JPS6163392A

JPS6163392A - シートメタルを溶接する方法

Info

Publication number: JPS6163392A
Application number: JP60183787A
Authority: JP
Inventors: アルド・ヴイツトリオ・ラ・ロツカ
Original assignee: Fiat Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1984-08-20
Filing date: 1985-08-20
Publication date: 1986-04-01
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: IT1179062B; IT8467833A1; EP0173656B2; DE3572614D1; US4755652A; EP0173656A1; EP0173656B1; JPH0677841B2; ES8608367A1; ES546261A0; IT8467833A0

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〉この発明は、ソート、メタルを溶接する方法およびその
装置に関する。特に、この発明は、並設されたシートメ
タルの限られた領域で融解を起こして“スポット溶接°
を形作るため、上記領域を局部的に加熱してシートメタ
ルを溶接する方法およびその装置に関する。

〈従来の技術〉シートメタルを結合する形式（例えば、箱またはシェル
を形作る形式）に関しては、第１図および峯２図の中で
テ１をもって示している型式の“中実”のスポット溶接
を用いて、溶接を１７なうものが知られている。第１図
および第２図に示すように、２１［！Ｉの並設されたシ
ートメタルＡ、Ｂはスポット溶接Ｃによって結合されて
いる。上記スポット溶ｔ１ｉｃは、上記シートメタルが
グリップされたその間の１対の電極（図示しない）を用
いて、例えば電気抵抗溶接によって行なわれる。６スポ
ツト溶接Ｃは大体円柱で単一体を形成している。

上述の型式で知られているスポット溶接ぶは、応力集中
が起る領域を提示している。この場合、分離して形作ら
れる溶接構造には応力が作用する。

ニ一般に、Ｅ記スポット溶接での応力は、静止状態で予
知できる最大応力の大きさの２倍から３峰の値に達する
。

従来形式の°中実°のスポット溶接が雀こされた構造が
振動による負荷（一般に、周期的な動的な負荷）を受け
るときには、スポット溶接か失敗したり疲労による破損
が起こったりする問題がめる。

事実、溶接藺所に繰り返しの衝撃や振動などが作用する
場合には、共振を起こす往復運動を発生させたり、シー
トメタルの構造に往復連動を起こさせたりする。幾つか
の形式上のフオームに対応する曲げの幅は、第２図に示
すようにシートメタルの肉厚の大きさにしている。明ら
かに、サイノカーブのような繰り返した強い集中応力が
作用する場合には、スポット溶接率に疲労か起こる。

スポット溶接が施されたＬｔ料の金属学および冶金学上
の性質は構造の周囲のＲａ域の性質より弱い。

ざらに、スケールやｉＭ！ｉｉされｔ二ヶ５余２←玉々
のｌぢ染物質の堆積による典型的な電解質の浸食現象か
、マイクロ浸食やマイクロクラックやこれらの生長反応
を増進さＵている。そして、スポット溶接は上述しｆコ
ミ気化学現東の影響を受けやすい。この場合、上記スポ
ット溶接は岐損しゃすく、安全性、）観へから応用面に
おけるある臨界点で本質的にＩＪ頓性がない。また、ス
ポット溶Ｉ妾を施こした金１、・４を用いると非常に強
力な応力か生じる場合がある。そのため、一般に安全状
態を確保したスポット溶接を用いる必要性が生した。

＋ｊ４造上の計算において、従来型の゛中実”のスポッ
ト溶接は、シートメタルに垂直な無限の剛性を存し、か
っ、その溶接場所に固く固定されたビームエレメントと
して考えられている。ρ１えば、ラインに沿って配置さ
れた一連の連続したスポット溶接によって結合された２
個のシートメタルであって、溶接の端部のスポット溶接
が可成りの剪断力によって負荷を受けるように上記シー
トメタルか応力を受ける場合には、この溶接は破壊しく
“脆性破壊°）、連続したスポット溶接はチェーン状に
破壊していく。事実、第１スポツト溶接による破壊後は
、剪断力は連続しｒニスポット溶接に伝達され、その破
壊の伝達は、確、実に、全体として、すなわち、少しの
変形ら伴わずに行なわれる。そのとき、他のスポット溶
接に乙連続して岐功が起−て、破壊はチェーンのように
（ドミノ効果（ｄｏ制−ｎｏ　ｅｒｒｅｃｔ　））増大
していく。

〈発明の目的〉この発明の目的は、従来技術のスポット溶接の不利な点
を解消することのでごろ、初期に定められｆこ型式のシ
ートメタルを溶接する方法およびその装置を提供するこ
とにある。

〈発明の構成、効果〉上記目的を達成するためｊこ、この発明は、各溶接領域
において、シートメタルは閉じたラインに沿って加熱さ
れ、かつ、融解されて、６スポツト溶接は横断面が実質
上環状の形状を有することを特徴としている。゛また、上記溶接は、シートメタルと一部になって、箱状
の構造をなしている。この箱状の構造は応力の一部を吸
収でき、弾性−塑性変形をする構晶て♂５る。例えば、
この発明による一連の管状のスポット溶接によって結合
された２個のシートメタルの場合、上記スポット溶接は
ラインに沿って連続して配置されており、上シ己溶接は
弾性−塑性方法で加えた応力の一部を吸収できて破壊し
にくく、さらに、１個所のスポット溶接から他方のスポ
ット溶接への応力の伝達は起こらず、チェーンのような
連続的な破壊は発生しない。

この発明はまｒこ上述の溶接方法を実行するための装置
に関する。

く実施例〉第３図はこの発明の方法によって行なわれた２個のスポ
ット溶接Ｓを示す。各スポット溶接Ｓは平均半正が例え
ば２ａ＋Ｉ＋＋の管状円筒エレメントによって実質的に
構成されろように、図中のシートメタルＡ、Ｂは局部的
に加熱されかつ実質的に円形である閉じたラインに沿っ
て融解される。

第３図中のスポット溶接Ｓを行なうために、好ましい実
施例によれば、第６図に示す装置を用いろことができる
。第６図中、シートメタルＡ、Ｂの上方にレーザー源！
が取付けられて、レーザー源１はビーム軸２に対して例
えば４５１１傾斜して取付けられた第１ミラー３の方向
へレーザービーム２を発射する。上記第１ミラー３で反
射されたレーザービーム２ａは第２ミラー・１に入射す
る。

第６図で図式的に示される実施例では、」二記第２ミラ
ー４は第１ミラー３と平行である。第２ミラー４から反
射した光線２ｂがレンズ５を通って上部シートＡに焦点
を合わ仕る。

上記第１ミラー３および第２ミラー４とレンズ５は、第
６図中矢印Ｆ１で示されるように、ビーム２の軸のまわ
り′に互いに回転し得ろようにな−ている。これらの第
１ミラー３および第２ミラー４とレンズ５を備えた光学
系を回転さＵろ手段によって、シートメタルＡ上の円形
ラインに２台ってレンズ５から射出するビームの投射（
ｉ’７１Ｆ’／を移動さυ゛ることが可能である。上記
実施例ては、π１ミラー３および第２ミラー４でレーザ
ービームの投射位置の間の距離に実質的に一致する平均
半径Ｒを０゛するスポット溶接を行なうことが６１能で
ある。

Ｌ・１′上しく（ユ、ゴＳ２ミラー・１とレノズ５とは
、第６図中矢印Ｆ、て示されるように、第１ミラー３に
２１シて互いに移動可能である。こ１１は、従来のべ′
Ｌ式によるマイクロメトリックシ；４３ｆｌ制御手段に
よって８鴇に行なわれろ。このように、スポット溶接Ｓ
の半径を変えることが可能でめる。

環状円形断面上でレーザースポット溶接を行なう二との
できろ装置は、アールテイームーイステイチュートパー
リーリサーチエデイテクノ口ノアメ力二カエバーオート
マジオン（ｒＬＴＭ　−１ｓｔｉｔｕｔ。

ｐｅｒ　ｌｅ　Ｒｉｃｅｒｃｈｅ　ｄｉ　Ｔｅｃｎｏｌ
ｏｇｉａ　　Ｍｅｃｃａｎｉｃａｅ　ｐｅｒ　ｌ’　Ａ
ｕｔｏｍｚｉｏｎｅ　）の氏名で同日にイタリアに出願
された特許出願の中で説明されている。

後者の装置と２．５ＫＷの物理分光源を用いて、肉１°
１が０　、８１１１１１１と２　、５　ｍｓ＋との間で
変化するメタルノートにおいて行なわれた実験的テスト
の結果は次のように示されている。管状スポット溶接は
、“萱状″スポット溶接が１／４　／　１１５以下かま
ｆ二はこれに等しい横断面積（強度領域）を有する場合
でも、従来の型式の中実スポット溶接よりらより強く、
衝撃に耐えｉ１＃ろ能力を（１し、７ｐ−）、侍ノ？に
対して乙より強い溶接；ｌ’　４ｔ＋’二シートメタル
を形成する＋Ｒ逍を示している。

打γとｉｉγとに耐え得る改良５れ八１を力は第１図と
第５図に示されている。それは、薄い肉！’、Ｉ　二〇
万状構造のエレメント（第４図に示才）をｆｚｊ人、ｆ
りて渠中衝↑？によって破損さＵ・る場３に、同ＬつＩ
断強度を資する中実の円柱構造より乙破壊が困惟である
。

さらに、実験結果で示される何トリな特徴は、レーザー
ビームを用いれば可能な高い生産性を得ることができる
ことにある。

第３図に示すこの発明の管状スポット溶接は、第７図に
示すように、電気抵抗溶接方法によって行なわれる。第
７図には、２（Ｌ！Ｉの対向ケる電極６゜７か溶接され
るべきシートメタルＡ、Ｂをつかみ、かつ、シートメタ
ルＡ、Ｂがその間で挾まれｆ二伏角で示されている。上
記電極６．７は従来の型式の電力供給源８に接続されて
いる。そして、電源が入ると、電流は、電極６．７間を
通ってシートメタルΔ、１３を通過する。電流が通過し
たシートメタルＡ、Ｂの領域はジュール効果によって極
度に加熱され、この領域を構成する材料は融解されろ。

その結果、この発明によれば、電極６．７の７ｋを設け
０、これらの端部が実質的に環状横断面積を何する。そ
の結果として、シートメタルＡ。

８間を流れる電流は環状領域を形成する。：この領域で
は、材料とシートメタルは融解され、その後、冷却され
て管状スポット溶接自体を構成する一体式の構造を形成
する。

第７図に示す電極６．７を配置すると、分路を作る問題
が生じる場合には、シートメタルＡ、１３内の電流通路
をスポット溶接の内部の方向へ移動、さけるために、高
い平均電流値によって発生した大きな電Ｍｉ折力を電流
ラインの半径方向へ移動させるようにパルス電流を電極
６．７に供給さ口“る。

さらに、第８図および第９図に示す型式に解答を与えろ
糸口が図中に示されている。第８図および第９図に示す
ように、各溶接領域で分路を作る問題を避けるたｙ）、
すなわら、スポット溶（をの中心方向へ電流通路を移動
させろため（つまり、空、１４のある領域に核を形成す
ることを避けるため）、形作られるスポット溶接より小
さい直径の孔１０Ａ、１０Ｂを予め形成している。これ
らの孔１０Ａ、ＩＯＢはシートメタルＡ、Ｂ間の界面領
域に対して限定を与える盲孔にすぎない。その代り、ボ
ス７０が、溶接領域におけるシートメタルをプレスして
いる間にシートメタルのうに：）１個（少なくとも）に
予め形作られている。この解答は第１０図に示されてい
る。第１１図は電気抵抗溶接を用いたスポット溶接を行
なうもう一つの解答を説明している。この解答によれば
、各電極６．７は閉じたラインに沿って配列されｆ二小
さなｊ１才ｔわちワイヤ電極Ｊ７．＋７の矢によって構
成されている。電極１６．１７は電気制御回路を１１目
１て連続しであるいは同時にパルス信号を供給する。各
電極１６．１７は小さな溶接点を形成する：電極間のス
ペースはスポット溶接に形作る小さな溶接点を結合でき
ろスペース、である。

１　図面のＥ　！ｌな説明第；図は従来例の“中実°のスポット溶接によって結合
されＩＳ２側のシートメタル部分を示す図、第２図は従
来例の“中実”のスポット溶接によって結合された２個
のシートメタル部分を示す図、第３図はこの発明の“管
状”のスポット溶接によって結合された２側のシートメ
タル部分を示す図、第４図は管状のエレメントに作用す
る！！Ｉ断を示す図、第５図は第４図と同じ断面を存す
る中実のエレメントに作用する第４図と異なるゲＩ断を
示す図、第６図は第２図に示された型式のスポット溶接
を行なうのに用いられる装置を図式的に示す図、第７図
は電気抵抗溶接による管状スポット溶接を行なう際に用
いる！対の電極を示す図、第８図は第４図に示す溶接方
法を実行する変形例を示す図、第９図は第４図に示す溶
接方法を実行する変形例を示す図、第１０図は第４図に
示す溶接方法を実行する変形例を示す図、第１１図は第
４図に示す溶接方法を実行する変形例を示す図である。

ＰＩ３．２Ｍ５６．６

Claims

【特許請求の範囲】

（１）融解してスポット溶接（Ｓ）を形作るためシート
メタル（Ａ，Ｂ）の限定され、隣接した領域を局部的に
加熱することによってシートメタル（Ａ，Ｂ）を溶接す
る方法であって、各溶接領域（Ｓ）において、上記シートメタル（Ａ，Ｂ
）は閉じたラインに沿って加熱され、かつ、融解されて
、各スポット溶接（Ｓ）は横断面が実質上環状の形状を
有することを特徴とするシートメタルを溶接する方法。
（２）上記特許請求の範囲第１項に記載のシートメタル
を溶接する方法において、上記閉じたラインは実質上円形であることを特徴とする
シートメタルを溶接する方法。
（３）上記特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
シートメタルを溶接する方法において、隣接するシート
メタル（Ａ，Ｂ）はレーザ源（１）によって発射される
レーザービーム（２，２ａ，２ｂ）により溶接される領
域において加熱され、かつ、融解されることを特徴とす
るシートメタルを溶接する方法。
（４）上記特許請求の範囲第３項に記載のシートメタル
を溶接する方法において、第１ミラー（３）と第２ミラー（４）は上記レーザー源
（１）と溶接されるべき上記シートメタル（Ａ，Ｂ）と
の間に配置され、上記第１ミラー（３）は上記レーザー
源（１）から発射される上記レーザービーム（２）の通
路に配置されて上記ビームを上記第２ミラー（４）の方
向に変向させ、上記第２ミラー（４）は溶接されるべき
上記シートメタル（Ａ，Ｂ）の方向へ上記レーザービー
ム（２ａ，２ｂ）を反射させるように配置され、さらに
、上記第２ミラー（４）と上記シートメタル（Ａ，Ｂ）
との間に凸レンズ（５）が設けられ、上記第１ミラー（
３）および第２ミラー（４）と上記凸レンズ（５）とは
上記第１ミラー（３）に投射する上記ビーム（２）の軸
まわりに一緒になって回転できるようにしたことを特徴
とするシートメタルを溶接する方法。
（５）上記特許請求の範囲第４項に記載のシートメタル
を溶接する方法において、上記第２ミラー（４）と上記凸レンズ（５）とは、上記
第１ミラー（３）と上記第２ミラー（４）との間で上記
レーザービーム（２ａ）の方向に平行な方向に上記第１
ミラー（３）に対して共に移動し得るようになっている
ことを特徴とするシートメタルを溶接する方法。
（６）上記特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
シートメタルを溶接する方法において、上記シートメタ
ル（Ａ，Ｂ）は、上記シートメタル（Ａ，Ｂ）が堅くつ
かまれた対向する造形電極（６，７）の間を通して電流
を供給することによって融解される領域において、加熱
されて溶解されることを特徴とするシートメタルを溶接
する方法。
（７）上記特許請求の範囲第６項に記載のシートメタル
を溶接する方法において、上記シートメタル（Ａ，Ｂ）の１つと接触するようにな
っている各電極（６，７）の端面は実質的に管状形状を
有していることを特徴とするシートメタルを溶接する方
法。
（８）上記特許請求の範囲第７項に記載のシートメタル
を溶接する方法において、上記各電極（６，７）の端面は環状の横断面を有するこ
とを特徴とするシートメタルを溶接する方法。
（９）上記特許請求の範囲第６項乃至第８項のいずれか
に記載のシートメタルを溶接する方法において、孔（１０ａ、１０ｂ）が上記シートメタル（Ａ，Ｂ）の
各溶接領域に予め形成され、上記孔（１０ａ，１０ｂ）
はスポット溶接の面積よりも小さい面積の横断面を有す
ることを特徴とするシートメタルを溶接する方法。
（１０）上記特許請求の範囲第９項に記載のシートメタ
ルを溶接する方法において、上記孔（１０ａ，１０ｂ）は貫通孔であることを特徴と
するシートメタルを溶接する方法。
（１１）上記特許請求の範囲第９項に記載のシートメタ
ルを溶接する方法において、上記孔（１０ａ、１０ｂ）は盲孔であることを特徴とす
るシートメタルを溶接する方法。
（１２）上記特許請求の範囲第１１項に記載のシートメ
タルを溶接する方法において、上記孔（１０ａ、１０ｂ）は他のシートメタルの隣りに
配置されるようになっている面からシートメタル（Ａ，
Ｂ）に夫々形成されることを特徴とするシートメタルを
溶接する方法。
（１３）上記特許請求の範囲第６項に記載のシートメタ
ルを溶接する方法において、ボス（７０）は上記シートメタル（Ａ，Ｂ）のうちの少
なくとも１個の溶接領域に予め形成され、上記ボス（７
０）は上記スポット溶接（Ｓ）の直径よりら小さい光線
の直径を有することを特徴とするシートメタルを溶接す
る方法。
（１４）上記特許請求の範囲第６項に記載のシートメタ
ルを溶接する方法において、各電極（６，７）は閉じたラインに沿って配置された複
数のマイクロ電極（１６，１７）を含むことを特徴とす
るシートメタルを溶接する方法。
（１５）上記特許請求の範囲第１４項に記載のシートメ
タルを溶接する方法において、電圧は上記電極（６，７）に対応した対のマイクロ電極
（１６，１７）に連続して供給されることを特徴とする
シートメタルを溶接する方法。
（１６）レーザー源（１）を備えると共に、第１ミラー
（３）と第２ミラー（４）を備えて、上記第１ミラー（
３）は上記レーザー源（１）から発射されるレーザービ
ーム（２）の通路に配置され、上記第２ミラー（４）に
向けて上記レーザービーム（２）を変向するようになっ
ており、上記第２ミラー（４）は溶接されるべきシート
メタル（Ａ，Ｂ）上に向けてレーザービーム（２ａ）を
反射させるように配置されており、さらに、凸レンズ（
５）は上記第２ミラー（４）と上記シートメタル（Ａ，
Ｂ）との間に配置され、上記第１ミラー（３）および上
記第２ミラー（４）と上記凸レンズ（５）とは、上記第
１ミラー（３）に投射する上記レーザービーム（２）の
軸のまわりに互いに伴って回転し得るようになっている
ことを特徴とするシートメタルを溶接する装置。
（１７）上記特許請求の範囲第１６項に記載のシートメ
タルを溶接する装置において、上記第２ミラー（４）と上記凸レンズ（５）とは、上記
第１ミラー（３）と上記第２ミラー（４）との間で上記
レーザービーム（２ａ）の方向と平行な方向に上記第１
ミラー（３）に対して互いに伴って移動し得ることを特
徴とするシートメタルを溶接する装置。
（１８）電気エネルギ源（８）と、一対の電極（６，７
）を備え、上記一対の電極（６，７）には上記電気エネ
ルギ源（８）に接続でき、かつ、反対側から溶接される
べき上記シートメタル（Ａ，Ｂ）をつかむように配置さ
れて溶接されるべき領域またはスポットにおいて上記シ
ートメタル（Ａ，Ｂ）に電流を流すことができる上記特
許請求の範囲第１６項または第１７項に記載のシートメ
タルを溶接する装置において、上記シートメタル（Ａ，Ｂ）に接触されるようになって
いる各電極（６，７）の端面は実質上管状であることを
特徴とするシートメタルを溶接する装置。
（１９）上記特許請求の範囲第１８項に記載のシートメ
タルを溶接する装置において、上記各電極（６，７）の端面は環状の横断面を有するこ
とを特徴とするシートメタルを溶接する装置。
（２０）上記特許請求の範囲第１８項に記載のシートメ
タルを溶接する装置において、上記各電極（６，７）は閉じたラインに沿って配置され
た複数のマイクロ電極（１６，１７）を含むことを特徴
とするシートメタルを溶接する装置。
（２１）上記特許請求の範囲第２０項に記載のシートメ
タルを溶接する装置において、電圧は上記電極（６，７）に対応する対のマイクロ電極
（１６，１７）に連続して供給されることを特徴とする
シートメタルを溶接する装置。