JP2014083557A - スポット溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄い鋼板と隣り合う厚い鋼板との間に良好なナゲットを形成すると共に、溶接後の薄い鋼板の表面を平坦に仕上げることができるスポット溶接方法を提供する。
【解決手段】重ね合わせた２枚の厚い鋼板Ｗａ，Ｗｂの一方の厚い鋼板Ｗｂに薄い鋼板Ｗａをさらに重ね合わせ、これらの鋼板を溶接電極１１，１２で挟み加圧通電することによりこれらの鋼板をスポット溶接する方法において、薄い鋼板Ｗａの一方の面に凹部３０を他方の面に凸部２１を形成し、凸部２１が厚い鋼板Ｗｂに接触するように薄い鋼板Ｗａを２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃに重ね合わせ、溶接電極１１が薄い鋼板Ｗａの凹部２０の全体を覆うように溶接電極１１，１２でこれらの鋼板を挟んだ状態で、低加圧力で通電することにより薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂとを溶接し、その後、高加圧力で通電することにより２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃ同士を溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スポット溶接方法に関し、特に、重ね合わせた２枚の厚い鋼板の一方に薄い鋼板をさらに重ね合わせ、これらの鋼板を一対の電極で挟み加圧通電することにより、これらの鋼板をスポット溶接する方法に関する。

一般に、重ね合わせられた鋼板同士の溶接には、スポット溶接が用いられている。この溶接方法は、重ね合わせた２枚の鋼板を直接、上下の電極チップで挟み加圧しながら板厚方向に溶接電流を流すことで発生する鋼板の抵抗発熱を利用するもので、点状の溶接部を得ている。即ち、電流を流した際に両鋼板の接触箇所に溶接ナゲット（以下「ナゲット」という。）と呼ばれる両鋼板の溶融した部分ができ、このナゲットによって両鋼板が点状に溶接される。

しかしながら、重ね合わせた２枚の厚い鋼板の一方に薄い鋼板をさらに重ね合わせてスポット溶接を行う場合、薄い鋼板に対する、薄い鋼板及び２枚の厚い鋼板の総板厚の比が約４倍以上になると、薄い鋼板と、この薄い鋼板と隣り合う厚い鋼板との間にナゲットが充分に形成されず、所定の溶接強度が得られないという問題があった。

特許文献１には、この問題を解決するために、薄い鋼板の溶接すべき部位に一般部より一段高い座面を有する中空円錐台形状の凸部を形成するとともに、一対の電極のうち、薄い鋼板に対向する電極は先端を球面に形成し、溶接初期は低加圧力で薄い鋼板の凸部を押しつぶすようにして薄い鋼板とこれと隣り合う厚い鋼板とを溶接し、その後、高加圧力で２枚の厚い鋼板同士を溶接する方法が開示されている。

特開２００３−７１５６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスポット溶接では、中空円錐台形状の凸部を先端が球面の電極で押しつぶしているため、溶接後の薄い鋼板の表面に凹凸が残るという問題がある。

そこで、本発明は薄い鋼板と隣り合う厚い鋼板との間に良好なナゲットを形成するとともに、溶接後の薄い鋼板の表面を平坦に仕上げることができるスポット溶接方法を提供することを目的としている。

本発明のスポット溶接方法は、重ね合わせた２枚の厚い鋼板の一方に薄い鋼板をさらに重ね合わせ、これらの鋼板を一対の溶接電極で挟み加圧通電することにより、これらの鋼板をスポット溶接する方法において、薄い鋼板の一方の面に凹部を他方の面に凸部を形成し、この凸部が一方の厚い鋼板に接触するように薄い鋼板を２枚の厚い鋼板に重ね合わせ、一方の溶接電極が薄い鋼板の凹部の全体を覆うように一対の溶接電極でこれらの鋼板を挟んだ状態で、低加圧力で通電することにより薄い鋼板と隣り合う厚い鋼板とを溶接し、その溶接後、高加圧力で通電することにより２枚の厚い鋼板同士を溶接することを特徴とする。

本発明によれば、重ね合わせた２枚の厚い鋼板の一方に薄い鋼板をさらに重ね合わせ、これらの鋼板をスポット溶接するにあたり、薄い鋼板と隣り合う厚い鋼板との間に良好なナゲットを形成して充分な溶接強度を得るとともに、溶接後の薄い鋼板の表面を平坦に仕上げることができる。

本発明の第１の実施形態によるスポット溶接方法を示す図である。 溶接電極１１と薄い鋼板Ｗａとの配置関係を示す平面図である。 薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂとを溶接する時の図２のＸ−Ｘ線に対応した断面図である。 ２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃ同士を溶接する時の図２のＸ−Ｘ線に対応した断面図である。 本発明の第２の実施形態によるスポット溶接方法を示す図である。 溶接電極１１と厚い鋼板Ｗｂとの配置関係を示す平面図である。 薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂとを溶接する時の図６のＸ−Ｘ線に対応した断面図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態によるスポット溶接方法の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態のスポット溶接方法に用いられる溶接装置１０、及び被溶接部材である薄い鋼板Ｗａ、厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃを示す図である。

溶接装置１０は、一対の溶接電極１１，１２と、一方の溶接電極１２を支持するとともに溶接電極１１，１２で被溶接部材を加圧可能なシリンダ１３と、このシリンダ１３に供給するエアの圧力を調整して加圧力を切替え可能な加圧力切替装置１４と、例えば５０Ｈｚの商用交流電源１５と、商用交流電源１５を電源として溶接電極１１，１２に溶接電流を供給可能な溶接トランス１６と、溶接電極１１，１２に供給される溶接電流を任意に制御可能な溶接電流制御装置１７を含んで構成されている。

一対の溶接電極１１，１２は、所定の間隔を隔てて対向するようにそれぞれ位置しており、一方の溶接電極１１がシリンダ１３によって移動可能に支持され、他方の溶接電極１２は固定されている。溶接電極１１，１２は、その先端面１１ａ，１２ａがそれぞれ平面または球面で形成されていることが薄い鋼板の表面を平坦に仕上げる上で好ましい。

シリンダ１３は、加圧エアにより他方の溶接電極１２の方向に可動し得る可動部を有し、この可動部に一方の溶接電極１１を支持可能に構成されている。これにより、エア源から供給される加圧エアにより可動部が可動すると、溶接電極１１を溶接電極１２の方向に動かすことができる。

溶接電流制御装置１７は、加圧力切替装置１４の加圧力の変化に同期して、一対の溶接電極１１，１２に供給される溶接電流の値を制御し得るように構成されている。本実施形態では、低加圧力で、例えば８０００〜１００００Ａの溶接電流を溶接電極１１，１２に供給することにより薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂとを溶接し、その溶接後に、高加圧力で、例えば、８０００〜１００００Ａの溶接電流を溶接電極１１，１２に供給することにより、２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃ同士を溶接している。このように溶接装置１０を構成することにより、一対の溶接電極１１，１２間に、薄い鋼板Ｗａ、厚い鋼板Ｗｂ、Ｗｃを挟み加圧通電することができるので、両溶接電極１１，１２間に所定の溶接電流を流すことができる。

次に、薄い鋼板Ｗａの構成を図１、図２に基づいて説明する。薄い鋼板Ｗａの溶接すべき部位には、例えば、パンチング法により、薄い鋼板Ｗａの一方の面にパンチの先端を打ち当てることにより、一方の面に凹部２０が形成され、他方の面には凹部２０に対応した凸部２１が形成される。

そして、薄い鋼板Ｗａの凸部２１が、隣り合う厚い鋼板Ｗｂに接触するように薄い鋼板Ｗａを２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃに重ね合わせ、溶接電極１１が薄い鋼板Ｗａの凹部２０及び凸部２１の全体を覆うように一対の溶接電極１１，１２で、これらの鋼板を挟む。この場合、図２に示すように、溶接電極１１の先端面１１ａは、凹部２０及び凸部２１の全体を覆うような直径を有している。

そして、加圧力切替装置１４によりシリンダ１３に供給するエアの圧力を低圧力に調整して、溶接電極１１に低加圧力（例えば、０．７〜１．０ＫＮ）を加え、通電することにより薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂとを溶接する１回目の溶接を行う。この時の通電時間は、例えば５サイクルである。

この時、２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃは溶接電極１１の加圧力により密着しており、薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂは薄い鋼板Ｗａの凸部２１を介して高抵抗で接触することになる。このため、この凸部２１と厚い鋼板Ｗｂとの接触箇所に溶接電流が集中し、この接触箇所とその周辺部が溶融凝固することにより、図３に示すように、良好なナゲット２２が形成され充分な溶接強度が得られる。

溶接初期は薄い鋼板Ｗａの凸部２１が存在するため、薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂの間には隙間が生じるが、その後、凸部２１は溶融するため、最終的には薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂとは隙間なく密着されることになる。また、薄い鋼板Ｗａの凹部２０は溶接電極１１の加圧力によりある程度平坦化される。

その後、加圧力切替装置１４によりシリンダ１３に供給するエアの圧力を高圧力に調整して、溶接電極１１に高加圧力（例えば、３．０〜５．０ＫＮ）を加え、通電することにより２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃ同士を溶接する２回目の溶接を行う。この時の通電時間は、２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃ同士の溶接強度を確保するために、１回目の通電時間より長く設定され、例えば２０サイクルである。
この２回目の溶接の結果、図４に示すように、２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃの接触箇所にナゲット２３が形成される。このナゲット２３が大きければ、１回目の溶接で形成されたナゲット２２と接触して、両者は一体化される。２回目の溶接では溶接電極１１には高加圧力が加えられるので、薄い鋼板Ｗａの凹部２０はほぼ完全に平坦化される。この場合、薄い鋼板Ｗａの凹部２０を平坦化するために、前述のように、溶接電極１１，１２は、その先端面１１ａ，１２ａがそれぞれ平面または球面で形成されていることが好ましい。

また、ナゲット２３を短時間で大きく形成するために、溶接電流制御装置１７により、２回目の溶接の溶接電流は１回目の溶接の溶接電流より大きく設定されることが好ましい。

以上のように、本発明の第１の実施形態によるスポット溶接方法によれば、重ね合わせた２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃの一方に薄い鋼板Ｗａをさらに重ね合わせ、これらの鋼板をスポット溶接するにあたり、薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃとの間にも良好なナゲット２２を形成して充分な溶接強度を得るとともに、溶接後の薄い鋼板Ｗａの表面を平坦に仕上げることができる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態によるスポット溶接方法においては、薄い鋼板Ｗａに凹部２０及び凸部２１を形成するが、本実施形態によるスポット溶接方法においては、薄い鋼板Ｗａにではなく、厚い鋼板Ｗｂに凹部２４及び凸部２５を形成する点が異なっている。その他の構成は第１の実施形態と同じである。

厚い鋼板Ｗｂの構成を図５、図６に基づいて説明すると、厚い鋼板Ｗｂの溶接すべき部位には、例えば、パンチング法により、厚い鋼板Ｗｂの一方の面にパンチの先端を打ち当てることにより、一方の面に凹部２４が形成され、他方の面には凹部２４に対応した凸部２５が形成される。

そして、厚い鋼板Ｗｂの凸部２５が、薄い鋼板Ｗａに接触するように薄い鋼板Ｗａを２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃに重ね合わせ、溶接電極１１が厚い鋼板Ｗａの凹部２４及び凸部２５の全体を覆うように一対の溶接電極１１，１２で、これらの鋼板を挟む。この場合、図６に示すように、溶接電極１１の先端面１１ａは、薄い鋼板Ｗａの上面から見て、凹部２４及び凸部２５の全体を覆うような直径を有している。

そして、第１の実施形態と同様に、加圧力切替装置１４によりシリンダ１３に供給するエアの圧力を低圧力に調整して、溶接電極１１に低加圧力（例えば、０．７〜１．０ＫＮ）を加え、通電することにより薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂとを溶接する１回目の溶接を行う。この時の通電時間は、例えば５サイクルである。

この時、２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃは、厚い鋼板Ｗｂの凹部２４を除けば溶接電極１１の加圧力により密着しており、薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂは厚い鋼板Ｗｂの凸部２５を介して高抵抗で接触することになる。このため、この凸部２５と薄い鋼板Ｗａとの接触箇所に溶接電流が集中し、この接触箇所とその周辺部が溶融凝固することにより、図７に示すように、良好なナゲット２２が形成され充分な溶接強度が得られる。

溶接初期は厚い鋼板Ｗｂの凸部２５が存在するため、薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂの間には隙間が生じるが、その後、凸部２５は溶融するため、最終的には薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂとは隙間なく密着されることになる。また、厚い鋼板Ｗｂの凹部２４は溶接電極１１の加圧力によりある程度平坦化される。

その後、加圧力切替装置１４によりシリンダ１３に供給するエアの圧力を高圧力に調整して、溶接電極１１に高加圧力（例えば、３．０〜５．０ＫＮ）を加え、通電することにより２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃ同士を溶接する２回目の溶接を行う。この時の通電時間は、２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃ同士の溶接強度を確保するために、１回目の通電時間より長く設定され、例えば２０サイクルである。

この２回目の溶接の結果、第１の実施形態と同様、図４に示すように、２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃの接触箇所にナゲット２３が形成される。この時、厚い鋼板Ｗｂの凹部２４はナゲット２３の中に吸収されて、消失する。このナゲット２３が大きければ、１回目の溶接で形成されたナゲット２２と接触して、両者は一体化される。

本実施形態によれば、薄い鋼板Ｗａには凹凸部は形成されず、その表面は元々平坦になっている。溶接後にも薄い鋼板Ｗａの平坦性を維持するために、溶接電極１１，１２は、その先端面１１ａ，１２ａがそれぞれ平面または球面で形成されていることが好ましい。

また、ナゲット２３を短時間で大きく形成するために、溶接電流制御装置１７により、２回目の溶接の溶接電流は１回目の溶接の溶接電流より大きく設定されることが好ましい。

以上のように、本発明の第２の実施形態によるスポット溶接方法によれば、重ね合わせた２枚の厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃの一方に薄い鋼板Ｗａをさらに重ね合わせ、これらの鋼板をスポット溶接するにあたり、薄い鋼板Ｗａと隣り合う厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃとの間にも良好なナゲット２２を形成して充分な溶接強度を得るとともに、溶接後の薄い鋼板Ｗａの表面を平坦に仕上げることができる。

なお、本発明のスポット溶接方法は、薄い鋼板Ｗａ、厚い鋼板Ｗｂ，Ｗｃがメッキ鋼板（アルミニウムメッキ鋼板、亜鉛メッキ鋼板など）である場合、非メッキ鋼板である場合のどちらにも適用することができる。

また、本発明のスポット溶接方法の実施には、溶接装置１０の代わりに、ロボットガン、サーボスポットガン等の溶接ガンを用いることができる。

１０ 溶接装置
１１，１２ 溶接電極
１３ シリンダ
１４ 加圧力切替装置
１５ 商用交流電源
１６ 溶接トランス
１７ 溶接電流制御装置
２０ 薄い鋼板Ｗａの凹部
２１ 薄い鋼板Ｗａの凸部
２２，２３ ナゲット
２４ 厚い鋼板Ｗｂの凹部
２５ 厚い鋼板Ｗｂの凸部
Ｗａ 薄い鋼板
Ｗｂ，Ｗｃ 厚い鋼板

Claims (6)

1. 重ね合わせた２枚の厚い鋼板の一方に薄い鋼板をさらに重ね合わせ、これらの鋼板を一対の溶接電極で挟み加圧通電することにより、これらの鋼板をスポット溶接する方法において、
   薄い鋼板の一方の面に凹部を他方の面に凸部を形成し、この凸部が一方の厚い鋼板に接触するように薄い鋼板を２枚の厚い鋼板に重ね合わせ、一方の溶接電極が薄い鋼板の凹部及び凸部の全体を覆うように一対の溶接電極でこれらの鋼板を挟んだ状態で、低加圧力で通電することにより薄い鋼板と隣り合う厚い鋼板とを溶接し、その溶接後、高加圧力で通電することにより２枚の厚い鋼板同士を溶接することを特徴とするスポット溶接方法。
2. 一対の溶接電極のうち、薄い鋼板に対向する溶接電極の先端面は平面または球面で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接方法。
3. 薄い鋼板をパンチングすることにより、薄い鋼板の一方の面に凸部を他方の面に凹部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のスポット溶接方法。
4. 重ね合わせた２枚の厚い鋼板の一方に薄い鋼板をさらに重ね合わせ、これらの鋼板を一対の溶接電極で挟み加圧通電することにより、これらの鋼板をスポット溶接する方法において、
   厚い鋼板の一方の面に凹部を他方の面に凸部を形成し、この凸部が薄い鋼板に接触するように薄い鋼板を２枚の厚い鋼板に重ね合わせ、一方の溶接電極が厚い鋼板の凹部及び凸部の全体を覆うように一対の溶接電極でこれらの鋼板を挟んだ状態で、低加圧力で通電することにより薄い鋼板と隣り合う厚い鋼板とを溶接し、その溶接後、高加圧力で通電することにより２枚の厚い鋼板同士を溶接することを特徴とするスポット溶接方法。
5. 一対の溶接電極のうち、薄い鋼板に対向する溶接電極の先端面は平面または球面で形成されていることを特徴とする請求項４に記載のスポット溶接方法。
6. 厚い鋼板をパンチングすることにより、厚い鋼板の一方の面に凸部を他方の面に凹部を形成することを特徴とする請求項３又は４に記載のスポット溶接方法。

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