JP6236610B2 - 鋼板間の接触寸法測定方法および鋼板間の接触寸法測定装置 - Google Patents
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Description
図1乃至図13は、本発明の実施の形態の鋼板間の接触寸法測定方法および鋼板間の接触寸法測定装置を示している。
図1に示すように、鋼板間の接触寸法測定装置10は、2枚の鋼板1a,1bを抵抗溶接で接続したときの各鋼板1a,1bの間の接触寸法を測定するための装置であって、1対の電極11a,11bと電位差測定手段12と制御解析端末13とを有している。
各電極11a,11bと各鋼板1a,1bとの接触部の電気抵抗率が一定と仮定できる場合について、数値解析により、鋼板間の接触寸法測定についての検討を行った。
各鋼板1a,1bおよび各電極11a,11bの内部の電流の流れは、以下に示すラプラス方程式に支配されている。
Δψ=0 (1)
ここで、ψは電位であり、Δはラプラス演算子である。式(1)をFEA解析で解くことにより、ψを求めることができる。以下では、汎用非線形解析プログラムのMarcを用いて、FEA解析を行った。
実験では、2枚の鋼板1a,1bとして、それぞれ厚さ1.2mmで、60mm正方の鋼板を用いた。また、同じ鋼板からパンチ加工により円板状のシム(Shim)を抜き出し、各鋼板1a,1bの間の接触部として使用した。シムの直径Cは、3〜6mmである。図1に示すように、各鋼板1a,1bを2つのCu電極11a,11bの間に挿入し、各電極11a,11bの押しつけ力を2.35kN(一定)とした。各電流用端子21a,21bを、スプリングを介して各電極11a,11bの表面の、各鋼板1a,1bの表面から4mmの位置に接触させ、各電流用端子21a,21bの間に2Aの電流を流した。また、各電極11a,11bの表面の、各鋼板1a,1bの表面から12mmの位置に設置した各電圧測定用端子22a,22bを用いて、電流を流したときの各電圧測定用端子22a,22bの間の電位差ΔVを測定した。
ρ1=ρ0+Q(C−C0)2 (2)
ここで、ρ0は十分な面圧の付与下(C0)において一定値となる接触抵抗であり、Qは定数である。解析ではC0=3mm、ρ0=1.35×10−5Ω・m、Q=1.8Ω/mと仮定した。また、比較のため、各鋼板1a,1bとシムとの間の接触抵抗を、ρ2=1.6×10−5Ω・mで一定とした場合についても解析を行った。
実際のスポット溶接等の溶接では、溶接後に鋼板1a,1bの表面粗さが増大するため、各電極11a,11bと各鋼板1a,1bとの間の接触抵抗(電気抵抗率)は一定ではなく、変化することの方が多いと考えられる。一般に、溶接電流を増加させることで各鋼板1a,1bの間の接触部の径は増大するが、各鋼板1a,1bの表面粗さが増大して、各電極11a,11bと各鋼板1a,1bとの間の接触抵抗が増大するため、このことを考慮して各鋼板1a,1bの間の接触寸法を求める必要がある。そこで、まず、各電極11a,11bと各鋼板1a,1bとの間の接触抵抗と、各鋼板1a,1bの間の接触寸法とを変化させた場合の、各電極11a,11bでの電位差を数値解析により算出し、両者が電位差に及ぼす影響の検討を行った。
ΔV=6.88×10-8C-1.2+14.2ρ+1.07×10-5 (3)
式(3)の相関係数Rの2乗値(R2値)は、0.9995である。
実際に各鋼板1a,1bをスポット溶接し、そのときのΔVを測定すると共に、溶接後に各鋼板1a,1bを切断して溶接部の断面観察を行い、各鋼板1a,1bの間の接触寸法Cを実測した。また、実測したΔVおよびCから、図8に示す解析モデルを用いて、FEA解析により、各Cu電極11a,11bと各鋼板1a,1bとの間の接触部の電気抵抗率ρを算出した。なお、ここでは、実測したΔVおよびCからFEA解析を行って接触部の電気抵抗率ρを算出したが、実測したΔVおよびCを(3)式に代入して接触部の電気抵抗率ρを求めてもよい。
ρ=2.14×10-7×exp(947×C) (4)
ΔV=6.88×10-8C-1.2+3.04×10-6exp(947×C)+1.07×10-5 (5)
が得られる。式(5)から、ΔVを測定すればCを評価することができる。なお、式(4)の関係は溶接条件に依存するため、異なる溶接条件ではこの関係を改めて得ることにより、同様の評価式を得ることができる。
10 鋼板間の接触寸法測定装置
11a,11b 電極
12 電位差測定手段
21a,21b 電流用端子
22a,22b 電圧測定用端子
23 測定用電源
24 電圧測定器
13 制御解析端末
25 制御手段
26 電圧入力手段
27 記憶手段
28 接触寸法算出手段
Claims (8)
- 2枚の鋼板間の接触寸法を測定する鋼板間の接触寸法測定方法であって、
それぞれ各鋼板の表面に接触させた1対の電極間に、一定の大きさの直流電流を流したときの各電極間の電位差を測定する電位差測定工程と、
各鋼板間の接触寸法と前記直流電流を流したときの各電極間の電位差との関係を、各電極と各鋼板との接触部の電気抵抗率を考慮して数値解析および/または測定であらかじめ求めておく関係評価工程と、
前記関係評価工程で求められた前記関係に基づいて、前記電位差測定工程で測定された前記電位差から各鋼板間の接触寸法を求める接触寸法算出工程とを、
有することを特徴とする鋼板間の接触寸法測定方法。 - 前記関係評価工程は、数値解析により、前記接触寸法および前記電気抵抗率の関数として前記電位差を求め、さらに複数の異なる電位差のときの各鋼板間の接触寸法を測定することにより、その複数の測定結果を用いて数値解析により前記電気抵抗率と前記接触寸法との関係を求め、その関係と前記電位差の関数とに基づいて、前記接触寸法と前記電位差との関係を求めることを特徴とする請求項1記載の鋼板間の接触寸法測定方法。
- 前記関係評価工程は、各電極と各鋼板との接触部の電気抵抗率が一定と仮定できる場合、数値解析により、前記接触寸法と前記電位差との関係を求めることを特徴とする請求項1記載の鋼板間の接触寸法測定方法。
- 前記接触寸法は各鋼板を抵抗溶接で接続したときの各鋼板間の接触寸法であり、
各電極は前記抵抗溶接を行うための電極から成ることを
特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の鋼板間の接触寸法測定方法。 - 2枚の鋼板間の接触寸法を測定する鋼板間の接触寸法測定装置であって、
それぞれ各鋼板の表面に接触可能に設けられた1対の電極と、
各電極間に一定の大きさの直流電流を流し、そのときの各電極間の電位差を測定する電位差測定手段と、
各鋼板間の接触寸法と前記直流電流を流したときの各電極間の電位差との関係を、各電極と各鋼板との接触部の電気抵抗率を考慮して数値解析および/または測定であらかじめ求め、求められた前記接触寸法と前記電位差との関係を記憶しておく記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記接触寸法と前記電位差との関係に基づいて、前記電位差測定手段で測定された前記電位差から各鋼板間の接触寸法を求める接触寸法算出手段とを、
有することを特徴とする鋼板間の接触寸法測定装置。 - 前記記憶手段は、数値解析により、前記接触寸法および前記電気抵抗率の関数として前記電位差を求め、さらに複数の異なる電位差のときの各鋼板間の接触寸法を測定することにより、その複数の測定結果を用いて数値解析により前記電気抵抗率と前記接触寸法との関係を求め、その関係と前記電位差の関数とに基づいて求められた、前記接触寸法と前記電位差との関係を記憶しておくことを特徴とする請求項5記載の鋼板間の接触寸法測定装置。
- 前記記憶手段は、各電極と各鋼板との接触部の電気抵抗率が一定と仮定できる場合、数値解析により前記接触寸法と前記電位差との関係を求めて記憶しておくことを特徴とする請求項5記載の鋼板間の接触寸法測定装置。
- 前記接触寸法は各鋼板を抵抗溶接で接続したときの各鋼板間の接触寸法であり、
各電極は前記抵抗溶接を行うための電極から成ることを
特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の鋼板間の接触寸法測定装置。
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