JPS611483A - Ａ１基合金薄板の電気抵抗溶接方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Ａｌ基合金（以下単にＡｌという）製の薄板
を重ねて電気抵抗溶接する方法に関し、通電部の局所的
加熱によって所謂“散り”が発生したり局所的溶融によ
って外観上の欠陥や強度欠陥等を生ずることなく、鍵全
な溶接部を安定して得ることのできる電気抵抗溶接方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

Ａｌは軽量で電気伝導度が高く且つ表面は安定な不働態
被膜で覆われているので酸化変質し難い等の特長を有し
ている。その為電子機器材料等の分野においても使用さ
れる様になってきている。

そしてその使用形態としては薄板が大半を占めており、
重ね溶接される頻度が極めて高い。重ね溶接法としては
■溶接歪の発生が少ない、■格別に高度な溶接技量が要
求されず汎用性が高い、といった利点を有する電気抵抗
溶接法が賞月されている。しかしながらＡｌは固有抵抗
が極めて小さいので鋼板等に比べてジュール発熱量が小
さく、且つ熱伝導度が高く溶接周辺への熱放散が大きい
為、抵抗熱を如何に効率良く利用するかということが最
大の課題であり、特にシーム重ね溶接部に高レベルの気
密性が要求される場合には細心の注意が必要となる。

上記の様な問題を更に詳細に検討してみると、次の様な
ことが言える。

（１）通電が局所的にしか行なわれない為、局所的発熱
による溶融金属の“散り″（加圧下で溶融金属が飛散す
る現象）或は局所的溶融による外観不良や強度欠陥が発
生し易く、こうした欠陥はＡｌ板の厚さが薄くなればな
る程顕著に現われてくることが確認されており、その理
由は次の様に考えられている。

即ちＡｌ薄板では電極の圧接部に圧痕が残り易い為、表
面仕上り精度が高度に要求される場合は先端の平坦な電
極が使用される。この様な電極を被溶接材に圧接した場
合、加圧分布は例えば第４図に示す様になり（図中ｔは
板厚、Ｂは接合境界、Ｐは圧接中心、Ｄは電極チップを
夫々示している）、更に電流のフリンジング効果も加わ
る結果、例えば第５図（図中１は電極、２は被溶接材、
Ｗは溶接部を夫々示す）に略示する様な局所的な融合状
態で溶接が完了してしまう。ちなみに第６図囚〜（ロ）
は適正な重ね抵抗溶接が行なわれた場合に勿けるナゲツ
ト生成過程を示す概念説明図であり、通電の初期番こは
、第６図囚に示す如く電極１、ｌの周縁ａともつとも近
い位置における被溶接材２．２同士の接触点（図中のａ
′点）から発熱が起こり、この部分から融合が始まって
いく。そして通電時間が経過するにつれて第６図［Ｆ］
）、（Ｑに示す如りａ′点より内側に向けて融合が進ん
でいき、最後には第６図■に示す如く接触面の全域に訴
いて被溶接材２．２同士が互いに融合一体化してコロナ
ボンド部８を形成し、抵抗溶接が完了するはずであるが
、薄板溶接の場合は板厚方向の溶融厚さは当然に極めて
薄くなり、しかも通電時間が非常に短いこともあって、
実際の溶融部（コロナボンド部）は最終的に第６図（６
）に示した様な状態とはならず、前記第５図に示した様
な局所的溶融状態で溶接が完了してしまう。そこで圧接
部全体を融合一体化させるべく電流を上げたり通電時間
を長くすると局所的に板厚方向に貫通する過溶融状態と
なり、電極直下が−・様に溶融する以前に“散り”が発
生し、圧接部の表面精度が低下すると共に接合力も低く
なる。

（ＩＩ）Ａｌ表面の酸化物被膜の抵抗がＡｌの固有抵抗
よりも大きい為、薄板表面で“散り”が発生し易い。

即ちＡｌ表面には前述の如く酸化物被膜が形成されてあ
り、その融点は２０８０℃とＡｌのそれより高温であり
且つ被膜の電気抵抗はＡｌのそれより大きい為、電極と
Ａｌ及びＡｌとＡｌ間の接触抵抗が非常に高くなり、酸
化被膜部分の局所加熱によって“散り”が発生し易くな
る。更に酸化物被膜が電極周縁部側で優先的に破壊する
と、前記（１）の悪影響を一層大きく受ける様になり、
板−板間の境界面が融合一体化する前に電極に近接した
板表面で“散り”が著しく発生する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の様に従来のＡｌ薄板の電気溶接法では、通電時の
局所加熱及び局所溶融に基づく融合不良及び“散り”に
伴う接合不良や表面精度の低下といった、殆んど不可避
的とも言える欠点があり、Ａｌ％ｉ板の用途拡大成は品
質向上を推進して行くうえで大きな障害となっている。

本発明はこうした状況のもとで、前述の様な問題をすべ
て解消し優れた表面精度と接合力を確実に得ることので
きるＡｌ薄板の電気抵抗溶接法を確立しようとするもの
である。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明はＡｌ薄板の電気抵抗溶接を行なうに当たり、通
電中の初期電極間抵抗値を２５０μΩ未満に設定すると
共に、電極間最大抵抗値が１ｖを超えない様に制御しな
がら溶接するところに要旨を有するものである。但し初
期電極間抵抗値とは抵抗溶接時間をＴとした場合におけ
るＴ／８までの初期溶接時間における抵抗値を意味し、
また初期電極間最大電圧値とは同じ＜　Ｔ／８　ｔでの
初期溶接時間にあける最大電圧値を意味する。

〔作用〕

以下研究の経緯を追って本発明の作用を明確にする。

これまでの研究により本発明者等は１、抵抗溶接に右い
ては通電時の電極間電圧及び抵抗が溶接性に著しい影響
を与えるという知見を得ている。そこでこの知見に基づ
き、電極間電圧及び抵抗の影響を更に明確にする為、第
１図（８）、（６）に示す如く棒状電極１ａ、１ａ又は
ロール収電＠１ｂ、Ｉｂの適当位置に電極間の電圧及び
抵抗を測定する為の端子４．４を取り付け、通電中の電
圧及び電流の波形を記録した。

第２図はその結果を示したもので、抵抗溶接の完了に必
要な全通電時間■に右ける電圧（至）及び電流（１）の
変化を例示するものである。尚交流式抵抗溶接機のりア
クタンスは大きいので、溶接部の抵抗が少々変化しても
電流（Ｉ）は殆んど変わらない。

この図より、電流波形のピーク位置は無負荷の短絡通電
時と同様（Ｔ／２）のところに現われるが、電圧波形は
特異な形状を示しており、ピーク位置は溶接対象物及び
溶接条件等によって相当変動することを見出した。そし
てこうした電流・電圧波形は、 ピ）最高電圧（ＥｍａＸ）が最高電流（Ｉｍａｘ）より
も先に現われる場合、 （ロ）ＥｍａｘがＩｍａｘと同時に現われる場合、及び （ハ）Ｅｍａｘが’　ｍａｘよりも後に現われる場合、
に分類することができ、これら（イ）、（ロ）、ｆ今の
電圧・電流波形をｘＩＩＹレコーダで記録すると、第８
図ピ）、（ロ）、（ハ）の通りとなり、各図の傾き（電
圧／電流）は抵抗を示すことになる。こうした電流・電
圧波形及び抵抗のパターンは前述の如く溶接材料や溶接
条件等によって著しく変わってくるが、色々の上記パタ
ーンと溶接性の相関性を見出すべく種々実験を行なった
ところ、特に１サイクルの抵抗溶接時間（１）に射ける
溶接開始初期〔具体的にはＴ／８までの間〕の電極間抵
抗値及び電極間最大電圧値を適正昏と調節してやれば、
材質（純Ａｌ或は他の元素を含むＡｌ合金）や溶接条件
等の如何を問わず、安定して良好な溶接性を確保し得る
という事実が明らかとなった。そして後記実施例でも明
らかにする如く、初期電極間抵抗値が２５０μΩを超え
、また初期電極間最大電圧値が１ｖを超えると局所溶融
による“散り”現象が発生し易くなって溶接性が著しく
悪化するのに対し、上記各値が２６０μΩ以下、１ｖ以
下となる様に溶接条件を設定してやれば、電極直下の全
面に亘ってほぼ均等に加熱・溶融が起こり、局所加熱に
よる接合不良や局所溶融による“散り”等を生ずること
なく、健全な溶接部を確実に得ることができることが判
明した。

この様に通電初期の抵抗及び電圧が溶接性に著しく影響
を及ぼす理由は次の様に考えることができる。即ち通電
初期に堰いては、被溶接材がまだ十分に温まっていない
ので圧接面には圧延に基づく微細な凹凸が存在して詔り
、完全接触ではない為接触面積は見掛より少なく、しか
も材料表面には前述の如く酸化物被膜が存在している為
、局所加熱及び局所溶融が生じ易いが、材料表面を脱脂
処理や化成処理に付して表面を平滑化すると共に酸化物
被膜を除去して溶接初期の電極間抵抗を小さくしてやれ
ば、電極圧接面全域に亘ってほぼ均等に電流が流れて加
熱される為、局所加熱に起因する問題が生じ難くなるも
のと考えられる。

一方電極間電圧は、材料温度によって変化するが、材料
が訣まれば下記式に示すウィーブマン・フランツ（Ｗｉ
ｅｄｅｍａｎｎ　　Ｆｌａｎｚ）の法則により自ずと決
まってくる。

Ｅ２＝　４　Ｌ　（Ｔ２−７ｒ２　） 但しＥ：接触電圧 Ｌ：ウィーブマン・フランツ定数 Ｔ：接点の最高温度 Ｔｒ：室温 即ち初期電圧も被溶接材料に対する局部加熱等と密接に
関連してくることは明白であるが、本発明者等が実験に
より確認したところでは、表面の接触抵抗の増大等が原
因となって“散り”を生じ易い様な状態になると上記電
圧値は理論値よりもかなり高い値となることが確認され
た。従って初期電極間電圧値についても初期電極間抵抗
値とは個別に検知しでコントロールする必要があり、こ
うした観点から”散り”等の問題を生ずることのない最
大の初期Ｉｔ極間電圧値を実験的に求めた結果、同電圧
値が１Ｖを超えない様に抑制すべきことを確認したもの
である。

尚溶接時の適正電流範囲をより広くして一層安定した溶
接状態を得る為には、通電初期の電極間抵抗値及び電極
間最大電圧値を夫々２００μΩ以下及び０．９ｖ以下に
制御するのがよい。またＡｌ板の厚さは特に限定されな
いが、本発明の前記特徴が最も有効に発揮されるのは１
．０朋以下、より好ましくは０．５Ｂ以下の場合である
。また通電初期の電極間抵抗値を低（する為の方法とし
ては、Ａｌ薄板の表面を重ね溶接前に脱脂処理し、化成
処理し、或は研削処理する方法等が挙げられる。

〔実施例〕

第１表に示す如く種々のＡｌ基合金薄板に適当な表面処
理を施し、同表に示す条件で抵抗溶接を行ない、′散り
”の発生状況及び適正電流範囲を比較した。

結果を第１表に一括して示す。

尚表中の評価方法及び評価基準は下記の通りとした。

〔評価方法〕

“散り”の発生状況：溶接後の圧接面を肉眼観察によっ
て評価 適正電流範囲　　：均一に溶融し且っ“散り”を生じな
い電流範囲の広 狭で評価 〔評価基準〕 ◎；極めて良好 ○：良好 △；やや劣る ×＝劣る 第１表（２） 第１表より次の様に考えることができる。

実施例１〜６は本発明の規定要件をすべて満たす例であ
り、溶接時に“′散り”が起こらず、表面性状及び接合
強度共に良好な溶接部を得ることができ、適正電流範囲
も広い。これに対し比較例１〜６は本発明で規定する要
件のいずれかを欠く例であり、溶接時に“散り”が発生
して溶接欠陥が生ずる低表面性状も悪く、且つ適正電流
範囲も狭い０ 〔発明の効果〕 本発明は以上の様に構成されているので、Ａｌ薄板を対
象として抵抗溶接する時に“散り”を生ずることなく、
表面精度が高く溶接欠陥のない健全な溶接部を得ること
ができる様になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は抵抗溶接の電極配置例を示す説明図、第２図は
１サイクルの抵抗溶接特番こ＃ける電圧及び電流の波形
を例示する図、第８図はＸ＠Ｙレコーダで記録した１サ
イクル抵抗溶接時の電圧と電流の関係を示すグラフ、第
４図は重ね合わせ圧接面及び加圧中心の板厚方向にあけ
る最大剪断応力の分布図、第５図は従来法で得た抵抗溶
接部を示す略図、第６図は重ね抵抗溶接時におけるナゲ
ツト生成過程を示す概念図である。 Ｉａ、ｌｂ・・・電極、　　　２・・・被溶接材、４・
・・端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ａｌ基合金薄板の電気抵抗溶接を行なうに当たり、通電
   中の初期電極間抵抗値を２５０μΩ未満に設定すると共
   に、初期電極間最大電圧値が１Ｖを超えない様に制御し
   ながら溶接することを特徴とするＡｌ基合金薄板の電気
   抵抗溶接方法。但し初期電極間抵抗値とは溶融箇所の抵
   抗溶接所要時間をＴとした場合におけるＴ／３までの初
   期溶接時間における抵抗値を意味し、また初期電極間最
   大電圧値とは同じくＴ／３までの初期溶接時間における
   最大電圧値を意味する。