專利名稱：電阻焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過控制施加至工件的焊接壓力和通過工件的焊接電流有效地 電阻焊接工件的電阻焊接方法。
背景技術(shù)：
如在日本特許專利公開No. 04-178274中披露的那樣，迄今已經(jīng)知道了一種關(guān)于 電阻焊接工藝的技術(shù)概念，其中當(dāng)與將被焊接的工件保持接觸的電極尖端被激勵時，大電 流最初供給至工件，隨后在熔核開始形成在工件中時，向工件供給降低的電流，隨后在電阻 焊接工藝的中間階段之后向工件供給逐漸增加的電流，由此在工件中形成大體積的熔核， 而不引起實質(zhì)的爆裂。然而，根據(jù)在日本特許專利公開No. 04-178274中披露的技術(shù)概念，關(guān)于電流應(yīng)當(dāng) 逐漸增加的時間點是不清楚。取決于電流開始逐漸增加的時間，會發(fā)生傾向阻止熔核生長 的爆裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種電阻焊接方法，其最小化爆裂的發(fā)生頻率，以促進(jìn)熔核 的生長。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種方法，其通過采用一對電極尖端以指 定焊接壓力夾緊一對工件并通過電極尖端向工件供給焊接電流而對工件進(jìn)行電阻焊接，該 方法包括下述步驟檢測在工件中產(chǎn)生的熔核沿著電極尖端夾緊其間的工件所沿的方向的 膨脹量的變化；判斷檢測到的變化是否小于閾值；以及在判斷檢測到的變化小于所述閾值 之后，逐漸增加流過工件的焊接電流。逐漸增加焊接電流的步驟可以包括根據(jù)檢測到的變化增加焊接電流的步驟。該方法還可以包括在判斷檢測到的變化小于所述閾值時降低施加至工件的焊接 壓力的步驟。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種方法，其通過采用一對電極尖端以指 定焊接壓力夾緊一對工件并通過電極尖端向工件供給焊接電流而對工件進(jìn)行電阻焊接，該 方法包括下述步驟檢測在工件中產(chǎn)生的熔核沿著電極尖端夾緊其間的工件所沿的方向的 膨脹量的變化；判斷檢測到的變化是否小于閾值；以及在判斷檢測到的變化小于所述閾值 之后，降低施加至工件的焊接壓力。根據(jù)本發(fā)明，在電阻焊接工藝中，檢測在工件中和之間產(chǎn)生的熔核沿著電極尖端 夾緊工件所沿的方向的膨脹量的變化。在判斷檢測到的變化小于閾值之后，逐漸增加流過 工件的焊接電流。因此，雖然熔核沿著電極尖端夾緊工件所沿的方向快速生長，但焊接電流 相對小，以防止爆裂發(fā)展。當(dāng)熔核不快速生長時，即，當(dāng)由電阻焊接工藝產(chǎn)生的熱量增加時， 焊接電流增加，以促進(jìn)熔核的生長，對工件進(jìn)行電阻焊接的時間，即焊接時間縮短，而不明 顯地引起爆裂。
而且，根據(jù)本發(fā)明，在電阻焊接工藝中，檢測在工件中和工件之間產(chǎn)生的熔核沿著 電極尖端夾緊工件所沿的方向的膨脹量的變化。在判斷檢測到的變化小于閾值之后，減低 施加至工件的焊接壓力。因此，雖然熔核沿著電極尖端夾緊工件所沿的方向快速生長，但以 高焊接壓力擠壓工件以最小化爆裂。當(dāng)熔核不快速生長時，即，當(dāng)由電阻焊接工藝產(chǎn)生的熱 量增加時，施加至工件的焊接壓力降低，導(dǎo)致工件和電極尖端之間的接觸電阻增加。因此， 促進(jìn)熔核的生長，降低焊接時間，而不明顯地引起爆裂。根據(jù)接下來結(jié)合其中以說明性例子的方式示出本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的附圖進(jìn) 行的描述，本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征和優(yōu)點將變得更明顯。


圖1為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的電阻焊接方法的電阻焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；圖2為放大片段正視圖，部分以橫截面示出，示出了將要焊接的一對工件由一對 電極尖端夾緊和熔核在工件中的生長的方式；圖3為圖1中示出的電阻焊接設(shè)備的操作順序的流程圖；圖4A至4D為示出熔核沿著電極尖端夾緊工件所沿的方向的膨脹量、焊接壓力、焊 接電流和電極尖端的接觸面積以及時間之間的關(guān)系的圖示；和圖5為示出熔核沿著電極尖端夾緊工件所沿的方向的膨脹量的變化和時間之間 的關(guān)系的圖示。
具體實施例方式關(guān)于執(zhí)行電阻焊接方法的電阻焊接設(shè)備的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的電阻焊接 方法將參照附圖詳細(xì)描述如下。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方式的電阻焊接設(shè)備10的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，電阻焊接 設(shè)備10包括用于將來自AC電源12的交流電轉(zhuǎn)換成直流電的轉(zhuǎn)換電路14、用于將直流電轉(zhuǎn) 換成高頻交流電的倒相電路16、用于對高頻交流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換和整流的焊接變壓器電路18、 用于夾緊一對工件的焊槍組件20、用于控制通過工件的焊接電流和施加至工件的焊接壓力 的控制器22、以及用于檢測通過工件的焊接電流的電流檢測器M。焊槍組件20包括用于連接地夾緊工件的活動焊槍臂30和固定焊槍臂32、分別固 定地安裝在活動焊槍臂30和固定焊槍臂32上的一對電極尖端34、36、用于沿著由箭頭A 指示的活動焊槍臂30和固定焊槍臂32夾緊工件所沿的方向移動活動焊槍臂30的伺服電 動機38、以及用于在對工件進(jìn)行電阻焊接時檢測在工件中生長的熔核沿著夾緊工件所沿的 方向的膨脹量的編碼器(膨脹量檢測器)40。將被電阻焊接的工件放在電極尖端34、36之 間。熔核涉及工件的已經(jīng)由在焊接電流通過電極尖端34、36且因此通過工件60時產(chǎn)生的 焦耳熱熔化和凝固的區(qū)域。在圖2中，工件由對應(yīng)的附圖標(biāo)記60、62表示，熔核由附圖標(biāo)記 64表示。諸如滾珠螺桿或類似物之類的移位機構(gòu)(未示出)連接至活動焊槍臂30且還連 接至伺服電動機38。當(dāng)伺服電動機38被激勵以沿一個方向旋轉(zhuǎn)其輸出軸時，移位機構(gòu)被啟 動，以向著固定焊槍臂32移動活動焊槍臂30，以夾緊放在其間的工件60、62。因此可以由 活動焊槍臂30和固定焊槍臂32以期望的焊接壓力夾緊工件60、62。編碼器40檢測活動焊槍臂30向著或離開固定焊槍臂32的位移，S卩，電極尖端34向著或離開電極尖端36的位 移?；顒雍笜尡?0，S卩，電極尖端34的由編碼器40檢測到的移位位置用作熔核64沿著電 極尖端34、36夾緊其間的工件60、62所沿的方向的膨脹量。電極尖端34、36夾緊其間的工 件60、62所沿的方向以下將稱為“夾緊方向”。當(dāng)熔核64由于焦耳熱而如圖2中的兩點劃線指示的那樣垂直膨脹時，定位在熔核 64上的工件60部分地向上膨脹，使電極尖端34向上移動，如圖2中的點劃線所示。因此， 活動焊槍臂30沿由箭頭A指示的方向抬升。活動焊槍臂30的表示熔核64膨脹量的向上 位移由編碼器40檢測。具體地，當(dāng)活動焊槍臂30沿由箭頭A指示的方向抬升時，作為移位 機構(gòu)的滾珠螺桿抬升，使伺服電動機38旋轉(zhuǎn)。編碼器40檢測伺服電動機38的旋轉(zhuǎn)，以檢 測熔核64沿著夾緊方向的膨脹量?？刂破?2包括用于檢測熔核64沿著夾緊方向的膨脹量的變化的變化檢測器50、 用于基于檢測到的熔核64的膨脹量的變化控制施加至工件60、62的焊接壓力的焊接壓力 控制器52、以及基于檢測到的熔核64的膨脹量的變化控制通過工件60、62的焊接電流的焊 接電流控制器M。變化檢測器50基于熔核64沿夾緊方向的在不同時間檢測到的膨脹量周期性地檢 測熔核64沿夾緊方向的膨脹量的變化。熔核64沿夾緊方向的膨脹量的變化表示熔核64 沿夾緊方向的生長速率。例如，變化檢測器50基于熔核64沿夾緊方向的在當(dāng)前周期檢測 到的膨脹量和熔核64沿夾緊方向的在前一周期檢測到的膨脹量周期性地檢測熔核64沿夾 緊方向的膨脹量的變化。焊接壓力控制器52控制伺服電動機38，以移位滾珠螺桿(未示出)，用于由此控 制為電極尖端34、36夾緊工件60、62施加的焊接壓力。焊接電流控制器M根據(jù)PWM過程 控制倒相電路16，以控制通過工件60、62的焊接電流?？刂破?2包括計算機(未示出)。 在計算機讀取和執(zhí)行對應(yīng)的程序時，計算機用作控制器22。根據(jù)本實施方式，基于由電流檢 測器M檢測到的焊接電流，控制器22根據(jù)反饋控制過程控制流過電極尖端34、36的焊接 電流。以下將參照圖3中示出的流程和圖4A至4D中示出的圖示描述電阻焊接設(shè)備10 的操作。圖4A至4D為示出熔核64沿著夾緊方向(以下稱為“熔核64的垂直方向”)的膨 脹量、焊接壓力、焊接電流和保持與工件60、62接觸的電極尖端34、36的接觸面積與時間的 關(guān)系的圖示。具體地，圖4A中示出的圖示出了表示熔核64沿著熔核64的垂直方向的膨脹 量和時間之間的關(guān)系的曲線70。圖4B中示出的圖示出了表示焊接壓力和時間之間的關(guān)系 的曲線72。圖4C中示出的圖示出了表示焊接電流和時間之間的關(guān)系的曲線74。圖4D中 示出的圖示出了表示保持與工件60、62接觸的電極尖端34、36的接觸面積和時間之間的關(guān) 系的曲線76。焊接壓力控制器52控制伺服電動機38，以使電極尖端34、36以指定的焊接壓力夾 緊和擠壓工件60、62。隨后，在圖3中示出的步驟Sl中，焊接電流控制器M通過電極尖端 34,36將指定的焊接電流供給至工件60、62。在圖4A至4D中，時間A表示焊接電流控制器M開始通過電極尖端34、36將焊接 電流供給至工件60、62的時間。在焊接電流供給的初始階段，在工件60、62中產(chǎn)生的熔核 64沿由箭頭A指示的方向快速垂直生長。因此，工件60、62之間的內(nèi)壓力快速上升，并易于引起爆裂。在焊接電流供給的初始階段，而且，由于保持與工件60、62接觸的電極尖端34、 36的接觸面積，即，電極尖端34、3擠壓工件60、62的擠壓面積，相對小，如由圖4D中示出的 曲線76所示，熔核64不能被充分地保持和限制在合適的位置。根據(jù)本實施方式，焊接壓力 控制器52在作為指定壓力的相對高的焊接壓力下(參見圖4B中的曲線7 擠壓工件60、 62，由此將熔核64保持在合適的位置，并防止爆裂發(fā)展。而且，在焊接電流供給的初始階段，電極尖端34、36之間的電阻相對較高。如果焊 接電流控制器M通過電極尖端34、36將大的焊接電流供給至工件60、62，則熔核64沿垂直 方向的生長傾向于增加，即，工件60、62之間的內(nèi)壓力傾向于增加，使得更可能發(fā)生爆裂。 根據(jù)本實施方式，焊接電流控制器M向工件60、62供給足夠小以防止爆裂發(fā)展的焊接電流 (參見圖4C中的曲線74)。隨著電阻焊接工藝中過去更多的時間，保持與工件60、62接觸 的電極尖端34、36的接觸面積逐漸增加(參見圖4D中的曲線76)。當(dāng)焊接電流通過工件60、62時，熔核64在工件60、62中和之間產(chǎn)生，如圖2所示。在圖3中的步驟Sl之后，編碼器40在步驟S2中檢測熔核64沿著垂直方向的膨 脹量。如上所述，當(dāng)熔核64由于焦耳熱而如圖2中的兩點劃線指示的那樣垂直膨脹時，工 件60的定位在熔核64上的一部分向上膨脹，使電極尖端34向上移動，如圖2中的點劃線 所示。因此，活動焊槍臂30沿由箭頭A指示的方向抬升?；顒雍笜尡?0的表示熔核64膨 脹量的向上位移由編碼器40檢測。隨后，在步驟S3中，變化檢測器50基于在步驟S2中檢測到的熔核64的膨脹量檢 測熔核64的膨脹量的變化。具體地，變化檢測器50基于熔核64沿垂直方向的在當(dāng)前周期 檢測到的膨脹量和熔核64沿垂直方向的在前一周期檢測到的膨脹量檢測熔核64的膨脹量 的變化。隨后，在步驟S4中，焊接壓力控制器52和焊接電流控制器M確定在步驟S3中檢 測到的變化是否小于閾值。在焊接電流供給的初始階段，如上所述，在工件60、62中產(chǎn)生的 熔核64快速垂直生長，因此熔核64沿垂直方向的膨脹量的變化相對較大。隨著供給焊接 電流的時間的過去，即，隨著焊接時間的過去，熔核64沿水平方向的生長變得比沿垂直方 向的生長大。因此，熔核64沿垂直方向的膨脹量的變化隨著焊接時間的過去而變小(參見 圖4A中的曲線70)。圖5為示出熔核64沿垂直方向的膨脹量的變化和時間之間的關(guān)系的圖示。在圖 4A至4D和5中，時間B表示開始判斷熔核64的膨脹量的變化比閾值小的時間。所述閾值可以為比檢測到的最大的一個變化小某個百分比的值，并且可以根據(jù)工 件60、62的材料而改變。例如，如果工件60、62由高強度材料制成，并且每個工件具有1. 6mm 的厚度，則所述閾值為比檢測到的最大變化小30%的值。如果在步驟S4中判斷變化不小于所述閾值，則控制返回步驟S2，以重復(fù)步驟S2、 S3和S4。因此，變化檢測器50周期地檢測熔核64沿夾緊方向的膨脹量的變化，直到判斷 熔核64的膨脹量的變化小于所述閾值。由變化檢測器50在對應(yīng)的時間周期性地檢測的變 化表示圖4A中的曲線70在對應(yīng)的時間處的相應(yīng)梯度。因此，變化檢測器50周期性地檢測 圖4A中的曲線70的梯度。如果在步驟S4中判斷變化小于所述閾值，則控制進(jìn)行到步驟S5，其中焊接壓力控 制器52逐漸降低焊接壓力，并且焊接電流控制器M逐漸增加焊接電流。如從圖4B中的曲線72看到的那樣，指定焊接壓力施加至工件60、62，直到焊接時間到達(dá)時間B。當(dāng)焊接時間 到達(dá)時間B時，則焊接壓力從指定焊接壓力降低至某個壓力水平，隨后維持在所述某個壓 力水平。如從圖4C中的曲線74看到的那樣，指定焊接電流供給至工件60、62，直到焊接時 間到達(dá)時間B。當(dāng)焊接時間到達(dá)時間B時，焊接電流從指定焊接電流逐漸增加。可以在焊接電流已經(jīng)增加至某個電流之后將焊接電流維持所述某個電流。焊接電 流可以以根據(jù)檢測到的熔核64的膨脹量的變化改變的速率增加。例如，焊接電流增加的速 率可以在檢測到的熔核64的膨脹量的變化降低時增加。以下將描述在在步驟S4中判斷檢測到的熔核64的膨脹量的變化小于閾值時降低 焊接壓力和增加焊接電流的原因。如上所述，在焊接電流供給的初始階段，工件60、62中產(chǎn) 生的熔核64快速垂直生長。在焊接電流供給的中間和后期階段，熔核64主要沿水平方向生 長。換句話說，雖然熔核64主要沿水平方向生長，但熔核64不會明顯地沿垂直方向生長， 因此熔核64沿垂直方向的膨脹量的變化小，不易于發(fā)展爆裂。在焊接電流供給的中間和后期階段，由于保持與工件60、62接觸的電極尖端34、 36的接觸面積增加，由電阻焊接過程產(chǎn)生的熱量通過電極尖端34、36輻射，降低了工件60、 62之間的熱效率，且減慢了熔核64的生長。由于由電阻焊接過程產(chǎn)生的熱量還通過工件 60,62輻射的緣故，熔核64的生長被進(jìn)一步減慢。根據(jù)本實施方式，當(dāng)熔核64沿垂直方向的膨脹量的變化變?yōu)樾∮陂撝禃r，施加至 工件60、62的焊接壓力降低，增加了電極尖端34、36和工件60、62之間的接觸電阻，因此增 加了由電阻焊接過程產(chǎn)生的熱量。同時，供給至工件60、62的焊接電流增加，增加了由電阻 焊接過程產(chǎn)生的熱量。即使在焊接壓力降低且焊接電流增加時，在在焊接電流供給的中間 和后期階段也不易于發(fā)展爆裂。因此，促進(jìn)了熔核64的生長，并且供給焊接電流的時間降低，而不會明顯地引起 爆裂。由于電阻焊接工藝期間的能量損失時間由于供給焊接電流的時間減少而縮短，則由 電阻焊接設(shè)備10執(zhí)行的電阻焊接方法節(jié)省了能量。在焊接電流供給的初始階段，可以控制 工件60、62之間的內(nèi)壓力，以通過增加焊接壓力和降低焊接電流防止爆裂發(fā)生。本發(fā)明的上述實施方式可以進(jìn)行如下修改。(1)在上述實施方式中，伺服電動機38用來移動活動焊槍臂30。然而，諸如流體壓 力汽缸或類似物之類的線性致動器也可以代替伺服電動機38用來沿著工件60、62的夾緊 方向致動活動焊槍臂30。在上述實施方式中，僅活動焊槍臂30被致動。然而，兩個焊槍臂 30、32都可以是沿著夾緊方向可活動的活動焊槍臂，以控制施加至工件60、62的壓力。在上 述實施方式中，編碼器40用來檢測熔核64沿垂直方向的膨脹量。然而，激光位移傳感器、 加壓傳感器、超聲波傳感器或類似物可以用來代替編碼器40檢測熔核64沿垂直方向的膨 脹量。(2)在上述實施方式中，在圖3中在步驟S3中檢測熔核64沿垂直方向的膨脹量的 變化，并在步驟S4中將檢測到的變化與閾值進(jìn)行比較，以確定檢測到的變化是否小于所述 閾值。然而，控制可以從步驟S2直接到步驟S4,從步驟S4開始，如果判斷在步驟S3中檢 測到的熔核64的膨脹量大于在步驟S4中的閾值，則控制可以進(jìn)行到步驟S5。在這種修改 中，步驟S4中使用的閾值根據(jù)工件60、62的材料確定。(3)在上述實施方式中，焊接電流和焊接壓力都被控制，以促進(jìn)熔核64的生長，降低供給焊接電流的時間，而不會明顯地引起爆裂。然而，可以控制焊接電流和焊接壓力中的 一個，以促進(jìn)熔核64的生長，降低供給焊接電流的時間，而不會明顯地引起爆裂。例如，如 果判斷熔核64沿垂直方向的膨脹量的變化小于步驟S4中的閾值，則在步驟S5中，僅施加 至工件60、62的焊接壓力可以降低，或僅流過工件60、62的焊接電流可以增加。(4)在上述實施方式中，如果熔核64沿垂直方向的膨脹量的變化在步驟S4中被判 斷為小于閾值，則控制直接進(jìn)行到步驟S5。然而，控制可以從步驟S4返回步驟S2，直到在 步驟S4判斷預(yù)定量的時間，熔核64沿垂直方向的膨脹量的變化被判斷為小于閾值，并且如 果在步驟S4中判斷預(yù)定量的時間，熔核64沿垂直方向的膨脹量的變化被判斷為小于閾值， 則控制可以從步驟S4進(jìn)行到步驟S5。根據(jù)這種修改，防止當(dāng)熔核64沿垂直方向的膨脹量 的變化被錯誤地檢測時控制進(jìn)行到步驟S5。因此，更精確和有效地促進(jìn)熔核64的生長，降 低了供給焊接電流的時間，而不會明顯地引起爆裂。(5)上述修改(1)至(4)可以以任何期望的方式組合。雖然已經(jīng)詳細(xì)示出和描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離隨 附權(quán)利要求的范圍的前提下可以進(jìn)行各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種電阻焊接一對工件(60，62)的方法，其通過采用一對電極尖端(34，36)以指定 焊接壓力夾緊一對工件(60,6 并通過電極尖端(34，36)向工件(60,6 供給焊接電流， 該方法包括下述步驟檢測在工件(60，62)中產(chǎn)生的熔核(64)沿著電極尖端(34，36)夾緊其間的工件(60， 62)所沿的方向的膨脹量的變化；判斷檢測到的變化是否小于閾值；以及在判斷檢測到的變化小于所述閾值之后，逐漸增加流過工件(60，62)的焊接電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中逐漸增加焊接電流的步驟包括根據(jù)檢測到的變化 增加焊接電流的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在判斷檢測到的變化小于所述閾值時降低施加 至工件(60，62)的焊接壓力的步驟。
4.一種電阻焊接一對工件(60，62)的方法，其通過采用一對電極尖端(34，36)以指定 焊接壓力夾緊一對工件(60,6 并通過電極尖端(34，36)向工件(60,6 供給焊接電流， 該方法包括下述步驟檢測在工件(60，62)中產(chǎn)生的熔核(64)沿著電極尖端(34，36)夾緊其間的工件(60， 62)所沿的方向的膨脹量的變化；判斷檢測到的變化是否小于閾值；以及在判斷檢測到的變化小于所述閾值之后，降低施加至工件(60，62)的焊接壓力。
全文摘要
一種電阻焊接方法，其通過采用一對電極尖端(34，36)以指定焊接壓力夾緊一對工件(60，62)并通過電極尖端(34，36)向工件(60，62)供給焊接電流而對工件(60，62)進(jìn)行電阻焊接，該方法包括下述步驟檢測在工件(60，62)中產(chǎn)生的熔核(64)沿著電極尖端(34，36)夾緊其間的工件(60，62)所沿的方向的膨脹量的變化；判斷檢測到的變化是否小于閾值；以及在判斷檢測到的變化小于所述閾值之后，逐漸增加流過工件(60，62)的焊接電流。
文檔編號B23K11/34GK102139405SQ20111003263
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者武石克己, 牧田琢, 金子貢, 長谷川榮作, 青木裕志 申請人:本田技研工業(yè)株式會社