JP4657391B2 - スタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタッド溶接の引き上げ期間中の入熱を積算して押し込みを開始する制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スタッド溶接において、スタッドを被溶接材から引き上げ、次にスタッドを被溶接材に所定の押し込み量だけ押し込んで溶接して、その溶接の品質を確保するためには、予め定めた必要入熱（以下、所要の入熱という）Ｑｒを得ることが重要である。もし、入熱等の溶接条件が適正でなく、所要の入熱Ｑｒを得ることができない場合、例えば、溶接電流値が適正値よりも低い場合、引き上げ距離が短い場合又は溶接姿勢が不良の場合は、引き上げ期間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。
この短絡が発生すると、適正なア−ク電圧値Ｖａ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量だけ押し込むことができなくなり溶接不良となる。
【０００４】
そこで、所要の入熱Ｑｒが得られて溶接の品質が確保されたかどうかを判定するために、近年においては、次の方法が提案されている。
［従来技術１］
特開昭６１−２４２７６６の技術は、電磁オシログラフを使用して溶接電流及び溶接電圧、特に溶接終了時の押込み中の短絡電流を測定記録して、品質判定を行っている。
［従来技術２］
特開平１−１５４８７７の技術は、スタッドの移動量とガンコイルの電圧及び溶接電流の各波形とを検出して、押込み開始点、ガンコイルの電圧の出力停止点及び溶接電流短絡時のサージ電流のピーク点の３点の内のいずれか２つの時間的位置関係から溶接結果の合否を判定してきた。
【０００６】
［従来技術３］
特公平３−７２３８８の技術は、スタッドの移動量（押込量）を検出して、スタッド押し込み工程での移動量を標準値と比較することによって品質判定を行っている。
［従来技術４］
特開平７−１４４２７５の技術は、アーク電圧とスタッドの移動状態とを検出しモニタリングして押込み開始前０.３秒以内のアーク電圧を測定し、短絡が生じて溶接電圧が低下したとき、融合不良欠陥を判定している。
【０００８】
［従来技術５］
特許出願公表昭５８−５００２７９の技術は、マイクロプロセッサを使用し溶接電流を制御して、溶接電流平均値、溶接電圧平均値、溶接電流通電時間の各々を計算し、これら３つの値を乗算して入熱量を計算し、溶接電流平均値、溶接電圧平均値、溶接電流通電時間、入熱量の記憶及び表示をしている。
また、主アーク期間Ｔａの終わりで、溶接電流の設定値と実際値を比較して設定値に満たない場合は、主アーク期間Ｔａを延長して所要の入熱Ｑｒを確保するように制御している。
【００１０】
［従来技術６］
特開昭６２−２９６９６６の技術は、補助ア−ク（以下、補助アークという）期間Ｔｐのア−ク電圧値Ｖａを検出して予め設定した基準電圧と比較し、検出電圧が高い場合（例えば、被溶接材の表面がグリス等で汚染されている場合）には、通電する溶接電流値又は溶接電圧値又は両者を増加させて被溶接材の表面の汚染物質を焼くために必要なエネルギー量を供給している。
また、被溶接材の表面の汚染物質を焼くために必要なエネルギー量は溶接毎に異なるが、この従来技術６においては、被溶接材の表面の汚染物質を焼くために必要なエネルギー量が増加しても、主アーク期間Ｔａに供給される入熱は、予め設定された所要の入熱Ｑｒよりも減少することがない。
【００３０】
［図１の説明］
図１は、上記の従来技術にしたがって、溶接電圧、溶接電流及び主アーク電流期間を監視するために出願人が作成した従来方法を実施するスタッド溶接装置のブロック図である。
同図は、三相電源３０を入力としてサイリスタ等で構成される略定電流特性の溶接電源装置１と、溶接ガン２と、溶接電源装置１の出力端子の「−」端子と溶接ガン２との間に接続された２次ケーブル１７と、スタッドを溶接する鉄骨構造物等の被溶接材１４と、溶接電源装置１の出力端子の「＋」端子と被溶接材１４とを接続する接続線４２、４３等で形成されるスタッド溶接装置のブロック図である。
【００３２】
同図において、溶接電源装置１の出力端子に接続された溶接電圧検出回路ＶＣによって検出された出力端子電圧Ｖｄをフィルタ回路３６によって平均値化し、増幅回路３７によって増幅して表示回路１２によって表示する。
基準溶接電圧設定回路３９は、適正な溶接電圧が得られたときの適正溶接電圧平均値Ｖｅを設定する。
上記の増幅回路３７の出力信号と適正溶接電圧平均値Ｖｅとを比較器４０によって比較して、その差の絶対値が適正溶接電圧範囲許容値△Ｖｅから外れる場合は、警報器４１を作動させて警報を発する。
【００３４】
さらに、溶接電源装置１において、２次ケーブル１７を通ってスタッド１８に出力される出力電流Ｉｏを溶接電流検出回路ＩＣが検出して溶接電流検出信号Ｉｃを出力する。この溶接電流検出信号Ｉｃをフィルタ回路４４によって平均値化し、増幅回路４５によって増幅して表示回路１２によって表示する。
上記の溶接電源装置１において、引き上げ期間中の所要の入熱Ｑｒを監視するために、引き上げ期間中の溶接電源装置の出力端子電圧値Ｖｄと出力電流値Ｉｏと主アーク電流期間Ｔａとを表示回路１２に表示している。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術１乃至従来技術４方法は、スタッドの押し込み時点に注目して品質判定を行っている。これらの方法においては、正常にア−クスタートしても、主アーク期間Ｔａの前半において短絡が発生すると、主アーク期間Ｔａの後半で短絡が発生しなくなった場合、十分な入熱が得られないために溶接不良になるが、上記の方法では、溶接不良を見つけ出すことが困難であった。同様に、ア−クスタートが遅れて主アーク期間Ｔａ中のア−ク発生正味時間が短くなった場合も、十分な入熱が得られないために溶接不良になり、上記の方法では、溶接不良を見つけ出すことが困難であった。
【００４１】
また、前述した従来技術１乃至５においては次の問題点がある。
建設現場において頻繁に行う貫通溶接（鉄骨上に敷設されたデッキプレート上からスタッドを鉄骨等に溶接）する場合、そのデッキプレートと被溶接材（鉄骨等）との隙間（クリアランス）があるために、測定した引き上げ量は、デッキプレート上の位置から引き上げられた位置までの距離になる。この距離は被溶接材（鉄骨等）からの距離よりも、クリアランス及びデッキプレートの厚みだけ長くなる。
【００４２】
上記のクリアランスは、一般的に１〜２mmであるが、それ以上の場合も頻繁に起こりうる。このクリアランスが長い場合、引き上げられたスタッド先端と被溶接材（鉄骨等）の表面との距離は、予め設定された引き上げ量よりも長くなるために、アーク長が長くなってアークが不安定になり、十分な入熱を得ることができない。また、スタッドが被溶接材に接触した時点からの押し込み量は、実際には設定された押し込み量よりも、クリアランス及びデッキプレートの厚みだけ短く。従って、クリアランスが長くなると、押し込み不足になる。
【００４３】
また、従来技術４の方法では、溶接ガン可動部（チャック側）の移動量を検出しているために、例えば、スタッドを溶接ガンに固定させるチャックがゆるんでいると、補助アークを発生させるために、補助ア−ク電流通電と同時に、予め設定された引き上げ位置までスタッドを引き上げるときに、スタッドがすべって設定値だけ引き上げられないために、短絡が発生する。
【００４４】
また、ア−クスタート時に一瞬溶着して、ア−クの発生が遅れた場合、スタッドを引き上げるときに、チャックとスタッドとがすべりを生じる。上記の押し込み移動量を検出する方法では、このようなすべが発生しても、スタッドの位置を正確に検出することができないために、溶接不良が発生していても、溶接不良を見つけ出すことが困難である。
【００４５】
従来技術５の方法では、溶接サイクル終了時点でエネルギー量を算出しているために、終了時点でエネルギー量が過大であることが判明しても、エネルギー量を制御することができない。
【００４６】
従来技術６の方法では、主アーク期間Ｔａの入熱を監視していないために、アークが不安定で主アーク期間中に短絡が発生すると、所要の入熱Ｑｒを得ることができない。特に、貫通溶接等で溶接中に短絡が発生しやすく、入熱不足になる。
【００４８】
従って、前述した従来技術１乃至６の従来技術では、所要の入熱Ｑｒを正確に供給することができない。
【００５１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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に、スタッドを被溶接材に所定の押し込み量だけ押し込んで溶接するスタッド溶接において、溶接開始前に、正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量を予め設定しておき、補助ア−ク電流から主ア−ク電流に切り換えて、主アーク電流・電圧検出開始時点から、予め定めた検出間隔ごとに、各検出間隔の主ア−ク電圧平均値と前記各検出間隔の主アーク電流平均値とを算出し、前記各検出間隔の主ア−ク電圧平均値を積算して主アーク期間積算電圧値を算出し、前記各検出間隔の主アーク電流平均値を積算して主アーク期間積算電流値を算出し、前記主アーク期間積算電流値を主アーク積算値検出期間で除算して溶接電流平均値を算出し、前記主アーク期間積算電圧値が、前記設定した主アーク期間全体の標準入熱量を前記算出した溶接電流平均値で除算した検出期間全体の主アーク電圧標準値の値に達した時点で、押し込み工程を開始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】
第２の発明は、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に、スタッドを被溶接材に所定の押し込み量だけ押し込んで溶接するスタッド溶接において、溶接開始前に、正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量を予め設定しておき、補助ア−ク電流から主ア−ク電流に切り換えて、主アーク電流・電圧検出開始時点から、予め定めた検出間隔ごとに、各検出間隔の主ア−ク電圧平均値と前記各検出間隔の主アーク電流平均値とを算出し、前記各検出間隔の主ア−ク電圧平均値を積算して主アーク期間積算電圧値を算出し、前記主アーク期間積算電圧値を主アーク積算値検出期間で除算して検出期間全体の溶接電圧平均値を算出し、前記各検出間隔の主ア−ク電流平均値を積算して主アーク期間積算電流値を算出し、前記主アーク期間積算電流値を前記主アーク積算値検出期間で除算して検出期間全体の溶接電流平均値を算出し、前記溶接電圧平均値と前記溶接電流平均値と前記主アーク積算値検出期間との積で主アーク期間積算入熱量を算出し、前記主アーク期間積算入熱量が前記標準入熱量に達した時点で押し込み工程を開始す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】
本発明のスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法は、請求項４に記載した検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)から算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法であって、下記の手順のとおりである。
（Ａ）溶接開始前に、図２のように、正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38を、数１乃至数３によって、予め設定しておく。
（Ｂ）補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０において、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
（Ｃ）補助ア−ク期間Ｔｐが経過した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換える。
（Ｄ）図３に示すように、主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)及び検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
（Ｅ）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)と検出期間中の溶接電流平均値Ｉav又は検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)との積の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを積算して主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを算出する。
（Ｆ）この主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、予め設定した主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
【００７１】
【実施例】
スタッド溶接は、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
次に、ろ補助ア−ク期間Ｔｐが経過した時点で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換えて、予め設定した主アーク期間Ｔａの経過後に、アーク発生中のスタッドが被溶接材に押込まれて被溶接材と短絡し、予め設定した短絡期間Ｔｓだけ短絡電流Ｉｓを通電した後に溶接電流をしゃ断して、溶接を終了する。
【００７２】
［図２の説明］
図２（Ａ）は、正常な溶接時の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、正常な溶接時の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図であり、同図（Ｃ）は正常な溶接時のスタッド引き上げ距離を示す図である。
【００７４】
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、起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
【００７６】
この補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０又は後述する主ア−ク電流通電開始時点ｔ２から、後述する図７の溶接電流検出回路ＩＣ及び溶接電圧検出回路ＶＣによって、各時刻ｔの溶接電圧値Ｖ1(t)及び各時刻ｔの溶接電流値Ｉ1(t)を予め設定した検出間隔△ｔで検出して、この検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav（△ｔ）及び主ア−ク電流平均値Ｉav（△ｔ）を算出する。
【００７８】
次に、主ア−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−ク電流Ｉａに切り換える。前述した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２直後の主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８までの主アーク入熱標準値設定期間Ｔ38に、各時刻ｔの溶接電圧値Ｖ1(t)を検出して、短絡が発生しないときの検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav（Δｔ）を算出する。同様に、各時刻ｔの溶接電流値Ｉ1(t)を検出して、短絡が発生しないときの検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt）を算出する。
【００８０】
［数１の説明］
この主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８までの間、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav（Δｔ）及び検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt）を算出し、検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを数１によって算出する。
【数１】
【００８１】
正常な溶接動作が行われた場合の全入熱量はほぼ一定であるために、この正常な溶接動作が行われる場合の全入熱量を溶接スタッドの径及び被溶接材１４の条件及び溶接姿勢（下向き、横向き等）に応じて選定された検出期間全体の標準入熱量Ｑstにする。
【００８２】
［数２の説明］
以下、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８までの正常な溶接時の検出期間全体の標準入熱量Ｑstを算出する式について説明する。
数２の右辺の１番目の式によって、検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８まで積算して検出期間全体の標準入熱量Ｑstを算出する。
【数２】
【００８４】
［数３の説明］
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、上記の主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ01であり、主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８の検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ0nである。したがって、１回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ01から検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ0nまでの検出期間全体の標準入熱量Ｑstを、数２の右辺の２番目の式によって算出してもよい。
【００８６】
また、検出期間全体の標準入熱量Ｑstを上記の数２によって算出する代わりに、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の１回目の検出間隔Δｔから主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８の検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔまでの検出期間全体の標準入熱量Ｑstを、数３によって算出してもよい。
【数３】
【００９０】
［図３の説明］
図３（Ａ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図である。
【００９２】
図１で説明した溶接電源装置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た場合、主アーク電流通電開始時点ｔ２から短絡電流通電終了時点ｔ10までの間、出力電流Ｉｏがほぼ一定に制御された定電流が流れる。
【００９４】
主ア−ク電流通電終了時点即ち短絡電流通電開始時点ｔ９で、押し込み動作を開始して短絡させると、図３（Ａ）に示すように、正常に短絡した瞬間に急峻な電流が流れる。この急峻な電流の増加分は、主アーク電流Ｉａ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、主アーク期間Ｔａの出力電流Ｉｏは、アーク時も瞬時的な短絡時も略一定であるので、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を測定しないで、検出期間中の溶接電圧平均値Ｖavだけを測定してもよい。
【００９５】
次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出期間全体の標準入熱量Ｑstに達した主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎまでの短絡が発生しない積算入熱量Ｑtaを算出する式について説明する。
【００９６】
［数４の説明］
数４の右辺の１番目の式によって、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎまで、検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを積算して、積算入熱量Ｑtaを算出する。
【数４】
【００９８】
上記の主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ01であり、主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎの検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ0nである。したがって、１回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ01から検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ0nまでの積算入熱量Ｑtaを、数４の右辺の２番目の式によって算出してもよい。
【０１００】
［数５の説明］
また、積算入熱量Ｑtaを上記の数４によって算出する代わりに、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の１回目の検出間隔Δｔから主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎの検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔまでの積算入熱量Ｑtaを、数５によって算出してもよい。
【数５】
【０１０１】
［図４の説明］
図４（Ａ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図である。
【０１０２】
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出期間全体の標準入熱量Ｑstに達した主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎまでの短絡が発生しない積算入熱量Ｑtaを算出する式について説明する。
【０１０３】
［数６の説明］
積算入熱量Ｑtaは、検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎまで、数６の右辺の１番目の式によって算出する。
【数６】
【０１０４】
上記の主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ01であり、主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎの検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ0nである。したがって、１回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ01から検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ0nまでの積算入熱量Ｑtaを、数６の右辺の２番目の式によって算出してもよい。
【０１０６】
［数７の説明］
また、積算入熱量Ｑtaを上記の数４によって算出する代わりに、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の１回目の検出間隔Δｔから主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎの検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔまでの積算入熱量Ｑtaを、数７によって算出してもよい。
【数７】
【０１１０】
次に、補助ア−ク期間Ｔｐの補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から補助ア−ク電流値Ｉｐを測定するとともに、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定して補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出する場合について説明する。
【０１１２】
通常のスタッド溶接においては、前述した図２に示した補助ア−ク期間Ｔｐは０.１〜０.２［秒］であり、主アーク期間Ｔａは０.４〜１.５［秒］であり、短絡期間Ｔｓは０.２［秒］位であって、補助ア−ク期間Ｔｐは主アーク期間Ｔａに比べて１／１０程度の通電時間であり、しかも補助ア−ク電流値Ｉｐは主ア−ク電流値Ｉａよりも小であるので、
制御回路を簡単にするために、補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12の算出を省略している。
【０１１４】
しかし、溶接条件によっては、補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を主アーク期間積算入熱量Ｑta3nに対して無視することができなくなりその場合は、補助ア−ク電流平均値Ｉｐと補助ア−ク電圧平均値と補助ア−ク期間Ｔｐとから補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出する。
補助ア−ク期間Ｔｐは前述したとおり、主アーク期間Ｔａに比べて短時間であるので、補助ア−ク電流平均値Ｉｐと補助ア−ク電圧平均値とは、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)及び検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)のように、検出間隔Δｔごとに算出する必要はなく、補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定して、この補助ア−ク電圧平均値Ｖav12と補助ア−ク電流値Ｉｐとから、補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出すればよい。
【０１１６】
補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12は、下記の式に示すとおり、補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定して、この補助ア−ク電圧平均値Ｖav12と補助ア−ク電流値Ｉｐと補助ア−ク検出期間Ｔ12との積から算出する。
補助・主アーク期間積算入熱量Ｑta1nは、下記の式に示すとおり、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)から算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nと補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12との和となる。
Ｑta12＝Ｖav12・Ｉｐ・Ｔ12
Ｑta1n＝Ｑta12＋Ｑta3n
【０１２０】
［図５の説明］
図５は、主アーク期間Ｔａ中に、引き上げ不良、異常アーク現象による片溶け等によって、スタッド１８が、一時的に、溶融プールに短絡した場合の溶接電圧波形及び溶接電流波形を示す図である。
【０１２２】
主アーク期間Ｔａ中に、引き上げ不良、異常アーク現象、例えば磁気吹きによる片溶け等によってスタッド１８が、一時的に、溶融プールに短絡した場合、検出間隔ごとの短絡発生時の入熱量平均値ΔＱasが低くなるために、主アーク期間Ｔａ中に短絡が多く発生して積算入熱量Ｑtaは減少する。
【０１２４】
主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から積算して、検出期間全体の標準入熱量Ｑstが積算入熱量Ｑtaと一致した時点又は越えた直後の時点ｔｎにおける積算入熱量Ｑtaを、数４乃至数７によって算出する。
【０１２６】
主アーク期間Ｔａ中に短絡が発生した場合の出力端子電圧Ｖｄは、検出間隔ごとの短絡発生時の出力端子電圧平均値Ｖas(Δｔ)となるので、検出期間中の溶接電圧平均値Ｖavは減少する。
また、このときの出力電流Ｉｏは、検出間隔ごとの短絡発生時の出力電流平均値Ｉas(Δｔ)となるが、溶接電源装置の出力特性が定電流特性の場合は、検出期間中の溶接電流平均値Ｉavはほとんど変化することがなく、また溶接電源装置の出力特性が垂下特性のような定電流特性でない場合は、検出期間中の溶接電流平均値Ｉavは多少増加する。
【０１３０】
［図６の説明］
図６（Ａ）は、主アーク期間Ｔａ中に微小短絡が発生した場合の出力電流Ｉｏの波形を示す溶接電流波形図であり、同図（Ｂ）は、主アーク期間Ｔａ中に短絡が発生した場合の出力端子電圧Ｖｄの波形を示す図である。
【０１３２】
上記の図６に示すように、前述した実施例では、太径スタッド溶接のように溶接時間が長くなったとき、貫通溶接のとき、横向き溶接のとき等で微小短絡が頻繁に発生しても、積算入熱量Ｑtaはほとんど減少しない。しかし、これらの微少短絡が頻繁に発生すると、溶接部の欠陥になる可能性が大きい。
【０１３４】
この場合は、検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを算出する検出間隔Δｔを、溶接部の欠陥になる可能性のある微小短絡の一回の発生時間よりも小さい数［mSec］程度に定める。
次に、正常な溶接動作が行われた場合の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavの適正値を、溶接スタッドの径及び被溶接材１４の条件及び溶接姿勢（下向き、横向き等）に応じて検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱstとして定める。
この予め設定した検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱstと比較する。
この検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavが検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱstよりも低下した短絡回数Ｎｓを計数して、この短絡回数Ｎｓが上記の予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると溶接不良と判定する。
【０１３６】
上記の判定結果を使用して、数４乃至数１２によって算出する方法の積算入熱量Ｑtaで溶接したスタッド溶接終了時に、微小短絡回数が許容範囲を越えたことを表示したり、さらに入熱を加算したりする。
【０１４０】
［数８乃至数１２の説明］
図４（Ａ）及び（Ｂ）の右端の符号Ｖav及びＩavに示すように、検出期間中の溶接電流平均値Ｉav及び検出期間中の溶接電圧平均値Ｖavを算出し、主アーク入熱標準値設定期間Ｔ38を乗算して積算入熱量Ｑtaを算出してもよい。
【０１４２】
検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を、検出回数１回からｎ回まで積算して、主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを、数８によって算出する。
【数８】
検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を、検出回数１回からｎ回まで積算して、主アーク期間積算電流値Ｉta3nを、数９によって算出する。
【数９】
【０１４４】
数８によって算出した主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを検出回数ｎで除算して、検出期間中の溶接電圧平均値Ｖavを、数１０によて算出する。
【数１０】
数９によって算出した主アーク期間積算電流値Ｉta3nを検出回数ｎで除算して、検出期間中の溶接電流の平均値Ｉavを、数１１によって算出する。
【数１１】
【０１４６】
前述した数１０によって算出した検出期間中の溶接電圧平均値Ｖavと数１１によって算出した検出期間中の溶接電流の平均値Ｉavと主アーク積算値検出期間Ｔ3nとを乗算してから、数１２によって、積算入熱量Ｑtaを算出する。
【数１２】
【０１５０】
［請求項４の実施例の説明］
請求項４の方法は、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)から算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
以下、図２乃至図３を参照して、この方法について説明する。
（Ａ）溶接開始前に、数１乃至数３によって、正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38を予め設定しておく。
【０１５２】
（Ｂ）補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０において、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
（Ｃ）補助ア−ク期間Ｔｐが経過した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換える。
【０１５４】
（Ｄ）図３に示すように、主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
（Ｅ）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)と検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとの積の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを積算して主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを、数４乃至数７のいずれかによって算出する。
【０１５６】
（Ｆ）この主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、予め設定した主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｑta3n＞＝Ｑst38
（Ｇ）なお、検出期間中の溶接電流平均値Ｉavは、請求項１２又は請求項１３又は請求項１４の方法で算出した値である。
【０１６０】
［請求項５の実施例の説明］
請求項５の方法は、主アーク期間積算電圧値Ｖta3nが、主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38から算出した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
以下、図２乃至図３を参照して、この方法について説明する。
（Ａ）乃至（Ｄ）及び（Ｈ）の説明は、請求項４の実施例の説明と同じなので省略する。
【０１６２】
（Ｅ５）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を積算して主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを、数８によって算出する。
（Ｆ５）予め設定した主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38を検出期間中の溶接電流平均値Ｉavで除算した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38を算出する。
Ｖst38＝Ｑst38／Ｉav
【０１６４】
（Ｇ５）この主アーク期間積算電圧値Ｖta3nが、検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｖta3n＞＝Ｖst38
【０１７０】
［請求項６の実施例の説明］
請求項６の方法は、検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3nから算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
以下、図２乃至図３を参照して、この方法について説明する。
（Ａ）乃至（Ｄ）及び（Ｈ）の説明は、請求項４の実施例の説明と同じなので省略する。
【０１７２】
（Ｅ６１）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を積算して主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを、数８によって算出する。
（Ｅ６２）この主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを検出回数ｎで除算して検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3n＝Ｖta3n／ｎを、数１０によって算出する。
【０１７４】
（Ｆ６）検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3nと検出期間中の溶接電流平均値Ｉavと主アーク積算値検出期間Ｔ3nとの積の主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを、数１２よって算出する。
（Ｆ）この主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、予め設定した主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｑta3n＞＝Ｑst38
【０１８０】
［請求項７の実施例の説明］
請求項７の方法は、請求項４の検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)から算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nと補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12との和の補助・主アーク期間積算入熱量Ｑta1nが、補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
以下、図２乃至図３を参照して、この方法について説明する。
（Ａ７）溶接開始前に、正常な溶接時の補助ア−ク期間Ｔｐ及び補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18を予め設定しておく。主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38は、数１乃至数３によって算出する。
【０１８２】
（Ｂ）補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０において、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
（Ｂ７１）補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定する。
（Ｂ７２）この補助ア−ク電圧平均値Ｖav12と補助ア−ク電流値Ｉｐと補助ア−ク検出期間Ｔ12との積の補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出する。
Ｑta12＝Ｖav12・Ｉｐ・Ｔ12
【０１８４】
（Ｃ）補助ア−ク期間Ｔｐが経過した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換える。
（Ｄ）主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
【０１８６】
（Ｅ）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)と検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとの積の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを積算して主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを、数４乃至数７のいずれかによって算出する。
（Ｆ７）補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12と主アーク期間積算入熱量Ｑta3nとの和の補助・主アーク期間積算入熱量Ｑta1nが、予め設定した補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｑta1n＝Ｑta12＋Ｑta3n
Ｑta3n＞＝Ｑst18
（Ｇ）なお、検出期間中の溶接電流平均値Ｉavは、請求項１２又は請求項１３又は請求項１４の方法で算出した値である。
【０１９０】
［請求項８の実施例の説明］
請求項８の方法は、補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18から補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を減算して主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38を算出し、請求項５の主アーク期間積算電圧値Ｖta3nが、この主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38から算出した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
以下、図２乃至図３を参照して、この方法について説明する。
（Ａ７）溶接開始前に、正常な溶接時の補助ア−ク期間Ｔｐ及び補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18を予め設定しておく。主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38は、数１乃至数３によって算出する。
【０１９２】
（Ｂ）補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０において、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
（Ｂ７１）補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定する。
【０１９４】
（Ｂ７２）この補助ア−ク電圧平均値Ｖav12と補助ア−ク電流値Ｉｐと補助ア−ク検出期間Ｔ12との積の補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出する。
Ｑta12＝Ｖav12・Ｉｐ・Ｔ12
（Ｂ８）補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18から補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を減算して主ア−ク期間積算入熱量Ｑta3nを算出しておく。
Ｑta3n＝Ｑst18−Ｑta12
【０１９６】
（Ｃ）補助ア−ク期間Ｔｐが経過した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換える。
（Ｄ）主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
【０１９８】
（Ｅ５）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を積算して主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを、数８によって算出する。
（Ｆ８）主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを検出期間中の溶接電流平均値Ｉavで除算した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38を算出する。
Ｖst38＝Ｑst38／Ｉav
（Ｇ５）主アーク期間積算電圧値Ｖta3nが、検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｖta3n＞＝Ｖst38
【０２００】
［請求項９の実施例の説明］
請求項９の方法は、請求項６の検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3nから算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nと補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12との和の補助・主アーク期間積算入熱量Ｑta1nが、補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
参照して、この方法について説明する。
（Ａ７）溶接開始前に、正常な溶接時の補助ア−ク期間Ｔｐ及び補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18を予め設定しておく。主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38は、数１乃至数３によって算出する。
【０２０２】
（Ｂ）補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０において、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
（Ｂ７１）補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定する。
（Ｂ７２）この補助ア−ク電圧平均値Ｖav12と補助ア−ク電流値Ｉｐと補助ア−ク検出期間Ｔ12との積の補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出する。
Ｑta12＝Ｖav12・Ｉｐ・Ｔ12
【０２０４】
（Ｃ）補助ア−ク期間Ｔｐが経過した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換える。
（Ｄ）主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
【０２０６】
（Ｅ６１）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を積算して主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを、数８によって算出する。
（Ｅ６２）この主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを検出回数ｎで除算して検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3nを、数１０によって算出する。
【０２０８】
（Ｆ６）検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3nと検出期間中の溶接電流平均値Ｉavと主アーク積算値検出期間Ｔ3nとの積の主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを、数１２よって算出する。
（Ｇ６）補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12と主アーク期間積算入熱量Ｑta3nとの和の補助・主アーク期間積算入熱量Ｑta1nが、予め設定した補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｑta1n＞＝Ｑst18
【０２１０】
［請求項１０の実施例の説明］
請求項１０の方法は、請求項４乃至請求項９の方法に加えて、短絡回数Ｎｓが予め設定した回数以上になると溶接不良を表示する方法である。
【０２１２】
請求項１０の方法は、請求項４乃至請求項９の構成要件に加えて、つぎの３つの要件を追加している。
図６に示すように、溶接開始前に、
〓溶接部の欠陥になる可能性のある微小短絡の一回の発生時間よりも短い数［mSec］の検出間隔Δｔ及び
〓検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱst及び
〓正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38を確保する標準入熱許容短絡回数Ｎstを予め設定しておく。
【０２１４】
主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)と検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとの積の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを算出する。
ΔＱav＝Ｖav(Δt)・Ｉav
この検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavが、検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱstよりも低下した短絡回数Ｎｓを計数する。ΔＱav＜ΔＱst
この短絡回数Ｎｓが予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると、溶接不良を表示する。Ｎｓ＞Ｎst
上記の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavは、請求項１２又は請求項１３又は請求項１４の方法で算出した値である。
【０２２０】
［請求項１１の実施例の説明］
請求項１１の方法は、請求項４乃至請求項９の方法に加えて、短絡回数Ｎｓが予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると予め設定した時間だけ主アーク電流Ｉａの通電時間を追加する方法である。
請求項１０の方法が、短絡回数Ｎｓが予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると溶接不良を表示する方法であるのに対して、請求項１１の方法は、短絡回数Ｎｓが予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると予め設定した時間だけ主アーク電流Ｉａの通電時間を追加する方法である。請求項１０の方法その他の構成は、請求項１１の方法と同じなので説明は省略する。
【０２３０】
請求項１２の方法は、請求項４乃至は請求項１１の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとして、定電流出力特性の溶接電源装置に設定した主ア−ク電流設定値を採用している。
【０２３１】
溶接電源装置の出力特性が定電流特性の場合、溶接電源装置に故障が発生しない限り、溶接電源装置に設定した値の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavの電流が流れる。
したがって、請求項１２の方法は、信号検出用のリード線を接続して検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)だけを測定すればよいので、大電流の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを測定する溶接電流検出器が不要である。溶接電源装置に故障が発生したときは、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)に異常が発生するので、この異常を表示させるか又は溶接電源装置の動作を停止させることもできる。
【０２３５】
請求項１３の方法は、請求項４乃至は請求項１１の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとして、主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３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主ア−ク電流測定値を採用している。
【０２３６】
溶接電源装置の出力特性が定電流特性の場合に、出力電流が略一定に維持される。したがって、請求項１３の方法は、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を測定する必要がなく、主アーク安定後に検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを少なくとも１回測定すればよいので、回路が簡単になる。
【０２４０】
請求項１４の方法は、請求項４乃至は請求項１１の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとして、主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに算出した検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を採用している。
【０２４１】
この請求項１４の方法は、溶接電源装置の出力特性が定電流特性でない場合であっても、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)及び検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定して主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを算出することによって、小容量のエンジン発電機等の溶接電源装置に供給する容量が小さい電源装置を用いて、大電流を必要とする太径のスタッドを溶接する場合等で、溶接電源の入力電力の不足によって溶接電源の出力電圧及び出力電流が低下する場合でも、良好な溶接結果を得ることができる。
【０２４５】
請求項１５の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の補助ア−ク電流値Ｉｐとして、定電流出力特性の溶接電源装置に設定した補助ア−ク電流設定値を採用している。
【０２４６】
溶接電源装置の出力特性が定電流特性の場合に、溶接電源装置に故障が発生しない限り、溶接電源装置に設定した値の補助ア−ク電流値Ｉｐが流れる。したがって、請求項１５の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の方法において、請求項１２の方法と同様に、信号検出用のリード線を接続して補助ア−ク電圧平均値Ｖav12だけを測定すればよいので、補助ア−ク電流値Ｉｐを測定する溶接電流検出器が不要である。溶接電源装置に故障が発生したときは、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)に異常が発生するので、この異常を表示させるか又は溶接電源装置の動作を停止させることもできる。
【０２５０】
請求項１６の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の補助ア−ク電流値Ｉｐとして、補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から測定した定電流出力特性の溶接電源装置から出力する補助ア−ク電流測定値を採用している。
【０２５１】
溶接電源装置の出力特性が定電流特性の場合に、出力電流が略一定に維持される。したがって、請求項１６の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の方法の方法において請求項１３の方法と同様に、検出間隔Δｔごとに、補助ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を測定する必要がなく、補助ア−ク安定後に補助ア−ク電流値Ｉｐを少なくとも１回測定すればよいので、回路が簡単になる。
【０２７０】
［図７の説明］
図７は、本発明の方法をディジタル制御で実施するスタッド溶接装置の実施例を示す図である。
【０２７２】
同図のスタッド溶接装置は、溶接電源装置１と溶接ガン２と溶接制御装置３とから形成される。
この溶接電源装置１は、溶接ガン２に補助ア−ク電流Ｉｐと主ア−ク電流Ｉａとから成る溶接電流を出力し、後述する溶接制御装置３から出力されるアナログ信号に応じて、出力電流Ｉｏを制御する電流指令出力回路５と、その電流指令に基づいて溶接電流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出力回路１５と、２次ケーブル１７を通ってスタッド１８に出力される出力電流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、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とから形成される。
【０２７４】
溶接制御装置３は、溶接電流検出信号Ｉｃをディジタル溶接電流検出信号Ｉddに変換して演算処理回路ＣＰＵに出力するＡ／Ｄ変換回路７と、溶接電圧検出信号Ｖｃをディジタル溶接電圧検出信号Ｖddに変換して演算処理回路ＣＰＵに出力するＡ／Ｄ変換回路８と、ディジタル溶接電流検出信号Ｉddとディジタル溶接電圧検出信号Ｖddとを入力して後述するディジタル出力信号を出力する演算処理回路ＣＰＵと、演算処理回路ＣＰＵのディジタル出力信号Ｉodをアナログ出力信号Ｉoaに変換して電流指令出力回路５に出力するＤ／Ａ変換回路６と、検出値、演算値、溶接結果のデータ等を記憶する記憶回路１１と、これらを表示するディジタルパネル等の表示回路１２とからなる。このＤ／Ａ変換回路６、Ａ／Ｄ変換回路７及びＡ／Ｄ変換回路８は演算処理回路ＣＰＵに内蔵してもよい。
【０２８０】
［図８の説明］
図８は、本発明の方法をアナログ制御で実施するスタッド溶接装置の実施例を示す図である。
【０２８２】
また、この図８の実施例では、図７の実施例のようにマイクロコンピュータを用いた複雑な回路を構成しなくても、電流、電圧検出信号を積分器、乗除算器等のアナログ回路で構成した演算回路を用いて平均入熱を算出し表示することもできる。また、標準値（アナログ回路で構成）と比較して許容範囲からはずれた場合に、異常ランプ、ブザー等で警報を発する。
【０２８４】
まず、起動スイッチ起動スイッチ１３を押すと、溶接シ−ケンス制御回路２１に予め設定した補助ア−ク電流が溶接電流出力回路１５から出力し、スタッド１８が引き上げられ、補助ア−クが発生し、溶接シ−ケンス制御回路２１に予め設定されているパイロット時間経過後、主ア−ク電流に移行する。この補助ア−ク電流から溶接電流移行するとき計測時間設定回路２８からリセット信号が出力され、平滑回路２２、平滑回路２３はリセットされるて、新たに溶接電流検出回路ＩＣ、溶接電圧検出回路ＶＣで検出される溶接電流及び溶接電圧の時間積分を開始する。また、このリセット信号は、補助ア−ク電流出力開始と同期させてもよい。
【０２８６】
次に溶接シ−ケンス制御回路２１に予め設定されている溶接時間経過後に、溶接ガン２によりスタッド１８が押し込まれる。この押し込み動作の開始を計測時間設定回路２８が検出して、平滑回路２２、平滑回路２３にホールド信号を出力する。このホールド信号によって、リセット信号から積分されてきた値を、平滑回路２２、平滑回路２３にホールドする。このホールドされた値は、時間積分された値であるので、それぞれを乗算回路２４によって乗算し、除算回路２９を用いて溶接シ−ケンス制御回路２１で予め設定されている溶接時間（アナログ値）で除算することによって、平均入熱量を算出して、表示回路１２に表示する。また、この算出した平均入熱量を標準入熱設定回路２５で予め設定されている平均入熱の標準値と比較回路２６によって比較し、許容範囲を超えた場合は、警報器２７によって警報する。
【１０００】
【発明の効果】
本発明の共通の効果は次のとおりである。
本発明の方法は、積算入熱量Ｑtaと検出期間全体の標準入熱量Ｑstとを検出するごとに比較し、積算入熱量Ｑtaが検出期間全体の標準入熱量Ｑstに達した時点ｔｎで押し込み工程を開始するので、短絡が発生しても、適切な入熱量を確保することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
また、本発明は、良好な溶接品質を得るとともに、各スタッドの溶接ごとに得られたデータは各スタッドの溶接ごとに記憶させておき、このデータを演算処理装置４又は外部記憶装置（例えばメモリカード、フロッピーディスク等）又は直接にパソコン等に出力することによって、パソコン等で各スタッドの溶接作業の溶接品質を容易に確認することができる。また、この各スタッドの溶接ごとに得られたデ−タを集計して統計処理等を行って溶接品質の管理を行うことができる。
【１００４】
請求項４乃至請求項６の方法は、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)又は検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3n又はこの電圧値から算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38又はこの入熱量から算出した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始するので、短絡が発生しても、適切な入熱量を確保することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
【１００７】
請求項７乃至請求項９の方法は、請求項４乃至請求項６のそれぞれの方法の効果に加えて、補助ア−ク期間Ｔｐの補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から補助ア−ク電流値Ｉｐを測定するとともに、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定して補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出するので、入熱の測定精度が向上する。
【１０１０】
請求項１０の方法は、請求項４乃至請求項９のそれぞれの方法の効果に加えて、溶接部の欠陥になる可能性のある微小短絡の一回の発生時間よりも短い数［mSec］の検出間隔Δｔごとに算出した検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavが、検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱstよりも低下する短絡回数Ｎｓを計数して、この短絡回数Ｎｓが予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると、溶接不良を表示する効果を有している。
【１０１１】
請求項１１の方法は、請求項４乃至請求項９のそれぞれの方法の効果に加えて、請求項１０と同様に計数した短絡回数Ｎｓが、予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると、予め設定した時間だけ主アーク電流Ｉａの通電時間を追加することによって、溶接不良を防止する効果を有している。
【１０１２】
請求項１２の方法は、信号検出用のリード線を接続して検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)だけを測定すればよいので、大電流の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを測定する溶接電流検出器が不要である。溶接電源装置に故障が発生したときは、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)に異常が発生するので、この異常を表示させるか又は溶接電源装置の動作を停止させることもできる。
【１０１３】
請求項１３の方法は、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を測定する必要がなく、主アーク安定後に検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを少なくとも１回測定すればよいので、回路が簡単になる。
【１０１４】
請求項１４の方法は、溶接電源装置の出力特性が定電流特性でない場合であっても、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)及び検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定して主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを算出することによって、小容量のエンジン発電機等の溶接電源装置に供給する容量が小さい電源装置を用いて、大電流を必要とする太径のスタッドを溶接する場合等で、溶接電源の入力電力の不足によって溶接電源の出力電圧及び出力電流が低下する場合でも、良好な溶接結果を得ることができる。
【１０１５】
請求項１５の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の方法において、請求項１２の方法と同様に、信号検出用のリード線を接続して補助ア−ク電圧平均値Ｖav12だけを測定すればよいので、補助ア−ク電流値Ｉｐを測定する溶接電流検出器が不要である。溶接電源装置に故障が発生したときは、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)に異常が発生するので、この異常を表示させるか又は溶接電源装置の動作を停止させることもできる。
【１０１６】
請求項１６の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の方法の方法において請求項１３の方法と同様に、検出間隔Δｔごとに、補助ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を測定する必要がなく、補助ア−ク安定後に補助ア−ク電流値Ｉｐを少なくとも１回測定すればよいので、回路が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、溶接電圧、溶接電流及び主アーク電流期間を監視する従来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２】図２（Ａ）は、正常な溶接時の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、正常な溶接時の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図であり、同図（Ｃ）は正常な溶接時のスタッド引き上げ距離を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図である。
【図４】図４（Ａ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図である。
【図５】図５は、主アーク期間Ｔａ中に、引き上げ不良、異常アーク現象による片溶け等によって、スタッド１８が、一時的に、溶融プールに短絡した場合の溶接電圧波形及び溶接電流波形を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、主アーク期間Ｔａ中に微小短絡が発生した場合の出力電流Ｉｏの波形を示す溶接電流波形図であり、同図（Ｂ）は、主アーク期間Ｔａ中に短絡が発生した場合の出力端子電圧Ｖｄの波形を示す図である。
【図７】図７は、本発明の方法をディジタル制御で実施するスタッド溶接装置の実施例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の方法をアナログ制御で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
２…溶接ガン
３…溶接制御装置
４…演算処理回路
５…電流指令出力回路
６…Ｄ／Ａ変換回路
７、８…Ａ／Ｄ変換回路
１１…記憶回路
１２…表示回路
１３…起動スイッチ
１４…被溶接材
１５…溶接電流出力回路
１６…制御ケーブル
１７…２次ケーブル
１８…スタッド
２０…入熱演算回路
２１…溶接シ−ケンス制御回路
２２、２３…平滑回路
２４…乗算回路
２５…標準入熱設定回路
２６…比較回路
２７…警報器
２８…計測時間設定回路
２９…除算回路
３０…三相電源
３６、４４…フィルタ回路
３７、４５…増幅回路
３９…基準溶接電圧設定回路
４０…比較器
４１…警報器
４２、４３…接続線
ＣＰＵ…演算処理回路
Ｉ1(t)…時刻ｔの溶接電流値
Ｉａ…主ア−ク電流／主ア−ク電流値
ＩＣ…溶接電流検出回路
Ｉｃ…溶接電流検出信号
Ｉｏ…出力電流／出力電流値
Ｉｐ…補助ア−ク電流／補助ア−ク電流値
Ｉｓ…短絡電流
Ｉas(Δｔ)…検出間隔ごとの短絡発生時の出力電流平均値
Ｉav…検出期間中の溶接電流平均値
Ｉav(Δｔ)…検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値
Ｉta3n…主アーク期間積算電流値
Ｎｓ…短絡回数
Ｎst…標準入熱許容短絡回数
ｎ …（検出間隔Δｔの）検出回数
Ｑｒ…所要の入熱
Ｑst…検出期間全体の標準入熱量
Ｑta…積算入熱量
Ｑta12…補助ア−ク期間積算入熱量
Ｑst18…（予め設定した）補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量
Ｑst38…（予め設定した）主アーク期間全体の標準入熱量
Ｑta1n…補助・主アーク期間積算入熱量
Ｑta3n…主アーク期間積算入熱量
ΔＱas…検出間隔ごとの短絡発生時の入熱量平均値
ΔＱav…検出間隔ごとの入熱量平均値
ΔＱst…検出間隔ごとの入熱量標準値
Ｔ12…補助ア−ク検出期間
Ｔ38…主アーク入熱標準値設定期間
Ｔ3n…主アーク積算値検出期間
ｔ０…補助ア−ク電流通電開始時点
ｔ１…補助ア−ク電流・電圧検出開始時点
ｔ２…主ア−ク電流通電開始時点
ｔ３…主ア−ク電流・電圧検出開始時点
ｔ８…主ア−ク電流・電圧検出終了時点
ｔ９…主ア−ク電流通電終了時点／短絡電流通電開始時点
ｔ10…出力電流通電終了時点／短絡電流通電終了時点
ｔ01乃至ｔ0n…各検出間隔Δｔの検出開始時点
Ｔａ…主アーク期間
Ｔｐ…補助ア−ク期間
Ｔｓ…短絡期間
ｔｎ…積算入熱量Ｑtaが予め設定した検出期間全体の標準入熱量Ｑstに達した時点
又は主アーク期間積算電圧値Ｖta3nが予め設定した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点
Δｔ…検出間隔
Δｔ＝１乃至Δｔ＝ｎ…１回目乃至Ｎ回目の検出
Δｔ・ｎ…主アーク検出期間
Ｖ1(t)…時刻ｔの溶接電圧値
Ｖav…検出期間中の溶接電圧平均値
Ｖav12…補助ア−ク電圧平均値
Ｖas(Δｔ)…検出間隔ごとの短絡発生時の出力端子電圧平均値
Ｖav(Δｔ)…検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値
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
Ｖｅ…適正溶接電圧平均値
Ｖst38…検出期間全体の主アーク電圧標準値
Ｖav3n…検出期間全体の主アーク電圧平均値
Ｖta3n…主アーク期間積算電圧値
ΔＶｅ…適正溶接電圧範囲の許容値
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタッド溶接の引き上げ期間中の入熱を積算して押し込みを開始する制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スタッド溶接において、スタッドを被溶接材から引き上げ、次にスタッドを被溶接材に所定の押し込み量だけ押し込んで溶接して、その溶接の品質を確保するためには、予め定めた必要入熱（以下、所要の入熱という）Ｑｒを得ることが重要である。もし、入熱等の溶接条件が適正でなく、所要の入熱Ｑｒを得ることができない場合、例えば、溶接電流値が適正値よりも低い場合、引き上げ距離が短い場合又は溶接姿勢が不良の場合は、引き上げ期間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。
この短絡が発生すると、適正なア−ク電圧値Ｖａ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量だけ押し込むことができなくなり溶接不良となる。
【０００４】
そこで、所要の入熱Ｑｒが得られて溶接の品質が確保されたかどうかを判定するために、近年においては、次の方法が提案されている。
［従来技術１］
特開昭６１−２４２７６６の技術は、電磁オシログラフを使用して溶接電流及び溶接電圧、特に溶接終了時の押込み中の短絡電流を測定記録して、品質判定を行っている。
［従来技術２］
特開平１−１５４８７７の技術は、スタッドの移動量とガンコイルの電圧及び溶接電流の各波形とを検出して、押込み開始点、ガンコイルの電圧の出力停止点及び溶接電流短絡時のサージ電流のピーク点の３点の内のいずれか２つの時間的位置関係から溶接結果の合否を判定してきた。
【０００６】
［従来技術３］
特公平３−７２３８８の技術は、スタッドの移動量（押込量）を検出して、スタッド押し込み工程での移動量を標準値と比較することによって品質判定を行っている。
［従来技術４］
特開平７−１４４２７５の技術は、アーク電圧とスタッドの移動状態とを検出しモニタリングして押込み開始前０.３秒以内のアーク電圧を測定し、短絡が生じて溶接電圧が低下したとき、融合不良欠陥を判定している。
【０００８】
［従来技術５］
特許出願公表昭５８−５００２７９の技術は、マイクロプロセッサを使用し溶接電流を制御して、溶接電流平均値、溶接電圧平均値、溶接電流通電時間の各々を計算し、これら３つの値を乗算して入熱量を計算し、溶接電流平均値、溶接電圧平均値、溶接電流通電時間、入熱量の記憶及び表示をしている。
また、主アーク期間Ｔａの終わりで、溶接電流の設定値と実際値を比較して設定値に満たない場合は、主アーク期間Ｔａを延長して所要の入熱Ｑｒを確保するように制御している。
【００１０】
［従来技術６］
特開昭６２−２９６９６６の技術は、補助ア−ク（以下、補助アークという）期間Ｔｐのア−ク電圧値Ｖａを検出して予め設定した基準電圧と比較し、検出電圧が高い場合（例えば、被溶接材の表面がグリス等で汚染されている場合）には、通電する溶接電流値又は溶接電圧値又は両者を増加させて被溶接材の表面の汚染物質を焼くために必要なエネルギー量を供給している。
また、被溶接材の表面の汚染物質を焼くために必要なエネルギー量は溶接毎に異なるが、この従来技術６においては、被溶接材の表面の汚染物質を焼くために必要なエネルギー量が増加しても、主アーク期間Ｔａに供給される入熱は、予め設定された所要の入熱Ｑｒよりも減少することがない。
【００３０】
［図１の説明］
図１は、上記の従来技術にしたがって、溶接電圧、溶接電流及び主アーク電流期間を監視するために出願人が作成した従来方法を実施するスタッド溶接装置のブロック図である。
同図は、三相電源３０を入力としてサイリスタ等で構成される略定電流特性の溶接電源装置１と、溶接ガン２と、溶接電源装置１の出力端子の「−」端子と溶接ガン２との間に接続された２次ケーブル１７と、スタッドを溶接する鉄骨構造物等の被溶接材１４と、溶接電源装置１の出力端子の「＋」端子と被溶接材１４とを接続する接続線４２、４３等で形成されるスタッド溶接装置のブロック図である。
【００３２】
同図において、溶接電源装置１の出力端子に接続された溶接電圧検出回路ＶＣによって検出された出力端子電圧Ｖｄをフィルタ回路３６によって平均値化し、増幅回路３７によって増幅して表示回路１２によって表示する。
基準溶接電圧設定回路３９は、適正な溶接電圧が得られたときの適正溶接電圧平均値Ｖｅを設定する。
上記の増幅回路３７の出力信号と適正溶接電圧平均値Ｖｅとを比較器４０によって比較して、その差の絶対値が適正溶接電圧範囲許容値△Ｖｅから外れる場合は、警報器４１を作動させて警報を発する。
【００３４】
さらに、溶接電源装置１において、２次ケーブル１７を通ってスタッド１８に出力される出力電流Ｉｏを溶接電流検出回路ＩＣが検出して溶接電流検出信号Ｉｃを出力する。この溶接電流検出信号Ｉｃをフィルタ回路４４によって平均値化し、増幅回路４５によって増幅して表示回路１２によって表示する。
上記の溶接電源装置１において、引き上げ期間中の所要の入熱Ｑｒを監視するために、引き上げ期間中の溶接電源装置の出力端子電圧値Ｖｄと出力電流値Ｉｏと主アーク電流期間Ｔａとを表示回路１２に表示している。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術１乃至従来技術４方法は、スタッドの押し込み時点に注目して品質判定を行っている。これらの方法においては、正常にア−クスタートしても、主アーク期間Ｔａの前半において短絡が発生すると、主アーク期間Ｔａの後半で短絡が発生しなくなった場合、十分な入熱が得られないために溶接不良になるが、上記の方法では、溶接不良を見つけ出すことが困難であった。同様に、ア−クスタートが遅れて主アーク期間Ｔａ中のア−ク発生正味時間が短くなった場合も、十分な入熱が得られないために溶接不良になり、上記の方法では、溶接不良を見つけ出すことが困難であった。
【００４１】
また、前述した従来技術１乃至５においては次の問題点がある。
建設現場において頻繁に行う貫通溶接（鉄骨上に敷設されたデッキプレート上からスタッドを鉄骨等に溶接）する場合、そのデッキプレートと被溶接材（鉄骨等）との隙間（クリアランス）があるために、測定した引き上げ量は、デッキプレート上の位置から引き上げられた位置までの距離になる。この距離は被溶接材（鉄骨等）からの距離よりも、クリアランス及びデッキプレートの厚みだけ長くなる。
【００４２】
上記のクリアランスは、一般的に１〜２mmであるが、それ以上の場合も頻繁に起こりうる。このクリアランスが長い場合、引き上げられたスタッド先端と被溶接材（鉄骨等）の表面との距離は、予め設定された引き上げ量よりも長くなるために、アーク長が長くなってアークが不安定になり、十分な入熱を得ることができない。また、スタッドが被溶接材に接触した時点からの押し込み量は、実際には設定された押し込み量よりも、クリアランス及びデッキプレートの厚みだけ短く。従って、クリアランスが長くなると、押し込み不足になる。
【００４３】
また、従来技術４の方法では、溶接ガン可動部（チャック側）の移動量を検出しているために、例えば、スタッドを溶接ガンに固定させるチャックがゆるんでいると、補助アークを発生させるために、補助ア−ク電流通電と同時に、予め設定された引き上げ位置までスタッドを引き上げるときに、スタッドがすべって設定値だけ引き上げられないために、短絡が発生する。
【００４４】
また、ア−クスタート時に一瞬溶着して、ア−クの発生が遅れた場合、スタッドを引き上げるときに、チャックとスタッドとがすべりを生じる。上記の押し込み移動量を検出する方法では、このようなすべが発生しても、スタッドの位置を正確に検出することができないために、溶接不良が発生していても、溶接不良を見つけ出すことが困難である。
【００４５】
従来技術５の方法では、溶接サイクル終了時点でエネルギー量を算出しているために、終了時点でエネルギー量が過大であることが判明しても、エネルギー量を制御することができない。
【００４６】
従来技術６の方法では、主アーク期間Ｔａの入熱を監視していないために、アークが不安定で主アーク期間中に短絡が発生すると、所要の入熱Ｑｒを得ることができない。特に、貫通溶接等で溶接中に短絡が発生しやすく、入熱不足になる。
【００４８】
従って、前述した従来技術１乃至６の従来技術では、所要の入熱Ｑｒを正確に供給することができない。
【００５１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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に、スタッドを被溶接材に所定の押し込み量だけ押し込んで溶接するスタッド溶接において、溶接開始前に、正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量を予め設定しておき、補助ア−ク電流から主ア−ク電流に切り換えて、主アーク電流・電圧検出開始時点から、予め定めた検出間隔ごとに、各検出間隔の主ア−ク電圧平均値と前記各検出間隔の主アーク電流平均値とを算出し、前記各検出間隔の主ア−ク電圧平均値を積算して主アーク期間積算電圧値を算出し、前記各検出間隔の主アーク電流平均値を積算して主アーク期間積算電流値を算出し、前記主アーク期間積算電流値を主アーク積算値検出期間で除算して溶接電流平均値を算出し、前記主アーク期間積算電圧値が、前記設定した主アーク期間全体の標準入熱量を前記算出した溶接電流平均値で除算した検出期間全体の主アーク電圧標準値の値に達した時点で、押し込み工程を開始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】
第２の発明は、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に、スタッドを被溶接材に所定の押し込み量だけ押し込んで溶接するスタッド溶接において、溶接開始前に、正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量を予め設定しておき、補助ア−ク電流から主ア−ク電流に切り換えて、主アーク電流・電圧検出開始時点から、予め定めた検出間隔ごとに、各検出間隔の主ア−ク電圧平均値と前記各検出間隔の主アーク電流平均値とを算出し、前記各検出間隔の主ア−ク電圧平均値を積算して主アーク期間積算電圧値を算出し、前記主アーク期間積算電圧値を主アーク積算値検出期間で除算して検出期間全体の溶接電圧平均値を算出し、前記各検出間隔の主ア−ク電流平均値を積算して主アーク期間積算電流値を算出し、前記主アーク期間積算電流値を前記主アーク積算値検出期間で除算して検出期間全体の溶接電流平均値を算出し、前記溶接電圧平均値と前記溶接電流平均値と前記主アーク積算値検出期間との積で主アーク期間積算入熱量を算出し、前記主アーク期間積算入熱量が前記標準入熱量に達した時点で押し込み工程を開始す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】
本発明のスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法は、請求項４に記載した検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)から算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法であって、下記の手順のとおりである。
（Ａ）溶接開始前に、図２のように、正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38を、数１乃至数３によって、予め設定しておく。
（Ｂ）補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０において、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
（Ｃ）補助ア−ク期間Ｔｐが経過した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換える。
（Ｄ）図３に示すように、主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)及び検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
（Ｅ）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)と検出期間中の溶接電流平均値Ｉav又は検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)との積の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを積算して主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを算出する。
（Ｆ）この主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、予め設定した主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
【００７１】
【実施例】
スタッド溶接は、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
次に、ろ補助ア−ク期間Ｔｐが経過した時点で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換えて、予め設定した主アーク期間Ｔａの経過後に、アーク発生中のスタッドが被溶接材に押込まれて被溶接材と短絡し、予め設定した短絡期間Ｔｓだけ短絡電流Ｉｓを通電した後に溶接電流をしゃ断して、溶接を終了する。
【００７２】
［図２の説明］
図２（Ａ）は、正常な溶接時の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、正常な溶接時の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図であり、同図（Ｃ）は正常な溶接時のスタッド引き上げ距離を示す図である。
【００７４】
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、起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
【００７６】
この補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０又は後述する主ア−ク電流通電開始時点ｔ２から、後述する図７の溶接電流検出回路ＩＣ及び溶接電圧検出回路ＶＣによって、各時刻ｔの溶接電圧値Ｖ1(t)及び各時刻ｔの溶接電流値Ｉ1(t)を予め設定した検出間隔△ｔで検出して、この検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav（△ｔ）及び主ア−ク電流平均値Ｉav（△ｔ）を算出する。
【００７８】
次に、主ア−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−ク電流Ｉａに切り換える。前述した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２直後の主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８までの主アーク入熱標準値設定期間Ｔ38に、各時刻ｔの溶接電圧値Ｖ1(t)を検出して、短絡が発生しないときの検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav（Δｔ）を算出する。同様に、各時刻ｔの溶接電流値Ｉ1(t)を検出して、短絡が発生しないときの検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt）を算出する。
【００８０】
［数１の説明］
この主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８までの間、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav（Δｔ）及び検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt）を算出し、検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを数１によって算出する。
【数１】
正常な溶接動作が行われた場合の全入熱量はほぼ一定であるために、この正常な溶接動作が行われる場合の全入熱量を溶接スタッドの径及び被溶接材１４の条件及び溶接姿勢（下向き、横向き等）に応じて選定された検出期間全体の標準入熱量Ｑstにする。
【００８２】
［数２の説明］
以下、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８までの正常な溶接時の検出期間全体の標準入熱量Ｑstを算出する式について説明する。
数２の右辺の１番目の式によって、検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８まで積算して検出期間全体の標準入熱量Ｑstを算出する。
【数２】
［数３の説明］
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、上記の主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ01であり、主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８の検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ0nである。したがって、１回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ01から検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ0nまでの検出期間全体の標準入熱量Ｑstを、数２の右辺の２番目の式によって算出してもよい。
【００８６】
また、検出期間全体の標準入熱量Ｑstを上記の数２によって算出する代わりに、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の１回目の検出間隔Δｔから主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔ８の検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔまでの検出期間全体の標準入熱量Ｑstを、数３によって算出してもよい。
【数３】
［図３の説明］
図３（Ａ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図である。
【００９２】
図１で説明した溶接電源装置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た場合、主アーク電流通電開始時点ｔ２から短絡電流通電終了時点ｔ10までの間、出力電流Ｉｏがほぼ一定に制御された定電流が流れる。
【００９４】
主ア−ク電流通電終了時点即ち短絡電流通電開始時点ｔ９で、押し込み動作を開始して短絡させると、図３（Ａ）に示すように、正常に短絡した瞬間に急峻な電流が流れる。この急峻な電流の増加分は、主アーク電流Ｉａ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、主アーク期間Ｔａの出力電流Ｉｏは、アーク時も瞬時的な短絡時も略一定であるので、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を測定しないで、検出期間中の溶接電圧平均値Ｖavだけを測定してもよい。
【００９５】
次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出期間全体の標準入熱量Ｑstに達した主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎまでの短絡が発生しない積算入熱量Ｑtaを算出する式について説明する。
【００９６】
［数４の説明］
数４の右辺の１番目の式によって、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎまで、検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを積算して、積算入熱量Ｑtaを算出する。
【数４】
上記の主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ01であり、主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎの検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ0nである。したがって、１回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ01から検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ0nまでの積算入熱量Ｑtaを、数４の右辺の２番目の式によって算出してもよい。
【０１００】
［数５の説明］
また、積算入熱量Ｑtaを上記の数４によって算出する代わりに、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の１回目の検出間隔Δｔから主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎの検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔまでの積算入熱量Ｑtaを、数５によって算出してもよい。
【数５】
［図４の説明］
図４（Ａ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図である。
【０１０２】
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出期間全体の標準入熱量Ｑstに達した主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎまでの短絡が発生しない積算入熱量Ｑtaを算出する式について説明する。
【０１０３】
［数６の説明］
積算入熱量Ｑtaは、検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎまで、数６の右辺の１番目の式によって算出する。
【数６】
上記の主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ01であり、主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎの検出間隔Δｔの検出開始時点はｔ0nである。したがって、１回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ01から検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔの検出開始時点ｔ0nまでの積算入熱量Ｑtaを、数６の右辺の２番目の式によって算出してもよい。
【０１０６】
［数７の説明］
また、積算入熱量Ｑtaを上記の数４によって算出する代わりに、主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３の１回目の検出間隔Δｔから主ア−ク電流・電圧検出終了時点ｔｎの検出回数ｎ回目の検出間隔Δｔまでの積算入熱量Ｑtaを、数７によって算出してもよい。
【数７】
次に、補助ア−ク期間Ｔｐの補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から補助ア−ク電流値Ｉｐを測定するとともに、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定して補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出する場合について説明する。
【０１１２】
通常のスタッド溶接においては、前述した図２に示した補助ア−ク期間Ｔｐは０.１〜０.２［秒］であり、主アーク期間Ｔａは０.４〜１.５［秒］であり、短絡期間Ｔｓは０.２［秒］位であって、補助ア−ク期間Ｔｐは主アーク期間Ｔａに比べて１／１０程度の通電時間であり、しかも補助ア−ク電流値Ｉｐは主ア−ク電流値Ｉａよりも小であるので、
制御回路を簡単にするために、補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12の算出を省略している。
【０１１４】
しかし、溶接条件によっては、補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を主アーク期間積算入熱量Ｑta3nに対して無視することができなくなりその場合は、補助ア−ク電流平均値Ｉｐと補助ア−ク電圧平均値と補助ア−ク期間Ｔｐとから補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出する。
補助ア−ク期間Ｔｐは前述したとおり、主アーク期間Ｔａに比べて短時間であるので、補助ア−ク電流平均値Ｉｐと補助ア−ク電圧平均値とは、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)及び検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)のように、検出間隔Δｔごとに算出する必要はなく、補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定して、この補助ア−ク電圧平均値Ｖav12と補助ア−ク電流値Ｉｐとから、補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出すればよい。
【０１１６】
補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12は、下記の式に示すとおり、補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定して、この補助ア−ク電圧平均値Ｖav12と補助ア−ク電流値Ｉｐと補助ア−ク検出期間Ｔ12との積から算出する。
補助・主アーク期間積算入熱量Ｑta1nは、下記の式に示すとおり、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)から算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nと補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12との和となる。
Ｑta12＝Ｖav12・Ｉｐ・Ｔ12
Ｑta1n＝Ｑta12＋Ｑta3n
【０１２０】
［図５の説明］
図５は、主アーク期間Ｔａ中に、引き上げ不良、異常アーク現象による片溶け等によって、スタッド１８が、一時的に、溶融プールに短絡した場合の溶接電圧波形及び溶接電流波形を示す図である。
【０１２２】
主アーク期間Ｔａ中に、引き上げ不良、異常アーク現象、例えば磁気吹きによる片溶け等によってスタッド１８が、一時的に、溶融プールに短絡した場合、検出間隔ごとの短絡発生時の入熱量平均値ΔＱasが低くなるために、主アーク期間Ｔａ中に短絡が多く発生して積算入熱量Ｑtaは減少する。
【０１２４】
主ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ３から積算して、検出期間全体の標準入熱量Ｑstが積算入熱量Ｑtaと一致した時点又は越えた直後の時点ｔｎにおける積算入熱量Ｑtaを、数４乃至数７によって算出する。
【０１２６】
主アーク期間Ｔａ中に短絡が発生した場合の出力端子電圧Ｖｄは、検出間隔ごとの短絡発生時の出力端子電圧平均値Ｖas(Δｔ)となるので、検出期間中の溶接電圧平均値Ｖavは減少する。
また、このときの出力電流Ｉｏは、検出間隔ごとの短絡発生時の出力電流平均値Ｉas(Δｔ)となるが、溶接電源装置の出力特性が定電流特性の場合は、検出期間中の溶接電流平均値Ｉavはほとんど変化することがなく、また溶接電源装置の出力特性が垂下特性のような定電流特性でない場合は、検出期間中の溶接電流平均値Ｉavは多少増加する。
【０１３０】
［図６の説明］
図６（Ａ）は、主アーク期間Ｔａ中に微小短絡が発生した場合の出力電流Ｉｏの波形を示す溶接電流波形図であり、同図（Ｂ）は、主アーク期間Ｔａ中に短絡が発生した場合の出力端子電圧Ｖｄの波形を示す図である。
【０１３２】
上記の図６に示すように、前述した実施例では、太径スタッド溶接のように溶接時間が長くなったとき、貫通溶接のとき、横向き溶接のとき等で微小短絡が頻繁に発生しても、積算入熱量Ｑtaはほとんど減少しない。しかし、これらの微少短絡が頻繁に発生すると、溶接部の欠陥になる可能性が大きい。
【０１３４】
この場合は、検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを算出する検出間隔Δｔを、溶接部の欠陥になる可能性のある微小短絡の一回の発生時間よりも小さい数［mSec］程度に定める。
次に、正常な溶接動作が行われた場合の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavの適正値を、溶接スタッドの径及び被溶接材１４の条件及び溶接姿勢（下向き、横向き等）に応じて検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱstとして定める。
この予め設定した検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱstと比較する。
この検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavが検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱstよりも低下した短絡回数Ｎｓを計数して、この短絡回数Ｎｓが上記の予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると溶接不良と判定する。
【０１３６】
上記の判定結果を使用して、数４乃至数１２によって算出する方法の積算入熱量Ｑtaで溶接したスタッド溶接終了時に、微小短絡回数が許容範囲を越えたことを表示したり、さらに入熱を加算したりする。
【０１４０】
［数８乃至数１２の説明］
図４（Ａ）及び（Ｂ）の右端の符号Ｖav及びＩavに示すように、検出期間中の溶接電流平均値Ｉav及び検出期間中の溶接電圧平均値Ｖavを算出し、主アーク入熱標準値設定期間Ｔ38を乗算して積算入熱量Ｑtaを算出してもよい。
【０１４２】
検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を、検出回数１回からｎ回まで積算して、主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを、数８によって算出する。
【数８】
【数９】
数８によって算出した主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを検出回数ｎで除算して、検出期間中の溶接電圧平均値Ｖavを、数１０によて算出する。
【数１０】
【数１１】
前述した数１０によって算出した検出期間中の溶接電圧平均値Ｖavと数１１によって算出した検出期間中の溶接電流の平均値Ｉavと主アーク積算値検出期間Ｔ3nとを乗算してから、数１２によって、積算入熱量Ｑtaを算出する。
【数１２】
［請求項４の実施例の説明］
請求項４の方法は、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)から算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
以下、図２乃至図３を参照して、この方法について説明する。
（Ａ）溶接開始前に、数１乃至数３によって、正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38を予め設定しておく。
【０１５２】
（Ｂ）補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０において、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
（Ｃ）補助ア−ク期間Ｔｐが経過した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換える。
【０１５４】
（Ｄ）図３に示すように、主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
（Ｅ）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)と検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとの積の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを積算して主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを、数４乃至数７のいずれかによって算出する。
【０１５６】
（Ｆ）この主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、予め設定した主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｑta3n＞＝Ｑst38
（Ｇ）なお、検出期間中の溶接電流平均値Ｉavは、請求項１２又は請求項１３又は請求項１４の方法で算出した値である。
【０１６０】
［請求項５の実施例の説明］
請求項５の方法は、主アーク期間積算電圧値Ｖta3nが、主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38から算出した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
以下、図２乃至図３を参照して、この方法について説明する。
（Ａ）乃至（Ｄ）及び（Ｈ）の説明は、請求項４の実施例の説明と同じなので省略する。
【０１６２】
（Ｅ５）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を積算して主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを、数８によって算出する。
（Ｆ５）予め設定した主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38を検出期間中の溶接電流平均値Ｉavで除算した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38を算出する。
Ｖst38＝Ｑst38／Ｉav
【０１６４】
（Ｇ５）この主アーク期間積算電圧値Ｖta3nが、検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｖta3n＞＝Ｖst38
【０１７０】
［請求項６の実施例の説明］
請求項６の方法は、検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3nから算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
以下、図２乃至図３を参照して、この方法について説明する。
（Ａ）乃至（Ｄ）及び（Ｈ）の説明は、請求項４の実施例の説明と同じなので省略する。
【０１７２】
（Ｅ６１）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を積算して主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを、数８によって算出する。
（Ｅ６２）この主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを検出回数ｎで除算して検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3n＝Ｖta3n／ｎを、数１０によって算出する。
【０１７４】
（Ｆ６）検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3nと検出期間中の溶接電流平均値Ｉavと主アーク積算値検出期間Ｔ3nとの積の主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを、数１２よって算出する。
（Ｆ）この主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、予め設定した主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｑta3n＞＝Ｑst38
【０１８０】
［請求項７の実施例の説明］
請求項７の方法は、請求項４の検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)から算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nと補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12との和の補助・主アーク期間積算入熱量Ｑta1nが、補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
以下、図２乃至図３を参照して、この方法について説明する。
（Ａ７）溶接開始前に、正常な溶接時の補助ア−ク期間Ｔｐ及び補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18を予め設定しておく。主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38は、数１乃至数３によって算出する。
【０１８２】
（Ｂ）補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０において、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
（Ｂ７１）補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定する。
（Ｂ７２）この補助ア−ク電圧平均値Ｖav12と補助ア−ク電流値Ｉｐと補助ア−ク検出期間Ｔ12との積の補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出する。
Ｑta12＝Ｖav12・Ｉｐ・Ｔ12
【０１８４】
（Ｃ）補助ア−ク期間Ｔｐが経過した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換える。
（Ｄ）主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
【０１８６】
（Ｅ）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)と検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとの積の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを積算して主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを、数４乃至数７のいずれかによって算出する。
（Ｆ７）補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12と主アーク期間積算入熱量Ｑta3nとの和の補助・主アーク期間積算入熱量Ｑta1nが、予め設定した補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｑta1n＝Ｑta12＋Ｑta3n
Ｑta3n＞＝Ｑst18
（Ｇ）なお、検出期間中の溶接電流平均値Ｉavは、請求項１２又は請求項１３又は請求項１４の方法で算出した値である。
【０１９０】
［請求項８の実施例の説明］
請求項８の方法は、補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18から補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を減算して主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38を算出し、請求項５の主アーク期間積算電圧値Ｖta3nが、この主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38から算出した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
以下、図２乃至図３を参照して、この方法について説明する。
（Ａ７）溶接開始前に、正常な溶接時の補助ア−ク期間Ｔｐ及び補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18を予め設定しておく。主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38は、数１乃至数３によって算出する。
【０１９２】
（Ｂ）補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０において、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
（Ｂ７１）補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定する。
【０１９４】
（Ｂ７２）この補助ア−ク電圧平均値Ｖav12と補助ア−ク電流値Ｉｐと補助ア−ク検出期間Ｔ12との積の補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出する。
Ｑta12＝Ｖav12・Ｉｐ・Ｔ12
（Ｂ８）補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18から補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を減算して主ア−ク期間積算入熱量Ｑta3nを算出しておく。
Ｑta3n＝Ｑst18−Ｑta12
【０１９６】
（Ｃ）補助ア−ク期間Ｔｐが経過した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換える。
（Ｄ）主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
【０１９８】
（Ｅ５）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を積算して主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを、数８によって算出する。
（Ｆ８）主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを検出期間中の溶接電流平均値Ｉavで除算した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38を算出する。
Ｖst38＝Ｑst38／Ｉav
（Ｇ５）主アーク期間積算電圧値Ｖta3nが、検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｖta3n＞＝Ｖst38
【０２００】
［請求項９の実施例の説明］
請求項９の方法は、請求項６の検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3nから算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nと補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12との和の補助・主アーク期間積算入熱量Ｑta1nが、補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する方法である。
参照して、この方法について説明する。
（Ａ７）溶接開始前に、正常な溶接時の補助ア−ク期間Ｔｐ及び補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18を予め設定しておく。主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38は、数１乃至数３によって算出する。
【０２０２】
（Ｂ）補助ア−ク電流通電開始時点ｔ０において、溶接ガン２の起動スイッチ１３を押して補助ア−ク電流Ｉｐの通電を開始するとともに、スタッド１８を被溶接材１４から引き上げて補助ア−クを発生させる。
（Ｂ７１）補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定する。
（Ｂ７２）この補助ア−ク電圧平均値Ｖav12と補助ア−ク電流値Ｉｐと補助ア−ク検出期間Ｔ12との積の補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出する。
Ｑta12＝Ｖav12・Ｉｐ・Ｔ12
【０２０４】
（Ｃ）補助ア−ク期間Ｔｐが経過した主ア−ク電流通電開始時点ｔ２で、補助ア−ク電流Ｉｐから主ア−ク電流Ｉａに切り換える。
（Ｄ）主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
【０２０６】
（Ｅ６１）この検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を積算して主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを、数８によって算出する。
（Ｅ６２）この主アーク期間積算電圧値Ｖta3nを検出回数ｎで除算して検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3nを、数１０によって算出する。
【０２０８】
（Ｆ６）検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3nと検出期間中の溶接電流平均値Ｉavと主アーク積算値検出期間Ｔ3nとの積の主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを、数１２よって算出する。
（Ｇ６）補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12と主アーク期間積算入熱量Ｑta3nとの和の補助・主アーク期間積算入熱量Ｑta1nが、予め設定した補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量Ｑst18に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始する。
Ｑta1n＞＝Ｑst18
【０２１０】
［請求項１０の実施例の説明］
請求項１０の方法は、請求項４乃至請求項９の方法に加えて、短絡回数Ｎｓが予め設定した回数以上になると溶接不良を表示する方法である。
【０２１２】
請求項１０の方法は、請求項４乃至請求項９の構成要件に加えて、つぎの３つの要件を追加している。
図６に示すように、溶接開始前に、
〓溶接部の欠陥になる可能性のある微小短絡の一回の発生時間よりも短い数［mSec］の検出間隔Δｔ及び
〓検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱst及び
〓正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38を確保する標準入熱許容短絡回数Ｎstを予め設定しておく。
【０２１４】
主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定する。
検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)と検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとの積の検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavを算出する。
ΔＱav＝Ｖav(Δt)・Ｉav
この検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavが、検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱstよりも低下した短絡回数Ｎｓを計数する。ΔＱav＜ΔＱst
この短絡回数Ｎｓが予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると、溶接不良を表示する。Ｎｓ＞Ｎst
上記の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavは、請求項１２又は請求項１３又は請求項１４の方法で算出した値である。
【０２２０】
［請求項１１の実施例の説明］
請求項１１の方法は、請求項４乃至請求項９の方法に加えて、短絡回数Ｎｓが予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると予め設定した時間だけ主アーク電流Ｉａの通電時間を追加する方法である。
請求項１０の方法が、短絡回数Ｎｓが予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると溶接不良を表示する方法であるのに対して、請求項１１の方法は、短絡回数Ｎｓが予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると予め設定した時間だけ主アーク電流Ｉａの通電時間を追加する方法である。請求項１０の方法その他の構成は、請求項１１の方法と同じなので説明は省略する。
【０２３０】
請求項１２の方法は、請求項４乃至は請求項１１の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとして、定電流出力特性の溶接電源装置に設定した主ア−ク電流設定値を採用している。
【０２３１】
溶接電源装置の出力特性が定電流特性の場合、溶接電源装置に故障が発生しない限り、溶接電源装置に設定した値の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavの電流が流れる。
したがって、請求項１２の方法は、信号検出用のリード線を接続して検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)だけを測定すればよいので、大電流の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを測定する溶接電流検出器が不要である。溶接電源装置に故障が発生したときは、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)に異常が発生するので、この異常を表示させるか又は溶接電源装置の動作を停止させることもできる。
【０２３５】
請求項１３の方法は、請求項４乃至は請求項１１の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとして、主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３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主ア−ク電流測定値を採用している。
【０２３６】
溶接電源装置の出力特性が定電流特性の場合に、出力電流が略一定に維持される。したがって、請求項１３の方法は、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を測定する必要がなく、主アーク安定後に検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを少なくとも１回測定すればよいので、回路が簡単になる。
【０２４０】
請求項１４の方法は、請求項４乃至は請求項１１の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavとして、主アーク電流・電圧検出開始時点ｔ３から、検出間隔Δｔごとに算出した検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を採用している。
【０２４１】
この請求項１４の方法は、溶接電源装置の出力特性が定電流特性でない場合であっても、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)及び検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定して主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを算出することによって、小容量のエンジン発電機等の溶接電源装置に供給する容量が小さい電源装置を用いて、大電流を必要とする太径のスタッドを溶接する場合等で、溶接電源の入力電力の不足によって溶接電源の出力電圧及び出力電流が低下する場合でも、良好な溶接結果を得ることができる。
【０２４５】
請求項１５の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の補助ア−ク電流値Ｉｐとして、定電流出力特性の溶接電源装置に設定した補助ア−ク電流設定値を採用している。
【０２４６】
溶接電源装置の出力特性が定電流特性の場合に、溶接電源装置に故障が発生しない限り、溶接電源装置に設定した値の補助ア−ク電流値Ｉｐが流れる。したがって、請求項１５の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の方法において、請求項１２の方法と同様に、信号検出用のリード線を接続して補助ア−ク電圧平均値Ｖav12だけを測定すればよいので、補助ア−ク電流値Ｉｐを測定する溶接電流検出器が不要である。溶接電源装置に故障が発生したときは、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)に異常が発生するので、この異常を表示させるか又は溶接電源装置の動作を停止させることもできる。
【０２５０】
請求項１６の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の補助ア−ク電流値Ｉｐとして、補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から測定した定電流出力特性の溶接電源装置から出力する補助ア−ク電流測定値を採用している。
【０２５１】
溶接電源装置の出力特性が定電流特性の場合に、出力電流が略一定に維持される。したがって、請求項１６の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の方法の方法において請求項１３の方法と同様に、検出間隔Δｔごとに、補助ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を測定する必要がなく、補助ア−ク安定後に補助ア−ク電流値Ｉｐを少なくとも１回測定すればよいので、回路が簡単になる。
【０２７０】
［図７の説明］
図７は、本発明の方法をディジタル制御で実施するスタッド溶接装置の実施例を示す図である。
【０２７２】
同図のスタッド溶接装置は、溶接電源装置１と溶接ガン２と溶接制御装置３とから形成される。
この溶接電源装置１は、溶接ガン２に補助ア−ク電流Ｉｐと主ア−ク電流Ｉａとから成る溶接電流を出力し、後述する溶接制御装置３から出力されるアナログ信号に応じて、出力電流Ｉｏを制御する電流指令出力回路５と、その電流指令に基づいて溶接電流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出力回路１５と、２次ケーブル１７を通ってスタッド１８に出力される出力電流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、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とから形成される。
【０２７４】
溶接制御装置３は、溶接電流検出信号Ｉｃをディジタル溶接電流検出信号Ｉddに変換して演算処理回路ＣＰＵに出力するＡ／Ｄ変換回路７と、溶接電圧検出信号Ｖｃをディジタル溶接電圧検出信号Ｖddに変換して演算処理回路ＣＰＵに出力するＡ／Ｄ変換回路８と、ディジタル溶接電流検出信号Ｉddとディジタル溶接電圧検出信号Ｖddとを入力して後述するディジタル出力信号を出力する演算処理回路ＣＰＵと、演算処理回路ＣＰＵのディジタル出力信号Ｉodをアナログ出力信号Ｉoaに変換して電流指令出力回路５に出力するＤ／Ａ変換回路６と、検出値、演算値、溶接結果のデータ等を記憶する記憶回路１１と、これらを表示するディジタルパネル等の表示回路１２とからなる。このＤ／Ａ変換回路６、Ａ／Ｄ変換回路７及びＡ／Ｄ変換回路８は演算処理回路ＣＰＵに内蔵してもよい。
【０２８０】
［図８の説明］
図８は、本発明の方法をアナログ制御で実施するスタッド溶接装置の実施例を示す図である。
【０２８２】
また、この図８の実施例では、図７の実施例のようにマイクロコンピュータを用いた複雑な回路を構成しなくても、電流、電圧検出信号を積分器、乗除算器等のアナログ回路で構成した演算回路を用いて平均入熱を算出し表示することもできる。また、標準値（アナログ回路で構成）と比較して許容範囲からはずれた場合に、異常ランプ、ブザー等で警報を発する。
【０２８４】
まず、起動スイッチ起動スイッチ１３を押すと、溶接シ−ケンス制御回路２１に予め設定した補助ア−ク電流が溶接電流出力回路１５から出力し、スタッド１８が引き上げられ、補助ア−クが発生し、溶接シ−ケンス制御回路２１に予め設定されているパイロット時間経過後、主ア−ク電流に移行する。この補助ア−ク電流から溶接電流移行するとき計測時間設定回路２８からリセット信号が出力され、平滑回路２２、平滑回路２３はリセットされるて、新たに溶接電流検出回路ＩＣ、溶接電圧検出回路ＶＣで検出される溶接電流及び溶接電圧の時間積分を開始する。また、このリセット信号は、補助ア−ク電流出力開始と同期させてもよい。
【０２８６】
次に溶接シ−ケンス制御回路２１に予め設定されている溶接時間経過後に、溶接ガン２によりスタッド１８が押し込まれる。この押し込み動作の開始を計測時間設定回路２８が検出して、平滑回路２２、平滑回路２３にホールド信号を出力する。このホールド信号によって、リセット信号から積分されてきた値を、平滑回路２２、平滑回路２３にホールドする。このホールドされた値は、時間積分された値であるので、それぞれを乗算回路２４によって乗算し、除算回路２９を用いて溶接シ−ケンス制御回路２１で予め設定されている溶接時間（アナログ値）で除算することによって、平均入熱量を算出して、表示回路１２に表示する。また、この算出した平均入熱量を標準入熱設定回路２５で予め設定されている平均入熱の標準値と比較回路２６によって比較し、許容範囲を超えた場合は、警報器２７によって警報する。
【１０００】
【発明の効果】
本発明の共通の効果は次のとおりである。
本発明の方法は、積算入熱量Ｑtaと検出期間全体の標準入熱量Ｑstとを検出するごとに比較し、積算入熱量Ｑtaが検出期間全体の標準入熱量Ｑstに達した時点ｔｎで押し込み工程を開始するので、短絡が発生しても、適切な入熱量を確保することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
また、本発明は、良好な溶接品質を得るとともに、各スタッドの溶接ごとに得られたデータは各スタッドの溶接ごとに記憶させておき、このデータを演算処理装置４又は外部記憶装置（例えばメモリカード、フロッピーディスク等）又は直接にパソコン等に出力することによって、パソコン等で各スタッドの溶接作業の溶接品質を容易に確認することができる。また、この各スタッドの溶接ごとに得られたデ−タを集計して統計処理等を行って溶接品質の管理を行うことができる。
【１００４】
請求項４乃至請求項６の方法は、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)又は検出期間全体の主アーク電圧平均値Ｖav3n又はこの電圧値から算出した主アーク期間積算入熱量Ｑta3nが、主アーク期間全体の標準入熱量Ｑst38又はこの入熱量から算出した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点ｔｎで押し込み工程を開始するので、短絡が発生しても、適切な入熱量を確保することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
【１００７】
請求項７乃至請求項９の方法は、請求項４乃至請求項６のそれぞれの方法の効果に加えて、補助ア−ク期間Ｔｐの補助ア−ク電流・電圧検出開始時点ｔ１から補助ア−ク電流値Ｉｐを測定するとともに、補助ア−ク電圧平均値Ｖav12を測定して補助ア−ク期間積算入熱量Ｑta12を算出するので、入熱の測定精度が向上する。
【１０１０】
請求項１０の方法は、請求項４乃至請求項９のそれぞれの方法の効果に加えて、溶接部の欠陥になる可能性のある微小短絡の一回の発生時間よりも短い数［mSec］の検出間隔Δｔごとに算出した検出間隔ごとの入熱量平均値ΔＱavが、検出間隔ごとの入熱量標準値ΔＱstよりも低下する短絡回数Ｎｓを計数して、この短絡回数Ｎｓが予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると、溶接不良を表示する効果を有している。
【１０１１】
請求項１１の方法は、請求項４乃至請求項９のそれぞれの方法の効果に加えて、請求項１０と同様に計数した短絡回数Ｎｓが、予め設定した標準入熱許容短絡回数Ｎst以上になると、予め設定した時間だけ主アーク電流Ｉａの通電時間を追加することによって、溶接不良を防止する効果を有している。
【１０１２】
請求項１２の方法は、信号検出用のリード線を接続して検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)だけを測定すればよいので、大電流の検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを測定する溶接電流検出器が不要である。溶接電源装置に故障が発生したときは、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)に異常が発生するので、この異常を表示させるか又は溶接電源装置の動作を停止させることもできる。
【１０１３】
請求項１３の方法は、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を測定する必要がなく、主アーク安定後に検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを少なくとも１回測定すればよいので、回路が簡単になる。
【１０１４】
請求項１４の方法は、溶接電源装置の出力特性が定電流特性でない場合であっても、検出間隔Δｔごとに、検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)及び検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)を測定して主アーク期間積算入熱量Ｑta3nを算出することによって、小容量のエンジン発電機等の溶接電源装置に供給する容量が小さい電源装置を用いて、大電流を必要とする太径のスタッドを溶接する場合等で、溶接電源の入力電力の不足によって溶接電源の出力電圧及び出力電流が低下する場合でも、良好な溶接結果を得ることができる。
【１０１５】
請求項１５の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の方法において、請求項１２の方法と同様に、信号検出用のリード線を接続して補助ア−ク電圧平均値Ｖav12だけを測定すればよいので、補助ア−ク電流値Ｉｐを測定する溶接電流検出器が不要である。溶接電源装置に故障が発生したときは、検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δt)に異常が発生するので、この異常を表示させるか又は溶接電源装置の動作を停止させることもできる。
【１０１６】
請求項１６の方法は、請求項７又は請求項８又は請求項９の方法の方法において請求項１３の方法と同様に、検出間隔Δｔごとに、補助ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を測定する必要がなく、補助ア−ク安定後に補助ア−ク電流値Ｉｐを少なくとも１回測定すればよいので、回路が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、溶接電圧、溶接電流及び主アーク電流期間を監視する従来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２】図２（Ａ）は、正常な溶接時の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、正常な溶接時の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図であり、同図（Ｃ）は正常な溶接時のスタッド引き上げ距離を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出期間中の溶接電流平均値Ｉavを算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図である。
【図４】図４（Ａ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力電流Ｉｏから検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値Ｉav(Δt)を算出する説明図であり、同図（Ｂ）は、各溶接中の主アーク期間全体の出力端子電圧Ｖｄから検出間隔Δｔごとに検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値Ｖav(Δｔ)を算出する説明図である。
【図５】図５は、主アーク期間Ｔａ中に、引き上げ不良、異常アーク現象による片溶け等によって、スタッド１８が、一時的に、溶融プールに短絡した場合の溶接電圧波形及び溶接電流波形を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、主アーク期間Ｔａ中に微小短絡が発生した場合の出力電流Ｉｏの波形を示す溶接電流波形図であり、同図（Ｂ）は、主アーク期間Ｔａ中に短絡が発生した場合の出力端子電圧Ｖｄの波形を示す図である。
【図７】図７は、本発明の方法をディジタル制御で実施するスタッド溶接装置の実施例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の方法をアナログ制御で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
２…溶接ガン
３…溶接制御装置
４…演算処理回路
５…電流指令出力回路
６…Ｄ／Ａ変換回路
７、８…Ａ／Ｄ変換回路
１１…記憶回路
１２…表示回路
１３…起動スイッチ
１４…被溶接材
１５…溶接電流出力回路
１６…制御ケーブル
１７…２次ケーブル
１８…スタッド
２０…入熱演算回路
２１…溶接シ−ケンス制御回路
２２、２３…平滑回路
２４…乗算回路
２５…標準入熱設定回路
２６…比較回路
２７…警報器
２８…計測時間設定回路
２９…除算回路
３０…三相電源
３６、４４…フィルタ回路
３７、４５…増幅回路
３９…基準溶接電圧設定回路
４０…比較器
４１…警報器
４２、４３…接続線
ＣＰＵ…演算処理回路
Ｉ1(t)…時刻ｔの溶接電流値
Ｉａ…主ア−ク電流／主ア−ク電流値
ＩＣ…溶接電流検出回路
Ｉｃ…溶接電流検出信号
Ｉｏ…出力電流／出力電流値
Ｉｐ…補助ア−ク電流／補助ア−ク電流値
Ｉｓ…短絡電流
Ｉas(Δｔ)…検出間隔ごとの短絡発生時の出力電流平均値
Ｉav…検出期間中の溶接電流平均値
Ｉav(Δｔ)…検出間隔ごとの主ア−ク電流平均値
Ｉta3n…主アーク期間積算電流値
Ｎｓ…短絡回数
Ｎst…標準入熱許容短絡回数
ｎ …（検出間隔Δｔの）検出回数
Ｑｒ…所要の入熱
Ｑst…検出期間全体の標準入熱量
Ｑta…積算入熱量
Ｑta12…補助ア−ク期間積算入熱量
Ｑst18…（予め設定した）補助・主アーク検出期間全体の標準入熱量
Ｑst38…（予め設定した）主アーク期間全体の標準入熱量
Ｑta1n…補助・主アーク期間積算入熱量
Ｑta3n…主アーク期間積算入熱量
ΔＱas…検出間隔ごとの短絡発生時の入熱量平均値
ΔＱav…検出間隔ごとの入熱量平均値
ΔＱst…検出間隔ごとの入熱量標準値
Ｔ12…補助ア−ク検出期間
Ｔ38…主アーク入熱標準値設定期間
Ｔ3n…主アーク積算値検出期間
ｔ０…補助ア−ク電流通電開始時点
ｔ１…補助ア−ク電流・電圧検出開始時点
ｔ２…主ア−ク電流通電開始時点
ｔ３…主ア−ク電流・電圧検出開始時点
ｔ８…主ア−ク電流・電圧検出終了時点
ｔ９…主ア−ク電流通電終了時点／短絡電流通電開始時点
ｔ10…出力電流通電終了時点／短絡電流通電終了時点
ｔ01乃至ｔ0n…各検出間隔Δｔの検出開始時点
Ｔａ…主アーク期間
Ｔｐ…補助ア−ク期間
Ｔｓ…短絡期間
ｔｎ…積算入熱量Ｑtaが予め設定した検出期間全体の標準入熱量Ｑstに達した時点
又は主アーク期間積算電圧値Ｖta3nが予め設定した検出期間全体の主アーク電圧標準値Ｖst38に達した時点
Δｔ…検出間隔
Δｔ＝１乃至Δｔ＝ｎ…１回目乃至Ｎ回目の検出
Δｔ・ｎ…主アーク検出期間
Ｖ1(t)…時刻ｔの溶接電圧値
Ｖav…検出期間中の溶接電圧平均値
Ｖav12…補助ア−ク電圧平均値
Ｖas(Δｔ)…検出間隔ごとの短絡発生時の出力端子電圧平均値
Ｖav(Δｔ)…検出間隔ごとの主ア−ク電圧平均値
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
Ｖｅ…適正溶接電圧平均値
Ｖst38…検出期間全体の主アーク電圧標準値
Ｖav3n…検出期間全体の主アーク電圧平均値
Ｖta3n…主アーク期間積算電圧値
ΔＶｅ…適正溶接電圧範囲の許容値
Claims (2)
- 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に、スタッドを被溶接材に所定の押し込み量だけ押し込んで溶接するスタッド溶接において、溶接開始前に、正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量を予め設定しておき、補助ア−ク電流から主ア−ク電流に切り換えて、主アーク電流・電圧検出開始時点から、予め定めた検出間隔ごとに、各検出間隔の主ア−ク電圧平均値と前記各検出間隔の主アーク電流平均値とを算出し、前記各検出間隔の主ア−ク電圧平均値を積算して主アーク期間積算電圧値を算出し、前記各検出間隔の主アーク電流平均値を積算して主アーク期間積算電流値を算出し、前記主アーク期間積算電流値を主アーク積算値検出期間で除算して溶接電流平均値を算出し、前記主アーク期間積算電圧値が、前記設定した主アーク期間全体の標準入熱量を前記算出した溶接電流平均値で除算した検出期間全体の主アーク電圧標準値の値に達した時点で、押し込み工程を開始するスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法。
- 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に、スタッドを被溶接材に所定の押し込み量だけ押し込んで溶接するスタッド溶接において、溶接開始前に、正常な溶接時の主アーク期間全体の標準入熱量を予め設定しておき、補助ア−ク電流から主ア−ク電流に切り換えて、主アーク電流・電圧検出開始時点から、予め定めた検出間隔ごとに、各検出間隔の主ア−ク電圧平均値と前記各検出間隔の主アーク電流平均値とを算出し、前記各検出間隔の主ア−ク電圧平均値を積算して主アーク期間積算電圧値を算出し、前記主アーク期間積算電圧値を主アーク積算値検出期間で除算して検出期間全体の溶接電圧平均値を算出し、前記各検出間隔の主ア−ク電流平均値を積算して主アーク期間積算電流値を算出し、前記主アーク期間積算電流値を前記主アーク積算値検出期間で除算して検出期間全体の溶接電流平均値を算出し、前記溶接電圧平均値と前記溶接電流平均値と前記主アーク積算値検出期間との積で主アーク期間積算入熱量を算出し、前記主アーク期間積算入熱量が前記標準入熱量に達した時点で押し込み工程を開始するスタッド溶接の入熱積算押し込み制御方法。
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