JPH03481A - 銅または良好な電気伝導性を有する銅合金から成る電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、銅又は銅合金から成る電極に関する。

〔従来の技術〕

特に工業雰囲気を有する領域において、多くの種類の腐
食性媒体が増加するに伴い、その腐食進行を阻止するた
めに鋼薄板では表面加工法の開発が一層盛んになった。

これらの方法の大部分においては、亜鉛引き鋼薄板が特
殊な地位を占めている。この場合には、合金金属の割合
後からの加工の際に極めて重要な役割をなしている。

亜鉛引き鋼薄板の使用が益々盛んに成るにつれ、この材
料を公知の経済的接合技術の製作方法を用いていかにす
れば加工できるかという問題が前面に現れてくる。例え
ば連続的に作業する亜鉛引き方法では亜鉛層の特殊な構
成によりその変形の際に何ら困難は生じない。しかし他
方テは溶接の際、即ちスポット溶接、グロジエクション
溶接及びシーム溶接のような鋼薄板加工で主に使用され
る溶接法のうちでは、スポット溶接が最大の困難を生じ
る、それというのもその電極耐用量（Ｅｌｅｋｒｏｄｅ
ｎｓｔａｎｄｍｅｎｇｅ　）は特に自動生産の経済的観
点を考慮して、少ないと称されざるを得ないからである
。

この場合、電極耐用量とは、１本の電極で作業面又は接
触面の後加工を必要とせずに達成することができる十分
な品質の溶接の数を表す。

スポット溶接の品質は、多数の試験法によって確認され
得るが、その際以下の４つの最も重要な試験法が抽出さ
れるべきである： １、　自由張応力試験 ２、捩り試験 ３、カタン試験（Ａｕｓｋｎｏｐｆｐｒｏｂｅ）先　金
属組織学的研磨における組織検査広範囲な研究内容は、
材料との調和のとれた溶接面と同様に電極耐用量の増大
の可能性を示すか、ないしは、亜鉛引き鋼板のスポット
溶接時におけるわずかの成極スタンド量の原因を明白に
している。

わずかの電極耐用量は、Ｚｎ　（亜鉛）と電極のＣｕと
の合金化順向によって生じる。電極作業面上に合金層の
形成によって、スポット溶接電流回路中の電気抵抗が変
化する。また、電極と鋼片間の接触抵抗が増大する。こ
れによシ溶接部位に大きな熱発生が生じ、更に、電極の
合金化を加速する。スポット溶接品質は、溶接点の数が
多くなると急激に低下する。

それゆえに、Ｚｎとなんら合金を生じることのない電極
物質が用いられる。それには、高融点金属としてＷが銅
電極体の挿入体として提供される。

この問題の解決は、電極中に複数の元素を同時に挿入す
ると云う様なドイツ公開明細１第１５６５３１８号に開
示されている様な複合電極によってなされる。

西独国特許出願公開第２５５４９９０号明細書及び西独
国特許第１９１４１０６号明細書は、長い寿命を有する
電極についての課題を挙げている、それは接触面におけ
る先端部として耐熱性素材の添加によって達成される。

同様に西独国特許第６２５２０１号明細書において、難
溶解性金属から成る添加物を有する電極が開示されてい
る。その際その難溶解性金属は、好ましくは容易に溶解
する金属中に層状薄片として埋め込まれており、その面
方向は、はぼ電流の方向に対して平行に具備されている
。

西独国特許出願公告第２２０３７７６号明細書は、その
接触面が合金から構成されていて、その金属結晶が長軸
方向に伸びた層を有している電極を開示している。

米国特許第３６６５１４５号明細書により、その先端部
にキャップ及び高融点素材から成るプレート片を有する
電極が開示されている。

Ｍｏ及びＷを有する電極による亜鉛引き鋼片のスポット
溶接に関する包括的な研究は、・・ノーバー工科大学の
教授、Ｍａｔｔｉｎｇ及びＫｒｕｇｅ両工学博士によっ
て実施された。この研究の結果はごＢａｎｄｅｒ　ＢＩ
ｅｃｈａＲｏｈｒｅ　８　（１９６７）　Ａ　５及びＡ
６に発表されている。

研究は非常に幅広くなされているが、その結果は不十分
である。高融点金属より成る非常に厚くてかつ長い電極
付加体が冷却水による不十分な熱除去の問題をかかえて
いるからである。更に、例えば、電極中の厚いタングス
テン付加体は電流にとっては非常に劣悪な導体であシ、
熱除去に関しても好ましくない。

この事は、実際の付加体にとって、失敗である。一定の
スポット溶接品質における再現性は得られないからであ
る。

例えば、非還元性が熱的原因として挙げられ、タングス
テン付加体中にヒビ割れが生じ、更に作業面のケバ立ち
が目立つ。小さなタングステン粒子は、全体の表面にわ
たって均一に溶解していく。核ヒビ割れを一定の倍率で
観察すれば、中間灰色物質が確認される。帰納的な推論
をすれば、溶接の間に該ヒビ割れ中に鋼片のＺｎが侵入
・圧縮され、強要な加熱に基づいて粒子界面に沿ってタ
ングステン中に拡散していく。この状態は明らかな破壊
作用を有し、タングステンの破壊に到υ、同時に電極の
電気抵抗が高くなシ、ひ、いては溶接電流の上昇ないし
後調節を必要とする様になる。溶接電流が上昇すればさ
らに、再び電極中の熱の上昇を自から伴なう。拡散した
Ｚｎは、断層を生成し、冷却銅体への熱移動を阻害する
。これらの熱遮断は、同時に合金化を促進する。

これらの前述した試験は、挿入体としてＷ又はＭｏを有
する電極にて実施されている。これらの挿入体は従来の
棒状素材から分離しており、相対的に長かった。なぜな
ら電極棒に確実に固定されなければならなかったからで
ある。しかしながら同時に電流方向、即ち電極長軸方向
に対して平行に粒子配向を形成している。その様な部品
を有する電極の耐用量は非常に多様であった。はっきり
した再現性は、従来技術水準では得られない。

亜鉛引き鋼片のスポット溶接の為の電極材料に対する要
求を以下に列挙する： （１）　　Ｚｎとの合金形成が少ないかまたはまったく
ない事 （２）　　高い耐熱性 （３）小さな電気抵抗及び良好な熱伝導性〔発明が解決
しようとする問題点〕 本発明は、上記課題に基づく電気従って、本発明の課題
は、抵抗溶接用の電極であって、その耐用量が再現可能
でちυ、公知の電極よυもより著しく高く、溶接電流の
費用のかかる調節を必要とせず、又、その寿命の間、一
定で、高品質のスポット溶接結合を提供し、しかもスポ
ット溶接結合中にハンダ割れ部を生じさせる事がない。

上記電極を提供することであった。これらの要求は、特
に自動車工業の亜鉛引き鋼片の強いおう盛な需要によっ
て求められている。

それは、自動車工業は大量の表面保護鋼板を使用し、益
々製品保証の中で責任を負わなければならないからであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は、良好な電気伝導性を有する電極又は電極キ
ャップを、高融点金属、好ましくはＷ又はいくつかの好
都合な金属類どの合金の薄いプレート片と、その作業表
面上にて、分離不能な結合をなし、そのプレート片の構
造粒子が平板状に伸びており、そして粒子配向が電極長
軸と垂直に延びるようにする事によって解決される。溶
接素材の直接接触部位上では、なんら銅が存在しない事
により、もはやハンダヒビ割れの危険性は生じない。銅
電極では、このハンダヒビ割れ範囲がすばやく引き起こ
される。なぜならば、溶接電流の上昇によって、又、熱
的負荷も上昇し、したがってまた、銅の融点をすばやく
越えてしまうからである。更には、鋼片被覆体の溶融し
たＺｎが、電極中に侵入し、これがために銅が汚染され
る。

特に、益々必要とされる製品保証において、本発明によ
りハンダヒビ割れは回避され、ひいては高品質の溶接結
合を得ることができる。

〔実施例〕

本発明をいろいろな可能性のある実施例を示す図面を用
いて、以下説明する。

作業面上に分離不能な様に固定された、その厚みが４圏
以下のプレート片２が具備されている。このプレート片
２が薄ければ薄い程、電極の冷却はますます良好となる
。同じく、電気抵抗も極端に薄いプレート片では小さく
なる。プレート片の強度における限界値は、その機械的
剛性によって示される。薄いプレート片による良好な冷
却によって、溶接されるべき表面加工した鋼片上への電
極の粘着傾向は小さくなる。

プレート片２は、純粋な高融点金属、好ましくはＷ（タ
ングステン）又はＭｏ　（モリブデン）から成っている
。しかしながらこれらの純粋な金属は、非常にもろく、
他の高融金属の添加、例えばＲｈ　（レニウム）による
合金化をする事も出来る。Ｃｒ　（クロム）も又、合金
元素として、少量部の合金元素として用いる事も出来る
。しかし、純粋元素だけでなく、又、それらの酸化物を
も用いる事が出来る。合金時には、すべての任意の高融
点金属を互いに合金化する事が出来る。これらの合金は
、付加的に０．１〜１５％のＨＦ（フッ化水素）及び／
又はＯ，１〜１５％のＺｎ　（ジルコニウム）及び／又
は０．１５〜１５チのＴｉ（チタン）及び０．０１〜３
１７）Ｃ（炭素）によって変性する事が出来る。更に、
純粋な酸化物添加体の使用も十分可能である。

同様に、ＡＩ（アルミニウム）、Ｋ（カリウム）及びＳ
ｔ（硅素）をドープした又はその酸化物分散体としたＭ
ｏ　（モリブデン）も使用可能である。

更には、酸化物の融点が１．５００°Ｃ以上を有する酸
化物セラミックの形態にて、０，０５〜２５チの酸化物
添加体を合金化する事も出来る。好都合な酸化物セラミ
ック体として、例えばＭＯ１５・Ｚｒ　０２　、Ｍｏ　
１５Ｃｅ０２及びＭｏ　１５　”　ｌ、ａ２０３が挙げ
られる。

すべての合金において、注目すべき事は、導電性が十分
に大きな事である。

鋼片のなんら損傷なき表面の粒界間に拡散する事ができ
るように、粒子配向１３は、電極軸１８に対して垂直で
なければならない。そのようにする事で、プレート片２
の物理的特性が保持される事ができる。薄いプレート片
２を得る為に、出発素材は圧延される。このことによっ
て自動的に正確な粒子配向が得られる。同時に構造粒子
も又、長く伸ばされる。大きな平面状に伸ばされた粒子
は当該ｆｌＪ用例にとって小さく平面状に伸ばされた粒
子よシも好都合である。

大きな平面状粒子でもって、表面に対して垂直である小
さな粒子境界が必然的に生じ、更に、周縁亀裂化の傾向
が回避される。

それぞれの実施例に応じて、プレート片２と、電極棒１
又は電極キャップとを結合させる種々の方法が挙げられ
る。経済的方法として、硬質ハンダ付け、粉末溶接、爆
発圧着、プレス、打撃、又は、裏打ち法が挙げられる。

硬質ハンダ付は法において、明らかに延性を有する孔の
あけられたプレート片２は、適したハンダによって、電
極棒１に対して分離不能な結合状態に結合される。プレ
ート片２が薄くなればなる程、その固定は、困難となる
。その周囲が台形状円錐５を示しているプレート片２は
、例えば電極キャップと同様に良好に鋳造される。プレ
ート片２のよシ小さな直径をもつ作業面１９が作られる
事によりプレート片２は、抜は落ちる事はない。即ち、
電極素材１６によって確実に包まれるからである。更に
、経済的な固定方法は、プレス又は打撃によって達成さ
れる。キャップ生に使用される電極素材は比較的軟らか
いので、その製造工程中、プレート片２を、均等に嵌合
する事が出来、更に、同時にキャップ牛は、周縁縁部１
７となる。打撃によって、プレート片２の周囲のすべて
の空間部は埋められる。Ｃｕば、それに最適である。電
極キャップ生は、使い捨てであり、例えば、自動車工業
においては、交代ごとに交換されるので、前記固定可能
性によって、他の電極とのコスト安な交換が出来る。

キャップの再加工は経済的でない。

キャップ専のもう一つの利点は、出発原料として他の合
金や金属よりも良好な電気伝導性並びに熱伝道性を有す
る電解銅を使用することが出来る事である。

しかし、又、高融点金属と電解銅１１より複合プレート
片を作る事も出来る。これに対して例えば帯としてＷ（
タングステン）を任意の厚みに圧延する。これにより、
組織は、−又、均一に、長く伸びた粒子配向が保持され
る。帯の一方の面上に、鋳込み又は電気メツキ手段のい
すかにより電解銅１１の薄層が接合される。この層１１
はＷ（タングステン）でもって分離不能な結合１２を構
成する。・ぐンチでもって、結合素材から円盤状小片を
作業面１９の大きさに合わせて切り出す。薄い電解鋼層
体１１に基づいて、円盤小片は、例えば誘導ハンダ付け
によってスムーズに、かつ経済的にキャップ生か、電極
棒１上のどちらかに強固にハンダ付けすることが出来る
。

良好で経済的な製造手段は電極キャップ生への打撃であ
る。これにより高融点金属とＣｕ（銅）から構成される
結合素材は挿入される。

ここにおける実施例において、しがし電解銅層１１は本
質的にプレート片２よりも厚くなければならない。平板
状素材から同様に、円塔部が打ち抜かれる。この打ち抜
きによって、高融点素材は容易に丸み付け２３がなされ
る。詳細に記述していない装置により結合素材から成る
この円塔部は更に加工される。その際、軟らかい電解銅
１１は、打撃によって任意の形をもった電極キャップ４
に成形される。工作機械幾何学に基づいて、同時に銅を
プレート片２の丸み付は部２３の囲りに嵌め込まれる。

それにより、プレート片２を更に良好に保持する為の充
填部２２が生じる。したがって作業面１９にはＣｕ（＠
がないので、都合によっては電極キャップ４のわずかの
後加工を実施しなければならない。電極キャップ生の出
発素材として、また、電解銅コアが使用される。粉末管
接、爆発圧着又は誘導ハンダ付けによって、プレート片
２が固定され、引き続いて、既に記述した様に、電解キ
ャップ牛が形成される。

〔発明の作用および効果〕

これらの全ての方法にて、確実で、正確な高融点金属の
設置が達成される。

同じ結合素材でもって、又、鐘状電極１５用の環状帯が
作られる。また、この環状帯は、鐘状電極１５上に誘導
ハンダ付け１４によって分離不能な様に固定される。

用いられた薄いプレート片２は、電極の構成を変え、こ
れによって本質的に良好な冷却が可能となる。プレート
片２の後方に直接接触している電極キャップ牛の銅は、
例えばＷ（タングステン）よシも良好な熱伝導性を有す
る。それゆえに、例えば電極キャップ生は、電極保持体
６の固定用円錐体９上に位置して冷却水は、電極保持体
６の空胴部７を介して流れる。電極保持体６と電極キャ
ップ４の間には、中空部１゜が具備されており、該中空
部を冷却水が通っている。作業面上で生じている熱１９
は、中空部１０の温度降下に基すいて、電極キャップ４
に伝達する。加温された冷却水は、空調部８を介して、
排出される。これによって、大きな銅使用に基づく、当
該システムが、過熱される可能性はない。熱は直接発生
源より除去される。この熱除去方法は、プレート片２が
薄ければ薄い程より良好となる。

しかし同時に、良好な熱除去により、電極作業表面１９
の粘着傾向を低下させる。それにもかかわらず電極が粘
着する傾向を示す場合には、薄いプレート片２は、その
アンカーリング状態から抜は落ちる事はない。なぜなら
ばこの踵の結合は、このことによって破壊されないから
である。

膨大な試験結果に基ずくと、本発明の対象は、従来達成
出来なかったスポット溶接に用いられる溶接棒の再現性
が得られる。品質が一定不変の時は、例えば全自動溶接
ライン上において、電極キャップを交換しなくても十分
な溶接部分が得られる。本発明によれば、溶接の確実性
は富められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電極キャップを装着した状態の電極棒の断面図
３第２図は接触プレートをもった棒状電極体の側面図、
第３図は銅と高融点金属から成る結合素材の断面図、第
４図は結合素材をもった小さな鐘状電極の断面図、第５
図は結合素材による円塔部の断面図及び第６図は鋳造さ
れた電極キャップの断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、銅または良好な電気伝導性を有する銅合金から成る
   電極であつて、同時に、高い機械的強度を有し、作業面
   上に、高融点の金属を分離不能な状態に保持した状態で
   鋼片の電気抵抗溶接に使用されるものにおいて該高融点
   金属を、厚みが４ｍｍより薄く、平板状に伸びた構造粒
   子（１３）と電極の長軸方向に対して垂直に延びる同時
   の粒子配向を有するプレート片（２）として形成してい
   ることを特徴とする電極。 ２、金属としてモリブデン及び／又はタングステン及び
   ／又はクロムと、約０．１〜１５％のフッ化水素及び／
   又は０．１〜１５％のジルコニウム及び／又は０．１５
   〜１５％のチタン及び０．０１〜３％の炭素からなる合
   金を用いることを特徴とする請求項１記載の電極。 ３、酸化物添加体が添加されていることを特徴とする請
   求項１記載の電極。 ４、高融点金属として、ベース組織のモリブデン及び／
   又はタングステン及び／又はクロム１２、アルミニウム
   、カリウム、硅素及び、稀土類の元素をドープした又は
   酸化物分散体としたものを用いることを特徴とする請求
   項１記載の電極。 ５、該プレート片（２）が台形状（５）をなし、かつ、
   その大きな方の直径を用いて、銅電極棒に、分離不能に
   固定されていることを特徴とする請求項１から４記載の
   電極。 ６、該プレート片（２）が、電極棒（１）上又は電極キ
   ャップ（４）上に硬質ハンダ付け、粉末溶接、裏打ち法
   、圧縮、打撃又は爆発圧着によつて分離不能に固定でき
   ることを特徴とする請求項１から５記載の電極。 ７、高融点接触金属は、帯状に圧延され、かつ薄層の電
   解銅を用いて積層され、さらに、結合用プレート片とし
   て打ち抜かれ、電極棒上に分離不能に接合されることを
   特徴とする請求項１から６記載の電極。 ６、電極保持体（６）上にその先端部に請求項１のプレ
   ート片（２）が具備された純粋な銅、または、銅、クロ
   ム及びジルコンから構成される合金からなる電極キャッ
   プ（４）が交換可能に取りつけられることを特徴とする
   請求項１から７記載の電極。 ９、該結合素材の銅層が高融点接触金属体よりも厚いこ
   とを特徴とする請求項１から９記載の電極。 １０、結合素材より円塔部（２０）を打ち抜き、次いで
   それを該円塔部を固定用円錐体（９）を有する電極キャ
   ップ（４）に嵌合し、その際、打撃によつて、プレー片
   （２）の台形状（５）の周縁ゾーンにプレスされること
   を特徴とする請求項９記載の電極。