JP4494496B2 - 抵抗溶接方法及び溶接構造体 - Google Patents

Description

本発明は、重ね合わせた２枚以上の板材と薄板材とを抵抗溶接する方法及びその溶接構造体に関し、一層詳細には、２枚以上の板材と薄板材とを確実に抵抗溶接するための抵抗溶接方法及び溶接構造体に関する。

従来から、重ね合わせた金属板を棒状の電極で挟み、強く加圧しながら短時間で大電流を通電し、前記金属板間の接触面で溶融凝固させてナゲットを形成させることにより溶接する抵抗溶接が知られている。

特許文献１には、厚板材１００上に厚板材１０２が載置され、さらに厚板材１０２上に、厚板材１００、１０２よりも板厚が小さい薄板材１０４が載置されたワーク１０６の抵抗溶接についての記載がある（図３Ａ参照）。この特許文献１に開示されている方法では、ワーク１０６を電極１０８、１１０で圧接しながら電極１０８、１１０間で図示しない電源から電流を通電すると、厚板材１００と厚板材１０２との接触面を中心としてナゲットが生成され、このナゲットが成長することにより、厚板材１００、１０２、薄板材１０４が溶接される。

また、特許文献２には、薄板材１１２、１１４間に樹脂材１１６が介装された複合部材１１８が、厚板材１２０上に載置されたワーク１２２に抵抗溶接される技術的思想が開示されている（図３Ｂ参照）。該特許文献２に開示されている方法では、薄板材１１４上に、厚板材１２０と同じ板厚の当て板１２４を載置し、電極１２６を前記当て板１２４に当接し、電極１２８を厚板材１２０の下面に当接して、電極１２６、１２８間で通電することにより、厚板材１２０、薄板材１１２、１１４が溶接される。

特開２００３−２５１４６８号公報 特開平６−２４６４６２号公報

特許文献１の溶接に通常使われる電極１０８の先端部は、内部を循環する冷却水により冷却されており、電極１０８の先端部から厚板材１００と厚板材１０２との接触面までの距離に比べると、電極１０８の先端部から厚板材１０２と薄板材１０４との接触面までの距離の方がより短いためにナゲットの成長が妨げられ、厚板材１０２と薄板材１０４との溶接が不十分になる場合がある。また、電極１０８で薄板材１０４を圧接した場合には、厚板材１０２と薄板材１０４との間には隙間がほとんど形成されないために、電極１０８から電極１１０に流れる電流が厚板材１０２と薄板材１０４との接触面を通過する場合に、電流が拡散して電流密度が低下し、ジュール熱の発生が抑えられ、厚板材１０２と薄板材１０４との溶接が不十分になる場合がある。さらに、特許文献１では、電流密度を徐々に小さくしてナゲットの成長を均一にするために電極１０８の先端部と薄板材１０４との接触面積よりも、電極１１０の先端部と厚板材１００との接触面積を大きくしている。このため、厚板材１００、１０２、薄板材１０４の板厚との関係で先端径が異なる複数の電極１０８、１１０を用意する必要が生じる。

また、特許文献２の溶接方法では、当て板１２４を用いてワーク１２２の溶接をしているが、樹脂材１１６を中心として板厚に関して上下対称にして、圧力を均一にするために、厚板材１２０と当て板１２４との板厚を同じくする必要があり、厚板材１２０の板厚に応じてその都度当て板１２４を用意しなければならず、工程上煩雑となる。

本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、重ね合わせた２枚以上の板材と薄板材間の抵抗溶接を可及的に確実に行うための抵抗溶接方法及び溶接構造体を提供することを目的とする。

本発明の抵抗溶接方法は、重ね合わせた２枚以上の板材上に前記各板材よりも板厚が小さい薄板材を載置し、一対の電極で抵抗溶接する抵抗溶接方法において、前記薄板材上に溶接補助材を載置し、一方の電極を前記溶接補助材に当接し、他方の電極を前記２枚以上の板材の最下部の板材の下面に当接し、前記一方と他方の電極で、前記２枚以上の板材と前記薄板材とを抵抗溶接することを特徴とする。

これにより、薄板材と板材との接触面における電流密度を高めてジュール熱の発生を促進し、薄板材と板材との抵抗溶接を確実に行うことができる。

この場合、前記２枚以上の板材と前記薄板材との抵抗溶接完了時に、前記溶接補助材の上面の面積を、前記一方の電極の先端部の面積以下にすることにより、前記溶接補助材を前記薄板材内に押し込むことができる。このため、薄板材と板材との抵抗溶接をさらに確実に行うことができる。

また、他の本発明の溶接構造体は、重ね合わせた２枚以上の板材と、前記各板材よりも板厚が小さい薄板材とを備え、前記板材上に載置された前記薄板材と、前記板材とが抵抗溶接された溶接構造体において、前記薄板材上に形成された凹みに溶接補助材の少なくとも一部が載置されていることを特徴とする。

前記薄板材上に形成された凹みに溶接補助材の少なくとも一部を載置することにより、薄板材と板材との接触面における電流密度を高めてジュール熱の発生を促進し、薄板材と板材との抵抗溶接を確実に行うことができる。また、薄板材の上面を平坦にして塗装品質を向上させることが可能になるとともに、美感も維持することができる。

本発明の抵抗溶接方法及び溶接構造体では、電極間の通電を、溶接補強材を介して薄板材及び２枚以上の重ね合わせた板材に対して行うことにより、薄板材の温度低下と、電流の拡散を防ぎ、薄板材と板材との接触面における電流密度を高めてジュール熱の発生を促進し、これによって薄板材と板材との抵抗溶接を確実に行うことが可能となる。また、薄板材の上面を平坦にして塗装品質を向上させることが可能になるとともに、美感も維持することができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１Ａ〜図１Ｅは、溶接構造体１０の抵抗溶接工程の説明図であり、図２Ａは、溶接構造体１０の概略斜視図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図である。

本実施形態において、溶接構造体１０を抵抗溶接する際には、まず、重ね合わせた厚板材１２、１４上に薄板材１６を載置し、さらに厚板材１４と薄板材１６との抵抗溶接を促進させる溶接補助材１８を薄板材１６の上面２０に載置する（図１Ａ参照）。

厚板材１２、１４の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、高張力鋼が好ましい。薄板材１６の板厚は、厚板材１２、１４の板厚よりも薄く、好ましくは厚板材１２、１４の板厚の半分程度である。また、薄板材１６、溶接補助材１８の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、軟鋼が好ましい。溶接補助材１８の薄板材１６上への載置方法は、板材を単に載置する場合に限定されるものではなく、例えば、フィラワイヤを用いてアーク溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接等により溶接してもよく、また、特定の材料を溶射やコールドスプレーによって固定してもよい。さらに、溶接補助材１８の上面１９の面積は、溶接補助材１８が薄板材１６に圧入される際に薄板材１６に形成される凹み２１に溶接補助材１８が引きずり込まれて縮小する場合もある。すなわち、溶接補助材１８を薄板材１６に載置したときの前記上面１９の面積は、電極（一方の電極）２２の先端部２４の面積よりも大きくても小さくてもよいが、抵抗溶接完了時の前記上面１９の面積は、前記先端部２４の面積以下になるように定められる。

次に、溶接補助材１８に電極２２の先端部２４を当接させ、薄板材１６が載置されていない側の面である厚板材１２の下面２６に電極（他方の電極）２８の先端部３０を当接させる（図１Ｂ参照）。次いで、電極２２と２８とを互いに接近する方向に押圧させるとともに、図示しない電源から電極２２、２８に電流を供給し、溶接補助材１８、薄板材１６、厚板材１４、１２の順に電極２２から電極２８の方向に電流を通電させる。

電極２２の内部には冷却水が循環しているために、この冷却水による冷却効果は、溶接補助材１８を介して薄板材１６に伝わり、先端部２４からの距離が近い接触面ほど、その温度が低下する。従って、薄板材１６の上面２０と溶接補助材１８との接触面３６、厚板材１４と薄板材１６との接触面３４、厚板材１２と厚板材１４との接触面３２との順で接触面の温度が高くなるので、接触面３２の近傍からナゲット３８の生成が始まる（図１Ｃ参照）。また、電極２２の押圧力によって、溶接補助材１８の薄板材１６への圧入も始まる。すなわち、溶接補助材１８を薄板材１６へ押し込むことができる。

さらに、電極２２、２８による押圧、電流の通電を続けると、ナゲット３８は接触面３４まで成長するとともに、溶接補助材１８の薄板材１６への圧入も進む（図１Ｄ参照）。

電極２２、２８による押圧と、電流の通電を所定時間続けると、ナゲット３８が接触面３４を超えて薄板材１６内まで成長することにより厚板材１２、１４、薄板材１６が一体化されて抵抗溶接が完了する（図１Ｅ参照）。そこで、溶接補助材１８から電極２２を離間させ、厚板材１２の下面２６から電極２８を離間させることにより溶接構造体１０が得られる（図２Ａ参照）。

本実施形態によれば、溶接構造体１０の抵抗溶接工程では、電極２２の先端部２４を薄板材１６に直接当接させずに、溶接補助材１８に当接させ、先端部２４と接触面３４とを薄板材１６の板厚に加えて、溶接補助材１８の板厚分だけ離間させることにより、接触面３４に対する電極２２内を循環する冷却水による冷却効果が緩和される。その結果、接触面３２の近傍から形成が始まったナゲット３８の成長を接触面３４で妨げずに継続させることが可能となり、厚板材１４と薄板材１６との抵抗溶接を確実にすることができる。また、電極２２から薄板材１６への通電を電極２２の先端部２４の面積より小さい面積である溶接補助材１８を介して行うことにより電流の拡散を防ぎ、接触面３４における電流密度を高めてジュール熱の発生を促進して厚板材１４と薄板材１６との抵抗溶接を確実にすることができる（図２Ｂ参照）。

なお、上記実施形態では、厚板材１２、１４と２枚の厚板材を重ね合わせていたが、枚数は特に限定されるものではなく、３枚以上の厚板材を重ね合わせてもよい。かかる場合には、最下部の厚板材に電極２８を当接することとなる。

また、溶接補助材１８を薄板材１６上に載置するときに溶接補助材１８が薄板材１６に圧入され形成される凹み２１に溶接補助材１８が引きずり込まれて縮小すること考慮して溶接補助材１８の上面１９の面積を定めて、電極２２で圧接して溶接補助材１８を薄板材１６内に圧入することにより、抵抗溶接完了時に溶接補助材１８は薄板材１６に押し込まれ、薄板材１６の上面２０を平坦にして塗装品質を向上させることができるとともに、美感も維持することができる。

さらに、図２Ｂでは、溶接補助材１８は溶融固化していないが、薄板材１６の板厚や材質に対して、溶接補助材１８の板厚や材質を選択することにより接触面３６を超えてナゲット３８を成長させて、薄板材１６と溶接補助材１８間を溶接することも可能である。薄板材１６と溶接補助材１８間を溶接することにより、溶接補助材１８が薄板材１６から欠落するのを確実に防ぐことができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

図１Ａ〜図１Ｅは、本発明の実施形態の溶接構造体の抵抗溶接工程の説明図である。 図２Ａは、本発明の実施形態の溶接構造体の概略斜視図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図である。 図３Ａ、図３Ｂは、従来の溶接構造体の抵抗溶接の説明図である。

符号の説明

１０…溶接構造体
１２、１４、１００、１０２、１２０…厚板材
１６、１０４、１１２、１１４…薄板材
１８…溶接補助材 １９、２０…上面
２１…凹み
２２、２８、１０８、１１０、１２６、１２８…電極
２４、３０…先端部 ２６…下面
３２、３４、３６…接触面 ３８…ナゲット
１０６、１２２…ワーク １１６…樹脂材
１１８…複合部材 １２４…当て板

Claims (3)

1. 重ね合わせた２枚以上の板材上に前記各板材よりも板厚が小さい薄板材を載置し、一対の電極で抵抗溶接する抵抗溶接方法において、
   前記薄板材上に溶接補助材を載置し、
   一方の電極を前記溶接補助材に当接し、他方の電極を前記２枚以上の板材の最下部の板材の下面に当接し、
   前記一方と他方の電極で、前記２枚以上の板材と前記薄板材とを抵抗溶接する
   ことを特徴とする抵抗溶接方法。
2. 請求項１記載の抵抗溶接方法において、
   前記２枚以上の板材と前記薄板材との抵抗溶接完了時に、前記溶接補助材の上面の面積は、前記一方の電極の先端部の面積以下である
   ことを特徴とする抵抗溶接方法。
3. 重ね合わせた２枚以上の板材と、前記各板材よりも板厚が小さい薄板材とを備え、前記板材上に載置された前記薄板材と、前記板材とが抵抗溶接された溶接構造体において、
   前記薄板材上に形成された凹みに溶接補助材の少なくとも一部が載置されている
   ことを特徴とする溶接構造体。

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