JP4296648B2 - 抵抗溶接の電極変位量制御方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接割れ不良を防止するとともに信頼性の高い溶接品質を備えたワークを得るための抵抗溶接の電極変位量制御方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現状における抵抗溶接方法は、抵抗溶接の三大要素である加圧力、溶接電流、及び通電時間を固定して溶接する方法である。この現状の方法では、割れが発生しやすい被溶接材を抵抗溶接する場合、溶接電極の表面状態の変化及びワークの性状の変化等により、安定した健全な溶接品質を備えたワークが得られない。そこで、最近の抵抗溶接方法においては、電極の加圧力によるワークのつぶれ量（電極変位量）を安定させて、それによって健全な溶接品質を備えたワークを得るために、予め設定した電極変位量に到達した時点で直ちに通電を停止する電極変位量制御方法が行われるようになった。上記従来の抵抗溶接の制御方法は、図７に示すイナーシャによる電極変位停止時間の遅延があることから、一電極打点中に電極変位量のパターンに依存してつぶれ量を抑制することができず、したがってワークに溶接割れ等の欠陥を発生をもたらしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
抵抗溶接においては、多くの溶接作業因子及びワーク性状が溶接品質に影響を与える。ワーク（被溶接材）が燐青銅等の溶接割れを特に発生しやすい材料である場合、それらの溶接作業因子のうちで電極の表面状態（経時変化）及びワーク性状のばらつき等が、ワークに溶接割れを発生させる。特に電極の表面状態が経時変化することによって、大量生産工程においては、ワークの溶接割れ等の溶接不良が連続的に発生し、多くの溶接不良部品を製造する恐れがある。
【０００４】
したがって、本発明は、溶接割れによる製品不良を防止し、且つ信頼性の高い溶接品質を備えた溶接部品を供給する抵抗溶接の電極変位量制御方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、抵抗溶接の制御方法は、電極変位量（ワークのつぶれ量）と溶接電流とのあいだには強い相関があることに注目して、一電極打点毎に電極変位量を計測し、予め設定した上限と下限の電極変位量と比較することによって、実測電極変位量と設定電極変位量とのあいだに偏差が生じたときに、この偏差にしたがって次の電極打点時において電極に流す溶接電流を増減して電極変位量を制御することによって上記問題を解決する。
【０００６】
電極に流す溶接電流を調整することにより電極変位量が制御できるのは、以下の理由による。抵抗溶接の際に電極変位量が増加するということは、被溶接材（ワーク）に対して投入される熱量が増加することを意味する。従来の溶接電源は一定電流に設定されているために、電極打点回数の増加とともに電極表面状態が変化をする。したがって、電極表面と被溶接材との接触面積の変化にともない接触抵抗が変化し、その結果電極表面と被溶接材との熱量が変化する。ここで熱量は、Ｑ＝０．２４×Ｉ² ×Ｒ×ｔで表され、Ｉは溶接電流（Ａ）、Ｒは接触抵抗（Ω）、ｔは時間（ｓｅｃ）である。この接触抵抗の増減分に対応して電極に流す溶接電流を増減させて被溶接材に投入される熱量を一定にする。それによって、電極変位量を制御することが可能となる。なお、加圧力を変動させても接触抵抗を制御することが可能であるが、加圧力を減少させるとスパッタ等が発生する恐れがある。したがって、本発明においては、加圧力を一定にして、所定の電極打点時において電極に流す溶接電流を増減して電極変位量を制御した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記課題は、以下に示す本発明の抵抗溶接の制御方法及び抵抗溶接装置によって達成する。
本発明の抵抗溶接の電極変位量制御装置は、図１に示すように第１の手段２１、第２の手段２２、第３の手段２３、第４の手段２４及び第５の手段２５を有する溶接電源フィードバック制御装置９を備える。
【０００８】
本発明の第１の手段２１が、電極変位計測回路Ｂ、電極変位量上下限設定回路Ｃ、演算回路Ｊ、比較回路Ｋ及び演算回路Ｌを有することによって、本発明の方法は、電極変位計測回路Ｂの出力と電極変位量上下限設定回路Ｃの設定値とを、演算回路Ｊ、比較回路Ｋ及び演算回路Ｌを用いて比較及び演算を行うことができる。本発明の第２の手段２２が、連続ＮＧ回数設定回路Ｄ、演算回路Ｏと比較回路Ｐとを備える電極打点回数計測回路Ｅ、及び連続ＮＧ回数修正回路Ｇを備えることによって、本発明の方法は、電極打点回数と連続ＮＧ回数設定値とを連続ＮＧ回数修正回路Ｇに入力することが可能となる。本発明の第３の手段２３が、第１の手段２１と第２の手段２２の出力を比較する比較回路Ｍと電流制御回路Ｈを備えることによって、本発明の方法は、連続して外れた電極打点回数が予め設定した連続電極打点回数に達したときに、次の電極打点時に過不足を調整した溶接電流を電流制御回路Ｈを介して電極に通電することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の装置においては、図１に示すように溶接電源フィードバック制御装置９が第４の手段２４すなわち電極打点回数設定回路Ｆを備える。それによって、本発明は、電極打点回数の増加に伴って予め設定した電極打点回数を修正する方法を可能にする。さらに、本発明の装置においては、図１に示すように溶接電源フィードバック制御装置９が第５の手段２５すなわちＮＧ率設定回路Ｉを備える。それによって、本発明は、予め設定した電極打点以後は、ある期間内の設定外電極打点回数に依存させて溶接電流を調整して電極変位量の制御は安定化する方法を可能にする。
【００１０】
本発明が対象にする溶接割れを発生しやすい燐青銅の継手の抵抗溶接例を従来例と比較して、本発明の方法及び装置をさらに具体的に説明する。
燐青銅のコイルターミナルと燐青銅のコネクターターミナルの継手の抵抗溶接の例を示す。１．５ｍｍ直径の燐青銅線コイルターミナル１０と、０．６４ｍｍ厚みの燐青銅板コネクターターミナル１１とを抵抗溶接で接合した継手を図２のａ及び図２のｂに示す。従来の燐青銅の抵抗溶接においては、図２のｂに示すように、溶接強度不足とともに、特にコイルターミナル１０の溶接部１３付近には溶接割れ１２が発生しやすい。このコイルターミナル溶接部付近の溶接割れ１２は、図３に示すごとく、電極変位量Ｌが大きくなると、すなわちコイルターミナルのつぶれ量が大きくなると溶接割れが発生してくる。この電極変位量は電極の表面状態の変化及びワーク性状の変化にともなって変化するので、電極変位量を安定領域内に維持するためには種々の制御を必要とする。特に電極の表面状態は電極打点回数の増加にしたがって変化するので、電極の表面状態の変化にしたがいコイルターミナルのつぶれ量も増大し、その結果、コイルターミナルの溶接部付近に溶接割れが発生する。この電極変位量の変化を防止する対策としては、予め設定した電極変位量に到達した時点で、電極に流す電流を停止させる電極変位量制御法が考えられている。しかしながら、この場合は通電を停止させる設定電極変位量に到達してから実際に通電が停止するまでの遅延時間が約４ｍｓ程度あるために、コイルターミナルのつぶれ量はあまり抑制されず安定した電極変位量を確保することは困難である。
【００１１】
そこで、本発明は図４のａ及び図４のｂに示すごとく抵抗溶接する際に各電極打点毎に実際の電極変位量を計測し、予め設定した電極変位量の上限設定変位量１４及び下限設定変位量１５と比較して、これらの双方の設定変位量１４、１５から外れた実際の電極変位量１６、１７、１８の電極打点回数を計測する。そして、これらの設定変位量から連続して外れた電極打点回数を算出する。この連続して外れた電極打点回数が予め設定した電極打点回数になった時、次の電極打点時に電極に流す溶接電流を所定率だけ増減させて電極変位量を安定化させる制御方法である。例えば、計測した電極変位量（図４のｂに参照符号１６で示すように）が上限設定変位量側で連続して予め設定した電極打点回数まで外れた場合、次の電極打点時には、溶接電流を所定率だけ減少させて抵抗溶接を行い、電極変位量を制御してワークのつぶれ量を改善する。
【００１２】
以下に、本発明の溶接電流を調整して電極変位量の制御は安定化する方法及び装置を、図１の抵抗溶接における電極変位量と電極打点回数の測定方法及び装置の概要図、及び図６の本発明の制御内容を示すフローチャートを参照してさらに具体的に説明する。
本発明においては、抵抗溶接のスタート（スタート）後に全ての電極打点回数を、電極打点回数Ｎは、被溶接材１及び２を挟持した固定電極３と可動電極４との双方のあいだの電位差を電極間電圧検出線８を介して電極打点回数計測回路Ｅに入力して計測（図６の電極打点回数計測２６）をする。また、電極変位量Ｌは、可動電極３の保持部にリニアゲージ等の変位センサー７を取り付けて検出して電極変位量計測回路Ｂで計測（図６の電極変位量計測２７）する。なお、本発明においては電極に付加される加圧力は加圧シリンダー５によって付加され、その加圧力は一定で制御する。さらに、電極打点回数計測と電極変位量計測との双方の計測は、いずれが先であってもまた同時に計測してもよい。
【００１３】
次に、計測した電極変位量から上限下限設定値から外れた電極打点回数を演算するために、先ず、電極変位量計測回路Ｂから演算回路Ｊを経た出力が、電極変位量上下限設定回路Ｃからの出力と比較回路Ｋで比較されて演算回路Ｌで演算される（図６の電極変位量３０）。一方、電極打点回数を計測する電極打点回数計測回路Ｅの出力は、演算回路Ｏ及び比較回路Ｐを介して連続ＮＧ回数修正回路Ｇに入力される。このとき、電極打点回数設定回路Ｆの設定値が比較回路Ｐに入力され（図６の設定電極打点回数２８）、その結果が、連続ＮＧ回数修正回路Ｇ及びＮＧ率設定回路Ｉ（図６の電極変位量ＮＧ率演算２９）に入力される。また、連続ＮＧ回数設定回路Ｄの設定値も連続ＮＧ回数修正回路Ｇに入力される（連続ＮＧ回数ｎ演算３４）。この連続ＮＧ回数修正回路Ｇの出力は、上記演算回路Ｌからの出力とともに比較回路Ｍで比較されて（図６の連続ＮＧ回数３１）、電流制御回路Ｈに入力され（図６の電流値演算３２）、その結果、過不足を調整した溶接電流（図６の制御電流値出力３３）を溶接電源６を介して電極に通電することができる。
【００１４】
電極打点回数の増加したとき、すなわち電極が経時変化をおこしたとき、或いは電極打点回数が多くなり電極表面が荒れてきたときは、少ない連続ＮＧ電極打点回数で溶接電流を調整するよりもある程度多い電極打点回数で溶接電流を調整するほうが電極変位量の制御は安定化する。このため、図１に示すように本発明の方法においては、電極打点回数と連続ＮＧ回数との関係を連続ＮＧ回数設定回路Ｄに予め設定して、例えば、図５に示す関係（但し直線関係でなくともよい）を設定し（図６の電極変位量ＮＧ率演算及び連続ＮＧ回数ｎ演算）、電極打点回数の増加に伴って予め設定した連続ＮＧ電極打点回数を修正することができる。
【００１５】
さらに、予め設定した電極打点回数に到達した以降は、所定の期間内でＮＧとなった設定外電極打点回数に依存させて、溶接電流を調整すると電極変位量の制御は安定化することができる。すなわち次式にしめすＮＧ率に依存させて電極に流す電流を調整（図６の電流値演算）して電極変位量を制御する。
ＮＧ率＝設定外電極打点回数（Ｎ_OU）／設定期間内の全電極打点回数（Ｎ_IN）
但し、上式において設定期間内の全電極打点回数ＮINは、電極表面状態によって適宜に設定する。
【００１６】
このため、本発明の方法においては図１に示すように、設定外電極打点回数と設定期間内の全電極打点回数との関係を予めＮＧ率設定回路Ｉに設定する。演算回路０と比較回路Ｐを通った電極打点計測回路Ｅの出力を上記ＮＧ率設定回路Ｉに入力し（図６の電極変位量ＮＧ率演算２９）、その後比較回路Ｍを介して電流制御回路Ｈで、所定の期間内の設定外電極打点回数に依存させて溶接電流を調整する（図６の電流値演算３２、制御電流値出力３３）。本発明においてはＮＧ率は一定とするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の抵抗溶接における電極変位量と電極打点回数の測定方法及び装置の概要図を示す。
【図２】燐青銅線コイルターミナルと燐青銅板コネクターターミナルとを抵抗溶接で接合した継手を示し、図２のａは継手の部分斜視図であり、図２のｂは継手の部分断面図である。
【図３】図２に示すコイルターミナルとコネクターターミナルとの継手の電極変位量Ｌと溶接電流の関係を示す。
【図４】図４のａは電極打点回数と溶接電流との関係を示し、図４のｂは電極打点回数と電極変位量との関係を示す。
【図５】電極打点回数に対する連続ＮＧ回数の関係を示す。
【図６】本発明の制御内容を示すフローチャートをしめす
【図７】従来技術の電極変位量と通電時間との関係を示す。
【符号の説明】
１…被溶接材
２…被溶接材
３…可動電極
４…固定電極
５…加圧シリンダー
６…溶接電源
７…変位センサー
８…電極間電圧検出線
９…溶接電源フィードバック制御装置
１０…コイルターミナル
１１…コネクターターミナル
１２…溶接割れ
１３…溶接部
１４…電極変位量の上限設定変位量
１５…電極変位量の下限設定変位量
１６…設定変位量から外れた実際の電極変位量
１７…設定変位量から外れた実際の電極変位量
１８…設定変位量から外れた実際の電極変位量
２１…第１の手段
２２…第２の手段
２３…第３の手段
２４…第４の手段
２５…第５の手段
２６…電極打点回数計測
２７…電極変位量計測
２８…設定電極打点回数
２９…電極変位量ＮＧ率演算
３０…電極変位量
３１…連続ＮＧ回数
３２…電流値演算
３３…制御電流値出力
３４…連続ＮＧ回数ｎ演算

Claims (8)

1. 抵抗溶接の電極変位量制御方法において、
   予め電極変位量の上限設定変位量及び下限設定変位量を設定し、
   抵抗溶接する際の電極打点回数（Ｎ）を計測し、電極打点回数毎に加圧方向の電極変位量を計測し、
   前記上限設定変位量と前記下限設定変位量から電極変位量が連続して外れた電極打点回数を演算し、且つ
   前記連続して外れた電極打点回数が予め設定した連続電極打点回数に達したときは、次の電極打点時に過不足を調整した溶接電流を電極に通電すること、及び
   予め設置した電極変位量に到達した時点で、電極に流す電流を停止させることによって、
   前記電極の電極変位量を制御することを特徴とする抵抗溶接の電極変位量制御方法。
2. 前記電極打点回数の増加とともに前記予め設定した連続電極打点回数（Ｎ_VA）を変化させて電極の電極変位量を制御することを特徴とする請求項１記載の電極変位量制御方法。
3. 予め設定した電極打点回数以後は、次式、
   ＮＧ率＝設定外電極打点回数（Ｎ_OU）
   ／設定期間内の全電極打点回数（Ｎ_IN）
   で示すＮＧ率にしたがって、過不足を調整した溶接電流を電極に通電して電極の電極変位量を制御することを特徴とする請求項１記載の電極変位量制御方法。
4. 燐青銅を溶接することを特徴とする請求項１記載の電極変位量制御方法。
5. １．５ｍｍ直径の燐青銅線コイルターミナルと、０．６４ｍｍ厚みの燐青銅板コネクターターミナルとを溶接することを特徴とする請求項１記載の電極変位量制御方法。
6. 抵抗溶接の電極変位量制御装置において、
   加圧方向において個々の電極変位量を計測し、予め設定した上下限電極変位量と比較する第１の手段（２１）、
   電極打点回数（Ｎ）を計測し、予め設定した上下限電極変位量から連続して外れた電極打点回数を演算する第２の手段（２２）、及び
   前記連続して外れた電極打点回数が予め設定した連続電極打点回数に達したときは、次の電極打点時に過不足を調整した溶接電流を電極に流す第３の手段（２３）、
   を備えた溶接電源フィードバック制御装置（９）を特徴とする抵抗溶接の電極変位量制御装置。
7. 前記電極打点回数の増加とともに前記予め設定した連続電極打点回数を変化させる第４の手段（２４）を備えることを特徴とする請求項６記載の電極変位量制御装置。
8. 予め設定した電極打点回数以後は、次式、
   ＮＧ率＝設定外電極打点回数（Ｎ_OU）
   ／設定期間内の全電極打点回数（Ｎ_IN）
   で示すＮＧ率にしたがって、過不足を調整した溶接電流を電極に通電する第５の手段（２５）を備えることを特徴とする請求項６記載の電極変位量制御装置。

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