JP2024063371A - Monitoring device, spot welding device, and program - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、散りの発生するタイミングによって溶接の良否を判定し、品質保証の精度を向上させることができるモニタリング装置、スポット溶接装置、及び、プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一態様に係るモニタリング装置は、溶接継手を製造するスポット溶接時に板組を構成する金属板に発生する散りをモニタリングするモニタリング装置であって、スポット溶接において散りの発生を検出する検出部と、板組の構成に応じて設定された時間内に散りが発生した場合に、溶接継手の品質を不良と判定する判定部と、を備える。【選択図】図11[Problem] The present invention aims to provide a monitoring device, spot welding device, and program that can determine the quality of welding based on the timing of expulsion occurrence and improve the accuracy of quality assurance. [Solution] A monitoring device according to one aspect of the present invention is a monitoring device that monitors expulsion that occurs in metal plates that constitute a sheet assembly during spot welding to manufacture a welded joint, and includes a detection unit that detects the occurrence of expulsion during spot welding, and a judgment unit that judges the quality of the welded joint to be poor if expulsion occurs within a time period set according to the sheet assembly configuration. [Selected Figure] Figure 11
Description
本発明は、モニタリング装置、スポット溶接装置、及び、プログラムに関する。 The present invention relates to a monitoring device, a spot welding device, and a program.
スポット溶接装置を用いたスポット溶接継手の製造方法では、対向する一対の電極で金属の板組を挟み込み、当該一対の電極で板組を通電加熱し、板組の重ね面を加熱及び溶融して溶接金属(ナゲット)を形成させることで金属板同士を接合する。ナゲット径を大きくすることで溶接継手の強度は上昇するが、ナゲット径を大きくしようとすると、散りが発生しやすくなる。散りとは、電極による加圧によって重ね面のうちの圧接されている領域よりも溶融金属が大きくなり、加圧による拘束を受けない領域から溶融した金属が飛び出る現象をいう。スポット溶接時の散りの発生は、継手強度を低下させる懸念がある。そのため、製造ラインによっては、散りが発生した溶接継手の品質が不良と判断されることがあり、溶接施工性が低下することがある。また、新規の材料では、散りの発生条件が不明であるため、スポット溶接が適用されないことがある。したがって、スポット溶接における散りの発生を把握することが重要であり、様々な技術が開発されている。 In a manufacturing method for spot welded joints using a spot welding device, a pair of opposing electrodes sandwiches a metal plate assembly, and the pair of electrodes heats and melts the overlapping surfaces of the plate assembly to form a weld metal (nugget), thereby joining the metal plates together. Increasing the nugget diameter increases the strength of the welded joint, but attempting to increase the nugget diameter makes it more likely to cause splashing. Splashing refers to a phenomenon in which the molten metal becomes larger than the pressure-welded area of the overlapping surfaces due to pressure applied by the electrodes, and the molten metal splashes out from the area not restrained by pressure. There is a concern that the occurrence of splashing during spot welding may reduce the strength of the joint. Therefore, depending on the production line, the quality of a welded joint where splashing has occurred may be judged to be poor, and the weldability may be reduced. In addition, spot welding may not be applied to new materials because the conditions under which splashing occurs are unknown. Therefore, it is important to understand the occurrence of splashing during spot welding, and various technologies have been developed.
例えば、特許文献1には、一対の電極の離間距離に基づいて散り発生を判定する散り検知方法が開示されている。
For example,
また、特許文献2には、電極間抵抗もしくは電極間電圧を検出する手順と、前記検出値が閾値以下となったか否かを判定する手順と、前記検出値が閾値以下になったときに、散り現象が発生したと判定し、被溶接部材の板合いの悪さを解消すべく、馴染ませ通電を実施する手順と、前記馴染ませ通電前の溶接電流で再通電して溶接を継続する手順と、を有する抵抗溶接の溶接制御方法が開示されている。
また、特許文献3には、めっきの溶融(蒸発)する振動と散りが発生する振動を発生時間で区別し、溶接の良否と散りの発生を判定する装置が開示されている。
また、特許文献4には、散りが発生するまで定電力制御し、散りが発生したときに定電流制御に切り替えることで、散り発生後の電流過剰変化を抑制する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献2に記載の技術では、馴染ませ通電及びその後の再通電が必要であるため、施工時間が長くなる。
However, the technology described in
詳細は後述するが、本発明者らは、散りが発生して継手強度が低下する主な要因はナゲット径の低下であり、散りが発生してもナゲット径が低下しなければ継手強度は低下しないという知見を得た。更に、本発明者らの検討により、散りによるナゲット径の低下は、散りが発生するタイミングに依存しており、通電初期に散りが発生すると最終的なナゲット径が小さくなり、ナゲット径のばらつきも大きくなるが、通電後期に散りが発生してもナゲット径の低下は見られず、ナゲット径のばらつきも小さくなることが分かった。 As will be described in detail later, the inventors have found that the main cause of the decrease in joint strength due to the occurrence of expulsion is a decrease in nugget diameter, and that even if expulsion occurs, joint strength will not decrease if the nugget diameter does not decrease. Furthermore, the inventors' studies have found that the decrease in nugget diameter due to expulsion depends on the timing of the occurrence of expulsion, and that if expulsion occurs early in the current flow, the final nugget diameter will be small and the variation in nugget diameter will also be large, but even if expulsion occurs later in the current flow, no decrease in nugget diameter is observed and the variation in nugget diameter will also be small.
一方で、特許文献3には、良否判定で否となった場合に溶接電流を増加させるなどのナゲット形成を促進する溶接条件に基づく溶接制御も行うとの記載はあるが、具体的な条件については言及されていない。また、特許文献1、及び特許文献4には、散り発生にタイミングによって最終ナゲット径がばらつくことについて何ら言及されていない。
On the other hand,
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、散りが発生するタイミングによって溶接の良否を判定し、品質保証の精度を向上させることができる、モニタリング装置、スポット溶接装置、及び、プログラムを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a monitoring device, spot welding device, and program that can determine the quality of welding based on the timing at which expulsion occurs, thereby improving the accuracy of quality assurance.
本発明の要旨は以下の通りである。
[1] 本発明の一態様に係るモニタリング装置は、溶接継手を製造するスポット溶接時に板組を構成する金属板に発生する散りをモニタリングするモニタリング装置であって、上記スポット溶接において散りの発生を検出する検出部と、上記板組の構成に応じて設定された時間内に散りが発生した場合に、上記溶接継手の品質を不良と判定する判定部と、を備える。
[2] 上記[1]に記載のモニタリング装置では、上記検出部は、電圧値、抵抗値、電極変位量、加圧力、ひずみ量、及び、外観のうちのいずれか一つ以上を用いて散りの発生を検出してもよい。
[3] 上記[1]又は[2]に記載のモニタリング装置は、上記板組の構成に応じて設定された時間内に散りが発生した場合に警報を出すアラート部をさらに有していてもよい。
[4] 上記[3]に記載のモニタリング装置では、上記アラート部は、上記散りの発生が、上記板組の構成に応じて設定された時間外で生じた場合は、上記警報を出さなくてもよい。
The gist of the present invention is as follows.
[1] A monitoring device according to one aspect of the present invention is a monitoring device that monitors expulsion that occurs in metal plates that constitute a plate assembly during spot welding to produce a welded joint, and includes a detection unit that detects the occurrence of expulsion during the spot welding, and a determination unit that determines the quality of the welded joint to be defective when expulsion occurs within a time period that is set in accordance with the configuration of the plate assembly.
[2] In the monitoring device described in [1] above, the detection unit may detect the occurrence of shattering using one or more of a voltage value, a resistance value, an electrode displacement amount, a pressure force, an amount of strain, and an appearance.
[3] The monitoring device described in [1] or [2] above may further include an alert unit that issues an alarm if scattering occurs within a time period set according to the configuration of the board assembly.
[4] In the monitoring device described in [3] above, the alert unit does not need to issue the alarm if the scattering occurs outside of a time period set in accordance with the configuration of the board assembly.
[5] また、本発明の別の態様に係るスポット溶接装置は、上記[1]~[4]の何れかに記載のモニタリング装置を備える。 [5] In addition, a spot welding device according to another aspect of the present invention is equipped with a monitoring device described in any one of [1] to [4] above.
[6] また、本発明の更に別の態様に係るプログラムは、コンピュータを、スポット溶接において散りの発生を検出する検出部と、板組の構成に応じて設定された時間内に散りが発生した場合に、上記スポット溶接によって製造された溶接継手の品質を不良と判定する判定部と、して機能させる。 [6] Furthermore, a program according to yet another aspect of the present invention causes a computer to function as a detection unit that detects the occurrence of expulsion during spot welding, and as a determination unit that determines that the quality of a welded joint produced by the spot welding is defective if expulsion occurs within a time period set according to the plate assembly configuration.
本発明によれば、散りが発生するタイミングによって溶接の良否を判定し、品質保証の精度を向上させることができる、モニタリング装置、スポット溶接装置、及び、プログラムを提供することができる。 The present invention provides a monitoring device, spot welding device, and program that can determine the quality of welding based on the timing at which expulsion occurs, improving the accuracy of quality assurance.
<背景>
本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明者らが本発明をするに至った経緯を説明する。図1は、電流値と十字引張強さ(Cross tension strength;CTS)の関係を示すグラフであり、図2は、ナゲット径とCTSの関係を示すグラフである。図1及び図2は、以下の条件で行われたスポット溶接により得られたグラフである。すなわち、図1に示すように、電流値を5.2kA、5.4kA、6.4kA、又は7.4kAとし、板厚が1.6mmの980MPa級のTRIP(Transformation Induced Plasticity;変態誘起塑性)鋼板を2枚重ね、加圧力を4.0kN、通電時間を18cycles(50Hz)、保持時間を10cycles(50Hz)としてスポット溶接し、CTS測定用の試験片を作製した。CTSは、JIS Z 3137:1999に準拠して測定した。
<Background>
Prior to describing the embodiments of the present invention, the circumstances by which the present inventors came to the present invention will be described. FIG. 1 is a graph showing the relationship between current value and cross tension strength (CTS), and FIG. 2 is a graph showing the relationship between nugget diameter and CTS. FIG. 1 and FIG. 2 are graphs obtained by spot welding performed under the following conditions. That is, as shown in FIG. 1, a current value was set to 5.2 kA, 5.4 kA, 6.4 kA, or 7.4 kA, and two 980 MPa-class TRIP (Transformation Induced Plasticity) steel sheets having a thickness of 1.6 mm were stacked and spot-welded with a pressure of 4.0 kN, a current flow time of 18 cycles (50 Hz), and a holding time of 10 cycles (50 Hz) to prepare a test piece for CTS measurement. CTS was measured in accordance with JIS Z 3137:1999.
図1に示すように、電流値が同程度である場合、散りが発生するとCTSが低下することが分かった。また、図2に示すように、同程度の電流値で比較した場合、散りが発生するとナゲット径が小さくなる傾向にあることが分かった。 As shown in Figure 1, it was found that when the current value is the same, the occurrence of expulsion reduces the CTS. In addition, as shown in Figure 2, when comparing at the same current value, it was found that the occurrence of expulsion tends to result in a smaller nugget diameter.
図3に、電流値とナゲット径の関係を示す。図3は、以下の条件で行われたスポット溶接により得られたグラフである。すなわち、3.5kAから9.5kAまでの各電流値で一定とし、板厚が1.6mmの980MPa級のTRIP鋼板を2枚重ね、加圧力を4.0kN、通電時間を18cycles(50Hz)、保持時間を10cycles(50Hz)とした。 Figure 3 shows the relationship between current value and nugget diameter. Figure 3 is a graph obtained by spot welding performed under the following conditions: current values were constant from 3.5 kA to 9.5 kA, two 980 MPa-class TRIP steel sheets with a thickness of 1.6 mm were stacked, the pressure was 4.0 kN, the current flow time was 18 cycles (50 Hz), and the hold time was 10 cycles (50 Hz).
図3に示すように、散りが発生した場合、電流値が大きくてもナゲット径が小さくなることがあることが分かった。すなわち、ナゲット径を大きくして溶接継手の強度を大きくするために電流値を大きくしても、散りが発生するとナゲット径は大きくならず、溶接継手の強度を高めることができないことがある。 As shown in Figure 3, it was found that when expulsion occurs, the nugget diameter may become smaller even if the current value is large. In other words, even if the current value is increased to increase the nugget diameter and therefore the strength of the welded joint, if expulsion occurs, the nugget diameter does not increase, and the strength of the welded joint may not be increased.
本発明者らは散りの発生とナゲット径との関係について更に検討を行った。図4は、電流値を8.2kAとしてスポット溶接したときの、電流、電極間距離(変位)、加圧力、及び電圧の経時変化を示すグラフである。図5は、電流値を8.6kAとしてスポット溶接したときの、電流、電極間距離(変位)、加圧力、及び電圧の経時変化を示すグラフである。図4のグラフが得られたスポット溶接では通電後期に散りが発生し、図5のグラフが得られたスポット溶接では通電初期に散りが発生した。 The inventors further investigated the relationship between the occurrence of expulsion and nugget diameter. Figure 4 is a graph showing the changes over time in current, electrode distance (displacement), pressure, and voltage when spot welding was performed with a current value of 8.2 kA. Figure 5 is a graph showing the changes over time in current, electrode distance (displacement), pressure, and voltage when spot welding was performed with a current value of 8.6 kA. In the spot welding from which the graph in Figure 4 was obtained, expulsion occurred in the later stages of current flow, and in the spot welding from which the graph in Figure 5 was obtained, expulsion occurred in the early stages of current flow.
通電中に散りが発生すると、電極間距離は短くなり、加圧力及び電圧は低下することが知られている。図4に示す通電後期に散りが発生した例では、ナゲット径は6.6mmであり、図5に示す通電初期に散りが発生した例では、ナゲット径は4.8mmであった。図4、5から分かる通り、通電初期に散りが発生すると、ナゲット径が小さくなることが分かった。 It is known that when expulsion occurs during current flow, the distance between the electrodes becomes shorter and the pressure and voltage decrease. In the example shown in Figure 4 where expulsion occurred in the later stages of current flow, the nugget diameter was 6.6 mm, and in the example shown in Figure 5 where expulsion occurred in the early stages of current flow, the nugget diameter was 4.8 mm. As can be seen from Figures 4 and 5, when expulsion occurs in the early stages of current flow, the nugget diameter becomes smaller.
本発明者らは、更に、以下の実験を行い、散り発生のタイミングとナゲット径との関係を詳細に調査した。単相交流式のスポット溶接機を用いて、散り発生タイミングをコントロールして板組を溶接し、ナゲット径を測定した。板厚が1.6mmの980MPa級のTRIP鋼板を2枚重ね、加圧力を4.0kN、通電時間を18cycles(50Hz)、保持時間を10cycles(50Hz)とした。No.1の例として、図6の(A)に示すように、18cycleの全てを7.4kAとして通電した。No.2の例として、図6の(B)に示すように、通電開始後2cycleの電流値は7.4kAとし、3~4cycleでは電流値を10kAとし、5~18cycleでは、電流値を7.4kAとして通電した。No.3の例として、図6の(C)に示すように、通電開始後16cycleの電流値は7.4kAとし、17~18cycleでは電流値を10kAとして通電した。各条件のサンプル数は10とした。No.2の例及びNo.3の例では、10kAの電流を流したタイミングで散りが発生した。 The inventors further conducted the following experiment to investigate in detail the relationship between the timing of expulsion and the nugget diameter. Using a single-phase AC spot welding machine, the plate assembly was welded while controlling the timing of expulsion, and the nugget diameter was measured. Two 980 MPa-class TRIP steel plates with a plate thickness of 1.6 mm were stacked, and the pressure was 4.0 kN, the current time was 18 cycles (50 Hz), and the holding time was 10 cycles (50 Hz). As an example of No. 1, as shown in (A) of FIG. 6, the current was applied at 7.4 kA for all 18 cycles. As an example of No. 2, as shown in (B) of FIG. 6, the current value was 7.4 kA for 2 cycles after the start of current application, the current value was 10 kA for 3 to 4 cycles, and the current value was 7.4 kA for 5 to 18 cycles. As an example of No. 3, as shown in FIG. 6(C), the current value was set to 7.4 kA for the 16th cycle after the start of current flow, and to 10 kA for the 17th and 18th cycles. There were 10 samples for each condition. In examples No. 2 and No. 3, spattering occurred when a current of 10 kA was passed.
図7は、各条件でのスポット溶接後の溶接部断面の写真をまとめた表であり、図8は、各条件でのナゲット径の平均値とナゲット径のばらつきを示すグラフである。図7、8に示すように、No.2の例ではナゲット径が小さく、そのばらつきが大きいことが分かった。また、No.1の例とNo.3の例を比較すると、ナゲット径は同程度であり、そのばらつきも小さいことが分かった。すなわち、散りの発生が早い程、ナゲット径が小さく、そのばらつきが大きいことが分かった。 Figure 7 is a table summarizing photographs of the cross section of the weld after spot welding under each condition, and Figure 8 is a graph showing the average nugget diameter and the variation in nugget diameter under each condition. As shown in Figures 7 and 8, it was found that the nugget diameter was small and the variation was large in Example No. 2. Furthermore, when comparing Example No. 1 and Example No. 3, it was found that the nugget diameters were about the same and the variation was also small. In other words, it was found that the earlier the expulsion occurred, the smaller the nugget diameter was and the greater the variation.
本発明者らは、更に、通電電流条件を変更してスポット溶接試験を行った。通電条件を表1の通りとし、通電電流以外の条件は上記実験と同様とした。各条件のサンプル数は5とした。 The inventors further performed spot welding tests by changing the energizing current conditions. The energizing conditions were as shown in Table 1, and the conditions other than the energizing current were the same as in the above experiment. The number of samples for each condition was 5.
図9は、各試験例のナゲット径を示すグラフである。なお、図9に示す白抜きのプロットは、電流値を7.4kAとした単通電で、散りが発生する前に通電を停止したときのナゲット径を示している。図9に示すように、電流値を上げたタイミングが早い程、言い換えると、散りの発生タイミングが早い程、ナゲット径のばらつきが大きいことが分かった。 Figure 9 is a graph showing the nugget diameter for each test example. The open plots in Figure 9 show the nugget diameter when a single current of 7.4 kA was applied and the current was stopped before expulsion occurred. As shown in Figure 9, it was found that the earlier the current was increased, in other words, the earlier the expulsion occurred, the greater the variation in nugget diameter.
散りの発生タイミングが早い程、ナゲット径が小さくなる理由について、本発明者らは以下のように推察している。すなわち、溶接条件が適切である場合、通電及び加圧の進行に伴い、圧接領域の内側で金属が溶融し、ナゲットが形成、成長する。図10の上段に示すように、通電後期に散りが発生した場合であっても、ナゲットが十分成長している。溶接条件が適当でない場合、図10の下段に示すように、金属の溶融が速くなり、圧接領域の外側においても金属が溶融する。圧接領域の外側では溶融金属を拘束する加圧力が作用しないため、溶融金属が飛散する。すなわち、散りが発生する。散りが発生すると溶融部の体積が減少し、電極の押し込み量が大きくなる。これにより、金属板同士の界面での接触面積が増えるため、散り発生後の電流密度が低下してしまい、発熱量が低くなる。その結果、ナゲットが成長しない。 The inventors speculate as follows about the reason why the nugget diameter becomes smaller as the timing of the occurrence of expulsion becomes earlier. That is, when the welding conditions are appropriate, as the current and pressure are applied, the metal melts inside the pressure-welded area, and the nugget is formed and grows. As shown in the upper part of FIG. 10, even if expulsion occurs in the later period of current application, the nugget grows sufficiently. When the welding conditions are not appropriate, as shown in the lower part of FIG. 10, the metal melts faster and the metal melts even outside the pressure-welded area. Outside the pressure-welded area, the molten metal is scattered because no pressure force acts to restrain the molten metal. In other words, expulsion occurs. When expulsion occurs, the volume of the molten part decreases and the amount of electrode pressing increases. This increases the contact area at the interface between the metal plates, which reduces the current density after expulsion occurs and reduces the amount of heat generated. As a result, the nugget does not grow.
したがって、散りの発生タイミングが早い程、ナゲット径が小さくなり、CTSに大きな影響を及ぼすが、散りが発生しても、そのタイミングが遅ければ、比較的大きなナゲットが形成しているため、CTSへの影響は大きくない。よって、散りの発生タイミングをモニタリングし、通電初期に散りが発生した場合の品質を不良と判定することで、品質保証の精度を向上させることができる。 Therefore, the earlier the expulsion occurs, the smaller the nugget diameter will be, which will have a greater impact on CTS, but if expulsion occurs late, a relatively large nugget will be formed and the impact on CTS will not be significant. Therefore, by monitoring the timing of expulsion and determining that the quality is poor when expulsion occurs early in the current flow, the accuracy of quality assurance can be improved.
以下、本発明の実施形態に係るスポット溶接装置、モニタリング装置、及び、プログラムについて説明する。 The following describes the spot welding device, monitoring device, and program according to an embodiment of the present invention.
<スポット溶接装置>
図11、12を参照して、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置を説明する。図11は本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置10の外観を示す側面図であり、図12はスポット溶接装置10の機能ブロック図である。
<Spot welding device>
A spot welding device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 11 and 12. Figure 11 is a side view showing the appearance of a
スポット溶接装置10は、重ね合わされた2枚以上の鋼板(例えば図11に示す金属板100a、100b)をスポット溶接する装置であり、制御部11と、記憶部12と、駆動部13(電極の駆動装置)と、通電部14と、可動電極15aと、固定電極15bと、入力部16と、モニタリング部17と、を備える。スポット溶接装置10は、CPU、ROM、RAM、散り検出装置(例えば、スポット溶接中の板組の抵抗を測定する抵抗器、電極が板組に作用させる加圧力測定するためのロードセル、ひずみセンサ、又はハイスピードカメラ等)、駆動装置、通電装置、電極及び電極駆動機構、入力装置(キーボード、入力スイッチ等)を備える。スポット溶接装置10は、これらのハードウェア構成を用いて、上述した制御部11と、記憶部12と、駆動部13と、通電部14と、可動電極15aと、固定電極15bと、入力部16と、モニタリング部17と、を実現する。
The
制御部11は、スポット溶接装置10の各構成要素を制御する。制御部11は、例えば、可動電極15a、固定電極15bが一定の加圧力で金属板100a、100bを加圧するように駆動部13を制御する。具体的には、制御部11は、駆動部13に駆動情報を出力する。また、制御部11は、例えば、予め設定された通電の期間や電流値で通電部14を制御する。具体的には、通電期間では、制御部11は、通電部14に通電開始情報を出力する。
The
記憶部12は、スポット溶接装置10が行う処理に必要なデータや散りの発生を検出するための各種情報を記憶する。スポット溶接装置10が行う処理に必要なデータとしては、制御部11の動作に必要なプログラム等が挙げられる。散りの発生を検出するための情報は、例えば、スポット溶接時の各時刻における各種データであり、具体的には、時刻ごとの、電圧値、抵抗値、電極間距離、加圧力、ひずみ量、及び、外観写真等が挙げられる。
The
駆動部13は、制御部11が出力した駆動情報に基づいて可動電極15aを駆動する。これにより、可動電極15a、固定電極15bが金属板100a、100bに押し込まれる。駆動部13は、例えば、サーボモータやエアシリンダー等であってよい。
The driving
通電部14は、制御部11が出力した通電開始情報に基づいて、予め設定された通電条件に従って、可動電極15a、固定電極15bの通電を開始する。
Based on the current start information output by the
駆動部13は、制御部11が出力する駆動情報に基づいて可動電極15aを駆動し、可動電極15a及び固定電極15bにより金属板100a、100bが加圧される。通電部14は、制御部11が出力した通電開始情報に基づいて、予め設定された通電条件に従って、可動電極15a、固定電極15bの通電を開始する。これにより、可動電極15a、固定電極15bは重ね合わされた2枚以上の金属板(例えば図11に示す金属板100a、100b)を挟持し、これらの重ね面を通電することで当該重ね面を加熱し、溶融する。
The driving
入力部16は、操作者による入力操作が可能であり、操作者は、入力部16を用いて各種情報、例えば、電流値や加圧力等を入力する。また、入力部16により、通電や電極の移動の開始及び停止が行われてもよい。
The
モニタリング部17は、溶接継手を製造するスポット溶接時に板組を構成する金属板に発生する散りをモニタリングする。モニタリング部17は、検出部171と、判定部172と、を備える。
The
検出部171は、スポット溶接において散りの発生を検出する。散りの発生の検出方法は、特段制限されないが、例えば、電圧値、抵抗値、電極変位量、加圧力、ひずみ量、及び、外観のうちのいずれか一つ以上を指標として用いて散りの発生を検出することができる。例えば、電流値を一定にしてスポット溶接を行う場合、散りが発生すると被溶接領域の板厚が急激に減少し、固有抵抗値が著しく低下する。固有抵抗値が低下すると、電流値を一定にするために、電圧が著しく低下することになる。また、散りが発生すると、圧接部における金属板内部の溶融金属が著しく減少するため、電極による鋼板表面の押し込み量が大きくなる。言い換えると、散りが発生すると電極変位量が急激に大きくなる。また、加圧力が大きく変化しないようにスポット溶接を行った場合でも、散りが発生すると、加圧力が著しく低下する。ひずみ量も、散りの発生により著しく変化する。また、散りは溶融金属の飛散現象であるため、溶接時の溶接部の外観を観察することでも、散りの発生をモニタリングすることができる。したがって、検出部171は、例えば、電圧値、抵抗値、電極変位量、加圧力、ひずみ量、及び外観のうちのいずれか一つ以上を用いて散りの発生を検出することができる。抵抗値の測定にはスポット溶接装置に複雑な構成を設ける必要がない。また、電圧値は、スポット溶接装置に予め設けられた電圧計、又は、外部から電極に取り付けた電圧計等により測定することができる。そのため、スポット溶接装置に予め設けられた電圧計であれば複雑な構成を設ける必要がなく、装置構成を比較的単純にすることができる。したがって、散りの検出には電圧値又は抵抗値を用いることが好ましい。また、電圧値、抵抗値、電極間距離、加圧力、ひずみ量、及び外観のうちの複数の指標を用いることで、より正確に、溶接継手の強度の低下をもたらす散りの発生を検出することができる。
The
散りが発生したと判断するときの、電圧値、抵抗値、電極変位量、加圧力、又はひずみ量の閾値は、スポット溶接条件に応じて定められれば良く、当該閾値は、予めテスト溶接を行って定められることが好ましい。ここでいう、スポット溶接条件とは、例えば、金属板の強度、板厚、スポット溶接部分の金属板の形状、電流値、加圧力、通電時間、保持時間、電極形状等である。例えば、鋼板強度が980MPaであり、板厚1.6mmである、2枚の金属板を板厚方向に重ね、電流値を8.5kAとし、加圧力を4.0kNとし、通電時間を18cycles(50Hz)とし、保持時間を10cycles(50Hz)とし、先端径φ6mmのCrCu電極を用いてスポット溶接する場合、電圧降下量が20V/sec以上となるときに散りが発生したとし、散りを検出することができる。 The thresholds of the voltage value, resistance value, electrode displacement amount, pressure, or strain amount when determining that expulsion has occurred may be determined according to the spot welding conditions, and it is preferable that the thresholds are determined in advance by performing test welding. The spot welding conditions referred to here are, for example, the strength of the metal plate, the plate thickness, the shape of the metal plate at the spot welded portion, the current value, the pressure, the current flow time, the holding time, the electrode shape, etc. For example, when two metal plates with a steel plate strength of 980 MPa and a plate thickness of 1.6 mm are stacked in the plate thickness direction, the current value is 8.5 kA, the pressure is 4.0 kN, the current flow time is 18 cycles (50 Hz), the holding time is 10 cycles (50 Hz), and spot welding is performed using a CrCu electrode with a tip diameter of φ6 mm, expulsion is determined to have occurred when the voltage drop is 20 V/sec or more, and expulsion can be detected.
電極変位量は公知の方法で測定又は算出されてよい。例えば、駆動部14がサーボモータで構成される場合、スポット溶接装置の電極を駆動するサーボモータの回転量を基に算出することができる。また、レーザ変位計を用いて電極変位量を測定してもよい。
The electrode displacement amount may be measured or calculated by a known method. For example, if the
加圧力は、駆動部14の駆動に関する情報を基に算出される。例えば、駆動部14がサーボモータで構成される場合、サーボモータのトルクを基に加圧力が算出される。また、駆動部14がエアシリンダーで構成される場合、ロードセルにより、エアシリンダーが板組に作用させる圧力を基に加圧力が算出される。
The pressure force is calculated based on information related to the drive of the
ひずみ量は、電極15a、15bを支持する支持部に取り付けられたひずみゲージやひずみセンサによって算出されればよい。
The amount of strain can be calculated using a strain gauge or strain sensor attached to the support that supports
外観は、例えば、公知のハイスピードカメラにより観察されればよい。溶融した金属の飛散をより正確に観察するために、サーモビューア付きのハイスピードカメラが用いられることが好ましい。 The appearance may be observed, for example, with a known high-speed camera. In order to observe the scattering of molten metal more accurately, it is preferable to use a high-speed camera equipped with a thermo viewer.
判定部172は、板組の構成に応じて設定された時間内に散りが発生した場合に、溶接継手の品質を不良と判定する。溶接継手の品質を不良と判断するための、板組の構成に応じて設定された時間は、上述したスポット溶接条件に応じて定められればよい。なお、以下では、板組の構成に応じて設定された時間内に発生した散りを初期散りと呼称することがある。
The
例えば、鋼板強度が980MPaであり、板厚1.6mmである、2枚の金属板を板厚方向に重ね、電流値を8.5kAとし、加圧力を4.0kNとし、通電時間を18cycles(50Hz)とし、保持時間を10cycles(50Hz)とし、先端径φ6mmのCrCu電極を用いた条件でスポット溶接する場合は、スポット溶接開始から、(2枚の板組の平均値)×20msec以上、(2枚の板組の平均値)×120msec以下までの時間に散りが発生した場合、溶接継手の品質を不良と判断する。 For example, when two metal plates with a steel sheet strength of 980 MPa and a sheet thickness of 1.6 mm are stacked in the sheet thickness direction, and spot welding is performed under the following conditions: current value is 8.5 kA, pressure is 4.0 kN, current flow time is 18 cycles (50 Hz), holding time is 10 cycles (50 Hz), and a CrCu electrode with a tip diameter of φ6 mm is used, if expulsion occurs between the start of spot welding and (average value of the two sheet sets) x 20 msec or more and (average value of the two sheet sets) x 120 msec or less, the quality of the welded joint is judged to be poor.
上述したスポット溶接装置10は、初期散りが発生した際に警報を出すアラート部173を備えていてもよい。アラート部173が出す警報は、特段制限されず、例えば、ディスプレイ(図示せず)上への初期散りが発生した旨の表示、ブザー(図示せず)による警告音の発音、又は警告灯(図示せず)の点灯等であってよい。アラート部173が出す警報が出た場合は、スポット溶接条件を変更して、初期散りが発生しない条件でスポット溶接を行うことができる。例えば、警報を受信した制御部11が電流値や加圧力を変更してもよいし、操作者が入力部16を操作してスポット溶接条件を変更してもよい。アラート部173が出す出力を受けて、スポット溶接条件を変更可能であるため、品質不良の溶接継手の発生を抑制することができる。
The
アラート部173は、散りの発生が、板組の構成に応じて設定された時間外で生じた場合は、警報を出さなくてもよい。
The
<モニタリング装置>
本発明の実施形態に係るモニタリング装置は、上述したモニタリング部の機能を有する。すなわち、本実施形態に係るモニタリング装置は、溶接継手を製造するスポット溶接時に板組を構成する金属板に発生する散りをモニタリングするモニタリング装置であって、スポット溶接において散りの発生を検出する検出部と、板組の構成に応じて設定された時間内に散りが発生した場合に、前記溶接継手の品質を不良と判定する判定部と、を備える。
<Monitoring equipment>
The monitoring device according to the embodiment of the present invention has the functions of the monitoring unit described above. That is, the monitoring device according to the present embodiment is a monitoring device that monitors expulsion that occurs in metal plates that constitute a sheet assembly during spot welding to manufacture a welded joint, and includes a detection unit that detects the occurrence of expulsion during spot welding, and a determination unit that determines the quality of the welded joint to be defective when expulsion occurs within a time period set according to the sheet assembly configuration.
<プログラム>
上述した検出部及び判定部によって、散りが発生するタイミングによって溶接の良否を判定し、品質保証の精度を向上させることができる。したがって、本発明の別の実施形態は、コンピュータを、スポット溶接において散りの発生を検出する検出部と、板組の構成に応じて設定された時間内に散りが発生した場合に、スポット溶接によって製造された溶接継手の品質を不良と判定する判定部と、して機能させる、プログラムであると言える。
<Program>
The above-mentioned detection unit and judgment unit judge whether welding is good or bad depending on the timing of expulsion occurrence, thereby improving the accuracy of quality assurance. Therefore, another embodiment of the present invention can be said to be a program that causes a computer to function as a detection unit that detects the occurrence of expulsion in spot welding, and as a judgment unit that judges the quality of a welded joint manufactured by spot welding to be defective when expulsion occurs within a time period set according to the configuration of the plate assembly.
ここまで、本発明の実施形態に係るスポット溶接装置、モニタリング装置、及び、プログラムを説明した。ただし、本発明の技術的範囲は上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 So far, the spot welding device, monitoring device, and program according to the embodiment of the present invention have been described. However, the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、スポット溶接では、一定の電流値で行われる定電流溶接中に電流値を変更する多段通電が行われる場合がある。多段通電では通電中に溶接条件(電流値)が変更されるため、多段通電における散りの判定は、電流値の変更前後に区分して行われてよい。また、溶接継手の品質を不良と判定するために設定される時間も、電流値の変更前後に区分して設定されてよい。 For example, in spot welding, multi-stage current flow may be performed in which the current value is changed during constant current welding, which is performed at a constant current value. In multi-stage current flow, the welding conditions (current value) are changed during current flow, so the determination of expulsion in multi-stage current flow may be performed separately before and after the change in the current value. In addition, the time set for determining that the quality of the welded joint is poor may also be set separately before and after the change in the current value.
また、スポット溶接では、通電途中に加圧力を変更する場合がある。このような場合も、多段通電と同様に、加圧力変更前後に区分して、散りの判定及び溶接継手の品質を不良と判定するために設定される時間の設定がされてよい。 In spot welding, the pressure may be changed during current flow. In such cases, as with multi-stage current flow, the time may be set to determine whether expulsion has occurred and whether the quality of the welded joint is poor, dividing the time into before and after the change in pressure.
多段通電及び加圧力が変更される場合も、予めテスト溶接して、散りが発生したと判断するときの、電圧値、抵抗値、電極変位量、加圧力、又はひずみ量の閾値、及び、初期散りと定義する時間を定めればよい。 Even if the multi-stage current and pressure are changed, it is sufficient to carry out test welding in advance and determine the threshold voltage value, resistance value, electrode displacement amount, pressure force, or strain amount when it is determined that expulsion has occurred, and the time to define initial expulsion.
また、通電の期間や電流値は溶接条件として予め設定されるが、通電中のフィードバック制御で電流値が逐次変更されてもよい。この場合も、予めテスト溶接して、散りが発生したと判断するときの、電圧値、抵抗値、電極変位量、加圧力、又はひずみ量の閾値、及び、初期散りと定義する時間を定めればよい。 The duration of current flow and the current value are preset as welding conditions, but the current value may be changed successively by feedback control during current flow. In this case, too, test welding may be performed in advance to determine the threshold voltage value, resistance value, electrode displacement amount, pressure force, or strain amount when it is determined that expulsion has occurred, and the time defined as initial expulsion.
続いて、本発明の実施例を説明する。ただし、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.
引張強さが980MPa級であり、板厚が1.6mmであるTRIP鋼を2枚重ね、表2に示す各条件でスポット溶接を行った。具体的には、通電開始から表2の「通電時間1」に示す時間だけ「通電電流1」に示す電流値とし、次いで、「通電時間2」に示す時間、「通電電流2」に示す電流値とし、その後、「通電時間3」に示す時間、「通電電流3」に示す電流値としてスポット溶接を行った。各試験例において、散りを意図的に発生させるため、表2に示す時間で通電電流を10kAとした。各試験例の狙いナゲット径を表2に示す。各試験は3回行い、ナゲット径の平均値を算出した。
Two TRIP steel sheets with a tensile strength of 980 MPa and a plate thickness of 1.6 mm were stacked and spot welded under the conditions shown in Table 2. Specifically, the current value shown in "Current 1" was set for the time shown in "
ナゲット径は以下の方法で算出された。すなわち、溶接された試験片を溶接部中心で切断し、切断面を鏡面研磨したのち、腐食液で溶接部を観察し計測した。 The nugget diameter was calculated using the following method: the welded test piece was cut at the center of the weld, the cut surface was mirror-polished, and the weld was observed and measured using an etching solution.
検出部が散りの発生を以下の基準で判断した。電圧値を用いた判断では、5msecの間の電圧降下量が20V/sec以上となったときに散りが発生したと判断した。電圧値は、電極に電圧計を取り付けて計測された。電極変位量を用いた判断では、5msecの間の電極変位量が10(mm/sec)以上となったときに散りが発生したと判断した。電極変位量は、レーザ変位計を用いて算出された。加圧力を用いた判断では。5msecの間の加圧力の低下量が80(kN/sec)以上となったときに散りが発生したと判断した。加圧力は、スポット溶接装置に組み込まれているロードセルにより計測された。 The detection unit judged the occurrence of expulsion based on the following criteria. In the judgment using the voltage value, it was judged that expulsion had occurred when the voltage drop in 5 msec was 20 V/sec or more. The voltage value was measured by attaching a voltmeter to the electrode. In the judgment using the electrode displacement, it was judged that expulsion had occurred when the electrode displacement in 5 msec was 10 (mm/sec) or more. The electrode displacement was calculated using a laser displacement meter. In the judgment using the pressure, it was judged that expulsion had occurred when the drop in pressure in 5 msec was 80 (kN/sec) or more. The pressure was measured by a load cell built into the spot welding device.
また、通電開始から32~192msec(鋼板の平均板厚×20~鋼板の平均板厚×120msec)の範囲に発生した散りを初期散りとした。 In addition, the initial scattering was defined as the scattering that occurred within the range of 32 to 192 msec (average thickness of the steel plate x 20 to average thickness of the steel plate x 120 msec) from the start of energization.
スポット溶接装置にアラート部を設け、初期散りが発生した場合に警報を出力させた。 An alert unit is installed in the spot welding device to output an alarm if initial dispersal occurs.
狙いナゲット径に対する算出されたナゲット径の平均値の差が2%以下である場合、評価結果を優(◎)とし、2%超5%以下である場合、評価結果を良(〇)とし、5%超である場合、評価結果を不可(×)とした。評価結果が×である場合、ナゲット径が小さくなり過ぎ、溶接継手の所望の強度が得られない。かかる評価は判定部によって行われた。結果を表3に示す。 If the difference between the average value of the calculated nugget diameter and the target nugget diameter was 2% or less, the evaluation result was rated as excellent (◎); if it was more than 2% and less than 5%, the evaluation result was rated as good (◯); if it was more than 5%, the evaluation result was rated as poor (×). If the evaluation result was ×, the nugget diameter was too small and the desired strength of the welded joint could not be obtained. Such evaluation was performed by the evaluation unit. The results are shown in Table 3.
表2、3の発明例1~12に示すように、電圧降下量、電極変位量、又は加圧力低下量の少なくともいずれかにより、検出部は、散りの発生を検出することができた。言い換えると、電圧値、電極変位量、又は加圧力の少なくともいずれかにより散りの発生を検出することができた。なお、抵抗値、ひずみ量、及びスポット溶接部の外観も、散りの発生により変化するものであるため、これらによって検出部は散りの発生を検出することができる。 As shown in Examples 1 to 12 of Tables 2 and 3, the detection unit was able to detect the occurrence of expulsion based on at least one of the voltage drop, electrode displacement, or pressure drop. In other words, the occurrence of expulsion was able to be detected based on at least one of the voltage value, electrode displacement, or pressure. In addition, the resistance value, strain amount, and appearance of the spot weld also change due to the occurrence of expulsion, so the detection unit can detect the occurrence of expulsion based on these.
また、通電開始から散り発生までの経過時間が、32~192msec(鋼板の平均板厚×20~鋼板の平均板厚×120msec)の範囲にある発明例2~6、10では、狙いナゲット径に対するナゲット径の平均値の減少量が5%超(評価結果が不可)となった。これらの例では、狙いナゲット径に比べて得られたナゲット径の平均値が小さすぎたため、溶接継手の強度が小さくなりすぎるものであった。 In addition, in Examples 2 to 6 and 10, where the time elapsed from the start of current flow to the occurrence of expulsion was in the range of 32 to 192 msec (average thickness of steel plate x 20 to average thickness of steel plate x 120 msec), the reduction in the average nugget diameter compared to the target nugget diameter exceeded 5% (evaluation results unacceptable). In these examples, the average nugget diameter obtained was too small compared to the target nugget diameter, so the strength of the welded joint was too small.
また、発明例11及び発明例12では、5msecの間の電圧降下量が散り発生を示す値となったが、電極変位量及び加圧力低下量は、散り発生を示す値にはならず、発明例11及び12の評価結果は◎であった。発明例11及び発明例12に示されるように、散り発生の判断に複数の指標を用いることで、より高精度で、溶接継手の強度を低下させる散りの発生を検出することができることが分かった。なお、発明例11及び発明例12では、電圧降下量の閾値を最適化することで、電圧値のみを用いて溶接継手の強度を低下させる散りの発生を検出することができる。 In addition, in Examples 11 and 12, the voltage drop over 5 msec was a value indicating the occurrence of expulsion, but the electrode displacement and pressure drop did not indicate the occurrence of expulsion, and the evaluation results for Examples 11 and 12 were excellent. As shown in Examples 11 and 12, it was found that by using multiple indicators to determine the occurrence of expulsion, it is possible to detect the occurrence of expulsion that reduces the strength of the welded joint with greater accuracy. In Examples 11 and 12, the threshold value for the voltage drop was optimized, making it possible to detect the occurrence of expulsion that reduces the strength of the welded joint using only the voltage value.
上記の通り、単に散りの発生を検出するのではなく、初期散りを検出することで、溶接継手の品質を高精度に判定することができることが分かった。 As described above, it was found that by detecting initial expulsion rather than simply detecting the occurrence of expulsion, the quality of the welded joint can be determined with high accuracy.
10 スポット溶接装置
11 制御部
12 記憶部
13 駆動部
14 通電部
15a 可動電極
15b 固定電極
16 入力部
17 モニタリング部
171 検出部
172 判定部
173 アラート部
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
前記スポット溶接において散りの発生を検出する検出部と、
前記板組の構成に応じて設定された時間内に散りが発生した場合に、前記溶接継手の品質を不良と判定する判定部と、を備える、モニタリング装置。 A monitoring device for monitoring splashing occurring in a metal plate constituting a plate assembly during spot welding to manufacture a welded joint,
A detection unit that detects the occurrence of expulsion during the spot welding;
a judgment unit that judges the quality of the welded joint to be defective if expulsion occurs within a time period that is set according to the configuration of the plate assembly.
スポット溶接において散りの発生を検出する検出部と、
板組の構成に応じて設定された時間内に散りが発生した場合に、前記スポット溶接によって製造された溶接継手の品質を不良と判定する判定部と、して機能させる、プログラム。 Computer,
A detection unit that detects the occurrence of expulsion during spot welding;
The program causes the program to function as a judgment unit that judges the quality of the welded joint produced by the spot welding to be defective if expulsion occurs within a time period set according to the configuration of the plate assembly.
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