TW201318759A - 植釘焊接方法及裝置 - Google Patents

Abstract

用於將一組件(12)焊接至一工件(14)之一表面(16)之植釘焊接方法包括如下步驟：降低組件(12)至工件(14)之表面(16)上且接通一電流(I)；升高該組件(12)使其離開該工件(14)，且因此實質上在縱向方向(21)上定向之一電弧(24)受到撞擊；使用一磁場(27)影響該電弧(24)，其中該磁場(27)相對於該縱向方向(21)以一般磁場角(28)而定向且具有一軸向分量(BA)及/或一徑向分量(BR)；且降低該組件(12)至該工件(14)上以建立焊接連接；其中該磁場角(28)隨著電弧持續時間而改變以藉由在電弧持續時間內至少一次改變該徑向及/或軸向分量(BR,BA)之數學正負號而動態影響該電弧(24)。

Description

植釘焊接方法及裝置

本發明係關於一種用於將一組件焊接至一工件之一表面之植釘焊接方法，其包括如下步驟：降低組件至工件之表面上及接通一電流；升高該組件使其離開該工件，且因此實質上在縱向方向上定向之一電弧受到撞擊；其中該電弧係使用相對於該縱向方向以一般磁場角定向且具有一軸向分量及/或一徑向分量之一磁場而影響；及最後降低該組件至該工件上以建立焊接連接。

本發明亦係關於一種用於將一組件植釘焊接至一工件，特定言之用於實施上述方法之裝置，其具有：一組件固持器，其上可固持有一組件；一線性馬達，經由該線性馬達，該組件固持器連同固持於其上之一組件可在一縱向方向上移動；一電流源連接，其用於連接一電焊接電流源；及一磁場產生器件，其用於產生一磁場，可經由該磁場影響在該組件與該工件之間燃燒之一電弧，其中該磁場係相對於該縱向方向以一般磁場角而定向且具有一軸向分量及/或一徑向分量。

此種類之植釘焊接方法及一對應裝置係揭示於JP S39-27526中。此文件揭示藉由一電弧將一旋轉對稱之植釘銷焊接於一工件上，其中該電弧經由一磁場產生器件而影響，該磁場產生器件具有一電線圈及相對於該植釘而同心配置之一軛且為一場形成器形式。在該場形成器中之一環 形開口與該植釘之間形成一氣隙，其中影響該電弧之磁場處於該氣隙中。在此情況中，該場形成器係經配置使得一磁場向量係相對於縱向軸而傾斜定向，及因此該磁場之一徑向分量及一軸向分量作用於該電弧。藉由徑向分量使該電弧進行旋轉。藉由軸向分量使該電弧聚斂。

一類似方法係揭示於DE 10 2009 054 365 A1中。

此外，DE 102 53 415 A1揭示將具有一長形焊接表面之組件焊接於一工件上，其中一磁場產生器件使電弧沿著該長形焊接表面來回運動，其中當該電弧已到達一端面之端時，顛倒磁場之極性。

當組件係由非磁性材料(例如，鋁)組成時，無法使用序言部分所引用之日本文件，此係因為一磁性電路經由該組件而關閉。

在序言部分中所引用之一種植釘焊接方法中，其中將由鋁或另一非磁性材料組成之組件焊接至一對應工件中，已知使用一交流電流而非上述方法中所使用之直流電流而產生電弧。

在此背景下，本發明之目的在於詳細說明一改良植釘焊接方法及一改良植釘焊接裝置。

藉由序言部分中所引用之一種植釘焊接方法而達成此目的，其中，如技術方案1，在電弧持續時間內故意改變一般磁場角以藉由在該電弧持續時間內至少一次改變徑向及/或軸向分量之數學正負號而動態影響該電弧。

亦藉由序言部分中所引用之一種裝置而達成上述目的，其中磁場產生器件係經設計以改變相對於縱向方向之磁場之一般磁場角以藉由在電弧持續時間內至少一次改變徑向及/或軸向分量之數學正負號而動態影響電弧。

在本情況中，動態影響電弧被理解為意指在將一組件焊接至一工件上期間該電弧受影響，其中該影響皆可與電弧之旋轉方向相關及亦與集中(聚斂)及散開相關。影響亦可與電弧類型相關或與電弧中之電荷載子類型相關。

術語「一般磁場角」在本情況中係以下列方式而理解。由於電弧受其影響之磁場不均勻，故磁場角不恆定，如在電弧之長度上可見。然而，界定各自磁場角之磁場強度之向量較佳各具有一徑向分量及/或一軸向分量，一徑向分量及一軸向分量具有相同數學正負號。較佳地，僅個別向量之徑向及/或軸向分量之量值不同。特定言之，一般磁場角可被理解為意謂一中間磁場角。

若術語「磁場角」被用於下文中，則其意欲關於一般磁場角。

磁場角可使用電量測及/或機械量測而改變。

在本情況中，一組件較佳理解為意謂一實質上旋轉對稱組件，例如，具有一圓形橫截面之一植釘或一環形組件(諸如，具有一環形橫截面之一螺母)。相應地，該組件之一焊接表面可為實質上圓形或實質上環形，其中該環形形狀不一定連續。該焊接表面之輪廓不一定為圓形，但不可為多邊形。

根據本發明之焊接方法適於由金屬組成之組件之任意類型。然而，在本情況中，對於焊接方法可與由非磁性材料或略帶磁性材料(例如，鋁、鋁合金、不銹鋼等)組成之組件一起使用特別重要。

用於產生電弧之電流可為一直流電流，但較佳為一交流電流。相應地，根據本發明之焊接方法充滿變數且可匹配於植釘焊接之各種參數、邊界條件及程序運行。

影響電弧之磁場較佳相對於該電弧之縱向軸而一般傾斜定向且因此具有一徑向分量及一軸向分量。

由於改變徑向及/或軸向分量之數學正負號，磁場向量可相對於電弧之縱向方向或相對於橫向於該電弧之縱向方向之一平面而傾斜，其中徑向分量之數學正負號、軸向分量之數學正負號或兩個分量之數學正負號可改變。

在此情況中，一般磁場角係以軸向分量及/或徑向分量而鏡像時特別有利。

一般磁場角亦可旋轉180°。

若電焊接電流為(例如)一直流電流，則可藉由改變徑向及/或軸向分量之數學正負號影響電弧之電荷載子，自集中至散開且反之亦然。

在此情況中，集中較佳對稱發生在旋轉對稱組件之情況候中，即，電弧較佳在整個圓周內向內徑向引導(集中)或向外徑向引導(散開)。集中及散開取決於形成電弧之電荷載子中之電荷類型。該等電荷載子可為離子或電子。離子為帶正電粒子。電子帶負電且具有比材料鋁中之離子小 500,000倍之一質量。特定言之，在鋁或鋁合金(在下文中通常稱為「鋁」)之情況中，電弧亦可主要僅包含電子。

較佳可判定哪個類型之電荷載子對於形成電弧而言係重要的。在此情況中，可以一故意方式建立集中或散開。例如，此取決於電荷載子是否自氧化物層溢出或直接熔融。

一般而言，至少在焊接鋁組件時，判定焊接程序之邊界條件為較佳使得電弧電流實質上僅包括電子。為此目的，電弧電流之方向(即，該電弧電流之極性)及電弧中之磁場向量之方向(各自磁場角)為重要的。例如，若軸向分量之數學正負號在以直流電流進行植釘焊接期間被改變，則保持電荷載子之旋轉方向。然而，每次改變電荷載子之集中及散開時，磁場向量之軸向分量之數學正負號改變。數學正負號之此變化較佳可由電弧長度之變化(焊接期間高度變化)而引起。

磁場向量之徑向分量對電荷載子之旋轉方向有影響且藉此亦判定該電荷載子之集中或散開。

磁場之軸向分量對電弧之集中/散開有影響。由於電荷載子可為帶正電(離子)或帶負電(電子)，故將達成正電荷載子之集中連同負電荷載子之散開之任一者(或反之亦然)用於具有一軸向分量之一特定磁場。

當一交流電流係用作為用於產生電弧之電流時，此意謂在電弧持續時間內，電流之數學正負號改變至少一次(較佳排除任意先前的清洗步驟)，仍有用於影響電弧之多種選擇。

首先，當焊接電流之極性改變及一般磁場角保持恆定時，電弧之旋轉方向發生改變。

當電弧由一交流電流產生時，此交流電流之極性在焊接程序期間被改變至少一次為特定較佳，其中一般磁場角取決於極性之變化而改變，特定言之，與極性同時改變。

磁場角較佳在改變交流電之極性之同時而改變。

例如，若在以交流電進行植釘焊接期間，磁場向量之徑向分量之數學正負號在電弧電流之極性發生改變之同時發生改變，則維持電荷載子之旋轉方向及集中或散開。

第二，影響交流電之磁場角及/或極性亦可有意地使旋轉方向反向及/或在集中與散開之間進行切換。

該植釘焊接程序可以此方式在一寬範圍內受到影響以最終達成良好的焊接結果。

根據一進一步較佳實施例，電弧係由一直流電流產生，其中藉由改變一磁場產生器件之一區段之位置而改變一般磁場角。

可藉由改變磁場產生器件之區段之位置或偏移該位置而影響磁場角。此較佳藉由傾斜超過一徑向平面或垂直於該平面之一軸之磁場角而執行。傾斜超過一平面或以此方式超過縱向軸可產生磁場之一徑向及/或一軸向分量之數學正負號之變化。換言之，磁場向量朝向植釘軸傾斜或遠離植釘軸傾斜。

磁場產生器件之區段可為一磁場源，例如，一永久磁鐵。然而，該磁場產生器件之區段亦可為一磁鐵軛或一場 形成器。若藉由改變磁場產生器件之區段之位置而改變磁場角，故相當簡單之機械配置可準確改變徑向及/或軸向分量之數學正負號。

在此實施例中，可藉由協調改變磁場角使焊接結果最優化，其中在任意時候或取決於其他焊接參數(例如，電弧電流)，使旋轉方向保持相同。

藉由偏移磁場產生器件之區段之位置改變磁場角意謂可使用不展現極性顛倒選項之一磁場源，例如，一永久磁鐵。

在此情況中，當磁場產生器件之區段平行於縱向方向移動時特別有利。

由於，特別在植釘焊接之情況中，軸向移動性亦係經建立用於其他組件(例如，用於一植釘之一固持器)，其在結構上相當簡單亦以相對於縱向方向平行移動磁場產生器件之一區段。

整體上，當磁場係由具有一永久磁鐵作為磁場源之一磁場產生器件而產生時亦為較佳。毋庸置疑，該磁場產生器件亦可具有複數個永久磁鐵。使用具有相對於縱向方向而平行(特定言之，相對於電弧之一縱向軸為同心)之一定向之一永久磁鐵為特定較佳。

一般而言，形成磁場之磁場向量之方向亦可改變180°，例如，自一徑向向內引導之磁場向量改變至一徑向向外引導之磁場向量。

此外，整體上，當磁場係由具有一電線圈之一磁場產生 器件產生時為較佳，其中一般磁場角係藉由顛倒線圈之極性或改變線圈之一接通狀態而改變。

可藉由顛倒充當磁場源之電線圈之極性或改變該電線圈之接通狀態(自接通至斷開或反之亦然)而達成磁場之徑向分量與軸向分量之數學正負號之同時變化。因此，可補償焊接電流源之極性之改變(在交流電流之情況中)以維持旋轉方向，及在程序中，(例如)自離子之集中改變至散開且反之亦然。此外，毋庸置疑，一磁場產生器件亦可具有一永久磁鐵及一線圈，該線圈之極性可被顛倒。具有一線圈之一磁場產生器件亦可行，特定言之，可顛倒該線圈之極性，及可機械改變磁場產生器件之一區段之位置。

在一進一步較佳實施例中，電弧之電荷載子由於磁場之徑向分量而實行關於縱向方向之一旋轉運動，其中一般磁場角係以保持旋轉方向之此一方式而改變。

因此，可藉由改變磁場角而在電弧之集中影響與散開影響之間進行轉變，例如，其中該電弧之旋轉方向保持相同。

作為一替代，當電焊接電流為一交流電流時，旋轉方向亦保持相同。在此情況中，在改變焊接電流之極性之情況下，磁場角可在改變極性之同時而發生改變使得旋轉方向保持相同。

此外，整體上，電弧之電荷載子係由於磁場而集中或散開及磁場角係以在電弧持續時間內維持聚集或散開之此一方式而改變為較佳。

如上文所提及，此實施例可與保持電弧之電荷載子之旋轉方向之實施例組合。

根據一替代實施例，電弧之電荷載子由於磁場而集中或散開，其中磁場角係以在電弧持續時間內之集中或散開與磁場角之變化循環交替之此一方式而改變。

作為此量測之一結果，電弧可能被影響使得其部分熔融其上焊接有組件之工件之表面之一相對較大區域。

在根據本發明之植釘焊接裝置中，磁場產生器件具有至少一電線圈為較佳，可顛倒此電線圈之極性以改變磁場角。

在具有一徑向分量及一軸向分量之磁場之情況中，可在顛倒線圈之極性的同時改變該磁場之徑向分量及軸向分量，(例如)因此可補償焊接電流源之極性變化以將旋轉方向維持在相同方向，及在程序中，產生自(例如)離子之集中至散開之一改變且反之亦然。

根據一進一步實施例，可偏移磁場產生器件之至少一區段之位置以改變磁場角。

偏移磁場產生器件之區段之位置可(例如)引起磁場之軸向分量之數學正負號之改變，以因此影響電弧之旋轉方向及集中/散開。

磁場產生器件之區段可為一磁場源。然而，該磁場產生器件之區段亦可為一軛，經由該軛關閉一磁場源與一氣隙之間之一磁性電路，電弧在該氣隙內燃燒。

根據一特定較佳實施例，可偏移其之位置之磁場產生器 件之區段可被固定連接至組件固持器或連接至在焊接程序期間圍繞電弧配置之一噴口。

在此實施例中，所利用之事實在於：在通用類型之植釘焊接裝置中，其必須在任意情況中在縱向方向上移動組件固持器，以能實施植釘焊接程序。相應地，可改變組件固持器之高度(對應於電弧之長度)以改變磁場角。

在一植釘焊接方法之一較佳變量中，進一步提供一噴口，該噴口在焊接程序期間圍繞電弧而配置以減少來自外部之效應(一保護氣體蓋或自噴效應(blowing effect)的干擾)。在此實施例中，可偏移其位置之磁場產生器件之區段亦可耦合至噴口。

整體上，磁場產生器件具有一永久磁鐵亦為有利的。

此實施例被視為一單獨發明，無關於植釘焊接裝置或植釘焊接方法是否容許在電弧持續時間內改變磁場角。

然而，在先前技術中，線圈一般被用作為磁場源，使用一永久磁鐵為非常有利。此係因為永久磁鐵可在一顯著較小之安裝空間中產生一顯著較大之磁通量密度，特別在該等永久磁鐵係由稀土製造時。

此實施例在組件自身為非磁性或僅略帶磁性時為特定較佳，及因此永久磁鐵之連續存在之磁場對組件沒有影響。由鋁組成之組件在此情況中為特定較佳。

根據一進一步較佳實施例中，組件為環形，其中磁場產生器件之至少一區段突出至該組件中之環形開口中。

在此實施例中，可在組件之環形焊接表面之整個圓周 內以一實質上徑向定向(可加上一小的軸向分量)設計磁場，使得可以一對稱方式影響電弧。在此情況中，磁場自環形焊接表面徑向之內之一區段延伸至環形焊接表面徑向之外之一區段，及因此磁場產生器件之至少一區段配置於電弧徑向之外為較佳。

突出至組件中之環形開口中之磁場產生器件之區段亦可延伸穿過該環形開口，及因此，相鄰氣隙中之磁場受組件之形狀之影響程度較小。

在此情況中，當突出至組件中之環形開口中或延伸穿過該環形開口之磁場產生器件之區段為永久磁鐵之形式時特別有利。

因此，可使用本發明以藉由改變徑向分量及/或軸向分量之數學正負號以朝向或遠離磁場之縱向軸之一引導方式而傾斜磁場向量，其在一電弧燃燒區之外對稱於縱向方向而產生。因此，可在電弧中要求電荷載子之對稱集中/散開。此外，可在改變焊接電流之極性之情況下防止自集中至散開之一改變。亦可在如此改變極性之情況下避免旋轉方向之改變。

永久磁鐵及/或電磁線圈可用作為磁場源。

關於磁場產生器件之一徑向外部區段之實施例在組件為一堅固植釘之實施例中亦為有利的。

焊接程序序列可經執行使得，關於一磁場產生器件之一給定配置，在改變焊接電流之極性之情況下，一離子流可進行永久對稱集中而未對磁場產生器件起作用。

此外，本發明可使可在縱向方向上位移之一支撐腿部及/或一保護氣體噴口在電弧持續時間內隨著焊接電流之極性改變而移動或與焊接電流之極性改變之同時而移動，以確保在改變極性之情況下，一離子流在整個焊接程序中被永久集中。

此外，可顛倒一電線圈或若干電線圈(螺線管)之電流之方向之極性，以在改變焊接電流的極性之情況下，在整個焊接程序中永久維持一離子流之對稱集中。

亦可使用恆定強度之一單向磁場以在頻繁改變極性之情況下及在實質上由電子組成之一電弧電流之情況下達成非常好之焊接結果，無關交替對稱集中/散開。

組件可為具有一習知凸緣或具有一環形凸緣之植釘。該等組件亦可為環形焊接螺母。該等組件由一非磁性材料(特定言之，鋁(包含(例如)熔合有鋅、鎂等之鋁合金))產生為特定較佳。

作為實例，在鋁之情況下(亦可關於其他非鐵材料)，氧化物表層可在焊接程序期間影像該焊接程序。

若此氧化物表層在焊接程序期間直至最後降低組件為止保持實質上完成，則電弧實質上由電子形成。此可藉由根據本發明之方法之合適應用而達成。此外，取決於實施例，可藉由本發明避免下列缺點：首先，可避免過分低之升高高度以避免自噴效應。亦可避免過分低之升高高度，因此可防止短路電路。

此外，可以一相對較低之電流、頻繁改變極性及/或一 相對較長焊接時間來執行焊接方法，以避免熔融體過熱而高於合金成分之蒸鍍溫度。亦可避免電弧未以一均勻圓形方式熔化或未保持在一徑向位置且接著引起非對稱熔融之情況。

本發明可以直流電流技術及交流電流技術兩者而實施。例如，可藉由與磁場產生器件之一區段之位置之一偏移結合之一永久磁鐵改變磁場角。作為一替代，一電磁線圈可與一永久磁鐵結合使用，在此情況中，(例如)可藉由接通及斷開線圈或藉由顛倒該線圈之極性而改變磁場角。亦可經由兩個電磁線圈建立磁場。

一般而言，本方法可產生磁場產生器件之區段之一連續升高移動，及因此，組件本身可在電弧持續時間內進行升高移動。然而，發生升高移動使得未用工件產生短路電路為較佳。

毋庸置疑，在不脫離本發明之範疇之情況下，上述特徵及在下文中仍需解釋之特徵不僅可用於分別指明之組合中，亦可用於其他組合中或單獨使用。

本發明之例示性實施例將在下列描述中詳細解釋且在圖式中予以繪示。

在圖1中，根據本發明之一植釘焊接裝置之一第一實施例整體標記為10。植釘焊接裝置10用以將一組件12(其在本情況中為一焊接植釘形式)連結至一工件14。為更精確，將組件12焊接至工件14之一表面16上，而不一定自該 工件14之一後面接達。

組件12具有在本情況中為一圓形表面形式之一焊接表面13。此外，該焊接表面13可經設計以成圓錐形略漸縮，如所繪示。組件12為旋轉對稱及工件14為例如金屬片或類似物。

植釘焊接裝置10亦包含在焊接程序期間其上固持有組件12之一示意性指示之組件固持器18。該組件固持器18可經由一線性馬達20(例如，一電氣線性馬達)而來回移動，如20處所展示。該組件固持器18相對於組件12之一縱向軸21平行移動，該縱向軸額外界定植釘焊接程序之縱向方向或縱向軸。

植釘焊接裝置10亦包含一電流源22，經由該電流源22，可將一電壓施加於組件12與工件14之間，且因此一電焊接電流I可流動。

一植釘焊接方法可經由所展示之植釘焊接裝置10而實施，該植釘焊接方法包含如下步驟：藉由移動組件固持器18，將組件12最初下降至工件14之表面16上，且因此該組件12之高度H等於零。接著，接通電流源22，且因此一電流在組件12與工件14之間流動。接著，升高組件12使其離開表面16，結果一電弧受到撞擊，該電弧藉由圖1中之複數個平行箭頭而示意性指示。該等箭頭之方向取決於電流I之方向。

一旦焊接表面13及工件14之表面16之一相對區段被部分熔融時，將組件12再次降低至工件14。此產生一電短路電 路，且電流源22斷開。使整個熔融體凝固，且因此組件12被黏結連接至工件14。

提供一磁場產生器件26以影響電弧，該磁場產生器件示意性地繪示於圖1中。磁場產生器件26係經設計以將一磁場耦合至電弧24之至少一區段中。由磁場產生器件產生之磁場27較佳相對於縱向軸21而對稱。

磁場27可為均勻，但其亦可為非均勻。在下文中，假定一非均勻場亦界定一中間總磁場向量B_G。該總磁場向量B_G係由一徑向分量B_R及一軸向分量B_A構成。

徑向分量B_R在電弧24之相對於電弧軸平行移動之電荷載子上產生一勞倫茲(Lorentz)力，該勞倫茲力係經引導使得電荷載子及因此而形成之電弧24進行旋轉。對於一負植釘極性，旋轉方向示意性地以圖1中之D所指示。

軸向分量B_A可藉由對未相對於縱向軸21而平行移動之電荷載子之一力效應而引起電弧24之會聚或發散。總磁場向量B_G與縱向軸21形成一磁場角28。當磁場角28為零時，磁場僅由一軸向分量構成。當磁場角28為90°時，磁場僅包含一徑向分量。徑向分量B_R及軸向分量B_A可如繪示所引導(即，徑向向內或軸向向外)，但各者亦可具有相反方向。

形成磁場產生器件26使得組件12不為磁性電路之一組成部分。組件12較佳係由一非鐵金屬製造，特定言之係由不可磁化或非磁性或僅可略磁化或磁性之一材料(諸如，鋁、不銹鋼等)製造。

組件12較佳為旋轉對稱，及(如所繪示)可為一植釘形 式，但亦可為一環形元件，在此情況中，焊接表面13不為圓形但為環形。在此情況中，磁場產生器件26之一部分亦可徑向位於組件12內以因此在磁場產生器件26之一徑向內部區段與磁場產生器件26之一徑向外部區段之間建立一磁場(圖7)。

在一實施例中，藉由磁場產生器件26建立一恆定磁場角28。此外，在此實施例中，電流源22為一交流電流源形式。在此情況中，在焊接程序期間每改變一次電流源22之極性，顛倒旋轉方向。儘管為達成電弧電流之一完整360°旋轉，然交流電流I之頻率在此情況中亦取決於電弧24中之電荷載子之速度。

然而，當磁場產生器件26係經設計以改變磁場角28時為特定較佳。此可以一電方式或使用機械量測而執行。

當旋轉總磁場向量B_G之磁場角28超過一徑向平面或超過縱向方向時，及其中較佳僅略改變磁場角之量值，徑向分量B_R及/或軸向分量B_A之數學正負號發生改變。因此，即使一交流電流源22之極性發生改變，亦可藉由在改變極性之同時改變磁場角28而使旋轉方向D保持恆定。此外，電弧24之電荷載子之集中及散開可藉由改變磁場角28而受影響，其中應注意，在程序中，該電弧24(特別在鋁組件12之情況中)可包括離子及電子或主要僅包括電子。因此，較佳已知哪個類型之電荷載子主要形成電弧24以接著能藉由改變磁場角28而影響該電弧24之集中/散開及/或該電弧之旋轉方向。

圖2至圖10進一步展示通常對應於關於設計及操作方式之圖1之植釘焊接裝置10之植釘焊接裝置之進一步實施例。因此，相同元件係由相同符號識別。實質上，將在下文解釋差異。

圖2及圖3展示一植釘焊接裝置10'之一第一實施例，其中磁場產生器件26'係藉由具有軸向定向之一磁場源以關於組件12之一旋轉對稱方式而形成。此在組件12與工件14之間之電弧24之區域中建立具有一軸向分量B_A及一徑向分量B_R之一磁場27，因此，形成一總磁場向量B_G，該總磁場向量自圖2中之縱向軸21向下傾斜引導。該總磁場向量B_G藉由顛倒磁場源26'之極性而旋轉180°，如以圖2中之30示意性展示，因此，徑向分量B_R及軸向分量B_A兩者之方向及數學正負號發生改變。此展示於圖2a中。在此情況中，磁場角28之量值為恆定，但該磁場角28之數學正負號發生改變。例如，一正磁場角28展示於圖2中及一負磁場角28展示於圖2a中。

例如，當磁場源係由一電線圈形成時，可以一電方式顛倒該磁場源之極性。然而，一般而言，亦可機械旋轉該磁場源。

圖3展示一進一步實施例，其中磁場源26'不旋轉，但該磁場源之位置相對於縱向軸21而平行移動。這以相較於圖2軸向分量B_A之數學正負號保持相同而相較於圖2徑向分量B_R之數學正負號發生改變之此一方式改變磁場角28。磁場產生器件26或該磁場產生器件之一區段可在軸向方向上經 由一位置偏移器件32相對於縱向軸21而平行移動。

圖2展示焊接電流I為負，即，自組件12流動至工件14。圖3展示焊接電流I之極性已發生改變。由於焊接電流I之極性係隨著總磁場向量B_G之至少一分量B_R之數學正負號之改變而改變，故電弧24之電荷載子之旋轉方向D及集中或散開兩者可在焊接程序期間保持相同。圖2及圖3展示磁場27可延伸穿過組件12。在非磁性組件之情況中，磁場27亦可沿著組件12之外圓周之外延伸且偏離至組件12之下面處之電弧24之區域中。

圖2及圖3實質上用以繪示如何在連結區中使磁場向量與電弧電流之極性同時改變以使電弧之電荷載子之旋轉方向及集中或散開在整個焊接程序中保持恆定。

如圖4中所繪示，圖2及圖3之一植釘焊接裝置亦可實施一植釘焊接方法。在圖4中，作出焊接電流I、電弧24之旋轉方向D、總磁場向量之徑向分量B_R及該總磁場向量之軸向分量B_A與時間關係之圖。

在此情況中，圖4展示起始於時間t1之程序，在t1時，在接通焊接電流I之後已升高組件12使其離開工件14。在此時，一小焊接前電流最初流動直至時間t2，該焊接前電流在時間t2至時間t3時轉化成一正焊接電流I。在時間t3時極性發生改變及一負焊接電流I自t3流動至t4。

在時間t3時，磁場產生器件改變磁場之徑向分量B_R之數學正負號，然而，軸向分量B_A在自t1至t4之整個時間段內保持數學正負號不變。此對應於(例如)自圖2中之繪示至圖 3中之繪示之總磁場向量之改變。

此措施導致電弧中之電荷載子之旋轉方向D及集中或散開在自t1至t4之整個時間段內保持恆定，無關於焊接電流之極性變化。在時間t4時，組件12下降至工件14上，因此，發生一短路電路。因此，焊接程序被終止。

圖5展示一植釘焊接程序之一替代實施例。在圖5中，作出焊接電流I、組件12之高度H、電弧之旋轉方向D及軸向分量B_A以及徑向分量B_R與時間關係之圖。

如在圖4之情況中，程序開始於時間t1。一小焊接前電流流動直至時間t2，該焊接前電流接著自時間t2直至時間t4連續轉化成一負焊接電流。不同於圖4，根據圖5之方法因此以一直流電流作為焊接電流而實施。

在圖5之實施例中，磁場產生器件26係經操作使得該磁場產生器件之至少一區段在平行於組件之一軸向方向上移動，其中該組件之高度H在時間按t3時隨著一恆定焊接電流而改變。在此實施例中，磁場產生器件26係經設計以藉由改變高度H而改變軸向分量B_A之數學正負號。然而，徑向分量B_R之數學正負號在t1至t4之整個時間段內保持恆定，因此，在時間t3時，藉由改變高度H將一集中電弧24改變成一散開電弧24，如將在下文更詳細描述。由於在此實施例中徑向分量B_R保持恆定，故旋轉方向不改變。

圖6及圖7展示根據本發明之一植釘焊接裝置10"之另一實施例，特定言之，該植釘焊接裝置係經設計以實施圖5之方法。在圖6及圖7中所展示之植釘焊接裝置10"之情況 中，環形組件12"被焊接至一工件表面16上。該組件12"(例如)可為焊接螺母形式且具有一環形焊接表面13"。

磁場產生器件26"具有為一棒形磁鐵形式之關於縱向軸21而同心地配置之一永久磁鐵36。為更精確，該永久磁鐵36之至少一部分延伸穿過組件12"中之一環形開口。圖6亦展示一噴口34(例如，用於供應保護氣體)係圍繞電弧而徑向向外配置。

磁場產生器件26"亦具有由一可磁化材料製造且連接至永久磁鐵36之上端之一第一軛元件38。該第一軛元件38被嵌入於一第一絕緣區段40中。

磁場產生器件26"亦包含整合於噴口34中之一第二軛元件42。該第二軛元件42為一場形成器形式且具有朝向電弧區域徑向延伸之一突出部。該第二軛元件42藉由一第二絕緣區段44而向內徑向磁絕緣。毋庸置疑，該第二絕緣區段44可在徑向突出部之區域中被破壞。

第一軛元件38及第二軛元件42彼此磁性耦合，因此形成一磁性電路，該磁性電路在第二軛元件(場形成器)42之突出部與棒形磁鐵36之一下端之間具有一氣隙。

圖6亦展示環形焊接表面13"與工件14之表面16之間之電弧之軸46相對於縱向軸21而平行偏移。磁性電路之氣隙延伸穿過此區域。在此情況中，建立具有一向內引導之徑向分量B_R及一向上引導之軸向分量B_A之一磁場作為實例，因此，產生一傾斜向上引導之總磁場向量B_G。

永久磁鐵36及第一軛元件38可被固定耦合至組件固持器 18"。藉由以降低高度H之此一方式移動組件固持器18"，氣隙中之磁場27以改變軸向分量B_A之數學正負號之一此一方式而改變及因此總磁場向量B_G被傾斜向下徑向引導(圖7)。

因此，如藉由比較圖6及圖7，磁場角28可被改變。因此，例如，可藉由改變高度H實施一方法，如圖5中所展示。

作為對此之一替代，如在圖4中，一交流電流被用作為焊接電流。在此情況中，軸向分量B_A之數學正負號之改變可用於確保在改變焊接電流之極性之情況下使旋轉方向D保持恆定。作為對此之一替代，軸向分量B_A之數學正負號之改變可用於在電弧之集中與散開之間進行切換。

圖8中展示一集中電弧24，在該集中電弧之情況中，該電弧24之方向相對於電弧軸46向內徑向引導。圖9中展示散開，在該散開之情況中，該電弧之方向相對於電弧軸46向外徑向引導。

可藉由在一集中電弧與一散開電弧之間切換而增加工件14之表面16之部分熔融區段之大小。亦可視情況防止電弧主要僅熔融焊接表面13"及相對表面16之徑向內部區域。

圖10展示根據本發明之一植釘焊接裝置10'''之一進一步實施例，該植釘焊接裝置表示對影響圖2及圖3中所示意性展示之電弧之一較佳解決方案。該植釘焊接裝置10'''具有一磁場產生器件26'''，磁場產生器件26'''具有一第一線圈50(或永久磁鐵)及一第二線圈52。該第一線圈50配置於如 軸向方向上可見之頂部處，及該第二線圈52配置於如軸向方向上可見之底部處，具體言之，較佳在一噴口34或支撐腿部34之外。

在此實施例中，組件12再次為具有一大約圓形焊接表面13之一植釘。

第一線圈50在連結區中跨軛元件42'''及34產生一磁場，該磁場(如圖2中)具有磁場向量B_G，該磁場向量之軸向分量B_A係朝向工件14而引導，及該磁場向量之徑向分量B_R係朝向電弧之縱向軸21而引導。當焊接電流之極性發生改變時，斷開第一線圈及接通第二線圈52。此在連結區中跨軛元件42'''及34產生一磁場，徑向分量B_R之方向在該磁場中改變180°(該徑向分量之數學正負號已改變)。此接著具有在焊接電流之極性發生改變時電弧中之電荷載子之旋轉方向及集中未改變之效應。

亦可藉由用一永久磁鐵代替第一線圈50而達成此效應。第二線圈52此時具有在連結區中產生一徑向分量B_R之任務，其結果如此強大而使得在連結區中由永久磁鐵產生之徑向分量之作用方向可旋轉180°。然而，此可導致圖10之磁性電路之一稍不同之幾何及磁性設計。

圖10中所展示之實施例之優點在於在工件僅自一側接達時植釘焊接於具有大表面面積之工件上及不具有噴濺之植釘焊接係可能的，無關於電荷載子構成電弧。

圖10亦展示某些尺寸，特定言之，一焊接表面直徑54、第二線圈52與縱向軸21之間之一徑向距離56、可經由一位 置偏移器件32'''在軸向方向上偏移之一軛元件42'''之一高度58、第一線圈50之一軸向高度60及場形成器42'''與組件12之外部圓周之間之一徑向距離62。

上述尺寸可關聯為如下。高度H可(例如)小於直徑54，特定言之小於直徑54之一半。另一高度58可(例如)大於高度H，具體特定言之大於高度H兩倍。第二線圈52可在一焊接程序期間約配置於具有最大高度H之位準。第一線圈50之高度60可至少為最大高度H之三倍，及最多約為最大高度H之五倍。

徑向距離62較佳為焊接表面直徑54之大約一半。徑向距離56較佳為約焊接表面直徑54之兩倍。

可藉由提供兩個線圈50、52達成關於影響電弧24之一高可變性位準，該兩個線圈可各較佳為接通及斷開，及可切換該等線圈之各者之極性為進一步較佳。

具有相對於縱向軸21對稱散開之電子及相對於縱向軸21對稱集中之離子之一電弧電流可以(例如，具體言之)在整個焊接程序期間旋轉方向保持相同及焊接電流之極性發生改變之此種類之兩個線圈而產生。

在此情況中，離子之集中可防止焊接噴濺。此較佳係藉由(例如)交替接通及斷開線圈50及52(具體言之，在改變焊接電流I之極性之同時)而達成。一類似方法亦可在磁場產生器件26僅具有一個永久磁鐵36(圖6及圖7)時及在高度H係在改變焊接電流之極性之同時而改變時而達成。

10‧‧‧植釘焊接裝置/裝置

10'‧‧‧植釘焊接裝置

10"‧‧‧植釘焊接裝置

10'''‧‧‧植釘焊接裝置

12‧‧‧組件

12"‧‧‧組件

13‧‧‧焊接表面

13"‧‧‧焊接表面

14‧‧‧工件

16‧‧‧表面

18‧‧‧組件固持器

18"‧‧‧組件固持器

20‧‧‧線性馬達

21‧‧‧縱向軸/縱向方向

22‧‧‧電焊接電流源

24‧‧‧電弧

26‧‧‧磁場產生器件

26'‧‧‧磁場產生器件/磁場源

26"‧‧‧磁場產生器件

26'''‧‧‧磁場產生器件

27‧‧‧磁場

28‧‧‧磁場角

32‧‧‧位置偏移器件

32'''‧‧‧位置偏移器件

34‧‧‧噴口/支撐腿部

36‧‧‧永久磁鐵

38‧‧‧第一軛元件

40‧‧‧第一絕緣區段

42‧‧‧第二軛元件

42'''‧‧‧場形成器

44‧‧‧第二絕緣區段

46‧‧‧電弧軸

50‧‧‧第一線圈/電線圈

52‧‧‧第二線圈/電線圈

54‧‧‧焊接表面直徑

56‧‧‧徑向距離

58‧‧‧高度

60‧‧‧軸向高度

62‧‧‧徑向距離

B_A‧‧‧軸向分量

B_G‧‧‧總磁場向量

B_R‧‧‧徑向分量

D‧‧‧旋轉方向

H‧‧‧高度

I‧‧‧電焊接電流/電流

t1‧‧‧時間

t2‧‧‧時間

t3‧‧‧時間

t4‧‧‧時間

圖1展示穿過根據本發明之一植釘焊接裝置之一實施例之一縱向截面之一示意圖；圖2展示根據本發明之一植釘焊接裝置之一進一步實施例之一示意性側視圖；圖2a展示圖2之裝置之一磁場源之極性被顛倒之情況下之一磁場向量；圖3展示具有其之位置被偏移及磁場角被改變之一磁場源之圖2之裝置；圖4展示用於繪示根據本發明之一植釘焊接方法之一第一實施例之時序圖；圖5展示用於解釋根據本發明之一植釘焊接方法之一第二實施例之時序圖；圖6展示穿過根據本發明之一植釘焊接裝置之一進一步實施例之一縱向截面之一視圖；圖7展示具有其之位置被偏移之一永久磁鐵之圖6之植釘焊接裝置；圖8係用於描述一集中電弧之一示意圖；圖9係對應於圖8之用於描述一散開電弧之一示意圖；及圖10展示穿過根據本發明之一植釘焊接裝置之一進一步實施例之一縱向截面之一示意圖。

10‧‧‧植釘焊接裝置/裝置

12‧‧‧組件

13‧‧‧焊接表面

14‧‧‧工件

16‧‧‧表面

18‧‧‧組件固持器

20‧‧‧線性馬達

21‧‧‧縱向軸

22‧‧‧電焊接電流源

24‧‧‧電弧

26‧‧‧磁場產生器件

27‧‧‧磁場

28‧‧‧磁場角

B_A‧‧‧軸向分量

B_G‧‧‧總磁場向量

B_R‧‧‧徑向分量

D‧‧‧旋轉方向

H‧‧‧高度

I‧‧‧電焊接電流/電流

Claims (18)

1. 用於將一組件(12)焊接至一工件(14)之一表面(16)之植釘焊接方法，其包括如下步驟降低該組件(12)至該工件(14)之該表面(16)上且接通一電流(I)；升高該組件(12)使其離開該工件(14)，且因此實質上在縱向方向(21)上定向之一電弧(24)受到撞擊；使用一磁場(27)影響該電弧(24)，其中該磁場(27)相對於該縱向方向(21)以一般磁場角(28)而定向且具有一軸向分量(B_A)及/或一徑向分量(B_R)；及降低該組件(12)至該工件(14)上以建立焊接連接；其中該一般磁場角(28)隨著電弧持續時間而改變以藉由在電弧持續時間內至少一次改變該徑向及/或軸向分量(B_R,B_A)之數學正負號而動態影響該電弧(24)。
2. 如請求項1之方法，其中該一般磁場角(28)以該軸向分量(B_A)及/或該徑向分量(B_R)而鏡像。
3. 如請求項1或2之方法，其中該一般磁場角旋轉180°。
4. 如請求項1或2之方法，其中該電弧(24)係由一交流電流(I)產生，此交流電流之極性在焊接程序期間至少被改變一次，及其中該一般磁場角(28)與極性改變同時發生變化。
5. 如請求項1或2之方法，其中該電弧(24)係由一直流電流(I)產生，及其中該一般磁場角(28)係藉由改變一磁場產生器件(26)之區段之位置而改變。
6. 如請求項5之方法，其中該磁場產生器件(26)之區段平行於該縱向方向而移動。
7. 如請求項1或2之方法，其中該磁場係由具有一永久磁鐵之一磁場產生器件而產生。
8. 如請求項1或2之方法，其中該磁場係由具有一電線圈之一磁場產生器件而產生，及其中該一般磁場角係藉由顛倒該線圈之極性或改變該線圈之一接通狀態而改變。
9. 如請求項1或2之方法，其中該電弧(24)之電荷載子由於該磁場(27)之該徑向分量(B_R)而繞該縱向方向實行一旋轉運動，且其中該一般磁場角以保持旋轉方向之此一方式而改變。
10. 如請求項1或2之方法，其中該電弧(24)之電荷載子由於該磁場集中或散開，及其中該磁場角(28)以在該電弧持續時間內維持該集中或該散開之此一方式而改變。
11. 如請求項1或2之方法，其中該電弧(24)之電荷載子由於該磁場(27)而集中或散開，及其中該磁場角(28)以在該電弧持續時間內循環改變該磁場角(28)而集中或散開之此一方式而改變。
12. 一種用於將一組件(12)植釘焊接至一工件(14)上之裝置(10)，特定言之用於實施如請求項1至11中任一項之方法的裝置，其具有一組件固持器(18)，其上固持有一組件(12)，一線性馬達(20)，經由該線性馬達，該組件固持器(18)連同固持在其上之一組件(12)可在一縱向方向(21)上 移動，一電流源連接，其用於連接一電焊接電流源(22)，及一磁場產生器件(26)，其用於產生一磁場(27)，可經由該磁場影響在該組件(12)與該工件(14)之間燃燒之一電弧(24)，其中該磁場(27)相對於該縱向方向(21)以一般磁場角而定向且具有一軸向分量(B_A)及/或一徑向分量(B_R)，其特徵在於該磁場產生器件(26)係經設計以改變相對於該縱向方向(21)之該磁場(27)之該一般磁場角(28)以藉由在該電弧持續時間內至少一次改變該徑向及/或該軸向分量(B_R、B_A)之數學正負號而動態影響該電弧(24)。
13. 如請求項12之裝置，其中該磁場產生器件(26)具有至少一電線圈(50、52)，可顛倒此電線圈之極性以改變該磁場角(28)。
14. 如請求項12或13之裝置，其中可偏移該磁場產生器件(26)之至少一區段之位置以改變該磁場角(28)。
15. 如請求項14之裝置，其中可偏移其之位置之該磁場產生器件(26)之區段被穩固連接至該組件固持器(18)或在焊接程序期間圍繞該電弧(24)而配置之一噴口(34)。
16. 如請求項12或13之裝置，其中該磁場產生器件(26)具有一永久磁鐵(36)。
17. 如請求項12或13之裝置，其中該組件(12)為環形，其中該磁場產生器件(26)之至少一區段突出至該組件(12)中 之環形開口中。
18. 如請求項12或13之裝置，其中該磁場產生器件(26)之至少一區段在該電弧(24)外徑向配置。