JPS63119988A - 亜鉛めっき鋼板の電気抵抗溶接法 - 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】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は抵抗溶接に関するものであり、特に亜鉛めっき
鋼板の抵抗溶接性の改良に関するものである。

（従来の技術） 鋼板の少なくとも一面に亜鉛を主体とするめっきが施さ
れた亜鉛めっき鋼板は、自動車や洗濯機のボディ用材料
等として広く使用されている。この亜鉛めっき鋼板はス
ポット溶接、プロジェクション溶接、シーム溶接等の電
気抵抗溶接によって接合されるのが普通であるが、めっ
き層を有しない通常の鋼板に比較して亜鉛めっき鋼板は
抵抗溶接性が劣る。これは、亜鉛の電気抵抗が比較的小
さく、しかも柔らかくて、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いた
め、合わ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
鋼板のスポット溶接では通常の鋼板に比較して溶接電流
が２５〜５０％、溶接時間が５０〜１００％それぞれ大
きく設定されるのが普通であり、従って消費電力が大き
くなる。しかも溶接により形成されるナゲツトの大きさ
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（なって電極の損耗が
激しく、また電極に付着した亜鉛を除く作業を頻繁に行
わなければならず、生産性が悪くコストが増大すること
を避は得ない。

亜鉛めっき鋼板の耐蝕性は主として亜鉛の犠牲腐食作用
によるものであるため、耐蝕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抵抗溶接性が悪くなる。

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、耐蝕性を
犠牲にしてでも亜鉛の付着量が少ない電気亜鉛めっき鋼
板等が多く用いられ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蝕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が使用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように、めっき層が比較的薄い亜鉛めっき鋼板は
一般に抵抗溶接性が優れているのであるが、めっき層を
有しない裸鋼板に比較すれば未だ悪く、改善が望まれて
いるのが現状であり、特に優れた耐蝕性を要求される北
米や北欧向けの自動車のボディ用鋼板において耐蝕性に
優れた亜鉛の付着量の多い亜鉛めっき鋼板の抵抗溶接性
の改善が強く求められている。本発明は、この亜鉛めっ
き鋼板の抵抗溶接性を改善するために為されたものであ
る。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明は鋼板の少なくとも一面に亜鉛を主体とするめっ
き層が形成された亜鉛めっき鋼板において、亜鉛層を板
間にして電気抵抗溶接を行う場合、板間に間隙を確保し
板間抵抗を増大するための物質あるいは電気の不良導体
物質をあらかじめ板間の接合部位に数件、塗布あるいは
貼付などして行う抵抗溶接法である。

板間にあって隙間を確保し板間抵抗を増大するための物
質すなわち抵抗増大剤としては、それ自体が電気の不良
導体であるものが望ましく、例えばセラミックス粉末等
は好適である。しかしながら電気の良導体を用いる場合
もよく隙間を確保して板間抵抗の増大を計ることは可能
であるので電気の良導体についても、これを除外するも
のではない。

本発明は、全ての亜鉛めっき鋼板に通用することが可能
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化亜鉛
めっき鋼板、亜鉛めっき鋼板の耐蝕性向上を目的として
合金元素を添加したＺｎ−Ｎｉ、Ｚｎ−Ｃｏ−Ｃｒ、Ｚ
ｎ−Ａ１−３ｎ系等の合金めっき鋼板、耐蝕性の向上の
みならず、溶接性やプレス成形性などを改善したＺ　ｎ
　／　Ｍ　ｎ系、Ｚ　ｎ　／　Ｎ　ｉ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なのである
。

発明の効果 本発明に係る抵抗溶接法は互いに接合すべき２枚の亜鉛
めっき鋼板の合わせ面に抵抗増大剤を介在して行うもの
であり、これによって接合部位の電気抵抗が増大するた
め、低電流及び短い時間で溶接することができる。従っ
て電極と鋼板との接触面における温度上昇が少なく、電
極の消耗が低減して安定した溶接作業を行うことが可能
となる。

同じ理由でスポット溶接部表面に生ずる圧痕部における
亜鉛層の消失が少なく、防錆性能の低下を回避し得る。

また、発熱は接合すべき２枚の合わせ面の限られた部分
に集中して起こるためナゲツ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
理由で合わせ面以外の部位にナゲツトが形成され難くな
る。比較的薄い板と厚い板とをスポット溶接する場合に
は、厚い板の厚さ方向の中間部にナゲツトが形成され、
目的とする合わせ面に形成されないことがあるのである
が、抵抗増大剤によって合わせ面の電気抵抗が増大する
結果、このような事態の発生を良好に回避し得ることに
なるのである。

前記電流の低減によって消費電力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、さらに散りや爆飛の発生を回避
しつつ適正なナゲツトを形成し得る適正電流値範囲が広
くなり溶接条件の管理が容易となって、不良発生率が低
下する効果も得られる。

（実施例■） 板ｊＥ０．８＋ｕの軟鋼板の両面にドブ演法によってそ
れぞれ１ｄ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２枚を重ねてスポット溶接を行う場合、
合わせ面のナゲツトが形成されるべき部位に平均粒径３
００ｊ１ｍのアルミナ（Ａ　ｌｚ　Ｏｓ　）粉末６個を
ほぼ均等に散布し、下記の条件でスポット溶接試験を行
った。

使用電極直径　：１６ｍｍ（先端直径６１−）加圧力　
：　２２０Ｋｇ 溶接電流設定値：　　１１．ＯＫＡ 実験は、アルミナ粉末を用いた場合（試料Ｎｏ。

１．２）と、用いない場合（試料Ｎｏ、　　３．４．５
．６．７）について行った。実験結果を第１図に、実験
条件は表１に示す。

＄−１１６ｆｆｆｉｔ澄値　１１にへ 第１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、下段においては得られた
ナゲツト（融合部）の直径を示した。

通電はアルミナを用いた場合は、適正なナゲツトの得ら
れる３サイクルまで行い、アルミナを用いない場合は、
適正なナゲツトの得られるまで延長して行った。本実験
ではアルミナを用いない場合、通電時間が５〜６サイク
ルで適正なナゲツトが得られたが、７サイクル目には敗
りが発生しナゲツトは不良となった。

なお、動抵抗値については、アルミナを用いた場合は各
試料について３サイクルまでの変化を、アルミナを用い
ない場合は６サイクルまで通電した試料Ｎｏ、　　６に
ついてのみ図中に示した。試料隘３．４．５．７、の動
抵抗曲線はＮｏ、　　６のそれと類似した傾向を示した
ので記入を省略した。

なお、溶接中の電流値は、特に溶接の初期において、設
定電流値と若干異なり、また個々の試料間においても差
がみられたので、設定電流値と共に各サイクル毎の電流
値をすべての試料について示した。

第１図の上段から明らかなように、個々の試料間にはい
くらかの変動がみられるものの、アルミナを用いた場合
は、アルミナを用いない通常の亜鉛めっき鋼板の場合に
比べて、溶接初期の動抵抗値が高く、下段に示されるよ
うにナゲツトは短い通電時間に形成される。すなわち、
通常の亜鉛めっき鋼板では、直径３．５龍のナゲツトを
得るためには５サイクルの、また４、０１■のナゲツト
を得るためには６サイクルの通電を必要とするが、アル
ミナを用いた場合、試料Ｎｏ、　　１では３サイクルの
通電で直径４．５鶴のナゲツトを、試料Ｎｏ。

２では同じ（３サイクルの通電で４．１龍のナゲツトが
形成された。電流値がアルミナを用いる場合も用いない
場合も、はぼ同じであるにかかわらず、溶接時間は約半
分で済むのである。また、アルミナを用いない場合適正
なナゲツト（本実験の場合、直径３．５１■以上とした
）が形成されてから散りが起こりナゲツトが不良となる
までに約２サイクルの余裕しかないが、アルミナを用い
ると約４サイクルの余裕があり、本発明によるスポット
溶接法では適正通電時間ないしは、電流範囲が通常の場
合に比べて広い。

第１図にみられる本発明の効果は、次の理由によると考
えられる。第２図に示すように、母材３の表裏両面に亜
鉛めっき層２を施したスポット溶接し、ようとする２枚
の鋼板７の間にアルミナ粉末製の抵抗増大剤４が介在さ
れるので、両鋼板７の合わせ面に隙間５が形成される。

この隙間５のために電極ｌを鋼板に押圧して溶接する際
、合わせ面での電気抵抗が高くなり、合わせ面での発熱
が激しく起こり、この部分の温度が他に優先して高くな
る。

温度が最も高い合わせ面上の、ナゲツトが形成されるべ
き部位では亜鉛めっき層２がまず溶融し、ついで気化し
膨張して外部に排除されるとともに母材３は合わせ面に
沿って薄（溶融し、従って薄いナゲツトが形成される。

ナゲツトの形成が進むにつれて抵抗値は下がる。

これに対し、アルミナを用いない場合では２枚の亜鉛め
っき鋼板を重ねた時の板間抵抗は亜鉛同士のなじみが良
いため低い。従って通電初期は発熱量が少なく、ナゲツ
トは形成されない。通電時間が長くなると、母材全体に
よる、いわゆる体積抵抗によって母材の広い範囲にわた
って温度が上昇する。母材の温度が高くなれば、母材の
抵抗値も高くなり、これによる発熱量の増大も加わって
、遂には母材の一部が溶融しナゲツトが形成される。

ここで、ナゲツトが形成される時、母材はその広い範囲
にわたって高温となっているため、わずかの電流値の変
動によっても散りが起こり易い状態にあり、また形成さ
れるナゲツトが厚い。第８図及び第９図は、アルミナを
用いた試料Ｎｏ、　　１と、用いないＮｏ、　　５のナ
ゲツトを比較して示す写真である。ナゲツト径は試料Ｎ
ｏ、　　１がやや大きいにもかかわらずナゲツトの厚さ
は著しく小さい。ナゲツトが小さいことは、それだけ接
合のためのエネルギーが少なくてよいことを示し、また
加熱範囲が狭いことは、溶接中の変形、残留応力、母材
の変質部が小さくなり、望ましい溶接部といえる。

なお、用いたアルミナはナゲツト中に残留することが考
えられる。しかしながらアルミナの粒径は小さく、かつ
量的に少ないので問題はない。

一方、電極１とめっき鋼板７の接触面での電気抵抗及び
熱伝導度は通常のスポット溶接方法による場合と、本発
明による板間に抵抗増大剤４を介在して行う場合とで変
わりはないのであるが、後者においては少ない電流で、
あるいは間じ電流であれば短い時間に溶接が完了するの
で、結果として電極ｌと接触するめっき層２の温度は通
常の方法に比べて低くなる。第２図に破線で示す抵抗増
大剤４を用いた場合の板間における温度分布は、実線で
示す用いない場合のそれよりも高いが、前述したように
溶接時間が短い本発明は、全体としてめっき層２の温度
が低くなる。従って電極１と接触した部分での亜鉛めっ
き鋼板７の亜鉛消失量が少なく耐蝕性が向上するうえ、
電極の消耗が低減する。

（実施例■） 亜鉛めっき鋼板のスポット溶接においてその板間抵抗増
大の目的でメンディングテープを用いて行った実験結果
を第３図に実験条件は表２に示した。

表−２設定電流値　１０．５ＫＡ 実験で用いた亜鉛めっき鋼板、電極、加圧力は実施例■
で述べたものと同じである。設定電流値は１０．５ＫＡ
である。第４．５図に示すようにスポット溶接しようと
する亜鉛めっき鋼板７の１枚に対し、メンディングテー
プ６を貼付し、この面を合わせ面としてスポット溶接を
行った。溶接しようとする２枚の鋼板間では、テープが
４１１Ｉ×４貫１角に切り抜かれた処で最大０．１ｍｍ
の隙間が保たれている（テープの厚さは０．１ｍｍ）。

電極１のセンターが切り抜かれた部分のセンターに合致
するように試料を位置してスポット溶接を行った。試験
はテープ６を鋼板７に貼付した場合（試料Ｎｏ、　　８
．９）とテープ６を用いない普通の場合（試料Ｎｏ、１
０．１１．１２．１３．１４）について行った。

電極間動抵抗については、テープを用いた場合はすべて
の試料について、用いない場合は代表例として試料Ｎｏ
、１０についてのみ記入した。

実験結果は、アルミナを用いた実施例■の場合と同様の
傾向であった。すなわちテープを用いて板間の抵抗を増
大した場合は、溶接初期の動抵抗が高く、通電時間３サ
イクルで３．５Ｈのナゲツト径のスポット溶接が得られ
た。一方テープを用いない場合は、通電時間が３あるい
は４サイクルでは形成されず、５サイクルでは２つの試
料のうち１つは３　ｍｍのナゲツト径のものが得られた
が、他の１つはナゲツトが形成されなかった。なお、テ
ープを用いた試料Ｎｏ、　　８の３サイクル通電によっ
て形成されたナゲツトを第１０図に写真で示す。

アルミナを用いた場合と同様にナゲツトの厚さは著しく
小さい。

（実施例■） 抵抗増大剤として市販の食塩粒を用いて行った実験結果
を第６図に、実験条件を表３に示す。

表−３設定電流値　１２ＫＡ 用いた亜鉛めっき鋼板、電橋、加圧力は実施例Ｉで述べ
た通りである。設定電流値は１２．ＯＫＡである。

平均直径約２５０μｍの食塩粒６個を板間の接合部つま
りナゲツトの形成される部位にほぼ均等に配置してスポ
ット溶接を行った（試料Ｎｏ、１５．１６）。なお、こ
の実験では、亜鉛めっき鋼板の接合部に食塩を配置した
のち、スプレーのりにて食塩を亜鉛めっき鋼板に固着し
たものについてもスポット溶接実験を行った（試料Ｎｏ
、１７）。

一方、食塩を用いない場合については、実施例■、■の
場合と同様の試験を行った（試料Ｎｏ。

１８．１９．２０）。

板間抵抗増大の目的で食塩を用いた場合も、実施例Ｉ、
■でみられたと同様の効果がみられる。

すなわち、初期動抵抗値が高く、３サイクルの通電で直
径４　ｍｍのナゲツトが得られた。また、スプレーのり
を使って食塩を鋼板に固着して行った場合も、のりを用
いず食塩を単独に用いた場合と同様の効果がみられ、３
サイクルの通電で３．５Ｒのナゲツト径が得られた。こ
の結果は、粉末材料を散布して行う場合、例えば、接合
面が水平でなく傾いている場合、あるいは、風が吹いて
いるような場合でも、のりを用いて抵抗増大剤を鋼板に
固着して行うことにより、本発明は同等支承なく適用で
きるものであることを示している。第１Ｏ図は食塩を用
いた試料Ｎｏ、　　８のナゲツトの写真を示した。この
場合もナゲツトは薄い、なお、食塩は腐蝕性物質である
が、溶接中にほとんど蒸発し、またナゲツト周辺に残っ
たとしても洗い流す等して悪影響は少ないと思われる。

一方、食塩を用いない場合は、３サイクルの通電ではナ
ゲツトは形成されず、４サイクル目に直径１鰭の小さな
ナゲツトが形成されたが、５サイクル目には散りが起こ
った。現場作業では、種々の理由から設定電流値は若干
高めに設定される場合が多いが、このような設定電流値
の高い場合、抵抗増大剤を用いない普通の溶接方法では
適正通電時間範囲が狭いため、適正なナゲツトが得られ
にくいことを示している。

（実施例■） 板間の接合部位にあらかじめ約１５μの塗膜（通常のペ
イント）を塗布して行った実験結果を第７図、実験条件
を表４に示す。

表−４設定電流値　１１ＫＡ 用いた亜鉛めっき鋼板、電極、加圧力は実施例■で述べ
た通りである。設定電流値は１１．ＯＫＡである。

板間にペイントを塗布した場合も３サイクルの通電によ
って約３．８０のナゲツトが形成された。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例■の実験結果を、第２図は実施例■の接
合部の概念図を、第３図は実施例Ｈの実験結果を、第４
図は実施例■の接合部の概念図を、第５図は第４図の平
面図を、第６図は実施例■の実験結果を、第７図は、実
施例■の実験結果をそれぞれ図示しており、第８図は試
料Ｎｏ、　　１の接合部断面写真を、第９図は試料Ｎｏ
、　　５の接合部断面写真を、第１０図は試料Ｎｏ、　
　８の接合部断面写真を、第１１図は試料Ｎｏ、１７の
接合部断面写真をそれぞれ示す。 １・・・電極　　　　　２・・・亜鉛層４・・・抵抗増
大剤　　５・・・隙間 ６・・・メンディングテープ 特許出願人　　　株式会社豊田自動織ｔａ製作所通電時
間（−） 通電時間（〜） ０１．２８４５６７ 通電時間（〜） 通電時間（〜） ｖＩ面の浄書（内容に変更なし） 手続補正書く方式〉 昭和６２年　２月２６日 謝辞長官　黒田明雄殿 ２、！銚 亜鉛めっき鋼板の１亥１駐心割刻去 ３、補正をする者 事件との関係：　特許出願人 住所　　愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地氏名　３２１
獣蛯皿自鵠慝悄 住所　〒５００　　岐阜市端詰町２番装置　０５８２　
（６５）　−１８１０（懺）ファックス専用　０５８２
　（６６）−１３３９昭和６２年０１月０７日　　（昭
和６２年０１月２７日発送）６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、図面のＷＪＲＬな説明
の欄及び図面 ７、補正の内容 （１）明細書第１２頁第１６行〜第１７行に記載の「写
真である」を削除します。 （２）同第１７頁第９行に記載の「写真で」を削除しま
す。 （３）同第２０頁第７行に記載の「の写真」を削除しま
す。 （４）同第２２頁第１２行〜第１５行に記載の「接合部
・・・写真を」を、次のように補正します。 「接合部路体断面を、第９図は資料随５の接合部路体断
面を、第１０図は資料磁８の接合部路体断面を、第１１
図は資料患１７の接合部路体断面をします。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼板の少なくとも一面に亜鉛を主体とするめっき層
   が形成された亜鉛めっき鋼板において、亜鉛層を板間に
   して電気抵抗溶接を行う場合、板間抵抗を増大するため
   の物質をあらかじめ板間の接合部位に散布、塗布あるい
   は貼付して行う亜鉛めっき鋼板の電気抵抗溶接法。 ２、前記板間抵抗を増大する物質が板間に間隙を確保す
   る物質である特許請求の範囲第１項記載の亜鉛めっき鋼
   板の電気抵抗溶接法。