JP2021003733A - 抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極先端が摩耗したり、外乱が存在するような場合であっても、作業工数を低減しつつ、散りの発生や通電時間の増加なしに適切な径のナゲットを得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】本溶接およびテスト溶接においてそれぞれ予通電および本通電を行い、テスト溶接では、外乱のある状態を模擬したうえで、予通電および本通電を定電流制御により行い、また、該予通電および該本通電においてそれぞれ、適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させ、本溶接では、予通電および本通電をそれぞれ、前記テスト溶接の予通電および本通電で記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準として溶接を行う。【選択図】図１

Description

本発明は抵抗スポット溶接方法に関し、とくに分流や板隙などの外乱の影響が大きい場合であっても、散りを発生させることなく安定してナゲット径を確保することを可能ならしめようとするものである。

一般に、重ね合わせた鋼板同士の接合には、重ね抵抗溶接法の一種である抵抗スポット溶接法が用いられている。
この溶接法は、重ね合わせた２枚以上の鋼板を挟んでその上下から一対の電極で加圧しつつ、上下電極間に高電流の溶接電流を短時間通電して接合する方法であり、高電流の溶接電流を流すことで発生する抵抗発熱を利用して、点状の溶接部が得られる。この点状の溶接部はナゲットと呼ばれ、重ね合わせた鋼板に電流を流した際に鋼板の接触箇所で両鋼板が溶融し、凝固した部分である。このナゲットにより、鋼板同士が点状に接合される。

良好な溶接部品質を得るためには、ナゲット径が適正な範囲で形成されることが重要である。ナゲット径は、溶接電流、通電時間、電極形状および加圧力等の溶接条件によって定まる。従って、適切なナゲット径を形成するためには、被溶接材の材質、板厚および重ね枚数等の被溶接材条件に応じて、上記の溶接条件を適正に設定する必要がある。

例えば、自動車の製造に際しては、一台当たり数千点ものスポット溶接が施されており、また次々と流れてくる被処理材（ワーク）を溶接する必要がある。この時、各溶接箇所における被溶接材の材質、板厚および重ね枚数等の被溶接材の状態が同一であれば、溶接電流、通電時間および加圧力等の溶接条件も同一の条件で同一のナゲット径を得ることができる。しかしながら、連続した溶接では、電極の被溶接材接触面が次第に摩耗して接触面積が初期状態よりも次第に広くなる。このように接触面積が広くなった状態で、初期状態と同じ値の溶接電流を流すと、被溶接材中の電流密度が低下し、溶接部の温度上昇が低くなるため、ナゲット径は小さくなる。このため、数百〜数千点の溶接毎に、電極の研磨または交換を行い、電極の先端径が拡大しすぎないようにしている。

その他、予め定めた回数の溶接を行うと溶接電流値を増加させて、電極の摩耗に伴う電流密度の低下を補償する機能（ステッパー機能）を備えた抵抗溶接装置が、従来から使用されている。このステッパー機能を使用するには、上述した溶接電流変化パターンを予め適正に設定しておく必要がある。しかしながら、このために、数多くの溶接条件および被溶接材条件に対応した溶接電流変化パターンを、試験等によって導き出すには、多くの時間とコストが必要になる。また、実際の施工においては、電極摩耗の進行状態にはバラツキがあるため、予め定めた溶接電流変化パターンが常に適正であるとはいえない。

さらに、溶接に際して外乱が存在する場合、例えば、溶接する点の近くにすでに溶接した点（既溶接点）がある場合や、被溶接材の表面凹凸が大きく溶接する点の近くに被溶接材の接触点が存在する場合には、溶接時に既溶接点や接触点に電流が分流する。このような状態では、所定の条件で溶接しても、電極直下の溶接したい位置における電流密度は低下するため、やはり必要な径のナゲットは得られなくなる。この発熱量不足を補償し、必要な径のナゲットを得るには、予め高い溶接電流を設定することが必要となる。

また、表面凹凸や部材の形状などにより溶接する点の周囲が強く拘束されている場合や、溶接点周囲の鋼板間に異物が挟まっていたりする場合には、鋼板間の板隙が大きくなることで鋼板同士の接触径が狭まり、散りが発生しやすくなることもある。

上記の問題を解決するものとして、以下に述べるような技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、高張力鋼板への通電電流を漸変的に上昇させることによりナゲット生成を行なう第１ステップと、上記第１ステップの後に電流下降させる第２ステップと、上記第２ステップ後に電流上昇させて本溶接すると共に、漸変的に通電電流を下降させる第３ステップとを備えた工程によりスポット溶接を行なうことで、通電初期のなじみ不良に起因する散りを抑制しようとする高張力鋼板のスポット溶接方法が記載されている。

特許文献２には、通電時間の初期にスパッタの発生を抑え得る程度の電流値に所定時間維持して被溶接物の表面を軟化させ、その後に電流値を所定時間高く維持してスパッタの発生を抑えつつナゲットを成長させるスポット溶接の通電制御方法が記載されている。

特許文献３には、推算した溶接部の温度分布と目標ナゲットを比較して溶接機の出力を制御することによって、設定したナゲット径を得ようとする抵抗溶接機の制御装置が記載されている。

特許文献４には、溶接電流とチップ間電圧を検出し、熱伝導計算により溶接部のシミュレーションを行い、溶接中における溶接部のナゲットの形成状態を推定することによって、良好な溶接を行おうとする抵抗溶接機の溶接条件制御方法が記載されている。

特許文献５には、被溶接物の板厚と通電時間とから、その被溶接物を良好に溶接することができる単位体積当たりの累積発熱量を計算し、計算された単位体積・単位時間当たりの発熱量を発生させる溶接電流または電圧に調整する処理を行う溶接システムを用いることにより、被溶接物の種類や電極の摩耗状態によらず良好な溶接を行おうとする抵抗溶接システムが記載されている。

特開２００３−２３６６７４号公報 特開２００６−４３７３１号公報 特開平９−２１６０７１号公報 特開平１０−９４８８３号公報 特開平１１−３３７４３号公報 国際公開２０１４／１３６５０７号

しかしながら、特許文献１および２に記載の技術では、外乱の有無および大小によって適正となる溶接条件は変化すると考えられるため、想定以上の板隙や分流が生じた際には、散りを発生させることなく所望のナゲット径を確保することができないという問題があった。

また、特許文献３および４に記載の技術では、熱伝導モデル（熱伝導シミュレーション）等に基づいてナゲットの温度を推定するため、複雑な計算処理が必要であり、溶接制御装置の構成が複雑になるだけでなく、溶接制御装置自体が高価になるという問題があった。

さらに、特許文献５に記載の技術では、累積発熱量を目標値に制御することによって、電極が一定量摩耗していたとしても良好な溶接を行うことができるものと考えられる。しかしながら、設定した被溶接材条件と実際の被溶接材条件が大きく異なる場合、例えば近くに前述した既溶接点などの外乱が存在する場合や、発熱量の時間変化パターンが短時間で大きく変化する場合、例えば目付量の多い溶融亜鉛めっき鋼板の溶接の場合などには、適応制御が追随できず、最終的な累積発熱量を目標値に合わることができても、発熱の形態、つまり溶接部の温度分布の時間変化が目標とする良好な溶接部が得られる熱量パターンから外れ、必要とするナゲット径が得られなかったり、散りが発生したりする。
例えば、分流の影響が大きな場合に累積発熱量を合わせようとすると、鋼板間ではなく電極−鋼板間近傍での発熱が著しくなり、鋼板表面からの散りが発生しやすくなるという問題がある。

加えて、特許文献３〜５の技術は全て、電極先端が摩耗した場合の変化に対してはある程度は有効であるが、既溶接点との距離が短い場合など、分流の影響が大きい場合については何ら検討がなされておらず、実際に適応制御が働かない場合があった。

そこで、発明者らは先に、上記の問題を解決するものとして、
「複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法において、
通電パターンを２段以上の多段ステップに分割して、溶接を実施するものとし、
まず、本溶接に先立ち、各ステップ毎に、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化および単位体積当たりの累積発熱量を目標値として記憶させるテスト溶接を行い、
ついで、本溶接として、該テスト溶接で得られた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として溶接を開始し、いずれかのステップにおいて、瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合に、その差を当該ステップの残りの通電時間内で補償すべく、本溶接の累積発熱量がテスト溶接で予め求めた累積発熱量と一致するように通電量を制御する適応制御溶接を行うことを特徴とする抵抗スポット溶接方法。」を開発し、特許文献６において開示した。

特許文献６の技術により、電極先端が摩耗したり、外乱が存在するような場合であっても、良好な径のナゲットを得ることができるようになった。

しかしながら、特許文献６の技術では、外乱の影響が特に大きい場合、通電パターンを２段以上の多段ステップに分割するタイミングを厳密に設定する必要があり、このタイミングを決定するために多くの予備試験を行う必要があり、作業工数の点に課題を残していた。

本発明は、上掲した特許文献６の改良発明に係るものであって、電極先端が摩耗したり、外乱が存在するような場合であっても、作業工数を低減しつつ、散りの発生や通電時間の増加なしに適切な径のナゲットを得ることができる抵抗スポット溶接方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法を提供することを目的とする。

さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた。
まず、発明者らは、特許文献６の技術において、通電パターンを分割することなくテスト溶接を行い、このテスト溶接で得られた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準として適応制御溶接を行うことを試みた。
しかし、外乱の影響が大きい場合には、やはり適応制御が追随できず、本溶接の発熱の形態、つまり溶接部の温度分布の時間変化が、目標とする良好な溶接部が得られる熱量パターンから外れ、必要とするナゲット径が得られなかったり、散りが発生したりするという問題が生じた。

そこで、発明者らがさらに検討を重ねたところ、
・テスト溶接条件を見直す、具体的には、
実際の溶接で想定される外乱のある状態を模擬したうえでテスト溶接を行うとともに、
テスト溶接および本溶接において、それぞれ本通電の前に予通電を行い、
本溶接の予通電および本通電では、テスト溶接の予通電および本通電時に記憶させた瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準とした適応制御溶接を行う、
ことが有効であり、
・これにより、より広い範囲の外乱の状態に対して、適応制御溶接時における溶接部の熱量パターンを、テスト溶接における熱量パターンに沿わせることが可能となり、その結果、通電パターンを分割するタイミングを決定するための予備試験に係る工数を低減することが可能となる、
・また、特に、自動車の製造などの実作業においては、次々と流れてくる被処理材を連続的に溶接するが、施工条件や被処理材の寸法誤差などによって、通常、溶接位置や被処理材ごとに外乱の状態は変動する、
・この点、上記の溶接方法によれば、外乱のない状態でのテスト溶接により得られた時間変化曲線等を基準とした場合に比べ、より広い範囲の外乱の状態に対して適応制御が有効に働くので、外乱の状態の変動に有効に対応して所望のナゲット径を安定的に確保することが可能となって、実作業での作業効率や歩留まりの向上という点からも有利になる、
との知見を得た。

ここで、実際の溶接で想定される外乱のある状態を模擬したうえでテスト溶接を行うとともに、テスト溶接および本溶接において、それぞれ本通電の前に予通電を行い、本溶接の予通電および本通電では、テスト溶接の予通電および本通電時に記憶させた瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準とした適応制御溶接を行う、ことにより、より広い範囲の外乱の状態に対して、適応制御溶接時における溶接部の熱量パターンを、テスト溶接における熱量パターンに沿わせることが可能となる理由について、発明者らは、次のように考えている。
すなわち、
（ａ）テスト溶接を、上掲した特許文献６のように外乱のない状態で行う場合、外乱の影響が特に大きい状態で適応制御を有効に働かせるには、テスト溶接条件を非常に厳密に設定する必要があり、このテスト溶接条件を導出するには、多くの予備試験を行う必要がある。
（ｂ）この点、テスト溶接において、実際の溶接で想定される外乱のある状態を模擬すれば、外乱の影響が大きい場合でも、適応制御を有効に働かせることが可能となる。
（ｃ）しかし、本溶接における実際の外乱の影響が小さい場合に、厳しい外乱を模擬して得たテスト溶接の熱量パターンに沿って適応制御溶接を行うと、通電初期に溶接電流が過大となり易く、散り発生のリスクが高まる。
また、本溶接における実際の外乱の影響が、テスト溶接で想定した外乱の影響よりも著しく大きい場合には、なおも溶接電流が不十分となって、十分なナゲット径が得られない場合がある。
（ｄ）この点、テスト溶接および本溶接において、それぞれ本通電の前に予通電を行い、本溶接の予通電および本通電では、テスト溶接の予通電および本通電時に記憶させた瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準とした適応制御溶接を行うことにより、予通電の開始時点で、本溶接における実際の外乱の状態と、テスト溶接で想定した外乱の状態との間に差があったとしても、本通電の開始時点では、被溶接材である金属板間の通電経路の状態が近くなって、その差が大幅に緩和される。
（ｅ）そのため、実際の溶接で想定される外乱のある状態を模擬したうえでテスト溶接を行うとともに、テスト溶接および本溶接において、それぞれ本通電の前に予通電を行い、本溶接の予通電および本通電では、テスト溶接の予通電および本通電時に記憶させた瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準とした適応制御溶接を行うことにより、より広い範囲の外乱の状態に対して、適応制御溶接時における溶接部の熱量パターンを、テスト溶接における熱量パターンに沿わせることが可能になる、
と発明者らは考えている。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１． 複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
本溶接と、該本溶接に先立つテスト溶接とを行うとともに、該本溶接および該テスト溶接ではそれぞれ予通電および本通電を行うものとし、
前記テスト溶接では、
外乱のある状態を模擬したうえで、予通電および本通電を定電流制御により行い、
また、該予通電および該本通電においてそれぞれ、適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させ、
前記本溶接では、
予通電および本通電をそれぞれ、前記テスト溶接の予通電および本通電で記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準として溶接を行い、
該予通電または該本通電において、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの該予通電または該本通電の通電時間内で補償すべく、該予通電または該本通電での単位体積当たりの累積発熱量がそれぞれ、前記テスト溶接の予通電または本通電で予め求めた単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御する、
抵抗スポット溶接方法。

２．前記テスト溶接の予通電の溶接電流をＩ１、前記テスト溶接の本通電の溶接電流をＩ２としたとき、Ｉ１＜Ｉ２の関係を満足する、前記１に記載の抵抗スポット溶接方法。

３．前記テスト溶接を、溶接位置から６〜３０ｍｍ隔てた箇所に既溶接点がある状態で行う、前記１または２に記載の抵抗スポット溶接方法。

４．前記テスト溶接を、前記被溶接材となる金属板同士の合わせ面において０．２〜３．０ｍｍの隙間がある状態で行う、前記１または２に記載の抵抗スポット溶接方法。

５．前記１〜４のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法。

本発明によれば、作業工数を低減しつつ、散りの発生や通電時間の増加なしに適切な径のナゲットを得ることが可能となる。
また、本発明によれば、自動車の製造などの実作業において次々と流れてくる被処理材を連続的に溶接する（溶接位置や被処理材ごとに外乱の状態が変動する）場合であっても、散りの発生なしに適切な径のナゲットを安定して得ることができるので、実作業における作業効率や歩留まりの向上という点でも有利となる。

既溶接点のある板組みに対してテスト溶接を行う場合の一例を模式的に示す図である。 既溶接点のある板組みに対してテスト溶接を行う場合の別の例を模式的に示す図である。 板隙のある板組みに対してテスト溶接を行う場合の一例を模式的に示す図である。 板隙のある板組みに対してテスト溶接を行う場合の別の例を模式的に示す図である。 外乱のない状態でテスト溶接を行う場合の一例を模式的に示す図である。 外乱のない状態でテスト溶接を行う場合の別の例を模式的に示す図である。 定電流制御による通電パターンの一例を模式的に示す図である。 定電流制御による通電パターンの別の例を模式的に示す図である。

本発明を、以下の実施形態に基づき説明する。
本発明の一実施形態は、複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
本溶接と、該本溶接に先立つテスト溶接とを行うとともに、該本溶接および該テスト溶接ではそれぞれ予通電および本通電を行うものとし、
前記テスト溶接では、
外乱のある状態を模擬したうえで、予通電および本通電を定電流制御により行い、
また、該予通電および該本通電においてそれぞれ、適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させ、
前記本溶接では、
予通電および本通電をそれぞれ、前記テスト溶接の予通電および本通電で記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準として溶接を行い、
該予通電または該本通電において、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの該予通電または該本通電の通電時間内で補償すべく、該予通電または該本通電での単位体積当たりの累積発熱量がそれぞれ、前記テスト溶接の予通電または本通電で予め求めた単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御するものである。

なお、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法で使用可能な溶接装置としては、上下一対の電極を備え、溶接中に加圧力および溶接電流をそれぞれ任意に制御可能であればよく、加圧機構（エアシリンダやサーボモータ等）、形式（定置式、ロボットガン等）、電極形状等はとくに限定されない。また、電極間の電気特性とは、電極間抵抗あるいは電極間電圧を意味する。

以下、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法のテスト溶接と本溶接について、説明する。

・テスト溶接
テスト溶接では、外乱のある状態、具体的には、本溶接で想定される外乱のある状態を模擬したうえで、予通電および本通電をそれぞれ定電流制御により行い、該予通電および該本通電においてそれぞれ、適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させる。

ここで、本溶接で想定される外乱とは、分流や板隙などの外乱、具体的には、溶接位置（電極中心位置）から４０ｍｍ以内にある既溶接点や、被溶接材となる金属板同士の合わせ面における０．２ｍｍ以上の隙間などが挙げられる。

例えば、溶接位置から４０ｍｍ以内に既溶接点があることが想定される場合、テスト溶接は、溶接位置から６〜３０ｍｍ隔てた箇所に既溶接点がある状態で行うことが好適である。より好適には、溶接位置から６〜２０ｍｍ隔てた箇所に既溶接点がある状態で行うことが好適である。また、通常、想定されるような、溶接位置から既溶接点までの距離の下限は６ｍｍ程度である。さらに、テスト溶接で模擬する既溶接点の数は、１点でもよく、また、２点以上でもよい。また、テスト溶接で模擬する既溶接点の数の上限は特に限定されず、想定される既溶接点数のうち、最も多い点数とするのが好適である。さらに、テスト溶接で模擬する既溶接点の大きさは、想定される既溶接点の大きさと同程度の大きさとすればよい。
なお、ここでいう溶接位置と既溶接点との距離は、それぞれの中心間距離である。

加えて、被溶接材となる金属板同士の合わせ面において０．２ｍｍ以上の隙間があることが想定される場合、テスト溶接は、被溶接材となる金属板同士の合わせ面において０．２〜３．０ｍｍの隙間がある状態で行うことが好適である。より好適には、被溶接材となる金属板同士の合わせ面において０．５〜２．０ｍｍの隙間がある状態で行う。また、想定される被溶接材となる金属板同士の合わせ面の隙間の上限は、現実的に３．０ｍｍ程度である。
なお、金属板同士の合わせ面の隙間とは、電極により加圧される前の溶接位置での金属板同士の合わせ面の隙間（合わせ面間の距離）である。

なお、上記以外のテスト溶接条件については、被溶接材と同じ鋼種、厚みの予備溶接試験を、上記の外乱を想定した状態で、定電流制御にて種々の条件で行うことにより、適宜、設定すればよい。

また、テスト溶接、さらには後述する本溶接において、本通電の前に予通電を行うことが重要である。
というのは、実際の溶接で想定される外乱のある状態を模擬したうえでテスト溶接を行うとともに、テスト溶接および本溶接において、それぞれ本通電の前に予通電を行い、当該本溶接の予通電および本通電ではそれぞれ、テスト溶接の予通電および本通電時に記憶させた瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準とした適応制御溶接を行う、ことにより、
本溶接の予通電の開始時点で、本溶接における実際の外乱の状態と、テスト溶接で想定した外乱の状態との間に差があったとしても、本溶接の本通電の開始時点では、被溶接材である金属板間の通電経路の状態が近くなって、その差が大幅に緩和される。
その結果、より広い範囲の外乱の状態に対して、適応制御溶接時における溶接部の熱量パターンを、テスト溶接における熱量パターンに沿わせることが可能になるからである。

なお、予通電とは、ナゲットを拡大させる前に被溶接材となる金属板を軟化させて、金属板間の通電経路を確保するための通電である。予通電においては、ナゲットは形成されていなくてもよいし、散りを発生させない程度の小さいナゲット（たとえばナゲット径4√ｔ´以下程度（ｔ´：隣り合う２枚の金属板のうち薄い方の金属板の板厚（mm））は形成されていてもよい。
また、予通電条件については特に限定されるものではないが、予通電時の定電流制御による溶接電流Ｉ１は２〜１３ｋＡ、通電時間は２０〜４００ｍｓとすることが好ましい。

さらに、本通電条件についても特に限定されるものではないが、予通電時の定電流制御による溶接電流Ｉ１、本通電時の定電流制御による溶接電流Ｉ２について、Ｉ１＜Ｉ２の関係を満足させることが好ましい。
なお、通電時間は２０〜１０００ｍｓとすることが好ましい。

加えて、予通電と本通電の間で通電休止時間を設けてもよい。その場合、通電休止時間は２０〜４００ｍｓとすることが好ましい。
なお、本願でいう定電流制御には、図７のように溶接電流を一定とする場合だけでなく、図８のように、予通電および／または本通電において溶接電流を直線的（連続的）に増加・減少させる場合も含むものとする。なお、溶接電流を直線的（連続的）に増加・減少させる場合、各通電における溶接電流はその平均値を基準として、Ｉ１＜Ｉ２の関係を満足させることが好ましい。

・本溶接
上記のテスト溶接後、本溶接を行う。本溶接では、予通電および本通電をそれぞれ、前記テスト溶接の予通電および本通電で記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準として溶接を行い、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線に沿っている場合には、そのまま溶接を行って溶接を終了する。
ただし、該予通電または該本通電において、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの該予通電または該本通電の通電時間内で補償すべく、該予通電または該本通電での単位体積当たりの累積発熱量がそれぞれ、前記テスト溶接の予通電または本通電で予め求めた単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御する。
（すなわち、予通電時に、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの該予通電の通電時間内で補償すべく、該予通電での単位体積当たりの累積発熱量が、前記テスト溶接の予通電で予め求めた単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御する。
また、本通電時に、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの該本通電の通電時間内で補償すべく、該本通電での単位体積当たりの累積発熱量が、前記テスト溶接の本通電で予め求めた単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御する。）
これにより、電極先端が摩耗したり、分流や板隙などの外乱の影響が大きい状態であっても、必要な累積発熱量を確保して、適正なナゲット径を得ることができる。

なお、発熱量の算出方法については特に制限はないが、特許文献５にその一例が開示されており、本発明でもこの方法を採用することができる。この方法による単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑおよび単位体積当たりの累積発熱量Ｑの算出要領は次のとおりである。
被溶接材の合計厚みをｔ、被溶接材の電気抵抗率をｒ、電極間電圧をＶ、溶接電流をＩとし、電極と被溶接材が接触する面積をＳとする。この場合、溶接電流は横断面積がＳで、厚みｔの柱状部分を通過して抵抗発熱を発生させる。この柱状部分における単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑは次式（１）で求められる。
ｑ＝（Ｖ・Ｉ）／（Ｓ・ｔ） --- （１）
また、この柱状部分の電気抵抗Ｒは、次式（２）で求められる。
Ｒ＝（ｒ・ｔ）／Ｓ --- （２）
（２）式をＳについて解いてこれを（１）式に代入すると、発熱量ｑは次式（３）
ｑ＝（Ｖ・Ｉ・Ｒ）／（ｒ・ｔ²）
＝（Ｖ²）／（ｒ・ｔ²） --- （３）
となる。

上掲式（３）から明らかなように、単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑは、電極間電圧Ｖと被溶接物の合計厚みｔと被溶接物の電気抵抗率ｒから算出でき、電極と被溶接物が接触する面積Ｓによる影響を受けない。なお、（３）式は電極間電圧Ｖから発熱量を計算しているが、電極間電流Ｉから発熱量ｑを計算することもでき、このときにも電極と被溶接物が接触する面積Ｓを用いる必要がない。そして、単位体積・単位時間当たりの発熱量ｑを通電期間にわたって累積すれば、溶接に加えられる単位体積当たりの累積発熱量Ｑが得られる。（３）式から明らかなように、この単位体積当たりの累積発熱量Ｑもまた電極と被溶接材が接触する面積Ｓを用いないで算出することができる。
以上、特許文献５記載の方法によって、累積発熱量Ｑを算出する場合について説明したが、その他の算出式を用いても良いのは言うまでもない。

また、本溶接における溶接電流以外の条件（予通電および本通電における通電時間および設定加圧力）については、テスト溶接時の条件と同じにすればよい。

なお、使用する被溶接材は特に制限はなく、軟鋼から超高張力鋼板までの各種強度を有する鋼板およびめっき鋼板、アルミ合金などの軽金属板の溶接にも適用でき、３枚以上の金属板を重ねた板組みにも適用できる。

また、ナゲット形成のための通電の後に、溶接部の熱処理のための後通電を加えてもよい。この場合、通電条件は特に限定されず、それ以前のステップの溶接電流との大小関係も特に限定されない。さらに、通電中の加圧力は一定であってもよいし、適宜、変化させてもよい。

以下、本発明の実施形態に従う実施例について説明する。
なお、実施例の条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用したものであり、本発明は、これら実施例の条件に限定されるものではない。また、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２枚重ねまたは３枚重ねの金属板の板組みについて、表２に示す条件で抵抗スポット溶接を行い、溶接継手を作製した。
ここで、テスト溶接は、図１〜４に示すような外乱を模擬した状態、または図５および６のような外乱のない状態で行った。図中、符号１１〜１３は金属板、１４は電極、１５はスペーサ、１６は既溶接点である。なお、図１および図２に示すように、既溶接点１６は２点とし、溶接位置（電極間中心）が既溶接点同士の中間（既溶接点との距離Ｌがそれぞれ同じ）となるように調整した。なお、既溶接点の金属板間におけるナゲット径（ただし、３枚重ねの板組みでは、板組みのうち最も薄い金属板とそれに接する金属板との間（例えば、表１の板組Ｎｏ．Ｆの場合、金属板１１−１２間）におけるナゲット径）は、4√ｔ´（ｔ´：隣り合う２枚の金属板のうち薄い方の金属板の板厚（mm）。ただし、３枚重ねの板組みの場合は、板組みのうち最も薄い金属板の板厚（mm））とした。
また、図３および図４では、各金属板１１〜１３間にスペーサ１５を挿入し、上下からクランプすることで（図示せず）、種々の板隙厚さtgとなる板隙を設けた（３枚重ねの板組みの場合、金属板１１、１２の間の板隙厚さtgと、金属板１２、１３の間の板隙厚さtgとは、同じ値である）。なお、板隙間距離はいずれも60mmとした。
さらに、テスト溶接は、表２に示す条件で、本通電のみ、または、予通電および本通電を定電流制御により行い、その際の単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を記憶させた。また、一部の条件では、予通電と本通電の間の通電休止時間を設けた。

加えて、本溶接では、テスト溶接で記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準として溶接を行った。ここで、通電時間や加圧力、予通電と本通電の間の通電休止時間などといった条件は、テスト溶接と本溶接で同じである。
なお、溶接機にはインバータ直流抵抗スポット溶接機を用い、電極にはＤＲ形先端径6mmのクロム銅電極を用いた。

得られた各継手について、溶接部を切断し断面をエッチング後、光学顕微鏡により観察し、金属板間におけるナゲット径（ただし、３枚重ねの板組みでは、板組みのうち最も薄い金属板とそれに接する金属板との間におけるナゲット径）が目標径である5√ｔ´以上（ｔ´：隣り合う２枚の金属板のうち薄い方の金属板の板厚（mm）、ただし、３枚重ねの板組みの場合では、板組みのうち最も薄い金属板の板厚（mm））であり、かつ散りが発生しなかった場合を◎と評価した。
また、ナゲット径が4.5√ｔ´以上5√ｔ´未満、かつ散りが発生しなかった場合を○と評価した。一方、ナゲット径が4.5√t´未満であるか、散りが発生した場合を×と評価した。

発明例ではいずれも、広い範囲の外乱の状態に対して、散りの発生なく、4.5√ｔ´以上の径を有するナゲットが得られ、広い範囲の外乱の状態に対して、本溶接の適応制御溶接時における溶接部の熱量パターンを、テスト溶接における熱量パターンに沿わせることが可能であった。
一方、比較例では、外乱の状態によっては、散りの発生を招いたり、十分な径のナゲットを得ることができず、種々の外乱の状態に対して、本溶接の適応制御溶接時における溶接部の熱量パターンを、テスト溶接における熱量パターンに沿わせることはできなかった。

１１，１２，１３：金属板
１４：電極
１５：スペーサ
１６：既溶接点

Claims (3)

1. 複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
   本溶接と、該本溶接に先立つテスト溶接とを行うとともに、該本溶接および該テスト溶接ではそれぞれ予通電および本通電を行うものとし、
   前記テスト溶接では、
   溶接位置から６〜２０ｍｍ隔てた箇所に既溶接点がある状態、または、前記被溶接材となる金属板同士の合わせ面において０．２〜２．０ｍｍの隙間がある状態で、予通電および本通電を定電流制御により行い、
   また、該予通電および該本通電においてそれぞれ、適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させ、
   前記本溶接では、
   予通電および本通電をそれぞれ、前記テスト溶接の予通電および本通電で記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準として溶接を行い、
   該予通電または該本通電において、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの該予通電または該本通電の通電時間内で補償すべく、該予通電または該本通電での単位体積当たりの累積発熱量がそれぞれ、前記テスト溶接の予通電または本通電で予め求めた単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御する、
   抵抗スポット溶接方法。
2. 前記テスト溶接の予通電の溶接電流をＩ１、前記テスト溶接の本通電の溶接電流をＩ２としたとき、Ｉ１＜Ｉ２の関係を満足する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
3. 請求項１または２に記載の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法。

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