JP2020093287A - 抵抗溶接評価装置及び抵抗溶接評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より短い解析時間で、簡単且つ確実にスパッタの発生の有無を評価する。【解決手段】抵抗溶接評価装置１０及び抵抗溶接評価方法において、ジュール発熱量算出部２０は、複数の被溶接材３２の板組条件と抵抗溶接の設定条件とに基づいて、抵抗溶接の際に複数の被溶接材３２に発生するジュール発熱量Ｑを算出する。評価部２６は、複数の被溶接材３２の抵抗値Ωｉに基づく抵抗比Ωｒと複数の被溶接材３２の積層方向の総板厚Ｄｔとを用いて得られる発熱量閾値Ｑｔｈと、ジュール発熱量Ｑとを比較し、ジュール発熱量Ｑが発熱量閾値Ｑｔｈを超えていれば、スパッタが発生する可能性があると評価する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の被溶接材の積層部分に対して抵抗溶接を行う場合に、スパッタが発生するか否かを評価するための抵抗溶接評価装置及び抵抗溶接評価方法に関する。

例えば、特許文献１には、複数の被溶接材の積層部分に対して抵抗溶接を行う場合に、抵抗溶接の設定条件に基づき、当該積層部分にスパッタが発生するか否かを予測することが開示されている。

特許第５２１７１０８号公報

しかしながら、特許文献１の技術を用いてスパッタの発生の有無のシミュレーションを行う場合、複数の被溶接材のモデルをメッシュに細かく分割する必要がある。そのため、スパッタの発生の有無を予測するための解析時間が長くなり、実用的ではない。

また、シミュレーションでは、抵抗溶接の際に複数の被溶接材の積層部分に発生するコロナボンド部の積層方向（Ｚ方向）の応力を予め設定する必要があるため、汎用性に欠ける。

さらに、シミュレーションでは、通電初期、すなわち、ナゲットが十分に成長していない状態で発生するスパッタを予測することが困難である。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、より短い解析時間で、簡単且つ確実にスパッタの発生の有無を評価することが可能となる抵抗溶接評価装置及び抵抗溶接評価方法を提供することを目的とする。

本発明の態様は、複数の被溶接材の積層部分に対して抵抗溶接を行う場合に、複数の前記被溶接材の板組条件と、前記抵抗溶接の設定条件とに基づき、スパッタが発生するか否かを評価するための抵抗溶接評価装置及び抵抗溶接評価方法に関する。

この場合、前記抵抗溶接評価装置は、ジュール発熱量算出部及び評価部を有する。前記ジュール発熱量算出部は、前記板組条件及び前記設定条件に基づき、前記抵抗溶接の際に複数の前記被溶接材に発生するジュール発熱量を算出する。前記評価部は、複数の前記被溶接材の抵抗値に基づく抵抗比と複数の前記被溶接材の積層方向の総板厚とを用いて得られる発熱量閾値と、前記ジュール発熱量とを比較し、前記ジュール発熱量が前記発熱量閾値を超えていれば、前記スパッタが発生する可能性があると評価する。

また、前記抵抗溶接評価方法は、第１ステップ及び第２ステップを有する。前記第１ステップでは、ジュール発熱量算出部によって、前記板組条件及び前記設定条件に基づき、前記抵抗溶接の際に複数の前記被溶接材に発生するジュール発熱量を算出する。前記第２ステップでは、評価部によって、複数の前記被溶接材の抵抗値に基づく抵抗比と複数の前記被溶接材の積層方向の総板厚とを用いて得られる発熱量閾値と、前記ジュール発熱量とを比較し、前記ジュール発熱量が前記発熱量閾値を超えていれば、前記スパッタが発生する可能性があると評価する。

本発明によれば、複数の被溶接材の板組条件と抵抗溶接の設定条件とを設定すれば、自動的に、ジュール発熱量が算出され、算出されたジュール発熱量と発熱量閾値との比較に基づき、スパッタの発生の有無が評価される。この結果、最小限の条件を入力するだけで、スパッタの発生の有無を、より短い解析時間で、簡単且つ確実に評価することが可能となる。

本実施形態に係る抵抗溶接評価装置の概略構成図である。 複数の被溶接材のモデルをメッシュに分割した説明図である。 電流値とナゲット径との関係を示す図である。 通電時間とナゲット径及び接触径との関係を示す図である。 通電時間とジュール発熱量との関係を示す図である。 スパッタが発生するときの溶融体積と許容ジュール発熱量との関係を示した説明図である。 総板厚及び抵抗比の二次元空間に許容ジュール発熱量をプロットした図である。 整列値（図７の第１主成分軸）及び許容ジュール発熱量の二次元空間にスパッタ発生基準式（発生量閾値）を設定するための図である。 発熱量閾値を設定するためのフローチャートである。 スパッタの発生の有無を評価するためのフローチャートである。

以下、本発明に係る抵抗溶接評価装置及び抵抗溶接評価方法の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

［１．本実施形態に係る抵抗溶接評価装置１０の概略構成］
本実施形態に係る抵抗溶接評価装置１０は、図１に示すように、コンピュータ１２によって実現される。コンピュータ１２は、例えば、抵抗溶接装置１４の制御ユニットであって、メモリ（記憶部）１６に格納されたプログラムを実行することにより、入力部１８、ジュール発熱量算出部２０、抵抗比算出部２２、閾値設定部２４、評価部２６、出力部２８及び制御部３０の機能を実現する。なお、抵抗溶接評価装置１０は、制御ユニットとは別個の一般的なコンピュータでも実現可能である。また、抵抗溶接装置１４は、例えば、板状の被溶接材３２を複数積層し、複数の被溶接材３２の積層部分に対して抵抗溶接を行う。

入力部１８は、外部からの複数の被溶接材３２の板組条件、及び、抵抗溶接の設定条件の入力を受け付ける。なお、板組条件には、複数の被溶接材３２を構成する各々の被溶接材３２の板厚Ｄｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは被溶接材３２の積層枚数）及び材質等が含まれる。また、設定条件には、抵抗溶接の際に複数の被溶接材３２に流す電流の値（電流値）Ｉ、及び、複数の被溶接材３２に対する通電時間ｔ等が含まれる。

ジュール発熱量算出部２０は、入力部１８に入力された板組条件及び設定条件に基づいて、抵抗溶接の際に複数の被溶接材３２に発生するジュール発熱量Ｑを算出する。なお、後述するように、通電時間ｔに応じてジュール発熱量Ｑが変化する。そのため、ジュール発熱量算出部２０は、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）を利用して、任意の時間間隔でジュール発熱量Ｑを算出可能である。

抵抗比算出部２２は、下記の（１）式を用いて、複数の被溶接材３２の抵抗値Ωｉの総和ΣΩｉを分子とし、複数の被溶接材３２のうち、積層方向の板厚Ｄｉが最も薄い外側の被溶接材３２の抵抗値Ωｓを分母とした比を、抵抗比Ωｒとして算出する。なお、抵抗比Ωｒとは、抵抗溶接の際に、複数の被溶接材３２の積層部分に形成されるナゲット４４の片寄りを示す指標である。また、Σは、抵抗値Ωｉの総和を示す数学記号である。
Ωｒ＝ΣΩｉ／Ωｓ （１）

閾値設定部２４は、複数の被溶接材３２の積層方向の総板厚Ｄｔと、抵抗比Ωｒとを用いて、スパッタを発生させずに抵抗溶接を行うことが可能なジュール発熱量Ｑの上限値を発熱量閾値Ｑｔｈとして設定する。なお、総板厚Ｄｔとは、複数の被溶接材３２を積層したときの各々の被溶接材３２の積層方向の板厚Ｄｉの総和をいう（Ｄｔ＝ΣＤｉ）。また、発熱量閾値Ｑｔｈの具体的な設定手法は、後述する。

さらに、本実施形態において、「スパッタ」とは、複数の被溶接材３２に通電した際、通電の初期に発生するスパッタに加え、通電の中期又は後期に発生するスパッタを含む概念である。なお、以下の説明では、特に断りがない限り、「スパッタ」とは、通電の初期に発生するスパッタであることに留意する。

評価部２６は、発熱量閾値Ｑｔｈとジュール発熱量Ｑとを比較し、ジュール発熱量Ｑが発熱量閾値Ｑｔｈを超えているか否かを評価する。また、評価部２６は、この評価結果に基づき、複数の被溶接材３２に対する抵抗溶接の実行の可否も判断する。具体的に、評価部２６は、Ｑ＞Ｑｔｈであれば、抵抗溶接によってスパッタが発生する可能性があると評価し、抵抗溶接の実行を不許可とする。また、評価部２６は、Ｑ≦Ｑｔｈであれば、抵抗溶接を行ってもスパッタが発生する可能性はないと評価し、抵抗溶接の実行を許可する。

出力部２８は、評価部２６でのスパッタの発生の有無の評価結果、及び、抵抗溶接の実行の可否の判断結果を外部に出力する。

メモリ１６は、テーブル３４、ライブラリ３６及び評価結果記憶部３８を備える。テーブル３４には、閾値設定部２４で予め設定された発熱量閾値Ｑｔｈが格納されている。前述のように、発熱量閾値Ｑｔｈは、総板厚Ｄｔ及び抵抗比Ωｒに基づき算出されるので、板組条件に依存している。従って、テーブル３４には、板組条件毎の発熱量閾値Ｑｔｈが格納されている。

評価部２６は、テーブル３４から該当する発熱量閾値Ｑｔｈを読み出し、読み出した発熱量閾値Ｑｔｈを用いて、ジュール発熱量Ｑに対する評価を行う。また、評価部２６は、ジュール発熱量Ｑの評価後、上述の評価結果及び判断結果を評価結果記憶部３８に記憶する。なお、ライブラリ３６には、後述する２つの電極４２間の抵抗値Ｒが格納されている。

制御部３０は、評価結果記憶部３８に記憶されている判断結果を読み出し、読み出した判断結果に基づき、抵抗溶接装置１４を制御する。

抵抗溶接装置１４は、コンピュータ１２と、電源４０と、複数の被溶接材３２を挟持する２つの電極４２とを備える。コンピュータ１２の制御部３０は、読み出した判断結果に基づき抵抗溶接装置１４を制御する場合、電源４０を駆動させ、２つの電極４２間に任意の電流値Ｉの電流を流す。複数の被溶接材３２は、２つの電極４２によって積層方向の両側から加圧されている。そのため、抵抗溶接を実行すれば、複数の被溶接材３２に電流が流れることで、積層部分が溶融してナゲット４４が形成される。一方、制御部３０は、読み出した判断結果に基づき抵抗溶接の実行を禁止する場合、電源４０を駆動させない。

［２．発熱量閾値Ｑｔｈの設定手法］
次に、発熱量閾値Ｑｔｈの設定手法について、図２〜図８を参照しながら説明する。ここでは、抵抗溶接の際のスパッタの発生の有無を事前に予測する従来の手法の問題点について説明した後、本実施形態での発熱量閾値Ｑｔｈの設定手法について説明する。なお、この説明では、必要に応じて、図１も参照しながら説明する。

＜２．１ 従来の問題点＞
図２は、ＣＡＥを利用して、複数の被溶接材３２に対する抵抗溶接中に生じる電流−熱−構造連成現象を計算するためのモデルを図示したものである。なお、当該モデルでは、３枚の被溶接材３２を積層し、積層方向の両側（外側）の被溶接材３２を２つの電極４２で挟持しているモデルであることに留意する。また、当該モデルでは、複数の被溶接材３２の積層部分、具体的には、２つの電極４２間がメッシュで細かく分割されている。従って、従来の手法では、このようなモデルを用いてスパッタの発生の有無を予測している。

しかしながら、一般に、ＣＡＥのソフトウェアは、その中身がいわゆるブラックボックスであり、どのような手法でスパッタの発生を予測しているのか分からない。そのため、スパッタの発生の予測精度が低くなる場合があり得る。

図３は、抵抗溶接の際に複数の被溶接材３２の積層部分を流れる電流の電流値Ｉと、当該積層部分に形成されるナゲット４４の直径（ナゲット径）Ｄｎとの関係を示す図である。なお、ナゲット径Ｄｎは、複数の被溶接材３２の積層方向に直交する方向（被溶接材３２の平面方向）に沿ったナゲット４４の直径である。また、図３において、Ｄｔｈは、十分に成長しているナゲット４４の最小径である。従って、Ｄｎ＞Ｄｔｈであれば、ナゲット４４が十分に成長していると判断することができる。

図３中、丸印のプロットは、複数の被溶接材３２に実際に電流を流したときの結果（実機の結果）を示す。また、三角印のプロットは、ＣＡＥを用いた予測結果である。図３に示すように、実機の結果及びＣＡＥを用いた予測結果のいずれにおいても、電流値Ｉの上昇に伴い、ナゲット径Ｄｎが大きくなる。

また、いずれの結果についても、Ｄｎ＞Ｄｔｈの場合、スパッタが発生し得る。図３では、実機の結果において、スパッタが発生していないときのプロットを白抜きの丸印で、スパッタが発生しているときのプロットを黒色の丸印で図示している。一方、ＣＡＥの予測結果において、スパッタが発生していないときのプロットを白抜きの三角印で、スパッタが発生しているときのプロットを黒色の三角印で図示している。

しかしながら、図３に示すように、実機の結果とＣＡＥの予測結果とを比較すると、同じナゲット径Ｄｎであっても、スパッタが発生するときの電流値Ｉが異なる。従って、ＣＡＥを用いてスパッタの発生を予測すると、スパッタの予測精度が低下する。

図４は、ＣＡＥを用いて予測した、複数の被溶接材３２に対する電流の通電時間ｔとナゲット径Ｄｎ及び接触径Ｄｃとの関係を示す図である。ここで、接触径Ｄｃとは、ナゲット４４が発生している複数の被溶接材３２の積層部分における２枚の被溶接材３２の接触部分の平面方向の直径をいう。また、図４中、実線は、通電時間ｔに対するナゲット径Ｄｎの変化（ナゲット４４の成長）を示す予測結果であり、破線は、通電時間ｔに対する接触径Ｄｃの変化を示す予測結果である。

この場合、ナゲット径Ｄｎが接触径Ｄｃを超える期間が一定時間継続すると、スパッタが発生していると予測することが可能である。すなわち、溶融部分であるナゲット４４のナゲット径Ｄｎが接触径Ｄｃよりも大きければ、スパッタが発生しているとみなすことができる。

ここで、図示はしないが、実機の結果では、通電に起因した複数の被溶接材３２の温度上昇に伴い、ナゲット径Ｄｎ及び接触径Ｄｃは、なだらかに増加する。これに対して、図４のＣＡＥの予測結果では、通電時間ｔの経過に伴い、接触径Ｄｃが階段状に増加している。これは、ＣＡＥでは、図２に示すように、複数の被溶接材３２を矩形状（断面では四角形）のメッシュに分割し、四角形のメッシュの要素の頂点（節点）で２枚の被溶接材３２の接触の有無を判定しているためである。

特に、被溶接材３２がメッキ層を有する金属材である場合、いわゆる裸材同士の接触と比較して、メッキ層の存在により、接触の有無の判定精度が低下する。これにより、接触径Ｄｃの結果を含め、実機の結果とＣＡＥの予測結果との乖離が一層大きくなってしまう。

＜２．２ 本実施形態での発熱量閾値Ｑｔｈの設定手法＞
そこで、本実施形態では、メッシュを用いた予測ではなく、抵抗溶接の際に２つの電極４２間を流れる電流に起因して複数の被溶接材３２に発生するジュール発熱量Ｑを利用することで、スパッタの発生の有無を予測（評価）する。そのような評価を行うため、本実施形態では、スパッタの発生の有無の評価に先立ち、スパッタを発生させずに抵抗溶接を行うことが可能なジュール発熱量Ｑの上限値を発熱量閾値Ｑｔｈとして予め設定する。この設定作業は、ジュール発熱量算出部２０及び閾値設定部２４で実行される。

具体的に説明すると、図１に示すように、抵抗溶接の際、電源４０から２つの電極４２を介して複数の被溶接材３２に任意の電流値Ｉの電流を、任意の通電時間ｔだけ流す場合、２つの電極４２間の抵抗値をＲとすれば、当該電流値Ｉに起因して複数の被溶接材３２に発生するジュール発熱量Ｑは、下記の（２）式で表わすことができる。
Ｑ＝Ｉ^２×Ｒ×ｔ （２）

なお、抵抗値Ｒは、複数の被溶接材３２を構成する各々の被溶接材３２の板厚Ｄｉ及び材質等の板組条件に依存する。そのため、例えば、板組条件毎に、前述のＣＡＥを利用して、任意の時間間隔毎の抵抗値Ｒを予め求めておき、ライブラリ３６に格納しておけばよい。これにより、ジュール発熱量算出部２０は、ライブラリ３６に格納された該当する抵抗値Ｒを読み出し、読み出した抵抗値Ｒを用いて、上記（２）式の単純な計算式から、任意の時間間隔毎のジュール発熱量Ｑを容易に算出することができる。

図５は、ジュール発熱量Ｑと通電時間ｔとの関係を示したものである。ジュール発熱量Ｑは、通電時間ｔの増加に伴って上昇する。また、同じ通電時間ｔで比較した場合、ジュール発熱量Ｑは、電流値Ｉが大きくなる程大きくなり、一方で、電流値Ｉが小さくなる程小さくなる。

そして、ジュール発熱量Ｑが所定の発熱量、すなわち、スパッタを発生させずに抵抗溶接を行うことが可能なジュール発熱量Ｑの上限値（以下、許容ジュール発熱量Ｑｐともいう。）を超えると、スパッタの発生が予想される。この場合、許容ジュール発熱量Ｑｐは、総板厚Ｄｔ及び抵抗値Ｒ（抵抗比Ωｒ）等の板組条件によって異なる値になる。

図６は、許容ジュール発熱量Ｑｐと板組条件との関係を概念的に図示した説明図である。ここでは、例えば、高張力鋼等の３枚の被溶接材３２を積層させ、抵抗溶接によってナゲット４４が形成される場合について説明する。

この場合、複数の被溶接材３２の総板厚Ｄｔを大きくすれば、スパッタが発生するときの溶融部分の体積（ナゲット４４の体積であって溶融体積ともいう。）が大きくなると共に、許容ジュール発熱量Ｑｐが大きくなるものと予想される。また、被溶接材３２の材質を変更することで、複数の被溶接材３２の抵抗比Ωｒが大きくなれば、スパッタが発生するときの電流値Ｉが低下し、スパッタ発生時の溶融体積が小さくなると共に、許容ジュール発熱量Ｑｐが小さくなるものと予想される。実際、実機での検証実験では、上記の予想を裏付ける結果が得られた。

このように、スパッタの発生に関し、溶融体積は、複数の被溶接材３２を構成する各々の被溶接材３２の板厚Ｄｉ及び材質等の板組条件に依存する。また、溶融体積は、許容ジュール発熱量Ｑｐ（ジュール発熱量Ｑ）との間で相関性がある。このような知見を踏まえ、図７及び図８に示す手法で、任意の板組条件における許容ジュール発熱量Ｑｐとしての発熱量閾値Ｑｔｈを決定した。

図７は、複数の被溶接材３２について、各々の被溶接材３２の板厚Ｄｉの組み合わせを変更したときの許容ジュール発熱量Ｑｐを、総板厚Ｄｔを横軸、抵抗比Ωｒを横軸とする二次元空間にプロットした結果である。なお、板厚Ｄｉの組み合わせとは、例えば、３枚の被溶接材３２のいずれも相対的に薄板である場合や、３枚の被溶接材３２のうち、１枚が相対的に厚板であり、他の２枚が薄板である場合のような組み合わせをいう。

図７では、許容ジュール発熱量Ｑｐがランダムにプロットされているように見える。そこで、図７の二次元平面について、主成分分析を行い、斜め下方向に延びる太い矢印線の第１主成分軸４６を設定する。次に、プロットされている許容ジュール発熱量Ｑｐの情報を、細い矢印線で示すように、第１主成分軸４６に直交する方向に、当該第１主成分軸４６に集約する。これにより、許容ジュール発熱量Ｑｐに対して、抵抗比Ωｒ及び総板厚Ｄｔの２つのパラメータが合成される。

図８は、図７の第１主成分軸４６を横軸、許容ジュール発熱量Ｑｐを縦軸とした二次元空間に、第１主成分軸４６に集約された許容ジュール発熱量Ｑｐの情報をプロットしたものである。

図８において、白抜きの丸印は、ジュール発熱量算出部２０で算出された、任意の板組条件での許容ジュール発熱量Ｑｐの上限値である。また、白抜きの三角印は、ジュール発熱量算出部２０で算出された、任意の板組条件での許容ジュール発熱量Ｑｐの下限値である。さらに、黒丸印は、任意の板組条件で複数の被溶接材３２に実際に電流を流したときに得られた許容ジュール発熱量Ｑｐである。なお、上述の上限値及び下限値とは、ＣＡＥによる抵抗値Ｒの計算精度に応じた、許容ジュール発熱量Ｑｐの上限値及び下限値をいう。

図８からも明らかなように、抵抗溶接評価装置１０内で算出された許容ジュール発熱量Ｑｐと、実機の結果より得られた許容ジュール発熱量Ｑｐとが、図８の二次元空間において、略同じ領域にプロットされている。

また、前述のように、総板厚Ｄｔが大きければ許容ジュール発熱量Ｑｐが大きくなり、抵抗比Ωｒが大きければ許容ジュール発熱量Ｑｐが小さくなる。従って、図７のように、第１主成分軸４６に許容ジュール発熱量Ｑｐの情報を集約した場合、太い矢印線のうち、抵抗比Ωｒが大きく且つ総板厚Ｄｔが小さい矢印の根本側では、許容ジュール発熱量Ｑｐが小さくなり、一方で、抵抗比Ωｒが小さく且つ総板厚Ｄｔが大きい矢印の矢向側では、許容ジュール発熱量Ｑｐが大きくなる。図８では、図６の概念を反映するように第１主成分軸４６の値（以下、整列値ともいう。）が大きくなることに伴い、許容ジュール発熱量Ｑｐが大きくなる結果が得られた。

そこで、図８の二次元空間において、プロットされた許容ジュール発熱量Ｑｐのデータ群の中心を通るような曲線を求めた。この曲線は、統計的手法によって求めた、整列値に対する許容ジュール発熱量Ｑｐの代表値（中央値）を示す閾値線である。閾値設定部２４は、この曲線を発熱量閾値Ｑｔｈ（スパッタ発生基準式）として決定（設定）する。すなわち、上述のように、計算で求められた許容ジュール発熱量Ｑｐと、実機の結果により得られた許容ジュール発熱量Ｑｐとの間で、データの乖離が発生していない。従って、これらのデータ群の中心を通る曲線を、スパッタ発生基準式に設定してもよいと考えられるためである。なお、実際には、板組条件毎に許容ジュール発熱量Ｑｐが異なるため、閾値設定部２４は、板組条件毎に発熱量閾値Ｑｔｈを設定し、設定した発熱量閾値Ｑｔｈをテーブル３４に格納する。

［３．本実施形態に係る抵抗溶接評価装置１０の動作（抵抗溶接評価方法）］
次に、本実施形態に係る抵抗溶接評価装置１０の動作について、図９及び図１０を参照しながら説明する。なお、この動作説明では、必要に応じて、図１〜図８も参照しながら説明する。

＜３．１ 発熱量閾値Ｑｔｈの設定＞
先ず、発熱量閾値Ｑｔｈの設定動作について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ１において、外部から入力部１８に複数の被溶接材３２の板組条件及び抵抗溶接の設定条件が入力される。例えば、複数の被溶接材３２を構成する各々の被溶接材３２の板厚Ｄｉ及び材質、並びに、抵抗溶接の際の電流値Ｉ及び通電時間ｔが入力される。

ステップＳ２において、ジュール発熱量算出部２０は、入力部１８に入力された板組条件及び設定条件に基づき、上記の（２）式を用いて、許容ジュール発熱量Ｑｐを算出する。

ステップＳ３において、抵抗比算出部２２は、入力部１８に入力された板組条件に基づき、上記の（１）式を用いて、抵抗比Ωｒを算出する。

ステップＳ４において、閾値設定部２４は、図７のように、総板厚Ｄｔ及び抵抗比Ωｒの二次元空間に許容ジュール発熱量Ｑｐをプロットする。その後、閾値設定部２４は、当該二次元空間に対して主成分分析を行い、第１主成分軸４６に許容ジュール発熱量Ｑｐの情報を集約する。

ステップＳ５において、閾値設定部２４は、図８のように、第１主成分軸４６（整列値）及び許容ジュール発熱量Ｑｐの二次元空間に許容ジュール発熱量Ｑｐをプロットする。次に、閾値設定部２４は、当該二次元空間における許容ジュール発熱量Ｑｐのデータ群の中心を通る曲線を作成し、当該曲線をスパッタ発生基準式（発熱量閾値Ｑｔｈ）として決定する。

ステップＳ６において、閾値設定部２４は、決定したスパッタ発生基準式（発熱量閾値Ｑｔｈ）をテーブル３４に格納する。

ステップＳ７において、閾値設定部２４は、発熱量閾値Ｑｔｈの設定作業を終了するか否か判定する。他の板組条件のスパッタ発生基準式も設定したいのであれば（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ１又はＳ２に戻り、他の板組条件に対する発熱量閾値Ｑｔｈの設定作業が実行される。一方、全ての板組条件に対するスパッタ発生基準式が設定されたのであれば（ステップＳ７：ＹＥＳ）、発熱量閾値Ｑｔｈの設定作業を終了する。

＜３．２ スパッタの発生の有無の評価＞
次に、スパッタの発生の有無の評価作業について、図１０のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ１１において、入力部１８は、図９のステップＳ１と同様に、外部から複数の被溶接材３２の板組条件及び抵抗溶接の設定条件を受け付ける。

ステップＳ１２（第１ステップ）において、ジュール発熱量算出部２０は、ステップＳ２と同様に、入力部１８に入力された板組条件及び設定条件に基づき、上記の（２）式を用いて、ジュール発熱量Ｑを算出する。

ステップＳ１３において、評価部２６は、ジュール発熱量Ｑの算出に用いられた板組条件に該当する発熱量閾値Ｑｔｈをテーブル３４から読み出す。

ステップＳ１４（第２ステップ）において、評価部２６は、読み出した発熱量閾値Ｑｔｈとジュール発熱量Ｑとの比較を行う。具体的に、評価部２６は、ジュール発熱量Ｑが発熱量閾値Ｑｔｈを超えているか否かを判定する。

Ｑ＞Ｑｔｈである場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１５（第２ステップ）に進む。ステップＳ１５において、評価部２６は、ジュール発熱量Ｑが発熱量閾値Ｑｔｈを超えているため、スパッタが発生する可能性があると評価する。次のステップＳ１６において、評価部２６は、この評価結果に基づき、抵抗溶接の実行を許可しない旨を判断する。

一方、Ｑ≦Ｑｔｈである場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、評価部２６は、ジュール発熱量Ｑが発熱量閾値Ｑｔｈ以下であるため、スパッタが発生する可能性がないと評価する。次のステップＳ１８において、評価部２６は、この評価結果に基づき、抵抗溶接の実行を許可する旨を判断する。

ステップＳ１６又はＳ１８後のステップＳ１９において、評価部２６は、ステップＳ１５又はＳ１７での評価結果と、ステップＳ１６又はＳ１８での判断結果とを評価結果記憶部３８に記憶する。あるいは、評価部２６は、出力部２８を介して、評価結果及び判断結果を外部に出力する。

次に、評価部２６は、スパッタの発生の有無の評価を継続して行うか否かを判断する。引き続き行う場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、ステップＳ１１又はＳ１２に戻り、スパッタの発生の有無の評価を継続して行う。一方、スパッタの発生の有無の評価を継続して行わない場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、スパッタの発生の有無の評価作業を終了する。

［４．本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係る抵抗溶接評価装置１０及び抵抗溶接評価方法では、複数の被溶接材３２の積層部分に対して抵抗溶接を行う場合に、複数の被溶接材３２の板組条件と、抵抗溶接の設定条件とに基づき、スパッタが発生するか否かを評価する。

すなわち、抵抗溶接評価装置１０は、ジュール発熱量算出部２０及び評価部２６を有する。ジュール発熱量算出部２０は、板組条件及び設定条件に基づき、抵抗溶接の際に複数の被溶接材３２に発生するジュール発熱量Ｑを算出する。評価部２６は、複数の被溶接材３２の抵抗値Ωｉに基づく抵抗比Ωｒと複数の被溶接材３２の積層方向の総板厚Ｄｔとを用いて得られる発熱量閾値Ｑｔｈ（スパッタ発生基準式）と、ジュール発熱量Ｑとを比較し、ジュール発熱量Ｑが発熱量閾値Ｑｔｈを超えていれば、スパッタが発生する可能性があると評価する。

また、抵抗溶接評価方法は、第１ステップ（ステップＳ１２）及び第２ステップ（ステップＳ１４、Ｓ１５）を有する。第１ステップでは、ジュール発熱量算出部２０によって、板組条件及び設定条件に基づき、抵抗溶接の際に複数の被溶接材３２に発生するジュール発熱量Ｑを算出する。第２ステップでは、評価部２６によって、複数の被溶接材３２の抵抗値Ωｉに基づく抵抗比Ωｒと複数の被溶接材３２の積層方向の総板厚Ｄｔとを用いて得られる発熱量閾値Ｑｔｈと、ジュール発熱量Ｑとを比較し、ジュール発熱量Ｑが発熱量閾値Ｑｔｈを超えていれば、スパッタが発生する可能性があると評価する。

このように、複数の被溶接材３２の板組条件と抵抗溶接の設定条件とを設定すれば、自動的に、ジュール発熱量Ｑが算出され、算出されたジュール発熱量Ｑと発熱量閾値Ｑｔｈとの比較に基づき、スパッタの発生の有無が評価される。この結果、従来のような有限要素解析のメッシュ特性の影響を受けることなく、最小限の条件を入力するだけで、スパッタの発生の有無を、より短い解析時間で、簡単且つ確実に評価することが可能となる。特に、本実施形態では、高張力鋼の板組における通電初期のスパッタの発生の有無を、より高い精度で予測することが可能である。

上記の効果について、より具体的に説明する。例えば、新しいモデルの車両を設計する際、当該車両の車体に使用する鋼板（板組）を決定する過程では、車両の製造工場に既に導入されている抵抗溶接設備及び現状の設定で、抵抗溶接を実行する際に、スパッタの発生等の不具合が発生するか否か判断する必要がある。本実施形態では、抵抗溶接の対象となる板組の総板厚Ｄｔ及び抵抗比Ωｒに基づく発熱量閾値Ｑｔｈと、ジュール発熱量Ｑとを比較することで、スパッタを発生させずに抵抗溶接を実行することが可能か否かを、容易に確認することができる。

しかも、本実施形態では、ＣＡＥを用いて得られた抵抗値Ｒより、上記（２）式の単純な計算式から、任意の時間間隔毎のジュール発熱量Ｑを算出可能である。これにより、スパッタの発生の有無を、より高精度に評価することができる。

ここで、抵抗溶接評価装置１０は、複数の被溶接材３２の抵抗値Ωｉの総和ΣΩｉと、複数の被溶接材３２のうち、積層方向の板厚Ｄｉが最も薄い外側の被溶接材３２の抵抗値Ωｓとの比を抵抗比Ωｒとして算出する抵抗比算出部２２と、総板厚Ｄｔ及び抵抗比Ωｒを用いて、スパッタを発生させずに抵抗溶接を行うことが可能なジュール発熱量Ｑの上限値を発熱量閾値Ｑｔｈとして設定する閾値設定部２４とをさらに有する。これにより、抵抗比Ωｒ及び発熱量閾値Ｑｔｈを簡単且つ速やかに算出することができる。

また、閾値設定部２４は、図７の総板厚Ｄｔ及び抵抗比Ωｒの二次元平面において、総板厚Ｄｔ及び抵抗比Ωｒ毎のジュール発熱量Ｑの上限値（許容ジュール発熱量Ｑｐ）に対する主成分分析を行い、主成分分析によって得られた第１主成分軸４６と複数の上限値とを用いて、発熱量閾値Ｑｔｈを設定する。これにより、発熱量閾値Ｑｔｈを精度よく設定して、スパッタの発生の有無の評価精度を向上させることができる。

また、抵抗溶接評価装置１０は、板組条件毎の発熱量閾値Ｑｔｈを格納するメモリ（記憶部）１６をさらに有する。評価部２６は、ジュール発熱量算出部２０で算出されたジュール発熱量Ｑの板組条件に応じた発熱量閾値Ｑｔｈをメモリ１６から読み出し、読み出した発熱量閾値Ｑｔｈとジュール発熱量Ｑとを比較して、スパッタが発生する可能性の有無を評価する。これにより、スパッタの発生の有無を的確且つ迅速に評価することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…抵抗溶接評価装置 １６…メモリ（記憶部）
２０…ジュール発熱量算出部 ２２…抵抗比算出部
２４…閾値設定部 ２６…評価部
３２…被溶接材 ４６…第１主成分軸

Claims (5)

1. 複数の被溶接材の積層部分に対して抵抗溶接を行う場合に、複数の前記被溶接材の板組条件と、前記抵抗溶接の設定条件とに基づき、スパッタが発生するか否かを評価するための抵抗溶接評価装置において、
   前記板組条件及び前記設定条件に基づき、前記抵抗溶接の際に複数の前記被溶接材に発生するジュール発熱量を算出するジュール発熱量算出部と、
   複数の前記被溶接材の抵抗値に基づく抵抗比と複数の前記被溶接材の積層方向の総板厚とを用いて得られる発熱量閾値と、前記ジュール発熱量とを比較し、前記ジュール発熱量が前記発熱量閾値を超えていれば、前記スパッタが発生する可能性があると評価する評価部と、
   を有する、抵抗溶接評価装置。
2. 請求項１記載の抵抗溶接評価装置において、
   複数の前記被溶接材の抵抗値の総和と、複数の前記被溶接材のうち、前記積層方向の板厚が最も薄い外側の被溶接材の抵抗値との比を前記抵抗比として算出する抵抗比算出部と、
   前記総板厚及び前記抵抗比を用いて、前記スパッタを発生させずに前記抵抗溶接を行うことが可能なジュール発熱量の上限値を前記発熱量閾値として設定する閾値設定部と、
   をさらに有する、抵抗溶接評価装置。
3. 請求項２記載の抵抗溶接評価装置において、
   前記閾値設定部は、前記総板厚及び前記抵抗比の二次元平面において、前記総板厚及び前記抵抗比毎のジュール発熱量の上限値に対する主成分分析を行い、前記主成分分析によって得られた第１主成分軸と複数の前記上限値とを用いて、前記発熱量閾値を設定する、抵抗溶接評価装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の抵抗溶接評価装置において、
   前記板組条件毎の前記発熱量閾値を格納する記憶部をさらに有し、
   前記評価部は、前記ジュール発熱量算出部で算出された前記ジュール発熱量の前記板組条件に応じた前記発熱量閾値を前記記憶部から読み出し、読み出した前記発熱量閾値と前記ジュール発熱量とを比較して、前記スパッタが発生する可能性の有無を評価する、抵抗溶接評価装置。
5. 複数の被溶接材の積層部分に対して抵抗溶接を行う場合に、複数の前記被溶接材の板組条件と、前記抵抗溶接の設定条件とに基づき、スパッタが発生するか否かを評価するための抵抗溶接評価方法において、
   ジュール発熱量算出部によって、前記板組条件及び前記設定条件に基づき、前記抵抗溶接の際に複数の前記被溶接材に発生するジュール発熱量を算出する第１ステップと、
   評価部によって、複数の前記被溶接材の抵抗値に基づく抵抗比と複数の前記被溶接材の積層方向の総板厚とを用いて得られる発熱量閾値と、前記ジュール発熱量とを比較し、前記ジュール発熱量が前記発熱量閾値を超えていれば、前記スパッタが発生する可能性があると評価する第２ステップと、
   を有する、抵抗溶接評価方法。
   

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