スポット溶接・精密溶接専門のこだま製作所の「事例紹介」です。

「スタッド溶接(工場視点からの解説)」

スタッド溶接とは


スタッド溶接の種類


ボルト(スタッド)やピンを溶接機の電極部分に挟んで、 電流を流して平板の間に火花を発生させ、ボルト(スタッド)・ピンと 平板が適度に溶けた状態で、圧力を加えて溶接する方法が主流です。母材が薄板でスタッドボルトがM3~M10 までの溶接の場合、交流電源をコンデンサーで充電を行い、通電時間0.003以下の短時間で行うCD方式と、

母材が厚板でスタッドボルトがM6~M25 の溶接の場合に、直流電源を使用するアーク方式。あまり普及はされていませんが、アーク方式を短時間で制御してスタッド溶接を行う、ショートサイクル方式があります。また、スタッドボルトを母材に加圧してから、 電流を流して電気抵抗で生じる発熱で、瞬時に溶接する方法があります。この方法は電極における設計技術が伴えば、さまざまな条件のスタッド溶接が行えます。 いずれも、特殊な方法以外は溶材を必要とせず、溶接時間も極めて短いのに対し、 溶接強度も得られる合法的な溶接法です。 一般的には、CD方式、電気抵抗方式は産業機器等に使用されいて、アーク方式は建築分野や自動車の板金修理などに使用されています。


CD方式 スタッド溶接

スタッド溶接のプロセス.png
CD方式 スタッド溶接のプロセス




CD方式 スタッド溶接事例

DPP_00037.jpg
アルミ t1.0へM4ボルト40本の
スタッド溶接(CD方式)

IMG_10589.JPG
SUS304M8と板t3.0のLED取付金具
スタッド溶接CD方式)

IMG_11576.JPG
SUS304t1.0とM3ボルトの、
.スタッド溶接加工CD方式)

IMG_12382.JPG
SUS304 t3.0とM8ボルトの
スタッド溶接CD方式)
IMG_16154.JPG
A1100 t1.0とM8ボルトの
スタッド溶接CD方式)
スタッド溶接P1020924.JPG
A5052 t2.0、
サイズ違いアルミスタッドボルト96本
スタッド溶接CDロボット方式)

 

IMG_19951.JPG
SPCC t1.6とM5ボルトの
スタッド溶接CD方式)
P11020275.jpg
SPCC t1.0とM4ボルトの
スタッド溶接CD方式)
P11020946.JPG
SPCC t2.0とM6ボルトの
スタッド溶接CD方式)


その他、スタッド溶接の事例は、こちらから




CD法方式 スタッド溶接の特徴


※「こだま」の特殊技術での対応内容が入り、スタッド溶接の加工範囲をさらに広げていますので、一般的には不可な要素も含まれます。

< 長所 >
①CD方式では、ロボット対応により一枚の金属板に、複数のスタッドボルトを連続的に溶接することが可能である。
②CD方式では、ボルトの薄板溶接が可能である。
③機械的作業のウエイトが高いため、一般的な製品の溶接においては、作業者の熟練度を必要としない。
④溶接棒やフラックスが不要で、有害な紫外線やヒュームが発生しない。
⑤パイプ等にも、ボルトのスタッド溶接が可能。


< 短所 >
①ボルトの径が大きくなると、溶接される断面積が大きくなり母材が薄いと、母材に熱影響(歪・焼け)が生じる。
②ボルト溶接部にスパッター(溶けダレ)が生じるので、ネジ部根元までが重要な場合二次的に専用カッターで除去作業が必要になる。
③量産においては作業性を向上させるのが困難な溶接方法なので、CD方式であれば抵抗溶接に切り替える考慮が必要。



CD方式 スタッドボルトの、溶接後の被溶接材の状態

スタッド溶接断面図.png


ナゲット:母材における、ボルトが溶接された箇所
スパッタ:ボルト溶接部の溶けダレ



CD方式 スタッド溶接条件の選択

 

スタッド溶接が正常に溶接された場合は、下記画像のような状態になります。
溶接部分は、ボルト周囲に均一な溶け込みが確認され、スパッターが現れます。 

IMG_12384.jpg



1)溶接条件の超過

① 溶接電流が高い場合
② 溶接時間が長過ぎる
③ リフト時間が長過ぎる

スタッド溶接は、ボルトと母材の接触を行い放電させると一時的にボルトを母材から持ち上げて、溶融池(プール)を形成させ、その溶融池(プール)に、再度ボルトを母材に接触(リフト)させますので、溶接条件の超過で下記画像のような状態になり、正常に溶接が行われません。

スタッド溶接不具合.png



2)溶接条件の不足

超過の逆の、溶接条件ではボルトと母材の溶融量が不足した状態となり、破壊テストではボルトが母材から簡単に外れてしまいます。

スタッド溶接不足.png


スタッド溶接条件設定のフロー
溶接箇所・ボルト形状の検討
⇒溶接条件の選定
⇒溶接テスト⇒剥離検査⇒溶接条件の調整
⇒溶接条件の決定
⇒試作⇒量産試作




抵抗溶接方式 スタッド溶接

 

抵抗溶接機(電気抵抗)を使用した、薄板専用の抵抗溶接方式は、CD方式に比べワークに合わせた専用電極が必要となりますが、さまざまな溶接条件に対応が可能となります。スタッド溶接における、CD方式による限界が生じた場合や、量産対応として加工費を抑えたい場合は、下画像の様な電極の製作を行い、抵抗溶接で加工を行います。抵抗溶接方式は、さまざまなピンの形状に対応が可能なのも利点です。画像は手動式の事例ですが、エアーシリンダーを使用した半自動の冶具電極を製作することによって、量産時の加工費を抑えることが可能です。

抵抗溶接式スタッド溶接の解説.png
抵抗溶接方式 スタッド溶接のプロセス
pic_1advan02_07.jpg
チャック部が下電極になっている電極



抵抗溶接方式 スタッド溶接事例

IMG_15426.jpg
SUS304 t0.8とφ5.0ピンの
スタッド溶接(抵抗溶接)
IMG_15406.jpg
SPCC t0.8とφ2.5ピンの
スタッド溶接(抵抗溶接)
IMG_16230_R.JPG
SPCC角パイプt2.0とφ3.0ピンの
スタッド溶接(抵抗溶接)

 

スタッド溶接IMG_6685_R (2).JPG
SUS430t0.8HLとM3スタッドボルト
スタッドボルト側(抵抗溶接)
スタッド溶接IMG_6685_R (1).JPG
表面





「こだま」がご提供できること

1.スタッド溶接の受託加工
板金製品における、曲げ加工後の溶接も可能な限り対応しています。
2.板金加工を始めとする、部品製作
3. 簡易治具電極・量産治具電極の製作
4. 溶接テスト・試作品製作(有償)
5.抵抗ロウ付けの加工溶接条件の販売から機械販売支援も承ります。
 溶接試作・立上げ支援(溶接サイト)
※建築用には対応していません。(出張不可)


スタッド溶接に関するご相談は、お気軽にお問合せ下さい!!

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