A Study on the Influence of the Fluctuation of Source Voltage during Spot Welding on the Strength of Weld* By Tatsuya Hashimoto** Kinzi Tanuma** Abstr

全文

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橋 本,田 沼:点 溶 接 中 の 電 源 電 圧 変 動 が 溶 接 強 さに お よ ぼす 影 響 に つ い て

点 溶 接 中 の 電 源 電 圧 変 動 が 溶 接 強 さ に

お よ ぼ す 影 響 に つ い で

橋 本 達 哉**田 沼 欣 司**

A Study

on the Influence

of the Fluctuation

of Source

Voltage

during

Spot

Welding

on the Strength

of Weld*

By Tatsuya Hashimoto** Kinzi Tanuma** Abstract

It is well known that even a-slight fluctuation

of the welding current reflects upon the quality

of the spot weld.

The fluctuation of the welding current

is frequently

caused by the fluctuation

of the source

voltage during the spot welding, so it is most important to keep the source voltage

constant

to

improve the consistency of spot weld.

The purpose of this report is to discass

a few problems

concerning

with the influence of

fluctuation

of the source voltage during welding on the strength

of weld.

The following results

were obtained.

(1)

The influence of the drop of the source voltage on the strength

of weld depended upon

the material to be welded and the welding conditions, and was more sensitive in aluminum alloy

than steel.

(2)

The influence of fluctuation of the source voltage in the beginning of welding cycle on the

strength of weld was greater than in the rear period in aluminum alloy, but in steel it was reversible.

(3)

The strength

of weld decreased

slowly with the drop of the source voltage in steel,

but in aluminum

alloy gave the Vee curve property

having the minimum strength

at critical

conditions, and about 10 percentage

drop of the source voltage in the beginning of welding cycle

produced the worst result in aluminum alloy.

(4)

It was found to be wrong to correlate

the strength

of weld only with the effective

current

equivalent

to modified welding current.

1.緒 言 点 溶 接 結果 を左 右 す る3大 因 子 と し て は,電 極 加 圧 九 溶 接 電流 お よび 通 電 時 間 が あ る.こ れ らの 因 子 は 現 状 で も実 用 的 に はか な りの 精度 で制 御 す る こ とは 可 能 で あ る.と ころが 現 在,一 般 に使 用 され て い る点 溶 接 機 は フ ィー ドバ ッグ制 御 方 式 を 有 して い な い た め に,同 一電 源系 の負 荷 の 変 動,た とえ ば点 溶 接 機 の 同 時 通電 な どに よ る溶 接 機1次 電 圧 の変 動 や,被 溶 接 材質 お よび そ の寸 法 形 状 の変 化 に よ る溶 接 機2次 側 イ ンピー ダ ンス 変 化 な ど に起 因す る溶 接 電 流 変 化 が溶 接 結 果 に影 響 を お よ ぼ し て い る と考 え られ る. 本 研 究 は,点 溶 接 の 品 質 管理 に関 す る研 究 の一 環 と し て実 施 した もので あ り,電 源電 圧 の 変 化 量 や,そ の 時 期 が 引張 せ ん断 強 さに い か に影 響 す るか,ま た 被 溶 接 材 料 の種 類 や溶 接 条 件 に よ りど の よ うに異 な るか を 検 討 した もの で あ る. 2.供 試 材 お よ び 実 験 方 法 本 実 験 に使 用 した 材 料 は軟 鋼 板(SS41),ス テ ン レス 鋼 板(AISI347)お よ び ア ル ミニ ウ ム合 金板(24S-T3) で,い ず れ も板厚 は1.Ommで あ る.ま た 試験 片 の寸 法 形 状 はFig.1の と お りで あ る.被 溶 接 材 料 の表 面 は溶 接 直 前 にサ ン ドペ ーパ ー研 磨 後,ベ ン ジ ンに て脱 脂 を 行 な った. 実 験 に使 用 した点 溶 接 機 は入 力 電 圧 が 単 相200V(50 cycle),定 格 容 量175kVA(50%使 用 率),最 大2次 電 流48kA,最:大 加 圧 力2000kgで あ り,そ の 外 観 を Photo.1に 示 す.ま た 使 用 し た 電 極 チ ップ は直 径20 mmで 尖 端 が75mmRの ク ロ ム銅 で あ る. 溶 接 電 流 の 測 定 は,ま ず 点 溶 接 機1次 電 流 の波 高 値 を 電 磁 オ シ ロ グ ラ フにて 測 定 し,溶 接 変 圧器 の巻 数 比 よ り 2次 電 流 値 を 算 出 した.し か し本 実 験 に 用 い た点 溶 接 機 *原 稿 受 付 .昭 和40年8月9日(溶 接 学 会 昭 和36年 度 春 季 全 国大 会 に て発 表) **正 員 ,金 属 材 料 技 術 研 究 所Member,National Research Institute for Metals

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第34巻(1965)第10号

Fig. 1 Dimension of test specimens

Photo. 1 General view of spot welding machine

Fig. 1 Brock diagram of experimental apparatus Fig.3Primaryvoltageandweldingcurrent は位 相 制 御 方 式 で あ るた め に,溶 接 電 流 の 実 効値 を求 め る こ とは 困 難 で あ り,本 実 験 で は 位 相 制 御電 流 波 形 を 正 弦 波 電 流 波 形 と近似 し,2次 電 流 の 波高 値 に1/〓 を 乗 じた 値 を溶 接電 流 値 と した. 点 溶 接 中 の 電 源電 圧 は,種 々の 方 法 に よ って 変 化 で き るが,本 実 験 で はFig.2の ご と く点溶 接 機1次 側 に 抵 抗 負 荷 を 接続 し,同 期 装 置 に よ っ て制 御 装 置 と連 動 さ せ,任 意 の 時 期 に負 荷 をONま た はOFFす る こ とに よ って 点溶 接 機入 力 電 圧 を 変 化 させ る方 法 を採 用 した.

Fig・3は 通 電 中 に負 荷 をONお よ びOFFし た 時 の溶

接 機1次 電 圧 と電 流 を ペ ンオ シ ログ ラフ にて 記 録 した一 例 で あ る,な お本 報 告 に おけ る電 源 電圧 の変 化 量 とは 無 負 荷 電 源電 圧 か らの 変 化 量 で は な く,溶 接 中の 動 作電 圧 か らの 変 化 量 を さす. 3.実 験 結 果 お よ び 考 察 3.1全 通 電時 間 にわ た り電 源 電 圧 が 変 化 した場 合 1台 の 点 溶 接機 を対 象に 考 え るな らば,長 時 間 に わ た る電 源 電 圧 の 変動 の ほか に,同 一 電 源系 の負 荷 の 変 動 な どに よ って 起 る比 較 的 短 時 間 の電 源電 圧 変 動 な どが あ り,い ず れ に して も溶 接 結 果 の 不 揃 い の原 因 とな って い る こ とは 想 像 に難 くない.と ころ が 前者 の ご と き長 時 間 の 変 動 は 作 業者 が 容 易に これ を 発見 し補 正 で き る.し か し後 者 に 属 す る短 時 間 の 変 動 で は,と くに 点 溶 接 の ご と き短 時 間 負荷 の場 合 には 電 源 電圧 の変 動 に伴 な う溶接 電 流 の 変 化 を瞬 間 的 に補 正 す る ことが きわ め て難 しい.次 にFig.4は,軟 鋼,ス テ ン レス鋼 お よび アル ミニ ウ ム 合 金 に対 す る標 準 溶 接 条 件 と,そ の条 件 に お け る溶 接 部

Fig. 4 Correlation between tensile shear strength and welding current or source voltage

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橋 本,田 沼:点 溶 接 中 の電 源電 圧 変 動 が溶 接 強 さに お よ ぼす 影 響 につ い て の 引張 せ ん 断 強 さ との 関 係 の1例 で,こ れ は溶 接 電 流 と 引 張せ ん 断強 さ との 関 係 を そ れ ぞれ の適 正 値 に対 す る百 分 率 で 表示 した もの で あ る.溶 接電 流 は溶 接 機1次 電 圧 に ほ ぼ 正 比例 す るので,横 軸 は電 源 電 圧 の 変 化割 合 とみ な す こ とが で き る.こ の よ うに電 源 電 圧 の 変 動 に よ って 溶 接 結 果 が 変 化 す る こと は もちろ ん の こ と,同 一 電 源電 圧 の 変 動 量 に対 して も材 料 の種 類 や 溶 接 条 件 の選 定 に よ って,そ の影 響 の割 合 が 異 な って くる こ とが わ か る.軟 鋼,ス テ ン レス 鋼 お よ び ア ル ミニ ウ ム合 金 の い ず れ も電 源 電 圧 と引 張 せ ん 断 強 さは,ほ ぼ 直 線 的 な 変 化 を 示 し, その 勾 配 は 軟 鋼 で2,ス テ ン レ ス鋼 で2.5,ア ル ミニ ウ ム合 金 で5程 度 で あ る.こ の よ うに アル ミニ ウム 合 金 は 引張 せ ん 断 強 さに お い て鋼 よ り約2倍 も電 源 電 圧 変 動 の 影 響 を 受 けや す い.一 般 に ア ル ミニ ウ ム合 金 の 溶 接 結果 が鋼 に比 較 して 均 一 性 に 乏 しい と い われ る のは,以 上 の ごと き現 象 に よ る と も考 え られ る.点 溶 接 に際 して,電 極 チ ップ の消 耗 や 溶 接 速度 な ど作 業 性 を 無 視 して 引 張 せ ん 断強 さ のみ か ら溶 接 条件 を 考 え る な ら ば,同 一 引 張 せ ん 断強 さ を得 る溶 接 条 件 は 一 般 に多 数 存 在 す る.た とえ ばFig.4の ごと く,高 加 圧 力,大 電流,短 時 間 の条 件 と,低 加 圧 力,小 電 流,長 時 間 の条 件 とが考 え られ る. しか し両 者 を 比 較 す る と 直 線 の 勾 配 が 多 少 異 な って お り,電 源電 圧 変 動 とい う観 点 か ら溶 接 条 件 を選 定 す る場 合 に は,Fig・4の 勾 配 が 小 さ く な る よ うな条 件 を適 正 溶 接 条 件 と して選 定 す べ きで あ る. 3.2通 電 中 の あ る時 期 に電 源 電 圧 が変 化 した場 合 .電源 電 年 が 変 化す る場 合 と して は,正 常 電圧 値 よ り も 上昇,ま た は 降下 す る場 合 が 考 え られ,変 化 の大 き さ, 時 期 お よび 変 化 して い る時 間 な どに よ って溶 接 結 果 は異 な るで あ ろ う と 想 像 さ れ る.本 報 で の正 常電 源電 圧 と は,溶 接 機1次 側 の動 作 中 の電 圧 の こ とで,測 定 結果 で は180∼190Vで あ った.本 実 験 で は 通 電 中 に 一度 だ け 電 圧 変 動 が 起 る場合 で,し か も正 常 電 源 電 圧 以下 に変 動 す る場 合 の 次 の2つ の タ イ プ につ い て 検 討 を 行 な った. (1)電 源 電 圧 が 降 下 した状 態 で 通 電 を 開 始 し,通 電 中の あ る時 期 か ら正 常 電 源 電圧 に回 復 す る場 合. (2)正 常 電 源 電 圧 の 状 態 で通 電 を 開 始 し,通 電 中 の あ る時 期 か ら電 源電 圧 が降 下 す る場 合 。 以 上 の よ うな 電源 電 圧 波 形 で 溶 接 が 行 な わ れ た場 合 の 溶 接 電 流 波 形 は,従 来 か ら予 熱 電 流 波 形 お よび後 熱 電 流 波 形 と して 表 現 され て きた電 流 波 形 に類 似 で あ るた め, 本 報 告 で は(1)お よび(2)の 波 形 を 便 宜 上 そ れ ぞ れ 予 熱 波 形 お よび 後 熱 波 形 と表 現 す る こ とに した . 電 源 電 圧 変 動 の 時 期 と 引 張 せ ん 断 強 さ との 関係 を

Fig.5∼Fig.7に 示 す .Fig.5は 板 厚1.Ommの 軟 鋼

板 を 電 極 加 圧 力250kg,溶 接 電 流11.5kA,通 電 時 間

Fig. 5 Correlation between tensile shear strength and time of variation of source voltage in mild steel

10cycleで 溶 接 す る場 合 に,電 源電 圧 が 約15%(28 V) 変 化 した 時 の結 果 で あ る.な お横 軸 の時間tは 正 常 電源 電 圧 の 状 態 で通 電 され た 時 間 を意 味す る.こ の 図か ら明 らか にわ か る こと は,予 熱 波 形 は 後 熱 波 形 よ り引張 せ ん 断 強 さが つ ね に大 き い こ とで あ る.す な わ ち全 通 電 中 の 平 均 電 流 値 が等 しい に もか か わ らず,引 張せ ん 断 強 さが 両 者 で 異 な るの は時 間 的 な 発 熱 効果 に差 が あ る ため と思 わ れ る.ま た 正常 電 圧 下 の 通 電 時 間 と引 張せ ん 断強 さ と の 関係 を 点 線 で示 したが,t=5cycle以 上 に お いて 後熱 波 形 の 曲線 とほ ぼ一 致 して い る.こ の よ うな現 象 か ら見 て,後 熱 波 形 の5cycle以 後 で の 降 下 電 流 の付 加 は, 引張 せ ん 断 強 さの増 加 に何 ん ら寄 与 して い な い と考 え ら れ る.こ れ に反 して 予 熱 波 形 で は 点 線 と一 致 す るの は

Fig. 6 Correlation between tensile shear strength and time of variation of source voltage in stainless steel

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接 学

第34巻(1965)第10号 t-8cycle付 近 で あ り,予 熱 波 形 の 降下 電 流 は引 張 せ ん 断 強 さの 増 加 に 有 効 に 作 用 して い る.Fig.6は 板 厚 1.Ommの ス テ ンレ ス鋼板 を 電極 加 圧 力400kg,溶 接 電 流8・5kA,通 電 時 間10cycleで 溶接 した場 合 に,電 源 電 圧 が 約12%(24V)変 動 した 時 の 変 動 時 期 と 引張 せ ん 断 強 さ との 関係 で あ るが,軟 鋼 の 場 合 とほ ぼ 同様 の傾 向 で あ る.し か し軟 鋼 で は 通電 中 の電 源電 圧 降下 に対 して ス テ ンレス 鋼 よ り も や や そ の影 響 力 が 少 な い よ うで あ る.ま た 軟 鋼 と ス テ ン レス 鋼 の予 熱 波 形 は 後 熱 波形 に比 較 して,引 張 せ ん断 強 さが 大 き い点 は 次 の ご と く解 釈 で き る.一 般 に点 溶 接 の 初 期 の発 熱 は,被 溶 接 材 間 の接 触 抵 抗 と被 溶 接 材 の 固有 抵 抗 に よ る発 熱 が 考 え られ るが, 接 触 抵 抗 は 極 め て短 時 間 で 減少 し消 失 す るた め,そ れ 以 後 は 固有 抵 抗 に よ って 温 度 が上 昇 す る.軟 鋼 や ス テ ンレ ス鋼 は ア ル ミニ ウム合 金 に比 較 して,固 有 抵 抗 お よび そ の 温 度係 数 が大 き く,し か も熱 伝導 率 が小 さ く,ま た 高 温 強 さ が大 きい た め に,予 熱 波 形 の初 期 の 降下 電 流 は通 電 面 積 を多 少 増加 し接 触 抵 抗 を 減 少 させ る作 用 は あ る に して も,そ れ 以 上 に固 有 抵 抗 を 増 大 させ る結 果 とな り後 続 の 正 常 な 溶 接 電 流 に よ る発 熱 作 用 が一 層 効 果 的 に な る.い っぽ う後 熱波 形 の降 下電 流 は,tが 小 さ い期 間 で は 図 中 の点 線を 実 線 に まで 引 きあ げ る作 用を 有 す るが, tが 大 き くな るに つ れて 初 期 の 正 常溶 接電 流 は,溶 接 部 を 溶 融 させ る と同 時 に通 電 面 積 を も増 加 させ,後 続 の 降 下 電 流 の電 流 密度 を い ち じ る し く減少 させ る結 果,引 張 せ ん断 強 さが低 下 した もの と考 え る. ア ル ミニ ウ ム合 金(24S-T3)の 板 厚1.Ommを 電 極 加 圧 力270kg,溶 接電 流22.8kA,通 電 時 間8cycleで 溶 接 した場 合 に,電 源電 圧 が 約15%(30V)変 化 した時 の電 圧 変動 時期 と引 張 せ ん断 強 さ との 関係 をFig.7に 示 す.こ れ は軟 鋼 や ス テ ン レス鋼 と極 め て異 な った傾 向 を示 し,引 張せ ん 断 強 さの 変化 が大 き く,ま た予 熱波 形 は後 熱 波 形 に く ら べ て 常 に 小 さ い 値 を 与 え て い る. 24S-T3の 後 熱 波 形 の 引張 せ ん 断 強 さはaが2∼3cycle で 飽 和 して い る と こ ろ か ら,2∼3cycle以 後 の 降下 電 流 の付 加 は 引張 せ ん 断 強 さの増 大 に何 ん ら寄 与 して い な い.一 般 に24S-T3の 通 電 時 間 と 引張 せ ん 断 強 さ との 間 に はFig.8の ご とき 関係 が あ り,2∼3cycleの 通 電 時 間 で 引 張 せん 断 強 さは 最 大 値 に 達 す る.こ の よ うに 2∼3cycle以 後,正 常 な 溶 接 電 流 が 流 れ て も引張 せ ん 断強 さは増 加 しな いの で2∼3cycle以 後 の 降下 電 流 が 引張 せ ん 断 強 さ に 影 響 し な い のは 当 然 で あ る.い っぽ う,予 熱 波 形 にお い て はt=6∼7cycleで も な お 電 源 電 圧 変 動 の な い 場 合 の 引 張 せ ん断 強 さに 到 達 して い な い.換 言 す るな らば,通 電初 期 の1∼2cycleの 電 源電 圧 降下 で も引 張 せ ん 断強 さを 減 少 させ る こ と にな る・ 電 源 電 圧 降 下 の 大 き さと軟 鋼 の 引張 せ ん 断 強 さ と の関 係 をFig9に 示 す が,溶 接 条 件 は 一般 にAク ラス の条 件 と呼 ばれ る条 件 に近 い 場 合 で あ る.な お(a)は 全 通 電 時 間 の丁 度 中間 時 期t=5cycleで 電 源 電 圧 が 変 動 し た場 合 で あ り,(b)は 通 電 中の 電 源電 圧 の 正 常 な る時期 が2cycleで あ り,電 源 電 圧 の 降下 して い る期 間 が8 cycleの 場 合 で あ る.い ず れ の場 合 も 電 圧 降 下 量 に 比例

Fig. 7 Correlation between tensile shear strength and time of variation of source voltage in aluminum allay

Fig. 8 Influence of welding time on tensile shear strength in aluminum alloy

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Fig. 9 Influences of time and magnitude of drop of source voltage on tensile shear strength in mild steel

Fig. 10 Influences of time and magnitude of drop of source voltage on ten-sile shear strength in mild steel

Fig. 11 Influences of welding conditions and drop of source voltage on tensile shear strength in stainless steel して 引 張 せ ん 断強 さ は減 少 す るが,予 熱 波 形 は後 熱波 形 の場 合 よ り もつ ね に 引 張 せ ん断 強 さが 大 きい .こ の よ う に電 源 電 圧 の 大 巾な 変 化 範 囲 に おい て,軟 鋼 の予 熱 波 形 の 溶 接 結 果 は 後 熱 波 形 の 溶接 結 果 よ り も電 圧 変化 に よ る 悪 影 響 の度 合 い が少 な い.ま たFig。10はBク ラスの 条 件 に近 い場 合 で,予 熱 波形 に よ る引 張 せ ん 断強 さ は, 約50Vま で の 電 源 電 圧 降下 に ほ とん ど影 響 を受 けて い な い.し か し後 熱 波 形 は 約30Vま で 徐 々に 減 少 し,そ れ 以 上 の電 圧 降下 で はほ ぼ 一 定 の 強 さ と な る.こ の一 定 値 は正 常 な溶 接 電 流 の み ・5cycle通 電 し た 時 に得 られ る 引張 せ ん 断 強 さに 等 しい値 で あ る,以 上 の よ うにA, B両 条 件 に て,正 常 な 溶 接 電 流 が5cycle通 電 され た 場 合 の両 条 件 の 比 較 を す るな らば,後 熱 波 形 で は ほ とん ど差 は認 め られ ず,予 熱 波 形 で はBク ラス の条 件 が電 源 電 圧 降 下 の 影響 を 受 け に くい.ま た ス テ ン レス鋼 の溶 接 条 件 を4種 類 変 え た場 合 の電 源 電 圧 降 下 量 と 引張 せん 断 強 さ との 関 係 をFig.11に 示 す が,溶 接 条 件 の差 に よ るい ち じ る しい差 違 は認 め られ ず,軟 鋼 と 同様 の傾 向 に あ る, 24S-T3の 予 熱 波形 の場 合 の 電 源 電 圧 降下 量 と引張 せ ん 断 強 さ との 関係 をFig・12∼Fig.14に 示 す が,軟 鋼 や ス テ ン レス鋼 と は 明 ら か に 傾 向 が異 な って い る. Fig.12は 電 極 加 圧 力270kg,溶 接 電 流22kA,通 電 時 間8cycleの 溶 接 条 件 を選 定 し,全 通電 時 間8cycle の う ち初 期 の2∼5cycle間 に0∼80Vの 電 源 電 圧 降 下 を 与 え,以 後 正 常 な電 圧 に復 した 場合 の結 果 で あ る. 通 電 初 期 の2cycleの 間,電 源 電 圧 が 降 下 し引 張せ ん 断 強 さが最 も低 下 す るの は,電 源電 圧 が 約20V降 下 し た場 合 で あ り20V以 上 の大 き な電 圧 降 下 で は,か え っ て 引 張 せ ん 断強 さは 増 加 し,100V以 上 の 電 圧 降下 で は ま った く電 圧 変 動 の ない 状 態 と同 じ結 果 が 得 られ るよ う に な る.極 端 な例 と して 溶 接 機1次 電 圧 に 等 しい電 圧 降 下 が 通電 初 期 の2cycle間 に 生 じ た 場 合 は,全 通 電 時 間 が2cycle短 縮 され た こ とに な るが,Fig.8に よれ 52

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学 会

第34巻(1965)第10号

Fig. 12 Influences of time and magnitude of drop of source voltage on sile shear strength in aluminum

alloy Fig. 13 Influences of welding current and

drop of source voltage on tensile shear strength in aluminum alloy

Fig. 14 Influences of welding conditions and drop of source voltage on tensile shear strength in aluminum alloy ば 通電 時間 が8cycleと6cycleと で は 引 張 せん 断 強 さに差 が認 め られ ない こ とか ら,Fig.12がv曲 線 特 性 を描 くこ とは 容 易 に 理 解 で き る,ま た通 電 初 期 の3 cycleお よば5cycleの 間,電 源 電 圧 が 降下 した場 合 も 同様 の 傾 向 を示 し,そ れ ぞれ30V,40Vの 降 下 で 引張 せ ん断 強 さが 最低 値 とな る.全 通 電 時 間 に わ た り電 源 電 圧 が 降 下 した場 合 は点 線 で 示 す ご と く,電 源 電 圧 降 下 量 が 増 す に つれ て 単 調 に 引張 せ ん 断 強 さが 減 少 し,約40V の 降 下 で すで に強 さは得 られ な くな る.こ の よ うに 同 一 電 源 電圧 降下 にお いて は 降 下 時 間 が長 い ほ ど引 張 せ ん 断 強 さは低 く,曲 線 は交 叉 しな い.一 般 に通 電 初 期 の 降下 電 流 の作 用 と して は溶 接 部 の温 度 を 高 め,条 件 い か ん に よ って は ナゲ ッ トを形成 す る こ と も あ るが,ア ル ミニ ウ ム 合 金で は 加 熱作 用 が 後続 電 流 の 電 流 密度 の低 下 を きた す もの と考 え る,以 上 の よ う な 傾 向 は電 極 加 圧 力270 kg,通 電 時 間8cycle,溶 接 電流20・6∼24.5kAの 条 件 に お いて もFig・13(b)の よ うに 類 似 して い る.溶 接 電 流 の 大 き さ によ り引張 せ ん 断強 さの 絶 対 値 は大 き く異 な るが,電 圧 降下 量 に対 す る引張 せ ん 断 強 さの変 化割 合 はFig.13(a)の ご と くほ ぼ 同 一 の傾 向に あ る. Fig.14は24S-T3を 電 極 加 圧 力150kg,270kg, 400kg,溶 接 電 流19kA,22kA,24.5kA,通 電 時 間8 cycleで そ れ ぞれ 溶 接 す る場 合 に,通 電 初期 の2cycle 間,電 源 電 圧 が降 下 した時 の電 圧 降 下 量 と 引張 せ ん断 強 さ との 関 係 で あ る.電 極 加 圧 力150kgの 条 件 で は電 源 電 圧 変 動 の影 響 が ほ とん ど認 め られ な い.こ の 加 圧 力 の 小 ざ い場 合 は大 きい 場合 に くらべ て 高温 に いた る まで 変 形 を 受 け に くい た め で あ り,Fig。8の 低 加 圧 力 の場 合 に は 通 電 時 間 が 引 張 せ ん 断強 さの 向上 に比 較 的 寄与 して い る点 は,こ の 間 の事 情 を 物 語 る もので あ る.す な わ ち アノ[ミニ ウ ム合 金 に お いて も軟 鋼 や ス テ ンレス 鋼 の場 合 と同様 に,電 源電 圧 の降 下 現 象 の み か ら溶 接条 件 を 吟 味 す るな らば,低 加 圧力 の溶 接条 件 で は高 加圧 力 の溶 接 条 件 よ り も均 一性 に 富む 溶 接 結 果 を得 る こ とがで き る.、 53

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論文

橋本,田 沼:点 溶接 中 の電 源 電 庄 変 動 が 溶 接 強 さに お よ ぼす 影 響 につ いて 以 上 の ご と く予 熱 波 形 に よ る24S-T3の 溶 接 に お いて は,わ ず かの 電 源電 圧 が溶 接 結 果 を 大 き く左 右 す る場 合 や,大 き な電 源電 圧 降 下 が 結 果 的 に何 ん のRyeも 与 え て い な い場 合 な どが あ る.そ こで 電 源 電 圧 変 化 の い か な る場 合 が 最 も引 張 せ ん 断強 さ に悪影 響 を お よ ぼ す か,ま た 電 源 電 圧 変 動 か ら生 ず る変動 溶 接 電 流 の 等 価 電 流 と引 張 せ ん 断 強 さ との 関係 に つ い て 考 察 す る.ま ず,電 源 電圧 が 正 常 な 場 合 を 考 えFig.15(a)の よ う に,溶 接電 流to(kA)がT(cycle)流 れ,そ の 結 果得 られ た溶 接 部 の 引張 せ ん 断 強 さがso(kg)で あ った と す る,ま た全 通 電 時 間 に わ た り電 源 電 圧 が 降下 し溶 接 電 流11(kA)がT(cycle)流 れ て 得 ら れ る溶 接 部 の引 張 せ ん 断強 さがs,(kg)で あ った とす る な ら ば,溶 接 電 流 値 と 引張 せ ん 断強 さ と の関 係 を 次 の ご と く表 わ す こ とが で き る. 〓こ こでtanα とは 被 溶 接 材 に よ って 異 な る係 数 でFig. 4か ら決 定 で き る値 で あ る,た と え ば24S-T3に お い て は電 極 加 圧 力270kg,通 電 時 間8cycleの 場 合 は 約 45kg/kAで あ る.次 に 電 源 電圧 の 変 動 の た め にFig. 15(b)の よ うな予 熱 波 形,す な わ ちIZ(kA)がT-t (cycle),続 い て 為(kA)がt(cycle)の 間,通 電 して得 られ た 溶 接 部 の 引 張 せ ん 断 強 さ がs,(kg)で あ る と仮 定 す る.こ の 予 熱 波 形 を実 効 値 の等 しい等 価 電 流le(kA) で 表 わ す な らば,1eは 次 の よ うに表 わせ る. 〓(2) した が って等 価 電 流Ie(kA)と 引張 せ ん 断 強 さ と の間 に は,次 の 関係 式 が成 立 す る. 〓(3) ま た,溶 接 中 に電 流 変 化 の な い 溶 接 電 流1、(kA)と 溶 接 中 に 変動 す る溶 接 電 流 の 等 価 電 流re(kA)と が 同 一 強 さを得 る とす るな らば両 者 の 関 係 は(1),(3)式 よ り 〓と な る. こ の よ うに変 動 電 流 を 等 価 電 流 に 変換 す る とい う思 想 でFig.12を 書 き換 え た ものがFig.16で あ り,横 軸 お よ び縦 軸 は正 常条 件 に お け る溶 接電 流 値 お よび 引 張 せ ん 断 強 さ に対 す る百 分 率 で 目盛 って あ る .実 線 は全 通 電 時 間 にわ た って 電 源 電 圧 が 降下 した時 の 等 価 溶 接電 流 と 引 張 せ ん 断 強 さ との 関係 を 示 して い る。 また点 線 は通 電 初 期 の2cycle,3cycleお よび5cycleの 間,電 源 電

Fig. 15 Corpelation between tensile shear strength and effective welding current

Fig. 16 Correlation between tensile shear strength and effective welding cu-rrent in aluminum alloy

圧 が 降下 した 場 合 を 示 す.な お実 線 の 勾 配 がtanα で あ り,× 印 と各 点 とを 結 ぶ線 分 の 勾 配 がtanβ で あ る. た と えば 全 通 電 時 間 に わ た って 電 源 電 圧 が 降下 し,IQ= 90%,(11=0.91「)の 場 合 の 引張 せ ん断 強 さは〓 の値 の 約50%に 減 少 して い る.ま た 変動 波 形 の Pな る条 件 で はle;100%の 値 の 約75%と な って い る, こ の値 は 前 者 の 場合 の〓 の 強 さに 相 当 す る.こ の よ うに β<α の 領 域 に お い て は,た と え 等 価電 流値 が 同 じで も,変 動 電 流 の方 が無 変 動 電流 よ り も大 きい 引 張 せ ん 断強 さを 与 え,β>α の領 域 に お い て は 逆 の結 果 が 得 られ る.こ こで注 目す べ き こと は β≦ α と な る等価 電 流 は,電 圧 降 下 時期 が初 期 の2cycleの 場 合 に は96∼100%,3cycleの 場 合 に は93∼100%, 6cycleの 場 合 に は90∼100%の 範 囲 内 で あ り,こ れ ら

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(8)

1091

接 学

第34巻(1965)第10号

Fig. 17 Correlation between tensile shear strength and effective welding current in stainless steel

Fig. 18 Correlation between tensile shear strength and effective welding current in stainless steel

を 正 常電 源 電 圧 か らの 電 圧 降 下 量 で示 せ ば,10∼15%以 内の電 圧 降下 範 囲で あ る. 24S-T3と 同様 の 考 え か た で 軟 鋼 お よび ス テ ンレ ス 鋼 に つ いて 求 め た 結 果 がFig・17・Fig・18で あ る.い ず れ も実 線 の 勾 配がtanα で あ り,× 印 と 他 の 点 とを 結 ぶ 線 分 の 勾 配 がtanβ で あ る.軟 鋼 の 予 熱 波 形 (Typea)の 勾 配tanβaは 降 下 時 間 に ほ とん ど無 関係

にtanα よ り大 き く,後 熱 波形(Typeb)の 勾 配tan

Ybはtanα よ り小 さい.こ れ は 予熱 波 形 の電 流 に よ る

引 張 せ ん 断 強 さが 等 価電 流 の等 しい無 変 動 電 流 に よ る強 さよ り も大 き く,後 熱電 流 波 形 の場 合 は 前 者 と逆 の傾 向 に あ る こ とを 示 して い る.ま た ス テ ンレ ス鋼 で は 後熱 波

形 の時 のtanβ はFig.18の ご と くtanα よ りやや 大

き く,軟 鋼 に くらべ て降 下 電 流 が 引 張 せ ん 断強 さ の増 加 に対 し有 効 に 作 用 して い る よ うで あ る. 4.結 論 点 溶 接 中 の電 源 電 圧 降下 量 や 降 下 時期 が溶 接 強 さに い か に作 用 す るか に つ いて 実 験 した 結 果,次 の よ うな結 論 が得 られ た. (1)全 通 電 時 間 に わ た って 起 る電 源電 圧 変動 が 引張 せ ん 断 強 さに お よ ぼ す影 響 の度 合 は,被 溶 接 材 や 溶 接 条 件 に よ り異 な るが,一 般 に ア ル ミニ ウ ム合 金 は軟 鋼 や ス テ ン レ ス鋼 に 比 較 して電 源 電 圧 の 影 響 を受 けや す い,ま た 電 源 電 圧 降 下 の み か ら溶 接 条 件 を 検 討 す るな らば,比 較 的 低 加 圧 力 の溶 接 条 件 が 高 加 圧 力 の溶 接 条 件 よ り も安 定 な 溶 接 結 果 を得 る. (2)軟 鋼 や ス テ ン レ ン鋼 に お け る通 電 初期 の電 源 電 圧 降下 は,通 電 後 期 の電 源 電 圧 降 下 よ り も引張 せ ん断 強 さに お よぼ す影 響 が少 な く,ア ル ミニ ウム合 金 に おい て は逆 に 大 きい. (3)ア ル ミニ ウ ム 合 金 に お い て は 通 電 初 期 の3 cycle以 内 に電 源 電 圧 降 下 が 発生 す る と 溶 接 強 さが い ち じる し く低 下 し,し か も10%程 度 の比 較 的 小 さな 電圧 降 下 が溶 接結 果 に最 悪 の影 響 を 与 え る. (4)軟 鋼 や ス テ ン レス鋼 に お い て は電 源 電 圧 降 下 量 が 増大 す るに つ れ て 引張 せ ん 断 強 さは単 調 に減 少 す る傾 向 に あ るが,ア ル ミニ ウ ム合 金 の通 電 初 期 にお け る電 源 電 圧 降 下 量 と引張 せ ん 断強 さ との 関 係 はV曲 線 特 性 を描 き,溶 接 強 さを最 低 にす る降 下 電 圧値 が存 在 す る, (5)引 張 せ ん 断 強 さ の大 小 を 等 価電 流 の大 小 の み で 関係 づ け る こ とは一 般 に困 難 で,た と え等 価 電流 が等 し くて も電圧 変 動時 期,変 動 量 な ど に よ って 強 さは 変化 す る. な お,本 報 告 は 電 源電 圧 変 動 が 溶 接結 果 に与 え る影 響 の 一実 験 例 に す ぎず,実 際 には,も っと複 雑 な 変 動 が起 って い る もの と考 え られ る.こ の 問題 の一 連 の研 究 と し て,今 後 な お,こ れ らの防 止 対 策 法 の 研究 等 を 実 施 し, 点 溶 接 部 の 品 質 向上 に 寄与 した い. 最 後 に,本 研究 の結 果 に つ いて 御 討 議 と御 指導 をい た だ い た 大 阪 大 学 安 藤 弘平 教 授 に 対 し,こ こに深 甚 の謝 意 を 表 します. 55

Fig.  1  Dimension  of  test  specimens
Fig. 1 Dimension of test specimens p.2
Fig.  6  Correlation  between  tensile  shear  strength  and  time  of  variation  of   source  voltage  in  stainless  steel
Fig. 6 Correlation between tensile shear strength and time of variation of source voltage in stainless steel p.3
Fig.  5  Correlation  between  tensile  shear  strength  and  time  of  variation  of  source  voltage  in  mild  steel
Fig. 5 Correlation between tensile shear strength and time of variation of source voltage in mild steel p.3
Fig.  8  Influence  of  welding  time  on  tensile  shear  strength  in  aluminum  alloy
Fig. 8 Influence of welding time on tensile shear strength in aluminum alloy p.4
Fig.  7  Correlation  between  tensile  shear   strength  and  time  of  variation  of   source  voltage  in  aluminum  allay
Fig. 7 Correlation between tensile shear strength and time of variation of source voltage in aluminum allay p.4
Fig.  10  Influences  of  time  and  magnitude  of  drop  of  source  voltage  on   ten-sile  shear  strength  in  mild  steel
Fig. 10 Influences of time and magnitude of drop of source voltage on ten-sile shear strength in mild steel p.5
Fig.  11  Influences  of  welding  conditions  and  drop  of  source  voltage  on  tensile  shear  strength  in  stainless   steel して 引 張 せ ん 断強 さ は減 少 す るが,予 熱 波 形 は後 熱波 形 の場 合 よ り もつ ね に 引 張 せ ん断 強 さが 大 きい .こ の よ う に電 源 電 圧 の 大 巾な 変 化 範 囲 に おい て,軟 鋼 の予 熱
Fig. 11 Influences of welding conditions and drop of source voltage on tensile shear strength in stainless steel して 引 張 せ ん 断強 さ は減 少 す るが,予 熱 波 形 は後 熱波 形 の場 合 よ り もつ ね に 引 張 せ ん断 強 さが 大 きい .こ の よ う に電 源 電 圧 の 大 巾な 変 化 範 囲 に おい て,軟 鋼 の予 熱 p.5
Fig.  9  Influences  of  time  and  magnitude  of  drop  of  source  voltage  on  tensile  shear  strength  in  mild  steel
Fig. 9 Influences of time and magnitude of drop of source voltage on tensile shear strength in mild steel p.5
Fig.  14  Influences  of  welding  conditions  and  drop  of  source  voltage  on  tensile  shear  strength  in  aluminum  alloyば 通電 時間 が8cycleと6cycleとで は 引 張 せん 断 強さに差 が認 め られ ない こ とか ら,Fig.12がv曲線 特性 を描 くこ とは 容 易 に 理 解 で き る,ま た通 電 初 期 の3cycleおよば5cycleの間,
Fig. 14 Influences of welding conditions and drop of source voltage on tensile shear strength in aluminum alloyば 通電 時間 が8cycleと6cycleとで は 引 張 せん 断 強さに差 が認 め られ ない こ とか ら,Fig.12がv曲線 特性 を描 くこ とは 容 易 に 理 解 で き る,ま た通 電 初 期 の3cycleおよば5cycleの間, p.6
Fig.  16  Correlation  between  tensile  shear  strength  and  effective  welding   cu-rrent  in  aluminum  alloy
Fig. 16 Correlation between tensile shear strength and effective welding cu-rrent in aluminum alloy p.7
Fig.  15  Corpelation  between  tensile  shear  strength  and  effective  welding  current
Fig. 15 Corpelation between tensile shear strength and effective welding current p.7
Fig.  18  Correlation  between  tensile  shear  strength  and  effective  welding  current  in  stainless  steel
Fig. 18 Correlation between tensile shear strength and effective welding current in stainless steel p.8
Fig.  17  Correlation  between  tensile  shear  strength  and  effective  welding  current  in  stainless  steel
Fig. 17 Correlation between tensile shear strength and effective welding current in stainless steel p.8

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