电弧焊的方法和装置以及焊接元件的制作方法

专利名称：电弧焊的方法和装置以及焊接元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将金属板焊接在金属的对应件上的电弧焊的方法和装置以及一种相应的焊接元件。
背景技术：
所述电弧焊装置用于将一些金属板以其一个纵向端面对接式地焊接在一些金属的对应件上，该电弧焊装置具有一个用于固定一块金属板的固定装置、一个用于前后向地使该固定装置朝向所述对应件移动或远离该对应件的升降装置、以及一个电压施加装置。该电压施加装置用于在金属板与对应件之间施加一电压，以便在两者之间产生一个电弧。
另外，所述焊接方法是一种用于将一些金属板以其一个纵向端面对接式地焊接在一些金属的对应件上的方法，其中，在所述金属板与对应件之间施加一电压，由此在两者之间点燃一个电弧，金属板的纵向端面借助该电弧与对应件的与之相对的部分熔接，使得所述金属板与所述对应件最终形成一个焊缝地对接相连。
最后，所述焊接元件是一种由一种金属材料构成的以电弧焊的方法焊接到一个金属对应件上的焊接元件，该焊接元件具有一个焊接在对应件上的焊接部段以及一个位置更高的、在所述对应件上满足某项功能的功能部段，其中，所述焊接部段具有一个纵向端面，该端面的轮廓一般与对应件的轮廓相适配。
一种这样的电弧焊装置、一种这样的焊接方法以及这样一种焊接元件作为WELDFAST焊接系统，本发明的申请人已知晓。
在电弧焊的领域中，也已知所谓的瞬时电弧焊或螺柱焊，不同形状的螺柱焊接在平面板材形式的对应件上。其中，所述螺柱用来作为一些通常用于一些塑料夹片的固定元件，这些塑料夹片在所述对应件上满足一规定的功能。例如在制造机车车身时，为了借助于所述塑料夹片在以后将一些导线固定在车身上或者将一些内衬固定在车身板上等等，在车身上焊接了多个这种焊接螺柱。
另外已知，将一些金属螺母焊接在一些金属板上的方式。其中，为了借助于螺纹将一些物体固定在金属板上，金属板通常事先具有一个对准所属螺母的内螺纹的中心的孔。在将螺母焊接在车身板上时通常采用一个磁场，这样来控制该磁场，使得一个在螺母与对应件之间产生的电弧圆形地沿该螺母的端面移动。其中，所述焊接装置具有一个围绕着焊接部位的线圈，该线圈使所述电弧沿螺母的圆环形表面旋转。这一技术例如在德国焊接技术出版社的焊接技术系列丛书第133期(1997，Kap.9.4)由Trillmich Welz撰写“螺柱焊接、基础及应用”中已记载。一个相应的装置例如在DE 44 00957 C1中也已公开。
为了将由金属板材制成的固定元件接合在一些大面积的板金件上，例如车身板上，已知，在各固定元件上弯折出一个平行地安置在所述车身板上的焊接部段。接着通过点焊进行连接。在此缺点是，所述固定元件为了平行地安置在所述车身板上的焊接部段必须相对地增大金属板材。在一辆机车中采用了大量的这类固定元件势必会显著地增大机车的重量。
为了解决这一问题本发明的申请人提出了开头所提到的所谓的WELDFAST焊接方法。利用WELDFAST焊接方法将一些小金属板形式的固定元件对接式地焊接在一块对应金属板上。在此取消了在所述点焊工艺中一些必需的平行的固定部段，因此可达到显著降低重量的目的。
WELDFAST焊接系统通常应用在，将一些板金件形式的焊接元件对接式地焊接在一些平面的对应件上。一个典型的应用示例是应用在制造机车的车身中，在此，将一些这种焊接元件焊接在车身构件上以及随后发挥一项规定的功能，例如固定一些燃料管线或作为用于固定一些内衬的锚栓等等。在此，所述焊接元件具有一个带有一个纵向端面的焊接部段。该端面的轮廓通常与所述对应件的轮廓相适配。
为了更方便地引燃所述电弧，其中通常将所述端面的轮廓设计为与所述对应件的轮廓不同地成钝角的形状。所述电弧在采用所述升降(电弧)点火方法时通过钝角形的尖顶施加在所述对应件上；接着，为了在从对应件上抬起该焊接元件时引燃一个电弧，接通一个起始电流；随后，为了产生一个沿所述焊接元件的整个纵向端面延伸的电弧，接通所述焊接电流；接下来，所述焊接元件下落到所述对应件上，此时通过电弧形成的熔化液相互混合。最后，切断所述焊接电流，使焊缝冷却。用于完成这种焊接连接所需要的能量是非常大的。
由专利文献DE 299 05 259 U1已知，一种用于所述WELDFAST焊接系统的焊接装置装有一些用于产生一个对电弧作用的磁场的磁场发生器(Feldformer)，其中，这种磁场发生器部分地由一种软磁性钢构成。这些磁场发生器按照一个实施例设置在金属板的端部上并且围绕该金属板分别是U形结构。按照另一个实施例设置一些平行于所述金属板安置的磁场发生器。在这两种情况下这些磁场发生器应该产生一个影响所述电弧的磁场，因此，此时所述磁场发生器影响电弧的扩展。但是不能从这篇文献中获知，所述电弧是怎样被影响的以及所述磁场是怎样定向的。

发明内容
由于现有技术存在上述问题，因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的电弧焊装置，用于将一些金属板以一个纵向端面对接式地焊接在一些金属对应件上；并且提供用于这种焊接过程的一种相应的焊接方法和一种焊接元件。
上述技术问题对于开头所提到的电弧焊装置是这样来解决的，即，所述电弧焊装置设有一个磁场产生装置，该磁场产生装置设计为，能够产生一个具有一个磁力线分量的磁场，以使所述电弧沿所述纵向端面的长度方向移动，所述磁力线分量既横向于该纵向端面的长度，也横向于在焊接过程中产生的所述电弧的延伸方向。
上述技术问题对于开头所提到的焊接方法是这样来解决的，即，为了使所述电弧沿所述纵向端面的长度方向移动，一个磁场产生装置产生一个具有一个磁力线分量的磁场，以使该电弧沿所述纵向端面游移，所述磁力线分量既横向于所述纵向端面的长度方向，也横向于所述电弧的延伸方向。
上述技术问题对于开头所提到的焊接元件是这样来解决的，即，所述纵向端面的轮廓在其两个相对的末端的至少一个末端处设计成这样即，在一个其中电弧受磁力作用产生偏移的电弧焊过程中，一旦所述电弧通过受磁力作用产生偏移而达到所述纵向端面的该末端，就可以由焊接过程中所产生的电弧的电压推断出。
通过在按照本发明的电弧焊装置中规定配设一个上述类型的磁场产生装置，可以实现利用一个沿所述金属板的纵向端面移动的电弧将金属板的所述端面与所述对应件的相对部段熔接起来。与按照WELDFAST焊接系统的现有技术相反，在按照本发明的电弧焊装置中产生的是一个限定在局部的电弧，该电弧为了将金属板的所述端面与所述对应件熔接起来沿该端面的长度移动。其中，一个不是同时沿所述端面的整个长度延伸、而是如上所述被限定在局部的电弧可以只使用微小的能量。但是为了熔接所述整个端面或对应件，所述电弧借助磁力作用产生偏转后可沿所述端面移动。
由于所述磁场具有一个既横向于所述纵向端面的长度、又横向于所述电弧的延伸方向的磁通分量，就对该电弧施加了一个使其沿所述纵向端面移动的洛伦兹磁力。
本发明的电弧焊装置所产生的电弧可以具有一个比在已知的WELDFAST焊接系统中所产生的电弧更低的能量。因此总的来说只消耗较小的能量就可以完成焊接过程。也可以实现将一些金属板焊接在一些更薄的金属板形式的对应件上，因为这些薄板在焊缝区域内被这种电弧焊穿的危险性是很小的。
按照本发明的焊接元件的优点在于，通过设计所述纵向端面在至少一个端部处的轮廓，并借助于所述电弧的电压可推断出，所述电弧是否已到达这个端部。因此利用所述焊接元件的结构形状就可以实现，在电弧达到所述纵向端面的一个端部时就切断电弧或者使其沿相反方向移动。
对于按照本发明的电弧焊装置有利的是，设有一个控制装置，该控制装置设计为，用于使所述磁场变换极性，以使所述电弧能够沿所述纵向端面的长度方向来回移动。以这种方式借助于该控制装置可以使电弧沿所述纵向端面往返移动，以焊接所述端面或所述对应件。通过此，还可以进一步减小焊接过程所需要的能量消耗，所述电弧不必在一个沿所述端面的单次移动过程中释放全部的熔化能量。这确切地说可以通过至少一个向前的移动过程和至少一个返回的移动过程来完成，但是通常情况下是通过多次的往返移动过程来完成的。
同样有利的是，所述磁场产生装置设计为，基本上沿所述纵向端面的整个长度产生所述磁场。因此电弧可以沿所述纵向端面的整个长度移动以及可能反向移动。
按照另一个优选的实施例，所述磁场产生装置至少具有一个线圈，该线圈与一个磁回路相连接，该磁回路在将要形成焊缝的区域中具有一个空气间隙，所述金属板可以以其纵向端面插入其中。以这种相对简单的方式可以产生所述具有既横向于所述纵向端面的长度方向、又横向于所述电弧的延伸方向的磁力线分量的磁场。
在此尤其有利的是，所述磁回路具有两个磁轭，这两个磁轭平行于所述金属板的所述纵向端面的长度方向地设置，并在这两个磁轭之间限定出所述空气间隙。因此可以实现，有效利用空间地安置所述线圈。在所述两个磁轭之间产生了所述对于电弧偏转极其重要的磁场。磁轭的形状必要时可以与所述金属板的形状相适配，例如如果该金属板具有一些凹槽和/或沿纵向是波浪形结构时。
按照一个特别优选的实施例，所述线圈缠绕在一个磁芯上，该磁芯大致平行于所述金属板地设置并且从该磁芯向着所述金属板延伸出两个磁轭腿段，另外，所述磁回路在所述金属板另一相对侧具有一个对应磁轭，该对应磁轭具有两个与所述磁轭腿段对应的磁轭腿段和一个连接这两个磁轭腿段的连接段。
因此，所述磁回路由所述磁芯和所述两个从该磁芯延伸出的磁轭腿段以及所述对应磁轭构成，此时，在该磁回路中设有两个空气间隙，其中一个空气间隙是那个位于有待形成的焊缝所在区域内的空气间隙，另一个空气间隙则位于那个空气间隙的上方。通过这种结构设计，以构造简单的方式产生出一个具有一个既横向于所述纵向端面的长度方向、又横向于所述电弧的延伸方向的磁力线分量的磁场。
在这样的情况下，优选在所述对应磁轭旁设置另一个线圈。由此可以提高在与所述焊缝对应配设的空气间隙中的磁场强度。
总的来说比较有利的是，所述金属板具有一种铁磁性材料以及所述固定装置具有一个非铁磁性固定元件，该固定元件在焊接过程中被安置在一个用于产生所述磁场的磁回路的一个空气间隙内。
特别是在所述磁回路的上述优选实施方式中，所述非铁磁性材料的固定元件被安置在所述位于上方的空气间隙中，因此避免了由于有待焊接的金属板自身导致所述磁回路发生短路。
按照另一个优选的实施方式，所述流过电弧的焊接电流根据待焊接元件的宽度处于一个数值范围内，该数值范围小于覆盖所述固定元件的整个宽度所需要的焊接电流，并且例如可以减小到200A。具有这样电流强度的一个电弧在焊接过程中总体上只产生一个较小的能量消耗。另外，也可以将一些金属板对接式地焊接在一些薄的对应金属板上。
对于按照本发明的焊接方法，优选方法是当所述电弧达到所述端面的一个末端时，为了使该电弧沿相反方向移动，变换所述磁场的极性。
在此特别有利的是，监测所述电弧电压并当由该电弧电压推知电弧已到达所述纵向端面的末端时，启动一个极性变换过程。
事实表明，尤其在待焊接的金属板或焊接元件的所述端部处的轮廓被设计成适当的形状时，所述电弧从所述纵向端面的末端向着所述对应件偏转时会超出该纵向端面的长度，致使该电弧的长度加大。由此导致电弧电压增大。这可以从一个适当的电子仪器中监测到并为此可利用这一点引入所述极性变换过程。
另外也可以选择，根据其他参数引入所述极性变换过程，例如通过时间控制。此时必须利用一些适当的经验值来推断所述电弧在已规定边界条件的情况下何时到达所述纵向端面的末端。当然也可以通过在所述纵向端面的端部区域中设置一些适合的传感器，例如光学传感器或磁性传感器来判断所述电弧是否已到达所述纵向端面的端部。
总体来说也特别有利的是，在电弧焊过程开始前，借助于一个电弧清洁所述金属板以及所述对应件的待焊接的表面，该电弧借助于所述磁场沿各表面移动并且导引一个其数值小于一个焊接电流的电流。
这样选择所述净化电弧电流，使得还不会使所述金属板的端面与所述对应件熔接，而是清洁接合区的表面涂层和污物。通过这种方式在采用小焊接电流的情况下形成一些带有极少飞溅物的焊接连接。
不言而喻，在不偏离本发明的保护范围的情况下，上面所提到的以及在下文还要阐述的特征并不仅仅限于已经给出的组合方式，而是也可以另外组合或单独应用。


在附图中表示了本发明的一些实施方式并且在以下的说明书中将对其予以详细阐述。附图中图1表示按照本发明的电弧焊装置的第一种实施方式的一个立体示意图；图2a表示图1所示的电弧焊装置的俯视图，其中，借助一个磁场产生装置在焊接区域的范围内产生一个磁场，使得一个电弧沿一个方向移动；图2b是对应于图2a的一个示意图，其中，所述磁场变换极性，使得电弧沿另一方向移动；图3表示按照本发明的带有一个固定装置的电弧焊装置的另一个实施方式的端面视图，该固定装置具有一个非铁磁性的固定元件；图4表示一种典型的焊接元件的一个立体示意图；图5表示一个按照本发明的焊接元件的另一个实施方式的一个立体示意图；图6表示一个按照本发明的焊接元件的另一个实施方式的一个俯视图，所述磁场产生装置带有与之配属的磁轭；图7表示一个按照本发明的焊接元件的另一个实施方式的一个俯视图，所述磁场产生装置也带有与之配属的磁轭；图8表示在焊接过程中所述焊接元件的行程随时间变化以及所述焊接电流随时间变化的曲线图；图9表示一个对应于图8的曲线图，其中表示通过所述磁场产生装置的一个线圈的一个电流随时间的变化；图10表示一个对接地焊接在一个对应板上的焊接元件的一个侧视图；图11表示对应于图10的所述电弧电压沿所述电弧路径的变化曲线图；图12是按照本发明的焊接元件的纵向端面在其一个端部区域内的一个优选轮廓；图13是按照本发明的焊接元件的纵向端面在其一个端部区域内的另一个优选轮廓。
具体实施例方式
在图1和2中表示了一个按照本发明的电弧焊装置10的第一种实施方式。
所述电弧焊装置(以下简称为焊接装置)用于将一个长的金属板或金属板部段12形式的焊接元件对接地焊接在一个对应金属板14、例如机车的一个车身板形式的一个对应件上。
所述焊接装置10具有一个用于将金属板12固定的固定装置16。一个图中简略示出的升降装置18用于前后移动带有金属板12的固定装置16，更确切地说是沿朝向对应件14或背离对应件14的方向移动所述固定装置16。
一个电压施加装置20用于在金属板12与对应件14之间施加一电压。
所示焊接装置10以所谓的升降(电弧)点火方法工作。也就是说，所述金属板12的面向所述对应件14的端面22对接地下降到通常横向于或垂直于该金属板12设置的对应件14上。接着，所述电压施加装置20接通一个起始电流，而后，所述金属板12借助于所述升降装置18从对应件14上被抬起，此时产生一个电弧24。
另外，所示焊接装置也可以以点状点火的方式工作。
为了焊接，所述电压施加装置20的电压要升高到使一个焊接电流IS沿所述适合于将端面22与对应件的相对部段局部熔接的电弧24流过。由此形成的电弧24被限定在局部，也就是说，不是沿金属板12的整个端面22延伸。所述焊接电流的典型数值＜500A，特别是＜400A。在许多应用场合中一个300A的焊接电流就已足够。
如从图2中所看到的那样，被局部限定的或局部的电弧24首先沿一个第一方向26移动，然后沿一个与所述第一方向26指向相反的第二方向28移动。上述情况在图2a中通过简单示出的电弧24、24′以及在图2b中通过简单示出的电弧24、24″表示。
一个在图1中以附图标记30表示的磁场产生装置用于使所述电弧24沿金属板12的端面22移动。该磁场产生装置30在焊接区域内产生一个具有一个磁力线分量32的磁场，该磁力线分量既横向于所述端面22的纵向长度地延伸，也横向于所述电弧24的延伸方向地延伸，该电弧24通常从端面22沿大约垂直于对应件14的方向朝向对应件14地延伸。通过所述磁力线分量32对电弧24作用一个使电弧沿所述端面22的长度方向移动的洛伦兹磁力。在图2a中示出了所述电弧在一个磁力线分量32的作用下沿第一方向26移动。在图2b中示出了所述电弧24在一个与所述磁力线分量32的方向相反的磁力线分量32′的作用下沿与所述第一方向26相反的第二方向28移动。
所述磁场借助于一个缠绕在一个磁芯上的线圈36产生，该磁芯通常平行于所述金属板12地延伸。从所述磁芯38向着金属板12延伸出一个上磁轭腿段40，以及在焊接区域内朝向金属板12延伸出一个下磁轭腿段42。
另外，所述磁场产生装置30具有一个对应磁轭44。该对应件与由磁芯38和上、下磁轭腿段40、42构成的结构大致镜像对称并且具有一个上端腿段46、一个下端腿段48和一个连接端腿段46、48的连接段49。
通过上述布置产生一个导引一个磁场50的磁回路52，该磁场的导引方向是从磁芯38通过所述上磁轭腿段40、一个上空气间隙56、所述上端腿段46、连接段49、下端腿段48、一个下空气间隙54以及通过所述下磁轭腿段42。
为了进行焊接将所述金属板12通过所述上空气间隙56朝向所述下空气间隙插入，使得端面22大约位于下空气间隙54的上方。此时，所述磁场50的磁通分量32沿端面22的整个纵向长度作用，以使电弧24移动。
显然，所述金属板12在图1所示实施方式中应该由一种非铁磁性材料制成，因为否则将存在所述磁回路52由于该金属板12被短路的危险。
为所述线圈36配置另一个电压施加装置58，为此将其设计成能够产生一个线圈电流IM。设置一个控制装置60，其控制所述电压施加装置20以产生焊接电流IS以及控制所述电压施加装置58以产生线圈电流IM。在此特别地将所述控制装置设计成，所述电压施加装置58在相应的时间点上变换极性。通过这种方式，只有电弧24在沿端面22移动到达端面22的一个端部时，该电弧才转变为沿相反的方向移动。
变换所述磁场50的极性例如可以以时间控制的方式进行或者借助于适合(在图1中未示出)的传感器，为此将传感器设计成，能够检测出所述电弧24的各个位置。然后通过一个在所述控制装置60中设置的调节电路来变换所述磁场50的极性。
附图标记62表示可选择的另一个线圈，可以将该线圈设置在所述连接段49上用来增强所述磁场50。
在图3中以附图标记10′表示了图1和2所示的焊接装置10的另一种变化的实施方式。焊接装置10′的通常结构与焊接装置10的结构相同。与其不同的是，所述焊接装置10′具有一个由非铁磁性材料制成的固定元件74，将该固定元件设计为用于固定一块铁磁性金属板72。当该铁磁性金属板72被插入到所述产生装置30中时，所述非铁磁性的固定元件74位于所述上空气间隙56的高度上。因此避免了由于铁磁性金属板72在所述上磁轭腿段40与下磁轭腿段42之间产生短路。
在该实施方式中，将所述固定装置16设计为夹持所述固定元件74。
按照本发明的焊接装置被设计为可以将任意形状的金属板对接式地焊接在横向于该金属板地、特别是大致与其垂直地安置的对应件(对应板件)上。该焊接装置尤其可以应用在用于机车的车身制造的领域内。在该领域中通常将一些较小的板金件焊接在车身板上。这些较小的板金件用来作为固定件或用于固定件的锚栓。
在图4中以附图标记80示出了这类金属板或板金件的一个典型例子。该金属板80具有一个大约垂直面对对应件14定向的以及具有一个端面22的焊接部段82，该端面的轮廓大致与对应件14的轮廓相适配。在所述焊接部段82之上所述金属板80还具有一个功能部段84。该功能部段84可以具有一个广泛的任意形状以及在图示情况下设计为弯曲成L形的金属板段，并且在其中设置一个固定孔86。在该固定孔上在制造机车的后续过程中可以固定任意构件，例如一些内衬、电导线或燃料管线，这只是其中的几个例子。
在图5中示出了另一种适合焊接在一个对应件14上的金属板90的焊接部段82。该金属板90的焊接部段82沿长度方向、亦即大致与端面22平行地、连续波浪形地构成。由此，在已焊接好的状态下，面对一些垂直地作用在金属板90的宽侧面上的作用力具有一个较高的抗弯强度。
在图5中未示出属于金属板的功能部段84。它可以具有一个与图4所示实施方式相同的任意形状。
在图6中示出了一块金属板92的另一个实施方式。该金属板设计为沿纵向侧面交替地具有一些朝向不同方向的凹槽，这些凹槽同样能提高抗弯强度。
另外在图6中还示出，在该实施例中所述下磁轭腿段42和下端腿段48可以配设一个与金属板的形状相对应的轮廓，也就是说设置一些与所述凹槽对应的凹槽或凸起。虽然在多数情况下这是不必要的，但是由此也可以对电弧24产生均匀的影响。
通常来说，形成所述空气间隙54的磁轭的形状可以与焊接部段82的形状相适配。尤其可以尽可能标准化地设计该焊接部段82以及为不同固定用途的金属板设置不同的功能部段84。
在图7中示出带有一块在俯视图中弯折成角度的金属板94的另一个实施方式，在该相应的扩展设计中所述磁轭元件24′、48′同样设计为弯折成角度，致使电弧通过一个折角路径94。
在图8和9中示出利用所述焊接装置10进行的一个典型的焊接过程随时间的变化曲线。
图8表示由所述电压施加装置20提供的电流I随时间变化的曲线图和所述升降装置18的行程S随时间变化的曲线图。图9表示由所述电压施加装置58提供的电流IM随时间变化的曲线图。
在一个时刻t1，首先金属板12以其端面22下落到对应件14上。这一位置在图8中规定为零位置；接着，在t2时刻接通一个适合产生一个电弧24的起始电流IV；然后，金属板12在t3时刻从对应件14上抬起并且产生所述电弧24。在t4时刻所述电流调整到一个高于所述起始电流的所谓的净化电流IR。该净化电流用于清洁被污染的端面22的表面和对应件14的相对表面，尤其是清洁表面涂层和/或污物。这类程序是众所周知的，并且本发明申请人使用名称“清洁烧化(Cleanflash)”。
在t3时刻在抬起金属板12的同时接通线圈电流IM，使得通过磁力线分量32影响所述已产生的电弧，并且该电弧马上开始沿所述端面22移动。
在t5时刻所述线圈电流IM变换极性。在此时刻电弧24到达端面22的一个末端并且由于所述极性变换才沿相反方向移动。
在t6时刻再次进行极性变换，使得电弧24再次扫过端面22。
在t7时刻，金属板向对应件14靠近一些以及由所述电压施加装置20提供的电流I变换极性并且被调整到所述焊接电流IS。与此同时所述磁力线分量32由于线圈电流IM的极性变换而再次变换极性。
所述焊接电流IS具有一个与净化电流IR不同的极性并且具有一个更高的可能处于300A之内的(如上文已提到的)数值。
在所述另一个随时间变化的过程中，电弧24又达到端面22的另一相对的末端以及所述线圈电流IM又再次变换极性。在t9和t10时刻继续进行极性变换，在这些时刻电弧24分别已经达到所述端面的相反末端。
在t11时刻金属板12的端面22与对应件14的相对区段已充分熔接，使得金属板12以对接的方式安置在对应件14上。此时，金属板12下落到一个上述零位置之下的位置上，以便于达到使熔化液混匀以及最终达到一个良好的焊接效果。与此同时或者随后在t12时刻切断所述焊接电流IS和线圈电流IM。
所述熔化液冷却下来后就在金属板12与对应件14之间对接式地形成了焊接连接。显然，将金属板12焊接在对应件14上的上述说明可同样适用于焊接上述金属板80、90、92和94的说明。
在图9中可以看出，所述线圈电流IM在净化过程中的周期TR大于在焊接过程中的周期TS。其原因在于，流过电弧24的电流在焊接期间在数值上较高以及因此通过磁场50、32产生一个较大的(洛伦兹磁)力并且使电弧较快地从所述端面22的一个末端移动到另一个末端。对此也可以选择在净化过程和焊接过程之间在数值上改变所述线圈电流IM。
显然，上述净化过程是完全可以选择的。在另一个实施方式中当不必预先进行表面净化时在t4时刻就可以直接接通焊接电流IS。
图10以一个简化的侧视图表示一个金属板100形式的焊接元件，该焊接元件将被对接式地焊接在一个对应件14上。图中表示出金属板100与对应件14之间存在一微小间距。
将金属板100的端面22设计成向着中央形成钝角。由此形成的钝角形的尖顶102此时离对应件14最近。端面22与对应件14之间的距离从该尖顶102开始向着端面的两个末端逐渐增大，在图10中以附图标记104表示了其中一个末端。
通过所述形成的钝角形的尖顶102在将金属板安置在对应件14上时就形成了一个确定的接触点，因此在抬起金属板100时可以从钝角形的尖顶102开始产生所述电弧24。该电弧24随后沿着端面移动，如以附图标记24′表示的那样，直到达到端面22的末端104为止。
在图10中以一条线106表示用于所述对应件14轮廓的基准线，该基准线直线地延伸通过端面22的两个末端。
通过金属板在拐角104处的设计结构以及通过所述磁场50、32的驱动在拐角104处的电弧移动超出金属板100的侧棱边108，在图10中简单地以附图标记24表示。
在图11中示出了对于各电弧位置伴随电弧24产生的电弧电压ULB。该电弧电压ULB随着金属板100与对应件14之间的距离增大而逐渐增大。电弧电压ULB在拐角104处急剧增大，因为电弧24在此再次瞬间显著加长。电弧电压ULB的这种增大在所述控制装置60中可以观察到，这种情况在图10中简单地以附图标记109表示。
由于电弧电压ULB的突然增大可以看到，电弧24处于拐角104处。基于这种情况所述磁场50、32才变换极性，使得电弧24随后沿相反的方向移动。一旦电弧达到另一相对拐角处，通过电弧电压ULB的变化可以再次推断出这一点，磁场50、32随之又变换其极性。
通过适当地设计拐角104的形状可以达到，可以特别方便地看到在拐角104处的电弧电压ULB。在图12和13中示出了拐角104结构的两种实施方式。图12表示一个设有一个大约四分之一圆形凹槽111的拐角104′，因此形成了一个锐角形的拐角110。
在图13中以附图标记104″示出了所述拐角的另一个扩展结构。在该扩展结构中将拐角104″设计成从端面22向着侧棱边108倒成圆角，该圆角在图13中以附图标记113表示。
权利要求
1.一种电弧焊装置(10)，其用于将金属板(12；72；80；90；92；94；100)的一个纵向端面(22)对接式地焊接在金属对应件(14)上，该电弧焊装置(10)具有一个用于固定一块金属板(12；72；80；90；92；94；100)的固定装置(16；16，74)、一个用于前后向地使该固定装置(16；16，74)朝向所述对应件(14)移动或远离该对应件(14)的升降装置(18)、以及一个电压施加装置(20)，该电压施加装置用于在所述金属板(12；72；80；90；92；94；100)与对应件(14)之间施加一电压，以用于在这两者之间产生一个电弧(24)，其特征在于，所述电弧焊装置(10)具有一个磁场产生装置(30)，该磁场产生装置(30)设计为，能够产生一个具有一个磁力线分量(32)的磁场(50，32)，以使所述电弧(24)沿所述纵向端面(22)的长度方向移动，该磁力线分量(32)横向于该纵向端面(22)的长度方向和在焊接过程中所产生的电弧(24)的延伸方向。
2.按照权利要求1所述的电弧焊装置，其特征在于，该电弧焊装置(10)具有一个控制装置(60)，该控制装置(60)设计为，用于使所述磁场(50，32)变换极性，以使所述电弧(24)能够沿所述纵向端面(22)的长度方向来回移动。
3.按照权利要求1或2所述的电弧焊装置，其特征在于，所述磁场产生装置(30)设计为，基本上沿所述纵向端面(22)的整个长度产生所述磁场(50，32)。
4.按照权利要求1至3之一所述的电弧焊装置，其特征在于，所述磁场产生装置(30)至少具有一个线圈(36)，该线圈(36)与一个磁回路(52)相连，该磁回路(52)在将要形成焊缝的区域中具有一个空气间隙(54)，所述金属板(12；72；80；90；92；94；100)可以以所述纵向端面(22)插入其中。
5.按照权利要求4所述的电弧焊装置，其特征在于，所述磁回路(52)具有两个磁轭(42，48)，这两个磁轭(42，48)平行于所述金属板(12；72；80；90；92；94；100)的纵向端面(22)的长度方向地设置，并在这两个磁轭者之间限定出所述空气间隙(54)。
6.按照权利要求4或5所述的电弧焊装置，其特征在于，所述线圈(36)缠绕在一个磁芯(38)上，该磁芯大致平行于所述金属板(12；72；80；90；92；94；100)地设置并且从该磁芯(38)向着所述金属板(12；72；80；90；92；94；100)延伸出两个磁轭腿段(40，42)，另外，所述磁回路(52)在所述金属板(12；72；80；90；92；94；100)的另一相对侧具有一个对应磁轭(44)，该对应磁轭(44)具有两个与所述磁轭腿段(40，42)对应的磁轭腿段(46，48)和一个连接这两个磁轭腿段的连接段(49)。
7.按照权利要求6所述的电弧焊装置，其特征在于，在所述对应磁轭(44)旁设有另一个线圈(62)。
8.按照权利要求1至7之一所述的电弧焊装置，其特征在于，所述金属板(72)具有一种铁磁性材料以及所述固定装置(16)具有一个非铁磁性的固定元件(74)，该固定元件(74)在焊接过程中被安置在一个用于产生所述磁场(50，32)的磁回路(52)的一个空气间隙(56)内。
9.一种焊接方法，其用于将一些金属板(12；72；80；90；92；94；100)的一个纵向端面(22)对接式地焊接在一些金属对应件(14)上，其中，在所述金属板(12；72；80；90；92；94；100)与所述对应件(14)之间施加一电压，由此在该金属板(12；72；80；90；92；94；100)与该对应件(14)之间点燃一个电弧(24)，借助该电弧(24)所述金属板(12；72；80；90；92；94；100)的所述纵向端面(22)与所述对应件(14)的与该纵向端面(22)相对的部段熔接，由此使得所述金属板(12；72；80；90；92；94；100)与所述对应件(14)最终形成一个焊缝地对接相连，其特征在于，为了使所述电弧(24)沿所述纵向端面(22)的长度方向移动，所述磁场产生装置(30)产生一个具有一个磁力线分量(32)的磁场(50，32)，以使所述电弧(24)沿所述纵向端面(22)移动，所述磁力线分量(32)横向于所述纵向端面(22)的长度方向和所述电弧(24)的延伸方向。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于包括下述方法步骤，当所述电弧(24)移动到所述纵向端面(22)的一个末端时，为了使该电弧(24)沿相反方向移动，要变换所述磁场(50，32)的极性。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，监测所述电弧电压(ULB)，并当从所述电弧电压(ULB)获知所述电弧(24)已移动到所述纵向端面(22)的末端时，引入一个极性变换过程。
12.按照权利要求9至11之一所述的方法，其特征在于，在所述电弧焊过程开始前，借助于一个电弧(24)清洁所述金属板(12；72；80；90；92；94；100)以及所述对应件(14)的待焊接的表面，该电弧(24)借助于所述磁场(50)沿各表面移动并且该电弧的电流(IR)值小于一个焊接电流(IS)的值。
13.一种由金属材料制成的焊接元件(12；72；80；90；94；100)，其用于以电弧焊的方法焊接到一个金属对应件(14)上，该焊接元件(12；72；80；90；94；100)具有一个焊接到对应件(14)上的焊接部段(82)以及一个位置更高的、在所述对应件(14)上满足某项功能、例如用于将物体固定在该对应件(14)上的功能部段(84)，其中，所述焊接部段(82)具有一个纵向端面(22)，该端面的轮廓(106)一般与所述对应件(14)的轮廓相适配，其特征在于，所述纵向端面(22)的轮廓在其两个相对的末端的至少一个末端(104)处设计成这样，即，使得在一个其中电弧受磁力作用产生偏移的电弧焊过程中，由焊接过程中所产生的电弧(24)的电压(ULB)可以推断出，何时所述电弧(24)通过受磁力影响产生偏移而移动到所述纵向端面(22)的该末端(104)。
全文摘要
本发明公开了一种电弧焊方法和装置(10)，用于将金属板(12；72；80；90；92；94；100)的一个纵向端面(22)对接式地焊接在金属对应件(14)上，该电弧焊装置具有一个用于固定金属板的固定装置(16；16，74)、一个用于使固定装置朝向对应件移动或远离它的升降装置(18)、以及一个用于在金属板与对应件之间施加一电压以产生一个电弧的电压施加装置(20)。按照本发明，在电弧焊装置中设有一个磁场产生装置(30)，其能够产生一个具有一个横向于纵向端面的长度方向和电弧的延伸方向的磁力线分量(32)的磁场(50，32)，以使电弧沿纵向端面的长度方向移动。本发明还公开了一种相应的焊接元件。
文档编号B23K9/08GK1498710SQ20031011380
公开日2004年5月26日 申请日期2003年11月4日 优先权日2002年11月8日
发明者克劳斯·G·施米特, 克劳斯 G 施米特 申请人:纽弗雷公司