JP2023547162A

JP2023547162A - 抵抗スポット溶接装置及び方法

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Publication number: JP2023547162A
Application number: JP2023524802A
Authority: JP
Inventors: ▲曉▼▲輝▼ ▲韓▼; 野徐; 志毅 ▲張▼; ▲結▼和叶; 金山曹
Original assignee: 中車青島四方机車車輛股▲フン▼有限公司
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2023-11-09
Also published as: CN112317935B; WO2022083036A1; EP4205896A4; US20230405704A1; EP4205896A1; CN112317935A

Abstract

溶接すべきコンポーネントの同一の溶接面に位置する一対の電極を含む抵抗スポット溶接装置であって、溶接すべきコンポーネントに対称軸（６）が設けられ、一対の電極は対称軸の両側に対称に設けられ、各電極の一端はいずれも異形接触面（２０）を有し、各異形接触面はそれぞれ電極軸線に対して対称軸から離れる方向にずれ、そのうち、異形接触面は、電極によって形成された電流密度中心線（２１）を電極軸線（１１）に対して対称軸から離れる方向にずらせるために用いられ、及び／又は、各電極の電流密度を溶接すべきコンポーネント内において溶接面から離れる傾向に偏向させるために用いられる。当該装置は、対称軸に対するナゲットの遠位端及び近位端の形状を対称且つ均一にさせることができ、これにより、ナゲットの形状及び受力状態はいずれも荷重を受ける時の力学的性能の要求を満たすことができ、溶接品質を向上させることができる。本発明は、抵抗スポット溶接方法にも関する。

Description

本願は、２０２０年１０月２２日に提出された、出願番号が２０２０１１１４０７３６０、発明名称が「抵抗スポット溶接装置及び方法」である中国特許出願の優先権を主張し、その全体が参照により本願に組み込まれる。

本願は、溶接技術分野に関し、特に、抵抗スポット溶接装置及び方法に関する。

抵抗スポット溶接は、溶接品質が安定し、生産効率が高く、機械化や自動化を容易に実現する接続方法であり、自動車、軌道列車、電子、家電製品などの製造分野で広く適用されている。片面ダブルスポット溶接は、通常の両面シングルスポット溶接に比べると、二つの溶接点を同時に溶接することができ、生産効率が高く、特に厚さ比が大きくて広い平板の溶接に適用する。同時に、片面溶接であるため、片側のみで到達できる溶接モードに適しており、一般的に軌道列車の車体の溶接に適用される。しかし、実際の生産過程において、片面ダブルスポット溶接を採用した場合の溶接点は、ナゲットの形状の遠近端の両側が非対称である、即ち、両電極の近位端のナゲットの厚さが大きく、遠位端の厚さが小さいことが現れる。この場合、ナゲットに荷重がかかったとき、遠位端のナゲットは、厚さが小さいため、受け力に弱いところである。厚さが小さい箇所に力学的性能の条件を満たすために、より多くの溶接熱入力が必要であり、近位端のナゲットの厚さが需要をはるかに超え、更に遠位端のナゲット側の溶接スパッタを引き起こし、溶接品質に影響を与える。それ以外に、片面ダブルスポット溶接は、一般的に差厚板の溶接に適用されているが、差厚板の溶接時にはナゲットずれと薄板側の溶け込み率が不足する場合があり、同様に溶接品質に影響を与える。

本願は、少なくとも従来技術における問題点の１つを解決することを目的とする。そのため、本願は、ナゲットの形状の遠近端の両側が非対称構造であるため、溶接品質に影響を与えるという問題を解決するように、ナゲット品質を向上させる抵抗スポット溶接装置を提供する。

本願は、ナゲット品質を向上させる抵抗スポット溶接方法を更に提供する。

本願の一態様の実施形態に係る抵抗スポット溶接装置は、溶接すべきコンポーネントの同一の溶接面に位置する一対の電極を含み、前記溶接すべきコンポーネントに対称軸が設けられ、一対の前記電極は前記対称軸の両側に対称に設けられ、各前記電極の一端はいずれも異形接触面を有し、各前記異形接触面はそれぞれ電極軸線に対して前記対称軸から離れる方向にずれ、
そのうち、前記異形接触面は、前記電極によって形成された電流密度中心線を前記電極軸線に対して前記対称軸から離れる方向にずらせるために用いられ、及び／又は、各前記電極の電流密度を前記溶接すべきコンポーネント内において前記溶接面から離れる傾向に偏向させるために用いられる。

本願の一実施形態によれば、前記電極は、電極ヘッドと、電極ロッドとを備え、前記電極ヘッドの一端は前記電極ロッドの端部に着脱可能に嵌着され、前記電極ヘッドの他端にボスが構成され、前記ボスの端面に前記異形接触面が構成される。

本願の一実施形態によれば、前記異形接触面は、幾何学的中心が前記電極軸線の前記対称軸から離れる側に位置する第１の接触面を含む。

本願の一実施形態によれば、前記異形接触面は更に第２の接触面を含み、前記第２の接触面は前記第１の接触面の前記対称軸に近い側に接続され、且つ前記第１の接触面の面積は前記第２の接触面の面積より大きい。

本願の一実施形態によれば、前記第１の接触面及び前記第２の接触面はそれぞれ前記電極軸線の両側に設置され、そのうち、前記第１の接触面は前記対称軸から遠い側に位置し、前記第２の接触面は前記対称軸に近い側に位置する。

本願の一実施形態によれば、前記ボスの前記対称軸に近い側には、前記異形接触面と前記電極ヘッドの外壁との間に接続されるガイド部が構成され、前記ガイド部は、前記電極軸線に対して傾斜しており、前記電流密度中心線が前記電極軸線に対して前記対称軸から離れる側に偏ったり傾いたりするように案内する。

本願の一実施形態によれば、前記電極ヘッドの一端には軸方向に設けられた取付孔が構成され、前記電極ロッドの一端には前記取付孔内に同軸に挿着可能な接続部が構成される。

本願の一実施形態によれば、前記取付孔の側壁にはスライド溝が構成され、前記接続部の側壁には前記スライド溝内に摺動可能に装着されるスライダが構成され、前記スライド溝と前記スライダはいずれも前記電極軸線に沿って設けられる。

本願の一実施形態によれば、前記取付孔の端面には位置決め溝が構成され、前記接続部の一端には前記位置決め溝内に同軸に装着可能な位置決めボスが構成され、前記接続部の他端にはレバー体が連結される。

本願の一実施形態によれば、ベースプレート及びパッドプレートを更に含み、前記溶接すべきコンポーネントは、上側溶接板と下側溶接板とを含み、前記上側溶接板と前記下側溶接板は、順次に前記パッドプレートと前記ベースプレートとの間に平らに敷かれ、前記パッドプレートの前記上側溶接板に背向する表面は前記溶接面である。

本願の他の実施形態に係る抵抗スポット溶接方法は、上記の抵抗スポット溶接装置により実行され、
前記抵抗スポット溶接方法は、一対の電極を駆動して溶接すべきコンポーネントの溶接面において前記溶接すべきコンポーネントの対称軸の両側に沿って並列に走行させることで、一対の前記電極を前記溶接すべきコンポーネントに同期して作用させ、且つ、前記溶接すべきコンポーネント内に、それぞれ一対の前記電極の異形接触面に対応するナゲットを形成することを含み、
そのうち、一対の前記ナゲットは前記対称軸に対して対称に設けられ、及び／又は、各前記ナゲットにおいて前記溶接すべきコンポーネントの下側溶接板に位置するナゲットの断面積は前記溶接すべきコンポーネントの上側溶接板に位置するナゲットの断面積よりも大きい。

本願の実施形態における上記の１つ又は複数の技術的解決手段は、少なくとも以下の技術的効果の１つを有する。

本願の実施形態の抵抗スポット溶接装置は、溶接すべきコンポーネントの同一の溶接面に位置する一対の電極を含み、溶接すべきコンポーネントに対称軸が設けられ、一対の電極は対称軸の両側に対称に設けられ、各電極の一端はいずれも異形接触面を有し、各異形接触面はそれぞれ電極軸線に対して対称軸から離れる方向にずれ、そのうち、異形接触面は、電極によって形成された電流密度中心線を電極軸線に対して対称軸から離れる方向にずらせるために用いられ、及び／又は、各電極の電流密度を溶接すべきコンポーネント内において溶接面から離れる傾向に偏向させるために用いられる。本願に記載された装置は、電極の、溶接すべきコンポーネント内での電流密度状態を変更することができ、それにより、ナゲットの対称軸から離れた端部の熱入力を適切に補強し、且つナゲットの対称軸に近い端部の熱入力を適切に弱め、対称軸に対するナゲットの遠位端及び近位端の形状を対称且つ均一にさせることができ、ナゲットの形状及び受力状態はいずれも荷重を受ける時の力学的性能の要求を満たすことができ、溶接品質を向上させることができる。

本願の実施形態に係る抵抗スポット溶接方法は、上記のような抵抗スポット溶接装置により実行され、前記抵抗スポット溶接方法は、一対の電極を駆動して溶接すべきコンポーネントの溶接面において溶接すべきコンポーネントの対称軸の両側に沿って並列に走行させることで、一対の電極を溶接すべきコンポーネントに同期して作用させ、且つ、溶接すべきコンポーネント内に、それぞれ一対の電極の異形接触面に対応するナゲットを形成することを含み、そのうち、一対のナゲットは対称軸に対して対称に設けられ、及び／又は、各ナゲットにおいて溶接すべきコンポーネントの下側溶接板に位置するナゲットの断面積は溶接すべきコンポーネントの上側溶接板に位置するナゲットの断面積よりも大きい。上記のような抵抗スポット溶接装置により当該抵抗スポット溶接方法を実行することにより、当該抵抗スポット溶接方法は上記抵抗スポット溶接装置のすべての利点を有するので、ここではその説明を省略する。

本願の付加態様及び利点は、以下の説明において一部与えられ、一部は以下の説明において明確となり、又は本願の実践により理解できる。

以下、本願の実施形態又は従来技術における技術案を明確的に説明するために、実施形態又は従来技術の説明に必要とする図面を簡単に説明し、明らかに、次に説明する図面は、本願のいくつかの実施形態に過ぎず、当業者にとって、創造的な労働が要らない前提として、更にこれら実施形態に基づいてその他の図面を得ることができる。

本願の実施形態の抵抗スポット溶接装置の溶接原理の模式図である。本願の実施形態の電極ヘッドの溶接原理の模式図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第１種の構造の平面図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第１種の構造の断面図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第１種の構造の底面図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第２種の構造の断面図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第２種の構造の底面図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第３種の構造の断面図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第３種の構造の底面図である。本願の実施形態に係る比較電極ヘッドの電流密度の模式図である。本願の実施形態に係る比較電極ヘッドのナゲット構造の模式図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第１種の構造の電流密度の模式図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第１種の構造のナゲット構造の模式図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第２種の構造の電流密度の模式図である。本願の実施形態の電極ヘッドの第２種の構造のナゲット構造の模式図である。本願の実施形態の電極ロッドの正面図である。本願の実施形態の電極ロッドの底面図である。

以下、添付の図面と実施形態を参照しながら、本願の実施形態をより詳細に説明する。以下の実施形態は、本願を説明するためのものであり、本願の範囲を制限するものではない。

本願の実施形態に対する説明において、「中心」、「縦方向」、「横方向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」などの用語で表される方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づくものであり、本願の実施形態を便利且つ簡単に説明するために使用されるものであり、示された装置又は素子が必ず特定の方位にあり、特定の方位において構成され、操作されると指示又は暗示するものではないため、本願に対する制限と理解されるものではない。なお、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は説明するためのものに過ぎず、比較的な重要性を指示又は暗示すると理解されるものではない。

本願の実施形態の説明において、明確な規定と限定がない限り、「互いに接続」、「接続」等の用語の意味は広く理解されるべきである。例えば、固定接続や、着脱可能な接続や、あるいは一体的な接続でも可能である。機械的な接続や、電気的接続や、あるいは直接的に互いに接続することや、中間媒体を介して間接的に互いに接続することも可能である。当業者にとって、具体的な状況に応じて上記用語の本願の実施形態での具体的な意味を理解することができる。

本出願の実施形態において、明確な規定と限定がない限り、第１の特徴が第２の特徴の「上」又は「下」にあることは、第１の特徴および第２の特徴が直接接触することであってもよく、又は第１の特徴および第２の特徴が中間媒体を介して間接的に接触することであってもよい。また、第１の特徴が第２の特徴の「上」、「上方」および「上側」にあることは、第１の特徴が第２の特徴の真上又は斜め上にあることであってもよく、又は単に第１の特徴の水平方向の高さが第２の特徴よりも大きいことを意味する。第１の特徴が第２の特徴の「下」、「下方」および「下側」にあることは、第１の特徴が第２の特徴の真下又は斜め下にあることであってもよく、又は単に第１の特徴の水平方向の高さが第２の特徴よりも小さいことを意味する。

本明細書の説明において、「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、「例」、「具体的な例」、又は「いくつかの例」などの用語を参照する説明は、当該実施形態又は例を参照しながら説明される具体的な特徴、構造、材料、又は特徴が、本願の実施形態の少なくとも１つの実施形態又は例に含まれることを意味する。本明細書では、上記の用語の模式的表現は、必ずしも同じ実施形態又は例に向けられているわけではない。更に、説明されている具体的な特徴、構造、材料、又は特徴は、任意の１つ又は複数の実施形態又は例において、適切な方法で組み合わせることができる。更に、当業者は、本明細書に説明されている異なる実施形態又は例、ならびに異なる実施形態又は例の特徴を、互いに矛盾することなく組み合わせることができる。

図１から図１７に示すように、本願の実施形態は抵抗スポット溶接装置を提供し、更に、該抵抗スポット溶接装置に基づいて抵抗スポット溶接方法を提供する。

当該抵抗スポット溶接装置は、図１及び図２に示すように、溶接すべきコンポーネントの溶接面に対して並列且つ同期な溶接を行うことができる一対の電極を備える。一対の電極は、溶接すべきコンポーネントの同一の溶接面に位置しており、同一の溶接方向に沿って並列走行して同期溶接を実現することができ、一対の電極は溶接コンポーネント内に形成された電流の間に作用して相互作用を発生させることができ、それにより、一対の電極はそれぞれ溶接コンポーネント内に一対のナゲット７を形成し、更に、溶接すべきコンポーネントに対して片面ダブル抵抗スポット溶接プロセスを実現することができる。

そのうち、溶接すべきコンポーネントに対称軸６が設けられ、一対の電極は対称軸６の両側に対称に設けられ、各電極の一端はいずれも異形接触面２０を有し、各異形接触面２０はそれぞれ電極軸線１１に対して対称軸６から離れる方向にずれる。上記の異形接触面２０は、対応する電極によって形成された電流密度中心線２１を電極軸線１１に対して対称軸６から離れる方向にずらすために用いられ、及び／又は、各電極の電流密度を溶接すべきコンポーネント内において溶接面から離れる傾向に偏向させるために用いられる。当該抵抗スポット溶接装置は、一対の電極の異形接触面２０の構造を利用して、電極の、溶接すべきコンポーネント内での電流密度状態を変更することができ、それにより、ナゲット７の対称軸６から離れた端部（即ちナゲット７の遠位端）の熱入力を適切に補強し、且つナゲット７の対称軸６に近い端部（即ちナゲット７の近位端）の熱入力を適切に弱め、対称軸６に対するナゲット７の遠位端及び近位端の形状を対称且つ均一にさせることができ、ナゲット７の形状及び受力状態はいずれも荷重を受ける時の力学的性能の要求を満たすことができ、溶接品質を向上させることができる。

理解されるように、上記の対称軸６は一対の電極の電極軸線１１を結ぶ線の中点に位置する軸線であり、即ち、一対の電極が当該対称軸６に対して対称に設けられることを確保すればよい。

理解されるように、片面ダブルスポット溶接の溶接品質を更に向上させるために、当該抵抗スポット溶接装置はベースプレート３及びパッドプレート５を更に含む。溶接すべきコンポーネントは、上側溶接板４１と下側溶接板４２とを含み、上側溶接板４１と下側溶接板４２は、順次にパッドプレート５とベースプレート３との間に平らに敷かれる。そのうち、パッドプレート５の上側溶接板４１に背向する表面は溶接面である。ベースプレート３は溶接すべきコンポーネントに対する支持及びレベリングのために用いられる。パッドプレート５は、金属板であることが好ましい。薄い上側溶接板４１の表面にパッドプレート５を増設することは、パッドプレート５自体の抵抗及びパッドプレート５と上側溶接板４１との接触抵抗を利用して、スポット溶接過程における発熱を増加させ、ナゲット７の形成と成長を促進する一方で、電極と溶接コンポーネントとの間を隔て、溶接中心領域から異形接触面２０への熱の伝導を低減し、上側溶接板４１の溶接面側の放熱を低減することができる。

理解されるように、上側溶接板４１の厚さは下側溶接板４２の厚さより小さく、溶接完了後の溶接物は差厚板を構成することができる。

理解されるように、上記した各電極の電流密度を溶接すべきコンポーネント内において溶接面から離れる傾向に偏向させることでは、更に、ナゲット７の、溶接すべきコンポーネントの下側溶接板４２に形成された部分の断面積を溶接すべきコンポーネントの上側溶接板４１に形成された部分の断面積より大きくし、ナゲット７のずれを回避するとともに、厚さが薄い上側溶接板４１の側の溶け込み率を向上させ、溶接品質を更に向上させることができる。

これから分かるように、当該抵抗スポット溶接装置は差厚板に対する片面ダブルスポット溶接の過程において、溶接点のナゲット７の品質を向上させるとともに、ナゲット７の溶接コンポーネントの厚い側へのずれを改善することができる。そして、電極端面の異形接触面２０の構造により、溶接コンポーネントの内部の電流密度の分布規則を変更し、ナゲット７の近位端に近い電流密度が大きく、遠位端の電流密度が小さいという元の規則を、ナゲット７の遠位端と近位端の電流が均一分布することに変換し、それにより、片面ダブルスポット溶接時に溶接すべきコンポーネントの内部の電極端面の内側に近い電流分布が集中することによる非対称なナゲット７の現象を軽減又は相殺し、溶接点の品質を向上させ、溶接エネルギー消費を低減させる。

図２、図３、図１６及び図１７に示すように、電極は、電極ヘッド２と、電極ロッド１とを備える。電極ヘッド２の一端は電極ロッド１の端部に着脱可能に嵌着される。適切な電極ヘッド２に交換して、溶接操作の柔軟性を向上させるように、必要に応じて電極ヘッド２を随時着脱することができる。電極ヘッド２の他端にボスが構成され、ボスの端面に異形接触面２０が構成される。好ましくは、ボスの対称軸６に近い側には、異形接触面２０と電極ヘッド２の外壁との間に接続されるガイド部２５が構成される。ガイド部２５は、電極軸線１１に対して傾斜しており、電流密度中心線２１が電極軸線１１に対して対称軸６から離れる側に偏ったり傾いたりするように案内する。ガイド部２５は、電極ヘッド２の端面における対称軸６から離れる一側に異形接触面２０を構成しており、電流が電極ヘッド２の内部を通過する過程でガイド部２５の偏向ガイド作用を受け、それにより全ての電流の電流密度中心線２１を、電極ヘッド２の軸線（即ち電極軸線１１）に対して対称軸６から離れる側にずらすことができ、又は、電流を電極ヘッド２の内部において偏向傾斜させことにより、電流が異形接触面２０から溶接すべきコンポーネントに入る位置を、電極軸線１１の溶接すべきコンポーネントにおける投影位置に対して対称軸６から離れる側にずらすことができる。上記構造により、電流分布は外側電流が多く内側電流が少ないという特徴を呈し、電流分布と、片面ダブルスポット溶接時の電流偏向による電流密度の外疎内密特徴とをバランスさせ、それにより、溶接コンポーネントの上側溶接板４１と下側溶接板４２との間の接触面箇所の電流密度が均一となるという効果を達成し、最終的に、均一な電流密度の条件下で対称構造のナゲット７を形成することを実現し、溶接品質を向上させる。

理解されるように、好ましくは、ガイド部２５は段差構造及び／又は円弧状の平滑遷移面構造として構成される。

理解されるように、電極ヘッド２と電極ロッド１の柔軟な着脱を実現するために、好ましくは、電極ヘッド２の一端には軸方向に設けられた取付孔２４が構成され、電極ロッド１の一端には取付孔２４内に同軸に挿着可能な接続部１３が構成される。電極ヘッド２と電極ロッド１との間の周方向の位置決めを実現するために、好ましくは、取付孔２４の側壁にスライド溝２２が構成され、接続部１３の側壁にはスライド溝２２内に摺動可能に装着されるスライダ１５が構成され、スライド溝２２とスライダ１５はいずれも電極軸線１１に沿って設けられる。電極ヘッド２と電極ロッド１との間の径方向及び中心の位置決めを実現するために、好ましくは、取付孔２４の端面には位置決め溝２３が構成され、接続部１３の一端には位置決め溝２３内に同軸に装着可能な位置決めボス１４が構成され、接続部１３の他端には、レバー体１２が連結される。

理解されるように、電極ロッド１のレバー体１２内には、電極軸線１１に沿って貫通孔が構成され、それにより、電極ヘッド２内の回路素子及び電線等の補助機構は、レバー体１２の貫通孔を貫通して外部に引き出され、溶接プロセスへの干渉を回避する。

いくつかの実施形態において、電流密度の分布規則に対する確実な制御を実現するために、好ましくは、異形接触面２０は、幾何学的中心が電極軸線１１の対称軸６から離れる側に位置する第１の接触面２０１を含む。電流は、電極ヘッド２内から流れて第１の接触面２０１を貫通してパッドプレート５が敷かれた溶接すべきコンポーネントに入る過程において、第１の接触面２０１のずれ設置により、電流が上記対称軸６から離れる方向にずれるように案内して、電流の入射角度を変更することができ、これにより、電流は、溶接すべきコンポーネントに入る時に、自体が対称軸６から離れる方向に偏向する傾向を有する。更に、片面ダブルスポット溶接時に電流が対称軸６に近づいて偏向することによる電流密度の外疎内密特徴とバランスする効果を達成し、電流密度の均一化を実現し、それにより、片面ダブルスポット溶接時の電流偏向によるナゲット７への影響を軽減又は相殺することができる。

いくつかの実施形態において、異形接触面２０は更に第２の接触面２０２を含み、第２の接触面２０２は第１の接触面２０１の対称軸６に近い側に接続され、且つ、第１の接触面２０１の面積は第２の接触面２０２の面積より大きい。第１の接触面２０１の面積を大きくし且つ第２の接触面２０２の面積を小さくすることにより、電流分布は外側電流が多く内側電流が少ない特徴を呈し、電流分布と、片面ダブルスポット溶接時の電流偏向による電流密度の外疎内密特徴とをバランスさせ、上側溶接板４１と下側溶接板４２の接触面の箇所に電流密度が均一となるという効果を達成し、最終的に、均一な電流密度条件下での遠位端と近位端の対称構造のナゲット７を実現する。

いくつかの実施形態において、上記の２種の構造を組み合わせ、第１の接触面２０１及び第２の接触面２０２をそれぞれ電極軸線１１の両側に設置することができ、そのうち、第１の接触面２０１は対称軸６から遠い側に位置し、第２の接触面２０２は対称軸６に近い側に位置する。それにより、電流が溶接すべきコンポーネントに入る時に自体が対称軸６から離れる方向に偏向する傾向を有するとともに、上側溶接板４１と下側溶接板４２との接触面の箇所に電流密度が均一となるという効果を達成することができ、ナゲット７の構造の対称均一を更に確保することができる。

理解されるように、第１の接触面２０１及び第２の接触面２０２は円形平面、楕円形平面、多角形平面又は蛇行輪郭線を有する平面であってもよい。

図１０及び図１１は本願の実施形態に記載された電極ヘッド２と比較する比較電極ヘッド２’の電流密度の模式図及びナゲット７の構造の模式図を示す。当該比較電極ヘッド２’において、垂直に入射した電流が一対の電極の近位端に流れる過程で、一対の電極の相互作用により電流が相対的に偏向し、当該比較電極ヘッド２’に異形接触面２０が設けられず、且つ溶接すべきコンポーネントと比較電極ヘッド２’との間にパッドプレート５が敷設されないため、当該比較電極ヘッド２’によって形成した電流密度中心線は比較電極ヘッドの軸線１１’と重なり、且つ電極は溶接コンポーネントの上側溶接板４１と下側溶接板４２との接触面に形成した電流密度分布が不均一であり、図１０に示すように、即ち、電流密度が一対の比較電極ヘッド２’の近位端で大きく、且つ一対の比較電極ヘッド２’の遠位端で小さいという分布規則が存在することで、単一電極の下の板材内部の非平衡熱が発生し、即ち、比較電極ヘッド２’の近位端の発熱が多く、遠位端の発熱が少ない。図１１に示すように、最終的に溶接後に生成された２つのコア７’は、何れも非対称構造である。

本願の実施形態に記載の電極ヘッド２の構造は、片面ダブルスポット溶接過程における一対の電極ヘッド２の近位端と遠位端の電流密度分布を変更することにより、片面ダブルスポット溶接時の電極の下方の板材内部電流偏向によるナゲット７の形状への影響を軽減し又は相殺することができ、それにより、片面ダブルスポット溶接時のナゲット７の非対称構造を軽減し又は解消し、溶接点の品質を保障するとともに、溶接エネルギー消費を低減し、片面ダブルスポット溶接プロセスのコスト低減と効果向上を実現することができる。

具体的に、図３、図４、及び図５は第１種の電極ヘッド２の構造を示す。当該電極ヘッド２の異形接触面２０は第１の接触面２０１及び第２の接触面２０２を含み、第１の接触面２０１及び第２の接触面２０２はいずれも半円形平面であり、且つそれぞれ電極軸線１１の両側に対向して設けられる。即ち、第１の接触面２０１と第２の接触面２０２の円心は一致するが、第１の接触面２０１の面積が第２の接触面２０２の面積よりも大きくなるように、第１の接触面２０１の半径は第２の接触面２０２の半径よりも大きくなる。当該電極ヘッド２の構造において、第２の接触面２０２の外郭と電極ヘッド２の外壁との間のボス外壁は、段差構造を有し円弧状の平滑遷移面構造をなすガイド部２５として構成される。また、第１の接触面２０１の外郭と電極ヘッド２の外壁との間に円弧状の平滑遷移面が構成される。

具体的には、好ましくは、第１種の電極ヘッド２は、厚さが０．８ｍｍの上側溶接板４１及び厚さが２ｍｍの下側溶接板４２からなる溶接すべきコンポーネントに適用され、金属パッドプレート５の厚さは０．１ｍｍである。ここで、第１の接触面２０１の半径は８ｍｍであり、第２の接触面２０２の半径は５．５ｍｍである。ガイド部２５は、電極ヘッド２の外壁から内向きに１ｍｍ除去して段差構造を形成し、続いて円弧状の平滑遷移面構造を介して第２の接触面２０２の外郭に接続されるものである。電極ヘッド２は長さが１３ｍｍである。電極ヘッド２内の取付孔２４は、直径が１２ｍｍであり、長さが１２ｍｍである。取付孔２４の側壁には、幅が２ｍｍで長さが１２ｍｍであるスライド溝２２が構成され、スライド溝２２と異形接触面２０との最も近い距離は６．５ｍｍである。取付孔２４のブラインド端部には、直径が８ｍｍ、長さが１ｍｍの位置決め溝２３が構成される。

図１２及び図１３は、上記の第１種の電極ヘッド２の電流密度の模式図及びナゲット７の構造模式図を示す。以上から分かるように、上記実施形態に記載の電極ヘッド２は、電流密度中心線２１が電極軸線１１に対して対称軸６から離れる方向へずれることを実現することができ、それにより、電流が溶接すべきコンポーネントに入る時に自体が対称軸６から離れる方向へ偏向する傾向を有するだけでなく、上側溶接板４１と下側溶接板４２との接触面の箇所に電流密度が均一となるという効果を達成することができ、ナゲット７構造の対称均一を更に確保する。

図６及び図７は、第２種の電極ヘッド２の構造を示す。当該電極ヘッド２の異形接触面２０は第１の接触面２０１を有し、第１の接触面２０１は円形平面であり、且つ第１の接触面２０１の円心は電極軸線１１の対称軸６から離れる側に位置する。当該電極ヘッド２の構造において、第１の接触面２０１の対称軸６に近い側の外郭と電極ヘッド２の外壁との間のボス外壁は円弧状の平滑遷移面構造をなすガイド部２５として構成される。

具体的には、第２種の電極ヘッド２において、第１の接触面２０１の半径は５ｍｍから１０ｍｍであり、且つ第１の接触面２０１の円心と電極軸線１１との距離は３ｍｍから４ｍｍである。ガイド部２５は、電極ヘッド２の外壁から傾斜角が３５°～４５°の円弧状の平滑遷移面構造で第１の接触面２０１の対称軸６に向かう側の外郭に接続されるものである。ほかの構造の寸法は第１種の電極ヘッド２の構造の寸法と同じである。

図１４及び図１５は、上記実施形態の電極ヘッド２の電流密度の模式図及びナゲット７の構造模式図を示す。以上から分かるように、上記実施形態に記載の電極ヘッド２は、電流密度中心線２１が電極軸線１１に対して対称軸６から離れる方向へずれることを実現することができ、それにより、電流が溶接すべきコンポーネントに入る時に自体が対称軸６から離れる方向へ偏向する傾向を有するだけでなく、上側溶接板４１と下側溶接板４２との接触面の箇所に電流密度が均一となるという効果を達成することができ、ナゲット７の構造の対称均一を更に確保する。

図８及び図９は、第３種の電極ヘッド２の構造を示す。当該電極ヘッド２の異形接触面２０は第１の接触面２０１及び第２の接触面２０２を含み、第１の接触面２０１及び第２の接触面２０２は外郭が二つの円形部分を接続して構成された流線型平面である。第１の接触面２０１の円心は電極軸線１１の対称軸６から離れる側に位置し、第２の接触面２０２の円心は電極軸線１１に位置する。当該電極ヘッド２の構造において、第１の接触面２０１の対称軸６に近い側の外郭と電極ヘッド２の外壁との間のボス外壁は段差構造のガイド部２５として構成される。

具体的には、第３種の電極ヘッド２において、第１の接触面２０１の半径は５ｍｍであり、第２の接触面２０２の半径は４ｍｍであり、第１の接触面２０１の円心と第２の接触面２０２の円心との間の接続線の距離は３ｍｍである。ボスの長さは９ｍｍである。ほかの構造の寸法は第１種の電極ヘッド２の構造の寸法と同じである。

上記のいずれかの構造の電極ヘッド２は使用過程において、まず溶接すべきコンポーネントを順次銅製ベースプレート３に配置し、金属ガスケットを溶接すべきコンポーネントの上側溶接板４１上に被覆し、続いて、電極ヘッド２の内側の位置決め溝２３を電極ロッド１の接続部１３の位置決めボス１４に合わせて嵌着し、且つ各電極ヘッド２の異形接触面２０のうち面積の大きい方を対称軸６から離れる側に位置させ、その後、一対の電極ヘッド２を駆動してパッドプレート５を介して溶接すべきコンポーネントに一定の電極加圧力を印加し、導電通路の安定性を確保し、次に、一対の電極ヘッド２を利用して溶接すべきコンポーネントに電流を印加して溶接すべきコンポーネントの内部を昇温させてナゲット７を形成し、通電が終了した後にしばらく保圧し、溶接点を冷却させ、それにより、片面ダブルスポット溶接プロセスが完了する。

本願の実施形態は、上記した抵抗スポット溶接装置によって実行される抵抗スポット溶接方法を提供する。抵抗スポット溶接方法は、
一対の電極を駆動して溶接すべきコンポーネントの溶接面において溶接すべきコンポーネントの対称軸６の両側に沿って並列に走行させることで、一対の電極を溶接すべきコンポーネントに同期して作用させ、且つ、溶接すべきコンポーネント内に、それぞれ一対の電極の異形接触面２０に対応するナゲット７を形成することを含み、
そのうち、一対のナゲット７は対称軸６に対して対称に設けられ、及び／又は、各ナゲット７において溶接すべきコンポーネントの下側溶接板４２に位置するナゲット７の断面積は溶接すべきコンポーネントの上側溶接板４１に位置するナゲット７の断面積よりも大きい。

これから分かるように、上記のような抵抗スポット溶接装置により当該抵抗スポット溶接方法を実行することにより、当該抵抗スポット溶接方法は上記抵抗スポット溶接装置のすべての利点を有するので、ここではその説明を省略する。

理解されるように、最適な構造を有する異形接触面２０を備える電極ヘッド２を用いて溶接すべきコンポーネントを溶接し、片面ダブルスポット溶接の最適な溶接効果を達成するために、溶接プロセスパラメータとナゲット７に必要な力学的性能の要求に応じて、一対の電極ヘッド２を同時に交換する。

以上の実施形態は、本願を説明するためのものであり、本願を限定するものではない。実施形態を参照して本願について詳細に説明したが、当業者であれば、本願の技術案に対する様々な組合せ、修正、又は同等の置換は、本願の技術案の精神と範囲を逸脱することなく、すべて本願の請求の範囲に含まれるべきであることを理解すべきである。

１‐電極ロッド、
１１‐電極軸線、
１２‐レバー体、
１３‐接続部、
１４‐位置決めボス、
１５‐スライダ、
２‐電極ヘッド、
２０‐異形接触面、
２０１‐第１の接触面、
２０２‐第２の接触面、
２１‐電流密度中心線、
２２‐スライド溝、
２３‐位置決め溝、
２４‐取付孔、
２５‐ガイド部、
２’‐比較電極ヘッド、
１１’‐比較電極ヘッドの軸線、
７’‐コア、
３‐ベースプレート、
４１‐上側溶接板、
４２‐下側溶接板、
５‐パッドプレート、
６‐対称軸、
７‐ナゲット。

Claims

溶接すべきコンポーネントの同一の溶接面に位置する一対の電極を含む抵抗スポット溶接装置であって、
前記溶接すべきコンポーネントに対称軸が設けられ、一対の前記電極は前記対称軸の両側に対称に設けられ、各前記電極の一端はいずれも異形接触面を有し、各前記異形接触面はそれぞれ電極軸線に対して前記対称軸から離れる方向にずれ、
そのうち、前記異形接触面は、前記電極によって形成された電流密度中心線を前記電極軸線に対して前記対称軸から離れる方向にずらせるために用いられ、及び／又は、各前記電極の電流密度を前記溶接すべきコンポーネント内において前記溶接面から離れる傾向に偏向させるために用いられる
ことを特徴とする抵抗スポット溶接装置。
前記電極は、電極ヘッドと、電極ロッドとを備え、前記電極ヘッドの一端は前記電極ロッドの端部に着脱可能に嵌着され、前記電極ヘッドの他端にボスが構成され、前記ボスの端面に前記異形接触面が構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗スポット溶接装置。
前記異形接触面は、幾何学的中心が前記電極軸線の前記対称軸から離れる側に位置する第１の接触面を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の抵抗スポット溶接装置。
前記異形接触面は更に第２の接触面を含み、前記第２の接触面は前記第１の接触面の前記対称軸に近い側に接続され、且つ前記第１の接触面の面積は前記第２の接触面の面積より大きい
ことを特徴とする請求項３に記載の抵抗スポット溶接装置。
前記第１の接触面及び前記第２の接触面はそれぞれ前記電極軸線の両側に設置され、そのうち、前記第１の接触面は前記対称軸から遠い側に位置し、前記第２の接触面は前記対称軸に近い側に位置する
ことを特徴とする請求項４に記載の抵抗スポット溶接装置。
前記ボスの前記対称軸に近い側には、前記異形接触面と前記電極ヘッドの外壁との間に接続されるガイド部が構成され、前記ガイド部は、前記電極軸線に対して傾斜しており、前記電流密度中心線が前記電極軸線に対して前記対称軸から離れる側に偏ったり傾いたりするように案内する
ことを特徴とする請求項２に記載の抵抗スポット溶接装置。
前記電極ヘッドの一端には軸方向に設けられた取付孔が構成され、前記電極ロッドの一端には前記取付孔内に同軸に挿着可能な接続部が構成される
ことを特徴とする請求項２に記載の抵抗スポット溶接装置。
前記取付孔の側壁にはスライド溝が構成され、前記接続部の側壁には前記スライド溝内に摺動可能に装着されるスライダが構成され、前記スライド溝と前記スライダはいずれも前記電極軸線に沿って設けられる
ことを特徴とする請求項７に記載の抵抗スポット溶接装置。
前記取付孔の端面には位置決め溝が構成され、前記接続部の一端には前記位置決め溝内に同軸に装着可能な位置決めボスが構成され、前記接続部の他端にはレバー体が連結される
ことを特徴とする請求項７に記載の抵抗スポット溶接装置。
ベースプレート及びパッドプレートを更に含み、前記溶接すべきコンポーネントは、上側溶接板と下側溶接板とを含み、前記上側溶接板と前記下側溶接板は、順次に前記パッドプレートと前記ベースプレートとの間に平らに敷かれ、
前記パッドプレートの前記上側溶接板に背向する表面は前記溶接面である
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接装置。
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接装置により実行される抵抗スポット溶接方法であって、
一対の電極を駆動して溶接すべきコンポーネントの溶接面において前記溶接すべきコンポーネントの対称軸の両側に沿って並列に走行させることで、一対の前記電極を前記溶接すべきコンポーネントに同期して作用させ、且つ、前記溶接すべきコンポーネント内に、それぞれ一対の前記電極の異形接触面に対応するナゲットを形成することを含み、
そのうち、一対の前記ナゲットは前記対称軸に対して対称に設けられ、及び／又は、各前記ナゲットにおいて前記溶接すべきコンポーネントの下側溶接板に位置するナゲットの断面積は前記溶接すべきコンポーネントの上側溶接板に位置するナゲットの断面積よりも大きい
ことを特徴とする抵抗スポット溶接方法。