JP7160864B2

JP7160864B2 - 抵抗スポット溶接方法及び抵抗スポット溶接装置

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Publication number: JP7160864B2
Application number: JP2020121332A
Authority: JP
Inventors: 祥太武藤
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2040-07-15
Also published as: US20220016726A1; DE102021116692A1; CN113941765A; CN113941765B; JP2022018306A

Description

本開示は、抵抗スポット溶接方法及び抵抗スポット溶接装置に関する。

亜鉛メッキされた高張力鋼板を張力の低い一般鋼板と抵抗スポット溶接する方法が公知である（特許文献１参照）。

特開２０１７－０４７４７５号公報

上述の抵抗スポット溶接方法では、溶接される鋼板の総板厚と溶接後の保持時間とを一定範囲とすることよって、亜鉛メッキに起因する高張力鋼板のＬＭＥ（液体金属脆化）割れが抑制される。

しかし、溶接される一般鋼板の引張強度の大きさによっては、ナゲットが高張力鋼板側に寄ることで高張力鋼板に熱が集中し、比較的高い引張応力が高張力鋼板に発生する。そのため、高張力鋼板に割れが発生する可能性がある。

本開示の一局面は、引張強度の大きさに依らずに亜鉛メッキ鋼板のＬＭＥ割れを抑制できる抵抗スポット溶接方法を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、複数の鋼板が重ね合わされたワークを抵抗スポット溶接装置により溶接する工程を備える抵抗スポット溶接方法である。複数の鋼板のうち少なくとも１枚の鋼板は亜鉛メッキされた鋼板である。溶接する工程では、複数の鋼板のうち他の鋼板よりも引張強度の大きい高張力鋼板を、高張力鋼板の厚み方向と交差する方向に圧縮しながら溶接を行う。

このような構成によれば、高張力鋼板に圧縮応力を発生させることで、溶接時に高張力鋼板に発生する引張応力が相殺される。その結果、溶接される複数の鋼板の引張強度の大きさに依らずに、高張力鋼板におけるＬＭＥ割れを抑制することができる。

本開示の一態様では、抵抗スポット溶接装置は、高張力鋼板に接触するように構成された第１電極と、第１電極と共にワークを挟むように構成された第２電極と、を備えてもよい。溶接する工程では、第１電極に接触する高張力鋼板の溶接部位が曲げの内側となる向きに高張力鋼板を湾曲させてもよい。このような構成によれば、比較的簡潔な構造で高張力鋼板を圧縮することができる。そのため、抵抗スポット溶接装置の設備費用を低減しつつ、的確にＬＭＥ割れを抑制できる。

本開示の一態様では、溶接する工程では、高張力鋼板の溶接部位を第１電極で押圧することで、高張力鋼板を湾曲させてもよい。このような構成によれば、抵抗スポット溶接装置の第１電極及び第２電極を利用して高張力鋼板を比較的容易に曲げることができる。そのため、抵抗スポット溶接装置の構造が簡略化できる。

本開示の別の態様は、複数の鋼板が重ね合わされたワークを溶接するように構成された抵抗スポット溶接装置である。複数の鋼板のうち少なくとも１枚の鋼板は亜鉛メッキされた鋼板である。抵抗スポット溶接装置は、複数の鋼板のうち他の鋼板よりも引張強度の大きい高張力鋼板を、高張力鋼板の厚み方向と交差する方向に圧縮しながら溶接を行うように構成される。

このような構成によれば、溶接される複数の鋼板の引張強度の大きさに依らずに、高張力鋼板におけるＬＭＥ割れを抑制することができる。

本開示の一態様は、高張力鋼板に接触するように構成された第１電極と、第１電極と共にワークを挟むように構成された第２電極と、第１電極に接触する高張力鋼板の溶接部位が曲げの内側となる向きに高張力鋼板を湾曲させるように構成された湾曲機構と、を備えてもよい。このような構成によれば、抵抗スポット溶接装置の設備費用を低減しつつ、的確にＬＭＥ割れを抑制できる。

本開示の一態様では、湾曲機構は、高張力鋼板の溶接部位が第１電極で押圧されることで、高張力鋼板を湾曲させるように構成されてもよい。このような構成によれば、抵抗スポット溶接装置の構造が簡略化できる。

図１は、実施形態における抵抗スポット溶接装置の模式図である。図２は、抵抗スポット溶接装置による鋼板の溶接状態を示す模式図である。図３は、溶接された鋼板の模式的な断面図である。図４は、実施形態における抵抗スポット溶接方法のフロー図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す抵抗スポット溶接装置１は、高張力鋼板Ｐ１と低張力鋼板Ｐ２とが重ね合わされたワークＷを溶接するように構成されている。抵抗スポット溶接装置１は、抵抗溶接機２と、湾曲機構３とを有する。

高張力鋼板Ｐ１は、低張力鋼板Ｐ２よりも引張強さが大きい。高張力鋼板Ｐ１は、例えば引張強さが１４７０ＭＰａの鋼板である。低張力鋼板Ｐ２は、例えば引張強さが４４０ＭＰａ又は２７０ＭＰａの鋼板である。本実施形態では、高張力鋼板Ｐ１が低張力鋼板Ｐ２の上に重ね合わされている。

高張力鋼板Ｐ１及び低張力鋼板Ｐ２のうち少なくとも１枚の鋼板は亜鉛メッキされている。本実施形態では、高張力鋼板Ｐ１のみが亜鉛メッキされ、低張力鋼板Ｐ２は亜鉛メッキされていない。ただし、高張力鋼板Ｐ１が亜鉛メッキされずに、低張力鋼板Ｐ２のみが亜鉛メッキされてもよいし、高張力鋼板Ｐ１と低張力鋼板Ｐ２との双方が亜鉛メッキされていてもよい。また、「亜鉛メッキ」には、亜鉛合金メッキも含まれる。

＜抵抗溶接機＞
抵抗溶接機２は、ワークＷとして配置された高張力鋼板Ｐ１と低張力鋼板Ｐ２とを厚み方向に抵抗スポット溶接する。

抵抗溶接機２は、第１電極２１と、第２電極２２とを備える。第１電極２１は、ワークＷの上方に配置されている。第２電極２２は、ワークＷの下方において、第１電極２１と共にワークＷを厚み方向に挟むように配置されている。第１電極２１は、第２電極２２に対し、相対的に上下方向に移動可能である。

第１電極２１及び第２電極２２は、それぞれ、溶接時にワークＷに接触する。具体的には、第１電極２１は、高張力鋼板Ｐ１に接触するように構成されている。第２電極２２は、低張力鋼板Ｐ２に接触するように構成されている。第１電極２１と第２電極２２との間には、溶接電流がワークＷを介して流れる。

＜湾曲機構＞
湾曲機構３は、図２に示すように、第１電極２１に接触する高張力鋼板Ｐ１の溶接部位Ａ１が曲げの内側となる向きに高張力鋼板Ｐ１を湾曲させるように構成されている。

換言すれば、湾曲機構３によって、高張力鋼板Ｐ１の溶接部位Ａ１が高張力鋼板Ｐ１の他の部位よりも下方に位置する（つまり下方に凸となる）ように、高張力鋼板Ｐ１が厚み方向に曲げられる。

また、湾曲機構３は、高張力鋼板Ｐ１と共に、第２電極２２に接触する低張力鋼板Ｐ２の溶接部位Ａ２が凸となる向きに低張力鋼板Ｐ２を湾曲させるように構成されている。低張力鋼板Ｐ２は、高張力鋼板Ｐ１と重ね合わせられた状態で湾曲する。

湾曲機構３は、第１治具３１と、第２治具３２とを有する。第１治具３１と第２治具３２とは、水平方向に第２電極２２を挟むように互いに離れて配置されている。第１治具３１及び第２治具３２は、それぞれ、ワークＷ（具体的には低張力鋼板Ｐ２）が載置される上面３１Ａ，３２Ａを有する。

上面３１Ａ，３２Ａは、第２電極２２の先端よりも上方（つまり第１電極２１に近い位置）に配置されている。上面３１Ａ，３２Ａには、高張力鋼板Ｐ１及び低張力鋼板Ｐ２の端部（つまり平面視で溶接部位Ａ１，Ａ２よりも外側の部位）が重ね合わされる。

本実施形態では、上面３１Ａ，３２Ａの上下方向の位置（つまり高さ）は等しい。ただし、上面３１Ａ，３２Ａの上下方向の位置は等しくなくてもよく、例えば１０ｍｍの高低差があってもよい。また、上面３１Ａ，３２Ａと、第２電極２２の先端との上下方向における距離（つまり高低差）は、ワークＷの厚みにもよるが、例えば１ｍｍ以上とされる。

図１に示すように、第１治具３１と第２治具３２とに跨るようにワークＷを設置した状態で、第１電極２１が第２電極２２に向かって（つまり下方に）移動することで、第１電極２１が高張力鋼板Ｐ１の溶接部位Ａ１に接触する。

この状態からさらに第１電極２１が下方に移動することで、高張力鋼板Ｐ１の溶接部位Ａ１及び低張力鋼板Ｐ２の溶接部位Ａ２が第１電極２１によって下方に押圧される。その結果、図２に示すように高張力鋼板Ｐ１及び低張力鋼板Ｐ２が下方に凸となる向きに湾曲し、低張力鋼板Ｐ２の溶接部位Ａ２が第２電極２２に接触する。つまり、湾曲機構３は、高張力鋼板Ｐ１の溶接部位Ａ１が第１電極２１で押圧されることで、高張力鋼板Ｐ１を湾曲させるように構成されている。

抵抗スポット溶接装置１は、このように高張力鋼板Ｐ１を湾曲させた状態で、第１電極２１及び第２電極２２間に電流を供給し、高張力鋼板Ｐ１と低張力鋼板Ｐ２とを溶接する。つまり、抵抗スポット溶接装置１は、高張力鋼板Ｐ１の厚み方向と交差する方向（具体的には板面と平行な方向）に高張力鋼板Ｐ１を圧縮しながら溶接を行うように構成されている。

なお、本実施形態では、湾曲機構３によって低張力鋼板Ｐ２も溶接時に厚み方向と交差する方向に引張される。しかし、低張力鋼板Ｐ２の溶接部位Ａ２における引張応力は、割れが生じるのに必要な引張応力よりも小さい。そのため、低張力鋼板Ｐ２には割れが発生しない。

抵抗スポット溶接装置１による溶接により、図３に示すように、ワークＷにおいて高張力鋼板Ｐ１と低張力鋼板Ｐ２とがナゲットＮによって厚み方向に接合される。抵抗スポット溶接装置１は、高張力鋼板Ｐ１の板面のうち、厚み方向においてナゲットＮの重心から遠い板面（本実施形態では上面）の近傍領域に圧縮応力が加わるように高張力鋼板Ｐ１を圧縮する。

［１－２．製造方法］
図４に示す抵抗スポット溶接方法は、配置工程Ｓ１０と、溶接工程Ｓ２０とを備える。本実施形態の抵抗スポット溶接方法は、例えば、図１の抵抗スポット溶接装置１を用いて実施される。

＜配置工程＞
本工程では、高張力鋼板Ｐ１と低張力鋼板Ｐ２とを厚み方向に重ね合わせたワークＷを、低張力鋼板Ｐ２が下になるように第１治具３１及び第２治具３２に載置する。

＜溶接工程＞
本工程では、重ね合わされた高張力鋼板Ｐ１と低張力鋼板Ｐ２とを抵抗スポット溶接装置１により溶接する。

本工程では、高張力鋼板Ｐ１の溶接部位Ａ１を第１電極２１で押圧することで、第１電極２１に接触する高張力鋼板Ｐ１の溶接部位Ａ１が曲げの内側となる向きに高張力鋼板Ｐ１を湾曲させる。つまり、本工程では、高張力鋼板Ｐ１の厚み方向と交差する方向（具体的には板面と平行な方向）に高張力鋼板Ｐ１を圧縮しながら溶接を行う。

［１－３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）高張力鋼板Ｐ１に圧縮応力を発生させることで、溶接時に高張力鋼板Ｐ１に発生する引張応力が相殺される。その結果、溶接される複数の鋼板Ｐ１，Ｐ２の引張強度の大きさに依らずに、高張力鋼板Ｐ１におけるＬＭＥ割れを抑制することができる。

（１ｂ）高張力鋼板Ｐ１を湾曲させることにより、比較的簡潔な構造で高張力鋼板Ｐ１を圧縮することができる。そのため、抵抗スポット溶接装置１の設備費用を低減しつつ、的確にＬＭＥ割れを抑制できる。

（１ｃ）第１電極２１の押圧によって高張力鋼板Ｐ１を湾曲させることで、抵抗スポット溶接装置１の第１電極２１及び第２電極２２を利用して高張力鋼板Ｐ１を比較的容易に曲げることができる。そのため、抵抗スポット溶接装置１の構造が簡略化できる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態の抵抗スポット溶接装置１及び抵抗スポット溶接方法において、高張力鋼板Ｐ１は、第１電極２１による押圧以外の手段によって曲げられてもよい。例えば、湾曲機構３は、高張力鋼板Ｐ１を湾曲した状態で保持する治具を有してもよい。

（２ｂ）上記実施形態の抵抗スポット溶接装置１及び抵抗スポット溶接方法において、高張力鋼板Ｐ１は、厚み方向と交差する方向に圧縮できれば、必ずしも曲げられなくてもよい。例えば、抵抗スポット溶接装置１は、塑性変形しない範囲で（つまり弾性変形の範囲で）高張力鋼板Ｐ１の端部に板面と平行な方向の圧縮力を加える機構を備えてもよい。

（２ｃ）上記実施形態の抵抗スポット溶接装置１及び抵抗スポット溶接方法において、ワークＷは３枚以上の鋼板を有してもよい。つまり、高張力鋼板Ｐ１と低張力鋼板Ｐ２との間に１枚以上の鋼板が配置されてもよい。

（２ｄ）上記実施形態の抵抗スポット溶接装置１及び抵抗スポット溶接方法において、低張力鋼板Ｐ２が高張力鋼板Ｐ１の上に重ね合わされてもよい。また、第１電極２１と第２電極２２との対向方向（つまりワークＷを挟む方向）は、上下方向に限定されない。例えば、第１電極２１と第２電極２２とは、水平方向にワークＷを挟むように配置されてもよい。

（２ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…抵抗スポット溶接装置、２…抵抗溶接機、３…湾曲機構、２１…第１電極、
２２…第２電極、３１…第１治具、３１Ａ…上面、３２…第２治具、３２Ａ…上面、
Ｗ…ワーク、Ｐ１…高張力鋼板、Ｐ２…低張力鋼板、Ａ１…溶接部位、
Ａ２…溶接部位、Ｎ…ナゲット。

Claims

複数の鋼板が重ね合わされたワークを抵抗スポット溶接装置により溶接する工程を備える抵抗スポット溶接方法であって、
前記複数の鋼板のうち少なくとも１枚の鋼板は亜鉛メッキされた鋼板であり、
前記抵抗スポット溶接装置は、
前記複数の鋼板のうち他の鋼板よりも引張強度の大きい高張力鋼板に接触するように構成された第１電極と、
前記第１電極と共に前記ワークを挟むように構成された第２電極と、
を備え、
前記溶接する工程では、前記高張力鋼板を、前記第１電極に接触する前記高張力鋼板の溶接部位が曲げの内側となる向きに湾曲した状態を治具によって保持することで前記高張力鋼板の厚み方向と交差する方向に圧縮しながら溶接を行う、抵抗スポット溶接方法。
請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法であって、
前記溶接する工程では、前記高張力鋼板の前記溶接部位を前記第１電極で押圧することで、前記高張力鋼板を湾曲させる、抵抗スポット溶接方法。
複数の鋼板が重ね合わされたワークを溶接するように構成された抵抗スポット溶接装置であって、
前記複数の鋼板のうち他の鋼板よりも引張強度の大きい高張力鋼板に接触するように構成された第１電極と、
前記第１電極と共に前記ワークを挟むように構成された第２電極と、
前記第１電極に接触する前記高張力鋼板の溶接部位が曲げの内側となる向きに前記高張力鋼板が湾曲した状態を保持するように構成された治具を有する湾曲機構と、
を備え、
前記複数の鋼板のうち少なくとも１枚の鋼板は亜鉛メッキされた鋼板であり、
前記高張力鋼板を、前記湾曲した状態を前記治具によって保持することで前記高張力鋼板の厚み方向と交差する方向に圧縮しながら溶接を行うように構成される、抵抗スポット溶接装置。
請求項３に記載の抵抗スポット溶接装置であって、
前記湾曲機構は、前記高張力鋼板の前記溶接部位が前記第１電極で押圧されることで、前記高張力鋼板を湾曲させるように構成される、抵抗スポット溶接装置。