CN105358283B - 单面点焊方法 - Google Patents

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Abstract

一种单面点焊方法，从至少重合有两张以铁素体相为主相的钢板的部件的一面侧朝向钢板(21)对焊接电极(23)一边加压一边将焊接电极(23)按压于钢板(21)，在另一面侧的钢板(22)的与该焊接电极(23)分离的位置安装供电端子(24)，在该焊接电极(23)与该供电端子(24)之间通电，从而对上述部件进行焊接，在上述单面点焊中，从按压该焊接电极(23)的面侧，使具有磁性的刚体(26‑1)、(26‑2)与该焊接电极(23)的周边接触，并且基于由该刚体(26‑1)、(26‑2)产生的磁力来固定该焊接电极(23)周边的重合区域，从而无论部件的刚性如何均能够获得具有充分令人满意的强度的焊接部。

Description

单面点焊方法
技术领域
本发明涉及如下单面点焊方法，即，从至少重合有两张金属板的部件的一面侧朝向金属板对焊接电极一边加压一边将焊接电极按压于金属板，在另一面侧的金属板的与焊接电极分离的位置安装供电端子，在上述焊接电极与供电端子之间通电，从而对上述部件进行焊接。
背景技术
在进行以汽车车身为主的汽车部件的焊接时，以往使用电阻点焊，主要使用双面点焊，但最近在使用单边多点点焊、单面点焊等。
使用图1说明上述三种点焊的特征。
在通过焊接将重合的至少两张金属板接合的方面，任一种点焊均没有变化。
图1(a)表示双面点焊法。该焊接如该图所示是如下方法，即，隔着重合的两张金属板1、2从其上下对一对电极3、4进行加压并且使电流流过，利用金属板的电阻发热，获得点状的焊接部5。此外，电极3、4构成为均具备加压控制装置6、7以及电流控制装置8，能够通过它们来控制加压力与通电的电流值。
图1(b)所示的单边多点点焊法是如下方法，即，对于重合的两张金属板11、12，在分离的位置从相同面侧(相同方向)对一对电极13、14进行加压并且使电流流过，从而获得点状的焊接部15-1、15-2。
图1(c)所示的单面点焊法是如下方法，即，对于重合的两张金属板21、22，朝一方的金属板21对电极23一边加压一边将电极23按压于金属板21，在另一方的金属板22的分离的位置安装供电端子24，且在它们之间通电，从而在金属板21、22形成点状的焊接部25。
在上述三种焊接法中，在空间上富余而获得从上下夹持金属板的开口部的情况下，能够使用双面点焊法。然而，在实际焊接时，没有足够的空间、无法以封闭剖面构造从上下夹持金属板的情况也很多，在这种情况下，能够使用单边多点点焊法、单面点焊法。
然而，在将单边多点点焊法、单面点焊法用于上述那样的用途时，仅从一个方向利用电极对重合的金属板进行加压，其相反侧成为没有支承的中空状态。因此，无法如从两侧通过电极夹持金属板的双面点焊法那样，对焊接部局部地施加较高的加压力。另外，由于在通电中电极向金属板下沉，所以电极－金属板、金属板－金属板间的接触状态随时间而变化。由于这种理由，存在在重合的金属板间电流的通电路径不稳定从而难以形成正常的熔融接合部这一问题。
作为解决上述问题的方法，针对单边多点点焊，在专利文献1中记载有“为了在重叠金属板的接触点形成焊点(nugget)，在焊接初期使大电流流过而形成电极焊点，然后使稳定电流流过”的结构。
另外，在专利文献2中记载有“在使电极接触的位置形成比其他部分更加高的座面，以将座面压扁的方式加压接触进行焊接，从而能够无背面电极地获得足够的焊接强度”的结构。
另一方面，针对单面点焊，作为也能够应用于单边多点点焊的技术，在专利文献3中，公开有由“在单边多点点焊或者单面点焊通电时，交替重复将电流值维持为较高的时间段、与将电流值维持为较低的时间段”的结构构成的焊接法，还公开有由“伴随着交替重复将电流值维持为较高的时间段、与将电流值维持为较低的时间段，而逐渐提高将电流值维持为较高的时间段的电流值”的结构构成的焊接方法。
然而，发明人们首先开发如下两阶段控制的单面点焊方法来作为形成正常的熔融焊点的焊接方法，并且在专利文献4中进行了公开：“一种单面点焊方法，从至少重合有两张金属板的部件的一面侧朝向金属板对焊接电极一边加压一边将焊接电极按压于金属板，在另一面侧的金属板的与该焊接电极分离的位置安装供电端子，在该焊接电极与该供电端子之间通电，从而对上述部件进行焊接，上述单面点焊法的特征在于，关于电极的加压力以及通电的电流值，从通电开始划分为两个时间段t1、t2，在最初的时间段t1，以加压力F1进行加压并且以电流值C1进行通电，之后在接下来的时间段t2，以比F1低的加压力F2加压并且以比C1高的电流值C2进行通电。”。
另外，关于专利文献4所公开的单面点焊法，发明人们发现：通过将从通电开始划分为两个时间段t1、t2的最初时间段t1的加压力F1、电流值C1、接下来的时间段t2的加压力F2、电流值C2，分别如下述式(1)～(4)那样进行限定，而能够更加有效地实施焊接，并且在专利文献5中进行了公开。
1.2F2≦F1≦5F2···(1)
0.25C2≦C1≦0.85C2···(2)
35T2.3≦F2≦170T1.9···(3)
2T0.5≦C2≦5.5T0.9···(4)
其中，T是重合的金属板的总板厚(mm)。
并且，发明人们开发从两阶段控制成为三阶段控制的如下方法来作为使上述技术进展的方法，并且在专利文献6中进行了公开：“一种单面点焊方法，从至少重合有两张金属板的部件的一面侧朝向金属板对焊接电极一边加压一边将焊接电极按压于金属板，在另一面侧的金属板的与该焊接电极分离的位置安装供电端子，在该焊接电极与该供电端子之间通电，从而对上述部件进行焊接，上述单面点焊法的特征在于，关于电极的加压力以及通电的电流值，从通电开始划分为三个时间段t1、t2、t3，在最初的时间段t1，以加压力F1加压并且以电流值C1通电，在接下来的时间段t2，以比F1低的加压力F2加压并且以比C1高的电流值C2通电，在再接下来的时间段t3，以与F2相同或者比F2低的加压力F3加压并且以比C2高的电流值C3通电”。
另外，关于专利文献6所公开的单面点焊法，发明人们发现：通过将从通电开始划分为三个时间段t1、t2、t3的最初的时间段t1的加压力F1、电流值C1、接下来的时间段t2的加压力F2、电流值C2、再接下来的时间段t3的加压力F3、电流值C3，分别如下述式(1)～(6)那样进行限定，而能够越发有效地实施焊接，并且在专利文献7中进行了公开。
1.2F2≦F1≦3F2···(1)
0.25C2≦C1≦0.9C2···(2)
F3≦F2≦3F3···(3)
0.5C3≦C2≦0.9C3···(4)
30T2.1≦F3≦170T1.9···(5)
2T0.5≦C3≦5.5T0.9···(6)
其中，T是重合的金属板的总板厚(mm)。
另外，发明人们开发如下方法，并且在专利文献8中进行了公开：“一种单面点焊方法，从至少重合有两张金属板的部件的一面侧朝向金属板对焊接电极一边加压一边将焊接电极按压于金属板，在另一面侧的金属板的与该焊接电极分离的位置安装供电端子，在该焊接电极与该供电端子之间通电，从而对上述部件进行焊接，上述单面点焊的特征在于，除实施焊接的位置之外，使金属板间的重合面电绝缘，从而能够抑制焊接时的电流的分散，能够稳定地形成熔融焊点。”。
并且，发明人们开发如下方法，并且在专利文献9中进行了公开：“一种单面点焊方法，从至少重合有两张金属板的部件的一面侧朝向金属板对焊接电极一边加压一边将焊接电极按压于金属板，在另一面侧的金属板的与该焊接电极分离的位置安装供电端子，在该焊接电极与该供电端子之间通电，从而对上述部件进行焊接，上述单面点焊的特征在于，在将具有绝缘性的粘稠物质夹在金属板间的重合面的整个面的状态进行焊接。”。
然而，在从至少重合有两张金属板的部件的一面侧朝向金属板对焊接电极一边加压一边将焊接电极按压于金属板，在另一面侧的金属板的与该焊接电极分离的位置安装供电端子，在该焊接电极与该供电端子之间通电，从而对上述部件进行焊接的单面点焊中，尤其是在对仅从一个方向通过电极对重合的金属板加压而其相反侧成为没有支承的中空状态的部位进行焊接的情况下，被施加了电极加压力的部件产生挠曲，部件间的接触状态因挠曲而变化。因此，在利用基于接触电阻的发热进行焊接的单面点焊中，无法避免焊接品质受到部件的挠曲的影响。
然而，在现有的单面点焊方法中，针对即便在部件的刚性较低的情况下也获得具有充分令人满意的强度的焊接部的方法，完全未公开。
专利文献1：日本特开平11-333569号公报
专利文献2：日本特开2002-239742号公报
专利文献3：日本特开2006-198676号公报
专利文献4：日本特开2010-194609号公报
专利文献5：日本特开2012-035278号公报
专利文献6：日本特开2011-194459号公报
专利文献7：日本特开2012-091203号公报
专利文献8：日本特开2011-050977号公报
专利文献9：日本特开2012-157888号公报
发明内容
本发明有利地解决了上述问题，其目的在于提供一种单面点焊方法，尤其是提供一种对仅从一个方向利用电极对重合的钢板加压并且其相反侧成为没有支承的中空状态的部位进行焊接的单面点焊，其中，无论部件的刚性如何，均能够形成正常的熔融焊点，能够获得具有充分令人满意的强度的焊接部。
目前发明人们为了解决上述课题反复进行了认真的研究，结果获得了以下所述的见解。
a)当在仅从一个方向利用电极对重合的钢板进行加压而其相反侧为没有支承的中空状态下进行单面点焊的情况下，由于无法如从两侧利用电极夹持的双面点焊法那样利用对置的一对电极支承加压力，所以被施加了电极加压力的部件产生挠曲，部件间的接触状态因该挠曲而变化。因此，在利用基于接触电阻的发热进行焊接的单面点焊中，焊接品质受到部件的挠曲的影响。
即，焊接品质因供焊接的部件的刚性而不同。尤其是在部件的刚性较低的情况下，挠曲变大，部件间的接触面积变大，因此在接触部电流密度变低，难以获得具有令人满意的强度的焊接部。
b)尤其是在大型面板材料等加工部件中，在周围没有曲率较小的弯曲成形部等且该焊接部的曲率较大的部位，部件的板厚较小的情况下，部件的刚性变小。
c)在将上述b)那样的刚性较小的部件以电极的相反侧为没有支承的中空状态进行单面点焊的情况下，通过增加支承部件的夹具的固定位置，能够减少焊接时的部件的挠曲。然而，在该情况下，不仅夹具的构造变复杂，制作所需要的成本上升，而且将部件安装于夹具所需要的时间也变长，从而也担心生产性降低，因此不能说成是有效的方法。
d)基于上述情况，考虑能够使用简便的夹具支承部件而仅在供焊接时能够抑制焊接部的挠曲的焊接方法是有效的，但作为这种方法，发现从按压焊接电极的面侧使产生磁力的刚体与电极的周边接触由此固定重合的部件的方法是有效的。
本发明立足于上述见解。
即，本发明的主旨结构如以下所述。
1.一种单面点焊方法，从至少重合有两张以铁素体相为主相的钢板的部件的一面侧朝向钢板对焊接电极一边加压一边将上述焊接电极按压于上述钢板，在另一面侧的钢板的与该焊接电极分离的位置安装供电端子，在该焊接电极与该供电端子之间通电，从而对上述部件进行焊接，上述单面点焊的特征在于，从按压该焊接电极的面侧，使具有磁性的刚体与该焊接电极的周边接触，并且基于由该刚体产生的磁力来固定该焊接电极周边的重合区域。
2.在上述1的基础上，单面点焊方法的特征在于，在将具有绝缘性的粘稠物质夹在重合的部件的除焊接区域之外的重合面的整个面的状态下，进行焊接。
根据本发明的单面点焊方法，无论部件的刚性如何，均能够获得具有充分令人满意的强度的焊接部。
附图说明
图1(a)是双面点焊法的焊接要领的说明图，图1(b)是单边多点点焊法的焊接要领的说明图，图1(c)是单面点焊法的焊接要领的说明图。
图2是表示根据本发明的单面点焊的焊接要领的图，(a)是从侧面观察各部位的配置的示意图，(b)是从电极的上方观察具有独立的圆形、多边形的接触面且产生磁力的多个刚体配置于电极的周围的情况下的刚体与电极的位置关系的一个例子的示意图，(c)是从电极的上方观察具有圆环状、多边形环状的接触面且产生磁力的刚体以包围电极的方式配置的情况下的刚体与电极的位置关系的一个例子的示意图。
图3是表示根据本发明的单面点焊的焊接要领的图，(a)表示使绝缘性的粘稠物质夹在金属板之间的重合面的阶段，(b)表示在通过产生磁力的刚体将电极周边固定之后从金属板的一面侧对焊接电极一边加压一边按压的阶段，(c)表示在焊接电极与供电端子之间通电的阶段。
图4是表示实施例中的单面点焊的焊接要领的图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明具体地进行说明。
在图2(a)中，根据本发明，利用从侧面观察各部位的配置的示意图示出单面点焊的焊接要领，上述单面点焊通过从按压焊接电极的面侧使产生磁力的刚体与电极的周边接触来固定重合的部件，从而进行焊接。
在图2(a)中，结构的要点与上述图1(c)所示的共通，所以用相同的附图标记表示，尤其是26-1以及26-2是产生磁性的刚体。
产生磁力的刚体26在按压焊接电极的面侧配置于电极23的周边，经由柄向支承件固定。该支承件(省略图示)为用于对经由柄连接焊接电极23的加压控制装置进行固定的托架，或者为相对于连接焊接电极23的系统独立并且在变更焊接位置时能够追随焊接电极23移动的构造体。
并且，关于产生磁力的刚体26的形状与刚体26相对于电极23的配置，如图2(b)所示那样具有独立的圆形、多边形的接触面且产生磁力的多个刚体26-1～26-4配置于电极23的周围，或者如图2(c)所示那样具有圆环状、多边形环状的接触面且产生磁力的刚体26以包围电极23的方式配置。
作为磁力的产生源亦即磁铁，虽然使用电磁铁以及永久磁铁的任一种均可，但是若使用电磁铁，则由于能够简便地进行向焊接前的部件固定以及从焊接后的部件取下，所以是有利的。需要使与部件接触的面为平面并且为具有较高的刚性的材料。
作为该材料，在使用永久磁铁的情况下，铝镍钴磁铁、铁-铬-钴磁铁、铁素体磁铁、钕磁铁、钐-钴磁铁等有利地适合。另一方面，在使用电磁铁的情况下，铁系材料有利地适合，在使用了该铁系材料的铁芯设置平面部并使之与部件接触即可。此外，为了固定部件而需要的平面部的面积总和为1000mm2以上是有利的。
产生磁力的刚体的磁通密度在与部件接触的面的表面为0.2～0.6特斯拉。在不足0.2特斯拉时，无法获得用于固定部件的足够的磁力，另一方面，若超过0.6特斯拉，则存在吸引焊接部周边的铁屑等使其附着于焊接部而产生焊接缺陷的担忧。
重合的部件需要是以具有被磁力吸引的特性的强磁性体为坯料的金属材料。在为钢铁的情况下，优选以铁素体相为主体的钢板。此外，在最新的高张力汽车用钢板中，也存在有以通过含有残留奥氏体从而能够获得高伸长率的方式设计的钢板，对于这种钢板而言，残留奥氏体的比例越高，铁素体的比例越低，因此磁性变弱。在本发明的焊接方法中，在获得令人满意的效果方面，优选使用含有90％以上的铁素体相的钢板。
在本发明中，关于电极的周边，在对象物的一部分进入相距电极的中心轴半径50mm以内的情况下，该对象物配置于电极的周边。
另外，在本发明中，具有刚性的材料是指与金属、金属间化合物或者无机材料相当的材料，例如如磁片那样将磁铁与橡胶等有机材料混合从而能够柔软地变形的材料除外。
除从按压上述焊接电极的面侧使产生磁力的刚体与电极的周边接触来固定重合的部件的焊接方法之外，也能够通过使具有绝缘性的粘稠物质夹在重合的部件的面的整个面，并且在通过这种粘稠物质而将除焊接区域之外的钢板间的重合面电绝缘的状态下进行焊接，从而获得更加良好的焊接部。
在图3中，根据本发明，示出在使绝缘性的粘稠物质夹在钢板间的重合面的状态下、即在通过上述粘稠物质而将除焊接区域之外的钢板间的重合面电绝缘的状态下进行焊接的单面点焊的焊接要领。
首先，如图3(a)所示，使绝缘性的粘稠物质27夹在重合的钢板间的重合面。由此，能够使金属板间电绝缘。
接下来，如图3(b)所示，在从按压焊接电极23的面侧使产生磁力的刚体26与电极的周边接触来固定重合的部件之后，从上述钢板的一面侧对焊接电极23一边加压一边按压。通过该电极加压，在焊接区域中粘稠物质27被推出从而确保钢板间的紧贴面。
在如上述那样进行了电极加压的状态下，如图3(c)所示，在焊接电极23与供电端子24之间通电从而实施焊接。
通过利用上述要领进行焊接，从而能够抑制部件的挠曲，并且将钢板间的通电限定于焊接区域，能够获得较高的电流密度，因此无论部件的刚性如何均能够稳定地形成具有令人满意的强度的焊接部。
在本发明中，作为具有绝缘性的粘稠物质，优选由电阻率足大且在配置于钢板间时具有将焊接时的钢板间的通电切断的程度的绝缘性的物质构成，并且具有适当的粘度以及涂覆厚度、即具有在钢板受到电极的加压时在焊接区域中粘稠物质被推出从而确保钢板间的通电的程度的粘度以及涂覆厚度。
此处，优选粘度为0.1Pa·s～1000Pa·s的范围。这是因为，若粘度比该范围小，则在钢板受到电极的加压时，粘稠物质被过度推出，从而无法充分获得将通电限定于焊接区域的效果，另一方面，若粘度比该范围大，则在钢板受到电极的加压时，无法从焊接区域将粘稠物质充分推出，从而存在无法在焊接区域中进行通电的担忧。更加优选粘度范围为0.7Pa·s～20Pa·s。
另外，优选涂覆厚度为0.1～3.0mm左右。这是因为，若涂覆厚度比该范围小，则在钢板受到电极的加压时，依然是粘稠物质被过度推出，从而无法充分获得将通电限定于焊接区域的效果，另一方面，若涂覆厚度比该范围大，则在钢板受到电极的加压时，无法从焊接区域将粘稠物质充分推出，从而存在无法在焊接区域中进行通电的担忧。更加优选涂覆厚度为0.5～2.0mm。
此外，作为本发明的粘稠物质，例举有液态热固化型环氧类有机树脂、上述有机树脂类的粘合剂等。尤其是在使用环氧类有机树脂等热固化性粘合剂的情况下，能够通过在焊接后通常进行的钢板的烤漆时的加热而使其固化，因此不需要为了这种未固化的粘合剂的固化而设置特别的工序。
另外，在本发明中，针对被处理材料亦即钢板的厚度，未特别限制，但钢板的合计厚度为2.0mm以下，由此当在焊接时担心挠曲的影响的情况下应用特别有用。
实施例1
对重合有两张一边为500mm以上的四边形的钢板的部件实施了本发明所涉及的单面点焊法。钢板的板厚为0.65mm，使用了由表1所示的组成成分构成的拉伸强度为270N/mm2以上的冷轧钢板(SPC270)。
[表1]
如图4所示，重合的部件以间隔300mm支承于夹具上，在焊接部的两侧的两个位置，固定由通过电磁铁重合的两张钢板构成的部件，从而进行了焊接。电磁铁安装于经由柄设置于与加压控制装置的固定相同的系统的支承件。各电磁铁是在使用了铁系材料的铁芯设置平面部并且使之与部件接触的构造，平面部是一边为50mm的正方形。另外，平面部的表面磁通密度为0.5特斯拉。将电磁铁的间隔设为30mm，并且从上板侧向其中间点施加焊接电极，从而进行了焊接。对于焊接电极，使用铬铜合金制且在前端具有R40mm的曲面的形状的电极，在与焊接部分离的位置向下板侧安装焊接电极供电端子，并且使用直流逆变式(direct-current inverter)的电流控制装置进行了焊接。焊接时间、焊接电流、电极加压力如表2所示。
[表2]
焊接条件 焊接时间(s) 焊接电流(kA) 电极加压力(N)
a 0.16 7 200
b 0.16 7 400
另外，如图3所示，在将绝缘性的粘稠物质夹在重合的钢板间的重合面的状态下也进行了焊接。作为粘稠物质，使用了液态热固化型环氧类的有机树脂(涂覆厚度：0.3mm)。
将以上的实施条件的组合在表3示出。
[表3]
在表3中，在发明例1～3中，根据本发明进行了焊接。在发明例1、2中，进行了电磁铁对焊接部的固定，在发明例3中，进行了电磁铁对焊接部的固定，并且将有机树脂夹在钢板间进行了焊接。关于比较例1～3，未进行电磁铁对焊接部的固定。
将针对以表3所示的条件进行了焊接时的焊接部的焊点直径、焊点厚度以及焊点厚度/焊点直径进行了调查的结果在表4示出。
此外，表4中的焊点直径为在以焊接部为中心剖切的剖面中在上钢板与下钢板之间的重合面上的长度。焊点厚度为在以焊接部为中心剖切的剖面中跨越上钢板与下钢板之间形成的熔融部的最大厚度。
此处，若焊点直径ND满足下式(1)并且焊点厚度/直径为0.22以上，则形成以熔融的状态形成的棋子形的优选的焊点，从而能够判断为获得具有令人满意的强度的焊接部。
ND≧2.5T···(1)
其中，ND：焊点直径(mm)
T：重合的钢板的总板厚(mm)
[表4]
※No.6为无法通电
如表4所示，根据本发明进行了单面点焊的发明例1～3均能够获得具有满足(1)式的足够的焊点直径且相对于该直径具有足够的厚度的熔融焊点。
与此相对，在比较例1～3中，未能够获得熔融焊点。尤其是在比较例3中，在电极加压时部件的挠曲过大，无法将夹在钢板间的有机树脂推出，从而无法在钢板间产生通电。
工业上的可利用性
根据本发明，涉及一种单面点焊，从至少重合有两张钢板的部件的一面侧朝向钢板对焊接电极一边加压一边将焊接电极按压于钢板，在另一面侧的钢板的与该焊接电极分离的位置安装供电端子，并且在该焊接电极与该供电端子之间通电，从而对上述部件进行焊接，在上述单面点焊中，在仅从一个方向利用电极对重合的钢板加压而其相反侧成为没有支承的中空的状态的部位的焊接中，无论部件的刚性如何都能够获得具有满意的强度的焊接部。
附图标记说明：
1、2…金属板；3、4…电极；5…焊接部；6、7…加压控制装置；8…电流控制装置；11、12…金属板；13、14…电极；15-1、15-2…焊接部；21、22…金属板；23…电极；24…供电端子；25…焊接部；26…刚体。

Claims (2)

1.一种单面点焊方法，从至少重合有两张以铁素体相为主相的钢板的部件的一面侧朝向钢板对焊接电极一边加压一边将所述焊接电极按压于所述钢板，在另一面侧的钢板的与该焊接电极分离的位置安装供电端子，在该焊接电极与该供电端子之间通电，从而对上述部件进行焊接，
所述单面点焊的特征在于，
从按压该焊接电极的面侧，使具有磁性的刚体与该焊接电极的周边接触，并且基于由该刚体产生的磁力来固定该焊接电极周边的重合区域。
2.根据权利要求1所述的单面点焊方法，其特征在于，
在将具有绝缘性的粘稠物质夹在重合的部件的除焊接区域之外的重合面的整个面的状态下，进行焊接。
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