JP3726328B2

JP3726328B2 - 溶接装置

Info

Publication number: JP3726328B2
Application number: JP01590796A
Authority: JP
Inventors: 登中村
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH09206933A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶加材を用いた溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の溶加材を用いた溶接方法には、ワーク（「溶加材」に対する呼び方では「母材」）を溶して接合する「融接」と、ワークを溶かさないで接合する「ろう接」とがある。
これらの方法は、いずれにおいても、図７ないし図８に示すように、ワイヤ状又は棒状の溶加材１をワーク２の接合部２ａにて溶融し、その凝固とともに接合部を接合するというものである。
これらの溶加材は、溶接強度を問題とする場合には、その目的により凝固後の硬度が高いものと低いものとを使い分け、また、溶接時の作業姿勢を問題とする場合には、溶接垂れが生じないように溶融粘性の高いものと低いものとを使い分けたりしていた。
【０００３】
なお、一般には、上記硬度が高いものほど粘度も高い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の溶接方法においては、以下のような問題があった。
凝固後の硬度、溶融粘度等は溶加材の種類により決まり、所望の硬度、粘度に設定するには、多種類の溶加材を保有しなければならず、管理が面倒であった。さらに、例えば、自動車の外板溶接においては、外観を重視するため、図９ないし図１０に示すように、溶接仕上がり部のビード３を研削仕上げする必要があり、この際、所持する溶加材の種類が少ないと次のような問題が生じることとなっていた。すなわち、硬度の高い溶加材を使えば、研削作業が困難となり作業時間がかかり、硬度が低いものを用いると、ワークの溶接姿勢により溶接垂れが生じてしまうなど等の問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、様々な溶接条件に容易に対処できる溶接装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
＜請求項１の発明＞
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ワークの接合部を加熱する加熱手段と、
前記接合部に、複数種の溶加材を供給する溶加材供給手段とを備え、
前記溶加材供給手段は、所要の割合で混合された溶加材の溶湯を形成すべく少なくとも１種類の溶加材の供給量を調節可能とされており、
前記溶加材供給手段は、融点の高い第１のろう材を供給する第１ろう材供給装置と、
融点の低い第２のろう材を供給する第２ろう材供給装置と、
前記第２ろう材供給装置の起動タイミングを決定するコントローラとを有し、
前記コントローラは、前記第２ろう材供給装置を駆動する駆動回路を備え、かつ、前記第１ろう材に通電される電流変化を検知し、その電流変化を検知してから、タイマにより、前記第２ろう材供給装置の起動を、前記第１ろう材の溶湯が形成されるまでの間隔よりも長い時間だけ遅らせるように制御することを特徴とする。
【０００７】
このような構成であれば、上記加熱手段により加熱された接合部に溶加材供給手段が複数種の溶加材を供給するので、その加熱部をワークの接合部に沿って移動させながら溶加材の混合による溶接が容易にできる。また、少なくとも１種類の溶加材の供給量を調整することができるので、その供給量の多少により複数の溶加材の混合率を変更することができるとともに調節した供給量に対する溶接の仕上がり具合を関連付けて調べることができ、溶接条件を最適となるように調整することができる。
また、融点の高い溶加材（ろう材）で先に溶湯を形成してから、その溶湯の融点の低い溶加材（ろう材）を混合する方式を用いているため、溶融する前の溶加材同士が干渉し合って変形することがない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、図１ないし図５に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る溶接装置１０を示すブロック図である。この溶接装置１０は、前述の「ろう接」に用いられるものであり、第１のろう材ａにてろう接を行うブレージング用ろう接装置２０をベースに、第２のろう材ｂを供給する第２ろう材供給装置３０を連結してある。
上記両ろう材ａ，ｂは、主成分含有率は下記に示すように異ならせてある。
・ろう材ａ：（Ｃｕ９５％以上、Ｓｉ３％）
・ろう材ｂ：（Ｃｕ６０％、Ｚｎ４０％）
この成分の違いから、ろう材ａは、融点が比較的高くて硬めのろう材となり、ろう材ｂは、融点が比較的低くて柔らかめのろう材となっている。
【００１０】
また、両ろう材ａ，ｂは、形状的には同じになっており、ワイヤ状に形成されてそれぞれリール１２ａ，１２ｂに巻き付けられている。
上記ブレージング用ろう接装置２０は、いわゆるＭＩＧアークろう接を行うもので、主電源装置２１にろう材ａを供給する第１ろう材供給装置２２を連ね、この供給装置２２には、ワークｗの接合部ｗ１にろう材ａを案内するトーチ２３を備えている。ワークｗは、二枚の板材を重ね合わせて形成されており、その内の上方の板材の縁が接合部ｗ１になり、ろう接される。
【００１１】
第１ろう材供給装置２２には、上記リール１２ａを回動可能に取り付けてあり、このリール１２ａより引き出されたろう材ａを上記トーチ２３に向けて送り出せるようになっている。
トーチ２３は、全体が「く」字状になっており、その軸心にろう材ａが挿通できるようになっている。これにより、ろう材ａはトーチ２３の「く」字状の一端から挿入されて他端から先方に伸び、上記ワークｗの接合部ｗ１に案内される。また、このトーチ２３には、第１ろう材供給装置２２の図示しない電磁弁を介してボンベ２４からのイナートガスを供給可能となっており、図２に示すように、このイナートガスが供給されると溶融した溶加材の溶湯Ｙをガスシールドしてその酸化を防止する（図２）。
【００１２】
上記主電源装置２１は、内部に備えた溶接用電源２５の一方の極をワークｗに、他方の極をろう材ａに接続してある。そして、トーチ２３の先端から延びたろう材ａをワークｗに近づけて高電圧をかけることにより、アーク（図２、図４において示す「Ｘ」）を発生させてろう材ａを先端から溶融していく。また、このアーク発生状況を細かく説明すると、図４に示すように、一度、ろう材ａをワークｗに接触させて上記溶接電源の両極を短絡させる（図示Ｚ１）。すると、その抵抗熱によりろう材ａの先端が溶け（図示Ｚ２）、両者間が適度な間隔となりアークが発生する（図示Ｚ３）。従って、その際のろう材に流れる電流値Ｉの推移は、同図のように、起動とともに右上がりに立ち上がり、アーク発生後、平衡状態となる。この平衡状態（アーク発生後）の電流値は、主電源装置２１に備えた主制御装置２６に作業者が入力することにより設定され、この設定された電流値ｉに応じてろう材ａの供給量が決まる。そして、主電源装置２１内に備えた駆動回路２７を介して前記第１ろう材供給装置２２がその供給量分のろう材ａを供給すると、溶融して消耗した分のろう材ａが供給されることとなる。また、主電源装置２１には、電磁弁を開閉する開閉回路も備えられており、ろう接時に電磁弁を開らいてガスシールドを形成して溶融したろう材の酸化を防ぐ。
【００１３】
一方、前記第２ろう材供給装置３０は、前記第１ろう材供給装置２２と同じ構成となっており、ろう材ｂをワークｗの接合部ｗ１に案内するガイドノズル３１を備えている。また、この第２ろう材供給装置３０には、コントローラ３２を設けてあり、同第２ろう材供給装置３０の起動タイミングを決定する。
ガイドノズル３１は、棒状の本体が前記「く」字のトーチ２３の先端側の辺に平行するように取り付けられており、その先端をトーチ２３側に屈曲させてある。また、このガイドノズル３１の軸心には、ろう材ｂが端部から端部へと挿通可能となっている。この挿通されたろう材ｂは、ガイドノズル３１の先端から延びて、図２に示すように、トーチ２３の前方に形成されるろう材ａの溶湯ｙに入り込んで溶けることとなる。この際、この溶湯ｙを形成する主電源装置２１のアークの熱量には十分余裕があるため、ろう材ｂは溶湯ｙ内で十分に溶けてろう材ａと混合される。
【００１４】
コントローラ３２は、変流器３４によってろう材ａに通電される電流変化を検知して内部に備えたタイマによりこの起動時より時間ｔだけ遅らせて、第２ろう材供給装置３０を起動させるようになっている。図４において、第２ろう材供給装置３０の駆動電流Ｇが、前記ろう材ａに流れる電流値Ｉと対応させて示してあるように、上記時間ｔは、起動からアークが発生してろう材ａの溶湯ｙが形成されるまでの間隔より少し長く設定されており、ろう材ｂの供給時には必ず溶湯ｙが形成されているようにしてある。また、コントローラ３２内には、第２ろう材供給装置３０の駆動回路３３が備えられ、ろう材ｂを所望の希釈率ｒに応じた供給量に設定することができるようになっている。
【００１５】
ここで希釈率ｒは、両ろう材ａ，ｂを合わせた総量におけるろう材ｂの割合をいう。また、供給量は、各ろう材ａ、ｂの各断面積に送り速度を積したものをいう。従って、本実施形態では、ろう材ａとろう材ｂの断面積が等しいので、上記希釈率ｒは送り速度により決まり、例えば、希釈率ｒを５０％に設定するには、ろう材ｂの送り速度をろう材ａと同じにすればよい。
なお、本実施形態では、主電源装置２１が本発明に係る「加熱手段」に、第１ろう材供給装置２２、第２ろう材供給装置３０、及びコントローラ３２とが本発明に係る「溶加材供給手段」に相当する。
【００１６】
上述のように構成された溶接装置１０で、ワークｗを溶接する手順を、以下説明する。
まず、ワークｗの溶接姿勢、または、溶接強度等により、ろう材ａの希釈率ｒを決めておく。例えば、ワークｗの溶接姿勢がほぼ水平であれば、溶融粘度が低くても溶接垂れが生じる心配がないので、希釈率ｒを大きくしてろう接終了後にろう付部の盛り上がりを平らにする作業時間の短縮を図る。また、強度が必要な場合又は姿勢が傾いている場合には、その必要な強度、粘度で希釈率ｒを決めればよい。
この希釈率ｒに基づいて、第２ろう材供給装置３０の供給量を設定し、ろう接作業を行う。
【００１７】
同種類のワークｗのろう接作業を終了し、次に、溶接姿勢等の異なる次のワークをろう接する際には、溶加材を取り替える面倒な作業を要せずに、上記第２ろう材供給装置３０の供給量を設定し直すだけでよい。
このように、本実施形態では、一度溶接装置にろう材をセットすれば、ろう材を取り替えることなく、所望の特性（硬度、強度、又は溶融粘度等）のろう材を形成しつつろう接をすることができる。その結果、ろう接後にろう接部の研削し上げ作業を要するような場合には、作業時間の短縮につながったり、適度な強度又は硬度を選んで過剰品質でなくすことができたりする。また、上記のようにろう材の特性を変えるためには、従来のように多種のろう材を保有する必要がなく、管理費削減にもつながる。
【００１８】
＜参考例１＞
参考例１の溶接装置４０のブロック図を図５に示し、以下図に基づいて説明する。溶接装置４０は、第１実施形態と同様にブレージング用ろう接装置２０をベースに、ろう材ｂを供給する第２ろう材供給装置３０を備えている。このブレージング用ろう接装置２０の主電源装置２１には、希釈率ｒを入力する希釈率入力装置４３（混合率設定手段）と、ろう材の供給総量Ｍを入力する供給量入力装置４４（供給総量決定手段）と、入力された希釈率ｒ及び供給総量Ｍから各ろう材ａ，ｂの供給量を算出する演算装置４１と、各ろう材供給装置２２，３０の駆動回路２７，２８とが設けられている。
【００１９】
演算装置４１は、希釈率ｒ又はろう材供給総量Ｍの一方の値が他方の値に影響を受けないように、各ろう材供給装置２２，３０の供給量ｍ１，ｍ２の値を算出するようになっている。この算出方法は、例えば、次式に示すように、供給総量Ｍから希釈するろう材ｂの供給量ｍ２を差し引けばよい。
ｍ１＝Ｍ−ｒ・Ｍ
ｍ２＝ｒ・Ｍ
なお、上記供給量入力装置４４は、第１実施形態の主制御装置２６そのものを流用している。従って、入力される供給総量は、電流値ｉで代用している。また、この電流値ｉから供給総量Ｍが決まるため、ここにおいて便宜上供給総量Ｍで入力されるものとする。希釈率入力装置４３には、各ろう材ａ，ｂの断面積（径でも可）を入力することができるようになっており、ろう材の線径の違いにも対応できるようになっている。また、この断面積で、前記供給量ｍ１，ｍ２を除した値、すなわち送り速度の変更によって、各ろう材供給装置２２，３０の供給量を調節している。
【００２０】
その他の構造に関しては、第１実施形態と同様であり、同一部位については同一符号を付すことで重複した説明は省略する。
この溶接装置４０を用いた溶接作業は次に示す順序で行う。
溶接装置４０にセットしたろう材ａとろう材ｂとの断面積を希釈率入力装置４３に入力する。この断面積の値は、ろう材ａ，ｂを変更しない限り変える必要がない。
所望の希釈率ｒを、同希釈率入力装置４３に入力する。
ろう材の供給総量Ｍを供給量入力装置４４に入力する。この入力値は、ワークのろう接許容幅内にろう材が収まるように決める。
上記各入力値は、演算装置４１に取り込まれ、各ろう材供給装置２２，３０の各ろう材の送り速度が算出され、以下第１実施形態と同様にしてろう接作業がなされる。
【００２１】
また、溶接姿勢の変更等により希釈率ｒを調節する場合は、希釈率ｒのみを入力し直せばよい。また、これによってろう材の供給総量Ｍが変化しないので、希釈率を変えてもろう接幅が変わることはない。さらに、例えば、本溶接装置４０をロボット等と組み合わせて自動ろう接する場合には、一つのワークの溶接部位により、希釈率を変更するようなプログラムも組むことができ、この場合にも、ろう接幅を変えずに希釈率のみを調整できるので、プログラミングが容易である。
＜参考例２＞
また、図６に示す参考例２によれば、既存の溶接装置を利用して簡易に溶加材を混合させることができる。
【００２２】
すなわち、ワークｗの接合部にろう材ｂを予め配設しておき、このろう材ｂともにブレージング用ろう接装置で接合部ｗ１をろう接すればよい。また、この配設するろう材ｂは接合部の形状に合わせて屈曲させたり、細かくして用いてもよい。
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）本実施形態では、ろう材ａとろう材ｂの二種混合により希釈率を調整しているが、三種類以上のものを混合するものでもよい。
（２）本実施形態のように、融点の高い溶加材（ろう材）で先に溶湯を形成してから、その溶湯の融点の低い溶加材（ろう材）を混合する方式であれば、溶融する前の溶加材同士が干渉し合って変形することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る溶接装置の概略を示すブロック図である。
【図２】トーチとガイドノズルの先端部を示す拡大縦断面図である。
【図３】トーチとガイドノズルの先端部を示す拡大側面図である。
【図４】ろう接初期のアーク電流の変化を示すグラフである。
【図５】第２実施形態に係る溶接装置の概略を示すブロック図である。
【図６】第３実施形態に係る溶接方法を示す斜視図である。
【図７】従来のろう方法（ＭＩＧブレージングろう接）を示す縦断面図である。
【図８】従来のろう接方法（ガスろう付け）を示す側面図である。
【図９】ろう接部の仕上げ作業を示す断面略図である。
【図１０】ろう接部の仕上り状態を示す断面略図である。
【符号の説明】
１０…溶接装置
２１…主電源装置
２２…第１ろう材供給装置
２３…トーチ
３０…第２ろう材供給装置
３１…ガイドノズル
３２…コントローラ
３４…変流器
４０…溶接装置
４１…演算装置
４３…希釈率入力装置
４３…希釈率入力装置
４４…供給量入力装置
ａ…ろう材
ｂ…ろう材

Claims

ワークの接合部を加熱する加熱手段と、
前記接合部に、複数種の溶加材を供給する溶加材供給手段とを備え、
前記溶加材供給手段は、所要の割合で混合された溶加材の溶湯を形成すべく少なくとも１種類の溶加材の供給量を調節可能とされており、
前記溶加材供給手段は、融点の高い第１のろう材を供給する第１ろう材供給装置と、
融点の低い第２のろう材を供給する第２ろう材供給装置と、
前記第２ろう材供給装置の起動タイミングを決定するコントローラとを有し、
前記コントローラは、前記第２ろう材供給装置を駆動する駆動回路を備え、かつ、前記第１ろう材に通電される電流変化を検知し、その電流変化を検知してから、タイマにより、前記第２ろう材供給装置の起動を、前記第１ろう材の溶湯が形成されるまでの間隔よりも長い時間だけ遅らせるように制御することを特徴とする溶接装置。