JPH04111976A - 金属部材接合方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、意匠加工された材料に新たに別の部材を接合
する方法に係り、特に接合面に媒体物を入れておき、溶
着時にシールドガスと冷却ガスを効果的に応用する接合
方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

金属板に管やナツトなどの金属筒状体を接合する方法に
は、特開昭５８−１１０１７１号公報に記載されたろう
付は方法がある。この方法は被接合側である金属板表面
と接合される金属筒状体の間にろう材を介在させ、該ろ
う材を金属筒状体とろう材の間に形成されるアークの熱
で溶かして接合するものである。

スタッド溶接機を用いる部材の接合法としては「溶接便
覧」　（社団法人溶接学会編改訂３版３７５頁）に、ア
ーク溶接法、パーカッション溶接法。

抵抗溶接法が記載されている。このうち、パーカッショ
ン溶接法は、スタッド溶接機内のコンデンサに蓄積され
た電流をスタッドボルトに放電して該スタッドボルトを
部材に溶着接合する方法である。この方法で接合される
スタッドボルトには、接合時スタッドボルト先端でのア
ークの発生を容易にするために、スタッドボルト先端に
小さな突起が設けられており、放電時にこの突起に電流
が集中的に流れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記特開昭５８−１１０１７１号公報に記載されたろう
付は方法では、ナツトとろう材の間でアークを発生させ
るために大電流を流すので、金属板の接合部と反対側の
面に歪が生ずるのが避けられず、特に前記反対側の面が
意匠加工、ヘアライン加工、鏡面加工等が行われている
場合、その意匠性を損なうことになり、好ましくなかっ
た。

また、「溶接便覧Ｊに記載されたような上記従来技術に
おいては、例えばスタッドボルトが板材裏面に溶着接合
されると、溶着後、スタッドボルト接合部の反対側の板
材表面が熱影響を受けて圧痕と呼ばれる変色部が生じる
。この変色部は、接合されたスタッドボルト先端の突起
に対応する位置が急激な加熱によって熱膨張するため、
通常、板材表面から１５μｍ程度の突起を伴う。板材表
面に意匠加工、ヘアライン加工、鏡面加工等が行われて
いる場合、そのような圧痕の発生は板材表面の意匠性を
損なうので、圧痕を少なくするために接合電流を低くし
、低入熱接合することが行われているが、この場合接合
後の強度のばらつきが大きくなり、品質的に安定しなか
った。また、スタッドボルト先端に突起が設けられてい
るため、全体としての放電電流は低下しても、突起部へ
の放電電流の集中を避けることは物理的に無理であり、
従って圧痕の発生は不可避であった。

本発明の課題は、スタッドボルト接合部の強度を必要な
レベルに維持するとともに圧痕を発生させることなく、
スタッドボルトを溶着接合するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、一方の面に意匠加工を施された金属板の
他方の面に、接合面に突起を有する金属部材を、両者の
間に電流を流して溶着接合する接合方法において、前記
金属板の接合部に媒体物を配置し、前記電流を前記金属
部材から該媒体物を経て前記金属板に流すことによって
達成される。

上記の課題はまた、一方の面に意匠加工を施された金属
板の他方の面に、接合面に突起を有する金属部材を、両
者の間に電流を流して溶着接合する接合方法において、
前記金属板の接合部に媒体物を配置し、前記電流を前記
金属部材から該媒体物を経て前記金属板に流し、少なく
とも前記電流が流れている間前記金属板の意匠加工を施
された面の前記接合部に対応する部分を低温の流体で冷
却することによっても達成される。

上記の課題はまた、一方の面に意匠加工を施された金属
板の他方の面に、接合面に突起を有する金属部材を、両
者の間に電流を流して溶着接合する接合方法において、
前記金属板の接合部に媒体物を配置し、前記電流を前記
金属部材から該媒体物を経て前記金属板に流すとともに
、少なくとも前記電流が流れている間前記金属部材の媒
体物側端部と前記媒体物と前記金属板の接合部とをシル
ドガスで覆うことによっても達成される。

上記の課題はまた、一方の面に意匠加工を施された金属
板の他方の面に、接合面に突起を有する金属部材を、両
者の間に電流を流して溶着接合する接合方法において、
前記金属板の接合部に媒体物を配置し、前記電流を前記
金属部材から該媒体物を経て前記金属板に流すとともに
、少なくとも前記電流が流れている間、前記金属部材の
媒体物側端部と前記媒体物と前記金属板の接合部とをシ
ルトガスで覆い、かつ前記金属板の意匠加工を施された
面の前記接合部に対応する部分を低温の流体で冷却する
ことによっても達成される。

上記の課題はまた、溶着接合される金属部材を把持する
溶接ヘッドと、該溶接ヘッドを介して前記金属部材に流
す電流を制御する溶接電源と、前記溶接ヘッドの動作を
制御する制御装置とを含んでなる金属部材接合装置に、
前記溶接ヘッドに連結され、該溶接ヘッドに把持される
金属部材の先端部を内包し、該金属部材の先端部に対向
する面に開口を有するとともに不活性ガス注入口を備え
たシールドノズルを備えることによっても達成される。

上記の課題はまた、溶着接合される金属部材を把持する
溶接ヘッドと、該溶接ヘッドを介して前記金属部材に流
す電流を制御する溶接電源と、前記溶接ヘッドの動作を
制御する制御装置とを含んでなる金属部材接合装置に、
前記溶接ヘッドに把持される金属部材の先端部に対向す
る位置に冷却流体注入口を有する移動可能な冷却ノズル
を配置し、該冷却ノズルの前記金属部材先端部に対向す
る面に該金属部材先端部の軸方向投影形状よりも大きい
開口を形成し、該冷却ノズルの移動及び冷却流体の注入
を前記制御装置により制御することによっても達成され
る。

上記の課題はさらに、溶着接合される金属部材を把持す
る溶接ヘッドと、該溶接ヘッドを介して前記金属部材に
流す電流を制御する溶接電源と、前記溶接ヘッドの動作
を制御する制御装置とを含んでなる金属部材接合装置に
、前記溶接ヘッドに連結され、該溶接ヘッドに把持され
る金属部材の先端部を内包し、該金属部材の先端部に対
向する面に開口を有するとともに不活性ガス注入口を備
んたシールドノズルを備え、前記溶接ヘッドに把持され
る金属部材の先端部に対向する位置に冷却流体注入口を
有する移動可能な冷却ノズルを配置し、該冷却ノズルの
前記金属部材先端部に対向する面に該金属部材先端部の
軸方向投影形状よりも大きい開口を形成し、該冷却ノズ
ルの移動及び冷却流体の注入を前記制御装置により制御
することによっても達成される。

〔作用〕

被接合部材である金属板の接合部に媒体物が配置される
ので、接合される金属部材から前記金属板に流れる電流
は媒体物を通って流れる。金属部材の接合面には突起が
形成されているので、電流はここに集中し放電が発生し
やすくなっている。

金属部材の先端部で突起に集中している電流は、前述の
ように媒体物を通る間に金属板の接合面に平行な方向に
広がり、金属板接合部の広い範囲に流れ込む。同時にこ
の電流によって発生する然も媒体物によって分散される
。このため、被接合部材の局部的な急激な加熱が避けら
れ、急激な加熱に伴う熱膨張すなわち圧痕の発生が少な
くなる。

さらに被接合部材の接合面と反対側の面が、電流が流れ
ている間冷動流体によって冷却されると、被接合部材の
温度上昇がさらに少なくなり、接合に伴う加熱の影響が
さらに低減される。

また、電流が流れている間シールドガスによって媒体物
を含む接合部が覆われるので、接合部が空気中の酸素か
ら遮断され、溶着部の強度の低下が避けられる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は被接合部材２である厚さ１．５ｍの５ＵＳ３０
４（オーステティ１−系ステンレス鋼）の裏面２Ｂに、
先端に突起ＩＡを備えた径３■の軟鋼製のスタッドボル
ト１が接合される前の状態を。

第２図は接合後の状態をそれぞれ示している。

被接合部材２の裏面２Ｂに、先端に突起ＩＡを備えたス
タッドボルト１が接合される場合、まず被接合部材裏面
２Ｂの接合部が清浄化され、次いで当該部に媒体物３で
あるろう材が配置され、スタッドボルト１が配置された
。ろう材は厚さ０゜１■のものを用いた。次いで被接合
部材の表面２Ａの媒体物３が配置された個所に対応する
部分への低温の窒素ガスの吹き付けが開始された。低温
の窒素ガスとしては、液体窒素から蒸発する窒素ガスが
用いられ、はぼ１ｏρ／ｍｉｎの割合で供給された。こ
の冷却ガスとして供給される窒素ガスの温度は、図示さ
れていないポンプ出口で−１００〜−１５０℃であった
。窒素ガスと同時にスタンドポル１−１と媒体物３の間
にシールドガス４として不活性ガスがほぼ５＋Ｑ、／ｍ
ｉｎの割合で供給された。シールドガスと冷却ガスが供
給された状態でスタットボルトの放電が行われ、媒体物
３゜スタッドボルト１．被接合部材裏面２Ｂの接合部が
溶融して溶着部６が形成される。冷却ガスの供給は電流
遮断後ただちに停止される。

その際、放電電流はスタンドポル１−１の突起１Ａに集
中するが、媒体物３を流れる間に被接合部材の表面方向
に広がり、被接合部材の一部に集中することがない。こ
のため、被接合部材の一部だけが急激に加熱されること
がなく、さらに被接合部材の表面２Ａが冷却ガスによっ
て冷却されるので被接合部材の表面２Ａに圧痕が生じな
い。したがって電流の値を極端に下げる必要がなく、標
準条件での接合が可能となり、接合部の強度も充分なレ
ベルに維持される。

上記実施例においては、媒体物３どしてろう材が用いら
れたが、ろう材に限らず薄い軟鋼板、薄いステンレス板
、油あるいは水でも良い。また、媒体物３として薄い軟
鋼板、薄いステンレス板あるいは水が用いられるときは
、シールドガスを供給しなくてもよい。また、上記実施
例はパーカッション法で接合される場合であるが、アー
ク溶接法、抵抗溶接法の場合にも適用できる。

第３図に、シールドガス及び冷却ガス保持部の構成例を
示す。図において、不活性ガス注入口８を備えてシール
ドガス保持部をなすシールドノズルアは、図示されてい
ないスタッド溶接機のスタッドボルト保持部に連結され
て該保持部とともに移動し、該スタットボルト先端部に
シールドガスを保持する区画を形成するように構成され
ている。

そしてこのシールドノズル７は、放電電流の通電に先立
って被接合部材の裏面２Ｂに当接され、スタッドボルト
１の先端部と媒体物３の間を外気から遮断するとともに
、前記不活性ガス注入口８から不活性ガス４がシールド
ノズル７内に注入されて前記区画内部がシールドガス雰
囲気に保持される。

また、冷却ガス注入口１０を備えて冷却ガス保持部をな
す冷却ノズル９は、開口部が少なくとも媒体物を収容で
きる形状である凹型をなし、前記スタッド溶接機に制御
されて常に前記シールドノズル７に対抗する位置に移動
する。したがって、複数の媒体物３が予め配置されてい
る被接合部材２が順次移動しながらスタッドボルトの接
合が行われる場合もシールドノズル７と冷却ノズル９の
位置ずれが起ることがない。

第４図は本発明が筒状体、たとえば管ＩＢに適用される
場合の例を示すもので、媒体物は円環状としである。

第５図は冷却ノズル９が溶接ヘッド１１にばね１４およ
びエアシリンダ１５を介して接続されている本発明に係
る金属部材接合装置の例を示す。

図に示す金属部材接合装置は、溶接電源１３と、該溶接
電源に接続されたＮＣ制御装置１２と、該ＮＣ制御装置
１２に接続され該ＮＣ制御装置によりその動作を制御さ
れる溶接ヘッド１１と、該溶接へラド１１に連結して配
置されたシールドノズル７と、前記溶接ヘッド１１にば
ね１４およびエアシリンダ１５を介して連結された冷却
ノズル９とを含んで構成されている。

エアシリンダ１５には三方弁１６を介装する空気管１７
が接続され、該三方弁１６はＮＣ制御装置１２により開
閉制御されている。三方弁１６の接続口は図示されてい
ない空気源と前記エアシリンダ１５とに接続され他の一
つは大気に開放されている。図においてスタッドボルト
の溶着が完了＝１５ すると、三方弁１６が操作されて圧縮空気がエアシリン
ダ１５に送られ、エアシリンダ１５はばね１４にうちか
って冷却ノズル９を図面下方に押し下げる。同時に溶接
へラド１１は上方に移動し、シールドノズル７は被接合
部材２の上面から離れる。冷却ノズル９とシールドノズ
ル７が被接合部材２から離れると、該被接合部材２が移
動され、次のスタッドボルト接合位置が溶接ヘッド１１
の位置に来て接合が行われる。この場合、被接合部材２
の重量が大きい場合は、被接合部材２は固定し、制御装
置１２が溶接へラド１１を冷却ノズル９、シールドノズ
ル７とともに次の接合位置に予め定められた座標に従っ
て移動させるようにしてもよい。本実施例では冷却ノズ
ル９が溶接へラド１１に固定されているが、被接合部材
２の形状によっては、冷却ノズル９を溶接へラド１１か
ら切り離して単独に移動可能とし、制御装置により、常
に、溶接へラド１１に対抗する位置に移動するように駆
動してもよい。

また上記実施例では、一つの制御装置に一つの溶接ヘッ
ドが駆動される例を示したが、複数の溶接ヘッドが連結
されて同時に制御され、−度に複数のスタッドボルトが
溶着されるようにしてもよい。さらに、上記実施例では
被接合部材表面の冷却するために、窒素ガスが冷却ノズ
ルに注入されたが、気体でなく液体を冷却ノズルに注入
して冷却するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、接合面に突起を備えた金属部材から金
属板しこ電流を流して両者を接合する際しこ、金属板に
媒体物を配置し、前記電流が該媒体物を通って流れるよ
うにしたので、金属板に流れる電流が分散され、接合に
よって該金属板に生ずる圧痕を減少できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す断面図、第２図は本発明を
適用して得られた接合部を模式的に示す断面図、第３図
は本発明の実施例の部分を示す断面図、第４図は本発明
の他の実施例の部分を示す断面図、第５図は本発明の実
施例である金属部材接合装置の要部構成を示す系統図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一方の面に意匠加工を施された金属板の他方の面に
   、接合面に突起を有する金属部材を、両者の間に電流を
   流して溶着接合する接合方法において、前記金属板の接
   合部に媒体物が配置され、前記電流は、前記金属部材か
   ら該媒体物を経て前記金属板に流れることを特徴とする
   金属部材接合方法。 ２、一方の面に意匠加工を施された金属板の他方の面に
   、接合面に突起を有する金属部材を、両者の間に電流を
   流して溶着接合する接合方法において、前記金属板の接
   合部に媒体物が配置され、前記電流は、前記金属部材か
   ら該媒体物を経て前記金属板に流れるとともに、少なく
   とも前記電流が流れている間前記金属板の意匠加工を施
   された面の前記接合部に対応する部分が低温の流体で冷
   却されることを特徴とする金属部材接合方法。 ３、一方の面に意匠加工を施された金属板の他方の面に
   、接合面に突起を有する金属部材を、両者の間に電流を
   流して溶着接合する接合方法において、前記金属板の接
   合部に媒体物が配置され、前記電流は、前記金属部材か
   ら該媒体物を経て前記金属板に流れるとともに、少なく
   とも前記電流が流れている間前記金属部材の媒体物側端
   部と前記媒体物と前記金属板の接合部とがシールドガス
   で覆われることを特徴とする金属部材接合方法。 ４、一方の面に意匠加工を施された金属板の他方の面に
   、接合面に突起を有する金属部材を、両者の間に電流を
   流して溶着接合する接合方法において、前記金属板の接
   合部に媒体物が配置され、前記電流は、前記金属部材か
   ら該媒体物を経て前記金属板に流れるとともに、少なく
   とも前記電流が流れている間、前記金属部材の媒体物側
   端部と前記媒体物と前記金属板の接合部とがシールドガ
   スで覆われ、かつ前記金属板の意匠加工を施された面の
   前記接合部に対応する部分が低温の流体で冷却されるこ
   とを特徴とする金属部材接合方法。 ５、溶着接合される金属部材を把持する溶接ヘッドと、
   該溶接ヘッドを介して前記金属部材に流す電流を制御す
   る溶接電源と、前記溶接ヘッドの動作を制御する制御装
   置とを含んでなる金属部材接合装置において、前記溶接
   ヘッドに連結され、該溶接ヘッドに把持される金属部材
   の先端部を内包し、該金属部材の先端部に対向する面に
   開口を備えるとともに不活性ガス注入口を備えたシール
   ドノズルを有することを特徴とする金属部材接合装置。 ６、溶着接合される金属部材を把持する溶接ヘッドと、
   該溶接ヘッドを介して前記金属部材に流す電流を制御す
   る溶接電源と、前記溶接ヘッドの動作を制御する制御装
   置とを含んでなる金属部材接合装置において、前記溶接
   ヘッドに把持される金属部材の先端部に対向する位置に
   冷却流体注入口を有する移動可能な冷却ノズルが配置さ
   れていることと、該冷却ノズルの前記金属部材先端部に
   対向する面には該金属部材先端部の軸方向投影形状より
   も大きい開口が形成されていることと、該冷却ノズルの
   移動及び冷却流体の注入は前記制御装置により制御され
   ていることとを特徴とする金属部材接合装置。 ７、溶着接合される金属部材を把持する溶接ヘッドと、
   該溶接ヘッドを介して前記金属部材に流す電流を制御す
   る溶接電源と、前記溶接ヘッドの動作を制御する制御装
   置とを含んでなる金属部材接合装置において、前記溶接
   ヘッドに連結され、該溶接ヘッドに把持される金属部材
   の先端部を内包し、該金属部材の先端部に対向する面に
   開口を備えるとともに不活性ガス注入口を備えたシール
   ドノズルを有することと、前記溶接ヘッドに把持される
   金属部材の先端部に対向する位置に冷却流体注入口を有
   する移動可能な冷却ノズルが配置されていることと、該
   冷却ノズルの前記金属部材先端部に対向する面には該金
   属部材先端部の軸方向投影形状よりも大きい開口が形成
   されていることと、該冷却ノズルの移動及び冷却流体の
   注入は前記制御装置により制御されていることとを特徴
   とする金属部材接合装置。