JP7842374B2 - スポット溶接継手の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、スポット溶接継手の製造方法に関する。
本願は、２０２４年３月１４日に、日本に出願された特願２０２４－０４０４５１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

高強度鋼のスポット溶接部では、低温割れが生じる場合がある。低温割れとは、溶接後、溶接部の温度が常温付近に低下してから発生する割れの総称である。高強度鋼における低温割れは、高強度鋼の水素脆化によって引き起こされる遅れ破壊に起因すると考えられている。

高強度鋼の溶接部において低温割れを抑制するために、種々の技術が提案されている。

特許文献１には、二枚以上重ね合わせた鋼板を一対の溶接電極で挟持し、前記鋼板を加圧しながら通電し、前記鋼板相互の重ね合わせ面にナゲットを形成して、前記鋼板同士を接合する、抵抗スポット溶接方法において、前記接合後に、前記鋼板の振動数が１００Ｈｚ以上、かつ、前記鋼板の最大振幅が１０ｎｍ～５００μｍを満たすように、前記ナゲットに直接的又は間接的に振動を付加することを特徴とする、抵抗スポット溶接方法が開示されている。

特許文献２には、抵抗溶接用の電極の周りに高周波加熱用コイルを巻きまわした配置からなる装置を用いる鋼板の溶接方法において、抵抗溶接により被溶接材を溶融凝固させナゲット形成させた後、高周波加熱により溶融凝固部及び熱影響部の焼き戻し処理を行ない、この際、高周波加熱による前記焼き戻し処理は、その加熱温度を前記被溶接材のＡ３変態点以下で行ない、且つ前記焼き戻し処理のＡ３変態点まで高周波加熱により加熱する方法を、高周波加熱コイルのＡ２変態点到達時のインピーダンス変化を検知して、その検知してから１秒以下の時間の経過後、高周波加熱を停止する、あるいは、高周波加熱による入熱を低下させる方法とし、その後、２０℃／ｓ以上の冷却速度で放冷する、あるいは、抵抗溶接の電極を加圧保持することにより２０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する溶接方法が開示されている。

特許第７２４３９２８号公報 特許第５４５９７５０号公報

特許文献１に記載の技術では、ナゲットに振動を付加することによってナゲット内の水素を鋼板の外部に逃がすことにより、耐遅れ破壊特性を向上させている。しかしながら、ナゲットに振動を付加するためには、振動付加装置が必要である。これにより、製造効率が低下する。既存のスポット溶接装置によって遅れ破壊を抑制することが好ましい。

特許文献２に記載の技術では、スポット溶接後に高周波によって溶接部を加熱して、焼戻し処理を行う。しかしながら、高周波による焼戻し処理をするためには、高周波加熱装置が必要である。これにより、製造効率が低下する。既存のスポット溶接装置によって遅れ破壊を抑制することが好ましい。

既存のスポット溶接装置によって実施可能な遅れ破壊の防止方法として、後通電がある。後通電とは、板組に後熱電流を流すことである。用語「後熱電流」は、ＪＩＳ Ｚ ３００１－６：２０１３「溶接用語－第６部：抵抗溶接」において「溶接によって硬化する鋼材のスポット溶接、プロジェクション溶接、アプセット溶接などの抵抗溶接において、溶接を行った後、硬化した溶接部に対して焼戻し又は焼なましを行う目的で流す電流。テンパ電流ともいう」と定義されている。

鋼の硬さを低下させると、鋼の水素脆化感受性も低下する。従って、後通電によってナゲットの硬さを低下させると、遅れ破壊を抑制することができる。

しかしながら、高強度鋼部材を含む板組においては、後通電の効果が安定的に得られない場合が少なくない。なぜなら、本通電によって形成されるナゲットの径を一定にすることが難しいからである。

本通電とは、板組に溶接電流を流すことである。用語「溶接電流」は、ＪＩＳ Ｚ ３００１－６：２０１３「溶接用語－第６部：抵抗溶接」において「溶接部形成のために流す（本）電流」と定義されている。溶接電流によって、板組は溶融する。溶接電流の通電を停止すると、板組から電極への熱移動によって、溶融金属は凝固してナゲットとなる。本通電によって形成されたナゲットに、後通電が行われる。

厳密に管理された溶接環境下では、本通電における溶接電流、溶接時間、及び加圧力を一定にすれば、ナゲットの径は一定になる。しかしながら、通常の溶接環境においては外乱が存在する。代表的な外乱の例は、板隙、及び分流である。板隙とは、板組を構成する複数の鋼部材の間の隙間のことである。分流とは、主な溶接電流のほかに、既溶接点及び被溶接物が形成する並列回路に流れる電流のことである。外乱が存在する溶接環境下で複数回の本通電を行って得られた複数のナゲットの径は、一定とならないことが通常である。

ナゲット径のばらつきは、電流経路の断面積をばらつかせ、電流経路の抵抗値及び抵抗発熱量をばらつかせる。従って、ナゲット径のばらつきは、後通電後の溶接部の機械特性をもばらつかせる。

目標ナゲット径よりも現実のナゲット径の方が小さい場合、後通電の際の電極間の電気抵抗値が大きくなる。これにより、後通電における抵抗発熱量が過大となり、溶接部の温度が再焼入れ温度域まで上昇し、溶接部に再焼入れが生じる。すると、ナゲットが硬化し、低温割れが生じやすくなる。

一方、目標ナゲット径よりも現実のナゲット径の方が大きい場合、後通電の際の電極間の電気抵抗値が小さくなり、後通電における抵抗発熱量が不足する。その結果、ナゲットが十分に軟化せず、低温割れが十分に抑制されなくなる。

以上説明した通り、溶接環境における外乱の存在、及びナゲット径のばらつきに起因して、通常の後通電では低温割れ抑制効果が安定的に得られない。以上の事情に鑑みて、本開示は、外乱が存在する溶接環境下において安定的にナゲットの硬さを低減し、高強度鋼部材において低温割れを抑制可能なスポット溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。

本開示の要旨は以下の通りである。

（１）本開示の一態様に係るスポット溶接継手の製造方法は、引張強さが９８０ＭＰａ以上の鋼部材を１つ以上含む板組に本通電する工程と、前記板組に後通電する工程と、を備えるスポット溶接継手の製造方法であって、前記本通電を、適応制御以外の手段によって制御し、前記板組を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量から、前記後通電の通電時間を基に単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量を計算し、前記後通電を、計算された単位体積及び単位時間当たりの前記瞬時発熱量を発生させる電極間抵抗もしくは電極間電圧、又は後熱電流で調整することによって、適応制御する。
（２）好ましくは、上記（１）に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記後通電の前半における累積発熱量を、前記後通電の全体における累積発熱量の２／３以上とする。
（３）好ましくは、上記（１）又は（２）に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記本通電の前に、前記板組を模擬するテスト板組にテスト本通電及びテスト後通電を複数回行い、複数回の前記テスト本通電において形成するナゲットの径を略同一とし、複数回の前記テスト後通電のうち、前記テスト板組を良好に後通電できた前記テスト後通電の単位体積当たりの累積発熱量を、前記板組を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの前記累積発熱量とする。
（４）好ましくは、上記（３）に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記テスト板組の溶接部に割れを生じさせない前記テスト後通電における累積発熱量を、前記板組を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの前記累積発熱量とする。
（５）好ましくは、上記（３）に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記テスト板組の前記ナゲットの硬さを最小化する前記テスト後通電における累積発熱量を、前記板組を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの前記累積発熱量とする。
（６）好ましくは、上記（３）に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記テスト板組の溶接部の十字引張強さを最大化する前記テスト後通電の累積発熱量を、前記板組を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの前記累積発熱量とする。
（７）好ましくは、上記（３）に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記板組に形成されるナゲットの径を、前記テスト板組に形成されるナゲットの径の０．７倍～１．３倍の範囲内とする。

本開示によれば、外乱が存在する溶接環境下において安定的にナゲットの硬さを低減し、高強度鋼部材において低温割れを抑制可能なスポット溶接継手の製造方法を提供することができる。

スポット溶接の概略図である。 本通電における電流（溶接電流）とナゲット径との関係を示すグラフである。 適応制御された後通電の後の、種々のナゲットのビッカース硬さ分布を示すグラフである。 定電流制御された後通電の後の、種々のナゲットのビッカース硬さ分布を示すグラフである。 図３及び図４のグラフに示されるビッカース硬さの測定位置を説明する断面図である。

本開示に係るスポット溶接継手１の製造方法は、引張強さが９８０ＭＰａ以上の鋼部材１１１（高強度鋼部材１１１Ｈ）を１つ以上含む板組１１に本通電する工程と、板組１１に後通電する工程と、を備え、板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量から、後通電の通電時間を基に単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量を計算し、後通電を、計算された単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量を発生させる電極間抵抗 もしくは電極間電圧、又は溶接電流で調整することによって、適応制御する。以下、本開示に係るスポット溶接継手１の製造方法について詳細に説明する。

（板組１１）
スポット溶接継手１の製造方法では、板組１１にスポット溶接をする。板組１１とは、溶接母材である鋼部材１１１を重ねて作成した被溶接材である。板組１１に含まれる鋼部材１１１の形状は特に限定されない。鋼部材１１１は、任意の立体的形状を有することができる。例えば鋼部材１１１がハット形部材である場合、ハット形部材のフランジ部を重ねて板組１１を形成する。重ね合わせられたフランジ部をスポット溶接することにより、ハット形部材を接合してスポット溶接継手１を作成する。あるいは、鋼部材１１１が鋼板であってもよい。板組１１が含む鋼部材１１１の個数は、２以上の任意の値とすることができる。

板組１１が含む鋼部材１１１のうち１以上は、引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼部材１１１Ｈとされる。高強度鋼部材１１１Ｈの引張強さが１０００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以上、又は１５００ＭＰａ以上であってもよい。高強度鋼部材１１１Ｈの引張強さの上限は特に規定されない。例えば高強度鋼部材１１１Ｈの引張強さが２５００ＭＰａ以下、２２００ＭＰａ以下、又は２０００ＭＰａ以下であってもよい。また、板組１１が、引張強さが９８０ＭＰａ未満の低強度鋼部材１１１Ｌを含んでもよい。

高強度鋼部材１１１Ｈは、スポット溶接継手１の強度を高める。一方、高強度鋼部材１１１Ｈに形成された溶接部１２においては、低温割れが生じやすい。

（本通電）
本実施形態に係るスポット溶接の製造方法において行われるスポット溶接は、本通電と後通電とを有する。本通電においては、板組１１を一対のスポット溶接用電極２で挟み、板組１１を加圧しながら板組１１に溶接電流を流す。溶接電流は本電流とも称される。溶接電流は、板組１１に抵抗発熱を生じさせ、板組１１を溶融させる。

本通電の終了後は、板組１１を一対の電極２で挟んだまま、電極２に流れる電流を０又はこれに近い値とする。スポット溶接用の電極２の内部には冷媒が流通しているので、電極２によって板組１１を加圧している間は、板組１１から電極２に熱が移動する。これにより、板組１１を冷却して、溶融金属を凝固させて、ナゲット１２１を形成する。溶接電流の終わりから、後熱電流開始までの時間は、冷却時間又はチル時間と称される。ナゲット１２１は、板組１１に含まれる複数の鋼部材１１１を接合する。なお、ナゲット１２１の周囲には熱影響部１２２が形成される。ナゲット１２１及び熱影響部１２２を含んだ部分を、溶接部１２と称する。

本通電は適応制御以外の手段によって制御される。例えば本通電は定電流制御される。定電流制御とは、抵抗溶接において、主通電の各半サイクル又は各サイクルごとに主回路の電流の変動を検出し、この変動を自動的に補正する機能をもつ主通電回路の通電制御方式のことである（ＪＩＳ Ｚ ３００１－６：２０１３参照）。なお、定電流制御とは、
（１）電源を直流電源とし、且つ電流を一定に制御すること、及び
（２）電源を交流電源とし、且つ実効電流を一定に制御すること
の両方を含む概念である。

溶接電流をアップスロープ制御、又はダウンスロープ制御してもよい。アップスロープ制御とは、設定された時間に、あらかじめ決められた値又はゼロから電流を連続的に増加させる制御のことであり、ダウンスロープ制御とは、設定された時間に、あらかじめ決められた値又はゼロまで電流を連続的に減少させる制御のことである（ＪＩＳ Ｚ ３００１－６：２０１３参照）。溶接電流の波形を正弦波、方形波、又は非正弦波（三角波、ランプ波、若しくはＳｉｎｃ波）としても良い。

本通電における溶接電流、加圧力、及び溶接時間（溶接電流を通じる時間）は特に限定されない。板組１１に含まれる鋼部材１１１の厚さ、成分、及び鋼部材１１１の個数に適した溶接条件を、当業者は選択することができる。

（後通電）
本通電によってナゲット１２１を形成した後、板組１１に後通電をする。後通電においては、板組１１を一対の電極で挟み、板組１１を加圧しながら板組１１に後熱電流を流す。後熱電流は、板組１１に抵抗発熱を生じさせ、ナゲット１２１を焼き戻す。

後通電は、適応制御される。適応制御とは、制御対象の特性・環境などの外乱に応じて、制御系の特性を所要の条件を満たすように変化させる制御のことである。本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法の後通電においては、単位体積当たりの累積発熱量Ｑを適応制御の指標とする。単位体積当たりの累積発熱量Ｑを所定値とするように、後通電におけるジュール発熱量を制御する。

後通電における単位体積当たりの累積発熱量Ｑとは、以下の式Ａによって算出される値ｑを、後通電の開始から終了までの期間で累積した値である。
ｑ＝（Ｖ×Ｉ）／（Ｓ×ｔ）…式Ａ
式Ａにおいて、Ｖは電極間電圧であり、Ｉは溶接電流であり、Ｓは電流経路の断面積であり、ｔは板組１１に含まれる鋼部材１１１の総板厚（ｍｍ）である。式Ａによって求められる値ｑは、単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量ｑである。後熱電流は、接触面積Ｓで総板厚ｔの柱状部分を通過して抵抗発熱を発生させるからである。

なお、式Ｂを用いて式Ａを書き換えると、式Ｃとなる。
Ｒ＝（ｒ×ｔ）／Ｓ…式Ｂ
ｑ＝（Ｖ×Ｉ×Ｒ）／（ｒ×ｔ^２）
＝（Ｖ^２）／（ｒ×ｔ^２）…式Ｃ
式Ｂにおいて、ｒは被溶接材（板組１１）の抵抗率である。式Ｂによって求められるＲは、断面積Ｓかつ総板厚ｔの柱状部分の抵抗である。

式Ｃから明らかなように、単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量ｑは、電極間電圧Ｖと、板組１１の総板厚ｔと、板組１１の抵抗率ｒから計算でき、電流経路の断面積Ｓによる影響を受けない。一方、板組１１の抵抗率は、板組１１の温度に応じて変化する。たとえ後通電の開始から終了までを通じてＩ及びＶが一定値であったとしても、ｑは一定とはならない。また、散りが発生すると、電極２によって挟持された部位における板組１１の総板厚ｔは大きく減少する。

単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量ｑを、後通電の開始から終了までの間で累積すれば、後通電における単位体積当たりの累積発熱量Ｑとなる。この単位体積当たりの累積発熱量Ｑもまた、電流経路の断面積Ｓを用いないで算出できる。

本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法では、単位体積当たりの累積発熱量Ｑを、後通電の適応制御の指標とする。具体的には、
（１）まず、板組１１を良好に後通電できる単位体積当たりの累積発熱量Ｑを予め求める。
（２）次いで、板組１１を良好に後通電できる単位体積当たりの累積発熱量Ｑ、及び後通電の通電時間（後熱時間）に基づいて、当該累積発熱量Ｑを再現可能な単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量ｑを計算する。
（３）そして、計算された単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量ｑが得られるように、後通電を適応制御する。
適応制御は、電極間抵抗 もしくは電極間電圧、又は後熱電流で調整することによって行う。後熱電流を調整することによって所定の単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量ｑを達成してもよい。また、電極間抵抗もしくは電極間電圧を調整することによって所定の単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量ｑを達成してもよい。例えば、通電中の電極間電圧をリアルタイムフィードバックし、最適条件を再現するために電流値及び通電時間を自動制御することが好ましい。

板組１１において良好な後通電ができる累積発熱量Ｑの特定方法は限定されない。シミュレーションによって累積発熱量Ｑを決定することができる。また、テスト後通電によって累積発熱量Ｑを決定することもできる。テスト後通電とは、製造すべきスポット溶接継手１を得る本通電及び後通電に先立って行われる、適正条件を探索するための後通電である。以下に、テスト後通電の一例を説明する。

テスト後通電の実施に先立ち、まず溶接対象となる板組１１を模擬する板組１１を準備する。以下、溶接対象となる板組１１を「本番板組」又は単に「板組」と称し、本番板組を模擬する板組１１を「テスト板組」と称する。本番板組とテスト板組との間では、母材の鋼種、母材の板厚、母材の枚数、及び母材を重ねる順番が同一であればよい。例えば、溶接対象となる板組１１は、鋼板をプレス加工して得られる鋼部材１１１の平坦部を重ねて作成される場合がある。これを模擬する板組１１は、プレス加工等を行う前の鋼板を重ねて作成してもよい。

テスト板組に本通電を行う際には、外乱を可能な限り抑制し、ナゲット径のばらつきを抑制する。外乱とは、例えば板隙、及び分流である。また、テスト板組に本通電を行って製造されるナゲット１２１の径は、製造しようとするスポット溶接継手１のナゲット１２１の目標径と同一とする。好ましくは、テスト板組に行う本通電（以下、「テスト本通電」と称する）における溶接電流、通電時間、及び加圧力を、本番板組に行う本通電（以下「本番本通電」と称する）と同一とする。テスト本通電は複数回実施する。

テスト本通電によって、テスト板組に形成したナゲット１２１に、テスト後通電を行う。テスト本通電及びテスト後通電は、複数回実施する。複数回のテスト後通電において、累積発熱量を変化させる。これにより製造された複数のナゲット１２１を評価する。良好なナゲット１２１が製造可能であったテスト後通電における累積発熱量を、板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量として用いる。

例えば、テスト板組に形成した溶接部１２を観察することにより、テスト後通電の後に低温割れが生じたか否かを判定することができる。溶接部１２に低温割れを生じさせなかった任意の後通電における累積発熱量を、板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量として用いてもよい。

また、テスト板組に形成したナゲット１２１を切断し、断面にビッカース硬さ試験を行うことにより、テスト板組のナゲット１２１の硬さを測定することができる。テスト板組のナゲット１２１の硬さを最小化した後通電における累積発熱量を、板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量として用いてもよい。また、テスト板組のナゲット１２１の硬さを所定値以下とすることができる任意の累積発熱量を、板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量として用いてもよい。

あるいは、テスト板組に設けられた溶接部１２に十字引張試験を行うことにより、溶接部１２の十字引張強さを測定することができる。テスト板組の溶接部１２の十字引張強さを最大化した後通電における累積発熱量を、板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量として用いてもよい。また、テスト板組の溶接部１２の十字引張強さを所定値以上とすることができる任意の累積発熱量を、板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量として用いてもよい。十字引張試験は、例えばＪＩＳ Ｚ ３１３７：１９９９「抵抗スポット及びプロジェクション溶接継手の十字引張試験に対する試験片寸法及び試験方法」に従って行う。

（作用効果）
本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法においては、板組１１が高強度鋼部材１１１Ｈを含む。これにより、高い強度を有するスポット溶接継手１を製造することができる。ただし、高強度鋼部材１１１Ｈに設けられた溶接部１２には低温割れが生じやすい。また、本通電においてはナゲット径がばらつきやすいので、適切な後通電を行って低温割れを安定的に抑制することが難しい。

そこで本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法では、板組１１を良好に後通電できる単位体積当たりの累積発熱量Ｑを予め求める。そして、当該累積発熱量を再現するように、後通電を適応制御する。これにより、安定的に低温割れを抑制することができる。

後通電の作用効果が安定しない原因は、外乱によってナゲット径が変化し、電流経路の抵抗値が変化するからである。従来の後通電においては、最適な後熱電流及び通電時間（後熱時間）を特定し、これを再現するように本番の後通電において定電流制御を行っていた。しかしながら、本番の後通電におけるナゲット１２１の径がテスト後通電よりも小さくなると、抵抗値が増大する。後通電を定電流制御している場合は、抵抗値の増大に対応して電極間電圧が増大する。これにより、後通電における入熱量が過剰となるのである。

しかしながら、累積発熱量を制御目標として後通電を適応制御することにより、この問題を回避することができることを本発明者らは知見した。累積発熱量を制御目標として後通電を適応制御している場合は、抵抗値の増大に対応して後熱電流が低下する。そして、本番後通電における累積発熱量が、テスト後通電における累積発熱量と略一致する。
本発明者らの実験結果によれば、後通電における累積発熱量を一定にすることにより、後通電の作用効果も一定の範囲内とすることができた。即ち、低温割れを抑制可能なテスト後通電の累積発熱量を再現する本番後通電によれば、低温割れを安定的に抑制することができた。即ち、本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法においては、本通電における外乱によってナゲット径がばらついている場合であっても、後通電において自動的に最適な通電条件を板組１１に適用し、低温割れを抑制することができた。

なお、従来技術では、本通電に適応制御をすることにより、ナゲット径が安定化すると考えられている。しかし本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法においては、本通電は適応制御されない。本発明者らの知見によれば、著しい外乱が溶接環境に存在する場合は、本通電を適応制御することで著しい散りが発生しうる。低温割れの抑制が必要とされる場合は、本通電に適応制御をする利点は乏しい。むしろ、本通電における著しい散り発生のリスクを抑制し、低温割れ抑制効果を高める観点からは、本通電に適応制御をしないほうが望ましい。なお、後通電における適応制御は、散り発生のリスクを増大させない。後通電の実施の際には、安定した電流経路であるナゲットが存在するからである。

以上、本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法の、最も基本的な態様について説明した。以下、一層好ましい態様について説明する。

（後通電の前半における累積発熱量）
後通電の前半における累積発熱量を、後通電の全体における累積発熱量の２／３以上とすることが好ましい。後通電の前半における累積発熱量とは、単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量ｑを、後通電の開始時点から後通電時間（後熱時間）の半分の時間が経過した時点までの期間で累積した値である。後通電の全体における累積発熱量とは、即ち単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量ｑを後通電の開始から終了までの期間で累積した値である。

後通電の前半における累積発熱量を、後通電の全体における累積発熱量の２／３以上とすることにより、後通電の適応制御を一層安定化させることができる。後通電の前半における累積発熱量を上述の範囲内とすることにより、後通電の後半において過剰な発熱を回避しやすくなるためである。また、後通電の前半において必要な発熱量の大半を確保し、後通電の後半において発熱量を微調整することにより、発熱量の一層精緻な制御が達成される。

（板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量の特定方法）
板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量を特定する方法は特に限定されない。上述の通り、シミュレーションによって当該発熱量を推定することができる。一方、上述の通り、本番板組を模擬するテスト板組にテスト本通電及びテスト後通電を行うことにより、当該発熱量を推定することもできる。即ち、本番本通電の前に、本番板組を模擬するテスト板組にテスト本通電及びテスト後通電を複数回行い、複数回のテスト本通電において形成するナゲット１２１の径を略同一とし、複数回のテスト後通電のうち、テスト板組を良好に後通電できたテスト後通電の単位体積当たりの累積発熱量を、板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量とすることができる。複数回のテスト本通電において形成するナゲット１２１の径が、目標径の±１０％の範囲内にある場合、複数回のテスト本通電において形成するナゲット１２１の径は略同一であるとみなされる。好ましくは、複数回のテスト本通電において形成するナゲット１２１の径は、目標径の±５％の範囲内とされる。

テスト後通電をする場合、例えば以下のいずれかの値を、板組１１を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量として用いることができる。
（１）テスト板組の溶接部１２に割れを生じさせないテスト後通電における累積発熱量
（２）テスト板組のナゲット１２１の硬さを最小化するテスト後通電における累積発熱量
（３）テスト板組の溶接部１２の十字引張強さを最大化するテスト後通電における累積発熱量

（テスト板組のナゲット径と、本番板組のナゲット径との差）
本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法を実施する環境においては、外乱があってもよい。従って、本番本通電によって形成したナゲット１２１の径が目標値に対してばらついていてもよい。適応制御された後通電によれば、ナゲット１２１の径のばらつきの影響を十分に緩和することができるからである。一方、本番本通電によって形成するナゲット１２１の径を、テスト本通電によって形成したナゲット１２１の径に近づけることにより、スポット溶接継手１の耐低温割れ性を一層向上させることができる。例えば、本番板組に形成されるナゲット１２１の径を、テスト板組に形成されるナゲット１２１の径の０．７倍～１．３倍の範囲内とすることが好ましい。

なお、ＪＩＳ Ｚ ３００１－６：２０１３「溶接用語－第６部：抵抗溶接」では、ナゲット径は「スポット溶接部又はプロジェクション溶接部の断面試験によって接合界面で測定されるナゲット部の直径」と規定されている。鋼部材１１１の数が３以上であり、鋼部材１１１の接合界面が２以上ある場合は、ナゲット１２１の径の測定箇所は２つあることになる。本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法は、高強度鋼部材１１１Ｈの低温割れの抑制を課題としている。そのため、本番板組のナゲット径とテスト板組のナゲット径を比較する際は、高強度鋼部材１１１Ｈの接合界面で測定されるナゲット径を比較のために用いる。例えば３つの高強度鋼部材１１１Ｈが重ねられている場合のように、高強度鋼部材１１１Ｈの接合界面が２以上ある場合は、少なくとも１つの接合界面において測定されるナゲット径が上述の範囲内にあることが好ましく、全ての接合界面において測定されるナゲット径が上述の範囲内にあることが一層好ましい。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示はこれに限定されることなく、その技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下に、本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法の一層好適な例について説明する。

（高強度鋼部材１１１Ｈのビッカース硬さ及び厚さ）
高強度鋼部材１１１Ｈのビッカース硬さは特に限定されない。例えば、高強度鋼部材１１１Ｈのビッカース硬さをＨＶ３００以上、ＨＶ４００以上、ＨＶ５００以上、又はＨＶ６５０以上とすることが好ましい。高強度鋼部材１１１Ｈのビッカース硬さをＨＶ５００以下、ＨＶ６５０以下、又はＨＶ８５０以下としてもよい。高強度鋼部材１１１Ｈの厚さも特に限定されない。例えば高強度鋼部材１１１Ｈの厚さを１．０ｍｍ以上、１．４ｍｍ以上、又は１．８ｍｍ以上としてもよい。高強度鋼部材１１１Ｈの厚さを１．８ｍｍ以下、２．０ｍｍ以下、又は２．６ｍｍ以下としてもよい。

（低強度鋼部材１１１Ｌの引張強さ、ビッカース硬さ、及び厚さ）
板組１１が、引張強さ９８０ＭＰａ以下の低強度鋼部材１１１Ｌを有していてもよい。低強度鋼部材１１１Ｌの構成は特に限定されない。スポット溶接継手１の用途に応じた構成を、低強度鋼部材１１１Ｌに適用することができる。例えば、低強度鋼部材１１１Ｌの引張強さを２７０ＭＰａ以上、４４０ＭＰａ以上、又は５９０ＭＰａ以上としてもよい。低強度鋼部材１１１Ｌの引張強さを４４０ＭＰａ以下、５９０ＭＰａ以下、又は７８０ＭＰａ以下としてもよい。低強度鋼部材１１１Ｌのビッカース硬さをＨＶ８０以上、ＨＶ１２０以上、又はＨＶ１８０以上としてもよい。低強度鋼部材１１１Ｌのビッカース硬さをＨＶ１５０以下、ＨＶ２００以下、又はＨＶ２８０以下としてもよい。低強度鋼部材１１１Ｌの厚さも特に限定されない。例えば低強度鋼部材１１１Ｌの厚さを０．５ｍｍ以上、０．６ｍｍ以上、又は０．７ｍｍ以上としてもよい。低強度鋼部材１１１Ｌの厚さを１．２ｍｍ以下、１．４ｍｍ以下、又は１．６ｍｍ以下としてもよい。

（表面処理）
鋼部材１１１が表面処理を有していてもよい。例えば耐食性、及び美観等を向上させるために、鋼部材１１１の表面にめっきが設けられていることが好ましい。めっきの種類としては、Ａｌ系めっき、Ａｌ系合金化めっき、Ｚｎ系めっき、及びＺｎ系合金化めっき等が挙げられる。Ａｌ系めっきとは、Ａｌの含有量が５０質量％以上のめっきのことである。Ａｌ系合金化めっきとは、Ａｌの含有量が５０質量％以上であって、その一部が下地の鋼部材１１１と合金化されているめっきのことである。Ｚｎ系めっきとは、Ｚｎの含有量が５０質量％以上のめっきのことである。Ｚｎ系合金化めっきとは、Ｚｎの含有量が５０質量％以上であって、その一部が下地の鋼部材１１１と合金化されているめっきのことである。

（板組１１の板厚比）
板組１１の板厚比は特に限定されない。板厚比とは、板組１１の総厚さを、板組１１の表面に配された鋼部材１１１のうち薄い方の厚さで割った値のことである。例えば板組１１の板厚比を３以上、４以上、又は５以上としてもよい。板組１１の板厚比を６以下、７以下、又は９以下としてもよい。

鋼部材１１１の引張強さは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１「金属材料引張試験方法」に従って測定する。試験片形状は、鋼部材１１１の形状に応じて適宜選択することができる。鋼部材１１１から試験片を採取することが困難な場合は、鋼部材１１１のビッカース硬さを測定し、公知の換算表を用いて当該ビッカース硬さを引張強さに換算することにより、鋼部材１１１の引張強さを推定してもよい。鋼部材１１１の硬さは、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９「ビッカース硬さ試験－試験方法」に従って測定する。測定の際に、試験力は０．５ｋｇとする。

実施例により本開示の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本開示の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本開示は、この一条件例に限定されない。本開示は、その要旨を逸脱せず、その目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。

（１．ナゲット硬さ評価）
厳密に管理され、外乱が実質的に存在しない溶接環境において、種々のスポット溶接継手を作成した。諸条件は以下の通りとした。１条件につき２回のスポット溶接を行った。
●板組
２枚の１．５ＧＰａ級冷延鋼板（縦３０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ）を重ねて作成
●上記板組に関する最適条件
本通電：溶接時間３６０ｍｓｅｃ、溶接電流４．４ｋＡ
冷却時間：１０００ｍｓｅｃ
ナゲット径：３√ｔ（＝３．７９ｍｍ）
後通電：後熱時間９８０ｍｓｅｃ、後熱電流３．７ｋＡ
●スポット溶接条件
本通電 最適条件±０．２、±０．４、又は±０．８ｋＡ
冷却時間 １０００ｍｓｅｃ
後通電 （１）最適条件における累積発熱量を制御目標値とした適応制御
（２）最適条件の後通電と同じ条件で定電流制御

上記板組に、上記最適条件を適用した本通電及び後通電をすることにより、低温割れがないナゲットを得ることができた。そして、上記最適条件を基準として、本番溶接を模擬したスポット溶接実験を行った。スポット溶接実験では、溶接電流を最適条件に対して±０．８ｋＡの範囲内で変化させた。これにより、外乱によって生じるナゲット径の変動を模擬した。
スポット溶接実験の後通電は、適応制御、又は定電流制御された。後通電を適応制御したスポット溶接実験においては、最適条件の後通電における単位体積当たりの累積発熱量から、後通電の通電時間を基に単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量を計算した。そしてスポット溶接実験の後通電を、計算された単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量を発生させる電極間抵抗 もしくは電極間電圧、又は後熱電流で調整することによって、適応制御した。後通電を定電流制御したスポット溶接実験においては、上記最適条件の後通電を再現するようにした。

上述の実験によって得られたスポット溶接継手の溶接部を切断し、ナゲットの径と溶接部のビッカース硬さを測定した。なお、ナゲットの硬さ測定は、図５に示されるように行った。ナゲット１２１の硬さ測定は、鋼板の接合界面に平行であり、且つ接合界面から若干離れた破線Ｘに沿って、連続的に行った。連続硬さ測定の始点は、ナゲット１２１の中央とした。連続硬さ測定の終点は、熱影響部１２２の外部とした。

図２に、本通電における溶接電流と、ナゲット径との関係を示す。溶接電流のばらつきによって、ナゲット径がばらつくことが確認できた。

図３に、適応制御された後通電が行われたナゲット、及びその周辺部の硬さ分布を示す。図４に、定電流制御された後通電が行われたナゲットの硬さ分布を示す。

適応制御された後通電の後のスポット溶接継手では、ナゲットの中心から端部にかけて硬さが上昇し、ナゲットの外部（熱影響部）において硬さが急激に低下し、熱影響部の外部において硬さが回復する様子が観察された。ナゲット径が相違するので、最軟化部の位置の相違は、各スポット溶接継手において相違していた。しかしながら、適応制御された後通電を行ったスポット溶接継手においては、ナゲット径にかかわらず、ナゲットの内部の硬さ、ナゲットの端部の硬さ、及び熱影響部の硬さが同一水準であった。即ち、適応制御された後通電は、ナゲット径のばらつきにかかわらず、その作用効果を安定的に発揮することができた。

一方、定電流制御された後通電の後のスポット溶接継手においては、ナゲットの内部の硬さが大きくばらついていた。定電流制御された後通電は、ナゲット径のばらつきに起因して、その作用効果を安定的に発揮することができなかった。

（２．耐低温割れ性評価）
表１に記載の鋼板１及び鋼板２を重ねあわせて板組を作成した。この板組に本通電及び後通電を行って、スポット溶接継手を製造した。そして、スポット溶接継手の溶接部を観察し、低温割れの有無を確認した。後通電における制御方法、及び低温割れの有無を、表１に記載した。

なお、いずれの条件においても、本溶接の目標ナゲット径は３．４８ｍｍとした。定電流で行われた後通電の条件は、径が３．４８ｍｍのナゲットに関して最適化した条件とした。適応制御で行われた後通電では、径が３．４８ｍｍのナゲットに関して最適化された定電流制御の後通電における累積発熱量を制御目標値とした。

例１では、後通電を行わなかったので、溶接部に割れが発生した。
例２、及び例６では、溶接環境を厳密に管理し、ナゲット径を目標値と同一の値とした。そのため、溶接部の割れを抑制することができた。
例３、例４、及び例５では、外乱に起因して、ナゲット径が目標値よりも小さくなった。例３では、後通電における入熱量が過剰となり、溶接部に割れが発生した。
例７、例８、及び例９でも、外乱に起因して、ナゲット径が目標値よりも小さくなった。しかしながら、例７、例８、及び例９では後通電が適応制御されていたので、溶接部に割れが発生しなかった。

１ スポット溶接継手
１１ 板組
１１１ 鋼部材
１１１Ｈ 高強度鋼部材
１１１Ｌ 低強度鋼部材
１２ 溶接部
１２１ ナゲット
１２２ 熱影響部
２ 電極
Ｘ 硬さ測定部

Claims (7)

1. 引張強さが９８０ＭＰａ以上の鋼部材を１つ以上含む板組に本通電する工程と、
   前記板組に後通電する工程と、
   を備えるスポット溶接継手の製造方法であって、
   前記本通電を、適応制御以外の手段によって制御し、
   前記板組を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの累積発熱量から、前記後通電の通電時間を基に単位体積及び単位時間当たりの瞬時発熱量を計算し、
   前記後通電を、計算された単位体積及び単位時間当たりの前記瞬時発熱量を発生させる電極間抵抗 もしくは電極間電圧、又は後熱電流で調整することによって、適応制御するスポット溶接継手の製造方法。
2. 前記後通電の前半における累積発熱量を、前記後通電の全体における累積発熱量の２／３以上とすることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接継手の製造方法。
3. 前記本通電の前に、前記板組を模擬するテスト板組にテスト本通電及びテスト後通電を複数回行い、
   複数回の前記テスト本通電において形成するナゲットの径を略同一とし、
   複数回の前記テスト後通電のうち、前記テスト板組を良好に後通電できた前記テスト後通電の単位体積当たりの累積発熱量を、前記板組を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの前記累積発熱量とする
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスポット溶接継手の製造方法。
4. 前記テスト板組の溶接部に割れを生じさせない前記テスト後通電における累積発熱量を、前記板組を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの前記累積発熱量とすることを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接継手の製造方法。
5. 前記テスト板組の前記ナゲットの硬さを最小化する前記テスト後通電における累積発熱量を、前記板組を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの前記累積発熱量とすることを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接継手の製造方法。
6. 前記テスト板組の溶接部の十字引張強さを最大化する前記テスト後通電の累積発熱量を、前記板組を良好に後通電できる予め求められた単位体積当たりの前記累積発熱量とすることを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接継手の製造方法。
7. 前記板組に形成されるナゲットの径を、前記テスト板組に形成されるナゲットの径の０．７倍～１．３倍の範囲内とすることを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接継手の製造方法。