JP2003230957A - スポット溶接方法およびスポット溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】普通の鋼材である炭素鋼同士を重ね溶接する際
に、コストアップを避け得るスポット溶接方法を提供す
る。 【解決手段】鋼板に鋼製のアングル材をスポット溶接す
る際に、溶接用ワイヤが繰り出されてアーク溶接を行う
溶接トーチから、溶接箇所に向って炭酸ガスが噴出され
る炭酸ガスアーク溶接を用い、且つ上記溶接用ワイヤの
直径が１．６ｍｍ以上のものを使用するとともに溶接電
流を４００Ａ以上となし、さらに上記溶接トーチを、少
なくとも、２７０度以上の旋回範囲でもって、円弧状ま
たは渦巻き状に移動させることにより、溶接部での溶け
込みを深くする方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば建築用壁面
材を構成するパネル材を製作する際に用いられるスポッ
ト溶接方法およびスポット溶接装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】建築分野においては、壁面材として、コ
ンクリートの両面に鋼板を組み合わせたサンドイッチ式
のものが注目されている。この建築用壁面材は、鋼板に
より形成された型枠にコンクリートを流し込むことによ
り厚板構造とするもので、鋼板が持つ靭性により高い耐
震性が得られるとともに、コンクリートの型枠不要によ
る製造コストの低減化を図り得るものである。

【０００３】型枠となるパネル材の外板としては、軽量
化を図るために薄鋼板が使用されるが、自重またはコン
クリート重量による変形を防止するために、補強材とし
てアングル材を接合し、その剛性を高める必要がある。

【０００４】従来、薄鋼板にアングル材を溶接するもの
として、例えば自動車産業の薄鋼板の重ね溶接に用いら
れるアークスポット溶接があるが、２〜３ｍｍ程度の薄
鋼板同士の溶接に限られていた。

【０００５】この理由としては、電極消耗式のアーク溶
接では、溶加材（溶加金属）が邪魔をして、アークが直
接母材に当たらないので、深い溶け込みが得られないと
ともに、接合強度がそれ程強くないからである。

【０００６】このため、５ｍｍ以上の厚鋼板同士を溶接
する場合、予め、溶接箇所に下穴を加工して溶接を行う
栓溶接が用いられているが、母材に下穴を加工する必要
があるため、コストが高くついてしまう。

【０００７】ところで、ステンレス鋼同士を重ね溶接す
るのに、ＴＩＧ溶接を用いた例があるが、この溶接方法
によると、溶接用ワイヤすなわち溶加材を使用しないの
で、直接、アークを母材側に当てることができ、したが
って母材に下穴を加工することなく、深い溶け込み量が
得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ステンレス鋼
をＴＩＧ溶接する場合、母材の表面がクリーンでない
と、電極の傷みが激しく連続して溶接することができ
ず、したがって普通の鋼材である炭素鋼をＴＩＧ溶接を
用いてアークスポット溶接する場合、鋼材の表面を覆っ
ている黒皮を完全に除去する必要が生じ、コストアップ
に繋がるという問題があった。

【０００９】そこで、本発明は、普通の鋼材である炭素
鋼同士を重ね溶接する際に、コストアップを避け得るス
ポット溶接方法およびスポット溶接装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のパネル材における溶接方法は、鋼製板材に
鋼製アングル材をスポット溶接する際に、溶接用ワイヤ
が繰り出されてアーク溶接を行う溶接トーチから、溶接
箇所に向って炭酸ガスが噴出される炭酸ガスアーク溶接
を用い、且つ上記溶接用ワイヤの直径が１．６ｍｍ以上
のものを使用するとともに溶接電流を４００Ａ以上とな
し、さらに上記溶接トーチを、少なくとも、２７０度以
上の旋回範囲でもって、円弧状または渦巻き状に移動さ
せる方法である。

【００１１】また、本発明のパネル材の溶接装置は、鋼
製板材に鋼製アングル材を炭酸ガスアーク溶接にてスポ
ット溶接を行うための装置であって、鋼製板材上に仮付
けされたアングル材の帯状部に案内されるガイド部材を
有して当該ガイド部材に沿って走行し得る走行台車と、
この走行台車上に配置されるとともに水平面内で、円弧
状または渦巻き状に移動自在に設けられた可動テーブル
と、この可動テーブルに取り付けられるとともに溶接用
ワイヤが繰り出されてスポット溶接を行う溶接トーチと
から構成し、さらにスポット溶接を行う際に、溶接用ワ
イヤの直径が１．６ｍｍ以上のものを使用するとともに
溶接電流を４００Ａ以上となし、且つ上記溶接トーチ
を、可動テーブルを介して、少なくとも２７０度以上の
旋回範囲でもって、円弧状または渦巻き状に移動させる
ようにしたものである。

【００１２】上記溶接方法および溶接装置の構成による
と、４００Ａ以上の高電流で且つ直径が１．６ｍｍ以上
の溶接用ワイヤを用いて溶接を行うとともに、溶接時
に、円弧状にまたは渦巻き状に移動させてスポット溶接
を行うようにしたので、比較的厚い、例えば５ｍｍ以上
の鋼製板材同士の重ね合わせ溶接を深い溶け込み量でも
って行うことができ、したがってステンレス鋼における
ＴＩＧ溶接のように、アークを直接母材に当てて深い溶
け込み量を得る際に必要な母材表面のクリーン度を確保
しなくてもよいので、炭素鋼でしかも５ｍｍ以上の中厚
鋼板であっても、安価に、スポット溶接を行い得る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
スポット溶接方法およびスポット溶接装置を、図１〜図
７に基づき説明する。

【００１４】本実施の形態においては、図１に示すよう
に、スポット溶接の対象となるパネル材１として、２枚
の鋼板（鋼製板材）２の間にコンクリート３を充填する
ことにより形成される、例えば建築用壁面材４の構成部
材として説明する。

【００１５】このパネル材１は、図２および図３に示す
ように、例えば２〜３ｍｍの薄い鋼板より少し厚い、少
なくとも５ｍｍ以上の中厚の炭素鋼よりなる鋼板２のコ
ンクリート側の表面に、当該鋼板２を補強するための鋼
製のアングル材（等辺山形鋼または不等辺山形鋼）５が
所定間隔おきに配置されて、すなわち一方の帯状部５ａ
が鋼板２上に載置されて当該帯状部５ａがスポット溶接
６にて取り付けられたものであり、本発明の要旨は、こ
のアングル材５を鋼板２に溶接する方法に関するもので
ある。

【００１６】まず、この溶接方法を行うための溶接装置
について説明する。図４および図５に示すように、この
溶接装置１１は、炭酸ガスアーク溶接を行うもので、４
箇所に走行用車輪１２を有して鋼板２上を所定方向に沿
って走行自在にされた走行台車１３と、この走行台車１
３の上面に配置されたＸ−Ｙテーブル（可動テーブル）
１４と、このＸ−Ｙテーブル１４から走行台車１３の外
方に突設されたアーム部材１５と、このアーム部材１５
の先端に保持具１６を介して保持された炭酸ガスアーク
溶接用の溶接トーチ１７とが具備されている。なお、走
行用車輪１２の駆動モータについては図示していない
が、適所に設けらてれいる。

【００１７】上記溶接トーチ１７からは、溶接用ワイヤ
Ｗが自動的に繰り出されるとともに、炭酸ガスＧをシー
ルドガスとして噴出し得るように構成されている。な
お、この溶接用ワイヤＷとしては、４００Ａ以上の高電
流でのアークの安定性を良くするために、直径が１．６
ｍｍ以上のものが使用される。

【００１８】また、上記Ｘ−Ｙテーブル１４は、走行台
車１３の上面に、その走行方向に沿って設けられた２本
の第１ガイド部材２１と、これら各第１ガイド部材２１
にスライド体２２を介して移動自在に設けられた第１テ
ーブル部２３と、この第１テーブル部２３と走行台車１
３との間に設けられて当該第１テーブル部２３を走行駆
動させる第１リニア駆動部２４と、上記第１テーブル部
２３の上面に走行方向と直交する方向で設けられた２本
の第２ガイド部材２５と、これら第２ガイド部材２５に
スライド体２６を介して移動自在に設けられた第２テー
ブル部２７と、この第２テーブル部２７と上記第１テー
ブル部２３との間に設けられて当該第２テーブル部２７
を走行駆動させる第２リニア駆動部２８とから構成され
ている。

【００１９】そして、上記走行台車１３側には、両リニ
ア駆動部２４，２８を駆動させて、第２テーブル部２７
を、すなわち溶接トーチ１７を、所定半径でもって円弧
状に移動［図６の（ａ）参照］させ、且つ半径を変化さ
せて渦巻き状に移動［図６の（ｂ）および（ｃ）参照］
させるための制御部（図示せず）が設けられている。な
お、（ａ）は所定半径（ｒ₁）でもって、少なくとも２
７０度以上の回転角度でもって移動させる場合を示し、
（ｂ）は小さい半径（ｒ₁）から大きい半径（ｒ₂）に少
なくとも６３０度以上の回転角度でもって移動させる場
合を示し、（ｃ）は所定半径（ｒ₁）から小さい半径
（ｒ₃）に少なくとも６３０度以上の回転角度でもって
移動させる場合を示している。上記両リニア駆動部２
４，２８は、リニアガイドと、このリニアガイドに沿っ
て走行するリニアモータとから構成されている。

【００２０】そして、上記走行台車１３には、鋼板２上
に仮付けされたアングル材５の他方の帯状部（鋼板に対
して垂直方向の帯状部）５ｂに案内されて、溶接位置を
自動的に位置決めするためのガイド部材３１が設けられ
ている。

【００２１】このガイド部材３１は、走行台車１３の前
面の左右位置にてそれぞれブラケット３２を介して設け
られるとともにそれぞれガイド溝３３を有する左右一対
の逆Ｕ字形状のガイド板３４と、これら各ガイド板３４
の垂直部３４ａにそれぞれ取り付けられてアングル材５
の帯状部５ｂを転動し得るガイドローラ３５とから構成
されている。勿論、走行台車１３には、走行用車輪１２
を駆動するためのモータなどの駆動装置が設けられてい
る。

【００２２】次に、鋼板２上にアングル材５をスポット
溶接する方法を、具体的に説明する。まず、図４および
図５に示すように、鋼板２の表面の所定位置にアングル
材５を所定方向に配置するとともに、仮溶接にて固定す
る。

【００２３】次に、溶接装置１１を、すなわち走行台車
１３がアングル材５と平行に走行し得るように配置する
とともにアングル材５の立設状態である帯状部５ｂにガ
イド板３４のガイド溝部３３を係合させる。

【００２４】次に、走行台車１３のアーム部材１５の先
端の保持具１６に溶接トーチ１７を保持させるととも
に、溶接用ワイヤＷの先端部が帯状部５ｂの表面に対し
て所定のギャップを有するように調整した後、所定電圧
（例えば３５Ｖ）で且つ４００Ａ以上の高電流、例えば
４００Ａを供給して溶接トーチ１７との間でアークを発
生させるとともに炭酸ガスＧを溶接箇所に噴射させなが
らスポット溶接６を行う。

【００２５】そして、このスポット溶接時に、Ｘ−Ｙテ
ーブル１４を作動させて、すなわち第１および第２リニ
ア駆動部２４，２８を駆動させて、第２テーブル部２７
すなわち溶接トーチ１７の先端部を、円弧状または渦巻
き状に移動（運動）させる。

【００２６】このようにして、順次、アングル材５を鋼
板２の表面に、所定間隔おきにスポット溶接を行えばよ
い。ここで、上述した本発明に係るスポット溶接と、従
来の移動させない定点でのスポット溶接との溶け込み状
態を、比較した結果を図７の断面図（スポット溶接であ
る溶け込み部分は、ハッチングにて示す）に基づき説明
する。

【００２７】図７の（ａ）は定点状態で溶接した場合を
示し、（ｂ）は円弧状に１回移動させた場合を示し、
（ｃ）は渦巻き状に２回移動（旋回角度としては７２０
度）させた場合を示している。なお、溶接終了地点にお
いて、凹状部ができないように、溶接電流を一旦低下し
た後上昇させることにより、凹状部での溶着金属量を増
加させて埋める作業であるクレータ処理が行われる。

【００２８】この図から分かるように、円弧状に移動さ
せることで、定点状態の溶接に比べて、接合界面が増加
し、明らかに接合強度が強くなっているのが分かる。ま
た、円弧の半径（回転半径）を大きくしながら渦巻き状
に移動させることで、さらに、接合界面が増加し、継手
強度が向上しているのがよく分かる。

【００２９】ここで、上記溶接装置１１により、厚さが
６ｍｍと４．５ｍｍとの鋼板同士をスポット溶接した重
ね継手部の引張試験を３回行った結果およびそのときの
溶着断面積を、下記の［表１］に示しておく。なお、溶
接電流が４２０Ａ、電圧が３６Ｖ、溶接速度が６０ｃｍ
／ｍｉｎである。

【００３０】

【表１】 ［表１］から分かるように、３回とも安定した強度を示
しており、ばらつきが少ない溶接となっているのが分か
る。円弧状の移動（円弧運動）を、１回転から２回転に
することで、強度が約１．５倍に増加しているのが分か
る。

【００３１】このように、４００Ａ以上の高電流で且つ
直径が少なくとも１．６ｍｍの溶接用ワイヤを用いて溶
接を行うとともに、溶接時に、円弧状にまたは渦巻き状
に移動させてスポット溶接を行うようにしたので、比較
的厚い５ｍｍ以上の鋼板同士の重ね合わせ溶接を、溶接
用ワイヤを用いて深い溶け込み量でもって行うことがで
き、したがってＴＩＧ溶接のように、アークを直接母材
に当てて深い溶け込み量を得る場合に必要な母材表面の
クリーン度を確保しなくてもよいので、炭素鋼でしかも
５ｍｍ以上の中厚鋼板であっても、安価にスポット溶接
を行うことができる。

【００３２】また、使用する溶接用ワイヤの種類を異な
らせて（合金元素が異なるワイヤを使用して）溶着金属
の成分調整をすることにより、強度のコントロールを行
うこともできる。

【００３３】また、シールドガスについては、ステンレ
ス鋼におけるＴＩＧ溶接の場合のようにアルゴンガスで
はなく、炭素鋼用として炭酸ガスを用いているため、コ
ストの点でも有利であるとともに、溶け込みが深くなる
という効果も有している。

【００３４】さらに、ＴＩＧ溶接のように溶加材を用い
ない場合には、溶接板材同士間にギャップがあると、表
ビードが凹んでしまうことがあるため、板材の取り付け
精度を厳しく管理する必要があるが、溶接用ワイヤを用
いるために、たとえギャップがあったとしても、溶接用
ワイヤ（溶着金属）により肉盛りが行われるため、表ビ
ードが凹むことはない。

【００３５】ところで、上記実施の形態においては、溶
接トーチを円弧状に移動させるのに、Ｘ−Ｙテーブルを
用いたが、例えばＸ−Ｙテーブルの替わりに、走行台車
の上面に、アングル材側に対して出退可能にされた移動
部材を設け、且つこの移動部材上に、基端部が鉛直ピン
を介して鉛直軸心回りで揺動自在に支持されるとともに
途中にその長手方向に沿う長穴が形成され且つ先端に溶
接トーチが取り付けられる揺動アームを設けるととも
に、この揺動アームの長穴に係合する係合ピンがその偏
心位置にて立設された円板を回転自在に設けた旋回駆動
体を用いてもよい。上記円板を回転させることにより、
揺動アームの先端に取り付けられた溶接トーチを円弧状
に移動させることができるとともに、この円板の回転と
ともに移動部材をアングル材に向って出退させることに
より、溶接トーチを、渦巻き状に移動させることができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明の溶接方法および溶
接装置の構成によると、４００Ａ以上の高電流で且つ直
径が１．６ｍｍ以上の溶接用ワイヤを用いて溶接を行う
とともに、溶接時に、円弧状にまたは渦巻き状に移動さ
せてスポット溶接を行うようにしたので、比較的厚い、
例えば５ｍｍ以上の鋼製板材同士の重ね合わせ溶接を深
い溶け込み量でもって行うことができ、したがってステ
ンレス鋼におけるＴＩＧ溶接のように、アークを直接母
材に当てて深い溶け込み量を得る際に必要な母材表面の
クリーン度を確保しなくてもよいので、炭素鋼でしかも
５ｍｍ以上の中厚鋼板であっても、安価に、スポット溶
接を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るスポット溶接方法の
対象である建築用壁面材の斜視図である。

【図２】同建築用壁面材を構成するパネル材の断面図で
ある。

【図３】同パネル材の平面図である。

【図４】本発明の実施の形態に係るスポット溶接装置の
側面図である。

【図５】本発明の実施の形態に係るスポット溶接装置の
平面図である。

【図６】同スポット溶接における溶接トーチの移動状態
を示す模式平面図である。

【図７】スポット溶接における溶け込み状態を比較した
模式断面図である。

【符号の説明】

１ パネル材 ２ 鋼板 ３ コンクリート ４ 壁面材 ５ アングル材 ６ スポット溶接 １１ 溶接装置 １３ 走行台車 １４ Ｘ−Ｙテーブル １７ 溶接トーチ ２３ 第１テーブル部 ２７ 第２テーブル部 ３１ ガイド部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北側 彰一 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 山口 正美 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB09 BB12 CC04 DD04 EA04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼製板材に鋼製アングル材をスポット溶接
   する際に、溶接用ワイヤが繰り出されてアーク溶接を行
   う溶接トーチから、溶接箇所に向って炭酸ガスが噴出さ
   れる炭酸ガスアーク溶接を用い、 且つ上記溶接用ワイヤの直径が１．６ｍｍ以上のものを
   使用するとともに溶接電流を４００Ａ以上となし、 さらに上記溶接トーチを、少なくとも、２７０度以上の
   旋回範囲でもって、円弧状または渦巻き状に移動させる
   ことを特徴とするスポット溶接方法。
2. 【請求項２】鋼製板材に鋼製アングル材を炭酸ガスアー
   ク溶接にてスポット溶接を行うための装置であって、 鋼製板材上に仮付けされたアングル材の帯状部に案内さ
   れるガイド部材を有して当該ガイド部材に沿って走行し
   得る走行台車と、この走行台車上に配置されるとともに
   水平面内で、円弧状または渦巻き状に移動自在に設けら
   れた可動テーブルと、この可動テーブルに取り付けられ
   るとともに溶接用ワイヤが繰り出されてスポット溶接を
   行う溶接トーチとから構成し、 さらにスポット溶接を行う際に、溶接用ワイヤの直径が
   １．６ｍｍ以上のものを使用するとともに溶接電流を４
   ００Ａ以上となし、且つ上記溶接トーチを、可動テーブ
   ルを介して、少なくとも２７０度以上の旋回範囲でもっ
   て、円弧状または渦巻き状に移動させるようにしたこと
   を特徴とするスポット溶接装置。