JPH04270076A

JPH04270076A - 表面処理鋼板の溶接方法

Info

Publication number: JPH04270076A
Application number: JP5616991A
Authority: JP
Inventors: Koji Wakabayashi; 若林　耕二; Yoshiaki Shimada; 島田　嘉晃
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1992-09-25
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JP2984074B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼板表面に形成された
Ｚｎ，Ａｌ等のめっき層を破壊することなく、表面処理
鋼板を溶接する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】建材として使用される鋼板には、通常１
．６〜６．０ｍｍの比較的厚い板厚をもっているものが
ある。鋼板から所定形状の構造物を構築するとき、炭酸
ガスアーク溶接，スポット溶接等によって鋼板相互を溶
接している。なかでも、スポット溶接は、作業性に優れ
ていることから製造工程で多用されている。

【０００３】ところが、めっき鋼板を建材として使用し
溶接を行うとき、溶接時の受熱によって鋼板表面のめっ
き層が破壊され易い。たとえば、めっき金属の代表的な
材料であるＺｎは、蒸気圧が高いため、溶接時に鋼板が
高温に加熱されたとき、鋼板表面から迅速に揮散する。その結果、溶接部周辺の鋼板表面が露出され、腐食発生
の起点となる。

【０００４】めっき層の破壊は、スポット溶接において
もみられ、溶接部表面のめっき層が損傷を受けると共に
、電極接触部のめっき層が消失する。そこで、めっき層
が損傷或いは消失した部分の耐食性を確保するため、ジ
ンクリッチペイント等で後補修を行っている。しかも、
後補修等は自動化されておらず人手によるところが多く
、塗装管理や作業環境の問題がある。この後補修を省略
することができれば、作業性が向上するばかりでなく、
作業者に与える負担も軽減される。

【０００５】そこで、溶接部表面のめっき層に加えられ
る損傷が比較的少ない溶接方法として、プロジェクショ
ン溶接が一部で採用されている。たとえば、特開昭５８
−１９２６８５号方法では、めっき鋼板に形成したプロ
ジェクションの凹部に導電性材料を充填し、この導電性
材料を介してめっき鋼板を溶接することが提案されてい
る。また、特開平１−２５８８７３号公報では、重ね合
わせた２枚の被溶接材料に複数のプロジェクションを形
成し、被溶接材料の両面を一対の平電極で挾みプロジェ
クションを順次溶接することが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】後補修を必要としない
溶接条件下でめっき鋼板をプロジェクション溶接すると
き、めっき層の破壊はある程度抑えられる。しかし、溶
接部の接合強度は、従来のスポット溶接に比較して著し
く小さい。そのため、溶接部の信頼性に欠け、プロジェ
クション溶接が採用される対象に制約を受ける。

【０００７】プロジェクション溶接自体は、スポット溶
接の適用が困難な板厚の異なる材料を溶接する、いわゆ
る差厚溶接法の一手段として開発・普及されてきたもの
であり、めっき層を破壊することなくスポット溶接に匹
敵する溶接強度を得る検討は、これまでのところ実質的
に行われていない。

【０００８】このプロジェクション溶接によって必要と
する溶接強度をもち、しかもめっき層の破壊がない溶接
部を形成できれば、溶接後の後補修を省略することが可
能になると共に、作業性が大幅に向上する。この利点は
、建築構造物の組立て作業に留まらず、自動車車体，家
具製品，電気機器等の広範な分野においても活かされる
ものである。

【０００９】本発明は、このような要求を満足すべく開
発されたものであり、プロジェクションの形状に改良を
加えることによって、めっき層を破壊することなく表面
処理鋼板をプロジェクション溶接し、しかも優れた溶接
強度をもった溶接部を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の溶接方法は、そ
の目的を達成するため、表面処理鋼板を他の表面処理鋼
板又は普通鋼鋼板にプロジェクション溶接する際、前記
表面処理鋼板の板厚をＴとするとき、直径Ｄが（４〜６
）×Ｔ１／２　，中心部の最大張出し高さＨが０．５〜
２．０ｍｍ，曲率半径Ｒが５〜１０ｍｍのプロジェクシ
ョンを前記表面処理鋼板に形成することを特徴とする。

【００１１】ここで、プロジェクションは、表面処理鋼
板をめっき層と共にプレス加工することにより形成する
ことができる。表面処理鋼板としては、Ｚｎ，Ｚｎ合金
，Ｓｎ，Ｓｎ合金，Ａｌ，Ａｌ合金等があり、その種類
によって本発明が制約を受けるものではない。

【００１２】

【作　　用】鋼板に形成されるプロジェクションは、溶
接時の電流密度を規制し、必要とするナゲットを形成す
る上で重要な役割を受け持つ。たとえば、小さなプロジ
ェクションでは、溶接電流により加熱される範囲が小さ
く、ナゲットも小径となるため、所定の溶接強度が得ら
れない。逆に、大きなプロジェクションでは、広面積の
界面を介して通電が行われるので、所定のナゲット径が
形成される電流密度を得るために供給電流を増加させる
ことが必要となる。しかも、被溶接材料が表面処理鋼板
であることから、プロジェクションの形成時に下地鋼板
からめっき層が剥離することがないようにすることが要
求される。

【００１３】本発明者等は、このような前提にたって、
プロジェクションの形状及びサイズを検討した。その結
果、図１に示すように、表面処理鋼板１の板厚をＴとす
るとき、直径Ｄ＝（４−６）×Ｔ１／２，中心部の最大
張出し高さＨ＝０．５〜２．０ｍｍ，曲率半径Ｒ＝５〜
１０ｍｍのプロジェクション２が、めっき層に損傷を与
えず、しかも優れた溶接強度をもつ溶接部を得る上で有
効なものであることを多数の実験から見い出した。

【００１４】規定された範囲に直径Ｄ，最大張出し高さ
Ｈ及び曲率半径Ｒを維持し、表面処理鋼板１に溶接電極
を押し付けて溶接電流を供給し通電加熱を行うとき、要
求される溶接強度を得る上で必要な径のナゲットを形成
することができる。また、電圧を過度に大きくすること
なく、供給電流を３０ｋＡ以上にすることができるため
、瞬時の通電で必要径のナゲットが形成され、溶接作業
の迅速化が図られる。しかも、極めて短時間の通電であ
るため、めっき層に与えられる熱影響に起因した損傷を
最小限に押さえることが可能となる。

【００１５】この形状及びサイズのプロジェクション２
は、図２に示した従来のプロジェクションに比較して、
特に表面処理鋼板の溶接に効果的なものである。たとえ
ば、図２（ａ）の円筒状に成形したプロジェクション２
ａでは、相手部材に対する表面処理鋼板１の接触面積が
過度に大きくなるばかりでなく、プロジェクション２ａ
に屈曲部があり、めっき層に亀裂，剥離等の欠陥が発生
し易くなる。また、図２（ｂ）のリング状プロジェクシ
ョン２ｂでは、めっき層に与える損傷が大きくなると共
に、接合界面が一定しないことから溶接条件が不安定に
なる。更に、図２（ｃ）に示した円錐状のプロジェクシ
ョン２ｃでは、形成されるナゲットの径が小さく、溶接
強度が低下し易い。

【００１６】図１に示したプロジェクションにおいて、
直径Ｄが４×Ｔ１／２　よりも小さい場合、ナゲット径
が小さくなり、溶接強度を低下させる原因となる。逆に
、直径Ｄが６×Ｔ１／２　を超える条件では、大面積の
接合界面に所定の溶込みを行わせる上から、供給電流を
高めることが必要となり、大電力の溶接電源が要求され
る。また、過度に大きな直径Ｄは、溶接後の表面性状を
劣化させる原因となる。

【００１７】最大張出し高さＨが０．５ｍｍ未満である
と、溶接電極を押し付けたときに相手部材に対する表面
処理鋼板の面圧が不足し、界面反応が十分に進行せず、
部分的にポアが生じた接合部が形成される。他方、最大
張出し高さＨが２．０ｍｍを超えると、軟化した溶接部
が溶接電極の加圧力によって座屈し、皺等の欠陥が発生
し易くなる。

【００１８】５ｍｍ未満の曲率半径Ｒでは、プロジェク
ション２が急峻で、めっき層の剥離が生じ易くなる。他
方、曲率半径Ｒが１０ｍｍを超えると、相手部材に接触
する表面処理鋼板１の接触界面が大きくなるため、溶接
時に大電流を供給する大型の溶接電源が必要とされる。

【００１９】表面処理鋼板１にこのような半球状のプロ
ジェクション２を形成することにより、数ｍｓｅｃの極
めて短い時間に数十ｋＡ程度の大電流を供給し、十分に
大きな溶接強度をもったプロジェクション溶接が可能と
なる。

【００２０】なお、溶接条件としては、本発明を拘束す
るものではないが、表面処理鋼板１に押し付ける溶接電
極の押圧力を１０〜５０ｋｇｆ／ｍｍ２に設定し、電圧
１５０〜１８０Ｖで４０〜５０ｋＡの電流を供給するこ
とが好ましい。押圧力が１０ｋｇｆ／ｍｍ２　未満では
、溶融金属の飛散が激しく、溶接強度の低下及びバラツ
キが多くなる。逆に押圧力が５０ｋｇｆ／ｍｍ２　を超
えるとき、本発明が対象とする鋼板の板厚においてはプ
ロジェクション形状が崩れる問題が生じる。また、１５
０Ｖ未満の電圧及び４０ｋＡ未満の電流では所定の強度
が得られず、１８０Ｖを超える電圧及び５０ｋＡを超え
る電流では熱影響によるめっき層の損傷が生じ易くなる
。ただし、これらの条件は、後述する実施例で使用した
鋼板の板厚２．３ｍｍに関するものであり、板厚の如何
に応じて押圧力，電圧，電流等の好適条件が変わること
は勿論である。

【００２１】

【実施例】板厚２．３ｍｍの亜鉛めっき鋼板に、直径Ｄ
＝８．０ｍｍ，最大張出し高さＨ＝１．０ｍｍ，曲率半
径Ｒ＝８ｍｍの半球状プロジェクションを形成した。こ
の表面処理鋼板１を、図３に示すように平板の表面処理
鋼板３と重ね合わせた。表面処理鋼板３側にフラットバ
ー電極４を配置し、プロジェクション２を形成した表面
処理鋼板１側に直径２２ｍｍの溶接電極５を押し付けた
。

【００２２】溶接電極５の加圧力を６ＫＮの一定値に保
ち、電圧１５０Ｖで溶接電流を１．６ｍｓｅｃ供給し、
表面処理鋼板１を平板の表面処理鋼板３に溶接した。な
お、溶接機としては、衝撃電流圧接機を使用した。

【００２３】溶接電流を変化させて、形成された溶接部
の溶接強度を調査した。図４は、この溶接強度と溶接電
流との関係を示したグラフである。なお、溶接電流とし
てはピーク電流で、溶接強度としては引張り剪断強さで
表している。図４から明らかなように、溶接電流を大き
くするに従って、溶接強度が向上していることが判る。特に、溶接電流を４０ｋＡ以上に設定するとき、従来の
スポット溶接に比較して遜色のない引張り剪断強さ１０
ＫＮ以上の溶接強度が得られている。しかも、溶接部周
辺のめっき層に損傷が見られず、ジンクリッチペイント
等を使用した補修作業を不要とする良好な表面性状を呈
していた。

【００２４】また、直径Ｄ，最大張出し高さＨ及び曲率
半径Ｒの何れかを本発明で規定する範囲を超えて変動さ
せたプロジェクションを表面処理鋼板に形成し、同様な
条件下の溶接を行った。直径Ｄ及び曲率半径Ｒが大きす
ぎるプロジェクションを形成したものにあっては、表面
処理鋼板１及び３の接触界面が広がったため、同じ電力
供給の下では十分なナゲットが形成されず、溶接強度が
２ＫＮ以下と不足していた。また、最大張出し高さＨ及
び曲率半径Ｒが小さなプロジェクションを形成したもの
にあっては、小さな径のナゲットが形成され、引張り剪
断強度５ＫＮ以下の溶接強度であった。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、直径Ｄ，最大張出し高さＨ及び曲率半径Ｒを規定し
た半球状のプロジェクションを形成することにより、従
来のスポット溶接に匹敵する溶接強度をもった溶接部を
プロジェクション溶接で得ることが可能となる。しかも
、形成された溶接部のめっき層に与えられる損傷が最小
限に抑えられ、ジンクリッチペイント等を使用した後補
修を必要とせず、溶接ままの状態で使用可能な溶接部が
得られる。その結果、溶接工程の作業性が大幅に改善さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明に従って形成されるプロジェクショ
ンを示す。

【図２】　　従来のプロジェクションを数例示す。

【図３】　　本発明実施例を説明するための図

【図４】
　　本発明の硬化を具体的に表したグラフ

【符号の説明】

１　　表面処理鋼板，　　　　　　　　　　２　　プロ
ジェクション，　　３　　平板な鋼材，４　　フラット
バー電極，　　　　　　５　　溶接電極，Ｄ　　プロジ
ェクションの直径，Ｈ　　最大張出し高さ，　　　　Ｒ
　　曲率半径

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　表面処理鋼板を他の表面処理鋼板又は
普通鋼鋼板にプロジェクション溶接する際、前記表面処
理鋼板の板厚をＴとするとき、直径Ｄが（４〜６）×Ｔ
１／２　，中心部の最大張出し高さＨが０．５〜２．０
ｍｍ，曲率半径Ｒが５〜１０ｍｍのプロジェクションを
前記表面処理鋼板に形成することを特徴とする表面処理
鋼板の溶接方法。
【請求項２】　　請求項１記載のプロジェクションは、
表面処理鋼板をめっき層と共にプレス加工することによ
り形成されることを特徴とする表面処理鋼板の製造方法
。