JP6068147B2

JP6068147B2 - Welded joint and method for producing welded joint

Info

Publication number: JP6068147B2
Application number: JP2013003600A
Authority: JP
Inventors: 元村山; 達也崎山; ひとみ西畑; 康信宮崎; 俊哉岡田
Original assignee: Nippon Steel Corp; UACJ Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; UACJ Corp
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: JP2014094408A

Description

本発明は、溶接継手及び溶接継手の製造方法に関し、特に、鋼板とアルミニウム板とを抵抗スポット溶接により接合するために用いて好適なものである。 The present invention relates to a welded joint and a method for manufacturing the welded joint, and is particularly suitable for joining a steel plate and an aluminum plate by resistance spot welding.

自動車の車体の組み立てや部品の取り付け等のために抵抗スポット溶接が行われる。
抵抗スポット溶接は、板面が相互に重ね合わせられた複数の金属板の重ね合わせ部の表側及び裏側から、それぞれの電極を加圧しながら通電することにより当該複数の金属板に発生するジュール熱によって、当該複数の金属板を接合する方法である。 Resistance spot welding is performed for assembling the car body and attaching parts.
Resistance spot welding is performed by Joule heat generated in a plurality of metal plates by energizing each electrode from the front side and the back side of the overlapping portion of the plurality of metal plates with the plate surfaces superimposed on each other. , A method of joining the plurality of metal plates.

従来から、このような抵抗スポット溶接により、鋼板とアルミニウム板とを接合しようとする場合、鋼板とアルミニウムの双方を溶融させると、鋼板とアルミニウム板との接合部に脆弱な金属間化合物（Ｆｅ₂Ａｌ₅やＦｅＡｌ₃等）が生成されるために、継手強度が低下してしまうことが知られている（特許文献１〜３を参照）。 Conventionally, when joining a steel plate and an aluminum plate by such resistance spot welding, when both the steel plate and aluminum are melted, a brittle intermetallic compound (Fe ₂ It is known that joint strength is reduced because Al ₅ , FeAl _{3, and the} like are generated (see Patent Documents 1 to 3).

そこで、特許文献１、２には、鋼板とアルミニウム板とを抵抗スポット溶接するに際し、鋼板とアルミニウム板との間に、これらと共晶反応を生じる亜鉛を介在させることにより、共晶反応によって溶融された共晶金属や酸化皮膜を排出させる技術が開示されている。かかる特許文献１、２では、亜鉛とアルミニウムとの共晶金属は、アルミニウムの融点以下の温度で溶融するため、低温で酸化皮膜を除去することができ、接合過程で接合界面に生成される金属間化合物の生成を抑制できるとされている。特許文献１に記載の技術では、共晶反応によって溶融された金属や酸化皮膜を排出させるために、鋼板とアルミニウム板との少なくとも何れか一方に、溶融物の接合部からの排出を容易にするための加工を施すようにしている。また、特許文献２に記載の技術では、電極の少なくとも一方の先端部を曲面形状としている。 Therefore, in Patent Documents 1 and 2, when resistance spot welding of a steel plate and an aluminum plate is performed, a zinc that causes a eutectic reaction between the steel plate and the aluminum plate is interposed, thereby melting by a eutectic reaction. A technique for discharging the eutectic metal and oxide film formed is disclosed. In Patent Documents 1 and 2, since the eutectic metal of zinc and aluminum melts at a temperature lower than the melting point of aluminum, the oxide film can be removed at a low temperature, and the metal generated at the bonding interface during the bonding process. It is said that the formation of intermetallic compounds can be suppressed. In the technique described in Patent Document 1, in order to discharge the metal or oxide film melted by the eutectic reaction, at least one of the steel plate and the aluminum plate can be easily discharged from the joint portion. I am trying to do the processing for. In the technique described in Patent Document 2, at least one tip portion of the electrode has a curved shape.

また、特許文献３には、鋼板側電極の先端曲率半径Ｒ１を３０［ｍｍ］〜９０［ｍｍ］とし、アルミニウム板側電極の先端曲率半径Ｒ２を２．０＜Ｒ２／Ｒ１＜６．０とする技術が開示されている。かかる特許文献３では、接合面でのアルミニウムの溶融量が不足することなく、鋼板とアルミニウムの接合面にアルミニウムの溶融プールを円滑に作ることができ、この結果、金属間化合物が接合面に形成されることを抑制することができるとされている。 In Patent Document 3, the tip curvature radius R1 of the steel plate side electrode is set to 30 [mm] to 90 [mm], and the tip curvature radius R2 of the aluminum plate side electrode is set to 2.0 <R2 / R1 <6.0. Techniques to do this are disclosed. According to Patent Document 3, an aluminum molten pool can be smoothly formed on the joining surface between the steel plate and the aluminum without a shortage of the aluminum melting amount at the joining surface. As a result, an intermetallic compound is formed on the joining surface. It is said that it can be suppressed.

特開２００７−１３０６８６号公報JP 2007-130686 A 特開２００７−３２６１４６号公報JP 2007-326146 A 特開２００８−２００６８７号公報JP 2008-200747 A

しかしながら、本発明者らが、特許文献１〜３に記載の技術により溶接継手を形成し、それらについて、JIS Z 3137に基づく十字引張試験を実施したところ、何れの技術による溶接継手も、溶接継手によって十字引張強さ（ＣＴＳ）が大きくなったり小さくなったりし、溶接継手の十字引張強さが安定しないことが分かった。また、溶接継手により、破断形態が、良好な破断形態（プラグ破断）になったり、良好でない破断形態（界面破断）になったりすることがあることが分かった。 However, when the present inventors formed welded joints by the techniques described in Patent Documents 1 to 3 and conducted a cross tensile test based on JIS Z 3137, the welded joints by any technique were welded joints. As a result, it was found that the cross tensile strength (CTS) was increased or decreased, and the cross tensile strength of the welded joint was not stable. Moreover, it turned out that a fracture | rupture form may become a favorable fracture | rupture form (plug fracture | rupture) or an unsatisfactory fracture | rupture form (interface fracture | rupture) by a welded joint.

特許文献１、２に記載の技術では、アルミニウムの融点以下の温度で溶融する共晶金属や酸化皮膜を排出させており、アルミニウムの溶融を利用した接合を行っていない。また、特許文献３に記載の技術では、鋼板とアルミニウムの接合面にアルミニウムの溶融プールを形成するので、鋼板とアルミニウムの接合面に、アルミニウムの溶融凝固部が厚く形成される。したがって、前述したように、特許文献１〜３に記載の技術により作製された溶接継手の継手強度（例えば十字引張強さ）は、溶接継手によって大きく異なることがあり、また、溶接継手の破断形態も、良好な破断形態（プラグ破断）にならないことがあると考えられる。 In the techniques described in Patent Documents 1 and 2, eutectic metals and oxide films that melt at a temperature lower than the melting point of aluminum are discharged, and joining using melting of aluminum is not performed. Further, in the technique described in Patent Document 3, an aluminum molten pool is formed on the joining surface between the steel plate and aluminum, so that a molten and solidified portion of aluminum is formed thick on the joining surface between the steel plate and aluminum. Therefore, as described above, the joint strength (for example, the cross tensile strength) of the welded joint produced by the techniques described in Patent Documents 1 to 3 may vary greatly depending on the welded joint, and the fracture form of the welded joint However, it is considered that there is a case where a good fracture form (plug fracture) is not obtained.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、鋼板とアルミニウム板とを抵抗スポット溶接することにより形成した溶接継手の継手強度が、溶接継手によって小さくなったり大きくなったりすることを抑制し、高い継手強度を安定して得られるようにすると共に良好な破断形態が得られるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and the joint strength of a welded joint formed by resistance spot welding of a steel plate and an aluminum plate is reduced or increased by the welded joint. An object of the present invention is to suppress this, to stably obtain a high joint strength, and to obtain a good fracture form.

本発明の溶接継手は、板厚ｔ₁が０．５［ｍｍ］以上２．５［ｍｍ］以下である鋼板と、板厚ｔ₂が０．５［ｍｍ］以上３．０［ｍｍ］以下であるアルミニウム板とを相互に重ね合わせて抵抗スポット溶接を行うことにより形成された溶接継手であって、前記鋼板と前記アルミニウム板とが接合された領域である溶接部の板面方向における中心を通るように、前記溶接継手をその厚み方向に沿って切ったときの切断面において、前記溶接部における前記アルミニウム板の厚みの最小値であるアルミニウム板側の最小板厚が、前記アルミニウム板の板厚ｔ₂の２０［％］以下であり、前記溶接部における前記アルミニウム板の残存面積が、前記抵抗スポット溶接が行われる前の面積の１０［％］以上３０［％］以下であり、前記抵抗スポット溶接によって前記鋼板との界面において溶融したアルミニウムのうち、前記溶接継手の外部にチリとして排出されずに凝固したアルミニウムが存在する領域であるアルミニウムの溶融凝固部の面積が、前記溶接部における前記アルミニウム板の残存面積の１０［％］以下であることを特徴とする。 The welded joint of the present invention includes a steel plate having a thickness t ₁ of 0.5 [mm] or more and 2.5 [mm] or less, and a thickness t ₂ of 0.5 [mm] or more and 3.0 [mm] or less. Are weld joints formed by performing resistance spot welding by superimposing the aluminum plates on each other, the center in the plate surface direction of the welded portion being the region where the steel plate and the aluminum plate are joined In the cut surface when the weld joint is cut along the thickness direction so as to pass, the minimum plate thickness on the aluminum plate side which is the minimum value of the thickness of the aluminum plate in the welded portion is the plate of the aluminum plate or less 20 [%] of the thickness t _2, the remaining area of the aluminum plate in the weld, the 10 [%] of the area before the resistance spot welding is performed more than 30 [%] or less, the resistance Spot welding Therefore, among the aluminum melted at the interface with the steel plate, the area of the molten and solidified portion of aluminum, which is a region where solidified aluminum is present without being discharged as dust outside the weld joint, is the aluminum plate in the welded portion. The remaining area is 10% or less of the remaining area.

本発明の溶接継手の製造方法は、板厚ｔ₁が０．５［ｍｍ］以上２．５［ｍｍ］以下である鋼板と、板厚ｔ₂が０．５［ｍｍ］以上３．０［ｍｍ］以下であるアルミニウム板とを相互に重ね合わせた状態で、前記鋼板に鋼板側電極を接触させると共に前記アルミニウム板にアルミニウム板側電極を接触させ、前記鋼板側電極と前記アルミニウム板側電極との間に加圧力を加えながら溶接電流を流して抵抗スポット溶接を行うことにより、請求項１に記載の溶接継手を製造する溶接継手の製造方法であって、前記鋼板側電極の先端曲率半径Ｒ₁が、３０［ｍｍ］以上８０［ｍｍ］以下であり、前記アルミニウム側電極の先端曲率半径Ｒ₂を前記鋼板側電極の先端曲率半径Ｒ₁で割った値である先端曲率半径の比Ｒ₂／Ｒ₁が、１．５超６.０未満の範囲内であり、前記溶接電流の値が、１５［ｋＡ］以上３５［ｋＡ］以下であり、前記溶接電流の通電時間が、１００［ｍｓ］超３００［ｍｓ］未満であり、前記加圧力が３．５［ｋＮ］超９.０［ｋＮ］以下であることを特徴とする。
また、本発明の溶接継手の製造方法は、前記アルミニウム板側電極は、電極本体と、前記電極本体と同軸となるように前記電極本体の先端に取り付けられた芯材と、を有し、前記芯材の熱伝導率は、１２０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］以上１９０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］以下であり、前記芯材の、軸方向における長さの最大値は、１［ｍｍ］以上７［ｍｍ］以下であり、前記芯材の、軸に垂直な方向における長さの最大値は、前記電極本体の、軸に垂直な方向における長さの最大値の０．３倍以上１倍以下であり、前記溶接電流の値は、１１［ｋＡ］以上２５［ｋＡ］以下であることを特徴とする。 The method for producing a welded joint according to the present invention includes a steel plate having a thickness t ₁ of 0.5 [mm] or more and 2.5 [mm] or less, and a thickness t ₂ of 0.5 [mm] or more and 3.0 [mm]. mm] in a state where aluminum plates that are less than or equal to each other are overlapped with each other, the steel plate side electrode is brought into contact with the steel plate, the aluminum plate side electrode is brought into contact with the aluminum plate, and the steel plate side electrode and the aluminum plate side electrode A welding joint manufacturing method for manufacturing a welded joint according to claim 1, wherein resistance welding is performed by applying a welding current while applying a pressurizing force between them, and the tip curvature radius R of the steel plate side electrode ₁ is 30 [mm] or more and 80 [mm] or less, and the tip curvature radius ratio R ₂ is a value obtained by dividing the tip curvature radius R ₂ of the aluminum side electrode by the tip curvature radius R ₁ of the steel plate side electrode. / R ₁ is more than 1.5 and less than 6.0 The welding current value is 15 [kA] or more and 35 [kA] or less, the energizing time of the welding current is more than 100 [ms] and less than 300 [ms], and the applied pressure is 3 More than .5 [kN] and not more than 9.0 [kN].
Further, in the method for manufacturing a welded joint according to the present invention, the aluminum plate-side electrode includes an electrode body, and a core attached to the tip of the electrode body so as to be coaxial with the electrode body, The thermal conductivity of the core material is 120 [W / (m · K)] or more and 190 [W / (m · K)] or less, and the maximum length of the core material in the axial direction is 1 [ mm] or more and 7 [mm] or less, and the maximum value of the length of the core member in the direction perpendicular to the axis is 0.3 times the maximum value of the length of the electrode body in the direction perpendicular to the axis. The welding current value is 11 [kA] or more and 25 [kA] or less.

本発明によれば、鋼板とアルミニウム板との界面に形成されるアルミニウムの溶融凝固部を小さくし、アルミニウム板の厚みを薄くすることにより、大きな継手強度を有する溶接継手を安定して得ることができると共に良好な破断形態を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to stably obtain a welded joint having a large joint strength by reducing the aluminum solidified portion formed at the interface between the steel plate and the aluminum plate and reducing the thickness of the aluminum plate. In addition to this, it is possible to obtain a good fracture form.

本発明の第１の実施形態を示し、溶接継手の断面の一例を示す図である。It is a figure which shows the 1st Embodiment of this invention and shows an example of the cross section of a welded joint. 本発明の第１の実施形態を示し、抵抗スポット溶接装置の概略構成の一例を示す図である。It is a figure which shows the 1st Embodiment of this invention and shows an example of schematic structure of a resistance spot welding apparatus. 本発明の第１の実施形態を示し、電極の形状の一例を示す図である。It is a figure which shows the 1st Embodiment of this invention and shows an example of the shape of an electrode. 本発明の第２の実施形態を示し、電極の形状の一例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd Embodiment of this invention and shows an example of the shape of an electrode.

［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
（溶接継手に関する知見）
本発明者らは、溶接条件を異ならせて鋼板とアルミニウム板とを抵抗スポット溶接することにより複数の溶接継手（十字引張試験片）を作製した。また、同一の溶接条件で、鋼板とアルミニウム板とを抵抗スポット溶接することにより複数の溶接継手（十字引張試験片）を作製した。ここでいう溶接条件とは、電極の先端曲率半径、溶接電流、通電時間、及び加圧力である。そして、作成した溶接継手に対し、JIS Z 3137（1999年）に基づく十字引張試験を実施した。
また、十字引張試験を実施する前の溶接継手の厚み方向における切断面を観察すると共に、十字引張試験を実施した後の（破断後の）溶接継手の厚み方向における切断面を観察し、溶接継手の破断形態を確認した。 [First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described.
(Knowledge about welded joints)
The inventors of the present invention produced a plurality of welded joints (cross tensile test pieces) by resistance spot welding of a steel plate and an aluminum plate under different welding conditions. A plurality of welded joints (cross tensile test pieces) were prepared by resistance spot welding of the steel plate and the aluminum plate under the same welding conditions. The welding conditions referred to here are the electrode tip radius of curvature, welding current, energization time, and applied pressure. And the cross tension test based on JIS Z 3137 (1999) was implemented with respect to the created welded joint.
In addition, the cut surface in the thickness direction of the welded joint before the cross tensile test was observed, and the cut surface in the thickness direction of the welded joint (after the fracture) after the cross tensile test was performed were observed. The fracture form of was confirmed.

その結果、鋼板と接合されている領域におけるアルミニウム板の厚みが薄く、且つ、鋼板とアルミニウム板との界面に形成されるアルミニウムの溶融凝固部の大きさ（厚み及び長さ）が小さいと、溶接継手の十字引張強さ（ＣＴＳ）は、大きな値で安定し（溶接継手によって値が大きく変動せず）、且つ、溶接継手の破断形態としてプラグ破断が安定して得られる（殆どの溶接継手でプラグ破断する）ことが分かった。
継手強度の低下の要因となる前述した脆弱な金属間化合物は、鋼板とアルミニウム板との界面に形成されるアルミニウムの溶融プールの中に生成される。したがって、このアルミニウムの溶融プールを、鋼板とアルミニウム板との間の隙間等から積極的に排出することにより、溶融プールの中の金属間化合物も排出することができる。その結果、鋼板と接合されている領域におけるアルミニウム板の厚みは薄くなり、且つ、鋼板とアルミニウム板とが固相接合（に近い状態で接合）する。このようにすることによって、大きな値の十字引張強さを有する溶接継手を安定して製造することができる。
以上のような新たな知見に基づいて、本発明者らは、溶接継手の第１の実施形態に想到した。 As a result, when the thickness of the aluminum plate formed in the interface between the steel plate and the aluminum plate is small and the thickness (thickness and length) of the aluminum solidified in the region joined to the steel plate is small, welding is performed. The cross tensile strength (CTS) of the joint is stable at a large value (the value does not vary greatly depending on the welded joint), and a plug fracture can be stably obtained as a fracture form of the welded joint (in most welded joints). Plug breakage).
The aforementioned fragile intermetallic compound that causes a decrease in joint strength is generated in an aluminum molten pool formed at the interface between the steel plate and the aluminum plate. Therefore, by actively discharging the molten pool of aluminum from the gap between the steel plate and the aluminum plate, the intermetallic compounds in the molten pool can also be discharged. As a result, the thickness of the aluminum plate in the region bonded to the steel plate is reduced, and the steel plate and the aluminum plate are solid-phase bonded (joined in a state close to). By doing so, a welded joint having a large value of cross tensile strength can be manufactured stably.
Based on the above new findings, the present inventors have conceived the first embodiment of the welded joint.

（溶接継手）
図１は、溶接継手の断面の一例を示す図である。図１では、溶接継手１００の溶接部の板面方向における中心を通るように、当該溶接継手１００をその厚み方向に沿って切ったときの切断面を示す。図１（ａ）は、当該溶接継手の写真を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す溶接継手を図面化した図を示す。尚、表記の都合上、図１（ｂ）に示す図の縦横の比を、図１（ａ）に示す写真の縦横の比と異ならせている。ここで、鋼板１１０とアルミニウム板１２０とが固相接合（に近い状態で接合）されている領域を「溶接部」と称する。また、以下の説明では、「溶接継手の溶接部の板面方向における中心を通るように、当該溶接継手１００をその厚み方向に沿って切ったときの切断面」を、必要に応じて「溶接継手の切断面」と称する。ここで、溶接継手１００の溶接部の板面方向における中心を通るように、当該溶接継手１００をその厚み方向に沿って切るということは、例えば、抵抗スポット溶接により鋼板１１０（アルミニウム板１２０）の表面に形成された溶接痕を、その正面（板面に垂直な方向）から見たときの当該溶接痕の輪郭の形状（を円で近似したときの当該円）の中心を通るように、溶接継手１００をその厚み方向に沿って切るということと等価である。また、抵抗スポット溶接に際し、後述する鋼板側電極２１０（アルミニウム板側電極２２０）の先端が鋼板１１０（アルミニウム板１２０）に接触する位置を、溶接継手の溶接部の板面方向における中心ということもできる。 (Welded joint)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a cross section of a welded joint. In FIG. 1, the cut surface when the said welded joint 100 is cut along the thickness direction so that the center in the plate | board surface direction of the weld part of the welded joint 100 may be shown is shown. Fig.1 (a) shows the photograph of the said welded joint, FIG.1 (b) shows the figure which made drawing the welded joint shown to Fig.1 (a). For convenience of description, the aspect ratio of the diagram shown in FIG. 1B is different from the aspect ratio of the photograph shown in FIG. Here, a region where the steel plate 110 and the aluminum plate 120 are solid-phase bonded (joined in a state close to) is referred to as a “welded portion”. Further, in the following description, “the cut surface when the weld joint 100 is cut along the thickness direction so as to pass through the center in the plate surface direction of the welded portion of the weld joint” is referred to as “weld This is referred to as the “cutting surface of the joint”. Here, cutting the welded joint 100 along the thickness direction so as to pass through the center of the welded joint 100 in the plate surface direction means, for example, resistance spot welding of the steel plate 110 (aluminum plate 120). Welding so that the weld mark formed on the surface passes through the center of the shape of the outline of the weld mark when viewed from the front (perpendicular to the plate surface) (the circle when the circle is approximated) This is equivalent to cutting the joint 100 along its thickness direction. Further, at the time of resistance spot welding, the position where the tip of a steel plate side electrode 210 (aluminum plate side electrode 220), which will be described later, contacts the steel plate 110 (aluminum plate 120) is also the center in the plate surface direction of the welded portion of the weld joint. it can.

＜鋼板＞
本実施形態では、鋼板１１０の種類は特に限定されない。ただし、鋼板１１０は、抵抗スポット溶接時に受ける加圧力による変形を抑えることができる強度を有していることが好ましい。また、鋼板１１０の片面又は両面にめっきが施されていてもよいし、施されていなくてもよい。めっき種も、特に限定されない。自動車に使用される場合、例えば、引張強さが４００ＭＰａ以上のＧＡめっき鋼板を鋼板１１０として採用することができる。
鋼板１１０の（溶接前の）板厚ｔ₁は、０．５［ｍｍ］以上、２．５［ｍｍ］以下である。鋼板１１０の板厚ｔ₁が０．５［ｍｍ］を下回ると、構造部材や構造材料として必要な強度や剛性を確保することができなくなる。一方、板厚ｔ₁が２．５［ｍｍ］を上回る鋼板１１０については他の接合プロセスを適用することができるため、抵抗スポット溶接を利用する必要性が低い。 <Steel plate>
In the present embodiment, the type of the steel plate 110 is not particularly limited. However, it is preferable that the steel plate 110 has a strength capable of suppressing deformation due to the pressure applied during resistance spot welding. Moreover, plating may be given to the single side | surface or both surfaces of the steel plate 110, and it does not need to be given. The plating type is not particularly limited. When used in an automobile, for example, a GA-plated steel sheet having a tensile strength of 400 MPa or more can be used as the steel sheet 110.
The plate thickness t ₁ (before welding) of the steel plate 110 is 0.5 [mm] or more and 2.5 [mm] or less. When the plate thickness t _{1 of the} steel plate 110 is less than 0.5 [mm], the strength and rigidity necessary for the structural member and the structural material cannot be secured. On the other hand, for the steel plate 110 having a plate thickness t ₁ exceeding 2.5 [mm], other joining processes can be applied, so that the necessity of using resistance spot welding is low.

＜アルミニウム板＞
本実施形態では、アルミニウム板１２０の種類は特に限定されない。アルミニウム板１２０は、純アルミニウム又はアルミニウム合金の何れであってもよい。ただし、アルミニウム板１２０も、鋼板１１０と同様に、抵抗スポット溶接時に受ける加圧力による変形を抑えることができる強度を有していることが好ましい。自動車に使用される場合、例えば、JIS A5000系又はJIS A6000系をアルミニウム板１２０として採用することができる。
アルミニウム板１２０の（溶接前の）板厚ｔ₂は、０．５［ｍｍ］以上、３．０［ｍｍ］以下である。アルミニウム板１２０の板厚ｔ₂が０．５ｍｍを下回ると、構造部材や構造材料として必要な強度や剛性を確保することができなくなる。一方、板厚ｔ₂が３．０［ｍｍ］を超えるアルミニウム板１２０については他の接合プロセスを適用することができるため、抵抗スポット溶接を利用する必要性が低い。 <Aluminum plate>
In the present embodiment, the type of the aluminum plate 120 is not particularly limited. The aluminum plate 120 may be either pure aluminum or an aluminum alloy. However, similarly to the steel plate 110, the aluminum plate 120 preferably has a strength capable of suppressing deformation due to the pressure applied during resistance spot welding. When used in an automobile, for example, JIS A5000 or JIS A6000 can be used as the aluminum plate 120.
(Before welding) thickness t ₂ of the aluminum plate 120, 0.5 [mm] or more, 3.0 [mm] or less. When the thickness t ₂ of the aluminum plate 120 is less than 0.5 mm, it is impossible to ensure the strength and rigidity necessary for the structural member and the structural material. On the other hand, for the aluminum plate 120 having a plate thickness t ₂ exceeding 3.0 [mm], other joining processes can be applied, so the necessity of using resistance spot welding is low.

＜ウエルドボンド＞
図１では図示を省略するが、鋼板１１０とアルミニウム板１２０との間の全面又は一部の必要部位に、予め有機樹脂接着剤の皮膜を介在させた上で抵抗スポット溶接を行うウエルドボンド方式を採用してもよい。これにより、抵抗スポット溶接後に、有機樹脂接着剤が電気的な絶縁層となり、異種金属同士の接触腐食を抑制することができる。有機樹脂接着剤の種類や厚みは、特に限定されず、公知の技術により実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。ウエルドボンド方式を採用するか否かで溶接継手の継手強度や破断形態は大きく異ならないので、本実施形態では、ウエルドボンド方式を採用してもしなくてもよい。 <Weld bond>
Although not shown in FIG. 1, a weld bond method is used in which resistance spot welding is performed after an organic resin adhesive film is interposed in advance on the entire surface or a part of a necessary portion between the steel plate 110 and the aluminum plate 120. It may be adopted. Thereby, after resistance spot welding, an organic resin adhesive becomes an electrical insulating layer, and contact corrosion between dissimilar metals can be suppressed. The type and thickness of the organic resin adhesive are not particularly limited, and can be realized by a known technique, and thus detailed description thereof is omitted here. Since the joint strength and fracture form of the welded joint do not differ greatly depending on whether the weld bond method is adopted or not, in this embodiment, the weld bond method may or may not be adopted.

＜溶接継手の形状＞
まず、用語の定義を行う。
抵抗スポット溶接によって鋼板１１０との界面において溶融したアルミニウムのうち、溶接継手１００の外部にチリとして排出されずに凝固したアルミニウムが存在する領域を「アルミニウムの溶融凝固部」と称する。図１に示す例では、２つのアルミニウムの溶融凝固部１３０ａ、１３０ｂが存在する。そして、溶接継手１００の切断面におけるアルミニウムの溶融凝固部の面積を「アルミニウムの溶融凝固部の面積」と称する。図１に示す例では、２つのアルミニウムの溶融凝固部１３０ａ、１３０ｂの面積の合計が、アルミニウムの溶融凝固部の面積となる。 <Shape of welded joint>
First, terms are defined.
Of the aluminum melted at the interface with the steel plate 110 by resistance spot welding, a region where the aluminum solidified without being discharged as dust outside the welded joint 100 is referred to as “aluminum melt-solidified portion”. In the example shown in FIG. 1, there are two aluminum melt-solidified portions 130a and 130b. And the area of the aluminum solidification part in the cut surface of the welded joint 100 is called "the area of the aluminum solidification part". In the example shown in FIG. 1, the total area of the two aluminum melt-solidified portions 130a and 130b is the area of the aluminum melt-solidified portion.

溶接継手１００の切断面の領域のうち、溶接部の領域におけるアルミニウム板１２０の面積を「アルミニウム板の残存面積」と称する。図１に示す例では、アルミニウム板１２０の領域のうち、溶接継手１００の切断面における溶接部の板面方向の長さａを示す両矢印線の先端に付している破線で囲まれている領域の面積が、アルミニウム板の残存面積になる。 The area of the aluminum plate 120 in the region of the welded portion in the region of the cut surface of the welded joint 100 is referred to as “residual area of the aluminum plate”. In the example shown in FIG. 1, the aluminum plate 120 is surrounded by a broken line attached to the tip of a double arrow line indicating the length a in the plate surface direction of the welded portion in the cut surface of the welded joint 100. The area of the region is the remaining area of the aluminum plate.

抵抗スポット溶接が行われる前のアルミニウム板１２０の厚み方向における切断面の領域のうち、溶接部に対応する領域の面積を「アルミニウム板の溶接前面積」と称する。図１に示す例では、アルミニウム板の溶接前面積Ｓ₁［ｍｍ²］は、以下の（１）式で表される。
Ｓ₁＝ａ×ｔ₂ ・・・（１）
（１）式において、ａ［ｍｍ］は、溶接継手１００の切断面における溶接部の板面方向の長さである。ｔ₂［ｍｍ］は、前述したように、アルミニウム板１２０の（溶接前の）板厚である。 Of the area of the cut surface in the thickness direction of the aluminum plate 120 before resistance spot welding is performed, the area of the area corresponding to the welded portion is referred to as “the area before welding of the aluminum plate”. In the example shown in FIG. 1, the area S ₁ [mm ² ] before welding of the aluminum plate is expressed by the following equation (1).
S ₁ = a × t ₂ (1)
In the formula (1), a [mm] is the length in the plate surface direction of the welded portion in the cut surface of the welded joint 100. t ₂ [mm] is the plate thickness (before welding) of the aluminum plate 120 as described above.

溶接継手１００の切断面の領域のうち、溶接部の領域におけるアルミニウム板１２０の厚みの最小値を「アルミニウム板側の最小板厚」と称する。図１に示す例では、アルミニウム板側の最小板厚ｔ_minは、アルミニウム板１２０側の表面の窪みが最大である位置Ｐでのアルミニウム板１２０の板厚となる。 The minimum value of the thickness of the aluminum plate 120 in the region of the welded portion in the region of the cut surface of the welded joint 100 is referred to as “minimum plate thickness on the aluminum plate side”. In the example shown in FIG. 1, the minimum plate thickness t _min on the aluminum plate side is the plate thickness of the aluminum plate 120 at the position P where the depression on the surface on the aluminum plate 120 side is maximum.

本実施形態では、以上の用語を用いて、本実施形態の溶接継手１００の形態を規定する。
第１に、アルミニウム板側の最小板厚ｔ_minが、アルミニウム板１２０の（溶接前の）板厚ｔ₂の（０［％］超）２０［％］以下になるようにする。
アルミニウム板側の最小板厚ｔ_minが、アルミニウム板１２０の（溶接前の）板厚ｔ₂の２０［％］を上回ると、抵抗スポット溶接によって鋼板１１０との界面において溶融したアルミニウムがチリとして溶接継手１００の外部に排出されづらくなるため、アルミニウムの溶融凝固部が肥大化する。そうすると、アルミニウムの溶融凝固部内における金属間化合物の生成量が大きくなり、この金属間化合物が継手強度（十字引張強さ（ＣＴＳ））に与える影響が大きくなる。よって、継手強度（十字引張強さ（ＣＴＳ））の値が安定しなくなる（大きくなったり小さくなったりする）。 In this embodiment, the form of the welded joint 100 of this embodiment is prescribed | regulated using the above term.
First, the minimum thickness t _min on the aluminum plate side is set to be equal to or less than 20 [%] (greater than 0 [%]) of the thickness t ₂ (before welding) of the aluminum plate 120.
When the minimum plate thickness t _min on the aluminum plate side exceeds 20% of the plate thickness t ₂ (before welding) of the aluminum plate 120, aluminum melted at the interface with the steel plate 110 by resistance spot welding is welded as dust. Since it becomes difficult to be discharged to the outside of the joint 100, the molten and solidified portion of aluminum is enlarged. If it does so, the production amount of the intermetallic compound in the melt solidification part of aluminum will become large, and the influence which this intermetallic compound has on joint strength (cross tensile strength (CTS)) will become large. Therefore, the joint strength (cross tensile strength (CTS)) value becomes unstable (becomes larger or smaller).

第２に、アルミニウム板の残存面積が、アルミニウム板の溶接前面積の１０［％］以上、３０［％］以下になるようにする。
十字引張強さ（ＣＴＳ）は、接合破断部の円周と厚みとの積に比例する。ここで、接合破断部とは、十字引張試験を行って破断した部分をいう。接合破断部の円周とは、溶接継手の切断面における２つの溶接破断部の間の距離を直径とする、板面方向に平行な円の円周をいう。溶接破断部の厚みとは、溶接継手の切断面における（２つの）溶接破断部の厚みをいう。図１に示す例では、接合破断部を二点鎖線で仮想的に示している。そうすると、接合破断部の円周は、２つの溶接破断部の間の距離ｂを直径とする、板面に平行な円の円周となり、溶接破断部の厚みは、アルミニウム板１２０における二点鎖線で示す部分の長さとなる。
アルミニウム板の残存面積が、アルミニウム板の溶接前面積の１０［％］を下回ると、鋼板１１０とアルミニウム板１２０との接合破断部の円周と板厚（厚み）との少なくとも何れか一方が小さくなるので、剥離強度（十字引張強さ（ＣＴＳ））を確保することができなくなる。一方、アルミニウム板の残存面積が、アルミニウム板の溶接前面積の３０［％］を上回ると、鋼板１１０とアルミニウム板１２０とが剥離する方向の荷重がかかったときに、き裂が、アルミニウム板１２０の表面側の方向（厚み方向）ではなく、鋼板１１０との界面の方向に進展してしまい、界面破断となる（プラグ判断にならない）。 Second, the remaining area of the aluminum plate is set to be 10 [%] or more and 30 [%] or less of the area before welding of the aluminum plate.
The cross tensile strength (CTS) is proportional to the product of the circumference and thickness of the joint fracture. Here, the joint fracture portion refers to a portion fractured by performing a cross tensile test. The circumference of the joint fracture portion refers to the circumference of a circle parallel to the plate surface direction with the diameter being the distance between two weld fracture portions on the cut surface of the weld joint. The thickness of the weld fracture portion refers to the thickness of the (two) weld fracture portions on the cut surface of the weld joint. In the example shown in FIG. 1, the joint fracture portion is virtually indicated by a two-dot chain line. Then, the circumference of the joint fracture portion becomes a circumference of a circle parallel to the plate surface with the distance b between the two weld fracture portions as a diameter, and the thickness of the weld fracture portion is a two-dot chain line in the aluminum plate 120. It becomes the length of the part shown by.
When the remaining area of the aluminum plate is less than 10% of the area before welding of the aluminum plate, at least one of the circumference and the plate thickness (thickness) of the joint fracture portion between the steel plate 110 and the aluminum plate 120 is small. Therefore, the peel strength (cross tensile strength (CTS)) cannot be ensured. On the other hand, when the remaining area of the aluminum plate exceeds 30 [%] of the area before welding of the aluminum plate, a crack is generated when the load in the direction in which the steel plate 110 and the aluminum plate 120 are peeled is applied. It progresses in the direction of the interface with the steel plate 110, not in the direction of the surface side (thickness direction), resulting in interface fracture (not a plug determination).

第３に、アルミニウムの溶融凝固部の面積が、アルミニウム板の残存面積の（０［％］超）１０［％］以下になるようにする。
アルミニウムの溶融凝固部の面積が、アルミニウム板の残存面積の１０［％］を上回ると、アルミニウムの溶融凝固部内における金属間化合物の生成量が大きくなり、この金属間化合物が継手強度（十字引張強さ（ＣＴＳ））に与える影響が大きくなる。よって、継手強度（十字引張強さ（ＣＴＳ））が安定しなくなる。
図１に示すような溶接継手の断面形状を測定するためには、まず、溶接継手の切断面を研磨し、フッ酸水溶液で腐食し、光学顕微鏡で断面の形状を観察するとともに、光学顕微鏡写真も撮影する。光学顕微鏡写真から溶接部のアルミニウム板側の最小板厚ｔ_minを測定する。アルミニウム板の残存面積は、溶接継手の切断面の光学顕微鏡写真に対する画像解析を画像解析装置にて行うことにより求める。この面積をａ×ｔ₂（溶接継手の切断面における溶接部の板面方向の長さ×アルミニウム板の溶接前の板厚）で除した値を、百分率（％）で表す。アルミニウムの溶融凝固部の面積は、溶接継手の切断面の光学顕微鏡写真に対する画像解析を画像解析装置にて行うことにより求める。これを先に求めたアルミニウム板の残存面積で除した値を、百分率（％）で表す。 Thirdly, the area of the molten and solidified portion of aluminum is set to be 10% or less (over 0%) of the remaining area of the aluminum plate.
When the area of the aluminum solidified part exceeds 10% of the remaining area of the aluminum plate, the amount of intermetallic compound produced in the aluminum solidified part increases, and this intermetallic compound increases the joint strength (cross tensile strength). (CTS)) is greatly affected. Therefore, the joint strength (cross tensile strength (CTS)) becomes unstable.
In order to measure the cross-sectional shape of a welded joint as shown in FIG. 1, first, the cut surface of the welded joint is polished, corroded with an aqueous hydrofluoric acid solution, and the cross-sectional shape is observed with an optical microscope. Also shoot. The minimum thickness t _min on the aluminum plate side of the weld is measured from the optical micrograph. The remaining area of the aluminum plate is obtained by performing image analysis on the optical micrograph of the cut surface of the weld joint with an image analyzer. A value obtained by dividing this area by a × t ₂ (the length in the plate surface direction of the welded portion at the cut surface of the weld joint × the plate thickness before welding of the aluminum plate) is expressed as a percentage (%). The area of the molten and solidified portion of aluminum is obtained by performing image analysis on an optical micrograph of the cut surface of the weld joint with an image analyzer. The value obtained by dividing this by the remaining area of the aluminum plate obtained previously is expressed as a percentage (%).

（製造方法に関する知見）
本発明者らは、以上のような溶接継手１００を製造する際の溶接条件を検討した。前述したように、溶接条件は、電極の先端曲率半径、溶接電流、通電時間、及び加圧力である。
前述したように、鋼板１１０との界面において溶融したアルミニウムを、溶接継手１００の外部に排出し、アルミニウムの溶融凝固部１３０ａ、１３０ｂの大きさを小さくする必要がある。そこで、鋼板側電極の先端曲率半径Ｒ₁を、アルミニウム板側電極の先端曲率半径Ｒ₂よりも小さくすると共に、これらの曲率半径Ｒ₁、Ｒ₂に応じて、鋼板側電極とアルミニウム板側電極との間に加わる加圧力を設定する。このようにすることによって、図１に示したように、溶接継手１００において、鋼板１１０をアルミニウム板１２０の方向に減り込ませ、鋼板１１０との界面において溶融したアルミニウムの排出を促進させることができる。 (Knowledge about manufacturing method)
The inventors of the present invention examined welding conditions when manufacturing the weld joint 100 as described above. As described above, the welding conditions are the electrode tip radius of curvature, the welding current, the energization time, and the applied pressure.
As described above, it is necessary to discharge the aluminum melted at the interface with the steel plate 110 to the outside of the welded joint 100 and reduce the size of the molten and solidified portions 130a and 130b of aluminum. Therefore, the tip curvature radius R ₁ of the steel plate side electrode is made smaller than the tip curvature radius R ₂ of the aluminum plate side electrode, and the steel plate side electrode and the aluminum plate side electrode according to these curvature radii R ₁ and R _2. Set the pressure applied between and. By doing so, as shown in FIG. 1, in the welded joint 100, the steel plate 110 can be reduced in the direction of the aluminum plate 120, and the discharge of molten aluminum at the interface with the steel plate 110 can be promoted. .

また、溶接継手１００において、鋼板１１０をアルミニウム板１２０に減り込ませ、鋼板１１０との界面において溶融したアルミニウムをチリとして排出させることにより、溶接継手１００の溶接部におけるアルミニウム板１２０の厚みが薄くなる。したがって、通電時間が長くなると、溶接継手１００の溶接部におけるアルミニウム板１２０の厚みが薄くなり過ぎる。よって、鋼板１１０との界面においてアルミニウムを溶融できる範囲で、鋼板１１０及びアルミニウム板１２０に対する通電時間を短くすると共に、加圧力を大きくする。
また、アルミニウムは、鋼に比べ、電気抵抗が小さく且つ熱伝導度が大きい。よって、鋼板１１０との界面においてアルミニウムを溶融させるためには、溶接電流の大きさを大きくする必要がある。
以上のような新たな知見に基づいて、本発明者らは、溶接継手の製造方法の第１の実施形態に想到した。 Further, in the welded joint 100, the thickness of the aluminum plate 120 in the welded portion of the welded joint 100 is reduced by reducing the steel plate 110 to the aluminum plate 120 and discharging the molten aluminum at the interface with the steel plate 110 as dust. . Therefore, when the energization time becomes longer, the thickness of the aluminum plate 120 at the welded portion of the welded joint 100 becomes too thin. Therefore, the energization time for the steel plate 110 and the aluminum plate 120 is shortened and the applied pressure is increased as long as aluminum can be melted at the interface with the steel plate 110.
Aluminum has a lower electrical resistance and a higher thermal conductivity than steel. Therefore, in order to melt aluminum at the interface with the steel plate 110, it is necessary to increase the magnitude of the welding current.
Based on the above new findings, the present inventors have conceived the first embodiment of the method for manufacturing a welded joint.

（溶接継手の製造方法）
図２は、抵抗スポット溶接装置の概略構成の一例を示す図である。
図２において、抵抗スポット溶接装置は、鋼板側電極２１０と、アルミニウム板側電極２２０と、電源２３０とを有する。図３は、電極の形状の一例を示す図である。具体的に、図３（ａ）は、JIS C 9304（1999年）に規定されるＤＲ形電極をその軸に垂直な方向から見た外観図であり、図３（ｂ）は、JIS C 9304（1999年）に規定されるＲ形電極をその軸に垂直な方向から見た外観図である。
＜鋼板側電極の形状＞
鋼板側電極２１０の先端曲率半径Ｒ₁が、３０［ｍｍ］以上、８０［ｍｍ］以下になるようにする。
鋼板側電極２１０の先端曲率半径Ｒ₁が、３０［ｍｍ］を下回ると、鋼板１１０における面圧が大きくなり過ぎる。そうすると、溶接継手１００の溶接部におけるアルミニウム板１２０の厚みが薄くなり過ぎ、鋼板側電極２１０がアルミニウム板１２０を貫通する虞がある。一方、鋼板側電極２１０の先端曲率半径Ｒ₁が、８０［ｍｍ］を上回ると、逆に、鋼板１１０における面圧が小さくなりすぎて、鋼板１１０をアルミニウム板１２０側に十分に減り込ますことができず、鋼板１１０との界面において溶融したアルミニウムを溶接継手１００の外側に十分に排出することができなくなる。
鋼板側電極２１０としては、例えば、図３（ａ）に示すＤＲ形電極を採用することができる。ただし、先端曲率半径Ｒ₁が前述した範囲となるものであれば、鋼板側電極２１０はＤＲ形電極に限定されない。 (Method for manufacturing welded joints)
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the resistance spot welding apparatus.
In FIG. 2, the resistance spot welding apparatus includes a steel plate side electrode 210, an aluminum plate side electrode 220, and a power source 230. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the shape of an electrode. Specifically, FIG. 3A is an external view of a DR-type electrode defined in JIS C 9304 (1999) viewed from a direction perpendicular to the axis, and FIG. 3B is JIS C 9304. It is the external view which looked at the R type electrode prescribed | regulated by (1999) from the direction perpendicular | vertical to the axis | shaft.
<Shape of steel plate side electrode>
The radius of curvature R _{1 of the} steel plate side electrode 210 is set to be 30 [mm] or more and 80 [mm] or less.
When the tip curvature radius R _{1 of the} steel plate side electrode 210 is less than 30 [mm], the surface pressure in the steel plate 110 becomes too large. If it does so, there exists a possibility that the thickness of the aluminum plate 120 in the welding part of the weld joint 100 may become thin too much, and the steel plate side electrode 210 may penetrate the aluminum plate 120. FIG. On the other hand, if the tip curvature radius R ₁ of the steel plate side electrode 210 exceeds 80 [mm], the surface pressure on the steel plate 110 becomes too small and the steel plate 110 is sufficiently reduced to the aluminum plate 120 side. As a result, the aluminum melted at the interface with the steel plate 110 cannot be discharged sufficiently to the outside of the welded joint 100.
As the steel plate side electrode 210, for example, a DR electrode shown in FIG. However, the steel plate side electrode 210 is not limited to the DR-type electrode as long as the radius of curvature R ₁ is in the above-described range.

＜アルミニウム板側電極の形状＞
アルミニウム板側電極２２０の先端曲率半径Ｒ₂は特に限定されないが、例えば、９０［ｍｍ］以上、２００［ｍｍ］以下になるようにする。
アルミニウム板側電極２２０の先端曲率半径Ｒ₂が、９０［ｍｍ］を下回ると、溶接継手１００において、鋼板１１０をアルミニウム板１２０側に十分に減り込ませることができなくなることがある。一方、アルミニウム板側電極２２０の先端曲率半径Ｒ₂が、２００［ｍｍ］を上回ると、アルミニウム板側電極２２０が局部的にしかアルミニウム板１２０に接触しなくなり易く（すなわち、偏当たりが生じやすくなり）、溶接継手１００の形状が安定しなくなることがある。
アルミニウム板側電極２２０としては、例えば、図３（ｂ）に示すＲ形電極を採用することができる。ただし、アルミニウム板側電極２２０はＲ形電極に限定されない。 <Shape of aluminum plate side electrode>
The tip radius of curvature R ₂ of the aluminum plate-side electrode 220 is not particularly limited, but is, for example, 90 [mm] or more and 200 [mm] or less.
If the tip curvature radius R ₂ of the aluminum plate side electrode 220 is less than 90 [mm], the steel plate 110 may not be sufficiently reduced to the aluminum plate 120 side in the welded joint 100. On the other hand, when the tip curvature radius R ₂ of the aluminum plate side electrode 220 exceeds 200 [mm], the aluminum plate side electrode 220 is likely to come into contact with the aluminum plate 120 only locally (that is, uneven contact is likely to occur). ), The shape of the welded joint 100 may become unstable.
As the aluminum plate side electrode 220, for example, an R-shaped electrode shown in FIG. However, the aluminum plate side electrode 220 is not limited to the R-shaped electrode.

尚、図３（ｂ）に示すＲ形電極は、その先端における曲率半径が変化せずに一定となり（図３（ｂ）の曲率半径Ｒ₂を参照）、電極外径Ｄと先端径Ｄとが同じとなる。一方、図３（ａ）に示すＤＲ形電極は、その先端における曲率半径が２段階で変化し（図３（ａ）の曲率半径Ｒ₁、Ｒ₃を参照）、電極外径Ｄと先端径Ｗとが異なる。アルミニウム板側電極２２０の先端曲率半径Ｒ₂は、これら２段階の曲率半径のうち、より先端側の曲率半径をいう。尚、図３（ａ）に示すように、先端側の曲率半径Ｒ₁は、基端側の曲率半径Ｒ₃よりも大きくなる。 Note that the radius of curvature at the tip of the R-shaped electrode shown in FIG. 3B is constant without changing (see the radius of curvature R ₂ in FIG. 3B), and the electrode outer diameter D and tip diameter D are Are the same. On the other hand, in the DR-type electrode shown in FIG. 3A, the radius of curvature at the tip changes in two stages (see the curvature radii R ₁ and R ₃ in FIG. 3A), and the electrode outer diameter D and tip diameter. W is different. The tip radius of curvature R ₂ of the aluminum plate-side electrode 220 is the radius of curvature on the more tip side of these two stages of radii of curvature. As shown in FIG. 3A, the curvature radius R ₁ on the distal end side is larger than the curvature radius R ₃ on the proximal end side.

＜各電極の先端曲率半径の比＞
アルミニウム板側電極２２０の先端曲率半径Ｒ₂を鋼板側電極２１０の先端曲率半径Ｒ₁で割った値である先端曲率半径の比Ｒ₂／Ｒ₁が、１．５を上回り、且つ６．０を下回る（１．５＜Ｒ₂／Ｒ₁＜６．０になる）ようにする。
先端曲率半径の比Ｒ₂／Ｒ₁が、１．５以下になると、鋼板１１０をアルミニウム板１２０側に十分に減り込ますことができない。一方、先端曲率半径の比Ｒ₂／Ｒ₁が、６．０以上になると、鋼板１１０をアルミニウム板１２０に減り込ますことができるものの、鋼板１１０とアルミニウム板１２０とのシートセパレーション（図１の左端付近と右端付近に示す、鋼板１１０とアルミニウム板１２０との間の隙間）が大きくなり、所定の継手強度が得られなくなる。
＜各電極の材料＞
鋼板側電極２１０及びアルミニウム板側電極２２０は、それぞれ同一の材料（例えば、Cu-Cr合金等の（一つの）合金）により形成される。 <Ratio of curvature radius of tip of each electrode>
Tip curvature tip curvature ratio R ₂ / R ₁ of the radius is a value obtained by dividing the radius R ₂ at the tip curvature radius R ₁ of the steel plate side electrode 210 of the aluminum plate side electrode 220, greater than 1.5, and 6.0 (1.5 <R ₂ / R ₁ <6.0).
When the ratio R ₂ / R _{1 of the} tip curvature radius is 1.5 or less, the steel plate 110 cannot be sufficiently reduced to the aluminum plate 120 side. On the other hand, when the ratio R ₂ / R ₁ of the tip curvature radius is 6.0 or more, the steel plate 110 can be reduced to the aluminum plate 120, but the sheet separation between the steel plate 110 and the aluminum plate 120 (FIG. 1). The gap between the steel plate 110 and the aluminum plate 120 shown in the vicinity of the left end and the right end is increased, and a predetermined joint strength cannot be obtained.
<Material of each electrode>
The steel plate side electrode 210 and the aluminum plate side electrode 220 are each formed of the same material (for example, (one) alloy such as a Cu—Cr alloy).

＜溶接電流の値＞
溶接電流の値を１５［ｋＡ］以上、３５［ｋＡ］以下にする。ここで、溶接電流は、電源２３０、鋼板側電極２１０、アルミニウム板側電極２２０、鋼板１１０、及びアルミニウム板１２０により構成される閉回路に流れる電流である。すなわち、溶接電流は、鋼板側電極２１０が鋼板１１０に接触し、且つ、アルミニウム板側電極２２０がアルミニウム板１２０に接触した状態で、鋼板側電極２１０とアルミニウム板側電極２２０との間に流れる電流である。
溶接電流の値が、１５［ｋＡ］を下回ると、鋼板１１０との界面において、アルミニウムを十分に溶融させることができない。一方、溶接電流の値が、３５［ｋＡ］を上回ると、入熱が過大となる。そうすると、アルミニウム板側電極２２０の表面にアルミニウムが付着して、アルミニウム板側電極２２０における電流密度が大きくなり、最終的に、アルミニウム板側電極２２０とアルミニウム板１２０とが溶着する虞がある。
特許文献３には、実質的には、溶接電流として、１１［ｋＡ］〜１４［ｋＡ］の範囲の発明例が開示されている。本発明者らは、溶接電流、通電時間、加圧力の各条件を総合的に研究した結果、前述したように、溶接電流を高めにし、通電時間を短めにし、加圧力を高める条件とすることで、前述した溶接継手（断面）形状が形成され、十字引張強さが、ばらつきが少なく、高強度を維持できることを発見した。
ここで、溶接電流は、交流でも直流でもよい。尚、溶接電流が交流である場合、前述した溶接電流の値は、実効値となる。 <Value of welding current>
The value of the welding current is set to 15 [kA] or more and 35 [kA] or less. Here, the welding current is a current that flows in a closed circuit including the power source 230, the steel plate side electrode 210, the aluminum plate side electrode 220, the steel plate 110, and the aluminum plate 120. That is, the welding current is a current that flows between the steel plate side electrode 210 and the aluminum plate side electrode 220 in a state where the steel plate side electrode 210 is in contact with the steel plate 110 and the aluminum plate side electrode 220 is in contact with the aluminum plate 120. It is.
If the value of the welding current is less than 15 [kA], the aluminum cannot be sufficiently melted at the interface with the steel plate 110. On the other hand, if the value of the welding current exceeds 35 [kA], the heat input becomes excessive. If it does so, aluminum will adhere to the surface of the aluminum plate side electrode 220, the current density in the aluminum plate side electrode 220 will become large, and there exists a possibility that the aluminum plate side electrode 220 and the aluminum plate 120 may be welded finally.
Patent Document 3 discloses an invention example in a range of 11 [kA] to 14 [kA] substantially as a welding current. As a result of comprehensive research on each condition of the welding current, energization time, and applied pressure, the present inventors have set the conditions for increasing the welding current, shortening the energization time, and increasing the applied pressure, as described above. Thus, it was discovered that the above-described welded joint (cross-sectional) shape was formed, and the cross tensile strength was less varied and high strength could be maintained.
Here, the welding current may be alternating current or direct current. When the welding current is alternating current, the above-described welding current value is an effective value.

＜通電時間＞
通電時間を、１００［ｍｓ］超、３００［ｍｓ］未満にする。ここで、通電時間は、鋼板側電極２１０が鋼板１１０に接触し、且つ、アルミニウム板側電極２２０がアルミニウム板１２０に接触した状態で、鋼板側電極２１０及びアルミニウム板側電極２２０間を通電する時間である。
通電時間が、１００［ｍｓ］以下になると、鋼板１１０との界面において、アルミニウムを十分に溶融させることができない。一方、通電時間が、３００［ｍｓ］を上回ると、溶接継手１００の溶接部におけるアルミニウム板１２０の厚みが薄くなり過ぎ、鋼板１１０とアルミニウム板１２０との接合面を十分に形成することができない。このように、溶接継手１００の溶接部におけるアルミニウム板１２０の厚みが薄くなり過ぎることを確実に防止するためには、通電時間を２５０［ｍｓ］以下にすることが好ましく、２００［ｍｓ］以下にするのがさらに好ましい。
特許文献３には、実質的には、通電時間として、３００［ｍｓ］〜１８００［ｍｓ］の範囲の発明例が開示されている。本発明者らは、溶接電流、通電時間、加圧力の各条件を総合的に研究した結果、前述したように、溶接電流を高めにし、通電時間を短めにし、加圧力を高める条件とすることで、前述した溶接継手（断面）形状が形成され、十字引張強度が、ばらつきが少なく、高強度を維持できることを発見した。 <Energization time>
The energization time is set to more than 100 [ms] and less than 300 [ms]. Here, the energization time is the time for energizing the steel plate side electrode 210 and the aluminum plate side electrode 220 with the steel plate side electrode 210 in contact with the steel plate 110 and the aluminum plate side electrode 220 in contact with the aluminum plate 120. It is.
When the energization time is 100 [ms] or less, the aluminum cannot be sufficiently melted at the interface with the steel plate 110. On the other hand, if the energization time exceeds 300 [ms], the thickness of the aluminum plate 120 in the welded portion of the welded joint 100 becomes too thin, and the joint surface between the steel plate 110 and the aluminum plate 120 cannot be formed sufficiently. Thus, in order to reliably prevent the thickness of the aluminum plate 120 at the welded portion of the welded joint 100 from becoming too thin, it is preferable to set the energization time to 250 [ms] or less, and to 200 [ms] or less. More preferably.
Patent Document 3 discloses an invention example in the range of 300 [ms] to 1800 [ms] substantially as the energization time. As a result of comprehensive research on each condition of the welding current, energization time, and applied pressure, the present inventors have set the conditions for increasing the welding current, shortening the energization time, and increasing the applied pressure, as described above. Thus, it was discovered that the above-described welded joint (cross-sectional) shape was formed, and the cross tensile strength was less varied and high strength could be maintained.

＜加圧力＞
加圧力を、３．５［ｋＮ］超、９．０［ｋＮ］以下にする。ここで、加圧力は、前述したようにして溶接電流を流す際に、鋼板側電極２１０とアルミニウム板側電極２２０との間に加えられる力をいう（図２に示す矢印線を参照）。
加圧力が、３．５［ｋＮ］以下になると、鋼板１１０をアルミニウム板１２０側に十分に減り込ませることができない。一方、加圧力が、９．０［ｋＮ］を上回ると、溶接継手１００の溶接部におけるアルミニウム板１２０の厚みが薄くなり過ぎ、鋼板側電極２１０がアルミニウム板１２０を貫通する虞がある。
鋼板１１０をアルミニウム板１２０側に十分に減り込ませるために、加圧力は、好ましくは、５．０［ｋＮ］超、さらに好ましくは、５．５［ｋＮ］以上である。
特許文献３には、実質的には、加圧力として、３.５［ｋＮ］〜３．７５［ｋＮ］の範囲の発明例が開示されている。本発明者らは、溶接電流、通電時間、加圧力の各条件を総合的に研究した結果、前述したように、溶接電流を高めにし、通電時間を短めにし、加圧力を高める条件とすることで、前述した溶接継手（断面）形状が形成され、十字引張強度が、ばらつきが少なく、高強度を維持できることを発見した。 <Pressure force>
The applied pressure is set to more than 3.5 [kN] and not more than 9.0 [kN]. Here, the applied pressure refers to a force applied between the steel plate side electrode 210 and the aluminum plate side electrode 220 when a welding current is passed as described above (see the arrow line shown in FIG. 2).
If the applied pressure is 3.5 [kN] or less, the steel plate 110 cannot be sufficiently reduced to the aluminum plate 120 side. On the other hand, when the applied pressure exceeds 9.0 [kN], the thickness of the aluminum plate 120 at the welded portion of the welded joint 100 becomes too thin, and the steel plate side electrode 210 may penetrate the aluminum plate 120.
In order to sufficiently reduce the steel plate 110 to the aluminum plate 120 side, the applied pressure is preferably more than 5.0 [kN], more preferably 5.5 [kN] or more.
Patent Document 3 discloses an invention example in the range of 3.5 [kN] to 3.75 [kN] substantially as a pressing force. As a result of comprehensive research on each condition of the welding current, energization time, and applied pressure, the present inventors have set the conditions for increasing the welding current, shortening the energization time, and increasing the applied pressure, as described above. Thus, it was discovered that the above-described welded joint (cross-sectional) shape was formed, and the cross tensile strength was less varied and high strength could be maintained.

＜まとめ＞
以上のように本実施形態では、鋼板１１０とアルミニウム板１２０との溶接継手１００として、アルミニウム板側の最小板厚ｔ_minが、アルミニウム板１２０の（溶接前の）板厚ｔ₂の２０［％］以下であり、アルミニウム板の残存面積が、アルミニウム板の溶接前面積の１０［％］以上３０［％］以下であり、且つ、アルミニウムの溶融凝固部１３０ａ、１３０ｂの面積が、アルミニウム板の残存面積の１０［％］以下である溶接継手１００を製造する。
このような溶接継手１００の製造するに際し、鋼板側電極２１０の先端曲率半径Ｒ₁が３０［ｍｍ］以上８０［ｍｍ］以下であり、かつ、アルミニウム板側電極２２０の先端曲率半径をＲ₂とするとき、先端曲率半径の比Ｒ₂／Ｒ₁が１．５超６．０未満の条件を満たす電極２１０、２２０を採用する。そして、３．５［ｋＮ］超９．０［ｋＮ］以下の加圧力の加圧力で電極２１０、２２０の間に力を加えながら、１００［ｍｓ］超３００［ｍｓ］未満の通電時間で、１５［ｋＡ］以上３５［ｋＡ］以下の溶接電流を、電極２１０、２２０の間に流すことにより、鋼板１１０とアルミニウム板１２０を抵抗スポット溶接により溶接する。 <Summary>
As described above, in the present embodiment, as the welded joint 100 between the steel plate 110 and the aluminum plate 120, the minimum plate thickness t _min on the aluminum plate side is 20 [% of the plate thickness t ₂ (before welding) of the aluminum plate 120. The remaining area of the aluminum plate is 10% or more and 30% or less of the pre-weld area of the aluminum plate, and the area of the aluminum melt-solidified portions 130a and 130b is the remaining aluminum plate. A welded joint 100 having an area of 10% or less is manufactured.
When manufacturing such a welded joint 100, the tip curvature radius R _{1 of the} steel plate side electrode 210 is 30 [mm] or more and 80 [mm] or less, and the tip curvature radius of the aluminum plate side electrode 220 is R ₂ . In this case, the electrodes 210 and 220 that satisfy the condition that the ratio R ₂ / R ₁ of the tip curvature radius is more than 1.5 and less than 6.0 are employed. Then, while applying a force between the electrodes 210 and 220 with a pressure of 3.5 [kN] or more and 9.0 [kN] or less, the energization time is more than 100 [ms] and less than 300 [ms], The steel plate 110 and the aluminum plate 120 are welded by resistance spot welding by flowing a welding current of 15 [kA] or more and 35 [kA] or less between the electrodes 210 and 220.

したがって、鋼板１１０との界面において溶融したアルミニウムをチリとして溶接継手の外部に排出することができ、アルミニウムの溶融凝固部１３０ａ、１３０ｂの大きさを小さくすることができる。このようにすることによって、溶接継手１００の溶接部におけるアルミニウム板１２０の厚みは薄くなり、且つ、鋼板１１０とアルミニウム板１２０は固相接合（に近い状態で接合）する。よって、アルミニウムの溶融凝固部１３０ａ、１３０ｂ内に生成される金属間化合物が継手強度（十字引張強さ（ＣＴＳ））に与える影響を小さくすることができる。これにより、大きな値の継手強度（十字引張強さ）を有し、且つ、プラグ破断する溶接継手１００を安定して製造する（量産する）ことができる。 Therefore, aluminum melted at the interface with the steel plate 110 can be discharged to the outside of the welded joint as dust, and the size of the aluminum solidified portions 130a and 130b can be reduced. By doing in this way, the thickness of the aluminum plate 120 in the welding part of the weld joint 100 becomes thin, and the steel plate 110 and the aluminum plate 120 are solid-phase joined (joined in a state close to). Therefore, the influence which the intermetallic compound produced | generated in the aluminum solidification part 130a, 130b has on joint strength (cross tensile strength (CTS)) can be made small. Thereby, it is possible to stably manufacture (mass-produce) the welded joint 100 having a large joint strength (cross tensile strength) and having a plug fracture.

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、アルミニウム板側電極２２０の材質が同一の材料で形成される場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、アルミニウム板側電極２２０を２種類の材料で形成する。このように本実施形態と第１の実施形態とは、アルミニウム板側電極が異なり、また、それに起因して溶接方法の一部が異なる。したがって、本実施形態の説明において第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図３に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the case where the aluminum plate side electrode 220 is formed of the same material has been described as an example. On the other hand, in this embodiment, the aluminum plate side electrode 220 is formed of two types of materials. Thus, the aluminum plate side electrode differs between this embodiment and the first embodiment, and a part of the welding method is different due to this. Therefore, in the description of the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.

（アルミニウム板側電極に関する知見）
本発明者らは、アルミニウム板側電極の先端の領域の熱伝導率を低くすることにより、アルミニウム板１２０の熱がアルミニウム板側電極を通して抜熱されることが抑制され、その結果、第１の実施形態に比べ溶接電流を小さくしても、第１の実施形態と同様の溶接継手１００が得られることを見出した。
このような新たな知見に基づいて、本発明者らは、溶接継手の製造方法の第１の実施形態に想到した。 (Knowledge about aluminum plate side electrode)
By reducing the thermal conductivity of the tip region of the aluminum plate-side electrode, the inventors suppress the heat of the aluminum plate 120 from being extracted through the aluminum plate-side electrode, and as a result, the first implementation It has been found that a weld joint 100 similar to that of the first embodiment can be obtained even if the welding current is reduced as compared with the embodiment.
Based on such new knowledge, the present inventors have conceived the first embodiment of the method for manufacturing a welded joint.

＜アルミニウム板側電極の材質および溶接電流との関係＞
図４は、アルミニウム板側電極の形状の一例を示す図である。具体的に図４は、アルミニウム板側電極の軸を通るようにアルミニウム板側電極を切ったときのアルミニウム板側電極の断面図である。
図４において、アルミニウム板側電極４２０ａ、４２０ｂは、電極本体４２１ａ、４２１ｂと、芯材４２２ａ、４２２ｂとを有する。アルミニウム板側電極４２０ａ、４２０ｂは、全体として、JIS C 9304（1999年）に規定されるＲ形電極と同様の形状を有する。尚、アルミニウム板側電極４２０ａ、４２０ｂは、このような形状に限定されるものではない。例えば、アルミニウム板側電極は、JIS C 9304（1999年）に規定されるＤＲ形電極と同様の形状を有していてもよい。 <Relationship between the material of the aluminum plate side electrode and the welding current>
FIG. 4 is a diagram showing an example of the shape of the aluminum plate side electrode. Specifically, FIG. 4 is a cross-sectional view of the aluminum plate side electrode when the aluminum plate side electrode is cut so as to pass through the axis of the aluminum plate side electrode.
In FIG. 4, aluminum plate side electrodes 420a and 420b have electrode main bodies 421a and 421b, and core members 422a and 422b. The aluminum plate-side electrodes 420a and 420b as a whole have the same shape as the R-shaped electrode defined in JIS C 9304 (1999). The aluminum plate side electrodes 420a and 420b are not limited to such shapes. For example, the aluminum plate side electrode may have the same shape as the DR type electrode defined in JIS C 9304 (1999).

図４（ａ）・図４（ｂ）に示すように、芯材４２２ａ・４２２ｂは、電極本体４２１ａ・４２１ｂの先端に、電極本体４２１ａ・４２１ｂと同軸となるように取り付けられる（図４（ａ）、図４（ｂ）に示す一点鎖線が軸である）。
図４（ａ）に示す例では、芯材４２２ａの直径Ｄ１（芯材４２２ａの軸に垂直な方向の長さの最大値）は、電極外径Ｄ（アルミニウム板側電極４２０ａ（電極本体４２１ａ）の軸に垂直な方向の長さの最大値）未満である。図４（ａ）に示す例では、電極本体４２１ａの先端の中心部分は窪んでいる。芯材４２２ｂは、この電極本体４２１ａの先端の窪んでいる部分に取り付けられる（埋設される）。芯材４２２ａの先端面のみが露出し、且つ、電極本体４２１ａの先端面と芯材４２２ａの先端面とが、アルミニウム板側電極４２０ａに要求される先端曲率半径を有するように、電極本体４２１ａの先端の中心部分の窪みの大きさ及び形状が定められる。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the core members 422a and 422b are attached to the tips of the electrode bodies 421a and 421b so as to be coaxial with the electrode bodies 421a and 421b (FIG. 4A). ), The one-dot chain line shown in FIG. 4B is the axis).
In the example shown in FIG. 4A, the diameter D1 of the core member 422a (the maximum value in the direction perpendicular to the axis of the core member 422a) is the electrode outer diameter D (the aluminum plate side electrode 420a (electrode body 421a)). Less than the maximum length in the direction perpendicular to the axis. In the example shown in FIG. 4A, the central portion of the tip of the electrode body 421a is depressed. The core material 422b is attached (embedded) in a recessed portion at the tip of the electrode body 421a. Only the distal end surface of the core member 422a is exposed, and the distal end surface of the electrode body 421a and the distal end surface of the core member 422a have the distal end curvature radius required for the aluminum plate side electrode 420a. The size and shape of the recess at the center of the tip is determined.

一方、図４（ｂ）に示す例では、芯材４２２ｂの直径Ｄ１（芯材４２２ｂの軸に垂直な方向の長さの最大値）は、電極外径Ｄ（アルミニウム板側電極４２０ｂ（電極本体４２１ｂ）の軸に垂直な方向の長さの最大値）と同じである。図４（ｂ）に示す例では、電極本体４２１ｂと芯材４２２ｂとの相互に接触する面が同一の形状及び大きさを有する。これらの面が略一致するように、芯材４２２ｂが電極本体４２１ｂの先端に取り付けられる。 On the other hand, in the example shown in FIG. 4B, the diameter D1 of the core member 422b (the maximum value in the direction perpendicular to the axis of the core member 422b) is the electrode outer diameter D (the aluminum plate side electrode 420b (electrode body). 421b) is the same as the maximum length in the direction perpendicular to the axis). In the example shown in FIG. 4B, the surfaces of the electrode main body 421b and the core material 422b that are in contact with each other have the same shape and size. The core member 422b is attached to the tip of the electrode body 421b so that these surfaces substantially coincide.

アルミニウム側電極４２０ａ、４２０ｂの電極本体４２１ａ、４２１ｂの材質としては、第１の実施形態と同様に同一の材料（例えば、通常のCu-Cr合金）を用いることができる。一方、芯材４２２ａ、４２２ｂの材質としては、１２０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］以上１９０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］以下の熱伝導率を有する材料を用いるのが好ましい。
図４に示すように、電極本体４２１ａ、４２１ｂの先端部に、熱伝導率が１９０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］Ｗ以下の芯材４２２ａ、４２２ｂを取り付けると、スポット溶接時に、アルミニウム板１２０から抜熱されるエネルギーが小さくなり（エネルギーロスが小さくなり）、アルミニウム板１２０の温度が高くなる。つまり、アルミニウム側電極として第１の実施形態で説明した通常の電極（例えばCu-Cr合金の電極）を用いる場合に比べ、第１の実施形態の＜溶接電流の値＞に記載の溶接電流の値を小さくすることができる。具体的に本発明者らは、溶接電流の値を３割程度小さくできる、すなわち、溶接電流の値を１１［ｋＡ］以上２５［ｋＡ］以下にできることを発見した。このように溶接電流を小さくできると、溶接機の負荷や消費電力を減らしたり、あるいは、より電源容量の小さい溶接装置を用いたりすることができるメリットがある。 As the material of the electrode main bodies 421a and 421b of the aluminum side electrodes 420a and 420b, the same material (for example, ordinary Cu—Cr alloy) can be used as in the first embodiment. On the other hand, as the material of the core materials 422a and 422b, it is preferable to use a material having a thermal conductivity of 120 [W / (m · K)] or more and 190 [W / (m · K)] or less.
As shown in FIG. 4, when core members 422a and 422b having a thermal conductivity of 190 [W / (m · K)] W or less are attached to the tip portions of the electrode bodies 421a and 421b, the aluminum plate 120 is used during spot welding. The energy extracted from the heat is reduced (energy loss is reduced), and the temperature of the aluminum plate 120 is increased. That is, compared with the case where the normal electrode (for example, an electrode of Cu—Cr alloy) described in the first embodiment is used as the aluminum side electrode, the welding current described in <value of welding current> in the first embodiment is reduced. The value can be reduced. Specifically, the present inventors have found that the value of the welding current can be reduced by about 30%, that is, the value of the welding current can be 11 [kA] or more and 25 [kA] or less. Thus, if welding current can be made small, there exists a merit which can reduce the load and power consumption of a welding machine, or can use the welding apparatus with smaller power supply capacity.

芯材の熱伝導率が１９０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］を超えると、アルミニウム板１２０の温度上昇効果が小さく、溶接電流を低減できる効果が小さくなる。したがって、前述したように、本実施形態では、芯材４２２ａ、４２２ｂの熱伝導率の上限を１９０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］とする。一方、芯材の熱伝導率が１２０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］を下回ると、アルミニウム板１２０の温度が上がりすぎ、アルミニウム板１２０がアルミニウム板側電極と溶着する虞がある。したがって、前述したように、本実施形態では、芯材４２２ａ、４２２ｂの熱伝導率の下限を１２０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］とする。
以上のように、芯材４２２ａ、４２２ｂの熱伝導率は、１２０〜１９０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］が好ましい。 When the thermal conductivity of the core material exceeds 190 [W / (m · K)], the temperature rise effect of the aluminum plate 120 is small, and the effect of reducing the welding current is small. Therefore, as described above, in this embodiment, the upper limit of the thermal conductivity of the core members 422a and 422b is set to 190 [W / (m · K)]. On the other hand, when the thermal conductivity of the core material is lower than 120 [W / (m · K)], the temperature of the aluminum plate 120 is excessively increased, and the aluminum plate 120 may be welded to the aluminum plate-side electrode. Therefore, as described above, in this embodiment, the lower limit of the thermal conductivity of the core members 422a and 422b is 120 [W / (m · K)].
As described above, the thermal conductivity of the core members 422a and 422b is preferably 120 to 190 [W / (m · K)].

芯材の直径Ｄ１が電極外形Ｄの０．３倍より小さいと、アルミニウム板１２０の温度上昇効果が小さい。芯材の直径Ｄ１は大きいほど、アルミニウム板１２０の温度上昇効果が大きくなるが、物理的にその上限は、電極外形Ｄの大きさまでである。したがって、本実施形態では、芯材４２２ａ、４２２ｂの直径Ｄ１は、電極外径Ｄの０．３倍以上、１倍以下（電極外径Ｄ×０．３〜電極外径Ｄ×１）の範囲とする。 When the diameter D1 of the core material is smaller than 0.3 times the electrode outer shape D, the temperature rise effect of the aluminum plate 120 is small. The larger the diameter D1 of the core material, the greater the temperature rise effect of the aluminum plate 120, but the upper limit is physically up to the size of the electrode outline D. Therefore, in this embodiment, the diameter D1 of the core materials 422a and 422b is in the range of 0.3 to 1 times the electrode outer diameter D (electrode outer diameter D × 0.3 to electrode outer diameter D × 1). And

また、図４に示す芯材の電極長手方向の厚みＴ（芯材の軸方向の長さの最大値）が１［ｍｍ］未満であると、アルミニウム板１２０の温度上昇効果が小さい。一方、芯材の電極長手方向の厚みＴが、７［ｍｍ］を越えると、アルミニウム板１２０の温度が上がりすぎ、アルミニウム板１２０がアルミニウム板側電極と溶着する危険性がある。したがって、本実施形態では、芯材４２２ａ、４２２ｂの電極長手方向の厚みＴは、１［ｍｍ］以上７［ｍｍ］以下の範囲とする。 Moreover, the temperature rise effect of the aluminum plate 120 is small when the thickness T in the electrode longitudinal direction of the core shown in FIG. 4 (the maximum value of the length in the axial direction of the core) is less than 1 [mm]. On the other hand, if the thickness T of the core in the longitudinal direction of the electrode exceeds 7 [mm], the temperature of the aluminum plate 120 is excessively increased and the aluminum plate 120 may be welded to the aluminum plate-side electrode. Therefore, in the present embodiment, the thickness T in the longitudinal direction of the electrodes of the core members 422a and 422b is in the range of 1 [mm] to 7 [mm].

＜まとめ＞
以上のように、前記アルミニウム板側電極４２０ａ、４２０ｂの先端に、熱伝導率が１２０〜１９０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］、電極長手方向の厚みＴが１〜７［ｍｍ］、直径Ｄ１が電極外径Ｄ×０．３〜電極外径Ｄ×１の芯材４２２ａ、４２２ｂを取り付ける（例えば埋設する）と、スポット溶接時にアルミニウム板１２０の温度がより上昇し、溶接電流を１１［ｋＡ］以上２５［ｋＡ］以下にできるので、好ましい。 <Summary>
As described above, the thermal conductivity is 120 to 190 [W / (m · K)], the electrode longitudinal thickness T is 1 to 7 [mm], and the diameter D1 at the tips of the aluminum plate side electrodes 420a and 420b. If the core materials 422a and 422b having the electrode outer diameter D × 0.3 to the electrode outer diameter D × 1 are attached (for example, embedded), the temperature of the aluminum plate 120 rises more during spot welding, and the welding current is 11 [kA]. ] And 25 [kA] or less, which is preferable.

尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 It should be noted that the embodiments of the present invention described above are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. Is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

次に、実施例（本発明例と比較例）を示す。尚、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。 Next, examples (invention examples and comparative examples) are shown. In addition, this invention is not limited to the Example shown below.

実施例１〜１１、２３、２５、２７、２９、３１、３３、３４は、板厚０．８［ｍｍ］の（非めっき）鋼板（２７０MPa級）と板厚１［ｍｍ］のＡ６０２２（６０００系アルミニウム合金）とを重ね合わせて、スポット溶接し、溶接継手（十字引張試験片）を作成した例である。実施例１２〜２２、２４、２６、２８、３０、３２は、板厚１．４［ｍｍ］の溶融亜鉛合金化めっき（GA）鋼板（２７０MPa級）と板厚１.２［ｍｍ］のＡ６０２２（６０００系アルミニウム合金）とを重ね合わせて、スポット溶接し、溶接継手（十字引張試験片）を作成した例である。スポット溶接は、実施例１〜１１、２３、２５、２７、２９、３１、３３〜４０では、交流抵抗溶接機を用い、実施例１２〜２２、２４、２６、２８、３０、３２では、直流抵抗溶接機を用いた。実施例３３〜４０以外は、いずれの実施例でもCu-Cr合金電極を用いた。アルミニウム側のCu-Cr合金電極には、JIS C 9304(1999年)に規定されるＲ形電極であって、電極外径が１６［ｍｍ］（電極先端径が１６［ｍｍ］）のＲ形電極を用い、鋼板側のCu-Cr合金電極には、JIS C 9304(1999年)に規定されるＤＲ形電極を用いた。
実施例３３〜４０のみ、アルミニウム側のCu-Cr合金電極の先端に、芯材を埋設したＲ形電極を用いた。実施例３３では、電極長手方向の厚みＴが５［ｍｍ］、直径Ｄ１が８［ｍｍ］、熱伝導率が１７０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］の芯材であって、９９．９［質量％］のＷ（残部は不可避的不純物）の芯材を、アルミニウム側のCu-Cr合金電極の先端に埋設した。実施例３４では、電極長手方向の厚みＴが６［ｍｍ］、直径Ｄ１が９［ｍｍ］、熱伝導率が１４０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］の芯材であって、９９．９［質量％］のＭｏ（残部は不可避的不純物）の芯材を、アルミニウム側のCu-Cr合金電極の先端に埋設した。実施例３５では、芯材の熱伝導率を２３０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］とした他は、実施例３３と同一の電極を用いた。実施例３６では、芯材の熱伝導率を２１０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］とした他は、実施例３４と同一の電極を用いた。実施例３７では、芯材の直径Ｄ１を３．０［ｍｍ］にした他は、実施例３３と同一の電極を用いた。実施例３８では、芯材の直径Ｄ１を２．０［ｍｍ］にした他は、実施例３４と同一の電極を用いた。実施例３９では、芯材の電極長手方向の厚みＴを０．５［ｍｍ］にした他は、実施例３３と同一の電極を用いた。実施例４０では、芯材の電極長手方向の厚みＴを０．８［ｍｍ］にした他は、実施例３４と同一の電極を用いた。 Examples 1 to 11, 23, 25, 27, 29, 31, 33, and 34 are (non-plated) steel plates (270 MPa class) having a plate thickness of 0.8 [mm] and A6022 (6000) having a plate thickness of 1 [mm]. This is an example in which a welded joint (cross-tension test piece) is created by superimposing and spot welding with an aluminum alloy). Examples 12 to 22, 24, 26, 28, 30, and 32 are a hot-dip galvannealed (GA) steel plate (270 MPa class) having a thickness of 1.4 [mm] and A6022 having a thickness of 1.2 [mm]. (6000 series aluminum alloy) is superposed and spot welded to create a welded joint (cross tensile test piece). Spot welding uses an AC resistance welding machine in Examples 1 to 11, 23, 25, 27, 29, 31, 33 to 40, and DC in Examples 12 to 22, 24, 26, 28, 30, and 32. A resistance welder was used. Except for Examples 33 to 40, Cu-Cr alloy electrodes were used in all Examples. The Cu-Cr alloy electrode on the aluminum side is an R-shaped electrode specified in JIS C 9304 (1999), and has an R-shaped electrode whose outer diameter is 16 [mm] (electrode tip diameter is 16 [mm]). An electrode was used, and a DR-type electrode defined in JIS C 9304 (1999) was used as the Cu—Cr alloy electrode on the steel plate side.
In Examples 33 to 40, an R-shaped electrode in which a core material was embedded at the tip of an aluminum-side Cu—Cr alloy electrode was used. Example 33 is a core material having a thickness T in the longitudinal direction of the electrode of 5 [mm], a diameter D1 of 8 [mm], and a thermal conductivity of 170 [W / (m · K)], which is 99.9 [ The core material of W (mass%) W (the balance is inevitable impurities) was embedded in the tip of the Cu-Cr alloy electrode on the aluminum side. In Example 34, a core material having a thickness T in the longitudinal direction of the electrode of 6 [mm], a diameter D1 of 9 [mm], and a thermal conductivity of 140 [W / (m · K)] was obtained. [Mass%] Mo (the remainder is an inevitable impurity) core material was embedded in the tip of the Cu-Cr alloy electrode on the aluminum side. In Example 35, the same electrode as Example 33 was used except that the thermal conductivity of the core material was 230 [W / (m · K)]. In Example 36, the same electrode as Example 34 was used except that the thermal conductivity of the core material was 210 [W / (m · K)]. In Example 37, the same electrode as in Example 33 was used except that the diameter D1 of the core material was set to 3.0 [mm]. In Example 38, the same electrode as in Example 34 was used except that the diameter D1 of the core material was set to 2.0 [mm]. In Example 39, the same electrode as in Example 33 was used, except that the thickness T of the core in the longitudinal direction of the electrode was 0.5 [mm]. In Example 40, the same electrode as in Example 34 was used, except that the thickness T in the longitudinal direction of the core material was set to 0.8 [mm].

電極先端径、溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間）を種々変えて溶接を行った。２０の各水準とも、各々２５個ずつ溶接継手（十字引張試験片）を作成し、そのうち２０個について十字引張強さ（CTS）を測定した。十字引張試験片は、JIS Z 3137(1999年)に規定される試験片であり、十字引張試験は、JIS Z 3137(1999年)に従って行った。CTSの２０個の平均値を表２に示す。また、２０個のCTSの標準偏差、すなわち、ばらつきの大きさをΔCTSとして求め、表２に示す。各水準とも十字引張試験後に、１水準あたり２０個の十字引張試験片の破壊形態を目視で観察した。 Welding was performed with various changes in electrode tip diameter and welding conditions (pressing force, welding current, energization time). For each of the 20 levels, 25 welded joints (cross tensile test pieces) were prepared, and 20 of them were measured for cross tensile strength (CTS). The cross tension test piece is a test piece specified in JIS Z 3137 (1999), and the cross tension test was performed in accordance with JIS Z 3137 (1999). Table 2 shows the average value of 20 CTSs. Further, the standard deviation of 20 CTSs, that is, the magnitude of the variation is obtained as ΔCTS and is shown in Table 2. At each level, after the cross tension test, the fracture morphology of 20 cross tension test pieces per level was visually observed.

各水準２５個の十字引張試験片のうち、５個については、CTS試験を実施しないで切断面の形状観察に用いた。すなわち、CTS試験をしない十字引張試験片について、溶接部の板面方向における中心を通るように、溶接継手をその厚み方向に沿って、切断した。溶接継手の切断面を研磨し、フッ酸水溶液で腐食し、光学顕微鏡で断面の形状を観察するとともに、光学顕微鏡写真も撮影した。溶接部のアルミニウム板側の最小板厚ｔ_minを測定し、これを表２に示す（アルミニウム板側の最小板厚のｍｍの欄を参照）。この値を元のアルミニウム板の板厚で除した値を、百分率（％）で表したものを表２に示す（アルミニウム板側の最小板厚の％の欄を参照）。アルミニウム板の残存面積は、溶接継手の切断面の光学顕微鏡写真に対する画像解析を画像解析装置にて行うことにより求めた。この面積をａ×ｔ₂（溶接継手の切断面における溶接部の板面方向の長さ×アルミニウム板の溶接前の板厚。図１を参照）で除した値を、百分率（％）で表したものを、表２に示す（アルミニウム板の残存面積率の欄を参照）。アルミニウムの溶融凝固部の面積は、溶接継手の切断面の光学顕微鏡写真に対する画像解析を画像解析装置にて行うことにより求めた。これを先に求めたアルミニウム板の残存面積で除した値を、百分率（％）で表したものを、表２に示す（アルミニウムの溶融凝固部の面積率の欄を参照）。 Of the 25 cross tension test pieces at each level, 5 were used for observing the shape of the cut surface without performing the CTS test. That is, for the cross tensile test piece not subjected to the CTS test, the weld joint was cut along the thickness direction so as to pass through the center in the plate surface direction of the welded portion. The cut surface of the welded joint was polished, corroded with an aqueous hydrofluoric acid solution, the cross-sectional shape was observed with an optical microscope, and an optical micrograph was also taken. The minimum thickness t _min on the aluminum plate side of the welded portion was measured and shown in Table 2 (see the column of mm for the minimum thickness on the aluminum plate side). A value obtained by dividing this value by the thickness of the original aluminum plate, expressed as a percentage (%), is shown in Table 2 (see the column of% of the minimum thickness on the aluminum plate side). The remaining area of the aluminum plate was determined by performing image analysis on an optical micrograph of the cut surface of the weld joint with an image analyzer. The value obtained by dividing this area by a × t ₂ (the length in the plate surface direction of the welded portion at the cut surface of the weld joint × the thickness of the aluminum plate before welding; see FIG. 1) is expressed as a percentage (%). The results are shown in Table 2 (see the column for the remaining area of the aluminum plate). The area of the molten and solidified portion of aluminum was determined by performing image analysis on an optical micrograph of the cut surface of the welded joint using an image analyzer. Table 2 shows the value obtained by dividing this by the remaining area of the aluminum plate obtained in advance, as a percentage (%) (see the column of the area ratio of the molten and solidified portion of aluminum).

実施例１、２、５、６、１２、１３、１６、１７、３３〜４０が本発明例であり、CTS試験後の破断形態はすべての十字引張試験片でプラグ破断となり、十字引張強さ（CTS）が０.７［ｋＮ］以上あった。また、CTSの標準偏差ΔCTSも小さい（良い）。
実施例３３、３４では、熱伝導率の小さい芯材を埋設した電極をアルミニウム板側に用いたため、実施例１、２に比べ溶接電流をそれぞれ３割程度小さくできた。一方、実施例３５、３７、３９では、第２の実施形態で説明した条件から外れるために、破断形態と評価項目の内容は良好であったが、実施例３３に比べ溶接電流を低減する効果（実施例１の溶接電流に対し３割程度溶接電流を低減する効果）は得られなかった。同様に、実施例３６、３８、４０でも、第２の実施形態で説明した条件から外れるために、破断形態と評価項目の内容は良好であったが、実施例３４に比べ溶接電流を低減する効果（実施例２の溶接電流に対し３割程度溶接電流を低減する効果）は得られなかった。
実施例３、４、７〜１１、１４、１５、１８〜３２が比較例である。これら比較例は、前述した製造条件から外れた条件で製造したために、溶接継手形状が、前述した形状からはずれた形状になり、十字引張強さ（CTS）が悪くなった。CTSの標準偏差ΔCTSも大きい（悪い）例が多い。比較例における試験後の破断形態はすべての十字引張試験片で界面破断となった。 Examples 1, 2, 5, 6, 12, 13, 16, 17, 33 to 40 are examples of the present invention, and the rupture form after the CTS test is plug rupture in all cruciform tensile test pieces, and cruciform tensile strength (CTS) was 0.7 [kN] or more. Also, the CTS standard deviation ΔCTS is small (good).
In Examples 33 and 34, an electrode in which a core material having a low thermal conductivity was embedded was used on the aluminum plate side, so that the welding current could be reduced by about 30% compared to Examples 1 and 2. On the other hand, in Examples 35, 37, and 39, since the conditions described in the second embodiment were not satisfied, the fracture mode and the contents of the evaluation items were good, but the effect of reducing the welding current compared to Example 33 was achieved. (The effect of reducing the welding current by about 30% with respect to the welding current of Example 1) was not obtained. Similarly, in Examples 36, 38, and 40, since the conditions described in the second embodiment are not satisfied, the fracture mode and the contents of the evaluation items were good, but the welding current was reduced as compared with Example 34. The effect (effect of reducing the welding current by about 30% with respect to the welding current of Example 2) was not obtained.
Examples 3, 4, 7 to 11, 14, 15, and 18 to 32 are comparative examples. Since these comparative examples were manufactured under conditions other than the above-described manufacturing conditions, the shape of the welded joint was deviated from the above-described shape, and the cross tensile strength (CTS) was deteriorated. There are many cases where the standard deviation CTS of CTS is large (bad). The fracture mode after the test in the comparative example was an interfacial fracture in all the cross tensile test pieces.

尚、９．０［ｋＮ］を超える加圧力としたときには、鋼板側電極がアルミニウム板を貫通し、評価に資する十字引張試験片を作成することができなかった。
また、鋼板側電極の先端曲率半径Ｒ₁が３０［ｍｍ］を下回ると、鋼板側電極がアルミニウム板を貫通し、評価に資する十字引張試験片を作成することができなかった。
また、芯材の熱伝導率が１２０［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］未満の場合と、芯材の電極長手方向の厚みＴが７［ｍｍ］超の場合は、アルミニウム板側電極がアルミニウム板と溶着し、評価に資する十字引張試験片を作製することができなかった。
また、図示を省略するが、実施例５、６、１２、１３、１６、１７についても、実施例１、２に対応する実施例３３〜４０と同様の結果が得られた。 In addition, when it was set as the applied pressure exceeding 9.0 [kN], the steel plate side electrode penetrated the aluminum plate, and the cross tension test piece which contributed to evaluation could not be created.
Further, when the tip radius of curvature R ₁ of the steel plate side electrode was less than 30 [mm], the steel plate side electrode penetrated the aluminum plate, and a cross tensile test piece that contributed to evaluation could not be created.
Further, when the thermal conductivity of the core material is less than 120 [W / (m · K)] and when the thickness T of the core material in the longitudinal direction of the electrode exceeds 7 [mm], the aluminum plate side electrode is an aluminum plate. It was not possible to produce a cross tensile test piece that contributed to the evaluation.
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, also about Example 5, 6, 12, 13, 16, 17, the result similar to Examples 33-40 corresponding to Example 1, 2 was obtained.

１００：溶接継手、１１０：鋼板、１２０：アルミニウム板、１３０：アルミニウムの溶融凝固部、２１０：鋼板側電極、２２０：アルミニウム板側電極、２３０：電源 100: welded joint, 110: steel plate, 120: aluminum plate, 130: molten and solidified portion of aluminum, 210: steel plate side electrode, 220: aluminum plate side electrode, 230: power supply

Claims

A steel plate having a plate thickness t ₁ of 0.5 [mm] or more and 2.5 [mm] or less and an aluminum plate having a plate thickness t ₂ of 0.5 [mm] or more and 3.0 [mm] or less. A welded joint formed by performing resistance spot welding superimposed on
In the cut surface when cutting the weld joint along its thickness direction so as to pass through the center in the plate surface direction of the welded portion, which is a region where the steel plate and the aluminum plate are joined,
Minimum thickness of the aluminum plate side is the minimum value of the thickness of the aluminum plate in the weld, 20 [%] of the thickness t ₂ of the aluminum plate or less,
The remaining area of the aluminum plate in the welded portion is 10% or more and 30% or less of the area before the resistance spot welding is performed,
Of the aluminum melted at the interface with the steel sheet by the resistance spot welding, the area of the molten solidified portion of aluminum, which is a region where solidified aluminum exists without being discharged as dust outside the weld joint, It is 10 [%] or less of the remaining area of the aluminum plate in the welded joint.

A steel plate having a plate thickness t ₁ of 0.5 [mm] or more and 2.5 [mm] or less and an aluminum plate having a plate thickness t ₂ of 0.5 [mm] or more and 3.0 [mm] or less. In this state, the steel plate side electrode is brought into contact with the steel plate, the aluminum plate side electrode is brought into contact with the aluminum plate, and a welding current is applied while applying pressure between the steel plate side electrode and the aluminum plate side electrode. A welded joint manufacturing method for manufacturing the welded joint according to claim 1,
The tip radius of curvature R _{1 of the} steel plate side electrode is 30 [mm] or more and 80 [mm] or less,
The ratio R ₂ / R ₁ of the tip curvature radius, which is a value obtained by dividing the tip curvature radius R ₂ of the aluminum plate side electrode by the tip curvature radius R ₁ of the steel plate side electrode, is in the range of more than 1.5 and less than 6.0. Within
The value of the welding current is 15 [kA] or more and 35 [kA] or less,
The welding current is applied for more than 100 [ms] and less than 300 [ms],
The method of manufacturing a welded joint, wherein the applied pressure is more than 3.5 [kN] and not more than 9.0 [kN].

The aluminum plate side electrode has an electrode body and a core attached to the tip of the electrode body so as to be coaxial with the electrode body,
The core material has a thermal conductivity of 120 [W / (m · K)] or more and 190 [W / (m · K)] or less,
The maximum length of the core material in the axial direction is 1 [mm] or more and 7 [mm] or less,
The maximum value of the length of the core material in the direction perpendicular to the axis is not less than 0.3 times and not more than 1 time the maximum value of the length of the electrode body in the direction perpendicular to the axis,
3. The method for manufacturing a welded joint according to claim 2, wherein a value of the welding current is 11 [kA] or more and 25 [kA] or less.