JPH067954A - アルミニウム合金板のスポット溶接方法 - Google Patents

アルミニウム合金板のスポット溶接方法

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JPH067954A
JPH067954A JP4146701A JP14670192A JPH067954A JP H067954 A JPH067954 A JP H067954A JP 4146701 A JP4146701 A JP 4146701A JP 14670192 A JP14670192 A JP 14670192A JP H067954 A JPH067954 A JP H067954A
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JP
Japan
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welding
electrode
spot welding
aluminum alloy
plate
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JP4146701A
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English (en)
Inventor
Toshiya Okada
俊哉 岡田
Tomiharu Okita
富晴 沖田
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JFE Steel Corp
Furukawa Aluminum Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Aluminum Co Ltd
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車ボデーシート等に使用されるアルミニ
ウム合金を抵抗スポット溶接する際に、従来のめっき鋼
板並の電極寿命を実現する方法を提供する。 【構成】 最も薄い板が0.7〜1.2mmの板厚である
複数枚のアルミニウム合金板の抵抗スポット溶接におい
て、電極先端と被溶接板とが接する面積に対して電極の
加圧力を60N/mm2 〜350N/mm2 とし、さらに電
流密度を400A/mm2 〜3500A/mm2 に保持して
溶接する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車ボデーシート等
に使用されるアルミニウム合金板をスポット溶接により
接合する際の溶接方法に関し、めっき鋼板並の溶接電極
寿命を得られるものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、自動車ボデーシート等に使用
されるアルミニウム合金板のスポット溶接方法は、最初
に適正溶接条件を設定すると、その条件を変えずに電極
寿命が来るまで溶接した後、ドレッシングするか、又は
新たに電極を取り変えて溶接を続けることが多く行われ
ていた。
【0003】そしてアルミニウム合金板の抵抗スポット
溶接を連続打点で実施するとその際の電極寿命は一般に
30〜1000点程度と言われている。アルミニウム合
金の場合の電極寿命に至る過程としては、連続溶接して
いる中に、電極がアルミニウムと合金化して、脆い合金
層を形成し、それが溶接中に材料側に着いて剥がれるた
めに電極先端が凹状となって通電経路が不安定になり、
溶接強度が低下して電極寿命に至ると考えられている。
【0004】他方鋼板の場合は、溶接中に電極先端が溶
接熱により軟化してマッシュルーム状になり、電極先端
径が大きくなって、電流密度が低下するためにナゲット
(溶融部)が小さくなるので強度が低下して電極寿命に
なると言われている。そこでこの電極寿命を延ばすため
鋼板の場合は、電極先端径の増大に伴って電流を増加す
るステップアップ方式が採用されている。この方法によ
り、鋼板のスポット溶接における電極寿命は10000
点以上であると言われている。
【0005】アルミニウム合金の場合も、電極径の増加
に伴って電流を上昇させる方法がレイノルズ社等で考え
られている。但し、この場合は電極を回転させる方法と
併用している。
【0006】まためっき鋼板の場合は、めっき層の亜鉛
合金と電極が合金化してアルミニウム合金と同様な現象
が起こるので、ステップアップ方式を採用しても電極寿
命は鋼板より劣り、2000〜4000点であると言わ
れている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】自動車産業では、地球
の温暖化防止のため、自動車の省エネルギー化が進んで
いるが、車体重量を10%軽くすると約10%の省エネ
ルギーができると言われていることから、アルミニウム
合金の使用量が増加しつつある。
【0008】自動車の組立工程では、1台の車でスポッ
ト溶接を2000〜4000点行うと言われており、そ
の時の電極の寿命は生産能率、コスト等に直接影響する
ため重要視されている。前述のごとく、鋼板の場合は電
極寿命は10000点以上であり、めっき鋼板でも20
00〜4000点可能であるため、車体をアルミ化する
場合でもスポット溶接の電極寿命は、現在の30〜10
00程度から、めっき鋼板並に改善することが要求され
ている。
【0009】しかしながら従来のように、一端適正条件
を設定したらその条件で電極寿命が来るまで溶接する方
法や電流のみを増加するステップアップ方式では、めっ
き鋼板並の電極寿命を得るのは難しい。又、レイノルズ
社の様な特殊な溶接方法は、自動車製造ラインで実際に
採用するには、費用やコストの面で問題であるばかりで
なく、設置場所や溶接箇所への対応にも問題がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、これに鑑み種
々の検討の結果、これらの問題を解決したもので、電極
寿命が長く、かつ接合部の強度が大きく、接合部の安定
性や信頼性を向上させることができるアルミニウム合金
板のスポット溶接方法を提供するものである。
【0011】即ち本発明は、最も薄い板が0.7〜1.
2mmの板厚である複数枚のアルミニウム合金板のスポッ
ト溶接において、電極の消耗に追随して電極先端と被溶
接板とが接する面積に対して、電極の加圧力を常に60
N/mm2 〜350N/mm2 、かつ、電流密度を400A
/mm2 〜3500A/mm2 に保持して溶接することを特
徴とするものであり、スポット溶接機として、単相交流
溶接機、単相整流溶接機、インバータ溶接機等のいずれ
の溶接機を用いても有効である。又、電極材料としては
クロム銅、クロム−ジルコニウム銅等の従来からアルミ
ニウム合金用として使用されている材料と同等のもので
あれば有効である。また溶接電流の通電時間や加圧シー
ケンス等は従来と同じで良い。
【0012】
【作用】このように電極による被溶接板への加圧力を常
に電極先端と被溶接板とが接する面積に対して60N/
mm2 〜350N/mm2 に保持する理由は、加圧力が60
N/mm2 未満では激しいチリが発生し易く、ナゲットが
空洞化して強度が低下して電極寿命が極めて短くなり、
それが著しい場合は爆飛(溶融部の爆発的飛び散り)が
発生するからである。また、350N/mm2 を越えると
接触抵抗が低下して発熱が抑制されて溶融部(ナゲッ
ト)が極めて小さくなり、強度が低下してしまい、著し
い時は全く接合しないからである。さらに、加圧力が3
50N/mm2を越えると 変形が著しく使用に
耐えられなくなってしまう。
【0013】次に電流密度を400A/mm2 〜3500
A/mm2 を保持する理由は、電流密度が400A/mm2
未満ではナゲットが小さくて強度が低いため使用に耐え
ず、3500A/mm2 を越えると入熱過大となり、溶け
すぎて電極と板が溶着してしまうからである。
【0014】本発明の対象とするアルミニウム合金板
は、Al−Cu系、Al−Mn系、Al−Si系、Al
−Mg系、Al−Mg−Cu系、Al−Mg−Si系、
Al−Zn−Cu系、Al−Zn−Mg系等のいずれの
材料であっても良く、これらの板状材を2枚以上重ね。
そのうち最薄板が0.7〜1.2mmの板厚であるものを
抵抗スポット溶接で接合するものであり、本発明によれ
ば電極寿命はめっき鋼板並の3000点以上が得られ
る。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。ただし、以下の実施例で評価の基準として用いた
電極寿命は、被溶接板の最小板厚のものの板厚をtとし
た際にナゲット径が最初に3.6×t1/2 未満となった
時の打点数、あるいは電極と板とが溶着してしまい手で
剥れない状態となった打点数で示した。
【0016】(実施例1)溶接材料としてAl−4.5
wt%Mg−0.35wt%Mn合金の厚さ1.2mm×幅3
0mm×長さ200mmのものを2枚用いた。溶接機は単相
交流溶接機を用い、電極はクロム銅φ16mmのキャップ
チップタイプのR形(R=80mm)を用いた。これら板
を2枚完全に重ねて打点間隔30mmでスポット溶接を行
った。
【0017】該溶接の際の溶接初期設定条件は、表1に
示すように本発明方法の場合は、その条件範囲内で初期
ナゲット径が評価基準の3.6×1.21/2 =3.9mm
以上を満足する条件を選定した。他方比較方法の場合
は、その条件範囲内で可能な条件とし、従来方法は、W
ES(日本溶接協会)7302「スポット溶接作業標
準」(アルミニウム及びアルミニウム合金)の条件であ
り(但し、後熱は行わないものとした)、電極寿命にな
るまで一定の条件とした。
【0018】また連続溶接時保持条件は、連続溶接する
に従って電極先端が消耗してきて表1に示す電流密度及
び加圧力に至った時から、その条件を保持できるように
電流値及び加圧力をステップアップ式に上昇させて調整
した。その電極先端面積は50点溶接毎に感圧紙を電極
と材料の間に挟んで、無通電で加圧して得られた圧痕跡
を画像解析装置で測定して求めた。そのため、電流調
整、加圧力調整は50点毎にしかできなかった。
【0019】溶接した2枚の板については、図1のピー
ル試験治具(4)で剥がしてナゲット(3)の径をノギ
スで測定し、その(長径+短径)÷2(mm)の値をナゲ
ット径とした。
【0020】それぞれについてナゲット径を測定して電
極寿命として表1に示した。
【0021】
【表1】
【0022】表1から明らかなように、本発明方法のN
o.1〜10は、いずれも初期ナゲット径は3.9mm以上
を満足すると共に電極寿命は3000点を越えており、
従来方法に比較して格段に優れていた。それに対し、比
較方法のNo.11は、最初からナゲットが形成されず、
No.12は爆飛が発生し、共に溶接が不能であった。
【0023】(実施例2)溶接材料としてはAl−1.
0wt%Mg−0.6wt%Si合金の厚さ1.0mm×30
mm×長さ200mmのものを2枚用いた。溶接機は単相整
流溶接機を用い、電極はクロム−ジルコニウム銅φ16
mmのキャップチップタイプのDR形(φ6,40mmR)
を用いた。これら板を2枚完全に重ねて打点間隔30mm
でスポット溶接を行った。
【0024】溶接初期設定条件は、表2に示すように本
発明方法の場合は、その条件範囲内で初期ナゲットが評
価基準の3.6×11/2 =3.6mmを満足する条件を選
定した。比較方法の場合は、その条件範囲内で可能な条
件とし、従来方法は、WESの条件に準拠して設定し
た。
【0025】また連続溶接時保持条件は、連続溶接する
に従って電極先端が消耗して表2に示す電流密度及び加
圧力に至った時から、その条件を保持できるように電流
値及び加圧力をステップアップ式に上昇させて調整し
た。なお電極先端面積の測定方法やナゲットの測定方法
は実施例1と同じ方法で行ない、結果も実施例1と同様
にして表2に示した。
【0026】なお従来法No.13はWES7302−1
979「スポット溶接作業標準」(アルミニウム及びア
ルミニウム合金)の条件で溶接する予定であったが、そ
の規格には単相整流溶接機の溶接条件は記載されていな
いので、単相交流溶接機の条件を採用し、電極寿命にな
るまでその条件を動かさずに溶接した。(但し、後熱は
行わなかった)
【0027】
【表2】
【0028】表2から明らかなように、本発明方法のN
o.1〜10は、いずれも初期ナゲット径は3.9mm以上
を満足すると共に電極寿命は3000点を越えており、
従来方法に比較して格段に優れていた。それに対し、比
較方法のNo.11は、最初からナゲットが形成されず、
No.12は爆飛が発生し、共に溶接不能であった。
【0029】(実施例3)溶接材料としてはAl−4.
5wt%Zn−1.5wt%Mg合金板であって板厚1.0
mm板を1枚と板厚0.7mm板を2枚用いた。溶接機はイ
ンバータ整流溶接機を用い、電極はクロム銅φ16mmの
キャップチップタイプのCF形(φ6)を用いた。溶接
材はいずれも幅30mm×長さ200mmとし、板厚1mmの
ものを0.7mmの2枚で挟んで3枚を完全に重ねて30
mm間隔で連続溶接した。
【0030】溶接初期設定条件は、表3に示すように本
発明方法の場合は、その条件範囲内で初期ナゲットが評
価基準の3.6×0.71/2 =3.0mmを満足する条件
を選定した。比較方法の場合は、その条件範囲内で可能
な条件とし、従来方法は、WESの条件に準拠して設定
した。
【0031】また連続溶接時保持条件は、連続溶接する
に従って電極先端が消耗してきて表3に示す電流密度及
び加圧力に至った時から、その条件を保持できるように
電流値及び加圧力をステップアップ式に上昇させて調整
した。なお電極先端面積の測定方法やナゲットの測定方
法は実施例1と同じ方法で行ない、それらの結果も実施
例1と同様にして表3に示した。
【0032】なお従来方法No.13はWES7302−
1979「スポット溶接作業標準」(アルミニウム及び
アルミニウム合金)の条件で溶接する予定であったが、
その規格にはインバータ整流溶接機の溶接条件は記載さ
れていないので、単相交流溶接機の条件を採用し、電極
寿命になるまでその条件を動かさずに溶接した。(但
し、後熱は行わなかった。
【0033】
【表3】
【0034】表3から明らかなように、本発明方法のN
o.1〜10は、いずれも初期ナゲット径は3.0mm以上
を満足すると共に電極寿命は3000点を越えており、
従来方法に比較して格段に優れていた。それに対し、比
較方法のNo.11は、最初からナゲットが形成されず、
No.12は爆飛が発生し、共に溶接が不能であった。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明によればアルミニウ
ム合金板のスポット溶接を行う場合、十分なナゲット径
と連続溶接打点数が3000点以上のめっき鋼板と同等
の電極寿命が得られるもので、特に自動車のアルミ化の
最大のネックとされていた抵抗スポット溶接の改善に大
きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】ピール試験治具の使用方法を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1,2 板材 3 ナゲット 4 ピール試験治具

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 最も薄い板が0.7〜1.2mmの板厚で
    ある複数枚のアルミニウム合金板の抵抗スポット溶接に
    おいて、電極先端と被溶接板とが接する面積に対して、
    電極の加圧力を60N/mm2 〜350N/mm2 とし、さ
    らに電流密度を400A/mm2 〜3500A/mm2 とし
    て溶接することを特徴とするアルミニウム合金板のスポ
    ット溶接方法。
JP4146701A 1992-05-12 1992-05-12 アルミニウム合金板のスポット溶接方法 Pending JPH067954A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007038227A (ja) * 2005-07-29 2007-02-15 Kyocera Kinseki Corp 溶接方法
US7432466B2 (en) * 2005-12-09 2008-10-07 Alcoa Inc. Method of electrical resistance spot welding
US7718918B2 (en) 2005-12-09 2010-05-18 Alcoa Inc Production or assembly line method of spot welding
KR101379494B1 (ko) * 2005-11-23 2014-04-01 더 코카콜라 컴파니 시간 특성 및/또는 향미 특성이 개선된 천연의 고효능 식탁용 감미료 조성물, 이들의 제제 방법 및 용도

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