接物１４ａおよび１４ｂに抵抗溶接電極を所定の押圧力で押し当てる手段としては、エアシリンダ装置２６に代えて、サーボモータを用いた装置や脚踏み式の装置等を用いてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１および２に記載した発明によれば、絶縁皮膜をレーザ光によって除去する工程と、抵抗溶接電極から溶接箇所へ溶接電流を付与する工程とをほぼ同時に進めることができるので、これらの工程を切り替えるための時間を待つ必要がなくなり、溶接に要する時間を大幅に短縮できる。
【００３７】
つまり、母材の表面に絶縁皮膜が形成されている被溶接物どうしを溶接する場合であっても、レーザ光照射と抵抗溶接とのハイブリッド効果によって効率よく溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された溶接装置を示す図である。
【図２】溶接装置の細部を示すブロック図である。
【図３】図１実施例の溶接装置を用いた溶接方法を示す図である。
【図４】溶接装置をロボットアームに取り付けた状態を示す図である。
【図５】他の溶接装置を示す図である。
【図６】図５実施例の溶接装置を用いた溶接方法を示す図である。
【図７】図５実施例の溶接装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０…溶接装置
１４ａ，１４ｂ…被溶接物
１６…加圧部
１８…レーザ光照射部
２８，３０…抵抗溶接電極
３２…溶接電源
３４…照射ユニット
３６…レーザ光源

Claims (2)

1. 互いに重ね合わされた板状またはシート状の被溶接物のそれぞれに一対の抵抗溶接電極を所定の押圧力で押し当てて接触させ、前記一対の抵抗溶接電極に溶接電圧を印加しながら、前記抵抗溶接電極と前記被溶接物との接触部にレーザ光を照射することを特徴とする溶接方法。
2. 互いに重ね合わされた２つの板状またはシート状の被溶接物を挟んでこれらを互いに密着させる一対の抵抗溶接電極と、前記一対の抵抗溶接電極に溶接電圧を印加する溶接電源とを備える溶接装置において、
   前記抵抗溶接電極に溶接電圧が印加された状態で、前記抵抗溶接電極と前記被溶接物との接触部にレーザ光を照射するレーザ光照射手段をさらに備えることを特徴とする溶接装置。

Images