CN105792977A - 电阻点焊方法 - Google Patents

Abstract

在对将包括至少一张表面具有以锌为主成分的镀层的钢板的多张钢板重合而成的板组进行电阻点焊时，(1)在将重合的各钢板的合计厚度设为t，将上下电极的中心间的距离设为L时，在该t与L满足0.9×t≤L≤1.1×t这一关系式的状态下开始通电，(2)将通电分为正式通电和在此之前的初期通电，并将初期通电设为二级通电，将初期通电的第一级的通电中的电流值I₁设为与正式通电中的电流值I_m之间的关系下满足I_m×1.1≤I₁≤15.0kA的范围，将接下来的第二级的通电中的电流值I₂设为满足0≤I₂≤I_m×0.7的无通电或低电流通电，由此，在没有分散的发生的情况下稳定地形成具有充分的直径的熔核。

Description

电阻点焊方法

技术领域

本发明涉及作为重叠电阻焊接法的一种的电阻点焊方法。尤其是在被处理材料中包括表面具有镀锌的镀锌钢板和/或抗拉强度为780MPa以上的高强度钢板等的情况下，进而即使钢板间存在意料外的间隙(也称为板隙)的情况下，也没有分散等的发生而能实现适当的大小的熔融部(熔核)的形成。

背景技术

近年来，为了一并实现车身的可靠性提高和以大气污染物质的削减为目的的车身重量的减轻，正在推进钢板的高强度化。通过采用这样的高强度钢板，与以往的钢相比，即便是薄壁化、轻量化，也能得到同等程度的车身刚性。然而，这样的高强度钢板也被指出了若干问题。其中之一是车身组装中的焊接部的品质随着高强度化而降低。

如图1所示，电阻点焊是如下方法：利用上下一对电极(下方的电极4和上方的电极5)夹持重合的两张以上的钢板(在此为下方的钢板1和上方的钢板2的两张一组)的板组3，通过加压、通电而使接触部熔融，形成所需尺寸的熔核6，从而得到焊接接头。

这样得到的接头的品质通过熔核直径的大小或者剪切抗拉强度(沿着接头的剪切方向进行了拉伸试验时的强度)、十字抗拉强度(沿着接头的剥离方向进行了拉伸试验时的强度)、疲劳强度的大小等来进行评价。

作为用于在使用了高强度钢板的情况下确保接头强度的手段，从焊接法的观点出发，可考虑打点数的增加和/或熔核直径的扩大。然而，当使打点数增加时，除了分流的影响变大之外，还会导致作业时间的增加，从而使生产性恶化。另外，为了扩大熔核直径，不得不增大电极，或者为了防止焊接金属的飞散(分散)而不得不增加加压力。这样，不仅装置上的制约大，而且由于热影响部扩大，因此也存在母材性状受损的不利。

尤其是在适用于汽车的情况下，以防锈为目的而对钢板的表面进行以锌为主成分的镀锌处理。并且，在具有这样的镀锌层的情况下，已知：由于分散更容易发生，因此会给熔核的形成造成不良影响。

作为现有技术，在专利文献1中公开了在三张重叠的钢板中形成熔核的方法。根据该方法，在进行了第一级的焊接之后，将第二级以后设为冷却·通电的脉动状，由此，在薄板·厚板·厚板这样的三张重叠的板组中也能够形成充分的熔核直径。

另外，在专利文献2中，当焊接具有以原子数比计而含有50％以上且80％以下的Fe的合金化镀铝层的钢板时，通过板厚来规定上升斜率及以恒定的电流维持的时间，由此能够形成稳定的熔核。

而且，在专利文献3中，通过在锌系镀敷钢板中限定预备性的通电与熔核形成的时间比，能够确保一定的大小的熔核。

在专利文献4中，在锌系镀敷钢板中，在进行了预备性的通电之后，以比该电流值高的电流值反复进行冷却·通电，由此能够确保一定的大小的熔核。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4728926号公报

专利文献2：日本特开2011-167742号公报

专利文献3：日本专利第3849539号公报

专利文献4：日本专利第3922263号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在实际的汽车组装的焊接现场中，构件位置未必稳定，钢板的加压状态也未必恒定。关于这一点，由于专利文献1～4所记载的方法以板组通过电极而充分地加压·接触的状态为前提，因此在钢板间存在意料外的间隙(板隙)的情况下，存在会发生分散且难以确保满足条件的熔核直径的问题。

本发明有利地解决上述问题，其目的在于提供一种电阻点焊方法，即使在板组的一部分包括镀锌钢板或高张力钢板，而且在钢板间存在意料外的间隙且存在大小不同的各种间隙的情况下，即，即使在组板的板隙不同的情况下，也能够在没有分散的发生的情况下稳定地形成具有充分的直径的熔核。

用于解决课题的方案

发明人为了解决上述课题，针对包含高张力镀锌钢板的板组的电阻点焊中的板隙的影响反复进行了研究。

即，对板隙进行模拟，如图2所示，在钢板1、2间的单侧夹入绝缘体7，进行了各电流值下的焊接试验及此时的数值解析。

其结果，在板隙大而没有充分地加压·接触的状态下，在施加了低电流值的情况下，在钢板加热、软化而成为充分的加压状态之前需要相当长的时间。另一方面，观察到了如下现象：在施加了高电流值的情况下，若其通电时间短，则不会发生分散，在电极正下方及钢板接触面的外缘部会急剧发热而使钢板软化。可考虑其理由如下：尤其是在通电初期，钢板温度为室温或者即便受到来自其他焊接点的影响也充分低，因此固有电阻低，在施加了高电流通电的情况下，由电流密度实现的发热变得显著。

于是，发明人接着有效利用上述现象，研究了通过在用于形成熔核的正式通电之前施加规定的电流，是不是能够在没有分散的发生的情况下确保钢板间的接触。此时，由于长时间施加高电流当然会成为分散的发生原因，因此发明人研究了在中途降低电流这样的二级通电的效果。

作为供试钢板，使用了抗拉强度为780～1180MPa且板厚为1.0～1.6mm的高张力熔融镀锌钢板。另外，为了调整钢板间距离或电极间距离，将如图2所示的规定厚度的绝缘物7夹入钢板1、2之间而进行了实验。

其结果，弄清楚了：通过在短时间内通入与形成熔核所需的电流相比相对较高的电流值，能够大幅缩短电极间的距离，而且，在该高电流通电后，即便设为无通电或低电流通电也能维持其效果。可认为其理由如下：在通过最初的高电流通电而在电极正下方产生了由电流密度实现的发热之后，该热量通过传热而在钢板内传播。

另外，也弄清楚了：要想有效利用上述的高电流短时间通电时的由电流密度实现的发热，构成板组的钢板的合计厚度和电极间的距离也是重要的，在高电流短时间通电之前，需要预先将它们的关系调整成合适范围。

本发明立足于上述见解。

即，本发明的主旨结构如下。

1.一种电阻点焊方法，其中，

在通过一对电极来夹持将包括至少一张表面具有以锌为主成分的镀层的镀锌钢板或高张力钢板的多张钢板重合而成的板组，一边加压一边通电来进行接合的电阻点焊中，

(1)在将重合的各钢板的合计厚度为t，将电极对的中心间的距离设为L时，在该t与L满足0.9×t≤L≤1.1×t这一关系式的状态下开始通电；

(2)将通电分为正式通电和在此之前的初期通电，并将初期通电设为二级通电，将初期通电的第一级的通电中的电流值I₁设为与正式通电中的电流值I_m之间的关系满足I_m×1.1≤I₁≤15.0kA的范围，将第二级的通电中的电流值I₂设为满足0≤I₂≤I_m×0.7的无通电或低电流通电。

2.在前述1所记载的电阻点焊方法中，初期通电的第一级的通电中的通电时间T₁以及接下来的第二级的通电中的通电时间或无通电时间T₂满足10ms≤T₁≤100ms和10ms≤T₂≤100ms的范围。

3.在前述1或2所记载的电阻点焊方法中，将初期通电设为2k级(k：2以上的整数)的通电。

4.在前述3所记载的电阻点焊方法中，在实施成为2k级(k：2以上的整数)的通电的初期通电时，

初期通电的第2n+1级(n：1至k-1的整数)的通电中的电流值I_(2n+1)相对于第2n-1级的通电中的电流值I_(2n-1)及正式通电中的电流值I_m满足I_m≤I_(2n+1)≤I_(2n-1)的关系。

5.在前述1至4中任一项所记载的电阻点焊方法中，多张钢板中至少有一张是抗拉强度为780MPa以上的高张力镀锌钢板。

发明效果

根据本发明，在对将包括至少一张镀锌钢板或高张力钢板的多张钢板重合而成的板组实施电阻点焊方法时，即使在层叠钢板间产生了板隙的情况下，也能够在没有分散的发生的情况下形成具有充分的直径的熔核。这在产业上极其有用。

附图说明

图1是表示电阻点焊的结构的图。

图2是表示在钢板间的单侧夹入有绝缘体的状态的图。

图3是表示钢板的合计厚度t和上下电极的中心间距离L的图。

图4是根据本发明而表示成为两阶段通电的初期通电及正式通电中的电流波形的图。

图5是根据本发明而表示反复进行了成为两阶段通电的初期通电的情况下的电流波形的图。

具体实施方式

以下，基于附图，说明本发明的一实施方式。

如图1所示，本发明的电阻点焊方法是如下方法：利用上下一对电极4、5夹持将包括镀锌钢板和/或高张力钢板的多张钢板重合而成的板组3，一边加压一边进行通电，形成所需尺寸的熔核6而得到焊接接头。此外，在此，下方的钢板1和上方的钢板2这两张钢板中，钢板1是高张力镀锌钢板。

在本发明中，对于其对象，将板组中的至少一张设为镀锌钢板或高张力钢板。这是因为，镀锌钢板和高张力钢板与通常的钢板相比，容易发生以板隙为起因的分散。本发明在板组包含两张以上的镀锌钢板和/或高张力钢板的情况下更有效。

适于实施上述点焊的焊接装置只要具备上下一对电极并能够利用一对电极夹持焊接的部分而进行加压、通电，并且具有在焊接中能够分别任意地控制加压力及焊接电流的加压力控制装置及焊接电流控制装置即可。加压机构(气缸、伺服电动机等)、电流控制机构(交流、直流等)、形式(固定式、机器人焊枪等)等没有特别限定。

在本发明中，在通电开始时，图3(a)所示的重合的各钢板的合计厚度t和图3(b)所示的上下电极的中心间距离L预先形成为满足0.9×t≤L≤1.1×t这一式子的关系的状态的情况是重要的。

当L/t低于0.9时，是电极接触部宽大的状态，由通电实现的发热效果减小。另一方面，当L/t超过1.1时，会产生如下的不良情况：即使产生了由发热引起的软化，也无法确保板组间的接触部。优选的是0.9×t≤L≤1.0×t的范围。

上述设定假想了钢板间存在板隙的情况，但是作为上述板隙的原因，可考虑是例如在车身中由形状不匹配引起的凸缘的板隙等。但是，L/t>1.0的情况以焊接点附近存在钢板的接触部或已焊接点、或者构件整体为导体等的某些电流路径的情况为前提。在不存在电流路径的情况下，由于无法通电，因此即使根据本发明也难以进行焊接。

另一方面，关于通电开始后的L/t，没有特别限制，但是通常L/t随着由通电实现的钢板的软化而逐渐降低，在后一半通电中，L/t以形成的熔融部(熔核)的膨胀为起因而经过稍微变大的过程。

另外，在通电开始时附加的加压力通常为3.5～7.0kN左右。

另外，本发明的通电包括用于形成合适直径的熔核的正式通电和在此之前用于确保钢板的接触面积的初期通电。

而且，在本发明中，将上述初期通电设为两级通电，在第一级的通电中，使高电流流动短时间，在电极正下方产生由电流密度实现的发热而使钢板软化，由此缩短电极间的距离。作为接下来的第二级的通电，设为无通电或者使低电流流动短时间，使上述的由电流密度实现的发热在钢板内传播而使钢板进一步软化，从而实现电极间距离的进一步的缩短。

在此，初期通电的第一级的通电设为其电流值I₁与正式通电的电流值I_m的关系满足I_m×1.1≤I₁≤15.0kA的高电流通电，接下来的第二级的通电设为其电流值I₂满足0≤I₂≤I_m×0.7的无通电或低电流通电。

在图4中示出上述实施方式中的电流波形。

如该图所示，在本发明中，在由通电电流I_m、通电时间T_m构成的正式通电之前，实施由电流值为I₁、通电时间为T₁的第一级的通电和电流值为I₂、通电时间为T₂的第二级的通电构成的初期通电。

此外，在以两级或三级对正式通电进行控制的情况下，正式通电中的通电电流I_m取其平均值。

在此，当初期通电的第一级的通电中的电流值I₁小于I_m×1.1时，无法得到由电流密度实现的充分的发热。另一方面，当I₁超过15.0kA时，至少在具有镀锌层的高张力钢板中，无法避免分散的发生。从抑制热量输入过剩这样的观点出发，优选为I_m×1.1≤I₁≤12.0kA的范围。另外，当初期通电的第二级的通电中的电流值I₂超过I_m×0.7时，无法期望不会伴随有过度的温度上升的合适的传热。由此，第二级的通电的电流值I₂设为I₂＝0的无通电，或者设为满足I₂≤I_m×0.7的低电流通电。更优选的是0≤I₂≤I_m×0.5的范围。

另外，初期通电的第一级的通电中的通电时间T₁及第二级的通电中的通电时间或无通电时间T₂分别优选设为10ms≤T₁≤100ms和10ms≤T₂≤100ms的范围。

当T₁小于10ms时，无法得到由电流密度实现的充分的发热，另一方面，当超过100ms时，在镀锌钢板中发生分散的可能性大。另外，当T₂小于10ms时，无法得到充分的发热，难以进一步使钢板软化，另一方面，当超过100ms时，会产生由热量输入变得过大而引起的分散发生的问题。

T₁及T₂的更优选的范围分别为10ms≤T₁≤60ms和10ms≤T₂≤60ms。

而且，在本发明中，也可以将上述那样的初期通电设为2k级(k：2以上的整数)，通过该2k级的初期通电，即使初期的板隙大也能一边抑制分散的发生一边使钢板软化，能够实现熔核的扩大。在图5中示出该实施方式中的电流波形。

在实施这样的2k级的初期通电的情况下，优选，初期通电的第2n+1级(n：1至k-1的整数)的通电中的电流值I_(2n+1)相对于第2n-1级的通电中的电流值I_(2n-1)及正式通电的电流值I_m满足I_m≤I_(2n+1)≤I_(2n-1)的关系。

这是因为，当电流值I_(2n+1)比电流值I_(2n-1)增大时，可能会因急剧的热量输入而产生分散。

另外，当初期通电的第2n+2级(n：1至k-1的整数)的通电中的电流值I_(2n+2)超过I_m×0.7时，无法期望不会伴随有过度的温度上升的合适的传热。由此，第2n+2级的通电的电流值I_(2n+2)优选设为I_(2n+2)＝0的无通电，或者设为满足I_(2n+2)≤I_m×0.7的低电流通电。更优选的是0≤I_(2n+2)≤I_m×0.5的范围。

而且，初期通电的第2n+1级(n：1至k-1的整数)的通电中的通电时间T_(2n+1)及第2n+2级的通电中的通电时间或无通电时间T_(2n+2)分别优选设为10ms≤T_(2n+1)≤100ms和10ms≤T_(2n+2)≤100ms的范围。

当T_(2n+1)小于10ms时，无法得到由电流密度实现的充分的发热，另一方面，当超过100ms时，在镀锌钢板中发生分散的可能性大。另外，当T_(2n+2)不满足10ms时，无法得到充分的发热，难以进一步使钢板软化，另一方面，当超过100ms时，会产生由热量输入变得过大引起的分散发生的问题。

T_(2n+1)及T_(2n+2)的更优选的范围分别为10ms≤T_(2n+1)≤60ms和10ms≤T_(2n+2)≤60ms。

此外，如上所述，在实施2k级(k：2以上的整数)的初期通电的情况下，由于熔核的形成也在逐渐进行，因此相应地能够缩短正式通电的通电时间。

此外，在本发明中，以锌为主成分的镀层是指以往以来公知的全部的镀锌层，以熔融镀锌层、电镀锌层为首，包括Zn-Al镀敷层、Zn-Ni层等。

另外，在本发明中，高张力钢板以抗拉强度为780MPa以上的高张力钢板为对象。

实施例

(实施例1)

作为本发明的实施例，如前述的图1所示，使用安装于C焊枪的伺服电动机加压式的具有直流电源的电阻焊接机对将两张钢板(下方的钢板1、上方的钢板2)重叠而成的板组3进行电阻点焊，制作了电阻点焊接头。

此时的通电设为如图4所示的电流波形(以两级实施初期通电)，在表1所示的条件下进行。此外，加压力设为4.5kN，正式通电时间T_m设为恒定的14周期(280ms)。另外，在实验时，向钢板间插入绝缘体7，并将电极间距离调整成为规定的距离。

另外，作为电极4、5，使用了顶端的曲率半径为R40、顶端直径为6mm的氧化铝分散铜的DR型电极。此外，作为试验片，使用了780MPa级至1470MPa级的1.0mm至1.2mm的镀锌钢板。

表1示出在进行焊接时是否发生了分散以及熔核直径的调查结果。此外，熔核直径以切断断面的蚀刻组织进行了评价。关于熔核直径，以t为板厚而将5√t以上设为◎，将4√t以上且小于5√t设为○，将小于4√t设为×。在此，若熔核直径为4√t以上，则能得到充分的接合强度，因此将4√t以上作为合适直径。

[表1]

如表1所示，可知，在按照本发明进行了电阻点焊的情况下，与比较例相比，没有分散的发生，而且形成合适直径的熔核。

(实施例2)

与实施例1同样地进行电阻点焊，制作了电阻点焊接头。

但是，此时的通电设为如图4或图5所示的电流波形(初期通电以2级或4级来实施)，并在表2-1及表2-2所示的条件下进行。此外，加压力为4.5kN，正式通电时间T_m为10～14周期(200～280ms)。并且，向钢板间插入绝缘体，并将电极间距离调整成了规定的距离。

使用的电极与实施例1的情况下相同。钢板设为具有合金化熔融镀锌层的一张软钢与具有熔融镀锌层的两张高强度钢板的三张重叠板。

表2-2示出在进行焊接时是否发生了分散无及熔核直径的调查结果。关于熔核直径，以t为板厚而将5√t以上设为◎，将4√t以上且小于5√t设为○，将小于4√t为设为×。4√t以上为合适直径。

[表2-1]

[表2-2]

表2-2

熔核直径…将t设为板厚，5√t以上为◎，4√t以上且小于5√t为○，小于4√t为×

如表2所示，可知，在按照本发明进行了电阻点焊的情况下，与比较例相比，没有分散的发生，而且形成了合适直径的熔核。

另外，与仅进行了一次两阶段初期通电的实施例1相比，实施例2在如下方面更为优异：在有些条件下，即使最后的正式通电电流值低，也能够得到大的熔核直径。

(实施例3)

与实施例1同样地进行电阻点焊，制作了电阻点焊接头。

但是，此时的通电设为如图4或图5所示的电流波形(初期通电以两级、四级或六级来实施)，且在表3-1及表3-2所示的条件下进行。此外，加压力设为5.5kN，正式通电时间T_m设为10～18周期(200～360ms)。并且，向钢板间插入绝缘体，将电极间距离调整成了规定的距离。

使用的电极及钢板与实施例1的情况相同。

表3-2示出在进行焊接时是否发生了分散以及熔核直径的调查结果。关于熔核直径，以t为板厚而将5√t以上设为◎，将4√t以上且小于5√t设为○，将小于4√t设为×，特别地，将5.5√以上的情况设为“◎>5.5”。4√t以上为合适直径。

[表3-1]

[表3-2]

表3-2

熔核直径…将t设为板厚，5.5√t以上为◎(＞5.5)，5√t以上为◎，4√t以上且小于5√t为○，小于4√t为×

如表3-2所示，可知，在按照本发明进行了电阻点焊的情况下，与比较例相比，没有分散的发生，而且形成了合适直径的熔核。

而且，与仅进行了一次或两次两阶段初期通电的实施例1、2相比，在能够得到熔核直径扩大的效果这一点上得到了更优异的效果。

标号说明

1、2钢板

3板组

4、5电极

6熔核

7绝缘体

Claims (5)

1.一种电阻点焊方法，其中，

在通过一对电极来夹持将包括至少一张表面具有以锌为主成分的镀层的镀锌钢板或高张力钢板的多张钢板重合而成的板组，一边加压一边通电来进行接合的电阻点焊中，

(1)在将重合的各钢板的合计厚度设为t，将电极对的中心间的距离设为L时，在该t与L满足0.9×t≤L≤1.1×t这一关系式的状态下开始通电；

(2)将通电分为正式通电和在此之前的初期通电，并将初期通电设为二级通电，将初期通电的第一级的通电中的电流值I₁设为与正式通电中的电流值I_m之间的关系满足I_m×1.1≤I₁≤15.0kA的范围，将第二级的通电中的电流值I₂设为满足0≤I₂≤I_m×0.7的无通电或低电流通电。

2.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其中，

初期通电的第一级的通电中的通电时间T₁以及接下来的第二级的通电中的通电时间或无通电时间T₂满足10ms≤T₁≤100ms和10ms≤T₂≤100ms的范围。

3.根据权利要求1或2所述的电阻点焊方法，其中，

将初期通电设为2k级(k：2以上的整数)的通电。

4.根据权利要求3所述的电阻点焊方法，其中，

在实施成为2k级(k：2以上的整数)的通电的初期通电时，

初期通电的第2n+1级(n：1至k-1的整数)的通电中的电流值I_(2n+1)相对于第2n-1级的通电中的电流值I_(2n-1)及正式通电中的电流值I_m满足I_m≤I_(2n+1)≤I_(2n-1)的关系。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电阻点焊方法，其中，

多张钢板中至少有一张是抗拉强度为780MPa以上的高张力镀锌钢板。