CN105339122B - 凸出螺栓的焊接方法 - Google Patents

凸出螺栓的焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105339122B
CN105339122B CN201480035898.4A CN201480035898A CN105339122B CN 105339122 B CN105339122 B CN 105339122B CN 201480035898 A CN201480035898 A CN 201480035898A CN 105339122 B CN105339122 B CN 105339122B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fusing department
steel sheet
sheet component
initial stage
melting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480035898.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105339122A (zh
Inventor
青山省司
青山好高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2013152065A external-priority patent/JP5477605B1/ja
Priority claimed from JP2013170770A external-priority patent/JP5532466B1/ja
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of CN105339122A publication Critical patent/CN105339122A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105339122B publication Critical patent/CN105339122B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/14—Projection welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/002—Resistance welding; Severing by resistance heating specially adapted for particular articles or work
    • B23K11/004—Welding of a small piece to a great or broad piece
    • B23K11/0046—Welding of a small piece to a great or broad piece the extremity of a small piece being welded to a base, e.g. cooling studs or fins to tubes or plates
    • B23K11/0053—Stud welding, i.e. resistive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/16—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0288—Welding studs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/18—Sheet panels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B37/00—Nuts or like thread-engaging members
    • F16B37/04—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates
    • F16B37/06—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates by means of welding or riveting
    • F16B37/061—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates by means of welding or riveting by means of welding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

凸出螺栓(1)由以下部分形成：轴部(2)；圆形的扩径部(3)；以及由具有锥部(6)的初期熔融部(4A)和主熔融部(4B)构成的熔接用突起(4)，通过电阻焊接将凸出螺栓(1)焊接于薄板制的钢板部件(8)上，选定初期熔融部(4A)的体积与直径和初期熔融部(4A)相同的钢板部件(8)的体积的比，或者，选定初期熔融部(4A)的圆形面积与钢板部件(8)的板厚的比，在焊接完成后，在扩径部(3)的外周附近与钢板部件(8)的表面之间保留空隙，由此使板厚方向上的熔融量合适，并且消除扩径部的外周附近的涂装性的问题，应对生锈。

Description

凸出螺栓的焊接方法
技术领域
本发明涉及将凸出螺栓焊接在薄钢板上的焊接方法，该凸出螺栓由轴部、与该轴部形成为一体的扩径部、和配置在该扩径部的中央的熔接用突起构成。
背景技术
在日本专利第4032313号公报(专利文献1)中记载了将凸出螺栓通过电阻焊接而焊接在钢板部件上，该凸出螺栓由轴部、与该轴部形成为一体的扩径部、和配置在该扩径部的中央的熔接用突起构成。
上述的专利文献1公开的凸出螺栓是图10A所示的形状。该凸出螺栓20是铁制的凸出螺栓，且由以下部分构成：形成有外螺纹的轴部21；圆形的扩径部22，其与该轴部21形成为一体并且直径比轴部21的直径大；以及圆形的熔接用突起23，其配置在与所述轴部21相反的一侧的扩径部中央。所述熔接用突起23是直径比扩径部22小的圆形的隆起形状部，并且在末端面侧具有小倾斜角的锥部24和中心部尖的形状的顶部25。并且，熔接用突起23以外的部分处的扩径部22的端面形成为外周侧变低的锥面26。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4032313号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1记载的发明(以下称为现有发明)由本件专利申请所涉及的发明的发明人即青山好高和青山省司实现了实用化。上述发明人通过将凸出螺栓焊接在机动车车身的钢板部件上，成功实现了上述现有发明的实用化。即，所述熔接用突起23在扩径部22的中央部处被熔接在钢板部件27上，并且锥面26紧密贴合在钢板部件27的表面上。通过这样的中央部的熔接和除此以外的部分的紧密贴合、即“中央熔接和整面紧密贴合”确保了达到规定的熔融状态和焊接强度的焊接品质。
另外，例如在机动车车身的领域中，作为车身轻量化的重要策略，正在通过提高高张力钢板这样的钢板的强度来实现板厚的降低，伴随这样的薄板化，凸出螺栓的电阻焊接也需要考虑特殊的技术。
该状况如图10B所示。在执行进退动作的可动电极28上开设有收纳孔29，通过将轴部21插入到该收纳孔29内，由此将凸出螺栓20保持于可动电极28。另一方面，在固定电极30上放置有高张力钢板制的钢板部件27，通过可动电极28的朝向钢板部27的进出，将熔接用突起23加压于钢板部件27并接通焊接电流。由此，熔接用突起23和钢板部件27成为熔融状态，如图所示使螺栓20焊接在钢板部件27上。
图10B所示的熔接状态是异常的样子。这是遍及钢板部件27的板厚的整个区域形成有涂黑的熔融部32。即，在钢板部件27的厚度方向上观察时，板厚整体暂时成为熔融状态，之后凝固。这样的过度熔融现象在板厚变薄成0.65mm或0.7mm时容易发生，可以认为：对于热容量小的薄的板厚，凸出螺栓20侧的大的热量会产生影响而发生这样的过度熔融现象。即，凸出螺栓20侧的熔融体积相对于薄板过大，即使对加压力、通电时间和电流值等焊接条件、以及熔融金属的体积进行正确管理，由于是薄板，因此也会发生遍及板厚的整个区域的过度熔融。
通常，在通过电阻焊接将螺栓或螺母焊接在钢板部件上的情况下，在钢板部件的板厚方向上观察的钢板的熔融范围限定为板厚的一半或者三分之二位而确保了所需要的焊接强度。即，保留有作为非熔融部的母材。可以认为，能够像这样确保焊接强度是因为：由于熔融范围是上述那样的区域，因此未熔融的母材部分可以维持钢板自身的强度，并且熔融部分和非熔融部分的边界面积变宽，使得熔融部分和非熔融部分的接合强度成为充分的值。
然而，如果是图10B所示的遍及整个厚度区域的熔融，则存在无法充分确保螺栓20和钢板部件27的焊接强度的问题。
针对该问题进行研究，存在如下对策。由于熔融部(Nugget)32通过通电完成后的骤冷凝固，因此变成马氏体组织而获得很高的硬度，且具有脆的性质。在熔融部32的附近区域，组织变化部分如该图的梨皮面部位那样出现。这样的梨皮面部位一般是作为热影响部(Heat Affected Zone/HAZ)被公知的。该部分由标号33表示，且成为这样的性质：不像熔融部32那样脆，但比母材部分脆。
因此，当相对于所固定的钢板部件27对螺栓20反复作用有倾斜方向的弯曲力时，应力集中在高硬度且脆的性质的熔融部32与组织变化部分33的边界部位，因此在该边界部位发生由疲劳所引起的断裂。或者，在组织变化部分33发生断裂。而且，关于该问题，可以认为：由于板厚较薄，因此熔融部32与非熔融部的边界部分的面积变小，而且，边界面朝向板厚方向，因此在该边界部分容易发生断裂，从而导致焊接强度无法提高。
而且，有必要采取这样的措施：使上述那样的板厚方向的熔融量适当化，并且解决扩径部的外周附近的涂装性的问题，以应对生锈。
本发明是为了解决上述问题而提供的，本发明的目的是提供一种凸出螺栓的焊接方法，其关注凸出螺栓的部分形状部的体积与钢板部件的规定部位的体积之间的关系、或者熔接用突起的熔融面积相对于钢板部件的板厚的关系，防止了遍及整个板厚区域的熔融。
在以下的说明中，还存在仅将凸出螺栓表述为螺栓的情况。
用于解决课题的手段
根据本发明的第一方面，提供一种凸出螺栓的焊接方法，所述凸出螺栓由以下部分构成：轴部，在该轴部上形成有外螺纹；圆形的扩径部，其与该轴部形成为一体，并且其直径比轴部的直径大；以及圆形的熔接用突起，其由圆形的初期熔融部和与该初期熔融部相连的主熔融部构成，并且配置在与所述轴部相反的一侧的扩径部中央，所述初期熔融部在端面具有外周侧变低的小倾斜角的锥部，所述凸出螺栓的焊接方法是以在一对电极之间将所述熔接用突起按压在薄钢板制的钢板部件上的状态通过电阻焊接将所述凸出螺栓焊接于该钢板部件上的焊接方法，其特征在于，所述一对电极以保持凸出螺栓的电极和载置钢板部件的电极同轴地配置的状态构成，将主熔融部的熔融热加到在熔融初期的阶段成为平坦的熔融区域的初期熔融部上，或者利用被封入主熔融部与钢板部件的非熔融部之间的熔融金属的压力来推进钢板部件的熔融，由此防止钢板部件在板厚方向上的过度熔融或过少熔融，在焊接完成后，在所述扩径部的外周附近与钢板部件的表面之间保留有空隙，能够排出该空隙内的空气而在形成所述空隙的扩径部的下表面、主熔融部的外周面、熔融部位的露出部、钢板部件的表面等附着涂料液。
发明的效果
在上述的结构中，将主熔融部的熔融热加到在熔融初期的阶段成为平坦的熔融区域的初期熔融部上这一情况被简称为“熔融热相加”。并且，将在上述结构中，利用被封入主熔融部与钢板部件的非熔融部之间的熔融金属的压力来推进钢板部件的熔融这一情况被简称为“压力利用”。
如上所述，本申请发明中的课题是通过包含“熔融热相加”的焊接方法和包含“压力利用”的焊接方法中的任意一种焊接方法来解决的。“熔融热相加”是通过来自主熔融部的热量补充来执行钢板部件在板厚方向上的熔融。并且，“压力利用”是利用所封入的熔融金属的压力来执行钢板部件在板厚方向上的熔融。
并且，如后所述，可以将“熔融热相加”和“压力利用”复合而作为同时发生的现象来利用。
第一，对包含前者的“熔融热相加”的焊接方法的作用效果进行说明。
熔接用突起由初期熔融部和与该初期熔融部相连的主熔融部形成，该初期熔融部在端面具有外周侧变低的小倾斜角的锥部，因此钢板部件的表面以与初期熔融部的体积部分的熔融同时进行的方式开始熔融。与此同时，在主熔融部中也进行熔融。此时，如果初期熔融部的体积较大，则初期熔融部自身的熔融热量就大，因此钢板部件侧的熔融量也与其成比例地增大。不仅这样的钢板部件侧的熔融量增大，而且主熔融部的熔融热通过大体积的初期熔融部被更多地投入钢板部件。如上所述，如果体积较大的初期熔融部和主熔融部的熔融热被相互协作地投入到钢板部件，则会发生遍及整个板厚区域的熔融。即，必须将初期熔融部的体积设定为相对于钢板部件不会过度。
另一方面，如上所述，钢板部件的表面以与初期熔融部的体积部分的熔融同时进行的方式开始熔融，并且在主熔融部中也进行熔融。此时，如果初期熔融部的体积较小，则初期熔融部自身的熔融热量较小，因此钢板部件侧的熔融量也与其成比例地减少。不仅这样的钢板部件侧的熔融量减少，而且主熔融部的熔融热也通过小体积的初期熔融部被更少地投入钢板部件。如上所述，如果体积较小的初期熔融部和主熔融部的熔融热被相互协作地投入到钢板部件，则投入到钢板部件的热量过少，板厚方向的熔融发生得很少。即，必须将初期熔融部的体积设定为相对于钢板部件不会过少。
在这里所重视的一点是使初期熔融部的体积与钢板部件的哪个部位的体积对应。在本发明中，使直径与圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积对应。直径与圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积是当初期熔融部开始熔融时受到最直接的热影响的部分。通过像这样将钢板部件对应于初期熔融部划分为圆形部分，可以定量地确定来自初期熔融部侧的热影响。换句话说，本发明的重要性在于发现了这一点：与直径和圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积相对应的初期熔融部的体积自身会直接地影响钢板部件的熔融区域。
基于上述观点，将初期熔融部的体积与直径和圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积的比设定为规定值。该规定的比被设定为0.08至0.20，在所述比是0.08时，钢板部件的板厚方向的熔融量由于主熔融部的熔融热的相加而成为下限规定值，在所述比是0.20时，钢板部件的板厚方向的熔融量不会由于主熔融部的熔融热相加而超过上限规定值。当主熔融部的熔融热经由初期熔融部被投入到钢板部件时，通过相对于钢板部件的圆形部分的体积适当地选定初期熔融部的体积，能够确保上述的良好的板厚方向的熔融量。
以下，将直径与圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积简称为“钢板体积”。
如上所述，由于是在将初期熔融部的体积与“钢板体积”的比设定为0.08至0.20的范围的状态下进行焊接，在所述比是0.08时，钢板部件的板厚方向的熔融量由于主熔融部的熔融热的相加而成为下限规定值，在所述比是0.20时，钢板部件的板厚方向的熔融量不会由于主熔融部的熔融热相加而超过上限规定值，因此熔融部及其附近的组织变化部分不是遍及板厚的整个区域形成，在熔融部附近的组织变化部分与钢板表面之间保留有未熔融的母材部分。因此，该母材部分发挥了维持钢板部件的强度这样的功能，能够充分确保螺栓的焊接接合强度。并且，由于能够遍及较大的区域确保组织变化部分与母材部分的边界面积，因此能够将该边界面积部分的接合强度保持得高，即使弯曲方向的外力作用于螺栓，也不会容易地发生断裂等。
初期熔融部的熔融前的形状是扁平的圆锥形，但是，在熔融初期的阶段，圆锥形的形状消失，成为与钢板部件的表面部分的熔融部成一体的平坦的熔融区域。上述的主熔融部的熔融热被加到钢板部件上、或者主熔融部的熔融热经由初期熔融部被传递到钢板部件的现象意味着，主熔融部的熔融热传递到上述的平坦的熔融区域，然后，传递到钢板部件的非熔融区域，使得钢板部件的熔融范围扩大。
为了使钢板部件在板厚方向上的熔融量合适，如上述那样设定的0.08～0.20的数值在实用上是重要的，但这样的数值的选择是以“熔融热相加”的基本现象为基础的。
在焊接完成后，在所述扩径部的外周附近与钢板部件表面之间保留空隙，能够排出该空隙内的空气而在形成所述空隙的扩径部的下表面、主熔融部的外周面、熔融部位的露出部、钢板部件的表面等附着涂料液。
当所述扩径部的外周附近与钢板部件表面之间的空隙过窄时，由于涂料液的粘性而无法获得该空隙内的涂料液的流动性，因此停滞在空隙内的空气没有被排出，而是被涂料液封入。存在因该封入空气而生锈的问题。
然而，如本发明那样，由于在所述扩径部的外周附近与钢板部件表面之间保留有不会被涂料液封入气泡的大小的空隙，因此解决了上述生锈的问题。即，对于所述扩径部的外周附近与钢板部件表面之间的空隙，通过钢板部件的板厚方向上的所述主熔融部的高度尺寸能够将其确保为充分的空间，因此能够使涂料液积极地流入该空隙。通过这样的流动，排出了空隙内的空气，涂料液附着在形成空隙的扩径部、主熔融部、熔融部位的露出部、钢板部件等的表面上，不会封入气泡，解决了上述的生锈的问题。
第二，将重点放在“压力利用”这一点上，对包含后者的“压力利用”的焊接方法的作用效果进行说明。
在将初期熔融部的圆形面积与钢板部件的板厚的比设定为例如100的情况下，熔融面积与薄钢板的板厚的比较大。由于这样的大面积的广大区域的熔融金属被置于加压状态，因此液态化的金属的内压被保持得较低。因此，从熔融金属传递到钢板的非熔融部的每单位面积的热量变少，非熔融部的朝向板厚方向的熔化量减少。并且，由于在薄钢板的面方向上的熔融范围变大，因此熔融热从较长的熔融外周缘向广泛的区域传递，朝向板厚方向的热量变少，缓和了熔化朝向板厚方向的推进。因此，当初期熔融部的圆形面积与上述的钢板部件的板厚度的比被设定为100这样大时，缓和了熔化朝向板厚方向的推进，能够防止过度熔融，合适地保持了凸出螺栓的焊接强度。
在以下的说明中，有时将“初期熔融部的圆形面积与钢板部件的板厚的比”简称为“板厚面积比”。
在将上述“板厚面积比”设定为例如50的情况下，熔融面积与薄钢板的板厚的比较小。由于这样的小面积的狭小区域的熔融金属被置于加压状态，因此液态化的金属的内压被保持得较高。因此，从熔融金属传递到钢板的非熔融部的每单位面积的热量增加，非熔融部的朝向板厚方向的熔化量增多。并且，由于在薄钢板的面方向上的熔融范围变小，因此熔融热从较短的熔融外周缘向狭小的区域传递，朝向板厚方向的热量增加，促进了熔化朝向板厚方向的推进。因此，当上述的“板厚面积比”被设定为50这样小时，促进了熔化朝向板厚方向的推进，成为了熔融深度较大的状态，合适地保持了凸出螺栓的焊接强度。
关于上述的现象，由于熔融金属在熔融初期的阶段中处于被封入初期熔融部与薄钢板的非熔融部之间的状态，在熔融后期的阶段处于被封入主熔融部与薄钢板的非熔融部之间的状态，因此使得液态化的金属的压力状态影响着非熔融部的熔融的推进。即，从高压熔融金属向非熔融部积极地进行热传导、从低压熔融金属向非熔融部进行缓慢的热传导这样的现象成为重点。由于这样的现象如上述例示的“板厚面积比”那样展开，因此能够防止板厚方向上的过度熔融和过少熔融，从而能够确保合适的焊接强度。
为了使钢板部件在板厚方向上的熔融量合适，如上述那样例示的“板厚面积比”为100或50的数值在实用上是重要的，但这样的数值的选择是以“压力利用”这样的基本现象为基础的。
关于与在焊接完成后在所述扩径部的外周附近与钢板部件表面之间保留空隙相关的作用效果，“压力利用”和“熔融热相加”均相同。
根据本发明的第二方面，提供了这样的凸出螺栓的焊接方法：在选定初期熔融部的体积与直径和圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积的比后，执行将主熔融部的熔融热加到在所述熔融初期的阶段成为平坦的熔融区域的初期熔融部上这一步骤，或者，在选定初期熔融部的圆形面积与钢板部件的板厚的比后，执行利用被封入所述主熔融部与钢板部件的非熔融部之间的熔融金属的压力来推进钢板部件的熔融这一步骤。
在“熔融热相加”的情况下，在选定初期熔融部的体积与直径和圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积的比后，执行将主熔融部的熔融热加到在所述熔融初期的阶段成为平坦的熔融区域的初期熔融部上这一步骤。
初期熔融部的熔融前的形状是扁平的圆锥形，然而在熔融初期的阶段，圆锥形的形状消失，成为与钢板部件的表面部分的熔融部成一体的平坦的熔融区域。上述的主熔融部的熔融热被加到钢板部件上、或者主熔融部的熔融热经由初期熔融部被传递到钢板部件的现象意味着，主熔融部的熔融热传递到上述的平坦的熔融区域，然后，传递到钢板部件的非熔融区域，使得钢板部件的熔融范围扩大。这样，初期熔融部的体积相对于直径与圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积的关系是必须的。
在“压力利用”的情况下，关于上述的现象，由于熔融金属在熔融初期的阶段中处于被封入初期熔融部与薄钢板的非熔融部之间的状态，在熔融后期的阶段中处于被封入主熔融部与薄钢板的非熔融部之间的状态，因此使得液态化的金属的压力状态影响着非熔融部的熔融的推进。即，从高压熔融金属向非熔融部积极地进行热传导、从低压熔融金属向非熔融部进行缓慢的热传导的现象成为重点。由于这样的现象按上述例示的“板厚面积比”那样展开，因此能够防止板厚方向上的过度熔融和过少熔融，从而能够确保合适的焊接强度。这样，初期熔融部的圆形面积相对于钢板部件的板厚的关系是必须的。
根据本发明的第三方面，提供了这样的凸出螺栓的焊接方法：初期熔融部的体积与直径和所述圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积的比被设定为0.08～0.20，或者，初期熔融部的圆形面积与所述钢板部件的板厚的比被设定为45～105。
在“熔融热相加”的情况下，如上所述，通过将初期熔融部的体积与“钢板体积”的比设定为0.08，使得通过主熔融部的熔融热相加所实现的钢板部件在板厚方向上的熔融量成为下限规定值。并且，通过将上述比设定为0.20，使得通过主熔融部的熔融热相加所实现的钢板部件在板厚方向上的熔融量成为上限规定值。因此熔融部及其附近的组织变化部分不会遍及板厚的整个区域形成，在熔融部附近的组织变化部分与钢板表面之间保留有未熔融的母材部分。因此，该母材部分发挥了维持钢板部件的强度这样的功能，能够充分确保螺栓的焊接接合强度。并且，由于能够遍及较大的区域确保组织变化部分与母材部分的边界面积，因此能够将该边界面积部分的接合强度保持得较高，即使弯曲方向的外力作用于螺栓，也不会容易地发生断裂等。
在“压力利用”的情况下，在将上述的“板厚面积比”设定为45这样小时，促进了熔化朝向板厚方向的推进，成为熔融深度较大的状态，合适地保持了凸出螺栓的焊接强度。在将上述的“板厚面积比”设定为105这样大时，缓和了熔化朝向板厚方向的推进，能够防止过度熔融，合适地保持了凸出螺栓的焊接强度。
如上所述，对本发明的第一～第三方面中的“熔融热相加”和“压力利用”进行统一考察，“熔融热相加”和“压力利用”在能够防止钢板部件的板厚方向上的过度熔融或过少熔融从而确保合适的焊接强度这一方面上是相同的，因此能够将“熔融热相加”和“压力利用”复合而作为同时发生现象来利用。
附图说明
图1A是凸出螺栓的侧视图。
图1B是图1A中的凸出螺栓的头部的放大图。
图2是示出在固定电极和可动电极之间夹入凸出螺栓和钢板部件的状态的剖视图。
图3A是示出钢板部件与初期熔融部的关系的侧视图。
图3B是图3A的俯视图。
图4A是示出焊接初期的熔接过程的剖视图。
图4B是示出焊接中途的熔接过程的剖视图。
图4C是示出焊接结束时的熔接过程的剖视图。
图4D是图4C的局部放大图。
图5是示出体积比与T1、T2的关系的线图。
图6是示出拉伸试验后的状态的截面图。
图7A是示出焊接初期的熔接过程的剖视图。
图7B是示出焊接中途的熔接过程的剖视图。
图7C是示出焊接结束时的熔接过程的剖视图。
图7D是图7C的局部放大图。
图8A是示出在“板厚面积比”较大的情况下的焊接前的状态的剖视图。
图8B是示出对图8A所示的螺栓与钢板部件进行焊接后的状态的剖视图。
图8C是示出在“板厚面积比”较小的情况下的焊接前的状态的剖视图。
图8D是示出对图8C所示的螺栓与钢板部件进行焊接后的状态的剖视图。
图9是示出“板厚面积比”与T1、T2的关系的线图。
图10A是现有的凸出螺栓的侧视图。
图10B是示出现有的螺栓熔接状态的剖视图。
标号说明
1：凸出螺栓；2：轴部；3：扩径部；4：熔接用突起；4A：初期熔融部；4B：主熔融部；6：锥部；7：顶部；8：钢板部件；8A：圆板部分；8B：漏孔；14：熔融部位(熔融金属或熔融区域)；15：组织变化部分(热影响部)；16：非熔融部；17：母材部分；T1：非熔融部的厚度尺寸；T2：母材部分的厚度尺寸；C：空隙。
具体实施方式
下面，对用于实施本发明的凸出螺栓的焊接方法的方式进行说明。
实施例1
图1A～图6示出了基于“熔融热相加”的本发明的实施例1。
首先，对凸出螺栓的尺寸和形状进行说明。
铁制的凸出螺栓1的形状如图1A所示。该螺栓1由以下部分构成：轴部2，在该轴部2上形成有外螺纹；圆形的扩径部3，其与该轴部2形成为一体并且直径比轴部2的直径大；以及圆形的熔接用突起4，其配置在与所述轴部2相反的一侧的扩径部中央。并且，标号5是形成在轴部2的外周面的外螺纹，具有谷部和峰部。
如图1A、图3A等所示，所述熔接用突起4由初期熔融部4A和主熔融部4B构成。初期熔融部4A是通过在熔接用突起4的端面设置外周侧变低的小的锥形倾斜角的锥部6而形成的平坦形状的圆锥形状部。在该初期熔融部4A的中央部形成有变尖的形状的顶部7。并且，主熔融部4B是以与初期熔融部4A相连的状态形成的圆锥台的形状部分。由于对螺栓1实施模具成型或滚压加工等，因此，当放大进行观察时，实际上，上述的顶部7不是锐利地变尖的形状，而是略带圆弧的形状。
在图1B中，为了容易理解实施例的尺寸状态等，记载了各部分的尺寸或倾斜角度。如该图所示，轴部2的直径(峰部直径)是5.5mm，轴部2的长度是24.5mm，扩径部3的直径和厚度分别是13.2mm和1.0mm。而且，熔接用突起4的端面(锥部6)的直径是9.0mm，初期熔融部4A的高度(厚度)是0.32mm，主熔融部4B的高度(厚度)是0.9mm，锥部6的倾斜角度θ是4.5度。
下面，说明螺栓1的焊接状态。
图2是示出螺栓1被焊接于钢板部件8的状态的剖视图。可动电极9利用气缸或者进退输出型的电动马达等(未图示)进行进退动作。在其端面中央部沿着可动电极9的长边方向开设有收纳孔10，在该收纳孔10的里部安装有永久磁铁11。钢板部件8被载置在固定电极12上，该固定电极12以与可动电极9同轴的状态配置。
通过作业者或者供给杆将轴部2插入到可动电极9的收纳孔10中，轴部2被永久磁铁11吸引而将螺栓1保持在可动电极9中。此时，可动电极9的端面13与扩径部3的背面紧密贴合。图2示出了保持着螺栓1的可动电极9进出而将熔接用突起4加压于钢板部件8的状态。尽管未图示，然而通过该加压使得顶部7及其附近的锥部6嵌入钢板部件8的表面。即，初期熔融部4A的锥部6的末端部分稍微陷入钢板部件8的表面中，熔接用突起4和钢板部件8的接触面积增大。在该状态下接通焊接电流，进行相对于钢板部件8的焊接。
下面，对初期熔融部与钢板部件的关系进行说明。
凸出螺栓1的部分形状部的体积相对于钢板部件8的规定部位的体积的关系与钢板部件8中的熔融状态密切相关。即，是直径与圆形的初期熔融部4A相同的钢板部件8的体积和初期熔融部4A的体积之间的关系。直径与圆形的初期熔融部4A相同的钢板部件8是圆板部分8A，其体积是前述的“钢板体积”。这里的钢板部件8的板厚是0.65mm。
由于圆板部分8A的直径是前述的9.0mm，因此圆板部分8A的体积、即“钢板体积”是41.33mm3。初期熔融部4A的高度如前所述是0.32mm，直径是9.0mm，因此初期熔融部4A的体积是6.79mm3。因此，初期熔融部4A的体积与圆板部分8A的体积即“钢板体积”的比是0.16。
下面，说明加压通电条件。
可动电极9的加压力、即熔接用突起4对钢板部件8的加压力是2300N，焊接电流是14000A，通电时间是8个周期。该8个周期的通电时间是从初期熔融部4A开始熔融至与此连续的主熔融部4B的熔融结束为止的时间，所述初期熔融部4A是从通电开始时刻起经过规定的时间后开始熔融的。另外，1个周期是1/60秒。
在上述条件下能够进行良好的焊接，但各条件的设定范围如下述这样设定是良好的：设加压力为2000～3000N，设焊接电流为10000～15000A，设通电时间为5～10个周期。
下面，对体积比为0.16的情况下的熔接过程进行说明。
图4A～4D示出了熔接过程。图4A～4C是剖视图，为了容易观察，省略了截面部位的剖面线的记载。图4A是在图2的按压状态下接通焊接电流的通电初期的阶段，顶部7附近和与其对应的钢板部件8(圆板部分8A)稍微熔融。该熔融部位由标号14表示。
而且当继续加压通电时，由于锥部6的倾斜角，熔融部位14成为沿直径方向呈放射状的大致平面的熔融范围并呈圆形扩大，该扩大过渡状态如图4B所示。
之后，通过继续加压通电，在初期熔融部4A的整个区域熔融之后，开始同时进行主熔融部4B的熔融。通过初期熔融部4A的熔融，使得与初期熔融部4A的圆形范围对应的钢板部件8的表面的整个区域、即接近圆板部分8A的表面的部分如图4C所示那样熔融。在经过所述的通电时间即8个周期的时刻，成为图4C所示的熔融状态。
从图4C和4D可知，对于主熔融部4B，并不是使其厚度方向的整体熔融，而是使在主熔融部4B的厚度方向观察时的二分之一至三分之一的范围熔融。所述的加压力、电流值、通电时间等焊接条件是以在主熔融部4B中进行这样的范围的熔融的方式来决定的。如后所述，主熔融部4B中的这样的熔融热与初期熔融部4A的熔融热相加并被投入钢板部件8，恰当地确保了钢板部件8中的熔融范围状态。
初期熔融部4A的熔融前的形状如图示那样是扁平的圆锥形，但是，在熔融初期的阶段，圆锥形的形状消失，成为与钢板部件8的表面部分的熔融部成一体的平坦的熔融区域。上述的主熔融部4B的熔融热被加到钢板部件8上、或者主熔融部4B的熔融热经由初期熔融部4A被传递到钢板部件8的现象意味着：主熔融部4B的熔融热传递到上述的平坦的熔融区域，然后传递到钢板部件8的非熔融区域(固相)，使钢板部件8的熔融范围扩大。
图4D是示出熔接完成后的组织状态的局部放大剖视图，涂黑的部分是熔融部位14，是前述的熔融部。并且，在熔融部位14的附近呈层状出现的部分是组织变化部分15，是前述的热影响部(Heat Affected Zone/HAZ)。组织变化部分15在该图中附上梨皮面示出。
标号16是圆板部分8A中的非熔融部，由组织变化部分15和未受热影响的钢板的母材17形成，其厚度以T1表示。并且，仅母材17的厚度以T2表示。
上述的熔融过程以初期熔融部4A与主熔融部4B复合的熔融现象进行。对这一点详细观察，钢板部件8的表面以与初期熔融部4A的体积部分的熔融同时进行的方式开始熔融。与此同时，在主熔融部4B中也进行熔融。此时，如果初期熔融部4A的体积较大，则初期熔融部4A自身的熔融热量变大，因此钢板部件8侧的熔融量也与其成比例地增大。不仅这样的钢板部件8侧的熔融量增大，而且主熔融部4B的熔融热通过大体积的初期熔融部4A被更多地投入钢板部件8。如上所述，当体积较大的初期熔融部4A和主熔融部4B的熔融热被相互协作地投入到钢板部件8时，会发生遍及整个板厚区域的熔融。即，必须将初期熔融部4A的体积设定为相对于钢板部件8不会过剩。
另一方面，如上所述，钢板部件8的表面以与初期熔融部4A的体积部分的熔融同时进行的方式开始熔融，并且在主熔融部4B中也进行熔融。此时，如果初期熔融部4A的体积较小，则初期熔融部4A自身的熔融热量变小，因此钢板部件8侧的熔融量也与其成比例地减少。不仅这样的钢板部件8侧的熔融量减少，而且主熔融部4B的熔融热通过小体积的初期熔融部4A被更少地投入钢板部件8。如上所述，当体积较小的初期熔融部4A和主熔融部4B的熔融热被相互协作地投入到钢板部件8时，投入钢板部件8的热量过少，板厚方向的熔融发生得很少。即，必须将初期熔融部4A的体积设定为相对于钢板部件8不会过少。
由于钢板部件8中的熔融量经过上述那样的热流过程而被左右，因此初期熔融部4A相对于圆板部分8A的体积比成为重要的因素。通过如本示例那样将体积比设定为0.16，初期熔融部4A自身的熔融热量和被从主熔融部4B供给的热量恰当地集中，钢板部件8侧的熔融量被如图4D所示那样设定。即，能够确保适当地保留有非熔融部16或母材17的状态。
当概括性地叙述以上所述的现象时，由于上述的初期熔融部4A的体积相对于钢板部件8的体积过大或过小，因此，根据与钢板部件8侧的体积的相关性将初期熔融部4A的体积设定为规定的范围，并从主熔融部4B补充性地补给不足的热量以实现钢板部件的合适的熔融。换句话说，根据与“钢板体积”的相关性来设定对钢板部件8的初期熔融没有实际损害的范围的初期熔融部4A的体积，并从主熔融部4B补充对钢板部件8的合适的熔融来说不足的热量。
由于上述那样的主熔融部4B的熔融热被补充性地经由初期熔融部4A投入到钢板部件8，因此需要增减主熔融部4B的熔融量。即，如果来自主熔融部4B的相加热量过剩，则钢板部件8会发生过度熔融。并且，如果来自主熔融部4B的相加热量过少，则钢板部件8成为过少熔融。
这里，图1B所示的尺寸的主熔融部4B的体积是大约58.54mm3，大约58.54mm3的二分之一～三分之一与初期熔融部4A的熔融连续地发生了熔融。该二分之一～三分之一的熔融是在钢板部件8的板厚方向上观察的。如大约58.54mm3这样附上“大约”是因为主熔融部4B的外周面为锥面。
按上述焊接条件、即加压力为2300N、焊接电流为14000A、通电时间为8个周期，对上述体积比为0.16的情况进行焊接，结果是，非熔融部16的厚度T1是0.4mm，母材17的厚度T2是0.3mm。
下面，对T1、T2的具体值进行说明。
图5是示出初期熔融部的体积与“钢板体积”的比和T1、T2之间的关系的线图。在体积比为0.16时，如上所述，T1是0.4mm，T2是0.3mm。该值是使相对于钢板部件8的厚度方向的熔化量和母材17的厚度合适的值。
在确保上述的T1、T2的值的同时，在焊接完成后，在扩径部3的外周附近与钢板部件8的表面之间保留有不会通过涂料液而封入气泡的大小的空隙C。该空隙C是0.5mm。并且，可以通过变更加压力、电流值、通电时间等焊接条件将空隙C的大小增减成0.4mm或0.6mm。
如图6所示，使用夹具(未图示)固定钢板部件8，进行沿轴向拉伸螺栓1的试验，结果发现：母材17和熔融部位14在剪切状态下从钢板部件8断裂，成为与圆板部分8A相当的漏孔8B。该断裂是在上述拉伸力为3000～3500N的范围内发生的。
并且，进行了使轴部2倾斜的反复弯曲试验，结果是，没有从熔融部位14与组织变化部分15的边界部分、或者组织变化部分15自身或组织变化部分15与母材的边界部分发生断裂。将这样的尺寸的螺栓1焊接于极薄的厚度为0.65mm的钢板部件8上的情况下的焊接强度被判定为是充分的。
从图5可以看出，在仅使体积比为0.11的情况下，T1是0.53mm，T2是0.43mm，得到了与体积比为0.16的情况相同的良好的焊接强度。通过将像这样依次变更体积比所求出的T1、T2的值连接起来，形成了图5的相关线T1、T2。
针对体积比0.16的情况，通过在上述范围内改变加压力、电流值、通电时间等焊接条件，能够使上述T1＝0.4mm、T2＝0.3mm成为例如T1＝0.28mm、T2＝0.18mm。
下面，对体积比的下限规定值和上限规定值进行说明。
如上所述，通过改变体积比，能够将T1、T2设定为各种值，但是，如果体积比不足0.08，则T1过大，即，熔融部位14在板厚方向上的熔化量不足，或者是只有初期熔融部4A的中央部发生了熔融而未实现初期熔融部的整个区域的熔融。因此，无法确保规定的焊接强度。即，0.08的体积比是下限规定值。并且，如果体积比超过0.20，则T1过少，因此母材17的厚度极小，或者T1实质上为零，从而无法确保规定的焊接强度。即，0.20的体积比是上限规定值。
与上述0.08的下限规定值对应的T1、T2分别是0.62mm和0.56mm。与上述0.20的上限规定值对应的T1、T2分别是0.18mm和0.11mm。
下面，对改变钢板部件的板厚的情况进行说明。
在上述实施例中，板厚是0.65mm，然而根据各种试验的结果确认了：通过在体积比为0.08～0.20的范围内改变焊接条件，在0.6mm～1mm的范围内的薄板中，能够适当地确保T1、T2。
另外，针对初期熔融部4A的体积为6.79mm3，将主熔融部4B的体积设定为58.54mm3。根据来自主熔融部4B的熔融热经由初期熔融部4A补充性地被供给到钢板部件8的观点，优选将初期熔融部4A的体积设定在主熔融部4B的体积的10～20％的范围内。如果是10％，则能够充分进行熔融供给，并且能够充分维持轴部2的根部分的强度刚性。另一方面，当超过20％时，存在熔融热供给变得过剩这样的担心，并且轴部2的根部分的材料过多，在成本方面是不利的。
在上述实施例1中，初期熔融部4A的形状是具有锥部6和顶部7的圆锥形，但也可以将其替换为球形。在球形的情况下，与顶部7相当的部位被加压于钢板部件8，从该加压部分开始熔融。除此以外的熔接过程与圆锥形的情况相同。
基于以上所说明的“熔融热相加”的实施例1的作用效果如下所述。
在实施例1中所重视的一点是使初期熔融部4A的体积与钢板部件8的哪个部位的体积对应。在本实施例1中，使直径与圆形的初期熔融部4A相同的钢板部件8的体积对应。直径与圆形的初期熔融部4A相同的钢板部件8的体积是当初期熔融部4A开始熔融时受到最直接的热影响的部分。通过像这样将钢板部件8对应于初期熔融部4A划分为圆形部分，能够定量地确定来自初期熔融部4A侧的热影响。换句话说，与直径和圆形的初期熔融部4A相同的钢板部件8的体积相对应的初期熔融部4A的体积自身会直接地影响钢板部件8的熔融区域，从而确保了钢板部件8的良好的熔融状态。
初期熔融部4A的熔融前的形状是扁平的圆锥形，在熔融初期的阶段圆锥形的形状消失，成为与钢板部件8的表面部分的熔融部成一体的平坦的熔融区域(参照图4C)。根据上述的主熔融部4B的熔融热被加到钢板部件8上的现象、即主熔融部4B的熔融热经由初期熔融部4A被传递到钢板部件8的现象，主熔融部4B的熔融热传递到上述的平坦的熔融区域，然后，传递到钢板部件8的非熔融区域，使得钢板部件8的熔融范围适当扩大。
如上所述，由于是在将初期熔融部4A的体积与“钢板体积”的比设定为0.08至0.20的范围的状态下进行焊接，在所述比是0.08时，钢板部件8的板厚方向的熔融量由于主熔融部4B的熔融热的相加而成为下限规定值，在所述比是0.20时，钢板部件8的板厚方向的熔融量不会由于主熔融部4B的熔融热相加而超过上限规定值，因此，熔融部14及其附近的组织变化部分15不是遍及板厚的整个区域形成，在熔融部14附近的组织变化部分15与钢板表面之间保留有未熔融的母材部分17。因此，该母材部分17发挥了维持钢板部件8的强度这样的功能，能够充分确保螺栓1的焊接接合强度。并且，由于能够遍及较大的区域确保组织变化部分15与母材部分17的边界面积，因此能够将该边界面积部分的接合强度保持得高，即使弯曲方向的外力作用于螺栓1，也不会容易地发生断裂等。
在将初期熔融部4A相对于“钢板体积”的体积比设定为0.08～0.20的基础上，确定初期熔融部4A相对于主熔融部4B的体积比，由此能够得到良好的结果。即，将初期熔融部4A的体积设定为主熔融部4B的体积的10～20％的范围，如果是10％，则能够从主熔融部4B向钢板部件8充分地供给熔融热，并且能够充分维持轴部2的根部分的强度刚性。另一方面，当超过20％时，担心从主熔融部4B向钢板部件8的熔融热供给变得过度，并且轴部2的根部分的材料过多，在成本方面是不利的。因此，通过设定为20％以下，可以避免这样的担心。
在焊接完成后，在所述扩径部的外周附近与钢板部件表面之间保留有空隙，能够排出该空隙内的空气而在形成所述空隙的扩径部的下表面、主熔融部的外周面、熔融部位的露出部、钢板部件的表面等附着涂料液。
当扩径部3的外周附近与钢板部件表面之间的空隙C过窄时，由于该涂料液的粘性而无法获得该空隙C内的涂料液的流动性，因此停滞在空隙C内的空气没有排出，而是被涂料液封入。存在因该封入空气而生锈的问题。
然而，如本实施例那样，由于在扩径部3的外周附近与钢板部件表面之间保留有不会被涂料液封入气泡的大小的空隙C，因此解决了上述生锈的问题。即，对于扩径部3的外周附近与钢板部件表面之间的空隙C，通过设钢板部件8的板厚方向上的主熔融部4B的高度尺寸为0.9mm，能够确保为充分的空间C，因此能够使涂料液积极地流入该空隙C。通过这样的流动，排出了空隙C内的空气，涂料液附着在形成空隙C的扩径部3的下表面、主熔融部4B的外周面、熔融部位14的露出部、钢板部件8等的表面(参照图4D)上，不会封入气泡，解决了上述的生锈的问题。
实施例2
图1A、1B、2和图6～9示出基于“压力利用”的本发明的实施例2。图1A、1B、2和6在实施例2中也是与实施例1共用的图。并且，为了容易阅读，图7A～7D再次给出了与图4A～4D相同的图。
首先，对凸出螺栓的尺寸和形状进行说明。
铁制的凸出螺栓1的形状如图1A所示。该螺栓1由以下部分形成：轴部2，在该轴部2上形成有外螺纹；圆形的扩径部3，其与该轴部2形成为一体并且直径比轴部2的直径大；以及圆形的熔接用突起4，其配置在与所述轴部2相反的一侧的扩径部中央。并且，标号5是形成在轴部2的外周面的外螺纹，具有谷部和峰部。
如图1A、图7A等所示，所述熔接用突起4由初期熔融部4A和主熔融部4B构成。初期熔融部4A是通过在熔接用突起4的端面设置外周侧变低的小的锥形倾斜角的锥部6而形成的平坦形状的圆锥形状部。在该初期熔融部4A的中央部形成有变尖的形状的顶部7。并且，主熔融部4B是以与初期熔融部4A相连的状态形成的圆锥台的形状部分。由于对螺栓1实施模具成型或滚压加工等，因此，当放大进行观察时，实际上，上述的顶部7不是锐利地变尖的形状，而是略带圆弧的形状。
在图1B中，为了容易理解实施例的尺寸状态等，记载了各部分的尺寸或倾斜角度。如该图所示，轴部2的直径(峰部直径)是5.5mm，轴部2的长度是24.5mm，扩径部3的直径和厚度分别是13.2mm和1.0mm。而且，熔接用突起4的端面(锥部6)的直径是9.0mm，初期熔融部4A的高度(厚度)是0.32mm，主熔融部4B的高度(厚度)是0.9mm，锥部6的倾斜角度θ是4.5度。
下面，说明螺栓1的焊接状态。
图2是示出螺栓1被焊接于钢板部件8的状态的剖视图。可动电极9利用气缸或者进退输出型的电动马达等(未图示)进行进退动作。在其端面中央部沿着可动电极9的长边方向上开设有收纳孔10，在该收纳孔10的里部安装有永久磁铁11。钢板部件8被载置在固定电极12上，该固定电极12以与可动电极9同轴的状态配置。
通过作业者或者供给杆将轴部2插入到可动电极9的收纳孔10中，轴部2被永久磁铁11吸引而将螺栓1保持在可动电极9中。此时，可动电极9的端面13与扩径部3的背面紧密贴合。图2示出保持着螺栓1的可动电极9进出而将熔接用突起4加压于钢板部件8的状态。尽管未图示，然而通过该加压使得顶部7及其附近的锥部6嵌入钢板部件8的表面。即，初期熔融部4A的锥部6的末端部分稍微陷入钢板部件8的表面中，熔接用突起4和钢板部件8的接触面积增大。在该状态下接通焊接电流，进行相对于钢板部件8的焊接。另外，钢板部件8的板厚处于0.6mm～1mm的范围内。
下面，说明加压通电条件。
可动电极9的加压力、即熔接用突起4对钢板部件8的加压力是2300N，焊接电流是14000A，通电时间是8个周期。该8个周期的通电时间是从初期熔融部4A开始熔融至与此连续的主熔融部4B的熔融结束为止的时间，所述初期熔融部4A是从通电开始时刻起经过规定的时间后开始熔融的。另外，1个周期是1/60秒。
在上述条件下能够进行良好的焊接，但各条件的设定范围如下述这样设定是良好的：设加压力为2000～3000N，设焊接电流为10000～15000A，设通电时间为5～10个周期。
下面，对熔接过程进行说明。
图7A～7D示出了熔接过程。图7A～7C是剖视图，为了容易观察，省略了截面部位的剖面线的记载。这里的钢板部件8的板厚是0.65mm，是通常的高张力钢板。图7A是在图2的按压状态下接通焊接电流的通电初期的阶段，顶部7附近和与其对应的钢板部件8(圆板部分8A)稍微熔融。该熔融部位由标号14表示。由于可动电极9的加压力起作用，熔融部位14的液态化的熔融金属成为被封入初期熔融部4A与钢板部件8的非熔融部之间的状态。
如果继续进行加压通电，则由于锥部6的倾斜角，熔融部位14成为沿直径方向呈放射状的大致平面的熔融范围并呈圆形扩大，该扩大过渡状态如图7B所示。这里，熔融部位14处于被封入初期熔融部4A与钢板部件8的非熔融部之间的状态。
之后，通过继续加压通电，在初期熔融部4A的整个区域的熔融之后，开始同时进行主熔融部4B的熔融。通过初期熔融部4A的熔融，使得与初期熔融部4A的圆形范围对应的钢板部件8的表面的整个区域、即接近圆板部分8A的表面的部分如图7C所示那样熔融。在经过所述的通电时间即8个周期的时刻，成为图7C所示的熔融状态。
从图7C和7D可知，对于主熔融部4B，并不是使其厚度方向的整体熔融，而是使在主熔融部4B的厚度方向观察时的二分之一至三分之一的范围熔融。所述的加压力、电流值、通电时间等焊接条件是以在主熔融部4B中进行这样的范围的熔融的方式来决定的。
初期熔融部4A的熔融前的形状如图示那样是扁平的圆锥形，但是，在熔融初期的阶段，圆锥形的形状消失，成为与钢板部件8的表面部分的熔融部成一体的平坦的熔融区域。
图7D是示出熔接完成后的组织状态的局部放大剖视图，涂黑的部分是熔融部位14，是前述的熔融部。并且，在熔融部位14的附近呈层状出现的部分是组织变化部分15，是前述的热影响部(Heat Affected Zone/HAZ)。组织变化部分15在该图中附上梨皮面示出。
标号16是圆板部分8A中的非熔融部，由组织变化部分15和未受热影响的钢板的母材17形成，其厚度以T1表示。并且，仅母材17的厚度以T2表示。
下面，对初期熔融部的圆形面积与钢板部件的关系进行说明。
如上所述，钢板部件8的板厚是0.65mm。另一方面，根据图1B所示的直径尺寸即9mm计算初期熔融部4A的圆形面积，是63.59mm2。这里，求出初期熔融部的圆形面积与钢板部件的板厚的比、即“板厚面积比”，是97.83。并且，将0.65mm的板厚变更为0.7mm并求出“板厚面积比”，是90.81。
按上述焊接条件、即加压力为2300N、焊接电流为14000A、通电时间为8个周期，对上述“板厚面积比”为97.83的情况进行焊接，结果是，非熔融部16的厚度T1是0.62mm，母材17的厚度T2是0.55mm。并且，按与上述焊接条件相同的条件对板厚为0.7mm且“板厚面积比”为90.81的情况进行焊接，结果是，非熔融部16的厚度T1是0.55mm，母材17的厚度T2是0.48mm。这些值能够从后述的图9所示的线图中读取。
下面，对T1、T2的具体值进行说明。
图9是示出初期熔融部的圆形面积与钢板部件的板厚的比(“板厚面积比”)和T1、T2之间的关系的线图。在板厚面积比为90.81和97.83的情况下的T1和T2如上所述。这些值是使钢板部件8的相对于厚度方向的熔化量和母材17的厚度合适的值。
在确保上述的T1、T2的值的同时，在焊接完成后，在扩径部3的外周附近与钢板部件8的表面之间保留有不会通过涂料液而封入气泡的大小的空隙C。该空隙C是0.5mm。并且，可以通过变更加压力、电流值、通电时间等焊接条件，将空隙C的大小增减成0.4mm或0.6mm。
下面，说明“板厚面积比”的大小和熔融的推进。
在图8A和8B中，初期熔融部4A的直径是9mm，板厚是0.7mm，“板厚面积比”是90.81。并且，如上所述，非熔融部16的厚度T1是0.55mm，母材17的厚度T2是0.48mm。在图8C和8D中，初期熔融部的直径是6.5mm，板厚是0.7mm，“板厚面积比”是47.38。并且，非熔融部16的厚度T1是0.24mm，母材17的厚度T2是0.18mm。另外，图8A～8D是剖视图，为了容易理解，没有记载剖面线。
从图8A到8B的熔融过程与按照图7A～7D所说明的熔融过程相同。由于熔融部位14被封入主熔融部4B与薄钢板的非熔融部16之间且可动电极9进行加压进出，从而将熔融金属的压力维持得较高。在该情况下，由于初期熔融部4A的圆形面积远大于图8C、8D的圆形面积，因此熔融金属的压力被维持得较低。利用这样的压力状态，缓和了熔融朝向薄钢板的板厚方向的推进，避免了过度熔融。即，在图8A至8B中，熔融面积与薄钢板的板厚的比较大。由于这样的大面积的广大区域的熔融金属被置于加压状态，因此液态化的金属的内压被保持得较低。因此，从熔融金属传递到薄钢板的非熔融部的每单位面积的热量变少，非熔融部的朝向板厚方向的熔化量减少。
从图8C到8D的熔融过程与按照图7A～7D所说明的熔融过程相同。由于熔融部位14被封入主熔融部4B与薄钢板的非熔融部16之间且可动电极9进行加压进出，从而将熔融金属的压力维持得较高。在该情况下，由于初期熔融部4A的圆形面积远小于图8A、8B的圆形面积，因此熔融金属的压力被维持得较高。利用这样的压力状态，促进了熔融朝向薄钢板的板厚方向的进行，熔融深度变大。即，在图8C至8D中，熔融面积与薄钢板的板厚的比较小。由于这样的小面积的狭小区域的熔融金属被置于加压状态，因此液态化的金属的内压被保持得较高。因此，从熔融金属传递到薄钢板的非熔融部的每单位面积的热量增加，非熔融部的朝向板厚方向的熔化量增多。
下面，对“板厚面积比”的合适范围进行说明。
对于钢板部件的板厚，重要的是如按照图10A和图10B所说明那样防止异常熔融、即整个板厚的熔融并求出合适的熔融深度，因此，作为对象的板厚是0.6mm～1mm。将厚度为0.6mm的钢板设定在“板厚面积比”为45～105的范围内进行焊接，结果是，T1和T2得到了良好的值。并且，将厚度为1mm的钢板设定在“板厚面积比”为45～105的范围内进行焊接，结果是，T1和T2得到了良好的值。
当“板厚面积比”小于使得钢板部件的板厚方向的熔融量根据熔融金属压力的大小而成为上限规定值的45时，如按照图8C或8D所说明那样，液态化的熔融金属的压力被维持得异常高，因此薄钢板朝向板厚方向的熔化过度推进，导致T1和T2异常变薄、或者几乎消失。因此，将上述上限规定值设定为不足45是合适的。
另一方面，当“板厚面积比”超过使得钢板部件的板厚方向的熔融量根据熔融金属压力的大小而成为下限规定值的105且在106以上时，如按照图8A或8B所说明那样，液态化的熔融金属的压力被维持得异常低，因此薄钢板朝向板厚方向的熔化过度缓慢，T1和T2变得异常厚。因此，将上述下限规定值设定为不超过105的值是合适的。
另外，虽然着眼于液态金属的压力根据“板厚面积比”的大小而发生变化，但是，对申请人来说，计测焊接时的液态金属的压力是不可能的，因此通过该压力的大小与薄钢板的熔融推进程度之间的关系进行了作用效果的说明。
进行了将“板厚面积比”设为所述的90.81和97.83来焊接的螺栓1的焊接强度试验。如图6所示，使用夹具(未图示)固定钢板部件8并沿轴向拉伸螺栓1的试验的结果是，发现母材17和熔融部位14在剪切状态下从钢板部件8断裂而成为与圆板部分8A相当的漏孔8B，并且判定焊接强度是充分的。该断裂是在上述拉伸力为3000～3500N的范围内发生的。
并且，进行了使轴部2倾斜的反复弯曲试验，结果是，没有从熔融部位14与组织变化部分15的边界部分、或者组织变化部分15自身或组织变化部分15与母材17的边界部分发生断裂。将这样的尺寸的螺栓1焊接于极薄的厚度为0.65mm的钢板部件8上的情况下的焊接强度被判定为是充分的。
并且，进行了将“板厚面积比”设为前述的47.38并焊接的螺栓1的焊接强度试验，结果是，在拉伸试验和反复弯曲试验中都得到了良好的值。
例如，对于“板厚面积比”为97.83的情况，通过在上述的范围内改变加压力、电流值、通电时间等焊接条件，能够使上述的T1＝0.62mm、T2＝0.55mm变为例如T1＝0.53mm、T2＝0.44mm。
在上述实施例2中，初期熔融部4A的形状是具有锥部6和顶部7的圆锥形，但也可以将其替换为球形。在球形的情况下，与顶部7相当的部位被加压于钢板部件8，从该加压部分开始熔融。除此以外的熔接过程与圆锥形的情况相同。
以上说明的基于“压力利用”的实施例2的作用效果如下所述。
在将初期熔融部4A的圆形面积与钢板部件8的板厚的比(“板厚面积比”)设定为例如100的情况下，熔融面积与薄钢板8的板厚的比较大。由于这样的大面积的广大区域的熔融金属14被置于加压状态，因此液态化的金属的内压被保持得较低。因此，从熔融金属传递到钢板8的非熔融部16的每单位面积的热量变少，非熔融部16的朝向板厚方向的熔化量减少。并且，由于在薄钢板8的面方向上的熔融范围变大，因此熔融热从较长的熔融外周缘向广泛的区域传递，朝向板厚方向的热量变少，缓和了熔化朝向板厚方向的推进。因此，当初期熔融部4A的圆形面积与上述的钢板部件8的板厚度的比被设定为100这样大时，缓和了熔化朝向板厚方向的推进，能够防止过度熔融，合适地保持了凸出螺栓1的焊接强度。
在将上述“板厚面积比”设定为例如50的情况下，熔融面积与薄钢板8的板厚的比较小。由于这样的小面积的狭小区域的熔融金属14被置于加压状态，因此液态化的金属的内压被保持得较高。因此，从熔融金属14传递到钢板8的非熔融部16的每单位面积的热量增加，非熔融部16的朝向板厚方向的熔化量增多。并且，由于在薄钢板8的面方向上的熔融范围变小，因此熔融热从较短的熔融外周缘向狭小的区域传递，朝向板厚方向的热量增加，促进了熔化朝向板厚方向的推进。因此，当上述的“板厚面积比”被设定为50这样小时，促进了熔化朝向板厚方向的推进，成为了熔融深度较大的状态，合适地保持了凸出螺栓1的焊接强度。
关于上述的现象，由于熔融金属14在熔融初期的阶段中处于被封入初期熔融部4A与薄钢板8的非熔融部16之间的状态，在熔融后期的阶段中处于被封入主熔融部4B与薄钢板的非熔融部16之间的状态，因此使得液态化的金属的压力状态影响着非熔融部16的熔融的推进。即，从高压熔融金属向非熔融部16积极地进行热传导、从低压熔融金属向非熔融部16进行缓慢的热传导这样的现象成为重点。由于这样的现象如上述例示的“板厚面积比”那样展开，因此能够防止板厚方向上的过度熔融和过少熔融，从而能够确保合适的焊接强度。
为了使钢板部件在板厚方向上的熔融量合适，上述的“板厚面积比”为100或50的数值的例示在实用上是重要的，但这样的数值的选择是以“压力利用”这样的基本现象为基础的。
工业上的可利用性
根据本发明的方法，通过上述的“熔融热相加”或“压力利用”，能够防止薄钢板的过度熔融或过少熔融，能够以良好的状态对螺栓进行电阻焊接，从而能够在机动车的车身焊接工序、或家电产品的板金焊接工序等广泛的工业领域中利用。

Claims (3)

1.一种凸出螺栓的焊接方法，
所述凸出螺栓由以下部分构成：轴部，在该轴部上形成有外螺纹；圆形的扩径部，其与该轴部形成为一体，并且其直径比轴部的直径大；以及圆形的熔接用突起，其由圆形的初期熔融部和与该初期熔融部相连的主熔融部构成，并且配置在与所述轴部相反的一侧的扩径部中央，所述初期熔融部在端面具有外周侧变低的小倾斜角的锥部，所述凸出螺栓的焊接方法是以在一对电极之间将所述熔接用突起按压在薄钢板制的钢板部件上的状态通过电阻焊接将所述凸出螺栓焊接于该钢板部件上的焊接方法，其特征在于，
所述一对电极以保持凸出螺栓的电极和载置钢板部件的电极同轴地配置的状态构成，
将主熔融部的熔融热加到在熔融初期的阶段成为平坦的熔融区域的初期熔融部上，或者利用被封入主熔融部与钢板部件的非熔融部之间的熔融金属的压力来推进钢板部件的熔融，由此防止钢板部件在板厚方向上的过度熔融或过少熔融，
在焊接完成后，在所述扩径部的外周附近与钢板部件的表面之间保留有空隙，能够排出该空隙内的空气而在形成所述空隙的扩径部的下表面、主熔融部的外周面、熔融部位的露出部、钢板部件的表面附着涂料液。
2.根据权利要求1所述的凸出螺栓的焊接方法，其中，
在选定初期熔融部的体积与直径和圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积的比后，执行将主熔融部的熔融热加到在所述熔融初期的阶段成为平坦的熔融区域的初期熔融部上这一步骤，或者，在选定初期熔融部的圆形面积与钢板部件的板厚的比后，执行利用被封入所述主熔融部与钢板部件的非熔融部之间的熔融金属的压力来推进钢板部件的熔融这一步骤。
3.根据权利要求2所述的凸出螺栓的焊接方法，其中，
初期熔融部的体积与直径和所述圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积的比被设定为0.08～0.20，或者，初期熔融部的圆形面积与所述钢板部件的板厚的比被设定为45～105。
CN201480035898.4A 2013-07-02 2014-05-27 凸出螺栓的焊接方法 Active CN105339122B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013152065A JP5477605B1 (ja) 2013-07-02 2013-07-02 プロジェクションボルトの溶接方法
JP2013-152065 2013-07-02
JP2013170770A JP5532466B1 (ja) 2013-08-01 2013-08-01 薄鋼板へのプロジェクションボルト溶接方法
JP2013-170770 2013-08-01
PCT/JP2014/063958 WO2015001872A1 (ja) 2013-07-02 2014-05-27 プロジェクションボルトの溶接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105339122A CN105339122A (zh) 2016-02-17
CN105339122B true CN105339122B (zh) 2018-02-23

Family

ID=52143464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480035898.4A Active CN105339122B (zh) 2013-07-02 2014-05-27 凸出螺栓的焊接方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10646952B2 (zh)
EP (1) EP3017903B1 (zh)
CN (1) CN105339122B (zh)
CA (1) CA2916590C (zh)
HU (1) HUE063230T2 (zh)
WO (1) WO2015001872A1 (zh)
ZA (1) ZA201508663B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190201998A1 (en) * 2013-10-04 2019-07-04 Structural Services, Inc. Machine vision robotic stud welder
ES2959244T3 (es) 2017-01-30 2024-02-22 Newfrey Llc Elemento de soldadura y procedimiento de soldadura para unir un elemento de soldadura con una pieza de trabajo
DE102018206074A1 (de) * 2018-04-20 2019-10-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Schweißelektrode sowie Verfahren zum elektrischen Verschweißen einer Kugel
CN109578420A (zh) * 2019-01-16 2019-04-05 佛山市巨隆金属制品有限公司 焊接铝螺母及其焊接方法
US11383319B2 (en) 2019-09-05 2022-07-12 GM Global Technology Operations LLC Method of joining steel having different resistivities
US11590601B2 (en) 2019-09-20 2023-02-28 GM Global Technology Operations LLC Method of joining steel work-pieces having different gauge ratios

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3364796B2 (ja) * 1999-08-05 2003-01-08 好高 青山 フランジ付きボルトのプロジェクション溶接方法
CN1708374A (zh) * 2002-11-23 2005-12-14 青山好高 对多层钢板的轴状零件焊接方法
CN101277779A (zh) * 2006-02-16 2008-10-01 青山好高 凸焊用的螺栓及其焊接方法
JP4296512B2 (ja) * 2005-12-06 2009-07-15 好高 青山 プロジェクション溶接用ボルトおよびその溶接方法
JP4683351B2 (ja) * 2009-08-05 2011-05-18 好高 青山 軸状部品の電気抵抗溶接方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3435871A (en) * 1967-07-12 1969-04-01 Screw & Bolt Corp Of America Weld element
DE2301391A1 (de) * 1973-01-12 1974-07-25 Canzler Carl Ausbildung, anordnung und verwendung eines mit einer metallflaeche zu verschweissenden metallstifts
DE3805404A1 (de) * 1988-02-21 1989-08-31 Selzer Fertigungstech Verfahren zur stumpfschweissverbindung eines zapfens od. dgl. mit einer platte
JPH01318884A (ja) 1988-06-17 1989-12-25 Kyoei Giken Kk 腐食性物質燃焼炉
DE4108947C2 (de) 1991-03-19 1993-10-21 Claas Ohg Punktschweißmaschine
JPH07223078A (ja) * 1994-02-15 1995-08-22 Yoshitaka Aoyama ボルトのプロジェクション溶接方法
CN1181724A (zh) * 1996-05-11 1998-05-13 青山好高 焊接用电极
JP2001030082A (ja) * 1999-07-17 2001-02-06 Yoshitaka Aoyama フランジ付きボルトのプロジェクション溶接方法
US6653590B1 (en) * 2000-09-07 2003-11-25 Yoshitaka Aoyama Projection bolt welding device
US7645105B2 (en) * 2006-06-27 2010-01-12 Gm Global Technology Operations, Inc. Projection welded fastener with integral sealer
DE102008033373A1 (de) * 2008-07-09 2010-04-01 Newfrey Llc, Newark Bolzen für das Bolzenschweißen
DE102011001502A1 (de) * 2011-03-23 2012-09-27 Newfrey Llc Bolzen zum Verbinden von Bauteilen, seine Verwendung und Verbindungsanordnung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3364796B2 (ja) * 1999-08-05 2003-01-08 好高 青山 フランジ付きボルトのプロジェクション溶接方法
CN1708374A (zh) * 2002-11-23 2005-12-14 青山好高 对多层钢板的轴状零件焊接方法
JP4296512B2 (ja) * 2005-12-06 2009-07-15 好高 青山 プロジェクション溶接用ボルトおよびその溶接方法
CN101277779A (zh) * 2006-02-16 2008-10-01 青山好高 凸焊用的螺栓及其焊接方法
JP4683351B2 (ja) * 2009-08-05 2011-05-18 好高 青山 軸状部品の電気抵抗溶接方法

Also Published As

Publication number Publication date
HUE063230T2 (hu) 2024-01-28
CA2916590C (en) 2022-03-29
WO2015001872A1 (ja) 2015-01-08
US10646952B2 (en) 2020-05-12
CA2916590A1 (en) 2015-01-08
EP3017903A4 (en) 2017-03-22
US20160136752A1 (en) 2016-05-19
CN105339122A (zh) 2016-02-17
EP3017903A1 (en) 2016-05-11
ZA201508663B (en) 2019-10-30
EP3017903B1 (en) 2023-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105339122B (zh) 凸出螺栓的焊接方法
CA2635432C (en) Bolt for projection welding and method of welding the same
JP5468350B2 (ja) 異種金属板の接合方法
KR101737712B1 (ko) 겹침 용접 부재, 자동차용 부품, 겹침부의 용접 방법 및 겹침 용접 부재의 제조 방법
CN106660162A (zh) 用于接合至少两个构件的方法
CN108367378A (zh) 电阻点焊方法及焊接构件的制造方法
WO2014113527A4 (en) Methods for counteracting rebounding effects during solid state resistance welding of dissimilar materials
JP5057557B2 (ja) シリーズスポット溶接方法及び溶接装置
CN109483033A (zh) 电阻焊接方法和电阻焊接装置
JP4139375B2 (ja) 抵抗溶接用電極及び抵抗溶接方法
US9853371B2 (en) Brazed ground terminal for non-ferrous vehicle components
JP6516247B2 (ja) 片側スポット溶接方法
JP2015030038A (ja) 薄鋼板へのプロジェクションボルト溶接方法
US11517973B2 (en) Welding element and welding method for connecting a weld element to a workpiece
JP5477605B1 (ja) プロジェクションボルトの溶接方法
JP2019150833A (ja) 抵抗溶接方法
JP2000117458A (ja) 抵抗溶接用電極チップ
CN108746960A (zh) 一种基于电阻塞焊原理的搅拌摩擦焊匙孔填补的新方法
JP5756076B2 (ja) インダイレクトスポット溶接方法
KR100347607B1 (ko) 기밀성과 기계적강도가 우수한 소형 용기 제조 방법
JP2006329292A (ja) 溶着して植付けられるねじ
JP2015182135A (ja) プロジェクションボルトの溶接方法
JPH09225651A (ja) スポット溶接方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant