CN107848062A - 电阻点焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供即便是在通过连续数百点的打点来进行焊接的情况下，也能够稳定地形成直径大的熔核，确保充分的十字拉伸强度的电阻点焊方法。本发明为对重合钢板而得到的板组进行电阻点焊的方法，进行主通电、在主通电之前进行预备通电、和在主通电之后进行后通电，在上述各通电之间设置停止通电的不通电时间，当将主通电的电流值设为Im[kA]、将通电时间设为Tm[ms]，将预备通电的电流值设为Ip[kA]、将通电时间设为Tp[ms]，将预备通电与主通电之间的不通电时间设为Tcp[ms]，将后通电的电流值设为Ir[kA]、将通电时间设为Tr[ms]，将主通电与后通电之间的不通电时间设为Tcr[ms]时，将每一个控制在规定的范围内。

Description

电阻点焊方法

技术领域

本发明涉及作为搭接电阻焊接(lap resistance welding)法的一种的电阻点焊方法，特别涉及谋求实现不发生喷溅等且形成大直径熔核(熔融部)的技术。

背景技术

近年来，为了同时实现车身的可靠性提高、和为了削减大气污染物质而减轻车身重量，正推进钢板的高强度化。通过采用高强度钢板，与以往的钢相比，即便进行薄壁化、轻量化也能得到同等程度的车身刚性。但是，人们还指出了若干课题。上述课题之一是车身组装过程中的焊接部的品质随着高强度化而降低。

电阻点焊是如下技术：如图1所示，用上下一对电极(下电极4和上电极5)夹持经重合后的2张以上钢板(这里，下钢板1和上钢板2的2张组合)的板组3，在加压的同时进行通电，从而使夹持部分熔融，形成必要尺寸的熔核(熔融部)6，从而得到焊接接头。

对于由此得到的焊接接头的品质而言，通过熔核直径的大小、或剪切拉伸强度(在接头的剪切方向上实施拉伸试验时的强度)、十字拉伸强度(在接头的剥离方向上实施拉伸试验时的强度)、疲劳强度的大小等来评价。特别的，在确保钢板的强度和延展性的方面，钢板中的C量具有增加的倾向，但已知的是，对于C的含有成分量多的高强度钢板而言，十字拉伸强度降低。

作为确保将包含高强度钢板的板组焊接所得的焊接接头的十字拉伸强度的方法，可考虑形成与以往相比直径更大的熔核。以往，当将板厚设为t时，认为熔核直径为5√t是充分的，但若考虑车身组装时的稳定性，则认为需要更大的熔核直径。特别的，已知下述现象：当车身组装时，通过连续数百点的打点而进行焊接，但是，在这其中，电极前端发生损耗，所得的熔核直径逐渐减小。上述问题可通过设定更大的熔核直径来解决。

此外，对于将包含高强度钢板的板组焊接而得到的焊接接头的熔核而言，还指出如下课题：即便确保了规定的熔核直径，相对于剥离方向载荷而脆性地断裂，十字拉伸强度变低。这是由于，高强度钢板的熔核经淬火而发生硬质化，韧性降低。

对于如上所述的课题，迄今为止，提出了各种各样的电阻点焊方法。

专利文献1中公开了如下方法：将焊接分为3步，在进行熔核生成的第1步中，通过使电流值渐变地增加，从而抑制由急剧的发热而引起的喷溅的发生。

专利文献2及3中公开了如下方法：具有通电工序，所述通电工序包含形成熔核的第1工序、使焊接电流比第1工序降低的第2工序、和使熔核扩大的第3工序，通过使第1工序及第2工序的电流值相对于第3工序的电流值降低，从而抑制第3工序的通电时的喷溅，在第3工序中，通过使电流脉动(pulsation)，从而在抑制喷溅发生的同时进一步使熔核扩大。

专利文献4的焊接方法为2阶段或3阶段的通电方式，相对于形成熔核的主通电即第2通电工序，将作为前通电的第1通电工序设为低电流，从而实现喷溅的抑制，通过将作为后通电的第3通电工序设为低电流，从而实现十字拉伸强度的提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003－236674号公报

专利文献2：日本特开2010－207909号公报

专利文献3：日本特开2010－247215項公报

专利文献4：日本专利第5418726号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1至4中记载的电阻点焊方法中，不能稳定地形成直径大的熔核从而确保充分的十字拉伸强度，特别的，在通过连续数百点的打点进行焊接的情况下，这种问题变得显著。

本发明鉴于如上所述的问题点而做出，其目的在于，提供一种即便是在通过连续数百点的打点而进行焊接的情况下，也能稳定地形成直径大的熔核、确保充分的十字拉伸强度的电阻点焊方法。

用于解决课题的手段

本申请的发明人为解决上述课题，对包含高强度钢板的板组的电阻点焊接头进行了深入研究。本申请的发明人着眼于构成焊接接头的高强度钢板的硬度分布与喷溅的发生之间的关系。

即，考察了图2所示的电极侧表面附近A的硬度分布与板组中央附近B的硬度分布，并研究了其与喷溅的发生之间的关系。需要说明的是，A表示距钢板2的电极侧表面0.2mm以内的区域，B表示钢板2中的距板组3的中央0.2mm以内的区域。

结果发现，在构成焊接接头的高强度钢板的电极侧表面附近A的硬度分布与板组中央附近B的硬度分布的关系、与喷溅的发生电流值之间存在相关。

当对电极侧表面附近A与板组中央附近B的硬度分布进行比较时可知，若着眼于受焊接的热影响的区域(热影响区)、与在上述热影响区之中由于焊接的热影响从而较之母材发生软化的区域(以下，软化部)，则如果较之板组中央附近B而言、电极侧表面附近A的热影响区直径(热影响区的板面方向的宽度)扩展的话，则能够在不发生喷溅的情况下确保大的熔核直径。

若电极侧表面附近A的热影响区直径比板组中央附近B的热影响区直径更大地形成，则认为可得到以下这样的作用效果。

在形成熔核之前，若能够较之板组中央附近B而言而使相对于电极侧表面附近A的热影响扩大、即较之板组中央附近B而言而更广泛地对电极侧表面附近A进行加热的话，则与电极接触的钢板表面充分地软化。由此，电极4与钢板1、及电极5与钢板2充分接触，加压力广泛地传导至钢板1、2间，结果认为，当形成熔核6时，喷溅的发生得以抑制。

此外，与电极接触的钢板表面充分软化、电极与钢板的接触范围变宽，电极打开时的电极(铜电极)与钢板表面的镀层的接触部处的温度也向低温侧变化。当电极与钢板的接触范围窄时，焊接结束后的冷却不充分，上述镀层与铜电极以化学的方式发生反应，从而当电极打开时成为铜电极磨损的原因，但通过使与电极接触的钢板表面充分软化、使电极与钢板的接触范围变宽，认为上述反应被抑制、能够保持良好的电极状态。由此推测，即便是在连续打点试验中，也能够保持良好的电极状态。

上述为焊接中的变化，但关于所形成的接头的断裂强度，本申请的发明人发现了上述软化部的影响。即，通过使软化部扩大、使软化部的板面方向的宽度(以下，软化宽度)增大，能够抑制十字拉伸试验中的断裂。在如十字拉伸试验那样的、接头的剥离方向为载荷方向的情况下，软化部发生屈服，由此，熔核端部所承受的开口应力减轻。由此，通过使软化宽度扩大，能够抑制熔核处的断裂，结果，能够提高十字拉伸强度。发现上述软化宽度的扩大可通过在熔核形成后适当地进行后通电而实现。

另外，当熔核形成后的后通电时，通过高温加热，从而使熔核端部的P偏析扩散从而使其减少，能够提高十字拉伸强度。

如上述那样通过在抑制喷溅的发生的同时稳定地形成熔核，发现即便在通过连续数百点的打点来进行焊接的情况下，也能够确保充分的熔核直径。

如上所述那样，通过使电极侧表面附近A与板组中央附近B相比更广泛地软化、在抑制喷溅的发生的同时稳定地形成熔核，由此，即便是在通过连续数百点的打点从而进行焊接这样的情况下，也能够确保充分的熔核直径。

因此，通过使熔核形成前的预备通电高电流化，从而使电极近旁高电流密度化。结果，在电极近旁得到规定的发热量，能够在熔核形成前使电极侧表面附近A充分软化。此外，为了使软化部扩大，需要在各通电之间设定适当的不通电(冷却)时间。这是由于，在不通电时间的期间，借助传热而周围的温度升温，由此，远离电极的部分被软化、软化部扩大。

另外，在熔核形成后，通过以比形成熔核6的电流值高的电流值进行后通电，同样地，电极近旁发生高电流密度化，结果，在电极近旁得到规定的发热量，在熔核形成后，也能够使电极侧表面附近A软化。需要说明的是，当在利用上述后通电而形成熔核后使软化部扩大时，能够于高温加热熔核6，从而还能够使熔核端部的P偏析缓和。另外，通过在主通电、与熔核形成后的后通电之间夹杂适当的不通电(冷却)，从而还能够将电极近旁保持为低温，能够使其不发生固化。

本发明是基于如上所述的研究的结果而得到的，其主旨构成如下所述。

[1]电阻点焊方法，其为对重合钢板而得到的板组进行电阻点焊的方法，

进行主通电、在主通电之前的预备通电、和在主通电之后的后通电，在上述各通电之间设置停止通电的不通电时间，

当将主通电的电流值设为Im[kA]、将通电时间设为Tm[ms]，

将预备通电的电流值设为Ip[kA]、将通电时间设为Tp[ms]，

将预备通电与主通电之间的不通电时间设为Tcp[ms]，

将后通电的电流值设为Ir[kA]、将通电时间设为Tr[ms]，

将主通电与后通电之间的不通电时间设为Tcr[ms]时，

满足以下的式(1)～(6)，

1.05×Im≤Ip≤2.0×Im (1)

1.05×Im≤Ir≤2.0×Im (2)

40ms≤Tp≤100ms (3)

40ms≤Tr≤100ms (4)

10ms≤Tcp≤60ms (5)

80ms≤Tcr≤300ms (6)。

[2]根据[1]记载的电阻点焊方法，其中，进一步满足以下的式(7)及式(8)，

160ms≤Tm≤500ms (7)

0.25≤Rpm≤0.95 (8)

其中，Rpm＝(Ip/Im)²×(Tp/Tm)

[3]根据[1]或[2]记载的电阻点焊方法，其中，

将预备通电进行2次以上，

在各预备通电之间设置停止通电的不通电时间，

以前次预备通电的电流值以下的电流值进行第2次以后的预备通电。

[4]根据[1]至[3]中任一项记载的电阻点焊方法，其中，进一步满足以下的式(9)，

0.10≤Rmr≤1.50 (9)

其中，Rmr＝(Ir/Im)²×(Tr/Tm)

[5]根据[1]至[4]中任一项记载的电阻点焊方法，其中，将后通电进行2次以上，

在各后通电之间设置停止通电的不通电时间。

[6]根据[1]至[5]中任一项记载的电阻点焊方法，其中，板组之中的至少1张钢板是拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板。

发明效果

通过本发明，能够提供下述电阻点焊方法，其能够在抑制喷溅发生的同时稳定地形成直径大的熔核，能够确保充分的十字拉伸强度。

附图说明

[图1]为示出电阻点焊的概要的图。

[图2]为用于说明本发明涉及的电阻点焊方法的图。

[图3]为示出本发明涉及的电阻点焊方法的通电时间与电流值之间的关系的图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的电阻点焊方法是下述方法：用上下一对电极4、5夹持将多张钢板(下钢板1、上钢板2)重合而得到的板组3，在加压的同时通电，形成必要尺寸的熔核6从而得到焊接接头。

上述点焊方法可使用下述这样的焊接装置来实施，所述焊接装置具有上下一对电极4、5，用一对电极4、5夹持要焊接的部分，在加压的同时能够通电，另外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功能及焊接电流控制功能。焊接装置的加压机构(气缸、伺服电机等)、电流控制机构(交流、直流等)、形式(固定式、机器人焊枪等)等无特别限定。

在本发明的电阻点焊方法中，分别进行使熔核6生长成规定直径的主通电、在主通电之前进行的预备通电、在主通电之后进行的后通电。

在本发明涉及的电阻点焊方法中，通过进行电流值和通电时间被适当控制的预备通电，在熔核形成前，使图2所示的电极侧表面附近A充分软化。另外，在预备通电之后，通过停止通电，当不通电时借助传热而使周围的温度升温，使离开电极的部分软化，在熔核形成前，使电极侧表面附近A的软化部扩大。

由此，在形成熔核6的主通电时，电极侧表面附近A被充分软化，能够使电极4与钢板1、及电极5与钢板2充分接触。

图3(a)为示出本发明涉及的电阻点焊方法的一例的通电时间与电流值之间的关系的图。

当将主通电的电流值设为Im[kA]、将通电时间设为Tm[ms]，将预备通电的电流值设为Ip[kA]、将通电时间设为Tp[ms]，将预备通电与主通电之间的不通电时间设为Tcp[ms]，将后通电的电流值设为Ir[kA]、将通电时间设为Tr[ms]，将主通电与后通电之间的不通电时间设为Tcr[ms]时，本发明的电阻点焊方法满足以下的式(1)～(6)。

1.05×Im≤Ip≤2.0×Im (1)

1.05×Im≤Ir≤2.0×Im (2)

若预备通电的电流值Ip小于1.05×Im，则电极侧表面附近A不能被充分软化。另外，若后通电的电流值Ir小于1.05×Im，则电极侧表面附近A不能被充分软化，另外，不能充分地得到缓和熔核端部的P的偏析这样的后通电的效果。若预备通电的电流值Ip及后通电的电流值Ir大于2.0×Im，则由于熔融而发生喷溅。Ip、Ir分别优选为1.80×Im以下，更优选为1.60×Im以下。

40ms≤Tp≤100ms (3)

40ms≤Tr≤100ms (4)

同样地，若预备通电的通电时间Tp小于40ms，则电极侧表面附近A不能被充分软化。另外，若后通电的通电时间Tr小于40ms，则电极侧表面附近A不能被充分软化，另外，不能充分地得到缓和熔核端部的P的偏析这样的后通电的效果。若预备通电的通电时间Tp及后通电的通电时间Tr大于100ms，则过度熔融从而发生喷溅。

10ms≤Tcp≤60ms (5)

当不通电时间Tcp小于10ms时，由于由后续的通电而导致发热过大，因此不能充分地得到由不通电时的传热带来的软化的效果。若不通电时间Tcp大于60ms，则冷却进行、在主通电中为了再加热而耗费时间。

80ms≤Tcr≤300ms (6)

当不通电时间Tcr小于80ms时，在后通电中，温度变得过高从而发生再熔融，发生喷溅。若不通电时间Tcr大于300ms，则在后通电中为了再加热而耗费时间。

此外，主通电的通电时间Tm优选满足式(7)。

160ms≤Tm≤500ms (7)

若通电时间Tm为160ms以上，则熔核的形成稳定，更易于得到必要的熔核直径。Tm更优选为200ms以上。若通电时间Tm大于500ms，则焊接时间可能变长，生产率可能变差。

此外，优选满足式(8)。

0.25≤Rpm≤0.95 (8)

其中，设为Rpm＝(Ip/Im)²×(Tp/Tm)。

Rpm意思是预备通电的输入能量相对于主通电的输入能量之比率。若Rpm为0.25以上，则可充分地得到发热、可进一步提高软化的效果。若Rpm为0.95以下，则更易于抑制由急剧的发热引起的喷溅的发生。需要说明的是，Rpm更优选为0.85以下，进一步优选为0.75以下。

另外，根据需要，如图3(b)所示，将预备通电进行2次以上，在各预备通电之间设置不通电(冷却)，以前次预备通电的电流值以下的电流值进行第2次以后的预备通电。由此，可进一步提高在利用主通电进行的熔核形成前使电极侧表面附近A软化的效果。上述在各预备通电之间的不通电的时间与预备通电和主通电之间的不通电时间(Tcp)相同，即优选为10ms以上60ms以下。

关于后通电，优选满足式(9)。

0.10≤Rmr≤1.50 (9)

其中，设为Rmr＝(Ir/Im)²×(Tr/Tm)。

Rmr意思是后通电的输入能量相对于主通电的输入能量之比。若Rmr为0.10以上，则发热不会变得过少、可进一步提高偏析缓和的效果。若Rmr为1.50以下，则更易于抑制由急剧的发热引起的再熔融。Rmr更优选为0.15以上，进一步优选为0.20以上。另外，Rmr更优选为1.25以下，进一步优选为1.00以下。

另外，通过将主通电后的后通电进行2次以上、在各后通电之间设置不通电(冷却)，可进一步提高使电极侧表面附近A软化的效果，可进一步提高将熔核端部的P偏析缓和的效果。上述在各后通电之间的不通电的时间与主通电和后通电之间的不通电时间(Tcr)同样、即优选为80ms以上300ms以下。

如上所述，在本发明中，通过适当地控制预备通电的通电时间Tp及电流值Ip，在熔核形成前能够使电极侧表面附近A充分地软化，在主通电中，能够确保充分的加压力、使通电路径扩展，抑制喷溅的发生，同时能够得到稳定的大熔核直径。此外，通过适当地控制预备通电之后的不通电时间，在熔核形成前，能够使电极侧表面附近A的软化部扩大。

特别的，当车身组装时，连续地焊接数十点～数百点，其中，电极前端发生损耗、所得的熔核直径逐渐缩小。与此相对，通过适用本发明，即便在通过连续通过数百点的打点进行焊接这样的情况下，也能够稳定地得到大的熔核直径。

本发明优选应用于至少包含1张高强度钢板的板组3的焊接。与通常的钢板相比，高强度钢板易于发生由板隙引起的喷溅。因此，通过将本发明应用于上述这样的板组的焊接，更能够获得本发明效果。具体而言，优选在板组之中的至少1张钢板是拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板的情况下应用本发明。

实施例

作为本发明的实施例，如前述的图1所示，对于将2张钢板(下钢板1、上钢板2)重合而得到的板组3，进行电阻点焊，从而制作电阻点焊接头。用于电阻点焊的装置是利用伺服电机对电极加压的C枪型焊接装置。需要说明的是，电源是直流电源。

此时的通电以表1所示的条件进行。

另外，作为电极4、5，使用前端的曲率半径R40、前端直径为8mm的氧化铝弥散铜的DR型电极。

表1中示出对进行焊接后的熔核直径(表中，记为“直径”)调查的结果。需要说明的是，熔核直径通过切割剖面(根据JIS Z3139的记载，以垂直于板的表面、并且通过焊接点的大致中心的方式切割而得到的剖面)的蚀刻组织来评价。对于熔核直径而言，以t为板厚，将5.5√t以上评价为○，将小于5.5√t评价为×。此外，根据JIS Z3137，评价十字拉伸强度(CTS)。需要说明的是，在以20mm间隔对同一钢板进行300打点的焊接后，同样地评价熔核直径，并评价其变化。

如表1所示，当按照本发明进行电阻点焊时，与比较例相比可知，即便是在进行连续打点后，也没有发生喷溅、并且形成了5.5√t以上大小的熔核直径，与其他条件相比，十字拉伸强度更高。

附图标记说明

1 下钢板

2 上钢板

3 板组

4 下电极

5 上电极

6 熔核

Claims (6)

1.电阻点焊方法，其为对重合钢板而得到的板组进行电阻点焊的方法，

进行主通电、在主通电之前的预备通电、和在主通电之后的后通电，在上述各通电之间设置停止通电的不通电时间，

当将主通电的电流值设为Im[kA]、将通电时间设为Tm[ms]，

将预备通电的电流值设为Ip[kA]、将通电时间设为Tp[ms]，

将预备通电与主通电之间的不通电时间设为Tcp[ms]，

将后通电的电流值设为Ir[kA]、将通电时间设为Tr[ms]，

将主通电与后通电之间的不通电时间设为Tcr[ms]时，

满足以下的式(1)～(6)，

1.05×Im≤Ip≤2.0×Im (1)

1.05×Im≤Ir≤2.0×Im (2)

40ms≤Tp≤100ms (3)

40ms≤Tr≤100ms (4)

10ms≤Tcp≤60ms (5)

80ms≤Tcr≤300ms (6)。

2.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其中，进一步满足以下的式(7)及式(8)，

160ms≤Tm≤500ms (7)

0.25≤Rpm≤0.95 (8)

其中，Rpm＝(Ip/Im)²×(Tp/Tm)。

3.根据权利要求1或2所述的电阻点焊方法，其中，

将预备通电进行2次以上，

在各预备通电之间设置停止通电的不通电时间，

以前次预备通电的电流值以下的电流值进行第2次以后的预备通电。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电阻点焊方法，其中，进一步满足以下的式(9)，

0.10≤Rmr≤1.50 (9)

其中，Rmr＝(Ir/Im)²×(Tr/Tm)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电阻点焊方法，其中，

将后通电进行2次以上，

在各后通电之间设置停止通电的不通电时间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电阻点焊方法，其中，

板组之中的至少1张钢板是拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板。