缝焊方法及其装置与流程

本发明涉及一边断续地在一组滚轮电极(其夹持将多个工件层叠而成的层叠体并对其加压)之间通电一边使该滚轮电极旋转而相对移动的缝焊方法及其装置。

背景技术：

已知一种缝焊方法，通过在将多个由金属板等构成的工件层叠而成的层叠体的工件彼此之间以相互重合的方式连续地形成多个熔核(nugget)，来将该工件彼此接合。在该缝焊方法中，一边断续地在夹持层叠体并对其加压的一组滚轮电极之间通电一边使该滚轮电极旋转。也就是说，如图6A所示的通电循环那样，一边将在滚轮电极之间通电的通电期间(例如24msec)、和使滚轮电极间的通电中断的中断期间(例如36msec)作为1周期(例如60msec)而反复进行，一边使滚轮电极相对于层叠体相对地移动。

在该通电期间中，在由滚轮电极加压的工件彼此的接触面附近产生电阻发热(焦耳热)而形成熔融部。而且，将像这样形成有熔融部的层叠体的部位在中断期间中用滚轮电极加压、同时进行冷却，由此使该熔融部凝固而形成熔核。其结果是，如上所述，在工件彼此之间连续地形成相互重合的熔核，来进行层叠体的缝焊。

另外，近年来，例如提出了如下方案：将设有滚轮电极的缝焊装置搭载于机械手(robot)，对汽车车身用的部件等大型工件彼此进行缝焊。在该情况下，要求不会使缝焊装置大型化且增大焊接速度。

但是，若为了增大焊接速度而增大滚轮电极的相对移动速度，则有可能导致在中断期间中熔融部充分凝固之前，滚轮电极从该熔融部离开。在该情况下，熔融部在基于滚轮电极的加压力降低的状态或未施加加压力的状态下凝固，从而会因该熔融部凝固时的体积收缩等而导致容易产生裂纹。

作为在滚轮电极移动之前使熔融部快速凝固的方法，考虑使用冷却水来冷却熔融部。然而，在该情况下，需要包含冷却水用的配管等在内的冷却设备。另外，若不对附着于汽车车身或部件上的冷却水进行处理，则有可能生锈等，因此当为了避免该情况而除去附着在该汽车车身或部件上的冷却水时，需要进一步追加设备。因此，从避免缝焊装置的大型化的观点等出发，使用冷却水来冷却熔融部是不理想的。

因此，考虑如图6B所示的通电循环那样，随着增大焊接速度，而缩短1周期(例如48msec)，并且增大该1周期中的中断期间的比例(例如32msec)。由此，能够相对于通电期间(16msec)而增大中断期间的比例，从而使熔融部开始凝固的定时提前。其结果是，能够在滚轮电极从熔融部离开之前、换言之在对熔融部施加有加压力的状态下，使该熔融部凝固。

然而，若如上所述地减小1周期中的通电期间的比例并增大中断期间的比例，则有可能导致层叠体被大于所需程度地冷却。由此，会因层叠体的电阻变小等，而导致形成熔融部所需的熔融电流增大而容易产生飞溅(spatter)等。另外，由于在通电期间与中断期间之间层叠体的温度差变大，体积变化增大，从而结果是难以充分抑制裂纹等。

为了抑制大于所需程度地冷却层叠体，例如考虑采用日本特开平11－58026号公报所示的缝焊方法。即，交替地通上能够形成熔融部的线能量(heat input，热输入)的第1焊接电流P、和与该第1焊接电流P相比线能量小的第2焊接电流B，不设置使焊接电流中断的中断期间地进行缝焊。

技术实现要素：

在上述日本特开平11－58026号公报所记载的缝焊方法中，一边通上第2焊接电流B一边使熔融部凝固，因此能够避免大于所需程度地冷却层叠体，但难以快速且充分地使熔融部凝固。因此，如上所述，若增大焊接速度，则有可能导致在熔融部充分凝固之前，滚轮电极从熔融部上移动，从而产生因凝固时的加压力不足导致的裂纹等。结果是，即使采用日本特开平11－58026号公报所记载的缝焊方法，也难以在增大焊接速度的同时得到抑制了裂纹、飞溅等的高品质的接合产品。

本发明是为了解决上述问题而研发的，其目的在于，提供一种能够在增大焊接速度的同时得到抑制了裂纹、飞溅等的高品质的接合产品的缝焊方法及其装置。

为了实现上述目的，本发明为一种缝焊方法，断续地在对层叠多个工件而成的层叠体进行挟持的一组滚轮电极之间通电，并且一边对所述层叠体施加加压力一边使所述滚轮电极相对地移动来进行缝焊，所述缝焊方法的特征在于，在将以下期间设为1周期反复进行的同时进行缝焊：熔融期间，对所述滚轮电极之间通上熔融电流，在所述工件之间形成熔融部；加温期间，对所述滚轮电极之间通上比所述熔融电流小的加温电流，在所述熔融部凝固的温度的范围内对所述层叠体进行加温；以及中断期间，设于所述加温期间之前及之后的至少一方，使所述滚轮电极之间的通电中断。

在本发明的缝焊方法中，在作为滚轮电极之间的通电循环的1周期中设有通上熔融电流来形成熔融部的熔融期间、中断通电来使熔融部凝固的中断期间、和加温期间。在该加温期间，在熔融部凝固的温度的范围内(例如低于凝固点)对层叠体进行加温。因此，熔融部虽然被加温但仍能够凝固。即，1周期中的中断期间及加温期间成为能够冷却熔融部并使其凝固的期间(凝固期间)。

与像这样设置加温期间相应地，能够增大1周期中的凝固期间相对于熔融期间的比例，使熔融部开始凝固的定时提前。其结果是，即使增大焊接速度，也能够避免在熔融部凝固之前滚轮电极从该熔融部离开，因此能够一边施加充分的加压力一边使熔融部凝固。

另外，即使如上所述地增大1周期中的凝固期间的比例，由于在该凝固期间中的加温期间中通上加温电流，所以也能够避免通电中断的中断期间的比例变得过大。由此，能够避免层叠体大于所需程度地被冷却。其结果是，不会使熔融电流增大，并能够在工件之间良好地形成熔融部，因此能够抑制飞溅等的产生。另外，能够抑制层叠体的体积因熔融期间与凝固期间之间的温度变化而急剧变化，因此能够抑制熔核等产生裂纹。因此，在该缝焊方法中，即使增大焊接速度，也能够有效抑制裂纹、飞溅等，能够得到高品质的接合产品。

在上述缝焊方法中，所述1周期中的所述加温期间可以设于所述中断期间之前。在该情况下，例如1周期设定为熔融期间、加温期间、中断期间的顺序。即，在熔融期间中通上熔融电流并形成熔融部后，在加温期间通上比该熔融电流小的加温电流。由此，在加温期间，能够进行加温以避免层叠体被骤冷或大于所需程度地被冷却。

另外，对层叠体进行加温的温度在熔融部凝固的温度的范围内，因此在熔融期间后能够迅速地使熔融部开始凝固。即，能够在充分施加基于滚轮电极的加压力的状态下使熔融部凝固，能够抑制裂纹等的产生。另外，通过在加温期间之后设置使通电中断的中断期间，能够使熔融部充分凝固，在工件彼此之间形成良好的熔核。

因此，通过在熔融期间与中断期间之间设置加温期间，即使在中断期间中层叠体被冷却，也能够避免发生层叠体的体积急剧变化的情况、层叠体的电阻变小而熔融电流增大的情况。因此，即使增大焊接速度，也能够有效抑制产生飞溅、裂纹等，能够得到高品质的接合产品。

在上述缝焊方法中，所述1周期中的所述加温期间可以设于所述中断期间之后。在该情况下，例如1周期设定为熔融期间、中断期间、加温期间的顺序。即，在熔融期间中通上熔融电流并形成熔融部之后，使通电中断而成为中断期间，由此使熔融部凝固。然后，在该中断期间之后、换言之在接下来的1周期的熔融期间之前，设置加温期间，通上加温电流，由此能够在熔融部凝固的温度的范围内对层叠体进行预热。

即，在接下来的1周期的熔融期间中，能够对如上所述地被加温而电阻上升的状态下的层叠体通上熔融电流。由此，不会使熔融电流增大，并能够良好地形成熔融部，因此能够有效抑制产生飞溅。

另外，如上所述，层叠体在加温期间中也处于熔融部凝固的温度的范围内，因此与设置加温期间相应地，能够增大1周期中的凝固期间相对于熔融期间的比例，使凝固开始的定时提前。因此，即使增大焊接速度，也能够一边施加加压力一边使熔融部凝固，能够抑制熔核等产生裂纹。其结果是，能够在增大焊接速度的同时得到高品质的接合产品。

此外，使用了上述缝焊方法的缝焊装置也包含在本发明中。

即，本发明为一种缝焊装置，断续地在对层叠多个工件而成的层叠体进行挟持的一组滚轮电极之间通电，并且一边对所述层叠体施加加压力一边使所述滚轮电极相对地移动来进行缝焊，所述缝焊装置的特征在于，对所述滚轮电极反复进行将以下期间设为1周期的通电及通电停止：熔融期间，通上熔融电流，在所述工件之间形成熔融部；加温期间，通上比所述熔融电流小的加温电流，在所述熔融部凝固的温度的范围内对所述层叠体进行加温；以及中断期间，设于所述加温期间之前及之后的至少一方，使所述滚轮电极之间的通电中断。

另外，在上述缝焊装置中，可以将所述1周期中的所述加温期间设于所述中断期间之前，也可以将所述1周期中的所述加温期间设于所述中断期间之后。

附图说明

图1是具备本发明的缝焊装置的多关节机械手的概略整体侧视图。

图2是图1的缝焊装置的主要部分立体图。

图3是表示本发明的第1实施方式的缝焊方法的通电循环的时序图。

图4中，图4A是熔融期间中的滚轮电极对及层叠体的说明图，图4B是加温期间中的滚轮电极对及层叠体的说明图，图4C是中断期间及接下来的1周期的熔融期间中的滚轮电极对及层叠体的说明图。

图5是表示本发明的第2实施方式的缝焊方法的通电循环的时序图。

图6中，图6A是表示缝焊方法的通电循环的一例的时序图，图6B是表示缝焊的通电循环的其他例子的时序图。

具体实施方式

以下，关于本发明的缝焊方法，在与实施该缝焊方法的缝焊装置之间的关系中列举优选的实施方式，参照附图来详细说明。

<<第1实施方式>>

图1是具备本实施方式的缝焊装置10的多关节机械手12的概略整体侧视图，图2是缝焊装置10的主要部分立体图。该缝焊装置10支承于多关节机械手12的前端臂14上。这样具备缝焊装置10的多关节机械手12的结构如在例如日本特开2007－167896号公报、日本实用新型登录第3124033号公报中所记载那样是公知的，因此关于其结构省略详细的说明。

缝焊装置10具备经由安装件(mount)16(参照图1)而支承在前端臂14上的第1滚轮电极18、第2滚轮电极20，其中，第2滚轮电极20位于层叠体22(参照图2)的下方，并且第1滚轮电极18位于层叠体22的上方。即，通过第1滚轮电极18及第2滚轮电极20来夹持层叠体22。

作为焊接对象的层叠体22是通过将2张金属板即工件24、26从下方起按照该顺序层叠而构成的。工件24、26例如由JAC590、JAC780或JAC980(均为日本钢铁联盟标准中规定的高性能高张力钢板，所谓的高强度材料)构成。另外，工件24、26各自的厚度设定为例如大约1mm～大约2mm。此外，层叠的工件的张数不限于本图例所示的2张，也可以是3张以上。

在安装件16上铺设有导轨28。在导轨28上支承有第1缸及第2缸(均未图示)。第1缸使支承在第1移动台30上的第1滚轮电极18向相对于第2滚轮电极20接近或远离的方向位移。第2缸使支承在第2移动台32上的第2滚轮电极20向相对于第1滚轮电极18接近或远离的方向位移。此外，第1滚轮电极18及第2滚轮电极20也可以是仅某一方支承在对应的第1移动台30或第2移动台32上，另一方支承在固定的台(未图示)上。

此外，在第1移动台30上支承有用于对第1滚轮电极18旋转施力的第1旋转用马达(未图示)，在第2移动台32上支承有用于对第2滚轮电极20旋转施力的第2旋转用马达(未图示)。这种结构是公知的，因此省略图示及详细说明。此外，也可以代替第1缸及第2缸而采用伺服马达等。

在导轨28的凸部34上，滑动自如地卡合有支承着第1滚轮电极18的第1移动台30的凹部36(参照图2)、和支承着第2滚轮电极20的第2移动台32的凹部38(参照图2)。第1移动台30与上述第1缸的未图示的第1杆连结。另外，第2移动台32与上述第2缸的未图示的第2杆连结。

即，第1滚轮电极18随着第1缸的第1杆的进退动作而向相对于第2滚轮电极20接近或远离的方向(箭头Y2、Y1方向)位移。另一方面，第2滚轮电极20随着第2缸的第2杆的进退动作而向相对于第1滚轮电极18接近或远离的方向(箭头Y1、Y2方向)位移。

在第1滚轮电极18与第1移动台30之间夹着第1轴(未图示)。该第1轴在上述第1旋转用马达的作用下进行旋转动作，由此，第1滚轮电极18进行旋转动作。同样地，第2滚轮电极20随着第2轴(未图示)在上述第2旋转用马达的作用下进行的旋转动作而进行旋转动作。

虽未图示，但第1滚轮电极18及第2滚轮电极20各自经由夹装有开关的引线(电线)而与直流逆变电源、交流电源等能够供给焊接电流的电源的正极及负极电连接。通过切换该开关的接通/断开，能够在第1滚轮电极18及第2滚轮电极20之间通上后述的熔融电流及加温电流中的某一个，或者使这些电流的通电中断。此外，以下，也将熔融电流及加温电流总称为焊接电流。另外，开关能够采用例如使用了电子元件的电子开关。

在以上的结构中，第1及第2缸、第1及第2旋转用马达、交流电源、开关与作为控制机构的控制单元电连接。即，这些第1及第2缸、第1及第2旋转用马达、交流电源、开关的动作或施力/未施力由控制单元控制。即，控制单元也作为通电定时控制机构发挥功能。

本实施方式的缝焊装置10基本上如上所述地构成，接下来，关于其作用效果，在与本实施方式的缝焊方法的关系中进行说明。

首先，多关节机械手12以在第1滚轮电极18与第2滚轮电极20之间配置层叠体22的方式使前端臂14、即缝焊装置10移动。

之后，在控制单元的作用下，上述第1缸及第2缸施力，与此相伴地，上述第1杆及第2杆开始前进动作。即，第2滚轮电极20以相对于第1滚轮电极18接近的方式朝向箭头Y1方向位移，并且第1滚轮电极18以相对于第2滚轮电极20接近的方式朝向箭头Y2方向位移。其结果是，在第1滚轮电极18与第2滚轮电极20之间夹持层叠体22。

此时，以使第1滚轮电极18对工件26的加压力(F1)与第2滚轮电极20对工件24的加压力(F2)均衡的方式，控制上述第1缸及第2缸的第1杆及第2杆的各推进力、和上述第2缸的第2杆的推进力。

接着，通过使第1及第2旋转用马达以规定转速旋转，来使第1滚轮电极18及第2滚轮电极20(以下，也将它们总称为滚轮电极对)相对于层叠体22向移动方向以规定速度相对移动。此外，滚轮电极对相对移动的规定速度能够设为例如2.0m/分钟。

此时，在图3的时序图所示的通电循环中，切换上述的开关的接通状态及断开状态。如上所述，第1滚轮电极18及第2滚轮电极20各自与交流电源的正极及负极连接。因此，使开关为接通状态的期间成为焊接电流从第1滚轮电极18向第2滚轮电极20流动的通电期间。另外，使开关为断开状态的期间成为焊接电流的通电被切断的中断期间。

即，在该缝焊方法中，通过缝焊装置10断续地对夹持层叠体22的滚轮电极对之间通电，并且一边对层叠体22施加加压力F1、F2一边使滚轮电极对移动，由此进行缝焊。

以下，关于缝焊装置10的通电循环，参照图3及图4A～图4C来具体说明。图4A～图4C是以时间序列表示图3的通电循环与层叠体22的焊接状态之间的关系的概略说明图。此外，在图3的例示中，通电循环的1周期为大约48msec。

首先，如图3及图4A所示，在时刻t1～t2期间，设为使开关为接通状态并对滚轮电极对之间通上熔融电流i1的熔融期间。熔融电流i1设定为能够在工件24、26的接触面附件的部位产生电阻发热来进行加热、熔融那样的大小。即，在熔融期间，通过对滚轮电极对之间通上熔融电流i1，能够在工件24、26之间形成熔融部40a。

此外，在如上所述将通电循环的1周期设为48msec的情况下，例如熔融期间为大约16msec即可。另外，熔融电流i1的大小根据工件24、26的材质及形状、熔融期间的长度等适当设定即可，例如能够设为大约16～18kA。

接着，如图3及图4B所示，在时刻t2～t3期间，设为对滚轮电极对之间通上比熔融电流i1小的加温电流i2的加温期间。加温电流i2设定为能够在熔融部40a凝固的温度的范围内(例如低于熔融部40a的凝固点)对层叠体22进行加温的大小。因此，能够在加温期间为了使在熔融期间形成的熔融部40a凝固、同时抑制层叠体22被骤冷以及大于所需程度地被冷却，而对该层叠体22进行加温。

此外，此处的加温期间能够设为大约8msec。另外，加温电流i2的大小能够设为大约8kA。

如上所述，滚轮电极对相对于层叠体22相对地移动，但在成为加温期间的时刻t2～t3，处于能够对层叠体22的形成有熔融部40a的部位施加充分的加压力F1、F2的位置。因此，在加温期间，能够在从滚轮电极对充分施加加压力F1、F2的同时开始熔融部40a的凝固。

接着，如图3及图4C所示，在时刻t3～t4期间，设为使开关为断开状态来使滚轮电极对之间的焊接电流的通电中断的中断期间。即，在该时间带，工件24、26之间的接触面附件的加热(加温)中断。由此，因产生从层叠体22向滚轮电极对的热传递等，层叠体22被冷却。其结果是，能够使熔融部40a充分凝固而形成熔核42。此外，中断期间设定为例如大约24msec。

在该成为中断期间的时刻t3～t4，滚轮电极对也处于能够对层叠体22的形成有熔融部40a的部位施加充分的加压力F1、F2的位置(在图4C中为双点划线所示的位置周边)。因此，能够在抑制层叠体22凝固时的体积收缩等的影响的同时，使熔融部40a充分地凝固。其结果是，能够在工件24、26的接触面附近形成有效抑制了裂纹等的产生的熔核42。

之后，如图4C所示，使滚轮电极对以从层叠体22的形成有熔融部40a的部位离开的方式沿着移动方向相对移动。在该位置，与上述同样地，通过设为使开关为接通状态并对滚轮电极对之间通上熔融电流i1的熔融期间，能够在工件24、26之间形成新的熔融部40b。这样，通过与上述同样地重复进行通电循环的接下来的1周期，能够形成与熔核42连结的新的熔核(未图示)。即，熔核彼此经由重复部而连续，因此能够得到工件24、26彼此牢固地连接的焊接产品。

根据以上内容，在该缝焊方法中，作为滚轮电极对之间的通电循环的1周期中的中断期间及加温期间成为能够将熔融部40a、40b等冷却并使其凝固的期间(凝固期间)。即，能够与设置加温期间相应地，增大1周期(例如48msec)中的凝固期间(例如32msec)相对于熔融期间(例如16msec)的比例，使熔融部40a、40b等开始凝固的定时提前。其结果是，即使增大焊接速度，也能够避免在熔融部40a、40b等凝固之前滚轮电极对从该熔融部40a、40b等离开。因此，能够在施加充分的加压力F1、F2的同时使熔融部40a、40b等凝固。

另外，如上所述，即使增大1周期中的凝固期间的比例，由于在该凝固期间中的加温期间通上加温电流i2，所以也能够避免通电中断的中断期间的比例变得过大。由此，能够避免层叠体22大于所需程度地被冷却。其结果是，不会增大熔融电流i1，能够在工件24、26之间良好地形成熔融部40a、40b等，因此能够抑制飞溅等的产生。另外，能够抑制因熔融期间及凝固期间之间的温度变化而导致层叠体22的体积急剧变化，因此能够抑制熔核42等产生裂纹。因此，在该缝焊方法中，即使增大焊接速度，也能够有效地抑制裂纹、飞溅等，能够得到高品质的接合产品。

另外，如上所述，在滚轮电极对移动前，在使熔融部40a、40b等快速凝固时，无需使用冷却水等，因此不需要包含冷却水用的配管等在内的冷却设备。即，不会使缝焊装置10大型化，且能够增大焊接速度。因此，缝焊装置10能够合适地搭载于多关节机械手12。另外，即使在工件24、26是汽车车身用等的大型部件的情况下，也能够良好地对工件24、26彼此进行缝焊。

<<第2实施方式>>

接下来，说明本发明的第2实施方式的缝焊方法。关于本发明的缝焊方法，第2实施方式除了以图5的时序图所示的通电循环断续地在滚轮电极对之间通电以外，能够与第1实施方式同样地使用缝焊装置10进行。

第1实施方式与第2实施方式的通电循环的不同点在于，1周期中的加温期间设于中断期间之后。即，在第2实施方式中，首先，在时刻t1～t2期间，设为使开关为接通状态并对滚轮电极对之间通上熔融电流i1的熔融期间。接着，在时刻t2～t3期间，设为使开关为断开状态而使滚轮电极对之间的焊接电流的通电中断的中断期间。在之后的时刻t3～t4期间，设为对滚轮电极对之间通上比熔融电流i1小的加温电流i2的加温期间。通过一边重复以上的1周期一边使滚轮电极对相对移动，能够形成相互经由重复部而连续的多个熔核，从而得到工件24、26彼此牢固地连接的焊接产品。

因此，在该缝焊方法中，在熔融期间中通上熔融电流i1而形成熔融部后，中断通电而成为中断期间，由此使熔融部凝固。然后，在该中断期间之后，换言之，在接下来的1周期的熔融期间之前，设置加温期间并通上加温电流i2，由此，能够在熔融部凝固的温度的范围内，对层叠体22进行预热。即，在接下来的1周期的熔融期间，能够对如上所述地被加温而电阻上升的状态下的层叠体22通上熔融电流i1。由此，不会使熔融电流i1增大，且能够良好地形成熔融部，因此能够有效抑制产生飞溅。

另外，如上所述，在加温期间中，层叠体22也处于熔融部凝固的温度的范围内，因此与设置加温期间相应地，能够增大1周期(例如48msec)中的凝固期间(例如32msec)相对于熔融期间(例如16msec)的比例，使凝固开始的定时提前。因此，即使增大焊接速度，也能够在施加充分的加压力F1、F2的同时使熔融部凝固，能够抑制熔核等产生裂纹。其结果是，能够在增大焊接速度的同时得到高品质的接合产品。

此外，本发明不限于上述实施方式，当然能够基于本说明书的记载内容采用各种结构。