JP2012210654A - 抵抗溶接方法と溶接装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶接電流が通電開始から5msec(ミリ秒)以内で最大値になるように溶接初期の溶接電流を制御する。溶接電流の通電開始から50ミリ秒以下の通電時間で溶接を完了する。例えば、記立ち上げ制御期間T1は10ミリ秒以下とし、立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2の和の(T1+T2)時間は15ミリ秒以下とし、記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2と温度維持制御期間T3の和の(T1+T2+T3)時間は、50ミリ秒以下とする。
【選択図】図11
Description
抵抗溶接では、図1に示すように、重ね合わせた鋼板等の被溶接材120A、120Bを電極122A、122Bで加圧して電流を流す。被溶接材120A、120Bの接点にジュール熱を発生させ、被溶接材120A、120Bの一部を溶解させてナゲット124を形成する。この方法を応用した溶接法にスポット溶接、シーム溶接等がある。溶接時の発熱量は以下の式であらわすことができる。
熱量=0.24i2rt
式中の各値の意味;
i:電流値(単位 A アンペア)
r:被溶接材の抵抗値(単位 オーム)
t:通電時間(単位 秒)
熱量:発生する熱量(単位カロリー。単位をジュールで計ると、式中の0.24が消え、右辺は単に i2rt となる。)
〈構成1〉
溶接電流が通電開始から5ミリ秒以内で最大値になるように溶接初期の溶接電流を制御し、前記溶接電流の通電開始から50ミリ秒以下の通電時間で溶接を終了することを特徴とする抵抗溶接方法。
溶接電流供給開始時刻t0からその後の時刻t1までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間T1と呼び、これに続く時刻t1から時刻t2までの、ピーク電流値C1に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間T2と呼び、その後の時刻t2から電流遮断時刻t3に至るまでの期間を、温度維持制御期間T3と呼ぶとき、前記立ち上げ制御期間T1は10ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2の和の(T1+T2)時間は15ミリ秒以下としたことを特徴とする抵抗溶接方法。
構成2に記載の抵抗溶接方法において、前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2と温度維持制御期間T3の和の(T1+T2+T3)時間は、50ミリ秒以下としたことを特徴とする抵抗溶接方法。
構成2または3に記載の抵抗溶接方法において、前記立ち上げ制御期間T1は5ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2の和の(T1+T2)時間は15ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2と温度維持制御期間T3の和の(T1+T2+T3)時間は20ミリ秒以下としたことを特徴とする抵抗溶接方法。
構成2乃至4のいずれかに記載の抵抗溶接方法において、前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2の間に、溶接部温度が融点以上であって、許容値以下の温度に達する最大の溶接電流を供給し、その後、適切なサイズのナゲットが形成されるまで、溶接電流を漸減させることを特徴とする抵抗溶接方法。
構成5のいずれかに記載の抵抗溶接方法において、前記ピークレベル制御期間T2経過後の溶接電流値から、前記電流遮断時刻t3における溶接電流の終了値まで、溶接電流を段階的に漸減することを特徴とする抵抗溶接方法。
溶接制御電源装置と溶接トランスと抵抗溶接機本体と溶接条件データベースを記憶した記憶装置とを備え、前記抵抗溶接機本体は、重ね合せた溶接材を加圧して溶接電流を流す一対の電極と、これらの電極に所望の加圧力を与える機構を備え、前記溶接制御電源装置は、前記記憶装置に記憶された溶接条件データベースから、溶接電流のレベルと供給タイミングを指定するデータを読み出して、前記一対の電極を介して前記溶接材に溶接電流を供給するためのものであって、溶接電流供給開始時刻t0からその後の時刻t1までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間T1と呼び、これに続く時刻t1から時刻t2までの、ピーク電流値C1に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間T2と呼び、その後の時刻t2から電流遮断時刻t3に至るまでの期間を、温度維持制御期間T3と呼ぶとき、前記前記溶接制御電源装置は、前記立ち上げ制御期間T1は10ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2の和の(T1+T2)時間は15ミリ秒以下とするように、前記溶接電流を制御することを特徴とする溶接装置。
通電時間を大幅に短縮しても良好な溶接をすることができる。したがって、溶接トランスの小型化、電極の耐久性、冷却装置の簡素化等による生産性の飛躍的な向上と省エネルギーを実現できる。
〈構成2の効果〉
溶接初期の溶接電流を短時間で立ち上げると、従来と比較して大幅に供給電力量の節約ができる。
〈構成3の効果〉
溶接初期の溶接電流を短時間で立ち上げると、ナゲット形成のための時間がより短縮できる。
〈構成4の効果〉
材料の性質によるが、合計の溶接時間をきわめて短時間に圧縮できる。
〈構成5の効果〉
全体として溶接時間を短縮すると溶接電流の制御が難しくなるが、初期に最大の溶接電流を供給して溶接電流を漸減させる方法によれば、比較的制御が容易になる。
〈構成6の効果〉
構成5において、溶接電流を段階的に漸減する制御をすればよい。
図2は本発明に係る溶接装置のブロック図、図3は溶接装置の溶接制御電源装置部分の回路図例である。図3は、溶接制御電源装置112と溶接トランス114と抵抗溶接機本体118の結線図例である。
図1に示したような溶接材に溶接電流を供給すると、溶接材の接点に流れる電流により、溶接材が溶融を開始する。本発明の溶接方法では、溶接電流が通電開始から5msec(ミリ秒)以内で最大値になるように溶接初期の溶接電流を制御し、前記溶接電流の通電開始から50msec以下の通電時間で溶接を終了する。
図5(a)、(b)に示される、溶接開始から通電時間15msec後におけるナゲット径と引張強度を測定したところ、図5(a)の場合は、ナゲット径D1は4mm、引張強度4.8KN(キロニュートン)である。これに対して、図5(b)の場合は、ナゲット径D2が3mm、引張強度3.0KNであった。
本発明に係る抵抗溶接方法を実施した場合は、ナゲット径は最大4.17mm、ナゲット深さは最大1.73mm、電極変位量は最大89.8μmの数値となった。
従来は、曲線Bのように、溶接部がゆっくりと温度上昇をし、溶接部の温度が溶接材の融点を越えるとナゲットの生成が開始される。NT2時間でナゲットは適切なサイズまで成長して、ここで溶接電流を止める。なお、ナゲットとは、溶接により溶融してその後固化した部分のことを指す、碁石のような形状の部分であるが、ここでは固化する前の状態の溶融した部分もナゲットと呼ぶことにする。
本発明の方法では、図9に示したDT1+NT1時間が15msec、従来法では図9に示したDT2+NT2時間が100msec以上である。両者の間に大きな開きがある。溶接部から単位時間あたりに外部に逃げる熱量は、溶接部や冷却装置の構造により決まるほぼ一定値である。本発明のように短時間で加熱をして溶接を完了すると、図10の(a)に示すように、ナゲット124の周辺の小領域を一気に加熱するだけでよい。これに対して溶接時間が長くなると、図10の(b)に示すように、ナゲット124の周辺全体に熱が広がって、熱損失が増える。
この実施例で、溶接電流のさらに具体的な制御方法を説明する。図の上部のグラフは、溶接電流の時間変化を示すもので、縦軸は溶接電流(単位A)、横軸は時間の経過(単位msec)を示す。図の下部のグラフは、ナゲット径P(溶融部分の直径)が時間とともに増加していく状態を示し、縦軸はナゲット径あるいはナゲット深さ(単位mm)を示す。上下のグラフの横軸のスケールは一致させてある。
図3を用いて説明した溶接トランスは、この図に示すようなタイミングで制御される。まず、インバータは、図14(a)に示すタイミングで、制御パルスを発生する。この制御パルスにより溶接トランスの一次電流がスイッチング制御される。
114 溶接トランス
116 記憶装置
118 抵抗溶接機本体
120A 鋼板
120B 鋼板
122A 電極
122B 電極
124 ナゲット
Claims (7)
- 溶接電流が通電開始から5ミリ秒以内で最大値になるように溶接初期の溶接電流を制御し、前記溶接電流の通電開始から50ミリ秒以下の通電時間で溶接を終了することを特徴とする抵抗溶接方法。
- 溶接電流供給開始時刻t0からその後の時刻t1までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間T1と呼び、これに続く時刻t1から時刻t2までの、ピーク電流値C1に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間T2と呼び、その後の時刻t2から電流遮断時刻t3に至るまでの期間を、温度維持制御期間T3と呼ぶとき、
前記立ち上げ制御期間T1は10ミリ秒以下とし、
前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2の和の(T1+T2)時間は15ミリ秒以下としたことを特徴とする抵抗溶接方法。 - 請求項2に記載の抵抗溶接方法において、
前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2と温度維持制御期間T3の和の(T1+T2+T3)時間は、50ミリ秒以下としたことを特徴とする抵抗溶接方法。 - 請求項2または3に記載の抵抗溶接方法において、
前記立ち上げ制御期間T1は5ミリ秒以下とし、
前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2の和の(T1+T2)時間は15ミリ秒以下とし、
前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2と温度維持制御期間T3の和の(T1+T2+T3)時間は20ミリ秒以下としたことを特徴とする抵抗溶接方法。 - 請求項2乃至4のいずれかに記載の抵抗溶接方法において、
前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2の間に、溶接部温度が融点以上であって、許容値以下の温度に達する最大の溶接電流を供給し、その後、適切なサイズのナゲットが形成されるまで、溶接電流を漸減させることを特徴とする抵抗溶接方法。 - 請求項5のいずれかに記載の抵抗溶接方法において、
前記ピークレベル制御期間T2経過後の溶接電流値から、前記電流遮断時刻t3における溶接電流の終了値まで、溶接電流を段階的に漸減することを特徴とする抵抗溶接方法。 - 溶接制御電源装置と溶接トランスと抵抗溶接機本体と溶接条件データベースを記憶した記憶装置とを備え、
前記抵抗溶接機本体は、重ね合せた溶接材を加圧して溶接電流を流す一対の電極と、これらの電極に所望の加圧力を与える機構を備え、
前記溶接制御電源装置は、前記記憶装置に記憶された溶接条件データベースから、溶接電流のレベルと供給タイミングを指定するデータを読み出して、前記一対の電極を介して前記溶接材に溶接電流を供給するためのものであって、
溶接電流供給開始時刻t0からその後の時刻t1までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間T1と呼び、これに続く時刻t1から時刻t2までの、ピーク電流値C1に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間T2と呼び、その後の時刻t2から電流遮断時刻t3に至るまでの期間を、温度維持制御期間T3と呼ぶとき、
前記前記溶接制御電源装置は、
前記立ち上げ制御期間T1は10ミリ秒以下とし、
前記立ち上げ制御期間T1とピークレベル制御期間T2の和の(T1+T2)時間は15ミリ秒以下とするように、前記溶接電流を制御することを特徴とする溶接装置。
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