JPS5893582A - 抵抗溶接装置 - Google Patents

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】 この発明は、抵抗溶接における溶接個所の品質を溶接過
程において自動的に保証することの可能な抵抗溶接装置
に関する。

一般に、抵抗溶接において、その溶接品質は各種の電気
量、即ち、電圧、電流はもとよシミ圧を電流で除した抵
抗、電圧と電流の積である電力。

さらにはこれを通電時間で積分した値等と深い関係があ
ることは従来からよく知シれている・従って、溶接個所
の品質をモニタする方式として、電極間電圧方式、電極
チップ間抵抗方式、超音波方式などが案出され、現在用
いられている。しかしながら、これらのモニタ方式はそ
れぞれ適用範囲は異なるが、いずれも溶接終了後におい
て、その溶接された個所の品質の゛可否をおおまかに判
定し得るにすぎず、溶接個所の品質を積極的に保証する
ものではない。そのために、従来の抵抗溶接方式や各種
のモニタ方式を併用しても、溶接個所の品質不良が発生
し１手直しが必要となるばかりか。

場合によっては製品を廃棄しなければならなくなるとい
う欠点があった。

本発明の目的は、溶接個所の品質に最も関係の深いナゲ
ツトの大きさに注目し、このナゲツトの大きさを検出す
ることによって、溶接品質を溶接過程中において自動的
に保証することのできる抵抗溶接装置を提供することに
ある。

本発明による抵抗溶接装置は、溶接電極間電圧の積分値
が予め上限として定めた値に到達する時点および溶接電
極間抵抗が予め定めた値に到達す電圧の積分値が予め定
めた通電時間の経過時において予め下限として定めた値
に到、達しない場合に警報を発する警報手段とを有する
ことを特徴としている。

ここで１本発明の説明に先立って１種々の異々る溶接条
件のもとに形成されるナゲツトおよび通電路の状態につ
いて述べてみる。第１図は、板厚０．８ｍの軟鋼板をＣ
Ｆ型（平面型）電極を用いてスポット溶接した場合にお
ける被溶接材間の通電路径とナゲツト径とをグラフによ
シ示したものである。いま、電極先端径をＤａ、電極加
圧力をＰ、溶接電流を■とすると２曲線ａ−１はＤｅ＝
６．８■　。

Ｐ＝３８０ｋｐ、Ｉ＝１２０００Ａ　Ｏ場合の通電路径
対時間曲線ｔａ−２はその場合のナゲツト径・対１間曲
線２曲線ｃ−１はＤａ　＝４．８ｍ　、　Ｐ　＝　１９
０に９ｅＩ＝６０００Ａの場合の通電路径対時間曲線、
ｃ−２はその場合のナゲツト径対時間曲線である。なお
。

溶接時間は通電する交流のサイクル数で示している。こ
の図から明らかなように、ナゲツトが形成された状態で
は、ナゲツト径と通電路面積とは密接に関連しているこ
とがわかる。

第２図は一ナゲツトの直径と電極間電圧の積分値との関
係を示したものである。溶接条件としては、電極として
同一先端径のＲ型（曲面型）とＣＦ型とを用い、加圧力
を低加圧力（１９ｏｋｇ）と高加圧力（３８０ｋｌ？）
にわけて試みている。図において。

曲線Ａは高加圧力で溶接した場合１曲線Ｂは低加圧力で
溶接した場合をそれぞれ示す。この図から。

加圧力及び電極先端径が一定であるときは９ナゲツト径
と電極間電圧の積分値とは密接゛に関連していることが
わかる。これによシ、溶接電流通電中に電極間電圧の積
分値が必要なナゲツトの形成度合に対応して予め設定し
た基準電圧積分値に到達した時点で溶接電流を１遮断す
るようにすることができることが判る。

第３図は１種々の電極チップ先端形状及び寸法。

電極加圧力、溶接電流等の異る溶接条件下での。

溶接中における電極間抵抗と通電路面積の逆数１／Ｓと
の関係の時間的変化を示したものである。

図に見られるように、電極間抵抗は、溶接中において時
々刻々変化していく。なお、各曲線の矢印の向きが時間
の経過方向を示す。通電路面積の逆数との関係をみると
、電極間抵抗が最大値を通過した後の時刻ではほぼ比例
関係にあシ、どのような溶接条件の場合にも、破線で示
す１本の比例直線、に近似する関係にある。

第４図は９種々の溶接条件における通電初期の電極間抵
抗と通電路面積の逆数ＩＡとの関係を示すが、この場合
にもは埋破線で示す１本の比例直線に沿った比例関係が
あることがわかる。これによって、電極間抵抗Ｒは、　
Ｒ＝ρ・ＩＡ　（ρ：材料の固有抵抗、！＝電極間距離
、ｓ：被溶接材間の通電路面積）の関係にあることが容
易に理解される。

これらのグラフに示された事実は；電極間抵抗の測定に
より被溶接材間の通電路面積を、溶接中に容易に推定し
得ることを示している。なお、注目している溶接個所の
近傍に他の溶接点がすでに存在する場合にも、電極間抵
抗による通電路面積の推定位、はぼ同一誤差範囲内で行
ないうる。また、電極間電圧及び電極間抵抗の中には、
被溶接材間の値の外に、電極チップと被溶接材との間の
値も含まれているが、一般に後者のそれは前者のそれに
比して約２０〜３（ｌと小さく、且つ時間的にほけ一定
であるので、電極間電圧及び抵抗をもって、被溶接材間
のそれを代表しているとみてよい。

以上の諸事実は、電極の先端形状２寸法や、被溶接材の
種類等によらず常に成立しておシ、被溶接材の板厚１枚
数等が変っても、その基本的な傾向に変化はない。した
がって、溶接過程中の電極間抵抗を検出することにより
、被溶接材間の通電路面積を溶接中に検出することが可
能である。そして、仁の通電路面積は、形成されるナゲ
ツトの大きさと密接な関連をもっているので、所望のナ
ゲツト径が得られるような通電路面積となるように予め
基準抵抗値を設定しておき、溶接中に電極間抵抗がその
基準抵抗値に到達した時点で溶接電流を遮断するように
すれば、所望のナゲツト径を得ることができる。

次に２本発明による抵抗溶接装置について図面を参照し
て説明する。

第５図は２本発明による実施例の構成をブロック図によ
〕示したものである。図において、１ａ。

１ｂは軟鋼板等の被溶接材、２ａはピストン等（図示せ
ず）に連結された可動の溶接電極、２ｂは固定の溶接電
極である。溶接工程中、この電極２ａ、２ｂによシ被溶
接材１　ｍ　＋　１　ｂが挾まれて加圧され、そこに変
圧器３を介して交流電源４から溶接電流が通電される。

１０は溶接電流制御゛回路であシ１位相制御回路１１．
サイリスク・トリガノＪ？ルス発生回路１２．スイッチ
ング素子１３およびＳＣＲ１４からなっている。位相制
御回路１１には溶接電流設定回路（図示せず）府設けら
れてお）、溶接の初期において、溶接電流設定ダイ・ヤ
ルｌ１ｍによシサイリスタ・トリガパルス発生回路１２
を制御して溶接電流を設定する。サイリスタ・トリがパ
ルス発生回路１２は通電時間制御回路１５の作動期間中
トリガノヤルスを発生する。サイリスタ・トリガパルス
発生回路１２の出力はスイッチング素子１３を介してＳ
ＣＲ１４に加えられ。

このＳＣＲ１４によって交流電源４からの供給電圧が調
整され、変圧器３を介して溶接電極２ａ、２ｂに供給さ
れる。

２０は第１の通電時間制御部を示し、ここで溶接電極間
電圧を積分し、その積分値が予め上限として定めた値に
到達した時点で溶接電流を停止するように制御が行なわ
れる。この第１の通電時間制御部２０は、溶接電流通電
中、電極２ａ、２ｂ間の電圧（以下、電極間電圧という
）を時々刻々検出する電圧検出回路２１と、この検出電
圧を時間積分する電圧積分回路２２と、所望の溶接強度
が得られるナゲツト径の許容範囲（直径）における上限
の電圧積分値を実・験等によって求めて予め設定した。

上限基準積分−圧発生器２３と、電圧積分回路２２の出
力を一方の入力とし、上限基準積分電圧発生器２３の出
力を他方の入力として。

この肉入力を比較し電圧積分回路２２の出力が上限基準
積分電圧発生器２３の出力に到達した場合に論理°１”
信号を出力し、到達しない間は論理”０”信号を出力す
る上限比較回路２４と、上限比較回路２４からの入′力
が論理”１”のときはＱ端子から論理″′１＃信号を出
力し、入力が論理“０″のときは司端子から論理”１″
信号を出力するフリップフロップ２５と、フリップフロ
ップ２５のＱ端子からの出力を一方の入力とし、後述す
る３３の７リツプフロツゾのＱ端子からの出力を他方の
入力として、この肉入力が共に論理″″１”信号である
ときに論理＠１”信号を１５の通電時間制御回路に出力
するｃ−ト回路２６とからなっている。

また、３０は警報部を示し、ここで、溶接電極間電圧の
積分値が予め下限として定めた値に到達しない場合に警
報を発するように制御が行なわれる。この警報部３０は
、所望の溶接強度が得られるナゲツト径の許容範囲（直
径）における下限の電圧積分値を実験等によって求めて
予め設定した下限基準積分電圧発生器３１と、前記電圧
積分回路２２め出力を一方の入力とし、下限基準積分電
圧発生器３１の出力を他方の入力として、この肉入力を
比較し、電圧積分回路２２の出力が下限基準積分電圧発
生器３１の出力に到達した場合に論理＠ｌ＃信号を出力
し、到達しない間は論理°０”信号を出力する下限比較
回路３２と、下限比較回路３２からの入力が論理″１＃
のときはＱ端子から論理＠１＃信号を出力し、入力が論
理″″−０″のときは互端子から論理“１″信号を出力
するフリップフロップ３３と、７リツープフロツゾ３３
の４端子からの出力を一方の入力とし、前記フリッゾフ
ロッ７６２５の互端子からの出力を他方の入力として、
この肉入力が共に論理”１”信号であるときに論理＠１
”信号を出力するダート回路３４と。

３５のスイッチおよび３６の遅延タイマを介して。

前記ダート回路３４の出力によって警報を発する。

例えばランｆ３７とからなっている。スイッチ３５は１
通電時間制御回路１５に付設された通電時間設定ダイヤ
ル１５ｍの作動終了時点に出力される信号によって、接
点を閉じるように制御されているので、ランプ３７は通
電時間が完了した時点においてナゲツトが所定の大きさ
に育っていない場合に点灯することになる。遅延タイマ
３６．はランプ３′！、の点灯時間を決定するためのも
のである。

さらに、４０は第２の通電時間制御部を示し。

ここで溶接電極間抵抗が序め定めた値に到達した時点で
溶接電流を停止するように制御が行なわれ゛る。この第
２の通電時間制御部４ｏは、溶接電流′を時々゛刻々検
出する電流検出回路４１と、この電流検出回路４１の出
力を一方の入力とし、前記電圧検出回路２１の出力を他
′方の入力とじて、電圧値を電流値で除して電極間抵臀
を検出する抵抗値演算回路４２と、所望の溶接強度が得
られるナゲツト径の許容範囲（直径）における上限の電
極間抵抗値を実験等によって求めて予め設定した基準抵
抗値発生器４３と、抵抗値演算回路４２の出方を一方の
入力とし、基準抵抗値発生器４３の出方を他方の入力と
して、この両大刀を比較し、抵抗値演算回路４２の出力
が基準抵抗値発生器４３の出力に到達すると、溶接電流
を遮断するための信号を通電時間制御回路１５に出力す
る抵抗値比較回路４４とからなっている。

上記のごとく構成された実施例の動作について。

以下に説明する。いま、溶接電極２ｍ　、２ｂ間に被溶
接材１ａ、ｌｂを挾み、交流電源４から溶接電流を流す
と、電圧検出回路２１によって電極２ｍ　、２ｂ間の電
がが時々刻々検出されると同時に、変圧器３の二次導体
側からは電流検出回路４１によって溶接電流が時々刻々
検出される。電圧検出回路２１によって検出された電極
間電圧は電圧積分回路２２によって時間積分され、上限
比較回路２４および下限比較回路３２に入力される。

上限比較回路２４においては、電圧積分回路２２の出力
を上限基準積分電圧発生器２３の出力と比較し、基準積
分篭手に到達したときは論理”１″信号を、到達しな仏
間は論理”０”信号を７１７ワプフロツゾ２５に出力す
る。また、下限比較回路３２においては、電圧積分回路
２２の出力を下限基準積分電圧発生器３１の出力と比較
し、該基準積分電圧に到達したときは論理°１”信号を
、到達しない間は論理″θ″信号を７リツプフロツプ３
３に出力する。従って、電極間電圧積分値が上限基準積
分電圧値に到達した場合には、フリツノフロップ２５お
よび３３のＱ端子から論理”１”信号がダート回路２６
に入力され９通電停止の九めの信号がダート回路２６か
ら通電時間制御回路１５に出力される。電極間電圧積分
値が下限基準積分電圧値を越え、上限基準積分電圧値に
到達しない場合には、フリッゾフロッｆ２５の互端子お
よびフリップフロ２ゾ３３のＱ端子から論理″″１”信
号がそれぞれダート回路２６および３４に入力されるの
で、ダート回路２６および３４から信号が出力されるこ
とはない。

また、電極間電圧積分値が下限基準積分電圧６値に到達
しない場合には、フリツノフロップ２５および３３の４
端子から論理１１”信号がダート回路３４に入力され、
ダート回路３４からランプ３７を点灯するための信号が
出力される。しかし。

通電、時間設定ダイヤル１５ａで予め設定した通電時間
が経過し、スイッ′チ３５が閉じられているときにのみ
、遅延タイマ３６を介してラング３７が点灯する。一方
、電流検出回路４１で検出した溶接電流は、電圧検出回
路２１の電極間電圧と共に抵抗゛値演算回路４２に入力
され、演算されて電極間抵抗値として抵抗値比較回路４
４に出力される。

そして、比較回路４４で基準抵抗値発生器４３からの基
準抵抗値と比較されて基準抵抗値に到達したときに２通
電停止のだめの信号を通電時間制御回路１５に出力する
。通電時間制御回路１５は。

ダート回路２６．または抵抗値比較回路４４からの信号
が入力されると２通電時間設定ダイヤル１５ｍで予め設
定した通電時間にかかわシなく。

通電停止信号をサイリスタ・トリガミ４’ルス発生回路
１２に出力し、トリガパルスの発生を停止することによ
って通電を停止する。

なお、上記の実施例においては、警報をランプ表示で行
なう場合について説明したが、ランプに代えて溶接電源
の主スィッチを切るように変えても、同様の効果を得る
ことができる。

以上の説明によシ明らかなごとく２本発明による抵抗溶
接装置によれば、溶接個所の品質に最も関係の深いナゲ
ツトの大きさを検出して、そのナゲツトの大きさが所望
の値（達した場合には、予め設定した通電時間に関係な
く通電を停止することができるから、溶接装置、・溶接
材料並びに溶接条件等の変動に左右されることなく、常
に最適のすｆ、）が得られる。また、ナゲツト径の許容
し得る上限を電極間電圧の積分値と抵抗値で別個に監視
するようにしであるので９例えば、被溶接材の端部を溶
接した場合に急激に被溶接材が溶融し。

電極間電圧積分値が基準値に到達しないというような場
合においても、電極間抵抗値が基準値に到達して通電を
停止するので、過大電流による電極の損傷等が生じない
。さらには、二次ケーブルの断線等によってナゲツトが
成長しないような場合においても、予め設定した通電時
間経過時点において、そのことをランプ表示できるので
、障害に対する処置が速くできる等、溶接品質に対する
信頼性を向上すべく得られる効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は軟鋼板をスポット溶接した場合における被溶接
材間の通電路径及びナゲツト径と溶接時間との関係を示
すグラフ、第２図は電極としてＲ型とＣＦ型を使用し、
加圧力を低加圧力と高加圧力とにわけて溶接した場合の
ナゲツト径と電極間電圧の積分値との関係を示すグラフ
、第３図は種々の異なる溶接条件下での溶接中における
電極間抵抗と通電路面積の逆数との関係の時間的変化を
示すグラフ、第４図は種々の異なる溶接条件下での通電
初期の電極間抵抗と通電路面積の逆数との関係を示すグ
ラフ、第５図は本発明による抵抗溶接装置の実施例の構
成を示すブロック図である。 符号の説明 ｌａ、ｌｂは被溶接材、　２ａ　、　２ｂは溶接電極。 ３は変圧器、４は交流電源、１０は電流制御回路。 １５は通電時間制御回路、２０は第１の通電時間制御部
、２１は電圧検出回路、２２は電圧積分回路、２３は上
限基準積分電圧発生器、２４は上限比較回路、２５．３
３はフリツプフロツプ、２６゜３４はダート回路、３０
は警報部、３１は下限基−準゛積分電圧発生器、３２は
下限比較回路、３５はスイッチ、３６は遅延タイマ、３
７はランプ。 ４０は第２の通電時間制御部、４１は電流検出回路、４
２は抵抗値演算回路、４３は基準抵抗値発生器、４４は
抵抗値比較回路である。 序１図 一一一一名挫詩間　（フイクル） 第２図 →電極間電圧の積分億

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、溶接電極間電圧の積分値が予め上限として定めた値
   に到達する時点および溶接電極間抵抗が御手段と、溶接
   電極間電圧の積分値が予め定めた通電時間の経過時にお
   いて予め下限として定めた値に到達しない場合に警報を
   発する警報手段とを有することを特徴とする抵抗溶接装
   置。