JP2019089076A - 抵抗スポット溶接方法及び溶接継手 - Google Patents

Abstract

【課題】耐遅れ破壊特性を有する溶接継手を形成することができる抵抗スポット溶接方法を提供する。【解決手段】少なくとも溶接箇所が重ね合わされた複数枚の鋼板を抵抗スポット溶接する方法において、Ａ：加圧力を付与しながら通電して溶融部を形成する工程、Ｂ：溶融金属の形成後加圧力を付与したまま通電し複数枚の鋼板を冷却する工程、Ｃ：溶接電極に通電しながら加圧力を一定時間付与し、その後直ちに加圧力を下げ、加圧力を一定時間付与する加圧力の上昇下降を２回以上繰り返す工程、Ｄ：加圧力を解放して溶接電極を移動し、溶接電極に通電しながら加圧力を一定時間付与し、その後直ちに加圧力を下げ、加圧力を一定時間付与する加圧力の上昇下降を２回以上繰り返す工程、Ｅ：通電を終了し、加圧力を解放する工程を備える抵抗スポット溶接方法。【選択図】図２

Description

本発明は、高強度鋼板の抵抗スポット溶接方法及び溶接継手に関し、特に、自動車用部品や車体等における抵抗スポット溶接方法及び溶接継手に関するものである。

自動車の分野では、環境保全のため、車体の軽量化による燃費の向上とともに、衝突安全性の向上が求められている。そのため、高強度鋼板を使用して薄肉化するとともに、車体構造を最適化して、車体の軽量化と衝突安全性の向上を図るために、これまで種々の取組みがなされている。

自動車等の部品の製造や車体の組立における溶接では、抵抗スポット溶接（以下、「スポット溶接」ということもある）が主に使用されている。スポット溶接により形成された溶接継手の品質指標としては、引張強さと疲労強さがある。溶接継手の引張強さには、せん断方向に引張荷重を負荷して測定する引張せん断強さ（ＴＳＳ）と、剥離方向に引張荷重を負荷して測定する十字引張強さ（ＣＴＳ）がある。また、溶接継手の疲労強さには、せん断方向に引張荷重を負荷して測定する引張せん断疲労強度と、剥離方向に引張荷重を負荷して測定する十字引張疲労強度がある。

一方、高強度鋼板をスポット溶接した場合において、遅れ破壊（水素脆化）の問題がある。この遅れ破壊は、鋼板の硬さ、残留応力、そして鋼板中の水素量の３因子に主に支配される。

高強度鋼板は、その強度を達成するために、Ｃ以外にもＳｉ、Ｍｎ等の焼き入れ性の高い元素を多く含有しており、高強度鋼板にスポット溶接して形成された溶接継手の溶接部は、溶接の加熱冷却過程を経て焼きが入り、マルテンサイト組織となり、硬くなっている。また、溶接部の端部では、局部的に生じる変態膨張と収縮により、溶接継手の引張残留応力が大きくなっている。

このため、高強度鋼板にスポット溶接して形成された溶接継手の溶接部は、硬度が高く、引張残留応力が大きくなっているので、水素侵入が起これば、遅れ破壊を引き起こしやすい部位である。このような遅れ破壊が発生すると、前述の溶接継手の品質指標である引張強さと疲労強さにおいて、十分な強さが得られず、また、その部分（割れ）に水分が浸入すると、腐食が発生して強度がさらに低下するという問題が生じる。これらの問題が、高強度鋼板の適用による車体の軽量化（薄肉化）を阻害する一因である。

このような状況のもと、スポット溶接の通電が終了して一定時間が経過した後にテンパー通電を行ったり、高周波で加熱したりして、溶接部を焼戻して、溶接部の硬さを低下させる技術が知られている。しかし、この技術では、溶接工程が長時間となり、生産性が低下することや、焼戻しによる溶接部の軟化程度が安定しない場合があった。

それに対して、特許文献１には、スポット溶接のナゲット形成時の溶接電極による初期加圧力よりも、通電時間終了後の保持時間中の溶接電極による後期加圧力を上昇させて、溶接部周辺に圧縮残留応力を導入する技術が開示されている。

特開２０１０−１１０８１６号公報

特許文献１に開示の技術は、溶接部の引張残留応力を低減できるため、遅れ破壊抑制に対して、有効な技術であるが、更に、遅れ破壊の抑制を向上させることが望まれていた。

本発明では、このような実情に鑑み、高い耐遅れ破壊特性を有する溶接継手を安定して形成することができる、抵抗スポット溶接方法及び溶接継手を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決する手段について鋭意検討した。本発明者らは、スポット溶接継手の耐遅れ破壊特性を向上させるには、溶接部周辺の引張残留応力を低減させることが極めて重要であると考えた。そこで、溶接部周辺の引張残留応力に影響を与える、ナゲット形成後の溶接電極による溶接部の加圧条件について検討した。

その結果、ナゲット形成後に通電しながら、溶接部への加圧力の上昇と下降を繰り返す処理（以下、「ピーニング処理」という）を行うことにより、ナゲット近傍の温度を高温に保ちつつ衝撃を与え、ナゲット近傍の塑性変形を促進することができ、その結果、ナゲット端部の引張残留応力を低減、あるいは圧縮応力へと変更でき、溶接継手の耐遅れ破壊特性を向上できることを見出した。

さらに、溶接部への加圧力の上昇と下降は、ナゲットの周囲で位置を変えながら行うことで、より溶接継手の耐遅れ破壊特性の向上に有効であることを見出した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。

［１］少なくとも溶接箇所が重ね合わされた複数枚の鋼板を抵抗スポット溶接する方法において、上記複数枚の鋼板は、少なくとも引張強さが９８０ＭＰａ以上の鋼板を１枚以上含み、上記方法は、
Ａ：上記複数枚の鋼板に溶接電極により加圧力Ｐ１（ｋＮ）を付与しながら、通電電流Ｉ１（ｋＡ）で通電して溶融部を形成する工程、
Ｂ：上記溶融金属の形成後、上記加圧力Ｐ１を付与したまま、冷却時間ｔｃ（ｓ）の間、通電電流Ｉｃ（ｋＡ）として上記複数枚の鋼板を冷却する工程、
Ｃ：上記溶接電極に通電電流Ｉ２（ｋＡ）で通電しながら、上記複数枚の鋼板に上記溶接電極により加圧力Ｐ２（ｋＮ）を加圧時間ｔｆ（ｓ）の間付与し、その後直ちに加圧力Ｐ３（ｋＮ）を加圧時間ｔｉ（ｓ）の間付与する加圧力の上昇下降を２回以上繰り返す工程、
Ｄ：加圧力を解放して上記溶接電極を移動し、上記複数枚の鋼板に上記溶接電極により加圧力Ｐ２（ｋＮ）を加圧時間ｔｆ（ｓ）の間付与し、その後直ちに加圧力Ｐ３（ｋＮ）を加圧時間ｔｉ（ｓ）の間付与する加圧力の上昇下降を２回以上繰り返す工程、
Ｅ：通電を終了し、加圧力を解放する工程
を備え、上記工程は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの順に行い、Ｃ工程は、０回以上、Ｄ工程は、１回以上行い、上記Ｉｃ、Ｉ１、Ｉ２、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、ｔｆ、ｔｉは下記式（１）〜（６）を満たすことを特徴とする抵抗スポット溶接方法。

０≦Ｉｃ＜Ｉ１ ・・・（１）
０．３≦Ｉ２／Ｉ１＜１．０ ・・・（２）
１．２≦Ｐ２／Ｐ１ ・・・（３）
ｔｆ≦０．２ ・・・（４）
ｔｉ≦０．２ ・・・（５）
Ｐ３＜Ｐ２ ・・・（６）

［２］少なくとも溶接箇所が重ね合わされた複数枚の鋼板を含む溶接継手であって、上記重ね合わされた鋼板の外側に凹部を有し、上記重ね合わされた鋼板の内部にナゲットを有し凹部の半径ｒｉ、ナゲットの半径ｒｎが１．２≦ｒｉ／ｒｎ＜３．０を満たすことを特徴とする溶接継手。ここで、凹部の半径は、ナゲットの中心から、最も遠い凹部の端までの距離である。

［３］前記凹部の鋼板表面からの平均深さが０．０３ｍｍ以上であることを特徴とする前記［２］の溶接継手。

［４］前記凹部の鋼板表面からの平均深さが、凹部が設けられた鋼板の板厚の１５％以下であることを特徴とする前記［２］又は［３］の溶接継手。

本発明によれば、ナゲット形成後に、溶接部の周囲にピーニング処理を施すことによって、溶接継手の耐水素脆化特性を向上させることができる。

本発明の溶接法の概略を示す図である。 溶接電極の加圧力及び通電電流のパターンの例を示す図である。 ピーニング処理時の溶接電極の移動パターンの例を示す図である。 ナゲットとピーニング処理による凹部を示す図である。

本発明の抵抗スポット溶接方法（以下、「本発明の溶接法」という）は、少なくとも引張強さが９８０ＭＰａ以上の鋼板を１枚以上含む複数枚の鋼板を抵抗スポット溶接する方法であり、ナゲット形成後に、溶接電極により溶接部の周囲で加圧力の上昇下降を繰り返し行うピーニング処理を施す方法である。

次に、本発明の溶接法の流れについて説明するとともに、本発明の溶接法の基本構成について説明する。

図１に、本発明の溶接法の概略を示す。図１は、被溶接部材を板厚方向に切断した断面図を示している。

まず、本発明の製法では、被溶接部材として、複数枚の鋼板（以下、「板組」ともいう）を準備する。該板組には、少なくとも引張強さが９８０ＭＰａ以上の鋼板（以下、「高強度鋼板」ともいう）を１枚以上含むものとする。そして、以下のＡ〜Ｆの工程を順に行い、被溶接部材を抵抗スポット溶接する。

［Ａ工程］
図１に示すように、２枚の鋼板１を重ね合わせ、両側から２枚の鋼板の溶接箇所を挟み込むように、銅合金等からなる溶接電極２により加圧しながら、電流を通電し、溶融金属を形成する。

［Ｂ工程］
溶融金属を形成した後、加圧力を付与したまま、通電電流を下げ、水冷された溶接電極２による抜熱や鋼板自体への熱伝導によって、２枚の鋼板１の間に断面楕円形状の溶接金属（ナゲット）３を形成する。また、鋼板表面から観察すると、くぼみ（凹部）が形成される。インデンテーションともよばれる（図３の３０）。

板組が高強度鋼板を１枚以上含む場合、スポット溶接して得られた溶接継手の溶接部、ナゲット３及びその周辺の熱影響部は、冷却過程で焼きが入り、マルテンサイト組織となる。また、冷却過程で熱収縮が起き、特にナゲット３の端部は引張応力が残留した状態になる。

［Ｃ工程］
スポット溶接によるナゲット形成後に、電流を通電しながら、複数枚の鋼板に溶接電極により加圧力を一定時間付与し、その後直ちに、加圧力を下げ、加圧力を一定時間付与する加圧力の上昇下降を２回以上繰り返すピーニング処理を施す。

なお、Ｃ工程は、溶融部形成後、溶接電極を移動させずに同一箇所でピーニング処理を施すものであるが、必須の工程ではなく、実施せずにＤ工程へ移ってもよい。

［Ｄ工程］
加圧力を解放して、溶接電極を移動する。加圧力が解放される間は通電はされない。溶接電極を移動する際には、ピーニングによって形成される凹部がＢ工程で形成されたインデンテーション３０と重なる部分が存在するようにする。

その後、溶接電極により加圧力を一定時間付与し、その後直ちに、加圧力を下げ、加圧力を一定時間付与する加圧力の上昇下降を２回以上繰り返すピーニング処理を施す。これにより、インデンテーション３０とは別に、新たにくぼみ（凹部）が形成される（図３の３１など）。

Ｄ工程は１回のみ行ってもよいが、位置を変えて２回以上行ってもよい。Ｄ工程を位置を変えて行うと、さらに新たなくぼみ（凹部）が形成される（図３の３１など）。

［Ｅ工程］
Ｄ工程によりピーニング処理を１回以上施した後、通電を終了し、加圧力を解放する。

スポット溶接及びピーニング処理の際の溶接電極の加圧力及び通電電流のパターンについて、図２を参照して詳細に説明する。図２は、Ａ工程、Ｂ工程を経た後、Ｃ工程で加圧力の上昇、下降を３回繰り返し、Ｄ工程に移り、時刻Ｔｍで溶接電極を移動し、移動後加圧力の上昇、下降を３回繰り返し、通電を終了し、加圧力を解放する例である。図２は、加圧力、通電電流の一例であり、加圧、通電パターンはこれに限定されるものではない。

まず、ナゲットを形成するスポット溶接の際の加圧力及び通電電流のパターンについて説明する。

［Ａ工程］
鋼板に対して溶接電極により加圧力がＰ１（ｋＮ）となるように加圧する。加圧力がＰ１（ｋＮ）に達した後に、電流値を通電電流Ｉ１（ｋＡ）とし、この状態を通電時間ｔ１（ｓ）の間保持して、溶融金属を形成する。

［Ｂ工程］
通電時間ｔ１（ｓ）を経過した後、加圧力Ｐ１（ｋＮ）を付与したまま、冷却時間ｔｃ（ｓ）の間、通電電流をＩｃ（ｋＡ）として、溶融金属を冷却、凝固して溶接金属（ナゲット）を形成する。このとき、通電電流Ｉｃ（ｋＡ）は、０≦Ｉｃ＜Ｉ１を満足するように設定する。

次に、溶融部でのピーニング処理の際の加圧力及び通電電流のパターンについて説明する。

［Ｃ工程］
冷却時間ｔｃ（ｓ）を経過した後、電流値を通電電流Ｉ２（ｋＡ）とし、加圧力をＰ２（ｋＮ）に上昇する。通電電流Ｉ２は、０．３≦Ｉ２／Ｉ１＜１．０を満足するように、加圧力Ｐ２は、１．２≦Ｐ２／Ｐ１を満足するように設定する。ここで、通電電流のＩｃからＩ２への変更、加圧力のＰ１からＰ２への変更は同時に行ってもよいし、先に通電電流をＩ２に変化させて鋼板を加熱し、その後加圧力をＰ２にするというように、変更のタイミングが多少ずれてもよい。

加圧時間ｔｆ（ｓ）の間加圧力を付与した後、直ちに加圧力をＰ３（ｋＮ）に下降し、加圧時間ｔｉ（ｓ）の間付与するピーニング処理を施す。加圧力のＰ２への上昇及びＰ３への下降は、２回以上繰り返す。加圧時間ｔｆ，ｔｉは０＜ｔｆ≦０．２、０＜ｔｉ≦０．２を満たすように、加圧力Ｐ２，Ｐ３は、Ｐ３＜Ｐ２を満たすように設定する。

なお、Ｃ工程は必須の工程ではなく、実施せずにＤ工程へ移ってもよい。

次に、溶融部周辺でのピーニング処理の際の加圧力及び通電電流のパターンについて説明する。

［Ｄ工程］
Ｃ工程のピーニング処理の終了後（Ｃ工程を行わない場合はＢ工程の冷却の終了後）、溶接電極の加圧力を解放し、溶接電極を移動する。このとき、ピーニングによって形成される凹部がB工程で形成された凹部（インデンテーション）３０の外側に離れて位置しないよう、電極位置を調整する。ピーニング工程で形成される凹部は、少なくとも一部が、B工程で形成された凹部（インデンテーション）３０と重なるようにする。

溶接電極の移動後、溶接電極により加圧力Ｐ２（ｋＮ）をｔｆ（ｓ）の間付与し、その後直ちに、加圧力Ｐ３（ｋＮ）を加圧時間ｔｉ（ｓ）の間付与する。Ｃ工程と同様に、加圧力のＰ２への上昇及びＰ３への下降は、２回以上繰り返し、加圧時間ｔｆ，ｔｉ、加圧力Ｐ２，Ｐ３は、０＜ｔｆ≦０．２、０＜ｔｉ≦０．２、Ｐ３＜Ｐ２を満たすように設定する。

Ｄ工程は１回のみ行ってもよいが、位置を変えて２回以上行ってもよい。ピーニングを行う箇所は、ピーニングによって形成される凹みの位置がB工程で形成された凹部（インデンテーション）と一部が重なるようにすれば、特に限定されないが、B工程で形成された凹部（インデンテーション）３０の端部で引張残留応力が高い箇所で優先的に行うのがよい。

溶接電極の移動のパターンは特に限定されるものではない。

図３に溶接電極の移動の一例を示す。図３は、Ｄ工程を６回行う場合の例であり、溶接電極を、インデンテーション３０の周囲で、加圧位置（凹部３１が形成される。）、加圧位置（凹部３２が形成される。）、加圧位置（凹部３３が形成される。）、加圧位置（凹部３４が形成される。）、加圧位置（凹部３５が形成される。）、加圧位置（凹部３６が形成される。）と、順に移動させピーニング処理を行う。

ピーニング処理は、必ずしも図３のようにインデンテーション３０を中心として対称の位置で行う必要はない。溶接部で引張応力が大きく負荷される箇所が予め分かっていれば、その箇所を中心に打撃すればよい。

応力負荷の個所が不明であれば、ナゲットの周囲を一周にわたり処理することが好ましい。この場合も、全周に渡って密にピーニング処理する必要は無く、処理した箇所が少しずつ、インデンテーション３０と重なり部分があればよい。ピーニング処理で形成される凹部の半径の１０％以上が、インデンテーション３０に重なると好ましい。

このように、ナゲット形成後に、ピーニング処理を実施することで、溶接継手の耐遅れ破壊特性が向上し、さらには疲労強さも向上させることができる。この耐遅れ破壊特性向上の理由は明らかではないものの、溶接部をある一定の温度下で、ピーニング処理、即ち、加圧力の上昇下降の繰り返しを施すことで、例えば溶接後のプラテンによる加圧又は超音波打撃処理のように溶接部に塑性変形を加えて引張残留応力を低減できるものと考えられる。

本実施形態における抵抗スポット溶接方法は、ピーニング処理時に通電電流Ｉ２を流すため、溶接部は高温となって降伏強度が低減され、ピーニング時の塑性変形が容易となる。この際に加圧力の上昇下降を繰り返して電流密度を上下させることで、被溶接材への加圧力の増減を複数回繰り返している間であってもナゲット周辺の温度を、塑性変形を容易とする温度範囲内に保つことができる 。このため、引張残留応力の低減が促進されると考えられる。

さらに、ピーニング時に加圧力を増減させるため、電極と溶接部の接触面積が増減することとなる。接触面積当たりの荷重、即ち応力が電流密度すなわち温度が適正な範囲内の状態で局所で増減するため、塑性変形が一層進行すると思われる。加えて、溶接部の組織微細化や、脆化元素の凝固偏析部分断等が起こり、耐遅れ破壊特性が向上すると推測される。

［Ｅ工程］
以上のようにピーニング処理を施した後、通電を終了し、加圧力を解放する。

本発明は、以上のような基本構成を有するものであり、そのような本発明について、さらに、必要な要件や好ましい要件について順次説明する。

＜複数枚の鋼板＞
（鋼板の引張強さ）
スポット溶接する被溶接部材である鋼板は、少なくとも１枚が、引張強度が９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板とする。引張強度が９８０ＭＰａ未満の場合には、溶接部で発生する引張残留応力の値も低いため、遅れ破壊の問題が生じ難い。そのため、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼板を１枚以上含む板組を本発明の溶接法の適用対象とする。また、高強度鋼板の引張強度の上限は、特に限定されるものでない。

板組は、全ての鋼板が引張強度９８０ＭＰａ以上のものである場合のみならず、少なくとも何れか１枚のみが上記引張強さを有する場合を含むものである。例えば、９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する鋼板と、９８０ＭＰａ未満の引張強さを有する鋼板とを溶接する場合であってもよい。

（鋼板の鋼種、成分組成）
鋼板の鋼種及び成分組成は、特に限定されるものでない。鋼板の成分組成は、前述した高強度鋼板においては、引張強さ（９８０ＭＰａ以上）を確保できる成分組成を選択すればよい。また、鋼板の炭素当量Ｃｅｑは、特に限定されるものでなく、０．２０質量％以上が例示される。ここでは、Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６とする。これは、ＷＥＳのＣｅｑを参考とした。上記元素名には、鋼板の組成を質量％で代入する。

（鋼板の板厚）
鋼板の板厚は、特に限定されるものでなく、０．５〜３．２ｍｍの範囲とすることができる。板厚が０．５ｍｍ未満であっても、溶接部の遅れ破壊特性の向上の効果は得られるが、引張試験時における溶接部への応力負荷が低く、また、溶接部で発生する引張残留応力の値が低いため、遅れ破壊が生じ難い。また、板厚が３．２ｍｍ超であっても、溶接部の遅れ破壊特性の向上の効果は得られるが、部材の軽量化がし難くなることがある。

（鋼板の表面処理皮膜）
複数枚の鋼板は、少なくとも溶接箇所の両面又は片面に表面処理皮膜を形成した鋼板を１枚以上含んでいてもよい。表面処理皮膜は、めっき皮膜を含むものであり、更に、塗装皮膜等を含むものとすることができる。めっき皮膜としては、例えば、亜鉛めっき、アルミニウムめっき、亜鉛・ニッケルめっき、亜鉛・鉄めっき、亜鉛・アルミニウム・マグネシウム系めっき等であり、めっきの種類としては、溶融めっき、電気めっき等である。

（鋼板の形態）
鋼板の形態は、少なくとも溶接箇所が板状であればよく、全体が板状でなくてもよい。例えば、断面ハット形の特定の形状にプレス成型された部材のフランジ部等を含むものである。重ね合わせる鋼板の枚数は、２枚に限らず、３枚以上としてもよい。また、各鋼板の、鋼種、成分組成及び板厚は、全て同じとしても、相互に異なっていてもよい。また、別々の鋼板から構成されるものに限定されず、１枚の鋼板を管状などの所定の形状に成形して、端部を重ね合わせたものであってもよい。

＜スポット溶接＞
複数枚の鋼板に行うスポット溶接は、複数枚の鋼板の溶接箇所を挟み込むように、電極を押し付けつつ通電して、溶融金属を形成し、通電の終了後に水冷された電極による抜熱や鋼板自体への熱伝導によって、溶融金属を急速に冷却して凝固させ、鋼板の間に、断面楕円形状のナゲットを形成する。

このスポット溶接の条件は、特に限定されるものでなく、例えば、電極をドームラジアス型の先端直径６〜８ｍｍのものとし、加圧力１．５〜６.０ｋＮ、通電時間０．１〜１．０ｓ（５〜５０サイクル、電源周波数５０Ｈｚ）、通電電流４〜１５ｋＡとすることができる。ナゲット直径は、最も薄い鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）とすると、３．０√ｔ〜８．０√ｔとすることができる。ナゲット径の測定は、スポット溶接後の鋼板をインデンテーション３０の中心をとおって、板面に垂直に鋼板を切断し、切断面を研磨し、（わかりやすいように化学エッチングして）拡大鏡で観察して行う。

スポット溶接する際の基本加圧及び通電パターンは、特に限定されるものでなく、上記の加圧力、通電時間、通電電流の範囲としたうえで、被溶接部材に応じて適宜最適条件に調整すればよい。基本加圧及び通電パターンは、必要なナゲット径が実現でき、チリが発生しない条件とすればよく、最適条件は鋼板強度や板厚等によって変わる。なお、通電の開始時の電流値は、直ちに通電電流とせず、電流値が通電電流になるまで、電流値を０（ゼロ）又は０超の低い電流から漸増（アップスロープ）させてもよい。

＜冷却時間ｔｃ、冷却時間中の通電電流Ｉｃ＞
スポット溶接における通電時間が経過後、溶接電極の加圧力を保持したまま、通電電流値を下げる。溶融金属の凝固が進行する程度の低い電流とし、溶接部を冷却する。この冷却時間ｔｃは、特に限定されるものでなく、溶接金属（ナゲット）が形成されればよく、鋼板の板厚にも依存するものの、０．０４〜０．４ｓが例示される。

冷却時間中の通電電流Ｉｃは、０≦Ｉｃ＜Ｉ１を満たす必要がある。打撃処理時には、鋼板の温度が一定値以下（概ね８００℃以下）となる必要がある。鋼板の温度が高すぎると、溶接部の引張残留応力の低減が困難になる。そこで、鋼板を溶融する本通電の後に、ＩｃをＩ１未満に低下して鋼板を冷却することにより、溶融金属を凝固させ、一定値以上の降伏強度とする。これにより、その後の打撃処理によって溶接部の引張応力を低減、あるいは溶接部に圧縮残留応力を付与することが可能となる。ＩｃはＩ１の０．２倍以下が好ましく、０（ｋＡ）が最も好ましい。

＜ピーニング処理＞
スポット溶接後に行うピーニング処理は、溶接電極に通電電流Ｉ２で通電しながら、加圧力を解放して溶接電極を移動し、その後直ちに、鋼板に溶接電極により加圧力Ｐ２を加圧時間ｔｆの間付与する加圧力の解放、上昇を２回以上繰り返し行い、その後、加圧力を解放するとともに、通電を終了させるものである。

（通電電流Ｉ２）
ピーニング処理の間は、溶接電極に通電した状態とする。その際の通電電流Ｉ２は、上記（２）を満足するものとする。ピーニング処理での溶接部の温度が適切となり、溶接部の塑性変形が容易となり、溶接部の引張残留応力が低減する。

また、通電電流Ｉ２をスポット溶接の際の通電電流Ｉ１未満とすることで、ピーニング処理においてナゲットの拡大を抑制する。ナゲットを拡大させつつピーニング処理を実行すると、ナゲットの凝固が不安定となって、散りが生じたり、溶接部が窪んだり、エネルギーが無駄になったりすることがある。

加圧力を付与する際の鋼板の降伏強度を十分保つために、Ｉ２はＩ１の０．８倍以下とすることが好ましく、Ｉ１の０．７倍以下とすることがさらに好ましい。Ｉ２をこのような値とすることにより、加圧力を付与する際の溶接部の温度を確実に８００℃以下とすることができる。溶接部の温度が８００℃以上になると、その温度域では、鋼板の降伏強度が低くなる。残留応力の絶対値は降伏強度との相関が強いため、鋼板の降伏強度が低下することで、打撃時に導入できる圧縮応力が低下してしまう。その結果、その後の冷却過程における溶接部の熱収縮量が大きくなり、溶接部に高い引張応力が導入されるおそれがある。さらに、鋼板表層の塑性変形が容易となり、打撃処理によって生じる凹みが過大となり、継手強度が低下するおそれがある。複数のピーニング処理工程において、Ｉ２がすべて同じである必要はない。Ｉ２を全て同じにすると、作業効率上好ましい。

また、Ｉ２はＩ１の０．３以上とする。Ｉ２をこのような範囲とすることにより、ピーニング処理による引張残留応力低減効果を十分に得ることができる。

（溶接電極の移動時間）
溶接電極の移動時間の上限は、生産性の観点から極力短時間とするのが好ましいため、０．４ｓとすることが好ましい。下限は、装置能力、即ち加圧力制御の安定性を考慮し、０．０２ｓとすることが好ましい。

（加圧力Ｐ２、Ｐ３、加圧時間ｔｆ、ｔｉ）
ピーニング処理の際の加圧力Ｐ２は、引張残留応力を低減させるために、スポット溶接時の加圧力Ｐ１の１．２倍以上とする。好ましくは、１．３倍以上である。上限は、特に限定されるものでないが、溶接部への過度の加圧を避けるために２．５倍以下が好ましい。Ｐ３はＰ２よりも小さい値とする。また、加圧時間ｔｆ、ｔｉの上限は、溶接部の引張残留応力を低減させるため、０．２ｓとする。好ましくは０．１ｓである。下限は、０．０２ｓが好ましい。

ピーニング処理の際の加圧力Ｐ２、Ｐ３は一定でもよく、たとえば段階的に上げる等、変化させてもよい。Ｐ２、Ｐ３の値は、通常溶接電極に使用されるＣｕと、高温となる被溶接材の鋼との強度のバランスで適宜定めることができる。

（加圧力の解放、上昇の繰り返し回数）
加圧力の解放、上昇の繰り返し回数（１つの加圧解放と、次の１つのＰ２への加圧力上昇で１回）は、２回以上とする。繰り返し回数の上限は、特に限定されるものでないが、作業時間を短縮するために２０回とすることが好ましい。

繰り返しの加圧力Ｐ２、Ｐ３は、上述した式の範囲内であれば、全て同じ加圧力であっても、異なる加圧力であってもよく、加圧時間ｔｆ、ｔｉも、上述した式の範囲内であれば、全て同じ加圧時間であっても、異なる加圧時間であってもよい。ただし、この繰り返し工程における加圧力及び加圧時間は、全て同じにすると、作業効率上好ましい。

図４に示すように、スポット溶接により重ね合わせ溶接された鋼板の内側にはナゲットが、鋼板の外側にはピーニングの打撃処理による凹部が形成される。打撃処理径ｄｉ（上記凹部の半径）は、ナゲット径の１．２以上、３．０倍未満となるように加圧力、電流値を制御し、溶接電極を移動させると、継手強度の面から好ましい。また、凹部の鋼板表面からの平均深さは０．０３ｍｍ以上であると好ましく、さらに、平均深さは鋼板の板厚の１５％以下であることが好ましい。

ここで凹部の深さは、以下の測定法により求める。ナゲットの中心から、ピーニング処理して形成された凹部のうちで最も遠い凹部の端に掛けて、直線状にレーザ変位計でその表面形状を計測する。最も遠い凹部の端は鋼板表面に一致し、つまり凹んでいないため、そこが基準位置(原点)となる。この形状計測結果を鋼板表面からの凹みに換算し、凹みをその測定領域内に渡って平均化すれば、平均深さが得られる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

表１に示す合金化溶融亜鉛（ＧＡ）めっき鋼板を準備した。表２にスポット溶接の条件を示し、表３にピーニング処理の条件を示す。各試験番号において、同じ鋼板番号の２枚の鋼板を溶接して試験片を作製した。また、スポット溶接では、直径１６ｍｍ、先端６ｍｍのドームラジアス型電極を用いた。

表３の工程Ｃのあり、なしは、溶接部作成後のその位置でのピーニング処理の有無を示す。工程Ｄは、「３１のみ」は、図３に示す３１の位置でピーニング処理が行われたことを、「３１〜３６，６箇所」は、図３に示す３１〜３６の６箇所の位置で順にピーニング処理が施されたことを示す。Ｐ２，Ｐ３上下の繰り返し数は、加圧力Ｐ２を加圧時間ｔｆの間付与し、その後加圧力Ｐ３を加圧時間ｔｉの間付与することを１サイクルとしたときのサイクルの回数である。

試験片に対して、塩酸浸漬試験を行った。この試験では、試験片を０．１５規定の塩酸中に１００時間浸漬した後の割れの有無を調べることにより行った。割れの有無は、スポット溶接して形成されたスポット溶接継手を、板表面に垂直でナゲットの中心を通る断面で切断し、この切断片からナゲットを含む試験片を切り出し、切断面を研磨し、研磨された切断面を光学顕微鏡で観察して行った。この試験を１０片の試験片に実施し、その際の割れ数を確認した。

表４に、形成された溶接継手のナゲット半径ｒｎ、鋼板表面の凹部の半径ｒｉ、ｒｉ／ｒｎ、凹部の平均深さ、及び塩酸浸漬試験の結果を示す。試験片１０片のうち、割れ数が３以下を合格とした。

表４に示すように、本発明の構成を満足する処理番号２、３、７、８、１１、１３〜１４では、塩酸浸漬試験では割れの発生はなく、遅れ破壊特性に優れたスポット溶接継手が得られた。

それに対して、処理番号１は、加圧力Ｐ１に対するＰ２の比が適切でなく、処理番号４及び９は、通電電流Ｉ１に対する通電電流Ｉ２の関係が適切でなく、処理番号５及び１０，１２は、加圧力Ｐ２の上昇の繰り返し回数が適切でなく、処理番号６は、加圧力Ｐ３より加圧力Ｐ２が低い値で、かつ加圧力Ｐ１に対するＰ２の比が適切でなく、処理番号１５は、加圧力の上昇下降が行われておらず、塩酸浸漬試験では割れが発生し、十分な遅れ破壊特性が得られなかった。

本発明によれば、スポット溶接後に、溶接部の周囲にピーニング処理を施すので、溶接継手の耐水素脆化特性を向上させることができる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。

１ 鋼板
２ 溶接電極
３ ナゲット
３０ インデンテーション
３１〜３６ 凹部（くぼみ）
４０ 鋼板
４１ ナゲット
Ｉ 通電電流
Ｉ１ スポット溶接の際の通電電流
Ｉ２ ピーニング処理の際の通電電流
Ｉｃ 冷却時間における通電電流
Ｐ 加圧力
Ｐ１ スポット溶接時の加圧力
Ｐ２ 加圧力上昇時の加圧力
ｔ１ スポット溶接の際の通電時間
ｔ２ ピーニング処理の際の通電時間
ｔｃ 冷却時間
ｔｆ 加圧力上昇時の加圧時間
ｔｉ 溶接電極の移動時間
ｄｎ ナゲット径
ｄｉ 打撃処理径

Claims (4)

1. 少なくとも溶接箇所が重ね合わされた複数枚の鋼板を抵抗スポット溶接する方法において、
   上記複数枚の鋼板は、少なくとも引張強さが９８０ＭＰａ以上の鋼板を１枚以上含み、
   上記方法は、
   Ａ：上記複数枚の鋼板に溶接電極により加圧力Ｐ１（ｋＮ）を付与しながら、通電電流Ｉ１（ｋＡ）で通電して溶融部を形成する工程、
   Ｂ：上記溶融金属の形成後、上記加圧力Ｐ１を付与したまま、冷却時間ｔｃ（ｓ）の間、通電電流Ｉｃ（ｋＡ）として上記複数枚の鋼板を冷却する工程、
   Ｃ：上記溶接電極に通電電流Ｉ２（ｋＡ）で通電しながら、上記複数枚の鋼板に上記溶接電極により加圧力Ｐ２（ｋＮ）を加圧時間ｔｆ（ｓ）の間付与し、その後直ちに加圧力Ｐ３（ｋＮ）を加圧時間ｔｉ（ｓ）の間付与する加圧力の上昇下降を２回以上繰り返す工程、
   Ｄ：加圧力を解放して上記溶接電極を移動し、上記複数枚の鋼板に上記溶接電極により加圧力Ｐ２（ｋＮ）を加圧時間ｔｆ（ｓ）の間付与し、その後直ちに加圧力Ｐ３（ｋＮ）を加圧時間ｔｉ（ｓ）の間付与する加圧力の上昇下降を２回以上繰り返す工程、
   Ｅ：通電を終了し、加圧力を解放する工程
   を備え、
   上記工程は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの順に行い、
   Ｃ工程は、０回以上、Ｄ工程は、１回以上行い、
   上記Ｉｃ、Ｉ１、Ｉ２、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、ｔｆ、ｔｉは下記式（１）〜（６）を満たす
   ことを特徴とする抵抗スポット溶接方法。
   ０≦Ｉｃ＜Ｉ１ ・・・（１）
   ０．３≦Ｉ２／Ｉ１＜１．０ ・・・（２）
   １．２≦Ｐ２／Ｐ１ ・・・（３）
   ０＜ｔｆ≦０．２ ・・・（４）
   ０＜ｔｉ≦０．２ ・・・（５）
   Ｐ３＜Ｐ２ ・・・（６）
2. 少なくとも溶接箇所が重ね合わされた複数枚の鋼板を含む溶接継手であって、
   上記重ね合わされた鋼板の外側に凹部を有し、
   上記重ね合わされた鋼板の内部にナゲットを有し
   凹部の半径ｒｉ、ナゲットの半径ｒｎが
   １．２≦ｒｉ／ｒｎ＜３．０
   を満たすことを特徴とする溶接継手。
   ここで、凹部の半径は、ナゲットの中心から、最も遠い凹部の端までの距離である。
3. 前記凹部の鋼板表面からの平均深さが０．０３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の溶接継手。
4. 前記凹部の鋼板表面からの平均深さが、凹部が設けられた鋼板の板厚の１５％以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の溶接継手。

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