JP5854172B2 - 抵抗スポット溶接方法 - Google Patents
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Description
特に自動車に適用する場合には、鋼板の表面に、防錆を目的として、亜鉛を主成分とする亜鉛めっき処理が行われる。そして、かような亜鉛めっき層を有する場合には、一層散りが発生し易くなることから、ナゲットの形成に悪影響を及ぼすことが知られている。
すなわち、板隙を模擬し、図2に示すように、鋼板1,2間の片側に絶縁体7を挟み込んで、各電流値での溶接試験およびそのときの数値解析を行った。
供試鋼板としては、引張強さが780〜1180MPa、板厚が1.0〜1.6mmの高張力溶融亜鉛めっき鋼板を用いた。また、鋼板間距離もしくは電極間距離を調整するために、図2に示したような所定の厚みの絶縁物7を鋼板1,2間に挟み込んで、実験を行った。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
1.高張力鋼板、表面に亜鉛を主成分とするめっき層を有する亜鉛めっき鋼板、または表面に亜鉛を主成分とするめっき層を有する高張力亜鉛めっき鋼板を少なくとも1枚含む、複数枚の鋼板を重ね合わせた板組を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接において、
(1) 重ね合わせた各鋼板の合計厚みをt、電極対の中心間の距離をLとしたとき、当該tとLが、次の関係式
0.9×t ≦ L ≦ 1.1×t
を満足する状態で通電を開始すること、および
(2) 通電を、本通電とそれに先立つ初期通電とに分けると共に、初期通電を二段通電として、初期通電の1段目の通電における電流値I1を、本通電における電流値Imとの関係で
Im ×1.1 ≦ I1 ≦ 15.0kA
を満足する範囲とし、2段目の通電における電流値I2を、
0 ≦ I2 ≦ Im×0.7
を満足する無通電または低電流通電とする抵抗スポット溶接方法。
10ms ≦ T1 ≦ 100ms
10ms ≦ T2 ≦ 100ms
の範囲を満足する抵抗スポット溶接方法。
初期通電の2n+1段目(n:1からk−1までの整数)の通電における電流値I(2n+1)が、2n−1段目の通電における電流値I(2n-1)および本通電における電流値Imに対して、
Im ≦ I(2n+1) ≦ I(2n-1)
の関係を満足する抵抗スポット溶接方法。
本発明の抵抗スポット溶接方法は、図1に示したように、亜鉛めっき鋼板や高張力鋼板を含む複数枚の鋼板を重ね合わせた板組3を、上下一対の電極4,5で挟み、加圧しながら通電して、必要サイズのナゲット6を形成して溶接継手を得るものである。なお、ここでは下の鋼板1と上の鋼板2の2枚のうち、鋼板1が高張力亜鉛めっき鋼板である。
0.9×t ≦ L ≦ 1.1×t
の関係を満足する状態にしておくことが重要である。
L/tが0.9を下回ると電極接触部が広い状態であり、通電による発熱効果が小さくなる。一方、L/tが1.1を上回ると発熱による軟化を生じさせたとしても板組間の接触部を確保出来ないという不都合が生じる。好ましくは0.9×t≦L≦1.0×tの範囲である。
上記の設定は、鋼板間に板隙が存在している場合を想定しているが、かかる板隙の原因としては、例えば車体においては形状不整合によるフランジの板隙などが考えられる。ただし、L/t>1.0の場合は、溶接点近傍に鋼板の接触部あるいは既溶接点、または部材全体が導体であるなどの何がしかの電流経路があることを前提としている。電流経路が存在しない場合は通電出来ないため、本発明によっても溶接することは困難である。
また、通電開始時に付加される加圧力は、通常、3.5〜7.0kN程度である。
さらに、本発明では、上記の初期通電を2段通電とし、1段目の通電では高電流を短時間流し、電極直下に電流密度による発熱を生じさせて鋼板を軟化することにより、電極間の距離を縮める。引き続き2段目の通電として無通電あるいは低電流を短時間流し、上記した電流密度による発熱を鋼板内に伝播させて一層の軟化、さらには一層の電極間距離の短縮化を図る。
Im ×1.1 ≦ I1 ≦ 15.0kA
を満足する高電流通電とし、引き続く2段目の通電は、その電流値I2を
0 ≦ I2 ≦ Im×0.7
を満足する無通電または低電流通電とする。
同図に示したように、本発明では、通電電流Im、通電時間Tmからなる本通電に先立ち、電流値I1、通電時間T1の一段目の通電と、電流値I2、通電時間T2の二段目の通電からなる初期通電を施す。
なお、本通電を、2段または3段で制御する場合、本通電における通電電流Imはその平均値をとるものとする。
10ms ≦ T1 ≦ 100ms
10ms ≦ T2 ≦ 100ms
の範囲とすることが好ましい。
T1が10msに満たないと電流密度による十分な発熱が得られず、一方100msを超えると、亜鉛めっき鋼板では散り発生のおそれが大きい。また、T2が10msに満たないと十分な発熱が得られず、さらに軟化させることが困難であり、一方100msを超えると入熱が過大となることによる散り発生の問題が生じる。
T1およびT2のより好適な範囲は、それぞれ
10ms ≦ T1 ≦ 60ms
10ms ≦ T2 ≦ 60ms
である。
Im ≦ I(2n+1) ≦ I(2n-1)
の関係を満足することが望ましい。
というのは、電流値I(2n+1)が電流値I(2n-1)よりも大きくなると、急激な入熱により散り発生のおそれが生じるからである。
また、初期通電の2n+2段目(n:1からk−1までの整数)の通電における電流値I(2n+2)がIm×0.7を超えると、過度の温度上昇を伴うことのない好適な伝熱が望めない。よって、2n+2段目の通電の電流値I(2n+2)は、I(2n+2)=0の無通電とするか、I(2n+2)≦Im×0.7を満足する低電流通電とすることが好ましい。より好ましくは、0≦I(2n+2)≦Im×0.5の範囲である。
10ms ≦ T(2n+1) ≦ 100ms
10ms ≦ T(2n+2) ≦ 100ms
の範囲とすることが好ましい。
T(2n+1)が10msに満たないと電流密度による十分な発熱が得られず、一方100msを超えると、亜鉛めっき鋼板では散り発生のおそれが大きい。また、T(2n+2)が10msに満たないと十分な発熱が得られず、さらに軟化させることが困難であり、一方100msを超えると入熱が過大となることによる散り発生の問題が生じる。
T(2n+1)およびT(2n+2)のより好適な範囲は、それぞれ
10ms ≦ T(2n+1) ≦ 60ms
10ms ≦ T(2n+2) ≦ 60ms
である。
なお、上記したように、2k段(k:2以上の整数)の初期通電を施す場合には、ナゲットの形成も徐々に進行しているので、その分、本通電の通電時間を短くすることができる。
また、本発明において、高張力鋼板とは、引張強さが780MPa以上の高張力鋼板を対象とする。
本発明の実施例として、前述の図1に示したように、2枚の鋼板(下の鋼板1、上の鋼板2)を重ねた板組3について、Cガンに取付けられたサーボモータ加圧式で直流電源を有する抵抗溶接機を用いて抵抗スポット溶接を行い、抵抗スポット溶接継手を作製した。
この時の通電は、図4に示したような電流波形(初期通電を2段で実施)とし、表1に示す条件で行った。なお、加圧力は4.5kN、本通電時間Tmは14サイクル(280ms)の一定とした。また、実験に際しては、鋼板間に絶縁体7を挿入し、電極間距離が所定の距離となるように調整した。
また、電極4,5としては、先端の曲率半径R40、先端径6mmのアルミナ分散銅のDR型電極を用いた。さらに、試験片としては、780MPa級から1470MPa級までの1.0mmから1.4mmの亜鉛めっき鋼板を使用した。
表1に、溶接を行った際の散り発生の有無、およびナゲット径について調べた結果を示す。なお、ナゲット径は、切断断面のエッチング組織で評価した。ナゲット径はtを板厚として5√t以上を◎、4√t以上5√t未満を○、4√t未満を×とした。ここで、ナゲット径が4√t以上であれば、十分な接合強度が得られるので、4√t以上を適正径とした。
実施例1と同様にして抵抗スポット溶接を行い、抵抗スポット溶接継手を作製した。
但し、この際の通電は、図4または図5に示したような電流波形(初期通電を2段または4段で実施)とし、表2−1および表2−2に示す条件で行った。なお、加圧力は4.5kN、本通電時間Tmは10〜14サイクル(200〜280ms)である。そして、鋼板間に絶縁体を挿入し、電極間距離が所定の距離となるように調整した。
使用した電極は実施例1の場合と同じである。鋼板は合金化溶融亜鉛めっき層を有する軟鋼1枚と溶融亜鉛めっき層を有する高強度鋼板2枚の3枚重ねとした。
表2−2に、溶接を行った際の散り発生の有無、およびナゲット径について調べた結果を示す。ナゲット径はtを板厚として5√t以上を◎、4√t以上5√t未満を○、4√t未満を×とした。4√t以上が適正径である。
また、2段階初期通電を1回しか行わなかった実施例1に比べると、実施例2は条件によっては、最後の本通電電流値が低かったとしても、大きいナゲット径を得ることができる点で勝っている。
実施例1と同様にして抵抗スポット溶接を行い、抵抗スポット溶接継手を作製した。
但し、この際の通電は、図4または図5に示したような電流波形(初期通電を2段、4段または6段で実施)とし、表3−1および表3−2に示す条件で行った。なお、加圧力は5.5kN、本通電時間Tmは10〜18サイクル(200〜360ms)とした。そして、鋼板間に絶縁体を挿入し、電極間距離が所定の距離となるように調整した。
使用した電極は実施例1の場合と同じである。
表3−2に、溶接を行った際の散り発生の有無およびナゲット径について調べた結果を示す。ナゲット径はtを板厚として5√t以上を◎、4√t以上5√t未満を○、4√t未満を×とし、特に5.5√以上の場合を「◎>5.5」とした。4√t以上が適正径である。
また、2段階初期通電を1回または2回しか行わなかった実施例1,2に比べると、ナゲット径が拡大する効果が得られる点でより優れた効果が得られた。
3 板組
4,5 電極
6 ナゲット
7 絶縁体
Claims (5)
- 高張力鋼板、表面に亜鉛を主成分とするめっき層を有する亜鉛めっき鋼板、または表面に亜鉛を主成分とするめっき層を有する高張力亜鉛めっき鋼板を少なくとも1枚含む、複数枚の鋼板を重ね合わせた板組を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接において、
(1) 重ね合わせた各鋼板の合計厚みをt、電極対の中心間の距離をLとしたとき、当該tとLが、次の関係式
0.9×t ≦ L ≦ 1.1×t
を満足する状態で通電を開始すること、および
(2) 通電を、本通電とそれに先立つ初期通電とに分けると共に、初期通電を二段通電として、初期通電の1段目の通電における電流値I1を、本通電における電流値Imとの関係で
Im ×1.1 ≦ I1 ≦ 15.0kA
を満足する範囲とし、2段目の通電における電流値I2を、
0 ≦ I2 ≦ Im×0.7
を満足する無通電または低電流通電とする抵抗スポット溶接方法。 - 請求項1に記載の抵抗スポット溶接方法において、初期通電の1段目の通電における通電時間T1および引き続く2段目の通電における通電時間または無通電時間T2が
10ms ≦ T1 ≦ 100ms
10ms ≦ T2 ≦ 100ms
の範囲を満足する抵抗スポット溶接方法。 - 請求項1または2に記載の抵抗スポット溶接方法において、初期通電を2k段(k:2以上の整数)の通電とする抵抗スポット溶接方法。
- 請求項3に記載の抵抗スポット溶接方法において、2k段(k:2以上の整数)の通電になる初期通電を施すに際し、
初期通電の2n+1段目(n:1からk−1までの整数)の通電における電流値I(2n+1)が、2n−1段目の通電における電流値I(2n-1)および本通電における電流値Imに対して、
Im ≦ I(2n+1) ≦ I(2n-1)
の関係を満足する抵抗スポット溶接方法。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法において、複数枚の鋼板のうち、少なくともいずれか1枚が引張強さ780MPa以上の高張力亜鉛めっき鋼板である抵抗スポット溶接方法。
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