スポット溶接機の原理分析と応用ガイド、専門知識

スポット溶接機の原理分析と応用ガイドに関する専門知識。当社工場は突合せ溶接機、スポット溶接機、シーム溶接機、特殊形状溶接機などの製造を専門としています。
スポット溶接は、接合部における溶接部品の接触面の個々の点を溶接するプロセスです。スポット溶接では、金属が良好な可塑性を持っている必要があります。溶接するときは、まず溶接部分の表面をきれいにし、次に溶接された板金を2つの円筒形の銅電極の間に重ねて押し付けて組み立て、力を加えてしっかりと押し付けます。十分な大きさの電流が流れると、板の接触部分に大量の抵抗熱が発生し、最も熱い中央領域の金属が急速に高可塑性または溶融状態に加熱され、レンズ状の液体溶融プールが形成されます。圧力を維持し続け、電流を切断し、金属が冷却した後、はんだ接合部が形成されます。
スポット溶接は、溶接点間に一定の間隔があるため、シーリング要件のない薄板重ね構造、金属メッシュ、クロススチール構造部品などの溶接にのみ使用されます。円柱状電極を円盤状電極に置き換えると、電極を溶接片にしっかりと押し付けて回転させ、溶接片を円盤状電極の間に連続的に送り込み、電気でパルスを印加します。連続した重ね合わせた溶接点を形成でき、溶接シームを形成します。これをシーム溶接と呼びます。主に、オイルタンク、水タンクなど、シーリング要件や高い接合強度要件のある薄板重ね合わせ構造部品の溶接に使用されます。
スポット溶接機は、その用途により、汎用型（ユニバーサル型）と専用型に分類されます。同時に溶接するはんだ接合部の数により、シングルポイント型、ダブルポイント型、マルチポイント型があります。加圧機構の伝達方式により、ペダル式、電動カム式、空気圧式、油圧式、複合式（気液圧縮式）などがあります。
スポット溶接機の原理
電極を通して圧力を加え、溶接後の接合部の接触面や隣接領域を流れる電流によって発生する抵抗熱を利用して溶接する方法を抵抗溶接といいます。抵抗溶接は、生産効率が高く、コストが低く、材料を節約でき、自動化が容易であるという特徴があるため、航空、宇宙、エネルギー、エレクトロニクス、自動車、軽工業など、さまざまな産業分野で広く使用されており、重要な溶接プロセスの一つです。
1、溶接熱の発生と影響要因
スポット溶接中に発生する熱は、次の式で決まります。Q=IIRt (J) -- (1)
式中、Q - 発生する熱量（J）、I - 溶接電流（A）、R - 電極抵抗（オーム）、t - 溶接時間（秒）
1. 抵抗RとRに影響を与える要因
電極間抵抗には、ワーク自体の抵抗Rw、2つのワーク間の接触抵抗Rc、電極とワーク間の接触抵抗Rewが含まれる。つまり、図に示すようにR=2Rw+Rc+2Rew - (2)となる。
ワークピースと電極が一定の場合、ワークピースの抵抗は抵抗率に依存します。したがって、抵抗率は溶接材料の重要な性能です。抵抗率の高い金属は導電性が悪く（ステンレス鋼など）、抵抗率の低い金属は導電性が良好です（アルミニウム合金など）。そのため、ステンレス鋼をスポット溶接する場合は発熱しやすいが放熱は難しく、アルミニウム合金をスポット溶接する場合は発熱は難しいが放熱は簡単です。スポット溶接の場合、前者は小さな電流（数千アンペア）を使用できますが、後者は大きな電流（数万アンペア）を使用する必要があります。抵抗率は金属の種類だけでなく、金属の熱処理状態、加工方法、温度にも依存します。
接触抵抗の持続時間は短く、通常は溶接の初期段階で発生しますが、その理由は次の 2 つです。
（１）ワークピースや電極の表面に高抵抗の酸化物層や汚れ層が存在すると、電流の流れが著しく妨げられる可能性があります。酸化物層や汚れ層が多すぎると、電流が伝導されなくなることもあります。
（２）非常に清浄な表面状態では、微小
凹凸が観察され、ワー​​クピースは粗い表面でのみ局所的に接触点を形成します。接触点での電流線の集中。電流経路の減少により、接触点での抵抗が増加しました。
Rc と Rw を比較すると、銅合金では抵抗率と硬度が低いため、電極とワークピース間の抵抗 Rew は一般的に低く、融合核の形成への影響​​は小さくなります。したがって、その影響は小さいと考えられます。
2.溶接電流の影響
式（1）から、電流は抵抗と時間の両方よりも発熱に大きな影響を与えることがわかります。したがって、溶接プロセス中は、厳密に制御する必要があるパラメータです。電流変化の主な原因は、電力網の電圧変動とAC溶接機の二次回路のインピーダンス変化です。インピーダンスの変化は、回路の幾何学的形状の変化、または二次回路への異なる量の磁性金属の導入によるものです。DC溶接機の場合、二次回路のインピーダンスの変化は電流に大きな影響を与えません。
3. 溶接時間の影響
溶融コアのサイズと溶接点の強度を確保するために、溶接時間と溶接電流は一定の範囲内で互いに補完することができます。はんだ接合部の一定の強度を得るために、高電流と短時間（強条件、ハード仕様とも呼ばれる）を使用するか、低電流と長時間（弱条件、ソフト仕様とも呼ばれる）を使用できます。ハード仕様とソフト仕様の選択は、金属に使用する溶接機の性能、厚さ、および電力によって異なります。異なる特性と厚さを持つ金属に必要な電流と時間には上限と下限があり、それを基準として使用する必要があります。
4. 電極圧力の影響
電極圧力は、2 つの電極間の総抵抗 R に大きな影響を与えます。電極圧力が増加すると、R は大幅に減少しますが、溶接電流の増加は大きくなく、R の減少による発熱の減少に影響を与えることはできません。したがって、はんだ接合部の強度は、溶接圧力の増加に伴って常に低下します。解決策は、溶接電流を増加させながら溶接圧力を増加させることです。
5. 電極形状と材料特性の影響
電極の接触面積が電流密度を決定するため、電極材料の電気抵抗率と熱伝導率は熱の発生と放散に関係しています。したがって、電極の形状と材料は溶融核の形成に大きな影響を与えます。電極の先端が変形して摩耗すると、接触面積が増加し、はんだ接合部の強度が低下します。
6. ワーク表面状態の影響
ワークピースの表面の酸化物、汚れ、油、その他の不純物は接触抵抗を増加させます。過度に厚い酸化物層は、電流の通過を妨げることもあります。過度の電流密度による局所的な伝導は、飛散や表面の焼けを引き起こす可能性があります。酸化物層の存在は、さまざまなはんだ接合部の加熱の不均一性にも影響し、溶接品質の変動を引き起こします。したがって、ワークピースの表面を徹底的に洗浄することは、高品質の接合部を確実に得るための必須条件です。
2、熱バランスと放熱
スポット溶接では、発生した熱のごく一部だけが溶接に使用され、大部分は隣接する材料への伝導または放射によって失われます。熱平衡方程式は次のとおりです。
Q=Q1+Q2- (3) ここで、Q1-は核形成熱、Q2-は熱損失
有効熱量 Q1 は、金属の熱物性と溶融金属の量に依存し、使用される溶接条件とは無関係です。Q1=10%-30%Q、熱伝導率の良い金属（アルミニウム、銅合金など）の下限。電気抵抗率が高く熱伝導率の悪い金属（ステンレス鋼、高温合金など）には上限があります。熱損失 Q2 には、主に電極を介して伝導される熱（30% -50% Q）とワークピースを介して伝導される熱（約 20% Q）が含まれます。約 5% の熱が大気中に放射されます。
3、溶接サイクル
スポット溶接とプロジェクション溶接の溶接サイクルは、4 つの基本的な段階で構成されます (スポット溶接プロセスに示されているように)。
1) 事前プレス段階 - 電極が電流接続段階まで下げられ、電極がワークピースをしっかりとプレスし、ワークピース間に適切な圧力がかかるようにします。
2) 溶接時間 - 溶接電流がワークピースを通過し、熱を発生させて溶接ナゲットを形成します。
3) メンテナンス時間 - 溶接電流を遮断し、溶融コアが十分な強度に凝固するまで電極圧力を維持し続けます。
4) 休止時間 - 電極の上昇開始から再び電極の下降開始まで、次の溶接サイクルが始まります。
溶接継手のパフォーマンスを向上させるには、基本サイクルに次の 1 つ以上の項目を追加する必要がある場合があります。
1) 予圧を高めて厚いワークピース間の隙間をなくし、しっかりとフィットするようにします。
2) 予熱パルスを使用して金属の可塑性を向上させ、ワークピースがしっかりとフィットしやすくなり、飛散を防ぎます。凸溶接を実行する場合、これにより、溶接前に複数の凸点が平板に均等に接触し、各点での一貫した加熱を確保できます。
3) 鍛造圧力を高めて溶融核を圧縮し、割れや収縮を防ぎます。
4) 焼戻しまたは徐冷パルスを使用して、合金鋼の焼入れ組織を除去し、接合部の機械的特性を改善し、鍛造圧力を高めることなく亀裂や収縮を防止します。
4、溶接電流の種類と適用範囲
1. 交流電流は、電流を徐々に増減するように調整することができ、予熱と冷却の目的を達成します。これは、アルミニウム合金の溶接に非常に有益です。交流電源は、マルチパルススポット溶接にも使用できます。マルチパルススポット溶接では、2つ以上のパルスの間に冷却時間を残して加熱速度を制御します。この方法は、主に厚鋼板の溶接に使用されます。
2. DC電源は主に高電流が必要な場面で使用されます。ほとんどのDC溶接機は三相電源で駆動されるため、単相電源を供給すると三相負荷の不均衡を回避できます。
5、金属抵抗溶接時の溶接性
抵抗溶接の溶接性を評価するための主な指標は次のとおりです。
1. 電気抵抗と熱伝導率が低く、熱伝導率が高い材料には高出力の溶接機が必要であり、溶接性が悪い。
2. 材料の高温強度。高温（0.5-0.7Tm）での降伏強度が高い金属は、スポット溶接時にスパッタ、収縮、割れなどの欠陥が発生しやすく、高い電極圧力を使用する必要があります。必要に応じて、停電後に大きな鍛造圧力をかける必要があり、溶接性が悪くなります。
3. 材料の塑性温度範囲は、塑性温度範囲が狭い金属（アルミニウム合金など）の溶接プロセスパラメータの変動に非常に敏感であるため、プロセスパラメータを正確に制御できる溶接機と良好な電極トラッキングを使用する必要があります。溶接性が悪い。
4. 熱サイクルに対する材料の感受性。溶接熱サイクルの影響下では、焼入れ傾向のある金属は硬化組織や冷間割れを生じやすくなります。融点が低く不純物が溶けやすい合金は熱割れを生じやすくなります。冷却によって強化された金属は軟化領域を生じやすくなります。これらの欠陥を防ぐには、対応するプロセス対策を講じる必要があります。したがって、熱サイクル感受性が高い金属は溶接性も悪くなります。