スポット溶接・精密溶接専門のこだま製作所の「スタッド溶接(工場視点からの解説)」技術情報です。

技術情報

スタッド溶接(工場視点からの解説)

現場からの実践的な解説

スタッド溶接とは


1、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と、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を加圧してから、 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、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。



スタッド溶接のプロセス.png
スタッド溶接のプロセス



スタッド溶接事例

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アルミ t1.0へM4ボルト40本の
スタッド溶接

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SUS304M8と板t3.0のLED取付金具スタッド溶接

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SUS304t1.0とM3ボルトの、スタッド溶接加工

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SUS304 t3.0とM8ボルトの
スタッド溶接
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A1100 t1.0とM8ボルトの
スタッド溶接
IMG_16684_R.JPG
SUS304 t0.8とM3ボルトの
スタッド溶接

 

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SPCC t1.6とM5ボルトの
スタッド溶接
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SPCC t1.0とM4ボルトの
スタッド溶接
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SPCC t2.0とM6ボルトの
スタッド溶接


その他、スタッド溶接の事例は、こちらから


2、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。
⑥抵抗溶接で行うことで、専用冶具電極が初期費用として生じるが、さまざまなピンの形状に対応が可能で、加工費用の軽減が可能。

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


< 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。



3、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


4、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



5、抵抗溶接に使用する冶具電極

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、下記の様な電極の製作を行い、抵抗溶接で対応を行います。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。

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スタッド溶接の受託加工
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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鉄(SPCC)
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2000個

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15000本

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