JPS63194878A - 抵抗溶接時の酸化スケ−ル発生防止方法 - 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、抵抗溶接待金属材料の電極圧接部に生ずる酸
化スケールの発生を防止する方法に関するものである。

［従来の技術］ 現在、電気抵抗を利用したいわゆる抵抗溶接は様々の分
野で広く利用されている。特に車輌や自動車等の製作あ
るいは厨房設備等の製作等においてはこの抵抗溶接が随
所で活用されている。

ところで該抵抗溶接の大きな欠点は、溶接電極の圧接部
およびその周辺部が溶接時に発生する高熱と大気中の酸
素によって酸化され、黄褐色又は黒褐色の酸化スケール
を発生するということである。

特に車輌においては抵抗溶接面をそのまま外板として用
いることがあり、酸化スケールが付着したままでは美観
上の問題があるところから、酸化スケールの除去は不可
欠の後処理工程となっている。また抵抗溶接面を塗料そ
の他で表面処理する場合、酸化スケールが付着したまま
で表面処理を行なうと処理剤の密着性や均一性などの問
題が生ずるばかりでなく、酸化スケールが付着したまま
で放置すると該酸化スケールを中心にして発錆部が急速
に広がることも確認されており、何れにしても酸化スケ
ールの除去は抵抗溶接の分野では欠くことのできない重
要な工程となっている。

この酸化スケールは通常茶褐色に着色したり、リング状
のものであり、この除去法としては従来より酸洗い、電
解スケール除去法、研磨法、ブラスト法などの種々の方
法が採用されているが、これらの除去法は金属材料表面
を摩耗し侵し変質するとか、あるいは除去作業にかなり
の工数、設備および手間を要するといった問題がある。

こうした欠点を解消するために、酸化スケールの発生自
体を無くす方向で色々な試みが行なわれている様である
が、現在のところ満足すべき解決策は見出されていない
。

たとえば酸化スケールの発生を防止するために、アルゴ
ンガスや炭酸ガス等のシールドガス中で抵抗溶接を行な
う方法も試みられたが、この方法にしても酸化スケール
の発生が完全に防止される訳ではなく、しかも溶接中及
び金属材料が常温付近にまで冷えるまでの間シールドガ
スを流し続けなければならないのでコスト的にも非常に
不利である。また油や樹脂等の塗布剤を予め塗布してお
く方法も試みられたが、その効果は乏しく、しかもこれ
ら塗布剤が溶接熱で金属材料表面に焼ぎ付き、外観をか
えって悪化させることもあった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、この様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は、抵抗溶接による酸化スケールの発生を
完全に防止し、しかも抵抗溶接作業後の水洗処理によっ
て塗布物を簡単に除去することができ、しかも金属材料
に悪影響を及ぼすこともなく、きわめて合理的に酸化ス
ケール発生防止を図ることのできる方法を提供しようと
するものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成することのできた本発明方法の構成は
、Ｂ、ＡＩ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選択される１種
または２　ｆ１以上の金属を含む金属アルコキシドとエ
タノールアミン類の１　ｆｉｌまたは２種以上およびカ
ルボン酸を加熱反応して得られる水可溶性金属含有組成
物を必須成分とする酸化スケール発生防止剤よりなる被
膜を溶接材料の溶接電極接触面に形成した上で抵抗溶接
を行なうところに要旨を有するものである。

［作用］ 本発明者らは、抵抗溶接を行なうに先立って金属材料の
電極接触部位や、その周辺に前処理剤を塗布し、抵抗溶
接時における金属材料の酸化を防止して酸化スケールの
発生を無くすべく、種々の薬剤や配合剤について検討し
たところ、Ｂ。

Ｇａ、ＡＩ、Ｉｎよりなる群から選択される１種または
２種以上の金属アルコキシドとエタノールアミン類の１
種または２種以上およびカルボン酸からなる３種の成分
を加熱反応させることによって得られる組成物を必須成
分として含む被膜を、金属材料表面に形成しておけば、
抵抗溶接時における酸化スケールの発生を極めて効果的
に防止し得ることを見出した。

本発明で使用されるＢ、Ａ１．Ｇａ、Ｉｎよりなる群の
金属アルコキシドとしては、一般式Ｍ（ＯＲ）３（ただ
しＭ：金属元素、Ｒ：低級アルキル基、特に好ましいの
は炭素数１〜４のアルキル基）で表わされる金属アルコ
キシドが挙げられ、またエタノールアミン類としては一
般式■　Ｒ，Ｎ　（ＣＨ２ＣＨ２０Ｈ）２および■　　
Ｎ　　（ＣＨ２ＣＨ２０Ｈ）ｓ ［ただしＲ，、Ｒ２はＣｎ　Ｈ２ｙ１＋１．　ｎは０゜
１〜４の整数を表わす］ で表わされるエタノールアミンが、またカルボン酸とし
ては炭素数１〜４を有する低級脂肪族カルボン酸が代表
的なものとして挙げられる。

本発明では、上記金属アルコキシドと、エタノールアミ
ンおよびカルボン酸を原料とし加熱反応させることによ
って合成される組成物を、必須成分とする酸化スケール
発生防止剤を金属材料の抵抗溶接電極圧接部に被覆して
おいて抵抗溶接を行なうものであり、該組成物の濃度は
特に限定されないが、金属酸化物換算で１重量％未満で
は、膜厚が不足するため十分な酸化スケール発生防止効
果が得られ難く、目的達成のためには多数回塗布する必
要が生ずるので好ましくなく、また２５重量％を超える
場合は該組成物の粘性が高くなりすぎて現場適応性に問
題が生ずるので好ましくない。従って該組成物の濃度は
金属酸化物換算で１〜２５重量％の範囲が好ましく、特
に好ましいのは１０〜２０重量％の範囲である。

金属材料への被膜形成方法は、何ら限定されず、刷毛塗
り、吹付は法、浸漬法などを、金属材料の形状に応じて
任意に選択して採用することができる。この場合、目的
達成のためには少なくとも酸化スケールの発生を防止す
べき部分、即ち抵抗溶接時高温にさらされる部分のみに
塗布しておけば良く、電極が接触する側の全面に塗布す
る必要がないことは勿論である。

尚、本発明が適用される金属材料として最も代表的なも
のはステンレス鋼板であるが、勿論これに限られる訳で
はなく、要は抵抗溶接時の熱で酸化変色を生ずる金属材
料であれば、たとえばアルミニウム板や、鉄鋼板などに
も広範囲に適用することがで診る。

本発明で使用される酸化スケール発生防止剤の必須成分
となる前記組成物は、Ｂ、ＡＩ、Ｇａ。

Ｉｎよりなる群から選択される１種または２種以上の金
属アルコキシドの総濃度１モルに対して、好ましくは０
．５〜３．５モル程度のエタノールアミン類と０．５〜
３．５モル程度のカルボン酸をメチルアルコール、エチ
ルアルコールなどの有機溶剤に溶解または懸濁させ、加
熱反応させることによって得られる水可溶性物質であり
、特に金属アルコキシドとして硼素アルコキシド０．９
５〜０．９９モルと他の金属アルコキシド０．０１〜０
．０５モルとの組合せ物を使用すれば、抵抗溶接時の酸
化スケール発生防止効果は最も優れたものとなる。

反応温度は限定されないが、通常は常温乃至１２０℃、
より一般的には６０乃至１００℃から選択される。この
場合、使用する有機溶剤の種類を変え、還流温度によっ
て反応温度を制御するのが最も好ましい。反応時間は反
応温度に応じて適宜選定すればよい。反応終点は、たと
えば赤外線吸収スペクトルを測定し波数１３００〜１８
００ｃｍ−’（アミドエ吸収帯Ｃ＝Ｏ伸縮振動、アミン
Ｎ）（２あ乙いけＮＨ？色馬勧、アミドＩＩ西収帯Ｎ）
（変角振動）の吸収スペクトルの変化によって確認する
方法が採用される。反応の進行に伴う赤外線吸収スペク
トルの変化はたとえば第１．２図に示す通りであり、こ
のうち抵抗溶接時の酸化スケール発生防止効果を発揮す
るのは、波数１６６０ｃｍ−’に吸収帯が明確にあられ
れた時点から波数１８Ｈｃｍ−’と１５９０ｃｍ−’の
吸収帯のピーク比が１：０．５までのものが酸化スケー
ル発生防止剤として有効に作用する。この範囲を越えた
場合、酸化スケール発生防止効果は低下してくる。

これらの吸収帯は、エタノールアミン類あるいはカルボ
ン酸の種類によって若干のシフトが見られるが、反応の
進行に伴う変化と、それに対する抵抗溶接時の酸化スケ
ール発生防止効果の相関性はあまり変わらない。

さらに、酸化スケール発生防止効果は使用する金属アル
コキシドの種類によっても若干具なり、メトキシド、エ
トキシ、ドが良く、以下プロポキシド、ブトキシドの順
となる。

エタノールアミン類あるいはカルボン酸の種類によって
も酸化スケール発生防止効果は異なり、いずれの場合も
分子量の小さいものほど防止効果は良好となる。

本発明で使用される上記組成物は単独で使用しても優れ
た酸化スケール発生防止効果を発揮するが、必要により
他の添加剤を併用して性能向上を図ることもできる。た
とえば抵抗溶接用電極が銅合金でできている場合、該組
成物と電極が接触反応して電極が変色することがあるが
、かかる変色をきらう時には銅、銅合金用変色防止剤を
添加したり、また該組成物を垂直状態の金属材料に塗布
する必要がある場合、該組成物の被膜がたれ落ちる恐れ
があるが、これをきらうときには増粘剤や粘度調整剤を
添加することも有効である。更に金属材料表面にプレス
油、切削油等の油が付着している場合、塗布液がはじい
て均一な被膜が形成され難くなることがあるが、この様
な場合はレベリング剤を添加して濡れ性を改善し、はじ
きを防止することによって抵抗溶接作業時の現場適応性
を向上させることも推奨される。この場合の添加剤の配
合割合は、該組成物のもつ酸化スケール発生防止効果を
損なわない範囲で任意に選定すべきであることは言うま
でもない。

この様にして得られる酸化スケール発生防止剤を金属材
料表面に塗布したのち抵抗溶接を行なえば、本発明の目
的が達成される。尚木明細書において抵抗溶接法として
は、電気抵抗による発熱を利用して溶接を行なうタイプ
のすべての抵抗溶接法を包含するものである。

ところで抵抗溶接時の酸化スケール発生防止剤に要求さ
れる特性としては、 （ａ）金属材料に対して腐食性がないこと。

（ｂ）高温（およそ８００〜９００℃）においても、金
属材料の酸化を防止し得ること。

（Ｃ）通電可能なものであること。

（ｄ）電極の加圧によっても固形物が金属材料中に埋込
まれないこと。

（ｅ）溶接操作終了後、金属材料表面上にある防止液を
簡単に水洗除去できること。

等が挙げられるが、本発明で使用される上記防止剤はこ
れらの要求特性を全て備えており、且つ水溶性であるか
らその取扱いも極めて容易である。

即ちこの防止剤を抵抗溶接に先立って金属材料の表面に
塗布しておけば、抵抗溶接時から金属材料の表面温度が
室温に下がるまでの間該防止剤は′金属材料表面に液体
状の連続被膜として存在し、金属材料の酸化を完全に防
止する。これに対し通常の金属及びその化合物は固体状
態であり、例えば水や有機溶剤に溶解して用いたとして
も、水や有機溶剤が揮散してしまうと元の固体状態に戻
って均一な連続被膜にならず、不連続な部分から酸化が
進んでスケールが発生し、また仮に連続被膜が形成され
たとしても電極の加圧によって固形物が金属材料内へ埋
込まれて美観を著しく悪化させる。しかしながら本発明
で使用する前記防止剤は、任意の塗膜厚さの均一な液体
状の連続被膜として金属材料の表面を保護し、抵抗溶接
時の酸化スケール発生を防止する効果を発揮して、抵抗
溶接による高熱と大気中の酸素から金属材料を保護する
。

またこの均一な液体状の連続被膜の上に溶接電極が圧接
されて電圧が印加されると、それに伴う熱と加圧によっ
て液体状の連続被膜は薄く拡がるので金属材料は通電さ
れて抵抗溶接は支障なく行なわれ、金属材料表面は該被
膜により空気から遮断されて酸化スケールの発生が防止
される。

この様にして抵抗溶接した後の液体状連続被膜は依然と
して水可溶性を保っているので、降温後水洗することに
よって簡単に除去することができる。

尚、上記酸化スケール発生防止剤の調製に当たっては、
本発明の目的及び作用効果を阻害しない限度において、
前述した様な添加剤あるいはその他の添加剤を適宜加え
ることができる。他の添加剤としては本発明の防止剤の
塗布面を認知させ易くする機能を果たす染料や顔料、溶
接後の水洗性と塗布量調整をさらに容易にするための水
や水溶性溶剤１．防止剤の被膜と金属材料との接着性を
向上させるための各種樹脂、防止剤塗布時および抵抗溶
接時における臭いの消去もしくは改善のための芳香剤な
どが挙げられるが、これらの添加剤はあくまでも抵抗溶
接作業時の現場適応性を向上させるためであるから、こ
れらの添加量は前記組成物の有する酸化スケール発生防
止効果を損なわない範囲から選定する必要がある。

［実施例コ 以下実施例を挙げて本発明の構成及び作用効果をより具
体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例に限定
されるものではない。

実施例１ 金属アルコキシドとエタノールアミン及びカルボン酸を
下記第１表に示す配合組成となる様に組合せて、これら
をイソプロピルアルコールに加えて攪拌下に加熱還流（
約７５℃）した。反応液は当所懸濁状態を呈しているが
、反応が進行するにつれて透明な溶液状態となってくる
。反応液から定期的に赤外分析用サンプルを抜き出して
赤外線吸収スペクトルを測定し、波数１６６０ｃｌ’と
１５９０Ｃｍ−’のピーク高さが１：１となるまで反応
を続け、その後冷却した。尚参考の為、防止剤Ｎｏ、９
で用いた反応生成物を製造する際の経時的な赤外線吸収
スペクトルの変化を第１．２図に示した。

一方、ステンレス鋼板（ＳＵＳ　　３０１　　Ｌ。

ＤＦ仕上げ、１．５　ｍｍ厚）２枚を重ね合せ、その抵
抗溶接電極（上・工具直径２０ｍｍ）の圧接面に上記各
防止剤を刷毛で１回塗りした後直ちに抵抗溶接（加圧カ
ニ　４８０　Ｋｇ、ｆ、溶接電流７７００Ａ、通電時間
＝１０サイクル）を行なった。

溶接終了後防止剤を水洗除去し、溶接電極圧接部および
その周辺の酸化スケール発生状況を目視観察した。結果
を第２表に示す。

第　　　２　　　表 第２表からも明らかである様に、本発明に従って防止剤
を金属材料表面に塗布して抵抗溶接を行なった場合は、
防止剤無塗布のものに比べて酸化スケールの発生を効果
的に防止し得ることが分かる。尚防止剤Ｎｏ、　４では
電極接触部位にうす茶色の酸化スケールが発生している
が、これはトリエタノールアミンの量がやや過剰気味で
あるばかりでなく、カルボン酸が含まれていないためで
あると思われる。また防止剤ＮＯ６８は、金属アルコキ
シドに対してトリエタノールアミン及び蛾酸の量が不足
気味であるため、酸化防止効果がやや乏しくなっている
。

第１表に示したＮ００１〜９の防止剤は、いずれも簡単
に水洗除去し得ることが確認された。

実施例２ 実施例１の防止剤Ｎｏ、　１を使用し、エチルアルコー
ルで希釈することにより金属酸化物濃度を０．８〜２０
重量％に調整したものを用いて、実施例１と同様にして
抵抗溶接実験を行なった。溶接終了後防止剤を水洗除去
し、溶接電極圧接部およびその周辺の酸化スケール発生
状況を目視観察した。

結果を第３表に示す。

第　　　３　　　表 第３表からも明らかな様に、防止剤の金属酸化物濃度が
薄すぎるときは十分な酸化スケール発生防止効果が得ら
れ難く、該酸化物濃度は１％程度以上にすべ籾であるこ
とが分かる。

［発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
ると下記の通りである。

（１）抵抗溶接時における酸化スケールの発生を完全に
防止することができ、以後の脱スケール処理を省略する
ことができる。

（２）防止剤は、溶接後水洗によって簡単に洗い流すこ
とができ、操作が極めて簡単である。

（３）金属材料に対し、何らの悪影響も及ぼさない。

（４）防止剤を、予め酸化スケールの発生を防止すべき
部分にのみ塗布などの方法で被膜形成しておくだけでよ
く、予備処理及び後処理を含めた一連の抵抗溶接作業を
効率良〈実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は実施例１における防止剤Ｎｏ、９の製造に
用いた反応組成物を得る際の反応の進行に伴う赤外線吸
収スペクトルの変化を峻階的に示したものである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属材料を抵抗溶接するに当たり、 Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選択される１種ま
   たは２種以上の金属を含む金属アルコキシドとエタノー
   ルアミン類の１種または２種以上およびカルボン酸を加
   熱反応して得られる水可溶性金属含有組成物を必須成分
   とする酸化スケール発生防止剤よりなる被膜を溶接材料
   の溶接電極接触面に形成した上で抵抗溶接を行なうこと
   を特徴とする抵抗溶接時の酸化スケール発生防止方法。
2. （２）金属アルコキシドが、一般式Ｍ（ＯＲ）＿３（式
   中、ＭはＢ、Ａｌ、ＧａまたはＩｎを、またＲは低級ア
   ルキル基を示す）で表わされるものである特許請求の範
   囲第１項に記載の酸化スケール発生防止方法。
3. （３）エタノールアミン類が一般式 （ａ）▲数式、化学式、表等があります▼ （ｂ）Ｒ＿１Ｎ（ＣＨ＿２ＣＨ＿２ＯＨ）＿２および（
   ｃ）Ｎ（ＣＨ＿２ＣＨ＿２ＯＨ）＿３ ［ただし、Ｒ＿１、Ｒ＿２はＣ＿ｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿１
   、ｎは０、１〜４の整数を表わす］ で示されるものである特許請求の範囲第１または２項に
   記載の酸化スケール発生防止方法。
4. （４）カルボン酸が低級脂肪族カルボン酸である特許請
   求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の酸化スケール発
   生防止方法。