特開 2024-139377 スタッド溶接電源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024139377

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】スタッド溶接電源

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/073 20060101AFI20241002BHJP

   B23K 9/20 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

B23K9/073 550

B23K9/20 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050281

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(72)【発明者】

【氏名】大村 正治

【テーマコード（参考）】

4E082

【Ｆターム（参考）】

4E082AA13

4E082EA02

(57)【要約】

【課題】スタッド径、スタッドボルト及び母材表面の状態により、パイロット電流を調整しないとアークスタートが失敗する課題がある。
【解決手段】スタッド溶接電源の操作パネルのボタン及び調整ツマミの操作により、パイロット電流を任意の値に設定できる機能を設ける。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パイロット電流を任意の値に設定できること、
を特徴とするスタッド溶接電源。

【請求項2】

パイロット時間を任意の値に設定できること、
を特徴とする請求項１に記載のスタッド溶接電源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スタッド溶接電源のスタート性向上に関する。

【背景技術】

【0002】

スタッド溶接電源では、従来のサイリスタを用いた主回路方式から、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いたインバータ方式を用いた主回路に切り替わっており、従来よりも細かい溶接電流制御が可能となっている（例えば、先行文献１）。また、インバータ方式を用いた主回路により、同一のスタッド溶接電源にて細径から太径のスタッドボルトに適用できるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許公報第２６６００１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スタッド径、スタッド及び母材表面の状態により、パイロット電流を調整しないとアークスタートが失敗する課題がある。

【0005】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アークスタートの失敗を防止するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
パイロット電流を任意の値に設定できること、
を特徴とするスタッド溶接電源である。

【0007】

上述した課題を解決するために、請求項２の発明は、
パイロット時間を任意の値に設定できること、
を特徴とする請求項１に記載のスタッド溶接電源である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、アークスタートの失敗を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態１に係るスタッド溶接電源の操作パネルの操作方法である。

【図2】本発明の実施の形態１に係るスタッド溶接電源のタイミングチャートである。

【図3】本発明の実施の形態２に係るスタッド溶接電源のタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0011】

〔実施の形態１〕
図１は、操作パネル及び本発明の実施の形態１に係る操作パネルの操作方法であり、同図（ａ）は操作パネルであり、同図（ｂ）は操作パネルの操作方法を示す。以下、同図を参照して動作について説明する。

【0012】

図１は、スタッド溶接電源の操作パネル６の操作方法である。同図を用いてパイロット電流の設定手順を説明する。同図の番号を付した部品の名称及び機能は次のとおりである。
１：溶接電流表示・・・溶接電流の設定値、実測値、及び各種情報を表示。
２：溶接時間表示・・・溶接時間の設定値、実測値、及び各種情報を表示。
３：溶接電流調整ツマミ・・・溶接電流の設定、及び各種パラメータ値の調整。
４：溶接時間調整ツマミ・・・溶接時間の設定、及び各種パラメータ値の調整。
５：内部機能キー・・・内部機能設定への切り替え。

【0013】

パイロット電流の設定手順は次のとおりである。
１）内部機能キー５を３秒間長押して、内部機能設定モードに切り替える。
２）溶接電流表示１が「Ｆ１」（内部機能設定モード１）となるように溶接電流調整ツマミ３を回す。
３）パイロット電流を８０Ａに設定する場合は、溶接時間表示２が「８０」となるように溶接時間調整ツマミ４を回す。
４）設定後、内部機能キー５を３秒間長押し、内部機能設定モードを終了する。

【0014】

図２は、実施の形態１に係るスタッド溶接電源のタイミングチャートである。同図ａは起動信号を示し、同図ｂは溶接ガン駆動を示し、同図ｃは溶接電流を示し、同図ｄはスタッドボルトの引上げ距離を示す。同図を用いてスタッド溶接電源の動作について説明する。

【0015】

ｔ０：時刻ｔ０において、図２ａに示すとおりスタッド溶接電源が起動されると、同時に図２ｂに示すとおり溶接ガン駆動を行ない、図２ｃに示すとおり母材とスタッドボルト間にパイロット電流Ｉｐが流れる。しかし、溶接ガンのソレノイドを駆動しても実際にスタッドボルトが引き上がり始めるまでには、図２ｄに示すとおり引上げ遅動時間Ｔｄが存在し、実際にスタッドボルトが引き上がりを開始するのは、時刻ｔ１である。

【0016】

ｔ１～ｔ２：溶接ガン駆動から引上げ遅動時間Ｔｄ経過した時刻ｔ１において、図２ｄに示すとおりスタッドボルトが引き上がり始め、時刻ｔ２時点において、略設定された引上げ距離に達する。この時刻ｔ２において、同図ｂに示すとおり溶接電流はパイロット電流Ｉｐから溶接電流Ｉｗへ移行を開始する。

【0017】

ｔ２～ｔ３：時刻ｔ２から時刻ｔ３までのスロープ時間Ｔｓにて、図２ｃに示すとおり溶接電流をパイロット電流Ｉｐから溶接電流Ｉｗへ徐々に上昇させていき、スタッドボルト先端と母材間に発生しているアークのアーク長を伸ばしていく。

【0018】

ｔ３～ｔ４：時刻ｔ３から時刻ｔ４まで期間、スタッドボルトと母材間に発生したアークにより、母材を溶融させ溶融池を形成する。

【0019】

ｔ４～ｔ５：時刻ｔ４において、スタッドボルトを母材の溶融池に押し込むため、同図ｂに示すとおり溶接ガン駆動を停止するが、同図ｄに示すとおりスタッドボルトが実際に下がり始めるまで引下げ遅動時間Ｔｕが存在する。

【0020】

ｔ５～ｔ７：溶接ガン駆動を停止した時刻ｔ４から引下げ遅動時間Ｔｕ経過後の時刻ｔ５において、同図ｄに示すとおりスタッドボルトは下がり始め、時刻ｔ６において母材と同一面まで押し下げられ、その後設定された押下げ距離まで母材に押し込まれる。溶接ガン駆動を停止した時刻ｔ４から母材に押し込みが安定する時刻ｔ７まで間（ポストヒート時間Ｔｆ）、スタッドボルトと母材の接合部の溶接不良を防ぐ目的で同図ｃのとおり溶接電流Ｉｗを流している。

【0021】

ｔ７以降：同図ａに示すとおり時刻ｔ７以降も起動信号が入力されているが、ポストヒート時間Ｔｆが経過しているので、溶接シーケンスは終了し、新たなスタッドボルトが溶接ガンに装着され、再度起動信号が入力されるまでは、スタッド溶接電源は、同図ｃのとおり溶接電流の出力を停止する。

【0022】

パイロット電流Ｉｐを調整する効果について説明する。スタッドボルト径が細い場合は、パイロット電流を抑制してパイロット期間中のスタッドボルトと母材に発生しているアークの強さを抑えないと過度にアーク長が長くなり、アークが消弧しアークスタートが失敗する。スタッドボルト径が太い場合は、パイロット電流を増加させてパイロット期間の入熱を大きくしないと、スタッドボルトを引き上げてパイロットから溶接電流に移行する際、パイロット期間の入熱が足らず、アークスタートが失敗する。

【0023】

母材及びスタッドボルトが錆びている場合や母材表面が黒皮等の酸化膜で覆われている場合、母材とスタッドボルト先端の接触抵抗が高くなる。そのため、パイロット電流を増加させてパイロット期間の入熱を大きくしないと、スタッドボルトを引き上げてパイロットから溶接電流に移行する際、アークスタートを失敗する。

【0024】

母材表面が亜鉛や亜鉛とアルミの合金でメッキされている場合は、パイロット電流を抑制してパイロット期間の入熱を抑制しないと、スタッドボルトを引き上げてパイロット電流から溶接電流に移行する際、母材表面をメッキしている融点の低い亜鉛やアルミが過度に蒸発し、フェルール内に蒸気として留まるため、溶接部に気泡が残留する溶接欠陥を生じる。また、母材表面に水分が付着している場合も、母材表面の水分が蒸発して同様の溶接欠陥を生じる。

【0025】

以上のとおり、スタッドボルト径や母材及びスタッドボルトの表面状態により、ユーザーは個別にパイロット電流を調整できることが望まれている。

【0026】

〔実施の形態２〕
実施の形態１と同じ図１にて、パイロット時間の設定手順を説明する。
１）内部機能キー５を３秒間長押して、内部機能設定モードに切り替える。
２）溶接電流表示１が「Ｆ２」（内部機能設定モード２）となるように溶接電流調整ツマミ３を回す。
３）パイロット時間を１００ｍＳに設定する場合は、溶接時間表示２が「１００」となるように溶接時間調整ツマミ４を回す。
４）設定後、内部機能キー５を３秒間長押し、内部機能設定モードを終了する。

【0027】

図３は、実施の形態２に係るスタッド溶接電源のタイミングチャートである。同図（１）は適用スタッド径が太径用の溶接ガンのタイミングチャートであり、同図（２）は適用スタッド径が細径用の溶接ガンのタイミングチャートでる。同図ａは起動信号を示し、同図ｂは溶接ガン駆動を示す。同図（１）ｃは、太径用の溶接ガンの溶接電流を示し、同図（１）ｄは太径用の溶接ガンのスタッドボルトの引上げ距離を示す。同図（２）ｃは細径用の溶接ガン溶接電流を示し、同図（２）ｄは細径用の溶接ガンスタッドボルトの引上げ距離を示す。なお、同図（１）及び同図（２）において、スタッド溶接電源起動と溶接ガン駆動開始は、同図ａ及び同図ｂの時刻ｔ０である。同図を用いてスタッド溶接電源の動作について説明する。

【0028】

ｔ０：時刻ｔ０において、同図ａに示すとおりスタッド溶接電源が起動されると、同時に同図ｂに示すとおり溶接ガンが駆動される。

【0029】

ｔ１、ｔ１０：スタッドボルトを引き上げるため溶接ガンを駆動するが、細径用の溶接ガンの場合は、同図（２）ｄに示すとおり引上げ遅動時間Ｔｄ２後の時刻ｔ１０においてスタッドボルトが引き上がり始めるが、太径用の溶接ガンの場合は、同図（１）ｄに示すとおり引上げ遅動時間Ｔｄ２より長い引上げ遅動時間後Ｔｄ１後の時刻ｔ１においてスタッドボルトが引き上がり始める。

【0030】

ｔ２、ｔ２０：同図（１）ｄ及び同図（２）ｄに示すとおり細径用の溶接ガンの引上げ距離Ｌ２は太径用の溶接ガンの引上げ距離Ｌ１と比較して短くてよい。また、細径用の溶接ガンは太径用の溶接ガンに比べて応答速度が速いため、所定の引上げ距離に達するのは、細径用の溶接ガンの場合、同図（２）ｄに示すとおり時刻ｔ２０であるが、太径用の溶接ガンの場合、同図（１）ｄに示すとおり時刻ｔ２０より遅れた時刻ｔ２の時点となる。太径用の溶接ガンと細径用の溶接ガンにて、同じパイロット時間Ｔｐにしていたのでは、パイロット期間中に入熱を増大しないといけない太径スタッドボルトと入熱を抑制しないといけない細径スタッドボルトにおいて、パイロット期間中の入熱量が逆転してしまう。そのため、同図（１）ｃ及び同図（２）ｃに示すとおり太径用の溶接ガンの場合は、細径用の溶接ガンのパイロット時間Ｔｐ２よりも長いパイロット時間Ｔｐ１に設定する必要がある。

【0031】

スタッド溶接電源のインバータ化により、細径から太径までの広範囲なスタッドボルトを同一スタッド溶接電源にて溶接可能となり、ユーザーでは使用するスタッド径に適した溶接ガンを使い分けており、使用する溶接ガンに応じてパイロット時間を設定できることが要望されおり、実施の形態２ではこの要望に応えることができる。

【図1】

【図2】

【図3】