JP7240672B2 - アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、アルミニウム材の抵抗スポット溶接制御装置、および抵抗スポット溶接機 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、アルミニウム材の抵抗スポット溶接制御装置、および抵抗スポット溶接機に関する。

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３～４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。

特許第３８６２６４０号公報 特開平５－３８３号公報

ところで、アルミニウム材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、アルミニウム材において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では、アルミニウム材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詳細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。
また、このブローホールは、溶接打点数の増加による電極の劣化に伴って発生率が高くなる。このため、ブローホールの発生を抑えるために、電極のドレッシングを頻繁に行わなければならなかった。

本発明の目的は、電極ドレッシングの頻度を低減させつつ、ナゲット内でのブローホールの発生分布や大きさを制御して、溶接部の品質を向上できるアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、アルミニウム材の抵抗スポット溶接制御装置、および抵抗スポット溶接機を提供することにある。

本発明は下記構成からなる。
（１）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であって、
前記第３工程において、
前記パルセーション通電の電流値を、前記本通電の電流値以上にし、
前記パルセーション通電を、前記通電と前記通電休止とを３回以上繰り返し、
前記パルセーション通電の前半から後半にかけて前記通電休止時間を徐々に増加させていく、
アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
（２）重ね合わされた複数のアルミニウム材を溶接する抵抗スポット溶接の制御装置において、
前記制御装置はスポット溶接のナゲットを形成する本通電を行い、
前記本通電の終了後に前記ナゲット内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パルセーション通電を行い、
前記パルセーション通電の電流値を、前記本通電の電流値以上にし、
前記パルセーション通電を、前記通電と前記通電休止とを３回以上繰り返し、
前記パルセーション通電の前半から後半にかけて前記通電休止時間を徐々に増加させていく制御を行う、アルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置。
（３）（２）に記載の制御装置を備える、アルミニウム材の抵抗スポット溶接機。

本発明によれば、電極のドレッシングの頻度を低減させつつ、ナゲット内でのブローホールの発生分布や大きさを制御して溶接部の品質を向上させることができる。

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。 本通電及びパルセーション通電を行う本実施形態に係る抵抗スポット溶接方法におけ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）は本通電から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。 本通電及びパルセーション通電を行う参考例に係る抵抗スポット溶接方法におけ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）～（Ｆ）は、実施例１の溶接条件で形成された各打点数におけるナゲットの断面写真である。 （Ａ）～（Ｆ）は、実施例２の溶接条件で形成された各打点数におけるナゲットの断面写真である。 （Ａ）～（Ｆ）は、実施例３の溶接条件で形成された各打点数におけるナゲットの断面写真である。 （Ａ）～（Ｆ）は、比較例の溶接条件で形成された各打点数におけるナゲットの断面写真である。

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。
図１に示すように、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、溶接電流、通電時間、電極の加圧力、通電タイミング、加圧タイミング、保持時間など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に最大となるためナゲット溶込み深さ方向とも呼ばれる。

＜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としては、任意の材質のアルミニウム、又はアルミニウム合金を用いることができる。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、連続通電３１による本通電工程（通電時間Ｔｍ）と、通電時間の短いパルス（通電時間ＴＰｓ）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Ｔｐ）とを有する。

パルセーション通電工程では、通電休止とパルス３２の通電とを３回以上繰り返す。本例では、パルセーション通電は、通電休止とパルス３２の通電とを７回繰り返す。また、パルセーション通電工程における電流値を、１回目のパルス３２の電流値Ｉｐｓ１から７回目のパルス３２の電流値Ｉｐｓ２へ徐々に増加させる。そして、このパルセーション通電の各パルス３２の電流値Ｉｐｓ１～Ｉｐｓ２を、連続通電３１による本通電の電流値Ｉｍより高くする。

さらに、パルセーション通電において、通電休止時間を、パルセーション通電の前半から後半にかけて徐々に増加させていく。例えば、パルセーション通電において、１～３回目の通電休止時間を同一の通電休止時間Ｔｃ１とし、４，５回目の通電休止時間を同一の通電休止時間Ｔｃ２とし、さらに、６，７回目の通電休止時間を同一の通電休止時間Ｔｃ３とする。そして、１～３回目の通電休止時間Ｔｃ１よりも４，５回目の通電休止時間Ｔｃ２を増加させ、さらに、４，５回目の通電休止時間Ｔｃ２よりも６，７回目の通電休止時間Ｔｃ３を増加させる。

なお、本通電工程における連続通電３１とパルセーション通電工程におけるパルス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におけるパルス３２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３２における最大電流値をパルス３２の電流値とする。

本通電工程における連続通電３１の電流値Ｉｍと、パルセーション通電工程におけるパルス３２の電流値Ｉｐｓ１～Iｐｓ２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Ｉｍ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Ｉｍを決定すればよい。

連続通電３１の電流値Ｉｍは、好ましくは１５～６０ｋＡ、更に好ましくは３０～４０ｋＡであり、通電時間Ｔｍは１００～４００ｍｓ、好ましくは１５０～２５０ｍｓ、さらに好ましくは１８０～２２０ｍｓである。

パルス３２の電流値Ｉｐｓ１～Ｉｐｓ２は、好ましくは１５～６０ｋＡ、更に好ましくは３０～４０ｋＡであり、通電時間Ｔｐｓは、１０～４０ｍｓ、好ましくは１５～２９ｍｓ、さらに好ましくは１８～２２ｍｓである。

通電休止時間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３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。

通電休止時間Ｔｃ１は好ましくは６～２０ｍｓであり、更に好ましくは１０～１４ｍｓである。通電休止時間Ｔｃ２は好ましくは１０～４０ｍｓであり、さらに好ましくは１６～２０ｍｓである。また、通電休止時間Ｔｃ３は２０～５０ｍｓが好ましく、更に好ましくは２０～２８ｍｓである。

また、パルセーション通電におけるパルス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５回以上、さらに好ましくは７回以上である。

＜パルセーション通電工程を伴う抵抗スポット溶接＞
図３の（Ａ），（Ｂ）は本通電から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Ｉｍ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、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、本通電の連続通電３１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３２の通電を行い、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３２の通電を停止する。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３２の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３２の通電を行うと、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、本通電後にパルセーション通電でパルス３２の通電及び通電休止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などの濃度がそれぞれ異なった状態で分布する。

このように、パルセーション通電を行うことによって形成されるナゲット内の凝固シェルは、冷却速度がきわめて高く、ブローホール源となるＭｇ等の溶解度が高い状態で凝固を完了させることができる。更にナゲット中央部までのリング状シェルを段階的に形成させることによってブローホールの成長を抑制し、また、ブローホールが発生したとしても、継手性能に影響が及ばないナゲット中央部分に配置させることができる。

＜打点数の増加によるブローホールの発生＞
ところで、パルセーション通電によるシェル２６の形成には、パルス３２の通電間の適正な冷却が必要であり、通電休止時の電極１３，１５による冷却が必須となる。このため、本通電後にパルセーション通電を行っても、スポット溶接を連続して行うと、打点数の増加に伴い、電極先端部に金属間化合物層が付着し、その金属間化合物層による抵抗発熱が蓄積されて電極１３，１５の温度が上昇し、電極１３，１５による冷却性能が低下する。

＜参考例に係る抵抗スポット溶接方法＞
ここで、参考例に係る抵抗スポット溶接方法について説明する。
図５は、本通電及びパルセーション通電を行う参考例に係る抵抗スポット溶接方法におけ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。
図５に示すように、参考例では、パルセーション通電におけるパルス３２の電流値Ｉｐｓ１～Ｉｐｓ２を、本通電である連続通電３１の電流値Ｉｍより高くし、パルス３２の通電と通電休止とを７回以上繰り返している。しかし、このパルセーション通電では、１回目から７回目の各通電休止時間を一定の休止時間としている。具体的には、通電休止時間Ｔｃを１２ｍｓとしている。

このパルセーション通電を行う溶接方法では、打点数の増加に伴い電極１３，１５の金属間化合物層による抵抗発熱の蓄積の影響が大きくなるため、パルセーション通電休止の時間を一定にした場合、電極１３，１５の冷却性能が十分に発揮されず電極１３，１５の先端形状が変化してしまう。このため、打点数の増加に伴って十分なシェル２６の形成が達成されなくなるおそれがある。これにより、シェル２６の凝固過程におけるブローホール源となるＭｇ等の溶解度が低下してブローホールが大きくなり、溶接品質が低下してしまう。

＜本実施形態に係る抵抗スポット溶接方法＞
本実施形態では、パルセーション通電時のパルス３２の電流値Ｉｐｓ１～Ｉｐｓ２を、本通電である連続通電３１の電流値Ｉｍより高くし、パルセーション通電のパルス３２の通電と通電休止とを３回以上繰り返し、さらに、パルセーション通電の前半から後半にかけて通電休止時間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３を徐々に増加させていく（図２参照）。

このようにすると、打点数が増加しても、電極１３，１５の金属間化合物層による抵抗発熱の蓄積の影響を抑えることができ、少ない打点数で電極１３，１５の先端形状が変化することを抑制できる。したがって、電極１３，１５のドレッシングの頻度が低減でき、次回のドレッシングまでの連続打点数も増加することができ、生産性が向上できる。そして、溶接可能な打点数を増加させてもブローホールが抑制されてナゲット２５の縞模様（パルセーション形態）が維持される。これにより、溶接部における機械的性質（以下、溶接品質とする）が優れた溶接を行うことができる。

＜他の抵抗スポット溶接方法＞
また、上記のように前半から後半にかけて通電休止時間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３を徐々に増加させていくパルセーション通電を伴う抵抗スポット溶接を行う際に、抵抗スポット溶接の打点数の増加に応じて通電休止時間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３を長くしてもよい。

具体的には、２０打点目までの通電休止時間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３を、１２ｍｓ，１６ｍｓ、２０ｍｓと設定している場合、２０打点目以降の通電休止時間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３を、１２ｍｓ，２０ｍｓ、２８ｍｓと設定し、さらに、４０打点目以降の通電休止時間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３を、１２ｍｓ，２４ｍｓ、３６ｍｓと設定する。

このように、抵抗スポット溶接の打点数の増加に応じて通電休止時間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３を長くすると、電極１３，１５の金属間化合物層による抵抗発熱の蓄積の影響をより好適に抑制できる。よって、電極１３，１５のドレッシング頻度をさらに低減でき、次回のドレッシングまでの連続打点数をさらに増加できるため、生産性が向上できる。しかも、溶接可能な打点数を増加させてもブローホールが抑えられて縞模様（パルセーション形態）が維持された溶接品質の良好な溶接が実現できる。

また、ｎ回目のパルセーション通電のパルス電流値をIｐ（ｎ）としたとき、Iｐ（ｎ＋１）＞Iｐ（ｎ）となるように、パルス電流値を段階的に増加させることで、ナゲット２５の内部（中心部）に向かって段階的に入熱を加えることができ、よりナゲット２５の中心部に近い位置までシェル２６を形成させることができる。尚、パルス電流値を段階的に増加させる途中でIｐ（ｎ＋１）= Iｐ（ｎ）となるような同じ電流値のパルス電流にしてもよい。

また、パルセーション通電におけるパルス波形をダウンスロープ波形とすることにより、ナゲット２５におけるブローホールの発生をより効果的に抑制することができ、その結果、ブローホール等による溶接品質の低下をさらに抑えることができる。

＜パルセーション通電の全体通電時間＞
ここで、パルセーション通電を行う抵抗スポット溶接では、通電休止時間を加えたパルセーション通電の回数を増やすことにより溶接部（ナゲット）の品質が向上する。しかし、本通電の時間とパルセーション通電の時間の合計である全体通電時間が８００ｍｓを超える場合、スポット溶接の生産性が低下する。従って、全体通電時間は８００ｍｓ以内とするのが好ましい。

次に、本発明に係るアルミニウム材の抵抗スポット溶接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枚のアルミニウム板を用いて、溶接条件の異なる抵抗スポット溶接をそれぞれ合計３２打点行い、各打点数における溶接状態を観察した。溶接状態は、２打点、７打点、１２打点、２２打点、２７打点、３２打点で観察した。

＜試験条件＞
（アルミニウム板）
材質：Ａ５１８２材（Ａｌ－Ｍｇ系アルミニウム合金）
板厚：２．３ｍｍ

（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）
（実施例１）
１）電極間加圧力：５ｋＮ
２）溶接電流
・本通電
電流値Ｉｍ：３１ｋＡ
通電時間Ｔｍ：２００ｍｓ
通電波形：矩形波
・パルセーション通電
初期電流値Ｉｐｓ１：３２．４ｋＡ
最終電流値Ｉｐｓ２：４０．８ｋＡ
全通電時間Ｔｐ：３８８ｍｓ
単一のパルスの通電時間Ｔｐｓ：４０ｍｓ
パルス数Ｎ：７回
パルス波形：矩形波をダウンスロープ制御
通電休止時間：１～３回目の通電休止時間Ｔｃ１：１２ｍｓ
４，５回目の通電休止時間Ｔｃ２：１６ｍｓ
６，７回目の通電休止時間Ｔｃ３：２０ｍｓ

（実施例２）
１）電極間加圧力：５ｋＮ
２）溶接電流
・本通電
電流値Ｉｍ：３１ｋＡ
通電時間Ｔｍ：２００ｍｓ
通電波形：矩形波
・パルセーション通電
初期電流値Ｉｐｓ１：３２．４ｋＡ
最終電流値Ｉｐｓ２：４０．８ｋＡ
全通電時間Ｔｐ：４１２ｍｓ
単一のパルスの通電時間Ｔｐｓ：４０ｍｓ
パルス数Ｎ：７回
パルス波形：矩形波をダウンスロープ制御
通電休止時間：１～３回目の通電休止時間Ｔｃ１：１２ｍｓ
４，５回目の通電休止時間Ｔｃ２：２０ｍｓ
６，７回目の通電休止時間Ｔｃ３：２８ｍｓ

（実施例３）
１）電極間加圧力：５ｋＮ
２）溶接電流
・本通電
電流値Ｉｍ：３１ｋＡ
通電時間Ｔｍ：２００ｍｓ
通電波形：矩形波
・パルセーション通電
初期電流値Ｉｐｓ１：３２．４ｋＡ
最終電流値Ｉｐｓ２：４０．８ｋＡ
全通電時間Ｔｐ：４３６ｍｓ
単一のパルスの通電時間Ｔｐｓ：４０ｍｓ
パルス数Ｎ：７回
パルス波形：矩形波をダウンスロープ制御
通電休止時間：１～３回目の通電休止時間Ｔｃ１：１２ｍｓ
４，５回目の通電休止時間Ｔｃ２：２４ｍｓ
６，７回目の通電休止時間Ｔｃ３：３６ｍｓ

（比較例）
１）電極間加圧力：５ｋＮ
２）溶接電流
・本通電
電流値Ｉｍ：３１ｋＡ
通電時間Ｔｍ：２００ｍｓ
通電波形：矩形波
・パルセーション通電
初期電流値Ｉｐｓ１：３２．４ｋＡ
最終電流値Ｉｐｓ２：４０．８ｋＡ
全通電時間Ｔｐ：３６４ｍｓ
単一のパルスの通電時間Ｔｐｓ：４０ｍｓ
パルス数Ｎ：７回
パルス波形：矩形波をダウンスロープ制御
通電休止時間：１～７回目の通電休止時間Ｔｃ：１２ｍｓ

＜試験結果＞
図６～図９に実施例１～３及び比較例における抵抗スポット溶接で形成されたナゲットの断面写真を示す。なお、図６～図９において、（Ａ）は２打点、（Ｂ）は７打点、（Ｃ）は１２打点、（Ｄ）は２２打点、（Ｅ）は２７打点、（Ｆ）は３２打点でのナゲットの断面写真である。

（実施例１）
図６の（Ａ）～（Ｆ）に示すように、実施例１では、２打点、１２打点、３２打点でナゲットに僅かなブローホールＢＨが生じたが、２打点、７打点、１２打点、２２打点、２７打点、３２打点のいずれにおいても、大きなブローホールＢＨが生じず、良好な縞模様の形態が維持された。
（実施例２）
図７の（Ａ）～（Ｆ）に示すように、実施例２では、７打点、１２打点、３２打点でナゲットに僅かなブローホールＢＨが生じたが、２打点、７打点、１２打点、２２打点、２７打点、３２打点のいずれにおいても、大きなブローホールＢＨが生じず、良好な縞模様の形態が維持された。
（実施例３）
図８の（Ａ）～（Ｆ）に示すように、実施例３では、７打点、１２打点でナゲットに僅かなブローホールＢＨが生じたが、２打点、７打点、１２打点、２２打点、２７打点、３２打点のいずれにおいても、大きなブローホールＢＨが生じず、良好な縞模様の形態が維持された。
（比較例）
図９の（Ａ）～（Ｆ）に示すように、比較例では、２打点でナゲットに僅かなブローホールＢＨが生じ、２２打点で少し大きなブローホールＢＨが生じた。また、比較例では、１２打点で縞模様の形態の崩れが生じた。

このように、パルセーション通電の前半から後半にかけて通電休止時間を増加させていくことにより、打点数が増加しても、大きなブローホールの発生が抑制され、また、ナゲットの縞模様が維持されることがわかった。

このように、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であって、
前記第３工程において、
前記パルセーション通電の電流値を、前記本通電の電流値以上にし、
前記パルセーション通電を、前記通電と前記通電休止とを３回以上繰り返し、
前記パルセーション通電の前半から後半にかけて前記通電休止時間を徐々に増加させていく、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て、溶接品質を低下させずに済む。その結果、ブローホール等による溶接品質の低下が抑えられる。
しかも、パルセーション通電の電流値を、前記本通電の電流値以上にし、パルセーション通電を、通電と通電休止とを３回以上繰り返し、パルセーション通電の前半から後半にかけて通電休止時間を徐々に増加させていく。これにより、打点数が増加しても、電極の抵抗発熱の蓄積の影響が抑えられ、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、電極のドレッシングの頻度を低減でき、次回のドレッシングまでの連続打点数を増加でき、生産性が向上できる。そして、溶接可能な打点数を増加させてもブローホールが抑えられ、ナゲットの縞模様が維持された溶接品質の良好な溶接が行える。

（２） 前記パルセーション通電のパルス電流値を段階的に増加させる、（１）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、パルス電流値を段階的に増加させることで、ナゲット内部（中心部）に向かって段階的に入熱を加えることができ、よりナゲット中心部に近い位置までシェルを形成させることができる。

（３）前記パルス電流値を段階的に増加させる途中で同じ電流値のパルス電流を通電する（２）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、凝固部形成の制御がしやすくブローホールをナゲット中心部に安定して集めることができるため溶接品質がより優れた溶接を行うことができる。

（４） 前記パルセーション通電のパルス波形がダウンスロープ波形である、（１）～（３）のいずれか１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、パルセーション通電におけるパルス波形をダウンスロープ波形とすることにより、ナゲットにおけるブローホールの発生をより効果的に抑制することができ、その結果、ブローホール等による溶接品質の低下をさらに抑えることができる。

（５） 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、（１）～（４）のいずれか１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、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。

（６） 前記パルセーション通電は、前記通電と前記通電休止を５回以上繰り返す、（１）～（５）のいずれか１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、ブローホールを小さくできる。

（７） 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、（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、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近傍に集結できる。

（８） 抵抗スポット溶接の打点数の増加に応じて前記パルセーション通電における前記通電休止時間を長くする、（１）～（７）のいずれか１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、打点数が増加しても、電極先端付着の金属間化合物層による抵抗発熱の蓄積の影響をより好適に抑えることができ、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、電極ドレッシングの頻度を低減できるため、次回のドレッシングまでの連続打点数を増加でき、生産性が向上できる。そして、溶接可能な打点数を増加させてもブローホールが抑えられ、ナゲットの縞模様が維持された溶接品質の良好な溶接が可能となる。

（９） 重ね合わされた複数のアルミニウム材を溶接する抵抗スポット溶接の制御装置において、
前記制御装置はスポット溶接のナゲットを形成する本通電を行い、
前記本通電の終了後に前記ナゲット内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パルセーション通電を行い、
前記パルセーション通電の電流値を、前記本通電の電流値以上にし、
前記パルセーション通電を、前記通電と前記通電休止とを３回以上繰り返し、
前記パルセーション通電の前半から後半にかけて前記通電休止時間を徐々に増加させていく制御を行う、アルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置によれば、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て、溶接品質を低下させずに済む。その結果、ブローホール等による溶接品質の低下が抑えられる。
しかも、パルセーション通電の電流値を、前記本通電の電流値以上にし、パルセーション通電を、通電と通電休止とを３回以上繰り返し、パルセーション通電の前半から後半にかけて通電休止時間を徐々に増加させていく。これにより、打点数が増加しても、電極の金属間化合物層による抵抗発熱の蓄積の影響が抑えられ、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、電極ドレッシングの頻度を低減できるため、次回のドレッシングまでの連続打点数を増加でき、生産性が向上できる。そして、溶接可能な打点数を増加させてもブローホールが抑えられ、ナゲットの縞模様が維持された溶接品質の良好な溶接が可能となる。

（１０） 前記パルセーション通電のパルス電流値を段階的に増加させる制御を行う、（９）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置によれば、パルス電流値を段階的に増加させることで、ナゲット内部（中心部）に向かって段階的に入熱を加えることができ、よりナゲット中心部に近い位置までシェルを形成させることができる。

（１１）前記パルス電流値を段階的に増加させる途中で同じ電流値のパルス電流を通電する（１０）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置によれば、凝固部形成の制御がしやすくブローホールをナゲット中心部に安定して集めることができるため溶接品質がより優れた溶接を行うことができる。

（１２） 前記パルセーション通電のパルス波形がダウンスロープ波形である、（９）～（１１）のいずれか１つに記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置によれば、パルセーション通電におけるパルス波形をダウンスロープ波形とすることにより、ナゲットにおけるブローホールの発生をより効果的に抑制することができ、その結果、ブローホール等による溶接品質の低下をさらに抑えることができる。

（１３） （９）～（１２）のいずれか１つに記載の制御装置を備える、アルミニウム材の抵抗スポット溶接機。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接機によれば、ブローホールをナゲット中心部に集結させて溶接品質を低下させずに済み、その結果、ブローホール等による溶接品質の低下を抑えることができる。しかも、電極ドレッシングの頻度を低減できるため、次回のドレッシングまでの連続打点数を増加でき、生産性が向上できる。そして、溶接可能な打点数を増加させてもブローホールが抑えられ、ナゲットの縞模様が維持された溶接品質の良好な溶接が可能となる。

１１ スポット溶接機
１３，１５ 電極
１９ 制御部（制御装置）
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
３５ 凝固部

Claims (13)

1. 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であって、
   前記第３工程において、
   前記パルセーション通電の電流値を、前記本通電の電流値以上にし、
   前記パルセーション通電を、前記通電と前記通電休止とを３回以上繰り返し、
   前記パルセーション通電の前半から後半にかけて前記通電休止時間を徐々に増加させていく、
   アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
2. 前記パルセーション通電のパルス電流値を段階的に増加させる、請求項１に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
3. 前記パルス電流値を段階的に増加させる途中で同じ電流値のパルス電流を通電する、
   請求項２に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
4. 前記パルセーション通電のパルス波形がダウンスロープ波形である、
   請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
5. 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１～４のいずれか１項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
6. 前記パルセーション通電は、前記通電と前記通電休止を５回以上繰り返す、
   請求項１～５のいずれか１項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
7. 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６に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
8. 抵抗スポット溶接の打点数の増加に応じて前記パルセーション通電における前記通電休止時間を長くする、
   請求項１～７のいずれか１項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
9. 重ね合わされた複数のアルミニウム材を溶接する抵抗スポット溶接の制御装置において、
   前記制御装置はスポット溶接のナゲットを形成する本通電を行い、
   前記本通電の終了後に前記ナゲット内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パルセーション通電を行い、
   前記パルセーション通電の電流値を、前記本通電の電流値以上にし、
   前記パルセーション通電を、前記通電と前記通電休止とを３回以上繰り返し、
   前記パルセーション通電の前半から後半にかけて前記通電休止時間を徐々に増加させていく制御を行う、
   アルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置。
10. 前記パルセーション通電のパルス電流値を段階的に増加させる制御を行う、
    請求項９に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置。
11. 前記パルス電流値を段階的に増加させる途中で同じ電流値のパルス電流を通電する、
    請求項１０に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置。
12. 前記パルセーション通電のパルス波形がダウンスロープ波形である、
    請求項９～１１のいずれか１項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接の制御装置。
13. 請求項９～１２のいずれか１項に記載の制御装置を備える、アルミニウム材の抵抗スポット溶接機。

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