電弧焊接方法及電弧焊接裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供電弧焊接方法及電弧焊接裝置，使用焊料將至少一方實施有鍍敷處理的兩個母材適當焊接。一種將至少一方具有鍍敷層的兩個母材（K1、K2）通過焊料（F）電弧焊接的電弧焊接方法，交替地進行鍍敷層去除工序和焊料熔敷工序，在所述鍍敷層去除工序中，在停止焊料（F）的進給的狀態(tài)下，使焊炬（10）沿著焊接線（L）移動并以電流值（I1）進行電弧放電，從而去除鍍敷層，在所述焊料熔敷工序中，在使焊炬（10）的移動停止的狀態(tài)下，進給焊料（F）并以比電流值（I1）小的電流值（I2）進行電弧放電，從而在去除了鍍敷層的位置使焊料（F）熔敷。
【專利說明】電弧焊接方法及電弧焊接裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使用焊料對兩個母材進行電弧焊接的電弧焊接方法及電弧焊接裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 以往，已知有在母材與焊炬之間產(chǎn)生電弧放電，利用該電弧放電產(chǎn)生的高熱量使 填充焊絲(焊料）熔融，并使母材與焊料以分子等級融合一體化的電弧焊接(所謂的電弧硬 釬焊)。通過進行該電弧焊接，熔融的焊料進入接合位置的狹窄間隙，因此具有即使母材彼 此的接合位置為復(fù)雜的形狀，也能夠比較容易地進行焊接的優(yōu)點。
[0003] 例如，在專利文獻1中記載有如下脈沖電弧焊接方法：向非消耗電極呈脈沖狀地 供給電弧電流而在其與母材之間產(chǎn)生電弧放電，并以與所述的脈沖同步的方式間歇性地輸 送填充焊絲。
[0004] 需要說明的是，在專利文獻1所述的發(fā)明中設(shè)為，在電弧電流的值為峰值電流（> 基值電流）時使填充焊絲熔融，并且在基值電流時不使填充焊絲熔融。
[0005] 【在先技術(shù)文獻】
[0006] 【專利文獻】
[0007] 【專利文獻1】日本特開2011 - 110604號公報 [0008]【發(fā)明的概要】
[0009]【發(fā)明要解決的課題】
[0010] 在用于機動車等的構(gòu)件中，出于表面保護或防氧化的目的而大多實施鍍敷處理。 此外，在絕大多數(shù)情況下，焊料的沸點低于鍍敷層(例如Zn)的熔點。
[0011] 于是，在接合具有鍍敷層的母材時，利用專利文獻1所述的發(fā)明會產(chǎn)生以下這樣 的問題。
[0012] 第一，若不進行鍍敷層的去除而將峰值電流設(shè)定為使填充焊絲熔融的程度的溫 度，則在鍍敷層上形成焊珠(焊接痕的鼓起)。這種情況下，由于在母材與焊珠的接合界面殘 存有鍍敷層，因此存在接合強度減弱這樣的問題。
[0013] 第二，若將峰值電流設(shè)定為使鍍敷層熔融飛濺(蒸騰）的程度的溫度，則焊料(其沸 點低于鍍敷層的熔點。）蒸發(fā)，存在無法適當?shù)剡M行焊接這樣的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 因此，本發(fā)明的課題在于提供一種使用焊料將在至少一方上實施有鍍敷處理的兩 個母材適當焊接的電弧焊接方法及電弧焊接裝置。
[0015] 【用于解決課題的手段】
[0016] 為了解決所述課題，本發(fā)明所涉及的電弧焊接方法將至少一方具有鍍敷層的兩個 母材通過焊料電弧焊接，其特征在于，交替地進行鍍敷層去除工序和焊料熔敷工序，在所述 鍍敷層去除工序中，在停止所述焊料的進給的狀態(tài)下，使焊炬沿著焊接線移動并以第一電 流值進行電弧放電，從而去除所述鍍敷層，在所述焊料熔敷工序中，在使所述焊炬的移動停 止的狀態(tài)下，進給所述焊料并以比所述第一電流值小的第二電流值進行電弧放電，從而在 去除了所述鍍敷層的位置使所述焊料熔敷。
[0017] 根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在鍍敷層去除工序中，在停止焊料的進給的狀態(tài)下使焊炬移動 并以第一電流值進行電弧放電，去除鍍敷層。其結(jié)果是，能夠使在此之前被鍍敷層覆蓋的金 屬等露出。此外，在以第一電流值進行的電弧放電中，通過停止焊料的進給，從而防止因電 弧放電的熱量使焊料蒸發(fā)。
[0018] 需要說明的是，所述的"焊接線"是指在焊接兩個母材時用于使焊料作為焊層(連 續(xù)的焊珠）延伸的直線或者曲線。
[0019] 此外，在焊料熔敷工序中，在使焊炬的移動停止的狀態(tài)下進給焊料并以第二電流 值進行電弧放電，從而在鍍敷層被去除的位置使焊料熔敷。由此，在焊料與兩個母材之間不 存在鍍敷層的狀態(tài)下進行焊接，能提高接合強度。
[0020] 此外，在本發(fā)明所涉及的電弧焊接方法中，優(yōu)選的是，所述兩個母材中的一方是以 含有Zn的所述鍍敷層覆蓋Fe系金屬構(gòu)件而成的第一母材，另一方是作為A1系金屬構(gòu)件的 第二母材，所述焊料是ZnSi系焊料。
[0021] 根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，利用ZnSi系的焊料對以含有Zn的鍍敷層覆蓋Fe系金屬構(gòu)件而 成的第一母材以及作為A1系金屬構(gòu)件的第二母材進行電弧焊接，由此焊料與各母材之間 成為以下所示的三層構(gòu)造。
[0022] S卩，成為如下的三層構(gòu)造，即包含：與Fe系金屬構(gòu)件鄰接且以Fe為主要成分的第 一層；與A1系金屬構(gòu)件鄰接且以Zn為主要成分的第二層；以及介于第一 ?第二層間且以 Si為主要成分的第三層。
[0023] 如此，通過使以Si為主要成分的第三層介于第一 ?第二層間，能夠防止A1向Fe 系金屬構(gòu)件(第一母材）側(cè)擴散。其結(jié)果是，能夠防止在接合界面附近形成Fe - A1系的金 屬間化合物層，提高接合強度。
[0024] 此外，在本發(fā)明所涉及的電弧焊接方法中，優(yōu)選的是，在所述焊料熔敷工序中，以 作為所述焊料的填充焊絲的前端位于比電弧靠行進方向后側(cè)的位置并且浸入熔融池的方 式進給所述填充焊絲。
[0025] 根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，不在電弧內(nèi)直接加熱作為焊料的填充焊絲，而使其前端進入熔 融池來間接地加熱。換句話說，由于填充焊絲的前端不進入電弧內(nèi)，因此能夠防止填充焊絲 因電弧的熱量而蒸發(fā)或者熔滴過渡。
[0026] 此外，通過使填充焊絲的前端位于比電弧靠行進方向后側(cè)的位置，從而使前端浸 入到熔融池的擴散物中尚未冷卻的高溫部分，由此能夠使填充焊絲熔敷。
[0027] 此外，本發(fā)明所涉及的電弧焊接裝置將至少一方具有鍍敷層的兩個母材通過焊料 電弧焊接，其特征在于，該電弧焊接裝置具備：焊炬，其在與所述兩個母材之間進行電弧放 電；電弧放電機構(gòu)，其向所述焊炬交替地流通與第一電流值和第二電流值分別對應(yīng)的電流 而進行電弧放電，所述第一電流值是用于通過電弧放電而去除該鍍敷層的電流值，所述第 二電流值是使所述焊料熔融且比所述第一電流值小的電流值；焊炬移動機構(gòu)，其在以所述 第一電流值進行的電弧放電中，使所述焊炬沿著焊接線移動，在以所述第二電流值進行的 電弧放電中，使所述焊炬的移動停止；以及焊料進給機構(gòu)，其在以所述第一電流值進行的電 弧放電中，不進給所述焊料，在以所述第二電流值進行的電弧放電中，以使所述焊料在所述 鍍敷層被去除的位置熔敷的方式進給所述焊料。
[0028] 根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，通過電弧放電機構(gòu)而從焊炬以第一電流值進行電弧放電，由此 能夠去除鍍敷層。此外，在以第一電流值進行電弧放電的期間，通過焊炬移動機構(gòu)使焊炬以 沿著焊接線的方式移動，并通過焊料進給機構(gòu)停止焊料的進給。
[0029] 因而，能夠使在此之前被鍍敷層覆蓋的金屬等露出，并且能夠防止因電弧放電的 熱量使焊料蒸發(fā)。
[0030] 此外，在通過電弧放電機構(gòu)以第二電流值進行電弧放電的期間，通過焊炬移動機 構(gòu)使焊炬的移動停止，并且通過焊料進給機構(gòu)以使焊料在鍍敷層蒸發(fā)的位置熔敷的方式進 給焊料。
[0031] 因而，能夠在焊料與兩個母材之間不存在鍍敷層的狀態(tài)下進行焊接，能夠提高接 合強度。
[0032] 【發(fā)明效果】
[0033] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供使用焊料將在至少一方實施有鍍敷處理的兩個母材適當焊 接的電弧焊接方法及電弧焊接裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明的一實施方式所涉及的電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0035] 圖2是表示進行電弧焊接時的順序的說明圖（是從左側(cè)觀察圖1的接合結(jié)構(gòu)體時 的圖)，（a)是鍍敷層去除工序的說明圖，（b)是焊料熔敷工序的說明圖。
[0036] 圖3是關(guān)于本實施方式所涉及的電弧焊接裝置的處理的時序圖，（a)是焊接電流 的時序圖，（b)是焊炬的移動速度的時序圖，（c)是填充焊絲進給速度的時序圖。
[0037] 圖4是關(guān)于本實施方式所涉及的電弧焊接裝置(實線)、比較例所涉及的電弧焊接 裝置(單點劃線）的、表示母材與焊料的接合界面附近的溫度變化的曲線圖。
[0038] 圖5 (a)是使用本實施方式所涉及的電弧焊接裝置的情況下的接合界面的剖面放 大照片，（b)是使用比較例所涉及的電弧焊接裝置的情況下的接合界面的剖面放大照片。
[0039] 圖6是關(guān)于比較例所涉及的電弧焊接裝置的處理的時序圖，（a)是焊接電流的時 序圖，（b)是焊炬的移動速度的時序圖，（c)是填充焊絲進給速度的時序圖。
[0040] 【附圖標記的說明】
[0041] 100電弧焊接裝置
[0042] 10 焊炬
[0043] 11非消耗電極
[0044] 12 噴嘴
[0045] 20氣體供給裝置
[0046] 30機器人驅(qū)動裝置(焊炬移動機構(gòu)）
[0047] 40填充焊絲進給裝置(焊料進給機構(gòu)）
[0048] 50電源裝置（電弧放電機構(gòu)、焊炬移動機構(gòu)、焊料進給機構(gòu)）
[0049] 60控制裝置
[0050] 61電弧放電控制機構(gòu)（電弧放電機構(gòu)）
[0051] 62焊炬移動控制機構(gòu)(焊炬移動機構(gòu)）
[0052] 63焊料進給控制機構(gòu)(焊料進給機構(gòu)）
[0053] F 填充焊絲(焊料）
[0054] G 填充焊絲引導(dǎo)件
[0055] K1第一母材(母材）
[0056] K11鍍敷層
[0057] K2第二母材(母材）
[0058] L 焊接線
[0059] S 接合結(jié)構(gòu)體
[0060] P 熔融池

【具體實施方式】
[0061] 以下，參照適當附圖對用于實施本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。
[0062] 需要說明的是，在以下的說明中，"母材"表示通過電弧焊接而彼此接合的構(gòu)件。此 外，"焊料"表示在焊接中使用的接合介質(zhì)。
[0063] 《實施方式》
[0064] 圖1是本發(fā)明的一實施方式所涉及的電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，定義 前后?左右?上下。此外，圖1所示的實線表示電力線，虛線箭頭表示信號線。
[0065] 電弧焊接裝置100是利用在兩個母材ΚΙ、K2與焊炬10之間產(chǎn)生的電弧放電的熱 量使填充焊絲F (即焊料）熔敷而將各母材ΚΙ、K2焊接的裝置。
[0066] 以下，在說明電弧焊接裝置100之前，依次對兩個母材ΚΙ、K2、作為焊料的填充焊 絲F、引導(dǎo)填充焊絲F的進給的填充焊絲引導(dǎo)件G進行說明。
[0067] 圖1所示的第一母材K1是將Fe系金屬構(gòu)件使用Zn進行了鍍敷處理而成的板狀 構(gòu)件(鋼板)，從前側(cè)觀察呈鉤狀（L字狀)。第二母材K2是A1系金屬構(gòu)件，從前側(cè)觀察呈鉤 狀。需要說明的是，第一母材K1的鍍敷層Kll (Zn鍍敷層：參照圖2)的熔點為約1200°C。 [0068] 如圖1所示，使第一母材K1的彎折部與第二母材K2的彎折部在左右方向上對置， 以在俯視下呈矩形狀延伸的部分上形成階梯差的方式（以第一母材K1的高度低于第二母 材K2的高度的方式）使其對合。然后，將在兩個母材K1、K2的各彎折部形成的坡口作為焊 接線L，沿著該焊接線L進行電弧焊接，由此將各母材ΚΙ、Κ2接合。
[0069] 需要說明的是，所述的"焊接線L"是在將兩個母材Κ1、Κ2接合時用于使焊料作為 焊層(連續(xù)的焊珠）延伸的直線或者曲線。此外，兩個母材ΚΙ、Κ2通過規(guī)定的固定構(gòu)件(未 圖示）或者機器人(未圖示）進行定位。
[0070] 填充焊絲F是形成為線狀的ZnSi系的焊料，根據(jù)來自后述的控制裝置60的指令 而通過填充焊絲進給裝置40來進給。ZnSi系的填充焊絲F (焊料)的熔點為大約420°C，沸 點為大約907°C。換句話說，填充焊絲F的熔點及沸點低于第一母材K1的鍍敷層Kll (Zn 鍍敷層：參照圖2)的熔點（1200°C)。
[0071] 填充焊絲引導(dǎo)件G是以填充焊絲F為軸線的筒狀構(gòu)件，其引導(dǎo)通過填充焊絲進給 裝置40來進給的填充焊絲F (焊料)。
[0072] 填充焊絲引導(dǎo)件G以其軸線從鉛垂方向朝后側(cè)傾斜規(guī)定角度的方式而由多軸多 關(guān)節(jié)機器人(未圖示）保持。在本實施方式中，以填充焊絲F位于比電弧靠行進方向后側(cè)的 方式固定焊炬10與填充焊絲引導(dǎo)件G的相對位置(參照圖2 (a)、圖2 (b))。填充焊絲引 導(dǎo)件G與各母材K1、K2的距離、軸線的角度被預(yù)先設(shè)定。
[0073] <電弧焊接裝置的結(jié)構(gòu)>
[0074] 如圖1所示，電弧焊接裝置100具備焊炬10、氣體供給裝置20、機器人驅(qū)動裝置 30、填充焊絲進給裝置40、電源裝置50以及控制裝置60。
[0075] (焊炬）
[0076] 焊炬10通過向由鎢等構(gòu)成的非消耗電極11導(dǎo)通焊接電流而進行電弧放電，并且 供給用于遮擋焊接位置以免受外部氣體影響的保護氣體。焊炬10具有棒狀的非消耗電極 11、以該非消耗電極為軸線的方式延伸的筒狀的噴嘴12、以及在噴嘴12內(nèi)保持非消耗電極 11的夾頭主體(未圖示)。
[0077] 焊炬10以其軸線從鉛垂方向朝前側(cè)傾斜規(guī)定角度的方式被多軸多關(guān)節(jié)機器人 (未圖示）保持。需要說明的是，焊炬10與母材的距離(高度)、軸線的角度預(yù)先設(shè)定。
[0078] 在本實施方式中，控制裝置60控制多軸多關(guān)節(jié)機器人的動作，從而使焊炬10沿著 焊接線L移動?停止，并且也以從后方追隨焊炬10的方式使填充焊絲引導(dǎo)件G移動。
[0079] (氣體供給裝置）
[0080] 氣體供給裝置20將氬氣或氦氣等不活潑氣體作為保護氣體而從噴嘴12噴射。由 此，能夠防止熔融的焊料等與外部氣體中含有的氧氣或氮氣反應(yīng)。
[0081] (機器人驅(qū)動裝置）
[0082] 機器人驅(qū)動裝置30是根據(jù)來自控制裝置60的指令而驅(qū)動多軸多關(guān)節(jié)機器人的促 動器等，具有使焊炬10及填充焊絲引導(dǎo)件G沿著焊接線L移動的功能。
[0083] (填充焊絲進給裝置）
[0084] 填充焊絲進給裝置40是根據(jù)來自控制裝置60的指令從填充物收容器(未圖示)弓丨 出線狀的填充物(焊料)，并借助填充焊絲引導(dǎo)件G使其進給的裝置。
[0085] 利用焊料進給控制機構(gòu)63,以使填充焊絲F的前端浸入熔融池 Ρ (參照圖2 (b)) 的方式控制填充焊絲進給裝置40,該詳細情況在后說明。所述的"熔融池 P"表示積存在所 述的焊接線L上的熔融狀態(tài)的焊料。通過使熔融池 P凝固而形成焊珠，多個焊珠沿著焊接 線L呈鱗狀相連而形成焊層。
[0086] (電源裝置）
[0087] 電源裝置50是向電弧焊接供給必要的電力的裝置，其具有驅(qū)動電源51、TIG (Tungsten Insert Gas)電源52、電流檢測器53和電壓檢測器54。
[0088] 驅(qū)動電源51是通過變壓器(未圖示)將工業(yè)三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并根據(jù)來自 控制裝置60的指令而向氣體供給裝置20、機器人驅(qū)動裝置30及填充焊絲進給裝置40供給 電力的電源。驅(qū)動電源51的陽極與氣體供給裝置20、機器人驅(qū)動裝置30及填充焊絲進給 裝置40電連接，驅(qū)動電源51的負極接地。
[0089] TIG電源52是用于通過變壓器(未圖示)將工業(yè)三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并根據(jù) 來自控制裝置60的指令產(chǎn)生電弧放電的電源。TIG電源52的陽極與兩個母材K1、K2電連 接，TIG電源52的負極與焊炬10的非消耗電極11電連接。
[0090] 電流檢測器53檢測在焊炬10的非消耗電極11與兩個母材ΚΙ、K2之間產(chǎn)生的電 弧放電的電流值等。電流檢測器53將檢測到的電流值向控制裝置60輸出。
[0091] 電壓檢測器54檢測在焊炬10的非消耗電極11與兩個母材之間產(chǎn)生的電弧放電 的電壓值。電壓檢測器54將檢測到的電壓值向控制裝置60輸出。
[0092] (控制裝置）
[0093] 控制裝置60控制氣體供給裝置20、機器人驅(qū)動裝置30及填充焊絲進給裝置40的 驅(qū)動?？刂蒲b置 60 構(gòu)成為具備 CPU(Central Processing Unit)、R0M(Read Only Memory)、 RAM (Random Access Memory)、HDD (Hard Disk Drive)及各種接口等的電路，基于存儲在 其內(nèi)部的程序進行動作，從而實現(xiàn)各種功能。
[0094] 控制裝置60具有電弧放電控制機構(gòu)61、焊炬移動控制機構(gòu)62、焊料進給控制機構(gòu) 63〇
[0095] 電弧放電控制機構(gòu)61以使與電流值II (第一電流值）和小于該電流值II的電流 值12 (第二電流值）各自對應(yīng)的電流交替流通的方式控制來自TIG電源52的焊接電流(參 照圖3 (a))。
[0096] 需要說明的是，在焊炬10與兩個母材K1、K2之間進行電弧放電的"電弧放電機構(gòu)" 構(gòu)成為包括電源裝置50和電弧放電控制機構(gòu)61。
[0097] 所述的電流值II是能夠通過電弧放電的直接熱量使鍍敷層Κ11 (參照圖2 (a)、 圖2 (b))熔融飛濺(蒸騰）并去除的電流值。換句話說，電流值II設(shè)定為通過電弧放電的 熱量使鍍敷層Kll (Zn)的溫度高于其熔點(約1200°C)。
[0098] 所述的電流值12 (< II)是能夠使作為焊料的填充焊絲F熔融的電流值。例如， 電流值12設(shè)定為通過電弧放電的間接熱量使焊料（ZnSi)的溫度高于其熔點(約420°C )并 且低于其沸點（約907°C)。需要說明的是，電流值12也可以設(shè)定為零。
[0099] 所述的電流值11、12的值基于事先的實驗等預(yù)先設(shè)定，并存儲到控制裝置60所具 有的存儲機構(gòu)(未圖示）中。
[0100] 焊炬移動控制機構(gòu)62以下述方式控制機器人驅(qū)動裝置30 (參照圖3 (b):在以所 述的電流值II進行的電弧放電中使焊炬10沿著焊接線L (參照圖1)移動，在以電流值12 (< II)進行的電弧放電中，使焊炬10的移動停止。此外，焊炬移動控制機構(gòu)62也以使填 充焊絲引導(dǎo)件G維持與焊炬10的相對位置的方式使填充焊絲引導(dǎo)件G移動。
[0101] 需要說明的是，使焊炬10移動·停止的"焊炬移動機構(gòu)"構(gòu)成為包括機器人驅(qū)動 裝置30、電源裝置50、焊炬移動控制機構(gòu)62。
[0102] 焊料進給控制機構(gòu)63以下述方式控制填充焊絲進給裝置40 (參照圖3 (c)):在 以所述的電流值11進行的電弧放電中，不進給焊料(填充焊絲F)，在以電流值12進行的電 弧放電中，使焊料在鍍敷層ΚΙ 1 (Zn)蒸發(fā)的位置熔敷。
[0103] 由此，防止因以電流值II進行的電弧放電的熱量使焊料蒸發(fā)，并在覆蓋第一母材 K1的鍍敷層K11蒸發(fā)后的位置熔敷焊料。
[0104] 需要說明的是，進給焊料的"焊料進給機構(gòu)"構(gòu)成為包括填充焊絲進給裝置40、電 源裝置50、焊料進給控制機構(gòu)63。
[0105] <電弧焊接的處理順序>
[0106] 圖2是表示進行電弧焊接時的順序的說明圖。需要說明的是，圖2 (a)、圖2 (b) 是在位于比圖1所示的接合線L稍靠左側(cè)且沿前后?上下方向擴展的平面處切斷接合結(jié)構(gòu) 體S、且從左側(cè)觀察其剖面而成的圖。需要說明的是，對于呈鉤狀的第一母材K1中的彎折部 及沿上下方向延伸的平板部，省略了圖示。
[0107] 控制裝置60根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序而交替執(zhí)行鍍敷層去除工序和焊料熔敷工序。 [0108](鍍敷層去除工序）
[0109] 圖2 (a)是鍍敷層去除工序的說明圖。如上所述，第一母材K1是Fe系金屬構(gòu)件 使用Zn進行了鍍敷處理而成的板狀構(gòu)件，第二母材K2是A1系金屬構(gòu)件。需要說明的是， 在圖2 (a)、圖2 (b)中，還示出第一母材K1所具有的鍍敷層K11 (在圖1中省略)。
[0110] 在鍍敷層去除工序中，控制裝置60在停止焊料的進給的狀態(tài)下使焊炬10沿著焊 接線L移動并以電流值II進行電弧放電，由此使鍍敷層K11熔融飛濺(去除)。
[0111] 例如，在圖3 (a)的時刻to?tl中，電弧放電控制機構(gòu)61 (參照圖1)將來自TIG 電源52的焊接電流控制為以電流值II進行電弧放電。電弧放電中的電流值?電壓值分別 通過電流檢測器53 ·電壓檢測器54 (參照圖1)來檢測，并向控制裝置60輸入。
[0112] 當通過電弧放電的熱量使第一母材K1的鍍敷層K11熔融飛濺時，該位置的Fe系 金屬構(gòu)件K12露出。
[0113] 如圖3 (b)所示，在時刻t0?tl中，焊炬移動控制機構(gòu)62 (參照圖1)使焊炬10 沿著焊接線L以規(guī)定速度V移動。所述的規(guī)定速度V被預(yù)先設(shè)定為，去除第一母材K1的鍍 敷層K11，并且通過后述的焊料熔敷工序形成規(guī)定大小的焊珠。
[0114] 另外，填充焊絲引導(dǎo)件G借助多軸多關(guān)節(jié)機器人以保持與焊炬10的相對位置且從 后方追隨焊炬10的方式按照規(guī)定速度V移動。通過該朝向行進方向前方的移動，填充焊絲 F的前端從之前形成的焊珠的表面分離，成為位于其前側(cè)的狀態(tài)(參照圖2 (a))。
[0115] 需要說明的是，也可以在填充焊絲F的前端從焊珠的表面離開時，通過填充焊絲 進給裝置40將填充焊絲F向進給時的相反朝向拉動規(guī)定距離。
[0116] 如圖3 (c)所示，在時刻t0?tl中，焊料進給控制機構(gòu)63 (參照圖1)使焊料、即 填充焊絲F的進給停止。由此，使填充焊絲F的前端不進入電弧，能夠防止因電流值II的 電弧放電所產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致填充焊絲F蒸發(fā)。
[0117] (焊料熔敷工序）
[0118] 圖2 (b)是焊料熔敷工序的說明圖。在焊料熔敷工序中，控制裝置60在使焊炬10 的移動停止的狀態(tài)下，進給焊料并以電流值12 (< II)進行電弧放電，使焊料熔敷在焊接線 L上的鍍敷層K11被去除的位置。
[0119] 例如，在圖3 (a)的時刻tl?t2中，電弧放電控制機構(gòu)61 (參照圖1)以利用電 流值12來電弧放電的方式控制來自TIG電源52的焊接電流。如上所述，電流值12被設(shè)定 為使焊料（即，ZnSi )熔融的值。
[0120] 如圖3 (b)所示，在時刻tl?t2中，焊炬移動控制機構(gòu)62 (參照圖1)使焊炬10 的移動停止。由此，焊炬10停留于在之前的鍍敷層去除工序中去除了第一母材K1的鍍敷 層K11的位置。
[0121] 如圖3 (c)所示，在時刻tl?t2中，焊料進給控制機構(gòu)63 (參照圖1)將作為焊 料的填充焊絲F以規(guī)定速度W進給。需要說明的是，規(guī)定速度W是以在焊料熔敷工序的執(zhí) 行中將填充焊絲F的前端浸入熔融池 P的方式對應(yīng)于每單位時間的填充焊絲F的熔融量而 預(yù)先設(shè)定的。換句話說，規(guī)定速度W設(shè)定為不會使進給速度過快而導(dǎo)致填充焊絲F的前端 與母材碰撞、或者進給速度過慢而導(dǎo)致填充焊絲F的前端離開熔融池 P。
[0122] 被進給的填充焊絲F的前端在之前形成的焊珠的表面附近熔融。此時，電弧位于 比填充焊絲F的前端靠前側(cè)（S卩，填充焊絲F不進入電弧：參照圖2 (b))。填充焊絲F的前 端借助之前執(zhí)行的基于電流值II的電弧放電所產(chǎn)生的余熱和位于前側(cè)的電弧放電的放射 熱而熔融。
[0123] 通過使進給的填充焊絲F熔融而產(chǎn)生熔融池 P。該熔融池 P在各母材K1、K2上潤 濕而擴散，并到達電流值12的電弧。由于填充焊絲F以規(guī)定速度W連續(xù)進給，因此利用電 弧放電的熱量經(jīng)由熔融池 Ρ間接地加熱，持續(xù)進行填充焊絲F的熔融。
[0124] 如此不使填充焊絲F進入電弧而經(jīng)由熔融池 Ρ間接地加熱，從而能夠可靠地防止 填充焊絲F (焊料）的蒸發(fā)、熔滴過渡。
[0125] 如圖3所示，控制裝置60交替執(zhí)行鍍敷層去除工序和焊料熔敷工序。由此，在焊 接線L上形成鱗狀的焊珠，第一母材Κ1與第二母材Κ2被焊接。
[0126] <關(guān)于接合界面>
[0127] 利用ZnSi系的焊料對被包含Ζη的鍍敷層Κ11覆蓋Fe系金屬構(gòu)件Κ12 (母材主 體）而成的第一母材K1以及作為A1系金屬構(gòu)件的第二母材K2進行電弧焊接，從而使焊料 與各母材K1、K2之間成為如下的三層構(gòu)造。
[0128] S卩，焊料與各母材ΚΙ、Κ2之間成為包含如下結(jié)構(gòu)的三層構(gòu)造，即包含：與Fe系金 屬構(gòu)件K12鄰接且以Fe為主要成分的第一層；與A1系金屬構(gòu)件鄰接且以Ζη為主要成分的 第二層；以及介于所述的第一 ?第二反應(yīng)層間且以Si為主要成分的極薄的第三層(例如， Fe3Al2Si3)。
[0129] 需要說明的是，圖5 (a)所示的"Fe層"相當于所述的第一層，"Ζη層"相當于第二 層，"Si層"相當于第三層。
[0130] 如此，通過使以Si為主要成分的第三層介于第一 ?第二層間，從而能夠防止Fe系 金屬構(gòu)件K12與作為A1系金屬構(gòu)件的第二母材K2發(fā)生彼此擴散反應(yīng)。因而，能夠防止在 接合界面形成硬且脆的Fe - A1系的金屬間化合物層(例如，F(xiàn)e2Al5)，并提高接合強度(拉伸 強度、剝離強度)。
[0131] 《效果》
[0132] 根據(jù)本實施方式所涉及的電弧焊接裝置100,在鍍敷層去除工序中，在停止焊料的 進給的狀態(tài)下，使焊炬10沿著焊接線L移動并以電流值II進行電弧放電，去除鍍敷層K11。
[0133] 如此，通過以電弧放電的熱量來去除第一母材K1的鍍敷層K11，能夠使在此之前 被鍍敷層K11覆蓋的Fe系金屬構(gòu)件K12露出。此外，通過在以電流值II進行的電弧放電 中停止焊料的進給，能夠防止因電弧放電的熱量使焊料蒸發(fā)。
[0134] 此外，在焊料熔敷工序中，在使焊炬10的移動停止的狀態(tài)下，進給焊料并以小于 電流值II的電流值12進行電弧放電，使焊料在鍍敷層K11被去除的位置熔敷。因而，能夠 在焊料與兩個母材ΚΙ、K2之間不夾有鍍敷層K11的狀態(tài)下進行焊接。由此，與現(xiàn)有技術(shù)相 比能夠大幅度提高接合強度(拉伸強度、剝離強度)。
[0135] 此外，不使作為焊料的填充焊絲F通過電弧放電被直接加熱，而將其前端浸入熔 融池 P而間接地加熱。換句話說，由于填充焊絲F的前端不進入電弧內(nèi)，因此能夠防止填充 焊絲F蒸發(fā)或者熔滴過渡。因而，能夠使接合界面的狀態(tài)、熔融池 P的大小穩(wěn)定并順暢地進 行焊接。
[0136] <與比較例的對比>
[0137] 圖6是關(guān)于比較例所涉及的電弧焊接裝置的處理的時序圖。在比較例中，交替切 換規(guī)定的電流值13和電流值14 (< 13)而流通脈沖狀的焊接電流(參照圖6 (a))。比較 例在無論焊接電流如何變化均使焊炬10以恒定速度度V移動（參照圖6 (b))并且使填充 焊絲F以恒定速度度W進給這一點上與本發(fā)明的所述實施方式(參照圖3(b)、（c))不同。
[0138] 圖4是表示本實施方式所涉及的電弧焊接裝置(實線）與比較例所涉及的電弧焊 接裝置(單點劃線）在母材與焊料的接合界面附近的溫度變化的曲線圖。需要說明的是，圖 4所示的數(shù)據(jù)是通過檢測焊接線L上的規(guī)定的檢測位置Η (參照圖1)處的接合界面的溫度 并對該時間性變化曲線化而得到的。此外，溫度Τ1是第一母材Κ1的鍍敷層Κ11熔融飛濺 時的溫度（即，Ζη的熔點：1200°C)。
[0139] 在時刻tlO?tl2中，通過使焊炬10朝向檢測位置Η前進而使其接近，并在時刻 tl2附近使焊料在焊接位置熔敷，在時刻tl2以后，進一步使焊料10前進而使其遠離檢測位 置H。
[0140] 在時刻〖11、〖12、〖13，本實施方式和比較例這兩者中界面溫度上升是因為，依次在 檢測位置Η (參照圖1)的后側(cè)、正上方及前側(cè)以電流值II (比較例中為電流值13)進行了 電弧放電。
[0141] 在比較例中，為了不使在焊接中始終被進給的填充焊絲F蒸發(fā)，不得不將電流值 13設(shè)定得較低（13 < II)，而在電流值13下不會使界面溫度達到鍍敷層Κ11的熔點Τ1 (大 約1200°C)(參照時刻tl2)。其結(jié)果是，AL向Fe系金屬構(gòu)件Κ12 (參照圖2)側(cè)擴散，如圖 5 (b)所示，在接合界面形成Fe - A1系的較脆的金屬間化合物層，使接合界面變?nèi)酢?br> [0142] 與此相對，在本實施方式中，在不進給填充焊絲F期間，以使鍍敷層K11熔融飛濺 的電流值II進行電弧放電。于是，在圖4的時刻tl2,界面溫度超過鍍敷層K11的熔點，內(nèi) 部的Fe系金屬構(gòu)件K12 (參照圖2)露出。進而，通過以電流值12進行電弧放電而使焊料 熔融，從而該焊料直接熔敷在Fe系金屬構(gòu)件K12 (及第二母材K2)上。
[0143] 因而，如圖5 (a)所示，在第一層（Fe層）與第二層（Ζη層）之間形成有極薄的第三 層（Si層)。因而，能夠防止Α1向Fe系金屬構(gòu)件(第一母材Κ1)側(cè)擴散。其結(jié)果是，能夠防 止在接合界面上形成Fe - A1系的金屬間化合物層(參照圖5(b))，相對于比較例能夠大幅 度地提高接合界面的強度。
[0144]《變形例》
[0145] 以上，對本發(fā)明所涉及的電弧焊接裝置100進行了詳細說明，但本發(fā)明并不局限 于所述實施方式，可以在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍進行適當變更。
[0146] 例如，在所述實施方式中，對以電流值12進行電弧焊接的時間段(例如，時刻tl? t2 :參照圖3)與進給焊料的時間段一致的情況進行了說明，但并不局限于此。即，也可以在 將電弧電流從電流值II切換至電流值12后，在經(jīng)過規(guī)定時間后開始焊料的進給。此外，也 可以在結(jié)束焊料的進給后，經(jīng)過規(guī)定時間之后將電弧電流從電流值12切換成電流值11。由 此，能夠可靠地防止因以電流值II進行的電弧放電導(dǎo)致焊料蒸發(fā)。
[0147] 此外，在所述實施方式中，對僅在第一母材K1上以Ζη實施有鍍敷處理的情況進行 了說明，但并不局限于此。即，在對第一母材Κ1及第二母材Κ2這兩者以Ζη (或者Ζη以外 的金屬）實施有鍍敷處理的情況下也可以利用同樣的方法進行電弧焊接。
[0148] 此外，在所述實施方式中，對第一母材K1 (Fe系金屬K12)與第二母材K2 (A1系 金屬）為不同種類金屬的情況進行了說明，但并不局限于此。即，也可以使兩個母材為同種 金屬。
[0149] 需要說明的是，電流值II、電流值12、以各電流值進行的電弧放電時間等能夠根 據(jù)鍍敷金屬、母材的種類及用途等適當?shù)卦O(shè)定。
[0150] 此外，在所述實施方式中，對在鍍敷層去除工序中以電流值II進行電弧放電而使 第一母材K1的鍍敷層K11熔融飛濺的情況進行了說明，但并不局限于此。即，也可以通過 使Zn等的鍍敷蒸發(fā)的方式(換句話說，通過比構(gòu)成鍍敷層K11的金屬的沸點高的方式)設(shè)定 電流值II。在這種情況下，也能通過電弧放電來去除鍍敷層K11。
[0151] 此外，在所述實施方式中，對在焊料熔敷工序中以使填充焊絲F的前端浸入熔融 池 P的方式進給填充焊絲F的情況進行了說明，但并不局限于此。即，也可以將用于使焊料 熔融的電流值12設(shè)定得較低，在電弧內(nèi)使填充焊絲F熔融。
[0152] 此外，在所述實施方式中，對通過使控制裝置60控制多軸多關(guān)節(jié)機器人等而自動 地進行電弧焊接的情況進行了說明，但并不局限于此。例如，也可以在圖2、圖3所說明的時 機通過人工來操作進行電弧焊接的設(shè)備。
[0153] 此外，在所述實施方式中，對焊接線L為直線狀的情況進行了說明，但并不局限于 此。例如，也可以使焊炬10相對于兩個母材的接合位置左右擺動（即，搖擺）進行焊接。這 種情況下，焊接線L成為折線狀。
[0154] 此外，在所述實施方式中，說明了利用ZnSi系的焊料對Fe系金屬構(gòu)件以Zn進行 鍍敷處理而成的第一母材K1以及作為A1系金屬構(gòu)件的第二母材K2進行電弧焊接的情況， 但并不局限于此。
[0155] 例如，作為第一母材也可以使用以AlSi進行鍍敷處理而成的SP鋼板(裸鋼板)。此 夕卜，作為第二母材也可以使用鎂合金。此外，作為焊料也可以使用在ZnSi中混合有Ti、Μη 及Sn中的任意組合而成的材料。需要說明的是，對于所述的電流值II、12,優(yōu)選根據(jù)第一 母材、第二母材、鍍敷層及焊料的構(gòu)成物質(zhì)來適當設(shè)定。
【權(quán)利要求】
1. 一種電弧焊接方法，其將至少一方具有鍍敷層的兩個母材通過焊料電弧焊接，其特 征在于， 交替地進行鍍敷層去除工序和焊料熔敷工序， 在所述鍍敷層去除工序中，在停止所述焊料的進給的狀態(tài)下，使焊炬沿著焊接線移動 并以第一電流值進行電弧放電，從而去除所述鍍敷層， 在所述焊料熔敷工序中，在使所述焊炬的移動停止的狀態(tài)下，進給所述焊料并以比所 述第一電流值小的第二電流值進行電弧放電，從而在去除了所述鍍敷層的位置使所述焊料 熔敷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧焊接方法，其特征在于， 所述兩個母材中的一方是以含有Zn的所述鍍敷層覆蓋Fe系金屬構(gòu)件而成的第一母 材，另一方是作為A1系金屬構(gòu)件的第二母材， 所述焊料是ZnSi系焊料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電弧焊接方法，其特征在于， 在所述焊料熔敷工序中，以作為所述焊料的填充焊絲的前端位于比電弧靠行進方向后 側(cè)的位置并且浸入熔融池的方式進給所述填充焊絲。
4. 一種電弧焊接裝置，其將至少一方具有鍍敷層的兩個母材通過焊料電弧焊接，其特 征在于， 該電弧焊接裝置具備： 焊炬，其在與所述兩個母材之間進行電弧放電； 電弧放電機構(gòu)，其向所述焊炬交替地流通與第一電流值和第二電流值分別對應(yīng)的電流 而進行電弧放電，所述第一電流值是用于通過電弧放電而去除所述鍍敷層的電流值，所述 第二電流值是使所述焊料熔融且比所述第一電流值小的電流值； 焊炬移動機構(gòu)，其在以所述第一電流值進行的電弧放電中，使所述焊炬沿著焊接線移 動，在以所述第二電流值進行的電弧放電中，使所述焊炬的移動停止；以及 焊料進給機構(gòu)，其在以所述第一電流值進行的電弧放電中，不進給所述焊料，在以所述 第二電流值進行的電弧放電中，以使所述焊料在所述鍍敷層被去除的位置熔敷的方式進給 所述焊料。
【文檔編號】B23K9/00GK104096945SQ201410141376
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月10日
【發(fā)明者】脅坂泰成, 武藤優(yōu)仁, 奧村德二, 鈴木孝典, 大山真哉 申請人:本田技研工業(yè)株式會社