專利名稱：焊接設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于焊接多個(gè)工件的層疊體的焊接設(shè)備(裝置)。
背景技術(shù)：
圖74是示出用于接合高阻工件1、2的點(diǎn)焊處理的示意性正視圖，所述工件由所謂的高拉伸強(qiáng)度鋼制成并具有大厚度以呈現(xiàn)高電阻。兩個(gè)高阻工件1、2層疊以形成層疊體3。層疊體3被夾持和擠壓在第一焊嘴(welding tip) 4和第二焊嘴5之間。當(dāng)使第一焊嘴4和第二焊嘴5通電時(shí)，一部分被加熱以在高阻工件1、2之間的接觸面附近形成熔融部6。然后，熔融部6凝固以產(chǎn)生固相(稱為焊核(nugget))。
由于高阻工件1、2具有高電阻，所以在通電期間在接觸面附近產(chǎn)生大量焦耳熱，使得熔融部6在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)生長(zhǎng)得更大，如圖75所示。因此，熔融部6易于散開(易于導(dǎo)致飛濺產(chǎn)生)。因此，在用于接合高阻工件1、2的點(diǎn)焊處理中，為了防止飛濺產(chǎn)生，有必要高度準(zhǔn)確地控制焊接電流。然而，這種控制無(wú)法容易地實(shí)現(xiàn)。甚至在接合較薄的高拉伸強(qiáng)度鋼工件的情況下也會(huì)導(dǎo)致該問題。
在接合三個(gè)或更多個(gè)工件的情況下，工件可能包含不同的材料，并且可能具有不同的厚度。例如，如圖76所示，最外側(cè)工件(低阻工件7)可具有最小的厚度。順便提一句，在圖76中，低阻工件7由低碳鋼制成，呈現(xiàn)低電阻，并層疊在圖74和圖75所示的高阻工件1、2上以形成層疊體8。
在對(duì)層疊體8進(jìn)行點(diǎn)焊的過(guò)程中，在高阻工件1、2之間的接觸面附近產(chǎn)生的焦耳熱多于在低阻工件7與高阻工件2之間的接觸面附近產(chǎn)生的焦耳熱。這是因?yàn)樵诟咦韫ぜ?、2之間的接觸面附近產(chǎn)生更高的接觸電阻。
因此，在層疊體8中，熔融部9首先出現(xiàn)于高阻工件1、2之間的接觸面附近。如圖77所示，在低阻工件7與高阻工件2之間的接觸面附近出現(xiàn)另一熔融部之前，熔融部9可能生長(zhǎng)得更大。當(dāng)繼續(xù)通電以在低阻工件7與高阻工件2之間的接觸面附近形成所述另一熔融部時(shí)，在高阻工件1、2之間的接觸面附近可能導(dǎo)致飛濺產(chǎn)生。
然而，如果停止通電，則在低阻工件7與高阻工件2之間的接觸面附近，熔融部(進(jìn)而焊核)無(wú)法生長(zhǎng)至足夠大的尺寸。因此，在低阻工件7與高阻工件2之間很難實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)合強(qiáng)度。
間接饋電型焊接設(shè)備也可能出現(xiàn)該問題。
圖78是由間接饋電型焊接設(shè)備15夾持的三個(gè)金屬板11、12、13的層疊體14的示意性側(cè)視圖。間接饋電型焊接設(shè)備15具有供應(yīng)焊接電流的第一焊槍(未示出)和焊接層疊體14的第二焊槍16。通過(guò)外部饋電端子17將焊接電流從第一焊槍傳送至第二焊槍16。間接饋電型焊接設(shè)備15的這種結(jié)構(gòu)可從日本特開平7-136771號(hào)公報(bào)、日本實(shí)用新型59-010984號(hào)公報(bào)等中獲知。
具體地講，第一焊槍具有正(+ )極性的上電極18和負(fù)(-)極性的下電極19。第二焊槍16具有與第一焊嘴對(duì)應(yīng)的上焊嘴20以及與第二焊嘴對(duì)應(yīng)的下焊嘴21。通過(guò)在導(dǎo)電端子22a、22b之間插入絕緣體23來(lái)制備外部饋電端子17。上電極18和上焊嘴20通過(guò)導(dǎo)電端子22a和引線24電連接，下電極19和下焊嘴21通過(guò)導(dǎo)電端子22b和引線25電連接。
在焊接處理中，層疊體14被夾持在第二焊槍16的上焊嘴20和下焊嘴21之間。焊接電流在厚度方向上從上焊嘴20穿過(guò)層疊體14流到下焊嘴21。一部分被加熱以在金屬板11、12之間的接觸面和金屬板12、13之間的接觸面中的每一個(gè)附近形成熔融部。然后，熔融部凝固以產(chǎn)生固相焊核，由此金屬板11、12連接，并且金屬板12、13彼此連接。
在金屬板11、12為高阻工件(其由高拉伸強(qiáng)度剛制成，具有大厚度，并呈現(xiàn)高電阻)，而金屬板13為低阻工件(其由低碳鋼制成并呈現(xiàn)低電阻)的情況下，在金屬板11、12(高阻工件)之間的接觸面附近產(chǎn)生的焦耳熱多于在金屬板12、13 (低阻工件和高阻工件)之間的接觸面附近產(chǎn)生的焦耳熱。這是因?yàn)榻饘侔?1、12之間的接觸面附近產(chǎn)生更高的接觸電阻。
因此，在層疊體14中，如圖79所示，熔融部26首先出現(xiàn)于金屬板11、12之間的接觸面附近。在金屬板12、13之間的接觸面附近出現(xiàn)另一熔融部之前，熔融部26可能生長(zhǎng)得更大。當(dāng)繼續(xù)通電以在金屬板12、13之間的接觸面附近形成所述另一熔融部時(shí)，熔融部26的一部分可能從金屬板11、12之間的間隙飛濺，因此在所述間隙周圍可能導(dǎo)致飛濺產(chǎn)生。
然而，如果停止通電，則在金屬板12、13之間的接觸面附近，熔融部(進(jìn)而焊核)無(wú)法生長(zhǎng)至足夠大的尺寸。因此，在金屬板12、13之間很難實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)合強(qiáng)度。
在日本特許3894545號(hào)公報(bào)中，申請(qǐng)人提出，在對(duì)這種層疊體進(jìn)行點(diǎn)焊的過(guò)程中，使施加于低阻工件的第一焊嘴的擠壓力小于第二焊嘴的擠壓力。在這種情況下，低阻工件對(duì)高阻工件的接觸壓力減小。因此，低阻工件與高阻工件之間的接觸電阻增大，使得在接觸面處產(chǎn)生足夠量的焦耳熱。因此，低阻工件與高阻工件之間的焊核可生長(zhǎng)至與高阻工件之間的焊核近似相同的尺寸，由此所得到的層疊體可呈現(xiàn)優(yōu)異的結(jié)合強(qiáng)度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一般目的在于提供一種能夠在層疊體中的工件之間的接觸面附近形成足夠大的焊核的焊接設(shè)備。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種能夠消除飛濺產(chǎn)生的可能性的焊接設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于對(duì)多個(gè)工件的層疊體進(jìn)行點(diǎn)焊的點(diǎn)焊設(shè)備，所述點(diǎn)焊設(shè)備包括:第一焊嘴和第二焊嘴，所述層疊體介于這二者之間；擠壓部件，其用于擠壓所述層疊體的最外側(cè)工件，所述第一焊嘴和所述擠壓部件與所述最外側(cè)工件的不同部分接觸；以及支架，其用于保持所述第一焊嘴和所述擠壓部件，并通過(guò)支架移位機(jī)構(gòu)移位，其中，所述支架具有用于使所述擠壓部件移位的擠壓部件移位機(jī)構(gòu)，并且所述擠壓部件移位機(jī)構(gòu)與所述支架電隔離。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對(duì)多個(gè)工件的層疊體進(jìn)行點(diǎn)焊的點(diǎn)焊設(shè)備，所述點(diǎn)焊設(shè)備包括:第一焊嘴和第二焊嘴，所述層疊體介于這二者之間；第一移位機(jī)構(gòu)，其用于使所述第一焊嘴和所述第二焊嘴中的至少一個(gè)移位；擠壓部件，其用于擠壓所述層疊體的最外側(cè)工件，所述第一焊嘴和所述擠壓部件與所述最外側(cè)工件的不同部分接觸；第二移位機(jī)構(gòu)，其用于使所述擠壓部件獨(dú)立于所述第一焊嘴或所述第二焊嘴移位；以及擠壓機(jī)構(gòu)，其用于產(chǎn)生所述擠壓部件的擠壓力。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括第一焊槍和第二焊槍的間接饋電型焊接設(shè)備，其中，從所述第一焊槍通過(guò)外部饋電端子向所述第二焊槍供應(yīng)電流，由此所述第二焊槍用于對(duì)多個(gè)工件的層疊體進(jìn)行焊接，所述第二焊槍包含能夠彼此靠近和遠(yuǎn)離地移動(dòng)的第一焊嘴和第二焊嘴，并且還包含能夠移位的擠壓部件以用于擠壓所述層疊體的最外側(cè)工件。
在任一方面中，第一焊嘴和擠壓部件的擠壓力與第二焊嘴的擠壓力平衡，使得第一焊嘴的擠壓力小于第二焊嘴的擠壓力。因此，在第一焊嘴與基本上相對(duì)的第二焊嘴之間的層疊體中，總擠壓力在更靠近第二焊嘴的位置作用于更寬或更大的面積上。因此，作用于最外側(cè)工件(與第一焊嘴接觸)與相鄰工件之間的接觸面上的合力小于作用于工件之間的其它接觸面上的合力。
由于擠壓力以這種方式分布，最外側(cè)工件與相鄰工件之間的接觸面處的接觸面積小于工件之間的其它接觸面處的接觸面積。因此，可使接觸電阻更高，以增加最外側(cè)工件與相鄰工件之間的接觸面處產(chǎn)生的焦耳熱量。因此，在該接觸面處，焊核可生長(zhǎng)得更大，進(jìn)而最外側(cè)工件與相鄰工件之間的結(jié)合強(qiáng)度可提高。
由于金屬板被擠壓部件擠壓，所以可防止最外側(cè)工件與相鄰工件分離。因此，可防止軟化的熔融部從最外側(cè)工件與相鄰工件之間的間隙飛濺。
第一焊嘴和擠壓部件優(yōu)選地附接到一個(gè)支架(支撐部件)。在這種情況下，可防止焊接設(shè)備具有復(fù)雜或大的結(jié)構(gòu)。因此，即使在焊接復(fù)雜形狀的層疊體的情況下，層疊體也可設(shè)置在期望的焊接位置，而不會(huì)受到第一焊嘴和擠壓部件的干擾。
優(yōu)選的是，第一移位機(jī)構(gòu)用于使第一焊嘴移位，第二移位機(jī)構(gòu)用于使擠壓部件移位，這些移位機(jī)構(gòu)彼此獨(dú)立。在這種情況下，可容易地使第一焊嘴和擠壓部件彼此獨(dú)立地與層疊體接觸以及與層疊體分離。因此，可容易地控制擠壓部件作用于層疊體上的擠壓力。
擠壓部件可用作極性與第一焊嘴相反的輔助電極，在通電過(guò)程中，分支電流可從第一焊嘴流向輔助電極或從輔助電極流向第一焊嘴。
在這種情況下，電流在從第一焊嘴到輔助電極的方向或相反的方向上流過(guò)最外側(cè)工件。因此，最外側(cè)工件與相鄰工件之間的接觸面通過(guò)該電流而被充分加熱。因此，在該接觸面處，焊核可生長(zhǎng)得足夠大，使得所得到的結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)合強(qiáng)度更優(yōu)異。
焊接設(shè)備還可在第二焊嘴附近包括極性與第二焊嘴的極性相反的另一輔助電極。在這種情況下，在從第一焊嘴到輔助電極(在第一焊嘴附近)或從輔助電極到第一焊嘴的分支電流消失之后，另一分支電流可從所述另一個(gè)輔助電極(在第二焊嘴附近)流向第二焊嘴或從第二焊嘴流向所述另一輔助電極。
在這種情況下，在第二焊嘴所鄰接的最外側(cè)工件與和該最外側(cè)工件相鄰的工件之間的接觸面附近，焊核可生長(zhǎng)得足夠大。
例如，在層疊體受到第一焊嘴和擠壓部件干擾，從而無(wú)法容易地焊接的情況下，優(yōu)選的是，第一支撐頭和支撐擠壓部件分別介于第一焊嘴與層疊體之間以及擠壓部件與層疊體之間，并且第二支撐頭介于第二焊嘴與層疊體之間。
在這種結(jié)構(gòu)中，第一焊嘴和第二焊嘴與擠壓部件的擠壓位置可遠(yuǎn)離層疊體，而第一支撐頭和第二支撐頭以及支撐擠壓部件與層疊體接觸。因此，即使層疊體具有復(fù)雜的形狀，也可容易地焊接該層疊體。
在此結(jié)構(gòu)中，第一支撐頭和支撐擠壓部件的擠壓力與第二支撐頭的擠壓力平衡。因此，總擠壓力在與第一支撐頭相比更靠近第二支撐頭的位置作用于更寬的面積。
應(yīng)該理解，支撐擠壓部件可以按照與擠壓部件相同的方式用作電極，使得電流可在從支撐頭到支撐擠壓部件的方向或相反的方向上流動(dòng)。在這種情況下，電流流過(guò)層疊體中的最外側(cè)工件。因此，最外側(cè)工件與相鄰工件之間的接觸面通過(guò)該電流而被充分加熱。因此，在該接觸面處，焊核可生長(zhǎng)得足夠大，使得所得到的結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)合強(qiáng)度更優(yōu)異。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的焊接設(shè)備(點(diǎn)焊設(shè)備)的基本特征的放大視圖2是示出圖1的點(diǎn)焊設(shè)備中的支架的基本特征的放大垂直截面圖3是示出圖2所示的擠壓部件向下移動(dòng)的狀態(tài)的基本特征的放大垂直截面圖4是示出由上焊嘴(第一焊嘴)、下焊嘴(第二焊嘴)和擠壓桿(擠壓部件)夾持的待焊接的層疊體的基本特征的示意性正視圖5是示出層疊體中的最上側(cè)工件與緊挨著位于最上側(cè)工件下面的工件之間的適當(dāng)面壓力分布的示意性正視圖(具有曲線圖)；
圖6是僅由下焊嘴和上焊嘴夾持的層疊體的示意性正視圖7是在圖4的狀態(tài)之后為產(chǎn)生從上焊嘴流向下焊嘴的電流而開始通電時(shí)層疊體的示意性垂直截面圖8是示出由下焊嘴、上焊嘴和擠壓桿(擠壓部件)夾持的不同于圖4的層疊體的基本特征的示意性正視圖9是示出由下焊嘴、上焊嘴和擠壓桿(擠壓部件)夾持的不同于圖4和圖8的層疊體的基本特征的示意性正視圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的由焊接設(shè)備(點(diǎn)焊設(shè)備)中的上焊嘴、下焊嘴和輔助電極夾持的層疊體的基本特征的示意性正視圖11是在圖10的狀態(tài)之后為產(chǎn)生從上焊嘴流向下焊嘴的電流而開始通電時(shí)層疊體的示意性垂直截面圖12是在圖11的狀態(tài)之后繼續(xù)進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖13是在僅輔助電極與層疊體分離之后繼續(xù)從上焊嘴至下焊嘴進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖14是在圖13的狀態(tài)之后通過(guò)使上焊嘴與層疊體分離而完成通電(點(diǎn)焊)之后層疊體的示意性垂直截面圖15是示出在開始通電時(shí)，由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的不同于圖10的層疊體的基本特征的示意性正視圖16是在輔助電極與電源的負(fù)端子斷開電連接之后繼續(xù)從上焊嘴至下焊嘴進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖17是通電(點(diǎn)焊)結(jié)束時(shí)層疊體的示意性垂直截面圖18是示出在開始通電時(shí)，由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的不同于圖10和圖15的層疊體的基本特征的示意性正視圖19是完成通電(點(diǎn)焊)之后層疊體的示意性垂直截面圖20是示出在開始通電時(shí)，由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的不同于圖10和圖15的層疊體的基本特征的示意性正視圖21是在上焊嘴附近的輔助電極與電源的負(fù)端子斷開電連接，并且下焊嘴附近的輔助電極與工件接觸之后，繼續(xù)從上焊嘴至下焊嘴進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖22是在下焊嘴附近的輔助電極與電源的正端子斷開電連接之后繼續(xù)從上焊嘴至下焊嘴進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖23是電流在與圖11的方向相反的方向上從下焊嘴和輔助電極流向上焊嘴的層疊體的示意性垂直截面圖24是從上焊嘴通過(guò)層疊體中的最上側(cè)工件以及緊挨著位于最上側(cè)工件下面的工件流向輔助電極的電流的示意性垂直截面圖25是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的焊接設(shè)備(點(diǎn)焊設(shè)備)的基本特征的示意性側(cè)視圖26是示出圖25的點(diǎn)焊設(shè)備的基本特征的放大示意性正視圖27是示出由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的待焊接的層疊體的基本特征的示意性正視圖28是示出層疊體中的最上側(cè)工件與緊挨著位于最上側(cè)工件下面的工件之間的適當(dāng)面壓力分布的示意性正視圖(具有曲線圖)；
圖29是僅由下焊嘴和上焊嘴夾持的層置體的不意性正視圖30是在圖27的狀態(tài)之后為產(chǎn)生從上焊嘴流向下焊嘴的電流而開始通電時(shí)層疊體的示意性垂直截面圖31是在圖30的狀態(tài)之后繼續(xù)進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖32是在僅輔助電極與層疊體分離之后繼續(xù)從上焊嘴至下焊嘴進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖33是在圖32的狀態(tài)之后通過(guò)使上焊嘴與層疊體分離而完成通電(點(diǎn)焊)之后層疊體的示意性垂直截面圖34是示出在開始通電時(shí)，由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的不同于圖27的層疊體的示意性垂直截面圖35是在圖34的狀態(tài)之后僅輔助電極與層疊體分離之后產(chǎn)生從上焊嘴流向下焊嘴的電流的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖36是通電(點(diǎn)焊)完成之后層疊體的示意性垂直截面圖37是示出在開始通電時(shí)，由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的不同于圖27和圖34的層疊體的示意性垂直截面圖38是通電(點(diǎn)焊)結(jié)束時(shí)層疊體的示意性垂直截面圖39是示出在開始通電時(shí)，由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的不同于圖27、圖34和圖37的層疊體的示意性垂直截面圖40是示出在下焊嘴(第二焊嘴)附近具有輔助電極的焊槍的基本特征的側(cè)視圖41是在上焊嘴附近的輔助電極與層疊體分離，并且下焊嘴附近的輔助電極與層疊體接觸之后，繼續(xù)從上焊嘴至下焊嘴進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖42是在下焊嘴附近的輔助電極與層疊體分離之后繼續(xù)從上焊嘴至下焊嘴進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖43是電流在與圖27的方向相反的方向上從下焊嘴和輔助電極流向上焊嘴的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖44是從上焊嘴通過(guò)層疊體中的最上側(cè)工件以及緊挨著位于最上側(cè)工件下面的工件流向輔助電極的電流的示意性垂直截面圖45是示出在槍體中具有使輔助電極移位的移位機(jī)構(gòu)的焊槍的基本特征的側(cè)視圖46是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的焊接設(shè)備(間接饋電型焊接設(shè)備)的基本特征的示意性側(cè)視圖47是示出圖46的間接饋電型焊接設(shè)備的基本特征的放大正視圖48是示出由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的待焊接的層疊體的基本特征的示意性正視圖49是示出由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的待焊接的層疊體的基本特征的示意性側(cè)視圖50是示出層疊體中的最上側(cè)工件與緊挨著位于最上側(cè)工件下面的工件之間的適當(dāng)面壓力分布的示意性正視圖(具有曲線圖)；
圖51是僅由下焊嘴和上焊嘴夾持的層置體的不意性正視圖52是示出在圖48的狀態(tài)之后為產(chǎn)生從上焊嘴流向下焊嘴和輔助電極的電流而開始通電時(shí)層疊體的基本特征的側(cè)視圖53是處于圖52的狀態(tài)下的層疊體的示意性垂直截面圖54是在圖53的狀態(tài)之后繼續(xù)進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖55是示出在從上焊嘴至輔助電極的電流被消除之后繼續(xù)從上焊嘴至下焊嘴進(jìn)一步執(zhí)行通電的過(guò)程中層疊體的基本特征的側(cè)視圖56是處于圖55的狀態(tài)下的層疊體的示意性垂直截面圖57是示出通電(點(diǎn)焊)完成之后層疊體的基本特征的側(cè)視圖58是在圖57的狀態(tài)之后在上焊嘴、下焊嘴和輔助電極與層疊體分離之后層疊體的示意性垂直截面圖59是示出在開始通電時(shí)，由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的不同于圖48的層疊體的示意性垂直截面圖60是在圖59的狀態(tài)之后在從上焊嘴至輔助電極的電流被消除之后產(chǎn)生從上焊嘴流向下焊嘴的電流的過(guò)程中層疊體的示意性垂直截面圖61是通電(點(diǎn)焊)完成之后層疊體的示意性垂直截面圖62是在開始通電時(shí)，由下焊嘴、上焊嘴和輔助電極夾持的不同于圖48和圖58的層疊體的示意性垂直截面圖63是通電(點(diǎn)焊)結(jié)束時(shí)層疊體的示意性垂直截面圖64是示出具有使輔助電極移位的致動(dòng)器的間接饋電型焊接設(shè)備的基本特征的側(cè)視圖65是示出使用換向開關(guān)來(lái)代替0N/0FF開關(guān)的間接饋電型焊接設(shè)備的基本特征的側(cè)視圖66是示出從圖65的狀態(tài)轉(zhuǎn)向以改變電流路徑的換向開關(guān)的基本特征的側(cè)視圖67是示出在上焊嘴(輔助電極)與層疊體之間具有支撐頭和支撐擠壓部件的間接饋電型焊接設(shè)備的基本特征的正視圖68是示出在擠壓部件周圍支撐頭和支撐擠壓部件與上焊嘴和輔助電極的位置關(guān)系的平面圖69是示出在焊接處理中包含具有垂直壁的工件的層疊體的基本特征的側(cè)視圖70是處于圖69的狀態(tài)下的層疊體的平面圖71是示出處于圖67的狀態(tài)下的電流路徑的基本特征的正視圖72是電流在與圖52的方向相反的方向上從下焊嘴和輔助電極流向上焊嘴的層疊體的示意性垂直截面圖73是從上焊嘴通過(guò)層疊體中的最上側(cè)工件以及緊挨著位于最上側(cè)工件下面的工件流向輔助電極的電流的示意性垂直截面圖74是在傳統(tǒng)點(diǎn)焊方法中在產(chǎn)生從上焊嘴流向下焊嘴的電流的過(guò)程中僅由下焊嘴和上焊嘴夾持的層疊體的示意性垂直截面圖75是在圖74的狀態(tài)之后生長(zhǎng)得更大的熔融部的示意性垂直截面圖76是在產(chǎn)生從上焊嘴流向下焊嘴的電流的過(guò)程中僅由下焊嘴和上焊嘴夾持的不同于圖74的層疊體的示意性垂直截面圖77是在圖76的狀態(tài)之后生長(zhǎng)得更大的熔融部的示意性垂直截面圖78是示出傳統(tǒng)間接饋電型焊接設(shè)備的基本特征的側(cè)視圖；以及
圖79是在產(chǎn)生從上焊嘴流向下焊嘴的電流的過(guò)程中僅由圖78的間接饋電型焊接設(shè)備中的下焊嘴和上焊嘴夾持的層疊體的示意性垂直截面圖。
具體實(shí)施方式
下文將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的焊接設(shè)備的多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式。
下面將描述點(diǎn)焊設(shè)備。
圖1是根據(jù)第一實(shí)施方式的點(diǎn)焊設(shè)備110的放大視圖。點(diǎn)焊設(shè)備110包含機(jī)器人，該機(jī)器人具有臂(未示出)以及支撐在臂的腕部112上的焊槍114。
焊槍114是所謂的C型槍，其在槍體124下方具有近似C形的固定臂130。下焊嘴132作為第二焊嘴設(shè)置在固定臂130的下端，與槍體124呈面對(duì)關(guān)系，并朝著槍體124延伸。
槍體124包含滾珠絲桿機(jī)構(gòu)(未示出)以用于使支架(支撐件)140在圖1的垂直方向上移位。因此，滾珠絲桿機(jī)構(gòu)是用于使支架140移位的支架(支撐件)移位機(jī)構(gòu)。
移位軸134從槍體124伸出并朝著下焊嘴132延伸，并且通過(guò)滾珠絲桿機(jī)構(gòu)中的滾珠絲桿在圖1的垂直方向(箭頭Y2或Yl方向)上移位。滾珠絲桿通過(guò)滾珠絲桿機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)(未示出)來(lái)旋轉(zhuǎn)。
支架140設(shè)置在移位軸134的末端，以支撐用作第一焊嘴的上焊嘴136和擠壓部件 138a、138b。
擠壓部件138a具有平行于上焊嘴136延伸的桿形末端142a，并且還具有基座144a，基座144a從正面看時(shí)具有近似梯形形狀。氣缸146a作為擠壓部件移位機(jī)構(gòu)設(shè)置在支架140中，并且基座144a與氣缸146a中的活塞桿148a連接。支架140是導(dǎo)體，由此可將電流傳送給上焊嘴136。
如圖2中所示的基本特征的放大視圖中所示,支架140具有孔150a,活塞桿148a插入該孔中。套筒152a插入孔150a中，軸承154a插入套筒152a中。另外，活塞桿148a插入軸承154a中，活塞156a與套筒152a可滑動(dòng)地接觸。
圓槽158a沿圓周形成在活塞156a的側(cè)壁上，密封O形環(huán)160a設(shè)置在圓槽158a中。止動(dòng)件162a設(shè)置在活塞156a的頭部，并朝著孔150a的頂部延伸。止動(dòng)件162a由絕緣體構(gòu)成。
套筒152a由招材料或招合金材料構(gòu)成,其表面經(jīng)受硬質(zhì)防蝕招(hard alumite)處理。因此，在套筒152a的內(nèi)周壁和外周壁上形成包含硬質(zhì)防蝕鋁的氧化膜。氧化膜具有絕緣特性，套筒152a也具有絕緣特性。換言之，套筒152a為絕緣體，由此活塞156a與支架140電隔離。
另選地，套筒152a可由諸如酚醛樹脂材料等的絕緣體構(gòu)成。在套筒152a由導(dǎo)電材料構(gòu)成的情況下，套筒152a可通過(guò)設(shè)置在套筒152a與支架140之間的絕緣體與支架140電隔離。
活塞桿148a插入卷簧164a中。卷簧164a的一端通過(guò)軸承154a的頂部止動(dòng)，另一端與活塞156a的底部接觸。當(dāng)活塞桿148a在圖1和圖2的向下方向上移位(降低)時(shí)，卷簧164a被壓縮。此外，卷簧164a施加彈力以使活塞桿148a在向上方向上移位(升高)。
在孔150a與活塞156a之間形成室166a?？諝夤?yīng)/排出通道168a作為支架140中的通孔與室166a連通?？諝夤?yīng)/排出通道168a與壓縮空氣供應(yīng)/排出機(jī)構(gòu)(未示出)中的管連接。因此，通過(guò)壓縮空氣供應(yīng)/排出機(jī)構(gòu)向室166a供應(yīng)壓縮空氣和從室166a排出壓縮空氣。
另一擠壓部件138b和氣缸146b具有如上所述的相同結(jié)構(gòu)。擠壓部件138b和氣缸146b的與擠壓部件138a和氣缸146a的兀件相同的兀件由相同的標(biāo)號(hào)表不,并且用附加符號(hào)“b”代替“a”來(lái)標(biāo)記。因此，省略其詳細(xì)說(shuō)明。
待焊接的層疊體170a包含三個(gè)金屬板172a、174a、176a(按照這種順序向上排列)。金屬板172a、174a中的每一個(gè)具有厚度Dl (如,約Imm至2mm),金屬板176a具有小于厚度Dl的厚度D2 (如，約0.5mm至0.7mm)。因此，金屬板172a、174a具有相同的厚度，金屬板176a比金屬板172a、174a薄。換言之，在層疊體170a的三個(gè)金屬板172a、174a、176a當(dāng)中，金屬板176a具有最小的厚度。
例如，金屬板172a、174a中的每一個(gè)是由所謂的高拉伸強(qiáng)度鋼制成的高阻工件，諸如高性能高拉伸強(qiáng)度鋼板JAC590、JAC780或JAC980(根據(jù)日本鋼鐵聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)定義)。例如，金屬板176a是由所謂的低碳鋼制成的低阻工件，諸如用于壓制成形的高性能鋼板JAC270(根據(jù)日本鋼鐵聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)定義)。金屬板172a、174a可由相同或不同的金屬材料制成。
待焊接的層疊體170a介于下焊嘴132和上焊嘴136之間，并通過(guò)下焊嘴132和上焊嘴136通電。下焊嘴132電連接至電源178的負(fù)端子，上焊嘴136電連接至電源178的正端子。因此，在第一實(shí)施方式中，電流從上焊嘴136流向下焊嘴132。
如下面詳細(xì)描述的，控制上焊嘴136與擠壓部件138a、138b之間的距離Z1、Z2，以在金屬板176a與緊挨著位于金屬板176a下面的金屬板174a中實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)膲毫Ψ植肌?br> 在此結(jié)構(gòu)中，滾珠絲桿機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)、具有氣缸146a、146b的壓縮空氣供應(yīng)/排出機(jī)構(gòu)和電源178電連接至用作控制裝置的槍控制器179。因此，伺服電機(jī)、壓縮空氣供應(yīng)/排出機(jī)構(gòu)和電源178的操作、致動(dòng)和消動(dòng)(deactuation)由槍控制器179控制。
第一實(shí)施方式的點(diǎn)焊設(shè)備110基本上如上所述構(gòu)造。下面將關(guān)于根據(jù)第一實(shí)施方式的點(diǎn)焊方法描述點(diǎn)焊設(shè)備110的操作和優(yōu)點(diǎn)。
在焊接層疊體170a，S卩，將金屬板172a、174a彼此接合并且將金屬板174a、176a彼此接合的點(diǎn)焊方法中，首先機(jī)器人移動(dòng)腕部112 (進(jìn)而焊槍114)，以將層疊體170a定位于下焊嘴132與上焊嘴136之間。
在槍體124下降至預(yù)定位置之后，在槍控制器179的控制下，滾珠絲桿機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)被致動(dòng)，以使?jié)L珠絲桿開始旋轉(zhuǎn)。然后，上焊嘴136和擠壓部件138a、138b在箭頭Yl方向上向下更靠近層疊體170a地移動(dòng)。因此，層疊體170a被夾持在下焊嘴132與上焊嘴136之間。
此外，壓縮空氣供應(yīng)/排出機(jī)構(gòu)通過(guò)槍控制器179被致動(dòng)，由此壓縮空氣通過(guò)空氣供應(yīng)/排出通道168a、168b被供應(yīng)到室166a、166b?；钊?56a、156b被室166a、166b中的壓縮空氣擠壓，使得活塞156a、156b和活塞桿148a、148b在使卷簧164a、164b壓縮的同時(shí)下降，如圖3所示。通過(guò)附著到活塞156a、156b的O形環(huán)160a、160b來(lái)防止壓縮空氣從室166a、166b 泄漏。
活塞桿148a、148b向下移動(dòng)，因此設(shè)置在活塞桿148a、148b的末端的擠壓部件138a、138b在箭頭Yl方向上朝著層疊體170a下降。因此，在將層疊體170a夾持在下焊嘴132與上焊嘴136之間之前、同時(shí)或之后，擠壓部件138a、138b與金屬板176a接觸。圖4是該步驟中層疊體170a的示意性垂直截面圖。
控制上焊嘴136與擠壓部件138a、138b之間的距離Z1、Z2，使得如圖5所示，在金屬板176a、174a之間的接觸面處，被上焊嘴136擠壓的部分呈現(xiàn)最高的面壓力，被擠壓部件138a、138b擠壓的部分呈現(xiàn)第二高的面壓力。距離Zl優(yōu)選地等于距離Z2。
換言之，在接觸面處，一些部分呈現(xiàn)的面壓力比上述由于上焊嘴136和擠壓部件138a、138b而獲得的高壓力低。因此，實(shí)現(xiàn)圖4中所示的擠壓力分布。下面將詳細(xì)描述該分布。
槍控制器179控制使?jié)L珠絲桿機(jī)構(gòu)中的滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)力以及壓縮空氣對(duì)活塞156a、156b的擠壓力(氣缸146a、146b的移動(dòng)力)，使得上焊嘴136和擠壓部件138a、138b對(duì)金屬板176a的總擠壓力(F1+F2+F3)正好與下焊嘴132對(duì)金屬板172a的擠壓力(F4)平衡。通過(guò)該控制，使得在箭頭Yl方向上施加于層疊體170a的總擠壓力(F1+F2+F3)近似等于在箭頭Y2方向上施加于層疊體170a的擠壓力(F4)。擠壓力F2優(yōu)選地等于擠壓力F3。
在這種情況下，滿足關(guān)系F1〈F4。因此，如圖4示意性地示出的，在層疊體170a中，下焊嘴132和上焊嘴136的總擠壓力作為從上焊嘴136朝著下焊嘴132施加的力作用于更寬(更大)的面積上。因此，作用于金屬板174a、176a之間的接觸面上的力小于作用于金屬板172a、174a之間的接觸面上的力。在距離Z1、Z2過(guò)小的情況下，層疊體170a沒有上述呈現(xiàn)的面壓力低于由于上焊嘴136和擠壓部件138a、138b而獲得的高壓力的部分。在這種情況下，很難實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆植肌?br> 在不使用擠壓部件138a、138b來(lái)滿足關(guān)系F1=F4的情況下，在層疊體170a中通過(guò)下焊嘴132和上焊嘴136實(shí)現(xiàn)圖6中示意性示出的擠壓力分布。如圖6所示，在這種情況下，合力從上焊嘴136到下焊嘴132均勻地作用于層疊體170a上。換言之，作用于金屬板174a、176a之間的接觸面上的力等于作用于金屬板172a、174a之間的接觸面上的力。
在圖4和圖6中，在金屬板174a、176a之間的接觸面，力所作用于的面積通過(guò)粗實(shí)線來(lái)表示。從圖4和圖6之間的比較清楚的是，在F1〈F4的條件下力所作用于的面積小于在F1=F4的條件下的面積。因此，金屬板176a具有被擠壓向金屬板174a的面積，該面積在FKF4的條件下小于在F1=F4的條件下的面積。換言之，在F1〈F4的條件下，金屬板174a、176a之間的接觸面積較小。
當(dāng)總擠壓力以上述方式從上焊嘴136向下焊嘴132分布以在金屬板174a、176a之間實(shí)現(xiàn)較小的接觸面積時(shí)，在從層疊體170a朝著上焊嘴136的方向上產(chǎn)生反作用力。在第一實(shí)施方式中，擠壓部件138a、138b經(jīng)受反作用力。
如上所述，具有擠壓部件138a、138b和氣缸146a、146b的支架140由連接到槍體124中的滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的移位軸134來(lái)支撐。因此，作用于擠壓部件138a、138b的反作用力被槍體124 (焊槍114)吸收。
因此，可防止源自層疊體170a的反作用力作用于機(jī)器人。因此，機(jī)器人無(wú)需具有高剛度。換言之，機(jī)器人的尺寸可減小，從而使得設(shè)備投資較低。
接下來(lái)，槍控制器179向電源178發(fā)送開始通電的控制信號(hào)。然后，如圖4 (和圖6)所示，電流i開始在從上焊嘴136朝著下焊嘴132的方向上流動(dòng)。由于如上所述上焊嘴136和下焊嘴132分別連接至電源178的正端子和負(fù)端子，所以實(shí)現(xiàn)了該電流。金屬板172a、174a之間的接觸面以及金屬板174a、176a之間的接觸面由于電流i所產(chǎn)生的焦耳熱而被加熱。
如上所述，圖4中金屬板176a、174a之間的接觸面積小于圖6中的接觸面積。因此，圖4中金屬板174a、176a之間的接觸面處的接觸電阻和電流密度高于圖6中的接觸電阻和電流密度(即，在F1〈F4的條件下高于在F1=F4的條件下)。因此，在F1〈F4的條件下產(chǎn)生的焦耳熱的量(即，產(chǎn)生的熱的量)大于在F1=F4的條件下產(chǎn)生的焦耳熱的量。因此，在FKF4的條件下，如圖7所示，金屬板172a、174a之間的接觸面附近的受熱區(qū)180與金屬板174a、176a之間的接觸面附近的受熱區(qū)181生長(zhǎng)至近似相同的尺寸。
金屬板172a、174a之間的接觸面和金屬板174a、176a之間的接觸面通過(guò)受熱區(qū)180,181被加熱至足夠的溫度并熔融。如此獲得的熔融部冷卻并凝固，由此分別在金屬板172a、174a之間和金屬板174a、176a之間形成焊核182、183。盡管圖7中示出焊核182、183以方便理解，但是在通電期間焊核182、183處于熔融部的液相態(tài)。這些熔融部在下面的圖中也以這樣的方式示出。
如上所述，金屬板172a、174a之間的接觸面附近的受熱區(qū)180和金屬板174a、176a之間的接觸面附近的受熱區(qū)181具有近似相同的尺寸。因此，焊核182、183也具有近似相同的尺寸。
在形成熔融部的過(guò)程中，通過(guò)擠壓部件138a、138b將金屬板176a向金屬板174a擠壓?？煞乐箘偠鹊偷慕饘侔?76在通電(加熱)期間由于這種擠壓而翹曲進(jìn)而與金屬板174a分離。因此，可防止從金屬板176a、174a之間的間隙飛濺軟化的熔融部。
套筒152a、152b分別介于支架140與活塞156a、156b (或軸承154a、154b)之間。如上所述，套筒152a、152b是絕緣體，使得施加于上焊嘴136的電流不會(huì)從支架140傳送到活塞156a、156b進(jìn)而傳送到擠壓部件138a、138b。
在熔融部充分生長(zhǎng)預(yù)定時(shí)間之后，停止通電，將支架140向上移動(dòng)，以使上焊嘴136與金屬板176a分離。另選地，可僅通過(guò)升起支架140以使上焊嘴136與金屬板176a分離來(lái)使上焊嘴136和下焊嘴132電隔離。
在停止通電的同時(shí)或之后,通過(guò)壓縮空氣供應(yīng)/排出機(jī)構(gòu)從室166a、166b(參見圖2)排出壓縮空氣。因此，卷簧164a、164b的彈力變得高于壓縮空氣對(duì)活塞156a、156b的擠壓力。因此，通過(guò)卷簧164a、164b的彈力使活塞156a、156b向上移動(dòng)，并返回至在供應(yīng)壓縮空氣之前設(shè)置的原始位置。擠壓部件138a、138b也向上移動(dòng)并返回至原始位置。
通過(guò)向上移動(dòng)，設(shè)置在活塞156a、156b的頭上的止動(dòng)件162a、162b與孔150a、150b(室166a、166b)的頂部接觸。通過(guò)該接觸阻止活塞156a、156b進(jìn)一步升高。由于止動(dòng)件162a、162b如上所述由絕緣體構(gòu)成，所以即使在上焊嘴136和下焊嘴132的通電期間活塞156a、156b升高并與室166a、166b的頂部接觸，電流也不會(huì)從支架140傳送至活塞156a、156b。
從點(diǎn)焊方法的開始到結(jié)束的操作在槍控制器179的控制下執(zhí)行。
以這樣的方式停止通電，使得金屬板172a、174a、176a停止被加熱。熔融部隨時(shí)間而冷卻并凝固，以分別形成焊核182、183。金屬板172a、174a通過(guò)焊核182彼此接合，金屬板174a、176a通過(guò)焊核183彼此接合，以獲得結(jié)合產(chǎn)品。
該結(jié)合產(chǎn)品的金屬板172a、174a之間以及金屬板174a、176a之間的結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)異。這是因?yàn)槿缟纤鲈诮饘侔?74a、176a之間的接觸面處產(chǎn)生足夠量的焦耳熱并且焊核183充分生長(zhǎng)。
如上所述，在第一實(shí)施方式中，金屬板174a、176a之間的焊核183可生長(zhǎng)至近似等于金屬板172a、174a之間的焊核182的尺寸，同時(shí)防止了產(chǎn)生飛濺，由此可生成金屬板174a、176a之間的結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)異的結(jié)合產(chǎn)品。
由于僅氣缸146a、146b附接到支撐上焊嘴136的共用支架140，所以可防止焊接設(shè)備具有復(fù)雜或較大的結(jié)構(gòu)。因此，即使在焊接復(fù)雜形狀的層疊體的情況下，也可將層疊體布置在期望的焊接位置，而不會(huì)受到擠壓部件138a、138b和上焊嘴136的干擾。
由于擠壓部件138a、138b更靠近氣缸146a、146b，所以可容易地減小氣缸146a、146b上的偏載。
在第一實(shí)施方式中，可通過(guò)增大擠壓部件138a、138b的擠壓力F2、F3來(lái)使金屬板174a、176a之間的焊核183進(jìn)一步生長(zhǎng)得更大。然而，焊核183的尺寸趨于在特定水平的擠壓力F2、F3下變得飽和。換言之，焊核183很難通過(guò)過(guò)度增大擠壓力F2、F3來(lái)生長(zhǎng)得大于特定尺寸。另外，在過(guò)度增大擠壓力F2、F3的情況下，不得不過(guò)度降低擠壓力F1，以便使擠壓力F1、F2、F3的合力與擠壓力F4平衡。結(jié)果，金屬板172a、174a之間的焊核182的尺寸減小。
因此，優(yōu)選的是，考慮使焊核182、183的尺寸最大化來(lái)確定上焊嘴136的擠壓力Fl與擠壓部件138a、138b的擠壓力F2、F3之差。
在任一情況下，可使用諸如彈簧圈、伺服電機(jī)和液壓缸的各種壓力施加裝置來(lái)代替氣缸 146a、146b。
金屬板172a、174a、176a的材料的組合并不特別限于鋼材料的上述組合。金屬板172a、174a、176a可由任何材料構(gòu)成，只要其能夠被點(diǎn)焊即可。例如，所有金屬板172a、174a、176a可由低碳鋼構(gòu)成。另選地，金屬板174a、176a可由低碳鋼構(gòu)成,而可以僅金屬板172a由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成。
盡管在上述實(shí)施方式中，最上側(cè)金屬板176a比待焊接的金屬板172a、174a薄，但是層疊體170a不限于此。可使用圖8所示的層疊體170b來(lái)代替層疊體170a。在層疊體170b中，具有最小厚度的金屬板174b介于金屬板172b、176b之間。在這種情況下，例如，金屬板172b由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成，而金屬板174b、176b由低碳鋼構(gòu)成，但是材料的組合并不特別限于此。
應(yīng)該理解，中間的金屬板可具有最大的厚度,最下側(cè)金屬板可比其它兩個(gè)金屬板薄。
金屬板的數(shù)量并不特別限于3個(gè)。例如，可使用圖9所示的層疊體170c來(lái)代替層疊體170a。在層疊體170c中，金屬板174c層疊在金屬板172c上，這二者均由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成。
在第二實(shí)施方式中，擠壓部件138a、138b用作輔助電極，電流施加到所述輔助電極。第二實(shí)施方式的與圖1至圖9所示的元件相同的元件由相同的標(biāo)號(hào)表示。因此，省略其詳細(xì)說(shuō)明。
圖10是示出根據(jù)第二實(shí)施方式的點(diǎn)焊設(shè)備的基本特征的局部放大水平截面圖。第二實(shí)施方式的點(diǎn)焊設(shè)備基本上與第一實(shí)施方式的設(shè)備相同，不同之處在于擠壓部件138a、138b電連接至電源178的負(fù)端子。另外，在第二實(shí)施方式中，電流從上焊嘴136流向下焊嘴132。在第二實(shí)施方式中，擠壓部件138a、138b在下文中被稱作輔助電極190a、190b以方便理解與第一實(shí)施方式的不同。
如上所述，下焊嘴132和輔助電極190a、190b電連接至電源178的負(fù)端子，上焊嘴136電連接至電源178的正端子。因此，輔助電極190a、190b的極性與上焊嘴136相反，但是所有元件均與層疊體170a中的最上側(cè)金屬板176a接觸。在以下附圖中，當(dāng)上焊嘴136與輔助電極190a、190b電連接，并且產(chǎn)生分支電流i2時(shí)，示出輔助電極190a、190b的極性。另一方面，當(dāng)未產(chǎn)生分支電流i2時(shí)，未示出輔助電極190a、190b的極性。
控制上焊嘴136與輔助電極190a、190b之間的距離Z3、Z4，使得一些部分呈現(xiàn)的面壓力低于上焊嘴136和輔助電極190a、190b,以實(shí)現(xiàn)如第一實(shí)施方式(參見圖5)中一樣的適當(dāng)壓力分布。因此，上焊嘴136與輔助電極190a、190b分離開特定距離。然而，當(dāng)上焊嘴136與輔助電極190a、190b之間的距離Z3、Z4過(guò)大時(shí)，它們之間的電阻增大，使得難以獲得將在下文描述的分支電流i2的流動(dòng)(參見圖12)。
因此，控制距離Z3、Z4，使得在金屬板176a、174a中實(shí)現(xiàn)上述的適當(dāng)面壓力分布，并且適當(dāng)?shù)姆种щ娏鱥2在上焊嘴136與輔助電極190a、190b之間的電阻下流動(dòng)。
第二實(shí)施方式的點(diǎn)焊設(shè)備的主要部件基本上如上所述構(gòu)造。下面將描述該設(shè)備的操作和優(yōu)點(diǎn)。
在使用該點(diǎn)焊設(shè)備對(duì)層疊體170a進(jìn)行點(diǎn)焊的點(diǎn)焊方法中，首先，機(jī)器人以與第一實(shí)施方式相同的方式移動(dòng)焊槍以將層疊體170a定位于上焊嘴136與下焊嘴132之間。此后，上焊嘴136和下焊嘴132彼此靠近地移動(dòng)，由此將層疊體170a夾持在這二者之間。
在夾持之前、同時(shí)或之后，通過(guò)空氣供應(yīng)/排出通道168a、168b (參見圖1和圖2)向室166a、166b供應(yīng)壓縮空氣。通過(guò)壓縮空氣使活塞156a、156b和活塞桿148a、148b向下移動(dòng)，使得輔助電極190a、190b在箭頭Yl方向上朝著層疊體170a下降。因此，輔助電極190a、190b與金屬板176a接觸，如圖10的示意性垂直截面圖所示。當(dāng)然，在活塞156a、156b和活塞桿148a、148b向下移動(dòng)期間壓縮卷簧164a、164b。
同樣在第二實(shí)施方式中，槍控制器179控制輔助電極190a、190b對(duì)金屬板176a的擠壓力F2、F3，使得上焊嘴136和輔助電極190a、190b的總擠壓力(F1+F2+F3)正好與下焊嘴132的擠壓力F4平衡。
同樣在第二實(shí)施方式中，優(yōu)選的是，如第一實(shí)施方式中一樣考慮使金屬板172a、174a之間的焊核以及金屬板174a、176a之間的焊核的尺寸最大化來(lái)確定上焊嘴136的擠壓力Fl與輔助電極190a、190b的擠壓力F2、F3之差。
接下來(lái)，開始通電。在第二實(shí)施方式中，由于上焊嘴136和下焊嘴132分別連接至電源178的正端子和負(fù)端子，如圖11所示，所以電流i I從上焊嘴136朝著下焊嘴132流動(dòng)。通過(guò)電流il產(chǎn)生的焦耳熱分別在金屬板172a、174a之間以及金屬板174a、176a之間形成受熱區(qū)192、194。
另外，具有負(fù)極性的輔助電極190a、190b與金屬板176a接觸。因此，除了電流il之外，分支電流i2從上焊嘴136朝著輔助電極190a、190b流動(dòng)。
因此,在第二實(shí)施方式中，分支電流i2未產(chǎn)生于金屬板172a、174a中，而是產(chǎn)生于金屬板176a中。結(jié)果，與僅使用上焊嘴136和下焊嘴132的傳統(tǒng)點(diǎn)焊方法相比，在此方法中金屬板176a呈現(xiàn)更大的電流值。
在此方法中，不同于受熱區(qū)194的另一受熱區(qū)196形成在金屬板176a中。如圖12所示，受熱區(qū)196隨時(shí)間而生長(zhǎng)，然后與受熱區(qū)194成為一體。
金屬板174a、176a之間的接觸面經(jīng)受來(lái)自一體的受熱區(qū)194、196這二者的熱。另夕卜，在第二實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式中一樣，金屬板174a、176a之間的接觸面處的接觸電阻高于金屬板172a、174a之間的接觸面處的接觸電阻。因此，接觸面被加熱至足夠的溫度并熔融，使得在金屬板174a、176a之間形成焊核198。
隨著分支電流i2的比率增大，受熱區(qū)196可變得更大。然而，當(dāng)分支電流i2的比率過(guò)高時(shí)，電流il的電流值減小，由此受熱區(qū)192、194的尺寸減小。因此，焊核200的尺寸易于減小，而焊核198的尺寸變得飽和?？紤]使焊核200在電流il下生長(zhǎng)至足夠的尺寸來(lái)優(yōu)選地選擇分支電流i2的比率。
例如，可通過(guò)改變?nèi)缟纤錾虾缸?36與輔助電極190a、190b之間的距離Z3、TA(參見圖10)來(lái)控制電流il與分支電流i2之比。例如，電流il與分支電流i2之比優(yōu)選地為 70:30。
只要繼續(xù)通電，熔融部(進(jìn)而焊核198)就隨著時(shí)間過(guò)去而生長(zhǎng)。因此，可通過(guò)在適當(dāng)時(shí)間內(nèi)執(zhí)行通電來(lái)使焊核198充分生長(zhǎng)。
金屬板172a、174a中的電流il的電流值小于傳統(tǒng)點(diǎn)焊方法。因此，可防止在金屬板174a、176a之間的熔融部(焊核198)生長(zhǎng)的過(guò)程中金屬板172a、174a的受熱量過(guò)度增加。因此，該設(shè)備能夠消除產(chǎn)生飛濺的可能性。
在該過(guò)程中，通過(guò)金屬板172a、174a之間的電流il形成將凝固為焊核200的熔融部。當(dāng)連續(xù)施加分支電流i2時(shí)，與沒有分支電流i2的情況相比，電流il的總量減少，受熱區(qū)192 (進(jìn)而焊核200)的尺寸易于減小。
因此，在進(jìn)一步增大焊核200的尺寸的情況下，優(yōu)選的是僅使輔助電極190a、190b與金屬板176a分離，如圖13所示，此后電流繼續(xù)從上焊嘴136流向下焊嘴132。當(dāng)輔助電極190a、190b與金屬板176a分離時(shí)，電流iI的電流值增大，在通電中電流iI的總量增加。
利用將壓縮空氣從室166a、166b (參見圖2)排出的壓縮空氣供應(yīng)/排出機(jī)構(gòu)可僅使輔助電極190a、190b與金屬板176a分離。通過(guò)排出壓縮空氣,活塞156a、156b由于卷簧164a、164b的彈力而向上移動(dòng)。因此，活塞156a、156b、活塞桿148a、148b以及設(shè)置在活塞桿148a、148b的末端的輔助電極190a、190b向上移動(dòng)。因此，輔助電極190a、190b與金屬板176a分離，并返回至原始位置。在室166a、166b中可提供負(fù)壓以使活塞桿148a、148b升聞。
結(jié)果，分支電流i2消失，使得僅電流il在金屬板176a中從上焊嘴136流向下焊嘴132，受熱區(qū)196 (參見圖12)消失。
此后，金屬板172a、174a處于常用點(diǎn)焊條件下。因此，在厚的金屬板172a、174a中產(chǎn)生的焦耳熱的量增加，由此受熱區(qū)192擴(kuò)展并被進(jìn)一步加熱至更高的溫度。金屬板172a、174a之間的接觸面通過(guò)具有更高溫度的受熱區(qū)192而被加熱至足夠的溫度并熔融，熔融部(焊核200)生長(zhǎng)得更大。
此后，繼續(xù)通電，直到熔融部(焊核200)充分生長(zhǎng)為止，例如，直到用于形成焊核200的熔融部與用于形成焊核198的熔融部成為一體為止，如圖14所示?？衫迷嚰ㄟ^(guò)點(diǎn)焊測(cè)試預(yù)先確認(rèn)通電時(shí)間與焊核200的生長(zhǎng)之間的關(guān)系。
在焊核198在金屬板174a、176a之間生長(zhǎng)的同時(shí)，通過(guò)由于電流i I通過(guò)而形成的受熱區(qū)192來(lái)預(yù)加熱金屬板172a、174a之間的接觸面。因此，在將轉(zhuǎn)化為焊核200的熔融部生長(zhǎng)得更大之前，金屬板172a、174a彼此的親合力提高。因此，很難引起飛濺產(chǎn)生。
如上所述，在第二實(shí)施方式中，在金屬板174a、176a之間生長(zhǎng)焊核198的過(guò)程中以及在金屬板172a、174a之間生長(zhǎng)焊核200的過(guò)程中均可防止飛濺產(chǎn)生。
在用于形成焊核200的熔融部在預(yù)定時(shí)間內(nèi)充分生長(zhǎng)之后，停止通電，使上焊嘴136與金屬板176a分離，如圖14所示。另選地，上焊嘴136和下焊嘴132通過(guò)使上焊嘴136與金屬板176a分離而電隔離。
從該點(diǎn)焊方法的開始到結(jié)束的操作在槍控制器179的控制下執(zhí)行。
當(dāng)以上述方式停止通電時(shí)，金屬板172a、174a停止被加熱。所獲得的熔融部隨時(shí)間過(guò)去而冷卻并凝固，由此金屬板172a、174a通過(guò)焊核200彼此接合。
因此，在層疊體170a中，金屬板172a、174a彼此接合，金屬板174a、176a彼此接合，以獲得結(jié)合制品作為最終產(chǎn)品。
該結(jié)合產(chǎn)品的金屬板172a、174a之間以及金屬板174a、176a之間的結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)異。這是因?yàn)槿缟纤鲈诜种щ娏鱥2在金屬板176a中流動(dòng)的情況下，金屬板174a、176a之間的焊核198充分生長(zhǎng)。
如上所述，在第二實(shí)施方式的點(diǎn)焊設(shè)備中，可僅通過(guò)將擠壓部件138a、138b電連接至電源178的負(fù)端子來(lái)形成輔助電極190a、190b。因此，點(diǎn)焊設(shè)備的結(jié)構(gòu)不會(huì)由于輔助電極190a、190b而變得復(fù)雜。
另外在第二實(shí)施方式中，可如第一實(shí)施方式中一樣容易地減小氣缸146a、146b上的偏載。
另外在第二實(shí)施方式中，待焊接對(duì)象不限于層疊體170a。在層疊體中，金屬板的數(shù)量、材料和厚度可不同地變化。下面將描述多個(gè)具體示例。
在圖15所示的層疊體170b中，具有最小厚度的金屬板174b介于如上所述的金屬板172b、176b之間。例如，金屬板172b是由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成的高阻工件，金屬板174b、176b是由低碳鋼構(gòu)成的低阻工件。
在僅通過(guò)上焊嘴136和下焊嘴132對(duì)層疊體170b進(jìn)行點(diǎn)焊的情況下，金屬板172b、174b之間的接觸面首先熔融。這是因?yàn)榻饘侔?72b是高阻工件，由此金屬板172b、174b之間的接觸電阻高于金屬板174b、176b之間的接觸電阻。因此，當(dāng)繼續(xù)對(duì)上焊嘴136和下焊嘴132通電，以使金屬板174b、176b之間的接觸面處的焊核充分生長(zhǎng)時(shí)，金屬板172b、174b之間的接觸面處可能引起飛濺產(chǎn)生。
相比之下，如圖15所示，由于在第二實(shí)施方式中使用輔助電極190a、190b，所以分別在金屬板172b、174b之間的接觸面以及金屬板174b、176b之間的接觸面處形成受熱區(qū)192、194。這是因?yàn)榘凑张c上述層疊體170a相同的方式，金屬板174b、176b之間的接觸面通過(guò)金屬板176b中的分支電流i2而被充分加熱。
因此，焊核202、204如圖16所示形成。在分支電流i2消失之后，可繼續(xù)施加電流il。在這種情況下，例如，如圖17所示，在金屬板172b、174b之間的接觸面以及金屬板174b、176b之間的接觸面上可成長(zhǎng)足夠大的焊核206。
從對(duì)層疊組件170a、170b的點(diǎn)焊的上述說(shuō)明清楚的是，利用輔助電極190a、190b，受熱區(qū)(進(jìn)而焊核)可偏移為更靠近輔助電極190a、190b。
盡管在上述示例中金屬板172b由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成，金屬板174b、176b由低碳鋼構(gòu)成，但是材料的組合并不特別限于此。
圖18所示的層疊體170c通過(guò)將金屬板174c層疊在金屬板172c上來(lái)提供，并可利用輔助電極190a、190b來(lái)點(diǎn)焊，兩個(gè)金屬板均由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成。如圖75和圖77所示，在未使用輔助電極190a、190b的情況下，熔融部6、9在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)在金屬板172c、174c (高阻工件1、2)之間的接觸面處生長(zhǎng)得較大。因此，易于引起飛濺產(chǎn)生。
相比之下，如圖18所示，由于在第二實(shí)施方式中使用輔助電極190a、190b，所以在金屬板172c、174c之間的接觸面處形成受熱區(qū)210，在該接觸面上方(B卩，在金屬板174c中的輔助電極190a、190b附近)形成受熱區(qū)212。這是因?yàn)榻饘侔?74c通過(guò)分支電流i2在金屬板174c中的流動(dòng)而被充分加熱。因此，同樣在這種情況下，受熱區(qū)(進(jìn)而焊核)(參見圖18)可偏移為更靠近輔助電極190a、190b。
因此，金屬板172c、174c之間的接觸面軟化，由此提高密封特性。因此，即使當(dāng)如圖19所示繼續(xù)施加電流il以形成足夠大的焊核214時(shí)，也很難引起飛濺產(chǎn)生。
下面將描述圖20所示的層疊體170d的點(diǎn)焊。層疊體170d通過(guò)從下開始將由低碳鋼構(gòu)成的低阻金屬板172d、由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成的高阻金屬板174d、176d以及由低碳鋼構(gòu)成的低阻金屬板215d按照該順序?qū)盈B來(lái)獲得。金屬板172d、215d的厚度小于金屬板174d、176d的厚度。
輔助電極190a、190b設(shè)置在上焊嘴136附近，另外，輔助電極190c、190d設(shè)置在下焊嘴132附近。輔助電極190c、190d電連接至電源178的正端子，由此極性與下焊嘴132相反。可通過(guò)像在上焊嘴136附近一樣在下焊嘴132附近設(shè)置支架140和氣缸146a、146b，來(lái)以這種方式設(shè)置輔助電極190c、190d。
如圖20所示，層疊體170d被夾持在上焊嘴136和下焊嘴132之間。在夾持之前、同時(shí)或之后，僅使輔助電極190a、190b與金屬板215d接觸。當(dāng)開始通電時(shí)，電流il從上焊嘴136流向下焊嘴132，分支電流i2從上焊嘴136流向輔助電極190a、190b。然后，分別在金屬板174d、176d之間以及金屬板176d、215d之間的接觸面處形成焊核116、118。
然后，如圖21所示，輔助電極190a、190b與電源178的負(fù)端子斷開電連接以消除分支電流i2。在斷開連接之前、同時(shí)或之后，使輔助電極190c、190d與金屬板172d接觸。結(jié)果，分支電流i3穿過(guò)最下側(cè)金屬板172d從輔助電極190c、190d流向下焊嘴132。
當(dāng)分支電流i2消失時(shí)，焊核218停止生長(zhǎng)。此外，電流il繼續(xù)從上焊嘴136流向下焊嘴132，因此，在金屬板174d、176d之間的接觸面處焊核216生長(zhǎng)得更大。另外，通過(guò)分支電流i3在金屬板172d、174d之間的接觸面處形成另一焊核220。
然后，如圖22所示，輔助電極190c、190d與金屬板172d分離，以消除分支電流i3，由此焊核220停止生長(zhǎng)。此后，通過(guò)繼續(xù)施加電流i I，僅金屬板174d、176d之間的接觸面處的焊核216可進(jìn)一步生長(zhǎng)得更大，并可與焊核218、220成為一體。
待焊接對(duì)象可具有復(fù)雜的形狀。如上所述，即使在這種情況下，待焊接對(duì)象也可設(shè)置在期望的焊接位置，而不會(huì)受到上焊嘴136和輔助電極190a、190b的干擾。
盡管在第二實(shí)施方式中在上焊嘴136之前將輔助電極190a、190b與金屬板176a分離，但是輔助電極190a、190b和上焊嘴136可同時(shí)與金屬板176a分離。
如圖23所示，電流可從金屬板172a上的下焊嘴132流向金屬板176a上的上焊嘴136。另外在這種情況下，金屬板176a上的輔助電極190a、190b的極性與上焊嘴136的極性相反。因此，下焊嘴132和輔助電極190a、190b電連接至電源178的正端子，上焊嘴136電連接至電源178的負(fù)端子。因此，電流il從下焊嘴132流向上焊嘴136，分支電流i2從輔助電極190a、190b流向上焊嘴136。
如圖24所示，分支電流i2不僅可在上焊嘴136上的金屬板176a中流動(dòng)，而且可在緊挨著位于金屬板176a下面的金屬板174a中流動(dòng)。
輔助電極190a、190b以上述方式與金屬板176a分離。另選地，可在輔助電極190a、190b與電源178之間設(shè)置開關(guān)，可通過(guò)將該開關(guān)轉(zhuǎn)向斷開連接(關(guān))狀態(tài)來(lái)僅停止在從上焊嘴136到輔助電極190a、190b的方向或相反的方向上流動(dòng)的分支電流。在這種情況下，當(dāng)然，將開關(guān)轉(zhuǎn)向連接(開)狀態(tài)以形成受熱區(qū)196。
在任何情況下，輔助電極并不具體限于上述兩個(gè)具有長(zhǎng)桿形狀的輔助電極190a、190b。例如，一個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)長(zhǎng)桿可用作輔助電極。在使用三個(gè)或更多個(gè)輔助電極的情況下，多個(gè)輔助電極190a、190b可以按照與兩個(gè)輔助電極190a、190b相同的方式同時(shí)與最外側(cè)金屬板接觸以及與其分離。各個(gè)輔助電極可具有包圍下焊嘴132或上焊嘴136的環(huán)狀。
第二實(shí)施方式的點(diǎn)焊設(shè)備中的輔助電極190a、190b可與電源178電隔離，以執(zhí)行第一實(shí)施方式的點(diǎn)焊方法。因此，在第二實(shí)施方式的點(diǎn)焊設(shè)備中，輔助電極190a、190b可通電或不通電，由此可僅用作擠壓部件或者也用作產(chǎn)生分支電流i2的電極。
另外，盡管在第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中使用C型焊槍，但是焊槍可以是所謂的X型槍。在這種情況下，下焊嘴132和上焊嘴136可分別安裝在一對(duì)可打開且可閉合的卡盤(chuck)上。當(dāng)卡盤打開或閉合時(shí)，下焊嘴132和上焊嘴136彼此遠(yuǎn)離或彼此靠近地移動(dòng)。
應(yīng)該理解，層疊體可包含五個(gè)或更多個(gè)金屬板。
下面將描述根據(jù)第三實(shí)施方式的焊接設(shè)備(點(diǎn)焊設(shè)備)。
圖25是根據(jù)第三實(shí)施方式的點(diǎn)焊設(shè)備310的示意性側(cè)視圖，圖26是其主要部件的放大正視圖。點(diǎn)焊設(shè)備310包含機(jī)器人，該機(jī)器人具有臂(未示出)以及支撐于臂的腕部312上的焊槍314。
焊槍314是所謂的C型槍，其在槍體316下方具有近似C形的固定臂318。下焊嘴320作為第二焊嘴設(shè)置在固定臂318的下端，并朝著槍體316延伸。
槍體316包含滾珠絲桿機(jī)構(gòu)(未示出)，其用于使具有作為第一焊嘴的上焊嘴322的支架324在圖25和圖26的垂直方向(箭頭Y2或Yl方向)上移位。具體地講，支架324被設(shè)置在移位軸326 (其從槍體316伸出并朝著下焊嘴320延伸)的末端。移位軸326通過(guò)滾珠絲桿機(jī)構(gòu)中的滾珠絲桿在圖25的垂直方向上移位，因此上焊嘴322通過(guò)支架324而移位。
因此，滾珠絲桿機(jī)構(gòu)是使上焊嘴322移位的第一移位機(jī)構(gòu)。滾珠絲桿通過(guò)滾珠絲桿機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)(未示出)來(lái)旋轉(zhuǎn)。
基本上板狀的托架328 (支撐部件)附接到上焊嘴322的主體。托架328具有通孔329，該通孔的直徑近似等于上焊嘴322的主體直徑。上焊嘴322的主體插入并裝配到通孔329 中。
如圖26中詳細(xì)示出的，兩個(gè)致動(dòng)器330a、330b被設(shè)置在托架328中。用作擠壓部件的輔助電極334a、334b從致動(dòng)器330a、330b中的管332a、332b伸出，并平行于上焊嘴322延伸。輔助電極334a、334b通過(guò)致動(dòng)器s330a、330b來(lái)靠近或遠(yuǎn)離下焊嘴320 (在箭頭Yl和Y2方向上)移位。因此，致動(dòng)器330a、330b用作使輔助電極334a、334b移位的第二移位機(jī)構(gòu)并用作產(chǎn)生并控制輔助電極334a、334b的擠壓力的擠壓力產(chǎn)生/控制機(jī)構(gòu)。
待焊接的層疊體340a包含三個(gè)金屬板342a、344a、346a (向上按照該順序排列)。金屬板342a、344a中的每一個(gè)具有厚度D3 (如，約Imm至2mm),金屬板346a的厚度D4小于厚度D3(如，約0.5mm至0.7mm)。因此,金屬板342a、344a具有相同的厚度，金屬板346a比金屬板342a、344a薄。換言之，在層疊體340a中的三個(gè)金屬板342a、344a、346a當(dāng)中，金屬板346a具有最小的厚度。
例如，金屬板342a、344a中的每一個(gè)是由所謂的高拉伸強(qiáng)度鋼制成的高阻工件，諸如高性能高拉伸強(qiáng)度鋼板JAC590、JAC780或JAC980(根據(jù)日本鋼鐵聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)定義)。例如，金屬板346a是由所謂的低碳鋼制成的低阻工件，諸如用于壓制成形的高性能鋼板JAC270(根據(jù)日本鋼鐵聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)定義)。金屬板342a、344a可由相同或不同的金屬材料制成。
待焊接的層疊體340a介于下焊嘴320和上焊嘴322之間，并通過(guò)下焊嘴132和上焊嘴136來(lái)通電。下焊嘴320和輔助電極334a、334b電連接至電源350的負(fù)端子，上焊嘴322電連接至電源350的正端子。因此，在第三實(shí)施方式中，電流從上焊嘴322流向下焊嘴320和輔助電極334a、334b。因此，輔助電極334a、334b的極性與上焊嘴322的極性相反，但是所有元件均可與層疊體340a中的最上側(cè)金屬板346a接觸。
如下面詳細(xì)描述的，控制上焊嘴322與輔助電極334a、334b之間的距離Z3、Z4(參見圖27)，以在金屬板346a以及緊挨著位于金屬板346a下面的金屬板344a中實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)膲毫Ψ植肌?br> 在此結(jié)構(gòu)中，滾珠絲桿機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)和電源350電連接至用作控制裝置的槍控制器352。因此，伺服電機(jī)和電源350的操作、致動(dòng)和消動(dòng)由槍控制器352來(lái)控制。
第三實(shí)施方式的點(diǎn)焊設(shè)備310基本上如上所述構(gòu)造。下面將關(guān)于根據(jù)第三實(shí)施方式的點(diǎn)焊方法描述點(diǎn)焊設(shè)備310的操作和優(yōu)點(diǎn)。
在焊接層疊體340a，即，將金屬板342a、344a彼此接合并且將金屬板344a、346a彼此接合的點(diǎn)焊方法中，首先機(jī)器人移動(dòng)腕部312 (進(jìn)而焊槍314)以將層疊體340a設(shè)置于下焊嘴320與上焊嘴322之間。
在槍體316下降至預(yù)定位置之后，在槍控制器352的控制下，滾珠絲桿機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)被致動(dòng)，以使?jié)L珠絲桿開始旋轉(zhuǎn)。然后，移位軸326在箭頭Yl方向上下降，由此上焊嘴322和輔助電極334a、334b向下更靠近層疊體340a地移動(dòng)。因此，層疊體340a被夾持在下焊嘴320與上焊嘴322之間。
此外，槍控制器352將控制信號(hào)發(fā)送給致動(dòng)器330a、330b，使得致動(dòng)器330a、330b作用以執(zhí)行向下移動(dòng)。因此，輔助電極334a、334b在箭頭Yl方向上朝著層疊體340a下降。
因此，在將層疊體340a夾持在下焊嘴320與上焊嘴322之間之前、同時(shí)或之后，使輔助電極334a、334b與金屬板346a接觸。圖27是此步驟中層疊體340a的示意性垂直截面圖。
控制上焊嘴322與輔助電極334a、334b之間的距離Z3、Z4，使得如圖28所示，在金屬板346a、344a之間的接觸面處，被上焊嘴322擠壓的部分呈現(xiàn)最高的面壓力，被輔助電極334a、334b擠壓的部分呈現(xiàn)第二高的面壓力。距離Z3優(yōu)選地等于距離Z4。
換言之，在接觸面處，一些部分呈現(xiàn)的面壓力比上述由于上焊嘴322和輔助電極334a、334b而獲得的高壓力低。因此，實(shí)現(xiàn)圖28所示的擠壓力分布。下面將詳細(xì)描述該分布。
槍控制器352控制使?jié)L珠絲桿機(jī)構(gòu)中的滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)力以及致動(dòng)器330a、330b的移動(dòng)力，使得上焊嘴322和輔助電極334a、334b對(duì)金屬板346a的總擠壓力(F1+F2+F3)正好與下焊嘴320對(duì)金屬板342a的擠壓力(F4)平衡。通過(guò)該控制，使得在箭頭Yl方向上施加于層疊體340a的總擠壓力(F1+F2+F3)近似等于在箭頭Y2方向上施加于層疊體340a的擠壓力(F4)。擠壓力F2優(yōu)選地等于擠壓力F3。
在這種情況下，滿足關(guān)系F1〈F4。因此，如圖27示意性地示出的，在層疊體340a中，下焊嘴320和上焊嘴322的總擠壓力在與上焊嘴322相比更靠近下焊嘴320的位置作用于更寬(更大)的面積上。因此，作用于金屬板344a、346a之間的接觸面上的力小于作用于金屬板342a、344a之間的接觸面上的力。在距離Z3、Z4過(guò)小的情況下，層疊體340a沒有上述呈現(xiàn)的面壓力低于由于上焊嘴322和輔助電極334a、334b而獲得的高壓力的部分。在這種情況下，很難實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆植肌?br> 在不使用輔助電極334a、334b而滿足關(guān)系F1=F4的情況下，在層疊體340a中通過(guò)下焊嘴320和上焊嘴322實(shí)現(xiàn)圖29所示的力分布。如圖29所示，在這種情況下，合力從上焊嘴322到下焊嘴320均勻地作用于層疊體340a上。換言之，作用于金屬板344a、346a之間的接觸面上的力等于作用于金屬板342a、344a之間的接觸面上的力。
在圖27和圖29中，在金屬板344a、346a之間的接觸面處，力所作用于的面積通過(guò)粗實(shí)線來(lái)表示。從圖27和圖29之間的比較清楚的是，在F1〈F4的條件下力所作用于的面積小于在F1=F4的條件下的面積。因此，金屬板346a具有被擠壓向金屬板344a的面積,該面積在F1〈F4的條件下小于在F1=F4的條件下。換言之，在Fl〈F4的條件下，金屬板344a、346a之間的接觸面積較小。
當(dāng)總擠壓力以上述方式從上焊嘴322向下焊嘴320分布以在金屬板344a、346a之間實(shí)現(xiàn)較小的接觸面積時(shí)，在從層疊體340a朝著上焊嘴322的方向上產(chǎn)生反作用力。在第三實(shí)施方式中，輔助電極334a、334b經(jīng)受反作用力。
如上所述，具有輔助電極334a、334b的托架328由連接到槍體316中的滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的移位軸326來(lái)支撐。因此，作用于輔助電極334a、334b的反作用力被槍體316(焊槍314)吸收。
因此，可防止源自層疊體340a的反作用力作用于機(jī)器人。因此，機(jī)器人無(wú)需具有高剛度。換言之，機(jī)器人的尺寸可減小，從而使得設(shè)備投資較低。
接下來(lái)，槍控制器352向電源350發(fā)送開始通電的控制信號(hào)。然后，如圖30所示，電流i I在從上焊嘴322朝著下焊嘴320的方向上流動(dòng)。由于如上所述上焊嘴322和下焊嘴320分別連接至電源350的正端子和負(fù)端子，所以實(shí)現(xiàn)該電流il流動(dòng)。金屬板342a、344a之間的接觸面以及金屬板344a、346a之間的接觸面由于電流il所產(chǎn)生的焦耳熱而被加熱，由此分別形成受熱區(qū)360、362。
如上所述，圖27中金屬板346a、344a之間的接觸面積小于圖29中的接觸面積。因此，圖27中金屬板344a、346a之間的接觸面處的接觸電阻和電流密度高于圖29中的接觸電阻和電流密度(即，在F1〈F4的條件下高于在F1=F4的條件下)。因此，在F1〈F4的條件下產(chǎn)生的焦耳熱的量(即，產(chǎn)生的熱的量)大于在F1=F4的條件下產(chǎn)生的焦耳熱的量。因此，在FKF4的條件下，如圖30所示，金屬板342a、344a之間的接觸面附近的受熱區(qū)360與金屬板344a、346a之間的接觸面附近的受熱區(qū)362生長(zhǎng)至近似相同的尺寸。
具有負(fù)極性的輔助電極334a、334b與金屬板346a接觸。因此，除了電流il之外，分支電流i2從上焊嘴322朝著輔助電極334a、334b流動(dòng)。
因此,在第三實(shí)施方式中，分支電流i2未產(chǎn)生于金屬板342a、344a中，而是產(chǎn)生于金屬板346a中。結(jié)果，與僅使用上焊嘴322和下焊嘴320的傳統(tǒng)點(diǎn)焊方法相比，在此方法中金屬板346a呈現(xiàn)更大的電流值。
在此方法中，如圖31所示，不同于受熱區(qū)362的另一受熱區(qū)364形成在金屬板346a中。如圖36所不，受熱區(qū)364隨時(shí)間而生長(zhǎng),然后與受熱區(qū)362成為一體。金屬板344a、346a之間的接觸面經(jīng)受來(lái)自一體的受熱區(qū)362、364這二者的熱。在以下附圖中，當(dāng)上焊嘴322與輔助電極334a、334b電連接并產(chǎn)生分支電流i2時(shí)，示出輔助電極334a、334b的極性。另一方面，當(dāng)上焊嘴322與輔助電極334a、334b電隔離并且未產(chǎn)生分支電流i2時(shí)，未示出輔助電極334a、334b的極性。
金屬板342a、344a之間的接觸面以及金屬板344a、346a之間的接觸面通過(guò)受熱區(qū)360、362、364而被加熱至足夠的溫度并熔融。如此獲得的熔融部冷卻并凝固，由此分別在金屬板342a、344a之間以及金屬板344a、346a之間形成焊核370、372。盡管圖31中示出焊核370、372以方便理解，但是在通電期間焊核370、372處于熔融部的液相態(tài)。這種熔融部在以下附圖中也以該方式示出。
可通過(guò)增加輔助電極334a、334b的擠壓力F2、F3來(lái)使金屬板344a、346a之間的焊核372進(jìn)一步生長(zhǎng)得更大。然而，焊核372的尺寸趨于在特定水平的擠壓力F2、F3下變得飽和。換言之，焊核372很難通過(guò)過(guò)度增大擠壓力F2、F3來(lái)生長(zhǎng)得大于特定尺寸。另外，在過(guò)度增大擠壓力F2、F3的情況下，不得不過(guò)度降低擠壓力Fl以使擠壓力F1、F2、F3的合力與擠壓力F4平衡。結(jié)果，金屬板342a、344a之間的焊核370的尺寸減小。
因此，優(yōu)選的是，考慮使焊核370、372的尺寸最大化來(lái)確定上焊嘴322的擠壓力Fl與輔助電極334a、334b的擠壓力F2、F3之差。
隨著分支電流i2的比率增大，受熱區(qū)364可變得更大。然而，當(dāng)分支電流i2的比率過(guò)高時(shí)，電流il的電流值減小，由此受熱區(qū)360、362的尺寸減小。因此，焊核370的尺寸易于減小，而焊核372的尺寸變得飽和?？紤]使焊核370在電流il下生長(zhǎng)至足夠的尺寸來(lái)優(yōu)選地選擇分支電流i2的比率。
例如，可通過(guò)改變?nèi)缟纤錾虾缸?22與輔助電極334a、334b之間的距離Z3、TA(參見圖27)來(lái)控制電流il與分支電流i2之比。電流il與分支電流i2之比優(yōu)選地為70:30。
在形成熔融部的過(guò)程中，通過(guò)輔助電極334a、334b將金屬板346a向金屬板344a擠壓?？煞乐箘偠鹊偷慕饘侔?46a在通電(加熱)期間由于這種擠壓而翹曲進(jìn)而與金屬板344a分離。因此，可防止從金屬板346a、344a之間的間隙飛濺軟化的熔融部。
只要繼續(xù)通電，熔融部(進(jìn)而焊核372)就隨著時(shí)間過(guò)去而生長(zhǎng)。因此，可通過(guò)在適當(dāng)時(shí)間內(nèi)執(zhí)行通電來(lái)使焊核372充分生長(zhǎng)。
金屬板342a、344a中的電流il的電流值小于傳統(tǒng)點(diǎn)焊方法。因此，可防止在金屬板344a、346a之間的熔融部(焊核372)生長(zhǎng)的過(guò)程中金屬板342a、344a的受熱量過(guò)度增加。因此，該設(shè)備能夠消除產(chǎn)生飛濺的可能性。
在該過(guò)程中，通過(guò)金屬板342a、344a之間的電流il形成將凝固為焊核370的熔融部。當(dāng)繼續(xù)施加分支電流i2時(shí)，與沒有分支電流i2的情況相比，電流il的總量減少，受熱區(qū)360 (進(jìn)而焊核370)的尺寸易于減小。
因此，在進(jìn)一步增大焊核370的尺寸的情況下，優(yōu)選的是如圖32所示僅使輔助電極334a、334b與金屬板346a分離，而繼續(xù)使上焊嘴322和下焊嘴320通電。當(dāng)輔助電極334a、334b與金屬板346a分離時(shí)，電流il的電流值增大，電流il的總量增加，直到停止傳導(dǎo)電流為止。
利用使輔助電極334a、334b在遠(yuǎn)離下焊嘴320向上的方向上(在箭頭Y2的方向上)移動(dòng)的致動(dòng)器330a、330b，可僅使輔助電極334a、334b與金屬板346a分離。
結(jié)果，分支電流i2消失，使得僅電流il在金屬板346a中從上焊嘴322流向下焊嘴320，而受熱區(qū)364 (參見圖31)消失。
此后，金屬板342a、344a處于常用點(diǎn)焊條件下。因此，在厚的金屬板342a、344a中焦耳熱值增大，由此受熱區(qū)360擴(kuò)展并被進(jìn)一步加熱至更高的溫度。金屬板342a、344a之間的接觸面通過(guò)具有更高溫度的受熱區(qū)360而被加熱至足夠的溫度并熔融，熔融部(焊核370)生長(zhǎng)得更大。
此后，可繼續(xù)通電，直到熔融部(焊核370 )充分生長(zhǎng)為止，例如，直到用于形成焊核370的熔融部與用于形成焊核372的熔融部成為一體為止，如圖33所示?？衫迷嚰ㄟ^(guò)點(diǎn)焊測(cè)試預(yù)先確認(rèn)通電時(shí)間與焊核370的生長(zhǎng)之間的關(guān)系。
在焊核372在金屬板344a、346a之間生長(zhǎng)的同時(shí)，通過(guò)由于電流i I流過(guò)而形成的受熱區(qū)360來(lái)預(yù)加熱金屬板342a、344a之間的接觸面。因此，在將轉(zhuǎn)化為焊核370的熔融部生長(zhǎng)得更大之前，金屬板342a、344a彼此的親合力提高。因此，很難引起飛濺產(chǎn)生。
如上所述，在第三實(shí)施方式中，在金屬板344a、346a之間生長(zhǎng)焊核372的過(guò)程中以及在金屬板342a、344a之間生長(zhǎng)焊核370的過(guò)程中均可防止飛濺產(chǎn)生。
在熔融部在預(yù)定時(shí)間內(nèi)充分生長(zhǎng)之后，停止通電，移位軸326向上移動(dòng)以使上焊嘴322與金屬板346a分離，如圖33所示。另選地，通過(guò)使移位軸326向上移動(dòng)以使上焊嘴322與金屬板346a分離來(lái)使上焊嘴322與下焊嘴320電隔離。
從該點(diǎn)焊方法的開始到結(jié)束的操作在槍控制器352的控制下執(zhí)行。
當(dāng)以上述方式停止通電時(shí)，金屬板342a、344a停止被加熱。所獲得的熔融部隨時(shí)間過(guò)去而冷卻并凝固，由此金屬板342a、344a通過(guò)焊核370彼此接合。
因此，在層疊體340a中，金屬板342a、344a彼此接合，金屬板344a、346a彼此接合，以獲得結(jié)合制品作為最終產(chǎn)品。
該結(jié)合產(chǎn)品的金屬板342a、344a之間以及金屬板344a、346a之間的結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)異。這是因?yàn)槿缟纤鲈诜种щ娏鱥2在金屬板346a中流動(dòng)的情況下金屬板344a、346a之間的焊核370充分生長(zhǎng)。
如上所述，在第三實(shí)施方式中，可在防止飛濺產(chǎn)生的同時(shí)使金屬板344a、346a之間的焊核372生長(zhǎng)至與金屬板342a、344a之間的焊核370近似相等的尺寸，由此可生成金屬板344a、346a之間的結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)異的結(jié)合產(chǎn)品。
點(diǎn)焊設(shè)備310可僅通過(guò)將具有致動(dòng)器330a、330b的托架328附接到已知點(diǎn)焊設(shè)備中的移位軸326來(lái)制備。因此，可防止該點(diǎn)焊設(shè)備由于輔助電極334a、334b而具有復(fù)雜或大的結(jié)構(gòu)。因此，即使在待焊接的對(duì)象具有復(fù)雜形狀的情況下，層疊體也可設(shè)置在期望的焊接位置，而不會(huì)受到輔助電極334a、334b和上焊嘴322的干擾。
待焊接對(duì)象不限于層疊體340a。在層疊體中，金屬板的數(shù)量、材料和厚度可不同地變化。下面將描述多個(gè)具體示例。
在圖34所示的層疊體340b中，具有最小厚度的金屬板344b介于金屬板342b、346b之間。例如，金屬板342b是由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成的高阻工件，金屬板344b、346b是由低碳鋼構(gòu)成的低阻工件。
在僅通過(guò)上焊嘴322和下焊嘴320對(duì)層疊體340b進(jìn)行點(diǎn)焊的情況下，金屬板342b,344b之間的接觸面首先熔融。這是因?yàn)榻饘侔?42b是高阻工件，由此金屬板342b、344b之間的接觸電阻高于金屬板344b、346b之間的接觸電阻。因此，當(dāng)繼續(xù)對(duì)上焊嘴322和下焊嘴320通電，以使金屬板344b、346b之間的接觸面處的焊核充分生長(zhǎng)時(shí)，金屬板342b、344b之間的接觸面處可能引起飛濺產(chǎn)生。
相比之下，如圖34所示，由于在第三實(shí)施方式中使用輔助電極334a、334b，所以分別在金屬板342b、344b之間的接觸面以及金屬板344b、346b之間的接觸面處形成受熱區(qū)374,3760這是因?yàn)榘凑张c上述層疊體340a相同的方式，金屬板344b、346b之間的接觸面通過(guò)金屬板346b中的分支電流i2而被充分加熱。
因此，焊核378、380如圖35所示形成。在分支電流i2消失之后，可繼續(xù)施加電流i I。在這種情況下，例如，如圖36所示，在金屬板342b、344b之間的接觸面以及金屬板344b、346b之間的接觸面上可成長(zhǎng)足夠大的焊核382。
從對(duì)層疊組件340a、40b的點(diǎn)焊的上述說(shuō)明清楚的是，利用輔助電極334a、334b，受熱區(qū)(進(jìn)而焊核)可偏移為更靠近輔助電極334a、334b。
盡管在上述示例中金屬板342b由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成，金屬板344b、346b由低碳鋼構(gòu)成，但是材料的組合并不特別限于此。
在圖37中，通過(guò)將金屬板344c層疊在金屬板342c上而提供的層疊體340c可利用輔助電極334a、334b來(lái)點(diǎn)焊。金屬板344c、342c由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成。如圖22和圖23所示，在未使用輔助電極334a、334b的情況下，熔融部6在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)在金屬板342c、344c (高阻工件1、2)之間的接觸面處生長(zhǎng)得較大。因此，易于引起飛濺產(chǎn)生。
相比之下，如圖37所示，由于在第三實(shí)施方式中使用輔助電極334a、334b，所以在金屬板342c、344c之間的接觸面處形成受熱區(qū)384，在該接觸面上方(B卩，在金屬板344c中的輔助電極334a、334b附近)形成受熱區(qū)386。這是因?yàn)榻饘侔?44c通過(guò)分支電流i2在金屬板344c中的流動(dòng)而被充分加熱。因此，同樣在這種情況下，受熱區(qū)(進(jìn)而焊核388)(參見圖38)可偏移為更靠近輔助電極334a、334b。
因此，金屬板342c、344c之間的接觸面軟化，由此提高密封特性。因此，即使當(dāng)如圖38所示繼續(xù)施加電流il以形成足夠大的焊核388時(shí)，也很難引起飛濺產(chǎn)生。
下面將描述圖39所示的層疊體340d的點(diǎn)焊。層疊體340d通過(guò)從下開始將由低碳鋼構(gòu)成的低阻金屬板342d、由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成的高阻金屬板344d、346d以及由低碳鋼構(gòu)成的低阻金屬板390d按照該順序?qū)盈B來(lái)獲得。金屬板342d、390d的厚度小于金屬板344d、346d的厚度。
輔助電極334a、334b設(shè)置在上焊嘴322附近，另外，輔助電極334c、334d設(shè)置在下焊嘴320附近。輔助電極334c、334d電連接至電源350的正端子，由此極性與下焊嘴320的極性相反。如圖40所示，為了使用輔助電極334c、334d，托架392和致動(dòng)器330c、330d可以按照與上焊嘴322附近的托架328和致動(dòng)器330a、330b相同的方式設(shè)置在下焊嘴320附近。托架328可附接到下焊嘴320。
如圖39所示，層疊體340d被夾持在上焊嘴322與下焊嘴320之間。在夾持之前、同時(shí)或之后，僅使輔助電極334a、334b與金屬板390d接觸。當(dāng)開始通電時(shí)，電流il從上焊嘴322流向下焊嘴320，分支電流i2從上焊嘴322流向輔助電極334a、334b。然后，分別在金屬板344d、346d之間以及金屬板346d、390d之間的接觸面處形成焊核394、396。
然后，如圖41所示，輔助電極334a、334b通過(guò)致動(dòng)器330a、330b而向上移動(dòng)，并與上焊嘴322斷開電連接以消除分支電流i2。在斷開連接之前、同時(shí)或之后，使輔助電極334c、334d與金屬板342d接觸。結(jié)果，分支電流i3穿過(guò)最下側(cè)金屬板342d從輔助電極334c、334d流向下焊嘴320。
當(dāng)分支電流i2消失時(shí)，焊核96停止生長(zhǎng)。此外，電流il繼續(xù)從上焊嘴322流向下焊嘴320，因此，在金屬板344d、346d之間的接觸面處焊核396生長(zhǎng)得更大。另外，通過(guò)分支電流i3在金屬板342d、344d之間的接觸面處形成另一焊核398。
然后，如圖42所示，輔助電極334c、334d與金屬板342d分離，以消除分支電流i3，由此焊核398停止生長(zhǎng)。此后，通過(guò)繼續(xù)施加電流il,僅金屬板44d、346d之間的接觸面處的焊核396可進(jìn)一步生長(zhǎng)得更大，并可與焊核394、398成為一體。
應(yīng)該理解，層疊體可包含五個(gè)或更多個(gè)金屬板。
如圖43所示，電流可從金屬板342a上的下焊嘴320流向金屬板346a上的上焊嘴322。另外在這種情況下，金屬板346a上的輔助電極334a、334b的極性與上焊嘴322的極性相反。因此，下焊嘴320和輔助電極334a、334b電連接至電源350的正端子，上焊嘴322電連接至電源350的負(fù)端子。因此，電流il從下焊嘴320流向上焊嘴322，分支電流i2從輔助電極334a、334b流向上焊嘴322。
如圖40所示，正極性的下焊嘴320可用作第一焊嘴，負(fù)極性的上焊嘴322可用作第二焊嘴，負(fù)極性的輔助電極334c、334d可設(shè)置在下焊嘴320附近。
如圖44所示，分支電流i2不僅可在上焊嘴322上的金屬板346a中流動(dòng)，而且可在緊挨著位于金屬板346a下面的金屬板344a中流動(dòng)。
如圖45所示，致動(dòng)器330a、330b可不設(shè)置在托架328上，而是設(shè)置在槍體316上。
在任何情況下，輔助電極并不特別限于上述兩個(gè)具有長(zhǎng)桿形狀的輔助電極334a、334b。例如，一個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)長(zhǎng)桿可用作輔助電極。在使用三個(gè)或更多個(gè)輔助電極的情況下，多個(gè)輔助電極可以按照與兩個(gè)輔助電極334a、334b相同的方式同時(shí)與最外側(cè)金屬板接觸以及與其分離。各個(gè)輔助電極可具有包圍下焊嘴320或上焊嘴322的環(huán)狀。
盡管在第三實(shí)施方式中分支電流i2從上焊嘴322 (或下焊嘴320)流向輔助電極334a、334b，但是輔助電極334a、334b可與電源350電隔離，并且可在沒有分支電流i2的情況下執(zhí)行點(diǎn)焊。在這種情況下，輔助電極334a、334b僅用作擠壓部件。
另外在這種情況下，總擠壓力如圖27所示從上焊嘴322至下焊嘴320分布。金屬板342a、344a之間的接觸面積大于未通過(guò)輔助電極334a、334b擠壓的情況(參見圖4)下的接觸面積。因此，金屬板342a、344a之間的接觸面處的接觸電阻和電流密度增大，所產(chǎn)生的焦耳熱的量(即，產(chǎn)生的熱的量)增加。因此，在金屬板342a、344a之間的接觸面附近，受熱區(qū)(進(jìn)而焊核)生長(zhǎng)至足夠的尺寸。
另外，盡管在第三實(shí)施方式中使用C型焊槍，但是焊槍可以是所謂的X型槍。在這種情況下，下焊嘴320和上焊嘴322可分別安裝在一對(duì)可打開且可閉合的卡盤上。當(dāng)卡盤打開或閉合時(shí)，下焊嘴320和上焊嘴322彼此遠(yuǎn)離或彼此靠近地移動(dòng)。
下面將描述根據(jù)第四實(shí)施方式的焊接設(shè)備(間接饋電型焊接設(shè)備)。
圖46是根據(jù)第四實(shí)施方式的間接饋電型焊接設(shè)備430的基本特征的側(cè)視圖。間接饋電型焊接設(shè)備430具有被供應(yīng)有焊接電流的第一焊槍432、用于焊接層疊體434a的第二焊槍436以及從第一焊槍432向第二焊槍436傳送焊接電流的外部饋電端子438。
第一焊槍432是所謂的C型槍，其在槍體440下方具有近似C形的固定臂441。下電極442設(shè)置在固定臂441的下端,并朝著槍體440延伸。
槍體440包含滾珠絲桿機(jī)構(gòu)(未示出)，其用于使具有上電極444的支架446在圖46的垂直方向上移位。具體地講，支架446設(shè)置在移位軸448 (其從槍體440伸出并朝著下電極442延伸)的末端。移位軸448通過(guò)滾珠絲桿機(jī)構(gòu)中的滾珠絲桿在圖46的垂直方向上移位，因此上電極444通過(guò)支架446而移位。
在第四實(shí)施方式中，上電極444具有正(+ )極性，下電極442具有負(fù)(_)極性。因此，上電極444和下電極442分別電連接至電源450的正端子和負(fù)端子(參見圖48)。
外部饋電端子438具有導(dǎo)電端子452a、452b以及插置在它們之間的絕緣體454。上電極444與導(dǎo)電端子452a接觸，而下電極442與導(dǎo)電端子452b接觸。外部饋電端子438還具有電連接至導(dǎo)電端子452a的輔助端子456。
第二焊槍436具有槍臂462，該槍臂包含被組合以形成近似X形狀的第一臂部件458和第二臂部件460。第一臂部件458和第二臂部件460繞其交叉點(diǎn)擺動(dòng)，槍臂462通過(guò)該擺動(dòng)而打開和閉合。
具體地講，如圖46所示，打開/閉合氣缸464設(shè)置在第一臂部件458的右端，作為使槍臂462打開和閉合的打開/閉合機(jī)構(gòu)。打開/閉合氣缸464具有打開/閉合桿466，打開/閉合桿466在圖46的向下方向上延伸并連接到第二臂部件460的右端。因此，當(dāng)打開/閉合桿466在圖46的垂直方向上前后移動(dòng)時(shí),第一臂部件458和第二臂部件460彼此靠近或遠(yuǎn)離地移動(dòng)，由此使槍臂462閉合或打開。
第一臂部件458和第二臂部件460的左端分別在垂直方向上上下鉸接，從而彼此相對(duì)地延伸。用作第一焊嘴的上焊嘴468和用作第二焊嘴的下焊嘴470分別設(shè)置在相對(duì)端。
圖47的放大視圖中示出第一臂部件458的主要部件。由絕緣體構(gòu)成的基本上板狀的托架472附接到上焊嘴468的主體。托架472具有通孔474，該通孔474的直徑近似等于上焊嘴468的主體直徑。上焊嘴468的主體插入并裝配到通孔474中。
用作擠壓部件的輔助電極476a、476b設(shè)置在托架472上，并平行于上焊嘴468延伸。輔助電極476a、476b包含電極主體478a、478b、向外徑向延伸的凸緣480a、480b、直徑相對(duì)小的軸482a、482b以及端子484a、484b，這些元件在圖46的向上方向上按照該順序排列。
托架472還在通孔474附近具有其它通孔486a、486b。小直徑軸482a、482b分別插入通孔486a、486b中。
卷簧488a、488b附接到小直徑軸482a、482b。卷簧488a、488b的下端和上端分別與凸緣480a、480b的頂部和托架472的底部接觸。當(dāng)電極主體478a、478b與層疊體434a接觸時(shí)，卷簧488a、488b被壓縮。另一方面，當(dāng)電極主體478a、478b與層疊體434a分離時(shí)，卷簧488a、488b返回并作用以施加使輔助電極476a、476b遠(yuǎn)離托架472移位的彈力。
如下面詳細(xì)描述的，控制上焊嘴468與輔助電極476a、476b之間的距離Z5、Z6(參見圖48)以在金屬板504a以及緊挨著位于金屬板504a下面的金屬板502a中實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)膲毫Ψ植肌?br> 第一臂部件458與第二臂部件460的交叉點(diǎn)通過(guò)夾具(jig)490來(lái)固定，以支撐槍臂462。上電極444與上焊嘴468通過(guò)導(dǎo)電端子452a和引線492來(lái)電連接，下電極442與下焊嘴470通過(guò)導(dǎo)電端子452b和引線494來(lái)電連接。輔助電極476a、476b通過(guò)引線496、0N/0FF開關(guān)498、輔助端子456和導(dǎo)電端子452a與下電極442電連接。因此，上焊嘴468以及上電極444具有正(+ )極性，下焊嘴470和輔助電極476a、476b以及下電極442具有負(fù)(_)極性。
待焊接的層疊體434a包含三個(gè)金屬板500a、502a、504a (向上按照該順序排列)。金屬板500a、502a中的每一個(gè)具有厚度D5 (如，約Imm至2mm),金屬板504a的厚度D6小于厚度D5 (如，約0.5mm至0.7mm)。因此，金屬板500a、502a具有相同的厚度，金屬板504a比金屬板500a、502a薄。換言之，在層疊體434a中的三個(gè)金屬板500a、502a、504a當(dāng)中，金屬板504a具有最小的厚度。
例如，金屬板500a、502a中的每一個(gè)是由所謂的高拉伸強(qiáng)度鋼制成的高阻工件，諸如高性能高拉伸強(qiáng)度鋼板JAC590、JAC780或JAC980(根據(jù)日本鋼鐵聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)定義)。例如，金屬板504a是由所謂的低碳鋼制成的低阻工件，諸如用于壓制成形的高性能鋼板JAC270(根據(jù)日本鋼鐵聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)定義)。金屬板500a、502a可由相同或不同的金屬材料制成。
待焊接的層疊體434a介于下焊嘴470與上焊嘴468之間，并通過(guò)下焊嘴470和上焊嘴468來(lái)通電。在通電中，下焊嘴470與最下側(cè)金屬板500a接觸，上焊嘴468和輔助電極476a、476b與最上側(cè)金屬板504a接觸。如上所述，輔助電極476a、476b的極性與上焊嘴468的極性相反，但是所有元件均與層疊體434a中的最上側(cè)金屬板504a接觸。
在此結(jié)構(gòu)中，打開/閉合氣缸464、電源450和0N/0FF開關(guān)498電連接至用作控制裝置的槍控制器506 (參見圖48)。因此，打開/閉合氣缸464、電源450和0N/0FF開關(guān)498的操作、致動(dòng)和消動(dòng)由槍控制器506控制。
第四實(shí)施方式的間接饋電型焊接設(shè)備430基本上如上所述構(gòu)造。下面將關(guān)于點(diǎn)焊方法描述間接饋電型焊接設(shè)備430的操作和優(yōu)點(diǎn)。
在焊接層疊體434a，即，將金屬板500a、502a彼此接合并且將金屬板502a、504a彼此接合的點(diǎn)焊方法中，首先將層疊體434a設(shè)置在下焊嘴470與上焊嘴468之間。當(dāng)然，在此步驟中，打開/閉合氣缸464的打開/閉合桿466向下移動(dòng)，使得槍臂462處于打開狀態(tài)(參見圖46)。
然后，打開/閉合氣缸464通過(guò)槍控制器被致動(dòng)，打開/閉合桿466向上移動(dòng)，由此第一臂部件458和第二臂部件460的左端彼此靠近地移動(dòng)。因此，槍臂462閉合。因此，如圖49所示，下焊嘴470與金屬板500a接觸，上焊嘴468與金屬板504a接觸，由此層疊體434a被夾持在下焊嘴470與上焊嘴468之間。同時(shí)，輔助電極476a、476b與金屬板504a接觸。圖48是此步驟中間接饋電型焊接設(shè)備430的主要部件的示意性垂直截面圖。
控制上焊嘴468與輔助電極476a、476b之間的距離Z5、Z6，使得如圖50所示，在金屬板504a、502a之間的接觸面處，被上焊嘴468擠壓的部分呈現(xiàn)最高的面壓力，被輔助電極476a、476b擠壓的部分呈現(xiàn)第二高的面壓力。距離Z5優(yōu)選地等于距離Z6。
換言之，在接觸面處，一些部分呈現(xiàn)的面壓力比上述由于上焊嘴468和輔助電極476a、476b而獲得的高壓力低。因此，實(shí)現(xiàn)了圖50所示的擠壓力分布。下面將詳細(xì)描述該分布。
槍控制器506控制打開/閉合氣缸464的移動(dòng)力，使得上焊嘴468和輔助電極476a、476b對(duì)金屬板504a的總擠壓力(F1+F2+F3)正好與下焊嘴470對(duì)金屬板500a的擠壓力(F4)平衡。通過(guò)該控制，使得在箭頭Yl方向上施加于層疊體434a的總擠壓力(F1+F2+F3)近似等于在箭頭Y2方向上施加于層疊體434a的擠壓力(F4)。擠壓力F2優(yōu)選地等于擠壓力F3。
在這種情況下，滿足關(guān)系F1〈F4。因此，如圖48示意性地示出的，在層疊體434a中，下焊嘴470和上焊嘴468的總擠壓力在與上焊嘴468相比更靠近下焊嘴470的位置作用于更寬(更大)的面積上。因此，作用于金屬板502a、504a之間的接觸面上的力小于作用于金屬板500a、502a之間的接觸面上的力。在距離Z5、Z6過(guò)小的情況下，層疊體434a沒有上述呈現(xiàn)的面壓力低于由于上焊嘴468和輔助電極476a、476b而獲得的高壓力的部分。在這種情況下，難以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆植肌?br> 在不使用輔助電極476a、476b而滿足關(guān)系F1=F4的情況下，在層疊體434a中通過(guò)下焊嘴470和上焊嘴468實(shí)現(xiàn)圖51所示的力分布。如圖50所示，在這種情況下，合力從上焊嘴468到下焊嘴470均勻地作用在層疊體434a上。換言之，作用于金屬板502a、504a之間的接觸面上的力等于作用于金屬板500a、502a之間的接觸面上的力。
在圖48和圖51中，在金屬板502a、504a之間的接觸面處，力所作用于的面積通過(guò)粗實(shí)線來(lái)表示。從圖48和圖51之間的比較清楚的是，在F1〈F4的條件下力所作用于的面積小于在F1=F4的條件下的面積。因此，金屬板504a具有被擠壓向金屬板502a的面積,該面積在F1〈F4的條件下小于在F1=F4的條件下。換言之，在F1〈F4的條件下，金屬板504a、502a之間的接觸面積較小。
在第四實(shí)施方式中，當(dāng)總擠壓力如圖50所示從上焊嘴468向下焊嘴470分布以在金屬板502a、504a之間實(shí)現(xiàn)較小的接觸面積時(shí)，在從層疊體434a朝著上焊嘴468的方向上產(chǎn)生反作用力。輔助電極476a、476b經(jīng)受反作用力。
在實(shí)現(xiàn)了該擠壓力分布之后，槍控制器506將控制信號(hào)發(fā)送給電源450。當(dāng)電源450接收到控制信號(hào)時(shí)，電源450作用以供應(yīng)焊接電流。焊接電流從連接至正端子的上電極444通過(guò)下電極442流向負(fù)端子。
焊接電流從上電極444通過(guò)導(dǎo)電端子452a、引線492和上焊嘴468流向金屬板504a。因此，如圖52和圖53所示，電流iI在從上焊嘴468到下焊嘴470的方向上流動(dòng)。這是因?yàn)槿缟纤鱿潞缸?70通過(guò)引線494、導(dǎo)電端子452b和下電極442連接至電源450的負(fù)端子。
金屬板500a、502a之間的接觸面以及金屬板502a、504a之間的接觸面由于電流i I所產(chǎn)生的焦耳熱而被加熱，由此分別形成受熱區(qū)510、512。
如上所述，圖48中金屬板504a、502a之間的接觸面積小于圖51中的接觸面積。因此，圖48中金屬板502a、504a之間的接觸面處的接觸電阻和電流密度高于圖51中的接觸電阻和電流密度(即，在F1〈F4的條件下高于在F1=F4的條件下)。因此，在F1〈F4的條件下產(chǎn)生的焦耳熱的量(即，產(chǎn)生的熱的量)大于在F1=F4的條件下產(chǎn)生的焦耳熱的量。因此，在FKF4的條件下，如圖52所示，金屬板500a、502a之間的接觸面附近的受熱區(qū)510與金屬板502a、504a之間的接觸面附近的受熱區(qū)512生長(zhǎng)至近似相同的尺寸。
另外，具有負(fù)極性的輔助電極476a、476b與金屬板504a接觸。因此，除了電流il之外，分支電流i2從上焊嘴468朝著輔助電極476a、476b流動(dòng)(參見圖52和圖53)。
因此，在第四實(shí)施方式中，分支電流i2未產(chǎn)生于金屬板500a、502a中，而是產(chǎn)生于金屬板504a中。結(jié)果，與僅使用上焊嘴468和下焊嘴470的傳統(tǒng)點(diǎn)焊方法相比，在此方法中金屬板504a呈現(xiàn)更大的電流值。
在此方法中，如圖54所示，不同于受熱區(qū)512的另一受熱區(qū)514形成在金屬板504a中。受熱區(qū)514隨時(shí)間而生長(zhǎng),然后與受熱區(qū)512成為一體。金屬板502a、504a之間的接觸面經(jīng)受來(lái)自一體的受熱區(qū)512、514這二者的熱。
金屬板500a、502a之間的接觸面以及金屬板502a、504a之間的接觸面通過(guò)受熱區(qū)510、512、514而被加熱至足夠的溫度并熔融。如此獲得的熔融部冷卻并凝固，由此分別在金屬板500a、502a之間以及金屬板502a、504a之間形成焊核516、518。盡管圖54中示出焊核516、518以方便理解，但是在通電期間焊核516、518處于熔融部的液相態(tài)。這些熔融部在以下附圖中也以該方式示出。
可通過(guò)增加輔助電極476a、476b的擠壓力F2、F3來(lái)使金屬板502a、504a之間的焊核518進(jìn)一步生長(zhǎng)得更大。然而，焊核518的尺寸趨于在特定水平的擠壓力F2、F3下變得飽和。換言之，焊核518難以通過(guò)過(guò)度增大擠壓力F2、F3來(lái)生長(zhǎng)得大于特定尺寸。另外，在過(guò)度增大擠壓力F2、F3的情況下，不得不過(guò)度降低擠壓力Fl以便使擠壓力F1、F2、F3的合力與擠壓力F4平衡。結(jié)果，金屬板500a、502a之間的焊核516的尺寸減小。
因此，優(yōu)選的是，考慮使焊核516、518的尺寸最大化來(lái)確定上焊嘴468的擠壓力Fl與輔助電極476a、476b的擠壓力F2、F3之差。
隨著分支電流i2的比率增大，受熱區(qū)514可變得更大。然而，當(dāng)分支電流i2的比率過(guò)高時(shí)，電流il的電流值減小，由此受熱區(qū)510、512的尺寸減小。因此，焊核516的尺寸易于減小，而焊核518的尺寸變得飽和?？紤]使焊核516在電流il下生長(zhǎng)至足夠的尺寸來(lái)優(yōu)選地選擇分支電流i2的比率。
例如，可通過(guò)如上所述改變上焊嘴468與輔助電極476a、476b之間的距離Z5、Z6(參見圖48)來(lái)控制電流il與分支電流i2之比。電流il與分支電流i2之比優(yōu)選地為70:30。
在形成熔融部的過(guò)程中，通過(guò)輔助電極476a、476b將金屬板504a向金屬板502a擠壓?？煞乐箘偠鹊偷慕饘侔?04a在通電(加熱)期間由于這種擠壓而翹曲進(jìn)而與金屬板502a分離。因此，可防止從金屬板504a、502a之間的間隙飛濺軟化的熔融部。
只要繼續(xù)通電，熔融部(進(jìn)而焊核518)就隨著時(shí)間過(guò)去而生長(zhǎng)。因此，可通過(guò)在適當(dāng)時(shí)間內(nèi)執(zhí)行通電來(lái)使焊核518充分地生長(zhǎng)。
金屬板500a、502a中的電流il的電流值小于傳統(tǒng)點(diǎn)焊方法。因此,可防止在金屬板502a、504a之間的熔融部(焊核518)生長(zhǎng)的過(guò)程中金屬板500a、502a的產(chǎn)生的熱量過(guò)度增加。因此，該設(shè)備能夠消除產(chǎn)生飛濺的可能性。
在該過(guò)程中，通過(guò)金屬板500a、502a之間的電流il形成將凝固為焊核516的熔融部。當(dāng)繼續(xù)施加分支電流i2時(shí)，與沒有分支電流i2的情況相比，電流il的總量減少，受熱區(qū)510 (進(jìn)而焊核516)的尺寸易于減小。
因此，在進(jìn)一步增大焊核516的尺寸的情況下，通過(guò)槍控制器506打開0N/0FF開關(guān)498，如圖55和圖56所示。結(jié)果，輔助電極476a、476b與輔助端子456斷開電連接，以消除分支電流i2，從而受熱區(qū)514 (參見圖54)消失。
在該過(guò)程中，繼續(xù)對(duì)上焊嘴468和下焊嘴470通電。因此，金屬板500a、502a處于常用點(diǎn)焊條件下。由于在分支電流i2消失之后電流il的電流值增大，所以在高阻金屬板500a、502a中焦耳熱值增大，由此受熱區(qū)510擴(kuò)展并被進(jìn)一步加熱至更高的溫度。金屬板500a、502a之間的接觸面通過(guò)具有更高溫度的受熱區(qū)510而被加熱至足夠的溫度并熔融，熔融部(焊核516)生長(zhǎng)得更大。
此后，可繼續(xù)通電，直到熔融部(焊核516)充分生長(zhǎng)為止，例如，直到用于形成焊核516的熔融部與用于形成焊核518的熔融部成為一體為止，如圖56所示。可利用試件通過(guò)點(diǎn)焊測(cè)試預(yù)先確認(rèn)通電時(shí)間與焊核516的生長(zhǎng)之間的關(guān)系。
在焊核518在金屬板502a、504a之間生長(zhǎng)的同時(shí),通過(guò)由于電流il的傳導(dǎo)而形成的受熱區(qū)510來(lái)預(yù)加熱金屬板500a、502a之間的接觸面。因此，在將轉(zhuǎn)化為焊核516的熔融部生長(zhǎng)得更大之前，金屬板500a、502a彼此的親合力提高。因此，難以引起飛濺產(chǎn)生。
如上所述，在第四實(shí)施方式中，在金屬板502a、504a之間生長(zhǎng)焊核518的過(guò)程中以及在金屬板500a、502a之間生長(zhǎng)焊核516的過(guò)程中均可防止飛濺產(chǎn)生。
在熔融部在預(yù)定時(shí)間內(nèi)充分生長(zhǎng)之后，如圖57所示停止通電?？赏ㄟ^(guò)使上電極444與導(dǎo)電端子452a分離或者通過(guò)停止向上電極444供應(yīng)焊接電流來(lái)停止通電。
打開/閉合氣缸464被致動(dòng),打開/閉合桿466向后移動(dòng)，由此打開槍臂462。結(jié)果，如圖58所示，上焊嘴468與下焊嘴470彼此遠(yuǎn)離地移動(dòng)，并與層疊體434a分離。同時(shí)，輔助電極476a、476b與金屬板504a分離。輔助電極476a、476b在卷簧488a、488b的彈力下返回至原始位置(參見圖47)。
從該點(diǎn)焊方法的開始到結(jié)束的操作在槍控制器506的控制下執(zhí)行。
當(dāng)以上述方式停止通電時(shí)，金屬板500a、502a被停止加熱。所獲得的熔融部隨時(shí)間過(guò)去而冷卻并凝固，由此金屬板500a、502a通過(guò)焊核516彼此接合。
因此，在層疊體434a中，金屬板500a、502a彼此接合，金屬板502a、504a彼此接合，以獲得結(jié)合制品作為最終產(chǎn)品。
該結(jié)合產(chǎn)品的金屬板500a、502a之間以及金屬板502a、504a之間的結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)異。這是因?yàn)槿缟纤鲈诜种щ娏鱥2在金屬板504a中流動(dòng)的情況下，金屬板502a、504a之間的焊核516充分生長(zhǎng)。
如上所述，在第四實(shí)施方式中，可在防止飛濺產(chǎn)生的同時(shí)使金屬板502a、504a之間的焊核518生長(zhǎng)至與金屬板500a、502a之間的焊核516近似相等的尺寸，由此可生成金屬板502a、504a之間的結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)異的結(jié)合產(chǎn)品。
間接饋電型焊接設(shè)備430可僅通過(guò)將具有輔助電極476a、476b的托架472附接到已知間接饋電型焊接設(shè)備中的上焊嘴468來(lái)制備。因此，可防止間接饋電型焊接設(shè)備430由于輔助電極476a、476b而具有復(fù)雜或大的結(jié)構(gòu)。因此，即使在焊接復(fù)雜形狀的對(duì)象的情況下，該對(duì)象也可設(shè)置在期望的焊接位置，而不會(huì)受到輔助電極476a、476b和上焊嘴468的干擾。
待焊接對(duì)象不限于層疊體434a。在層疊體中，金屬板的數(shù)量、材料和厚度可不同地變化。下面將描述多個(gè)具體示例。
在圖59所示的層疊體434b中，具有最小厚度的金屬板502b介于金屬板500b、504b之間。例如，金屬板500b是由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成的高阻工件，金屬板502b、504b是由低碳鋼構(gòu)成的低阻工件。
在僅通過(guò)上焊嘴468和下焊嘴470對(duì)層疊體434b進(jìn)行點(diǎn)焊的情況下，金屬板500b,502b之間的接觸面首先熔融。這是因?yàn)榻饘侔?00b是高阻工件，由此金屬板500b、502b之間的接觸電阻高于金屬板502b、504b之間的接觸電阻。因此，當(dāng)繼續(xù)對(duì)上焊嘴468和下焊嘴470通電，以使金屬板502b、504b之間的接觸面處的焊核充分生長(zhǎng)時(shí)，金屬板500b、502b之間的接觸面處可能引起飛濺產(chǎn)生。
相比之下,如圖56所不，由于在第二實(shí)施方式中使用輔助電極476a、476b,所以分別在金屬板500b、502b之間的接觸面以及金屬板502b、504b之間的接觸面處形成受熱區(qū)520,522o這是因?yàn)榘凑张c上述層疊體434a相同的方式，金屬板502b、504b之間的接觸面通過(guò)金屬板504b中的分支電流i2而充分受熱。
因此，焊核524、526如圖60所示形成。在分支電流i2消失之后，可繼續(xù)施加電流il。在這種情況下，例如，如圖61所示，在金屬板500b、502b之間的接觸面以及金屬板502b、504b之間的接觸面上可生長(zhǎng)足夠大的焊核528。
從對(duì)層疊組件434a、434b的點(diǎn)焊的以上說(shuō)明清楚的是，利用輔助電極476a、476b，受熱區(qū)(進(jìn)而焊核)可偏移為更靠近輔助電極476a、476b。
盡管在上述不例中金屬板500b由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成,金屬板502b、504b由低碳鋼構(gòu)成，但是材料的組合并不特別限于此。
在圖62中，通過(guò)將金屬板502c層疊在金屬板500c上而提供的層疊體434c可利用輔助電極476a、476b來(lái)點(diǎn)焊。金屬板502c、500c由高拉伸強(qiáng)度鋼構(gòu)成。
在未使用輔助電極476a、476b的情況下，由于金屬板500c、502c是高阻工件,所以在通電期間在這二者之間的接觸面附近產(chǎn)生大量焦耳熱。因此，熔融部在該接觸面附近在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)生長(zhǎng)得較大，使得熔融部易于散射(易于引起飛濺產(chǎn)生)。
相比之下，如圖62所示，由于在第四實(shí)施方式中使用輔助電極476a、476b，所以在金屬板500c、502c之間的接觸面處形成受熱區(qū)530，在該接觸面上方(B卩，在金屬板502c中的輔助電極476a、476b附近)形成受熱區(qū)532。這是因?yàn)榻饘侔?02c通過(guò)在金屬板502c中流動(dòng)的分支電流i2而被充分加熱。因此，同樣在這種情況下，受熱區(qū)(進(jìn)而焊核534)(參見圖63)可偏移為更靠近輔助電極476a、476b。
因此，金屬板500c、502c之間的接觸面軟化，由此提高密封特性。因此，即使當(dāng)如圖63所示繼續(xù)施加電流il以形成足夠大的焊核534時(shí)，也難以引起飛濺產(chǎn)生。
另外，應(yīng)該理解，層疊體可包含四個(gè)或更多個(gè)金屬板。
如圖64所示，可不通過(guò)打開0N/0FF開關(guān)498，而通過(guò)使輔助電極476a、476b與金屬板504a (最外側(cè)工件)分離來(lái)消除分支電流i2。在這種情況下，用于使輔助電極476a、476b移位的移位機(jī)構(gòu)(例如氣缸)可設(shè)置在托架472上，輔助電極476a、476b可通過(guò)該移位機(jī)構(gòu)而遠(yuǎn)離金屬板504a向上移動(dòng)。該移位機(jī)構(gòu)可由槍控制器506控制。
另外，如圖65和圖66所示，可使用換向開關(guān)536來(lái)取代0N/0FF開關(guān)498。在這種情況下，換向開關(guān)536用于在輔助電極476a、476b與輔助端子456之間形成電流路徑(參見圖65)，或者在下焊嘴470與輔助端子456之間形成電流路徑(參見圖66)。在焊接的初始階段，如圖65所示，焊接電流被供應(yīng)給上電極444，流過(guò)上焊嘴468、金屬板504a、輔助電極476a、476b、換向開關(guān)536、輔助端子456和導(dǎo)電端子452b，并進(jìn)入下電極442。
因此，在初始階段，電流沒有在層疊體434a的厚度方向上流動(dòng)，使得僅金屬板504a的內(nèi)部(進(jìn)而金屬板502a、504a之間的接觸面附近的部分)被加熱。
在預(yù)定時(shí)間過(guò)去之后，如圖66所示，換向開關(guān)536切換，由此在下焊嘴470與輔助端子456之間形成電流路徑。因此，焊接電流被供應(yīng)給上電極444，在厚度方向上從上焊嘴468到下焊嘴470流過(guò)層疊體434a，通過(guò)輔助端子456和導(dǎo)電端子452b進(jìn)一步被傳送，并進(jìn)入下電極442。
在該階段，在金屬板500a、502a之間的接觸面附近以及金屬板502a、504a之間的接觸面附近，熔融部(進(jìn)而焊核)生長(zhǎng)。由于金屬板500a、502a具有高接觸電阻，所以在這二者之間的接觸面附近產(chǎn)生大量焦耳熱，并且接觸面被充分加熱。然而金屬板502a、504a具有低接觸電阻，這二者之間的接觸面被加熱，在該接觸面附近容易形成熔融部。
如上所述，也可通過(guò)在初始階段和隨后的焊接階段改變電流流動(dòng)方向來(lái)使焊核在相鄰金屬板之間充分地生長(zhǎng)。因此，可生成具有優(yōu)異的結(jié)合強(qiáng)度的焊接組件。
盡管在第四實(shí)施方式中，分支電流i2從上焊嘴468流向輔助電極476a、476b，但是輔助電極476a、476b可以與電源450電隔離，可以在沒有分支電流i2的情況下進(jìn)行點(diǎn)焊。在這種情況下，輔助電極476a、476b僅用作擠壓部件。
另外在這種情況下，總擠壓力如圖48所示從上焊嘴468至下焊嘴470分布。金屬板504a、502a之間的接觸面積大于未通過(guò)輔助電極476a、476b擠壓的情況(參見圖49)下的接觸面積。因此，金屬板502a、504a之間的接觸面處的接觸電阻和電流密度增大，所產(chǎn)生的焦耳熱的量(即，產(chǎn)生的熱量)增加。因此，在金屬板502a、504a之間的接觸面附近，受熱區(qū)(進(jìn)而焊核)生長(zhǎng)至足夠的尺寸。
在層疊體與上焊嘴468 (與輔助電極476a、476b (擠壓部件))之間可設(shè)置第一支撐頭和支撐擠壓部件，在層疊體與下焊嘴470之間可設(shè)置第二支撐頭。下面將描述在例如焊接層疊體434a時(shí)使用這些元件的第五實(shí)施方式。
圖67是具有上支撐頭550 (第一支撐頭)、支撐擠壓部件552a、552b和下支撐頭553 (第二支撐頭)的間接饋電型焊接設(shè)備的基本特征的正視圖。在此間接饋電型焊接設(shè)備中，托架554附接到上焊嘴468的主體。托架554具有通孔555，該通孔555的直徑近似等于上焊嘴468的主體直徑。上焊嘴468的主體插入并裝配到通孔555中。
具體地講，兩個(gè)致動(dòng)器556a、556b設(shè)置在托架554中。用作擠壓部件的輔助電極476a,476b從致動(dòng)器556a、556b中的管558a、558b伸出，并平行于上焊嘴468延伸。輔助電極476a、476b通過(guò)致動(dòng)器556a、556b來(lái)靠近和遠(yuǎn)離下焊嘴470移位。因此，致動(dòng)器556a、556b用作使輔助電極476a、476b移位的移位機(jī)構(gòu)，并用作產(chǎn)生并控制輔助電極476a、476b的擠壓力的擠壓力產(chǎn)生/控制機(jī)構(gòu)。
上支撐頭550和支撐擠壓部件552a、552b介于層疊體434a的金屬板504a與上焊嘴468 (與輔助電極476a、476b)之間。上支撐頭550和支撐擠壓部件552a、552b設(shè)置在由打開/閉合機(jī)構(gòu)(未示出)支撐的第一打開/閉合托架560上。第一打開/閉合托架560由絕緣體構(gòu)成。
長(zhǎng)且寬的擠壓部件562、564、566分別設(shè)置在上支撐頭550和支撐擠壓部件552a、552b的頂部。擠壓部件562、564、566是導(dǎo)體。
如圖68所示，上焊嘴468和輔助電極476a、476b的下端分別與擠壓部件562、564、566的一端的上表面接觸。上支撐頭550和支撐擠壓部件552a、552b從擠壓部件562、564、566的另一端的下表面伸出。
下支撐頭553設(shè)置在由打開/閉合機(jī)構(gòu)支撐的第二打開/閉合托架567上。下支撐頭553介于下焊嘴470與層疊體434a的金屬板500a之間。同樣，第二打開/閉合托架567由絕緣體構(gòu)成。
擠壓部件568設(shè)置在下支撐頭553的底部。在圖68的結(jié)構(gòu)中，下焊嘴470的頂部與擠壓部件568的一端的下表面接觸。下支撐頭553從擠壓部件568的另一端的上表面伸出。
下面將描述該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
例如，存在這樣的情況，其中必須按照?qǐng)D70的角度焊接圖69所示的層疊體434d(包含具有垂直壁570的成形工件572)。在這種情況下，從圖70清楚的是，當(dāng)僅使用上焊嘴468和輔助電極476a、476b時(shí)，不利的是，輔助電極476a可能受到垂直壁570的干擾，輔助電極476b可能不與層疊體434d充分接觸。
相比之下，在該實(shí)施方式中使用上支撐頭550、支撐擠壓部件552a、552b和下支撐頭553。因此，通過(guò)如圖68所示適當(dāng)?shù)乜刂茢D壓部件562、564、566、568等的長(zhǎng)度，可防止支撐擠壓部件552a受到垂直壁570的干擾，支撐擠壓部件552b可以與層疊體434d充分接觸。
在使用該間接饋電型焊接設(shè)備來(lái)焊接層疊體434a (參見圖67)的情況下，第一打開/閉合托架560和第二打開/閉合托架567閉合，由此使上支撐頭550、支撐擠壓部件552a、552b和下支撐頭553位于焊接位置附近。此后，按照如上所述相同的方式通過(guò)打開/閉合氣缸464使槍臂462閉合，使得上焊嘴468和下焊嘴470彼此靠近地移動(dòng)。因此，上焊嘴468和下焊嘴470與擠壓部件564、568的一端的上表面接觸。
此外，致動(dòng)器556a、556b由槍控制器驅(qū)動(dòng)，由此輔助電極476a、476b朝著層疊體434a下降。輔助電極476a、476b與擠壓部件562、566的一端的上表面接觸。輔助電極476a、476b可以在上焊嘴468和下焊嘴470與擠壓部件564、568接觸之前、同時(shí)或之后與擠壓部件562、566接觸。
當(dāng)然，控制致動(dòng)器556a、556b的推力和打開/閉合氣缸464的驅(qū)動(dòng)力，使得上焊嘴468和輔助電極476a、476b對(duì)金屬板504a的總擠壓力(FI’ +F2’ +F3’)正好與下支撐頭553對(duì)金屬板500a的擠壓力(F4’)平衡。通過(guò)該控制，使得在箭頭Yl方向上施加于層疊體434a的總擠壓力(FI’ +F2’ +F3’)近似等于在箭頭Y2的方向上施加于層疊體434a的擠壓力(F4’)。因此,實(shí)現(xiàn)與圖48和圖49相同的擠壓力分布。
在實(shí)現(xiàn)該擠壓力分布之后，槍控制器506將控制信號(hào)發(fā)送給電源450。當(dāng)電源450接收到控制信號(hào)時(shí)，電源450作用以供應(yīng)焊接電流。焊接電流從連接至正端子的上電極444通過(guò)下電極442流向負(fù)端子。
焊接電流從上電極444通過(guò)導(dǎo)電端子452a、引線492、上焊嘴468、擠壓部件564和上支撐頭550流向金屬板504a。另外，該電流通過(guò)金屬板502a、500a、下支撐頭553和擠壓部件568傳送到下焊嘴470。同時(shí)，電流通過(guò)金屬板504a、支撐擠壓部件552a、552b和擠壓部件562、566流向輔助電極476a、476b。因此，如圖71所示，電流il在從上支撐頭550(上焊嘴468)到下支撐頭553 (下焊嘴470)的方向上流動(dòng)，分支電流i2在從上支撐頭550(上焊嘴468)到支撐擠壓部件552a、552b (輔助電極476a、476b)的方向上流動(dòng)。
金屬板500a、502a和金屬板502a、504a通過(guò)由于電流il和分支電流i2而產(chǎn)生的焦耳熱來(lái)加熱，由此分別形成受熱區(qū)574、576。
同樣在這種情況下，在金屬板504a、502a之間的接觸面附近產(chǎn)生足夠大量的焦耳熱。這是因?yàn)榕c僅使用上焊嘴468和下焊嘴470來(lái)夾持層疊體434a (參見圖50)的情況相t匕，在這種情況下金屬板504a、502a之間的接觸面積較小(B卩，接觸電阻較高)。因此，金屬板500a、502a之間的接觸面附近的焊核578以及金屬板502a、504a之間的接觸面附近的焊核580生長(zhǎng)至近似相同的尺寸。
在完成焊接之后，槍臂462打開，由此上焊嘴468、輔助電極476a、476b和下焊嘴470分別與上支撐頭550、支撐擠壓部件552a、552b和下支撐頭553分離。另外，第一打開/閉合托架560和第二打開/閉合托架567打開，由此上支撐頭550、支撐擠壓部件552a、552b和下支撐頭553與層疊體434a分離。與層疊體434a分離的上支撐頭550、支撐擠壓部件552a、552b和下支撐頭553可通過(guò)卷簧等返回至原始位置。
同樣在此實(shí)施方式中，在焊接時(shí)可僅對(duì)上焊嘴468和下焊嘴470通電，而不向支撐擠壓部件552a、552b供應(yīng)電力。在這種情況下，例如，支撐擠壓部件552a、552b可由絕緣體構(gòu)成，輔助電極476a、476b被電停用。
在第四實(shí)施方式和第五實(shí)施方式中，電流在從金屬板504a上的上焊嘴468到金屬板500a上的下焊嘴470的方向上流動(dòng)。然而，電流也可在相反的方向上流動(dòng)，如圖72所示。同樣在這種情況下，金屬板504a上的輔助電極476a、476b的極性與上焊嘴468的極性相反。因此，下電極442電連接至電源450的正端子，由此下焊嘴470和輔助電極476a、476b具有正(+ )極性。另一方面，上電極444電連接至電源450的負(fù)端子，由此上焊嘴468具有負(fù)(_)極性。因此，電流il從下焊嘴470流向上焊嘴468，分支電流i2從輔助電極476a、476b流向上焊嘴468。
當(dāng)然，同樣在使用上支撐頭550和支撐擠壓部件552a、552b (參見圖67和圖71)的情況下，電流可從支撐擠壓部件552a、552b流向上支撐頭550。
如圖73所示，分支電流i2不僅可在與上焊嘴468接觸的金屬板504a中流動(dòng)，而且可在緊挨著位于金屬板504a下面的金屬板502a中流動(dòng)。
即使在停止從上焊嘴468至輔助電極476a、476b或者從上支撐頭550至支撐擠壓部件552a、552b的通電之后，仍可繼續(xù)通過(guò)輔助電極476a、476b或支撐擠壓部件552a、552b擠壓層疊體。在這種情況下，例如，金屬板502a、504a之間保持增大的接觸面積。因此，SP使在電流il流動(dòng)的情況下，金屬板502a、504a之間的焊核也可容易地生長(zhǎng)。
在任何情況下，輔助電極并不具體限于上述兩個(gè)具有長(zhǎng)桿形狀的輔助電極476a、476b。例如，一個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)長(zhǎng)桿可用作輔助電極。在使用三個(gè)或更多個(gè)輔助電極的情況下，多個(gè)輔助電極可以按照與該兩個(gè)輔助電極相同的方式同時(shí)與最外側(cè)金屬板接觸以及與其分離。各個(gè)輔助電極可具有包圍下焊嘴470或上焊嘴468的環(huán)狀。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)包括最外側(cè)工件(176a)在內(nèi)的多個(gè)工件(172a，174a, 176a)的層疊體(170a)進(jìn)行點(diǎn)焊的點(diǎn)焊設(shè)備(110)，該點(diǎn)焊設(shè)備(110)包括: 第一焊嘴(136)和第二焊嘴(132)，所述層疊體(170a)介于這二者之間， 擠壓部件(138a，138b)，其用于擠壓所述層疊體(170a)的所述最外側(cè)工件(176a)，所述第一焊嘴(136)和所述擠壓部件(138a，138b)與所述最外側(cè)工件(176a)的不同部分接觸，以及 支架(140)，其用于保持所述第一焊嘴(136)和所述擠壓部件(138a, 138b)，并通過(guò)支架移位機(jī)構(gòu)移位， 其中，所述支架(140)具有用于使所述擠壓部件(138a，138b)移位的擠壓部件移位機(jī)構(gòu)(146a, 146b),并且 所述擠壓部件移位機(jī)構(gòu)(146a，146b)與所述支架(140)電隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)焊設(shè)備(110)，其中，所述擠壓部件(138a，138b)用作輔助電極(190a，190b)，所述輔助電極(190a，190b)的極性與所述第一焊嘴(136)的極性相反，并且當(dāng)所述第一焊嘴(136)與所述第二焊嘴(132)之間傳導(dǎo)電流時(shí)，分支電流從所述第一焊嘴(136)流向所述輔助電極(190a，190b)，或者從所述輔助電極(190a，190b)流向所述第一焊嘴(136)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的點(diǎn)焊設(shè)備(110)，該點(diǎn)焊設(shè)備(110)還包括設(shè)置在所述第二焊嘴(132)附近的另一輔助電極(190c，190d)，其中，所述另一輔助電極(190c，190d)的極性與所述第二焊嘴(132)的極性相反，并且在從所述第一焊嘴(136)至所述輔助電極(190a, 190b)或者從所述輔助電極(190a，190b)至所述第一焊嘴(136)的所述分支電流消失之后，另一分支電流從所述另一輔助電極(190c，190d)流向所述第二焊嘴(132)，或者從所述第二焊嘴(132)流向所述另一輔助電極(190c，190d)。
4.一種用于對(duì)包括最外側(cè)工件(346a)在內(nèi)的多個(gè)工件(342a，344a，346a)的層疊體(340a)進(jìn)行點(diǎn)焊的點(diǎn)焊設(shè)備(310)，該點(diǎn)焊設(shè)備(310)包括: 第一焊嘴(322)和第二焊嘴(320)，所述層疊體(340a)介于這二者之間， 第一移位機(jī)構(gòu)，其用于使所述第一焊嘴(322)和所述第二焊嘴(320)中的至少一個(gè)移位， 擠壓部件(334a，334b)，其用于擠壓所述層疊體(340a)的所述最外側(cè)工件(346a)，所述第一焊嘴(322)和所述擠壓 部件(334a，334b)與所述最外側(cè)工件(346a)的不同部分接觸， 第二移位機(jī)構(gòu)(330a，330b)，其用于使所述擠壓部件(334a，334b)獨(dú)立于所述第一焊嘴(322)或所述第二焊嘴(320)進(jìn)行移位，以及 擠壓機(jī)構(gòu)(330a，330b)，其用于產(chǎn)生所述擠壓部件(334a，334b)的擠壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的點(diǎn)焊設(shè)備(310)，其中，所述擠壓部件(334a，334b)用作輔助電極(334a，334b)，所述輔助電極(334a，334b)的極性與所述第一焊嘴(322)的極性相反，并且當(dāng)所述第一焊嘴(322)與所述第二焊嘴(320)之間傳導(dǎo)電流時(shí)，分支電流從所述第一焊嘴(322)流向所述輔助電極(334a, 334b),或者從所述輔助電極(334a, 334b)流向所述第一焊嘴(322)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的點(diǎn)焊設(shè)備(310)，該點(diǎn)焊設(shè)備(310)還包括設(shè)置在所述第二焊嘴(320)附近的另一輔助電極(334c，334d)，其中，所述另一輔助電極(334c，334d)的極性與所述第二焊嘴(320)的極性相反，并且在從所述第一焊嘴(322)至所述輔助電極(334a, 334b)或者從所述輔助電極(334a，334b)至所述第一焊嘴(322)的所述分支電流消失之后，另一分支電流從所述另一輔助電極(334c，334d)流向所述第二焊嘴(320)，或者從所述第二焊嘴(320)流向所述另一輔助電極(334c，334d)。
7.一種間接饋電型焊接設(shè)備(430 )，該間接饋電型焊接設(shè)備(430 )包括第一焊槍(432 )和第二焊槍(436)，其中， 從所述第一焊槍(432)通過(guò)外部饋電端子(438)向所述第二焊槍(436)供應(yīng)電流，由此所述第二焊槍(436)用于對(duì)包括最外側(cè)工件(504a)在內(nèi)的多個(gè)工件(500a，502a, 504a)的層疊體(434a)進(jìn)行焊接，并且 所述第二焊槍(436)包含能夠彼此靠近和彼此遠(yuǎn)離地移動(dòng)的第一焊嘴(468)和第二焊嘴(470)，并且還包含能夠移位的擠壓部件(476a，476b)以用于擠壓所述層疊體(434a)的所述最外側(cè)工件(504a)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的間接饋電型焊接設(shè)備(430)，其中，所述擠壓部件(476a, 476b)用作輔助電極(476a, 476b),所述輔助電極(476a, 476b)的極性與所述第一焊嘴(468)的極性相反，并且當(dāng)所述第一焊嘴(468)與所述第二焊嘴(470)之間傳導(dǎo)電流時(shí)，分支電流從所述第一焊嘴(468)流向所述輔助電極(476a，476b)，或者從所述輔助電極(476a, 476b)流向所述第一焊嘴(468)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的間接饋電型焊接設(shè)備(430)，其中，第一支撐頭(550)和支撐擠壓部件(552a，552b)分別介于所述第一焊嘴(468)與所述層疊體(434a)之間以及所述擠壓部件(476a，476b)與所述層疊體(434a)之間，并且第二支撐頭(553)介于所述第二焊嘴(470 )與所述層疊體(434a)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求 9所述的間接饋電型焊接設(shè)備(430)，其中，電流在從所述第一支撐頭(550)到所述支撐擠壓部件(552a，552b)的方向或相反的方向上流動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種焊接設(shè)備。該焊接設(shè)備(110)包括作為焊嘴的下焊嘴(132)和上焊嘴(136)以及擠壓部件(138a,138b)。所述擠壓部件(138a,138b)由設(shè)置在上焊嘴(136)中的支撐部件(140)支撐。所述擠壓部件(138a,138b)通過(guò)擠壓部件移位機(jī)構(gòu)(146a,146b)的動(dòng)作來(lái)移位，并與上焊嘴(136)一起與設(shè)置在層疊體(170a)的最上部的金屬板(176a)接觸。
文檔編號(hào)B23K11/11GK103153519SQ201180047370
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者后藤彰, 宮坂慎一, 池田達(dá)郎, 森田孝洋 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社