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。

「スポット溶接(工場視点からの解説)」

スポット溶接とは


1、スポット溶接の原理

スポット溶接とは、溶接したい2片の被溶接材(製品部品)を上下から電極で挟み込み接触部を電極で加圧します。
加圧した電極より金属母材へ溶接電流を流すことにより、電気抵抗によるジュール熱を発生させ局部的に発熱・溶融させ接合される溶接工法です。
抵抗溶接では、もっともポピュラーな工法で自動車や家電等あらゆる製品で用いられています。

スポット溶接は、電極形状を金属板、線材、メッシュ、ピン等のさまざまな被溶接材(製品部品)の形状に合わせることによって、
幅広く溶接することが可能です。また、電極に冶具要素を加えることで、ピンの搗き立て溶接など、そのバリエーションをさらに広げることが可能です。

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スポット溶接のプロセス



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SUSt3.0の強度重視のスポット溶接

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SUSt0.1のマイクロスポット溶接
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SUSメッシュのマイクロスポット溶接

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リード線のスポット溶接
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アルミスポット溶接
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組電池の端子のスポット溶接

 
その他、スポット溶接の事例は、こちらから


2、スポット溶接の特徴


長所
①溶接時間が短いので、他の溶接方法に比べ加工コストが極めて低い。
②短時間で溶接が出来るので、加熱域が溶接部近傍に限られるため、被溶接材の熱歪が少ない。
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、作業者の熟練度をほとんど必要としない。
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機種と電極の選択で、t0.03~の金属板、金網(メッシュ)、線材、鉄、非鉄金属等、幅広い範囲での溶接が可能。
⑥抵抗溶接という視点から、同じ機械でプロジェクション溶接バット溶接ヒュージング、シーム溶接等、
 幅広い接合方法に応用が可能。


短所
①大きな電流が必要なため、溶接機および受電設備の電気容量が大きくなる場合がある。
②機種にもよるが、溶接機の価格が比較的高い。
③被溶接材に対し、機種の選択が必要となり、溶接電流、通電時間、加圧力、電極形状などの溶接条件を、
 被溶接材の材質や板厚ごとに選定する必要がある。
④接合状態を外観から判定しにくく、判断基準を設けるには熟練度が必要となる。
 ※高い判断基準が設けることが出来れば、大量生産においても安定した溶接が望める。


3、スポット溶接後の被溶接材の状態

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                       図:「スポット溶接入門」産報出版 引用


ナゲット:被溶接材における、溶接された箇所
コロナボンド:ナゲット周囲の、加圧によるくぼみ部分
ブローホール:スポット溶接直後に発生するナゲット内部の気孔
    ※機械的要素で、ブローホーが生じなくすることも可能
割れ:スポット溶接直後、ナゲット内部に凝固収縮するときに生じる。
    ※機械的要素で、割れが生じなくすることも可能
ちり:溶接電流が大きすぎる場合や、加圧が低すぎる場合に生じる。
ピット:スポット溶接後、くぼみ表面に孔が生じる場合があるが、
    溶接条件が適切で、電極表面がきれいな状態であれば、生じない。


4、スポット溶接条件の選択

①電極

  • 材質:一般的にはクロム銅が使用されていますが、銅材の場合等、
       電気抵抗熱が得られない場合にはタングステン等が使用されます。
  • 形状:被溶接材の形状、板厚などに合わせますので、様々な形状があり、
       ほとんどが、市販されています。 

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スポット溶接電極

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さまざまなスポット溶接電極


電極形状
一般的には、電極先端に切削加工等でR形状に仕上げたモノを使用しますが、方側が外観面になるなど、
スポット溶接による"くぼみ"を軽減したい場合は、外観側の電極は平面処理を行い、
反対側の電極先端はR形状に、仕上げたモノを使用します。

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なぜ、電極は被溶接材と一緒に溶接されないのか
材質が導電性が高く電気抵抗値の低い、クロム銅等を使用しているからです。

冶具・電極
2点以上被溶接材をスポット溶接するには、部品の位置決め等が必要ですが、被溶接材を外部的に固定する、
冶具、冶具に電極を挿入した冶具電極を製作する必要があります。
また、被溶接材にダボ(凸)と、穴(凹)を施した位置決め方法があります。

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冶具電極
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被溶接材のダボ穴(凸凹)




②被溶接材に対する加圧の設定
加圧は、通電を行って被溶接材にナゲットが生じだしたときに、ちりの抑制とナゲットの状態を安定させるための役割と、
通電後、溶接部を加圧しながら冷却することによって、ナゲット内の欠陥を減少させます。

③溶接電流と通電時間の設定
溶接時間とのバランスを取りますが、まず、基準値が無い場合には、低い電流設定から徐々に上げていく、
手順を行います。危険ですので間違っても上げ過ぎには、注意が必要です。
通電時間も、低い設定値から上げていきますが、ナゲット面積を大きくしたい場合には、
設定値を大きくします。その分溶接電流は最終規定値より下がる方向性です。

溶接された時点で、被溶接材の剥離検査を行いながら、強度確認を行い適切な溶接電流値
通電時間を設定を行います。

④溶接強度テスト
専用の引っ張り試験機を使用すれば、正確な強度数値も得られますが、一般的には、
被溶接材の剥離テストを行い、適切な溶接条件確認から、溶接回数に対しての定期的なテスト基準値を設け、
電極管理につなげることで、溶接強度の安定性を高めることが可能です。
よって、溶接強度テストは、最適な溶接条件と共に重要項目となります。

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引っ張り試験機
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工具を使用した、簡易的な剥離テスト
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剥離テスト後



スポット溶接条件設定のフロー
溶接箇所の検討
⇒電極形状の決定
⇒加圧の選定
⇒溶接電流・通電時間の選定
⇒溶接テスト⇒剥離検査⇒溶接条件の調整
⇒加圧の決定
⇒溶接電流・通電時間の決定
⇒試作⇒量産試作
⇒品質管理項目の策定(量産条件の決定)



5、スポット溶接機
一言でスポット溶接機といっても、様々な種類があります。
他の溶接方法と違って機械的要素が多いのと、あらゆる産業の製品・部品用途に合わせて広く活用されているからです。

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スポット溶接機の基本的構造


上記構造のスポット溶接機には、トランスを用いて電極に交流(50Hz又は60Hz)を 流す、交流式が、
一般的に広く使用されています。非鉄金属をスポット溶接する場合には、コンデンサに蓄え電極に通電を行うことが
可能な、コンデンサ式が一般的に使用されています。
また、自動車のフレームやスチール製ロッカーなどの大きな製品の組み立てには、スポット溶接機を、
溶接箇所にもっていくことのできる、ポータブル式(交流式)が使用されています。
スポット溶接機を、溶接箇所にもっていく作業を、自動化したのが産業用スポット溶接ロボットです。




t0.03~t0.3の薄板金属などをスポット溶接する場合には、コンパクトなマイクロスポット溶接機を
使用します。マイクロスポット溶接機には、電源の違うコンデンサ式、インバーター式、トランジスタ式などがあります。
また、レーザー光を電源とするレーザースポット溶接機があります。

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マイクロスポット溶接機
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レーザースポット溶接機



スポット溶接の受託加工
試験、溶接条件販売、スポット溶接機の選択・販売支援

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