JPH08254518A - スポット溶接強度の推定方法 - Google Patents
スポット溶接強度の推定方法Info
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- JPH08254518A JPH08254518A JP8490295A JP8490295A JPH08254518A JP H08254518 A JPH08254518 A JP H08254518A JP 8490295 A JP8490295 A JP 8490295A JP 8490295 A JP8490295 A JP 8490295A JP H08254518 A JPH08254518 A JP H08254518A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極先端径の拡大に起因した誤差要因を排除
し、電極変位量から溶接強度を高精度で推定する。 【構成】 スポット溶接機に取り付けた電極変位計セン
サーで測定した電極変位量から溶接強度を推定する際、
溶接強度がほぼ同じ場合における電極先端径の拡大に起
因して変化する電極変位量と電極間抵抗から補正定数を
求め、補正定数を取り込んで実測電極変位量を補正し、
得られた補正電極変位量に基づいて引張剪断強度を推定
する。
し、電極変位量から溶接強度を高精度で推定する。 【構成】 スポット溶接機に取り付けた電極変位計セン
サーで測定した電極変位量から溶接強度を推定する際、
溶接強度がほぼ同じ場合における電極先端径の拡大に起
因して変化する電極変位量と電極間抵抗から補正定数を
求め、補正定数を取り込んで実測電極変位量を補正し、
得られた補正電極変位量に基づいて引張剪断強度を推定
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スポット溶接用電極の
変位量に基づいて溶接強度を推定する方法に関する。
変位量に基づいて溶接強度を推定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】スポット溶接で形成された溶接部は、電
極間電圧や電極間抵抗の変動状況から溶接品質が判定さ
れている。たとえば、特開昭５６−１５８２８６号公報
では、予め設定した目標抵抗曲線に応じて溶接電流を動
的に補正している。特公昭５９−１４３１２号公報で
は、電極間電圧と基準電圧との比較により溶接部の品質
をチェックしている。また、特開昭５９−６１５８０号
公報等では、Ｚｎめっき層で発生する電圧を引いた有効
溶接電圧と最小電圧との電圧差を積分し、積分値を予め
設定した基準電圧と比較することにより、スポット溶接
部の溶接強度を判定している。更には、溶接部の熱放射
エネルギーから計測した温度分布の形状，面積等の変化
から溶接結果の良否を判定する方法が特開平１−２１６
２４６号公報に紹介されている。また、特公昭６０−４
０９５５号公報は、溶接機に電極変位計センサーを取り
付け、ナゲットによって電極が持ち上げられた距離を測
定することにより溶接品質を監視する方法を紹介してい
る。この方法では、電極変位に相当する信号の最大振幅
が所定の下限設定値より小さいとき、発生熱が不十分で
あることを表す溶接不良信号を発信する。他方、所定の
上限設定値より大きいとき、溶接部が爆発的に外部に飛
び散る現象が発生したことを表す散り発生信号を発信す
る。
極間電圧や電極間抵抗の変動状況から溶接品質が判定さ
れている。たとえば、特開昭５６−１５８２８６号公報
では、予め設定した目標抵抗曲線に応じて溶接電流を動
的に補正している。特公昭５９−１４３１２号公報で
は、電極間電圧と基準電圧との比較により溶接部の品質
をチェックしている。また、特開昭５９−６１５８０号
公報等では、Ｚｎめっき層で発生する電圧を引いた有効
溶接電圧と最小電圧との電圧差を積分し、積分値を予め
設定した基準電圧と比較することにより、スポット溶接
部の溶接強度を判定している。更には、溶接部の熱放射
エネルギーから計測した温度分布の形状，面積等の変化
から溶接結果の良否を判定する方法が特開平１−２１６
２４６号公報に紹介されている。また、特公昭６０−４
０９５５号公報は、溶接機に電極変位計センサーを取り
付け、ナゲットによって電極が持ち上げられた距離を測
定することにより溶接品質を監視する方法を紹介してい
る。この方法では、電極変位に相当する信号の最大振幅
が所定の下限設定値より小さいとき、発生熱が不十分で
あることを表す溶接不良信号を発信する。他方、所定の
上限設定値より大きいとき、溶接部が爆発的に外部に飛
び散る現象が発生したことを表す散り発生信号を発信す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】電極間電圧や電極間抵
抗の変動に基づいて溶接品質を判定する方法は、比較的
簡単な設備を使用して判定できる。しかし、電極先端径
の拡大や分流が発生した場合やＺｎめっき鋼板を被溶接
材として使用する場合、電極間電圧や電極間抵抗の変動
が一様でなく、判定精度が大きくばらつく。他方、温度
分布から溶接結果の良否を判定する方法は、温度検出装
置を実ラインに取り付けることが難しく、検出精度の信
頼性に問題がある。これに対し、電極変位量に基づいて
溶接品質を判定する方法は、電極変位量が溶融部、いわ
ゆるナゲット形成の程度に応じた熱膨張と直接的な関係
があることから、電極間電圧，電極間抵抗，温度分布等
に比較して溶接強度の推定精度が高い。しかし、Ｚｎ，
Ａｌ等のめっきが施されている鋼板を溶接する場合、電
極の先端径が拡大する傾向にある。電極先端径が拡大す
ると、同程度のナゲット径であっても電極変位量が小さ
くなることから、結果として溶接強度の推定精度が著し
く低下する。本発明は、電極変位量に基づいて溶接強度
を推定する際、電極先端径の拡大による影響を相殺して
補正電極変位量を求めることにより、溶接強度の推定精
度が低下することを防止し、高精度で溶接強度を推定す
ることを目的とする。
抗の変動に基づいて溶接品質を判定する方法は、比較的
簡単な設備を使用して判定できる。しかし、電極先端径
の拡大や分流が発生した場合やＺｎめっき鋼板を被溶接
材として使用する場合、電極間電圧や電極間抵抗の変動
が一様でなく、判定精度が大きくばらつく。他方、温度
分布から溶接結果の良否を判定する方法は、温度検出装
置を実ラインに取り付けることが難しく、検出精度の信
頼性に問題がある。これに対し、電極変位量に基づいて
溶接品質を判定する方法は、電極変位量が溶融部、いわ
ゆるナゲット形成の程度に応じた熱膨張と直接的な関係
があることから、電極間電圧，電極間抵抗，温度分布等
に比較して溶接強度の推定精度が高い。しかし、Ｚｎ，
Ａｌ等のめっきが施されている鋼板を溶接する場合、電
極の先端径が拡大する傾向にある。電極先端径が拡大す
ると、同程度のナゲット径であっても電極変位量が小さ
くなることから、結果として溶接強度の推定精度が著し
く低下する。本発明は、電極変位量に基づいて溶接強度
を推定する際、電極先端径の拡大による影響を相殺して
補正電極変位量を求めることにより、溶接強度の推定精
度が低下することを防止し、高精度で溶接強度を推定す
ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のスポット溶接強
度推定方法は、その目的を達成するため、スポット溶接
機に取り付けた電極変位計センサーで測定した電極変位
量から溶接強度を推定する際、溶接強度がほぼ同じ場合
における電極先端径の拡大に起因して変化する電極変位
量と電極間抵抗から補正定数を求め、該補正定数を取り
込んで前記電極変位量を補正し、得られた補正電極変位
量に基づいて引張剪断強度を推定することを特徴とす
る。スポット溶接部では、図１に示すように被溶接材で
ある鋼板１の表面に電極２が接触し、通電部４の特に鋼
板１同士の境界が加熱されて溶融する。その溶融部、す
なわちナゲット３は、通電加熱によって膨張し、図２に
示すように応力Ｐnで電極２を押し上げる。他方、電極
２は、鋼板１に対して一定した接触面積Ｓeで接触する
ように加圧力Ｆe で鋼板１に押し付けられているため、
応力Ｐe が電極２から鋼板１に加えられる。
度推定方法は、その目的を達成するため、スポット溶接
機に取り付けた電極変位計センサーで測定した電極変位
量から溶接強度を推定する際、溶接強度がほぼ同じ場合
における電極先端径の拡大に起因して変化する電極変位
量と電極間抵抗から補正定数を求め、該補正定数を取り
込んで前記電極変位量を補正し、得られた補正電極変位
量に基づいて引張剪断強度を推定することを特徴とす
る。スポット溶接部では、図１に示すように被溶接材で
ある鋼板１の表面に電極２が接触し、通電部４の特に鋼
板１同士の境界が加熱されて溶融する。その溶融部、す
なわちナゲット３は、通電加熱によって膨張し、図２に
示すように応力Ｐnで電極２を押し上げる。他方、電極
２は、鋼板１に対して一定した接触面積Ｓeで接触する
ように加圧力Ｆe で鋼板１に押し付けられているため、
応力Ｐe が電極２から鋼板１に加えられる。
【０００５】鋼板１の固有抵抗をρ，高さをｈ，通電面
積をＳとするとき、抵抗Ｒは次式（１）で表される。 Ｒ＝ρ・ｈ／Ｓ ・・・・（１） 同じ板厚の鋼板１を溶接する場合、高さｈ及び固有抵抗
ρが一定であるため、ｋを定数とするとき、通電面積Ｓ
は次式（２）で表される。 Ｓ＝ｋ／Ｒ ・・・・（２） ナゲット３により電極２を押し上げる応力Ｐn 及び電極
２から鋼板１に加えられる応力Ｐe は、図２に示すよう
な分布で作用する。応力Ｐn 及びＰe により溶接機全体
が弾性変形するが、電極変位量ｄは、ｃを定数とすると
き、フックの法則に従って次式（３）で表される。 ｄ＝ｃ（Ｐn −Ｐe ） ＝ｃ（Ｐn −Ｆe ／Ｓe ） ＝α−β／Ｓe ・・・・（３） （ただし、β＝ｃ×Ｆe ）
積をＳとするとき、抵抗Ｒは次式（１）で表される。 Ｒ＝ρ・ｈ／Ｓ ・・・・（１） 同じ板厚の鋼板１を溶接する場合、高さｈ及び固有抵抗
ρが一定であるため、ｋを定数とするとき、通電面積Ｓ
は次式（２）で表される。 Ｓ＝ｋ／Ｒ ・・・・（２） ナゲット３により電極２を押し上げる応力Ｐn 及び電極
２から鋼板１に加えられる応力Ｐe は、図２に示すよう
な分布で作用する。応力Ｐn 及びＰe により溶接機全体
が弾性変形するが、電極変位量ｄは、ｃを定数とすると
き、フックの法則に従って次式（３）で表される。 ｄ＝ｃ（Ｐn −Ｐe ） ＝ｃ（Ｐn −Ｆe ／Ｓe ） ＝α−β／Ｓe ・・・・（３） （ただし、β＝ｃ×Ｆe ）
【０００６】そこで、式（２）を式（３）に代入する
と、変位量ｄは、次式（４）で表される。ただし、α及
びγは、補正定数である。なお、溶接強度の簡便な測定
方法である引張剪断試験では、試験片の破断形態とし
て、ナゲット３がそのまま残り、母材部が破断するティ
ア破断と、ナゲット３が剪断破断するシャー破断があ
る。ティア破断の場合、母材そのものの材料強度が変動
すると、引張剪断強度も変動し、誤差が大きくなる。し
たがって、補正定数α及びγは、ナゲット３の強度その
ものが影響するシャー破断したときの変位量，抵抗等の
データを使用することが好ましい。 ｄ＝α−β／Ｓe ＝α−βＲ／ｋ ＝α−γ・Ｒ ・・・・（４）
と、変位量ｄは、次式（４）で表される。ただし、α及
びγは、補正定数である。なお、溶接強度の簡便な測定
方法である引張剪断試験では、試験片の破断形態とし
て、ナゲット３がそのまま残り、母材部が破断するティ
ア破断と、ナゲット３が剪断破断するシャー破断があ
る。ティア破断の場合、母材そのものの材料強度が変動
すると、引張剪断強度も変動し、誤差が大きくなる。し
たがって、補正定数α及びγは、ナゲット３の強度その
ものが影響するシャー破断したときの変位量，抵抗等の
データを使用することが好ましい。 ｄ＝α−β／Ｓe ＝α−βＲ／ｋ ＝α−γ・Ｒ ・・・・（４）
【０００７】補正定数α及びγは、電極先端径が異なる
溶接初期と溶接後期について溶接強度がほぼ同等のとき
の変位量ｄ及び抵抗のデータを使用し、最小二乗法によ
って求めることができる。すなわち、同等の溶接強度で
変位量ｄ及び抵抗が異なる場合、次式（５）及び（６）
が成立する。 ｄ1 ＝α−γ・Ｒ1 （溶接初期） ・・・・（５） ｄ2 ＝α−γ・Ｒ2 （溶接後期） ・・・・（６） したがって、溶接後期の変位量ｄ2 は、次式（７）に従
って変位量ｄ1 に補正される。 ｄ1 ＝ｄ2 ×（α−γ・Ｒ1 ）／（α−γ・Ｒ2 ）・・・・（７） このようにして求められた補正電極変位量と溶接強度と
の関係を被溶接材及び板厚の組合せごとに保存してお
く。次回の溶接に際しては、保存データから直近のデー
タを読み出すことにより、非破壊で溶接強度を精度良く
推定できる。
溶接初期と溶接後期について溶接強度がほぼ同等のとき
の変位量ｄ及び抵抗のデータを使用し、最小二乗法によ
って求めることができる。すなわち、同等の溶接強度で
変位量ｄ及び抵抗が異なる場合、次式（５）及び（６）
が成立する。 ｄ1 ＝α−γ・Ｒ1 （溶接初期） ・・・・（５） ｄ2 ＝α−γ・Ｒ2 （溶接後期） ・・・・（６） したがって、溶接後期の変位量ｄ2 は、次式（７）に従
って変位量ｄ1 に補正される。 ｄ1 ＝ｄ2 ×（α−γ・Ｒ1 ）／（α−γ・Ｒ2 ）・・・・（７） このようにして求められた補正電極変位量と溶接強度と
の関係を被溶接材及び板厚の組合せごとに保存してお
く。次回の溶接に際しては、保存データから直近のデー
タを読み出すことにより、非破壊で溶接強度を精度良く
推定できる。
【０００８】
【実施例】被溶接材として、板厚が４．０ｍｍでめっき
付着量が片面当り９０ｇ／ｍ2 のＺｎめっき鋼板から切
り出された長さ１５０ｍｍ及び幅５０ｍｍの試験片を使
用した。２枚の試験片を長さ１５０ｍｍのうち互いに５
０ｍｍだけ重ね合わせ、中央部にスポット溶接部が形成
されるように１％Ｃｒ−Ｃｕ合金製のＣＲ型電極を重合
せ部に押し付け、単相交流型で定置式の溶接機を使用
し、加圧力１０ｋＮ，電流値１７ｋＡ及び通電時間９０
サイクルの条件下でスポット溶接した。このとき、溶接
機には予め電極変位計センサーを取り付けておいた。溶
接された試験片を引張剪断試験に供し、強度と電極変位
量との関係を調査した。調査結果を示す図３にみられる
ように、強度と電極変位量との間に相関関係がみられ
ず、電極変位量に応じた強度のバラツキは非常に大きか
った。そこで、新電極及び旧電極を使用した場合につい
て、引張剪断強度がほぼ同等で破断形態がシャー破断の
ときの変位量と抵抗を調査した。調査結果を、表１に示
す。
付着量が片面当り９０ｇ／ｍ2 のＺｎめっき鋼板から切
り出された長さ１５０ｍｍ及び幅５０ｍｍの試験片を使
用した。２枚の試験片を長さ１５０ｍｍのうち互いに５
０ｍｍだけ重ね合わせ、中央部にスポット溶接部が形成
されるように１％Ｃｒ−Ｃｕ合金製のＣＲ型電極を重合
せ部に押し付け、単相交流型で定置式の溶接機を使用
し、加圧力１０ｋＮ，電流値１７ｋＡ及び通電時間９０
サイクルの条件下でスポット溶接した。このとき、溶接
機には予め電極変位計センサーを取り付けておいた。溶
接された試験片を引張剪断試験に供し、強度と電極変位
量との関係を調査した。調査結果を示す図３にみられる
ように、強度と電極変位量との間に相関関係がみられ
ず、電極変位量に応じた強度のバラツキは非常に大きか
った。そこで、新電極及び旧電極を使用した場合につい
て、引張剪断強度がほぼ同等で破断形態がシャー破断の
ときの変位量と抵抗を調査した。調査結果を、表１に示
す。
【０００９】
【００１０】表１に示すデータを使用して式（４）から
補正定数α及びγを求めたところ、α＝１．２６８及び
γ＝９．３９３であった。この補正定数α及びγを用い
て式（７）から補正電極変位量を算出し、算出値に基づ
いて引張剪断強度を整理したところ、図４に示すように
両者の間に明確な相関関係があった。この相関関係を利
用して、補正電極変位量から次のように引張剪断強度を
推定した。溶接条件を同一に設定し、溶接中の補正電極
変位量を実測した。そして、図４を検量線として補正電
極変位量から引張剪断強度を推定した。また、実際の引
張剪断試験によって溶接後の引張剪断強度を実測した。
推定値を実測値と比較したところ、図５に示すように両
者の間に大差がなく、高精度で引張剪断強度を推定でき
ることが判った。
補正定数α及びγを求めたところ、α＝１．２６８及び
γ＝９．３９３であった。この補正定数α及びγを用い
て式（７）から補正電極変位量を算出し、算出値に基づ
いて引張剪断強度を整理したところ、図４に示すように
両者の間に明確な相関関係があった。この相関関係を利
用して、補正電極変位量から次のように引張剪断強度を
推定した。溶接条件を同一に設定し、溶接中の補正電極
変位量を実測した。そして、図４を検量線として補正電
極変位量から引張剪断強度を推定した。また、実際の引
張剪断試験によって溶接後の引張剪断強度を実測した。
推定値を実測値と比較したところ、図５に示すように両
者の間に大差がなく、高精度で引張剪断強度を推定でき
ることが判った。
【００１１】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、溶接強度がほぼ同じ場合における電極先端径の拡大
に起因して変化する電極変位量と電極間抵抗から補正定
数を求め、この補正定数を取り込んで電極変位量を補正
し、得られた補正電極変位量に基づいて引張剪断強度を
推定しているので、電極先端径の形状変化に起因した誤
差が排除され、スポット溶接における溶接強度を非破壊
で精度良く推定することが可能になる。
は、溶接強度がほぼ同じ場合における電極先端径の拡大
に起因して変化する電極変位量と電極間抵抗から補正定
数を求め、この補正定数を取り込んで電極変位量を補正
し、得られた補正電極変位量に基づいて引張剪断強度を
推定しているので、電極先端径の形状変化に起因した誤
差が排除され、スポット溶接における溶接強度を非破壊
で精度良く推定することが可能になる。
【図１】 スポット溶接中の通電部を示した概略図
【図２】 熱膨張によるナゲットの押上げ力及び電極加
圧力の分布状態を示す説明図
圧力の分布状態を示す説明図
【図３】 電極変位量と引張剪断強度との関係示すグラ
フ
フ
【図４】 本発明に従って得られた電極変位量と引張剪
断強度との関係示すグラフ
断強度との関係示すグラフ
【図５】 推定引張剪断強度と実測引張剪断強度との間
に高い対応関係があることを示すグラフ
に高い対応関係があることを示すグラフ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 正二 兵庫県尼崎市鶴町１番地 日新製鋼株式会 社加工技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 スポット溶接機に取り付けた電極変位計
センサーで測定した電極変位量から溶接強度を推定する
際、溶接強度がほぼ同じ場合における電極先端径の拡大
に起因して変化する電極変位量と電極間抵抗から補正定
数を求め、該補正定数を取り込んで前記電極変位量を補
正し、得られた補正電極変位量に基づいて引張剪断強度
を推定することを特徴とするスポット溶接強度の推定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8490295A JPH08254518A (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | スポット溶接強度の推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8490295A JPH08254518A (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | スポット溶接強度の推定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08254518A true JPH08254518A (ja) | 1996-10-01 |
Family
ID=13843675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8490295A Withdrawn JPH08254518A (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | スポット溶接強度の推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08254518A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007024788A (ja) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | Toyota Motor Corp | 破断判定装置及び衝突シミュレーション装置 |
-
1995
- 1995-03-16 JP JP8490295A patent/JPH08254518A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007024788A (ja) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | Toyota Motor Corp | 破断判定装置及び衝突シミュレーション装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020604 |