JPH04274879A - 溶接スタッドのアーク溶接方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接スタッドをドロー
ンアークによって母体に溶接する方法に関する。このよ
うな方法において、溶接スタッドは、リターンストロー
クで母体との接触が解除され、これによってパイロット
アークが生じ、その後溶接アークの燃焼の間にフォワー
ドストロークで母体へと返される。我々によるドイツ国
特許明細書ＤＥ３６　　１１　　８２３にはこのような
処理が記載されている。

【０００２】

【従来の技術】公知の方法によって、ある１つの溶接点
が他の点とは異なる溶接状態であることが知覚され且つ
補償され、こうして各々の溶接点において所望でない状
態が発見されているにもかかわらず完全な溶接が達成さ
れる。このため、パイロット電流アーク及びそこに発生
する電圧を利用することにより、溶接アークの高さ及び
継続時間を、それに準じて調整可能であるような溶接電
源を用いて、個々のケースで発生している状態に適合す
るよう設定される。

【０００３】ドローンアークによる溶接スタッドの溶接
を用いた場合、金属シートを浸透してそれらが部分的に
貫通して溶接されてしまう限り、つまり実際の溶接点か
ら離れた面上でシート金属物質の所望でない溶解が発生
してしまう限り、薄いシート金属を含み、更に例えば０
．７ｍｍの厚みを有するような母体に適用された場合に
は問題が生じることが明かとなった。

【０００４】本発明の目的は、前述のスタッド溶接方法
を提供しようとするものである。この溶接方法は、特に
薄いシート金属、例えば厚みが０．７ｍｍやそれ以下で
あるようなシート金属に使用するのに有用である。

【０００５】

【発明の概要】本発明によって、ドローンアークによっ
て溶接スタッドを母体上部へと溶接する方法においては
、溶接スタッドはリターンストロークで母体からの接触
が解除され、これによりパイロットアークが打たれ、そ
の後この母体に向けてフォワードストロークが溶接アー
クの燃焼の間に返されるものであって、この溶接アーク
は、最小値（ＭＩＮ）へと向かうパルスのような電流減
少により、複数の電流パルスの列に分割され、これら複
数の電流パルスの最後が先行する電流パルスの少なくと
も約１．５倍となるように拡張され、この拡張された電
流パルスがフォワードストロークの終了までほぼ継続す
るということを特徴とする。

【０００６】驚くことに、ある特定の継続時間、即ち、
金属シートに対して一定の電流レベルを用いて溶接スタ
ッドを溶接するために必要される最小時間であることが
明かとなった継続時間であるが、この継続時間の溶接ア
ークは、溶接アークの継続時間の間、取り分け何度かは
ほぼパルスのように減少されることが可能であり、その
結果、もし発生する電流パルスが拡張されて、このアー
クを終了させる拡張された電流パルスの位相で溶接点に
再び増大されたエネルギー供給が与えられると、溶接点
に対するエネルギー供給はそれに対応して減少し、内部
パルス時間間隔の間に減少されたエネルギー供給は部分
的にこの増大されたエネルギー供給によって補償される
ことが明かとなった。この最後の電流パルスの拡張は、
フォワードストロークの継続時間に関してそのほぼ最後
まで発生するので、これにより、溶接スタッドが完全に
溶解された溶接点で浸漬されることが確実なものとされ
、その結果、金属シートに対してその全表面上に溶接さ
れる。

【０００７】更に驚くべき効果として、溶接スタッドを
溶解して浸漬している間に発生する溶解された金属のス
パッタは、本発明による方法に適用される場合にはかな
り減少される。これは以下のように説明することができ
る。即ち、溶接アークを完全な電流強度を用いて燃焼さ
せている間、溶接アークの比較的大きな横断面が現れ、
溶接される溶接スタッドの端面の全領域上方に広がるた
め、金属シートをその比較的大きな領域の上方で温める
ことになる。溶接アークの電流強度のパルスのような減
少により、それに準じたパルスのような減少が溶接アー
クの横断面に発生して、それは溶接点のほぼ中央領域に
集中するため、溶接点のエッジ領域が再びいくらか冷却
されることが可能となる。この結果、熱は再び外部に向
かって溶接点の領域中の金属シートから流れ、貫通溶接
（ｔｈｏｕｇｈ−ｗｅｌｄｉｎｇ）の傾向を妨げる。拡
張された電流パルスが溶接操作の最後に影響すると、こ
の拡張された電流パルスはかなりの大きさに予め温めら
れるため、特に溶接点の外部領域において、拡張された
電流パルスにより、一定の電流強度を使用したときより
も完全な溶接に必要とされるエネルギー供給がかなり小
さなものとなる。

【０００８】以上の説明はまた、本発明による方法では
、一定強度の溶接電流が使用されるようなよく知られた
方法よりも、より小さなエネルギー供給しか必要とされ
ないことを示している。このようなより小さなエネルギ
ーの供給により、これに対応して溶接電流を与えるスイ
ッチ型モード電源に必要とされる電力はより小さなもの
となり、且つこれに対応して溶接点に対する供給線上で
の損失はより小さなものとなる。これは本発明をより厚
い金属シートに応用するときにも適用されるものである
。

【０００９】また、ＤＥ−ＯＳ　　３６　　０７　　５
４７から分かることであるが、パルス周波数を、アーク
溶接の間に、溶接ワイヤを用いて溶接電流上にスーパー
インポーズすることも指摘されている。これは、溶接点
からある距離だけ離して一定に保持された溶接ワイヤ上
に吊るされている溶接ヘッドを、パルスのような減少の
間における溶接電流の突然の増加によって相当に温め、
これにより溶接ワイヤの端から分離するために行われる
ものである。

【００１０】様々な型の物質、シート金属厚み、シート
金属コーティング及びそのようなものに適用可能とする
ため、電流パルスは好ましくはそれらの最高値と最低値
に関して可変である。更に言えば、電流パルスのパルス
付加時間率（動作周期）はまた、好ましくは可変なもの
に設計される。最後に、電流パルスをそれらの周期に関
して可変とすることも可能である。

【００１１】

【実施例】図１は、溶接銃１を示したものである。母体
３の上へと配置された３つの支持脚２は、溶接銃１の先
端から突き出ている。スタッドホルダー４は、溶接スタ
ッド５をその先端へと導き、支持脚２の間に配置されて
いる。スタッドホルダー４は、ソレノイド６により公知
の方法で、スタッド溶接銃１中へとスプリング（図示せ
ず）の伸長と反対に動くことが可能である。ソレノイド
６にスイッチが入れられると、スタッドホルダー４は、
溶接スタッド５と共に、スタッド溶接銃１中へと１．５
ｍｍだけ上方へ反対に動かされる（リターンストローク
）。ソレノイド６のスイッチを切られると、スタッドホ
ルダー４は、スプリング伸長（フォワードストローク）
により、溶接スタッド５と共に反対にフォワードに駆動
される。これらの段階及びそれらを作るために必要とさ
れるこれらの要素は公知である。

【００１２】スタッド溶接銃１の通常の動作に必要とさ
れる複数の線が、スタッド溶接銃１のハンドル７中に導
かれている。ソレノイド６に対する励磁電流回路は、線
１０及び１１を経由して延びている。線１３は、溶接ア
ークと同様のパイロットアークの電流を導くものであり
、それもまたハンドル７から延びている。母体３はまた
線１４と接続されており、こうして、線１３、スタッド
ホルダー４、スタッド５、母体３及び線１４を含む回路
を形成する。線１０及び１１は、列制御システム８に接
続されており、それは公知のモジュールを示し、スタッ
ド溶接銃と結びついて常にこの形態で使用される。線１
３及び１４は、パイロットアーク及び溶接アークに対し
て電流を与えるスイッチ型モード電力１５に接続されて
いる。列制御システム８は、その詳細は以下で述べるこ
ととして公知の方法でスイッチ１６を作動させるもので
あり、それを用いてソレノイド６に対する励磁電流回路
はｔ２の時点でスイッチＯＮとされ、さらにｔ５の時点
でスイッチＯＦＦとされる（図２）。

【００１３】図２によれば、スイッチ１７はｔ１の時点
で閉じられ、スイッチ型モード電源１５の基本的な制御
のために線１８を経由して制御電圧が制御入力１９に印
加される。これにより制御入力１９はスイッチをＯＮと
され、線１３及び１４を経由してスタッドホルダー４、
スタッド５及び母体に対して所定の電流を制御入力１９
の制御電圧レベルの関数として与える。この基本的な制
御手段を用いた通常の溶接状態を仮定すると、このスイ
ッチ型モード電源１５は、最適な実行溶接動作に対して
、更に言えばパイロット電流及び溶接電流に関して設定
される。ｔ２においてスイッチ１６は、列制御システム
８におけるより大きな運動量によって閉じられ、ソレノ
イド６は電圧を受けて引きつける。その後それはスタッ
ドホルダー４を母体３のスタッド５を用いて持ち上げ、
こうして溶接スタッドと母体３との間の接触を解除する
。パイロットアークがその結果引き出され、このために
必要な電流は線１３及び１４を経由して流れる。

【００１４】ｔ４の時点において、増加された制御電圧
は、列制御システム８からスイッチ型モード電源１５へ
と線１８を経由して供給され、そうしてこのスイッチ型
モード電源１５をパイロット電流から溶接電流へと切り
換える。ｔ５で、列制御システム８からの対応する運動
量により、溶接銃１のソレノイド６は開口スイッチ１６
によってスイッチをＯＦＦとされ、その結果スタッド５
は母体３に向かってｔ５とｔ６の時間間隔の間動かされ
、最後に公知の方法で溶融物質を見つけた場所の上に衝
突し、こうして母体３に溶接される。スタッド５がｔ６
で母体上に衝突したとき、短い電流がスタッド５と母体
３との間に生じて、アーク電圧（図２のｔ６の時点にお
けるアーク電圧の曲線を参照せよ）を崩壊させるように
する。

【００１５】図２は、溶接電流Ｉのタイミンググラフで
あり、溶接スタッド移動Ｓを含み、且つ溶接電流Ｕのタ
イミングを含む。以上の説明に加え、ｔ４とｔ６との間
での溶接アークの電流Ｉの動向が示されている。上で既
に述べたように、溶接アークはｔ４において列制御シス
テムによって接続され、基本回路によって決定された電
流上昇に対する一定時間に従って、その最大値ＭＡＸに
到達する。この最大値は、スタッド溶接の間に溶接アー
クを普通に設定するような電流値に対応する。この溶接
アークは、ｔ５の時点までにパルスのようにして２度ほ
ど減少され、更に言えばその各々の場合において最小Ｍ
ＩＮまで減少され、そうしてその各々が同一のパルス継
続時間Ｄを有するような２つの電流パルスＰ１及びＰ２
が初期に形成される。拡張された電流パルスＰ３はその
後、電流パルスＰ２の後に続く電流減少の後に続き、ｔ
５の時点からｔ６の時点まで継続し、この回路に必然的
に含まれたインダクタンスにより、後方エッジＦを通過
して０まで減衰する。

【００１６】溶接アークの電圧Ｕを示している下方のグ
ラフは、ｔ４とｔ６間の領域において溶接アーク上に発
生する電圧が僅かに変化することを表しており、更に言
えばそれらは溶接電流のパルスのような減少の後に続く
ものである。シート金属の厚みがおよそ１ｍｍで、溶接
スタッドの溶接面の直径がおよそ１０ｍｍであるものを
基準とすれば、およそ５０ｍｓの時間間隔ｔ４〜ｔ６（
溶接アークの接続）に対しておよそ４０ｍｓ間の時間間
隔ｔ１〜ｔ４（パイロットアークの燃焼）が、通常発生
する。

【００１７】電流パルスＰ１及びＰ２の継続時間はおよ
そ９ｍｓであり、拡張された電流パルスＰ３のそれは１
４ｍｓである。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接デバイスの基本的な表示を用いて、本発明
の方法の基礎を構成する制御回路のブロック回路図。

【図２】溶接電流、溶接スタッドストローク及び溶接電
圧のタイミングを示す図。

【符号の説明】

１　　溶接銃 ２　　支持脚 ３　　母体 ４　　スタッドホルダー ５　　溶接スタッド ６　　ソレノイド ７　　ハンドル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ドローンアークによって母体（３）上
   へ溶接スタッド（５）を溶接する方法であって、前記溶
   接スタッド（５）はリターンストロークで母体（３）と
   の接触を解除され、それによってパイロットアークが打
   たれ、溶接アークの燃焼の間にフォワードストロークで
   母体（３）に向かって返されるものであり、前記溶接ア
   ークは最小値（ＭＩＮ）へ向かうパルスのような電流減
   少によって複数の電流パルス列（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に
   分割され、これらの複数の電流パルスの最後（Ｐ３）が
   先行する複数の電流パルス（Ｐ１、Ｐ２）の少なくとも
   約１．５倍だけ拡張され、この拡張された電流パルス（
   Ｐ３）がフォワードストローク（ｔ６）のほぼ最後まで
   継続することを特徴とするプロセス。
2. 【請求項２】　　特許請求の範囲第１項記載の方法にお
   いて、前記複数の電流パルス（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）はそ
   れらの高さ（ＭＡＸ）及びそれらの最小値（ＭＩＮ）に
   関して可変である方法。
3. 【請求項３】　　特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の方法において、前記複数の電流パルス（Ｐ１、Ｐ２、
   Ｐ３）はそれらのパルス付加時間率に関して可変である
   方法。
4. 【請求項４】　　特許請求の範囲第１項〜第３項記載の
   方法において、前記複数の電流パルス（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ
   ３）はそれらの周波数に関して可変である方法。