JP2019150833A - 抵抗溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極の食い込み量にかかわらず良好な溶接ができる片側抵抗溶接方法の提供を目的とした。【解決手段】電極１の先端部分に突出部９が設けられ、初期通電及びプレ本通電中には突出部９のみを被溶接材４に食い込ませることにより、形成される溶接部２３の面積は突出部９の断面積と略同一となり、本通電において溶接部２３の面積を小さくできるため、溶接部２３に導通される電流値を低くしても、溶接部２３における電流密度を十分に確保することが可能となり、十分な溶接強度を確保し、良好な溶接を行うことが可能となる。【選択図】図４

Description

被溶接材間を溶接する抵抗溶接方法に関するものである。

板状鋼板等の被溶接材間を接合する場合、スポット溶接により接合が行われる場合がある。スポット溶接は、抵抗発熱を利用して金属の接合を行う抵抗溶接法の一種である。スポット溶接のうちの片側抵抗溶接（インダイレクト溶接あるいはワンサイドスポット溶接とも称す）方法では、被溶接材を重ね合わせた状態で、複数の被溶接材を重ねた溶接対象を電極により加圧し、さらに溶接対象を介してアースに至る経路（以下、導通経路と称す）に電極から電流を通電させ（以下、溶接対象を加圧し、溶接対象に電流を通電することを、単に、加圧・通電とも称す）、溶接部を抵抗発熱によって加熱して局部的に溶融させることにより、被溶接材間を冶金的に接合する。

片側抵抗溶接方法においては、加圧・通電を行う工程を、工程の進捗に伴い、初期通電・プレ本通電・本通電に区別することができる。初期通電は、溶接対象である被溶接材と電極との接触面をなじませ、被溶接材間の接触状態を安定させる工程である。プレ本通電は、溶接部において２枚の被溶接材が接触する接触面が適切な接触面積に近づけるように、接触面を拡大させる工程である。本通電は、適切な接触面積の接触面が形成された状態で、溶接対象に電流を流して被溶接材間の溶接部を溶融させて、溶接部を溶融接合する工程である。なお、それぞれの通電工程では、電極を溶接対象に当接させて、電極によって溶接対象を加圧し、電極から溶接対象に電流を導通させるため、上記加圧・通電が進捗するに従って、電極は溶接対象に食い込んでいく。

国際公開第２０１４／１６７７７２号

しかしながら、従来の片側抵抗溶接方法では、溶接対象に通電する際の電流値を調整して溶接を行うが、一定量の電流を通電しても良好な溶接ができない場合がある。発明者らが鋭意検討した結果、一定量の電流を通電しても溶接部における電流密度が一定にならない結果、良好な溶接ができない場合があることを見いだした。そして更なる検討の結果、後述するように、加圧・通電に伴い電極が溶接対象に食い込んでいき、食い込み量に応じて溶接部における導通経路の大きさが異なる結果、溶接部における電流密度が不足して良好な溶接ができない場合があるとの知見に至った。

そこで本発明は、電極の食い込み量にかかわらず良好な溶接ができる片側抵抗溶接方法の提供を目的とした。

従来の片側抵抗溶接方法では、溶接は、溶接部における電流密度に左右され、電流密度は電極が溶接対象に食い込む食い込み量に依存する。そのため、電極の食い込み量が過多となった場合、適切な溶接を行うことができない場合がある。以下、従来の片側抵抗溶接方法に用いる電極について説明した上で、電極の食い込み量と溶接部の面積との関係について説明し、溶接部の面積が溶接に対して与える影響について説明する。

従来の片側抵抗溶接方法において用いられる電極は、電極の先端部分が曲面であったり（図３（ａ）参照）、電極の先端領域の周面が傾斜（図３（ｂ）参照）し、いずれも電極の先端領域において、先端部分に近づく程幅が狭くなる形状である。

まず、このような形状の電極を用いて加圧・通電を行った場合の食い込み量について説明する。上述のように、溶接の際に、加圧・通電に伴って、電極が電極の先端部分から溶接対象に食い込んでいく。従来の片側抵抗溶接方法において用いられる電極は先端部分に近づく程幅が狭くなる形状であるため、電極の食い込み量が多くなる程、電極が溶接対象に食い込んだ部分の溶接対象の表面における断面（以下、食い込み面と称す。図６の食い込み面２１参照）は広くなる。

一方、溶接部は、通電時に電流が導通する導通経路における被溶接材間の接触面の近傍が相当する。通電の際、食い込み面から食い込んで溶接対象と接触している部分の電極から溶接対象に電流が流れ、この部分の電極から溶接対象内部を通り、アースに至って導通経路が形成される。そのため、溶接部は、被溶接材間の接触面を挟んだ領域の、食い込み面の直下領域近傍に形成されることになる。

以上のことから、溶接部の被溶接材間の接触面における面（以下、溶接部の断面とも称す）の面積（以下、単に溶接部の面積とも称す）は、電極が溶接対象に食い込む食い込み量及び食い込み面の面積に比例して大きくなることが分かる。上述のように加圧・通電が進捗するに従って電極は溶接対象に食い込んでいくため、加圧・通電が進捗するに従って溶接部の面積は拡大していくことになる。

次に、溶接部の面積と溶接品質との関係について説明する。溶接は、溶接部を電流が流れることにより生じる抵抗発熱により、溶接部を溶融させて行われる。抵抗発熱は、電流値が高い程大きくなり、溶接部は一定の面積を有するため、溶接部における電流密度が大きい程大きくなることになる。電流値が一定である場合、電流密度は溶接部の面積が小さい程大きくなる。そのため、同じ電流値の電流が通電される場合、溶接部の面積が大きい程電流密度が小さくなり、抵抗発熱が小さくなる。抵抗発熱が過小となった場合、溶接強度が不足して溶接不良が発生する。逆に、同じ電流値の電流が通電される場合、溶接部の面積が小さい程電流密度が大きくなり、抵抗発熱が大きくなる。適切な範囲の抵抗発熱が生じると、溶接強度が十分に確保され、良好な溶接品質が確保される。一方、電流密度が大きくなりすぎると、チリが発生したり、溶接部の表面が荒れたりし、溶接品質が悪化する。

以上説明したように、従来の片側抵抗溶接方法では、加圧・通電が進捗するに従って電極の食い込み量が増加し、溶接部の面積が大きくなる。溶接部の面積が大きくなると、溶接部における電流密度が小さくなる。電流密度が不足すると溶接部の抵抗発熱が不足し、溶接部が十分に溶融されず、溶接強度が不足して溶接品質が低下するという問題が生じる。

このような問題が生じる可能性があるため、従来の片側抵抗溶接方法では、溶接対象に導通させる電流についてその電流値を十分に高め、溶接強度が不足することを回避している。しかしながら、十分な電流値の電流を通電させることには限界があると共に電源の供給に係る装置の規模も大きくなる。そのため、本通電において、溶接対象に導通させる電流についてその電流値を抑制しながら、良好な溶接を安定して行う抵抗溶接方法が求められている。

このような要求に応じて提供される本発明の抵抗溶接方法は、電極で複数の被溶接材を加圧しながら前記電極から前記被溶接材に通電することにより溶接部で前記被溶接材の溶接を行う抵抗溶接方法であって、前記電極は、前記電極が前記被溶接材を加圧する加圧方向に対して前記電極の中心側に傾斜するショルダー部と前記ショルダー部から連続して前記加圧方向に突出する突出部とを備え、前記突出部の突出面の前記加圧方向に対する傾斜角は前記ショルダー部の傾斜角より小さく、前記電極と前記被溶接材との接触面をなじませる初期通電の際には前記突出部を前記被溶接材に接触させ、本通電の前に行われるプレ本通電の際には前記突出部までを前記被溶接材に食い込ませ、前記本通電の際には前記プレ本通電の電流値より高い電流値の電流を前記被溶接材に通電し、前記ショルダー部の少なくとも一部までを前記被溶接材に食い込ませることを特徴とするものである。

このように、本発明の抵抗溶接方法は、電極の先端部分に突出部が設けられ、初期通電及びプレ本通電中には突出部までを被溶接材に食い込ませる。突出部までを被溶接材に食い込ませることにより、ショルダー部が被溶接材に食い込まないため、初期通電及びプレ本通電中に電極が食い込むことにより形成される溶接部の面積は突出部の断面積と略同一となり、それ以上増加しない。そのため、ショルダー部が食い込み始める段階での溶接部の面積が従来の片側抵抗溶接方法における本溶接開始時の溶接部の面積より小さいため、本溶接中の溶接部の面積は、従来の片側抵抗溶接方法で形成される溶接部の面積より小さくなる。その結果、従来の片側抵抗溶接方法に比べて、溶接部に導通される電流において、電流値を低くしても、電流密度を十分に確保することが可能となり、十分な溶接強度を確保し、良好な溶接を行うことが可能となる。

また、被溶接材間に隙間がある場合、初期通電及びプレ本通電中は、加圧・通電により隙間をつめる作用が生じる。隙間がある状態では、電極が受ける被溶接材からの反力が小さいため、隙間がない状態に比べて電極が被溶接材に食い込む食い込み量が小さくなる。そのため、従来の片側抵抗溶接方法では、隙間の有無・程度によって、初期通電及びプレ本通電中に電極が被溶接材に食い込む食い込み量が異なり、溶接部の面積も異なることになる。これに対して本発明の抵抗溶接方法では、プレ本溶接終了時までに形成される溶接部の面積は、電極の突出部の断面積と同程度となり、隙間の有無・程度に依存しない。その結果本発明の抵抗溶接方法では、隙間の有無にかかわらず溶接部の面積が一定となり、安定的に良好な溶接を行うことが可能となる。

また、溶接の強度は、溶接部が溶融・凝固することにより形成されるナゲットに依存する。特に、ナゲットが被溶接材間の境界を越えて形成されるプレス方向における深さが十分に深くなることにより、被溶接材間の接合は強固となる。そのため、抵抗溶接方法において、ナゲットを十分な深さにまで形成することが重要である。ナゲットの深さに対して、電極の食い込み量は大きな影響を与える。本発明の抵抗溶接方法では電極に突出部を設けるため、従来の片側抵抗溶接方法と比べて、溶接部の面積が同じであっても、電極の先端部分は深い位置に形成されることになる（図８参照）。その結果本発明の抵抗溶接方法では、溶接部の面積が同程度であっても、従来の片側抵抗溶接方法に比べてナゲットをより深い位置まで形成することができ、より強固溶接が可能となり、良好な溶接を行うことができる。

本発明の抵抗溶接方法は、前記初期通電では第１の電流値の電流を通電し、前記プレ本通電では第１の電流値より高い第２の電流値の電流を通電し、前記プレ本通電では第２の電流値より高い第３の電流値の電流を通電することが好適である。

このように工程に応じて通電時の電流値を高めていくことにより、初期通電においては被溶接材と電極との接触面をなじませるのに適した電流値で通電することができ、プレ本通電においては電極を適切に食い込ませるのに適した電流値で通電することができ、本通電においては被溶接材間を溶融接合するのに適した電流値で通電することができる。

本発明の抵抗溶接装置は、電極で複数の被溶接材を加圧しながら前記電極から前記被溶接材に通電することにより溶接部で前記被溶接材の溶接を行う抵抗溶接装置であって、前記電極を移動させるさせる駆動装置と、前記電極から電流を通電させる電源供給装置と、前記駆動装置及び前記電源供給装置の動作を制御する制御装置とを有し、前記電極は、前記電極が前記被溶接材を加圧する加圧方向に対して前記電極の中心側に傾斜するショルダー部と前記ショルダー部から連続して前記加圧方向に突出する突出部とを備え、前記突出部の突出面の前記加圧方向に対する傾斜角は前記ショルダー部の傾斜角より小さく、電気制御装置は、前記電極と前記被溶接材との接触面をなじませる初期通電の際には前記突出部を前記被溶接材に接触させ、本通電の前に行われるプレ本通電の際には前記突出部までを前記被溶接材に食い込ませ、前記本通電の際には前記プレ本通電の電流値より高い電流値の電流を前記被溶接材に通電し、前記ショルダー部の少なくとも一部までを前記被溶接材に食い込ませるように制御することを特徴とするものである。

本発明の抵抗溶接装置においても、本発明の抵抗溶接方法と同様に、電極の食い込み量にかかわらず、溶接部が必要以上に大きくなることを抑制することにより、溶接部に導通時の電流値を抑制しながら、溶接部における電流密度を十分に確保することが可能となり、十分な溶接強度を確保し、良好な溶接を行うことが可能となる。

本発明によると、電極の食い込み量にかかわらず良好な溶接を行うことができる。

溶接対象の構成を例示する図である。 本発明の抵抗溶接方法に用いる溶接装置の構成を例示する図である。 電極の要部構成を例示する図であり、図３（ａ），（ｂ）は従来の電極、図３（ｃ）は本発明に係る電極を示す。 本発明の抵抗溶接方法を説明する図であり、図４（ａ）は導通工程を説明する図、図４（ｂ）〜（ｄ）は電極が溶接対象に食い込む様子を示す概略図である。 本発明の抵抗溶接方法の工程フローを示す図である。 電極が溶接対象に食い込む様子を従来技術と比較する図である。 被溶接材間に隙間がある場合の電極が溶接対象に食い込む様子を従来技術と比較する図である。 ナゲットの形成範囲を説明する図である。

以下、本発明の抵抗溶接方法の一実施形態に係る片側抵抗溶接方法を例に、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、片側抵抗溶接方法の説明に先立って、まず、本発明に係る片側抵抗溶接方法において溶接が行われる溶接対象２の構成例を説明し、本発明に係る片側抵抗溶接方法を実施する際に用いられる溶接装置１０の構成例を説明した上で、本発明の一実施形態に係る片側抵抗溶接方法（ワンサイドスポット溶接方法）について説明する。

まず、溶接対象２の構成例について説明する。

図１に例示するように、溶接対象２は、被溶接材４と被溶接材６とから構成され、被溶接材４と被溶接材６とが、溶接部８にて溶接されて接合される。例えば、被溶接材４は平板である。被溶接材６は、立体的に形成され、同じく立体的に形成された被溶接材１２の一面が解放された空間内部に接合されている。そして、溶接部８において、被溶接材６の被溶接材４と接する面に対する裏面は、被溶接材１２と被溶接材６とで形成される空間内に閉じられている。溶接は２つの電極で溶接対象２を挟持して行うこともあるが（ダイレクト溶接）、被溶接材１２と被溶接材６とで形成される空間内に電極を設けることができないため、被溶接材４と被溶接材６とはワンサイドスポット溶接により接合される。ワンサイドスポット溶接では、溶接部８において、被溶接材４の被溶接材６と接する面に対する裏面側に電極１が配置され、被溶接材６と電気的に導通するようにアース１４が配置される。そして、電極１から被溶接材４、被溶接材６を介してアース１４に至る導通経路１６に所定の電流が導通される。導通経路１６を導通する電流により、溶接部８において被溶接材４と被溶接材６とが溶融し、接合される。

次に、本発明に係る片側抵抗溶接方法を実施する際に用いられる溶接装置１０の構成例について説明する。

図２に例示するように、本発明の溶接装置１０は、電極１と、電極１と対をなすアース１４と、電極１を保持して稼働自在なロボットアーム２０を備えるロボット１８と、電極１とアース１４との間に電流を導通させるトランス２２と、トランス２２に供給する電流を制御するタイマー２４と、タイマー２４及びロボット１８の動作を制御する制御装置２６とを備える。

溶接装置１０において、電極１は、溶接対象２を加圧すると共に溶接対象２に所定の電流を導通させることで、電極１から溶接対象２を通ってアース１４に至る導通経路１６に電流を導通させる。溶接対象２において、重なり合う被溶接材４，６間が溶接により接合される。電極１は、溶接対象２を加圧すると共に、溶接対象２に所定の電流を導通させることにより、導通経路１６上の溶接対象２を加熱・溶融させて溶接対象２を溶接する。電極１から導通される電流は、溶接対象２の厚さや、被溶接材４，６それぞれの厚さ、必要な溶接強度等に応じてその電流値定めることができ、トランス２２によって調整される。

トランス２２は、タイマー２４を介して供給された電流を、所定の電流値に変換した上、変換された電流を電極１から溶接対象２に導通させる。例えば、タイマー２４を介して供給された４００Ｖで数Ａの電流を、３〜５Ｖで１５０００Ａの電流に変換して電極１から導通させる。さらに、タイマー２４は、トランス２２を介して電極１から電流を導通させるタイミングを制御する。トランス２２は、制御装置２６により制御され、制御装置２６はタイマー２４を介してトランス２２を制御することもできる。そのため、制御装置２６は、電極１から溶接対象２に導通させる電流の、入力タイミング及び電流値、通電時間（サイクル）等を制御する。

ロボット１８は、電極１及びロボットアーム２０を含んで構成され、電極１を駆動する駆動装置である。ロボット１８はロボットアーム２０により、電極１を所定の範囲内で任意の位置に移動させることが可能な構成であり、電極１を所定の溶接位置に移動させ、電極１に溶接対象２を加圧させる。また、ロボット１８は、制御装置２６にその動作が制御される。

このように、制御装置２６は、電極１が接続されるロボット１８の動作を制御すると同時に、電極１から導通される電流を制御する。そのため、制御装置２６は、溶接工程における、加圧と通電とを制御することになる。

次に、溶接装置１０における電極１の構成について、従来の片側抵抗溶接方法で用いる電極と比較しながら説明する。図３（ａ）に示す従来の電極２８は、周面が加圧方向と平行な電極本体３０と、加圧方向に突出する曲面状の先端面３２とから構成される。また、図３（ｂ）に示す従来の電極３４は、周面が加圧方向と平行な電極本体３６と、先端部３８とから構成される。先端部３８は、ショルダー部４０と先端面４２とから構成される。先端面４２は、加圧方向と交差する方向の平面である。ショルダー部４０は、電極本体３６の周面の下端から先端面４２にわたって形成される外周面４４を有し、外周面４４は電極本体３６の周面から電極３４の内側に向かう方向に傾斜する。このような電極２８及び電極３４において、初期通電から本通電においては、それぞれ先端面３２及び先端部３８が溶接対象２に食い込む。また、先端面３２は曲面であり、先端部３８のショルダー部４０は内向きに傾斜するため、食い込み量が多くなるほど食い込み面（図６参照）の面積が大きくなる。

これに対して、図３（ｃ）に示す本発明に係る片側抵抗溶接方法で用いる電極１は、周面が加圧方向と平行な電極本体３と、先端部５とから構成される。先端部５は、ショルダー部７と突出部９とから構成される。ショルダー部７は、電極本体３に連続して加圧方向側に形成され、電極本体３から離れる程ショルダー部７の周面１１が電極１の内側に近づくように傾斜している。突出部９はショルダー部７の加圧方向の先端から突出量Ｈで突出するように形成され、加圧方向と平行な突出面１３と先端面１５とを備える。先端面１５は突出部９の加圧方向の先端に形成され、先端面１５は加圧方向に突出する曲面また平面である。本実施形態では先端面１５が曲面として図示し、説明している。

次に、本発明に係る片側抵抗溶接方法について説明する。

まず、初期通電を行う。初期通電においては、図４（ａ）に示すように、電極１によって溶接対象２を所定の加圧力で加圧させながら、電極１からＩ１の電流値の電流を溶接対象２に導通させる（図５のステップ１）。初期通電では、まず、電極１の突出部９の先端面１５が溶接対象２の表面１７に接する。その後、溶接対象２を電流が導通することにより、溶接対象２が溶融しない範囲で加熱されて、電極１の突出部９が表面１７から溶接対象２に食い込み始める（図４（ｂ））。このような加圧・通電によって、初期通電では、溶接対象２の被溶接材４と電極１の接触面をなじませる。初期通電における加圧力及び電流値は、例えば、加圧力は３０ｋｇｆ〜１００ｋｇｆ程度であり、Ｉ１は２ｋＡ〜３ｋＡ程度である。

次に、プレ本通電を行う。プレ本通電においては、図４（ａ）に示すように、電極１によって溶接対象２を初期通電と同じ所定の加圧力で加圧させながら、Ｉ１の電流値より高いＩ２の電流値の電流を電極１から溶接対象２に導通させる（図５のステップ２）。プレ本通電では、初期通電より高いＩ２の電流値の電流を導通させるため、溶接対象２が初期通電時より高い温度に加熱され、電極１が溶接対象２に食い込むことが促進される。なお、Ｉ２は４ｋＡ〜６ｋＡ程度で、溶接対象２が溶融しない程度の電流値であり、被溶接材４，６間の溶融接合は行われない。また、プレ本通電においては、電極１のショルダー部７が食い込まない範囲に突出部９の加圧方向における突出量Ｈ及び加圧・通電における加圧力と電流値が調整されており、突出部９のみが溶接対象２に食い込む。電極１が溶接対象２に食い込んだ部分の溶接対象２の表面１７における断面である食い込み面２１は、表面１７と平行な面における突出部９の断面と略一致する。また、初期通電及びプレ本通電において突出部９のみが溶接対象２に食い込むため、食い込み面２１は、初期通電からプレ本通電において略一定となる（図４（ｃ））。

最後に、本通電を行う。本通電においては、図４（ａ）に示すように、電極１によって溶接対象２を初期通電及びプレ本通電と同じ所定の加圧力で加圧させながら、Ｉ２の電流値より高いＩ３の電流値の電流を電極１から溶接対象２に導通させる（図５のステップ３）。本通電では、プレ本通電より高いＩ３の電流値の電流を導通させるため、溶接対象２がプレ本通電時よりさらに高い温度に加熱され、電極１が溶接対象２に食い込むことが促進され、ショルダー部７が溶接対象２に食い込む。そのため、食い込み面２１は、食い込んだショルダー部７の断面と一致し、プレ本通電における食い込み面２１よりも大きくなる。なお、Ｉ３は６ｋＡ〜１０ｋＡ程度で、溶接対象２は十分に溶融が可能であり、被溶接材４，６間の溶融接合が行わる。

以下、本発明に係る片側抵抗溶接方法における効果について、従来の片側抵抗溶接方法と比較しながら説明する。また、効果については、溶接部２３が拡大しすぎないことによる効果、被溶接材４，６間の隙間の有無による溶接強度の変化が少ないことによる効果、ナゲット２５の深さを確保できることによる効果のそれぞれについて説明する。

まず、本発明に係る片側抵抗溶接方法によると、本通電の際に溶接部２３が必要以上に拡大せず、通電の際の電流値を抑制しながら溶接部２３における電流密度を十分に確保して良好な溶接を行うことが可能となる。図６を参照して詳細に説明する。図６においては、各通電工程において、電極１、３４が溶接対象２に食い込む様子と、それぞれの通電工程での溶接部２３の断面を示している。

ここで、上述したように、抵抗溶接における溶接強度等の溶接品質は、電流の導通経路１６における溶接部２３の面積と、導通する電流値とで決定される溶接部２３における電流密度により影響される。また、溶接部２３の面積は、電極（１，２８，３４）が溶接対象２に食い込んだ際の食い込み面の面積と略一致する。

従来の電極３４を用いた片側抵抗溶接方法では、初期通電の際に電極３４が溶接対象２と接し、加圧・通電に伴って電極３４が溶接対象２に食い込み始める。電極３４が溶接対象２に接した状態での食い込み面２１は先端面４２と一致し、溶接部２３の導通経路１６における断面ｓ１の面積も先端面４２の面積と一致する。その後、初期通電からプレ本通電にわたって電極３４が溶接対象２に食い込んでいく。電極３４が溶接対象２に食い込んでいくことにより、電極３４のショルダー部４０が溶接対象２に食い込み、食い込み面２１及び溶接部２３の断面ｓ２は食い込み量に応じて広がっていく（図６（ａ），（ｂ））。同様に、本通電でも、加圧・通電にともなって食い込み面２１及び溶接部２３の断面ｓ３がさらに広がる。本通電では溶接を行うため、広がった溶接部２３において適切な電流密度が確保できる大きさの電流が導通される（図６（ｃ））。

本発明に係る電極１を用いた片側抵抗溶接方法では、初期通電の際に電極１の突出部９が溶接対象２と接し、加圧・通電に伴って電極１の突出部９が溶接対象２に食い込み始める。電極１の突出部９が溶接対象２に食い込んでいく状態での食い込み面２１は被溶接材４の表面１７に食い込んだ突出部９の断面と一致し、溶接部２３の導通経路１６における断面Ｓ１の面積も突出部９の断面の面積と一致する（図６（ｄ））。その後、初期通電からプレ本通電にわたって電極１が溶接対象２に食い込んでいく。図４を参照して説明したように、初期通電及びプレ本通電においては、電極１の突出部９のみが溶接対象２に食い込む。そのため、初期通電及びプレ本通電においては、食い込み面２１及び溶接部２３の断面Ｓ２は食い込み量にかかわらず、略一定となる（図６（ｅ））。本通電の際には、加圧・通電にともなって、電極１のショルダー部７が溶接対象２に食い込みはじめ、それに伴って食い込み面２１及び溶接部２３の断面Ｓ３が広がっていき、十分な広さの溶接部２３となる。本通電では溶接を行うため、広がった溶接部２３において適切な電流密度が確保できる大きさの電流が導通される（図６（ｆ））。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、従来の片側抵抗溶接方法では、初期通電及びプレ本通電において、溶接部２３の断面ｓ１，ｓ２が加圧・通電に伴って広がるのに対し、本発明に係る片側抵抗溶接方法では、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、溶接部２３の断面Ｓ１，Ｓ２は突出部９の断面以上には広がらない。そのため、図６（ｂ）のｓ２と図６（ｅ）のＳ２とを比較すると分かるように、初期通電及びプレ本通電において、本発明に係る片側抵抗溶接方法における溶接部２３の断面Ｓ２は、従来の片側抵抗溶接方法における溶接部２３の断面ｓ２に比べて狭くなる。本通電においては溶接部２３の断面ｓ３，Ｓ３は徐々に広くなるが、本発明では、本通電の開始時における溶接部２３の断面Ｓ２が従来の断面ｓ２に比べて狭いため、本通電における溶接部２３の断面Ｓ３は従来の断面ｓ３に比べて狭くなる。その結果、本発明に係る片側抵抗溶接方法では、従来の片側抵抗溶接方法に比べて、溶接部２３に導通される電流値を低くしても、溶接部２３における電流密度を十分に確保することが可能となり、十分な溶接強度を確保し、良好な溶接を行うことが可能となる。

次に、被溶接材４，６間の隙間ｔの有無による溶接強度の変化が少なくなる効果について図６，図７を参照して説明する。図７においても、各通電工程において、電極１、３４が溶接対象２に食い込む様子と、それぞれの通電工程での溶接部２３の断面を示している。

被溶接材４，６間に隙間ｔが有る場合、初期通電においては被溶接材４，６間の隙間ｔをつめる必要があるため、電極３４の食い込み量は隙間が無い場合に比べて小さくなる。そのため、従来の片側抵抗溶接方法では、初期通電及びプレ本通電における溶接部２３の断面ｓ４，ｓ５は隙間が無い場合の断面ｓ１，ｓ２に比べて小さくなる（図７（ａ），（ｂ））。これに伴い、本通電における溶接部２３の断面ｓ６も隙間が無い場合の断面ｓ３に比べて小さくなる（図７（ｃ））。このように、従来の片側抵抗溶接方法では、被溶接材４，６間の隙間ｔの有無により、本通電における溶接部２３の断面ｓ３と断面ｓ６における断面積が異なり、同一の電流値の電流が導通された場合に電流密度が異なり、溶接品質が異なることとなる。例えば、隙間ｔの有無に関係なく、隙間ｔが無い場合に最適となる電流値の電流を本通電において導通させた場合、隙間ｔが有る場合には溶接部２３の断面ｓ６が断面ｓ３より小さいため、電流密度が過剰となり、チリや表面の荒れが発生する場合がある。逆に、隙間ｔの有無に関係なく、隙間ｔが有る場合に最適となる電流値の電流を本通電において導通させた場合、隙間ｔが無い場合には溶接部２３の断面ｓ３が断面ｓ６より大きいため、電流密度が不足し、溶接強度が不足する場合がある。

これに対して本発明に係る片側抵抗溶接方法では、被溶接材４，６間の隙間ｔをつめる必要があるものの、初期通電及びプレ本通電では電極１の突出部９のみが溶接対象２に食い込むため、溶接部２３の断面Ｓ４，Ｓ５は突出部９の断面と略一致し、隙間ｔの有無に関わらず、溶接部２３の断面Ｓ４，Ｓ５は断面Ｓ１，Ｓ２と一致する（図７（ｄ），（ｅ））。本通電の際には、既に被溶接材４，６間の隙間ｔはつめられているため、本通電における電極１の食い込み量は初期通電時の隙間ｔの有無と関係しないため、本通電における溶接部２３の断面Ｓ６は断面Ｓ３と一致する（図７（ｆ））。この結果、本発明に係る片側抵抗溶接方法では、被溶接材４，６間の隙間ｔの有無に関係なく、本通電の際の溶接部２３の断面Ｓ３，Ｓ６は同程度となり、同一の電流値の電流が導通されても電流密度が同程度となり、溶接強度等の溶接品質が一定となり、安定的に良好な溶接を行うことが可能となる。

さらに、本発明に係る片側抵抗溶接方法によると、溶接部２３の断面を大きくすること無くナゲット２５の深さを確保し、良好な溶接を行うことができる。このような効果について、ナゲット２５の深さと溶接強度との関係を説明した上で、詳細に説明する。

ナゲット２５は、溶接部２３において被溶接材４，６が溶融し、凝固した部分である。また、ナゲット２５は、電極１から導通経路１６にそって成長していく。被溶接材４，６間を良好に溶接するためには、被溶接材４から被溶接材６の十分深い領域までナゲット２５を成長させる必要がある。

ナゲット２５を十分な深さまで成長させるためには、従来の片側抵抗溶接方法では、電極３４を溶接対象２に対して深くまで食い込ませる必要があるが、食い込み量を多くすると溶接部２３の断面が大きくなってしまい、良好なナゲット２５を形成するためには、導通させる電流値を高くする必要がある。また、ナゲット２５を深くまで形成させた場合、ナゲット２５の幅が必要以上に大きくなる場合があり、ナゲット２５の幅が電極３４による加圧力が及ぶ範囲を超えた場合、溶融した溶接対象２の材料が周囲に飛び散り、チリが発生する。

これに対して、本発明に係る片側抵抗溶接方法では、初期通電及びプレ本通電においては電極１の突出部９のみが溶接対象２に食い込む。図８に示すように、溶接部２３の断面積が同程度なるように電極３４，１を食い込ませた場合、従来の片側抵抗溶接方法では、電極３４の深さがｄ１相当するのに対し、本発明に係る片側抵抗溶接方法では、電極１の深さはｄ２となり、突出部９の突出量Ｈの分だけ深くなる。溶接部２３の断面を小さくしてナゲット２５の幅が過剰に広がることを抑制しながら、電極１の深さ（ｄ２）を深くすることができるため、ナゲット２５を押し込んで十分に深い領域に形成することができる。そのため、ナゲット２５は、被溶接材６の十分に深い領域に及んで形成され、チリの発生を抑制しながら、良好な溶接を行うことができる。特に、ナゲット２５を深い位置まで形成することができるため、板厚の厚い被溶接材４，６を溶接する際や、３枚以上の被溶接材を溶接する際に好適である。

なお、突出部９の突出面１３は加圧方向と平行であっても良いが、ショルダー部７の周面１１の加圧方向に対する傾斜角よりも小さい角度で傾斜し、突出部９の断面が加圧方向に向かう程小さくなる形状であっても良い。この場合でも、初期通電及びプレ本通電における溶接部２３の断面は、突出部９の基端側断面よりも小さくなり、初期通電及びプレ本通電における溶接部２３の断面を小さくして、本通電の際の溶接部２３の断面が大きくなることを抑制できる。その結果、通電される電流値を抑制しても、良好な溶接を行うことができる。

また、上記説明は、インダイレクト溶接方法（ワンサイドスポット溶接方法）を例に説明したが、シリーズ溶接方法やダイレクト溶接方法でも、同様に適用することができる。また、被溶接材は２枚に限らず、３枚以上の被溶接材を溶接することもできる。

また、上記説明では、加圧・通電が３段通電である場合を例に説明したが、初期通電、プレ本通電、または本通電の少なくとも１つについて、さらに加圧・通電を段階的に行う多段通電とすることもできる。さらに、導通させる電流値を段階的に上げることに制限されず、工程中の電流値を低減させることもできる。また、初期通電、プレ本通電、及び本通電の少なくともいずれかにおける加圧力を異ならせることもできる。これらにより、電極１の食い込み量や溶接部２３の断面、溶接の際の電流値をさらに詳細に調整することができ、より良好な溶接を行うことが可能となる。

本発明は、インダイレクト溶接やシリーズ溶接など、溶接対象に電極を押し当てて溶接を行う抵抗溶接方法全般において好適に利用できる。

１ 電極
２ 溶接対象
４ 被溶接材
６ 被溶接材
７ ショルダー部
９ 突出部
１０ 溶接装置
１３ 突出面
１６ 導通経路
２１ 食い込み面
２３ 溶接部
２５ ナゲット

Claims (1)

1. 電極で複数の被溶接材を加圧しながら前記電極から前記被溶接材に通電することにより溶接部で前記被溶接材の溶接を行う抵抗溶接方法であって、
   前記電極は、前記電極が前記被溶接材を加圧する加圧方向に対して前記電極の中心側に傾斜するショルダー部と前記ショルダー部から連続して前記加圧方向に突出する突出部とを備え、前記突出部の突出面の前記加圧方向に対する傾斜角は前記ショルダー部の傾斜角より小さく、
   前記電極と前記被溶接材との接触面をなじませる初期通電の際には前記突出部を前記被溶接材に接触させ、
   本通電の前に行われるプレ本通電の際には前記突出部までを前記被溶接材に食い込ませ、
   前記本通電の際には前記プレ本通電の電流値より高い電流値の電流を前記被溶接材に通電し、前記ショルダー部の少なくとも一部までを前記被溶接材に食い込ませる
   ことを特徴とする抵抗溶接方法。

Images