抵抗溶接の原理、種類、用途、メリット・デメリットを徹底解説

抵抗溶接とは

抵抗溶接は、金属間接合が液相または溶融状態で形成される液相溶接プロセスです。これは熱電プロセスであり、溶接板の界面で電気抵抗によって熱が発生し、これらの板に制御された低圧力を適用して溶接継手を形成します。電気抵抗を用いて熱を生成するため、抵抗溶接と名付けられました。非常に効率的で公害のない溶接プロセスですが、高い装置コストと限定的な材料厚さのため用途は限られています。

抵抗溶接の原理

スポット溶接、シーム溶接、プロジェクション溶接等、すべての抵抗溶接は電気抵抗による発熱という同一原理で動作します。電流が電気抵抗を通過すると熱が発生します。これは電熱コイルで使用される同一原理です。発生熱量は材料抵抗、表面状態、供給電流、通電時間等に依存します。この発熱は電気エネルギーから熱エネルギーへの変換によって起こります。発熱式は以下の通りです：

H = I²RT
H = 発生熱量（ジュール）
I = 電流（アンペア）
R = 電気抵抗（オーム）
T = 通電時間（秒）

この熱で界面金属を溶融させ、融合によって強力な溶接継手を形成します。このプロセスはフィラーメタル、フラックス、シールドガスを一切使用せずに溶接を生成します。

抵抗溶接の種類

抵抗溶接には主に以下の4種類があります：

スポット溶接

最もシンプルな抵抗溶接で、工作物をアンビル面の圧力で保持します。銅電極を工作物に接触させ、電流を流し始めます。工作物材料が電流流れに抵抗を示し、局所発熱を生じます。界面では空気隙間のため抵抗が高くなります。電流がこれを流れ、界面を溶融させます。電流量と時間は界面の適切な溶融に十分でなければなりません。電流流れを停止しますが、電極による圧力は溶接が急速冷却するまでわずかな時間維持されます。その後電極を離し、次のスポットで接触させます。円形ナゲットが形成されます。ナゲットサイズは電極サイズに依存し、一般に直径4〜7mm程度です。

シーム溶接

シーム溶接は連続スポット溶接とも呼ばれ、ローラー型電極を用いて工作物に電流を流します。まずローラーを工作物に接触させます。大電流をこれらのローラーを通して流します。これにより界面が溶融し、溶接継手を形成します。ローラーが工作物上で回転し始め、連続溶接継手を形成します。溶接タイミングと電極移動は、溶接がオーバーラップし工作物が過熱しないよう制御されます。シーム溶接の溶接速度は約60インチ/分です。気密継手の作成に使用されます。

プロジェクション溶接

プロジェクション溶接はスポット溶接と類似ですが、溶接を希望する位置に工作物にディンプル（突起）を形成します。工作物を電極間で保持し、大電流を流します。電極を通じて溶接板に少量の圧力を適用します。電流がディンプルを通過し、これを溶融させ、圧力でディンプルが潰れて溶接を形成します。

フラッシュバット溶接

鋼鉄産業でチューブとロッドの溶接に使用される別の抵抗溶接タイプです。このプロセスでは、溶接される2つの工作物を電極ホルダーにクランプし、約100,000アンペアの高パルス電流を工作物材料に供給します。2つの電極ホルダーを使用し、一方は固定、他方は可動です。最初に電流を供給し、可動クランプを固定クランプに押し付けます。これら2つの工作物が大電流で接触するとフラッシュが発生します。界面が塑性状態になると電流を停止し、軸方向圧力を増大させて接合を形成します。このプロセスでは塑性変形により溶接が形成されます。

用途

• 抵抗溶接は自動車産業で広く使用
• プロジェクション溶接はナット・ボルト生産で広く使用
• シーム溶接は小型タンク、ボイラー等で要求される気密継手の製造に使用
• フラッシュ溶接はパイプとチューブの溶接に使用

メリットとデメリット

メリット

• 薄板（0.1mm）から厚板（20mm）まで溶接可能
• 高速溶接
• 容易に自動化可能
• 同種・異種金属の両方を溶接可能
• プロセスがシンプルで完全自動化されているため高度な技能労働者不要
• 高生産率
• 環境に優しいプロセス
• フィラーメタル、フラックス、シールドガスを一切不要

デメリット

• 装置コストが高い
• 工作物厚さは電流要件により制限される
• 高導電性材料には効率が悪い
• 大電力が必要
• 溶接継手の引張強度と疲労強度が低い

以上が抵抗溶接の原理、種類、用途、メリット・デメリットについての解説です。ご質問がありましたらコメントでお知らせください。この記事がお役に立てば幸いです。ぜひソーシャルネットワークで共有し、当サイトを購読してさらなる興味深い記事をお楽しみください。