JP2018134665A

JP2018134665A - スポット溶接方法

Info

Publication number: JP2018134665A
Application number: JP2017031487A
Authority: JP
Inventors: 修中嶋; Osamu Nakajima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2018-08-30

Abstract

【課題】被溶接部分同士の間に隙間が形成されていても、遅れ破壊を抑えることができるスポット溶接方法を提供する。【解決手段】高強度鋼板１１、１２同士が導通した状態で、高強度鋼板同士を一対のスポット電極２１、２２で挟み込むとともに、一対のスポット電極２１、２２により、高強度鋼板１１、１２同士を３０００Ｎ以下の加圧力で加圧し、一対のスポット電極２１、２２を用いて、加圧された状態の高強度鋼板１１、１２同士に、通電休止期間Ｔ２を挟んで、電流を複数回、断続的に通電することにより、被溶接部分１１ａ、１２ａの通電による発熱で被溶接部分１１ａ、１２ａを軟化させつつ、加圧力で、軟化した被溶接部分１１ａ、１２ａを塑性変形させることにより、高強度鋼板１１、１２同士の被溶接部分１１ａ、１２ａを接触させ、接触した被溶接部分１１ａ、１２ａ同士を溶接する。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、高強度鋼板同士を重ね合わせた状態で、高強度鋼板同士をスポット溶接するスポット溶接方法に関する。

従来から、引張強度が１２００ＭＰａ以上の高強度鋼板同士を重ね合わせた状態で、これらをスポット溶接する際には、高強度鋼板同士を一対のスポット電極で挟み込んで、スポット電極に挟まれた高強度鋼板に電流を通電する。

たとえば、特許文献１には、引張強度が９８０ＭＰａ以上である高強度鋼板のスポット溶接を２段通電で行う、スポット溶接方法が提案されている。この方法では、第１通電工程の電流と第２通電工程の電流の比を特定範囲とし、これらの間の冷却工程の時間を高強度鋼板の板厚に応じて設定している。さらに、第１通電工程までの加圧力よりも、第２通電工程以降の加圧力を大きくして溶接することにより、高強度鋼板の溶接部の硬さのばらつきを抑制している。

国際公開ＷＯ２０１４／１７１４９５号

ここで、たとえば、図３Ａに示すように、高強度鋼板１１、１２同士が重なった状態で、高強度鋼板１１、１２同士のスポット溶接される被溶接部分１１ａ、１２ａの間に隙間Ｓが形成されている場合がある。この場合には、隙間Ｓを無くすように、スポット電極２１、２２を用いて、高強度鋼板１１、１２同士を加圧し、これらを弾性変形させて、被溶接部分１１ａ、１２ａ同士を接触させる。次に、この接触状態を保持しつつ、スポット電極２１、２２を用いて被溶接部分１１ａ、１２ａに電流を通電し、被溶接部分１１ａ、１２ａ同士が溶接され、溶接部１３が形成される。

しかしながら、このような手順で、スポット溶接を行った場合には、図３Ｂに示すように、溶接後の溶接部１３が拘束されるため、高強度鋼板１１、１２同士を加圧した際に発生する被溶接部分１１ａ、１２ａの周りの引張応力（図中の矢印参照）が、スポット溶接後も、溶接部１３の周りに残留してしまう。

この結果、その後の製造工程または腐食環境下などに、溶接部１３が晒されると、この引張応力が残留した部分に水素が侵入することにより、その部分が脆化し、溶接部１３の近傍から遅れ破壊が発生することがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被溶接部分同士の間に隙間が形成されていても、遅れ破壊を抑えることができるスポット溶接方法を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係るスポット溶接方法は、引張強度が１２００ＭＰａ以上の高強度鋼板同士が重なった状態で、前記高強度鋼板同士がスポット溶接される被溶接部分の間に隙間が形成された前記高強度鋼板同士を、前記被溶接部分においてスポット溶接するスポット溶接方法であって、前記スポット溶接方法は、前記高強度鋼板同士が導通した状態で、前記被溶接部分において、前記高強度鋼板同士を一対のスポット電極で挟み込むとともに、前記一対のスポット電極により、前記高強度鋼板同士を３０００Ｎ以下の加圧力で加圧する加圧工程と、前記一対のスポット電極を用いて、加圧された状態の前記高強度鋼板同士に、通電休止期間を挟んで、電流を複数回、断続的に通電することにより、前記被溶接部分の通電による発熱で前記被溶接部分を軟化させつつ、前記加圧力で、軟化した前記被溶接部分を塑性変形させることにより、前記高強度鋼板同士の前記被溶接部分を接触させ、接触した前記被溶接部分同士を溶接する溶接工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、溶接工程において、高強度鋼板の被溶接部分の通電による発熱で軟化させつつ、加圧力で、軟化した被溶接部分を塑性変形させるので、高強度鋼板同士の被溶接部分を溶接した溶接部の周りに、引張応力が残存し難い。これにより、溶接部の周りの遅れ破壊を抑えることができる。

さらに、本発明によれば、溶接工程において、加圧された状態の高強度鋼板同士に、通電休止期間を挟んで、電流を複数回、断続的に通電するので、通電休止期間に、高強度鋼板が放冷されるため、溶接時に高強度鋼板に由来する金属粉の発生を抑えることができる。

ここで、３０００Ｎを超えた加圧力で高強度鋼板同士を加圧した場合には、加圧工程において、一方側の高強度鋼板の被溶接部分の周りに、引張応力が残存した状態で、高強度鋼板同士がスポット溶接されるため、溶接部の周りで遅れ破壊は発生することがある。

本発明の実施形態に係るスポット溶接方法の加圧工程を説明するための模式的断面図である。本発明の実施形態に係るスポット溶接方法の溶接工程を説明するための模式的断面図である。本実施形態の実施例に係るスポット溶接方法および比較例に係るスポット溶接方法において、通電する期間と、高強度鋼板との温度の関係を示した模式図である。従来のスポット溶接方法の加圧工程を説明するための模式的断面図である。従来のスポット溶接方法の溶接工程を説明するための模式的断面図である。

以下に、図面に基づき、本発明に係る実施形態を説明する。

図１Ａは、本発明の実施形態に係るスポット溶接方法の加圧工程を説明するための模式的断面図であり、図１Ｂは、本発明の実施形態に係るスポット溶接方法の溶接工程を説明するための模式的断面図である。図２は、本実施形態の実施例に係るスポット溶接方法および比較例に係るスポット溶接方法において、通電する期間と、高強度鋼板との温度の関係を示した模式図である。

本実施形態に係るスポット溶接では、引張強度が１２００ＭＰａ以上の高強度鋼板（高張力鋼板）１１、１２同士が重なった状態で、これらをスポット溶接する。具体的には、図１に示すように、高強度鋼板１１、１２同士がスポット溶接される被溶接部分１１ａ、１２ａの間に隙間Ｓが形成された高強度鋼板１１、１２同士を、被溶接部分１１ａ，１２ａにおいてスポット溶接する。

まず、本実施形態では、図１Ａに示すように、加圧工程を行う。具体的には、高強度鋼板１１、１２同士が導通した状態で、被溶接部分１１ａ、１２ａにおいて、高強度鋼板同士を一対のスポット電極２１、２２で挟み込むとともに、隙間Ｓを保持しつつ、一対のスポット電極２１、２２により、高強度鋼板１１、１２同士を３０００Ｎ以下の加圧力で加圧する。なお、加圧力は、１５００Ｎ以上であることが好ましい。

ここで、高強度鋼板１１、１２の板厚は、０．８〜３ｍｍであることが好ましく、この範囲の板厚であれば、上述した加圧力で、後述する溶接工程を行う際に、溶接部１３の周りの遅れ破壊が発生することを抑えることができる。

次に、溶接工程に進み、一対のスポット電極２１、２２を用いて、加圧された状態の高強度鋼板１１、１２同士に、通電休止期間を挟んで、電流を２回（複数回）、断続的に通電する（図２の右図参照）。これにより、図１Ｂに示すように、高強度鋼板１１、１２同士の被溶接部分１１ａ、１２ａの通電による発熱（抵抗加熱）で被溶接部分１１ａ、１２ａを軟化させる。この際、スポット電極２１、２２からの上述した加圧力で、軟化した被溶接部分１１ａ、１２ａを塑性変形させることにより、被溶接部分１１ａ、１２ａ同士を接触させ、被溶接部分１１ａ、１２ａ同士を溶接し、溶接部１３を形成する。

具体的には、図１Ａ、図１Ｂに示すように、本実施形態では、高強度鋼板１１、１２同士は、被溶接部分１１ａ、１２ａから外れた両側で接触し、これらが導通している。したがって、スポット電極２１、２２の間に、電流を通電した場合には、スポット電極２１からの電流は、高強度鋼板１１、１２の両側に分流し、分流した電流は、スポット電極２２に集まって流れる。

なお、本実施形態では、被溶接部分１１ａ、１２ａから外れた両側で、高強度鋼板１１、１２同士が接触していたが、高強度鋼板１１、１２同士が、被溶接部分１１ａ、１２ａから外れた位置で導通しているのであれば、被溶接部分１１ａ、１２ａから外れた両側で、高強度鋼板１１、１２同士が、溶接により接合されていてもよい。

ここで、図２の右図（実施例）に示す、第１通電期間Ｔ１では、高強度鋼板１１、１２の被溶接部分１１ａ、１２ａにも分流前後の電流が通電されるので、これらの抵抗により、被溶接部分１１ａ、１２ａが発熱し、被溶接部分１１ａ、１２ａが軟化する。被溶接部分１１ａ、１２ａはスポット電極２１、２２で加圧されているので、これらが塑性変形し、被溶接部分１１ａ、１２ａ同士を接触させることができる。

これにより、塑性変形した高強度鋼板１１、１２の被溶接部分１１ａ、１２ａが、接触しているので、高強度鋼板１１、１２の被溶接部分１１ａ、１２ａでは、これまでに比べて（図３Ａ参照）、弾性変形の復元力に起因した引張応力が低減される。

その後、通電休止期間Ｔ２において、電流の通電を休止し、スポット電極２１、２２に接触した近傍の高強度鋼板１１、１２を放冷し、その後、第２通電期間Ｔ３で被溶接部分１１ａ、１２ａを溶接部１３を介して接合する。なお、本実施形態では、第１および第２通電期間Ｔ１、Ｔ３により、高強度鋼板１１、１２に電流を断続的に２回通電したが、例えば、第２通電期間Ｔ３の後にさらに、通電休止期間を挟んで、複数回通電を行ってもよい。

本実施形態によれば、溶接工程において、高強度鋼板１１、１２の被溶接部分１１ａ、１２ａを通電による発熱で軟化させつつ、所定の加圧力で、軟化した被溶接部分１１ａ、１２ａを塑性変形させる。これにより、高強度鋼板１１、１２の被溶接部分１１ａ、１２ａを溶接した溶接部１３の周りに、弾性変形の復元力に起因した引張応力が残存し難い。このような結果、例えば腐食環境下において、溶接部１３の周りの遅れ破壊を抑えることができる。

さらに、溶接工程において、加圧された状態の高強度鋼板１１、１２同士に、通電休止期間Ｔ２を挟んで、電流を断続的に通電するので、通電休止期間Ｔ２に、高強度鋼板１１、１２が放冷されるため、溶接時に高強度鋼板に由来する金属粉の発生を抑えることができる。

ここで、３０００Ｎを超えた加圧力で高強度鋼板１１、１２同士を加圧した場合には、加圧工程において、一方側の高強度鋼板１１の被溶接部分１１ａ、１２ａの周りに、引張応力が残存した状態で、高強度鋼板１１、１２同士がスポット溶接されるため、溶接部１３の周りで遅れ破壊が発生することがある。

以下に本発明を実施例により説明する。
〔実施例１〕
引張強度が１５００ＭＰａの、板厚２．３ｍｍ、１．８ｍｍ高強度鋼板を２枚準備した。次に、２枚の高強度鋼板を重ね合わせ、これらの間に隙間が形成されている部分（具体的には、高強度鋼板の中央）に、スポット溶接を行った。

具体的には、高強度鋼板同士が両端で導通した状態で、被溶接部分において、高強度鋼板同士を一対のスポット電極で挟み込むとともに、隙間を保持しつつ、一対のスポット電極により、高強度鋼板同士を２５００Ｎの加圧力で加圧した（表１参照）。

次に、表１に示すように、第１通電期間を２１サイクルとして、電流を６．０ｋＡで通電し、被溶接部分の通電による発熱で被溶接部分を軟化させつつ、加圧力で、軟化した被溶接部分を塑性変形させることにより、高強度鋼板同士の前記被溶接部分を接触させた。その後、通電休止期間を、９サイクル設けた後、第２通電期間を２１サイクルとして、電流を６．０ｋＡで通電し、被溶接部分同士を溶接した。なお、本明細書における１サイクル（ｃｙｃｌｅ）とは、通電する交流電流の１周期（サイクル）のことである。

〔実施例２〕
実施例１と同じように、高強度鋼板同士をスポット溶接した。実施例１と相違する点は、一対のスポット電極による高強度鋼板同士の加圧力を、３０００Ｎにした点である。

〔比較例１〜５〕
実施例１と同じように、高強度鋼板同士をスポット溶接した。なお、比較例１〜４が、共通して実施例１と相違する点は、表１に示すように、第２通電時間による電流の通電を行っていない点である。

比較例１が実施例１とさらに相違する点は、一対のスポット電極により高強度鋼板に通電する電流を、７．０ｋＡにした点である。なお、比較例１では、高強度鋼板同士は、塑性変形していたものの、スポット溶接により接合（溶接）することができなかった。

比較例２が実施例１とさらに相違する点は、一対のスポット電極による高強度鋼板同士の加圧力を、３０００Ｎにした点と、一対のスポット電極により高強度鋼板に通電する電流を、７．０ｋＡにした点である。なお、比較例２では、高強度鋼板同士は、塑性変形していたものの、スポット溶接により接合（溶接）することができなかった。

比較例３が実施例１とさらに相違する点は、一対のスポット電極による高強度鋼板同士の加圧力を、３５００Ｎにした点と、一対のスポット電極により高強度鋼板に通電する電流を、６．２ｋＡにした点である。

比較例４が実施例１とさらに相違する点は、一対のスポット電極による高強度鋼板同士の加圧力を、５０００Ｎにした点と、一対のスポット電極により高強度鋼板に通電する電流を、６．１ｋＡにした点である。

比較例５が実施例１と相違する点は、表１に示すように、一対のスポット電極による高強度鋼板同士の加圧力を、４０００Ｎにした点である。

＜遅れ破壊試験＞
実施例１、２および比較例３〜５に係るスポット溶接された高強度鋼板を塩酸水溶液中に所定の時間浸漬させ、遅れ破壊試験を行った。この結果を表１に示す。

＜結果＞
実施例１および２の高強度鋼板には、遅れ破壊は発生しなかったが、比較例３〜５の高強度鋼板には、遅れ破壊が発生した。これは、比較例３〜５は、スポット電極による加圧力が大きい状態で溶接がされたため、溶接部の周りに引張応力が残留し、この引張応力が作用した部分に塩酸の水素イオンが侵入したことにより、この部分が脆化したからであると考えられる。

一方、実施例１および２の高強度鋼板は、スポット電極による加圧力が、比較例３〜５のものに比べて低く、通電による被溶接部分の軟化時に、この加圧力により被溶接部分が塑性変形したため、溶接部の周りに残留する引張応力が、比較例３〜５のものに比べて小さかったと考えられる。この結果、実施例１および２の高強度鋼板には、遅れ破壊は発生しなかったと考えられる。

なお、比較例１および２の結果から、実施例１および実施例２の第１通電期間には、高強度鋼板同士は接合されず、被溶接部分が塑性変形したと考えられ、その後の第２通電期間において、高強度鋼板同士が接合されたと考えられる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１１、１２：高強度鋼板、１１ａ、１２ａ：被溶接部分、１３：溶接部、２１、２２：スポット電極、Ｔ１：第１通電期間、Ｔ２：通電休止期間、Ｔ３：第２通電期間

Claims

引張強度が１２００ＭＰａ以上の高強度鋼板同士が重なった状態で、前記高強度鋼板同士がスポット溶接される被溶接部分の間に隙間が形成された前記高強度鋼板同士を、前記被溶接部分においてスポット溶接するスポット溶接方法であって、
前記スポット溶接方法は、前記高強度鋼板同士が導通した状態で、前記被溶接部分において、前記高強度鋼板同士を一対のスポット電極で挟み込むとともに、前記一対のスポット電極により、前記高強度鋼板同士を３０００Ｎ以下の加圧力で加圧する加圧工程と、
前記一対のスポット電極を用いて、加圧された状態の前記高強度鋼板同士に、通電休止期間を挟んで、電流を複数回、断続的に通電することにより、前記被溶接部分の通電による発熱で前記被溶接部分を軟化させつつ、前記加圧力で、軟化した前記被溶接部分を塑性変形させることにより、前記高強度鋼板同士の前記被溶接部分を接触させ、接触した前記被溶接部分同士を溶接する溶接工程と、を含むことを特徴とするスポット溶接方法。