JP2009101399A - スポット溶接法 - Google Patents

Abstract

【課題】通電時間および加圧力を増大させずに、大きなナゲット径を確保できるスポット溶接法を提供すること。
【解決手段】金属板のスポット溶接法であって、金属板表面に形成した凹部に溶接用電極を押し当ててスポット溶接することを特徴とする方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属板のスポット溶接法に関するものである。

スポット溶接法は、２枚の金属板（例えば鋼板）を重ね合わせ、一般に丸棒状の電極で加圧しながら通電することによって、ジュール熱で金属を溶融させて点状に圧接する方法であり、例えば自動車部品等の組み立てに広く用いられている。

スポット溶接では、溶接金属部は碁石状に形成され、これは一般にナゲットと呼ばれる。そしてスポット溶接部の引張せん断強さは、このナゲット径にほぼ比例することが知られている。そのためスポット溶接では、充分なナゲット径を確保することが求められる。

大きなナゲット径を確保するには、スポット溶接の通電時間を長くすれば良い。しかし通電時間の延長は、スポット溶接の生産性を低下させる。そこで通電時間を延長させずに、大きなナゲット径を確保できるスポット溶接法が求められている。

例えば、金属板の表面に凸部を設け、その凸部に電極を接触させるスポット溶接法が知られている。この方法では、金属板と電極との接触面積が減少して接触抵抗が増加することによって、発熱量が増加し、ナゲット径を大きくすることができる。しかし凸部は金属板表面に簡単に形成することはできず、この方法ではかえって生産性が低下する。

特許文献１には、重ね合わせる金属板の間に難導電性粒体群を介在させてスポット溶接する方法が開示されている。この方法では、難導電性粒体群が存在するため接合界域の電気抵抗が増大して発熱量が増大するため、短い時間で溶接することができる。しかしこの方法では難導電性粒体群を準備しなければならず、溶接コストが増大する。

またナゲット径を大きくするためには、加圧力を増やして、電極と金属板との接触面積を大きくする方法も考えられる。この方法では、接触面積が増大するので、広い範囲で金属板の温度を上昇させることができ、その結果、ナゲット径も増大する。しかし加圧力が大きくなりすぎると、金属板が変形するという弊害が生ずる。
特開平１−２８９５７９号公報

本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、通電時間および加圧力を増大させずに、大きなナゲット径を確保できるスポット溶接法を提供することにある。

上記目的を達成することのできた本発明とは、金属板のスポット溶接法であって、金属板表面に形成した凹部に溶接用電極を押し当ててスポット溶接することを特徴とする。

金属板表面に形成した凹部は、（Ｉ）その深さが０．２ｍｍ以上、１ｍｍ以下であること；（ＩＩ）その形状が略円形であり、その長径がスポット溶接で形成されるナゲット径の１／２以下であること；が好ましい。

本発明のスポット溶接法によれば、通電時間および加圧力を増大させずに、ナゲット径を大きくすることができる。

本発明のスポット溶接法は、金属板（好ましくは鋼板）表面に凹部を形成し、この凹部に溶接用電極を押し当てることに特徴がある。金属板表面に凹部が存在すると、少ない加圧力でも凹部が変形して、電極が通常よりも深く金属板に入りこむことができる。その結果、電極と金属板との接触径が増大し（図１の下部参照）、ナゲット径を広げることができる。

スポット溶接では、電極と金属板との接触−非接触境界では電流密度が高くなるため大きく発熱する。そして凹部が存在すると、凹部が存在しない場合の接触−非接触境界Ａ部に加えて、さらに凹部においても接触−非接触境界Ｂ部が形成され（図１の下部参照）、より効率よく金属板を溶融させることができる。その結果、短時間でも大きなナゲット径を形成することができる。

また本発明のスポット溶接法では凹部が存在するため、加圧力を大きくする必要が無く、金属板の変形を抑えることができる。また金属板に凸部を形成する場合と異なり、凹部は、圧痕機やポンチなどによって簡単に形成することができる。凹部は、重ね合わせる金属板の一方または両方に形成することができる。

金属板表面に形成した凹部は、深いほど電極が深く入り込むことができ、金属板と電極との接触径が増大する。しかし深すぎると、凹部を形成する加工に手間がかかる。凹部の必要な深さは、好ましくは０．１ｍｍ以上（より好ましくは０．２ｍｍ以上、さらに好ましくは０．３ｍｍ以上）、好ましくは１ｍｍ以下（より好ましくは０．８ｍｍ以下、さらに好ましくは０．６ｍｍ以下）である。

金属板表面に形成した凹部の形状は、使用する溶接用電極が通常丸棒状であること、および加工容易性などの観点から、略円形であることが好ましい。凹部の部分は薄肉化されるため、スポット溶接部にはく離応力が加わったときに生ずるひずみが少ないナゲットの中央部分に、凹部の形成位置を限定することが好ましい。なぜなら、はく離応力は溶融域端部に集中するため、ナゲット中央部にはひずみがあまり生じないからである（図２参照）。特にナゲット径の１／２以下の領域では、溶融域端部の１／１０程度のひずみしか発生しない。そこで略円形状の凹部の長径（円形である場合は直径）は、ナゲット径の１／２以下であることが好ましい。なおナゲット径は、従来のデータ（溶接電流、通電時間、加圧力、材料）から、推測することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実施例１
図３に示すような形状の凹部を有する金属板と、凹部を有さない金属板との溶接を、市販ソフト「Ｑｕｉｃｋ Ｓｐｏｔ」によってシミュレーションし、溶接後のナゲット径を解析した。図３のａ、ｂおよびｄ（ｍｍ）の長さを表１に示す。また比較のために、凹部を有さない金属板同士の溶接もシミュレーションし、溶接後のナゲット径を解析した。これらの結果を表１に示す。なおシミュレーションの設定条件は、以下の通りである：
金属板：厚み２．０ｍｍの軟鋼板（ＴＳ＝２７０ＭＰａ）
電極先端部直径：８ｍｍ
電極先端の曲率半径：４０ｍｍまたは８０ｍｍ
溶接電流：６．５ｋＡ
溶接時間：５００ｍｓ
加圧力：５００ｋｇｆ

表１に示す結果から分かるように、金属板に凹部を形成することによってナゲット径を増大させることができる。

本発明の効果達成メカニズムを説明するための概略図である。 スポット溶接部にはく離応力が加わったときの、相当塑性ひずみとナゲット中心からの距離との関係を示すグラフである。 実施例で金属板に形成した凹部の形状を示す概略図である。

Claims (3)

1. 金属板のスポット溶接法であって、金属板表面に形成した凹部に溶接用電極を押し当ててスポット溶接することを特徴とする方法。
2. 金属板表面に形成した凹部の深さが、０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である請求項１に記載の方法。
3. 金属板表面に形成した凹部の形状が略円形であり、その長径がスポット溶接で形成されるナゲット径の１／２以下である請求項１または２に記載の方法。

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