电弧焊接方法及电弧焊接装置制造方法

电弧焊接方法及电弧焊接装置制造方法
【专利摘要】本发明提供电弧焊接方法及电弧焊接装置，使用焊料将至少一方实施有镀敷处理的两个母材适当焊接。一种将至少一方具有镀敷层的两个母材（K1、K2）通过焊料（F）电弧焊接的电弧焊接方法，交替地进行镀敷层去除工序和焊料熔敷工序，在所述镀敷层去除工序中，在停止焊料（F）的进给的状态下，使焊炬（10）沿着焊接线（L）移动并以电流值（I1）进行电弧放电，从而去除镀敷层，在所述焊料熔敷工序中，在使焊炬（10）的移动停止的状态下，进给焊料（F）并以比电流值（I1）小的电流值（I2）进行电弧放电，从而在去除了镀敷层的位置使焊料（F）熔敷。
【专利说明】电弧焊接方法及电弧焊接装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用焊料对两个母材进行电弧焊接的电弧焊接方法及电弧焊接装置。

【背景技术】
[0002] 以往，已知有在母材与焊炬之间产生电弧放电，利用该电弧放电产生的高热量使 填充焊丝(焊料）熔融，并使母材与焊料以分子等级融合一体化的电弧焊接(所谓的电弧硬 钎焊)。通过进行该电弧焊接，熔融的焊料进入接合位置的狭窄间隙，因此具有即使母材彼 此的接合位置为复杂的形状，也能够比较容易地进行焊接的优点。
[0003] 例如，在专利文献1中记载有如下脉冲电弧焊接方法：向非消耗电极呈脉冲状地 供给电弧电流而在其与母材之间产生电弧放电，并以与所述的脉冲同步的方式间歇性地输 送填充焊丝。
[0004] 需要说明的是，在专利文献1所述的发明中设为，在电弧电流的值为峰值电流（> 基值电流）时使填充焊丝熔融，并且在基值电流时不使填充焊丝熔融。
[0005] 【在先技术文献】
[0006] 【专利文献】
[0007] 【专利文献1】日本特开2011 - 110604号公报 [0008]【发明的概要】
[0009]【发明要解决的课题】
[0010] 在用于机动车等的构件中，出于表面保护或防氧化的目的而大多实施镀敷处理。 此外，在绝大多数情况下，焊料的沸点低于镀敷层(例如Zn)的熔点。
[0011] 于是，在接合具有镀敷层的母材时，利用专利文献1所述的发明会产生以下这样 的问题。
[0012] 第一，若不进行镀敷层的去除而将峰值电流设定为使填充焊丝熔融的程度的温 度，则在镀敷层上形成焊珠(焊接痕的鼓起)。这种情况下，由于在母材与焊珠的接合界面残 存有镀敷层，因此存在接合强度减弱这样的问题。
[0013] 第二，若将峰值电流设定为使镀敷层熔融飞溅(蒸腾）的程度的温度，则焊料(其沸 点低于镀敷层的熔点。）蒸发，存在无法适当地进行焊接这样的问题。


【发明内容】

[0014] 因此，本发明的课题在于提供一种使用焊料将在至少一方上实施有镀敷处理的两 个母材适当焊接的电弧焊接方法及电弧焊接装置。
[0015] 【用于解决课题的手段】
[0016] 为了解决所述课题，本发明所涉及的电弧焊接方法将至少一方具有镀敷层的两个 母材通过焊料电弧焊接，其特征在于，交替地进行镀敷层去除工序和焊料熔敷工序，在所述 镀敷层去除工序中，在停止所述焊料的进给的状态下，使焊炬沿着焊接线移动并以第一电 流值进行电弧放电，从而去除所述镀敷层，在所述焊料熔敷工序中，在使所述焊炬的移动停 止的状态下，进给所述焊料并以比所述第一电流值小的第二电流值进行电弧放电，从而在 去除了所述镀敷层的位置使所述焊料熔敷。
[0017] 根据这样的结构，在镀敷层去除工序中，在停止焊料的进给的状态下使焊炬移动 并以第一电流值进行电弧放电，去除镀敷层。其结果是，能够使在此之前被镀敷层覆盖的金 属等露出。此外，在以第一电流值进行的电弧放电中，通过停止焊料的进给，从而防止因电 弧放电的热量使焊料蒸发。
[0018] 需要说明的是，所述的"焊接线"是指在焊接两个母材时用于使焊料作为焊层(连 续的焊珠）延伸的直线或者曲线。
[0019] 此外，在焊料熔敷工序中，在使焊炬的移动停止的状态下进给焊料并以第二电流 值进行电弧放电，从而在镀敷层被去除的位置使焊料熔敷。由此，在焊料与两个母材之间不 存在镀敷层的状态下进行焊接，能提高接合强度。
[0020] 此外，在本发明所涉及的电弧焊接方法中，优选的是，所述两个母材中的一方是以 含有Zn的所述镀敷层覆盖Fe系金属构件而成的第一母材，另一方是作为A1系金属构件的 第二母材，所述焊料是ZnSi系焊料。
[0021] 根据这样的结构，利用ZnSi系的焊料对以含有Zn的镀敷层覆盖Fe系金属构件而 成的第一母材以及作为A1系金属构件的第二母材进行电弧焊接，由此焊料与各母材之间 成为以下所示的三层构造。
[0022] S卩，成为如下的三层构造，即包含：与Fe系金属构件邻接且以Fe为主要成分的第 一层；与A1系金属构件邻接且以Zn为主要成分的第二层；以及介于第一 ?第二层间且以 Si为主要成分的第三层。
[0023] 如此，通过使以Si为主要成分的第三层介于第一 ?第二层间，能够防止A1向Fe 系金属构件(第一母材）侧扩散。其结果是，能够防止在接合界面附近形成Fe - A1系的金 属间化合物层，提高接合强度。
[0024] 此外，在本发明所涉及的电弧焊接方法中，优选的是，在所述焊料熔敷工序中，以 作为所述焊料的填充焊丝的前端位于比电弧靠行进方向后侧的位置并且浸入熔融池的方 式进给所述填充焊丝。
[0025] 根据这样的结构，不在电弧内直接加热作为焊料的填充焊丝，而使其前端进入熔 融池来间接地加热。换句话说，由于填充焊丝的前端不进入电弧内，因此能够防止填充焊丝 因电弧的热量而蒸发或者熔滴过渡。
[0026] 此外，通过使填充焊丝的前端位于比电弧靠行进方向后侧的位置，从而使前端浸 入到熔融池的扩散物中尚未冷却的高温部分，由此能够使填充焊丝熔敷。
[0027] 此外，本发明所涉及的电弧焊接装置将至少一方具有镀敷层的两个母材通过焊料 电弧焊接，其特征在于，该电弧焊接装置具备：焊炬，其在与所述两个母材之间进行电弧放 电；电弧放电机构，其向所述焊炬交替地流通与第一电流值和第二电流值分别对应的电流 而进行电弧放电，所述第一电流值是用于通过电弧放电而去除该镀敷层的电流值，所述第 二电流值是使所述焊料熔融且比所述第一电流值小的电流值；焊炬移动机构，其在以所述 第一电流值进行的电弧放电中，使所述焊炬沿着焊接线移动，在以所述第二电流值进行的 电弧放电中，使所述焊炬的移动停止；以及焊料进给机构，其在以所述第一电流值进行的电 弧放电中，不进给所述焊料，在以所述第二电流值进行的电弧放电中，以使所述焊料在所述 镀敷层被去除的位置熔敷的方式进给所述焊料。
[0028] 根据这样的结构，通过电弧放电机构而从焊炬以第一电流值进行电弧放电，由此 能够去除镀敷层。此外，在以第一电流值进行电弧放电的期间，通过焊炬移动机构使焊炬以 沿着焊接线的方式移动，并通过焊料进给机构停止焊料的进给。
[0029] 因而，能够使在此之前被镀敷层覆盖的金属等露出，并且能够防止因电弧放电的 热量使焊料蒸发。
[0030] 此外，在通过电弧放电机构以第二电流值进行电弧放电的期间，通过焊炬移动机 构使焊炬的移动停止，并且通过焊料进给机构以使焊料在镀敷层蒸发的位置熔敷的方式进 给焊料。
[0031] 因而，能够在焊料与两个母材之间不存在镀敷层的状态下进行焊接，能够提高接 合强度。
[0032] 【发明效果】
[0033] 根据本发明，能够提供使用焊料将在至少一方实施有镀敷处理的两个母材适当焊 接的电弧焊接方法及电弧焊接装置。

【专利附图】

【附图说明】
[0034] 图1是本发明的一实施方式所涉及的电弧焊接装置的结构图。
[0035] 图2是表示进行电弧焊接时的顺序的说明图（是从左侧观察图1的接合结构体时 的图)，（a)是镀敷层去除工序的说明图，（b)是焊料熔敷工序的说明图。
[0036] 图3是关于本实施方式所涉及的电弧焊接装置的处理的时序图，（a)是焊接电流 的时序图，（b)是焊炬的移动速度的时序图，（c)是填充焊丝进给速度的时序图。
[0037] 图4是关于本实施方式所涉及的电弧焊接装置(实线)、比较例所涉及的电弧焊接 装置(单点划线）的、表示母材与焊料的接合界面附近的温度变化的曲线图。
[0038] 图5 (a)是使用本实施方式所涉及的电弧焊接装置的情况下的接合界面的剖面放 大照片，（b)是使用比较例所涉及的电弧焊接装置的情况下的接合界面的剖面放大照片。
[0039] 图6是关于比较例所涉及的电弧焊接装置的处理的时序图，（a)是焊接电流的时 序图，（b)是焊炬的移动速度的时序图，（c)是填充焊丝进给速度的时序图。
[0040] 【附图标记的说明】
[0041] 100电弧焊接装置
[0042] 10 焊炬
[0043] 11非消耗电极
[0044] 12 喷嘴
[0045] 20气体供给装置
[0046] 30机器人驱动装置(焊炬移动机构）
[0047] 40填充焊丝进给装置(焊料进给机构）
[0048] 50电源装置（电弧放电机构、焊炬移动机构、焊料进给机构）
[0049] 60控制装置
[0050] 61电弧放电控制机构（电弧放电机构）
[0051] 62焊炬移动控制机构(焊炬移动机构）
[0052] 63焊料进给控制机构(焊料进给机构）
[0053] F 填充焊丝(焊料）
[0054] G 填充焊丝引导件
[0055] K1第一母材(母材）
[0056] K11镀敷层
[0057] K2第二母材(母材）
[0058] L 焊接线
[0059] S 接合结构体
[0060] P 熔融池

【具体实施方式】
[0061] 以下，参照适当附图对用于实施本发明的实施方式进行详细说明。
[0062] 需要说明的是，在以下的说明中，"母材"表示通过电弧焊接而彼此接合的构件。此 外，"焊料"表示在焊接中使用的接合介质。
[0063] 《实施方式》
[0064] 图1是本发明的一实施方式所涉及的电弧焊接装置的结构图。如图1所示，定义 前后?左右?上下。此外，图1所示的实线表示电力线，虚线箭头表示信号线。
[0065] 电弧焊接装置100是利用在两个母材ΚΙ、K2与焊炬10之间产生的电弧放电的热 量使填充焊丝F (即焊料）熔敷而将各母材ΚΙ、K2焊接的装置。
[0066] 以下，在说明电弧焊接装置100之前，依次对两个母材ΚΙ、K2、作为焊料的填充焊 丝F、引导填充焊丝F的进给的填充焊丝引导件G进行说明。
[0067] 图1所示的第一母材K1是将Fe系金属构件使用Zn进行了镀敷处理而成的板状 构件(钢板)，从前侧观察呈钩状（L字状)。第二母材K2是A1系金属构件，从前侧观察呈钩 状。需要说明的是，第一母材K1的镀敷层Kll (Zn镀敷层：参照图2)的熔点为约1200°C。 [0068] 如图1所示，使第一母材K1的弯折部与第二母材K2的弯折部在左右方向上对置， 以在俯视下呈矩形状延伸的部分上形成阶梯差的方式（以第一母材K1的高度低于第二母 材K2的高度的方式）使其对合。然后，将在两个母材K1、K2的各弯折部形成的坡口作为焊 接线L，沿着该焊接线L进行电弧焊接，由此将各母材ΚΙ、Κ2接合。
[0069] 需要说明的是，所述的"焊接线L"是在将两个母材Κ1、Κ2接合时用于使焊料作为 焊层(连续的焊珠）延伸的直线或者曲线。此外，两个母材ΚΙ、Κ2通过规定的固定构件(未 图示）或者机器人(未图示）进行定位。
[0070] 填充焊丝F是形成为线状的ZnSi系的焊料，根据来自后述的控制装置60的指令 而通过填充焊丝进给装置40来进给。ZnSi系的填充焊丝F (焊料)的熔点为大约420°C，沸 点为大约907°C。换句话说，填充焊丝F的熔点及沸点低于第一母材K1的镀敷层Kll (Zn 镀敷层：参照图2)的熔点（1200°C)。
[0071] 填充焊丝引导件G是以填充焊丝F为轴线的筒状构件，其引导通过填充焊丝进给 装置40来进给的填充焊丝F (焊料)。
[0072] 填充焊丝引导件G以其轴线从铅垂方向朝后侧倾斜规定角度的方式而由多轴多 关节机器人(未图示）保持。在本实施方式中，以填充焊丝F位于比电弧靠行进方向后侧的 方式固定焊炬10与填充焊丝引导件G的相对位置(参照图2 (a)、图2 (b))。填充焊丝引 导件G与各母材K1、K2的距离、轴线的角度被预先设定。
[0073] <电弧焊接装置的结构>
[0074] 如图1所示，电弧焊接装置100具备焊炬10、气体供给装置20、机器人驱动装置 30、填充焊丝进给装置40、电源装置50以及控制装置60。
[0075] (焊炬）
[0076] 焊炬10通过向由钨等构成的非消耗电极11导通焊接电流而进行电弧放电，并且 供给用于遮挡焊接位置以免受外部气体影响的保护气体。焊炬10具有棒状的非消耗电极 11、以该非消耗电极为轴线的方式延伸的筒状的喷嘴12、以及在喷嘴12内保持非消耗电极 11的夹头主体(未图示)。
[0077] 焊炬10以其轴线从铅垂方向朝前侧倾斜规定角度的方式被多轴多关节机器人 (未图示）保持。需要说明的是，焊炬10与母材的距离(高度)、轴线的角度预先设定。
[0078] 在本实施方式中，控制装置60控制多轴多关节机器人的动作，从而使焊炬10沿着 焊接线L移动?停止，并且也以从后方追随焊炬10的方式使填充焊丝引导件G移动。
[0079] (气体供给装置）
[0080] 气体供给装置20将氩气或氦气等不活泼气体作为保护气体而从喷嘴12喷射。由 此，能够防止熔融的焊料等与外部气体中含有的氧气或氮气反应。
[0081] (机器人驱动装置）
[0082] 机器人驱动装置30是根据来自控制装置60的指令而驱动多轴多关节机器人的促 动器等，具有使焊炬10及填充焊丝引导件G沿着焊接线L移动的功能。
[0083] (填充焊丝进给装置）
[0084] 填充焊丝进给装置40是根据来自控制装置60的指令从填充物收容器(未图示)弓丨 出线状的填充物(焊料)，并借助填充焊丝引导件G使其进给的装置。
[0085] 利用焊料进给控制机构63,以使填充焊丝F的前端浸入熔融池 Ρ (参照图2 (b)) 的方式控制填充焊丝进给装置40,该详细情况在后说明。所述的"熔融池 P"表示积存在所 述的焊接线L上的熔融状态的焊料。通过使熔融池 P凝固而形成焊珠，多个焊珠沿着焊接 线L呈鳞状相连而形成焊层。
[0086] (电源装置）
[0087] 电源装置50是向电弧焊接供给必要的电力的装置，其具有驱动电源51、TIG (Tungsten Insert Gas)电源52、电流检测器53和电压检测器54。
[0088] 驱动电源51是通过变压器(未图示)将工业三相交流电转换成直流电，并根据来自 控制装置60的指令而向气体供给装置20、机器人驱动装置30及填充焊丝进给装置40供给 电力的电源。驱动电源51的阳极与气体供给装置20、机器人驱动装置30及填充焊丝进给 装置40电连接，驱动电源51的负极接地。
[0089] TIG电源52是用于通过变压器(未图示)将工业三相交流电转换成直流电，并根据 来自控制装置60的指令产生电弧放电的电源。TIG电源52的阳极与两个母材K1、K2电连 接，TIG电源52的负极与焊炬10的非消耗电极11电连接。
[0090] 电流检测器53检测在焊炬10的非消耗电极11与两个母材ΚΙ、K2之间产生的电 弧放电的电流值等。电流检测器53将检测到的电流值向控制装置60输出。
[0091] 电压检测器54检测在焊炬10的非消耗电极11与两个母材之间产生的电弧放电 的电压值。电压检测器54将检测到的电压值向控制装置60输出。
[0092] (控制装置）
[0093] 控制装置60控制气体供给装置20、机器人驱动装置30及填充焊丝进给装置40的 驱动。控制装置 60 构成为具备 CPU(Central Processing Unit)、R0M(Read Only Memory)、 RAM (Random Access Memory)、HDD (Hard Disk Drive)及各种接口等的电路，基于存储在 其内部的程序进行动作，从而实现各种功能。
[0094] 控制装置60具有电弧放电控制机构61、焊炬移动控制机构62、焊料进给控制机构 63〇
[0095] 电弧放电控制机构61以使与电流值II (第一电流值）和小于该电流值II的电流 值12 (第二电流值）各自对应的电流交替流通的方式控制来自TIG电源52的焊接电流(参 照图3 (a))。
[0096] 需要说明的是，在焊炬10与两个母材K1、K2之间进行电弧放电的"电弧放电机构" 构成为包括电源装置50和电弧放电控制机构61。
[0097] 所述的电流值II是能够通过电弧放电的直接热量使镀敷层Κ11 (参照图2 (a)、 图2 (b))熔融飞溅(蒸腾）并去除的电流值。换句话说，电流值II设定为通过电弧放电的 热量使镀敷层Kll (Zn)的温度高于其熔点(约1200°C)。
[0098] 所述的电流值12 (< II)是能够使作为焊料的填充焊丝F熔融的电流值。例如， 电流值12设定为通过电弧放电的间接热量使焊料（ZnSi)的温度高于其熔点(约420°C )并 且低于其沸点（约907°C)。需要说明的是，电流值12也可以设定为零。
[0099] 所述的电流值11、12的值基于事先的实验等预先设定，并存储到控制装置60所具 有的存储机构(未图示）中。
[0100] 焊炬移动控制机构62以下述方式控制机器人驱动装置30 (参照图3 (b):在以所 述的电流值II进行的电弧放电中使焊炬10沿着焊接线L (参照图1)移动，在以电流值12 (< II)进行的电弧放电中，使焊炬10的移动停止。此外，焊炬移动控制机构62也以使填 充焊丝引导件G维持与焊炬10的相对位置的方式使填充焊丝引导件G移动。
[0101] 需要说明的是，使焊炬10移动·停止的"焊炬移动机构"构成为包括机器人驱动 装置30、电源装置50、焊炬移动控制机构62。
[0102] 焊料进给控制机构63以下述方式控制填充焊丝进给装置40 (参照图3 (c)):在 以所述的电流值11进行的电弧放电中，不进给焊料(填充焊丝F)，在以电流值12进行的电 弧放电中，使焊料在镀敷层ΚΙ 1 (Zn)蒸发的位置熔敷。
[0103] 由此，防止因以电流值II进行的电弧放电的热量使焊料蒸发，并在覆盖第一母材 K1的镀敷层K11蒸发后的位置熔敷焊料。
[0104] 需要说明的是，进给焊料的"焊料进给机构"构成为包括填充焊丝进给装置40、电 源装置50、焊料进给控制机构63。
[0105] <电弧焊接的处理顺序>
[0106] 图2是表示进行电弧焊接时的顺序的说明图。需要说明的是，图2 (a)、图2 (b) 是在位于比图1所示的接合线L稍靠左侧且沿前后?上下方向扩展的平面处切断接合结构 体S、且从左侧观察其剖面而成的图。需要说明的是，对于呈钩状的第一母材K1中的弯折部 及沿上下方向延伸的平板部，省略了图示。
[0107] 控制装置60根据预先设定的程序而交替执行镀敷层去除工序和焊料熔敷工序。 [0108](镀敷层去除工序）
[0109] 图2 (a)是镀敷层去除工序的说明图。如上所述，第一母材K1是Fe系金属构件 使用Zn进行了镀敷处理而成的板状构件，第二母材K2是A1系金属构件。需要说明的是， 在图2 (a)、图2 (b)中，还示出第一母材K1所具有的镀敷层K11 (在图1中省略)。
[0110] 在镀敷层去除工序中，控制装置60在停止焊料的进给的状态下使焊炬10沿着焊 接线L移动并以电流值II进行电弧放电，由此使镀敷层K11熔融飞溅(去除)。
[0111] 例如，在图3 (a)的时刻to?tl中，电弧放电控制机构61 (参照图1)将来自TIG 电源52的焊接电流控制为以电流值II进行电弧放电。电弧放电中的电流值?电压值分别 通过电流检测器53 ·电压检测器54 (参照图1)来检测，并向控制装置60输入。
[0112] 当通过电弧放电的热量使第一母材K1的镀敷层K11熔融飞溅时，该位置的Fe系 金属构件K12露出。
[0113] 如图3 (b)所示，在时刻t0?tl中，焊炬移动控制机构62 (参照图1)使焊炬10 沿着焊接线L以规定速度V移动。所述的规定速度V被预先设定为，去除第一母材K1的镀 敷层K11，并且通过后述的焊料熔敷工序形成规定大小的焊珠。
[0114] 另外，填充焊丝引导件G借助多轴多关节机器人以保持与焊炬10的相对位置且从 后方追随焊炬10的方式按照规定速度V移动。通过该朝向行进方向前方的移动，填充焊丝 F的前端从之前形成的焊珠的表面分离，成为位于其前侧的状态(参照图2 (a))。
[0115] 需要说明的是，也可以在填充焊丝F的前端从焊珠的表面离开时，通过填充焊丝 进给装置40将填充焊丝F向进给时的相反朝向拉动规定距离。
[0116] 如图3 (c)所示，在时刻t0?tl中，焊料进给控制机构63 (参照图1)使焊料、即 填充焊丝F的进给停止。由此，使填充焊丝F的前端不进入电弧，能够防止因电流值II的 电弧放电所产生的热量导致填充焊丝F蒸发。
[0117] (焊料熔敷工序）
[0118] 图2 (b)是焊料熔敷工序的说明图。在焊料熔敷工序中，控制装置60在使焊炬10 的移动停止的状态下，进给焊料并以电流值12 (< II)进行电弧放电，使焊料熔敷在焊接线 L上的镀敷层K11被去除的位置。
[0119] 例如，在图3 (a)的时刻tl?t2中，电弧放电控制机构61 (参照图1)以利用电 流值12来电弧放电的方式控制来自TIG电源52的焊接电流。如上所述，电流值12被设定 为使焊料（即，ZnSi )熔融的值。
[0120] 如图3 (b)所示，在时刻tl?t2中，焊炬移动控制机构62 (参照图1)使焊炬10 的移动停止。由此，焊炬10停留于在之前的镀敷层去除工序中去除了第一母材K1的镀敷 层K11的位置。
[0121] 如图3 (c)所示，在时刻tl?t2中，焊料进给控制机构63 (参照图1)将作为焊 料的填充焊丝F以规定速度W进给。需要说明的是，规定速度W是以在焊料熔敷工序的执 行中将填充焊丝F的前端浸入熔融池 P的方式对应于每单位时间的填充焊丝F的熔融量而 预先设定的。换句话说，规定速度W设定为不会使进给速度过快而导致填充焊丝F的前端 与母材碰撞、或者进给速度过慢而导致填充焊丝F的前端离开熔融池 P。
[0122] 被进给的填充焊丝F的前端在之前形成的焊珠的表面附近熔融。此时，电弧位于 比填充焊丝F的前端靠前侧（S卩，填充焊丝F不进入电弧：参照图2 (b))。填充焊丝F的前 端借助之前执行的基于电流值II的电弧放电所产生的余热和位于前侧的电弧放电的放射 热而熔融。
[0123] 通过使进给的填充焊丝F熔融而产生熔融池 P。该熔融池 P在各母材K1、K2上润 湿而扩散，并到达电流值12的电弧。由于填充焊丝F以规定速度W连续进给，因此利用电 弧放电的热量经由熔融池 Ρ间接地加热，持续进行填充焊丝F的熔融。
[0124] 如此不使填充焊丝F进入电弧而经由熔融池 Ρ间接地加热，从而能够可靠地防止 填充焊丝F (焊料）的蒸发、熔滴过渡。
[0125] 如图3所示，控制装置60交替执行镀敷层去除工序和焊料熔敷工序。由此，在焊 接线L上形成鳞状的焊珠，第一母材Κ1与第二母材Κ2被焊接。
[0126] <关于接合界面>
[0127] 利用ZnSi系的焊料对被包含Ζη的镀敷层Κ11覆盖Fe系金属构件Κ12 (母材主 体）而成的第一母材K1以及作为A1系金属构件的第二母材K2进行电弧焊接，从而使焊料 与各母材K1、K2之间成为如下的三层构造。
[0128] S卩，焊料与各母材ΚΙ、Κ2之间成为包含如下结构的三层构造，即包含：与Fe系金 属构件K12邻接且以Fe为主要成分的第一层；与A1系金属构件邻接且以Ζη为主要成分的 第二层；以及介于所述的第一 ?第二反应层间且以Si为主要成分的极薄的第三层(例如， Fe3Al2Si3)。
[0129] 需要说明的是，图5 (a)所示的"Fe层"相当于所述的第一层，"Ζη层"相当于第二 层，"Si层"相当于第三层。
[0130] 如此，通过使以Si为主要成分的第三层介于第一 ?第二层间，从而能够防止Fe系 金属构件K12与作为A1系金属构件的第二母材K2发生彼此扩散反应。因而，能够防止在 接合界面形成硬且脆的Fe - A1系的金属间化合物层(例如，Fe2Al5)，并提高接合强度(拉伸 强度、剥离强度)。
[0131] 《效果》
[0132] 根据本实施方式所涉及的电弧焊接装置100,在镀敷层去除工序中，在停止焊料的 进给的状态下，使焊炬10沿着焊接线L移动并以电流值II进行电弧放电，去除镀敷层K11。
[0133] 如此，通过以电弧放电的热量来去除第一母材K1的镀敷层K11，能够使在此之前 被镀敷层K11覆盖的Fe系金属构件K12露出。此外，通过在以电流值II进行的电弧放电 中停止焊料的进给，能够防止因电弧放电的热量使焊料蒸发。
[0134] 此外，在焊料熔敷工序中，在使焊炬10的移动停止的状态下，进给焊料并以小于 电流值II的电流值12进行电弧放电，使焊料在镀敷层K11被去除的位置熔敷。因而，能够 在焊料与两个母材ΚΙ、K2之间不夹有镀敷层K11的状态下进行焊接。由此，与现有技术相 比能够大幅度提高接合强度(拉伸强度、剥离强度)。
[0135] 此外，不使作为焊料的填充焊丝F通过电弧放电被直接加热，而将其前端浸入熔 融池 P而间接地加热。换句话说，由于填充焊丝F的前端不进入电弧内，因此能够防止填充 焊丝F蒸发或者熔滴过渡。因而，能够使接合界面的状态、熔融池 P的大小稳定并顺畅地进 行焊接。
[0136] <与比较例的对比>
[0137] 图6是关于比较例所涉及的电弧焊接装置的处理的时序图。在比较例中，交替切 换规定的电流值13和电流值14 (< 13)而流通脉冲状的焊接电流(参照图6 (a))。比较 例在无论焊接电流如何变化均使焊炬10以恒定速度度V移动（参照图6 (b))并且使填充 焊丝F以恒定速度度W进给这一点上与本发明的所述实施方式(参照图3(b)、（c))不同。
[0138] 图4是表示本实施方式所涉及的电弧焊接装置(实线）与比较例所涉及的电弧焊 接装置(单点划线）在母材与焊料的接合界面附近的温度变化的曲线图。需要说明的是，图 4所示的数据是通过检测焊接线L上的规定的检测位置Η (参照图1)处的接合界面的温度 并对该时间性变化曲线化而得到的。此外，温度Τ1是第一母材Κ1的镀敷层Κ11熔融飞溅 时的温度（即，Ζη的熔点：1200°C)。
[0139] 在时刻tlO?tl2中，通过使焊炬10朝向检测位置Η前进而使其接近，并在时刻 tl2附近使焊料在焊接位置熔敷，在时刻tl2以后，进一步使焊料10前进而使其远离检测位 置H。
[0140] 在时刻〖11、〖12、〖13，本实施方式和比较例这两者中界面温度上升是因为，依次在 检测位置Η (参照图1)的后侧、正上方及前侧以电流值II (比较例中为电流值13)进行了 电弧放电。
[0141] 在比较例中，为了不使在焊接中始终被进给的填充焊丝F蒸发，不得不将电流值 13设定得较低（13 < II)，而在电流值13下不会使界面温度达到镀敷层Κ11的熔点Τ1 (大 约1200°C)(参照时刻tl2)。其结果是，AL向Fe系金属构件Κ12 (参照图2)侧扩散，如图 5 (b)所示，在接合界面形成Fe - A1系的较脆的金属间化合物层，使接合界面变弱。
[0142] 与此相对，在本实施方式中，在不进给填充焊丝F期间，以使镀敷层K11熔融飞溅 的电流值II进行电弧放电。于是，在图4的时刻tl2,界面温度超过镀敷层K11的熔点，内 部的Fe系金属构件K12 (参照图2)露出。进而，通过以电流值12进行电弧放电而使焊料 熔融，从而该焊料直接熔敷在Fe系金属构件K12 (及第二母材K2)上。
[0143] 因而，如图5 (a)所示，在第一层（Fe层）与第二层（Ζη层）之间形成有极薄的第三 层（Si层)。因而，能够防止Α1向Fe系金属构件(第一母材Κ1)侧扩散。其结果是，能够防 止在接合界面上形成Fe - A1系的金属间化合物层(参照图5(b))，相对于比较例能够大幅 度地提高接合界面的强度。
[0144]《变形例》
[0145] 以上，对本发明所涉及的电弧焊接装置100进行了详细说明，但本发明并不局限 于所述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围进行适当变更。
[0146] 例如，在所述实施方式中，对以电流值12进行电弧焊接的时间段(例如，时刻tl? t2 :参照图3)与进给焊料的时间段一致的情况进行了说明，但并不局限于此。即，也可以在 将电弧电流从电流值II切换至电流值12后，在经过规定时间后开始焊料的进给。此外，也 可以在结束焊料的进给后，经过规定时间之后将电弧电流从电流值12切换成电流值11。由 此，能够可靠地防止因以电流值II进行的电弧放电导致焊料蒸发。
[0147] 此外，在所述实施方式中，对仅在第一母材K1上以Ζη实施有镀敷处理的情况进行 了说明，但并不局限于此。即，在对第一母材Κ1及第二母材Κ2这两者以Ζη (或者Ζη以外 的金属）实施有镀敷处理的情况下也可以利用同样的方法进行电弧焊接。
[0148] 此外，在所述实施方式中，对第一母材K1 (Fe系金属K12)与第二母材K2 (A1系 金属）为不同种类金属的情况进行了说明，但并不局限于此。即，也可以使两个母材为同种 金属。
[0149] 需要说明的是，电流值II、电流值12、以各电流值进行的电弧放电时间等能够根 据镀敷金属、母材的种类及用途等适当地设定。
[0150] 此外，在所述实施方式中，对在镀敷层去除工序中以电流值II进行电弧放电而使 第一母材K1的镀敷层K11熔融飞溅的情况进行了说明，但并不局限于此。即，也可以通过 使Zn等的镀敷蒸发的方式(换句话说，通过比构成镀敷层K11的金属的沸点高的方式)设定 电流值II。在这种情况下，也能通过电弧放电来去除镀敷层K11。
[0151] 此外，在所述实施方式中，对在焊料熔敷工序中以使填充焊丝F的前端浸入熔融 池 P的方式进给填充焊丝F的情况进行了说明，但并不局限于此。即，也可以将用于使焊料 熔融的电流值12设定得较低，在电弧内使填充焊丝F熔融。
[0152] 此外，在所述实施方式中，对通过使控制装置60控制多轴多关节机器人等而自动 地进行电弧焊接的情况进行了说明，但并不局限于此。例如，也可以在图2、图3所说明的时 机通过人工来操作进行电弧焊接的设备。
[0153] 此外，在所述实施方式中，对焊接线L为直线状的情况进行了说明，但并不局限于 此。例如，也可以使焊炬10相对于两个母材的接合位置左右摆动（即，摇摆）进行焊接。这 种情况下，焊接线L成为折线状。
[0154] 此外，在所述实施方式中，说明了利用ZnSi系的焊料对Fe系金属构件以Zn进行 镀敷处理而成的第一母材K1以及作为A1系金属构件的第二母材K2进行电弧焊接的情况， 但并不局限于此。
[0155] 例如，作为第一母材也可以使用以AlSi进行镀敷处理而成的SP钢板(裸钢板)。此 夕卜，作为第二母材也可以使用镁合金。此外，作为焊料也可以使用在ZnSi中混合有Ti、Μη 及Sn中的任意组合而成的材料。需要说明的是，对于所述的电流值II、12,优选根据第一 母材、第二母材、镀敷层及焊料的构成物质来适当设定。
【权利要求】
1. 一种电弧焊接方法，其将至少一方具有镀敷层的两个母材通过焊料电弧焊接，其特 征在于， 交替地进行镀敷层去除工序和焊料熔敷工序， 在所述镀敷层去除工序中，在停止所述焊料的进给的状态下，使焊炬沿着焊接线移动 并以第一电流值进行电弧放电，从而去除所述镀敷层， 在所述焊料熔敷工序中，在使所述焊炬的移动停止的状态下，进给所述焊料并以比所 述第一电流值小的第二电流值进行电弧放电，从而在去除了所述镀敷层的位置使所述焊料 熔敷。
2. 根据权利要求1所述的电弧焊接方法，其特征在于， 所述两个母材中的一方是以含有Zn的所述镀敷层覆盖Fe系金属构件而成的第一母 材，另一方是作为A1系金属构件的第二母材， 所述焊料是ZnSi系焊料。
3. 根据权利要求1或2所述的电弧焊接方法，其特征在于， 在所述焊料熔敷工序中，以作为所述焊料的填充焊丝的前端位于比电弧靠行进方向后 侧的位置并且浸入熔融池的方式进给所述填充焊丝。
4. 一种电弧焊接装置，其将至少一方具有镀敷层的两个母材通过焊料电弧焊接，其特 征在于， 该电弧焊接装置具备： 焊炬，其在与所述两个母材之间进行电弧放电； 电弧放电机构，其向所述焊炬交替地流通与第一电流值和第二电流值分别对应的电流 而进行电弧放电，所述第一电流值是用于通过电弧放电而去除所述镀敷层的电流值，所述 第二电流值是使所述焊料熔融且比所述第一电流值小的电流值； 焊炬移动机构，其在以所述第一电流值进行的电弧放电中，使所述焊炬沿着焊接线移 动，在以所述第二电流值进行的电弧放电中，使所述焊炬的移动停止；以及 焊料进给机构，其在以所述第一电流值进行的电弧放电中，不进给所述焊料，在以所述 第二电流值进行的电弧放电中，以使所述焊料在所述镀敷层被去除的位置熔敷的方式进给 所述焊料。
【文档编号】B23K9/00GK104096945SQ201410141376
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2013年4月10日
【发明者】胁坂泰成, 武藤优仁, 奥村德二, 铃木孝典, 大山真哉 申请人:本田技研工业株式会社