JPH04178274A

JPH04178274A - 抵抗スポット溶接方法

Info

Publication number: JPH04178274A
Application number: JP2303726A
Authority: JP
Inventors: Kinichi Matsuyama; 松山　欽一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-08
Filing date: 1990-11-08
Publication date: 1992-06-25
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH0790384B2

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】（産業上の利用分野）この発明は抵抗スポット溶接方法に関するものである。

（従来の技術及びその問題点）抵抗スポット溶接部の品質保証を行うために、従来はナ
ゲツト径の大きさの保証だけが行われてきた。裸鋼板な
どは散りが発生しても溶接品質の劣化（ナゲツト径の減
少）がみられないので、現場的には、この散りを品質モ
ニタとし、品質保証の手段としてきた。しかし最近使用
が多くなってきためっき鋼板では、この散り発生によっ
てかえってナゲツト径が小さくなる。この場合散りは品
質確保の手段とはならない。また溶接ロボットの導入に
伴い、この散り発生による作業環境の劣化も大きな問題
となってきている。このため最近では、散りの発生しな
い、しかも品質確保（ナゲツト径の確保）のできる溶接
の実現が望まれるようになってきている。

この目的を実現するためには、フィードバック制御が一
つの解となる。しかし現在のところ適確なモニタ法が確
立していない。もう一つの考えは、電源特性を調節する
ことにより、散りが発生せず、しかもある寸法のナゲツ
ト径が得られる電流域、いわゆる溶接条件裕度を拡大す
ることである。この考えの一部としては、電流波形の影
響や電源特性の影響についてのものが既に行われており
、結果として、溶接条件裕度拡大の効果が得られること
が明らかになっている。しかしこのうち最も効果がある
と判断される直流電源（三相整流電源）を用いた電源特
性の定電力化では、その調整効果が短時間側では現れな
いという問題点が残っている。これはナゲツト成長の遅
れが原因であると想定される。

この発明は上記従来の欠点を解決するためになされたも
のであって、その目的は、短時間通電条件においても、
従来よりも溶接条件裕度を拡大することが可能な抵抗ス
ポット溶接方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）そこでこの発明の抵抗スポット溶接方法は、初期の電流
値を高くし、ナゲツト形成開始時期に電流値を低下させ
、その後、次第に電流値を増加してい（ことを特徴とし
ている。

（作用）上記抵抗スポット熔接方法によれば、第１図に破線で示
すように、従来（同図実線）よりもナゲツト形成開始時
期を早めてナゲツト成長の遅れを解消し、しかもナゲツ
ト径と接触径が接近し難くなり、これにより短時間通電
条件においても溶接条件裕度拡大の効果が得られる。

（実施例）次にこの発明の抵抗スポット溶接方法の具体的な実施例
について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず第２図にコンピュータ制御式のインバータ電源の構
成図を示す、同図において、ｌはコンピュータ、２はＧ
ＴＯ制御装置、３は電極、４は加圧シリンダ、５はシャ
ントをそれぞれ示している。

この場合、発振周波数は、６００Ｈｚと設定した。また
検出した溶接電流とチップ間電圧は、Ａ／Ｄコンバータ
を介してパーソナルコンピュータに取り込み、フロッピ
ーディスクに記録している。

溶接電流値は第３図（ａ）に示すように、溶接全期間中
での実効電流値とした。これは第３図（ハ）にみるよう
に溶接電流波形によらずにナゲツト径と良好な関係が成
立したためである。

電極には先端半径５０ｍｍのＲ形電極を採用した。

これはＣＦ形のように電極形状に起因する最大接触径の
制限を排除するためである。

溶接機の加圧部には直上加圧式のものを採用した。加圧
シリンダは空気式の低摩擦特性のものを採用し、上下の
電極の中心軸がずれないように、下部電極には芯合わせ
機構を組込んでいる。

溶接条件は、以下のＲＷＭＡＯＡクラス推奨条件を基準
とし、また試験片には６０　Ｘ　７０閣大の軟調平板を
採用した。

板厚（閤）　溶接時間（ｍｓ）　　加圧力（ｋＮ）０．
４　　　　　８３　　　　　　１．２０．８　　　　　
１３３　　　　　　１．９１．２　　　　　２００　　
　　　　２．７このインバータ電源で電流波形コンピュ
ータ制御するためには、ＧＴＯの設定電圧を決定する入
力信号波形を与える必要がある。そこでＧＴＯ制御回路
を簡単な二次システムであるＬＲＣ回路の入出力特性に
モデル化し、第４図に示す既知のＬＲＣ回路のステップ
応答波形と比較して、ＧＴＯ制御回路の入出力特性を示
す以下の式の微分方程式の係数を決定した。

＝Ｋ（１１，ｌ”　ｅ＠但し、ω、、：固有周波数　ζ：減衰係数そしてその微
分方程式を差分化して解いて、出力したい電流波形から
入力信号波形を決定する手法を用いた。

なお電流波形は蕨動成分の重畳した直流波形を、平均化
処理し、変化を見易くして観察している。

各電流・電圧波形とナゲツト形成過程の関係を第５図に
表す、ナゲッ１径とコロナボンド径はスポット溶接部を
ねじり破断させたのちルーパで測定した。同図（ａ）は
従来の定電流型、同図（ｂ）は従来の定電力型、同図（
Ｃ）は今回導入した初期高電流型の例である。（ａ）の
定電流型においてはナゲツト成長時期に入熱が高くなっ
ているため、ナゲツト径が飽和する前にナゲツト径とコ
ロナボンド径（接触径）との幅が狭くなる。また（ｂ）
の定電力型では、後期の入熱が比較的高くなるため、ナ
ゲツトが主に中期以降に成長し、後期にナゲツト径とコ
ロナボンド径の幅が狭くなってくる。一方、（Ｃ）の初
期高電流型では、後期までナゲツトが成長しているもの
の、ナゲツト径とコロナボンド径の接近程度は小さ（、
しかもナゲツト形成開始時期は早くなっている。ナゲツ
ト径とコロナボンド径が接近すると散りが発生し易くな
ることから、（Ｃ）の初期高電流型においてはナゲツト
成長が遅れず、しかも散りが抑制されると予想される。

第６図に各電流波形における溶接条件裕度を表す、溶接
時間は電源特性の定電力化の効果が消える短時間通電条
件（ＲＷＭＡＯＡクラス推奨通電時間条件）としている
。各電流波形の溶接条件裕度を比較すると明らかなよう
に、初期高電流型において散り発生電流値が最も高くな
っている。これは先に述べたナゲツト形成過程の違いに
よって説明・理解できる。またこのことは短時間通電条
件における初期高電流波形の溶接条件裕度拡大の効果を
示している。なお溶接部の品質保証の目安とされる４７
ｈ（ｈ：板厚）のナゲツト径が得られる電流値は、どの
電流波形においてもそれほど差が認められない。これは
先の第３図（ｂ）で示したように、電流波形に関わらず
ナゲツト径が溶接全期間での実効電流値で整理できるか
らである。

このような特性は他の板厚材に対しても同様に確認され
る。

次に初期高電流型を中心に電流波形とナゲツト形成特性
との関係を検討した。初期高電流波形における中期以降
の電流波形を変えた場合のナゲツト形成過程の変化をみ
た結果を第７図に示す。同図（ａ）は中期以陳一定電流
の場合、同図師）は途中まで電流を上げ後一定とした場
合、同図（Ｃ）は中期以降の電流を溶接終了時まで徐々
に上げていった場合をそれぞれ表している。これらを比
較すると、同図（Ｃ）のように電流を徐々に上げていっ
た場合、ナゲツトが後期まで成長している。したがって
大寸法のナゲツトを形成しようとした場合、中期以降の
電流を徐々に上げていくのが好ましいといえる。

次に第８図に各初期高電流波形とナゲツト形成過程の関
係を示す。先の第７図の結果から、中期以降の電流を徐
々に上げていく波形をそれぞれ採用している。

まず第８図（ａ）（ｂ）（Ｃ）の電流波形とナゲツト形
成過程を、電流を下げる時期に注目して比較する。同図
（ａ）の電流波形においては初期の高電流期間が長いた
め、ナゲツト形成開始時期にも電流値が高くなっている
。そのためナゲツトが初期に急速に成長してナゲツト径
とコロナボンド径（接触径）が接近する。同図（ロ）の
電流波形においては、はぼナゲツト形成開始時期までが
初期の高電流期間となっており、ナゲツト形成開始時期
付近では電流が緩やかに下がっている。この場合のナゲ
ツト形成過程は、ナゲツト径とコロナボンド径が接近し
ておらず、いわゆる溶接条件裕度が拡大するうえで適正
なパターンとなっている。それに対し、同図（Ｃ）の電
流波形においては、ナゲツト形成開始時期以前に、既に
電流値が最も低い状態となっているため、初期にはナゲ
ツトがあまり成長せず、中期になって急速に成長し、ナ
ゲツト径とコロナボンド径が接近している。このことか
ら適正な初期の高電流期間はほぼナゲツト形成開始時期
までであり、それより長くても短くてもナゲツト径とコ
ロナボンド径が接近する時期が存在するといえる。

次に電流を上げる時期を変化させた場合をみる。

第９図（ａ）は先の第８図（Ｃ）を再び示したものであ
る。

第９図（ト））は同図（ａ）の電流波形のように初期の
高電流期間を短くし、その分電流を早く上げていったも
のである。同図（ｂ）の場合は同図（ａ）の場合よりも
ナゲツト径とコロナボンド径の接近程度は小さくなって
はいるものの、中期の接近は解消されておらず、適正な
ナゲツト形成過程とはいい難い。このことから初期のナ
ゲツト成長を早めるために、電流を徐々に上げる時期を
早くすることは、中期におけるナゲツト径とコロナボン
ド径の接近をまねきやすくするため適正ではないといえ
る。

第１０図に各電流波形と溶接条件裕度の関係を表す。ま
ず同図（ａ）に第７図で示した各電流波形における溶接
条件裕度を示す。それから明らかなように、第７図（Ｃ
）のように中期以降に徐々に電流を上げていく波形にお
いて、散り限界電流値が最も高くなっている。このこと
は中期以降の電流を徐々に上げていくと、比較的散りを
発生させずに大寸法のナゲツトを得られ易くなることを
示唆している。次に同図ら）に第８図（ａ）（ｂ）及び
第９図（ｂ）で示した電流波形における溶接条件裕度を
示す。第８図（ａ）は初期に、第９図（ｂ）は中期以降
にナゲツト径とコロナボンド径が接近する場合を代表し
ている。

この図から明らかなように、初期高電流波形により溶接
条件裕度を拡大しようとした場合、初期の高電流期間（
を流を下げる時期）と中期以降の電流の上げ方に特に注
意して、ナゲツト径とコロナボンド径が接近しないナゲ
ツト形成過程となるようにしなければならないといえる
。

（発明の効果）以上のようにこの発明の抵抗スポット溶接方法では、初
期の電流値を高くし、ナゲツト形成開始時期の電流値を
下げ、その後、中期以降に電流値を上げていくようにし
であるが、このような制御を行うことにより、比較的散
りを発生させずに大寸法のナゲツトを得られ易くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は通電時間とナゲツト径、接触径との関係を模式
的に示すグラフ、第２図は本発明方法を実施する溶接装
置の概略構成を示す模式図、第３図（ａ）は電流波形を
示す波形図、第３図（ｂ）は実効電流とナゲツト径との
関係を示すグラフ、第４図はＬＲＣ回路のステップ応答
波形を示すグラフ、第５図（ａ）（ｂ）（Ｃ）は溶接時
間とナゲツト径、コロナボンド径との関係を、溶接電流
及び溶接電圧波形と対応して示すグラフ、第６図は各電
流波形と溶接条件裕度との関係を対応して示すグラフ、
第７図（ａ）（ロ）（Ｃ）は溶接時間とナゲツト径、コ
ロナボンド径との関係を、溶接電流及び溶接電圧波形と
対応して示すグラフ、第８図（ａ）（ｂ）（Ｃ）及び第
９図（ａ）（ｂ）は溶接時間とナゲツト径、コロナボン
ド径との関係を、溶接電流及び溶接電圧波形と対応して
示すグラフ、第１０図（ａ）（ｂ）は各電流波形と溶接
条件裕度との関係を対応して示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１、初期の電流値を高くし、ナゲット形成開始時期に電
流値を低下させ、その後、次第に電流値を増加していく
ことを特徴とする抵抗スポット溶接方法。