JPS6044076B2 - フラツシユ溶接部の品質判定方法および装置 - Google Patents

フラツシユ溶接部の品質判定方法および装置

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JPS6044076B2
JPS6044076B2 JP15744677A JP15744677A JPS6044076B2 JP S6044076 B2 JPS6044076 B2 JP S6044076B2 JP 15744677 A JP15744677 A JP 15744677A JP 15744677 A JP15744677 A JP 15744677A JP S6044076 B2 JPS6044076 B2 JP S6044076B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフラッシュ溶接法によつて溶接された製品の溶
接結果を製品を破壊することなく判定するための方法お
よび装置に関するものである。
周知のように、フラッシュ溶接法は被溶接物を突合せ溶
接するに際し、固定電極および移動電極にてそれぞれ被
溶接物を把持し、両電極間に電力源より電圧を印加しな
がら、定められた所定の速度パターンにより移動電極を
固定電極に向つて移動させることにより被溶接物の端面
で通電、溶融飛散をくりかえし発生させ(フラッシュ工
程)、適当な時期に両電極を急速に接近させ(アプセツ
ト工程)て溶接を行う方法である。このフラッシュ溶接
法はあらゆる溶接法中最もすぐれた溶接結.果が得られ
信頼性の高い溶接法として知られている。したがつて溶
接される製品も高品質及び高信頼性を要求される部分に
使用されるものが大部分である。従来この種の溶接法に
よる溶接部分の品質についての検査方法は破壊検査以外
に確実で信j頼性の高い方法がなかつた。このため、特
に絶対的信頼性を要求されるような部分たとえば航空機
用部品、船舶用アンカーチェーン、油井掘削用ドリルバ
イブなどの製作においては、多数の子備テストおよび実
溶接時における頻繁なサンプリングク(とええば3回の
溶接に1回の割合)により破壊テストを繰りかえし、こ
れらの結果から統計的に品質を類推することにより保障
しているのが現状である。このような品質管理方法を実
施するためには多くの破壊テスト用部品を用意しなけれ
ばならず、また完全なテストのためには非常な長時間を
要し、経済的にもまた効率的にも損失の多いものであつ
た。たとえば航空機用部品においては多数の子備溶接テ
ストの結果からほぼ確実とみられる溶接条件により実際
に溶接を行いそのうちの113にも相当するサンプル抽
出を行い、これら多量のサンプルについて、要求される
あらゆる点、例えば引張り、曲げ、衝撃、被労、低温に
おける各フ試験等を溶接製品の各部分について実施し、
すべてが良好であつたときにその前後に続けて溶接され
た残りの製品を良好品とみなしていた。しかしこのよう
に厳重な品質検査の結果、良品とされた製品に対しても
、実用に供される製品そのものに1ついて真に品質が保
障されているわけではない。本発明は上記のような従来
の品質管理方法とは異なりフラッシュ溶接結果が溶接時
の入熱量に大きく影響を受けることに着目しフラッシュ
溶接の各工程における入熱量として供給電力量を監視す
゛ることにより、破壊試験をすることなく溶接部の品質
を確実に判定できるようにしたフラッシュ溶接部の品質
判定方法および装置を提案したものである。フラッシュ
溶接において溶接結果に影響する因子としてはつぎのも
のが考えられる。
先ず機械的因子としては、クランプカの変動、フラッシ
ュ速度の予定値からのずれ、電極形状の摩耗、損傷など
による変化などがある。また電気的因子としては電源電
圧の変動、電極表面状態や被溶接物の表面状態の変化に
よる溶接電流及び溶接電圧の変動があり、更に被溶接物
自体に起因するものとして被溶接物先端の仕上げ状態の
差や部分的な材質の不均一性がある。これらの因子は相
互に関連して作用し、中には補間的に作用するものもあ
るが、大略は溶接結果を変動させる方向に作用する。と
ころで上記変動因子のいずれをとつてみても全てその結
果として溶接電圧および溶接電流に変化が現われる。即
ちクランプカが減少するとアプセツト時に電極が被溶接
物に対して滑りを起し、その結果十分なアプセツト動作
が行なわれずアプセツト電流の減少となつて現われる。
フラッシュ速度が速くなればフラッシュ電流が増加し、
フラッシュ速度が遅くなればフラッシュ電流が減少する
。また電極が摩耗して被溶接物への給電点が変化すると
、その分だけ実質上の電極からの突出し長さが変化した
のと同じ結果になりそれだけ被溶接物のインピーダンス
が変化して、フラッシュ電流、アプセツト電流共に大き
く影響を受ける。さらにフラッシュ溶接においては、フ
ラッシュ工程において被溶接物間に電圧を印加しつつ被
溶接物の溶接端面同志を接近させて局部的な短絡、溶融
、飛散をくりかえすことにより加熱し、十分に加熱され
た時点で被溶接物を急速に接近、押圧するアプセツト工
程を経て溶接を行うものであるから、供給される電力は
溶接部に集中して供給蓄積されるものである。もちろん
これら供給電力のうちあるものはフラッシュとともに外
部に放出されるが、その量はフラッシュ代として溶接条
件選定時に定められた被溶接物の飛散消失量に見合うも
−のであり、フラッシュが安定に発生している限りほぼ
不変であると考えてよい。したがつて前述のような諸変
動因子により供給される電力量に差が生じたときはただ
ちに被溶接物への蓄積熱量が変動し、溶接結果に直接影
響することになる。本発明は以上の観点から被溶接物に
供給される電力を積算しこれを監視することにより溶接
部の品質を判定する方法並びに装置を提案するものであ
る。本発明の判定発明の詳細な説明するまえにフラッシ
ュ溶接法の特殊性について述べる。フラッシュ溶接にお
いてはその溶接条件の一部として、(1)溶接前におけ
る電極からの被溶接物の突出し長さ、(2)フラッシュ
工程において溶融飛散させる被溶接物の長さ(フラッシ
ュ代)、(3)アプセツト工程において減少する被溶接
物の長さ(アプセツト代)および(4)溶接終了時にお
ける電極間隔(最終電極間隔)があり、これらのいずれ
もが溶接結果に大きく影響することは周知の通りである
。したがつてスポット溶接等他の抵抗溶接法において行
なわれる入熱管理方法のように供給電力を積算して、そ
れが設定値に達すれば電力の供給を打切るような制御方
法は用いることができない。この理由は、たとえばフラ
ッシュ工程時において供給電力のみに着目しこれを積算
しこの総量が設定値に達した時点で、実際の機械的な動
きとは無関係にアプセツト工程に移行させると前述の各
溶接条件が満足されなくなりとうてい良好な溶接は行わ
れないからである。つぎに図面により本発明の溶接品質
判定方法を詳細に述べる。第1図は本発明の判定方法を
実施する装置の一例を示す概略構成図である。同図にお
いて符号1乃至8で示した部分は本発明の対象とする判
定装置であり、符号11乃至17で示した部分は公知の
フラッシュ溶接機の構造を模式的に示したものである。
まずフラッシュ溶接機の構成と動作とを説明する。第1
図において11は共通基盤15上に固着された固定側電
極、12は共通基盤15上に滑動自在に載置された移動
側電極であり、これら固定側電極11及ひ移動側電極1
2は、それぞれ被溶接物13,13″を図示しないクラ
ンプ機構により把持するようになつている。移動側電極
12は電極駆動用シリンダ14と図示しない流体圧、た
とえば油圧源により所定の速度で固定側電極11に向つ
て駆動される。この電極移動速度は例えば指数函数的に
増大する速度、あるいは被溶接物の接触状態及び解放状
態に応じて定まる一定速度など公知の方法によつて決定
される。また固定側電極11と移動側電極12には溶接
用変圧器16の二次側端子から電力が供給され、溶接用
変圧器16の一次端子はサイリスタ、イグナイトロンな
どの開閉素子17を介して図示しない交流電源に接続さ
れる。次に本発明の対象である判定装置について説明す
ると、第1図において1は固定側電極11と移動側電極
12間の電圧を検出する電圧検出器であり、この電圧検
出器は例えば図に示すように溶接回路との絶縁とレベル
調整とを行なうための変圧器101変圧器101の出力
を直流に変換する整ノ流器102、および出力レベル調
整用可変抵抗器103により構成される。
さらに必要に応じてこの電圧検出器1の増幅機能をもた
せたり、不要な高周波成分をバイパスするフィルター回
路を含ませたりすることもできる。また溶接部への供給
電5力をより正確に測定するためには被溶接物13,1
3″に端子を設けてそこから被溶接物間の電圧を導くよ
うにするとよい。2は溶接電流検出器であり、溶接用変
圧器16の一次入力電流を変流器201および抵抗器2
02により電圧に変換してO電圧検出器1と同様の回路
により電流に対応した電圧出力を得るものである。
電流検出方法としては図に示した変流器を用いるものの
他に、トロイダルコイルにより2次電流を直接測定する
もの、ホール素子によるもの、シャント抵抗によるもの
などいかなる方法でもよい。3は電圧検出器1および電
流検出器2の出力を入力として溶接機の瞬時人力電力を
出力する掛算器である。
掛算器3の出力は開閉器5を経て積分器4に供給される
。積分器4に接続されているPBlは溶接品質判定に先
立つて積分器4をリセットするための押ボタンスイッチ
である。4はフラッシュ溶接器への供給電力量Pwを積
算する。
開閉器5は溶接開始から終了まで閉じるようにしてもよ
いが、フラッシュ溶接においてはフラッシュ工程の前半
は動作が不規則でありかつ初期の部分はフラッシュとな
つて飛散してしまうので溶接結果に対する影響が少ない
。一方フラッシュ工程の後半、即ちアプセツト開始の直
前のフラッシュ現象は溶接結果を大きく左右するもので
ある。したがつて開閉器5を閉じる期間を溶接開始後の
フラッシュ工程において安定したフラッシュが発生する
ようになつてからアプセツト終了までとする方がより正
確な品質判定が可能となる。一般にフラッシュ溶接条件
の定め方としては、フラッシュ代およびフラッシュ時間
を比較的大として接合端面を十分加熱しておき、アプセ
ツト時には不可避的に流れる電流を除きほとんど電流を
流さず単に機械的に圧接するだけとするフラッシュ工程
に重点を置いた方法と、逆にフラッシュ工程は補助的な
加熱工程すなわち接合端面を均一にし且つある程度の予
熱効果を与えるだけにとどめ主たる加熱はアプセツト工
程において圧接とともに行うアプセツト工程に重点を置
いた方法との2通りが知られている。
そこで前者即ちフラッシュ.工程を主たる加熱工程とし
た方法により溶接を行う場合は、開閉器5はフラッシュ
工程中またはフラッシュ工程の後半からアプセツト開始
前の一定期間のみ閉じてこの期間のみの電力を積算する
ようにすればよい。また後者即ちアプセツト工程を!主
たる加熱工程とするものにあつては、開閉器5はフラッ
シュ工程中は開放のままとしアプセツト工程中のみ閉じ
て電力の積算を行うようにすればよい。つまり開閉器5
の閉じる期間、すなわち品質判定のための電力積算期間
は実施するフラツシ・ユ溶接の溶接条件により適宜選択
すればよい。積分器4によつて積算された電力量Pwは
比較回路6aおよび6bに入力されるとともに表示器8
によつて表示される。したがつて作業者はこの表示器に
よつても判定が可能となる。比較回路6aおよび6bは
比較器601a,601bおよび基準設定器602a,
602bから成り、これら比較回路により最大供給電力
量P″Minと最小供給電力量Pminが設定されてい
る。この比較回路6aおよび6bが品質判別器となる。
比較回路6aは(Pw−Pmin)を比較回路6bは(
Pmin−Pw)をそれぞれ演算する。比較器601a
および601bにはたとえば上記各式の演算結果が正の
とき)RlJ信号、演算結果が負または零のときROョ
信号を出力するものを使用する。比較回路6a及び6b
の出力は論理回路7に入力される。このとき比較器60
1aおよび601bの入出力関係を前述のように決定し
た場合には論理回路7に・NOR回路を使用する。この
場合、論理回路7のすべての入力信号がいずれも1でな
いとき即ちPmin≧Pw≧Pminのとき論理回路7
の出力端子Sから信号1が出力され、この出力信号を溶
接結果が良好なことを表示する信号とする。また比較l
器601a及び601bの入出力関係が前述と逆の場合
には比較回路7としてAND回路を用いればよい。第2
図は第1図に示した実施例において用いる比較回路6a
および6bの具体的な回路図の例である。
説明の重復をさけるために一例として最大供給電力量設
定?Minと検出された供給電力量Pwとの比較回路6
aを示してある。同図においてEl,E2は直流電源、
R1は最大供給電力量設定用可変抵抗器、R2〜Rl3
は抵抗器、0P1,0P2は演算増幅器、Q1〜Q3は
トランジスタである。同図において抵抗器R2〜R4及
び演算増幅器0P1は反転形加算計数器を構成しこの反
転形加算計数器は直流電源E1および可変抵抗器R1に
より設定された最大供給電力設定値Pmjnと供給電力
量Pwとを加算するが、最大供給電力検出値Pminの
極性が供給電力量Pwと逆であるため加算された結果は
(Pw−Pmin)を演算することになる。演算増幅器
0P1は反転出力であるからその出力は(Pmin−P
w)となり、これをさらに抵抗器R5,R6および演算
増幅器0P2により反転して(Pw−Pmin)とする
とともに適宜増幅する。トランジスタQl,Q2および
抵抗器R7〜Rllはシユミツトトリガ回路を形する。
このシユミツトトリガ回路により演算増幅器0P2の出
力が波形整形され、演算増幅器0P2に有限の正出力が
現われたとき、即ちPw>Pmlnのときにのみトラン
ジスタQ1が導通し、それまで導通していたトランジス
タQ2が遮断して端子e1には11.J出力が現われる
。逆に演算増幅器0P2の出力が零または負のときはト
ランジスタQ2は導通したままとなり端子e1にROJ
出力が現われる。前述のように論理回路7にNOR回路
を用いるときはこのトランジスタQ2の出力e1をその
まま判別器の出力として用いてよいが、演算回路7にA
ND回路を用いるときは同図に破線で示したようにさら
に抵抗器Rl2,Rl3およびトランジスタQ3を付加
して出力を反転させて、Pw>PmlnのときのみRO
J出力とし、Pw≦Pminのときには01J出力を端
子E2より得るようにすればよい。一方比較器601b
においては演算式が前述のように(Pmin−Pw)で
あるから、演算増幅器0P2を用いることなく演算増幅
器0P1の出力をそのままトランジスタQ1に入力すれ
ば同様の結果を得ることがてきる。
もちろん抵抗器R2乃至R牡演算増幅器0P1,0P2
の代りに出力が反転しないタイプの差動増幅器を用いる
こともできるし、トランジスタQl,Q2のシユミツト
トリガ回路を公知の他の波形整形回路に置き換えること
も自由てある。第1図の実施例においては、検出信号が
常時積算されて判別される回路となつているが、溶接完
了後必要時にのみ判別結果が出力されるように各、判別
器の入出力端子または論理回路の出力側に適当な開閉器
を設けるようにすることができるのはもちろんである。
また前述のようにフラッシュ溶接においては、溶接開始
後しばらくの間の溶接現象即ちフラッシュ工程の初期に
おける溶接現象は単に溶接に必要なフラッシュを発生さ
せやすくするために被溶接物の端面を予熱するためにの
み有効であり実際の溶接結果にはほとんど影響せず、か
つ不安定な要素が多いためフラッシュ工程の初期のデー
タ(入力電力量検出値)を無差別に積算することはかえ
つて溶接結果に対する判定を誤まらせることが多い。
したがつて入力電力をフラッシュ工程全体にわたつて積
算せずフラッシュ現象が安定した後のアプセツト開始時
点を基準としたその直前の一定期間(アプセツト開始前
数秒前またはアプセツト開始前の電極移動量数醜の間)
におけるフラッシュ電力量を積算し、これに対応して定
めた許容電力量範囲と入力電力量とを比較することによ
つて、より正確な品質の判定ができるようになる。さら
に前述のように溶接条件によつてはフラッシュ工程のみ
またはアプセツト工程のみ供給電力量を積算しこれに対
応して定めた許容電力量範囲と比較してもよい。第3図
は本発明の判定方法を実施するための装置の他の実施例
を示す構成図であり、第1図の実施例に示す装置と同一
機能を有するものは同一符号を符してある。
第3図の装置は第1図の装置においてフラッシュ工程中
に供給されるフラッシュ電力量Pfとアプセツト工程中
に供給されるアプセツト電力量Puとを別々に積算し、
これらを別々に定めた許容電力量範囲と比較するように
したものである。同図において、5aおよび5bは電力
積算期間のみ閉じる開閉器であり、4aおよび4bは積
分器、6c乃至6fは比較回路、601c乃至601f
は比較器、602cは最大フラッシュ電力量設定器、6
02dは最小フラッシュ電力量設定器、602eは最大
アプセツト電力量設定器、602fは最小アプセツト電
力量設定器、8fはフラッシュ電力量表示器、8uはア
プセツト電力量表示器でありそれぞれ第1図の装置と同
様の機能を有するものである。掛算器3の出力は開閉器
5aまたは5bを経て積分器4aまたは4bに供給され
る。アプセツト開始前、即ちフラツシノユ工程中は開閉
器5aが閉じ掛算器3の出力は積分器4aに導びかれ積
分器4aはフラッシュ電力量を積算する。したがつて掛
算器3および積分器4aがフラッシュ電力量積算器であ
る。溶接が進行してフラッシュ工程を終りアプセツト工
程の開7始において開閉器5aが開き開閉器5bが閉じ
る。この結果掛算器3の出力は積分器4bに導びかれ積
分器4bはアプセツト電力量Puを積算する。したがつ
て掛算器3および積分器4bがアプセツト電力量積算器
である。積分器4aおよび4フbの出力PfおよびPu
は比較回路6c乃至6fに導びかれる。比較回路6c乃
至6fには比較器601c乃至601fがありそれぞれ
最大フラッシュ電力量Pfminl最少フラッシュ電力
量Pfmjnl最大アプセツト電力量Punllnl最
少アプセツト電力量Punllnが設定されている。こ
の比較回路6cおよび6dが第1の判別器を構成し、比
較回路6eおよび6fが第2の判別器となる。比較回路
6cは(Pf−Pfmln)を、比較回路6dは(Pf
min−Pf)を、比較回路6eは(Pu−Pumin
)を、比較回路6fは(Pumin−Pu)をそれぞれ
演算する。各比較器601cないし601fを例えば第
2図の実線にて示した部分の回路のように演算結果が正
のときrlョ信号、負または零のときROョ信号を出力
するようにしておく。比較回路6c乃至6fの出力は論
理回路7に入力される。比較回路601c乃至601f
の入出力関係を前述のように設定した場合には論理回路
7はNOR回路を用いる。このとき論理回路7のすべて
の入力信号がいずれも1でないとき、即ちPfmin≧
Pf≧Pfminで且つPurnin≧Pu≧Pumi
nのときに出力端子Sに信号1が出力されこの信号を溶
接良好を表示する信号とする。もちろん比較器601c
乃至601fの入出力関係が前述と逆に設定した場合に
は、論理回路7にAND回路を用いればよ,い。もちろ
ん作業者は、出力端子Sよりの信号の有無以外に表示器
8fおよび8uにより実測値を知ることができる。以上
の通り本発明によればフラッシュ溶接法によつて溶接さ
れた結果に対して破壊検査を行うことなく溶接結果の判
定を行なうことが可能となる。
従来は溶接サンプルの破壊検査から品質を推定していた
ため安全係数を余分に見込んでおく必要があつたが、本
発明によれば安全係数を小さくすることができ、また溶
接結果を数値的に取扱うことができるので溶接結果の保
証を確実に行なうことができフラッシュ溶接により生産
される製品の信頼性を飛躍的に向上させることができる
【図面の簡単な説明】
第1図および第3図は本発明の判定方法を実施する装置
の一構成例を示す概略構成図、第2図は第1図および第
3図の実施例において用いる比較回路の具体的な例を示
す回路図である。 1・・・・・・電圧検出器、2・・・・・・電流検出器
、3・・・掛算器、4,4a,4b・・・・・・積分器
、5,5a,5b・・・・・・開閉器、6a〜6f・・
・・・・比較器、7・・・論理回路、11・・・・・・
固定側電極、12・・・・・・移動側電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 固定側電極および移動側電極にそれぞれ被溶接物を
    把持し、両電極間に電力を供給しながら移動側電極を固
    定側電極に向つて所定の速度で接近させてフラッシュ工
    程およびアプセツト工程を行うフラッシュ溶接において
    、被溶接物に供給される電力を積算し、積算値と基準値
    とを比較することによりフラッシュ溶接部の溶接品質を
    判定することを特徴とするフラッシュ溶接部の品質判定
    方法。 2 前記供給電力の積算を全溶接期間にわたつて行うこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のフラッシ
    ュ溶接部の品質判定方法。 3 前記供給電力の積算をアプセツト開始前の一定時期
    からアプセツト完了までの間行うことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載のフラッシュ溶接部の品質判定
    方法。 4 前記供給電力の積算をアプセツト開始前の一定期間
    のみ行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
    のフラッシュ溶接部の品質判定方法。 5 前記供給電力の積算をアプセツト中のみ行うことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のフラッシュ溶
    接部の品質判定方法。 6 前記基準値として上限値および下限値を有する一定
    の許容電力量範囲を定め、前記供給電力の積算値が前記
    許容電力量範囲内にあるとき溶接品質良好とする特許請
    求の範囲第1項ないし第5項のいずれかに記載のフラッ
    シュ溶接部の品質判定方法。 7 前記基準値としてフラッシュ工程中に供給される電
    力量およびアプセツト工程中に供給される電力量のそれ
    ぞれに対して上限値および下限値を有する許容電力量範
    囲を定め、前記供給電力量をフラッシュ工程中に供給さ
    れる電力量とアプセツト工程中に供給される電力量とを
    別々に積算し、両供給電力量がともにそれぞれの許容電
    力量範囲内にあるときのみ溶接品質が良好と判定するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項のい
    ずれかに記載のフラッシュ溶接部の品質判定方法。 8 固定側電極および移動側電極にそれぞれ被溶接部を
    把持し、両電極間に電源装置から電力を供給しながら移
    動側電極を固定側電極に向つて所定の速度で接近させる
    ことによりフラッシュ工程およびアプセツト工程を行う
    フラッシュバット溶接の溶接品質判定装置において、前
    記両電極間の電圧を検出する電圧検出器と、溶接電流を
    検出する電流検出器と、前記電圧検出器および電流検出
    器の出力値とから被溶接物に供給される電力を積算する
    電力積算器と、前記電力積算器の出力が所定の範囲内に
    あるか否かを判別する判別回路とを少なくとも具備した
    ことを特徴とするフラッシュ溶接品質判定装置。 9 前記電力積算器がアプセツト開始前の一定時期以後
    閉じる開閉器により電力の積算を開始することを特徴と
    する特許請求の範囲第8項に記載のフラッシュ溶接品質
    判定装置。 10 前記電力積算器がフラッシュ工程中に供給される
    電力を積算するフラッシュ電力積算器とアプセツト工程
    中に供給される電力を積算するアプセット電力積算器と
    からなることを特徴とする特許請求の範囲第8項または
    第9項に記載のフラッシュ溶接品質判定装置。 11 前記判別回路はそれぞれ独立して設定可能な最大
    および最少許容電力量設定器と、各許容電力量設定器の
    出力と各検出電力量とを入力とし両入力信号の大小に応
    じて論理信号を出力する複数の比較器と、前記複数の比
    較器のすべてから検出電力量が許容電力量の設定範囲内
    にある信号が出力されているときのみ溶接良好として信
    号を出力する論理回路とよりなることを特徴とする特許
    請求の範囲第8項ないし第10項のいずれかに記載のフ
    ラッシュ溶接品質判定装置。
JP15744677A 1977-12-28 1977-12-28 フラツシユ溶接部の品質判定方法および装置 Expired JPS6044076B2 (ja)

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