JP2009241136A - 高張力鋼板のシリーズスポットまたはインダイレクトスポット溶接法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリーズスポット溶接またはインダイレクトスポット溶接によって高張力鋼板を溶接するに際し、通電時間を4つの時間帯t1-1,t1-2,t1-3,t1-4に分割し、まず最初の時間帯t1-1において電流C1-1を通電したのち、時間帯t1-2では電流C1-1よりも高い電流C1-2を通電し、ついで時間帯t1-3では通電電流をC1-2から段階的または連続的に増大し、その後時間帯t1-4では時間帯t1-3で到達した最高電流C1-3以上の電流C1-4を通電する、という通電方式とする。
【選択図】図2
Description
いずれのスポット溶接も、重ね合わせた2枚の鋼板を溶接により接合する点では変わりはない。
図1(a)は、ダイレクトスポット溶接法を示したものであるが、この溶接は、同図に示すとおり、重ね合わせた2枚の鋼板1,2を挟んでその上下から一対の電極3,4を加圧しつつ電流を流し、鋼板の抵抗発熱を利用して、点状の溶接部5を得る方法である。なお、電極3,4はいずれも、加圧制御装置6,7および電流制御装置8をそなえており、これらによって加圧力と通電する電流値が制御できる仕組みになっている。
図1(b)に示すシリーズスポット溶接法は、重ね合わせた2枚の鋼板11,12に対し、離隔した位置で、同一面側(同一方向)から一対の電極13,14を加圧しつつ電流を流し、点状の溶接部15-1,15-2を得る方法である。
図1(c)に示すインダイレクトスポット溶接法も、重ね合わせた2枚の鋼板21,22に対し、離隔した位置で同一面側から電流を流す点ではシリーズスポット溶接法と同様であるが、一対の電極23,24のうち片方の電極23は鋼板の重ね合わせた重合部に配置するのに対し、もう片方の電極24は単板部(この例で鋼板22)に配置させ、これらの間で通電することにより、上記重合部に点状の溶接部25を形成する方法である。
しかしながら、実際の溶接に際しては、十分なスペースがない、閉断面構造で鋼板を上下から挟むことができない場合も多く、かような場合には、シリーズスポット溶接法やインダイレクトスポット溶接法が用いられる。特にシリーズスポット溶接法は、2点を同時に溶接することができることから、溶接の高速化が図れるという利点がある。
自動車車体の軽量化と強化を同時に達成するには、部品素材を高強度化することが効果的であると言われており、最近では引張強さ(TS)が 440 MPa以上の高張力鋼板が自動車部品に使用されるようになった。すなわち、高張力鋼板を適用して、使用する鋼板の薄肉化を図り、これにより自動車車体の軽量化と強化を同時に達成しようとするものである。
a)高張力鋼板は普通鋼よりも電気抵抗が高く発熱し易いため、普通鋼の場合と同じように電流を通電すると、鋼板が局部的な発熱と過度の変形を受け、甚だしい場合には高温割れの発生や溶け落ちが生じる。
b)上記の弊害を解決するには、通電する電流値およびその通電時間を細かく制御する必要がある。
c)特に通電時間を4段階に分け、各段階における電流値を個別に制御することにより、溶接時における割れや溶け落ちの発生を効果的に抑制して、健全な溶接部とすることができる。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
1.重ね合わせた少なくとも2枚の金属板に対し、同一面側から離隔した位置に一対の電極を押し当てて溶接を行うシリーズスポット溶接またはインダイレクトスポット溶接により、高張力鋼板を溶接するに際し、通電時間を4つの時間帯t1-1,t1-2,t1-3,t1-4に分割し、まず最初の時間帯t1-1において電流C1-1を通電したのち、時間帯t1-2では電流C1-1よりも高い電流C1-2を通電し、ついで時間帯t1-3では通電電流をC1-2から段階的または連続的に増大し、その後時間帯t1-4では時間帯t1-3で到達した最高電流C1-3以上の電流C1-4を通電することを特徴とする、高張力鋼板のシリーズスポットまたはインダイレクトスポット溶接法。
通電時間を3つの時間帯tm-2,tm-3,tm-4に分割し、時間帯tm-2では前段の時間帯t1-4における電流C1-4よりも低い電流Cm-2を通電し、ついで時間帯tm-3では通電電流をCm-2から段階的または連続的に増大し、その後時間帯tm-4では時間帯tm-3で到達した最高電流Cm-3以上かつ前段の時間帯t1-4における電流C1-4以上の電流Cm-4で通電する処理を、
1回または2回以上繰り返し施すことを特徴とする、高張力鋼板のシリーズスポットまたはインダイレクトスポット溶接法。
図2(a)に、本発明の基本的な通電時間と通電電流との関係を示す。
本発明では、通電時間を4つの時間帯に分割し、それぞれの時間帯において通電する電流を制御する。ここで、分割した各時間帯をt1-1,t1-2,t1-3,t1-4で示す。また、各時間帯に通電する電流値をC1-1,C1-2,C1-3,C1-4で示す。
この時間帯t1-1は、電極と接触する金属板を軟化させて、電極と金属板の接触面積を広げるための時間帯である。すなわち、溶接開始時は、金属板が軟化されていないことから、電極と金属板との接触面積が小さいため、この接触面積を広くする必要がある。しかしながら、この時間帯t1-1における通電電流が高すぎるとスパッタが発生する不具合が生じる。従って、この時間帯t1-1で通電する電流値はかような不具合が生じない電流値C1-1とする必要がある。この時間帯t1-1において、適切な電流C1-1を通電した場合、図3(a)に示すように、金属板11の表面が発熱により軟化し、金属板11の表面に電極13の先端が徐々に沈み込み、金属板11と電極13との接触面積が広くなる。
この時間帯t1-2は、金属板をさらに軟化して、電極先端の沈み込み量を増大させ、2枚の金属板を密着させるための時間帯である。従って、この時間帯t1-2では、電流C1-1よりも高い電流C1-2を通電する必要がある。この時間帯t1-2において、適切な電流C1-2を通電した場合、図3(b)に示すように、金属板11はさらに軟化し、この軟化に伴い電極13の先端はさらに沈み込み、その結果、金属板11と金属板12との接触面積が確保される。溶接前に、金属板11と金属板12との間に隙間がある場合でも、この時間帯t1-2で解消される。
この時間帯t1-3は、金属板同士の接触面積をさらに拡大させると共に、密着した箇所を発熱させて、両者を接合するための時間帯である。この時間帯では、通電電流を急激に上昇させると、過度の発熱と変形により、溶着部で割れや溶け落ちが発生するおそれがある。そこで、この時間帯t1-3では、通電電流をC1-2からC1-3まで段階的または連続的に増大させることか肝要である。この時間帯t1-3において、適切な条件で通電した場合には、図3(c)に示すように、高温での密着により金属板11と金属板12とが冶金的に接合される。なお、接合にさいしては、金属板11,12間の溶融は必ずしも必要ではない。
また、各時間帯t1-1,t1-2,t1-3,t1-4における通電電流はそれぞれ、C1-1:2.0〜10.0 kA、C1-2:2.5〜12.0 kA、C1-3:3.0〜16.0 kA、C1-4:3.0〜16.0 kAとすることが好ましい。
このような場合には、再度、同様な溶接処理を行うことができる。
図2(b)に、2サイクルで溶接を行う場合の通電時間と通電電流との関係を示す。
1サイクル目は、図1(a)に示した場合と同じ条件でよい。
従って、2サイクル目以降の時間帯については、1サイクル目のt1-2,t1-3,t1-4に相当する時間帯tm-2,tm-3,tm-4の3つに分割して行えばよい。
これら3つの時間帯tm-2,tm-3,tm-4および各時間帯に通電する電流値Cm-2,Cm-3,Cm-4に対して期待するところを、以下に説明する。
時間帯tm-2は、1サイクル目のt1-4に相当する時間帯で高温状態に達した溶接部を冷却する時間帯である。従って時間帯tm-2では前段の時間帯t1-4における電流C1-4よりも低い電流Cm-2を通電する。
ついで、時間帯tm-3では、通電電流をCm-2から段階的または連続的に増大し、電流Cm-3を通電する。
この時間帯tm-3は、接合面積をさらに拡大させるための時間帯である。この時間帯で、通電電流を急激に上昇させると、過度の発熱と変形により、溶着部で割れや溶け落ちが発生するおそれがあることは、1サイクル目の時間帯t1-3と同様である。
引き続き、時間帯tm-4では、時間帯tm-3で到達した最高電流Cm-3以上の電流Cm-4を通電する。1サイクル目の時間帯t1-4と同様に、高電流での通電を所定時間維持することにより、安定した接合面積を確保することを目的とする。
また、好適には、少なくとも電流値Cm-3,Cm-4の値については、その前段のサイクルの電流値C1-3,C1-4よりも幾分高めに設定することが有利である。
また、各時間帯tm-2,tm-3,tm-4における通電電流はそれぞれ、Cm-2:2.5〜12.0 kA、Cm-3:3.0〜16.0 kA、Cm-4:3.0〜16.0 kAとすることが好ましい。
そこで、このようなおそれがある場合には、図4(a),(b)に示すように、時間帯t1-4またはtm-4での通電終了後、引き続く時間帯tZで電流を段階的または連続的に減少しながら通電を終了することが好ましい。
かような徐冷処理により、接合部の硬化を効果的に抑制することができ、ひいては継手引張強度を向上させることができる。
表3に、表2に示す通電パターンで溶接したときの各継手の割れ、溶け落ちの観察結果およびU字引張強度の測定結果を示す。なお、表2において、発明例1,2および3の通電パターンはそれぞれ、図2(a)、図2(b)および図4(a)に示したものに相当する。また、比較例1,2はそれぞれ、前掲特許文献1の技術に従う通電パターンである。
表3に示したとおり、比較例1,2においては、割れ、溶け落ちが確認されたのに対して、発明例1〜3においては、割れ、溶け落ちがなく、かつ良好な継手引張強度が得られた。
Claims (7)
- 重ね合わせた少なくとも2枚の金属板に対し、同一面側から離隔した位置に一対の電極を押し当てて溶接を行うシリーズスポット溶接またはインダイレクトスポット溶接により、高張力鋼板を溶接するに際し、通電時間を4つの時間帯t1-1,t1-2,t1-3,t1-4に分割し、まず最初の時間帯t1-1において電流C1-1を通電したのち、時間帯t1-2では電流C1-1よりも高い電流C1-2を通電し、ついで時間帯t1-3では通電電流をC1-2から段階的または連続的に増大し、その後時間帯t1-4では時間帯t1-3で到達した最高電流C1-3以上の電流C1-4を通電することを特徴とする、高張力鋼板のシリーズスポットまたはインダイレクトスポット溶接法。
- 請求項1において、前記時間帯t1-4における電流C1-4での通電後、さらに
通電時間を3つの時間帯tm-2,tm-3,tm-4に分割し、時間帯tm-2では前段の時間帯t1-4における電流C1-4よりも低い電流Cm-2を通電し、ついで時間帯tm-3では通電電流をCm-2から段階的または連続的に増大し、その後時間帯tm-4では時間帯tm-3で到達した最高電流Cm-3以上かつ前段の時間帯t1-4における電流C1-4以上の電流Cm-4で通電する処理を、
1回または2回以上繰り返し施すことを特徴とする、高張力鋼板のシリーズスポットまたはインダイレクトスポット溶接法。 - 請求項1または2において、最後の高電流通電後、引き続く時間帯tZで電流を段階的または連続的に減少して通電を終了することを特徴とする、高張力鋼板のシリーズスポットまたはインダイレクトスポット溶接法。
- 請求項1〜3のいずれかにおいて、時間帯t1-1,t1-2,t1-3,t1-4がそれぞれ、t1-1:0.03〜0.20s、t1-2:0.08〜0.60s、t1-3:0.03〜0.20s、t1-4:0.03〜0.24sであることを特徴とする、高張力鋼板のシリーズスポットまたはインダイレクトスポット溶接法。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて、電流C1-1,C1-2,C1-3,C1-4がそれぞれ、C1-1:2.0〜10.0 kA、C1-2:2.5〜12.0 kA、C1-3:3.0〜16.0 kA、C1-4:3.0〜16.0 kAであることを特徴とする、高張力鋼板のシリーズスポットまたはインダイレクトスポット溶接法。
- 請求項2〜5のいずれかにおいて、時間帯tm-2,tm-3,tm-4がそれぞれ、tm-2:0.08〜0.60s、tm-3:0.03〜0.20s、tm-4:0.03〜0.24sであることを特徴とする、高張力鋼板のシリーズスポットまたはインダイレクトスポット溶接法。
- 請求項2〜6のいずれかにおいて、電流Cm-2,Cm-3,Cm-4がそれぞれ、Cm-2:2.5〜12.0 kA、Cm-3:3.0〜16.0 kA、Cm-4:3.0〜16.0 kAであることを特徴とする、高張力鋼板のシリーズスポットまたはインダイレクトスポット溶接法。
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