JP3941046B2 - フラッシュ溶接における部材送り方法および装置 - Google Patents
フラッシュ溶接における部材送り方法および装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの被溶接部材間に電圧を印加し、これら部材間の部分接触、通電ジュール加熱、溶融飛散を繰り返すフラッシュ工程（大断面積の場合、短絡と開放を繰り返す予熱方法が用いられる場合があるがこれも含まれる）と、充分端面を加熱した後、部村相互を急速に押しつけるアプセット工程とからなるフラッシュ溶接において、そのフラッシュ工程（予熱工程を含む）における部材送り（プラテン送り）方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラッシュ溶接におけるフラッシュ工程は、溶接部材端面で短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークを繰り返すプロセス（フラッシュ）であり、従来技術では短絡からアークまでを１サイクルとするフラッシュ発生回数は溶接機の性能で出しうる最大回数程度で、部材送り速度が初期設定（プリセット）あるいは電力等によるフィードバックされていた。この細かなフラッシュを数多く出す条件が入熱効率の高いアークの発生回数が最大であるため、効率的で短時間であり最適であると考えられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術において、溶接時間を短縮するには、２次電流の立ち上がり速度を上げてフラッシュ回数を増やすしか考えられなかった。このためには、２次電圧を上げるか、もしくは溶接回路のインピーダンスか、そのリアクタンス分を下げるかのどちらかの方法となる。前者の方法では、２次電圧を上げることによってアーク時間が長くなり、品質を悪化させる。よって、一般的にはタップ切替器を設けてフラッシュ工程前期の電圧を高くし、後期の電圧は低くする方法が採用されるが、高価な装置となる。
【０００４】
後者の方法は、溶接装置の機械的制約上とコスト面から元々最適値に設計されるため困難である。また、大断面部材の溶接に用いられる予熱方法（短絡と開放を繰り返しジュール熱によって加熱する方法）では、電圧を上げインピーダンスを下げて出力を上げることで短縮化しなければならないが、これも電源設備、容量が非常に大型化し、予熱時に発生するクレータが大きくなり、品質が悪化する。よって、従来技術においては安定した高品質かつ溶接時間の短縮化は実現が困難であった。
【０００５】
本発明の技術的課題は、安定した高品質かつ溶接時間の短縮化を実現できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
同じ溶接条件（溶接機、二次電圧、インピーダンス等）において部材送り速度あるいは平均送り速度と、単位時間当たりのフラッシュ回数及び品質（端面のクレータ深さ）の関係は図１のようになる。フラッシュ回数と部材送り速度との関係は、送り速度に対しフラッシュ回数はある速度でピークを持つ山形曲線の特性となる。フラッシュ回数が最大点Ａとなるときの送り速度より遅い送り速度では、フラッシュが連続的に発生せず、開放時間があるためフラッシュ回数が減少している。Ａ点では連続したフラッシュが発生した状態であり、装置の条件、特性（２次電圧、溶接回路インピーダンスＺ、リアクタンスＸ等）によりそのフラッシュ回数は定まる。Ａ点を超えると、短絡状態の時間が増加し、除々にフラッシュ回数が減少する。Ｂ点以上では完全短絡に近い状態となり、速度は逆に低下してくる。一方、溶接品質（クレータ深さ）の関係は、フラッシュ回数最大値のＡ点付近で最も悪い（ピークとなる）山形曲線の特性となっている。従来はこのＡ点付近あるいはそれ以下の送り速度にて溶接が行われており、品質を良くするためには電圧を溶接後期で低電圧に切り替えたり、送り速度を遅くしたりする方法が採られていた。しかし本発明者等の実験によれば、送り速度が最大フラッシュ回数を超える領域において高品質な溶接が可能な領域が存在することが分かった。
【０００７】
以上のことから、フラッシュ回数が最大付近で行っていた従来の部材送り方法に対し、請求項１のフラッシュ溶接における部材送り方法のように２つの突合せ部材をフラッシュ溶接するに際し、溶接時の短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークをフラッシュ発生の１サイクルとし、その単位時間当たりの平均サイクル回数をフラッシュ回数とし、そのフラッシュ回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で溶接することにより、短時間（送り速度が従来に比し速くかつ入熱が高い）かつ高品質の溶接を実現することができる。
【０００８】
また、請求項２のフラッシュ溶接における部材送り方法のように２つの突合せ部材をフラッシュ溶接するに際し、溶接時の短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークをフラッシュ発生の１サイクルとし、その単位時間当たりの平均サイクル回数をフラッシュ回数とし、そのフラッシュ回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で、所定のフラッシュ回数となるように部材送り速度をフイードバック制御することにより、短時間（送り速度が従来に比し速くかつ入熱が高い）かつ高品質の溶接の安定化、最適化を実現することができる。
【０００９】
また、請求項１の方法に用いられる装置は、請求項３のように２つの突合せ部材をフラッシュ溶接する装置において、溶接時の印加電圧を検出する電圧検出器により電圧変化から、あるいは電流を検出する電流検出器により電流変化から、短絡、抵抗加熱、溶融飛散、およびアークからなるフラッシュ発生の１サイクルを検出し、カウントするフラッシュ発生回数測定手段と、測定されたフラッシュ発生回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域となるように部材送り速度あるいはその平均速度を増減させる溶接制御装置とを備えたものである。
また、請求項２の方法に用いられる装置は、請求項４のように２つの突合せ部材をフラッシュ溶接する装置において、溶接時の印加電圧を検出する電圧検出器により電圧変化から、あるいは電流を検出する電流検出器により電流変化から、短絡、抵抗加熱、溶融飛散、およびアークからなるフラッシュ発生の１サイクルを検出し、カウントするフラッシュ発生回数測定手段と、測定されたフラッシュ発生回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で、所定のフラッシュ回数となるように部材送り速度あるいはその平均速度をフイードバック制御する溶接制御装置とを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るフラッシュ溶接における部材送り方法およびこの方法に用いられる装置を図２乃至図７に基づき説明する。図２は本実施形態に係るフラッシュ溶接装置の全体構成を示すブロック図、図３はそのフラッシュ発生回数測定部の構成を示すブロック図、図４は本発明を実現する部材送り方法を説明する図、図５はそのフラッシュ発生回数による部材送り制御部の構成を示すブロック図、図６はフラッシュ工程時の２次電圧波形と電流波形によりフラッシュ発生回数をカウントする方法を説明する図、図７はフラッシュ発生回数の測定とこれに基づく部材送り制御方法を説明するためのフローチャートである。
【００１１】
本発明のフラッシュ溶接における部材送り方法としては、単調な送りとするプリセット方式でも実施可能であるが、この場合は、大断面部材、高送り速度となるとフリージングを起こすため、小断面部材、低速度領域に限られる。よって、ここでは部材送り方法として、単調な送り速度ではなく、高速で押し引き可能なものとし、プリセットもしくはフィードバック制御により強制的に部材を押し引きし、短絡とフラッシュを繰り返す方式とする。
【００１２】
本実施形態のフラッシュ溶接における部材送り装置は、図２のようにクランプ装置１Ａ，１Ｂが設置され、クランプ装置１Ａ，１Ｂにより、２つの被溶接部材２ａ，２ｂをクランプして付き合わせ、これら部材２ａ，２ｂを近接・離反させることができるようになっている。すなわち、クランプ装置１Ａ，１Ｂは、一方（図２中の右側のクランプ装置１Ａ）が可動側（プラテン）、他方（図２中の左側のクランプ装置１Ｂ）が固定側として構成され、可動側のクランプ装置１Ａが固定側のクランプ装置１Ｂに対して溶接中、押し引きされ、フラッシュ溶接が行われるようになっている。
【００１３】
すなわち、クランプ装置１Ａ，１Ｂは、油圧シリンダ３を介して連結され、シリンダ３のボトム３ａが固定側のクランプ装置１Ｂに、またシリンダ３のピストンロッド３ｂが可動側のクランプ装置１Ａに、それぞれ固定されているとともに、シリンダ３のボトム３ａに、比例弁４が一体化して取り付けられ、油圧ユニット５に接続されている。なお、本システムによる部材送り（押し引き）の応答性としては、最低５Ｈｚ以上、１０〜２０Ｈｚの能力を有することが望ましい。
【００１４】
また、クランプ装置１Ａ，１Ｂには、それぞれクランパ６ａ，６ｂの先に部材２ａ，２ｂと接触可能な給電用のジョー７ａ，７ｂが設けられ、電源装置より給電されるようになっている。
【００１５】
電源としては、インバータを用いた矩形波交流電源、三相整流式直流電源、商用交流電源等、フラッシュ溶接に用いられる電源であれば何でもよいが、ここでは説明を簡略化するため、インバータ電源を用いた直流電源より給電する方式のものを例に挙げて説明する。この直流電源のほうが短絡時の電流が高く、かつ加熱効率が良いため適している。すなわち、電源装置は、図２のように３相交流電源８からの交流電圧を矩形波交流電圧に変換するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bi-polar Transistor）インバータ１１と、インバ−タ１１が出力する矩形波交流電圧を降圧して低電圧に変換する溶接トランス１２と、溶接トランス１２の２次側に配置されて溶接トランス１２で低電圧に変換された矩形波交流電圧を直流電圧に変換して部材２ａ，２ｂに印加するダイオード整流器１３と、フラッシュ工程時の溶接トランス１２の２次側の出力電圧（ここでは最も検出し易いジョー７ａ，７ｂ間の電圧）を検出する電圧検出器１４と、インバータ１１と溶接トランス１２間でフラッシュ工程時の電流を検出する電流検出器１５と、電圧検出器１４の検出結果と電流検出器１５の検出結果に基づいてフラッシュ発生回数を測定しシリンダ３による被溶接部材２ａ，２ｂの押し引き速度を制御するフラッシュ送り制御システム２０とから構成されている。
【００１６】
これを更に詳述すると、フラッシュ送り制御システム２０は、電圧検出器１４の検出結果と電流検出器１５の検出結果に基づいてフラッシュが発生したか否かを判定してカウントすることでフラッシュ発生回数を測定するフラッシュ発生回数測定手段１６と、フラッシュ発生回数測定手段１６の測定結果に基づいて比例弁４のドライバ１８に対して被溶接部材２ａ，２ｂの押し引き速度を指令する送り速度制御手段１７とから構成されている。
【００１７】
ところで、１秒間平均の最大フラッシュ回数値は、溶接機の特性（溶接回路インピーダンスＺ、リアクタンスＸ、２次電圧等）により変化するが、通常７００〜１２００回／秒程度である。この最大値を超える速度領域（図１のＡ〜Ｂ点の間）において高品質かつ短時間化が図れるが、フラッシュ回数としては最大値の１０〜６０％（最大値７００回とした場合７０〜４２０回／秒）が望ましい。領域に幅があるのは、溶接機の特性によって最もクレータが浅い（高品質）回数が異なるためである。高出力、押し引きの応答性等の高性能な溶接機であれば図１のＢ点が最適値である。ただし、溶接機性能や制御特性あるいは酸化性の強い材料等ではフラッシュ回数が多い方が良い場合があるため上記範囲において高いフラッシュ回数が選定される。
【００１８】
具体的な送り方法は種々考えられるが、例えば図４（ａ）の方式１に示すように押し速度Ｓf と引き速度Ｓb を設定し、押し引きの時間比率をＴf ＝Ｔb からＴf ＞Ｔb となるように変化させることにより、所定フラッシュ回数となる最適条件を設定する方法や、図４（ｂ）（ｃ）の方式２、方式３に示すように押し引き時間比率は一定（Ｔf ＝Ｔb ）のまま、強制振動としてその押し速度Ｓf と引き速度Ｓb の値、比率、オフセット速度を変更（ここではＳf ＞Ｓb となるように変更）させることにより、所定フラッシュ回数となる最適条件を設定する方法がある。また、これら（ａ）（ｂ）（ｃ）を組み合わせた方法でもよい。
【００１９】
さらに、この送りを制御する方法としては、１次２次溶接電力、電流、短絡時間、フラッシュ回数等により、最適状態となるよう前述の比率、オフセット速度等を変化させるフィードバック制御によるものが考えられる。
【００２０】
このフイードバックによる送り制御において最適な方法は、フラッシュ回数をモニタし、所定の回数となるように送り速度を制御する方法である。既述したように従来法では、フラッシュ回数最大となるＡ点の領域（図１の山形曲線の頂部分の領域）での送り速度付近が最適であると考えられてきたため、フラッシュ回数による制御は困難であったが、本発明においてはＡ点を超える領域であるため、部材送り速度とフラッシュ回数の関係は単調（１対１）の関数となり、フイードバック制御することが可能である。制御論理は単純には下式となる。すなわち、設定された最適フラッシュ回数Ｎ（１秒間当たり）と、測定された１秒当たりのフラッシュ回数ｎΔ t／△ｔとの差をとり、フラッシュ回数が設定値より小さい場合には速度を減じ、逆に大きい場合には速度を増加させることにより、フラッシュ回数を一定に保つように制御する。
【００２１】
【数１】
ここで、△t：制御のインターバル時間
Ｓt：部材送り速度指令値
Ｓt- Δ t：前回の速度指令値
α：最適化された制御定数
Ｎ：設定フラッシュ発生回数（／秒）
ｎΔ t：フラッシュ発生回数カウント値
ｆ（）：制御関数
なお、制御関数ｆ()については、ある一定値に保つ最も一般的な制御であり、よく知られたＰＩＤ制御、ファジー制御等の式が適用可能である。
【００２２】
さらに、図１の送り速度とフラッシュ回数の特性曲線は、ピーク値はほとんど変化しないが、被溶接部材の断面積、温度、溶接開始からの経過時間等により横軸の送り速度値は変化し、特性曲線はスライドする。例えば断面積が大きくなるほど図左方向（速度が遅くなる方向）へ変化し、経過時間と共に右方向（速度が速くなる方向）へ変化し、一定ではない。しかしながら、本実施形態のようにフラッシュ回数が一定となるように制御することで、溶接中、常に最適な送り速度となるように制御することができる。
【００２３】
フラッシュ発生回数測定方法としては、電圧変化あるいは電流変化により測定することができ、どちらの測定方法でもよいが、電圧変化のほうが細かなフラッシュまで正確に測定できる。よって、ここでは電圧変化による測定方法としている。フラッシュ発生回数測定手段１６の構成は図３のようになっており、予め設定された電圧しきい値Ｖｒｅｆに対する電圧検出器１４が検出した印加電圧（実測値）Ｖの立ち上がりｅ（図６）、立ち下がりｆ（図６）を判定する立ち上がり・立ち下がり判定手段２１と、予め低い値に設定された電流しきい値Ｉo と電流検出器１５が検出した電流値（実測値）Ｉとの比較から負荷、無負荷（開放）を判定する開放判定手段２２と、電圧の立ち上がり・立ち下がり判定手段２１と電流の開放判定手段２２の各判定結果に基づいてフラッシュが発生したか否かを判定するフラッシュ判定手段２３と、フラッシュ判定手段２３にてフラッシュ発生と判定される度にカウントするカウンタ２４と、インターバル時間設定手段２６にて設定される時間（例えば１００ｍｓ）とカウンタ２４の出力に基づいて、単位時間（例えば１秒）当たりのフラッシュ発生回数に換算するフラッシュ発生回数演算手段２５とからなり、フラッシュ判定手段２３は、電流値がしきい値Ｉo よりも小さい場合は、電圧のしきい値Ｖｒｅｆに対する立ち上がり、立ち下がりに関係無く、無負荷ｇ（図６）すなわち開放状態と判定し、カウントしないように構成されている。
すなわち、しきい値は最も正確に回数をカウントできる無負荷電圧（開放時）と短絡時電圧の中間に設定されるため、無負荷時のミスカウントを防ぐため電流をモニタし低い値に設定されたしきい値電流以下の場合はカウントしないようにする。
【００２４】
フラッシュ回数による送り制御システム２０の構成は図５のようになっている。すなわち電圧検出器１４にて検出される２次側出力電圧は大きいため、絶縁増幅器（ＩＳＡ）３１にて絶縁増幅され、出力調整器（アンプ）３２により出力調整された後、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤコンバータ）３３によりディジタル信号に変換され、フラッシュ発生回数測定機能を有する例えばマイクロコンピュータやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算器３４に入力されるようになっている。また、電流検出器１５にて検出される電流値も大きいため、絶縁増幅器（ＩＳＡ）３５にて絶縁増幅され、更に直流電圧との対応関係をみれるように全波整流３６され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３７にてノイズ成分が除去されてから出力調整器（アンプ）３８により出力調整された後、ＡＤコンバータ３３によりディジタル信号に変換され、演算器３４に入力されるようになっている。そして、演算器３４で、ＡＤコンバータ３３の出力としきい値とが比較され、その比較結果に基づいてフラッシュ発生回数がカウントされ、インターバル時間（１００ｍｓ）内のフラッシュ発生回数から単位時間（１秒）当たりのフラッシュ発生回数が求められ、この１秒当たりのフラッシュ発生回数と最適フラッシュ発生回数との差から部材送り速度の増減値、つまり最適送り速度が求められ、ディジタル・アナログ変換器（ＤＡコンバータ）４２を介して比例弁４のドライバ１８へ出力される。なお、この部材送り制御は、溶接開始からアプセット開始までのフラッシュ工程時の制御であり、アプセット工程の制御や異常処理、手動操作等の他、溶接装置全般の制御は上位の全体制御装置４１により行われる。
【００２５】
次に、本実施形態のフラッシュ溶接における部材送り方法について説明する。まず、２つの部材２ａ，２ｂが所定位置に到達すると、クランプ装置１Ａ，１Ｂのクランパ６ａ，６ｂが部材２ａ，２ｂを把持する。次いで、３相交流電源８よりインバータ１１を介して電力を出力し、溶接トランス１２、ダイオード整流器１３を介して部材２ａ，２ｂに電力を供給し、部材２ａ，２ｂに直流電圧を印加して、フラッシュ溶接を開始する。
【００２６】
フラッシュ溶接におけるフラッシュ発生回数の測定とこれに基づくフラッシュ工程時の部材送り制御は、図７のフローに従って行われる。まず、初期設定として、インターバル時間Δｔ（例えば１００ｍｓ）と、単位時間（例えば１秒）当たりの最適フラッシュ発生回数Ｎ（発生可能な最大値の１０〜６０％）と、電圧しきい値Ｖｒｅｆ及び電流しきい値Ｉo と、初期部材送り速度Ｓo と、押しすなわち前進速度の限界値Ｓ+limt と、引きすなわち後進速度の限界値Ｓ-limt と、が設定され（ステップ１）、次いで溶接電源が投入されてフラッシュ工程が開始されるとともに（ステップ２）、部材送り速度Ｓt が初期部材送り速度Ｓo に設定されて（ステップ３）、送り動作が開始される。なお、最適フラッシュ発生回数Ｎは、発生可能なフラッシュ発生回数の最大値が既述したように通常７００〜１２００回／秒程度であるため、その１０〜６０％（最大値７００回とした場合７０〜４２０回／秒）に設定されており、この最適フラッシュ発生回数Ｎ（最大値７００回とした場合７０〜４２０回／秒）となるように送り速度がフィードバック制御される。
【００２７】
通電後、アークが発生する。フラッシュ発生回数測定手段１６では常に出力電圧（実測値）Ｖと電流値（実測値）Ｉをみており、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより高いか否かをみて（ステップ４）、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより高いと判定されれば、次に電流値Ｉがしきい値Ｉｏより高いか否かをみて（ステップ５）、電流値Ｉがしきい値Ｉｏより低いと判定されれば、無負荷と判定し（ステップ６）、カウントせず、ステップ１０に飛ぶ。また、ステップ５にて電流値Ｉがしきい値Ｉｏより高いと判定された後、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより低いと判定されれば（ステップ７）、フラッシュ発生と判定し（ステップ８）、カウントする（ステップ９）。次いで、インターバル時間Δｔ（１００ｍｓ）が経過したか否かをみて（ステップ１０）、インターバル時間（１００ｍｓ）が経過していなければステップ４に戻り、インターバル時間（１００ｍｓ）が経過していれば、１秒当たりのフラッシュ発生回数ｎk に換算し（ステップ１１）、この１秒当たりのフラッシュ発生回数ｎk と初期設定されている最適フラッシュ発生回数Ｎとの差から部材送り速度の加減値すなわち瞬間値ΔＳ1 と平均値ΔＳ2 が求められる（ステップ１２，１３）。単純には設定フラッシュ回数より高い場合には速度を増加させ、逆に低い場合には減少させている。ここでは単純な比例制御と積分制御の場合を例に挙げており、比例制御において瞬時の送り速度を変化させ、積分制御では平均送り速度を変化させて、最適な送り速度となるよう制御する。
【００２８】
また、フラッシュ発生回数のカウントのみでは長期開放と長期短絡を判別できずに短絡とみなしたり、図１に示すＡ点の右か左か判断できないため、電流値Ｉがしきい値Ｉｏより高いか否かをみて（ステップ１４）、電流値Ｉがしきい値Ｉｏより低ければ開放側（Ａ点の左）と判断し、部材送り速度Ｓt を前進速度の限界値Ｓ+limt とし（ステップ１５）、比例弁４のドライバ１８へ出力する（ステップ１６）。次いで、フラッシュ工程が終了かをみて（ステップ１７）、終了でなければステップ４に戻り、終了であればフラッシュ工程を処理し、アプセット工程へ移行する。ちなみに、アプセット工程は、予め定められた押し付け距離（アプセット量）移動後、または予め定められた時間経過後、もしくは予め定められた押し付け力（アプセットカ）付与後、終了される。
【００２９】
また、ステップ１４にて電流値Ｉがしきい値Ｉｏより高いと判定されれば、ステップ１２，１３にて求めた部材送り速度の増減値を現在の部材送り速度に加算し（ステップ１８）する。次いで、増減値が加算された部材送り速度Ｓt は、前進速度であるのか、その場合には前進速度の限界値Ｓ+limt を超えているか否かが判断され（ステップ１９）、前進速度であると判断されかつその限界値Ｓ+limt を超えていればステップ１５に移行し、部材送り速度Ｓt を前進速度の限界値Ｓ+limt となるように修正する。また、ステップ１９にて部材送り速度Ｓt は前進速度でないと判定されれば、次に部材送り速度Ｓt は後進速度であるのか、その場合には後進速度の限界値Ｓ-limt を超えているか否かが判断され（ステップ２０）、後進速度であると判断されかつその限界値Ｓ-limt を超えていなければステップ１６に移行し、後進速度の限界値Ｓ-limt を超えていれば、部材送り速度Ｓt を後進速度の限界値Ｓ-limt となるように修正してから（ステップ２１）、ステップ１６に移行する。すなわち、ステップ１９，１５、ステップ２０，２１では、過剰な前進後退速度とならないように制限する処理を行う。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、２つの突合せ部材をフラッシュ溶接するに際し、溶接時の短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークをフラッシュ発生の１サイクルとし、その単位時間当たりの平均サイクル回数をフラッシュ回数とし、そのフラッシュ回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で溶接するようにしたので、従来技術に対して、条件変更あるいは若干の溶接制御改良により、従来に比して短時間かつ高品質な溶接が可能となった。
また、従来大断面部材溶接機に用いられてきた電圧タップ切替器を廃止することが可能となるとともに、溶接電源部、特に溶接回路インピーダンスＺやリアクタンスＸの設計裕度も増し、溶接機の装置コストを下げることが可能となった。
さらに、本発明は、被溶接部材の材質、温度、断面積に関わらず効果があり、特に大断面積部材ほど効果が顕著となる。例えば大断面部材に用いられている予熱工程（強制的な短絡と開放によるジュール加熱工程）が不要となった。
【００３１】
また、２つの突合せ部材をフラッシュ溶接するに際し、溶接時の短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークをフラッシュ発生の１サイクルとし、その単位時間当たりの平均サイクル回数をフラッシュ回数とし、そのフラッシュ回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で、所定のフラッシュ回数となるように部材送り速度をフイードバック制御するようにしたので、供給電源、温度、端面形状等の外部条件変動に適応して最適な溶接状態に保持することができて、最短かつ安定した最高品質の溶接が可能となった。
さらに、そのフラッシュ回数の最適値は２次電圧、溶接回路インピーダンス、アプセットシリンダ応答特性等の溶接機性能に対し、変化はするが、鋼種、部材断面積等によっては殆ど変化せず、煩雑な溶接条件出しも不要となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】部材送り速度とフラッシュ発生回数と品質（端面のクレータ深さ）の関係示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態に係るフラッシュ溶接における部材送り装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係るフラッシュ発生回数測定部の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態に係る部材送り方法を説明する図である。
【図５】本実施形態に係るフラッシュ発生回数による部材送り制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】本実施形態に係るフラッシュ溶接装置のフラッシュ工程時の２次電圧波形と電流波形によりフラッシュ発生回数をカウントする方法を説明する図である。
【図７】本実施形態に係るフラッシュ発生回数の測定とこれに基づく部材送り制御方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
２ａ，２ｂ 部材
１４ 電圧検出器
１５ 電流検出器
１６ フラッシュ発生回数測定手段
１７ 送り速度制御手段
２０ フラッシュ送り制御システム
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの被溶接部材間に電圧を印加し、これら部材間の部分接触、通電ジュール加熱、溶融飛散を繰り返すフラッシュ工程（大断面積の場合、短絡と開放を繰り返す予熱方法が用いられる場合があるがこれも含まれる）と、充分端面を加熱した後、部村相互を急速に押しつけるアプセット工程とからなるフラッシュ溶接において、そのフラッシュ工程（予熱工程を含む）における部材送り（プラテン送り）方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラッシュ溶接におけるフラッシュ工程は、溶接部材端面で短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークを繰り返すプロセス（フラッシュ）であり、従来技術では短絡からアークまでを１サイクルとするフラッシュ発生回数は溶接機の性能で出しうる最大回数程度で、部材送り速度が初期設定（プリセット）あるいは電力等によるフィードバックされていた。この細かなフラッシュを数多く出す条件が入熱効率の高いアークの発生回数が最大であるため、効率的で短時間であり最適であると考えられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術において、溶接時間を短縮するには、２次電流の立ち上がり速度を上げてフラッシュ回数を増やすしか考えられなかった。このためには、２次電圧を上げるか、もしくは溶接回路のインピーダンスか、そのリアクタンス分を下げるかのどちらかの方法となる。前者の方法では、２次電圧を上げることによってアーク時間が長くなり、品質を悪化させる。よって、一般的にはタップ切替器を設けてフラッシュ工程前期の電圧を高くし、後期の電圧は低くする方法が採用されるが、高価な装置となる。
【０００４】
後者の方法は、溶接装置の機械的制約上とコスト面から元々最適値に設計されるため困難である。また、大断面部材の溶接に用いられる予熱方法（短絡と開放を繰り返しジュール熱によって加熱する方法）では、電圧を上げインピーダンスを下げて出力を上げることで短縮化しなければならないが、これも電源設備、容量が非常に大型化し、予熱時に発生するクレータが大きくなり、品質が悪化する。よって、従来技術においては安定した高品質かつ溶接時間の短縮化は実現が困難であった。
【０００５】
本発明の技術的課題は、安定した高品質かつ溶接時間の短縮化を実現できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
同じ溶接条件（溶接機、二次電圧、インピーダンス等）において部材送り速度あるいは平均送り速度と、単位時間当たりのフラッシュ回数及び品質（端面のクレータ深さ）の関係は図１のようになる。フラッシュ回数と部材送り速度との関係は、送り速度に対しフラッシュ回数はある速度でピークを持つ山形曲線の特性となる。フラッシュ回数が最大点Ａとなるときの送り速度より遅い送り速度では、フラッシュが連続的に発生せず、開放時間があるためフラッシュ回数が減少している。Ａ点では連続したフラッシュが発生した状態であり、装置の条件、特性（２次電圧、溶接回路インピーダンスＺ、リアクタンスＸ等）によりそのフラッシュ回数は定まる。Ａ点を超えると、短絡状態の時間が増加し、除々にフラッシュ回数が減少する。Ｂ点以上では完全短絡に近い状態となり、速度は逆に低下してくる。一方、溶接品質（クレータ深さ）の関係は、フラッシュ回数最大値のＡ点付近で最も悪い（ピークとなる）山形曲線の特性となっている。従来はこのＡ点付近あるいはそれ以下の送り速度にて溶接が行われており、品質を良くするためには電圧を溶接後期で低電圧に切り替えたり、送り速度を遅くしたりする方法が採られていた。しかし本発明者等の実験によれば、送り速度が最大フラッシュ回数を超える領域において高品質な溶接が可能な領域が存在することが分かった。
【０００７】
以上のことから、フラッシュ回数が最大付近で行っていた従来の部材送り方法に対し、請求項１のフラッシュ溶接における部材送り方法のように２つの突合せ部材をフラッシュ溶接するに際し、溶接時の短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークをフラッシュ発生の１サイクルとし、その単位時間当たりの平均サイクル回数をフラッシュ回数とし、そのフラッシュ回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で溶接することにより、短時間（送り速度が従来に比し速くかつ入熱が高い）かつ高品質の溶接を実現することができる。
【０００８】
また、請求項２のフラッシュ溶接における部材送り方法のように２つの突合せ部材をフラッシュ溶接するに際し、溶接時の短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークをフラッシュ発生の１サイクルとし、その単位時間当たりの平均サイクル回数をフラッシュ回数とし、そのフラッシュ回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で、所定のフラッシュ回数となるように部材送り速度をフイードバック制御することにより、短時間（送り速度が従来に比し速くかつ入熱が高い）かつ高品質の溶接の安定化、最適化を実現することができる。
【０００９】
また、請求項１の方法に用いられる装置は、請求項３のように２つの突合せ部材をフラッシュ溶接する装置において、溶接時の印加電圧を検出する電圧検出器により電圧変化から、あるいは電流を検出する電流検出器により電流変化から、短絡、抵抗加熱、溶融飛散、およびアークからなるフラッシュ発生の１サイクルを検出し、カウントするフラッシュ発生回数測定手段と、測定されたフラッシュ発生回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域となるように部材送り速度あるいはその平均速度を増減させる溶接制御装置とを備えたものである。
また、請求項２の方法に用いられる装置は、請求項４のように２つの突合せ部材をフラッシュ溶接する装置において、溶接時の印加電圧を検出する電圧検出器により電圧変化から、あるいは電流を検出する電流検出器により電流変化から、短絡、抵抗加熱、溶融飛散、およびアークからなるフラッシュ発生の１サイクルを検出し、カウントするフラッシュ発生回数測定手段と、測定されたフラッシュ発生回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で、所定のフラッシュ回数となるように部材送り速度あるいはその平均速度をフイードバック制御する溶接制御装置とを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るフラッシュ溶接における部材送り方法およびこの方法に用いられる装置を図２乃至図７に基づき説明する。図２は本実施形態に係るフラッシュ溶接装置の全体構成を示すブロック図、図３はそのフラッシュ発生回数測定部の構成を示すブロック図、図４は本発明を実現する部材送り方法を説明する図、図５はそのフラッシュ発生回数による部材送り制御部の構成を示すブロック図、図６はフラッシュ工程時の２次電圧波形と電流波形によりフラッシュ発生回数をカウントする方法を説明する図、図７はフラッシュ発生回数の測定とこれに基づく部材送り制御方法を説明するためのフローチャートである。
【００１１】
本発明のフラッシュ溶接における部材送り方法としては、単調な送りとするプリセット方式でも実施可能であるが、この場合は、大断面部材、高送り速度となるとフリージングを起こすため、小断面部材、低速度領域に限られる。よって、ここでは部材送り方法として、単調な送り速度ではなく、高速で押し引き可能なものとし、プリセットもしくはフィードバック制御により強制的に部材を押し引きし、短絡とフラッシュを繰り返す方式とする。
【００１２】
本実施形態のフラッシュ溶接における部材送り装置は、図２のようにクランプ装置１Ａ，１Ｂが設置され、クランプ装置１Ａ，１Ｂにより、２つの被溶接部材２ａ，２ｂをクランプして付き合わせ、これら部材２ａ，２ｂを近接・離反させることができるようになっている。すなわち、クランプ装置１Ａ，１Ｂは、一方（図２中の右側のクランプ装置１Ａ）が可動側（プラテン）、他方（図２中の左側のクランプ装置１Ｂ）が固定側として構成され、可動側のクランプ装置１Ａが固定側のクランプ装置１Ｂに対して溶接中、押し引きされ、フラッシュ溶接が行われるようになっている。
【００１３】
すなわち、クランプ装置１Ａ，１Ｂは、油圧シリンダ３を介して連結され、シリンダ３のボトム３ａが固定側のクランプ装置１Ｂに、またシリンダ３のピストンロッド３ｂが可動側のクランプ装置１Ａに、それぞれ固定されているとともに、シリンダ３のボトム３ａに、比例弁４が一体化して取り付けられ、油圧ユニット５に接続されている。なお、本システムによる部材送り（押し引き）の応答性としては、最低５Ｈｚ以上、１０〜２０Ｈｚの能力を有することが望ましい。
【００１４】
また、クランプ装置１Ａ，１Ｂには、それぞれクランパ６ａ，６ｂの先に部材２ａ，２ｂと接触可能な給電用のジョー７ａ，７ｂが設けられ、電源装置より給電されるようになっている。
【００１５】
電源としては、インバータを用いた矩形波交流電源、三相整流式直流電源、商用交流電源等、フラッシュ溶接に用いられる電源であれば何でもよいが、ここでは説明を簡略化するため、インバータ電源を用いた直流電源より給電する方式のものを例に挙げて説明する。この直流電源のほうが短絡時の電流が高く、かつ加熱効率が良いため適している。すなわち、電源装置は、図２のように３相交流電源８からの交流電圧を矩形波交流電圧に変換するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bi-polar Transistor）インバータ１１と、インバ−タ１１が出力する矩形波交流電圧を降圧して低電圧に変換する溶接トランス１２と、溶接トランス１２の２次側に配置されて溶接トランス１２で低電圧に変換された矩形波交流電圧を直流電圧に変換して部材２ａ，２ｂに印加するダイオード整流器１３と、フラッシュ工程時の溶接トランス１２の２次側の出力電圧（ここでは最も検出し易いジョー７ａ，７ｂ間の電圧）を検出する電圧検出器１４と、インバータ１１と溶接トランス１２間でフラッシュ工程時の電流を検出する電流検出器１５と、電圧検出器１４の検出結果と電流検出器１５の検出結果に基づいてフラッシュ発生回数を測定しシリンダ３による被溶接部材２ａ，２ｂの押し引き速度を制御するフラッシュ送り制御システム２０とから構成されている。
【００１６】
これを更に詳述すると、フラッシュ送り制御システム２０は、電圧検出器１４の検出結果と電流検出器１５の検出結果に基づいてフラッシュが発生したか否かを判定してカウントすることでフラッシュ発生回数を測定するフラッシュ発生回数測定手段１６と、フラッシュ発生回数測定手段１６の測定結果に基づいて比例弁４のドライバ１８に対して被溶接部材２ａ，２ｂの押し引き速度を指令する送り速度制御手段１７とから構成されている。
【００１７】
ところで、１秒間平均の最大フラッシュ回数値は、溶接機の特性（溶接回路インピーダンスＺ、リアクタンスＸ、２次電圧等）により変化するが、通常７００〜１２００回／秒程度である。この最大値を超える速度領域（図１のＡ〜Ｂ点の間）において高品質かつ短時間化が図れるが、フラッシュ回数としては最大値の１０〜６０％（最大値７００回とした場合７０〜４２０回／秒）が望ましい。領域に幅があるのは、溶接機の特性によって最もクレータが浅い（高品質）回数が異なるためである。高出力、押し引きの応答性等の高性能な溶接機であれば図１のＢ点が最適値である。ただし、溶接機性能や制御特性あるいは酸化性の強い材料等ではフラッシュ回数が多い方が良い場合があるため上記範囲において高いフラッシュ回数が選定される。
【００１８】
具体的な送り方法は種々考えられるが、例えば図４（ａ）の方式１に示すように押し速度Ｓf と引き速度Ｓb を設定し、押し引きの時間比率をＴf ＝Ｔb からＴf ＞Ｔb となるように変化させることにより、所定フラッシュ回数となる最適条件を設定する方法や、図４（ｂ）（ｃ）の方式２、方式３に示すように押し引き時間比率は一定（Ｔf ＝Ｔb ）のまま、強制振動としてその押し速度Ｓf と引き速度Ｓb の値、比率、オフセット速度を変更（ここではＳf ＞Ｓb となるように変更）させることにより、所定フラッシュ回数となる最適条件を設定する方法がある。また、これら（ａ）（ｂ）（ｃ）を組み合わせた方法でもよい。
【００１９】
さらに、この送りを制御する方法としては、１次２次溶接電力、電流、短絡時間、フラッシュ回数等により、最適状態となるよう前述の比率、オフセット速度等を変化させるフィードバック制御によるものが考えられる。
【００２０】
このフイードバックによる送り制御において最適な方法は、フラッシュ回数をモニタし、所定の回数となるように送り速度を制御する方法である。既述したように従来法では、フラッシュ回数最大となるＡ点の領域（図１の山形曲線の頂部分の領域）での送り速度付近が最適であると考えられてきたため、フラッシュ回数による制御は困難であったが、本発明においてはＡ点を超える領域であるため、部材送り速度とフラッシュ回数の関係は単調（１対１）の関数となり、フイードバック制御することが可能である。制御論理は単純には下式となる。すなわち、設定された最適フラッシュ回数Ｎ（１秒間当たり）と、測定された１秒当たりのフラッシュ回数ｎΔ t／△ｔとの差をとり、フラッシュ回数が設定値より小さい場合には速度を減じ、逆に大きい場合には速度を増加させることにより、フラッシュ回数を一定に保つように制御する。
【００２１】
【数１】
Ｓt：部材送り速度指令値
Ｓt- Δ t：前回の速度指令値
α：最適化された制御定数
Ｎ：設定フラッシュ発生回数（／秒）
ｎΔ t：フラッシュ発生回数カウント値
ｆ（）：制御関数
なお、制御関数ｆ()については、ある一定値に保つ最も一般的な制御であり、よく知られたＰＩＤ制御、ファジー制御等の式が適用可能である。
【００２２】
さらに、図１の送り速度とフラッシュ回数の特性曲線は、ピーク値はほとんど変化しないが、被溶接部材の断面積、温度、溶接開始からの経過時間等により横軸の送り速度値は変化し、特性曲線はスライドする。例えば断面積が大きくなるほど図左方向（速度が遅くなる方向）へ変化し、経過時間と共に右方向（速度が速くなる方向）へ変化し、一定ではない。しかしながら、本実施形態のようにフラッシュ回数が一定となるように制御することで、溶接中、常に最適な送り速度となるように制御することができる。
【００２３】
フラッシュ発生回数測定方法としては、電圧変化あるいは電流変化により測定することができ、どちらの測定方法でもよいが、電圧変化のほうが細かなフラッシュまで正確に測定できる。よって、ここでは電圧変化による測定方法としている。フラッシュ発生回数測定手段１６の構成は図３のようになっており、予め設定された電圧しきい値Ｖｒｅｆに対する電圧検出器１４が検出した印加電圧（実測値）Ｖの立ち上がりｅ（図６）、立ち下がりｆ（図６）を判定する立ち上がり・立ち下がり判定手段２１と、予め低い値に設定された電流しきい値Ｉo と電流検出器１５が検出した電流値（実測値）Ｉとの比較から負荷、無負荷（開放）を判定する開放判定手段２２と、電圧の立ち上がり・立ち下がり判定手段２１と電流の開放判定手段２２の各判定結果に基づいてフラッシュが発生したか否かを判定するフラッシュ判定手段２３と、フラッシュ判定手段２３にてフラッシュ発生と判定される度にカウントするカウンタ２４と、インターバル時間設定手段２６にて設定される時間（例えば１００ｍｓ）とカウンタ２４の出力に基づいて、単位時間（例えば１秒）当たりのフラッシュ発生回数に換算するフラッシュ発生回数演算手段２５とからなり、フラッシュ判定手段２３は、電流値がしきい値Ｉo よりも小さい場合は、電圧のしきい値Ｖｒｅｆに対する立ち上がり、立ち下がりに関係無く、無負荷ｇ（図６）すなわち開放状態と判定し、カウントしないように構成されている。
すなわち、しきい値は最も正確に回数をカウントできる無負荷電圧（開放時）と短絡時電圧の中間に設定されるため、無負荷時のミスカウントを防ぐため電流をモニタし低い値に設定されたしきい値電流以下の場合はカウントしないようにする。
【００２４】
フラッシュ回数による送り制御システム２０の構成は図５のようになっている。すなわち電圧検出器１４にて検出される２次側出力電圧は大きいため、絶縁増幅器（ＩＳＡ）３１にて絶縁増幅され、出力調整器（アンプ）３２により出力調整された後、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤコンバータ）３３によりディジタル信号に変換され、フラッシュ発生回数測定機能を有する例えばマイクロコンピュータやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算器３４に入力されるようになっている。また、電流検出器１５にて検出される電流値も大きいため、絶縁増幅器（ＩＳＡ）３５にて絶縁増幅され、更に直流電圧との対応関係をみれるように全波整流３６され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３７にてノイズ成分が除去されてから出力調整器（アンプ）３８により出力調整された後、ＡＤコンバータ３３によりディジタル信号に変換され、演算器３４に入力されるようになっている。そして、演算器３４で、ＡＤコンバータ３３の出力としきい値とが比較され、その比較結果に基づいてフラッシュ発生回数がカウントされ、インターバル時間（１００ｍｓ）内のフラッシュ発生回数から単位時間（１秒）当たりのフラッシュ発生回数が求められ、この１秒当たりのフラッシュ発生回数と最適フラッシュ発生回数との差から部材送り速度の増減値、つまり最適送り速度が求められ、ディジタル・アナログ変換器（ＤＡコンバータ）４２を介して比例弁４のドライバ１８へ出力される。なお、この部材送り制御は、溶接開始からアプセット開始までのフラッシュ工程時の制御であり、アプセット工程の制御や異常処理、手動操作等の他、溶接装置全般の制御は上位の全体制御装置４１により行われる。
【００２５】
次に、本実施形態のフラッシュ溶接における部材送り方法について説明する。まず、２つの部材２ａ，２ｂが所定位置に到達すると、クランプ装置１Ａ，１Ｂのクランパ６ａ，６ｂが部材２ａ，２ｂを把持する。次いで、３相交流電源８よりインバータ１１を介して電力を出力し、溶接トランス１２、ダイオード整流器１３を介して部材２ａ，２ｂに電力を供給し、部材２ａ，２ｂに直流電圧を印加して、フラッシュ溶接を開始する。
【００２６】
フラッシュ溶接におけるフラッシュ発生回数の測定とこれに基づくフラッシュ工程時の部材送り制御は、図７のフローに従って行われる。まず、初期設定として、インターバル時間Δｔ（例えば１００ｍｓ）と、単位時間（例えば１秒）当たりの最適フラッシュ発生回数Ｎ（発生可能な最大値の１０〜６０％）と、電圧しきい値Ｖｒｅｆ及び電流しきい値Ｉo と、初期部材送り速度Ｓo と、押しすなわち前進速度の限界値Ｓ+limt と、引きすなわち後進速度の限界値Ｓ-limt と、が設定され（ステップ１）、次いで溶接電源が投入されてフラッシュ工程が開始されるとともに（ステップ２）、部材送り速度Ｓt が初期部材送り速度Ｓo に設定されて（ステップ３）、送り動作が開始される。なお、最適フラッシュ発生回数Ｎは、発生可能なフラッシュ発生回数の最大値が既述したように通常７００〜１２００回／秒程度であるため、その１０〜６０％（最大値７００回とした場合７０〜４２０回／秒）に設定されており、この最適フラッシュ発生回数Ｎ（最大値７００回とした場合７０〜４２０回／秒）となるように送り速度がフィードバック制御される。
【００２７】
通電後、アークが発生する。フラッシュ発生回数測定手段１６では常に出力電圧（実測値）Ｖと電流値（実測値）Ｉをみており、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより高いか否かをみて（ステップ４）、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより高いと判定されれば、次に電流値Ｉがしきい値Ｉｏより高いか否かをみて（ステップ５）、電流値Ｉがしきい値Ｉｏより低いと判定されれば、無負荷と判定し（ステップ６）、カウントせず、ステップ１０に飛ぶ。また、ステップ５にて電流値Ｉがしきい値Ｉｏより高いと判定された後、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより低いと判定されれば（ステップ７）、フラッシュ発生と判定し（ステップ８）、カウントする（ステップ９）。次いで、インターバル時間Δｔ（１００ｍｓ）が経過したか否かをみて（ステップ１０）、インターバル時間（１００ｍｓ）が経過していなければステップ４に戻り、インターバル時間（１００ｍｓ）が経過していれば、１秒当たりのフラッシュ発生回数ｎk に換算し（ステップ１１）、この１秒当たりのフラッシュ発生回数ｎk と初期設定されている最適フラッシュ発生回数Ｎとの差から部材送り速度の加減値すなわち瞬間値ΔＳ1 と平均値ΔＳ2 が求められる（ステップ１２，１３）。単純には設定フラッシュ回数より高い場合には速度を増加させ、逆に低い場合には減少させている。ここでは単純な比例制御と積分制御の場合を例に挙げており、比例制御において瞬時の送り速度を変化させ、積分制御では平均送り速度を変化させて、最適な送り速度となるよう制御する。
【００２８】
また、フラッシュ発生回数のカウントのみでは長期開放と長期短絡を判別できずに短絡とみなしたり、図１に示すＡ点の右か左か判断できないため、電流値Ｉがしきい値Ｉｏより高いか否かをみて（ステップ１４）、電流値Ｉがしきい値Ｉｏより低ければ開放側（Ａ点の左）と判断し、部材送り速度Ｓt を前進速度の限界値Ｓ+limt とし（ステップ１５）、比例弁４のドライバ１８へ出力する（ステップ１６）。次いで、フラッシュ工程が終了かをみて（ステップ１７）、終了でなければステップ４に戻り、終了であればフラッシュ工程を処理し、アプセット工程へ移行する。ちなみに、アプセット工程は、予め定められた押し付け距離（アプセット量）移動後、または予め定められた時間経過後、もしくは予め定められた押し付け力（アプセットカ）付与後、終了される。
【００２９】
また、ステップ１４にて電流値Ｉがしきい値Ｉｏより高いと判定されれば、ステップ１２，１３にて求めた部材送り速度の増減値を現在の部材送り速度に加算し（ステップ１８）する。次いで、増減値が加算された部材送り速度Ｓt は、前進速度であるのか、その場合には前進速度の限界値Ｓ+limt を超えているか否かが判断され（ステップ１９）、前進速度であると判断されかつその限界値Ｓ+limt を超えていればステップ１５に移行し、部材送り速度Ｓt を前進速度の限界値Ｓ+limt となるように修正する。また、ステップ１９にて部材送り速度Ｓt は前進速度でないと判定されれば、次に部材送り速度Ｓt は後進速度であるのか、その場合には後進速度の限界値Ｓ-limt を超えているか否かが判断され（ステップ２０）、後進速度であると判断されかつその限界値Ｓ-limt を超えていなければステップ１６に移行し、後進速度の限界値Ｓ-limt を超えていれば、部材送り速度Ｓt を後進速度の限界値Ｓ-limt となるように修正してから（ステップ２１）、ステップ１６に移行する。すなわち、ステップ１９，１５、ステップ２０，２１では、過剰な前進後退速度とならないように制限する処理を行う。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、２つの突合せ部材をフラッシュ溶接するに際し、溶接時の短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークをフラッシュ発生の１サイクルとし、その単位時間当たりの平均サイクル回数をフラッシュ回数とし、そのフラッシュ回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で溶接するようにしたので、従来技術に対して、条件変更あるいは若干の溶接制御改良により、従来に比して短時間かつ高品質な溶接が可能となった。
また、従来大断面部材溶接機に用いられてきた電圧タップ切替器を廃止することが可能となるとともに、溶接電源部、特に溶接回路インピーダンスＺやリアクタンスＸの設計裕度も増し、溶接機の装置コストを下げることが可能となった。
さらに、本発明は、被溶接部材の材質、温度、断面積に関わらず効果があり、特に大断面積部材ほど効果が顕著となる。例えば大断面部材に用いられている予熱工程（強制的な短絡と開放によるジュール加熱工程）が不要となった。
【００３１】
また、２つの突合せ部材をフラッシュ溶接するに際し、溶接時の短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークをフラッシュ発生の１サイクルとし、その単位時間当たりの平均サイクル回数をフラッシュ回数とし、そのフラッシュ回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で、所定のフラッシュ回数となるように部材送り速度をフイードバック制御するようにしたので、供給電源、温度、端面形状等の外部条件変動に適応して最適な溶接状態に保持することができて、最短かつ安定した最高品質の溶接が可能となった。
さらに、そのフラッシュ回数の最適値は２次電圧、溶接回路インピーダンス、アプセットシリンダ応答特性等の溶接機性能に対し、変化はするが、鋼種、部材断面積等によっては殆ど変化せず、煩雑な溶接条件出しも不要となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】部材送り速度とフラッシュ発生回数と品質（端面のクレータ深さ）の関係示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態に係るフラッシュ溶接における部材送り装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係るフラッシュ発生回数測定部の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態に係る部材送り方法を説明する図である。
【図５】本実施形態に係るフラッシュ発生回数による部材送り制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】本実施形態に係るフラッシュ溶接装置のフラッシュ工程時の２次電圧波形と電流波形によりフラッシュ発生回数をカウントする方法を説明する図である。
【図７】本実施形態に係るフラッシュ発生回数の測定とこれに基づく部材送り制御方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
２ａ，２ｂ 部材
１４ 電圧検出器
１５ 電流検出器
１６ フラッシュ発生回数測定手段
１７ 送り速度制御手段
２０ フラッシュ送り制御システム
Claims (4)
- ２つの突合せ部材をフラッシュ溶接するに際し、
溶接時の短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークをフラッシュ発生の１サイクルとし、その単位時間当たりの平均サイクル回数をフラッシュ回数とし、そのフラッシュ回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で溶接することを特徴とするフラッシュ溶接における部材送り方法。 - ２つの突合せ部材をフラッシュ溶接するに際し、
溶接時の短絡、抵抗加熱、溶融飛散、アークをフラッシュ発生の１サイクルとし、その単位時間当たりの平均サイクル回数をフラッシュ回数とし、そのフラッシュ回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で、所定のフラッシュ回数となるように部材送り速度をフイードバック制御することを特徴とするフラッシュ溶接における部材送り方法。 - ２つの突合せ部材をフラッシュ溶接する装置において、
溶接時の印加電圧を検出する電圧検出器により電圧変化から、あるいは電流を検出する電流検出器により電流変化から、短絡、抵抗加熱、溶融飛散、およびアークからなるフラッシュ発生の１サイクルを検出し、カウントするフラッシュ発生回数測定手段と、
測定されたフラッシュ発生回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域となるように部材送り速度あるいはその平均速度を増減させる溶接制御装置とを備えたことを特徴とするフラッシュ溶接における部材送り装置。 - ２つの突合せ部材をフラッシュ溶接する装置において、
溶接時の印加電圧を検出する電圧検出器により電圧変化から、あるいは電流を検出する電流検出器により電流変化から、短絡、抵抗加熱、溶融飛散、およびアークからなるフラッシュ発生の１サイクルを検出し、カウントするフラッシュ発生回数測定手段と、
測定されたフラッシュ発生回数が最大値となる部材送り速度を超える送り速度領域で、所定のフラッシュ回数となるように部材送り速度あるいはその平均速度をフイードバック制御する溶接制御装置とを備えたことを特徴とするフラッシュ溶接における部材送り装置。
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