JP2008093726A - 重ね抵抗スポット溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３枚以上の鋼板を重ね抵抗スポット溶接する際に、溶接時の加圧力が一定であっても、薄鋼板側にも必要な溶け込みが得られ、かつ散りの発生もない重ね抵抗スポット溶接方法を提供する。
【解決手段】板厚が最も薄い鋼板３が最も外側になるように重ね合わせ、加圧力を一定にして、多段通電溶接を行う。その際、板厚が最も薄い鋼板３に形成されるナゲット径ｄｎ（ｍｍ）と、この最も薄い鋼板３の板厚ｔ_１（ｍｍ）との関係が下記数式（Ａ）を満たすように通電時間Ｔ_ａ及び電流値Ｉ_ａを設定して通電した後、単相交流式電源の場合は通電時間：１〜５サイクル、休止時間：１〜５サイクルとして、インバータ制御直流電流式の場合は、通電時間：１０〜１００ミリ秒間、休止時間：１０〜１００ミリ秒間として、通電及び休止を３回以上繰り返すパルセーション通電を行う。

【選択図】図１

Description

本発明は、複数枚の鋼板を重ね合わせて抵抗溶接法でスポット溶接する重ね抵抗スポット溶接方法に関し、特に、３枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みを１対の電極で挟持し、加圧しながら通電して溶接する重ね抵抗スポット溶接方法に関する。

重ね抵抗スポット溶接方法は、複数の被接合材を重ね合わせた板組みを１対の電極で挟み、この１対の電極で加圧しながら通電して被接合材同士を接合する溶接方法であり、通電により生じる抵抗発熱によって、被接合材の接触箇所には点状の溶融部分（ナゲット）が形成される。

このような重ね抵抗スポット溶接方法を行う溶接機には、電源方式から、単相交流方式、単相及び三相整流方式、インバータ直流式及びコンデンサ式等があるが、近年、装置の軽量化及び省電力化の面から、インバータ式の直流抵抗スポット溶接が主流となりつつある。しかしながら、直流式の抵抗溶接方法は、交流式の抵抗溶接方法に比べて、電極寿命が短いという問題点がある。そこで、従来、電極寿命を延ばすために、亜鉛系片面表面処理鋼板同士を重ね合わせ溶接する際に、プラス側電極に亜鉛系表面処理面が、マイナス側電極に非表面処理面が接する配置で直流抵抗スポット溶接を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の重ね抵抗スポット溶接方法で３枚以上の被接合材を溶接すると、最も外側に薄板を配置した場合に、この薄板と隣接する厚板との間に良好なナゲットが形成されず、充分な接合強度が得られないという問題点がある。また、最も外側の薄板までナゲットが成長するように溶接条件を設定すると、内側の厚板間に形成されるナゲットが成長しすぎて散りが発生してしまう。

そこで、従来、３枚以上の被接合材を重ね抵抗スポット溶接した際に、充分な接合強度を得るための方法が提案されている（例えば、特許文献２〜５参照。）。例えば、特許文献２には、２枚の厚板に薄板を重ね合わせて溶接する際に、薄板の溶接すべき部位に凸部を形成し、溶接初期は低加圧力でこの凸部を押しつぶすようにして薄板と厚板とを溶接し、その後、高加圧力で２枚の厚板を溶接するスポット溶接方法が開示されている。

また、特許文献３に記載のスポット溶接方法では、剛性が高い厚板の上に剛性の低い薄板を重ね合わせて溶接する際に、薄板に当接する電極チップの先端径を、厚板に当接する電極チップの先端径よりも小さくすることにより、薄板と電極チップとの接触面積が厚板と電極チップとの接触面積よりも小さくして、溶接強度向上を図っている。更に、特許文献４に記載のスポット溶接方法では、薄板側と厚板側で加圧力を変えることにより接合強度向上を図っている。図６は特許文献４に記載のスポット溶接方法を模式的に示す図である。図６に示すように、特許文献４に記載のスポット溶接方法では、剛性が高い厚板１０１，１０２の上に剛性の低い薄板１０３を重ね合わせた板組み１０４を１対の電極チップ１０５，１０６で挟んで溶接する際に、薄板１０３に当接する電極チップ１０６の加圧力ＦＵを、厚板１０１に当接する電極チップ１０５の加圧力ＦＬよりも小さくなるようにして、電極チップ１０５，１０６間に通電している。

一方、特許文献５に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法では、散りの発生を防止するために、２段階でスポット溶接を行い、第２段の溶接を第１段の溶接よりも高加圧力、低電流又は同電流、長通電時間又は同じ通電時間としている。また、特許文献５及び６に記載の抵抗スポット溶接方法では、板圧比が大きな板組みであっても、必要サイズのナゲットを散りの発生なく形成することを目的として、厚金属板に接する電極チップの先端を平面又は薄金属板に接する電極チップの先端の曲率半径よりも曲率半径が大きい曲面とすると共に、２段階でスポット溶接を行い、第２段の溶接を第１段の溶接よりも高加圧力で行っている。

特開平４−９４８７７号公報 特開２００３−７１５６９号公報 特開２００３−２５１４６８号公報 特開２００３−２５１４６９号公報 特開２００５-２６２２５９号公報 特開２００６−５５８９８号公報

しかしながら、前述の従来の技術には、以下に示す問題点がある。即ち、前述した特許文献２に記載のスポット溶接方法は、薄板側の溶接すべき箇所に予め凸部を設ける必要があり、溶接箇所がこれにより限定されるという問題点があり、更に、凸部を形成するための工程が溶接前に必要であり、かつ凸部の中央部に正確に電極を当接させる精度が要求される等、作業工数の増大と精度の確保・維持に相当の費用が必要となるという問題点もある。また、特許文献３に記載のスポット溶接方法は、薄板側に当接する電極の接触面積が小さいことから、電流密度は相対的に大きくなるため、薄板側のシートセパレーション（板の浮き上がり）が大きくなり、製品の仕上がり精度が悪くなるという問題点を生ずる。更に、薄板側の電極は電流密度が高くなるため、電極の汚損及び磨耗が著しくなり、その結果、頻繁に電極のドレッシング又は交換が必要となり、生産工程上の遅延及び費用の増大等の問題点が多く発生する。更に、特許文献４に記載のスポット溶接方法は、薄板側に当接する電極の加圧力を厚板側に当接する電極の加圧力よりも小さくすることで、厚板側の接触抵抗値よりも薄板側の接触抵抗値の方が小さくなるように制御して発熱を促進しているが、そのためには、ガン本体に下部から押し上げる力を作用させるために、サーボモーターとこれを作動させるガンコントローラーが必要であり、更に溶接機は、定置式のスポット溶接機は適用できず、ロボット形スポットガンに限定される等のように、生産工程上、その設備に関わる余分な負担及び煩雑さが増し、費用が増加するという問題点がある。

一方、特許文献５及び６に記載のスポット溶接方法は、第一段及び第二段と、二段階からなる溶接工程を実施するためには、スポット溶接機に一般には具備されていない短時間で作動する可変加圧機構を備えておく必要があり、設備が高価になるという問題点がある。また、これらの溶接方法では、第一段階で薄板側にナゲットを形成させた後に、第二段階で厚板側に散り発生なしにナゲットを形成するため、第一段階に比べて特に高加圧条件を適用し、かつ低電流又は同電流で長時間通電又は同通電時間条件にする必要がある。このため、第一段階目の溶接で既に溶接は完了しているが、まだ高温状態にある薄板側に、第二段階目の溶接で大きな加圧力と余分な入熱及び負荷を生じる。これにより、薄板側の圧痕が大きくなり、製品としての変形程度も大きくなるという問題点がある。特に、特許文献６に記載の溶接方法では、薄板側電極の曲率半径が小さいため、この傾向が大きくなる。更に、特許文献５及び６に記載の溶接方法では、薄板側の電極の汚損及び磨耗が激しく、頻繁に電極のドレッシング又は交換が必要となるため、生産工程上の管理及び費用に問題点がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてさなれたものであって、３枚以上の鋼板を重ね抵抗スポット溶接する際に、溶接時の加圧力が一定であっても、薄鋼板側にも必要な溶け込みが得られ、かつ散りの発生もない重ね抵抗スポット溶接方法を提供することを目的とする。

本発明に係る重ね抵抗スポット溶接方法は、３枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みを、１対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して各鋼板の接触箇所を溶接する単相交流式電源による重ね抵抗スポット溶接方法において、前記鋼板のうち板厚が最も薄いものを一方の電極側に配置する工程と、加圧力を一定にして多段通電溶接を行う工程とを有し、前記多段通電溶接工程は、板厚が最も薄い鋼板に形成されるナゲット径ｄｎ（ｍｍ）と、この最も薄い鋼板の板厚ｔ_１（ｍｍ）との関係が下記数式（１）を満たすように通電時間Ｔ_ａ及び電流値Ｉ_ａを設定して通電した後、通電時間：１〜５サイクル、休止時間：１〜５サイクルとして通電及び休止を３回以上繰り返すパルセーション通電を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る他の重ね抵抗スポット溶接方法は、３枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みを、１対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して各鋼板の接触箇所を溶接するインバータ制御直流電流式による重ね抵抗スポット溶接方法において、前記鋼板のうち板厚が最も薄いものをプラス電極側に配置する工程と、加圧力を一定にして多段通電溶接を行う工程とを有し、前記多段通電溶接工程は、板厚が最も薄い鋼板に形成されるナゲット径ｄｎ（ｍｍ）と、この最も薄い鋼板の板厚ｔ_１（ｍｍ）との関係が上記数式（１）を満たすように通電時間Ｔ_ａ及び電流値Ｉ_ａを設定して通電した後、通電時間：１０〜１００ミリ秒間、休止時間：１０〜１００ミリ秒間として通電及び休止を３回以上繰り返すパルセーション通電を行うことを特徴とする。

これらの重ね抵抗スポット溶接方法では、前記パルセーション溶接通電における電流値Ｉ_ｂが下記数式（２）を満たすことが好ましい。

更に、本発明に係る他の重ね抵抗スポット溶接方法は、３枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みを、１対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して各鋼板の接触箇所を溶接するインバータ制御直流電流式による重ね抵抗スポット溶接方法において、前記鋼板のうち板厚が最も薄いものをプラス電極側に配置する工程と、加圧力を一定にして多段通電溶接を行う工程とを有し、前記多段通電溶接工程は、板厚が最も薄い鋼板に形成されるナゲット径ｄｎ（ｍｍ）と、この最も薄い鋼板の板厚ｔ_１（ｍｍ）との関係が上記数式（１）を満たすように通電時間Ｔ_ａ及び電流値Ｉ_ａを設定して第１の通電工程を行った後、電流値Ｉ_ｂを前記第１の通電工程における電流値Ｉ_ａ以下にすると共に、通電時間Ｔ_ｂを下記数式（３）に示す範囲に設定して第２の通電工程を行うことを特徴とする。

この重ね抵抗スポット溶接方法では、前記第１の通電工程における電流値Ｉ_ａと前記第２の通電工程における電流値Ｉ_ｂとの関係が上記数式（２）を満たすことが好ましい。

また、上述した重ね抵抗スポット溶接方法では、最も薄い鋼板の板厚ｔ_１（ｍｍ）に対する板組みの総板厚ｔ_２（ｍｍ）の比（ｔ_２／ｔ_１）が４以上であることが好ましい。

本発明によれば、板厚が最も薄い鋼板を一方の電極側に配置すると共に、通電条件を適正化して多段通電溶接しているため、溶接時の加圧力が一定であっても、散りを発生させずに３枚以上の鋼板をスポット溶接することができ、更に、薄鋼板側にも充分な接合強度が得られる程度の溶け込みを形成することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る重ね抵抗スポット溶接方法について説明する。図１は本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法を模式的に示す図であり、図２は本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法における通電パターンを示す図である。図１に示すように、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法においては、先ず、厚さが異なる３枚の鋼板１，２，３を、板厚が最も薄い鋼板３が外側になるように、即ち、板厚が最も薄い鋼板３が電極５又は電極６に接触するように重ね合わせる。これらの鋼板の板厚は特に限定されるものではないが、板厚が最も薄い鋼板３の板厚ｔ_１が例えば１．０ｍｍ未満であり、それよりも厚い鋼板１，２の厚さが例えば１．０ｍｍ以上である。そして、１対の溶接電極５，６により、この３枚の鋼板１，２，３からなる板組み４を挟持すると共に加圧しつつ、単相交流式電源（図示せず）により電極５，６間に通電し、通電回数が４回以上の多段通電溶接を行う。

その際、図２に示すように、第１段の通電では、この第１段の通電終了時に板厚が最も薄い鋼板３に形成されるナゲット７の直径（ナゲット径）をｄｎ（ｍｍ）とし、最も薄い鋼板３の板厚をｔ_１（ｍｍ）としたとき、ナゲット径ｄｎと板厚ｔ_１との関係が下記数式（４）を満たすように、通電時間Ｔ_ａ及び電流値Ｉ_ａを設定して通電する。具体的には、通電時間Ｔ_ａを例えば５サイクル以下の短時間に設定し、鋼板２と鋼板３との間で散り発生が生じない条件で、かつナゲット径ｄｎが３．５×√ｔ_１以上となるように電流値Ｉ_ａを設定する。そして、この条件で第１段の通電を行うと、各鋼板の接触部が溶解してナゲット７が形成される。ナゲット径ｄｎが３．５×√ｔ_１未満となる条件で通電すると、継手の溶接強度が不足し、また、ナゲット径ｄｎが５×√ｔ_１を超える条件で通電すると、鋼板３側の圧痕及び板の浮き上がり（ショートセパレーション）が大きくなり、継手形状が悪くなると共に特に鋼板３側の電極消耗が激しくなる等の不具合が生じる。

また、第２段以降の通電は、通電時間を１〜５サイクル、休止時間を１〜５サイクルとするパルセーション通電を３回以上繰り返して行う。これにより、第１段の通電で形成されたナゲットを維持したまま、鋼板１と鋼板２との間に充分な接合強度が得られる大きさのナゲットを成長させることができる。一方、第２段以降の通電は、休止時間を伴うパルセーション通電であるため、鋼板１と鋼板２とが接触する部分では、パルセーション溶接の特徴である急激な発熱を抑制して、散りの発生を防止しつつ充分な大きさのナゲットを形成することができる。なお、通電時間が５サイクルを超えても、ナゲットを成長させる効果は向上しない。また、休止時間が５サイクルを超えると、鋼板の温度が下がり、溶接効率が低下する。更に、通電及び休止の繰り返し回数が３回未満の場合、パルセーション通電の効果が得られず、良好なナゲットが得られない。

また、この多段通電溶接を行っている間は、前述した特許文献５及び６に記載のスポット溶接方法のように加圧力を変化させる必要はない。即ち、本実施形態の抵抗スポット溶接方法においては、電極５，６により板組み４に負荷される加圧力は一定とする。

更に、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法においては、図２に示すパルセーション溶接通電時の電流値Ｉ_ｂが第１段の通電における電流値Ｉ_ａの１／３未満である場合、板厚が最も薄い鋼板３に所要のナゲットが形成されず、継手が強度不足となることがあり、また、パルセーション溶接通電時の電流値Ｉ_ｂが第１段の通電における電流値Ｉ_ａを超えると、鋼板２と鋼板３との間で散りが発生することがある。よって、パルセーション溶接通電時の電流値Ｉ_ｂは、下記数式（５）を満たす範囲内に設定することが望ましい。これにより、鋼板１と鋼板２との間、及び鋼板２と鋼板３との間に夫々散りを発生させることなく、充分な強度が得られる大きさのナゲットを形成することができる。

なお、最も薄い鋼板３の板厚ｔ_１（ｍｍ）に対する板組み４の総板厚ｔ_２（ｍｍ）の比（ｔ_２／ｔ_１）が４未満の場合、上述した本発明の技術を適用しなくても、例えば、最も薄い鋼板３に接する電極の先端半径を他方の電極の先端半径に比べて小さくする等の従来から公知である技術でも、良好に溶接することができる。即ち、本発明は、最も薄い鋼板３の板厚ｔ_１（ｍｍ）に対する板組み４の総板厚ｔ_２（ｍｍ）の比（ｔ_２／ｔ_１）が４以上である場合に、その優位性及び先進性が発揮される。

上述の如く、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法においては、板厚が最も薄い鋼板３を電極５又は電極６と接触するように最も外側に配置しているため、通常のスポット溶接技術を適用した場合には、最も薄い鋼板３はこれと接触している電極に冷却されているため、鋼板３側に充分な大きさのナゲットを形成することが困難であるが、本発明を適用することにより良好なナゲットを形成することが可能になる。また、最も薄い鋼板３側にナゲットが形成される条件で通電した後、通電及び休止を３回以上繰り返すパルセーション通電を行って鋼板１と鋼板２との間にナゲットを成長させているため、溶接時の加圧力を変化させなくとも、散りを発生させずに、充分な接合強度が得られるナゲットを形成することができる。

なお、上述した第１の実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法においては、３枚の鋼板を重ね合わせた板組みの溶接を例にして説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、３枚以上の鋼板の重ね抵抗スポット溶接方法であれば、上述した効果が得られる。

次に、本発明の第２の実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法について説明する。図３は本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法を模式的に示す図であり、図４は本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法における通電パターンを示す図である。本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法においては、図３に示すように、先ず、厚さが異なる３枚の鋼板１１，１２，１３を、板厚が最も薄い鋼板１３が外側になるように重ね合わせる。そして、１対の溶接電極１５，１６により、この３枚の鋼板１１，１２，１３からなる板組み１４を挟持すると共に加圧しつつ、インバータ制御直流電流式により、板厚が最も薄い鋼板１３に接触する電極１６がプラス電極となるようにして電極１５，１６間に通電し、通電回数が４回以上の多段通電溶接を行う。

その際、図４に示すように、第１段の通電では、板厚が最も薄い鋼板１３に形成されるナゲット１７の直径（ナゲット径）をｄｎ（ｍｍ）、この最も薄い鋼板１３の板厚をｔ_１（ｍｍ）としたとき、ナゲット径ｄｎと板厚ｔ_１との関係が上記数式（４）を満たすように、通電時間Ｔ_ａ及び電流値Ｉ_ａを設定して通電し、鋼板１２と鋼板１３との接触部にナゲットを形成する。そして、第２段以降の通電は、通電時間を１０〜１００ミリ秒間、休止時間を１０〜１００ミリ秒間としてパルセーション通電を３回以上繰り返して行い、第１段の通電で形成されたナゲット形状を維持したまま、鋼板１１と鋼板１２との間に散りの発生がなく、かつ充分な溶接強度が得られる大きさのナゲットを形成することができる。

なお、パルセーション通電において、１回の通電時間が１０ミリ秒間未満の場合、各鋼板の接触部で発熱が生じないためナゲットが成長せず、また、１回の通電時間が１００ミリ秒間を超える場合には、急激な発熱を抑制する効果がなくなり、激しい散りが発生することとなる。よって、通電時間は１０〜１００ミリ秒間とする。また、休止時間が１０ミリ秒間未満の場合散りが発生しやすくなり、休止時間が１００ミリ秒間を超えると、溶接部の温度が下がり、溶接効率が低下するため、充分な大きさのナゲットが形成されない。よって、休止時間は１０〜１００ミリ秒間とする。更に、通電及び休止の繰り返し回数が３回未満の場合、散りを発生させずに充分な大きさのナゲットを形成するというパルセーション通電の効果が得られないため、繰り返し回数は３回以上とする。

また、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法においては、第２段以降のパルセーション溶接通電時の電流値Ｉ_ｂと第１段の通電の電流値Ｉ_ａとの関係が、上記数式（５）を満たす範囲内になるように、パルセーション溶接通電時の電流値Ｉ_ｂを設定することが望ましい。これにより、第１段の通電で形成されたナゲット形状を維持したまま、鋼板１１と鋼板１２との間に散りの発生がなく、かつ充分な接合強度が得られる大きさのナゲットを形成することができる。更に、上述した本実施形態の構成は、最も薄い鋼板１３の板厚ｔ_１（ｍｍ）に対する板組み１４の総板厚ｔ_２（ｍｍ）の比（ｔ_２／ｔ_１）が４以上である場合に、その優位性及び先進性を発揮する。

上述の如く、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法においては、板厚が最も薄い鋼板１３をプラス電極１６と接触するように最も外側に配置しているため、各鋼板間で発生した溶接熱は、直流電流による電子の流れに乗って、マイナス電極側からプラス電極側へと溶接熱が移動する形態を生む。この現象によって、鋼板１２と鋼板１３との間に充分な大きさのナゲットが形成される。また、鋼板１２と鋼板１３との間にナゲットが形成される条件で通電を行った後、通電及び休止を３回以上繰り返すパルセーション通電を行って、特に鋼板１１と鋼板１２との間にナゲットを成長させているため、溶接時の加圧力を変化させなくても充分な接合強度が得られる。更に、第２段以降の通電は、休止時間を伴うパルセーション通電であるため、鋼板１１と鋼板１２とが接触する部分では、パルセーション溶接の特徴である急激な発熱を抑制して、散りの発生を防止しながら、充分な大きさのナゲットを形成することができる。更にまた、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法では、インバータ制御直流電流式で多段通電溶接しているため、単相交流式電源で多段通電溶接する第１の実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法に比べて、通電時間の長さの選択の自由度が大きく、かつ単相交流のように電流波形にゼロ・クロスがないので、発熱効率が高く、より短時間溶接を実現することができる。

なお、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態に係る重ね抵抗スポット溶接方法について説明する。図５は本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法における通電パターンを示す図である。本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法においては、図３に示す第２の実施形態の重ね抵抗スポット溶接と同様に、先ず、厚さが異なる３枚の鋼板１１，１２，１３を、板厚が最も薄い鋼板３が外側になるように重ね合わせる。そして、１対の溶接電極１５，１６により、この３枚の鋼板１１，１２，１３からなる板組み１４を挟持すると共に加圧しつつ、インバータ制御直流電流式により、板厚が最も薄い鋼板１３に接触する電極１６がプラス電極となるようにして電極１５，１６間に通電し、通電回数が２回の多段通電溶接を行う。

その際、図５に示すように、第１段の通電では、この第１段の通電後に板厚が最も薄い鋼板１３に形成されるナゲット径をｄｎ（ｍｍ）とし、最も薄い鋼板１３の板厚をｔ_１（ｍｍ）としたとき、ナゲット径ｄｎと板厚ｔ_１との関係が上記数式（４）を満たすように、通電時間Ｔ_ａ及び電流値Ｉ_ａを設定して通電し、各鋼板の接触部に、鋼板間の接触抵抗を利用した発熱形態（非定常型発熱）である短時間・断点粒に属する溶接乳熱を与えて、ナゲットを形成する。このとき、インバータ制御直流電流式で通電しているため、各鋼板間で発生した溶接熱は直流電流による電子の流れに乗って、マイナス電極側からプラス電極側に溶接熱が移動する形態を生む。この現象により、鋼板１２と鋼板１３との間に、充分な大きさのナゲットを形成することができる。そして、第２段の通電では、電流値Ｉ_ｂを第１段の通電における電流値Ｉ_ａ以下にすると共に、通電時間Ｔ_ｂを下記数式（６）に示す範囲、即ち、第１段の通電の電流値Ｉ_ａ以上で、かつ電流値Ｉ_ａの６倍以下に設定して通電し、第１段の通電で形成されたナゲットを成長させる。これにより、板厚が最も薄い鋼板１３と隣接する鋼板１２とが接触する部分に、充分な接合強度が得られる大きさのナゲットを形成させると共に、散りの発生を防止しつつ、鋼板１１と鋼板１２とが接触する部分にもナゲットを形成することができる。

ここで、第２段の通電における通電時間が（６×Ｔ_ａ）秒間を超えると、散り発生を誘発するか、又は鋼板表面の圧痕が大きくなる。また、第２段の通電の電流値Ｉ_ｂが、第１段の通電の電流値Ｉ_ａを超える場合でも、散り発生を誘発するか、又は鋼板表面の圧痕が大きくなる。なお、第２段の通電の電流値Ｉ_ｂは、上記数式（５）を満たす範囲内であることが好ましい。これにより、散りの発生を抑制することができ、かつ鋼板表面に形成される圧痕が極めて少ないスポット溶接部を形成することができる。また、本実施形態の構成を、従来から溶接が困難とされてきた最も薄い鋼板１３の板厚ｔ_１（ｍｍ）に対する板組み１４の総板厚ｔ_２（ｍｍ）の比（ｔ_２／ｔ_１）が４以上の板組に適用することにより、著しい効果が期待できる。

上述の如く、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法においては、インバータ制御直流電流式を適用し、板厚が最も薄い鋼板１３をプラス電極１６と接触するように最も外側に配置しているため、各鋼板間で発生した溶接熱が、直流電流による電子の流れに乗って、マイナス電極側からプラス電極側に移動する形態を生む。この現象により、鋼板１２と鋼板１３との間に、ナゲット径ｄｎが充分な大きさのナゲットを形成することができる。また、各鋼板にナゲットが形成される条件で第１段の通電をして各鋼板にナゲットを形成した後、電流値Ｉ_ｂを第１段の通電の電流値Ｉ_ａの１／３以上でかつ電流値Ｉ_ａ以下の値に設定すると共に、通電時間Ｔ_ｂを第１段の通電時間Ｔａ以上でかつ（６×Ｔ_ａ）以下の範囲に設定して第２段の通電を行い、各鋼板に形成されたナゲットを成長させているため、溶接時の加圧力を変化させなくても、充分な接合強度が得られる。更に、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法では、インバータ制御直流電流式により通電しているため、単相交流式電源で通電する重ね抵抗スポット溶接方法に比べて、通電時間の長さの選択の自由度が大きく、かつ単相交流のように電流波形にゼロ・クロスがないため、発熱効率が高い。また、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法においては、前述したパルセーション通電のように休止時間が挿入されないため、より短時間溶接を実現することができる。

なお、本実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法における上記以外の構成及び効果は、前述した第２の実施形態の重ね抵抗スポット溶接方法と同様である。

以下、本発明の実施例及び本発明の範囲から外れる比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。先ず、本発明の第１実施例として、厚さ及び強度が異なる３枚の鋼板を、図１及び図２に示す第１の実施形態の溶接方法で重ねスポット溶接し、散り発生の有無及び接合部のナゲット径の大きさを調べた。その際の板組を下記表１に示す。本実施例においては、鋼板１，２には高張力鋼板の両面に片面あたりの付着量４５ｇ／ｍ^２で亜鉛めっきした合金化溶融亜鉛めっき鋼板を使用し、板厚が最も薄い鋼板３にはめっきが施されていない裸鋼板を使用した。また、溶接条件としては、溶接電源には単相交流式電源を使用し、電極には電極径Ｄが１６ｍｍ、先端の直径が６ｍｍ、先端のＲが４０であるＣｒ−Ｃｕ合金製ＤＲ形電極を使用し、加圧力は６．０ｋＮとした。その他の溶接条件は下記表２に示す。なお、下記表２に示す第２段以降のパルセーション通電の通電パターンにおけるＮは繰り返し回数である。更に、比較例として、Ｂの板組みで、第２段の通電をパルセーション通電ではなく通常の連続通電にして重ねスポット溶接を行い、同様に散り発生の有無及び接合部のナゲット径の大きさを調べた。以上の結果を下記表２に併せて示す。

上記表２に示すように、第２段以降をパルセーション通電として単相交流式電源による重ね抵抗スポット溶接した実施例Ｎｏ．１、Ｎｏ．２の供試材は、散りの発生がなく、各鋼板の接合部において充分な大きさのナゲットが得られた。これに対して、第２段を連続通電とした比較例Ｎｏ．３の供試材は、散りが発生し、更に、前述した実施例Ｎｏ．１、Ｎｏ．２の供試材に比べて各鋼板の接合部のナゲット径が小さかった。特に、最も薄い鋼板３の接合部のナゲット径は、実施例Ｎｏ．１、Ｎｏ．２の供試材の半分程度であり、良好なナゲットが得られなかった。

次に、本発明の第２実施例として、上記表１に示す板組で、図３及び図４に示す第２の実施形態の溶接方法で重ねスポット溶接し、散り発生の有無及び接合部のナゲット径の大きさを調べた。その際の溶接条件としては、溶接電源にはインバーター直流式電源を使用し、電極には電極径Ｄが１６ｍｍ、先端の直径が６ｍｍ、先端のＲが４０であるＣｒ−Ｃｕ合金製ＤＲ形電極を使用し、加圧力は６．０ｋＮとした。また、電極配置は、鋼板３側をプラス極に、鋼板１側をマイナス極とした。その他の溶接条件は下記表３に示す。なお、下記表３に示す第２段以降のパルセーション通電の通電パターンにおけるＮは繰り返し回数である。更に、比較例として、Ｂの板組みで、第２段の通電を行わずに第１段の通電のみで重ねスポット溶接を行い、同様に散り発生の有無及び接合部のナゲット径の大きさを調べた。以上の結果を下記表３に併せて示す。

上記表３に示すように、第２段以降をパルセーション通電としてインバーター性著直流式により重ね抵抗スポット溶接した実施例Ｎｏ．４、Ｎｏ．５の供試材は、散りの発生がなく、各鋼板の接合部において充分な大きさのナゲットが得られた。これに対して、第２段を行わず、第１段の連続通電のみで溶接した比較例Ｎｏ．６の供試材は、散りが発生し、更に、前述した実施例Ｎｏ．４、Ｎｏ．５の供試材に比べて各鋼板の接合部のナゲット径が小さかった。特に、最も薄い鋼板３の接合部のナゲット径ｄｎは、実施例Ｎｏ．４、Ｎｏ．５の供試材の１／４以下であり、良好なナゲットを形成することはできなかった。

次に、本発明の第３実施例として、上記表１に示す板組で、図５に示す第３の実施形態の溶接方法で重ねスポット溶接し、散り発生の有無及び接合部のナゲット径の大きさを調べた。その際の溶接条件としては、溶接電源にはインバーター直流式電源を使用し、電極には電極径Ｄが１６ｍｍ、先端の直径が６ｍｍ、先端のＲが４０であるＣｒ−Ｃｕ合金製ＤＲ形電極を使用し、加圧力は６．０ｋＮとした。また、電極配置は、鋼板３側をプラス極に、鋼板１側をマイナス極とした。その他の溶接条件は下記表４に示す。更に、比較例として、Ｂの板組みで、第２段の通電を行わずに第１段の通電のみで重ねスポット溶接を行い、同様に散り発生の有無及び接合部のナゲット径の大きさを調べた。以上の結果を下記表４に併せて示す。

上記表４に示すように、第２段以降をパルセーション通電としてインバーター性著直流式により重ね抵抗スポット溶接した実施例Ｎｏ．７、Ｎｏ．８の供試材は、散りの発生がなく、各鋼板の接合部において充分な大きさのナゲットが得られた。これに対して、第２段を行わず、第１段の連続通電のみで溶接した比較例Ｎｏ．９の供試材は、散りが発生し、更に、前述した実施例Ｎｏ．７、Ｎｏ．８の供試材に比べて各鋼板の接合部のナゲット径が小さかった。特に、最も薄い鋼板３の接合部のナゲット径ｄｎは、実施例Ｎｏ．７、Ｎｏ．８の供試材の１／４以下であり、良好なナゲットを形成することはできなかった。

本発明の第１の実施形態に係る抵抗スポット溶接方法を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における通電パターンを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る抵抗スポット溶接方法を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における通電パターンを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における通電パターンを示す図である。 特許文献４に記載のスポット溶接方法を模式的に示す図である。

符号の説明

１、２、３、１１、１２、１３、１０１、１０２、１０３ 鋼板
４、１４、１０４ 板組み
５、６、１５、１６、１０５、１０６ 電極
７、１７ ナゲット

Claims (6)

1. ３枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みを、１対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して各鋼板の接触箇所を溶接する単相交流式電源による重ね抵抗スポット溶接方法において、
   前記鋼板のうち板厚が最も薄いものを一方の電極側に配置する工程と、
   加圧力を一定にして多段通電溶接を行う工程とを有し、
   前記多段通電溶接工程は、板厚が最も薄い鋼板に形成されるナゲット径ｄｎ（ｍｍ）と、この最も薄い鋼板の板厚ｔ_１（ｍｍ）との関係が下記数式（Ａ）を満たすように通電時間Ｔ_ａ及び電流値Ｉ_ａを設定して通電した後、通電時間：１〜５サイクル、休止時間：１〜５サイクルとして通電及び休止を３回以上繰り返すパルセーション通電を行うことを特徴とする重ね抵抗スポット溶接方法。
   

   
2. ３枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みを、１対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して各鋼板の接触箇所を溶接するインバータ制御直流電流式による重ね抵抗スポット溶接方法において、
   前記鋼板のうち板厚が最も薄いものをプラス電極側に配置する工程と、
   加圧力を一定にして多段通電溶接を行う工程とを有し、
   前記多段通電溶接工程は、板厚が最も薄い鋼板に形成されるナゲット径ｄｎ（ｍｍ）と、この最も薄い鋼板の板厚ｔ_１（ｍｍ）との関係が下記数式（Ａ）を満たすように通電時間Ｔ_ａ及び電流値Ｉ_ａを設定して通電した後、通電時間：１０〜１００ミリ秒間、休止時間：１０〜１００ミリ秒間として通電及び休止を３回以上繰り返すパルセーション通電を行うことを特徴とする重ね抵抗スポット溶接方法。
   

   
3. 前記パルセーション溶接通電における電流値Ｉ_ｂが下記数式（Ｂ）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の重ね抵抗スポット溶接方法。
   

   
4. ３枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みを、１対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して各鋼板の接触箇所を溶接するインバータ制御直流電流式による重ね抵抗スポット溶接方法において、
   前記鋼板のうち板厚が最も薄いものをプラス電極側に配置する工程と、
   加圧力を一定にして多段通電溶接を行う工程とを有し、
   前記多段通電溶接工程は、板厚が最も薄い鋼板に形成されるナゲット径ｄｎ（ｍｍ）と、この最も薄い鋼板の板厚ｔ_１（ｍｍ）との関係が下記数式（Ｃ）を満たすように通電時間Ｔ_ａ及び電流値Ｉ_ａを設定して第１の通電工程を行った後、電流値Ｉ_ｂを前記第１の通電工程における電流値Ｉ_ａ以下にすると共に、通電時間Ｔ_ｂを下記数式（Ｄ）に示す範囲に設定して第２の通電工程を行うことを特徴とする重ね抵抗スポット溶接方法。
   

   
5. 前記第１の通電工程における電流値Ｉ_ａと前記第２の通電工程における電流値Ｉ_ｂとの関係が下記数式（Ｅ）を満たすことを特徴とする請求項４に記載の重ね抵抗スポット溶接方法。
   

   
6. 最も薄い鋼板の板厚ｔ_１（ｍｍ）に対する板組みの総板厚ｔ_２（ｍｍ）の比（ｔ_２／ｔ_１）が４以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の重ね抵抗スポット溶接方法。

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