JPH0723518B2

JPH0723518B2 - 抵抗溶接用電極材料

Info

Publication number: JPH0723518B2
Application number: JP1235320A
Authority: JP
Inventors: 元久宮藤; 功細川; 哲造小倉
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1995-03-15
Anticipated expiration: 2010-03-15
Also published as: JPH0397818A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、被溶接体に加圧力を加えるとともに、通電を
行う抵抗溶接用電極材料に関するものである。

［従来の技術］一般に、スポット溶接あるいはシーム溶接などにおける
抵抗溶接用電極には短時間とはいえ大電流が流れ、抵抗
発熱とともに溶接部に投入した熱量の多くは電極に逃げ
るため、電極先端部の温度は400℃〜700℃にも達する。
従って抵抗溶接用電極材料としては耐熱性、高温強度、
高導電性などが要求されており、Cu−Cr合金が従来から
広く使用されている。しかし、Cu−Cr合金は、導電性が
特に優れているものの、400℃〜700℃における耐熱性、
高温強度の点において必要な特性を十分満たしていると
はいえない。従って、溶接回数の増加にともなって、電
極先端部が変形し、正常なナゲットを形成しなくなる。
その結果、溶接部の強度が低下し、必要な強度が得られ
なくなった場合には、新しい電極に取り替えなければな
らない。

また、近年、電気・電子部品、自動車部品の高信頼性の
要求が高まっており、それにともないSnめっき、Znめっ
きなどの表面処理を施した材料が用いられる頻度が高ま
っている。このような材料を溶接すると、溶接回数の増
加にともない、電極先端部にSnまたはZnとCuとの合金層
が形成される。その結果、電極と被溶接材が溶接時に接
着して離れ難くなる現象（溶着現象）が発生する。この
溶着の程度が大きくなると溶接が不可能となり新しい電
極に取り替えなければならない。

抵抗溶接は、自動車や家庭電器製品をはじめとして、電
子部品においてもその組み立て工程で広く利用されてい
る。従って、電極の寿命が短かければ、電極材のコスト
が高くなるだけでなく、電極の取り付けや取り外しのた
めに多大な時間と労力とを費すことになる。

［発明が解決しようとする課題］この発明は、耐熱性、高温強度および導電性に優れるた
め、抵抗溶接用電極の先端部が変形し難く、かつ被溶接
材料のめっき成分との合金形成が少なく、従って優れた
寿命を持つ抵抗溶接用電極材料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］本願発明の第１の要旨は、Ni:1.0〜5.0wt％、Si:0.2〜
1.5wt％、Cr:0.001〜1.5wt％、Mg:0.01〜1.0wt％を含有
し、残部実質的にCuよりなることを特徴とする抵抗溶接
用電極材料に存在する。

本願発明の第２の要旨は、Ni:1.0〜5.0wt％、Si:0.2〜
1.5wt％、Cr:0.001〜1.5wt％、Mg:0.003〜1.0wt％を含
有し、さらに、B:0.001〜0.1wt％、Ti:0.01〜0.2wt％の
うち１種以上を含有し、残部実質的にCuよりなることを
特徴とする抵抗溶接用電極材料に存在する。

本願発明の第３の要旨は、Ni:1.0〜5.0wt％、Si:0.2〜
1.5wt％、Cr:0.001〜1.5wt％、Mg:0.01〜1.0wt％を含有
し、さらに、Co:1.0wt％以上、Zr:0.35wt％以下のうち
１種以上を含有し、残部実質的にCuよりなることを特徴
とする抵抗溶接用電極材料に存在する。

本願発明の第４の要旨は、Ni:1.0〜5.0wt％、Si:0.2〜
1.5wt％、Cr:0.001〜1.5wt％、Mg:0.003〜1.0wt％を含
有し、さらに、B:0.001〜0.1wt％、Ti:0.01〜0.2wt％の
うち１種以上と、Co:1.0wt％以上、Zr:0.35wt％以下の
うち１種以上を含有し、残部実質的にCuよりなることを
特徴とする抵抗溶接用電極材料に存在する。

［作用］本発明者は、前述した従来技術の有する課題を解決する
ため、抵抗溶接用電極用としての特性を満足し得る合金
材料の選択を行った。高強度、高導電性の合金として
は、CuにNiとSiを添加した合金（コルソン合金といわれ
る）が古くから広く用いられていた。

しかし、この合金を抵抗溶接用電極に用いる場合、熱間
加工性が悪く、抵抗溶接用電極材料としての使用は困難
であった。

そこで、本発明者は、このコンソル合金をベースとし
て、幾多の実験を重ねたところ、Ni,Siの量を一定範囲
に限定し、さらに、所定の添加元素を所定量添加した場
合には熱間加工が可能となり、さらに、耐熱性、高温強
度が、抵抗溶接用電極用としても満足すべきほどに向上
することを見い出し、本発明をなすにいたった。

本発明に係る抵抗溶接用電極材料の含有成分および含有
割合について説明する。

（Ni:1.0〜5.0wt％） Niは強度向上に寄与する元素であり、含有量が、1.0wt
％未満ではSiが0.2〜1.5wt％含有されていても強度向上
効果は少なく、また、5.0wt％を越えて含有されると効
果が飽和し、導電率も低下する。よって、Ni含有量は1.
0〜5.0wt％とする。

（Si:0.2〜1.5wt％） SiはNiと共に強度向上に寄与する元素であり、含有量が
0.2wt％未満ではNiが1.0〜5.0wt％含有されていても強
度向上効果は少なく、また、1.5wt％を越えて含有され
ると導電率が低下すると共に熱間加工性が悪くなる。よ
って、Si含有量は0.2〜1.5wt％とする。

（Cr:0.001〜1.5wt％） Crは、鋳塊の粒界を強化し、熱間加工性を向上させると
ともに、耐熱性、高温強度の向上に寄与する元素であ
る。含有量が0.001wt％未満ではこのような効果は少な
く、また、1.5wt％を越えて含有されると巨大な初晶Cr
が晶出し、強度向上効果は飽和するとともに導電率も低
下する。よって、Cr含有量は,0.001〜1.5wt％とする。

Mg,B,Tiは電極とめっきした材料との溶着を低減する効
果を有する。

（Mg:0.01〜1.0wt％） Mgは不可避的に混入してくるＳを安定したMgとの化合物
MgSとして母相中に固定し、熱間加工性を向上させる元
素である。さらに、Sn等をめっきした材料を溶接する際
の電極とめっき材料の溶着を低減する効果がある。含有
量が0.01wt％未満ではこれらの効果は少ない。また、1.
0wt％を越えて含有されてもこれらの効果に寄与しない
ばかりか、鋳造性および熱間加工性が劣化する。よっ
て、Mg含有量は0.01〜1.0wt％とする。

ただ、Mgを単独ではなく、次に述べるＢあるいはTiと同
時にMgを含有せしめる場合には、下限は0.003wt％であ
る。これは、溶着低減作用の一部をＢあるいはTiが担う
ため、Mg単独の場合より少なくてもよくなるためと考え
られる。

（B:0.001〜0.1wt％）Ｂは、Sn等のめっきした材料を溶接する際の電極とめっ
き材料の溶着を低減する効果がある。含有料が0.001wt
％未満ではこれらの効果は少ない。含有料が0.1wt％を
越えても、Ｂは組織中に固溶せずに不均一に偏析し、こ
の効果への寄与は変わらない。よって、Ｂ含有量は0.00
1〜0.1wt％とする。

（Ti:0.01〜0.2wt％） TiはSn等のめっきした材料を溶接する際の電極とめっき
材料の溶着を低減する効果がある。含有量が0.01wt％未
満ではこれらの効果は少ない。含有量が0.2wt％を越え
ても、Ni,Si等との金属間化合物の生成量が増加し、Ni
＋Siによる強度向上を阻害する。よって、Ti含有量は0.
01〜0.2wt％とする。

Co,Zrはいずれも強度の向上、耐熱性の向上に寄与す
る。

（Co:1.0wt％以下） CoはSiとの化合物を形成し強度の向上に寄与し、また、
導電率の向上にも寄与する。さらに、温度の上昇にとも
なう結晶粒の粗大化を防止して耐熱性にも寄与する。含
有量が1.0wt％を越えると上記の効果はあるが、含有量
が増える割には効果向上は少なく、かつ高価となる。よ
って、Co含有量は、1.0wt％以下とする。

（Zr:0.35wt％以下） Zrは、Cu中に微細なCu₃Zrとして析出し強度の向上に寄
与し、また、耐熱性の向上にも寄与する。含有量が0.35
wt％を越えると、巨大なCu₃Zrが晶出する。この巨大なC
u₃Zrは、上記した微細なCu₃Zrの有する特性を有してい
ないばかりでなく、導電率の低下をまねく。よって、Zr
含有量は、0.35wt％以下とする。

なお、上記に説明した必須の含有成分以外に、Znを2.0w
t％まで、Ag,Al,In,Mn,Snの１種または２種以上を0.2wt
％まで、また、Be,Pの１種または２種以上を0.1wt％ま
での含有は、強度、耐熱性を損なうことはなく、導電率
の低下もわずかであるため、上記した成分の含有量は許
容される。

［実施例］本発明に係る抵抗溶接用電極材料の実施例を説明する。

別紙第１表に示す含有成分および含有割合の銅合金をク
リプトル炉において大気中で木炭被覆下に溶解し、傾注
式の鋳鉄性ブックモールドに鋳込み、厚さ50mm、幅80m
m、長さ180mmの鋳塊を製造した。

そして、これらの鋳塊の表面および裏面を各々2.5mm面
削し、880℃の温度で熱間圧延を行い、厚さ15mmの板材
とした。その後、No.13,14,15,16,23の合金板材につい
ては950℃において、それ以外の合金板材については750
℃において30分間加熱した後、水中冷却した。

さらに、これらの板材の表面酸化スケールを除去した
後、冷間にて1.67mmまで圧延した。これらの板材を、45
0〜500℃で２時間時効焼鈍した後、冷間にて1.5mmまで
圧延した。

そして、これらの板材について、常温硬度、高温硬度、
耐熱性、導電率の測定および電極寿命の測定を行った。
なお、高温硬度は500℃において測定した。耐熱性は、
１時間加熱後の硬度が加熱前の硬度の80％に減少する温
度によって評価した。

電極寿命の測定は、２本の形状の異なる電極A,Bを用い
た通電試験により行った。この状況を第１図に示す。通
電条件は加圧力:2.0kgf（電極Ａ）、3.5kgf（電極
Ｂ）、電流:1200A（交流）とした。電極Ａは幅1.1mm、
長さ70mmに、電極Ｂは幅4.0mm、長さ70mmに各々加工し
て使用した。被通電材料として、１μ厚さのSnめっきを
施した0.2mm厚さ黄銅条を用いた。評価方法としては、
電極Ａの溶着が大きくなった時の通電回数をもって電極
寿命とした。No.1〜23の合金についての常温硬度、高温
硬度、耐熱温度、導電率および電極寿命の測定結果を別
紙第２表に示す。なお、比較合金No.21,22については熱
間加工性が悪いので、これらの特性の評価は省略した。
また、No.17,20については常温硬度が低く、No.18,19に
ついては導電率が低いため、高温硬度、耐熱温度、電極
寿命の測定は省略した。

電極寿命は、溶接時の電極の変形抵抗の他に、電極とSn
めっき被溶接材との溶着し難さに対応すると考えられ
る。すなわち、高温硬度の高い材料に溶着を低減する効
果のあるMg,BおよびTiを添加することにより、高い電極
寿命が得られることが第２表の結果よりわかる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係る抵抗溶接用電極材
は、耐熱性、高温硬度、導電性に優れるばかりでなく、
被溶接材との溶着が生じ難い。従って、Snめっき、Znめ
っきなどの表面被覆材料の抵抗溶接用電極材料としてと
くに使用寿命が長いという優れた特徴を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例における通電試験状況を示す概念図であ
る。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ni:1.0〜5.0wt％、Si:0.2〜1.5wt％、Cr:
0.001〜1.5wt％、Mg:0.01〜1.0wt％を含有し、残部実質
的にCuよりなることを特徴とする抵抗溶接用電極材料。
【請求項２】Ni:1.0〜5.0wt％、Si:0.2〜1.5wt％、Cr:
0.001〜1.5wt％、Mg:0.003〜1.0wt％を含有し、さら
に、B:0.001〜0.1wt％、Ti:0.01〜0.2wt％のうち１種以
上を含有し、残部実質的にCuよりなることを特徴とする
抵抗溶接用電極材料。
【請求項３】Ni:1.0〜5.0wt％、Si:0.2〜1.5wt％、Cr:
0.001〜1.5wt％、Mg:0.01〜1.0wt％を含有し、さらに、
Co:1.0wt％以上、Zr:0.35wt％以下のうち１種以上を含
有し、残部実質的にCuよりなることを特徴とする抵抗溶
接用電極材料。
【請求項４】Ni:1.0〜5.0wt％、Si:0.2〜1.5wt％、Cr:
0.001〜1.5wt％、Mg:0.003〜1.0wt％を含有し、さら
に、B:0.001〜0.1wt％、Ti:0.01〜0.2wt％のうち１種以
上と、Co:1.0wt％以上、Zr:0.35wt％以下のうち１種以
上を含有し、残部実質的にCuよりなることを特徴とする
抵抗溶接用電極材料。