JPH0726069U - プラズマ溶接装置とこの溶接装置により溶接される被溶接部の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 防水を目的としてシーラが塗布されたヘミン
グ処理部のプラズマ溶接にあたり、シーラが加熱されて
その気化ガスが溶融金属部に溜まって爆飛を起こす場合
があるが、この爆飛を確実に防止して良好なプラズマ溶
接を行えるようにする。 【構成】 インナパネル２０の接合部２０ａに突起２０
ｂを形成しておき、この接合部２０ａにアウタパネル２
１の折返し部２１ａを重ねた時に、突起２０ｂとアウタ
パネル２１の折返し部２１ａとの間からシーラ２５が排
除されて、突起２０ｂと折返し部２１ａが直接接触した
状態とする一方、プラズマ溶接装置１０にはすり鉢状の
凹部１３ａと集束孔１３ｂを備えた補助ノズル１３を取
り付けてプラズマアークを小径に集束した状態で、前記
突起２０ｂとアウタパネル２１の折返し部２１ａとの直
接接触した部位に集中的に照射可能な構成とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えばドアパネルの周縁部にみられるヘミング処理部等の被溶接部 にシーラが塗布されている場合に好適なプラズマ溶接装置とこの溶接装置により 溶接される前記被溶接部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、自動車ボディの、例えば図３(a) に示すドアパネル１のようないわ ゆるフタ物において、図３(b) に示すようにアウタパネル１ａとインナパネル１ ｂの接合部２は通常ヘミング処理が施され、然る後この接合部２の溶接が行われ るのであるが、これは通常図４に示すようなアフタヘムスポット溶接により行わ れる。図４(a) はシリーズ方式によるアフタヘムスポット溶接装置３を示し、図 中３ａは溶接トランス、３ｂは電極、３ｃはバックアップ電極を示す。また、図 ４(b) はインダイレクト方式によるアフタヘムスポット溶接を示し、図中４ａは 溶接トランス、４ｂは電極、４ｃはバックアップ電極を示している。

【０００３】 ところが、上記２方式による溶接はいずれも抵抗溶接であるため、接合部２を 電極３ｃまたは４ｃとバックアップ電極３ｃまたは４ｃとの間に挟んで加圧しつ つ溶接をする必要がある。このため接合部２に歪みを生じてしまい、溶接後にこ の歪みを修正する作業をする必要があった。

【０００４】 この修正作業をなくすためには、接合部２の加圧を廃止して歪みの発生を回避 すればよく、この条件を満足する溶接方法としてレーザ溶接あるいは通常のプラ ズマ溶接が考えられる。これによれば、接合部２の片側からレーザ光線あるいは プラズマアークを照射して溶接を行うことができるので、この接合部２を挟んで 加圧する必要はなく、従って歪みのない溶接を行うことができる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】 ここで、通常ドアパネル１等を構成するアウタあるいはインナパネル１ａ，１ ｂには亜鉛メッキ鋼板を素材としており、またこれらの接合部２には、主として 防水を目的としてシーラが塗布される。このため、溶接にあたって接合部２が加 熱されるとＺｎＯガスやシーラの気化ガスが発生する。ところが、このガスは溶 融金属部に集中して大気中に放散しようするため溶接部がいわゆる爆飛してしま い、現実にはレーザ溶接あるいはプラズマ溶接によっては、シーラの塗布された 接合部２の溶接は不可能であった。

【０００６】 本考案はこの問題を解決すべくなされたもので、歪みの発生を回避すべくプラ ズマ溶接によって接合部の溶接を行うのであるが、接合部にシーラが塗布されて いても爆飛を起こすことなく良好な溶接を行うことのできるプラズマ溶接装置と この溶接装置により溶接される被溶接部の構造を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

このため、請求項１記載の考案では、溶接される一方の鋼板の溶接面には予め その一部が折曲されて小径の突起が形成され、他方の鋼板の溶接面をこの一方の 鋼板の溶接面に重ね合わせた状態において、前記突起の周囲に前記両溶接面間の 隙間が形成されて、当該両溶接面間に塗布されたシーラが前記他方の鋼板と前記 突起の先端との間から排除されて前記他方の鋼板の溶接面が前記突起に直接接触 した状態とされた被溶接部を溶接するためのプラズマ溶接装置であって、プラズ マトーチの前方には、このプラズマトーチ側に向けて開拡するすり鉢状の凹部と この凹部の中心に形成された小径の集束孔を有する補助ノズルを備え、この補助 ノズルを被溶接部に押圧した状態において、前記プラズマトーチから照射された プラズマアークを前記補助ノズルの凹部および集束孔を経て小径に集束して、前 記他方の鋼板の溶接面と前記突起との接触部分にのみ集中して照射可能な構成と したことを特徴とするプラズマ溶接装置を案出した。

【０００８】 また、請求項２記載の考案では、請求項１記載のプラズマ溶接装置により溶接 される被溶接部であって、溶接される一方の鋼板の溶接面には予めその一部が折 曲されて小径の突起が形成され、他方の鋼板の溶接面をこの一方の鋼板の溶接面 に重ね合わせた状態において、前記突起の周囲に前記両溶接面間の隙間が形成さ れて、当該両溶接面間に塗布されたシーラが前記他方の鋼板と前記突起の先端と の間から排除されて前記他方の鋼板の溶接面が前記突起に直接接触した状態とさ れて、前記プラズマ溶接装置の補助ノズルが、前記他方の鋼板の溶接面を間にし て前記一方の鋼板の溶接面に押圧された状態で、前記プラズマトーチから照射さ れたプラズマアークが前記補助ノズルの凹部および集束孔を経て小径に集束され て、前記他方の鋼板の溶接面と前記突起との接触部分にのみ集中して照射される 構成としたことを特徴とする被溶接部の構造を案出した。

【０００９】 さらに、請求項３記載の考案では、請求項１記載のプラズマ溶接装置により溶 接される被溶接部であって、溶接される一方の鋼板の溶接面には予めその一部が 折曲されて小径の突起が形成され、他方の鋼板の溶接面の端部がこの突起に重ね 合わせられて、当該他方の鋼板の溶接面の端部と前記一方の鋼板の溶接面との間 に開口部が形成され、この開口部を経て大気に連通して前記突起の周囲に両溶接 面間の隙間が形成され、当該両溶接面間に塗布されたシーラが前記他方の鋼板と 前記突起の先端との間から排除されて前記他方の鋼板の溶接面が前記突起に直接 接触した状態とされて、前記プラズマ溶接装置の補助ノズルが、前記他方の鋼板 の溶接面を間にして前記一方の鋼板の溶接面に押圧された状態で、前記プラズマ トーチから照射されたプラズマアークが前記補助ノズルの凹部および集束孔を経 て小径に集束されて、前記他方の鋼板の溶接面と前記突起との接触部分にのみ集 中して照射され、かつ前記隙間内に発生したガスが前記開口部を経て大気に解放 される構成としたことを特徴とする被溶接部の構造を案出した。

【００１０】

【作用】

請求項１記載の構成によれば、プラズマアークは補助ノズルによって小径に集 束され、この状態でシーラが排除された、一方の鋼板の突起と他方の鋼板とが直 接接触した部分にのみ集中して照射される。このため、シーラの加熱は抑制され るのでその気化ガスの発生は低減され、従って溶融部の爆飛は防止される。

【００１１】 請求項２記載の構成によれば、被溶接部において一方の鋼板の突起と他方の鋼 板の溶接面とは直接接触した状態とされるので、両鋼板の溶接面間に塗布された シーラはこの突起と他方の鋼板の溶接面との接触部分から排除されている。この ため、請求項１記載のプラズマ溶接装置により小径に集束された状態のプラズマ アークが上記接触部分にのみ照射されると、この接触部分は十分に加熱されて溶 融状態となるのであるが、この接触部分から排除されたシーラの加熱は抑制され る。シーラの加熱が抑制されるのでその気化ガスの発生は低減され、従って上記 接触部すなわち溶融部の爆飛は防止される。

【００１２】 さらに、請求項３記載の構成によれば、請求項２記載の構成に加えて、両鋼板 の溶接面間の隙間が開口部を経て大気に連通した状態とされる。このため、上記 と同じくシーラの気化ガスの発生は低減されるのであるが、わずかに発生した気 化ガスも上記開口部を経て大気に放出される。従って、上記気化ガスが両鋼板の 溶接面間すなわち溶融部周辺に留まることはなく、これにより当該溶融部の爆飛 は確実に防止される。

【００１３】

【実施例】

次に、本考案の実施例を図１および図２に基づいて説明する。 本例のプラズマ溶接装置１０は、図１に示すように多軸制御されるロボットハ ンド１１の先端にプラズマトーチ１２と補助ノズル１３を備えた構成とされてい る。ロボットハンド１１は、図示省略した制御装置によって予め定められた軌跡 に沿ってプラズマトーチ１２および補助ノズル１３を移動させるようプログラム されている。プラズマトーチ１２は、従来より一般的に用いられているもので足 り、本考案の実施にあたって特に変更を要しない。

【００１４】 このプラズマトーチ１２は、ブラケット１４を介してロボットハンド１１の先 端に取付けられている。また、補助ノズル１３は、ブラケット１５を介してプラ ズマトーチ１２の前方（図示下方）に固定されている。

【００１５】 補助ノズル１３は銅板を素材として形成されており、すり鉢状の凹部１３ａと 小径の集束孔１３ｂを有している。凹部１３ａは、プラズマトーチ１２側に開拡 する向きに形成されている。この凹部１３ａの中心に集束孔１３ｂが形成されて おり、その径は概ね３ｍｍ〜５ｍｍ程度で小径孔に形成されている。この凹部１ ３ａおよび集束孔１３ｂの中心は、プラズマトーチ１２の照射ノズル１２ａの中 心に合わせられている。このため、この照射ノズル１２ａから照射されたプラズ マアークは、先ず凹部１３ａに向けて照射されるので徐々に集束され、最終的に 集束孔１３ｂを経てごく小径（３ｍｍ〜５ｍｍ）のプラズマアークに集束される 。なお、上記補助ノズル１３は、熱伝導性の大きい銅板を素材としているのでプ ラズマアークが照射されても溶融することはない。

【００１６】 一方、本例のプラズマ溶接装置１０によって溶接される被溶接部としては、特 にヘミング処理部が適している。このヘミング処理部（被溶接部、以下同じ）は 、図示するようにインナパネル２０の溶接面２０ａを、アウタパネル２１の溶接 面を折り返してなる折返し面２１ａと外板２１ｂとの間に挟み込んでなるもので 、この処理によりインナパネル２０とアウタパネル２１が一体化されている。従 って、本例においてインナパネル２０が請求の範囲に記載した「一方の鋼板」に 相当し、アウタパネル２１が「他方の鋼板」に相当している。

【００１７】 インナパネル２０の溶接面２０ａには、図示するように小径の突起２０ｂが形 成されている。この突起２０ｂは、ヘミング処理に先立ってすなわちインナパネ ル２０のプレス成形時に同時に形成されるもので、溶接面２０ａに沿ってスポッ ト溶接がなされるべき複数箇所に形成されている。なお、この突起２０ｂは、ヘ ミング処理前であれば、上記プレス成形とは別工程で形成してもよい。

【００１８】 インナパネル２０の溶接面２０ａに突起２０ｂ〜２０ｂを形成した後、ヘミン グ処理を施すことにより、アウタパネル２１の折返し面２１ａは、インナパネル ２０の溶接面２０ａに押し付けられ、これによりこの折返し面２１ａには突起２ ０ｂに整合して突起２１ｃが形成される。この突起２１ｃによって被溶接部の位 置を簡単に視認できる。

【００１９】 また、図示するようにヘミング処理にあたってインナパネル２０の溶接面２０ ａとアウタパネル２１の外板２１ｂおよび折返し面２１ａとの間には、主として 防水を目的としてシーラ２５が塗布される。しかしながら、図示するようにイン ナパネル２０の溶接面２０ａには上記した突起２０ｂが形成され、この突起２０ ｂがアウタパネル２１の折返し面２１ａに直接接触した状態となっている。この ため、突起２０ｂの周囲であって溶接面２１ａと折返し面２１ａとの間には一定 の隙間が強制的に形成され、この隙間内にのみシーラ２５が充填された状態とな る。すなわち、突起２０ｂの先端と折返し面２１ａとの接触部からシーラ２５は 排除されている。一方、溶接面２０ａと外板２１ｂとの間には全面にわたってシ ーラ２５が充填された状態となっている。

【００２０】 本例のプラズマ溶接装置１０によれば、上記ヘミング処理部に対してスポット 溶接が以下のようにして行われる。 先ず、ロボットハンド１１が作動されてプラズマトーチ１２および補助ノズル １３が一箇所の溶接箇所すなわちある一つの突起２１ｃの上方に移動される。こ れにより、プラズマトーチ１２の照射ノズル１２ａと集束孔１３ｂと突起２１ｃ が一直線上に位置される。然る後、ロボットハンド１１が下方に作動されて、プ ラズマトーチ１２および補助ノズル１３がヘミング処理部に向けて接近される。 そして、最終的に補助ノズル１３がアウタパネル２１の折返し面２１ａに押し当 てられる。この時点で、図示するように集束孔１３ｂには突起２１ｃがほぼ嵌ま り込んだ状態となっている。

【００２１】 以上により溶接装置１０のセッティングが完了し、次にプラズマトーチ１２の 照射ノズル１２ａからプラズマアークが照射される。照射されたプラズマアーク は、先ず補助プレート１３の凹部１３ａに照射されて徐々に集束され、最終的に 集束孔１３ｂを経て概ね３ｍｍ〜５ｍｍ程度の小径のアークに集束される。

【００２２】 このように、凹部１３ａおよび集束孔１３ｂを経て十分に集束されたプラズマ アークが、突起２１ｃすなわち突起２０ｂと折返し面２１ａとの接触部分に向け て集中的に照射される。

【００２３】 一方、上記接触部分からシーラ２５は排除されており、シーラ２５は突起２０ ｂの周囲であって、溶接面２０ａと折返し面２１ａとの間の隙間内にのみ充填さ れている。このため、上記のようにして集中的に照射されたプラズマアークによ り突起２０ｂと折返し面２１ａとの接触部分は十分に加熱されて溶融状態となる のであるが、この接触部分の周囲に対してはプラズマアークは照射されず、従っ てシーラ２５の充填部位は直接加熱されない。すなわち、突起２０ｂと折返し面 ２１ａとの接触部分は加熱溶融されて接合され、これによりインナパネル２０の 溶接面２０ａとアウタパネル２１の折返し面２１ａが溶接される一方、シーラ２ ５は加熱されないのでその気化ガスは発生しない。

【００２４】 本例のプラズマ溶接装置１０は以上のように構成したものであるので、次のよ うな作用効果を奏する。 プラズマトーチ１２から照射されたプラズマアークは、３ｍｍ〜５ｍｍ程度の 小径のアークの集束されて突起２１ｃに向けて照射され、これにより両突起２１ ｃ，２０ｂが加熱溶融されて溶接面２０ａと折返し面２１ａ、すなわちインナパ ネル２０とアウタパネル２１が溶接される。

【００２５】 一方、プラズマアークは小径に集束されて突起２０ｂと折返し面２１ａとの接 触部分にのみ向けて集中的に照射され、しかも、プラズマアークにより加熱され る上記接触部分からシーラ２５は排除されている。このため、プラズマアークの 照射によってはシーラ２５は直接加熱されず、従ってその気化ガスの発生は低減 される。このことから、従来、シーラの気化ガスが溶融金属中に混入して爆飛を 発生していたのであるが、本例のプラズマ溶接装置１０によれば、シーラ２５の 気化ガスは発生しないのでこのような問題はない。

【００２６】 なお、折返し面２１ａには銅板製の補助ノズル１３が接触されているので、突 起２０ｂと折返し面２１ａとの接触部分の周囲の熱はこの補助ノズル１３を経て 放熱され、この点においてもシーラ２５の加熱が抑制される。

【００２７】 さらに、プラズマアークの照射による溶接であるので、従来のシリーズ方式あ るいはインダイレクト方式によるスポット溶接のように溶接部（本例の場合、ヘ ミング処理部）を挟み込むことがないので、溶接歪みがアウタパネル２１の外板 ２１ｂに現れることはなく、従って歪み取り等の修正作業は必要ない。

【００２８】 しかも、本例のようにヘミング処理部をプラズマ溶接することにより、三層に 重なった溶接面２０ａと折返し面２１ａと外板２１ｂのうち溶接面２０ａと折返 し面２１ａだけが溶接されるので、外板２１ｂにはなんら溶接痕（溶接歪み）は 現れず、この点においても修正等の後工程を必要としない溶接を行うことができ る。

【００２９】 次に、請求項３記載の考案の実施例を説明する。本例は、上記例示した被溶接 部としてのヘミング処理部の別態様の実施例である。以下、変更を要しない点に ついては説明を省略し、同一の符号を用いる。

【００３０】 本例のヘミング処理部は、図２の分図(a) または(c) に示すようにアウタパネ ル２１の折返し面２１ａ′が前記例示した折返し面２１ａよりも短尺（折返し長 さが短い）に形成されている。この短尺に形成された折返し部２１ａ′の端縁を 突起２０ｂの先端またはほぼ先端近傍に揃えた状態に、アウタパネル２１の溶接 面が折り曲げられている。従って、この折返し面２１ａ′によっては突起２０ｂ の全体が覆われず、一部露出した状態となっており、このため、分図(b) に示す ように突起２０ｂの周囲に形成される隙間は開口部２６を経て大気に連通した状 態となっている。

【００３１】 なお、インナパネル２０の溶接面２０ａに形成された突起２０ｂの先端は折返 し面２１ａ′に直接接触した状態とされて、この接触部からシーラが排除されて いる点については前記実施例と同様である。但し、図２ではシーラは図示省略し てある。

【００３２】 このようなヘミング処理部によれば、前記と同様にプラズマ溶接装置１０がセ ッティングされ、然る後、小径のプラズマアークが突起２０ｂと折返し部２１ａ ′との接触部に集中的に照射され、これにより同接触部においてインナパネル２ ０の溶接面２０ａとアウタパネル２１の折返し面２１ａ′が溶接される。そして 、局所的な加熱であるので前記したと同様にシーラの加熱は抑制されてその気化 ガスの発生が低減されるのであるが、わずかに気化ガスが発生した場合であって も、開口部２６を経て大気に放出されるので溶融金属中に留まることはなく、こ の点において爆飛の発生がさらに確実に防止される。

【００３３】 さらに、インナパネル２０あるいはアウタパネル２１に亜鉛メッキ処理が施さ れている場合には加熱によりメッキ層が気化してＺｎＯガスが発生する場合があ るが、このＺｎＯガスも上記開口部２６を経て大気中に放出されるので爆飛が発 生するおそれはなくなり、良好なプラズマ溶接を確実に行えるようになる。

【００３４】 以上、本例ではヘミング処理部を溶接する場合を例示して説明したがこれに限 定されることなく、例えば単に二枚の鋼板を接合する場合にも適用可能であり、 両鋼板間にシーラを塗布した場合であっても従来のような爆飛を起こすことなく 溶接することができる。

【００３５】

【考案の効果】

本考案によれば、シーラが塗布された部位を溶接する場合であっても、爆飛を 発生することなく良好なプラズマ溶接を確実に行うことができるようになる。

【００３６】 また、シリーズ方式等のスポット溶接のように溶接部位を挟み込むことがない ので溶接歪みが少なく、このため歪み取り等の後処理を必要とせず、特にヘミン グ処理部の溶接に適用した場合には外板に全く歪みを発生させることなく溶接を することができるので、溶接作業の大幅な簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示し、プラズマ溶接装置の要
部およびヘミング処理部の側面図である。

【図２】被溶接部の別態様を示し、分図(a) は縦断面
図、分図(b) は分図(a) のＡ−Ａ線断面図、分図(c) は
さらに別態様の被溶接部の縦断面図である。

【図３】分図(a) はドアパネルの全体斜視図である。ま
た、分図(b) は分図(a) のＡ−Ａ線断面図であって、ヘ
ミング処理部の横断面図である。

【図４】分図(a) はシリーズ方式によるスポット溶接装
置の概略図である。分図(b) はインダイレクト方式によ
るスポット溶接装置の概略図である。

【符号の説明】

１…ドアパネル １ａ…アウタパネル、１ｂ…インナパネル ２…溶接面 ３…シリーズ方式によるスポット溶接装置 ４…インダイレクト方式によるスポット溶接装置 １０…プラズマ溶接装置 １１…ロボットハンド １２…プラズマトーチ １３…補助ノズル １３ａ…凹部、１３ｂ…集束孔 ２０…インナパネル ２０ａ…溶接面、２０ｂ…突起 ２１…アウタパネル ２１ａ…折返し面、２１ｂ…外板、２１ｃ…突起 ２５…シーラ

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接される一方の鋼板の溶接面には予め
   その一部が折曲されて小径の突起が形成され、他方の鋼
   板の溶接面をこの一方の鋼板の溶接面に重ね合わせた状
   態において、前記突起の周囲に前記両溶接面間の隙間が
   形成されて、当該両溶接面間に塗布されたシーラが前記
   他方の鋼板と前記突起の先端との間から排除されて前記
   他方の鋼板の溶接面が前記突起に直接接触した状態とさ
   れた被溶接部を溶接するためのプラズマ溶接装置であっ
   て、 プラズマトーチの前方には、このプラズマトーチ側に向
   けて開拡するすり鉢状の凹部とこの凹部の中心に形成さ
   れた小径の集束孔を有する補助ノズルを備え、この補助
   ノズルを被溶接部に押圧した状態において、前記プラズ
   マトーチから照射されたプラズマアークを前記補助ノズ
   ルの凹部および集束孔を経て小径に集束して、前記他方
   の鋼板の溶接面と前記突起との接触部分にのみ集中して
   照射可能な構成としたことを特徴とするプラズマ溶接装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラズマ溶接装置により
   溶接される被溶接部であって、 溶接される一方の鋼板の溶接面には予めその一部が折曲
   されて小径の突起が形成され、他方の鋼板の溶接面をこ
   の一方の鋼板の溶接面に重ね合わせた状態において、前
   記突起の周囲に前記両溶接面間の隙間が形成されて、当
   該両溶接面間に塗布されたシーラが前記他方の鋼板と前
   記突起の先端との間から排除されて前記他方の鋼板の溶
   接面が前記突起に直接接触した状態とされて、前記プラ
   ズマ溶接装置の補助ノズルが、前記他方の鋼板の溶接面
   を間にして前記一方の鋼板の溶接面に押圧された状態
   で、前記プラズマトーチから照射されたプラズマアーク
   が前記補助ノズルの凹部および集束孔を経て小径に集束
   されて、前記他方の鋼板の溶接面と前記突起との接触部
   分にのみ集中して照射される構成としたことを特徴とす
   る被溶接部。
3. 【請求項３】 請求項１記載のプラズマ溶接装置により
   溶接される被溶接部であって、 溶接される一方の鋼板の溶接面には予めその一部が折曲
   されて小径の突起が形成され、他方の鋼板の溶接面の端
   部がこの突起に重ね合わせられて、当該他方の鋼板の溶
   接面の端部と前記一方の鋼板の溶接面との間に開口部が
   形成され、この開口部を経て大気に連通して前記突起の
   周囲に両溶接面間の隙間が形成され、当該両溶接面間に
   塗布されたシーラが前記他方の鋼板と前記突起の先端と
   の間から排除されて前記他方の鋼板の溶接面が前記突起
   に直接接触した状態とされて、前記プラズマ溶接装置の
   補助ノズルが、前記他方の鋼板の溶接面を間にして前記
   一方の鋼板の溶接面に押圧された状態で、前記プラズマ
   トーチから照射されたプラズマアークが前記補助ノズル
   の凹部および集束孔を経て小径に集束されて、前記他方
   の鋼板の溶接面と前記突起との接触部分にのみ集中して
   照射され、かつ前記隙間内に発生したガスが前記開口部
   を経て大気に解放される構成としたことを特徴とする被
   溶接部の構造。