JP6822345B2 - プロジェクション溶接方法及びプロジェクション溶接用電極 - Google Patents
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Description
エンボスプロジェクション溶接は、あらかじめ第2の鋼板に打ち出し加工によって突起部を形成しておき、第1の鋼板にこれを重ね、平面形電極で加圧後、通電して接合するのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。
この際、第2の鋼板に絶縁膜が形成されていると、通電経路が確保されにくい。このため、絶縁膜における最も通電しやすい(例えば膜厚が最も薄い)狭い領域に通電経路が形成され、過電流密度となりスパークが発生する。そして、このスパークによって、電極が損耗するとともに、溶接後の接合鋼板の外観も著しく劣化する。
第1電極と前記第1電極に対して対向配置された第2電極との間に、第1鋼板と、突起部が形成された接合面、絶縁膜を有する非接合面、及び前記接合面と前記非接合面との間に設けられ且つ絶縁膜を有さない外側面を備える第2鋼板とを、前記第2鋼板の前記接合面が前記第1鋼板に対向するように配置し、前記第2電極を前記第1電極に相対的に押圧することにより前記第2鋼板を前記第1鋼板に押圧し、前記第2電極より前記第2鋼板の前記外側面を介して通電させることにより、前記第1鋼板と第2鋼板とを溶接するプロジェクション溶接方法。
第1電極と、前記第1電極に対して対向配置され、且つ、前記第1電極側の第1対向面に凹部が設けられた第2電極とを備え、第1鋼板と、突起部が形成された接合面、絶縁膜を有する非接合面、及び前記接合面と前記非接合面との間に設けられ且つ前記絶縁膜を有さない外側面を備える第2鋼板とを、前記第2鋼板の前記接合面が前記第1鋼板に対向するように配置し、前記第2鋼板における前記外側面と前記非接合面との間の角部が、前記凹部の内側面と当接するようにして、前記第1鋼板と前記第2鋼板とを、前記第1電極と前記第2電極との間に配置し、前記第2電極を前記第1電極に相対的に押圧することにより前記第2鋼板を前記第1鋼板に押圧し、前記第2電極より前記第2鋼板の前記外側面を介して通電させることにより、前記第1鋼板と第2鋼板とを溶接するプロジェクション溶接用電極。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、実施形態における、プロジェクション溶接用電極1と、そのプロジェクション溶接用電極1によりプロジェクション溶接される第1鋼板10と及び第2鋼板20との、溶接時の位置関係を示す概略断面図である。
第1鋼板10は、本実施形態において、無機耐食クロムフリー処理が行われた、平板状の合金化溶融Znめっき鋼板である。第1鋼板10は、第2鋼板20に接合される第1接合面11を有する。
第2鋼板20は、本実施形態において、リン酸塩クロムフリー処理が行われてリン酸塩クロムフリーの絶縁膜が形成された、長尺平板状の溶融Zn−6%Al−3%Mg合金めっき鋼板から切り出されたものである。
第2鋼板20は、第1接合面11と対向する第2接合面21と、第2接合面21の反対側の面である第2非接合面22と、第2接合面21と第2非接合面22との間に設けられた外側面23と、を備える。
第2接合面21と、第2非接合面22とには、リン酸塩クロムフリーの絶縁膜26が設けられているが、外側面23には絶縁膜は設けられていない。
また、第2鋼板20は、第2非接合面22から第2接合面21側に向かって打ち出し加工を施すことにより、第2接合面21側に突起部24が形成されている。
(第1電極2)
第1電極2は、平板状であり、第1鋼板10が載置されるとともに第2電極と対向する平坦な第1対向面4を有する。
第2電極3は、第1電極2の第1対向面4と対向する第2対向面5を有し、第1対向面4と第2対向面5との間に、第1鋼板10と第2鋼板20とが配置される。
第2対向面5には凹部6が設けられている。凹部6は、第2対向面5の表面から窪んだ位置に設けられた底面61と、底面61から第2対向面5の表面へ延びる内側面62とを有する。
底面61と内側面62との間の角度θ(空間側の角度)は鈍角であり、図1に示す断面において底面61の両側において同じ角度である。
本実施形態では、内側面62は平面で、底面61から第2対向面5の表面に向かうにつれて、凹部6の開口幅は漸増している。
そして、図1に示す断面において、凹部6の底面61の幅aは、第2鋼板20の幅cより狭く、凹部6の第2対向面5の表面における開口幅bは、第2鋼板20の幅cより広い。すなわち、a<c<bの関係である。
これにより、第2鋼板20の上に第2電極3を配置すると、非接合面22と外側面23との角部25(第2鋼板20の非接合面22の両端)は、第2電極3の内側面62と当接する。
ここで、第2鋼板20の外側面23には絶縁膜が設けられておらず鋼板面が露出している。したがって、第2電極3と第2鋼板20とは通電可能となる。そうすると、第2電極3から第2鋼板20に、絶縁膜を破壊することなく電流が流れることが可能となる。
図2は、実施形態と対比するための比較形態における、プロジェクション溶接用電極101と、そのプロジェクション溶接用電極101によりプロジェクション溶接される第1鋼板10と及び第2鋼板20との、溶接時の位置関係を示す概略断面図であり、図1に相当する。
比較形態が本実施形態と異なる点は、第2電極103に凹部が設けられていない点である。すなわち第2電極3の第2対向面105は平坦である。他の部分については本実施形態と同様であるので同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
その上に、第2鋼板20を、実施形態と同様に、突起部24が下を向くように配置する。さらにその上に第2電極103を配置する。
比較形態では、第2電極103の第2対向面105は第2鋼板20の絶縁膜26が設けられている非接合面22と接触している。
この場合、電流の流路を確保するために、第2鋼板20の非接合面22の絶縁膜26のうちの、比較的脆弱(例えば膜厚が薄い)部分において、スパークが発生して絶縁膜26が破壊されて剥がれる。
そうすると、剥がれた絶縁膜26が第2電極103の第2対向面105に付着して第2電極103が劣化する。また、絶縁膜26は、加工性、後塗装性、防眩性等を向上させるため設けられているため、絶縁膜26が剥がれると、第1鋼板10と第2鋼板20との接合鋼板の性能が劣化することになる。
次に、本実施形態のプロジェクション溶接用電極1を用いて、実際に第1鋼板10と第2鋼板20とを溶接した実施例と、比較形態のプロジェクション溶接用電極101を用いて、実際に第1鋼板10と第2鋼板20とを溶接した比較例との接合鋼板及び第2電極3の外観、及び接合鋼板の引張りせん断力を観察及び測定結果について説明する。
第1電極2と第2電極3,103との間には、単相の交流電流を印加した。通電時間は1サイクル1/60秒として8サイクルである。また、第1電極2と第2電極3,103との間の加圧力(押圧力)は2.0kNである。
図3は、第2電極3の断面図であり、第2電極3の径はφ20mm、凹部6の底面61の幅aは10mm、凹部6の深さは2.0mm、底面61と側面との間の角度は135°である。また、第1電極2の径はφ20mmである。
図4は第1鋼板10と第2鋼板20との鋼板形状を示す図であり、図4(a)は外観比較用の第1鋼板10と第2鋼板20、図4(b)は引っ張りせん断力比較用の第1鋼板10と第2鋼板20である。
なお、外観比較においては、非接合面22が、第2鋼板20を打ち抜く際のダレ側である場合(ダレ側)と、第2鋼板20を打ち抜く際のバリ側である場合(バリ側)との2種類を用いた。
第2鋼板20は、厚さ1.6mの溶融Zn−6%Al−3%Mg合金めっき鋼板でリン酸塩クロムフリー処理により絶縁膜が形成されている板材から打ち抜かれたものである。図4(a)に示すように外観比較用の第2鋼板20の大きさは、12mm×20mmである。図4(b)に示すように引っ張りせん断力比較用の第2鋼板20の大きさは、12mm×75mmである。
図5は、第2鋼板20の突起部24の寸法を示した図であり、突起部24は、第2非接合面22より第2接合面21側に打ち出すことにより形成されている。突起部24の高さは0.5mm、幅は3.0mである。
打ち出す際に形成された非接合面22側の窪み27の幅は1.6mm、深さは0.6mm、窪み27の部分の非接合面22に対する角度は45°である。
第1鋼板10は、厚さ2.3mmの合金化溶融Znめっき鋼板で無機耐食クロムフリー処理が行われている。図4(a)に示すように、外観比較用の第1鋼板10の大きさは50mm×300mmである。図4(b)に示すように、引っ張りせん断力比較用の第1鋼板10の大きさは12mm×75mmである。
写真に示すように、第2鋼板20のダレ側が第2電極3と接触する場合(実施例1)、及び第2鋼板20のバリ側が第2電極3と接触する場合(実施例2)のいずれにおいても、第2鋼板20の非接合面22にめっきの剥がれ等が生じず、外観における著しい劣化が見られない。
一方、比較例においては、60打点目のみならず1打点目においても第2鋼板20の非接合面22にめっきの剥がれが生じ、外観における著しい劣化が見られた。
写真に示すように、第2鋼板20のダレ側が第2電極3と接触する場合(実施例1)、及び第2鋼板20のバリ側が第2電極3と接触する場合(実施例2)のいずれにおいても、第2電極3の第2対向面5(底面61)に著しい劣化は見られない。
一方、比較例においては、第2電極3の第2対向面5に剥がれためっきが付着し、著しい劣化が見られた。
具体的には、図4(b)に示した引っ張りせん断力比較用の第1鋼板10と第2鋼板20を複数用意し、通電する電流値を3kAから10kAに変えて第1鋼板10と第2鋼板20とを溶接し複数の接合鋼板を作成した後、それぞれの接合鋼板を、第1鋼板10と第2鋼板20とが互いに離れるように引っ張り、互いに離れたときの引っ張りせん断荷重を測定した。
図示するように全体的に実施例のほうが、比較例に比べて高い引張り荷重に耐えうることが示された。
具体的には、引っ張りせん断力比較用の第1鋼板10と第2鋼板20とを50組用意し、それぞれ5kAで1打点目から50打点目まで溶接を行って接合鋼板を50個作成し、それぞれの接合鋼板を、第1鋼板10と第2鋼板20とが互いに離れるよう力を加えて、離れたときの引っ張りせん断力を測定した。
比較例の場合、10打点目における第1鋼板10と第2鋼板20との間の引っ張りせん断荷重は、1打点目における第1鋼板10と第2鋼板20との間の引っ張りせん断荷重の約半分になった。また、比較例においては、20打点以降、第1鋼板10と第2鋼板20とを接合することができなかった。
具体的には、引っ張りせん断力比較用の第1鋼板10と第2鋼板20とを60組用意し、それぞれ6kAで1打点目から60打点目まで溶接を行い、接合鋼板を60個作成し、それぞれの接合鋼板を、第1鋼板10と第2鋼板20とが互いに離れるよう力を加えて、離れたときの引っ張りせん断力を測定した。
比較例の場合、20打点目までは実施例と略同様であるが、30打点目から40打点目においては実施例より引張りせん断荷重が小さく、60打点目以降、第1鋼板10と第2鋼板20とを接合することができなかった。
2 第1電極
3 第2電極
4 第1対向面
5 第2対向面
6 凹部
10 第1鋼板
11 第1接合面
20 第2鋼板
20 鋼板
21 外側面
21 第2接合面
22 第2非接合面
23 外側面
24 突起部
25 角部
26 窪み
61 底面
62 内側面
Claims (3)
- 第1電極と前記第1電極に対して対向配置された第2電極との間に、第1鋼板と、突起部が形成された接合面、絶縁膜を有する非接合面、及び前記接合面と前記非接合面との間に設けられ且つ絶縁膜を有さない外側面を備える第2鋼板とを、前記第2鋼板の前記接合面が前記第1鋼板に対向するように配置し、
前記第2電極を前記第1電極に相対的に押圧することにより前記第2鋼板を前記第1鋼板に押圧し、
前記第2電極より前記第2鋼板の前記外側面を介して通電させることにより、前記第1鋼板と第2鋼板とを溶接するプロジェクション溶接方法。 - 前記第2電極の前記第1電極側の対向面には凹部が設けられ、
前記第2鋼板における前記外側面と前記非接合面との間の角部が、前記凹部の内側面と当接するようにして、前記第1鋼板と前記第2鋼板とを、前記第1電極と前記第2電極との間に配置する、
請求項1に記載のプロジェクション溶接方法。 - 第1電極と、
前記第1電極に対して対向配置され、且つ、前記第1電極側の第1対向面に凹部が設けられた第2電極と、を備え、
第1鋼板と、突起部が形成された接合面、絶縁膜を有する非接合面、及び前記接合面と前記非接合面との間に設けられ且つ前記絶縁膜を有さない外側面を備える第2鋼板とを、
前記第2鋼板の前記接合面が前記第1鋼板に対向するように配置し、
前記第2鋼板における前記外側面と前記非接合面との間の角部が、前記凹部の内側面と当接するようにして、前記第1鋼板と前記第2鋼板とを、前記第1電極と前記第2電極との間に配置し、
前記第2電極を前記第1電極に相対的に押圧することにより前記第2鋼板を前記第1鋼板に押圧し、
前記第2電極より前記第2鋼板の前記外側面を介して通電させることにより、前記第1鋼板と第2鋼板とを溶接するプロジェクション溶接用電極。
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