JPH04197597A

JPH04197597A - 抵抗溶接用電極材

Info

Publication number: JPH04197597A
Application number: JP32559990A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tejima; 手島　光一; Hirozo Sugai; 菅井　普三; Nobuaki Nakajima; 信昭中島; Yoshikatsu Yamaguchi; 山口　悦功; Hirofumi Omori; 大森　廣文
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1992-07-17

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は抵抗溶接装置に使用される抵抗溶接用電極材に
係り、特に導電率を損うことなく高温条件下で高強度を
有し、また溶着を起こしにくく長寿命を有するとともに
、溶接装置の保守管理を容易に行なうことが可能な抵抗
溶接用電極材に関する。

（従来の技術）抵抗溶接は、接合面に電極から大電流を短時間流し、接
合面における抵抗発熱によって被接合材を局部的に溶融
せしめ接合する方法であり、航空機、自動車、建築、車
輌工業方面において広く実用化されている。

電極の形状は、被接合材に対する溶接設計仕様に応じて
、円板ローラ状のシーム電極型の他、角棒状のフラッシ
ュバット電極型、ウェッジ電極型などがある。また電極
を構成する材料としては、従来、クロム銅合金などが一
般的に使用されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら近年抵抗溶接を使用する分野はさらに拡大
しており、被接合材としては、−船釣な普通鋼板に加え
て、亜鉛鋼板、ＡＩ材およびＡ１合金材、さらにＣｕ板
やＣｕ合金材等にも対象が拡大されている。これらの被
接合材の中でへ１材、Ａ１合金材、亜鉛鋼板、Ｃｕ材、
Ｃｕ合金材など熱伝導率か比較的高い部材を抵抗溶接す
る場合においては、小電流を長時間流しても抵抗発熱が
逸散してしまって溶接の目的を達することができない場
合がある。したがって、これらの高熱伝導性を有する被
接合材を抵抗溶接する場合には、短時間に敵方アンペア
の大電流を流すことか必要になる。

ところが、前記のようなりロム銅合金等を素材とする従
来の電極においては高温強度か低いため、使用時にへた
りを生じて高精度の溶接接合が困難になり易い欠点があ
る。また、被接合材との接触界面において電極材が合金
化したり、いわゆるスティッキングと呼ぶ溶着を頻繁に
引き起こす等の不具合があった。

したがって、溶接工程の全ラインを停止して電極の再研
摩を高頻度で行なう必要かあり、装置を長期間に渡って
安定した状態で運転することが困難であり、その結果、
生産ラインの稼動効率を低下させてしまう問題点があっ
た。

上記のような問題点を解決する手段として、電極の高温
強度等を向上させるために、クロム銅から成る従来の電
極の溶接に直接関与する部分、つまり被接合材との当接
面に、Ａ７．、Ｏ９を分散させた銅合金を配置したり、
または被接合材か銅または銅合金である場合には、電極
の当接面付近をタングステン（Ｗ）等の高融点金属で形
成することも試みられている。このような工夫によって
、合金化や溶着現象を大幅に低減することか可能になっ
た。

しかし、その反面、クロム銅合金等に特性が異なるＡＩ
！２０３やＷなどを添加したり、または埋め込んた電極
材料は、脆性が高くなり、変形や割れや剥離を生じ易く
、またへたり等を生じ易くなる問題も発生している。

このような問題は、被接合材表面における圧痕の変形や
粗雑化を招来し、溶接加工品の美観、商品価値を損う一
方、溶接はかれ等の不良を引き起こす不具合を招く。

このような事態を未然に防止するため、従来は被接合材
に対する電極の当接面を常時監視しつつ、電極の当接面
を頻繁に研摩して常に良好な当接面を保持する操作や、
電極を早目に交換する等の操作が必要であり、溶接作業
効率が低くなる上に、溶接装置の保守管理が煩雑になっ
て運転員の労力が大幅に増大してしまう問題点があった
。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、普通鋼板以外の被接合材を電気抵抗溶接する場合
においても、電極の合金化や溶着を招くことが少なく、
またへたり等が少なく高強度で長寿命の抵抗溶接用電極
材を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用）本発明者らは、以上の観点から、電極材としての本来の
必要特性である導電率を損うことが少なく、高強度を有
する電極材を得ることを目的に多種類の合金材を調製し
、その特性を比較検討した結果、所定量のＦｅを含有し
た銅鉄合金電極を形成したときに特に高強度で、耐溶着
性か優れた電極材を得た。

本発明は上記知見に基づいてなされたものである。

すなわち本発明に係るシーム溶接用、バット溶接用、ウ
ェルディングダイ、インサート電極、ウェッジ電極等の
抵抗溶接用電極材は、重量％でＦｅを２０〜７０％を含
有し、残部Ｃｕおよび不可避的な微量元素を含有する銅
鉄合金から成ることを特徴とする。

また銅鉄合金は、Ｂ、ＧｅおよびＭｇから選択される少
なくとも１種の元素を０．００５〜０゜１重量％含有さ
せるとよい。

以下本発明の限定理由等について説明する。

本発明に係る抵抗溶接用電極材を構成する鉄は、強度を
改善し、電極自体のへたりを低減し、さらに耐溶着性を
向上させるために２０〜７０重量％の範囲で含有される
。含有量が２０ｗｔ％未満の場合には、上記改善効果が
少なくなり、耐熱性および耐溶着性か低くなる一方、含
有量が７０ｗｔ％を超える場合には、導電率および熱伝
導率が低下し、電極自体か発熱し易くなり、被接合材を
冷却する機能が低下してしまう。そのためＦｅの含有量
は、２０〜７０重量％の範囲に設定される。

またＢ、ＧｅおよびＭｇは、いずれも微量の添加で電極
材の耐熱性を改善し、また結晶粒の粗大化を抑制し、材
料の硬度を高めるために０．００５〜０．１重量％の範
囲で単独で、または２種以上組み合せて添加するとよい
。特にＭｇは加工性および被削性の改善に有効である。

これらの微量元素の添加量が０．００５重量％未満の場
合には、上記効果が不充分となる一方、添加量が０．　
１重量％を超える過量となった場合には、熱間脆さを生
じ加工性か低下するため、その添加量は、０゜００５〜
０，１重量％の範囲とすることが好ましい。

さらに上記添加元素以外にも、例えば、ジルコニウム（
Ｚｒ）、けい素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）等を合計量と
して１．０重量％以下添加して、電極材の機械的特性、
鋳造性、加工性、耐食性、被削性等を改善することもで
きる。

例えば、上記銅鉄合金に含有される鉄の一部をコバルト
（Ｃｏ）で置換してもよい。ＣＯは、フェライトに固溶
して部材の強度を増大化させ、特に高温における硬度お
よび耐熱性を改善するために有効である。その置換量が
２０重量％を超える場合には、焼入性が低下するため、
２０重量％以下とすることか好ましい。

本発明の目的とする特性を有する抵抗溶接用電極材は、
例えば上記組成の材料を溶解法等によって鋳造してイン
ゴットを形成し、得られたインゴットを温度８５０〜１
０００℃で０．５〜３時間時間化処理した後に、冷間加
工によって所定形状に成形し、さらに温度４５０〜６０
０℃で１〜５時間時効処理を行ない、最終的に所定寸法
に機械加工して製造される。

このようにして製造されたＦｅ２Ｏ〜７０重量％、残部
銅から成る銅鉄合金の特性値は、導電率か２３〜４８Ｉ
ＡＣ３％であり、硬さは１５５〜２３８Ｈｖとなり、い
ずれも耐溶着性および高温強度に優れた電極材となる。

なお導電率は国際標準軟鋼（電気比抵抗１．７２４１Ω
・ａｎ）の電気電導率を１００％として算出したｌＡＣ
３％で表わしている。

（実施例）以下本発明を以下の実施例によって、より具体的に説明
する。

実施例１〜８第１表左欄に示す組成を有するように金属材料をそれぞ
れ調整し、プラズマ溶解鋳造法により１８０φ×７５０
１のインゴットを調製し、得られたインゴットを温度９
００℃で１時間に亘り溶体化処理した後に熱間鍛造によ
り２５０φ×４０ｔ　（厚さ）のビレットを製造し、さ
らに得られたビレットを１０００°Ｃから水焼入れ処理
し、さらに冷間プレス鍛造によって２８０φ×２５ｔの
円盤状ビレットを調製した。次に得られた円盤状ビレッ
トを温度４８０℃で２時間時効処理した後に空冷し、さ
らに切削加工を行なって最終的に第１図に示すような、
外径２５０φ×厚さ２０ｍｍｔのシーム溶接用電極（ロ
ーラ電極）を、実施例１〜８に係る電極１としてそれぞ
れ調製した。各電極１の外周部の幅Ｗは５皿に設定した
。

比較例１〜３一方、比較例１〜２として、鉄の含有量を１６．２重量
％と過少に設定したもの（比較例１）および７７．３重
量％と過量に設定したもの（比較例２）についても実施
例１〜８と同様の工程によって同一寸法の電極を製造し
た。

さらに比較例３として、クロムを１．１重量％含有し、
真空溶解法によって溶製した市販のクロム銅合金材を切
削加工して実施例１〜８と同一寸法の電極を調製した。

そして実施例１〜８および比較例１〜３において調製し
た各ローラ電極の硬度および導電率を測定するとともに
、実際に抵抗シーム溶接機のシーム電極（ローラ電極）
として装着し、その溶接特性を評価した。

各電極の溶接特性の評価方法は、第２図に示すように、
２〜５μｍの厚さで亜鉛層を形成した厚さ１−の一対の
亜鉛鋼板を被接合材２として溶接機に装着し、溶接条件
を下記の通りに設定して抵抗溶接を実施し、各電極１の
先端部の幅Ｗが熱変形によって当初の幅５ｍｍから７−
まで増大した時点、または電極１の溶着等によって溶接
不良が発生し、再研摩が必要となった時点までに実施し
た延べの溶接長さの大小を測定して、その寿命を評価す
る方法を採用した。

溶接電流　　　・・・・・・１７０００Ａ電極加圧力　
　・・・・・・４００ｋｇｆ／７、通電サイクル　・・
・・・・ＯＮ３秒、０ＦＦ２秒、溶接速度　　　・・・
・・・１ｍ／分また、溶接機を５回起動した場合においても溶着が発生
しない場合を○、少なくとも１回の溶着を発生した場合
を×として、各電極の耐溶着性を評価した。

上記の測定評価結果を下記第１表に示す。

〔以下余白〕

第１表に示す結果から明らかなように、Ｆｅを２０〜７
０重量％含有させた銅鉄合金で形成した実施例１〜８の
電極においては、従来のクロム銅合金製の電極（比較例
３）と比較して、導電率がやや低下するものの、硬度が
増加して強度が高まり、連続して溶接することが可能な
平均溶接長さが２〜４倍程度と大幅に改善されることが
判明した。

特にＢ、Ｇｅ、Ｍｇを０．０３〜０．０４重量％ずつ添
加した実施例６〜８の電極は硬度の上昇に伴って溶接長
さをさらに２０〜３０％延伸させることができた。

一方、比較例１に示すようにＦｅ含有量が少ない電極に
おいては、溶着の発生が顕著であり、１回研摩後の溶接
長さも大幅に低下してしまう。また比較例２に示すよう
にＦｅ含有量が過多である電極では、導電率が１／４以
下となるため、電極自体が高温度まで発熱し、被接合材
を冷却することが困難となり、接合不良が多発し実用に
は耐え得なかった。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る抵抗溶接用電極材によれば
、従来のクロム銅合金製電極材と比較して再研摩を要す
るまでに実施可能な溶接長さを大幅に延伸することがで
きる。このように電極の寿命が長期化することにより、
溶接機を停止して電極の再研摩を行なう頻度か大幅に低
減し、保守管理に要する運転員の労力負荷を低減できる
上に生産設備の稼動率を大幅に向上させることかできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る抵抗溶接用電極材で形成したロー
ラ電極を示す断面図、第２図は第１図に示すローラ電極
を使用して抵抗溶接を行なう状態を示す斜視図である。１・・・電極、２・・・被接合材。

Claims

【特許請求の範囲】１、重量％でＦｅを２０〜７０％を含有し、残部Ｃｕお
よび不可避的な微量元素を含有する銅鉄合金から成るこ
とを特徴とする抵抗溶接用電極材。２、銅鉄合金は、Ｂ、ＧｅおよびＭｇから選択される少
なくとも１種の元素を０．００５〜０．１重量％含有す
ることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接用電極材。