(57)【要約】【課題】自動車用ホイール用リムの製造において使用されるＤＣバット溶接において、リアルタイムで溶接品質の良否を判定する監視装置及び方法の提供。【解決手段】鋼板１２の両端部１３ａ、１３ｂの突き合わせ面に固定電極１５ａ、１５ｂおよび移動電極１６ａ、１６ｂを介して溶接電流を流して抵抗溶接を行うアプセットバット溶接により溶接される溶接品１７の溶接品質の監視方法である。電圧波形測定手段１８によって、両端部１３ａ、１３ｂへの通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の波形を測定し、溶接品質判定手段１９によって、電圧波形測定手段１８により測定した電圧波形と予め設定した前記期間における電圧波形の基準範囲と比較することによって、溶接品１７の溶接部１７ａの溶接良否を判定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接材の突き合わせ面に溶接電極を介して溶接電流を流して抵抗溶接を行うアプセットバット溶接により溶接される溶接品の溶接品質の監視方法であって、前記被溶接材への通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の波形を測定し、測定された測定電圧波形と予め設定された前記期間における溶接電圧の基準電圧波形とを比較することによって前記溶接品の溶接部の溶接良否を判定することを特徴とするアプセットバット溶接における溶接品質の監視方法。
【請求項２】
前記溶接良否を、通電開始からアプセット開始までの通電初期における溶接電圧の波形に基づいて、判定する請求項１に記載されたアプセットバット溶接における溶接品質の監視方法。
【請求項３】
前記波形は、電圧の上昇とその後の下降とを含む波形である請求項２に記載された溶接品質の監視方法。
【請求項４】
前記溶接良否を、通電開始から通電完了までの溶接電圧の印加時間に基づいて、判定する請求項１に記載されたアプセットバット溶接における溶接品質の監視方法。
【請求項５】
前記被溶接材は、自動車用ホイールのリム用鋼板である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のアプセットバット溶接における溶接品質の監視方法。
【請求項６】
被溶接材の突き合わせ面に溶接電極を介して溶接電流を流して抵抗溶接を行うアプセットバット溶接により溶接される溶接品の溶接品質の判定装置であって、前記被溶接材への通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の波形を測定する溶接電圧波形測定手段と、該溶接電圧波形測定手段にて測定された測定電圧波形と予め設定された前記期間における溶接電圧の基準電圧波形とを比較することによって前記溶接品の溶接部の溶接品質を判定する溶接品質判定手段とを備えることを特徴とするアプセットバット溶接における溶接品質の監視装置。
【請求項７】
被溶接材の突き合わせ面に溶接電極を介して溶接電流を流して抵抗溶接を行うアプセットバット溶接により溶接される溶接品の製造方法であって、下記溶接品質判定工程を含むことを特徴とするアプセットバット溶接による溶接品の製造方法。
溶接品質判定工程；前記被溶接材への通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の波形を測定し、測定された測定電圧波形と予め設定された前記期間における溶接電圧の基準電圧波形とを比較することによって前記溶接品の溶接部の溶接良否を判定する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アプセットバット溶接された溶接品の溶接品質の良否をリアルタイムで判定する監視方法および監視装置、ならびにアプセットバット溶接による溶接品の製造方法に関し、例えば、特に自動車用ホイールリム用鋼板のＤＣバット溶接における溶接品質の良否をリアルタイムで判定する監視方法および監視装置、ならびにアプセットバット溶接によるホイールリムの中間品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、自動車用スチールホイールは、（ａ）まず、定寸に切断されたリム用鋼板をコイリング装置に送り込んで円筒状に形成し、（ｂ）円筒状のリム用鋼板をアプセットバット溶接機へ送り、突き合わせ端部を溶接して筒状の中間品とし、（ｃ）この中間品の溶接部の表面に発生した余盛をトリミング装置によりトリミングし、溶接部の両端のエッジを削除し、さらに、ロールフォーミングによりリム形状に成型してホイールリムとし、（ｄ）その後に、このホイールリムの内部に、別途成型加工したディスクを圧入してからディスクとリムとをアーク溶接により接合し、塗装することによって、製造される。
【０００３】
円筒状に形成されたリム用鋼板の突き合わせ溶接法しては、フラッシュバット溶接法または溶接直流電流を流すアプセットバット溶接であるＤＣバット溶接法が知られる。ＤＣバット溶接法は、フラッシュバット溶接法に比較してフラッシュの発生が少なく自動化に有効であることから、多用されている。
【０００４】
図７（ａ）〜図７（ｆ）は、定寸に切断された後にコイリング装置により円筒状に形成されたリム用鋼板１の両端部２ａ、２ｂをＤＣバット溶接する工程を、経時的かつ概念的に示す説明図である。
【０００５】
はじめに図７（ａ）に示すように、リム用鋼板１の一方の端部２ａを一対の固定電極３ａ、３ｂによりクランプするとともに、他方の端部２ｂを一対の移動電極４ａ、４ｂによりクランプする。固定電極３ｂおよび移動電極４ｂは電源５に接続されている。
【０００６】
次いで図７（ｂ）に示すように、鋼板１の両端部２ａ、２ｂそれぞれの端面２ａ−１、２ｂ−１を突き合わせ、端面２ａ−１、２ｂ−１に予め設定された加圧力Ｆを負荷するとともに、固定電極３ｂおよび移動電極４ｂに予め設定された溶接電流を通電する。
【０００７】
これにより、突き合わされた端面２ａ−１、２ｂ−１は、接触抵抗と固有抵抗によるジュール熱により加熱軟化される。これに伴って、図７（ｃ）に示すように、移動電極４、４ｂが固定電極３ａ、３ｂ側へ向けて移動を開始し、軟化部は加圧力Ｆの作用により接合部６に対して垂直な方向へ押出される。そして、図７（ｄ）に示すように、移動電極４ａ、４ｂが予め設定された電極移動距離だけ移動すると、固定電極３ｂおよび移動電極４ｂへの通電が終了する。その後、図７（ｅ）に示すように、加圧力Ｆが除荷され、次いで図７（ｆ）に示すように、固定電極３ａ、３ｂによる一方の端部２ａのクランプが解除されるとともに移動電極４ａ、４ｂによる他方の端部２ｂのクランプが解除されて、リム用鋼板のＤＣバット溶接が終了する。
【０００８】
本明細書では、図７（ｂ）に示す通電開始から図７（ｃ）に示す電極移動開始までの期間を「通電初期」という。なお、上述したように、ＤＣバット溶接では、加圧力、電流値および電極移動量が予め設定され、設定された加圧力、電流値および電極移動量に基づいて溶接が行われる。移動電極４ａ、４ｂの移動速度は、突き合わされた端面２ａ−１、２ｂ−１の軟化の程度により変化する
ＤＣバット溶接では、被溶接材に関わらず適正な溶接品質を有する溶接品を製造するために、加圧力、電流値および電極移動量等を、被溶接材の鋼種やサイズ毎に最適に設定する。なお、加圧力および電流値を、通電中一定値として設定する方法や、通電中に段階的に変化させて設定する方法がある。
【０００９】
しかし、加圧力、電流値および電極移動量等といった溶接条件を上述したように最適に設定しても、良好な溶接品質を得られないことがある。溶接品の溶接品質には、被溶接材である鋼板の突き合わせ面の切断品質や、突き合わせ時の突き合わせ面の平行度も大きく影響するからである。
【００１０】
図８（ａ）は鋼板７の切断端面を模式的に示す説明図であり、図８（ｂ）は切断端面の品質が鋼板７の板幅方向に均一である場合における切断端面を示す説明図であり、図８（ｃ）は切断端面の品質が鋼板７の板幅方向に不均一である場合における切断端面を示す説明図であり、図８（ｄ）は鋼板８、９同士の突き合わせが適正な場合における鋼板８、９の突き合わせ状況を示す説明図であり、さらに、図８（ｅ）は鋼板８、９同士の突き合わせにずれがある場合における鋼板８、９の突き合わせ状況を示す説明図である。
【００１１】
図８（ａ）に示すように、鋼板７の切断端面には、鋼板７の板厚方向へ向けて、せん断時の引張曲げにより形成されるだれ７ａと、せん断された平滑な面であるせん断面７ｂと、破断亀裂により分離された破断面７ｃとが存在する。
【００１２】
図８（ｂ）に示すように、鋼板７の切断端面の品質が板幅方向に均一である場合には、だれ７ａの量やせん断面７ｂと破断面７ｃの割合は、鋼板７の幅方向位置に関わらず略一定となるため、良好な溶接品質を得ることができる。これに対し、図８（ｃ）に示すように、鋼板７の切断端面の品質が板幅方向に不均一である場合には、だれ７ａの量やせん断面７ｂと破断面７ｃの割合が、鋼板７の幅方向位置により変動して一定しないため、鋼板７の突き合わせ溶接の溶接品質が低下してしまう。
【００１３】
また、図８（ｄ）に示すように、固定電極３によりクランプされた鋼板８と、移動電極４によりクランプされた鋼板９との突き合わせが適正である場合には良好な溶接品質が得られる。これに対し、図８（ｅ）に示すように、鋼板８と鋼板９との突き合わせ面の平行度が不芳であるために突き合わせ面１０のずれが大きい場合にも、鋼板７の突き合わせ溶接の溶接品質が低下する。
【００１４】
すなわち、鋼板の切断時における刃の損耗やシャークリアランスのズレ等に起因した、鋼板の切断端面の不均一や適正な形状からのズレ等の変化や、ＤＣバット溶接機での搬送装置のズレ、損耗さらには電極の損耗等に起因した、鋼板の突き合わせ面の精度のバラツキは、ＤＣバット溶接により溶接品を量産する際には不可避的に発生するものであり、このような変化やバラツキが発生すると、鋼板毎に最適に設定した溶接条件でＤＣバット溶接を行っても、溶接中に板幅方向の発熱の不均一や過不足が発生し、過大な発熱による溶接割れ、もしくは発熱不足による冷接欠陥が発生するため、溶接品質の低下は避けられない。
【００１５】
この溶接品質の低下は、リム成型過程におけるロールフォーミング時に溶接部が割れる原因となるが、一般的に、溶接部の割れはロールフォーミング後の検査工程で初めて発見されることとなるため、不良品を多量に発生させることとなる。このため、ＤＣバット溶接時には、溶接部の溶接品質をリアルタイムで監視することが求められる。これまでにも、アプセットバット溶接における溶接品質の監視方法が種々提案されている。
【００１６】
例えば、特許文献１には、予熱期間の平均抵抗の標準偏差を演算して基準値と比較することにより搬送設備の搬送精度の良否を判定するアプセットバット溶接での搬送設備精度判定装置に係る発明が開示されている。
【００１７】
特許文献２には、溶接電流検出手段、溶接電圧検出手段、通電時間検出手段、電極変位量検出手段および加圧力検出手段などの各検出手段から得られた、電流密度、加圧力密度、電流積分値および発熱量のうち、少なくとも１つ以上を演算して基準値と比較し、接合界面の溶接性を判定するアルミ合金のアプセットバット溶接性判定装置に係る発明と、溶接電極の変位量より得られる、アプセットバット変形速度、アプセットバット変位量比および単位発熱量のうち、少なくとも１つ以上を演算して基準値と比較し、接合界面の溶接性を判定するアルミ合金のアプセットバット溶接性判定方法に係る発明とが開示されている。
【００１８】
さらに、特許文献３には、直流バット溶接機の相対向する一対の電極の、磨耗による初期電極間隔の変位量と、予め設定した電極交換時期に対応する電極間隔の基準値とを比較して、その変位量が基準値を超えたときに、または超えなかったときに、外部に出力信号を発して電極の交換時期を判定する直流バット溶接機の電極管理システムに係る発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−１７８１６２号公報
【特許文献２】特開２００２−１７８１５８号公報
【特許文献３】特開平４−１６２９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、特許文献１〜３により開示されたいずれの発明に基づいても、アプセットバット溶接の際に不可避的に発生する、例えば、切断端面の幅方向の不均一や突き合わせ面のずれ等に起因した溶接不良の発生を、リアルタイムで検出することは難しい。
【００２１】
本発明は、アプセットバット溶接された溶接品の溶接品質の良否を、溶接時にリアルタイムで判定する監視方法および監視装置、ならびにアプセットバット溶接による溶接品の製造方法を提供することを目的とし、例えば、特に自動車用ホイールリム用鋼板のＤＣバット溶接における溶接品質の良否を溶接時にリアルタイムで判定する監視方法および監視装置、ならびにアプセットバット溶接によるホイールリムの筒状の中間品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、被溶接材の突き合わせ面に溶接電極を介して溶接電流を流して抵抗溶接を行うアプセットバット溶接により溶接される溶接品の溶接品質の監視方法であって、被溶接材への通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の波形を測定し、測定された測定電圧波形と予め設定された前記の期間における溶接電圧の基準電圧波形とを比較することによって溶接品の溶接部の溶接良否を判定することを特徴とするアプセットバット溶接における溶接品質の監視方法である。
【００２３】
別の観点からは、本発明は、被溶接材の突き合わせ面に溶接電極を介して溶接電流を流して抵抗溶接を行うアプセットバット溶接により溶接される溶接品の溶接品質の判定装置であって、被溶接材への通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の波形を測定する溶接電圧波形測定手段と、この溶接電圧波形測定手段により測定された測定電圧波形と予め設定された前記の期間における溶接電圧の基準電圧波形とを比較することによって溶接品の溶接部の溶接品質を判定する溶接品質判定手段とを備えることを特徴とするアプセットバット溶接における溶接品質の監視装置である。
【００２４】
さらに別の観点からは、本発明は、被溶接材の突き合わせ面に溶接電極を介して溶接電流を流して抵抗溶接を行うアプセットバット溶接により溶接される溶接品の製造方法であって、下記溶接品質判定工程を含むことを特徴とするアプセットバット溶接による溶接品の製造方法である。
【００２５】
溶接品質判定工程；被溶接材への通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の波形を測定し、測定された測定電圧波形と予め設定された前記の期間における溶接電圧の基準電圧波形とを比較することによって溶接品における溶接部の溶接良否を判定する工程。
【００２６】
これらの本発明では、溶接良否を、通電開始からアプセット開始までの通電初期における溶接電圧の波形、具体的には電圧の上昇とその後の下降とを含む波形であるか否かに基づいて、判定することが望ましい。
【００２７】
これらの本発明では、溶接良否は、通電開始から通電完了までの溶接電圧の印加時間に基づいて、判定することが望ましい。
さらに、これらの本発明では、被溶接材が自動車用ホイールのリム用鋼板であること、すなわち溶接品が自動車用ホイールリムの円筒状の中間品であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、アプセットバット溶接された溶接品の溶接品質の良否を溶接時にリアルタイムで判定すること、例えば、自動車のホイールリム用鋼板のＤＣバット溶接における溶接品質の良否を溶接時にリアルタイムで判定することが可能になる。このため、本発明によれば、溶接不良品が次工程へ送られる前に、アプセットバット溶接による溶接品における溶接部の溶接良否を判定することが可能になるので、溶接不良品が次工程で送られることを未然に防止しながら、溶接品質が良好な溶接品を量産することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、溶接品に対する３点曲げ試験の要領を経時的に示す説明図である。
【図２】切断面が板幅方向に均一であって、かつ突き合わせ状態が良好である条件で溶接を行った場合における溶接中の電流、加圧力、電極移動量および電圧を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図３】鋼板同士の突き合わせ状態は良好であるものの、せん断面積比が幅方向に不均一である鋼板を用いて溶接を行った場合における、溶接中の電流、加圧力、電極移動量および電圧を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図４】鋼板突き合わせ状態が不良である条件で溶接を行った場合における、溶接中の電流、加圧力、電極移動量および電圧を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は通電時間と電圧との関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は図５（ａ）における通電時間：０．５６〜０．６６秒の区間を拡大するとともに溶接割れとの関係を説明するためのグラフである。
【図６】図６（ａ）は、本発明に係る監視装置の構成を模式的に示す説明図であり、図６（ｂ）は、この監視装置による溶接品質の良否を判定する要領を説明するためのグラフである。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｆ）は、定寸に切断された後にコイリング装置により円筒状に形成されたリム用鋼板の両端部をＤＣバット溶接する工程を、経時的かつ概念的に示す説明図である。
【図８】図８（ａ）は鋼板の切断端面を模式的に示す説明図であり、図８（ｂ）は切断端面の品質が板幅方向に均一である場合における鋼板の切断端面を示す説明図であり、図８（ｃ）は切断端面の品質が板幅方向に均一である場合における鋼板の切断端面を示す説明図であり、図８（ｄ）は鋼板同士の突き合わせが適正な場合における鋼板の突き合わせ状況を示す説明図であり、さらに、図８（ｅ）は鋼板同士の突き合わせにずれがある場合における鋼板の突き合わせ状況を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
はじめに、本発明の原理を説明する。
本発明者らは、図７（ａ）〜図７（ｆ）により示すＤＣバット溶接において鋼板１の両端部２ａ、２ｂの切断端面の形状を種々変更した溶接基礎試験を行い、溶接時の溶接電流、加圧力、電極移動量および溶接電圧を測定するとともに、得られた溶接品を用いて３点曲げ試験を行うことによって溶接品質への影響を調査した。以下、この基礎試験の結果を説明する。なお、この溶接は、溶接電流および加圧力をそれぞれ所定値に設定し、電極移動量が所定値となった時点で通電を停止することにより、行った。
【００３１】
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、溶接品に対する３点曲げ試験の要領を経時的に示す説明図である。
図１（ａ）に示すように、この３点曲げ試験は、二枚の鋼板３０、３１を接合するＤＣバット溶接部３２を有する溶接品３３を、支持台３４の二つの支点３５、３６のセンタにＤＣバット溶接部３２が位置するようにして、支持台３４により支持し、図１（ｂ）に示すように、ポンチ３７の頭部がＤＣバット溶接部３２に当たるようにしてポンチ３７を矢印で示すように下降させることによって、図１（ｃ）に示すように、溶接品３３を屈曲させて、ＤＣバット溶接部３２の溶接割れの有無とその程度を評価した。
【００３２】
最初に、切断面が板幅方向に均一であって、かつ、突き合わせ面の平行度が良好で突き合わせ面のずれがない条件、すなわち突き合わせ状態が良好である条件で溶接を行った場合の試験結果を説明する。
【００３３】
図２は、切断面が板幅方向に均一であって、かつ突き合わせ状態が良好である条件で溶接を行った場合における溶接中の電流、加圧力、電極移動量および電圧を測定した結果の一例を示すグラフである。
【００３４】
この溶接試験では、通電の開始とともに、突き合わせ面が比較的均一に発熱されることが観察された。また、図１により示す３点曲げ試験においてもＤＣバット溶接部３２の溶接割れは発生せず良好であった。
【００３５】
図２のグラフから理解されるように、溶接割れが発生しない場合には、通電により鋼板の温度が上昇し、鋼板の固有抵抗が増加するために時間の経過とともに電圧は徐々に上昇し、次いで通電により鋼板が軟化して加圧により電極の移動が開始すると、電極間の距離が短くなるために電圧が低下するという挙動を示す。
【００３６】
次に、切断面が板幅方向に不均一の条件、すなわち、せん断面積と破断面積との比（以下、「せん断面積比」という）が幅方向に一定でない条件で溶接を行った場合の試験結果を説明する。
【００３７】
図３は、鋼板同士の突き合わせ状態は良好であるものの、せん断面積比が幅方向に不均一である鋼板を用いて溶接を行った場合における、溶接中の電流、加圧力、電極移動量および電圧を測定した結果の一例を示すグラフである。
【００３８】
この溶接試験では、通電初期に部分的な接触部に電流が集中して板幅方向に発熱の不均一が発生し、この不均一が通電終了まで残存する結果、板幅方向で発熱不足となる部分と発熱過多となる部分とが生じることが観察された。また、図１により示す３点曲げ試験では、ＤＣバット溶接部３２における発熱過多の部分で溶接割れが発生した。
【００３９】
図３のグラフから理解されるように、溶接割れの原因となる切断面の幅方向不均一が存在する場合には、図３のグラフに示すように、通電初期において局部的な電流集中に伴う電圧の上昇とその後の接触の拡大に伴う電圧の下降を示す電圧波形が観察されることが判明した。
【００４０】
また、この場合、突き合わせ面の接触面積が小さく、軟化が加速されるため、良好な条件での溶接に比較すると、軟化に伴う電極が所定の電極移動距離だけ移動する時間が短くなり、通電時間（電圧印加時間）が短めとなる電圧波形が観測されることも判明した。
【００４１】
次に、突き合わせ面の平行度が不芳であるために突き合わせ面にずれが発生する条件、すなわち突き合わせ状態が不良である条件で溶接を行った場合の試験結果を説明する
図４は、鋼板突き合わせ状態が不良である条件で溶接を行った場合における、溶接中の電流、加圧力、電極移動量および電圧を測定した結果の一例を示すグラフである。
【００４２】
この溶接試験においても、板幅方向に発熱の不均一が発生し、板幅方向で発熱不足となる部分と発熱過多となる部分とが生じ、溶接品質が幅方向に不均一となることが観察された。また、図１により示す３点曲げ試験では、ＤＣバット溶接部３２の溶接割れが発生した。
【００４３】
溶接割れの原因となる突き合わせ状態が不良である場合には、図４のグラフに示すように、通電初期において局部的な電流集中に伴う電圧の上昇とその後の通電面積の拡大に伴う電圧の下降を示す電圧波形が観察されることが判明した。
【００４４】
また、この場合、突き合わせ面の接触面積が小さく、軟化が加速されるため、良好な条件での溶接に比較すると、軟化に伴う電極が所定の電極移動距離だけ移動する時間が短くなり、通電時間（電圧印加時間）が短めとなる電圧波形が観測されることも判明した。
【００４５】
また、シャークリアランスが過小となり、切断端面の直角度が極めて高くなった場合には、突き合わせ面の接触抵抗が低くなるため、発熱が不足し、溶接割れを引き起こすおそれがあることが判明した。
【００４６】
図５（ａ）は通電時間と電圧との関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は図５（ａ）における通電時間：０．５６〜０．６６秒の区間を拡大するとともに溶接割れとの関係を説明するためのグラフである。
【００４７】
シャークリアランスが過小となり、切断端面の直角度が極めて高くなると、突き合わせ面の温度上昇が緩やかになるため、発熱不足により溶接割れが引き起こされるおそれがあることが判った。この場合、突き合わせ面が加圧により変形し難くなり、電極が所定の電極移動距離だけ移動する時間が増加する。このため、図５（ｂ）のグラフに示すように、通電時間（電圧印加時間）が溶接割れを生じない適正な通電時間よりも長くなる電圧波形が観測されることが判明した。
【００４８】
また、シャークリアランスが過大になり切断端面のだれが大きくなった場合、突き合わせ面の接触抵抗が高くなり、発熱過多により溶接割れが引き起こされることが判った。この場合、突き合わせ面の温度上昇が急速になるため、突き合わせ面が変形しやすく、電極が所定の電極移動距離だけ移動する時間が短くなる。このため、図５（ｂ）のグラフに示すように、溶接割れがない条件での溶接に比較して、通電時間が溶接割れを生じない適正な通電時間よりも短くなる電圧波形が観測されることが判明した。
【００４９】
本発明は、これらの知見に基づくものであり、ＤＣバット溶接において被圧延材に印加される電圧波形が切断端面形状や突き合わせ面のずれに起因する溶接品質との間に高い相関を示すことを利用するものである。
【００５０】
次に、本発明に係る監視装置を説明する。なお、以降の説明では、被溶接材が自動車用ホイールリム用鋼板であって、アプセットバット溶接された溶接品が自動車用ホイールリムの円筒状の中間品である場合を例にとる。
【００５１】
図６（ａ）は、本発明に係る監視装置１１の構成を模式的に示す説明図である。
図６（ａ）に示すように、本発明に係る監視装置１１は、被溶接材である、定寸に切断された後にコイリング装置により円筒状に形成されたリム用鋼板１２の両端部１３ａ、１３ｂの突き合わせ面１４に、一対の固定電極１５ａ、１５ｂと、一対の移動電極１６ａ、１６ｂとを介して溶接電流を流すことによって、抵抗溶接を行うアプセットバット溶接により、自動車用ホイールリムの円筒状の中間品１７を製造する際に、この中間品１７の溶接部１７ａの溶接良否を判定するための装置である。この監視装置１１は、溶接電圧波形測定手段１８と溶接品質判定手段１９とを備えるので、これらの構成要素を順次説明する。
【００５２】
［溶接電圧波形測定手段１８］
溶接電圧波形測定手段１８は、被溶接材である鋼板１２の両端部１３ａ、１３ｂに印加される通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の波形を測定するためのものである。
【００５３】
溶接電圧波形測定手段１８は、この期間における溶接電圧の波形を測定することができるものであればよく、特定のものには限定されない。この監視装置１１では、溶接電圧波形測定手段１８として電圧計を用いる。電圧計１８は、固定電極１５ｂと移動電極１６ｂとの間の電位を測定することによって鋼板１２の両端部１３ａ、１３ｂに印加される溶接電圧を測定するものである。
【００５４】
このように、電圧計１８は、通電開始から通電終了までの期間における固定電極１５ｂと移動電極１６ｂとの間の電圧波形を測定する。そして、電圧計１８は、測定したこの電圧波形を、溶接品質判定手段１９へ出力する。
【００５５】
溶接電圧波形測定手段１８は、以上のように構成される。
［溶接品質判定手段１９］
溶接品質判定手段１９は、略述すると、鋼板１２の両端部１３ａ、１３ｂが溶接された中間品１７の溶接部１７ａにおける溶接品質の良否を判定するためのものである。溶接品質判定手段１９としては、パソコン等の周知慣用の記憶演算器を用いることが例示される。
【００５６】
溶接品質判定手段１９は、予め、（ｉ）鋼板１２の鋼種、（ｉｉ）鋼板１２のサイズ、（ｉｉｉ）溶接条件（溶接電流の設定値、加圧力の設定値、電極移動量の設定値等）毎に、溶接品質が良好である場合に測定された電圧波形に基づいて設定された電圧波形の基準範囲（基準電圧波形）を予め入力されて記憶する。
【００５７】
溶接品質判定手段１９は、上述した溶接電圧波形測定手段である電圧計１８により測定された、通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の測定電圧波形を、予め設定された、通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の基準電圧波形と比較することによって、溶接品１７の溶接部１７ａの溶接品質の良否を判定する。
【００５８】
なお、図６（ａ）における符号２２は電源であり、符号２３は電流計である。
図６（ｂ）は、この本発明に係る監視装置１１による溶接品質の良否を判定する要領を説明するためのグラフである。図６（ｂ）のグラフの横軸は、溶接の経過時間を示し、縦軸は電圧を示す。
【００５９】
図６（ｂ）のグラフにおいて実線で囲まれた領域は、予め設定された、通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の基準電圧波形（電圧波形の基準範囲）である。
溶接品質判定手段１９は、電圧計１８により測定された電圧波形が、この基準範囲内に入るか否かによって、溶接品１７の溶接部１７ａの溶接品質の良否を判定する。すなわち、溶接品質判定手段１９は、電圧計１８により測定された電圧波形が、この電圧波形の基準範囲の内部に存在する場合（図６（ｂ）において実線で例示する場合）には溶接品質が良好であると判定し、一方この基準範囲から逸脱する場合（図６（ｂ）において破線で例示する場合）には溶接品質が不良であると判定する。そして、溶接品質判定手段１９は、溶接品質が不良であると判定した場合には、直ちに外部へ警報等２０を出力する。
【００６０】
この基準範囲は、例えば、（Ｉ）被溶接材である鋼板１２と溶接条件をそれぞれ同一の条件として、溶接品質が良好であることが確認されたケースでの溶接中の電圧波形を測定し、その波形の標準偏差σをとり、２σもしくは３σを良品の基準範囲として設定することや、あるいは、（ＩＩ）様々な切断品質の鋼板を溶接し、溶接割れ発生の有無に基づいて設定することが、例示される。
【００６１】
なお、通電開始の近傍と通電終了の近傍とでは、電圧が小さいためにノイズが大きくなって溶接品質の判定精度が低下するので、電圧が例えば０．５Ｖ以上となる範囲で評価することが望ましい。
【００６２】
溶接品質判定手段１９は、以上のように構成される。
次に、この本発明に係る監視装置１１を用いて、中間品１７の溶接部１７ａの溶接品質を監視しながらアプセットバット溶接を行い、自動車用のスチールホイールを製造する方法を説明する。
【００６３】
［監視装置１１による溶接品質判定工程］
図６（ａ）に示すように、定寸に切断された後にコイリング装置により円筒状に形成されたリム用鋼板１２を被溶接材とし、このリム用鋼板１２の両端部１３ａ、１３ｂの突き合わせ面１４に、一対の固定電極１５ａ、１５ｂと、一対の移動電極１６ａ、１６ｂとを介して溶接電流を流すことによって抵抗溶接を行うアプセットバット溶接により、自動車用ホイールリムの円筒状の中間品１７を製造する。
【００６４】
なお、上述したように、ＤＣバット溶接は、溶接電流と加圧力をそれぞれ所定値に設定しておき、電極移動量が所定値となった時点で通電を停止する。電流の設定値は、鋼板の突き合わせ面１４の電流密度が１００〜２００Ａ／ｍ２の範囲となるように調整することが望ましい。電流値が低すぎると突き合わせ部の発熱が不足し易く、逆に高すぎると発熱過大で突き合わせ部が過大に溶融し、割れや穴あきが発生し易い。
【００６５】
また、加圧力の設定値は、鋼板の突き合わせ面１４の圧力が、１００〜２００ＭＰａの範囲となるように調整することが望ましい。加圧力が低すぎると、突き合わせ部の軟化や変形に加圧が追随できず、実質的な圧力が低下し、溶接不良が発生し易い。また、加圧力が高すぎると、突き合わせ部の接触抵抗が低下するため発熱不足により溶接不良が発生し易い。
【００６６】
さらに、電極移動量の設定値は、鋼板の両端面の突き合わせが完了し、通電を開始する前の電極位置からの移動距離であり、鋼板の板厚の２〜４倍の範囲で設定することが望ましい。電極移動量の設定量が過小の場合は、突き合わせ面の酸化物などの排除が不十分となり、溶接不良が発生し易い。また、過大の場合は、突き合わせ部が大きく座屈し溶接不良となり易い。
【００６７】
本発明に係る監視装置１１は、このアプセットバット溶接の際に、溶接電圧波形測定手段１８によって、鋼板１２の両端部１３ａ、１３ｂへの通電開始から通電終了までの期間における溶接電圧の波形を測定する。
【００６８】
そして、監視装置１１は、溶接品質判定手段１９によって、上述したように、溶接電圧波形測定手段１８により測定された測定電圧波形を、予め設定された前記の期間における溶接電圧の基準電圧波形と比較することによって中間品１７の溶接部１７ａの溶接良否を判定する。
【００６９】
そして、監視装置１１の溶接品質判定手段１９は、測定電圧波形が例えば図６（ｂ）において破線で例示するように基準範囲から逸脱する場合には、溶接品質が不良であると判定し、直ちに外部へ警報等２０を出力する。
【００７０】
このようにして、本発明に係る監視装置１１によれば、例えば、鋼板１２の両端部１３ａ、１３ｂの突き合わせのズレの発生や、鋼板１２の両端部１３ａ、１３ｂの切断端面の不均一の発生等といった、適正な溶接条件から逸脱した溶接条件による溶接不良の発生を、溶接時にリアルタイムで監視し、溶接品質が不良であると判定した場合には直ちに外部へ警報等を出力することにより、不良品が次工程へ流出することを防止してアプセットバット溶接における不良率の大幅な低減を図りながら、良好な溶接品質の溶接部１７ａを有する中間品１７を量産することが可能になる。
【００７１】
［中間品１７の機械加工およびスチールホイールの組み立て工程］
本発明では、以上説明したように、本発明に係る監視装置１１による溶接品質判定工程を経てアプセットバット溶接された円筒状の中間品１７に対して、溶接部１７ａの表面に発生した余盛２１をトリミング装置によりトリミングし、次いで、溶接部１７ａの両端のエッジを削除し、ロールフォーミングによりリム形状に成型する機械加工を行って、ホイールリムとする。
【００７２】
この機械加工を行った後に、このホイールリムの内部に、別途成型加工したディスクを圧入してからディスクとリムとをアーク溶接により接合し、さらに塗装することによって、自動車用スチールホイールが製造される。
【００７３】
なお、以上の説明では、アプセットバット溶接された溶接品が自動車用ホイールリムの円筒状の中間品である場合を例にとったが、本発明はこれに限定されるものではなく、この中間品以外のアプセットバット溶接される溶接品にも等しく適用可能である。
【実施例１】
【００７４】
本発明を、実施例を参照しながら、より具体的に説明する。
図６（ａ）に示すようにして、７８０ＭＰａ級熱延鋼板を切断して、板厚２．２ｍｍ、板幅２０２ｍｍ、長さ４００ｍｍの鋼板１２を製作した。熱延鋼板の切断の際には、クリアランスを０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲で変更するとともに、シャー刃の損傷状態が異なる２種類の刃を用いることによって、鋼板１２の切断端面の品質を変更した。
【００７５】
この鋼板１２を用いて、その両端部１３ａ、１３ｂの切断端面同士を突き合わせてＤＣバット溶接を行った。鋼板１２のＤＣバット溶接の際には、切断端面同士の突き合わせズレを、０ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲で変更した。表１に溶接条件を示す。
【００７６】
【表１】
2011011253.tif 000003
【００７７】
このＤＣバット溶接の際に、図６（ａ）に示す監視装置（モニタ装置）１１を用いて、電圧波形測定手段１８によって、溶接中の固定電極１５ｂおよび移動電極１６ｂ間の電圧波形間の電圧波形を測定し、溶接品質判定手段１９によって、電圧波形測定手段１８により測定した電圧波形と予め設定した電圧波形の基準範囲と比較し、測定した電圧波形が、この基準範囲内であれば良好と判定するとともにこの基準範囲から逸脱していれば不良と判定した。
【００７８】
判定に用いた電圧波形の基準範囲は、この溶接に先立って、鋼板１２と同一の鋼板を用い、上記溶接条件でＤＣバット溶接を行い、溶接割れが発生しない時の電圧波形を２０ケース測定し、電圧が０．１Ｖ以上となる範囲で、その波形のばらつきの２σの範囲を求め、この範囲として定めた。
【００７９】
また、図１に示すようにして、ＤＣバット溶接された中間材１７を用いて３点曲げ試験を行い、溶接部１７ａの割れ発生状況を調査した。表２に３点曲げ試験の条件を示す。
【００８０】
【表２】
2011011253.tif 000004
【００８１】
表３に、本発明に係る監視装置（モニタ装置）１１による溶接品質の判定結果と、３点曲げによる溶接品質調査結果とを比較して示す。
【００８２】
【表３】
2011011253.tif 000005
【００８３】
表３に示すように、番号１、２では、測定した電圧波形は基準範囲内であったために監視装置１１による判定結果は良好であった。そして、３点曲げ試験においても溶接部１７ａの溶接割れは発生しなかった。このため、監視装置１１による判定結果が正しいことがわかった。
【００８４】
番号３、４では、鋼板１２の突き合わせのズレが大きく、通電初期において電圧の上昇およびその後の下降の波形が観測され、さらに電圧が負荷される時間が短くなる現象が認められ、測定した電圧波形が基準範囲から逸脱したために監視装置１１による判定結果は不良であった。そして、３点曲げ試験においても溶接部１７ａの溶接割れが発生した。このため、監視装置１１による判定結果が正しいことがわかった。
【００８５】
番号５〜８では、シャー刃の欠けにより切断面の品質は幅方向に不均一となり、通電初期での電圧の上昇およびその後の下降の波形が観測され、さらに電圧が負荷される時間が短くなる現象が認められ、測定した電圧波形が基準範囲から逸脱したために監視装置１１による判定結果は不良であった。そして、３点曲げ試験においても溶接部１７ａの溶接割れが発生した。このため、監視装置１１による判定結果が正しいことがわかった。
【００８６】
番号９では、電圧が負荷される時間が短くなり、測定した電圧波形が基準範囲から逸脱したために監視装置１１による判定結果は不良であった。そして、３点曲げ試験においても溶接部１７ａの溶接割れが発生した。この割れはシャークリアランス過大に伴う発熱過大による影響であると思われる。このため、監視装置１１による判定結果が正しいことがわかった。
【００８７】
さらに、番号１０では、電圧が負荷される時間が長くなり、測定した電圧波形が基準範囲から逸脱したために監視装置１１による判定結果は不良であった。そして、３点曲げ試験においても溶接部１７ａの溶接割れが発生した。この割れはシャークリアランス過小に伴う発熱不足に基づくものと思われる。このため、監視装置１１による判定結果が正しいことがわかった。
【００８８】
以上説明したように、本発明に係る監視装置１１による判定結果は、３点曲げ試験の結果と高い精度で符合していた。このことから、本発明により、ＤＣバット溶接中の電圧波形を測定し、これを電圧波形の基準範囲と比較することによって、切断端面の不良や突き合わせ不良に基づく溶接不良の発生を高い精度で判定できることが、実証された。
【符号の説明】
【００８９】
１  鋼板
２ａ、２ｂ  端部
２ａ−１、２ｂ−１  端面
３ａ、３ｂ  固定電極
４ａ、４ｂ  移動電極
５  電源
６  接合部
７、８、９  鋼板
７ａ  だれ
７ｂ  せん断面
７ｃ  破断面
１０  突き合わせ面
１１  監視装置
１２  リム用鋼板
１３ａ、１３ｂ  端部
１４  突き合わせ面
１５ａ、１５ｂ  固定電極
１６ａ、１６ｂ  移動電極
１７  中間品
１７ａ  溶接部
１８  溶接電圧波形測定手段
１９  溶接品質判定手段
２０  警報等
２１  余盛
２２  電源
２３  電流計
３０、３１  鋼板
３２  ＤＣバット溶接部
３３  溶接品
３４  支持台
３５、３６  支点
３７  ポンチ
【図１】
2011011253.tif 000006
【図２】
2011011253.tif 000007
【図３】
2011011253.tif 000008
【図４】
2011011253.tif 000009
【図５】
2011011253.tif 000010
【図６】
2011011253.tif 000011
【図７】
2011011253.tif 000012
【図８】
2011011253.tif 000013