JPH0386380A - 樹脂複合型制振鋼板の抵抗溶接方法 - 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、優れた振動減衰能を有する粘弾性高分子樹脂
を挾み込んだ割振鋼板に抵抗溶接を行なうに際して、溶
接安定性に優れ、溶接継手強度の安定した健全な抵抗溶
接継手が得られる樹脂複合型制振鋼板の抵抗溶接方法に
関する。 （従来の技術） 近年、各種の分野において静音性、静粛性の要求が高ま
ってきている。特に、自動車、家庭電気製品等の原動機
を使用する商品分野、或いは建築物に使用される建材用
途のように外部からの振動・騒音を効果的に抑制する必
要のある分野では、この振動・騒音エネルギーの吸収に
有用な割振鋼板の適用が積極的に進められている。 従来より、このような制振鋼板としては、冷延鋼板、各
種めっき鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、チタ
ン板等を表皮材に使用し、この２枚の表皮板間に粘弾性
高分子樹脂を挾み込んだ、所謂、拘束型の複合材（制振
材料）が適用されている。 ところが、従来から薄物材料を構造部材に適用した場合
の接合技術として代表的な技術である抵抗溶接に際して
、表皮材間に挾み込まれた高分子樹脂は、電気絶縁体で
あるため、そのままでは適用できないことから、高分子
樹脂内部に金属フィラーを添加し、導電性を付与した抵
抗溶接可能型（樹脂複合型）制振鋼板が採用されている
。 （発明が解決しようとする課題） しかし、抵抗溶接、中でも抵抗スポット溶接に際して、
普通鋼板に比べて抵抗値が高く、変動も大きい樹脂複合
型制振鋼板の場合には、抵抗溶接の初期から終了までの
時間を同一溶接電流で溶接する方法、或いは溶接初期に
は短時間電流値を低く通電し、その後本来の溶接電流を
通電する方法では、安定した溶着部（ナゲツト）が形成
されにくく、継手強度の変動（低下）が大きい等の難点
があった・ すなわち、普通鋼板と樹脂複合型制振鋼板を接合するた
めの抵抗スポット溶接に際して、溶接時に形成される溶
着部（ナゲツト）は、特に溶接材料のなじみ性の悪い場
合、すなわち、プレス成形品の如く、フランジシワを発
生した部材を接合する場合には、鋼板間に存在する隙間
のため、なじみが悪くなり、安定したナゲツト組織（ナ
ゲツト径）が得られ難い、また、鋼板間のなじみ性が良
好な場合であっても、電極チップ損耗による電極チップ
／表皮鋼板間の接触面積の増大や制振鋼板の表皮鋼板間
の抵抗値の不安定さに伴い、得られるナゲツト径の安定
化が困難となる。その結果、溶接継手のナゲツト径の安
定化が図れない場合には、得られる溶接継手の継手強度
が低下し、健全な溶接継手が形成されず、制振鋼板の構
造部材への適用に際して、信頼性の面から大きな阻害要
因となっている。 本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するためにな
されたものであって、接合する溶接材料間に隙間のある
なじみ性の悪い場合であっても、安定したナゲツト組織
を容易に生成せしめ、溶接継手強度の安定化を図り、継
手強度の信頼性を確保すると共に、構造部材への適用を
容易にする樹脂複合型制振鋼板の抵抗溶接方法を提供す
ることを目的とするものである。 （課題を解決するための手段） か＼る目的を達成するため、本発明者等は、まず抵抗溶
接継手のナゲツト径と継手強度との関係を詳細に調査し
た。その結果、継手強度の変動は。 以下のような原因に起因することが判明した。 すなわち、継手強度とナゲツト径（引張試験時の破断の
ボタン径）の関係は、ナゲツト径の増大に伴い継手強度
は増大する。一方、同一のナゲツト径を有する継手であ
っても、継手強度が変動し継手強度の低い場合が生じる
。この継手のナゲツト組織は、第１図に模式的に示すよ
うに、制振鋼板（ＶＤＣ）と普通鋼板（ＣＲ）間ナゲツ
ト組織が同一であっても、制振鋼板（ＶＤＣ）の表皮鋼
板間ナゲツトｄ、が形成されている場合（こは、継手強
度が安定して得られるが、表皮鋼板間ナゲツトｄ２が形
成されていない場合には継手強度が低下する。 なお、継手強度としては、所定寸法の試験片にスポット
溶接を行ない、インストロン型引張試験機を用いて十字
引張試験を行なった際に得られる最大荷重で評価される
ものである。 したがって、溶接継手強度を安定して確保するためには
１表皮鋼板間ナゲツトｄ２を安定して確保する必要があ
る。ナゲツト径と溶接時の電流密度との関係を第２図に
模式的に示すが、表皮鋼板間ナゲツトｄ０、鋼板間ナゲ
ツトｄ２ともにそれぞれ生成に必要な最低電流密度があ
ることがわかる（第２図中、領域Ｃ）、表皮鋼板間ナゲ
ツトｄ２の生成に必要な電流密度は、表皮鋼板間での発
熱量が水冷電極に逃げるため、鋼板間ナゲツトｄ１生戒
に必要な電流密度よりも高くなる。このことが、鋼板間
ナゲツトｄ１生威に比べ１表皮鋼板間ナゲツトｄ２生成
が困難になると共に、溶接条件、電極チップ損耗の影響
を受は易くなる原因となるものである。 また、第３図の模式図に示すように、抵抗溶接時の発熱
に寄与する鋼板界面は、Ａ、Ｂの２種類があり、それぞ
れの抵抗値で見ると、制振鋼板の表皮鋼板間の眉間抵抗
は、高分子樹脂内に添加された金属粉末と表皮鋼板との
接触抵抗であるため高く、表皮鋼板と普通鋼板間の層間
抵抗（接触抵抗）はそれよりも低い。したがって、電極
チップが新しい場合には通電路が小さく、目標の電流密
度が２種類の鋼板界面で確保されるため、溶着部（ナゲ
ツト）は健全に形成される。ところが、電極チップの損
耗が起こると、鋼板と電極チップとの接触面積が増大し
、通電面積が増加する。その結果、電流密度が低下し、
鋼板間ナゲツトｄ工は形成されるものの、表皮鋼板間ナ
ゲツトｄ２は形成されず（第２図中、領域Ｂ）、継手強
度の低下をもたらす、更に電極チップの損耗が進んで電
流密度が低下すると（第２図中、領域Ａ）、ついには鋼
板間ナゲツトｄ１も生成しなくなる。 また、溶接材同士のなじみが悪い場合、すなわち、隙間
が存在する場合の溶接挙動は、電極チップの加圧力によ
り鋼板間の隙間は解消されるが。 表皮鋼板と電極チップの接触面積は、平坦な鋼板の場合
よりも大きくなる。その結果、抵抗溶接に寄与する普通
鋼板−制振鋼板間の通電面積が制限されるが、電極チッ
プとの接触面積の増大により表皮鋼板間界面での発熱が
電極チップに逃げ易くなり、表皮鋼板間ナゲツトｄ２の
生成が困難となり、継手強度の低下をもたらす結果とな
る。 以上の原因究明の結果に基づき、本発明者等は。 抵抗スポット溶接に際して溶接安定性に優れ、かつ継手
強度の安定した健全な抵抗溶接継手を得る方法について
、前述の従来技術とは異なる角度から研究を重ねた結果
、樹脂複合型制振鋼板の溶接継手を、極めて安定性に優
れ、かつ容易に得るための抵抗溶接方法を見い出したも
のである。 すなわち１本発明は、２枚の薄鋼板の間に、金属粒子を
均一分散させた粘弾性高分子樹脂を挾み込んでラミネー
トされている制振鋼板を普通鋼板と抵抗溶接するに際し
、溶接初期に大電流を短時間通電し、その後、所定の溶
接電流を通電することを特徴とする２段通電法による樹
脂複合型制振鋼板の抵抗溶接方法を要旨とするものであ
る。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 （作用） 前述の如く、本発明は樹脂複合型制振鋼板を普通鋼板と
抵抗溶接により接合する場合に特定溶接条件（２段通電
法）にて抵抗溶接するものであるが。 ここで普通鋼板とは、種々の分野で構造材料として用い
られる各種鋼板であり、その材質を特に制限するもので
はない。 籾で、１通鋼板と樹脂複合型制振鋼板との組み合わせで
抵抗スポット溶接を行なった場合、第３図に示した如く
、鋼板界面の抵抗は、Ａ、Ｂの２種類が考えられる。 継手部のナゲツト形成に有効に作用する抵抗値の通電時
間による変化は、第４図に示す如く溶接初期に最も高く
、溶接の進行（通電時間の増大）と共に、すなわち、表
皮鋼板間に存在する樹脂排除が完了し１表皮鋼板間で接
触するまで抵抗値は低下し、溶融部の発生に伴い抵抗値
は増加する傾向を示す、この際の抵抗値については、界
面Ｂ（すなわち１表皮鋼板間）の抵抗値が、界面Ａ（す
なわち、ｌｌ板間）の抵抗値よりも、その値及び変化量
ともに大きい、したがって、この抵抗値に起因する発熱
量は、抵抗値の高い界面Ｂの方が抵抗値の低い界面Ａよ
りも大きく、溶接初期の温度分布は第５図に示す状況に
なる。ここで、第５図の実線は、電極チップの損耗のな
い場合の結果であるが。 溶接打点数の増加に伴う電極チップの損耗により、鋼板
とチップとの接触面積が増加すると、第５図の破線で示
した如く電流密度が低下し、また電極への熱の逃げ（接
触熱伝達による鋼板の冷却効果）により、鋼板間ナゲツ
トｄ工は生成するものの、表皮鋼板間ナゲツトｄ２は生
成しなくなる。 そこで、この表皮鋼板間ナゲツトｄ２を確実に生成させ
るためには、電極チップの損耗により通電面積が増加し
ても、表皮鋼板間ナゲツトｄ２が生成する電流密度以上
の電流を通電すれば、ナゲツト組織は確保できる。また
高電流密度の電流を短時間通電することにより、通電初
期に容易に表皮鋼板間ナゲツトｄ２が生成され、電極の
冷却効果によってもナゲツト生成が阻害されないことが
明らかとなった。 以上の知見に基づき１本発明においては、溶接の初期に
大電流を短時間通電し、その後、所定の溶接電流を通電
する２段通電法により、樹脂複合型制振鋼板を抵抗溶接
するのである。 以下にその態様を示すが、本発明はその態様のみに限定
されないことは云うまでもない。 まず、第１段目の溶接初期に通電する電流値としては、
溶接時の抵抗発熱を集中させるために、下限値は第２段
目の所定の電流値以上、つまり通常の通電を行なう電流
値以上とする必要があり、なお好ましくは、所定の電流
値の２０％以上高めた電流値が望ましい。 一方、上限値としては、電極チップと被溶接鋼板とが溶
着する電流値以下でなければならない。 電極チップと被溶接鋼板とが溶着する電流値に影響を与
える因子としては、電極加圧力、通電時間。 電極チップの初期形状等がある。電極加圧力が高くなる
と溶着電流は高くなり、通電時間が長くなると溶着電流
は低くなる。また溶接材料の板厚組み合わせによっても
左右され、種々の溶接条件が決まれば、経験的に求まる
値である。いずれにしても、溶着が発生する溶接条件で
は健全なナゲツトは生成されず、健全な継手も得られな
い。 なお、第２段目の所定の溶接電流は種々の上記溶接条件
から、継手強度を確保するために決定される値である。 したがって、第１段目の溶接初期に通電する電流値とし
ては、第２段目で通常溶接する所定の電流値を下限値と
し、溶着発生電流値を上限値とするのが好ましい。 次に、第１段目で大電流を通電する通電時間は、全体の
通電時間の５％を下限値とするのが好ましい。全体の通
電時間の５％以下では、表皮鋼板間ナゲツトｄ２を確保
する効果が小さくなる。また全体の通電時間の４０％を
超えた場合には表皮鋼板間ナゲツトｄ２の確保には支障
ないが、大電流での通電時間が長くなるとチリが発生し
、ナゲツト径が低下するため、４０％を上限値とするの
が好ましい。 なお、他の溶接条件は特に制限されず、抵抗スポット溶
接以外の抵抗溶接法の適用も可能である。 更に例えば、抵抗スポット溶接に使用される電極チップ
の形状にはドーム型、Ｒ型、ＣＦ型等々種々のものがあ
るが、本発明は、電極チップの形状に左右されるもので
はなく、如何様な形状の電極チップであろうとも安定し
て使用できる。 また、樹脂複合型制振鋼板の構成及び材質（薄鋼板、金
属粒子、粘弾性高分子樹脂、各寸法など）は適宜設計で
きるものである。更に、樹脂複合型制振鋼板に接合され
る普通鋼板としても、冷延鋼板のみならず１表面処理鋼
板、熱延鋼板等々の種々の鋼板が適用可能であり、同様
の効果が得られることは云うまでもない。 （実施例） 以下に本発明の実施例を示す。 叉迩箆よ 板厚０　、４　ａｍの２枚の連鋳アルミキルド鋼板を使
用し、金属粉末を含むポリオレフィン樹脂をラミネート
した樹脂複合型（抵抗溶接可能型）制振鋼板について、
板厚０．８ｍｍの連鋳アルミキルド鋼板の組み合わせで
以下の条件でスポット溶接を行なった。 この場合、試験片は第６図に示す形状寸法を有し、４Ｑ
＋ａｍｗＸ６０■ｍＱの樹脂複合型制振鋼板と連鋳アル
ミキルド鋼板とを隙間Ｏｍｍ、　１　ｍｎ＋、２ｍｍに
て組合せ、その中央部に抵抗スポット溶接を行ない、各
通電時間毎の組Ｉａａｍ結果から前述のナゲツト径（ｄ
工、ｄｔ）を求めた。 なお、比較のため、制振樹脂を含まない板厚０゜４ｍｍ
の２枚重ねの冷延軟鋼板（以下、「樹脂なし積層鋼板」
という）と板厚０．８ｍｍの冷延軟鋼板の組合せについ
ても、同様にして抵抗スポット溶接を行なった。 〈溶接条件二本発明法〉 電極チップ形状：先端径６ｍｍφ−４ＯＲドーム型電極 加圧カニ２００ｋｇｆ 通電時間：ｌＯサイクル 第１段の初期電流の通電時間：２サイクル第２段の所定
溶接電流ニアｋＡ 第１段の初期電流：９ｋＡ（隙間なし材）、１１ｋＡ（
隙間あり材） 〈溶接条件：従来法〉 電極チップ形状二同　上 加圧カニ同　上 通電時間：１０サイクル 溶接電流ニアｋＡ （隙間なし材、隙間あり材とも同じ） 得られた結果を第７図〜第９図に示す。 従来法による場合は、第７図に示すように、隙間なし材
では、樹脂複合型制振鋼板及び樹脂なし積層鋼板ともに
、通電初期からナゲツトが生成される。しかし、溶接試
験片間に隙間がある場合には、樹脂複合型制振鋼板及び
樹脂なし積層鋼板ともにナゲツト組織の生成が遅れ、か
つ最終到達ナゲツト組織径も小さく、また樹脂複合型制
振鋼板のナゲツトｄ２は生成されるものの、樹脂なし積
層鋼板のナゲツトｄ２の生成が極めて遅い。 この従来法で得られた樹脂複合型制振鋼板の場合のナゲ
ツト組織は、第９図（ｂ）に示すように、表皮鋼板間の
抵抗値が高く発熱効果が高いため、ナゲツト径ｄ２が大
きい″錨型ナゲツト”が生威している。 一方、本発明の２段通電法によって抵抗スポット溶接を
行なった場合には、第８図に示すように、隙間なし材及
び隙間あり材ともに、通電の初期からナゲツトｄ、、ｄ
、が安定して生威し、到達ナゲツト径ｄＬ、ｄ２ともに
大きい、得られたナゲツト組織は、第９図（ａ）に示す
隙間あり材（２ｍｍ）の場合でも、ナゲツトｄ２が安定
して得られていることがわかる。 去１ｕ４４ 板厚０．４ｍｍの２枚の連鋳アルミキルド鋼板を使用し
、金属粉末を含むポリオレフィン樹脂をラミネートした
樹脂複合型制振鋼板について、板厚０　、８　ａｍの連
鋳アルミキルド鋼板の組み合わせで以下の条件でスポッ
ト溶接を行ない、十字継手を作製した。試験片形状は５
０ｍｍｗＸ　１６０ｍａ＋Ｑであり、その継手中央部に
抵抗スポット溶接を行なった。得られた継手にインスト
ロン型引張試験機を用いて引張試験を行ない、十字引張
強度を調査した。 〈溶接条件：本発明法〉 電極チップ形状：先端径６■φ−４ＯＲドーム型電極 加圧カニ２００ｋｇｆ 通電時間＝ＩＯサイクル 第１段目の初期電流の通電時間：２サイクル〃　　の初
期電流：９ｋＡ 第２段目の通電時間：８サイクル ｎ　　　の溶接電流ニアｋＡ く溶接条件：従来法〉 電極チップ形状：同　上 加圧カニ同　上 通電時間：１０サイクル 所定溶接電流ニアｋＡ 試験結果を第１表に示すように、本発明法によれば、所
望の継手強度がバラツキ少なく安定して得られている。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように１本発明によれば、樹脂複合型制振
鋼板の抵抗溶接において、接合する溶接材料間に隙間の
あるなじみ性の悪い場合であっても、安定したナゲツト
組織を容易に生成でき、溶接継手強度の安定化並びに信
頼性を確保できるので、構造部材への適用が容易となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はスポット溶接継手のナゲツト組織の模式図、 第２図はスポット溶接時に得られるナゲツト径と溶接電
流密度の関係を示す図、 第３図は制振鋼板−普通鋼板の組合せでスポット溶接施
工した時の通電前の界面模式図、第４図は第３図に示し
た界面Ａ、Ｂの抵抗値の通電時間変化を示す模式図。 第５図は溶接材断面方向の温度分布の通電時間変化を示
す図。 第６図はスポット溶接試験片の構成を示す図。 第７図及び第８図はナゲツト径に及ぼす通電時間及び隙
間の影響を示す図で、第７図は従来法の場合を示し、第
８図は本発明法（２段通電法）の場合を示し、 第９図（ａ）、（ｂ）は実施例で得られたスポット溶接
継手のナゲツト組織（金属組織）を示す顕微鏡写真で、
（ａ）は本発明法の場合を示し、（ｂ）は従来法の場合
を示している。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）２枚の薄鋼板の間に、金属粒子を均一分散させた
   粘弾性高分子樹脂を挾み込んでラミネートされている制
   振鋼板を普通鋼板と抵抗溶接するに際し、溶接初期に大
   電流を短時間通電し、その後、所定の溶接電流を通電す
   ることを特徴とする２段通電法による樹脂複合型制振鋼
   板の抵抗溶接方法。
2. （２）前記溶接初期に通電する溶接電流が、前記所定の
   溶接電流以上で、被溶接材の溶着電流以下である請求項
   １に記載の抵抗溶接方法。
3. （３）前記溶接初期の大電流の通電時間が、前記所定の
   溶接電流の通電時間の５％以上、４０％以下である請求
   項１又は２に記載の抵抗溶接方法。