JP7416339B1

JP7416339B1 - 抵抗スポット溶接の散り発生予測方法、抵抗スポット溶接方法、および、溶接部材の製造方法

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Publication number: JP7416339B1
Application number: JP2023532630A
Authority: JP
Inventors: 直雄川邉; 公一谷口; 克利 ▲高▼島; 広志松田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2022-06-16
Filing date: 2023-02-22
Publication date: 2024-01-17
Anticipated expiration: 2043-02-22
Also published as: JPWO2023243151A1; WO2023243151A1

Abstract

事前試験を実施することなく、溶接プロセス全体の散り発生有無を高い精度で予測することができる、抵抗スポット溶接の散り発生予測方法を提供する。溶接中における前記被接合材の溶融領域の増加速度および前記被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化に基づき、鋼板の合わせ面からの散りの発生有無を予測する。

Description

本発明は、抵抗スポット溶接の散り発生予測方法、抵抗スポット溶接方法、および、溶接部材の製造方法に関する。

一般に、自動車車体（以下、車体ともいう）の接合には、重ね抵抗溶接方法の一種である抵抗スポット溶接方法が用いられている。この溶接方法は、図１に示すように、被接合材となる重ね合わせた２枚以上の鋼板１、２を挟んでその上下から一対の電極３、４で加圧しつつ、上下電極間に溶接電流を通電して接合する方法である。この溶接方法では、溶接電流を流すことで発生する抵抗発熱を利用して鋼板を溶融させ、点状の溶接部を得る。この点状の溶接部はナゲット５と呼ばれる。すなわち、ナゲット５は、重ね合わせた鋼板に電流を流した際に鋼板の接触箇所で鋼板１、２が溶融し、凝固した部分である。このナゲット５により、鋼板同士が点状に接合される。

抵抗スポット溶接では、溶接中、溶融金属が鋼板の合わせ面から外部に飛散しないように、電極による被接合材の加圧状態を保持する。しかしながら、溶融金属の内圧を電極による加圧力で抑えきれなくなった場合には、散りと呼ばれる溶融金属が外部に飛散する現象が生じることがある。散りが発生すると、溶接部周辺に飛散した溶融金属が付着して外観を悪化させる。また、ナゲット径や継手強度にばらつきを生じさせ、溶接継手の品質が不安定になる。そのため、溶接継手の品質向上および強度確保の観点から、散りを極力発生させずに、径の大きなナゲットを得ることが望ましい。

径の大きなナゲットを得るためには、溶接時の入熱を大きくする必要がある。しかしながら、入熱を大きくすると散り発生のリスクが高くなる。そのため、散りの発生抑制と、ナゲット径の確保とを両立できる溶接条件（以下、高品質な溶接が可能な溶接条件ともいう）を選定することは容易ではない。

一般的に、抵抗スポット溶接で鋼板を接合する場合には、高品質な溶接が可能な溶接条件を探索するために多くの事前試験を実施する。そして、ナゲット径および散り発生挙動の結果を確認しながら、適切な条件を選定する。例えば、実際の車体の接合に当たっては、車体で想定される膨大な種類の板組に対して事前試験を実施し、適切な溶接条件を選定する必要がある。このような事前試験の実施が、施工コスト増大の要因となっている。なお、上記の問題は、自動車用鋼板を抵抗スポット溶接する場合に限らず、その他の用途の鋼板を抵抗スポット溶接する場合においても同様に存在するものである。

このような問題に対し、例えば、特許文献１では、
「２つの電極間に重ねた二つ以上の被溶接材を挟み、該電極で該被溶接材を押圧しつつ通電することにより前記二つ以上の被溶接材を接合する抵抗スポット溶接において、該二つ以上の被溶接材のうち互いに接触する任意の二つの前記被溶接材の接触界面に関してスパッタ発生の有無を予測する方法であって、
前記電極の前記被溶接材を押圧する力である電極加圧力と、
前記抵抗スポット溶接時の前記互いに接触する任意の二つの前記被溶接材が溶融せずに互いに接触する界面である非溶融部に作用する力と、
に基づき前記スパッタ発生の有無を予測することを特徴とする抵抗スポット溶接のスパッタ発生予測方法。」
が開示されている。

特開２００７－２８３３２８号公報

ここで、図２に、一般的な単通電により、重ね合わせた２枚の鋼板を被接合材として抵抗スポット溶接を行った際の溶接時間と被接合材の溶融領域の径の関係の一例を示す。なお、被接合材の溶融領域が凝固後、ナゲットとなる。図２に示すように、通電初期に溶融領域は急激に拡大する。そして、通電後期には溶融領域の径の変化は緩やかとなり、飽和径（最終的なナゲット径）に近づく。このような通電中の溶融領域の増加速度（ナゲットの成長速度）の変化は、通電中の電極―鋼板間および鋼板―鋼板間の接触径の変化や、温度変化による抵抗の変化などが影響している。また、時間ごとに溶融金属の内圧は変化する。さらに、通電が進むにしたがって、電極により加圧を受けているナゲット周辺の非溶融領域の組織も変化する。そのため、溶接プロセス全体での散り発生有無を、電極加圧力や非溶融領域への作用力だけで予測することは難しい。

実際、特許文献１に開示の技術では、被接合材や溶接条件によっては抵抗スポット溶接での散り発生有無の予測が外れる場合も多く、予測精度の改善が望まれているのが現状である。

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであって、事前試験を実施することなく、溶接プロセス全体の散り発生有無を高い精度で予測することができる、抵抗スポット溶接の散り発生予測方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法に基づき決定した溶接条件で抵抗スポット溶接を行う、抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法を提供することを目的とする。

さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ねたところ、以下の知見を得た。
（１）上述したように、抵抗スポット溶接では、溶接中、溶融金属が鋼板の合わせ面から外部に飛散しないように、電極による被接合材の加圧状態を保持する。そのため、散りの発生挙動と、被接合材の溶融領域周囲にある非溶融領域の加圧状態には相関がある。しかし、溶接中は、ナゲットの形成挙動が経時的に変化する。そのため、非溶融領域の加圧状態だけでは、散り発生有無を高い精度で予測することができない。

（２）上記の点を踏まえ、発明者らが検討を重ねたところ、以下の知見を得た。非溶融領域の加圧状態の経時的変化を考慮したうえで、さらに、溶融領域の増加速度（ナゲットの成長速度）の影響を加味することが有効である。これにより、溶接プロセス全体での散り発生有無を高い精度で予測することができる。

（３）すなわち、溶融領域の増加速度が速い場合は、溶融領域の温度変化が急峻であり、溶融領域周囲の非溶融領域の加熱による軟化が十分に進まない。また、溶融金属による内圧も高いため、比較的散りの発生しやすい状態となる。一方で、溶融領域の増加速度が遅い場合は、溶融領域周辺の非溶融領域は、溶融領域の拡張とともに十分に軟化する。また、溶融金属による内圧も低いため、溶融領域の増加速度が速い場合と比較して散りは発生しにくい。そのため、非溶融領域の加圧状態の経時的変化を考慮したうえで、さらに、溶融領域の増加速度の影響を加味することにより、溶接プロセス全体での散り発生有無を高い精度で予測することが可能となる。

（４）また、溶接中における被接合材の溶融領域の増加速度および前記被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を表すパラメータとしては、例えば、ＷおよびｄＷ／ｄｔを用いることが好適である。
ここで、
Ｗ：鋼板の合わせ面において、ｐ（ＭＰａ）未満の被接合材の厚さ方向の圧縮応力が作用する非溶融領域の幅（ｍｍ）、
ｔ：溶接時間（ｍｓ）、
ｄＷ／ｄｔ：Ｗの時間変化量（ｍｍ／ｍｓ）、
である。

（５）図３に示すように、Ｗは、被接合材である鋼板の合わせ面において、ｐ（ＭＰａ）未満の被接合材の厚さ方向の圧縮応力σｚ（以下、圧縮応力σｚともいう）が作用する非溶融領域（以下、加圧領域７ともいう）の幅（以下、加圧幅ともいう）を意味する。また、図４に、重ね合わせた２枚の鋼板の被接合材として抵抗スポット溶接を行った際の鋼板の合わせ面での溶接時間と、加圧幅Ｗ、溶融領域の半径ａ、および、加圧領域の半径ｂとの関係の一例を示す。なお、抵抗スポット溶接の際の被接合材の加圧状態および溶融状態は、基本的に、被接合材である鋼板の合わせ面において電極中心で軸対象となる。つまり、加圧幅Ｗは、加圧領域の半径ｂから溶融領域の半径ａを減じた値となる。図４に示すように、通電初期の溶融領域の半径ａの増加速度、つまりナゲットの成長速度が速い段階では、非溶融領域の軟化が十分に進まない。そのため、加圧領域の半径ｂの増加速度が溶融領域の半径ａの増加速度と比較して小さくなる。一方、通電後期の溶融領域の半径ａの増加速度、つまりナゲットの成長速度が遅い段階では、加圧領域の半径ｂの増加速度と溶融領域の半径ａの増加速度が同程度となる。

（６）よって、加圧領域の半径ｂから溶融領域の半径ａを減じた値に相当する加圧幅Ｗおよびその時間変化量であるｄＷ／ｄｔが、溶融領域の増加速度（ナゲットの成長速度）の影響を加味した被接合材の非溶融領域の加圧状態を適正に表すパラメータとなる。そして、種々の溶接時間におけるＷおよびｄＷ／ｄｔを用いることによって、溶接プロセス全体での散り発生有無をより高い精度で予測することが可能となる。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．重ね合わせた２枚以上の鋼板を被接合材とする抵抗スポット溶接の散り発生予測方法であって、
溶接中における前記被接合材の溶融領域の増加速度および前記被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化に基づき、前記鋼板の合わせ面からの散りの発生有無を予測する、抵抗スポット溶接の散り発生予測方法。

２．前記溶接中における前記被接合材の溶融領域の増加速度および前記被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を表すパラメータとして、ＷおよびｄＷ／ｄｔを用いる、前記１に記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法。
ここで、
Ｗ：鋼板の合わせ面において、ｐ（ＭＰａ）未満の被接合材の厚さ方向の圧縮応力が作用する非溶融領域の幅（ｍｍ）、
ｔ：溶接時間（ｍｓ）、
ｄＷ／ｄｔ：Ｗの時間変化量（ｍｍ／ｍｓ）、
である。

３．前記ｐが－１００～０ＭＰａの範囲であり、
溶接開始時点から溶接終了時点までの間に、
次式（１）を満足する時点、および、次式（２）を満足する時点の少なくとも一方がある場合には、散りが発生すると予測し、
次式（１）を満足する時点、および、次式（２）を満足する時点がいずれもない場合には、散りが発生しないと予測する、前記２に記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法。
・ｄＷ／ｄｔ≦－０．０１０である時間域
Ｗ＜ａ×Ｄ^0.3 ・・・（１）
・ｄＷ／ｄｔ＞－０．０１０である時間域
Ｗ＜ｂ×Ｄ^0.3 ・・・（２）
ここで、
Ｄ：被接合材の厚さ（ｍｍ）
ａ：係数ａ
ｂ：係数ｂ
である。ただし、ａ＞ｂである。

４．前記係数aが０．１０～０．３０の範囲であり、かつ、前記係数ｂが０．０１～０．２５の範囲である、前記３に記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法。

５．前記１～４のいずれかに記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法に基づき決定した溶接条件で抵抗スポット溶接を行う、抵抗スポット溶接方法。

６．前記１～４のいずれかに記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法に基づき決定した溶接条件で抵抗スポット溶接を行い、溶接部材を製造する、溶接部材の製造方法。

本発明によれば、事前試験を実施することなく、溶接プロセス全体の散り発生有無を高い精度で予測することができるので、低コストかつ効率的に、高品質な溶接が可能な溶接条件を選定することが可能となる。また、これに伴い、車体など抵抗スポット溶接を行って製造される溶接部材の生産性が大きく向上し、産業上格段の効果を有する。

抵抗スポット溶接の一例を模式的に示す図である。溶接時間と被接合材の溶融領域の径の関係の一例を示す図である。加圧幅Ｗを模式的に示す図である。溶接時間と、加圧幅Ｗ、溶融領域の半径ａ、および、加圧領域の半径ｂとの関係の一例を示す図である。３枚重ねの板組を被接合材とする場合の最小加圧幅の一例を模式的に示す図である。被接合材である鋼板の合わせ面において電極中心で軸対象とならない場合における、最小加圧幅の一例を模式的に示す図である。溶接時間ｔと加圧幅Ｗの関係の一例を示す図である。溶接時間ｔと加圧幅Ｗの関係の一例を示す図である。

本発明を、以下の実施形態に基づき説明する。まず、本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接の散り発生予測方法について、説明する。

［１］抵抗スポット溶接の散り発生予測方法
本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接の散り発生予測方法は、
重ね合わせた２枚以上の鋼板を被接合材とする抵抗スポット溶接の散り発生予測方法であって、
溶接中における前記被接合材の溶融領域の増加速度および前記被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化に基づき、前記鋼板の合わせ面からの散りの発生有無を予測する、
というものである。

上述したように、被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を考慮したうえで、さらに、溶融領域の増加速度の影響を加味することにより、溶接プロセス全体での散り（鋼板の合わせ面からの散り）発生有無を高い精度で予測することが可能となる。

また、上述したように、溶接中における被接合材の溶融領域の増加速度および被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を表すパラメータとしては、例えば、ＷおよびｄＷ／ｄｔを用いることが好適である。
ここで、
Ｗ：鋼板の合わせ面において、ｐ（ＭＰａ）未満の被接合材の厚さ方向の圧縮応力が作用する非溶融領域の幅（ｍｍ）、
ｔ：溶接時間（ｍｓ）、
ｄＷ／ｄｔ：Ｗの時間変化量（ｍｍ／ｍｓ）、
である。
なお、溶接時間は、溶接開始（通電開始）時点を０とすればよい。

ここで、ＷおよびｄＷ／ｄｔは、例えば、予測対象とする被接合材の板組をモデリングし、数値解析によって、溶接時間ごとに、被接合材の種々の位置での圧縮応力σｚ、溶融領域の範囲、および、非溶融領域の範囲を導出することにより、算出することができる。
数値解析の一例としては、抵抗溶接シミュレーションソフトウェアＳＯＲＰＡＳ（登録商標）による単点溶接解析が挙げられる。解析条件としては、例えば、溶接部近傍のメッシュが一辺０．０１～０．５ｍｍの四角形であり、加圧幅Ｗを出力する時間ピッチが１～１００ｍｓである。その他の条件は、常法に従えばよい。なお、溶接条件（被接合材とする鋼板の種類や板厚、電力による加圧力、電流値および溶接時間）の設定は、散りの発生有無を予測する溶接条件に従って行えばよい。

なお、図５に示すように、被接合材となる鋼板が３枚以上の場合には、各鋼板の合わせ面において、加圧幅の最小値（以下、最小加圧幅）をＷとして使用すればよい（図５中の符号１－１は、鋼板（中鋼板）である。）。また、図６に示すように、被接合材である鋼板の合わせ面において電極中心で軸対象とならない場合にも、最小加圧幅（電極中心から加圧領域の端部までの距離を、電極中心から溶融領域の端部までの距離を減じた値が最小となる向きにおける加圧幅）をＷとして使用すればよい。

また、ｐは、－１００～０ＭＰａの範囲で設定することが好ましい。なお、ｐについては、引張応力を＋、圧縮応力を－として表記している。すなわち、ｐは電極により被接合材の厚さ方向の圧縮応力を受けている加圧領域の幅を設定するための指標であるため、ｐ未満の応力が圧縮応力を示す範囲、すなわち、ｐを０ＭＰａ以下とする必要がある。一方、ｐが－１００ＭＰａ未満になると、加圧幅の領域が極端に小さくなり、加圧幅によって判定される散り発生有無の予測精度が低下する場合がある。そのため、ｐは、－１００～０ＭＰａの範囲で設定することが好ましい。ｐは、より好ましくは－７０ＭＰａ以上である。また、ｐは、より好ましくは－１０ＭＰａ以下である。

そして、上記の範囲でｐを設定したうえで、例えば、
溶接開始時点から溶接終了時点までの間に、
次式（１）を満足する時点、および、次式（２）を満足する時点の少なくとも一方がある場合には、散りが発生すると予測し、
次式（１）を満足する時点、および、次式（２）を満足する時点がいずれもない場合には、散りが発生しないと予測する、ことが好適である。
・ｄＷ／ｄｔ≦－０．０１０である時間域
Ｗ＜ａ×Ｄ^0.3 ・・・（１）
・ｄＷ／ｄｔ＞－０．０１０である時間域
Ｗ＜ｂ×Ｄ^0.3 ・・・（２）
ここで、
Ｄ：被接合材の厚さ（ｍｍ）
ａ：係数ａ
ｂ：係数ｂ
である。

なお、被接合材の厚さが大きい場合、溶融金属の体積が大きくなるため内圧が大きくなり、同じ加圧幅を確保しても散りが発生しやすくなる。そのため、上掲式（１）および（２）はいずれも、被接合材の厚さの影響を加味するように規定している。

係数ａおよび係数ｂは特に限定されるものではないが、例えば、係数ａは０．１０～０．３０の範囲で、係数ｂは０．０１～０．２５の範囲で設定することが好ましい。また、ｄＷ／ｄｔ≦－０．０１０である時間域では、加圧幅が急激に減少するため、散りが発生しやすく、散りを抑止には比較的広い加圧幅を必要とする。一方、ｄＷ／ｄｔ＞－０．０１０である時間域では、加圧幅の変化が小さい。そのため、ｄＷ／ｄｔ≦－０．０１０である時間域に比べて散りが発生しにくく、散りの抑止にそれほど広い加圧幅を必要としない。そのため、ａ＞ｂとすることが好適である。より好ましくはａ＞１．３×ｂ、さらに好ましくはａ＞２×ｂである。なお、係数ａおよび係数ｂは、Ｗを求めるための数値解析条件などに応じて上記の範囲で適宜設定すればよい。

また、溶接中の被接合材の溶融領域の増加速度および前記被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を表すパラメータとしては、上記した被接合材の厚さ方向の応力以外に、例えば、相当応力や最大主応力を用いた指標が挙げられる。これらの指標を用いて散りの発生有無を予測する場合にも、被接合材の厚さ方向の応力を用いる場合と同様の評価が可能である。例えば、最大主応力を用いて散りの発生有無を判断する場合、被接合材である鋼板の合わせ面において、ｐ´（ＭＰａ）未満の被接合材の最大主応力σｍａｘが作用する非溶融領域の幅をＷ´（ｍｍ）としたときに、ｄＷ´／ｄｔを評価することで散り発生有無の判断が可能である。Ｗ´およびｄＷ´／ｄｔの算出方法や、Ｗ´およびｄＷ´／ｄｔによる散り発生有無の判断手法は、上記した溶接中における被接合材の溶融領域の増加速度および被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を表すパラメータとしてＷおよびｄＷ／ｄｔを用いる場合と同様とすればよい。例えば、上掲式（１）および（２）中のＷおよびｄＷ／ｄｔをそれぞれＷ´およびｄＷ´／ｄｔと読み替える。そして、読み替え後の上掲式（１）を満足する時点、および、読み替え後の上掲式（２）を満足する時点の少なくとも一方がある場合には、散りが発生すると予測する。一方、読み替え後の上掲式（１）を満足する時点、および、読み替え後の上掲式（２）を満足する時点がいずれもない場合には、散りが発生しないと予測する。なお、係数ａおよび係数ｂの好適範囲については上記と同様である。また、ｐ´は－１００～０ＭＰａの範囲で設定することが好ましい。ｐ´は、より好ましくは－７０ＭＰａ以上である。また、ｐ´は、より好ましくは－１０ＭＰａ以下である。

なお、本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接の散り発生予測方法により、散りの発生有無を予測する溶接条件は特に限定されない。
例えば、被接合材に使用する鋼板の板厚は限定されないが、特に、自動車用部材として一般的に用いられる０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の鋼板を被接合材とする場合に、好適に適用できる。
また、被接合材に使用する鋼板の種類も特に限定されず、表面にめっきを有さない鋼板（以下、めっきなし鋼板ともいう）はもとより、表面にめっきを有する鋼板（以下、めっき鋼板ともいう）を被接合材とする場合にも、好適に適用できる。めっきとしては、例えば、Ｚｎ系めっき（Ｚｎ含有量が５０質量％以上であるめっき）やＡｌ系めっき（Ａｌ含有量が５０質量％以上であるめっき）が挙げられる。Ｚｎ系めっきとしては、溶融亜鉛めっき（ＧＩ）やＺｎ－Ｎｉ系めっき、Ｚｎ－Ａｌ系めっきなどが挙げられる。また、Ａｌ系めっきとしては、Ａｌ－Ｓｉ系めっき（例えば、１０～２０質量％のＳｉを含むＡｌ－Ｓｉ系めっき）などが例示できる。溶融めっきは、合金化された合金化溶融めっきであってもよい。合金化溶融めっきとしては、例えば、合金化溶融亜鉛めっき（ＧＡ）が挙げられる。

さらに、被接合材とする鋼板の枚数も特に限定されず、２枚以上であればよい。鋼板の鋼種や形状は同じでも、異なっていてもよい。すなわち、同鋼種および同形状の鋼板であってもよいし、異鋼種や異形状の鋼板であってもよい。被接合材の厚さＤも限定されないが、特に、１．０～５．０ｍｍの場合に、好適に適用できる。

加えて、通電パターンも特に限定されず、一般的な単通電だけでなく、アップスロープ通電やダウンスロープ通電、多段通電などの条件にも適用できる。また、直流および交流のいずれにも適用できる。さらに、加圧パターンも特に限定されず、一段加圧だけでなく、多段加圧などの条件にも適用できる。

また、電極先端の形式も特に限定されず、例えば、ＪＩＳＣ９３０４：１９９９に記載されるＤＲ形（ドームラジアス形）、Ｒ形（ラジアス形）およびＤ形（ドーム形）等を適用できる。また、電極の先端径も特に限定されず、例えば、４ｍｍ～１６ｍｍの場合に好適に適用できる。

［２］抵抗スポット溶接方法
本発明の一実施形態に従う抵抗スポット溶接方法は、上記の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法に基づき決定した溶接条件で抵抗スポット溶接を行うというものである。

具体的には、上記の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法による予測結果から、溶接プロセス全体で散りが発生せず、所望とするナゲット径が得られる溶接条件（通電パターン、加圧パターン、電流値および加圧力）を選択し、その溶接条件に従い抵抗スポット溶接を行う。

なお、溶接装置、例えば、通電の際に電流を供給し、かつ、電流値を制御する構成は特に限定されず、従来から知られている機器を使用できる。

［３］溶接部材の製造方法
本発明の一実施形態に従う溶接部材の製造方法は、上記の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法に基づき決定した溶接条件で抵抗スポット溶接を行い、溶接部材を製造するというものである。なお、抵抗スポット溶接の施工要領は、上記［２］に記載したとおりである。また、溶接部材としては、自動車部品等を例示できる。

表１に示す種々の板組の被接合材をモデリングし、表１に示す条件で抵抗スポット溶接を行う場合の散りの発生有無を、表２に示す種々の予測条件で予測した。なお、溶接中の被接合材の溶融領域の増加速度および被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を表すパラメータとしては、ＷおよびｄＷ／ｄｔを使用した。また、ＷおよびｄＷ／ｄｔは、上述した要領により、数値解析を行って算出した。数値解析は、抵抗溶接シミュレーションソフトウェアＳＯＲＰＡＳ（登録商標）２Ｄによる単点溶接の２次元軸対称解析により行った。解析条件は、溶接部近傍のメッシュ：一辺０．１ｍｍの四角形、加圧幅Ｗを出力する時間ピッチ：２０ｍｓとし、その他の条件は常法に従うものとした。また、散りの発生有無は、溶接開始時点から溶接終了時点までの間に、上掲式（１）を満足する時点、および、上掲式（２）を満足する時点の少なくとも一方がある場合には、散りが発生すると予測し、上掲式（１）を満足する時点、および、上掲式（２）を満足する時点がいずれもない場合には、散りが発生しないと予測した。予測結果を表３に示す。

参考のため、図７に、溶接条件ｅおよび予測条件Ａの場合における溶接時間ｔと加圧幅Ｗとの関係を示す。この場合、ｄＷ／ｄｔ≦－０．０１０である時間域において、上掲式（１）を満足する時点があるので、散りが発生すると予測する。また、図８に、溶接条件ｃおよび予測条件Ａの場合における溶接時間ｔと加圧幅Ｗとの関係を示す。この場合、ｄＷ／ｄｔ＞－０．０１０である時間域において、上掲式（２）を満足する時点があるので、散りが発生すると予測する。

また、比較のため、予測条件Ｆでは、ｄＷ／ｄｔによらず、溶接開始時点から溶接終了時点までの間に、Ｗ＜０．０３×Ｄ^0.3を満足する時点がある場合には、散りが発生すると予測し、Ｗ＜０．０３×Ｄ^0.3を満足する時点がない場合には、散りが発生しないと予測した。

さらに、予測条件Ｇでは、ｄＷ／ｄｔによらず、溶接開始時点から溶接終了時点までの間に、Ｗ＜０．１３×Ｄ^0.3を満足する時点がある場合には、散りが発生すると予測し、Ｗ＜０．１３×Ｄ^0.3を満足する時点がない場合には、散りが発生しないと予測した。

また、予測条件Ｈとして、最大主応力を用いた散りの発生有無の予測を行った。溶接中の被接合材の溶融領域の増加速度および被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を表すパラメータとしては、Ｗ´およびｄＷ´／ｄｔを使用した。ここで、Ｗ´は、鋼板の合わせ面において－５０ＭＰａ未満の被接合材の最大主応力が作用する非溶融領域の幅（ｍｍ）である。また、Ｗ´およびｄＷ´／ｄｔは、上述したＷおよびｄＷ／ｄｔの算出と同様の要領により、数値解析を行って算出した。散り発生の予測は、次式（１）´を満足する時点、および、次式（２）´を満足する時点の少なくとも一方がある場合には、散りが発生すると予測し、次式（１）´を満足する時点、および、次式（２）´を満足する時点がいずれもない場合には、散りが発生しないと予測した。予測結果を表３に併記する。
・ｄＷ´／ｄｔ≦－０．０１０である時間域
Ｗ´＜０．３２×Ｄ^0.3 ・・・（１）´
・ｄＷ´／ｄｔ＞－０．０１０である時間域
Ｗ´＜０．０８×Ｄ^0.3 ・・・（２）´

また、別途、表１に示す種々の板組の被接合材を準備し、表１に示す条件で抵抗スポット溶接を実際に行って散りの発生有無を確認した。実際の溶接ではいずれも、先端の直径（先端径）：６ｍｍ、曲率半径：４０ｍｍのクロム銅製のＤＲ形電極を使用した。また、上電極をサーボモータで駆動することによって加圧力を制御し、通電の際には直流電源を使用した。確認結果を表１および表３に併記する。なお、いずれの条件でも、散りの発生が確認されなかったものについては、所望のナゲット径が得られていた。

そして、上記の予測結果および実際の溶接を行った際の散り発生有無の確認結果から、予測条件ごとに予測的中率を求め、以下の基準により、予測精度を評価した。評価結果を表３に併記する。
合格（優）：予測的中率が９０％以上
合格（良）：予測的中率が７０％以上（◎を除く）
不合格：予測的中率が７０％未満

表３より、発明例ではいずれも、散り発生有無を高い精度で予測することができた。一方、比較例では、散り発生有無を十分な精度で予測することができなかった。

１鋼板（上鋼板）
１－１鋼板（中鋼板）
２鋼板（下鋼板）
３電極（上電極）
４電極（下電極）
５ナゲット
６溶融領域
７加圧領域

Claims

重ね合わせた２枚以上の鋼板を被接合材とする抵抗スポット溶接の散り発生予測方法であって、
溶接中における前記被接合材の溶融領域の増加速度および前記被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化に基づき、前記鋼板の合わせ面からの散りの発生有無を予測し、
前記溶接中における前記被接合材の溶融領域の増加速度および前記被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を表すパラメータとして、ＷおよびｄＷ／ｄｔ、または、Ｗ´およびｄＷ´／ｄｔを用いる、抵抗スポット溶接の散り発生予測方法。
ここで、
Ｗ：鋼板の合わせ面において、ｐ（ＭＰａ）未満の被接合材の厚さ方向の圧縮応力が作用する非溶融領域の幅（ｍｍ）、
Ｗ´：鋼板の合わせ面において、ｐ´（ＭＰａ）未満の被接合材の最大主応力σｍａｘが作用する非溶融領域の幅（ｍｍ）、
ｔ：溶接時間（ｍｓ）、
ｄＷ／ｄｔ：Ｗの時間変化量（ｍｍ／ｍｓ）、
ｄＷ´／ｄｔ：Ｗ´の時間変化量（ｍｍ／ｍｓ）、
である。
前記溶接中における前記被接合材の溶融領域の増加速度および前記被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を表すパラメータとして、ＷおよびｄＷ／ｄｔを用い、
前記ｐが－１００～０ＭＰａの範囲であり、
溶接開始時点から溶接終了時点までの間に、
次式（１）を満足する時点、および、次式（２）を満足する時点の少なくとも一方がある場合には、散りが発生すると予測し、
次式（１）を満足する時点、および、次式（２）を満足する時点がいずれもない場合には、散りが発生しないと予測する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法。
・ｄＷ／ｄｔ≦－０．０１０である時間域
Ｗ＜ａ×Ｄ^0.3 ・・・（１）
・ｄＷ／ｄｔ＞－０．０１０である時間域
Ｗ＜ｂ×Ｄ^0.3 ・・・（２）
ここで、
Ｄ：被接合材の厚さ（ｍｍ）
ａ：係数ａ
ｂ：係数ｂ
である。ただし、ａ＞ｂである。
前記係数aが０．１０～０．３０の範囲であり、かつ、前記係数ｂが０．０１～０．２５の範囲である、請求項２に記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法。
前記溶接中における前記被接合材の溶融領域の増加速度および前記被接合材の非溶融領域の加圧状態の経時的変化を表すパラメータとして、Ｗ´およびｄＷ´／ｄｔを用い、
前記ｐ´が－１００～０ＭＰａの範囲であり、
溶接開始時点から溶接終了時点までの間に、
次式（１）´を満足する時点、および、次式（２）´を満足する時点の少なくとも一方がある場合には、散りが発生すると予測し、
次式（１）´を満足する時点、および、次式（２）´を満足する時点がいずれもない場合には、散りが発生しないと予測する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法。
・ｄＷ´／ｄｔ≦－０．０１０である時間域
Ｗ´＜ａ×Ｄ ^0.3 ・・・（１）´
・ｄＷ´／ｄｔ＞－０．０１０である時間域
Ｗ´＜ｂ×Ｄ ^0.3 ・・・（２）´
ここで、
Ｄ：被接合材の厚さ（ｍｍ）
ａ：係数ａ
ｂ：係数ｂ
である。ただし、ａ＞ｂである。
前記係数aが０．１０～０．３０の範囲であり、かつ、前記係数ｂが０．０１～０．２５の範囲である、請求項４に記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法。
請求項１～５のいずれかに記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法に基づき決定した溶接条件で抵抗スポット溶接を行う、抵抗スポット溶接方法。
請求項１～５のいずれかに記載の抵抗スポット溶接の散り発生予測方法に基づき決定した溶接条件で抵抗スポット溶接を行い、溶接部材を製造する、溶接部材の製造方法。