説明

メッキ鋼板の抵抗溶接制御方法

【課題】メッキ鋼板の抵抗溶接において、電極磨耗の進行状態に関わらず良好な溶接品質を得ること。
【解決手段】瞬時電力値が電力設定値Prと等しくなるように定電力制御しながら溶接する抵抗溶接制御方法において、上記の電力設定値Prを、予め定めた電力目標パターンに従って溶接経過時間tに伴って変化する値とする。この電力目標パターンは、溶接開始時点で初期値Psとなり、その後は次第に大きくなり第1溶接経過時間T1で第1ピーク値Pp1となり、その後は次第に小さくなり第2溶接経過時間T2で0となり、第3溶接経過時間T3までの冷却期間Tc中は0のままであり、その後は次第に大きくなり溶接終了時点Teで第2ピーク値Pp2となるパターンである。第1ピーク値Pp1によってメッキ層を除去し、冷却期間Tcによって過剰な入熱を抑制して良好な溶接品質を得る。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接中に定電力制御を行うことによってチリの発生を抑制しながら適正ナゲット径を形成することができるメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
複数枚重ねた被溶接材を一対の電極によって加圧・通電して溶接する抵抗溶接において、良好な溶接部の品質を得るためには、チリの発生を抑制しながらナゲット径が適正範囲内で形成されることが重要である。一般的に、抵抗溶接には定電流の交流又は直流の溶接電流が使用される。すなわち、少なくとも1回の溶接中の溶接電流値は一定値である。溶接電流が交流であるときは実効値が一定であることを意味している。ナゲット径は、溶接電流値、溶接時間、電極形状、加圧力等の溶接条件によって定まる。したがって、適正なナゲット径を形成するためには、被溶接材の材質、板厚、重ね枚数等の被溶接材条件に応じて上記の溶接条件を適正値に設定する必要がある。
【0003】
[従来技術1(例えば、特許文献1参照)]
抵抗溶接では、自動車ボディのように1つのワークに数多くの溶接個所があり、そして次々と流れてくるワークを溶接するケースが多い。このときに、各溶接個所の被溶接材の材質、板厚、重ね枚数等の被溶接材条件が同一であれば、溶接電流値、溶接時間、電極形状、加圧力等の溶接条件も同一になる。そして、この状態で数百〜数千個所の溶接を行うことが多い。連続した溶接中において、電極の被溶接材接触面が次第に磨耗して接触面積が初期状態よりも広くなる。接触面積が広くなった状態で同一値の溶接電流を通電すると、被溶接材を通電する電流密度が低くなり溶接部の温度上昇が低くなるために、ナゲット径が小さくなる。このために、電極の磨耗が著しく進行した場合には、電極の研磨又は交換を行う必要がある。この研磨又は交換を行う間隔は、溶接条件等によって異なるが数百〜数千回の溶接ごとである。この研磨又は交換後の溶接の繰り返しに伴って電極の磨耗は徐々に進行する。このために、予め定めた回数の溶接を行うと溶接電流値を増加させて、電極磨耗による電流密度の低下を補償する機能(ステッパー機能)を装備した抵抗溶接装置が従来から使用されている。このステッパー機能は、溶接回数が増加するのに伴い、溶接電流値を階段状又は直線状に増加させるものである。この溶接電流値の増加パターンは、被溶接材条件に応じて予め実験によって設定しておく。
【0004】
[従来技術2(例えば、特許文献2参照)]
被溶接材の材質がメッキ鋼板であるときには、ナゲットを形成するための本電流の通電前にメッキを除去するための先行通電を行うことが多い。メッキ鋼板の種類としては、亜鉛メッキ鋼板、アルミニウム合金メッキ鋼板等がある。図4は、この先行通電を示す電流通電パターン図である。同図の横軸は1回の溶接における経過時間t(cyc)を示し、縦軸は溶接電流値Iw(kA)を示す。溶接経過時間tは、慣習により商用電源の1周期(1/50又は1/60)を1サイクル(cyc)として表している。同図に示すように、溶接開始時点から予め定めた先行通電期間Tm中は、予め定めたメッキ除去電流Imを通電する。続いて、予め定めた通電休止期間Tk中は、溶接電流Iwの通電を中断する。続いてナゲットを形成するための本電流の通電に移行し、予め定めた溶接期間Tw中は、予め定めた定常溶接電流Icを通電する。先行通電を行う理由は、以下のとおりである。すなわち、鋼板の表面にメッキ層があるために、そのまま本通電を行っても被溶接材間の接触状態が安定しないので、適正なナゲットが形成されない。これを改善するために、本通電の前に上記のメッキ除去電流Imを通電することによって、メッキ層を除去している。また、上記の通電休止期間Tkを設けることによって、先行通電によって高温になった被溶接材を冷却している。これは、被溶接材が高温のままで本通電を行うと、入熱過剰となり、良好な溶接品質が得られないためである。
【0005】
[従来技術3(例えば、特許文献3参照)]
上述した電極磨耗の進行に伴うナゲット径の減少を保証する方法として、溶接中を定電力制御する方法が慣用されている。この定電力制御は、溶接中の溶接電流及び溶接電圧(電極間電圧)を検出し、両値を乗算して瞬時電力値を算出し、この瞬時電力値が予め定めた電力設定値と等しくなるように抵抗溶接装置の出力を制御するものである。定電流制御では、電極磨耗が進行して接触面積が広くなると、電極間抵抗値が小さくなり発熱量が減少してナゲット径が小さくなる。これに対して、定電力制御では、電極磨耗が進行して接触面積が広くなり電極間抵抗値が小さくなっても、被溶接材への入熱量は瞬時電力値が一定であるので一定となり、ナゲット径が小さくなることを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭54−150338号公報
【特許文献2】特開平9−187879号公報 段落0020
【特許文献3】特開平11−104847号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
メッキ鋼板の抵抗溶接に対して上述した従来技術2を適用すると、良好な溶接品質を得ることができる。しかし、上述したように、電極磨耗の進行に伴いナゲット径が次第に小さくなるのを改善するためには、従来技術1のステッパー機能を使用する必要がある。このステッパー機能では、溶接回数が増加するのに伴い溶接電流値を予め定めた増加パターンに従って増加させる。したがって、電極磨耗の進行に対応した増加パターンを実験によって求める必要がある。しかしながら、電極磨耗の進行状態にはバラツキがあるために、そのバラツキを考慮して溶接電流値が適正ナゲット径を形成することができるように裕度を持たせて増加パターンを作成することになる。このようにすると、ナゲット径は電極磨耗の進行状態が変動しても適正範囲内に形成されるが、他方、入熱過剰になるためにチリが発生することになり、溶接品質が悪くなる場合も生じる。さらに、図4に示す先行通電期間Tm、メッキ除去電流値Im及び通電休止期間Tkの溶接条件パラメータを電極磨耗の進行状態に応じて適正化するためのパターンを作成する必要があり、実験によってこのパターンを作成するには多くの工数が必要となる。
【0008】
また、メッキ鋼板の抵抗溶接に対して従来技術3を適用した場合、メッキ層の除去ができないために良好な溶接品質を得ることができない。ここで、定電力制御による本通電の前に、従来技術2のように先行通電を行うことも考えられる。このようにすれば、メッキ層を除去することができる。しかし、電極磨耗の進行に伴って、先行通電期間Tm、メッキ除去電流値Im及び通電休止期間Tkの溶接条件パラメータを適正化するためのパターンが必要となり、このパターンを実験によって作成するのに多くの工数が必要になる。
【0009】
そこで、本発明では、メッキ鋼板の抵抗溶接において、電極磨耗が進行してもチリの発生しない状態で適正なナゲット径を形成することができ、かつ、電極磨耗の進行に伴って溶接条件パラメータを変化させる必要もないメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上述した課題を解決するために、第1の発明は、メッキ鋼板から成る複数枚の被溶接材を一対の電極によって加圧し、溶接部へ入力される瞬時電力値が予め定めた電力設定値と等しくなるように定電力制御しながら溶接するメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法において、
前記電力設定値は、予め定めた電力目標パターンに従って溶接経過時間に伴って変化する値であり、
前記電力目標パターンが、溶接開始時点で予め定めた初期値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた第1溶接経過時間で予め定めた第1ピーク値となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第2溶接経過時間で0となり、その後は予め定めた第3溶接経過時間までの冷却期間中は0のままであり、その後は次第に大きくなり溶接終了時点で予め定めた第2ピーク値となるパターンである、
ことを特徴とするメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法である。
【0011】
請求項2の発明は、前記第1ピーク値を、メッキ層の厚み及び/又はメッキの種類に応じて変化させる、
ことを特徴とする請求項1記載のメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法である。
【0012】
請求項3の発明は、前記冷却期間を、被溶接材間の密着度及び/又はメッキの種類に応じて変化させる、
ことを特徴とする請求項1記載のメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、メッキ鋼板から成る被溶接材を抵抗溶接する場合において以下のような効果を奏する。第1ピーク値によって初期的に大きな電力(入熱)を供給して、被溶接材表面のメッキ層を除去することができる。これによって、被溶接材間の接触状態を安定化することができる。また、その後は電力設定値を一旦0まで小さくすることによって、被溶接材の温度を高温状態から低下させる。これにより、過剰な入熱を抑制することができる。そして、メッキ層を除去し、かつ、被溶接材の温度を低下させた上で、電力設定値を大きくして本通電を行うことにより、チリの発生しない状態で適正なナゲット径を形成することができる。さらに、本発明は電力目標パターンに従った定電力制御であるために、電極の磨耗が進行しても被溶接材へ供給される電力値が一定であるので、入熱量が一定となり、ナゲット径は適正なままでほとんど変化しない。この結果、高い溶接品質を維持することができる。また、電極の磨耗によって電力目標パターンを変化させる必要がないので、生産準備の工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施の形態に係るメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図2】図1の電力設定回路PRに内蔵されている電力目標パターンの基本的なパターンを示す、本発明の参考のための図である。
【図3】本発明に係る電力目標パターンを示す図である。
【図4】従来技術において、被溶接材がメッキ鋼板であるときのナゲット形成状態を改善するための電流通電パターン図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【0016】
図1は、本発明の実施の形態に係るメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図は、インバータ制御方式の抵抗溶接装置の場合であり、溶接電流Iwは直流となる。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【0017】
インバータ回路INVは、商用交流電源ACを入力として、後述する駆動信号Dvに従ってインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。このインバータ回路INVは、図示は省略するが、商用交流電源ACを整流する1次整流回路、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する複数のスイッチング素子から成るブリッジ回路から構成される。高周波変圧器TRは、高周波交流を抵抗溶接に適した電圧値に降圧する。2次整流回路DRは、降圧された高周波交流を直流に整流する。1対の電極1a、1bは、複数枚の被溶接材2を加圧し、電極を介して溶接電流Iwが通電し溶接電圧Vwが印加する。
【0018】
電流検出回路IDは、上記の溶接電流Iwを検出して電流検出信号Idを出力する。電圧検出回路VDは、上記の溶接電圧Vwを検出して電圧検出信号Vdを出力する。瞬時電力値算出回路PDは、上記の電流検出信号Id及び上記の電圧検出信号Vdを入力として、両値を乗算し、瞬時電力値信号Pdを出力する。電力設定回路PRは、後述する起動信号Onを入力として、この起動信号OnがHighレベルに変化した時点からの経過時間(溶接経過時間)を計数し、予め定めた電力目標パターンから上記の溶接経過時間に対応した電力設定信号Prを出力する。予め記憶されている電力目標パターンについては、図2〜図3で詳述する。電力誤差増幅回路EPは、上記の電力設定信号Prと上記の瞬時電力値信号Pdとの誤差を増幅して、電力誤差増幅信号Epを出力する。電流設定回路IRは、上記の電力誤差増幅信号Epを入力として溶接中は積分を行い、電流設定信号Irとして出力する。電流誤差増幅回路EIは、上記の電流設定信号Irと上記の電流検出信号Idとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Eiを出力する。
【0019】
溶接時間設定回路TWRは、1回当たりの溶接時間を設定するための溶接時間設定信号Twrを出力する。溶接開始回路STは、溶接を開始するときにHighレベルになる溶接開始信号Stを出力する。起動回路ONは、上記の溶接時間設定信号Twr及び上記の溶接開始信号Stを入力として、溶接開始信号StがHighレベルに変化した時点から溶接時間設定信号Twrによって定まる時間だけHighレベルになる起動信号Onを出力する。駆動回路DVは、上記の電流誤差増幅信号Ei及び上記の起動信号Onを入力として、起動信号OnがHighレベルの間は、電流誤差増幅信号Eiに基づいてパルス幅変調制御を行い、上記のインバータ回路INVを駆動するための駆動信号Dvを出力する。上述した回路構成によって、瞬時電力値信号Pdと溶接経過時間に伴い変化する電力設定信号Prとが等しくなるように定電力制御が行われる。
【0020】
図2は、後述する本発明の説明のために参考となる、上述した電力目標パターンの基本となるパターンを示す図である。同図の横軸は溶接経過時間t(cyc)を示し、縦軸は電力設定信号Pr(kW)の値を示す。1cycは、商用周波数(50HZ又は60hz)の逆数である。ここでは、1cyc=1/50秒の場合とする。同図の被溶接材条件は、被溶接材が軟鋼1.2mmの2枚重ねの場合である。同図に示す電力目標パターンは、溶接開始時点t=0のとき予め定めた初期値Psとなり、その後は次第に大きくなり予め定めた溶接終了時間t=Teのとき予め定めたピーク値Ppとなる。この溶接終了時間Teと、図1の溶接時間設定信号Twrの値とは等しい値である。同図から初期値Ps=4kW、ピーク値Pp=11kW、溶接終了時間Te=12cycとなる。
【0021】
同図に示す電力目標パターンは基本パターンであり、メッキ鋼板ではない2枚の被溶接材を重ねて抵抗溶接する場合に使用される。同図に示すように、電力設定信号Prの値を次第に大きくしてピーク値Ppに到達させることによって、過剰な入熱を抑制することができるので、チリの発生を抑制しながらナゲット径を適正範囲内に形成することができる。さらに、本参考例は電力目標パターンに従った定電力制御であるために、電極の磨耗が進行しても被溶接材へ供給される電力値が一定であるので、入熱量が一定となり、ナゲット径は適正なままでほとんど変化しない。この結果、高い溶接品質を維持することができる。また、電極の磨耗によって電力目標パターンを変化させる必要がないので、生産準備の工数を低減することができる。溶接終了時間t=Te及びピーク値Ppは、チリの発生しない状態で適正ナゲット径が形成されるように、予め実験によって設定される。
【0022】
図3は、本発明の実施の形態に係る電力目標パターンの一例を示す図である。同図の横軸は溶接経過時間t(cyc)を示し、縦軸は電力設定信号Pr(kW)の値を示す。1cyc=1/50秒である。同図の被溶接材条件は、被溶接材が亜鉛メッキ鋼板1.2mmの2枚重ねの場合である。同図に示す電力目標パターンは、溶接開始時点t=0のとき予め定めた初期値Psとなり、その後は次第に大きくなり予め定めた第1溶接経過時間t=T1のとき予め定めた第1ピーク値Pp1となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第2溶接経過時間t=T2のとき0となり、その後は予め定めた第3溶接経過時間t=T3までの冷却期間Tc(T2〜T3間)中は0のままであり、その後は次第に大きくなり溶接終了時点t=Teのとき予め定めた第2ピーク値Pp2となる。同図の電力目標パターンは、上述した図2の基本パターンに、第1ピーク値Pp1となる山を追加し、冷却期間Tcを設けたものである。同図においては、初期値Ps=4kW、第1溶接経過時間T1=2cyc、第1ピーク値Pp1=14kW、第2溶接経過時間T2=3cyc、第3溶接経過時間T3=5cyc、冷却期間Tc=2cyc、溶接終了時間Te=12cyc、第2ピーク値Pp2=12kWとなる。
【0023】
同図に示す電力目標パターンは、メッキ鋼板から成る被溶接材を抵抗溶接する場合に使用される。この理由は、以下のとおりである。上記の第1ピーク値Pp1からなる山を追加して初期的に大きな電力(入熱)を供給することによって、被溶接材のメッキ層を除去することができる。そして、その後に入熱を0とする冷却期間Tcを設けることによって、被溶接材の温度を高温状態から低下させている。これにより、溶接経過時間T3以降の本通電時における過剰な入熱を抑制して良好な溶接品質を得ることができるようにしている。さらに、本実施の形態は電力目標パターンに従った定電力制御であるために、電極の磨耗が進行しても被溶接材へ供給される電力値が一定であるので、入熱量が一定となり、ナゲット径は適正なままでほとんど変化しない。この結果、高い溶接品質を維持することができる。また、電極の磨耗によって電力目標パターンを変化させる必要がないので、生産準備の工数を低減することができる。
【0024】
同図において、電力目標パターンの各パラメータ(Ps、T1〜T3、Te、Pp1〜Pp2)は、以下のようにして設定される。まず、初期値Psは4kW程度に設定される。この値は、第1ピーク値Pp1の20〜40%の範囲で設定される。第1溶接経過時間T1、第1ピーク値Pp1及び第2溶接経過時間T2は、溶接個所のメッキ層を除去することができる値に設定される。したがって、これらの値、特に第1ピーク値Pp1は、メッキ層の厚さ、メッキの種類等に応じて、実験によって適正値に設定される。ここで、第1ピーク値Pp1は、メッキ層が厚いほど大きな値に設定される。さらに、第1ピーク値Pp1は、メッキの種類がアルミニウム−マグネシウム合金メッキであるときの値が、亜鉛メッキのときの値よりも小さな値に設定される。これは、アルニミウム−マグネシウム合金メッキの場合には、電力値が大きいとチリが発生しやすくなるためである。このために、アルミニウム−マグネシウム合金メッキの場合には、第2溶接経過時間T2を亜鉛メッキの場合よりも長く設定している。溶接経過時間T3は、電力設定値が0である冷却期間Tc(T3〜T2の時間)によって、被溶接材の温度がナゲット形成に悪影響を与えない温度まで低下する値に設定される。被溶接材と被溶接材との密着度が良くないときには、この冷却期間Tcを密着度が良くないときに比べて短い時間(例えば、0〜2cyc程度)に設定する。これは、密着度が良くないので、冷却期間Tcが短くても被溶接材の温度低下が早くなるからである。ここで、冷却期間Tc=0のときは、T2=T3となる。冷却期間Tcは、メッキの種類が亜鉛メッキであるときは2〜3cyc程度に設定され、アルミニウム−マグネシウム合金メッキであるときは3〜4cyc程度に設定される。アルミニウム−マグネシウム合金メッキの方が冷却期間Tcを長く設定する理由は、被溶接材の温度を十分に低下させないと、メッキが飛び散り溶接品質が悪くなる場合が生じるためである。溶接終了時間Te及び第2ピーク値Pp2は、チリが発生せずにナゲット径が適正範囲に形成されるように設定される。これら両値は、被溶接材の板厚、重ね枚数等に応じて、実験によって適正値に設定される。
【0025】
上述した実施の形態では、抵抗溶接装置がインバータ制御方式の直流抵抗溶接装置である場合を説明したが、サイリスタを使用した位相制御方式の交流抵抗溶接装置の場合も同様である。
【符号の説明】
【0026】
1a、1B 電極
2 被溶接材
AC 商用交流電源
DR 2次整流回路
DV 駆動回路
Dv 駆動信号
EI 電流誤差増幅回路
Ei 電流誤差増幅信号
EP 電力誤差増幅回路
Ep 電力誤差増幅信号
Ic 定常溶接電流
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
Im メッキ除去電流
INV インバータ回路
IR 電流設定回路
Ir 電流設定信号
Iw 溶接電流
ON 起動回路
On 起動信号
PD 瞬時電力値算出回路
Pd 瞬時電力値信号
Pp ピーク値
Pp1 第1ピーク値
Pp2 第2ピーク値
PR 電力設定回路
Pr 電力設定(値/信号)
Ps 初期値
ST 溶接開始回路
St 溶接開始信号
t 溶接経過時間
T1 第1溶接経過時間
T2 第2溶接経過時間
T3 第3溶接経過時間
Tc 冷却期間
Te 溶接終了時間
Tk 通電休止期間
Tm 先行通電期間
TR 高周波変圧器
Tw 溶接期間
TWR 溶接時間設定回路
Twr 溶接時間設定信号
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
Vw 溶接電圧



【特許請求の範囲】
【請求項1】
メッキ鋼板から成る複数枚の被溶接材を一対の電極によって加圧し、溶接部へ入力される瞬時電力値が予め定めた電力設定値と等しくなるように定電力制御しながら溶接するメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法において、
前記電力設定値は、予め定めた電力目標パターンに従って溶接経過時間に伴って変化する値であり、
前記電力目標パターンが、溶接開始時点で予め定めた初期値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた第1溶接経過時間で予め定めた第1ピーク値となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第2溶接経過時間で0となり、その後は予め定めた第3溶接経過時間までの冷却期間中は0のままであり、その後は次第に大きくなり溶接終了時点で予め定めた第2ピーク値となるパターンである、
ことを特徴とするメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法。
【請求項2】
前記第1ピーク値を、メッキ層の厚み及び/又はメッキの種類に応じて変化させる、
ことを特徴とする請求項1記載のメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法。
【請求項3】
前記冷却期間を、被溶接材間の密着度及び/又はメッキの種類に応じて変化させる、
ことを特徴とする請求項1記載のメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−30274(P2012−30274A)
【公開日】平成24年2月16日(2012.2.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−174069(P2010−174069)
【出願日】平成22年8月3日(2010.8.3)
【出願人】(000000262)株式会社ダイヘン (990)