电阻焊接方法、电阻焊接器以及用于评估电阻焊接的方法和装置
阅读：947发布：2020-05-12
专利汇可以提供电阻焊接方法、电阻焊接器以及用于评估电阻焊接的方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的目的在于提供一种 电阻 焊接 方法，其能够稳定 质量 或者改进诸如电焊的 电阻焊接 的效率。该电阻焊接方法包括计算步骤，计算焦 耳 加热停止之后的具有残余热的待接合的 工件 的第二电阻值R2与在焦耳加热刚刚停止之前的工件的第一电阻值R1或R1与R2的电阻比率X(R2/R1或R1/R2)；确定步骤，确定电阻比率X是否等于或大于 阈值 Xn；以及再加热步骤，当电阻比率X小于阈值Xn时再次执行焦热加热。从而焊接部分的至少一部分被熔融并且 固化 以可靠地形成熔核，并且能够提供稳定的电阻焊接部件。，下面是电阻焊接方法、电阻焊接器以及用于评估电阻焊接的方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种电阻焊接方法，包括：
加热步骤，通过将加热电流提供给与工件形成外部接触的电极来对待接合的所述工件的焊接部分进行焦耳加热；
第一电阻测量步骤，在所述加热步骤结束之前测量加热状态中的所述工件的第一电阻值(R1)；
休止步骤，在所述加热步骤结束之后停止提供所述加热电流一预定时间；
第二电阻测量步骤，在所述休止步骤之后测量具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)；
计算步骤，计算所述第二电阻值与所述第一电阻值的比率(R2/R1)或所述第一电阻值与所述第二电阻值的比率(R1/R2)；
确定步骤，确定计算出的电阻比率或从所述电阻比率获得的并且表示焊接部分的焊接状态的指标值是否落入在预定范围内；以及
再加热步骤，当所述电阻比率或所述指标值落入在所述预定范围内时再次执行所述焦耳加热；
从而使得所述焊接部分的至少一部分被熔融并且固化以形成熔核。
2.根据权利要求1所述的电阻焊接方法，其中，所述第一电阻测量步骤是基于所述加热电流的电流值来计算所述第一电阻值的步骤。
3.根据权利要求1所述的电阻焊接方法，其中，所述第二电阻测量步骤是基于通过所述电极提供的测量电流的电流值来计算所述第二电阻值的步骤。
4.根据权利要求1所述的电阻焊接方法，其中，所述指标值是表示所述熔核的尺寸的值。
5.根据权利要求1所述的电阻焊接方法，其中，所述工件包括钢板。
6.根据权利要求1所述的电阻焊接方法，其中，所述电极从内部被强制冷却。
7.根据权利要求1所述的电阻焊接方法，其中，与所述工件形成外部接触的所述电极的端部具有圆形或锥形形状。
8.一种电阻焊接方法，包括：
加热步骤，通过将加热电流提供给与工件形成外部接触的电极来对待接合的所述工件的焊接部分进行焦耳加热；
第一电阻测量步骤，在所述加热步骤结束之前测量在加热状态中的所述工件的第一电阻值(R1)；
休止步骤，在所述加热步骤结束之后停止提供所述加热电流一预定时间；
第二电阻测量步骤，在所述休止步骤之后测量具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)；
计算步骤，计算所述第二电阻值与所述第一电阻值的比率(R2/R1)或所述第一电阻值与所述第二电阻值的比率(R1/R2)；以及
重置步骤，根据计算出的电阻比率的变化或者从所述电阻比率获得并且表示所述焊接部分的焊接状态的指标值的变化来改变所述加热步骤的加热条件。
9.一种电阻焊接器，包括：
与待接合的工件形成外部接触的电极；
电源单元，所述电源单元用于将加热电流提供给所述电极，用于对所述工件的焊接部分进行焦耳加热；以及
控制装置，该控制装置包括：
计算单元，所述计算单元用于计算电阻比率(R2/R1或R1/R2)，该电阻比率是所述加热电流的提供停止之后的具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)与所述加热电流的提供停止之前的加热状态的所述工件的第一电阻值(R1)的比率，或者是所述加热电流的提供停止之前的加热状态的所述工件的第一电阻值(R1)与所述加热电流的提供停止之后的具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)的比率；
确定单元，所述确定单元用于确定计算出的电阻比率或从所述电阻比率获得的并且表示焊接部分的焊接状态的指标值是否落入在预定范围内；以及
再加热单元，所述再加热单元用于当所述电阻比率或所述指标值落入在预定范围内时将所述加热电流再提供给所述电极。
10.一种用于评估电阻焊接的方法，包括：
第一电阻测量步骤，将加热电流提供给与待接合的工件形成外部接触的电极以对所述工件的焊接部分进行焦耳加热，并且在所述加热电流的提供停止之前测量在加热状态中的所述工件的第一电阻值(R1)；
第二电阻测量步骤，在所述加热电流的提供停止之后，测量具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)；
计算步骤，计算电阻比率(R2/R1或R1/R2)，该电阻比率是所述第二电阻值(R2)与所述第一电阻值(R1)的比率或者所述第一电阻值(R1)与所述第二电阻值(R2)的比率；以及估算步骤，基于计算出的电阻比率来估算所述工件的焊接部分的焊接状态。
11.根据权利要求10所述的用于评估电阻焊接的方法，其中，
所述估算步骤是通过确定计算出的电阻比率或从所述电阻比率获得并且表示焊接部分的焊接状态的指标值是否落入在预定范围内来评估所述焊接部分的焊接状态是好还是不好的评估步骤。
12.根据权利要求10所述的用于评估电阻焊接的方法，其中，
所述估算步骤是熔核估算步骤，其中，基于预先准备的在熔核尺寸和所述电阻比率之间的相关性，从所述电阻比率来估算通过熔融和固化所述焊接部分的至少一部分而形成的熔核的尺寸。
13.一种用于评估电阻焊接的装置，其包括：
第一电阻测量单元，所述第一电阻测量单元用于将加热电流提供给与待接合的工件形成外部接触的电极以对所述工件的焊接部分进行焦耳加热，以及在所述加热电流的提供停止之前测量在加热状态的所述工件的第一电阻值(R1)；
第二电阻测量单元，所述第二电阻测量单元用于在所述加热电流的提供停止之后测量具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)；
计算单元，所述计算单元用于计算电阻比率(R2/R1或R1/R2)，该电阻比率是所述第二电阻值(R2)与所述第一电阻值(R1)的比率或者所述第一电阻值(R1)与所述第二电阻值(R2)的比率；以及
估算单元，所述估算单元用于基于计算出的电阻比率来估算所述工件的焊接部分的焊接状态。
电阻焊接方法、电阻焊接器以及用于评估电阻焊接的方法
和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电阻焊接方法、电阻焊接器以及用于评估电阻焊接的方法和装置。更具体地，本发明涉及电阻焊接方法，电阻焊接部件，电阻焊接器，用于控制电阻焊接器的方法、程序以及装置，以及用于评估电阻焊接的方法、程序以及装置。
背景技术
[0002] 常常通过接合多个工件来生产大量的组件，并且对于要求高强度的接头要使用焊接。特别地，使用点焊接，即一种电阻焊接的形式，来高效地在多个点(焊点)处对诸如机动车或其他车辆的主体部件(多个待接合的工件)的重叠钢板进行焊接。该点焊接通常通过短时间内将高电流通过夹持工件的每个外侧的电极施加到待接合的工件，并且从而在重叠的工件中熔融并固化接头点(焊接部分)来执行。
[0003] 顺便提一下，与焊接不同，点焊接在待接合的工件内部形成焊接，并且因此难以直接观察焊接。此外，在批量生产工艺中，由于夹具、工具等等的存在使得工人逐个检查点焊接的焊接状态也是不现实的。
[0004] 因此，需要一种高效地并且高精度地非破坏性地评估点焊接是好还是坏的方法。例如，在下面的专利文献1至5中公开了对于这样的方法的若干提议。所有这些文献都涉及基于待接合的工件附近的熔核部分的电阻来评估点焊接的方法。
[0005] 引用列表
[0006] 专利文献
[0007] PTL 1：日本未经审查专利公开No.S51-66,885
[0008] PTL 2：日本未经审查专利公开No.H02-217,179
[0009] PTL 3：日本未经审查专利公开No.H08-318,377
[0010] PTL 4：日本未经审查专利公开No.H07-130,293
[0011] PTL 5：日本未经审查专利公开No.2008-254,005
发明内容
[0012] 技术方案
[0013] (1)专利文献1涉及一种用于焊接用于阴极射线管的拉伸带的方法，并且提出了基于电流流过时间(焊接时间)的开始部分和最后部分之间的熔核的电阻差来确定点焊接是好还是坏。专利文献2提出了通过基于电阻差来优化将提供给待接合的工件的电流值和电流流过时间来高效地焊接。
[0014] 以上这两种方法仅着眼于电阻差，而缺乏足够的物理基础并且不能被认为是可靠的评估方法。这是因为通过待测量的对象的(体积)电阻率、温度和形状(长度和横截面积)来确定电阻值。通常，作为待测量的对象的待接合的工件的温度随着焊接时间的流逝而增加，并且工件的形状也由于软化而发生变化。因此，即使获得电阻值差，这些因素中的哪个是导致该差的主要原因也是不清楚的。因此，很难说在电阻值差和熔核形状之间总能体现出上述专利文献所示出的这样的明确的关系，并且这些方法不能够被视为可靠的评估方法。
[0015] 此外，当在机动车等等的生产线上执行点焊接时，存在大量的干扰(待接合的工件之间的间隙、电极的磨损等等)并且焊接时间的开始部分处的电阻值(R0)的尺寸容易受到这些干扰的影响。因此，原样使用R0作为熔核的评估因素不是优选的。此外，专利文献3提出了一种电阻点焊方法，即，在输入基于焊接时期间以及焊接时间的结束时的电阻值之间的差获得的值之后，基于某种学习类型的相关性公式的输出值来确定是否发生喷溅。由于使用了电阻值差，因此，该方法也具有上述问题。
[0016] (2)专利文献4提出了基于通过使用恒流四线方法测量的电阻值来确定点焊接是好还是坏。专利文献5提出了通过使用恒流四线方法来测量点焊接之后的焊接区域和非焊接区域的电阻值，并且基于这些电阻值的比率来确定点焊接是好还是坏。然而，这些方法测量焊接之后的电阻值并且难以适时地将测量结果反馈给生产线。
[0017] 此外，专利文献5通过从在不同点测量的电阻值获得的电阻比率来评估熔核直径。这样的方法包括大量不确定元素，并且缺乏足够的物理基础。因此与专利文献1或2的方法一样，不能够被视为高度可靠的评估方法。如上所述的传统方法不能够始终高精确度地评估点焊接是好还是坏。
[0018] (3)鉴于这些已经做出本发明。本发明的目的在于提供一种能够增强电阻焊接评估方法的可靠性并且稳定电阻焊接的电阻焊接方法；以及通过该电阻焊接方法获得的电阻焊接部件。本发明的另一目的在于提供一种电阻焊接器，其适于执行该电阻焊接方法，以及一种用于控制电阻焊接器的方法、装置和程序。本发明的又一目的在于提供一种用于评估电阻焊接的方法、装置和程序。
[0019] 解决问题的方案
[0020] 本发明人已经认真地进行了解决这些问题的研究，并且在大量试验和错误之后已经发现了在焦耳加热刚刚停止之前的待接合的工件的电阻值与在焦耳加热刚刚停止之后的具有残余热的工件的电阻值的比率抑或在焦耳加热刚刚停止之后的残余热的工件的电阻值与在焦耳加热刚刚停止之前的待接合的工件的电阻值的比率与通过工件的焊接部分的至少一部分的熔融和固化形成的熔核的尺寸(直径)相关。本发明人已经扩展了该发现并且完成了下面的关于电阻焊接的本发明。
[0021] 《电阻焊接方法1》
[0022] (1)根据本发明的电阻焊接方法包括加热步骤，通过将加热电流提供给与工件外部接触的电极来对待接合的工件的焊接部分进行焦耳加热；第一电阻测量步骤，在加热步骤结束之前测量加热状态的工件的第一电阻值(R1)；休止步骤，在加热步骤结束之后停止提供加热电流一预定时间；第二电阻测量步骤，在休止步骤之后测量具有残余热的工件的第二电阻值(R2)；计算步骤，计算第二电阻值与第一电阻值的比率或第一电阻值与第二电阻值的比率(R2/R1或R1/R2)；确定步骤，确定计算出的电阻比率或从电阻比率获得并且表示焊接部分的焊接状态的指标值是否落入在预定范围内；以及再加热步骤，当电阻比率或指标值落入在预定范围内时再次执行焦耳加热；从而工件的至少一部分被熔融并且固化以形成熔核。
[0023] (2)根据本发明，通过从待接合的工件的焦耳加热停止之前和之后的电阻值获得的上述电阻比率来精确地表示电阻焊接的焊接状态。因此，基于电阻比率或从电阻比率获得的指标值，如果需要，能够通过再次加热来稳定电阻焊接的质量。
[0024] 顺便提一下，根据本发明的基于电阻比率能够精确地掌握焊接部分的焊接状态的原因在于：首先，通过待测量的材料的电阻率(p)、长度(L)、以及横截面积(S)来确定电阻值(R)并且通过R＝p(L/S)来表示电阻值(R)。这里，由于(L/S)是成形系数(K＝L/S)，其取决于待测量的材料的形式，因此，能够通过R＝pK来表示电阻值。应注意的是，当待通过电阻焊接合的工件是待测量的材料时，上述长度近似地表示为工件的厚度并且上述横截面积近似地表示为电极的接触面积。
[0025] 根据本发明的R1和R2是焦耳加热停止前和后的待接合的工件的电阻值并且R1和R2测量之间的时间间隔非常短。在该非常短的时间中，工件的形状几乎不变化。因此，上述成形系数K在该短时间内几乎不变化。结果，电阻比率(R2/R1或者R1/R2)能够近似等于电阻率比率(p2/p1或者p1/p2)。这里，电阻率取决于温度。当使用同一材料时，电阻率比率也最终由当测量R1时的时间点的工件的第一温度(T1)以及当测量R2时的时间点的工件的第二温度(T2)确定。结果，随着第一温度和第二温度之间的温度差(dT)越小，电阻比率越接近1并且随着该温度差(dT)越大，电阻比率越远离1。
[0026] 当电阻焊接好时，待接合工件的至少一部分暂时地由于通过焦耳加热而熔融。在固化时，熔融部分释放出大量的固化潜热。因此，在焦耳加热停止之后的短时间内，由于释放出的潜热使得工件的温度没有快速地变化。当然，随着焊接部分处的熔融的量越大，该趋势越显著。由于通过熔融部分的固化形成熔核，因此，最终这意味着随着熔核尺寸越大，电阻比率越接近于1。因此，当熔核较小或者不充分地形成，甚至在焦耳加热停止之前和之后之间的短时间内，工件的温度急剧地减少并且上述温度差(dT)变得更大，因此电阻比率更加远离1。由于该机制，在在根据工件的材料适当地设置R1和R2测量之间的时间间隔(休止时间)后，该电阻比率可以用作焊接部分的焊接状态的准确的指标。应注意的是，在本申请中提及的“休止”或者“休止步骤”仅需要R1和R2测量之间的适当的时间差。因此，例如，如果对于R1和R2测量之间的时间间隔来间歇地提供加热电流并且其电流施加周期是适合的，则不需要麻烦地提供休止步骤。当然，这样的情况包括在本发明的概念中。此外，在本发明中提及的“电阻比率”不限于其计算方法并且能够直接或间接地计算。例如，即使没有直接获得本身的电阻值(R1和R2)，也能够通过使用欧姆定律从电流或电压的测量值间接地获得“电阻比率”。此外，在本发明中，“电阻比率”的具体值本身是不重要的。因此，“电阻比率”当然包括电流比率、电压比率等等，只要其基本上落入关于电阻比率的上述描述中并且有效地精确确定焊接状态。
[0027] 《电阻焊接方法2》
[0028] 此外，本发明不限于上述包括再加热待接合工件的方法，并且也可以被理解为下述电阻焊接方法，即根据指标值或者电阻比率修改第一加热步骤的加热条件并且改进至少后一个焊接点或者后几个待接合工件的焊接质量。
[0029] 也就是说，本发明能够包括下述电阻焊接方法，其包括上述加热步骤、第一电阻测量步骤、休止步骤、第二电阻测量步骤以及计算步骤，并且进一步包括根据计算出的电阻比率的变化或者从电阻比率获得表示焊接部分的焊接状态的指标值的变化改变加热步骤的加热条件的重置步骤。
[0030] 应注意的是，该重置步骤能够被实施来代替上述再加热步骤或者与再加热步骤组合实施。通过在导致缺陷焊接之前根据电阻比率的变化优化加热步骤的加热条件，可以使得不再需要进行再加热。除此之外，如果组合实施再加热步骤和重置步骤，那么能够在每个焊接点形成好的熔核，而不管电阻比率的变化量如何。
[0031] 《电阻焊接部件》
[0032] 如果采用上述电阻焊接方法，那么不仅能够防止缺陷电阻焊接而且能够获得具有均匀尺寸的熔核的产品。因此，本发明不仅能够被理解为电阻焊接方法，而且还是一种电阻焊接部件，其中各熔核形状比传统的熔核更加稳定。
[0033] 《电阻焊接器》
[0034] 本发明还能够被理解为用于实现上述电阻焊接方法的装置。也就是说，本发明能够是一种电阻焊接器，其包括电极，该电极与待接合工件外部接触；电源单元，其用于将加热电流提供给电极以对工件的焊接部分进行焦耳加热；以及控制装置，其包括计算单元，用于计算电阻比率(R2/R1或R1/R2)，其是加热电流的提供停止之后的具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)与加热电流的提供停止之前的加热状态的所述工件的第一电阻值(R1)的比率或者加热电流的提供停止之前的加热状态的所述工件的第一电阻值(R1)与加热电流的提供停止之后的具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)的比率；确定单元，用于确定计算出的电阻比率或从所述电阻比率获得并且表示焊接部分的焊接状态的指标值是否落入在预定范围内；以及再加热单元，用于当所述电阻比率或所述指标值落入在预定范围内时将所述加热电流再提供给所述电极。
[0035] 《用于控制电阻焊接器的装置、方法以及程序》
[0036] 此外，本发明能够被理解用于控制上述电阻焊接器的装置、方法和程序。
[0037] (1)也就是说，本发明能够是一种用于控制电阻焊接器的装置，所述电阻焊接器包括电极，该电极与待接合工件外部接触；以及电源单元，其用于将加热电流提供给电极以对工件的焊接部分进行焦耳加热；所述控制装置包括计算单元，用于计算电阻比率(R2/R1或R1/R2)，其是加热电流的提供停止之后的具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)与加热电流的提供停止之前的加热状态的所述工件的第一电阻值(R1)的比率或者加热电流的提供停止之前的加热状态的所述工件的第一电阻值(R1)与加热电流的提供停止之后的具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)的比率；确定单元，用于确定计算出的电阻比率或从所述电阻比率获得并且表示焊接部分的焊接状态的指标值是否落入在预定范围内；以及再加热单元，用于当所述电阻比率或所述指标值落入在预定范围内时将所述加热电流再提供给所述电极。
[0038] (2)本发明还能是一种用于控制电阻焊接器的方法，所述电阻焊接器包括电极，该电极与待接合工件外部接触；以及电源单元，其用于将加热电流提供给电极以对工件的焊接部分进行焦耳加热；所述控制方法包括下述步骤：加热步骤，通过将加热电流提供给电极来对工件的焊接部分进行焦耳加热；第一电阻测量步骤，在所述加热步骤结束之前，测量加热状态的所述工件的第一电阻值(R1)；休止步骤，在所述加热步骤结束之后，停止提供所述加热电流一预定时间；第二电阻测量步骤，在所述休止步骤之后，测量具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)；计算步骤，计算所述第二电阻值与所述第一电阻值的比率(R2/R1)或所述第一电阻值与所述第二电阻值的比率(R1/R2)；确定步骤，确定计算出的电阻比率或从所述电阻比率获得的并且表示焊接部分的焊接状态的指标值是否落入在预定范围内；以及再加热步骤，当所述电阻比率或所述指标值落入在预定范围内时将再次执行焦耳加热。
[0039] (3)本发明还能够是一种用于控制电阻焊接器的程序，包括用于计算机执行上述用于控制电阻焊接器的方法的指令。
[0040] (4)根据本发明的用于控制电阻焊接器的装置、方法或程序还能够包括下述组成特征，其中在电阻焊接方法中描述的重置步骤被表示为“重置步骤”或者“重置单元”，来代替上述再加热单元或者再加热步骤，或者与上述再加热单元或者再加热步骤组合。
[0041] (5)此外，根据本发明的用于控制电阻焊接器的装置、方法或程序可以不仅包括上述加热单元(步骤)、第一电阻测量单元(步骤)、休止单元(步骤)、第二电阻测量单元(步骤)以及计算单元(步骤)，而且可以包括根据计算出的电阻比率或者从所述电阻比率获得的并且表示焊接部分的焊接状态的指标值而将要执行的下面的组成特征中的至少一项。示例包括通知单元(步骤)，用于给出缺陷焊接或者电极磨损的在先通知或者警告；停止单元(步骤)，用于当确定存在缺陷焊接或者电极磨损时停止电阻焊接；以及电极正常化单元(步骤)，用于当确定存在缺陷焊接或者电极磨损时替换或者清洁(包括修整)电极。
[0042] 应注意的是，这些组成特征能够替代上述再加热单元(步骤)或者重置单元(步骤)被实施或者与上述再加热单元(步骤)和重置单元(步骤)中的至少一个相组合实施。在任何情况下，与电阻焊接方法一样，用于控制电阻焊接器的上述装置、方法或程序在形成良好的熔核或者改进焊接部件的质量方面是十分有效的。
[0043] 《用于评估电阻焊接的方法、程序和装置》
[0044] 另外，本发明还能够包括用于评估电阻焊接的方法、程序或装置。
[0045] (1)也就是说，本发明还能够是一种用于评估电阻焊接的方法，包括第一电阻测量步骤，将加热电流提供给与待接合的工件外部接触的电极以对所述工件的焊接部分进行焦耳加热，并且在所述加热电流的提供停止之前测量加热状态的所述工件的第一电阻值(R1)；第二电阻测量步骤，在所述加热电流的提供停止之后，测量具有残余热的所述工件的第二电阻值(R2)；计算步骤，计算电阻比率(R2/R1或R1/R2)，其是第二电阻值(R2)与第一电阻值(R1)的比率或者第一电阻值(R1)与第二电阻值(R2)的比率；以及估算步骤，基于计算出的电阻比率估算所述工件的焊接部分的焊接状态。
[0046] (2)本发明还能够是一种用于评估电阻焊接的程序，包括用于计算执行用于评估电阻焊接的方法的指令。
[0047] (3)本发明还能够是一种用于评估电阻焊接的装置，包括第一电阻测量单元，用于将加热电流提供给与待接合的工件外部接触的电极以对所述工件的焊接部分进行焦耳加热，并且在所述加热电流的提供停止之前测量加热状态的所述工件的第一电阻值(R1)；第二电阻测量单元，用于在所述加热电流的提供停止之后测量具有残余热的工件的第二电阻值(R2)；计算单元，用于计算电阻比率(R2/R1或R1/R2)，其是第二电阻值(R2)与第一电阻值(R1)的比率或者第一电阻值(R1)与第二电阻值(R2)的比率；以及估算单元，用于基于计算出的电阻比率估算所述工件的焊接部分的焊接状态。
[0048] (4)此外，上述估算步骤(单元)能够是下述评估步骤(单元)：通过确定计算出的电阻比率或从所述电阻比率获得并且表示焊接部分的焊接状态的指标值是否落入在预定范围内来评估焊接部分的焊接状态是好还是不好。除此之外，上述估算步骤(单元)能够是熔核尺寸估算步骤(单元)，用于基于预先准备的熔核尺寸和电阻比率之间的相关性从电阻比率估算通过熔融和固化焊接部分形成的熔核的尺寸。附图说明
[0049] 图1是点焊接器的示意图。
[0050] 图2是待接合工件的焊接部分周围的说明图。
[0051] 图3是根据本发明的示例的点焊接方法的流程图。
[0052] 图4是在图3的点焊接方法中提供的电流的时序图。
[0053] 图5是根据本发明的示例的电阻率X(R2/R1)和熔核直径D之间的相关性图。
[0054] 附图标记列表
[0055] 11 电极
[0057] 30 控制装置
[0058] 40 电源单元
[0059] 100 点焊接器
[0060] W 待接合的工件
[0061] R1 第一电阻值
[0062] R2 第二电阻值
[0063] X 电阻比率
具体实施方式
[0064] 将借助于本发明的优选实施例更加详细地描述本发明。在下文中，将主要讨论根据本发明的电阻焊接方法。然而，该讨论不仅可以适于电阻焊接方法而且适于电阻焊接部件、电阻焊接器、控制电阻焊接器的装置、方法和程序以及用于评估电阻焊接的方法、程序和装置中的任何一个。本发明能够通过将从以下组成特征中任意选择的一个或多个添加到上述构造中来构成。能够多选或者任意地选择将添加的组成特征而不限于分类。需要注意的是，至于哪个实施例是最佳的这取决于施加目标、要求的性能等等。
[0065] 《电阻值》
[0066] (1)能够通过测量与电阻焊接所必须的装置分离的装置来测量第一电阻值(R1)或者第二电阻值(R2)(下文称为“电阻值”)。然而，如果借助于电极测量电阻值，那么能够稳定地测量电阻焊接时的电阻值。此外，如果基于加热电流的电流值计算第一电阻值(R1)，也是有效的。如果基于通过电极提供的测量电流的电流值计算第二电阻值(R2)，那么也类似地是有效的。应注意的是，当上述电源单元是AC电源时，能够基于有效电流值、有效电压值、峰电流值或者峰电压值来测量或者计算电阻值。
[0067] (2)当通过施加加热电流加热待接合工件的焊接部分时，产生温度分布。根据该温度分布，在焊接部分处产生电阻率分布。因此，待测量的电阻值是工件的内部到外部的范围内的分布平均值。然而，与由于接触电极而容易冷却的外部相比，内部具有更高的温度以及大得多的电阻率。当具有高温度的内部具有足够的尺寸时，内部的电阻值最终主导整个部分的电阻值。在该前提下，实际上，测得的电阻值R1、R2能够相当准确地表示工件的焊接部分的内部温度。结果，相信通过本发明的电阻比率准确地掌握工件的焊接状态。
[0068] (3)随着R1测量的时刻越接近加热电流的提供停止时的时间，只要是在加热电流的提供停止之前，那么能够越准确地掌握焊接状态(熔核直径)。尽管取决于想要的熔核尺寸，但是通常R1测量的时刻能够落入在加热电流停止之前的1至40毫秒。R2测量的时刻是当自从加热电流的提供停止开始已经流逝了预定时间(休止时间)时。优选的休止时间取决于想要的熔核尺寸或者从电极提取的热量而不同，但是优选的是，考虑由于在形成熔核中的固化潜热导致的待接合工件的冷却延迟时间来确定R2测量的时刻。通常，休止时间是10到100毫秒。因为工件具有相对较高的温度范围内的残余热，因此该范围是优选的。当具有残余热的工件的温度极低时，电阻比率远离1，并且测量的范围变得更小，并且焊接状态的精确评估变得困难。
[0069] 《电阻比率或者指标值》
[0070] (1)通过考虑R1和R2的电阻比率，几乎抵消了在电阻焊接时的待接合的工件的成形系数。结果，电阻比率被减小到几乎仅取决于温度的电阻率比率。从该观点看，本发明的电阻比率不限于R2/R1并且能够是R1/R2。该电阻比率满足0＜(R2/R1)＜1或者1＜(R1/R2)，并且在任意情况下，能够从电阻率与1相差多少来判断焊接状态。
[0071] (2)直接通过使用电阻比率就能够掌握电阻焊接的焊接状态，而且还能够通过使用从电阻比率获得的并且表示焊接部分的焊接状态的指标值来掌握焊接状态。典型的指标值是熔核尺寸(熔核直径)。由于存在电阻比率和熔核直径之间的相关性，因此，在本发明中能够通过使用以上两者中的任意一个来估算或者评估电阻焊接的焊接状态。
[0072] 《工件》
[0073] (1)待接合的工件的形状、材料等等不受限制。典型的工件是重叠的钢板。例如，具有大约0.5到3mm的厚度并且含有0.05到0.2质量百分比的碳的软钢被用于电阻焊接。除上述之外，诸如不锈钢、铝(Al)、Al合金、铜(Cu)、铜合金、镍(Ni)以及Ni合金的原材料能够被用作待接合工件。此外，待接合工件能够是不同材料的组合。
[0074] (2)材料的电阻率取决于温度而变化，但是在一些材料中，变化速率取决于温度范围而变化。例如，软钢的电阻率在高温度范围中的温度(例如，800℃或更高)下具有很慢的变化速率并且在较低的温度范围内的温度下具有快速的变化速率。换言之，软钢的电阻率比率在高温度范围内接近于1，并且在低温度范围内远离1。由于根据本发明的电阻比率(R2/R1或者R1/R2)如上所述近似等于电阻率比率(p2/p1或者p1/p2)，因此软钢最终具有电阻比率在高温度范围内接近于1并且在低温度范围内远离1的趋势。
[0075] 除此之外，如果电阻焊接是好的，那么由于固化潜热的释放导致在相邻的高温度范围内测量本发明的第一电阻值R1和第二电阻值R2。因此，当待接合工件是软钢板时，R1和R2的测量温度彼此接近的事实以及在高温度范围内电阻率的变化速率慢的事实协同发生，因此，在双重意义上，工件的电阻比率表现出更接近1的趋势。在该情况下，工件的电阻比率以更高精确度表示电阻焊接的焊接状态。
[0076] 相反地，当电阻焊接不好时，R1和R2的测量温度彼此远离的事实以及在低温度范围内电阻率的变化速率快的事实协同发生，因此，在双重意义上，工件的电阻比率表现出更加远离1的趋势。在该情况下，工件的电阻比率也以更高的精确度表示电阻焊接的焊接状态。由于这些原因，优选的是，待接合工件由具有其随温度变化速率在高温度范围内慢并且在低温度范围内快的电阻率的材料形成。这样的材料的示例包括含有前述软钢的铁合金(碳钢)、Al以及Al合金。
[0077] 《电极》
[0078] 电极的形状、材料等等不受限制。通常，电极由铜以实心或者空心的柱形形成。在空心柱形电极的情况下，优选的是，冷却剂水被提供到柱形电极的内部以强制冷却电极，因此能够抑制电极磨损。
[0079] 与待接合工件外部接触的电极的末端部分常常具有圆形或者稍微圆锥形状(圆顶形状)。当电阻焊接是好时，形成在焊接部分处的熔核的形状与电极末端部分的形状一致，因此，其常常大致为圆形。在这样的情况下，熔核尺寸由其直径(熔核直径)来表示。在下文中，为了方便起见，熔核尺寸将适当地被称为熔核直径。
[0080] 《电源单元》
[0081] 电源单元能够是DC或者AC电源单元。AC电源单元的示例包括单相电源单元和三相电源单元。电源单元能够是恒流电源单元或者恒压电源单元。恒流电源单元是优选的，因为在加热时随着待接合工件的温度增加而产生的焦耳热的热量增加，结果导致，通过熔融并固化工件的焊接部分的至少一部分来可靠地形成熔核。应注意的是，从电极提供到待接合工件的优选的电流值取决于工件的材料、想要的熔核直径、焊接时间等等而不同。
[0082] 示例
[0083] 将借助于示例更具体地描述本发明
[0084] 《点焊接器》
[0085] (1)在图1中示出根据本发明的点焊接器的示例的点焊接器100。点焊接器100装配有枢接的焊接机器人20、用于控制焊接机器人20的控制装置30、以及电源单元40。
[0086] 焊接机器人20是6轴竖直枢接机器人并且包括以可围绕竖直第一轴旋转的方式固定在地板上的底座21；连接到底座21的上臂22；连接到上臂22的前臂23；可旋转地连接到前臂23的前端部分的腕元件24；以及附接到腕元件24的前端部分的点焊枪10。上臂22以可围绕水平第二轴旋转的方式连接到底座21。前臂23以可围绕水平第三轴旋转的方式连接到上臂22的上端部分。腕元件24以可围绕与前臂23的轴平行地延伸的第四轴旋转的方式连接到前臂23的前端部分。借助于围绕垂直于前臂23的轴的第五轴旋转的另一腕元件(未示出)，以可围绕垂直于第五轴的第六轴旋转的方式，点焊枪10附接到腕元件
24的前端部分。
24的前端部分。
[0088] 可移动电极11a通过伺服电机13以能够与待接合工件W接触或相对于该待接合工件W而离开的方式来被驱动，并且通过与在工件W的片厚度方向上轴向地放置的对向电极11b相配合来以想要的压力夹持工件W。可移动电极11a和对向电极11b由铜合金以具有底部的中空的柱形形成，并且它们的内部通过循环冷却水而强制冷却。
[0089] 控制装置30包括机器人驱动电路(未示出)并且控制焊接机器人20和点焊枪10的驱动。控制装置30还包括电力电路(未示出)并且控制将通过电极11提供到工件W的电力(电压和电流中的至少一个)。这些电路控制将提供给工件W的电流值、电流流动时间(焊接时间)、电流流动开始和结束时刻(焊接时刻)、通过电极11施加在工件W上的夹持力(压力)等等。从控制面板31输入控制所需要的条件。
[0090] 电源单元40是恒AC电流整流器，其能够通过单相或三相电源的升压来稳定地提供高恒电流。电源单元40由控制装置30控制。
[0091] (2)该点焊接器100如下地进行操作。待通过点焊接接合的工件W被放置在支架台(未示出)上。然后，工件的焊接点被输入到点焊接器100的控制装置30中。为了获得想要的熔核直径，还输入焊接条件，诸如通过电极11夹持工件W的力、将被提供到电极11的电流值以及焊接时间(电流流动时间)。
[0092] 当然后启用点焊接器100时，由控制装置30控制的焊接机器人20将点焊枪10顺序地移动到各焊接点。设置在点焊枪10处的电极11由通过控制装置30控制的伺服电机13驱动从而以预置的压力夹持工件W。在该状态下，预定的恒流被从电源单元40提供到工件W预定时间。在多个预置点重复该步之后完成点焊接工件W(焊接部件)的形成。
[0093] (3)图2中示出焊接点周围的示意图。如果点焊接是好的，那么由软钢板形成的并且彼此接触的工件W(工件Wa和工件Wb)在其内部熔融并且固化以形成熔核N。应注意的是，在通过电极11按压的同时加热的部分是焊接部分Y并且通常熔核N被焊接部分Y包括。
[0094] 《用于控制点焊接器的装置和方法》
[0095] (1)根据本发明的示例的控制装置30进一步包括补偿电路(未示出)，用于监视焊接点的焊接状态。该补偿电路包括计算单元，用于计算电阻比率X(＝R2/R1)，其是借助于电极11在将用于点焊接的电流(加热电流)提供到工具W的停止之后和之前分别测量的第二电阻值R2与第一电阻值R1的比率；以及确定单元，用于确定计算出的电阻比率X是否等于或大于预定阈值Xn；以及再加热单元，用于当电阻比率X小于阈值Xn时给出用于将加热电流再提供到电极11的指令。
[0096] (2)在图3的流程图中示出用于通过控制装置30控制点焊接器100的方法。应注意的是，通过执行图3中所示的控制方法，实现本发明的点焊接方法的各步骤并且产生点焊接工件W(焊接部件)。首先，在步骤S11中，输入并且设置各种焊接条件。具体地，这些条件是工件Wa、Wb的材料和片厚度，焊接点的数目和位置，电极11a、11b的芯片形状，工件W上的电极11的压力，用于点焊接的初始加热电流值I1，用于加热电流值I1的电流流动时间(焊接时间)t1，用于R2测量的测量电流值i，测量电流值i的电流流动时间tm，从加热电流值I1的提供的停止到测量电流值i的提供的开始的时间(休止时间)tr，用于与想要的熔核直径关联的电阻比率X的阈值Xn，在再加热情况下提供的再加热电流值I2(在重复n次的情况下为In)，再加热电流值I2的电流流动时间(焊接时间)t2(在重复n次或更多的情况下为tn)等等。
[0097] 在步骤S12中，焊接机器人20和点焊枪10被致动以使电极11a、11b的端面部分(电极端头)与工件W的两个外侧接触(外接触)。这时，电极11将基于步骤S11的设置值将压力施加到工件W上。在步骤S13中，执行加热电流的初始提供以进行点焊接。也就是说，对电极11提供加热电流值I1一电流流动时间t1的时间(加热步骤)。
[0098] 在步骤S14中，测量工件W的第一电阻值R1(第一电阻测量步骤)。基于就在步骤S13的加热电流的提供刚刚停止之前的加热电流值I1(In)以及加热电压值V1(Vn)计算该R1。具体地，当加热电流是AC时，基于在加热电流的提供的最后一个周期时间(Ct)中通过电极11提供的有效电流值和其有效电压值计算R1。应注意的是，1Ct是交流电的一个周期并且例如，在每秒60个周期的AC的情况下，1Ct＝1/60秒。
[0099] 在步骤S15中，加热电流值I1(In)的提供停止。之后，不提供任何电流在步骤S11中设置的休止时间(休止步骤)。该tr被设置为下述时间，在该时间期间，如果点焊接是好时，通过加热电流值I1(In)加热的工件W保持高温度残余热，尽管通过电极11进行了冷却。按照上述Ct，该tr是大约1至5Ct的非常短的时间，尽管取决于加热电流值In的电流流动时间tn。
[0100] 在步骤S16中，测量加热电流的提供停止之后的具有残余热的工件W的第二电阻值R2(第二电阻测量步骤)。基于通过电极11单独提供的测量电流值i计算该R2。具体地，当测量电流值i是与加热电流值I1一样的AC时，从有效电流值和有效电压值计算R2。该测量电流值i的电流流动时间可以是大约1Ct，与R1测量中一样。在步骤S17中，基于分别在步骤S14和步骤S16中测量的R1和R2计算电阻比率X(R2/R1)(计算步骤)。
[0101] 在步骤S18中，确定电阻比率X和在步骤S11中设置的阈值Xn中哪一个较大(确定步骤)。当X小于Xn时，确定在焊接部分处没有形成想要的熔核并且转向步骤S19，其中再提供加热电流(再加热步骤)。再提供给电极11的加热电流值I2(In)和加热电流流动时间t2(tn)可以与I1和t1相同，但是因为点焊接不充分，因此I2(In)和t2(tn)可以分别大于I1和t1。相反地，因为工件已经被加热至少一次并且处于残余热中，因此在一些情况下，I2(In)和t2(tn)可以分别小于I1和t1。此外，In和tn能够根据再加热次数而变化。
[0102] 然而，如果重复再加热若干次，那么可能电极11特别是末端部分处的端头被磨损或者劣化。在这样的情况下，可以在替换电极11或者修整电极11的端面部分从而使得工件W和电极11之间的导电恢复正常之后再提供加热电流。
[0103] 在一些情况下，当在一点处需要再加热时，可以增加将在下一点处提供的初始加热电流值In(加热电流功率的量)。从生产效率的观点来看，加热电流值I1的增加优选地在加热电流流动时间t1中增加。
[0104] 接下来，当X等于或大于Xn时，确定在焊接部分处形成想要的熔核并且转向步骤S20，其中电极11与工件W分离并且该点处的焊接结束。
[0105] 《用于评估点焊接的装置和方法》
[0106] 能够通过执行图3中所示的步骤S14至S18来评估点焊接的焊接状态。这里，不仅能够借助于电极11来进行第一电阻值R1和第二电阻值R2的测量，而且能够通过使用单独提供的测量探针来进行测量。可以通过如在步骤S18(估算步骤，评估步骤)中那样确定电阻比率X和阈值Xn中的哪一个更大来进行评估焊接状态本身是否好。该步骤S18能够被替代为基于预先准备的电阻比率X和熔核直径D之间的相关性的数据库来从电阻比率X估算焊接部分的熔核直径D的步骤(熔核估算步骤)。
[0107] 《电阻比率X和熔核直径D之间的相关性》
[0108] 通过如下地实际执行点焊接获得电阻比率X和熔核直径D之间的相关性：
[0109] (1)通过将电极放置为与工件的两个外侧形成外部接触来执行点焊接，其中工件包括两个重叠的冷轧软钢板(JIS SPC270)，每个钢板具有2mm的厚度。电极中的每一个具有圆形末端部分(直径为6mm)并且其端面具有40mm的曲径。这些电极以3430N的压力压住工件，并且对电极提供具有有效电流值11kA的加热电流t1＝20Ct(20/60秒)。采用的电源是每秒60个周期的单相AC。在加热电流的提供的最后一个Ct中，通过上述方法测量第一电阻值R1。
[0110] 在自从加热电流的提供停止之后预定时间(这里tr＝1Ct，2Ct，或者4Ct)流逝之后，提供不用于加热焊接部分并且具有5kA的有效电流值的测量电流t2＝1Ct(1/60秒)。因此，通过上述方法测量第二电阻值R2。图4中示意性地示出测量每个电阻值时通过电极提供给工件的电流的时序图。
[0111] (2)通过不同地改变加热时间和休止时间执行多种点焊接。在每个焊接部分处切割多种点焊接之后的工件，并且测量每个焊接点的熔核直径D。在图5中总结了每个焊接点的电阻比率X和熔核直径D之间的相关性。
[0112] (3)如从图5中明示地，可以确认的是，在D＞0的范围中，在电阻比率X和熔核直径D之间建立一一对应的对应性。随着休止时间tr更长，X-D相关性线移动到较小的电阻比率X。然而，可以确认的是，即使作为参数的休止时间tr改变，电阻比率X和熔核直径D之间的相关性也不很大的变化并且示出非常类似的趋势。
[0113] 还可以确认的是，在熔核直径D很大的区域(点焊接的焊接状态好的区域)中，熔核直径的改变相对于电阻比率X的改变的速率慢。另一方面，还可以确认的是，在熔核直径D小的区域(点焊接不充分的区域)中，熔核直径的改变相对于电阻比率X的改变的速率快。还显而易见的是，尤其当电阻比率X不超过某一值时，熔核直径D基本上在0收敛并且工件没有熔融或者固化。
[0114] 图5中所示的结果表示在根据休止时间tr设置适当的阈值Xn并且采用上述点焊接方法时，能够进行高质量的点焊接，其确保了每个焊接点的想要的熔核直径D。
[0115] 类似地，使用图5中的结果有利于判断和评估点焊接的焊接状态。例如，能够从计算出的电阻比率X获得对应的熔核直径D并且直观地评估点焊接的焊接状态。
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