CN105531065B - 电阻点焊方法以及焊接构造物 - Google Patents

Abstract

用一对电极(2a、2b)夹持由钢板(1a、1b)构成并且满足下述的(i)式的层叠体(10)，通过按压的同时通电而在钢板界面(4)形成熔融部(4b)，从而将钢板(1a、1b)接合起来。具体而言，以在钢板界面(4)形成通电点(4a)、在距该通电点(4a)的水平方向上的距离(W)为20mm以内的范围内形成熔融部(4b)的方式进行点焊。(TS1×t1+TS2×t2)/(t1+t2)≥440…(i)其中，TS1表示钢板1a的抗拉强度(MPa)，t1表示钢板1a的板厚(mm)，TS2表示钢板1b的抗拉强度(MPa)，t2表示钢板1b的板厚(mm)。

Description

电阻点焊方法以及焊接构造物

技术领域

本发明涉及适合将两钢板接合起来的电阻点焊方法以及通过该方法获得的焊接构造物。

背景技术

近年来，在汽车零部件等的焊接工序中，广泛采用电阻点焊方法，在该电阻点焊方法中，在将两张钢板层叠之后，用一对电极夹持层叠之后的两张钢板，按压的同时通电而在钢板界面形成熔融部(通常被称为“熔核”。)，从而将钢板接合起来。

例如，在汽车车门开口部存在支柱以及顶盖纵梁作为构造构件。支柱20(例如，参照图4)例如由将两张钢板重叠而成的层叠体21构成。并且，如图4所示，该层叠体21通过在其凸缘22处利用点焊以预定间隔形成焊接部23而被接合起来。

作为上述的层叠体，通过选择两张钢板的材质而设想各种组合(以下称为“板组”。)。在进行电阻点焊时，对各板组设定恰当的加压力(按压力)以及通电量。不过，在一部分的板组中，存在难以充分确保不产生被称为喷溅的熔损(也被称为飞溅、爆炸等。)而能够获得健全的熔核的焊接电流(以下称为正常电流。)的范围(以下称为正常电流范围。)的情况。在此，健全的熔核是指熔融部足够大、可在接合体(接头)的拉伸试验等中获得充分的接头强度的熔核。足够大的熔融部是指例如具有大于4√t(mm)(t是构成板组的两张钢板的最小板厚(mm))的直径的熔融部。正常电流范围根据由设备限制、生产限制等确定的每一个条件(将加压力以及通电时间组合而成的条件)求出，能够作为正常电流的上限值(以下称为上限电流。)和正常电流的下限值(以下称为下限电流。)之差而求出。通常，正常电流范围越宽，即使是在焊接过程中产生了干扰(电流变动以及电极顶端的损耗等)的情况，也越能够确保稳定的焊接品质，因此比较理想。

此外，若在焊接时产生喷溅，则使作业环境恶化的同时也由于该飞溅向产品表面的附着而导致产品品质降低。而且，在喷溅的产生量过度的情况下，熔融接合部的体积减少，使接合部中的作为接头的强度显著降低。基于这些情况，期望的是尽可能抑制喷溅的产生。

因此，在专利文献1、2、3、4中公开了如下技术：通过改善钢板彼此的接触面的融合(接触状态)，并在通电过程中确保充分的接触面积，来抑制喷溅的产生的同时使熔核直径扩大。这些技术能够解释为可扩大上限电流的技术。

另外，在专利文献5中公开了如下技术：利用绝缘体压头将点焊电极和被焊接材料之间的接触部分的周围压紧，来扩大塑性金属环区(在熔核的周边产生的固相焊接而成的环状的部分：参照JIS Z 3001－6 2013)的面积。在专利文献5中记载有如下内容：通过扩大塑性金属环区的面积，可获得与扩大熔核直径的做法同样的效果。该技术能够解释为可通过将焊接电流抑制得较低来防止喷溅的产生的技术。

不过，在通过电阻点焊进行的汽车零部件等的焊接工序中，通常在设计方面在所需的部位连续地配置多个焊点。因而，在对某一部位进行电阻焊接时，在已经在该部位的附近存在焊点(以下也称为“已焊焊点”。)的情况下，产生以已焊焊点为通电路径而流动的分支电流(以下也称为“支流”。)。此外，也设想了由于构件的几何学上的形状、与其他构件之间的空间配置的状况而在已焊焊点以外也形成通电路径并产生支流那样的情况。这样，若在焊接时产生焊接电流的支流，则使熔融部的形成延迟，无法获得健全的熔核。支流称为无效电流等，对于用于限制支流的影响的方法进行了很多研究。

例如，在专利文献6中公开了如下发明：计算出无效电流，将增加了与无效电流的量相应的量而成的电流设定为焊接电流。另外，在专利文献7中公开了如下方法：通过设置夹缝，来降低无效电流的影响，从而获得健全的熔核。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11－104849号公报

专利文献2：日本特开2003－236674号公报

专利文献3：日本特开2010－207909号公报

专利文献4；日本特开2010－247215号公报

专利文献5：日本特开平7－178563号公报

专利文献6：日本特开平9－99379号公报

专利文献7：日本特开2009－279597号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1～4所公开的技术中，都存在如下问题：以焊接过程中的加压力和/或通电量在焊接中途以两个阶段以上进行变更作为构成要件，正常电流范围的设定以及管理变得复杂。在专利文献5所公开的技术中存在如下问题：需要与点焊电极独立的绝缘体压头，焊机的构造变得复杂。

不过，在对由两张软钢板构成的板组进行点焊的情况下，即使不实施特别的对策，也能够充分地确保钢板彼此的接触面积。因此，难以产生上述那样的喷溅的产生。相对于此，在对包括高张力钢板的板组进行点焊的情况下，产生喷溅的概率变高。对于产生这样的现象的原因，本发明人如以下这样考虑。即，在包括高张力钢板的板组中，存在如下情况：在焊接过程中在钢板彼此的接触界面无法确保充分的接触面积。在该情况下，在钢板彼此的接触界面中电阻发热变得过度，容易产生喷溅。由于这样的现象，在包括高张力钢板的板组中，存在难以使产生喷溅的电流(上限电流)相对于下限电流足够大的情况。即，存在难以确保充分的正常电流范围的情况。在该情况下，难以在抑制喷溅的产生的同时形成充分大的熔融部。针对这点，本发明人进一步详细地进行了研究，结果可知：在用一对电极夹持由两张钢板(以下称为第1钢板以及第2钢板。)构成并且满足下述的(i)式的板组来进行点焊时，难以确保充分的正常电流范围。

(TS1×t1+TS2×t2)/(t1+t2)≥440···(i)

其中，在(i)式中，

TS1表示第1钢板的抗拉强度(MPa)，

t1表示第1钢板的板厚(mm)，

TS2表示第2钢板的抗拉强度(MPa)，

t2表示第2钢板的板厚(mm)。

在专利文献6以及专利文献7中记载有用于消除无效电流的方法。然而，并没有记载在用一对电极夹持满足上述(i)式的板组来进行点焊时，用于确保充分的正常电流范围的条件。此外，在专利文献7的表1中记载有对SPCC和60k析出钢进行了点焊的例子，在表2中记载有对60k析出钢彼此进行了点焊的例子。然而，上述的表1的例子不是对满足上述式(i)的板组进行了焊接的例子。另外，上述的表2的例子是通过单侧点焊对板组进行了焊接的例子，不是用一对电极夹持板组来进行了点焊的例子。

本发明是为了解决这样的问题而做成的。即，本发明的目的在于提供一种电阻点焊方法以及可通过该方法获得的焊接构造物，其中，不需要将焊接过程中的加压力和/或通电量在焊接中途以两个阶段以上进行变更，不使焊机的构造复杂，并且能够在抑制在钢板焊接时产生喷溅的同时形成充分大的熔融部。

用于解决问题的方案

本发明的主旨在于下述的电阻点焊方法以及焊接构造物。

(1)一种电阻点焊方法，在该电阻点焊方法中，用一对电极夹持由第1钢板以及第2钢板构成并且满足下述的(i)式的层叠体，通过按压的同时通电而在钢板界面形成熔融部，从而将钢板接合起来，其中，

该电阻点焊方法包括：

预备工序，在该预备工序中，用所述一对电极夹持所述层叠体，通过按压的同时通电而在钢板界面形成通电点；

焊接工序，以在距该通电点的水平方向上的距离为20mm以内的范围内形成熔融部的方式进行点焊，

(TS1×t1+TS2×t2)/(t1+t2)≥440···(i)

其中，在(i)式中，

TS1表示第1钢板的抗拉强度(MPa)，

t1表示第1钢板的板厚(mm)，

TS2表示第2钢板的抗拉强度(MPa)，

t2表示第2钢板的板厚(mm)。

此外，通电点只要使电阻小到可获得充分的支流的程度即可，既可以是界面熔融接合而成的通电点，也可以是界面不熔融的压接状态的通电点。“压接”不是“加压焊接(pressure welding)”的意思，而是指钢板彼此互压的同时接触着的状态。

(2)根据上述(1)的电阻点焊方法，其中，该电阻点焊方法还具有连续工序，在该连续工序中，以在距所述通电点或所述熔融部的水平方向上的距离为20mm以内的范围内形成新的熔融部的方式反复进行点焊。

(3)一种焊接构造物，其是通过上述(1)或(2)的方法获得的。

发明的效果

根据本发明，在对由两张钢板构成的层叠体进行电阻点焊时，不将焊接过程中的加压力和/或通电量在焊接中途以两个阶段以上进行变更，不使焊机的构造复杂，并且能够在抑制钢板界面产生喷溅的同时形成充分大的熔融部。另外，在这样的层叠体是例如纵长的汽车构造构件的情况下，根据本发明，通过沿着长度方向连续地形成焊接部，能够获得高强度的构造构件。

附图说明

图1是用于说明本发明的一实施方式的电阻点焊方法的图。

图2是用于说明本发明的一实施方式的电阻点焊方法的图。

图3是用于说明参考例的电阻点焊方法的图。

图4是表示汽车车门开口部的构造构件的图。

具体实施方式

以下说明本发明的电阻点焊方法。在对由第1钢板以及第2钢板构成并且满足下述的(i)式的层叠体进行点焊时能够利用本发明的电阻点焊方法。

(TS1×t1+TS2×t2)/(t1+t2)≥440···(i)

其中，在(i)式中，

TS1表示第1钢板的抗拉强度(MPa)，

t1表示第1钢板的板厚(mm)，

TS2表示第2钢板的抗拉强度(MPa)，

t2表示第2钢板的板厚(mm)。

图1是用于说明本发明的一实施方式的电阻点焊方法的图，图1的(a)是例示预备工序的概念图，图1的(b)是例示焊接工序的概念图。如图1的(a)所示，在本实施方式的电阻点焊方法的预备工序中，首先，用焊机的一对电极2a、2b夹持由板厚t1的第1钢板1a(以下称为钢板1a。)以及板厚t2的第2钢板1b(以下称为钢板1b。)构成的层叠体10。电极2a、2b以彼此相对的方式配置。然后，向电极2a、2b之间通电(参照空心箭头C)来进行电阻点焊。通过该预备工序，在钢板1a、1b的界面4(以下称为钢板界面4。)形成通电点4a。在本实施方式中，作为通电点4a，形成熔融部。作为电极2a、2b，能够分别使用例如顶端直径为6mm的DR型电极(DR40)。

接着，如图1的(b)所示，作为焊接工序，以在沿水平方向距通电点4a距离W的位置形成熔融部4b的方式向电极2a、2b间通电(参照空心箭头C)来进行点焊。此时，焊接电流C在电极2a、2b之间形成支流，其一部分流经通电点4a(参照空心箭头C2，C2＝C－C1)。具体而言，在电极2a、2b之间流动有从电极2a直接朝向电极2b的电流C1和从电极2a经由通电点4a朝向电极2b的电流C2。此时，利用电流C1在电极2a、2b之间的钢板界面4形成熔融部4b，钢板1a、1b被接合起来。

通过如上所述那样焊接电流C的一部分(电流C2)在电极2a、2b之间通过通电点4a，能够促进熔融部4b附近的发热，能够在熔融部4b附近使钢板1a、1b软化。例如，在钢板1a、1b为高强度钢板的情况下，也能够在焊接时在熔融部4b附近使钢板1a、1b的硬度为与软钢同等程度的硬度。由此，能够在熔融部4b附近使钢板界面4软化。换言之，能够在熔融部4b附近改善钢板界面4的融合(扩大接触面积)。因而，能够形成充分大的熔融部4b的同时抑制在钢板焊接时产生喷溅。另外，根据本实施方式，能够利用由电极2a、2b进行的点焊形成通电点4a。因而，可以不为了形成通电点4a而设置其他的构件(例如、压头等)。即，根据本实施方式的电阻点焊方法，不将焊接过程中的加压力和/或通电量在焊接中途以两个阶段以上进行变更，不使焊机的构造复杂，并且能够在抑制在钢板焊接时产生喷溅的同时形成充分大的熔融部4b。另外，可抑制在焊接时产生喷溅，因此，能够使上限电流(不产生喷溅就能够获得健全的熔核的焊接电流的最大值)相对于下限电流(上述焊接电流的最小值)足够大。即，能够充分地确保正常电流范围。

此外，在本实施方式中，在距通电点4a的水平方向上的距离W(通电点中心和熔融部中心之间的距离)为20mm以内的范围内形成熔融部4b。通过如此设定距离W，能够充分地促进熔融部4b附近的发热，能够在熔融部4b附近使钢板1a、1b高效地软化。

为了在熔融部4b附近使钢板1a、1b更高效地软化，优选在距通电点4a的水平方向上的距离W为15mm以内的范围内形成熔融部4b。不过，若使距离W过窄，则流经通电点4a的电流C2变得过大，熔融部4b变小，因此，优选水平方向上的距离W为10mm以上。

焊接条件能够根据钢板1a、1b的厚度以及强度等适当地调整。在钢板1a、1b分别为厚度1.4mm的590MPa级的高张力钢板的情况下，例如，在预备工序中，将电极2a、2b的按压力(加压力)设定为3.5kN，将在电极2a、2b之间流动的焊接电流C设定为3.0kA～4.0kA，将通电时间设定为16个周期(267msec)，将通电后的保持时间设定为10个周期(167msec)。另外，在焊接工序中，将电极2a、2b的按压力(加压力)设定为3.5kN，将在电极2a、2b之间流动的焊接电流C设定为5.9kA～9.4kA，将通电时间设定为16个周期(267msec)，将保持时间设定为10个周期(167msec)。

此外，通电点4a的直径在设计上既可以小于也可以大于熔融部4b所要求的直径(例如、4√t。其中，t是构成板组的两张钢板的最小板厚(mm))。不过，若通电点4a变得过小，则所谓的“集中电阻：constriction resistance”的影响变大，有可能无法充分地获得向通电点4a流动的支流。因此，优选将通电点4a的直径设为1mm以上。

在反复进行电阻点焊的情况下，作为接着上述焊接工序的连续工序，如图2所示，不新形成通电点，能够将已经形成的熔融部4b用作通电点来进行点焊。具体而言，以在距熔融部4b的水平方向上的距离W为20mm以内(优选的是，10mm以上且15mm以内)的范围内形成新的熔融部4c的方式配置电极2a、2b并进行通电。在该情况下，在电极2a、2b之间，焊接电流C的一部分(电流C2)向熔融部4b流动，因此，能够促进熔融部4c附近的发热，能够在熔融部4c附近使钢板1a、1b软化。由此，能够在熔融部4c附近减小钢板界面4处的接触电阻，能够防止在熔融部4c处发热变得过大。其结果，能够防止在钢板焊接时产生喷溅。在连续工序中，还能够以将熔融部4c用作通电点且在距熔融部4c的水平方向上的距离W为20mm以内(优选的是，10mm以上且15mm以内)的范围内形成新的熔融部(未图示)的方式进行点焊。通过以上那样操作，能够连续地形成多个熔融部。例如，对于图4的汽车构造构件，能够通过在先形成的熔融部的20mm以内的范围内反复进行电阻点焊来制造。此外，也可以是，在上述连续工序中，使用已经形成的通电点4a而在该通电点4a的周围连续地形成新的熔融部。另外，也可以是，不执行上述连续工序，而是形成新的通电点4a的同时反复进行电阻点焊。

在上述的实施方式中，对形成界面熔融接合而成的通电点4a的情况进行了说明，但也可以形成界面不熔融的压接状态的通电点。在形成压接状态的通电点的情况下，也与上述的通电点4a同样地优选通电点的直径为1mm以上。换言之，优选钢板1a和钢板1b之间的压接部(钢板界面中的成为通电点的部分)的大小为直径1mm的圆以上的大小。

＜参考例＞

以下，将与本发明的实施方式不同，但也是形成通电点来接合板组的电阻点焊方法的另一个例子作为参考例进行说明。图3是用于说明参考例的电阻点焊方法的图。在本参考例中，例如，如图3的(a)所示，在钢板1a的下表面设有一对突起部6a、6b，在使突起部6a、6b与钢板1b的上表面接触了的状态下，用电极2a、2b夹持层叠体10。接着，如图3的(b)所示，作为预备工序，用一对电极2a、2b按压层叠体10的同时，作为焊接工序，向电极2a、2b之间通电(参照空心箭头C)而在钢板界面4形成熔融部4d。这样一来，能够将钢板1a、1b接合起来。

在本参考例中，突起部6a、6b被压接于钢板1b，因此，在突起部6a、6b和钢板1b之间的接触部形成通电点5a、5b。由此，焊接电流C在电极2a、2b之间产生支流，其一部分流经通电点5a、5b(参照空心箭头C2、C3)。具体而言，在电极2a、2b之间流动有从电极2a直接朝向电极2b的电流C1、从电极2a经由通电点5a朝向电极2b的电流C2、以及从电极2a经由通电点5b朝向电极2b的电流C3。电流C2、C3如此流经通电点5a、5b，因此，能够促进熔融部4d附近的发热，能够在熔融部4d附近使钢板1a、1b软化。由此，能够在熔融部4d附近缩小钢板界面4处的接触电阻，能够防止在熔融部4d处发热变得过大。其结果，能够在抑制在钢板焊接时产生喷溅的同时形成充分大的熔融部4d。此外，在本参考例中，也能够通过执行上述的连续工序，针对没有形成有突起部6a、6b的部分连续地进行点焊。

在本参考例中，也与通过图1、2进行了说明的电阻点焊方法同样地，将通电点5a、5b和熔融部4d之间的水平方向上的距离W(通电点中心和熔融部中心之间的距离)设定在20mm以内。通过如此设定距离W，能够充分地促进熔融部4d附近的发热，能够在熔融部4d附近使钢板1a、1b高效地软化。在本参考例中，将电极2a、2b的轴心和突起部6a的顶端部(与钢板1b接触的接触部)之间的水平方向上的距离，以及电极2a、2b的轴心和突起部6b的顶端部(与钢板1b接触的接触部)之间的水平方向上的距离分别设定在20mm以内。优选熔融部4d形成于距通电点5a、5b的水平方向上的距离W为10mm以上且15mm以内的范围。

在上述的参考例中，对在钢板1a设有突起部6a、6b的情况进行了说明，但突起部设于至少一个钢板即可。因而，也可以不是在钢板1a而是在钢板1b设有突起部。另外，也可以分别在钢板1a、1b设有突起部。另外，突起部的数量并不限定于上述的例子，既可以仅置有一个突起部，也可以设有三个以上的突起部。

此外，突起部6a、6b和钢板1b之间的压接部也可以在焊接过程中从压接状态变化成熔融接合状态，在该情况下，也能够维持通电点5a、5b的功能。另外，也可以是，替代突起部6a、6b，配置与突起部6a、6b同样的大小的分隔件，通过使该分隔件和钢板1a、1b压接来形成通电点。

本发明的电阻点焊方法能够很好地利用于由两张高张力钢板构成并且满足上述的(i)式的层叠体的焊接，也能够很好利用于由软钢板和高张力钢板构成并且满足上述的(i)式的层叠体(例如，汽车用钢板)的焊接。

实施例

为了确认本发明的效果，准备各种结构的层叠体，以使用图1所进行说明的方法来进行电阻点焊，对不产生喷溅而能够形成充分大的熔融部的电流值的范围(正常电流范围)进行了测定。作为电极2a、2b，分别使用了顶端直径6mm的DR型电极(DR40)。此外，在以下的说明中，充分大的熔融部是指，熔核直径为4√t(mm)以上的熔融部(t是指第1钢板的板厚以及第2钢板的板厚中的最小值(mm)。)。

在本实施例中，如下述的表1所示，准备了上述(i)式的左边的值不同的四种层叠体(层叠体No.1～No.4)。并且，在各层叠体中，将距离W(参照图1的(b))设定为15mm、20mm、25mm以及30mm来进行电阻点焊，测定了正常电流范围。另外，也对在各层叠体中进行了单点焊接(不进行预备焊接的以往的电阻点焊)的情况的正常电流范围进行了测定。在下述的表1示出了各层叠体的结构、焊接条件以及正常电流范围的测定结果。此外，在表1中，以单点焊接的正常电流范围为1.00，将各条件下的正常电流范围标准化后示出。在本实施例中，在能够将正常电流范围比单点焊接的正常电流范围扩大20％以上的情况下，判断为能够确保充分的正常电流范围。

[表1]

如表1所示，在各层叠体中，通过将通电点和熔融部之间的距离W设定为20mm以内，能够将正常电流范围比单点焊接的正常电流范围扩大了20％以上。因此可知：根据以通电点和熔融部之间的距离设定为20mm以内为一个特征的本发明，与单点焊接相比，能够充分地扩大正常电流范围。即，可知：根据本发明，能够在抑制喷溅的产生的同时容易地形成充分大的熔融部。

此外，在所述的实施例中，都使用单级通电法作为通电条件，但本发明的电阻点焊方法的通电条件并不限定于单级通电法。另外，应用本发明的板组(层叠体)并不限定于仅由高张力钢板构成的板组。即，根据本发明，能够获得对于满足上述(i)式的任意的板组扩大正常电流范围的效果。

产业上的可利用性

根据本发明，在对由两张钢板构成的层叠体进行电阻点焊时，不将焊接过程中的加压力和/或通电量在焊接中途以两个阶段以上进行变更，不使焊机的构造复杂，并且能够充分地确保正常电流范围。因而，本发明对于制造将两张钢板层叠而成的板组尤其是制造汽车构造构件时的电阻点焊是最适合的。

附图标记说明

1a、1b、钢板；2a、2b、电极；4、钢板界面；4a、5a、5b、通电点；4b、4c、4d、熔融部；6a、6b、突起部；10、层叠体；20、支柱；21、层叠体；22、凸缘；23、焊接部；C、焊接电流；C1、C2、C3、电流；W、通电点和熔融部之间的距离；t1、t2、钢板的厚度。

Claims (3)

1.一种电阻点焊方法，在该电阻点焊方法中，用一对电极夹持由第1钢板以及第2钢板构成并且满足下述的(i)式的层叠体，通过按压的同时通电而在钢板界面形成熔融部，从而将钢板接合起来，其中，

该电阻点焊方法包括：

预备工序，在该预备工序中，用所述一对电极夹持所述层叠体，通过按压的同时通电而在钢板界面形成通电点；

焊接工序，以在距该通电点的水平方向上的距离为10mm以上且20mm以内的范围内形成熔融部的方式进行点焊，并且，在所述第1钢板和所述第2钢板的在所述通电点和所述熔融部之间的部分不形成狭缝，

(TS1×t1+TS2×t2)/(t1+t2)≥440···(i)

其中，在(i)式中，

TS1表示第1钢板的抗拉强度(MPa)，

t1表示第1钢板的板厚(mm)，

TS2表示第2钢板的抗拉强度(MPa)，

t2表示第2钢板的板厚(mm)。

2.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其中，

该电阻点焊方法还具有连续工序，在该连续工序中，以在距所述通电点或所述熔融部的水平方向上的距离为10mm以上且20mm以内的范围内形成新的熔融部的方式反复进行点焊。

3.一种焊接构造物，其中，

该焊接构造物是通过权利要求1或2所述的方法获得的。