JP6963282B2 - アルミニウム材の抵抗スポット溶接継手、及びアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム材の抵抗スポット溶接継手、及びアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法に関する。

アルミニウム材は、鋼材と比較して電気抵抗が小さく熱伝導率が高いため、抵抗スポット溶接を行う際、溶接電流を鋼材の場合の約３倍、スポット溶接の電極の加圧力を約１．５倍に高めなければならない。このため、アルミニウム材の抵抗スポット溶接には、鋼材の抵抗スポット溶接の溶接条件を適用し、応用することが非常に困難であり、アルミニウム材に最適な溶接条件を新たに見出す必要がある。
アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法の一例として、例えば特許文献１には、電極の加圧力を２段階に変化させ、この加圧力に合わせて電流値を２段階（大電流から小電流）に変化させる技術が開示されている。
また、特許文献２には、溶接の本通電後に冷却時間を設けて、冷却時間の後に本通電の電流よりも弱いテンパー通電を行う技術が開示されている。

特許３８６２６４０号公報 特開平５−３８３号公報

ところで、アルミニウム合金の厚板を抵抗スポット溶接する場合、ナゲットとなる溶融アルミ内で、板表面の酸化被膜、錆、水分、有機物等の付着物や、材料内の蒸気圧の低い成分の蒸発により、ブローホールが形成されることがある。
一般に、アルミニウム材の継手部にブローホールが存在すると、継手部の伸びは減少し、継手の延性が失われて脆性的破壊が生じやすくなることが知られている。特に、アルミニウム材を高い強度を要する構造部材として使用する場合には、ブローホールの存在が構造部材としての信頼性に大きく影響することになる。
上記の先行技術文献の技術では、アルミニウム板に対する各種の抵抗スポット溶接方法が提案されているが、ナゲット形成までの現象が正確に解明されていない面が多く、依然として実用上十分なレベルにまでブローホールを制御できていない。

本発明の目的は、アルミニウム材を抵抗スポット溶接する際に、ブローホールの発生やナゲット内での分布や大きさを制御して溶接部の品質（溶接部における機械的性質等の溶接部特性：以下、溶接部品質とする）を高めたアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手、及びアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法を提供することにある。

本発明は下記の構成からなっている。
（１） 複数のアルミニウム材が重なってスポット溶接により接合されたアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手であって、
前記スポット溶接により形成されたナゲットは、前記アルミニウム材の凝固部と、該凝固部と凝固組織が異なるシェルとを有し、
前記シェルは、前記ナゲットの前記アルミニウム材の重ね方向の断面において環状に形成され、
前記ナゲットの外縁部からナゲット中心部に向かって前記凝固部と前記シェルとが交互に配置されているアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
（２） 複数のアルミニウム材を重ねてスポット溶接用の電極間に挟み込む第１工程と、
前記電極間の前記アルミニウム材同士の間にナゲットを形成する本通電を行う第２工程と、
前記ナゲットが完全に凝固する前に、前記電極間の通電と通電休止とを複数回繰り返すパルセーション通電を行い、前記ナゲットの内部に、前記アルミニウム材の凝固部と凝固組織が異なるシェルを、前記ナゲットの外縁部からナゲット中心部に向かって前記アルミニウム材の重ね方向の断面において、前記凝固部と交互に形成する第３工程と、
をこの順に実施するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。

本発明によれば、アルミニウム材を抵抗スポット溶接する際に、ブローホールの発生やナゲット内での分布を制御して溶接部品質を高めることができる。

アルミニウム材を溶接するスポット溶接機の概略構成図である。 溶接電流の波形の一例を示すタイミングチャートである。 （Ａ），（Ｂ）は１段目の本通電から２段目のパルセーション通電までのナゲットの様子を模式的に示す工程説明図である。 （Ａ）〜（Ｄ）はナゲットの形成途中の様子を模式的に示す説明図である。 予備通電工程、冷却工程、本通電工程、パルセーション通電工程とを有する抵抗スポット溶接の場合の、溶接電流の波形の一例を示すタイミングチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は予備通電工程から冷却工程までの様子を模式的に示す工程説明図である。 （Ａ），（Ｂ）は冷却工程後に本通電工程を行う様子を模式的に示す工程説明図である。 （Ａ）は試験例Ａ１の通電のタイミングチャート、（Ｂ）は試験例Ａ１のナゲットの断面写真をそれぞれ示す説明図である。 （Ａ）は試験例Ｂ１における通電のタイミングチャート、（Ｂ）は試験例Ｂ１のナゲットの断面写真、（Ｃ）は（Ｂ）の一部拡大写真である。 （Ａ）は試験例Ｄ２における通電のタイミングチャート、（Ｂ）は試験例Ｄ２のナゲットの断面写真、（Ｃ）は（Ｂ）の一部拡大写真である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、アルミニウム材を溶接するスポット溶接機の概略構成図である。
スポット溶接機１１は、一対の電極１３，１５と、一対の電極１３，１５に接続された溶接トランス部１７と、電源部１８と、溶接トランス部１７に電源部１８からの溶接電力を供給する制御部１９と、一対の電極１３，１５を軸方向に移動させる電極駆動部２０とを備える。制御部１９は、電流値、通電時間、電極の加圧力、通電タイミング、加圧タイミングを統合的に制御する。

スポット溶接機１１は、一対の電極１３，１５の間に、アルミニウム材である第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との少なくとも２枚の板材を重ね合わせて挟み込む。そして、電極駆動部２０による電極１３，１５の駆動によって、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３とを板厚方向に加圧する。この加圧状態で、制御部１９からの指令に基づいて溶接トランス部１７が電極１３，１５間で通電する。これにより、電極１３，１５に挟まれた第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との間にナゲット（スポット溶接部）２５が形成され、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３が一体化されたアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手（接合体）２７が得られる。

上記例では２枚のアルミニウム板を接合してアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手２７を得ているが、本発明は２枚のアルミニウム板を接合する場合に限らず、３枚以上のアルミニウム板を接合する場合にも好適に用いられる。

以降の説明では、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との重ね方向を、板厚方向、ナゲットの厚さ方向（溶け込み深さの深さ方向）とも呼称する。ナゲットについては、上記の重ね方向に直交してナゲット中心から放射状に延びる方向をナゲット径方向とし、ナゲットの厚さ方向に直交する方向の最大径をナゲット径とする。なお、ナゲットの厚さ方向は、アルミニウム板の板厚方向と同じであるため、適宜、板厚方向とも呼称する。

＜アルミニウム材＞
第１アルミニウム板２１及び第２アルミニウム板２３のアルミニウム材、及び３枚以上用いる場合の各アルミニウム板を構成するアルミニウム材は、任意の材質のアルミニウム、又はアルミニウム合金とすることができる。具体的には、５０００系、６０００系、７０００系、２０００系、４０００系のアルミニウム合金のほか、３０００系、８０００系のアルミニウム合金や１０００系（純アルミ）のアルミニウムを採用することができる。各アルミニウム板は、同一の材質であってもよく、異なる材質のものを組み合わせた板組としてもよい。

第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３（さらに他のアルミニウム板を用いる場合はそのアルミニウム板を含む）の板厚は、自動車の骨格部材などの構造部材の用途では０．５ｍｍ以上が好ましく、２．０ｍｍ以上がより好ましい。各アルミニウム板の板厚は等しくてもよく、いずれか一方が他方より厚くてもよい。また、アルミニウム材の形態は、上記したアルミニウム板（圧延板）に限らず、押出材や鍛造材、鋳造材であってもよい。

＜溶接条件＞
制御部１９は、所定のタイミングで溶接トランス部１７から一対の電極１３，１５間に通電する。図２は、溶接電流の波形の一例を示すタイミングチャートである。
図示例の溶接電流の波形は、１段目の連続通電３１による本通電工程(通電時間Ｔ_ｍ)と、通電時間の短いパルス（短パルス）３２の電流を繰り返し通電するパルセーション通電工程（全通電時間Ｔ_ｐ）とを有する。パルセーション通電は、通電休止（休止時間Ｔ_ｃ）とパルス３２の通電（通電時間Ｔ_ｐｓ）とを複数回繰り返す。１段目の連続通電３１と２段目のパルス３２の通電波形は、矩形状であってもよく、三角波や正弦波等の他の波形や、ダウンスロープ、アップスロープ制御された波形であってもよい。図示例では、連続通電３１が一定電流で、パルス３２が矩形パルスをダウンスロープ制御した波形としている。なお、パルセーション通電の通電波形が、ダウンスロープ、アップスロープ等の矩形以外の波形の場合は各パルス波における最大電流値をパルセーション通電の電流値とする。

一段目の連続通電３１の電流値Ｉ_ｍと２段目以降のパルス３２の電流値Ｉ_ｐｓは、いずれも１５〜６０ｋＡの範囲で設定される。連続通電３１の電流値Ｉ_ｍによる通電で、概ね最終的なナゲットサイズが決定される。そのため、溶接目的に応じて最適な電流値Ｉ_ｍを決定すればよい。

連続通電３１の電流値Ｉ_ｍは、好ましくは３０〜４０ｋＡであり、通電時間Ｔｍは１００〜３００ｍｓ、好ましくは１５０〜２５０ｍｓ、さらに好ましくは１８０〜２２０ｍｓである。

通電休止の休止時間Ｔｃの電流値は、図示例では電極１３，１５間の通電を停止させた０Ａであるが、必ずしも０Ａでなくてもよく、通電時よりも第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３への入熱量を低下させることができれば、０Ａより高い電流であってもよい。休止時間Ｔｃは、１０〜２０ｍｓ、好ましくは１０〜１５ｍｓ、さらに好ましくは１０〜１２ｍｓである。

パルス３２の電流値Ｉ_ｐｓは、好ましくは３０〜４０ｋＡであり、通電時間Ｔ_ｐｓは、１０〜３０ｍｓ、好ましくは１５〜２５ｍｓ、さらに好ましくは１８〜２２ｍｓである。パルス３２の繰り返し通電回数（パルス数Ｎ）は、３回以上、好ましくは４回以上、さらに好ましくは７回以上である。

＜抵抗スポット溶接の手順及びその効果＞
図３の（Ａ），（Ｂ）は１段目の本通電から２段目のパルセーション通電までのナゲットの様子を模式的に示す工程説明図である。
図３の（Ａ）に示すように、一対の電極１３，１５間に挟まれる第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３に、本通電で電流値Ｉ_ｍが通電されると、板面同士の合わせ面を中心にナゲット２５が形成される。

次に、図３の（Ｂ）に示すように、複数の短パルスによるパルセーション通電を実施すると、ナゲット２５の内部には、断面が環状の殻（以下、シェルとする）２６が複数形成される。ナゲット２５を板厚方向に切断して断面観察をすると、ナゲット２５内には、ナゲット２５の中心部から同心状にシェル２６の縞模様が観察できる。

このナゲット２５の形成について、さらに詳述する。
図４の（Ａ）〜（Ｄ）はナゲット２５の形成途中の様子を模式的に示す説明図である。
まず、１段目の本通電においては、図４の（Ａ）に示すように、溶融状態のナゲット（溶融ナゲット３３）２５が形成される。溶融ナゲット３３の形成後、本通電を停止することで、溶融ナゲット３３の外周から冷却が始まる。すると、図４の（Ｂ）に示すように、溶融ナゲット３３の外周からナゲット中心部に向けて柱状晶組織が発達しながら凝固して、凝固部（凝固組織）３５が形成される。

この凝固部３５の柱状晶組織がナゲット内で完全に発達しない内に、パルセーション通電を開始する。パルセーション通電においては、１回目のパルス通電を行い、図４の（Ｃ）に示すように、凝固部３５のナゲット中心部側の一部分３７を再び溶融させ、この１回目のパルス通電を停止する。上記の柱状晶組織が溶融した一部分３７は、１回目のパルス通電の停止後に冷却されて再び凝固する。これにより、図４の（Ｄ）に示すように、溶融した一部分３７が、柱状晶組織とは異なる組織となって凝固する。この異なる組織は上記したシェル２６を形成する。

また、溶融ナゲット３３の冷却の進展によって、シェル２６の内側から再び柱状晶組織がナゲット中心に向かって発達して、シェル内側の２層目の凝固部３９が形成される。次いで、２回目のパルス通電を行うと、凝固部３９に柱状晶組織が再び溶融した部分が形成されて、この溶融した部分が３層目の凝固部となる。

このようにして、本通電後のパルス通電（通電と冷却）を複数回繰り返すことにより、柱状晶組織である凝固部３５，３９，・・・と、シェル２６とが、ナゲット中心に向けて交互に形成される。パルセーション通電した後のナゲット２５を板厚方向断面で観察すると、図３の（Ｂ）に模式的に示すように、シェル２６が多重のリングとなって同心状に形成された縞模様が観察される。なお、シェル２６と凝固部３９には偏析や逆偏析によりＭｇなどの濃度が其々異なった状態で分布する。

上記した抵抗スポット溶接の手順によって、ナゲット２５に、シェル２６をナゲット中心部に向けて複数形成することにより、シェル２６で囲まれる溶融部分（溶融ナゲット３３）が段階的に中心部に向けて小さくなる。そのため、抵抗スポット溶接によりナゲット内にブローホールが発生した場合でも、発生したブローホールはナゲット中心部に集結させられる。

一般に、ブローホールは、接合部やアルミニウム材の母材の近傍（ナゲットの外周部）に存在すると、破壊の起点等になるため溶接品質が低下するが、応力集中の生じにくいナゲット中心部に存在しても、継手強度等の溶接部品質に大きな影響を及ぼさない。
本抵抗スポット溶接方法によれば、発生したブローホールがパルセーション通電を行うことでナゲット中心部に集結させられ、溶接部品質の低下を防止できる。よって、５０００系や６０００系、７０００系といった蒸気圧の低い元素であるＭｇ、Ｚｎを含み、ブローホールが形成されやすいアルミニウム材であっても、ブローホールによる溶接部品質の低下を防止できる。

さらに、上記手順により形成されたナゲットは、本通電のみで形成されたナゲットと比較して、ナゲット部分がゆっくりと冷却されるため、ナゲットの割れが生じにくくなる。上記の効果を得るために、シェル２６の数は４個以上とすることが好ましく、更に好ましくは７個以上とするとよい。

なお、電極間に１３，１５間に通電する複数のパルス３２の電流値を、通電毎に増加させてもよい。これにより、凝固部３５のナゲット中心部側の一部分３７を再び溶融させる挙動がより確実に行われるためブローホールを効果的に低減することができる。さらに加熱量の増加によってナゲットの凝固速度が低下するため、ナゲットに割れが生じにくくなる。

以上より、本抵抗スポット溶接方法によれば、アルミニウム材を溶接した場合でも、ブローホール等の溶接欠陥を生じさせることなく、溶接継手の接合部品質（継手強度等）を向上できる。

＜他の抵抗スポット溶接方法＞
また、上記例のように、１段目に本通電、２段目にパルセーション通電を実施する以外にも、本通電前にプレヒートのための予備通電を実施してもよい。
その場合は、本通電前に複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極で挟み込み、電極間に第１の通電を行う予備通電工程と、予備通電工程後のアルミニウム材への入熱量を低下させる冷却工程、冷却工程後の本通電工程により抵抗スポット溶接を行う。

図５は、予備通電工程、冷却工程、本通電工程、パルセーション通電工程とを有する抵抗スポット溶接の場合の、溶接電流の波形の一例を示すタイミングチャートである。
この場合、１段目にパルス４１による予備通電、２段目に連続通電３１による本通電、３段目にパルス３２によるパルセーション通電を実施する。

予備通電工程と本通電工程では、予備通電工程の電流値をＩ_１、通電時間をＴ_１、本通電工程の電流値をＩ_２、通電時間をＴ_２としたとき、Ｉ_１×Ｔ_１＜Ｉ_２×Ｔ_２の関係を満たす条件で通電する。また、予備通電後の休止時間（冷却時間）Ｔｒを１０〜５００ｍｓとする。これにより、ナゲット径Ｄとナゲット溶け込み深さＨのナゲット寸法比Ｄ／Ｈが２．３以上となる。より好ましくは２．３〜３．４とする。ナゲット寸法比Ｄ／Ｈが上記範囲であれば、ナゲットの板厚方向の成長が抑制された接合部が形成される。一方、ナゲット寸法比Ｄ／Ｈが上記範囲より小さいと、必要な接合強度が不足しやすくなる。また、上記範囲を超えても接合強度の大幅な増加は望めない。

なお、冷却工程での電流値は、必ずしも０Ａでなくてもよく、予備通電時よりも図１に示す第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３への入熱量を低下させることができれば、０Ａより高い電流であってもよい。冷却工程での冷却時間は、１０〜５００ｍｓ、好ましくは１００ｍｓ以内、さらに好ましくは６０ｍｓ以内である。

図６の（Ａ）〜（Ｃ）は予備通電工程から冷却工程までの様子を模式的に示す工程説明図である。
図６の（Ａ）に示すように、一対の電極１３，１５に挟まれる第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３に、電流値Ｉ_１の予備通電を行う。このとき、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との重ね合わせ面を中心として、それぞれの板材が溶融した第１ナゲット４３が形成される。

予備通電後の冷却工程においては、図６の（Ｂ）に示すように、電極１３，１５間の通電が停止されて、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との間の加熱が停止する。このとき、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３は、電極１３，１５と接触したままであり、溶融状態の第１ナゲット４３は電極１３，１５によって抜熱される。すると、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３は、電極１３，１５との接触部付近における温度がそれぞれ下がり、第１ナゲット４３は、図６の（Ｃ）に示すように電極１３，１５に近い側から凝固が進行する。これにより、第１ナゲット４３は、部分凝固部４５が徐々に形成されて、第１ナゲット４３の溶融部分の板厚方向の厚さ（溶け込み深さ）が図６の（Ａ）のときの厚さｈ_０から厚さｈに減少する。

次に、上記した冷却工程の終了時から本通電工程を開始する。
図７は、冷却工程後に本通電工程を行う様子を模式的に示す工程説明図である。
本通電工程においては、図７の（Ａ）に示すように、電極１３，１５間に電流Ｉ_２を通電する。電流Ｉ_２は、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３を通過する際、溶融状態である第１ナゲット４３の内部よりも、第１ナゲット４３のナゲット径方向の外側の領域４７の抵抗が大きい。

通電により加熱された高温の第１ナゲット４３は、ナゲット周囲の部材よりも電気抵抗が増加するが、領域４７の電気抵抗はそれ以上に大きい。そのため、本通電工程においては、この領域４７が大きな発熱源となって、第１ナゲット４３の外縁よりナゲット径方向の外側の領域４７が強く加熱される。このため、図７の（Ｂ）に示すように、第１ナゲット４３はナゲット径方向への成長が板厚方向よりも優先的に促進される。

このように、本通電の電流Ｉ_２により、第１ナゲット４３の外周縁より更にナゲット径方向外側の領域４７が優先的に加熱される。これによって、第１ナゲット４３は、特に第１ナゲット４３の外周縁から外側に向けて放射状に成長し、板厚方向への成長はナゲット径方向と比較して抑制される。その結果、本通電後に偏平状の第２ナゲット４９が形成される。

また、予備通電において第１ナゲット４３が形成されなくても、所定の条件で予備通電をすることで上記した板厚方向への成長が抑制されたナゲット２５が得られる。これは次のように考えられる。

重ね合わせた複数枚のアルミニウム板の、互いの板面同士の重ね合わせ面は、酸化皮膜等の絶縁層で覆われている。そこで、本通電前に予備通電を実施することで、アルミニウム板表面の絶縁層が破壊され、板表面に多数の新生面が一定領域に形成される。

この状態で本通電を実施すると、新生面領域の周囲に形成された僅かな隙間（空間、又は破壊されずに残存した絶縁層）による電気抵抗の高い部分で発熱が促進されるため、新生面領域からナゲット径方向への成長が促進される。一方、板厚方向へのナゲットの成長は、本通電の開始時に第１ナゲットが形成されていないため、板厚方向と比較してナゲット径方向の成長が大きくなる。

いずれの場合でも、複数枚のアルミニウム板を抵抗スポット溶接する際に、アルミニウム板の溶融により形成されるナゲットが、アルミニウム板の板厚方向に過大な厚さとならず偏平状に形成される。そのため、ナゲットが、重ねられたアルミニウム板の板厚方向外側の板面（電極側）まで達することがない。よって、電極表面に溶融アルミニウムが付着することがなく、電極表面のドレッシングの頻度を軽減できる。このため、次回のドレッシングまでの連続打点数を増加できる。また、ナゲット径を大きくしつつ、ナゲット厚さを小さく抑制することが、電極の加圧力と溶接電流の複雑な制御をしなくても簡単に実現できる。これにより、抵抗スポット溶接されたアルミニウム溶接部において溶接欠陥を生じさせることなく、高い溶接部品質を確保することができる。

次に、本発明に係るアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手の製造方法の実施例を説明する。
ここでは、重ね合わせた同一材料、同一寸法の２枚又は３枚のアルミニウム板を用いて、１段目の通電と、２段目の通電との条件をそれぞれ変更して抵抗スポット溶接を行った結果を説明する。

＜試験条件＞
（アルミニウム板）
・試験片１
材質：Ａ５１８２材（Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金）
板厚：２．３ｍｍ
・試験片２
材質：Ａ６０２２材（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金）
板厚：２．０ｍｍ

（電極）
種別：クロム銅 Ｒ形電極
先端曲率半径：１００ｍｍ
電極直径（元径）：１９ｍｍ

（溶接条件）
１）電極間加圧力：５ｋＮ
２）溶接電流（表１〜４参照）
・本通電
電流値Ｉ_ｍ：３１〜３３ｋＡ
通電時間Ｔ_ｍ：１６７〜２００ｍｓ
通電波形：矩形波、又は矩形波をダウンスロープ制御
・パルセーション通電
初期電流値Ｉ_ｐｓ１：３１〜３８ｋＡ
最終電流値Ｉ_ｐｓ２：３５〜４０．８ｋＡ
全通電時間Ｔ_ｐ：１２８〜２２４ｍｓ
単一のパルスの通電時間Ｔ_ｐｓ：２０ｍｓ
休止時間Ｔ_ｃ：１２ｍｓ
パルス数Ｎ：４〜７回
パルス波形：矩形波をダウンスロープ制御

＜試験結果＞
（第１の試験）
２枚の試験片１を重ねて一対の電極で保持して加圧しながら、１段目の本通電を、電流値Ｉ_ｍが３１ｋＡ、通電時間Ｔ_ｍが２００ｍｓの連続通電（ダウンスロープ制御なし）により一定条件で実施した。また、２段目のパルセーション通電を、その条件を変更して実施した。その結果を表１に示す。

図８の（Ａ）に示すように、パルス数Ｎを７回、各パルスの通電毎に電流値を徐々に増加させるパルセーション通電を行った。
試験例Ａ１では、初期電流値Ｉ_ｐｓ１を３２．４ｋＡ、最終電流値Ｉ_ｐｓ２を４０．８ｋＡとし、試験例Ａ２では、初期電流値Ｉ_ｐｓ１を３１ｋＡ、最終電流値Ｉ_ｐｓ２を３７ｋＡとした。
評価結果を表１に示し、試験例Ａ１のナゲットの断面写真を図８の（Ｂ）に示す。

表中の結果欄におけるナゲット状態の評価基準は次の通りである。
ブローホール ：最大のブローホール径が１ｍｍ以上
微小ブローホール：最大のブローホール径が１００μｍ以上、１ｍｍ未満
良好 ：最大のブローホール径が１００μｍ未満（ブローホールが観察されない場合を含む）
また、評価欄については、次の通りである。
◎：極めて良好（割れがなく、ブローホールもほぼ存在しない）
○：良好（割れはないが、ブローホールが若干残存する）
×：劣る（割れや、大きなブローホールが存在する）
上記の各評価基準は表２〜４についても同様である。

各試験例のナゲット（断面マクロにより測定。以下同じ。）は、ナゲット径が８．５２ｍｍ、７．８３ｍｍで良好な大きさのナゲットとなった。

いずれの試験例Ａ１、Ａ２も、ナゲットの断面で明瞭な縞模様が形成され、特に試験例Ａ２のナゲットは、ブローホールがほぼ認められず良好であった。

（第２の試験）
２枚の試験片１を重ねて一対の電極で保持して加圧しながら、１段目の本通電を、電流値Ｉ_ｍが３３ｋＡ、通電時間Ｔ_ｍが１６７ｍｓの連続通電（ダウンスロープ制御なし）により一定条件で実施した。また、２段目のパルセーション通電を実施しないものと実施するものにした。パルセーション通電を実施するものに関しては、全通電時間にわたり一定の電流値で実施した。その結果を表２に示す。

試験例Ｂ１では、図９の（Ａ）に示すように、１段目の本通電のみ実施し、パルセーション通電を実施していない。試験例Ｂ１のナゲットの断面写真を図９の（Ｂ）に示す。図９の（Ｃ）は（Ｂ）に示すナゲット中心部の拡大写真である。

図９の（Ｃ）に示すように、試験例Ｂ１のナゲットには、ナゲット中央部に割れ、ブローホールが認められた。

試験例Ｂ２では、試験例Ｂ１と同様の１段目の通電の後、電流値Ｉ_ｐｓを３８ｋＡに高めた一定値で、パルス数Ｎが７回のパルセーション通電を行った。試験例Ｂ３のナゲットには、割れやブローホールはほぼ認められず、良好な大きさのナゲットになった。
このように、パルセーション通電を実施することで、ブローホールや割れの発生が解消された。

試験例Ｂ３〜Ｂ６では、２枚の試験片１を重ねて一対の電極で保持して加圧しながら、１段目の通電を、電流値Ｉ_ｍが３１ｋＡ、通電時間Ｔ_ｍが２００ｍｓの連続通電とし、２段目のパルセーション通電の条件を変更して実施した。パルセーション通電は、全通電時間にわたり一定の電流値で実施した。

試験例Ｂ３では、連続通電（ダウンスロープ制御なし）による１段目の通電後、電流値Ｉ_ｐｓを３１ｋＡの一定値とし、パルス数Ｎが４回のパルセーション通電を実施した。試験例Ｄ１のナゲットには微小なブローホールしか認められず、ナゲット径は７．９５ｍｍであった。

試験例Ｂ４では、１段目の連続通電のダウンスロープ制御以外は、試験例Ｂ３と同様の条件で通電した。試験例Ｂ４のナゲットには、微小なブローホールしか認められず、ナゲット径は８．４６ｍｍとなり、試験例Ｂ３よりもナゲット径が増加した。

試験例Ｂ５では、連続通電（ダウンスロープ制御なし）による１段目の通電後、電流値Ｉ_ｐｓを３１ｋＡの一定値とし、パルス数Ｎが７回のパルセーション通電を実施した。試験例Ｂ５のナゲットには微小なブローホールしか認められず、ナゲット径は８．１５ｍｍであった。

試験例Ｂ６では、１段目の連続通電のダウンスロープ制御以外は、試験例Ｂ５と同様の条件で通電した。試験例Ｂ６のナゲットには微小なブローホールしか認められず、ナゲット径は８．３１ｍｍとなり、試験例Ｂ５よりもナゲット径が増加した。

（第３の試験）
２枚の試験片１を重ねて一対の電極で保持して加圧しながら、１段目にパルセーション通電を実施し、２段目に連続通電による本通電を実施した。その結果を表３に示す。

試験例Ｃ１では、１段目に電流値Ｉ_ｐｓを３１ｋＡの一定値とし、パルス数Ｎが４回のパルセーション通電を実施し、２段目に電流値Ｉ_ｍが３１ｋＡ、通電時間Ｔ_ｍが２００ｍｓの連続通電（ダウンスロープ制御なし）による本通電を実施した。試験例Ｃ１のナゲットには、直径が１ｍｍ以上のブローホールが認められ、ナゲット径は７．２６ｍｍであった。

試験例Ｃ２では、２段目の本通電の連続通電をダウンスロープ制御した以外は試験例Ｃ１と同様の条件で通電した。ナゲット径は７．４５ｍｍであり、試験例Ｃ１のナゲット径とほぼ変わらない。また、ブローホールも試験例Ｃ１と略同等であった。

試験例Ｃ３では、１段目に電流値Ｉ_ｐｓが３１ｋＡの一定値とし、パルス数Ｎが７回のパルセーション通電を実施した。また、２段目に電流値Ｉｍが３１ｋＡ、通電時間Ｔｍが２００ｍｓの連続通電（ダウンスロープ制御なし）による本通電を実施した。試験例Ｃ３のナゲットは、ナゲット径が６．４４ｍｍであり、試験例Ｃ１，Ｃ２のナゲット径と比較して小さくなった。ブローホールは、試験例Ｃ１〜Ｃ４の中では最も小さいブローホール径であった。

試験例Ｃ４では、２段目の本通電の連続通電をダウンスロープ制御した以外は試験例Ｃ３と同様の条件で通電した。試験例Ｃ４のナゲットには、試験例Ｃ１，Ｃ２と同程度の大きさのブローホールが認められた。また、ナゲット径は６．９６ｍｍであり、試験例Ｃ１，Ｃ２と比較して小さくなった。

以上より、パルセーション通電を１段目に実施する場合には、いずれもブローホールが発生し、パルセーション通電を２段目に実施する試験例Ａ１、Ａ２やＢ１〜Ｂ６と比較して、ナゲット径が小さくなった。

（第４の試験）
３枚の試験片２を重ねて一対の電極で保持して加圧しながら、１段目の本通電を、電流値Ｉ_ｍが３２ｋＡ、通電時間Ｔ_ｍが１６７ｍｓの連続通電として一定条件で実施した。また、２段目のパルセーション通電を、不実施又は実施し、実施する場合はその条件を変更した。その結果を表４に示す。

試験例Ｄ１では、１段目の本通電のみ実施し、パルセーション通電を実施していない。試験例Ｄ１のナゲットには、ナゲット中央部に割れが認められた。また、微小ブローホールがナゲット内に多数形成されていた。

試験例Ｄ２では、図１０の（Ａ）に示すように、１段目の本通電の後、初期電流値Ｉ_ｐｓ１を３２ｋＡ、最終電流値Ｉ_ｐｓ２を３５ｋＡとし、短パルス（パルス数Ｎが７回）の通電毎に電流値を増加させてパルセーション通電を行った。試験例Ｄ２のナゲットの断面写真を図１０の（Ｂ）に、ナゲット中心部の拡大写真を（Ｃ）に示す。試験例Ｄ２のナゲットには、試験例Ｄ１の場合と比較して微小なブローホールしか認められなかった。

試験例Ｄ３では、１段目の本通電の後、初期電流値Ｉ_ｐｓ１を３３ｋＡ，最終電流値Ｉ_ｐｓ２を３６ｋＡとし、短パルス（パルス数Ｎが７回）の通電毎に電流値を増加させてパルセーション通電を行った。試験例Ｄ３のナゲットにはブローホールが殆ど認められなかった。

ナゲット径は、試験例Ｄ１は７．７６ｍｍ、試験例Ｄ２は７．６５ｍｍ、試験例Ｄ３は７．８３ｍｍであった。各ナゲットは、いずれも十分な接合強度となる大きさに成長していた。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 複数のアルミニウム材が重なってスポット溶接により接合されたアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手であって、
前記スポット溶接により形成されたナゲットは、前記アルミニウム材の凝固部と、該凝固部と凝固組織が異なるシェルとを有し、
前記シェルは、前記ナゲットの前記アルミニウム材の重ね方向の断面において環状に形成され、
前記ナゲットの外縁部からナゲット中心部に向かって前記凝固部と前記シェルとが交互に配置されているアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手によれば、シェルをナゲット中心部に向けて複数形成することにより、シェルで囲まれる溶融部分が段階的に中心部に向けて小さくなる。そのため、抵抗スポット溶接によりナゲット内にブローホールが発生しても、ブローホールがナゲット中心部に集結され、溶接部品質の低下を防止できる。よって、ブローホール等の溶接品質の低下がなくなる。

（２） 前記シェルは、前記ナゲットの内部に４個以上形成されている（１）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手によれば、ナゲットがゆっくりと冷却されるため、ナゲットの割れが生じにくくなる。

（３）前記シェルは、前記ナゲットの内部に７個以上形成されている（２）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手によれば、ナゲットの割れを更に生じにくくすることができる。

（４） 前記ナゲットは、前記アルミニウム材の前記重ね方向の内側に形成されている（１）〜（３）のいずれか一つに記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手によれば、電極表面に溶融アルミニウムが付着することがなく、少ない打点数で電極先端形状が変化することを抑制できる。よって、ドレッシングの頻度を軽減でき、次回のドレッシングまでの連続打点数を増加できる。

（５） 前記アルミニウム材は、５０００系、６０００系又は７０００系のアルミニウム合金である（１）〜（４）のいずれか一つに記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手によれば、蒸気圧の低いＭｇやＺｎ元素を含有して割れやブローホールの欠陥が出やすいアルミニウム材であっても、ナゲットの割れやブローホールの発生を抑制できる。

（６） 複数のアルミニウム材を重ねてスポット溶接用の電極間に挟み込む第１工程と、
前記電極間の前記アルミニウム材同士の間にナゲットを形成する本通電を行う第２工程と、
前記ナゲットが完全に凝固する前に、前記電極間の通電と通電休止とを複数回繰り返すパルセーション通電を行い、前記ナゲットの内部に、前記アルミニウム材の凝固部と凝固組織が異なるシェルを、前記ナゲットの外縁部からナゲット中心部に向かって前記アルミニウム材の重ね方向の断面において、前記凝固部と交互に形成する第３工程と、
をこの順に実施するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、シェルをナゲット中心部に向けて複数形成することにより、シェルで囲まれる溶融部分が段階的に中心部に向けて小さくなる。そのため、抵抗スポット溶接によりナゲット内にブローホールが発生しても、ブローホールがナゲット中心部に集結され、溶接部品質の低下を防止できる。よって、ブローホール等の溶接品質の低下がなくなる。

（７） 前記本通電と前記パルセーション通電における電流値は、１５〜６０ｋＡである（６）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、通電経路の電流密度を高め、アルミニウム材同士の間からの発熱を促進して、効率よく溶接できる。

（８） 前記パルセーション通電の電流値は、前記本通電の電流値より高い（６）又は（７）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、ブローホールの発生を抑制できる。

（９） 前記パルセーション通電は、前記通電と前記通電休止を４回以上繰り返す（６）〜（８）のいずれか一つに記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、溶融状態のナゲット内部に発生したブローホールを、応力集中が生じにくいナゲット中心部へ集結させることができるとともにブローホールを小さくすることができる。

（１０） 前記パルセーション通電は、前記通電と前記通電休止を７回以上繰り返す（９）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、溶融状態のナゲット内部のブローホールを、より確実にナゲット中心部寄りに集結させることができる。

（１１） 前記パルセーション通電は、前記電極間に通電する複数の通電パルスの電流値を、通電毎に増加させる（６）〜（１０）のいずれか一つに記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、ナゲットに割れが生じにくくなる。

（１２） 前記ナゲットを前記アルミニウム材の電極側表面よりも前記アルミニウム材の重ね方向の内側に形成する（６）〜（１１）のいずれか一項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、電極表面に溶融アルミニウムが付着することがなく、少ない打点数で電極先端形状が変化することを抑制できる。よって、ドレッシングの頻度を軽減でき、次回のドレッシングまでの連続打点数を増加できる。

１３，１５ 電極
２１ 第１アルミニウム板（アルミニウム材）
２３ 第２アルミニウム板（アルミニウム材）
２５ ナゲット
２６ シェル
２７ アルミニウム材の抵抗スポット溶接継手

Claims (12)

1. 複数のアルミニウム材が重なってスポット溶接により接合されたアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手であって、
   前記スポット溶接により形成されたナゲットは、前記アルミニウム材の凝固部と、該凝固部と凝固組織が異なるシェルとを有し、
   前記シェルは、前記ナゲットの前記アルミニウム材の重ね方向の断面において環状に形成され、
   前記ナゲットの外縁部からナゲット中心部に向かって前記凝固部と前記シェルとが交互に配置されているアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
2. 前記シェルは、前記ナゲットの内部に４個以上形成されている請求項１に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
3. 前記シェルは、前記ナゲットの内部に７個以上形成されている請求項２に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
4. 前記ナゲットは、前記アルミニウム材の前記重ね方向の内側に形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
5. 前記アルミニウム材は、５０００系、６０００系又は７０００系のアルミニウム合金である請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接継手。
6. 複数のアルミニウム材を重ねてスポット溶接用の電極間に挟み込む第１工程と、
   前記電極間の前記アルミニウム材同士の間にナゲットを形成する本通電を行う第２工程と、
   前記ナゲットが完全に凝固する前に、前記電極間の通電と通電休止とを複数回繰り返すパルセーション通電を行い、前記ナゲットの内部に、前記アルミニウム材の凝固部と凝固組織が異なるシェルを、前記ナゲットの外縁部からナゲット中心部に向かって前記アルミニウム材の重ね方向の断面において、前記凝固部と交互に形成する第３工程と、
   をこの順に実施するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
7. 前記本通電と前記パルセーション通電における電流値は、１５〜６０ｋＡである請求項６に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
8. 前記パルセーション通電の電流値は、前記本通電の電流値より高い請求項６又は７に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
9. 前記パルセーション通電は、前記通電と前記通電休止を４回以上繰り返す請求項６〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
10. 前記パルセーション通電は、前記通電と前記通電休止を７回以上繰り返す請求項９に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
11. 前記パルセーション通電は、前記電極間に通電する複数の通電パルスの電流値を、通電毎に増加させる請求項６〜１０のいずれか一項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
12. 前記ナゲットを前記アルミニウム材の電極側表面よりも前記アルミニウム材の重ね方向の内側に形成する請求項６〜１１のいずれか一項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。

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