JP5584026B2 - 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ながら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、溶接部の良好な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。

［従来技術１（例えば、特許文献１参照）］
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試験によって設定しておく。

［従来技術２（例えば、特許文献２参照）］
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使用されている。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。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。

［従来技術３（例えば、特許文献３参照）］
被溶接材が３枚重ねである場合には、上述した従来技術１及び２の方法では、チリの発生を抑制しながら適正なナゲット径を形成することが難しい場合がある。以下の説明においては、３枚以上重ねたワークについて、最も上側の被溶接材を上板と呼び、間に挟まれた１枚又は複数枚の被溶接材を中板と呼び、最も下側の被溶接材を下板と呼ぶことにする。従来技術１及び２によって良好な溶接品質を得ることが難しい場合とは、上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である場合である。このような３枚重ねの被溶接材を抵抗溶接すると、形成されるナゲットは、重ねの中心部（上板の板厚＋中板の板厚＋下板の板厚／２）で最もそのナゲット径が大きくなり、上板及びした板の表面に近づくほどそのナゲット径は小さくなる。特に、上板又は下板が中板よりも薄い鋼板であるときはこの傾向が顕著になる。これは、上板及び下板は薄い鋼板であり、かつ、外側に配置されているために熱が外部に逃げやすいが、重ね中心部では、中板は厚い鋼板であり、かつ、上板と下板に挟まれて熱が周辺に逃げにくいためである。このために、上板、重ね中心部及び下板のナゲット径を全て適正範囲に形成するためには、定電流制御では溶接電流値を定電力制御では瞬時電力値を増大させる必要がある。しかし、このようにすると、ナゲット径は適正範囲内に形成されるが、重ね中心部への入熱が過剰となるために重ね中心部からチリが発生することになる。

図７は、上述した問題を解決するための方法を示す電流通電パターン図である。同図の横軸は１回の溶接における経過時間ｔ（cyc）を示し、縦軸は溶接電流値Ｉｗ（kA）を示す。溶接経過時間ｔは、慣習により商用電源の１周期（１／５０又は１／６０）を１サイクル（cyc）として表している。同図に示すように、溶接開始時点から予め定めた初期期間Ｔｓまでは、定常値Ｉｃよりも大きな値の初期電流Ｉｓを通電し、それ以降は定常溶接電流Ｉｃを通電する。このような階段状の溶接電流Ｉｗを通電することによって、３枚重ねの被溶接材に対しても、チリの発生を抑制しながら全てのナゲット径を適正範囲内に形成することができる。この理由は、以下のとおりである。すなわち、定常値よりも大きな値の初期電流Ｉｓを通電することによって、上板及び下板のナゲット径が小さくなるのを防止し、かつ、初期電流Ｉｓよりも小さな定常電流Ｉｃを通電することによって重ね中心部への過剰な入熱を抑制してチリの発生を抑制しているためである。同図において、初期期間Ｔｓ及び初期電流値Ｉｓの設定は、被溶接材条件に応じて適正化することになる。

特開昭５４−１５０３３８号公報 特開平１１−１０４８４７号公報 特開２００６−１８１６２１号公報

上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である３枚の被溶接材を重ねて抵抗溶接を行う場合には、上述した従来技術３の方法によって、チリの発生を抑制しながら全ての被溶接材のナゲット径を適正範囲内に形成することができる。しかし、図７の電流通電パターンで溶接を繰り返した場合、電極磨耗の進行に伴い接触面積が広くなりナゲット径が次第に小さくなってくる。これを解決するためには、上述した従来技術１のように、初期電流Ｉｓ及び定常電流Ｉｃの両値を、溶接回数に応じて増大させる必要が生じる。しかしながら、電極磨耗の進行状態は一様ではなくバラツキを伴うために、予め定めた電流増加パターンが常に適正であるとは限らない。このために、電極磨耗の進行状態のバラツキに影響されずに適正範囲のナゲット径を形成するために、上記の電流増加パターンを電流値が大きくなる方向に裕度を持たせることになる。この結果、重ね中心部への入熱が過剰になり、チリの発生を招くことになる。さらには、被溶接材条件に応じて、初期期間Ｔｓ、初期電流値Ｉｓ及び定常電流値Ｉｃを試験によって設定する必要があるのに加えて、溶接回数に対して初期電流値Ｉｓ及び定常電流値Ｉｃの電流増加パターンを試験によって設定する必要もあり、試験に多くの工数が必要になる。

そこで、本発明では、上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である３枚重ねの被溶接材を抵抗溶接する場合において、電極磨耗の進行状態に影響されずに、チリの発生を抑制しながら適正範囲のナゲット径を形成することができ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２ピーク値となるパターンであり、
前記第１ピーク値及び／又は前記第２ピーク値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、
ことを特徴とする抵抗溶接制御方法である。

請求項２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／又は前記ベース値を、Ｔ２≦Ｔｔ≦Ｔｅである場合は前記第２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≦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記載の抵抗溶接制御方法である。

本発明によれば、上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である３枚重ねの被溶接材を抵抗溶接する場合において以下のような効果を奏する。第１ピーク値によって初期的に大きな電力（入熱）を供給して、重ね中心部に比べて小さくなる傾向のある上板及び下板のナゲット径を大きくすることができる。これによって、被溶接材全てのナゲット径を適正範囲内で形成することができる。また、その後は電力設定値を一旦小さくした上で、再び大きくすることによって重ね中心部への過剰な入熱を抑制して、チリの発生を抑制し、ナゲットの厚み方向への成長を促している。さらに、本発明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、各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。

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に内蔵されている電力目標パターンの基本的なパターンを示す、本発明の参考のための図である。 本発明の実施の形態１に係る電力目標パターンを示す図である。 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、被溶接材を３枚重ねにしたときのナゲット形成状態を改善するための電流通電パターン図である。

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。予め記憶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、後述する本発明の説明のために参考となる、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、縦軸は電力設定信号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１．６mmと軟鋼１．６mmとの２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＝６ｋＷ、ピーク値Ｐｐ＝１７ｋＷ、溶接終了時間Ｔｅ＝１６cycとなっている。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。

同図に示す電力目標パターンは基本パターンであり、２枚の被溶接材を重ねて抵抗溶接する場合に使用される。同図に示すように、電力設定信号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、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、各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。初期値Ｐｓ、溶接終了時間Ｔｅ及びピーク値Ｐｐは、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、予め試験によって設定される。

図３は、本発明の実施の形態１に係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。１cycは、図２と同様に１／５０＝２０msの場合である。同図の被溶接材条件は、被溶接材が軟鋼0.7mm、軟鋼1.6mm、軟鋼1.6mmの３枚重ねの場合である。したがって、上板が中板よりも薄い鋼板である場合である。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のとき予め定めた第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のとき予め定めたベース値Ｐｂとなり、その後は次第に大きくなり溶接終了時点ｔ＝Ｔｅのとき予め定めた第２ピーク値Ｐp2となる。同図の電力目標パターンは、上述した図２の基本パターンに、第１ピーク値Ｐp1となる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Ｐｐ＝２０ｋＷ、第２溶接経過時間Ｔ２＝８cyc、ベース値Ｐｂ＝１０ｋＷ、溶接終了時間Ｔｅ＝２０cyc及び第２ピーク値Ｐp2＝１６ｋＷの場合である。

同図に示す電力目標パターンは、上板及び／又は下板が中板よりも薄い鋼板である３枚重ねの被溶接材を抵抗溶接す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からなる山を重畳して上板及び下板へ初期的に大きな電力（入熱）を供給することによって、重ね中心部に比べて小さくなる傾向のある上板及び下板のナゲット径を大きくすることができる。これによって、被溶接材全てのナゲット径を適正範囲内で形成することができる。また、その後は電力設定値Ｐｒを一旦小さくした上で、再び大きくすることによって重ね中心部への過剰な入熱を抑制して、チリの発生を抑制し、ナゲットの厚み方向への成長を促している。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、各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。

上述した電力目標パターンの各パラメータ（Ｐｓ、Ｔ１〜Ｔ２、Ｔｅ、Ｐp1〜Ｐp2、Ｐｂ）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、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＋３cyc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％程度の値をベース値Ｐｂとして設定する。
（６）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２ピーク値Ｐp2として設定する。
（７）上記（３）〜（６）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。
（８）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〜Ｐp2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。
（９）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Ｐｂを、Ｔ２≦Ｔｔ≦Ｔｅである場合はＰp2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≦Ｔｅである場合はＴｅを小さくする。
（１０）上記（８）〜（９）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。

［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及び／又は第２ピーク値Ｐp2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ピーク値及び／又は第２ピーク値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においてベース値Ｐｂ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２ピーク値Ｐp2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。これ以降も抵抗値Ｒは、溶接終了時点まで小さくなり続ける。但し、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。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でベース値Ｐｂとなり、溶接終了時間Ｔｅで第２ピーク値Ｐp2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／又はベース値Ｐｂを減少させる。
２）Ｔ２≦Ｔｔ≦Ｔｅのときには第２ピーク値Ｐp2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≦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
ＤＣ 抵抗値変化率算出回路
ＤＲ ２次整流回路
ｄＲ／ｄｔ 抵抗値変化率（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
Ｉｃ 定常溶接電流
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
Ｉｓ 初期電流
Ｉｗ 溶接電流
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
Ｐｂ 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
ＰＲ 電力設定回路
Ｐｒ 電力設定（値／信号）
Ｐｓ 初期値
Ｒ 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
ｔ 溶接経過時間
Ｔ１ 第１溶接経過時間
Ｔ２ 第２溶接経過時間
Ｔｅ 溶接終了時間
ＴＲ 高周波変圧器
Ｔｓ 初期期間
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）
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 (3)

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２ピーク値となるパターンであり、
   前記第１ピーク値及び／又は前記第２ピーク値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、
   ことを特徴とする抵抗溶接制御方法。
2. 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／又は前記ベース値を、Ｔ２≦Ｔｔ≦Ｔｅである場合は前記第２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≦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記載の抵抗溶接制御方法。

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