JP2008183620A

JP2008183620A - プロジェクション溶接部及びそれを形成する方法

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Publication number: JP2008183620A
Application number: JP2008014446A
Authority: JP
Inventors: Michael Douglas Arnett; マイケル・ダグラス・アーネット; Srikanth Chandrudu Kottilingam; スリカンス・チャンドルドュ・コッティリンガム; Gitahi Charles Mukira; ジタヒ・チャールズ・ムキーラ; Gene Arthur Murphy Jr; ジーン・アーサー・マーフィー，ジュニア; Daniel Anthony Nowak; ダニエル・アンソニー・ノワク
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2008-08-14
Also published as: US20080182119A1; KR20080071518A; EP1952930A1; CN101234453A

Abstract

【課題】プロジェクション溶接方法を開示する。
【解決手段】本プロジェクション溶接方法は、第１の金属基材（１２）、第２の金属基材（１４）、並びに第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）とは別体の突起材（１６）を準備する段階と、第１の金属基材（１２）と第２の金属基材（１４）の間に金属突起材（１６）を配置する段階と、第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）の少なくとも一方に電流（２６）及び圧力（３６）を加える段階と、電流（２６）及び圧力（３６）を加えることによって金属突起材（１６）を溶融させる段階と、上記溶融によって第１の金属基材（１２）と第２の金属基材（１４）の間に溶接部（１０）を形成する段階と、溶接部（１０）によって第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）を固定結合する段階とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は広義には溶接法に関し、具体的には、プロジェクション溶接法に関する。

プロジェクション溶接法は、２枚の重ね合わせた金属板を接合するための公知の方法である。従来のプロジェクション溶接法では、金属板の一方に小さい突起を設けかつその先端が他方の金属板と接触するように小さい突起を金属板の側面と直角方向に延びるようにする。突起と整列させて金属板の一方と接触した状態で電流発生装置（溶接ガンの電極のような）を押圧し、電極に外力及び溶接電流の組合せを加えて、突起を押し潰しかつ突起によって形成された接触領域で２枚の金属板を接合する溶接ナゴットが形成されるようにする。

抵抗プロジェクション溶接法は固相接合法であり、固相接合法はアーク溶接方法で必要とされる予熱の必要がない。プロジェクション溶接法はまた高速であり、製造時間が短縮される。しかし、金属の特性によっては、この方法では金属を互いに直接溶接することができない。さらに、例えば銅のような高伝導性材料では、接合を形成するのが極めて困難である。接合部から急速に離れるように熱が伝導されて、欠陥を有する接合部が形成される。そのため、溶接部で溶解不足を招き多孔を生じるおそれがある。それにもかかわらず、銅接合部は多くの用途において、特にＭＲＩ装置の電磁コイルにおいて不可欠なものである。
米国特許第６７９１０５６号公報米国特許第６５０６９９８号公報米国特許第６３０３８９３号公報米国特許第６１９８０６５号公報米国特許第５７８３７９４号公報米国特許第５４７３１３３号公報米国特許第４８５０２１４号公報米国特許第４７２８７６９号公報米国特許第４４９５３９７号公報米国特許第４４１７１２２号公報米国特許第４２７３９８３号公報

従って、一段と効率的な接合部の形成法に対するニーズと、互いに直接溶接することができないプロジェクション溶接金属のための手段に対するニーズが存在する。

本明細書では、プロジェクション溶接方法であって、第１の金属基材、第２の金属基材、並びに第１の金属基材及び第２の金属基材とは別体の突起材を準備する段階と、第１の金属基材と第２の金属基材の間に金属突起材を配置する段階と、第１の金属基材及び第２の金属基材の少なくとも一方に電流及び圧力を加える段階と、電流及び圧力を加えることによって金属突起材を溶融させる段階と、上記溶融によって第１の金属基材と第２の金属基材の間に溶接部を形成する段階と、溶接部によって第１の金属基材及び第２の金属基材を固定結合する段階とを含む方法について開示する。

また、プロジェクション溶接部であって、第１の金属基材、第２の金属基材、第１の金属基材及び第２の金属基材とは別体の突起材、並びに第１の金属基材と第２の金属基材と突起材との混合物を含むプロジェクション溶接ナゲットを含むプロジェクション溶接部についても開示する。

さらに、プロジェクション溶接方法であって、第１の金属基材、第２の金属基材、並びに第１の金属基材及び第２の金属基材とは別体の突起材を準備する段階と、第１の金属基材に金属突起材を付着させる段階と、上記突起材を付着させた第１の金属基材及び第２の金属基材を、第１の金属基材と第２の金属基材の間に突起材が配置されるように配置する段階と、第１の金属基材及び第２の金属基材の少なくとも一方に電流及び圧力を加える段階と、電流及び圧力を加えることによって金属突起材を溶融させる段階と、上記溶融によって第１の金属基材と第２の金属基材の間に溶接部を形成する段階と、溶接部によって第１の金属基材及び第２の金属基材を固定結合する段階とを含む方法についても開示する。

以下の説明は、限定的なものではない。添付図面では、同様の要素には同じ符号を付している。

図１〜図３を参照すると、プロジェクション溶接部１０を示しており、このプロジェクション溶接部１０は、第１の金属基材１２、第２の金属基材１４及び金属突起材１６を含む。図（特に図３）に示すように、金属突起材１６は、プロジェクション溶接法によって第１の基材１２を第２の基材１４に固定結合する。溶接プロセスを行う方法の例示的な実施形態を以下に説明する。

図１を参照すると、溶接前のプロジェクション溶接部１０の部品を示す。図に示すように、第１の基材１２、第２の基材１４及び突起材１６はすべて互いに別体である。第１の基材１２と第２の基材１４は、同じ組成又は異なる組成の任意の金属（又は複数種の合金）でよく、例えば、特に限定されないが、炭素、鋼、アルミニウム及び銅などでよい。例示的な実施形態では、これらの基材１２及び１４は、図に示すように実質的に平板である。突起材１６も任意の金属又は所望の組成の複数種の合金からなるものでよく、ワイヤ、メッシュワイヤ（いずかをコア構造としても、或いはフラックスで被覆してもよい。）、パウダ、その他の所望の材料で形成できる。ある例示的な実施形態では、銀メッシュの突起材を鋼基材とアルミニウム基材の間に配置する。突起材１６の形態及び金属組成は、第１の基材１２及び第２の基材１４の特性に基づいて第１の基材１２と第２の基材１４の間に強固なプロジェクション溶接部を形成するように選択される。突起１６の形状も所望の形状であればよく、例えば特に限定されないが、円錐台形又は部分球形とし得る。

図２を参照すると、突起材１６を選択して基材１２及び１４間に配置したら、両基材１２及び１４は突起１６と接触（又は近接）して基材１２及び１４のプロジェクション溶接の準備が整う。この接触（又は近接）は突起１６の両端１８及び２０で起こり（図１参照）、これらの端部１８及び２０はそれぞれ第１の基材１２及び第２の基材１４の内面２２及び２４と接触する。プロジェクション溶接法は、次いで基材１２及び１４の少なくとも１つに電流２６及び圧力３６を加えることによって達成できる。この図２の例示的な実施形態では、電流２６及び圧力３６は、電極２８及び３０によって両方の基材１２及び１４に加えられる。この実施形態では、電極２８及び３０は突起材１６と整列しており、突起材１６と整列した状態で電流を供給する。上述のように、電極２８及び３０は、ここでも同様に突起１６と整列した状態で基材１２及び１４に圧力を与えて、プロジェクション溶接プロセスを一段と迅速化する。

次に図３を参照すると、基材１２及び１４に電流２６及び圧力３６を加えることによって、突起材１６を完全に溶融させた溶接部３２が形成される。電流２６及び圧力３６によって発生した熱により形成されたこのような溶接部３２は、基材１２及び１４と突起材１６との混合物を含むプロジェクション溶接ナゲット３３を形成する。溶接部３２は、プロジェクション溶接プロセスによって第１の基材１２及び第２の基材１４を固定結合する。

基材１２及び１４の少なくとも一方に電流２６を加える前に、別体の突起１６の一端１８又は２０は、例えば特に限定されないが従来の溶接のようなあらゆる望ましい手段で基材表面２２又は２４の一方に最初に固定してもよい。次に他方の表面２２又は２４を他端１８又は２０に近接（又は接触）して配置して、電流２６及び圧力３６を加えればよい。上述の通り、電流２６及び圧力３６によって溶接部が形成され、突起材１６は完全に消耗される。従って、基材１２及び１４の一方について述べたように、電流及び圧力を加える前（つまりプロジェクション溶接ナゲット３３の形成前）に基材１２及び１４の一方又は両方に突起１６を固定した場合でも、突起（例えば、突起１６のような）は基材１２及び１４とは別体のものといえる。突起１６も、基材１２及び１４の一方又は両方と同じ組成であってもよく、電流及び圧力を加える前に基材１２及び１４の一方又は両方に突起１６を固定するか否かとは無関係に、基材１２及び１４とは別体のものであるといえる。

図４を参照すると、基材１２と１４は、上述のプロジェクション溶接プロセスで形成された複数の溶接部１０で互いに溶接できる。複数の溶接部１０は互いに離隔した複数の突起材片１６を含む。

図５を参照すると、プロジェクション溶接法１００を示しており、本方法１００は、操作ブロック１０２で示すように、第１の金属基材１２、第２の金属基材１４、並びに第１の金属基材１２及び第２の金属基材１４とは別体の突起材１６を準備する段階を含む。本方法１００はさらに、操作ブロック１０４で示すように、第１の金属基材１２及び第２の金属基材１４間に金属突起材１６を配置する段階と、第１の金属基材及び第２の金属基材の少なくとも一方に電流及び圧力を加える段階と、電流及び圧力を加えることによって金属突起材１６を溶融させる段階とを含む。本方法１００は、操作ブロック１０６で示すように、上記溶融によって第１の金属基材１２及び第２の金属基材１４間に溶接部３２を形成する段階と、溶接部３２によって第１の金属基材１２及び第２の金属基材１４を固定結合する段階も含む。

例示的な実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなくその要素に様々な変更を加えることができ、その要素を均等物で置き換えることができることは当業者には明らかであろう。さらに、本発明の技術的範囲から逸脱することなく特定の状況又は物質を本発明の教示に適合させるため多くの修正を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は記載した特許請求の範囲の技術的範囲に属するあらゆる実施形態を包含する。さらに、特記しない限り、第１、第２などの用語は順序又は重要性を示すのではなく、ある要素を他の要素と区別するために用いる。

例示的な実施形態に係るプロジェクション溶接部の概略分解側面斜視図。通電中のプロジェクション溶接部の要素の概略側面斜視図。プロジェクション溶接部の概略側面図。複数プロジェクション溶接部の概略側面図。プロジェクション溶接法を示すブロック図。

符号の説明

１０プロジェクション溶接部
１２第１の金属基材
１４第２の金属基材
１６金属突起材
１８金属突起材の端部
２０金属突起材の反対側端部
２２内面
２４内面
２６電流
２８電極
３０電極
３２溶接部
３３溶接ナゲット
３６圧力
１００プロジェクション溶接法
１０２操作ブロック
１０４操作ブロック
１０６操作ブロック

Claims

プロジェクション溶接方法であって、
第１の金属基材（１２）、第２の金属基材（１４）、並びに第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）とは別体の突起材（１６）を準備する段階と、
第１の金属基材（１２）と第２の金属基材（１４）の間に金属突起材（１６）を配置する段階と、
第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）の少なくとも一方に電流（２６）及び圧力（３６）を加える段階と、
電流（２６）及び圧力（３６）を加えることによって金属突起材（１６）を溶融させる段階と、
上記溶融によって第１の金属基材（１２）と第２の金属基材（１４）の間に溶接部（１０）を形成する段階と、
溶接部（１０）によって第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）を固定結合する段階と
を含んでなる方法。
前記金属基材が同一の合金母材からなる、請求項１記載の方法。
第１の金属基材（１２）が鋼であり、第２の金属基材（１４）がアルミニウムであり、金属突起材（１６）が銀又は銅合金である、請求項１記載の方法。
金属基材が異なる合金母材からなる、請求項１記載の方法。
金属突起材（１６）がワイヤ、メッシュ及びパウダの少なくとも１つである、請求項１記載の方法。
金属突起材（１６）が複数種の合金を含む、請求項１記載の方法。
第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）が略平坦であり、金属突起材（１６）が互いに離隔した複数の突起材片である、請求項１記載の方法。
第１の金属基材（１２）、
第２の金属基材（１４）、
第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）とは別体の突起材（１６）、並びに
第１の金属基材（１２）と第２の金属基材（１４）と突起材（１６）との混合物を含むプロジェクション溶接（１０）ナゲット
を含んでなるプロジェクション溶接部（１０）。
プロジェクション溶接方法であって、
第１の金属基材（１２）、第２の金属基材（１４）、並びに第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）とは別体の突起材（１６）を準備する段階と、
第１の金属基材（１２）に金属突起材（１６）を付着させる段階と、
上記突起材（１６）を付着させた第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）を、第１の金属基材（１２）と第２の金属基材（１４）の間に突起材（１６）が配置されるように配置する段階と、
第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）の少なくとも一方に電流（２６）及び圧力（３６）を加える段階と、
電流（２６）及び圧力（３６）を加えることによって金属突起材（１６）を溶融させる段階と、
上記溶融によって第１の金属基材（１２）と第２の金属基材（１４）の間に溶接部（１０）を形成する段階と、
溶接部によって第１の金属基材（１２）及び第２の金属基材（１４）を固定結合する段階と
を含んでなる方法。
金属突起材（１６）を第１の金属基材（１２）に付着させる段階が、溶接法によって達成される、請求項９記載の方法。