CN105189014B - 电阻点焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种能够即使存在电极前端磨损及干扰的情况也能得到良好的熔核的电阻点焊方法。该方法包括：对由多张金属板叠合而成的被焊接材料进行接合，其中，将通电方式分为2阶段以上的多阶段来实施焊接，首先，在正式焊接前进行试焊接，在所述试焊接中，在各阶段根据由通过控制恒定电流进行通电而形成适当的熔核时的电极间的电特性计算出单位体积的瞬间放热量的时间变化及单位体积的累积放热量，并将其作为目标值而储存；接着，以该试焊接中得到的单位体积的瞬间放热量的时间变化曲线为基准开始作为正式焊接的焊接，在任一阶段中，当瞬间放热量的时间变化量偏离作为基准的时间变化曲线时，进行控制通电量的适应控制焊接，使得正式焊接的累积放热量与试焊接中预先求出的累积放热量相一致，从而在该阶段的剩余通电时间内补偿其偏差。

Description

电阻点焊方法

技术领域

本发明涉及通电方式为2阶段以上的多阶段通电的电阻点焊方法，特别是涉及能够在各阶段中有效利用适应控制焊接来形成适当的熔核的电阻点焊方法。

背景技术

叠合的钢板彼此的接合通常使用电阻点焊法，电阻点焊法是搭接电阻焊法的一种。

该焊接法是将叠合的2片以上钢板夹起来，在其上下用一对电极一边加压，一边在上下电极之间短时间通电大电流的焊接电流来进行接合的方法，利用由于通电大电流的焊接电流而产生的电阻放热，得到点状的焊接部。该点状的焊接部被称为熔核，是电流流过叠合的钢板时在钢板接触的部位将两个钢板熔融、凝固而成的部分，由此可以将钢板彼此点状地接合。

为了获得良好的焊接部品质，重要的是形成适当范围的熔核直径。熔核直径由焊接电流、通电时间、电极形状及施加压力等焊接条件决定。因此，为了形成适当的熔核直径，需要根据被焊接材料的材质、板厚及重叠片数等被焊接材料条件对上述焊接条件进行适当设定。

例如，在汽车制造时，每一台都实施了数千处点焊，而且需要对连续不断地传送来的被处理材料(工件)进行焊接。这时，如果各焊接部位的被焊接材料的材质、板厚及重叠片数等被焊接材料的状态相同，则能够在焊接电流、通电时间及施加压力等焊接条件相同的条件下得到相同的熔核直径。然而，在连续的焊接中，电极的被焊接材料接触面逐渐被磨损而使接触面积比初始状态逐渐扩大。在这样的接触面积扩大的状态下，如果流过与初始状态相同值的焊接电流，则被焊接材料中的电流密度降低，焊接部的温度上升降低，因此熔核直径变小。因此，每焊接数百～数千处后要进行电极的研磨或更换，使得电极的前端直径不会过度扩大。

另外，一直以来使用的是具有分阶段(stepper)功能的电阻焊接装置，所述分阶段功能功能为：进行了预先设定的次数的焊接后增加焊接电流值，从而补偿随着电极的磨损导致的电流密度降低。为了使用该分阶段功能，需要预先对上述焊接电流变化方式进行适当设定。然而，为此而通过试验等推导出大量与焊接条件和被焊接材料条件相对应的焊接电流变化方式，需要很多时间和成本。

另外，在实际施工中，电极磨损的进行状态存在差异，因此预先设定的焊接电流变化方式未必总是合适的。

而且，在焊接时存在干扰的情况下，例如，在待焊接的点附近已经存在焊接点(已焊接点)、或者被焊接材料的表面凹凸较大且待焊接的点附近存在被焊接材料的接触点的情况下，在焊接时电流会在已焊接点、接触点发生分流。在这种状态下，即使按照给定条件进行焊接，由于电极正下方的待焊接位置的电流密度降低，因此也无法获得所需直径的熔核。

为了补偿该放热量不足而得到所需直径的熔核，需要预先设定较高的焊接电流。

作为用于解决上述问题的方案，提出了以下所述的技术。

例如，专利文献1记载了一种通过对推算的焊接部的温度分布与目标熔核进行比较来控制焊接机的输出，从而能够得到设定的熔核的电阻焊机的控制装置。

另外，专利文献2记载了一种电阻焊机的焊接条件控制方法，该方法包括：检测焊接电流和接触点之间的电压，通过热传导计算进行焊接部的模拟，从而推测熔核的形成状态，由此进行良好的焊接。

另外，专利文献3记载了以下技术方案：由被焊接物的板厚和通电时间计算出能够良好地将该被焊接物焊接的每单位体积的累积放热量，使用对产生计算得到的每单位体积/单位时间的放热量的焊接电流或电压进行调节处理的焊接系统，由此能够进行良好地焊接而不依赖于被焊接物的种类、电极的磨损状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-216071号公报

专利文献2：日本特开平10-94883号公报

专利文献3：日本特开平11-33743号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，对于专利文献1和2中记载的电阻点焊方法而言，由于是基于热传导模块(热传导模拟)等来推定熔核的温度，因此需要复杂的计算处理，存在不仅使焊接控制装置的结构变得复杂，而且使焊接控制装置本身变得昂贵的问题。

另外，对于专利文献3中记载的电阻点焊方法而言，通过将累积放热量控制为目标值，无论电极的磨损状况如何而总能进行良好的焊接。然而，在设定的被焊接材料条件与实际的被焊接材料条件相差较大的情况下，例如，在附近存在上述的已焊接点等干扰的情况下、在放热量的时间变化方式短时间内大幅变化的情况下、以及在焊接单位面积重量大的熔融镀锌钢板的情况下等，无法随动地进行自适应控制，存在不能得到所需的熔核直径、由过度加热而导致喷溅的情况。

另外，专利文献1～3的技术对于电极前端磨损时的变化均是有效的，但是对于与已焊接点的距离较短的情况等，对分流影响较大的情况没有进行任何研究，实际上存在无法进行自适应控制的情况。

本发明是鉴于上述情况而开发的，其目的在于提供一种能够适用于多阶段通电的电阻点焊，而且即使存在电极前端的磨损、干扰，也能有效应对，从而可以得到良好的熔核的电阻点焊方法。

解决课题的方法

即，本发明的主旨如下。

1.一种电阻点焊方法，该方法包括：用一对电极夹住多张金属板叠合而成的被焊接材料，边加压边通电来进行接合，其中，

将通电方式分为2阶段以上的多阶段来实施焊接，

首先，在正式焊接前进行试焊接，在所述试焊接中，在各阶段根据由通过控制恒定电流进行通电而形成适当的熔核时的电极间的电特性计算出单位体积的瞬间放热量的时间变化及单位体积的累积放热量，并将其作为目标值而储存，

接着，以该试焊接中得到的单位体积的瞬间放热量的时间变化曲线为基准开始作为正式焊接的焊接，在任意阶段中，当瞬间放热量的时间变化量偏离作为基准的时间变化曲线时，进行控制通电量的适应控制焊接，使得正式焊接的累积放热量与试焊接中预先求出的累积放热量相一致，从而在该阶段的剩余通电时间内补偿其偏差。

2.上述1所述的电阻点焊方法，其中，所述多阶段中进行分阶段的时间为在所述被焊接材料间形成熔融部的时刻。

发明的效果

根据本发明，在正式焊接前进行通电采用恒定电流控制的焊接电流而形成适当的熔核的试焊接，并将通电方式分为2阶段以上的多阶段，通过在各阶段中将单位体积的瞬间放热量的时间变化和单位体积的累积放热量作为目标值储存，能够在正式焊接中的各阶段进行适应控制焊接，因此，即使存在电极前端的损耗、干扰也可以有效地应对，从而得到良好的熔核，并且能够应用于对需要多阶段通电的多阶段电阻点焊的适应控制焊接。

附图说明

图1(a)是示出进行试焊接时的焊接部截面的图，图1(b)是示出此时的焊接电流值、电阻值及累积放热量的变化的图。

图2(a)是示出按照本发明进行2阶段适应控制焊接时的焊接部截面的图，图2(b)是示出此时的焊接电流值、电阻值及累积放热量的变化的图。

图3(a)是示出以往的进行恒定电流控制焊接时的焊接部截面的图，图3(b)是示出此时的焊接电流值、电阻值及累积放热量的变化的图。

图4(a)是示出以往的进行1阶段适应控制焊接时的焊接部截面的图，图4(b)是示出此时的焊接电流值、电阻值及累积放热量的变化的图。

具体实施方式

以下，对本发明进行具体说明。

本发明的特征在于：通过将通电方式分为2阶段以上的多阶段通电来进行电阻点焊，以及，

在正式焊接之前实施试焊接，在各阶段，由形成适当的熔核时的电极间的电特性计算出单位体积的瞬间放热量的时间变化和单位体积的累积放热量，并将其作为目标值保存，在任一阶段中，即使瞬间放热量的时间变化量偏离作为基准的时间变化曲线，也能充分利用适应控制焊接在该阶段的剩余通电时间内补偿其偏差，从而使正式焊接的累积放热量与试焊接中预先求得的累积放热量相一致。

因此，首先对本发明的试焊接进行说明。需要说明的是，在该例中，对于以2阶段来进行焊接电流的通电的情况进行说明。

在没有向缝隙、已焊接点的分流的状态下，利用恒定电流控制并在各种条件下进行焊接，进行与被焊接材料相同钢种类、厚度的试验，找出能够获得所需熔核直径的焊接条件，即，找出适当的施加压力F、通电时间T及焊接电流I。

需要说明的是，作为焊接机，优选逆变直流电阻点焊机，另外，电极优选DR形前端的铬铜电极。而且，熔核直径可以通过剥离试验、对熔核中央的截面观察(用苦味酸饱和水溶液刻蚀)而求出。

然后，作为将通电方式分为2个阶段时进行分阶段的时间，采用在作为被焊接材料的钢板间形成熔融部的时刻，在该情况下，为了确定该时间，在与上述相同的施加压力F和焊接电流I下，一边改变通电时间一边进行焊接，找出形成熔融部的时刻。

需要说明的是，熔融部的形成可以通过剥离试验来确认。

而且，设定在通电时间T1时形成了熔融部。

由以上实验结果如下所述确定试焊接的条件。

·第1阶段焊接条件施加压力F、通电时间T₁、焊接电流I

·第2阶段焊接条件施加压力F、通电时间T₂(＝T－T₁)、焊接电流I

而且，在上述条件下进行焊接时，在焊接中，由电极间的电特性计算出单位体积的瞬间放热量的时间变化和单位体积的累积放热量，并将其作为目标值分别存储于各阶段，作为试焊接。

需要说明的是，本发明中电极间的电特性是指电极间的电阻或电极间的电压。

另外，在第1阶段焊接条件与第2阶段焊接条件之间可以加入冷却时间，也可以不加入。

接下来进行正式焊接。

对于正式焊接而言，以上述试焊接中得到的单位体积的瞬间放热量的时间变化曲线为基准开始焊接，在任一阶段中瞬间放热量的时间变化量均符合作为基准的时间变化曲线的情况下，照原样进行焊接并结束焊接。

但是，在任一阶段中，瞬间放热量的时间变化量偏离作为基准的时间变化曲线的情况下，根据其偏差来进行控制通电量的适应控制焊接，在该阶段的剩余通电时间内进行补偿，使得正式焊接中的累积放热量与试焊接中预先求得的累积放热量相一致。

由此，可以在电极前端磨损、存在干扰的情况下也能确保所需的累积放热量，从而得到适当的熔核直径。

在本发明中，对于单位体积的放热量的计算方法没有特别限制，专利文献3中公开了计算方法的一个例子，本发明也可以采用该方法。

根据该方法计算出单位体积的累积放热量Q的要点如下所述。

将2个被焊接材料的总厚度设为t、被焊接材料的电阻率设为r、电极间的电压设为V、焊接电流设为I、电极与被焊接材料接触的面积设为S。该情况下，焊接电流通过横截面积为S且厚度为t的柱状部分而产生电阻放热。该柱状部分的单位体积/单位时间的放热量q可以由下式(1)求出。

q＝(V·I)/(S·t) (1)

另外，该柱状部分的电阻R可以由下式(2)求出。

R＝(r·t)/S (2)

由式(2)导出S并代入式(1)中，则放热量q表示为下式(3)。

q＝(V·I·R)/(r·t²)

＝(V²)/(r·t²) (3)

由上式(3)可知，单位体积/单位时间的放热量q可以由电极间的电压V、被焊接物的总厚度t和被焊接物的电阻率r计算出来，不受电极与被焊接物接触的面积S的影响。

需要说明的是，式(3)由电极间的电压V计算放热量，但也可以由电极间的电流I计算放热量q，这时也不需要使用电极与被焊接物接触的面积S。

而且，如果将整个通电期间的单位体积/单位时间的放热量q进行累积，则可以得到施加于焊接的单位体积的累积放热量Q。由式(3)可知，该单位体积的累积放热量Q也可以不使用电极与被焊接材料接触的面积S而算出。

以上，根据专利文献3中记载的方法对计算累积放热量Q的情况进行了说明，当然也可以使用其它计算式。

在本发明中，将通电方式分为2阶段以上的多阶段，作为分阶段的时间，可以考虑以下时刻。

·分为2阶段的情况

优选为在钢板间开始形成熔融部的时刻，所述在钢板间形成熔融部的时刻是在钢板间开始形成熔融部之前与此后的熔核生长过程的分界点。

这是由于，向已焊接点的分流在电极正下方形成稳定的通电路径(熔融部)之前其影响较大，因此通过进行适应控制焊接，使得能够确保在形成熔融部之前的单位体积的累积放热量，即使在附近存在已焊接点也能形成稳定的通电路径，从而能够在其后的第2阶段中使熔核稳定地生长。

需要说明的是，在钢板间开始形成熔融部的时间可以通过进行改变通电时间的焊接、并根据其剥离试验进行观察、对熔融部进行截面观察来判断。

·分为3阶段的情况

另外，在被焊接材料为镀敷钢板的情况下，更优选考虑了镀敷层熔融而分为3个阶段。这是由于，在存在镀敷层的情况下，分流影响较大的电极正下方形成稳定的通电路径之前的现象变化较大。镀敷层的融点比钢板低，因此开始通电时，首先钢板间的镀敷层熔融，通过施加压力而使熔融的镀敷层的一部分从钢板间挤出。该挤出的镀敷层扩大了通电面积，因此大大降低了焊接中的电极间电阻。另一方面，被焊接材料的电阻率随温度升高而增大，因此随着通电时间增加电阻率的值也增大、且通电面积扩大引起电极间的电阻降低，因此会产生由被焊接材料的温度升高而引起的电极间的电阻增大，然后形成了熔融部。因此，将焊接工艺分为以下3个阶段：镀敷层熔融后通电面积急剧扩大的阶段、通过之后的通电而在电极间形成稳定的通电路径(熔融部)之前的阶段、以及之后的熔核生长过程。在各阶段中，通过进行适应控制焊接确保单位体积的累积放热量，在镀敷钢板的电阻点焊中即使附近存在已焊接点也能稳定地形成通电路径，从而能够在之后的第3阶段中稳定地进行熔核生长。

需要说明的是，本发明中所说的干扰可以举出上述的焊接点附近存在已焊接点的情况、存在被焊接材料的接触点的情况、以及电极的损耗等。

另外，关于本发明中的试焊接，虽然对于在无已焊接点等干扰的状态下进行的情况进行了说明，但在存在已焊接点的状态下进行试焊接，只要减小试焊接与正式焊接的状态之差，从而容易有效发挥适应控制，则也不存在任何问题。

实施例

实施例1

准备了软钢(厚度：1.6mm)作为被焊接材料。另外，焊接电流设为以2阶段通电方式来进行。

将2片该被焊接材料重叠，在没有缝隙、已焊接点分流的状态下通过恒定电流控制来进行焊接，求出了得到适当的熔核直径的焊接条件。焊接机使用逆变直流电阻点焊机，电极使用DR形前端直径为6mm的铬铜电极。需要说明的是，对于焊接条件而言，施加压力设为恒定的3.43kN(350kgf)，通电时间设为恒定的16cyc(50Hz(以下，时间的单位均为50Hz时的循环数))，对焊接电流进行各种更改，求出获得熔核直径：4√t(t：板厚)的电流值。在该例中，适当的熔核直径为4√t＝5.1mm。

其结果可知，在6.2kA的焊接电流下得到约5.1mm的熔核直径。

因此，接下来为了确定将焊接工艺分为2阶段的时间，在施加压力：3.43kN(350kgf)、焊接电流：6.2kA的条件下，一边变更通电时间一边进行焊接(2，3，4，5···cyc)，并由剥离试验确认了在2片钢板之间形成熔融部的时间。在上述条件下，确认了用4cyc可以形成熔融部。

由以上的实验结果确定了如下试焊接的条件。

·第1阶段焊接条件 施加压力：3.43kN(350kgf)、通电时间：4cyc、

焊接电流：6.2kA

·第2阶段焊接条件 施加压力：3.43kN(350kgf)、通电时间：12cyc、

焊接电流：6.2kA

需要说明的是，在第1阶段焊接条件与第2阶段焊接条件之间没有加入冷却时间。

然后，按上述条件进行焊接，由焊接中的电压变化、电阻计算出单位体积的瞬间放热量的时间变化及单位体积的累积放热量，并将其作为目标值分各阶段进行存储，以此作为试焊接。

图1(a)示出了进行该试焊接时的焊接部截面，图1(b)示出了此时的焊接电流值、电阻值及累积放热量的变化。

如图1(a)所示，在该试焊接中得到了与目标相同的直径为5.1mm的熔核。

另外，在该试焊接中得到的第1阶段的目标累积放热量为138J、第2阶段的目标累积放热量为167J。因此，最终的目标累积放热量为305J。

接下来，按照以下条件实施了正式焊接。

在焊接点附近预先存在已焊接点(焊接点中央间隔：7.5mm)，在分流的影响较大的条件下，以上述试焊接为基准，按照本发明进行了多阶段适应控制电阻点焊。即，以试焊接中得到的单位体积的瞬间放热量的时间变化曲线为基准进行了电阻点焊。

图2(a)示出了此时的焊接部截面，另外，图2(b)示出了焊接电流值、电阻值及累积放热量的变化。

另外，为了进行比较，在与焊接点附近预先存在已焊接点(焊接点中央间隔：7.5mm)相同的条件下，进行了恒定电流控制的电阻点焊(比较例1)、以及以往的1阶段通电的适应控制焊接。恒定电流控制焊接在施加压力：3.43kN(350kgf)、通电时间：16cyc、焊接电流：6.2kA的条件下进行；另外，对于以往的1阶段通电的适应控制焊接而言，在施加压力：3.43kN(350kgf)、通电时间：16cyc、焊接电流：6.2kA的条件下，并且以没有已焊接点的状态下进行的1阶段通电的试焊接为基准，在存在已焊接点的状态下进行了1阶段通电的适应控制焊接。

图3(a)示出了进行恒定电流控制焊接时的焊接部截面，另外，图3(b)示出了此时的焊接电流值、电阻值及累积放热量的变化。

另外，图4(a)示出了进行以往的1阶段通电的适应控制焊接时的焊接部截面，另外，图4(b)示出了此时的焊接电流值、电阻值及累积放热量的变化。

由图2(a)可知，在本发明例的情况下，电流有大幅变化使得累积放热量与试焊接的情况相同，其结果是能够得到熔核直径也为5.0mm的基本与目标相同的熔核。

对于本发明例而言，可知特别是在第1阶段的前段，虽然看起来受到已焊接点导致的分流的影响而使放热量不足，但在第1阶段的后段增加了能够补偿上述不足部分的焊接电流，从而确保了作为目标的放热量。

这里，正式焊接中的第1阶段的累积放热量为135J，第2阶段的累积放热量为172J，得到了与试焊接基本相同的累积放热量307J。

另一方面，在比较例1的恒定电流控制焊接中，由分流导致总加热量不足，仅得到了直径4.0mm的小熔核。

另外，在以往的1阶段通电的适应控制焊接中，电流的控制不能应对焊接现象的变化，使累积放热量比试焊接更多，得到过大的熔核直径5.6mm，处于容易发生喷溅的状态。

以下，将实施试焊接、根据本发明的2阶段适应控制焊接、以往的恒定电流控制焊接、以及以往的1阶段适应控制焊接时的第1阶段(第4cyc之前)的累积放热量分别进行比较并示于表1中。

[表1]

如表1所示，在本发明例中，在第4cyc之前能够给予与试焊接的累积放热量相同的累积放热量，在比较例1的恒定电流控制焊接中，观察到了分流导致的放热量降低。另外可知，在以往的一阶段适应控制焊接中，无论是否实施适应控制，仅给予了与恒定电流控制焊接相同的放热量。

Claims (2)

1.一种电阻点焊方法，该方法包括：用一对电极夹住多张金属板叠合而成的被焊接材料，边加压边通电来进行接合，其中，

将通电方式分为2阶段以上的多阶段来实施焊接，

首先，在正式焊接前进行试焊接，在所述试焊接中，在各阶段根据由通过控制恒定电流进行通电而形成适当的熔核时的电极间的电特性计算出单位体积的瞬间放热量的时间变化及单位体积的累积放热量，并将其作为目标值而储存，

接着，以该试焊接中得到的单位体积的瞬间放热量的时间变化曲线为基准开始作为正式焊接的焊接，在任意阶段中，当瞬间放热量的时间变化量偏离作为基准的时间变化曲线时，进行控制通电量的适应控制焊接，使得正式焊接的累积放热量与试焊接中预先求出的累积放热量相一致，从而在该阶段的剩余通电时间内补偿其偏差。

2.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其中，所述多阶段中进行分阶段的时间为在所述被焊接材料间形成熔融部的时刻。