JP6015120B2

JP6015120B2 - 溶接方法

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Description

本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系材と鋼材との溶接方法に関する。

従来より、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系材と鋼材とを接合する一つの方法として、これらを重ね合わせて一対の電極により挟持し、前記電極に電流を供給することでこれらを溶接する抵抗スポット溶接の研究が進められている。

ここで、アルミニウム系材と鋼材の溶接では、鋼材同士の抵抗スポット溶接に比べて、材料抵抗の低さから大電流が必要となる。そのため、これらを抵抗スポット溶接する場合、アルミニウム系材が過剰に加熱されてチリとなって滅失してしまうという問題がある。これに対して、例えば、特許文献１には、アルミニウム系材と鋼材とを抵抗スポット溶接する溶接方法であって、電極に、予め設定された規定の電流をそれぞれ所定時間ずつ断続的に供給して、電流が長時間にわたって連続して供給されないようにすることで、アルミニウム系材の過剰な加熱ひいてはチリの発生を抑制するようにした方法が開示されている。

特許第４４２５１５９号公報

本発明者らは、前記特許文献１に開示されている従来方法では、チリの発生を抑制してこの抑制に伴う接合強度の向上は実現できるものの、各ステップにおいて各材料、特に、アルミニウム系材が過剰に加熱されて、接合部分周辺のアルミニウム系材の変形量が大きくなるとともに電極にアルミニウム系材が凝着して以降の溶接に悪影響を及ぼすという事態が生じて生産性が悪化すること、および、アルミニウム系材の厚みが減少することを突き止めた。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、生産性を高めつつ接合強度を確保することのできるアルミニウム系材と鋼材との抵抗スポット溶接方法の提供を目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系材と鋼材とを互いに重ね合わせた状態で一対の電極により挟持するとともに当該電極への通電によりこれら材料どうしを抵抗スポット溶接する溶接方法であって、各々が通電期間と通電停止期間とを備える複数のステップを順に実行することにより、前記複数のステップに分けて断続的に前記電極に電流を供給し、前記複数のステップにおける前記通電時間の各長さを前記実行の順における後のステップほど長くし、かつ、前記複数のステップにおける前記通電停止期間の各長さを一定にすることにより、各ステップの積算電流量が前記実行の順における後のステップほど段階的に増加するようにし、前記複数のステップのうち少なくとも一つのステップについては、通電開始により所定の第１電流値まで立ち上げた電流値を、徐々に当該第１電流値よりも高い第２電流値まで上昇させて通電を停止する、溶接電流値変更モードに従って前記電極に電流を供給するものである。
また、本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系材と鋼材とを互いに重ね合わせた状態で一対の電極により挟持するとともに当該電極への通電によりこれら材料どうしを抵抗スポット溶接する溶接方法であって、各々が通電期間と通電停止期間とを備える複数のステップを順に実行することにより、前記複数のステップに分けて断続的に前記電極に電流を供給し、前記複数のステップにおける前記通電時間の各長さを一定にし、かつ、前記複数のステップにおける前記通電停止期間の各長さを前記実行の順における後のステップほど短くすることにより、各ステップの積算電流量が前記実行の順における後のステップほど段階的に増加するようにし、前記複数のステップのうち少なくとも一つのステップについては、通電開始により所定の第１電流値まで立ち上げた電流値を、徐々に当該第１電流値よりも高い第２電流値まで上昇させて通電を停止する、溶接電流値変更モードで前記電極に電流を供給するものである。

これらの方法によれば、電極に複数のステップに分けて断続的に電流を供給することで各材料が過剰に加熱されるのを回避しつつ、基準期間に電極に供給する積算電流量を段階的に増加させることで先のステップでのナゲット形成に伴う材料間の抵抗低下に対抗して各材料の加熱量を増大することができ、電流の供給に伴ってナゲットを適切に拡大させることができる。従って、この方法によれば、大電流の長時間通電を１ステップで行うことに伴い各材料、特にアルミニウム系材が過剰に加熱されることにより生じる、チリの発生、アルミニウム系材の変形、アルミニウム系材の厚みの減少およびアルミニウム系材の電極への凝着を抑制して生産性を高めつつ、ナゲット拡大に伴う接合強度の向上を実現することができる。しかも、溶接電流値変更モードで電極に電流が供給されるステップについては、通電開始から徐々に溶接電流値が上昇するため、材料の急減な温度上昇を抑制しながらトータル的な発熱量を増加させることができる。そのため、アルミニウム系材の変形を抑制しながらナゲット形成を促進させることができる。

なお、この方法において、前記溶接電流値変更モードで前記電極に電流を供給した先行ステップに続く後続ステップについては、前記先行ステップの前記第２電流値と略同等の電流値で通電を開始するのが好適である。

この方法によれば、先行ステップの通電停止時と後続ステップの通電開始時の電流値とが略同等であることで、後続ステップにおいて急激な温度上昇を生じることなく材料の発熱が通電開始から比較的円滑に進み、ナゲット形成が効果的に促進される。

この場合、前記後続ステップについても前記溶接電流値変更モードで前記電極に電流を供給するのが好適である。

この方法によれば、通電開始時の材料の急減な温度上昇によるアルミニウム系材の変形を効果的に抑制しながら、連続する２つのステップに亘ってナゲットを円滑に拡大させることが可能となる。

なお、溶接電流値変更モードにおいて、所定の第１電流値まで立ち上げた電流値を、徐々に当該第１電流値よりも高い第２電流値まで上昇させて通電を停止するとは、電流値を一定値ずつ段階的に増加させる方法であってもよいが、第１電流値から第２電流値まで電流値を一定の割合で漸増させる方が好適である。

この方法によれば、電流制御が容易であり、また、電流値が一定の割合で漸増することで、特にアルミニウム系材の急減な温度上昇による変形を抑制する上で有効となる。

以上のように、本発明によれば、アルミニウム系材と鋼材との抵抗スポット溶接において生産性を高めつつこれらの接合強度を確保することができる。

溶接方法を説明するための図である。抵抗スポット溶接方法を説明するための面図である。従来の溶接方法における通電電流のタイムチャートである。本発明の基礎となる溶接方法（第１基礎方法）における通電電流のタイムチャートである。本発明の基礎となる溶接方法（第２基礎方法）における通電電流を示したタイムチャートである。本発明の基礎となる溶接方法（第３基礎方法）における通電電流を示したタイムチャートである。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の溶接方法にかかる通電電流（一部）を示したタイムチャートである。実施例１〜７の通電電流を示したタイムチャートである。比較例１，２の通電電流を示したタイムチャートである。

以下、本発明の、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系材と鋼材とを抵抗スポット溶接する溶接方法の好ましい実施形態について説明する。

まず、本発明の溶接方法について説明する前に、その基礎となる３つの溶接方法（以下、第１〜第３基礎方法という）について図１〜図６に基づいて説明し、その後、図７を用いて本発明の溶接方法について説明する。すなわち、本発明は、第１〜第３基礎方法をさらに改良したものである。

まず、第１基礎方法の概要を説明する。ここでは、図１に示すように、板状のアルミニウム系材１０と板状の鋼材２０とを抵抗スポット溶接する場合について説明する。各板材１０，２０の具体的な材質は特に限定されないが、例えば、アルミニウム系材１０としては、ＪＩＳ６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）が用いられ、鋼材２０としては、亜鉛メッキが施された鋼材が用いられる。

まず、アルミニウム系材１０と鋼材２０とを互いに重ね合わせて配置する。次に、これら板材１０，２０を一対の電極３０ａ，３０ｂにより挟持する。このとき、電極３０ａ，３０ｂを互いに近づく方向に押圧し、電極３０ａ，３０ｂを介して板材１０，２０を互いに近づく方向に加圧する。そして、板材１０，２０への加圧を維持した状態で、電極３０ａ，３０ｂに電流を供給する。

電極３０ａ，３０ｂへ電流が供給されると、アルミニウム系材１０と鋼材２０とは、自身の材料抵抗および板材１０，２０どうしの接触抵抗により、電極３０ａ，３０ｂとの接触部分を中心として発熱する。すなわち、電極３０ａ，３０ｂへの電流の供給に伴い、アルミニウム系材１０と鋼材２０とは加熱される。加熱されることで、図２に示すように、アルミニウム系材１０は溶融して鋼材２０にはりつき、これら各板材１０，２０間にナゲット４０が形成されて、アルミニウム系材１０と鋼材１０とが接合される。

ここで、アルミニウム系材１０と鋼材２０との接合強度を高めるためには、アルミニウム系材１０を十分に溶融させてナゲット径Ｒ（ナゲット４０の板面方向の直径）が大きい方が好ましい。そして、このナゲット径Ｒを大きくするためには、電極３０ａ，３０ｂに供給する電流量を大きくする必要がある。

ところが、電極３０ａ，３０ｂに電流値一定の電流を連続して供給する方法を用い、この電流値を大きくした場合には、アルミニウム系材１０が過剰に加熱されてチリとなって滅失するという問題、電極３０ａ，３０ｂの中心部分の加熱量が周囲部分に比べて過剰に大きくなりこの中心部分におけるアルミニウム系材１０の板厚が減少するという問題、電極３０ａ，３０ｂの周囲部分におけるアルミニウム系材１０が盛り上がる等してアルミニウム系材１０が大きく変形するという問題、また、溶融したアルミニウム系材１０が電極３０ａに凝着するという問題が生じる。

この問題に対して、図３に示すように、電極３０ａ，３０ｂに対して電流値一定の電流を供給する一方、これら電極３０ａ，３０ｂへの通電を瞬間的に停止させる方法がある。具体的には、この方法では、電極３０ａ，３０ｂに時間ｔ１＿ｂだけ電流値Ｉｂの電流を供給した後、時間ｔ２＿ｂ通電を停止させるというサイクルを複数回行う。本発明者らは、この方法を用いて各種試験を行った結果、この方法を用いればチリの発生をある程度抑制することができ、チリの抑制に伴って接合強度をある程度高めることができることを確認した。一方、本発明者らは、この方法、すなわち、電極３０ａ，３０ｂに対して電流値一定の電流を供給しつつ瞬間的にその通電を停止させる方法を用いても、接合強度のさらなる向上と、アルミニウム系材１０の板厚の減少の抑制、アルミニウム系材１０の変形の抑制、アルミニウム系材１０の電極への凝着の抑制とを両立させることができないことを発見した。具体的には、電極３０ａ，３０ｂへ供給する電流値を大きくする場合、アルミニウム系材１０の板厚の減少等の問題は避けられないことを発見した。

本発明者らは、この結果について鋭意研究した結果、前記のように瞬間的に通電を停止させつつ電流値一定の電流を電極３０ａ，３０ｂへ供給する方法、すなわち、単に複数のステップに分けて電極３０ａ，３０ｂを通電する方法では、各ステップでの加熱量が過剰となることで、アルミニウム系材１０の変形量が大きくなる、アルミニウム系材１０の板厚が減少する、アルミニウム系材１０が電極３０ａに凝着するという問題が依然として生じることを突き止めた。

そして、この知見に基づき、本発明者らは、複数のステップに分けて十分な通電停止時間を設けながら断続的に、かつ、これら電極３０ａ，３０ｂに供給された電流量を予め設定された基準期間積算した積算電流量が段階的に増加するように、前記電極３０ａ，３０ｂに電流を供給するという方法（第１〜第３基礎方法）に従うことで、接合強度のさらなる向上と、アルミニウム系材１０の板厚の減少の抑制、アルミニウム系材１０の変形の抑制、アルミニウム系材１０の電極への凝着の抑制との両立を実現した。なお、積算電流量は、電極３０ａ，３０ｂに供給される電流値と時間との積算値に相当する。

第１基礎方法は、図４に示すような波形（矩形波）の電流を電極３０ａ，３０ｂに供給することで、電極３０ａ，３０ｂに複数のステップに分けて断続的に電流を供給し、かつ、積算電流量を段階的に増加させる。すなわち、第１基礎方法では、一定時間ｔ１の間、電極３０ａ，３０ｂに連続的に電流を供給するというステップを、一定の通電停止時間ｔ２を挟んで複数回実施するとともに、各ステップでの電流値Ｉ（すなわち溶接電流値）を徐々に増加させる。

ここで、電極３０ａ，３０ｂに供給された電流量を予め設定された基準期間積算した積算電流量が段階的に増加するように前記電極３０ａ，３０ｂに電流を供給するとは、すなわち、先のステップでのナゲット形成に伴う板材１０，２０間の抵抗減少に対抗して次のステップにおいてこれら板材１０，２０間の発熱量を増大させるということであり、前記基準期間は、第１ステップＳ１の開始から第２ステップＳ２の開始までの時間以上の時間であって、全通電時間すなわち第１ステップＳ１の通電開始から最終ステップの通電終了までの時間を均等に複数に分けた時間である。例えば、第１実施形態では、通電時間ｔ１と通電停止時間ｔ２の和（ｔ１＋ｔ２）の値を用いることができる。

図４に示す例では、電流供給ステップを４回実施しており、第１〜第４ステップＳ１〜Ｓ４における電流値Ｉ１〜Ｉ４を、Ｉ１＜Ｉ２＜Ｉ３＜Ｉ４となるように設定している。例えば、各ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４での電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、順に１５ｋＡ、１５．５ｋＡ、１６ｋＡ、１６．５ｋＡに設定される。

ここで、アルミニウム系材１０の過剰な加熱を抑制するためには、通電停止時間ｔ２を長くしてこの通電停止時間においてアルミニウム系材１０の温度をより低下させるのが好ましい。そこで、この第１基礎方法では、通電停止時間ｔ２を通電時間ｔ１と同じ時間に設定して長く確保し、アルミニウム系材１０の過剰な加熱を確実に抑制している。例えば、ｔ１とｔ２とは同じ１６７ｍｓ程度に設定される。

また、前記電極３０ａ，３０ｂが、いわゆるＲ型であって先端面が曲面を呈するものでは、大電流を必要とし装置負荷が高くなる上、チリが発生しやすくなる。そこで、この実施形態では、前記電極３０ａ，３０ｂとして、先端面が平面を呈し各材と面接触するものを用いる。例えば、その先端面が直径５〜６ｍｍ（電極の直径は１３〜１６ｍｍ）のものを用いる。

以上のように、第１基礎方法では、一定の通電停止時間ｔ２を挟んで断続的に一定の通電時間ｔ１だけ電極３０ａ，３０ｂに通電し、かつ、電極３０ａ、３０ｂへの通電電流値をステップの増加に伴って徐々に増加させる。この方法によれば、断続的に電極３０ａ，３０ｂに通電されることでアルミニウム系材１０が過剰に加熱されるのが回避され、チリの発生、アルミニウム系材の変形、ナゲットの厚みの減少およびアルミニウム系材１０の電極への凝着を抑制することができるとともに、通電電流ひいてはアルミニウム系材１０の加熱量が段階的に増加することで先のステップでのナゲット形成に伴う材料間の抵抗低下に対抗して材料間の発熱量を確保して通電実施毎にナゲットを適切に拡大させていくことができ接合強度を高めることができる。特に、通電停止時間ｔ２が長い時間確保されているため、前記過剰な加熱を回避することができる。

なお、図４および後述する図５、図６は、インバータ式電源を用いて電極３０ａ，３０ｂを通電した場合を示しているが、電源の種類はこれに限らない。例えば、単相交流式電源を用い、１／２サイクルの交流波の一部を通電停止状態とさせてもよい。

次に、第２基礎方法について説明する。この第２基礎方法は、電極３０ａ，３０ｂへの具体的な通電方法においてのみ第１基礎方法と異なる。そこで、ここでは、この通電方法についてのみ説明する。

第２基礎方法では、図５に示すような波形（矩形波）の電流を電極３０ａ，３０ｂに供給することで、電極３０ａ，３０ｂに複数のステップに分けて断続的に電流を供給し、かつ、積算電流量を段階的に増加させる。すなわち、第２基礎方法に係る接合方法では、電極３０ａ，３０ｂに溶接電流値として一定値Ｉ２０の電流を連続的に供給するというステップを、一定の通電停止時間ｔ２０を挟んで複数回実施し、かつ、各ステップでの通電時間を徐々に増加させる。

図５に示す例では、電流供給ステップを４回実施しており、第１〜第４ステップＳ１〜Ｓ４において、電流値Ｉ２０を一定に制御する一方、各ステップＳ１〜Ｓ４の通電時間ｔ２１〜ｔ２４を、ｔ２１＜ｔ２２＜ｔ２３＜ｔ２４となるように制御する。例えば、各ステップＳ１〜Ｓ４での通電電流値Ｉ２０が１５．５ｋＡ一定とされ、通電停止時間ｔ２０が１６７ｍｓ一定とされ、各ステップＳ１〜Ｓ４での通電時間ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３、ｔ２４が、順に１６７、２００ｍｓ、２３３ｍｓ、２６６ｍｓに設定される。

この第２基礎方法においても、断続的に電極３０ａ，３０ｂが通電されつつ、各ステップでの通電時間が徐々に増加されることにより板材１０，２０の加熱量が段階的に増加される。そのため、アルミニウム系材１０が過剰に加熱されるのを回避して、チリの発生、アルミニウム系材の変形、ナゲットの厚みの減少およびアルミニウム系材１０の電極への凝着を抑制することができる上に、先のステップでのナゲット形成に伴う材料間の抵抗低下に対抗して材料間の発熱量を確保して通電実施毎にナゲットを適切に拡大させていくことができ接合強度を高めることができる。

次に、第３基礎方法について説明する。この第３基礎方法も、電極３０ａ，３０ｂへの具体的な通電方法においてのみ第１基礎方法と異なる。そこで、ここでは、この通電方法についてのみ説明する。

第３基礎方法では、図６に示すような波形（矩形波）の電流を電極３０ａ，３０ｂに供給することで、電極３０ａ，３０ｂに複数のステップに分けて断続的に電流を供給し、かつ、積算電流量を段階的に増加させる。すなわち、第３基礎方法では、電極３０ａ，３０ｂに溶接電流値として一定値Ｉ３０の電流を一定時間ｔ３０連続的に供給するというステップを、所定の通電停止時間を挟んで複数回実施し、かつ、各ステップ間の通電停止時間を徐々に減少させる。

図６に示す例では、電流供給ステップを４回実施しており、第１〜第４ステップＳ１〜Ｓ４において電流値Ｉ３０および通電時間ｔ３０を一定に制御する一方、第１ステップＳ１と第２ステップＳ２の間の第１通電停止時間ｔ３１と、第２ステップＳ２と第３ステップＳ３の間の第２通電停止時間ｔ３２と、第３ステップＳ３と第４ステップＳ４の間の第３通電停止時間ｔ３３とを、ｔ３１＞ｔ３２＞ｔ３３となるように設定制御する。例えば、各ステップＳ１〜Ｓ４での通電電流値Ｉ３０が１５．５ｋＡ、通電時間ｔ３０が１６７ｍｓ一定とされ、各通電停止時間ｔ３１、ｔ３２、ｔ３３が、順に１６７、１２５ｍｓ、８３ｍｓに設定される。

この第３基礎方法においても、断続的に電極３０ａ，３０ｂが通電されつつ、通電停止時間（板材１０，２０の冷却時間）が徐々に短くなることで各ステップの通電初期の材料抵抗が徐々に上昇し、その結果、板材１０，２０の加熱量が段階的に増加される。そのため、アルミニウム系材１０が過剰に加熱されるのを回避して、チリの発生、アルミニウム系材の変形、ナゲットの厚みの減少およびアルミニウム系材１０の電極への凝着を抑制することができる上に、先のステップでのナゲット形成に伴う材料間の抵抗低下に対抗して材料間の発熱量を確保して通電実施毎にナゲットを適切に拡大させていくことができ接合強度を高めることができる。

次に、本発明の溶接方法について図７に基づいて詳細に説明する。

本発明の溶接方法は、上述した第１〜第３基礎方法において、上記電流供給ステップＳ１〜Ｓ４のうち少なくとも１つのステップの通電を電流値変更モードで行う、つまり、電極３０ａ，３０ｂへの通電中に、溶接電流値を変化させるようにしたものである。

具体的には、図７（ａ）に示すように、通電開始時の溶接電流値（第１電流値Ｉ＿１）よりも通電停止時の溶接電流値（第２電流値Ｉ＿２）を高い値に設定し、通電開始により第１電流値Ｉ＿１まで立ち上げた電流値を、徐々に第２電流値Ｉ＿２まで上昇させて、詳しくは、第１電流値Ｉ＿１から第２電流値Ｉ＿２まで電流値を一定の割合で漸増させて通電を停止するようにしたものである。

このような電流値変更モードによれば、通電開始時の板材１０，２０の急減な温度上昇を抑制しながらトータル的な発熱量を増加させることができる。そのため、特にアルミニウム系材１０の変形を抑制しながらナゲット形成を促進させることができ、結果的に、アルミニウム系材１０と鋼材２０との接合強度を高めることができる。

ここで、第１基礎方法に基づく本発明では、連続する２つの電流供給ステップに関し、次のようにして電極３０ａ，３０ｂに電流供給を行うのが好ましい。例えば図７（ｂ）に示すように、例えばステップＳ１の通電を電流値変更モードで行う場合には、後続するステップＳ２については、ステップＳ１の第２電流値Ｉａ２と略同等の溶接電流値Ｉｂ１で通電を開始するのが好ましい。このように後続するステップＳ２の通電が、先行するステップＳ１の通電停止時の電流値Ｉａ２（＝Ｉｂ１）から開始される場合には、後続するステップＳ２において急激な温度上昇を生じることなく材料１０，２０の発熱が通電開始から比較的円滑に進み、ナゲット形成が効果的に促進される。特に、図７（ｃ）に示すように、各ステップＳ１〜Ｓ４の通電を電流値変更モードで行うとともに、ステップＳ２〜Ｓ４の通電を、各々先行するステップＳ１〜Ｓ３の通電停止時の電流値（第２電流値）と略同等の電流値で開始するようにすれば、ステップＳ１〜Ｓ４に亘ってナゲット４０をより円滑に拡大させることができる。そのため、ステップＳ１〜Ｓ４各々について、電流値（溶接電流値）一定の電流を電極３０ａ，３０ｂに供給する第１基礎方法（図４参照）に比べると、上記のように、ナゲット４０を円滑に拡大させることができる分、アルミニウム系材１０と鋼材２０との接合強度をより一層高めることができる。

なお、ここでは、第１基礎方法に基づく本発明について説明したが、第２、第３基礎方法に基づく本発明では、図７（ｂ）の例に準じて通電を行う。すなわち、供給ステップＳ１〜Ｓ４のうち少なくとも１つのステップの通電を電流値変更モードで行い、それ以外のステップについては溶接電流値として一定値の電流を供給する。また、図７（ｄ）に示すように、各ステップＳ１〜Ｓ４の通電を電流値変更モードで行うとともに、各ステップＳ１〜Ｓ４の通電開始時の電流値が同一でかつ各ステップＳ１〜Ｓ４の通電停止時の電流値が同一になるようにしてもよい。なお、便宜上、図７（ｄ）についても通電時間と停止時間とを等しく示している。

次に、本発明の溶接方法を用いてアルミニウム系材１０と鋼材２０とを抵抗スポット溶接した実施例１〜７の溶接結果と、電極３０ａ，３０ｂに電流値一定の電流を連続して所定時間供給することでアルミニウム系材１０と鋼材２０とを抵抗スポット溶接した比較例１、２の溶接結果とについて、表１を用いて説明する。

これら実施例１〜７および比較例１、２では、アルミニウム系材１０として、板厚０．９ｍｍの板状のＪＩＳ６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）材を用い、鋼材２０として、板厚０．８ｍｍの亜鉛メッキが施された板状の鋼材を用いた。また、溶接結果として、引張強度ＴＳと、アルミニウム系材１０の変形量と、チリの発生状況とを調べた。なお、表１において、引張強度ＴＳにおけるＮ１、Ｎ２は、それぞれ、異なる試験片における値である。

実施例１〜７では、図８に示すように、電極に、電流値（溶接電流値）Ｉ＿ａ，Ｉ＿ｂ，Ｉ＿ｃ，Ｉ＿ｄの電流をそれぞれ，時間ｔ＿ｏｎ＿ａ，ｔ＿ｏｎ＿ｂ，ｔ＿ｏｎ＿ｃ，ｔ＿ｏｎ＿ｄずつ供給する第１〜第４の電流供給ステップＳ１〜Ｓ４を、それぞれ、通電停止時間ｔ＿ｏｆｆ＿ａ，ｔ＿ｏｆｆ＿ｂ，ｔ＿ｏｆｆ＿ｃあけて実施した。

表１には、各実施例１〜７について、それぞれ、これら電流値と、通電時間と、通電停止時間の具体的値を示している。なお、表１の電流値（溶接電流値）については、上述した電流値変更モードで通電が行われたステップＳ１〜Ｓ４については、第１電流値（Ｉ＿ａ１，Ｉ＿ｂ１，Ｉ＿ｃ１，Ｉ＿ｄ１）と第２電流値（Ｉ＿ａ２，Ｉ＿ｂ２，Ｉ＿ｃ２，Ｉ＿ｄ２，）とを並記し、電流値変更モードで通電が行われなかったステップＳ１〜Ｓ４については、単一の電流値（Ｉ＿ａ，Ｉ＿ｂ，Ｉ＿ｃ，Ｉ＿ｄ）を示している。

実施例１〜６は、第１基礎方法（図４参照）に基づく本発明の実施例である。つまり、通電時間および通電停止時間を一定として各ステップの電流値を段階的に増加させるとともに特定のステップの通電を電流値変更モードで行った例である。詳しくは、実施例１、３は、第３のステップＳ３のみを電流値変更モードとし、実施例５は、第１のステップＳ１のみを電流値変更モードとし、実施例２，４，６は、第１〜第３のステップＳ１〜Ｓ３を電流値変更モードとした。

実施例７は、第３基礎方法（図６参照）に基づく本発明の実施例である。詳しくは、第１ステップＳ１の通電を電流値変更モードとし、その後の各ステップの電流値を一定、すなわち、第１ステップの通電停止時の電流値（第２電流値）と同一とし、各ステップの通電時間が一定で、かつ、各ステップ間の通電停止時間が段階的に減少されるようにした例である。

比較例１、２では、前述のように、また、図９に示すように、電極３０ａ，３０ｂに、電流値Ｉ＿ａ一定の電流を連続して時間ｔ＿ｏｎ＿ａ供給した。表１には、比較例１、２について、これら電流値と、通電時間とを示している。

表１に示されるように、１７．５ｋＡと比較的高い電流が３００ｍｓ連続的に供給された比較例２では、アルミニウム系材１０の変形量が大きくなった上に、チリが生じ、２．５ｋＮ程度と低い引張強度しか得ることができなかった。一方、比較例２よりも供給電流が低く、１６．５ｋＡの電流が３００ｍｓ連続的に供給された比較例１では、チリの発生を回避し、かつ、２．６ｋＮ程度の引っ張り強度を得ることができたものの、比較例２と同様に、アルミニウム系材１０の変形量は大きく、適正な接合形状を得ることができなかった。

これに対して、実施例１〜７では、いずれの例においても、チリの発生を回避し、アルミニウム系材１０の変形量を小程度以下に抑えつつ、２．７ｋＮ以上の高い引っ張り強度を得ることができた。特に、第１基礎方法に基づく本発明の実施例１〜６では、チリの発生を回避し、アルミニウム系材１０の変形量をわずかな量に抑えつつ、略２．９ｋＮ以上の高い引っ張り強度を得ることができた。このように実施例１〜７では、いずれの例においても比較例１，２より高い引っ張り強度が実現されているが、これは表１に示すように、実施例１〜７では平均ナゲット形が７．９ｍｍ以上であり、比較例１，２の最高７．６ｍｍに比べて大きいためであり、この点からも、本発明がナゲット形成の促進、ひいては接板材１０，２０の接合強度の向上に寄与しえることが考察できる。

以上のように、本発明に係る溶接方法によれば、チリの発生を回避し、かつ、アルミニウム系材１０の変形、アルミニウム系材１０の板厚の減少、アルミニウム系材１０の電極への凝着を抑制しつつ、高い引張強度すなわち接合強度を得ることができる。特に、電流供給ステップＳ１〜Ｓ４のうち少なくとも１つのステップでは電流値変更モードで電極３０ａ，３０ｂに電流を供給するため、当該ステップについては、材料１０，２０の急減な温度上昇を抑制しながらトータル的な発熱量を増加させることができる。そのため、特にアルミニウム系材１０の変形を抑制しながらナゲット形成を効果的に促進させることができ、結果的に、アルミニウム系材１０と鋼材２０との接合強度を高めることができる。

ここで、通電時間、通電停止時間、溶接電流値、電流供給ステップ数は前記に限らない。

ただし、アルミニウム系材１０の過剰な加熱を確実に抑制するためには、通電停止時間を長くするのが好ましい。具体的には、通電停止時間を６０〜５００ｍｓ（６０Ｈｚにおいて４サイクル〜３０サイクル）とすれば、アルミニウム系材１０の過剰な加熱に伴うアルミニウム系材１０の変形、アルミニウム系材１０の厚みの減少、アルミニウム系材１０の電極３０ａ，３０ｂへの凝着、チリの発生といった事態を回避して高い生産性を確保することができることが分かっている。

また、アルミニウム系材１０の過剰な加熱を確実に抑制するためには、通電電流値をある程度低く抑えるのが好ましい。具体的には、通電電流値を２０ｋＡ以下、より好ましくは１７．５ｋＡ以下に抑えれば、アルミニウム系材１０の過剰な加熱に伴うアルミニウム系材１０の変形等を確実に抑えることができることが分かっている。

また、接合強度を確保するためには、電流供給ステップ数を３以上とすることが好ましい。

また、電流値変更モードに関して、上記各実施形態では、第１電流値（通電開始時の電流値）から第２電流値（通電停止時の電流値）まで溶接電流値を一定の割合で漸増させるようにしているが、例えば溶接電流値を一定値ずつ段階的に変化させる（電流値が階段状に変化する）ようにしてもよい。要は、第１電流値から第２電流値まで溶接電流値が徐々に変化するようにすればよい。

また、本発明は、複数のステップに分けて断続的に、かつ、前記電極に供給された電流量を予め設定された基準期間積算した積算電流量が段階的に増加するように、電極に電流を供給すればよく、その具体的な通電方法は、前記に限らない。例えば、前述の各実施形態に係る通電方法を組み合わせてもよい。

１０アルミニウム系材
２０鋼材
３０ａ，３０ｂ電極
４０ナゲット
Ｒナゲット径

Claims

アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系材と鋼材とを互いに重ね合わせた状態で一対の電極により挟持するとともに当該電極への通電によりこれら材料どうしを抵抗スポット溶接する溶接方法であって、
各々が通電期間と通電停止期間とを備える複数のステップを順に実行することにより、前記複数のステップに分けて断続的に前記電極に電流を供給し、
前記複数のステップにおける前記通電時間の各長さを前記実行の順における後のステップほど長くし、かつ、前記複数のステップにおける前記通電停止期間の各長さを一定にすることにより、各ステップの積算電流量が前記実行の順における後のステップほど段階的に増加するようにし、
前記複数のステップのうち少なくとも一つのステップについては、通電開始により所定の第１電流値まで立ち上げた電流値を、徐々に当該第１電流値よりも高い第２電流値まで上昇させて通電を停止する、溶接電流値変更モードで前記電極に電流を供給することを特徴とする溶接方法。
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系材と鋼材とを互いに重ね合わせた状態で一対の電極により挟持するとともに当該電極への通電によりこれら材料どうしを抵抗スポット溶接する溶接方法であって、
各々が通電期間と通電停止期間とを備える複数のステップを順に実行することにより、前記複数のステップに分けて断続的に前記電極に電流を供給し、
前記複数のステップにおける前記通電時間の各長さを一定にし、かつ、前記複数のステップにおける前記通電停止期間の各長さを前記実行の順における後のステップほど短くすることにより、各ステップの積算電流量が前記実行の順における後のステップほど段階的に増加するようにし、
前記複数のステップのうち少なくとも一つのステップについては、通電開始により所定の第１電流値まで立ち上げた電流値を、徐々に当該第１電流値よりも高い第２電流値まで上昇させて通電を停止する、溶接電流値変更モードで前記電極に電流を供給することを特徴とする溶接方法。
請求項１又は２に記載の溶接方法において、
前記溶接電流値変更モードで前記電極に電流を供給した先行ステップに続く後続ステップについては、前記先行ステップの前記第２電流値と略同等の電流値で通電を開始することを特徴とする溶接方法。
請求項３に記載の溶接方法において、
前記後続ステップについても前記溶接電流値変更モードで前記電極に電流を供給することを特徴とする溶接方法。
請求項１乃至４の何れか一項に記載の溶接方法において、
前記溶接電流値変更モードでは、前記第１電流値から前記第２電流値まで電流値を一定の割合で漸増させることを特徴とする溶接方法。