JP3846703B2

JP3846703B2 - Stud welding equipment

Info

Publication number: JP3846703B2
Application number: JP2001353255A
Authority: JP
Inventors: 徹古川; 朝康田口; 恵一壁
Original assignee: 岡部株式会社
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: JP2003154460A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サブマージアークプレス溶接法（ＳＡＰ溶接法と略す）あるいはアークスタッド溶接法によりスタッドを母材に溶植する場合の溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来からスタッドの溶接に使用されている一般的な溶接装置の全体を例示した構成概念図である。図中、１は交流又は直流の溶接機であり、一般的にＳＡＰ溶接法の場合には交流溶接機、アークスタッド溶接法の場合には直流溶接機が用いられる。図示のように、溶接機１には、制御装置２を介して溶接銃３に接続された溶接用ケーブル４，５と、母材６に接続された接地側ケーブル７とが接続され、これらによって溶接電流供給回路を構成している。なお、直流溶接機を用いる場合には、プラス側を母材６に接続される接地側ケーブル７に、マイナス側を溶接銃３に接続される溶接用ケーブル４，５に接続する。また、前記制御装置２は、制御用ケーブル８を介して溶接機１に、制御用ケーブル９を介して溶接銃３に、制御用ケーブル１０を介して操作部１１に接続されている。操作部１１には溶接開始ボタンや緊急停止ボタン等が設置されており、制御装置２は、その操作部１１からの動作指令に基づいて溶接銃３の動作を制御するように構成されている。しかして、操作部１１の溶接開始ボタンが押されると、前記溶接電流供給回路を通じて溶接銃３に対する溶接電流の供給が開始され、溶接銃３に保持されたスタッド１２と母材６との間でアーク溶接が開始されることになる。その間、制御装置２において経過時間が計時され、設定時間が経過した時点でスタッド１２を母材６側の溶融金属中に押込み、溶接電流の供給を停止して当該スタッドの溶接工程が終了することになる。なお、制御装置２には溶接時間変更ダイヤルが設置されており、溶接時間を調整できるように構成されている。
【０００３】
図９はＳＡＰ溶接法に一般的に使用される溶接機の外部特性を例示した外部特性図である。また、図１０はアークスタッド溶接法に一般的に使用される溶接機の外部特性を例示した外部特性図である。それぞれ縦軸に出力電圧、横軸に出力電流をとって外部特性を例示したものである。図中、特性曲線Ａ〜ＣあるいはＤ〜Ｆは、それぞれの溶接機において外部特性を調整した場合の特性曲線に関する変化の状態を例示したものである。溶接機側において設定電流値を調整する際には、以上の外部特性を調整することによって行うことになる。例えば、同じアーク電圧値を維持しながら溶接電流値を大きくする場合には、溶接機の外部特性を特性曲線Ａ，ＤからＣ，Ｆの側へ移行することによって可能である。なお、この溶接電流値の調整作業は、外観的には前記溶接機１に備えられた出力電流値の設定部において、その設定電流値を調整することによって行われるのが一般的であるが、実質的にみれば、以上の溶接機の外部特性の調整を介して出力電流値に関する調整が行われていることにほかならない。
【０００４】
ところで、一般的に溶接機の外部特性、とりわけ図９に例示した外部特性は、理想的な定電流特性から相当ずれた垂下特性を有するため、外部の抵抗やインピーダンスの値が変化すると、出力電流値すなわち溶接電流値が変動してしまうことになる。したがって、図８に示した溶接銃３に供給される溶接電流値は、制御装置２を介して溶接銃３に接続された溶接用ケーブル４，５と、母材６に接続された接地側ケーブル７とから構成される溶接電流供給回路の抵抗値やインピーダンス値の変動により影響されることになる。すなわち、溶接用ケーブル４，５の長さや、溶接電流による溶接用ケーブル４，５自体の発熱ないし外気温度の影響による抵抗値の変化、あるいは溶接用ケーブル４，５の途中にできるＵ字状ないしループ状のたるみ等によるインダクタンスの影響などによって溶接電流が大きく変動し、実際の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが溶接機１側の設定電流値と大きく異なってしまうことになる。
【０００５】
因みに、例えば直径が３０ｍｍ前後の鉄筋からなるスタッドを交流溶接機を使用してＳＡＰ溶接した場合に、当該溶接機の垂下特性にもよるが、数百アンペア程度の変動が生じることもめずらしくないことが実験的に確認されている。同様に、直流溶接機を使用してアークスタッド溶接を行った場合にも、数十アンペア程度の変動がめずらしくないことが実験的に確認されている。以上のような実際の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する変動は溶接結果にも影響し、溶接電流の過不足により必要なアーク状態が得られなくなり、溶接品質の低下を招く原因にもなっていた。このため、現場においては、その溶接品質の低下を回避するため、作業者の経験上の感によって溶接状態を観察しながら溶接機側の出力電流値を調整するという手法が行われている。しかしながら、このような経験的な手法では、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを的確に調整することはきわめて困難であり、作業者による個人差も増長され良質の溶接状態を安定的に維持することは技術的に困難であった。さらに、溶接状態を観察するためにテスト的に溶接する際に使用されるスタッド等のコストも無視できなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来の技術状況に鑑みて発明したものであり、作業者の経験のみに依存することなく、スタッドの溶接における溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの設定作業に関する自動化を図り、良質の溶接状態がより安定的に得られるように改善するとともに、その溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの設定作業にかかるコストの削減を図ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、幾多の実験を繰返し研究を進めた結果、スタッドの直径Ｄと溶接時に実際に流れる溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとの間には、良質の溶接結果が安定的に得られるかに関して、図３及び図４に示した相関関係があることが明らかになった。すなわち、図３はＳＡＰ溶接法の場合を実験結果を基に示したものであり、Ｉａ＝２０Ｄ（なお、ＩａはＳＡＰ溶接法における溶接電流値をアンペア単位で表した数値、Ｄはスタッドの直径をｍｍ単位で表した数値である。）で示される下限許容溶接電流値ラインＧａと、Ｉａ＝３２Ｄで示される上限許容溶接電流値ラインＨａとの間は、スタッドの直径Ｄに応じて良質の溶接結果が安定的に得られるＳＡＰ溶接法における溶接電流値Ｉａの許容範囲Ｊａを示している。因みに、溶接電流値Ｉａがその許容範囲Ｊａの範囲外の場合には、溶接時間等をいくら調整しても安定的に良質の溶接結果を得ることは困難であった。すなわち、溶接電流値Ｉａが下限許容溶接電流値ラインＧａより低い場合には、当該スタッドの直径Ｄに必要なアーク状態が得られないため、良質の溶接結果を安定的に得ることはできなかった。逆に、溶接電流値Ｉａが上限許容溶接電流値ラインＨａより高い場合には、当該スタッドの直径Ｄに対して過大なアーク状態になってしまい、同様に良質の溶接結果を安定的に得ることはできなかった。また、図４はアークスタッド溶接法の場合を実験結果を基に示したものであり、Ｉｂ＝５４Ｄ（なお、Ｉｂはアークスタッド溶接法における溶接電流値をアンペア単位で表した数値である。）で示される下限許容溶接電流値ラインＧｂと、Ｉｂ＝９０Ｄで示される上限許容溶接電流値ラインＨｂとの間は、スタッドの直径Ｄに応じて良質の溶接結果が安定的に得られるアークスタッド溶接法における溶接電流値Ｉｂの許容範囲Ｊｂを示している。
【０００８】
さらに、溶接時におけるスタッドと母材間のアーク電圧値とスタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合のスタッドと母材間の短絡電圧値との差分を予め求めておき、スタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合の短絡電流値Ｉｃを実測して、溶接機の外部特性曲線上において、前記短絡電流値Ｉｃより前記電圧値の差分だけ高い電圧値に相当する電流値を求めれば、その電流値をもって溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとほぼ的確に推測し得ることが実験的にも確認された。すなわち、例えばＳＡＰ溶接による当該溶接作業において、図５の拡大説明図に示したごとく、そのときの外部特性が図９の特性曲線Ｂのように設定されていた場合を例にして説明すれば、実測した短絡電流値がＩｃであったとすると、先ず出力電流値がＩｃに相当する特性曲線Ｂ上の点Ｐｃを求め、さらにその点Ｐｃより出力電圧値が予め実測して求めたアーク電圧値Ｖａから短絡電圧値Ｖｃを引いた差分Ｖａ−Ｖｃだけ高い出力電圧値に相当する特性曲線Ｂ上の点Ｐａを求めて、その点Ｐａにおける出力電流値Ｉａを読取れば、その電流値Ｉａが短絡電流値がＩｃであった場合に対応する溶接電流値であると推測することができる。因みに、ＳＡＰ溶接法の場合には、一般的に短絡電圧値が５Ｖ、アーク電圧値が４０Ｖ程度であり、それらの電圧値の差分は、アーク電圧値の方が３５Ｖ程度高くなる。同様に、アークスタッド溶接法の場合には、一般的に短絡電圧値が５Ｖ、アーク電圧値が３０Ｖ程度であり、それらの電圧値の差分は、アーク電圧値の方が２５Ｖ程度高くなる。これらの短絡電圧とアーク電圧の差分の大きさに関しては場合に応じて違いはあるが、それなりにほぼ安定した値を示す。したがって、例えば、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する前記許容範囲Ｊａ，Ｊｂから逆算して、その許容範囲Ｊａ，Ｊｂの溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに対応する短絡電流値Ｉｃの範囲を求めれば、短絡電流値Ｉｃとしての許容範囲を求めることが可能である。
【０００９】
また、スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に応じて、図３において下方再設定要否区分ラインＬａとして示したＩａ＝２６Ｄ［Ａ］と、上方再設定要否区分ラインＭａとして示したＩａ＝３０Ｄ［Ａ］との間の再設定不要領域Ｎａに対応する短絡電流値Ｉｃの範囲を求めれば、ＳＡＰ溶接法の場合の短絡電流値Ｉｃに関する別の許容範囲を求めることが可能である。なお、これらの下方再設定要否区分ラインＬａ及び上方再設定要否区分ラインＭａは、溶接電流供給回路の抵抗値やインピーダンス値の変動による溶接電流値Ｉａに関する通常の変動幅を予測して、溶接電流値Ｉａが再設定不要領域Ｎａ内にあれば、通常の変動が生じても許容範囲Ｊａ内に納るように設定したものである。したがって、前記短絡電流値Ｉｃに関する別の許容範囲を採用すれば、通常の変動によって溶接電流値Ｉａが前記許容範囲Ｊａの範囲外に出ることは回避される。同様に、スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に応じて、図４において下方再設定要否区分ラインＬｂとして示したＩｂ＝７２Ｄ［Ａ］と、上方再設定要否区分ラインＭｂとして示したＩｂ＝８４Ｄ［Ａ］との間の再設定不要領域Ｎｂに対応する短絡電流値Ｉｃの範囲を求めれば、アークスタッド溶接法の場合の短絡電流値Ｉｃに関する別の許容範囲を求めることが可能である。なお、スタッドと母材とを接触させた状態において通電する短絡通電チェックではスタッド等の損傷は殆ど問題にならない。したがって、短絡電流値Ｉｃに関するいずれの許容範囲を採用した場合でも、短絡通電チェックを必要に応じて繰返しながら実測した短絡電流値Ｉｃがそれらの許容範囲に入るように溶接機１の外部特性を調整することにより、スタッド等の損傷なくして所期の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂをより的確に得ることができる。
【００１０】
請求項１の発明では、以上の短絡電流値Ｉｃと溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとの関係に着目して、スタッドの溶接装置として、予めスタッドの直径Ｄに対応させてスタッドと母材とを接触させた状態で通電した場合の短絡電流値Ｉｃに関する許容範囲を求めて記憶した記憶手段と、スタッドと母材とを接触させた状態で通電する短絡通電チェックを実行して得た短絡電流値Ｉｃを入力して、その短絡電流値Ｉｃが前記記憶手段に記憶された当該スタッドの直径Ｄに対応する短絡電流値Ｉｃの許容範囲に含まれるかを判断する判断手段と、該判断手段により前記短絡電流値Ｉｃが前記許容範囲外であると判断された場合に、溶接機の外部特性を調整して再度短絡通電チェックを行うように指示を出す再チェック指示手段と、短絡通電チェックにより得られた短絡電流値Ｉｃが前記判断手段により前記許容範囲に含まれると判断された場合に、溶接開始の適合状態にあること、すなわち溶接開始を指示する溶接開始指示手段を備えるという技術手段を採用した。本発明に係るスタッドの溶接装置を使用すれば、短絡通電チェックにより得た短絡電流値Ｉｃを手動ないし自動的に前記判断手段に入力することにより、記憶手段に予め記憶された短絡電流値Ｉｃに関する許容範囲と比較してその範囲外であると判断された場合には再度の短絡通電チェックが指示されるとともに、範囲に含まれると判断された場合には溶接開始の指示が出されるので、指示に従って短絡通電チェックを行うだけで、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを自動的に所期の範囲に納めることができる。したがって、より安定した溶接状態が簡便かつ的確に得られる。しかも、前述のように、短絡通電チェックではスタッド等の損傷は殆ど問題にならないことから、スタッドを交換する手間やコストをかけずに所期の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを得ることができる。
【００１１】
請求項２の発明では、前記短絡電流値Ｉｃに関する許容範囲を、その許容範囲に含まれる短絡電流値Ｉｃに対応する溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが、スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に応じて、ＳＡＰ溶接法の場合にはＩａ＝２６Ｄ〜３０Ｄ［Ａ］、アークスタッド溶接法の場合にはＩｂ＝７２Ｄ〜８４Ｄ［Ａ］を満たすように設定するという技術手段を採用した。本発明によれば、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに溶接電流供給回路の抵抗値やインピーダンス値等による通常の変動が加わっても、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する許容範囲Ｊａ，Ｊｂの範囲外に出ることは回避される。請求項３の発明では、アーク溶接の実施中のアーク電圧を記憶手段に予め記憶した当該スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に最適のアーク長に対応する最適アーク電圧と比較して、溶接銃に配設されたサーボ機構に対する動作指令を出力するアーク長制御手段を備えるという技術手段を採用した。本発明によれば、当該スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に最適のアーク長が自動的に得られ、より良好な溶接状態が的確に得られる。
【００１２】
請求項４の発明では、溶接の実施中に実測した溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを入力して、その溶接電流値Ｉａ，Ｉｂがスタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に対応して記憶した溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する許容範囲に含まれるかを判断する判断手段と、該判断手段により実測した溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが前記許容範囲外であると判断された場合に、溶接機の外部特性に関する再調整の必要性を指示する外部特性監視手段を備えるという技術手段を採用した。本発明によれば、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを実測して、その値が溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとしての許容範囲Ｊａ，Ｊｂに含まれるかに関するチェックを更に付加して、溶接機の外部特性に関する再調整の必要性を指示するように構成したので、良好な溶接状態を更に確実に維持することができる。さらに、請求項５の発明では、前記判断手段により実測した溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが、その溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する前記許容範囲外であると判断された場合に、溶接機側に設けた外部特性の調整機構に対して動作指令を出力する外部特性調整手段を備えるという技術手段を採用した。本発明によれば、前記判断手段による前記許容範囲の範囲外であるとの判断により、溶接機の外部特性に関する再調整が自動的に行われるので、溶接装置としての利便性が更に向上する。
【００１３】
請求項６の発明では、溶接の開始からの経過時間を計測し、その経過時間が記憶手段に予め記憶した当該スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に最適の溶接時間に至った場合に、溶接銃に配設した前記サーボ機構に対して下動指令を出力する溶接時間管理手段を備えるという技術手段を採用した。本発明によれば、溶接時間が当該スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に最適の溶接時間に自動的に管理されるので、良質の溶接結果が得られる。また、請求項７の発明では、前記溶接時間管理手段から前記サーボ機構に対して下動指令を出力する場合に、スタッドが母材上の溶融金属に接触する位置ないしその近傍までは速い速度で下動させ、その後の溶融金属内の所定位置までは遅い速度で下動させるように指令するという技術手段を採用した。本発明によれば、スタッドの押込みによる溶融金属の飛散を防止しながら、より速やかにスタッドを溶融金属中へ押込んで温度低下による溶接品質の低下を防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＳＡＰ溶接法ないしアークスタッド溶接法を採用するスタッドの溶接方法として広く適用することが可能である。短絡電流値Ｉｃあるいは溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの測定手段に関しては、溶接機や溶接銃ないしその近傍あるいは制御装置部分に備え付けた電流計を使用してもよいし、携帯型の電流計を使用してもよい。なお、当該溶接位置に溶接銃をセットした状態で電流値を測定するようにすれば、当該溶接位置での、溶接機と溶接銃との間の溶接電流供給回路が置かれた具体的な状況下における前述の電流値に対する影響を吸収した形で、短絡電流値Ｉｃあるいは溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが測定できることからきわめて有効である。また、溶接時におけるスタッドと母材間のアーク電圧値とスタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合のスタッドと母材間の短絡電圧値との差分に関しては、スタッドと母材間の電圧値を直に測定して比較算出するようにしてもよいし、溶接機の出力端子間の電圧値を測定して比較算出するようにしてもよい。
【００１５】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例に関して説明する。図１は本発明の第１実施例の要部を示したブロック構成図である。図中、２１は交流又は直流の溶接機であり、一般的にＳＡＰ溶接法の場合には交流溶接機、アークスタッド溶接法の場合には直流溶接機が用いられる。図示のように、溶接機２１は、溶接用ケーブル２２を介して溶接銃２３にセットされたスタッド２４に接続されるとともに、接地側ケーブル２５を介して母材２６に接続されており、これらによって溶接電流供給回路を構成している。また、溶接機２１は制御用ケーブル２７を介して制御回路２８に接続されており、この制御回路２８からの制御信号に基づいて溶接機２１の動作制御を実行するように構成されている。さらに、制御回路２８は、制御用ケーブル２９を介して溶接銃２３に設置された押込み機構３０を制御するように構成され、クランプ手段３１を下動させてスタッド２４を母材２６側の溶融金属中に押込むように構成されている。なお、図中３２は操作部で、溶接開始ボタンや緊急停止ボタン等が設置されている。
【００１６】
次に、本実施例の特徴部分に関して説明する。図示のように、前記制御回路２８には、ＣＰＵ３３が組込まれており、このＣＰＵ３３には、設定手段３４、記憶手段３５、表示手段３６等が接続されている。また、ＣＰＵ３３は、電圧検出手段３７及び電流検出手段３８に接続されており、スタッド２４と母材２６との間の短絡電圧値Ｖｃないしアーク電圧値Ｖａ，Ｖｂや、短絡電流値Ｉｃないし溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが入力されるように構成されている。なお、本実施例では、電圧検出手段３７で実測した短絡電圧値Ｖｃないしアーク電圧値Ｖａ，Ｖｂを表示手段３６を介して表示することも可能なことから、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに対応する短絡電流値Ｉｃを求める際に必要なアーク電圧値と短絡電圧値との差分を求める場合に便利であるが、必ずしも常備する必要はない。しかして、ＣＰＵ３３からの演算結果は、前記制御用ケーブル２７を介して溶接機２１に対する制御信号として出力されるとともに、制御用ケーブル２９を介して前記押込み機構３０に対する制御信号として出力される。なお、図中３９，４０はＡ／Ｄ変換器、４１はＤ／Ａ変換器である。
【００１７】
本実施例においては、予め記憶手段３５に対してスタッド２４の直径Ｄに対応した短絡電流値Ｉｃに関する許容範囲を求めて記憶しておく必要がある。この場合の短絡電流値Ｉｃに関する許容範囲としては、前述のように、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する前記許容範囲Ｊａ，Ｊｂから逆算して、その許容範囲Ｊａ，Ｊｂに含まれる溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに対応して求めた短絡電流値Ｉｃの範囲や、スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に応じて、ＳＡＰ溶接法の場合にはＩａ＝２６Ｄ〜３０Ｄ［Ａ］、アークスタッド溶接法の場合にはＩｂ＝７２Ｄ〜８４Ｄ［Ａ］を満たす溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに対応して求めた短絡電流値Ｉｃの範囲などを採用することが可能である。なお、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに対応する短絡電流値Ｉｃは、前述のようにアーク電圧値Ｖａから短絡電圧値Ｖｃを引いた差分Ｖａ−Ｖｃと溶接機２１の外部特性に係る特性曲線を用いて求めることができる。この場合、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに対応する短絡電流値Ｉｃは、溶接機２１の外部特性に係る特性曲線の変化によって影響を受ける場合が多いことから、特性曲線の変化に応じて複数の許容範囲を設定記憶することも有効である。また、記憶手段３５に対する短絡電流値Ｉｃに関する許容範囲の具体的な記憶形態に関しては、実測した短絡電流値Ｉｃと比較して、当該許容範囲の内外を判断できる形態であれば、どのような記憶形態でもよい。
【００１８】
しかして、本実施例に係る溶接装置を用いた溶接作業においては、先ずスタッド２４と母材２６を接触させて短絡通電チェックを実施し、電流検出手段３８により、そのときの短絡電流値Ｉｃを実測してＣＰＵ３３に入力する。このとき、ＣＰＵ３３は、前記判断手段として機能し、記憶手段３５から短絡電流値Ｉｃに関する許容範囲を呼出して実測された前記短絡電流値Ｉｃと比較し、その許容範囲に含まれるか否かを判断する。その結果、前記短絡電流値Ｉｃが前記許容範囲外であると判断された場合に、溶接機の外部特性を調整して再度短絡通電チェックを行うように表示手段３６を介して指示を出す。すなわち、この場合には、ＣＰＵ３３や表示手段３６が連係して再チェック指示手段として機能することになる。そして、この再チェックの指示が出た場合には、溶接機２１の外部特性を調整し直して再度短絡通電チェックを実行することになる。なお、この再チェックの指示が出る間は以上の溶接機２１の外部特性の再調整と短絡通電チェックを繰返すことになる。この溶接機２１の外部特性の再調整において、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの変動の傾向を考慮して設定した、図３ないし図４に示した設定目標電流値ラインＫａ，Ｋｂに従って調整すれば、再設定の頻度を減らすことができる。
【００１９】
次に、短絡通電チェックにより得られた短絡電流値Ｉｃが判断手段としてのＣＰＵ３３により前記許容範囲に含まれると判断された場合には、表示手段３６を介して溶接開始の適合状態にあることを指示する。すなわち、この場合には、ＣＰＵ３３や表示手段３６が連係して溶接開始指示手段として機能することになる。そして、以上の溶接開始の指示が出た場合には、前記操作部３２の溶接開始ボタンを押して溶接を開始することになる。これにより、溶接機２１から溶接用ケーブル２２及び接地側ケーブル２５を介してスタッド２４と母材２６との間に溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが供給される。この場合、以上の短絡通電チェックを経ていることから、所期の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが供給され、良好な溶接状態が的確に得られる。しかして、ＣＰＵ３３等で別途計時された溶接開始からの経過時間が記憶手段３５等にスタッド２４の直径Ｄに応じて記憶された当該溶接時間に至った場合には、制御用ケーブル２７を介して溶接機２１に出力停止信号を送信して出力を停止させると同時に、制御用ケーブル２９を介して押込み機構３０に押込み信号を送信してクランプ手段３１を下動させ、スタッド２４を母材２６側の溶融金属中に押込むことにより当該溶接作業を終了することになる。なお、図６はスタッド２４としての鉄筋をＳＡＰ溶接法により溶接を行う場合の鉄筋の直径Ｄと溶接電流値Ｉａ及び溶接時間Ｔａとの概略的な対応関係を示した概略対応関係表である。また、図７はスタッド２４としてのスタッドジベルをアークスタッド溶接法により溶接を行う場合のスタッドジベルの直径φと溶接電流値Ｉｂ及び溶接時間Ｔｂとの概略的な対応関係を示した概略対応関係表である。これらの概略対応関係表に示したように、スタッド２４の直径Ｄが同じであっても溶接電流値Ｉａと溶接時間Ｔａとの種々の組合せが可能である。なお、以上の対応関係表においては、中間の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂと溶接時間Ｔａ，Ｔｂとの対応関係に関しては省略して示したが、それらの中間の対応関係についてもきめ細かく記憶しておく。
【００２０】
なお、請求項４の発明のように、溶接の実施中に実測した溶接電流値Ｉａ，ＩｂをＣＰＵ３３に入力して、その溶接電流値Ｉａ，Ｉｂと記憶手段３５等に記憶したスタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に対応して記憶した溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する許容範囲とを比較して、前記溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが前記許容範囲外であると判断された場合には、表示手段３６を介して溶接機の外部特性に関する再調整の必要性を指示するように構成してもよい。この場合には、ＣＰＵ３３や表示手段３６が連係して外部特性監視手段として機能することになる。さらに、請求項５の発明のように、溶接の実施中に実測した溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが前記許容範囲外であると判断された場合には、ＣＰＵ３３から溶接機２１側に設置された外部特性の調整機構に対して動作指令を出力して自動的に再調整を実行するように構成することも可能である。この場合には、ＣＰＵ３３や溶接機２１側に設置した外部特性の調整機構が連係して外部特性調整手段として機能することになる。
【００２１】
図２は本発明の第２実施例の要部を示したブロック構成図である。本実施例の場合は、前記第１実施例における押込み機構３０に替えてサーボモータ等からなるサーボ機構４２を採用するとともに、スタッド２４の高さを検出するポテンショメータ等からなる位置検出手段４３を設けて、その検出結果をＣＰＵ３３に入力して前記サーボ機構４２を制御するように構成し、クランプ手段３１の昇降制御を通じてスタッド２４と母材２６との間隙、延いてはアーク長を制御し得るように構成した点で特徴を有する。なお、図中４４はサーボ機構４２の駆動回路で、制御用ケーブル４５を介してＣＰＵ３３により制御されるように構成されている。また、図中４６はＡ／Ｄ変換器、４７はＤ／Ａ変換器である。
【００２２】
しかして、本実施例の場合には、上述のように位置検出手段４３にて検出されたスタッド２４の高さをサーボ機構４２の駆動制御にフィードバックすることにより、クランプ手段３１の昇降動作を通じてスタッド２４の高さを正確に制御することが可能である。したがって、請求項３の発明のように、アーク溶接の実施中のアーク電圧Ｖａ，Ｖｂを前記電圧検出手段３７により実測してＣＰＵ３３に入力し、そのアーク電圧Ｖａ，Ｖｂと記憶手段３５等に予め記憶した当該スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に最適のアーク長に対応する最適アーク電圧と比較して、溶接銃２３に配設されたサーボ機構４２に対する動作指令を出力してスタッド２４の高さを制御することにより、アーク長を常に最適のアーク長に制御することが可能である。すなわち、この場合には、ＣＰＵ３３や電圧検出手段３７、サーボ機構４２等がアーク長制御手段として機能することになる。以上のように、本実施例の場合には、スタッド２４の高さが常に最適のアーク長を保持するように自動制御されることから、デッキ貫通溶接に適用すれば、デッキプレートが介在してもスタッド２４と母材２６との間隙は常に所期の間隔に保持されるので、きわめて有効である。
【００２３】
さらに、請求項７のように、前記サーボ機構４２に対して下動指令を出力する場合に、スタッド２４が母材２６上の溶融金属に接触する位置ないしその近傍までは速い速度で下動させ、その後の溶融金属内の所定位置までは遅い速度で下動させるように指令することも可能である。この場合には、スタッド２４の押込みによる溶融金属の飛散を防止しながら、より速やかにスタッドを溶融金属中へ押込んで温度低下による溶接品質の低下を防ぐことができる。
【００２４】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、短絡通電チェックを実施するだけで、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを所期の範囲に納めることができ、安定した溶接状態が簡便かつ的確に得られる。しかも、短絡通電チェックではスタッド等の損傷は殆ど問題にならないことから、スタッドを交換する手間やコストをかけずに所期の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを得ることができる。
（２）請求項２の発明によれば、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに溶接電流供給回路の抵抗値やインピーダンス値等による通常の変動が加わっても、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する許容範囲Ｊａ，Ｊｂの範囲外に出ることは回避される。
（３）請求項３の発明によれば、当該スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に最適のアーク長が自動的に得られ、より良好な溶接状態が的確に得られる。
（４）請求項４の発明によれば、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを実測してその値が溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとしての許容範囲Ｊａ，Ｊｂに含まれるかに関するチェックを更に付加して、溶接機の外部特性に関する再調整の必要性を指示するように構成したので、良好な溶接状態を更に確実に維持することができる。
（５）請求項５の発明によれば、実測された溶接電流値Ｉａ，Ｉｂがその溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとしての許容範囲Ｊａ，Ｊｂの範囲外であるとの判断により、溶接機の外部特性に関する再調整が自動的に行われるので、溶接装置としての利便性が更に向上する。
（６）請求項６の発明によれば、溶接時間が当該スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に最適の溶接時間に自動的に管理されるので、良質の溶接結果が得られる。
（７）請求項７の発明によれば、スタッドの押込みによる溶融金属の飛散を防止しながら、より速やかにスタッドを溶融金属中へ押込んで温度低下による溶接品質の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の要部を示したブロック構成図である。
【図２】本発明の第２実施例の要部を示したブロック構成図である。
【図３】ＳＡＰ溶接法の場合におけるスタッドの直径Ｄと溶接電流値Ｉａとの相関関係を示した関係図である。
【図４】アークスタッド溶接法の場合におけるスタッドの直径Ｄと溶接電流値Ｉｂとの相関関係を示した関係図である。
【図５】溶接機の外部特性を部分的に拡大した示した拡大説明図である。
【図６】ＳＡＰ溶接法の場合における鉄筋の直径Ｄと溶接電流値Ｉａ及び溶接時間Ｔａとの対応関係を示した概略対応関係表である。
【図７】アークスタッド溶接法の場合におけるスタッドジベルの直径φと溶接電流値Ｉｂ及び溶接時間Ｔｂとの対応関係を示した概略対応関係表である。
【図８】スタッドの溶接に使用される従来の溶接装置の全体を例示した構成概念図である。
【図９】ＳＡＰ溶接法に一般的に使用される溶接機の外部特性を例示した外部特性図である。
【図１０】アークスタッド溶接法に一般的に使用される溶接機の外部特性を例示した外部特性図である。
【符号の説明】
２１…溶接機、２２…溶接用ケーブル、２３…溶接銃、２４…スタッド、２５…接地側ケーブル、２６…母材、２７…制御用ケーブル、２８…制御回路、２９…制御用ケーブル、３０…押込み機構、３１…クランプ手段、３２…操作部、３３…ＣＰＵ、３４…設定手段、３５…記憶手段、３６…表示手段、３７…電圧検出手段、３８…電流検出手段、３９，４０…Ａ／Ｄ変換器、４１…Ｄ／Ａ変換器、４２…サーボ機構、４３…位置検出手段、４４…駆動回路、４５…制御用ケーブル、４６…Ａ／Ｄ変換器、４７…Ｄ／Ａ変換器、Ａ〜Ｆ…特性曲線、Ｇａ，Ｇｂ…下限許容溶接電流値ライン、Ｈａ，Ｈｂ…上限許容溶接電流値ライン、Ｉａ，Ｉｂ…溶接時に流れる溶接電流値、Ｊａ，Ｊｂ…許容範囲、Ｋａ，Ｋｂ…設定目標電流値ライン、Ｌａ，Ｌｂ…下方再設定要否区分ライン、Ｍａ，Ｍｂ…上方再設定要否区分ライン、Ｎａ，Ｎｂ…再設定不要領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a welding apparatus in the case where a stud is welded to a base material by a submerged arc press welding method (abbreviated as SAP welding method) or an arc stud welding method.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the entirety of a general welding apparatus conventionally used for welding a stud. In the figure, reference numeral 1 denotes an AC or DC welding machine. Generally, an AC welding machine is used for the SAP welding method, and a DC welding machine is used for the arc stud welding method. As shown in the drawing, welding cables 4 and 5 connected to a welding gun 3 via a control device 2 and a grounding cable 7 connected to a base material 6 are connected to the welding machine 1. A welding current supply circuit is configured. When a DC welding machine is used, the plus side is connected to the ground side cable 7 connected to the base material 6, and the minus side is connected to the welding cables 4 and 5 connected to the welding gun 3. The control device 2 is connected to the welding machine 1 via a control cable 8, to the welding gun 3 via a control cable 9, and to the operation unit 11 via a control cable 10. The operation unit 11 is provided with a welding start button, an emergency stop button, and the like, and the control device 2 is configured to control the operation of the welding gun 3 based on an operation command from the operation unit 11. Then, when the welding start button of the operation unit 11 is pressed, the supply of the welding current to the welding gun 3 is started through the welding current supply circuit, and between the stud 12 held by the welding gun 3 and the base material 6. Arc welding will be started. Meanwhile, the elapsed time is counted in the control device 2, and when the set time has elapsed, the stud 12 is pushed into the molten metal on the base material 6 side, the supply of welding current is stopped, and the welding process of the stud is completed. become. The control device 2 is provided with a welding time change dial so that the welding time can be adjusted.
[0003]
FIG. 9 is an external characteristic diagram illustrating external characteristics of a welding machine generally used in the SAP welding method. FIG. 10 is an external characteristic diagram illustrating the external characteristics of a welding machine generally used for arc stud welding. The external characteristics are illustrated with the output voltage on the vertical axis and the output current on the horizontal axis. In the figure, characteristic curves A to C or D to F illustrate the state of change related to the characteristic curve when the external characteristic is adjusted in each welding machine. When the set current value is adjusted on the welding machine side, it is performed by adjusting the above external characteristics. For example, when the welding current value is increased while maintaining the same arc voltage value, it is possible to shift the external characteristics of the welding machine from the characteristic curves A and D to the C and F sides. In general, the adjustment operation of the welding current value is performed by adjusting the setting current value in the setting unit of the output current value provided in the welding machine 1 in appearance. In practical terms, the adjustment relating to the output current value is performed through the adjustment of the external characteristics of the welding machine.
[0004]
By the way, in general, the external characteristics of the welding machine, in particular, the external characteristics illustrated in FIG. 9 have drooping characteristics that deviate considerably from the ideal constant current characteristics. Therefore, when the external resistance or impedance value changes, the output current The value, that is, the welding current value will fluctuate. Therefore, the welding current value supplied to the welding gun 3 shown in FIG. 8 includes the welding cables 4 and 5 connected to the welding gun 3 via the control device 2 and the ground side cable connected to the base material 6. 7 is affected by fluctuations in the resistance value and impedance value of the welding current supply circuit composed of 7. That is, the length of the welding cables 4, 5, the resistance of the welding cables 4, 5 itself due to the heat generation or the change in resistance value due to the influence of the outside air temperature, or the U-shaped or The welding current largely fluctuates due to the influence of inductance due to loop-like sag or the like, and the actual welding current values Ia and Ib are greatly different from the set current value on the welding machine 1 side.
[0005]
By the way, when a stud made of steel bars with a diameter of around 30 mm is SAP welded using an AC welder, it is not uncommon for fluctuations of several hundred amperes to occur, depending on the drooping characteristics of the welder. Has been confirmed experimentally. Similarly, even when arc stud welding is performed using a DC welding machine, it has been experimentally confirmed that fluctuations of about several tens of amperes are not uncommon. Variations relating to the actual welding current values Ia and Ib as described above also affect the welding result, and a necessary arc state cannot be obtained due to excess or deficiency of the welding current, causing deterioration in welding quality. For this reason, in order to avoid the deterioration of the welding quality, a technique of adjusting the output current value on the welding machine side while observing the welding state based on the experience of the operator is performed. However, with such an empirical method, it is extremely difficult to accurately adjust the welding current values Ia and Ib, and individual differences among workers are increased, and it is technically possible to stably maintain a high-quality welding state. It was difficult. Furthermore, the cost of studs and the like used for welding in a test to observe the welding state cannot be ignored.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been invented in view of the above-described conventional technical situation, and aims to automate the setting work of the welding current values Ia and Ib in the welding of the stud without depending only on the experience of the operator. The purpose is to improve the quality of the welded state so as to be obtained more stably and to reduce the cost for setting the welding current values Ia and Ib.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, many experiments were repeated and research was conducted. As a result, a good quality welding result was stable between the stud diameter D and the welding current values Ia and Ib that actually flow during welding. As a result, the correlation shown in FIG. 3 and FIG. 4 was found. That is, FIG. 3 shows the case of the SAP welding method based on the experimental results, and Ia = 20D (Ia is a numerical value representing the welding current value in the SAP welding method in amperes, and D is the diameter of the stud. Between the lower limit allowable welding current value line Ga indicated by mm and the upper limit allowable welding current value line Ha indicated by Ia = 32D, depending on the diameter D of the stud. The allowable range Ja of the welding current value Ia in the SAP welding method in which the welding result can be stably obtained is shown. Incidentally, when the welding current value Ia is out of the allowable range Ja, it is difficult to stably obtain a good welding result regardless of how much the welding time is adjusted. That is, when the welding current value Ia is lower than the lower limit allowable welding current value line Ga, an arc state necessary for the diameter D of the stud cannot be obtained, so that a high-quality welding result could not be stably obtained. . On the other hand, when the welding current value Ia is higher than the upper limit allowable welding current value line Ha, the arc state becomes excessive with respect to the diameter D of the stud, and similarly a good quality welding result can be stably obtained. I couldn't. FIG. 4 shows the case of the arc stud welding method based on the experimental results, and Ib = 54D (where Ib is a numerical value representing the welding current value in the arc stud welding method in amperes). Arc stud welding between the lower limit allowable welding current value line Gb shown by Ib and the upper limit allowable welding current value line Hb shown by Ib = 90D can stably obtain a good welding result according to the diameter D of the stud. The allowable range Jb of the welding current value Ib in the method is shown.
[0008]
Further, the difference between the arc voltage value between the stud and the base material at the time of welding and the short-circuit voltage value between the stud and the base material when energized in a state where the stud and the base material are in contact with each other is determined in advance. A current corresponding to a voltage value higher than the short-circuit current value Ic by a difference in the short-circuit current value Ic is measured on the external characteristic curve of the welding machine by actually measuring the short-circuit current value Ic when the base material is in contact with the base metal. It has also been experimentally confirmed that if the value is obtained, the current value can be estimated almost accurately as the welding current values Ia and Ib. That is, for example, in the welding work by SAP welding, as shown in the enlarged explanatory diagram of FIG. 5, the case where the external characteristic at that time is set like the characteristic curve B of FIG. Assuming that the actually measured short-circuit current value is Ic, first, a point Pc on the characteristic curve B corresponding to the output current value Ic is obtained, and further, the arc voltage value Va obtained by measuring the output voltage value in advance from that point Pc. If the point Pa on the characteristic curve B corresponding to the output voltage value higher by the difference Va−Vc obtained by subtracting the short-circuit voltage value Vc from is obtained and the output current value Ia at the point Pa is read, the current value Ia is short-circuited. It can be estimated that the welding current value corresponds to the case where the current value is Ic. Incidentally, in the case of the SAP welding method, the short-circuit voltage value is generally 5 V and the arc voltage value is about 40 V, and the difference between these voltage values is about 35 V higher for the arc voltage value. Similarly, in the case of arc stud welding, the short-circuit voltage value is generally 5 V and the arc voltage value is about 30 V, and the difference between these voltage values is about 25 V higher for the arc voltage value. The magnitude of the difference between the short-circuit voltage and the arc voltage varies depending on the case, but shows a substantially stable value. Therefore, for example, if the range of the short-circuit current value Ic corresponding to the welding current values Ia and Ib of the allowable ranges Ja and Jb is calculated by back-calculating from the allowable ranges Ja and Jb related to the welding current values Ia and Ib, the short-circuit current It is possible to obtain an allowable range as the value Ic.
[0009]
Further, according to the diameter D [mm] of the stud, Ia = 26D [A] shown as the lower resetting necessity division line La in FIG. 3 and Ia = 30D [ If the range of the short-circuit current value Ic corresponding to the reset unnecessary region Na between A] and A] is obtained, it is possible to obtain another allowable range for the short-circuit current value Ic in the case of the SAP welding method. The lower resetting necessity line La and the upper resetting necessity line La predict the normal fluctuation range related to the welding current value Ia due to fluctuations in the resistance value and impedance value of the welding current supply circuit, If the welding current value Ia is within the reset unnecessary region Na, the welding current value Ia is set so as to be within the allowable range Ja even if normal fluctuation occurs. Therefore, if another allowable range for the short-circuit current value Ic is employed, it is avoided that the welding current value Ia goes out of the allowable range Ja due to normal fluctuations. Similarly, according to the diameter D [mm] of the stud, Ib = 72D [A] shown as the lower resetting necessity line Lb in FIG. 4 and Ib = 84D shown as the upper resetting necessity line Mb in FIG. If the range of the short-circuit current value Ic corresponding to the reset unnecessary region Nb between [A] is obtained, another permissible range regarding the short-circuit current value Ic in the case of the arc stud welding method can be obtained. In addition, in the short-circuit energization check in which the energization is performed in a state where the stud and the base material are in contact, damage to the stud or the like hardly poses a problem. Therefore, even when any allowable range regarding the short-circuit current value Ic is adopted, the external characteristics of the welding machine 1 are adjusted so that the actually measured short-circuit current value Ic falls within those allowable ranges while repeating the short-circuit energization check as necessary. By doing so, the expected welding current values Ia and Ib can be obtained more accurately without damage to the studs or the like.
[0010]
In the first aspect of the invention, paying attention to the relationship between the short-circuit current value Ic and the welding current values Ia and Ib, the stud and the base material are brought into contact with the stud diameter D in advance as a stud welding device. The short-circuit current value Ic obtained by executing the short-circuit energization check in which the storage means obtained by storing the allowable range related to the short-circuit current value Ic when stored and the stud and the base material are in contact with each other is stored. And determining whether the short-circuit current value Ic is included in an allowable range of the short-circuit current value Ic corresponding to the diameter D of the stud stored in the storage unit; When it is determined that the current value Ic is out of the allowable range, it is obtained by recheck instruction means for instructing to adjust the external characteristics of the welding machine and performing the short circuit energization check again, and the short circuit energization check. When the determined short-circuit current value Ic is determined to be included in the permissible range by the determining means, a technical means is provided that includes a welding start instructing means for instructing the start of welding, that is, in a welding start compatible state. did. If the stud welding apparatus according to the present invention is used, the short-circuit current value Ic obtained by the short-circuit energization check is manually or automatically input to the determination means, thereby relating to the short-circuit current value Ic stored in advance in the storage means. If it is determined that the value is outside the allowable range compared to the allowable range, a short-circuit energization check is instructed again, and if it is determined to be included in the range, an instruction to start welding is issued. Thus, the welding current values Ia and Ib can be automatically set within the intended range simply by performing a short circuit energization check. Therefore, a more stable welding state can be obtained simply and accurately. In addition, as described above, damage to the stud or the like hardly poses a problem in the short-circuit energization check, so that the desired welding current values Ia and Ib can be obtained without labor and cost for replacing the stud.
[0011]
In the invention of claim 2, the allowable range related to the short-circuit current value Ic is set such that the welding current values Ia and Ib corresponding to the short-circuit current value Ic included in the allowable range correspond to the diameter D [mm] of the stud. In the case of the welding method, technical means of setting so as to satisfy Ia = 26D to 30D [A] and in the case of the arc stud welding method, Ib = 72D to 84D [A] was adopted. According to the present invention, even if normal fluctuations due to the resistance value or impedance value of the welding current supply circuit are added to the welding current values Ia and Ib, the welding current values Ia and Ib fall outside the allowable ranges Ja and Jb. This is avoided. In the invention of claim 3, the arc voltage during the arc welding is compared with the optimum arc voltage corresponding to the optimum arc length corresponding to the diameter D [mm] of the stud stored in the storage means in advance. The technical means of providing an arc length control means for outputting an operation command for the installed servo mechanism was adopted. According to the present invention, an optimum arc length is automatically obtained for the diameter D [mm] of the stud, and a better welded state can be obtained accurately.
[0012]
In the invention of claim 4, welding current values Ia and Ib actually measured during welding are input, and the welding current values Ia and Ib are stored corresponding to the stud diameter D [mm]. , Ib, and a readjustment relating to the external characteristics of the welding machine when it is determined that the welding current values Ia, Ib actually measured by the determination means are outside the allowable range. The technical means of providing an external characteristic monitoring means for indicating the necessity of the According to the present invention, the welding current values Ia and Ib are actually measured, and a check regarding whether or not the values are included in the allowable ranges Ja and Jb as the welding current values Ia and Ib is further added, so that the external characteristics of the welding machine are added. Therefore, it is possible to more reliably maintain a good welding state. Furthermore, in the invention of claim 5, when it is determined that the welding current values Ia and Ib actually measured by the determination means are outside the allowable range related to the welding current values Ia and Ib, the welding current values are provided on the welding machine side. The technical means of providing an external characteristic adjusting means for outputting an operation command to the external characteristic adjusting mechanism is adopted. According to the present invention, the readjustment relating to the external characteristics of the welding machine is automatically performed when the determination unit determines that the value is outside the allowable range, so that the convenience as a welding apparatus is further improved.
[0013]
In the invention of claim 6, the elapsed time from the start of welding is measured, and when the elapsed time reaches the optimum welding time for the diameter D [mm] of the stud stored in advance in the storage means, The technical means of providing a welding time management means for outputting a downward movement command to the arranged servo mechanism was adopted. According to the present invention, since the welding time is automatically managed to the optimum welding time for the diameter D [mm] of the stud, a high-quality welding result can be obtained. In the seventh aspect of the invention, when a downward movement command is output from the welding time management means to the servo mechanism, the position where the stud contacts the molten metal on the base material or the vicinity thereof is fast. The technical means of instructing to move down and then move down to a predetermined position in the molten metal at a low speed was adopted. According to the present invention, it is possible to prevent the deterioration of welding quality due to a temperature decrease by pressing the stud into the molten metal more quickly while preventing the molten metal from being scattered by the stud.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention can be widely applied as a stud welding method employing an SAP welding method or an arc stud welding method. As a means for measuring the short-circuit current value Ic or the welding current values Ia and Ib, an ammeter provided in a welding machine, a welding gun, its vicinity, or a control device part may be used, or a portable ammeter may be used. May be. If the current value is measured with the welding gun set at the welding position, a specific situation in which a welding current supply circuit is placed between the welding machine and the welding gun at the welding position. This is very effective because the short-circuit current value Ic or the welding current values Ia and Ib can be measured while absorbing the influence on the current value described below. In addition, regarding the difference between the arc voltage value between the stud and the base material during welding and the short-circuit voltage value between the stud and the base material when the stud and the base material are in contact with each other, the difference between the stud and the base material These voltage values may be directly measured and comparatively calculated, or the voltage values between the output terminals of the welding machine may be measured and comparatively calculated.
[0015]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the main part of the first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 21 denotes an AC or DC welding machine. Generally, an AC welding machine is used for the SAP welding method, and a DC welding machine is used for the arc stud welding method. As shown in the figure, the welding machine 21 is connected to a stud 24 set on a welding gun 23 via a welding cable 22 and is connected to a base material 26 via a ground side cable 25. A welding current supply circuit is configured. The welding machine 21 is connected to a control circuit 28 via a control cable 27, and is configured to execute operation control of the welding machine 21 based on a control signal from the control circuit 28. Further, the control circuit 28 is configured to control the push-in mechanism 30 installed in the welding gun 23 via the control cable 29, and moves the clamp means 31 downward to move the stud 24 to the molten metal on the base material 26 side. It is configured to push in. In the figure, reference numeral 32 denotes an operation unit on which a welding start button, an emergency stop button, and the like are installed.
[0016]
Next, the characteristic part of a present Example is demonstrated. As shown in the figure, a CPU 33 is incorporated in the control circuit 28, and a setting means 34, a storage means 35, a display means 36, and the like are connected to the CPU 33. The CPU 33 is connected to the voltage detection means 37 and the current detection means 38, and the short circuit voltage value Vc or arc voltage values Va and Vb between the stud 24 and the base material 26, the short circuit current value Ic or welding current. Values Ia and Ib are input. In this embodiment, since the short circuit voltage value Vc or arc voltage values Va and Vb actually measured by the voltage detection means 37 can be displayed via the display means 36, it corresponds to the welding current values Ia and Ib. This is convenient for obtaining the difference between the arc voltage value and the short-circuit voltage value necessary for obtaining the short-circuit current value Ic, but it is not always necessary. Thus, the calculation result from the CPU 33 is output as a control signal for the welding machine 21 via the control cable 27 and also as a control signal for the push-in mechanism 30 via the control cable 29. In the figure, 39 and 40 are A / D converters, and 41 is a D / A converter.
[0017]
In this embodiment, it is necessary to obtain and store an allowable range related to the short-circuit current value Ic corresponding to the diameter D of the stud 24 in advance in the storage means 35. In this case, as the allowable range for the short-circuit current value Ic, as described above, the welding current values Ia, Ib included in the allowable ranges Ja, Jb are calculated backward from the allowable ranges Ja, Jb regarding the welding current values Ia, Ib. Depending on the range of the short-circuit current value Ic obtained corresponding to Ib and the diameter D [mm] of the stud, Ia = 26D to 30D [A] in the case of the SAP welding method, and in the case of the arc stud welding method It is possible to employ a range of the short-circuit current value Ic obtained corresponding to the welding current values Ia and Ib that satisfy Ib = 72D to 84D [A]. Note that the short-circuit current value Ic corresponding to the welding current values Ia and Ib uses the difference Va−Vc obtained by subtracting the short-circuit voltage value Vc from the arc voltage value Va and the characteristic curve relating to the external characteristics of the welding machine 21 as described above. Can be obtained. In this case, since the short-circuit current value Ic corresponding to the welding current values Ia and Ib is often affected by the change in the characteristic curve related to the external characteristic of the welding machine 21, a plurality of permissible values can be obtained depending on the change in the characteristic curve. It is also effective to set and store the range. In addition, regarding the specific storage form of the allowable range for the short circuit current value Ic in the storage means 35, any storage can be used as long as it can determine the inside or outside of the allowable range as compared with the actually measured short circuit current value Ic. Form may be sufficient.
[0018]
Therefore, in the welding operation using the welding apparatus according to the present embodiment, the stud 24 and the base material 26 are first brought into contact with each other to perform a short circuit energization check, and the current detection means 38 calculates the short circuit current value Ic at that time. The actual measurement is input to the CPU 33. At this time, the CPU 33 functions as the determination unit, calls the allowable range related to the short-circuit current value Ic from the storage unit 35, compares it with the actually measured short-circuit current value Ic, and determines whether it is included in the allowable range. To do. As a result, when it is determined that the short-circuit current value Ic is out of the allowable range, an instruction is issued via the display means 36 to adjust the external characteristics of the welding machine and perform a short-circuit energization check again. That is, in this case, the CPU 33 and the display means 36 work together to function as a recheck instruction means. When this recheck instruction is issued, the external characteristics of the welding machine 21 are adjusted again, and the short circuit energization check is executed again. In addition, while this recheck instruction is issued, the readjustment of the external characteristics of the welding machine 21 and the short circuit energization check are repeated. In the readjustment of the external characteristics of the welding machine 21, if adjustment is made according to the set target current value lines Ka and Kb shown in FIGS. 3 to 4 set in consideration of the tendency of fluctuations in the welding current values Ia and Ib, The frequency of resetting can be reduced.
[0019]
Next, when the CPU 33 as the determination means determines that the short-circuit current value Ic obtained by the short-circuit energization check is included in the allowable range, the welding start conformity state is confirmed via the display means 36. Instruct. That is, in this case, the CPU 33 and the display means 36 work together to function as a welding start instruction means. And when the instruction | indication of the above welding start comes out, the welding start button of the said operation part 32 will be pushed, and welding will be started. As a result, the welding current values Ia and Ib are supplied between the stud 24 and the base material 26 from the welding machine 21 via the welding cable 22 and the ground cable 25. In this case, since the short-circuit energization check described above has been performed, the desired welding current values Ia and Ib are supplied, and a good welding state can be accurately obtained. Thus, when the elapsed time from the start of welding separately timed by the CPU 33 or the like reaches the welding time stored in the storage means 35 or the like according to the diameter D of the stud 24, the control cable 27 is used. An output stop signal is transmitted to the welding machine 21 to stop the output, and at the same time, a push signal is transmitted to the push mechanism 30 via the control cable 29 to move the clamp means 31 downward, and the stud 24 is moved to the base material 26 side. The welding operation is completed by pushing into the molten metal. FIG. 6 is a schematic correspondence table showing a rough correspondence between the diameter D of the reinforcing bar, the welding current value Ia, and the welding time Ta when the reinforcing bar as the stud 24 is welded by the SAP welding method. FIG. 7 is a schematic correspondence relationship table showing a rough correspondence relationship between the diameter φ, the welding current value Ib, and the welding time Tb of the stud gibel when the stud diver as the stud 24 is welded by the arc stud welding method. It is. As shown in these schematic correspondence tables, various combinations of the welding current value Ia and the welding time Ta are possible even if the diameter D of the stud 24 is the same. In the above correspondence table, the correspondence between the intermediate welding current values Ia and Ib and the welding times Ta and Tb is omitted, but the intermediate correspondence is memorized in detail. .
[0020]
As in the invention of claim 4, the welding current values Ia and Ib actually measured during welding are input to the CPU 33, and the welding current values Ia and Ib and the stud diameter D stored in the storage means 35 and the like are stored. When the welding current values Ia and Ib stored in correspondence with [mm] are compared with the permissible ranges, and it is determined that the welding current values Ia and Ib are outside the permissible range, the display means 36 is displayed. It may be configured to indicate the necessity of readjustment regarding the external characteristics of the welder. In this case, the CPU 33 and the display means 36 work together to function as external characteristic monitoring means. Further, as in the fifth aspect of the invention, when it is determined that the welding current values Ia and Ib actually measured during the welding are outside the allowable range, an external device installed on the welding machine 21 side from the CPU 33 is used. It is also possible to output the operation command to the characteristic adjustment mechanism and automatically perform readjustment. In this case, the external characteristic adjusting mechanism installed on the CPU 33 or the welding machine 21 side functions as an external characteristic adjusting means.
[0021]
FIG. 2 is a block diagram showing the main part of the second embodiment of the present invention. In the case of the present embodiment, a servo mechanism 42 comprising a servo motor or the like is employed instead of the pushing mechanism 30 in the first embodiment, and a position detecting means 43 comprising a potentiometer or the like for detecting the height of the stud 24 is provided. The detection result is input to the CPU 33 so as to control the servo mechanism 42, and the clearance between the stud 24 and the base material 26 and the arc length can be controlled through the elevation control of the clamping means 31. It has the feature in the point comprised in. In the figure, reference numeral 44 denotes a drive circuit for the servo mechanism 42, which is configured to be controlled by the CPU 33 via the control cable 45. In the figure, 46 is an A / D converter and 47 is a D / A converter.
[0022]
In the case of this embodiment, the stud 24 detected by the position detector 43 is fed back to the drive control of the servo mechanism 42 as described above, so that the stud is lifted and lowered by the clamp means 31. It is possible to accurately control the height of 24. Therefore, as in the third aspect of the invention, the arc voltages Va and Vb during the arc welding are actually measured by the voltage detecting means 37 and input to the CPU 33, and the arc voltages Va and Vb and the storage means 35 are stored in advance. Compared with the optimum arc voltage corresponding to the optimum arc length for the stored diameter D [mm] of the stud, an operation command is output to the servo mechanism 42 disposed in the welding gun 23 to thereby increase the height of the stud 24. By controlling, it is possible to always control the arc length to the optimum arc length. That is, in this case, the CPU 33, the voltage detection means 37, the servo mechanism 42, etc. function as arc length control means. As described above, in the case of the present embodiment, since the height of the stud 24 is automatically controlled so as to always maintain the optimum arc length, if applied to deck penetration welding, the deck plate is interposed. Since the gap between the stud 24 and the base material 26 is always maintained at a predetermined interval, it is very effective.
[0023]
Further, as in claim 7, when outputting a downward movement command to the servo mechanism 42, the stud 24 is moved downward at a high speed to the position where the stud 24 contacts the molten metal on the base material 26 or in the vicinity thereof. It is also possible to command to move down at a slow speed to a predetermined position in the molten metal thereafter. In this case, while preventing the molten metal from scattering due to the stud 24 being pushed in, the stud can be pushed into the molten metal more quickly to prevent the welding quality from being lowered due to the temperature drop.
[0024]
【The invention's effect】
(1) According to the first aspect of the present invention, the welding current values Ia and Ib can be kept within the intended range simply by performing a short circuit energization check, and a stable welding state can be obtained simply and accurately. Moreover, in the short-circuit energization check, damage to the stud or the like hardly poses a problem, so that the intended welding current values Ia and Ib can be obtained without labor and cost for replacing the stud.
(2) According to the invention of claim 2, even if normal fluctuations due to the resistance value, impedance value, etc. of the welding current supply circuit are added to the welding current values Ia, Ib, the allowable ranges Ja, Out of the range of Jb is avoided.
(3) According to the invention of claim 3, the optimum arc length is automatically obtained for the diameter D [mm] of the stud, and a better welded state can be obtained accurately.
(4) According to the invention of claim 4, the welding current values Ia and Ib are actually measured, and a check regarding whether the values are included in the allowable ranges Ja and Jb as the welding current values Ia and Ib is further added. Since it is configured to indicate the necessity of readjustment regarding the external characteristics of the welder, a good welding state can be more reliably maintained.
(5) According to the invention of claim 5, it is determined that the actually measured welding current values Ia and Ib are outside the allowable ranges Ja and Jb as the welding current values Ia and Ib. Since readjustment regarding characteristics is automatically performed, convenience as a welding apparatus is further improved.
(6) According to the invention of claim 6, since the welding time is automatically managed to the optimum welding time for the diameter D [mm] of the stud, a good quality welding result can be obtained.
(7) According to the invention of claim 7, it is possible to prevent the deterioration of the welding quality due to the temperature drop by quickly pushing the stud into the molten metal while preventing the molten metal from being scattered by the pushing of the stud.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a main part of a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a relationship diagram showing the correlation between the stud diameter D and the welding current value Ia in the case of the SAP welding method.
FIG. 4 is a relationship diagram showing a correlation between a stud diameter D and a welding current value Ib in the case of arc stud welding.
FIG. 5 is an enlarged explanatory view showing a partially enlarged external characteristic of the welding machine.
FIG. 6 is a schematic correspondence table showing the correspondence between the diameter D of the reinforcing bar, the welding current value Ia, and the welding time Ta in the case of the SAP welding method.
FIG. 7 is a schematic correspondence table showing the correspondence between the diameter of the stud gibber, the welding current value Ib, and the welding time Tb in the case of arc stud welding.
FIG. 8 is a structural conceptual diagram illustrating the entirety of a conventional welding apparatus used for stud welding.
FIG. 9 is an external characteristic diagram illustrating external characteristics of a welding machine that is generally used in the SAP welding method.
FIG. 10 is an external characteristic diagram illustrating the external characteristics of a welding machine generally used for arc stud welding.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Welding machine, 22 ... Welding cable, 23 ... Welding gun, 24 ... Stud, 25 ... Ground side cable, 26 ... Base material, 27 ... Control cable, 28 ... Control circuit, 29 ... Control cable, 30 ... Pushing mechanism 31 ... Clamping means 32 ... Operating unit 33 ... CPU 34 ... Setting means 35 ... Storage means 36 ... Display means 37 ... Voltage detecting means 38 ... Current detecting means 39, 40 ... A / D converter 41 ... D / A converter 42 ... servo mechanism 43 ... position detecting means 44 ... drive circuit 45 ... control cable 46 ... A / D converter 47 ... D / A converter A to F ... characteristic curve, Ga, Gb ... lower limit allowable welding current value line, Ha, Hb ... upper limit allowable welding current value line, Ia, Ib ... welding current value flowing during welding, Ja, Jb ... allowable range, Ka, Kb ... Set target current value line, L , Lb ... lower reconfigure necessity division line, Ma, Mb ... upper reconfigure necessity division lines, Na, Nb ... resetting unnecessary area

Claims

Storage means for obtaining and storing an allowable range related to the short-circuit current value Ic when energized in a state where the stud and the base material are in contact with each other in advance corresponding to the diameter D of the stud;
A short-circuit current value Ic obtained by executing a short-circuit energization check in which the stud and the base material are in contact with each other is inputted, and the short-circuit current value Ic is inputted to the diameter D of the stud stored in the storage means. A determination means for determining whether or not a corresponding short-circuit current value Ic falls within an allowable range;
A recheck instruction means for giving an instruction to adjust the external characteristics of the welding machine and perform a short-circuit energization check again when the determination means determines that the short-circuit current value Ic is outside the allowable range;
Welding start instructing means is provided for instructing that the welding start conformity state is satisfied when the determining means determines that the short circuit current value Ic obtained by the short circuit energization check is included in the allowable range. Stud welding equipment.

When the welding current values Ia and Ib corresponding to the short-circuit current value Ic included in the permissible range of the short-circuit current value Ic are the SAP welding method according to the stud diameter D [mm], Ia The stud welding apparatus according to claim 1, which is set to satisfy Ib = 72D to 84D [A] in the case of = 26D to 30D [A] and arc stud welding.

Compared with the optimum arc voltage corresponding to the optimum arc length for the diameter D [mm] of the stud, the arc voltage during arc welding being stored in advance in the storage means, the operation with respect to the servo mechanism disposed in the welding gun The stud welding device according to claim 1 or 2, further comprising an arc length control means for outputting a command.

The welding current values Ia and Ib actually measured during welding are input, and the welding current values Ia and Ib are included in the allowable range relating to the welding current values Ia and Ib stored corresponding to the stud diameter D [mm]. A judgment means for judging whether or not
External characteristic monitoring means is provided for instructing the necessity of readjustment regarding the external characteristics of the welding machine when it is determined that the welding current values Ia and Ib actually measured by the determination means are outside the allowable range. The stud welding device according to any one of claims 1 to 3.

The welding current values Ia and Ib actually measured during welding are input, and the welding current values Ia and Ib are included in the allowable range relating to the welding current values Ia and Ib stored corresponding to the stud diameter D [mm]. A judgment means for judging whether or not
External characteristic adjusting means for outputting an operation command to an external characteristic adjusting mechanism provided on the welding machine side when it is determined that the welding current values Ia and Ib actually measured by the determining means are outside the allowable range. The stud welding device according to any one of claims 1 to 3, wherein the stud welding device is provided.

The elapsed time from the start of welding is measured, and when the elapsed time reaches the optimum welding time for the diameter D [mm] of the stud previously stored in the storage means, the servo mechanism disposed in the welding gun is The stud welding apparatus according to claim 1, further comprising a welding time management unit that outputs a downward movement command.

When outputting a down command to the servo mechanism from the welding time management means, the stud is moved down at a high speed to the position where the stud contacts the molten metal on the base metal or in the vicinity thereof, and then the inside of the molten metal 7. The stud welding device according to claim 6, wherein a command is issued to move the head down to a predetermined position at a low speed.