JP2014113617A

JP2014113617A - 抵抗溶接方法及び抵抗溶接装置

Info

Publication number: JP2014113617A
Application number: JP2012269370A
Authority: JP
Inventors: Eisaku Hasegawa; 栄作長谷川; Sumitomo Watanabe; 純友渡邉
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: JP5814906B2; CN103862157B; US20140158668A1; CN103862157A; US9694437B2

Abstract

【課題】一方の鋼板を通る無効電流の抑制することができる抵抗溶接技術を提供することを課題とする。
【解決手段】予め高温部２４を形成する。次の通電で、一方の電極１８から電流Ｉ２が、ワーク１２を介して他方の電極１９、１９へ流れるが、電流Ｉ２は、抵抗が大きな環状の高温部２４で遮られるため一方の鋼板３２へ向かわないで、環状の中央部を通って、殆どが他方の鋼板３１に向かい、他方の鋼板３１を通って他方の電極１９、１９に至る。結果、他方の電極１９、１９の近傍に、他方の鋼板３１と一方の鋼板３２を接合する溶着部２５、２５が十分な大きさで生成される。
【選択図】図７

Description

本発明は、抵抗溶接技術の改良、具体的に片側スポット溶接技術の改良に関する。

ダイレクトスポット溶接法では、上板の上面に一方の電極を当て、下板の下面に他方の電極を当てる。
下板側に電極が配置できないときには、上板側に一方の電極及び他方の電極を配置する片側スポット溶接法が推奨される（例えば、特許文献１（図２）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図８は従来の技術の基本原理を説明する図であり、下板１０１に上板１０２が重ねられ、上板１０２の上面に一方の電極１０３と他方の電極１０４が、所定の距離を保って配置される。一方の電極１０３は一方の加圧制御装置１０５で上板１０２に押し付けられ、他方の電極１０４は他方の加圧制御装置１０６で上板１０２に押し付けられる。この状態で、電流制御装置１０７により、一方の電極１０３に通電されると、電流が矢印（１）のように、上板１０２から下板１０１へ流れ、矢印（２）のように、下板１０１を流れ、矢印（３）のように下板１０１から上板１０２へ流れ、他方の電極１０４へ流れる。

この間に、矢印（１）の電流により上板１０２と下板１０１の境界で抵抗発熱現象が起こり、溶接が行われ、ナゲット１０８が生成される。並行して、矢印（３）の電流により下板１０１と上板１０２の境界で抵抗発熱現象が起こり、溶接が行われ、ナゲット１０９が生成される。

ところで、一部の電流１１１が、一方の電極１０３から上板１０２を介して直接的に他方の電極１０４に至る。この電流１１１は無効電流と呼ばれる。無効電流が多くなると、有効電流が減少し、結果、ナゲット１０８、１０９の生成が不十分になる。

そこで、上板を通る無効電流の抑制が求められる。

特開２００６−１８１６２１公報

本発明は、上板を通る無効電流の抑制することができる抵抗溶接技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、少なくとも２枚の鋼板を積層し、一方の鋼板に一方の電極及び他方の電極を当て、前記一方の電極から前記鋼板を介して前記他方の電極へ通電することで、少なくとも前記他方の電極の近傍に溶着部を生成させる抵抗溶接方法であって、
前記一方の電極は、円柱部の先端部に球面部が一体形成されているものを使用し、溶接電流よりも小さい電流を前記一方の電極から前記他方の電極へ流すことで抵抗発熱により、周囲より高温で且つ前記円柱部を囲うような環状の高温部を、前記一方の電極の近傍に局部的に形成する円環高温部形成工程と、
溶接電流を流して前記溶着部を生成する溶接工程と、からなることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、積層した少なくとも２枚の鋼板からなるワークに対して相対移動自在に保持される装置フレームと、この装置フレームに主移動手段を介して移動自在に保持される一方の電極と、前記装置フレームにサブ移動手段を介して移動自在に保持される他方の電極と、前記一方の電極及び前記他方の電極に結線される溶接電源とからなり、一方の鋼板に前記一方の電極及び前記他方の電極を当て、前記一方の電極から前記鋼板を介して前記他方の電極へ通電することで、少なくとも前記他方の電極の近傍に溶着部を生成させる抵抗溶接装置において、
前記一方の電極は、円柱部の先端部に球面部が一体形成され、
溶接電流よりも小さい電流を前記一方の電極から前記他方の電極へ流すことで抵抗発熱により、周囲より高温で且つ前記円柱部を囲うような環状の高温部を、前記一方の電極の近傍に局部的に形成する円環高温部形成工程と、溶接電流を流して前記溶着部を生成する溶接工程とをこの順で実施する制御部を備えていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、円環高温部形成工程で、一方の鋼板に円環状の高温部を形成する。この高温部は一方の電極を囲むように形成される。鋼は温度に比例して抵抗値が増加する。円環状の高温部は抵抗値が大きいため電流が流れ難く、円環状の中央部はそれより電流が流れやすい。そのため、次の溶接工程で電流は円環状の中央部を通って一方の鋼板から他方の鋼板へ流れ、他方の鋼板を通って他方の電極に至る。すなわち、電流が一方の鋼板だけを流れる心配がない。
結果、他方の電極の近傍に十分に大きな溶着部を形成することができる。

請求項２に係る発明では、請求項１と同様の効果が発揮される。
加えて、制御部の制御形態を改良するだけで済み、抵抗溶接装置は、既存の装置で済ませることができるため、装置コストが上がる心配はない。

本発明に係る抵抗溶接装置を保持する装置移動手段の斜視図である。本発明に係る抵抗溶接装置の原理図である。抵抗溶接装置の作用図である。制御部で実施する電流制御に係るグラフである。円環高温部形成工程を説明する図である。温度と抵抗値の相関を示す図である。溶接工程を説明する図である。従来の技術の基本原理を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示すように、抵抗溶接装置１０は、ロボットに代表される装置移動手段１１により保持され、適宜移動される。抵抗溶接装置１０の詳細を次図で説明する。

図２に示すように、抵抗溶接装置１０は、ワーク１２の上方に保持される装置フレーム１５と、この装置フレーム１５の中央に設けられる主移動手段１６と、この主移動手段１６から延びるロッド１７に取付けられる主電極１８と、この主電極１８を挟むようにして両側方に配置される他方の電極１９、１９と、装置フレーム１５に設けられ他方の電極１９、１９を移動させるサブ移動手段２１、２１と、主電極１８及び他方の電極１９、１９に結線される溶接電源２２と、この溶接電源２２を制御する制御部２３とからなる。

一方の電極１８は、円柱部１８ａと、その先端（図では下端）に設けられる球面部１８ｂとを有する。
主移動手段１６はサーボモータを駆動源とするシリンダユニットが好適である。サブ移動手段２１も同様である。
また、溶接電源２２は装置フレーム１５に載せることが望ましいが、設置位置は任意である。

最も一般的なスポット溶接装置では、一対の電極が、一直線上に上下に配置される。
本例の抵抗溶接装置１０では、一方の電極１８、他方の電極１９、１９共にワーク１２の一方の側に配置されるため、片側スポット溶接装置とも呼ばれ、特殊なスポット溶接装置の範疇に入る。すなわち、ワーク１２の裏側（実施例では下側）にアースを配置する必要がなく、溶接施工の自由度が高まる。

以上に説明した抵抗溶接装置１０の作用を次に述べる。
図３（ａ）に示すように、ワーク１２は、他方の鋼板３１に一方の鋼板３２を積層してなり、一方の鋼板３２へ一方の電極１８を押圧すると共に他方の電極１９、１９を当てる。他方の電極１９、１９の押力は一方の電極１８の押力より小さく設定する。

図３（ｂ）は、（ａ）のｂ部拡大図であり、他方の鋼板３１及び一方の鋼板３２は下へ凸になるように変形する。一方の鋼板３２の変曲点３３、３３より、中心寄り範囲Ａでは、他方の鋼板３１は一方の鋼板３２に密着し、電気抵抗は小さくなる。変曲点３３、３３より、外側の範囲Ｃ、Ｃでは、他方の鋼板３１と一方の鋼板３２との間に隙間ができるなどして、通電性が期待できない。
変曲点３３、３３付近の範囲Ｂ、Ｂは、範囲Ａと範囲Ｃの中間の性質を有し、通電性は確保されるものの電気抵抗は範囲Ａより格段に大きくなる。

図２の制御部２３は、図４に示す電流制御を実施する。
制御部２３は、先ず、溶接電流Ｉ２よりも小さい電流Ｉ１を流すように制御する。Ｉ１は、Ｉ１＝（０．３〜０．５）×Ｉ２の範囲で設定することが推奨される。

すると、図３（ｃ）に示すように、一方の電極１８から、ワーク１２を介して他方の電極１９、１９へ電流Ｉ１が流れる。この流れは、主に一方の鋼板３２を流れる矢印（４）と、主に他方の鋼板３１を流れる矢印（５）と、中間的な矢印（６）が考えられる。

ところで、電流は、図３（ｂ）において、範囲Ｃ、Ｃでは殆ど流れない。電流は、範囲Ａと、範囲Ｂ、Ｂに流れる。電流により、ＩＲ^２（Ｉ：電流値、Ｒ：抵抗値）に相当するジュール熱が発生する。範囲Ａに比較して範囲Ｂ、Ｂが抵抗値が格段に大きいため、範囲Ｂ、Ｂにおいて大きなジュール熱が発生する。

結果、図５に示すように、一方の電極１８の近傍にて、円柱部１８ａを囲う大きさの環状の高温部２４が生成される。
図６に示すように、鋼板にあっては温度が高くなると、抵抗値が増加する。
この状態で、制御部２３は、電流値を図４に示す溶接電流Ｉ２に切り換える。

すると、図７に示すように、一方の電極１８から電流Ｉ２が、ワーク１２を介して他方の電極１９、１９へ流れるが、電流Ｉ２は、抵抗が大きな環状の高温部２４で遮られるため一方の鋼板３２へ向かわないで、環状の中央部を通って、殆どが他方の鋼板３１に向かい、他方の鋼板３１を通って他方の電極１９、１９に至る。

結果、他方の電極１９、１９の近傍に、他方の鋼板３１と一方の鋼板３２を接合する溶着部２５、２５が十分な大きさで生成される。なお、図示しないが一方の電極１８の近傍に溶着部が生成されることは差し支えない。

以上をまとめると、本発明方法は、次に述べる円環高温部形成工程と溶接工程とからなる。
図２で説明したように、一方の電極１８は、円柱部１８ａの先端部に球面部１８ｂが一体形成されているものを使用する。
そして、図３（ｃ）に示すように、溶接電流Ｉ２よりも小さい電流Ｉ１を一方の電極１８から他方の電極１９、１９へ流す。

すると、抵抗発熱により、図５に示すように、周囲より高温で且つ円柱部１８ａを囲うような環状の高温部２４を、一方の電極１８の近傍に局部的に形成することができる（円環高温部形成工程）。
続いて、図７に示すように、溶接電流Ｉ２を流して溶着部２５、２５を生成する（溶接工程）。

以上の発明方法（円環高温部形成工程と溶接工程）を実施する抵抗溶接装置１０は、図２に示すような汎用装置で足りる。すなわち、制御部２３の制御形態を改良するだけで済み、抵抗溶接装置１０は、既存の装置で済ませることができるため、装置コストが上がる心配はない。

尚、実施例では、２枚の鋼板を積層させたが、３枚以上の鋼板を積層させてもよい。また、他方の電極は、実施例では２個としたが、１個又は３個以上であってもよい。

さらには、実施例では他方の鋼板３１に、一方の鋼板３２を載せたが、一方の鋼板３２に他方の鋼板３１を載せてもよい。また、板３１、３２を水平に配置するほか、縦向きや斜めに配置することは差し支えない。板３１、３２の向きに合わせて、一方の電極１８及び他方の電極１９、１９を、上から若しくは下から又は横から一方の鋼板３２へ接離させればよく、構成要素の向きは任意である。

本発明は、２枚の薄い鋼板を、片側スポット溶接法で接合する技術に好適である。

１０…抵抗溶接装置、１１…装置移動手段、１２…ワーク、１５…装置フレーム、１６…主移動手段、１８…一方の電極、１９…他方の電極、２１…サブ移動手段、２２…溶接電源、２３…制御部、２４…高温部、２５…溶着部、３１…鋼板（他方の鋼板）、３２…鋼板（一方の鋼板）。

Claims

少なくとも２枚の鋼板を積層し、一方の鋼板に一方の電極及び他方の電極を当て、前記一方の電極から前記鋼板を介して前記他方の電極へ通電することで、少なくとも前記他方の電極の近傍に溶着部を生成させる抵抗溶接方法であって、
前記一方の電極は、円柱部の先端部に球面部が一体形成されているものを使用し、溶接電流よりも小さい電流を前記一方の電極から前記他方の電極へ流すことで抵抗発熱により、周囲より高温で且つ前記円柱部を囲うような環状の高温部を、前記一方の電極の近傍に局部的に形成する円環高温部形成工程と、
溶接電流を流して前記溶着部を生成する溶接工程と、からなることを特徴とする抵抗溶接方法。
積層した少なくとも２枚の鋼板からなるワークに対して相対移動自在に保持される装置フレームと、この装置フレームに主移動手段を介して移動自在に保持される一方の電極と、前記装置フレームにサブ移動手段を介して移動自在に保持される他方の電極と、前記一方の電極及び前記他方の電極に結線される溶接電源とからなり、
少なくとも２枚の鋼板を積層し、一方の鋼板に一方の電極及び他方の電極を当て、前記一方の電極から前記鋼板を介して前記他方の電極へ通電することで、少なくとも前記他方の電極の近傍に溶着部を生成させる抵抗溶接装置において、
前記一方の電極は、円柱部の先端部に球面部が一体形成され、
溶接電流よりも小さい電流を前記一方の電極から前記他方の電極へ流すことで抵抗発熱により、周囲より高温で且つ前記円柱部を囲うような環状の高温部を、前記一方の電極の近傍に局部的に形成する円環高温部形成工程と、溶接電流を流して前記溶着部を生成する溶接工程とをこの順で実施する制御部を備えていることを特徴とする抵抗溶接装置。