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CN102317022A - 电弧焊接方法和电弧焊接设备 - Google Patents

电弧焊接方法和电弧焊接设备 Download PDF

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Abstract

一种电弧焊接设备(1)通过电弧焊接将由焊头(6)保持的支架(2)焊接到管道(3)。在支架(2)内设有中空管状构件(5)，该管状构件(5)被成形为中空圆锥形形状，其直径从支架(2)到形成于管状构件内的敞开末端(10)增大。将由焊头(6)保持的支架(2)的管状构件(5)的敞开末端(10)从与管道(3)接触的状态向上拉，在管状构件(5)的末端和管道(3)之间产生电弧以实现熔化，且将敞开末端(10)压靠于管道(3)，由此将支架(2)焊接到管道(3)。

Description

电弧焊接方法和电弧焊接设备
相关申请的交叉引用
本申请请求享有于2008年12月19日提交的日本申请No.2008-324269的优先权，该申请作为参考被全文并入本申请中。
技术领域
本发明涉及用于将如支架之类的焊接构件焊接到如管道或平板或薄板之类的工件上的电弧焊接方法和电弧焊接设备。
背景技术
用于将如支架之类的焊接构件焊接到如管道或平板或薄板之类的工件上的电弧焊接已广为人知。在专利文献1中，描述了一种用于焊接作为焊接构件的支架的焊接设备，该焊接构件被用来将装配电路(wire harness)固定到作为工件的车身板上。专利文献1中所描述的焊接设备包括能够保持L形支架的焊头。在专利文献1所描述的焊接设备中，因为其具有能够保持L形支架的焊头，所以不需要将作为焊接构件的支架保持在作为工件的汽车车身板上的焊接位置处。
专利文献1：TOKKAI[未经审查的专利申请]No.H8-019865(公报)/1996
专利文献2：TOKKAI No.2001-105142(公报)
发明内容
本发明要解决的问题
在作为普通流行的公知焊接设备于专利文献1描述的焊接设备中，焊接温度高，因此将支架焊接到作为汽车横梁的一种类型的斯蒂芬梁(Stefanbeam)时，由于用于熔化支架和斯蒂芬梁两者的热量，存在使作为工件的斯蒂芬梁弯曲的危险。专利文献2描述了用于将内部形成有阴螺纹的中空螺柱焊接到工件上的方法。作为焊接部件的螺柱的端部被成形为锐角突起的形状以试图减小焊接时的热效应。专利文献2所描述的焊接方法可降低将螺柱焊接到工件上时的热效应，但是一般而言不能降低将包括支架等焊接构件焊接到工件上时的热效应。
本发明的目的是要降低将包括支架等常规焊接构件焊接到工件上时的热效应，并防止由于过热引起的工件变形。
解决所述问题的技术方案
为了按照本发明的电弧焊接方法将焊接构件焊接到工件上来实现上述目的，利用处于焊接构件上的焊接位置处的电弧焊接设备，提供从焊接构件突出的中空管状构件；该管状构件被形成为末端敞开是的中空圆锥形形状，其直径从焊接构件到其末端增大，而被电弧焊接设备的焊头保持的焊接构件的管状构件被定位成使得敞开的末端接触工件上的焊接部位，电弧焊接设备将工件向上拉离工件，并在管状构件的末端和工件之间产生小电流导引电弧之后，接着产生大电流主电弧并使管状构件的末端和工件的焊接位置部分焊接；电弧焊接设备将由焊头保持的焊接构件的管状构件的末端压靠到工件，通过熔接将管状构件的末端附联到工件并将焊接构件焊接到工件上。
此外，在本发明涉及的电弧焊接设备中，设有从焊接构件突出的中空管状构件，以便通过电弧焊接将由焊头保持的焊接构件在焊接构件的焊接位置处焊接到工件上；管状构件被成形为末端敞开的中空圆锥形形状，其直径从焊接构件到其末端增大；电弧焊接设备工作使得由焊头保持的焊接构件的管状构件的大直径敞开末端接触工件上的焊接部位，将工件向上拉离工件并在管状构件的末端和工件之间产生小电流导引电弧之后，接着产生大电流主电弧并使管状构件的末端和工件的焊接位置焊接，然后将由焊头保持的焊接构件的管状构件的末端压靠工件，通过熔接使管状构件的末端附联到工件并将焊接构件焊接到工件上。
基于上面描述的电弧焊接方法和电弧焊接设备，从焊接构件突出的中空管状构件被设置在焊接构件上的焊接位置处。管状构件被成形为末端敞开的中空圆锥形形状，其直径从焊接构件朝末端增加。因此，可缩短可焊接温度的熔化时间。于是，可极大地缩短焊接时间，并可降低工件上的热效应。所以，可防止由于过热引起的工件的变形或弯曲，并且即使工件是薄壁材料也能实现无变形的良好焊接。此外，因为焊接时间短，可获得更佳的能量效率，因为作为将焊接构件焊接到工件的部分的管状构件是中空圆锥形形状，由于产生的焊弧运动同时围绕椎体旋转可实现熔化，此时由工件形状引起的对磁力线的影响不容易维持，而且可防止焊接过程中出现由于焊弧的偏移使强度受损的情况。
在上述电弧焊接设备中，管状构件的敞开末端的开口角度相对于沿管状构件的轴线方向的直线优选为5到80度。管状构件的敞开末端的直径优选为5mm到25mm。而管状构件从焊接构件到所述末端的长度优选为5mm到50mm。此外，焊接构件一般为可被用来附联另外部件的支架时，工件通常为管道或平板或薄板。
附图说明
图1示出了本发明的一个实施例的电弧焊接设备的结构及其焊接操作；1A示出了电弧焊接设备的结构及将支架定位在管道上的情况；1B示出了在支架的管状构件和管道之间产生电弧的情况，为了清楚起见，图中略去了电弧焊接设备，及1C示出了支架经由管状构件被焊接到管道上的情况，为了清楚起见，图中略去了电弧焊接设备；
图2为具有管状构件的支架的斜视图(diagonal view)；
图3为支架经由管状构件被焊接到管道上的方式的斜视图；
图4为支架的截面图，其示出了支架的管状构件；
图5的示意图示出了在支架的管状构件中产生的电弧的动态过程。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的一个实施例的电弧焊接设备1。在图1A中，示出了电弧焊接设备1。在图1B和1C中，示出了电弧焊接设备1的焊接操作。图2示出了作为焊接构件的支架2。图3示出了作为工件的管道3，支架2已焊接到该管道上。图4示出了作为焊接构件的支架2的垂直截面，显示出设置在支架2内的管状构件5的开口等的优选尺寸和角度。图5示出了对支架2的管状构件5进行焊接时电弧的动态过程。
图1A中所示的电弧焊接设备1具有保持作为焊接构件的支架2的焊头6。电弧焊接设备1将规定的电力施加到由焊头6所保持的支架2和作为工件的管道3上，产生电弧，并将支架2焊接到管道3上。为了进行焊接，电弧焊接设备1包括电源7和用于控制焊接设备的操作的控制器9。为了供应规定的电力来焊接支架2和管道3，电源线10A和10B从电弧焊接设备1的控制器9被分别连接到支架2和管道3上。
在图1A中，电弧焊接设备1的焊头6被定位成使由焊头6保持的支架2(焊接构件)的管状构件5的大直径敞开末端在焊接位置可以接触管道3(工件)。
在图1B中，首先电弧焊接设备1的焊头6导致由焊头6保持的支架2的管状构件5的大直径敞开末端在规定的焊接部位处接触管道3。焊头6的这种操作由电弧焊接设备1的控制器9控制。接着，控制器9将支架2和管状构件5一起向上拉离管道3到规定高度并在管状构件5的末端和管道3上焊接部位之间产生小电流的导引电弧。在产生导引电弧之后，控制器产生大电流的主电弧并熔化管状构件5的末端以及管道3的处于焊接位置的那部分。
在图1C中，控制器9通过经过的时间或通过传感器检测由焊头6保持的支架2的管状构件5的末端和管道3的处于焊接位置的那部分完全熔化的时间，对管状构件5的已熔化的末端施压使其抵靠管道3的处于焊接位置的那部分并通过熔接将管状构件5的末端附联到管道3。以这样的方式，将作为焊接构件的支架2焊接到作为工件的管道3上。
如图2所示，在焊接位置处的作为焊接构件的支架2中，从支架2突出的中空管状构件5被一体地设置。管状构件5被形成为其直径从支架2向该构件末端增大，并使末端为敞开的中空圆锥形形状。支架2和管状构件5由导电材料构成。优选支架2和管状构件5由相同的导电材料构成为一体。例如，它们可通过使导电金属经由金属薄板加工而成。
如图3所示，借助电弧焊接设备1经过图1A到1C所示的操作利用管状构件5可将作为焊接构件的支架2焊接到作为工件的管道3上。
现在将参考图4描述管状构件5的一些细节。如上所述，管状构件5与支架2整体成形，该构件是在从作为焊接构件的支架2上的焊接位置处突出的中空管状构件。管状构件5被成形为中空圆锥形形状，其直径从支架2的平面到敞开的末端10增大。如图所示，管状构件5的圆锥形形状不一定是严格意义的圆锥形形状，而可以被成形为使得邻近支架2的部分呈圆柱形形状而中间高度部分和远端成形为圆锥形，或者，可选地，其形状可为梯形锥形(trapezoidal conical)形状或者在包括敞开末端10的末端端部上的那部分中具有锥形形状。此外，管状构件5的末端10是敞开的。在测试中，通过使支架2的规定部分经历消除毛刺工序并将从消除毛刺工序得到的突出部分模制成圆锥形形状而形成管状构件5。
对管状构件5的具体尺寸和角度进行各种测试。从这些测试的结果中获得了以下数据。对于管状构件5的敞开末端10的开口11相对于沿与管状构件5的轴线13相同方向延伸并与之平行的直线14(即，直线14沿管状构件5的根部处的锥形部分延伸)的角度而言，其最小角度15为5度，而最大角度17为80度。在开口11的这种角度范围内，可获得良好的焊接结果。此外，当管状构件5的敞开末端10的直径18为5mm到25mm时，可获得良好的焊接结果。再者，可将管状构件5从作为焊接构件的支架2的平面到敞开末端10的长度19的范围制造成5mm到50mm，在这种情况下可获得良好的焊接结果。
图5示出了将支架2的管状构件5焊接到管道3时产生的电弧的动态过程。如箭头21和22所示，所观察到的电弧是在围绕管状构件5的敞开末端10中圆锥体内部的圆周方向上运动时连续产生的。在这种方式中，即使对于管状构件5的敞开末端10而言焊接时间(即，主电弧的产生时间)短，敞开末端10中构件的部分可达到令人满意的熔化条件。因此，如果停止产生主电弧并将管状构件5的敞开末端10压靠在管道3的规定位置处，通过熔接可将敞开末端10准确地附联到管道3上，并将支架2焊接到管道3上。因此，焊接时间可以非常短，可以降低作为工件的管道上的热效应，可以防止由于过热在管道或其他工件中产生的变形或弯曲，而且即使工件是薄壁材料也能在没有变形的情况下实现准确的焊接。因为焊接时间短，可获得更佳的能量效率，因为电弧运动围绕圆锥体内部旋转，由工件形状引起的磁力线的影响不容易维持，且可防止由于焊弧的偏移引起的焊接中的强度受到损失。
如上所述，为了将焊接构件焊接到工件上，可为工件提供设置在焊接构件内的圆锥形形状的管状构件。用这种方式，可缩短焊接时间，可减小工件上的热效应，可以用小能量焊接到薄板，焊接面积加大，并可实现高强度的可靠焊接。此外，通常可以用平板或薄板工件代替上面所提到的管道工件。如上面提到的那样，通常可将用于附联其他部件的支架用作焊接构件，当然焊接构件也可以是某些其他构件。

Claims (7)

1.一种利用电弧焊接设备将焊接构件焊接到工件的电弧焊接方法，其中：
在所述焊接构件上的焊接位置处提供从该焊接构件突出的中空管状构件；该管状构件被成形为末端敞开的中空圆锥形形状，其直径从所述焊接构件到其末端增大；
将由所述电弧焊接设备的焊头保持的所述焊接构件的所述管状构件定位成使所述敞开末端接触工件上的焊接部位，所述电弧焊接设备将所述焊接构件向上拉离所述工件，并在所述管状构件的末端和所述工件之间产生小电流导引电弧之后，产生大电流主电弧而使该管状构件的末端与工件的所述焊接位置部分焊接；及
所述电弧焊接设备将由所述焊头保持的所述焊接构件的所述管状构件的末端压靠于所述工件，通过熔接将管状构件的末端附联到所述工件并将该焊接构件焊接到所述工件。
2.一种通过电弧焊接将由焊头保持的焊接构件焊接到工件的电弧焊接设备，其中：
将从焊接构件突出的中空管状构件设置在所述焊接构件的焊接位置处；该管状构件被成形为在其末端敞开的中空圆锥形形状，其直径从所述焊接构件到其末端增大；及
所述电弧焊接设备以下述方式工作：使由所述焊头保持的所述焊接构件的所述管状构件的大直径敞开末端接触工件上的焊接部位，将所述工件向上拉离所述工件；然后，在所述管状构件的末端和所述工件之间产生小电流导引电弧之后，产生大电流主电弧并将该管状构件的末端和工件的所述焊接位置部分焊接，之后将由所述焊头保持的所述焊接构件的所述管状构件的末端压靠所述工件，通过熔接将该管状构件的末端附联到所述工件上并将该焊接构件焊接到所述工件。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述管状构件的敞开末端内的开口角度相对于沿管状构件的轴线方向的直线为5到80度。
4.如权利要求2或3所述的设备，其中，所述管状构件的敞开末端处的直径为5mm到25mm。
5.如权利要求2到4中任一项所述的设备，其中，所述管状构件从所述焊接构件到所述末端的长度为5mm到50mm。
6.如权利要求2到5中任一项所述的设备，其中，所述工件为管道或平板或薄板。
7.如权利要求2到6中任一项所述的设备，其中，所述焊接构件为可用于附联另外部件的支架。
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