インダイレクトスポット溶接方法
【課題】インダイレクトスポット溶接の際に、溶融した状態で形成される碁石形のナゲットを安定して得ることができるインダイレクトスポット溶接方法を提供する。
【解決手段】インダイレクトスポット溶接法において、通電時間を２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、最初の時間帯ｔ1では、加圧力Ｆ1で加圧しかつ電流値Ｃ1で通電したのち、次の時間帯ｔ2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧しかつＣ1よりも高い電流値Ｃ2で通電する。
【解決手段】インダイレクトスポット溶接法において、通電時間を２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、最初の時間帯ｔ1では、加圧力Ｆ1で加圧しかつ電流値Ｃ1で通電したのち、次の時間帯ｔ2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧しかつＣ1よりも高い電流値Ｃ2で通電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には離れた位置で給電端子を取り付け、これら溶接電極と給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接の方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車ボディーや自動車部品の溶接に際しては、従来から抵抗スポット溶接、主にダイレクトスポット溶接が使用されてきたが、最近では、シリーズスポット溶接法やインダイレクトスポット溶接法等が使用されるようになった。
【０００３】
上記した３種類のスポット溶接の特徴を、図１を用いて説明する。
いずれのスポット溶接も、重ね合わせた少なくとも２枚の鋼板を溶接により接合する点では変わりはない。
図１（ａ）は、ダイレクトスポット溶接法を示したものである。この溶接は、同図に示すとおり、重ね合わせた２枚の金属板１，２を挟んでその上下から一対の電極３，４を加圧しつつ電流を流し、金属板の抵抗発熱を利用して、点状の溶接部５を得る方法である。なお、電極３，４はいずれも、加圧制御装置６，７および電流制御装置８をそなえており、これらによって加圧力と通電する電流値が制御できる仕組みになっている。
【０００４】
図１（ｂ）に示すシリーズスポット溶接法は、重ね合わせた２枚の金属板11，12に対し、離れた位置で、同一面側（同一方向）から一対の電極13，14を加圧しつつ電流を流し、点状の溶接部15-1，15-2を得る方法である。
【０００５】
図１（ｃ）に示すインダイレクトスポット溶接法は、重ね合わせた２枚の金属板21，22に対し、一方の金属板21には電極23を加圧しながら押し当て、他方の金属板22には離れた位置で給電端子24を取り付け、これらの間で通電することにより、金属板21，22に点状の溶接部25を形成する方法である。
【０００６】
上記した３種類の溶接法のうち、スペース的に余裕があり、金属板を上下から挟む開口部が得られる場合には、ダイレクトスポット溶接法が用いられる。
しかしながら、実際の溶接に際しては、十分なスペースがない、閉断面構造で金属板を上下から挟むことができない場合も多く、かような場合には、シリーズスポット溶接法やインダイレクトスポット溶接法が用いられる。
【０００７】
ここに、シリーズスポット溶接法やインダイレクトスポット溶接法を上記のような用途に使用する際には、重ね合わせた金属板は一方向からのみ電極により加圧され、その反対側は支持の無い中空の状態になっている。従って、両側から電極で挟むダイレクトスポット溶接法のように電極直下に局部的に高い加圧力を与えることができない。また、通電中に電極が金属板に沈み込んでいくため、電極−金属板、金属板−金属板間の接触状態が変化する。このような理由により、重ね合わせた金属板間で電流の通電経路が安定せず、溶融接合部が形成されにくいという問題があった。
【０００８】
上記の問題を解決するものとして、シリーズスポット溶接については、特許文献１に、「金属板を重ねた接触点にナゲットを形成するため、溶接初期に大電流を流して電極ナゲットを形成してから、定常電流を流す」ことが記載されている。また、特許文献２では、「電極を接触させる位置に他の部分よりも一段高い座面を形成し、座面を押しつぶすように加圧接触させて溶接することにより、バック電極なしに十分な溶接強度が得られる」ことが記載されている。
【０００９】
一方、インダイレクトスポット溶接については、シリーズスポット溶接にも適用できる技術として、特許文献３に、「シリーズスポット溶接又はインダイレクトスポット溶接の通電時に、電流値を高く維持する時間帯と電流値を低く維持する時間帯を交互に繰り返す」ことからなる溶接法、さらには「電流値を高く維持する時間帯と電流値を低く維持する時間帯を交互に繰り返すにつれて、電流値を高く維持する時間帯の電流値を徐々に高くする」ことからなる溶接方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平11-333569号公報
【特許文献２】特開2002-239742号公報
【特許文献３】特開2006-198676号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１は、シリーズスポット溶接については有効であると考えられるが、溶接方法の異なるインダイレクトスポット溶接に対しては有効であるとは限らないという問題があった。
また、特許文献２も、シリーズスポット溶接については有効であると考えられるが、インダイレクトスポット溶接に対しては有効であるとは限らず、しかも電極を接触させる位置に他の部分よりも一段高い座面をプレスなどで形成する工程が必要になるという問題があった。
【００１２】
さらに、特許文献３には、同文献に開示の技術に従う通電パターンによって溶接された「金属板11，12の重合部の金属組織を観察すると、金属板11，12の重合部の金属が、従来の通常のナゲットに比べて細かく部分的に溶融して再結晶したものが多数形成される事象が見られ、所謂、拡散接合の状態で接合している場合であり、従来の通常のナゲットとは異なる事象で接合している場合もある。」（同文献３の段落〔００３８〕）とあり、ダイレクトスポット溶接で見られるナゲットのように完全に溶融した状態で碁石形に形成されているとは限らない。
輸送機器メーカーにおける現状のスポット溶接部の管理基準では、ダイレクトスポット溶接で得られるような完全に溶融した状態を経た碁石形のナゲットであることを要求されることが多いため、接合強度が得られても完全に溶融した状態で形成された碁石形のナゲットが得られなければ管理基準を満足しないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されもので、重ね合わせた金属板を一方向からのみ電極で加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態で溶接するインダイレクトスポット溶接に際し、溶融した状態で形成された碁石形のナゲットを安定して得ることができるインダイレクトスポット溶接方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
さて、発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。
ａ）重ね合わせた金属板を一方向からのみ電極で加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う場合、両側から電極で挟むダイレクトスポット溶接法のように電極直下に局部的に高い加圧力を与えることができないため、電極直下の重ね合わせた金属板間で高い電流密度が得られず、また通電中に電極が鋼板に沈み込んでいくため、電極−金属板、金属板−金属板間の接触面積が増大し、電極−金属板、金属板−金属板間の電流密度が低下する。そのため、インダイレクトスポット溶接では、ダイレクトスポット溶接法のように電極直下の重ね合わせた金属板間に溶融部が形成されるのに十分な発熱が得難く、溶融接合部が形成されにくい。
ｂ）上記の問題を解決するには、通電中の電流値およびその時間を細かく制御する、または通電中の電極の加圧力およびその時間を細かく制御する、さらには通電中の電流値と電極の加圧力およびの時間を細かく制御することが有効である。
ｃ）特に、通電開始からの通電時間、加圧時間をそれぞれ独立に２段階に分け、通電時間、加圧時間の各段階における電流値および／または電極の加圧力を個別に制御することにより、健全な碁石形のナゲットからなる溶融接合部を安定して形成することができる。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１５】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、通電する電流値については通電開始から終了まで一定にする一方、電極の加圧力に関しては、通電開始から２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、最初の時間帯ｔ1では加圧力Ｆ1で加圧したのち、次の時間帯ｔ2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【００１６】
２．少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力および通電する電流値に関して、通電開始から２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、最初の時間帯ｔ1では、加圧力Ｆ1で加圧しかつ電流値Ｃ1で通電したのち、次の時間帯ｔ2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧しかつＣ1よりも高い電流値Ｃ2で通電することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【００１７】
３．少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力に関しては、通電開始から２つの時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、最初の時間帯ｔF1では、加圧力Ｆ1で加圧したのち、次の時間帯ｔF2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧する一方、通電する電流値に関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から２つの時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、最初の時間帯ｔC1では、電流値Ｃ1で通電したのち、次の時間帯ｔC2では、Ｃ1よりも高い電流値Ｃ2で通電することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【００１８】
４．上記１〜３のいずれかにおいて、前記溶接電極として、先端が曲面形状になる電極を使用することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、インダイレクトスポット溶接では、従来難しいとされた、溶融した状態で形成された碁石形のナゲットを安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ダイレクトスポット溶接法（ａ）、シリーズスポット溶接法（ｂ）およびインダイレクトスポット溶接法（ｃ）の溶接要領の説明図である。
【図２】本発明に従う基本的な通電時間と加圧力の関係（ａ）および通電時間と電流値の関係（ｂ）を示した図である。
【図３】実施例１の溶接要領（ａ）および実施例２の溶接要領（ｂ）の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に従い具体的に説明する。
図２（ａ）、（ｂ）に、本発明の基本的な通電時間と加圧力の関係および通電時間と電流値の関係をそれぞれ示す。
本発明では、電極の加圧力、通電する電流値に関して、通電開始からの時間帯を同時にまたはそれぞれ独立して２つに区分し、それぞれの時間帯において電極の加圧力Ｆまたは通電する電流値Ｃの一方、または加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を制御する。ここで、加圧力Ｆまたは電流値Ｃの一方を制御する場合には、区分した各時間帯をｔ1，ｔ2とし、また加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立して制御する場合には、加圧力Ｆを区分する時間帯をｔF1，ｔF2、電流値Ｃを区分する時間帯をｔC1，ｔC2とし、各時間帯での加圧力をＦ1，Ｆ2、電流値をＣ1，Ｃ2で示す。
【００２２】
本発明において、時間帯ｔ1では、加圧力Ｆ1で加圧し、電流値Ｃ1を通電する。
この時間帯ｔ1は、電極を重ね合わせた金属板に加圧しながら押し当てつつ、通電を開始し、金属板間の接触抵抗による発熱から溶融部の形成を始める時間帯である。重ね合わせた金属板を一方向からのみ電極により加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う際には、加圧力Ｆ1は両側から電極で挟むダイレクトスポット溶接法のような高い加圧力とすることができないが、加圧力Ｆ1が低く過ぎると電極と金属板との間の接触面積が極度に小さくなり、電流密度が過度に上昇して金属板表面が溶融飛散し、表面形状が著しく損なわれる不具合が発生する。従って、加圧力Ｆ1はかような不具合が生じないよう、適宜選択する必要がある。
【００２３】
また、電流値Ｃ1は、金属板間からの発熱により溶融が開始するのに十分な高さの電流値とする必要があるが、高すぎると前述したような金属板表面が溶融飛散し、えぐれた形状となり外観が著しく損なわれるばかりか、継手強度も低下する不具合が発生するので、かような不具合が生じないように、適宜選択する必要がある。
【００２４】
次に、時間帯ｔ2では、加圧力Ｆ2で加圧し、電流値Ｃ2を通電する。
この時間帯ｔ2は、時間帯ｔ1で形成が始まった溶融部をさらに成長させていく段階である。しかしながら、通電による発熱で電極周辺の金属板が軟化し、電極の反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う際には、金属板が軟化すると電極先端が金属板に沈み込み、電極と金属板、金属板と金属板の間の接触面積が増大し電流密度が低下するため、ナゲットを成長させるに十分な発熱が得られない。従って、この時間帯ｔ2では、加圧力Ｆ2を加圧力Ｆ1よりも低い加圧力とし、電極先端が金属板に沈み込むのを抑える必要がある。
【００２５】
一方、電流値Ｃ2については、電流値Ｃ1よりも高い電流値として、前述した電極の沈み込みによる接触面積の増大から電流密度が低下することを抑止することが重要である。しかしながら、電流値があまりに高過ぎると電極の反対側の金属板表面から溶融金属が飛散し、溶け落ちて、外観が著しく損なわれるばかりか、継手強度も低下する不具合が発生する。
【００２６】
以上、通電開始から２つの時間帯に区分し、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御する場合について説明したが、本発明は、これだけに限るものではなく、加圧力のみを制御するようにしてもよく、さらには加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立して制御することもできる。
すなわち、上記の時間帯ｔ1，ｔ2において、電流値Ｃ1，Ｃ2は一定とし、加圧力Ｆ2をＦ1より低くする方法でも、同様の効果を得ることができる。
しかしながら、前述したとおり、上記の時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より高くすることによって、より一層の効果を得ることができる。
【００２７】
さらに、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、加圧力Ｆ2をＦ1より低くする一方、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは別に独立して、通電開始から時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、電流値Ｃ2をＣ1より高くする方法とすることもでき、このように加圧力の変化、電流の変化を独立した時間帯で最適に行うことによって、より高い効果を得ることができる。
【００２８】
ここに、通電開始から２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御する場合、時間帯ｔ1，ｔ2における通電時間はそれぞれ、ｔ1：0.02〜0.30ｓ、ｔ2：0.10〜0.60ｓ程度とすることが好ましい。また、各時間帯ｔ1，ｔ2における加圧力はそれぞれ、Ｆ1：300〜2000Ｎ、Ｆ2：100〜1500Ｎ程度、電流値はそれぞれＣ1：2.0〜10.0kA、Ｃ2：2.5〜12.0kA程度とすることが好ましい。
なお、時間帯ｔ1，ｔ2において、電流値Ｃ1，Ｃ2は一定とし、加圧力Ｆ2をＦ1より低くする場合の一定電流値は2.5〜10kA程度とすることが好ましい。
さらに、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立して制御する場合には、加圧力Ｆに関しては、ｔF1：0.02〜0.30ｓ、ｔF2：0.10〜0.60ｓ程度とし、各時間帯ｔF1，ｔF2においてそれぞれＦ1：300〜2000Ｎ、Ｆ2：100〜1500Ｎ程度とすることが、また電流値Ｃに関しては、ｔC1：0.02〜0.30ｓ、ｔC2：0.10〜0.60ｓ程度とし、各時間帯ｔC1，ｔC2においてそれぞれＣ1：2.0〜10.0 kA、Ｃ2：2.5〜12.0 kA程度とすることが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明のインダイレクトスポット溶接では、溶接電極として、先端が曲面形状になる電極を使用することが好ましい。電極の先端を曲面形状とすることにより、通電初期に、電極と金属板との間の十分な接触面積を確保し、電流密度が過度に上昇して金属板表面が溶融飛散し、表面形状が著しく損なわれる不具合を回避することができ、さらに金属板と金属板の間で必要十分な加圧接触状態を形成し、電流密度を適正に保持し、溶融を開始させるために十分な発熱が得られる。また、通電後期には、金属板の発熱、軟化により、電極先端が金属板に沈み込み、電極と金属板、金属板と金属板の間の接触面積が増大するため、電流密度が低下し溶融ナゲットを成長させるのに十分な発熱が得られないことがあるが、電極の先端を曲面形状とすることにより、電極先端の沈み込みに対し、一様な接触面積の増大を回避することができる。
【００３０】
電極先端の曲面は、一様な曲率、もしくは先端を中心とする所定の半径の円を境界に先端に近い側では比較的大きな曲率、先端から遠い側では比較的小さな曲率とすることができる。一様な曲率とする場合、その曲率半径は、10〜80mmとすることが望ましい。また、先端を中心とする所定の半径の円を境界に先端に近い側では比較的大きな曲率、先端から遠い側では比較的小さな曲率とする場合、先端を中心とする所定の円の半径は、４〜10mm、先端に近い側の曲率半径は、10〜80mm、先端から遠い側の曲率半径は、４〜12mmとすることが望ましい。
【実施例１】
【００３１】
インダイレクトスポット溶接法を、図１(c)に示した構成で実施した。このインダイレクトスポット溶接法において、金属板21として、板厚が0.7mmで、表１に示す化学成分になる引張強さ：270 MPaのSPC270鋼板を、また金属板22として、板厚が1.2mmで同じく表１に示す化学成分になるSPC270鋼板を用い、表２に示すパターンの通電時間、加圧力、電流値により溶接を行った。
溶接に際しては、クロム銅合金を材質とし、先端にＲ40mmの曲面を持つ形状の電極および直流インバータ式の電源を使用した。
【００３２】
表２中、発明例１は、時間帯ｔ1，ｔ2において、電流値Ｃ1，Ｃ2は一定とし、加圧力Ｆ2をＦ1より低くした場合、発明例２は、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より高くした場合である。なお、比較例はいずれも、時間帯ｔ1，ｔ2を同じ加圧力、電流値で実施した場合である。
【００３３】
表３に、表２に示す通電パターンで溶接したときの各継手のナゲット径、ナゲット厚さ、ナゲット厚さ／径および散りの発生状況について調べた結果を示す。
なお、表２においてナゲット径は、溶接部を中心で切断した断面において、金属板21、22間で形成される溶融部の重ね線上での長さとした。ナゲット厚さは、溶接部を中心で切断した断面において、金属板21、22間に形成される溶融部の最大厚さとした。また、ナゲット厚さ／径は、上述したナゲット厚さをナゲット径で除したものである。ここに、ナゲット径が4.0mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.35以上であれば、溶融した状態で形成された好適ナゲットと判断することができる。
さらに、散りの発生状況は、電極と金属板間で起こる表面散りと、金属板と金属板との間で起こる中散りとに区別して開示した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
表３に示したとおり、本発明に従いインダイレクトスポット溶接を行った発明例１および２は、ナゲット径：4.0mm以上で、かつナゲット厚さ／径：0.35以上であり、いずれも、十分なナゲット径と、この径に対して十分な厚さを有する溶融ナゲットを得ることができ、また散りの発生は全く観察されなかった。
これに対し、比較例１では、表面散りが発生し、また比較例３では、中散りが発生した。比較例２においては、散りの発生はなかったが、ナゲット径が4.0mmより小さくなり、ナゲット厚さ／径が0.3より小さくなった。また、比較例４は、散りは発生しなかったものの、溶融ナゲットが得られなかった。
【実施例２】
【００３８】
インダイレクトスポット溶接法を、図３(a)に示すような構成で実施した。上鋼板として、板厚が0.7mmで、表１に示す化学成分になる引張強さ：270 MPa以上のSPC270鋼板を、また下鋼板として、板厚が1.2mmで同じく表１に示す化学成分になるSPC270鋼板を、図に示すような凹形状の金属製治具の上に配置し、支持間隔を30mmとし、治具下部にアース電極を取付け、上方から電極で加圧し、溶接を行った。加圧力、電流値の通電開始からの時間帯、それぞれの時間帯での加圧力、電流値の条件を表４に示す。全ての条件において、通電開始から終了までの時間を0.28ｓとした。
溶接に際しては、クロム銅合金を材質とし、先端にＲ40mmの曲面を持つ形状の電極および直流インバータ式の電源を使用した。
【００３９】
表４中、発明例１，２は、電流値Ｃは一定とし、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆに関してはＦ2をＦ1より低くした場合、発明例３、４は、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より高くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御した場合、発明例５、６は、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、電流値Ｃ2をＣ1より高くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立して制御した場合である。
なお、比較例１〜６は、加圧力Ｆ、電流値Ｃを通電開始から終了まで一定で実施した場合、比較例７は、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より低くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御した場合、比較例８は、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、電流値Ｃ2をＣ1より低くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立に制御した場合である。
【００４０】
表５に、表４に示す通電パターンで溶接したときの各継手のナゲット径、ナゲット厚さ、ナゲット厚さ／径および外観不具合について調べた結果を示す。
なお、表４においてナゲット径は、実施例１と同様に溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板、下鋼板間で形成される溶融部の重ね線上での長さとした。ナゲット厚さは、溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板、下鋼板間に形成される溶融部の最大厚さとした。また、ナゲット厚さ／径は、上述したナゲット厚さをナゲット径で除したものである。ここに、ナゲット径が3.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.25以上であれば、溶融した状態で形成された碁石形の好適なナゲットと判断することができる。
さらに、溶接部が溶融飛散しておこる外観不具合に関しては、電極と鋼板間で起こる表面えぐれの発生に関して開示した。
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】
表５に示したとおり、本発明に従いインダイレクトスポット溶接を行った発明例１〜６は、意図的に設定された電極直下にナゲットが形成されにくい条件においても、いずれも、十分なナゲット径と、この径に対して十分な厚さを有する溶融ナゲットを得ることができ、また外観不具合は全く観察されなかった。
これに対し、比較例１では、表面えぐれが発生した。また、比較例２，３，６〜８はいずれも、ナゲット径が3.5mmより小さくなり、ナゲット厚さ／径が0.25より小さくなった。その他の比較例では、ナゲットの形成は観察されなかった。
【実施例３】
【００４４】
インダイレクトスポット溶接法を、図３(b)に示すような構成で実施した。上鋼板として、板厚が0.7mmで、表１に示す化学成分になる引張強さ：270 MPa以上のSPC270鋼板を、また下鋼板として、板厚が1.2mmで同じく表１に示す化学成分になるSPC270鋼板を、図に示すような凹形状の金属製治具の上に配置し、支持間隔を30mmとし、治具下部にアース電極を取付け、上方から電極で加圧し、溶接を行った。また、上記の重ねた上、下鋼板の両端をクランプで治具上に拘束し、上、下鋼板間を密着させることにより、通電時に鋼板間で分流を起こりやすくさせ、意図的に電極直下にナゲットが形成されにくい条件を設定した。加圧力、電流値の通電開始からの時間帯、それぞれの時間帯での加圧力、電流値の条件を表６に示す。全ての条件において、通電開始から終了までの時間を0.28ｓとした。
溶接に際しては、クロム銅合金を材質とし、先端にＲ40mmの曲面を持つ形状の電極および直流インバータ式の電源を使用した。
【００４５】
表６中、発明例１，２は、電流値Ｃは一定とし、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆに関してはＦ2をＦ1より低くした場合、発明例３、４は、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より高くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御した場合、発明例５、６は、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、電流値Ｃ2をＣ1より高くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立して制御した場合である。
なお、比較例１〜６は、加圧力Ｆ、電流値Ｃを通電開始から終了まで一定で実施した場合、比較例７は、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より低くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御した場合、比較例８は、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、電流値Ｃ2をＣ1より低くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立に制御した場合である。
【００４６】
表７に、表６に示す通電パターンで溶接したときの各継手のナゲット径、ナゲット厚さ、ナゲット厚さ／径および外観不具合について調べた結果を示す。
なお、表６においてナゲット径は、実施例１と同様に溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板、下鋼板間で形成される溶融部の重ね線上での長さとした。ナゲット厚さは、溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板、下鋼板間に形成される溶融部の最大厚さとした。また、ナゲット厚さ／径は、上述したナゲット厚さをナゲット径で除したものである。ここに、ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上であれば、溶融した状態で形成された碁石形の好適なナゲットと判断することができる。
さらに、溶接部が溶融飛散しておこる外観不具合に関しては、電極と鋼板間で起こる表面えぐれの発生に関して開示した。
【００４７】
【表６】
【００４８】
【表７】
【００４９】
表７に示したとおり、本発明に従いインダイレクトスポット溶接を行った発明例１〜６は、意図的に設定された電極直下にナゲットが形成されにくい条件下においても、いずれも、十分なナゲット径と、この径に対して十分な厚さを有する溶融ナゲットを得ることができ、また外観不具合は全く観察されなかった。
これに対し、比較例１では、表面えぐれが発生した。また、比較例３はナゲット径が2.7mmとなったが、十分なナゲット厚さが得られず、ナゲット厚さ／径が0.1より小さくなった。その他の比較例では、ナゲットの形成は観察されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、重ね合わせた金属板を一方向からのみ電極で加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態で行うインダイレクトスポット溶接において、十分なナゲット径と、この径に対して十分な厚さを有する碁石形の溶融ナゲットを安定して形成することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には離れた位置で給電端子を取り付け、これら溶接電極と給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接の方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車ボディーや自動車部品の溶接に際しては、従来から抵抗スポット溶接、主にダイレクトスポット溶接が使用されてきたが、最近では、シリーズスポット溶接法やインダイレクトスポット溶接法等が使用されるようになった。
【０００３】
上記した３種類のスポット溶接の特徴を、図１を用いて説明する。
いずれのスポット溶接も、重ね合わせた少なくとも２枚の鋼板を溶接により接合する点では変わりはない。
図１（ａ）は、ダイレクトスポット溶接法を示したものである。この溶接は、同図に示すとおり、重ね合わせた２枚の金属板１，２を挟んでその上下から一対の電極３，４を加圧しつつ電流を流し、金属板の抵抗発熱を利用して、点状の溶接部５を得る方法である。なお、電極３，４はいずれも、加圧制御装置６，７および電流制御装置８をそなえており、これらによって加圧力と通電する電流値が制御できる仕組みになっている。
【０００４】
図１（ｂ）に示すシリーズスポット溶接法は、重ね合わせた２枚の金属板11，12に対し、離れた位置で、同一面側（同一方向）から一対の電極13，14を加圧しつつ電流を流し、点状の溶接部15-1，15-2を得る方法である。
【０００５】
図１（ｃ）に示すインダイレクトスポット溶接法は、重ね合わせた２枚の金属板21，22に対し、一方の金属板21には電極23を加圧しながら押し当て、他方の金属板22には離れた位置で給電端子24を取り付け、これらの間で通電することにより、金属板21，22に点状の溶接部25を形成する方法である。
【０００６】
上記した３種類の溶接法のうち、スペース的に余裕があり、金属板を上下から挟む開口部が得られる場合には、ダイレクトスポット溶接法が用いられる。
しかしながら、実際の溶接に際しては、十分なスペースがない、閉断面構造で金属板を上下から挟むことができない場合も多く、かような場合には、シリーズスポット溶接法やインダイレクトスポット溶接法が用いられる。
【０００７】
ここに、シリーズスポット溶接法やインダイレクトスポット溶接法を上記のような用途に使用する際には、重ね合わせた金属板は一方向からのみ電極により加圧され、その反対側は支持の無い中空の状態になっている。従って、両側から電極で挟むダイレクトスポット溶接法のように電極直下に局部的に高い加圧力を与えることができない。また、通電中に電極が金属板に沈み込んでいくため、電極−金属板、金属板−金属板間の接触状態が変化する。このような理由により、重ね合わせた金属板間で電流の通電経路が安定せず、溶融接合部が形成されにくいという問題があった。
【０００８】
上記の問題を解決するものとして、シリーズスポット溶接については、特許文献１に、「金属板を重ねた接触点にナゲットを形成するため、溶接初期に大電流を流して電極ナゲットを形成してから、定常電流を流す」ことが記載されている。また、特許文献２では、「電極を接触させる位置に他の部分よりも一段高い座面を形成し、座面を押しつぶすように加圧接触させて溶接することにより、バック電極なしに十分な溶接強度が得られる」ことが記載されている。
【０００９】
一方、インダイレクトスポット溶接については、シリーズスポット溶接にも適用できる技術として、特許文献３に、「シリーズスポット溶接又はインダイレクトスポット溶接の通電時に、電流値を高く維持する時間帯と電流値を低く維持する時間帯を交互に繰り返す」ことからなる溶接法、さらには「電流値を高く維持する時間帯と電流値を低く維持する時間帯を交互に繰り返すにつれて、電流値を高く維持する時間帯の電流値を徐々に高くする」ことからなる溶接方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平11-333569号公報
【特許文献２】特開2002-239742号公報
【特許文献３】特開2006-198676号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１は、シリーズスポット溶接については有効であると考えられるが、溶接方法の異なるインダイレクトスポット溶接に対しては有効であるとは限らないという問題があった。
また、特許文献２も、シリーズスポット溶接については有効であると考えられるが、インダイレクトスポット溶接に対しては有効であるとは限らず、しかも電極を接触させる位置に他の部分よりも一段高い座面をプレスなどで形成する工程が必要になるという問題があった。
【００１２】
さらに、特許文献３には、同文献に開示の技術に従う通電パターンによって溶接された「金属板11，12の重合部の金属組織を観察すると、金属板11，12の重合部の金属が、従来の通常のナゲットに比べて細かく部分的に溶融して再結晶したものが多数形成される事象が見られ、所謂、拡散接合の状態で接合している場合であり、従来の通常のナゲットとは異なる事象で接合している場合もある。」（同文献３の段落〔００３８〕）とあり、ダイレクトスポット溶接で見られるナゲットのように完全に溶融した状態で碁石形に形成されているとは限らない。
輸送機器メーカーにおける現状のスポット溶接部の管理基準では、ダイレクトスポット溶接で得られるような完全に溶融した状態を経た碁石形のナゲットであることを要求されることが多いため、接合強度が得られても完全に溶融した状態で形成された碁石形のナゲットが得られなければ管理基準を満足しないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されもので、重ね合わせた金属板を一方向からのみ電極で加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態で溶接するインダイレクトスポット溶接に際し、溶融した状態で形成された碁石形のナゲットを安定して得ることができるインダイレクトスポット溶接方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
さて、発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。
ａ）重ね合わせた金属板を一方向からのみ電極で加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う場合、両側から電極で挟むダイレクトスポット溶接法のように電極直下に局部的に高い加圧力を与えることができないため、電極直下の重ね合わせた金属板間で高い電流密度が得られず、また通電中に電極が鋼板に沈み込んでいくため、電極−金属板、金属板−金属板間の接触面積が増大し、電極−金属板、金属板−金属板間の電流密度が低下する。そのため、インダイレクトスポット溶接では、ダイレクトスポット溶接法のように電極直下の重ね合わせた金属板間に溶融部が形成されるのに十分な発熱が得難く、溶融接合部が形成されにくい。
ｂ）上記の問題を解決するには、通電中の電流値およびその時間を細かく制御する、または通電中の電極の加圧力およびその時間を細かく制御する、さらには通電中の電流値と電極の加圧力およびの時間を細かく制御することが有効である。
ｃ）特に、通電開始からの通電時間、加圧時間をそれぞれ独立に２段階に分け、通電時間、加圧時間の各段階における電流値および／または電極の加圧力を個別に制御することにより、健全な碁石形のナゲットからなる溶融接合部を安定して形成することができる。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１５】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、通電する電流値については通電開始から終了まで一定にする一方、電極の加圧力に関しては、通電開始から２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、最初の時間帯ｔ1では加圧力Ｆ1で加圧したのち、次の時間帯ｔ2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【００１６】
２．少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力および通電する電流値に関して、通電開始から２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、最初の時間帯ｔ1では、加圧力Ｆ1で加圧しかつ電流値Ｃ1で通電したのち、次の時間帯ｔ2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧しかつＣ1よりも高い電流値Ｃ2で通電することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【００１７】
３．少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力に関しては、通電開始から２つの時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、最初の時間帯ｔF1では、加圧力Ｆ1で加圧したのち、次の時間帯ｔF2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧する一方、通電する電流値に関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から２つの時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、最初の時間帯ｔC1では、電流値Ｃ1で通電したのち、次の時間帯ｔC2では、Ｃ1よりも高い電流値Ｃ2で通電することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【００１８】
４．上記１〜３のいずれかにおいて、前記溶接電極として、先端が曲面形状になる電極を使用することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、インダイレクトスポット溶接では、従来難しいとされた、溶融した状態で形成された碁石形のナゲットを安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ダイレクトスポット溶接法（ａ）、シリーズスポット溶接法（ｂ）およびインダイレクトスポット溶接法（ｃ）の溶接要領の説明図である。
【図２】本発明に従う基本的な通電時間と加圧力の関係（ａ）および通電時間と電流値の関係（ｂ）を示した図である。
【図３】実施例１の溶接要領（ａ）および実施例２の溶接要領（ｂ）の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に従い具体的に説明する。
図２（ａ）、（ｂ）に、本発明の基本的な通電時間と加圧力の関係および通電時間と電流値の関係をそれぞれ示す。
本発明では、電極の加圧力、通電する電流値に関して、通電開始からの時間帯を同時にまたはそれぞれ独立して２つに区分し、それぞれの時間帯において電極の加圧力Ｆまたは通電する電流値Ｃの一方、または加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を制御する。ここで、加圧力Ｆまたは電流値Ｃの一方を制御する場合には、区分した各時間帯をｔ1，ｔ2とし、また加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立して制御する場合には、加圧力Ｆを区分する時間帯をｔF1，ｔF2、電流値Ｃを区分する時間帯をｔC1，ｔC2とし、各時間帯での加圧力をＦ1，Ｆ2、電流値をＣ1，Ｃ2で示す。
【００２２】
本発明において、時間帯ｔ1では、加圧力Ｆ1で加圧し、電流値Ｃ1を通電する。
この時間帯ｔ1は、電極を重ね合わせた金属板に加圧しながら押し当てつつ、通電を開始し、金属板間の接触抵抗による発熱から溶融部の形成を始める時間帯である。重ね合わせた金属板を一方向からのみ電極により加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う際には、加圧力Ｆ1は両側から電極で挟むダイレクトスポット溶接法のような高い加圧力とすることができないが、加圧力Ｆ1が低く過ぎると電極と金属板との間の接触面積が極度に小さくなり、電流密度が過度に上昇して金属板表面が溶融飛散し、表面形状が著しく損なわれる不具合が発生する。従って、加圧力Ｆ1はかような不具合が生じないよう、適宜選択する必要がある。
【００２３】
また、電流値Ｃ1は、金属板間からの発熱により溶融が開始するのに十分な高さの電流値とする必要があるが、高すぎると前述したような金属板表面が溶融飛散し、えぐれた形状となり外観が著しく損なわれるばかりか、継手強度も低下する不具合が発生するので、かような不具合が生じないように、適宜選択する必要がある。
【００２４】
次に、時間帯ｔ2では、加圧力Ｆ2で加圧し、電流値Ｃ2を通電する。
この時間帯ｔ2は、時間帯ｔ1で形成が始まった溶融部をさらに成長させていく段階である。しかしながら、通電による発熱で電極周辺の金属板が軟化し、電極の反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う際には、金属板が軟化すると電極先端が金属板に沈み込み、電極と金属板、金属板と金属板の間の接触面積が増大し電流密度が低下するため、ナゲットを成長させるに十分な発熱が得られない。従って、この時間帯ｔ2では、加圧力Ｆ2を加圧力Ｆ1よりも低い加圧力とし、電極先端が金属板に沈み込むのを抑える必要がある。
【００２５】
一方、電流値Ｃ2については、電流値Ｃ1よりも高い電流値として、前述した電極の沈み込みによる接触面積の増大から電流密度が低下することを抑止することが重要である。しかしながら、電流値があまりに高過ぎると電極の反対側の金属板表面から溶融金属が飛散し、溶け落ちて、外観が著しく損なわれるばかりか、継手強度も低下する不具合が発生する。
【００２６】
以上、通電開始から２つの時間帯に区分し、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御する場合について説明したが、本発明は、これだけに限るものではなく、加圧力のみを制御するようにしてもよく、さらには加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立して制御することもできる。
すなわち、上記の時間帯ｔ1，ｔ2において、電流値Ｃ1，Ｃ2は一定とし、加圧力Ｆ2をＦ1より低くする方法でも、同様の効果を得ることができる。
しかしながら、前述したとおり、上記の時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より高くすることによって、より一層の効果を得ることができる。
【００２７】
さらに、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、加圧力Ｆ2をＦ1より低くする一方、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは別に独立して、通電開始から時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、電流値Ｃ2をＣ1より高くする方法とすることもでき、このように加圧力の変化、電流の変化を独立した時間帯で最適に行うことによって、より高い効果を得ることができる。
【００２８】
ここに、通電開始から２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御する場合、時間帯ｔ1，ｔ2における通電時間はそれぞれ、ｔ1：0.02〜0.30ｓ、ｔ2：0.10〜0.60ｓ程度とすることが好ましい。また、各時間帯ｔ1，ｔ2における加圧力はそれぞれ、Ｆ1：300〜2000Ｎ、Ｆ2：100〜1500Ｎ程度、電流値はそれぞれＣ1：2.0〜10.0kA、Ｃ2：2.5〜12.0kA程度とすることが好ましい。
なお、時間帯ｔ1，ｔ2において、電流値Ｃ1，Ｃ2は一定とし、加圧力Ｆ2をＦ1より低くする場合の一定電流値は2.5〜10kA程度とすることが好ましい。
さらに、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立して制御する場合には、加圧力Ｆに関しては、ｔF1：0.02〜0.30ｓ、ｔF2：0.10〜0.60ｓ程度とし、各時間帯ｔF1，ｔF2においてそれぞれＦ1：300〜2000Ｎ、Ｆ2：100〜1500Ｎ程度とすることが、また電流値Ｃに関しては、ｔC1：0.02〜0.30ｓ、ｔC2：0.10〜0.60ｓ程度とし、各時間帯ｔC1，ｔC2においてそれぞれＣ1：2.0〜10.0 kA、Ｃ2：2.5〜12.0 kA程度とすることが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明のインダイレクトスポット溶接では、溶接電極として、先端が曲面形状になる電極を使用することが好ましい。電極の先端を曲面形状とすることにより、通電初期に、電極と金属板との間の十分な接触面積を確保し、電流密度が過度に上昇して金属板表面が溶融飛散し、表面形状が著しく損なわれる不具合を回避することができ、さらに金属板と金属板の間で必要十分な加圧接触状態を形成し、電流密度を適正に保持し、溶融を開始させるために十分な発熱が得られる。また、通電後期には、金属板の発熱、軟化により、電極先端が金属板に沈み込み、電極と金属板、金属板と金属板の間の接触面積が増大するため、電流密度が低下し溶融ナゲットを成長させるのに十分な発熱が得られないことがあるが、電極の先端を曲面形状とすることにより、電極先端の沈み込みに対し、一様な接触面積の増大を回避することができる。
【００３０】
電極先端の曲面は、一様な曲率、もしくは先端を中心とする所定の半径の円を境界に先端に近い側では比較的大きな曲率、先端から遠い側では比較的小さな曲率とすることができる。一様な曲率とする場合、その曲率半径は、10〜80mmとすることが望ましい。また、先端を中心とする所定の半径の円を境界に先端に近い側では比較的大きな曲率、先端から遠い側では比較的小さな曲率とする場合、先端を中心とする所定の円の半径は、４〜10mm、先端に近い側の曲率半径は、10〜80mm、先端から遠い側の曲率半径は、４〜12mmとすることが望ましい。
【実施例１】
【００３１】
インダイレクトスポット溶接法を、図１(c)に示した構成で実施した。このインダイレクトスポット溶接法において、金属板21として、板厚が0.7mmで、表１に示す化学成分になる引張強さ：270 MPaのSPC270鋼板を、また金属板22として、板厚が1.2mmで同じく表１に示す化学成分になるSPC270鋼板を用い、表２に示すパターンの通電時間、加圧力、電流値により溶接を行った。
溶接に際しては、クロム銅合金を材質とし、先端にＲ40mmの曲面を持つ形状の電極および直流インバータ式の電源を使用した。
【００３２】
表２中、発明例１は、時間帯ｔ1，ｔ2において、電流値Ｃ1，Ｃ2は一定とし、加圧力Ｆ2をＦ1より低くした場合、発明例２は、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より高くした場合である。なお、比較例はいずれも、時間帯ｔ1，ｔ2を同じ加圧力、電流値で実施した場合である。
【００３３】
表３に、表２に示す通電パターンで溶接したときの各継手のナゲット径、ナゲット厚さ、ナゲット厚さ／径および散りの発生状況について調べた結果を示す。
なお、表２においてナゲット径は、溶接部を中心で切断した断面において、金属板21、22間で形成される溶融部の重ね線上での長さとした。ナゲット厚さは、溶接部を中心で切断した断面において、金属板21、22間に形成される溶融部の最大厚さとした。また、ナゲット厚さ／径は、上述したナゲット厚さをナゲット径で除したものである。ここに、ナゲット径が4.0mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.35以上であれば、溶融した状態で形成された好適ナゲットと判断することができる。
さらに、散りの発生状況は、電極と金属板間で起こる表面散りと、金属板と金属板との間で起こる中散りとに区別して開示した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
表３に示したとおり、本発明に従いインダイレクトスポット溶接を行った発明例１および２は、ナゲット径：4.0mm以上で、かつナゲット厚さ／径：0.35以上であり、いずれも、十分なナゲット径と、この径に対して十分な厚さを有する溶融ナゲットを得ることができ、また散りの発生は全く観察されなかった。
これに対し、比較例１では、表面散りが発生し、また比較例３では、中散りが発生した。比較例２においては、散りの発生はなかったが、ナゲット径が4.0mmより小さくなり、ナゲット厚さ／径が0.3より小さくなった。また、比較例４は、散りは発生しなかったものの、溶融ナゲットが得られなかった。
【実施例２】
【００３８】
インダイレクトスポット溶接法を、図３(a)に示すような構成で実施した。上鋼板として、板厚が0.7mmで、表１に示す化学成分になる引張強さ：270 MPa以上のSPC270鋼板を、また下鋼板として、板厚が1.2mmで同じく表１に示す化学成分になるSPC270鋼板を、図に示すような凹形状の金属製治具の上に配置し、支持間隔を30mmとし、治具下部にアース電極を取付け、上方から電極で加圧し、溶接を行った。加圧力、電流値の通電開始からの時間帯、それぞれの時間帯での加圧力、電流値の条件を表４に示す。全ての条件において、通電開始から終了までの時間を0.28ｓとした。
溶接に際しては、クロム銅合金を材質とし、先端にＲ40mmの曲面を持つ形状の電極および直流インバータ式の電源を使用した。
【００３９】
表４中、発明例１，２は、電流値Ｃは一定とし、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆに関してはＦ2をＦ1より低くした場合、発明例３、４は、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より高くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御した場合、発明例５、６は、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、電流値Ｃ2をＣ1より高くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立して制御した場合である。
なお、比較例１〜６は、加圧力Ｆ、電流値Ｃを通電開始から終了まで一定で実施した場合、比較例７は、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より低くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御した場合、比較例８は、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、電流値Ｃ2をＣ1より低くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立に制御した場合である。
【００４０】
表５に、表４に示す通電パターンで溶接したときの各継手のナゲット径、ナゲット厚さ、ナゲット厚さ／径および外観不具合について調べた結果を示す。
なお、表４においてナゲット径は、実施例１と同様に溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板、下鋼板間で形成される溶融部の重ね線上での長さとした。ナゲット厚さは、溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板、下鋼板間に形成される溶融部の最大厚さとした。また、ナゲット厚さ／径は、上述したナゲット厚さをナゲット径で除したものである。ここに、ナゲット径が3.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.25以上であれば、溶融した状態で形成された碁石形の好適なナゲットと判断することができる。
さらに、溶接部が溶融飛散しておこる外観不具合に関しては、電極と鋼板間で起こる表面えぐれの発生に関して開示した。
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】
表５に示したとおり、本発明に従いインダイレクトスポット溶接を行った発明例１〜６は、意図的に設定された電極直下にナゲットが形成されにくい条件においても、いずれも、十分なナゲット径と、この径に対して十分な厚さを有する溶融ナゲットを得ることができ、また外観不具合は全く観察されなかった。
これに対し、比較例１では、表面えぐれが発生した。また、比較例２，３，６〜８はいずれも、ナゲット径が3.5mmより小さくなり、ナゲット厚さ／径が0.25より小さくなった。その他の比較例では、ナゲットの形成は観察されなかった。
【実施例３】
【００４４】
インダイレクトスポット溶接法を、図３(b)に示すような構成で実施した。上鋼板として、板厚が0.7mmで、表１に示す化学成分になる引張強さ：270 MPa以上のSPC270鋼板を、また下鋼板として、板厚が1.2mmで同じく表１に示す化学成分になるSPC270鋼板を、図に示すような凹形状の金属製治具の上に配置し、支持間隔を30mmとし、治具下部にアース電極を取付け、上方から電極で加圧し、溶接を行った。また、上記の重ねた上、下鋼板の両端をクランプで治具上に拘束し、上、下鋼板間を密着させることにより、通電時に鋼板間で分流を起こりやすくさせ、意図的に電極直下にナゲットが形成されにくい条件を設定した。加圧力、電流値の通電開始からの時間帯、それぞれの時間帯での加圧力、電流値の条件を表６に示す。全ての条件において、通電開始から終了までの時間を0.28ｓとした。
溶接に際しては、クロム銅合金を材質とし、先端にＲ40mmの曲面を持つ形状の電極および直流インバータ式の電源を使用した。
【００４５】
表６中、発明例１，２は、電流値Ｃは一定とし、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆに関してはＦ2をＦ1より低くした場合、発明例３、４は、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より高くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御した場合、発明例５、６は、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、電流値Ｃ2をＣ1より高くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立して制御した場合である。
なお、比較例１〜６は、加圧力Ｆ、電流値Ｃを通電開始から終了まで一定で実施した場合、比較例７は、時間帯ｔ1，ｔ2において、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、かつ電流値Ｃ2をＣ1より低くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を同時に制御した場合、比較例８は、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、加圧力Ｆ2をＦ1より低くし、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、電流値Ｃ2をＣ1より低くして、加圧力Ｆと電流値Ｃの両方を独立に制御した場合である。
【００４６】
表７に、表６に示す通電パターンで溶接したときの各継手のナゲット径、ナゲット厚さ、ナゲット厚さ／径および外観不具合について調べた結果を示す。
なお、表６においてナゲット径は、実施例１と同様に溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板、下鋼板間で形成される溶融部の重ね線上での長さとした。ナゲット厚さは、溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板、下鋼板間に形成される溶融部の最大厚さとした。また、ナゲット厚さ／径は、上述したナゲット厚さをナゲット径で除したものである。ここに、ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上であれば、溶融した状態で形成された碁石形の好適なナゲットと判断することができる。
さらに、溶接部が溶融飛散しておこる外観不具合に関しては、電極と鋼板間で起こる表面えぐれの発生に関して開示した。
【００４７】
【表６】
【００４８】
【表７】
【００４９】
表７に示したとおり、本発明に従いインダイレクトスポット溶接を行った発明例１〜６は、意図的に設定された電極直下にナゲットが形成されにくい条件下においても、いずれも、十分なナゲット径と、この径に対して十分な厚さを有する溶融ナゲットを得ることができ、また外観不具合は全く観察されなかった。
これに対し、比較例１では、表面えぐれが発生した。また、比較例３はナゲット径が2.7mmとなったが、十分なナゲット厚さが得られず、ナゲット厚さ／径が0.1より小さくなった。その他の比較例では、ナゲットの形成は観察されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、重ね合わせた金属板を一方向からのみ電極で加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態で行うインダイレクトスポット溶接において、十分なナゲット径と、この径に対して十分な厚さを有する碁石形の溶融ナゲットを安定して形成することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、通電する電流値については通電開始から終了まで一定にする一方、電極の加圧力に関しては、通電開始から２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、最初の時間帯ｔ1では加圧力Ｆ1で加圧したのち、次の時間帯ｔ2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【請求項２】
少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力および通電する電流値に関して、通電開始から２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、最初の時間帯ｔ1では、加圧力Ｆ1で加圧しかつ電流値Ｃ1で通電したのち、次の時間帯ｔ2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧しかつＣ1よりも高い電流値Ｃ2で通電することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【請求項３】
少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力に関しては、通電開始から２つの時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、最初の時間帯ｔF1では、加圧力Ｆ1で加圧したのち、次の時間帯ｔF2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧する一方、通電する電流値に関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から２つの時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、最初の時間帯ｔC1では、電流値Ｃ1で通電したのち、次の時間帯ｔC2では、Ｃ1よりも高い電流値Ｃ2で通電することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記溶接電極として、先端が曲面形状になる電極を使用することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
【請求項１】
少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、通電する電流値については通電開始から終了まで一定にする一方、電極の加圧力に関しては、通電開始から２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、最初の時間帯ｔ1では加圧力Ｆ1で加圧したのち、次の時間帯ｔ2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【請求項２】
少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力および通電する電流値に関して、通電開始から２つの時間帯ｔ1，ｔ2に区分し、最初の時間帯ｔ1では、加圧力Ｆ1で加圧しかつ電流値Ｃ1で通電したのち、次の時間帯ｔ2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧しかつＣ1よりも高い電流値Ｃ2で通電することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【請求項３】
少なくとも２枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電し、該溶接電極の反対側は支持のない中空の状態で溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力に関しては、通電開始から２つの時間帯ｔF1，ｔF2に区分し、最初の時間帯ｔF1では、加圧力Ｆ1で加圧したのち、次の時間帯ｔF2では、Ｆ1よりも低い加圧力Ｆ2で加圧する一方、通電する電流値に関しては、時間帯ｔF1，ｔF2とは独立して、通電開始から２つの時間帯ｔC1，ｔC2に区分し、最初の時間帯ｔC1では、電流値Ｃ1で通電したのち、次の時間帯ｔC2では、Ｃ1よりも高い電流値Ｃ2で通電することにより、上鋼板、下鋼板間で溶融した状態を経て形成され、下記形状になる碁石形のナゲットを形成することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
ナゲット径が2.5mm以上で、かつナゲット厚さ／径が0.1以上
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記溶接電極として、先端が曲面形状になる電極を使用することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−６３４７０（Ｐ２０１３−６３４７０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２６５７３０（Ｐ２０１２−２６５７３０）
【出願日】平成２４年１２月４日（２０１２．１２．４）
【分割の表示】特願２００９−２４３６５０（Ｐ２００９−２４３６５０）の分割
【原出願日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月４日（２０１２．１２．４）
【分割の表示】特願２００９−２４３６５０（Ｐ２００９−２４３６５０）の分割
【原出願日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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