JP5802040B2 - スタッド構造 - Google Patents

Description

本発明は、スタッド構造に関する。具体的には、抵抗スタッド溶接に用いられるスタッドの先端の構造に関する。

抵抗スタッド溶接は、抵抗溶接（溶接継手部に大電流を流し、ここに発生する抵抗熱によって加熱し、圧力を加えて行う溶接）の一種で、突合せ抵抗溶接（溶接継手の端面を突き合わせ、加圧して行う抵抗溶接）に分類される、突合せプロジェクション溶接（母材の溶接箇所にプロジェクション［突起部］を設けて、この突起部分に電流を集中して流し、加熱すると同時に加圧接合する抵抗溶接）に含まれる抵抗溶接である。抵抗スタッド溶接は、主に平板の母材とボルトや丸棒などの先端との間に通電によって発生する抵抗熱を利用して行う溶接である。

そして、抵抗スタッド溶接を行う際には、スパッタが生じやすい。スパッタは、溶接中に飛散するスラグや金属粒のことで、一般に溶接中突起部が解けて押し込まれる際行き場を失った金属が溶融圧力によって飛び出すものである。具体的には、スタッド溶接部が溶融された母池に突き込まれたときに、溶融面からスパッタが発生し周囲に激しく飛び散る。このために、溶接部に適正な余盛の形成が妨害されて溶接が不完全になる問題点がある。そこで、アークを利用したアークスタッド溶接法が行われている（例えば、特許文献１）。しかし、アークスタッド溶接を利用すると、コスト面の問題や溶接工程の自動化などに適さないという問題点があった。

そこで、このような問題点を解決し、スパッタの飛散を受け止めることができるスタッドが開示されている（特許文献２）。
このスタッドは、スタッド基部と突出するスタッド溶接部を有する溶接スタッドであって、上記スタッド基部に凹部を形成して構成したものである。
具体的には、スタッド基部の中央に突出して設けられたスタッド溶接部と、このスタッド基部にスタッド溶接部の基端に接して周回する溝状の凹部を設けて形成されるものである。この溶接スタッドを用いてスタッド溶接した際には、スタッド溶接中に発生するスパッタが凹部に受け止められて、溶接部に適正な余盛が形成されるというものである。

しかしながら、上記技術には、以下のような欠点がある。
１．スタッド基部周囲に凹部を設けなければならず、スタッド形状の選択が狭まること。
２．スタッド基部周囲に凹部を設けることで、全体として大きな直径を必要とし、より大きなスペースが必要になってしまうこと。
３．溶接されたスタッドの強度は、ワークに接するスタッド面積と密接に関係するが、凹部の存在により溶接強度を弱めてしまうこと。
４．スパッタがスタッド先端から外側の凹部へ向けて飛散していることに変わりはないこと。

特開平１０−１０９１７２号公報 特開平９−１８２９６７号公報

そこで、本発明の目的は、抵抗スタッド溶接において、アークを利用せず、スパッタを防止して、かつ余分なスペースを必要とせず、良好な溶接強度も得られるスタッドおよび溶接方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明者は、スパッタの飛散について研究した。その結果、スタッドの先端中央の軸心に凹部を設けて抵抗加熱により直接溶接を行うと、スパッタが凹部に吸い込まれ、その殆どが溶融池の一部となるために、実質的にスパッタが生じていないのと同じ状態になることを発見した。

すなわち、前記目的を達成するため、本発明のスタッドは、抵抗スタッド溶接に用いられるスタッドであって、溶接部を構成するスタッドの突起先端にスタッドの軸方向に平行に凹部を設けてスパッタ防止部とし、ワークと接触するスタッド先端の軸心部分が空洞となっていることからなる。
また、スタッドにフランジが設けられ、凹部の深さがフランジの張り出し位置に届いていないことが好適である。また、凹部の直径が凹部の深さより大きいことが好適である。
また、凹部の断面が円形であり、直径がスタッドの基部の直径以下であることが好適である。
さらに、本発明の抵抗スタッド溶接方法は、前記スタッドを、通電により直接抵抗加熱して溶融し、平板の表面を有するワークに溶接することからなる。

すなわち、本発明においては、スタッドの突起先端から軸方向に平行に凹部が設けられている。このために、溶接する際ワークと接するスタッド先端は軸心部分が空洞となり、リング状になる。ただし、凹部は必ず円形でなければならないものではない。そして、抵抗スタッド溶接を行うと、スパッタが凹部に吸い込まれ、その殆どが溶融池の一部となるために、実質的にスパッタが生じていないのと同じ状態になるものである。

凹部の断面形状は、断面が円形であることが多いスタッドの形状や製造の容易さを考慮すると、円形が好適であるが、多角形でも良く、特に限定されるものではない。

凹部の直径は、スタッドの基部の直径（フランジが設けられた場合、フランジを除いた部分の直径）以下であれば良く、適宜設定することができる。好ましくは、スタッド胴部の直径の４分の１〜４分の３程度の幅があれば、本発明の目的を好適に達成できる。

凹部の深さについては、溶融量等に応じて適宜設定することができるが、溶接後に凹部が溶融金属で埋まる深さであることが望ましい。もし、極端に深くしてしまうと、溶接後のスタッド基部に空洞部分が生じてパイプ状となり、強度が下がるからである。そのため、凹部の幅（直径）と深さの比は、４：１〜３：２程度とすることが好ましい。また、スタッドにフランジが設けられている場合、凹部の深さはフランジが張り出す位置にまで届いていないことが好適である。張り出し位置は、基部側よりの位置を基準とする。これ以上の深さにしてしまうと、必要以上に凹部が深く溶接強度を低下させるからである。

凹部は、スタッド先端からドリルで孔を開けることで設けることができる。そのため、製造は比較的容易である。ただし、型を設けて一体的に構成するなど、他の方法により製造することも可能である。

本発明に係るスタッド構造を利用したスタッドは、通電による抵抗加熱を利用して、ワークに直接接して溶接することが可能である。通常はスタッドが接するワーク表面は平板状である。スタッド素材や各種の溶接条件は、通常の抵抗スタッド溶接と変わるものではない。

以上の構成を採用した結果、ワークと直接接するスタッド先端は、中央が空洞のリング状になっているために、直接ワークと接する面積を減らしつつも、溶融する面積はリング内全体に及び溶融面積を十分に得ることができるものであり、凹部は溶融金属で埋まり、十分な溶接強度を得ることができる。さらに、スパッタは凹部に吸い込まれ、殆どが溶融池の一部となるので、実質的にスパッタが発生していないのと同じ状況になる。このように、本発明によれば、スパッタを防止して、かつ余分なスペースを必要とせず、良好な溶接強度も得ることができる。

本発明のスタッドを示す断面図である。 本発明のスタッドにより溶接された状態を示す図である。

本発明の実施の形態の例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明のスタッドの一例を示す断面図である。
スタッド１は、スタッド基部２と、溶接部を構成する突起３からなり、突起３は、全体的に先端に向けて錐状に狭まるような形状をしている。また、スタッド溶接ガンで圧接する際に利用されるフランジ４が設けられている。
スタッド１のサイズは、スタッド基部２の直径は6mmであり、フランジ４の直径は12.8mm，厚みは1mmである。突起３は先端からの厚さが1.4mmであり、直径は9mmである。なお、本願においてフランジ４の張り出し位置は、線Ａ−Ａ’に示されている。
そして、スタッド１の突起３の先端には、軸５に平行に設けられた凹部６が設けられている。凹部６の幅は3mm，深さは1.4mmである。凹部６は、スタッドの突起３の先端からドリルで彫ることで設けられたものである。図１において凹部６を設けない通常の先端形状は点線にて示した。

本発明に係るスタッドを、抵抗スタッドガンを利用し、電流12000A，通電時間180mm/sec，加圧力200kgfで、板厚0.8mmの鋼板に抵抗スタッド溶接を行った後、スタッド基部を横から切断し、凹部及び溶接状態を写した写真が図２である。ただし、当該写真を撮影するため、凹部はスタッドの基部まで深く設けたものである。写真の中央にある空洞が凹部であり、スパッタは凹部に吸い込まれており、飛散していない。また、溶融面積も十分に確保されており、溶接強度も高いものである。

１ スタッド
２ スタッド基部
３ 突起
４ フランジ
５ 軸
６ 凹部

Claims (4)

1. 抵抗スタッド溶接に用いられるスタッドであって、
   溶接部を構成するスタッドの突起は先端に向けて錐状に狭まる形状をしており、当該突起の先端にはスタッドの軸方向に平行に凹部が設けられてスパッタを受け止めるスパッタ防止部とし、
   ワークと接触するスタッド先端の軸心部分が空洞となっており、
   前記凹部の断面が外側へ開口のない形状であることを特徴とするスタッド。
2. 前記スタッドにフランジが設けられ、
   前記凹部の深さが当該フランジの張り出し位置に届いていないことからなることを特徴とする請求項１に記載のスタッド。
3. 前記凹部が円形であり、
   その直径は前記凹部の深さより大きく、前記スタッドの基部の直径以下であり、
   凹部の直径と深さの比が、４：１〜３：２であることを特徴とする請求項２に記載のスタッド。
4. 請求項１〜３に記載の前記スタッドを、通電により直接抵抗加熱して溶融し、平板の表面を有するワークに溶接することを特徴とする抵抗スタッド溶接方法。