CN107427953B - 电阻点焊方法及焊接接头 - Google Patents

Abstract

提供一种能够抑制喷溅的发生并形成大的熔核(6)的电阻点焊方法。本发明的电阻点焊方法是将两张以上的钢板(1、2)重叠而进行电阻点焊的方法，通电开始后的加压力(F)相对于初期加压力(Fi)，在从通电开始起的经过时间为20ms以上且80ms以下之间成为加压力Fh(1)(1.03×Fi≤Fh(1)≤1.15×Fi)后，进行20ms以上且60ms以下的通电的停止，然后，在加压力F成为加压力Fc(1)(1.01×Fi≤Fc(1)≤0.99×Fh(1))之后，再次开始通电。

Description

电阻点焊方法及焊接接头

技术领域

本发明涉及作为搭接电阻焊接法的一种的电阻点焊方法及由此制造的焊接接头。

背景技术

近年来，为了实现车身的可靠性提高和以燃油经济性改善为目的的车身重量的减轻，钢板的高强度化不断进展。通过高强度钢板的采用，与现有钢相比，即便薄壁化、轻量化也能得到同等程度的车身刚性。然而，也指出了若干的课题。其中之一是焊接部强度下降的情况。

电阻点焊如图1所示，利用上下一对电极(下方的电极4和上方的电极5)将重叠的2张以上的钢板(在此为下方的钢板1和上方的钢板2的2张钢板组)的板组3夹持，一边加压一边通电，由此使钢板1、2的接触部熔融，形成所需尺寸的熔核6，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、或者剪切拉伸强度(接头的沿剪切方向进行了拉伸试验时的强度)或十字拉伸强度(接头的沿剥离方向进行了拉伸试验时的强度)、疲劳强度的大小等来评价。尤其是伴随着高强度化而钢板中的C量处于增加的倾向。另一方面，在C量多的高强度钢板中，已知十字拉伸强度下降的情况。

作为在使用了高强度钢板的情况下用于确保十字拉伸强度的方法，从焊接法的观点出发，可考虑熔核直径的扩大。然而，通常为了增大熔核而需要提高电流，此时发生喷溅的可能性变高。在发生喷溅的情况下，熔核反而缩小，成为接头强度的下降要因。

尤其是在汽车用钢板的表面，以防锈为目的，进行以锌为主成分的镀锌处理。已知在钢板具有这样的镀锌层的情况下，在汽车组装时向汽车适用电阻点焊之际，容易发生喷溅，因此难以确保大的熔核。

作为现有技术，专利文献1公开了在3张重叠的钢板中形成熔核的方法。根据该方法，公开了如下情况：在进行了一级的焊接之后，使第二级以后的焊接为通电/停止的脉动状，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中公开了如下的情况：在表面上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，在上行斜率通电后，利用板厚来规定以一定的电流维持的时间，由此能够形成稳定的熔核。

此外，在专利文献3中记载了如下情况：在锌系镀敷钢板中通过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中公开了如下情况：在锌系镀敷钢板中，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，在实际的汽车组装中的焊接现场，存在意外的板隙等施工干扰，会给熔核的形成造成影响。在专利文献1～4记载的方法中，在施工干扰存在的情况下，存在难以确保稳定的熔核直径这样的课题。

本发明解决上述的课题，其目的在于提供一种抑制喷溅的发生，形成大的熔核，由此即使在板隙等施工干扰存在的情况下，也能够确保稳定的熔核直径的电阻点焊方法及由此制造的焊接接头。

用于解决课题的方案

发明者们关于包含高强度钢板的板组的电阻点焊反复进行了研讨。在研讨时，实时测定了在焊接中向电极间施加的加压力。具体而言，使用上电极由伺服焊枪能够以指定值(称为指定加压力)进行加压力的设定的加压机构，实时测定了焊接中的向电极间施加的载荷值(计测加压力，或仅称为加压力)。此时，在伺服焊枪中，计测到指定加压力与焊接中的向电极间施加的加压力产生差异的情况。

通常，在伺服控制的电阻点焊机中，通电前的向电极间施加的加压力即初期加压力与指定加压力大致相等，在之后的焊接中，向电极间施加的加压力利用电极筒的摩擦力来抑制电极的移动，比指定加压力升高。

其结果是，可知在喷溅的发生与加压力之间存在密切的关系。具体而言，在初期的通电中，在加压力急增的情况下，如果超过一定的值，则发生喷溅。然而，如果之后使通电停止，使加压力减少后再次通电，则即使成为比最初的通电时高的加压力，也未发生喷溅。

通过该研讨得到的结果的一例如图2及图3所示。图2是表示反复进行通电与停止而进行了电阻点焊时的加压力相对于初期加压力的变化的图。图3是表示以一定电流通电而进行电阻点焊时的加压力相对于初期加压力的变化的图。需要说明的是，在该实验中，将在通电前进行10周期(200ms)左右的加压且成为稳定状态之后的通电开始1周期(20ms)间的平均加压力称为初期加压力。

如图2所示，在反复进行通电与停止的情况下，喷溅未发生，得到的熔核直径也大。另一方面，如图3所示，在以一定电流持续通电的情况下，发生喷溅，熔核直径变小。

其机理可以如下这样考虑。在通电初期，熔核急剧形成而膨胀，由此计测加压力增大。喷溅发生可认为在熔核周围的加压状态变得不充分时产生，因此在通电中的计测加压力成为一定值以上的情况下，熔核周围的加压相对下降，可认为会导致喷溅的发生。另一方面，在加压力的增大较小的情况下，表现出熔核形成引起的热膨胀小的情况，结果是成为熔核直径不充分的原因。

并且，当使该通电停止时，熔核凝固收缩，计测加压力下降。伴随于此，因传热而向周围传递热量，由此熔核周围的部分的温度上升而软化，能确保基于电极的加压状态，可认为能抑制喷溅。然而，当从通电停止起经过时间而冷却进展时，在接下来的通电中难以形成熔核。

根据以上的研讨，发明者们活用上述的现象，进行了如下研讨：通过控制加压力是否能够没有喷溅发生地形成大的熔核直径。其结果是，得到了如下的见解：在通电初期反复进行通电与停止，通过适当地控制在此期间的加压力，能够抑制喷溅的发生，并最终能够增大熔核直径。

本发明立足于上述的见解，具有以下的特征。

[1]一种电阻点焊方法，是将两张以上的钢板重叠而进行电阻点焊的方法，其中，

相对于初期加压力Fi，通电开始后的加压力F在从通电开始起的经过时间为20ms以上且80ms以下之间成为式(1)所示的加压力F_h ⁽¹⁾后，进行20ms以上且60ms以下的通电的停止，

然后，在加压力F成为式(2)所示的加压力F_c ⁽¹⁾后，再次开始通电。

1.03×Fi≤F_h ⁽¹⁾≤1.15×Fi (1)

1.01×Fi≤F_c ⁽¹⁾≤0.99×F_h ⁽¹⁾ (2)

[2]根据[1]记载的电阻点焊方法，其中，进而，

在所述通电的停止之后，反复进行一次以上的20ms以上且80ms以下的通电和20ms以上且60ms以下的停止，

相对于刚进行第(N-1)次停止之后的加压力F_c ^(N-1)，在加压力F由于第N次通电而成为式(3)所示的加压力F_h ^(N)后，使通电停止，

然后，在加压力F达到式(4)所示的加压力F_c ^(N)后，再次开始通电。

1.04×F_c ^(N-1)≤F_h ^(N)≤1.15×F_c ^(N-1) (3)

F_c ^(N-1)≤F_c ^(N)≤0.99×F_h ^(N) (4)

N：2以上的自然数

[3]根据[1]或[2]记载的电阻点焊方法，其中，

最后的通电时间为100ms以上且300ms以下。

[4]根据[1]～[3]中任一项记载的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板具有0.15≤C≤0.30(质量％)、1.9≤Mn≤5.0(质量％)、0.2≤Si≤2.0(质量％)的成分。

[5]根据[1]～[4]中任一项记载的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板为拉伸强度980MPa以上。

[6]根据[1]～[5]中任一项记载的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张的钢板在表面具有以锌为主成分的镀敷层。

[7]一种焊接接头，利用[1]～[6]中任一项记载的电阻点焊方法来制造。

发明效果

根据本发明，对于将多张钢板重叠而成的板组实施电阻点焊方法时，能够抑制喷溅的发生，并形成大的熔核。

附图说明

图1是表示电阻点焊的概要的图。

图2是表示反复进行通电与停止而进行了电阻点焊时的加压力相对于初期加压力的变化的图。

图3是表示以一定电流通电而进行了电阻点焊时的加压力相对于初期加压力的变化的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。

本发明的电阻点焊方法如图1所示，利用上下一对电极4、5将重叠钢板1、2而形成的板组3夹持，一边加压一边通电，形成所需尺寸的熔核6而得到焊接接头。

本发明是将钢板重叠而进行电阻点焊的方法，如下所述地控制电极间的加压力F。

相对于初期加压力Fi，通电开始后的加压力F在从通电开始起的经过时间为20ms以上且80ms以下之间成为式(1)所示的加压力F_h ⁽¹⁾后，进行20ms以上且60ms以下的通电的停止，

然后，加压力F成为式(2)所示的加压力F_c ⁽¹⁾后，再次开始通电。

1.03×Fi≤F_h ⁽¹⁾≤1.15×Fi (1)

1.01×Fi≤F_c ⁽¹⁾≤0.99×F_h ⁽¹⁾ (2)

F_h ⁽¹⁾如果比1.03×Fi小，则无法充分地得到熔核附近的加压，喷溅的发生概率升高，如果高于1.15×Fi，则会阻碍熔核的生长。F_c ⁽¹⁾如果低于1.01×Fi，则冷却进展，接下来的加热产生的效果变小，如果高于0.99×F_h ⁽¹⁾，则熔核的温度高，在再通电时喷溅发生的可能性升高。

需要说明的是，初期加压力Fi使用了在通电前进行10周期(200ms)左右的加压且成为稳定状态之后的通电开始1周期(20ms)间的平均加压力。通电刚开始之后的加压力与对伺服焊枪设定的加压力(指定加压力)大致相等，因此也可以将指定加压力作为初期加压力Fi。或者，也可以将从通电开始起0ms～20ms的平均加压力作为初期加压力Fi。

另外，在本发明中，在上述的通电的停止后，进而反复进行1次以上的20ms以上且80ms以下的通电和20ms以上且60ms以下的停止。

此时，相对于刚进行第(N-1)次停止后的加压力F_c ^(N-1)，加压力F由于第N次通电而成为式(3)所示的加压力F_h ^(N)后，使通电停止，然后，在加压力F达到式(4)所示的加压力F_c ^(N)时，再次开始通电。N为2以上的自然数。

1.04×F_c ^(N-1)≤F_h ^(N)≤1.15×F_c ^(N-1) (3)

F_c ^(N-1)≤F_c ^(N)≤0.99×F_h ^(N) (4)

F_h ^(N)如果小于1.04×F_c ^(N-1)，则无法充分地得到熔核附近的加压，喷溅的发生概率升高，如果高于1.15×F_c ^(N-1)，则会阻碍熔核的生长。F_c ^(N)如果低于F_c ^(N-1)，则冷却进展，因此接下来的加热产生的效果变小，如果高于0.99×F_h ^(N)，则熔核的温度高，在再通电时喷溅发生的可能性升高。

需要说明的是，在本发明中，最后的通电时间优选为100ms以上且300ms以下。在小于100ms的情况下，熔核形成变得不充分。超过300ms的时间的通电除了会使施工性恶化之外，对于熔核形成的贡献也小。最后的通电时间只要在上述的范围内，对应于最初的通电、之后的通电与停止的反复所花费的时间而选择最适的通电时间即可。

作为实施本发明的点焊方法的焊接装置，只要具备上下一对电极，利用该一对电极将进行焊接的部分夹持，进行加压、通电，而且具有能够任意地控制焊接中的焊接电流的焊接电流控制装置即可。需要说明的是，加压机构(气缸或伺服电动机等)、电流控制机构(交流或直流等)、形式(定置式、机器人焊枪等)等没有特别限定。

在实施本发明的点焊方法时，可以构成为，在上述那样的焊接装置设置能够测定加压力F的装置，一边测定通电中的加压力F，一边基于其测定结果来控制加压力F。具体而言，在C焊枪类型的焊接装置的保持有上电极和下电极的臂上设置应变仪。并且，通过检测通电中的臂的应变，来检测向电极间施加的力，只要将向该电极间施加的力作为加压力即可。

需要说明的是，在实施本发明的点焊方法时，通电中的加压力F的实时测定并非必须，也可以对于某板组预先进行实验，在取得了能够适当地控制加压力F的通电/停止模式之后，使用取得的通电/停止模式，进行与预先进行了试验的板组同样的板组的焊接。

本发明优选适用于包含镀锌钢板或高强度钢板的多张的板组的焊接方法。镀锌钢板或高强度钢板与通常的钢板相比，容易发生以板隙为起因的喷溅。然而，本发明具有能够抑制喷溅的发生这样的效果，因此如果适用于包含至少1张这样的钢板的板组的焊接，则更加有效。

因此，即便进行焊接的板组中的至少1张钢板是拉伸强度为980MPa以上的高强度钢板，也能够抑制喷溅的发生，并形成大的熔核直径。

即使进行焊接的板组中的至少1张钢板是具有0.15≤C≤0.30(质量％)、1.9≤Mn≤5.0(质量％)、0.2≤Si≤2.0(质量％)的成分的高强度钢板，也能够抑制喷溅的发生，并形成大的熔核直径。

另外，即使进行焊接的板组中的至少1张钢板是镀锌钢板，也能够抑制喷溅的发生，并形成大的熔核直径。需要说明的是，镀锌钢板表示具有以锌为主成分的镀敷层的钢板，以锌为主成分的镀敷层包括以往公知的全部镀锌层。具体而言，作为以锌为主成分的镀敷层，以熔融镀锌层、电镀锌层为首，包括镀Al层、镀Zn-Al层、Zn-Ni层等。

本发明的电阻点焊方法如上所述，一边适当地控制通电中的加压力，一边进行通电与停止，由此能够抑制喷溅的发生，并形成大的熔核。因此，即使在板隙等施工干扰存在的情况下，也能够稳定地确保熔核直径。

实施例1

作为本发明的实施例，如前述的图1所示，对于重叠2张合金化熔融镀锌钢板(下方的钢板1、上方的钢板2)而成的板组3，使用安装于C焊枪的伺服电动机加压式且具有直流电源的电阻焊机进行电阻点焊，制造了电阻点焊接头。

此时的通电以表1所示的条件进行。

另外，作为电极4、5，使用了前端的曲率半径R40mm、前端直径8mm的氧化铝弥散铜的DR型电极。此外，作为试验片，使用了拉伸强度980MPa级的板厚1.2mm及2.0mm、1470MPa级的板厚2.0mm的高强度钢板。将相同种类及板厚的钢板重叠2张而进行了焊接。

通电中的加压力使用安装于C焊枪的应变仪进行了测定。以使计测加压力成为规定的值的方式使加压力变化。

表1示出关于进行焊接时的喷溅发生的有无及熔核直径进行了研究的结果。需要说明的是，熔核直径利用切断截面的蚀刻组织进行了评价。熔核直径的评价将板厚设为t(mm)，以5.5√t以上为○，以小于5.5√t为×。即，将熔核直径5.5√t以上设定为适当直径。

[表1]

在表1中，I₁(kA)是第一通电的电流值，T₁(ms)是第一通电的通电时间，F_h ⁽¹⁾/F_i是加压力F_h ⁽¹⁾相对于初期加压力Fi之比。而且，Tc₁(ms)是第一停止的时间，F_c ⁽¹⁾/F_i是加压力F_c ⁽¹⁾相对于初期加压力Fi之比，F_c ⁽¹⁾/F_h ⁽¹⁾是再次开始通电的加压力F_c ⁽¹⁾相对于停止通电的加压力F_h ⁽¹⁾之比。而且，I₂(kA)是第二通电的电流值，T₂(ms)是第二通电的通电时间。

如表1所示可知，在按照本发明进行电阻点焊的情况下，与比较例相比，没有喷溅的发生，而且形成适当直径的熔核。

实施例2

作为本发明的实施例，对于重叠3张合金化熔融镀锌钢板而成的板组，使用安装于C焊枪的伺服电动机加压式且具有直流电源的电阻焊机进行电阻点焊，制造了电阻点焊接头。

此时的通电按照表2所示的条件进行。

另外，作为电极4、5，使用了前端的曲率半径R40mm、前端直径8mm的氧化铝弥散铜的DR型电极。此外，作为试验片，使用了980MPa级的板厚1.2mm、1470MPa级的板厚1.2mm的高强度钢板。将相同种类及板厚的钢板重叠3张而进行了焊接。

通电中的加压力使用安装于C焊枪的应变仪进行了测定。以使计测加压力成为规定的值的方式使加压力变化。

表2示出关于进行焊接时的喷溅发生的有无及熔核直径进行了研究的结果。需要说明的是，熔核直径利用切断截面的蚀刻组织进行了评价。熔核直径的评价将板厚设为t(mm)，以以上为○，以小于为×。即，将熔核直径以上设定为适当直径。

此外，将相同试验反复进行10次，评价了其熔核直径的变动。以得到适当直径且熔核直径的变动的幅度为以下的情况为◎。

[表2]

在表2中，I₁(kA)是第一通电的电流值，T₁(ms)是第一通电的通电时间，F_h ⁽¹⁾/F_i是加压力F_h ⁽¹⁾相对于初期加压力Fi之比。而且，Tc₁(ms)是第一停止的时间，F_c ⁽¹⁾/F_i是加压力F_c ⁽¹⁾相对于初期加压力Fi之比，F_c ⁽¹⁾/F_h ⁽¹⁾是再次开始通电的加压力相对于停止通电的加压力之比。同样，F_h ⁽²⁾/F_c ⁽¹⁾是第二通电后的通电停止时的加压力相对于刚进行第一次停止后的加压力之比，F_c ⁽²⁾/F_c ⁽¹⁾是刚进行第二次停止后的加压力相对于刚进行第一次停止后的加压力之比，F_c ⁽²⁾/F_h ⁽²⁾是刚进行第二次停止后的加压力相对于第二通电后的通电停止时的加压力之比，I₂(kA)及I₃(kA)是第二及第三通电的电流值，T₂(ms)及T₃(ms)是第二及第三通电的通电时间，Tc₂(ms)是第二停止的时间。

如表2所示可知，在按照本发明进行电阻点焊的情况下，与比较例相比，没有喷溅的发生，而且形成适当直径的熔核。此外，通过将第二通电作为本发明方法的条件，与不是如此的情况相比，表现出熔核直径稳定化的效果。

标号说明

1 下方的钢板

2 上方的钢板

3 板组

4 下方的电极

5 上方的电极

6 熔核

Claims (18)

1.一种电阻点焊方法，是将两张以上的钢板重叠而进行电阻点焊的方法，其中，

相对于初期加压力Fi，通电开始后的加压力F在从通电开始起的经过时间为20ms以上且80ms以下之间成为式(1)所示的加压力F_h ⁽¹⁾后，进行20ms以上且60ms以下的通电的停止，

然后，在加压力F成为式(2)所示的加压力F_c ⁽¹⁾后，再次开始通电，

1.03×Fi≤F_h ⁽¹⁾≤1.15×Fi (1)

1.01×Fi≤F_c ⁽¹⁾≤0.99×F_h ⁽¹⁾ (2)。

2.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其中，进而，

在所述通电的停止之后，反复进行一次以上的20ms以上且80ms以下的通电和20ms以上且60ms以下的停止，

相对于刚进行第(N-1)次停止之后的加压力F_c ^(N-1)，在加压力F由于第N次通电而成为式(3)所示的加压力F_h ^(N)后，使通电停止，

然后，在加压力F达到式(4)所示的加压力F_c ^(N)后，再次开始通电，

1.04×F_c ^(N-1)≤F_h ^(N)≤1.15×F_c ^(N-1) (3)

F_c ^(N-1)≤F_c ^(N)≤0.99×F_h ^(N) (4)

N：2以上的自然数。

3.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其中，

最后的通电时间为100ms以上且300ms以下。

4.根据权利要求2所述的电阻点焊方法，其中，

最后的通电时间为100ms以上且300ms以下。

5.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板具有0.15≤C≤0.30(质量％)、1.9≤Mn≤5.0(质量％)、0.2≤Si≤2.0(质量％)的成分。

6.根据权利要求2所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板具有0.15≤C≤0.30(质量％)、1.9≤Mn≤5.0(质量％)、0.2≤Si≤2.0(质量％)的成分。

7.根据权利要求3所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板具有0.15≤C≤0.30(质量％)、1.9≤Mn≤5.0(质量％)、0.2≤Si≤2.0(质量％)的成分。

8.根据权利要求4所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板具有0.15≤C≤0.30(质量％)、1.9≤Mn≤5.0(质量％)、0.2≤Si≤2.0(质量％)的成分。

9.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板为拉伸强度980MPa以上。

10.根据权利要求2所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板为拉伸强度980MPa以上。

11.根据权利要求3所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板为拉伸强度980MPa以上。

12.根据权利要求4所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板为拉伸强度980MPa以上。

13.根据权利要求5所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板为拉伸强度980MPa以上。

14.根据权利要求6所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板为拉伸强度980MPa以上。

15.根据权利要求7所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板为拉伸强度980MPa以上。

16.根据权利要求8所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张钢板为拉伸强度980MPa以上。

17.根据权利要求1～16中任一项所述的电阻点焊方法，其中，

两张以上的钢板中的至少一张的钢板在表面具有以锌为主成分的镀敷层。

18.一种焊接接头，利用权利要求1～17中任一项所述的电阻点焊方法来制造。