JP2021074748A - 絶縁性被膜を有する被溶接物の抵抗溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性被膜を有する被溶接物の抵抗溶接を簡略に行うことができ、両面に絶縁性被膜を有する被溶接物に適用できる抵抗溶接方法を提供する。【解決手段】本発明は、絶縁性被膜３を有する２個の被溶接物１を重ね合わせた組立体４の抵抗溶接方法であって、前記組立体４の内部に位置する前記絶縁性被膜３において第１損傷部１１を形成する前処理工程と、前記第１損傷部１１において抵抗溶接により第１溶接部１２を形成する第１の溶接工程と、前記第１溶接部１２の近傍において抵抗溶接により第２溶接部１６を形成する第２の溶接工程と、を含むものである。機械的手段または加熱手段により前記絶縁性被膜３に損傷を与えて前記第１損傷部１１を形成することが好ましい。１箇所または２箇所以上の前記第２溶接部１６を形成することが好ましい。【選択図】図５

Description

本発明は、母材の表面に絶縁性被膜を有する被溶接物の抵抗溶接方法に関する。

金属部材同士を溶接する方法として様々な加熱手段が用いられる。そのうち、抵抗溶接は、重ね合わせた被溶接物を抵抗溶接電極で挟み、抵抗溶接電極から被溶接物の表面を通して溶接電流を付与し、ジュール熱を発生させることにより、被溶接物の接合面付近を加熱して溶融接着させる方法である。抵抗溶接方法は、短時間で効率的に溶接できるので、多くの分野で使用されている。

被溶接物が表面に電気的に絶縁性の被膜（本明細書では、「絶縁性被膜」と記載する。）を有する場合、それに抵抗溶接方法を適用すると、被溶接物に溶接電流を流すために十分な通電経路を確保できない。そのため、被溶接物の接合面を十分に加熱することできず、抵抗溶接を行うのが困難であった。また、必要な抵抗発熱量を得るために通電量を過度に高くすると、スパッタが発生して、外観不良や作業環境の悪化を招く恐れがあった。

上記の問題を解決するため、被溶接物の表面にある絶縁性被膜をレーザ光によって予め除去する方法が提案されている（特許文献１）。特許文献１の図５は、片面に陽極酸化被膜を有するアルミニウム合金の被溶接物を例にした実施形態３を記載している。絶縁性の陽極酸化被膜が外側に位置するように２つの被溶接物を重ね合わせた後、被溶接物の表面にレーザ光を照射して陽極酸化被膜が除去された。次いで、陽極酸化被膜が除去された部分に抵抗溶接電極を接触させて被溶接物を挟み、被溶接物の接合面で溶接された。

特許文献１の方法では、絶縁性被膜をレーザ光により除去して母材を露出させた後に、母材に抵抗溶接電極を接触させて溶接箇所へ溶接電流を付与していたので、絶縁性被膜を除去する工程から溶接電流を付与する工程へ移行するのに時間を要し、溶接作業を迅速に行うことができないという問題があった。

そこで、上記の問題を解決するため、特許文献２の方法が提案されている。特許文献２には、母材の表面に絶縁性被膜が形成されている被溶接物に抵抗溶接電極を所定の押圧力で押し当てて接触させ、抵抗溶接電極に溶接電圧を印加しながら、抵抗溶接電極と被溶接物との接触部にレーザ光を照射する抵抗溶接方法が記載されている。

特開平１０−２２５７７０号公報 特開２００４−２４９３０８号公報

通常の溶接工程では、被溶接物における多数の箇所で連続的に溶接が施される。特許文献１および特許文献２の方法は、いずれも溶接個所ごとに絶縁性被膜をレーザ光で除去する必要がある。レーザ光照射装置の移動やレーザ光の照射などに時間と手間が掛かる。そのため、連続的な溶接作業において溶接方法を簡略化することが望まれている。

また、特許文献２の方法は、その原理からみて、重ね合わせた被溶接物の接合面には絶縁性被覆が設けられていない。そのため、両面に絶縁性被膜を有する被溶接物に適用することができない。重ね合わせた被溶接物の絶縁性被膜が対向する接合面は、通電抵抗が高いため、抵抗溶接により当該対向する領域に溶接部を形成することが困難であった。

本発明は、絶縁性被膜を有する被溶接物の抵抗溶接において、溶接作業を簡略に行うことができ、さらに、両面に絶縁性被膜を有する被溶接物に適用することができる抵抗溶接方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するために検討した結果、絶縁性被膜を損傷させた箇所で先行溶接部を形成することにより、当該先行溶接部の近傍において抵抗溶接に必要な通電性を確保できることを見出して、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は、以下の抵抗溶接方法を要旨としている。

（１）絶縁性被膜を有する２個の被溶接物を重ね合わせた組立体の抵抗溶接方法であって、前記組立体の内部に位置する前記絶縁性被膜において第１損傷部を形成する前処理工程と、前記第１損傷部において抵抗溶接により第１溶接部を形成する第１の溶接工程と、前記第１溶接部の近傍において抵抗溶接により第２溶接部を形成する第２の溶接工程と、を含む、抵抗溶接方法。

（２）前記前処理工程は、機械的手段または加熱手段により前記絶縁性被膜に損傷を与えて前記第１損傷部を形成する、（１）に記載の抵抗溶接方法。

（３）前記第２溶接部は、１箇所または２箇所以上で形成する、（１）または（２）に記載の抵抗溶接方法。

（４）前記第２の溶接工程は、設定電流値を一定に設定して溶接する、（１）〜（３）のいずれかに記載の抵抗溶接方法。

（５）前記第２の溶接工程は、通電時間を２つの通電区間に分けて、各通電区間で異なる設定電流値を設定して溶接する、（１）〜（３）のいずれかに記載の抵抗溶接方法。

（６）前記絶縁性被膜は、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）の少なくとも１種を含む酸化被膜である、（１）〜（５）のいずれかに記載の抵抗溶接方法。

（７）前記被溶接物は、Ａｌ：１．０〜２２．０質量％、Ｍｇ：１．３〜１０．０質量％を含み、かつＺｎ_２Ｍｇ相がめっき層中に分布した溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板である、（１）〜（６）のいずれかに記載の抵抗溶接方法。

本発明によれば、絶縁性被膜を有する被溶接物において、先行溶接部以外の領域では、絶縁性被膜を除去する前処理を施さなくても抵抗溶接が行われる。そのため、前処理に要する時間が短縮され、多数の箇所で連続的に溶接をすることができるので、溶接作業全体の効率が向上する。

絶縁性被膜の損傷部を形成する前処理工程を説明するための図である。 第１溶接部を形成する第１の溶接工程を説明するための図である。 第２溶接部を形成する第２の溶接工程の第１段階を説明するための図である。 第２溶接部を形成する第２の溶接工程の第２段階を説明するための図である。 第２溶接部を形成する第２の溶接工程の第３段階を説明するための図である。 バイパス通電と電圧電流変化との関係を示す図である。 第１実施形態における通電時間と電流値との関係を示す図である。 第２実施形態における通電時間と電流値との関係を示す図である。 前処理の一例を示す図である。 前処理の一例を示す図である。 前処理の一例を示す図であり、（ａ）は、打ち抜くときの形態を示し、（ｂ）は、打ち抜いた後の形態を示す図である。 前処理の一例を示す図である。 前処理の一例を示す図である。 両面めっき鋼板に適用した例を示す図である。 片面めっき鋼板に適用した例を示す図であり、鋼板対向面において絶縁性被膜と母材とが接した例である。 片面めっき鋼板に適用した例を示す図であり、鋼板対向面において両方の絶縁性被膜が対向した例である。

以下、本発明に係る実施形態について説明する。本発明は、以下の説明に限定されるものではない。

本実施形態に係る抵抗溶接方法は、絶縁性被膜を有する２個の被溶接物を重ね合わせた組立体の抵抗溶接方法である。そして、前記組立体の内部に位置する前記絶縁性被膜において第１損傷部を形成する前処理工程と、前記第１損傷部において抵抗溶接により第１溶接部を形成する第１の溶接工程と、前記第１溶接部の近傍において抵抗溶接により第２溶接部を形成する第２の溶接工程と、を含むものである。

（被溶接物）
被溶接物は、母材の表面に絶縁性被膜を有する。２個の被溶接物を重ね合わせて組立体を形成する。組立体を治具（図示を省略する。）によって固定することが好ましい。被溶接物は、板材、形材、管材など、その表面に電気的な絶縁性の被膜を有する物品であれば、特に限定されない。めっき層を鋼板の表面に有する両面めっき鋼板や片面めっき鋼板の被溶接物が好ましい。板厚が０．４〜２．３ｍｍの鋼板に適用してもよい。

本実施形態に係る絶縁性被膜は、被膜全体が絶縁性を有するものに限られない。表面側部分が絶縁性を有し、内側部分が導電性を有する被膜である場合も含まれる。

母材の両面に絶縁性被膜を有する被溶接物を用いる場合を、被溶接物の断面を示す図１４により模式的に例示する。図１４の被溶接物は、両面めっき鋼板５である。２個の当該両面めっき鋼板５（被溶接物）を重ね合わせて組立体４が形成されると、当該組立体４の内部では絶縁性被膜３が対向するように接している。当該組立体４の外表面にも絶縁性被膜３を有している。

母材の片面に絶縁性被膜を有する被溶接物を用いる場合を、被溶接物の断面を示す図１５と図１６により模式的に例示する。図１５及び図１６の被溶接物は、片面めっき鋼板６である。２個の当該片面めっき鋼板６（被溶接物）を重ね合わせて組立体４が形成されると、当該被溶接物６を重ねる向きによって２通りの形態がある。図１５に示すように、当該組立体４の内部では一方の被溶接物の絶縁性被膜３と他方の被溶接物の母材２とが接している。そして、当該組立体４の外表面の一方に絶縁性被膜３が現れている。また、図１６に示すように、当該組立体４の内部では絶縁性被膜３が対向するように接しており、当該組立体４の外表面にはいずれも母材２が現れている。

（前処理工程）
本実施形態に係る抵抗溶接方法は、組立体の内部に位置する絶縁性被膜において第１損傷部を形成する前処理工程を含む。前処理工程においては、組立体の内部に位置する絶縁性被膜を部分的に除去することにより、当該絶縁性被膜に第１損傷部を形成する前処理が行われる。

図１は、本実施形態に係る前処理工程で得られた被溶接物の断面を模式的に示した図である。図１に例示された被溶接物１は、図１４に示すような母材２の両面に絶縁性被膜３を有する両面めっき鋼板５である。なお、前処理工程以降の工程についても両面めっき鋼板を例にして説明する。また、後記する図２〜図５は、図１と同様に被溶接物の断面を模式的に示した図である。

２枚の両面めっき鋼板を重ね合わせた組立体４の内部は、各めっき鋼板の絶縁性被膜３が対向し、接合領域で二重の絶縁性被膜が接しているため、通電性が阻害されて抵抗溶接による接合が困難である。そこで、本実施形態に係る前処理を行い、組立体４の内部における絶縁性被膜３の一部を除去して第１損傷部１１を形成することにより、当該第１損傷部１１を含む接合領域において抵抗溶接に適した通電性が付与される。その結果、第１損傷部を含む組立体４は、次の第１の溶接工程において第１溶接部１２を容易に形成することができる。

第１損傷部１１の形成箇所としては、１対の溶接電極３１で組立体４を挟持して抵抗溶接を行うことから、溶接電極３１の挟持位置に近い箇所であることが好ましい。被溶接物がその外表面に絶縁性被膜を有している場合であっても、溶接電極を被溶接物の表面に押圧しながら電圧が印加されるので、当該絶縁性被膜に部分的な絶縁破壊が生じて通電性が得られる。そのため、組立体の内部に第１損傷部を形成すれば、溶接電極と第１損傷部との間で通電経路が形成され、第１の溶接工程で第１溶接部を形成することができる。

また、図１５の（ａ）および（ｂ）に示すような片面めっき鋼板６についても、同様に、組立体４の内部の絶縁性被膜３に第１損傷部１１を形成することにより、第１の溶接工程で第１溶接部１２を容易に形成することができる。なお、被溶接物１がその外表面に絶縁性被膜３を有する場合は、抵抗溶接の通電性をさらに改善する観点で、溶接電極３１と接触する箇所の絶縁性被膜３をあらかじめ除去することが好ましい。

第１損傷部の形成に関して、機械的手段または加熱手段により絶縁性被膜に損傷を与えて第１損傷部を形成することが好ましい。機械的手段としては、研削による形成方法、突起部を用いた形成方法、打ち抜きによる形成方法、板間の摩擦を利用した形成方法などを用いることができる。

図９は、研削による形成方法を示した例である。研磨紙などを用いて絶縁性被膜を研削して除去することができる。図９に示すように、被溶接物１の片面にある絶縁性被膜３の一部を除去して第１損傷部３３を形成し、当該第１損傷部３３が対向するように２つの被溶接物１を重ねることにより、所定の組立体が得られる。

図１０は、突起部を用いた形成方法を示した例である。ポンチなどを用いて一方の被溶接物１にあらかじめ突起部３４を付与する。その後、２つの被溶接物１を重ね合わせると、前記突起部３４が他方の被溶接物１の絶縁性被膜３に損傷を与えて第１損傷部を形成することができる。

図１１の（ａ）、（ｂ）は、打ち抜きによる形成方法を示した例である。図１１（ａ）に示すように、ネジや釘などの打抜き手段３５により組立体４を打ち抜いて小さい穴を開ける。それにより、図１１の（ｂ）に示すように、当該穴には絶縁性被膜３が除去されるとともに打ち抜いた端部３６が重なって通電経路が形成される。

図１２は、板間の摩擦を利用した形成方法を示した例である。２個の被溶接物１をずらして重ねた組立体４を溶接電極３１で押圧して固定する。その後、組立体４の横から工具で打撃３７を加えることで、２個の被溶接物１が相対移動し、被溶接物１の間に摩擦を生じて絶縁性被膜に損傷を与えることができる。

加熱手段としては、燃焼炎やレーザ光を使用することができる。図１３に示すように、バーナー３８から燃焼炎３９を噴出し、被溶接物１の表面の絶縁性被膜３に損傷を与える。その後、被溶接物１を重ねることで第１損傷部を有する組立体が得られる。レーザ光発生装置からレーザ光を照射し、被溶接物の絶縁性被膜を加熱除去してもよい。レーザ光の焦点位置を調整することにより、組立体の内部の絶縁性被膜を除去することができる。

（第１の溶接工程）
本実施形態に係る抵抗溶接方法は、上記の前処理工程で形成した第１損傷部において、スポット溶接などの抵抗溶接により第１溶接部を形成する第１の溶接工程を含んでいる。第１の溶接工程を説明するために図２を示す。前処理工程によって組立体内に形成された第１損傷部は、絶縁性被膜が部分的に除去されて母材が露出した状態にあるので、当該第１損傷部を含む接合領域の通電性が向上する。また、溶接電極を被溶接物の表面に押圧しながら電圧を印加することにより、当該表面の絶縁性被膜に部分的な絶縁破壊が生じて通電性が得られる。

そのため、図２に示すように、組立体４の表面を１対の溶接電極３１で挟持して通電すると、溶接電極３１と第１損傷部１１との間に通電経路が形成され、第１損傷部１１を含む接合領域において抵抗溶接が可能となり、第１溶接部１２を形成することができる。さらに、組立体４において第１溶接部１２の直上及び直下に位置する表面では、ナゲットの形成過程で生じる溶接熱の作用によって当該表面の絶縁性被膜が消失し、被膜消失部１０が形成される。本明細書では、第１溶接部を形成したときの組立体表面に溶接電極を接触させた箇所を、以下、「第１打点」という。また、第１溶接部を「先行溶接部」ということもある。

（第２の溶接工程）
本実施形態に係る抵抗溶接方法は、第１溶接部の近傍においてスポット溶接などの抵抗溶接により第２溶接部を形成する第２の溶接工程を含んでいる。背景技術で上述したとおり、組立体内の絶縁性被膜が対向する領域では通電抵抗が高いため、従来の抵抗溶接方法によって当該対向する領域にナゲット（溶接部）を形成することが困難であった。それに対し、本実施形態に係る抵抗溶接方法は、第１溶接部を形成したときの第１打点の近傍に溶接電極を配置して通電することにより、組立体内の絶縁性被膜が対向する領域にナゲットが形成され、第２溶接部を得ることができる。本明細書では、第２溶接部を形成したときの組立体表面に溶接電極を接触させた箇所を、以下、「第２打点」という。

第１打点と第２打点との水平距離を、以下、「打点間距離」という。第１打点の位置に対応して第１溶接部が形成され、第２打点の位置に対応して第２溶接部が形成されることから、打点間距離は、第１溶接部と第２溶接部との間の水平距離とほぼ同じであり、第１溶接部のナゲット中央と第２溶接部のナゲット中央とを結んだ距離に相当すると言える。

第２溶接部を形成するメカニズムについては、十分に解明されていない。本発明者らは、以下のように推測している。図３〜図５を用いて説明する。第２溶接部を形成するまでに３つの段階に区分される。第１段階では、図３に示すように、第１溶接部１２の近傍に配された溶接電極３２が組立体４の表面を押圧しながら電圧を印加する。溶接電極３２と接触するめっき鋼板表面の絶縁性被膜３において局所的な絶縁破壊が生じる。絶縁破壊が生じた部分で通電可能となる。第１の溶接工程で形成された第１溶接部１２は、通電性を有している。そのため、溶接電極３１と接触する部分と上記の第１溶接部１２とを介して、組立体４内には、図３に示すような通電経路１４が形成される。本明細書では、以下、当該通電経路を「バイパス通電経路」といい、バイパス通電経路による通電を「バイパス通電」ということもある。

第２段階では、バイパス通電による発熱によって、溶接電極に挟まれた組立体内のめっき鋼板が対向する領域の絶縁性被膜が損傷する。第１段階の絶縁破壊により形成された部分的な導通部（以下、「局所的導通部」ということもある。）は、その通電面積が微小であるから、電気抵抗が増加し、ジュール熱も増大する。その後、図４に示すように、局所的導通部１３に隣接した領域へ伝熱し、めっき鋼板１が対向する面（以下、「対向面」ということもある。）の絶縁性被膜３に部分的な損傷を与えて第２の損傷部１５（以下、「第２損傷部」という。）を形成したものと推測される。

めっき鋼板１の対向面における上記第２損傷部１５は、通電性を有しているので、第３段階では、図５に示すように、溶接電極３２と第２損傷部１５との間の第２の通電経路１７（以下、「第２通電経路」という。）が形成される。それにより、第２損傷部１５を含む領域においてナゲットが形成され、第２溶接部１６が得られたと推測される。また、組立体４において第２溶接部１６の直上及び直下に位置する表面では、ナゲットの形成過程で生じる溶接熱の作用によって局所的導通部１３の絶縁性被膜が消失し、被膜消失部１８が形成される。

ところで、上記の局所的導通部における通電による発熱量は、以下の式（１）で表わすことができる。

ｑ_１＝ｉ_１ ^２ρ_１ｖ_１ｔ_１ ・・・ 式（１）
ｑ_１：局所的導通部の発熱量
ｉ_１：局所的導通部の電流密度
ρ_１：局所的導通部の電気抵抗率
ｖ_１：局所的導通部の微小体積
ｔ_１：バイパス通電の時間

そして、上記式（１）の電流密度ｉ_１は、以下の式（２）のように表わすことができる。

ｉ_１＝Ｉ_１／ａ_１＝（Ｅ／Ｒ_１）／ａ_１ ・・・ 式（２）
ａ_１：局所的導通部の微小面積
Ｉ_１：バイパス通電の電流値
Ｒ_１：バイパス通電の電気抵抗値
Ｅ：負荷電圧

打点間距離を「打点間距離Ｌ」と表記する。式（１）のパラメータのうち、電気抵抗率ρ_１及び微小体積ｖ_１の各数値は、打点間距離Ｌによってほぼ変動しないと考えられる。それに対し、電流密度ｉ_１は、電気抵抗値Ｒ_１によって変動する。打点間距離Ｌの増加にともない当該Ｒ_１が増大するので、式（２）により電流密度ｉ_１が低下する。そのため、打点間距離Ｌが大きくなると、電流密度ｉ_１が小さくなって発熱量が低下し、被膜損傷までに必要な時間ｔ_１が長くなる。

図３〜図５に示す第２の溶接工程の第１段階〜第３段階における電圧及び電流の変化について、図６を用いて説明する。第２の溶接工程では、溶接装置の設定電流値を設定した後、組立体に溶接電極を押圧して溶接装置を稼働開始する。図６は、設定電流値２３を設定して溶接を行った場合の電流２４と電圧２５の変化を示している。図３に示す第１段階においては、溶接電極３１から所定の電圧が組立体４の表面へ印加されて局所的導通部１３が形成されることにより、当該局所的導通部１３を含むバイパス通電経路１４が形成される。当該バイパス通電経路１４によってバイパス通電が開始されると、図６の区間２６に示すように電流２４及び電圧２５が上昇する。

図４に示す第２段階において、バイパス通電を開始した直後は、バイパス通電の電気抵抗値Ｒ_１が大きいので、バイパス通電の電流値Ｉ_１は、設定電流値２３に到達しない低いレベルにある。溶接装置は、電流値Ｉ_１を設定電流値２３に近づけるため、印加電圧２５を上昇させるので、それにともない、図６の区間２６に示すように電流２４の電流値Ｉ_１が増加する。

上記のように電流値Ｉ_１が増加する過程で、局所的導通部の発熱量ｑ_１が増大し、溶接電極間に位置するめっき鋼板の対向面の絶縁性被膜（以下、「対向面被膜」ということもある。）を損傷するに必要な熱量に達した時点で、対向面被膜が損傷されて第２損傷部が形成されると考えられる。その結果、バイパス通電経路とは別に、溶接電極と第２損傷部との間に第２通電経路が形成され、第２溶接部の抵抗溶接が可能となる。

図５に示す第３段階において、第２通電経路１７による通電が開始されると、抵抗溶接が開始されてナゲット（第２溶接部１６）が形成される。この通電の開始によって電気抵抗が急速に減少し、それにともない、電流が急速に増加し、電圧が急速に減少する。溶接装置は、予め設定された設定電流値となるように通電制御される。しかし、一般に、電流変化が大きいときは、その変化に即時に追従して制御することが困難であるため、電流２４は、図６の区間２７に示すように設定電流値２３を超えるレベルまで増加する。その後、溶接装置の通電制御により、電流２４が設定電流値２３まで低下して、そのレベルで維持される。その結果、ナゲットが成長して溶接が完了する。

本実施形態に係る抵抗溶接方法は、第２溶接部を１箇所または２箇所以上で形成することが好ましい。溶接電極を第１溶接部から所定の距離に配置し、第２溶接部を組立体内の１箇所に溶接してもよい。組立体内の２箇所以上で第２溶接部を連続的に溶接してもよい。２箇所以上である場合の第２溶接部における間隔は、任意に選定することができる。

（第１の実施形態）
本実施形態に係る抵抗溶接方法は、第２の溶接工程における通電条件の設定に関して、２つの実施形態で行うことができる。第１の実施形態は、第２の溶接工程において、設定電流値を一定に設定して溶接するものである。

図７は、第１の実施形態における電流の変化の例として、後記する実施例４の試験結果を用いて示したものである。図７には、第１の溶接工程の第１打点で行われた溶接における電流変化を「１点目」と表示し、第２の溶接工程の第２打点で行われた溶接における電流変化を「２点目」と表記されている。また、２点目の欄に表示された数値は、打点間距離Ｌを示し、当該打点間距離により行われた２点目の溶接における電流変化を示している。

図７に示すように、第２の溶接工程において、設定電流値２３を一定に設定した条件下で、第１溶接部の近傍で抵抗溶接を行う。この場合、第２の溶接工程の第１段階で説明したように、溶接電極との接触部で絶縁破壊が生じた後、バイパス通電が開始される。第２段階では、電流の増加により局所的導通部の局所発熱が得られ、組立体内の対向面被膜に第２損傷部が形成される。第３段階では、溶接電極と第２損傷部との間に形成された第２通電経路により、溶接電極から第２損傷部を含む領域への通電が開始される。電気抵抗の急減によって通電される電流が急増し、設定電流値を超える。その後、通電時間の経過にともない、電流は、設定電流値に収束するように制御される。その結果、第２損傷部を含む領域で抵抗溶接が行われ、第２溶接部が形成される。

図７には、第１の溶接工程における電流変化（１点目）も併せて示されている。この場合、第２の溶接工程のような急速な抵抗変化は起きないので、設定電流値２３に近づくように電流制御される。第１の溶接工程と第２の溶接工程における設定電流値の各数値は、同じ数値を設定してもよく、あるいは、異なる数値を設定してもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第２の溶接工程において、通電時間を２つの通電区間に分けて、それぞれの通電区間で異なる設定電流値を設定して溶接するものである。図６で第２の溶接工程の第３段階について説明したように、抵抗の減少にともない電流が増加する。この電流の増加が過度であって設定電流値を大きく超える過大電流に至ると、溶接部や溶接電極の周囲に爆飛やチリを発生させる場合がある。特に、第１溶接部と第２溶接部との打点間距離Ｌが大きいほど、第２損傷部を形成する際の負荷電圧Ｅが増大する傾向にあるため、当該負荷電圧Ｅに応じた電流も大きくなる。そのため、第３段階の通電過程において過大電流の発生を回避することが望ましい。

そこで、本出願人は、通電時間を２つの通電区間Ｔ１、Ｔ２に分けて、前半の通電区間Ｔ１の設定電流値Ｓ１を後半の通電区間Ｔ２の設定電流値Ｓ２よりも小さく設定する手法を考案した。このような通電条件を設定することにより、第２溶接部形成の第２段階で、第２通電経路が形成された直後の過大電流を防止することができる。そのため、爆飛やチリの発生を抑制して第２溶接部を形成することができる。

前半の通電区間Ｔ１は、第２通電経路を形成するのに必要な時間に設定することができる。通電区間Ｔ１は、打点間距離や、その他の溶接条件にもよるが、全体の通電時間の１０〜７０％を選定することが好ましい。１０％未満であると、被膜を損傷させ、過大電流を抑制するには十分でない。７０％を超えると、第２溶接部を形成するための通電時間が大きくなり作業効率に劣る。

通電区間Ｔ１の設定電流値Ｓ１は、Ｓ２の２０〜７０％を設定することが好ましい。２０％未満であると、第２損傷部において十分な被膜損傷領域が得られないので、第２通電経路の形成や第２溶接部の形成において所定の効果が得られない。７０％を超えると、過大電流を十分に抑制することができない。通電区間Ｔ２の設定電流値Ｓ２は、板厚など被溶接物に応じて適正な溶接電流値を設定することができる。

（絶縁性被膜）
本実施形態に係る抵抗溶接方法は、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）の少なくとも１種を含む酸化被膜である絶縁性被膜を有する被溶接物に適用することが好ましい。例えば、この被溶接物として、Ａｌ：１．０〜２２．０質量％、Ｍｇ：１．３〜１０．０質量％を含み、かつＺｎ_２Ｍｇ相がめっき層中に分布した溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を使用することができる。当該Ｚｎめっき鋼板は、黒色溶融めっき鋼板と呼ばれる。原板として、Ａｌ：１．０〜２２．０質量％、Ｍｇ：１．３〜１０．０質量％を含む溶融Ｚｎめっき層を有するめっき鋼板を用いて、当該めっき鋼板を密封容器中で水蒸気と接触させる処理を施して得られた黒色めっき鋼板である。この水蒸気と接触させる処理により、めっき層の表面からＺｎ、ＡｌやＭｇの酸化反応が起こり、その結果、めっき層中に黒色酸化物が形成され、黒色溶融亜鉛めっき鋼板が得られる。黒色酸化物が絶縁性物質であるため、黒色溶融亜鉛めっき層は、その表面側部分が絶縁性を示し、内側部分が導電性を有する。この黒色溶融亜鉛めっき層は、鋼板の両面または片面に形成されており、絶縁性被膜に相当する。

（抵抗溶接）
抵抗溶接は、スポット溶接など公知の溶接手段を使用することができる。組立体を溶接電極で挟み、所定の加圧力を加えて、所定の電流を印加することにより局部的に加熱し、点状の溶接部（ナゲット）を形成する。

接触する被溶接物の界面が通電し、抵抗発熱により被溶接物の界面で溶接が行われる。通電量が過小であると、被溶接物界面の抵抗発熱量が小さくなり、十分な大きさの溶接部を形成することができない。他方、被溶接物界面の通電量が過大であると、被溶接物界面の過熱によって、チリ、スパッタなどと呼ばれる溶損（本明細書では、以下、「チリ」という語句で示す。）が発生し易くなる。

第１の溶接工程における溶接条件は、特に制限されないが、例えば板厚が０．８ｍｍ前後である場合は、５．５ｋＡ以上であることが好ましい。他方、９．０ｋＡ以上であると、チリが発生し易くなるので、９，０ｋＡ未満であることが好ましい。

第２の溶接工程における第２溶接部は、第１溶接部から離れるほど界面の通電量が低減するので、第２の溶接工程における好適な溶接条件は、打点間距離の程度によって影響される。例えば板厚が０．８ｍｍ前後である場合、打点間距離が０．２ｍ未満である場合は、５．５ｋＡ以上であることが好ましい。打点間距離が０．２ｍ以上である場合は、７．０ｋＡ以上であることが好ましい。他方、９．０ｋＡ以上であると、打点間距離がどの程度であってもチリが発生し易くなるので、９．０ｋＡ未満であることが好ましい。

打点間距離Ｌは、特に制限されないが、第１の実施形態においては、０．４ｍ未満であることが好ましく、０．３ｍ以下がより好ましい。第２の実施形態においては、０．５ｍ未満であることが好ましく、０．４ｍ以下がより好ましい。打点間距離が過大であると、十分な大きさのナゲットを形成することができないので好ましくない。

以下、本発明の実施例について説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
被溶接物として、板厚が０．８ｍｍの黒色溶融亜鉛めっき鋼板を使用した。当該めっき鋼板は、質量％でＺｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ組成のめっき層を有する両面めっき鋼板であり、寸法が長さ１００ｍｍ×幅３０ｍｍ、めっき付着量が６０〜８０ｇ／ｍ^２であった。当該めっき鋼板のめっき層は、その表面側部分が絶縁性を示し、内側部分が導電性を有する。

研磨紙（番手１０００）を用いて当該めっき鋼板の片面を研削し、絶縁性被膜の一部が除去された損傷部を形成した。得られた損傷部の大きさは、直径が２０ｍｍ程度であった。研削された２枚の当該めっき鋼板を、それぞれの損傷部がほぼ対向するように重ね合わせた後、治具で固定して試験用の組立体を作製した。当該組立体を、以下、「試験体」という。また、本明細書では、第１の溶接工程の第１打点で行われた溶接を「１点目」といい、第２の溶接工程の第２打点で行われた溶接を「２点目」という。

図２に示すように試験体を一対の溶接電極３１で挟持し、エア加圧式単相交流式スポット溶接機（交流周波数６０Ｈｚ）を用いて、スポット溶接により１点目の抵抗溶接を行った。溶接電極３１は、試験体内部の第１損傷部１１にほぼ対向する位置に配した。第１損傷部１１の対向箇所では母材２同士が接触しているので、抵抗溶接の通電経路が確保された。１点目のスポット溶接により、第１損傷部１１を含む領域を通電加熱し、先行溶接部１２が形成された。先行溶接部を、以下、「１点目の溶接部」ということもある。

１点目の溶接部を形成するスポット溶接は、初期加圧時間を３０ｃｙｃｌｅ、通電時間を１２ｃｙｃｌｅ、保持時間を１ｃｙｃｌｅ、加圧力を１．５ｋＮ、冷却水量を３Ｌ／ｍｉｎで行った。溶接装置の通電制御は、定電流制御で行い、設定電流値を４．０〜１０．０ｋＡの範囲で選定した。溶接電極は、クロム銅製の６ＤＲ形（ドームラジアス形 ＪＩＳ Ｃ９３０４）電極を用いた。なお、初期加圧時間及び通電時間は、そのｃｙｃｌｅ値を周波数の６０Ｈｚで除した時間に相当する。例えば、１２ｃｙｃｌｅは、０．２ｓ（＝１２／６０）に相当する。

１点目のスポット溶接を行った後、溶接電極を移動させ、１点目の近傍において２点目のスポット溶接を行った。２点目の溶接条件は、打点間距離及び設定電流値を変えたことを除いて、１点目のスポット溶接と同じ条件とした。

１点目及び２点目の各溶接部について溶接性を評価した。溶接電極の接した箇所を通るように試験体の幅方向に沿って切断し、溶接部（ナゲット）の断面を得た。当該断面をマイクロスコープで観察した画像を用いて、溶接部の断面観察を行い、ナゲット径を測定した。この測定値に基づいて溶接性を評価した。なお、ナゲット径は、接合界面に沿った最大長さの直径である。

板厚ｔの鋼板における溶接部の大きさ（ナゲット径）として、４√ｔを基準とすることが一般的である。本実施例のめっき鋼板は、板厚が０．８ｍｍであるから、４√ｔが３．５８ｍｍに相当する。本実施例では、溶接部の評価基準として、ナゲット径が３．５８ｍｍを超えている場合を、溶接性が良好であると判定した。ナゲット径が３．５８ｍｍ以下である場合や接合されていない場合は、溶接性が不適であると判定した。

さらに、溶接後の溶接電極の周囲におけるチリの発生状況を目視で確認した。チリを目視で確認できた場合は、試験体の外観を損なうことから、溶接後にチリを除去する補修作業が必要となる。そのため、溶接性が不適であると判定した。

溶接性の評価結果を表１に示す。表１における「〇」は、溶接性が良好である場合を示し、「×」は、溶接性が不適である場合を示す。「△」は、溶接時にチリが発生して溶接性が不適である場合を示す。２点目の欄は、１点目からの打点間距離（ｍ）に位置する２点目の溶接性を示す。

表１に示すように、１点目の溶接部は、設定電流値を５．５ｋＡ〜８．５ｋＡで溶接した場合、溶接性が良好であった。２点目の溶接部は、１点目の溶接部からの打点間距離が０．２ｍ未満であるときは、設定電流値を５．５ｋＡ〜８．５ｋＡで溶接した場合に溶接性が良好であった。打点間距離が０．２ｍであるときは、設定電流値を６．５ｋＡ〜８．５ｋＡで溶接した場合に、打点間距離が０．３ｍであるときは、設定電流値を７．０ｋＡ〜８．０ｋＡで溶接した場合に、また、打点間距離が０．４ｍであるときは、設定電流値を７．０ｋＡ〜７．５ｋＡで溶接した場合に．それぞれ溶接性が良好であった。このように、２点目の溶接部が１点目の溶接部から離れるほど、適正な設定電流値の下限値が上昇し、上限値が下降することを確認できた。

また、設定電流値が９．０ｋＡ以上であるときは、打点間距離の大きさによらず、いずれもチリが発生した。

＜実施例２＞
１点目と２点目とを異なる設定電流値によりスポット溶接を行い、溶接性を評価した。設定電流値を変更した以外は、実施例１と同様の手順で行った。その結果を表２に示す。

表２に示すように、２点目の設定電流値が１点目の設定電流値と異なる場合であっても、実施例１に示された適正な溶接条件と同様の範囲で、２点目の良好な溶接性が得られた。

＜実施例３＞
２点目のスポット溶接を継続して抵抗溶接が可能であるのかを検討するため、２点目の溶接を２個以上で行い、それらの溶接性を評価した。スポット溶接条件は、設定電流値を８．５ｋＡとした実施例１と同様の条件を用いた。２点目の間隔として、１点目から０．５ｍまでの水平距離内で０．１ｍの間隔と０．２ｍの間隔とを選定した。そのため、測定数は、０．１ｍ間隔の場合、２点目の打点数は、５つであった。０．２ｍ間隔の場合、２点目の打点数は、２つであった。

測定結果によると、２点目は、いずれの打点においても溶接性が良好であった。実施例１の０．１ｍ、０．２ｍの各距離における結果と同様であった。０．１ｍ間隔及び０．２ｍ間隔により２点目の溶接を連続的に継続しても、適正な溶接部が得られることを確認することができた。

＜実施例４＞
本実施例は、本発明に係る第１の実施形態による通電条件を用いて実施したものである。溶接条件は、初期加圧時間を３５ｃｙｃｌｅとしたことを除いて、実施例１と同様の条件で行った。なお、設定電流値を８．０ｋＡとした。

打点間距離として、０．１ｍ、０．２ｍ、０．３ｍ、０．４ｍを選定して２点目を溶接し、溶接性を測定した。その結果は、実施例１と同様に、０．１ｍ〜０．３ｍでは、溶接性が良好であった。他方、０．４ｍではチリが発生した。

本実施例は、１点目と２点目の各溶接過程で印加される電流値を測定した。図７に、通電時間（ｃｙｃｌｅ）に対する電流値（ｋＡ）の変化を示す。図７に示すように、１点目の電流値は、通電時間の経過とともに上昇し、ほぼ設定電流値をレベルで維持された。

それに対し、２点目の電流値は、第２の溶接工程の第２段階において、通電時間の経過にしたがい、電流が急増して設定電流値を超えた。その後、設定電流値のレベルまで低下して維持された。図７に示すように、打点間距離が長くなるにしたがい、設定電流値を超える電流値の増分が大きくなる傾向にあった。打点間距離が０．４ｍ未満であるときは、電流の増加は、それほど大きくなかったので、チリの発生を招くことはなかった。

打点間距離が０．４ｍであるときは、図７に示すように、電流増加が過大電流の領域に到達したため、チリが発生したと推測される。そこで、打点間距離Ｌが０．４ｍの場合であってもチリの発生しない溶接条件を検討するため、次の実施例５を行った。

＜実施例５＞
本実施例は、本発明に係る第２の実施形態による通電条件を用いて実施したものである。２点目の溶接における通電時間のうち、前半の設定電流値を後半の設定電流値よりも低くレベルに設定した。具体的には、通電時間１５ｃｙｃｌｅのうち、前半の通電区間Ｔ１を３ｃｙｃｌｅ、その設定電流値Ｓ１を４．０ｋＡとした。後半の通電区間Ｔ２を１２ｃｙｃｌｅ、その設定電流値Ｓ２を８．０ｋＡとした。それ以外の溶接条件は、実施例４と同じ条件を用いた。２点目の打点間距離は、０．４ｍとした。

２点目の溶接性を測定した結果は、良好なナゲットが形成され、チリの発生も認められなかった。図８に通電時間（ｃｙｃｌｅ）に対する電流値（ｋＡ）の変化を示す。１点目の電流２１の変化は、実施例４と同様である。２点目の電流２２の変化によると、通電区間Ｔ１においては、設定電流値２３を超えて電流が増加しても、電流の増分が大きくなかったので、通電区間Ｔ２においては、電流の増加が設定電流値を大きく超えずに、設定電流値のレベルに維持された。２点目の打点間距離が０．４ｍであっても、このように通電区間を２つに分けて、前半の通電区間に低い設定電流値を設定することにより、チリの発生を起こすような過大電流の発生を抑制できることを確認することができた。

１ 被溶接物
２ 母材
３ 絶縁性被膜
４ 組立体
５ 両面めっき鋼板
６ 片面めっき鋼板
１０ 被膜消失部
１１ 第１損傷部
１２ 第１溶接部
１３ 局所的導通部
１４ バイパス通電経路
１５ 第２損傷部
１６ 第２溶接部
１７ 第２通電経路
１８ 被膜消失部
２１ １点目の電流
２２ ２点目の電流
２３ 設定電流値
２４ 電流
２５ 電圧
２６ 第１段階及び第２段階の区間
２７ 第３段階の区間
３１ 溶接電極（１点目）
３２ 溶接電極（２点目）
３３ 研削された第１損傷部
３４ 突起部
３５ 打抜き手段
３６ 打ち抜かれた端部
３７ 打撃
３８ バーナー
３９ 燃焼炎

Claims (7)

1. 絶縁性被膜を有する２個の被溶接物を重ね合わせた組立体の抵抗溶接方法であって、
   前記組立体の内部に位置する前記絶縁性被膜において第１損傷部を形成する前処理工程と、
   前記第１損傷部において抵抗溶接により第１溶接部を形成する第１の溶接工程と、
   前記第１溶接部の近傍において抵抗溶接により第２溶接部を形成する第２の溶接工程と、を含む、抵抗溶接方法。
2. 前記前処理工程は、機械的手段または加熱手段により前記絶縁性被膜に損傷を与えて前記第１損傷部を形成する、請求項１に記載の抵抗溶接方法。
3. 前記第２溶接部は、１箇所または２箇所以上で形成する、請求項１または２に記載の抵抗溶接方法。
4. 前記第２の溶接工程は、設定電流値を一定に設定して溶接する、請求項１〜３のいずれかに記載の抵抗溶接方法。
5. 前記第２の溶接工程は、通電時間を２つの通電区間に分けて、各通電区間で異なる設定電流値を設定して溶接する、請求項１〜３のいずれかに記載の抵抗溶接方法。
6. 前記絶縁性被膜は、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）の少なくとも１種を含む酸化被膜である、請求項１〜５のいずれかに記載の抵抗溶接方法。
7. 前記被溶接物は、Ａｌ：１．０〜２２．０質量％、Ｍｇ：１．３〜１０．０質量％を含み、かつＺｎ_２Ｍｇ相がめっき層中に分布した溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板である、請求項１〜６のいずれかに記載の抵抗溶接方法。

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