(57)【要約】【課題】片面抵抗溶接方法を提供する。【解決手段】片面抵抗溶接の方法は、第１の被加工物および第２の被加工物を用意するステップを含む。第１の被加工物は、第１の被加工物の少なくとも一部分が第２の被加工物の少なくとも一部分に接触するように配置される。溶接電極は、第１の被加工物に接触して配置され、接地電極は、第２の被加工物に接触して配置される。第１の被加工物と第２の被加工物との間に隙間または他の高抵抗状態が存在するかどうかの判断が行われる。第１の被加工物と第２の被加工物との間に隙間または他の高抵抗状態が存在すると判断される場合、この隙間または他の高抵抗状態が軽減され、第１の被加工物および第２の被加工物が溶接によって接合される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面抵抗溶接方法であって、
第１の被加工物を用意するステップと、
第２の被加工物を用意するステップと、
前記第１の被加工物の少なくとも一部分が前記第２の被加工物の少なくとも一部分に接触するように、前記第１の被加工物を配置するステップと、
溶接電極を前記第１の被加工物に接触させて配置するステップと、
接地電極を前記第２の被加工物に接触させて配置するステップと、
前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に第１の電流を加え、高抵抗状態が存在するか否かを判断するステップと、
前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に第２の電流を選択的に加えることによって前記高抵抗状態を軽減するステップと、
前記第１の被加工物および前記第２の被加工物を溶接によって接合するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記高抵抗状態が存在するか否かを判断するステップは、
抵抗しきい値限度を定めるステップと、
前記第１の電流に対する抵抗の大きさを測定するステップと、
前記第１の電流に対する抵抗の大きさと前記抵抗しきい値限度とを比較するステップと、
を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の電流に対する抵抗の大きさが前記抵抗しきい値限度よりも大きいか、あるいは小さいかを判断するステップを更に含んでおり、
前記第１の被加工物および前記第２の被加工物へと前記第２の電流を選択的に加えることは、前記第１の電流に対する抵抗の大きさが前記抵抗しきい値限度よりも大きい場合に生じる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の電流は、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に適用される熱変形計画の少なくとも一部分であり、
前記高抵抗状態は、前記溶接電極と前記第１の被加工物との接触箇所および前記接地電極と前記第２の被加工物との接触箇所のうちの少なくとも一方における高抵抗を含み、
前記熱変形計画は、前記高抵抗状態を軽減すべく前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に適用される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の電流は、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に適用される熱変形計画の少なくとも一部分であり、
前記高抵抗状態は、前記第１の被加工物と前記第２の被加工物との間に存在する隙間を含んでおり、
前記熱変形計画は、前記隙間を閉じるまで前記隙間を縮小するように前記第１の被加工物および前記第２の被加工物のうちの少なくとも一方を熱的に変形させるべく前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に適用される請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記溶接電極で前記第１の被加工物に力を加えるステップを更に含む請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の電流に対する抵抗の大きさを定期的に測定するステップと、
前記定期的に測定される前記第２の電流に対する抵抗の大きさの各々を前記抵抗しきい値限度と比較するステップと、
前記定期的に測定される前記第２の電流に対する抵抗の大きさのうちの１つが前記抵抗しきい値限度よりも小さくなるまで、前記第２の電流を加え続けるステップと、
を更に含む請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記定期的に測定される前記第２の電流に対する抵抗の大きさのうちの１つが前記抵抗しきい値限度よりも小さくなるときに、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に第３の電流を加えるステップを更に含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の電流は、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に適用されるとともに前記第１の被加工物および前記第２の被加工物を溶接によって接合するように構成された溶接計画の少なくとも一部分である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第３の電流に対する抵抗の大きさを測定するステップと、
前記第３の電流に対する抵抗の大きさを前記抵抗しきい値限度と比較するステップと、
を更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の電流に対する抵抗の大きさが前記抵抗しきい値限度よりも大きいか又は小さいかを判断するステップと、
前記抵抗の大きさが前記抵抗しきい値限度よりも小さい場合に、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に第４の電流を加えるステップと、
を更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記第４の電流は、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に適用されるとともに前記第１の被加工物および前記第２の被加工物を溶接によって接合するように構成された溶接計画の少なくとも一部分である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第４の電流に対する抵抗の大きさを測定するステップと、
前記第４の電流に対する抵抗の大きさを前記抵抗しきい値限度と比較するステップと、
を更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記抵抗しきい値限度を定めるステップは、
前記溶接電極の付近において前記第１の被加工物と前記第２の被加工物との間に絶縁部材を配置するステップと、
前記絶縁部材が前記第１の被加工物と前記第２の被加工物との間に配置された状態で、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に前記第１の電流を加え、前記第１の電流に対する抵抗の大きさを測定するステップと、
前記絶縁部材が前記第１の被加工物と前記第２の被加工物との間に配置された状態で、前記第１の電流に対する抵抗の大きさに少なくとも部分的に基づいて、前記抵抗しきい値限度を定めるステップと、
を含んでいる請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
前記抵抗しきい値限度を定めるステップは、
複数回の試験を実行するステップと、
前記複数回の試験の分析に少なくとも部分的に基づいて前記抵抗しきい値限度を定めるステップと、
を含んでおり、
各々の試験は、
第１の試験用被加工物を用意するステップと、
第２の試験用被加工物を用意するステップと、
前記第１の試験用被加工物の少なくとも一部分が前記第２の試験用被加工物の少なくとも一部分に接触するように、前記第１の試験用被加工物を配置するステップと、
溶接電極を前記第１の試験用被加工物に接触させて配置するステップと、
接地電極を前記第２の試験用被加工物に接触させて配置するステップと、
前記第１の試験用被加工物および第２の試験用被加工物に第１の電流を加えるステップと、
前記第１の試験用被加工物および第２の試験用被加工物に加えられた前記第１の電流に対する抵抗の大きさを測定するステップと、
前記第１の試験用被加工物と前記第２の試験用被加工物とを一体的に溶接するステップと、
前記第１の試験用被加工物と前記第２の試験用被加工物とが充分に一体的に溶接されたか否かを判断するステップと、
を含んでいる請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の試験用被加工物と第２の試験用被加工物とが充分に一体的に溶接されたか否かを判断するステップは、溶接後の前記第１の試験用被加工物および第２の試験用被加工物を機械的に試験することを含んでいる請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
片面溶接プロセスのための抵抗しきい値限度を決定する方法であって、
第１の被加工物を用意することと、第２の被加工物を用意することと、第１の厚さを有する第１の電気絶縁部材を用意することと、前記第１の電気絶縁部材を前記第１の被加工物の第１の表面および前記第２の被加工物に接触させて配置することと、溶接電極を前記第１の被加工物の第２の表面に接触させて前記第１の電気絶縁部材の付近に配置することと、接地電極を前記第２の被加工物に接触させて配置することと、第１の電流を前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に加えることと、前記第１の電流に対する抵抗の大きさを測定することと、を含む試験を実行するステップと、
前記第１の電流に対する前記抵抗の大きさの測定値の分析に少なくとも部分的に基づいて前記抵抗しきい値限度を設定するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記第１の厚さは約１ミリメートルである請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記試験をもう一度実行するステップを更に含んでおり、前記もう一度実行される試験において、
前記第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する第２の絶縁部材が前記第１の電気絶縁部材の代わりに設けられており、
第２の電流が前記第１の電流の代わりに加えられ、
前記第２の電流に対する抵抗の大きさが測定され、
前記抵抗しきい値限度の設定は、更に、前記第２の電流に対する抵抗の大きさの測定の分析にも少なくとも部分的に基づく請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の電流は前記第２の電流にほぼ等しい請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記試験をもう一度実行するステップを更に含んでおり、前記もう一度実行される試験において、
前記第１の電気絶縁部材が使用されず、
前記第１の被加工物および前記第２の被加工物は、前記第１の被加工物の前記第１の表面の少なくとも一部分が前記第２の被加工物の少なくとも一部分に接触するように配置されており、
前記溶接電極は、前記第１の被加工物の前記第１の表面と前記第２の被加工物との間の接触箇所の付近に配置されており、
第２の電流が前記第１の電流の代わりに加えられ、
前記第２の電流に対する抵抗の大きさが測定され、
前記抵抗しきい値限度の設定は、更に、前記第２の電流に対する抵抗の大きさの測定の分析にも少なくとも部分的に基づく請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の電流は前記第２の電流にほぼ等しい請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接に関するものであって、詳しくは、片面抵抗溶接に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接は、自動車および他のそのような車両の製造に使用される金属薄板等、２つ以上の金属被加工物を接合する一般的な方法である。典型的には、２つの被加工物は、２つの被加工物の少なくとも一部分が接触するように、これら２つの被加工物は隣接して配置される。１つ以上の電極は被加工物に接触して配置される。電流が電極を通じて被加工物に加えられ、被加工物のうちの接触部分を加熱して溶融させ、溶融部分の冷却時に被加工物が接合される。
【０００３】
抵抗溶接の種類としては両面抵抗溶接および片面抵抗溶接が挙げられる。両面抵抗溶接は、典型的に、１つの電極を第１の被加工物の上面に配置し、第１の被加工物に重なる第２の被加工物の下面に第２の電極を配置することを含む。一般に、溶接プロセスにおいて２つの被加工物を互いに押し合わせて接触させるために、２つの電極によって力が加えられる。電流が電極を通じて被加工物に加えられ、被加工物が一体的に溶接される。
【０００４】
片面抵抗溶接は、一般に、溶接設備が被加工物の片面だけにアクセス可能である場合に利用される。片面抵抗溶接は、典型的には、２つの被加工物の一部分が重なり合うように２つの被加工物を配置することを含む。第１の電極は、２つの被加工物の重なり合いの部分の上方において第１の被加工物の上面に配置される。第２の電極は、被加工物の重なり合いの部分から離れて第２の被加工物の上面に配置される。電流が電極を通じて被加工物に加えられて被加工物が一体的に溶接される。
【０００５】
本発明の一の実施形態によれば、片面抵抗溶接方法は、第１の被加工物および第２の被加工物を用意するステップを含む。第１の被加工物の少なくとも一部分が第２の被加工物の少なくとも一部分に接触するように第１の被加工物は配置される。溶接電極は、第１の被加工物に接触して配置され、接地電極は、第２の被加工物に接触して配置される。高抵抗状態が存在するかどうかの判断が行われる。この判断は、第１の被加工物および第２の被加工物に第１の電流を加えることを含む。高抵抗状態は、第１の被加工物および第２の被加工物に第２の電流を選択的に加えることによって軽減される。第１の被加工物および第２の被加工物が溶接によって一体的に接合される。
【０００６】
本発明の別の実施形態によれば、片面溶接プロセスのための抵抗しきい値限度を決定する方法は、試験を実行するステップを含む。試験は、第１の被加工物を用意するステップと、第２の被加工物を用意するステップと、第１の厚さを有する第１の電気絶縁部材を用意するステップとを含む。更に試験は、前記第１の電気絶縁部材を第１の被加工物の第１の表面および第２の被加工物に接触させて配置するステップと、溶接電極を第１の被加工物の第２の表面に接触させて前記第１の電気絶縁部材の付近に配置するステップと、接地電極を第２の被加工物に接触させて配置するステップとを含む。更に試験は、第１の電流を第１の被加工物および第２の被加工物に加えるステップと、前記第１の電流に対する抵抗の大きさを測定するステップとを含む。本方法は、第１の電流に対する抵抗の大きさの測定値の分析に少なくとも部分的に基づいて抵抗しきい値限度を設定するステップを更に含む。
【０００７】
本発明の種々の実施の形態は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面を参照して、更に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施の形態による２つの被加工物の片面溶接の構成を示す右前方からの斜視図。
【図２】図１の構成の２−２線断面図。
【図３】一実施の形態による溶接計画のグラフを示す図。
【図４】被加工物の間に隙間が存在している状態の図１の被加工物を示す右前方からの斜視図。
【図５】図４の構成の５−５線断面図。
【図６】図４の構成の６−６線断面図。
【図７】被加工物の間に絶縁部材が配置された状態の図１の被加工物を示す右前方からの斜視図。
【図８】一実施の形態による片面溶接の方法を説明するフローチャートを示す図。
【図９】一実施の形態による検出計画、熱変形計画、および溶接計画のグラフを示す図。
【図１０】図９にて適用される計画の最中に取得された抵抗の測定値を示すグラフを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この文書に開示される装置および方法は、あくまでも例として、図面を参照して詳述される。特に指定されない限り、図面における類似の番号は、すべての図を通じて、同一、類似、または対応する要素を指し示している。開示および説明される例、配置、構成、構成部品、構成要素、装置、方法、材料、などについて、変更が可能であり、個々の用途に合わせた変更が望ましいかもしれないことを、理解できるであろう。本明細書において、具体的な形状、材料、技術、配置、などの特定は、提示の具体的な例に関係しているか、あるいはそのような形状、材料、技術、配置、などの概要にすぎないかのいずれかである。具体的な詳細または実施例の特定は、特にそのように指定されない限り、義務または限定を意図するものではなく、義務または限定として解釈されてはならない。片面溶接のための装置および方法について、選択されたいくつかの例を、以下で図１〜図１０を参照して詳しく開示および説明する。
【００１０】
図１は、片面抵抗溶接を容易にする配置を示している。第１の被加工物１０の少なくとも一部分が第２の被加工物１２の一部分に重なるように、第１の被加工物１０は、第２の被加工物１２に隣接して配置される。第１および第２の被加工物１０、１２の少なくとも一部分が直接接触するように第１および第２の被加工物１０、１２を配置することができる。ひとたび直接接触させられると、第１および第２の被加工物１０、１２は、片面抵抗溶接プロセスを通じて、接触領域の少なくとも一部分において接合される。
【００１１】
第１の電極１４は、第１の被加工物１０の上面１６に接触させて配置され、第２の電極１８は、第２の被加工物１２の上面２０に接触させて配置される。溶接設備（図示されていない）は、電流２２が第１の電極１４から第１および第２の被加工物１０、１２を通って第２の電極１８へ流れるように、電流２２を第１および第２の電極１４、１８に通すように構成される。第１の電極１４から第１および第２の被加工物１０、１２のうちの第１の電極１４に隣接する部位に電流２２が流れるとき、電流２２に対する材料の抵抗によって、第１の電極１４に隣接する材料は温度が上昇して、材料が流動又は他の様相で溶融する。図２に示されるように、ひとたび溶融した材料が冷めると、第１および第２の被加工物１０、１２が溶接プロセスによって接合されるように溶接塊（ナゲット）２４が形成される。
【００１２】
第１および第２の被加工物１０、１２の溶接を容易にするように電流２２を特定の時間期間にわたって特定のアンペア数で印加する溶接計画に従って電流２２を加えることができる。一実施の形態による溶接計画２６が図３に示されている。溶接計画２６は、電流がＹ軸によって表され、時間がＸ軸によって表されている二次元のチャート上に、図式的に示されている。この例では、被加工物に印加される電流は３〜９キロアンペア（ｋＡ）の範囲であり、被加工物への電流の印加の総時間は１６サイクルであり、ここで１サイクルは１秒の１／６０である。溶接計画は、被加工物の材料の組成、サイズ、形状、および配置に応じて、さまざまであってよい。被加工物を各々の組み合わせることによって、溶接計画がそれらの被加工物を一体に溶接するために開発および実施される結果をもたらすことは理解されたい。
【００１３】
図面の各所に示され、本明細書を通じて説明される被加工物１０、１２は、あくまでも例にすぎない。本明細書に記載の方法および装置は、例えば車両のパネルとして製造された金属薄板、車両のフレーム部材として製造された横木または筒状の鋼、あるいは溶接プロセスによって接合されるように構成された任意の他の被加工物など、いくつかある種々の被加工物の任意のいずれかを含むことができることを、理解できるであろう。更に、被加工物は、被加工物の片側または一方の表面だけが電極または他の溶接設備にとってアクセス可能であるようなやり方で配置されてよいことも、理解できるであろう。更に、図面および本明細書における説明において、「第１の電極」および「第２の電極」という用語が使用されているが、第１の電極１４を溶接電極と称することもでき、第２の電極１８を接地電極と称することもできる。溶接電極および接地電極は、電流が溶接設備によって溶接電極へと加えられ溶接電極から被加工物を通って接地電極へと流れるように、配置される。
【００１４】
図１および２に示されるとおり、被加工物１０、１２のうちの第１の電極１４に隣接する領域は互いに直接接触する。そのような構成においては、電流２２は、第１および第２の電極１４、１８の間で、被加工物１０、１２の材料を通る直接的な経路を流れることができる。しかしながら、環境条件または被加工物１０、１２そのものが理由で、被加工物１０、１２が互いに配置されたときに被加工物１０、１２の接触領域の間に局所的な隙間または空間が生じる可能性がある。例えば、被加工物の製造プロセスが原因で、被加工物の表面が一様に平らではない可能性がある。そのような被加工物の表面のばらつきゆえに、被加工物が互いに配置されたときに被加工物の間に隙間が生じる可能性がある。別の例では、被加工物の表面の腐食及びごみにより、互いに配置された被加工物の間に隙間が生じる可能性もある。加えて、被加工物への電極の接触状態が必ずしも理想的でないことで、高抵抗の状態となる可能性がある。電極表面のごみ又は汚染は、異常に高い抵抗を生じさせる不良な接触状態の一例である。抵抗溶接プロセスにおいて第１および第２の被加工物１０、１２が互いに合わせて配置されるときに、被加工物１０、１２の接触面の間に多数の隙間または空間が存在しうることは理解できよう。第１の電極１４がそのような隙間または空間の上方に位置する場合、抵抗溶接プロセスにおいて電流２２の流れが妨げられる可能性があり、粗悪な溶接につながり、あるいは溶接がまったく不能となる可能性がある。同様の状況は、被加工物への１つ以上の電極の接触領域において高い抵抗が認められる場合にも生じうる。
【００１５】
抵抗溶接は、車両の金属薄板パネルなどの大型の被加工物を接合するために一般的に使用されている。そのような大型の被加工物を接合するために、抵抗溶接は、一連のスポット溶接部を形成するために使用され、その場合には、被加工物および溶接電極は、一連のスポット溶接部を形成するために互いに対して移動する。理解されるとおり、そのようなプロセスにおいて、溶接電極が隙間または空間の上方に位置するような状況が生じることもあり、その位置に形成されるスポット溶接部の品質に悪影響が及ぶ可能性がある。更に、前述したように、電極表面の清浄度もスポット溶接部の品質に影響を及ぼす可能性がある。
【００１６】
図４に示されるように、第１の電極１４は、第１および第２の被加工物１０、１２の間の隙間２８の上方に位置するように、第１の被加工物１０に接触して配置される。図５および図６は図４の断面図を示している。図２に示されるように、抵抗溶接プロセスの結果として、第１の電極１４の下方に溶接塊２４を形成して被加工物１０、１２を接合することができる。抵抗溶接プロセスは、典型的には、電流２２が第１の電極１４から第１および第２の被加工物１０、１２を通って第２の電極１８へと通過するように構成される。そのような構成においては、溶接に必要な熱は、第１の電極１４の下方で被加工物１０、１２が溶接塊２４によって一体的に溶接されるように、第１の電極１４の下方で生じる。被加工物１０、１２の間の局所的な隙間２８が第１の電極１４の下方に位置する場合には、電流２２が図４〜６に示されるような第１の電極１４から第２の電極１８への代替経路を見つける可能性が高いことは理解できよう。そのような代替経路は、期待される溶接状態（図１および２に示されるような溶接状態）を変えてしまう可能性があり、たとえ溶接塊が形成されたとしても、予期せぬ位置に一貫性の無い品質で形成される結果となりうる。
【００１７】
抵抗溶接に影響を及ぼしかねない被加工物の間の局所的な隙間または空間の存在を軽減するような方法を構成することができる。一例においては、被加工物を接合するために抵抗溶接を使用するための方法は、隙間または他の高抵抗状態が存在するか否かの判断を含む。そのような隙間または他の高抵抗状態が存在するか否かを判断する方法は、比較的低いアンペア数の電流を溶接電極に加え、溶接電極と接地電極との間の抵抗を測定することを含む。測定された抵抗は、しきい値限度と比較される。しきい値限度を超える測定値が隙間または他の高抵抗状態の存在を示し、しきい値限度を下回る測定値が実質的な隙間または他の高抵抗状態が存在しないことを示すように、しきい値限度は選択される。
【００１８】
しきい値限度を被加工物の試験等いくつかの方法によって決定することができる。特定の被加工物の組み合わせに対する溶接計画の決定と同様に、被加工物の各々の組み合わせは、それら特定の被加工物に合わせて開発および実行されるしきい値限度をもたしうることを、理解できるであろう。一例においては、図７に示されるように、電気絶縁部材３０は、第１の被加工物１０と第２の被加工物１２との間かつ第１の電極１４の下方に配置される。電気絶縁部材３０は、第１および第２の被加工物１０、１２の間かつ第１の電極１４の下方に局所的な隙間を形成するように配置される。ひとたび絶縁部材３０が配置されると、低いアンペア数の電流を第１の電極１４に加えることができる。第１および第２の電極１４、１８の間の抵抗を測定および記録する。このようにして測定された抵抗は、第１の電極１４の下方の局所的な隙間を表すと考えられる。電気絶縁部材３０の厚さまたはサイズを変化させることによって更なる試験を実行することができ、さらなる抵抗の測定値を記録する。また、試験は、電気絶縁部材３０を配置せずに実行可能である。そのような試験において、被加工物１０、１２は、（図１に示されるように）第１の電極１４の下方または付近において被加工物１０、１２の間に隙間が確実に存在しないように配置される。絶縁部材３０の厚さまたはサイズを変えての試験および絶縁部材３０を存在させない状態での試験によって集めた抵抗測定値を比較および分析し、しきい値限度を定めることができる。
【００１９】
別の例では、高級高強度鋼（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｈｉｇｈ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｓｔｅｅｌ）の場合、しきい値限度を以下の方法を利用して定めることができる。一例においては、被加工物が高級高強度鋼の薄板から形成され、１ミリメートルから３ミリメートルまでのさまざまな厚さの電気絶縁部材が準備される。各々の絶縁部材は、さまざまな厚さの隙間を形成するように被加工物の間に個別に配置される。さまざまな隙間の厚さの各々について、電流（例えば、約１〜２ｋＡ）を溶接電極に加えることができ、抵抗の測定値が記録される。このような試験は、絶縁部材の各々の厚さまたはサイズについて多数回実行可能である。更に、被加工物は、絶縁部材を配置せずに（すなわち、被加工物の間に隙間が存在しない状態で）、多数回か試験され、抵抗を測定して記録する。一例においては、被加工物の間に電気絶縁部材を配置して得られた抵抗の測定値の各々は、２５００マイクロオームよりも大きくなりうる。被加工物の間に電気絶縁部材を配置せずに得られた抵抗の測定値の各々は、約６５０マイクロオーム〜約８５０マイクロオームの範囲となりうる。そのような結果にもとづき、高級高強度鋼から作られた被加工物が溶接電極の付近において被加工物間に隙間を含んでいるか否かを判断するためのしきい値限度を定めることができる。同じまたは同様の試験条件を電極面の清浄度についてのしきい値を定めるために適用することができる。所望の信頼度、溶接の重要性、コスト、所望の効率、などの変数に応じて、しきい値を８５０マイクロオーム、２５００マイクロオーム、あるいはその間の抵抗値となるように決定することができる。
【００２０】
被加工物の抵抗溶接用のしきい値限度を決定するための方法の他の例においては、いくつかの試験用被加工物が製造される。試験用被加工物の各組は、抵抗溶接によって接合されるように配置される。低アンペア数の電流は溶接電極に加えられ、溶接電極と接地電極との間の抵抗が測定および記録される。次いで、被加工物が抵抗溶接プロセスによって接合される。溶接された被加工物の各々は、溶接の品質を判断するために、視覚的に検査され、機械的に試験され、更には／あるいは電気的に試験される。測定された抵抗と検査／試験の結果とを比較および分析することができる。そのような分析に基づいて、被加工物の抵抗溶接についてのしきい値限度を定めることができる。
【００２１】
本明細書に記載のとおり、ひとたびしきい値限度が決定されると、抵抗の測定値は、２つの被加工物の間に隙間が存在するか否かを判断するために使用される。次いで、さらなる方法を隙間の縮小または除去のために使用することができる。隙間を縮小または除去する１つの方法としては、被加工物を押して合わせる物理的な力Ｆ（図１および２に示されている）を被加工物に加えることである。隙間を縮小または除去する別の方法は、材料の熱的な変形または弛緩によって被加工物が互いに接触するように、隙間の周囲の材料に局所的な熱を加えることである。局所的な熱の印加は、例えば電極表面の清浄度の欠如に起因する電極と被加工物との間の抵抗の軽減等の他の高抵抗の状態を軽減するためにも使用できる。被加工物のうちの隙間付近の部分を熱的に変形または弛緩させる１つの方法としては、溶接電極を介して材料に比較的低いアンペア数の電流を加えることである。電流が隙間付近の材料を通過するとき、電流によって材料が加熱され、材料が変形し始める。そのような変形の結果として、隙間は減少または閉鎖することができる。隙間を縮小または解消するための更なる別の方法は、隙間の周囲の材料に熱と物理的な力との組み合わせで印加することである。熱の印加によって熱変形を生じさせるとともに材料の降伏点を下げることができ、もって、力の印加によって、材料が変形して隙間の縮小または解消の促進が更に容易になる。
【００２２】
一例においては、ひとたび被加工物の間に隙間が存在すると判断されると、電流（例えば、約３ｋＡ〜４ｋＡの電流）を溶接電極に加えることができる。そのような電流の印加は熱変形計画と称される。電流が印加されるにつれ、隙間の付近の材料の温度が上昇する。ひとたび温度が熱変形を引き起こすために充分に上昇すると、被加工物の間の隙間を縮小または解消することができる。ひとたび隙間が充分に縮小または解消すると、被加工物を抵抗溶接プロセスによって一体的に接合することができる。溶接電極は、熱変形と協働して隙間を縮小または解消すべく被加工物に力を加えるように更に構成される。
【００２３】
検出された隙間の縮小または解消を行うための被加工物の熱変形の際に、さらなる方法を隙間の解消または充分な減少を監視するために使用することができる。そのような１つの方法としては、熱変形計画の際に抵抗を測定および監視することである。被加工物を熱的に変形させるべく被加工物に電流が供給されるとき、抵抗の測定値は隙間が減少するにつれて減少しうる。一の方法においては、抵抗がしきい値限度を下回って低下するまで熱変形計画を続けることができる。ひとたび抵抗がしきい値限度を下回って低下したならば、溶接設備は、被加工物の接合のための溶接計画を適用することができる。熱変形計画を含む類似の手順は、電極表面の清浄度の欠如に起因する電極と被加工物との間の抵抗の軽減等、他の高抵抗状態の軽減にも使用可能であることは理解できよう。
【００２４】
図８は、２つの被加工物を接合するために抵抗溶接プロセスを使用するための典型的な方法を説明するフローチャートである。この方法は、溶接電極を第１の被加工物に接触させて配置すること（ブロック５２）によって始まる（ブロック５０）。接地電極は、第２の被加工物に接触させて配置される（ブロック５４）。電流が溶接電極と接地電極との間に加えられる（ブロック５６）。溶接電極と接地電極との間の抵抗が測定される（ブロック５８）。測定された抵抗がしきい値限度と比較される（ブロック６０）。測定された抵抗がしきい値限度を下回る場合、溶接計画が溶接電極および接地電極を介して被加工物に適用され（ブロック６２）、本方法は終了する（ブロック６４）。測定された抵抗がしきい値限度を上回る場合、被加工物を熱変形させるべく熱変形計画が被加工物に適用される（ブロック６６）。溶接電極と接地電極との間の抵抗が測定される（ブロック６８）。測定された抵抗がしきい値限度と比較される（ブロック７０）。測定された抵抗がしきい値限度を上回る場合、熱変形計画が続けられる（ブロック６６）。測定された抵抗がしきい値限度を下回る場合、熱変形計画は停止する（ブロック７２）。溶接計画が溶接電極および接地電極を介して被加工物に適用され（ブロック７４）、本方法は終了する（ブロック７６）。
【００２５】
図８に示される方法は、追加の段階または代替の段階を含むことができる。例えば、溶接電極は、第１の被加工物に力を加えるように構成される。力は、溶接電極を最初に第１の被加工物に接触させて配置するときに加えられる。別の例では、力は、変形計画の最中に溶接電極によって加えられる。更に、溶接電極によって加えられる力を変形計画の最中に増加させることができる。例えば、しきい値抵抗に達することなく特定の時間にわたって変形計画を適用した後で力を増加させることができる。
【００２６】
図９および図１０は、２つの被加工物の抵抗溶接の方法を説明する図である。図９は、溶接電極を通じて被加工物に加えられる電流の大きさを時間に対してプロットした図である。図１０は、図９と同じ時間期間について取得された抵抗の測定値をプロットした図である。図１０に示されるように、しきい値限度８２は、約１４００マイクロオームである。図９に示されるように、検出計画８０が被加工物に適用される。検出計画８０は、約１／６０秒にわたって被加工物に印加される約１ｋＡの比較的小さい電流を含んでいる。図１０に示されるように、検出計画の最中に測定および記録されるピーク抵抗８４は、約２５５０マイクロオームである。被加工物について決定された１４００マイクロオームというしきい値限度８２と比べたとき、検出サイクル８０において測定された抵抗８４は、しきい値限度８２よりも大きいと判断される。測定された抵抗８４がしきい値限度８２よりも大きいため、熱変形計画８６が被加工物に適用される。測定された抵抗８４がしきい値限度８２を下回る場合、熱変形計画８６は適用されず、あるいは適用しなくてよい。
【００２７】
熱変形計画８６は、被加工物に加えられる約３ｋＡの電流を含むように示されている。熱変形計画８６において、抵抗８８が測定および記録される。熱変形計画８６の継続時間は、測定される抵抗８８がしきい値限度８２を下回って低下するために要する時間に依存する。図９および図１０に示されるように、熱変形計画８６は、抵抗８８がしきい値限度８２を下回るまで低下する前に、４サイクルにわたって適用される。熱変形計画８６の最中にひとたび測定される抵抗８８が低下してしきい値限度８２を下回ると、被加工物に溶接計画９０を適用することができる。溶接計画９０は、３サイクルにわたる４ｋＡの電流の印加と、３サイクルにわたる７ｋＡの電流の印加と、２サイクルにわたる９ｋＡの電流の印加と、を含む。上述のように、そのような溶接計画は、抵抗溶接プロセスによって被加工物を接合するように構成される。溶接計画９０において、抵抗９２の測定および記録を続けることができる。そのように測定される抵抗９２は、溶接計画の進行を確実にし、溶接プロセスについての品質管理を保証するために、監視および分析される。
【００２８】
熱変形計画が適用されたか否かに応じて、あるいは被加工物に適用された熱変形計画の継続時間およびアンペア数に応じて、異なる溶接計画を被加工物に適用できることは理解できよう。また、片面抵抗溶接の方法が検出計画、熱変形計画、および溶接計画の間に遅延を含んでもよいことも理解できよう。例えば、図９に示されるように、検出計画８０と熱変形計画８６との間に６サイクルの遅延が含まれる。更に、同様の遅延が熱変形計画８６と溶接計画９０との間に含まれてよい。そのような遅延は、例えば、溶接設備のためのフィードバックサイクルに対応するために含まれていてもよい。更に、そのような遅延は、先行の計画によって生じた熱を次の計画の開始までに消散させるための時間を可能にするために含まれていてもよい。
【００２９】
実施例についての以上の説明は、例示および説明を目的として提示されており、すべてを述べ尽くそうとするものでも、本発明を説明された形態に限定しようとするものでもない。多数の変更が、上記の教示に照らして可能である。それらの変更の一部は、すでに説明済みであり、他の一部は、当業者であれば理解できるであろう。実施例は、想定される特定の用途に適するとおりの種々の実施例の原理を最もよく説明するために選択され、説明されている。技術的範囲は、当然ながら、本明細書に記載された実施例に限られず、当業者であればいくつかある用途および同等の装置の任意のいずれかにおいて採用することができる。加えて、典型的な方法を、フロー図を参照してよりよく理解できるであろう。説明を単純にする目的で、例示したいくつかの方法は、一連のブロックとして図示および説明されているが、一部のブロックが図示および説明された順序とは異なる順序で生じてもよく、更には／あるいは同時に生じてもよいため、それらの方法がブロックの順序によって限定されるわけではないことを理解すべきである。更に、典型的な方法を実施するために、例示したブロックのすべてが必要というわけではないかもしれない。ブロックを結合させることができ、あるいは複数の要素へと分割することができる。更に、さらなる方法および／または別の方法において、示されていない追加のブロックが採用されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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