本申請基于2014年11月5日提出的日本專利申請2014－225117號的優(yōu)先權(quán)，并在此引用其記載內(nèi)容。

本發(fā)明涉及將兩個接合對象物電弧焊接的電弧焊接裝置。

背景技術(shù)：

以往，公知有一種電弧焊接裝置，該電弧焊接裝置朝向兩個接合對象物與設(shè)置于該兩個接合對象物相抵接的部位附近的電極以使兩個接合對象物與電極彼此極性不同的方式供給電力，并利用在兩個接合對象物與電極之間流動的電弧電流將兩個接合對象物焊接。例如，在專利文獻1中記載有如下電弧焊接裝置，該電弧焊接裝置具備電極并使電弧等離子區(qū)穩(wěn)定，其中，該電極具有焊接氣體供給孔，該焊接氣體供給孔能夠向兩個接合對象物與電極之間供給能夠依靠電弧電流形成電弧等離子區(qū)的焊接氣體。

專利文獻1：日本特開2006－51521號公報

通常，電弧焊接中的電弧等離子區(qū)的能量密度比較低，為100～1000w/mm²左右。因此，電弧焊接成為接合對象物中的熔融寬度較寬并且熔深較淺的低縱橫比的加工，因此接合部分的變形容易變大，并且難以以高速進行加工。另一方面，為了減小變形，并且加快加工速度，而使用能量密度為10000～1000000w/mm²左右的激光焊接，但設(shè)備昂貴，因此存在加工成本變高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供不僅以高速進行接合而且減小接合對象物在接合后的變形的電弧焊接裝置。

本發(fā)明是將兩個接合對象物焊接的電弧焊接裝置，其具備電極、氣體供給部、氣體吸引部、電力供給部以及氣體存積部。

電極設(shè)置于兩個接合對象物相抵接的部位附近，在該電極與兩個接合對象物相抵接的部位之間形成電弧等離子區(qū)。

氣體供給部設(shè)置于電極的徑向外側(cè)，并具有多個朝向電弧等離子區(qū)的徑向外側(cè)供給氣體的氣體供給孔。

氣體吸引部設(shè)置于多個氣體供給部與電極之間，并具有對氣體供給部供給至兩個接合對象物相抵接的部位與電極之間的電弧等離子區(qū)的徑向外側(cè)的氣體進行吸引的氣體吸引孔。

電力供給部與電極電連接，并朝向電極供給與兩個接合對象物不同的極性的電力。

氣體存積部存積氣體供給部朝向電弧等離子區(qū)的徑向外側(cè)供給的氣體。

本發(fā)明的電弧焊接裝置的特征在于，隔著電極設(shè)置的一對氣體供給孔形成于距離電極第一距離的位置，與一對氣體供給孔不同的隔著電極設(shè)置的一對氣體供給孔形成于距離電極比第一距離長的第二距離的位置。另外，本發(fā)明的電弧焊接裝置的特征在于，一對氣體供給孔朝向電弧等離子區(qū)的徑向外側(cè)供給第一壓力的氣體，與一對氣體供給部不同的隔著電極設(shè)置的一對氣體供給部朝向電弧等離子區(qū)的徑向外側(cè)供給比第一壓力低的壓力亦即第二壓力的氣體。

在本發(fā)明的電弧焊接裝置中，氣體供給部依靠兩個接合對象物相抵接的部位與電極之間的電弧電流朝向電弧等離子區(qū)的徑向外側(cè)供給氣體。被供給至該電弧等離子區(qū)的徑向外側(cè)的氣體由設(shè)置于氣體供給部與電極之間的氣體吸引部沿徑內(nèi)方向所吸引。由此，在該電弧等離子區(qū)的徑向外側(cè)，形成從徑外方向朝向徑內(nèi)方向的氣體流動。能夠通過該氣體的流動自由改變電弧等離子區(qū)的形狀。

并且，在本發(fā)明的電弧焊接裝置中，隔著電極設(shè)置的一對氣體供給孔朝向電弧等離子區(qū)的徑向外側(cè)供給第一壓力的氣體。另一方面，與一對氣體供給孔不同的隔著電極設(shè)置的一對氣體供給孔形成于距離電極比第一距離長的第二距離的位置，并朝向該電弧等離子區(qū)的徑向外側(cè)供給比第一壓力低的壓力亦即第二壓力的氣體。由此，電弧等離子區(qū)在將一對氣體供給孔連結(jié)的方向被壓縮，因此能夠在將一對氣體供給孔連結(jié)的方向提高電弧等離子區(qū)的能量密度，從而能夠以熔融寬度較窄并且熔深較深的高縱橫比進行焊接。另外，電弧等離子區(qū)的在將與一對氣體供給孔不同的隔著電極設(shè)置的一對氣體供給孔連結(jié)的方向的長度比連結(jié)一對氣體供給孔的方向的長度長，因此若沿該電弧等離子區(qū)變長的方向?qū)蓚€接合對象物電弧焊接，則能夠短時間內(nèi)焊接比較大的范圍。

這樣，本發(fā)明的電弧焊接裝置能夠通過從電弧等離子區(qū)的徑外方向朝向徑內(nèi)方向的氣體流動，短時間內(nèi)以熔融寬度較窄并且熔深較深的高縱橫比在比較大的范圍進行焊接。由此，本發(fā)明的電弧焊接裝置不僅能夠以高速將接合對象物接合而且能夠減小接合后接合對象物的變形。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的第一實施方式的電弧焊接裝置的示意圖。

圖2是本發(fā)明的第一實施方式的電弧焊接裝置所具備的噴嘴的剖視圖。

圖3是本發(fā)明的第一實施方式的電弧焊接裝置所具備的噴嘴的立體圖。

圖4是圖2的ⅳ－ⅳ線剖視圖。

圖5是圖2的v－v部放大圖。

圖6是本發(fā)明的第二實施方式的電弧焊接裝置所具備的噴嘴的剖視圖。

圖7是本發(fā)明的第二實施方式的電弧焊接裝置所具備的噴嘴的剖視圖，且是與圖6不同的剖視圖。

圖8是本發(fā)明的第三實施方式的電弧焊接裝置所具備的噴嘴的剖視圖。

具體實施方式

以下，基于附圖對本發(fā)明的多個實施方式進行說明。

第一實施方式

基于圖1～圖5對本發(fā)明的第一實施方式的電弧焊接裝置進行說明。

第一實施方式的電弧焊接裝置1是通過電弧焊接將接合對象物6、7接合的裝置。如圖1所示，電弧焊接裝置1由焊接部10、作為“電力供給部”的電源30、氣體存積部40以及控制部50等構(gòu)成。

焊接部10通過在被插入電弧焊接裝置1的接合對象物6、7相抵接的部位之間流動電弧電流，而將接合對象物6與接合對象物7電弧焊接。焊接部10具有：電極12、電位附加部14、作為“氣體供給部”和“氣體吸引部”的噴嘴20、以及電極支承部16。

如圖1所示，電極12被收容于噴嘴20的內(nèi)部。電極12設(shè)置于接合對象物6與接合對象物7相抵接的部位附近。電極12經(jīng)由電極支承部16與電源30電連接(圖1的連接配線c12)。

電位附加部14設(shè)置于接合對象物6與接合對象物7相抵接的部位的與電極12相反的一側(cè)。電位附加部14與電源30電連接(圖1的連接配線c14)。另外，電位附加部14與接合對象物6、7電連接。電位附加部14以將接合對象物6、7形成為與電極12的極性不同的極性的方式向兩個接合對象物6、7供給電力。由此，在接合對象物6、7與電極12之間流動電弧電流，從而形成電弧等離子區(qū)p1(參照圖2～圖5)。

噴嘴20與電極12一起被支承于電極支承部16。噴嘴20經(jīng)由電源30與氣體存積部40連接(圖1的連接配管c201、c202)。噴嘴20一邊朝向接合對象物6和接合對象物7相抵接的部位與電極12之間的電弧等離子區(qū)p1的徑向外側(cè)供給氣體一邊吸引該氣體。對噴嘴20的詳細結(jié)構(gòu)進行后述。

電極支承部16以使電極12的一個端部121位于接合對象物6與接合對象物7相抵接的部位附近的方式支承電極12以及噴嘴20。

電源30與電極12以及電位附加部14電連接。電源30根據(jù)控制部50的指令以使電極12的極性與電位附加部14的極性不同的方式供給電力。

氣體存積部40存積噴嘴20朝向電弧等離子區(qū)p1的徑向外側(cè)供給的氣體，例如，在氦氣、氬氣等中混合有氫氣的氣體。氣體存積部40所存積的氣體通過電源30以及連接配管c201、c202供給給噴嘴20。

控制部50由輸入操作用按鈕、顯示設(shè)定條件的顯示器、以及具有作為存儲機構(gòu)的ram和rom等的微型計算機等構(gòu)成?？刂撇?0與電源30電連接?？刂撇?0例如基于預(yù)先輸入的程序?qū)⒖刂齐娀『附友b置1的信號輸出至電源30。在電源30中，基于該信號對向電極12以及電位附加部14供給的電力、噴嘴20所供給的氣體的壓力等進行控制。

接下來，基于圖2～圖5對噴嘴20的結(jié)構(gòu)詳細進行說明。圖2是噴嘴20的在與噴嘴20的中心軸ca1垂直的方向的剖視圖，且是從氣體在噴嘴20的內(nèi)部流動的方向觀察噴嘴20中的處于接合對象物6、7附近的部位的剖視圖。圖3是噴嘴20的立體圖，且是顯露出噴嘴20的局部，具體而言，顯露出噴嘴20的四分之一的局部剖視圖。在圖2、圖3中，利用空心箭頭示出了電弧焊接裝置1中的接合對象物6、7移動的方向作為焊接線方向d1。

噴嘴20是形狀為大致長方體狀的部件。噴嘴20由氣體吸引部21和氣體供給部22等形成。在第一實施方式中，氣體吸引部21與氣體供給部22形成為一體。

氣體吸引部21設(shè)置于噴嘴20的大致中央。氣體吸引部21具有氣體吸引孔210。在氣體吸引孔210收容有電極12。如圖4、圖5所示的虛線箭頭f210那樣，氣體吸引孔210對電弧等離子區(qū)p1周邊的氣體進行吸引。

氣體供給部22以在氣體吸引部21的徑向外側(cè)包圍氣體吸引部21的方式設(shè)置。氣體供給部22具有氣體供給孔220、230、240、250。

氣體供給孔220、230、240、250中的氣體供給孔220、240隔著電極12形成。具體而言，如圖2所示，若將通過中心軸ca1并沿焊接線方向d1的方向延伸的假想線以及通過中心軸ca1并沿與焊接線方向d1相反的方向延伸的假想線設(shè)為接合對象物6、7的移動軸a67，將通過與電極12的中心軸同軸的中心軸ca1上的點并將氣體供給孔220與氣體供給孔240連結(jié)的假想線設(shè)為第一假想線vl1，則以移動軸a67與第一假想線vl1在中心軸ca1上垂直交叉的方式形成氣體供給孔220、240。另外，氣體供給孔220、240彼此到中心軸ca1上的點的距離為相同的距離，該距離均形成為第一距離l1。

如圖4所示，氣體供給孔220、240由形成為與中心軸ca1平行的第一氣體供給孔221、241和以隨著靠近接合對象物6、7而靠近電極12的方式形成的第二氣體供給孔222、242構(gòu)成。如圖4所示的虛線箭頭f220、f240那樣，氣體供給孔220、240朝向電弧等離子區(qū)p1的徑向外側(cè)供給第一壓力的氣體。氣體供給孔220、240相當(dāng)于權(quán)利要求書中記載的“一對氣體供給孔”。

氣體供給孔230、250以隔著電極12的方式形成。具體而言，如圖2所示，若將通過中心軸ca1上的點并將氣體供給孔230與氣體供給孔250連結(jié)的假想線設(shè)為第二假想線vl2，則以移動軸a67與第二假想線vl2形成為相同的直線的方式形成氣體供給孔230、250。另外，氣體供給孔230、250彼此到中心軸ca1上的點的距離為相同的距離，該距離均形成為比第一距離l1長的第二距離l2。如圖5所示的虛線箭頭f230、f250那樣，氣體供給孔230、250朝向電弧等離子區(qū)p1的徑向外側(cè)供給比第一壓力低的第二壓力的氣體。氣體供給孔230、250相當(dāng)于權(quán)利要求書中記載的“與一對氣體供給孔不同的隔著電極設(shè)置的一對氣體供給孔”。

在噴嘴20中，氣體吸引部21對氣體供給部22供給至電弧等離子區(qū)p1的徑向外側(cè)的氣體進行吸引。由此，如圖4所示的虛線箭頭f22、f24以及圖5所示的虛線箭頭f23、f25那樣，形成從電弧等離子區(qū)p1的徑外方向朝向徑內(nèi)方向的氣體流動。如圖2所示，通過在電弧等離子區(qū)p1的徑向外側(cè)的氣體流動將電弧等離子區(qū)p1的在與中心軸ca1垂直的方向的截面形狀形成為在第二假想線vl2上具有長邊的橢圓形狀。

在第一實施方式的電弧焊接裝置1中，在將接合對象物6與接合對象物7焊接時，利用在電極12與接合對象物6、7之間流動的電弧電流形成電弧等離子區(qū)p1。在該電弧等離子區(qū)p1的徑向外側(cè)，利用氣體供給部22和氣體吸引部21形成如虛線箭頭f22、f23、f24、f25所示那樣的從電弧等離子區(qū)p1的徑外方向朝向徑內(nèi)方向的氣體流動。在第一實施方式中，能夠通過該氣體的流動自由改變電弧等離子區(qū)p1的形狀。

并且，在電弧焊接裝置1中，氣體供給孔220、240形成為比氣體供給孔230、250靠近電極12。另外，氣體供給孔220、240將比氣體供給孔230、250所供給的第二壓力的氣體壓力更高的第一壓力的氣體朝向電弧等離子區(qū)p1的徑向外側(cè)供給。由此，如圖4所示，電弧等離子區(qū)在將氣體供給孔220與氣體供給孔240連結(jié)的方向被壓縮，因此能夠提高電弧等離子區(qū)p1的在將氣體供給孔220與氣體供給孔240連結(jié)的方向的能量密度。因此，在電弧焊接裝置1中，如圖4所示，能夠進行形成于接合對象物6、7相抵接的部位的熔融部67的寬度比較窄、并且熔融部67的熔深比較深的焊接。

另外，如圖5所示，對于電弧等離子區(qū)p1的形狀來說，氣體供給孔230與氣體供給孔250連結(jié)的方向的長度比氣體供給孔220與氣體供給孔240連結(jié)的方向的長度長，因此若使氣體供給孔230與氣體供給孔250連結(jié)的方向與移動軸a67的方向相同，則能夠短時間內(nèi)焊接比較大的范圍。

這樣，第一實施方式的電弧焊接裝置1能夠利用從電弧等離子區(qū)p1的徑外方向朝向徑內(nèi)方向流動的氣體，短時間內(nèi)以熔融寬度較窄并且熔深較深的高縱橫比在比較大的范圍進行焊接。由此，不僅能夠以高速將接合對象物6、7接合而且能夠減小接合后接合對象物6、7在熔融部67的變形。

另外，在電弧焊接裝置1中，由于能夠以高縱橫比并且以高速將接合對象物6、7接合，所以與使用昂貴設(shè)備的激光焊接相比，能夠降低加工成本。

另外，在電弧焊接裝置1中，如圖4所示，第二氣體供給孔222、242以隨著靠近接合對象物6、7而靠近電極12的方式形成。由此，在氣體供給孔220、240中流動的氣體朝向電弧等離子區(qū)p1的徑內(nèi)方向流動，因此電弧等離子區(qū)p1的形狀在氣體供給孔220與氣體供給孔240連結(jié)的方向進一步變短，從而能夠進一步提高電弧等離子區(qū)的能量密度。因此，能夠使熔融部67的寬度進一步變窄并且使熔融部67的熔深進一步變深。

第二實施方式

接下來，基于圖6、圖7對本發(fā)明的第二實施方式的電弧焊接裝置進行說明。第二實施方式在氣體吸引部與電極之間具備電極收容部這點與第一實施方式不同。應(yīng)予說明，對于與第一實施方式實際上相同的部位標注相同的符號，并省略說明。

第二實施方式的電弧焊接裝置所具備的噴嘴60的剖視圖如圖6、圖7所示。噴嘴60除了具有氣體吸引部21和氣體供給部22之外還具有電極收容部26。

電極收容部26是被收容于氣體吸引孔210的大致筒狀的部件。電極收容部26具有沿噴嘴20的中心軸ca1方向貫通電極收容部26的收容空間260。在收容空間260收容有電極12。另外，如圖6、圖7的虛線箭頭f260所示，在收容空間260，朝向電弧等離子區(qū)p1，例如流動有氦氣、氬氣等惰性氣體。如圖6、圖7的實線箭頭f26所示，從收容空間260流出至電弧等離子區(qū)p1附近的氣體被吸引至氣體吸引孔210。

在第二實施方式的電弧焊接裝置中，利用在收容空間260中朝向電弧等離子區(qū)p1流動的氣體將形成于電極12的一個端部121附近的電弧等離子區(qū)p1向接合對象物6、7按壓。由此，能夠進一步提高電弧等離子區(qū)的能量密度。因此，第二實施方式不僅能夠起到與第一實施方式相同的效果，而且能夠使熔融部67的寬度進一步變窄并且使熔融部67的熔深進一步變深。

另外，在第二實施方式的電弧焊接裝置中，利用朝向電弧等離子區(qū)p1流動的氣體將電弧等離子區(qū)p1形成于比較遠離電極12的一個端部121的位置，因此能夠防止因電弧等離子區(qū)p1而產(chǎn)生的電極12的氧化。

第三實施方式

接下來，基于圖8對本發(fā)明的第三實施方式的電弧焊接裝置進行說明。第三實施方式在具備對噴嘴施力的施力機構(gòu)這點與第一實施方式不同。應(yīng)予說明，對于與第一實施方式實際相同的部位標注相同的符號，并省略說明。

在第三實施方式的電弧焊接裝置中，噴嘴70具有作為“施力機構(gòu)”的彈簧27。

彈簧27沿使氣體吸引部21以及氣體供給部22與接合對象物6、7相抵接的方向?qū)怏w吸引部21以及氣體供給部22施力。

在第三實施方式的電弧焊接裝置中，若氣體供給部22供給規(guī)定壓力以上的氣體，則在氣體吸引部21以及氣體供給部22的靠接合對象物6、7側(cè)的端面701與接合對象物6、7的靠噴嘴20側(cè)的端面671之間形成間隙sp2。若向間隙sp2供給的氣體的壓力大于彈簧27的作用力并且恒定，則能夠?qū)⒍嗣?01與端面671間的距離保持為恒定，因此能夠?qū)⒃陂g隙sp2中流動的氣體的流動保持為恒定，而不影響接合對象物6、7的表面的形狀。由此，能夠使因徑向外側(cè)的氣體流動而能改變形狀的電弧等離子區(qū)的形狀穩(wěn)定。因此，第三實施方式不僅能夠起到與第一實施方式相同的效果，而且能夠使高縱橫比穩(wěn)定。

其他實施方式

(1)在上述實施方式中，設(shè)置有四個氣體供給孔。然而，氣體供給孔的數(shù)量并不限定于此。

(2)在上述實施方式中，將一對氣體供給孔連結(jié)的假想線與將與該一對氣體供給孔不同的一個氣體供給孔連結(jié)的假想線形成為在噴嘴的中心軸上垂直交叉。然而，形成有氣體供給孔的位置并不限定于此。將一對氣體供給孔連結(jié)的假想線與將與該一對氣體供給孔不同的一個氣體供給孔連結(jié)的假想線不重疊即可。

(3)在上述實施方式中，氣體吸引部與氣體供給部形成為一體。氣體吸引部與氣體供給部也可以分別形成。

(4)氣體供給部所供給的氣體是氣體存積部經(jīng)由電源供給的。然而，氣體存積部也可以不經(jīng)由電源而向氣體供給部供給氣體。

(5)在上述實施方式中，向被支承于電極支承部的電極與電位附加部之間插入接合對象物，來進行電弧焊接。然而，也可以使電極以及電位附加部相對于被固定的接合對象物移動，來進行電弧焊接。

(6)在上述實施方式中，利用電位附加部使接合對象物的極性與電極的極性不同。然而，也可以不具有電位附加部。也可以使向電極供給的電力的極性與接合對象物的極性不同。

本發(fā)明并不限定于上述實施方式，能夠在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)以各種方式進行實施。

符號說明：

1…電弧焊接裝置；6、7…接合對象物；12…電極；21…氣體吸引部；210…氣體吸引孔；22…氣體供給部；220、230、240、250…氣體供給孔；30…電源(電力供給部)；40…氣體存積部。