JP7424932B2 - 抵抗スポット溶接方法 - Google Patents
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また、電極そのものについては、過剰な温度上昇を防止するため、冷却水等を用いて溶接中に冷却状態を維持する必要があるが、鋼板と電極とのなす角度(打角)を調整可能な機構においても、上記冷却機構が求められる。
(1) C:0.08質量%以上、Si:0.50質量%以上を含み、引張強度が980MPa以上で、かつ亜鉛めっきされた鋼板を少なくとも1枚有する複数の鋼板をスポット溶接するための抵抗スポット溶接方法であって、
前記複数の鋼板を挟み込んで加圧する一対の電極チップと、前記一対の電極チップのうち少なくとも一方に設けられ、前記電極チップの軸方向の加圧力を吸収可能な加圧力吸収機構と、を備える一対の電極を用いて、
前記一対の電極チップに前記複数の鋼板を挟み込み、かつ、前記一対の電極チップに加圧力を付与した状態で通電することで、前記通電時に発生する前記加圧力の変動荷重を前記加圧力吸収機構により吸収しながら溶接する、抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、複数の鋼板を接合する際に発生する加圧力の変動荷重を加圧力吸収機構により吸収しながら溶接し、LME割れを抑制して溶接品質に優れた抵抗スポット溶接を行うことができる。
(2) 前記一対の電極のうち一方は固定式電極であり、他方は可動式電極であって、
前記加圧力吸収機構は、前記可動式電極側に設けられる、(1)に記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、複数の鋼板を接合する際に発生する加圧力の変動荷重を可動式電極側に設けられた加圧力吸収機構により吸収して、LME割れの発生を抑制することができる。
(3) 前記加圧力吸収機構は、弾性部材を用いた機構である、(1)又は(2)に記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、コンパクトな機構で効率よく加圧力の変動荷重を吸収できる。
(4) 前記弾性部材は、バネ定数が10N/mm以上1500N/mm以下であるバネによって構成される、(3)に記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、溶接に必要な加圧力を確保しつつ、加圧力の変動荷重を吸収できる。
(5) 前記加圧力吸収機構は、空圧を用いた機構である、(1)又は(2)に記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、エアシリンダなどを用いて加圧力吸収機構を構成できる。
(6) C:0.08質量%以上、Si:0.50質量%以上を含み、引張強度が980MPa以上で、かつ亜鉛めっきされた鋼板を少なくとも1枚有する複数の鋼板をスポット溶接するための抵抗スポット溶接方法であって、
前記複数の鋼板を挟み込んで加圧する一対の電極チップと、前記鋼板に対する前記一対の電極チップの角度をそれぞれ補正可能な一対の角度補正機構と、を備える一対の電極を用いて、
前記一対の電極チップに前記複数の鋼板を挟み込み、かつ、前記一対の電極チップの軸が前記鋼板に対して略垂直となるように接触させながら、前記一対の電極チップに加圧力を付与した状態で通電することで溶接する、抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、鋼板に対して電極チップを略垂直に接触させ、打角が補正された状態で溶接することで、引張応力を低減させてLME割れの発生を抑制できる。なお、ここで言う「略垂直」とは、工業的に達成可能な角度を意味し、例えば、90°±5°の角度誤差を許容する。
(7) 前記一対の角度補正機構のうち少なくとも一方は自在継手を用いた機構である、(6)に記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、打角を補正する共に、一対の電極チップで挟持された鋼板の板厚方向位置を容易に位置決めできる。
(8) 前記一対の電極のうち一方は固定式電極であり、他方は可動式電極であって、
前記自在継手を用いた機構は、前記固定式電極側に設けられる、(7)に記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、固定式電極側の打角を補正する共に、一対の電極で挟持された鋼板の板厚方向位置を容易に位置決めできる。
(9) 前記一対の角度補正機構のうち一方が前記固定式電極側に設けられた自在継手を用いた機構であり、他方が前記可動式電極側に設けられた弾性部材を用いた機構である、(8)に記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、一対の電極の打角を補正すると共に、通電時に発生する加圧力の変動荷重を吸収して、LME割れの発生を抑制できる。
(10) 前記弾性部材は、バネ定数が10N/mm以上1500N/mm以下であるバネによって構成される、(9)に記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、溶接に必要な加圧力を確保しつつ、加圧力の変動荷重を吸収できる。
(11) 前記一対の角度補正機構の両方が自在継手を用いた機構である、(7)に記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、少なくともいずれか一方の電極が弾性部材を有する場合と比較して、抵抗スポット溶接の作業時間を短縮することができる。
(12) 前記電極チップは、先端面の曲率半径RがR≦100mmを満たし、かつ、外径φがφ≦16mmを満たす、(1)~(11)のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、電極チップの先端面を鋼板に確実に接触することができる。
(13) 前記電極チップは、その先端部の少なくとも一部が前記鋼板に当接するフラット面を有する、(1)~(11)のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、電極チップのフラット面が鋼板に面接触し、鋼板とフラット面との間で滑りが生じにくく、安定的なスポット溶接を行うことができる。
(14) 通電終了後、0.01sec以上加圧保持したのち、前記電極の加圧から圧力開放に転じる制御を行う、(1)~(13)のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、溶接後の冷却時間を確保して、LME割れの発生を抑制できる。
(15) 溶接電流が交流電流である、(1)~(14)のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。
この構成によれば、商用電源を用いて抵抗スポット溶接できる。
また、本発明の他の抵抗スポット溶接方法によれば、角度補正機構により電極チップと鋼板との打角を補正して、引張応力を低減させて溶接することで、LME割れの発生を抑制し、溶接品質に優れた抵抗スポット溶接を行うことができる。
なお、各実施形態の抵抗スポット溶接装置は、複数の金属板(鋼板)をスポット溶接するためのものであるが、特に、金属板の少なくとも一方が、C:0.08質量%以上、Si:0.50質量%以上を含み、引張強度が980MPa以上の高張力鋼板(High Tensile Strength Steel:HTSS)であり、その表面に亜鉛めっきされた亜鉛系めっき鋼板である場合に好適に用いられる。なお、亜鉛系めっき鋼板としては、例えば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA)、溶融亜鉛めっき鋼板(GI)、電気亜鉛めっき鋼板(EG)などが挙げられる。
図1に示すように、本実施形態の抵抗スポット溶接装置10は、平面視で略C型の形状を呈するフレーム11と、フレーム11の一端に設けられた加圧シリンダ12と、当該加圧シリンダ12及びフレーム11の対向する端部に設けられた2つの基台13A,13Bと、可動側の基台13Aに設けられた、可動側電極である第1の電極20Aと、固定側の基台13Bに設けられた、固定側電極である第2の電極20Bと、を備える。加圧シリンダ12は、基台13Aと共に、第1の電極20Aを第2の電極20Bに向けて下方に駆動する。また、第1の電極20Aと第2の電極20Bは、同軸上において対向するように配置されている。
次に、本発明の第2実施形態に係る抵抗スポット溶接装置を図8~図11を参照して説明する。本実施形態の抵抗スポット溶接装置は、可動側電極及び固定側電極の両電極チップと鋼板とを略垂直に接触させて、打角によるLME割れの発生をさらに抑制すると共に、通電時の溶融金属の膨張によって生じる衝撃力を可動側電極で吸収して、LME割れの発生を抑制する。
第3の電極20Cは、第1シャンク31と第2シャンク32が自在継手33により接続されている。第3の電極20Cは、自在継手33による角度補正機構の作用により、電極チップ23Cと金属板Mとが略垂直状態になるように打角を補正する。
次に、本発明の第3実施形態に係る抵抗スポット溶接装置について、図12を参照して説明する。本実施形態の抵抗スポット溶接装置は、可動側電極及び固定側電極の両電極チップと鋼板とを略垂直に接触させて打角によるLME割れの発生を抑制することを目的とする。
次に、本発明の第4実施形態に係る抵抗スポット溶接装置について図13~図18を参照して説明する。本実施形態の抵抗スポット溶接装置は、一対の可動側電極の両電極チップと鋼板とを略垂直に接触させて、打角によるLME割れの発生を抑制すると共に、通電時の溶融金属の膨張によって生じる衝撃力を一対の可動側電極で吸収して、LME割れの発生をさらに抑制することを目的とする。
(1) C:0.08質量%以上、Si:0.50質量%以上を含み、引張強度が980MPa以上で、かつ亜鉛めっきされた鋼板を少なくとも1枚有する複数の鋼板をスポット溶接するための抵抗スポット溶接方法であって、
前記複数の鋼板を挟み込んで加圧する一対の電極チップと、前記一対の電極チップのうち少なくとも一方に設けられ、前記電極チップの軸方向への加圧力を吸収可能な加圧力吸収機構と、を備える一対の電極を用いて、
前記一対の電極チップに前記複数の鋼板を挟み込み、かつ、前記一対の電極チップに加圧力を付与した状態で通電することで、前記通電時に発生する前記加圧力の変動荷重を前記加圧力吸収機構により吸収しながら溶接する、抵抗スポット溶接方法。
(2) 前記一対の電極のうち一方は固定式電極であり、他方は可動式電極であって、
前記加圧力吸収機構は、前記可動式電極側に設けられる、(1)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(3) 前記加圧力吸収機構は、弾性部材を用いた機構である、(1)又は(2)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(4) 前記弾性部材は、バネ定数が10N/mm以上1500N/mm以下であるバネによって構成される、(3)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(5) 前記加圧力吸収機構は、空圧を用いた機構である、(1)又は(2)に記載の抵抗スポット溶接方法。
前記複数の鋼板を挟み込んで加圧する一対の電極チップと、前記鋼板に対する前記一対の電極チップの角度をそれぞれ補正可能な一対の角度補正機構と、を備える一対の電極を用いて、
前記一対の電極チップに前記複数の鋼板を挟み込み、かつ、前記一対の電極チップの軸が前記鋼板に対して略垂直となるように接触させながら、前記一対の電極チップに加圧力を付与した状態で通電することで溶接する、抵抗スポット溶接方法。
(7) 前記一対の角度補正機構のうち少なくとも一方は自在継手を用いた機構である、(6)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(8) 前記一対の電極のうち一方は固定式電極であり、他方は可動式電極であって、
前記自在継手を用いた機構は、前記固定式電極側に設けられる、(7)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(9) 前記一対の角度補正機構のうち一方が前記固定式電極側に設けられた自在継手を用いた機構であり、他方が前記可動式電極側に設けられた弾性部材を用いた機構である、(8)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(10) 前記弾性部材は、バネ定数が10N/mm以上1500N/mm以下であるバネによって構成される、(9)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(11) 前記一対の角度補正機構の両方が自在継手を用いた機構である、(7)に記載の抵抗スポット溶接方法。
(12) 前記電極チップは、先端面の曲率半径RがR≦100mmを満たし、かつ、外径φがφ≦16mmを満たす、(1)~(11)のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。
(13) 前記電極チップは、その先端部の少なくとも一部が前記鋼板に当接するフラット面を有する、(1)~(11)のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。
(14) 通電終了後、0.01sec以上加圧保持したのち、前記電極の加圧から圧力開放に転じる制御を行う、(1)~(13)のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。
(15) 溶接電流が交流電流である、(1)~(14)のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法。
第2の電極用シャンクと、
前記第1の電極用シャンクの第1端に設けられ、フラット面を有する電極チップと、
前記第1の電極用シャンクの第2端と前記第2の電極用シャンクを接続し、弾性変形可能な接続部材と、を備え、
冷却水を流すための流路が、前記第1の電極用シャンクと、前記接続部材と、前記第2の電極用シャンクそれぞれの内部を貫通するように設けられている、スポット溶接ガン用電極。
(17) 前記第1の電極用シャンクと前記第2の電極用シャンクを電気的に接続する導線が、前記接続部材の外側に設けられている、(16)に記載のスポット溶接ガン用電極。
(18) 前記接続部材は金属製のブロックにより形成され、当該金属製のブロックには、弾性変形を促す切り欠きが設けられている、(16)又は(17)に記載のスポット溶接ガン用電極。
(19) 前記流路は、前記第2の電極用シャンクから前記電極チップに向けて冷却水を流す往路と、前記電極チップから前記第2の電極用シャンクに向けて冷却水を流す復路を含み、
前記復路は、前記第1の電極用シャンクと、前記接続部材と、前記第2の電極用シャンクそれぞれの内部を貫通する内部空間により形成され、
前記往路は、前記内部空間に配置され、前記第1の電極用シャンクと、前記接続部材と、前記第2の電極用シャンクを貫通する一体のパイプにより形成される、(16)~(18)のいずれかに記載のスポット溶接ガン用電極。
(20) (16)~(19)のいずれかに記載のスポット溶接ガン用電極を有するスポット溶接ガン。
20A 第1の電極(電極)
20B 第2の電極(電極)
20C 第3の電極(電極)
20D 第4の電極(電極)
23A,23B,23C,23D 電極チップ
23d フラット面
24 弾性部材(接続部材、加圧力吸収機構、角度補正機構)
43 弾性部材(接続部材、加圧力吸収機構、角度補正機構)
33 自在継手
M 金属板(鋼板)
R 先端面の曲率半径
φ 外径
Claims (9)
- C:0.08質量%以上、Si:0.50質量%以上を含み、引張強度が980MPa以上で、かつ亜鉛めっきされた鋼板を少なくとも1枚有する複数の鋼板をスポット溶接するための抵抗スポット溶接方法であって、
前記複数の鋼板を挟み込んで加圧する一対の電極チップと、前記一対の電極チップのうちの一方のみに設けられた、前記電極チップの軸方向への加圧力を吸収可能な加圧力吸収機構と、を備える一対の電極を用いて、
前記一対の電極チップに前記複数の鋼板を挟み込み、かつ、前記一対の電極チップに加圧力を付与した状態で通電することで、前記通電時に発生する前記鋼板の溶融金属の膨張による前記加圧力の変動荷重を前記加圧力吸収機構により吸収しながら溶接する、抵抗スポット溶接方法。 - 前記一対の電極のうち一方は固定式電極であり、他方は可動式電極であって、
前記加圧力吸収機構は、前記可動式電極側に設けられる、請求項1に記載の抵抗スポット溶接方法。 - 前記加圧力吸収機構は、弾性部材を用いた機構である、請求項1又は2に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 前記弾性部材は、バネ定数が10N/mm以上1500N/mm以下であるバネによって構成される、請求項3に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 前記加圧力吸収機構は、空圧を用いた機構である、請求項1又は2に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 前記電極チップは、先端面の曲率半径RがR≦100mmを満たし、かつ、外径φがφ≦16mmを満たす、請求項1~5のいずれか1項に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 前記電極チップは、その先端部の少なくとも一部が前記鋼板に当接するフラット面を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 通電終了後、0.01sec以上加圧保持したのち、前記電極の加圧から圧力開放に転じる制御を行う、請求項1~7のいずれか1項に記載の抵抗スポット溶接方法。
- 溶接電流が交流電流である、請求項1~8のいずれか1項に記載の抵抗スポット溶接方法。
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