JP3705057B2 - Spot welding equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板などの、母材よりも低融点の表面コーティング層を有する鋼板をスポット溶接により接合する、スポット溶接装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、鋼板を使用する種々の製品において、鋼板の溶接にはスポット溶接が広く利用されている。これらの製品においては、従来、軟鋼板が被溶接材として一般に用いられていたため、溶接不良も少なく、所定の溶接条件を管理することにより、溶接品質も比較的安定に保つことが可能であった。しかしながら、近年、防錆性能を高めた溶融合金化亜鉛めっき鋼板などの難溶接材が主に使用されるようになり、溶接電極チップの摩耗に起因する溶接不良が発生する等によって溶接の品質管理が困難になっているという問題が生じている。そのため、スポット溶接に際しては、単に溶接条件を一定に管理するのみならず、打点毎に変化する、溶接部に生成されるナゲットの品質をも高精度で管理する必要も生じている。
【0003】
こうした問題に対し、特にナゲットの品質を管理するための種々の方法が考案されている。例えば特開昭56-158286号に開示された方法では、溶接電極チップ間の溶接電流と溶接電圧を測定してチップ間抵抗を求め、その変化のパターンから溶接結果の良否を判定している。また特開昭54-21938号では、溶接電流あるいは溶接電圧を、予め設定した基準電圧の時間的変化と比較し、両者の差が許容値内にあるか否かによって良否を判定する方法が開示されている。さらに特開平9-206958号では、溶接電流とは別に溶接電極チップ間に測定用電流を流して電極間抵抗を測定し、その抵抗値の変化からナゲット形成状態を予測する方法が開示されている。
【0004】
これら従来の方法では、溶接材料毎に予備実験を行ってナゲット品質と判定基準との関係を予め求めておく必要があり、また溶接材料の種類のみならず、錆や汚れなどの溶接面の状態や、溶接電極チップの摩耗や変形に伴う電極チップ間の抵抗の変化をも考慮しなければならない。しかしながら、実際の溶接現場における予備実験では溶接電極チップ間の抵抗変化のような不確定な事象を推定することは困難であるため、こうした不確定要素を判定基準に利用するためには数多くの予備実験を行う必要がある。また、予備実験の結果より得られた判定基準は、基本的に、一つの判定基準が一種類の被溶接材にのみ適用され得るという問題がある。そのため、溶接不良を避けるためには過剰な溶接条件を設定せざるを得ず、溶接電力の節減や、溶接電極の損耗の低減、さらには「散り」と呼ばれる、溶接箇所において溶解した金属が飛散する現象等を防止することが困難となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、溶接状態の良否を簡易かつ正確に判定することができ、それによってナゲット品質の適切な管理を行うことができるスポット溶接装置を提案するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼板同士の重なり合う面の少なくとも一方に母材より低融点の表面コーティング層を有し、これら重ね合わせた鋼板を対向する電極チップで加圧しつつ、この電極チップに通電して抵抗加熱により溶接を行うスポット溶接装置において、溶接中に生じる前記電極チップの振動を検出する電極振動検出手段と、前記電極振動検出手段で検出した、溶接初期に発生する振動より、溶接箇所で生成されるナゲットの良否を判定することにより、溶接の良否を判定する溶接良否判定手段と、を具えるものである。
【0007】
本願発明者は、溶融亜鉛めっき鋼板などの、母材より低融点の表面コーティング層を有する鋼材のスポット溶接時において、溶接初期に電極チップに発生する振動に着目し、この振動とナゲット径との関係より、本発明を見出したものである。
【0008】
本発明によるスポット溶接装置は、溶接初期に電極チップに発生する振動を検出し、それによって当該溶接箇所で生成されたナゲットの良否を判定する。すなわち、溶接開始の初期段階で溶接の良否が判断できるため、単にナゲット良否の判定のみならず、ナゲット形成がその時点で不良であっても、最終的にこのナゲットを良好なものにするための溶接の制御ができるようになる。
【0009】
本発明によるスポット溶接装置においては、溶接の良否の判定に際し、前記振動の振幅または振動の発生時刻を検出するものとし、振動の振幅が所定のしきい値以上である場合、または振動の発生時刻が電極チップへの通電開始から所定の時間よりも前であった場合に良好な溶接が行われたと判定することを特徴とする。いずれの場合でも、溶接の初期段階での良否判定が可能である。
【0010】
本発明によるスポット溶接装置は、前記振動の発生時刻が、予め定めた散り発生限界時刻よりも前であるか否かを判定し、前記振動の発生時刻が前記散り発生限界時刻よりも前であった場合、前記溶接箇所で散り、すなわち溶解した金属材料の飛散が発生すると判断し、散り発生の警告信号を出力する散り発生予測手段をさらに具えることを特徴とする。それによって、溶接箇所での散りの発生を事前に予測することが可能となり、これを効果的に抑制することができるようになる。
【0011】
また本発明によるスポット溶接装置は、前記振動の振幅が予め定めた良否判定しきい値に達しない場合、あるいは前記振動の発生時刻が予め定めた良否判定時刻よりも遅れて発生した場合に溶接促進指令を出力し、さらに前記散りの発生を検出した場合には溶接中止指令を出力する補償制御指令出力手段をさらに具えることを特徴とする。それによって、ナゲット形成が不良であっても、これを良質なものとするための溶接制御を行うことができ、防錆性能の悪化に繋がる散りの発生を抑制しつつ所望の溶接品質を確保することが可能となる。
【0012】
さらに本発明によるスポット溶接装置は、前記振動の発生時刻から溶接の良否を判定すると共に、散りの発生を抑制する溶接調整指令出力手段をさらに具えることを特徴とする。それによって溶接作業の初期段階で溶接の過不足を判定することができるようになり、少ない電力量で所望の溶接品質を確保することが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【0014】
図1は、本発明によるスポット溶接装置の構成を示すブロック図である。本スポット溶接装置10は、溶接電流、通電時間および通電タイミングを制御する溶接制御回路11、溶接制御回路11で制御された1次電流を溶接に必要な2次電流(溶接電流)値まで増幅する溶接トランス12、溶接電流の制御を行うためにその電流を検出する溶接電流検出トランス13、被溶接材14a,14bとしての鋼板を重ね合わせて、これらを挟み込んで加圧しつつ溶接電流を流す溶接電極チップ15,16、これら溶接電極チップを取り付けた溶接ガンアーム17,18およびこれら溶接ガンアーム17,18を駆動して被溶接材14a,14bを溶接電極チップ15,16で挟み込んで加圧するためのエアシリンダ19を具える。
【0015】
本スポット溶接装置10は、さらに、溶接時に溶接ガンアームに取り付けた溶接電極チップに発生する振動を検出するための振動センサ20と、この振動センサ20で検出した信号(電圧値)を入力して溶接状態の良否を判定するための溶接良否判定回路21とを具える。この溶接良否判定回路21からは、前記振動センサ20からの入力信号に基づく指令信号が溶接制御回路11へフィードバックされる。それによって溶接電流または通電時間の制御(溶接インプロセス制御)が行われる。
【0016】
図2は、溶接時に溶接電極チップに発生した振動の波形を示すものであり、ここでは溶融合金化亜鉛めっき鋼板同士の溶接時に検出されたものである。図示のように、溶接初期と後期においてそれぞれバースト状の振動波形が見られる。ここで、溶接初期に発生するバースト波を第1波、後期に発生するバースト波を第2波と呼ぶ。本発明においては、第1波をナゲットの良否を判定するための信号として利用し、第2波を散りの発生を検知するための信号として用いている。なお、こうしたバースト状の振動は、溶融合金化亜鉛めっき鋼板の他、電気亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、鉛−錫合金めっき鋼板、亜鉛粉末めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板等の、母材より低融点の表面コーティング層を有する種々の鋼板において見られるものである。
【0017】
母材より低融点の表面コーティング層を有する鋼板のスポット溶接において、上述したようなバースト状の振動は、以下の原因で発生すると考えられる。すなわち、めっき材の融点は、一般に母材に比べて低い(例えば亜鉛で約420℃)ため、溶接時にめっき層の溶解が始まると、溶解しためっき材は電極チップからの加圧により、溶接箇所で形成されるナゲットの外周へ押し出され、それによって押し出されためっき材の分だけめっき層が薄くなる。そのため電極チップが加圧方向へ移動、すなわち被溶接材の両側にある電極チップが互いに接近するようになる。めっき材の溶解・流出がさらに進行すると、ナゲット形成部で母材が露出して互いに接触するようになる。ところが、このときの母材温度は、未だその融点に達していないため、鋼板の板厚の変化の割合が急激に減少する。その結果、電極チップの移動が停止して、上述したようなバースト状の振動波形(第1波)が生じるのである。
【0018】
次に、第2波と散りの発生との関係は、以下のようであると考えられる。ここで散りとは、通常、溶接の際の被溶接材表面の汚れや凹凸、電極チップによる加圧の不足等により溶接条件が過剰となったために、溶解した金属が飛散する現象を呼ぶ。より詳細に述べると、ナゲット成長の初期においては、溶融池の内圧が余り大きくないため、溶融金属は溶融池内に留まっているが、ナゲットの成長に伴って溶融池の内圧が高まると、溶融金属が被溶接材の間に飛散するものである。この散りの発生、すなわち溶融金属の飛散によっても溶接箇所の板厚が急激に減少することとなる。その結果、バースト状の振動波形が生じるのである。
【0019】
図3は、本発明の第一の実施形態に係るスポット溶接装置の溶接良否判定回路の詳細を示すブロック図である。図示の溶接良否判定回路21は、前述した第1波の振幅を測定することにより、溶接の良否の判定を行うものである。溶接良否判定回路21は、溶接ガンアームに取り付けた振動センサ20(図1参照)からの検出信号を、判定のための電圧信号へ変換する加圧電極振動検出部201、良否判定しきい値を設定する良否判定しきい値設定部202、検出した振動振幅と良否判定しきい値とを比較する比較部(電圧コンパレータ)203、良否判定の結果合格となるナゲットが形成される際の第1波が検出される時刻範囲を比較のためのタイミングとして与えるタイマー204、タイマー204から比較のためのタイミングを得て、比較部203からの前述した振動振幅と良否判定しきい値との比較結果に基づいて溶接状態の良否の判定を行う良否判定部205および、良否判定部205からの良否判定結果出力に基づいて溶接促進指令または溶接停止指令を溶接制御回路11(図1参照)へ出力する補償制御指令出力部206を具える。
【0020】
図3の良否判定回路21では、振動センサ20により検出された振動波形は、比較部203において所定のしきい値(設定値)と比較され、その結果、良否判定部205において設定値以上である場合には溶接が合格と判定し、設定値に満たない場合には不合格と判定する。そのため、本発明によるスポット溶接装置10においては、ナゲット形成よりも以前に溶接状態の良否判定が行われることとなり、溶接不良が発生しても、後述するようにただちにこれを補償するためのインプロセス制御が行うことができる。
【0021】
次に、上述した良否判定回路21を具えるスポット溶接装置における、溶接不良発生時の補償制御について説明する。まず、比較部203からの信号を受けた良否判定部205において、溶接不良の判定がなされた場合、良否判定部205より溶接促進を指令する信号が補償制御指令出力部206へ伝達される。溶接促進信号を受けた補償制御指令出力部206は、溶接促進指令信号を溶接制御回路11(図1参照)へ出力する。溶接制御回路11は、この溶接促進指令信号により、溶接電流を増加させる等のナゲット形成を促進する溶接条件に基づく溶接制御を行う。
【0022】
しかし、この状態では溶接のためのエネルギーが過剰となるため、上述した条件の下ではナゲット形成と共に散りが発生するおそれがある。そのため、センサ20で散り発生を示す第2波を検出し、この検出信号に基づいて補償制御指令出力部206は、溶接停止指令信号を溶接制御回路11へ出力する。溶接停止指令信号を受けた溶接制御回路11は、直ちに溶接電流の電極チップへの通電を停止する。
【0023】
以上の結果により、当初は不良と判断されていたナゲットを、最終的に合格レベルの品質のものとすることができるようになる。なお、図3の溶接良否判定回路21においては、加圧電極振動検出部201に、溶接ガンアーム17,18の移動や被溶接材14を加圧して挟み込んだ時に生じる振動を、溶接時の振動(すなわち第1波または第2波)として誤って検出してしまうことを防ぐためのフィルタ回路を設けたり、あるいは図1に示すように、溶接電流の通電開始時から第1波および第2波が発生する時間(通電開始から約0.2秒)以外に発生した振動を除外するためのマスク処理を行うことで、溶接時におけるバースト状の振動を、より高い精度で検出することが可能である。
【0024】
図4は、溶接箇所において形成されたナゲット径と第1波の最大振幅との関係を示すものである。本図では、溶融合金化亜鉛めっき鋼板を例に取っている。図示の例では、第1波の最大振幅が(振動センサ20の電圧値で示す)0.2V以上の場合のナゲットが、いずれも十分な溶接強度を有することを示すプラグ破断に至り、かつ合格径である4mm以上であることが示されている。このことより、図3に示す良否判定回路21を具えるスポット溶接装置で溶融合金化亜鉛めっき鋼板を溶接する場合には、良否判定しきい値を0.2Vに設定すれば良いこととなる。言うまでもないが、このしきい値は、予め予備実験等により各種鋼板について求めることとする。
【0025】
次に、図5は、本発明の第二の実施形態に係るスポット溶接装置の溶接良否判定回路の詳細を示すブロック図である。図示の溶接良否判定回路21は、前述した第1波の発生時刻を測定することにより、溶接の良否の判定を行うものである。溶接良否判定回路21は、溶接ガンアームに取り付けた振動センサ20(図1参照)からの検出信号を、判定のための電圧信号へ変換する加圧電極振動検出部211、良否判定しきい値を設定する良否判定しきい値設定部212、検出した振動振幅と良否判定しきい値とを比較する比較部213、制御回路11(図1参照)からの通電開始信号を受けて、通電開始からの溶接時間を積算するタイムカウンター214、溶接状態の良否判定を行う良否判定部215および、合格ナゲット形成時に第1波が発生する時刻範囲を設定する良否判定時刻設定部216を具える。
【0026】
良否判定部215は、比較部213からの第1波検出信号を得て、その時のタイムカウンター214での値と、良否判定時刻設定部216での設定値とを比較することにより、溶接状態の良否を判定する。すなわち、振動センサ20で検出された振動から第1波の発生時刻を計り、その時刻が良否判定時刻にある場合に合格と判定し、それ以外を不合格と判定する。その結果、第1波が発生する溶接初期において溶接状態の良否判定が行われることとなる。
【0027】
なお、図5の溶接良否判定回路21においても、図3の回路と同様に、良否判定部215からの出力に基づいて溶接促進指令および溶接停止指令を出力する補償制御指令出力部を設けても良いことは言うまでもない。
【0028】
図6は、第1波発生時刻とナゲット径との関係を示すものである。本図もまた溶融合金化亜鉛めっき鋼板を例に取っている。図示の例では、第1波の発生が通電開始から0.08sec以内にある場合に形成されたナゲットが合格径である4mm以上に達していることがわかる。このことにより、図5に示す良否判定回路21を具えるスポット溶接装置で溶融合金化亜鉛めっき鋼板を溶接する場合には、良否判定時刻範囲を通電開始から0.08secに設定すれば良いこととなる。なお、この場合も、良否判定設定時刻は、予め予備実験等により各種鋼板について求めることとする。また、ここで第1波の発生時刻を得るには、図4に示すように、溶接電流の通電時から最初に振動振幅がしきい値(0.2V)に達した時刻をもって第1波の発生としたり、あるいは図示しないフィルタ回路を用いて、このフィルタ回路を通過した所定の電圧値となった時を第1波発生時刻とすれば、第1波の振動振幅と発生時刻の両方の判定がなされたことになり、より良好な判定が行える。
【0029】
図7は、本発明の第三の実施形態に係るスポット溶接装置の溶接良否判定回路詳細を示すブロック図である。図示の溶接良否判定回路21は、バースト状振動の発生時刻が、予め定めた散り発生限界時刻よりも前であるか否かを判定し、前記バースト状振動の発生時刻が前記散り発生限界時刻よりも前であった場合、前記溶接箇所で散りが発生すると判断するものである。溶接良否判定回路21は、図5に示した実施形態と同様に、溶接ガンアームに取り付けた振動センサ20からの検出信号を、判定のための電圧信号へ変換する加圧電極振動検出部221、良否判定しきい値を設定する良否判定しきい値設定部222、検出した振動振幅と良否判定しきい値とを比較する比較部223、制御回路11からの通電開始信号を受けて、通電開始からの溶接時間を積算するタイムカウンター224、溶接状態の良否判定を行う良否判定部225および、合格ナゲット形成時に第1波が発生する時刻範囲を設定する良否判定時刻設定部226を具える。また、この溶接良否判定回路21は、散り予測部227、散り発生限界時刻設定部228および溶接調整指令部229をさらに具える。
【0030】
散り予測部227では、散り発生限界時刻設定部228において予め設定された散り発生限界時刻と、タイムカウンター224から入力された第1波の発生時刻とを比較する。この時、第1波の発生時刻が散り発生限界時刻より以前にある場合には、現在の溶接箇所では散りが発生すると判定し、散り発生限界時刻より以降にある場合には、現在の溶接箇所では散りが発生しないと判定する。これにより、実際に散りが発生する前に、散り発生を予測することが可能となる。なお、この判定結果は、例えば溶接制御回路11へフィードバックさせることにより、電極チップの加圧力の増加や、溶接電流の減少、通電停止などの散り発生を防止するための制御に寄与できることとなる。
【0031】
一方、溶接調整指令部229は、良否判定部225での第1波の発生時刻に基づく溶接良否の判定結果、散り予測部227での第1波の発生時刻に基づく散り予測結果および、タイムカウンター224からの第1波の発生時刻から溶接が十分であるか否かを判定し、これを是正するべく溶接制御量を調整するための指令(溶接調整指令)を出力する。ここで、溶接良否の判定結果において溶接不良であると判定された場合には、この溶接調整指令部229において、タイムカウンター224からの値を参照して溶接不良の程度を計る。その結果、合格となるナゲットの形成が溶接制御の調整が可能な範囲で実現できる場合には、その調整量を溶接調整指令出力信号として溶接制御回路11へ出力する。
【0032】
また、溶接箇所で形成されたナゲットが合格と判定された場合でも、タイムカウンター224からの値により溶接が十分であるか否かの判定を行って、その結果に応じた、より適切な溶接条件とするような調整量を溶接調整指令出力信号として溶接制御回路11へ出力することとしても良い。
【0033】
さらに、散り予測部227において散りの発生が予測されると判定した場合には、合格となるナゲットの形成に必要な溶接エネルギーを確保しつつ、散りを抑止するための溶接調整指令出力信号を溶接制御回路11へ出力する。
【0034】
図8は、第1波および第2波の発生時刻と、被溶接材の重なり合った面に発生する散りとの関係を示すものである。本図もまた溶融合金化亜鉛めっき鋼板を例に取っている。図示の例では、第1波の発生が通電開始から0.045secよりも早く発生した場合に第2波が発生、すなわち散りが生じていることを示している。ここで、第1波の発生が通電開始から0.045secよりも早く発生した場合に散りが生じる点について詳述すると、例えば溶融合金化亜鉛めっき鋼板に凹凸等がある場合、溶接部位の鋼板同士の接触面積が(微視的に見て)小さくなることから、単位加圧面積に対する、これら鋼板を流れる電流密度が高くなる。すると、ナゲット形成に必要な温度よりも高温となって、いわゆる沸騰した状態となり、溶融金属が飛散する。また、ごみ等が付着している場合には、前記電流密度が高くなるのに加え、ごみによる電気絶縁効果による抵抗値が過剰となって、これによっても高温化が助長される。特に、母材よりも低融点の表面コーティング層(例えば亜鉛で融点が約420℃)の場合、前記高温化によりいち早く(前記通電開始から0.045secよりも早く)沸騰状態となり飛散し始める。この表面コーティング層の溶融による第1バースト波により、その後のナゲット形成時の散り発生を判別することができる。このことにより、図7に示す良否判定回路21を具えるスポット溶接装置で溶融合金化亜鉛めっき鋼板を溶接する場合には、散り発生限界時刻を通電開始から0.045secに設定すれば良いこととなる。なお、この場合も、散り発生限界時刻は、予め予備実験等により各種鋼板について求めておくことは言うまでもない。
【0035】
以上説明したように、本発明によるスポット溶接装置によれば、溶接初期に電極チップに生じるバースト状の振動に着目し、この振動とナゲット径や散りの発生との関係に基づいて、不良ナゲットの形成や散りの発生を抑制して良好な溶接品質が得られるような溶接制御を行うことが可能となる。
【0036】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内での種々の変形例が可能であることは言うまでもない。特に、本発明は、母材よりも低融点の表面コーティング層を有する種々の鋼板同士、あるいは、低融点の表面コーティング層を有する鋼板と、前記表面コーティング層を有しない鋼板との溶接にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるスポット溶接装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 溶接時に電極チップに発生する振動波形を示す図である。
【図3】 本発明の第一の実施形態に係るスポット溶接装置の溶接良否判定回路の詳細を示すブロック図である。
【図4】 溶接箇所において形成されたナゲット径と第1波の最大振幅との関係を示すグラフである。
【図5】 本発明の第二の実施形態に係るスポット溶接装置の溶接良否判定回路の詳細を示すブロック図である。
【図6】 第1波発生時刻とナゲット径との関係を示すグラフである。
【図7】 本発明の第三の実施形態に係るスポット溶接装置の溶接良否判定回路詳細を示すブロック図である。
【図8】 第1波および第2波の発生時刻と、被溶接材の重なり合った面に発生する散りとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10 スポット溶接装置
11 溶接制御回路
12 溶接トランス
13 溶接電流検出トランス
14 被溶接材
15,16 電極チップ
17,18 溶接ガンアーム
19 エアシリンダ
20 振動センサ
21 溶接良否判定回路
201,211,221 加圧電極振動検出部
202,212,222 良否判定しきい値設定部
203,213,223 比較部
204 タイマー
205,215,225 良否判定部
206 補償制御出力部
214,224 タイムカウンター
216,226 良否判定時刻設定部
227 散り予測部
228 散り発生限界時刻設定部
229 溶接調整指令部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spot welding apparatus for joining, by spot welding, steel plates having a surface coating layer having a melting point lower than that of a base material, such as hot-dip galvanized steel plates and electrogalvanized steel plates.
[0002]
[Prior art]
At present, spot welding is widely used for welding steel sheets in various products using steel sheets. In these products, since mild steel sheets have been generally used as welded materials, there are few welding defects, and it has been possible to maintain the welding quality relatively stable by managing predetermined welding conditions. . However, in recent years, welded materials such as hot-dip galvanized steel sheets with improved rust prevention performance have been mainly used, and welding quality control is caused by the occurrence of poor welding due to wear of welding electrode tips. Has become a problem. Therefore, in spot welding, it is necessary not only to manage welding conditions uniformly, but also to manage the quality of the nugget generated in the welded portion, which changes for each hit point, with high accuracy.
[0003]
In response to these problems, various methods have been devised, particularly for managing the quality of the nugget. For example, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-158286, the welding current and welding voltage between welding electrode tips are measured to obtain the resistance between the tips, and the quality of the welding result is judged from the pattern of the change. Japanese Patent Laid-Open No. 54-21938 discloses a method for comparing the welding current or welding voltage with a temporal change of a reference voltage set in advance and judging whether the difference between the two is within an allowable value. Has been. Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 9-206958 discloses a method for predicting a nugget formation state from a change in resistance value by passing a measurement current between welding electrode tips separately from the welding current and measuring the resistance between the electrodes. .
[0004]
In these conventional methods, it is necessary to conduct a preliminary experiment for each welding material to obtain the relationship between the nugget quality and the judgment criterion in advance, and not only the type of welding material but also the state of the welding surface such as rust and dirt. In addition, a change in resistance between electrode tips due to wear and deformation of the welding electrode tips must be taken into consideration. However, in preliminary experiments at actual welding sites, it is difficult to estimate uncertain events such as resistance changes between welding electrode tips, so there are many preliminary tests to use these uncertainties as criteria. It is necessary to conduct an experiment. Moreover, the criterion obtained from the result of the preliminary experiment has a problem that basically, one criterion can be applied only to one kind of material to be welded. Therefore, in order to avoid welding defects, excessive welding conditions must be set, and welding power is reduced, welding electrode wear is reduced, and the metal melted at the welding point, which is called “scattering,” is scattered. It is difficult to prevent such a phenomenon.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to propose a spot welding apparatus that solves the above-mentioned problems and can easily and accurately determine the quality of the welding state, thereby enabling appropriate management of the nugget quality. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has a surface coating layer having a melting point lower than that of the base material on at least one of the overlapping surfaces of the steel plates. While pressing the stacked steel plates with the opposing electrode tips, the electrode tips are energized for resistance heating. In a spot welding apparatus that performs welding by means of, the electrode vibration detection means for detecting the vibration of the electrode tip that occurs during welding, and the vibration generated at the initial stage of welding detected by the electrode vibration detection means are generated at the welding location. Welding quality judgment means for judging quality of welding by judging quality of nuggets is provided.
[0007]
The inventor of the present application pays attention to vibration generated in the electrode tip at the initial stage of welding in spot welding of a steel material having a surface coating layer having a melting point lower than that of the base material, such as a hot dip galvanized steel sheet. From the relationship, the present invention has been found.
[0008]
The spot welding apparatus according to the present invention detects vibration generated in the electrode tip in the initial stage of welding, and thereby determines the quality of the nugget generated at the welding location. That is, since the quality of welding can be determined at the initial stage of welding start, not only the quality of the nugget is judged, but even if the nugget formation is bad at that time, this nugget is finally made good It becomes possible to control welding.
[0009]
In the spot welding apparatus according to the present invention, when determining the quality of welding, the amplitude of vibration or the time of occurrence of vibration is detected, and when the amplitude of vibration is equal to or greater than a predetermined threshold, or the time of occurrence of vibration. Is determined to be that good welding has been performed when it is before a predetermined time from the start of energization of the electrode tip. In any case, it is possible to determine whether the welding is in the initial stage.
[0010]
The spot welding apparatus according to the present invention determines whether or not the vibration occurrence time is before a predetermined scattering occurrence limit time, and the vibration occurrence time is before the scattering occurrence limit time. In this case, it is further characterized by further comprising a scatter occurrence prediction means for determining that scatter occurs at the welded portion, that is, scatter of the molten metal material, and outputs a warning signal for occurrence of scatter. Thereby, it is possible to predict in advance the occurrence of scattering at the welded portion, and this can be effectively suppressed.
[0011]
Further, the spot welding apparatus according to the present invention promotes welding when the amplitude of the vibration does not reach a predetermined pass / fail judgment threshold value or when the occurrence time of the vibration occurs later than the predetermined pass / fail judgment time. It further comprises compensation control command output means for outputting a command and outputting a welding stop command when the occurrence of the scattering is detected. As a result, even if the nugget formation is poor, it is possible to perform welding control for improving the quality of the nugget, and to secure desired welding quality while suppressing the occurrence of scattering that leads to deterioration of the rust prevention performance. It becomes possible.
[0012]
Furthermore, the spot welding apparatus according to the present invention is characterized by further comprising welding adjustment command output means for judging whether or not welding is good from the time of occurrence of the vibration and suppressing the occurrence of scattering. Thereby, it becomes possible to determine the excess or deficiency of the welding in the initial stage of the welding operation, and it becomes possible to ensure the desired welding quality with a small amount of electric power.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a spot welding apparatus according to the present invention. The
[0015]
The
[0016]
FIG. 2 shows a waveform of vibration generated in the welding electrode tip during welding, which is detected here during welding of the galvannealed steel sheets. As shown in the figure, a burst-like vibration waveform is seen in each of the early and late stages of welding. Here, the burst wave generated at the initial stage of welding is referred to as a first wave, and the burst wave generated at the latter stage is referred to as a second wave. In the present invention, the first wave is used as a signal for determining the quality of the nugget, and the second wave is used as a signal for detecting the occurrence of scattering. Such burst vibration is lower than that of the base metal such as electrogalvanized steel sheet, hot dip galvanized steel sheet, lead-tin alloy plated steel sheet, zinc powder plated steel sheet, and aluminum plated steel sheet in addition to the galvannealed steel sheet. It is found in various steel sheets having a surface coating layer with a melting point.
[0017]
In spot welding of a steel sheet having a surface coating layer having a melting point lower than that of the base material, the burst vibration as described above is considered to occur due to the following reasons. That is, since the melting point of the plating material is generally lower than that of the base material (for example, about 420 ° C. with zinc), when the dissolution of the plating layer starts during welding, the dissolved plating material is welded by the pressure from the electrode tip. Extruded to the outer periphery of the nugget formed in step (b), the plating layer becomes thinner by the amount of the extruded plating material. Therefore, the electrode tips move in the pressurizing direction, that is, the electrode tips on both sides of the material to be welded approach each other. When the dissolution / outflow of the plating material further proceeds, the base material is exposed at the nugget forming portion and comes into contact with each other. However, since the base material temperature at this time has not yet reached its melting point, the rate of change in the plate thickness of the steel sheet is rapidly reduced. As a result, the movement of the electrode tip stops, and the burst-like vibration waveform (first wave) as described above is generated.
[0018]
Next, the relationship between the second wave and the occurrence of scattering is considered as follows. Here, scattering refers to a phenomenon in which melted metal scatters because welding conditions are excessive due to dirt or irregularities on the surface of the material to be welded during welding, lack of pressurization by electrode tips, and the like. More specifically, in the initial stage of nugget growth, the internal pressure of the molten pool is not so large, so the molten metal stays in the molten pool, but when the internal pressure of the molten pool increases as the nugget grows, the molten metal Are scattered between the materials to be welded. The occurrence of this scattering, i.e., the scattering of the molten metal, causes the thickness of the welded portion to rapidly decrease. As a result, a burst-like vibration waveform is generated.
[0019]
FIG. 3 is a block diagram showing details of a welding pass / fail judgment circuit of the spot welding apparatus according to the first embodiment of the present invention. The illustrated welding
[0020]
In the pass /
[0021]
Next, compensation control when a welding failure occurs in the spot welding apparatus including the above-described pass /
[0022]
However, since the energy for welding becomes excessive in this state, there is a possibility that scattering occurs with nugget formation under the above-described conditions. Therefore, the
[0023]
Based on the above results, the nugget that was initially determined to be defective can be finally given a quality of acceptable level. In the welding pass /
[0024]
FIG. 4 shows the relationship between the nugget diameter formed at the weld location and the maximum amplitude of the first wave. In this figure, a galvannealed steel sheet is taken as an example. In the example shown in the figure, the nugget when the maximum amplitude of the first wave is 0.2 V or more (indicated by the voltage value of the vibration sensor 20) leads to a plug fracture indicating that all have sufficient welding strength, and the acceptable diameter. It is shown that it is 4 mm or more. Accordingly, when welding a galvannealed steel sheet with a spot welding apparatus having the pass /
[0025]
Next, FIG. 5 is a block diagram showing details of a welding pass / fail judgment circuit of the spot welding apparatus according to the second embodiment of the present invention. The illustrated welding
[0026]
The pass /
[0027]
In the welding pass /
[0028]
FIG. 6 shows the relationship between the first wave generation time and the nugget diameter. This figure also takes a galvannealed steel sheet as an example. In the example shown in the drawing, it can be seen that the nugget formed when the first wave is generated within 0.08 sec from the start of energization has reached the acceptable diameter of 4 mm or more. Thus, when welding a galvannealed steel sheet with a spot welding apparatus having the pass /
[0029]
FIG. 7 is a block diagram showing details of a welding pass / fail judgment circuit of the spot welding apparatus according to the third embodiment of the present invention. The welding pass /
[0030]
The
[0031]
On the other hand, the welding
[0032]
Even if the nugget formed at the weld location is determined to be acceptable, the value from the
[0033]
Further, when it is determined that the occurrence of scattering is predicted by the
[0034]
FIG. 8 shows the relationship between the generation time of the first wave and the second wave and the scattering generated on the overlapped surfaces of the workpieces. This figure also takes a galvannealed steel sheet as an example. In the example shown in the figure, it is shown that the second wave is generated, that is, scattered when the first wave is generated earlier than 0.045 sec from the start of energization. Here, when the generation of the first wave occurs earlier than 0.045 sec from the start of energization, the point where the scattering occurs will be described in detail. For example, when the molten alloyed galvanized steel sheet has irregularities or the like, Since the contact area becomes small (when viewed microscopically), the current density flowing through these steel plates per unit pressing area becomes high. Then, the temperature becomes higher than the temperature necessary for nugget formation, so-called boiling state occurs, and the molten metal scatters. In addition, in the case where dust or the like is attached, in addition to the increase in the current density, the resistance value due to the electric insulation effect due to the dust becomes excessive, and this also promotes a high temperature. In particular, in the case of a surface coating layer having a melting point lower than that of the base material (for example, zinc and a melting point of about 420 ° C.), it becomes boiled as soon as the temperature rises (faster than 0.045 sec from the start of energization) and starts to scatter. The occurrence of scattering during the subsequent nugget formation can be determined from the first burst wave due to the melting of the surface coating layer. As a result, when welding a galvannealed steel sheet with a spot welding apparatus having the pass /
[0035]
As described above, according to the spot welding apparatus according to the present invention, attention is paid to burst-like vibration generated in the electrode tip in the initial stage of welding, and based on the relationship between the vibration and the occurrence of the nugget diameter and scattering, It is possible to perform welding control that suppresses formation and scattering and obtains good welding quality.
[0036]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications within the scope of the present invention are possible. In particular, the present invention is also applicable to welding of various steel plates having a surface coating layer having a melting point lower than that of the base material, or steel plates having a surface coating layer having a low melting point and a steel plate not having the surface coating layer. Is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a vibration waveform generated in an electrode tip during welding.
FIG. 3 is a block diagram showing details of a welding pass / fail judgment circuit of the spot welding apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the nugget diameter formed at the weld location and the maximum amplitude of the first wave.
FIG. 5 is a block diagram showing details of a welding pass / fail judgment circuit of the spot welding apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the first wave generation time and the nugget diameter.
FIG. 7 is a block diagram showing details of a welding pass / fail judgment circuit of a spot welding apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the generation time of the first wave and the second wave and the scattering generated on the overlapping surfaces of the workpieces.
[Explanation of symbols]
10 Spot welding equipment
11 Welding control circuit
12 Welding transformer
13 Welding current detection transformer
14 Welded materials
15, 16 electrode tip
17, 18 Welding gun arm
19 Air cylinder
20 Vibration sensor
21 Welding pass / fail judgment circuit
201, 211, 221 Pressurized electrode vibration detector
202, 212, 222 Pass / fail judgment threshold setting section
203, 213, 223 comparison part
204 timer
205, 215, 225 Pass / fail judgment part
206 Compensation control output section
214, 224 time counter
216,226 Pass / fail judgment time setting part
227 Splash prediction section
228 Splash generation limit time setting section
229 Welding adjustment command section
Claims (5)
溶接中に生じる前記電極チップの振動を検出する電極振動検出手段と、
前記電極振動検出手段で検出した、溶接初期に発生する振動から、溶接箇所で生成されるナゲットの良否を判定することにより、溶接の良否を判定する溶接良否判定手段と、
を具え、
前記溶接良否判定手段は、前記振動の振幅または前記振動の発生時刻に基づいて溶接の良否を判定し、
前記振動の振幅が所定のしきい値以上の場合、または前記振動の発生時刻が前記電極チップへの通電開始から所定の時間が経過する前である場合に良好な溶接が行われたと判定することを特徴とするスポット溶接装置。At least one of the overlapping surfaces of the steel plates has a surface coating layer having a melting point lower than that of the base material. While pressing these stacked steel plates with the opposing electrode tips, the electrode tips are energized and resistance heating is performed. In spot welding equipment,
Electrode vibration detecting means for detecting vibration of the electrode tip generated during welding;
Welding pass / fail judgment means for judging pass / fail of welding by judging pass / fail of the nugget generated at the weld location from the vibration generated in the initial stage of welding detected by the electrode vibration detecting means,
The equipped,
The welding quality determination means determines the quality of welding based on the amplitude of the vibration or the generation time of the vibration,
Determining that good welding has been performed when the amplitude of the vibration is equal to or greater than a predetermined threshold value, or when the generation time of the vibration is before a predetermined time has elapsed from the start of energization of the electrode tip. Spot welding equipment characterized by.
前記振動の発生時刻が、予め定めた散り発生限界時刻よりも前であるか否かを判定し、前記振動の発生時刻が前記散り発生限界時刻よりも前であった場合、前記溶接箇所で散りが発生すると判断し、散り発生の警告信号を出力する散り発生予測手段をさらに具えることを特徴とするスポット溶接装置。It is determined whether or not the vibration occurrence time is before a predetermined scattering occurrence limit time, and if the vibration occurrence time is before the scattering occurrence limit time, the vibration is scattered at the welding location. A spot welding apparatus, further comprising a scattering occurrence predicting unit that determines that the occurrence of scattering occurs and outputs a warning signal of occurrence of scattering.
前記振動の振幅が予め定めた良否判定しきい値に達しない場合に溶接促進指令を出力し、また前記散りの発生を検出した場合に溶接中止指令を出力する補償制御指令出力手段をさらに具えることを特徴とするスポット溶接装置。Compensation control command output means for outputting a welding promotion command when the amplitude of the vibration does not reach a predetermined pass / fail judgment threshold and outputting a welding stop command when the occurrence of scattering is detected is further provided. A spot welding apparatus characterized by that.
前記振動の発生時刻が予め定めた良否判定時刻よりも遅れて発生した場合に溶接促進指令を出力し、また前記散りの発生を検出した場合に溶接中止指令を出力する補償制御指令出力手段をさらに具えることを特徴とするスポット溶接装置。Compensation control command output means for outputting a welding promotion command when the vibration occurrence time occurs later than a predetermined pass / fail judgment time, and outputting a welding stop command when the occurrence of scattering is detected A spot welding apparatus characterized by comprising.
前記振動の発生時刻から溶接の良否を判定すると共に、散りの発生を抑制する溶接調整指令出力手段をさらに具えることを特徴とするスポット溶接装置。A spot welding apparatus, further comprising welding adjustment command output means for determining whether or not welding is good from the vibration occurrence time and suppressing the occurrence of scattering.
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