JP3712918B2 - スポット溶接方法およびスポット溶接装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スポット溶接部を加圧しながら通電する機能を有するスポット溶接装置を用いてスポット溶接を行なうスポット溶接方法、およびそのスポット溶接方法の実施に用いるスポット溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、たとえば自動車のボディなどに高張力鋼板が多用される傾向にあり、スポット溶接による溶接部の疲労強度の低下が顕在化している。この原因として、スポット溶接により溶接部近傍に引張残留応力が発生することが考えられる。
【０００３】
スポット溶接による溶接部の疲労強度の低下を防止するために、従来、スポット溶接後に、プレス機を用いて溶接部近傍をプレスすることにより、引張残留応力を圧縮残留応力に変換する方法が提案されている。
【０００４】
一方、別の方法として、スポット溶接による溶接部の疲労強度の低下を防止するために、スポット溶接後に、スポット溶接部に溶接時よりも小さな電流を通電することによりスポット溶接部を焼ならしする方法が提案されている（特開昭６２−５７７８２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プレスを行なう上記方法では、スポット溶接装置とは別にプレス機を用いるので、そのプレス機によるプレス加工工程を生産ラインに組み込む必要があり、プレス機の設置スペースを確保しなければならず、しかも生産性が低下するという課題があった。
【０００６】
また、焼ならしを行なう上記方法では、焼ならしのための温度管理が困難であり、スポット溶接の現場で適切な焼ならしが行なわれることは期待できないという課題があった。
【０００７】
【発明の開示】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、プレス機などの特別な装置を用いることなく、スポット溶接装置を用いるだけで容易かつ良好にスポット溶接による溶接部の疲労強度の低下を防止できるスポット溶接方法、およびそれに用いるスポット溶接装置を提供することを、その課題とする。
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本発明の第１の側面によれば、スポット溶接部を加圧する機能と、スポット溶接部に通電する機能とを有するスポット溶接装置を用いてスポット溶接を行なうスポット溶接方法であって、スポット溶接装置により、スポット溶接部を加圧した状態で通電しスポット溶接部にナゲットを形成する第１工程と、第１工程の後、スポット溶接部を非加圧かつ非通電の状態にして温度を低下させることによりナゲットに引張残留応力を発生させる第２工程と、第２工程の後、スポット溶接装置により、少なくともナゲットを含むスポット溶接部を通電せずに加圧する第３工程とを含むことを特徴とする、スポット溶接方法が提供される。
【００１０】
本発明の第２の側面によれば、スポット溶接部に当接する電極部を有し、電極部によりスポット溶接部を加圧しながら通電することによりナゲットを形成するための第１ガン部と、スポット溶接部に当接する加圧部を有し、加圧部により少なくともナゲットを含むスポット溶接部を第１ガン部による加圧力よりも大きな力で加圧する第２ガン部とを備えたことを特徴とする、スポット溶接装置が提供される。
【００１１】
本発明によれば、スポット溶接装置を用いてスポット溶接を行なった後、そのスポット溶接装置を用いてスポット溶接部を加圧するので、プレス機などの特別な装置を用いることなく、スポット溶接装置を用いるだけで容易かつ良好にスポット溶接による溶接部の疲労強度の低下を防止できる。
【００１２】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係るスポット溶接方法に用いられるスポット溶接装置の要部の概略側面図であって、このスポット溶接装置１は、ベース２と、シリンダ装置３と、可動杆４とを備えている。
【００１５】
ベース２は、ほぼ矩形の基部５と、この基部５の一側縁部から上向きに延びる起立部６と、この起立部６のほぼ中央部から基部５と平行にかつ反対方向に延びる固定杆部７と、基部５の他側縁部から上向きに延びるブラケット部８とを有している。
【００１６】
シリンダ装置３は、加圧力を少なくとも２段階に可変でき、ピン１２を介してベース２のブラケット部８に相対回動自在に連結されている。シリンダ装置３のピストンロッド１３は、先端部にブラケット１４が取り付けられており、このブラケット１４は、ピン１５を介して可動杆４の一端部に相対回動自在に連結されている。
【００１７】
可動杆４の長さ方向中央よりも一端側の所定箇所は、ピン１６を介してベース２の起立部６の先端部に回動可能に連結されている。可動杆４の他端部には、固定杆部７との対向面に半球状の電極１７が取り付けられている。
【００１８】
ベース２の固定杆部７の先端部には、可動杆４との対向面に半球状の電極１８が取り付けられている。
【００１９】
シリンダ装置３のピストンロッド１３を伸展させると、可動杆４がピン１６を中心として回動し、電極１７が電極１８に近接する。したがって、電極１７と電極１８との間にスポット溶接すべき複数枚の金属板を位置させておけば、金属板が電極１７と電極１８とによって挟み込まれ、加圧状態でスポット溶接される。
【００２０】
図示していないが、スポット溶接装置１には、スポット溶接のための通電電流を制御する通電制御装置や、シリンダ装置３の動作および加圧力を制御する流体制御装置などが設けられている。
【００２１】
次に、本発明に係るスポット溶接方法の手順を説明する。
【００２２】
図２は、本発明に係るスポット溶接方法の手順を説明するフローチャートであって、本発明に係るスポット溶接方法は、スポット溶接装置１を用いて、スポット溶接部を加圧状態で通電し（Ｓ１）、次にスポット溶接部を非加圧かつ非通電状態にして溶融部すなわちナゲットを固化させ（Ｓ２）、次にスポット溶接部を加圧かつ非通電状態にしてナゲットの引張残留応力を圧縮残留応力に変化させる（Ｓ３）。
【００２３】
すなわち、上記のスポット溶接装置１を用いて、たとえば図３に示すような２枚の金属板２１，２２をスポット溶接する場合、先ず金属板２１，２２を重ね合わせ、スポット溶接する位置と電極１８とを位置合わせする。そして、シリンダ装置３のピストンロッド１３を伸展させる。これにより、ピン１６を中心として可動杆４が回動し、金属板２１，２２が電極１８と電極１７とによって挟み込まれる。シリンダ装置３により電極１７，１８を介して金属板２１，２２に所定の加圧力を付与した状態で、電極１７，１８を介して金属板２１，２２のスポット溶接部２３に通電する。このときの加圧力は、たとえば３．５ｋＮである。この加圧力は、通電時に必要な最小限の力以上であればよく、各種設計条件に応じて適宜決定すればよい。
【００２４】
この後、スポット溶接部２３への通電を停止し、シリンダ装置３による金属板２１，２２への加圧力を解除する。
【００２５】
金属板２１，２２のスポット溶接部２３の温度が低下し、スポット溶接によるナゲット２４が固化した状態では、ナゲット２４の収縮により、ナゲット２４と、その外側の領域とで、図３に矢印で示すようにバランスした応力状態となる。すなわち、ナゲット２４に引張残留応力が作用する。
【００２６】
ナゲット２４が固化した後、シリンダ装置３により電極１７，１８を介して金属板２１，２２のスポット溶接部２３に加圧力を付与する。このとき、電極１７，１８を介しての通電は行なわない。この加圧は、シリンダ装置３の加圧力可変機能を利用して、通電時よりも十分に大きな力で行なう。たとえば、通電時の１０倍程度の、２５〜３５ｋＮ程度の加圧力に設定する。もちろん、この加圧力は、ナゲット２４の引張応力を圧縮応力に変換可能な最小の力以上であればよく、電極１７，１８やスポット溶接部２３の強度を考慮しつつ適切に決定すればよい。
【００２７】
所定時間の加圧の後、シリンダ装置３のピストンロッド１３を縮退させ、金属板２１，２２に付与していた加圧力を解除する。加圧後のスポット溶接部２３は、図４に矢印で示すように、加圧前とは逆の応力状態となる。すなわち、ナゲット２４の引張残留応力が、加圧力により圧縮残留応力に変換される。
【００２８】
ナゲット２４の引張残留応力を圧縮残留応力に変換することにより、スポット溶接部２３の疲労強度が良好に向上する。これは、ナゲット２４に引張残留応力が作用している状態では、亀裂の進展速度を著しく促進するが、ナゲット２４に圧縮残留応力が作用している状態では、亀裂の進展速度を抑制あるいは停止させるためであると考えられる。
【００２９】
図５は、ナゲット固化後の加圧の有無による残留応力の変化を説明する説明図であって、加圧を行なわなかった場合のナゲット２４の残留応力を×印で示し、加圧を行なった場合のナゲット２４の残留応力を○印で示している。なお、残留応力の正の値は引張残留応力であり、負の値は圧縮残留応力である。実験の結果、図５から明らかなように、加圧を行なわなかった場合、ナゲット２４には５０〜１８０ＭＰａ程度の引張残留応力が作用しているが、加圧を行なった場合、ナゲット２４には引張残留応力が殆ど作用していないか、あるいは６０ＭＰａ程度の圧縮残留応力が作用していることが確認された。
【００３０】
このように、プレス機などの特別な装置を用いることなく、１つのスポット溶接装置１を用いるだけで容易かつ良好にスポット溶接による溶接部の疲労強度の低下を防止できる。したがって、プレス機などの特別な装置のための購入コストや設置スペースなどを削減でき、しかも特別な装置による加工工程が必要ないので生産性を向上させることができる。さらには、焼きならしのような温度管理の困難性という問題がなく、容易かつ確実にナゲット２４の引張残留応力を圧縮残留応力に変換できる結果、疲労強度の低下を防止できる。
【００３１】
また、本実施形態のように、電極１７，１８を半球状にすれば、金属板２１，２２を加圧するに際して大きな耐力が得られ、長期使用による電極１７，１８の損傷を極力回避できる。
【００３２】
図６は、別の実施形態におけるスポット溶接装置の要部の概略平面図であって、このスポット溶接装置３１は、通電用の第１ガン部３２と、加圧用の第２ガン部３３とを並設している。すなわち、第１ガン部３２の可動杆４ａは、シリンダ装置３ａによりピン１６ａを中心として回動させられ、可動杆４ａの先端部に取り付けられた半球状の電極１７ａと固定側の半球状の電極（図６には表れていない）との間にスポット溶接部を挟み込んで、加圧しながら通電する。第２ガン部３３の可動杆４ｂは、シリンダ装置３ｂによりピン１６ｂを中心として回動させられ、可動杆４ｂの先端部に取り付けられた半球状の加圧部１７ｂと固定側の半球状の加圧部（図６には表れていない）との間にスポット溶接部を挟み込んで、第１ガン部３２による加圧力よりも大きな力でスポット溶接部を加圧する。
【００３３】
このスポット溶接装置３１は、スポット溶接部を加圧しながら通電するための第１ガン部３２と、スポット溶接部を通電後に大きな力で加圧するための第２ガン部３３とを互いに独立に設けたものであって、その他の構成は図１に示すスポット溶接装置１と同様である。
【００３４】
このように、第１ガン部３２と第２ガン部３３とを互いに独立に設ければ、電極１７ａの材質と加圧部１７ｂの材質とを異ならせることができ、電極１７ａの材質として通電に適した抵抗率の小さい材質を選択し、加圧部１７ｂの材質として加圧に適した高強度の材質を選択できる。したがって、加圧のために電極１７ａが劣化して損傷を受けるということがなく、電極１７ａの交換頻度を低減できる。
【００３５】
なお、本発明に係るスポット溶接方法の実施に用いるスポット溶接装置は、上記スポット溶接装置１，３１のような具体的な構成に限定されるものではなく、他の各種構成のスポット溶接装置を採用可能である。
【００３６】
また、本発明に係るスポット溶接方法およびスポット溶接装置は、作業員によるスポット溶接であっても、溶接ロボットによるスポット溶接であっても、いずれにも採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスポット溶接方法に用いられるスポット溶接装置の要部の概略側面図である。
【図２】本発明に係るスポット溶接方法の手順を説明するフローチャートである。
【図３】ナゲットが固化した状態における加圧前のスポット溶接部の応力分布状態を説明する説明図である。
【図４】ナゲットが固化した状態における加圧後のスポット溶接部の応力分布状態を説明する説明図である。
【図５】ナゲット固化後の加圧の有無による残留応力の変化を説明する説明図である。
【図６】別の実施形態におけるスポット溶接装置の要部の概略平面図である。
【符号の説明】
１，３１ スポット溶接装置
２ ベース
３，３ａ，３ｂ シリンダ装置
４，４ａ，４ｂ 可動杆
５ 基部
６，６ａ，６ｂ 起立部
７ 固定杆部
８ ブラケット部
１２ ピン
１３ ピストンロッド
１４，１４ａ，１４ｂ ブラケット
１５，１５ａ，１５ｂ ピン
１６，１６ａ，１６ｂ ピン
１７，１７ａ 電極
１７ｂ 加圧部
１８ 電極
２１ 金属板
２２ 金属板
２３ スポット溶接部
２４ ナゲット
３２ 第１ガン部
３３ 第２ガン部

Claims (2)

1. スポット溶接部を加圧する機能と、前記スポット溶接部に通電する機能とを有するスポット溶接装置を用いてスポット溶接を行なうスポット溶接方法であって、
   前記スポット溶接装置により、前記スポット溶接部を加圧した状態で通電し前記スポット溶接部にナゲットを形成する第１工程と、
   前記第１工程の後、前記スポット溶接部を非加圧かつ非通電の状態にして温度を低下させることにより前記ナゲットに引張残留応力を発生させる第２工程と、
   前記第２工程の後、前記スポット溶接装置により、少なくとも前記ナゲットを含む前記スポット溶接部を通電せずに加圧する第３工程とを含むことを特徴とする、スポット溶接方法。
2. スポット溶接部に当接する電極部を有し、前記電極部により前記スポット溶接部を加圧しながら通電することによりナゲットを形成するための第１ガン部と、
   前記スポット溶接部に当接する加圧部を有し、前記加圧部により少なくとも前記ナゲットを含む前記スポット溶接部を前記第１ガン部による加圧力よりも大きな力で加圧する第２ガン部とを備えたことを特徴とする、スポット溶接装置。

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