JP6497135B2

JP6497135B2 - 溶接継手およびその製造方法

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Publication number: JP6497135B2
Application number: JP2015046445A
Authority: JP
Inventors: ひとみ西畑; 泰山　正則; 正則泰山; 康信宮崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2035-03-09
Also published as: JP2016165740A

Description

本発明は、溶接継手およびその製造方法に関する。

従来、自動車等の輸送機器の構成部材として、スポット溶接によって互いに接合された複数の金属板を備えた溶接継手が用いられている。特に近年、車体の軽量化および高強度化を両立させる観点から、アルミニウム材と複数の鋼材とを積層した構成を有する溶接継手の利用が検討されている。

たとえば、アルミニウム材および２枚の鋼材が順に積層された構成を有する溶接継手をスポット溶接によって製造する際には、アルミニウム材および２枚の鋼材を一対の電極で挟んだ状態で、該一対の電極間に電流を流す。これにより、アルミニウム材と鋼材との界面および鋼材と鋼材との界面に溶接金属（ナゲット）が形成され、アルミニウム材および２枚の鋼材が接合される。

上記のような構成を有する溶接継手では、アルミニウム材と鋼材との接合に適した溶接条件および鋼材と鋼材との接合に適した溶接条件が大きく異なる場合がある。このため、たとえば、鋼材と鋼材との界面に適切な大きさの溶接金属を形成しようとすると、アルミニウム材に対する入熱量が大きくなり過ぎる場合がある。この場合、アルミニウム材において著しい減肉が生じたり、溶接金属において欠陥が生じたりする。これにより、アルミニウム材と鋼材との接合強さを十分に確保できなくなる。一方、アルミニウム材と鋼材との界面に適切な大きさの溶接金属を形成しようとすると、鋼材と鋼材との界面に十分な大きさの溶接金属を形成することができなくなる場合がある。この場合、鋼材と鋼材との接合強さを十分に確保できなくなる。

そこで、従来、上記のような問題を解決するための溶接方法が提案されている。たとえば、特許文献１には、異種材界面と同種材界面とを有する被接合材の接合方法が開示されている。特許文献１の接合方法では、まず、重ね合わせた少なくとも３枚の板材に比較的小さい第１の電流を通電し、同種材界面にナゲットを優先的に形成する。その後、第１の電流よりも大きな第２の電流を通電する。特許文献１には、上記の方法によれば、同種材界面の接触抵抗が小さくなった状態で異種材界面にナゲットが形成されるので、各界面に所望の大きさのナゲットを形成することができ、板材の減肉を抑制しつつ各界面における接合強さを十分に確保できることが記載されている。

特開２００８−２７２８２５号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、適切なタイミングで第１の電流から第２の電流に切り替えるために、板材間の接触抵抗をモニタリングしなければならない。この場合、接触抵抗をモニタリングするための装置が必要になるので、接合材の製造コストが増加する。

さらに、板材の材質によっては、特許文献１の方法では十分な接合強さを確保できない場合がある。たとえば、アルミニウム材および２枚の鋼材を特許文献１の方法で接合する場合、鋼材の固有抵抗が低ければ、第１の電流の通電中にアルミニウム材の溶融量が多くなり過ぎるおそれがある。この場合、アルミニウム材の減肉が発生したり、アルミニウム材と鋼材との界面においてチリが発生したりする。これにより、アルミニウム合金板と鋼材との接合強さが低下する。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、アルミニウム材と複数の鋼材とを接合した溶接継手において、低コストで十分な接合強さを確保できる構成を得ることを目的とする。

（１）本発明の一実施形態に係る溶接継手は、厚み方向に順に積層されたアルミニウム材からなる第１金属板と鋼材からなる第２金属板と鋼材からなる第３金属板とを備え、前記第１金属板と前記第２金属板と前記第３金属板とは前記厚み方向に垂直な方向に間隔を置いて形成された第１溶接部および第２溶接部によって接合され、前記第１溶接部は、前記第１金属板に形成された溶接金属と前記第３金属板に形成された溶接金属とを含み、前記第２溶接部は、前記第２金属板と前記第３金属板との境界部に形成された溶接金属を含み、前記第１溶接部の前記第１金属板の前記溶接金属は、前記第１金属板と前記第２金属板との界面に達して前記第１金属板と前記第２金属板とを接合するように形成され、前記第２溶接部の前記溶接金属は、前記第２金属板と前記第３金属板とを接合するように形成され、前記第１溶接部における前記第１金属板と前記第２金属板との接合強さおよび前記第２溶接部における前記第２金属板と前記第３金属板との接合強さはそれぞれ、前記第１金属板の母材の引張強さよりも大きい。

上記の溶接継手では、第１溶接部における第１金属板と第２金属板との接合強さおよび第２溶接部における第２金属板と第３金属板との接合強さはそれぞれ、第１金属板の母材の引張強さよりも大きい。これにより、溶接継手に大きな引張応力が作用しても、溶接継手が第１金属板と第２金属板との境界部または第２金属板と第３金属板との境界部において破断することを防止できる。すなわち、溶接継手の接合強さを十分に確保できる。

また、上記の溶接継手では、たとえば、第２溶接部において第１金属板（アルミニウム材）の溶融量が多くなり過ぎることによって第１金属板と第２金属板との接合強さを十分に確保できなかったとしても、第１溶接部によって第１金属板と第２金属板との分離を防止できる。一方、第１溶接部において第２金属板と第３金属板との境界部に十分な大きさの溶接金属を形成できなかったとしても、第２溶接部によって第２金属板と第３金属板との分離を防止できる。このため、上記の溶接継手では、第１溶接部を形成する際には、第１金属板と第２金属板との接合強さを考慮した溶接条件を設定すればよく、第２溶接部を形成する際には、第２金属板と第３金属板との接合強さを考慮した溶接条件を設定すればよい。言い換えると、第１溶接部の形成中に第２金属板と第３金属板との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要はなく、第２溶接部の形成中に第１金属板と第２金属板との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要もない。したがって、溶接条件を変更するために溶接電流等をモニタリングする必要がない。これにより、溶接継手を容易かつ低コストで製造できる。

（２）前記第１金属板と前記第２金属板と前記第３金属板とは、複数の前記第１溶接部および複数の前記第２溶接部によって接合され、前記第１溶接部および前記第２溶接部が前記垂直な方向において交互に形成されていてもよい。この場合、第１金属板と第２金属板との分離および第２金属板と第３金属板との分離を十分に防止できる。

（３）本発明の一実施形態に係る溶接継手の製造方法は、アルミニウム材からなる第１金属板と鋼材からなる第２金属板と鋼材からなる第３金属板とを厚み方向に順に積層して積層体を得る積層工程と、前記積層体を一対の電極で狭持しつつ該一対の電極間に通電して第１溶接部を形成する第１溶接部形成工程と、前記第１溶接部が形成される位置に対して前記厚み方向に垂直な方向に離れた位置において前記積層体を前記一対の電極で狭持しつつ該一対の電極間に通電して第２溶接部を形成する第２溶接部形成工程とを備え、前記第１溶接部は、前記第１金属板に形成される溶接金属と前記第３金属板に形成される溶接金属とを含み、前記第２溶接部は、前記第２金属板と前記第３金属板との境界部に形成される溶接金属を含み、前記第１溶接部の前記第１金属板の前記溶接金属は、前記第１金属板と前記第２金属板との界面に達して前記第１金属板と前記第２金属板とを接合するように形成され、前記第２溶接部の前記溶接金属は、前記第２金属板と前記第３金属板とを接合するように形成され、前記第１溶接部における前記第１金属板と前記第２金属板との接合強さおよび前記第２溶接部における前記第２金属板と前記第３金属板との接合強さはそれぞれ、前記第１金属板の母材の引張強さよりも大きい。

上記の方法によって製造された溶接継手では、第１溶接部における第１金属板と第２金属板との接合強さおよび第２溶接部における第２金属板と第３金属板との接合強さはそれぞれ、第１金属板の母材の引張強さよりも大きい。これにより、溶接継手に大きな引張応力が作用しても、溶接継手が第１金属板と第２金属板との境界部または第２金属板と第３金属板との境界部において破断することを防止できる。すなわち、溶接継手の接合強さを十分に確保できる。

また、上記の方法によって製造された溶接継手では、たとえば、第２溶接部において第１金属板（アルミニウム材）の溶融量が多くなり過ぎることによって第１金属板と第２金属板との接合強さを十分に確保できなかったとしても、第１溶接部によって第１金属板と第２金属板との分離を防止できる。一方、第１溶接部において第２金属板と第３金属板との境界部に十分な大きさの溶接金属を形成できなかったとしても（第２金属板と第３金属板との接合強さを十分に確保できなかったとしても）、第２溶接部によって第２金属板と第３金属板との分離を防止できる。このため、第１溶接部形成工程では、第１金属板と第２金属板との接合強さを考慮した溶接条件を設定すればよく、第２溶接部形成工程では、第２金属板と第３金属板との接合強さを考慮した溶接条件を設定すればよい。言い換えると、第１溶接部形成工程において第２金属板と第３金属板との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要はなく、第２溶接部形成工程において第１金属板と第２金属板との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要もない。したがって、溶接条件を変更するために溶接電流等をモニタリングする必要がない。これにより、溶接継手を容易かつ低コストで製造できる。

本発明によれば、十分な強度を有する溶接継手が低コストで得られる。

本発明の一実施形態に係る溶接継手を示す平面図である。図１のII−II線断面図である。第１溶接部における第１金属板および第２金属板の接合強さと第１金属板の母材の引張強さとの比較方法の一例を説明するための図である。第２溶接部における第２金属板および第３金属板の接合強さと第１金属板の母材の引張強さとの比較方法の一例を説明するための図である。溶接継手の製造工程の一例を示す図である。本発明のその他の実施形態に係る溶接継手を示す平面図である。本発明のその他の実施形態に係る溶接継手を示す平面図である。図７のVIII-VIII線断面図である。本発明のその他の実施形態に係る溶接継手を示す断面図である。本発明のその他の実施形態に係る溶接継手を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る溶接継手およびその製造方法について説明する。まず、溶接継手の構成について説明する。

（溶接継手の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る溶接継手１０を示す平面図であり、図２は、図１のII−II線断面図である。

図１および図２を参照して、溶接継手１０は、厚み方向（図２の矢印Ｄ１参照）に順に積層された第１金属板１２（以下、金属板１２と略記する。）、第２金属板１４（以下、金属板１４と略記する。）および第３金属板１６（以下、金属板１６と略記する。）を備えている。金属板１２はアルミニウム材からなり、金属板１４および金属板１６はそれぞれ鋼材からなる。なお、アルミニウム材には、純アルミニウムおよびアルミニウム合金が含まれる。

金属板１２の厚みは、たとえば、１．０〜２．０ｍｍであり、金属板１４の厚みは、たとえば、０．６〜２．０ｍｍであり、金属板１６の厚みは、たとえば、０．６〜２．５ｍｍである。なお、本発明に係る溶接継手は、自動車、鉄道車両、建築構造物および産業機械等の種々の部品の材料として用いることができる。したがって、本発明に係る溶接継手の各金属板の寸法および形状は、該部品の構造等に応じて適宜変更される。

図２を参照して、本実施形態では、金属板１２の上記厚み方向における一方側（金属板１４とは反対側）の面が溶接継手１０の表面１０ａとなり、金属板１６の上記厚み方向における他方側（金属板１４とは反対側）の面が溶接継手１０の裏面１０ｂとなる。

図１および図２を参照して、金属板１２,１４,１６は、複数の第１溶接部Ｗ１（以下、溶接部Ｗ１と略記する。）および複数の第２溶接部Ｗ２（以下、溶接部Ｗ２と略記する。）によって接合されている。複数の溶接部Ｗ１,Ｗ２は、上記厚み方向に垂直な方向（矢印Ｄ２参照）に間隔を置いて形成されている。上記垂直な方向において、溶接部Ｗ１の中心と溶接部Ｗ２の中心との距離は、たとえば、１５〜５０ｍｍである。本実施形態では、溶接部Ｗ１と溶接部Ｗ２とが交互に配置されている。溶接継手の製造方法については後述するが、溶接部Ｗ１および溶接部Ｗ２は、スポット溶接によって形成される。

図２を参照して、各溶接部Ｗ１は、金属板１２に形成された溶接金属（ナゲット）Ａ１と、金属板１６に形成された溶接金属（ナゲット）Ｆ１とを含む。溶接金属Ａ１は、金属板１２と金属板１４との界面１８に達して金属板１２と金属板１４とを接合するように形成されている。本実施形態では、溶接金属Ｆ１は、金属板１４と金属板１６との界面２０に達していない。このため、本実施形態では、溶接金属Ｆ１は、金属板１４と金属板１６とを接合していない。なお、溶接金属Ｆ１が界面２０に達していてもよい。すなわち、金属板１４と金属板１６とを接合するように溶接金属Ｆ１が形成されていてもよい。

各溶接部Ｗ２は、金属板１２に形成された溶接金属（ナゲット）Ａ２と、金属板１４および金属板１６の境界部に形成された溶接金属（ナゲット）Ｆ２とを含む。溶接金属Ａ２は、界面１８に達して金属板１２と金属板１４とを接合するように形成されている。溶接金属Ｆ２は、金属板１４と金属板１６とを接合するように形成されている。

金属板１４の厚み（ｍｍ）および金属板１６の厚み（ｍｍ）うちの小さい方の値をｔとした場合、界面２０における溶接金属Ｆ２の径（ナゲット径）は、たとえば４√ｔ（ｍｍ）以上である。なお、溶接金属Ｆ１が界面２０に達している場合、界面２０における溶接金属Ｆ１の径（ナゲット径）は、たとえば４√ｔ（ｍｍ）未満である。すなわち、溶接金属Ｆ１が界面２０に達している場合でも、溶接金属Ｆ１による金属板１４と金属板１６との接合強さは、鋼と鋼とを接合した溶接継手において一般に求められる接合強さの水準に達していなくてよい。

溶接継手１０では、溶接部Ｗ１における金属板１２と金属板１４との接合強さは、金属板１２の母材の引張強さよりも大きい。また、溶接部Ｗ２における金属板１４と金属板１６との接合強さは、金属板１２の母材の引張強さよりも大きい。なお、溶接部Ｗ１における金属板１４と金属板１６との接合強さは、たとえば、溶接部Ｗ１における金属板１２と金属板１４との接合強さよりも小さい。

溶接部Ｗ１における上記の接合強さと金属板１２の母材の引張強さとの比較、および溶接部Ｗ２における上記の接合強さと金属板１２の母材の引張強さとの比較は、たとえば、以下のようにして行うことができる。

図３は、溶接部Ｗ１における金属板１２および金属板１４の接合強さと金属板１２の母材の引張強さとの比較方法の一例を説明するための図である。

まず、図３（ａ）に示すように、１つの溶接部Ｗ１を含みかつ溶接部Ｗ２を含まないように、溶接継手１０（図２参照）から引張試験用の試験片２２を切り出す。試験片２２では、上記垂直な方向（矢印Ｄ２参照）において、金属板１２の一端部１２ａが金属板１４よりも一方側に突出し、金属板１４の一端部１４ａが金属板１２および金属板１６よりも他方側に突出している。なお、試験片２２の形状は、ＪＩＳＺ３１３６１９９９の規定に準拠する。したがって、金属板１２および金属板１４の板厚に応じて、試験片２２の寸法は適宜変更される。

上記の試験片２２に対して引張試験を行い、試験片２２を破断させる。具体的には、金属板１２の一端部１２ａおよび金属板１４の一端部１４ａをそれぞれ引張試験機（図示せず）に固定する。そして、一端部１２ａおよび一端部１４ａを上記垂直な方向（矢印Ｄ２参照）において互いに反対方向に引っ張り、試験片２２を破断させる。

この引張試験において、図３（ｂ）に示すように、試験片２２が金属板１２の母材で破断した場合には、溶接部Ｗ１における金属板１２と金属板１４との接合強さが金属板１２の母材の引張強さよりも大きいと判断する。一方、図３（ｃ）に示すように、金属板１２と金属板１４とが界面１８（図３（ａ）参照）において分離するように試験片２２が破断した場合には、溶接部Ｗ１における金属板１２と金属板１４との接合強さが金属板１２の母材の引張強さよりも小さいと判断する。

図４は、溶接部Ｗ２における金属板１４および金属板１６の接合強さと金属板１２の母材の引張強さとの比較方法の一例を説明するための図である。

まず、図４に示すように、１つの溶接部Ｗ２を含みかつ溶接部Ｗ１を含まないように、溶接継手１０（図２参照）から引張試験用の試験片２４を切り出す。試験片２４では、上記垂直な方向（矢印Ｄ２参照）において、金属板１６の一端部１６ａが金属板１２,１４よりも一方側に突出し、金属板１４の一端部１４ａが金属板１２,１６よりも他方側に突出している。なお、試験片２４の形状は、ＪＩＳＺ３１３６１９９９の規定に準拠する。したがって、金属板１４および金属板１６の板厚に応じて、試験片２２の寸法は適宜変更される。

上記の試験片２４に対して引張試験を行い、試験片２４を破断させて、金属板１４と金属板１６との接合部のせん断強さ（より具体的には、溶接金属Ｆ２の界面２０におけるせん断強さ）を測定する。具体的には、金属板１４の一端部１４ａおよび金属板１６の一端部１６ａをそれぞれ引張試験機（図示せず）に固定する。そして、一端部１４ａおよび一端部１６ａを上記垂直な方向（矢印Ｄ２参照）において互いに反対方向に引っ張り、試験片２４を破断させる。その後、試験片２４の破断時の引張荷重等に基づいて、金属板１４と金属板１６との接合部のせん断強さを測定する。測定したせん断強さが金属板１２の母材の引張強さよりも大きい場合には、溶接部Ｗ２における金属板１４と金属板１６との接合強さが金属板１２の母材の引張強さよりも大きいと判断する。一方、測定したせん断強さが金属板１２の母材の引張強さよりも小さい場合には、溶接部Ｗ２における金属板１４と金属板１６との接合強さが金属板１２の引張強さよりも小さいと判断する。

なお、詳細な説明は省略するが、溶接部Ｗ１における金属板１４と金属板１６との接合強さおよび金属板１２と金属板１４との接合強さは、たとえば、溶接部Ｗ１における金属板１４と金属板１６との境界部のせん断強さおよび金属板１２と金属板１４との境界部のせん断強さを測定することによって評価できる。

（溶接継手の効果）
溶接継手１０では、溶接部Ｗ１における金属板１２と金属板１４との接合強さおよび溶接部Ｗ２における金属板１４と金属板１６との接合強さはそれぞれ、金属板１２の母材の引張強さよりも大きい。これにより、溶接継手１０に大きな引張応力が作用しても、溶接継手１０が金属板１２と金属板１４との境界部または金属板１４と金属板１６との境界部において破断することを防止できる。すなわち、溶接継手１０の接合強さを十分に確保できる。

また、溶接継手１０では、たとえば、溶接部Ｗ２において、アルミニウム材からなる金属板１２の溶融量が多くなり過ぎることによって金属板１２と金属板１４との接合強さを十分に確保できなかったとしても、溶接部Ｗ１の溶接金属Ａ１によって金属板１２と金属板１４との分離を防止できる。一方、溶接部Ｗ１において金属板１４と金属板１６との境界部に十分な大きさの溶接金属Ｆ１を形成できなかったとしても（金属板１４と金属板１６との接合強さを十分に確保できなかったとしても）、溶接部Ｗ２の溶接金属Ｆ２によって金属板１４と金属板１６との分離を防止できる。このため、溶接継手１０では、溶接部Ｗ１を形成する際には、金属板１２と金属板１４との接合強さを考慮した溶接条件（適切な大きさの溶接金属Ａ１を形成するための溶接条件）を設定すればよい。また、溶接部Ｗ２を形成する際には、金属板１４と金属板１６との接合強さを考慮した溶接条件（適切な大きさの溶接金属Ｆ２を形成するための溶接条件）を設定すればよい。言い換えると、溶接部Ｗ１の形成中に金属板１４と金属板１６との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要はなく、溶接部Ｗ２の形成中に金属板１２と金属板１４との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要もない。したがって、溶接条件を変更するために溶接電流等をモニタリングする必要がない。これにより、溶接継手１０を容易かつ低コストで製造できる。

溶接継手１０では、溶接部Ｗ１と溶接部Ｗ２とが交互に配置されている。これにより、金属板１２と金属板１４との分離および金属板１４と金属板１６との分離を十分に防止できる。

（溶接継手の製造方法）
次に、溶接継手の製造方法について説明する。以下においては、上述の溶接継手１０の製造工程を例に挙げて、本発明の実施形態に係る溶接継手の製造方法について説明する。

図５は、溶接継手１０の製造工程の一例を示す図である。
図５（ａ）を参照して、まず、金属板１２、金属板１４および金属板１６を厚み方向に順に積層して積層体２６を得る（積層工程）。次に、図５（ｂ）を参照して、溶接機の一対の電極２８ａ，２８ｂで積層体２６を狭持しつつ該電極２８ａ，２８ｂ間に通電して、溶接部Ｗ１を形成する（第１溶接部形成工程）。次に、図５（ｃ）を参照して、溶接部Ｗ１が形成される位置に対して上記垂直な方向（矢印Ｄ２参照）に離れた位置において、電極２８ａ，２８ｂで積層体２６を狭持しつつ該電極２８ａ，２８ｂ間に通電して、溶接部Ｗ２を形成する（第２溶接部形成工程）。その後、上記第１溶接部形成工程および第２溶接部形成工程を繰り返すことによって、複数の溶接部Ｗ１および複数の溶接部Ｗ２を有する溶接継手１０（図２参照）が完成する。なお、第１溶接部形成工程および第２溶接部形成工程を実施する順番は逆であってもよい。すなわち、溶接部Ｗ１の形成前に溶接部Ｗ２を形成してもよい。また、複数の溶接部Ｗ１を形成した後に複数の溶接部Ｗ２を形成してもよく、複数の溶接部Ｗ２を形成した後に複数の溶接部Ｗ１を形成してもよい。

本実施形態に係る溶接方法では、第１溶接部形成工程では、金属板１２と金属板１４との接合強さを考慮した溶接条件（適切な大きさの溶接金属Ａ１を形成するための溶接条件）を設定すればよい。また、第２溶接工程では、金属板１４と金属板１６との接合強さを考慮した溶接条件（適切な大きさの溶接金属Ｆ２を形成するための溶接条件）を設定すればよい。言い換えると、第１溶接部形成工程において金属板１４と金属板１６との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要はなく、第２溶接部形成工程において金属板１２と金属板１４との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要もない。したがって、溶接条件を変更するために溶接電流等をモニタリングする必要がない。これにより、溶接継手１０を容易かつ低コストで製造できる。なお、後述する溶接継手３６（図９参照）および溶接継手４２（図１０参照）を製造する際には、上記の積層工程において４枚の金属板を積層することによって積層体を得る。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、溶接部Ｗ１と溶接部Ｗ２とが、一方向（図１の矢印Ｄ２参照）において交互に形成されていたが、溶接部Ｗ１と溶接部Ｗ２との位置関係は上述の例に限定されない。

図６は、本発明のその他の実施形態に係る溶接継手３０を示す平面図である。図６を参照して、溶接継手３０では、一方向（矢印Ｄ２参照）に沿って間隔を置いて形成された複数の溶接部Ｗ１と一方向に沿って間隔を置いて形成された複数の溶接部Ｗ２とが、並列に配置されている。複数の溶接部Ｗ１,Ｗ２の配置以外の溶接継手３０の構成については、溶接継手１０（図１,２参照）と同様である。このように複数の溶接部Ｗ１,Ｗ２を配置した溶接継手３０においても、上述の溶接継手１０と同様の効果が得られる。

上述の実施形態では、第２溶接部Ｗ２が第１金属板１２に形成される溶接金属Ａ２を含む場合について説明したが、第２溶接部の構成は上述の例に限定されない。

図７は、本発明のその他の実施形態に係る溶接継手３２を示す平面図であり、図８は、図７のVIII-VIII線断面図である。図７および図８を参照して、溶接継手３２が上述の溶接継手３０（図６参照）と異なるのは、第１金属板１２の代わりに第１金属板３４（以下、金属板３４と略記する。）を備えている点、および複数の第２溶接部Ｗ２の代わりに複数の第２溶接部Ｗ２ａ（以下、溶接部Ｗ２ａと略記する。）が形成されている点である。

金属板３４が上述の金属板１２と異なるのは、金属板３４の幅方向の寸法が金属板１４の幅方向の寸法の１／２である点である。このため、溶接継手３２では、平面視において金属板１４の一部が金属板３４から露出している。溶接部Ｗ２ａが上述の溶接部Ｗ２と異なるのは、溶接金属Ａ２（図２参照）を有していない点である。このような構成の溶接継手３２においても、上述の溶接継手１０と同様の効果が得られる。

上述の実施形態では、３枚の金属板を備えた溶接継手について説明したが、溶接継手が４枚の金属板を備えていてもよい。

図９は、本発明のその他の実施形態に係る溶接継手３６を示す断面図である。図９に示す溶接継手３６が上述の溶接継手１０（図２参照）と異なるのは、第４金属板３８（以下、金属板３８と略記する。）をさらに備えている点、複数の第１溶接部Ｗ１の代わりに複数の第１溶接部Ｗ１１（以下、溶接部Ｗ１１と略記する。）が形成されている点、および複数の第２溶接部Ｗ２の代わりに複数の第２溶接部Ｗ２１（以下、溶接部Ｗ２１と略記する。）が形成されている点である。本実施形態では、金属板１２、金属板１４、金属板１６および金属板３８が、厚み方向（矢印Ｄ１参照）に順に積層されている。金属板３８は、鋼材からなる。

溶接部Ｗ１１が溶接部Ｗ１と異なるのは、金属板３８に形成された溶接金属（ナゲット）Ｆ１１をさらに含む点である。本実施形態では、溶接金属Ｆ１１は、金属板１６と金属板３８との界面４０に達していない。このため、本実施形態では、溶接金属Ｆ１１は、金属板１６と金属板３８とを接合していない。なお、溶接金属Ｆ１１が界面４０に達していてもよい。すなわち、金属板１６と金属板３８とを接合するように溶接金属Ｆ１１が形成されていてもよい。本実施形態では、溶接部Ｗ１１における金属板１６と金属板３８との接合強さは、たとえば、溶接部Ｗ１１における金属板１２と金属板１４との接合強さよりも小さい。

溶接部Ｗ２１が溶接部Ｗ２と異なるのは、金属板１６と金属板３８との境界部に形成された溶接金属（ナゲット）Ｆ２１をさらに含む点である。溶接金属Ｆ２１は、金属板１６と金属板３８とを接合するように形成されている。

金属板１６の厚み（ｍｍ）および金属板３８の厚み（ｍｍ）のうちの小さい方の値をｔ_１とした場合、本実施形態では、溶接金属Ｆ１１の径（ナゲット径）は、たとえば４√ｔ_１（ｍｍ）未満であり、溶接金属Ｆ２１の径（ナゲット径）は、たとえば４√ｔ_１（ｍｍ）以上である。

溶接継手３６では、溶接部Ｗ１１における金属板１２と金属板１４との接合強さは、金属板１２の母材の引張強さよりも大きい。また、溶接部Ｗ２１における金属板１４と金属板１６との接合強さおよび金属板１６と金属板３８との接合強さはそれぞれ、金属板１２の母材の引張強さよりも大きい。これにより、溶接継手３６に大きな引張応力が作用しても、溶接継手３６が金属板１２と金属板１４との境界部、金属板１４と金属板１６との境界部および金属板１６と金属板３８との境界部において破断することを防止できる。すなわち、溶接継手３６の接合強さを十分に確保できる。

また、溶接継手３６では、たとえば、溶接部Ｗ２１において、金属板１２の溶融量が多くなり過ぎたとしても、溶接部Ｗ１１の溶接金属Ａ１によって金属板１２と金属板１４との分離を防止できる。一方、溶接部Ｗ１１において金属板１４と金属板１６との境界部および金属板１６と金属板３８との境界部に十分な大きさの溶接金属Ｆ１,Ｆ１１を形成できなかったとしても、溶接部Ｗ２１の溶接金属Ｆ２によって金属板１４と金属板１６との分離を防止でき、溶接金属Ｆ２１によって金属板１６と金属板３８との分離を防止できる。このため、溶接継手３６では、溶接部Ｗ１１を形成する際には、金属板１２と金属板１４との接合強さを考慮した溶接条件（適切な大きさの溶接金属Ａ１を形成するための溶接条件）を設定すればよい。また、溶接部Ｗ２１を形成する際には、金属板１４と金属板１６との接合強さおよび金属板１６と金属板３８との接合強さを考慮した溶接条件（適切な大きさの溶接金属Ｆ２,Ｆ２１を形成するための溶接条件）を設定すればよい。言い換えると、溶接部Ｗ１１の形成中に金属板１４と金属板１６との接合強さおよび金属板１６と金属板３８との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要はなく、溶接部Ｗ２１の形成中に金属板１２と金属板１４との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要もない。したがって、溶接条件を変更するために溶接電流等をモニタリングする必要がない。これにより、溶接継手３６を容易かつ低コストで製造できる。

図１０は、本発明のその他の実施形態に係る溶接継手４２を示す断面図である。図１０に示す溶接継手４２が上述の溶接継手３６（図９参照）と異なるのは、第４金属板３８の代わりに第４金属板４４（以下、金属板４４と略記する。）を備えている点、複数の第１溶接部Ｗ１１の代わりに複数の第１溶接部Ｗ１２（以下、溶接部Ｗ１２と略記する。）が形成されている点、および複数の第２溶接部Ｗ２１の代わりに複数の第２溶接部Ｗ２２（以下、溶接部Ｗ２２と略記する。）が形成されている点である。金属板４４は、アルミニウム材からなる。

溶接部Ｗ１２が溶接部Ｗ１１と異なるのは、溶接金属Ｆ１１の代わりに金属板４４に形成された溶接金属（ナゲット）Ａ１２を有する点である。溶接金属Ａ１２は、金属板４４と金属板１６との界面４６に達して金属板４４と金属板１６とを接合するように形成されている。本実施形態では、溶接部Ｗ１２における金属板１４と金属板１６との接合強さは、たとえば、溶接部Ｗ１２における金属板１６と金属板４４との接合強さよりも小さい。

溶接部Ｗ２２が溶接部Ｗ２１と異なるのは、溶接金属Ｆ２１の代わりに金属板４４に形成された溶接金属（ナゲット）Ａ２２を有する点である。溶接金属Ａ２２は、界面４６に達して金属板４４と金属板１６とを接合するように形成されている。

溶接継手４２では、溶接部Ｗ１２における金属板１２と金属板１４との接合強さおよび金属板４４と金属板１６との接合強さは、金属板１２の母材および金属板４４の母材の引張強さよりも大きい。また、溶接部Ｗ２２における金属板１４と金属板１６との接合強さは、金属板１２の母材および金属板４４の母材の引張強さよりも大きい。これにより、溶接継手４２に大きな引張応力が作用しても、溶接継手４２が金属板１２と金属板１４との境界部、金属板１４と金属板１６との境界部および金属板１６と金属板４４との境界部において破断することを防止できる。すなわち、溶接継手４２の接合強さを十分に確保できる。

また、溶接継手４２では、たとえば、溶接部Ｗ２２において、金属板１２,４４の溶融量が多くなり過ぎたとしても、溶接部Ｗ１２の溶接金属Ａ１によって金属板１２と金属板１４との分離を防止でき、溶接金属Ａ１２によって金属板４４と金属板１６との分離を防止できる。一方、溶接部Ｗ１２において金属板１４と金属板１６との境界部に十分な大きさの溶接金属Ｆ１を形成できなかったとしても、溶接部Ｗ２２の溶接金属Ｆ２によって金属板１４と金属板１６との分離を防止できる。このため、溶接継手４２では、溶接部Ｗ１２を形成する際には、金属板１２と金属板１４との接合強さおよび金属板４４と金属板１６との接合強さを考慮した溶接条件（適切な大きさの溶接金属Ａ１,Ａ１２を形成するための溶接条件）を設定すればよい。また、溶接部Ｗ２２を形成する際には、金属板１４と金属板１６との接合強さを考慮した溶接条件（適切な大きさの溶接金属Ｆ２を形成するための溶接条件）を設定すればよい。言い換えると、溶接部Ｗ１２の形成中に金属板１４と金属板１６との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要はなく、溶接部Ｗ２２の形成中に金属板１２と金属板１４との接合強さおよび金属板４４と金属板１６との接合強さを考慮して溶接条件を変更する必要もない。したがって、溶接条件を変更するために溶接電流等をモニタリングする必要がない。これにより、溶接継手４２を容易かつ低コストで製造できる。

本発明によれば、十分な強度を有する溶接継手が低コストで得られる。したがって、本発明に係る溶接継手は、自動車、鉄道車両、建築構造物および産業機械等の種々の部品の材料として用いることができる。

１０,３０,３２,３６,４２溶接継手
１０ａ溶接継手の表面
１０ｂ溶接継手の裏面
１２,１４,１６,３４,３８,４４金属板
１２ａ,１４ａ,１６ａ一端部
１８,２０,４０,４６界面
２２,２４試験片
２６積層体
２８ａ,２８ｂ電極
Ｗ１,Ｗ２,Ｗ２a,Ｗ１１,Ｗ２１,Ｗ１２,Ｗ２２溶接部
Ａ１,Ａ２,Ａ１２,Ａ２２,Ｆ１,Ｆ２,Ｆ１１,Ｆ２１溶接金属（ナゲット）

Claims

厚み方向に順に積層されたアルミニウム材からなる第１金属板と鋼材からなる第２金属板と鋼材からなる第３金属板とを備え、
前記第１金属板と前記第２金属板と前記第３金属板とは前記厚み方向に垂直な方向に間隔を置いて形成された第１溶接部および第２溶接部によって接合され、
前記第１溶接部は、前記第１金属板に形成された溶接金属と前記第３金属板に形成された溶接金属とを含み、
前記第２溶接部は、前記第２金属板と前記第３金属板との境界部に形成された溶接金属を含み、
前記第１溶接部の前記第１金属板の前記溶接金属は、前記第１金属板と前記第２金属板との界面に達して前記第１金属板と前記第２金属板とを接合するように形成され、
前記第２溶接部の前記溶接金属は、前記第２金属板と前記第３金属板とを接合するように形成され、
前記第１溶接部の前記第３金属板に形成された溶接金属は、前記第２金属板と前記第３金属板との界面に達していない、または、前記第１溶接部の前記第３金属板に形成された溶接金属の前記界面における径は、前記第２溶接部の前記第２金属板と前記第３金属板とを接続する溶接金属の前記界面における径未満であり、
前記第１溶接部における前記第１金属板と前記第２金属板との接合強さおよび前記第２溶接部における前記第２金属板と前記第３金属板との接合強さはそれぞれ、前記第１金属板の母材の引張強さよりも大きい、溶接継手。
前記第１金属板と前記第２金属板と前記第３金属板とは、複数の前記第１溶接部および複数の前記第２溶接部によって接合され、前記第１溶接部および前記第２溶接部が前記垂直な方向において交互に形成されている、請求項１に記載の溶接継手。
アルミニウム材からなる第１金属板と鋼材からなる第２金属板と鋼材からなる第３金属板とを厚み方向に順に積層して積層体を得る積層工程と、
前記積層体を一対の電極で狭持しつつ該一対の電極間に通電して第１溶接部を形成する第１溶接部形成工程と、
前記第１溶接部が形成される位置に対して前記厚み方向に垂直な方向に離れた位置において前記積層体を前記一対の電極で狭持しつつ該一対の電極間に通電して第２溶接部を形成する第２溶接部形成工程とを備え、
前記第１溶接部は、前記第１金属板に形成される溶接金属と前記第３金属板に形成される溶接金属とを含み、
前記第２溶接部は、前記第２金属板と前記第３金属板との境界部に形成される溶接金属を含み、
前記第１溶接部の前記第１金属板の前記溶接金属は、前記第１金属板と前記第２金属板との界面に達して前記第１金属板と前記第２金属板とを接合するように形成され、
前記第２溶接部の前記溶接金属は、前記第２金属板と前記第３金属板とを接合するように形成され、
前記第１溶接部の前記第３金属板に形成された溶接金属は、前記第２金属板と前記第３金属板との界面に達していない、または、前記第１溶接部の前記第３金属板に形成された溶接金属の前記界面における径は、前記第２溶接部の前記第２金属板と前記第３金属板とを接続する溶接金属の前記界面における径未満であり、
前記第１溶接部における前記第１金属板と前記第２金属板との接合強さおよび前記第２溶接部における前記第２金属板と前記第３金属板との接合強さはそれぞれ、前記第１金属板の母材の引張強さよりも大きい、溶接継手の製造方法。