JP2000015454A

JP2000015454A - 電気抵抗溶接における通電制御方法

Info

Publication number: JP2000015454A
Application number: JP10219545A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Aoyama; 好高青山; Akisada Shibata; 韶貞芝田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】電気抵抗溶接においては、溶融状態の進行を
適正に制御しなければ、スパッタが発生するという問題
がある。【解決手段】そこで、１回の通電の条件が設定された
電流値や通電時間等のもとに段階的に制御されている形
式を採用し、予熱通電ｔ２、溶融通電ｔ４、調整通電ｔ
５によって、スパッタ発生温度に至らないようにしつつ
適正な溶接品質を得ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、ブロジェクショ
ン溶接等の電気抵抗溶接におけるスパッタの発生を防止
するもので、溶接通電を制御してそれを実現するもので
ある。なお、本発明におけるスパッタ発生防止というの
は、スパッタが一切発生しない状態から、スパッタは発
生しても実害のないいわゆるスパッタの最少化の状態ま
での範囲におよんでいる。

【０００２】

【従来の技術と解決するべき問題点】図１０ａに示した
ように鋼板１を固定電極２上に載置し、それにスタッド
ボルト８をプロジェクション溶接する場合のスパッタ発
生の状況を説明する。鉄製のスタッドボルト８は、軸部
９、円形のフランジ１０、円形の隆起部１１からなるも
ので、この隆起部１１はフランジ１０よりも少し小径で
図示のようになだらかに膨らんだ形状になっている。可
動電極３には受入孔４が明けられ、そこに軸部９が挿入
される。図１０ａの加圧した状態で通電をすると、隆起
部１１と鋼板１との極くわずかな接触面積の箇所に集中
的に通電がなされるので、その部分は異常な早さの急速
加熱・急速溶融となり、その時の溶融箇所は急膨脹を
し、したがって、そこから溶融金属が勢い良く周辺に飛
散する、さらに、加圧と通電が続行されるので、図１０
ｂのように溶融箇所５は大きくなるが、この大きさに対
する電流値としてはいまだ過大であるため、溶融箇所５
の急膨脹は続行することになり、スパッタはなおかつ発
生する。最終的に溶融箇所５の大きさが十分な値になる
と、溶融箇所の電流密度も適正な状態になって温度上昇
や膨脹の度合いも前述のような異常なものではなく、溶
融金属の飛散は発生しなくなる。

【０００３】このようなスパッタ発生の要因を、図４を
見ながら通電制御の面から観察すると、一般に一定値の
大電流を短時間通電させる形式であって、通電が開始さ
れて次第に溶着局部の温度が高くなり、所定の温度Ｔｎ
に到達すると、溶融が開始されその段階では温度がまだ
低いので溶融金属の流動性は低い状態である。通電時間
と共に次第にこの温度が上昇して温度Ｔｍに達すると、
溶融金属の流動性も高くなった完全な溶融状態となり溶
融金属も急膨脹をするので、スパッタ飛散がこの温度域
で発生する。ところで、作業者は溶接品質を確実なもの
にするために、スパッタが発生する位の温度Ｔｍを越え
た直後に通電を停止するように、通電設定を行ってい
る。すなわち、ｔなる微小時間の間に通電を停止するの
である。

【０００４】このような通電停止の制御は溶着性、すな
わち溶接品質を確実なレベルにすることに主眼がおかれ
ているもので、スパッタ発生の防止に対しては何等の配
慮もされていない。なお、ここではスタッドボルトのよ
うな隆起部の形状のものを、プロジェクション溶接で固
着させるという新たな発想に基づいている。

【０００５】本発明は、以上に述べた問題点を解決する
と共にこの解決途上で遭遇する後述の問題点をも解決す
るために提供されたものである。請求項１の発明は、１
回の通電の条件が設定された電流値や通電時間等のもと
に段階的に制御されている形式の電気抵抗溶接におい
て、溶接通電は、初期の予熱通電、部材の溶融を図る溶
融通電、部材の温度上昇を緩和して通電時間の長期化を
図る調整通電の順序で行い、調整通電はスパッタ発生温
度に達しない時期に停止し、調整通電の電流値は溶融通
電の電流値とほぼ同じかあるいはそれよりも高く設定し
たことを特徴とする通電制御方法である。したがって、
予熱通電によって初期の急速加熱・急速溶融が回避さ
れ、溶融金属の飛散が防止される。その後の溶融通電に
より両部材の溶着が開始されるのであるが、スパッタ発
生の温度に達する前に調整通電を行って、温度上昇を緩
和しつつ溶融状態の長期化を図って確実な溶着を得て、
スパッタ発生前に通電を停止する。そして、調整通電の
電流値は溶融通電の電流値とほぼ同じかあるいはそれよ
りも高く設定してあるので、溶融面積や通電面積の増大
に伴う電流密度の低下に対処している。請求項２の発明
は、１回の通電の条件が設定された電流値や通電時間等
のもとに段階的に制御されている形式の電気抵抗溶接に
おいて、初期の予熱通電と部材の溶融を図る溶融通電と
の間に非通電の冷却時間を設定したことを特徴とする通
電制御方法であり、被溶接部材個々の接触部の抵抗差に
よる温度差が予熱通電後に現れるが、この温度差を冷却
時間の間に縮小するのである。請求項３の発明は、請求
項２において、溶融通電の後に部材の温度上昇を緩和し
て通電時間の長期化を図る調整通電を行うことを特徴と
する通電制御方法であり、調整通電によって温度上昇を
緩和しつつ溶融状態の長期化を図っている。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、１回の通電の条件が設
定された電流値や通電時間のもとに段階的に制御されて
いることが母体になっている。そこで、先ず、図１から
図３にしたがって段階的制御の実施の形態を説明する。
なお、溶接する部材は図１０のものである。図１は、通
電の状態、すなわちサイクル波形を経時的に示したもの
で、ｔ１は加圧開始から所定の加圧力に安定するまでの
初期加圧時間、ｔ２は初期の予熱通電、ｔ３は非通電の
時間帯で冷却時間、ｔ４は部材の溶融を図る溶融通電、
ｔ５は部材の温度上昇を緩和して通電時間の長期化を図
る調整通電、ｔ６は溶接通電終了時点から軟化部分が硬
化するまでの保持加圧時間であり、これらの各通電を順
次行って行く。そして、調整通電ｔ５はスパッタ発生温
度に達しない時期に停止させている。このような通電の
制御は、一般に使用されている通電制御回路によって容
易に実施することができるので、ここではその制御手段
の説明は省略している。

【０００７】図２および図３にしたがって各通電段階と
溶着部の温度の変化を説明すると、初期加圧時間ｔ１で
は常温であり、予熱通電ｔ２では常温から両部材に柔軟
性あるいは若干の溶融が現れる赤熱状態の温度Ｔ２に達
する、この状態では両部材間に介在している防錆油や鉄
粉などの異物が燃焼したり部材にめり込んだりする。ｔ
３の非通電の冷却時間においては、温度はＴ２から低下
し、この間に後述の「バラツキ」条件の相違を均一化さ
せる。

【０００８】ｔ３の非通電の冷却時間を図５、図６にし
たがって詳しく説明する。溶接される部材がＡ、Ｂ、Ｃ
３個ある場合であり、それらの間には防錆油の多・少や
不純物の介在の状態がそれぞれ異なっているので、３個
の部材の接触抵抗にはバラツキがある。したがって、ｔ
２通電後の温度Ｔ２にも被溶接部材毎に高低のバラツキ
が発生する。もし、図６のように非通電の冷却時間ｔ３
を設置せずに直ちにｔ４通電へ移行したら、温度Ｔ２の
バラツキがそのまま温度Ｔ４において拡大的な値とな
り、さらに調整通電ｔ５により一層拡大的になり、した
がって、部材Ａはスパッタ発生の高温域、すなわちＴｍ
に、また、部材Ｃは溶接不十分の低温域の温度Ｔ４とな
る。このような現象を防止するために冷却時間ｔ３を設
定して、ある程度温度を下げその低下途上で温度Ｔ２に
おける大きなバラツキ幅を温度Ｔ３の小さなバラツキ幅
に縮小し、その後の温度Ｔ４乃至Ｔ５のバラツキ幅を許
容幅内に納めているのであり、これによってもスパッタ
発生や溶接不十分を防止しているのである。このように
バラツキ幅が縮小するのは、一般的に知られている「Ｎ
ｅｗｔｏｎの冷却の法則」によるものである。なお、図
５、図６は理解しやすくするために、誇張して図示して
ある。

【０００９】溶融通電ｔ４が開始されると、溶着部の温
度は急上昇し両部材は溶融状態となりスパッタ発生温度
Ｔｍに到達する前に、すなわち温度Ｔ４の時期に調整通
電ｔ５に移行する。こうなると、温度上昇は緩和され溶
融状態は長期化されて、完全な溶着が達成される。そし
て、調整通電ｔ５はスパッタ発生温度Ｔｍに達する前の
温度Ｔ５の時点で停止させられる。

【００１０】図１０における鋼板１の板厚は１ｍｍであ
り、スタッドボルトの各部寸法は軸部９の直径６ｍｍ、
フランジ１０の直径１３ｍｍ、フランジ１０の厚さ１ｍ
ｍ、隆起部１１の直径１０ｍｍ、隆起部１１の高さ１ｍ
ｍであり、電極の加圧力は３５０ｋｇｆで、各通電段階
の時間と電流値は、次のとおりである。

【００１１】図１では電流値が階段状に変化している
が、これを徐変させるようにしてもよい。

【００１２】ところで、図１の調整通電ｔ５の電流値が
溶融通電ｔ４の電流値よりも高く設定してあることにつ
いて説明する。図７は、スタッドボルト８をプロジェク
ション溶接で溶着する場合である。スタッドボルト８
は、前述のように軸部９、フランジ１０、隆紀部１１か
らなるもので、この隆紀部１１は円形のフランジ１０よ
りも少し小径で図示のようになだらかに膨らんだ形状に
なっている。鋼板１２は固定電極１３上に載置され、可
動電極１４の受入孔１５に軸部９が挿入されている。

【００１３】図７ａは、隆起部１１が鋼板１２に圧着さ
れて予熱通電ｔ２が完了した状態であり、この時には溶
融部１６が極く小さなものとして現れている（被溶接部
材の通電抵抗の状態あるいは予熱通電の設定値によって
は赤熱程度のこともある）。冷却時間ｔ３の後に溶融通
電ｔ４がなされると、図７ｂのように溶融部１６が大き
くなって行く。このように溶融部１６が拡大して行く
と、通電面積が大きくなるので、その部分の電流密度が
低下し発生熱量に不足が生じ、溶融部１６が正常な図７
ｃの大きさまでにならないことになる。そこで、調整通
電ｔ５の電流値を溶融通電ｔ４の電流値よりも高くして
発生熱量の不足を補うのである。この場合、被溶接部材
の形状や大きさ（熱マス）によっては、溶融通電ｔ４と
調整通電ｔ５の電流値をほぼ同じに設定してもよい。あ
るいは、それ以下の電流値にして調整通電の時間を長く
するようにしてもよい。

【００１４】図８は、上述のスタッドボルトが突起付き
の鋼板部品に変更された場合である。鋼板部品１７は突
起１８が形成されている。これに図７の場合と同様に通
電を行うと、突起の先端部は図７と同様な現象を呈し、
溶融部１６は小さな段階であるが図８ｂのように突起が
押し潰されて、鋼板部品１７は全面的に鋼板１２に密着
する。このようになると密着した箇所からも電流が分流
するので、溶融部１６における電流密度が高まらず、し
たがって、溶融部１６は図８ｃの正常な大きさまで拡大
されないことになる。図８ｂ程度のナゲットであると、
溶接強度の面で不足を来すことになる。そこで、調整通
電ｔ５の電流値を溶融通電ｔ４の電流値よりも高くして
発生熱量の不足を補うのである。この場合、被溶接部材
の形状や大きさ（熱マス）によっては、溶融通電ｔ４と
調整通電ｔ５の電流値をほぼ同じに設定してもよい。あ
るいは、それ以下の電流値にして調整通電の時間を長く
するようにしてもよい。

【００１５】図９のプロジェクションナット１９につい
ても、その突起２０やナット下面が鋼板１２に密着して
電流がこの部分に分流する現象などは、図８の場合と同
じである。図９ｃが健全な溶着状態を示している。

【００１６】

【効果】本発明によれば、予熱通電によってわずかな加
圧接触面積の所に対する急速加熱・急速溶融を回避して
溶融金属の飛散を防止している。そして、赤熱した非溶
融状態あるいは若干の溶融状態で異物の介在を前もって
排斥して、両部材間の通電抵抗をどの被溶接部材であっ
てもできるだけ均一にし、次の溶融通電においてはスパ
ッタ発生温度に到達する前に調整通電へ移行してゆき、
スパッタ発生温度に到達する前に調整通電を停止するも
のである。したがって、スパッタ発生が確実に防止でき
る。あるいは、何等かの原因でスパッタが発生したとし
ても、実害のない最小限度のものとすることができる。
そして、調整通電においては、溶融状態を長期化させる
ことができるので、両部材の溶着状態は十分なものとな
り、溶接品質の向上にとって有効である。換言すると、
事前にスパッタの発生要因を消滅させておいて、かつ溶
融状態においてもスパッタ発生の領域を避けているもの
であり、さらに溶着性を向上させるための溶融時間の長
期化が図られているのである。そして、重要な点は、調
整通電の電流値が溶融通電の電流値とほぼ同じかあるい
はそれよりも高く設定してあるので、図７、図８および
図９で述べた電流密度の低下を補って、適正な溶接品質
を得ることができるのである。あるいは、それ以下の電
流値にして調整通電の時間を長くするようにしてもよ
い。

【００１７】予熱通電と溶融通電との間に非通電の冷却
時間を設定したので、次の作用効果がある。油汚れの度
合いや不純物片の介在によって、各被溶接部材の通電抵
抗にバラツキがあるが、予熱通電が終了した段階では油
成分は燃焼し不純物片も部材にめり込んだりしているの
で、通電抵抗のバラツキは消滅している。予熱通電の終
了時点では各被溶接部材の温度のバラツキは大きく現れ
ているのであるが、冷却時間が終了した時点では、この
バラツキ幅が縮小されているので、その後の溶融通電に
おいてもこのバラツキ幅は縮小されたままで溶融がなさ
れる。よって、その後の調整通電においてスパッタ発生
の温度域に達することがない。上述の冷却時間によって
温度バラツキが縮小されるのは、前記のＮｅｗｔｏｎの
冷却の法則によってもたらされているのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】通電を段階的に示す波形図である。

【図２】温度と時間の関係を示す線図である。

【図３】図２の一部を拡大した線図である。

【図４】従来技術における温度・時間線図である。

【図５】３個の被溶接部材の温度変化を比較した線図で
ある。

【図６】冷却時間を設定しない場合の３個の被溶接部材
の温度変化を比較した線図である。

【図７】スタッドボルトが溶着してゆく状態を示す側面
図である。

【図８】突起付きの鋼板部品が溶着してゆく状態を示す
側面図である。

【図９】プロジェクションナットが溶着してゆく状態を
示す側面図である。

【図１０】スタッドボルトをプロジェクション溶接で溶
着している状態を示す縦断側面図である。

【符号の説明】

ｔ２予熱通電ｔ４溶融通電ｔ５調整通電ｔ３冷却時間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１回の通電の条件が設定された電流値や
通電時間等のもとに段階的に制御されている形式の電気
抵抗溶接において、溶接通電は、初期の予熱通電、部材
の溶融を図る溶融通電、部材の温度上昇を緩和して通電
時間の長期化を図る調整通電の順序で行い、調整通電は
スパッタ発生温度に達しない時期に停止し、調整通電の
電流値は溶融通電の電流値とほぼ同じかあるいはそれよ
りも高く設定したことを特徴とする電気抵抗溶接におけ
る通電制御方法。
【請求項２】１回の通電の条件が設定された電流値や
通電時間等のもとに段階的に制御されている形式の電気
抵抗溶接において、初期の予熱通電と部材の溶融を図る
溶融通電との間に非通電の冷却時間を設定したことを特
徴とする電気抵抗溶接における通電制御方法。
【請求項３】請求項２において、溶融通電の後に部材
の温度上昇を緩和して通電時間の長期化を図る調整通電
を行うことを特徴とする電気抵抗溶接における通電制御
方法。