スポット溶接の原理

　スポット溶接は、溶接したい2片の金属の上下から電極をあて、適度な圧力を加えながら、大電流を流し発生した熱で金属を溶かして接合します。

　また、上下から電極を当てられないバッテリーへのタブ溶接などの場合は、左の等価回路で示したように、タブ板とバッテリー間のＲ３による発熱で溶接させます。溶接品質は、溶接電流・通電時間・押下圧力・材質等の影響を受けます。溶接電流は、溶接する部材の材質や表面の状態や電極押下圧力により変化します。スポット溶接により得られる接着部分を、ナゲットと呼びますが、良質なナゲットを得るためには、これらの要素をコントロールする必要があります。また、電極自身が溶着しないためには、電極の材質と放熱も重要です。同じ材質・条件下で大量・高速の溶接を行う特定用途向け溶接機が、これらを最適値に設定していくのに対して、パーソナル用は様々な素材形状と材質を相手にすることになります。でも、それほど心配はいりません。電流や電極の押下圧力、金属の導電性、金属表面の状態などは、少しの経験で、比較的簡単にコントロールできるようになります。

　
HSWシリーズによる溶接の様子

どんなものが溶接できるのでしょうか

　スポット溶接は、「抵抗溶接」の一種です。溶接したい物体に電気を流して、その発熱を利用して接合部の金属を溶かします。　つまり、電気を流す金属でないと溶接できません。

どんな大きさの金属でも溶接できるのでしょうか

　自動車の生産ラインで、派手な火花を飛ばして、ロボットが溶接をしているシーンをご覧になったことがあると思います。大型の溶接機であれば、どんな金属でも溶接できるかもしれません。
　安全性も考慮して、加える電圧も流す電流も小さいYokodai.JP製のスポット溶接機では、細く、薄い金属しか溶接できません。

細く、薄ければどんな金属でも溶接できますか

　電気を流して発熱させるためには、その金属にある程度の抵抗が必要です。つまり、金や銀、銅、アルミニゥムなどのように電気を流しやすい金属は、電流をながしても、発熱が少ないので、溶接しにくいのです。これらの金属は、熱伝導度も高いために、熱が逃げやすいこともスポット溶接を困難にする要因です。また、細く、薄い金属は、電流を流しすぎると、溶断してしまいますので、通電時間や電流、それに印加圧力の制御が重要になってきます。Yokodai.JP製スポット溶接機で溶接できる金属は、「Yjp機種別溶接能力」をご覧ください。

ニッケルやステンレスがスポット溶接しやすい理由

　 電気伝導率（導電率）の高い金属は、熱伝導率(熱伝導度）も高い。つまり、スポット溶接のために電流を流しても発熱が少ない上に熱は逃げやすいので溶接は困難です。それ故にアルミニウムや銅の溶接には、大電力が必要になります。

　スポット溶接は、電気抵抗による発熱を利用する溶接です。銅や銀のように電気の良導体よりも、ある程度の電気抵抗がある（電気伝導率が低い）金属のほうが溶接に適しています。

　また、溶接する部分の熱が、すぐ逃げてしまう(熱伝導率が高い）ようでは、金属が溶かすことができず溶接は困難です。電気伝導率と熱伝導率は、左の表のように密接に関連しています。

　従って、共に適度な値を有する、ニッケルやステンレスは、スポット溶接しやすい金属といえます。

　アルミニウムは表面の酸化膜が絶縁体として働くため、溶接時には高電圧をかけてこの酸化膜を破壊する必要があります。
　合金の場合は、かなり様子が異なり、銀や銅も合金となったものは、溶接が容易になる場合があります。

【電極押下圧力について】

　 「電極押下圧力」はスポット溶接において配慮すべき重要な要素です。左の写真は0.15mm厚ステンレス板を弊社HSW-02Aで溶接した際のスポット溶接痕です。
　Aは電極の銅がステンレスに溶着しています。Bは、Aと同じ条件下で、押下圧力のみ増加させて溶接した痕です。
　Aは圧力不足のため電極部で発熱し、電極の銅がステンレスに溶着している様子が判ると思います。

　ワークに合わせて、クロム銅や銀タングステン電極などを使用することで溶着を低減できます。

【ペルチェ効果について】

　 ペルチェ効果とは、異なる種類の金属を接触させて電流を流すと、その金属面に熱の移動が生じる現象です。

　溶接電流により、Bだけでなく、AやCでも発熱しますが、直流を利用するスポット溶接機では、電極の極性と金属種によりAで発熱・Cで吸熱する場合と、Cで発熱・Aで吸熱する場合が存在します。（交流溶接機では、極性が反転するため相殺されます。）

　 Aで吸熱の場合、上の電極は、ペルチェ効果により冷却されるので溶着しにくくなりますが、下の電極は逆にペルチェ効果による発熱のために溶着しやすくなります。

　このためY材の融点が低い場合などは、下側となる電極の放熱に配慮することが必要になります。
　下側の電極に棒状電極(写真）を使用することでY材の電極がわの温度は上がりにくくなります。