JP2653178B2 - アークスタッド溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアークスタッド溶接方法に係り、特にスタッ
ドが母材に接するタイミングを適正に制御することので
きるアークスタッド溶接方法に関する。

〔従来の技術〕 単相交流電源を電源としたドロンアーク方式のスタッ
ド溶接機によりスタッドを母材に溶接する場合、従来は
第３図乃至第５図に示すような方法で溶接を行なってい
た。

すなわち、母材１にスタッド２を溶接する前は、第３
図（ａ）に示すように溶接ガン３にチャック４を介して
把持されたスタッド２の下端は母材１から離れている。
また母材１とチャック４とにはそれぞれ単相交流の溶接
電源５の両極が接続されており、母材１とスタッド２と
の間に電流を供給するようになっている。さらに溶接ガ
ン３の先端にはスタッド２を囲むように円筒状のシール
ドガイド６が設けられており、スタッド２の周囲に供給
されたシールドガスを保持するとともに、チャック３の
下降端の位置決めを行なっている。スタッド２は母材１
から離れている状態では、チャック４に設けられた図示
しないバネによりシールドガイド６の下端から突出して
おり、このバネの付勢力が溶接終了時のアプセット力と
なる。

溶接開始直前には第３図（ｂ）に示すように溶接ガン
３を下降させ、シールドガイド６の下端面を母材１の表
面に均等に接触させる。このときバネ力でシールドガイ
ド６の下端から突出していたスタッド２は母材１の表面
に当接し、スタッド２の先端とシールドガイド６の下端
部とは同一面上に位置する。

次に、溶接起動すると、この起動信号により溶接電源
５がONとなり、同時に溶接ガン３内に設けられた図示し
ない引き上げコイルが作動を開始し、チャック４を介し
てスタッド２が母材１から引き上げられる。この母材１
の引上げは機械的時間遅れによって行なわれるが、スタ
ッド２が母材１から離れると同時にその間にパイロット
電流が流れだす。

このパイロット電流が流れる時間Tpは第４図に示すパ
イロット時間設定器11によって予め設定されている。パ
イロット時間Tpが経過すると本溶接が開始され、溶接時
間設定器12に予め設定された溶接時間Twの間、本アーク
を発生させる溶接電流が流れて、母材１及びスタッド２
の対向部が加熱溶融される。

次に、本溶接開始から所定の時間Tuが経過した時点で
引上げコイルをOFFとすると、スタッド２はバネ力によ
って母材１内に圧入され、バネによるアプセット力によ
り溶接が行なわれる。この所定の時間Tuは溶接時間Twか
ら１サイクル分の時間を引いた後、引上げコイルの機械
的遅れによる遅延時間Tcを加えたものである。すなわ
ち、Tu＝（Tw−１サイクル）＋Tcであり、この遅延時間
Tcは第４図に示す引上げコイル遅延時間設定器13に予め
設定されている。

上述したように引上げコイル指令は溶接起動ONと同時
にONし、第４図に示すようにパイロット時間設定器11、
溶接時間設定器12及び引上げコイル遅延時間設定器13の
シーケンスを経てOFFとなる。このときの引上げコイル
指令信号とスタッド２の動きと溶接電流の変化との関係
の時間的経過は第５図に示されている。

また、この種のスタッド溶接機に関する提案として
は、特開昭59−56986号公報に記載されたように、引上
げコイルを励磁してスタッドを母材から引き上げ、溶接
電流を印加することにより引上げコイルを消磁するよう
にした提案が公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような従来のスタッド溶接方法
では、引上げコイル指令のシーケンスは第４図に示す各
設定器11、12、13に予めそれぞれの時間が設定されてい
て固定であった。特にスタッド２が母材１に突込み溶接
されるタイミングを決める引上げコイル遅延時間設定器
13の設定値Tcが固定であったため、下記に示すような問
題があった。

すなわち、溶接直前における母材１、スタッド２及び
シールドガイド６の相互の位置関係が、母材１の表面の
僅かな凹凸の変化やシールドガイド６のセットのばらつ
きなどで変化すると、スタッド２の動作は第５図に一点
鎖線または破線で示すようになり、溶接終了時最後の半
波波形とスタッド２が母材１に接するタイミングがずれ
る。この結果一点鎖線で示す場合は高電流が流れている
ときにスタッド２が母材１に接するので溶接金属が飛散
しすぎ、また破線で示す場合は停電流のときであるため
表面温度が低下しすぎ、いずれの場合も結果として強度
不足となり溶接不良を発生するという問題があった。

なお、前述した公報による提案ではスタッドが母材に
接するタイミングのずれについては配慮されていなかっ
た。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、母材
及びスタッドのセッティング不良による溶接不良の発生
を防止し、安定した溶接品質を得ることのできるアーク
スタッド溶接方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、スタッドを母材
に当接させて電流を流した直後に前記スタッドを前記母
材から引き上げて間隔を形成し、該間隔間にアークを発
生して加熱した後、再び前記スタッドを前記母材に圧入
して溶接を行なうアークスタッド溶接方法において、前
記スタッドの前記母材からの引上げ量を測定してこの測
定値により前記スタッドの圧入タイミングを制御するよ
うにしたものである。

〔作用〕

上記方法によると、従来のように母材及びスタッドの
セッティング不良により溶接終了時にスタッドが母材に
接するタイミングがずれて、溶接電流の波形の適正な位
置で圧入が行なわれないことがなくなり、前記タイミン
グをスタッドの母材からの引上げ量に応じて制御するこ
とにより、波形の適正な位置でスタッドの母材への圧入
を行なうことができ、溶接するタイミングのばらつきが
なく、溶接不良の発生を防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図に本発明の一実施例を示す。本実施
例は第３図（ｂ）に示す状態の溶接直前の母材１とスタ
ッド２との相対位置を検出し、引上げコイルの作動遅延
時間Tcを自動的に算出して、スタッド２が母材１に圧入
されるタイミングを一定にしようとする方法である。

まず、第３図（ｂ）に示す状態におけるスタッド２と
母材１との相対位置を第１図に示す変位計14により検出
する。この検出手段としては、スタッド２を把持するチ
ャック４に図示しないアダプタを介して案内棒を取り付
け、溶接ガン３に固定された抵抗または差動オランスな
どの変位計14によりこの案内棒の変位を検出する手段を
用いる。または引上げコイルに交流を印加重畳させて、
引上げコイル中を移動するスタッド２に直結された鉄心
の移動量変化を励磁変化により検出してもよい。

変位計14が検出した変位量変化の信号はゲート15を通
って保持回路16に入力され、溶接起動直前のスタッド２
の変位量を記憶する。ゲート17は変位量14と減算器18と
の間を結ぶ回路中に設けられており、溶接起動によりON
となり、パイロット時間Tp経路後OFFとなる。

なお、前記ゲート15は溶接起動によりOFFとなり溶接
完了でONとなる。

変位計14からゲート17を介して減算器18に入力された
スタッド２の変位量の信号により減算器18において保持
回路16からの出力との差を演算する。すなわち、溶接起
動によって引上げコイルが作動して引き上げられたスタ
ッド２の変位量Ｌを演算し、減算器18によって演算され
た変位量Ｌの出力信号は保持回路19に入力される。この
保持回路19からの出力は、あらかじめ作成されてあるス
タッド２の変位と引上げコイル遅延時間との相関を示す
変位、引上遅延関数20へ入力することにより、適正な引
上げ遅延時間Tcが引上げ遅延時間設定器13に自動的に出
力される。

従って、スタッド２の動きがそれぞれ一点鎖線l₂及び
破線l₁で示すように変動すると、引上げ遅延時間TcはTc
₁及びTc₂と自動的に変化し、常にスタッド２が母材１に
圧入されるタイミングを溶接電流の波形に対して一定と
することができ、溶接不良の発生を防止することができ
る。

一方、溶接ガンの故障及びセッティングのミスなどで
スタッド２の引き上げられた変位量Ｌが大幅にずれた場
合は制御不能となる。このため変位量Ｌの上下限値を予
め設定して上下限モニタ設定器21に入力しておき、保持
回路19の出力とこのモニタ値とを比較器22で比較して、
変位量Ｌがモニタ値よりずれた場合はアラーム回路23に
より溶接機を停止して異常内容を表示する。

また同様に、溶接ガンの故障などでスタッド２の母材
１へ圧入のタイミングが大幅にずれた場合も、下記の方
法によって溶接機を停止しアラームを発生するようにす
る。すなわち、変位計14の出力を溶接時間Tuが経過した
ときにON、溶接終了時にOFFとなるゲート24を通して比
較回路25に入力し、保持回路16からのスタッド２の変位
量の信号をこの比較回路25に入力してこの信号を基準値
として比較し、基準値以下となったら比較回路25からパ
ルスを出力し、カウンタ26をOFFとする。

このカウンタ26は溶接時間Tu設定器12のOFF信号でON
させて時間計測を開始し、スタッド２が母材１に接する
タイミング、すなわち比較回路25の出力でOFFとなるよ
うに、その間の時間を上下限モニタ設定器27に予め設定
された時間と比較器28出比較し、モニタ値よりずれた場
合はアラーム回路29でアラームを発する。

なお、カウンタ26のリセットは溶接終了信号であるゲ
ート30で行なわれる。

本実施例によれば、母材１とスタッド２とのセッティ
ングミスによる溶接不良がなくなり、安定した溶接品質
が得られるとともに、溶接機器の故障診断や溶接品質の
モニタを行なうこともできる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、スタッドの母材から引
き上げ量に応じてスタッドの母材への圧入タイミングを
制御するようにしたので、母材とスタッドのセッティン
グミスによる溶接不良がなくなり、安定した溶接品質が
得られるとともに、溶接機器の故障診断や溶接品質のモ
ニタを行なうこともできる

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本実施例の作用を示すタイムチャート、第３図はスタッ
ド溶接の工程を示す説明図、第４図は従来のアークスタ
ッド溶接方法を示すブロック図、第５図は同じくタイム
チャートである。 １……母材、 ２……スタッド、 ３……溶接ガン、 ５……溶接電流、 ６……シールドガイド、 14……変位計。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スタッドを母材に当接させて電流を流した
   直後に前記スタッドを前記母材から引き上げて間隔を形
   成し、該間隔間にアークを発生して加熱した後、再び前
   記スタッドを前期母材に圧入して溶接を行なうアークス
   タッド溶接方法において、前期スタッドの前記母材から
   の引上げ量を測定してこの測定値により前記スタッドの
   圧入タイミングを制御するようにしたことを特徴とする
   アークスタッド溶接方法。