JP5332857B2 - 高張力鋼板の抵抗溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、高張力鋼板の抵抗溶接方法に関し、具体的には、主に自動車車体の組立てで使用される抵抗溶接において、チリ（またはスパッタ：母材の溶融飛散現象）の発生を抑制し、ナゲット径を拡大することができる高張力鋼板の抵抗溶接方法に関する。

近年、自動車産業分野では、車体の軽量化および衝突安全性の向上を図るため、公称引張強さが例えば４４０ＭＰａ以上である高張力鋼板（ハイテン）の使用が拡大している。

車体の組立てで主に使用されるスポット溶接では、板厚ｔ（ｍｍ）に応じたナゲット径の確保が求められる。一般的に、ナゲット径４√ｔ（ｍｍ）が得られる電流値から、チリが発生する電流値までの範囲として規定される適正電流範囲が重要な指標とされる。

図１は、通電を１回だけ行う１段通電方式による抵抗溶接における通電時間と、電流または加圧力との関係の一例を示すグラフである。高張力鋼板の抵抗溶接において図１にグラフで示す１段通電方式ではチリが発生し易く、適正電流範囲の確保が困難となる。

一般的に、適正電流範囲を確保するためには加圧力の向上が有効である。しかし、例えば公称引張強さ９８０ＭＰａ級以上の超ハイテン材では、スポット溶接ガンの剛性の制約を超える加圧力が必要となる場合がある。

また、スポット溶接においては、通常、種々の形状にプレス成形された鋼板が用いられる。しかし、鋼板の強度が高くなるとプレス成形の際にスプリングバックが大きくなるため、スポット溶接の際における板と板との隙間が大きくなる。一般的に、この隙間が大きくなるほどナゲットは形成され難くなり、適正電流範囲の確保はより困難になる。

また、一般的に母材の引張強さが上昇するにつれて、母材に含まれる炭素や合金元素の量が増加する傾向にあるため、スポット溶接部の硬さは上昇し、界面破断を生じ易くなる。破断形態の観点から、高張力鋼板のナゲット径は軟鋼のナゲット径よりも大きいことが望まれる。

図２は、予備通電によりワーク接触面同士のなじみをよくした後に本通電を行う２段通電方式による抵抗溶接における通電時間と、電流または加圧力との関係の一例を示すグラフである。
特許文献１、２には、高張力鋼板のスポット溶接におけるチリの発生を抑制するために、図２にグラフで例示する２段通電方式を用いる発明が開示されている。

また、特許文献３には、通電中の加圧力を増大するとともに電流を降下させる２段通電方式を用いることにより、板厚比の大きな板組みにおいて薄板側へのナゲットを形成する発明が開示されている。

特開平１１−１０４８４９号公報 特開２００３−２３６６７４号公報 特開２００５−２６２２５９号公報

チリは、通電初期に発生する比較的軽微な初期チリと、通電中期から後期にかけて発生する比較的大きな中チリとの２種類に分類される。初期チリは、母材の引張強さが高く変形し難いことに起因して、重ね合わせ板の隙間や電極の当りの悪さ等により板接触面のなじみが悪くなって電流が局所的に集中するために、発生する。

初期チリは、特許文献１、２に開示される予備通電により板接触面のなじみを改善することで抑制することが確かに可能である。しかし、中チリは、圧接部の強度不足が原因であるため、これらの従来の技術では抑制することができない。また、特許文献３により開示された発明では、特に、強度が高い鋼板を抵抗溶接する場合や、板隙が存在する場合にはチリ発生を抑制しながら充分な大きさのナゲットを形成することが難しい。

本発明は、これら従来の技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、高張力鋼板の重ね合わせ抵抗溶接において、初期チリとともに中チリの発生を抑制し、ナゲット径を拡大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、上記課題を解決するために種々の検討を行い、以下に列記する知見（ａ）〜（ｃ）を得た。

（ａ）図３は、スポット溶接における軟鋼からなる鋼板１、２の通電径およびナゲット３の成長の様子を模式的に示す説明図である。

スポット溶接では、コロナボンド４と呼ばれる、ナゲット３の周囲に電極５、６により加圧された領域が存在する。チリは、溶融金属の内圧がコロナボンド４に作用する外圧を超えると発生するため、コロナボンド４が溶融し狭くなるにつれチリ発生の危険性が高まる。なお、図３における符号７は通電経路を示す。

図３に示すように、軟鋼からなる鋼板１、２の溶接では、コロナボンド４の領域が広いため、チリが発生し難い。さらに通電後期においては、温度上昇による伝熱で鋼板１、２の軟化域が拡大してコロナボンド４の領域が広がるため、大きなナゲット径までチリの発生が抑制される。

図４は、スポット溶接における高張力鋼からなる鋼板８、９の通電径およびナゲット３の成長の様子を模式的に示す説明図である。
図４に示すように、高張力鋼からなる鋼板８、９の溶接では、母材強度が高いため、スポット溶接時の加圧力で母材が変形し難く、軟鋼からなる鋼板１、２に比較してコロナボンド４の領域が小さくなる。このため、通電領域７での電流密度が高まり、ナゲット３が急激に成長するため、チリが発生し易い。

（ｂ）図５は、１段通電方式により高張力鋼板をスポット溶接する際のナゲット３とコロナボンド４との成長を模式的に示す説明図である。図５に示すように、高張力鋼板のスポット溶接においては、通電初期の通電径が狭いことに加え、伝熱によるコロナボンド４の拡大も小さいため、チリが発生し易くなると考えられる。

（ｃ）ナゲット３の成長速度には通電径が最も影響を及ぼすことが知られている。本発明者らは、高張力鋼板のスポット溶接においてチリの発生を抑制するためには、ナゲット３が緩やかに成長するように通電径を拡大することが重要であると考え、そのためには、本通電の前に予備通電を行い、予備通電工程で適切な大きさのナゲット３を形成した後に、本通電工程の前までにコロナボンド４を拡大することが重要であることを知見した。以下、予備通電工程を第１工程といい、本通電工程を第３工程というとともに、第１工程と第３工程との間に、コロナボンド４の領域すなわち加圧領域を拡大する工程を第２工程という。

本発明者らは、第１工程、第２工程および第３工程から構成される多段通電溶接において、第１工程と第２工程における通電条件を検討するため、板厚１．４ｍｍの高張力鋼板を２枚重ね合わせた板組みにて第１工程の通電電流を変化させることで、第１工程で得られるナゲット径を変更し、各ナゲット径に対して第２工程の通電電流を第１工程の通電電流の５０％に降下し、その時間を０サイクル、５サイクルまたは９サイクルの３水準として、第３工程におけるチリ発生限界電流を調査した。溶接条件を表１に示すとともに結果を表２に示す。なお、加圧力は、第１工程、第２工程、第３工程において一定値（３２０ｋｇｆ）とした。

表２に示すように、第１工程で形成するナゲットが大きいほど第３工程におけるチリ発生限界電流が高くなることが分かる。ナゲット径が小さいか、またはナゲットが形成されない場合では、上述したような第１工程における通電による通電径の拡大効果が殆ど得られないため、チリ抑制効果が小さいと考えられる。

つまり、第１工程時に形成するナゲットは大きいほどよいが、大きなナゲット径を狙うと、第１工程時にチリが発生してしまう可能性が高くなる。逆に、高張力鋼板ではナゲットが急激に成長するため、小さなナゲット径は形成し難く、板隙や電極磨耗等の外乱があった場合、第１工程時にナゲットが形成されず、チリ抑制効果を得られなくなる可能性がある。

そのため、実用的には、第１工程時に形成するナゲット径は、高張力鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に３√ｔ（ｍｍ）以上５√ｔ（ｍｍ）以下の範囲とし、チリが発生しない程度に大きなナゲット径を形成するように条件を設定することが望ましい。この時、第１工程での溶接電流は、１段通電方式におけるチリ発生限界電流の７０％以上９５％以下に設定することが望ましい。７０％未満では第１工程で上述したナゲット径を得るための通電時間が増加し、また９５％超では外乱によりチリが発生する危険性が高くなるからである。

また、表２に示す結果から、第２工程の時間が長くなるほどチリ発生限界電流が高くなることが分かる。第２工程の時間を長くすることにより、第２工程において伝熱により材料軟化領域が拡大するため、チリ発生限界電流が高くなると推察される。第２工程の時間は長いほどよいが、過度な増大は溶接時間の増加を招くため好ましくない。実用的には、第２工程の時間は１サイクル以上１５サイクル以下であることが望ましく、３サイクル以上１０サイクル以下であることがさらに望ましい。

次に、第２工程における溶接電流について検討するため、第２工程の電流値を第１工程の溶接電流の０〜９０％に変化させて、チリ発生限界電流に及ぼす影響を調査した。溶接条件を表３に、結果を表４に示す。なお、加圧力は、第１工程、第２工程、第３工程において一定値（３２０ｋｇｆ）とした。

なお、第１工程の通電により、４．８ｍｍ（４√ｔ）のナゲット径を有するナゲットが得られた。表４に示すように、第２工程での電流値によらず、１段通電方式に比べチリ発生限界電流が高くなる。ただし、第２工程での電流値が過大となると外乱の影響でチリが発生するおそれがあるため、第２工程における溶接電流は第１工程の溶接電流の９０％以下であることが望ましい。

また、第２工程の電流値が過小となると、第３工程でのナゲット成長は緩やかになるが、それだけ第３工程の所要時間が長くなり溶接時間が増大する。また、投入エネルギーが増加するという問題もある。従って、第２工程での溶接電流は、第１工程の溶接電流の２０％以上９０％以下が望ましい。更に望ましくは、第２工程での溶接電流は、第１工程の溶接電流の５０％以上９０％以下である。

このように、第１工程および第２工程の効果によって、第３工程において従来の１段通電方式のチリ発生限界電流よりも高い電流を用いてもチリが発生することなくナゲット径を拡大できるようになる。ただし、この方法では、トータルの通電時間が長くなることが懸念される。

そこで、本発明者らは、通電中に加圧力を増加して通電することを検討し、少なくとも第３工程の加圧力を第１工程の加圧力よりも高くすることにより、第１工程から第３工程までのトータルの通電時間を短縮することができることを知見した。すなわち、第３工程の加圧力を高めることにより、加圧領域が拡大するため、第３工程でのチリ発生が抑制され、より高い電流での通電が可能となり、第３工程での通電時間が短縮される。

なお、加圧力の変更は、第２工程の開始から第３工程の開始までの間の任意のタイミングで、行うことができる。第２工程においても加圧力を高めることにより、第２工程において加圧領域が拡大するので、第２工程と第３工程の加圧力を高くすることが望ましい。なお、第１工程から高い加圧力を用いた場合、第１工程で所定のナゲット径を得るために高い電流値が必要となり、エネルギーコストが嵩むという問題がある。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。

本発明に係る高張力鋼板の抵抗溶接方法は、少なくとも１枚の高張力鋼板を含む、少なくとも２枚の鋼板を重ね合わせて抵抗溶接する高張力鋼板の抵抗溶接方法であって、この少なくとも２枚の鋼板への通電により所定のナゲット径を有するナゲットを形成する第１工程と、この第１工程の後に溶接電流を降下する第２工程と、この第２工程の後に第１工程の溶接電流より大きな溶接電流を通電するとともに第１工程の加圧力より大きい加圧力を付与してナゲットを拡大する第３工程とを有すること、および、第２工程における溶接電流は、第１工程における溶接電流の２０％以上９０％以下であることを特徴とする。

この発明では、所定のナゲット径は、３√ｔ（ｍｍ）以上５√ｔ（ｍｍ）以下であることが望ましい。ただし、ｔは２枚の鋼板のうちの板厚が小さい鋼板の板厚（ｍｍ）である。
これらの発明では、第３工程における加圧力は、第１工程における加圧力の１１０％以上１５０％以下あることが望ましい。

これらの発明では、第２工程の処理時間は、１．０サイクル以上１５サイクル以下であることが望ましい。ただし、１．０サイクルは、商用電源周波数が６０Ｈｚの場合には（１／６０）秒であり、商用電源周波数が５０Ｈｚの場合には（１／５０）秒である。

これらの発明では、第３工程における溶接電流は、第１工程における溶接電流の１００％以上２００％以下であることが望ましい。

これらの発明では、高張力鋼板は、引張強度が４４０ＭＰａ以上の鋼板であることが望ましい。
これらの本発明の第３工程の通電は、通電と通電停止との周期を複数回繰り返すパルセーション通電で行うことが望ましい。この場合に、複数回の周期における第２周期以降の通電時の溶接電流は、第１周期の通電時の溶接電流より大きいことがさらに望ましい。

本発明によれば、高張力鋼板の抵抗溶接において、溶接時間の増加を抑制しながら、通電時のチリ（初期チリおよび中チリ）の発生を抑制し、充分な大きさのナゲット径を有するナゲットを確実に形成することができる。また、板−板間に隙間が存在する場合であってもこの効果が失われることはない。

このため、本発明によれば、チリ発生を抑制して生産ラインにおける作業環境を改善することができる。さらに、抵抗溶接継手の強度特性はチリが発生すると劣化することが知られているが、チリの発生を防止し、ナゲット径を拡大することによって、強度特性に優れた抵抗溶接継手を作ることができる。また、チリ発生に伴うバリ取りなどの後工程を省略できるため、作業能率の向上にもつながる。

一般的に、４√ｔ（ｍｍ）以上のナゲット径が生産管理上の基準とされることが多い。しかし、実際の生産においては、板隙、分流、電極磨耗の影響等を考慮し、安全を見込んで狙いナゲット径が得られる電流値よりも高めの電流値に設定される。そのため、従来の１段通電ではチリが発生し易かった。これに対し、本発明によれば、第１工程で所定寸法のナゲットが形成され、第２工程でナゲットの周囲に存在する軟化領域が拡大されるので、第３工程で、従来の技術ではチリが発生していた電流値であってもチリが発生することなくナゲット径を拡大でき、さらに、第３工程では高い加圧力が付与されるので、溶接時間の増大が抑制され、効率的な溶接を行うことができる。

図１は、通電を１回だけ行う１段通電方式による抵抗溶接における通電時間と、電流または加圧力との関係の一例を示すグラフである。 図２は、予備通電によりワーク接触面同士のなじみをよくした後に本通電を行う２段通電方式による抵抗溶接における通電時間と、電流または加圧力との関係の一例を示すグラフである。 図３は、スポット溶接における軟鋼からなる鋼板の通電径およびナゲットの成長の様子を模式的に示す説明図である。 図４は、スポット溶接における高張力鋼からなる鋼板の通電径およびナゲットの成長の様子を模式的に示す説明図である。 図５は、１段通電方式により高張力鋼板をスポット溶接する際のナゲットとコロナボンドとの成長を模式的に示す説明図である。 図６は、本発明に係る高張力鋼板の抵抗溶接方法における通電時間と、電流または加圧力との関係の一例を示すグラフである。 図７は、本発明に係る高張力鋼板の抵抗溶接方法におけるナゲットとコロナボンド（加圧領域）との成長を模式的に示す説明図である。 図８は、本発明に係る高張力鋼板の抵抗溶接方法における通電時間と、電流または加圧力との関係の一例を示すグラフであり、第３工程の通電方式がパルセーション通電方式であってその通電電流が一定の場合である。 図９は、本発明に係る高張力鋼板の抵抗溶接方法における通電時間と、電流または加圧力との関係の一例を示すグラフであり、第３工程の通電方式がパルセーション通電方式であって第１周期の通電電流が第２周期以降に比べて小さい場合である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。なお、本発明は、スポット溶接、片側スポット溶接、シリーズスポット溶接、さらにはダイレクトスポット溶接等の抵抗溶接に対して広く適用可能である。以降の説明では、自動車の分野で広く用いられるスポット溶接を例にとる。

本発明が対象とする板組みは、少なくとも１枚の公称引張強さ４４０ＭＰａ級以上の高張力鋼板を含む、複数枚の重ね合わせ鋼板である。

高張力鋼板の種類は、特に規定する必要はない。例えば、析出強化鋼やＤＰ鋼、ＴＲＩＰ（加工誘起変態）鋼、さらには熱間プレス鋼板等の、公知の各種の公称引張強さが４４０ＭＰａ以上の高張力鋼板に適用可能である。また、板組みに含まれるいずれの鋼板は、冷延鋼板でもよく、または熱延鋼板でもよい。さらに裸鋼板でもめっき鋼板でもよく、めっきの種類にも限定されない。

高張力鋼板の板厚も特に規定する必要はない。一般に、自動車用部品や車体で使用される鋼板の板厚は０．４ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であり、本発明はこの範囲において充分な効果を有する。

図６は、本発明に係る高張力鋼板の抵抗溶接方法における通電時間と、電流または加圧力との関係の一例を示すグラフである。また、図７は、本発明に係る高張力鋼板の抵抗溶接方法におけるナゲットとコロナボンド（加圧領域）との成長を模式的に示す説明図である。

図６に示すように、本発明に係る抵抗溶接方法は、適正な大きさのナゲットを形成する第１工程である予備通電工程と、予備通電後に電流を降下させるとともに加圧力を上昇させ、ナゲットの周囲の加圧域の拡大を図る第２工程と、第２工程後に第２工程の加圧力を維持しながら予備通電電流よりも大きな電流を流しナゲット径を拡大する第３工程である本通電工程とにより構成される。以下、第１工程〜第３工程を詳細に説明する。

第１工程では、図７のＡ_２に示すように、溶接する２枚の鋼板のうちの板厚が小さい鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）としたときに３√ｔ（ｍｍ）以上５√ｔ（ｍｍ）以下のナゲット径を有するナゲット３を形成するように、第１工程における通電電流（以下「第１通電電流」という）と、通電時間（以下「第１通電時間」）とを調整する。

第１工程で形成されるナゲット３のナゲット径が大きいほど、後述する第３工程でのチリ抑制効果が得られるが、第１工程における通電時のチリが発生するおそれが高くなる。第１工程で形成されるナゲット３のナゲット径が小さいか、または第１工程でナゲット３が形成されない場合には、第１工程における通電径の拡大効果が殆ど得られないため、第３工程におけるチリ抑制効果が小さくなる。

すなわち、高張力鋼板ではナゲット３が急激に成長し易いため、ナゲット径の狙い値が過小である場合には、板隙や電極磨耗等の外乱の影響を受け、第１工程における通電時にナゲット３が形成されず、第３工程における通電時にチリ抑制効果が充分に得られないおそれが高い。このため、実用的には、第１工程における通電時に形成するナゲット３のナゲット径は、３√ｔ（ｍｍ）以上５√ｔ（ｍｍ）以下の範囲でチリが発生しない程度に大きなナゲット径を狙うように溶接条件を設定する。

この時、第１工程での溶接条件は、１段通電方式でのチリ発生電流の７０％以上９５％以下に設定することが望ましい。７０％未満では上述したナゲット径を得るためのサイクルタイムが増加し、また９５％超では外乱によりチリが発生する危険性があるからである。

本発明の第２工程では、溶接電流は、第１工程の電流に比較して小さくする。第２工程における溶接電流はゼロとしてもよい。これにより、第２工程では、図７のＢ_２に示すように、ナゲット３の成長は抑制され、かつ伝熱によりコロナボンド４は拡大される。

すなわち、第３工程の直前では、第２工程の直前に比べて、ナゲット３の大きさに対してコロナボンド４の割合が大きくなり、さらにこれに伴い、第３工程において、通電径が拡大されるため第３工程におけるチリ発生が抑制される。

溶接電流が過大であると、外乱の影響により第２工程においてチリが発生し易くなり、一方、溶接電流が過小であると、ナゲットが冷却されて第３工程の処理時間が増加し易いといった問題を生じる。このため、第２工程における溶接電流は、第１工程における溶接電流の２０％以上９０％以下とすることが望ましい。さらに望ましくは、第２工程での溶接電流は、第１工程の溶接電流の５０％以上９０％以下である。

第２工程の処理時間が長くなるほど第３工程でのチリ抑制効果が得られるものの、過度な延長はタクトタイムの増大を招くため好ましくない。一方、第２工程の処理時間が過小であると第２工程におけるコロナボンド４の拡大効果が小さく、第３工程におけるチリ抑制効果が小さくなる。したがって、第２工程の処理時間は、１．０サイクル以上１５サイクル以下とすることが望ましく、さらに望ましくは３．０サイクル以上１０サイクル以下である。

第２工程では、加圧力を第１工程の加圧力より大きくするのが望ましい。加圧力の上昇によりチリ抑制の効果が大きくなる。ただし、過大な加圧力では、溶接部の板厚減少が大きくなるため好ましくない。例えば、第１工程の加圧力の１１０％以上１５０％以下に設定する。

第３工程では、第１工程の加圧力より大きい加圧力で加圧するとともに、第１工程の電流よりも高い溶接電流を流してナゲット３のナゲット径を拡大する。第３工程の開始時には、図７のＢ_２に示すように、ナゲット３のナゲット径に対して充分なコロナボンド４が形成されており、第３工程における通電によりナゲット３のナゲット径が拡大しても充分な通電径を備えているため、図７のＤ_２に示すように、チリの発生を抑制しながらナゲット３のナゲット径を拡大することができる。

第３工程での溶接電流は、第１工程の通電電流の１１０％以上２００％以下であることが望ましい。１１０％未満ではナゲット３のナゲット径を拡大するための処理時間が増加し、一方、２００％超ではチリが発生し易くなる。なお、図６および図７により示す本実施の形態の第３工程は、連続して通電する連続通電方式であるが、連続通電方式に限定されるものでなく、図８に示すように通電と通電休止との周期を複数回繰り返す、所謂パルセーション通電方式としてもよい。パルセーション通電方式として、例えば、３サイクル通電後１サイクル休止とする周期を繰り返す通電方式が例示される。

パルセーション通電方式では、通電休止により通電径拡大効果が大きくなり、連続通電方式に比べチリ発生を抑制できるので望ましい。また、パルセーション通電方式においては、第１周期の通電時にチリが発生しやすいので、複数回の周期のなかで、図９に示すように、第１周期における通電時の溶接電流を第２周期以降の通電時の溶接電流より小さくするのが望ましい。なお、第１周期の通電時の溶接電流は、第１工程の溶接電流よりも大きくするのが望ましい。

第３工程の加圧力を第１工程の加圧力より大きくすることにより、コロナボンド４が拡大するため、第３工程の通電電流値を大きくすることが可能となり、ナゲット３のナゲット径を拡大しながら第３工程での通電時間を短縮することができる。第３工程における加圧力は、第１工程の加圧力の１１０％以上１５０％以下に設定するのが望ましい。１１０％未満では、加圧力の上昇によるチリ抑制の効果拡大が小さく、一方、１５０％超では溶接部の板厚減少が大きく、板がひずみ易いため好ましくない。

なお、以上の説明では、第２工程ならびに第３工程の加圧力を、第１工程の加圧力より高くする場合を例にとったが、必ずしもこの場合に限定されるものではなく、少なくとも第３工程の加圧力を第１工程の加圧力より高くすればよい。

以上説明したように、本発明によれば、高張力鋼板の抵抗溶接において、溶接時間の増加を抑制しながら、通電時のチリ（初期チリおよび中チリ）の発生を抑制し、充分な大きさのナゲット径を有するナゲット３を確実に形成することができる。また、板−板間に隙間が存在する場合であってもこの効果が失われることはない。

このため、本発明によれば、チリ発生を抑制して生産ラインにおける作業環境を改善することができる。さらに、本発明によれば、チリの発生を防止してナゲット３のナゲット径を拡大することができるので、強度特性に優れた抵抗溶接継手を作ることができる。また、チリ発生に伴うバリ取りなどの後工程を省略できるため、作業能率の向上にもつながる。

さらに、本発明によれば、第１工程で所定寸法のナゲット３が形成され、第２工程でナゲット３の周囲に存在するコロナボンド４（軟化領域）が拡大されるので、第３工程で、従来の技術ではチリが発生していた電流値であってもチリが発生することなくナゲット３のナゲット径を拡大でき、さらに、第３工程では高い加圧力が付与されるので、溶接時間の増大が抑制され、効率的な溶接を行うことができる。

実施例を参照しながら、本発明をより具体的に説明する。
先端径６ｍｍのドーム型電極を備えたエアー加圧方式の単相交流スポット溶接機を用い、板厚１．４ｍｍの９８０ＭＰａ級亜鉛めっき鋼板を２枚重ね合わせて、本発明における第１工程、第２工程および第３工程からなる多段通電を行うとともに、第１工程後に加圧力を第１工程の加圧力（３２０ｋｇｆ）の１２５％に上昇させ、第２工程と第３工程の加圧力を４００ｋｇｆとした２段加圧の溶接を行い、チリの発生状況とナゲット径を調査した。

また、比較のため、１段通電の従来例ならびに第１工程から第３工程まで加圧力を一定（３２０ｋｇｆ）とした多段通電の比較例も行った。それぞれの溶接条件を表５〜７に、結果を表８に示す。なお、第１工程における溶接電流は、１段通電方式でのチリ発生限界電流の９０％の電流値である。また、各表のホールド時間は、第３工程における通電完了後、通電しない状態で電極により加圧している時間を意味する。

表８に示すように、本発明によりチリ発生を抑制しながら、従来例（１段通電方式）、比較例（加圧力一定多段通電方式）よりもナゲット径を拡大できることが分かる。なお、表８において、本発明例は、比較例に比べナゲット径の拡大効果が小さいように見られるが、第３工程の処理時間が１８サイクルと十分に長いため、使用した電極により得られるナゲット径の最大値に飽和しつつあるためと考えられる。すなわち、本発明例によれば、比較例に較べて、短い通電時間で大きなナゲット径のナゲットを形成することが可能となる。

板厚１．４ｍｍの９８０ＭＰａ級鋼板を２枚重ね合わせた板組にて、ＦＥＭ解析によるスポット溶接のシミュレーションを行い、チリ発生限界電流と最大ナゲット径を調査した。なお、解析は、電場―温度場連成解析と温度場―応力場連成解析を（１／２）サイクルごとに交互に繰り返す増分連成解析手法にて行った。

本発明例では、第１工程、第２工程および第３工程からなり、かつ第１工程の後に加圧力を増加させる多段通電で、第３工程の通電方法として、連続通電方式（本発明例１）とパルセーション通電方式（本発明例２）を実施し、１段通電の方式（従来例）と比較した。なお、本発明例２では、パルセーション通電における複数回の通電電流を一定としたタイプＡと、パルセーション通電における第１周期の溶接電流を第２周期以降の溶接電流の８０％としたタイプＢを実施した。比較例、本発明例１、本発明例２のそれぞれの溶接条件を表９〜１１に示す。なお、電極は先端径６ｍｍのドーム型とした。

解析結果を従来例と比較して表１２に示す。表１２に示すように、１段通電では、チリが発生しない限界の電流（チリ発生電流）が６．６ｋＡでそのときのナゲット径が５．４ｍｍであるが、本発明例１では８．０ｋＡ、６．３ｍｍとなり、多段通電によりチリ発生が抑制された。さらに、パルセーション通電方式は、連続通電方式に比べ、チリ発生電流が大きくなり、チリの発生が一層抑制されることが判った。また、パルセーション通電方式では、第１番目の通電電流を小さくしたタイプＢは、電流を一定としたタイプＡに比べ、チリ発生抑制効果が大きいことが判った。

１、２ 軟鋼からなる鋼板
３ ナゲット
４ コロナボンド
５、６ 電極
７ 通電経路
８、９ 高張力鋼からなる鋼板

Claims (8)

1. 少なくとも１枚の高張力鋼板を含む、少なくとも２枚の鋼板を重ね合わせて抵抗溶接する高張力鋼板の抵抗溶接方法であって、前記少なくとも２枚の鋼板への通電により所定のナゲット径を有するナゲットを形成する第１工程と、前記第１工程の後に溶接電流を降下する第２工程と、前記第２工程の後に前記第１工程の溶接電流より大きな溶接電流を通電するとともに前記第１工程の加圧力より大きい加圧力を付与してナゲットを拡大する第３工程とを有すること、および、前記第２工程における溶接電流は、前記第１工程における溶接電流の２０％以上９０％以下であることを特徴とする高張力鋼板の抵抗溶接方法。
2. 前記所定のナゲット径は、３√ｔ以上５√ｔ以下である請求項１に記載の高張力鋼板の抵抗溶接方法。
   ただし、ｔは前記少なくとも２枚の鋼板のうちの板厚が小さい鋼板の板厚（ｍｍ）である。
3. 前記第３工程における加圧力は、前記第１工程における加圧力の１１０％以上１５０％以下ある請求項１または請求項２に記載の高張力鋼板の抵抗溶接方法。
4. 前記第２工程の処理時間は、１．０サイクル以上１５サイクル以下である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の高張力鋼板の抵抗溶接方法。
5. 前記第３工程における溶接電流は、前記第１工程における溶接電流の１１０％以上２００％以下である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の高張力鋼板の抵抗溶接方法。
6. 前記高張力鋼板は、引張強度が４４０ＭＰａ以上の鋼板である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の高張力鋼板の抵抗溶接方法。
7. 前記第３工程の通電は、通電と通電停止との周期を複数回繰り返すパルセーション通電で行う請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の高張力鋼板の抵抗溶接方法。
8. 前記複数回の周期における第２周期以降の通電時の溶接電流は、第１周期の通電時の溶接電流より大きい請求項７に記載の高張力鋼板の抵抗溶接方法。

Images