(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接装置であって、
本溶接に先立つテスト溶接時に、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を目標値として記憶する、記憶部と、
前記本溶接時に、前記目標値として記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として溶接を開始し、前記本溶接の単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である前記時間変化曲線から外れた場合に、前記時間変化曲線からの外れ量を残りの通電時間内で補償して前記本溶接における単位体積当たりの累積発熱量が前記目標値として記憶させた単位体積当たりの累積発熱量と一致するように、通電中の電流値または電圧値を制御する適応制御部および前記被溶接材への加圧力を制御する加圧力制御部と
を備える抵抗スポット溶接装置。
【請求項２】
前記加圧力制御部が、前記本溶接において、通電開始から一定時間経過した時点における前記本溶接の単位体積当たりの累積発熱量と前記テスト溶接の単位体積当たりの累積発熱量との差に応じて、前記通電開始から一定時間経過した時点後の加圧力を増減させる請求項１に記載の抵抗スポット溶接装置。
【請求項３】
前記加圧力制御部が、前記本溶接において、通電開始から加圧力の制御を開始するまでの時間を0.1〜10cycの範囲に制御する、請求項２に記載の抵抗スポット溶接装置。
【請求項４】
前記加圧力制御部が、前記本溶接において、加圧力の制御の開始から終了までの時間を１〜30cycの範囲に制御する、請求項２または３に記載の抵抗スポット溶接装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の装置を用いて溶接を行う抵抗スポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応制御溶接技術により適正なナゲットの形成を可能ならしめた抵抗スポット溶接装置に関するものである。
また、本発明は、上記の抵抗スポット溶接装置を用いて溶接を行う抵抗スポット溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、重ね合わせた鋼板同士の接合には、重ね抵抗溶接法の一種である抵抗スポット溶接法が用いられている。
この溶接法は、重ね合わせた２枚以上の鋼板をその上下から一対の電極で挟み、加圧しつつ、上下電極間に高い溶接電流を短時間通電して接合する方法であり、高い溶接電流を流すことで発生する抵抗発熱を利用して、点状の溶接部が得られる。この点状の溶接部はナゲットと呼ばれ、重ね合わせた鋼板に電流を流した際に鋼板の接触箇所で両鋼板が溶融し、凝固した部分であり、これにより鋼板同士が点状に接合される。【０００３】
良好な溶接部品質を得るためには、ナゲット径が適正な範囲で形成されることが重要である。ナゲット径は、溶接電流、通電時間、電極形状および加圧力等の溶接条件によって定まる。従って、適切なナゲット径を形成するためには、被溶接材の材質、板厚および重ね枚数等の被溶接材条件に応じて、上記の溶接条件を適正に設定する必要がある。【０００４】
例えば、自動車の製造に際しては、一台当たり数千点ものスポット溶接が施されており、また次々と流れてくる被処理材（ワーク）を溶接する必要がある。この時、各溶接箇所における被溶接材の材質、板厚および重ね枚数等の被溶接材条件が同一であれば、溶接電流、通電時間および加圧力等の溶接条件も同一の条件で同一のナゲット径を得ることができる。しかしながら、連続した溶接では、溶接を複数回行うにつれて電極の被溶接材接触面が次第に摩耗して電極と被溶接材との接触面積が次第に広くなる。このように接触面積が広くなった状態で、初回溶接時と同じ値の溶接電流を流すと、被溶接材中の電流密度が低下し、溶接部の温度上昇が低くなるために、ナゲット径は小さくなる。このため、数百〜数千点の溶接毎に、電極の研磨または交換を行い、電極の先端径が拡大しすぎないようにしている。【０００５】
その他、予め定めた回数の溶接を行った後に溶接電流値を増加させて、電極の摩耗に伴う電流密度の低下を補償する機能（ステッパー機能）を備えた抵抗溶接装置が、従来から使用されている。このステッパー機能を使用するには、上述した溶接電流変化パターンを予め適正に設定しておく必要がある。しかしながら、このためには、数多くの被溶接材条件および溶接条件に対応した溶接電流変化パターンを、試験等によって導き出す必要があり、これには、多くの時間とコストが必要になる。また、実際の施工においては、電極摩耗の進行状態にはバラツキがあるため、予め定めた溶接電流変化パターンが常に適正であるとはいえない。【０００６】
さらに、溶接に際して外乱が存在する場合、例えば、溶接する点の近くにすでに溶接した点（既溶接点）がある場合や、被溶接材の表面凹凸が大きく溶接する点の近くに被溶接材同士の接触点が存在する場合などには、溶接時に既溶接点や接触点に電流が分流する。このような状態では、所定の条件で溶接しても、電極直下の溶接したい位置における電流密度は低下するため、やはり必要な径のナゲットは得られなくなる。この発熱量不足を補償し、必要な径のナゲットを得るには、予め高い溶接電流を設定することが必要となる。【０００７】
また、表面凹凸や部材の形状などにより溶接する点の周囲が強く拘束されている場合には、鋼板間の板隙が大きくなることで鋼板同士の接触面積が狭まり、必要な径のナゲット径が得られなかったり、散りが発生しやすくなることもある。【０００８】
上記の問題を解決するものとして、以下に述べるような技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、推算した溶接部の温度分布と目標ナゲットを比較して溶接機の出力を制御することによって、設定されたナゲットを得られるようにした抵抗溶接機の制御装置が記載されている。【０００９】
また、特許文献２には、溶接電流とチップ間電圧を検出し、熱伝導計算により溶接部のシミュレーションを行い、ナゲットの形成状態を推定することによって、良好な溶接を行うようにした抵抗溶接機の溶接条件制御方法が記載されている。【００１０】
さらに、特許文献３には、被溶接物の板厚と通電時間とから、その被溶接物を良好に溶接することができる単位体積当たりの累積発熱量を計算し、計算された単位体積・単位時間当たりの発熱量を発生させる溶接電流または電圧に調整する処理を行う溶接システムが記載されている。ここには、この溶接システムを用いることにより、被溶接物の種類や電極の摩耗状態によらず良好な溶接ができることが記載されている。【００１１】
特許文献４には、通電中の半サイクル毎に電力と電流あるいは電流の２乗値を取る曲線を演算して求め、その推移によってナゲットの形成状態を判定して、以降のサイクルの電流値または加圧力を調整するか、あるいはその時点で電流を打ち切る溶接方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平９−２１６０７１号公報
【特許文献２】特開平１０−９４８８３号公報
【特許文献３】特開平１１−３３７４３号公報
【特許文献４】特開２００４−５８１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載の抵抗溶接機の制御装置および特許文献２に記載の抵抗溶接機の溶接条件制御方法による抵抗スポット溶接では、熱伝導モデル（熱伝導シミュレーション）等に基づいてナゲットの温度を推定するため、複雑な計算処理が必要であり、これにより、溶接制御装置の構成が複雑になるだけでなく、溶接制御装置自体が高価になるという問題があった。【００１４】
また、特許文献３に記載の溶接システムによる抵抗スポット溶接では、累積発熱量を目標値に制御することで、電極の摩耗具合の如何にかかわらず常に良好な溶接が可能となる。しかしながら、設定した被溶接材条件と実際の被溶接材条件が大きく異なる場合、例えば近くに前述した既溶接点や鋼板間の板隙などの外乱が存在し、その影響が大きい場合には、最終的な累積発熱量を目標値に合わせることができても、発熱や通電の形態、つまり溶接部の温度分布や電流密度分布の時間変化が目標とする良好な溶接部が得られるパターンから大きく外れる場合が生じる。このような場合、必要とするナゲット径が得られなかったり、散りが発生したりする。
例えば、溶接する点の近くに被溶接材の接触点があり、かつ被溶接材間の板隙が大きいときは、電極間抵抗値が増大するため、電流値が低下して必要とするナゲット径が確保できないという問題がある。【００１５】
なお、特許文献４の溶接方法では、半サイクル毎の電流の増加、減少過程の曲線形状の変化を監視しているため、交流電源での溶接を前提としており、直流電源では使用できない。また、散りの発生を抑制する手段は電流値、加圧力、通電時間の調整のいずれかとしているが、それぞれを調整する必然性は記載されていない。【００１６】
さらに、特許文献１〜４に開示の技術は全て、電極先端が摩耗した場合の変化に対しては有効ではあるが、既溶接点との距離が短い、あるいは鋼板間の凹凸により接触点が存在するなどが原因で分流や板隙の影響が大きい場合については何ら検討がなされておらず、上記のような適応制御溶接が正確に行えない場合があった。【００１７】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、溶接条件が上記したような特殊な場合であっても、散りの発生なしに適切な径のナゲットを得ることができる抵抗スポット溶接装置を、この溶接装置を用いる抵抗スポット溶接方法と共に提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。
適応制御溶接による抵抗スポット溶接を行うにあたっては、発熱や通電の形態、つまり溶接部の温度分布や電流密度分布の時間変化が目標とする良好な溶接部が得られたパターンから大きく外れる場合があり、この場合には必要とするナゲット径が得られなかったり、散りが発生したりする。【００１９】
抵抗スポット溶接前および溶接初期は、溶接する点の鋼板間の抵抗が高く、通電径が確保されていない状態である。そのため、例えば溶接する点の近くに被溶接材の接触点があり、かつ被溶接材間の板隙が大きいときは、接触点への分流が生じ、溶接する点の被溶接材同士の接触径が狭まるため、板組みによっては電極間抵抗値が増大することがある。これが原因で、溶接する点における累積発熱量が過大であると装置が誤認識してしまう。その結果、適応制御中の電流値が減少し、必要ナゲット径が未達となる。或いは、接触点への分流量が大きくなり電極間抵抗値が低下した場合に、被溶接材同士の接触径が小さい状態で電流値が増大することになって、散り発生のリスクが高まる。【００２０】
その他、被溶接材間の板隙が小さかったとしても、分流の影響が大きな場合に、本溶接の累積発熱量をテスト溶接の累積発熱量に合わせようとすると、被溶接材間の通電径が確保されていない状態のため電流値が大きく増加する。その結果、鋼板−鋼板間ではなく電極−鋼板間近傍での発熱が著しくなり、本溶接とテスト溶接で発熱形態が大きく異なってしまう。【００２１】
これらの点を踏まえて検討した結果、発明者らは、通電中における電流や電圧のみならず、通電中の被溶接材への加圧力を必要に応じて制御することが有効であるという知見を得た。具体的には、被溶接材への加圧力の制御により一定の通電径を確保した状態でナゲットを形成・成長させることで、電極損耗や外乱によらず所期した目的が有利に達成されることを見出したのである。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。【００２２】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接装置であって、
本溶接に先立つテスト溶接時に、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を目標値として記憶する、記憶部と、
前記本溶接時に、前記目標値として記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として溶接を開始し、前記本溶接の単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である前記時間変化曲線から外れた場合に、前記時間変化曲線からの外れ量を残りの通電時間内で補償して前記本溶接における単位体積当たりの累積発熱量が前記目標値として記憶させた単位体積当たりの累積発熱量と一致するように、通電中の電流値または電圧値を制御する適応制御部および前記被溶接材への加圧力を制御する加圧力制御部と
を備える抵抗スポット溶接装置。
【００２３】
２．前記加圧力制御部が、前記本溶接において、通電開始から一定時間経過した時点における前記本溶接の単位体積当たりの累積発熱量と前記テスト溶接の単位体積当たりの累積発熱量との差に応じて、前記通電開始から一定時間経過した時点後の加圧力を増減させる前記１に記載の抵抗スポット溶接装置。
【００２４】
３．前記加圧力制御部が、前記本溶接において、通電開始から加圧力の制御を開始するまでの時間を0.1〜10cycの範囲に制御する、前記２に記載の抵抗スポット溶接装置。【００２５】
４．前記加圧力制御部が、前記本溶接において、加圧力の制御の開始から終了までの時間を１〜30cycの範囲に制御する、前記２または３に記載の抵抗スポット溶接装置。【００２６】
５．前記１〜４のいずれかに記載の装置を用いて溶接を行う抵抗スポット溶接方法。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、電極が磨耗した状態や、分流や板隙などの外乱の影響が大きい溶接条件下でも、散りの発生なしに良好なナゲットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接装置により、テスト溶接を行ったときの溶接電流値、加圧力および累積発熱量の推移を示した図である。
【図３】被溶接材間に板隙がある状態での抵抗スポット溶接方法の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接装置により、加圧力を制御しつつ適応制御溶接を行ったときの溶接電流値、加圧力および累積発熱量の推移を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接装置の概略構成を示したものである。
図中、符号１は抵抗スポット溶接電源、２は抵抗スポット溶接電源１へ制御信号を与える適応制御部、３は溶接電流の検出部で、検出した信号を適応制御部２に入れている。４は抵抗スポット溶接電源１の出力に接続された二次導体で、電極７に通電するために電極７に接続されている。
５は下部アーム、６は加圧シリンダであり、それぞれに電極７が取り付けられ、電極７によって８の被溶接材が挟持される。９は電極７に取り付けられた電極間電圧検出線であり、適応制御部２に入れている。適応制御部２においては、テスト溶接を行うモードと本溶接を行うモードとを切り替えることができる。
10は加圧力制御部であり、適応制御部２による電流値または電圧値の調整に応じて、加圧シリンダ６に信号を発信し、被溶接材への加圧力を変動させる。
また、本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接装置は、テスト溶接時に、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を目標値として記憶する、記憶部を備える（図示せず）。【００３０】
そして、テスト溶接モードにおいては、溶接電流の検出部３から入力された電流と、電極間電圧検出線９から入力された電圧から単位体積あたりの瞬時発熱量が計算され、記憶部にその時間変化、さらには単位体積あたりの累積発熱量が目標値として記憶される。
また、本溶接を行うモードにおいては、テスト溶接の溶接条件で通電を開始すると共に、適応制御部２において、溶接電流検出部３から入力された電流と、電極間電圧検出線９から入力された電圧とから瞬時発熱量がサンプリング時間毎に計算され、各時間における瞬時発熱量と記憶部に目標値として記憶させた瞬時発熱量とを比較し、これらの値に差が生じた時点で、その差に応じて電流値または電圧値、さらには加圧力を制御する。換言すれば、本溶接における累積発熱量が目標値として記憶された累積発熱量と一致するように、適応制御部２にて適応制御された溶接電流または電圧が被溶接材８に通電され、加圧力制御部10により被溶接材８へ加圧力が付加されるように構成されている。【００３１】
次に、本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接装置を用いた抵抗スポット溶接方法の制御要領について説明する。
まず、テスト溶接について説明する。
本溶接で使用する被溶接材と同じ鋼種、厚みの被溶接材を用いて、既溶接点への分流や板隙のない状態で、定電流制御にて種々の条件で予備溶接を行い、テスト溶接での最適条件（電流値、電圧値、通電時間および加圧力）を見つける。なお、溶接機としてはインバータ直流抵抗スポット溶接機が好適であり、電極としてはクロム銅電極あるいはアルミナ分散銅製電極が有利に適合する。
そして、上記の最適条件でテスト溶接を行い、このテスト溶接における、電極間の電気特性から算出される単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を目標値として記憶させる。ここで、本発明において電極間の電気特性とは、電極間抵抗あるいは電極間電圧を意味する。
なお、テスト溶接における通電パターンは２段以上の多段ステップに分割することができる。例えば、被溶接材である鋼板間に溶融部が形成され始めた時点（電極直下に通電経路が形成され始めた時点）をステップ分けのタイミングとして、通電パターンを２段ステップに分割することができる。【００３２】
上記のテスト溶接後、本溶接を行う。本溶接は、上記のテスト溶接で得られた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として溶接を開始し、瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線に沿っている場合には、そのまま溶接を行って溶接を終了する。ただし、本溶接での瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その差に応じて通電量、つまり電流値または電圧値を制御する適応制御溶接を行って、本溶接における単位体積当たりの累積発熱量（以降、単に「本溶接での累積発熱量」ともいう）がテスト溶接で目標値として記憶させた単位体積当たりの累積発熱量（以降、単に「テスト溶接での累積発熱量」ともいう）と一致するように、この差を当該ステップの残りの通電時間内で補償する。
また、この溶接方法は、上記した通電量の制御と同時に、本溶接での累積発熱量がテスト溶接での累積発熱量と一致するように、被溶接材への加圧力も併せて制御することを特徴とする。
これにより、電極先端が摩耗したり、分流や板隙などの外乱の影響が大きい状態においても必要な累積発熱量を確保して、適正なナゲット径を得ることができる。【００３３】
なお、単位体積当たりの発熱量の算出方法については特に制限はないが、特許文献３にその一例が開示されており、本発明でもこの方法を採用することができる。この方法による単位体積当たりの累積発熱量Ｑの算出要領は次のとおりである。
２枚の被溶接材の合計厚みをｔ、被溶接材の電気抵抗率をｒ、電極間電圧をＶ、溶接電流をＩとし、電極と被溶接材が接触する面積をＳとする。この場合、溶接電流は横断面積がＳで、厚みｔの柱状部分を通過して抵抗発熱を発生させる。この柱状部分における単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑは次式（１）で求められる。
ｑ＝（Ｖ・Ｉ）／（Ｓ・ｔ）      --- （１）
また、この柱状部分の電気抵抗Ｒは、次式（２）で求められる。
Ｒ＝（ｒ・ｔ）／Ｓ              --- （２）
（２）式をＳについて解いてこれを（１）式に代入すると、発熱量ｑは次式（３）
ｑ＝（Ｖ・Ｉ・Ｒ）／（ｒ・ｔ2）
＝（Ｖ2）／（ｒ・ｔ2）        --- （３）
となる。【００３４】
上掲式（３）から明らかなように、単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑは、電極間電圧Ｖと被溶接物の合計厚みｔと被溶接物の電気抵抗率ｒから算出でき、電極と被溶接物が接触する面積Ｓによる影響を受けない。
なお、（３）式は電極間電圧Ｖから発熱量を計算しているが、電極間電流Ｉから発熱量ｑを計算することもでき、このときにも電極と被溶接物が接触する面積Ｓを用いる必要がない。【００３５】
そして、単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑを通電期間にわたって累積すれば、溶接に加えられる単位体積当たりの累積発熱量Ｑが得られる。（３）式から明らかなように、この単位体積当たりの累積発熱量Ｑもまた電極と被溶接材が接触する面積Ｓを用いないで算出することができる。
以上、特許文献３に記載の方法によって、累積発熱量Ｑを算出する場合について説明したが、その他の算出式を用いても良いのは言うまでもない。【００３６】
前述したように、この溶接方法は、本溶接の単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合に、その差を残りの通電時間内で補償して本溶接での累積発熱量がテスト溶接での累積発熱量と一致するように、電流値や電圧値を制御し、かつ通電中の加圧力を制御することを特徴とする。これにより、外乱によらず一定の通電径を確保した状態でナゲットを形成・成長させることが可能となり、上記した板隙による発熱量の誤認識や、分流による発熱形態の変化を抑制することができる。【００３７】
また、加圧力の制御の指針となるのは、本溶接とテスト溶接の発熱量の差、特に通電開始から一定時間経過した時点における単位体積当たりの累積発熱量の差である。例えば、本溶接での通電開始から一定時間経過した時点における単位体積当たりの累積発熱量が、テスト溶接での通電開始から一定時間経過した時点における単位体積当たりの累積発熱量よりも大きい場合は、その差に応じて以降の加圧力を増大させる。
これは、電流値制御により通電径を変動させる効果はあるものの、接触径を変動させる効果は不十分であるためである。加圧力を制御することで、外乱による通電中の接触径の減少分を補正することができるため、電流値の制御によるナゲット形成過程を、テスト溶接と合わせることができる。
なお、本溶接での通電開始から一定時間経過した時点における単位体積当たりの累積発熱量が、テスト溶接での通電開始から一定時間経過した時点における単位体積当たりの累積発熱量よりも小さい場合は、その差に応じて以降の加圧力を減少させる。
また、テスト溶接における通電開始から一定時間経過した時点での単位体積当たりの累積発熱量は、テスト溶接における通電開始から当該時点までの単位体積当たりの瞬時発熱量を累積することで求めることができる。【００３８】
ここで、通電後から加圧力の制御を開始するまでの時間、すなわち加圧力の制御の指針とする累積発熱量の通電開始からの経過時間は、0.1〜10cycの範囲とすることが好ましい。これにより、上記した効果を有効に達成することができる。というのは、ナゲット径を制御するに当たって重要となるのは、ナゲット形成時の通電径をテスト溶接の通電径に近づけることだからである。通電開始から0.1cyc未満においては、同じ板組み、施工状態でも電気抵抗値のばらつきが大きいため、それまでの時点における本溶接とテスト溶接における単位体積当たりの瞬時発熱量の差を補償し、本溶接での累積発熱量とテスト溶接での累積発熱量とを一致させることが困難となる。一方、通電開始から10cycを超えると、加圧力を変動させる前にナゲットが形成、成長し始めるため、上記の効果が得られない。なお、抵抗値のばらつきが大きくなる板組みや外乱の影響が大きい場合は、0.3〜５cycの範囲とすることが好ましい。【００３９】
また、上記した本溶接とテスト溶接での累積発熱量の差に応じて加圧力を変動させる時間は、１〜30cycの範囲とすることで、上記した効果を有効に得ることができる。１cyc未満では加圧力の増大による通電径の確保ができず、一方30cyc超ではナゲット成長中に加圧力が増大して、発熱効率が低下することがある。なお、抵抗値のばらつきが大きくなる板組みや外乱の影響が大きい場合には、２〜20cycの範囲とすることが好ましい。【００４０】
加圧力の変動量については、加圧制御の開始から終了までの間で一定としてもそれなりの効果は得られるが、通電中のナゲット形成に対して通電径の影響が特に大きい板組みや施工状態、たとえば高板厚比の３枚以上の板組み、鋼板間の板隙が非常に大きい状態などの場合には、電流値の制御と同時に、通電中の加圧力を逐次制御することで、上記した効果をさらに有効に得ることができる。【００４１】
なお、本発明における被溶接材料は特に制限はなく、軟鋼から超高張力鋼板までの各種強度を有する鋼板をはじめとして、各種めっき鋼板、アルミ合金などの軽金属板の溶接にも適用でき、３枚以上を重ねた板組みにも適用できる。また、ナゲット形成のための通電の後に、溶接部の熱処理のための後通電を加えても何ら問題ない。
【実施例】
【００４２】
本発明の実施例を以下に示す。
被溶接材として、590MPa級、980MPa級の冷延鋼板（板厚：1.6mm）を用いた。この被溶接材を２枚重ねにし、ギャップや既溶接点への分流のない状態にて定電流制御にて予備溶接を行い、適切なナゲット径が得られる溶接条件を求めた。溶接機にはインバータ直流抵抗スポット溶接機を用い、電極にはＤＲ形先端形６mmのクロム銅電極を用いた。なお、溶接条件は、加圧力：3.5kN、溶接電流：6.0kA、通電時間：16cyc（50Hz（以降、時間の単位はすべて50Hzにおけるcycle数とする））とした。そして、図１に示すような抵抗スポット溶接装置を用いて、上記の溶接条件にてテスト溶接を行い、単位体積当たりの瞬間発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させた。この際得られたナゲット径はおよそ5.0mm（＝４√t, t：板厚）であった。そのときの溶接電流値、加圧力、累積発熱量の推移を図２に示す。【００４３】
ついで、以下の条件で本溶接を実施した。
図３に示すように、被溶接材11，12（板厚1.6mm）間に、スペーサー用の鋼板13（板厚1.5mm、スペーサー間距離30mm）を挿入し、上記したテスト溶接を基準として、図１に示すような抵抗スポット溶接装置を用いて、抵抗スポット溶接を行った。すなわち、テスト溶接で得られた単位体積当たりの瞬間発熱量の時間変化曲線を基準として、抵抗スポット溶接を行った。なお、加圧制御を行った区間は通電後１cycから６cycまでの５cyc間とした。図３中、符号14は電極である。
得られたナゲット径は5.2mmであり、ほぼテスト溶接と同程度のナゲット径が確保できていた。また、散りは発生しなかった。【００４４】
その時の溶接電流値、加圧力、累積発熱量の推移を図４に示す。
この溶接条件下では、板隙により通電初期の抵抗値が増大するため、加圧力制御区間において加圧力がおよそ５kN程度まで増大している。【００４５】
さらに、種々の板組み、施工条件で溶接した際の結果を表１に示す。
なお、条件No.1、2、5、7についてはいずれも、図１に示すような抵抗スポット溶接装置を用いて電流値および加圧力の制御を行い、抵抗スポット溶接を行った。また、No.3、4、6についてはいずれも、加圧力の制御は行わずに、抵抗スポット溶接を行った。なお、条件No.7では、テスト溶接の通電パターンを第１ステップと第２ステップの２段に分割し、ステップ間に冷却時間を設けた。また、条件No.7のテスト溶接における加圧力は、第１ステップと第２ステップで同じとした。
いずれの条件でもテスト溶接での狙いナゲット径は４√ｔとして、ナゲット径が3.5√ｔ以上かつ散りが発生しなかったものを○、ナゲット径が3.5√ｔ未満あるいは散りが発生したものを×として評価した。【００４６】
【表１】
0005907317.tif 000002
【００４７】
同表に示したとおり、本発明の抵抗スポット溶接装置を用いて抵抗スポット溶接を行った場合には、いずれの板組み、施工条件でも○の評価を得ることができた。
【符号の説明】
【００４８】
１  抵抗スポット溶接電源
２  抵抗スポット溶接電源へ制御信号を与える適応制御部
３  溶接電流の検出部
４  抵抗スポット溶接電源の出力に接続された二次導体
５  下部アーム
６  加圧シリンダ
７  電極
８  被溶接材
９  電極間電圧検出線
10  加圧力制御部
11，12  被溶接材
13  スペーサー
14  電極
【要約】
本発明は、散りの発生なしに適切な径のナゲットを得ることを目的とする。本発明では、所定の被溶接材を接合する抵抗スポット溶接装置であって、本溶接に先立つテスト溶接時の単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を目標値として記憶する、記憶部と、本溶接時に、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が目標値として記憶させた時間変化曲線から外れた場合に、その差を残りの通電時間内で補償して本溶接における単位体積当たりの累積発熱量が目標値として記憶させた単位体積当たりの累積発熱量と一致するように、通電中の電流値または電圧値を制御する適応制御部および被溶接材への加圧力を制御する加圧力制御部とを備える、構成とした。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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