JPS63295075A - 抵抗溶接用複合電極チップの製造方法 - 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、鋼板の抵抗溶接に用いる複合電極チツブの製
造方法に関するものである。

［従来技術］ 近年、自動車や電気製品等の製造工程において、抵抗溶
接が大幅に採用されており、溶接機の自動化、専用化、
高速化が普及しているにのため電極チップの交換や整形
による溶接ラインの停止が生産性の向上を阻害し、電極
チップの長寿命化が要請されている。特に最近では防錆
および塗装の点から表面処理鋼板の使用が増大しており
、電極チップの寿命は裸鋼板よりも短くなっている。

従来、電極チップには、高導電性で強度の大きいＣｕ−
Ｃｒ合金を代表とする析出強化型銅合金と、Ａｌ２Ｏ２
を分散させた分散強化型銅合金が使用されており、前者
は後者に比して低コストであるが、高温強度に劣る。し
かし、いずれの合金を用いたチップでも寿命が不充分で
あり、特に表面処理鋼板や、表面処理鋼板と鋼板を混合
して連続溶接する場合には、鋼板のみの場合よりも著し
く短寿命となる。そして単一の材料からなる電極チップ
では長寿命化することが困難であるところから、長寿命
を目的とした複合電極チップが提案されている。

複合電極チップとして先ず第１には、従来の電極チップ
の表面に薄い被覆層を形成して、鋼板のＺｎメッキ等の
表面処理剤との反応を減少させ長寿命化をはかるものが
ある（特開昭５５−１５３６８６号、特開昭５８−１４
１８７６号）。しかしながら、この手段では整形のたび
に電極チップの表面に被覆層をつける処理が必要であっ
て、従来の整形よりも大幅に高価となる。

次に、被溶接物と接する先端部分と他の部分を別材料で
構成し、これ等を溶接で一体化したものがある（実公昭
５８−１９０２８号）。この場合、先端部分を分散強化
型銅合金とし、他を純銅とする組合せが考えられ得るが
、両者の接合面を密着せしめるべく精密に機械加工しな
ければならず、また両者をレーザ等の光エネルギ溶接を
する工程を必要とし、コスト高とする。かつ、精密に加
工しても接触面を完全に密着させることは困難で、密着
不完全により接触抵抗を増大させるとともに、熱伝導を
阻害する。

更に、銅製筒体にアルミナを付着させた銅粉を充填し、
熱間押出しを行なって銅を外側、分散強化型銅合金を芯
部とする複合材を製造し、これを電極チップに加工する
手段も提供されている（特開＠６１−２３５１６号）。

この手段は、複合線材の製造方法としては適しているが
、充填密度のバラツキから外側と芯部の面積比が変るの
で、電極チップに加工した場合、被溶接物に接する部分
の面積を制御することが困難であるとい・う問題がある
。かつ押出しによるものであるから歩留りが悪く、電極
チップが高価となる。

［本発明が解決しよ′うとする問題点］本発明は、Ｚｎ
メッキ等の被覆鋼板の抵抗溶接や、鋼板と被覆鋼板を混
合連続して抵抗溶接を行なっても長寿命を保持し得る電
極チップを、低コストで製造する方法を提供することを
目的とするものである。

抵抗溶接用電極チップに要求される特性は、常温および
高温強度が高いこと、電導性が高いことの他に、被溶接
物を冷却して過度の溶融を防ぐなめ熱伝導率が高いこと
、そして被覆鋼板の溶接においては電極と被溶接物の反
応が少ないことである。

−ａに″金属では電導率と熱伝導率は比例するが、高温
強度の電導率は相反する関係にあり、伝導率を高くする
・と強度が低下する。金属の中で銅合金が比較的、強度
および電導率にすぐれていることから電極チップ′とじ
て多用されでいるが、−銅合金の中でも特に分散強化型
銅合金が両特性にすぐれている。　　　　　　　　　　
・ しかしながら、この合金も被覆鋼板の連−枝打点溶接や
、混合連続打点溶接では短寿命となる。この原因は、電
極チップ表面に付着したＺｎ等の被覆材がチップ内部に
拡散して合金層を形成し、抵抗を増大させ溶接不良とな
ることによるものと認められる。そこで銅合金の電極チ
ップの長寿命化をはかるためには、電極チップの冷却を
よくして先端における温度上昇を低くし、合金化を減少
せしめる対策が極めて重要である。

この対策として、被溶接物に接する先端部は比較的強度
と熱伝導率にすぐれた分散強化型銅合金を用い、他の部
分は分散強化型銅合金よりも更に熱伝導率のよい純銅ま
たは銅合金を用いた複合電極チップが長寿命化に適して
いる。

この複合電極チップで重要なことは、両部材の界面の接
触が良好なことである。接触不良の場合には界面での接
触抵抗が増大し、また界面での熱伝導が阻害されるため
、所期の長寿命化が達成されない。

そこで本発明は界面における密着性が良好で、被覆鋼板
の溶接においても長寿命の複合電極チップを生産性良好
に製造する方法を提供するものである ［問題点を解決するための手段および作用効果］本発明
は被溶接物と接触する先端部を分散強化型銅合金で構成
し、他の部分を純銅または分散強化型銅合金よりも熱伝
導性のよい銅合金で構成する複合電極チップを、分散強
化型銅合金粉末と、純銅または銅合金粉末とを金型内に
積層状に充填する工程、積層状粉末を圧縮成形する工程
、成形体を熱間鍛造により緻密化する工程、熱間鍛造体
を冷間加工により電極チップ形状に成形する工程により
製造することを特徴とする。

分散強化型銅合金粉末としては、Ｃｕ−Ａｌ合金粉末を
内部酸化処理してＣｕマトリックス中にＡρ２０３粒子
が分散した粉末を用いる。この粉末はアトライター等で
表面を滑かにしたものが望ましい。内部酸化処理により
得られた粉末は表面が比軸的粗いＡρ２０３粒子で覆わ
れている。アトライター等で加工して、この狙いＡＪ　
２０３粒子を粉末内に埋め込んで滑かな表面をもった粉
末に改質することにより粉末間の焼結性が向上し、熱間
鍛造によっても熱間押出しに匹敵する高温強度が得られ
る。用いるＡｌ−Ｃｕ合金粉末中のＡｇ量は０．１〜１
．０ｗｔ％が適当である。

金型への粉末め充填は粉末自体を充填してもよいし、ま
た、予め成形された分散強化型銅合金と純銅または銅合
金の予備成形体を積層充填してもよい。この場合、画成
形体の密度は、両者の界面の密着性をよくするために低
い方が望ましいが、密度比が５５％よりも低いと゛、作
業上成形体の取扱いが困難となる。一方、密度比が７０
％を越えると、得られた電極チップの界面の密着性に欠
陥が認められる場合がある。

圧縮成形され−た成形体の密度は、密度比７０％以上と
することが望ましい。即ち、熱間鍛造時には先ず成形体
を加熱炉で加熱した後、鍛造型へ移動させるが、この移
動は一般に大気中で行なわれる。この場合、加熱された
成形体の裏面は酸化するが、成形体の密度が低いと酸化
物層が深くなり、また深さが安定しないので好ましくな
い。

熱間鍛造において、鍛造前の成形体の加熱は、酸化を防
止し、焼結を促進するために還元性あるいは不活性ガス
雰囲気で行なう。加熱温度は焼結性をよくするために高
温であることが望ましいが、１０００℃を越えると鍛造
後の分散強化型銅合金の高温強度が低下する傾向がある
。一方、６００℃よりも低いと粉末の焼結が不十分とな
るので６００〜１０００℃の範囲が望ましい。

熱間鍛造を行なうと分散強化型銅合金部は必要な強度が
得られるが、純銅部は軟化するので、熱間＠造後に冷間
加工して純銅部を加工硬化し強化する必要がある。強化
の目安としてはＨｖ１００以上である。

しかして本発明によるときは、得られた電極チップにお
ける分散強化型銅合金部と、純銅または銅合金部の界面
は平面状の接合に比して接合面積が大きく、かつ密着性
にすぐれている。従って界面での接触抵抗の増大が“は
とんどなく、溶接が効果的になされる。かつ被溶接体に
接する分散強化型銅合金部から純銅または銅合金部への
熱伝導も円潜になされるので電極チップ先端の冷却も良
好になされ、先端の合金化を減少せしめて電極チップの
長寿命化を達成する。

成形、熱間鍛造、冷間加工の工程で複合電極チップが得
られ、原料から製品までの製造工程が従来提案されてい
る製法よりも簡易となる。また粉末の歩留りもよく低コ
ストである。

また、電極チップを構成する２種類の部材の面積比や厚
さ比を精度よく、かつ安定して制御することができる。

［実施例１］ （１）分散強化型銅合金粉末として、Ｃｕ−０゜３５ｗ
ｔ％組成の合金を溶解し、Ｎ２ガスアトマイズにより粉
末とし、１００メツシユ以下にふるい分けした後、酸化
銅粉末を２．３ｗｔ％添加し銅製の容器に充填封入し、
９００℃で５時間加熱して内部酸化し、更にアトライタ
ーで２時間、表面改質処理を施したものを用いた。純銅
粉末としては水アトマイズした１００メツシユ以下の粉
末を用いた。

φ１５．６ｍｍの粉末成形金型に分散強化型銅合金粉末
と純銅粉末を充填し、６ｔ／−の圧力で成形することに
より、第１図に示すように分散強化型銅合金部１と純銅
部２の２層よりなる圧縮成形電極チップ用プリフォーム
Ａｌを得た。プリフォームＡｌの密度比は９０％であっ
た。

このプリフォームＡｌを９５０℃で１５分間、Ｎ２雰囲
気で加熱後、φ１６市の鍛造型と、先端部がＲ８１１１
ｍで深さ４ｍｍの球状部を有するパンチを用いて、球状
部側が分散強化型銅合金部１となるようにして加圧力１
０ｔ／−で熱間鍛造し、第２図に示す鍛造体Ａ２を得た
。鍛造体Ａ２のかたさは、分散強化型銅合金部１がＨｖ
１５０、純量部２がＨｖ７１であった。

この鍛造体Ａ２を冷間鍛造して純銅部２に水冷端部を成
形して第３図に示す電極チップＡを得た。

冷間鍛造後のかたさは、分散強化型銅合金部１がＨｖ１
５５、純銅部２がＨｖｌｌＯであった。

第９図に分散強化型銅合金部１と純銅部２の界面部分の
顕微鏡組織を示す。画部分１．２の接合は極めて良好で
あることがわかる。

［実施例２］ 分散強化型銅合金粉末および純銅粉末はともに、実施例
１で用いたものと同じ粉末を用いた。

φ１５．４１１１１１１の金型を用い、純銅粉末をＩｔ
／−で成形し、第４図に示す円筒状の予備成形体（純銅
部）２ｂを成形した。密度比は６５％であった。内径φ
８．１開のものと、φ５．１＋１１１１のもの２種類を
作成した。

次いで分散強化型銅合金粉末と純銅粉末をそれぞれＩｔ
／−の圧力で成形して、第５図に示すように芯部となる
円柱状の予備成形体１ａ、２ａを得た。密度比は６５％
であった。外径φｓｍｍのものとφ５ｍｍの２種類を作
成した。。

得られたそれぞれの円柱状予備成形体１ａ、２ａを円筒
状予備成形体２ｂに挿入した後、φ１５゜６市の成形金
型により６ｔ／ｃｄの圧力で再圧縮して第６図に示す圧
縮成形電極チップ用プリフォームＡｌを得た。

得られたプリフォームＡｌに実施例１と同条件で熱間鍛
造を施し、第７図に示すように分散強化型銅合金部１と
、筒状成形体２ｂおよび円柱状成形体２ａが一体化した
純銅部２とよりなる鍛造体Ａ２を得た。分散強化型銅合
金部１のかたさはＨｖ１５０、純銅部２のそれはＨｖ７
０であった。

そして更に実施例１と同様に冷間鍛造を行なって、第８
図に示す電極チップＡを得た。分散強化型銅合金部１の
かたさはＨｖ１５３、純銅部２のそれはＨｖ１０２〜１
１８であった。

両部の界面の密着性は実施例１と同様に極めて良好であ
った。

［実験例］ 実施例１および実施例２により作成した電極チップは、
水冷端側は鍛造成形のままとし、電極側（分散強化型銅
合金部１側）先端部のみ約１ｍ１Ｔ１切削加工を行なっ
てドーム型電極チップとした。

そして実施例１および実施例２の電極チップならびに比
較界について溶接寿命試験を行なった。

なお、実施例２についいては、芯部の径をφ８關とした
もの（実施例２−１）とφ５ｍｌｌ１としたもの（実施
例２−２）の２種類の電極チップを用いた。また比較界
１としてはＣｕ−０，３５ｗｔ％ＡＩＱを原材料とする
実施例で用いた分散強化型銅合金のみを鍛造したもの、
比較界２としては、市販のアルミナ分散強化銅合金棒材
を、そして比較界３として市販のＣｕ　−１ｗ　ｔ％Ｃ
ｒ含Ｃｒを、それぞれ本発明品と同一形状のドーム型電
極チップ形状に切削加工したものを用いた。

溶接条件は次の通りとした。被溶接材は板厚０゜８ｍｍ
の合金化Ｚｎメッキ鋼板（ＳＧＡＣＥ、メッキｎ４５　
ｇ／４５　ｇ／ｎｆ）と同厚さの軟鋼板（Ｓｐｃｃ）の
２種類を用いた。溶接電流はＩＩＫＡ、通電時間１２サ
イクル、溶接時間間隔は１秒／１点、加圧力２５０ｋｇ
ｆとした。

溶接は合金化Ｚｎメッキ鋼板の連続溶接と、軟鋼板の連
続溶接を交互に行なう連続混合溶接としな。即ち、合金
化Ｚｎメッキ鋼板を１７打点溶接した後、たんざく状の
合金化Ｚｎメッキ合板のビール試験片を３打点溶接し、
４０秒間休止し、軟鋼板を２０打点溶接し、４０秒間休
止するサイクルで行なった。

そして、ビール試験片のピール破断径を測定し、その径
が５　ＡｒＴ（ｔ　：板厚）となる打点数をもって寿命
とした。

試験結果を第１０図に示す。この結果より、本発明品の
複合電極チップは被覆鋼板の溶接においても長寿命であ
ることがわかる。

以上説明したように本発明によれば、長寿命の抵抗溶接
用複合電極チップを、作業性よく低コストで製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例の製造工程
を示す図、第４図ないし第８図は本発明の第２の実施例
の製造工程を示す図、第９図は本発明により得られた電
極チップにおける分散強化型銅合金部と純銅部の界面部
分の組織を示す顕微鏡写真（倍率１００）、第１０図は
本発明により得られた電極チップと比敦品の寿命に関す
る実験結果を示す図である。 １・・・・・・分散強化型銅合一金部 ２・・・・・・純銅部 Ａ・・・・・・製品 Ａｌ・・・・・・圧縮成形体 Ａ２・・・・・・熱間鍛造体 第１図　　　　第２図　　　　第３図 第４図 第５図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）被溶接物と接触する先端部が分散強化型銅合金よ
   りなり、他の部分が純銅または銅合金よりなる抵抗溶接
   用複合電極チップの製造方法において、分散強化型銅合
   金粉末と純銅または銅合金粉末とを金型内に積層状に充
   填する工程、積層状粉末を圧縮成形する工程、圧縮成形
   体を熱間鍛造する工程、熱間鍛造体を冷間加工により電
   極チップ形状に成形する工程により製造することを特徴
   とする抵抗溶接用複合電極チップの製造方法。
2. （２）分散強化型銅合金粉末として、Ｃｕ−Ａｌ合金粉
   末を内部酸化し、機械加工により表面を滑かにした粉末
   を用いる特許請求の範囲第１項記載の抵抗溶接用複合電
   極チップの製造方法。
3. （３）粉末を金型内に積層状に充填する工程において、
   予め成形された分散強化型銅合金粉末の予備成形体と純
   銅または銅合金の予備成形体とを金型内に積層状に充填
   する特許請求の範囲第１項記載の抵抗溶接用複合電極チ
   ップの製造方法。
4. （４）予備成形体として密度比を５５〜７０％としたも
   のを用いる特許請求の範囲第３項記載の抵抗溶接用複合
   電極チップの製造方法。
5. （５）金型内の積層状粉末を圧縮成形する工程において
   、成形体の密度比が７０％以上となるように圧縮成形す
   る特許請求の範囲第１項記載の抵抗溶接用複合電極チッ
   プの製造方法。
6. （６）熱間鍛造工程における加熱を、還元性あるいは不
   活性ガス雰囲気中で６００〜１０００℃の温度範囲で行
   なう特許請求の範囲第１項記載の抵抗溶接用複合電極チ
   ップの製造方法。
7. （７）冷間加工により純銅または銅合金よりなる部分の
   かたさをＨｖ１００以上とする特許請求の範囲第１項記
   載の抵抗溶接用複合電極チップの製造方法。