JPS6028588B2 - 抵抗溶接装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は抵抗溶接に関し、特にスポット溶接に対して有
用なものである。

なおスポット熔接に限られず、各溶接操作の開始時直前
において電極が加工片から離れている抵抗溶接であれば
本発明は適用しうる。一般に抵抗港暖においては、接合
すべき導電性部材の接合面を加圧下に重ね合せる。

これらの面の溶融または融合は加工片が一部となってい
る回路に電流を流すことによって行なわれる。特に本発
明に関係する抵抗溶接の形においては、加工片との電気
的接触が作られ、その負荷は２個の対向電極によって設
けられる。当業者に良く知られているように、加工片の
表面汚染のために重大な問題にいましば遭遇する。

かかる問題は、加工片がアルミニウム質材料（これは曝
露時に酸化を受け易い代表的な例である）である場合特
に重大である。加工片の露出面が酸化されているか汚染
されている場合、電極の取り替えまたは清浄化をする間
に、得られるべき溶接の数は著しく減少することが当然
生ずる。従って従来より溶接する前に加工片を清浄にす
ることに多くの関Ｄが向けられてきた。かかる努力の一
つが米国特許第３２７８７２び号明細書に記載されてい
る、この特許明細書はここに参考のため引用するものと
する。

この特許によると、加工片は不活性ガスで遮蔽された電
気アークによって清浄にされている。アークは加工片の
面の所望の点とそれに近接して置いた清浄化ヘッド間に
発生される。そして熔接は構造的に分離した別の装置を
用いて普通の方法で行なわれる。上述した如き加工片の
電気的清浄化は、電極寿命を延長させることによって非
常に有利な結果をもたらすことを決定づけたのであるが
、この結果はまた電極の電気的清浄化をすることによっ
て更に増大させうろことをここに見出した。しかしなが
らこの改良が得られることは完全には説明できない。例
えば電極加工面の汚染は、加工片の汚染と同じ程度の下
利益をもたらすに違いないという理論で理由付けられる
。

通常の作業工程で、一般に電極が汚染されて来る限り、
同様にそれらに清浄化を与えることが有利であることは
明らかである。電極が汚染されて来る更に特別な方法は
、一定の条件の下で生ずると信ぜられる酸化によるもの
である。これを説明すると（これによって拘束されるこ
とは望まぬが）かかる酸化は、加工片からの材料が電極
材料上にメッキするようになり、あるいは電極材料と合
金化するようにさえなる現象によって促進されるものと
信ぜられる。この現象はある程度まで加工片を清浄化し
たかどうかには関係なく生ずることがこれを知った人に
よって認められるであろう。従って加工片が特に酸化を
受け易い場合、例えばそれがアルミニウム質材料である
場合、電極加工面は充分にメッキまたは合金化されたと
き殆ど同様の額向になるに違いないことが理論付けされ
る。本発明は抵抗溶接によって２個の車積した導電性部
材を接合するための装置に関し、かかる装置は２個の対
向する加工片接触電極、電極間で接合すべき部材を把持
するよう電極をそれぞれ配置するための位置決め装置、
および電極間にある二つの加工片の接合面を溶融するよ
う加工片を通り電極間に電流を誘導するための回路装置
を有する型の装置である。

本発明の改良は、電極の少なくとも一つ、好ましくは両
方の加工面を、電極接触させるため目標とされた加工片
に近接させて配置させ、かくして各電極間加工面と加工
片との間に空間を設定するようにするための追加の位置
決め装置、それぞれのかかる空間を不活性ガスで充満さ
せるための遮蔽装置、およびかかる各空間を横切って交
流の電気アークを発生させるか、直流の露気ア−クを交
互に発生させ、共働する電極加工面とこれに向き合った
加工片の面とを清浄にするための追加回路装置を含有す
る。

本発明の好ましい実施態様によれば、上記追加の回路装
置は、高周波交流で印加される低周波交流のアークを発
生させるための装置、および最初に述べた通常の回路装
置の電流誘導回路部品から、それらのアーク発生回路部
品を分離するための装置を含む。

本発明はまた電極加工面の少なくとも一つ、好ましくは
両方のみならず電極に接触せしめられる加工片の面を通
常行なわれている連続溶接作業中に電気的に清浄にする
抵抗溶接法を含む。

本発明によれば電気的清浄化は、加工片に適切に近接さ
せて所望の電極加工面を配置し、その間に空間を設定し
、空間を不活性ガスで充満し、空間を横切って交流の電
気アークを発生させるかあるいは直流の電気アークを交
互に発生させて、電極加工面とこれに向きあった加工片
の面との両方を清浄にすることによって行なう。アーク
は高周波交流で印加される低周波交流のアークであるの
が好ましく、アークを発生させる装置は作業中であって
もよいように時々溶接のために要する電流誘導装置とは
分離するのが好ましい。本発明をアルミニウム質材料か
ら作られた加工片に対して実施する場合、ァーク遮蔽用
に用いる不活性ガスはアルゴンが好ましい。

ヘリウムとアルゴンの混合物も、両者が特にそれぞれ約
３：１の容量比で混合されている場合使用できることが
判った。以下図面を参照して本発明を説明する。

第１図には、重ねた導電性部村１２および１４（これは
例えばアルミニウム質材料であることができる）を接合
するため使用できる通常のスポット溶接機１０の基本成
分を略示してある。

一対の対向加工片接触電極１６および１８（これは銅ま
たはその高融点合金が代表的なものである）は、それぞ
れ可動ホーン２０および固定ホーン２２によって支持さ
れ、部材１２および１４の反対側に配置してある。ホー
ン２０および２２は変圧器２６の二次巻線２４に接続さ
れ、変圧器２６の一次巻線はタイマー３０を介して交流
源に接続されている。操作に当っては、電極１６を矢印
３２で示すように可動ホーン２０１こよって下方に運び
、かくして加工面則ち先端３４を、都材１２および１４
の関連対向露出面の外側対向面３６（これは先に溶接し
たものと部材１２と関連させて示してある）とそれぞれ
接触配置させる。

次いでタイマー３０が、調節された一定寺間変圧器２６
に適当に位相された入力を供孫合する。従って変圧器２
６の出力は電極１６および１８間に、部村１２および１
４を通って電流する。電流が流れる結果として、部材１
２および１４は局部的に加熱され、かくしてそれらの重
ね合された接合面は溶融し、溶接されるようになる。矢
印３８および４０で示す如く、電極１６および１８の内
部に冷却水を供給するための装置を設けてもよい。第２
図において、スポット溶接に有用性を有する本発明の具
体的１例を示す。

この例では第１図に示した成分に同等の成分を有するも
のは、それに対応する参照番号を付した。従って改良し
たスポット溶接機４２の電極１６および１８には可動共
軸装着した電気非伝導性カップ４４および４６を設けて
ある。電極１６および１８には共軸装着したカラー４５
および４７（これは調節可能で固定位‐贋にある）およ
び共鋪装着押圧スプリング４９および５１（これはカッ
プ４４および４６をそれぞれカラー４５および４７に対
して押しつける作用をする）も設けてある。スプリング
５１はスプリング４９よりも重い荷重を受ける。説明の
ため透明プラスチックで構成したカップ４４および４６
は、矢印４８および５０で示したように、その内に不活
性ガスを供Ｖ給するための装置に蓮通しており、導電性
接触リング５２および５４を有する。更に回路装置５６
を設け、その二つの端子はそれぞれホーン２０および２
２に接続し、この一つの端子は回路装置５６が通電され
たとき、共通に接続されるようになる、そして第３の端
子はリング５２および５４を接触させるため共通接続し
ている。操作は、矢印５８で示すように可動ホーン２０
をその最も上の位置において開始する、この場合リング
５２および５４はその間に部材１２および１４を置くこ
とができるよう充分の間隔を有している。

部材１２および１４が適切な位置をそったとき、図示の
如く、可動ホーン２０を少し下方に下げ、かくして都材
１２および１４をリング５２および５４の間に把持させ
る。スプリング５１が重い荷重の下にあるとき、電極１
６の先端３４はこれに向き合った部材１２の面３６に近
接しているが間隔を置いた位置に置かれる。電極１８の
先端３４はこれに向き合った部材１４の面３６から比較
して更に大きく間隔を置いて置かれる。次に不活性ガス
をカップ４４および４６に供給し、回路装置５６に電流
を通す、かくして電気アーク６０が部材１２の面３６と
電極１６の先端３４の間の空間を横切って発生され、そ
れらの清浄化を行なう。しかしながらこの点では、電極
１８の先端３４と都材１４の面３６の間の抵抗はその間
に電気アーク６０を生起するのを阻止するのに充分な大
きさである。従ってン５２および５４は矢印６２で示す
ように下方へと動き、カップ４４はカラー４５に対し乗
るようになる、かくして電極１８の先端３４は部材１４
の面３６に近接配置される。電極１８の先端３４と都材
１４の面３６間の抵抗が下ると、かくしてアークが発生
し、この亀気ア−ク６０によって両者は清浄にされる。
清浄化操作が完了したとき、回路装置５６および不活性
ガスの供給を停止し、可動ホーン２０を完全に下げ、か
くして電極１６と１８の先端３４をそれぞれ部村１２お
よび１４の面３６と接触配置させる。次いで第１図につ
いて説明した如くタイマー３０を活動させて溶接をする
。次いで可動ホーン２０を、都材１２および１４から放
すように最上の位置へと移す。第２図における改良され
たスポット溶接機４２は適切な回路部品を与える電気ア
ーク６０の交互の発生を目的とするものであるが、電気
アーク６０は、同時に部材１２および１４の面３６に近
接して置いて電極１６および１８の先端３４をそれぞれ
配置して同時に発生させてはならない理由はない。

例えば各々を都村１２および１４に接続し、それぞれ電
極１６および１８に接続して回路装置５６の二重性を作
ってもよい。更に第２図の改良されたスポット溶接機４
２は電気アーク６０を交互に発生させるため、部材１２
および１４に対して電極１６および１８の機械的な操作
を必要とするが、同じ結果は電気的に達成することもで
きる。

例えば電極１６および１８の先端３４を同時に部材１２
および１４の面３６に近接間隔をおいてそれぞれ配置す
ることができ、電極１６および１８を一つのスイッチで
二つの末端回路装置５６の一つの端子に交互に接続する
ことができる。更に電気アーク６０を各熔接の生成前に
誘起させるのが本発では好ましいのであるが、清浄化の
回数を少なくして行なった場合にも実質的な利点が達成
される。

また電気アーク６０は任意の既知の方法で実際に発生さ
せることができるが、本発明では回路装置５６が交流源
を含むのが好ましい。

しかしながら適当な直流回路装置をその代りに使用する
ことができない理由はないことは明らかである。これに
関して、清浄化作用を提供するため電気アーク６０の実
質的な傾向は、相対的に負の電位で維持される面に限定
されることが良い。例えば部材１２の面３６および電極
１６の先端３４の各清浄化を行なうためには、電極１６
を負電位に維持する間に一つの電気アーク６０を発生さ
せ、電極１６を正電位に維持している間に第二の電気ア
ークを発生させる必要がある。電気ァーク６０を発生さ
せるため選択した特定の手段に係わりなく、各工程は溶
接回路部品に損傷を加えることからそれらを防ぐべくと
らなければならずまたこの逆にする。

従って両者を操作するとき両者は相互に電気的に分離す
ることが好ましい。このためには標準電気接触器が理想
的に適していることが判った。電気アーク６０を発生さ
せるため、一般的な型の交流源を使用できるが、適当な
選択はアーク安定性のため動的および静的電圧−電流特
性を一部基準にして行なうべきである。

例えばアーク溶接のため通常使用されているような回路
部品が最適であることが判った。本発明の好ましい実施
態様によれば、電気アーク６０は高周波電流を印加した
低周波交流源を含む型の標準アーク溶接回路部品によっ
て発生させる。

特に電圧および電流要件は加工片の特性のみならず機械
４２の特性で変化することは勿論である。かかる特性に
よって、例えば６０サイクル電流では０．５〜４０の範
囲のアンペアを有するとよく、使用しうる高周波成分は
５００００〜３００００００サイクルの範囲にあるのが
よく、２０００〜５０００の範囲の無負荷電圧によって
駆動するのがよい。更に詳細に改良されたスポット溶接
機４２の好適な巻線を略示すると第３図を参照すると、
回路装置５６は変圧器６８の一次巻線６６に、タイマー
６４を介して接続された交流線を含みうろことが判る。

変圧器６８の二次巻線７０は第２図について前に説明し
た如く高周波源７４を介して電極１６および１８、およ
び部材１２および１４に接続する。総括的に回路装置７
６として示した溶接回路部品および回路装置５６は図示
の如く電気接触器７８および８川こよって相互に分離す
る。操作に当っては、電極１６および１８を回路装置５
６の一側に接続し、回路装置７６から切断するように、
接触器７８および８０に通電させるためスイッチ８２を
利用する。次いで第２図について説明したように、部材
１２および１４に対して電極１６および１８の各配置へ
置き、その間に不活性ガスを供給した後スイッチ８４を
入れて各電気ァーク６０を発生させる。スイッチ８４は
交流源をタイマー６４に接続し一定時間変圧器６８に位
相入力を導入する。かくして変圧器６８の出力は電源７
４に向けられ、ここで電気アーク６０の続いての発生の
ため高周波電流で印加される。清浄化操作が完了しとき
、スイッチ８２を、回路装置５６から電極１６および１
８を切断し、回路装置７６の端子にそれぞれ接続するよ
うスイッチ８２を賦活させる。次いで電極１６および１
８は部材１２および１４と接触するようそれぞれ配置し
、交流電源をタイマー３０に接続するためのスイッチ８
６を賦活することによって第１図について説明した如く
して溶接を達成する。本発明の実施およびその利点に関
する他のそしてより詳細を下記実施例に示す。

実施例 経験に従って、加工片および電極をそれぞれの溶接前に
清浄して、対の０．８１側（０．０３２ｎ）２０３６−
Ｔ４アルミニウムシートについて連続スポット溶接を行
なった。

シート上の酸化物の厚さを測定して約３０〜３４ｎｍ（
３００〜３４０Ａであった。基本溶接装置フェデラル・
マッケィ（ＦｅｄｅＭＩＭｃｋａｙ）型ＰＡ−２一２４
／３０プレス溶接機を、ホバート・サイバー（Ｈｏ舷ｒ
ｔＣｙｂｅｒ）‐ＴＩＧ３００シリーズ、モデル船．Ｃ
Ｔ−３００アーク溶接電源の回路部品を適切に接続する
ことによって清浄化のため配線した。溶接回路と清浄化
回路の電気的分離は、三つの通常の３００Ａ接触器で行
なった、その一つは清浄化回路と電極の間に置き、二つ
は溶接変圧器の一次巻線の対向側に置いた。清浄化アー
クの不活性ガス遮蔽を設けるため、プラスチック製のカ
ップを乗せた２個のスプリングを装置の電気ホルダー上
に共軸的に装着した。

カップ上には、清浄化中加工片と電極との間の間隔を固
定するため調節可能なカラーと、清浄化回路を完全にす
るための黄銅接触リングを接合させた。スプリングの張
力は、シートを接触リング間に把持したとき、上方電極
とシートが清浄化のための位置になるように下方カップ
上で最大とした。清浄化のためシートに対する下方電極
の位置決めは手でカップを下方に下げることによって行
なった。実験を行なう前に、加工片および電極はクロロ
ゼンＮｕ（Ｃｈｉｏｒｏ仇ｅｎＮｕ）で脱グリースし、
電極先端は＃３２の鯉粒研摩紙で磨いた。

溶接は溶接回路および清浄化回路の両方に単相４８０Ｖ
、６０Ｈｚ電力を用いて１分について約５〜７の割合で
行なった。

操作に当っての個々のパラメータを下表に示す。変動要
因 先端力（ｋＮ） ５６電流（Ｋ
ａｍｐ） ２５．１〜２７．６％熱
１００サイクルスクイー
ズ ５０サイクル溶接
３サイクルホールド
２０サイクルオフ １
０電極１．Ｄ． マローリー３８２５
電極クラス ０電極先端半
径（柵） ７６アーク電流（ａｍｐ
） ３．０アーク時間（秒）
１．６遮蔽ガス（アルゴン；ｍ３ｈ‐１）
１．１３溶接品質の主たる指標は溶接後シート
を引き剥しとき測定したナゲツトの大きさであった。

結果を第４図に示す、第４図はナゲット直径を縦鞠に取
り、横軸に溶接実行回数を取ってプロットしたものであ
る。本発明に関するグラフは点刻を付された上下幅を有
するものであって黒丸は平均直径（縦軸の単位は肋：括
弧内はィンチ）を示し、このグラフより約１９００回数
までばらつきのない溶接が得られたことを知ることがで
きる。更に電極の状態が２３００回数の溶接後でさえも
比較的滑らかであることが判った。対照例として、加工
片および電極を清浄にせずに、それ以外は同じ条件の下
で同じ装置を用いて溶接操作を行なった、この結果も第
４図に斜線を付した上下幅を有するグラフで示す。

なお、その黒三角は平均値を示す。このグラフから判る
ように、溶接品質は始めから徐々に低下し、約６００回
数の溶接で比較的悪くなった。更に電極は６００回数の
溶接後、目で見ても取り替える必要があった、そして約
１１００回数の溶接後には著しく悪くなった。第５図は
第４図と同様にプロットしたグラフを示すのであるが、
第５図は以下の条件で行なわれたものである。

すなわち清浄化を加工片のみについて行ない、清浄化の
ためと溶接のために別々の電極を用いた以外は再び同じ
操作を繰返した。各清浄化操作と対応する溶接操作との
間の遅れは２〜４時間の範囲であった。この５図のグラ
フから判るとおり、約１３００回数まで安定した溶接が
得られている。これは４図の斜線を付したグラフのもの
よりも優れた溶接を達成していることを示しているが第
４図の点刻を付したグフのものよりも劣っていることを
示す。従って第４図および第５図の諸グフは電極を本発
明の方法で清浄化することの効果を示し、更に両方の電
極を清浄化することがより好ましいことを示している。
図面の簡単な説明第１図はスポット熔接用装置の従釆の
例を示す略図であり、第２図はスポット溶接に適用した
ときの本発明の代表例を示す略図であり、第３図は第２
図の装置を操作させるのに適した電気系統図の例を示す
回路図であり、第４図は連続溶接に対し、溶接ナゲット
剥離直径で測定したときの溶接品に関するグラフで清浄
化をしなかった場合のスポット溶接操作を本発明により
行なったものと比較したものであり、第５図は加工片の
みを清浄にしたときのスポット溶接操作のための連続溶
接に対する品質を示すグラフである。

１２および１４は導電性部村、１６および１８は電極、
２０は可動ホーン、２２は固定ホーン、２６は変圧器、
３０１よタイマー、３４は電極先端、３６は溶接部城、
４４および４６は遮蔽カップ、４５および４７はカラー
、４９および５１はスプリング５２および５４はリング
、５６は回路装置、６０は電気アーク、６４はタイマー
、６８は変圧器、７６は回路装置、８２はスイッチ、８
４はスイッチ、８６はスイツチ。

ＦＩＧ．１ Ｎ ○ ｕ ○ ○ 一 寸 ９ 止 け ９ い

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二つの電極間の間で把持された二つの加工片を抵抗
   溶接する方法であつて、この溶接を行なう前に、各電極
   を不活性ガス遮蔽内で加工片から離して配置し、抵抗溶
   接が行われるときに接する加工片の部分と電極の先端部
   とを清浄にすべく電極と加工片との間にアークを生ぜし
   めることを特徴とする抵抗溶接方法。 ２ 清浄化アークが交流アークである特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３ アークが低周波数および高周波数成分を有する特許
   請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 接合すべき部材がアルミニウム質材料である特許請
   求の範囲第１項〜第３項の何れか一つに記載の方法。 ５ 遮蔽ガスがアルゴンである特許請求の範囲第４項記
   載の方法。 ６ 遮蔽ガスがヘリウムとアルゴンの混合物である特許
   請求の範囲第４項記載の方法。 ７ ヘリウム対アルゴンの容積比が約３対１である特許
   請求の範囲第６項記載の方法。 ８ 抵抗溶接を行なう装置であつて、互いに溶接される
   べき二つの加工片を把持すべく互いに接近する方向に可
   動である電極群、電極が加工片に接する前に各電極とこ
   れに対応した加工片との間にアークをも発生させるべき
   操作可能な溶接電流源、および電極並びに加工片の制限
   された区域のまわりに不活性ガスの雰囲気を維持せしめ
   るべく前記電極に設けられたガス保持カツプを具備した
   ことを特徴とする抵抗溶接を行なう装置。 ９ 各ガス保持カツプが加工片との係合のため弾性的に
   偏倚されている特許請求の範囲第８項記載の装置。 １０ 前記溶接電流源は、溶接回路と清浄化回路を電気
   的に分離するための装置によつて、清浄化アーク電流と
   溶接電流を発生するための別々の電気回路からなる特許
   請求の範囲第８項記載の装置。