JP4843192B2

JP4843192B2 - 電気アーク溶接装置、金属板を金属の対向する部品に溶接する方法、及び溶接要素

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Publication number: JP4843192B2
Application number: JP2003368864A
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Inventors: ギスベルトシュミットクラウス
Original assignee: ニューフレイリミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2003-10-29
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Description

本発明は、細長い面を有する金属板を保持するための保持装置と、該保持装置を金属の対向する部品の方向に及び該対向する部品から離れる方向に移動させるための往復動装置と、該板と該対向する部品との間に電圧を印加してその間にアークを生成するための電圧供給装置とを有する、金属板を金属の対向する部品に突き合わせ溶接するための電気アーク溶接装置に関する。
さらに、本発明は、電圧を金属板と対向する部品との間に印加し、該板と該対向する部品との間に電気アークがもたらされ、これにより該板の面と該対向する部品の面している部分とが初期溶融され、最後に該板が溶接継目が生成されるように該対向する部品に突き合わせ溶接される方法に関する。
最後に、本発明は、金属の対向する部品の外形にほぼ適応する細長い面を備え該対向する部品上に溶接されるべき溶接セグメントと、例えば物体を該対向する部品に締結するような特定の機能を該対向する部品上で達成させる直立機能セグメントとを有する、電気アーク溶接法により、金属の対向する部品に溶接するための金属材料の溶接要素に関する。

このような電気アーク溶接装置、このような溶接方法、及びこのような溶接要素は、本出願人のＷＥＬＤＦＡＳＴ溶接システムとして知られている。
電気アーク溶接の分野、さらに短時間アーク溶接又はボルト溶接として知られる分野においては、種々の形状のボルトを面状金属板の形態である対向する部品上に溶接できることがが知られている。ここで、ボルトは原則として、対向する部品上で特定の機能を行うプラスチッククリップのための締結要素として働く。
例として、自動車車体の製造があり、この場合には、今日では車体には多くの溶接ボルトが溶接され、後でそこにプラスチッククリップを用いてラインを締結し、内部トリムを本体の板金に固定するなどの目的のために使用される。
さらに、金属ナットを金属板上に溶接できることが知られている。ここでは、板には多くの場合、ナットの雌ねじと同心に配向された穴が前もって備えられており、物体がねじによって該板に固定できるようにされる。ナットを本体の板金に溶接するとき、原則として、ナットとそれに対向する部品との間に形成される電気アークがナット面に沿って円形に動くように、制御された磁界が使用される。ここでは、溶接装置は溶接部の位置の周りにコイルを備えて、ナットの円形の環状部の表面上におけるアークの回転に影響が及ぼされるようになる。このことは、例えば、ＴｒｉｌｌｍｉｃｈＷｅｌｚによるＢｏｌｚｅｎｓｃｈｗｅｉｓｓｅｎ、ＧｒｕｎｄｌａｇｅｎｕｎｄＡｎｗｅｎｄｕｎｇ、ＦａｃｈｂｕｃｈｒｅｉｈｅＳｃｈｗｅｉｓｓｔｅｃｈｎｉｋ、Ｖｏｌ．１３３、１９９７年Ｃｈ．９．４のＤｅｕｔｓｃｈｅｒＶｅｒｌａｇｆｕｒＳｃｈｗｅｉｓｓｔｅｃｈｎｉｋ（ＤＶＳ−Ｖｅｒｌａｇ）ＧｍｂＨに述べられている。
対応する装置がさらに、例えば、ＤＥ４，４００，９５７Ｃ１に開示されている。

板金締結要素を大面積板金部品、例えば、車体用加工板に接合するためには、溶接セグメントが車体用加工板上に平行に配置されるように、該溶接セグメントを問題の締結要素の上で曲げることが知られている。次いで、連結部がスポット溶接により形成される。ここでの不利な点は、溶接セグメントを車体用板の上に平行に置かなければならないために、比較的質量の大きな締結要素の板金が必要になる、ということである。このような多くの締結要素を自動車に用いることにより、自動車の重量は大幅に増加する。
この問題を解決するために、本発明の出願人は、最初に述べられたいわゆるＷＥＬＤＦＡＳＴ溶接プロセスを提案した。
ＷＥＬＤＦＡＳＴ溶接プロセスにより、小さな板の形態である締結要素が対向する部品上に突き合わせ溶接される。これにより、スポット溶接技術に要求される平行な締結セグメントが排除されるため、重量の大幅な節約が達成される。
ＷＥＬＤＦＡＳＴ溶接システムは、多くの場合、板金部品の形態である小さな溶接要素を面状の対向する部品上に突き合わせ溶接する目的のために用いられる。典型的な用途の例は自動車本体の製造であり、この場合には、溶接要素が車体部品上に溶接され、その後で、例えば燃料ラインのための機能、トリムの固定具としての機能などの特定の機能が達成される。
ここでは、溶接要素は細長い面を有する溶接セグメントを備える。それらの外形は、全体として、対向する部品の外形に適応される。

電気アークの発生を助けるために、面の外形は多くの場合、対向する部品の外形から離れるように、鈍角で先細に構成される。次に、アーク発生のための往復動方法により、鈍角の先端により対向する部品上において電気アークが形成される。次に、電気アークが対向する部品から発生させられるようにするために、溶接要素が持ち上げられたときにバイアス電流が印加される。次に、電気アークを溶接要素の細長い面全体にわたって生成するために、溶接電流が、典型的には２千アンペア付近にまでスイッチオンされる。次に溶接要素が対向する部品上に降下させられて、アークにより形成された溶融部が混合するようにされる。溶接電流はスイッチオフされ、溶接継目は冷却される。
そのような溶接連結を生成するのに必要とされるエネルギは、相当なものである。
印刷物ＤＥ２９９０５２５９Ｕ１は、電気アーク上に作用する磁界を生成するための部分的に軟磁性鋼製の磁場形成具をもったＷＥＬＤＦＡＳＴ溶接システムのための溶接装置を備えるものを開示する。例による磁場形成具は板金の端部に設けられ、各々は該端部をＵ字形に取り囲む。別の例においては、板金と平行に配置された磁場形成具が設けられる。
両方の場合において、磁場形成具は電気アーク上に作用する磁界が設定されるようにするためのものであり、したがって、該磁場形成具はアークの拡散に影響を与える。
しかしながら、どのように電気アークが影響を受けるか、及びどのように磁界が向けられるかは、この文献からはわからない。

本発明が対処する問題は、したがって、細長い面を有する金属板を金属の物体上に突き合わせ溶接するための改善された電気アーク溶接手段、対応する溶接方法、及びそのような溶接プロセスのための溶接要素を特定することである。

この目的を達成するために、本発明は、幅寸法よりも長さ方向の寸法が大きい細長い形状に形成された細長い面を有する金属板の該細長い面を金属の対向する部品上に突き合わせ溶接するための電気アーク溶接装置を提供する。この電気アーク溶接装置は、金属板を保持するための保持装置と、該保持装置を金属の対向する部品の方向に、及び該対向する部品から離れる方向に移動させるための往復動装置と、該金属板と対向する部品との間に電圧を印加して、それらの間に電気アークを生成するための電圧供給装置とを備える。本発明による電気アーク溶接装置の特徴は、電気アークを上記の細長い面の長さ方向に移動させるために、該細長い面の長さ方向に対して横方向で、溶接作業中に金属板と対向する部品との間に生成される電気アークに対して横方向の成分を有する磁界を生成するように構成された磁界生成装置を備えることにある。また、制御装置が設けられ、電気アークの電圧を監視し、該電気アークの電圧によって電気アークが上記細長い面の端部に達したことが検出されたとき、磁界の極性を反転させて、該細長い面の長さ方向に沿った電気アークの移動方向を反転させるように作動する。磁界生成装置は、金属板の上記細長い面の長さ方向の寸法に対応する長さを有するコアと、該コアに巻かれたコイルと、該コアの一方の側縁から該コアに対して横方向に延びるように形成された第１ヨーク脚部と、コアの他方の側縁から該コアに対して横方向で該第１ヨーク脚部と同じ方向に延びるように形成された第１付加ヨーク脚部と、第１の空隙を挟んで該コアに対向配置された対向ヨークとを備える。対向ヨークは、コアの側縁から延びる第１ヨーク脚部に対向するように配置された第２ヨーク脚部と、第２の空隙を挟んで第１付加ヨーク脚部に対向するように配置された第２付加ヨーク脚部と、該第２ヨーク脚部と第２付加ヨーク脚部とを互いに連結する連結片とからなる。この配置により、コイルが巻かれたコアから第１ヨーク脚部を経て第１の空隙を横切り対向ヨークの第２ヨーク脚部に至り、連結片を経て第２付加ヨーク脚部及び第２の空隙を通り第１付加ヨーク脚部に至る磁気回路が形成される。溶接に際しては、金属板が第１の空隙に挿入される。

磁界は、細長い面の広がりに対して横方向で、アークの広がりに対して横方向に向いた成分を有するために、ローレンツ力がアーク上に作用して、該アークが該面に沿って移動するようになる。
本発明による電気アーク溶接装置によりもたらされるアークは、既知のＷＥＬＤＦＡＳＴシステムより低いエネルギを有するものとすることができる。したがって、溶接作業は一般的に、より低いエネルギ消費で実行することができる。さらに、薄板であってもこれらの板が溶接継目の近くで燃えてしまう危険性が少ないため、板をより薄い板の形態の対向する部品上に溶接することが可能になる。
本発明による溶接要素においては、端部の少なくとも一方の細長い面の外形形状が分かるようにすること、すなわち電気アークがその端部に到達したとき直ちに、電気アークの電圧により、該外形形状が分かるようにすることが有利である。したがって、溶接要素の形状を介して、アークをスイッチオフするか、又は該アークが細長い面の端部に到達したときに反対方向に移動させるようにするという、いずれの作動もが可能になる。
このように本発明による電気アーク溶接装置は、磁界の極性が反転されるように設計された制御装置が設けられる場合には、電気アークが細長い面の広がりの両方向に移動することができるようになるため、有利である。
この方法により、面と対向する部品とを初期溶融させるために、制御装置を用いて、アークを細長い面に沿って前後に移動させることができる。

したがって、アークは面に沿った単一運動の過程において溶融エネルギのすべてを作用させる必要がなくなるため、溶接作業に要求されるエネルギの消費を、さらに最小化することができる。むしろ、このことは、少なくとも１つの前進及び少なくとも１つの戻り運動により、しかし原則としては幾つかの前進及び戻り運動により、達成することができる。
同様に、磁界生成装置が実質的に面の全長にわたって磁界を生成するように設計されることも有利である。
したがって、電気アークは面の全長にわたり移動することができ、必要であれば後ろに移動することもできる。
別の好ましい実施形態によると、磁界生成装置は、磁気回路に連結され、形成されるべき溶接継目の近くに空隙を備え、その間に板金の面を導入することが可能になった少なくとも１つのコイルを備える。
このようにして、細長い面の広がりに対して横方向で、電気アークの広がりに対して横方向の成分によって、磁界を比較的単純な方法で生成することができる。
ここでは、磁気回路が、板金の面の広がりに対して平行に配置され、その間に空隙を定める２つのヨークを備えている構成が特に有利である。
したがって、コイルを空間的に有利に配置することが可能である。アークの導びくのに適切な磁界がヨークの間にもたらされる。ヨークの形状は、例えば、板金が裂け目及び／又は長手方向に波状の形状を備える場合には、後者の形状に任意に適応させることができる。

特に好ましい実施形態によると、コイルが板金に対して多かれ少なかれ平行に配置されたコア上に巻かれ、２つのヨーク脚部がそこから該板金の方向に延び、磁気回路はさらに、板金の対向する側に、ヨーク脚部に適合する２つの脚部とそれらを連結する連結部品とを備えた、対向するヨークを備える。
したがって、磁気回路は、コア、そこから延びる２つのヨーク脚部、及び対向するヨークにより形成され、その間に２つの空隙が配置される。一方の空隙は形成されるべき溶接継目の近くに配置されるものである。他方の空隙は必然的にこの空隙の上に配置されるものである。
この形状により、細長い面の広がりに対して横方向で、電気アークの広がりに対して横方向の成分を有する磁界を、単純な設計で生成することができる。
ここでは、付加的なコイルが対向するヨーク上に配置されることが特に好ましい。
このように、磁界の強さは溶接継目に関連した空隙において高めることができる。
概して、板金が強磁性材料からなるときには、保持装置が非強磁性の保持装置から構成され、溶接作業中に磁界が生成される磁気回路の空隙に配置されることが有利である。
特に、上述の磁気回路の好ましい実施形態においては、非強磁性材料の保持要素を、ここで上方空隙に配置して、溶接されるべき板金を介する磁気回路の短絡を避けるようにすることができる。
さらに好ましい実施形態によると、溶接されるべき要素の幅に依存する、電気アークを通る溶接電流は、締結要素の幅全体を覆うのに必要な溶接電流よりも小さな範囲内にあり、例えば、２００Ａにまで減らすことができる。

この強さの電気アークにおいては、概して、溶接作業において、より低いエネルギ消費がもたらされる。さらに、板金を薄い対向する板に突き合わせ溶接することもできる。
本発明の方法により、電気アークを反対方向に移動させるために、該電気アークが面の端部に到達したときに磁界の極性を反転させることが好ましい。
このことは、電気アークを面の前後に移動させることを可能にする。
ここでは、電気アーク電圧が監視され、該電気アーク電圧によってアークが面の端部に到達する状態が現れたとき、極の反転作動が開始されるようにすることが特に有利である。
外形が適当な形状である場合には、板金又は溶接されるべき溶接要素の端部において、アークが板の面から面の広がりを越えて対向する部品の方向に向くように変位させられて、アークの長さが大きくなることが見出された。これは、アーク電圧を増加させる。適当な電子装置がこれを監視して、極の反転作動が開始されるように利用することができる。
或いは、例えば時間制御のような他のパラメータに基づいて極の反転作動を開始させることが可能である。ここでは、或る境界条件のもとで、電気アークが面の端部に到達したときに、適当な経験に戻らなくてはなければならない。もちろん、さらに例えば面の端部の近くに、光学又は磁気センサのような適当なセンサを設けることにより、該面の端部に到達したことを認識することが可能である

さらに、溶接電流の大きさより小さい大きさの電流を運ぶ磁界により、溶接されるべき板金及び／又は対向する部品の表面に沿って電気アークを移動させ、この表面を該電気アークにより清掃されるようにすることは、全体にわたって特に有利である。
電気アーク清掃電流は、板金及び対向する部品が初期溶融されることにならないが、接合ゾーンの表面からは被覆及び汚れが除去されるように選択される。この方法により、小さい溶接電流において、極度に低いスパッタ溶接を生成することができる。
上述の特徴及び以下に図示される特徴は、本発明の広がりから離れることなく、特定の組み合わせにおいてのみではなく、さらに、他の組み合わせ、又は単独で用いることができることが理解されるであろう。

本発明の実施形態は、図における例を用いて表わされ、以下の説明においてより詳細に図示される。
図１及び図２において、本発明による電気アーク溶接装置の第１の実施形態が全体を１０として示される。
電気アーク溶接装置（以下は簡単に、溶接装置）は、金属の細長い板又は板セグメント１２の形態である溶接要素を、例えば自動車の車体板のような対向する板１４の形態である対向する部品上に突き合わせ溶接するように作動する。
溶接装置１０は、板１２を保持する保持装置１６を備える。概略的に示される往復動装置１８は、保持装置１６を板１２と共に前後に、すなわち、対向する部品１４の方向に及び該対向する部品１４から離れる方向に移動させるように作用する。
電圧供給装置２０は、電圧を板１２から対向する部品１４に印加するように作用する。
図示される溶接装置１０は、いわゆる往復動アーク発生プロセスにより作動する。すなわち、対向する部品１４に面する板１２の面２２は、該対向する部品１４に対して突き合わさるように降下させられ、一般的に、該対向する部品１４に対して横方向に、すなわち垂直に配置される。次に、電圧供給装置２０は前段階電流に切り換えられ、ここで板１２が往復動装置１８により対向する部品１４から上昇させられ、アークが発生されるようになる。
或いは、溶接装置はピーク電圧アーク発生プロセスにより作動させることができる。

溶接のために、電圧供給装置２０の電圧を上昇させて、面２２と対向する部品１４の向き合った部分とを局所的に初期溶融させるのに適当な電気アーク２４を通して溶接電流Ｉ_sが流れるようにする。このように形成されたアーク２４は局所に制限され、すなわち、板１２の面２２全体に渡って広がることはない。典型的な溶接電流の値は５００Ａより下であり、特に４００Ａより下である。多くの適用例においては、３００Ａの溶接電流Ｉ_sで十分である。
局所に制限された又は局所アーク２４は、次に、図２に見られるように、板１２の面２２に沿って、最初に第１の方向２６に移動し、次に該第１の方向２６とは反対方向の第２の方向２８に移動する。
このことは、アーク２４、２４’により図２ａに概略的に示され、アーク２４、２４”により図２ｂに概略的に示される。
アーク２４を板１２の面２２に沿って移動させるために、図１において全体が３０で示される磁界生成装置が用いられる。
磁界生成装置３０は、最初に面２２の長手方向の広がり３４に対して横方向に通り、次に、一般に該面２２から対向する部品１４の方向に多かれ少なかれ垂直に通るアーク２４の方向に対して横方向の成分３２を有する磁界を溶接ゾーンの近くに生成する。
この磁界成分３２によりローレンツ力がアーク２４上に作用して、アークが面２２の広がりの方向に移動するようになる。図２ａには、電気アークが磁界成分３２によって第１の方向に移動する状態が示されている。図２ｂには、アーク２４が、磁界成分３２とは反対方向の磁界成分３２’により、反対向きの第２の方向２８に移動する状態が示されている。

磁界は、板１２に対してほぼ平行に延びる磁性コア上に巻かれたコイル３６を用いて生成される。コア３８から上方ヨーク脚部４０が板１２の方向に延びる。下方ヨーク脚部４２は、溶接ゾーンの近くにおいて板１２の方向に延びる。
磁界生成装置は、さらに、対向するヨーク４４を備える。対向する部品４４は、コア３８と上方及び下方ヨーク脚部４０、４２との配置に対して、ほぼ正反対に構成され、上方脚部４６、下方脚部４８、及び該脚部４６、４８を連結する連結片４９を備える。
この構成により、コア３８から上方ヨーク脚部４０を経て上方空隙５６、上方脚部４６、連結部品４９、下方脚部４８、下方空隙５４、及び下方ヨーク脚部４２を経て磁界５０を通す磁気回路５２が形成される。
溶接作業に際しては、板１２が上方間隙５６を通り下方間隙５４の方向に導入されて、面２２が該下方間隙５４より多少上方に位置するようにされる。ここで、磁界５０の成分３２が面２２の長手方向の広がり３４全体にわたって作用し、したがってアーク２４が移動するようになる。
図示実施形態においては、磁気回路５２が該板１２を介して短絡する危険があるため、板１２は非強磁性材料であるべきことが理解されるであろう。

コイル３６のために、コイル電流Ｉ_Mが生成されるように設計された付加的な電圧供給装置５８が準備される。溶接電流Ｉ_Sのための電圧供給装置２０及びコイル電流Ｉ_Mのための電圧供給５８をトリガする制御装置６０が準備される。ここで、制御装置６０は特に、適切な時点において電圧供給装置５８の極性を反転させるように設計される。したがって、アーク２４は、面２２に沿った移動中に該面２２の端部に到達するとすぐに、反対方向に戻るように移動することができる。
磁界５０の極性の反転は、例えば時間制御とすることができ、又はアーク２６の位置を常に検出するように設計された適当なセンサ（図１には示されない）を用いて制御することができる。次に、制御装置６０に設けられた規制回路により、磁界５０の極性が反転される。
磁界５０を強化するために連結片４９上に設けることができる任意の付加的なコイルが、６２として示される。

図３において、１０’は図１及び図２の溶接装置１０の修正された実施形態を示す。溶接装置１０’の一般的な構造は、溶接装置１０の構造と同一である。後者とは違い、溶接装置１０’は強磁性の板７２を保持するように設計された非強磁性材料の保持要素７４を備える。強磁性の板７２が磁界生成装置３０の中に置かれた状態では、非強磁性保持要素７４は上方空隙５６の高さにあるようになる。これにより、強磁性の板７２を介して上方ヨーク脚部４０から下方ヨーク脚部４２に短絡することが避けられる。
本実施形態においては、保持装置１６は保持要素７４を保持するように設計される。
本発明による溶接装置は、如何なる形状の板でも、横方向に配置された、特に該板に対して幾分垂直に配置された対向する部品（対向する板）上に突き合わせ溶接するように設計されている。溶接装置は、特に、自動車の本体を製造する分野において用いることができる。この分野においては、多くの場合、かなり小さな板金部品が本体の板金に溶接される。この小さい板金部品は、締結部品として又は締結部品のための固定具として作用するものである。
そのような板又は板金の典型的な例が図４に８０で示される。
板８０は、対向する部品１４に対してほぼ垂直に向けられ、その外形が該対向する部品１４の外形にほぼ適応するようにされた面２２を有する溶接セグメント８２からなる。
板８０は、溶接セグメント８２の上に、機能セグメント８４を備える。機能セグメント８４は、大部分が任意の形状のものでよく、この例では締結穴８６が設けられた、曲がったＬ字形状の板金セグメントとして構成される。自動車製造のさらなる過程において、例えば、２つだけ例を述べると、内部トリム又は燃料系路のような如何なる部品も締結穴８６に締結することができる。

図５は、対向する部品１４上に溶接するのに適当な別の板９０の溶接セグメント８２を示す。
板９０の溶接セグメント８２は、長手方向全体にわたり波形の形状であり、面２２に対してほぼ平行である。溶接された状態では、これは、板９０の広い側部上に垂直に作用する力に対して、高い曲げ強さをもたらす。
対応する機能セグメント８４は、図５には示されていない。図４の実施形態におけるように、如何なる形状であってもよい。
図６は、その長い側にわたり、裂け目が交互に異なる方向に延びるように構成されて、同様に曲げ強さが高められた板９２の付加的な実施形態を示す。
図６は、さらに、本実施形態においては、下方ヨーク脚部４２及び下方ヨーク４８に、板９２の形状、すなわち凹凸に適合する凹部及び突起部に対応する外形９３を設けることができることを示す。このことは多くの場合においては必要と考えられないが、アーク２４に対してより均質な影響が生成されるように作用するものである。
一般に、空隙５４を形成するヨークの形状は、溶接セグメント８２の形状に適応させるようにすることができる。特に、溶接セグメント８２を大幅に標準化し、異なる締結目的のために異なる機能セグメント８４をもった板を設けるようにすることが可能である。

図７は、平面図において或る角度で曲げられた板９４を有する実施形態を示す。対応する形態においては、ヨーク要素４２’、４８’は角度を持った形状と同様であり、アークは角度をもった経路９６を移動する。
図８及び図９は、溶接装置１０による典型的な溶接作業を時間の関数として示すものである。
図８は、電圧供給装置２０により得られる電流Ｉと、往復動装置１８の行程ｓとを時間の関数として示す。図９は、電圧供給装置５８により得られる電流Ｉ_Mを時間の関数として示す。
時刻ｔ₁において、第１に板１２が下降させられて、その面２２が対向する部品１４上に置かれる。この位置は、図８においてはゼロ位置として固定される。
次に、時刻ｔ₂において、電気アーク２４が発生させられるようにする適当な前段電流Ｉ_Vがスイッチオンされる。次に、時刻ｔ₃において、板１２が対向する部品１４から上昇させられ、アーク２４が発生させられる。時刻ｔ₄において、いわゆる清掃電流Ｉ_Rが前段電流より高く設定される。
清掃電流Ｉ_Rは、面２２の表面及び対向する部品１４の面する表面の不純物、特に表面被覆及び／又は汚れを清掃するのに適当である。この種類のプロセスは、一般的に知られており、「クリーンフラッシュ」という商品名で本出願人により用いられている。
板１２が上昇されるのと平行して、時刻ｔ₃において、磁気電流Ｉ_Mがスイッチオンされて、生成された電気アークが磁界成分３２により影響を受け、すぐに面２２に沿ってゆらぎ始めるようになる。
時刻ｔ₅において、コイル電流Ｉ_mが反転される。この時点において、アーク２４は面２２の端部に到達しており、極性反転のために、次に反対方向に移動する。
時刻ｔ₆において、別の極性反転が生じて、面２２が再びアーク２４により掃引されるようになる。

時刻ｔ₇において、板は多少、より近くに対向する部品に接近し、電圧供給装置２０により得られる電流は反転され、溶接電流Ｉ_Sに設定される。同時に、コイル電流Ｉ_Mにより再び磁界成分３２が反転される。
溶接電流Ｉ_Sは清掃電流Ｉ_Rとは異なる極性をもち、上述のように、３００Ａの近くの高い絶対値を有する。
さらに時間が経過すると、アーク２４は再び面２２の反対側の端部に到達し、再びコイル電流Ｉ_Mが反転される。電気アーク２４が面２２の対向する端部に到達したときに、付加的な反転がｔ₉及びｔ₁₀において生じる。
時刻ｔ₁₁において、板１２の面２２及び対向する部品１４の向き合った部分が十分に初期溶融され、該板１２が降下されて該対向する部品１４に対して突き合わされる。ここで、良好な溶融部の混合が達成されるように、板１２が上述のゼロ位置の下の位置まで降下させられて、最終的には良好な溶接された連結が達成される。同時に又はその後すぐに、時刻ｔ₁₂において、溶接電流Ｉ_S及びコイル電流Ｉ_Mがスイッチオフされる。
溶融部が冷却されたとき、板１２と対向する部品１４との間に突き合わせ溶接連結部が形成される。板１２を対向する部品１４上に溶接することについての上の説明は上述された板８０、９０、９２、及び９４に対して全く同じ方法で適用されることが理解されるであろう。
図９において、清掃プロセス中のコイル電流Ｉ_Mの期間Ｔ_Rは、溶接作業中の期間Ｔ_Sよりも大きいことがわかるであろう。これは、溶接作業中にアーク２４を通って流れる電流の絶対値がより高く、したがって磁界５０、３２によってより大きな力を受け、面２２の一端から他端までより速く移動するためである。或いは、コイル電流Ｉ_Mはさらに、清掃行程と溶接作業との間で絶対値が異なるようにすることができる。
上述の清掃行程は、純粋に任意のものであることが理解されるであろう。別の実施形態においては、時刻ｔ₄において、表面の予備的な清掃が不要な場合には、すぐに溶接電流Ｉ_Sがスイッチオンされる。

図１０は概略側面図において、対向する部品１４上に溶接されるべき板１００の形態の溶接要素を示す。ここで、板１００は対向する部品１４からわずかに距離を置いて示されている。
板１００の面２２は、中心の方向に鈍角で先細になった形状である。このように形成された鈍角点１０２は、ここで、対向する部品１４に対して最も近くなるように配置される。点１０２から始まり、面２２と対向する部品１４との間の距離は、該面の端部の方向に連続して増加し、その一方は図１０において１０４として示される。
鈍角点１０２の形状のために、対向する部品１４上に位置させるときに接触点が定められ、板１００が上昇させられたとき、アーク２４は該鈍角点１０２から始まるように発生させられる。アーク２４は次に２４’に示されるように、面２２の端部１０４の所まで面に沿って移動する。
対向する部品１４に対する外形の基準として、図１０において、２つの端部１０４を通る直線状の線１０６が引かれる。
端部１０４の近くにおける板の形態のために、及び磁界５０、３２により駆動されるために、アークは該端部１０４の近くで板１００の側縁１０８を越えて移動し、図１０において概略的に２４”’で示されるようになる。
図１１に、アーク２４を横切る電気アーク電圧Ｕ_LBが、各々のアーク位置について示される。アーク電圧Ｕ_LBは、板１００と対向する部品１４との距離が増加するに伴い、徐々に増加する。２４”’において、アークは急に長くなるため、ここでアーク電圧Ｕ_LBは、端部１０４の近くにおいて、急激に増加する。

アーク電圧Ｕ_LBにおけるこの上昇は、図１０に１０９として概略的に示される制御装置６０において識別することができる。
アーク電圧Ｕ_LBの急な上昇のために、アーク２４がコーナ１０４の近くにあることを理解することができる。この情報に基づいて、磁界５０、３２の極性が反転され、ここでアーク２４は反対方向に移動するようになる。反対の端部に到達するとすぐ、このことが再びアーク電圧Ｕ_LBを介して認識され、磁界５０、３２が再び反転され、以下同様となる。
端部１０４の適当な構成により、アーク電圧Ｕ_LBは該端部１０４の近くで検出することが特に容易であることがわかる。端部１０４の形態の例は図１２及び図１３に示される。図１２は、おおよそ４分の１の円の形状である凹部１１１が設けられ、鋭い端部が形成された端部１０４’を示す。
別の適当なコーナ部の形態が、図１３に１０４”で示される。この形態においては、図１３において１１３で示されるように、コーナ部１０４”は面２２から側縁１０８の所まで丸い形状である。

本発明による電気アーク溶接装置の第１の実施形態の概略的な斜視図である。磁界生成装置によって磁界が接合ゾーンにもたらされ、電気アークが一方向にゆらぐようになった図１の溶接装置を上からみた概略図を示す。磁界の極性が反転されて、電気アークが他方向にゆらぐようになった図２ａと同様の図である。非強磁性の保持要素を備えた保持装置を有する、本発明による電気溶接装置の別の実施形態の面の図を示す。典型的な溶接要素の概略的な斜視図を示す。本発明による溶接要素の別の実施形態の概略的な斜視図を示す。磁界生成装置の関連するヨークをもった本発明による溶接要素の別の実施形態の概略的な平面図である。磁界生成装置の関連するヨークをもった本発明による溶接要素のさらに別の実施形態の概略的な平面図である。溶接要素の経路を時間の関数として、並びに溶接作業中の溶接電流のグラフを示す。磁界生成装置のコイルを通る電流についての図８に対応するグラフを時間の関数として示す。対向する板の上に突き合わせ溶接されるべき溶接要素の概略的な側面図を示す。アークの経路にわたるアーク電圧についての図１０における図に対応するグラフを示す。本発明による溶接要素の面の端部の近くにおける該溶接要素の面の好ましい外形を示す。本発明による溶接要素の面の端部の近くにおける該溶接要素の面の外形についての別の実施形態を示す。

符号の説明

１０：電気アーク溶接装置
１２：金属板
２２：細長い面
１４：金属の対向する部品
１６：保持装置
２０：電圧供給装置
２４：電気アーク
３０：磁界生成装置
３２：成分

Claims

幅寸法よりも長さ方向の寸法が大きい細長い形状に形成された細長い面（２２）を有する金属板（１２、７２、８０、９０、９２、９４、１００）の該細長い面（２２）を金属の対向する部品（１４）上に突き合わせ溶接するための電気アーク溶接装置（１０）であって、
前記金属板（１２、７２、８０、９０、９２、９４、１００）を保持するための保持装置（１６、１６、７４）と、
前記保持装置（１６、１６、７４）を前記金属の対向する部品（１４）の方向に、及び該対向する部品から離れる方向に移動させるための往復動装置（１８）と、
前記金属板（１２、７２、８０、９０、９２、９４、１００）と前記金属の対向する部品（１４）との間に電圧を印加して、それらの間に電気アーク（２４）を生成するための電圧供給装置（２０）と、
前記電気アーク（２４）を前記細長い面（２２）の前記長さ方向に移動させるために、前記細長い面（２２）の前記長さ方向に対して横方向で、溶接作業中に前記金属板（１２、７２、８０、９０、９２、９４、１００）と前記金属の対向する部品（１４）との間に生成される電気アーク（２４）に対して横方向の成分（３２）を有する磁界（５０、３２）を生成するように構成された磁界生成装置（３０）と、
前記電気アーク（２４）の電圧を監視し、該電気アークの電圧によって電気アークが前記細長い面（２２）の端部に達したことが検出されたとき、前記磁界（５０、３２）の極性を反転させて、前記細長い面（２２）の長さ方向に沿った前記電気アーク（２４）の移動方向を反転させるように構成された制御装置（６０）と、
を備え、
前記磁界生成装置（３０）が、
前記金属板の前記細長い面の前記長さ方向の寸法に対応する長さを有するコア（３８）と、
前記コア（３８）に巻かれたコイル（３６）と、
前記コア(３８)の一方の側縁から該コア（３８）に対して横方向に延びるように形成された第１ヨーク脚部（４２）と、
前記コア(３８)の他方の側縁から該コア（３８）に対して横方向で前記第１ヨーク脚部（４２）と同じ方向に延びるように形成された第１付加ヨーク脚部（４０）と、
第１の空隙（５４）を挟んで前記コア（３８）に対向配置された対向ヨーク（４４）とを備え、
前記対向ヨーク（４４）は、
前記コア（３８）の前記側縁から延びる前記第１ヨーク脚部（４２）に対向するように配置された第２ヨーク脚部（４８）と、
第２の空隙（５６）を挟んで前記第１付加ヨーク脚部（４０）に対向するように配置された第２付加ヨーク脚部（４６）と、
前記第２ヨーク脚部（４８）と前記第２付加ヨーク脚部（４６）とを互いに連結する連結片（４９）と
からなり、
前記コイル（３６）が巻かれた前記コア（３８）から前記第１ヨーク脚部（４２）を経て前記第１の空隙（５４）を横切り前記対向ヨーク（４４）の前記第２ヨーク脚部（４８）に至り、前記連結片（４９）を経て前記第２付加ヨーク脚部（４６）及び前記第２の空隙（５６）を通り前記第１付加ヨーク脚部（４０）に至る磁気回路（５２）が形成され、溶接に際して前記金属板（１２、７２、８０、９０、９２、９４、１００）が前記第１の空隙（５４）に挿入されるようになった
ことを特徴とする電気アーク溶接装置。
前記磁界生成装置（３０）が、磁界（５０、３２）を前記細長い面（２２）の全長にわたり生成するように設計されたことを特徴とする請求項１に記載の電気アーク溶接装置。
前記磁気回路（５２）の一部を構成する前記第１ヨーク脚部（４２）と前記第２ヨーク脚部（４８）が、前記金属板（１２、７２、８０、９０、９２、９４、１００）の前記細長い面（２２）の長さ方向に対して平行に配置され、その間に前記空隙（５４）が定められるようになったことを特徴とする請求項２に記載の電気アーク溶接装置。
付加的なコイル（６２）が前記対向するヨーク（４４）上に配置された請求項３に記載の電気アーク溶接装置。
前記金属板（７２）が強磁性材料からなる場合の電気アーク溶接に使用される電気アーク溶接装置であって、
前記保持装置（１６）が、前記磁気回路（５２）の一部を構成する前記第２の空隙（５６）内に位置するように構成された非強磁性の保持要素（７４）を含む
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の電気アーク溶接装置。