JP2006095572A - 抵抗溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１対の電極によって被溶接材を加圧及び通電して溶接する抵抗溶接制御方法において、被溶接材間の接触状態が不良であっても良好な溶接品質を得ること。
【解決手段】両電極によって被溶接材を加圧し、初期期間Ｔｓ中は初期電流Ｉｓを通電すると共に、電極間電圧及び溶接電流に基づいて電極間抵抗値を算出し、初期期間Ｔｓ終了時の前記電極間抵抗値が基準抵抗値未満のときは被溶接材間の接触状態が良好であると判別して休止期間Ｔｄが経過するまで通電を中断した後に溶接電流を本電流Ｉｍに切り換えて抵抗溶接を継続することによって適正なナゲットを形成して溶接を終了する第１工程と、初期期間Ｔｓ終了時の前記電極間抵抗値が前記基準抵抗値以上のときは被溶接材間の接触状態が不良であると判別して通電を中断し前記休止期間Ｔｄの後に前記第１工程に戻る第２工程と、からなる抵抗溶接制御方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、抵抗溶接中の被溶接材間の接触状態が不良であっても良好な溶接品質を得ることができる抵抗溶接制御方法に関するものである。

図７は、一般的な抵抗溶接における溶接電流Ｉｗの時間変化図である。抵抗溶接は、１対の電極によって複数枚重ねた被溶接材を挟持し、加圧及び通電して行われる。加圧力、溶接電流値Ｉｗ及び溶接期間Ｔｗは、被溶接材の材質、総板厚、電極形状等に応じて適正値に設定される。溶接電流Ｉｗは交流又は直流であるが、交流の場合が多く使用されている。交流の場合には溶接電流値Ｉｗは実効値で表記される。以下の説明において特別に記載しない限り、溶接電流値Ｉｗは交流を実効値表記したものである。また、溶接期間Ｔｗはサイクルで表記するのが慣例であり、１サイクルは商用電源の逆数（１／５０秒又は１／６０秒）である。

同図に示すように、第ｎ番目の溶接個所を加圧し、予め定め本電流Ｉｍを予め定めた溶接期間Ｔｗの間通電して抵抗溶接を行う。続いて、第ｎ＋１番目の溶接個所に移動し、上記と同様に抵抗溶接を行う。続いて、第ｎ＋２番目の溶接個所に移動し、上記と同様に抵抗溶接を行う。

溶接電流Ｉｗは通常定電流制御される。すなわち、交流にあっては、溶接電流瞬時値の実効値が一定値になるように抵抗溶接装置によって出力制御される。定電流制御以外にも溶接品質を向上させるために以下のような種々の従来技術が提案されている。すなわち、特許文献１に記載する従来技術１では、抵抗溶接中の溶接部の温度変化を熱伝導計算によってリアルタイムに算出し、この温度変化が目標の温度変化パターンに沿うように溶接電流値Ｉｗを変化させる。これによって、電極の消耗度、被溶接材間の接触状態等が変動しても、それに対応して溶接電流値Ｉｗが変化するので、チリの発生しない適正なナゲット径の溶接品質を得ることができる。

次に、特許文献２に記載する従来技術２では、抵抗溶接中の電極間抵抗値Ｒｅの変化によってチリの発生を判別し、所定の溶接回数当たりのチリの発生した溶接回数（チリ発生回数）をカウントし、このチリ発生回数が目標回数に等しくなるように１回の溶接ごとの溶接電流値Ｉｗを変化させる。これによって、上記と同様に、電極の消耗度、被溶接材間の接触状態等の変動に対応して溶接電流値Ｉｗを適正化することができるので、良好な溶接品質を得ることができる。

さらに、特許文献３に記載する従来技術３では、縦軸に溶接電流と電極間電圧の積である電力（Ｐ）、横軸に溶接電流（Ｉ）を取るＰ−Ｉ曲線等を抵抗溶接中に演算し，この曲線の推移が目標パターンに沿うように溶接中の溶接電流又は加圧力を調節する。これによって、上記と同様に、電極の消耗度、被溶接材間の接触状態等の変動に対応して溶接電流値又は加圧力が適正化するので、良好な溶接品質を得ることができる。

特開２００４−１８８４９５号公報 特開平６−７１４５７号公報 特開２００４−５８１５３号公報

ワークの加工精度、ワークを治具へ固定する際の位置精度等のバラツキによって、溶接個所を加圧したときの被溶接材間の接触状態はある程度変動する。この変動幅が所定幅未満であれば、上述した従来技術に示すように、溶接電流又は加圧力を適正化することによってこの変動を補償して良好な溶接品質を得ることができる。

しかし、上記の被溶接材間の接触状態が所定値よりも悪いときには、上述した従来技術によって溶接電流又は加圧力を変化させても補償することができず、チリの多く発生するナゲット径も適正でない不良な溶接品質になる。特に、被溶接材の材質が高張力鋼である場合には上述した被溶接材間の接触状態が所定値よりも悪い状態が発生しやすい。

そこで、本発明では、抵抗溶接の際に被溶接材間の接触状態が不良であっても良好な溶接品質を得ることができる抵抗溶接制御方法を提供する。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、１対の電極によって複数枚重ねの被溶接材を挟持し、加圧及び通電して溶接する抵抗溶接制御方法において、
１つの溶接個所を抵抗溶接する際に、前記両電極によって被溶接材を予め定めた加圧力で加圧し、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流を通電すると共に前記電極間に印加する電極間電圧及び溶接部を通電する溶接電流に基づいて電極間抵抗値を算出し、前記初期期間終了時の前記電極間抵抗値が基準抵抗値未満のときは被溶接材間の接触状態が良好であると判別して予め定めた休止期間が経過するまで通電を中断した後に溶接電流を本電流に切り換えて抵抗溶接を継続することによって適正なナゲットを形成して溶接を終了する第１工程と、
前記初期期間終了時の前記電極間抵抗値が前記基準抵抗値以上のときは被溶接材間の接触状態が不良であると判別して通電を中断し前記休止期間の後に前記第１工程に戻る第２工程と、からなることを特徴とする抵抗溶接制御方法である。

また、第２の発明は、前記第２工程が所定回数繰り返されたときは警報を発すると共に、第１工程へ戻ることを止めて溶接を非常停止することを特徴とする第１の発明記載の抵抗溶接制御方法である。

上記第１の発明によれば、被溶接材間の接触状態が不良であっても、初期期間中の初期電流の通電を繰り返すことによって溶接部を軟化させて接触状態を良好に変化させることができるので、被溶接材間の接触状態が初期的に不良である場合でも良好な溶接品質を得ることができる。

上記第２の発明によれば、上記の効果に加えて、初期電流の通電が所定回数繰り返されても電極間抵抗値が基準抵抗値未満にならないときは被溶接材間の接触状態が著しく不良であり改善の見込みがないと判断して、警報を発すると共に溶接を非常停止する。このことで溶接不良個所を確実に管理することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る抵抗溶接制御方法を示す溶接電流Ｉｗの時間変化図である。同図は、横軸に示すように、第ｎ番目、第ｎ＋１番目及び第ｎ＋２番目の溶接箇所を抵抗溶接する場合である。第ｎ番目及び第ｎ＋２番目の溶接においては被溶接材間の接触状態が良好であった場合であり、第ｎ＋１番目の溶接においては被溶接材間の接触状態が不良であった場合である。以下、同図を参照して説明する。

第ｎ番目の溶接箇所において、加圧後に予め定めた初期期間Ｔｓ中は予め定めた初期電流Ｉｓを通電すると共に、初期期間Ｔｓ終了時の電極間抵抗値Ｒｅを算出する。この電極間抵抗値Ｒｅの算出方法については従来技術と同様であり、図２で後述する。次に、初期期間Ｔｓ終了時の電極間抵抗値Ｒｅが基準抵抗値Ｒｔ未満であるときは、被溶接材間の接触状態が良好であると判別し、予め定めた休止期間Ｔｄが経過するまで通電を中断した後に予め定めた本電流期間Ｔｍ中は予め定めた本電流Ｉｍを通電する。これによって、良好な溶接品質を得ることができる。上記の初期期間Ｔｓ、休止期間Ｔｄ及び本電流期間Ｔｍを合わせた期間が溶接期間Ｔｗとなる。

次に、第ｎ＋１番目の溶接箇所において、加圧後に初期期間Ｔｓ中は初期電流Ｉｓを通電すると共に、初期期間Ｔｓ終了時の電極間抵抗値Ｒｅを算出する。次に、初期期間Ｔｓ終了時の電極間抵抗値Ｒｅが基準抵抗値Ｒｔ以上であるときは被溶接材間の接触状態が不良であると判別して、初期期間Ｔｓ終了時で通電を中断する。そして、予め定めた休止期間Ｔｄの後に再び初期期間Ｔｓ中の初期電流Ｉｓの通電を再開する。この繰り返しは初期期間Ｔｓ終了時の電極間抵抗値Ｒｅが基準抵抗値Ｒｔ未満になるまで繰り返し、未満になると予め定めた休止期間Ｔｄが経過するまで通電を中断した後に本電流期間Ｔｍ中の本電流Ｉｍの通電に移行する。上記の初期電流Ｉｓの通電及び休止を繰り返すことによって、溶接箇所を軟化させて加圧するので被溶接材間の接触状態が良好な状態へと変化する。このときに、初期電流Ｉｓの通電によって溶接部が溶融し小さなナゲットが形成されずに軟化することが望ましい。初期電流Ｉｓの通電ごとにナゲットが形成されると本電流Ｉｍの通電中にチリが発生して溶接品質がやや悪くなるからである。したがって、上記の初期期間Ｔｓ、初期電流Ｉｓ及び休止期間Ｔｄは、溶接部が軟化する程度の値に設定する。

第ｎ＋２番目の溶接は上述した第ｎ番目の溶接と同様である。同図では上記の本電流Ｉｍは一定値（定電流）の場合であるが、従来技術のように、溶接部の温度変化、チリ発生回数、電力Ｐ−電流Ｉ曲線の推移等によって変化させてもよい。加圧力についても同様である。

図２は、電極間抵抗値Ｒｅの算出方法を示す電極間電圧瞬時値ｖｅ及び溶接電流瞬時値ｉｗの波形図である。同図は電圧及び電流が交流の場合であり、サイリスタによって位相制御されたときの半サイクル（位相角０〜１８０°）の波形である。位相角９０°において溶接電流瞬時値ｉｗの電流変化ｄｉ／ｄｔがゼロになり、このときの溶接電流瞬時値ｉｗ＝Ｉ１及び電極間電圧瞬時値ｖｅ＝ｖ１を測定する。そして、電極間抵抗値をＲｅ＝ｖ１／ｉ１によって算出する。電流変化ｄｉ／ｄｔ＝０のときには、電流変化による誘導電圧によってノイズが小さくなるので、正確な測定及び算出を行うことができる。したがって、電極間抵抗値Ｒｅは半サイクルごとに算出される。

図３は、実施の形態１に係る抵抗溶接制御方法を示すフローチャートである。同図は１つの溶接箇所を溶接するときのフローチャートである。以下、同図を参照して説明する。

ステップＳＴ１において、溶接箇所を１対の電極で加圧する。ステップＳＴ２において、初期期間Ｔｓ中初期電流Ｉｓを通電する。ステップＳＴ３において、初期期間Ｔｓ終了時の電極間抵抗値Ｒｅを算出する。ステップＳＴ４において、電極間抵抗値Ｒｅ＜基準抵抗値Ｒｔであるかを比較して、ＹＥＳならばステップＳＴ５に進み、ＮＯならばステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ５において、休止期間Ｔｄが経過するまで通電を中断した後に本電流Ｉｍを本電流期間Ｔｍ中通電して適正なナゲットを形成し溶接を終了する。ステップＳＴ６において、休止期間Ｔｄの間通電を中断して上記のステップＳＴ２に戻る。

図４は、実施の形態１に係る抵抗溶接制御方法を実施するための抵抗溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

サイリスタＳＣＲは、交流商用電源ＡＣを入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従って位相制御による出力制御を行う。トランスＴＲは、抵抗溶接に適した電圧値に降圧する。１対の電極１ａ、１ｂは、複数枚重ねの被溶接材２を加圧して両電極を介して溶接電流瞬時値ｉｗを通電し、電極間電圧瞬時値ｖｅが印加する。

電圧検出回路ＶＤは、電極間電圧瞬時値ｖｅを検出して電圧検出信号ｖｄを出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流瞬時値ｉｗを検出して電流検出信号ｉｄを出力する。電極間抵抗値算出回路ＲＥは、図２で上述したように、電流変化ｄｉ／ｄｔ＝０となる時点での電圧検出信号ｖｄ／電流検出信号ｉｄによって半サイルクごとに演算し、電極間抵抗値信号Ｒｅを出力する。シーケンス制御回路ＳＣは、上記の電極間抵抗値信号Ｒｅ及び基準抵抗値Ｒｔを入力として、図３で上述したフローチャートに従って、通電開始信号Ｏｎ及び電流設定信号Ｉｒを出力する。

電流実効値算出回路ＩＲＭは、上記の電流検出信号ｉｄの実効値を算出して、電流実効値信号Ｉrmを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流実効値信号Ｉrmとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、上記の通電開始信号Ｏｎが出力されているときは上記の電流誤差増幅信号Ｅｉに従って上記のサイリスタによって位相制御するための駆動信号Ｄｖを出力する。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に係る抵抗溶接制御方法を示す溶接電流Ｉｗの時間変化図である。同図は、横軸に示すように、第ｎ番目及び第ｎ＋１番目の溶接箇所を抵抗溶接する場合である。第ｎ番目の溶接においては被溶接材間の接触状態が良好であった場合であり、その動作は上述した図１のときと同様であるので説明は省略する。第ｎ＋１番目の溶接においては被溶接材間の接触状態が不良であった場合である。以下、同図を参照して説明する。

第ｎ＋１番目の溶接箇所において、加圧後に初期期間Ｔｓ中は初期電流Ｉｓを通電すると共に、初期期間Ｔｓ終了時の電極間抵抗値Ｒｅを算出する。次に、初期期間Ｔｓ終了時の電極間抵抗値Ｒｅが基準抵抗値Ｒｔ以上であるときは被溶接材間の接触状態が不良であると判別して、初期期間Ｔｓ終了時点で通電を中断する。そして、予め定めた休止期間Ｔｄの後に再び初期期間Ｔｓ中の初期電流Ｉｓの通電を再開する。この繰り返しが所定回数に達したときは、警報を発すると共に、溶接を非常停止する。同図ではこの所定回数が４回の場合を例示する。また、同図では、所定回数に達すると溶接を非常停止して次の第ｎ＋２番目の溶接も行わない場合を例示したが、第ｎ＋２番目の溶接は行ってもよい。上記の初期電流Ｉｓの繰り返しが所定回数未満のときの動作は図１で上述した第ｎ＋１番目の溶接個所と同様である。

図６は、実施の形態２に係る抵抗溶接制御方法を示すフローチャートである。同図は１つの溶接箇所を溶接するときのフローチャートである。同図において上述した図３と同一のステップには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図３と異なる点線で示すステップについて説明する。

ステップＳＴ７において、ステップＳＴ５でＲｅ＜ＲｔがＮＯである繰り返し回数が所定回数以上であるかを比較して、ＮＯならばステップＳＴ６に進み、ＹＥＳならばステップＳＴ８に進む。ステップＳＴ８において、警報を発すると共に、通電を停止して溶接を非常停止する。

実施の形態２に係る抵抗溶接制御方法を実施するための抵抗溶接装置のブロック図は、上述した図５と同一である。但し、シーケンス制御回路ＳＣは、上述した図６のフローチャートに従って動作する点が異なる。

本発明の実施の形態１に係る抵抗溶接制御方法を示す溶接電流Ｉｗの時間変化図である。 電極間抵抗値Ｒｅの算出方法を示す電極間電圧瞬時値ｖｅ及び溶接電流瞬時値ｉｗの波形図である。 実施の形態１に係る抵抗溶接制御方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る抵抗溶接装置のブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る抵抗溶接制御方法を示す溶接電流Ｉｗの時間変化図である。 実施の形態２に係る抵抗溶接制御方法を示すフローチャートである。 従来技術に係る抵抗溶接制御方法を示す溶接電流Ｉｗの時間変化図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 電極
２ 被溶接材
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＩＤ 電流検出回路
ｉｄ 電流検出信号
Ｉｍ 本電流
Ｉｒ 電流設定信号
ＩＲＭ 電流実効値算出回路
Ｉrm 電流実効値信号
Ｉｓ 初期電流
Ｉｗ 溶接電流
ｉｗ 溶接電流瞬時値
Ｏｎ 通電開始信号
Ｐ 電力
ＲＥ 電極間抵抗値算出回路
Ｒｅ 電極間抵抗値（信号）
Ｒｔ 基準抵抗値
ＳＣ シーケンス制御回路
ＳＣＲ サイリスタ
Ｔｄ 休止期間
Ｔｍ 本電流期間
ＴＲ トランス
Ｔｓ 初期期間
Ｔｗ 溶接期間
ＶＤ 電圧検出回路
ｖｄ 電圧検出信号
ｖｅ 電極間電圧瞬時値

Claims (2)

1. １対の電極によって複数枚重ねの被溶接材を挟持し、加圧及び通電して溶接する抵抗溶接制御方法において、
   １つの溶接個所を抵抗溶接する際に、前記両電極によって被溶接材を予め定めた加圧力で加圧し、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流を通電すると共に前記電極間に印加する電極間電圧及び溶接部を通電する溶接電流に基づいて電極間抵抗値を算出し、前記初期期間終了時の前記電極間抵抗値が基準抵抗値未満のときは被溶接材間の接触状態が良好であると判別して予め定めた休止期間が経過するまで通電を中断した後に溶接電流を本電流に切り換えて抵抗溶接を継続することによって適正なナゲットを形成して溶接を終了する第１工程と、
   前記初期期間終了時の前記電極間抵抗値が前記基準抵抗値以上のときは被溶接材間の接触状態が不良であると判別して通電を中断し前記休止期間の後に前記第１工程に戻る第２工程と、からなることを特徴とする抵抗溶接制御方法。
2. 前記第２工程が所定回数繰り返されたときは警報を発すると共に、第１工程へ戻ることを止めて溶接を非常停止することを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接制御方法。
   
   

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