JP5584026B2 - 抵抗溶接制御方法 - Google Patents
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Description
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試験によって設定しておく。
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使用されている。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。
被溶接材が3枚重ねである場合には、上述した従来技術1及び2の方法では、チリの発生を抑制しながら適正なナゲット径を形成することが難しい場合がある。以下の説明においては、3枚以上重ねたワークについて、最も上側の被溶接材を上板と呼び、間に挟まれた1枚又は複数枚の被溶接材を中板と呼び、最も下側の被溶接材を下板と呼ぶことにする。従来技術1及び2によって良好な溶接品質を得ることが難しい場合とは、上板及び/又は下板が中板よりも薄い鋼板である場合である。このような3枚重ねの被溶接材を抵抗溶接すると、形成されるナゲットは、重ねの中心部(上板の板厚+中板の板厚+下板の板厚/2)で最もそのナゲット径が大きくなり、上板及びした板の表面に近づくほどそのナゲット径は小さくなる。特に、上板又は下板が中板よりも薄い鋼板であるときはこの傾向が顕著になる。これは、上板及び下板は薄い鋼板であり、かつ、外側に配置されているために熱が外部に逃げやすいが、重ね中心部では、中板は厚い鋼板であり、かつ、上板と下板に挟まれて熱が周辺に逃げにくいためである。このために、上板、重ね中心部及び下板のナゲット径を全て適正範囲に形成するためには、定電流制御では溶接電流値を定電力制御では瞬時電力値を増大させる必要がある。しかし、このようにすると、ナゲット径は適正範囲内に形成されるが、重ね中心部への入熱が過剰となるために重ね中心部からチリが発生することになる。
上板、中板及び下板の3枚重ねの被溶接材を一対の電極によって加圧し、前記上板及び/又は前記下板が前記中板よりも薄い鋼板から成り、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T1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T2で予め定めたベース値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた溶接終了時間Teで予め定めた第2ピーク値となるパターンであり、
前記第1ピーク値及び/又は前記第2ピーク値を増加させることによって、形成されるナゲット径を大きくする、
ことを特徴とする抵抗溶接制御方法である。
この記憶された溶接経過時間Ttが、0≦Tt<T2である場合は前記第1ピーク値及び/又は前記ベース値を、T2≦Tt≦Teである場合は前記第2ピーク値を、減少させて前記電力目標パターンを修正する、
ことを特徴とする請求項1記載の抵抗溶接制御方法である。
この記憶された溶接経過時間Ttが、0≦Tt<T2である場合は前記第1溶接経過時間T1及び/又は前記第2溶接経過時間T2を、T2≦Tt≦Teである場合は前記溶接終了時間Teを、短くして前記電力目標パターンを修正する、
ことを特徴とする請求項1記載の抵抗溶接制御方法である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る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。
(1)上板、中板及び下板の3枚重ねから成り、かつ、上板及び/又は下板が中板よりも薄い鋼板である被溶接材に対して、定電流制御(一定電流)によって抵抗溶接を行い、チリが発生しない条件下で最大の溶接電流値を算出する。このときの溶接時間については、被溶接材の板厚を考慮して、蓄積されたデータ又は周知の溶接条件データからその値を設定する。
(2)上記(1)項によって設定された溶接電流値及び溶接時間の条件で、定電流制御によって抵抗溶接を行い、溶接中の瞬時電力値及び溶接部抵抗値の推移を波形データとして記憶する。
(3)溶接経過時間t=0cycのときの初期値Ps=6kW程度に設定する。また、上記(1)項で設定した溶接時間を溶接終了時間Teに設定する。
(4)第1溶接経過時間T1を上記の溶接終了時間Teの25%程度に設定する。また、記憶された瞬時電力値の推移波形において、t=T1であるときの瞬時電力値の130%程度の値を第1ピーク値Pp1として設定する。
(5)第2溶接経過時間T2=T1+3cyc程度に設定する。また、記憶された瞬時電力値の推移波形において、t=T2であるときの瞬時電力値の70%程度の値をベース値Pbとして設定する。
(6)記憶された瞬時電力値の推移波形において、t=Teであるときの瞬時電力値を第2ピーク値Pp2として設定する。
(7)上記(3)〜(6)項によって設定されたパラメータを使用して電力目標パターンを作成する。
(8)上記の電力目標パターンを使用して定電力制御によって抵抗溶接を行い、ナゲット径を測定する。ナゲット径が適正値よりも小さい場合には、Pp1〜Pp2の少なくとも1つ以上を大きくして、ナゲット径が適正値以上になるようにする。
(9)修正された電力目標パターンを使用して定電力制御によって抵抗溶接を行い、チリの発生を観察する。チリが発生するときは溶接部抵抗値が急減するので、この急減時の溶接経過時間Ttを特定する。この特定された溶接経過時間Ttが、0≦Tt<T2である場合はPp1及び/又はPbを、T2≦Tt≦Teである場合はPp2を、小さくする。また、0≦Tt<T2である場合はT1及び/又はT2を、T2≦Tt≦Teである場合はTeを小さくする。
(10)上記(8)〜(9)項を、ナゲット径が適正範囲に形成され、かつ、チリが発生しないようになるまで繰り返し、電力目標パターンのチューニングが完了する。
上記の電力目標パターンは、被溶接材条件に応じて適正値に設定される。形成されるナゲット径が適正値よりも小さい場合には、第1ピーク値Pp1及び/又は第2ピーク値Pp2を増加させることによって、ナゲット径を大きくすることができる。このために、被溶接材に応じて電力目標パターンを実験によって設定する際に、ナゲット径が適正値よりも小さい場合には第1ピーク値及び/又は第2ピーク値を増加させることによって、短時間で適正化を図ることができる。
(A)第1適正化手法
1)0≦Tt<T2のときには第1ピーク値Pp1及び/又はベース値Pbを減少させる。
2)T2≦Tt≦Teのときには第2ピーク値Pp2を減少させる。
1回当たりの減少値は例えば10%とし、溶接実験を繰り返すことによって、上述した図4の場合のように、抵抗値の変化率dR/dtが基準変化率Dt以下になることがないようにする。このような状態になった時点で、電力目標パターンはチリの発生しない適正値に設定されたことになる。
1)0≦Tt<T2のときには第1溶接経過時間T1及び/又は第2溶接経過時間T2を短くする。
2)T2≦Tt≦Teのときには溶接終了時間Teを短くする。
1回当たりの短縮値は例えば10%とし、溶接実験を繰り返すことによって、上述した図4の場合のように、抵抗値の変化率dR/dtが基準変化率Dt以下になることがないようにする。このような状態になった時点で、電力目標パターンはチリの発生しない適正値に設定されたことになる。
2 被溶接材
AC 商用交流電源
DC 抵抗値変化率算出回路
DR 2次整流回路
dR/dt 抵抗値変化率(信号)
Dt 基準変化率
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
INV インバータ回路
IR 電流設定回路
Ir 電流設定信号
Is 初期電流
Iw 溶接電流
ON 起動回路
On 起動信号
Pb ベース値
PCR 適正化機能付加電力設定回路
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
R 抵抗値
RD 抵抗値算出回路
Rd 抵抗値算出信号
Rs 初期抵抗値
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
Te 溶接終了時間
TR 高周波変圧器
Ts 初期期間
TT チリ発生時点判別回路
Tt チリ発生時点溶接経過時間(信号)
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
Claims (3)
- 上板、中板及び下板の3枚重ねの被溶接材を一対の電極によって加圧し、前記上板及び/又は前記下板が前記中板よりも薄い鋼板から成り、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T1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T2で予め定めたベース値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた溶接終了時間Teで予め定めた第2ピーク値となるパターンであり、
前記第1ピーク値及び/又は前記第2ピーク値を増加させることによって、形成されるナゲット径を大きくする、
ことを特徴とする抵抗溶接制御方法。 - 溶接開始から予め定めた溶接初期期間が経過した後の溶接部の抵抗値の変化率を検出し、この抵抗値の変化率が基準変化率以下になったときはその時点の溶接経過時間Ttを記憶し、
この記憶された溶接経過時間Ttが、0≦Tt<T2である場合は前記第1ピーク値及び/又は前記ベース値を、T2≦Tt≦Teである場合は前記第2ピーク値を、減少させて前記電力目標パターンを修正する、
ことを特徴とする請求項1記載の抵抗溶接制御方法。 - 溶接開始から予め定めた溶接初期期間が経過した後の溶接部の抵抗値の変化率を検出し、この抵抗値の変化率が基準変化率以下になったときはその時点の溶接経過時間Ttを記憶し、
この記憶された溶接経過時間Ttが、0≦Tt<T2である場合は前記第1溶接経過時間T1及び/又は前記第2溶接経過時間T2を、T2≦Tt≦Teである場合は前記溶接終了時間Teを、短くして前記電力目標パターンを修正する、
ことを特徴とする請求項1記載の抵抗溶接制御方法。
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