JP6370170B2 - Stud welding machine and stud welding method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、スタッド溶接機及びそれを用いたスタッド溶接方法に係り、特に、薄板からなる基材に対してピン部材を有利に溶接し得るスタッド溶接機の改良された構造と、そのような溶接機を用いたスタッド溶接方法とに関するものである。 The present invention relates to a stud welding machine and a stud welding method using the same, and more particularly, an improved structure of a stud welding machine capable of advantageously welding a pin member to a substrate made of a thin plate, and such welding. The present invention relates to a stud welding method using a machine.
従来より、所定のピンやボルト、スタッド等のピン部材を金属製の基材（下地材）に固設せしめる方法の一つとして、スタッド溶接方法が知られている。また、よく知られているように、このスタッド溶接方法は、一般に、ピン部材を保持する溶接ガンと、この溶接ガンに保持されたピン部材を基材にスタッド溶接するための電荷を供給する電源装置とを有するスタッド溶接装置を用い、かかるスタッド溶接装置の溶接ガンに保持せしめたピン部材と下地材との間で、電源装置から供給される電荷を放電させることによって、ピン部材を下地材に対して迅速に且つ容易に溶接するようにしたものである。 2. Description of the Related Art Conventionally, a stud welding method is known as one method for fixing a pin member such as a predetermined pin, bolt, or stud to a metal base material (base material). As is well known, this stud welding method generally includes a welding gun for holding a pin member and a power source for supplying a charge for stud welding the pin member held by the welding gun to a substrate. The stud member is used as a base material by discharging a charge supplied from the power supply device between the pin member held by the welding gun of the stud welding device and the base material. On the other hand, welding is performed quickly and easily.
そして、そのようなスタッド溶接を行う溶接装置として、例えば特開平７−１１４１号公報（特許文献１）や特開２００２−１７２４６６号公報（特許文献２）、特開２００１−５８２７０号公報（特許文献３）等には、コンデンサに充電した電荷の放電電流を利用して、スタッドを下地材に対して溶接するようにしたスタッド溶接機やスタッド溶接方法が、明らかにされている。このようなキャパシターディスチャージ（ＣＤ）型のスタッド溶接方式は、コンデンサに蓄えられた電荷を瞬間的に放電して、非常に短い時間で溶接を行うようにされているところから、他の溶接方法に比べて、下地材の歪みや焼け等が少ないという特徴を有している。 As a welding apparatus for performing such stud welding, for example, JP-A-7-1141 (Patent Document 1), JP-A-2002-172466 (Patent Document 2), JP-A-2001-58270 (Patent Document). In 3) and the like, a stud welding machine and a stud welding method in which a stud is welded to a base material using a discharge current of a charge charged in a capacitor are clarified. This type of capacitor discharge (CD) stud welding method is designed to instantaneously discharge the electric charge stored in the capacitor and perform welding in a very short time. In comparison, the base material is characterized by less distortion and burning.
また、そのようなＣＤ型スタッド溶接は、例えば、特許第３１１２９００号公報（特許文献４）に明らかにされているようなスタッド溶接ピンを用いて、金属製の下地材に対して断熱材や吸音材等の所定の被覆材を取り付け、固定する作業の際に、好適に用いられているのである。 In addition, such a CD type stud welding is performed by using, for example, a stud welding pin as disclosed in Japanese Patent No. 3112900 (Patent Document 4) with respect to a metal base material as a heat insulating material or a sound absorbing material. It is preferably used in the operation of attaching and fixing a predetermined covering material such as a material.
ところで、上記のようなスタッド溶接ピン（ピン部材）を下地材にスタッド溶接するに際しては、一般に、図４に示される如き回路構成のＣＤ型スタッド溶接機が用いられており、そこでは、スタッド溶接機４０は、スタッド溶接に必要な電荷を蓄えるコンデンサ４２と、かかるコンデンサ４２に充電された電荷の放電を制御するスイッチ手段４４から構成されるアーク放電回路４６と、コンデンサ４２に電荷を充電するための電源回路４８とから構成されており、コンデンサ４２の正極側が、スイッチ手段４４を介して金属製の下地材２８に接続されるようになっている一方、負極側が溶接ピン２６に接続されるようになっている。
By the way, when stud welding a stud welding pin (pin member) as described above to a base material, a CD-type stud welding machine having a circuit configuration as shown in FIG. 4 is generally used. The
そして、そのようなスタッド溶接機４０を用いて、下地材を被覆した断熱材をスタッド溶接ピンで固定する際には、電源回路４８からコンデンサ４２に電荷が充電された状態において、例えば、図３（ａ）に示される如く、溶接ピン２６の先端部３２が下地材２８を被覆する断熱材３０を貫通して、下地材２８の表面に接するように押し当てた状態で、アーク放電回路４６におけるスイッチ手段４４を閉じる（ＯＮする）ことにより、溶接ピン２６と下地材２８との間に、コンデンサ４２に蓄えられていた電荷が流され、以て、接触している溶接ピン２６の先端部３２と下地材２８との間の接触抵抗によって、かかる先端部３２にジュール熱が発生せしめられることとなる。そして、その発熱によって、溶接ピン２６の先端部３２が瞬間的に溶融し、図３（ｂ）に示されるように、溶接ピン２６と下地材２８との間に僅かな隙間３４が生じる。すると、そのようにして生じた隙間３４においてアーク放電が発生し、このアーク放電によって、下地材２８の表面が抉れるように溶融していく一方、溶接ピン２６は、先端部３２から溶融していくようになる。このアーク放電の開始初期は、ピン部材２６と下地材２８とのギャップ（隙間３４）が小さいため、アーク放電の部分集中が起き易く、下地材２８の抉れの発生が一番大きくなるのである。
And when fixing the heat insulating material which coat | covered the base material with the stud welding pin using such a
その後、コンデンサ４２に蓄えられた電荷が少なくなってくると、回路を流れる電流も少なくなるため、アーク放電が弱くなり、下地材２８に向かって押さえ付けられている溶接ピン２６が、下地材２８と再び接触して、それらの間でアーク放電が発生しなくなる。すると、アーク放電によって溶融していた溶接ピン２６と下地材２８の金属材料が固化して溶着部３６を形成し、図３（ｃ）に示されるように、溶接ピン２６と下地材２８とが接合されることとなるのである。
Thereafter, when the electric charge stored in the
ここで、図５には、上記のようなＣＤ型スタッド溶接を行った際における、溶接ピン２６と下地材２８との間を流れる電流グラフの一例が示されている。そこでは、上述したように、溶接ピン２６と下地材２８を接触させた状態でスタッド溶接を開始すると、瞬間的に大きな短絡電流が流れ、そのピークに達すると、溶接ピン２６の先端部が溶融し、溶接ピン２６と下地材２８との間のアーク放電が始まるようになる。その後、そのアーク放電によってコンデンサ４２に蓄えられていた電荷が減っていくことで、徐々に電流値が下がっていくようになる。そして、溶接ピン２６と下地材２８が再び接触して、アーク放電が発生しなくなり、溶融していた金属材料が固化して、接合部３６が形成されることとなるのである。その際、僅かに電流値は増えるものの、コンデンサ４２に残っている電荷量が少ないために、接合部３６を再び溶融する程の電流は流れない。その後、スイッチ手段４４をＯＦＦにすることで、溶接ピン２６と下地材２８とのスタッド溶接が完了することとなる。
Here, FIG. 5 shows an example of a current graph that flows between the
このように、溶接ピン（ピン部材）と下地材との間で生じるアーク放電によって、溶接ピンの先端部とそれに対向する部位の下地材の金属材料とが溶融し、それらが溶着されることとなるのであるが、ＣＤ型スタッド溶接にあっては、コンデンサに充電した電荷を全て一気に放出するものであるため、溶接初期段階でのピン部材や下地材の溶融量が多くなり、下地材が深く抉れてしまう問題があった。そして、そのような下地材の抉れが大きくなり過ぎると、前述したような溶接ピンを用いて、金属製の下地材に対して断熱材や吸音材等の所定の被覆材を取り付け、固定するに際し、下地材がダクト等の如き、薄肉の板材の場合には、かかる下地材に穴が開いてしまったり、また、そのような大きな抉れが生じることで、板厚が不均一となり、溶接部に充分な接合強度が得られず、溶接ピンと下地材との接合が不充分となってしまい、小さな外力の作用や経年劣化によって、溶接した溶接ピンが外れてしまう等といった問題を惹起する恐れがあったのである。 As described above, the arc discharge generated between the welding pin (pin member) and the base material melts the tip of the welding pin and the metal material of the base material at the portion facing the weld pin, and welds them. However, in CD-type stud welding, since all the electric charge charged in the capacitor is released at once, the melting amount of the pin member and the base material increases in the initial stage of welding, and the base material becomes deep. There was a problem of drowning. Then, when the curvature of the base material becomes too large, a predetermined covering material such as a heat insulating material or a sound absorbing material is attached and fixed to the metal base material using the welding pin as described above. In this case, if the base material is a thin plate material such as a duct, a hole may be formed in the base material, or if such a large wrinkle occurs, the thickness of the plate becomes uneven and welding is performed. Sufficient joint strength cannot be obtained at the part, the joint between the welding pin and the base material becomes insufficient, and there is a risk of causing problems such as the welded weld pin coming off due to the action of a small external force or aging deterioration. There was.
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、スタッド溶接を行う際の下地材の抉れを有利に抑えつつ、ピン部材と下地材との接合強度を効果的に高め得るスタッド溶接装置を提供することにある。また、本発明にあっては、そのようなスタッド溶接機を用いて、ピン部材を、薄肉の下地材に対して、より有利に溶接し得るスタッド溶接方法を提供することをも、その解決課題とするものである。 Here, the present invention has been made in the background of such circumstances, and the problem to be solved is that the pin member and the base material are advantageously suppressed while curling the base material at the time of stud welding. An object of the present invention is to provide a stud welding device capable of effectively increasing the bonding strength with a material. Moreover, in the present invention, it is also possible to provide a stud welding method capable of welding a pin member to a thin base material more advantageously by using such a stud welder. It is what.
そこで、本発明者らは、かかる課題を解決するために、薄肉の下地材に対するピン部材のスタッド溶接について鋭意検討を重ねた結果、ピン部材と下地材とにそれぞれ接続するスタッド溶接機の電極の極性を変化させると、それらの間に発生するアーク放電の状態に違いが生じていることを見出したのである。即ち、これまで、一般的には、スタッド溶接機の負極側を溶接ピン（ピン部材）に接続し、正極側を下地材に接続した状態において、スタッド溶接を行っていたのであるが、そのような極性にて、ピン部材と下地材との間にアーク放電を発生させると、ピン部材の先端部から下地材に向かって、部分的に集中してアークが発生することとなる。そこで、それらの極性を反転、つまり負極側を下地材に接続し、正極側をピン部材に接続して、スタッド溶接を行ったところ、下地材の抉れが少なくなっていることが判明した。これは、ピン部材と下地材にそれぞれ接続する極性を反転することによって、ピン部材から下地材の一部に集中して発生していたアークが、下地材からピン部材に向かって放射状に発生するためであると考えられる。しかしながら、そのように、下地材とピン部材とに接続する電極の極性を反転させることによって、下地材は傷付きにくくなるものの、ピン部材が上手く溶けなくなってしまうということも、新たに判明した。本発明者らは、これらの事実を見出し、本発明を完成するに至ったのである。 Therefore, in order to solve such problems, the present inventors have made extensive studies on stud welding of the pin member to the thin base material, and as a result, the electrode of the stud welding machine connected to the pin member and the base material, respectively. They found that when the polarity was changed, there was a difference in the state of arc discharge generated between them. That is, until now, in general, stud welding was performed with the negative electrode side of the stud welding machine connected to the welding pin (pin member) and the positive electrode side connected to the base material. When an arc discharge is generated between the pin member and the base material with the correct polarity, an arc is generated in a concentrated manner from the tip of the pin member toward the base material. Therefore, when the polarity was reversed, that is, the negative electrode side was connected to the base material, the positive electrode side was connected to the pin member, and the stud welding was performed, it was found that the base material was less twisted. This is because, by inverting the polarity connecting to the pin member and the base material, arcs that have been concentrated on the part of the base material from the pin member are generated radially from the base material toward the pin member. This is probably because of this. However, it has also been newly found out that by reversing the polarity of the electrodes connected to the base material and the pin member, the base material becomes difficult to be scratched, but the pin member does not melt well. The present inventors have found these facts and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、かくの如き知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、コンデンサに蓄えた電気エネルギーを溶接ピンと被接合材料との間においてアーク放電させることにより、かかる溶接ピンの先端を該被接合材料に溶接するようにしたスタッド溶接機において、第一のコンデンサと第一のスイッチ手段とを有し、該第一のスイッチ手段を介して該第一のコンデンサの正極が前記溶接ピンに接続せしめられる一方、該第一のコンデンサの負極が前記被接合材料に接続される第一のアーク放電回路と、第二のコンデンサと第二のスイッチ手段とを有し、該第二のスイッチ手段を介して該第二のコンデンサの負極が前記溶接ピンに接続せしめられる一方、該第二のコンデンサの正極が前記被接合材料に接続される第二のアーク放電回路とを設けたことを特徴とするスタッド溶接機にある。 That is, the present invention has been completed based on such knowledge, and the gist of the present invention is that the electric energy stored in the capacitor is arc-discharged between the welding pin and the material to be joined, In a stud welding machine in which the tip of the welding pin is welded to the material to be joined, the stud welding machine has a first capacitor and a first switch means, and the first capacitor is provided via the first switch means. The first capacitor is connected to the welding pin, while the negative electrode of the first capacitor has a first arc discharge circuit connected to the material to be joined, a second capacitor, and a second switch means. The negative electrode of the second capacitor is connected to the welding pin via the second switch means, while the positive electrode of the second capacitor is connected to the material to be joined. In a stud welding machine, characterized in that a and second arcing circuit.
また、本発明にあっては、そのようなスタッド溶接機を用いて、前記第二のアーク放電回路における前記第二のスイッチ手段の作動により、該第二のアーク放電回路によるアーク放電を行うに先立ち、前記第一のアーク放電回路における前記第一のスイッチ手段の作動により、該第一のアーク放電回路による前記第二のアーク放電回路とは逆極性のアーク放電を行うことを特徴とするスタッド溶接方法をも、その要旨とするものである。 Further, in the present invention, such a stud welder is used to perform arc discharge by the second arc discharge circuit by the operation of the second switch means in the second arc discharge circuit. Prior to the first arc discharge circuit, the first switch means in the first arc discharge circuit causes the first arc discharge circuit to perform arc discharge having a polarity opposite to that of the second arc discharge circuit. The welding method is also the gist thereof.
さらに、本発明に従うスタッド溶接方法の望ましい態様の一つにあっては、前記被接合材料がダクトであり、該ダクトを被覆するように配置される断熱材を貫通せしめた前記溶接ピンが、該ダクトに対して溶接されることとなる。 Furthermore, in one of the desirable embodiments of the stud welding method according to the present invention, the material to be joined is a duct, and the welding pin penetrated by a heat insulating material disposed so as to cover the duct includes: It will be welded to the duct.
このように、かかる本発明に従うスタッド溶接機によれば、第一のアーク放電回路における第一のコンデンサの正極が第一のスイッチ手段を介して溶接ピンに接続される一方、該第一のコンデンサの負極が被接合材料に接続されると共に、第二のアーク放電回路における第二のコンデンサの負極が第二のスイッチ手段を介して前記溶接ピンに接続されている一方、該第二のコンデンサの正極が前記被接合材料に接続されているところから、第一のスイッチ手段又は第二のスイッチ手段のどちらかを作動させる（閉じる）ことにより、溶接ピンと被接合材料に接続される二つの放電回路のうちの何れかに適宜切り替えることが出来るため、かかる溶接ピンと被接合材との間でアーク放電を行う際の極性を、有利に変更することが可能となるのである。 Thus, according to the stud welding machine according to the present invention, the positive electrode of the first capacitor in the first arc discharge circuit is connected to the welding pin via the first switch means, while the first capacitor The negative electrode of the second capacitor is connected to the material to be joined, and the negative electrode of the second capacitor in the second arc discharge circuit is connected to the welding pin via the second switch means, while the second capacitor Two discharge circuits connected to the welding pin and the material to be joined by operating (closing) either the first switch means or the second switch means from where the positive electrode is connected to the material to be joined. Therefore, it is possible to advantageously change the polarity when performing arc discharge between the welding pin and the material to be joined. That.
そして、本発明にあっては、そのような構成とされたスタッド溶接機を用いて、第一のアーク放電回路における第一のスイッチ手段の作動により、該第一のアーク放電回路によるアーク放電を行った後に、第二のアーク放電回路における第二のスイッチ手段の作動により、該第二のアーク放電回路による、第一のアーク放電回路とは逆の極性のアーク放電を行うことにより、溶接初期においては、被接合材（下地材）への影響が少ない、従来とは逆極性（正極側が溶接ピンに接続され、負極側が被接合材に接続された状態）でのスタッド溶接を開始した後に、極性を反転（負極側が溶接ピンに接続され、正極側が被接合材に接続された状態）させて、スタッド溶接を行うようにすることによって、被接合材の抉れを有利に抑えつつ、溶接ピンと被接合材料とを確実に溶接することの出来るだけのアーク放電を発生させることが可能となったのである。 In the present invention, by using the stud welding machine having such a configuration, the arc discharge by the first arc discharge circuit is caused by the operation of the first switch means in the first arc discharge circuit. After performing, by the operation of the second switch means in the second arc discharge circuit, by performing arc discharge of the opposite polarity to the first arc discharge circuit by the second arc discharge circuit, In, after starting stud welding with less influence on the material to be joined (underlying material), the polarity opposite to that of the prior art (the state where the positive electrode side is connected to the welding pin and the negative electrode side is connected to the material to be joined) By reversing the polarity (with the negative electrode side connected to the welding pin and the positive electrode side connected to the material to be joined) and performing stud welding, the welding pin is advantageously suppressed while preventing the material from being bent. Than it has become possible to generate arc discharge only capable of reliably welding the the bodies.
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。 Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, representative embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、図１には、本発明に従うキャパシターディスチャージ（ＣＤ）型スタッド溶接機を構成する回路の一例が、概略的に示されている。そこにおいて、スタッド溶接機１０は、第一のコンデンサ１２と第一のスイッチ手段１４とを有する第一のアーク放電回路１６と、第二のコンデンサ１８と第二のスイッチ手段２０とを有する第二のアーク放電回路２２と、かかる第一のコンデンサ１２及び第二のコンデンサ１８に対して電荷を充電するための電源回路２４とから、構成されている。そして、第一のコンデンサ１２の正極側が、第一のスイッチ手段１４を介して、溶接ピン２６に接続されるようになっていると共に、その負極側が、被接合材であるダクトの如き下地材２８に接続されるようになっており、更に、第二のコンデンサ１８の負極側が、第二のスイッチ手段２０を介して、溶接ピン２６に接続されるようになっていると共に、その正極側が、下地材２８に接続されるようになっている。
First, FIG. 1 schematically shows an example of a circuit constituting a capacitor discharge (CD) type stud welder according to the present invention. There, the
より詳細には、第一のアーク放電回路１６及び第二のアーク放電回路２２は、従来からのＣＤ型スタッド溶接機と同様に、溶接ピン２６と下地材２８とのスタッド溶接を行うためのアーク放電を発生させ得る電圧や電流を確保することの出来る容量をもった第一のコンデンサ１２及び第二のコンデンサ１８を備えており、それらに対して、所定の電源回路２４が接続されて、かかる電源回路２４から、それぞれのコンデンサに対して、スタッド溶接に必要な電荷が供給されて、蓄えられるようになっているのである。なお、ここでは、下地材２８と接続される第一のコンデンサ１２の負極側と第二のコンデンサ１８の正極側が、共に、電源回路２４の基準電位（０Ｖ）に接続される一方、第一のコンデンサ１２の正極側には、電源回路２４の正極側が接続され、更に第二のコンデンサ１８の負極側には、電源回路２４の負極側が接続されることにより、第一のアーク放電回路１６は、正極が溶接ピン２６に接続され、負極が下地材２８に接続された状態でのスタッド溶接を行うことが出来る一方、第二のアーク放電回路２２は、前述した従来のスタッド溶接機４０と同様に、負極が溶接ピン２６に接続され、正極が下地材２８に接続された状態でのスタッド溶接を行うことが出来るように構成されている。
More specifically, the first
そして、第一のスイッチ手段１４及び第二のスイッチ手段２０は、サイリスタやＦＥＴ等、公知の各種のスイッチング素子が用いられることとなり、ここでは図示しない制御回路からの制御信号に従って、それらスイッチ手段１４，２０のＯＮ／ＯＦＦが制御されるようになっている。そして、そのような第一のスイッチ手段１４や第二のスイッチ手段２０を閉じる（ＯＮする）ことによって、第一のコンデンサ１２の正極側或いは第二のコンデンサ１８の負極側が、選択的に溶接ピン２６に対して電気的に接続されて、それらコンデンサに蓄えられた電荷により、溶接ピン２６と下地材２８との間でアーク放電が惹起せしめられることとなるのである。なお、かかるスイッチ手段１４，２０にサイリスタを採用した場合には、よく知られているように、所定の転流回路等が設けられて、サイリスタのＯＮ／ＯＦＦが制御されるようになっている。
The first switch means 14 and the second switch means 20 use various known switching elements such as thyristors and FETs. Here, the switch means 14 according to a control signal from a control circuit (not shown). , 20 are controlled on / off. Then, by closing (turning on) such first switch means 14 and second switch means 20, the positive electrode side of the
なお、第一の放電回路１６と第二の放電回路２２から溶接ピン２６への接続には、ここでは図示しないが、例えば、前述の特許文献２や特許文献３に図示されているような溶接ガンを始め、公知の各種の溶接作業具が適宜に選択されて、用いられることとなる。即ち、適当な溶接作業具にて溶接ピン２６を保持しつつ、スプリング等で所定の押圧力をかけて、下地材２８に押し当てるようにすると共に、溶接ピン２６とスタッド溶接装置１０のアーク放電回路１６，２２とを電気的に接続し、作業者が安全に且つ容易にスタッド溶接を行い得るようにされているのである。
Note that the connection from the
ところで、このような構成とされたスタッド溶接機１０を用いて、ダクトの如き下地材２８に対して、溶接ピン２６をスタッド溶接するに際しては、例えば、以下のようにして行われることとなる。即ち、電源回路２４から第一のコンデンサ１２と第二のコンデンサ１８とにスタッド溶接に必要な量の電荷が充電された状態において、先ず、図３（ａ）に示される如く、溶接ピン２６が下地材２８を被覆する断熱材３０を貫通し、その尖った先端部３２が下地材２８の表面に接するように押し当てた状態で、第一のアーク放電回路１６における第一のスイッチ手段１４を閉じる（ＯＮする）操作が実行される。すると、溶接ピン２６と下地材２８との間に第一のコンデンサ１２に蓄えられていた電荷が流れることとなるが、接触している溶接ピン２６の先端部３２と下地材２８との間の接触抵抗によって、かかる先端部にジュール熱が発生し、その発熱によって先端部３２の一部が溶融することにより、図３（ｂ）に示されるように、溶接ピン２６と下地材２８との間に、僅かな隙間３４が生じることとなる。そして、そのようにして生じた隙間３４において、第一のコンデンサ１２から供給される電荷により、溶接ピン２６が正極、下地材２８が負極とされた状態においてアーク放電が発生し、このアーク放電によって、下地材２８の表面と溶接ピン２６の先端部３２の溶融が開始されるようになる。
By the way, when the
そして、第一のアーク放電回路１６によるアーク放電が発生してから所定時間が経過し、アーク放電が続いている途中で、第一のスイッチ手段１４を開く（ＯＦＦする）一方、第二のアーク放電回路２２の第二のスイッチ手段２０を閉じる（ＯＮする）ことにより、第二のコンデンサ１８に蓄えられた電荷が溶接ピン２６に対して供給せしめられて、溶接ピン２６と下地材２８との間で、溶接ピン２６が負極、下地材２８が正極とされた状態のアーク放電、即ち、第一のアーク放電回路１６によるアーク放電とは逆極性のアーク放電が発生するようになり、これによって、溶接ピン２６の先端部３２と下地材２８の表面の溶融が、更に進められるのである。
The first switch means 14 is opened (turned OFF) while a predetermined time has elapsed after the arc discharge by the first
このようにして、第一のアーク放電回路１６によるアーク放電から、第二のアーク放電回路２２による逆極性のアーク放電に切り替えた後に、時間の経過により、第二のコンデンサ１８に蓄えられた電荷が少なくなってくると、溶接ピン２６と下地材２８との間を流れる電流が少なくなり、アーク放電が弱くなってくるのである。そして、アーク放電が弱くなることにより、下地材２８に向かって押し下げていた溶接ピン２６の先端部が、下地材２８と再び接触するようになり、アーク放電の発生が終了することとなる。そして、溶融していた下地材２８と溶接ピン２６の金属材料とが固化し、最終的には、図３（ｃ）に示されるように、溶接ピン２６と下地材２８とが、溶着部３６によって接合せしめられることとなるのである。
Thus, after switching from the arc discharge by the first
また、このような本発明に従うスタッド溶接機１０を用いたスタッド溶接操作を行った際の電流波形の一例を示すグラフが、図２に示されている。そこでは、前述したように、先ず、溶接ピン２６と下地材２８を接触させた状態で、第一のアーク放電回路１６の第一のスイッチ手段１４をＯＮにしてスタッド溶接が開始されると、第一のコンデンサ１２の正極が溶接ピン２６、負極が下地材２８に接続されて、瞬間的に大きな短絡電流が流れ（かかるグラフにおいては、マイナス方向）、そしてその電流がピークに達すると、溶接ピン２６の先端部が溶融し、溶接ピン２６と下地材２８との間でアーク放電が始まることとなる。その後、アーク放電によって、第一のコンデンサ１２に蓄えられていた電荷が徐々に減っていくことで、徐々に電流値が０に近づいていくが、所定時間の経過後に、第一のスイッチ手段１４をＯＦＦにする一方、第二のスイッチ手段２０をＯＮにして、第二のコンデンサ１８の負極を溶接ピン２６、正極を下地材２８に対して接続することで、今度は逆方向（かかるグラフにおいては、プラス方向）に大きな電流が流れ始め、溶接ピン２６と下地材２８との間で、先程とは逆極性のアーク放電が発生せしめられるのである。その後、アーク放電によって第二のコンデンサ１８に蓄えられていた電荷が徐々に減っていくことで、徐々に電流値が下がっていき、溶融していた溶接ピン２６の先端部と下地材２８の表面が接触して、アーク放電が終了した際に、電流値が一瞬上昇するようになる。これは、前述した従来のスタッド溶接機の場合と同様に、スタッド溶接の終盤に、アーク放電が弱くなって、溶接ピン２６と下地材２８とが再び接触した時に、アーク放電が発生していたときよりも抵抗値が減って、電流値が増えるからである。そしてその後、第二のスイッチ手段２０もＯＦＦにすることで、電流値も０となり、スタッド溶接が完了することとなるのである。
Moreover, the graph which shows an example of the current waveform at the time of performing the stud welding operation using such a
なお、そのような第一のアーク放電回路１６と第二のアーク放電回路２２の切り替えを行うタイミングは、一般的に、溶接ピン２６の太さやその先端部の形状、更に下地材２８の厚さや表面処理の有無等に応じて、スタッド溶接に必要とされる時間が変化するため、本発明に従って一方のアーク放電を発生させた後に逆極性のアーク放電を発生させるまでの時間も、それに応じて変化することとなる。例えば、特許文献４に明らかにされているような形状の、金属製の下地材を覆う断熱材を固定する際に使用されるスタッド溶接ピンを用いる場合には、一般的に、スタッド溶接にかかる全体の時間が３ミリ秒〜１５ミリ秒とされているため、本発明に従うスタッド溶接機１０における第二のアーク放電回路２２による従来と同様な極性のアーク放電の前に行う、第一の放電回路１６による逆極性のアーク放電の時間は、０．５ミリ秒〜５ミリ秒とするのが良い。これは、第一のアーク放電回路１６によるアーク放電を発生させた後、時間の経過と共に、アークが弱くなっていくが、そのアーク放電の途中で、溶接ピン２６が下地材２８に接触してしまう前に、第二のアーク放電回路２２による逆極性のアーク放電に切り替える必要があるためである。即ち、溶接ピン２６が下地材２８に接触してしまってからアーク放電の極性を切り替えても、それでは、最初から溶接ピン２６を負極とし、下地材２８を正極としたアーク放電を発生させるスタッド溶接を開始するのと変わりがなく、下地材２８に大きな抉れが発生してしまうこととなり、本発明の特徴である、溶接初期に溶接ピン２６を正極とし、下地材２８を負極としたアーク放電を行うことで下地材の抉れを抑える効果が充分に発揮されなくなってしまうからである。
Note that the timing for switching between the first
このように、本発明に従うスタッド溶接機１０によれば、第一のスイッチ手段１４及び第二のスイッチ手段２０の何れかをＯＮにすることにより、溶接ピン２６と下地材２８とに接続される第一のアーク放電回路１６と第二のアーク放電回路２２のうちの何れかに適宜切り替えることが出来るようになっているところから、かかるピン部材２６と下地材２８とをスタッド溶接するために発生させるアーク放電の極性を、有利に変更することが可能となるのである。
Thus, according to the
そして、上記のような構成とされたスタッド溶接機１０を用いることによって、溶接初期においては、従来の一般的なスタッド溶接機とは逆極性の、溶接ピン２６側が正極であり、下地材２８側が負極となるアーク放電を発生させることによって、下地材２８に大きな抉れが発生することを効果的に抑制しつつ、そのようなアーク放電が発生している途中で、溶接ピン２６側が負極であり、下地材２８側が正極となるアーク放電（従来のスタッド溶接機と同様なアーク放電）に切り替えを行うことで、逆極性のアーク放電だけでは不足してしまう溶接ピン２６の溶融を、従来と同様な極性のアーク放電によって、効果的に進めるようにしたスタッド溶接を行うことが可能となるのである。そして、その結果、下地材２８がダクトの如き薄肉の板材の場合であっても、下地材２８の抉れが少なく、下地材２８に穴が開いたりすることがなく、また溶接ピン２６の溶融も充分に行われることとなり、以て、溶接ピン２６と下地材２８とを確実にスタッド溶接することが出来ることとなる。
Then, by using the
以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものでないことが、理解されるべきである。 The exemplary embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the embodiments are merely examples, and the present invention is limited in any way by specific descriptions according to such embodiments. It should be understood that it is not interpreted.
例えば、前述の実施形態においては、ダクト等の下地材２８を断熱材３０にて被覆した後、溶接ピン２６を差し込んで貫通せしめて、溶接ピン２６の先端部３２が下地材２８の表面に接するようにして、それを本発明に従うスタッド溶接機１０を用いて、下地材２８に対して溶接ピン２６をスタッド溶接し、下地材２８に断熱材３０を固定する方法を例示したが、ダクト等の下地材（２８）に所定のピン部材を立設せしめた後、断熱材（３０）を被覆せしめて、断熱材を貫通して外部に突出しているピン部材の先端部をワッシャー等でとめつけることで、断熱材（３０）を固定するようにした方法においても、有利に採用可能である。即ち、ダクト等の下地材（２８）を断熱材（３０）を被覆するよりも先に、所定形状のピン部材を、本発明に従うスタッド溶接機１０を用いてスタッド溶接することにより、下地材に抉れが発生することを効果的に抑制しつつ、より確実に、下地材に対してピン部材を固定することが出来るのである。
For example, in the above-described embodiment, the
さらに、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。 Furthermore, although not enumerated one by one, the present invention can be implemented in a mode with various changes, modifications, improvements, and the like based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that any one of them falls within the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.
１０ スタッド溶接機 １２ 第一のコンデンサ
１４ 第一のスイッチ手段 １６ 第一のアーク放電回路
１８ 第二のコンデンサ ２０ 第二のスイッチ手段
２２ 第二のアーク放電回路 ２４ 電源装置
２６ 溶接ピン ２８ 下地材
DESCRIPTION OF
Claims (3)
第一のコンデンサと第一のスイッチ手段とを有し、該第一のスイッチ手段を介して該第一のコンデンサの正極が前記溶接ピンに接続せしめられる一方、該第一のコンデンサの負極が前記被接合材料に接続される第一のアーク放電回路と、第二のコンデンサと第二のスイッチ手段とを有し、該第二のスイッチ手段を介して該第二のコンデンサの負極が前記溶接ピンに接続せしめられる一方、該第二のコンデンサの正極が前記被接合材料に接続される第二のアーク放電回路とを設けたことを特徴とするスタッド溶接機。 In the stud welding machine in which the electric energy stored in the capacitor is arc-discharged between the welding pin and the material to be joined, so that the tip of the welding pin is welded to the material to be joined.
A first capacitor and a first switch means, the positive electrode of the first capacitor being connected to the welding pin via the first switch means, while the negative electrode of the first capacitor is A first arc discharge circuit connected to a material to be joined, a second capacitor, and a second switch means; and the negative electrode of the second capacitor is connected to the welding pin via the second switch means And a second arc discharge circuit connected to the material to be joined, while being connected to the stud welding machine.
The stud according to claim 2, wherein the material to be joined is a duct, and the welding pin penetrated by a heat insulating material arranged to cover the duct is welded to the duct. Welding method.
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