JP2006181621A - スポット抵抗溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スポット抵抗溶接においてスパッタの発生を抑え、品質の安定した溶接部位を得ることができるスポット抵抗溶接の通電制御方法の提供
【解決手段】 このスポット抵抗溶接の通電制御方法は、抵抗溶接の通電時間内に、溶接する鋼板に対してナゲットを成長させる程度の高い電流値を維持する時間帯３１ａ〜３１ｄと、スパッタを発生させずに鋼板を軟化させる程度の低い電流値を維持する時間帯３２ａ〜３２ｃを交互に繰り返すように、電極に通電することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はスポット抵抗溶接装置に関するものである。

スポット抵抗溶接は、電流を流した際に、重ね合わせた鋼板の接触箇所にナゲットと呼ばれる両鋼板の溶融した部分を形成し、このナゲットによって両鋼板を点状に溶接するものである。鋼板のスポット抵抗溶接には、ダイレクトスポット溶接、シリーズスポット溶接、インダイレクトスポット溶接が知られている。

ダイレクトスッポット溶接は、図１に示すように、重ね合わされた鋼板１、２を直接、上下の電極３、４で挟みながら加圧して、板厚方向に電流を流し、鋼板１、２の抵抗発熱を利用して点状の溶接部５を形成するものである。電極３、４は、それぞれ加圧制御装置６、７、電流制御装置８を備えており、それぞれ加圧力と通電される電流値などが制御されるようになっている。

また、シリーズスポット溶接は、図２に示すように、重ね合わされた鋼板１、２のうち、片側の鋼板１側の離れた位置に一対の電極３、４を押し当て、電流を流して点状の溶接部６，７を形成するものである。このシリーズスポット溶接は、多数の電極にて多点を同時に溶接することができ、溶接の高速化を図り得るため、現在、自動車のボデーの溶接等に用いられるようになっている。また、シリーズスポット溶接では、図３に示すように、一方の電極１１のみ通電し、他方の電極１２を給電端子（アース電極）として電流を通電した電極１１側のみを溶接するようにしてもよい。

また、インダイレクトスポット溶接は、図４又は図５に示すように、一方の電極１３を鋼板１、２を重ね合わせた重合部１４に押し当て、前記重合部１４から離れた位置で他方の電極１５を給電端子として他方の鋼板に取り付けて、重合部に点状の溶接部を形成するものである。斯かるインダイレクトスポット溶接は、例えば、図６に示すように、複雑な形状のワークに対して一対の電極では加圧角度を溶接部に直交させることが難しいような場合に、シリーズスポット溶接と同等の溶接を行なうことができる。このため、実用的には、例えば、自動車のドアアウターパネルとドアインナーパネルとをヘミング結合してなるパネル部品のヘミング結合部の溶接などに用いられている。

これらのスポット抵抗溶接における一般的な通電パターンは、例えば、通電初期に徐々に電流値を上げていき、その後、一定時間、一定の電流値を所定時間維持する電流値制御を行なうものが知られている。また、比較的低めの電流値で一定時間維持し、その後に一定時間比較的高めの電流値で一定時間維持するもの、比較的高めの電流値で一定時間維持し、その後に比較的低めの電流値で一定時間維持する電流値制御を行なうものが知られている。

また、特開平１１−３３３５６９号公報には、通電初期に大きな電流を流してナゲットを形成してから、定常電流を流すことが記載されている。
特開平１１−３３３５６９号公報

溶接部の溶接強度は引張せん断強度で評価され、引張せん断試験をしたときに、溶接部位が剥がれずに、母材が破断する場合を母材破断という。これに対し、引張せん断試験をしたときに溶接部位が外れる場合を界面破断という。溶接部位が母材破断すると、溶接部位の引張せん断強度が母材よりも強くなっていることを意味し、界面破断は溶接部位の強度が母材よりも劣ることを意味する。車の衝突性能を向上させるためには、溶接部位が母材破断する程度の強度を備えていることが求められている。

溶接部位は、溶接時にスパッタが発生すると、スパッタの発生箇所を基点として、接合部に亀裂が進展し易くなり、溶接部位は母材破断せず、界面破断する頻度が高くなる。

特に、７８０ＭＰａ級以上の超ハイテン材をスポット抵抗溶接する場合、超ハイテン材は母材強度が高いため、溶接部位に母材破断を起こさせるための条件が厳しくなり、母材破断を起こさせるために必要なナゲット径も大きなものになる。また、鋼板を重ね合わせた場合には鋼板に微少な隙間ができる。軟鋼板であれば、電極を押し当てた際の加圧力で隙間を無くし、鋼板間に十分な接触面積を確保することができる。しかし、超ハイテン材では母材表面が硬いために、鋼板間に隙間が残り、スポット溶接の通電初期に母材と電極との接触面積が小さくなり易い。また、超ハイテン材では母材間に塵が挟まった場合にも同様に母材間に隙間が生じ、接触面積が小さくなり易い。このように超ハイテン材では、鋼板間の接触面積が小さくなり、電流密度が高くなり易くスパッタが発生し易い。このため超ハイテン材は、スポット抵抗溶接する際に、スパッタを発生させずに、所要のナゲット径を安定した品質を得るのが難しい。

また、スパッタの発生は、外板にスパッタが付着し、塗装品質が悪化したり、ナゲット径のばらつきが大きくなったりするため、品質管理を困難にする弊害があり、また外板に付着したスパッタやバリを除去するのに、工数が増えたり、粉塵が発生したりするなど、製造作業上の弊害も多い。

本発明に係るスポット抵抗溶接の通電制御方法は、抵抗溶接の通電時間内に、溶接する鋼板に対してナゲットを成長させる程度の高い電流値を維持する時間帯と、スパッタを発生させずに鋼板を軟化させる程度の低い電流値を維持する時間帯を交互に繰り返すように電極に通電することを特徴としている。

このスポット抵抗溶接の通電制御方法によれば、抵抗溶接の通電時間内に、溶接する鋼板に対してナゲットを成長させる程度の高い電流値を維持する時間帯の間に、スパッタを発生させずに鋼板を軟化させる程度の低い電流値を挟んでいるので、徐々に接触面積を広くしながら、段階的にナゲットを成長させることができる。これにより、ナゲットが急成長するのを抑え、スパッタが発生するのを抑えることができるので、７８０ＭＰａ級以上の超ハイテン材をスポット抵抗溶接する場合においても、溶接部位の品質を確保し、効率良くスポット抵抗溶接を行うことができるようになる。

以下、本発明の一実施形態に係るスポット抵抗溶接の通電制御方法を図面に基づいて説明する。

このスポット抵抗溶接の通電制御方法は、図７に示すように、抵抗溶接の通電時間内に、高い電流値を維持する時間帯３１ａ〜３１ｄと、低い電流値を維持する時間帯３２ａ〜３２ｃを交互に繰り返す通電パターン３０により、電極に通電するものである。斯かる通電パターンの制御は、例えば、溶接機に備えてある電流制御装置で行なうとよい。

高い電流値を維持する時間帯３１ａ〜３１ｄは、主に、溶接する鋼板に対してナゲットを成長させることを目的としている。すなわち、この時間帯３１ａ〜３１ｄでは、溶接する鋼板の内部に形成されたナゲットを成長させる程度に発熱を生じさせるような電流値で通電を行なう。ただし、このような電流値をあまり長く維持しつづけると、ナゲットが急成長し、スパッタが発生する可能性がある。このため、このスポット抵抗溶接の通電制御方法は、溶接する鋼板に対してナゲットを成長させるような高い電流値を維持しつづけることなく、スパッタが発生するよりも前に電流値を低くしている。

低い電流値を維持する時間帯３２ａ〜３２ｃでは、主に、スパッタが発生する危険性を緩和するとともに、鋼板の表面を軟化させて押し当てた電極を鋼板になじませることを目的としている。この時間帯３２ａ〜３２ｃでは、スパッタを発生させず、鋼板表面を軟化させる程度の発熱を生じさせる電流値で通電を行なっており、鋼板内部に形成されるナゲットの急成長が抑制されるため、スパッタの発生が抑えられる。また、この間、鋼板が軟化されるので、電極に付与される加圧力により、電極が鋼板になじんでいき、徐々に鋼板と電極の接触面積が増える。これにより、低い電流値を維持する時間帯３２ａ〜３２ｃでは、スパッタが発生する危険性が緩和される。

この時間帯３２ａ〜３２ｃでは、スパッタが発生する状況が緩和されればよいので、スパッタが発生する状況が緩和されれば、効率良くナゲットを形成するため、再びナゲットを成長させる程度に電流値を高くするとよい。

このように、スポット抵抗溶接の通電制御方法によれば、高い電流値を維持し続けることなく、高い電流値を維持する時間帯３１ａ〜３１ｄの間に、低い電流値を維持する時間帯３２ａ〜３２ｃを挟んでいるので、ナゲットが急成長してスパッタが発生することはない。また、低い電流値を維持する時間帯３２ａ〜３２ｃに、鋼板と電極との接触面積が広くなり、ナゲットが形成されている鋼板内部において、スパッタが発生する状況が緩和されるので、再び電流値を高くしてもすぐにスパッタが発生しない。

また、低い電流値を維持する時間帯３２ａ〜３２ｃで鋼板と電極の接触面積が大きくなっているので、その後、再びナゲットを成長させる程度に電流値を高くする場合、電流値を低くする前よりも電流値を高くしてもスパッタは発生しない。このため、図７に示す通電パターンでは、高い電流値を維持する時間帯３１ａ〜３１ｄにおいて、高い電流値を維持する時間帯３１ａ〜３１ｄと低い電流値を維持する時間帯３２ａ〜３２ｃを交互に繰り返すにつれて、高い電流値を維持する時間帯３１ａ〜３１ｄは、各時間帯３１〜３１毎に維持する電流値を徐々に高くしている。なお、徐々に鋼板と電極との接触面積が大きくなり、スパッタが発生する電流値の条件が高くなるので、低い電流値を維持する時間帯３２ａ〜３２ｃも、各時間帯３２ａ〜３２ｃ毎に維持する電流値を徐々に高くしている。

なお、通電パターン３０の各時間帯において、スパッタを発生させない程度に電流値を高くすればするほど、鋼板に投入される電気エネルギが高くなるので、効率よくナゲットを形成することができ、溶接に必要な時間を短縮することができる。

以上のように、このスポット抵抗溶接の通電制御方法によれば、スパッタの発生を抑制して、効率良くナゲットを形成できるので、安定して品質のよいスポット抵抗溶接を行なうことができ、製品の品質管理が容易になる。また、外板にスパッタが付着することや粉塵の発生が抑制されるので、作業性や作業環境の向上を図ることができる。

以下、このスポット抵抗溶接の通電制御方法を用いた通電パターンの一実施例を説明する。

なお、この実施例では、図１に示すダイレクトスポット溶接により、ＳＰＣ７８０、厚さ１．２ｍｍの鋼板を２枚重ねた重合部の溶接を行なった。また、この実施例では、電極３、４にＲ１５の曲面形状を備えた電極を用いており、電極に３４０Ｋｇｆの加圧力を与えて溶接を行なった。また、電流制御装置には、単相交流式の電流制御装置を用いて電流の制御を行なった。

この実施例で用いた通電パターンは、図８に示すように、通電時間の初期の０〜１cycleは徐々に電流値を上げ、１〜３cycleを６．５ｋＡとし、３〜５cycleを６．３ｋＡとし、５〜７cycleを７．６ｋＡとし、７〜９cycleを７．３ｋＡとし、９〜１１cycleを８．０ｋＡとし、１１〜１３cycleを７．８ｋＡとし、１３〜１５cycleを８．６ｋＡとする通電パターンにより行なった。なお、この実施形態では、周波数６０Hzの交流でスポット溶接を行なっており、cycleは通電時間を設定する単位であり、１cycleは１/６０secである。

この実施例では、１〜３cycle、５〜７cycle、９〜１１cycle、１３〜１５cycleの時間帯が、溶接する鋼板に対してナゲットを成長させる程度の高い電流値に維持した時間帯３１ａ〜３１ｄであり、３〜５cycle、７〜９cycle、１１〜１３cycleの時間帯が。スパッタを発生させずに鋼板を軟化させる程度の低い電流値に維持した時間帯３２ａ〜３２ｃである。

また、この実施例では、高い電流値に維持する１〜３cycle、５〜７cycle、９〜１１cycle、１３〜１５cycleの時間帯３１ａ〜３１ｄは、間に低い電流値に維持する時間帯３２ａ〜３２ｃを挟むことにより、スパッタが発生する状況が緩和されるので、各時間帯毎に維持する電流値を徐々に高くしている。これにより、鋼板に適切に電気エネルギを投入することができ、効率良くナゲットを成長させることができる。

この通電パターンにより、斯かる鋼板の溶接において、スパッタの発生を抑制し、母材破断が生じる５．８ｍｍ以上のナゲット径を安定して形成することができ、また通電時間も開始から１５cycleであり、効率良く溶接を行なうことができる。

以上、本発明に係るスポット抵抗溶接の通電制御方法を、超ハイテン材の溶接に適用した実施例を説明したが、本発明に係るスポット抵抗溶接の通電制御方法は、上記の実施例に限定されるものではない。

例えば、本発明に係るスポット抵抗溶接の通電制御方法は、超ハイテン材の溶接に適したものであるが、溶接する鋼板は、超ハイテン材に限らず、軟鋼板など、種々の金属板の溶接に用いることができる。また、鋼板を２枚重ねた重合部位の溶接を例示したが、これに限らず、スパッタの発生を抑制し、適切にナゲットを形成することができるので、鋼板を３枚以上重ねた重合部位の溶接にも適用することができる。また、ダイレクトスポット抵抗溶接に適用した実施例を例示したが、ダイレクトスポット抵抗溶接に限定されず、シリーズスポット抵抗溶接、インダイレクトスポット抵抗溶接など、種々のスポット抵抗溶接に適用することができる。

また、上記の実施例で例示した通電パターンでは、高い電流値を維持する時間帯を４回設け、低い電流値を維持する時間帯を３回設けているが、高い電流値を維持する時間帯と低い電流値を維持する時間帯を繰り返す回数は上記の実施例に限定されるものではない。高い電流値を維持する時間帯と、低い電流値を維持する時間帯をそれぞれ２回づつ以上繰り返すように通電パターンを設定するとよい。

また、通電パターンは、溶接する鋼板の材質や、板厚、重ねる鋼板の枚数、用いるスポット抵抗溶接の工法、使用する電極など、溶接条件の違いにより、各時間帯の電流値及び各時間帯の通電時間などは適宜適切に変更するとよい。

また、通電初期は、鋼板間に微少な隙間があったり、鋼板間に塵が挟まっていたりして鋼板間の接触面積が小さい場合があるので、例えば、図９に示すように、本発明に係る通電パターンの前に、通電時間の初期に電流値を低く維持する時間帯３３を設けてもよい。この時間帯３３は、スパッタを発生させず、鋼板を軟化させる程度の発熱を鋼板に生じさせる程度の電流値及び通電時間を設定する。これにより、鋼板間に生じる微少な隙間を埋め、後半間の接触面積を十分に大きくすることができるので、スパッタの発生をより確実に抑えることができる。

ダイレクトスポット抵抗溶接の溶接工法を示す図。 シリーズスポット抵抗溶接の溶接工法を示す図。 シリーズスポット抵抗溶接の溶接工法を示す図。 インダイレクトスポット抵抗溶接の溶接工法を示す図。 インダイレクトスポット抵抗溶接の溶接工法を示す図。 インダイレクトスポット抵抗溶接の溶接工法を示す図。 本発明の一実施形態に係るスポット抵抗溶接の通電制御方法の通電パターンを示す図。 本発明に係るスポット抵抗溶接の通電制御方法の通電パターンの具体例を示す図。 本発明の他の実施形態に係るスポット抵抗溶接の通電制御方法の通電パターンを示す図。

符号の説明

３０ 通電パターン
３１ａ〜３１ｄ 高い電流値を維持する時間帯
３２ａ〜３２ｃ 低い電流値を維持する時間帯

Claims (2)

1. 抵抗溶接の通電時間内に、溶接する鋼板に対してナゲットを成長させる程度の高い電流値を維持する時間帯と、スパッタを発生させずに鋼板を軟化させる程度の低い電流値を維持する時間帯を交互に繰り返すように、電極に通電することを特徴とするスポット抵抗溶接の通電制御方法。
2. 前記高い電流値を維持する時間帯では、高い電流値を維持する時間帯と低い電流値を維持する時間帯を交互に繰り返すにつれて、各時間帯毎に維持する電流値を徐々に高くすることを特徴とする請求項１に記載のスポット抵抗溶接の通電制御方法。