JPH07284958A - 抵抗溶接用電極材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ａｌ又はＡｌ合金の抵抗溶接に適した電極材
料を提供する。 【構成】 Ｚｒを0.001 wt％以上、0.5 wt％以下含有
し、更にＮｉ、Ｓｎ、Ｚｎのうちの１種又は２種以上を
0.001wt％以上、0.2 wt％以下含有し、残部銅及び不可
避不純物からなる抵抗溶接用電極材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、純アルミ又はアルミ合
金等のアルミ材の抵抗溶接に適した抵抗溶接用電極材料
に関する。

【０００２】

【従来の技術】抵抗溶接は金属板等の被溶接材を２枚重
ねて上下から電極で挟み、圧力を加えて大電流を通し、
電極で挟まれた部分を局部的に溶接する方法である。溶
接部分をナゲットと称する。電極の先端は被溶接材と反
応して合金層が形成され、合金層がある厚さに達すると
被溶接材に移着し、この繰り返しで電極先端が消耗し、
ナゲットが小径化して所定の溶接強度が得られなくな
る。この時点までの溶接回数（打点数）が電極の寿命に
なる。

【０００３】この抵抗溶接は自動車のボディシートの組
立て等に用いられている。従来ボディシートには圧延鋼
板又は亜鉛めっき鋼板が使用され、抵抗溶接の電極には
Ｃｕ−Ｃｒ系合金が使用されていた。電極寿命は、被溶
接材が圧延鋼板の場合で１万〜１万２千打点、亜鉛めっ
き鋼板の場合で５千〜６千打点であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、省エネを目的
に、自動車関連部材のアルミ化が進み、ボディシートに
もアルミ材が使われだした。アルミ材を従来の電極材料
を用いて抵抗溶接すると、１千打点程度で寿命となり、
亜鉛めっきアルミ材では、更に短寿命となった。この原
因は、アルミ材の熱伝導性が良い為、溶接温度に昇温さ
せるのに大電流を要し、その結果電極温度が極度に上昇
して、電極先端部がアルミ材と合金化し易くなる為であ
る。この電極寿命の大幅低下は自動車関連部材のアルミ
化に向けて、解決すべき重要課題であり、寿命５千打点
以上の電極材料の開発が当面の目標とされた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような中
で鋭意研究を行いなされたものでその目的とするところ
は、アルミ材の抵抗溶接において寿命の長い電極材料を
提供することにある。即ち、本発明は、Ｚｒを0.001 wt
％以上、0.5 wt％以下含有し、更にＮｉ、Ｓｎ、Ｚｎの
うちの１種又は２種以上を 0.001wt％以上、0.2 wt％以
下含有し、残部銅及び不可避不純物からなることを特徴
とするものである。

【０００６】本発明において、合金元素のＺｒは、導電
率を余り低下させずに、結晶粒を微細化させ、且つ耐熱
性を高める作用を果たす。その含有量は、0.001 wt％未
満ではその効果が得られず、0.5 wt％を超えてもその結
晶粒微細化効果及び耐熱性向上効果は飽和してコスト的
に不利になる。前記Ｚｒに加えて、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎの
うちの１種又は２種以上を含有させるのは、耐熱性及び
硬度を向上させる為である。その総含有量が 0.001wt％
未満ではその効果が得られず、0.2 wt％を超えると導電
率が低下して電極材料の温度が著しく上昇する為であ
る。

【０００７】本発明の電極材料は、導電率を85％IACS以
上、硬度（ビッカース硬さ）を 130以上、耐熱性（初期
強度の90％以上が保証される２時間加熱時の最高加熱温
度）を 400℃以上、結晶粒径（平均粒径) を10μｍ以下
に調整することにより、その電極寿命が一段と向上す
る。その理由は、導電率が特に高いことにより、電極
温度の上昇が抑えられて合金層が形成され難くなる。
結晶粒が極微細な為合金層の密着性が高く、被溶接材に
移着し難くなる。硬度と耐熱性が特に高い為、電極先
端部が所定形状に保持され、ナゲット径の減少が抑えら
れる、為である。

【０００８】本発明の電極材料は、純アルミ又はアルミ
合金材を抵抗溶接するのに適した電極材料で、対象とな
るアルミ合金は、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−
Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−
Ｃｕ系等である。又この電極材料を用いてその効果が発
現される抵抗溶接機は、単相交流溶接機、単相整流溶接
機、三相低周波溶接機、三相整流式溶接機、インバータ
溶接機、コンデンサー式溶接機等である。

【０００９】本発明の電極材料は、本発明の銅合金組成
のインゴットを熱間又は冷間にて加工し、これを溶体化
処理後所定形状に冷間加工し、次いで時効処理して製造
される。インゴットを冷間加工すると溶体化処理時に微
細な再結晶粒が得られ、又硬度も高くなり好ましい。イ
ンゴットを熱間押出し等で熱間加工するのは経済的に有
利である。溶体化処理温度は 970℃〜850 ℃の温度範囲
で施すが、溶体化処理条件を最適化（低温短時間側）す
ることにより結晶粒をより微細化できる。時効処理は 5
00℃〜350 ℃の温度範囲で施される。結晶粒度は時効処
理条件によっても大きく左右される。時効後の冷間加工
は硬度の向上に有効である。

【００１０】

【作用】本発明の電極材料はＺｒを0.001 wt％以上、0.
5 wt％以下含有し、更にＮｉ、Ｓｎ、Ｚｎのうちの１種
又は２種以上を 0.001wt％以上、0.2 wt％以下含有し、
残部銅及び不可避不純物からなるので、導電率が高
く、従って電極温度の上昇が抑えられて合金層が形成さ
れ難い。結晶粒が微細となり電極先端部に形成される
合金層の密着性が高い。高硬度、高耐熱性となり、電
極先端部が所定形状に保持される。依って電極寿命が向
上する。

【００１１】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。無酸素銅に種々合金元素を配合し、これを溶解して
金型に鋳造して40mmφのインゴットとなした。次にこれ
を30mmφに外削後、25mmφに冷間加工した。その後950
℃で 0.5時間又は５時間加熱後、氷水中に焼入れる溶体
化処理を施した。この溶体化処理材を冷間で引抜加工し
て16mmφの線材に加工し、この線材に 450℃で２時間時
効処理を施した。得られた時効処理材を所定長さに切断
し、被溶接材と接触する側を80mmＲに加工して電極とな
した。

【００１２】得られた各々の電極を用いて、厚さ１mm、
幅30mm、長さ 200mmのアルミ合金板（Ａｌ−Ｍｇ系、Ａ
5182Ｐ−Ｏ材）を抵抗溶接した。抵抗溶接機には単相整
流式抵抗溶接機を用いた。溶接条件は、加圧力 300Kgf
、通電時間５サイクル、溶接電流 25000±1000Ａ（各
電極での適正溶接電流）、溶接ピッチ30mm、打点速度１
点／２秒とした。

【００１３】電極寿命は次のようにして判定した。即
ち、抵抗溶接されたアルミ合金板の溶接部をピール試験
治具で剥がして10点毎にナゲットの長径と短径をノギス
で測定し、その平均値ｐが、４t^1/2未満（但しｔは被溶
接材の板厚さ１mm、従ってｐは４mm未満）になった時
点、又は電極が割れ又は電極に溶着が生じて溶接ができ
なくなった時点までの打点回数を寿命とした。結果を表
１に示した。表１には、電極の合金組成、容体化処理時
間、導電率、硬さ、耐熱性、結晶粒径を併記した。導電
率はケルビンダブルブリッジ法により測定した。硬さは
ビッカース硬さ試験機により測定した。耐熱性は 200〜
580 ℃の温度範囲で２時間加熱した時の強度が、加熱前
の強度の90％以上を示す最高加熱温度で示した。結晶粒
径は平均値で示した。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１より明らかなように、本発明例品（N
o.1〜10) は、電極寿命がいずれも５千打点以上であっ
た。このうち、No.5は導電率が、又No.1,2,3,7は硬さ及
び耐熱性が各々若干低かった為、又No.10 は結晶粒径が
やや大きかった為、それぞれ電極寿命が幾分低下した。
これに対し、比較例品(No.11〜19) は、いずれも４千打
点を大幅に下回った。これは、比較例品は、導電率、硬
さ、耐熱性のいずれかが低下し、又は結晶粒径が粗大化
した為である。

【００１６】以上、Ａｌ−Ｍｇ系合金材を、単相整流式
抵抗溶接機を用いて抵抗溶接する場合について説明した
が、本発明の電極材料は、純アルミ材、他のアルミ合金
材、亜鉛めっきアルミ合金材等を、他の抵抗溶接機を用
いて抵抗溶接する場合に適用しても同様の効果が得られ
る。

【００１７】

【効果】以上述べたように、本発明の電極材料によれ
ば、アルミ材を５千打点以上の寿命で抵抗溶接すること
ができ、工業上顕著な効果を奏する。

フロントページの続き (72)発明者 岡田 俊哉 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｚｒを0.001 wt％以上、0.5 wt％以下含
   有し、更にＮｉ、Ｓｎ、Ｚｎのうちの１種又は２種以上
   を 0.001wt％以上、0.2 wt％以下含有し、残部銅及び不
   可避不純物からなることを特徴とする抵抗溶接用電極材
   料。
2. 【請求項２】 導電率が85％IACS以上、硬度（ビッカー
   ス硬さ）が 130以上、耐熱性（初期強度の90％以上が保
   証される２時間加熱時の最高加熱温度）が 400℃以上、
   結晶粒径（平均粒径) が10μｍ以下であることを特徴と
   する請求項１記載の抵抗溶接用電極材料。