JPS6116233B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 複数個の端部を有する金属スタツドの該各端
部を金属製基部材に同時に溶接するスタツド端部
溶接方法において、 少なくとも１つの細長で比較的薄い金属突起に
より前記基部材の上方で金属スタツドの各端部を
支持すること、及び 溶接中に前記基部材と一定の突起との接触時に
該一定の突起の一部のみを破壊させて該一定の突
起と基部材との間にアークを発生させるに充分な
電流密度を突起内に維持させつつ基部材にスタツ
ドの各端部の突起を接触押圧し、もつて該一定の
突起における破壊及びアーク発生がその一定の突
起の金属溶融及び短縮を生じさせてスタツドを順
次下降させ、それによつて連続的にしかも無秩序
に別の突起を基部材に接触させ、前記一定の突起
におけるアーク発生を消失させ、溶接電流を短絡
させて該基部材に接触した該別の突起における部
分破壊及びアーク発生を生じさせ、この動作を、
スタツドのすべての端部のすべての突起が消滅し
スタツドのすべての端部が基部材に接触するまで
続行することを特徴とする溶接方法。

２ 請求の範囲第１項記載の方法において、更
に、スタツドの端部が基部材の材料に接触するま
で各スタツドの端部において溶融金属を維持する
に充分な程のアーク切換え周波数を突起間で維持
すべく前記電流密度に関連して一定の割合で基部
材の方へスタツドを前進させ、基部材に対してス
タツドを押圧する圧力をスタツド上に維持するス
テツプを含む前記方法。

３ 請求の範囲第２項に記載の方法において、更
に、スタツドの溶接サイクルの開始時にスタツド
及び突起を基部材から離して位置させ、基部材と
突起との接触前にスタツドに電位を加えるステツ
プを含む前記方法。

４ 請求の範囲第２項に記載の方法において、更
に、スタツドの端部と基部材との接触中に溶接電
流を維持するステツプを含む前記方法。

５ スタツド端部溶接方法によつて金属製基部材
に溶接されるスタツドであつて、 導電性のスタツド本体と； 該スタツド本体から延びてスタツド端部で終端
している導電性の複数のスタツド脚部と； スタツドの各端部から各スタツド脚部の長手軸
に平行に延びて共通の平面内で終端し、それぞれ
が略均一の横断面積と均等の長さとを有し、スタ
ツドの各端部ごとに少なくともひとつずつ設けら
れた細長で比較的薄い導電性の突起とを備えてな
るスタツド。

６ 請求の範囲第５項に記載のスタツドにおい
て、前記各突起の長手軸に直角な横断面における
該突起の横断面積が約2.5平方ミリメートルない
し約23平方ミリメートルの範囲内である前記スタ
ツド。

７ 請求の範囲第５項または第６項に記載のスタ
ツドにおいて、前記各突起の長さが約1.6ミリメ
ートルないし約12.7ミリメートルの範囲内である
前記スタツド。

８ 請求の範囲第５項ないし第７項のいずれかに
記載のスタツドにおいて、前記スタツド脚部がふ
たつ設けられており、前記スタツド本体の一部が
放物線形状をしている前記スタツド。

技術分野 本発明はスタツド端部溶接法を使用して加工片
に金属スタツドの複数の端部を同時に溶接するこ
とに関する。

技術背景 本発明はスタツド端部方法に関し、詳細には、
スタツド端部溶接技術により、加工片へ同時に溶
接されるべき複数の端部を有するスタツドを、溶
接するための方法及びスタツドに関する。

スタツド端部の溶接技術は既知であつて、長年
に亘つて実際上使用されてきた。この溶接技術に
おいては、ネジボルト等の如き金属部材の単一の
端部は、スタツドを通過しスタツドと加工片との
間のアークを生じさせるような充分大なる電流を
加えて溶融金属の溜り（プール）を生じさせこの
ような溶融金属のプールの固化によつて、基部材
として一般に知られる別の金属部材に溶着され
る。

この技術には種々の種類がある。しかし、この
種の技術は一般に２種に大別される。一方は、ア
ークスタツド溶接であり、他方はコンデンサ放電
スタツド溶接である。アークスタツド溶接におい
ては、電流は加工片に接触した溶着すべきスタツ
ド中を通され、次いでスタツドを加工片から引離
してスタツドと加工片との間にアークを生じさせ
る。スタツド及び加工片の一部を溶融するに充分
な時間が経過したのち、スタツドを再び加工片に
接触させスタツドを溶融金属のプール内に位置さ
せる。この溶接方法においては、アークのための
シールドはスタツドの端部のまわりに置かれ加工
片と接触するように配置され、それによつて溶接
フイレツトを形成するように溶融金属のプールを
収容し、後に金属の固化を生じさせる。この技術
は1/2インチ（約12.7mm）を越える範囲の大径の
スタツド又は普通のシアーコネクタ（せん断コネ
クタ）のために使用される。

アークスタツド溶接技術は一般に溶接すべきス
タツドの端部の丸い形状を使用する。溶接されて
いるスタツドの端部を通る電流密度は後述するコ
ンデンサ放電溶接に比べて比較的小さく、一般に
は１平方インチ当り約5000アンペア程度である。
アークスタツドのための溶接時間は電流の供給量
及びスタツドの径に応じて変わるが、一般には1/
２インチ径のスタツドの溶接に対しては約５秒で
ある。従つて、アークスタツド溶接は一般に長時
間に亘る低電流溶接法として考えられており、実
質上アークの発生はスタツドの端部の瞬間的な分
解を殆んど又はまつたく伴なわずにスタツド及び
加工片の溶融を生じさせる。

コンデンサ放電溶接技術は種々の点でアークス
タツド溶接技術とは異なる。コンデンサ放電溶接
においては、電源はアークスタツド溶接のように
連続的な電源ではないが、溶接サイクルの開始前
に所定のレベルに充電された一群のコンデンサか
らのエネルギの如き蓄積されたエネルギ源であ
る。更に、コンデンサ放電スタツド溶接に使用さ
れるスタツドは一般に1/4インチ（約6.4mm）又は
それ以下の小径のものであり、またスタツドの端
部上の小径で長い溶接チツプ（先端部）を含む。
溶接チツプは、溶接サイクルの開始時に溶接すべ
きスタツドの端部を加工片から離す役目を果す。
溶接サイクルが開始したとき、コンデンサの如き
エネルギ源から容易に利用できるエネルギは極め
て大きな電流密度でスタツドを通して供給され、
その結果溶接チツプが完全に分解及び蒸発する。
溶接チツプの分解はしばらくの間スタツドを加工
片から離隔し、その間コンデンサの高レベルのエ
ネルギのためスタツドの実質上全面に沿つてスタ
ツドと加工片との間にアークが確立される。

平均的なコンデンサ放電スタツド溶接情況にお
いては、溶接スタツドのチツプを通る電流密度
は、瞬間的に、１平方インチ当り約１千万アンペ
ア程になる。この一瞬の高密度の電流は実質上瞬
時的なものであり、平均的なコンデンサ放電溶接
サイクルのための全体の溶接サイクルは約0.003
秒である。

コンデンサ放電溶接は主として、アークスタツ
ド溶接におけるような長時間の溶接及び加熱サイ
クルに耐えられない薄いシート金属を用いた生産
率の高い小径スタツドのために使用される。更
に、コンデンサ放電溶接による溶着強さはアーク
スタツド溶接のものよりも幾分弱い。

現在まで、アークスタツド溶接又はコンデンサ
放電スタツド溶接を問わず、スタツド端部溶接技
術は、基部材に２つ以上の端部を同時に溶接する
必要があるようなスタツドの溶接には有効に使用
されなかつた。溶接すべき必要のある２以上の端
部を有し従つてスタツド端部溶接技術を利用でき
ないスタツドの形状は種々様々である。このよう
なスタツドの例は、両頭リフトフツク、ハンド
ル、押え付けループであり、これらは電気又はガ
スハンド溶接により溶接せねばならない。

２以上の端部を有しハンド溶接によらねばなら
ないスタツドの他の主要なカテゴリーは両頭シア
ーコネクタである。両頭シアーコネクタは、Ｉ形
梁等に溶着され後にＩ形梁上に横たわるコンクリ
ート内に埋設されて、Ｉ形梁上に横たわるコンク
リートとＩ形梁自体との間のせん断相互連結を提
供するようなＵ字状の金属部材である。

今日産業上利用されているシアーコネクタは大
別して２種類存在する。一方の種類は、溶接可能
な一端部と拡大フランジ付ヘツドから成る他端と
を有する細長い棒状部材たる頭部付シアーコネク
タである。このスタツドは一般に円柱形状をして
おり、約3/4インチ（約19mm）の直径を有し、普
通のアークスタツド溶接技術にて溶接できるもの
である。普通に使用されているシアーコネクタの
他方の種類は、約８ゲージ厚さを有し１インチ
（約25.4mm）の幅を有し約３インチ（約76mm）の
高さを有する矩形横断面形状の実質上Ｕ字状の部
材であり、Ｕ字の２つの脚部間の距離は約４5/8
インチ（約117mm）である。この種のシアーコネ
クタは両頭シアーコネクタと呼ばれ、一方単一の
長いシアーコネクタは一般に頭部付シアーコネク
タとして知られている。

頭部付シアーコネクタよりも金属総重量の少な
い両頭シアーコネクタは、適所に溶接されたとき
には、頭部付シアーコネクタと同等又はそれ以上
のせん断抵抗を提供できる。従つて、材料コスト
及び性能の点で、両頭シアーコネクタは頭部付シ
アーコネクタより優れている。しかし、両頭シア
ーコネクタは、手動で溶接せねばならず従つてス
タツド端部溶接技術にては溶接できないという欠
点を有する。手動溶接（ハンド溶接）技術はスタ
ツド端部溶接技術よりも多大な時間を要し、その
うえ、操作者にとつては、スタツド端部溶接技術
よりも手動溶接の方が熟練を要し、従つて作業費
が高くついてしまう。それ故、スタツド端部溶接
技術により両頭シアーコネクタを溶接する方法及
び装置が産業上望まれている。

過去においては、複数の端部を有するスタツド
を有効に溶接するための装置や方法を提供しよう
とする種々の試みが行なわれた。両頭スタツドの
溶接操作において遭遇する最初の問題はスタツド
の両脚部上でのアークの開始である。一方の脚部
にアークが発生し、他方の脚部ではアークが発生
する状態になつていない場合、アークは一方の脚
部上で発生し続け、他方の脚部においてはアーク
は発生しなくなる。この現象が生じる主な理由は
２つある。第１は、アークが発生すると開成電源
回路の電圧が大幅に低下するためである。このた
め、アークの生じていない方の脚部におけるエア
ギヤツプの空気抵抗に打勝つのが困難となる。第
２の理由は、アークを生じている方の脚部におけ
る加熱が作業機能を低下させると共にアーク発生
地点での電子の流れを増大させ、それによつて抵
抗を有効に低減させるためである。これら２つの
効果が相乗して、１方の脚部にアークが発生した
のちの他方の脚部でのアークの発生を著しく困難
にする。

単一のアークの発生に関する上述の問題点を有
効に解決する方法はスタツドの両脚部に同時にア
ークを発生させることである。しかし、スタツド
持上げによるアーク発生の開始を伴なう従来のス
タツド溶接装置及び方法では、アークのための初
期ギヤツプを両脚部において等しく維持すること
は事実上不可能である。ギヤツプの大きさに僅か
でも差があれば、一方の脚部ではアークが発生し
ない。その理由は、空気における破壊電圧は１ミ
ル当り1000ボルト程の大きさだからである。両脚
部は基部材表面から同時に正確に同距離引離させ
ねばらない。そうしなければ、１方の脚部だけに
アークが発生する。

２つのアークが発生したと仮定しても、次に遭
遇する問題は、スタツドの両脚部で同じ溶接が行
なわれるのを保証することである。基本的には、
このことは、両脚部において同じ溶接電流を維持
せねばならないということを意味する。電流の大
きさが異なれば、作業表面上の酸素状態がすぐに
変わり、アークを通つての金属の移送量も変わつ
てしまう。従つて、溶接しているスタツド脚部に
おいて同等の電流密度を維持することは不可能で
はないが極めて困難であり、このような維持が保
たれなければ、不均一な金属溶融が生じ、その結
果両頭スタツドのうちの１方の脚部の溶接は不完
全なものとなつてしまう。

両頭スタツドの３つの脚部間の不均一なアーク
発生の問題を解決しようとした１つの試みは、２
つの脚部間に絶縁体を置き溶接中の脚部に別々の
電流源を供給することであつた。このような試み
は米国特許第2788434号明細書に開示されてい
る。この解決策は、スタツドの２つの脚部が２つ
の脚部間の弱い絶縁体により分離されていてスタ
ツドの強度が極端に低下するというかなり重大な
欠点を有する。

試みられた他の解決策は、ノミ刃端の如き形状
や尖端、丸端、方形端の如き他の形状を利用して
両頭スタツドの端部の幾何学的形状を変えること
があつた。ある場合には、イオン化電位の低下を
補助しシールド雰囲気を提供するためにフラツク
ス即ち溶剤を使用した。スタツド端部に異なる形
状を採用し溶剤を使用しても溶接が不充分である
ことが判つた。２つの脚部に２つのアークがまれ
には生じた。しかし、１方のアークは他方のアー
クより常に強かつた。弱い方のアークはスタツド
も基部材をも溶融させなかつた。弱い方のアーク
は一般にスタツド及び基部材を僅かに加熱するだ
けの小さなスパークにすぎなかつた。溶剤の使用
は溶接法を僅かに助けたが産業上許容できる程の
溶接を提供できなかつた。イオン化電位を低下さ
せ鉄よりも良導電性にするコンパウンド（化合
物）を用いても、スタツドの両方の脚部にアーク
を発生させる助けとはなつたが、必要な２つのア
ークを有効に同等化し維持することはできなかつ
た。

両頭スタツド溶接法として失敗に終つた他の試
みは、アークギヤツプ効果及び高温での熱発生及
びアーク開始の原理に基礎を置くものであつた。
この試みにおいては、溶接パワーを取除くことに
より動作中の脚部におけるアークが消失した場合
アーク径路をより短かくした他方の脚部にアーク
が再発生するという仮説を基礎としている。短か
いアーク径路の効果を調整するためには、アーク
消失時間は、電子雲を完全に消散させかつアーク
雰囲気を熱イグニツシヨン効果が生じるような温
度にまで低下させるに充分な程大きなものでなけ
ればならない。

この試みにおいては、両頭溶接スタツドへの溶
接電流を供給する電源は、エネルギを一方から他
方へ移すべく100ミリ秒程度で溶接スタツドへ溶
接電流を迅速に供給及びしや断するように、制御
子により作動せしめられた。ある場合は、両頭ス
タツドの両脚部に２つのアークが発生した。しか
し、加工片に関するスタツドの位置決めのための
制御は極めて微妙で困難であり、２つの脚部間の
アークの制御は不安定で、一般に満足な溶接結果
が得られなかつた。

発明の開示 スタツド端部溶接技術による２以上の端部を有
するスタツドの溶接において遭遇した上述の諸問
題は、本発明のスタツド、スタツド溶接法により
解決される。

本発明に従えば、複数端部を有するスタツドの
溶接端部は、スタツドの各溶接端部から延長する
少なくとも１つの細長で、比較的薄い突起又はワ
イヤを含むように、変形される。大きなスタツド
においては、各スタツド端部に対し２以上の突起
又はワイヤを使用する。

スタツド溶接装置はスタツドを固定するための
チヤツクを有し、このチヤツクは両頭スタツドの
上方部分の形状に相補する形状をしている。チヤ
ツクは、複数の突起が基部材に実質上同時に突当
るように、基部材に関して適正な方角に溶接スタ
ツドを維持する。溶接装置は更に、２つのアーク
シールドを両頭スタツドの溶接端部に整合して適
所に適正に固定する溶接銃台をも含む。

本発明の方法によれば、溶接突起を基部材に接
触させる前にスタツドが附勢される。スタツドは
所定の割合で基部材の方へ動かされ、溶接中は所
定の圧力で基部材にスタツドを押付ける。

使用する溶接動力源は連続電流源である。溶接
動力源は、突起の残りの部分を通るアークの発生
を許容すべく各突起の一部のみを崩壊させるに充
分な密度の（先端突起を通る）溶接電流密度を提
供するように操作される。突起の崩壊及び所定の
突起でのアーク発生は金属を溶融し突起を短かく
し、それによつて別の突起部分の接触によりスタ
ツドを基部材の方へ降下させる。別の突起部分が
基部材に接触したときに短絡が生じ、アークの生
じている突起におけるそのアークが消失する。短
絡はその短絡状態となつた突起の崩壊を生じさ
せ、その結果その溶接チツプの崩壊をも生じさせ
てアークを発生させる。この手順は、すべての突
起が消費されてアークにより生起した溶融金属の
プールにスタツド端部が到達すまで、１つの溶接
突起から次の突起へと移つて続けられる。

本発明に係る複数端部を有するスタツド、その
溶接方法の他の利点、特徴、変形は、図面につい
ての以下の説明から当業者にとつて明らかとなろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は、支持部材及びコンクリート板に関連
して適所に溶着された本発明に係る両頭スタツド
を示す部分断面斜視図。第２図は、本発明に係る
両頭スタツドの立面図。第３図は溶接前の溶接装
置の１部、スタツド及びアークシールドの斜視
図。第４図は溶接中の溶接装置の１部及びスタツ
ドの斜視図である。

本発明の実施のための最良の態様 スタツドの２以上の端部を同時に溶接するよう
なスタツド端部溶接技術によりスタツドを溶接す
るための装置及び方法並びにスタツドについての
上述の詳細な記述は、第１，２図に示すような型
式の両頭シアーコネクタの両頭スタツドについて
参照される。しかし、本発明の方法は、２以上の
端部を有するスタツド以外の他の形状のスタツド
の溶接にも応用できことを理解されたい。

両頭シアーコネクタとして使用するに適した形
状の導電性の両頭スタツドを第１，２図に示す。
図示の両頭スタツド１０はシアーコネクタとして
使用され、第１図にはＩ形梁１１の適所に溶着さ
れた状態で示す。

使用に当つて、スタツド１０は直接Ｉ形梁１１
上に溶着されるか又は、底部形成部材として及び
Ｉ形梁１１上で最終的に注入成形され支持される
コンクリート板のための保護体として使用される
デツキ１２を介してＩ形梁１１上に溶着される。

適所に溶着された図示のシアーコネクタ１０
は、実際の使用においては、コンクリート板１３
内に部分的に埋設される。シアーコネクタ１０は
Ｉ形梁１１とコンクリート板１３との間の相互連
結を提供し、既知の方法で支持梁１１に関しての
コンクリート板１３のせん断作用に抵抗する。

本発明の両頭スタツドから成るシアーコネクタ
の形状の詳細は第２図に示す。シアーコネクタを
形成するスタツド１０は２つの溶接端部１４，１
５を有する。スタツドの端部１４，１５は共通平
面内に位置する。

各端部１４，１５に隣接したスタツドの脚部１
６，１７は直線状となつている。この脚部はスタ
ツドを溶接する基部材に対し実質上垂直であり、
溶接方法に使用されるアークシールド（後述）の
形状と共働するために必要である。

脚部１６，１７間に位置するスタツドの本体１
８は平坦形状からＵ字形状まで任意のものでもよ
い。好適な実施例においては、スタツド本体１８
は放物線形状である。

スタツド本体１８の放物線形状は、放物曲線は
円形ではないため、スタツド溶接チヤツク内での
スタツドの方角付けを容易にする。更に放物線形
状は円形形状よりも低く、スタツドのせん断強さ
を損ねずに同一高さの円形形状の場合に比べ約17
％〜25％の金属の節約ができる。

スタツド１０の横断面は、例えば円形、楕円
形、矩形の如き任意の形状でよい。好適な実施例
では、スタツドの横断面は第１，２図に示すよう
な矩形である。

スタツド１０の溶接端部１４，１５は細長で比
較的薄い突起又はワイヤ１９を具備し、これらの
突起は溶接端部１４，１５の溶接面から垂直に延
び、従つてスタツドを溶着すべき基部材の面に対
して垂直に延びている。突起又はワイヤ１９はス
タツドの製造中スタツドと同じ材料で形成すると
よい。

代りとしては、突起又はワイヤは焼付けや溶接
等の適当な方法でスタツドに固着してもよい。突
起又はワイヤは好適には溶接スタツド１０自体の
材料の如き軟鋼で作るとよい。

溶接スタツド１０の各端部に必要な突起又はワ
イヤ１９の数はスタツドの溶接端部の横断面の形
状及び寸法に依存する。例えば、約1/2インチ
（約12.7mm）径の円形横断面の場合は、１本の溶
接突起１９で充分である。1/8×1/2インチ（約
3.2×12.7mm）の寸法の矩形横断面の場合は、ス
タツドの各溶接端部に２つの溶接突起１９を設け
る必要がある。1/8×幅２インチ（約3.2×50.8
mm）の寸法の矩形横断面の場合は、少なくとも３
つの溶接突起が必要である。

突起１９の長さは溶接すべきスタツドの端部の
形状及び溶接面積に依存する。小径の即ち横断面
の小さいスタツドにおいては、約1/16インチ（約
1.6mm）又はそれ以上の長さの突起でもよい。も
つと大きな横断面積のスタツドにおいては、突起
１９の長さは約1/2インチ（約12.7mm）までの範
囲のものとする。突起１９の横断面形状は円形、
矩形等任意のものでよい。例えば、矩形横断面形
状の突起は3/16（インチ平方（約23mm²）から約1/
１６インチ平方（約2.5mm²）までの面積のものでよ
く、またこれと同じ面積の円形断面の突起として
もよい。

各突起はそれぞれ略均一の横断面積と均等の長
さとを有する。

本発明に使用されるスタツドチヤツク及び溶接
銃合を含む溶接銃装置は第３，４図に示す。使用
する溶接銃２０は普通のシアーコネクタの溶接に
使用される手持ち型式のものでよい。このような
溶接銃は、溶接銃から延長し台２２のための支持
体を提供する２つの脚２１を含む。

台２２は２つのアークシールド２３のための支
持体を提供する。アークシールド２３は溶接すべ
きスタツド１０の形状に相補する内側形状を有す
る。図示の実施例においては、アークシールド２
３は矩形形状をしている。

アークシールド２３は第４図に示すような方法
で台２２の受け部２４内へ嵌入されるように形造
られている。アークシールド２３上の逃げ部２５
は、アークシールドの下方部分を台２２の下方へ
突出させた状態でアークシールドの上方部分２６
を受け部２４内へ嵌入させることができる。この
ようにして、台を溶接位置に置いたとき、アーク
シールドは、第４図に示すように、台と加工片と
の間で適所に保持される。

本発明の方法に用いられる装置の溶接銃チヤツ
ク２７は支持板３１を含み、この板３１の上方中
央部は普通のネジ手段により銃の延長棒２８に固
着される。支持板３１の内側形状はチヤツクを使
用するスタツド１０の上方部分の外側形状に相補
する形状となつている。

チヤツクの２つのジヨー部２９は支持板３１の
両側に位置する。一方又は両方のジヨー部は降伏
可能なネジ付止めバネ手段３２により支持板に取
付けられうる。支持板３１の幅はチヤツク内で使
用するスタツドの幅より僅かに小さい。降伏可能
なネジ付止バネ手段３２は、スタツドを溶接位置
に置いたときに、支持板及びジヨー部内でのスタ
ツド１０の適切な嵌合を許容すべくジヨー部２９
に可撓性を与える。

スタツド１０は、台２２の開口を通して上方へ
動かしチヤツク組立体２７内へ運ぶことにより、
チヤツク組立体２７に装填される。スタツドが完
全なる円形形状以外のすべての場合、支持板３１
の内表面の相補的形状がチヤツク内での及びスタ
ツドを溶接すべき基部材に関してのスタツドの適
正な整合を許容する。図示の特定な実施例におい
ては、スタツド１０の本体１８は放物線形状をし
ており、そのためスタツド端部１４，１５及び突
起１９を基部材に対し垂直に容易に位置決めでき
しかも突起１９の終端面を基部材に平行な面内に
容易に位置させうる。

加工片即ち基部材に関するスタツド１０の適正
な整合を保証するために整合ピン３３を使用する
とよい。整合ピン３３の一端は延長棒２８に同軸
的に固着する。整合ピン３３は支持板３１から下
方へ延長し、第２，３図に示すようなスタツド１
０内に形成された整合孔３４と共働するようにな
つている。整合ピン３３の長さは、スタツドを台
２２を通して上方へ挿通しチヤツク２７内へ挿入
したときに、整合ピン３３の下端がスタツドの孔
３４と係合するようなものである。

溶接銃２０はその内部に内部機構を備え、この
機構はスタツド溶接サイクルの開始前に延長棒２
８を引込み位置に固定できる。スタツド溶接銃２
０は更にその内部に別の内部機構をも備え、この
機構は、溶接サイクル期間中チヤツク及びスタツ
ドに約10ポンドの一定押圧力を加えかつ毎秒1/4
インチから３インチまでの突進速度を制御する。
この速度は溶接しているスタツドの形状に応じて
操作者が銃内で変えることができる。

溶接前に、台２２を通してチヤツク２７内へス
タツド１０を挿入する。その後、延長棒２８をそ
の上昇位置へ動かす。アークシールド２３を台２
２内の適所に位置決めし、次いで全体の組立体を
第４図に示す溶接位置に配置する。

溶接サイクルが開始したとき、スタツドを含ん
だ上昇したチヤツクが解放され、加工片（基部
材）の方への下降運動を開始する。突起１９と加
工片とが接触する前に、電源のための制御子を操
作してスタツド及び加工片を横切る電位を供給す
る。

突起が加工片に到達したとき、加工片に最初に
係合した突起は、この突起を通る大電流サージを
受ける。溶接電源から供給される電流密度は、突
起内の電流密度が突起全体の破壊を伴なわずに突
起の１部のみを破壊するのに充分な程の大きさと
なるように、使用する突起の形状に応じて、選択
する。この電流密度は、溶接されているスタツド
の端部の特定の破壊を伴なわないアークのみを発
生させるような従来のアークスタツド溶接におけ
るよりも、かなり大きい、しかし、溶接電流密度
は、従来のコンデンサ放電型スタツドに関連する
小さな溶接チツプ全体を殆んど瞬時に破壊させる
ようなコンデンサ放電溶接におけるよりも充分小
さなレベルとなるように制御される。

例えば、約1/16インチ×1/16インチの方形断面
の突起を有するスタツドの場合、電源は約3500ア
ンペアを供電するようにセツトするとよい。この
状態の下では、スタツド上の突起が受ける電流密
度は１平方インチ当り100万アンペア程度であ
る。これはこれは、典型的なコンデンサ放電溶接
サイクルにおける電流密度の約1/10であるが、典
型的なアークスタツド溶接サイクルにおける電流
密度の200倍である。

連続して生じることは、基部材に接触した最初
の突起がそのチツプ部分を破壊し、アークを生じ
させて突起及び基部材の材料を溶融させることで
ある。溶接銃によりスタツド上に維持される圧力
及び溶接銃の下降速度は、アークを発生させてい
る突起が短かくなると次の最長の突起が基部材に
接触するような態様で、既述のように制御され
る。

次の第２突起が基部材に接触したとき、第１の
最初の突起と基部材との間で現存するアークを横
切つて短絡が生じる。短絡が生じると、電流は最
少抵抗径路を通るため今まで発生していたアーク
は消失する。次いで、基部材に接触した第２突起
内に電流密度が直ちに確立され、その結果突起先
端の破壊が生じその突起にアークが発生する。こ
のようにして、突起が短かくなるとまた次の突起
が基部に接触して同様の動作を繰返す。この動作
はすべての突起がなくなるまで種々の突起間で前
後無秩序に繰返される。突起がなくなると、種々
の突起における合成アークがスタツド及び基部材
の充分なる溶融を生じさせ、スタツドを最終的に
浸入させる溶融金属のプールを生起させる。

スタツドに加える圧力、下降速度及び電流密度
は、１つの突起におけるアークが消失して次の突
起におけるアークが発生する前に突起において形
成された溶融金属のプールが冷却しないように充
分大なる周波数にて突起間でアーク発生の切換が
行なわれるように、互に関して及び突起の形状に
関して常に所定間係で維持されねばならない。こ
れらのフアクターのすべては一定のスタツド及び
突起の形状に対して確かめられうる事項である。

溶接制御子はスタツドの端部が加工片に到達す
る直前又は直後に溶接電流が中断するように設計
されうる。好適な実施例においては、溶接電流
は、スタツドが加工片に到達したのちも僅かな時
間間隔だけ維持される。これは、ホツトプランジ
として知られる操作である。

スタツドの突起が基部材に接触した瞬間と溶接
電流が中断する瞬間との間の溶接時間は、突起の
長さ及び横断面積並びに電流の設定条件に依存す
る。例えば、長さが1/8インチで断面積が1/16イ
ンチ平方の突起では、溶接サイクル時間は0.2〜
0.3秒である。長さが3/4インチで断面積が1/16イ
ンチ平方の突起の場合は、溶接サイクル時間は約
0.6〜0.9秒である。比較をすると、従来のコンデ
ンサ放電溶接の溶接サイクル時間は0.002〜0.004
秒であり、従来のアークスタツド溶接の場合は
0.100秒又はそれ以上である。

好適な実施例において、加工片へは正極の接地
接続をするのが好ましい。このような情況の下で
は上述のように、基部材とスタツドとの溶接連結
では、基部材の材料の溶接材料の大部分とスタ洞
ドから形成される少量の溶接材料とが寄与するこ
とが判明した。

本発明に係る両頭溶接スタツド、その溶接方法
の好適な実施例についての前述の説明から、既述
したスタツド、及び方法はスタツド端部溶接技術
により２つ以上の溶接端部を有するスタツドの同
時溶接を行なうための有効で信頼性ある方法を提
供することが判ろう。上述の特定な実施例及び引
用した数値は単に説明のために示したものであつ
て、本発明の要旨を限定するものではない。本発
明の範囲は以下の請求範囲に示すとおりである。