电阻焊接方法和电阻焊接装置与流程

本发明涉及一种电阻焊接方法和电阻焊接装置，通过一对电极对将多张板材叠合而成的工件进行夹持和加压，并通过使焊接电流在一对电极间流过来进行工件的点焊。

背景技术：

在现有技术中已知一种电阻焊接技术，即，通过一对电极对将多张板材叠合而成的工件进行夹持和加压，并通过使焊接电流在一对电极间流过来进行工件的点焊。例如，提出了一种电流控制方法，即，通过提高钢板的接触面彼此的紧密度来抑制飞溅(spatter)(以下也称为“飞散”)的产生。

在日本发明专利公开公报特开2003-236674号中提出了一种电流控制方法，即，在对高张力钢板进行点焊时，在预通电后暂时停止通电，之后进行正式通电。

在日本发明专利公开公报特开2010-207909号中提出了一种电流控制方法，即，在对高张力钢板进行点焊时，在预通电后暂时降低电流值，之后进行正式通电。

技术实现要素：

但是，在日本发明专利公开公报特开2003-236674号、日本发明专利公开公报特开2010-207909号中所提出的方法中，存在如下问题，即，需要分别对预通电和正式通电设定控制条件，难以进行将两种不同的控制条件组合成最佳设计。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够进行较简易的电流控制的同时，抑制飞溅的产生的电阻焊接方法和电阻焊接装置。

第一本发明所涉及的电阻焊接方法为通过一对电极将多张板材叠合而成的工件进行夹持和加压，并通过使焊接电流在所述一对电极间流过来进行所述工件的点焊的方法，该方法具有：电流控制步骤，按顺序进行第一控制、第二控制、第三控制，其中，所述第一控制将作为直流的所述焊接电流保持在第一目标值或该第一目标值的附近，所述第二控制在使所述焊接电流从所述第一目标值上升到比该第一目标值大的第二目标值后，将所述焊接电流保持在第二目标值或该第二目标值附近，所述第三控制使所述焊接电流从所述第二目标值下降到小于所述第一目标值的值；和通电步骤，边反复多次进行所述电流控制步骤边使所述焊接电流流动，直到经过规定的通电时间为止。

这样，通过分成两个阶段的第一目标值、第二目标值来进行使焊接电流阶段性上升的第一控制、第二控制，能够灵活地调节施加给工件的接合部的热量，与使焊接电流急剧上升的情况相比，能够抑制熔核的过度发展。另外，通过进行使焊接电流从第二目标值下降到小于第一目标值的值的第三控制，能够确保向熔核的外侧散发集中于熔核的边界部的焦耳热的散热时间。

通过边反复多次进行上述的电流控制步骤，边使焊接电流流动，能够对工件进行间歇的热输入。即，通过使熔核慢慢发展，与连续地进行热输入的情况相比，能够确保更大的密封宽度，因此，相应地不容易产生飞溅。据此，能够进行较简易的电流控制的同时，抑制飞溅的产生。

另外，所述第一目标值和所述第二目标值也可以根据构成所述工件的三张以上的板材中的、接合部处的电阻值之和最大的相邻的两张板材来确定。据此，能够对电阻值之和最大且产生最多热量的两张板材，即最容易发生飞溅的两张板材进行适当的电流控制。

另外，也可以将在对所述工件以恒定的直流电流通电所述通电时间时，在所述两张板材彼此的焊接部位不产生飞溅的电流的上限值定义为极限电流值，此时，所述第一目标值小于所述极限电流值，并且，所述第二目标值大于所述极限电流值。据此，能够可靠地抑制上述两张板材之间的飞溅的产生，同时也能够对其他焊接部位有效地施加焦耳热，从而可以确保工件的焊接强度。

另外，也可以在所述通电步骤中，边保持对所述工件的加压力恒定，边使所述焊接电流流动。据此，可以不需要进行使加压力随时间变化那样的复杂的控制。

另外，所述工件也可以构成为包含有至少一张高张力板材。在包含有高张力板材的工件中，存在容易产生飞溅的倾向，电流控制的难度高。通过使熔核慢慢发展，能够确保更大的密封宽度，因此特别有效。

第二本发明所涉及的的电阻焊接装置为通过一对电极将多张板材叠合而成的工件进行夹持和加压，并通过使焊接电流在所述一对电极间流过来进行所述工件的点焊的装置，所述电阻焊接装置具有使所述焊接电流流动的焊接电流生成电路、和焊接电流控制部，所述焊接电流控制部通过控制所述焊接电流生成电路能够执行按顺序进行第一控制、第二控制、第三控制的电流控制，且反复多次进行所述电流控制，直到经过规定的通电时间为止，其中，所述第一控制将作为直流的所述焊接电流保持在第一目标值或该第一目标值的附近，所述第二控制在使所述焊接电流从所述第一目标值上升到比该第一目标值大的第二目标值后，将所述焊接电流保持在第二目标值或该第二目标值附近，所述第三控制使所述焊接电流从所述第二目标值下降到小于所述第一目标值的值。

根据本发明所涉及的电阻焊接方法和电阻焊接装置，能够进行较简易的电流控制的同时，抑制飞溅的产生。

根据参照附图所要说明的以下的实施方式的说明，可以容易地理解上述的目的、特征和优点。

附图说明

图1是本发明的一实施方式中的电阻焊接装置的整体结构图。

图2a是表示将三张板材叠合而成的工件的焊接状态的概略剖面图。图2b是表示将四张板材叠合而成的工件的焊接状态的概略剖面图。

图3a是表示相当于焊接电流的一个周期的电流模式的一例的图。图3b是表示用于实现图3a的电流模式的指令模式的一例的图。

图4a是表示进行点焊时的通电模式的图。图4b是表示在施加图4a的通电模式的情况下的芯片间电压随时间变化的图。

图5a和图5b是表示现有技术例(dc恒定)中的工件的焊接状态的放大截面照片的图。

图6a和图6b是表示在本实施例(dc斩波(chop))中的工件的焊接状态的放大截面照片的图。

图7是表示密封宽度与通电时间的关系的图。

图8a和图8b是表示变形例中的指令模式的图。

具体实施方式

以下，举出优选的实施方式，边参照附图边对本发明所涉及的电阻焊接方法，在与电阻焊接装置的关系中进行说明。

[电阻焊接装置10的结构]

图1是本发明的一实施方式中的电阻焊接装置10的整体结构图。电阻焊接装置10构成为包括焊接电流生成电路14、焊枪16和控制部18，其中，焊接电流生成电路14基于从电源12供给的电力输出焊接电流，焊枪16边对工件w(图2a和图2b)进行夹持且加压边进行点焊，控制部18进行焊接电流生成电路14和焊枪16的同步控制。

焊接电流生成电路14具有：直流波形生成电路20，其基于来自电源12的交流电或直流电生成直流波形；和电流生成电路22，其通过对该直流波形进行斩波(chopping)而输出所期望的焊接电流。

焊枪16具有：用于夹持工件w的可动臂24和固定臂26；分别安装于可动臂24和固定臂26的电极芯片28、30(以下也称为“一对电极32”)；使可动臂24能够在工件w的夹持方向(箭头a方向)上移动的伺服马达34。

在可动臂24上连接有未图示的位移机构(例如滚珠丝杠)。通过利用伺服马达34使该位移机构转动，能够使可动臂24相对于固定臂26接近或离开。据此，能够以所期望的焊接压力对工件w进行加压。编码器36是能够检测可动臂24的位移量的传感器，其将所得到的检测信号向控制部18输出。

控制部18由cpu(centralprocessingunit)或

mpu(micro-processingunit)构成。控制部18通过从未图示的rom(readonlymemory)中读出并执行程序，来作为焊接条件设定部38、焊接电流控制部40、焊接压力控制部42发挥功能。

焊接条件设定部38设定适合于作为焊接对象的工件w的结构的焊接条件。焊接条件设定部38例如根据操作者的输入操作，除了设定包含板材p1～p4的种类、厚度、层叠顺序的“间接的”参数以外，还能够设定包含电流值、通电时间、反复次数的“直接的”参数。

焊接电流控制部40根据由焊接条件设定部38设定的焊接条件，控制焊接电流生成电路14输出的焊接电流。具体而言，焊接电流控制部40在生成适合于工件w的结构的指令模式72(图3b)之后，将该指令模式72向焊接电流生成电路14供给。据此，焊接电流生成电路14输出使电流模式70(图3a)反复多次的焊接电流。

焊接压力控制部42根据由焊接条件设定部38设定的焊接条件，来控制一对电极32夹持工件w的焊接压力。焊接压力控制部42可以在焊接电流的通电中，不依赖于时间而使加压力恒定，也可以根据时间改变加压力。

[工件w的焊接状态]

图2a是表示将三张板材p1～p3叠合而成的工件w的焊接状态的概略剖面图。图2b是表示将四张板材p1～p4叠合而成的工件w的焊接状态的概略剖面图。板材p1～p4均为金属板，也可以至少包含一张高张力板材(高张力材料)。

在图2a中，在将工件w的接合部50夹持和加压的状态下，对电极芯片28、30之间通以焊接电流，由此，在接合部50产生焦耳热。据此，在相邻的板材p1、p2之间的焊接部位52形成熔核n1，在相邻的板材p2、p3之间的焊接部位54形成熔核n2。

在图2b中，在将工件w的接合部56夹持和加压的状态下，在电极芯片28、30之间通以焊接电流，由此，在接合部56产生焦耳热。据此，在相邻的板材p1、p2之间的焊接部位58形成熔核n3，在相邻的板材p2、p3之间的焊接部位60形成熔核n4，在相邻的板材p3、p4之间的焊接部位62形成熔核n5。

在此，设板材p1、p2、p3、p4的电阻值(以下，简称为“电阻值”)分别为r1、r2、r3、r4。电阻值r1～r4不是整个板材的电阻值，而是相当于各板材p1～p4中的单位面积电阻率与接合部50(56)附近的厚度的乘积的值。

相邻的板材p1、p2的电阻值之和为rs12(＝r1+r2)，相邻的板材p2、p3的电阻值之和为rs23(＝r2+r3)，相邻的板材p3、p4的电阻值之和为rs34(＝r3+r4)。例如，假定三种之和(rs12、rs23、rs34)中的rs23是最大值。

[电阻焊接装置10的动作]

接着，边参照图3a～图4b边对图1所示的电阻焊接装置10的动作进行说明。电阻焊接装置10通过控制部18的同步控制，在以规定的焊接压力对工件w进行了夹持、加压后，使规定的焊接电流在一对电极32间流过。据此，进行工件w的点焊。

在此，焊接压力控制部42以一边使对工件w的加压力保持恒定，一边使焊接电流流动的方式进行控制，因此，可以不进行使加压力随时间变化那样的复杂的控制。另一方面，焊接电流控制部40以10～100次程度对以约10ms级为一周期的一系列电流控制反复进行控制。

<电流控制的具体例>

图3a是表示相当于焊接电流的一个周期的电流模式70的一例的图。图表的横轴表示时间(单位：ms)，图表的纵轴表示焊接电流(单位：ka)。该电流模式70由焊接电流控制部40(图1)所进行的一系列电流控制(第一～第三控制)形成。

第一控制是使作为控制对象的焊接电流上升到电流值i1(第一目标值)之后，将该焊接电流保持在电流值i1或其附近的电流控制。第二控制是使作为控制对象的焊接电流从电流值i1上升至电流值i2(第二目标值；i2>i1)后，将该焊接电流保持在电流值i2或其附近的电流控制。第三控制是使作为控制对象的焊接电流从电流值i2下降到小于电流值i1的值(实质上为零值)的电流控制。

这样，通过分成两个阶段的电流值i1、i2来进行使焊接电流阶段性上升的第一控制、第二控制，能够灵活地调节施加给工件w的接合部50(56)的热量，与使焊接电流急剧上升的情况相比，能够抑制熔核n1～n5的过度生长。另外，通过进行使焊接电流从电流值i2下降到小于电流值i1的值的第三控制，能够确保向熔核n1～n5的外侧散发集中于熔核n1～n5的边界部的焦耳热的散热时间。

图3b是表示用于实现图3a的电流模式70的指令模式72的一例的图。图表的横轴表示时间(单位：ms)，图表的纵轴表示指令值(单位：任意)。该指令值例如为脉冲调制中的调制量，具有随着值的增加焊接电流的有效值变大的关系。

时间段t＝0～ta中的指令值与时间成比例地线性地增加，在时间t＝ta，与指令值m1相等。时间段t＝ta～tb的指令值无论时间如何均保持恒定(指令值m1)。在此，指令值m1是与电流值i1(图3a)对应的值。

时间段t＝tb～tc的指令值与时间成比例地线性地增加，在时间t＝tc，与指令值m2(>m1)相等。时间段t＝tc～td的指令值无论时间如何均保持恒定(指令值m2)。在此，指令值m2是与电流值i2(图3a)对应的值。

时间段t＝td～te的指令值与时间成比例地线性地减少，在时间t＝te，与零值相等。时间段t＝te～tf的指令值无论时间如何均保持恒定(零值)。

此外，电流模式70除了由指令值m1、m2(或电流值i1、i2)来确定以外，还由包含第一上升时间ta、第一维持时间(tb-ta)、第二上升时间(tc-tb)、第二维持时间(td-tc)、下降时间(te-td)、断开时间(tf-te)的参数来确定。这些参数可以采用任意值。

但是，焊接电流控制部40也可以确定适合于工件w的结构的电流值i1、i2。例如，电流值i1、i2根据上述电阻值之和为最大(rs23)的两张板材p2、p3来确定。具体而言，将在对工件w以恒定的直流电流通电该通电时间时，在两张板材p2、p3彼此的焊接部位54(60)不产生飞溅的电流的上限值定义为极限电流值im。在该情况下，以满足i1<im<i2的大小关系的方式来确定电流值i1、i2。

<通电模式的说明>

图4a是表示进行点焊时的通电模式的图。图表的横轴表示时间(单位：ms)，图表的纵轴表示焊接电流(单位：ka)。由细实线表示的“dc斩波(chop)(本实施例)”相当于将电流模式70(图3a)反复多次的通电模式。粗实线所示的“dc恒定(现有技术例)”相当于施加恒定的直流电流的通电模式。

在此，“dc斩波(chop)”、“dc恒定”的通电时间彼此相同(＝t0)。另外，“dc恒定”的电流值相当于通过两者的通电模式对工件w施加的热量相等的值(即有效电流值)。

图4b是表示在施加图4a的通电模式的情况下的芯片间电压随时间变化的图。图表的横轴表示时间(单位：ms)，图表的纵轴表示芯片间电压(单位：v)。此外，芯片间电压相当于电极芯片28、30(图2a和图2b)之间的电压。

与图4a相同，图4b中的细实线表示“dc斩波(chop)”的电压波形，并且粗实线表示“dc恒定”的电压波形。虚线的曲线表示“dc斩波(chop)”的电压波形中的上侧包络线。在此，在“dc恒定”的图表中，在时间段t1～t2中芯片间电压急剧下降，产生飞溅。

[基于该电阻焊接方法的效果]

<飞溅抑制的原理>

接着，边参照图5a～图7边对通过“dc斩波(chop)”的电流控制抑制飞溅的原理进行说明。

图5a和图5b是表示现有技术例(dc恒定)中的工件w的焊接状态的放大截面照片的图。更详细而言，图5a表示时间t1(图4b)的焊接状态，并且图5b表示时间t2(同图)的焊接状态。

图6a和图6b是表示本实施例(dc斩波(chop))中的工件w的焊接状态的放大截面照片的图。更详细而言，图6a表示时间t1的焊接状态，并且图6b表示时间t2的焊接状态。

由图5b可以理解，通过持续流过恒定的直流电流，而对工件w进行连续的热输入。其结果，形成“连续性熔融痕”，该“连续性熔融痕”表示在相对较早的阶段发生熔融并且焦耳热始终集中在熔核n1～n5的边界部的状态。

另一方面，由图6b可以理解，通过使电流模式70(图3a)反复流动，而对工件w进行间歇的热输入。其结果，形成“间歇性熔融痕”，该“间歇性熔融痕”表示在相对较晚的阶段发生熔融并且在熔核n1～n5的边界部反复发生凝固-再熔融的状态。

图7是表示密封宽度与通电时间的关系的图。图表的横轴表示通电时间(单位：ms)，图表的纵轴表示密封宽度(单位：mm)。该“密封宽度”由从密封直径(相当于塑性金属环区(coronabond)直径)减去熔核直径而得到的值来定义。即，为密封宽度越小，越容易产生飞溅的状态，且为密封宽度越大，越难以产生飞溅的状态。

三角形的图标曲线表示“dc斩波(chop)”(本实施例)的实测数据，并且菱形的图标曲线表示“dc恒定”(现有技术例)的实测数据。从本图可以理解，在熔核n1～n5的发展中途且从通电开始起的时间较短的情况下，可以说“dc斩波(chop)”的密封宽度与“dc恒定”相比显著增大。

<效果的总结>

如上所述，该电阻焊接方法是通过一对电极32将多张板材p1～p4叠合而成的工件w进行夹持和加压，并使焊接电流在一对电极32间流过来进行工件w的点焊的方法，该方法具有：[1]电流控制步骤，按顺序进行第一控制、第二控制、第三控制，其中，第一控制将作为直流的焊接电流保持在电流值i1(第一目标值)或该电流值i1的附近，第二控制在使焊接电流从电流值i1上升到电流值i2(第二目标值；i2>i1)后，将焊接电流保持在电流值i2或该电流值i2附近，第三控制使焊接电流从电流值i2下降到小于电流值i1的值；[2]通电步骤，边反复多次进行电流控制步骤边使所述焊接电流流动，直到经过规定的通电时间为止。

另外，该电阻焊接装置10为通过一对电极32将多张板材p1～p4叠合而成的工件w进行夹持和加压，并通过使焊接电流在一对电极32间流过来进行工件w的点焊的装置，所述电阻焊接装置具有[1]使焊接电流流过的焊接电流生成电路14、[2]焊接电流控制部40，焊接电流控制部40通过控制焊接电流生成电路14，而能够执行按顺序进行第一控制、第二控制、第三控制的电流控制，且反复多次进行电流控制，直到经过规定的通电时间为止，其中，第一控制将作为直流的焊接电流保持在电流值i1(第一目标值)或该电流值i1的附近，第二控制在使焊接电流从电流值i1上升到电流值i2(第二目标值；i2>i1)后，将焊接电流保持在电流值i2或该电流值i2附近，第三控制使焊接电流从电流值i2下降到小于电流值i1的值。

这样，通过分成两个阶段的电流值i1、i2来进行使焊接电流阶段性上升的第一控制、第二控制，能够灵活地调节施加给工件w的接合部50(56)的热量，与使焊接电流急剧上升的情况相比，能够抑制熔核n1～n5的过度发展。另外，通过进行使焊接电流从电流值i2下降到小于电流值i1的值的第三控制，能够确保向熔核n1～n5的外侧散发集中于熔核n1～n5的边界部的焦耳热的散热时间。

另外，通过边反复多次进行上述的电流控制步骤，边使焊接电流流动，能够对工件w进行间歇的热输入。即，通过使熔核n1～n5慢慢发展，与连续地进行热输入的情况相比，能够确保更大的密封宽度，因此，相应地不容易产生飞溅。据此，能够进行较简易的电流控制的同时，抑制飞溅的产生。

另外，电流值i1、i2也可以根据构成工件w的三张以上的板材p1～p4中的、接合部50(56)中的电阻值之和最大的相邻的两张板材p2、p3来确定。据此，能够对电阻值之和最大且产生最多热量的两张板材，即最容易发生飞溅的两张板材p2、p3进行适当的电流控制。

另外，也可以将在对工件w以恒定的直流电流通电该通电时间时，在两张板材p2、p3彼此的焊接部位54(60)不产生飞溅的电流的上限值定义为极限电流值im，此时，以满足i1<im<i2的大小关系的方式来确定电流值i1、i2。据此，能够可靠地抑制两张板材p2、p3之间的飞溅的产生，同时也能够对其他焊接部位52(58、62)有效地施加焦耳热，来确保工件w的焊接强度。

另外，工件w也可以构成为至少包含一张高张力板材。在包含高张力板材的工件w中，存在容易产生飞溅的倾向，电流控制的难度较高。通过使熔核n1～n5慢慢发展，能够确保更大的密封宽度，因此特别有效。

[变形例]

另外，本发明并不限定于上述实施方式，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内自由地进行变更。或者，在技术上不产生矛盾的范围内，也可以对各结构任意组合。

在本实施方式中，焊接电流控制部40根据图3b的指令模式72进行电流控制，但指令模式的形状不限于此。

如图8a所示，可以根据时间的经过使时间段ta～tb的指令值稍微变化，例如，可以相对于指令值在容许范围内(m1±δ以内；δ为微小的正值)增加或减少或增减。通过该指令模式，也能够实现将焊接电流保持在电流值i1的附近的第一控制。另外，将焊接电流保持在电流值i2附近的第二控制也与上述相同。

如图8b所示，也可以在时间t＝0(＝ta)，使指令值从零值急剧地转移到m1，在时间t＝tb(＝tc)，使指令值从m1急剧地转移到m2，在时间t＝td(＝te)，使指令值从m2急剧地转移至零值。通过该指令模式，也能够进行得到上述作用效果的电流控制。