JP3802055B2 - 薄板状シートを溶接するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、環状穴部の周囲で複数の薄板状シートを接合するための方法及び装置に関する。本発明の接合方法では、埋め金は用いられておらず、その代わりに、複数の薄板状シートを溶解することによって互いに溶接している。この方法に用いる溶接装置には、溶接機と、溶接ジグと、回転式溶接ヘッドと、ガスの供給に必須の手段と、電源とが設けられている。
複数の薄板状シートを接合するための電気溶接方法は以前から知られている。このような方法には、例えばスポット溶接やプロジェクション溶接が含まれる。これらの方法において、複数の薄板状シートを互いに対向して圧接させると、その圧力点を介して電流を流すことが可能となり、この結果、接合のための金属の溶解が充分な状態となる。スポット溶接の不利な点としては、例えば、接合点が点状態になることである。このことは、例えば熱交換器構造のような圧力容器類に必要な条件となる例えば防水性即ち気密性を有する継ぎ目を実現できないことを意味している。環状穴部の縁部を接合する際にプロジェクション溶接を用いる場合には、高価な装置が必要となる。更に、上記圧力容器に関係しているように、この方法によれば、充分に均一で堅牢な接合を通常実現できない。
複数の薄板状シートの穴縁部を接合する方法として、例えば棒状又は帯状の種々の埋め金を用いた溶接法又はろう付法が提案されている。これらの方法は小さな連続物の製造に適用できないため、これらの方法であっても、装置や工作機械の価格は容易に上がってしまう。また、埋め金を用いる場合には、上記継ぎ目の質も悪くなり得る。上記継ぎ目は、その厚さが等しく無く且つむらのある状態となる。更に、浸透性に関係した問題も生じ得る。また、複数の薄板状シートの歪みは、溶接に際し、制御することが極めて困難な問題となる。
最新の方法であっても、溶接によって複数の薄板状シートを接合することは、多くの場合において、少なからぬ問題を生ずることが実証されている。適当な装置や方法の欠乏は、複数の薄板状シートを接合する場合において、例えばネジやリベット等の機械的な接合手段を頻繁に使用しなければならないといった結果を奏する。複数の薄板状シートを互いに溶接する際の主な問題は、熱応力によって引き起こされる変化であり、このことは、その構造上の構成を変更させることになる。他の主な問題は、薄板状シートの加工において、溶解量を制御することは困難であるといた点であり、このことは、低品質で不十分な継ぎ目を生み出す結果となる。また、熱を正確に配分することは、種々の溶接方法にとって問題となっている。熱の不正配分では、金属を溶解させて撓ませることとなり、粗悪な継ぎ目を生み出す結果となる。使用されている方法では、発生した熱の除去が充分ではないため、例えば電流の強さを極めて厳密に制限する必要がある。
本発明の方法及び装置では、上述した問題や欠点に対する決定的な改善が成されている。本発明の方法及び装置は、添付した請求の範囲に記載された内容によって特徴付けられている。
本発明の方法及び装置の主な利点は、材料の種類を問わずに、穴部で複数の薄板状シートを接合するといった適用性を有している点にあると考えられる。本発明の方法によって複数の薄板状シートを接合する場合、これらシートは、熱応力に起因した変化を生じること無く、完全に直線状に維持される。本発明の方法及び装置によって形成された継ぎ目は、際上級品質を有し且つ例えば圧力容器に用いる場合でも最適なものである。更に、溶接に際し、埋め金を必要としないといった利点や、適量の母材料が溶解され、その結果としての継ぎ目が充分に堅牢となるといった利点がある。過剰の熱は効率良く溶接領域に導かれるため、本発明による継ぎ目は、撓むことは無い。この結果、溶解範囲が限られた狭い範囲に限定されるため、撓みに関する問題は生じない。本発明の装置及び方法は、簡単に自動化することが可能であり、特に、本発明の方法は、大量生産に充分に適合し得る。
以下、添付図面に基づいて、本発明の内容を詳細に説明する。
図１は、溶接装置の側面図である。
図２は、初期状態における溶接ヘッドの部分断面側面図である。
図３は、溶接状態における溶接ヘッドの部分断面側面図である。
図１において、符号１は、溶接装置を示している。この溶接装置の脚は、符号２によって示されており、この脚上の可動クランプは符号３によって示されている。この可動クランプには、テーブル４が接続されている。このテーブルのシャンクは、符号５によって示されており、また、継手は、符号６によって示されている。溶接ジグは、符号７によって示されており、この溶接ジグ上のガイドは、夫々、符号８及び９によって示されている。符号１０は、溶接ヘッドを示しており、符号１１は、冷却器を示している。この冷却器１１用の水を導入するための管継手は、符号１２によって示されており、排水用の管継手は、符号１３によって示されている。符号１４は、保護ガス導管を示しており、符号１５は、垂直軸を示している。スイッチ１６及び電動機１７は、垂直軸１５を回転させる。溶接ヘッド１０は、空気圧シリンダ１８によって昇降され、この空気圧シリンダのシャンク１９は、棒材２０を介して垂直軸１５及び溶接ヘッド１０に接続されている。図２及び図３において、符号２１は、冷却器１１に連結した接合リングを示している。溶接ヘッド１０は、その中間に電極２３が配されているノズル２２を備えており、電極の位置は、ネジ２４によって調整されるようになっている。垂直軸１５の下限位置には、円板状部品２５が取り付けられており、この円板状部品は、ボールベアリング２６と共に垂直軸１５に接続されている。溶接ジグ７には、円形穴２７が形成されており、また、ガイド９は、溶接ジグの位置に対応して昇降するように、円形穴２７内に嵌め込まれている。ガイド９に形成された穴２９内に配置されたバネ２８を備えており、ガイドは、バネによって常時上方に付勢されている。ガイド９の中央には、円板状部品２５の寸法を有する凹所３０が形成されている。円板状部品２５が凹所３０に下降すると、同時に、円板状部品は溶接ジグ７の位置にガイド９を押圧する。クランプ３１によって円板状部品２５を垂直方向に固定可能となっているため、溶接ヘッド１０の電極２３の位置を垂直位置に調整することが可能である。
以下、本発明の溶接方法について説明する。接合すべき複数の薄板状シートの穴部がガイド８，９によって所定位置に配置される。薄板状シート３４，３５の間の継ぎ目に対応して、溶接ヘッド１０の電極２３の垂直位置が調整される。電極２３の位置に合わせて、クランプ３１によって円板状部品２５を整列させる。
接合すべき薄板状シート３４，３５の穴部がガイド８，９によって所定位置に配置されたとき、空気圧シリンダ１８によって冷却器１１が溶接ジグ７に対向して押圧される。冷却器１１の内側の溶接ヘッド１０が適所に案内されると、円板状部品が凹所３０方向に下降する。このとき、電極２３の垂直位置は、正確に薄板状シート３４，３５の間になっている。電流が電極２３に供給された後、垂直軸１５を回転させると同時に、保護ガス導管１４から垂直軸１５の内部を経由して保護ガスが供給される。この結果、溶接点は、無酸素状態となり、継ぎ目が形成され得る。冷却器１１の下面に銅製リング３３が取り付けられる。同様に、溶接ジグ７の上面に銅製リング３２が設けられ、接合すべき薄板状シート３４，３５は、これら銅製リング３２，３３の間に配置され、そして、互いにぴったりと圧接される。溶接の際に発生した熱は、銅製リング３２，３３に伝えられ、誘導作用によって、そこから冷却器１１に導かれる。この結果、継ぎ目に発生する溶解による撓みを防止することが可能となる。溶接ヘッド１０が約１回転すると、この溶接ヘッドが冷却位置に対応して持ち上げられ、そして、シーム溶接が完成する。溶接に際し発生した熱の消散によって、直ぐに加工可能な例えば複数の溶接片が生み出されると共に、これら溶接片に残っている熱によって形状を変化させることも無い。
本発明の方法は、その適用範囲が非常に広いことが理解される。この方法は、種々の材料を接合するのに適用可能である。溶接に際して用いる保護ガスも種々変更することが可能である。本発明の方法を実施するために用いる装置及びその機構は、充分に広い範囲で変更可能である。冷却器１１として、本出願に開示されものとは物理的種類の異なるタイプを用いても良い。溶接ヘッドの形状も本発明の範囲内において変更することが可能である。

Claims (6)

1. 薄板状シート（３４，３５）を、それらの環状穴同士が上下に一致するように配置すること、
   電極（２３）に電流を印加することによって、前記環状穴同士の上下一致の配置によって生じる継ぎ目を溶解すること、
   前記溶解工程中、保護ガスによって、前記継ぎ目を酸化から保護すること、
   前記溶解工程中、同時に、銅製支持リング（３２，３３）によって、溶解領域を冷却すること、
   を含む重ねられた複数の薄板状シートの前記継ぎ目を溶接する方法であって、前記方法は、
   -前記電極（２３）が、前記の環状穴内に想定される水平面内に回転可能に配置されること、
   -溶接しようとする重ねられた薄板状シート（３４，３５）が、銅製支持リング（３２，３３）によって一体に加圧される点、
   -前記銅製支持リングは、溶解した金属の熱応力と撓みに起因する変化を防止するために、溶接しようとする前記継ぎ目の周囲に設けられる点、を特徴とする方法。
2. 溶接機構（１）と、溶接ジグ（７）と、回転溶接ヘッド（１０）と、保護ガスを導入するガス導入手段と、電源とを含む、重ねられた薄板状シート（３４，３５）の溶接方法に使用する溶接装置であって、前記装置は、
   ノズル（２２）と電極（２３）とを含む溶接ヘッド（１０）が設けられて、環状穴内に想定される水平面で回転され、
   前記電源は、前記電極（２３）に電流を供給し、
   前記溶接機構（１）は、溶接ヘッド（１０）によって形成された溶接継ぎ目を冷却するための冷却器（１１）を備えており、
   前記冷却器（１１）は、その下部面に取り付けられた銅製の支持リング（３３）を備える二重の外被シリンダを有し、前記冷却器（１１）は、前記外被シリンダとは別体の空気圧シリンダ（１８）によって昇降されるとともに、冷却剤が、前記冷却器の冷却剤の導入口（１２）と導出口（１３）を備える二重の外被シリンダ内部を循環し、
   前記冷却器（１１）は、銅製支持リング（３３）とジグ（７）の上に設置される他方の銅製支持リング（３２）をクランプするクランプ手段として機能する点を特徴とする溶接装置。
3. 前記溶接ヘッド（１０）は、クランプ部材（３１）によって垂直方向に調節可能な回転円板状部品（２５）を備え、前記円板状部品は、電極（２３）を、溶接しようとする重ねられた薄板状シート（３４，３５）に対し正確な垂直位置に調節するために設けられており、
   前記円板状部品は、ガイド（９）の凹部（３０）の基底部および内壁と接触し、前記ガイド（９）は、溶接工程中、ジグ（７）内の円形穴（２７）の壁面と接触状態を維持するために設けられる点を特徴とする請求項２に記載の溶接装置。
4. 垂直軸（１５）は、溶接ヘッド（１０）の回転部材および保護ガスの導入管として機能するために設けられている点を特徴とする請求項３に記載の溶接装置。
5. 電極（２３）の溶接継ぎ目からの距離は、ネジ（２４）によって調節することが可能である点を特徴とする請求項３または４に記載の溶接装置。
6. ガイド（９）は、溶接作業中はジグ（７）の内部において下降しており、バネ（２８）によって初期位置に上昇するように設定される点を特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の溶接装置。

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