JP2018192529A - 抵抗スポット溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】材料の組み合わせを問わず、スポット溶接を行え、十分な継手特性が得られる抵抗スポット溶接方法を提供する。【解決手段】スポット溶接方法は、３層に板材１、２、３が積み重ねられた積層部１０を含む板組を準備する準備工程と、板組の積層部１０を一対の電極２０、２０によって挟み込み、積層部１０を電極２０、２０によって加圧しながら電極２０、２０間に電流を印加して、積層部１０に抵抗スポット溶接を施す溶接工程と、を含む。準備工程では、積層部１０として、最外層に互いに同一の金属の板材１、３を配置するとともに、内層に最外層の板材１、３の材料と同種の材料の板材２であって貫通穴２ａを有する板材２を配置する。溶接工程では、内層の板材２における貫通穴２ａの位置と電極２０、２０の位置を一致させた状態で抵抗スポット溶接を施す。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、板材同士を接合するための抵抗スポット溶接方法に関する。

自動車を始めとする輸送機器、産業機器等は、複数の構造部品で構成される。多くの場合、構造部品の製造には、抵抗スポット溶接（以下、単に「スポット溶接」ともいう）が用いられる。

通常、スポット溶接は、以下のとおりに行われる。素材として板組を準備する。板組は、複数の金属の板材が積み重ねられた積層部を有する。次に、一対の電極によって板組の積層部を挟み込む。そして、その電極によって積層部を加圧しながら、電極間に電流を印加する。これにより、板組の積層部は、電極による加圧に伴って隣接する金属板同士が接触し、この接触領域に電流が流れる。その接触領域は電気抵抗による発熱により溶融し、これが凝固してナゲットが形成される。ナゲットの形成により、板組の金属板同士が接合されて繋ぎ合わされ、構造部品が製造される。

近年、輸送機器において、車体の軽量化が推進され、車体を構成する構造部品の軽量化が強く求められている。このため、使用される鋼板の高強度化が進んでいる。一方、鋼板材料の開発においても、環境調和型の次世代材料として、レアメタルを低減した中高炭素鋼の利用が検討されている。この中高炭素鋼は、レアメタルを低減する代わりにＣ（炭素）を積極的に含有し、材料強度を確保したものである。

一般に、鋼板材料は、強度が高まるほど多くの元素を含有した組成となる。しかしながら、鋼板に含まれるＣ量が多すぎると、焼入れ性が向上し、焼入れ後の組織（マルテンサイト）の硬さも上昇する。このため、中高炭素鋼の溶接の場合、高温からの急速冷却により、硬さの上昇が著しく、溶接金属が脆くなって界面で脆性破断し易くなり、溶接継手の特性が低下する。ここでいう継手特性とは、破断形態、引張せん断強さ（Tensile Shear Strength：ＴＳＳ）、十字引張強さ（Cross Tensile Strength:ＣＴＳ）等である。

一方、各種ステンレス鋼、ＴＷＩＰ（双晶誘起塑性：TWinning-Induced Plasticity）鋼等のように、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎなどの特定の元素を数％〜数十％含有した高合金鋼に関しては、同一材料同士の共材溶接では継手特性の低下は問題とならない。しかし、高合金鋼と同種の高合金鋼又は低合金鋼とを溶接した場合、溶接金属の著しい硬化が発現し、これに伴って継手特性の低下が問題となることがある。これらの高合金鋼は、特定の組成により室温では安定化した鉄の高温相が存在しているが、同種の鋼と溶け合って溶接金属の組成が変化すると、冷却後に硬くて脆いマルテンサイト組織が出現するためである。

また、構造部品には、高Ｃ（炭素）含有鋼と高Ｃ含有鋼等といったように、同一又は同種の金属材料を組み合わせた構造が採用される場合がある。この場合、複数の同一材料又は同種材料の板材が積層され、スポット溶接によって接合される。

同一材料又は同種材料を組み合わせてスポット溶接により接合する場合、下記の問題がある。溶接金属が著しく硬化して脆くなり、十分な継手特性が得られないことがある。この傾向は、特に、高Ｃ含有鋼同士のスポット溶接で顕在化する。また、将来的には、Ｃを更に多く含有する鋼材のスポット溶接が必要になると予想される。その場合は、溶接金属の硬化に伴う脆弱な組織の生成が促進し、継手特性の低下が一層顕在化する。

特開２００２−１０３０５４号公報（特許文献１）及び特開２０１３−７８７８２号公報（特許文献２）は、高強度鋼、すなわちややＣ含有が多く溶接金属が硬化し易い鋼をスポット溶接によって接合する技術を開示する。これらの特許文献１及び２に開示されるスポット溶接方法では、鋼板を積層して電極によって挟み込み、電極間に電流を印加して溶融及び凝固による溶接を行った後、更に電極間への電流印加を追加する。このような溶接後の追加の通電は、後通電と称される。後通電の印加電流は、溶接時の印加電流よりも低い電流、又は短い印加時間での電流であり、鋼板が溶融には至らず発熱する程度の電流である。この後通電により、継手に剥離荷重が負荷されたときの応力集中部であるナゲット端部において、硬化組織が軟化し、Ｐなどの偏析が低減する。その結果、溶接金属の組織が改善し、継手が破壊する際の抵抗が高まる。

特開２００２−１０３０５４号公報 特開２０１３−７８７８２号公報

特許文献１及び２に開示されるスポット溶接方法は、いずれもＣ含有量が０．３質量％程度までである鋼板同士の溶接を対象とする。このため、ナゲット端部、すなわち溶接金属のごく一部で組織が改善し、これにより継手特性の改善が図られる。しかし、より多くのＣを含有した鋼板では、ナゲット全体にわたり組織を改善することが必要である。このため、後通電のような短時間かつ局所的な熱処理では、継手特性の改善効果は小さい。

更に、ステンレス鋼、ＴＷＩＰ鋼等のような高合金鋼の溶接において、同種の高合金鋼又は低合金鋼との溶接で溶接金属の組成が変化した場合、後通電のような熱処理が施されても、もはや鉄の高温相が室温で安定化することはできない。このため、継手特性の改善効果が得られない。

本発明の目的は、次の特性を有する抵抗スポット溶接方法を提供することである：
・材料の組み合わせを問わず、スポット溶接を行えること；
・十分な継手特性が得られること。

本発明の一実施形態による抵抗スポット溶接方法は、
板材同士を接合するためのスポット溶接方法であって、
少なくとも３層に板材が積み重ねられた積層部を含む板組を準備する準備工程と、
前記板組の前記積層部を一対の電極によって挟み込み、前記積層部を前記電極によって加圧しながら前記電極間に電流を印加して、前記積層部に抵抗スポット溶接を施す溶接工程と、を含む。
前記準備工程では、前記積層部として、最外層に互いに同種の金属の板材を配置するとともに、内層に前記最外層の板材のうちのいずれか一方の板材の材料と同一の材料の板材であって貫通穴を有する板材を配置する。
前記溶接工程では、前記内層の板材における前記貫通穴の位置と前記電極の位置を一致させた状態で抵抗スポット溶接を施す。

このスポット溶接方法の場合、前記最外層の板材のうちのいずれか一方の板材の材料が高Ｃ含有鋼であり、他方の板材の材料が低Ｃ含有鋼である構成とすることができる。

上記のスポット溶接方法は、下記の構成に変更することができる：
前記最外層の板材の材料が互いに同一であり、
前記内層の板材の材料が前記最外層の板材の材料と同種である。

このスポット溶接方法の場合、前記最外層の板材の材料が低Ｃ含有鋼であり、前記内層の板材の材料が高Ｃ含有鋼である構成とすることができる。この構成に代えて、前記最外層の板材の材料が高合金鋼である構成とすることができる。

上記のスポット溶接方法は、下記の構成に変更することができる：
前記最外層の板材の材料が互いに同種であり、
前記内層の板材の材料が前記最外層の板材の材料と同種である。

上記のいずれのスポット溶接方法も、前記内層の板材が絶縁被膜を有する構成とすることができる。

上記のいずれのスポット溶接方法も、前記最外層の板材のうちのいずれか一方の板材が当て板である構成とすることができる。

上記のいずれのスポット溶接方法も、前記内層の板材における前記貫通穴の輪郭形状が円形又は正方形であり、前記貫通穴の直径又は一辺の長さが目標のナゲット径よりも大きいことが好ましい。

上記のいずれのスポット溶接方法も、前記最外層の板材の各厚みが３．０ｍｍ以下であり、前記内層の板材の全体の厚みが２．４ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明の抵抗スポット溶接方法は、下記の顕著な効果を有する：
・材料の組み合わせを問わず、スポット溶接を行えること；
・十分な継手特性が得られること。

図１Ａは、本実施形態の抵抗スポット溶接方法の手順を模式的に示す断面図であり、積み重ねられる前の板材を示す。 図１Ｂは、本実施形態の抵抗スポット溶接方法の手順を模式的に示す断面図であり、板材が積み重ねられた積層部についての溶接前の状態を示す。 図１Ｃは、本実施形態の抵抗スポット溶接方法の手順を模式的に示す断面図であり、溶接中期の状態を示す。 図１Ｄは、本実施形態の抵抗スポット溶接方法の手順を模式的に示す断面図であり、溶接終期の状態を示す。 図１Ｅは、本実施形態の抵抗スポット溶接方法の手順を模式的に示す断面図であり、溶接完了後の積層部を示す。

本発明の一実施形態によるスポット溶接方法は、板材同士を接合するために用いられ、準備工程と、溶接工程と、を含む。準備工程は、少なくとも３層に板材が積み重ねられた積層部を含む板組を準備する工程である。溶接工程は、板組の積層部を一対の電極によって挟み込み、積層部を電極によって加圧しながら電極間に電流を印加して、積層部に抵抗スポット溶接を施す工程である。準備工程では、板組の積層部として、最外層に互いに同一又は同種の金属の板材を配置するとともに、内層に貫通穴を有する板材を配置する。溶接工程では、内層の板材における貫通穴の位置と電極の位置を一致させた状態で抵抗スポット溶接を施す。

以下に、本実施形態による抵抗スポット溶接方法について、具体的な態様を説明する。

図１Ａ〜図１Ｅは、本実施形態の抵抗スポット溶接方法の手順を模式的に示す断面図である。これらの図中、図１Ａは、積み重ねられる前の板材を示す。図１Ｂは、板材が積み重ねられた積層部についての溶接前の状態を示す。図１Ｃは、溶接中期の状態を示す。図１Ｄは、溶接終期の状態を示す。図１Ｅは、溶接完了後の積層部を示す。

本実施形態では、少なくとも３層に板材を組み合わせ、これらの板材をスポット溶接により接合する場合を対象とする。特に、最外層に互いに同種の金属の板材を配置するとともに、内層に最外層のうちのいずれか一方の板材の材料と同一の材料の板材を配置した場合を対象とする。以下では、先ず、最外層の板材として、強度の高い高Ｃ含有鋼の板材と、強度の低い低Ｃ含有鋼の板材を配置し、内層の板材として、強度の高い高Ｃ含有鋼の板材を配置した場合を例示する。

ここで、同種の金属材料とは、化学組成において最も含有量の多い元素が同一である金属材料を意味する。例えば、高Ｃ含有鋼と低Ｃ含有鋼は同種である。同一の金属材料とは、化学組成が厳密に同一である金属材料のみならず、規格上の呼び名が同一である金属材料を意味する。高Ｃ含有鋼は、Ｃ含有量が０．４質量％以上のものをいう。低Ｃ含有鋼は、Ｃ含有量が０．４質量％未満のものをいう。

素材として板組を準備する。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、板組は、３枚の板材１、２、３から構成され、これらの板材１、２、３が順に積み重ねられた３層構造の積層部１０を含む。この積層部１０において、最外層である第１層及び第３層の板材１、３のうち、第１層の板材１の材料は高Ｃ含有鋼である。第３層の板材３の材料は、第１層の板材１の材料と同種の低Ｃ含有鋼である。内層である第２層の板材２の材料は、第１層の板材１の材料と同一の高Ｃ含有鋼である。

つまり、高Ｃ含有鋼の第２層の板材２が、高Ｃ含有鋼の第１層の板材１と低Ｃ含有鋼の第３層の板材３との間に挟み込まれる。第２層の板材２には、予め貫通穴２ａが設けられる。この貫通穴２ａの輪郭形状は、円形であっても、正方形であってもよい。実用的には、貫通穴２ａは円形である。

第１層及び第３層（最外層）の板材１、３のうち、第２層（内層）の板材２と同種であるが同一でなく、低Ｃ含有鋼である第３層の板材３は、当て板であり、構造部品の本質的な形状を形成するものではない。すなわち、高Ｃ含有鋼の同一材料である第１層の板材１と第２層の板材２が、構造部品の本質的な形状を形成する。準備工程では、このような構成の積層部１０を含む板組を準備する。

準備工程を経た後、スポット溶接による溶接工程に移行する。溶接工程では、先ず、板組の積層部１０を一対の電極２０、２０によって挟み込む。その際、図１Ｂに示すように、第２層（内層）の板材２に設けられた貫通穴２ａの位置と電極２０、２０の位置を一致させた状態にする。続いて、電極２０、２０によって積層部１０を加圧する。これにより、図１Ｃに示すように、第１層及び第３層（最外層）の板材１、３が変形し、第２層（内層）の板材２における貫通穴２ａの領域で互いに接触した状態になる。

更に、電極２０、２０によって積層部１０を加圧しながら、電極２０、２０間に電流を印加する。これにより、第１層及び第３層（最外層）の板材１、３の接触領域に電流が流れる。その接触領域は抵抗発熱により溶融して凝固し、図１Ｄに示すように、ナゲット４が形成される。ナゲット４の周囲では、接触する第１層及び第３層（最外層）の板材１、３同士が圧接される。

また、上記の溶接工程において、第１層及び第３層（最外層）の板材１、３が互いに接触する以前に、電極２０、２０間に電流を印加するように変更することもできる。この場合、先ず、第１層及び第３層（最外層）の板材１、３は、第２層（内層）の板材２における貫通穴２ａの周囲の環状領域で第２層の板材２と接触した状態になる。このため、第１層及び第３層の板材１、３と第２層の板材２との環状接触領域に電流が流れる。これにより、その環状領域が発熱するため、その環状領域内及びその近傍の領域で第１層及び第３層の板材１、３が軟化する。更に、電極２０、２０間に電流を印加しながら、電極２０、２０による積層部１０の加圧を続けると、軟化した第１層及び第３層（最外層）の板材１、３が変形し、第２層（内層）の板材２における貫通穴２ａの領域で互いに接触した状態になる（図１Ｃ参照）。これにより、第１層及び第３層（最外層）の板材１、３の接触領域にも電流が流れ、最終的にナゲット４が形成される（図１Ｄ参照）。

このようにして積層部１０がスポット溶接により接合され、構造部品が製造される（図１Ｅ参照）。スポット溶接では、高Ｃ含有鋼である第１層（最外層）の板材１と、低Ｃ含有鋼である第３層（最外層）の板材３とが、高Ｃ含有鋼である第２層（内層）の板材２における貫通穴２ａを介して接合される。この接合により、積層部１０は、内層の板材２が最外層の板材１、３同士の間で強力に挟み込まれた状態になる。

このように、本実施形態のスポット溶接方法によれば、高Ｃ含有鋼の同一材料同士を組み合わせて接合することができる。また、スポット溶接による実質的な接合は、高Ｃ含有鋼と低Ｃ含有鋼という同種材料である最外層（第１層及び第３層）の板材１、３同士で行われる。このため、溶接金属のＣ含有量は、高Ｃ含有鋼同士の溶接を行った場合よりも低下する。溶接金属のＣ含有量は、溶接対象の鋼板それぞれのＣ含有量に依存し、両者のＣ含有量のほぼ平均となるからである。したがって、溶接金属の硬化に起因した脆弱な組織の生成に伴う破断が生じないことから、十分な継手特性を得ることができる。

上記した本実施形態のスポット溶接方法において、最外層（第１層及び第３層）の板材１、３の材料が互いに同種の金属材料であり、内層（第２層）の板材２の材料が最外層の板材１、３のうちのいずれか一方の板材の材料と同一である限り、それらの材料に限定はない。例えば、上記の実施形態において、内層である第２層の板材２の材料を、最外層である第３層の板材３の材料と同一の低Ｃ含有鋼とすることができる。

例えば、鋼系材料でいうと、低Ｃ含有鋼と、高Ｃ含有鋼等は、互いに同種の金属材料である。その他に、α系（フェライト系）ステンレス鋼と、γ系（オーステナイト系）ステンレス鋼と、ＴＷＩＰ（双晶誘起塑性: TWinning-Induced Plasticity）鋼等は、互いに同種の高合金鋼の金属材料である。Ａｌ系材料でいうと、Ａｌと、Ａｌ合金等は、互いに同種の金属材料である。

ただし、最外層（第１層及び第３層）の板材１、３の材料が互いに同種の金属材料であり、内層（第２層）の板材２の材料が最外層の板材１、３の材料と同種である構成に変更しても構わない。スポット溶接による実質的な接合が同種の金属材料間で行われるため、接合対象がＣ含有量又は合金元素含有量の低い金属材料を含んでいれば、溶接金属の硬化が緩和されることに変わりはないからである。

例えば、最外層である第１層の板材１、及び内層である第２層の板材２のうち、いずれか一方の板材を高Ｃ含有鋼とし、他方の板材をそれとは同種の高Ｃ含有鋼とし、別の最外層である第３層の板材３の材料を低Ｃ含有鋼とすることができる。第１層の板材１又は第２層の板材２の材料は、めっき鋼板であってもよい。

最外層（第１層及び第３層）の板材１、３の材料が互いに同一の金属材料であり、内層（第２層）の板材２の材料が最外層の板材１、３の材料と同種である構成に変更しても構わない。スポット溶接による実質的な接合が同一の金属材料間で行われるため、接合対象がＣ含有量又は合金元素含有量の低い金属材料を含んでいれば、溶接金属の硬化が緩和されることに変わりはないからである。また、各種ステンレス鋼、ＴＷＩＰ鋼等のような高合金鋼同士の溶接、又はＡｌ合金同士の溶接では、継手特性の低下はないからである。

例えば、最外層である第１層及び第３層の板材１、３を低Ｃ含有鋼とし、内層である第２層の板材２を高Ｃ含有鋼とすることができる。また、最外層である第１層及び第３層の板材１、３と、内層である第２層の板材２とのうち、いずれか一方の層の板材をα系ステンレス鋼とし、他方の層の板材をγ系ステンレス鋼とすることができる。同様に、最外層の板材１、３と、内層の板材２とのうち、いずれか一方の層の板材をＡｌとし、他方の層の板材をＡｌ合金とすることができる。

また、内層（第２層）の板材２は、表面に塗装等の絶縁被膜が施された絶縁被膜付き鋼板（母材：低Ｃ含有鋼、高Ｃ含有鋼）であっても構わない。スポット溶接による実質的な接合は、金属材料である最外層（第１層及び第３層）の板材１、３同士で行われるため、内層の板材２の特性として導電性は必須でないからである。

下記の表１に、第１層（最外層）の板材１の材料、内層の板材２の材料、及び第３層（最外層）の板材３の材料の組み合わせの一例を示す。

ステンレス鋼、ＴＷＩＰ鋼などの金属材料を組み合わせる場合、最外層（第１層、第３層）の板材１、３としては、それらの同種の金属材料の中でも、互いに同一又は近似する化学組成の金属材料を採用することが好ましい。また、含有量が６質量％を超える合金元素を含む金属材料を組み合わせる場合、最外層（第１層、第３層）の板材１、３としては、その合金元素が共通する金属材料（より好ましくは同一の金属材料）を採用することが好ましい。

上記した本実施形態のスポット溶接方法において、最外層（第１層及び第３層）の板材１、３のうち、第３層の板材３に代えて第１層の板材１を当て板にしてもよい。もっとも、最外層の板材１、３のうちの一方の板材１、３を必ずしも当て板にする必要はない。すなわち、最外層の板材１、３の両方と内層（第２層）の板材２が構造部品の本質的な形状を形成するものであっても構わない。

板組の積層部１０は、少なくとも３層に板材が積み重ねられたものであればよい。すなわち、内層が複数枚の板材を積み重ねられた構成でも構わない。この場合、内層の板材の全てに同軸上に貫通穴を設ければよい。

ここで、上記した本実施形態のスポット溶接方法において、最外層（第１層及び第３層）の板材１、３の各厚みは、構造部品の設計仕様に応じて設定される。例えば、最外層の板材１、３の各厚みは、実用的には、０．３ｍｍ〜３．０ｍｍである。その厚みが薄過ぎると、強度を確保することができない。このため、その厚みの好ましい下限は、０．３ｍｍであり、より好ましくは０．５ｍｍである。一方、その厚みが厚過ぎると、スポット溶接時に電極からの加圧による変形が困難になり、最外層の板材１、３同士の接触が不十分になる。このため、その厚みの好ましい上限は、３．０ｍｍであり、より好ましくは２．０ｍｍであり、更に好ましくは１．６ｍｍである。

また、内層（第２層）の板材２の厚み（内層が２層以上の場合は内層全体の厚み）は、最外層（第１層及び第３層）の板材１、３の各厚みに関連し、構造部品の設計仕様に応じて設定される。例えば、内層の板材２の全体の厚みは、実用的には、０．３ｍｍ〜２．４ｍｍである。その厚みが薄過ぎると、強度を確保することができない。このため、その厚みの好ましい下限は、０．３ｍｍであり、より好ましくは０．５ｍｍである。一方、その厚みが厚過ぎると、スポット溶接時に電極からの加圧による最外層の板材１、３の変形量が過大になり、最外層の板材１、３同士の接触が不十分になる。このため、その厚みの好ましい上限は、２．４ｍｍであり、より好ましくは１．８ｍｍであり、更に好ましくは１．２ｍｍである。

スポット溶接に用いられる電極２０、２０は、ＤＲ（ドームラジアス）型、ＣＦ（センターフラット）型、及びＳＲ（シングルアール）型のいずれでもよい。ＤＲ型電極は、先端部がドーム状に突出した概ね円柱形状であって、その先端面が曲率半径の大きい凸曲面に形成されたものである。ＣＦ型電極は、先端部が円錐台状に突出した概ね円柱形状であって、その先端面が平坦面に形成されたものである。ＳＲ型電極は、概ね円柱形状であって、その先端面が一定の曲率半径の凸曲面に形成されたものである。

ここで、上記した本実施形態のスポット溶接方法において、内層（第２層）の板材２に設けられた貫通穴２ａの直径は、目標のナゲット径よりも大きいことが好ましい。その理由を以下に示す。

一般に、スポット溶接によって構造部品を製造するにあたり、設計仕様により、目標のナゲット径（ナゲットの直径）ＮＤ_aimが定められる。すなわち、スポット溶接によって形成されるナゲットは、目標のナゲット径ＮＤ_aim以上であることが要求される。目標のナゲット径ＮＤ_aimは、電極本体の直径Ｄよりも小さい。

通常、目標のナゲット径ＮＤ_aimは、接合対象の板材の厚みｔ［ｍｍ］を指標とし、Ｘ√ｔ［ｍｍ］で表される。その係数Ｘは、設計仕様により定められる。目標のナゲット径ＮＤ_aimは、例えば５√ｔとされる。

これに対し、本実施形態のスポット溶接方法では、ナゲット４は、最外層（第１層及び第３層）の板材１、３の接触領域、すなわち、内層（第２層）の板材２における貫通穴２ａの領域に形成される。したがって、目標のナゲット径ＮＤ_aim以上のナゲット４を形成するために、貫通穴２ａの直径（貫通穴が円形である場合）又は一辺の長さ（貫通穴が正方形である場合）は、目標のナゲット径ＮＤ_aimよりも大きくする必要がある。より安全には、貫通穴２ａの直径又は一辺の長さは、電極本体の直径Ｄ以上とすればよい。

ただし、貫通穴２ａの直径又は一辺の長さがあまりに大きいと、外層（第１層及び第３層最）の板材１、３同士の接合による内層（第２層）の板材２の挟み込みが不十分になる。このため、その貫通穴２ａの直径又は一辺の長さは、電極本体の直径Ｄの２．５倍以下であることが好ましい。

本発明の効果を確認するため、前記図１Ａ〜図１Ｅに示す本実施形態のスポット溶接方法を適用し、下記の溶接試験を実施した。

［実施例１］
試験用の板材として、厚みが１．６ｍｍである非めっきの高Ｃ含有鋼の板材（以下、「高Ｃ鋼板」ともいう）と、厚みが１．６ｍｍである非めっきの低Ｃ含有鋼の板材（以下、「低Ｃ鋼板」ともいう）を多数準備した。高Ｃ鋼板の幾つかには、レーザカットにより直径が２０ｍｍの貫通穴を形成した。高Ｃ鋼板のＣ含有量は０．５５質量％であった。低Ｃ鋼板のＣ含有量は０．０１質量％未満であった。

本発明例１として、穴なし高Ｃ鋼板、穴有り高Ｃ鋼板、及び穴なし低Ｃ鋼板を順に積み重ねた３層構造の板組を準備した。比較例１として、穴なし高Ｃ鋼板、及び穴なし高Ｃ鋼板を順に積み重ねた２層構造の板組を準備し、スポット溶接を行った。

それぞれのスポット溶接では、溶接電流を種々変更した。共通する溶接条件は下記のとおりである。
・溶接機：単層交流電源のエアー加圧式スポット溶接機
・電極：ＤＲ型電極（先端面の直径：φ６ｍｍ、先端面の曲率半径：Ｒ４０ｍｍ、本体直径：φ１６ｍｍ）
・加圧力：４００ｋｇｆ（＝３．９２ｋＮ）
・通電時間：３層構造では４０ｃｙｃｌｅ、２層構造では２０ｃｙｃｌｅ（１ｃｙｃｌｅは１／６０秒を意味する。）

スポット溶接を行った後の各板組について、継手特性を評価した。継手特性の評価は、ＪＩＳ Ｚ３１３６に準拠した引張せん断強さ（ＴＳＳ）で行った。更に、各板組について、ナゲットの中央を通るように切断し、その断面を鏡面研磨し、ナゲット（溶接金属）のビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。ビッカース硬さの測定は、ＪＩＳ Ｚ２２４４に準拠して行った。試験荷重は１ｋｇｆとし、硬さは、測定した５点の平均値とした。下記の表２に試験条件と試験結果を示す。

表２に示す結果から以下のことが示される。本発明例１では、溶接金属のビッカース硬さが約６００であり、第１層の高Ｃ鋼板のナゲット外周（溶接熱影響部）でプラグ破断した。これに対し、比較例１では、溶接金属のビッカース硬さが約７５０であり、高Ｃ鋼板同士の接合界面である溶接金属（ナゲット）内で脆性破断した。したがって、本発明例１の溶接条件に従えば、溶接金属の硬化を抑え、溶接金属内での脆性な破断を回避できることがわかった。

［実施例２］
試験用の板材として、厚みが１．６ｍｍである高Ｃ鋼板と、厚みが１．４ｍｍである低Ｃ鋼板を多数準備した。高Ｃ鋼板の幾つかには、上記実施例１と同様に貫通穴を形成した。高Ｃ鋼板のＣ含有量は０．５５質量％であった。低Ｃ鋼板のＣ含有量は０．１５質量％であった。

本発明例２として、穴なし低Ｃ鋼板、穴有り高Ｃ鋼板、及び穴なし低Ｃ鋼板を順に積み重ねた３層構造の板組を準備した。比較例２として、穴なし高Ｃ鋼板、及び穴なし低Ｃ鋼板を順に積み重ねた２層構造の板組を準備し、スポット溶接を行った。

それぞれのスポット溶接では、上記実施例１と同様に溶接電流を種々変更した。共通する溶接条件、及び評価方法は上記実施例１と同様である。

表３に示す結果から以下のことが示される。本発明例２では、溶接金属のビッカース硬さが約４５０であり、第１層の低Ｃ鋼板のナゲット外周でプラグ破断した。これに対し、比較例２では、溶接金属のビッカース硬さが約６７０であり、高Ｃ鋼板と低Ｃ鋼板の接合界面である溶接金属内で脆性破断した。したがって、本発明例２の溶接条件に従えば、溶接金属の硬化を抑え、溶接金属内での脆性な破断を回避できることがわかった。

［実施例３］
試験用の板材として、厚みが１．４ｍｍであるＴＷＩＰ鋼板と、厚みが１．４ｍｍである低合金鋼板を多数準備した。低合金板の幾つかには、上記実施例１と同様に貫通穴を形成した。ＴＷＩＰ鋼板について、Ｃ含有量は０．６質量％であり、Ｓｉ含有量は０．３質量％であり、Ｍｎ含有量は２０％であった。低合金鋼板について、Ｃ含有量は０．２質量％であり、Ｓｉ含有量は０．０５質量％であり、Ｍｎ含有量は１．２質量％であった。

本発明例３として、穴なしＴＷＩＰ鋼板、穴有り低合金鋼板、及び穴なしＴＷＩＰ鋼板を順に積み重ねた３層構造の板組を準備した。比較例３として、穴なしＴＷＩＰ鋼板、及び穴なし低合金鋼板を順に積み重ねた２層構造の板組を準備し、スポット溶接を行った。

それぞれのスポット溶接では、上記実施例１と同様に溶接電流を種々変更した。共通する溶接条件、及び評価方法は上記実施例１と同様である。

表４に示す結果から以下のことが示される。本発明例３では、溶接金属のビッカース硬さが約４１０であり、第１層のＴＷＩＰ鋼板のナゲット外周でプラグ破断した。これに対し、比較例３では、溶接金属のビッカース硬さが約７２０であり、ＴＷＩＰ鋼板と低合金鋼板の接合界面である溶接金属内で脆性破断した。したがって、本発明例３の溶接条件に従えば、溶接金属の硬化を抑え、溶接金属内での脆性な破断を回避できることがわかった。

本発明は、あらゆる材料のスポット溶接に有効に利用できる。

１：第１層（最外層）の板材、 ２：第２層（内層）の板材、
２ａ：貫通穴、 ３：第３層（最外層）の板材、 ４：ナゲット、
１０：板組の積層部、 ２０：電極

Claims (8)

1. 板材同士を接合するための抵抗スポット溶接方法であって、
   少なくとも３層に板材が積み重ねられた積層部を含む板組を準備する準備工程と、
   前記板組の前記積層部を一対の電極によって挟み込み、前記積層部を前記電極によって加圧しながら前記電極間に電流を印加して、前記積層部に抵抗スポット溶接を施す溶接工程と、を含み、
   前記準備工程では、前記積層部として、最外層に互いに同一の金属の板材を配置するとともに、内層に前記最外層の板材の材料と同種の材料の板材であって貫通穴を有する板材を配置し、
   前記溶接工程では、前記内層の板材における前記貫通穴の位置と前記電極の位置を一致させた状態で抵抗スポット溶接を施す、抵抗スポット溶接方法。
2. 請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法であって、
   前記最外層の板材の材料が低Ｃ含有鋼であり、前記内層の板材の材料が高Ｃ含有鋼である、抵抗スポット溶接方法。
3. 請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法であって、
   前記最外層の板材の材料が高合金鋼である、抵抗スポット溶接方法。
4. 板材同士を接合するための抵抗スポット溶接方法であって、
   少なくとも３層に板材が積み重ねられた積層部を含む板組を準備する準備工程と、
   前記板組の前記積層部を一対の電極によって挟み込み、前記積層部を前記電極によって加圧しながら前記電極間に電流を印加して、前記積層部に抵抗スポット溶接を施す溶接工程と、を含み、
   前記準備工程では、前記積層部として、最外層に互いに同種の金属の板材を配置するとともに、内層に前記最外層の板材の材料と同種の材料の板材であって貫通穴を有する板材を配置し、
   前記溶接工程では、前記内層の板材における前記貫通穴の位置と前記電極の位置を一致させた状態で抵抗スポット溶接を施す、抵抗スポット溶接方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接方法であって、
   前記内層の板材が絶縁被膜を有する、抵抗スポット溶接方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接方法であって、
   前記最外層の板材のうちのいずれか一方の板材が当て板である、抵抗スポット溶接方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接方法であって、
   前記内層の板材における前記貫通穴の輪郭形状が円形又は正方形であり、前記貫通穴の直径又は一辺の長さが目標のナゲット径よりも大きい、抵抗スポット溶接方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接方法であって、
   前記最外層の板材の各厚みが３．０ｍｍ以下であり、前記内層の板材の全体の厚みが２．４ｍｍ以下である、抵抗スポット溶接方法。

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