JP3929292B2

JP3929292B2 - Stud welding method

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Publication number: JP3929292B2
Application number: JP2001353254A
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: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: JP2003154458A

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方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１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２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３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の変化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の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２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１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とから構成される前記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り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生じることも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。
【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の設定作業に関する標準化を図ることによって、良質の溶接状態がより安定的に得られるようにスタッドの溶接方法を改善す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４及び図５に示したような相関関係があることが明らかになった。すなわち、図４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、いくら溶接時間等を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５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との間が、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】
以上の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの許容範囲Ｊａ，Ｊｂに着目して、請求項１の発明では、ＳＡＰ溶接法によりスタッドを母材に溶植する場合に、予め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を測定して、該短絡電流値より前記電圧値の差分だけ高い電圧値に相当する溶接機の外部特性曲線上の電流値を溶接電流値と推測し、その溶接電流値が前記スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に応じて２０Ｄ〜３２Ｄ［Ａ］の許容範囲に納るように溶接機の外部特性を調整して溶接を実施するという技術手段を採用した。
【０００９】
請求項２の発明では、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に、予め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を測定して、該短絡電流値より前記電圧値の差分だけ高い電圧値に相当する溶接機の外部特性曲線上の電流値を溶接電流値と推測し、その溶接電流値が前記スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に応じて５４Ｄ〜９０Ｄ［Ａ］の許容範囲に納るように溶接機の外部特性を調整して溶接を実施するという技術手段を採用した。なお、以上の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の損傷は殆ど問題にならない。したがって、本発明によれば、スタッドの損傷なくして短絡通電チェックを必要に応じて繰返しながら溶接電流値を推測して前記許容範囲に納るように溶接機の外部特性を調整することができる。
【００１０】
請求項３の発明では、前記溶接電流値の許容範囲中に、溶接電流値を設定する際の設定目標電流値を定め、その設定目標電流値に基づいて溶接機の外部特性を調整するという技術手段を採用した。本発明によれば、前記設定目標電流値に基づいて溶接機の外部特性を調整することにより、溶接電流値に関する最適の調整状態が画一的に得られるようになり、調整作業の標準化が図れる。また、請求項４の発明では、前記溶接電流値の許容範囲を、更に溶接電流値に関する再設定の必要のない再設定不要領域と再設定が必要な再設定領域に区分するという技術手段を採用した。本発明によれば、溶接電流値に関する再設定の要否に関する画一的な判断が可能になり、その標準化が図れる。
【００１１】
請求項５の発明では、溶接銃にスタッドを移動して母材との間隙を調整し得るサーボ機構を設置し、アーク電圧値に基づいて前記サーボ機構を制御してスタッドと母材との間隙を調整するように構成することにより、常に所期のアーク長が保持されるように自動制御するという技術手段を採用した。また、請求項６の発明では、溶接銃にスタッドを移動して母材との間隙を調整し得るサーボ機構を設置し、アーク電圧値に基づいて前記サーボ機構を制御してスタッドと母材との間隙を調整するように構成するとともに、外周面が円筒状に形成され、内周面の少なくとも下部を下方へ向けて前記外周面の近傍まで拡径したテーパ状に形成したアークシールドを使用するという技術手段を採用した。本発明によれば、アークスタッド溶接法によるデッキプレート貫通溶接に適用した場合に、その溶接時のアーク熱によってアークシールドがより速やかにデッキプレートの下方へ移動して溶接部の周囲を囲み、溶融金属の飛散を防止するとともに、スタッドと母材との間隙に関してはサーボ機構により制御されるので、より安定したデッキプレート貫通溶接が可能になる。また、請求項７の発明では、スタッドの押込みに際して、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ことにより、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という技術手段を採用した。
【００１２】
【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。電流値の測定に関しては、溶接機や溶接銃あるいはその中間の制御装置部分等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、前述の溶接電流値の許容範囲に関しては、その都度算出することも可能であるが、前記設定目標電流値や再設定不要領域と再設定領域の区分と共に図や表にまとめておけば、作業性の向上に有効である。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は、スタッドと母材間の電圧値を直に測定して比較算出してもよいし、溶接機の出力端子間の電圧値を測定して比較算出してもよい。
【００１３】
次に、前記図４〜図７を用いて本発明に係るスタッドの溶接方法に関して具体的に説明する。図４はＳＡＰ溶接法の場合のスタッドの直径Ｄ［ｍｍ］と溶接電流値Ｉａ［Ａ］との相関関係を実験結果に基づいて示したものであり、前述のようにＩａ＝２０Ｄ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との間が、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溶接電流値Ｉａの許容範囲Ｊａである。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い。また逆に、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い。
【００１４】
溶接機１の外部特性を介して溶接電流値Ｉａが許容範囲Ｊａの範囲内に納るように設定できた場合には、次に溶接時間Ｔａを選定することにより、良質の溶接結果を得ることが可能である。図６はスタッドとして鉄筋を用いてＳＡＰ溶接法により溶接を行う場合の溶接電流値Ｉａと溶接時間Ｔａとの概略的な対応関係を鉄筋の直径Ｄごとに示した概略対応関係表である。すなわち、鉄筋の直径Ｄが２５ｍｍの場合には、許容範囲Ｊａの範囲内の５００〜８００アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉａに応じて２５〜１７秒から対応する溶接時間Ｔａを選定してＳＡＰ溶接を実施することにより、良質の溶接結果を安定して得ることができる。同様に、鉄筋の直径Ｄが２９ｍｍの場合には、５８０〜９２０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉａに応じて２５〜１７秒から対応する溶接時間Ｔａを選定してＳＡＰ溶接を実施する。鉄筋の直径Ｄが３２ｍｍの場合には、６４０〜１０２０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉａに応じて２５〜１８秒から対応する溶接時間Ｔａを選定してＳＡＰ溶接を実施する。なお、溶接時間Ｔａの設定は、例えば前記制御装置２に設置された溶接時間変更ダイヤルにより行う。
【００１５】
アークスタッド溶接法の場合は、図５及び図７を用いて、以上のＳＡＰ溶接法の場合と同様に、溶接機１の外部特性を介して溶接電流値Ｉｂが許容範囲Ｊｂ内に納るように設定し、当該溶接電流値Ｉｂに対応した溶接時間Ｔｂを図７の概略対応関係表から選定してアークスタッド溶接を実施することにより、良質の溶接結果を安定して得ることができる。すなわち、溶接電流値Ｉｂに関しては、Ｉｂ＝５４Ｄ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との間の許容範囲Ｊｂ内に納まるように前記溶接機１側を設定する。また、溶接時間Ｔｂに関しては、スタッドとしてのスタッドジベルの直径Ｄが１３ｍｍの場合には、７１０〜１１７０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉｂに応じて１．４〜０．９秒から対応する溶接時間Ｔｂを選定し、直径Ｄが１６ｍｍの場合には、８７０〜１４４０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉｂに応じて１．６〜１．０秒から対応する溶接時間Ｔｂを選定し、直径Ｄが１９ｍｍの場合には、１０３０〜１７１０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉｂに応じて１．７〜１．１秒から対応する溶接時間Ｔｂを選定し、直径Ｄが２２ｍｍの場合には、１１９０〜１９８０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉｂに応じて１．９〜１．２秒から対応する溶接時間Ｔｂを選定することにより、良質の溶接結果を安定して得ることができる。
【００１６】
次に、前記溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの再設定に関して説明する。前述のように、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の影響を受けて、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが変動して前記許容範囲Ｊａ，Ｊｂの範囲外に出てしまった場合には、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの再設定が必要となる。その再設定のために許容範囲Ｊａ，Ｊｂ中に溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを設定する際の設定目標電流値をスタッドの直径Ｄに応じて定めておくと、設定作業にきわめて有効である。図４及び図５中のＫａ，Ｋｂは、その設定目標電流値ラインを示したものである。この設定目標電流値ラインＫａ，Ｋｂは、設定後の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの変動の傾向を考慮して、再設定の頻度が最も少なくなるように、最適の設定値を選定して定める。因みに、図４のＳＡＰ溶接法の場合では、Ｉａ＝２８Ｄを設定目標電流値ラインＫａとした。また、図５のアークスタッド溶接法の場合では、Ｉｂ＝７８Ｄを設定目標電流値ラインＫｂとした。
【００１７】
しかして、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの再設定においては、実際の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが設定目標電流値ラインＫａ，Ｋｂで示された当該スタッドの直径Ｄに対応した設定目標電流値と一致するように溶接機１側の外部特性を調整することにより行われる。なお、溶接機１に備えられた出力電流値の設定部に表示された電流値と実際の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとが大きく異なることは普通に起ることである。したがって、溶接機１の電流設定部の表示自体に依存して再設定を実施することはできない。そこで、再設定作業に際しては、例えば、溶接機１側に表示されたそれまでの設定電流値から実測された溶接電流値Ｉａ又はＩｂを引いて差分を求め、その差分を設定目標電流値である２８Ｄ又は７８Ｄに加えるとともに、前記差分を前記設定電流値で除して求めた設定電流１アンペア当りの変動率を同差分に乗じた結果を上乗せして再設定電流値を求め、その再設定電流値に基づいて溶接機１側の設定電流値を再設定することにより、溶接機１の外部特性に関するほぼ的確な再設定が可能である。
【００１８】
また、図４及び図５に示したように、前記溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの許容範囲Ｊａ，Ｊｂを、更に再設定要否区分ラインＬａとＭａあるいはＬｂとＭｂを用いて、それらの両ラインＬａとＭａとの間あるいはＬｂとＭｂとの間の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する再設定の必要のない再設定不要領域Ｎａ，Ｎｂと、それ以外の再設定が必要な再設定領域Ｐａ，Ｐｂに区分することも、再設定作業にきわめて有効である。これらの再設定要否区分ラインＬａとＭａあるいはＬｂとＭｂは、前述の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，Ｉｂに関する通常の変動幅を予測して、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが再設定不要領域Ｎａ，Ｎｂ内にあれば、通常の変動が生じても許容範囲Ｊａ，Ｊｂ内に納るように設定したものである。すなわち、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが許容範囲Ｊａ，Ｊｂ内であっても、再設定領域Ｐａ，Ｐｂに該当する場合には再設定を実施して通常の変動が生じても許容範囲Ｊａ，Ｊｂ内に納るようにしたので、結果的には溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの測定の頻度を減らすことも可能である。因みに、図４のＳＡＰ溶接法の場合では、Ｉａ＝２６Ｄを下方再設定要否区分ラインＬａ、Ｉａ＝３０Ｄを上方再設定要否区分ラインＭａとした。図５のアークスタッド溶接法の場合では、Ｉｂ＝７２Ｄを下方再設定要否区分ラインＬｂ、Ｉｂ＝８４Ｄを上方再設定要否区分ラインＭｂとした。しかして、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する変動が再設定不要領域Ｎａ，Ｎｂ内に納っている場合には再設定は要せず、それを越えて再設定領域Ｐａ，Ｐｂに至る変動があった場合に再設定を実施すればよいことになる。
【００１９】
なお、前記溶接電流値Ｉａ，Ｉｂについては、前述のように溶接機１や制御装置２、溶接銃３あるいは溶接電流供給回路の途中に備えた電流計あるいは携帯型の電流計を用いて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によって得られる短絡電流値から推測することができる。この場合、予め溶接時におけるスタッド１２と母材６との間のアーク電圧値とスタッド１２と母材６とを接触させた状態において通電した場合のスタッド１２と母材６との間の短絡電圧値との差分を求めておく。因みに、この電圧値の差分は、ＳＡＰ溶接法では３５ボルト程度、アークスタッド溶接法では２５ボルト程度が一般的であるが、予め実測して求めることになる。しかして、スタッド１２と母材６とを接触させて短絡通電チェックを実施して短絡電流値を測定し、その短絡電流値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、例えば図２、図３に示した溶接機１の外部特性曲線上から読取ることにより、その電流値を溶接時における溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとして推測することができる。なお、この短絡通電チェックによれば、スタッド１２を損傷することなく、何回でも溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを推測することができることから、前述のように短絡通電チェックを必要に応じて何回でも繰返しながら溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを許容範囲Ｊａ，Ｊｂ内に納めるように溶接機１の外部特性を調整することができ、きわめて有効である。
【００２０】
さらに、前記溶接銃３にスタッド１２を移動して母材６との間隙を調整し得るようにサーボ機構を設置し、溶接時において、スタッド１２と母材６との間のアーク電圧値を測定しながら、その測定結果に基づいて前記サーボ機構を制御してスタッドと母材との間隙を調整するように構成すれば、常に所期のアーク長を形成することができる。
【００２１】
図８〜図１２は本発明をデッキプレート貫通溶接に適用した実施例を示したものであり、図８〜図１１はその溶接時の動作状態を示した動作状態説明図、図１２はアークシールドを示した縦断面図である。本実施例では、図１２に示したように、アークシールド１３として、その外周面１４が円筒状に形成され、内周面１５の少なくとも下部に下方へ向けて外周面１４の近傍まで拡径したテーパ部１６を形成したものを使用した。しかして、図８で示したように、溶接の開始当時においては、アークシールド１３の下端部がデッキプレート１７の上面に載置された状態にあり、スタッド１２と母材６との間のアーク１８はデッキプレート１７により遮られた状態にある。この状態は瞬時に図９の状態に移行し、アーク１８熱によりデッキプレート１７が貫通され、さらにそのアーク１８熱の拡がりによってデッキプレート１７の貫通孔が拡径されて、図１０に示したようにアークシールド１３が降下する。このアークシールド１３の降下により、母材６とデッキプレート１７との間隙が遮断され、溶融金属の周囲への飛散が防止される。しかる後、図１１に示したように、スタッド１２が下動され、その下端部が母材６上の溶融金属中に押込まれて溶接が終了することになる。なお、以上の溶接動作の間、スタッド１２と母材６との間隙に関しては、前述の溶接銃３に設置されるサーボ機構により、アーク電圧値をフィードバックして常に所期のアーク長が得られるように制御されるので、前記アークシールド１３が降下に関係なく、常に最適の間隙に保持される。
【００２２】
以上のように、本実施例では、アークシールド１３の降下により母材６とデッキプレート１７との間隙が遮断されて溶融金属の周囲への飛散を防止されることから、きわめて安定した溶接状態が得られる。なお、本実施例で使用したアークシールド１３は、その内周面１５の下部にテーパ部１６が形成されているので、該テーパ部１６に沿ってアーク１８の周辺部が拡がりやすく、しかもそのテーパ部１６はアークシールド１３の外周面１４の近傍まで延設されており、かつその外周面１４は円筒状に形成されていることから、アーク１８熱によりデッキプレート１７に形成される貫通孔が速やかにアークシールド１３の外周面１４まで拡径して、より速やかなアークシールド１３の降下が実現されることになる。このアークシールド１３の降下に関しては、アークシールド１３の自重による降下でもよいし、別途アークシールド１３の上方にスプリング等の押下手段を設けてもよい。
【００２３】
なお、前記スタッド１２の押込みに際して、前記サーボ機構をスタッド１２が母材６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制御することにより、スタッド１２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１２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】
以上のように、各発明により次の効果を得ることができる。
（１）請求項１及び請求項２の発明によれば、短絡通電チェックに基づいて溶接時に流れる溶接電流値を推測した上、スタッドの直径に応じて前述の許容範囲に納るように溶接機の外部特性を調整して溶接を実施するという技術手段を採用したので、作業者の経験的な感に依存することなく、良好な溶接品質の維持に必須の溶接電流値の管理を的確に行うことができる。しかも、スタッドの損傷なくして、短絡通電チェックを必要に応じて繰返しながら溶接電流値を推測して許容範囲に的確に納るように溶接機の外部特性を調整することができる。
（２）請求項３の発明によれば、溶接電流値の許容範囲中に定めた設定目標電流値に基づいて溶接機の外部特性を調整することにより、溶接電流値に関する最適な調整を画一的に行うことができ、調整作業の標準化が図れる。また、請求項４の発明によれば、前記溶接電流値の許容範囲を、更に溶接電流値に関する再設定の必要のない再設定不要領域と再設定が必要な再設定領域に区分したので、溶接電流値に関する再設定の要否に関する画一的な判断が可能になり、その標準化が図れる。
（３）請求項５の発明によれば、常に所期のアーク長に保持されるように自動制御されることからより安定した溶接品質が得られる。さらに、請求項６の発明によれば、アーク長の自動制御に加えて、外周面が円筒状に形成され、内周面の少なくとも下部を下方へ向けて前記外周面の近傍まで拡径したテーパ状に形成したアークシールドを使用するという技術手段を採用したので、アーク熱によりデッキプレートに形成される拡径された貫通孔を介してアークシールドが速やかに降下して溶接部の周囲を囲み、溶融金属の飛散を防ぐことから、より安定したデッキプレート貫通溶接が可能になる。
（４）請求項７の発明によれば、スタッドの押込みに際して、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という技術手段を採用したので、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可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】スタッドの溶接に使用され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２】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３】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。
【図４】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５】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６】ＳＡＰ溶接法の場合における溶接電流値Ｉａと溶接時間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。
【図７】アークスタッド溶接法の場合における溶接電流値Ｉｂと溶接時間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。
【図８】溶接時の動作状態説明図である。
【図９】溶接時の動作状態説明図である。
【図１０】溶接時の動作状態説明図である。
【図１１】溶接時の動作状態説明図である。
【図１２】アークシールドを示した縦断面図である。
【符号の説明】
１…溶接機、２…制御装置、３…溶接銃、４，５…溶接用ケーブル、６…母材、７…接地側ケーブル、８〜１０…制御用ケーブル、１１…操作部、１２…スタッド、１３…アークシールド、１４…外周面、１５…内周面、１６…テーパ部、１７…デッキプレート、１８…アーク、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、Ｐａ，Ｐｂ…再設定領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a welding method in the case where a stud is fused 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. 1 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. 2 is an external characteristic diagram illustrating the external characteristics of a welding machine generally used in the SAP welding method. FIG. 3 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 exemplify a change state of characteristics when external characteristics are 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 practice, the output current value is adjusted 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. 2 have a drooping characteristic considerably deviated from an ideal constant current characteristic. Therefore, when the value of the external resistance or impedance 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. 1 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-shape or the like formed in the middle of the welding cables 4, 5 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 values 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, it has been experimentally confirmed that even when arc stud welding is performed using a DC welding machine, a fluctuation of about several tens of amperes occurs. 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.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been invented in view of the above-described conventional technical situation, and it is possible to improve the quality by standardizing the setting operation of the welding current in the welding of the stud without depending only on the experience of the operator. The object of the present invention is to improve the stud welding method so that the welding state can be obtained more stably.
[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, it became clear that there is a correlation as shown in FIG. 4 and FIG. That is, FIG. 4 shows the case of the SAP welding method based on the experimental results, and Ia = 20D (where 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 quality welding result no matter 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. 5 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 in which a good welding result can be stably obtained according to the diameter D of the stud 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. The allowable range Jb of the welding current value Ib in the method is shown.
[0008]
Paying attention to the allowable ranges Ja and Jb of the above welding current values Ia and Ib, in the invention of claim 1, studs are fused to the base material by the SAP welding method. In this case, 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 obtained. Measure the short-circuit current value when energized in a state where the base material is in contact with the base material, and determine the current value on the external characteristic curve of the welding machine corresponding to a voltage value higher than the short-circuit current value by the difference in the voltage value. The welding current value is estimated and the welding current value is According to the diameter D [mm] of the stud, the welding machine can be within an allowable range of 20D to 32D [A]. External characteristics Adopted the technical means of adjusting and adjusting the welding.
[0009]
Claim 2 In the invention of When studs are welded to the base metal by arc stud welding, 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 the stud and the base material are in contact with each other is obtained in advance, and the stud and the base material are obtained. Measure the short-circuit current value when energized in contact with The The current value on the external characteristic curve of the welding machine corresponding to a voltage value higher than the short-circuit current value by the difference between the voltage values is estimated as the welding current value. And The welding current value is 54D to 90D [A] depending on the diameter D [mm] of the stud. The technical means of adjusting the external characteristics of the welding machine so as to be within the allowable range and performing the welding was adopted. In addition, More than In the short-circuit energization check that energizes the stud and the base material in contact with each other, damage to the stud is hardly a problem. Therefore, according to the present invention, it is possible to estimate the welding current value while repeating the short-circuit energization check as necessary without damaging the stud and adjust the external characteristics of the welding machine so as to fall within the allowable range.
[0010]
Claim 3 The invention adopts a technical means for determining a set target current value when setting the welding current value within the allowable range of the welding current value and adjusting an external characteristic of the welding machine based on the set target current value. did. According to the present invention, by adjusting the external characteristics of the welding machine based on the set target current value, the optimum adjustment state regarding the welding current value can be obtained uniformly, and the adjustment work can be standardized. . Claims 4 In the invention, the technical means of dividing the allowable range of the welding current value into a reset unnecessary area that does not require resetting and a resetting area that requires resetting is further adopted. According to the present invention, it is possible to make a uniform determination as to whether or not the welding current value needs to be reset, and to standardize it.
[0011]
Claim 5 In this invention, a servo mechanism that can adjust the gap with the base metal by moving the stud to the welding gun is installed, and the servo mechanism is controlled based on the arc voltage value to adjust the gap between the stud and the base material. By adopting such a configuration, the technical means of automatically controlling so as to always maintain the desired arc length was adopted. Claims 6 In this invention, a servo mechanism that can adjust the gap with the base metal by moving the stud to the welding gun is installed, and the servo mechanism is controlled based on the arc voltage value to adjust the gap between the stud and the base material. In addition, the technical means of using an arc shield formed in a tapered shape whose outer peripheral surface is formed in a cylindrical shape and whose diameter is expanded toward the vicinity of the outer peripheral surface with at least the lower part of the inner peripheral surface directed downward. did. According to the present invention, when applied to the deck plate penetration welding by the arc stud welding method, the arc shield moves more quickly below the deck plate by the arc heat during the welding, surrounding the welded portion, and melting. While preventing the metal from scattering, the gap between the stud and the base material is controlled by the servo mechanism, so that more stable deck plate penetration welding is possible. Claims 7 In the invention, when the stud is pushed in, the stud is moved down at a high speed to the position where the stud contacts the molten metal on the base material or the vicinity thereof, and then moved down to a predetermined position in the molten metal at a low speed. Thus, while preventing the molten metal from scattering due to the studs being pushed in, the technical means was adopted in which the studs were pushed into the molten metal more quickly to prevent deterioration of the welding quality due to the temperature drop.
[0012]
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. Regarding the measurement of the current value, an ammeter provided in a welding machine, a welding gun, a control device part in the middle thereof, or the like may be used, or a portable ammeter may be used. The allowable range of the welding current value can be calculated each time, but if it is summarized in a diagram or table together with the set target current value or the reset unnecessary area and the reset area, Effective for improving workability. In addition, 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 is the difference between the stud and the base material. The voltage value may be directly measured and compared, or the voltage value between the output terminals of the welding machine may be measured and compared.
[0013]
Next, the stud welding method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 shows the correlation between the stud diameter D [mm] and the welding current value Ia [A] in the case of the SAP welding method based on the experimental results, and is expressed by Ia = 20D as described above. Between the lower limit allowable welding current value line Ga and the upper limit allowable welding current value line Ha indicated by Ia = 32D, the allowable welding current value Ia that can stably obtain a good welding result according to the diameter D of the stud. It is the range Ja. 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 cannot be stably obtained. On the other hand, if 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 obtained stably. It is not possible.
[0014]
If the welding current value Ia can be set to be within the allowable range Ja via the external characteristics of the welding machine 1, then a good welding result can be obtained by selecting the welding time Ta. Is possible. FIG. 6 is a schematic correspondence table showing a rough correspondence between the welding current value Ia and the welding time Ta for each diameter D of the reinforcing bar when welding is performed by the SAP welding method using a reinforcing bar as a stud. That is, when the diameter D of the reinforcing bar is 25 mm, the corresponding welding time Ta is selected from 25 to 17 seconds according to the welding current value Ia out of 500 to 800 amperes within the allowable range Ja, and the SAP is selected. By performing welding, a good quality welding result can be obtained stably. Similarly, when the diameter D of a reinforcing bar is 29 mm, SAP welding is performed by selecting a corresponding welding time Ta from 25 to 17 seconds according to the welding current value Ia of 580 to 920 amperes. When the diameter D of the reinforcing bar is 32 mm, SAP welding is performed by selecting the corresponding welding time Ta from 25 to 18 seconds according to the welding current value Ia of 640 to 1020 amperes. The welding time Ta is set by, for example, a welding time change dial installed in the control device 2.
[0015]
In the case of the arc stud welding method, the welding current value Ib is set within the allowable range Jb through the external characteristics of the welding machine 1 as in the case of the SAP welding method described above with reference to FIGS. By setting the welding time Tb corresponding to the welding current value Ib from the schematic correspondence table of FIG. 7 and performing arc stud welding, it is possible to stably obtain a good welding result. That is, regarding the welding current value Ib, the welding current value Ib is within the allowable range Jb between the lower limit allowable welding current value line Gb indicated by Ib = 54D and the upper limit allowable welding current value line Hb indicated by Ib = 90D. Set the welding machine 1 side. Further, regarding the welding time Tb, when the diameter D of the stud gibber as a stud is 13 mm, the welding corresponding to the welding current value Ib of 710 to 1170 amperes from 1.4 to 0.9 seconds. When the time Tb is selected and the diameter D is 16 mm, the corresponding welding time Tb is selected from 1.6 to 1.0 seconds according to the welding current value Ib of 870 to 1440 amperes, and the diameter D is selected. Is 19 mm, the welding time Tb corresponding to 1.7 to 1.1 seconds is selected according to the welding current value Ib of 1030 to 1710 amperes, and 1190 when the diameter D is 22 mm. By selecting the corresponding welding time Tb from 1.9 to 1.2 seconds according to the welding current value Ib of ˜1980 amps, a good quality welding result can be obtained stably.
[0016]
Next, the resetting of the welding current values Ia and Ib will be described. As described above, 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 When the welding current values Ia and Ib fluctuate out of the allowable range Ja and Jb due to the influence of inductance due to the slack in the shape of a letter or loop, the welding current value It is necessary to reset Ia and Ib. For the resetting, setting the target current value for setting the welding current values Ia and Ib in the allowable ranges Ja and Jb according to the stud diameter D is extremely effective for the setting operation. Ka and Kb in FIGS. 4 and 5 indicate the set target current value lines. The set target current value lines Ka and Kb are determined by selecting an optimum set value so as to minimize the frequency of resetting in consideration of the tendency of fluctuation of the welding current values Ia and Ib after setting. Incidentally, in the case of the SAP welding method of FIG. 4, Ia = 28D was set as the set target current value line Ka. Further, in the case of the arc stud welding method of FIG. 5, Ib = 78D is set as the set target current value line Kb.
[0017]
Therefore, in the resetting of the welding current values Ia and Ib, the actual welding current values Ia and Ib coincide with the set target current value corresponding to the diameter D of the stud indicated by the set target current value lines Ka and Kb. This is done by adjusting the external characteristics on the welding machine 1 side. Note that it is normal that the current value displayed in the output current value setting unit provided in the welding machine 1 and the actual welding current values Ia and Ib differ greatly. Therefore, resetting cannot be performed depending on the display itself of the current setting unit of the welding machine 1. Therefore, at the time of resetting work, for example, a difference is obtained by subtracting the actually measured welding current value Ia or Ib from the set current value displayed on the welding machine 1 side so far, and the difference is the set target current value. In addition to 28D or 78D, the difference obtained by dividing the difference by the set current value is added to the result of multiplying the change rate per ampere of the set current by the same difference to obtain a reset current value, and the reset current By resetting the set current value on the side of the welding machine 1 based on the value, it is possible to perform almost accurate resetting regarding the external characteristics of the welding machine 1.
[0018]
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the allowable ranges Ja and Jb of the welding current values Ia and Ib are further set using the reset necessity / unnecessity classification lines La and Ma or Lb and Mb. Reset unnecessary areas Na and Nb that do not require resetting regarding welding current values Ia and Ib between La and Ma or between Lb and Mb, and resetting areas Pa and Pb that require other resetting It is also very effective for resetting work. These resetting necessity line La and Ma or Lb and Mb are used to predict the normal fluctuation range related to the welding current values Ia and Ib due to fluctuations in the resistance value and impedance value of the welding current supply circuit described above. If the values Ia and Ib are within the reset unnecessary areas Na and Nb, they are set so as to fall within the allowable ranges Ja and Jb even if normal fluctuation occurs. That is, even if the welding current values Ia and Ib are within the allowable ranges Ja and Jb, if they fall within the resetting areas Pa and Pb, the resetting is performed and normal fluctuations occur, but the allowable ranges Ja and Jb As a result, the frequency of measurement of the welding current values Ia and Ib can be reduced. Incidentally, in the case of the SAP welding method of FIG. 4, Ia = 26D is set as the lower resetting necessity line La and Ia = 30D is set as the upper resetting necessity line Ma. In the case of the arc stud welding method of FIG. 5, Ib = 72D is set as the lower resetting necessity line Lb, and Ib = 84D is set as the upper resetting necessity line Mb. Therefore, when the fluctuations related to the welding current values Ia and Ib are within the reset unnecessary areas Na and Nb, resetting is not necessary, and there are fluctuations exceeding the resetting areas Pa and Pb. In such a case, resetting may be performed.
[0019]
In addition, Said Welding current values Ia and Ib As mentioned above An ammeter or portable current provided in the middle of the welding machine 1, control device 2, welding gun 3, or welding current supply circuit Total Inferred from the short-circuit current value obtained by the short-circuit energization check in which the stud and the base metal are in contact with each other be able to. In this case, The difference between the arc voltage value between the stud 12 and the base material 6 during welding and the short-circuit voltage value between the stud 12 and the base material 6 when the stud 12 and the base material 6 are in contact with each other. Ask for. Incidentally, the difference between the voltage values is generally about 35 volts in the SAP welding method and about 25 volts in the arc stud welding method, but is obtained by actually measuring in advance. Thus, the stud 12 and the base material 6 are brought into contact with each other, a short-circuit energization check is performed to measure a short-circuit current value, and a current value corresponding to a voltage value higher than the short-circuit current value by the voltage value difference By reading from the external characteristic curve of the welding machine 1 shown in FIGS. 2 and 3, the current value can be estimated as welding current values Ia and Ib during welding. In addition, according to this short circuit energization check, the welding current values Ia and Ib can be estimated any number of times without damaging the stud 12, so that the short circuit energization check can be performed as many times as necessary as described above. The external characteristics of the welding machine 1 can be adjusted so that the welding current values Ia and Ib fall within the allowable ranges Ja and Jb while being repeated, which is extremely effective.
[0020]
Further, a servo mechanism is installed so that the stud 12 can be moved to the welding gun 3 to adjust the gap between the base material 6 and the arc voltage value between the stud 12 and the base material 6 is measured during welding. However, if the servo mechanism is controlled based on the measurement result to adjust the gap between the stud and the base material, the desired arc length can always be formed.
[0021]
8 to 12 show an embodiment in which the present invention is applied to deck plate penetration welding. FIGS. 8 to 11 are operation state explanatory views showing operation states during welding, and FIG. 12 is an arc shield. It is the longitudinal cross-sectional view which showed. In this embodiment, as shown in FIG. 12, the outer peripheral surface 14 of the arc shield 13 is formed in a cylindrical shape, and the diameter is expanded downward to at least the lower part of the inner peripheral surface 15 to the vicinity of the outer peripheral surface 14. What formed the taper part 16 was used. As shown in FIG. 8, at the start of welding, the lower end portion of the arc shield 13 is placed on the upper surface of the deck plate 17, and the arc between the stud 12 and the base material 6. 18 is blocked by the deck plate 17. This state immediately shifts to the state shown in FIG. 9, the deck plate 17 is penetrated by the heat of the arc 18, and the through hole of the deck plate 17 is expanded by the spread of the heat of the arc 18, as shown in FIG. The arc shield 13 descends. Due to the descending of the arc shield 13, the gap between the base material 6 and the deck plate 17 is blocked, and scattering of the molten metal to the surroundings is prevented. Thereafter, as shown in FIG. 11, the stud 12 is moved downward, and the lower end portion thereof is pushed into the molten metal on the base material 6 to complete the welding. During the welding operation described above, with respect to the gap between the stud 12 and the base material 6, the desired arc length is always obtained by feeding back the arc voltage value by the servo mechanism installed in the welding gun 3 described above. Therefore, the arc shield 13 is always held in the optimum gap regardless of the descent.
[0022]
As described above, in this embodiment, since the gap between the base material 6 and the deck plate 17 is blocked by the lowering of the arc shield 13 to prevent the molten metal from being scattered around, a very stable welding state can be obtained. can get. Note that the arc shield 13 used in this embodiment has a tapered portion 16 formed below the inner peripheral surface 15, so that the peripheral portion of the arc 18 easily expands along the tapered portion 16, and the tapered portion thereof. Since the portion 16 extends to the vicinity of the outer peripheral surface 14 of the arc shield 13 and the outer peripheral surface 14 is formed in a cylindrical shape, the through-hole formed in the deck plate 17 by the arc 18 heat is quickly formed. In addition, the diameter of the arc shield 13 is increased to the outer peripheral surface 14 so that the arc shield 13 can be lowered more quickly. With respect to the lowering of the arc shield 13, the lowering may be caused by the weight of the arc shield 13, or a pressing means such as a spring may be provided above the arc shield 13.
[0023]
When the stud 12 is pushed in, the servo mechanism is moved down at a high speed to a position where the stud 12 contacts the molten metal on the base material 6 or in the vicinity thereof, and then to a predetermined position in the molten metal. By controlling so as to move downward at a speed, the stud 12 can be pushed into the molten metal more quickly by preventing the molten metal from being scattered by the stud 12 being pushed in, thereby preventing a deterioration in welding quality due to a temperature drop. .
[0024]
【The invention's effect】
As described above, the following effects can be obtained by each invention.
(1) According to the inventions of claims 1 and 2, Based on short circuit energization check Welding current value that flows during welding After guessing Welding machine to fit within the aforementioned tolerance depending on the diameter of the stud External characteristics of Since the technical means of performing welding with adjustment of the welding temperature is adopted, it is possible to accurately manage the welding current value, which is essential for maintaining good welding quality, without depending on the operator's empirical feeling. . Moreover, Without damaging the stud, repeat the short-circuit energization check as necessary to estimate the welding current value and make it within the allowable range. Exactly The external characteristics of the welder can be adjusted to fit.
( 2 Claim 3 According to this invention, it is possible to uniformly perform the optimum adjustment regarding the welding current value by adjusting the external characteristic of the welding machine based on the set target current value determined in the allowable range of the welding current value. Standardization of adjustment work can be achieved. Claims 4 According to the invention, the allowable range of the welding current value is further divided into a reset unnecessary area that does not require resetting regarding the welding current value and a reset area that requires resetting. This makes it possible to make a uniform judgment on the necessity of standardization and to standardize it.
( 3 Claim 5 According to this invention, since it is automatically controlled so as to always maintain the desired arc length, more stable welding quality can be obtained. And claims 6 According to the invention, in addition to the automatic control of the arc length, the outer peripheral surface is formed into a cylindrical shape, and the arc is formed into a tapered shape whose diameter is expanded to the vicinity of the outer peripheral surface with at least the lower part of the inner peripheral surface facing downward. Since the technical means of using a shield has been adopted, the arc shield quickly descends through the enlarged through-hole formed in the deck plate by the arc heat and surrounds the welded area to prevent the molten metal from scattering. Therefore, more stable deck plate penetration welding is possible.
( 4 Claim 7 According to the invention, when the stud is pushed in, the stud is moved down at a high speed to a position where the stud contacts the molten metal on the base material or the vicinity thereof, and then moved down to a predetermined position in the molten metal at a low speed. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the welding quality due to the temperature drop by pressing the stud into the molten metal more quickly while preventing the molten metal from being scattered due to the pushing of the stud.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating the entirety of a general welding apparatus used for stud welding.
FIG. 2 is an external characteristic diagram illustrating external characteristics of a welding machine that is generally used in the SAP welding method.
FIG. 3 is an external characteristic diagram illustrating external characteristics of a welding machine generally used in arc stud welding.
FIG. 4 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. 5 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. 6 is a schematic correspondence table showing a rough correspondence between a welding current value Ia and a welding time Ta in the case of the SAP welding method.
FIG. 7 is a schematic correspondence table showing a schematic correspondence between welding current value Ib and welding time Tb in the case of arc stud welding.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an operation state during welding.
FIG. 9 is an explanatory diagram of an operation state during welding.
FIG. 10 is an explanatory diagram of an operation state during welding.
FIG. 11 is an explanatory diagram of an operation state during welding.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing an arc shield.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Welding machine, 2 ... Control apparatus, 3 ... Welding gun, 4, 5 ... Cable for welding, 6 ... Base material, 7 ... Ground side cable, 8-10 ... Control cable, 11 ... Operation part, 12 ... Stud , 13 ... Arc shield, 14 ... Outer peripheral surface, 15 ... Inner peripheral surface, 16 ... Tapered part, 17 ... Deck plate, 18 ... Arc, 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 ... Setting target current value line, La, Lb ... Lower resetting necessity line, Ma, Mb: Upper resetting necessity line, Na, Nb: Reset unnecessary area, Pa, Pb: Reset area

Claims

When studs are welded to the base metal by the SAP welding method, the arc voltage value between the stud and the base material at the time of welding and the current between the stud and the base material when the stud and the base material are in contact with each other The difference between the short-circuit voltage value is obtained, the short-circuit current value is measured when the stud and the base material are in contact with each other, and the voltage value is higher than the short-circuit current value by the difference in the voltage value. The current value on the external characteristic curve of the welding machine is estimated as the welding current value, and welding is performed so that the welding current value falls within the allowable range of 20D to 32D [A] according to the diameter D [mm] of the stud. A stud welding method characterized in that welding is performed by adjusting external characteristics of the machine .

When the stud is welded to the base metal by the arc stud welding method, the arc voltage value between the stud and the base material at the time of welding and the current between the stud and the base material when the stud and the base material are in contact with each other The difference between the short-circuit voltage value is determined, the short-circuit current value is measured when the stud and the base material are in contact with each other, and the voltage value is higher than the short-circuit current value by the difference in the voltage value. A current value on the external characteristic curve of the corresponding welding machine is estimated as a welding current value, and the welding current value falls within an allowable range of 54D to 90D [A] according to the diameter D [mm] of the stud. A stud welding method, wherein welding is performed by adjusting external characteristics of a welding machine .

A set target current value for setting a welding current value is determined within an allowable range of the welding current value, and external characteristics of the welding machine are adjusted based on the set target current value. Item 3. The stud welding method according to Item 1 or 2 .

The allowable range of the welding current value, according to claim 1 to 3 of any one of further characterized in that unnecessary reconfiguration unnecessary area and resetting reconfiguration is divided into reset area needed regarding welding current value The stud welding method according to Item.

Installed a servo mechanism that can adjust the gap with the base metal by moving the stud to the welding gun, and controlled the servo mechanism based on the arc voltage value to adjust the gap between the stud and the base material The stud welding method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the stud is welded.

A servo mechanism that can adjust the gap between the stud and the base metal by moving the stud to the welding gun is configured to control the servo mechanism based on the arc voltage value to adjust the gap between the stud and the base metal. And an arc shield formed in a tapered shape having an outer peripheral surface formed in a cylindrical shape and having a diameter expanded to the vicinity of the outer peripheral surface with at least a lower portion of the inner peripheral surface directed downward. The stud welding method described.

When the stud is pushed in, the stud is moved down at a high speed to a position where the stud contacts the molten metal on the base material or the vicinity thereof, and then moved down to a predetermined position in the molten metal at a low speed. The stud welding method according to 5 or 6 .