JP2000326076A - コンデンサ式抵抗溶接方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は，コンデンサ式抵抗溶
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。

【０００２】

【従来の技術】 コンデンサ式抵抗溶接は、コンデンサ
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。

【０００３】 したがって、従来では図５に示すよう
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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、交流
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。

【０００５】 この発明では、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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 前述の課題を解決する
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。

【０００７】 前述の課題を解決するために、第２の発
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。

【０００８】 前述の課題を解決するために、第３の発
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。

【０００９】 前述の課題を解決するために、第４の発
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。

【００１０】 前述の課題を解決するために、第５の発
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。

【００１１】 前述の課題を解決するために、第６の発
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。

【００１２】 前述の課題を解決するために、第７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。

【００１３】 前述の課題を解決するために、第８の発
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。

【００１４】

【発明を実施するための形態】 図面により本発明の実
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。

【００１５】 先ず、図１により本発明の一実施例につ
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。

【００１６】 このようなコンデンサ式抵抗溶接は極く
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。

【００１７】 パルス状溶接電流Ｉの通電終了後に加圧
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。

【００１８】 しかしながら、パルス状溶接電流Ｉを流
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。

【００１９】 クーリングタイムＴｃの経過後に、図示
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。

【００２０】 そして、パルス状後熱用電流ｉのピーク
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。

【００２１】 このようなパルス状後熱用電流ｉの通電
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。

【００２２】 以上述べた実施例においては、電極間加
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。

【００２３】 次に、前述の溶接方法を実現するための
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。

【００２４】 次に溶接動作について説明する。先ず、
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。

【００２５】 次に、スイッチ５がオフし、充電回路２
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。

【００２６】 なお、図３（Ａ）の回路は、パルス状溶
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。

【００２７】 次に、短いクーリングタイムＴｃでパル
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。

【００２８】 この回路では、充電回路２Ａ、２Ｂそれ
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。

【００２９】 この回路によれば、並行してコンデンサ
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。

【００３０】 なお、図３及び図４の溶接回路ではコン
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。

【００３１】

【発明の効果】 以上述べたように本発明によれば，パ
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る抵抗溶接方法を説明するための
図である。

【図２】 本発明に係る別の抵抗溶接方法を説明するた
めの図である。

【図３】 本発明に係る抵抗溶接方法を実現するための
溶接装置を示すための図である。

【図４】 本発明に係る抵抗溶接方法を実現するための
別の溶接装置を示すための図である。

【図５】 従来の抵抗溶接方法を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

Ｉ・・・パルス状溶接電流 ｉ・・・パルス状後熱用電流 Ｔｃ・・クーリングタイム １・・・商用交流電源 ２・・・充電回路 ３・・・コンデンサ ４・・・トランス ５・・・スイッチ ６・・・スイッチ５の駆動回路 ７、８・・・溶接電極 ９・・・被溶接物

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。