JP2000326076A - コンデンサ式抵抗溶接方法及び装置 - Google Patents
コンデンサ式抵抗溶接方法及び装置Info
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Abstract
接電極の損耗などを実質的に発生せずに、焼き戻しを行
うことが可能であり、その溶接物の材質の硬度を所定値
以下に下げること。 【解決手段】 コンデンサに蓄えた電荷を放電して被溶
接物間にパルス状溶接電流として流してそれらの抵抗溶
接を行うコンデンサ式抵抗溶接方法において、前記パル
ス状溶接電流を流した後に、単極性のパルス状後熱用電
流を流して焼き戻しを行うことを特徴とするコンデンサ
式抵抗溶接方法及び装置。
Description
接、特に焼き戻しのための電力供給方法及び装置に関す
る。
に蓄えた電気エネルギーを極く短い期間に被溶接物間に
放出し、パルス状溶接電流として流すことにより良好な
溶接を行えることで広く知られている。このような溶接
にあっては、交流電流を幾サイクルにもわたって流す交
流溶接とは違って、通常、極く短い時間に溶接部及びそ
の周りの小さい領域だけが急激に加熱され、また自然状
態で急冷される。このような急熱、急冷の場合、これら
被溶接物が炭素を2%以上含有する高炭素鋼、あるいは
表面を浸炭処理した鋼などからなると、その溶接部の硬
度が増大し、脆弱となって機械的強度が大幅に低下する
ことが知られている。
に、図示していない溶接電極間に曲線Pで示すような加
圧力を加えた状態で、パルス状溶接電流Iを被溶接物間
に流した後に、数十サイクル、例えば20〜30サイク
ルにもわたって交流電流iを流して後熱処理を行い、溶
接部の焼き戻しを行ってその硬度を許容値以下まで戻し
て強度の低下を抑制している。
電流を流して後熱処理を行った場合には、発熱時間が長
くなるために被溶接物の広い範囲で高温になり、このこ
とが被溶接物の変色、熱歪み、溶接電極の損耗などを招
来し、溶接品質を低下させていた。また、コンデンサ式
溶接装置に別途後熱機能を行う装置を追加する必要があ
り、経済的にも負担が大きかった。
流した後に、単極性のパルス状後熱用電流を流すことに
より、被溶接物の変色、熱歪み、溶接電極の損耗などを
実質的に発生せずに、焼き戻しを行う溶接方法及び装置
を提供することを課題とする。
ために、第1の発明は、コンデンサに蓄えた電荷を放電
して被溶接物間にパルス状溶接電流として流してそれら
の抵抗溶接を行うコンデンサ式抵抗溶接方法において、
前記パルス状溶接電流を流した後に、単極性のパルス状
後熱用電流を流して焼き戻しを行うコンデンサ式抵抗溶
接方法を提供するものである。
明は、請求項1において、前記単極性のパルス後熱用電
流は、前記パルス状溶接電流よりもピーク値が大きいコ
ンデンサ式抵抗溶接方法を提供するものである。
明は、請求項1において、前記単極性のパルス後熱用電
流は、前記溶接電流よりもピーク値が大きく、かつそれ
と同等以上の電気エネルギーをもつコンデンサ式抵抗溶
接方法を提供するものである。
明は、請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、前
記単極性のパルス後熱用電流は、前記パルス状溶接電流
の100%ないし130%の範囲内の大きさで、かつ前
記パルス状溶接電流とほぼ相似の電流波形を有するコン
デンサ式抵抗溶接方法を提供するものである。
明は、請求項1ないし請求項4のいずれかにおいて、前
記単極性のパルス後熱用電流は、前記パルス状溶接電流
の極性と逆の極性であるコンデンサ式抵抗溶接方法を提
供するものである。
明は、コンデンサの充電電圧を制御する充電回路と、前
記コンデンサに蓄えた電荷をトランスの1次巻線を介し
て放電するためのスイッチを備えて、前記トランスの2
次巻線間に接続された第1の被溶接物と第2の被溶接物
との間にパルス状溶接電流を流してそれらの抵抗溶接を
行うコンデンサ式抵抗溶接装置において、前記充電回路
が前記コンデンサを第1の設定電圧まで充電した後、前
記スイッチがオンして前記第1の被溶接物と第2の被溶
接物との間に前記パルス状溶接電流を流し、次に前記ス
イッチがオフし、前記充電回路が前記コンデンサを第1
の設定電圧よりも高い第2の設定電圧まで充電した後、
再び前記スイッチがオンすることにより、前記パルス状
溶接電流のピーク値よりも大きなピーク値をもつパルス
状後熱用電流を流して溶接された前記第1の被溶接物と
第2の被溶接物の焼き戻しを行うコンデンサ式抵抗溶接
装置を提供するものである。
明は、コンデンサに蓄えた電荷を放電して被溶接物間に
パルス状溶接電流として流してそれらの抵抗溶接を行う
コンデンサ式抵抗溶接装置において、互いに並列になる
ように交流電源に接続された第1の充電器と第2の充電
器、その第1の充電器と第2の充電器にそれぞれ接続さ
れた第1のコンデンサと第2のコンデンサ、その第1の
コンデンサに充電された電荷を放電して前記被溶接物間
にパルス状溶接電流として流してそれらの抵抗溶接を行
うための第1のスイッチ、この第1のスイッチがオフし
た後にオンして前記第2のコンデンサに充電された電荷
を放電して前記被溶接物間にパルス状の後熱用電流を流
して焼き戻しを行うための第2のスイッチを備えたコン
デンサ式抵抗溶接装置を提供するものである。
明は、請求項7において、前記第1のコンデンサ及び第
2のコンデンサは、前記第1のスイッチ、第2のスイッ
チを介してトランスの同一磁心に巻回された第1の1次
巻線、第2の1次巻線にそれぞれ接続され、これら第1
と第2の1次巻線の極性が逆であるコンデンサ式抵抗溶
接装置を提供するものである。
施例を説明する前に、この発明の基本について述べる
と、単一のパルス状溶接電流を流した後、その溶接電流
が終了した時点から任意の時点で再度、パルス状後熱用
電流を流して極く短時間で焼き戻しを行う、つまり単一
パルス状電流の2回通電を行うところに特徴がある。
いて説明する。図示しない溶接電極間に炭素を2%以上
含有する高炭素鋼からなる被溶接物を挟み、図示のよう
な曲線で示される加圧力P1を加えた状態で単一のパル
ス状溶接電流Iを通電して抵抗溶接を行う。そのパルス
状溶接電流Iは、例えば数万から数十万アンペアの電流
ピーク値を有し、パルス幅は10ミリ秒〜100ミリ秒
である。このパルス状溶接電流I及び溶接電極間加圧力
Pは、溶接電極の応答速度の比較的速いコンデンサ式抵
抗溶接で採用されているものなので、特に説明を行わな
いが、被溶接物間の接合を確実に行う。
短時間に大電流を被溶接物に流して溶接する方法なの
で、他の溶接方法と同様に溶接と一緒に焼き入れが行わ
れてしまうが、交流抵抗溶接に比べて溶接部とその周り
の狭い範囲が高温になるだけであり、焼き入れにより硬
度が高くなる範囲は大幅に狭くなる。
力P1を開放する。そして、パルス状溶接電流Iの通電
後、クーリングタイムTcの経過後に、単一のパルス状
後熱用電流iを流して焼き戻しを行う。このクーリング
タイムTcは、パルス状溶接電流Iがほぼゼロまで低下
した時点からパルス状後熱用電流iが流れ始めるまでの
時間である。溶接部の溶融金属が溶融状態から凝固する
までに要する時間がクーリングタイムTcとして最低限
必要であるが、パルス状後熱用電流iをできるだけ小さ
くするには、溶接部の硬化直後がその温度が十分に高い
ので最も有利である。
すコンデンサを利用してパルス状後熱用電流iを通電す
る場合には、パルス状溶接電流Iを流した後、コンデン
サを所定値まで充電した後にパルス状後熱用電流iを流
さなければならないので、コンデンサを2度目の充電を
行う時間が必要であり、実際上ではあまりクーリングタ
イムTcを短くできない。後述するが、溶接サイクルタ
イムの比較的長くても良い場合にはコンデンサを兼用で
き、パルス状後熱用電流iを供給するための特別な回路
は不要であるので、装置面からみると有利である。ま
た、溶接サイクルタイムの短いものの場合には、後述す
る本発明の溶接装置を用いれば良い。
のような加圧力P2をかけた状態で単一のパルス状後熱
用電流iを流す。このパルス状後熱用電流iはパルス状
溶接電流Iのピーク値よりも大きなピーク値を有する。
前述のように、溶接部の硬化直後から時間が経過するの
に伴いパルス状後熱用電流iのピーク値を大きくする必
要があるという傾向はあるが、種々の実験の結果、パル
ス状後熱用電流iのピーク値はパルス状溶接電流Iのピ
ーク値のほぼ100%から130%の範囲が良いという
結果が得られた。パルス状後熱用電流iのピーク値がパ
ルス状溶接電流Iのピーク値のほぼ100%よりも小さ
い場合には焼き戻しが足りず、硬度が所望値まで下がら
ない。
値を上げて行くと、硬度が低下して所望の焼き戻し効果
が得られる。さらに、パルス状後熱用電流iのピーク値
を上げて行くと、ある値で再び硬度が増加の傾向を示
し、パルス状後熱用電流iのピーク値がパルス状溶接電
流Iのピーク値のほぼ130%よりも大きくなると、硬
度が炭素鋼の一般的な使用範囲の所望値よりも大きくな
ってしまうことが分かった。
による溶接物の発熱は、パルス状溶接電流Iによる発熱
に比べて小さい。これは接合部が溶接されているため接
触抵抗がほぼゼロ又は非常に小さくなっており、実質的
に材質の抵抗による発熱だけになるので、パルス状溶接
電流Iよりも大きなパルス状後熱用電流iを流しても発
熱は小さくなることが原因と考えられる。しかも、その
発熱は溶接部及びその周りの狭い範囲だけで生じるの
で、従来のように熱のために広い範囲で変色したり、熱
ひずみにより変形することがない。この点、交流電流に
よる焼き戻しは交流電流を幾サイクルにもわたって流
し、徐々に温度を上げて行くので、相当に広い範囲が高
温になり、変色や変形することが知られている。
圧力P1を一旦開放した後、パルス状後熱用電流iの通
電前に再び電極間加圧力P2を加えたが、図2に示すよ
うに、中断することなく連続して電極間加圧力Pを加え
た方が熱ひずみによる変形などの面からは好ましい。図
2の場合にもパルス状溶接電流Iやパルス状後熱用電流
iについては前述と同様であるので、説明を省略する。
回路例を図3により説明する。図示の回路構成は従来の
ものと同じである。図3(A)において、1は商用交流
電源、2はダイオードブリッジ型整流器とサイリスタの
ような制御型スイッチとの組み合わせ、又はIGBTの
ような制御型スイッチを含むブリッジ型整流器などから
なる充電回路、3は複数の電解コンデンサを直並列に接
続してなるコンデンサ、4は1次巻線Nと2次巻線Sを
有する通常の溶接トランス、5は溶接トランス4の1次
巻線Nに直列接続されたサイリスタ、IGBT又はトラ
ンジスタのようなスイッチ、6はスイッチ5の駆動回
路、7、8はそれぞれ溶接電極、9は溶接される二つの
被溶接物である。
充電回路2は商用電力を整流して直流電力に変換し、コ
ンデンサ3を第1の設定電圧まで充電する。この第1の
設定電圧は、例えば400Vである。コンデンサ3の充
電電圧が第1の設定電圧に達すると、スイッチ5が駆動
回路6からの駆動信号によりオンし、コンデンサ3の充
電電荷を放電してトランス4の1次巻線Nにパルス状電
流を流す。これに伴い、パルス状溶接電流Iがトランス
4の2次巻線Sから溶接電極7と8間に加圧保持された
被溶接物9に流れ、抵抗溶接を行う。
によりコンデンサ3が第2の設定電圧、例えば420V
まで充電されると、再びスイッチ5は駆動回路6からの
駆動信号によりオンし、コンデンサ3の充電電荷を放電
してトランス4の1次巻線Nにパルス状電流を流す。こ
のパルス状電流より2次側には、パルス状溶接電流Iよ
りもピーク値の大きなパルス状後熱用電流iが流れ、前
述のように溶接された被溶接物9の焼き戻しを行う。コ
ンデンサ3の充電電圧の値を制御することにより、パル
ス状電流のピーク値を調整することができる。ここで、
パルス状後熱用電流iはパルス状溶接電流Iよりも電気
エネルギーが大きく、かつそれと電流波形が相似であ
る。
接電流Iとパルス状後熱用電流iをトランス4の1次巻
線Nに同極性で流したが、トランスの磁心が一方向に強
く励磁されてしまう偏磁を緩和するために、図3(B)
に示すように極性転換回路と同様なスイッチ5A〜5D
からなるスイッチ回路を設け、スイッチ5Aと5B、ス
イッチ5Cと5Dそれぞれを対でオンさせることによ
り、トランス4の1次巻線Nに交互の方向のパルス状電
流を流すことができる。さらに、スイッチ5Aと5B、
スイッチ5Cと5Dが2回交代で交互にオンするシーケ
ンスを採用することにより、トランスの偏磁を無くすこ
とができ、また1サイクル毎にトランスの磁心の磁束を
ほぼゼロ、あるいは固定値まで低減するリセット回路が
不要になる。
ス状後熱用電流iを流すことのできる溶接回路の実施例
について図4により説明する。この回路では、互いに並
列配置となる一対の充電回路2Aと2B、コンデンサ3
Aと3B、スイッチ5Xと5Y、が商用電源1とトラン
ス4の1次巻線N1,N2との間に接続される。第1の
1次巻線N1,第2の1次巻線N2は図の黒点で示すよ
うに巻き方向が逆、つまり極性が逆になるように巻回さ
れている。
ぞれがコンデンサ3A、3Bをそれぞれの設定電圧まで
充電する。コンデンサ3Aがパルス状溶接電流Iを、ま
たコンデンサ3Bがパルス状後熱用電流iを供給する役
割をそれぞれ果たすものとすれば、コンデンサ3Aが先
ず第1の設定電圧に達し、スイッチ5Xをターンオンさ
せることにより、パルス状溶接電流Iがトランス4の2
次巻線Sを通して被溶接物9に流れ、溶接が行われる。
コンデンサ3Aの放電中にもコンデンサ3Bの充電は行
われ、コンデンサ3Bの充電電圧が第1の設定電圧より
も高い第2の設定電圧に達した後で、かつスイッチ5X
のターンオフ後の所定時点でスイッチ5Yがターンオン
し、パルス状溶接電流Iよりもピーク値の大きなパルス
状後熱用電流iがトランス4の2次巻線Sを通して溶接
された被溶接物9に流れ、焼き戻しを行う。このとき、
トランス4の1次巻線N1,N2は逆極性であるので、
Iとパルス状後熱用電流iは逆の方向に流れる。この実
施例による場合にも、パルス状後熱用電流iはパルス状
溶接電流Iの波形とほぼ相似となる。
3Aとコンデンサ3Bは充電されるので、クーリングタ
イムTcを短くでき、溶接サイクルタイムを小さくでき
る。また、1サイクル毎にトランスの磁心の磁束をほぼ
ゼロ、あるいは固定値まで低減するリセット回路を省
略、あるいは簡便化することができる。
デンサ3をトランス4の1次巻線と並列に接続したが、
直列に接続し、スイッチ5をトランス4の1次巻線と並
列に接続しても良い。つまり、コンデンサ3とスイッチ
5の接続位置を逆にしても良い。この場合には、コンデ
ンサの充電電流と放電電流が逆向きにながれるので、ト
ランスの偏磁を考慮しなくとも良い。
ルス状溶接電流Iの通電後に単極性のパルス状後熱用電
流を流すことにより、炭素を含有する被溶接物の変色、
熱歪み、溶接電極の損耗などを実質的に発生せずに、焼
き戻しを行うことが可能であり、その溶接物の材質の硬
度を所定値以下に下げることができる。
図である。
めの図である。
溶接装置を示すための図である。
別の溶接装置を示すための図である。
る。
Claims (8)
- 【請求項1】 コンデンサに蓄えた電荷を放電して被溶
接物間にパルス状溶接電流として流してそれらの抵抗溶
接を行うコンデンサ式抵抗溶接方法において、 前記パルス状溶接電流を流した後に、単極性のパルス状
後熱用電流を流して焼き戻しを行うことを特徴とするコ
ンデンサ式抵抗溶接方法。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記単極性のパルス後熱用電流は、前記パルス状溶接電
流よりもピーク値が大きいことを特徴とするコンデンサ
式抵抗溶接方法。 - 【請求項3】 請求項1において、 前記単極性のパルス後熱用電流は、前記溶接電流よりも
ピーク値が大きく、かつそれと同等以上の電気エネルギ
ーをもつことを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接方法。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかにお
いて、前記単極性のパルス後熱用電流は、前記パルス状
溶接電流の100%ないし1 30%の範囲内の大きさで、かつ前記パルス状溶接電流
とほぼ相似の電流波形を有することを特徴とするコンデ
ンサ式抵抗溶接方法。 - 【請求項5】 請求項1ないし請求項4のいずれかにお
いて、 前記単極性のパルス後熱用電流は、前記パルス状溶接電
流の極性と逆の極性であることを特徴とするコンデンサ
式抵抗溶接方法。 - 【請求項6】 コンデンサの充電電圧を制御する充電回
路と、前記コンデンサに蓄えた電荷をトランスの1次巻
線を介して放電するためのスイッチを備えて、前記トラ
ンスの2次巻線間に接続された第1の被溶接物と第2の
被溶接物との間にパルス状溶接電流を流してそれらの抵
抗溶接を行うコンデンサ式抵抗溶接装置において、 前記充電回路が前記コンデンサを第1の設定電圧まで充
電した後、前記スイッチがオンして前記第1の被溶接物
と第2の被溶接物との間に前記パルス状溶接電流を流
し、次に前記スイッチがオフし、前記充電回路が前記コ
ンデンサを第1の設定電圧よりも高い第2の設定電圧ま
で充電した後、再び前記スイッチがオンすることによ
り、前記パルス状溶接電流のピーク値よりも大きなピー
ク値をもつパルス状後熱用電流を流して溶接された前記
第1の被溶接物と第2の被溶接物の焼き戻しを行うこと
を特徴とするコンデンサ式抵抗溶接装置。 - 【請求項7】 コンデンサに蓄えた電荷を放電して被溶
接物間にパルス状溶接電流として流してそれらの抵抗溶
接を行うコンデンサ式抵抗溶接装置において、 互いに並列になるように交流電源に接続された第1の充
電器と第2の充電器、該第1の充電器と第2の充電器に
それぞれ接続された第1のコンデンサと第2のコンデン
サ、該第1のコンデンサに充電された電荷を放電して前
記被溶接物間にパルス状溶接電流として流してそれらの
抵抗溶接を行うための第1のスイッチ、該第1のスイッ
チがオフした後にオンして前記第2のコンデンサに充電
された電荷を放電して前記被溶接物間にパルス状の後熱
用電流を流して焼き戻しを行うための第2のスイッチを
備えたことを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接装置。 - 【請求項8】 請求項7において、 前記第1のコンデンサ及び第2のコンデンサは、前記第
1のスイッチ、第2のスイッチを介してトランスの同一
磁心に巻回された第1の1次巻線、第2の1次巻線にそ
れぞれ接続され、これら第1と第2の1次巻線の極性が
逆であることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接装置。
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JP14267299A JP3648092B2 (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | コンデンサ式抵抗溶接方法及び装置 |
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