JPH11226731A - スタッド溶接の押し込み期間入熱制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 入熱が過大となって溶接不良が発生するのを
防ぐ。 【解決手段】 溶接開始前に、短絡電圧検出開始時点ｔ
91までに押し込み短絡が開始するときの短絡期間全体の
標準入熱量を予め設定しておく。次に、鉄骨上に配設し
た鋼板が波打つために、鉄骨と鋼板との間に隙間が生
じ、この隙間が予め想定した値よりも大きくなって押し
込み期間が長くなったような場合に、短絡電圧検出開始
時点から、検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値Ｖｓ
(Δt)を測定し、この検出間隔ごとの押し込み短絡電圧
平均値と検出期間中の押し込み短絡電流平均値Ｉｓとの
積の検出間隔ごとの入熱量平均値を積算して短絡期間積
算入熱量を算出し、この短絡期間積算入熱量が、短絡期
間全体の標準入熱量に達した時点ｔ9nで押し込み短絡電
流を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スタッド溶接のス
タッドを引き上げてアークを発生させ、所定時間後にス
タッドを被溶接材に押しつけて短絡させ、短絡電流通電
中に溶接電圧を検出してスタッドの押し込み期間の入熱
を制御する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スタッド溶接の用途として、建築工事、
建設工事等において、Ｈ型鋼、Ｉ型鋼等の鉄骨を組み立
てた構築物に薄板の鋼板を配設し、鉄骨上に鋼板（デッ
キプレート）をスタッド溶接で固定する上板貫通溶接が
ある。図１は、鉄骨上に鋼板を配設したときに、鋼板が
波打ち、鉄骨と鋼板との間に隙間（クリアランス）が生
じている状態を示す鉄骨・鋼板位置関係図である。同図
において、鉄骨Ｗａ上に鋼板Ｗｂを配設したときに、鋼
板の板厚Ｄｐが例えば、１.２［mm］のような薄板のと
きは、鋼板Ｗｂが波打ち、鉄骨Ｗａと鋼板Ｗｂとの間に
隙間（クリアランス）Ｄｃが生じる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図２は、鉄骨と鋼板と
の間に隙間があるときの鋼板とスタッド先端との位置関
係を示す鋼板・スタッド位置関係図である。同図（Ａ）
は、スタッド溶接開始直後のスタッドＳの先端が鋼板Ｗ
ｂに接触した状態を示す溶接開始位置関係図であって、
スタッドＳの先端が鋼板Ｗｂに接触した位置を基準点Ｐ
とする。同図（Ｂ）は、スタッド先端を引き上げてアー
クを発生させている状態を示すアーク発生位置関係図で
あって、スタッド先端は同図（Ａ）の基準点Ｐから引き
上げ距離Ｄupだけ引き上げられた位置にある。

【００１２】同図（Ｃ）は、溶接開始時から予め設定し
た時間が経過した後に、スタッドを押し込む指令を出し
て、スタッド先端を押し込んで短絡させた状態を示す短
絡位置関係図であって、スタッド先端は同図（Ａ）の基
準点Ｐから押し込み距離Ｄｄだけ押し込まれた位置にあ
る。同図（Ｄ）は、溶接開始時から溶接終了時までのス
タッドＳの先端位置の時間的経過を示す図であって、縦
軸がスタッド先端の移動量Ｍを示し、符号は同図
（Ａ）のスタッド先端のの位置を示し、符号は同図
（Ｂ）のスタッド先端のの位置を示し、符号は同図
（Ｃ）のスタッド先端のの位置を示す。

【００１４】同図（Ｅ）は、溶接開始時から溶接終了時
までの出力端子電圧Ｖｄの時間的経過を示す図である。
同図（Ｅ）において、時刻ｔs0は、上板貫通溶接でない
通常の溶接（以下、直接溶接という）のときの押し込み
時短絡開始時点であり、時刻ｔs1は上板貫通溶接のとき
の押し込み時短絡開始時点であり、スタッド先端が鋼板
の板厚Ｄｐ及び隙間Ｄｃだけ移動する時間であって、時
刻ｔs0よりも遅れる。

【００１６】さらに、時刻ｔs2は、上板貫通溶接のとき
にスタッド先端が鉄骨に接触した押し込み開始時点であ
り、鉄骨Ｗａと鋼板Ｗｂとの間に隙間（クリアランス）
Ｄｃが不定であるために時刻ｔs0から時刻ｔs2までの遅
れ時間がばらつく。この押し込み開始時点が遅れると、
前述した図３に示したように、押し込み短絡期間Ｔｓ中
にアークによる入熱が含まれるために押し込み短絡期間
Ｔｓ中の入熱が過大となる。

【００１８】上記の隙間Ｄｃが不定であるために、同図
（Ｂ）に示すように、アーク長Ｄａは、Ｄup＋（Ｄｐ＋
Ｄｃ）となり、直接溶接のときよりも、（Ｄｐ＋Ｄｃ）
だけ増加すると共にばらつきが生じる。さらに、上板貫
通溶接のときは、同図（Ｃ）に示すように、スタッド先
端が鉄骨Ｗａに押し込まれる鉄骨表面からの押し込み距
離Ｄｅは、Ｄｄ−（Ｄｐ＋Ｄｃ）となり、通常の直接溶
接のときよりも、（Ｄｐ＋Ｄｃ）だけ減少するだけでな
く、このＤｃのばらつきによって鉄骨表面からの押し込
み距離Ｄｅも変動する。

【００２０】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る。スタッド溶接の入熱は、スタ
ッドを被溶接材から引き上げてアーク発生中の溶接電圧
値と溶接電流値との時間積分値と、スタッドを被溶接材
に押し込んで短絡電流通電中の溶接電圧値と溶接電流値
との時間積分値との和である。

【００２２】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材
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距離だけ押
し込むことができなくなり溶接不良となる。

【００２４】アーク発生中に短絡が発生しなくて、アー
ク発生中の入熱が適切な場合であっても、上記のような
上板貫通溶接、溶接ガンの押し込み時の引っかかり等に
よって、スタッドを被溶接材に押し込む指令をしてから
予め定めた時刻（以下、短絡電圧検出開始時点という）
ｔ91よりも遅れて短絡したときは、前述したように、押
し込み短絡期間Ｔｓ中の入熱が過大となり溶融金属Ｗｍ
が過大となって余盛り不足となり溶接強度が低下する。

【００３０】上記図１及び図２は、本出願人の特願平 9
-316180 に記載した先願技術１の「主電流切換スタッド
溶接方法」の課題で説明した図と同一であるが、この先
願技術１は、従来技術の課題を解決するために、主アー
ク期間Ｔａの後半に、主アーク電流値Ｉａを増加させて
いる。

【００３２】また、本出願人の特願平 9-187403 に記載
した先願技術２の「スタッド溶接の押し込み期間入熱管
理方法」は、図３に示すように、判定したいスタッドを
被溶接材から引き上げてアークを発生させた後、スタッ
ドを被溶接材に押し込んで短絡したときの短絡電流通電
中に溶接電圧平均値Ｖ2cを検出し、溶接電圧平均値Ｖ2c
に対応した値と予め定めた値とを比較して、比較結果を
表示、警報、品質判定、入熱制御等に使用する方法であ
る。

【００３３】上記図３は先願技術２の説明図であって、
同図（Ａ）はスタッドを被溶接材に押し込む指令をして
から予め定めた時刻ｔ21よりも遅れて短絡したときの出
力電流Ｉｏの波形を示す出力電流波形図であり、同図
（Ｂ）はそのときの出力端子電圧Ｖｄの波形を示す出力
端子電圧波形図である。

【００３４】この技術をさらに具体化すると、基準にす
るスタッドを被溶接材から引き上げてアークを発生させ
た後、スタッドを被溶接材に押し込む指令をしてから予
め定めた時刻ｔ21までに短絡したときの短絡電流通電中
に溶接電圧平均値Ｖ2aと溶接電流平均値Ｉ2aとを検出し
てこの溶接電圧平均値Ｖ2aを基準にする押し込み電圧値
とし、次に、判定したいスタッドを被溶接材から引き上
げてアークを発生させた後、スタッドを被溶接材に押し
込んで短絡電流通電中に上記と同一の溶接電流平均値Ｉ
2aの電流を通電したときの溶接電圧平均値Ｖ2cを検出し
てこの溶接電圧平均値Ｖ2cを判定したい押し込み電圧値
として、判定したい押し込み電圧値Ｖ2cと基準にする押
し込み電圧値Ｖ2aとを比較して、表示、警報、品質判
定、入熱制御等に使用する。

【００３６】従って、この先願技術２は、判定したいス
タッドを溶接終了後に判定して、表示、警報、品質判定
又は次の溶接の入熱制御に使用する方法であるので、こ
の判定したいスタッドを溶接したときに入熱が過大であ
ったときは、その判定したいスタッドの溶接結果は、不
良となってしまっている。本発明は、この問題点を解決
するものである。

【００５１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の方法は、
検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値Ｖｓ(Δt)から
算出した短絡期間積算入熱量Ｑta9nが、予め設定した短
絡期間全体の標準入熱量Ｑst9sに達した時点ｔ9nで押し
込み短絡電流を遮断するスタッド溶接の入熱積算押し込
み制御方法である。

【００５２】本発明の第２の方法は、短絡期間積算電圧
値Ｖta9nが、予め設定した短絡期間全体の標準入熱量Ｑ
st9sから算出した検出期間全体の短絡電圧標準値Ｖst9s
に達した時点ｔ9nで押し込み短絡電流を遮断するスタッ
ド溶接の入熱積算押し込み制御方法である。

【００５３】本発明の第３の方法は、検出期間全体の短
絡電圧平均値Ｖｓ9nから算出した短絡期間積算入熱量Ｑ
ta9nが、予め設定した短絡期間全体の標準入熱量Ｑst9s
に達した時点ｔ9nで押し込み短絡電流を遮断するスタッ
ド溶接の入熱積算押し込み制御方法である。

【００５４】本発明の第４の方法は、本発明の第１の方
法において、溶接開始前に、短絡電圧検出開始時点ｔ91
までに押し込み短絡が開始するときの短絡期間全体の標
準入熱量Ｑst9sを予め設定しておき、短絡電圧検出開始
時点ｔ91から、検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値
Ｖｓ(Δt)を測定し、この検出間隔ごとの押し込み短絡
電圧平均値Ｖｓ(Δt)と検出期間中の押し込み短絡電流
平均値Ｉｓとの積の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱst
を積算して短絡期間積算入熱量Ｑta9nを算出し、この短
絡期間積算入熱量Ｑta9nが、上記短絡期間全体の標準入
熱量Ｑst9sに達した時点ｔ9nで押し込み短絡電流を遮断
するスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法である。

【００５５】本発明の第５の方法は、本発明の第２の方
法において、溶接開始前に、短絡電圧検出開始時点ｔ91
までに押し込み短絡が開始するときの短絡期間全体の標
準入熱量Ｑst9sを予め設定しておき、短絡電圧検出開始
時点ｔ91から、検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値
Ｖｓ(Δt)を測定し、この検出間隔ごとの押し込み短絡
電圧平均値Ｖｓ(Δt)を積算して短絡期間積算電圧値Ｖt
a9nを算出し、この短絡期間積算電圧値Ｖta9nが、上記
短絡期間全体の標準入熱量Ｑst9sを検出期間中の押し込
み短絡電流平均値Ｉｓで除算した検出期間全体の短絡電
圧標準値Ｖst9sに達した時点ｔ9nで押し込み短絡電流を
遮断するスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法であ
る。

【００５６】本発明の第６の方法は、本発明の第３の方
法において、溶接開始前に、短絡電圧検出開始時点ｔ91
までに押し込み短絡が開始するときの短絡期間全体の標
準入熱量Ｑst9sを予め設定しておき、短絡電圧検出開始
時点ｔ91から、検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値
Ｖｓ(Δt)を測定し、この検出間隔ごとの押し込み短絡
電圧平均値Ｖｓ(Δt)を積算して短絡期間積算電圧値Ｖt
a9nを算出し、この短絡期間積算電圧値Ｖta9nを検出回
数ｎで除算して検出期間全体の短絡電圧平均値Ｖｓ9n＝
Ｖta9n／ｎを算出し、この検出期間全体の短絡電圧平均
値Ｖｓ9nと検出期間中の押し込み短絡電流平均値Ｉｓと
押し込み短絡検出期間Ｔsdとの積の短絡期間積算入熱量
Ｑta9nを算出し、この短絡期間積算入熱量Ｑta9nが、上
記短絡期間全体の標準入熱量Ｑst9sに達した時点ｔ9nで
押し込み短絡電流を遮断するスタッド溶接の入熱積算押
し込み制御方法である。

【００５７】本発明の第７の方法は、本発明の第４又は
第６の方法の検出期間中の押し込み短絡電流平均値Ｉｓ
が、定電流出力特性の溶接電源装置に設定した短絡電流
設定値であるスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法
である。

【００５８】本発明の第８の方法は、本発明の第４又は
第６の方法の検出期間中の押し込み短絡電流平均値Ｉｓ
が、短絡電圧検出開始時点ｔ91から後で測定した定電流
出力特性の溶接電源装置から出力する短絡電流測定値で
あるスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法である。

【００５９】本発明の第９の方法は、本発明の第４又は
第６の方法の検出期間中の押し込み短絡電流平均値Ｉｓ
が、短絡電圧検出開始時点ｔ91から、検出間隔Δｔごと
に算出した検出間隔ごとの押し込み短絡電流平均値Ｉｓ
(Δt)を検出回数１回からｎ回まで積算して算出した値
であるスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法であ
る。

【００７０】

【発明の実施の形態】アーク発生中に短絡が発生しなく
て、アーク発生中の入熱が適切な場合であっても、スタ
ッドを被溶接材に押し込む指令をしてから短絡電圧検出
開始時点ｔ91よりも遅れて短絡したときは、入熱が過大
となるので、本発明の方法は、この入熱が過大とならな
いように制御する押し込み期間入熱制御方法である。

【００７２】本発明の第１の方法は、後述する図４に示
すように、溶接開始前に、短絡電圧検出開始時点ｔ91ま
でに押し込み短絡が開始するときの短絡期間全体の標準
入熱量Ｑst9sを予め設定しておく。

【００７４】次に、例えば、図１に示すように、この隙
間Ｄｃが予め想定した値よりも大きくなって押し込み期
間が長くなったような場合に、短絡電圧検出開始時点ｔ
91から、検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値Ｖｓ
(Δt)を測定し、この検出間隔ごとの押し込み短絡電圧
平均値Ｖｓ(Δt)と検出期間中の押し込み短絡電流平均
値Ｉｓとの積の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱstを積
算して短絡期間積算入熱量Ｑta9nを算出し、この短絡期
間積算入熱量Ｑta9nが、上記短絡期間全体の標準入熱量
Ｑst9sに達した時点ｔ9nで押し込み短絡電流を遮断する
スタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法である。

【０１００】

【実施例】図４（Ａ）は、基準にするスタッドを被溶接
材に押し込む指令をしてから短絡電圧検出開始時点ｔ91
までに短絡したときの押し込み短絡入熱標準値設定期間
Ｔssの押し込み短絡電流平均値Ｉｓを算出する説明図で
あり、同図（Ｂ）は、そのときの押し込み短絡入熱標準
値設定期間Ｔssの検出間隔Δｔごとの押し込み短絡電圧
平均値Ｖｓ(Δt)を算出する説明図である。

【０１０２】同図（Ａ）に示すように、補助ア−ク電流
通電開始時点ｔ０において、後述する図６に示す溶接開
始終了スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電
し、スタッドＳを被溶接材Ｗから引き上げて補助ア−ク
を発生させる。主アーク電流通電開始時点ｔ２におい
て、補助ア−ク電流Ｉｐから主アーク電流Ｉａに切り換
える。主ア−ク期間終了時点又は押し込み短絡期間開始
時点ｔ９において、押し込み指令信号を出力して押し込
みを開始する。押し込み指令信号を出力してからスタッ
ドＳの溶融先端が被溶接材Ｗの溶融金属Ｗｍに接触する
までの正常時の短絡開始時間遅れはΔＴ91である。

【０１０４】後述する図６に示す溶接電流検出回路ＩＣ
及び溶接電圧検出回路ＶＣによって、短絡電圧検出開始
時点ｔ91から短絡電圧検出終了時点ｔ9sまでの押し込み
短絡入熱標準値設定期間Ｔssに、各時刻ｔの短絡電圧瞬
時値Ｖ（ｔ）を検出して、短絡が発生しないときの検出
間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値Ｖｓ(Δt)を算出す
る。同様に、各時刻ｔの短絡電流瞬時値Ｉ（ｔ）を検出
して、短絡電圧検出開始時点ｔ91までに押し込み短絡が
開始するときの検出間隔ごとの押し込み短絡電流平均値
Ｉｓ（Δt）を算出する。

【０１０６】［数１乃至数３の説明］図４において、押
し込み短絡入熱標準値設定期間Ｔssの間、検出期間全体
の押し込み短絡電流平均値Ｉｓ又は検出間隔ごとの押し
込み短絡電流平均値Ｉｓ（Δt）と検出間隔Δｔごとの
押し込み短絡電圧平均値Ｖｓ(Δt)とを算出して、検出
間隔ごとの入熱量平均値ΔＱstを数１によって算出す
る。

【０１０８】

【数１】

【０１１０】数２によって、検出間隔ごとの入熱量平均
値ΔＱstを短絡電圧検出開始時点ｔ91から短絡電圧検出
終了時点ｔ9sまで積算して検出期間全体の標準入熱量Ｑ
stを算出する。

【０１１２】

【数２】

【０１２０】また、数３によって、短絡電圧検出開始時
点ｔ91の１番目の検出間隔Δｔから短絡電圧検出終了時
点ｔ9sの検出回数ｓ番目の検出間隔Δｔまでの検出期間
全体の標準入熱量Ｑstを、算出してもよい。

【０１２２】

【数３】

【０１３０】［図５の説明］図５（Ａ）は、判定したい
スタッドを被溶接材に押し込む指令をしてから短絡電圧
検出開始時点ｔ91よりも遅れて短絡したときの押し込み
短絡検出期間Ｔsdの押し込み短絡電流平均値Ｉｓを算出
する説明図であり、同図（Ｂ）は、そのときの押し込み
短絡検出期間Ｔsdの検出間隔Δｔごとの押し込み短絡電
圧平均値Ｖｓ(Δt)を算出する説明図である。同図のΔ
Ｔ93は、押し込み指令信号を出力してからスタッドＳの
溶融先端が被溶接材Ｗの溶融金属Ｗｍに接触するまでの
異常時の短絡開始時間遅れである。

【０１３２】後述する図６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用いた略定電流
制御方式の電源装置を使用した場合、押し込み短絡期間
開始時点ｔ９から押し込み短絡電流通電終了時点ｔ10ま
での間、溶接電流値Ｉｏが略一定に制御された定電流が
流れる。

【０１３６】上記の略定電流制御方式の電源装置を使用
し、主アーク期間終了時点ｔ９で、押し込み指令信号を
出力して押し込みを開始し、スタッドＳの溶融先端が被
溶接材Ｗの溶融金属Ｗｍに接触した瞬間に、図５（Ａ）
に示すように、急峻な電流が流れる。この急峻な電流の
増加分は、押し込み短絡電流Ｉｓの平均値と比較して無
視することができる範囲である。そこで、押し込み短絡
期間Ｔｓの溶接電流値Ｉｏは略一定値であるので、数４
及び数５に示すように、検出期間中の押し込み短絡電流
平均値Ｉｓを測定して積算入熱量Ｑtaを算出してもよ
い。

【０１４０】［数４乃至の数７の説明］検出間隔ごとの
押し込み短絡電圧平均値Ｖｓ(Δt)及び検出期間中の押
し込み短絡電流平均値Ｉｓを測定して、数４によって、
短絡電圧検出開始時点ｔ91から短絡電圧検出終了時点ｔ
9nまでの積算入熱量Ｑtaを算出する。

【０１４４】

【数４】

【０１５０】検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値Ｖ
ｓ(Δt)及び検出期間中の押し込み短絡電流平均値Ｉｓ
を測定して、短絡電圧検出開始時点ｔ91の１番目の検出
間隔Δｔから短絡電圧検出終了時点ｔ9nの検出回数ｎ番
目の検出間隔Δｔまでの積算入熱量Ｑtaを、数５によっ
て算出してもよい。

【０１５２】

【数５】

【０１６０】検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値Ｖ
ｓ(Δt)及び検出間隔ごとの押し込み短絡電流平均値Ｉ
ｓ(Δt)を測定して、積算入熱量Ｑtaを、短絡電圧検出
開始時点ｔ91の検出間隔Δｔから短絡電圧検出終了時点
ｔ9nの検出間隔Δｔまでの積算入熱量Ｑtaを、数６によ
って算出してもよい。

【０１６２】

【数６】

【０１７０】検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値Ｖ
ｓ(Δt)及び検出間隔ごとの押し込み短絡電流平均値Ｉ
ｓ(Δt)を測定して、短絡電圧検出開始時点ｔ91の１番
目の検出間隔Δｔから短絡電圧検出終了時点ｔ9nの検出
回数ｎ番目の検出間隔Δｔまでの積算入熱量Ｑtaを、数
７によって算出してもよい。

【０１７２】

【数７】

【０１８０】［数８の説明］溶接電源装置の出力特性が
略定電流特性であるときは、各溶接中の溶接電流値Ｉｏ
が一定値であるので、検出間隔ごとの押し込み短絡電圧
平均値Ｖｓ(Δt)だけを、検出回数１回からｎ回まで積
算して、短絡期間積算電圧値Ｖta9nを、数８によって算
出する。

【０１８２】

【数８】

【０１８４】前述した図４において、短絡電圧検出開始
時点ｔ91までに押し込み短絡が開始するときの押し込み
短絡入熱標準値設定期間Ｔssの検出期間全体の短絡電圧
標準値Ｖst9sは、同図において、符号Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３
及びＧ４で囲まれた積算値となる。同様に、前述した図
５において、短絡電圧検出開始時点ｔ91よりも遅れて押
し込み短絡が開始したときの押し込み短絡検出期間Ｔsd
の短絡期間積算電圧値Ｖta9nは、同図において、符号Ｈ
１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５及びＨ６で囲まれた積算値
となる。

【０１８６】上記の数８を使用する方法は、図４の押し
込み短絡検出期間Ｔsdの短絡期間積算電圧値Ｖta9nが、
図５の押し込み短絡入熱標準値設定期間Ｔssの検出期間
全体の短絡電圧標準値Ｖst9sになった時点で押し込み短
絡電流を遮断する。

【０１８８】前述した数１乃至数８を使用して、短絡期
間積算入熱量Ｑta9n又は短絡期間積算電圧値Ｖta9nが、
予め設定した短絡期間全体の標準入熱量又は短絡電圧標
準値Ｖst9sに達した時点で押し込み短絡電流を遮断する
方法は、「課題を解決するための手段」の項で説明した
ので省略する。

【０２１０】［図６の説明］図６は、本発明の押し込み
期間入熱制御方法を実施するスタッド溶接装置のブロッ
ク図である。図６において、３相交流電源Ａの商用電力
を入力として出力端子電圧値Ｖｄで溶接電流値Ｉｏの溶
接電力を出力する溶接電源装置１と溶接ガンＧＮと溶接
制御装置３とからなる。溶接ガンＧＮは、スタッドＳを
移動させるためのサ−ボモ−タ２４、スタッドＳの移動
量を検出するポテンショメ−タ等の移動量検出回路Ｍ
Ｃ、当接部材ＧＮ２等から形成される。

【０２１２】溶接電源装置１は、溶接ガンＧＮに供給さ
れる溶接電流値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、溶接電源装置１の出
力端子電圧値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、電流指令信号に応じて
溶接電流値Ｉｏ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調整回路１５とから形成さ
れる。

【０２１４】溶接制御装置３は、演算処理回路ＣＰＵ
と、演算処理回路ＣＰＵから出力された「溶接電流値Ｉ
ｏに対応するディジタル信号」をアナログ信号に変換す
るＤ／Ａ変換回路６と、変換された「溶接電流値Ｉｏに
対応するアナログ信号」に応じて溶接電流値Ｉｏを制御
する電流指令出力回路５と、検出した溶接電流検出信号
Ｉｃを演算処理回路ＣＰＵに供給するＡ／Ｄ変換回路７
と、検出した溶接電圧検出信号Ｖｃを演算処理回路ＣＰ
Ｕに供給するＡ／Ｄ変換回路８と、演算処理回路ＣＰＵ
から出力された所定のスタッドの移動量Ｍに対応するデ
ィジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路
２１と、変換されたスタッドの移動量Ｍに対応するアナ
ログ信号に応じてサ−ボモ−タ２４を駆動するモ−タ駆
動回路２６と、検出した移動量検出信号Ｍｃを演算処理
回路ＣＰＵに供給するのＡ／Ｄ変換回路２０と、プリセ
ット条件、溶接結果デ−タ等を記憶する記憶回路１１
と、プリセット条件及び溶接結果を表示するディジタル
パネル等の表示回路又は作業者に異常を知らせる警報回
路からなる表示回路または警報回路１２（以下、表示回
路１２という）とから形成される。

【０２１６】以下、図６の実施例のスタッド溶接装置の
動作について説明する。図４に示すように、溶接開始前
に、短絡電圧検出開始時点ｔ91までに押し込み短絡が開
始するときの短絡期間全体の標準入熱量Ｑst9sを予め設
定しておく。

【０２１８】溶接ガンＧＮに保持させたスタッド先端を
被溶接材Ｗに当接する位置まで押し当て、溶接ガンＧＮ
に配設されている溶接開始終了スイッチ１３を押すと、
当接位置にあったスタッドＳは、予め設定された引き上
げ距離Ｌ１だけ引き上げられると同時に、補助ア−ク電
流Ｉpを通電する。

【０２２０】次に、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補助ア−ク電流Ｉｐ
を主アーク電流Ｉａに切り換える。補助ア−ク電流Ｉｐ
又は主アーク電流Ｉａ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Ｓを被溶接材Ｗに向かって押し込む。その途中でス
タッドＳが被溶接材Ｗに対して短絡し、押し込み短絡期
間Ｔｓだけ押し込み短絡電流Ｉｓが流れる。以下の動作
は、数１乃至数８及び「課題を解決するための手段」の
項で説明したので省略する。

【１０００】

【発明の効果】アーク発生中に短絡が発生しなくて、ア
ーク発生中の入熱が適切な場合であっても、スタッドを
被溶接材に押し込む指令をしてから短絡電圧検出開始時
点ｔ91よりも遅れて短絡したときは、入熱が過大となる
が、本発明は、検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値
Ｖｓ(Δt)から算出した短絡期間積算入熱量Ｑta9nが、
予め設定した短絡期間全体の標準入熱量Ｑst9sに達した
時点ｔ9nで押し込み短絡電流を遮断するので、入熱が過
大となって溶接不良を発生することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、鉄骨上に鋼板を配設したときに、鋼板
が波打ち、鉄骨と鋼板との間に隙間（クリアランス）が
生じている状態を示す鉄骨・鋼板位置関係図である。

【図２】図２は、鉄骨と鋼板との間に隙間があるときの
鋼板とスタッド先端との位置関係を示す鋼板・スタッド
位置関係図である。

【図３】図３は先願技術２の説明図であって、同図
（Ａ）はスタッドを被溶接材に押し込む指令をしてから
予め定めた時刻ｔ21よりも遅れて短絡したときの出力電
流Ｉｏの波形を示す出力電流波形図であり、同図（Ｂ）
はそのときの出力端子電圧Ｖｄの波形を示す出力端子電
圧波形図である。

【図４】図４（Ａ）は、基準にするスタッドを被溶接材
に押し込む指令をしてから短絡電圧検出開始時点ｔ91ま
でに短絡したときの押し込み短絡入熱標準値設定期間Ｔ
ssの押し込み短絡電流平均値Ｉｓを算出する説明図であ
り、同図（Ｂ）は、そのときの押し込み短絡入熱標準値
設定期間Ｔssの検出間隔Δｔごとの押し込み短絡電圧平
均値Ｖｓ(Δt)を算出する説明図である。

【図５】図５（Ａ）は、判定したいスタッドを被溶接材
に押し込む指令をしてから短絡電圧検出開始時点ｔ91よ
りも遅れて短絡したときの押し込み短絡検出期間Ｔsdの
押し込み短絡電流平均値Ｉｓを算出する説明図であり、
同図（Ｂ）は、そのときの押し込み短絡検出期間Ｔsdの
検出間隔Δｔごとの押し込み短絡電圧平均値Ｖｓ(Δt)
を算出する説明図である。

【図６】図６は、本発明の方法を実施するスタッド溶接
装置の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ …溶接電源装置 ３ …溶接制御装置 ５ …電流指令出力回路 ６、２１…Ｄ／Ａ変換回路 ７、８、２０…Ａ／Ｄ変換回路 １１…記憶回路 １２…表示回路 １３…溶接開始終了スイッチ １５…溶接電流調整回路 １７…２次ケーブル／溶接ケーブル ２４…サ−ボモ−タ ２６…モ−タ駆動回路 ２７…条件設定回路 Ａ… ３相交流電源 ＣＰＵ…演算処理回路 Ｄａ…アーク長 Ｄｃ…（鉄骨Ｗａと鋼板Ｗｂとの間の）隙間（クリアラ
ンス） Ｄｄ…基準点Ｐからの押し込み距離／設定値どおりの押
し込み距離 Ｄd0…（押し込み不足のときの）実際の押し込み距離 Ｄｅ…鉄骨表面からの押し込み距離 Ｄｐ…鋼板の板厚 Ｄup…引き上げ距離 ＧＮ…溶接ガン ＧＮ２…当接部材 Ｉａ…主ア−ク電流 ＩＣ…溶接電流検出回路 Ｉｃ…溶接電流検出信号 Ｉｏ…出力電流／溶接電流値 Ｉｐ…補助ア−ク電流 Ｉｓ…押し込み短絡電流／押し込み短絡電流平均値 Ｉｓ（Δt）…検出間隔ごとの押し込み短絡電流平均値 Ｉ（ｔ）…短絡電流瞬時値 Ｍ… スタッド先端の移動量 ＭＣ…移動量検出回路 Ｍｃ…移動量検出信号 Ｐ …基準点 Ｑｒ…必要な入熱量 Ｑst…標準入熱量 Ｑst9s…短絡期間全体の標準入熱量 Ｑta…積算入熱量 Ｑta9n…短絡期間積算入熱量 ΔＱst…検出間隔ごとの入熱量平均値 Ｓ …スタッド ｔ０…補助ア−ク電流通電開始時点 ｔ２…主ア−ク電流通電開始時点 ｔ９…主ア−ク期間終了時点／押し込み短絡期間開始時
点 ｔ10…押し込み短絡電流通電終了時点 ｔ91…短絡電圧検出開始時点 ｔ91乃至ｔ9n…各検出間隔Δｔの検出開始時点 ｔ93…短絡電圧検出開始時点ｔ91よりも遅れて短絡した
時点 ｔ9n…短絡期間全体の標準入熱量Ｑst9sに達した時点／
検出期間全体の短絡電圧標準値Ｖst9sに達した時点 ｔ9s…短絡電圧検出終了時点 Ｔａ…主アーク期間 Ｔｓ…押し込み短絡期間 ｔs0…直接溶接のときの押し込み時短絡開始時点 ｔs1…上板貫通溶接のときの押し込み時短絡開始時点 ｔs2…押し込み開始時点 Ｔsd…押し込み短絡検出期間 Ｔss…押し込み短絡入熱標準値設定期間 ΔＴ91…正常時の短絡開始時間遅れ ΔＴ93…異常時の短絡開始時間遅れ Ｖａ…ア−ク電圧値／切換前の主アーク電圧値 ＶＣ…溶接電圧検出回路 Ｖｃ…溶接電圧検出信号 Ｖｄ…出力端子電圧／出力端子電圧値 Ｖｓ(Δt)…検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値 Ｖst9s…短絡電圧標準値 Ｖｓ9n…検出期間全体の短絡電圧平均値 Ｖ（ｔ）…短絡電圧瞬時値 Ｖta9n…短絡期間積算電圧値 Δｔ…検出間隔 Ｗ… 被溶接材 Ｗａ…鉄骨 Ｗｂ…鋼板 Ｗｍ…溶融金属

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接材からスタッドを引き上げてアー
   クを発生させ、引き上げ期間の終了後に、被溶接材にス
   タッドを所定の押し込み距離だけ押し込んで溶接するス
   タッド溶接方法において、検出間隔ごとの押し込み短絡
   電圧平均値から算出した短絡期間積算入熱量が、予め設
   定した短絡期間全体の標準入熱量に達した時点で押し込
   み短絡電流を遮断するスタッド溶接の入熱積算押し込み
   制御方法。
2. 【請求項２】 被溶接材からスタッドを引き上げてアー
   クを発生させ、引き上げ期間の終了後に、被溶接材にス
   タッドを所定の押し込み距離だけ押し込んで溶接するス
   タッド溶接方法において、短絡期間積算電圧値が、予め
   設定した短絡期間全体の標準入熱量から算出した検出期
   間全体の短絡電圧標準値に達した時点で押し込み短絡電
   流を遮断するスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方
   法。
3. 【請求項３】 被溶接材からスタッドを引き上げてアー
   クを発生させ、引き上げ期間の終了後に、被溶接材にス
   タッドを所定の押し込み距離だけ押し込んで溶接するス
   タッド溶接方法において、検出期間全体の短絡電圧平均
   値から算出した短絡期間積算入熱量が、予め設定した短
   絡期間全体の標準入熱量に達した時点で押し込み短絡電
   流を遮断するスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方
   法。
4. 【請求項４】 被溶接材からスタッドを引き上げてアー
   クを発生させ、引き上げ期間の終了後に、被溶接材にス
   タッドを所定の押し込み距離だけ押し込んで溶接するス
   タッド溶接方法において、溶接開始前に、短絡電圧検出
   開始時点までに押し込み短絡が開始するときの短絡期間
   全体の標準入熱量を予め設定しておき、短絡電圧検出開
   始時点から、検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値を
   測定し、前記検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値と
   検出期間中の押し込み短絡電流平均値との積の検出間隔
   ごとの入熱量平均値を積算して短絡期間積算入熱量を算
   出し、前記短絡期間積算入熱量が、前記短絡期間全体の
   標準入熱量に達した時点で押し込み短絡電流を遮断する
   スタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法。
5. 【請求項５】 被溶接材からスタッドを引き上げてアー
   クを発生させ、引き上げ期間の終了後に、被溶接材にス
   タッドを所定の押し込み距離だけ押し込んで溶接するス
   タッド溶接方法において、溶接開始前に、短絡電圧検出
   開始時点までに押し込み短絡が開始するときの短絡期間
   全体の標準入熱量を予め設定しておき、短絡電圧検出開
   始時点から、検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値を
   測定し、前記検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値を
   積算して短絡期間積算電圧値を算出し、前記短絡期間積
   算電圧値が、前記短絡期間全体の標準入熱量を検出期間
   中の押し込み短絡電流平均値で除算した検出期間全体の
   短絡電圧標準値に達した時点で押し込み短絡電流を遮断
   するスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法。
6. 【請求項６】 被溶接材からスタッドを引き上げてアー
   クを発生させ、引き上げ期間の終了後に、被溶接材にス
   タッドを所定の押し込み距離だけ押し込んで溶接するス
   タッド溶接方法において、溶接開始前に、短絡電圧検出
   開始時点までに押し込み短絡が開始するときの短絡期間
   全体の標準入熱量を予め設定しておき、短絡電圧検出開
   始時点から、検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値を
   測定し、前記検出間隔ごとの押し込み短絡電圧平均値を
   積算して短絡期間積算電圧値を算出し、前記短絡期間積
   算電圧値を検出回数で除算して検出期間全体の短絡電圧
   平均値を算出し、前記検出期間全体の短絡電圧平均値と
   検出期間中の押し込み短絡電流平均値と押し込み短絡検
   出期間との積の短絡期間積算入熱量を算出し、前記短絡
   期間積算入熱量が、前記短絡期間全体の標準入熱量に達
   した時点で押し込み短絡電流を遮断するスタッド溶接の
   入熱積算押し込み制御方法。
7. 【請求項７】 請求項４又は請求項６の検出期間中の押
   し込み短絡電流平均値が、定電流出力特性の溶接電源装
   置に設定した短絡電流設定値であるスタッド溶接の入熱
   積算押し込み制御方法。
8. 【請求項８】 請求項４又は請求項６の検出期間中の押
   し込み短絡電流平均値が、短絡電圧検出開始時点から後
   で測定した定電流出力特性の溶接電源装置から出力する
   短絡電流測定値であるスタッド溶接の入熱積算押し込み
   制御方法。
9. 【請求項９】 請求項４又は請求項６の検出期間中の押
   し込み短絡電流平均値が、短絡電圧検出開始時点から、
   検出間隔ごとに算出した検出間隔ごとの押し込み短絡電
   流平均値を検出回数１回からｎ回まで積算して算出した
   値であるスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法。