JP3307420B2 - A1−Mg−Si系アルミニウム合金材料のスポット溶接法 - Google Patents

A1−Mg−Si系アルミニウム合金材料のスポット溶接法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、Al−Mg−Si系アルミニウ
ム合金材料のスポット溶接法の改良に係り、特にそのよ
うな合金材料の連続スポット溶接性を向上させる方法に
関するものである。
【0002】
【背景技術】Al−Mg−Si系アルミニウム合金は、
圧延後或いは押出後、溶体化処理、焼入れが実施された
後、室温時効される。そして、この室温時効の間に、プ
レスによって様々な部品の構成部材に加工された後、そ
のような構成部材はスポット溶接によって組み付けら
れ、目的とする部品や半製品とされる。更に、その後、
そのような部品や半製品は、塗装焼き付けの工程を経由
して、製品とされることとなるが、Al−Mg−Si系
アルミニウム合金は、この塗装焼き付け工程の焼き付け
温度によって時効硬化して、機械的性質が向上し、その
結果、良好な強度を有する製品を与えるのである。
【0003】ところで、上記のような部品や半製品の製
造工程においては、従来から、Al−Mg−Si系アル
ミニウム合金からなる構成部材の組み付け時のスポット
溶接において、連続スポット溶接性が低いことが問題で
あることが認められている。即ち、かかる構成部材の連
続スポット溶接を行なうと、連続溶接回数が数百点目程
度にて、電極が損耗し、形状不良のナゲットが形成した
り、ナゲット内に融合不良が発生したりして、溶接部の
強度が低下してしまい、良好な溶接部が得られなくなる
のである。そして、そのために、上記のようなAl−M
g−Si系アルミニウム合金の特性を充分に活かしきれ
なくなったり、或いはその特性を活かすには、非常に少
ない連続スポット溶接回数に限られてしまい、生産性が
極めて低い結果となって、その量産は難しい状態にあっ
た。
【0004】
【解決課題】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、Al−Mg
−Si系アルミニウム合金材料の連続スポット溶接性を
有利に向上せしめ、また電極寿命を改善すると共に、強
度の高い、安定したスポット溶接部を得ることが出来る
ようにすることにある。
【0005】
【解決手段】そして、本発明は、そのような課題解決の
ために、重量%で、Mg:0.3〜1.5%、Si:
0.4〜1.5%を含有し、更に必要に応じて、Cu:
0.01〜1.0%、Mn:0.01〜0.6%、C
r:0.01〜0.3%、Zr:0.01〜0.25
%、及びV:0.01〜0.3%のうちの1種または2
種以上を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からな
るAl−Mg−Si系アルミニウム合金材料を用い、該
アルミニウム合金材料に対して、無機酸を含む水溶液に
よる処理を施し、その表面の酸化皮膜や圧延残渣油等の
付着物を除去した後、電極凸状先端の曲率半径:20〜
450mm、電極直径:4.5√tmm以上(但し、t
はアルミニウム合金材料の板厚:mmである)の電極を
用いて、スポット溶接することを特徴とするAl−Mg
−Si系アルミニウム合金材料のスポット溶接法を、そ
の要旨とするものである。
【0006】
【具体的構成・作用】ところで、かかる本発明において
対象とするアルミニウム合金材料を構成するAl−Mg
−Si系アルミニウム合金を与える必須の成分たるMg
は、Mg2 Siを形成して高強度を得るための元素であ
って、0.3〜1.5%(重量基準、以下同じ)の割合
で含有せしめられ、その含有量が0.3%未満では、強
度が低く、塗装焼き付け時の加熱で充分な強度が得られ
ないのであり、一方1.5%を越えると、粒界析出が多
く、延性が低下して成形性が悪く、更に耐食性も悪化す
る。
【0007】また、Siは、Mgと共に、高強度を得る
ための必須の元素であって、0.4〜1.5%の割合で
含有せしめられ、その含有量が0.4%未満では、強度
が低く、塗装焼き付けによる加熱が為されても、充分な
強度が得られず、一方1.5%を越えると、Mgと同様
に、延性が低下して成形性が悪化し、更に耐食性も劣る
ようになる。
【0008】そして、本発明にあっては、かかるMg及
びSiと共に、更に必要に応じて、Cu、Mn、Cr、
Zr及びVのうちの少なくとも1種の元素が、合金成分
として含有せしめられる。これらの元素の添加により、
更に強度を増すことが出来、また結晶粒を微細化して成
形性が向上され得るが、これらの効果を充分に発揮させ
るためには、それら元素はそれぞれ少なくとも0.01
%以上添加・含有せしめる必要がある。しかし、1.0
%を越えるCuの添加は、成形性や耐食性を劣化せし
め、また0.6%を越えるMnの添加や、0.3%を越
えるCrの添加や、0.25%を越えるZrの添加は、
何れも粗大な金属間化合物を形成して、成形性を悪化せ
しめ、更に0.3%を越えるVの添加も、成形性を劣化
せしめる。
【0009】さらに、このような組成のAl−Mg−S
i系アルミニウム合金は、常法に従って、溶製、造塊さ
れ、更に圧延加工された後或いは押出加工された後、溶
体化処理、焼入れが施され、そしてその後の室温時効中
において、スポット溶接前処理として、無機酸を含む水
溶液、換言すれば無機酸又は無機酸ベースの水溶液によ
る処理が施され、それによってアルミニウム合金材料表
面の酸化皮膜や圧延残渣油等の付着物が除去せしめられ
る。なお、この前処理に用いられる無機酸としては、硫
酸、燐酸等の公知の各種の酸が適宜に選択され、かかる
前処理の目的を達成し得る濃度、処理温度、処理時間の
条件下に、浸漬等の公知の処理手法に従って、実施され
ることとなる。
【0010】なお、かかるスポット溶接前処理におい
て、Al−Mg−Si系アルミニウム合金材料に対して
適用される無機酸含有水溶液中に、ノニオン系界面活性
剤を添加しても良く、またこの無機酸含有水溶液を用い
た前処理に先立って、アルミニウム合金材料に対して、
中性溶液を用いた脱脂処理を施しても良く、更にかかる
無機酸含有水溶液による前処理の後に、アルカリ性溶液
を用いた脱脂処理を実施しても良い。
【0011】次いで、このようなスポット溶接前処理が
施されたAl−Mg−Si系アルミニウム合金材料をス
ポット溶接するに際しては、電極凸状先端の曲率半径が
20mm〜450mmであり、且つ電極直径が4.5√
tmm以上である(但し、tはスポット溶接されるべき
アルミニウム合金材料の板厚:mmである)電極先端形
状を有するスポット溶接用電極が、用いられることとな
る。
【0012】すなわち、そのようなスポット溶接用電極
は、その先端が略球面状に丸められた凸状先端を呈する
ものであって、そのような凸状先端の曲率半径が450
mmを越えるようになると、電極と母材(アルミニウム
合金材料)との接触径が大きくなり過ぎて、充分な大き
さのナゲットを溶接部に形成させるに必要な電流密度を
得るためには、かなり高い溶接電流が必要となり、電極
と母材との局部的な接触部分において電極の損耗が激し
くなり、連続溶接回数が低下するようになる。一方、そ
のような凸状先端の曲率半径が20mm未満では、電極
と母材との接触径が小さくなり過ぎて、充分な大きさの
ナゲットを溶接部に形成させることが難しくなり、溶接
部の強度が低くなる。また、充分な大きさのナゲットを
溶接部に形成させるのに必要な溶接電流(大電流)を流
すと、チリの発生が著しくなり、良好な溶接部が得られ
ず、しかも電極と母材との局部的な接触部分において電
極の損耗が激しくなり、連続溶接回数が低下する問題を
惹起する。
【0013】また、電極直径が4.5√tmm未満とな
ると、電極と母材との接触径が小さくなり過ぎて、充分
な大きさのナゲットを溶接部に形成させることが難しく
なるのであり、溶接部の強度が低くなる問題を惹起す
る。一方、充分な大きさのナゲットを溶接部に形成させ
るのに必要な溶接電流を流すと、チリの発生が著しくな
り、良好な溶接部が得られず、しかも電極と母材との局
部的な接触部分において電極の損耗が激しくなり、連続
溶接回数が低下するようになる。
【0014】そして、このようなスポット溶接によっ
て、Al−Mg−Si系アルミニウム合金材料は組み付
けられ、所定の部品や半製品となるが、そのような部品
や半製品は、更にその後、従来と同様に、塗装焼き付け
の工程を経由して製品とされる際に、その焼き付け温度
によって時効硬化し、機械的性質が向上せしめられて、
良好な強度を有する製品となるのである。
【0015】
【実施例】以下に、本発明の実施例を示し、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
良等を加え得るものであることが、理解されるべきであ
る。
【0016】先ず、下記表1に示される各種合金組成の
Al−Mg−Si系合金を、常法に従って溶製し、鋳
造、圧延した後、溶体化処理及び焼入れを行ない、室温
時効を1ヶ月間実施することにより、板厚:1mmの各
種アルミニウム合金材料を製造した。
【0017】
【表1】
【0018】次いで、この得られた各種のアルミニウム
合金材料に対して、以下のスポット溶接前処理(イ)〜
(ホ)の何れかを施した。なお、比較例として、このよ
うなスポット溶接前処理を施さない場合も採用した。
【0019】スポット溶接前処理(イ) 濃度:10%、温度:70℃の硫酸水溶液中に、処理対
象物たるアルミニウム合金材料を1.5分間浸漬した
後、水洗、乾燥を行なう。
【0020】スポット溶接前処理(ロ) 濃度:15%、温度:65℃の燐酸水溶液中に、処理対
象物たるアルミニウム合金材料を1.5分間浸漬した
後、水洗、乾燥する。
【0021】スポット溶接前処理(ハ) 市販のアルミニウム用中性洗剤(ディップソールAl#
47)3%水溶液を用いて、処理対象物たるアルミニウ
ム合金材料に60℃×2分間の予備脱脂処理を施した
後、濃度:10%、温度:70℃の硫酸水溶液中に1.
5分間浸漬せしめ、その後、水洗、乾燥する。
【0022】スポット溶接前処理(ニ) 濃度:10%の硫酸水溶液にポリオキシエチレンノニル
フェニルエーテル系界面活性剤を添加して、調製された
硫酸酸性浴に、処理対象物たるアルミニウム合金材料
を、70℃の温度で1.5分間浸漬せしめ、その後、水
洗し、乾燥する。
【0023】スポット溶接前処理(ホ) 濃度:15%、温度:60℃の硫酸水溶液中に、処理対
象物たるアルミニウム合金材料を1分間浸漬した後、水
洗し、次いで市販の珪酸ソーダ、燐酸ソーダを含むアル
カリ系脱脂剤(濃度:5%、温度:50℃)に、3分間
浸漬せしめ、水洗する。その後、濃度:10%、室温の
硝酸水溶液中に浸漬し、スマットを除去した後、水洗
し、乾燥する。
【0024】その後、このようなスポット溶接前処理の
施されたアルミニウム合金材料、或いはそのようなスポ
ット溶接前処理が施されずに、焼入れ後、室温時効のま
まのアルミニウム合金材料に対して、下記表2に示され
る如き電極形状の、スポット溶接用電極(材質:Cu−
Cr合金)を用いて、3相低周波式スポット溶接機にて
スポット溶接を行なった。なお、溶接条件は、予加圧:
900kgfで18/60秒間保持、溶接加圧:360
kgfで32/60秒間保持、溶接電流:22〜30k
A(各々の電極形状の下で5mmのナゲット直径を形成
させる電流値を選定)、通電時間:5/60秒を採用し
た。
【0025】そして、このような条件下のスポット溶接
を2秒毎の間隔で連続的に行ない、各アルミニウム合金
材料において形成された溶接部について、その引張剪断
荷重試験を実施し、その荷重がJIS−Z−3140の
A級の下限値を下回るようになった時の連続溶接回数
を、連続スポット溶接可能回数と定義して、連続スポッ
ト溶接性を評価し、その結果を、下記表2に示した。
【0026】
【表2】
【0027】上記の表1及び表2から明らかなように、
本発明に従う合金組成のアルミニウム合金材料を用い、
それに対して、本発明に従うスポット溶接前処理を施
し、更に本発明に従う電極形状のスポット溶接用電極を
用いてスポット溶接したNo.1〜6の材料にあって
は、何れも、優れた強度や成形性を保持しつつ、高い連
続スポット溶接性を示した。
【0028】これに対して、比較例としてのNo.11
〜14の材料は、スポット溶接用電極の先端曲率半径や
電極直径が、本発明の範囲外であったため、連続スポッ
ト溶接可能回数が極めて少なく、連続スポット溶接性に
おいて劣り、その中でも、No.11,No.13及び
No.14の材料にあっては、スポット溶接時のチリ発
生が大であった。また、比較例のNo.15は、スポッ
ト溶接前処理が施されておらず、焼入れ後、室温時効の
ままの材料であって、そのような材料に対して、本発明
に従うスポット溶接用電極を用いて溶接を行なっても、
連続スポット溶接可能回数は低く、連続スポット溶接性
において劣るものであった。更に、比較例のNo.16
及びNo.17の材料は、何れも、本発明の範囲外の合
金組成を採用するものであって、前者においては、材料
の強度が低過ぎ、到底実用に供し得るものではなく、ま
た後者のものにあっては、連続スポット溶接可能回数が
低く、且つ材料の延性が低過ぎ、成形性も劣るものであ
った。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
手法によれば、Al−Mg−Si系アルミニウム合金材
料の連続スポット溶接性が向上され、電極寿命を長くし
得ると共に、強度の高い、安定したスポット溶接部が得
られる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23G 1/12 C23G 1/12 // B23K 103:10 B23K 103:10 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 11/11 B23K 11/18 B23K 11/34 B23K 35/04 C22C 21/06 C23G 1/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、Mg:0.3〜1.5%、S
    i:0.4〜1.5%を含有し、更に必要に応じて、C
    u:0.01〜1.0%、Mn:0.01〜0.6%、
    Cr:0.01〜0.3%、Zr:0.01〜0.25
    %、及びV:0.01〜0.3%のうちの1種または2
    種以上を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からな
    るAl−Mg−Si系アルミニウム合金材料を用い、該
    アルミニウム合金材料に対して、無機酸を含む水溶液に
    よる浸漬処理を施し、その表面の酸化皮膜や圧延残渣油
    等の付着物を除去した後、電極凸状先端の曲率半径:2
    0〜450mm、電極直径:4.5√tmm以上(但
    し、tはアルミニウム合金材料の板厚:mmである)の
    電極を用いて、スポット溶接することを特徴とするAl
    −Mg−Si系アルミニウム合金材料のスポット溶接
    法。
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