JPH089105B2 - 鋼板の抵抗溶接法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は抵抗溶接、詳しくは点溶接等の重ネ抵抗溶接
に係り、とくに亜鉛めっき鋼板の溶接性を改善した抵抗
溶接法に関する。

［従来の技術］ 鋼板の少なくとも一面に亜鉛を主体をするめっきが施
された亜鉛めっき鋼板は、自動車や洗濯機のボディ用材
料として広く使用されている。この亜鉛めっき鋼板は点
溶接、プロジェクション溶接、シーム溶接等の重ネ抵抗
溶接によって接合されるのが普通であるが、めっき層を
有しない裸鋼板に比較して亜鉛めっき鋼板は溶接性に難
がある。これは、亜鉛の電気抵抗が比較的小さく、しか
も軟弱であることから、互いに接合されるべき亜鉛めっ
き鋼板同士が押しつけられたときのなじみ性が良好なた
め、合せ面の接触電気抵抗が小さくなって十分な発熱が
得られないからである。そのため、例えば亜鉛めっき鋼
板の点溶接では通常の鋼板に比較して溶接電流を25〜50
％、溶接時間を50〜100％それぞれ大きく設定するのが
普通であり、必然的に電力の消費が増大する。しかも溶
接により形成されるナゲットの大きさが一定せず、溶接
強度が不安定となるとともに、電極と鋼板との接触面に
おける発熱が多くなって電極の損耗が激しく、また、電
極に付着した亜鉛の排除作業も頻繁に行わなければなら
ず、生産性の低下に加えてコストの増大が避け難い。

亜鉛めっき鋼板の耐食性を主として亜鉛の犠牲腐食作
用によるものであるため、耐食性を高める上ではめっき
層を厚くすることが望ましいのであるが、この場合に
は、上記の傾向が助長されて一層溶接性が劣化する。

そのため、自動車ボディ用材料について言えば、路面
に融雪剤が撒かれる北米や北欧向けを除いては、耐食性
を犠牲にしてでもできる限り亜鉛の被着量の少ない鋼板
に需要が傾いているのが実情であり、また、比較的薄い
めっき層で良好な耐食性が得られるように改善された、
合金化亜鉛めっき鋼板、亜鉛系合金めっき鋼板、多層亜
鉛めっき鋼板等も使用されている。

このように、めっき層が比較的薄い亜鉛めっき鋼板で
は、溶接性に幾分良化の傾向がみられるものの、めっき
層を有しない裸鋼板に比較すれば未だ十分でなく、一層
の改善が望まれているのが現状であり、とくに高度の耐
食性を要求される北米や北欧向けの自動車ボディに用い
られる亜鉛被着量の多い鋼板においては、溶接性の改善
が強く求められている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の問題に鑑み本発明者等は、さきに継手の合せ面
の接合界域に継手の密着を妨害して抵抗を増大させるた
めの粒体、例えばセラミックス粒を介在させて行う抵抗
溶接法を提案した。

そして同法の試行段階では、継手の合せ面に粒体を安
定的に保持するために、あらかじめ合せ面の必要箇所に
接着剤を吹きつけておき、同接着剤の被着面に例えば重
力式のスプレーガン等で粒体を散布するといった方法を
採用していた。

ところが接着剤及び粒体の所要量を接合界域からそれ
ほど食出すことなく付着させることはきわめて困難であ
り、作業に長時間を要するばかりか粒体付着の歩留りも
悪い。

本発明は、簡潔な手段でセラミック等抵抗増大粒体の
所要量を確実に接合界域に付着させることを、解決すべ
き技術課題とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記課題解決のため、亜鉛めっき鋼板の抵抗
溶接に先立ち、合せ面の接合界域に、あらかじめ50〜50
0μｍの粒径をもつ粒体を混在させた難導電性の粘調物
を配設し、一対の電極により該接合界域に加圧して、合
せ面を接触させると同時に上記粒体の周辺に加圧前に確
保されていた間隙の一部を残留させたのち通電するとい
う技術手段を講じている。

上記粒体の粒径は50〜500μｍとすることにより、接
合界域の合せ面の密着を防害して抵抗の増大に過不足な
く機能する間隙を該粒体の周辺に確保することができ
る。

上記粒体としては亜鉛よりも高融点のセラミックス粒
が好適であ、また、上記粘稠物としては非導電性、少な
くとも難導電性であることが望ましく、通常の澱粉糊の
ほか揺変性をもつベントナイトや塗料なども使用でき
る。

なお、上記粒体を混在させた粘稠物の介在により接合
界域における通電が必要以上に妨げられるか、又は不規
則になることを考慮すれば、該粘稠物中に適量の導電性
物質例えばNi、Zn等を添加するようにしてもよい。

本発明は、全ての亜鉛めっき鋼板に適用することが可
能である、すなわち、通常の両面あるいは片面亜鉛めっ
き鋼板はもとより、亜鉛めっき層をFe−Zn合金化処理し
て塗料との密着性、抵抗溶接性を改善した合金亜鉛めっ
き鋼板、亜鉛めっき鋼板の耐食性向上を目的として合金
元素を添加したZn−Ni,Zn−Co−Cr,Zn−Al−Sn系等の合
金めっき鋼板、耐食性の向上のみならず、溶接性やプレ
ス成形性などを改善したZn/Mn系、Zn/Ni系などの多層亜
鉛めっき鋼板等に本発明を適用することが可能である。

［発明の効果］ 本発明に係る抵抗溶接法によれば、加圧されて未だ通
電されていない状態では、両亜鉛めっき鋼板の合せ面が
粒体の介在により亜鉛層を介して部分的に接触されるの
で、溶接時における通電の開始を容易にすることによっ
て不規則通電の発生を防止し、ひいては安定した溶接結
果を得ることができる。

また、加圧下における通電開始後は、いち早く溶融蒸
発した粘稠物及び亜鉛層が合せ面間に配設された粒体周
辺の残留空隙から相次いで排出され、通電開始後の極め
て初期段階に接合界域の電気抵抗は急激に増大して、合
せ面の表面層は十分な発熱により溶融される結果、低電
流及び短い時間で溶接を完了することができる。

しかも加圧通電下における発熱は接合界域の限られた
部分に集中して起り、電極と鋼板との接触での温度上昇
は極めて小さいので、溶接時間の短縮とも相まって電極
の損耗が少なく、溶接作業の安定化と生産性の向上に寄
与することができる。同じ理由で点溶接表面に生ずる圧
痕部における亜鉛層の消失が少なく、防錆性能の低下を
も回避し得る。

また、発熱は継手合せ面の限られた部分に集中して起
るためナゲット厚さが小さくなり、溶接に伴うへこみや
変形の発生が少なくなり、母材の熱影響部も小さくなる
ため、溶接部の強度が大きくなる。同じ理由で合せ面以
外の部位にナゲットが形成され難くなる。比較的薄い板
と厚い板とを点溶接する場合には、厚い板の厚さ方向の
中間部にナゲットが形成され、必要とする合せ面に形成
されないことがあるが、粒体の介在によって合せ面の電
気抵抗が増大する結果、このような事態の発生は巧みに
回避し得る。

しかも上記電流の低減によって電力消費が少なくて済
む効果が得られることは勿論であるが、溶接時間も短縮
されて溶接作業の効率が向上し、さらにチリや爆飛の発
生を回避しつつ適正なナゲットを形成し得る適正電流値
範囲が広くなるので、溶接条件の管理も容易となって不
良率が低下するという効果も得られる。

とくに本発明方法では、継手の密着を妨害する粒体を
あらかじめ粘稠物中に混在させてあるので、粒体を散逸
させることなく簡単に必要箇所に付着させることでき、
しかも粒体の所要量を粘稠物の特性を利用してほぼ均等
に混入させうるので、接合界域に介在させる粒体量もき
わめて容易に管理することができる。

［実施例］ 板厚0.8mmの軟鋼板の両面にドブ漬法によってそれぞ
れ1m²当り60gの亜鉛めっき層が形成された溶融亜鉛めっ
き鋼板の継手を重ねて点溶接を行うに先立ち、合せ面の
接合界域に下記の媒体混入粘稠物を介在させ、同じく下
記の条件で点溶接試験を行った。

使用電極直径:16mm（先端直径6mm） 加圧力:200kg 溶接電流設定値:8〜12KA 通電時間:2サイクル 実験結果を第１図及び第２図に示す。

第１図において横軸は設定電流値を、縦軸は得られた
ナゲット径を示した。第２図において横軸は通電時間を
溶接電流のサイクル数で表わしたものであり、縦軸は上
段においては溶接中における電極間の電気抵抗値を、下
段においては溶接電流値を示した。

第１図から明らかなように、合せ面の接合界域に粒体
混入粘稠物を介在させた場合は、通常の溶接の場合より
も低い設定電流でナゲットが形成される。これは第２図
の上段から観察できるように通電初期の抵抗値が高く接
合界域の発熱量が大きくなったためである。なお、この
場合の溶接電流は第２図下段にみられるように、粒体混
入粘稠物の存否にかかわらず、ほぼ等しい値を示してい
る。

（実施例２） 粘稠物中に混入されるAl₂O₃の平均粒径を300μｍ、混
入量を5gとした以外実施例１と同一条件で点溶接試験を
行った。実験結果を第３図及び第４図に示す。

同図の縦、横軸の設定は第１図、第２図のそれと同じ
であり、この場合でもナゲット径に幾分の相違はあるも
のの本発明方法は低い設定電流でナゲットが形成され、
また、粒径がかなり大きくなっても不規則な通電になら
ないことを示している。

次に本発明方法の特質をさらに詳しく説明すると、第
５図に示すように、亜鉛めっき鋼板からなる継手10の合
せ面の接合界域に介在させる粒体12は、あらかじめその
所要量が粘稠物中に偏在することなく混入されているの
で、手操作で又は専用の供給容器を介して粘稠物の適量
を一方の継手の合せ面上に滴下させるだけで、接合界域
に抵抗の増大に過不足なく機能する間隙14（だだし加圧
前は粘稠物によって満たされている）が確保される。継
手10を電極16で加圧して溶接する際、該粘稠物の大半は
外方に押し出され、粒体12の継手への食い込みと継手の
撓みにより、継手相互に部分的な接触が起ると同時に粒
体12の周辺には残留間隙14が形成され、次いで電流が流
れる（第６図）。このようにして通電が開始されると、
残留間隙14にある粘稠物がいち早く溶融蒸発し、次いで
合せ面に存在する亜鉛層が溶融蒸発して、該間隙14から
外部へと排出され、通電開始後の極めて初期段階に接合
界域の電気抵抗は急激に増大して、合せ面の表面層に十
分な発熱が誘起される結果、継手10は合せ面に沿って溶
融して薄いナゲットが形成される。ナゲットの形成が進
むにつれて抵抗値は幾分低下する。

これに対し通常の継手の場合でも、継手を重ねたとき
の亜鉛同士のなじみ性が良好なために電気抵抗が小さ
く、従って通電初期は発熱量が少なくなってナゲットが
形成されない。通電時間が長くなると、いわゆる体積抵
抗によって継手の広い範囲にわたって温度が上昇する。
継手の温度が高くなれば付随的に抵抗値も高くなり、こ
れにより発熱量の増大も加わって。遂には継手の一部が
溶融しナゲットが形成される。なお、このようにしてナ
ゲットが形成されるとき、継手は広い範囲にわたって高
温となっているため、僅かな電流値の変動によってもチ
リが起り易い状態にあり、また、比較的厚いナゲットが
形成される。

上述したように、本発明方法によって形成されるナゲ
ットはこれとは対称的に著しく薄く、従ってその総容積
が小さいことは、それだけ接合に要する熱エネルギーが
少なくてすむことを示している。また、加熱範囲が狭い
ことは、溶接中の変形、残留応力並びに継手の変質部が
小さくなり、この点からも優れた溶接部といえる。

一方、電極16と継手10との接触面における電気抵抗及
び熱伝導は、通常の点溶接方法による場合と本発明方法
による場合とでとくに変るところはないが、本発明方法
では少ない電流で、又は同じ電流でも短い時間に溶接が
完了するので、結果として電極16と接触するめっき層の
温度は通常の方法に比べて低くなる。従って電極16と接
触した部分での継手10の亜鉛消失量が少なく耐食性が向
上するうえ、電極16の損耗が低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例１の実験結果を示す
グラフ、第３図及び第４図は同実施例２の実験結果を示
すグラフ、第５図は本発明実施例の接合部を模式的に示
した説明図、第６図は同接合部の加圧後の状態を局部的
に示す拡大図である。 10……継手、12……粒体 14……間隙（粘稠物）、16……電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】継手の合せ面に亜鉛を主体としためっき層
   を有する鋼板の抵抗溶接において、上記合せ面の接合界
   域に、あらかじめ50〜500μｍの粒径をもつ粒体を混在
   させた難導電性の粘調物を配設し、一対の電極により該
   接合界域を加圧して、合せ面を接触させると同時に上記
   粒体の周辺に加圧前に確保されていた間隙の一部を残留
   させたのち通電することを特徴とする鋼板の抵抗溶接
   法。
2. 【請求項２】上記粒体がセラミックスである特許請求の
   範囲第１項記載の抵抗溶接法。
3. 【請求項３】上記粘稠物中にさらに導電性物質を混在さ
   せた特許請求の範囲第１項又は第２項記載の抵抗溶接
   法。