JP6153744B2 - Manufacturing method of welded joint - Google Patents
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Description
本発明は、溶接継手の製造方法に関し、特に、鋼板とアルミニウム合金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 method for manufacturing a welded joint, and is particularly suitable for use in joining a steel plate and an aluminum alloy plate by resistance spot welding.
近年、自動車分野においては、低燃費化や炭酸ガス(CO2)の排出量削減を目的とした車体の軽量化および衝突安全性向上のため、車体や部品等に部分的にアルミニウム合金板を使用するニーズが高まっており、特に、ハイブリッド車等の分野において顕著となっている。一方、車体の組立や部品の取付け等の工程においては、主としてスポット溶接が用いられているが、アルミニウム合金板が部分的に使用された場合には、アルミニウム合金板と鋼板とをスポット溶接する必要性が生じる。
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。
In recent years, in the automotive field, aluminum alloy plates have been partially used for the body and parts to reduce vehicle weight and improve collision safety for the purpose of reducing fuel consumption and reducing carbon dioxide (CO 2 ) emissions. There is a growing need, especially in the field of hybrid vehicles. On the other hand, spot welding is mainly used in processes such as vehicle body assembly and component mounting. However, when an aluminum alloy plate is partially used, it is necessary to spot weld the aluminum alloy plate and the steel plate. Sex occurs.
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合金板とを接合しようとする場合、鋼板とアルミニウムとの双方を溶融させると、鋼板とアルミニウム合金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)。
アルミニウム合金板と鋼板とを溶接する際に金属間化合物が生成するのを抑制し、継手強度を高めるため、これまでに多くの方法が提案されている。
Conventionally, when trying to join a steel plate and an aluminum alloy plate by such resistance spot welding, when both the steel plate and aluminum are melted, a brittle intermetallic compound at the joint between the steel plate and the aluminum alloy plate Since (Fe 2 Al 5 , FeAl 3, etc.) is generated, it is known that joint strength is reduced (see Patent Documents 1 to 3).
Many methods have been proposed so far in order to suppress the formation of intermetallic compounds when welding an aluminum alloy plate and a steel plate and increase the joint strength.
特許文献1、2には、鋼板とアルミニウム合金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合金板との間に、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合金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。 In Patent Documents 1 and 2, when resistance spot welding of a steel plate and an aluminum alloy plate is performed, a zinc which causes a eutectic reaction with the steel plate and the aluminum alloy 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 alloy plate can be easily discharged from the joint portion. The processing to do is done. 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、アルミニウム合金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合金板との接合面にアルミニウムの溶融ナゲット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 alloy plate side electrode is set to 2.0 <R2 / R1 <6.0. The technology is disclosed. In Patent Document 3, an aluminum melt nugget can be smoothly formed on the joint surface between the steel plate and the aluminum alloy plate without a shortage of the amount of aluminum melted on the joint surface. As a result, the intermetallic compound is joined. It is said that it can be suppressed from being formed on the surface.
また、特許文献4には、アルミニウム合金板と鋼板との溶接部に生成される金属間化合物の厚さや(接合面積に対する)面積率を規定することで、継手強度を確保する方法が提案されている。
また、特許文献5には、アルミニウム合金板と鋼板とを溶接するにあたり、予め接合面間に接着層等を設け、接着と溶接とを併用することで継手強度や耐食性を向上させる方法が提案されている。
また、例えば、アルミニウム合金板と鋼板との間にアルミクラッド鋼板をインサートして溶接することで、溶接後の継手強度を高める方法や、セルフピアスリベット等による機械的接合を溶接と併用する方法もある。また、ピンを回転させながら加圧力で被溶接材に押し付けて摩擦熱を発生させ、この摩擦熱と、ピンの回転により軸方向に発生した塑性流動とによって溶接を行う、アルミニウム等の軽金属の溶接に好適な摩擦攪拌溶接法を用いる方法もある。また、一般的な溶接法ではなく、回転工具を強い圧力で被溶接材に押し当てることで、その摩擦熱と攪拌力とで被溶接材を接合する摩擦攪拌接合を用いる方法も考えられる。その他、例えば、アルミニウム合金板を鋼ピンで貫通させて鋼板に接触させ、鋼ピンと鋼板との間で通電を行うことで接触部を抵抗溶接することにより、鋼板とアルミニウム合金板とを接合させる方法等も考えられる。
Patent Document 4 proposes a method for ensuring the joint strength by defining the thickness of the intermetallic compound produced in the welded portion between the aluminum alloy plate and the steel plate and the area ratio (relative to the joint area). Yes.
Patent Document 5 proposes a method of improving joint strength and corrosion resistance by providing an adhesive layer or the like between joint surfaces in advance when welding an aluminum alloy plate and a steel plate, and using adhesion and welding together. ing.
In addition, for example, there is a method of increasing the joint strength after welding by inserting an aluminum clad steel plate between an aluminum alloy plate and a steel plate, and a method of using mechanical joining with self-piercing rivets together with welding. is there. Welding of light metals such as aluminum that presses against the material to be welded with pressure while rotating the pin to generate frictional heat and welds with this frictional heat and plastic flow generated in the axial direction due to rotation of the pin There is also a method using a friction stir welding method suitable for the above. Further, instead of a general welding method, a method of using friction stir welding in which a welding tool is joined with its frictional heat and stirring force by pressing a rotary tool against the welding material with a strong pressure is also conceivable. In addition, for example, a method for joining a steel plate and an aluminum alloy plate by allowing an aluminum alloy plate to penetrate through a steel pin to contact the steel plate and resistance-welding the contact portion by energizing between the steel pin and the steel plate. Etc. are also conceivable.
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、4に記載の技術では、鋼板とアルミニウム合金板の接合面にアルミニウムの溶融ナゲットを形成するので、鋼板とアルミニウム合金板の接合面に、アルミニウムの溶融凝固部が厚く形成される。
また、特許文献5に記載の技術では、鋼板とアルミニウム合金板との溶接部において脆弱な金属間化合物が大量に生成され、接合強度や耐食性が低下するという問題があった。
したがって、前述したように、特許文献1〜5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 techniques described in Patent Documents 3 and 4, since a molten nugget of aluminum is formed on the joint surface between the steel plate and the aluminum alloy plate, a thick aluminum melt-solidified portion is formed on the joint surface between the steel plate and the aluminum alloy plate. The
In addition, the technique described in Patent Document 5 has a problem in that a large amount of brittle intermetallic compound is generated in the welded portion between the steel plate and the aluminum alloy plate, and the bonding strength and corrosion resistance are reduced.
Therefore, as described above, the joint strength (for example, cross tensile strength) of the welded joint produced by the techniques described in Patent Documents 1 to 5 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合金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として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 it is possible to stably obtain a high joint strength as a joint strength of a welded joint formed by resistance spot welding of a steel plate and an aluminum alloy plate. It aims at making it a good fracture form being obtained.
本発明の溶接継手の製造方法は、アルミニウム合金板と、鋼板とを直接重ね合わせた状態で、前記アルミニウム合金板にアルミニウム合金板側電極を接触させると共に前記鋼板に鋼板側電極を接触させ、前記アルミニウム合金板側電極と前記鋼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スポット溶接継手を製造するスポット溶接継手の製造方法であって、前記アルミニウム合金板側電極の熱伝導率は、130[W/(m・K)]以上240[W/(m・K)]以下であり、前記鋼板側電極の熱伝導率は、300[W/(m・K)]以上であることを特徴とする。 The method for manufacturing a welded joint according to the present invention is such that the aluminum alloy plate and the steel plate are directly overlapped, the aluminum alloy plate side electrode is brought into contact with the aluminum alloy plate and the steel plate side electrode is brought into contact with the steel plate, A spot welded joint manufacturing method for manufacturing a spot welded joint by performing resistance spot welding by applying a welding current while applying a pressure between an aluminum alloy plate side electrode and the steel plate side electrode, the aluminum alloy The thermal conductivity of the plate side electrode is 130 [W / (m · K)] or more and 240 [W / (m · K)] or less, and the thermal conductivity of the steel plate side electrode is 300 [W / (m -K)] or more.
本発明によれば、アルミニウム合金板側電極の熱伝導率を130[W/(m・K)]以上240[W/(m・K)]以下とし、鋼板側電極の熱伝導率を300[W/(m・K)]以上とした。したがって、鋼板とアルミニウム合金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として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を得ることができる。 According to the present invention, the thermal conductivity of the aluminum alloy plate side electrode is 130 [W / (m · K)] or more and 240 [W / (m · K)] or less, and the thermal conductivity of the steel plate side electrode is 300 [W / (m · K)]. W / (m · K)] or more. Accordingly, it is possible to stably obtain a high joint strength as a joint strength of a welded joint formed by resistance spot welding of a steel plate and an aluminum alloy plate and obtain a good fracture form.
次に、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。尚、本実施形態は、本発明におけるスポット溶接継手の製造方法の一例をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, since this embodiment demonstrates in detail in order to make an example of the manufacturing method of the spot-welded joint in this invention better understood, unless otherwise specified, this invention is not limited.
本発明者らは、鋼板とアルミニウム合金板とを抵抗スポット溶接する際に、アルミニウム合金板側電極の(全体の)熱伝導率が、鋼板側電極の(全体の)熱伝導率よりも小さくなるようにすることにより、従来と同様の抵抗スポット溶接設備や電極成形機等を用いても、溶接継手の十字引張強さ(CTS)が大きな値で安定し(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(適切なプラグ径を有してプラグ破断する)という知見を得た。
アルミニウム合金板側電極の熱伝導率を、鋼板側電極の熱伝導率よりも小さくすることによって、鋼板で発生した熱が鋼板側電極を介して抜熱させることを促進させつつ、アルミニウム合金板で発生した熱がアルミニウム合金板側電極を介して抜熱されることを抑制することができる。これにより、面方向に広く且つ厚み方向に薄い溶融金属を、鋼板とアルミニウム合金板との間に形成(凝固)させることができる。
以上のような新たな知見に基づいて、本発明者らは、以下に説明する本実施形態に想到した。
When the present inventors perform resistance spot welding of a steel plate and an aluminum alloy plate, the (total) thermal conductivity of the aluminum alloy plate-side electrode is smaller than the (total) thermal conductivity of the steel plate-side electrode. By doing so, the cross joint tensile strength (CTS) of the welded joint is stabilized at a large value even when using the same resistance spot welding equipment or electrode forming machine as before (the value does not vary greatly depending on the welded joint). In addition, the inventors have obtained the knowledge that plug fracture can be stably obtained as a fracture form of a welded joint (plug fracture with an appropriate plug diameter).
By making the thermal conductivity of the aluminum alloy plate-side electrode smaller than the thermal conductivity of the steel plate-side electrode, it is possible to accelerate the heat generated in the steel plate through the steel plate-side electrode, It is possible to suppress the generated heat from being removed through the aluminum alloy plate side electrode. Thereby, the molten metal which is wide in the surface direction and thin in the thickness direction can be formed (solidified) between the steel plate and the aluminum alloy plate.
Based on the above new findings, the present inventors have conceived the present embodiment described below.
<抵抗スポット溶接>
図1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1を参照しながら、アルミニウム合金板110と鋼板120とを抵抗スポット溶接する方法の一例の概要を説明する。
抵抗スポット溶接を行うに際し、まず、被溶接材であるアルミニウム合金板110と鋼板120とを重ね合わせる。図1に示す例では、アルミニウム合金板110と鋼板120とを各1枚ずつ重ね合わせた状態としている。尚、アルミニウム合金板110と鋼板120との少なくとも何れか一方が複数枚であってもよい。
そして、アルミニウム合金板110と鋼板120との重ね合わせ部分に対して両側から、即ち、図1中における上下方向から挟み込むように、アルミニウム側電極210と鋼板側電極220とを押し付けつつ通電することにより、アルミニウム合金板110と鋼板120との間に溶融金属を形成させる。この溶融金属は、溶接通電が終了した後、水冷されたアルミニウム側電極210及び鋼板側電極220による抜熱や鋼板110及びアルミニウム合金板120への熱伝導によって凝固し、アルミニウム合金板110と鋼板120との間に形成される。
<Resistance spot welding>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a resistance spot welding apparatus. An outline of an example of a method of resistance spot welding the
When performing resistance spot welding, first, the
And by energizing while pressing the
<アルミニウム合金板>
以下に、本実施形態における一方の被溶接材である、アルミニウム合金板110の特性の一例について詳述する。
(合金種)
アルミニウム合金板110の合金の種類は特に限定されるものではない。例えば、自動車車体等において一般的に用いられる5000(Al−Mg)系や6000(Al−Mg−Si)系等、何れの型のアルミニウム合金であっても何ら制限なく採用することが可能である。
(引張強さ)
アルミニウム合金板110の合金の引張強さについても特に限定されるものではない。例えば、自動車車体等において一般的に用いられる100〜400MPa級程度のものを何ら制限なく採用することができる。
(板厚)
アルミニウム合金板110の(溶接前の)板厚t1についても特に限定されるものではなく、例えば、自動車車体等において一般的に用いられる、0.55[mm]〜2.0[mm]程度の厚みとされたアルミニウム合金板を何ら制限なく採用することができる。
<Aluminum alloy plate>
Below, an example of the characteristic of the
(Alloy type)
The type of alloy of the
(Tensile strength)
The tensile strength of the alloy of the
(Thickness)
The thickness t 1 (before welding) of the
<鋼板>
以下に、本実施形態の他方の被溶接材である、鋼板120の特性の一例について詳述する。
(鋼種)
鋼板120の鋼種については特に限定されない。例えば、極低C型(フェライト主体組織)、Al−k型(フェライト中にパーライトを含む組織)、二相組織型(例えば、フェライト中にマルテンサイトを含む組織、フェライト中にベイナイトを含む組織)、加工誘起変態型(フェライト中に残留オーステナイトを含む組織)、微細結晶型(フェライト主体組織)等、何れの型の鋼板であっても良い。何れの鋼種からなる鋼板であっても、本実施形態のスポット溶接継手の製造方法を適用することにより、鋼板の特性を損なうことなく、金属間化合物の生成を抑制しながらアルミニウム合金板と鋼板とを溶接することができ、信頼性の高いスポット接合継手(溶接部)が得られる。
<Steel plate>
Below, an example of the characteristic of the
(Steel grade)
The steel type of the
(引張強さ)
鋼板120の引張強さについても、特に限定されるものではなく、如何なる引張強さの鋼板であっても何ら制限なく採用することができる。例えば、自動車車体等において一般的に用いられる、270〜1470MPa級程度の引張強さとされた鋼板を何ら制限なく採用することができる。
(めっき)
表層にさらにめっき層が設けられた鋼板120を採用することができるが、この際に施されるめっき層の種類についても、何ら制限されるものではない。例えば、めっき層の種類としては、Zn系(Zn、Zn−Fe、Zn−Ni、Zn−Al、Zn−Al−Mg、Zn−Al−Mg−Si等)、Al系(Al−Si等)、Sn系(Sn−Zn等)等、何れのめっき層であっても良い。また、これらのめっき層の目付量についても特に限定されないが、両面の目付け量で100[g/m2]以下とすることが好ましい。めっきの目付け量が片面あたりで100[g/m2]を越えると、めっき層が溶接の際の障害となる場合がある。尚、表層にめっき層が設けられていない鋼板120を採用してもよい。
(板厚)
鋼板の(溶接前の)板厚t2についても特に限定されるものではなく、例えば、自動車車体等において一般的に用いられる、0.50[mm]〜2.3[mm]程度の厚みとされた鋼板を何ら制限なく採用することができる。尚、鋼板の板厚t2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t2が2.3[mm]を上回る鋼板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。
(Tensile strength)
The tensile strength of the
(Plating)
Although the
(Thickness)
The thickness t 2 (before welding) of the steel plate is not particularly limited, and for example, a thickness of about 0.50 [mm] to 2.3 [mm] generally used in an automobile body or the like. The used steel plate can be employed without any limitation. If the thickness t 2 of the steel sheet is less than 0.5 [mm], the strength and rigidity necessary for the structural member and the structural material cannot be ensured. On the other hand, since other joining processes can be applied to the steel sheet having a thickness t 2 exceeding 2.3 [mm], the necessity of using resistance spot welding is low.
<電極>
(アルミニウム合金板側電極の熱伝導率)
アルミニウム合金板側電極210の熱伝導率λ1は、130[W/(m・K)]以上、240[W/(m・K)]以下とする。
アルミニウム合金板側電極210の熱伝導率λ1が130[W/(m・K)]を下回ると、アルミニウム合金板側電極210とアルミニウム合金板110との間で溶着が著しく発生し、溶接が不安定になることがある。一方、アルミニウム合金板側電極210の熱伝導率λ1が240[W/(m・K)]を上回ると、アルミニウム合金板側電極210によるアルミニウム合金板110の冷却効果が大きくなるため、所望のプラグ径の確保が難しくなり易く、溶接継手の形状が安定しなくなることがある。その結果、プラグ破断の形態が不安定になる。
<Electrode>
(Thermal conductivity of the aluminum alloy plate side electrode)
The thermal conductivity λ 1 of the aluminum alloy
When the thermal conductivity λ 1 of the aluminum alloy plate-
このような範囲の熱伝導率λ1を有するアルミニウム合金板側電極210とするために、アルミニウム合金板側電極210を、例えば、電気接点用の材料として公知のCu−70W(Cu:30[質量%]、W:70[質量%])からなるものにすることができる。ただし、熱伝導率λ1が前述した範囲となるものであれば、アルミニウム合金板側電極210の材質はCu-70Wに限定されない。
ここで、アルミニウム合金板側電極210の熱伝導率λ1の測定は、例えば、非特許文献1、2等に記載されている温度傾斜法や、非特許文献2に記載されているレーザーフラッシュ法、熱線法等、公知の方法により行うことができる。したがって、ここでは、その詳細な説明を省略する。
In order to obtain the aluminum alloy
Here, the measurement of the thermal conductivity λ 1 of the aluminum alloy plate-
(鋼板側電極の熱伝導率)
鋼板側電極220の熱伝導率λ2は、300[W/(m・K)]以上とする。
鋼板側電極220の熱伝導率λ2が300[W/(m・K)]を下回ると、溶接継手100において、鋼板120側の温度上昇が著しくなり、これにより電極で加圧されるアルミニウム合金板110の板厚の減少が大きくなる等、溶接継手の形状が安定しなくなる。その結果、継手強度が低下する。
このような範囲の熱伝導率λ2を有する鋼板側電極220とするために、鋼板側電極220を、例えば、JIS Z 3234(抵抗溶接用銅合金電極材料)に記載の銅合金(例えば、Cr−Cu(クロム銅)やアルミナ分散銅)を採用することができる。ただし、熱伝導率λ2が前述した範囲になるものであれば、鋼板側電極220の材質は、Cr−Cuやアルミナ分散銅に限定されない。
(Thermal conductivity of steel plate side electrode)
The thermal conductivity λ 2 of the steel
When the thermal conductivity λ 2 of the steel
In order to obtain the steel
(電極先端の形状)
図2は、電極の形状の一例を示す図である。具体的に、図2(a)は、JIS C 9304(1999年)に規定されるDR形電極を示す図であり、図2(b)は、JIS C 9304(1999年)に規定されるR形電極を示す図である。
図2(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2(b)の曲率半径R2を参照)、電極外径Dと先端径Wとが同じとなる。一方、図2(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2(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。DR形電極の先端の曲率半径R1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2(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。
(Shape of electrode tip)
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the shape of an electrode. Specifically, FIG. 2 (a) is a diagram showing a DR electrode defined in JIS C 9304 (1999), and FIG. 2 (b) is an R defined in JIS C 9304 (1999). It is a figure which shows a shape electrode.
R-shaped electrode shown in FIG. 2 (b), becomes constant without radius of curvature changes in the tip (see the radius of curvature R 2 of FIG. 2 (b)), and the electrode outer diameter D and the tip diameter W same It becomes. On the other hand, in the DR-type electrode shown in FIG. 2A, the radius of curvature at the tip changes in two stages (see the curvature radii R 1 and R 3 in FIG. 2A), and the electrode outer diameter D and tip diameter. W is different. The radius of curvature R 1 at the tip of the DR electrode refers to the radius of curvature closer to the tip of these two stages of radii of curvature. As shown in FIG. 2A, the curvature radius R 1 on the distal end side is larger than the curvature radius R 3 on the proximal end side.
アルミニウム合金板側電極210と鋼板側電極220として、DR形電極及びR形電極の何れを採用してもよい。また、抵抗スポット溶接で採用されるこの他の形状の電極を、アルミニウム合金板側電極210及び鋼板側電極220として採用してもよい。
また、アルミニウム合金板側電極210及び鋼板側電極220の先端の曲率半径については特に限定されないが、鋼板側電極220の先端の曲率半径は、40[mm]以上、150[mm]以下とすることが好ましい。鋼板側電極220の先端の曲率半径が40[mm]を下回ると、鋼板120における鋼板側電極220の接触範囲が狭くなり局所発熱に至りやすくなる。そうすると、鋼板側電極220と鋼板120との間での溶着が著しくなる。一方、鋼板側電極220の先端の曲率半径が150[mm]を上回ると、鋼板120における鋼板側電極220の接触範囲が広くなるために抵抗発熱に必要な溶接電流が過大となる。そうすると、散りが頻発する。
As the aluminum alloy
Moreover, the curvature radius of the tip of the aluminum alloy
また、アルミニウム合金板側電極210の先端の曲率半径を、鋼板側電極220の先端の曲率半径と同じ(アルミニウム合金板側電極210の先端の曲率半径:鋼板側電極220の先端の曲率半径=1:1)にすることができる。このようにすれば、アルミニウム合金板側電極210用の電極チップドレッサのバイト(の形状)と、鋼板側電極220用の電極チップドレッサのバイト(の形状)とを同一にすることができる。
The radius of curvature of the tip of the aluminum alloy
<溶接電源230>
アルミニウム合金板側電極210及び鋼板側電極220に電流を供給する溶接電源230は、交流電源又は直流電源の何れであっても良い。例えば、溶接電源230として、インバータ式直流電源、インバータ式交流電源、又は単相式交流電源等を採用することができる。
<加圧力>
加圧力については、アルミニウム合金板110及び鋼板120の板厚や、アルミニウム合金板側電極210及び鋼板側電極220の形状により適切な条件設定を選択できるが、1.98[kN]以上、5.0[kN]以下が好ましい。
加圧力が、1.98[kN]を下回ると、被溶接材における電極の接触範囲が小さくなり局所発熱に至りやすいため、電極と被溶接材との間での溶着が著しくなる。一方、加圧力が、5.0[kN]を上回ると、被溶接材との接触範囲での電極の押し込み量が多くなり溶接部の残存厚が薄くなるため、溶接継手の溶接部におけるアルミニウム合金板の厚みが薄くなり過ぎ、継手強度が低下する。尚、加圧力とは、後述する溶接電流を流す際に、重ね合わせたアルミニウム合金板110と鋼板120とを、対向する一対のアルミニウム板側電極210と鋼板側電極220とで挟み加えられる力をいう(図1に示す矢印線を参照)。
<Welding power source 230>
The welding power source 230 that supplies current to the aluminum alloy
<Pressure force>
As for the pressing force, an appropriate condition setting can be selected depending on the plate thickness of the
When the applied pressure is less than 1.98 [kN], the contact range of the electrode in the material to be welded becomes small and local heat generation is likely to occur, so that the welding between the electrode and the material to be welded becomes remarkable. On the other hand, if the applied pressure exceeds 5.0 [kN], the amount of pressing of the electrode in the contact range with the material to be welded increases, and the remaining thickness of the welded portion decreases, so the aluminum alloy in the welded portion of the welded joint The thickness of the plate becomes too thin and the joint strength decreases. The applied pressure is a force applied between a pair of the aluminum
<通電時間>
通電時間については、アルミニウム合金板110及び鋼板120の板厚により適切な条件設定を選択できるが、100[ms]以上、300[ms]以下が好ましい。
通電時間が、100[ms]を下回ると、アルミニウム合金板110と鋼板120との界面において、加圧されるアルミニウムの領域を加熱させることができない。一方、通電時間が、300[ms]を上回ると、溶接継手の溶接部におけるアルミニウム合金板の厚みが薄くなり過ぎ、鋼板とアルミニウム合金板との接合面を十分に形成することができない。尚、通電時間とは、アルミニウム板側電極210がアルミニウム板110に接触し、且つ、鋼板側電極220が鋼板120に接触した状態で、アルミニウム板側電極210と鋼板側電極220との間を通電する時間である。
<Energization time>
About energization time, although an appropriate condition setting can be selected by the plate | board thickness of the
When the energization time is less than 100 [ms], the pressed aluminum region cannot be heated at the interface between the
<溶接電流>
溶接電流については、アルミニウム合金板110及び鋼板120の板厚、通電時間、及び加圧力により適切な条件設定を選択できる。尚、溶接電流は、溶接電源230、アルミニウム板側電極210、アルミニウム板110、鋼板120、及び鋼板側電極220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、アルミニウム板側電極210がアルミニウム板110に接触し、且つ、鋼板側電極220が鋼板120に接触した状態で、アルミニウム板側電極210と鋼板側電極220との間に流れる電流である。
<Welding current>
About welding current, appropriate condition setting can be selected with the plate | board thickness of the
<まとめ>
以上のように本実施形態では、アルミニウム合金板側電極210の熱伝導率λ1を、130[W/(m・K)]以上、240[W/(m・K)]以下とし、鋼板側電極220の熱伝導率λ2を、300[W/(m・K)]以上とした。したがって、このような熱伝導率の電極を採用することで、特別な装置等を導入することなく、溶接継手の十字引張強さ(CTS)が大きな値で安定し(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。よって、鋼板とアルミニウム合金板とを抵抗スポット溶接により接合する際の良好な作業性を確保しつつ、溶接部の継手強度に優れた、信頼性の高い溶接継手を形成することが可能となる。これにより、例えば、自動車分野において、部分的なアルミニウム合金板の適用で軽量化された自動車用部品の製造や車体の組立等の工程に本実施形態で説明した手法を適用することにより、車体全体の軽量化による低燃費化や炭酸ガス(CO2)の排出量削減等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
<Summary>
As described above, in the present embodiment, the thermal conductivity λ 1 of the aluminum alloy plate-
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.
各実施例1〜12では、以下の条件で抵抗スポット溶接を行って溶接継手(十字引張試験片)を作製し、それぞれの溶接継手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。
アルミニウム合金板側電極:JIS C 9304(1999年)に規定されるR形電極(先端の曲率半径=80[mm])
鋼板側電極:JIS C 9304(1999年)に規定されるR形電極(先端の曲率半径=80[mm])
アルミニウム合金板:A6022(6000系アルミニウム合金)(板厚=1.2[mm])
鋼板:溶融亜鉛合金化めっき(GA)鋼板(270MPa級)(板厚=1.4[mm])
通電時間:200[ms]
溶接電源:インバータ式直流電源
溶接電流については、0.3[kA]のピッチの溶接電流を上げて、それぞれの溶接電流において十字引張試験片を作製した。表2において、十字引張試験においてプラグが形成された十字引張試験片を作製したときに流した溶接電流のうち最小の値を溶接電流の最小値として示す。一方、表2において、十字引張試験においてプラグが形成された十字引張試験片を作製したときに流した溶接電流であって、抵抗スポット溶接の際に散りの発生が認められた溶接電流のうち最小の値を溶接電流の最大値として示す。
In each of Examples 1 to 12, resistance spot welding was performed under the following conditions to produce a welded joint (cross tensile test piece), and the cross tensile strength (CTS) of each welded joint was measured. 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).
Aluminum alloy plate-side electrode: R-shaped electrode as defined in JIS C 9304 (1999) (curvature radius of tip = 80 [mm])
Steel plate side electrode: R-shaped electrode specified in JIS C 9304 (1999) (curvature radius of tip = 80 [mm])
Aluminum alloy plate: A6022 (6000 series aluminum alloy) (plate thickness = 1.2 [mm])
Steel plate: Hot dip galvannealed (GA) steel plate (270 MPa class) (plate thickness = 1.4 [mm])
Energizing time: 200 [ms]
Welding power source: Inverter type DC power source For the welding current, a welding current having a pitch of 0.3 [kA] was increased, and a cross tension test piece was produced at each welding current. In Table 2, the minimum value among the welding currents that flowed when producing the cross tensile test piece in which the plug was formed in the cross tensile test is shown as the minimum value of the welding current. On the other hand, in Table 2, the welding current flowed when a cross tensile test piece having a plug formed in the cross tensile test was produced, and the smallest among the welding currents in which scattering was observed during resistance spot welding. Is shown as the maximum value of the welding current.
実施例1、4〜9では、アルミニウム合金側電極の材質(熱伝導率λ1)を異ならせて抵抗スポット溶接を行った。
実施例1〜3では、加圧力を異ならせて抵抗スポット溶接を行った。
実施例10、11、12は、それぞれ、鋼板側電極の材質(熱伝導率)λ1)を、それぞれ実施例1、2、3と異ならせて抵抗スポット溶接を行った。
In Examples 1 and 4 to 9, resistance spot welding was performed by changing the material (thermal conductivity λ 1 ) of the aluminum alloy side electrode.
In Examples 1 to 3, resistance spot welding was performed with different applied pressures.
In Examples 10, 11, and 12, resistance spot welding was performed by changing the material (thermal conductivity) λ 1 ) of the steel plate side electrode from that in Examples 1, 2, and 3, respectively.
実施例1〜7が本発明例であり、十字引張試験後の破断形態は、溶接電流の最小値から最大値までの全ての範囲において、安定したプラグ破断となり、十字引張強さ(CTS)が実用上十分な強度と見なせる0.8[kN]以上あった。
一方、実施例8では、アルミニウム合金側電極の熱伝導率λ1が130[W/(m・K)]を下回る。このため、溶接電流が最大値のときには、アルミニウム合金側電極がアルミニウム合金板に溶着し、溶接継手を作製することができなかった(番号8のプラグ径の最小値の欄の「電極溶着」と、CTSの最小値の欄の「−」を参照)。また、十字引張強さ(CTS)の最大値が0.8[kN]を下回った。
Examples 1 to 7 are examples of the present invention, and the form of fracture after the cross tension test is a stable plug fracture in all ranges from the minimum value to the maximum value of the welding current, and the cross tensile strength (CTS) is It was 0.8 [kN] or more that can be regarded as a practically sufficient strength.
On the other hand, in Example 8, the thermal conductivity λ 1 of the aluminum alloy side electrode is lower than 130 [W / (m · K)]. For this reason, when the welding current was the maximum value, the aluminum alloy side electrode was welded to the aluminum alloy plate, and a welded joint could not be produced ("electrode welding" in the column of the minimum value of the plug diameter number 8). , See “-” in the CTS minimum value column). Moreover, the maximum value of the cross tensile strength (CTS) was less than 0.8 [kN].
実施例9では、アルミニウム合金側電極の熱伝導率λ1が240[W/(m・K)]を上回る。このため、十字引張強さ(CTS)の最小値が0.8[kN]を下回った(番号9のCTSの最小値の欄を参照)。さらに、溶接電流を上げると不安定なプラグ破断となり(プラグが得られず)、プラグ径を測定することができなかった(番号9のプラグ径の最大値の欄の「−」と、CTSの最大値の欄の「プラグ破断不安定」の欄を参照)。このため、溶接電流の最大値を特定することができなかった(番号9の溶接電流の最大値の欄の「−」を参照)。 In Example 9, the thermal conductivity λ 1 of the aluminum alloy side electrode exceeds 240 [W / (m · K)]. For this reason, the minimum value of the cross tensile strength (CTS) was less than 0.8 [kN] (see the column of the minimum value of CTS number 9). Further, when the welding current was increased, unstable plug fracture occurred (the plug was not obtained), and the plug diameter could not be measured ("-" in the column of maximum plug diameter No. 9). (See the “Unstable plug rupture” column in the Maximum column). For this reason, the maximum value of the welding current could not be specified (see “−” in the column of the maximum value of the welding current No. 9).
また、実施例10〜12では、鋼板側電極の熱伝導率λ2が300[W/(m・K)]を下回る。このため、十字引張強さ(CTS)の最小値が0.8[kN]を下回った(番号10〜12のCTSの最大値の欄を参照)。 Moreover, in Examples 10-12, the heat conductivity (lambda) 2 of a steel plate side electrode is less than 300 [W / (m * K)]. For this reason, the minimum value of the cross tensile strength (CTS) was less than 0.8 [kN] (see the column of the maximum value of CTS Nos. 10 to 12).
110:アルミニウム合金、120:鋼板、210:アルミニウム合金板側電極、220:鋼板側電極、230:溶接電源 110: Aluminum alloy, 120: Steel plate, 210: Aluminum alloy plate side electrode, 220: Steel plate side electrode, 230: Welding power source
Claims (1)
前記アルミニウム合金板側電極の熱伝導率は、130[W/(m・K)]以上240[W/(m・K)]以下であり、
前記鋼板側電極の熱伝導率は、300[W/(m・K)]以上であることを特徴とするスポット溶接継手の製造方法。 With the aluminum alloy plate and the steel plate directly superimposed, the aluminum alloy plate side electrode is brought into contact with the aluminum alloy plate and the steel plate side electrode is brought into contact with the steel plate, and the aluminum alloy plate side electrode and the steel plate side electrode are brought into contact with each other. A spot welded joint manufacturing method for manufacturing a spot welded joint by performing a resistance spot welding by applying a welding current while applying a pressure between
The aluminum alloy plate side electrode has a thermal conductivity of 130 [W / (m · K)] or more and 240 [W / (m · K)] or less,
The method of manufacturing a spot-welded joint, wherein the steel plate-side electrode has a thermal conductivity of 300 [W / (m · K)] or more.
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