JP5558886B2 - 抵抗溶接制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接中に定電力制御を行うことによってチリの発生を抑制し、適正ナゲット径を形成することができる抵抗溶接制御方法に関するものである。

複数枚重ねた被溶接材を一対の電極によって加圧・通電して溶接する抵抗溶接において、良好な溶接部の品質を得るためには、チリの発生を抑制しながらナゲット径が適正範囲内で形成されることが重要である。一般的に、抵抗溶接には定電流の交流又は直流の溶接電流が使用される。すなわち、少なくとも１回の溶接中の溶接電流値は一定値である。溶接電流が交流であるときは実効値が一定であることを意味している。ナゲット径は、溶接電流値、溶接時間、電極形状、加圧力等の溶接条件によって定まる。したがって、適正なナゲット径を形成するためには、被溶接材の材質、板厚、重ね枚数等の被溶接材条件に応じて上記の溶接条件を適正値に設定する必要がある。

抵抗溶接では、自動車ボディのように１つのワークに数多くの溶接個所があり、そして次々と流れてくるワークを溶接するケースが多い。このときに、各溶接個所の被溶接材の材質、板厚、重ね枚数等の被溶接材条件が同一であれば、溶接電流値、溶接時間、電極形状、加圧力等の溶接条件も同一になる。そして、この状態で数百〜数千個所の溶接を行うことが多い。連続した溶接中において、電極の被溶接材接触面が次第に磨耗して接触面積が初期状態よりも広くなる。接触面積が広くなった状態で同一値の溶接電流を通電すると、被溶接材を通電する電流密度が低くなり溶接部の温度上昇が低くなるために、ナゲット径が小さくなる。このために、電極の磨耗が著しく進行した場合には、電極の研磨又は交換を行う必要がある。この研磨又は交換を行う間隔は、溶接条件等によって異なるが数百〜数千回の溶接ごとである。この研磨又は交換後の溶接の繰り返しに伴って電極の磨耗は徐々に進行する。このために、予め定めた回数の溶接を行うと溶接電流値を増加させて、電極磨耗による電流密度の低下を補償する機能（ステッパー機能）を装備した抵抗溶接装置が従来から使用されている。このステッパー機能は、溶接回数が増加するのに伴い、溶接電流値を階段状又は直線状に増加させるものである。この溶接電流値の増加パターンは、被溶接材条件に応じて予め実験によって設定しておく。

上述した電極磨耗の進行に伴うナゲット径の減少を保証する方法として、溶接中を定電力制御する方法が慣用されている（例えば、特許文献１参照）。この定電力制御は、溶接中の溶接電流及び溶接電圧（電極間電圧）を検出し、両値を乗算して瞬時電力値を算出し、この瞬時電力値が予め定めた電力設定値Ｐｒと等しくなるように抵抗溶接装置の出力を制御するものである。この電力設定値Ｐｒは、予め定めた電力目標パターンに従って溶接経過時間に伴って変化する値である。定電流制御では、電極磨耗が進行して接触面積が広くなると、電極間抵抗値が小さくなり発熱量が減少してナゲット径が小さくなる。これに対して、定電力制御では、電極磨耗が進行して接触面積が広くなり電極間抵抗値が小さくなっても、被溶接材への入熱量は瞬時電力値が一定であるので一定となり、ナゲット径が小さくなることを抑制することができる。

図７は、上述した電力目標パターンの基本となるパターンを示す図である。同図の横軸は溶接経過時間ｔ（cyc）を示し、縦軸は電力設定値Ｐｒ（ｋＷ）の値を示す。１cycは、商用周波数（５０ＨＺ又は６０ｈｚ）の逆数である。ここでは、１cyc＝１／５０の場合とする。同図の被溶接材条件は、被溶接材が軟鋼１．２mmの３枚重ねの場合である。同図に示す電力目標パターンは、溶接開始時点ｔ＝０のとき予め定めた初期値Ｐｓとなり、その後は次第に大きくなり予め定めた溶接終了時間ｔ＝Ｔｅのとき予め定めたピーク値Ｐｐとなる。同図では、初期値Ｐｓ＝12ｋＷ、ピーク値Ｐｐ＝27ｋＷ、溶接終了時間Ｔｅ＝12cycとなっている。

同図に示すように、電力設定値Ｐｒの値を次第に大きくしてピーク値Ｐｐに到達させることによって、過剰な入熱を抑制することができるので、チリの発生を抑制しながらナゲット径を適正範囲内に形成することができる。さらに、この従来技術では、電力目標パターンに従った定電力制御であるために、電極の磨耗が進行しても被溶接材へ供給される電力値が一定であるので、入熱量が一定となり、ナゲット径は適正なままでほとんど変化しない。この結果、高い溶接品質を維持することができる。また、電極の磨耗によって電力目標パターンを変化させる必要がないので、生産準備の工数を低減することができる。溶接終了時間ｔ＝Ｔｅ及びピーク値Ｐｐは、被溶接材条件に応じて、チリの発生しない状態で適正ナゲット径が形成されるように、予め実験によって設定される。

特開平１１−１０４８４７号公報

上述したように、従来技術の定電力制御では、電極が磨耗しても、チリの発生を抑制し、ナゲット径を適正範囲内に形成することができる。このときに、高い溶接品質を得るためには、電力目標パターンを被溶接材条件に応じて適正化することが重要である。被溶接材の材質が軟鋼である場合には、電力目標パターンは、図７で上述したように、溶接経過時間に伴って次第に大きくなる基本パターンを使用することで、良好な溶接品質を得ることができる。被溶接材の材質が高張力鋼になると、軟鋼のときに比べてチリが発生しやすくなる。この場合でも、被溶接材がすべて同じ板厚の高張力鋼であるときには、図７の基本パターンを使用して曲線を最適化することによって、チリの発生を抑制し、ナゲット径を適正範囲に形成することができる。

しかし、被溶接材が上板、中板及び下板の３枚重ねから成り、かつ、中板が高張力鋼であり、かつ、上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である場合には、図７のような基本パターンを使用して曲線を種々に変化させても、チリの発生を抑制し、ナゲット径を適正範囲で形成することは困難であった。これは、電極磨耗が進行してもナゲット径が適正範囲に形成されるように曲線を設定すると、チリの発生を抑制することができなくなり、逆に、電極磨耗が進行してもチリが発生しないように曲線を設定すると、ナゲット径が適正範囲から外れるようになるからである。

そこで、本発明では、被溶接材が上板、中板及び下板の３枚重ねであり、かつ、中板が高張力鋼であり、かつ、上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である場合において、電極磨耗が進行してもチリの発生しない状態で適正なナゲット径を形成することができ、かつ、電極磨耗の進行に伴って電力目標パターンのパラメータを変化させる必要もない定電力制御による抵抗溶接制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
上板、中板及び下板の３枚重ねの被溶接材を一対の電極によって加圧し、前記中板は高張力鋼板から成り、かつ、前記上板及び／又は前記下板が前記中板よりも薄い鋼板から成り、溶接部へ入力される瞬時電力値が予め定めた電力設定値と等しくなるように定電力制御しながら溶接する抵抗溶接制御方法において、
前記電力設定値は、予め定めた電力目標パターンに従って溶接経過時間に伴って変化する値であり、
前記電力目標パターンが、溶接開始時点で予め定めた初期値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた第１溶接経過時間Ｔ１で予め定めた第１ピーク値となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第２溶接経過時間Ｔ２で予め定めた第１ベース値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた第３溶接経過時間Ｔ３で予め定めた第２ピーク値となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第４溶接経過時間Ｔ４で予め定めた第２ベース値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた溶接終了時間Ｔｅで予め定めた第３ピーク値となるパターンである、
ことを特徴とする抵抗溶接制御方法。

請求項２の発明は、前記第１ピーク値、前記第２ピーク値又は前記第３ピーク値の少なくとも１つ以上を増加させることによって、形成されるナゲット径を大きくする、
ことを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接制御方法である。

請求項３の発明は、溶接開始から予め定めた溶接初期期間が経過した後の溶接部の抵抗値の変化率を検出し、この抵抗値の変化率が基準変化率以下になったときはその時点の溶接経過時間Ｔｔを記憶し、
この記憶された溶接経過時間Ｔｔが、０≦Ｔｔ＜Ｔ２である場合は前記第１ピーク値及び／又は前記第１ベース値を、Ｔ２≦Ｔｔ＜Ｔ４である場合は前記第２ピーク値及び／又は前記第２ベース値を、Ｔ４≦Ｔｔ≦Ｔｅである場合は前記第３ピーク値を、減少させて前記電力目標パターンを修正する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の抵抗溶接制御方法である。

請求項４の発明は、溶接開始から予め定めた溶接初期期間が経過した後の溶接部の抵抗値の変化率を検出し、この抵抗値の変化率が基準変化率以下になったときはその時点の溶接経過時間Ｔｔを記憶し、
この記憶された溶接経過時間Ｔｔが、０≦Ｔｔ＜Ｔ２である場合は前記第１溶接経過時間Ｔ１及び／又は前記第２溶接経過時間Ｔ２を、Ｔ２≦Ｔｔ＜Ｔ４である場合は前記第３溶接経過時間Ｔ３及び／又は前記第４溶接経過時間Ｔ４を、Ｔ４≦Ｔｔ≦Ｔｅである場合は前記溶接終了時間Ｔｅを、短くして前記電力目標パターンを修正する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の抵抗溶接制御方法である。

本発明によれば、被溶接材が上板、中板及び下板の３枚重ねであり、かつ、中板が高張力鋼であり、かつ、上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である場合において、２つの山を重畳したパターンから成る電力目標パターンを使用した定電力制御によって抵抗溶接を行う。これにより、電極磨耗が進行してもチリの発生しない状態で適正なナゲット径を形成することができ、かつ、電極磨耗の進行に伴って電力目標パターンのパラメータを変化させる必要もない。このために、高い溶接品質を得ることができ、かつ、生産効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る抵抗溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。 図１の電力設定回路ＰＲに内蔵されている本発明の実施の形態１に係る電力目標パターンを例示する図である。 本発明の実施の形態１に係る図２とは異なる電力目標パターンを例示する図である。 本発明の実施の形態２において、溶接中にチリが発生しなかった場合の溶接部の抵抗値の変化を示す図である。 本発明の実施の形態２において、溶接中にチリが発生した場合の溶接部の抵抗値の変化を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る抵抗溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。 従来技術において、定電力制御による抵抗溶接制御方法に使用される電力目標パターンの基本パターンを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る抵抗溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図は、インバータ制御方式の抵抗溶接装置の場合であり、溶接電流Ｉｗは直流となる。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

インバータ回路ＩＮＶは、商用交流電源ＡＣを入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。このインバータ回路ＩＮＶは、図示は省略するが、商用交流電源ＡＣを整流する１次整流回路、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する複数のスイッチング素子から成るブリッジ回路から構成される。高周波変圧器ＴＲは、高周波交流を抵抗溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流回路ＤＲは、降圧された高周波交流を直流に整流する。１対の電極１ａ、１ｂは、複数枚の被溶接材２を加圧し、電極を介して溶接電流Ｉｗが通電し溶接電圧Ｖｗが印加する。

電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する。瞬時電力値算出回路ＰＤは、上記の電流検出信号Ｉｄ及び上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、両値を乗算し、瞬時電力値信号Ｐｄを出力する。電力設定回路ＰＲは、後述する起動信号Ｏｎを入力として、この起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの経過時間（溶接経過時間）を計数し、予め定めた電力目標パターンから上記の溶接経過時間に対応した電力設定信号Ｐｒを出力する。予め内蔵されている電力目標パターンについては、図２〜図３で詳述する。電力誤差増幅回路ＥＰは、上記の電力設定信号Ｐｒと上記の瞬時電力値信号Ｐｄとの誤差を増幅して、電力誤差増幅信号Ｅｐを出力する。電流設定回路ＩＲは、上記の電力誤差増幅信号Ｅｐを入力として溶接中は積分を行い、電流設定信号Ｉｒとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

溶接時間設定回路ＴＷＲは、１回当たりの溶接時間を設定するための溶接時間設定信号Ｔwrを出力する。溶接開始回路ＳＴは、溶接を開始するときにＨｉｇｈレベルになる溶接開始信号Ｓｔを出力する。起動回路ＯＮは、上記の溶接時間設定信号Ｔwr及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接時間設定信号Ｔwrによって定まる時間だけＨｉｇｈレベルになる起動信号Ｏｎを出力する。駆動回路ＤＶは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ及び上記の起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルの間は、電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてパルス幅変調制御を行い、上記のインバータ回路ＩＮＶを駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。上述した回路構成によって、瞬時電力値信号Ｐｄと溶接経過時間に伴い変化する電力設定信号Ｐｒとが等しくなるように定電力制御が行われる。

図２は、上記の電力設定回路ＰＲに内蔵されている電力目標パターンの一例を示す図である。同図の横軸は溶接経過時間ｔ（cyc）を示し、縦軸は電力設定信号Ｐｒ（ｋＷ）の値を示す。ここでは、１cyc＝１／５０である。同図は、上述した図７と対応している。同図の被溶接材条件は、上板が０．７mmの軟鋼板であり、中板が１．６mmの高張力鋼板であり、下板が１．６mmの高張力鋼板の場合である。

同図に示す電力目標パターンは、溶接開始時点ｔ＝０のとき予め定めた初期値Ｐｓとなり、その後は次第に大きくなり予め定めた第１溶接経過時間ｔ＝Ｔ１で予め定めた第１ピーク値Ｐp1となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第２溶接経過時間ｔ＝Ｔ２で予め定めた第１ベース値Ｐb1となり、その後は次第に大きくなり予め定めた第３溶接経過時間ｔ＝Ｔ３で予め定めた第２ピーク値Ｐp2となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第４溶接経過時間ｔ＝Ｔ４で予め定めた第２ベース値Ｐb2となり、その後は次第に大きくなり予め定めた溶接終了時間ｔ＝Ｔｅで予め定めた第３ピーク値Ｐp3となるパターンである。この溶接終了時間Ｔｅと、図１の溶接時間設定信号Ｔwrの値とは等しい値である。同図の電力目標パターンは、上述した図７の基本パターンに、第１ピーク値Ｐp1及び第２ピーク値Ｐp2から成る２つの山を重畳したものである。同図においては、初期値Ｐｓ＝6ｋＷ、第１溶接経過時間Ｔ１＝5cyc、第１ピーク値Ｐp1＝25ｋＷ、第２溶接経過時間Ｔ２＝7cyc、第１ベース値Ｐb1＝10ｋＷ、第３溶接経過時間Ｔ３＝12cyc、第２ピーク値Ｐp2＝20ｋＷ、第４溶接経過時間Ｔ４＝15cyc、第２ベース値Ｐb2＝12ｋＷ、溶接終了時間Ｔｅ＝23cyc、第３ピーク値Ｐp3＝14ｋＷとなっている。

同図に示す電力目標パターンは、上板と下板とが入れ替わった場合にも使用することができる。すなわち、上板が１．６mmの高張力鋼板であり、中板が１．６mmの高張力鋼板であり、下板が０．７mmの軟鋼板である場合でも、同図の電力目標パターンを使用することができる。

図３は、上述した図２とは異なる電力目標パターンの一例を示す図である。同図の横軸は溶接経過時間ｔ（cyc）を示し、縦軸は電力設定信号Ｐｒ（ｋＷ）の値を示す。同図は、上述した図２と対応している。同図の被溶接材条件は、上板が０．７mmの軟鋼板であり、中板が１．６mmの高張力鋼板であり、下板が０．７mmの軟鋼板の場合である。

同図に示す電力目標パターンは、図２と同様に、溶接開始時点ｔ＝０のとき予め定めた初期値Ｐｓとなり、その後は次第に大きくなり予め定めた第１溶接経過時間ｔ＝Ｔ１で予め定めた第１ピーク値Ｐp1となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第２溶接経過時間ｔ＝Ｔ２で予め定めた第１ベース値Ｐb1となり、その後は次第に大きくなり予め定めた第３溶接経過時間ｔ＝Ｔ３で予め定めた第２ピーク値Ｐp2となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第４溶接経過時間ｔ＝Ｔ４で予め定めた第２ベース値Ｐb2となり、その後は次第に大きくなり予め定めた溶接終了時間ｔ＝Ｔｅで予め定めた第３ピーク値Ｐp3となるパターンである。この溶接終了時間Ｔｅと、図１の溶接時間設定信号Ｔwrの値とは等しい値である。同図の電力目標パターンは、上述した図７の基本パターンに、第１ピーク値Ｐp1及び第２ピーク値Ｐp2から成る２つの山を重畳したものである。同図においては、初期値Ｐｓ＝6ｋＷ、第１溶接経過時間Ｔ１＝3cyc、第１ピーク値Ｐp1＝18ｋＷ、第２溶接経過時間Ｔ２＝5cyc、第１ベース値Ｐb1＝8ｋＷ、第３溶接経過時間Ｔ３＝11cyc、第２ピーク値Ｐp2＝12ｋＷ、第４溶接経過時間Ｔ４＝13cyc、第２ベース値Ｐb2＝10ｋＷ、溶接終了時間Ｔｅ＝20cyc、第３ピーク値Ｐp3＝14ｋＷとなっている。

上述した図２〜図３に示すような２つの山を重畳した電力目標パターンは、被溶接材が上板、中板及び下板の３枚重ねから成り、かつ、中板が高張力鋼であり、かつ、上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である場合に使用される。この理由は、以下のとおりである。上記の第１ピーク値Ｐp1からなる１つ目の山を重畳して初期的に大きな電力（入熱）を供給することによって、上板及び下板に対して適正なナゲットを形成する。その後は、電力値を一旦小さくして入熱を小さくすることによって、中板よりも薄い上板及び／又は下板が過熱されてチリの発生を招くことを抑制している。その後は、２つ目の山を重畳して電力値（入熱）を再び大きくすることによって、中板に対して適正ナゲットの形成を行う。但し、中板は高張力鋼板であるので、大きな電力値を維持すると過熱によってチリの発生を招くことになる。そこで、２つ目の山の後は、一旦電力値を小さくし、その後に再び大きくするようにしている。このように、段階的に入熱を加えることによって、チリの発生しやすい高張力鋼板から成る中板に対して、チリの発生を抑制し、かつ、適正ナゲットを形成することができる。同時に、段階的に入熱を加えることによって、上板及び下板からのチリの発生も抑制することができる。

さらに、本実施の形態は電力目標パターンに従った定電力制御であるために、電極の磨耗が進行しても被溶接材へ供給される電力値が一定であるので、入熱量が一定となり、ナゲット径は適正なままでほとんど変化しない。この結果、高い溶接品質を維持することができる。また、電極の磨耗によって電力目標パターンのパラメータ（波形）を変化させる必要がないので、生産準備の工数を低減することができる。

電力目標パターンの各パラメータ（Ｐｓ、Ｔ１〜Ｔ４、Ｔｅ、Ｐp1〜Ｐp3、Ｐb1〜Ｐb2）は、被溶接材条件に応じて実験によって適正値に設定される。以下に、各パラメータが実験によってどのように設定されるかを説明する。
（１）上板、中板及び下板の３枚重ねから成り、かつ、中板が高張力鋼であり、かつ、上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である被溶接材に対して、定電流制御（一定電流）によって抵抗溶接を行い、チリが発生しない条件下で最大の溶接電流値を算出する。このときの溶接時間については、被溶接材の板厚を考慮して、蓄積されたデータ又は周知の溶接条件データからその値を設定する。
（２）上記（１）項によって設定された溶接電流値及び溶接時間の条件で、定電流制御によって抵抗溶接を行い、溶接中の瞬時電力値及び溶接部抵抗値の推移を波形データとして記憶する。
（３）溶接経過時間ｔ＝０cycのときの初期値Ｐｓ＝６ｋＷ程度に設定する。また、上記（１）項で設定した溶接時間を溶接終了時間Ｔｅに設定する。
（４）第１溶接経過時間Ｔ１を上記の溶接終了時間Ｔｅの２５％程度に設定する。また、記憶された瞬時電力値の推移波形において、ｔ＝Ｔ１であるときの瞬時電力値の１３０％程度の値を第１ピーク値Ｐp1として設定する。
（５）第２溶接経過時間Ｔ２＝Ｔ１＋２cyc程度に設定する。また、記憶された瞬時電力値の推移波形において、ｔ＝Ｔ２であるときの瞬時電力値の７０％程度の値を第１ベース値Ｐb1として設定する。
（６）第３溶接経過時間Ｔ３を上記の溶接終了時間Ｔｅの５０％程度に設定する。また、記憶された瞬時電力値の推移波形において、ｔ＝Ｔ３であるときの瞬時電力値の１２０％程度の値であり、かつ、上記第１ピーク値Ｐp1未満の値を第２ピーク値Ｐp2として設定する。
（７）第４溶接経過時間Ｔ４＝Ｔ３＋２cyc程度に設定する。また、記憶された瞬時電力値の推移波形において、ｔ＝Ｔ４であるときの瞬時電力値の７０％程度の値を第２ベース値Ｐb2として設定する。
（８）記憶された瞬時電力値の推移波形において、ｔ＝Ｔｅであるときの瞬時電力値を第３ピーク値Ｐp3として設定する。
（９）上記（３）〜（８）項によって設定されたパラメータを使用して電力目標パターンを作成する。
（１０）上記の電力目標パターンを使用して定電力制御によって抵抗溶接を行い、ナゲット径を測定する。ナゲット径が適正値よりも小さい場合には、Ｐp1〜Ｐp3の少なくとも１つ以上を大きくして、ナゲット径が適正値以上になるようにする。
（１１）修正された電力目標パターンを使用して定電力制御によって抵抗溶接を行い、チリの発生を観察する。チリが発生するときは溶接部抵抗値が急減するので、この急減時の溶接経過時間Ｔｔを特定する。この特定された溶接経過時間Ｔｔが、０≦Ｔｔ＜Ｔ２である場合はＰp1及び／又はＰb1を、Ｔ２≦Ｔｔ＜Ｔ４である場合はＰp2及び／又はＰb2を、Ｔ４≦Ｔｔ≦Ｔｅである場合はＰp3を、小さくする。また、０≦Ｔｔ＜Ｔ２である場合はＴ１及び／又はＴ２を、Ｔ２≦Ｔｔ＜Ｔ４である場合はＴ３及び／又はＴ４を、Ｔ４≦Ｔｔ≦Ｔｅである場合はＴｅを、小さくする。
（１２）上記（１０）〜（１１）項を、ナゲット径が適正範囲に形成され、かつ、チリが発生しないようになるまで繰り返し、電力目標パターンのチューニングが完了する。

上述した実施の形態１によれば、被溶接材が上板、中板及び下板の３枚重ねであり、かつ、中板が高張力鋼であり、かつ、上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である場合において、２つの山を重畳したパターンから成る電力目標パターンを使用した定電力制御によって抵抗溶接を行う。これにより、電極磨耗が進行してもチリの発生しない状態で適正なナゲット径を形成することができ、かつ、電極磨耗の進行に伴って電力目標パターンのパラメータを変化させる必要もない。このために、高い溶接品質を得ることができ、かつ、生産効率を向上させることができる。

［実施の形態２］
上記の電力目標パターンは、被溶接材条件に応じて適正値に設定される。形成されるナゲット径が適正値よりも小さい場合には、第１ピーク値Ｐp1、第２ピーク値Ｐp2又は第３ピーク値Ｐp3の少なくとも１つ以上を増加させることによって、ナゲット径を大きくすることができる。このために、被溶接材に応じて電力目標パターンを実験によって設定する際に、ナゲット径が適正値よりも小さい場合には第１ピーク値〜第３ピーク値の少なくとも１つ以上を増加させることによって、短時間で適正化を図ることができる。

次に、溶接中にチリが発生する場合において、電力目標パターンを適正化する手法について、図面を参照して説明する。

図４は、溶接中にチリが発生しなかった場合の溶接部の抵抗値の変化を示す図である。同図の横軸は溶接経過時間ｔ（cyc）を示し、同図（Ａ）は電力設定信号Ｐｒの変化を示し、同図（Ｂ）は溶接部の抵抗値Ｒの変化を示し、同図（Ｃ）は抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔを示す。同図（Ａ）は電力目標パターンを示すことになる。溶接部の抵抗値Ｒは、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを検出して、Ｒ＝Ｖｗ／Ｉｗによって算出することができる。抵抗値の変化率は、抵抗値の微分値ｄＲ／ｄｔを算出することになる。以下、同図を参照して説明する。

同図（Ａ）に示すように、電力設定信号Ｐｒは、溶接経過時間ｔ＝０のときは初期値Ｐｓとなり、その後は次第に大きくなり第１溶接経過時間Ｔ１において第１ピーク値Ｐp1となり、その後は次第に小さくなり第２溶接経過時間Ｔ２において第１ベース値Ｐb1となり、その後は次第に大きくなり第３溶接経過時間Ｔ３において第２ピーク値Ｐp2となり、その後は次第に小さくなり第４溶接経過時間Ｔ４において第２ベース値Ｐb2となり、その後は次第に大きくなり溶接終了時間Ｔｅにおいて第３ピーク値Ｐp3となる。同図（Ｂ）に示すように、抵抗値Ｒは、溶接経過時間ｔ＝０のときは電極・被溶接材間及び各被溶接材間に接触抵抗が存在するので大きな初期抵抗値Ｒｓとなり、その後は接触抵抗の消滅によって急速に小さくなり、その後は被溶接材の温度上昇によって一旦大きくなり、その後は電流経路が被溶接材の半径方向に広がって行くことによって再び小さくなる。そして、第１溶接経過時間Ｔ１後は、電力設定信号Ｐｒの値が小さくなるのに伴い抵抗値Ｒの減少率は小さくなり、第２溶接経過時間Ｔ２後は、電力設定信号Ｐｒの値が大きくなるのに伴い抵抗値Ｒの減少率は少し大きくなる。第３溶接経過時間Ｔ３後も同様に、電力設定信号Ｐｒの値の変化に伴い抵抗値Ｒの減少率は変化するが、電流経路が被溶接材の内部にて半径方向に広がることで抵抗値Ｒは小さくなり続ける。同図（Ｃ）に示すように、抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔは、抵抗値Ｒが増加するときには正の値となり、減少するときには負の値となる。同図（Ｃ）に示す一点鎖線は、負の値に予め定めた基準変化率Ｄｔを示している。同図では、抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔが溶接初期以外で基準変化率Ｄｔ以下になることはない。これは、溶接中にチリが発生すると、その時点において抵抗値Ｒが急減する。このために、チリが発生すると、抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔが基準変化率Ｄｔ以下になる。チリが発生すると抵抗値Ｒが急減する理由は、以下のとおりである。すなわち、被溶接材の温度上昇により、溶融された金属がチリとなって外部に飛び出すと、溶接部の金属が減少し、被溶接材の厚みが減少するためである。

同図の場合には、抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔが溶接初期以外で基準変化率Ｄｔ以下になることがなく、チリが発生しないので、電力目標パターンは適正値であると言える。

図５は、溶接中にチリが発生した場合の溶接部の抵抗値の変化を示す図である。同図の横軸は溶接経過時間ｔ（cyc）を示し、同図（Ａ）は電力設定信号Ｐｒの変化を示し、同図（Ｂ）は溶接部の抵抗値Ｒの変化を示し、同図（Ｃ）は抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔを示す。同図は、上述した図４と対応しているので、同一事項についての説明は省略する。以下、同図を参照して説明する。

同図（Ａ）に示すように、電力設定信号Ｐｒは、第１溶接経過時間Ｔ１で第１ピーク値Ｐp1となり、第２溶接経過時間Ｔ２で第１ベース値Ｐb1となり、第３溶接経過時間Ｔ３で第２ピーク値Ｐp2となり、第４溶接経過時間Ｔ４で第２ベース値Ｐb2となり、溶接終了時間Ｔｅで第３ピーク値Ｐp3となる。同図（Ｂ）に示すように、抵抗値Ｒは、溶接初期以外では溶接経過時間Ｔｔにおいて急減している。同図では、Ｔ１＜Ｔｔ＜Ｔ２の場合である。そして、同図（Ｃ）に示すように、抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔは、溶接初期時を除き溶接経過時間Ｔｔにおいて基準変化率Ｄｔ以下になっている。すなわち、この時点において、チリが発生したことになる。したがって、抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔが、予め定めた溶接初期期間を除き基準変化率Ｄｔ以下になったことを検出すれば、チリの発生した時点を特定することができることになる。溶接初期期間は、溶接開始から１cyc程度の期間である。

抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔが溶接経過時間Ｔｔにおいて基準変化率Ｄｔ以下となったことを検出した場合には、電力目標パターンを以下のようにして適正値に修正する。
（Ａ）第１適正化手法
１）０≦Ｔｔ＜Ｔ２のときには第１ピーク値Ｐp1及び／又は第１ベース値Ｐb1を減少させる。
２）Ｔ２≦Ｔｔ＜Ｔ４のときには第２ピーク値Ｐp2及び／又は第２ベース値Ｐb2を減少させる。
３）Ｔ４≦Ｔｔ≦Ｔｅのときには第３ピーク値Ｐp3を減少させる。
１回当たりの減少値は例えば１０％とし、溶接実験を繰り返すことによって、上述した図４の場合のように、抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔが基準変化率Ｄｔ以下になることがないようにする。このような状態になった時点で、電力目標パターンはチリの発生しない適正値に設定されたことになる。

（Ｂ）第２適性化手法
１）０≦Ｔｔ＜Ｔ２のときには第１溶接経過時間Ｔ１及び／又は第２溶接経過時間Ｔ２を短くする。
２）Ｔ２≦Ｔｔ＜Ｔ４のときには第３溶接経過時間Ｔ３及び／又は第４溶接経過時間Ｔ４を短くする。
３）Ｔ４≦Ｔｔ≦Ｔｅのときには溶接終了時間Ｔｅを短くする。
１回当たりの短縮値は例えば１０％とし、溶接実験を繰り返すことによって、上述した図４の場合のように、抵抗値の変化率ｄＲ／ｄｔが基準変化率Ｄｔ以下になることがないようにする。このような状態になった時点で、電力目標パターンはチリの発生しない適正値に設定されたことになる。

上記の基準変化率Ｄｔは、実験によってこれまでに蓄積された、チリが発生しなかったときの抵抗値の変化率の推移波形データ及びチリが発生したときの抵抗値の変化率の推移波形データに基づいて設定される。

図６は、本発明の実施の形態２に係る抵抗溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図において、上述した図１と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図は、破線で示す抵抗値算出回路ＲＤ、抵抗値変化率算出回路ＤＣ及びチリ発生時点判別回路ＴＴを追加し、さらに、図１の電力設定回路ＰＲを破線で示す適正化機能付加電力設定回路ＰＣＲに置換したものである。以下、これらブロックについて同図を参照して説明する。

抵抗値算出回路ＲＤは、電圧検出信号Ｖｄ及び電流検出信号Ｉｄを入力として、電圧検出信号Ｖｄの値を電流検出信号Ｉｄの値で除算して、抵抗値算出信号Ｒｄを出力する。抵抗値変化率算出回路ＤＣは、この抵抗値算出信号Ｒｄを微分して、抵抗値変化率信号ｄＲ／ｄｔを出力する。チリ発生時点判別回路ＴＴは、この抵抗値変化率信号ｄＲ／ｄｔ及び起動信号Ｏｎを入力として、この起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの経過時間（溶接経過時間）を計数すると共に、溶接経過時間が予め定めた溶接初期期間以上となり、かつ、抵抗値変化率信号ｄＲ／ｄｔの値が予め定めた基準変化率Ｄｔ以下になったときにはその時点を記憶して、チリ発生時点溶接経過時間信号Ｔｔとして出力する。適正化機能付加電力設定回路ＰＣＲは、上記のチリ発生時点溶接経過時間信号Ｔｔ及び上記の起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルのときにチリ発生時点溶接経過時間信号Ｔｔの値に基づいて上述した第１適正化手法又は第２適正化手法によって予め定めた電力目標パターンを修正し、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになるとその時点からの経過時間（溶接経過時間）を計数し、修正された電力目標パターンから上記の溶接経過時間に対応した電力設定信号Ｐｒを出力する。

上述した実施の形態２によれば、溶接中に溶接部の抵抗値が急減したことを判別することによって、チリの発生時点を特定し、このチリの発生タイミングに応じて電力目標パターンを適正化することができる。このために、被溶接材条件ごとの最適な電力目標パターンの設定を効率的に行うことができる。

上述した実施の形態では、抵抗溶接装置がインバータ制御方式の直流抵抗溶接装置である場合を説明したが、サイリスタを使用した位相制御方式の交流抵抗溶接装置の場合も同様である。

１ａ、１ｂ 電極
２ 被溶接材
ＡＣ 商用交流電源
ＤＲ ２次整流回路
ＤＣ 抵抗値変化率算出回路
ｄＲ／ｄｔ 抵抗値の変化率（信号）
Ｄｔ 基準変化率
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＰ 電力誤差増幅回路
Ｅｐ 電力誤差増幅信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＮＶ インバータ回路
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
Ｐb1 第１ベース値
Ｐb2 第２ベース値
ＰＣＲ 適正化機能付加電力設定回路
ＰＤ 瞬時電力値算出回路
Ｐｄ 瞬時電力値信号
Ｐｐ ピーク値
Ｐp1 第１ピーク値
Ｐp2 第２ピーク値
Ｐp3 第３ピーク値
ＰＲ 電力設定回路
Ｐｒ 電力設定（値／信号）
Ｐｓ 初期値
Ｒ 溶接部の抵抗値
ＲＤ 抵抗値算出回路
Ｒｄ 抵抗値算出信号
Ｒｓ 初期抵抗値
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔ１〜Ｔ４ 溶接経過時間
ｔｅ 溶接終了時間
ＴＲ 高周波変圧器
ＴＴ チリ発生時点判別回路
Ｔｔ チリ発生時点溶接経過時間信号
Ｔｔ 溶接部抵抗値が急減する溶接経過時間
ＴＷＲ 溶接時間設定回路
Ｔwr 溶接時間設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧

Claims (4)

1. 上板、中板及び下板の３枚重ねの被溶接材を一対の電極によって加圧し、前記中板は高張力鋼板から成り、かつ、前記上板及び／又は前記下板が前記中板よりも薄い鋼板から成り、溶接部へ入力される瞬時電力値が予め定めた電力設定値と等しくなるように定電力制御しながら溶接する抵抗溶接制御方法において、
   前記電力設定値は、予め定めた電力目標パターンに従って溶接経過時間に伴って変化する値であり、
   前記電力目標パターンが、溶接開始時点で予め定めた初期値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた第１溶接経過時間Ｔ１で予め定めた第１ピーク値となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第２溶接経過時間Ｔ２で予め定めた第１ベース値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた第３溶接経過時間Ｔ３で予め定めた第２ピーク値となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第４溶接経過時間Ｔ４で予め定めた第２ベース値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた溶接終了時間Ｔｅで予め定めた第３ピーク値となるパターンである、
   ことを特徴とする抵抗溶接制御方法。
2. 前記第１ピーク値、前記第２ピーク値又は前記第３ピーク値の少なくとも１つ以上を増加させることによって、形成されるナゲット径を大きくする、
   ことを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接制御方法。
3. 溶接開始から予め定めた溶接初期期間が経過した後の溶接部の抵抗値の変化率を検出し、この抵抗値の変化率が基準変化率以下になったときはその時点の溶接経過時間Ｔｔを記憶し、
   この記憶された溶接経過時間Ｔｔが、０≦Ｔｔ＜Ｔ２である場合は前記第１ピーク値及び／又は前記第１ベース値を、Ｔ２≦Ｔｔ＜Ｔ４である場合は前記第２ピーク値及び／又は前記第２ベース値を、Ｔ４≦Ｔｔ≦Ｔｅである場合は前記第３ピーク値を、減少させて前記電力目標パターンを修正する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の抵抗溶接制御方法。
4. 溶接開始から予め定めた溶接初期期間が経過した後の溶接部の抵抗値の変化率を検出し、この抵抗値の変化率が基準変化率以下になったときはその時点の溶接経過時間Ｔｔを記憶し、
   この記憶された溶接経過時間Ｔｔが、０≦Ｔｔ＜Ｔ２である場合は前記第１溶接経過時間Ｔ１及び／又は前記第２溶接経過時間Ｔ２を、Ｔ２≦Ｔｔ＜Ｔ４である場合は前記第３溶接経過時間Ｔ３及び／又は前記第４溶接経過時間Ｔ４を、Ｔ４≦Ｔｔ≦Ｔｅである場合は前記溶接終了時間Ｔｅを、短くして前記電力目標パターンを修正する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の抵抗溶接制御方法。

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