JP2575577B2

JP2575577B2 - アルミニウム合金のスポット溶接方法

Info

Publication number: JP2575577B2
Application number: JP4359723A
Authority: JP
Inventors: 圭三難波; 啓路佐野; 正樹熊谷; 興一前田
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1997-01-29
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: US5391854A; DE4344714A1; JPH06210461A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、アルミニウム合金のスポット溶
接方法に係り、特にアルミニウム合金のスポット溶接に
際して、その連続溶接回数を有利に向上させるための技
術に関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来から、アルミニウム合金材料の抵抗溶
接手法の一つとして、接合すべきアルミニウム合金板を
重ね合わせ、そしてその重ね合わせ部の両側から二つの
電極を対向させて挟圧せしめ、通電することにより、そ
のような二つの電極に挟まれた板の中央部を通電による
抵抗熱で溶融せしめ、ナゲットを形成して、接合するス
ポット溶接法が採用されており、またそのための基準と
して、ＪＩＳ−Ｚ−３２３４やＩＳＯ５１８２等が設け
られている。そして、そのような基準においては、用い
られるスポット溶接用電極が機械的性質や導電率等の点
から規定され、Ｃｕ−Ｃｒ合金やＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金
等の材質のものが用いられている。

【０００３】しかしながら、そのような、従来から公知
の電極を用いて、アルミニウム合金のスポット溶接を連
続的に実施した場合において、その溶接回数が未だ少な
い間に電極の先端が損耗してしまい、そのためにスポッ
ト溶接部の強度が低下するという問題を内在していた。
即ち、従来の電極を用いた場合において、電極寿命が短
く、連続スポット溶接回数が少なくなるという問題を内
在するものであったのである。

【０００４】また、アルミニウム合金板が自動車ボデー
パネル等に使用される時には、かかるアルミニウム合金
板は、プレス成形された後、スポット溶接されるという
プロセスが採用されることとなるが、その際、アルミニ
ウム合金板にはプレス成形時での成形用潤滑油等の油が
付着したまま、次のスポット溶接の工程へ移行せしめら
れる場合が多く、そのような場合にあっては、特に電極
寿命が短く、連続スポット溶接回数が少なくなる問題は
顕著であった。

【０００５】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その課題とするところ
は、アルミニウム合金のスポット溶接に際して、電極の
損耗を抑制し、以て電極寿命の向上を図ると共に、溶接
回数の増加に伴う溶接部の強度低下を抑制乃至は阻止し
て、連続スポット溶接回数の増加を有効に図り得る技術
を提供することにある。

【０００６】

【解決手段】そして、本発明は、そのような課題を解決
するために、電気伝導度が１８〜５７％ＩＡＣＳ、硬さ
がビッカース硬さで２６〜２００のアルミニウム合金を
スポット溶接するに際して、スポット溶接用電極とし
て、９２％ＩＡＣＳ以上の電気伝導度及び５０〜１３０
のビッカース硬さを有し、且つ溶接せしめられる前記ア
ルミニウム合金との間の電気伝導度の差及びビッカース
硬さの差がそれぞれ４１〜８７％ＩＡＣＳ及び９９以下
である電極を用いることを、その特徴とするものであ
る。

【０００７】なお、かかる本発明におけるアルミニウム
合金や電極の電気伝導度は、何れも、２０℃におけるＩ
ＡＣＳ（International Anneald Copper Standard ）値
で示され、具体的には焼鈍した軟銅の固有抵抗が１．７
２４１μΩｃｍである時、それを標準として、１００％
ＩＡＣＳと定め、そしてそれと比較して百分率で表示さ
れるものであり、またアルミニウム合金及び電極の硬さ
についても、２０℃において、通常のビッカース硬さ試
験機を用いて荷重：５kgにて測定して得られたものであ
る。

【０００８】

【構成の具体的説明】ところで、かかる本発明におい
て、スポット溶接せしめられるアルミニウム合金（母
材）は、通常、板材として供給されるものであって、そ
のようなアルミニウム合金は、所定の合金元素が添加、
含有せしめられてなるものである。また、そのようなア
ルミニウム合金は、一般に８０重量％以上、好ましくは
８３重量％以上、９９重量％未満のＡｌ含有量のもので
あって、例えばＡｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｓ
ｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ
系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系、
Ａｌ−Ｌｉ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｌｉ系等の合金を挙げるこ
とが出来る。そして、本発明では、そのようなアルミニ
ウム合金の電気伝導度が１８％〜５７％ＩＡＣＳ、好ま
しくは２３〜５７％ＩＡＣＳ、硬さがビッカース硬さで
２６〜２００、好ましくは４０〜１４０であるものが、
溶接対象とされるのであるが、そのようなアルミニウム
合金における電気伝導度や硬さは、その製造時における
合金元素の選択や、その添加量、更には熱処理条件や加
工条件等を調整することによって、容易に実現され得る
ものであり、またそのようなアルミニウム合金には、成
形用潤滑油等の油が塗布されたままのものであっても、
何等差し支えない。

【０００９】また、本発明において、上記したアルミニ
ウム合金をスポット溶接するには、先ず、スポット溶接
用電極は、少なくとも９２％ＩＡＣＳ以上、好ましくは
９５％ＩＡＣＳ以上の電気伝導度と、５０〜１３０、好
ましくは５０〜１２５のビッカース硬さを有する電極で
ある必要がある。なお、そのような電極の電気伝導度が
９２％ＩＡＣＳ未満の場合には、電極の電気伝導度（及
び熱伝導度）が低い為に、電極と母材との界面での発熱
を防止したり、発熱した熱を電極側に伝導して、その界
面での温度上昇を防止したりする等の電極機能の低下が
惹起され、そしてそれらが複合して、電極の損耗が促進
され、溶接部に融合不良が生じて、溶接不良となり、連
続スポット溶接回数を減少せしめる等の問題を生じる。
また、電極がビッカース硬さで５０未満の硬さとなる
と、電極が軟らか過ぎて、スポット溶接時に変形し易
く、スポット溶接の初期において、換言すれば連続スポ
ット溶接回数の少ないところで、電極径の拡大が生じ易
く、このため溶接電流の密度低下となって、ナゲット形
成不良が惹起され、溶接不良となる問題がある。更に、
電極の硬さがビッカース硬さで１３０を超えるようにな
ると、電極が硬過ぎて、スポット溶接時に溶接部に深さ
の深い圧痕を生じ易く、外観的に悪い、且つ強度の低い
溶接部を生じる問題があり、更に溶融金属（ナゲット）
と、電極先端或いは電極と母材の界面とが接近するため
に、電極の温度上昇が大きくなり、そしてそのために電
極の損耗が促進され、連続スポット溶接回数の少ないと
ころで、溶接部に融合不良が生じて、溶接不良となる問
題がある。

【００１０】なお、そのような電極を与える材質として
は、具体的には、純Ａｇや純Ｃｕ（タフピッチ銅、無酸
素銅）と共に、ＣｕにＡｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、
Ｈｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐ
ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、
Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ等を一種以上微量添加したもの等を挙
げることが出来、その中でも、純Ｃｕや、ＣｕにＡｕ、
Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等を微量添加したものが有利に用
いられる。そして、そのような添加元素の選択やその添
加量、更には電極製造時の冷間加工等の加工条件を調整
することによって、目的とする電気伝導度及び硬さの電
極とされるのである。

【００１１】そして、本発明にあっては、かくの如き電
極の中から、溶接せしめるべきアルミニウム合金（母
材）との関係において、所定の電気伝導度差及びビッカ
ース硬さの差を有する電極が選択されて、かかる母材の
スポット溶接に用いられるのである。即ち、本発明にお
いて、前記した母材との間の電気伝導度の差及びビッカ
ース硬さの差がそれぞれ４１〜８７％ＩＡＣＳ及び９９
以下、好ましくは４１〜８５％ＩＡＣＳ及び８０以下で
ある特性を有する電極を用いて、母材のスポット溶接が
実施されるのである。

【００１２】これに対して、用いる電極の電気伝導度と
溶接せしめられる母材の電気伝導度との差が４１％ＩＡ
ＣＳ未満となる場合にあっては、母材の電気伝導度（及
び熱伝導度）が相対的に高くなり過ぎるために、溶接部
に所定寸法のナゲットを形成させるには、相対的に高い
溶接電流値が必要となり、また電極の電気伝導度（及び
熱伝導度）が相対的に低くなるために、電極と母材との
界面での発熱を防止したり、発熱した熱を電極側に伝導
して、その界面での温度上昇を防止したりする等の電極
機能の低下が惹起される等の問題があり、そしてそれら
が複合して、電極の損耗が促進され、連続スポット溶接
回数の少ないところで、溶接部に融合不良が生じて、溶
接不良となる問題を惹起する。一方、そのような電極と
母材との電気伝導度の差が８７％を超えるようになる
と、電極の電気伝導度（及び熱伝導度）が相対的に高く
なるところから、電極と母材との界面での熱が電極側に
速く伝導され過ぎ、そのために、溶接部に所定寸法のナ
ゲットを形成させるには相対的に高い溶接電流値が必要
となるのであり、そしてそれによって、電極の消耗が促
進され、連続スポット溶接回数の少ないところで、溶接
部に融合不良が生じて、溶接不良の問題を惹起するので
ある。

【００１３】また、電極と母材との硬さの関係におい
て、それらのビッカース硬さの差が９９を超えるように
なると、次のような問題が惹起されるようになる。例え
ば、電極よりも母材の硬さが硬くて、その差が９９を超
える場合にあっては、電極が相対的に軟らかくなり過
ぎ、そのためにスポット溶接時に変形し易く、連続スポ
ット溶接回数の少ないところで、電極径の拡大が惹起さ
れ易いのであり、そしてそれによって溶接電流密度が低
下して、ナゲットの形成不良が惹起され、溶接不良の問
題を発生する。また、母材よりも電極の硬さが硬くて、
その差が９９を超えるようになると、電極が相対的に硬
くなり過ぎることとなるところから、スポット溶接時に
溶接部に深さの深い圧痕を生じ易く、そのために外観的
に悪く、且つ強度も低い溶接部を生じることに加えて、
溶融金属（ナゲット）と電極先端或いは電極と母材の界
面とが接近するところから、電極の温度上昇が大きくな
り、電極の損耗が促進され、以て連続スポット溶接回数
の少ないところで、溶接部に融合不良が惹起されて、溶
接不良の問題が発生するようになる。

【００１４】なお、このような溶接されるべきアルミニ
ウム合金（母材）に対して特定の電気伝導度差及びビッ
カース硬さの差を有する電極を用いて、スポット溶接す
るに際しては、通常のスポット溶接条件が採用され、目
的とするアルミニウム合金（母材）の接合が行なわれる
こととなるのであるが、その際、本発明では、母材に対
して特定の関係を有するスポット溶接用電極が用いられ
ているところから、かかる電極損耗の進行を抑制し、溶
接回数の増加に伴う溶接部の強度低下を少なくして、連
続スポット溶接回数の著しい増加を効果的に達成し得る
のである。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本
発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明
が、そのような実施例の記載によって何等の制約をも受
けるものでないことは、言うまでもないところである。
また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修
正、改良等を加え得ることが理解されるべきである。

【００１６】実施例１溶接されるべき母材として、各種の材質Ａ〜Ｆよりな
る、下記表１に示される電気伝導度及びビッカース硬さ
を有する板厚：１mmのアルミニウム合金板を、準備し
た。なお、そのようなアルミニウム合金板の表面には、
通常のプレス成形用潤滑油が２００ｍｇ／ｍ² の割合に
おいて塗油されている。また、スポット溶接用電極とし
て、各種材質ａ〜ｇからなり、且つ下記表１に示される
各種の電気伝導度及びビッカース硬さを有する電極を準
備し、下記表１に示される如き組合せとした。

【００１７】

【表１】

【００１８】母材材質Ａ：Ａｌ−４．７重量％Ｍｇ−０．８重量％Ｌｉ、焼鈍
材Ｂ：Ａ７０７５合金、Ｔ６材Ｃ：Ａｌ−０．３重量％Ｃｕ、加工硬化材Ｄ：Ａｌ−０．３重量％Ｃｕ、焼鈍材Ｅ：Ａｌ−４．７重量％−１．０重量％Ｌｉ、焼鈍材Ｆ：Ａ７０７５合金、Ｔ４材電極材質ａ：Ｃｕ−Ａｇ、加工硬化材ｂ：Ａｇ、加工硬化材ｃ：Ｃｕ−Ｐ、加工硬化材ｄ：Ａｇ、焼鈍材ｅ：Ｃｕ−Ｎｉ、加工硬化材ｆ：Ｃｕ−Ｓｎ、加工硬化材ｇ：Ｃｕ−Ａｇ、加工硬化材

【００１９】そして、かかる表１に示される母材と電極
との組合せにおいて、定置式単相交流スポット溶接機を
用いて、スポット溶接を行なった。なお、電極形状は、
公知のＣＲ型形状とし、直径：６mmの先端面に曲率半
径：４０mmの湾曲面を形成してなる構造の電極とした。
また、溶接条件としては、原則として、溶接電流：２５
０００Ａ、加圧力：２７０Ｋｇ、溶接時間０．１秒を採
用したが、スポット溶接部のナゲット径が５mm程度とな
るように、母材や電極の種類に応じて、主としてスポッ
ト溶接電流を調節した。

【００２０】また、表１に示される母材と電極との組合
せにおけるスポット溶接操作の評価は、次のようにして
行なった。即ち、先ず、１点／２秒の溶接間隔で連続的
にスポット溶接し、２０点毎に引張剪断荷重試験用のス
ポット溶接継手を採取して、それぞれの引張剪断荷重を
測定した。そして、その荷重が、各母材の引張強さ（Ｋ
ｇｆ／mm² ）×６．２Ｋｇｆ／点未満となった溶接回数
を、連続溶接回数の限界値として定義し、これを以て、
連続溶接性を評価した。また、同時に、溶接部の外観を
観察し、その窪みの深さによって、外観状態を判定し
た。そして、これらを総合して、溶接性を評価し、その
結果を、下記表２に示した。なお、下記表２における連
続溶接性の評価においては、連続溶接回数が４０００回
以上のものを◎、３１００回以上〜４０００回未満のも
のを○、５００〜１１００回のものを×とした。また、
溶接部外観に関しては、片側の凹みが０．０５mm未満の
ものを◎、０．０５〜０．１mmのものを○、片側の凹み
が０．２mm以上となったものを×として、評価した。更
に、総合評価において、◎は優、○は良、×は不良を示
す。

【００２１】

【表２】

【００２２】かかる表２の結果から明らかなように、本
発明に従って、９２％ＩＡＣＳ以上の電気伝導度及び５
０〜１３０のビッカース硬さを有すると共に、母材との
間の電気伝導度差及びビッカース硬さの差がそれぞれ４
１〜８７％ＩＡＣＳ及び９９以下である電極を用いるこ
とより、連続溶接性に優れ、また溶接部の外観にも優れ
た溶接製品を得ることが出来るのである。これに対し
て、電極の電気伝導度が小さ過ぎたり、その硬さがビッ
カース硬さで５０未満或いは１３０超となったりする
と、連続溶接性が極めて低下するようになるのであり、
また電極の硬さが余りにも硬くなり過ぎると、溶接部の
外観も著しく悪化するのである。更に、電極の母材との
間の電気伝導度差やビッカース硬さの差が、本発明にて
規定する範囲外となった場合にあっても、連続溶接性は
著しく低下し、溶接部の外観悪化と共に、融合不良の発
生等の問題を内在するものであった。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に従って、所定のアルミニウム合金をスポット溶接する
に際して、９２％ＩＡＣＳ以上の電気伝導度及び５０〜
１３０のビッカース硬さを有すると共に、溶接されるべ
きアルミニウム合金との間の電気伝導度の差及びビッカ
ース硬さの差がそれぞれ４１〜８７％ＩＡＣＳ及び９９
以下である電極を用いるようにしたことにより、電極の
損耗の進行を効果的に少なく為し得て、溶接回数の増加
に伴う溶接部の強度低下を抑制し、これにより連続スポ
ット溶接回数を著しく増加せしめ、また、電極寿命を著
しく長く為し得る等の優れた効果を奏し得るのである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前田興一東京都港区新橋五丁目11番３号住友軽金属工業株式会社内 (56)参考文献特開平１−258875（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電気伝導度が１８〜５７％ＩＡＣＳ、硬
さがビッカース硬さで２６〜２００のアルミニウム合金
をスポット溶接するに際して、スポット溶接用電極として、９２％ＩＡＣＳ以上の電気
伝導度及び５０〜１３０のビッカース硬さを有し、且つ
溶接せしめられる前記アルミニウム合金との間の電気伝
導度の差及びビッカース硬さの差がそれぞれ４１〜８７
％ＩＡＣＳ及び９９以下である電極を用いることを特徴
とするアルミニウム合金のスポット溶接方法。