WO2016009530A1 - シーム溶接方法及びその装置 - Google Patents

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seam welding
melting
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roller electrode
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金子貢
河合泰宏
小林晴彦
谷平祐紀
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本田技研工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a seam welding method and apparatus for rotating and relatively moving a roller electrode while intermittently energizing between a pair of roller electrodes that sandwich and pressurize a laminate in which a plurality of workpieces are laminated. About.
  • the roller electrode may be separated from the molten portion before the molten portion is sufficiently solidified during the interruption period.
  • the melted portion is solidified in a state where the pressure applied by the roller electrode is reduced or not applied, and cracking is likely to occur due to volume shrinkage or the like when the melted portion solidifies.
  • the ratio of the interruption period in the one cycle is increased (for example, 32 msec).
  • the ratio of the interruption period can be increased with respect to the energization period (16 msec), and the timing for starting the solidification of the molten portion can be accelerated.
  • the melted part can be solidified in a state where a pressure is applied to the melted part.
  • a seam welding method disclosed in JP-A-11-58026 That is, a first welding current P of heat input capable of forming a melted portion and a second welding current B having a smaller heat input than the first welding current P are alternately energized to provide an interruption period in which the welding current is interrupted. Without seam welding.
  • the molten part is solidified while the second welding current B is applied, so that it is possible to avoid the laminate from being cooled more than necessary, while the molten part It is difficult to solidify quickly and sufficiently. Therefore, as described above, when the welding speed is increased, the roller electrode may move from above the melted portion before the melted portion is sufficiently solidified, which may cause cracks due to insufficient pressure during solidification. . Eventually, even if the seam welding method described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-58026 is adopted, it is difficult to obtain a high-quality bonded product in which cracking, spatter and the like are suppressed while increasing the welding speed.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a seam welding method and apparatus capable of obtaining a high-quality bonded product in which cracking, spatter, and the like are suppressed while increasing the welding speed.
  • the purpose is to do.
  • the present invention intermittently energizes between a pair of roller electrodes that sandwich a laminated body in which a plurality of workpieces are laminated, and applies pressure to the laminated body.
  • a heating period in which a heating current smaller than the melting current is applied and the laminate is heated within a temperature range in which the melting part solidifies, and before and after the heating period
  • the seam welding is performed while repeating an interruption period in which energization between the roller electrodes is interrupted as one cycle.
  • the laminated body is heated within a temperature range (for example, less than the freezing point) at which the melted portion solidifies. For this reason, the melting part can be solidified despite being heated. That is, the interruption period and the heating period in one cycle are periods (solidification periods) in which the molten part can be cooled and solidified.
  • the heating period is provided in this way, the ratio of the solidification period to the melting period in one cycle can be increased, so that the timing for starting solidification of the molten part can be advanced. As a result, even if the welding speed is increased, it is possible to avoid separation of the roller electrode from the melted part before the melted part solidifies, so that the melted part can be solidified while applying sufficient pressure. become.
  • the heating period in the one cycle may be provided before the interruption period.
  • one cycle is set in the order of the melting period, the heating period, and the interruption period. That is, after a melting current is applied during the melting period to form a melted portion, a heating current smaller than the melting current is supplied during the heating period. Thereby, in a heating period, it can heat so that a laminated body may not be cooled rapidly or may be cooled more than necessary.
  • the temperature for heating the laminate is within the range of the temperature at which the molten part solidifies
  • the solidification of the molten part can be started immediately after the melting period. That is, the melted portion can be solidified in a state where the pressure applied by the roller electrode is sufficiently applied, and the occurrence of cracks and the like can be suppressed. Furthermore, by providing an interruption period for interrupting energization after the heating period, the melted portion can be sufficiently solidified to form a good nugget between the workpieces.
  • the heating period in the one cycle may be provided after the interruption period.
  • one cycle is set in the order of a melting period, an interruption period, and a heating period. That is, after a melting current is applied during the melting period to form a melted part, the energization is interrupted and the interrupting period is set to solidify the molten part. And after this interruption period, in other words, before the next one cycle melting period, a heating period is provided, and a heating current is applied to the laminated body within a temperature range in which the melting part solidifies. Can be preheated.
  • a melting current can be applied to the laminated body that has been heated as described above and has an increased electrical resistance. This makes it possible to form the melted portion without increasing the melt current, and thus it is possible to effectively suppress the occurrence of sputtering.
  • the ratio of the solidification period to the melting period in one cycle is increased by providing the heating period. , The timing of the start of coagulation can be accelerated. For this reason, even if the welding speed is increased, the melted portion can be solidified while applying pressure, and cracking of the nugget or the like can be suppressed. As a result, it is possible to obtain a high-quality bonded product while increasing the welding speed.
  • the present invention intermittently energizes between a pair of roller electrodes that sandwich a laminate in which a plurality of workpieces are laminated, and relatively applies the roller electrodes while applying pressure to the laminate.
  • a seam welding apparatus that performs seam welding by moving the roller electrode, and supplying a melting current to the roller electrode to form a melting portion between the workpieces, and a heating current smaller than the melting current.
  • the heating period in the one cycle may be provided before the interruption period, and the heating period in the one period may be provided after the interruption period. Good.
  • FIG. 1 is a schematic overall side view of an articulated robot including a seam welding device according to the present invention. It is a principal part perspective view of the seam welding apparatus of FIG. It is a timing diagram which shows the electricity supply cycle of the seam welding method which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 4A is an explanatory diagram of the roller electrode pair and the laminated body in the melting period
  • FIG. 4B is an explanatory diagram of the roller electrode pair and the laminated body in the heating period
  • FIG. 4C is an interruption period and the next one cycle. It is explanatory drawing of the roller electrode pair and laminated body in the fusion
  • FIG. 6A is a timing diagram illustrating an example of an energization cycle of a seam welding method
  • FIG. 6B is a timing diagram illustrating another example of an energization cycle of seam welding.
  • FIG. 1 is a schematic overall side view of an articulated robot 12 including a seam welding apparatus 10 according to this embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view of a main part of the seam welding apparatus 10.
  • the seam welding apparatus 10 is supported by a tip arm 14 of an articulated robot 12. Since the configuration of the articulated robot 12 including the seam welding apparatus 10 is known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-167896 and Utility Model Registration No. 3124033, the configuration of this articulated robot 12 is not limited. Detailed description is omitted.
  • the seam welding apparatus 10 includes a first roller electrode 18 and a second roller electrode 20 that are supported on a tip arm 14 via a mount 16 (see FIG. 1).
  • the second roller electrode 20 is a laminate 22.
  • the first roller electrode 18 is positioned above the laminated body 22 while being positioned below (see FIG. 2). That is, the stacked body 22 is sandwiched between the first roller electrode 18 and the second roller electrode 20.
  • the laminate 22 to be welded is configured by laminating workpieces 24 and 26, which are two metal plates, in this order from below.
  • the workpieces 24 and 26 are made of, for example, JAC590, JAC780, or JAC980 (all of which are high-performance high-tensile steel plates defined in the Japan Iron and Steel Federation standard, so-called high-tensile materials).
  • the thickness of each of the workpieces 24 and 26 is set to about 1 mm to about 2 mm, for example. Note that the number of workpieces to be stacked is not limited to the two shown in this example, and may be three or more.
  • a guide rail 28 is laid on the mount 16.
  • the guide rail 28 is instructed by a first cylinder and a second cylinder (each not shown).
  • the first cylinder displaces the first roller electrode 18 supported by the first moving table 30 in a direction approaching or separating from the second roller electrode 20.
  • the second cylinder displaces the second roller electrode 20 supported by the second moving table 32 in a direction approaching or separating from the first roller electrode 18. Only one of the first roller electrode 18 and the second roller electrode 20 is supported by the corresponding first moving table 30 or second moving table 32, and the other is fixed to a fixed table (not shown). It may be supported.
  • the first moving table 30 supports a first rotating motor (not shown) for rotating and energizing the first roller electrode 18, and the second moving table 32 rotates the second roller electrode 20.
  • a second rotating motor (not shown) for energizing is supported. Since such a configuration is known, illustration and detailed description are omitted.
  • a servo motor or the like may be employed instead of the first cylinder and the second cylinder.
  • the convex portion 34 of the guide rail 28 includes a concave portion 36 (see FIG. 2) of the first moving table 30 that supports the first roller electrode 18 and a concave portion 38 (see FIG. 2) of the second moving table 32 that supports the second roller electrode 20. 2) is slidably engaged.
  • the first moving table 30 is connected to a first rod (not shown) of the first cylinder.
  • the second moving table 32 is connected to a second rod (not shown) of the second cylinder.
  • first roller electrode 18 is displaced in a direction (arrow Y2, Y1 direction) approaching or separating from the second roller electrode 20 as the first rod of the first cylinder moves back and forth.
  • second roller electrode 20 is displaced in a direction (arrow Y1, Y2 direction) approaching or separating from the first roller electrode 18 as the second rod of the second cylinder moves back and forth.
  • a first axis (not shown) is interposed between the first roller electrode 18 and the first moving table 30.
  • the first roller electrode 18 rotates as the first shaft rotates under the action of the first rotating motor.
  • the second roller electrode 20 rotates as the second shaft (not shown) rotates under the action of the second rotating motor.
  • each of the first roller electrode 18 and the second roller electrode 20 can supply a welding current such as a DC inverter power supply or an AC power supply via a lead wire (power line) in which a switch is interposed. It is electrically connected to the positive and negative electrodes of a power source. By switching on / off of this switch, either a melting current or a heating current described later is passed between the first roller electrode 18 and the second roller electrode 20, or the current supply is interrupted. Is possible.
  • the melting current and the heating current are collectively referred to as a welding current.
  • the switch can employ
  • the first and second cylinders, the first and second rotating motors, the AC power supply, and the switch are electrically connected to a control unit as a control means. That is, the operation or energization / energization of the first and second cylinders, the first and second rotating motors, the AC power supply, and the switch is controlled by the control unit. That is, the control unit also functions as energization timing control means.
  • the seam welding apparatus 10 according to the present embodiment is basically configured as described above. Next, the operation and effect will be described in relation to the seam welding method according to the present embodiment.
  • the articulated robot 12 moves the tip arm 14, that is, the seam welding apparatus 10 so that the laminated body 22 is disposed between the first roller electrode 18 and the second roller electrode 20.
  • the first cylinder and the second cylinder are urged under the action of the control unit, and the first rod and the second rod start to move forward along with this. That is, the second roller electrode 20 is displaced in the direction of the arrow Y1 so as to approach the first roller electrode 18, and the arrow Y2 so that the first roller electrode 18 approaches the second roller electrode 20. Displaces in the direction. As a result, the laminate 22 is sandwiched between the first roller electrode 18 and the second roller electrode 20.
  • the pressures (F1) of the first roller electrode 18 against the work 26 are balanced with the pressures (F2) of the second roller electrode 20 against the work 24.
  • the propulsive force of the first rod and the second rod and the propulsive force of the second rod of the second cylinder are controlled.
  • the first and second rotating motors are rotated at a predetermined number of rotations, whereby the first roller electrode 18 and the second roller electrode 20 (hereinafter collectively referred to as a roller electrode pair) Are also moved relatively at a predetermined speed in the direction of movement.
  • the predetermined speed at which the roller electrode pair relatively moves can be set to, for example, 2.0 m / min.
  • each of the first roller electrode 18 and the second roller electrode 20 is connected to the positive electrode and the negative electrode of the AC power supply. For this reason, while the switch is turned on, it is an energization period in which a welding current flows from the first roller electrode 18 toward the second roller electrode 20. Further, while the switch is turned off, it is an interruption period in which the welding current is cut off.
  • the seam welding apparatus 10 intermittently energizes between the pair of roller electrodes that sandwich the laminated body 22, and applies the applied pressures F ⁇ b> 1 and F ⁇ b> 2 to the laminated body 22. Seam welding is performed by moving.
  • FIGS. 3 and 4A to 4C are schematic explanatory diagrams showing the relationship between the energization cycle of FIG. 3 and the welded state of the laminate 22 in time series.
  • one period of the energization cycle is about 48 msec.
  • the switch is turned on between time points t1 and t2, and a melting period in which a melting current i1 is supplied between the roller electrode pairs is set.
  • the melting current i ⁇ b> 1 is set to a magnitude that allows heating and melting by generating resistance heat at a portion near the contact surface of the workpieces 24 and 26. That is, the melted part 40a can be formed between the workpieces 24 and 26 by supplying a melt current i1 between the roller electrode pair during the melt period.
  • the melting period may be about 16 msec.
  • the magnitude of the melting current i1 may be appropriately set according to the material and shape of the workpieces 24 and 26, the length of the melting period, etc., and can be set to about 16 to 18 kA, for example.
  • a heating period in which a heating current i2 smaller than the melting current i1 is supplied between the roller electrode pairs between time points t2 and t3.
  • the heating current i2 is set to a size capable of heating the laminate 22 within a temperature range where the melting part 40a solidifies (for example, less than the freezing point of the melting part 40a). Therefore, in the heating period, the laminated body 22 is heated in order to solidify the melted portion 40a formed in the melting period and suppress the laminated body 22 from being rapidly cooled and unnecessarily cooled. be able to.
  • the heating period here can be about 8 msec.
  • the magnitude of the heating current i2 can be about 8 kA.
  • the roller electrode pair moves relative to the laminated body 22, but at the time point t2 to t3 during the heating period, the roller electrode pair is sufficiently larger than the portion where the molten portion 40a of the laminated body 22 is formed. It is in the position which can give the sufficient pressurizing force F1, F2. Therefore, in the heating period, solidification of the melting part 40a can be started while applying sufficient pressures F1 and F2 from the roller electrode pair.
  • the switch is turned off between time points t3 and t4, and the interruption period in which the energization of the welding current between the roller electrode pairs is interrupted. That is, in this time zone, heating (heating) in the vicinity of the contact surface between the workpieces 24 and 26 is interrupted. Thereby, the laminated body 22 is cooled by heat conduction from the laminated body 22 to the roller electrode pair. As a result, the nugget 42 can be formed by sufficiently solidifying the melting portion 40a.
  • the interruption period is set to about 24 msec, for example.
  • the roller electrode pair is relatively moved along the moving direction so as to be separated from the portion where the melted portion 40a of the laminated body 22 is formed.
  • a new melting portion 40b can be formed between the workpieces 24 and 26 by turning on the switch and setting a melting period in which the melting current i1 is passed between the roller electrode pairs. it can.
  • a new nugget (not shown) connected to the nugget 42 can be formed by repeating the next one cycle of the energization cycle in the same manner as described above. That is, since the nuggets are continuous through the overlapped portion, it is possible to obtain a welded product in which the workpieces 24 and 26 are firmly connected.
  • the interruption period and the heating period in one cycle that is the energization cycle between the roller electrode pairs are periods during which the melting parts 40a, 40b, etc. can be cooled and solidified (solidification period).
  • the ratio of the solidification period (for example, 32 msec) with respect to the melting period (for example, 16 msec) in one cycle (for example, 48 msec) is increased by providing the heating period, and solidification of the melting parts 40a, 40b, etc. is performed.
  • the start timing can be advanced. As a result, even if the welding speed is increased, the roller electrode pair can be prevented from separating from the melted portions 40a, 40b, etc. before the melted portions 40a, 40b, etc. solidify. For this reason, it is possible to solidify the melted portions 40a, 40b and the like while applying sufficient pressures F1, F2.
  • the heating current i2 is energized in the heating period of the coagulation period.
  • An excessive increase in size can be avoided.
  • it can avoid that the laminated body 22 is cooled more than necessary.
  • it is possible to satisfactorily form the melted portions 40a and 40b between the workpieces 24 and 26 without increasing the melting current i1, so that the occurrence of sputtering or the like can be suppressed.
  • it can suppress that the volume of the laminated body 22 changes rapidly by the temperature change between a melting period and a solidification period, it can suppress that a nugget 42 grade
  • the welding speed can be increased without increasing the size of the seam welding apparatus 10.
  • the seam welding apparatus 10 can be suitably mounted on the articulated robot 12. Further, even when the workpieces 24 and 26 are large parts such as those for automobile bodies, the workpieces 24 and 26 can be well seam-welded.
  • Second Embodiment a seam welding method according to a second embodiment of the present invention will be described.
  • the second embodiment is similar to the first embodiment except that the roller electrode pair is intermittently energized in the energization cycle shown in the timing diagram of FIG. This can be done using the device 10.
  • the difference in the energization cycle between the first embodiment and the second embodiment is that the heating period in one cycle is provided after the interruption period. That is, in the second embodiment, first, during the time point t1 to t2, the switch is turned on, and a melting period in which the melting current i1 is supplied between the roller electrode pairs is set. Next, between time points t2 and t3, the switch is turned off, which is an interruption period in which energization of the welding current between the roller electrode pairs is interrupted. During the subsequent time points t3 to t4, a heating period in which a heating current i2 smaller than the melt current i1 is applied between the roller electrode pairs is set.
  • the roller electrode pair While repeating the above one cycle, the roller electrode pair is moved relatively to form a plurality of nuggets that are continuous with each other through overlapping portions, and a welded product in which the workpieces 24 and 26 are firmly connected to each other is formed. It becomes possible to obtain.
  • the melt current i1 is applied during the melting period to form the melted part, and then the energization is interrupted to enter the interruption period to solidify the melted part. Then, after this interruption period, in other words, before the next one melting period, a heating period is provided and a heating current i2 is energized so that the melting portion is solidified within a range of temperatures.
  • the body 22 can be preheated. That is, in the next melting period of one cycle, the melting current i1 can be applied to the laminate 22 that has been heated as described above and has increased electrical resistance. Thereby, since the melted portion can be formed well without increasing the melt current i1, it is possible to effectively suppress the occurrence of sputtering.
  • the melting period for example, 48 msec for one period (for example, 48 msec) is provided.
  • the timing of the coagulation start can be advanced. For this reason, even if the welding speed is increased, the melted portion can be solidified while applying sufficient pressurizing forces F1 and F2, and cracking in the nugget or the like can be suppressed. As a result, it is possible to obtain a high-quality bonded product while increasing the welding speed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Abstract

　シーム溶接装置（１０）は、溶融期間と、中断期間と、中断期間の前及び後の何れか一方に設けられる加温期間とを１周期として繰り返しつつシーム溶接を行い、溶融期間では、ローラ電極対（１８、２０）間に溶融電流（ｉ１）を通電して、ワーク（２４、２６）間に溶融部（４０ａ）を形成し、中断期間では、ローラ電極対（１８、２０）間の通電を中断して、溶融部（４０ａ）を凝固させ、加温期間では、ローラ電極対（１８、２０）間に溶融電流（ｉ１）よりも小さい加温電流（ｉ２）を通電して、溶融部（４０ａ）が凝固する温度の範囲内で積層体（２２）を加温することで、溶接速度を大きくしても、割れやスパッタ等を効果的に抑制し、高品質の接合製品を得る。

Description

シーム溶接方法及びその装置
　この発明は、複数のワークを積層した積層体を挟持して加圧する一組のローラ電極間を断続的に通電しつつ、該ローラ電極を回転させて相対的に移動させるシーム溶接方法及びその装置に関する。
　金属板等からなるワークを複数積層した積層体のワーク同士の間に、複数のナゲットを互いに重なり合うように連続的に形成することで、該ワーク同士を接合するシーム溶接方法が知られている。このシーム溶接方法では、積層体を挟持して加圧する一組のローラ電極間を断続的に通電しつつ、該ローラ電極を回転させる。つまり、図６Ａに示す通電サイクルのように、ローラ電極間を通電する通電期間（例えば、２４ｍｓｅｃ）と、ローラ電極間の通電を中断する中断期間（例えば、３６ｍｓｅｃ）とを１周期（例えば、６０ｍｓｅｃ）として繰り返しながら、積層体に対してローラ電極を相対的に移動させる。
　この通電期間中に、ローラ電極によって加圧されたワーク同士の接触面近傍に抵抗発熱（ジュール熱）を発生させて溶融部を形成する。そして、このように溶融部が形成された積層体の部位を、中断期間中にローラ電極で加圧しつつ冷却することで、該溶融部を凝固させてナゲットを形成する。その結果、上記の通り、ワーク同士の間に互いに重なり合うナゲットが連続的に形成され、積層体のシーム溶接が行われる。
　ところで、近年、例えば、ローラ電極が設けられたシーム溶接装置をロボットに搭載して、自動車車体用の部品等、大型のワーク同士をシーム溶接することが提案されている。この場合、シーム溶接装置を大型化することなく、溶接速度を大きくすることが求められる。
　しかしながら、溶接速度を大きくするべく、ローラ電極の相対的な移動速度を大きくすると、中断期間中に溶融部が十分に凝固する前に、該溶融部からローラ電極が離間する懸念がある。この場合、ローラ電極による加圧力が低減した状態又は付与されていない状態で溶融部が凝固することになり、該溶融部が凝固する際の体積収縮等によって、割れが生じ易くなってしまう。
　ローラ電極が移動する前に、溶融部を速やかに凝固させる手段としては、冷却水を用いて溶融部を冷却することが考えられる。しかし、この場合、冷却水用の配管等を含む冷却設備が必要となってしまう。また、自動車車体や部品に付着した冷却水をそのままの状態にしておくと、錆び等が発生する懸念があるため、これを回避するべく、該自動車車体や部品に付着した冷却水を除去する場合、さらに追加の設備が必要となってしまう。従って、冷却水を用いて溶融部を冷却することは、シーム溶接装置の大型化を回避する観点等から好ましくない。
　そこで、図６Ｂに示す通電サイクルのように、溶接速度を大きくすることに伴って、１周期を短くする（例えば、４８ｍｓｅｃ）とともに、該１周期中の中断期間の割合を大きくする（例えば、３２ｍｓｅｃ）ことが考えられる。これによって、通電期間（１６ｍｓｅｃ）に対して、中断期間の割合を大きくして、溶融部の凝固を開始するタイミングを早くすることができる。その結果、溶融部からローラ電極が離間する前に、換言すると、溶融部に加圧力が付与された状態で、該溶融部を凝固させることが可能になる。
　ところが、上記のように、１周期中の通電期間の割合を小さくし、中断期間の割合を大きくすると、積層体が必要以上に冷却されてしまう懸念がある。これによって、積層体の電気抵抗が小さくなること等から、溶融部を形成するために必要な溶融電流が増大して、スパッタ等が生じ易くなる。また、通電期間と中断期間との間で積層体の温度差が大きくなり、体積変化が大きくなることから、結局、割れ等を十分に抑制することが困難になる。
　積層体が必要以上に冷却されることを抑制するためには、例えば、特開平１１－５８０２６号公報に示すシーム溶接方法を採用することが考えられる。すなわち、溶融部を形成可能な入熱の第１溶接電流Ｐと、該第１溶接電流Ｐより入熱の小さい第２溶接電流Ｂとを交互に通電し、溶接電流を中断する中断期間を設けずにシーム溶接を行う。
　上記の特開平１１－５８０２６号公報記載のシーム溶接方法では、第２溶接電流Ｂを通電しつつ溶融部を凝固させるため、積層体が必要以上に冷却されることを回避できる一方で、溶融部を速やか且つ十分に凝固させることは困難である。従って、上記の通り、溶接速度を大きくすると、溶融部が十分に凝固する前に、該溶融部上からローラ電極が移動してしまい、凝固時の加圧力不足による割れ等が発生する懸念がある。結局、特開平１１－５８０２６号公報記載のシーム溶接方法を採用しても、溶接速度を大きくしつつ、割れやスパッタ等が抑制された高品質の接合製品を得ることは困難である。
　本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、溶接速度を大きくしつつ、割れやスパッタ等が抑制された高品質の接合製品を得ることが可能なシーム溶接方法及びその装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するため、本発明は、複数のワークを積層した積層体を挟持する一組のローラ電極間を断続的に通電するとともに、前記積層体に対して加圧力を付与しつつ前記ローラ電極を相対的に移動させてシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、前記ローラ電極間に溶融電流を通電して、前記ワーク間に溶融部を形成する溶融期間と、前記ローラ電極間に前記溶融電流よりも小さい加温電流を通電して、前記溶融部が凝固する温度の範囲内で前記積層体を加温する加温期間と、前記加温期間の前及び後ろの少なくとも一方に設けられ、前記ローラ電極間の通電を中断する中断期間と、を１周期として繰り返しつつシーム溶接を行うことを特徴とする。
　本発明に係るシーム溶接方法では、ローラ電極間の通電サイクルである１周期中に、溶融電流を通電して溶融部を形成する溶融期間と、通電を中断して溶融部を凝固させる中断期間と、加温期間とを設けている。この加温期間では、溶融部が凝固する温度の範囲内（例えば、凝固点未満）で、積層体を加温する。このため、溶融部は、加温されるにも関わらず、凝固することができる。すなわち、１周期中の中断期間及び加温期間が、溶融部を冷却して凝固させることが可能な期間（凝固期間）となる。
　このように加温期間を設けた分、１周期中の溶融期間に対する凝固期間の割合を大きくして、溶融部の凝固を開始するタイミングを早くすることができる。その結果、溶接速度を大きくしても、溶融部が凝固する前に、該溶融部からローラ電極が離間することを回避できるため、十分な加圧力を付与しつつ溶融部を凝固させることが可能になる。
　また、上記のように１周期中の凝固期間の割合を大きくしても、該凝固期間中の加温期間では加温電流が通電されるため、通電が中断される中断期間の割合が過剰に大きくなることを回避できる。これによって、積層体が必要以上に冷却されることを回避できる。その結果、溶融電流を増大させることなく、ワーク間に良好に溶融部を形成することができるため、スパッタ等の発生を抑制できる。また、溶融期間及び凝固期間の間の温度変化によって、積層体の体積が急激に変化することを抑制できるため、ナゲット等に割れが生じることを抑制できる。従って、このシーム溶接方法では、溶接速度を大きくしても、割れやスパッタ等を効果的に抑制することができ、高品質の接合製品を得ることが可能になる。
　上記のシーム溶接方法において、前記１周期中の前記加温期間は、前記中断期間の前に設けられてもよい。この場合、例えば、１周期が、溶融期間、加温期間、中断期間の順に設定される。すなわち、溶融期間中に溶融電流を通電して溶融部を形成した後、該溶融電流よりも小さい加温電流を加温期間に通電する。これによって、加温期間では、積層体が急冷されることや、必要以上に冷却されることがないように加温することができる。
　また、積層体を加温する温度は、溶融部が凝固する温度の範囲内であるため、溶融期間後、速やかに溶融部の凝固を開始させることができる。すなわち、ローラ電極による加圧力を十分に付与した状態で溶融部を凝固させることができ、割れ等の発生を抑制することができる。さらに、加温期間の後、通電を中断する中断期間を設けることで、溶融部を十分に凝固させて、ワーク同士の間に良好なナゲットを形成することができる。
　従って、溶融期間と中断期間の間に加温期間を設けることで、中断期間中に積層体が冷却されても、積層体の体積が急激に変化することや、積層体の電気抵抗が小さくなって溶融電流が増大してしまうことを回避できる。このため、溶接速度を増大させても、スパッタや割れ等が生じることを効果的に抑制でき、高品質の接合製品を得ることが可能になる。
　上記のシーム溶接方法において、前記１周期中の前記加温期間は、前記中断期間の後に設けられてもよい。この場合、例えば、１周期が、溶融期間、中断期間、加温期間の順に設定される。すなわち、溶融期間中に溶融電流を通電して溶融部を形成した後、通電を中断して中断期間とすることで、溶融部を凝固させる。そして、この中断期間の後、換言すると、次の１周期の溶融期間の前に、加温期間を設けて、加温電流を通電することで、溶融部が凝固する温度の範囲内で積層体を予熱することができる。
　すなわち、次の１周期の溶融期間では、上記のように加温されて電気抵抗が上昇した状態の積層体に対して、溶融電流を通電することができる。これによって、溶融電流を増大させることなく、良好に溶融部を形成することができるため、スパッタが生じることを効果的に抑制できる。
　また、上記の通り、積層体は、加温期間中も溶融部が凝固する温度の範囲内であるため、加温期間を設ける分、１周期中の溶融期間に対する凝固期間の割合を大きくして、凝固開始のタイミングを早くすることができる。このため、溶接速度を大きくしても、加圧力を付与しつつ溶融部を凝固させることができ、ナゲット等に割れが生じることを抑制できる。その結果、溶接速度を大きくしつつ、高品質の接合製品を得ることが可能になる。
　なお、上記したシーム溶接方法が適用されたシーム溶接装置もこの発明に含まれる。
　すなわち、本発明は、複数のワークを積層した積層体を挟持する一組のローラ電極間を断続的に通電するとともに、前記積層体に対して加圧力を付与しつつ前記ローラ電極を相対的に移動させてシーム溶接を行うシーム溶接装置であって、前記ローラ電極に対し、溶融電流を通電して、前記ワーク間に溶融部を形成する溶融期間と、前記溶融電流よりも小さい加温電流を通電して、前記溶融部が凝固する温度の範囲内で前記積層体を加温する加温期間と、前記加温期間の前及び後の少なくとも一方に設けられ、前記ローラ電極間の通電を中断する中断期間と、を１周期とする通電及び通電停止を繰り返すことを特徴とする。
　また、上記のシーム溶接装置では、前記１周期中の前記加温期間を、前記中断期間の前に設けてもよく、前記１周期中の前記加温期間を、前記中断期間の後に設けてもよい。
本発明に係るシーム溶接装置を備える多関節ロボットの概略全体側面図である。 図１のシーム溶接装置の要部斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るシーム溶接方法の通電サイクルを示すタイミング図である。 図４Ａは、溶融期間におけるローラ電極対及び積層体の説明図であり、図４Ｂは、加温期間におけるローラ電極対及び積層体の説明図であり、図４Ｃは、中断期間及び次の１周期の溶融期間におけるローラ電極対及び積層体の説明図である。 本発明の第２実施形態に係るシーム溶接方法の通電サイクルを示すタイミング図である。 図６Ａは、シーム溶接方法の通電サイクルの一例を示すタイミング図であり、図６Ｂは、シーム溶接の通電サイクルの他の例を示すタイミング図である。
　以下、この発明に係るシーム溶接方法につき、これを実施するシーム溶接装置との関係において好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
<<第１実施形態>>
　図１は、この実施形態に係るシーム溶接装置１０を備える多関節ロボット１２の概略全体側面図であり、図２は、シーム溶接装置１０の要部斜視図である。このシーム溶接装置１０は、多関節ロボット１２の先端アーム１４に支持されている。このようにシーム溶接装置１０を備える多関節ロボット１２の構成は、例えば、特開２００７－１６７８９６号公報、実用新案登録第３１２４０３３号公報にも記載されるように公知であるため、この構成についての詳細な説明は省略する。
　シーム溶接装置１０は、先端アーム１４にマウント１６（図１参照）を介して支持された第１ローラ電極１８、第２ローラ電極２０を具備し、この中、第２ローラ電極２０が積層体２２（図２参照）の下方に位置するとともに、第１ローラ電極１８が積層体２２の上方に位置する。すなわち、第１ローラ電極１８及び第２ローラ電極２０で積層体２２を挟持する。
　溶接対象である積層体２２は、２枚の金属板であるワーク２４、２６が下方からこの順序で積層されることによって構成される。ワーク２４、２６は、例えば、ＪＡＣ５９０、ＪＡＣ７８０又はＪＡＣ９８０（何れも日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能高張力鋼板、いわゆるハイテン材）からなる。また、ワーク２４、２６のそれぞれの厚みは、例えば、約１ｍｍ～約２ｍｍに設定される。なお、積層されるワークの枚数は、本図例に示す２枚に限られず３枚以上であってもよい。
　マウント１６には、ガイドレール２８が敷設されている。ガイドレール２８には、第１シリンダ及び第２シリンダ（それぞれ不図示）が指示される。第１シリンダは、第１移動テーブル３０に支持された第１ローラ電極１８を第２ローラ電極２０に対して接近又は離間する方向に変位させる。第２シリンダは、第２移動テーブル３２に支持された第２ローラ電極２０を第１ローラ電極１８に対して接近又は離間する方向に変位させる。なお、第１ローラ電極１８及び第２ローラ電極２０は、何れか一方のみが、対応する第１移動テーブル３０又は第２移動テーブル３２に支持され、他方は、固定されたテーブル（不図示）に支持されてもよい。
　なお、第１移動テーブル３０には、第１ローラ電極１８を回転付勢するための第１回転用モータ（不図示）が支持され、第２移動テーブル３２には、第２ローラ電極２０を回転付勢するための第２回転用モータ（不図示）が支持される。このような構成は公知であるので、図示及び詳細な説明を省略する。なお、第１シリンダ及び第２シリンダに代替してサーボモータ等を採用するようにしてもよい。
　ガイドレール２８の凸部３４には、第１ローラ電極１８を支持した第１移動テーブル３０の凹部３６（図２参照）と、第２ローラ電極２０を支持した第２移動テーブル３２の凹部３８（図２参照）とが摺動自在に係合される。第１移動テーブル３０は、上記の第１シリンダの図示しない第１ロッドに連結される。また、第２移動テーブル３２は上記の第２シリンダの図示しない第２ロッドに連結される。
　すなわち、第１ローラ電極１８は、第１シリンダの第１ロッドが進退動作することに伴って第２ローラ電極２０に対して接近又は離間する方向（矢印Ｙ２、Ｙ１方向）に変位する。その一方で、第２ローラ電極２０は、第２シリンダの第２ロッドが進退動作することに伴って第１ローラ電極１８に対して接近又は離間する方向（矢印Ｙ１、Ｙ２方向）に変位する。
　第１ローラ電極１８と第１移動テーブル３０との間には、第１軸（不図示）が介在する。この第１軸が、前記第１回転用モータの作用下に回転動作することにより、第１ローラ電極１８が回転動作する。同様に、第２ローラ電極２０は、前記第２回転用モータの作用下に第２軸（不図示）が回転動作することに伴って回転動作する。
　第１ローラ電極１８及び第２ローラ電極２０のそれぞれは、不図示ではあるが、スイッチが介装されたリード線（電力線）を介して、直流インバータ電源や、交流電源等の溶接電流を供給可能な電源の正極及び負極に電気的に接続される。このスイッチの入／切を切り替えることで、第１ローラ電極１８及び第２ローラ電極２０間に、後述する溶融電流及び加温電流の何れかを通電すること、又はこれら電流の通電を中断することが可能である。なお、以下では、溶融電流及び加温電流を総称して溶接電流ともいう。また、スイッチは、例えば、電力素子を利用した電子スイッチを採用することができる。
　以上の構成において、第１及び第２シリンダ、第１及び第２回転用モータ、交流電源、スイッチは、制御手段としての制御ユニットに電気的に接続されている。すなわち、これら第１及び第２シリンダ、第１及び第２回転用モータ、交流電源、スイッチの動作ないし付勢・滅勢は、制御ユニットによって制御される。すなわち、制御ユニットは、通電タイミング制御手段としても機能する。
　本実施形態に係るシーム溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、本実施形態に係るシーム溶接方法との関係において説明する。
　先ず、多関節ロボット１２は、第１ローラ電極１８と第２ローラ電極２０の間に積層体２２が配置されるように先端アーム１４、すなわち、シーム溶接装置１０を移動させる。
　その後、制御ユニットの作用下に上記の第１シリンダ及び第２シリンダが付勢され、これに伴って上記の第１ロッド及び第２ロッドが前進動作を開始する。すなわち、第２ローラ電極２０が第１ローラ電極１８に対して接近するように矢印Ｙ１方向に向かって変位し、且つ第１ローラ電極１８が第２ローラ電極２０に対して接近するように矢印Ｙ２方向に向かって変位する。その結果、第１ローラ電極１８と第２ローラ電極２０の間に積層体２２が挟持される。
　このとき、ワーク２６に対する第１ローラ電極１８の加圧力（Ｆ１）が、ワーク２４に対する第２ローラ電極２０の加圧力（Ｆ２）と均衡するように、上記の第１シリンダ及び第２シリンダの第１ロッド及び第２ロッドの各推進力と、上記の第２シリンダの第２ロッドの推進力とを制御する。
　次に、第１及び第２回転用モータを所定回転数で回転させることで、積層体２２に対して、第１ローラ電極１８及び第２ローラ電極２０（以下、これらを総称してローラ電極対ともいう）を移動方向に所定速度で相対的に移動させる。なお、ローラ電極対が相対的に移動する所定速度は、例えば、２．０ｍ／分とすることができる。
　この際、図３のタイミング図に示す通電サイクルで、上記のスイッチのオン状態及びオフ状態を切り替える。上記した通り、第１ローラ電極１８及び第２ローラ電極２０の各々が交流電源の正極及び負極に接続されている。このため、スイッチをオン状態とする間は、第１ローラ電極１８から第２ローラ電極２０に向かって溶接電流が流れる通電期間となる。また、スイッチをオフ状態とする間は、溶接電流の通電が遮断される中断期間となる。
　すなわち、このシーム溶接方法では、シーム溶接装置１０によって、積層体２２を挟持するローラ電極対間に断続的に通電するとともに、積層体２２に対して加圧力Ｆ１、Ｆ２を付与しつつローラ電極対を移動させることでシーム溶接を行う。
　以下、シーム溶接装置１０の通電サイクルについて、図３及び図４Ａ～図４Ｃを参照しつつ、具体的に説明する。図４Ａ～図４Ｃは、図３の通電サイクルと、積層体２２の溶接状態との関係を時系列的に表す概略説明図である。なお、図３の例示では、通電サイクルの１周期は約４８ｍｓｅｃである。
　先ず、図３及び図４Ａに示すように、時点ｔ１～ｔ２の間、スイッチをオン状態にして、ローラ電極対間に溶融電流ｉ１を通電する溶融期間とする。溶融電流ｉ１は、ワーク２４、２６の接触面近傍の部位に抵抗発熱を発生させて、加熱、溶融することが可能な大きさに設定されている。すなわち、溶融期間に、ローラ電極対間に溶融電流ｉ１を通電することで、ワーク２４、２６間に溶融部４０ａを形成することができる。
　なお、上記の通り通電サイクルの１周期を４８ｍｓｅｃとする場合、例えば、溶融期間は、約１６ｍｓｅｃであればよい。また、溶融電流ｉ１の大きさは、ワーク２４、２６の材質及び形状や、溶融期間の長さ等に応じて適切に設定されればよいが、例えば、約１６～１８ｋＡとすることができる。
　次に、図３及び図４Ｂに示すように、時点ｔ２～ｔ３の間、ローラ電極対間に溶融電流ｉ１より小さい加温電流ｉ２を通電する加温期間とする。加温電流ｉ２は、溶融部４０ａが凝固する温度の範囲内（例えば、溶融部４０ａの凝固点未満）で積層体２２を加温することが可能な大きさに設定されている。従って、加温期間では、溶融期間に形成された溶融部４０ａを凝固させつつ、積層体２２が急冷されること及び必要以上に冷却されることを抑制するべく、該積層体２２を加温することができる。
　なお、ここでの加温期間は、約８ｍｓｅｃとすることができる。また、加温電流ｉ２の大きさは、約８ｋＡとすることができる。
　上記の通り、ローラ電極対は、積層体２２に対して相対的に移動するが、加温期間となる時点ｔ２～ｔ３では、積層体２２の溶融部４０ａが形成された部位に対して、十分な加圧力Ｆ１、Ｆ２を付与できる位置にある。従って、加温期間では、ローラ電極対から十分加圧力Ｆ１、Ｆ２を付与しつつ、溶融部４０ａの凝固を開始することができる。
　次に、図３及び図４Ｃに示すように、時点ｔ３～ｔ４の間、スイッチをオフ状態にして、ローラ電極対間の溶接電流の通電を中断する中断期間とする。すなわち、この時間帯では、ワーク２４、２６間の接触面近傍の加熱（加温）が中断される。これによって、積層体２２からローラ電極対への熱伝導が生じること等によって、積層体２２が冷却される。その結果、溶融部４０ａを十分に凝固させて、ナゲット４２を形成することができる。なお、中断期間は、例えば、約２４ｍｓｅｃに設定される。
　この中断期間となる時点ｔ３～ｔ４においても、積層体２２の溶融部４０ａが形成された部位に対して、十分な加圧力Ｆ１、Ｆ２を付与できる位置（図４Ｃ中、二点鎖線で示される位置周辺）にある。従って、積層体２２が凝固する際の体積収縮等の影響を抑制しつつ、溶融部４０ａを十分に凝固させることができる。その結果、ワーク２４、２６の接触面近傍に、割れ等の発生が効果的に抑制されたナゲット４２を形成することができる。
　その後、図４Ｃに示すように、ローラ電極対を、積層体２２の溶融部４０ａが形成された部位から離間するように移動方向に沿って相対移動させる。この位置において、上記と同様に、スイッチをオン状態にして、ローラ電極対間に溶融電流ｉ１を通電する溶融期間とすることで、ワーク２４、２６間に新たな溶融部４０ｂを形成することができる。このように、通電サイクルの次の１周期を、上記と同様に繰り返して行うことで、ナゲット４２に連結する新たなナゲット（不図示）を形成することができる。すなわち、ナゲット同士が重複部を介して連続するため、ワーク２４、２６同士が強固に接続された溶接製品を得ることが可能になる。
　以上から、このシーム溶接方法では、ローラ電極対間の通電サイクルである１周期中の中断期間及び加温期間が、溶融部４０ａ、４０ｂ等を冷却して凝固させることが可能な期間（凝固期間）となる。つまり、加温期間を設けた分、１周期（例えば、４８ｍｓｅｃ）中の溶融期間（例えば、１６ｍｓｅｃ）に対する凝固期間（例えば、３２ｍｓｅｃ）の割合を大きくして、溶融部４０ａ、４０ｂ等の凝固を開始するタイミングを早くすることができる。その結果、溶接速度を大きくしても、溶融部４０ａ、４０ｂ等が凝固する前に、該溶融部４０ａ、４０ｂ等からローラ電極対が離間することを回避できる。このため、十分な加圧力Ｆ１、Ｆ２を付与しつつ溶融部４０ａ、４０ｂ等を凝固させることが可能になる。
　また、上記のように１周期中の凝固期間の割合を大きくしても、該凝固期間中の加温期間では、加温電流ｉ２が通電されるため、通電が中断される中断期間の割合が過剰に大きくなることを回避できる。これによって、積層体２２が必要以上に冷却されることを回避できる。その結果、溶融電流ｉ１を増大させることなく、ワーク２４、２６間に良好に溶融部４０ａ、４０ｂ等を形成することができるため、スパッタ等の発生を抑制できる。また、溶融期間及び凝固期間の間の温度変化によって、積層体２２の体積が急激に変化することを抑制できるため、ナゲット４２等に割れが生じることを抑制できる。従って、このシーム溶接方法では、溶接速度を大きくしても、割れやスパッタ等を効果的に抑制することができ、高品質の接合製品を得ることが可能になる。
　また、上記のようにローラ電極対が移動する前に、溶融部４０ａ、４０ｂ等を速やかに凝固させる際に、冷却水を用いる必要等がないため、冷却水用の配管等を含む冷却設備が不要である。すなわち、シーム溶接装置１０を大型化することなく、溶接速度を大きくすることができる。このため、シーム溶接装置１０は、多関節ロボット１２に好適に搭載することができる。また、ワーク２４、２６が自動車車体用等の大型の部品である場合であっても、該ワーク２４、２６同士を良好にシーム溶接することが可能になる。
<<第２実施形態>>
　次に、本発明の第２実施形態に係るシーム溶接方法について説明する。本発明に係るシーム溶接方法について、第２実施形態は、図５のタイミング図に示す通電サイクルでローラ電極対間を断続的に通電することを除いては、第１実施形態と同様にシーム溶接装置１０を用いて行うことができる。
　第１実施形態と第２実施形態との通電サイクルの相違点は、１周期中の加温期間が、中断期間の後に設けられる点である。すなわち、第２実施形態では、先ず、時点ｔ１～ｔ２の間、スイッチをオン状態にして、ローラ電極対間に溶融電流ｉ１を通電する溶融期間とする。次に、時点ｔ２～ｔ３の間、スイッチをオフ状態にして、ローラ電極対間の溶接電流の通電を中断する中断期間とする。その後の時点ｔ３～ｔ４の間、ローラ電極対間に溶融電流ｉ１より小さい加温電流ｉ２を通電する加温期間とする。以上の１周期を繰り返しつつ、ローラ電極対を相対的に移動させることで、互いに重複部を介して連続する複数のナゲットを形成して、ワーク２４、２６同士が強固に接続された溶接製品を得ることが可能になる。
　従って、このシーム溶接方法では、溶融期間中に溶融電流ｉ１を通電して溶融部を形成した後、通電を中断して中断期間とすることで、溶融部を凝固させる。そして、この中断期間の後、換言すると、次の１周期の溶融期間の前に、加温期間を設けて加温電流ｉ２を通電することで、溶融部が凝固する温度の範囲内で、積層体２２を予熱することができる。すなわち、次の１周期の溶融期間では、上記のように加温されて電気抵抗が上昇した状態の積層体２２に対して、溶融電流ｉ１を通電することができる。これによって、溶融電流ｉ１を増大させることなく、良好に溶融部を形成することができるため、スパッタが生じることを効果的に抑制できる。
　また、上記の通り、加温期間中も積層体２２は、溶融部が凝固する温度の範囲内であるため、加温期間を設ける分、１周期（例えば、４８ｍｓｅｃ）中の溶融期間（例えば、１６ｍｓｅｃ）に対する凝固期間（例えば、３２ｍｓｅｃ）の割合を大きくして、凝固開始のタイミングを早くすることができる。このため、溶接速度を大きくしても、十分な加圧力Ｆ１、Ｆ２を付与しつつ溶融部を凝固させることができ、ナゲット等に割れが生じることを抑制できる。その結果、溶接速度を大きくしつつ、高品質の接合製品を得ることが可能になる。
　なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (6)

  1. 　複数のワーク（２４、２６）を積層した積層体（２２）を挟持する一組のローラ電極（１８、２０）間を断続的に通電するとともに、前記積層体（２２）に対して加圧力を付与しつつ前記ローラ電極（１８、２０）を相対的に移動させてシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、
    　前記ローラ電極（１８、２０）間に溶融電流（ｉ１）を通電して、前記ワーク（２４、２６）間に溶融部（４０ａ）を形成する溶融期間と、
    　前記ローラ電極（１８、２０）間に前記溶融電流（ｉ１）よりも小さい加温電流（ｉ２）を通電して、前記溶融部（４０ａ）が凝固する温度の範囲内で前記積層体（２２）を加温する加温期間と、
    　前記加温期間の前及び後ろの少なくとも一方に設けられ、前記ローラ電極（１８、２０）間の通電を中断する中断期間と、
    　を１周期として繰り返しつつシーム溶接を行うことを特徴とするシーム溶接方法。
  2. 　請求項１記載のシーム溶接方法において、
    　前記１周期中の前記加温期間を、前記中断期間の前に設けることを特徴とするシーム溶接方法。
  3. 　請求項１記載のシーム溶接方法において、
    　前記１周期中の前記加温期間を、前記中断期間の後に設けることを特徴とするシーム溶接方法。
  4. 　複数のワーク（２４、２６）を積層した積層体（２２）を挟持する一組のローラ電極（１８、２０）間を断続的に通電するとともに、前記積層体（２２）に対して加圧力を付与しつつ前記ローラ電極（１８、２０）を相対的に移動させてシーム溶接を行うシーム溶接装置（１０）であって、
    　前記ローラ電極（１８、２０）に対し、
    　溶融電流（ｉ１）を通電して、前記ワーク（２４、２６）間に溶融部（４０ａ）を形成する溶融期間と、
    　前記溶融電流（ｉ１）よりも小さい加温電流（ｉ２）を通電して、前記溶融部（４０ａ）が凝固する温度の範囲内で前記積層体（２２）を加温する加温期間と、
    　前記加温期間の前及び後の少なくとも一方に設けられ、前記ローラ電極（１８、２０）間の通電を中断する中断期間と、
    　を１周期とする通電及び通電停止を繰り返すことを特徴とするシーム溶接装置（１０）。
  5. 　請求項４記載のシーム溶接装置（１０）において、
    　前記１周期中の前記加温期間を、前記中断期間の前に設けることを特徴とするシーム溶接装置（１０）。
  6. 　請求項４記載のシーム溶接装置（１０）において、
    　前記１周期中の前記加温期間を、前記中断期間の後に設けることを特徴とするシーム溶接装置（１０）。
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