スポット溶接とシーム溶接を理解する: 技術、用途、機器

抵抗スポット溶接（RSW）：プロセスの概要

抵抗スポット溶接は、電気抵抗によって発生する圧力と熱を適用して、重ね継ぎ目の接合面を接合するプロセスです。発生した熱は、銅ベースの合金または銅とタングステンの組み合わせで作られた反対側の電極によって溶接場所に集中します。銅ベースの合金は導電性が高いため広く使用されていますが、銅とタングステンの組み合わせは、要求が厳しいと考えられる用途で摩耗や損耗に対する優れた耐性を提供します。

基本的に、電極は溶接の品質とサイズを制御します。電極の先端が丸い形状が最も一般的に使用されていますが、六角形や四角形の先端など、他のデザインも特別な目的のために開発されています。他の電極には内部に水冷通路があり、溶接中の加熱を軽減して耐用年数を延ばすのに役立ちます。

抵抗スポット溶接は自動車製造などの業界で幅広く利用されており、10,000 台の車体には約 XNUMX 個のスポット溶接が必要です。その他の一般的な用途としては、家電製品、金属製家具、および同様の板金製品があります。自動車の生産台数だけでも世界中で毎年数千万台に達することから、大量生産での普及は、その経済的および産業的重要性を強調しています。

スポット溶接装置

スポット溶接装置には、ロッカーアームマシン、プレス型溶接機、ポータブルスポット溶接ガンの 3 つの主なタイプがあります。それぞれが特定の用途に最適です。

ロッカーアーム スポット溶接機 (下図のような) は、比較的小さなワークピースの取り扱いに広く使用されています。この構成には、固定された下部電極と、ロッカー アームに搭載された浮動上部電極が含まれます。上部電極の動きはフット ペダルで制御され、作業者はフット ペダルを使用して上部電極を上げ下げし、ロードおよびアンロード手順でワークを持ち上げることができます。たとえば、このような機械は軽作業に適しており、最新のタイプには、溶接サイクル中に力と電流を管理するためのプログラム可能なコントロールが組み込まれていることがよくあります。

                   ロッカーアームマシン

より大きく重いワークピースには、プレス型スポット溶接機が最適です。これらは固定式の機械で、空気圧または油圧で駆動する垂直のプレスを使用して上部の電極を直線的に動かします。この設計により、より高い力を加えることができ、より複雑な溶接サイクルに対応できるため、大規模な産業用途には欠かせません。

大型で重い部品を扱うのに固定式のスポット溶接機を使うのが現実的ではない状況では、手動のポータブル スポット溶接機が効果的なソリューションです。軽量のツールには、ピンサー機構に収納された対向電極が備わっており、作業員や産業用ロボットが簡単に操作できます。ポータブル ガンは、柔軟なケーブルとホースを介して電源および制御システムに接続され、電極用の水冷を組み込むオプションもあります。その適応性により、自動車組立工場でも基礎となり、ロボットの制御下で車体の溶接に広く使用されています。

スポット溶接工程

スポット溶接プロセスは、溶接サイクルと呼ばれる一連のイベントで構成され、部品の挿入、力の適用、溶接時間の制御、冷却を伴います。サイクルの各ステップは、強力で信頼性の高い溶接を実現するために重要です。スポット溶接サイクルのステップを下の図に示します。

溶接サイクル 
1. 部品の浸漬と一次接触
金属部品は 95 つの銅電極の間に配置されます。次に、これらの電極に圧力をかけ、金属の表面に軽く接触させます。顕微鏡レベルでは、金属の表面は決して滑らかではありません。したがって、最初に接触するのは頂点だけです。そのようなポイントで適切な接触圧力をかけると、酸化層が壊れ、金属同士のブリッジがいくつか形成されます。溶接スケジュールでは、電流が流れ始める前に電極力が意図した溶接力の XNUMX% に達するのに十分な時間が確保され、一貫性と精度が確保されます。

2. 溶接電流の印加
必要な圧力に達すると、非常に短い時間、高電流が電極に流されます。バルク金属を通る電流の流れは広い範囲に広がりますが、金属同士が接触する界面では、電流は金属ブリッジを流れ、この点の電流密度は非常に高くなります。この点の電流密度は、金属ブリッジを溶かすのに十分な熱を発生します。

これらの最初のブリッジが溶けて崩壊すると、金属表面の他のピークが互いに接触して新しいブリッジを形成します。溶融金属の抵抗は新しく形成されたブリッジに比べて高く、電流は新しく形成された経路に移動します。1 つのブリッジから別のブリッジへの移行プロセスは、インターフェイス全体が溶けてナゲットが形成されるまで繰り返されます。

溶接箇所へのエネルギー入力は、材料の抵抗、電流の大きさ、溶接時間によって異なります。バランスが必要です。エネルギー入力が少なすぎると溶融が不完全になり、溶接が弱くなります。エネルギーが多すぎると、過剰溶融が発生し、溶融材料が噴出したり、接合部に穴が開いたりすることもあります。

3. 冷却固化

電流が止まると、短時間、電極の力が維持され、溶融金属が冷却されて圧力下で凝固します。ほとんどの溶接システムでは、電極に冷却穴があり、ワークピースを局所的に冷却することで冷却を加速します。

このプロセス段階の最後には、直径 4 ～ 7 ミリメートルの丸いナゲットが形成されます。このようなナゲットにより、シートの両側に溶接ビードのない強力な接合部が確保され、ワー​​クピースの構造的完全性と表面の外観が維持されます。

抵抗シーム溶接（RSEW）

抵抗シーム溶接 (RSEW) は、抵抗スポット溶接のより完成されたバリエーションで、下の図に示すように、棒状の電極が回転ホイールに置き換えられています。この配置により、重ね継ぎ目に多数の重ね合わせ溶接部が設けられ、強度が高く漏れのないシームが確保されます。抵抗シーム溶接は、タンクの製造や自動車のマフラーやその他の板金製容器の製造に広く使用されています。多くの業界で耐久性のある密閉部品の製造において、非常に重要な接合プロセスであり続けています。

主要なプロセスの詳細

シーム溶接作業は、通常、連続的に実行され、鋭角や不連続性の問題が発生するため、シームは直線または均一な曲率でなければなりません。ワークピースを配置し、シーム溶接の主な問題である反りを防止するために、固定具が必要です。
RSEW の 3 つのバリエーション (連続動作溶接、ロール スポット溶接、連続シーム溶接) が下の図にグラフィカルに示されています。

これらのテクニックはプロセスの柔軟性を明らかにします。

連続動作溶接: これは、電極ホイールが一定速度で連続的に回転し、溶接電流が一定の間隔で脈動する主要なプロセスです。このようにして、タイミングによって重なり合う溶接ナゲットが生成され、一貫性のある強力な継ぎ目が形成されます。
転がり抵抗スポット溶接: 溶接電流パルス周波数を下げることで溶接ナゲット間に隙間を作ります。これにより、継ぎ目に沿って断続的な溶接スポットが生成され、溶接の連続性があまり必要ない場合に最適です。
連続シーム溶接この変形では、溶接電流は連続的であるため、接合部に沿って連続的に完全に途切れのない継ぎ目が生成されます。
もう一つの方法である断続運動溶接では、電極ホイールを周期的に停止させて溶接を行います。ホイールは停止間を回転するため、溶接ナゲットの間隔によって、上の図の a) と b) のようなパターンが生まれます。

設備と冷却

シーム溶接機はプレス型スポット溶接機に似ていますが、電極が棒状ではなくホイール状である点が異なります。RSEW では、ワークピースと電極ホイールの両方が過度に加熱されるのを防ぐために、冷却も必要です。これは、電極ホイールに隣接するワークピースの表面の上部と下部に水を向けることで実現できます。

スポット溶接とシーム溶接のまとめ比較