(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電極に所定の軌跡を描かせながらアークスポット溶接をなすアークスポット溶接方法であって、
前記所定の軌跡が円形状とされ、その大きさを溶接する板厚に応じて調整することを特徴とするアークスポット溶接方法。
【請求項２】
溶接電流を段階的に変化させてアークスポット溶接をなすことを特徴とする請求項１記載のアークスポット溶接方法。
【請求項３】
溶接時間内に電流値および／または電圧値を段階的に切り替えながら溶接することを特徴とする請求項２記載のアークスポット溶接方法。
【請求項４】
アークスポット溶接用トーチと、前記トーチを操作するトーチ操作部と、溶接補機類と、前記トーチ操作部および溶接補機類を制御する制御部とを備え、
前記トーチ操作部により前記トーチを操作し、同トーチに保持されている溶接電極に板厚に応じて調整された直径の円を描かせながら溶接するようされてなることを特徴とするアークスポット溶接装置。
【請求項５】
制御部により溶接電流が段階的に変化させられてなることを特徴とする請求項４記載のアークスポット溶接装置。
【請求項６】
溶接時間内に電流値および／または電圧値を段階的に切り替えながら溶接することを特徴とする請求項５記載のアークスポット溶接装置。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のいずれか一項に記載のアークスポット溶接装置を備えてなることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶接方法および溶接装置に関する。さらに詳しくは、板材を十分な強度で接合するよう改良されたアークスポット溶接による溶接方法および溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、板材相互の溶接方法としてスポット溶接（抵抗スポット溶接）が行われている。抵抗スポット溶接は、抵抗発熱を利用して金属の接合を行う抵抗溶接法の一種であり、図１３に示すように、対向配置された２つの電極１０１、１０２の間に溶接対象となる各板材Ｗ1´、Ｗ2´を挟み込み、両側から加圧しつつ電流１０３を通電し、各板材Ｗ1´、Ｗ2´の圧接部分にナゲット１０４を形成するようにして、各板材Ｗ1´、Ｗ2´を溶接する方法とされる。
【０００３】
このような抵抗スポット溶接は、短時間での溶接が可能であり、また、溶接時に溶融部分が大気にさらされることがほとんどないため特別のシールドガスを供給する必要がない、といった利点がある。ところが、抵抗スポット溶接においては、各板材を両側から電極によって挟み込み加圧する必要があるため、溶接対象が構造的に制約されることがあり、作業の自由度が低いという難点がある。
【０００４】
これに対して、アークスポット溶接は重ね合わされた各溶接対象板材の片側にのみ電極を配置し、この電極と一方の板材との間にアークを発生させるようにして各板材を溶接する方法であるため、溶接対象の形状・構造に拘わらず比較的自由に溶接することが可能であり、また作業効率の向上を図ることも容易である。
【０００５】
ところが、アークスポット溶接においては、片側面から各板材を加熱する方式であるため、図１４に示すように、各板材Ｗ1´、Ｗ2´の溶融部分１１１表面の径Ｄ´´に比べて接合部分の径（以下、接合部径という）Ｄ´が小さくなり、継手強度が相対的に小さくなってしまう、といった難点がある。そして、この傾向はスパッタを低減させるためにアルゴンのリッチなシールドガス（例えば、アルゴン８０％、炭酸ガス２０％）を利用することによって一層助長されてしまう。
【０００６】
したがって、アークスポット溶接においては、十分な継手強度を得るため、溶け込みを深くして接合部径Ｄ´を大きくする必要がある。ところが、図１５に示すように、各板材Ｗ1´、Ｗ2´（特に、下材Ｗ2´）に十分な厚みがない場合、溶け込みを深くすると溶け落ち１１２が発生することになり、これを避けるためにある程度以上溶け込みを深くすることができないので、必要な継手強度を得ることができない、といった問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、アークスポット溶接による種々の板厚に対する溶接作業を可能とし、かつ十分な継手強度を得ることが可能なアークスポット溶接方法およびアークスポット溶接装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のアークスポット溶接方法は、溶接電極に所定の軌跡を描かせながらアークスポット溶接をなすアークスポット溶接方法であって、前記所定の軌跡が円形状とされ、その大きさを溶接する板厚に応じて調整することを特徴とする。
【０００９】
本発明のアークスポット溶接方法においては、溶接電流を段階的に変化させてアークスポット溶接をなすのが好ましい。
【００１０】
また、本発明のアークスポット溶接方法においては、溶接時間内に電流値および／または電圧値を段階的に切り替えながら溶接するのが好ましい。
【００１１】
一方、本発明のアークスポット溶接装置は、アークスポット溶接用トーチと、前記トーチを操作するトーチ操作部と、溶接補機類と、前記トーチ操作部および溶接補機類を制御する制御部とを備え、前記トーチ操作部により前記トーチを操作し、同トーチに保持されている溶接電極に板厚に応じて調整された直径の円を描かせながら溶接するようされてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明のアークスポット溶接装置においては、制御部により溶接電流が段階的に変化させられてなるのが好ましい。
【００１３】
また、本発明のアークスポット溶接装置においては、溶接時間内に電流値および／または電圧値を段階的に切り替えながら溶接するのが好ましい。
【００１４】
しかして、本発明のアークスポット溶接装置はロボットに備えられる。
【００１５】
【作用】
本発明は、前記の如く構成されているので、アークスポット溶接によっても各種板厚のスポット溶接において所定の継手強度を確保できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１７】
実施形態１
図１に、本発明の実施形態１に係る溶接方法が適用される溶接装置Ａをブロック図で示す。また、図２に溶接装置Ａの動作の様子を示し、図３に溶接装置Ａによる溶接部の様子を示す。
【００１８】
溶接装置Ａは、アークスポット溶接用のトーチＴを操作するトーチ操作部１０と、トーチ操作部１０を制御する制御部２０とを主要構成要素として備え、重ね合わされた各板材Ｗ1、Ｗ2上の各溶接点を順次自動的に溶接していくよう動作するものとされる。また、溶接装置Ａは、具体的な溶接方法（例；ＭＡＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接）に応じた溶接用補機類３０（例；溶接用電源装置、シールドガス供給装置、電極用ワイヤ送給装置）を含む。
【００１９】
この実施形態１においては、トーチＴは、例えばアルゴン（Ａｒ）と炭酸ガス（ＣＯ2）とを所定の割合（Ａｒ：８０％、ＣＯ2：２０％）で混合したシールドガスにより溶融部分を保護しつつ溶接を実施するＭＡＧ溶接（Metal-Active-Gas溶接）用のツールとされ、図２に示すように、ワイヤ状の溶接電極１と一方の板材（以下、上材という）Ｗ1との間に所定パターンで溶接電流を供給してアーク２を発生させ、各板材Ｗ1、Ｗ2を溶融しワイングラス状の溶接部分３を形成するとともに、溶接部分３に溶加される溶接電極１を制御部２０により制御されるサーボモータ（不図示である）によって駆動されるワイヤ送給装置により補給するようにして溶接を実行するものとされる。ここで、前記所定のパターンは、例えば溶接電流を段階的に変化させる、例えば減少させるパターンとされる。
【００２０】
また、トーチＴは、１つの溶接点を溶接している間、トーチ操作部１０により固定して保持されるばかりではなく、必要に応じてトーチＴに保持されている溶接電極１に所定の軌跡、例えば円形状の軌跡Ｌを描くようにトーチ操作部１０により駆動されつつ溶接動作を実施するものとされる。その場合、円形状の軌跡Ｌの大きさは、スポット溶接される板厚に応じて適宜調整される。例えば、溶接する板厚が増加するにつれて、円形状の軌跡Ｌは大きくされる。
【００２１】
なお、溶接装置Ａにおいては、前掲の通りアルゴン・リッチの混合ガスをシールドガスとして用いることによって、スパッタを抑えかつ短時間で品質のよい溶接を実施することが可能とされる。また、トーチＴはＭＡＧ溶接によりアークスポット溶接を実施するものに限らず、ＭＩＧ溶接（Metal-Inert-Gas溶接）またはＴＩＧ溶接（タングステン電極を用いたInert-Gas溶接）によりアークスポット溶接を実施するよう構成することも勿論可能である。この場合、溶接用補機類３０の内容も溶接方法に応じて変更される。
【００２２】
図４に、実施形態１のトーチ操作部１０を示す。ここでは、トーチ操作部１０は多関節型のロボット（例えば６軸ロボット）１０Ａとされ、このロボット１０Ａは、オフライン・ティーチング等の教示方法により教示される各溶接点にトーチＴを移動するとともに、各溶接点において溶接の実行中に必要に応じて所定の軌跡ＬでトーチＴを移動するよう動作するものとされる。
【００２３】
次に、制御部２０を説明する。
【００２４】
制御部２０は、ロボット１０Ａに対する各軸指令値を生成するいわゆるロボット・コントローラとしての機能を含み、ロボット１０Ａが各溶接点にトーチＴを移動させるよう制御するとともに、必要に応じて各溶接点において軌跡ＬでトーチＴを移動させるよう制御する（以下、溶接実行時軌跡制御という）ものとされる。以下、制御部２０が実施する溶接実行時軌跡制御を説明する。
【００２５】
溶接実行時軌跡制御においては、トーチＴが上材Ｗ1の表面に平行な径Ｄ（図３参照）の円を描いて移動するように各軸指令値が生成される。ここで、径Ｄは各溶接点に対して要求される継手強度（以下、要求継手強度という）に応じて設定される。
【００２６】
すなわち、トーチＴを固定して溶接を実行する場合、その溶接部（以下、トーチ固定時溶接部という）３による各板材Ｗ1、Ｗ2の接合面３ａの径（以下、接合面径という）Ｄ1は溶け落ちの発生を回避するための一定の制約を受けることになる。このため、実施形態の溶接装置Ａにおいては、溶接電流パターンを適宜変更するとともに、必要に応じて軌跡Ｌに沿ってトーチＴを移動させつつ溶接を実行するようにして、より大きな溶接部（以下、トーチ移動時溶接部という）４の形成を可能とし、これによって溶接部４による各板材Ｗ1、Ｗ2の接合面（以下、トーチ移動時接合面という）４ａの径ＤXを要求継手強度を満足させるように所定の大きさにすることを可能とするものとされる。
【００２７】
このように、実施形態１の溶接装置Ａによれば、各溶接点において、制御部２０が、要求継手強度に応じた溶け込み量を確保するための電流パターンを設定するとともに、必要に応じてトーチＴが径Ｄの軌跡Ｌを描くように移動させつつ溶接を実行するようトーチ操作部１０および補機類３０を制御するので、各板材Ｗ1、Ｗ2の厚み等に起因する制約を排除して、十分な継手強度で各板材Ｗ1、Ｗ2を溶接することが可能となる。
【００２８】
実施形態２
次に、図５を参照して本発明の実施形態２を説明する。実施形態２の溶接装置Ａ１は、実施形態１と同様のトーチＴ1を操作するトーチ操作部１０として、直交２軸の自由度を有するロボット１０Ｂを採用するよう改変したもので、その余の構成は実施形態１と同様とされる。
【００２９】
すなわち、溶接装置Ａ１のロボット１０Ｂは、第１直動ガイド１１により第２直動ガイド１２を１つの軸方向（Ｘ軸方向）に直動自在に支持し、第２直動ガイド１２によりトーチＴ1をＸ軸に垂直な１つの軸方向（Ｙ軸方向）に直動自在に支持するよう構成される。
【００３０】
そして、操作部２０は、各溶接点にトーチＴ1を移動させるとともに、各溶接点において必要に応じて実施形態１と同様の軌跡Ｌ1でトーチＴ1を移動させつつ溶接を実行するようロボット１０Ｂおよび溶接電流を制御するものとされる。
【００３１】
このように、実施形態２の溶接装置Ａ１においては、トーチ操作部１０として比較的簡易な構造の２軸ロボット１０Ｂを採用するものとされているので、各溶接点が１つの平面上にある場合等に対応して、より安価に溶接装置Ａ１を構成することが可能となる。
【００３２】
実施形態３
次に、図６を参照して本発明の実施形態３を説明する。実施形態３の溶接装置Ａ２は、実施形態１と同様のトーチＴ2を操作するトーチ操作部１０として、トーチ回転機構４０を有する、多関節型または直動型のロボット１０Ｃを採用するよう改変したもので、その余の構成は実施形態１と同様とされる。
【００３３】
すなわち、溶接装置Ａ２のロボット１０Ｃは、長棒状のトーチＴ2の反電極１Ｂ側の一端部を支持部材１４により支持するとともに、トーチＴ2の中間部分に歯車１５を偏心させて装着し、この歯車１５をモータ１６により駆動される歯車１７を介して回転させるようにして、電極１Ｂが円状の軌跡Ｌ2を描くように移動するように構成されている。
【００３４】
また、制御部２０は、各溶接点にトーチＴ2を移動させるとともに、各溶接点において円状の軌跡Ｌ2でトーチＴ2を移動させつつ溶接を実行するようロボット１０Ｃを制御するものとされる。
【００３５】
このように、実施形態３の溶接装置Ａ２においては、トーチ操作部１０としてトーチ回転機構４０を有するロボット１０Ｃが採用されているので、実施形態１および実施形態２のようにロボットアームの動作によりトーチＴを軌跡Ｌを描くように移動させる場合と比較して遙かに高速にトーチＴを駆動することが可能となる。これにより、作業効率をより一層向上させることが可能となる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明をより具体的に実施例に基づいてより詳細に説明する。
【００３７】
実施例１および実施例２
板厚が０．８ｍｍの薄板２枚を重ね合わせて、図７に示すように、トーチを移動させることなくギャップを０ｍｍ（実施例１）および１ｍｍ（実施例２）に保って、図８に示す電流パターンにて下記表１に示す条件の下にスポット溶接を行った。
【００３８】
【表１】
0003682549.tif 000002
【００３９】
ついで、スポット溶接個所の継手強度を確認するために引張せん断試験を行った。実施例１および実施例２の引張せん断強度はそれぞれ６．２１ｋＮおよび５．２４ｋＮであり、実施例１および実施例２それぞれの引張せん断強度がＪＩＳＺ ３１４０に規定する規定値（３．９ｋＮ）を超えているのが確認された。
【００４０】
実施例３および実施例４
板厚が１．２ｍｍの薄板２枚を重ね合わせて、図９に示すように、トーチを円形状の軌跡を描くように移動させながらギャップを０ｍｍ（実施例３）および１ｍｍ（実施例４）に保って、図１０に示す電流パターンにて下記表２に示す条件の下にスポット溶接を行った。なお、図９中、トーチの軌跡中の破線は高電流範囲を示し、点線は低電流範囲を示す。また、円形状の軌跡の大きさは、３ｍｍとされている。
【００４１】
【表２】
0003682549.tif 000003
【００４２】
ついで、スポット溶接個所の継手強度を確認するために引張せん断試験を行った。実施例３および実施例４の引張せん断強度はそれぞれ９．２１ｋＮおよび９．０２ｋＮであり、実施例３および実施例４それぞれの引張せん断強度がＪＩＳＺ ３１４０に規定する規定値（７．０ｋＮ）を超えているのが確認された。
【００４３】
実施例５および実施例６
板厚が１．６ｍｍの薄板２枚を重ね合わせて、図９に示すように、トーチを円軌跡を描くように移動させながらギャップを０ｍｍ（実施例５）および１ｍｍ（実施例６）に保って、図１１に示す電流パターンにて下記表３に示す条件の下にスポット溶接を行った。また、円形状の軌跡の大きさは、４ｍｍとされている。
【００４４】
【表３】
0003682549.tif 000004
【００４５】
ついで、スポット溶接個所の継手強度を確認するために引張せん断試験を行った。実施例５および実施例６の引張せん断強度はそれぞれ１４．６２ｋＮおよび１３．４４ｋＮであり、実施例５および実施例６それぞれの引張せん断強度がＪＩＳ Ｚ ３１４０に規定する規定値（１０．８ｋＮ）を超えているのが確認された。
【００４６】
実施例７および実施例８
板厚が２．３ｍｍの薄板２枚を重ね合わせて、図９に示すように、トーチを円軌跡を描くように移動させながらギャップを０ｍｍ（実施例７）および１ｍｍ（実施例８）に保って、図１２に示す電流パターンにて下記表４に示す条件の下にスポット溶接を行った。また、円形状の軌跡の大きさは、５ｍｍとされている。
【００４７】
【表４】
0003682549.tif 000005
【００４８】
ついで、スポット溶接個所の継手強度を確認するために引張せん断試験を行った。実施例７および実施例８の引張せん断強度はそれぞれ２３．７６ｋＮおよび２０．８２ｋＮであり、実施例７および実施例８それぞれの引張せん断強度がＪＩＳ Ｚ ３１４０に規定する規定値（１８．６ｋＮ）を超えているのが確認された。
【００４９】
以上、本発明を実施形態および実施例に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態および実施例に板在の重ね合わせ数は２枚とされているが、重ね合わせ数は２枚に限定されるものではなく、３枚とすることもできる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、アークスポット溶接によっても各種板厚のスポット溶接において、所定の継手強度を確保できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る溶接方法が適用される溶接装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同溶接装置による溶接動作を示す斜視図である。
【図３】同溶接装置により形成される溶接部を示す２面図であって、同（ａ）は溶接部の横断面図を示し、同（ｂ）は（ａ）図におけるＩ−Ｉ断面図を示す。
【図４】本発明の実施形態１のトーチ操作部を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る溶接装置を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る溶接装置を示す模式図である。
【図７】実施例１および実施例２のトーチの軌跡を示す模式図である。
【図８】実施例１および実施例２の電流パターンのグラフである。
【図９】実施例３ないし実施例８のトーチの軌跡を示す模式図である。
【図１０】実施例３および実施例４の電流パターンのグラフである。
【図１１】実施例５および実施例６の電流パターンのグラフである。
【図１２】実施例７および実施例８の電流パターンのグラフである。
【図１３】抵抗スポット溶接における溶接原理を示す模式図である。
【図１４】アークスポット溶接における溶接原理を示す断面図である。
【図１５】従来のアークスポット溶接の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ                      溶接装置
Ｌ                      溶接実行時トーチ軌跡
Ｔ                      トーチ
Ｗ                      板材
１                      溶接電極
１０                      トーチ操作部
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ    ロボット
２０                      制御部
３０                      補機類
４０                      トーチ回転機構
【図１】
0003682549.tif 000006
【図２】
0003682549.tif 000007
【図３】
0003682549.tif 000008
【図４】
0003682549.tif 000009
【図５】
0003682549.tif 000010
【図６】
0003682549.tif 000011
【図７】
0003682549.tif 000012
【図８】
0003682549.tif 000013
【図９】
0003682549.tif 000014
【図１０】
0003682549.tif 000015
【図１１】
0003682549.tif 000016
【図１２】
0003682549.tif 000017
【図１３】
0003682549.tif 000018
【図１４】
0003682549.tif 000019
【図１５】
0003682549.tif 000020