(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＡＰ溶接法によりスタッドを母材に溶植する場合に、予め溶接時におけるスタッドと母材間のアーク電圧値とスタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合のスタッドと母材間の短絡電圧値との差分を求めておき、スタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合の短絡電流値を測定して、該短絡電流値より前記電圧値の差分だけ高い電圧値に相当する溶接機の外部特性曲線上の電流値を溶接電流値と推測し、その溶接電流値が前記スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に応じて２０Ｄ〜３２Ｄ［Ａ］の許容範囲に納るように溶接機の外部特性を調整して溶接を実施することを特徴とするスタッドの溶接方法。
【請求項２】
アークスタッド溶接法によりスタッドを母材に溶植する場合に、予め溶接時におけるスタッドと母材間のアーク電圧値とスタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合のスタッドと母材間の短絡電圧値との差分を求めておき、スタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合の短絡電流値を測定して、該短絡電流値より前記電圧値の差分だけ高い電圧値に相当する溶接機の外部特性曲線上の電流値を溶接電流値と推測し、その溶接電流値が前記スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に応じて５４Ｄ〜９０Ｄ［Ａ］の許容範囲に納るように溶接機の外部特性を調整して溶接を実施することを特徴とするスタッドの溶接方法。
【請求項３】
前記溶接電流値の許容範囲中に、溶接電流値を設定する際の設定目標電流値を定め、その設定目標電流値に基づいて溶接機の外部特性を調整するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスタッドの溶接方法。
【請求項４】
前記溶接電流値の許容範囲を、更に溶接電流値に関する再設定の必要のない再設定不要領域と再設定が必要な再設定領域に区分したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスタッドの溶接方法。
【請求項５】
溶接銃にスタッドを移動して母材との間隙を調整し得るサーボ機構を設置し、アーク電圧値に基づいて前記サーボ機構を制御してスタッドと母材との間隙を調整するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスタッドの溶接方法。
【請求項６】
溶接銃にスタッドを移動して母材との間隙を調整し得るサーボ機構を設置し、アーク電圧値に基づいて前記サーボ機構を制御してスタッドと母材との間隙を調整するように構成するとともに、外周面が円筒状に形成され、内周面の少なくとも下部を下方へ向けて前記外周面の近傍まで拡径したテーパ状に形成したアークシールドを使用することを特徴とする請求項２に記載のスタッドの溶接方法。
【請求項７】
スタッドの押込みに際して、スタッドが母材上の溶融金属に接触する位置ないしその近傍までは速い速度で下動させ、その後の溶融金属内の所定位置までは遅い速度で下動させるようにした請求項５又は６に記載のスタッドの溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サブマージアークプレス溶接法（ＳＡＰ溶接法と略す）あるいはアークスタッド溶接法によりスタッドを母材に溶植する場合の溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は従来からスタッドの溶接に使用されている一般的な溶接装置の全体を例示した構成概念図である。図中、１は交流又は直流の溶接機であり、一般的にＳＡＰ溶接法の場合には交流溶接機、アークスタッド溶接法の場合には直流溶接機が用いられる。図示のように、溶接機１には、制御装置２を介して溶接銃３に接続された溶接用ケーブル４，５と、母材６に接続された接地側ケーブル７とが接続され、これらによって溶接電流供給回路を構成している。なお、直流溶接機を用いる場合には、プラス側を母材６に接続される接地側ケーブル７に、マイナス側を溶接銃３に接続される溶接用ケーブル４，５に接続する。また、前記制御装置２は、制御用ケーブル８を介して溶接機１に、制御用ケーブル９を介して溶接銃３に、制御用ケーブル１０を介して操作部１１に接続されている。操作部１１には溶接開始ボタンや緊急停止ボタン等が設置されており、制御装置２は、その操作部１１からの動作指令に基づいて溶接銃３の動作を制御するように構成されている。しかして、操作部１１の溶接開始ボタンが押されると、前記溶接電流供給回路を通じて溶接銃３に対する溶接電流の供給が開始され、溶接銃３に保持されたスタッド１２と母材６との間でアーク溶接が開始されることになる。その間、制御装置２において経過時間が計時され、設定時間が経過した時点でスタッド１２を母材６側の溶融金属中に押込み、溶接電流の供給を停止して当該スタッドの溶接工程が終了することになる。なお、制御装置２には溶接時間変更ダイヤルが設置されており、溶接時間を調整できるように構成されている。
【０００３】
図２はＳＡＰ溶接法に一般的に使用される溶接機の外部特性を例示した外部特性図である。また、図３はアークスタッド溶接法に一般的に使用される溶接機の外部特性を例示した外部特性図である。それぞれ縦軸に出力電圧、横軸に出力電流をとって外部特性を例示したものである。図中、特性曲線Ａ〜ＣあるいはＤ〜Ｆは、それぞれの溶接機において外部特性を調整した場合の特性の変化状態を例示したものである。溶接機側において設定電流値を調整する際には、以上の外部特性を調整することによって行うことになる。例えば、同じアーク電圧値を維持しながら溶接電流値を大きくする場合には、溶接機の外部特性を特性曲線Ａ，ＤからＣ，Ｆの側へ移行することによって可能である。なお、この溶接電流値の調整作業は、外観的には前記溶接機１に備えられた出力電流値の設定部において、その設定電流値を調整することによって行われるのが一般的であるが、実質的にみれば、以上の溶接機の外部特性の調整を介して出力電流値の調整が行われていることにほかならない。
【０００４】
ところで、一般的に溶接機の外部特性、とりわけ図２に例示した外部特性は、理想的な定電流特性から相当ずれた垂下特性を有するため、外部の抵抗やインピーダンスの値が変化すると、出力電流値すなわち溶接電流値が変動してしまうことになる。したがって、図１に示した溶接銃３に供給される溶接電流値は、制御装置２を介して溶接銃３に接続された溶接用ケーブル４，５と、母材６に接続された接地側ケーブル７とから構成される前記溶接電流供給回路の抵抗値やインピーダンス値の変動により影響されることになる。すなわち、溶接用ケーブル４，５の長さや、溶接電流による溶接用ケーブル４，５自体の発熱ないし外気温度の影響による抵抗値の変化、あるいは溶接用ケーブル４，５の途中にできるＵ字状ないしループ状のたるみ等によるインダクタンスの影響などにより溶接電流が大きく変動し、実際の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが溶接機１側の設定電流値と大きく異なってしまうことになる。
【０００５】
因みに、例えば直径が３０ｍｍ前後の鉄筋からなるスタッドを交流溶接機を使用してＳＡＰ溶接した場合に、当該溶接機の垂下特性にもよるが、数百アンペア程度の変動が生じることもめずらしくないことが実験的に確認されている。同様に、直流溶接機を使用してアークスタッド溶接を行った場合にも、数十アンペア程度の変動が生じることも実験的に確認されている。以上のような実際の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する変動は溶接結果にも影響し、溶接電流の過不足により必要なアーク状態が得られなくなり、溶接品質の低下を招く原因にもなっていた。このため、現場においては、その溶接品質の低下を回避するため、作業者の経験上の感によって溶接状態を観察しながら溶接機側の出力電流値を調整するという手法が行われている。しかしながら、このような経験的な手法では、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを的確に調整することはきわめて困難であり、作業者による個人差も増長され良質の溶接状態を安定的に維持することは技術的に困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来の技術状況に鑑みて発明したものであり、作業者の経験のみに依存することなく、スタッドの溶接における溶接電流の設定作業に関する標準化を図ることによって、良質の溶接状態がより安定的に得られるようにスタッドの溶接方法を改善することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、幾多の実験を繰返し研究を進めた結果、スタッドの直径Ｄと溶接時に実際に流れる溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとの間には、良質の溶接結果が安定的に得られるかに関して、図４及び図５に示したような相関関係があることが明らかになった。すなわち、図４はＳＡＰ溶接法の場合を実験結果を基に示したものであり、Ｉａ＝２０Ｄ（なお、ＩａはＳＡＰ溶接法における溶接電流値をアンペア単位で表した数値、Ｄはスタッドの直径をｍｍ単位で表した数値である。）で示される下限許容溶接電流値ラインＧａと、Ｉａ＝３２Ｄで示される上限許容溶接電流値ラインＨａとの間は、スタッドの直径Ｄに応じて良質の溶接結果が安定的に得られるＳＡＰ溶接法における溶接電流値Ｉａの許容範囲Ｊａを示している。因みに、溶接電流値Ｉａがその許容範囲Ｊａの範囲外の場合には、いくら溶接時間等を調整しても安定的に良質の溶接結果を得ることは困難であった。すなわち、溶接電流値Ｉａが下限許容溶接電流値ラインＧａより低い場合には、当該スタッドの直径Ｄに必要なアーク状態が得られないため、良質の溶接結果を安定的に得ることはできなかった。逆に、溶接電流値Ｉａが上限許容溶接電流値ラインＨａより高い場合には、当該スタッドの直径Ｄに対して過大なアーク状態になってしまい、同様に良質の溶接結果を安定的に得ることはできなかった。また、図５はアークスタッド溶接法の場合を実験結果を基に示したものであり、Ｉｂ＝５４Ｄ（なお、Ｉｂはアークスタッド溶接法における溶接電流値をアンペア単位で表した数値である。）で示される下限許容溶接電流値ラインＧｂと、Ｉｂ＝９０Ｄで示される上限許容溶接電流値ラインＨｂとの間が、スタッドの直径Ｄに応じて良質の溶接結果が安定的に得られるアークスタッド溶接法における溶接電流値Ｉｂの許容範囲Ｊｂを示している。
【０００８】
以上の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの許容範囲Ｊａ，Ｊｂに着目して、請求項１の発明では、ＳＡＰ溶接法によりスタッドを母材に溶植する場合に、予め溶接時におけるスタッドと母材間のアーク電圧値とスタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合のスタッドと母材間の短絡電圧値との差分を求めておき、スタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合の短絡電流値を測定して、該短絡電流値より前記電圧値の差分だけ高い電圧値に相当する溶接機の外部特性曲線上の電流値を溶接電流値と推測し、その溶接電流値が前記スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に応じて２０Ｄ〜３２Ｄ［Ａ］の許容範囲に納るように溶接機の外部特性を調整して溶接を実施するという技術手段を採用した。
【０００９】
請求項２の発明では、アークスタッド溶接法によりスタッドを母材に溶植する場合に、予め溶接時におけるスタッドと母材間のアーク電圧値とスタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合のスタッドと母材間の短絡電圧値との差分を求めておき、スタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合の短絡電流値を測定して、該短絡電流値より前記電圧値の差分だけ高い電圧値に相当する溶接機の外部特性曲線上の電流値を溶接電流値と推測し、その溶接電流値が前記スタッドの直径Ｄ［ｍｍ］に応じて５４Ｄ〜９０Ｄ［Ａ］の許容範囲に納るように溶接機の外部特性を調整して溶接を実施するという技術手段を採用した。なお、以上のスタッドと母材とを接触させた状態において通電する短絡通電チェックではスタッドの損傷は殆ど問題にならない。したがって、本発明によれば、スタッドの損傷なくして短絡通電チェックを必要に応じて繰返しながら溶接電流値を推測して前記許容範囲に納るように溶接機の外部特性を調整することができる。
【００１０】
請求項３の発明では、前記溶接電流値の許容範囲中に、溶接電流値を設定する際の設定目標電流値を定め、その設定目標電流値に基づいて溶接機の外部特性を調整するという技術手段を採用した。本発明によれば、前記設定目標電流値に基づいて溶接機の外部特性を調整することにより、溶接電流値に関する最適の調整状態が画一的に得られるようになり、調整作業の標準化が図れる。また、請求項４の発明では、前記溶接電流値の許容範囲を、更に溶接電流値に関する再設定の必要のない再設定不要領域と再設定が必要な再設定領域に区分するという技術手段を採用した。本発明によれば、溶接電流値に関する再設定の要否に関する画一的な判断が可能になり、その標準化が図れる。
【００１１】
請求項５の発明では、溶接銃にスタッドを移動して母材との間隙を調整し得るサーボ機構を設置し、アーク電圧値に基づいて前記サーボ機構を制御してスタッドと母材との間隙を調整するように構成することにより、常に所期のアーク長が保持されるように自動制御するという技術手段を採用した。また、請求項６の発明では、溶接銃にスタッドを移動して母材との間隙を調整し得るサーボ機構を設置し、アーク電圧値に基づいて前記サーボ機構を制御してスタッドと母材との間隙を調整するように構成するとともに、外周面が円筒状に形成され、内周面の少なくとも下部を下方へ向けて前記外周面の近傍まで拡径したテーパ状に形成したアークシールドを使用するという技術手段を採用した。本発明によれば、アークスタッド溶接法によるデッキプレート貫通溶接に適用した場合に、その溶接時のアーク熱によってアークシールドがより速やかにデッキプレートの下方へ移動して溶接部の周囲を囲み、溶融金属の飛散を防止するとともに、スタッドと母材との間隙に関してはサーボ機構により制御されるので、より安定したデッキプレート貫通溶接が可能になる。また、請求項７の発明では、スタッドの押込みに際して、スタッドが母材上の溶融金属に接触する位置ないしその近傍までは速い速度で下動させ、その後の溶融金属内の所定位置までは遅い速度で下動させることにより、スタッドの押込みによる溶融金属の飛散を防止しながら、より速やかにスタッドを溶融金属中へ押込んで温度低下による溶接品質の低下を防ぐという技術手段を採用した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＳＡＰ溶接法ないしアークスタッド溶接法を採用するスタッドの溶接方法として広く適用することが可能である。電流値の測定に関しては、溶接機や溶接銃あるいはその中間の制御装置部分等に備え付けた電流計を使用してもよいし、携帯型の電流計を使用してもよい。なお、前述の溶接電流値の許容範囲に関しては、その都度算出することも可能であるが、前記設定目標電流値や再設定不要領域と再設定領域の区分と共に図や表にまとめておけば、作業性の向上に有効である。また、溶接時におけるスタッドと母材間のアーク電圧値とスタッドと母材とを接触させた状態において通電した場合のスタッドと母材間の短絡電圧値との差分は、スタッドと母材間の電圧値を直に測定して比較算出してもよいし、溶接機の出力端子間の電圧値を測定して比較算出してもよい。
【００１３】
次に、前記図４〜図７を用いて本発明に係るスタッドの溶接方法に関して具体的に説明する。図４はＳＡＰ溶接法の場合のスタッドの直径Ｄ［ｍｍ］と溶接電流値Ｉａ［Ａ］との相関関係を実験結果に基づいて示したものであり、前述のようにＩａ＝２０Ｄで示される下限許容溶接電流値ラインＧａと、Ｉａ＝３２Ｄで示される上限許容溶接電流値ラインＨａとの間が、スタッドの直径Ｄに応じて良質の溶接結果が安定的に得られる溶接電流値Ｉａの許容範囲Ｊａである。溶接電流値Ｉａが下限許容溶接電流値ラインＧａより低い場合には、当該スタッドの直径Ｄに必要なアーク状態が得られないため、良質の溶接結果を安定的に得ることはできない。また逆に、溶接電流値Ｉａが上限許容溶接電流値ラインＨａより高い場合には、当該スタッドの直径Ｄに対して過大なアーク状態になってしまい、同様に良質の溶接結果を安定的に得ることはできない。
【００１４】
溶接機１の外部特性を介して溶接電流値Ｉａが許容範囲Ｊａの範囲内に納るように設定できた場合には、次に溶接時間Ｔａを選定することにより、良質の溶接結果を得ることが可能である。図６はスタッドとして鉄筋を用いてＳＡＰ溶接法により溶接を行う場合の溶接電流値Ｉａと溶接時間Ｔａとの概略的な対応関係を鉄筋の直径Ｄごとに示した概略対応関係表である。すなわち、鉄筋の直径Ｄが２５ｍｍの場合には、許容範囲Ｊａの範囲内の５００〜８００アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉａに応じて２５〜１７秒から対応する溶接時間Ｔａを選定してＳＡＰ溶接を実施することにより、良質の溶接結果を安定して得ることができる。同様に、鉄筋の直径Ｄが２９ｍｍの場合には、５８０〜９２０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉａに応じて２５〜１７秒から対応する溶接時間Ｔａを選定してＳＡＰ溶接を実施する。鉄筋の直径Ｄが３２ｍｍの場合には、６４０〜１０２０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉａに応じて２５〜１８秒から対応する溶接時間Ｔａを選定してＳＡＰ溶接を実施する。なお、溶接時間Ｔａの設定は、例えば前記制御装置２に設置された溶接時間変更ダイヤルにより行う。
【００１５】
アークスタッド溶接法の場合は、図５及び図７を用いて、以上のＳＡＰ溶接法の場合と同様に、溶接機１の外部特性を介して溶接電流値Ｉｂが許容範囲Ｊｂ内に納るように設定し、当該溶接電流値Ｉｂに対応した溶接時間Ｔｂを図７の概略対応関係表から選定してアークスタッド溶接を実施することにより、良質の溶接結果を安定して得ることができる。すなわち、溶接電流値Ｉｂに関しては、Ｉｂ＝５４Ｄで示される下限許容溶接電流値ラインＧｂと、Ｉｂ＝９０Ｄで示される上限許容溶接電流値ラインＨｂとの間の許容範囲Ｊｂ内に納まるように前記溶接機１側を設定する。また、溶接時間Ｔｂに関しては、スタッドとしてのスタッドジベルの直径Ｄが１３ｍｍの場合には、７１０〜１１７０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉｂに応じて１．４〜０．９秒から対応する溶接時間Ｔｂを選定し、直径Ｄが１６ｍｍの場合には、８７０〜１４４０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉｂに応じて１．６〜１．０秒から対応する溶接時間Ｔｂを選定し、直径Ｄが１９ｍｍの場合には、１０３０〜１７１０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉｂに応じて１．７〜１．１秒から対応する溶接時間Ｔｂを選定し、直径Ｄが２２ｍｍの場合には、１１９０〜１９８０アンペアのうちの当該溶接電流値Ｉｂに応じて１．９〜１．２秒から対応する溶接時間Ｔｂを選定することにより、良質の溶接結果を安定して得ることができる。
【００１６】
次に、前記溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの再設定に関して説明する。前述のように、溶接用ケーブル４，５の長さや、溶接電流による溶接用ケーブル４，５自体の発熱ないし外気温度の影響による抵抗値の変化、あるいは溶接用ケーブル４，５の途中にできるＵ字状ないしループ状のたるみ等によるインダクタンスの影響などの影響を受けて、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが変動して前記許容範囲Ｊａ，Ｊｂの範囲外に出てしまった場合には、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの再設定が必要となる。その再設定のために許容範囲Ｊａ，Ｊｂ中に溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを設定する際の設定目標電流値をスタッドの直径Ｄに応じて定めておくと、設定作業にきわめて有効である。図４及び図５中のＫａ，Ｋｂは、その設定目標電流値ラインを示したものである。この設定目標電流値ラインＫａ，Ｋｂは、設定後の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの変動の傾向を考慮して、再設定の頻度が最も少なくなるように、最適の設定値を選定して定める。因みに、図４のＳＡＰ溶接法の場合では、Ｉａ＝２８Ｄを設定目標電流値ラインＫａとした。また、図５のアークスタッド溶接法の場合では、Ｉｂ＝７８Ｄを設定目標電流値ラインＫｂとした。
【００１７】
しかして、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの再設定においては、実際の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが設定目標電流値ラインＫａ，Ｋｂで示された当該スタッドの直径Ｄに対応した設定目標電流値と一致するように溶接機１側の外部特性を調整することにより行われる。なお、溶接機１に備えられた出力電流値の設定部に表示された電流値と実際の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとが大きく異なることは普通に起ることである。したがって、溶接機１の電流設定部の表示自体に依存して再設定を実施することはできない。そこで、再設定作業に際しては、例えば、溶接機１側に表示されたそれまでの設定電流値から実測された溶接電流値Ｉａ又はＩｂを引いて差分を求め、その差分を設定目標電流値である２８Ｄ又は７８Ｄに加えるとともに、前記差分を前記設定電流値で除して求めた設定電流１アンペア当りの変動率を同差分に乗じた結果を上乗せして再設定電流値を求め、その再設定電流値に基づいて溶接機１側の設定電流値を再設定することにより、溶接機１の外部特性に関するほぼ的確な再設定が可能である。
【００１８】
また、図４及び図５に示したように、前記溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの許容範囲Ｊａ，Ｊｂを、更に再設定要否区分ラインＬａとＭａあるいはＬｂとＭｂを用いて、それらの両ラインＬａとＭａとの間あるいはＬｂとＭｂとの間の溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する再設定の必要のない再設定不要領域Ｎａ，Ｎｂと、それ以外の再設定が必要な再設定領域Ｐａ，Ｐｂに区分することも、再設定作業にきわめて有効である。これらの再設定要否区分ラインＬａとＭａあるいはＬｂとＭｂは、前述の溶接電流供給回路の抵抗値やインピーダンス値の変動による溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する通常の変動幅を予測して、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが再設定不要領域Ｎａ，Ｎｂ内にあれば、通常の変動が生じても許容範囲Ｊａ，Ｊｂ内に納るように設定したものである。すなわち、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂが許容範囲Ｊａ，Ｊｂ内であっても、再設定領域Ｐａ，Ｐｂに該当する場合には再設定を実施して通常の変動が生じても許容範囲Ｊａ，Ｊｂ内に納るようにしたので、結果的には溶接電流値Ｉａ，Ｉｂの測定の頻度を減らすことも可能である。因みに、図４のＳＡＰ溶接法の場合では、Ｉａ＝２６Ｄを下方再設定要否区分ラインＬａ、Ｉａ＝３０Ｄを上方再設定要否区分ラインＭａとした。図５のアークスタッド溶接法の場合では、Ｉｂ＝７２Ｄを下方再設定要否区分ラインＬｂ、Ｉｂ＝８４Ｄを上方再設定要否区分ラインＭｂとした。しかして、溶接電流値Ｉａ，Ｉｂに関する変動が再設定不要領域Ｎａ，Ｎｂ内に納っている場合には再設定は要せず、それを越えて再設定領域Ｐａ，Ｐｂに至る変動があった場合に再設定を実施すればよいことになる。
【００１９】
なお、前記溶接電流値Ｉａ，Ｉｂについては、前述のように溶接機１や制御装置２、溶接銃３あるいは溶接電流供給回路の途中に備えた電流計あるいは携帯型の電流計を用いてスタッドと母材とを接触させた状態において通電する短絡通電チェックによって得られる短絡電流値から推測することができる。この場合、予め溶接時におけるスタッド１２と母材６との間のアーク電圧値とスタッド１２と母材６とを接触させた状態において通電した場合のスタッド１２と母材６との間の短絡電圧値との差分を求めておく。因みに、この電圧値の差分は、ＳＡＰ溶接法では３５ボルト程度、アークスタッド溶接法では２５ボルト程度が一般的であるが、予め実測して求めることになる。しかして、スタッド１２と母材６とを接触させて短絡通電チェックを実施して短絡電流値を測定し、その短絡電流値より前記電圧値の差分だけ高い電圧値に相当する電流値を、例えば図２、図３に示した溶接機１の外部特性曲線上から読取ることにより、その電流値を溶接時における溶接電流値Ｉａ，Ｉｂとして推測することができる。なお、この短絡通電チェックによれば、スタッド１２を損傷することなく、何回でも溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを推測することができることから、前述のように短絡通電チェックを必要に応じて何回でも繰返しながら溶接電流値Ｉａ，Ｉｂを許容範囲Ｊａ，Ｊｂ内に納めるように溶接機１の外部特性を調整することができ、きわめて有効である。
【００２０】
さらに、前記溶接銃３にスタッド１２を移動して母材６との間隙を調整し得るようにサーボ機構を設置し、溶接時において、スタッド１２と母材６との間のアーク電圧値を測定しながら、その測定結果に基づいて前記サーボ機構を制御してスタッドと母材との間隙を調整するように構成すれば、常に所期のアーク長を形成することができる。
【００２１】
図８〜図１２は本発明をデッキプレート貫通溶接に適用した実施例を示したものであり、図８〜図１１はその溶接時の動作状態を示した動作状態説明図、図１２はアークシールドを示した縦断面図である。本実施例では、図１２に示したように、アークシールド１３として、その外周面１４が円筒状に形成され、内周面１５の少なくとも下部に下方へ向けて外周面１４の近傍まで拡径したテーパ部１６を形成したものを使用した。しかして、図８で示したように、溶接の開始当時においては、アークシールド１３の下端部がデッキプレート１７の上面に載置された状態にあり、スタッド１２と母材６との間のアーク１８はデッキプレート１７により遮られた状態にある。この状態は瞬時に図９の状態に移行し、アーク１８熱によりデッキプレート１７が貫通され、さらにそのアーク１８熱の拡がりによってデッキプレート１７の貫通孔が拡径されて、図１０に示したようにアークシールド１３が降下する。このアークシールド１３の降下により、母材６とデッキプレート１７との間隙が遮断され、溶融金属の周囲への飛散が防止される。しかる後、図１１に示したように、スタッド１２が下動され、その下端部が母材６上の溶融金属中に押込まれて溶接が終了することになる。なお、以上の溶接動作の間、スタッド１２と母材６との間隙に関しては、前述の溶接銃３に設置されるサーボ機構により、アーク電圧値をフィードバックして常に所期のアーク長が得られるように制御されるので、前記アークシールド１３が降下に関係なく、常に最適の間隙に保持される。
【００２２】
以上のように、本実施例では、アークシールド１３の降下により母材６とデッキプレート１７との間隙が遮断されて溶融金属の周囲への飛散を防止されることから、きわめて安定した溶接状態が得られる。なお、本実施例で使用したアークシールド１３は、その内周面１５の下部にテーパ部１６が形成されているので、該テーパ部１６に沿ってアーク１８の周辺部が拡がりやすく、しかもそのテーパ部１６はアークシールド１３の外周面１４の近傍まで延設されており、かつその外周面１４は円筒状に形成されていることから、アーク１８熱によりデッキプレート１７に形成される貫通孔が速やかにアークシールド１３の外周面１４まで拡径して、より速やかなアークシールド１３の降下が実現されることになる。このアークシールド１３の降下に関しては、アークシールド１３の自重による降下でもよいし、別途アークシールド１３の上方にスプリング等の押下手段を設けてもよい。
【００２３】
なお、前記スタッド１２の押込みに際して、前記サーボ機構をスタッド１２が母材６上の溶融金属に接触する位置ないしその近傍までは速い速度で下動させ、その後の溶融金属内の所定位置までは遅い速度で下動させるように制御することにより、スタッド１２の押込みによる溶融金属の飛散を防止しながら、より速やかにスタッド１２を溶融金属中へ押込んで温度低下による溶接品質の低下を防ぐことができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、各発明により次の効果を得ることができる。
（１）請求項１及び請求項２の発明によれば、短絡通電チェックに基づいて溶接時に流れる溶接電流値を推測した上、スタッドの直径に応じて前述の許容範囲に納るように溶接機の外部特性を調整して溶接を実施するという技術手段を採用したので、作業者の経験的な感に依存することなく、良好な溶接品質の維持に必須の溶接電流値の管理を的確に行うことができる。しかも、スタッドの損傷なくして、短絡通電チェックを必要に応じて繰返しながら溶接電流値を推測して許容範囲に的確に納るように溶接機の外部特性を調整することができる。
（２）請求項３の発明によれば、溶接電流値の許容範囲中に定めた設定目標電流値に基づいて溶接機の外部特性を調整することにより、溶接電流値に関する最適な調整を画一的に行うことができ、調整作業の標準化が図れる。また、請求項４の発明によれば、前記溶接電流値の許容範囲を、更に溶接電流値に関する再設定の必要のない再設定不要領域と再設定が必要な再設定領域に区分したので、溶接電流値に関する再設定の要否に関する画一的な判断が可能になり、その標準化が図れる。
（３）請求項５の発明によれば、常に所期のアーク長に保持されるように自動制御されることからより安定した溶接品質が得られる。さらに、請求項６の発明によれば、アーク長の自動制御に加えて、外周面が円筒状に形成され、内周面の少なくとも下部を下方へ向けて前記外周面の近傍まで拡径したテーパ状に形成したアークシールドを使用するという技術手段を採用したので、アーク熱によりデッキプレートに形成される拡径された貫通孔を介してアークシールドが速やかに降下して溶接部の周囲を囲み、溶融金属の飛散を防ぐことから、より安定したデッキプレート貫通溶接が可能になる。
（４）請求項７の発明によれば、スタッドの押込みに際して、スタッドが母材上の溶融金属に接触する位置ないしその近傍までは速い速度で下動させ、その後の溶融金属内の所定位置までは遅い速度で下動させるという技術手段を採用したので、スタッドの押込みによる溶融金属の飛散を防止しながら、より速やかにスタッドを溶融金属中へ押込んで温度低下による溶接品質の低下を防ぐことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  スタッドの溶接に使用される一般的な溶接装置の全体を例示した構成概念図である。
【図２】  ＳＡＰ溶接法に一般的に使用される溶接機の外部特性を例示した外部特性図である。
【図３】  アークスタッド溶接法に一般的に使用される溶接機の外部特性を例示した外部特性図である。
【図４】  ＳＡＰ溶接法の場合におけるスタッドの直径Ｄと溶接電流値Ｉａとの相関関係を示した関係図である。
【図５】  アークスタッド溶接法の場合におけるスタッドの直径Ｄと溶接電流値Ｉｂとの相関関係を示した関係図である。
【図６】  ＳＡＰ溶接法の場合における溶接電流値Ｉａと溶接時間Ｔａとの概略的な対応関係を示した概略対応関係表である。
【図７】  アークスタッド溶接法の場合における溶接電流値Ｉｂと溶接時間Ｔｂとの概略的な対応関係を示した概略対応関係表である。
【図８】  溶接時の動作状態説明図である。
【図９】  溶接時の動作状態説明図である。
【図１０】  溶接時の動作状態説明図である。
【図１１】  溶接時の動作状態説明図である。
【図１２】  アークシールドを示した縦断面図である。
【符号の説明】
１…溶接機、２…制御装置、３…溶接銃、４，５…溶接用ケーブル、６…母材、７…接地側ケーブル、８〜１０…制御用ケーブル、１１…操作部、１２…スタッド、１３…アークシールド、１４…外周面、１５…内周面、１６…テーパ部、１７…デッキプレート、１８…アーク、Ａ〜Ｆ…特性曲線、Ｇａ，Ｇｂ…下限許容溶接電流値ライン、Ｈａ，Ｈｂ…上限許容溶接電流値ライン、Ｉａ，Ｉｂ…溶接時に流れる溶接電流値、Ｊａ，Ｊｂ…許容範囲、Ｋａ，Ｋｂ…設定目標電流値ライン、Ｌａ，Ｌｂ…下方再設定要否区分ライン、Ｍａ，Ｍｂ…上方再設定要否区分ライン、Ｎａ，Ｎｂ…再設定不要領域、Ｐａ，Ｐｂ…再設定領域
【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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【図１１】
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【図１２】
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