JP5963508B2 - Spot welding method - Google Patents
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Description
本発明は、スポット溶接方法に関する。 The present invention relates to a spot welding method.
従来、積層された複数枚の金属製板材を1対の電極チップで挟持し、該1対の電極チップ間に通電して該金属製板材の接触界面に抵抗発熱を発生させることにより、該接触界面にナゲットを形成させるスポット溶接が知られている。前記ナゲットは、前記抵抗発熱により前記接触界面近傍の該金属製板材を溶融させることにより形成される。 Conventionally, a plurality of laminated metal plate members are sandwiched between a pair of electrode chips, and the contact is generated by energizing the pair of electrode chips to generate resistance heat at the contact interface of the metal plate members. Spot welding for forming a nugget at the interface is known. The nugget is formed by melting the metal plate near the contact interface by the resistance heat generation.
前記スポット溶接では、前記金属製板材を溶融させる際に、前記電極チップの加圧力が大きいとスパッタやスパークが発生することがある。そこで、前記スパッタやスパークの発生を回避するために、前記電極チップに超音波送受信器を設け、前記接触界面に向けて超音波を発振することにより、前記金属製板材の溶融状態を監視することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In the spot welding, when the metal plate material is melted, spatter and sparks may occur if the pressure force of the electrode tip is large. Therefore, in order to avoid the occurrence of the spatter and spark, an ultrasonic transmitter / receiver is provided in the electrode tip, and an ultrasonic wave is oscillated toward the contact interface, thereby monitoring a molten state of the metal plate material. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
このようにするときには、前記金属製板材の溶融状態に応じて前記電極チップの加圧力を制御することにより、前記スパッタやスパークの発生を回避することができる。 When doing in this way, generation | occurrence | production of the said sputter | spatter and a spark can be avoided by controlling the applied pressure of the said electrode tip according to the fusion | melting state of the said metal board | plate material.
しかしながら、スポット溶接では、電流密度が過大になったときにもスパッタが発生するという不都合がある。前記電流密度が過大になる例としては、電極チップの金属製板材に対する接触面積よりも金属製板材同士の接触面積が小さい場合、電極チップが金属製板材に対し斜めに接触している場合、電極チップが金属製板材に対し片当たりしている場合等が考えられる。 However, spot welding has a disadvantage that spatter is generated even when the current density becomes excessive. As an example in which the current density is excessive, when the contact area between the metal plate members is smaller than the contact area of the electrode tip with the metal plate member, the electrode tip is in contact with the metal plate member obliquely, It is conceivable that the chip is in contact with a metal plate.
また、スポット溶接では、前記電極チップが磨耗するなどして、金属製板材に対する接触面積が大きくなると、電流密度が低くなり、優れた品質のナゲットを形成することができないことがあるという不都合がある。 Moreover, in spot welding, when the contact area with respect to a metal plate material is increased due to wear of the electrode tips, the current density is lowered, and an excellent quality nugget may not be formed. .
そこで、本発明は、前記不都合を解消して、電極チップの金属製板材に対する接触又は金属製板材同士の接触の状態によらず、優れた品質のナゲットを形成することができるスポット溶接方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a spot welding method capable of solving the above inconveniences and forming an excellent quality nugget regardless of the contact state of the electrode tip with the metal plate material or the contact state between the metal plate materials. The purpose is to do.
かかる目的を達成するために、本発明のスポット溶接方法は、積層された複数枚の金属製板材を1対の電極チップで挟持し、該1対の電極チップ間に通電することにより、該複数枚の金属製板材の接触界面にナゲットを形成するスポット溶接方法において、該電極チップに超音波送受信器を設け、該超音波送受信器から該複数枚の金属製板材に超音波を発振し、受信された反射波から該電極チップの該金属製板材に対する接触面積又は該金属製板材同士の接触面積を検出し、該電極チップの該金属製板材に対する接触面積と、該金属製板材同士の接触面積とを比較し、小さい方の接触面積に応じて該1対の電極チップ間に通電する電流値を制御することを特徴とする。 In order to achieve this object, the spot welding method of the present invention includes a plurality of laminated metal plate members sandwiched between a pair of electrode tips, and energized between the pair of electrode tips. In a spot welding method in which a nugget is formed at the contact interface of a sheet of metal plate material, an ultrasonic transmitter / receiver is provided on the electrode tip, and ultrasonic waves are oscillated from the ultrasonic transmitter / receiver to the plurality of metal plate materials and received. The contact area of the electrode tip with respect to the metal plate material or the contact area between the metal plate materials is detected from the reflected wave, and the contact area of the electrode tip with respect to the metal plate material and the contact area between the metal plate materials And a current value to be passed between the pair of electrode chips is controlled according to the smaller contact area .
本発明のスポット溶接方法では、前記電極チップに設けられた超音波送受信器から前記複数枚の金属製板材に超音波を発振し、反射波を受信することにより、該電極チップの該金属製板材に対する接触面積又は該金属製板材同士の接触面積を検出する。そして、前記電極チップの前記金属製板材に対する接触面積と、該金属製板材同士の接触面積とを比較し、小さい方の接触面積に応じて該1対の電極チップ間に通電する電流値を制御する。 In the spot welding method of the present invention, the metal plate material of the electrode tip is obtained by oscillating ultrasonic waves to the plurality of metal plate materials and receiving reflected waves from the ultrasonic transmitter / receiver provided on the electrode tip. Or the contact area between the metal plate members is detected. Then, the contact area of the electrode tip with respect to the metal plate material is compared with the contact area between the metal plate members, and the current value supplied between the pair of electrode tips is controlled according to the smaller contact area. To do.
前記1対の電極チップ間に通電する場合、電流密度は、前記電極チップの前記金属製板材に対する接触面積と、該金属製板材同士の接触面積との小さい方の面積により決定される。従って、前記いずれかの接触面積のうち、小さい方の接触面積に応じて該1対の電極チップ間に通電する電流値を制御することにより、電流密度を一定としてスポット溶接を安定して行うことができ、優れた品質のナゲットを形成することができる。 If a current between before Symbol pair of electrode tips, the current density, the contact area with the metal plate of the electrode tip, is determined by the area of the smaller the contact area between the metallic plate material. Therefore, performing the out of one of the contact area, by controlling the current value to be supplied between the pair of electrode tip according to the contact area of the smaller, and stable spot welding at a current density of constant it is possible, it is possible to form the excellence in quality nugget.
ここで、前記電極チップの前記金属製板材に対する接触面積が、該金属製板材同士の接触面積より小さいときには、前記1対の電極チップ間に溶接のための電流を印加する前に、予め該電流より弱い電流を印加することが好ましい。前記金属製板材は、通電することにより軟化するので、前記溶接のための電流を印加する前に、予め該電流より弱い電流を印加することにより、前記電極チップの前記金属製板材に対する接触面積を増大させて、該金属製板材同士の接触面積に近づけることができる。 Here, when the contact area of the electrode tip with respect to the metal plate material is smaller than the contact area between the metal plate members, the current is applied in advance before applying a current for welding between the pair of electrode tips. It is preferable to apply a weaker current. Since the metal plate material is softened by energization, by applying a current that is weaker than the current in advance before applying the current for welding, the contact area of the electrode tip to the metal plate material is increased. By increasing, it can be brought close to the contact area between the metal plate members.
この結果、前記電極チップと前記金属製板材との接触界面における電流密度を、該金属製板材同士の接触界面における電流密度に近づけることができ、電流密度を一定としてスポット溶接をより一層安定して行うことができ、より一層優れた品質のナゲットを形成することができる。 As a result, the current density at the contact interface between the electrode tip and the metal plate material can be made closer to the current density at the contact interface between the metal plate materials, and the spot welding can be made more stable with a constant current density. Can be performed, and even better quality nuggets can be formed.
また、前記金属製板材同士の接触面積が、前記電極チップの該金属製板材に対する接触面積より小さいときには、該1対の電極チップの加圧力を増加することが好ましい。前記金属製板材は、前記1対の電極チップの加圧力を増加することにより、該金属製板材同士の接触面積を増大させて、該電極チップの該金属製板材に対する接触面積に近づけることができる。 In addition, when the contact area between the metal plate members is smaller than the contact area of the electrode tips with respect to the metal plate member, it is preferable to increase the pressure applied to the pair of electrode tips. The metal plate member can increase the contact area between the metal plate members by increasing the pressing force of the pair of electrode tips, and can approach the contact area of the electrode tip with the metal plate member. .
この結果、前記金属製板材同士の接触界面における電流密度を、前記電極チップと該金属製板材との接触界面における電流密度に近づけることができ、電流密度を一定としてスポット溶接をより一層安定して行うことができ、より一層優れた品質のナゲットを形成することができる。 As a result, the current density at the contact interface between the metal plate materials can be made closer to the current density at the contact interface between the electrode tip and the metal plate material, and spot welding can be made more stable with a constant current density. Can be performed, and even better quality nuggets can be formed.
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
まず、本実施形態の第1の態様について説明する。 First, the first aspect of the present embodiment will be described.
本実施形態のスポット溶接方法は、図1に示す装置により実施することができる。図1に示すスポット溶接装置は、積層された2枚の金属製板材1a,1bに当接される電極チップ2a,2bを備え、電極チップ2aには超音波送受信器3が内蔵されている。超音波送受信器3は、主制御装置4に接続されている。
The spot welding method of this embodiment can be implemented with the apparatus shown in FIG. The spot welding apparatus shown in FIG. 1 includes
主制御装置4は、超音波送受信器3を制御し、超音波送受信器3が受信した超音波の解析を行う。また、主制御装置4は、通電制御装置5を介して電極チップ2a,2bに通電される電流を制御すると共に、加圧制御装置6を介して電極チップ2a,2bに対する加圧力を制御する。
The main controller 4 controls the ultrasonic transmitter / receiver 3 and analyzes the ultrasonic waves received by the ultrasonic transmitter / receiver 3. The main control device 4 controls the current supplied to the
本実施形態のスポット溶接方法は、まず、積層された2枚の金属製板材1a,1bを1対の電極チップ2a,2bで挟持する。ここで、第1の態様では、金属製板材1a,1bは、両者の接触界面に間隙ができないように積層され、電極チップ2a,2bはその軸が金属製板材1a,1bに対して垂直になるようにされており、加圧制御装置6により金属製板材1a,1bに圧接されている。
In the spot welding method of the present embodiment, first, two stacked
次に、通電制御装置5により電極チップ2a,2b間に通電することにより、金属製板材1a,1bの接触界面にナゲット7を形成する。ここで、図1に示すように、金属製板材1a,1bが、両者の接触界面に間隙ができないように積層されているときには、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触界面における電流密度がそのまま金属製板材1a,1b間の接触界面における電流密度となる。従って、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積に対して通電される電流により、ナゲット7の品質が決定される。
Next, the
そこで、本態様では、主制御装置4が、超音波送受信器3から金属製板材1a,1bの接触界面に向けて超音波を発振し、受信された反射波を解析することにより、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積を検出する。そして、前記接触面積に応じて、通電制御装置5により電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御する。前記電流値の制御は、具体的には、前記接触面積に対し、単位面積当たりの電流値(電流密度)が一定になるようにする。
Therefore, in this embodiment, the main control device 4 oscillates ultrasonic waves from the ultrasonic transmitter / receiver 3 toward the contact interface between the
次に、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積を検出する方法について説明する。まず、電極チップ2aが金属製板材1aに接触していない場合には、超音波送受信器3から発振された超音波は、電極チップ2aの先端部において全反射される。前記全反射は、金属からなる電極チップ2aを伝達媒体としていた超音波が、電極チップ2aの先端部で空気に接触したときに、伝達媒体の密度が急激に変化することによる。このとき、超音波送受信器3により受信される超音波の波形を図2(a)に示す。図2(a)において、Aは、前記全反射したときの超音波の振幅である。 Next, a method for detecting the contact area of the electrode tip 2a with the metal plate 1a will be described. First, when the electrode tip 2a is not in contact with the metal plate 1a, the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transmitter / receiver 3 is totally reflected at the tip of the electrode tip 2a. The total reflection is due to the fact that the density of the transmission medium changes abruptly when an ultrasonic wave using the electrode tip 2a made of metal as a transmission medium comes into contact with air at the tip of the electrode chip 2a. At this time, the waveform of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transceiver 3 is shown in FIG. In FIG. 2A, A is the amplitude of the ultrasonic wave when totally reflected.
次に、電極チップ2aが金属製板材1aに接触しているときには、超音波送受信器3から発振された超音波は、電極チップ2aと金属製板材1aとの接触界面において、その一部が金属製板材1aに伝達され、残部が反射する。前記超音波の一部が金属製板材1aに伝達されるのは、電極チップ2aと金属製板材1aとが共に金属からなり、両者の接触界面における伝達媒体の密度の変化が少ないことによる。このとき、超音波送受信器3により受信される超音波の波形を図2(b)に示す。 Next, when the electrode tip 2a is in contact with the metal plate 1a, the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transmitter / receiver 3 is partly metal at the contact interface between the electrode tip 2a and the metal plate 1a. It is transmitted to the plate-making material 1a and the remaining part is reflected. A part of the ultrasonic wave is transmitted to the metal plate 1a because the electrode chip 2a and the metal plate 1a are both made of metal, and there is little change in the density of the transmission medium at the contact interface between them. At this time, the waveform of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transceiver 3 is shown in FIG.
図2(b)における超音波の振幅X1は、図2(a)における全反射した超音波の振幅Aよりも小さくなっており、このとき主制御装置4は、前記超音波が金属製板材1aに伝達される割合を示す超音波透過率を、次式(1)で求めることができる。 Figure 2 (b) the amplitude X 1 of ultrasonic wave in is smaller than the ultrasonic amplitude A totally reflected in FIG. 2 (a), the main control unit 4 at this time, the ultrasonic wave is a metal sheet The ultrasonic transmittance indicating the ratio transmitted to 1a can be obtained by the following equation (1).
超音波透過率=(1−X1/A) ・・・(1)
また、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積は、前記超音波透過率と、電極チップ2aの先端面積との積で表すことができる。そこで、電極チップ2aの半径をr、円周率をπとすると、前記接触面積は、次式(2)で求めることができる。
Ultrasonic transmittance = (1−X 1 / A) (1)
The contact area of the electrode tip 2a with the metal plate 1a can be expressed by the product of the ultrasonic transmittance and the tip area of the electrode tip 2a. Therefore, when the radius of the electrode tip 2a is r and the circumference is π, the contact area can be obtained by the following equation (2).
接触面積=(1−X1/A)×πr2 ・・・(2)
そこで、本実施形態のスポット溶接方法では、前述のようにして、主制御装置4が電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積を検出し、該接触面積に対し単位面積当たりの電流値が一定になるように、通電制御装置5により電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御する。この結果、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積の大小に拘わらず、電流密度を一定にすることができ、前記スポット溶接を安定して行うことができ、優れた品質のナゲット7を形成することができる。
Contact area = (1−X 1 / A) × πr 2 (2)
Therefore, in the spot welding method of the present embodiment, as described above, the main controller 4 detects the contact area of the electrode tip 2a with the metal plate 1a, and the current value per unit area is constant with respect to the contact area. The current value supplied between the
次に、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積が小さいと、超音波送受信器3から発振された超音波は、金属製板材1aに伝達される部分が小さくなり、反射する部分が大きくなる。この結果、超音波送受信器3により受信される超音波の波形は、図2(c)に示すように、振幅X2がX1よりも大きくなる。 Next, when the contact area of the electrode tip 2a with the metal plate 1a is small, the portion of the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transmitter / receiver 3 is transmitted to the metal plate 1a and the portion of reflection is large. . As a result, the waveform of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transmitter / receiver 3 has an amplitude X 2 larger than X 1 as shown in FIG.
このとき、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積は、(2)式の場合と同様にして、次式(3)で求めることができる。 At this time, the contact area of the electrode tip 2a with the metal plate 1a can be obtained by the following equation (3) in the same manner as in the equation (2).
接触面積=(1−X2/A)×πr2 ・・・(3)
この場合、超音波送受信器3により受信される超音波の波形の振幅がX1の場合と同様に、接触面積に対し単位面積当たりの電流値が一定になるように、通電制御装置5により電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御してもよい。しかし、この場合には、予め通電制御装置5により、スポット溶接のために電極チップ2a,2b間に通電する前記電流値より弱い電流を印加することが好ましい。
Contact area = (1−X 2 / A) × πr 2 (3)
In this case, as in the case the amplitude of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transducer 3 is X 1, so that the current value per unit area with respect to the contact area is constant, the electrode by
このようにすると、前記弱い電流により金属製板材1aが軟化し、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積が増加する。そこで、前記接触面積の増加を主制御装置4により監視し、該接触面積が所要の大きさとなったところで、通電制御装置5により、電極チップ2a,2b間に通電する電流を、スポット溶接のための電流値に切り替えることにより、優れた品質のナゲット7を形成することができる。
If it does in this way, the metal plate material 1a will soften with the said weak electric current, and the contact area with respect to the metal plate material 1a of the electrode chip 2a will increase. Therefore, the increase in the contact area is monitored by the main control device 4, and when the contact area reaches a required size, the current supplied between the
次に、本実施形態の第2の態様について説明する。第2の態様では、図3に示すように、積層された2枚の金属製板材1a,1bの間に間隙8がある。このときには、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積に対し、金属製板材1a,1bの接触面積の方が小さくなる。
Next, a second aspect of the present embodiment will be described. In the second mode, as shown in FIG. 3, there is a gap 8 between the two
そこで、本態様では、主制御装置4が、超音波送受信器3から金属製板材1a,1bの接触界面に向けて超音波を発振し、受信された反射波を解析することにより、金属製板材1a,1bの接触面積を検出する。そして、前記接触面積に対し、単位面積当たりの電流値(電流密度)が一定になるように、通電制御装置5により、電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御する。
Therefore, in this embodiment, the main control device 4 oscillates ultrasonic waves from the ultrasonic transmitter / receiver 3 toward the contact interface between the
次に、金属製板材1a,1bの接触面積を検出する方法について説明する。
Next, a method for detecting the contact area between the
図3に示す態様では、超音波送受信器3から発振された超音波は、電極チップ2aと金属製板材1aとの接触界面において、その一部が金属製板材1aに伝達され、残部が反射するとともに、間隙8においても反射波が発生する。このとき、超音波送受信器3により受信される超音波の波形を図4に示す。 In the embodiment shown in FIG. 3, a part of the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transceiver 3 is transmitted to the metal plate 1a at the contact interface between the electrode tip 2a and the metal plate 1a, and the remaining part is reflected. At the same time, a reflected wave is also generated in the gap 8. At this time, the waveform of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transceiver 3 is shown in FIG.
図4における超音波の振幅X1は、電極チップ2aと金属製板材1aとの接触界面における反射波の振幅であり、振幅Y1は間隙8における反射波の振幅である。そこで、主制御装置4は、このとき前記超音波が金属製板材1aに伝達される割合を示す超音波透過率を、次式(4)で求めることができる。Aは式(1)〜(3)の場合と同義であり、全反射した超音波の振幅である。 The ultrasonic wave amplitude X 1 in FIG. 4 is the amplitude of the reflected wave at the contact interface between the electrode tip 2 a and the metal plate 1 a, and the amplitude Y 1 is the amplitude of the reflected wave in the gap 8. Therefore, the main control device 4 can obtain the ultrasonic transmittance indicating the rate at which the ultrasonic waves are transmitted to the metal plate 1a at this time by the following equation (4). A is synonymous with the case of Formula (1)-(3), and is the amplitude of the totally reflected ultrasonic wave.
超音波透過率=(1−(X1+Y1)/A) ・・・(4)
また、金属製板材1a,1bの接触面積は、前記超音波透過率と、電極チップ2aの先端面積との積で表すことができる。そこで、電極チップ2aの半径をr、円周率をπとすると、前記接触面積は、次式(5)で求めることができる。
Ultrasonic transmittance = (1− (X 1 + Y 1 ) / A) (4)
The contact area between the
接触面積=(1−(X1+Y1)/A)×πr2 ・・・(5)
そこで、本実施形態のスポット溶接方法では、前述のようにして、主制御装置4が金属製板材1a,1bの接触面積を検出し、該接触面積に対し単位面積当たりの電流値が一定になるように、通電制御装置5により、電極チップ2a,2b間に通電する電流値を制御する。この結果、金属製板材1a,1bの接触面積の大小に拘わらず、電流密度を一定にすることができ、前記スポット溶接を安定して行うことができ、優れた品質のナゲット7を形成することができる。
Contact area = (1− (X 1 + Y 1 ) / A) × πr 2 (5)
Therefore, in the spot welding method of the present embodiment, as described above, the main controller 4 detects the contact area of the
また、この場合には、加圧制御装置6により、電極チップ2a,2bによる加圧力を増加することが好ましい。このようにすると、前記加圧力の増加により、電極チップ2aの金属製板材1aに対する接触面積が増加する。そこで、前記接触面積の増加を主制御装置4により監視し、該接触面積が所要の大きさとなったところで、通電制御装置5により、電極チップ2a,2b間に通電する電流を、スポット溶接のための電流値に切り替えることにより、優れた品質のナゲット7を形成することができる。
In this case, it is preferable to increase the pressure applied by the
1a,1b…金属製板材、 2a,2b…電極チップ、 3…超音波送受信器、 7…ナゲット、 8…間隙。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該電極チップに超音波送受信器を設け、該超音波送受信器から該複数枚の金属製板材に超音波を発振し、受信された反射波から該電極チップの該金属製板材に対する接触面積又は該金属製板材同士の接触面積を検出し、該電極チップの該金属製板材に対する接触面積と、該金属製板材同士の接触面積とを比較し、小さい方の接触面積に応じて該1対の電極チップ間に通電する電流値を制御することを特徴とするスポット溶接方法。 A spot welding method for forming a nugget at a contact interface between a plurality of metal plate members by sandwiching a plurality of metal plate members laminated with a pair of electrode tips and energizing between the pair of electrode tips In
An ultrasonic transmitter / receiver is provided in the electrode chip, ultrasonic waves are oscillated from the ultrasonic transmitter / receiver to the plurality of metal plate members, and a contact area of the electrode chip with respect to the metal plate member from a received reflected wave or the The contact area between the metal plate materials is detected, the contact area of the electrode tip with respect to the metal plate material is compared with the contact area between the metal plate materials, and the pair of electrodes according to the smaller contact area A spot welding method characterized by controlling a current value to be passed between chips.
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