JPH10277745A - スタッド溶接品質管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 溶接電源装置が重量物であるために現場作業
で移動が困難であるので、頻繁に移動しないで、ある位
置に設置し、溶接可能な範囲まで２次ケーブルを溶接箇
所まで延長しているので、２次ケーブル、被溶接物等の
抵抗値が溶接場所によって変わるために、２次ケーブ
ル、被溶接物等の抵抗による電圧降下Ｖｒが大きく変化
する。 【解決手段】 スタッド溶接の品質を管理するスタッド
溶接品質管理方法において、スタッド溶接の溶接電源装
置の出力端子から検出した出力電圧によって、２次ケー
ブルによる電圧降下が変動したときでも、スタッド近傍
のアーク負荷電圧を算出することができる方法であっ
て、溶接ガンに保持したスタッドを被溶接材から引き上
げてアーク発生中に検出した溶接電圧平均値Ｖ1aから溶
接ガンに保持したスタッドを被溶接材に押し込んで短絡
電流通電中に検出した溶接電圧平均値Ｖ2aを引いた算出
平均アーク電圧Ｖavをスタッド溶接の品質判定又はスタ
ッド溶接の入熱制御をするスタッド溶接品質管理方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スタッド溶接の溶
込量を維持及び管理するスタッド溶接の品質管理方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スタッド溶接の仕上がり外観、溶
込量等の品質を判定する方法として、作業員が溶接した
スタッドを目視によって外観検査をし、ハンマーで打撃
する曲げ試験等によって、溶接継手の品質を判定してき
たが、外観検査だけでは溶接継手の品質を正確に判定す
ることができないし、またハンマーで溶接したスタッド
を打撃する曲げ試験は、過大な労力を要しまた破壊試験
であるために、次のような品質判定方法が提案されてい
る。

【０００４】特開昭６１−２４２７６６の技術は、電磁
オシログラフを使用して溶接電流及び溶接電圧、特に溶
接終了時の押込み中の短絡電流を測定記録して、品質判
定を行っている。

【０００６】特開平１−１５４８７７の技術は、スタッ
ドの移動量とガンコイルの電圧及び溶接電流の各波形と
を検出して、押込み開始点、ガンコイルの電圧の出力停
止点及び溶接電流短絡時のサージ電流のピーク点の３点
の内のいずれか２つの時間的位置関係から溶接結果の合
否を判定してきた。

【０００８】特開平７−１４４２７５の技術は、アーク
電圧とスタッドの移動状態とを検出しモニタリングし
て、押込み開始前０. ３秒以内のアーク電圧を測定し
て、短絡が生じて溶接電圧が０になったとき、融合不良
欠陥を判定している。

【００１０】また溶接品質を確保するためには、所要の
入熱を得ることが重要であり、もし溶接条件が適正でな
く所要の入熱を得ることができない場合、例えば、溶接
電流が適正値よりも大きい場合、引き上げ距離が短い場
合又は溶接姿勢が不良の場合は、ア−ク中にスタッドの
溶融面が被溶接物の溶融プールに接触して短絡が発生す
る。この短絡が頻繁に発生すると、ア−ク電圧が十分に
継続しないために入熱不足となって、押し込み中に所要
の押し込み量だけ押し込むことができなくなり溶接不良
となる。

【００１２】そこで、所要の入熱が得られているかどう
かを確認するために、スタッド保持期間中の溶接電流と
溶接電圧とを常時監視しなければならない。ここで、サ
イリスタ等で構成される略定電流電源の場合、溶接電流
は略一定値に制御された電流を通電しているので、溶接
電圧だけを監視しても入熱を監視したことになる。

【００１４】溶接電圧を監視する方法として、検出され
た溶接電圧波形をモニタ−装置等によって常時監視する
方法があるが、作業者が常時監視しなければならない。
このモニタ−装置自体は大型であるので、建設現場等の
溶接位置が頻繁に移動するときは、溶接位置に応じて移
動しなければならないために作業性を低下させる。また
モニタ−装置は高価であり、頻繁な移動すると故障の原
因ともなる。

【００１６】図１は溶接電圧を監視する別の従来方法を
示すスタッド溶接装置のブロック図である。同図は、三
相電源３０を入力としてサイリスタ等で構成される略定
電流の溶接電源装置３１と、溶接ガン３２と、溶接電源
装置３１の出力端子の「−」端子と溶接ガン３２との間
に接続された２次ケーブル３３と、スタッドを溶接する
鉄骨構造物等の被溶接物３４と、溶接電源装置３１の出
力端子の「＋」端子と被溶接物３４とを接続する接続線
４２、４３等で形成されるスタッド溶接装置のブロック
図である。

【００１８】同図において、溶接電源装置３１の出力端
子に接続された溶接電圧検出器３５によって検出された
検出電圧は、フィルタ回路３６を通って平均値化され
る。この平均値化された溶接電圧平均値Ｖｄは、増幅回
路３７で増幅して表示器３８にその値が表示されると同
時に、基準溶接電圧設定回路３９によって予め設定され
た適正な溶接電圧が得られたときの溶接電圧平均値Ｖｅ
とを比較器４０で比較してその差の絶対値が許容範囲の
値△Ｖｅから外れる場合は、警報器４１を作動させて警
報を発する。

【００２０】図２は、図１のブロック図において、正常
な溶接が行われた場合の出力端子電圧Ｖｄの波形を示す
図である。同図において、Ｔｐは、溶接ガンを引き上げ
てア−クを発生させ、ア−クを持続し安定させるため
に、所要の溶接電流に移行する前に、パイロット電流Ｉ
ｐを通電するパイロット電流期間である。Ｔａは主アー
ク電流期間であり、またＴｓは溶接ガンの押し込んでス
タッドが被溶接物に短絡してから溶接電流が停止して溶
接が終了するまでの期間である。このときの溶接電圧平
均値Ｖｄ１は、図１の基準溶接電圧設定回路３９にＶｅ
＝Ｖd1として予め設定しておき、次の溶接において得ら
れた溶接電圧平均値Ｖｄが｜Ｖｅ−Ｖｄ｜≦Ｖｅであれ
ば、正常な入熱が得られたと判定される。

【００２５】図３（Ａ）はスタッド保持期間中に短絡が
発生した場合のスタッド保持具と被溶接物の溶接箇所付
近との負荷電圧Ｖｏの波形を示す負荷電圧波形図であ
り、同図（Ｂ）はスタッド保持期間中に短絡が発生した
場合の溶接電源装置の出力端子電圧Ｖｄの波形を示す図
である。同図（Ｂ）において、溶接電圧平均値Ｖｄは、
｜Ｖｅ−Ｖd2｜＞△Ｖｅとなるために、正常な入熱が得
られていないと判定される。ここで、２次ケーブル、被
溶接物の接触抵抗等による電圧降下分を無視している
が、正確にアーク電圧を検出するためには、溶接するス
タッド又はスタッド保持具と被溶接物の溶接する箇所付
近とに電圧検出用の検出線を接続しなければならない。
しかし、ほとんどの場合、溶接電源装置の出力端子間に
検出線を設けて出力端子電圧Ｖｄを検出している。この
場合、検出した出力端子電圧Ｖｄは、溶接電源装置の出
力端子に接続された２次ケーブル、被溶接物等の抵抗に
よる電圧降下Ｖｒがアーク電圧Ｖａに加算された電圧と
なる。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】現場作業では、通常、
溶接電源装置が重量物であるために移動が困難であるの
で、溶接電源装置を頻繁に移動させないで、ある位置に
設置してその出力端子の「＋」端子を溶接電源装置付近
の被溶接物に接続し、「−」端子を溶接可能な範囲まで
２次ケーブルを溶接箇所まで延長する。したがって、２
次ケーブル、被溶接物等の抵抗値が溶接場所によって変
化するために、２次ケーブル、被溶接物等の抵抗による
電圧降下Ｖｒも変化する。

【００３２】溶接電源装置の出力端子間で出力電圧を検
出する場合、２次ケーブル長が短いときは、検出電圧と
アーク電圧との誤差は少ないが、溶接電流は、１６φ、
１９φ等の太径のスタッド溶接のときは１０００〜２０
００Ａ程度の大電流を通電するので、検出電圧とアーク
電圧との誤差が大になる。また、溶接電源装置の出力電
流容量では、２次ケーブル長を溶接箇所まで最長往復２
００［ｍ］延長して溶接することが可能であるが、往復
２００［ｍ］延長して溶接すると、２次ケーブル、被溶
接物等の電圧降下Ｖｒは数十Ｖになり、この電圧降下Ｖ
ｒは、溶接電源装置から溶接箇所までの距離に関係する
２次ケーブルの長さ、２次ケーブルの直径等の違いによ
って大きく変化する。

【００３４】図４（Ａ）は、２次ケーブル及び被溶接物
の抵抗値による電圧降下Ｖｒが大きい場合のスタッド保
持具と被溶接物の溶接箇所付近との負荷電圧Ｖｏの波形
を示す負荷電圧波形図であり、同図（Ｂ）は図１のスタ
ッド溶接装置を使用して検出される溶接電源装置の出力
端子電圧Ｖｄの波形を示す図である。同図において、出
力端子電圧の溶接電圧平均値Ｖd3は、負荷電圧Ｖｏに２
次ケ−ブルの電圧降下Ｖr1と被溶接物の抵抗によって生
じる電圧降下Ｖr2とが含まれるので、溶接電圧平均値Ｖ
d3＝（Ｖr1＋Ｖr2）＋Ｖd1となる。したがって、正常な
ア−ク電圧が発生しても、出力端子電圧の溶接電圧平均
値Ｖd3は、図２に示す溶接電圧平均値Ｖd1よりも電圧降
下（Ｖｒ＝Ｖr1＋Ｖr2）だけ大きくなるために、図１の
基準溶接電圧設定回路３９で設定された溶接電圧平均値
Ｖｅに、出力端子電圧の溶接電圧平均値Ｖd3を設定しな
ければならない。しかし、前述した現場作業のように、
２次ケーブル及び被溶接物の抵抗値が常に変化する場合
は、電圧降下が大きく変化するために、監視しても制御
することができなくなる。

【００５１】

【課題を解決するための手段】請求項１の方法は、スタ
ッド溶接の品質を管理するスタッド溶接品質管理方法に
おいて、溶接ガンに保持したスタッドを被溶接材から引
き上げてアーク発生中に検出した溶接電圧平均値Ｖ1aか
ら溶接ガンに保持したスタッドを被溶接材に押し込んで
短絡電流通電中に検出した溶接電圧平均値Ｖ2aを引いた
算出平均アーク電圧Ｖavをスタッド溶接の品質判定又は
スタッド溶接の入熱制御をするスタッド溶接品質管理方
法である。

【００５２】請求項２の方法は、スタッド溶接の品質を
管理するスタッド溶接品質管理方法において、スタッド
溶接の品質判定が、溶接ガンに保持したスタッドを被溶
接材から引き上げてアーク発生中に検出した溶接電圧平
均値Ｖ1aから溶接ガンに保持したスタッドを被溶接材に
押し込んで短絡電流通電中に検出した溶接電圧平均値Ｖ
2aを引いた算出平均アーク電圧Ｖavを表示又は警報させ
るスタッド溶接品質管理方法である。

【００５３】請求項３の方法は、後述する図６及び図７
に示すように、算出平均アーク電圧Ｖav１が、短絡が発
生するときの引き上げ中の検出期間Ｔ１の溶接電圧平均
値Ｖ1bから短絡が発生しないときの検出期間Ｔ２の溶接
電圧平均値Ｖ2aを引いた値であって、短絡が発生したと
きの算出平均ア−ク電圧Ｖav１が、短絡が発生しないと
きの算出平均ア−ク電圧Ｖavよりも減少したときに品質
低下と判定するスタッド溶接品質管理方法である。

【００５４】請求項４の方法は、後述する図６及び図８
に示すように、算出平均アーク電圧Ｖav２が、短絡が発
生しないときの引き上げ中の溶接電圧平均値Ｖ1aから短
絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡したときの検出
期間Ｔ２の溶接電圧平均値Ｖ2cを引いた値であって、短
絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡したときの算出
平均ア−ク電圧Ｖav２が、短絡が発生しないときの算出
平均ア−ク電圧Ｖavよりも減少したときに品質低下と判
定するスタッド溶接品質管理方法である。

【００５５】請求項５の方法は、後述する図６乃至図８
に示すように、算出平均アーク電圧Ｖav１が、短絡が発
生するときの引き上げ中の検出期間Ｔ１の溶接電圧平均
値Ｖ1bから短絡が発生しないときの検出期間Ｔ２の溶接
電圧平均値Ｖ2aを引いた値であって、短絡が発生したと
きの算出平均ア−ク電圧Ｖav１が、短絡が発生しないと
きの算出平均ア−ク電圧Ｖavよりも減少したとき及び算
出平均アーク電圧Ｖav２が、短絡が発生しないときの引
き上げ中の溶接電圧平均値Ｖ1aから短絡電圧検出開始時
点ｔ21から遅れて短絡したときの検出期間Ｔ２の溶接電
圧平均値Ｖ2cを引いた値であって、短絡電圧検出開始時
点ｔ21から遅れて短絡したときの算出平均ア−ク電圧Ｖ
av２が、短絡が発生しないときの算出平均ア−ク電圧Ｖ
avよりも減少したときに品質低下と判定するスタッド溶
接品質管理方法である。

【００５６】請求項６の方法は、後述する図６及び図７
に示すように、算出平均アーク電圧Ｖav１が、短絡が発
生するときの引き上げ中の検出期間Ｔ１の溶接電圧平均
値Ｖ1bから短絡が発生しないときの検出期間Ｔ２の溶接
電圧平均値Ｖ2aを引いた値であって、短絡が発生したと
きの算出平均ア−ク電圧Ｖav１が、短絡が発生しないと
きの算出平均ア−ク電圧Ｖavよりも減少したときに入熱
を増加させるスタッド溶接品質管理方法である。

【００５７】請求項７の方法は、後述する図６及び図８
に示すように、算出平均アーク電圧Ｖav２が、短絡が発
生しないときの引き上げ中の溶接電圧平均値Ｖ1aから短
絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡したときの検出
期間Ｔ２の溶接電圧平均値Ｖ2cを引いた値であって、短
絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡したときの算出
平均ア−ク電圧Ｖav２が、短絡が発生しないときの算出
平均ア−ク電圧Ｖavよりも減少したときに入熱を減少さ
せるスタッド溶接品質管理方法である。

【００５８】請求項８の方法は、後述する図６及び図７
に示すように、算出平均アーク電圧Ｖav１が、短絡が発
生するときの引き上げ中の検出期間Ｔ１の溶接電圧平均
値Ｖ1bから短絡が発生しないときの検出期間Ｔ２の溶接
電圧平均値Ｖ2aを引いた値であって、短絡が発生したと
きの算出平均ア−ク電圧Ｖav１が、短絡が発生しないと
きの算出平均ア−ク電圧Ｖavよりも減少したときに入熱
を増加させると共に、算出平均アーク電圧Ｖav２が、短
絡が発生しないときの引き上げ中の溶接電圧平均値Ｖ1a
から短絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡したとき
の検出期間Ｔ２の溶接電圧平均値Ｖ2cを引いた値であっ
て、短絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡したとき
の算出平均ア−ク電圧Ｖav２が、短絡が発生しないとき
の算出平均ア−ク電圧Ｖavよりも減少したときに入熱を
減少させるスタッド溶接品質管理方法である。

【００５９】

【発明の実施の形態】本発明の方法は、スタッド溶接の
品質を管理するスタッド溶接品質管理方法において、ス
タッド溶接用の溶接電源装置の出力端子から検出した出
力電圧によって、２次ケーブルによる電圧降下が変動し
たときであっても、スタッド近傍の負荷電圧を算出する
する方法であって、溶接ガンに保持したスタッドを被溶
接材から引き上げてアーク発生中に検出した溶接電圧平
均値Ｖ1aから溶接ガンに保持したスタッドを被溶接材に
押し込んで短絡電流通電中に検出した溶接電圧平均値Ｖ
2aを引いた算出平均アーク電圧Ｖavをスタッド溶接の品
質判定又はスタッド溶接の入熱制御をするスタッド溶接
品質管理方法である。

【００６０】

【実施例】以下、図面を参照して動作を説明する。図５
は、本発明の方法を実施するスタッド溶接装置の構成を
示す図である。図５のスタッド溶接装置は、溶接電源装
置１とスタッド溶接ガン２と溶接制御装置３とから形成
される。この溶接電源装置１は、溶接ガン２にパイロッ
ト電流と主電流とから成る溶接電流を出力し、後述する
溶接制御装置３から出力されるアナログ信号に応じて、
出力電流Ｉｏを制御する電流指令出力回路５と、その電
流指令に基づいて溶接電流を制御するサイリスタ等の半
導体スイッチング素子からなる溶接電流出力調整回路１
５と、２次ケーブル１７を通って溶接ガン２に装着され
たスタッド１８に出力される溶接電流Ｉｏを検出して溶
接電流検出信号Ｉｃを出力する溶接電流検出回路ＩＣ
と、出力端子電圧Ｖｄを検出して溶接電圧検出信号Ｖｃ
を出力する溶接電圧検出回路ＶＣとから形成される。

【００６２】溶接制御装置３は、溶接電流検出信号Ｉｃ
をディジタル溶接電流検出信号Ｉddに変換して演算処理
回路ＣＰＵに出力するＡ／Ｄ変換器７と、溶接電圧検出
信号Ｖｃをディジタル溶接電圧検出信号Ｖddに変換して
演算処理回路ＣＰＵに出力するＡ／Ｄ変換器８と、ディ
ジタル溶接電流検出信号Ｉddとディジタル溶接電圧検出
信号Ｖddとを入力してディジタル出力信号Ｉodを出力す
る演算処理回路ＣＰＵと、演算処理回路ＣＰＵのディジ
タル出力信号Ｉodをアナログ出力信号Ｉoaに変換して電
流指令出力回路５に出力するＤ／Ａ変換器６と、溶接結
果のデータを記憶する記憶装置１１と、溶接結果を表示
するディジタルパネル等の表示回路１２とからなる。こ
のＤ／Ａ変換器６、Ａ／Ｄ変換器７及びＡ／Ｄ変換器８
は演算処理回路ＣＰＵに内蔵してもよい。

【００６４】以下、図５の実施例のスタッド溶接装置の
動作について説明する。溶接ガンに保持されたスタッド
先端を被溶接物１４に当接した位置まで押し当て、溶接
ガン２に配設されている起動スイッチ１３を押すと、当
接位置にあったスタッド１８は予め設定された位置まで
引き上げられ、続いて予め設定されたパイロット電流を
通電する。スタッドが引き上げられてアークが発生する
と、予め設定した時間後にパイロット電流を主電流に切
り換える。パイロット電流又は主電流の通電開始から所
要の溶接電流値に達した後に、予め設定された時間が経
過すると、スタッド１８を被溶接物１４に向かって押し
込む。その途中で、スタッド１８が被溶接物１４に対し
て短絡し、短絡時間だけ短絡電流Ｉｓが流れる。この一
連の溶接動作の間、演算処理回路ＣＰＵによって、後述
するサンプリング時間Ｔ１及びＴ２の間、溶接電流及び
溶接電圧を検出する。

【００６６】上記の溶接電源装置１として、サイリスタ
等の半導体スイッチング素子を使用した略定電流制御方
式の溶接電源装置を使用すると、主アーク電流Ｉａから
短絡電流Ｉｓまでの間、略一定に制御された電流を通電
する。押し込み動作で正常に短絡した瞬間は、急峻な電
流が流れる。この急峻な電流による増加分が、アーク発
生中の溶接電流の平均値に及ぼす影響は、無視すること
ができる範囲である。また、略定電流方式の溶接電源装
置は、２次ケーブル１７及び被溶接物１４の抵抗値に関
係なく略一定の溶接電流を出力することができるので、
溶接電流経路のどの位置に溶接電流検出回路ＩＣを接続
しても同様の電流値を得ることができる。

【００６８】しかし、溶接電源装置１の出力端子に接続
された溶接電圧検出回路ＶＣによって検出した出力電圧
は、アーク時と短絡時との溶接状態及び２次ケーブル１
７と被溶接物１４との間の抵抗値によって大きく変化す
るために、その平均値として算出された電圧は一定値で
ない。そこで、溶接ガン２を引き上げてアーク発生中の
一定期間Ｔ１（以下、引き上げ中の検出期間という）に
検出した溶接電圧の平均値Ｖ1a（以下、引き上げ中の溶
接電圧平均値という）と押し込み中の短絡期間Ｔ２（以
下、押し込み中の検出期間という）の間の溶接電圧の平
均値Ｖ2a（以下、押し込み中の溶接電圧平均値という）
とを算出する。

【００７０】この押し込み中の溶接電圧平均値Ｖ2aは、
２次ケ−ブルの電圧降下Ｖr1と被溶接物の抵抗によって
生じる電圧降下Ｖr2との和Ｖｒである。アーク発生中に
検出された引き上げ中の溶接電圧平均値Ｖ1aから短絡時
の押し込み中の溶接電圧平均値Ｖ2a（＝Ｖｒ）を引いた
値を算出平均アーク電圧Ｖavとする。この算出平均アー
ク電圧Ｖavを使用することによって、データ量を少なく
して、大量の溶接結果のデータを管理することができ
る。

【００８０】図６（Ａ）は溶接電流Ｉｏの波形を示す溶
接電流波形図であり、同図（Ｂ）は溶接電源装置の出力
端子で検出した出力端子電圧Ｖｄの波形を示す図であ
る。次の順序で溶接を開始する。溶接電流Ｉｏを通電し
てスタッド１８を引き上げると、被溶接物１４に接触し
たスタッド先端の電極子からアークを発生し、時刻ｔ０
においてパイロット電流Ｉｐが流れる。次に、この時刻
ｔ０から予め設定した時刻ｔ１になると、パイロット電
流Ｉｐを主アーク電流Ｉａに切り換える。続いて、主ア
ーク電流Ｉｏが安定するまでに十分な時間が経過した時
刻ｔ11から予め設定した引き上げ中の検出期間Ｔ１の
間、出力端子電圧Ｖｄを検出する。スタッド１８の引き
上げ後のアークが安定した時刻ｔ11から押し込み期間に
入る時刻ｔ12までの間、この引き上げ中の検出電圧Ｖ１
を演算処理装置４によって累積する。

【００８２】この引き上げ中の検出期間Ｔ１の溶接電圧
平均値Ｖ1aを、次式によって算出する。

【式１】

【００８４】次に、時刻ｔ12を経過し、スタッド１８を
被溶接物１４の溶融プールに押し込んで短絡させる。短
絡後、十分な時刻Ｔ21になってから検出を開始し、時刻
ｔ21から時刻ｔ22までの押し込み中の検出期間Ｔ２の
間、演算処理回路ＣＰＵによって、この押し込み中の検
出電圧Ｖ２を累積する。

【００８６】この押し込み中の検出期間Ｔ２の溶接電圧
平均値Ｖ2aを、次式によって算出する。

【式２】

【００８８】この押し込み中の溶接電圧平均値Ｖ2aは、
２次ケーブル１７及び被溶接物１４の抵抗値による電圧
降下Ｖｒである。ここで算出したＶ1aと押し込み中の溶
接電圧平均値Ｖ2aとの差を算出平均アーク電圧Ｖavとし
て演算処理装置４から記憶装置に記憶し、また表示回路
１２に出力して表示させてもよい。

【００９０】図７は、図５において、引き上げ中の検出
期間Ｔ１の間に、引き上げ不良、アーク現象による片溶
け等によって、時刻ｔ1Sにおいてスタッド１８が溶融プ
ールに短絡した場合の出力端子電圧Ｖｄの波形を示す図
である。この場合、短絡が発生するときの引き上げ中の
検出期間Ｔ１の溶接電圧平均値Ｖ1bは、図６に示す短絡
が発生しないときの引き上げ中の検出期間Ｔ１の溶接電
圧平均値Ｖ1aよりも減少する。

【００９２】その結果、図７に示す算出平均アーク電圧
Ｖav１はＶ1b−Ｖ2aとなり、図６の場合と比較すると、
Ｖav１＜Ｖavとなり、図７の算出平均アーク電圧Ｖav１
は減少する。なお、各符号は次のとおりである。 Ｖ2a 押し込み中の溶接電圧平均値（正常動作時の検
出期間Ｔ２の溶接電圧平均値） Ｖ1b 短絡が発生するときの引き上げ中の検出期間Ｔ
１の溶接電圧平均値 Ｖav 短絡が発生しないときの算出平均ア−ク電圧
（Ｖ1a−Ｖ2a） Ｖav１ 短絡が発生したときの算出平均ア−ク電圧（Ｖ
1b−Ｖ2a）

【００９４】この方法は、算出平均アーク電圧Ｖav１
が、短絡が発生するときの引き上げ中の検出期間Ｔ１の
溶接電圧平均値Ｖ1bから短絡が発生しないときの検出期
間Ｔ２の溶接電圧平均値Ｖ2aを引いた値であって、短絡
が発生したときの算出平均ア−ク電圧Ｖav１が短絡が発
生しないときの算出平均ア−ク電圧Ｖavよりも減少した
ときに品質低下と判定する方法である。

【０１００】図８は、図７の場合と逆にア−ク中の短絡
がなくても、図６において押し込み不良、溶けすぎ等の
ためにアーク長が広がり過ぎて、短絡時点ｔ2cが予め定
めた時刻ｔ21よりも遅れた場合の出力端子電圧Ｖｄの波
形を示す図である。同図に示す出力電圧波形は、押し込
み中の検出期間Ｔ２になっても短絡しないでアークが継
続発生している。したがって図８に示す押し込み中の検
出期間Ｔ２の溶接電圧平均値Ｖ2cは、図６に示す押し込
み中の検出期間Ｔ２の溶接電圧平均値Ｖ2aよりも増加す
る。

【０１０２】その結果、図８に示す算出平均アーク電圧
Ｖav２は、Ｖ1a−Ｖ2cとなり、図６の場合と比較する
と、Ｖav２＜Ｖavとなるので、図８の算出アーク電圧Ｖ
av２は減少する。なお、各符号は次のとおりである。 Ｖ1a 引き上げ中の溶接電圧平均値 Ｖav 短絡が発生しないときの算出平均ア−ク電圧
（Ｖ1a−Ｖ2a） Ｖav２ 短絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡した
ときの算出平均ア−ク電圧( Ｖ1a−Ｖ2a) Ｖ2c 短絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡した
ときの検出期間Ｔ２の溶接電圧平均値

【０１０４】この方法は、算出平均アーク電圧Ｖav２
が、短絡が発生しないときの引き上げ中の溶接電圧平均
値Ｖ1aから短絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡し
たときの検出期間Ｔ２の溶接電圧平均値Ｖ2cを引いた値
であって、短絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡し
たときの算出平均ア−ク電圧Ｖav２が、短絡が発生しな
いときの算出平均ア−ク電圧Ｖavよりも減少したときに
品質低下と判定する方法である。

【０１０６】短絡が発生しないときの算出平均アーク電
圧Ｖavは略一定であるので、短絡が発生しないときの算
出平均ア−ク電圧Ｖavの値（以下、平均電圧標準値Ｖst
という）は、溶接スタッドの直径、被溶接物１４等の条
件に応じて評価され、平均電圧標準値として決めること
ができる。したがって、短絡が発生しないときの算出平
均ア−ク電圧（平均電圧標準値）Ｖstを演算処理回路Ｃ
ＰＵに予め入力しておけば、各スタッドの溶接毎に得ら
れた算出平均アーク電圧Ｖavと平均電圧標準値Ｖstとを
比較することができる。

【１００１】

【発明の効果】本発明の効果は次のとおりである。本発
明においては、溶接電源の出力端子間の電圧を検出する
溶接電圧検出回路ＶＣを設け、溶接電源装置の出力端子
から検出した出力電圧よって、２次ケーブルを延長した
ときでもアーク電圧を容易に正確に測定することができ
る。

【１００２】本発明においては、短絡が発生しないとき
の算出平均ア−ク電圧（平均電圧標準値）Ｖstを演算処
理回路ＣＰＵに予め入力しておくと、各スタッドの溶接
毎に得られる算出平均アーク電圧Ｖavと平均電圧標準値
Ｖstとを比較することができる。この比較によって、溶
接品質に影響する合格範囲をはずれた場合、警報器等で
作業者に知らせて、作業者が不良個所を再度、溶接し直
して部材の強度を確保することができるので、アークス
タッド溶接の施工管理を適切にかつ容易に行うことがで
きる。

【１００３】本発明においては、各スタッドの溶接毎に
得られるデータは、各スタッドの溶接毎に記憶させ、演
算処理回路ＣＰＵ又はこのデータを外部記憶装置、例え
ばメモリカード又はパソコンに入力して、パソコンで処
理してヒストグラム等を作成して評価することができる
ので各スタッド溶接作業の溶接品質を容易に確認するこ
とができる。

【１００４】本発明においては、現場でのスタッド溶接
においては、運搬、引き回し等の作業性を良くするた
め、規定のケーブル径よりも小径のケーブルを使用する
場合が多いために、大電流を頻繁に通電すると、接触
部、劣化部等の発熱が大きく加速度的に劣化して焼損す
る。本発明においては、短絡時の電圧降下Ｖｒが予め定
められた許容値を越えると異常信号を出力するので、健
全な規定のケーブル又はコネクタであるかどうかを確認
することができ、早期の交換等の対策が可能になる。ま
た使用可能なケーブル長を越えたときでも確認すること
ができる。

【１００５】本発明においては、２次ケーブルを延長し
たときであっても、溶接電源装置の出力端子から検出し
た溶接電圧によって、ア−ク発生位置における実際のア
ーク電圧を算出することができるので、各スタッドの溶
接毎に算出した算出平均ア−ク電圧Ｖavを平均電圧標準
値Ｖstと比較して溶接部の品質管理を容易にすることが
できる。

【１００６】本発明においては、２次経路の電圧降下を
測定する目的で短絡電流Ｉｓを流す必要がなく、溶接工
程の中で測定できるので、溶接すべきスタッド又はスタ
ッド保持具と被溶接物の溶接すべき箇所付近とに短絡回
路を設ける必要がない。

【１００７】本発明においては、波形モニタを特に必要
としないために、現場作業において、大きな機材設備の
設置、移動等がないので作業性が損なわれない。

【１００８】本発明においては、算出平均アーク電圧Ｖ
avを使用することによって、データ量を少なくして、大
量の溶接結果のデータを管理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は溶接電圧を監視する別の従来方法を示す
スタッド溶接装置のブロック図である。

【図２】図２は、図１のブロック図において、正常な溶
接が行われた場合の出力端子電圧Ｖｄの波形を示す図で
ある。

【図３】図３（Ａ）はスタッド保持期間中に短絡が発生
した場合のスタッド保持具と被溶接物の溶接箇所付近と
の負荷電圧Ｖｏの波形を示す負荷電圧波形図であり、同
図（Ｂ）はスタッド保持期間中に短絡が発生した場合の
溶接電源装置の出力端子電圧Ｖｄの波形を示す図であ
る。

【図４】図４（Ａ）は、２次ケーブル及び被溶接物の抵
抗値による電圧降下Ｖｒが大きい場合のスタッド保持具
と被溶接物の溶接箇所付近との負荷電圧Ｖｏの波形を示
す負荷電圧波形図であり、同図（Ｂ）は、図１のスタッ
ド溶接装置を使用して検出される溶接電源装置の出力端
子電圧Ｖｄの波形を示す図である。

【図５】図５は、本発明の実施例を示すスタッド溶接装
置の構成を示す図である。

【図６】図６（Ａ）は、溶接電流Ｉｏの波形を示す溶接
電流波形図であり、同図（Ｂ）は、溶接電源装置の出力
端子電圧Ｖｄの波形を示す図である。

【図７】図７は、図５において、引き上げ中の検出期間
Ｔ１の間に、引き上げ不良、アーク現象による片溶け等
によって、時刻ｔ1Sにおいてスタッド１８が溶融プール
に短絡した場合の出力端子電圧Ｖｄの波形を示す図であ
る。

【図８】図８は、図７の場合と逆にア−ク中の短絡がな
くても、図６において押し込み不良、溶けすぎ等のため
にアーク長が広がり過ぎて、短絡時点ｔ2cが予め定めた
時刻ｔ21よりも遅れた場合の出力端子電圧Ｖｄの波形を
示す図である。

【符号の説明】

１…溶接電源装置 ２…溶接ガン ３…制御装置 ５…電流指令出力回路 ６…Ｄ／Ａ変換器 ７、８…Ａ／Ｄ変換器 １１…記憶装置 １２…表示回路 １３…操作スイッチ １４…被溶接物 １５…溶接電流調整回路 １６…制御ケーブル １７…２次ケーブル １８…スタッド ３０…三相電源 ３１…溶接電源装置 ３２…溶接ガン ３３…２次ケ−ブル ３４…被溶接物 ３５…溶接電圧検出器 ３６…フィルタ回路 ３７…増幅回路 ３８…表示器 ３９…基準溶接電圧設定回路 ４０…比較器 ４１…警報器 ４２、４３…溶接電源装置３１の出力端子の「＋」端子
と被溶接物３４を接続するための接続線 ＣＰＵ 演算処理回路 Ｉａ 主ア−ク電流 ＩＣ 溶接電流検出回路 Ｉｃ 溶接電流検出信号 Ｉｐ パイロット電流 Ｔ１ 引き上げ中の検出期間 Ｔ２ 押し込み中の検出期間 Ｔａ 主ア−ク電流期間 Ｔｐ パイロット電流期間 Ｔｓ 短絡電流期間 ｔ０ パイロット電流通電開始時点 ｔ１ 主ア−ク電流通電開始時点 ｔ２ スタッド押し込み時点 ｔ３ 溶接電流停止時点 ｔ1s ア−ク中の短絡時点 ｔ2c 短絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡した
時点 ｔ11 ア−ク中の溶接電圧検出開始時点 ｔ12 ア−ク中の溶接電圧検出終了時点 ｔ21 短絡中の溶接電圧検出開始時点 ｔ22 短絡中の溶接電圧検出終了時点 Ｖ１ 引き上げ中の検出平均電圧 Ｖ２ 押し込み中の検出平均電圧 Ｖ1a 短絡が発生しないときの引き上げ中の検出期間
Ｔ１の溶接電圧平均値 Ｖ1b 短絡が発生するときの引き上げ中の検出期間Ｔ
１の溶接電圧平均値 Ｖav 短絡が発生しないときの算出平均ア−ク電圧
（Ｖ1a−Ｖ2a） Ｖav１ 短絡が発生したときの算出平均ア−ク電圧（Ｖ
1b−Ｖ2a） Ｖav２ 短絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡した
ときの算出平均ア−ク電圧( Ｖ1a−Ｖ2a) Ｖst 平均電圧標準値（正常動作の算術平均ア−ク電
圧Ｖav） Ｖ1a 短絡が発生しないときの引き上げ中の溶接電圧
平均値（正常動作時の検出期間Ｔ１の溶接電圧平均値） Ｖ2a 押し込み中の溶接電圧平均値（正常動作時の検
出期間Ｔ２の溶接電圧平均値） Ｖ1b 短絡が発生するときの引き上げ中の検出期間Ｔ
１の溶接電圧平均値 Ｖ2c 短絡電圧検出開始時点ｔ21から遅れて短絡した
ときの検出期間Ｔ２の溶接電圧平均値 Ｖａ アーク電圧 ＶＣ 溶接電圧検出回路 Ｖｃ 溶接電圧検出信号 Ｖｄ、Ｖd1、Ｖd2、Ｖd3…出力端子電圧／溶接電圧平均
値 Ｖｅ 基準溶接電圧設定回路３９に設定された溶接電
圧平均値 △Ｖｅ （Ｖｅからの）許容範囲の値 Ｖｏ 負荷電圧 Ｖｒ 電圧降下（Ｖr1＋Ｖr2） Ｖr1 ２次ケーブルの電圧降下 Ｖr2 被溶接物の電圧降下

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スタッド溶接の品質を管理するスタッド
   溶接品質管理方法において、溶接ガンに保持したスタッ
   ドを被溶接材から引き上げてアーク発生中に検出した溶
   接電圧平均値から溶接ガンに保持したスタッドを被溶接
   材に押し込んで短絡電流通電中に検出した溶接電圧平均
   値を引いた算出平均アーク電圧をスタッド溶接の品質判
   定又はスタッド溶接の入熱制御に使用するスタッド溶接
   品質管理方法。
2. 【請求項２】 スタッド溶接の品質を管理するスタッド
   溶接品質管理方法において、スタッド溶接の品質判定
   が、溶接ガンに保持したスタッドを被溶接材から引き上
   げてアーク発生中に検出した溶接電圧平均値から溶接ガ
   ンに保持したスタッドを被溶接材に押し込んで短絡電流
   通電中に検出した溶接電圧平均値を引いた算出平均アー
   ク電圧を表示又は警報させる請求項１に記載のスタッド
   溶接品質管理方法。
3. 【請求項３】 スタッド溶接の品質を管理するスタッド
   溶接品質管理方法において、算出平均アーク電圧が、短
   絡が発生するときの引き上げ中の検出期間の溶接電圧平
   均値から短絡が発生しないときの検出期間の溶接電圧平
   均値を引いた値であって、短絡が発生したときの算出平
   均ア−ク電圧が、短絡が発生しないときの算出平均ア−
   ク電圧よりも減少したときに品質低下と判定する請求項
   １に記載のスタッド溶接品質管理方法。
4. 【請求項４】 スタッド溶接の品質を管理するスタッド
   溶接品質管理方法において、算出平均アーク電圧が、短
   絡が発生しないときの引き上げ中の溶接電圧平均値から
   短絡電圧検出開始時点から遅れて短絡したときの検出期
   間の溶接電圧平均値を引いた値であって、短絡電圧検出
   開始時点から遅れて短絡したときの算出平均ア−ク電圧
   が、短絡が発生しないときの算出平均ア−ク電圧よりも
   減少したときに品質低下と判定する請求項１に記載のス
   タッド溶接品質管理方法。
5. 【請求項５】 スタッド溶接の品質を管理するスタッド
   溶接品質管理方法において、算出平均アーク電圧が、短
   絡が発生するときの引き上げ中の検出期間の溶接電圧平
   均値から短絡が発生しないときの検出期間の溶接電圧平
   均値を引いた値であって、短絡が発生したときの算出平
   均ア−ク電圧が、短絡が発生しないときの算出平均ア−
   ク電圧よりも減少したとき及び算出平均アーク電圧が、
   短絡が発生しないときの引き上げ中の溶接電圧平均値か
   ら短絡電圧検出開始時点から遅れて短絡したときの検出
   期間の溶接電圧平均値を引いた値であって、短絡電圧検
   出開始時点から遅れて短絡したときの算出平均ア−ク電
   圧が、短絡が発生しないときの算出平均ア−ク電圧より
   も減少したときに品質低下と判定する請求項１に記載の
   スタッド溶接品質管理方法。
6. 【請求項６】 スタッド溶接の品質を管理するスタッド
   溶接品質管理方法において、算出平均アーク電圧が、短
   絡が発生するときの引き上げ中の検出期間の溶接電圧平
   均値から短絡が発生しないときの検出期間の溶接電圧平
   均値を引いた値であって、短絡が発生したときの算出平
   均ア−ク電圧が、短絡が発生しないときの算出平均ア−
   ク電圧よりも減少したときに入熱を増加させる請求項１
   に記載のスタッド溶接品質管理方法。
7. 【請求項７】 スタッド溶接の品質を管理するスタッド
   溶接品質管理方法において、算出平均アーク電圧が、短
   絡が発生しないときの引き上げ中の溶接電圧平均値から
   短絡電圧検出開始時点から遅れて短絡したときの検出期
   間の溶接電圧平均値を引いた値であって、短絡電圧検出
   開始時点から遅れて短絡したときの算出平均ア−ク電圧
   が、短絡が発生しないときの算出平均ア−ク電圧よりも
   減少したときに入熱を減少させる請求項１に記載のスタ
   ッド溶接品質管理方法。
8. 【請求項８】 算出平均アーク電圧が、短絡が発生する
   ときの引き上げ中の検出期間の溶接電圧平均値から短絡
   が発生しないときの検出期間の溶接電圧平均値を引いた
   値であって、短絡が発生したときの算出平均ア−ク電圧
   が、短絡が発生しないときの算出平均ア−ク電圧よりも
   減少したときに入熱を増加させると共に、算出平均アー
   ク電圧が、短絡が発生しないときの引き上げ中の溶接電
   圧平均値から短絡電圧検出開始時点から遅れて短絡した
   ときの検出期間の溶接電圧平均値を引いた値であって、
   短絡電圧検出開始時点から遅れて短絡したときの算出平
   均ア−ク電圧が、短絡が発生しないときの算出平均ア−
   ク電圧よりも減少したときに入熱を減少させる請求項１
   に記載のスタッド溶接品質管理方法。