(57)【要約】      （修正有）【課題】ギャップを有する板厚１ｍｍ未満の薄板亜鉛めっき鋼板の重ね溶接継手であっても、品質に優れる溶接を行うことができる亜鉛めっき鋼板の消耗電極式アークスポット溶接方法を提供する。【解決手段】溶接作業を、アークを起動するスタート制御期間と、このスタート制御期間溶接に続き溶接を行う溶接出力制御期間と、この溶接出力制御期間に続きアーク消滅後の消耗電極の先端を整形する球滴制御期間に分ける。そして、シールドガスを炭酸ガスまたは炭酸ガスを主成分とするアルゴンとの混合ガスとし、アーク発生後の溶接出力制御期間における出力（アーク電圧Ｖａｖとワイヤ送給速度ＷＦ）を少なくとも３段階に変化させた後、所定の休止期間を設け、再び所定期間のアークを発生させた後、溶接を終了する。【選択図】図２
2007090401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークを起動するスタート制御期間、このスタート制御期間に続き溶接を行う溶接出力制御期間、及びこの溶接出力制御期間に続きアーク消滅後の消耗電極の先端を整形する球滴制御期間の各期間中、溶接出力と消耗電極の供給速度とを制御する消耗電極式アークスポット溶接方法において、
シールドガスを炭酸ガスまたは炭酸ガスを主成分とするアルゴンとの混合ガスとし、
アーク発生後の前記溶接出力制御期間における出力を少なくとも３段階に変化させた後、所定の休止期間を設け、再び所定期間のアークを発生させた後、溶接を終了する
ことを特徴とする亜鉛めっき鋼板の消耗電極式アークスポット溶接方法。
【請求項２】
前記溶接出力制御期間における前記溶接出力の変化は、アーク電圧を段階的に小さくすることであることを特徴とする請求項１に記載の亜鉛めっき鋼板の消耗電極式アークスポット溶接方法。
【請求項３】
亜鉛めっき鋼板の板厚が０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の亜鉛めっき鋼板の消耗電極式アークスポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板、例えば板厚1mm未満の重ね溶接継手を溶接するための亜鉛めっき鋼板の消耗電極式アークスポット溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車ボデー等において重ね溶接継手を溶接する場合、抵抗スポット溶接が多用されている。しかし、抵抗スポット溶接の場合、その原理から、溶接継手を上下から挟み込むことが必要であり、ワーク形状によっては特殊な溶接ガンや装置を必要とする。また、溶接ガンを挿入するため、作業用の穴の加工が必要になる場合がある。さらに、亜鉛めっき鋼板を溶接する場合、めっき層の主成分である表面の亜鉛が溶接ガンの銅電極に付着して、電極寿命を低下させるといった問題もある。
【０００３】
そこで、アークを起動するスタート制御期間、このスタート制御期間に続き溶接を行う溶接出力制御期間、及びこの溶接出力制御期間に続き消耗電極の先端を整形する球滴制御期間の各期間中、溶接出力と消耗電極の供給速度とを制御する消耗電極式アークスポット溶接方法において、前記溶接出力制御期間を２以上の期間に分割し、分割した各期間毎に出力レベルと前記消耗電極の供給速度の少なくとも一方を切替えることを特徴とする消耗電極式アークスポット溶接方法が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１の技術に依れば、溶接継手の片面からの作業のみで溶接が行えるので、作業能率を向上させることができた。
【特許文献１】特開２００４−５０２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、アーク柱の拡がりが比較的大きい。このため、ギャップを有する板厚が１ｍｍ未満（例えば板厚０．６ｍｍ）の亜鉛めっき鋼板をアークスポット溶接した場合、熱容量不足あるいは溶融・気化した亜鉛ガスの吹き上げに起因した上板の一部穴明き（溶接ビード表面周辺部近傍の溶落ち）が発生し、良好な溶接結果が得られない場合が多かった。なお、特許文献１には、炭酸ガス溶接法の場合についても言及はされているが、詳細は不明である。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、ギャップを有する板厚１ｍｍ未満の薄板亜鉛めっき鋼板の重ね溶接継手であっても、品質に優れる溶接を行うことができる亜鉛めっき鋼板の消耗電極式アークスポット溶接方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明は、亜鉛めっき鋼板の消耗電極式アークスポット溶接方法として、アークを起動するスタート制御期間、このスタート制御期間に続き溶接を行う溶接出力制御期間、及びこの溶接出力制御期間に続きアーク消滅後の消耗電極の先端を整形する球滴制御期間の各期間中、溶接出力と消耗電極の供給速度とを制御する消耗電極式アークスポット溶接方法において、シールドガスを炭酸ガスまたは炭酸ガスを主成分とするアルゴンとの混合ガスとし、アーク発生後の前記溶接出力制御期間における出力を少なくとも３段階に変化させた後、所定の休止期間を設け、再び所定期間のアークを発生させた後、溶接を終了することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型・軽量の溶接トーチを用いて溶接継手の片面からの作業のみで薄板亜鉛めっき鋼板の重ね継手の溶接を行うことができるため、作業性が大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明を適用するのに好適な消耗電極式アークスポット溶接装置の構成図である。
【００１０】
同図において、整流器１は、商用交流を直流に変換する。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等で構成されるインバータ回路２は、整流器１から出力される直流を高周波交流に変換すると共に、溶接部に供給する溶接出力を制御する。変圧器３は、インバータ回路２で制御された出力を溶接に必要な電圧に降圧する。整流器４は、変圧器３の出力を直流に変換する。ワイヤ送給ローラ６は、ワイヤ送給制御回路１１により駆動され、溶接ワイヤ５を母材７に向けて供給する。
【００１１】
ＰＷＭ（パルス幅）制御回路８は、アーク電圧設定器９の指令値に基づいて、出力を制御するためのＰＷＭ制御信号をインバータ回路２に出力する。
【００１２】
ＣＰＵ１０はデータテーブル１０ａ等を記憶することができる記憶領域とタイマ１０ｂ等を備えており、後述する各期間を計時すると共に、モード設定器１２および起動スイッチ１３から入力される制御信号に基づき、データテーブル１０ａに記憶されているデータをアーク電圧設定器９およびワイヤ送給制御回路１１に出力する。
【００１３】
次に、モード番号（Ｎｏ．）とデータ番号（Ｎｏ．）について説明する。
【００１４】
データ番号は適切な溶接を行うことができる場合の溶接条件毎に整理番号を付したものであり、図３に示すように、ワイヤ送給速度ＷＦとアーク電圧Ｖａｖおよびこれらの値を維持する時間Ｔを１組にして、データテーブル１０ａに登録されている。
【００１５】
また、モード番号は溶接シーケンスの整理番号であり、図４に示すように、ある溶接作業を行う場合に使用するデータ番号を時系列順に並べたものであり、この実施形態では１回の溶接作業を、アークを起動するスタート制御期間（ＳＴＲ）と、溶接を行う溶接出力制御期間（ＷＥＬＤ）と、ワイヤの先端を整形する球滴制御期間（ＫＹＵ）と、に分けて制御する。なお、溶接出力制御期間は１〜ｘの各期間（ステップ）に細分化されている。また、図中データ番号がＦと記載されている欄はスキップされる期間であり、ステップの実行が省略される。したがって、あるモード番号を指定すると、溶接に使用する溶接条件は一義的に決定される。
【００１６】
図２はこの実施形態の動作を示すフローチャートである。
【００１７】
図示を省略する制御電源がオンされると、ＣＰＵ１０はモード設定器１２で設定されたモード番号が変更されているかどうかを確認し（図２における手順Ｓ１００）、モード番号が変更されていない場合は直ちに、Ｓ１４０の処理を行う。また、モード番号が変更されている場合は、モード番号を読み込んだ後（Ｓ１１０）、当該モード番号の各データ番号を記憶する（Ｓ１２０）と共に、溶接出力制御期間におけるデータ番号の数、すなわちステップ数ｍを設定して（Ｓ１３０）、Ｓ１４０の処理を行う。
【００１８】
Ｓ１４０では、起動スイッチ１３がオンされたかどうかを確認し、オンされていない場合はＳ１００の処理を行い、その他の場合はＳ１５０の処理を行う。
【００１９】
Ｓ１５０では、スタート制御期間に用いる制御データをデータテーブル１０ａから読み出し、読み出したアーク電圧（Ｖａｖ）ｓのデータをアーク電圧設定器９に入力すると共に、ワイヤ送給速度（ＷＦ）ｓのデータをワイヤ送給制御回路１１に入力する（Ｓ１６０）。また、タイマ１０ｂにスタート制御時間Ｔｓを設定して（Ｓ１７０）、溶接を開始する（Ｓ１８０）。なお、各制御データの末尾に付した符号ｓはスタート制御期間に用いる制御データを表している。また、後述するように、溶接出力制御期間における上記各制御データの末尾には符号ｎを、また、球滴制御期間における各制御データの末尾には符号ｅを付してある。
【００２０】
溶接が開始され、図示を省略するアーク発生確認手段（例えば電流検出回路）によりアークの発生が確認されると、ＣＰＵ１０はタイマ１０ｂを動作させ、スタート制御時間Ｔｓが経過するまでスタート制御期間の制御データによる溶接を継続する（Ｓ１９０）。
【００２１】
スタート制御時間Ｔｓが経過すると、ＣＰＵ１０は溶接出力制御期間のステップ数をカウントするカウンタｎをリセットし（Ｓ２００）、ステップｎ（ここでは、ｎ＝１である）に対応するデータ番号からアーク電圧（Ｖａｖ）ｎのデータを読み出し（Ｓ２１０）、読み出したデータをアーク電圧設定器９に入力すると共に、ワイヤ送給速度（ＷＦ）ｎをワイヤ送給制御回路１１に入力する（Ｓ２２０）。また、タイマ１０ｂに溶接出力制御時間Ｔｎを設定した後（Ｓ２３０）、（Ｖａｖ）ｎ＝０であるかどうかを確認し、（Ｖａｖ）ｎが０である場合は溶接を一時停止する休止期間であると判断してＳ３３０の処理を行い、その他の場合はＳ３００の処理を行う（Ｓ２４０）。
【００２２】
Ｓ３００では、タイマ１０ｂで計時される時間が設定された溶接出力制御時間Ｔｎに到達するまで溶接出力制御データｎによる溶接を行う。そして、溶接出力制御時間Ｔｎがタイムアップすると、カウンタｎに１を加えた後（Ｓ３１０）、カウンタｎとステップ数ｍとを比較し、ｎ＞ｍの場合はＳ３３０の処理を行い、その他の場合はＳ２１０の処理を行う（Ｓ３２０）。
【００２３】
Ｓ３３０では、球滴制御データを読み込み、読み出したアーク電圧（Ｖａｖ）ｅのデータをアーク電圧設定器９に入力すると共に、ワイヤ送給速度（ＷＦ）ｅをワイヤ送給制御回路１１に入力する（Ｓ３４０）。また、タイマ１０ｂに球滴制御時間Ｔｅを設定する（Ｓ３５０）。そして、タイマ１０ｂで計時される時間が球滴制御時間Ｔｅに到達するまで球滴制御データに基づいて溶接を行う（Ｓ３６０）。
【００２４】
球滴制御時間Ｔｅがタイムアップすると、カウンタｎとステップ数ｍとを比較し（Ｓ３７０）、ｎ＞ｍの場合はＳ３８０の処理を行い、その他の場合は総ての処理が終了したので、作業終了の処理を行う（Ｓ４１０）。
【００２５】
Ｓ３８０では、溶接一時休止時間Ｔｎの計時を開始し、溶接一時休止時間Ｔｎが経過するのを待った後（Ｓ３９０）、カウンタｎに１を加え（Ｓ４００）、Ｓ２１０の処理を行う。
【００２６】
なお、上記ではスタート制御期間における溶接条件を１種類にしたが、スタート制御期間を２つの期間に分割しても良い。
【００２７】
図５は、溶接法を変えた場合の溶接結果をまとめた図であり、被溶接物は亜鉛めっき量が表面、裏面とも６０ｇ／ｍ２である板厚が０．６ｍｍの亜鉛めっき鋼板、また、ギャップ０（Ｇ＝０）およびギャップ１ｍｍ（Ｇ＝１）としてそれぞれアークスポット溶接を各１０回行った結果である。なお、記載を省略したアーク起動制御の条件および球滴制御の条件は同じである。また、溶接出力制御期間における溶接出力を変えるため、アーク電圧を段階的に小さくした。
【００２８】
同図から明らかなように、亜鉛めっきがされていない鋼板を溶接する場合、シールドガスを炭酸ガス（ＣＯ２）１００％とした溶接方法（以下、「炭酸ガス溶接法」という。）、シールドガスをアルゴン（Ａｒ）８０％＋ＣＯ２２０％の混合ガスとした溶接方法（以下、「マグ溶接法」という。）およびシールドガスをＡｒ９５％＋Ｏ２５％の混合ガスとした溶接方法（以下、「ミグ溶接法」という。）のいずれの溶接法においても、ギャップの有無に係わらず良好な溶接結果が得られ、溶接欠陥の発生は認められなかった。
【００２９】
また、亜鉛めっき鋼板を溶接する場合であっても、ギャップ０場合はいずれの溶接法においても全て良好な溶接結果が得られた。
【００３０】
しかし、ギャップが存在する亜鉛めっき鋼板を溶接する場合、アーク起動後２段階でアーク電圧を低下させ休止期間を挟んで再びアークを発生させる炭酸ガス溶接法では、欠陥発生率が６０％の高い値を示した。なお、発生する欠陥は、上板の穴明きが主である。
【００３１】
一方、同じ炭酸ガス溶接法でも、アーク発生後３段階でアーク電圧を低下させ、溶接部の冷却を促進するための休止期間を挟んで再びアークを発生させた場合、溶接欠陥の発生はなく、良好な溶接結果が得られた。
【００３２】
シールドガス組成が異なるマグ溶接法およびミグ溶接法においても、炭酸ガス溶接法の場合と同様に、アーク起動後のアーク電圧を３段階で低下させる溶接を行ったが、いずれの場合も約半数に溶接欠陥が発生した。
【００３３】
以上から、シールドガスとしてパルス溶接が可能なＡｒ８０％＋ＣＯ２２０％の混合ガス（すなわち、マグ溶接法の場合。）またはＡｒ９５％＋Ｏ２５％の混合ガス（すなわち、ミグ溶接法の場合。）をシールドガスとした場合、ギャップが存在する亜鉛めっき鋼板の薄板を必ずしも効率よく溶接できないことが分かる。
【００３４】
なお、板厚０．８および０．７ｍｍの亜鉛めっき鋼板についても板厚０．６ｍｍの亜鉛めっき鋼板と同様の溶接試験を実施したが、いずれの板厚においてもアーク起動後のアーク電圧を３段階で低下させる炭酸ガス溶接法が最も良好な結果を示した。
【００３５】
また、ＣＯ２の乖離熱によるアーク柱の比較的強い緊縮効果が得られるガス組成、例えばＡｒ５０％＋ＣＯ２５０％の混合ガスをシールドガスとした場合も、溶接欠陥の発生がなく、良好な溶接結果が得られることを確認した。
【００３６】
さらに、アーク起動後のアーク電圧を４〜５段階で変化させる実験も行い、これらの場合も、アーク電圧を３段階で変化させた場合と同様の効果を得られることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を適用するのに好適なアークスポット溶接装置の構成図である。
【図２】本発明の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係るデータ番号の説明図である。
【図４】本発明に係るモード番号の説明図である。
【図５】溶接法を変えた場合の溶接結果をまとめた図である。
【符号の説明】
【００３８】
Ｖａｖ  アーク電圧
ＷＦ  ワイヤ送給速度
Ｔ  期間の長さ
【図１】
2007090401.tif 000003
【図２】
2007090401.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007090401.tif 000006
【図５】
2007090401.tif 000007