JP2000280078A - 電気溶接制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ナゲットの抵抗率に基づいてナゲットの温度
を推定し、溶接開始時点から溶接終了時点までのナゲッ
ト温度の変化が予め設定した温度変化範囲内になるよう
溶接電力を制御することで、散りの発生を防止するとと
もに高品質の溶接を行なう。 【解決手段】 抵抗値算出手段１１は、電圧検出部８で
検出した溶接電極７ａ，７ｂ間電圧を溶接電流を電流検
出部９で検出した溶接電流で除算してナゲット３１の抵
抗値Ｒを算出する。抵抗率算出手段１２は、抵抗値Ｒに
基づいて抵抗率ρを算出する。ナゲット温度算出手段１
３は、ナゲット温度と抵抗率との関係の近似式をナゲッ
ト温度範囲に対応して３種類備え、３種類の近似式を選
択利用することで抵抗率ρからナゲット温度Ｔを算出す
る。溶接電力制御手段１４は、算出されたナゲット温度
Ｔに基づいて溶接開始時点から溶接終了時点までのナゲ
ット温度Ｔの変化が予め設定した温度変化範囲内になる
よう溶接電力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スポット溶接等
に用いられる電気溶接制御装置に係り、詳しくは、溶接
電流と溶接電極（チップ）間電圧とに基づいてナゲット
温度を推定し、溶接開始時点から溶接終了時点までのナ
ゲット温度の変化が予め設定した温度変化範囲内になる
よう溶接電力を制御できるようにした電気溶接制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気溶接（主にスポット溶接）で
は、被溶接物の沸騰による散りの発生が品質および安全
面で問題になっていた。これまで、溶接時の散り発生防
止のために、電流や電圧を制御する方法が取られていた
が、散り発生を完全に防止するのは困難であった。ナゲ
ット（溶融部分）の抵抗率は、温度上昇とともに上昇
し、最大では常温時の約７倍にもなる。このため、電流
のみまたは電圧のみでは、ナゲットの温度を正確に制御
することが難しく、散り発生を完全に防止するのは困難
であった。また、散り発生を検知して電流制御を行なう
溶接装置も存在するが、その場合、散りが発生した後で
制御をかけるので遅れを生じ、散り発生を完全に防ぐこ
とはできなかった。

【０００３】そこで、ナゲットの温度を推定して溶接条
件を制御することで、溶接品質の向上を図る技術が以下
に示すように種々提案されている。

【０００４】特開平４−１７８２７５号公報には、溶接
開始後に検出した電極移動量から把握される母材平均温
度に基づいて、当該時点での算出された母材温度分布を
修正することにより、溶接部の破壊検査なしにリアルタ
イムにナゲット径を推測できるようにした抵抗スポット
溶接方法が記載されている。この抵抗スポット溶接方法
の構成は次のとおりである。溶接電流検出部、チップ間
電圧検出ケーブルで検出した両検出値と熱伝導モデルと
に基づいて、信号処理部で母材の温度分布を算出する。
母材の温度分布から推算部でナゲット寸法特性値を推算
する。これから溶接電流，電極加圧力を制御して抵抗ス
ポット溶接を行う。溶接開始後の電極移動量を検出器で
検出し、移動量から信号処理部で把握する母材平均温度
に基づいて、当該時点での算出された母材温度分布を修
正する。これにより、適正な溶接条件を自動的に選んで
目的の溶接部を確保することができる。

【０００５】特開平９−９４６７３号公報には、ナゲッ
ト形成状況を推定する第１演算部での状態量と基準状態
量を比較し、第２演算部で算出する修正量を基に溶接中
に溶接条件を変更することにより、所定のナゲット径を
形成できるようにした抵抗溶接の制御装置および制御方
法が記載されている。この抵抗溶接の制御装置および制
御方法は次のように構成されている。被溶接材を挟む電
極間の電圧及び溶接電流を電圧検出部と電流検出部で測
定し、第１演算部ではこれ等の値と、予め入力した被溶
接材の板厚、重ね枚数、材質から熱伝導計算を利用して
ナゲット形成状況を観測する状態量を第２演算部に出力
する。第２演算部では第１演算部３から出力したナゲッ
ト形成状況を観測する状態量と所定のナゲット形成に必
要な状態量を比較し、溶接条件の変更量を制御部に出力
し溶接機を制御する。このように、熱伝導計算を利用し
たシミュレータにより溶接条件を修正し所定のナゲット
を形成して確実に高品質な溶接ができる。

【０００６】特開平９−２１６０７１号公報には、推算
した溶接部の温度分布と目標ナゲットを比較して溶接機
の出力を制御することで、設定されたナゲットを得るこ
とができるようにした抵抗溶接機の制御装置が記載され
ている。この制御装置は、溶接電流検出手段、電極間電
圧検出手段、温度分布を推算する温度分布推算手段、イ
ンダクタンス特性値演算手段、温度分布推算手段により
推算した温度分布とインダクタンス特性値を用いて推算
した温度分布を比較して温度分布推算手段を調整する調
整手段と前記の温度分布により溶接条件を制御する制御
手段を備える。そして、調整した温度分布推算手段によ
つて推算した温度分布と目標ナゲットを比較して溶接条
件を制御する。

【０００７】特開平１０−９４８８３号公報には、溶接
電流とチップ間電圧を検出し、熱伝導計算により溶接部
のシミュレーシヨンを行ない、ナゲットの生成状態を推
定することにより、良好な溶接を行なうようにした抵抗
溶接機の溶接条件制御方法が記載されている。この抵抗
溶接機の溶接条件制御方法の構成は次のとおりである。
一対の溶接電極が被溶接材を抵抗溶接する。信号処理部
が溶接電流、溶接電圧のデータを取り込む。透磁率変化
検出部がインピーダンス（電圧と電流の比）の変化を監
視し、被溶接材が磁気変態温度以上に上昇していること
を確認する。固有抵抗値や電流の流れ方を考慮するフリ
ンジング係数などの材料定数を熱伝導シミュレータが決
定する。シミュレータは材料定数を用いて差分方程式を
作成し、電流、電圧のデータを入力し、電流密度と通電
径を算出する。温度方程式を解き、温度分布を算出し、
溶融温度を超えている領域をナゲットとする。比較部が
ナゲットの状況を基に溶接条件を制御する。

【０００８】特開平１０−３１４９５６号公報には、溶
接中のナゲットの生成状況を物理現象に基づいた観測可
能な数値で評価し、溶接材料に対する適用範囲が広く、
溶接部のナゲツト生成状況を正確に知ることができる抵
抗溶接部の品質評価方法および装置が記載されている。
交流、または電流脈動のある溶接電流を通電時、被溶接
金属材料の固有抵抗値が温度依存性を持つことから、電
流変化期間におけるチップ間の動抵抗瞬時値の変化率を
求め、更に動抵抗瞬時値の変化状況を演算処理し、溶接
部の発熱状態、すなわち、ナゲットの形成状態を推算す
ることにより正確に溶接品質の評価を行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の技術は、熱伝導モデル（熱伝導シミュレーショ
ン）等に基づいてナゲットの温度を推定するため、複雑
な計算処理が必要であり、溶接制御装置の構成が複雑に
なるとともに、溶接制御装置が高価になるという問題が
ある。このため、簡易な構成でナゲットの温度を推定
し、良好な溶接を行なうことのできる溶接制御装置が望
まれていた。

【００１０】

【発明の目的】この発明はこのような課題を解決するた
めなされたもので、ナゲットの抵抗率に基づいてナゲッ
トの温度を推定し、溶接開始時点から溶接終了時点まで
のナゲット温度の変化が予め設定した温度変化範囲内に
なるよう溶接電力を制御することで、散りの発生を防止
するとともに高品質の溶接を行なえるようにした電気溶
接制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る電気溶接制御装置は、溶接電流を検出す
る電流検出部と、溶接電極間電圧を検出する電圧検出部
と、溶接電流と溶接電極間電圧とに基づいて溶接部の抵
抗値を算出する抵抗値算出手段と、抵抗値に基づいて溶
接部の抵抗率を算出する抵抗率算出手段と、ナゲット温
度と抵抗率との関係式またはナゲット温度と抵抗率との
関係データを備え算出した抵抗率に基づいてナゲット温
度を算出するナゲット温度算出手段と、算出したナゲッ
ト温度に基づいて溶接開始時点から溶接終了時点までの
ナゲット温度の変化が予め設定した温度変化範囲内にな
るよう溶接電力を制御する溶接電力制御手段とを備えた
ことを特徴とする。

【００１２】この発明に係る電気溶接制御装置は、金属
材料の固有抵抗率が温度によって大きく変化することに
着目し、ナゲット温度と抵抗率との関係式またはナゲッ
ト温度と抵抗率との関係データを備えたので、抵抗率か
らナゲット温度を推定することができる。そして、ナゲ
ット温度の変化が予め設定した温度変化範囲になるよう
溶接電力を制御することで、高品質な溶接を行なうこと
ができ、散りの発生を防止できる。

【００１３】なお、ナゲット温度算出手段は、ナゲット
温度と抵抗率との関係式またはナゲット温度と抵抗率と
の関係データをナゲット温度範囲毎に区分して複数備え
ており、算出されたナゲット温度に応じて前記関係式ま
たは関係データを選択的に切り替える構成とするのが望
ましい。例えば、ナゲット温度算出手段は、ナゲット温
度が摂氏６００度以下の状態におけるナゲット温度と抵
抗率との関係を示す低温状態近似式と、ナゲット温度が
摂氏６００度以上で摂氏８００度以下の状態におけるナ
ゲット温度と抵抗率との関係を示す中温状態近似式と、
ナゲット温度が摂氏８００度以上の状態におけるナゲッ
ト温度と抵抗率との関係を示す高温状態近似式とを備
え、ナゲット温度に応じて使用する近似式を選択的に切
り替える構成とするのが望ましい。

【００１４】抵抗率の温度特性は単純な線形ではなく、
温度によって抵抗率の変化率が異なるので、ナゲット温
度と抵抗率との関係式またはナゲット温度と抵抗率との
関係データをナゲット温度範囲毎に区分して複数備える
ことで、抵抗率に基づくナゲット温度の推定精度を向上
させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。

【００１６】図１はこの発明に係る電気溶接制御装置の
ブロック構成図である。このこの発明に係る電気溶接制
御装置１は、３相交流電源２と、３相全波整流部３と、
インバータ部（スイッチング回路）４と、降圧トランス
５と、整流部６と、一対の溶接電極７ａ，７ｂと、電圧
検出部８と、電流検出部９と、制御部１０と、溶接条件
設定部２０とからなる。制御部１０は、抵抗値算出手段
１１と、抵抗率算出手段１２と、ナゲット温度算出手段
１３と、溶接電力制御手段１４とを備える。符号３０は
被溶接物、符号３１はナゲット（溶解部）である。

【００１７】３相全波整流部３は、３相交流電源２から
供給される３相交流を全波整流して直流電源を生成す
る。生成された直流電源はインバータ部４へ供給され
る。インバータ部４は、直流電源を高周波交流へ変換し
て降圧トランス５の一次巻線を駆動する。このインバー
タ部４は、制御部１０から供給される電力密度制御指令
等のインバータ運転指令１０ａに基づいて、高周波交流
の周期（周波数）ならびにデューティを可変する。これ
により、降圧トランス５，整流部６，各溶接電極７ａ，
７ｂを介して溶接部に供給する電力を制御する。降圧ト
ランス５の２次巻線には、低電圧化された高周波交流が
誘起される。この低電圧化された高周波交流は整流部６
で直流に変換される。整流部６は、整流用ダイオード６
ａと平滑用コンデンサ６ｂとから構成される。整流部６
で生成された直流は、各溶接電極７ａ，７ｂを介して被
溶接部３０に供給される。

【００１８】電圧検出部８は、一対の溶接電極７ａ，７
ｂ間の電圧を検出し、検出した電圧に対応した電気信号
（電圧検出信号）８ａを出力する。この電圧検出信号８
ａは制御部１０へ供給される。

【００１９】電流検出部９は、溶接電流を検出し、検出
した溶接電流に対応した電気信号（電流検出信号）９ａ
を出力する。この電流検出信号９ａは制御部１０へ供給
される。

【００２０】抵抗値算出手段１１は、電圧検出信号８ａ
と電流検出信号９ａとに基づいて溶接部（一対の電極７
ａ，７ｂ間）の抵抗値Ｒ（ｔ）を予め設定した時間間隔
で順次算出する。抵抗値Ｒ（ｔ）は、式１に示すよう
に、電極間電圧Ｖ（ｔ）を溶接電流Ｉ（ｔ）で除算する
ことで算出する。算出された抵抗値Ｒ（ｔ）は抵抗率算
出手段１２へ供給される。

【００２１】 Ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／Ｉ（ｔ） …… （式１）

【００２２】抵抗率算出手段１２は、算出された抵抗値
Ｒ（ｔ）に基づいて抵抗率ρを算出する。算出した抵抗
率ρは、ナゲット温度算出手段１３へ供給される。抵抗
率ρは、抵抗値Ｒ（ｔ）を抵抗率算出係数Ｌ／Ｓで除算
することで求めることができる。Ｌは電極７ａ，７ｂ間
の距離（被溶接物３０の板厚）、Ｓは溶接部分の断面積
である。ここで、室温での抵抗値をＲ０とし室温での抵
抗率をρ０とすると、抵抗率算出係数Ｌ／ＳはＲ０／ρ
０で与えられる。よって、抵抗率ρは式２に示す演算に
よって求めることができる。

【００２３】 ρ＝Ｒ（ｔ）×ρ０／Ｒ０ …… （式２）

【００２４】なお、抵抗率ρは抵抗値Ｒの一次式で与え
られる。常温での抵抗率ρ０は材料により分かっている
ので、常温での抵抗値Ｒ０を実測すれば、抵抗率算出係
数Ｌ／Ｓ（Ｌ／Ｓ＝Ｒ０／ρ０）が求められる。なお、
被溶接物の材質、被溶接物の厚さ、室温での抵抗値Ｒ
０、室温での抵抗率ρ０、抵抗率算出係数Ｌ／Ｓ等は、
溶接条件設定部２０から入力される。

【００２５】ナゲット温度算出手段１３は、算出された
抵抗率ρに基づいてナゲット温度Ｔを算出する。図２は
ナゲット温度と抵抗率との関係（抵抗率曲線）ならびに
その近似式を示す説明図である。図２は被溶接物３０の
材質が鉄である場合のナゲット温度Ｔと抵抗率ρとの関
係（抵抗率曲線）を示している。図２において縦軸の抵
抗率の単位はμΩ・ｃｍである。抵抗率曲線は、ナゲッ
ト温度が６００℃以下の領域と６００℃〜８００℃の領
域と８００℃以上の領域とで、傾きが大きく異なってい
る。そこで、前記３つの領域に区分し、各領域毎にナゲ
ット温度と抵抗率との関係（抵抗率曲線）を近似する近
似式を設定する。

【００２６】具体的には、ナゲット温度Ｔが６００℃以
下の場合、抵抗率ραは次に示す近似式３で近似する。
ここで、α，Ｃαは近似のための定数、Ｔはナゲット温
度である。

【００２７】 ρα＝αＴ＋Ｃα （〜６００℃） …… （式３）

【００２８】ナゲット温度Ｔが６００℃〜８００℃の場
合、抵抗率ρβは次に示す近似式４で近似する。ここ
で、β，Ｃβは近似のための定数、Ｔはナゲット温度で
ある。

【００２９】 ρβ＝βＴ＋Ｃβ （６００℃〜８００℃） …… （式４） ナゲット温度Ｔが８００℃以上の場合、抵抗率ργは次
に示す近似式５で近似する。ここで、γ，Ｃγは近似の
ための定数、Ｔはナゲット温度である。

【００３０】 ργ＝γＴ＋Ｃγ （８００℃〜） …… （式５）

【００３１】ナゲット温度算出手段１３には、前記３つ
の近似式（式３〜式５）が予め登録されている。ナゲッ
ト温度算出手段１３は、加熱時のナゲット温度算出に際
しては、先ず式３を使って抵抗率ρをナゲット温度Ｔへ
換算する。そして、ナゲット温度算出手段１３は、算出
したナゲット温度Ｔが６００℃に達したときは、式４を
使って抵抗率ρをナゲット温度Ｔへ換算する。さらに、
ナゲット温度算出手段１３は、算出したナゲット温度Ｔ
が８００℃に達したときは、式５を使って抵抗率ρをナ
ゲット温度Ｔへ換算する。

【００３２】一方、ナゲット温度算出手段１３は、冷却
時のナゲット温度算出に際しては、抵抗率ρをナゲット
温度Ｔへ換算するために使用する換算式を、ナゲット温
度Ｔに対応して式５，式４，式３の順で切り替える。

【００３３】すなわち、ナゲット温度算出手段１３は、
加熱開始時には式６に基づいてナゲット温度Ｔを算出
し、ナゲット温度Ｔが６００℃を越えると式７に基づい
てナゲット温度Ｔを算出し、ナゲット温度Ｔが８００℃
を越えると式８に基づいてナゲット温度Ｔを算出する。

【００３４】 Ｔ＝（ρ０／Ｒ０×Ｒ（ｔ）−Ｃα）／α （〜６００℃） ……（式６） Ｔ＝（ρ０／Ｒ０×Ｒ（ｔ）−Ｃβ）／β （６００℃〜８００℃）…（式７ ） Ｔ＝（ρ０／Ｒ０×Ｒ（ｔ）−Ｃγ）／γ （８００℃〜）…（式８）

【００３５】そして、ナゲット温度算出手段１３は、冷
却時には式８に基づいてナゲット温度Ｔを算出し、ナゲ
ット温度が８００℃以下に低下すると式７に基づいてナ
ゲット温度Ｔを算出し、さらにナゲット温度が８００℃
以下に低下すると式６に基づいてナゲット温度Ｔを算出
する。

【００３６】なお、ナゲット温度算出手段１３は、ナゲ
ット温度と抵抗率との関係式を備えるのではなく、ナゲ
ット温度と抵抗率との対応データを例えばテーブル形式
で備える構成としてもよい。この場合、ナゲット温度範
囲に対応して複数の抵抗率−ナゲット温度変換テーブル
等を備える。抵抗率−ナゲット温度変換テーブルを用い
た場合には、抵抗率からナゲット温度を計算する処理が
不要となるため、ナゲット温度を求めるための時間を短
縮できる。

【００３７】溶接条件設定部２０は、溶接時の温度変化
範囲（温度制御範囲）を設定するための入力操作部を備
える。溶接条件設定部２０によって設定された温度変化
範囲は、溶接電力制御手段１４へ供給される。

【００３８】図３は温度変化範囲（温度制御範囲）の設
定内容を示す説明図である。図３において、横軸は溶接
開始時点からの時間経過を示している。ｔ１は加熱期間
（急加熱期間）、ｔ２は融解熱入力期間（セットリング
タイム）、ｔ３は冷却期間（急冷期間）である。縦軸は
ナゲット温度Ｔを示している。標準はナゲット温度変化
の標準特性を示している。上限はナゲット温度変化の上
限特性を、下限はナゲット温度変化の下限特性を示して
いる。

【００３９】溶接においては、割れ防止、サイクルタイ
ム短縮、低熱歪、拡散時間確保、硬度確保、超塑性防止
等の条件で、加熱温度勾配、セットリング温度範囲、急
冷温度勾配等の最適条件範囲が設定される。

【００４０】加熱期間ｔ１の時間は、割れ発生防止や溶
接用電源の出力能力等の時間延長要素と、低熱歪、サイ
クルタイム短縮、省エネルギ等の時間短縮要素との諸条
件によって制約を受ける。これらの制約条件を考慮し
て、加熱期間ｔ１の時間の上限ならびに下限が設定され
る。

【００４１】融解熱入力期間（セットリングタイム）ｔ
２の時間は、拡散時間確保、融解熱入力等の時間延長要
素と、サイクルタイム短縮、低歪、省エネルギ、格子欠
陥発生抑制等の時間短縮要素との諸条件によって制約を
受ける。これらの制約条件を考慮して、融解熱入力期間
（セットリングタイム）ｔ２の時間の上限ならびに下限
が設定される。

【００４２】冷却期間（急冷期間）ｔ３の時間は、割れ
発生防止、硬度確保等の時間延長要素と、サイクルタイ
ム短縮、低歪、省エネルギ、超塑性防止等の時間短縮要
素との諸条件によって制約を受ける。これらの制約条件
を考慮して、冷却期間（急冷期間）ｔ３の時間の上限な
らびに下限が設定される。

【００４３】図１に示した溶接電力制御手段１４は、溶
接時のナゲット温度Ｔが図３に示した温度変化範囲（温
度制御範囲）におさまる様に溶接電力の制御を行なう。

【００４４】図４は溶接電力の供給特性例を示すグラフ
である。図４において、横軸は溶接開始時点からの時間
経過ｔ（ｓ）を、縦軸は溶接部に供給される溶接電力Ｐ
（Ｗ）を示している。インバータ運転指令１０ａに基づ
いてインバータ部４から出力する高周波交流の電力を可
変し、溶接部に供給する溶接電力を制御することで、図
４に示すように、任意の溶接電力の供給特性Ｐ１〜Ｐ３
を実現できる。

【００４５】そして、ナゲット温度算出手段１３によっ
て算出されたナゲット温度Ｔに基づいて溶接条件設定部
２０によって設定された温度変化範囲におさまる様に溶
接電力をフィードバック制御することで、高品質の溶接
を行なうことが可能となる。

【００４６】図５は抵抗値の算出結果例とナゲット温度
の算出結果例を示すグラフである。図５において、横軸
は溶接開始時点からの時間経過ｔ（ｓ）を、縦軸は抵抗
値Ｒ（Ω）ならびにナゲット温度Ｔ（℃）を示してい
る。溶接電流と溶接電極間電圧とに基づいて溶接部の抵
抗値Ｒが抵抗値算出手段１１によって算出され、算出さ
れた抵抗値Ｒに基づいて抵抗率ρが算出され、抵抗率ρ
に基づいてナゲット温度Ｔが算出される。

【００４７】図６はナゲット温度の制御結果例を示すグ
ラフである。図５において、横軸は溶接開始時点からの
時間経過ｔ（ｓ）を、縦軸はナゲット温度Ｔ（℃）およ
び抵抗値Ｒ（Ω）を示している。図６において点線で示
した抵抗値算出結果に基づいてナゲット温度Ｔを算出
し、算出されたナゲット温度（推定温度）Ｔに基づいて
インバータ運転指令１０ａをフィードバック制御するこ
とで、溶接条件設定部２０によって設定された温度変化
範囲におさまる様に溶接電力をフィードバック制御で
き、上限ならびに下限が設定された温度変化範囲内にナ
ゲット温度Ｔをおさめることができる。

【００４８】次に、この発明に係る電気溶接制御装置の
動作を説明する。図７はこの発明に係る電気溶接制御装
置の動作を示すフローチャート、図８はナゲット温度の
上限条件ならびに下限条件の設定例を示すグラフであ
る。

【００４９】まず、溶接条件設定部２０を介して溶接条
件の設定がなされる（ステップＳ１）。この溶接条件の
設定では、加熱期間ｔ１，溶解熱入力期間ｔ２および冷
却期間ｔ３のそれぞれの時間が設定されるとともに、イ
ンバータ部４，降圧トランス５，整流部６からなる溶接
電流供給部から溶接電極７ａ，７ｂを介して溶接部へ供
給できる溶接電流の最大値（供給電流制限値）が設定さ
れ、さらに、各期間ｔ１〜ｔ３におけるナゲット温度Ｔ
の上限値，下限値が設定される。

【００５０】図８に示すように、加熱期間ｔ１における
ナゲット温度Ｔの上限条件は、Ｔｍａｘ＝ａｍａｘ１・
ｔなる演算式で設定される。ここで、ａｍａｘ１は加熱
期間ｔ１におけるナゲット温度Ｔの上限値Ｔｍａｘを求
めるための係数（単位時間当りのナゲット温度の上昇量
を規定する係数）、ｔは加熱期間ｔ１の経過時間であ
る。加熱期間ｔ１におけるナゲット温度Ｔの下限条件
は、Ｔｍｉｎ＝ａｍｉｎ１・ｔなる演算式で設定され
る。ここで、ａｍｉｎ１は加熱期間ｔ１におけるナゲッ
ト温度Ｔの下限値Ｔｍｉｎを求めるための係数（単位時
間当りのナゲット温度の上昇量を規定する係数）、ｔは
加熱期間ｔ１の経過時間である。

【００５１】同様に、冷却期間ｔ３におけるナゲット温
度Ｔの上限条件は、Ｔｍａｘ＝−ａｍａｘ３・ｔ＋ｂｍ
ａｘ３なる演算式で設定される。ここで、−ａｍａｘ３
は冷却期間ｔ３におけるナゲット温度Ｔの上限値Ｔｍａ
ｘを求めるための係数（単位時間当りの溶接電流の低下
量を規定する係数）、ｂｍａｘ３は溶ナゲット温度Ｔの
上限値を求めるための定数（期間ｔ３開始時のナゲット
温度Ｔの上限値）、ｔは冷却期間ｔ３の経過時間であ
る。冷却期間ｔ３におけるナゲット温度Ｔの下限条件
は、Ｔｍｉｎ＝−ａｍｉｎ３・ｔ＋ｂｍｉｎ３なる演算
式で設定される。ここで、−ａｍｉｎ３は冷却期間ｔ３
におけるナゲット温度Ｔの下限値を求めるための係数
（単位時間当りのナゲット温度の低下量を規定する係
数）、ｂｍｉｎ３は冷却期間ｔ３におけるナゲット温度
Ｔの下限値を求めるための定数（期間ｔ３開始時のナゲ
ット温度Ｔの下限値）、ｔは冷却期間ｔ３の経過時間で
ある。

【００５２】溶解熱入力期間ｔ２におけるナゲット温度
Ｔの上限値Ｔｍａｘは、Ｔｍａｘ＝Ｔｍａｘ０として設
定される。ここで、Ｔｍａｘ０は溶解熱入力期間ｔ２に
おけるナゲット温度Ｔの上限値Ｔｍａｘを規定する定数
である。溶解熱入力期間ｔ２におけるナゲット温度Ｔの
下限値Ｔｍｉｎは、Ｔｍｉｎ＝Ｔｍｉｎ０として設定さ
れる。ここで、Ｔｍｉｎ０は溶解熱入力期間ｔ２におけ
るナゲット温度Ｔの下限値Ｔｍｉｎを規定する定数であ
る。

【００５３】図７に示したステップＳ１での設定によっ
て、図３に示した温度変化範囲（温度制御範囲）が決定
される。温度変化範囲（温度制御範囲）が設定され、被
溶接物３０が装着されていることが確認され、溶接開始
要求が与えられると溶接が開始される（ステップＳ
２）。

【００５４】溶接電力制御手段１４は、溶接開始時点か
らの経過時間を計時しており、ステップＳ３で冷却期間
ｔ３の終了時刻ｔ３’に達したと判断されるまで、ステ
ップＳ４以降の処理を繰り返す。

【００５５】ステップＳ４では、溶接開始時点からの経
過時間ｔとステップＳ１で設定された各期間ｔ１〜ｔ３
の時間とに基づいて、現在の期間を判断する。現在の期
間が加熱期間ｔ１である場合、ステップＳ５で、加熱期
間ｔ１におけるナゲット温度Ｔの上限条件Ｔｍａｘ＝ａ
ｍａｘ１・ｔが設定されるとともに、加熱期間ｔ１にお
けるナゲット温度Ｔの下限条件Ｔｍｉｎ＝ａｍｉｎ１・
ｔが設定される。現在の期間が溶融熱入力期間ｔ２であ
る場合、ステップＳ６で、溶融熱入力期間ｔ２における
ナゲット温度Ｔの上限条件Ｔｍａｘ＝Ｔｍａｘ０が設定
されるとともに、溶融熱入力期間ｔ２におけるナゲット
温度Ｔの下限条件Ｔｍｉｎ＝Ｔｍｉｎ０が設定される。
現在の期間が冷却期間ｔ３である場合、ステップＳ７
で、冷却期間ｔ３におけるナゲット温度Ｔの上限条件Ｔ
ｍａｘ＝−ａｍａｘ３・ｔ＋ｂｍａｘ３が設定されると
ともに、冷却期間ｔ３におけるナゲット温度Ｔの下限条
件Ｔｍｉｎ＝−ａｍｉｎ３・ｔ＋ｂｍｉｎ３が設定され
る。

【００５６】これにより、現在の期間ｔ１〜ｔ３におけ
るナゲット温度Ｔの上限ならびに下限条件が設定され
る。そして、ステップＳ８で電極間電圧Ｖならびに溶接
電流Ｉが取り込まれる。次に、ステップＳ９で、電極間
電圧Ｖならびに溶接電流Ｉに基づいて抵抗値Ｒが算出さ
れ、この算出された抵抗値Ｒに基づいて抵抗率ρが算出
され、この算出された抵抗率ρに基づいてナゲット温度
Ｔが算出される。これにより、電極間電圧Ｖならびに溶
接電流Ｉに基づくナゲット温度Ｔの推定演算結果が得ら
れる。

【００５７】次にステップＳ１０で、溶接電力制御手段
１４は、推定された現在のナゲット温度Ｔが現在の期間
におけるナゲット温度Ｔの下限条件Ｔｍｉｎ以下である
か否かを判断する。現在のナゲット温度Ｔが下限条件Ｔ
ｍｉｎ以下である場合、溶接電力制御手段１４はステッ
プＳ１１で、電力供給を増大させるためのインバータ運
転指令１０ａをインバータ部４へ供給して、溶接部へ供
給する溶接電力を増加させる。そして、ステップＳ３に
戻って上述した一連の処理が繰り返される。

【００５８】ナゲット温度Ｔが下限条件Ｔｍｉｎを満足
している場合、溶接電力制御手段１４はステップＳ１２
で、推定された現在のナゲット温度Ｔが現在の期間にお
けるナゲット温度Ｔの上限条件Ｔｍａｘを越えていない
か判断する。現在のナゲット温度Ｔが上限条件Ｔｍａｘ
を越えている場合、溶接電力制御手段１４はステップＳ
１３で、電力供給を減少させるためのインバータ運転指
令１０ａをインバータ部４へ供給して、溶接部へ供給す
る溶接電力を減少させる。そして、ステップＳ３に戻っ
て上述した一連の処理が繰り返される。

【００５９】ステップＳ１０でナゲット温度Ｔが下限条
件Ｔｍｉｎを満足していると判断され、ステップＳ１２
でナゲット温度Ｔが上限条件Ｔｍａｘを満足していると
判断された場合、すなわち、ナゲット温度Ｔが温度変化
範囲（温度制御範囲）内にある場合、ステップＳ３に戻
って上述した一連の処理が繰り返される。

【００６０】これにより、ナゲット温度Ｔが各期間ｔ１
〜ｔ３毎に対応して設定された温度制御範囲におさまる
ように、溶接電流のフィードバック制御がなされる。

【００６１】そして、ステップＳ３において、冷却期間
Ｔ３の終了タイミングになったことが判断されると、ス
テップＳ１４で溶接電力の供給停止ならびに各溶接電極
７ａ７ｂの被溶接物３０への圧接を解除する処理等の終
了処理がなされ、溶接終了となる（ステップＳ１５）。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係る電気
溶接制御装置は、金属材料の固有抵抗率が温度によって
大きく変化することに着目し、ナゲット温度と抵抗率と
の関係式またはナゲット温度と抵抗率との関係データを
備え、抵抗率からナゲット温度を算出し、算出したナゲ
ット温度の変化が予め設定した温度変化範囲になるよう
溶接電力を制御する構成としたので、高品質な溶接を行
なうことができ、散りの発生を防止できる。

【００６３】この発明に係る電気溶接制御装置は、抵抗
率からナゲット温度を算出するので、熱伝導・放射・対
流等の熱伝導に関する条件設定を行なわなくてよく、簡
易な構成でナゲット温度を推定することができる。

【００６４】抵抗率の温度特性は単純な線形ではなく、
温度によって抵抗率の変化率が異なる。そこで、この発
明に係る電気溶接制御装置は、ナゲット温度と抵抗率と
の関係式またはナゲット温度と抵抗率との関係データを
ナゲット温度範囲毎に区分して複数備え、ナゲット温度
と抵抗率との関係式等を選択的に利用して抵抗率からナ
ゲット温度を算出する構成としたので、抵抗率に基づく
ナゲット温度の推定精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る電気溶接制御装置のブロック構
成図である。

【図２】ナゲット温度と抵抗率との関係（抵抗率曲線）
ならびにその近似式を示す説明図である。

【図３】温度変化範囲（温度制御範囲）の設定内容を示
す説明図である。

【図４】溶接電力の供給特性例を示すグラフである。

【図５】抵抗値の算出結果例とナゲット温度の算出結果
例を示すグラフである。

【図６】ナゲット温度の制御結果例を示すグラフであ
る。

【図７】この発明に係る電気溶接制御装置の動作を示す
フローチャートである。

【図８】ナゲット温度の上限条件ならびに下限条件の設
定例を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 電気溶接制御装置 ４ インバータ部 ５ 降圧トランス ６ 整流部 ７ａ，７ｂ 溶接電極 ８ 電圧検出部 ９ 電流検出部 １０ 制御部 １１ 抵抗値算出手段 １２ 抵抗率算出手段 １３ ナゲット温度算出手段 １４ 溶接電力制御手段 ２０ 溶接条件設定部 ３０ 被溶接物 ３１ ナゲット（溶解部）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接電流を検出する電流検出部と、 溶接電極間電圧を検出する電圧検出部と、 前記溶接電流と前記溶接電極間電圧とに基づいて溶接部
   の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、 前記抵抗値に基づいて溶接部の抵抗率を算出する抵抗率
   算出手段と、 ナゲット温度と抵抗率との関係式またはナゲット温度と
   抵抗率との関係データを備え前記算出した抵抗率に基づ
   いてナゲット温度を算出するナゲット温度算出手段と、 算出されたナゲット温度に基づいて溶接開始時点から溶
   接終了時点までのナゲット温度の変化が予め設定した温
   度変化範囲内になるよう溶接電力を制御する溶接電力制
   御手段とを備えたことを特徴とする電気溶接制御装置。
2. 【請求項２】 前記ナゲット温度算出手段は、ナゲット
   温度と抵抗率との関係式またはナゲット温度と抵抗率と
   の関係データをナゲット温度範囲毎に区分して複数備え
   ており、算出されたナゲット温度に応じて前記関係式ま
   たは関係データを選択的に切り替えることを特徴とする
   請求項１記載の電気溶接制御装置。
3. 【請求項３】 前記ナゲット温度算出手段は、ナゲット
   温度が摂氏６００度以下の状態におけるナゲット温度と
   抵抗率との関係を示す低温状態近似式と、ナゲット温度
   が摂氏６００度以上で摂氏８００度以下の状態における
   ナゲット温度と抵抗率との関係を示す中温状態近似式
   と、ナゲット温度が摂氏８００度以上の状態におけるナ
   ゲット温度と抵抗率との関係を示す高温状態近似式とを
   備え、ナゲット温度に応じて使用する近似式を選択的に
   切り替えることを特徴とする請求項１記載の電気溶接制
   御装置。