JP7520559B2

JP7520559B2 - Spot welding device and spot welding method

Info

Publication number: JP7520559B2
Application number: JP2020070206A
Authority: JP
Inventors: 茂古藤; 健輔坂井
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2024-07-23
Anticipated expiration: 2040-04-09
Also published as: JP2021166999A

Description

本発明は、スポット溶接装置及びスポット溶接方法に関し、特に、溶接対象となるワークに対し、加熱処理を施すことが可能なスポット溶接装置及びスポット溶接方法に関する。 The present invention relates to a spot welding device and a spot welding method, and in particular to a spot welding device and a spot welding method capable of performing a heat treatment on the workpiece to be welded.

従来、積層された複数の金属板からなるワークを溶接打点位置において一対の電極で挟持し、一方の電極から他方の電極へ電流を流して積層された金属板の接合を行うスポット溶接が知られている。 Conventionally, spot welding is known in which a workpiece consisting of multiple stacked metal plates is clamped between a pair of electrodes at the welding point and a current is passed from one electrode to the other to join the stacked metal plates.

スポット溶接は、例えば、鋼板やアルミニウム板、ステンレス鋼板等の金属板や、引張強度の高い高張力鋼板（いわゆる、ハイテン鋼板）や、これよりも引張強度が高い、例えば引張強度が１０００ＭＰａ以上の超高張力鋼板（いわゆる、超ハイテン鋼板）に対して適用することができる。ハイテン鋼板や超ハイテン鋼板は、軽量でありながら引張強度が高いことから、車両の車体を構成する板材など、近年、様々な分野で使用されている。 Spot welding can be applied to metal plates such as steel plates, aluminum plates, and stainless steel plates, high-tensile steel plates (so-called high-tensile steel plates) with high tensile strength, and ultra-high-tensile steel plates (so-called ultra-high-tensile steel plates) with even higher tensile strength, for example, 1000 MPa or more. High-tensile steel plates and ultra-high-tensile steel plates are lightweight yet have high tensile strength, and therefore have been used in various fields in recent years, such as the plate material that constitutes the body of a vehicle.

このようなスポット溶接装置において、一対の電極によりワークを溶接する際に、溶接の前処理又は後処理としてワークを加熱することで、溶接状態を良好にしたり、溶接部における靭性を向上させたりする技術が知られている。特に、引張強度の高い鋼板にスポット溶接を施す場合、非溶接領域を加熱することで、引張強度が低下するおそれがあるため、ワークの溶接領域をピンポイントで加熱する技術が開発されている。 In such spot welding equipment, when welding a workpiece with a pair of electrodes, a technique is known in which the workpiece is heated as pre- or post-processing to improve the weld condition or toughness of the welded part. In particular, when spot welding steel plates with high tensile strength, there is a risk that the tensile strength will decrease if non-welded areas are heated, so a technique has been developed to heat the welded area of the workpiece in a pinpoint manner.

例えば、特許文献１には、一対の電極を用いて、ワークに対して溶接と加熱を実施可能なスポット溶接装置が記載されている。このスポット溶接装置は、装置本体に対して固定された固定電極と、この固定電極と対向配置されて、固定電極に対して接近・離間するように移動可能な可動電極とを備えており、固定電極及び可動電極でワークを挟持した状態で、各電極間に電流を流すことにより、ワークにナゲットを形成して板材同士を溶接する。また、このスポット溶接装置は、溶接後、所定の時間をおいて、ワークの溶接領域を再び通電することで、ワークを通電抵抗により加熱する。 For example, Patent Document 1 describes a spot welding device that can perform welding and heating on a workpiece using a pair of electrodes. This spot welding device has a fixed electrode that is fixed to the device body, and a movable electrode that is disposed opposite the fixed electrode and can move toward and away from the fixed electrode. With the workpiece clamped between the fixed electrode and the movable electrode, a current is passed between the electrodes to form a nugget on the workpiece and weld the plate materials together. In addition, after welding, this spot welding device passes current through the welded area of the workpiece again after a predetermined time, heating the workpiece by current resistance.

特許文献１に記載のスポット溶接装置では、板材同士を溶接した後、溶接に用いた一対の電極と同一の電極を用いて、ワークの溶接領域をピンポイントで加熱することができる。 The spot welding device described in Patent Document 1 can heat the welded area of the workpiece with pinpoint accuracy after welding the plates together using the same pair of electrodes used for welding.

特開平７－６８３８８号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-68388

しかしながら、ワークに対する通電によってワークを加熱する場合、ワークに形成されたナゲットのバラつきなどにより、ナゲットを流れる電流の密度などにバラつきが生じることから、製品の量産工程において、各ワークに対し、毎回、均一な加熱処理を施すことが難しいという問題があった。 However, when heating a workpiece by passing an electric current through it, there is a problem that variations in the density of the current flowing through the nugget occur due to variations in the nugget formed on the workpiece, making it difficult to apply a uniform heat treatment to each workpiece every time during the mass production process.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でワークの溶接領域をピンポイントで加熱することができるとともに、量産されるワークに対して、均一な加熱処理を施すことができるスポット溶接装置及びスポット溶接方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide a spot welding device and a spot welding method that can heat the welding area of a workpiece with pinpoint accuracy using a simple configuration and can perform uniform heat treatment on mass-produced workpieces.

上記目的を達成するために、本発明に係るスポット溶接装置は、装置本体に対して固定された固定電極と、該固定電極と対向配置され、前記固定電極に対して接近・離間するように一軸方向に移動する可動電極と、を備え、複数枚の板材を重ねたワークを前記固定電極と前記可動電極で挟持して各電極間に電流を流すことで前記ワークにナゲットを形成して前記板材同士を溶接するスポット溶接装置において、前記固定電極及び前記可動電極のうち、一方の電極の基端側の前記装置本体に取り付けられた加熱装置を備え、前記加熱装置は、前記基端側から前記一方の電極側に向かって、前記可動電極の一軸方向と傾斜する方向に延び、先端が円弧状に旋回するように所定の回転軸周りに回動自在なアーム部と、前記アーム部の先端に設けられ、前記ワークに形成されるナゲットに対応した大きさに形成された加熱部と、を備え、前記加熱部は、前記アーム部の回動動作により、セットされた前記ワークの溶接領域に近接又は接触する加熱位置と、該加熱位置から退避した退避位置とに移動することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the spot welding device according to the present invention comprises a fixed electrode fixed to the device body, and a movable electrode arranged opposite the fixed electrode and moving in a uniaxial direction so as to approach and move away from the fixed electrode. The spot welding device sandwiches a workpiece consisting of multiple stacked plate materials between the fixed electrode and the movable electrode, and flows a current between each electrode to form a nugget on the workpiece and weld the plate materials together. The spot welding device comprises a heating device attached to the device body on the base end side of one of the fixed electrode and the movable electrode, and the heating device comprises an arm section that extends from the base end side toward the one electrode side in a direction inclined to the uniaxial direction of the movable electrode and is rotatable around a predetermined rotation axis so that the tip rotates in an arc shape, and a heating section that is provided at the tip of the arm section and is formed to a size corresponding to the nugget to be formed on the workpiece, and the heating section moves to a heating position that is close to or in contact with the welding area of the set workpiece and a retracted position that is retracted from the heating position by the rotational movement of the arm section.

この構成によれば、アーム部の回動動作させる簡易な構成で、加熱装置の加熱部を、セットされたワークの溶接領域に近接又は接触する加熱位置と、該加熱位置から退避した退避位置とに移動させることができる。また、加熱部は、ワークに形成されるナゲットに対応した大きさに形成されているので、加熱部を加熱位置に移動させてワークを加熱することにより、ワークの溶接領域が加熱されるように、溶接領域をピンポイントで加熱することができるとともに、量産されるワークに対して、ナゲットのバラつきによらずに、均一な加熱処理を施すことができる。 According to this configuration, the heating section of the heating device can be moved between a heating position close to or in contact with the welding area of the set workpiece and a retracted position retracted from the heating position, with a simple configuration that rotates the arm section. In addition, since the heating section is formed to a size corresponding to the nugget to be formed on the workpiece, by moving the heating section to the heating position to heat the workpiece, the welding area of the workpiece can be heated with pinpoint accuracy, and uniform heating can be performed on mass-produced workpieces regardless of nugget variations.

また、本発明は、前記スポット溶接装置において、前記加熱部は、コイルで形成されていることを特徴とする。 The present invention is also characterized in that in the spot welding device, the heating section is formed of a coil.

この構成によれば、コイルに電流を流すことにより誘導電流によってワークを誘導加熱することができるので、量産されるワークに対して、ナゲットのバラつきによらずに、均一な加熱処理を施すことができる。 With this configuration, the workpiece can be induction heated by induced current by passing a current through the coil, so mass-produced workpieces can be subjected to uniform heat treatment regardless of nugget variations.

また、本発明は、前記スポット溶接装置において、前記アーム部における前記所定の回転軸の軸方向は、前記可動電極の一軸方向に対して傾斜していることを特徴とする In the spot welding device of the present invention, the axial direction of the predetermined rotation axis of the arm portion is inclined with respect to one axial direction of the movable electrode.

この構成によれば、アーム部の先端に設けられた加熱部は、可動電極の一軸方向に垂直な面に対して、傾斜した面上を移動する。これにより、加熱位置では、一軸方向でワークに接近する側に移動し、退避位置では、一軸方向でワークから離間する側に移動するように、加熱部を移動させることができる。 According to this configuration, the heating section provided at the tip of the arm section moves on a plane that is inclined with respect to a plane perpendicular to the uniaxial direction of the movable electrode. This allows the heating section to move in the uniaxial direction toward the workpiece at the heating position, and in the retracted position, to move in the uniaxial direction away from the workpiece.

また、本発明は、前記スポット溶接装置において、前記加熱部は、前記ワークと対向する側の表面に、該表面から突出して前記ワークとの間の距離を確保するスペーサ部材を有することを特徴とする。 The present invention is also characterized in that in the spot welding device, the heating unit has a spacer member on the surface facing the workpiece that protrudes from the surface to ensure a distance between the heating unit and the workpiece.

この構成によれば、スペーサ部材をワーク表面に当接させることで、ワークと加熱部との間の距離を均一に保つことができる。 With this configuration, the spacer member can be brought into contact with the work surface to maintain a uniform distance between the work and the heating unit.

また、上記目的を達成するために、本発明に係るスポット溶接方法は、装置本体に対して固定された固定電極と、該固定電極と対向配置されて、前記固定電極に対して接近・離間するように進退移動する可動電極と、加熱部を有する加熱装置と、を備えたスポット溶接装置を用いて、複数枚の板材を重ねたワークを溶接するスポット溶接方法であって、前記加熱装置は、前記固定電極及び前記可動電極のうち、一方の電極の基端側の前記装置本体に取り付けられており、前記基端側から前記一方の電極側に向かって、前記可動電極の一軸方向と傾斜する方向に延び、先端が円弧状に旋回するように所定の回転軸周りに回動自在なアーム部と、前記アーム部の先端に設けられ、前記ワークに形成されるナゲットに対応した大きさに形成された加熱部と、を備え、前記固定電極と前記可動電極により、前記ワークを挟持して、各電極間に電流を流し、前記ワークにナゲットを形成する溶接工程と、前記可動電極を通電位置から退避させた状態で前記アーム部を回動させて、前記加熱部をセットされた前記ワークの溶接領域に近接又は接触させ、前記加熱部により前記ワークを加熱する加熱工程と、を含み、前記溶接工程に対する前処理及び後処理のうち、少なくとも一方の処理として前記加熱工程を実行することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a spot welding method according to the present invention is a spot welding method for welding a workpiece having a plurality of overlapping plate materials by using a spot welding device including a fixed electrode fixed to an apparatus body, a movable electrode arranged opposite to the fixed electrode and moving toward and away from the fixed electrode, and a heating device having a heating portion, the heating device being attached to the apparatus body on a base end side of one of the fixed electrode and the movable electrode, extending from the base end side toward the one electrode side in a direction inclined with respect to one axial direction of the movable electrode, and rotating around a predetermined axis of rotation so that a tip end of the heating device revolves in an arc shape. the movable electrode is retracted from a current-carrying position, and the arm portion is rotated relative to the workpiece to bring the heating portion into close proximity to or into contact with a welding area of the set workpiece, and the workpiece is heated by the heating portion; and the heating portion is performed as at least one of pre-treatment and post-treatment for the welding process.

この構成によれば、可動電極と固定電極とでワークに通電をする前又はワークに通電をした後に、可動電極を通電位置から退避させた状態で、加熱部をセットされたワークの溶接領域に近接又は接触させて、ワークを加熱することができる。また、加熱部は、ワークに形成されるナゲットに対応した大きさに形成されているので、ワークの溶接領域が加熱されるように、溶接領域をピンポイントで加熱することができる。 According to this configuration, before or after energizing the workpiece with the movable electrode and the fixed electrode, the movable electrode is retracted from the energizing position, and the heating unit is brought close to or into contact with the welding area of the set workpiece to heat the workpiece. In addition, since the heating unit is formed to a size corresponding to the nugget to be formed on the workpiece, the welding area of the workpiece can be heated with pinpoint accuracy.

また、前記スポット溶接方法において、前記加熱部は、コイルで形成されており、前記加熱工程は、前記溶接工程の後に実施することを特徴とすることができる。この構成では、加熱部としてコイルを用いており、誘導電流によってワークを誘起加熱する構成であるので、量産されるワークに対して、ナゲットのバラつきによらずに、均一な加熱処理を施すことができる。また、ナゲットを形成した後の熱処理で、非溶接領域が加熱されることを抑制することができるので、例えばワークが超高張力鋼板で構成されている場合に、加熱によって引張強度が低下することを防止しながら、溶接領域の靭性を向上させることができる。 In addition, in the spot welding method, the heating section is formed of a coil, and the heating process is performed after the welding process. In this configuration, a coil is used as the heating section, and the workpiece is induced to heat by an induced current, so that uniform heat treatment can be performed on mass-produced workpieces regardless of nugget variations. In addition, the heat treatment after the nugget is formed can prevent the non-welded area from being heated, so that, for example, when the workpiece is made of ultra-high tensile steel plate, the toughness of the welded area can be improved while preventing a decrease in tensile strength due to heating.

本発明に係るスポット溶接装置及びスポット溶接方法によれば、簡易な構成でワークの溶接領域をピンポイントで加熱することができるとともに、量産されるワークに対して、均一な加熱処理を施すことができる。 The spot welding device and spot welding method of the present invention can heat the welding area of a workpiece with pinpoint accuracy using a simple configuration, and can perform uniform heat treatment on mass-produced workpieces.

本発明に係るスポット溶接装置の一実施形態の概略を示す側面図である。1 is a side view showing an outline of an embodiment of a spot welding device according to the present invention; 図１に示すスポット溶接装置の要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main portion of the spot welding device shown in FIG. 加熱装置の加熱部の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a heating section of the heating device. 加熱部による加熱状態を説明する一部断面側面図。FIG. 4 is a partial cross-sectional side view illustrating a heating state by a heating unit. スポット溶接装置の動作を説明する図である。4A to 4C are diagrams illustrating the operation of the spot welding device. スポット溶接装置の動作を説明する図である。4A to 4C are diagrams illustrating the operation of the spot welding device. スポット溶接装置の動作を説明する図である。4A to 4C are diagrams illustrating the operation of the spot welding device. スポット溶接装置の動作を説明する図である。4A to 4C are diagrams illustrating the operation of the spot welding device. 加熱部の変形例の説明図である。13 is an explanatory diagram of a modified example of the heating unit. FIG. 図６に示す加熱部による加熱状態を説明する一部断面側面図。FIG. 7 is a partial cross-sectional side view illustrating a heating state by the heating unit shown in FIG. 6 . スポット溶接装置の他の実施形態を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing another embodiment of the spot welding device.

図１は、本発明の第１の実施形態であるスポット溶接装置の概略を示す側面図である。スポット溶接装置１０は、例えば、自動車等の車両の製造工程（例えば、車体を構成する板材の接合など）で用いられ、少なくとも一部が重ねられた複数の金属板５１，５２からなるワーク（被溶接部材）５０に一対の電極を当接し、これらの電極の間を通電することで金属板５１，５２間を接合する。また、スポット溶接装置１０は、電極とは別に設けられた加熱装置４０により、溶接の前処理や後処理として、ワーク５０に対して加熱処理を実行することができる。 Figure 1 is a side view showing an outline of a spot welding device according to a first embodiment of the present invention. The spot welding device 10 is used, for example, in the manufacturing process of vehicles such as automobiles (for example, joining plate materials that make up a vehicle body), and a pair of electrodes is brought into contact with a workpiece (welded member) 50 consisting of multiple metal plates 51, 52, at least some of which are overlapped, and electricity is passed between these electrodes to join the metal plates 51, 52. In addition, the spot welding device 10 can perform a heating process on the workpiece 50 as a pre-processing or post-processing of welding using a heating device 40 provided separately from the electrodes.

本実施形態ではワーク５０の一例として、２枚の金属板５１，５２を積層したものを記載しているが、金属板の枚数は２枚に限られず、３枚以上であってもよい。以下の説明では、スポット溶接装置１０に対してワーク５０をセットした状態において、一方の電極である可動電極１４が当接する金属板を第１の金属板５１とし、他方の電極である固定電極１２が当接する金属板を第２の金属板５２としている。本実施形態において、第１の金属板５１及び第２の金属板５２は、それぞれ、引張強度が１０００ＭＰａ以上の超高張力鋼板である。なお、溶接される金属板は、超高張力鋼板に限られず、これよりも引張強度の低い高張力鋼板や、その他の金属板であってもよい。 In this embodiment, as an example of the workpiece 50, a stack of two metal plates 51 and 52 is described, but the number of metal plates is not limited to two and may be three or more. In the following description, when the workpiece 50 is set on the spot welding device 10, the metal plate that is in contact with the movable electrode 14, which is one of the electrodes, is the first metal plate 51, and the metal plate that is in contact with the fixed electrode 12, which is the other electrode, is the second metal plate 52. In this embodiment, the first metal plate 51 and the second metal plate 52 are each an ultra-high tensile steel plate having a tensile strength of 1000 MPa or more. Note that the metal plate to be welded is not limited to an ultra-high tensile steel plate, and may be a high tensile steel plate having a lower tensile strength or another metal plate.

スポット溶接装置１０は、固定電極１２及び可動電極１４を保持する装置本体である、Ｃ型に形成された溶接ガン本体１１（以下、単に「装置本体１１」とも称する）を有している。この装置本体１１は、図示しない溶接ロボットのロボットアームに取り付けられており、溶接ロボットの駆動機構により、ワーク５０の被溶接部位に向けて移動するように構成されている。 The spot welding device 10 has a C-shaped welding gun body 11 (hereinafter also referred to simply as the "device body 11"), which is the device body that holds the fixed electrode 12 and the movable electrode 14. This device body 11 is attached to the robot arm of a welding robot (not shown), and is configured to move toward the part to be welded of the workpiece 50 by the driving mechanism of the welding robot.

スポット溶接装置１０は、装置本体１１に固定された固定電極１２と、固定電極１２に対向配置された可動電極１４と、可動電極１４を一軸方向に移動させる駆動機構２０と、ワーク５０を加熱する加熱装置４０と、制御部１６と、を備えている。制御部１６は、駆動機構２０、各電極１２，１４に対する電源ユニット（図示せず）及び加熱装置４０と電気的に接続されている。本実施形態において、可動電極１４が移動する一軸方向Ｘは、可動電極１４の中心軸Ｐの軸方向と一致している。 The spot welding device 10 includes a fixed electrode 12 fixed to the device body 11, a movable electrode 14 arranged opposite the fixed electrode 12, a drive mechanism 20 that moves the movable electrode 14 in one axial direction, a heating device 40 that heats the workpiece 50, and a control unit 16. The control unit 16 is electrically connected to the drive mechanism 20, a power supply unit (not shown) for each electrode 12, 14, and the heating device 40. In this embodiment, the one axial direction X in which the movable electrode 14 moves coincides with the axial direction of the central axis P of the movable electrode 14.

駆動機構２０は、アクチュエータ２２と、アクチュエータ２２に連結されて上下方向に延びるロッド２４とを備える。 The drive mechanism 20 includes an actuator 22 and a rod 24 that is connected to the actuator 22 and extends in the vertical direction.

アクチュエータ２２は、それぞれ、装置本体１１の上側の支持ブラケット１１ａに固定されている。アクチュエータ２２は、例えば、エアシリンダ、サーボシリンダ、又はサーボモータ等によりそれぞれ構成することができる。ロッド２４は互いに平行に延びており、それぞれ、アクチュエータ２２の駆動力により軸方向（即ち、可動電極１４が移動する一軸方向Ｘ）である上下方向に進退移動する。 The actuators 22 are each fixed to the upper support bracket 11a of the device body 11. The actuators 22 can each be configured, for example, by an air cylinder, a servo cylinder, or a servo motor. The rods 24 extend parallel to each other, and are each moved up and down in the axial direction (i.e., the axial direction X in which the movable electrode 14 moves) by the driving force of the actuator 22.

駆動機構２０のロッド２４の先端部には、可動電極１４が設けられる。可動電極１４は、駆動機構２０の作動により、図２において実線で示すように、上方側へ移動した電極退避位置と、図２において仮想線で示すように、下方側へ移動してワーク５０の第１の金属板５１の表面に当接し、第１の金属板５１に加圧力を付与する加圧溶接位置との間を移動する。 A movable electrode 14 is provided at the tip of the rod 24 of the drive mechanism 20. By operation of the drive mechanism 20, the movable electrode 14 moves between an electrode retraction position in which it has moved upward as shown by the solid line in FIG. 2 and a pressure welding position in which it has moved downward as shown by the imaginary line in FIG. 2 and abuts against the surface of the first metal plate 51 of the workpiece 50, applying pressure to the first metal plate 51.

固定電極１２は、装置本体１１の下側の支持ブラケット１１ｂの先端部に取り付けられている。固定電極１２は、その中心軸が可動電極１４の中心軸Ｐと同軸となるように、可動電極１４と対向配置されている。固定電極１２及び可動電極１４は、図示しない電源ユニットに接続されている。この電源ユニットは、制御部１６に電気的に接続されており、制御部１６からの信号を受けて、各電極１２，１４間に電流を流す。 The fixed electrode 12 is attached to the tip of the support bracket 11b on the lower side of the device body 11. The fixed electrode 12 is disposed opposite the movable electrode 14 so that its central axis is coaxial with the central axis P of the movable electrode 14. The fixed electrode 12 and the movable electrode 14 are connected to a power supply unit (not shown). This power supply unit is electrically connected to the control unit 16, and receives a signal from the control unit 16 to pass a current between the electrodes 12 and 14.

加熱装置４０は、図１及び図２に示すように、可動電極１４の基端側の装置本体１１の支持ブラケット１１ａに取り付けられている。加熱装置４０は、支持ブラケット１１ａに固定された本体部４２と、可動電極１４の基端側にある本体部４２から可動電極１４側に延びるアーム部４４と、アーム部４４の先端に設けられた加熱部４６とを備える。 As shown in Figures 1 and 2, the heating device 40 is attached to the support bracket 11a of the device body 11 on the base end side of the movable electrode 14. The heating device 40 includes a body portion 42 fixed to the support bracket 11a, an arm portion 44 extending from the body portion 42 on the base end side of the movable electrode 14 toward the movable electrode 14, and a heating portion 46 provided at the tip of the arm portion 44.

アーム部４４は、本体部４２に、所定の回転軸Ｑ周りに回動自在に設けられている。この回転軸Ｑの軸方向は、可動電極１４が移動する一軸方向Ｘに対して、所定角度θ傾斜している。なお、図２中の直線Ｐ’は、一軸方向Ｘに延びる線である。 The arm portion 44 is provided on the main body portion 42 so as to be rotatable around a predetermined rotation axis Q. The axial direction of this rotation axis Q is inclined at a predetermined angle θ with respect to the axial direction X along which the movable electrode 14 moves. Note that the straight line P' in FIG. 2 is a line extending in the axial direction X.

アーム部４４は、回転軸Ｑの軸方向及び可動電極１４が移動する一軸方向Ｘに対して傾斜する方向に延びている。ここで、アーム部４４が延びる方向とは、アーム部４４の基端４４ａと先端４４ｂとを繋ぐ直線が延びる方向Ｓをいう。以下の説明では、このアーム部４４が延びる方向Ｓをアーム部４４の延在方向Ｓとも称する。 The arm portion 44 extends in a direction inclined with respect to the axial direction of the rotation axis Q and the axial direction X along which the movable electrode 14 moves. Here, the direction in which the arm portion 44 extends refers to the direction S in which a straight line connecting the base end 44a and the tip end 44b of the arm portion 44 extends. In the following description, the direction S in which the arm portion 44 extends is also referred to as the extension direction S of the arm portion 44.

本実施形態のアーム部４４は、本体部４２から回転軸Ｑに沿って直線状に延びる第１アーム４５ａと、第１アーム４４ａの先端から回転軸Ｑに対して傾斜する方向に延びる第２アーム４５ｂとを有している。なお、アーム部４４の形状はこれに限られず、延在方向Ｓに直線状に延びていてもよいし、湾曲状に延びていてもよい。 The arm portion 44 in this embodiment has a first arm 45a that extends linearly from the main body portion 42 along the rotation axis Q, and a second arm 45b that extends from the tip of the first arm 44a in a direction inclined with respect to the rotation axis Q. Note that the shape of the arm portion 44 is not limited to this, and it may extend linearly or curvedly in the extension direction S.

本体部４２には、アーム部４４を回転軸Ｑ周りに回転させる駆動モータ等を備えた駆動部４１Ａが内蔵されている。アーム部４４は、駆動部４１Ａにより、回転軸Ｑ周りに回転することによって、先端が円弧状に旋回する。これにより、アーム部４４の先端に設けられた加熱部４６は円弧状に旋回移動する。 The main body 42 includes a built-in drive unit 41A equipped with a drive motor and the like that rotates the arm 44 around the rotation axis Q. The arm 44 rotates around the rotation axis Q by the drive unit 41A, causing the tip of the arm 44 to rotate in an arc. This causes the heating unit 46 provided at the tip of the arm 44 to rotate in an arc.

アーム部４４の延在方向Ｓと延在方向Ｓの長さとは、アーム部４４の回動動作により、先端に取り付けられた加熱部４６が、図２に示すように、スポット溶接装置１０にセットされたワーク５０の溶接領域に近接する加熱位置に移動できるように設定されている。加熱部４６は、駆動部４１Ａによるアーム部４４の回動動作にともなって旋回移動し、図２において実線で示す加熱位置と、図２において仮想線で示す退避位置とに移動する。 The extension direction S of the arm portion 44 and the length of the extension direction S are set so that the rotation of the arm portion 44 allows the heating portion 46 attached to the tip to move to a heating position close to the welding area of the workpiece 50 set in the spot welding device 10, as shown in FIG. 2. The heating portion 46 rotates in accordance with the rotation of the arm portion 44 by the driving portion 41A, and moves to the heating position shown by the solid line in FIG. 2 and the retracted position shown by the virtual line in FIG. 2.

加熱部４６は、回転軸Ｑが一軸方向Ｘ（即ち、上下方向）に対して傾斜していることにより、一軸方向Ｘに対して垂直な面（本実施形態では、水平面）に対して傾斜した面上を円弧状に移動する。加熱位置は、この移動軌跡において、上下方向で最も下方に位置するように設定されている。これにより、加熱部４６は、退避位置において、加熱位置よりも上方に移動し、ワーク５０に対してより離間した状態となる。本実施形態では、退避位置に移動した際に、上下方向において、加熱位置よりも距離Ｌ分、上方側へ移動した状態としている。 The heating unit 46 moves in an arc on a plane that is inclined with respect to a plane perpendicular to the axial direction X (i.e., the vertical direction) because the rotation axis Q is inclined with respect to the axial direction X (i.e., the vertical direction). The heating position is set to be at the lowest position in the vertical direction on this movement trajectory. As a result, in the retracted position, the heating unit 46 moves higher than the heating position and is spaced further away from the workpiece 50. In this embodiment, when moved to the retracted position, the heating unit 46 moves upward in the vertical direction by a distance L from the heating position.

アーム部４４の基端側には、加熱部４６が退避位置から加熱位置へ移動した際に、アーム部４４の回転動作を停止させるストッパ４７Ａが設けられている。本実施形態において、ストッパ４７Ａは棒状に形成されており、本体部４２に固定された規制用当接片４８Ｂに当接することで、アーム部４４の回転を停止させる。このようなストッパ機構を設けることで、加熱部４６を容易に規定された加熱位置で固定させることができる。 A stopper 47A is provided on the base end side of the arm portion 44 to stop the rotation of the arm portion 44 when the heating portion 46 moves from the retracted position to the heating position. In this embodiment, the stopper 47A is formed in a rod shape, and stops the rotation of the arm portion 44 by abutting against a restricting abutment piece 48B fixed to the main body portion 42. By providing such a stopper mechanism, the heating portion 46 can be easily fixed at a specified heating position.

加熱部４６は、ワーク５０を加熱するものであり、ワーク５０に形成されるナゲットに対応した大きさに形成されている。ここで、ナゲットに対応した大きさとは、加熱部４６の外径（直径）が、ワーク５０に形成されるナゲットの１．５倍以下の大きさ、好ましくは１．２倍以下の大きさ、より好ましくは、ナゲットと同じ又はそれ以下の大きさである。ここで、ワークに形成されるナゲットの大きさとは、設計段階で設定されたナゲットの大きさ（ナゲット径）である。本実施形態では、図３に示すように、加熱部４６として加熱用のコイル６１を用いている。また、本実施形態では、一例として、コイル６１の大きさ（コイル６１の直径Ｄ１）をワーク５０に形成されるナゲット径Ｄ２と同じ大きさに設定している。なお、加熱部４６は、コイル６１に限られず、ワーク５０に対する通電を伴わずにワーク５０を加熱できるものであればよい。 The heating section 46 heats the workpiece 50 and is formed to a size corresponding to the nugget to be formed on the workpiece 50. Here, the size corresponding to the nugget means that the outer diameter (diameter) of the heating section 46 is 1.5 times or less, preferably 1.2 times or less, and more preferably the same or smaller than the nugget to be formed on the workpiece 50. Here, the size of the nugget to be formed on the workpiece is the size of the nugget (nugget diameter) set at the design stage. In this embodiment, as shown in FIG. 3, a heating coil 61 is used as the heating section 46. Also, in this embodiment, as an example, the size of the coil 61 (diameter D1 of the coil 61) is set to the same size as the nugget diameter D2 to be formed on the workpiece 50. Note that the heating section 46 is not limited to the coil 61, and may be any one that can heat the workpiece 50 without applying current to the workpiece 50.

コイル６１を形成する導線６２は、アーム部４４内を通って本体部４２に内蔵された電源部４１Ｂに接続されている。電源部４１Ｂは、制御部１６と接続されており、制御部１６からの指示信号により、導線６２に高周波電流を流す。 The conductor 62 that forms the coil 61 passes through the arm 44 and is connected to the power supply 41B built into the main body 42. The power supply 41B is connected to the control unit 16, and a high-frequency current is passed through the conductor 62 in response to an instruction signal from the control unit 16.

図４に示すように、アーム部４４の長さは、コイル６１が加熱位置でワーク５０との間に隙間Ｓを有して近接するように設定されている。隙間Ｓの距離は、例えば、５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下に設定することができる。なお、加熱部４６が、ワーク５０に対して誘導加熱を行うものではない場合、例えば、誘導加熱を生じさせずに、加熱部４６の抵抗によってジュール熱を発生させる抵抗加熱を行うものである場合、加熱部４６をワーク５０に接触させて直接加熱を行うことも可能である。 As shown in FIG. 4, the length of the arm portion 44 is set so that the coil 61 is close to the workpiece 50 at the heating position with a gap S between them. The distance of the gap S can be set to, for example, 5 mm or less, preferably 3 mm or less. Note that if the heating portion 46 does not perform induction heating on the workpiece 50, for example, if it performs resistance heating that generates Joule heat by the resistance of the heating portion 46 without generating induction heating, it is also possible to bring the heating portion 46 into contact with the workpiece 50 to directly heat it.

制御部１６は、例えばＣＰＵ等の情報処理部、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶部、入出力インターフェイス等を有して構成される。制御部１８は、記憶部に記憶されたプログラム（例えば、各タイミングにおける可動電極１４の上下位置及び加圧力、各タイミングにおける固定電極１２及び可動電極１４の通電電流、各タイミングにおける加熱部４６の位置及び加熱状態など）に基づいて、可動電極１４の進退移動やワーク５０に対する加圧力、各電極１２，１４に供給される溶接電流の電流値、加熱部４６の旋回移動や通電量などを制御する。 The control unit 16 is configured to have, for example, an information processing unit such as a CPU, a storage unit such as a RAM or ROM, an input/output interface, etc. The control unit 18 controls the forward/backward movement of the movable electrode 14, the pressure applied to the workpiece 50, the current value of the welding current supplied to each electrode 12, 14, the rotational movement and current amount of the heating unit 46, etc., based on a program stored in the storage unit (for example, the vertical position and pressure force of the movable electrode 14 at each timing, the current flowing through the fixed electrode 12 and the movable electrode 14 at each timing, the position and heating state of the heating unit 46 at each timing, etc.).

次に、図５Ａ～図５Ｄを用いて、上述したスポット溶接装置１０による溶接方法について説明する。 Next, the welding method using the above-mentioned spot welding device 10 will be described using Figures 5A to 5D.

まず、スポット溶接装置１０の可動電極１４及び加熱部４６のそれぞれが退避位置にある状態で、図５Ａに示すようにワーク５０を溶接位置にセットする。ワーク５０は、図示しないクランプ装置によって所定の溶接位置に固定される。 First, with the movable electrode 14 and the heating unit 46 of the spot welding device 10 in their retracted positions, the workpiece 50 is set at the welding position as shown in FIG. 5A. The workpiece 50 is fixed at the predetermined welding position by a clamping device (not shown).

次に、図５Ｂに示すように、可動電極１４を加圧溶接位置まで移動させ、固定電極１２と可動電極１４とでワーク５０を挟持する。この状態のもとで、両方の電極１２，１４の間に図示しない電源ユニットから電流を流して、ワーク５０の接合部にナゲット５６を形成し、第１の金属板５１及び第２の金属板５２を溶接する（溶接工程）。 Next, as shown in FIG. 5B, the movable electrode 14 is moved to the pressure welding position, and the fixed electrode 12 and the movable electrode 14 clamp the workpiece 50. In this state, a current is passed between the two electrodes 12, 14 from a power supply unit (not shown), forming a nugget 56 at the joint of the workpiece 50 and welding the first metal plate 51 and the second metal plate 52 together (welding process).

溶接工程の後、図５Ｃに示すように、可動電極１４を電極退避位置に退避させ、加熱部４６を退避位置から加熱位置に移動させる。これにより、加熱部４６は、ワーク５０の溶接領域に近接した状態となる。この状態で、電源部４１Ｂからコイル６１に高周波電流を流して磁界を発生させ、コイル６１に近接するワーク５０に誘導電流を流すと、鋼板からなるワーク５０の電気抵抗により、ワーク５０が誘導加熱される。コイル６１はナゲット５６と対応する大きさに設定されているため、コイル６１の誘導電流によってワーク５０の溶接領域がピンポイントで加熱される（加熱工程）。 After the welding process, as shown in FIG. 5C, the movable electrode 14 is retracted to the electrode retraction position, and the heating unit 46 is moved from the retraction position to the heating position. This brings the heating unit 46 into close proximity to the welding area of the workpiece 50. In this state, a high-frequency current is passed from the power supply unit 41B to the coil 61 to generate a magnetic field, and an induced current is passed through the workpiece 50 close to the coil 61. The workpiece 50 is induced heated by the electrical resistance of the workpiece 50, which is made of a steel plate. Since the coil 61 is set to a size corresponding to the nugget 56, the induced current of the coil 61 heats the welding area of the workpiece 50 with pinpoint accuracy (heating process).

加熱部４６により、ワーク５０を所定時間加熱した後、図５Ｄに示すように、加熱部４６を退避位置に移動させ、ワーク５０を溶接位置から外す。
After the workpiece 50 is heated by the heating unit 46 for a predetermined time, the heating unit 46 is moved to a retracted position as shown in FIG . 5D , and the workpiece 50 is removed from the welding position.

上述したスポット溶接装置１０によるスポット溶接方法では、アーム部４４の回動動作させる簡易な構成により、加熱部４６をワーク５０の溶接領域に近接する加熱位置と、該加熱位置から退避した退避位置とに移動させることができる。また、セットされたワーク５０に対して、加熱部４６を加熱位置に移動させて加熱部４６であるコイル６１の誘導電流によりワーク５０を加熱することで、量産されるワーク５０に対して、ワーク５０に形成されたナゲットのバラつきによらずに、均一な加熱処理を施すことができる。また、コイル６１への通電によって、加熱制御を容易に行うことができる。 In the spot welding method using the spot welding device 10 described above, the simple configuration of rotating the arm 44 allows the heating unit 46 to move between a heating position close to the welding area of the workpiece 50 and a retracted position retracted from the heating position. In addition, by moving the heating unit 46 to the heating position for the set workpiece 50 and heating the workpiece 50 with the induced current of the coil 61 of the heating unit 46, uniform heating can be performed on mass-produced workpieces 50 regardless of variations in the nuggets formed on the workpiece 50. In addition, heating can be easily controlled by passing current through the coil 61.

また、加熱部４６は、ワーク５０に形成されるナゲットに対応した大きさに形成されているので、ワーク５０の溶接領域のみが加熱されるように、溶接領域をピンポイントで加熱することができる。溶接される金属板５１，５２が、超高張力鋼板等の引張強度の高い板材である場合、引張強度は高いが、応力が集中する溶接部から脆性破壊が生じやすい。本実施形態のように、溶接後にワーク５０の溶接部を熱処理することで、靭性を高めることができ、脆性破壊に対する耐久性の高いものとすることができる。また、溶接領域をピンポイントで加熱することで、ワーク５０の溶接領域以外の領域が、加熱処理によって性質変化し、引張強度が低下してしまうことを防止することができる。 In addition, since the heating portion 46 is formed to a size corresponding to the nugget formed on the workpiece 50, the welding area of the workpiece 50 can be pinpoint-heated so that only the welding area of the workpiece 50 is heated. When the metal plates 51, 52 to be welded are high tensile strength plate materials such as ultra-high tensile steel plates, the tensile strength is high, but brittle fracture is likely to occur from the welding area where stress is concentrated. As in this embodiment, by heat treating the welding area of the workpiece 50 after welding, the toughness can be increased and the durability against brittle fracture can be made high. In addition, by pinpoint-heating the welding area, it is possible to prevent the properties of areas other than the welding area of the workpiece 50 from changing due to heat treatment, which would result in a decrease in tensile strength.

また、上述したスポット溶接装置１０では、加熱装置４０のアーム部４４の回転軸Ｑを一軸方向Ｘから傾斜させており、加熱位置において最も下方側に位置するようにしているので、加熱部４６を加熱位置と退避位置との間で移動させている間に、加熱部４６やスペーサ部材４８ａ，４８ｂが、ワーク５０表面に接触することを防止することができる。 In addition, in the above-mentioned spot welding device 10, the rotation axis Q of the arm portion 44 of the heating device 40 is tilted from the axial direction X and positioned at the lowest side at the heating position, so that the heating portion 46 and the spacer members 48a, 48b can be prevented from contacting the surface of the workpiece 50 while the heating portion 46 is being moved between the heating position and the retracted position.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the invention.

例えば、図６及び図７に示す変形例ように、加熱部４６は、ワーク５０と対向する側の表面に、該表面から突出してワーク５０との間の距離を確保するスペーサ部材４８ａ，４８ｂを有する構成であってもよい。スペーサ部材４８ａ，４８ｂは、ワーク５０を加熱する際に、ワーク５０との間の距離を確保するものであり、絶縁材料で形成されている。本実施形態においてスペーサ部材４８ａ，４８ｂは、コイル６１の径方向の両端部に対を成して設けられている。このように、加熱部４６にスペーサ部材４８ａ，４８ｂを設けることで、コイル６１による誘導加熱でワーク５０を加熱する構成であっても、加熱部４６をワーク５０に接触させて加熱を行うことができる。スペーサ部材４８ａ，４８ｂの高さは、例えば、５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下に、より好ましくは２ｍｍ以下に設定することができる。図７に示すように、加熱部４６にスペーサ部材４８ａ，４８ｂを設け、これをワーク５０の表面に接触させることで、ワーク５０とコイル６１との間の距離を均一に保つことができる。 6 and 7, the heating unit 46 may have spacer members 48a and 48b protruding from the surface facing the workpiece 50 to ensure a distance from the workpiece 50. The spacer members 48a and 48b are formed of an insulating material to ensure a distance from the workpiece 50 when the workpiece 50 is heated. In this embodiment, the spacer members 48a and 48b are provided in pairs at both ends of the coil 61 in the radial direction. By providing the spacer members 48a and 48b in the heating unit 46 in this way, the heating unit 46 can be brought into contact with the workpiece 50 to heat it, even in a configuration in which the workpiece 50 is heated by induction heating using the coil 61. The height of the spacer members 48a and 48b can be set to, for example, 5 mm or less, preferably 3 mm or less, and more preferably 2 mm or less. As shown in FIG. 7, the spacer members 48a and 48b are provided in the heating unit 46 and brought into contact with the surface of the workpiece 50, thereby maintaining a uniform distance between the workpiece 50 and the coil 61.

また、例えば、図８に示す別の実施形態ように、アーム部４４の回転軸Ｑの軸方向は、可動電極１４が移動する一軸方向Ｘと同一の方向であってもよい。かかる場合、さらに、アーム部４４が一軸方向Ｘに進退移動可能となるように、移動機構４９を設ける構成とすることが好ましい。 Also, for example, as in another embodiment shown in FIG. 8, the axial direction of the rotation axis Q of the arm portion 44 may be the same as the axial direction X along which the movable electrode 14 moves. In such a case, it is preferable to further provide a movement mechanism 49 so that the arm portion 44 can move back and forth in the axial direction X.

また、例えば、加熱装置４０は、固定電極１２の基端側に取り付けられる構造であってもよい。 Also, for example, the heating device 40 may be configured to be attached to the base end side of the fixed electrode 12.

また、加熱装置４０によるワーク５０への加熱処理は、溶接後の後処理に限られない。例えば、後処理に代えて、又は、後処理とともに、溶接前の前処理として、加熱装置４０を用いて、ワーク５０の溶接領域に予備加熱を行ってもよい。 The heat treatment of the workpiece 50 by the heating device 40 is not limited to post-treatment after welding. For example, instead of or in addition to post-treatment, the heating device 40 may be used to preheat the welding area of the workpiece 50 as a pre-treatment before welding.

１０スポット溶接装置
１１装置本体
１２固定電極
１４可動電極
２０駆動機構
４０加熱装置
４２本体部
４４アーム部
４６加熱部
４８ａ，４８ｂスペーサ部材
５０ワーク REFERENCE SIGNS LIST 10 Spot welding device 11 Device body 12 Fixed electrode 14 Movable electrode 20 Drive mechanism 40 Heating device 42 Body portion 44 Arm portion 46 Heating portion 48a, 48b Spacer member 50 Workpiece

Claims

A fixed electrode fixed to the device body;
a movable electrode disposed opposite the fixed electrode and movable in one axial direction so as to approach or move away from the fixed electrode;
A spot welding apparatus for welding a workpiece including a plurality of stacked plate materials to each other by sandwiching the workpiece between the fixed electrode and the movable electrode and passing a current between the electrodes to form a nugget on the workpiece, the spot welding apparatus comprising:
a heating device attached to the device body on a base end side of one of the fixed electrode and the movable electrode,
The heating device includes:
an arm portion extending from the base end side toward the one electrode side in a direction inclined with respect to one axial direction of the movable electrode, the arm portion having a tip end that is rotatable about a predetermined rotation axis so as to rotate in an arc shape;
A heating unit is provided at the tip of the arm unit and formed to a size corresponding to a nugget to be formed on the workpiece,
A spot welding device characterized in that the heating unit moves to a heating position close to or in contact with the welding area of the set workpiece and to a retracted position retracted from the heating position by the rotational movement of the arm unit.

The spot welding device according to claim 1, characterized in that the heating section is formed of a coil.

3. The spot welding device according to claim 1, wherein an axial direction of the predetermined rotation axis of the arm portion is inclined with respect to one axial direction of the movable electrode.

The spot welding device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the heating unit has a spacer member on the surface facing the workpiece that protrudes from the surface to ensure a distance between the heating unit and the workpiece.

A spot welding method for welding a workpiece having a plurality of overlapping plate materials using a spot welding device including: a fixed electrode fixed to a device body; a movable electrode disposed opposite the fixed electrode and movable toward and away from the fixed electrode; and a heating device having a heating section,
the heating device is attached to the device body on a base end side of one of the fixed electrode and the movable electrode,
an arm portion extending from the base end side toward the one electrode side in a direction inclined with respect to one axial direction of the movable electrode, the arm portion having a tip end that is rotatable about a predetermined rotation axis so as to rotate in an arc shape;
A heating unit is provided at the tip of the arm unit and formed to a size corresponding to a nugget to be formed on the workpiece,
a welding process in which the workpiece is sandwiched between the fixed electrode and the movable electrode, and a current is passed between the electrodes to form a nugget on the workpiece;
a heating step of rotating the arm portion while the movable electrode is retracted from the current-carrying position, bringing the heating portion into proximity with or into contact with a welding area of the set workpiece, and heating the workpiece with the heating portion;
A spot welding method, comprising: carrying out the heating step as at least one of pre-treatment and post-treatment for the welding step.