JP7355281B1 - 溶接継手、溶接部材およびその製造方法、ならびに、抵抗スポット溶接方法 - Google Patents

Abstract

板組の表層鋼板の少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であり、かつ、表層鋼板の厚さ比や外乱の影響が大きい場合にも、溶接部の割れが抑制され、所望の大きさのナゲット径を有する、溶接継手を提供する。板組の１枚目の鋼板における肩部の角度ａおよび板組のｎ枚目の鋼板における肩部の角度ｂについて、（１）式および（２）式の少なくとも一方を満足させる。

Description

本発明は、溶接継手、溶接部材およびその製造方法、ならびに、抵抗スポット溶接方法に関する。

自動車の組み立てでは、重ね合わせた鋼板同士を接合するにあたり、コストや製造効率の観点から、重ね抵抗溶接方法の一種である抵抗スポット溶接方法が多く用いられている。この溶接方法は、例えば、図１に示すように、一対の溶接電極３、４（以下、鉛直方向上側に配置される電極を上電極３、鉛直方向下側に配置される電極を下電極４ともいう）により、鋼板１－１、１－２（以下、鉛直方向において最も上側に配置される鋼板を上鋼板１－１、鉛直方向において最も下側に配置される鋼板を下鋼板１－２ともいう）を重ね合わせた板組２を挟んでその上下から加圧しつつ、上下電極間に溶接電流を通電して接合する方法である。この溶接方法では、溶接電流を流すことで発生する抵抗発熱を利用して、点状の溶接部を得る。この点状の溶接部はナゲット５と呼ばれる。すなわち、ナゲット５は、重ね合わせた鋼板に電流を流した際に鋼板の接触箇所で鋼板が溶融し、凝固した部分である。このナゲット５により、鋼板同士が点状に接合される。

近年、自動車分野において、燃費向上に向けた車体の軽量化が進められている。これに伴い、自動車部品への高強度鋼板の適用が増加している。また、自動車部品のうち、雨水に曝される部位に適用される部品には、耐食性の観点から、亜鉛等の防錆能を有するめっき鋼板（表面処理鋼板）が使用される。ここで、めっき鋼板とは、金属めっき層を母材（下地鋼板）の表面上に有する鋼板をいう。金属めっき層としては、電気亜鉛めっき、溶融亜鉛めっき（合金化溶融亜鉛めっきを含む）に代表される亜鉛めっきや、亜鉛のほかにアルミニウムやマグネシウムなどの元素を含んだ亜鉛合金めっき、アルミニウムと亜鉛を主成分とするアルミニウム－亜鉛合金めっきなどが挙げられる。

このようなめっき鋼板を含む複数の鋼板を重ね合わせた板組に適用される抵抗スポット溶接として、例えば、特許文献１には、
「高強度めっき鋼板のスポット溶接において、下記条件（１）および（２）を満足させるように溶接通電時間および溶接通電後の保持時間を設定してスポット溶接を行うことを特徴とする高強度めっき鋼板のスポット溶接方法。
0.25・(10・ｔ＋２)／50≦ＷＴ≦0.50・(10・ｔ＋２)／50 ・・（１）
300－500・ｔ＋250・ｔ²≦ＨＴ ・・（２）
ただし、ｔ：板厚（ｍｍ）、ＷＴ：溶接通電時間（ｍｓ）、ＨＴ：溶接通電後の保持時間（ｍｓ）」
が開示されている。

特許文献２には、
「高張力亜鉛系めっき鋼板を３段以上の多段通電によりスポット溶接するにあたり、形成されるナゲットが、下記（１）式で定義される所望のナゲット径ｄ₀以上でかつ溶融残厚0.05mm以上となるように溶接条件を調整することを特徴とする高張力亜鉛めっき鋼板のスポット溶接方法。
記
ｄ₀＝ｋ√ｔ ………（１）
ここで、ｄ₀：所望のナゲット径（mm）
ｋ：係数；３～６の間で施工条件に合わせて選択される係数
ｔ：鋼板板厚（mm）」
が開示されている。

特許文献３には、
「少なくとも一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む重ね合わされた複数の鋼板を対向する溶接電極で挟み込みスポット溶接する方法であって、
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
上記めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、少なくとも、外周が重ね合わされた複数の鋼板の溶接電極側に形成される溶接熱影響部外縁となる円内とすることを特徴とするスポット溶接方法。」
が開示されている。

特許文献４には、
「少なくとも溶接箇所が重ね合わされた複数枚の鋼板で構成される被溶接部材を溶接電極により加圧して通電する本溶接を行い、更に、前通電及び後通電の少なくとも一方の通電工程を行うスポット溶接方法であって、
前記複数枚の鋼板の少なくとも一つについて、少なくとも前記溶接箇所の重ね合わせ面が亜鉛系めっきで被覆され、前記複数枚の鋼板の総板厚ｔ（ｍｍ）が１．３５ｍｍ以上であり、
前記溶接電極間の通電開始時から、溶接終了の際の当該溶接電極間の通電終了時まで、当該溶接電極による前記被溶接部材の加圧を保持したままとし、
溶接終了の際、前記溶接電極間の通電終了時から当該溶接電極と前記被溶接部材とを非接触とするまでの通電後保持時間Ｈｔ（秒）を下記（１）式の範囲内とすることを特徴とするスポット溶接方法。
０．０１５ｔ^２＋０．０２０≦Ｈｔ≦０．１６ｔ^２－０．４０ｔ＋０．７０ ・・・（１）」
が開示されている。

特許文献５には、
「複数の鋼板を重ね合わせた板組を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法において、
重ね合わせた複数の鋼板のうち少なくとも１枚は、表面に金属めっき層を有する表面処理鋼板であり、
通電として、ナゲット部を形成する通電を行なう主通電工程と、
主通電工程の後に通電休止時間Ｔｃ（サイクル）の間通電を休止する無通電工程と、
無通電工程の後にナゲット部を成長させずに再加熱する通電を行なう後通電工程とを有し、
電極の打角をＡ（度）、主通電工程の電流値をＩｍ（ｋＡ）、後通電工程の電流値をＩｐ（ｋＡ）、１＋０．１・Ｔｃを変数Ｂ、１＋０．２・Ｔｃを変数Ｃとしたとき、前記通電は、下記式（I）の関係を満たす抵抗スポット溶接方法。
式（I）
０＜Ａ＜３の場合は、（２２＋Ａ）・Ｂ／１００＜Ｉｐ／Ｉｍ＜Ｃ
３≦Ａ＜７の場合は、（１７＋Ａ）・Ｂ／８０＜Ｉｐ／Ｉｍ＜Ｃ
７≦Ａ＜１５の場合は、（１１＋Ａ）・Ｂ／６０＜Ｉｐ／Ｉｍ＜Ｃ」
が開示されている。

特開２００３－１０３３７７号公報 特開２００３－２３６６７６号公報 国際公開第２０１６／１５９１６９号 特開２０１７－４７４７６号公報 国際公開第２０１８／１５９７６４号

ところで、めっき鋼板、特には亜鉛系めっき鋼板を含む複数の鋼板を重ね合わせた板組に適用される抵抗スポット溶接（以下、亜鉛系めっき鋼板に対する抵抗スポット溶接ともいう）では、溶接部に割れが生じやすいという問題がある。

一般的に、亜鉛めっきや亜鉛合金めっきの融点は、母材の融点よりも低い。そのため、亜鉛系めっき鋼板に対する抵抗スポット溶接では、溶接中に、鋼板表面の低融点の金属めっき層が溶融する。そして、電極の加圧力ならびに鋼板の熱膨張および収縮による引張応力が溶接部に加わった際に、溶融した低融点の金属が亜鉛系めっき鋼板の母材の結晶粒界に侵入して粒界強度を低下させ、割れを引き起こす。すなわち、亜鉛系めっき鋼板に対する抵抗スポット溶接で発生する溶接部の割れの多くは、いわゆる液体金属脆化に起因する割れ（以下、液体金属脆化割れともいう）であると考えられる。

このような液体金属脆化割れは、溶接部に大きな変形が加わる場合に発生しやすい。例えば、散りが発生するような条件で溶接した場合、図１のような溶接電極３、４と接する板組１の表面において割れが発生しやすくなる。特に、溶接電極と板組の接触領域の外周部である板組表面の肩部で発生する割れ（以下、肩部割れともいう）は、電極直下で発生する割れと比較して低い溶接電流値から発生する。

一方で、継手強度の確保の観点からは、所定以上の大きさのナゲットを確保することが重要となる。しかし、板組において最外側に位置する（溶接時に電極と接触する）鋼板（以下、表層鋼板ともいう）の厚さ比が大きくなるほど、表層鋼板と該表層鋼板に隣接する鋼板との間で所望の大きさのナゲット径を確保することが困難となる。ここで、表層鋼板の厚さ比とは、板組を構成する鋼板の合計厚さを、表層鋼板の厚さで除した値である。また、自動車組立て時の実施工では、溶接に際して外乱が存在する場合、例えば、固定式の溶接電極と板組との間に隙間がある場合や、板組の鋼板間に隙間がある場合がある。このような場合にも、所望の大きさのナゲット径を確保することが困難となる。

この点、溶接時の電流値を大きく設定すれば、ナゲット径を大きくすることが可能である。しかし、溶接時の電流値を大きく設定すると、例えば、散りの発生により、溶接部の大きな変形が生じ、溶接部の割れ、特には、肩部割れに代表される液体金属脆化割れの発生リスクが高まる。

実際、特許文献１、２、４および５の技術では、表層鋼板の厚さ比や外乱の影響が大きい場合に、溶接部の割れの発生抑制と、所望の大きさのナゲット径の安定確保とを両立できず、この点の改善が望まれているのが現状である。なお、この点の改善は、自動車用鋼板のみならず、他の用途の鋼板での亜鉛系めっき鋼板に対する抵抗スポット溶接でも同様に望まれている。

また、特許文献３の技術では、事前に鋼板表面のめっき層を除去する工程（以下、めっき層の除去工程ともいう）が必要であるため、製造コストが大幅に増加する。また、鋼板のめっき層を除去するため、溶接部の耐食性の低下を招くおそれもある。

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであって、板組の表層鋼板の少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であり、かつ、表層鋼板の厚さ比や外乱の影響が大きい場合にも、溶接部の割れが抑制され、所望の大きさのナゲット径を有する、溶接継手を提供することを目的とする。
また、本発明は、亜鉛系めっき鋼板に対する抵抗スポット溶接として、めっき層の除去工程が不要であり、かつ、表層鋼板の厚さ比や外乱の影響が大きい場合にも、溶接部の割れの発生抑制と所望の大きさのナゲット径の安定確保とを両立できる、抵抗スポット溶接方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記の溶接継手を有する溶接部材およびその製造方法を提供することを目的とする。

さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ねたところ、以下の知見を得た。
亜鉛系めっき鋼板に対する抵抗スポット溶接において発生する溶接部の割れ、特に、肩部割れの発生有無は、溶接時に発生する板組の肩部での変形、特には、肩部の角度に強く影響する。そして、肩部の角度を、板組の表層鋼板（板組において最外側に位置する（溶接時に電極と接触する）鋼板）として配置される亜鉛系めっき鋼板の引張強さおよび厚さ、板組を構成する鋼板の合計厚さ、ならびに、ナゲット径との関係で適切に制御する。具体的には、後述する（１）式および（２）式の少なくとも一方を満足させる。これにより、溶接部の割れの発生を有効に抑制できる。

ここで、板組の１枚目の鋼板における肩部の角度ａ（以下、肩部の角度ａともいう）とは、図２に示すように、溶接継手（板組）の厚さ方向（以下、厚さ方向ともいう）の切断面において、１枚目の肩部接線が、板組を構成する鋼板の表面方向（厚さ方向に直角な方向、以下、表面方向ともいう）に対してなす角度である。ここで、１枚目の肩部接線とは、ナゲット端部を通る厚さ方向に平行な第１の直線（以下、第１の直線ともいう）と１枚目の鋼板の肩部表面との交点（以下、１枚目の交点ともいう）における肩部の接線である。また、板組のｎ枚目の鋼板における肩部の角度ｂ（以下、肩部の角度ｂともいう）とは、図２に示すように、溶接継手の厚さ方向の切断面において、ｎ枚目の肩部接線が、表面方向に対してなす角度である。ここで、ｎ枚目の肩部接線とは、第１の直線と、ｎ枚目の鋼板の肩部表面との交点（以下、ｎ枚目の交点ともいう）における肩部の接線である。図２では、ナゲット端部の一方（ここでは、紙面向かって右側の端部）を代表として、肩部の角度ａおよびｂを表示している。

なお、溶接継手は、基本的に、ナゲット中心位置（溶接時の溶接電極中心位置）で軸対象となるため、肩部の角度ａおよびｂは、ナゲットの中心を通る溶接継手の厚さ方向の任意の切断面（以下、溶接継手の切断面ともいう）において測定すればよい。ただし、溶接電極が芯ずれする場合や打角を有する場合など、位置によって肩部の角度ａおよびｂが変化する（軸対象でない）場合には、そのうちの最大値をそれぞれ、肩部の角度ａおよびｂとする。

また、溶接時の変形などにより、板組を構成する鋼板によって表面方向が異なる場合には、板組を構成する鋼板の各表面のうち、板組の厚さ方向中心位置に最も近接した鋼板の表面を基準表面とし、当該基準表面の表面方向を表面方向とする。また、溶接時の変形などにより、鋼板の表面方向を一義的に決定することが困難である場合には、溶接継手の切断面（肩部の角度が軸対象でない場合には、肩部の角度が最大となる溶接継手の切断面）において、基準とする鋼板表面のナゲット中心位置から９ｍｍ離間した位置を基準位置とする。そして、当該基準位置同士を結ぶ直線の方向を、表面方向とすればよい。

加えて、ここでいうナゲット径Ｗとは、表面方向におけるナゲットの長径（最大径）である。すなわち、ナゲット径Ｗは、例えば、溶接継手の切断面において、表面方向におけるナゲットの端部間距離として測定する。同様に、後述する中間段階ナゲットの径Ｗ０も、表面方向における中間段階ナゲットの長径（最大径）である。すなわち、中間段階ナゲットの径Ｗ０は、例えば、第１通電工程終了時点での溶接継手の切断面において、表面方向における中間段階ナゲットの端部間距離として測定する。

また、溶接時に発生する板組の肩部の変形の原因の１つとして、散りがある。そして、散りの発生（飛散する溶融金属の量）を抑制することによって、溶接部の割れが抑制できる。この点を踏まえ、発明者らは、表層鋼板の厚さ比や外乱の影響が大きい場合にも、溶接部の割れの発生抑制と、所望の大きさのナゲット径の安定確保とを両立できる、抵抗スポット溶接方法を得るべく、さらに検討を重ねた。

その結果、発明者らは、以下の（ａ）～（ｃ）を同時に満足させることが有効であるという知見を得た。
（ａ）溶接時の通電工程を第１通電工程と第２通電工程の２つの工程に分ける。
（ｂ）第１通電工程においては、通電パターンを調整して入熱量を制御することにより、板組の肩部での大きな変形を極力抑止しつつ、中間段階のナゲット（以下、中間段階ナゲットともいう）を形成する。
（ｃ）第２通電工程においては、通電と冷却を繰り返す通電パターンにより、板組の肩部での大きな変形を極力抑止しつつ、中間段階ナゲットを段階的に拡大させて、最終的な大きさのナゲットを得る。

すなわち、第１通電工程では、後工程である第２通電工程において板組の肩部での大きな変形が発生しないように、最終的に目標とするナゲットよりも小さな中間段階ナゲットを形成することが必要である。そのためには、板組の表層鋼板として配置される亜鉛系めっき鋼板の厚さおよび引張強さ、ならびに、板組を構成する鋼板の合計厚さに応じて通電パターンを調整して入熱量を制御することが重要である。特には、第１通電工程で形成する中間段階ナゲットの径が、後述する（７）式および（８）式の少なくとも一方を満足する条件で通電を行うことが重要である。これによって、中間段階ナゲットの周囲の圧接部（コロナボンド部）を、対象とする板組において最終的に得られるナゲット径の確保と溶接部の割れ抑制を実現するために必要な範囲において、強固に形成することができる。その結果、表層鋼板の厚さ比や外乱の影響が大きい場合にも、第２通電工程において散りの飛散量を抑制しつつ中間段階ナゲットを拡大することが可能となる。これにより、第２通電工程終了後に板組の肩部の変形、ひいては溶接部の割れの発生を抑制した上で、所望のナゲット径が実現される。

また、第２通電工程では、第１通電工程の通電終了時の電流値以上での通電を行うことにより、中間段階ナゲットを拡大させることができる。ただし、入熱量が過剰になると、板組の肩部での大きな変形が発生してしまう。そこで、一定時間以上の冷却と通電を繰り返す通電パターンを用いることが重要である。これによって、板組の肩部での大きな変形を極力抑止しつつ、ナゲットを段階的に拡大させることができる。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．ｎ枚の鋼板を重ね合わせた板組と、該鋼板同士を接合するナゲットと、を有する、溶接継手であって、
ｎは２以上の整数であり、
前記板組において、上から順に１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうちの少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であり、
［条件１］の場合には、前記板組の１枚目の鋼板における肩部の角度ａが、以下の（１）式を満足し、
［条件２］の場合には、前記板組のｎ枚目の鋼板における肩部の角度ｂが、以下の（２）式を満足し、
［条件３］の場合には、前記肩部の角度ａおよびｂがそれぞれ、以下の（１）式および（２）式を満足し、
前記板組において、ｋ枚目の鋼板とｋ＋１枚目の鋼板の境界レベルでのナゲット径ｘ_ｋ（ｍｍ）が４．０√ｔ_ｋ以上であり、ｋが１～ｎ―１までの整数であり、ｔ_ｋがｋ枚目の鋼板とｋ＋１枚目の鋼板のうちの薄い方の鋼板の厚さ（ｍｍ）である、溶接継手。
ａ≦｛(９８０／Ｓ_Ｕ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｕ)^０．２｝×１１×Ｗ^０．３＋１５ ・・・（１）
ｂ≦｛(９８０／Ｓ_Ｌ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｌ)^０．２｝×１１×Ｗ^０．３＋１５ ・・・（２）
式中、
ａ：板組の１枚目の鋼板における肩部の角度（°）、
ｂ：板組のｎ枚目の鋼板における肩部の角度（°）、
Ｔ：ｎ枚の鋼板の合計厚さ（ｍｍ）、
ｔ_Ｕ：１枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
ｔ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
Ｓ_Ｕ：１枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
Ｓ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
Ｗ：ナゲット径（ｍｍ）、
である。
また、［条件１］～［条件３］は、以下のとおりである。
［条件１］
板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、１枚目の鋼板のみが亜鉛系めっき鋼板である。
［条件２］
板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、ｎ枚目の鋼板のみが亜鉛系めっき鋼板である。
［条件３］
板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、１枚目の鋼板およびｎ枚目の鋼板の両方が亜鉛系めっき鋼板である。

２．前記［条件１］の場合には、前記肩部の角度ａが、以下の（３）式を満足し、
前記［条件２］の場合には、前記肩部の角度ｂが、以下の（４）式を満足し、
前記［条件３］の場合には、前記肩部の角度ａおよびｂがそれぞれ、以下の（３）式および（４）式を満足する、前記１に記載の溶接継手。
ａ≦｛(９８０／Ｓ_Ｕ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｕ)^０．２｝×６×Ｗ^０．３＋９ ・・・（３）
ｂ≦｛(９８０／Ｓ_Ｌ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｌ)^０．２｝×６×Ｗ^０．３＋９ ・・・（４）

３．前記ｎ枚の鋼板の合計厚さＴ、前記１枚目の鋼板の厚さｔ_Ｕおよび前記ｎ枚目の鋼板の厚さｔ_Ｌが、以下の（５）式および（６）式のうちの少なくとも一方を満足する、前記１または２に記載の溶接継手。
Ｔ／ｔ_Ｕ＞２ ・・・（５）
Ｔ／ｔ_Ｌ＞２ ・・・（６）

４．前記１～３のいずれかに記載の溶接継手を有する、溶接部材。

５．ｎ枚の鋼板を重ね合わせた板組を一対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
ｎは２以上の整数であり、
前記板組において、上から順に１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうちの少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であり、
また、前記抵抗スポット溶接方法は、
中間段階ナゲットを形成する、第１通電工程と、
前記中間段階ナゲットを拡大する、第２通電工程と、
を有し、
前記第１通電工程では、前記中間段階ナゲットの径Ｗ０が
［条件１］の場合には、以下の（７）式を、
［条件２］の場合には、以下の（８）式を、
［条件３］の場合には、以下の（７）式および（８）式の両方を、
それぞれ満足する条件で通電を行い、
前記第２通電工程では、
冷却時間：１０ｍｓ以上１６０ｍｓ未満の無通電状態での冷却と、
通電時間：１５ｍｓ以上２００ｍｓ未満および電流値：前記第１通電工程の電流値以上での通電と、をそれぞれ１回以上行う、抵抗スポット溶接方法。
(Ｔ^０．３／ｔ_Ｕ ^０．２)×(Ｓ_Ｕ／９８０)^０．１×２．０≦Ｗ０ ・・・（７）
(Ｔ^０．３／ｔ_Ｌ ^０．２)×(Ｓ_Ｌ／９８０)^０．１×２．０≦Ｗ０ ・・・（８）
式中、
Ｗ０：中間段階ナゲットの径（ｍｍ）、
Ｔ：ｎ枚の鋼板の合計厚さ（ｍｍ）、
ｔ_Ｕ：１枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
ｔ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
Ｓ_Ｕ：１枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
Ｓ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
である。
また、［条件１］～［条件３］は、以下のとおりである。
［条件１］
板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、１枚目の鋼板のみが亜鉛系めっき鋼板である。
［条件２］
板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、ｎ枚目の鋼板のみが亜鉛系めっき鋼板である。
［条件３］
板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、１枚目の鋼板およびｎ枚目の鋼板の両方が亜鉛系めっき鋼板である。

６．前記第１通電工程において、前記中間段階ナゲットの径Ｗ０が
前記［条件１］の場合には、以下の（９）式を、
前記［条件２］の場合には、以下の（１０）式を、
前記［条件３］の場合には、以下の（９）式および（１０）式の両方を、
それぞれ満足する条件で通電を行う、前記５に記載の抵抗スポット溶接方法。
(Ｔ^０．４５／ｔ_Ｕ ^０．３)×(Ｓ_Ｕ／９８０)^０．１５×２．０≦Ｗ０ ・・・（９）
(Ｔ^０．３５／ｔ_Ｌ ^０．３)×(Ｓ_Ｌ／９８０)^０．１５×２．０≦Ｗ０ ・・・（１０）

７．前記第１通電工程において、以下の（１１）式を満足する条件で通電を行う、前記５または６に記載の抵抗スポット溶接方法。
Ｉｆ＞Ｉｓ ・・・（１１）
式中、
Ｉｓ：第１通電工程での通電開始時の電流値（ｋＡ）、
Ｉｆ：第１通電工程での通電終了時の電流値（ｋＡ）、
である。

８．前記ｎ枚の鋼板の合計厚さＴ、前記１枚目の鋼板の厚さｔ_Ｕおよび前記ｎ枚目の鋼板の厚さｔ_Ｌが、以下の（５）および（６）のうちの少なくとも一方を満足する、前記５～７のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。
Ｔ／ｔ_Ｕ＞２ ・・・（５）
Ｔ／ｔ_Ｌ＞２ ・・・（６）

９．以下の（Ａ）～（Ｅ）の状態の１つまたは２つ以上を満足する、前記５～８のいずれかの記載の抵抗スポット溶接方法。
（Ａ）溶接電極と板組が打角を有する。
（Ｂ）一対の溶接電極が芯ずれする。
（Ｃ）板組の加圧前に、固定式の溶接電極と板組との間に隙間がある。
（Ｄ）板組の加圧前に、板組の鋼板間において少なくとも１箇所以上に隙間がある。
（Ｅ）板組の表面において、溶接打点の中心から板組の端面までの最短距離が１０ｍｍ以下である。

１０．前記５～９のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、ｎ枚の鋼板を重ね合わせた板組を接合する工程を有し、ｎが２以上の整数である、溶接部材の製造方法。

本発明によれば、板組の表層鋼板の少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であり、かつ、表層鋼板の厚さ比や外乱の影響が大きい場合にも、溶接部の割れが抑制され、所望の大きさのナゲット径を有する、溶接継手が得られる。
また、本発明の溶接継手を有する溶接部材は、最外側に高い耐食性をそなえる亜鉛系めっき鋼板が配置されるので、自動車部品、特には、雨水に曝される部位に使用される自動車部品などに適用して極めて好適である。

抵抗スポット溶接方法の例を模式的に示す図である。 溶接継手の切断面の一例を模式的に示す図である。 板隙のある板組の例を模式的に示す図である。

本発明を、以下の実施形態に基づき説明する。まず、本発明の一実施形態に従う溶接継手について、説明する。

［１］溶接継手
本発明の一実施形態に従う溶接継手は、
ｎ枚の鋼板を重ね合わせた板組と、該鋼板同士を接合するナゲットと、を有する、溶接継手であって、
ｎは２以上の整数であり、
前記板組において、上から順に１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうちの少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であり、
［条件１］の場合には、前記板組の１枚目の鋼板における肩部の角度ａが、以下の（１）式を満足し、
［条件２］の場合には、前記板組のｎ枚目の鋼板における肩部の角度ｂが、以下の（２）式を満足し、
［条件３］の場合には、前記肩部の角度ａおよびｂがそれぞれ、以下の（１）式および（２）式を満足し、
前記板組において、ｋ枚目の鋼板とｋ＋１枚目の鋼板の境界レベルでのナゲット径ｘ_ｋ（ｍｍ）が４．０√ｔ_ｋ以上であり、ｋが１～ｎ―１までの整数であり、ｔ_ｋがｋ枚目の鋼板とｋ＋１枚目の鋼板のうちの薄い方の鋼板の厚さ（ｍｍ）である、というものである。
ａ≦｛(９８０／Ｓ_Ｕ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｕ)^０．２｝×１１×Ｗ^０．３＋１５ ・・・（１）
ｂ≦｛(９８０／Ｓ_Ｌ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｌ)^０．２｝×１１×Ｗ^０．３＋１５ ・・・（２）
式中、
ａ：板組の１枚目の鋼板における肩部の角度（°）、
ｂ：板組のｎ枚目の鋼板における肩部の角度（°）、
Ｔ：ｎ枚の鋼板の合計厚さ（ｍｍ）、
ｔ_Ｕ：１枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
ｔ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
Ｓ_Ｕ：１枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
Ｓ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
Ｗ：ナゲット径（ｍｍ）、
である。
また、［条件１］～［条件３］は、以下のとおりである。
［条件１］
板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、１枚目の鋼板のみが亜鉛系めっき鋼板である。
［条件２］
板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、ｎ枚目の鋼板のみが亜鉛系めっき鋼板である。
［条件３］
板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、１枚目の鋼板およびｎ枚目の鋼板の両方が亜鉛系めっき鋼板である。

ここで、板組は、ｎ枚の鋼板を重ね合わせたものであり、上から順に１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうちの少なくとも一方、すなわち、板組の表層鋼板の少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板である。なお、ここでいう上からの順は、例えば、板組の表面が水平面と平行となるように板組を配置したときの鉛直方向上側からの順番とすればよい。

また、亜鉛系めっき鋼板とは、溶融亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板などの下地鋼板の一方または両方の表面に亜鉛系めっき層を有する鋼板である。なお、下地鋼板の一方の表面に亜鉛系めっき層を有する鋼板を１枚目の鋼板およびｎ枚目の鋼板として使用する場合、亜鉛系めっき層が板組において最外側に位置するように配置することが好ましい。ここで、亜鉛系めっき層は、亜鉛含有量が１質量％以上、好ましくは亜鉛含有量が３０質量％以上であるめっき層である。亜鉛系めっき層には、例えば、溶融亜鉛めっき層や合金化溶融亜鉛めっき層、電気亜鉛めっき層などの亜鉛めっき層に加え、アルミニウムやマグネシウム、シリコン、ニッケル、鉄などの合金元素を合計で５０質量％未満含む亜鉛合金めっき層が含まれる。また、亜鉛合金めっき層（を有する鋼板）としては、例えば、ガルファン（Ｚｎ－５質量％Ａｌ）やエコガル（登録商標）（Ｚｎ－５質量％Ａｌ－１質量％以下のＭｇおよびＮｉ）などが挙げられる。さらに、亜鉛合金めっき層としては、アルミニウムおよび亜鉛を合計で６７質量％以上含み、マグネシウムやシリコン、ニッケル、鉄などの合金元素を３３質量％未満含むアルミニウム－亜鉛合金めっき層（例えば、ガルバリウム（５５質量％Ａｌ－４３．４質量％Ｚｎ－１．６質量％Ｓｉ）など）も挙げられる。なお、亜鉛系めっき層は、その融点が下地鋼板の融点よりも低いものが好ましい。また、上記の亜鉛および合金元素以外の残部の成分は不可避的不純物である。また、下地鋼板については特に限定されず、例えば、引張強さ（以下、ＴＳともいう）：２７０ＭＰａ級の軟鋼からＴＳ：４９０～２５００ＭＰａ級の鋼板までの各種強度を有する鋼板を適用できる。

加えて、板組を構成する鋼板のうち、１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板以外の鋼板については、上記の亜鉛系めっき鋼板を使用してもよい。また、めっきなしの鋼板、例えば、ＴＳ：２７０ＭＰａ級の軟鋼からＴＳ：４９０～２５００ＭＰａ級の鋼板までの各種強度を有する鋼板を使用してもよい。なお、１枚目の鋼板に亜鉛系めっき鋼板を使用する場合、ｎ枚目の鋼板には、上記の亜鉛系めっき鋼板を使用してもよいし、上記のめっきなしの鋼板を使用してもよい。ｎ枚目の鋼板に亜鉛系めっき鋼板を使用する場合の１枚目の鋼板についても同様である。

なお、板組を構成する鋼板の厚さは特に限定されるものではないが、例えば、０．４ｍｍ以上３．２ｍｍ以下であることが好ましい。厚さ：０．４ｍｍ以上３．２ｍｍ以下の鋼板は、自動車用部材として、好適に使用することができる。

また、板組における鋼板の重ね合わせ枚数であるｎは２以上で整数であればよい。ｎの上限は特に限定されるものではないが、例えば、ｎは７以下とすることが好ましい。

そして、本発明の一実施形態に従う溶接継手では、上述したように、板組の１枚目の鋼板における肩部の角度ａおよび板組のｎ枚目の鋼板における肩部の角度ｂについてそれぞれ、上述した［条件１］～［条件３］に応じて、上掲（１）式および（２）式の少なくとも一方を満足させることが重要である。なお、肩部とは、図２に示す、板組の表面（表裏面）のくぼみでの肩部である。図中、符号１－１～１－３は鋼板、２は板組、５はナゲット、６は肩部である。また、ここでいう、板組の表面（表裏面）におけるくぼみは、溶接時の溶接電極による加圧により生じる溶接電極痕であり、当該くぼみの間にナゲットが位置する。

肩部の角度ａおよびｂ：上述した［条件１］～［条件３］に応じて上掲（１）式および（２）式の少なくとも一方を満足させる。
上述したように、亜鉛系めっき鋼板に対する抵抗スポット溶接において発生する溶接部の割れ、特に、肩部割れの発生有無は、溶接時に発生する板組の肩部の変形、換言すれば、肩部の角度ａおよびｂに強く影響する。そして、肩部の角度ａおよびｂを、板組の表層鋼板として配置される亜鉛系めっき鋼板の引張強さおよび厚さ、板組を構成する鋼板の合計厚さ、ならびに、ナゲット径Ｗとの関係で適切に制御することにより、溶接部の割れの発生を有効に抑制できる。
具体的には、
上述した［条件１］の場合には、肩部の角度ａが上掲（１）式を満足し、
上述した［条件２］の場合には、肩部の角度ｂが上掲（２）式を満足し、
上述した［条件３］の場合には、肩部の角度ａおよびｂがそれぞれ、上掲（１）式および（２）式をそれぞれ満足する、
ことにより、溶接部の割れの発生を有効に抑制できる。なお、肩部の角度ａおよびｂ、ならびに、ナゲット径Ｗの測定方法は上述のとおりである。

また、上述した［条件１］の場合には、肩部の角度ａが以下の（３）式を満足し、
上述した［条件２］の場合には、肩部の角度ｂが以下の（４）式を満足し、
上述した［条件３］の場合には、肩部の角度ａおよびｂがそれぞれ、以下の（３）式および（４）式を満足する、ことが好ましい。これにより、溶接部の割れの発生をより有効に抑制できる、特には、肩部における長さ１００μｍ未満の微小なＬＭＥ割れの発生をも有効に抑制することが可能となる。
ａ≦｛(９８０／Ｓ_Ｕ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｕ)^０．２｝×６×Ｗ^０．３＋９ ・・・（３）
ｂ≦｛(９８０／Ｓ_Ｌ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｌ)^０．２｝×６×Ｗ^０．３＋９ ・・・（４）

なお、肩部の角度ａおよびｂの下限は特に限定されず、０°であってもよい。肩部の角度ａおよびｂはそれぞれ、好ましくは１°以上である。

また、以下の（５）式または（６）式の少なくとも一方を満足させることが好ましい。上述したように、Ｔ／ｔ_ＵまたはＴ／ｔ_Ｌが大きい板組、つまり、被接合材である板組全体の厚さの中心位置（板組の厚さ１／２位置）から離れた位置において板組を構成する鋼板同士の境界がある板組では、ナゲットの大きさを確保することが困難である場合がある。そのため、このような板組を用いる場合には、本発明の効果がより有効に発揮されることになる。さらには、以下の（１２）式または（１３）式の少なくとも一方を満足する板組において、当該き裂の発生を抑制することがより好適である。
Ｔ／ｔ_Ｕ＞２ ・・・（５）
Ｔ／ｔ_Ｌ＞２ ・・・（６）
Ｔ／ｔ_Ｕ＞３ ・・・（１２）
Ｔ／ｔ_Ｌ＞３ ・・・（１３）

ｋ枚目の鋼板とｋ＋１枚目の鋼板の境界レベルでのナゲット径ｘ_ｋ（ｍｍ）：４．０√ｔ_ｋ以上
継手強度を確保する観点から、ｋ枚目の鋼板とｋ＋１枚目の鋼板の境界レベルでのナゲット径ｘ_ｋ（ｍｍ）を４．０√ｔ_ｋ以上とする。ナゲット径ｘ_ｋの上限は特に限定されるものではないが、散りの発生を抑制する観点から、ナゲット径ｘ_ｋは１０．０√ｔ_ｋ以下が好ましい。ここで、ｋは１～ｎ－１までの整数であり、ｔ_ｋはｋ枚目の鋼板とｋ＋１枚目の鋼板のうちの薄い方の鋼板の厚さ（ｍｍ）である。なお、ナゲットとは、板組の鋼板同士を接合する点状の溶接部である。また、ナゲットは、板組の鋼板が溶融して凝固した部分である。

［２］溶接部材
本発明の一実施形態に従う溶接部材は、上記の溶接継手を有する溶接部材である。本発明の一実施形態に従う溶接部材は、最外側に高い耐食性をそなえる亜鉛系めっき鋼板が配置されるので、自動車部品、特には、雨水に曝される部位に使用される自動車部品などに適用して好適である。なお、本発明の一実施形態に従う溶接部材には、上記の溶接継手に加えて、別の溶接継手（溶接部）をさらに有していてもよい。

［３］抵抗スポット溶接方法
本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接方法は、
ｎ枚の鋼板を重ね合わせた板組を一対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
ｎは２以上の整数であり、
前記板組において、上から順に１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうちの少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であり、
また、前記抵抗スポット溶接方法は、
中間段階ナゲットを形成する、第１通電工程と、
前記中間段階ナゲットを拡大する、第２通電工程と、
を有し、
前記第１通電工程では、前記中間段階ナゲットの径Ｗ０が
［条件１］の場合には、以下の（７）式を、
［条件２］の場合には、以下の（８）式を、
［条件３］の場合には、以下の（７）式および（８）式の両方を、
それぞれ満足する条件で通電を行い、
前記第２通電工程では、
冷却時間：１０ｍｓ以上１６０ｍｓ未満の無通電状態での冷却と、
通電時間：１５ｍｓ以上２００ｍｓ未満および電流値：前記第１通電工程の電流値以上での通電と、をそれぞれ１回以上行う、というものである。
(Ｔ^０．３／ｔ_Ｕ ^０．２)×(Ｓ_Ｕ／９８０)^０．１×２．０≦Ｗ０ ・・・（７）
(Ｔ^０．３／ｔ_Ｌ ^０．２)×(Ｓ_Ｌ／９８０)^０．１×２．０≦Ｗ０ ・・・（８）
式中、
Ｗ０：中間段階ナゲットの径（ｍｍ）、
Ｔ：ｎ枚の鋼板の合計厚さ（ｍｍ）、
ｔ_Ｕ：１枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
ｔ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
Ｓ_Ｕ：１枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
Ｓ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
である。
また、［条件１］～［条件３］については、上述のとおりである。

例えば、図１に示すように、一対の溶接電極３、４（上電極３および下電極４）により、鋼板１－１、１－２（上鋼板１－１および下鋼板１－２ともいう）を重ね合わせた板組２を挟んでその上下から加圧しつつ、上電極－下電極間に溶接電流を通電して接合する。なお、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法で使用可能な溶接装置としては、上下一対の溶接電極を備え、溶接中に加圧力および溶接電流をそれぞれ任意に制御可能であればよく、形式（定置式、ロボットガン等）、電極形状等はとくに限定されない。また、加圧力を付加および制御する構成についても特に限定されず、エアシリンダやサーボモータ等の従来から知られている機器が使用できる。さらに、通電の際に電流を供給し、電流値を制御する構成も特に限定されず、従来から知られている機器が使用できる。また、通電時の電流は、直流および交流のいずれであってもよい。なお、交流の場合、「電流」は「実効電流」を意味する。また、上電極３および下電極４の先端の形式も特に限定されず、例えば、ＪＩＳ Ｃ ９３０４：１９９９に記載されるＤＲ形（ドームラジアス形）、Ｒ形（ラジアス形）、Ｄ形（ドーム形）等が挙げられる。また、電極の先端径は、例えば、４ｍｍ～１６ｍｍである。

そして、本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接方法では、上述したように、溶接時の通電工程を第１通電工程と第２通電工程の２つの工程に分ける。そのうえで、第１通電工程では、通電パターンを調整して入熱量を制御することにより、板組の肩部での大きな変形を極力抑止しつつ、中間段階ナゲットを形成する。また、第２通電工程では、通電と冷却を繰り返す通電パターンにより、板組の肩部での大きな変形を極力抑止しつつ、中間段階ナゲットを段階的に拡大させて、最終的な大きさのナゲットを得る。
以下、第１通電工程および第２通電工程について、説明する。なお、本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接方法で使用する板組に関する説明は、［１］溶接継手における板組での説明と同様なので、ここでは記載を省略する。

・第１通電工程
第１通電工程では、後工程である第２通電工程において板組の肩部での大きな変形が発生しないように、ナゲットを形成することが必要である。そのためには、板組の表層鋼板として配置される亜鉛系めっき鋼板の厚さおよび引張強さ、ならびに、板組を構成する鋼板の合計厚さに応じて通電パターンを調整して入熱量を制御することが重要である。特には、上述した［条件１］～［条件３］に応じて、中間段階ナゲットの径Ｗ０（第１通電工程終了時点で得られるナゲットの径）が上掲（７）式および（８）式の少なくとも一方を満足する条件で通電を行うことが重要である。

通電条件：［条件１］～［条件３］に応じて、中間段階ナゲットの径Ｗ０が（７）式および（８）式の少なくとも一方を満足する条件で通電を行う。
上述したように、第１通電工程では、通電パターンを調整して入熱量を制御する、特には、上述した［条件１］～［条件３］に応じて、中間段階ナゲットの径Ｗ０が上掲（７）式および（８）式の少なくとも一方を満足する条件で通電を行う。これによって、中間段階ナゲットの周囲の圧接部（コロナボンド部）を、対象とする板組において最終的に得られるナゲット径の確保と溶接部の割れ抑制を実現するために必要な範囲において、強固に形成することができる。その結果、表層鋼板の厚さ比や外乱の影響が大きい場合にも、後述する第２通電工程において散りの飛散量を抑制しつつ中間段階ナゲットを拡大することが可能となる。これにより、第２通電終了後に板組の肩部の変形、ひいては溶接部の割れの発生を抑制した上で所望のナゲット径が実現される。

また、上述した［条件１］の場合には、以下の（９）式を、
上述した［条件２］の場合には、以下の（１０）式を、
上述した［条件３］の場合には、以下の（９）式および（１０）式を、
それぞれ満足する条件で通電を行うことが好ましい。これにより、溶接部の割れの発生をより有効に抑制できる。特には、肩部における長さ１００μｍ未満の微小なＬＭＥ割れの発生をも有効に抑制することが可能となる。
(Ｔ^０．４５／ｔ_Ｕ ^０．３)×(Ｓ_Ｕ／９８０)^０．１５×２．０≦Ｗ０ ・・・（９）
(Ｔ^０．３５／ｔ_Ｌ ^０．３)×(Ｓ_Ｌ／９８０)^０．１５×２．０≦Ｗ０ ・・・（１０）

なお、中間段階ナゲットの径Ｗ０の上限は特に限定されないが、Ｗ０が過度に大きくなると、第１通電工程での散りの飛散量が増加するおそれがある。そのため、中間段階ナゲットの径Ｗ０が、好ましくはＷ×０．９ｍｍ以下、より好ましくはＷ×０．８ｍｍ以下となる条件で通電を行う。なお、Ｗは、上述したように、（最終的に得られる）溶接継手のナゲット径（第２通電工程終了時点でのナゲットの径）である。

中間段階ナゲットの径Ｗ０が上記の範囲を満足する条件（以下、適正条件ともいう）で通電を行えば、その他の条件については特に限定されず、常法に従えばよい。なお、適正条件は、板組によって異なる。この点、例えば、被接合材とする板組と同じ板組を準備し、第１通電工程の電流値（以下、単にＩ１ともいう）を２．０～１５．０ｋＡの範囲、通電時間を１５～２０００ｍｓの範囲、および、加圧力を１．５～１０．０ｋＮの範囲から種々選択する。そして、当該選択した種々の条件に従う予備溶接試験を行う。これによって、板組ごとに適正条件を得ることができる。

また、第１通電工程では、アップスロープ状の通電を行うことが好ましい。例えば、通電開始時の電流値をＩｓ（ｋＡ）、通電終了時の電流値をＩｆ（ｋＡ）としたときに、以下の（１１）式を満足することが好ましい。これにより、ナゲットの周囲の圧接部（コロナボンド部）を強固に接合する効果、および、第１通電工程において変形を抑制しつつ大きな中間段階ナゲットを形成する効果をより有利に得ることができる。
Ｉｆ＞Ｉｓ ・・・（１１）
なお、Ｉｓは、好ましくは２．０～１４．０ｋＡである。Ｉｆは、好ましくは３．０～１５．０ｋＡである。

また、通電中に電流値が変化する場合、第１通電工程での最大の電流値（例えば、上記したアップスロープの通電では通電終了時の電流値）を、Ｉ１（第１通電工程での電流値）とみなすものとする。

・第２通電工程
第２通電工程では、冷却と通電を繰り返す通電パターンにより、板組の肩部での大きな変形を極力抑止しつつ、第１通電工程で形成した中間段階ナゲットを段階的に拡大させて、最終的な大きさのナゲットを得る。

冷却時間：１０ｍｓ以上１６０ｍｓ未満の無通電状態での冷却と、通電時間：１５ｍｓ以上２００ｍｓ未満および電流値：Ｉ１以上での通電：それぞれ１回以上
上述したように、第２通電工程では、板組の肩部での大きな変形を極力抑止しつつ、中間段階ナゲットを段階的に拡大させる必要がある。そのため、第２通電工程では、冷却と通電を繰り返す通電パターンを行うものとする。特には、冷却時間：１０ｍｓ以上１６０ｍｓ未満の無通電状態での冷却と、通電時間：１５ｍｓ以上２００ｍｓ未満および電流値：Ｉ１以上での通電とをそれぞれ１回以上行うものとする。冷却および通電の回数はそれぞれ、上記の効果をより有利に得る観点から、好ましくは２回以上、より好ましくは３回以上である。なお、冷却および通電の回数が１０回を超えると、上記の効果が飽和する一方、施工効率の低下を招く場合もある。そのため、冷却および通電の回数はそれぞれ、好ましくは１０回以下である。

また、上記の冷却では、１回あたりの冷却時間が１０ｍｓ未満になると、十分な冷却効果が得られない。そのため、板組の肩部で大きな変形が発生しやすくなり、溶接部の割れが発生しやすくなる。よって、１回あたりの冷却時間は１０ｍｓ以上とする。また、より有利に板組の肩部での大きな変形を抑止しつつ、中間段階ナゲットを段階的に拡大させる観点から、１回あたりの冷却時間は１５ｍｓ以上とすることが好ましい。一方、１回あたりの冷却時間が１６０ｍｓ以上になると、冷却と通電を繰り返す通電パターンによる中間段階ナゲットの拡大効果が十分に得られなくなるおそれがある。そのため、１回あたりの冷却時間は１６０ｍｓ未満とする。１回あたりの冷却時間は、好ましくは１２０ｍｓ以下である。なお、冷却は、無通電状態として行えばよく、無通電時間が冷却時間となる。

さらに、上記の通電では、１回あたりの通電時間が１５ｍｓ未満になると、入熱量の不足により、第２通電工程において中間段階ナゲットを十分に拡大させることができない。そのため、１回あたりの通電時間は１５ｍｓ以上とする。一方、１回あたりの通電時間が２００ｍｓ以上になると、一度の通電で過大な入熱を加えることになり、溶接部の大きな変形、ひいては、割れが発生しやすい。そのため、１回あたりの通電時間は２００ｍｓ未満とする。１回あたりの通電時間は好ましくは１６０ｍｓ以下である。

加えて、上記の通電では、中間段階ナゲットを段階的に拡大させるために、電流値をＩ１以上、すなわち、第１通電工程の電流値以上とする必要がある。上記の通電での電流値は好ましくは１．１×Ｉ１以上である。上記の通電での電流値の上限は特に限定されるものではないが、散りの発生を抑制する観点から、上記の通電での電流値は２０ｋＡ以下とすることが好ましい。

なお、上記の冷却における１回あたりの冷却時間は、各回とも同じであってもよく、異なっていてもよい。また、上記の通電における通電時間および電流値についても同様である。

上記以外の条件については特に限定されず、常法に従えばよい。例えば、加圧力は１．５～１０．０ｋＮとすればよい。また、加圧力は、第１通電工程と同じであっても、異なる値であってもよい。なお、通電時の電流値は、Ｉ１以上であれば、一定であっても、アップスロープ状の通電のように、通電中に適宜変化させてもよい。

上記以外の条件については特に限定されず、常法に従えばよい。

また、本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接方法では、外乱の影響や板組によらず、溶接部の割れの発生が抑制しつつ、所望の大きさのナゲット径が得られる。そのため、本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接方法は、厳しい溶接条件、例えば、以下の（Ａ）～（Ｅ）の状態の１つまたは２つ以上を満足する場合に適用して、特に好適である。
（Ａ）溶接電極と板組が打角を有する。
（Ｂ）一対の溶接電極が芯ずれする。
（Ｃ）板組の加圧前に、固定式の溶接電極と板組との間に隙間（以下、電極－板組間隙間ともいう）がある。
（Ｄ）板組の加圧前に、板組の鋼板間において少なくとも１箇所以上に隙間（以下、板隙ともいう）がある。
（Ｅ）板組の表面において、溶接打点の中心から板組の端面までの最短距離（以下、端面最短距離ともいう）が１０ｍｍ以下である。

ここで、（Ａ）の「打角」とは、板組の表面の垂直方向に対する溶接電極の軸芯の角度である。また、「溶接電極と板組が打角を有する状態」とは、打角が０°ではない場合、つまり、板組の表面の垂直方向と、溶接電極の軸芯（上電極の軸芯と下電極の軸芯の少なくとも一方）とが平行にならない状態を意味する。

（Ｂ）の「一対の溶接電極が芯ずれしている状態」とは、溶接電極の上電極の軸芯と下電極の軸芯が一致しない状態を意味する。また、芯ずれ量は、溶接電極の上電極の軸芯と下電極の軸芯の距離である。

（Ｃ）および（Ｄ）の「板組の加圧前」とは、板組を、固定式の溶接電極（一例においては下電極に相当）と駆動式の溶接電極（一例においては上電極に相当）を有する溶接装置に設置した後で、かつ、駆動式の溶接電極を移動させて板組の加圧を開始する前を意味する。

なお、本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接方法は、２枚の鋼板を重ね合わせた板組だけでなく、３枚以上の鋼板を重ね合わせた板組にも適用可能である。

［４］溶接部材の製造方法
本発明の一実施形態に従う溶接部材の製造方法は、上記の抵抗スポット溶接方法により、上記の板組を接合する工程を有するというものである。これにより、板組の肩部の変形、ひいては溶接部の割れの発生を抑制しつつ、所望の大きさのナゲット径を安定的に確保できる。その結果、種々の溶接部材、特には、最外側に高い耐食性をそなえる亜鉛系めっき鋼板を配置した自動車部品等を、高い施工効率の下、製造することが可能となる。

表１に示す板組について、表２に示す条件で抵抗スポット溶接を行い、溶接継手を作製した。なお、各試料番号では、表１に示すように、外乱（上記（Ａ）～（Ｅ）の溶接状態）を模擬した。表１中、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｅ）の欄の「－」は、当該状態を満足しないことを意味する。また、（Ｄ）の板隙を模擬した板組、例えば、３枚重ねの板組では、図３に示すように、３０ｍｍ×１００ｍｍの鋼板を重ね合わせ、２枚目と３枚目の鋼板の間に３０ｍｍ×２５ｍｍのスペーサ７、８を挟み込んで２ｍｍの板隙を設けた。なお、（Ｄ）の板隙の欄の「０ｍｍ」は、板隙がないことを意味する。また、表１中、（Ｅ）の欄で「－」と表記しているものについては、３０ｍｍ×１００ｍｍの鋼板の中心が溶接打点の中心となるように、溶接部（ナゲット）を形成した。また、第１通電工程は、試料番号１０、２１、２２を除き、アップスロープ状の通電を行った。試料番号１０、２１、２２では、一定の電流値で通電を行った。第２通電工程は、冷却→通電の順で行い、各回の冷却および通電とも、それぞれ同じ条件で行った。

また、抵抗スポット溶接は、常温で、かつ、溶接電極を常に水冷した状態で行った。上電極（駆動式の溶接電極）および下電極（固定式の溶接電極）にはいずれも、先端の直径（先端径）：６ｍｍ、曲率半径：４０ｍｍであるクロム銅製のＤＲ形電極を使用した。また、上電極をサーボモータで駆動することによって加圧力を制御し、通電の際には、直流電源を供給した。なお、いずれの試料番号でも、１枚目の鋼板が上電極（駆動式の溶接電極）と接触するように、板組を配置した。

かくして得られた溶接継手について、上述した要領により、板組の肩部の角度ａおよびｂ、ならびに、ナゲット径Ｗを測定した。これらの測定結果を表３に示す。

また、得られた溶接継手について、１枚目の鋼板と２枚目の鋼板の境界レベルでのナゲット径ｘ_１、３枚の鋼板の板組ではさらに２枚目の鋼板と３枚目の鋼板の境界レベルでのナゲット径ｘ_２、４枚の鋼板の板組ではさらに３枚目の鋼板と４枚目の鋼板の境界レベルでのナゲット径ｘ_３を測定した。これらの測定結果を表３に示す。

さらに、溶接継手のナゲットの表面および断面の観察を行い、肩部割れの有無を目視により確認した。結果を表３に併記する。
なお、表３中、肩部割れの欄におけるＡ、ＢおよびＣはそれぞれ以下の意味である。
Ａ（合格、特に優れる）：割れの発生なし
Ｂ（合格）：割れの発生はあるが、長さが１００μｍ未満
Ｃ（不合格）：１００μｍ以上の長さの割れが発生
また、表３中の判定の欄は、
肩部割れがＡであり、ナゲット径ｘ_ｋが４．０√ｔ_ｋ以上である場合を「合格（優）」、
肩部割れがＢであり、ナゲット径ｘ_ｋが４．０√ｔ_ｋ以上である場合を「合格（良）」、
上記以外の場合、つまり、１つでも目標特性が得られなかった場合を「不合格」と表記した。
なお、ｔ_１は１枚目の鋼板と２枚目の鋼板のうちの薄い方の鋼板の厚さである。ｔ_２は２枚目の鋼板と３枚目の鋼板のうちの薄い方の鋼板の厚さである。ｔ_３は３枚目の鋼板と４枚目の鋼板のうちの薄い方の鋼板の厚さである。また、ナゲットとは、板組の鋼板同士を接合する点状の溶接部である。また、ナゲットは、板組の鋼板が溶融して凝固した部分である。

さらに、それぞれの試料番号と同じ条件で第１通電工程までの通電を行った試料を別途作製した。そして、当該試料において、上述した要領により、中間段階ナゲットの径Ｗ０を測定した。測定結果を表２に併記する。

表３より、発明例ではいずれも、溶接部の割れの発生を抑制しつつ、鋼板の各境界レベルにおいて所望の大きさのナゲット径を得ることができた。

一方、試料番号１７、２５では、第２通電工程を行わない、つまり、１段のみの通電を行ったため、鋼板の境界レベルによっては所望の大きさのナゲット径が得られなかった。
試料番号１８～２４、３３、３６、３７、４０、４３、４６および４９では、第１通電工程において中間段階ナゲットの径Ｗ０が所定の範囲にならない条件で通電を行ったため、溶接部の割れが発生したり、鋼板の境界レベルによっては所望の大きさのナゲット径が得られなかった。
試料番号２６～３０では、第２通電工程の冷却時間、電流値、または、通電時間が適正範囲外となるため、溶接部の割れが発生したり、鋼板の境界レベルによっては所望の大きさのナゲット径が得られなかった。

１－１ 鋼板（上鋼板）
１－２ 鋼板（下鋼板）
１－３ 鋼板
２ 板組
３ 溶接電極（上電極）
４ 溶接電極（下電極）
５ ナゲット
６ 肩部
７ スペーサ
８ スペーサ

Claims (16)

1. ｎ枚の鋼板を重ね合わせた板組と、該鋼板同士を接合するナゲットと、を有する、溶接継手であって、
   ｎは２以上の整数であり、
   前記板組において、上から順に１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうちの少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であり、
   ［条件１］の場合には、前記板組の１枚目の鋼板における肩部の角度ａが、以下の（１）式を満足し、
   ［条件２］の場合には、前記板組のｎ枚目の鋼板における肩部の角度ｂが、以下の（２）式を満足し、
   ［条件３］の場合には、前記肩部の角度ａおよびｂがそれぞれ、以下の（１）式および（２）式を満足し、
   前記板組において、ｋ枚目の鋼板とｋ＋１枚目の鋼板の境界レベルでのナゲット径ｘ_ｋ（ｍｍ）が４．０√ｔ_ｋ以上であり、ｋが１～ｎ―１までの整数であり、ｔ_ｋがｋ枚目の鋼板とｋ＋１枚目の鋼板のうちの薄い方の鋼板の厚さ（ｍｍ）である、溶接継手。
   ａ≦｛(９８０／Ｓ_Ｕ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｕ)^０．２｝×１１×Ｗ^０．３＋１５ ・・・（１）
   ｂ≦｛(９８０／Ｓ_Ｌ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｌ)^０．２｝×１１×Ｗ^０．３＋１５ ・・・（２）
   式中、
   ａ：板組の１枚目の鋼板における肩部の角度（°）、
   ｂ：板組のｎ枚目の鋼板における肩部の角度（°）、
   Ｔ：ｎ枚の鋼板の合計厚さ（ｍｍ）、
   ｔ_Ｕ：１枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
   ｔ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
   Ｓ_Ｕ：１枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
   Ｓ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
   Ｗ：ナゲット径（ｍｍ）、
   である。
   また、［条件１］～［条件３］は、以下のとおりである。
   ［条件１］
   板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、１枚目の鋼板のみが亜鉛系めっき鋼板である。
   ［条件２］
   板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、ｎ枚目の鋼板のみが亜鉛系めっき鋼板である。
   ［条件３］
   板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、１枚目の鋼板およびｎ枚目の鋼板の両方が亜鉛系めっき鋼板である。
2. 前記［条件１］の場合には、前記肩部の角度ａが、以下の（３）式を満足し、
   前記［条件２］の場合には、前記肩部の角度ｂが、以下の（４）式を満足し、
   前記［条件３］の場合には、前記肩部の角度ａおよびｂがそれぞれ、以下の（３）式および（４）式を満足する、請求項１に記載の溶接継手。
   ａ≦｛(９８０／Ｓ_Ｕ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｕ)^０．２｝×６×Ｗ^０．３＋９ ・・・（３）
   ｂ≦｛(９８０／Ｓ_Ｌ)^０．３×(１／Ｔ^０．３)×(Ｔ／ｔ_Ｌ)^０．２｝×６×Ｗ^０．３＋９ ・・・（４）
3. 前記ｎ枚の鋼板の合計厚さＴ、前記１枚目の鋼板の厚さｔ_Ｕおよび前記ｎ枚目の鋼板の厚さｔ_Ｌが、以下の（５）式および（６）式のうちの少なくとも一方を満足する、請求項１または２に記載の溶接継手。
   Ｔ／ｔ_Ｕ＞２ ・・・（５）
   Ｔ／ｔ_Ｌ＞２ ・・・（６）
4. 請求項１または２に記載の溶接継手を有する、溶接部材。
5. 請求項３に記載の溶接継手を有する、溶接部材。
6. ｎ枚の鋼板を重ね合わせた板組を一対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
   ｎは２以上の整数であり、
   前記板組において、上から順に１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうちの少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であり、
   また、前記抵抗スポット溶接方法は、
   中間段階ナゲットを形成する、第１通電工程と、
   前記中間段階ナゲットを拡大する、第２通電工程と、
   を有し、
   前記第１通電工程では、前記中間段階ナゲットの径Ｗ０が
   ［条件１］の場合には、以下の（７）式を、
   ［条件２］の場合には、以下の（８）式を、
   ［条件３］の場合には、以下の（７）式および（８）式の両方を、
   それぞれ満足する条件で通電を行い、
   前記第２通電工程では、
   冷却時間：１０ｍｓ以上１６０ｍｓ未満の無通電状態での冷却と、
   通電時間：１５ｍｓ以上２００ｍｓ未満および電流値：前記第１通電工程の電流値以上での通電と、をそれぞれ１回以上行う、抵抗スポット溶接方法。
   (Ｔ^０．３／ｔ_Ｕ ^０．２)×(Ｓ_Ｕ／９８０)^０．１×２．０≦Ｗ０ ・・・（７）
   (Ｔ^０．３／ｔ_Ｌ ^０．２)×(Ｓ_Ｌ／９８０)^０．１×２．０≦Ｗ０ ・・・（８）
   式中、
   Ｗ０：中間段階ナゲットの径（ｍｍ）、
   Ｔ：ｎ枚の鋼板の合計厚さ（ｍｍ）、
   ｔ_Ｕ：１枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
   ｔ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の厚さ（ｍｍ）、
   Ｓ_Ｕ：１枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
   Ｓ_Ｌ：ｎ枚目の鋼板の引張強さ（ＭＰａ）、
   である。
   また、［条件１］～［条件３］は、以下のとおりである。
   ［条件１］
   板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、１枚目の鋼板のみが亜鉛系めっき鋼板である。
   ［条件２］
   板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、ｎ枚目の鋼板のみが亜鉛系めっき鋼板である。
   ［条件３］
   板組の１枚目の鋼板とｎ枚目の鋼板のうち、１枚目の鋼板およびｎ枚目の鋼板の両方が亜鉛系めっき鋼板である。
7. 前記第１通電工程において、前記中間段階ナゲットの径Ｗ０が
   前記［条件１］の場合には、以下の（９）式を、
   前記［条件２］の場合には、以下の（１０）式を、
   前記［条件３］の場合には、以下の（９）式および（１０）式の両方を、
   それぞれ満足する条件で通電を行う、請求項６に記載の抵抗スポット溶接方法。
   (Ｔ^０．４５／ｔ_Ｕ ^０．３)×(Ｓ_Ｕ／９８０)^０．１５×２．０≦Ｗ０ ・・・（９）
   (Ｔ^０．３５／ｔ_Ｌ ^０．３)×(Ｓ_Ｌ／９８０)^０．１５×２．０≦Ｗ０ ・・・（１０）
8. 前記第１通電工程において、以下の（１１）式を満足する条件で通電を行う、請求項６に記載の抵抗スポット溶接方法。
   Ｉｆ＞Ｉｓ ・・・（１１）
   式中、
   Ｉｓ：第１通電工程での通電開始時の電流値（ｋＡ）、
   Ｉｆ：第１通電工程での通電終了時の電流値（ｋＡ）、
   である。
9. 前記第１通電工程において、以下の（１１）式を満足する条件で通電を行う、請求項７に記載の抵抗スポット溶接方法。
   Ｉｆ＞Ｉｓ ・・・（１１）
   式中、
   Ｉｓ：第１通電工程での通電開始時の電流値（ｋＡ）、
   Ｉｆ：第１通電工程での通電終了時の電流値（ｋＡ）、
   である。
10. 前記ｎ枚の鋼板の合計厚さＴ、前記１枚目の鋼板の厚さｔ_Ｕおよび前記ｎ枚目の鋼板の厚さｔ_Ｌが、以下の（５）および（６）のうちの少なくとも一方を満足する、請求項６に記載の抵抗スポット溶接方法。
    Ｔ／ｔ_Ｕ＞２ ・・・（５）
    Ｔ／ｔ_Ｌ＞２ ・・・（６）
11. 前記ｎ枚の鋼板の合計厚さＴ、前記１枚目の鋼板の厚さｔ_Ｕおよび前記ｎ枚目の鋼板の厚さｔ_Ｌが、以下の（５）および（６）のうちの少なくとも一方を満足する、請求項７に記載の抵抗スポット溶接方法。
    Ｔ／ｔ_Ｕ＞２ ・・・（５）
    Ｔ／ｔ_Ｌ＞２ ・・・（６）
12. 前記ｎ枚の鋼板の合計厚さＴ、前記１枚目の鋼板の厚さｔ_Ｕおよび前記ｎ枚目の鋼板の厚さｔ_Ｌが、以下の（５）および（６）のうちの少なくとも一方を満足する、請求項８に記載の抵抗スポット溶接方法。
    Ｔ／ｔ_Ｕ＞２ ・・・（５）
    Ｔ／ｔ_Ｌ＞２ ・・・（６）
13. 前記ｎ枚の鋼板の合計厚さＴ、前記１枚目の鋼板の厚さｔ_Ｕおよび前記ｎ枚目の鋼板の厚さｔ_Ｌが、以下の（５）および（６）のうちの少なくとも一方を満足する、請求項９に記載の抵抗スポット溶接方法。
    Ｔ／ｔ_Ｕ＞２ ・・・（５）
    Ｔ／ｔ_Ｌ＞２ ・・・（６）
14. 以下の（Ａ）～（Ｅ）の状態の１つまたは２つ以上を満足する、請求項６～１３のいずれかの記載の抵抗スポット溶接方法。
    （Ａ）溶接電極と板組が打角を有する。
    （Ｂ）一対の溶接電極が芯ずれする。
    （Ｃ）板組の加圧前に、固定式の溶接電極と板組との間に隙間がある。
    （Ｄ）板組の加圧前に、板組の鋼板間において少なくとも１箇所以上に隙間がある。
    （Ｅ）板組の表面において、溶接打点の中心から板組の端面までの最短距離が１０ｍｍ以下である。
15. 請求項６～１３のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、ｎ枚の鋼板を重ね合わせた板組を接合する工程を有し、ｎが２以上の整数である、溶接部材の製造方法。
16. 請求項１４に記載の抵抗スポット溶接方法により、ｎ枚の鋼板を重ね合わせた板組を接合する工程を有し、ｎが２以上の整数である、溶接部材の製造方法。
    

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