JP6137337B2 - 抵抗スポット溶接方法 - Google Patents
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Description
抵抗スポット溶接において、図1に示すように通電を1回だけ行う1段通電方式は、自動車の抵抗スポット溶接では多く用いられている。しかしながら、1段通電方式では適正電流範囲が狭くなるため、適正電流範囲を広げる通電方式が報告されている。
スポット溶接部では溶融凝固したナゲットの周囲に電極により加圧された圧接部(コロナボンド部)が存在し、溶融金属を閉じ込めている。溶融金属の内圧がコロナボンド部に作用する外圧を超えると溶融金属を閉じ込めることができなくなり中チリが発生する。一般的には圧接部が狭くなると内圧に耐えきれなくなりチリが発生しやすくなる。このためチリの発生を抑制するには、鋼板―鋼板間のなじみを良くして、圧接部を広げるとともに、ナゲットが徐々に成長するように急激な発熱を避けることが必要である。
パルセーション通電方式を採用することにより冷却と加熱を繰り返す効果があるので、インバータ直流方式にパルセーション通電方式を採用することにより、高い発熱効率による温度上昇を緩和させることができることを見出した。すなわちパルセーション通電の通電時間、休止時間を制御することにより、溶接時の温度上昇を制御し、ナゲット成長速度を制御できることを見出した。これにより急激なナゲット成長を抑制することができる。
同時に、電極の加圧力とパルセーション通電での電流制御により、コロナボンドの成長も制御できることを見出した。即ち、パルセーション工程により、熱膨張、収縮による振動を接触面に与えることができるため、特に表面処理ホットスタンプ材で顕著であるが、高融点の酸化物層を効果的に破壊し、電極―鋼板間および鋼板―鋼板間の接触界面に複数の通電点(実際に電流が流れる領域)を形成することができ、接触界面での電流密度の上昇を抑制し急激なナゲット成長も抑制できる。これらの作用により、中チリ、表チリの発生を抑制しつつ短時間でなじみを向上させることができる。
ナゲット成長速度とコロナボンド成長速度を適正に制御することにより、チリの発生がなく、且つナゲット径を大きくすることができることを見出した。すなわち、上限電流の低下を抑制し、適正電流範囲を確保することができることを見出した。
重ね合わせる鋼板の板厚、硬さ(引張強度)、形状などの因子により、最適な通電パターンは変化する。インバータ直流方式で溶接する場合、これらのさまざまな条件に適合させることが必要となる。このため、1パルスごとの通電時間、印加電流、パルス間隔などを制御することにより、簡便迅速に溶接条件を設定することができ、良好な抵抗スポット溶接が実施できることを見出した。
たとえば、同板厚の表面処理ホットスタンプ鋼板をスポット溶接する場合は以下のように2段階パルセーション通電を施すとよいことを見出した。すなわち、鋼板の接触面同士のなじみを向上させて通電パスを拡大させることを目的として、通電および休止を繰り返す第1パルセーション工程を実施した後に、ナゲット径を拡大させることを目的として、第1パルセーション工程より高い電流で通電と休止を繰り返す第2パルセーション工程を実施すると、中チリおよび表チリの発生を抑制しつつ、適正電流範囲が広く安定した抵抗スポット溶接を実施できる。
これは、第1パルセーション工程で、コロナボンドを成長させると同時にナゲットを形成することができているものと考えられる。そして、第2パルセーション工程で本通電を行い、ナゲットを大きく成長させ、所定のナゲット径を得ることができると考えられる。
高張力鋼板を含む複数の鋼板を重ね合わせて溶接する抵抗スポット溶接方法であって、通電方式がインバータ直流溶接電源を用いたパルセーション通電であり、パルセーション通電を構成する複数の電流パルスにおいて、それぞれの電流パルスの通電時間、電流パルスの間隔である通電休止時間、および電流パルスで印加する溶接電流を可変に制御することを特徴とする抵抗スポット溶接方法。
(2)
連続する複数の電流パルスにおいて、前記通電時間および前記通電休止時間と前記溶接電流の関係を一様に表すことができる電流パルスの群であるパルセーション工程を一つ以上有することを特徴とする(1)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(3)
複数の前記パルセーション工程を有し、最初のパルセーション工程である第1パルセーション工程とそれに続く第2パルセーション工程において、
前記第1パルセーション工程における最大溶接電流より前記第2パルセーション工程における最小溶接電流が高いことを特徴とする(2)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(4)
前記第1パルセーション工程において2以上の電流パルスを有し、電流パルスの通電時間がそれぞれ5〜60ミリ秒、通電休止時間がそれぞれ5〜60ミリ秒であり、前記第2パルセーション工程において、3以上の電流パルスを有し、電流パルスの通電時間がそれぞれ5〜60ミリ秒、通電休止時間がそれぞれ5〜60ミリ秒であって、前記第1パルセーション工程と前記第2パルセーション工程の間の通電休止時間が5〜120ミリ秒であることを特徴とする(3)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(5)
前記第1パルセーション工程における溶接電流が5.0以上14.0kA以下であり、前記第2パルセーション工程における溶接電流が5.0kAより大きく16.0kA以下であることを特徴とする(3)または(4)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(6)
前記第1パルセーション工程における最大溶接電流より前記第2パルセーション工程における最小溶接電流が0.5kA以上高いことを特徴とする(3)〜(5)のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接方法。
(7)
前記第1パルセーション工程における溶接電流が一定の値であり、かつ、前記第2パルセーション工程における溶接電流が一定の値であることを特徴とする(3)〜(6)のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接方法。
(8)
前記高張力鋼板の表面が亜鉛系皮膜またはアルミ系皮膜で覆われていることを特徴する(1)〜(7)のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接方法。
(9)
前記高張力鋼板が、ホットスタンプ加工された鋼板であることを特徴とする(1)〜(8)のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接方法。
また、パルスの形状は矩形に限らない。立上り部分や立下り部分が時間に対し傾斜してもよい。すなわち、台形であってもよいし、極端には三角形であってもよい。
なお、第2パルセーション工程に続くパルセーション工程がある場合、第2と第3パルセーション工程間の休止時間については、特に規定は設けない。
これにより、4√t電流+1.5kA以上、チリ発生電流以下の値に第2パルセーション工程の電流値を設定することで、実部品の溶接でもチリを発生させず、かつ、分流、電極損耗による外乱があってもナゲット径が4√t以上となるスポット溶接部を安定して確保することができる。一方、比較例では4√t電流+1.5kAの電流に設定するとチリが発生する。
Claims (9)
- 高張力鋼板を含む複数の鋼板を重ね合わせて溶接する抵抗スポット溶接方法であって、
通電方式がインバータ直流溶接電源を用いたパルセーション通電であり、
パルセーション通電を構成する複数の電流パルスにおいて、
それぞれの電流パルスの通電時間、電流パルスの間隔である通電休止時間、および電流パルスで印加する溶接電流を可変に制御することを特徴とする抵抗スポット溶接方法。 - 連続する複数の前記電流パルスにおいて、前記通電時間および前記通電休止時間と前記溶接電流の関係が一様に表すことができる電流パルスの群であるパルセーション工程を一つ以上有することを特徴とする請求項1に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 複数の前記パルセーション工程を有し、最初のパルセーション工程である第1パルセーション工程とそれに続く第2パルセーション工程において、
前記第1パルセーション工程における最大溶接電流より前記第2パルセーション工程における最小溶接電流が高いことを特徴とする請求項2に記載の抵抗スポット溶接方法。 - 前記第1パルセーション工程において2以上の電流パルスを有し、電流パルスの通電時間がそれぞれ5〜60ミリ秒、通電休止時間がそれぞれ5〜60ミリ秒であり、
前記第2パルセーション工程において、3以上の電流パルスを有し、電流パルスの通電時間がそれぞれ5〜60ミリ秒、通電休止時間がそれぞれ5〜60ミリ秒であって、
前記第1パルセーション工程と前記第2パルセーション工程の間の通電休止時間が5〜120ミリ秒であることを特徴とする請求項3に記載の抵抗スポット溶接方法。 - 前記第1パルセーション工程における溶接電流が5.0以上14.0kA以下であり、前記第2パルセーション工程における溶接電流が5.0kAより大きく16.0kA以下であることを特徴とする請求項3または4に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 前記第1パルセーション工程における最大溶接電流より前記第2パルセーション工程における最小溶接電流が0.5kA以上高いことを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 前記第1パルセーション工程における溶接電流が一定の値であり、かつ、前記第2パルセーション工程における溶接電流が一定の値であることを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 前記高張力鋼板の表面が亜鉛系皮膜またはアルミ系皮膜で覆われていることを特徴する請求項1〜7のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 前記高張力鋼板が、ホットスタンプ加工された鋼板であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接方法。
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