JPWO2018181232A1 - Method of manufacturing resistance spot welded joint - Google Patents
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Abstract
鋼板2枚とアルミニウム板1枚の3枚重ねの抵抗スポット溶接継手であって、鋼板やアルミニウム板の成分や板組によらず、良好な継手強度を有する抵抗スポット溶接継手を製造することができる抵抗スポット溶接継手の製造方法を提供する。2枚の鋼板と1枚のアルミニウム板を重ね合わせて最外側に配置される板の一方が鋼板で他方がアルミニウム板とした板組を、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造するにあたり、2枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚をtFe(mm)としたとき、通電して2枚の鋼板間にナゲット径が2√tFe(mm)以上のナゲットを形成する第1通電工程と、第1通電工程の後に通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に通電する第2通電工程とを有する。A resistance spot welded joint composed of two steel plates and one aluminum plate, which can be manufactured regardless of the components and plate assembly of the steel plates and aluminum plates, and can be manufactured. A method of manufacturing a resistance spot welded joint is provided. A plate assembly in which two steel plates and one aluminum plate are overlapped and one of the plates arranged on the outermost side is a steel plate and the other is an aluminum plate is joined by resistance spot welding to produce a resistance spot welded joint. In this case, when the thickness of the thinner one of the two steel plates is tFe (mm), the nugget having a nugget diameter of 2√tFe (mm) or more is formed between the two steel plates by energization. An energization step, an energization stop step of stopping energization after the first energization step, and a second energization step of energizing after the energization stop step.
Description
本発明は、異種金属材料の抵抗スポット溶接継手の製造方法に関する。具体的には、2枚の鋼板と1枚のアルミニウム板とを重ね合わせた板組を、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造する抵抗スポット溶接継手の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a resistance spot welded joint of dissimilar metal materials. Specifically, the present invention relates to a resistance spot welded joint manufacturing method in which a plate set in which two steel plates and one aluminum plate are overlapped is joined by resistance spot welding to produce a resistance spot welded joint.
近年の自動車産業では、車体の軽量化による燃費向上を目的として、車体へのアルミニウム合金等の軽金属の適用が進められている。現在、車体における鋼板同士の接合には、他の溶接方法に比べてコストや効率面で優位にある抵抗スポット溶接法が最も多く用いられており、車1台あたりの打点数は3000点から6000点に及ぶ。抵抗スポット溶接法とは、重ね合わせた2枚以上の鋼板を一対の電極により挟んで、その挟んだ鋼板の上下から一対の電極で加圧しつつ、上下の電極間に高電流の溶接電流を短時間通電して抵抗発熱により接合する方法である。 In recent automobile industries, for the purpose of improving fuel efficiency by reducing the weight of the vehicle body, the application of light metals such as aluminum alloys to the vehicle body has been promoted. At present, the resistance spot welding method, which is superior in cost and efficiency compared to other welding methods, is most often used for joining steel plates in a vehicle body, and the number of hits per vehicle is 3000 to 6000. To the point. The resistance spot welding method is a method in which two or more stacked steel plates are sandwiched between a pair of electrodes, and a high current welding current is shortened between the upper and lower electrodes while pressing with a pair of electrodes from above and below the sandwiched steel plates. This is a method of energizing for a time and joining by resistance heating.
車体の生産工程のコストと効率の維持という観点からは、鋼板同士の場合の接合と同様に、アルミニウム板が混在する場合の接合においても抵抗スポット溶接法を用いることが有効である。なお、以下の説明において、アルミニウム板とは、純アルミニウム板とアルミニウム合金板の総称である。しかし、鋼とアルミニウムの異種金属材料接合においては、電極の加圧により軟質なアルミニウム板が大きく減厚したり、接合界面に脆弱な金属間化合物が形成したりすることで、継手強度が確保できないという課題がある。特に、鋼板2枚とアルミニウム板1枚を重ね合わせた3枚重ねの板組においては、鋼板−アルミニウム板間、鋼板−鋼板間ともに所望の接合径(ナゲット径)を得る必要があるため、継手の強度確保は更に困難となる。 From the viewpoint of maintaining the cost and efficiency of the production process of the vehicle body, it is effective to use the resistance spot welding method in the joining in the case where aluminum plates are mixed, as in the joining in the case of steel plates. In the following description, the aluminum plate is a general term for a pure aluminum plate and an aluminum alloy plate. However, in joining dissimilar metal materials of steel and aluminum, the strength of the joint cannot be ensured because the soft aluminum plate is greatly reduced in thickness by pressurization of the electrode or a brittle intermetallic compound is formed at the joint interface. There is a problem. In particular, in a three-layer plate assembly in which two steel plates and one aluminum plate are overlapped, it is necessary to obtain a desired joint diameter (nugget diameter) between the steel plate and the aluminum plate and between the steel plate and the steel plate. It is further difficult to ensure the strength.
上記の課題を解決するため、以下に述べるような抵抗スポット溶接方法が提案されている。例えば、特許文献1には、鋼板とアルミニウム板の間に、鉄/アルミニウムクラッド薄板を同種材同士が向かい合うようにインサートさせることで、低電流でも高強度の継手が得られる抵抗スポット溶接方法が記載されている。 In order to solve the above problems, a resistance spot welding method as described below has been proposed. For example, Patent Document 1 describes a resistance spot welding method in which an iron / aluminum clad thin plate is inserted between a steel plate and an aluminum plate so that the same kind of materials face each other so that a high-strength joint can be obtained even at a low current. Yes.
特許文献2には、鋼板とアルミニウム板の両側に当て板を1枚以上添えて溶接を行うことで、当て板と被接合材料との界面が抵抗発熱し、鋼とアルミニウムが抵抗拡散接合されて高強度の継手が得られる抵抗スポット溶接方法が記載されている。
In
特許文献3には、鋼材とアルミニウム材をスポット溶接するにあたり、鋼板および鋼板表面酸化皮膜におけるMnおよびSiの各量を適正化することで、大きいナゲット径を得つつ散り発生を抑制することができると記載されている。 In Patent Document 3, when spot welding a steel material and an aluminum material, by optimizing each amount of Mn and Si in a steel plate and a steel plate surface oxide film, it is possible to suppress the occurrence of scattering while obtaining a large nugget diameter. It is described.
特許文献4には、パルセーション通電の条件を適正化するとともに、通電完了後の加圧力を増加させることで、接合界面の金属間化合物の成長を抑制する異種金属接合方法が記載されている。 Patent Document 4 describes a dissimilar metal joining method that suppresses the growth of intermetallic compounds at the joining interface by optimizing the conditions for pulsation energization and increasing the applied pressure after completion of energization.
特許文献5には、前通電およびその後の通電条件を適正化することで、鋼板表面からのチリ発生を抑制するとともに、溶接電流もできるだけ小さくでき、高い接合強度を有する異材接合部が得られるスポット溶接方法が記載されている。 Patent Document 5 discloses a spot that can suppress the generation of dust from the surface of the steel sheet by optimizing the pre-energization and the subsequent energization conditions, reduce the welding current as much as possible, and obtain a dissimilar material joint having high joint strength. A welding method is described.
しかしながら、特許文献1および2に記載の抵抗スポット溶接方法では、車体の構造上不要である当て板やクラッド薄板の使用が必要となるため、大幅なコスト増や重量低減が十分に図れないなどの問題がある。
However, the resistance spot welding methods described in
また、特許文献3では、鋼板および酸化皮膜中の合金元素量および分布を限定する必要があるため、要求性能を満たす鋼板の使用が制限されるなどの課題がある。特に、最近の鋼板での高強度化に伴う高合金化が進んでいる状況下では、特許文献3の発明の適用は極めて制限される。 Moreover, in patent document 3, since it is necessary to limit the amount and distribution of the alloy element in a steel plate and an oxide film, there exists a subject that the use of the steel plate which satisfy | fills a required performance is restrict | limited. In particular, the application of the invention of Patent Document 3 is extremely limited under the circumstances where high alloying is progressing with high strength in recent steel plates.
特許文献4では、前通電の通電時間は20ms以下、パルセーション通電の通電時間は10ms以下といずれも短時間であり、接合径を拡大するためには前通電・パルセーション通電ともに高電流化が必須となる。そのため、鋼板の固有抵抗が高い場合や、板厚が大きい場合には鋼板表面における散り発生の懸念がある。 In Patent Document 4, the energization time for pre-energization is 20 ms or less, and the energization time for pulsation energization is 10 ms or less, both of which are short. Required. Therefore, when the specific resistance of the steel plate is high or when the plate thickness is large, there is a concern that scattering occurs on the surface of the steel plate.
特許文献5では、適用可能な板組は冷延鋼板と6000系アルミニウム合金板との板組に限定されているという問題がある。また、特許文献5では、アルミニウム合金板を溶融させない条件で前通電を行う必要があるが、アルミニウム合金板は鋼板と比較して低融点であるため、板組によっては前通電の適正条件範囲が非常に狭くなるという問題もある。 In patent document 5, there exists a problem that the board set which can be applied is limited to the board set of a cold-rolled steel plate and a 6000 series aluminum alloy plate. In Patent Document 5, it is necessary to perform pre-energization under conditions that do not melt the aluminum alloy plate. However, since the aluminum alloy plate has a lower melting point than a steel plate, depending on the plate assembly, the appropriate condition range of pre-energization may be. There is also the problem of becoming very narrow.
加えて、これらの文献は全て鋼板とアルミニウム板の2枚重ねの板組みにおける課題解決を意図したものであり、鋼板2枚にアルミニウム板1枚を重ね合わせた3枚重ねの板組において、鋼板−アルミニウム板間だけでなく、鋼板−鋼板間においても所望のナゲット径を得る方法については述べられていない。 In addition, all of these documents are intended to solve the problems in the two-layer plate assembly of steel plates and aluminum plates. In a three-layer plate assembly in which one aluminum plate is superimposed on two steel plates, -A method for obtaining a desired nugget diameter not only between aluminum plates but also between steel plates and steel plates is not described.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、鋼板2枚とアルミニウム板1枚の3枚重ねの抵抗スポット溶接継手であって、鋼板やアルミニウム板の成分や板組によらず、良好な継手強度を有する抵抗スポット溶接継手を製造することができる抵抗スポット溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above situations, Comprising: It is a resistance spot welded joint of 2 sheets of steel plates and 1 sheet of aluminum plates, Comprising: It depends on the component and board assembly of a steel plate or an aluminum plate. It aims at providing the manufacturing method of the resistance spot welding joint which can manufacture the resistance spot welding joint which has favorable joint strength.
本発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。図1は、本発明の抵抗スポット溶接を模式的に示す図であり、2枚の鋼板(中板)11および鋼板(下板)12とアルミニウム板(上板)13とが重ね合わせられた板組を、一対の電極14、15で挟持する図である。また、図2は、抵抗スポット溶接の通電初期の電流分布を模式的に示す図である。図2には、2枚の鋼板11、12とアルミニウム板13とが重ね合わせられた板組を、一対の電極14、15で挟持し加圧しながら通電したときの通電初期の電流(溶接電流)の分布が、図2中の符号21で表されている。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have obtained the following knowledge. FIG. 1 is a diagram schematically showing resistance spot welding of the present invention, in which two steel plates (middle plate) 11 and a steel plate (lower plate) 12 and an aluminum plate (upper plate) 13 are overlaid. It is a figure which clamps a set with a pair of
2枚の鋼板と1枚のアルミニウム板との3枚重ねの板組の抵抗スポット溶接において良好な継手強度を確保するためには、図1のように鋼板−鋼板間や鋼板−アルミニウム板間で、それぞれナゲット径が大きいナゲット(鋼板−鋼板間のナゲット16、鋼板−アルミニウム板間のナゲット17)を得ることが有効である。加えて、過剰な入熱は、鋼板−アルミニウム板間の接合界面(鋼板とアルミニウム板の合わせ面)における脆弱な金属間化合物の成長による継手強度の低下を引き起こすため、入熱の低減も図らなければならない。 In order to ensure good joint strength in resistance spot welding of a three-layered plate assembly of two steel plates and one aluminum plate, between steel plates and between steel plates and between steel plates and aluminum plates as shown in FIG. It is effective to obtain nuggets (nuggets 16 between steel plates and steel plates, nuggets 17 between steel plates and aluminum plates) each having a large nugget diameter. In addition, excessive heat input causes a decrease in joint strength due to the growth of brittle intermetallic compounds at the joint interface between the steel sheet and the aluminum sheet (the mating surface of the steel sheet and the aluminum sheet), so the heat input must also be reduced. I must.
この金属間化合物の成長抑制には、一般的に通電パターンを短時間化および高電流化することが有効であるが、アルミニウム板の表面には強固な酸化被膜が存在するため通電経路が制限され、図2に示すように通電初期は加圧によって酸化被膜が破壊された接合部中心23に電流が集中しやすい。故に、過度な短時間化および高電流化は、接合部(ナゲット)中心への鋼板−アルミニウム板間の入熱を増加・促進させることになる。さらに、過度な短時間化および高電流化によって、鋼板−鋼板間の散り発生も生じやすくなるため、鋼板−鋼板間でのナゲット径の確保が困難となる。また、鋼板1枚とアルミニウム板1枚を用いた2枚重ねの板組と比較すると、鋼板2枚とアルミニウム板1枚を用いた3枚重ねの板組では鋼板の総板厚が大きい。このため、電極への抜熱が不十分となることで、鋼板−鋼板間だけでなく鋼板表面での散り発生も生じやすくなる。以上の理由から、通電時間の短時間化および高電流化には限界がある。
In order to suppress the growth of this intermetallic compound, it is generally effective to shorten the energization pattern and increase the current, but the energization path is limited because a strong oxide film exists on the surface of the aluminum plate. As shown in FIG. 2, at the initial stage of energization, the current tends to concentrate at the
本発明は、これらの知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものであり、要旨は以下のとおりである。 Based on these findings, the present invention has been completed with further studies, and the gist is as follows.
[1] 2枚の鋼板と1枚のアルミニウム板を重ね合わせて最外側に配置される板の一方が鋼板で他方がアルミニウム板とした板組を、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造するにあたり、
2枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚をtFe(mm)としたとき、通電して2枚の鋼板間にナゲット径が2√tFe(mm)以上のナゲットを形成する第1通電工程と、
第1通電工程の後に通電を休止する通電休止工程と、
通電休止工程の後に通電する第2通電工程とを有する抵抗スポット溶接継手の製造方法。[1] A plate assembly in which two steel plates and one aluminum plate are overlapped and one of the plates arranged on the outermost side is a steel plate and the other is an aluminum plate is joined by resistance spot welding to form a resistance spot welded joint In manufacturing
When the thickness of the thinner one of the two steel plates is defined as t Fe (mm), a first nugget having a nugget diameter of 2√t Fe (mm) or more is energized between the two steel plates. Energization process;
An energization stop step of stopping energization after the first energization step;
A method of manufacturing a resistance spot welded joint including a second energization step of energizing after the energization suspending step.
[2] 前記鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をRFe(mm)とし、前記第1通電工程の電流をI1(kA)、通電時間をt1(ms)とし、前記通電休止工程の通電休止時間をtc(ms)とし、前記第2通電工程の電流をI2(kA)、通電時間をt2(ms)としたとき、
前記第1通電工程、前記通電休止工程、および前記第2通電工程は、下記式(1)〜(5)の関係を全て満たす、[1]に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
I1<I2 (1)
t1>t2 (2)
t1≧40 (3)
tc≧5 (4)
RFe≧20 (5)[2] The radius of curvature of the tip of the electrode brought into contact with the steel plate is R Fe (mm), the current in the first energization step is I 1 (kA), the energization time is t 1 (ms), and When the energization stop time is t c (ms), the current in the second energization step is I 2 (kA), and the energization time is t 2 (ms),
The method for manufacturing a resistance spot welded joint according to [1], wherein the first energization process, the energization stop process, and the second energization process satisfy all the following expressions (1) to (5).
I 1 <I 2 (1)
t 1 > t 2 (2)
t 1 ≧ 40 (3)
t c ≧ 5 (4)
R Fe ≧ 20 (5)
[3] 前記鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をRFe(mm)、先端径をDFe(mm)としたとき、
前記第1通電工程、前記通電休止工程、および前記第2通電工程は、さらに、下記式(6)および(7)の関係を満たす、[1]または[2]に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
RFe≧50 (6)
DFe≧3 (7)[3] When the tip curvature radius of the electrode brought into contact with the steel sheet is R Fe (mm) and the tip diameter is D Fe (mm),
In the resistance spot welded joint according to [1] or [2], the first energization process, the energization stop process, and the second energization process further satisfy a relationship of the following formulas (6) and (7): Production method.
R Fe ≧ 50 (6)
D Fe ≧ 3 (7)
本発明によれば、鋼板2枚とアルミニウム板1枚の3枚重ねの抵抗スポット溶接継手であって、鋼板やアルミニウム板の成分や板組によらず、良好な継手強度を有する抵抗スポット溶接継手を製造することができる。 According to the present invention, a resistance spot welded joint consisting of two steel plates and one aluminum plate, which has a good joint strength regardless of the components and the plate set of the steel plates and aluminum plates. Can be manufactured.
本発明の抵抗スポット溶接継手の製造方法は、2枚の鋼板と1枚のアルミニウム板を重ね合わせて最外側に配置される板の一方が鋼板で他方がアルミニウム板とした板組を、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造するにあたり、2枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚をtFe(mm)としたとき、通電して2枚の鋼板間にナゲット径が2√tFe(mm)以上のナゲットを形成する第1通電工程と、第1通電工程の後に通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に通電する第2通電工程とを有するものである。なお、本発明において、抵抗スポット溶接継手とは強度試験、断面観察などに用いられるテストピースや、抵抗スポット溶接により接合された自動車部材等を含めた総称とする。The method of manufacturing a resistance spot welded joint according to the present invention comprises a plate assembly in which two steel plates and one aluminum plate are overlapped and one of the plates arranged on the outermost side is a steel plate and the other is an aluminum plate. When producing a resistance spot welded joint by welding, when the thickness of the thinner steel plate of the two steel plates is t Fe (mm), the nugget diameter is 2 between the two steel plates when energized. It has the 1st electricity supply process which forms nugget more than √t Fe (mm), the energization stop process which stops energization after the 1st energization process, and the 2nd energization process which energizes after the energization stop process . In the present invention, the resistance spot welded joint is a generic name including a test piece used for strength test, cross-sectional observation, an automobile member joined by resistance spot welding, and the like.
本発明を図1〜4を用いて以下に具体的に説明する。本発明は、2枚の鋼板と1枚のアルミニウム板を重ね合わせた板組を、一対の電極によって挟み加圧しながら通電して接合(溶接接合)する抵抗スポット溶接により抵抗スポット溶接継手を得る、抵抗スポット溶接継手の製造方法である。 The present invention will be specifically described below with reference to FIGS. The present invention obtains a resistance spot welded joint by resistance spot welding in which a plate assembly in which two steel plates and one aluminum plate are overlapped is sandwiched between a pair of electrodes and energized while being pressed (welded). It is a manufacturing method of a resistance spot welded joint.
まず、鋼板11と鋼板12とアルミニウム板13とを重ね合わせて、板組とする。このとき、図1に示すように、最外側に配置される板の一方が鋼板12になり、他方がアルミニウム板13になるようにする。換言すると、電極14、15を接触させる板が、それぞれ鋼板12とアルミニウム板13となるように重ね合わせる。
First, the
鋼板11、12は特に限定されず、例えば、冷延鋼板、熱延鋼板、めっき鋼板が挙げられる。なお、めっき鋼板とは、表面に金属めっき層を有する鋼板であり、金属めっき層としては、例えばZn系めっき層やAl系めっき層が挙げられる。Zn系めっきとしては、一般的な溶融亜鉛めっき(GI)、合金化溶融亜鉛めっき(GA)、電気亜鉛めっき(EG)、Zn−Ni系めっき(例えば、10〜25質量%のNiを含むZn−Ni系めっき)、Zn−Al系めっき、Zn−Mg系めっき、Zn−Al−Mg系めっきなどが例示できる。また、Al系めっきとしては、Al−Si系めっき(例えば、10〜20質量%のSiを含むAl−Si系めっき)などが例示できる。鋼板11、12の成分は、特に限定されない。また、鋼板11、12の強度も特に限定されないが、例えば鋼板から圧延方向に対して平行方向にJIS5号引張試験片を作製し、JIS Z 2241:2011の規定に準拠して引張試験を実施して求めた引張強さが590MPa以上(590MPa級以上)、さらには980MPa以上(980MPa級以上)の高強度鋼板を用いることができる。鋼板11と鋼板12は、成分が同じでも異なっていてもよく、強度や板厚が同じでも異なっても何ら問題ないし、金属めっき層を有するめっき鋼板と金属めっき層を有さない鋼板とを用いてもよい。アルミニウム板13の成分も特に限定されず、純アルミニウム板でもアルミニウム合金板でもよい。アルミニウム合金板としては、例えばJISで規定される5000系(Al−Mg系)、6000系(Al−Mg−Si系)、2000系(Al−Cu系)、7000系(Al−Zn−Mg系、Al−Zn−Mg−Cu系)等が挙げられる。なお、アルミニウム板13の表面には、酸化被膜が形成されている。また、鋼板11、12やアルミニウム板13の板厚についても特に限定はないが、一般的な自動車車体に用いられ得る範囲(0.5〜4.0mm程度)であることが好ましい。
The
次に、鋼板11、12およびアルミニウム板13を重ね合わせた板組を、一対の溶接電極(電極14および電極15)で挟み、加圧しながら通電した後に、電極を鋼板から解放する。本発明の抵抗スポット溶接方法で使用可能な溶接装置としては、上下一対の電極を備え、溶接中に加圧力および溶接電流をそれぞれ任意に制御可能な溶接装置を用いることができる。溶接装置の加圧機構(エアシリンダやサーボモータ等)や、形式(定置式、ロボットガン等)、電極の形状等はとくに限定されない。また、直流、交流のいずれにも本発明を適用でき、電源の種類(単相交流、交流インバータ、直流インバータ)など特に限定されるものではない。ここで交流の場合は、「電流」は「実効電流」を意味する。なお、常に水冷されている状態で抵抗スポット溶接を行う。
Next, the plate set in which the
このように、鋼板11、12とアルミニウム板13とを、最外側に配置される板の一方が鋼板12で他方がアルミニウム板13となるように重ねて板組とする。この板組を、一対の溶接電極(電極14および電極15)で挟み、加圧しながら通電して、抵抗発熱によりナゲット16、17を形成すると共に重ね合わせた鋼板11、12とアルミニウム板13を接合することで、抵抗スポット溶接継手が得られる。
In this manner, the
本発明においては、この通電を特定のパターンとする。すなわち、本発明の通電パターンは、例えば図3に示すように、2枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚をtFe(mm)としたとき、通電して2枚の鋼板11、12間にナゲット径が2√tFe(mm)以上のナゲットを形成する第1通電工程と、第1通電工程の後に通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に通電する第2通電工程とを有する。なお、第2通電工程終了後は、必要に応じて、1段以上の通電を行った後、例えば、後熱処理などを目的とした3段目以降の通電を行なった後、通電を停止する。In the present invention, this energization is a specific pattern. That is, the energization pattern of the present invention is, for example, as shown in FIG. 3, when the thickness of the thinner one of the two steel plates is t Fe (mm), the two
第1通電工程(1段目の通電)で鋼板11、12間に2√tFe(mm)以上の径(ナゲット径)を有するナゲットを形成することで、第2通電工程(2段目の通電)において過剰な散りが発生することによるナゲット16、17のナゲット径の減少を防ぐ効果が得られる。加えて、2√tFe(mm)以上の径を有するナゲットを形成する第1通電工程の通電による熱影響で鋼板11が変形し、鋼板12と電極14との接触面積が拡大するため、第2通電工程の通電における鋼板12表面付近の電流密度が低下し、鋼板12表面からの散り発生を抑制する効果も併せて得ることができる。さらに、第1通電工程の通電およびその熱影響でアルミニウム板13表面の酸化被膜が破壊され、鋼板−アルミニウム板間の通電経路が確保される。そのため、第2通電工程の通電において接合部中心への電流密度の過剰増加に伴う入熱増加が抑制される。なお、この第1通電工程によって、鋼板−アルミニウム板間にナゲットが形成されてもよいし、されなくてもよい。ただし、過剰入熱による金属間化合物の成長を抑制するという観点からは、アルミニウム板13の板厚をtAl(mm)としたとき、第1通電工程で鋼板−アルミニウム板間に形成されるナゲットのナゲット径(mm)は6√tAl以下とするのが望ましい。さらに望ましくは、第1通電工程で鋼板−アルミニウム板間に形成されるナゲットのナゲット径(mm)の下限を1.5√tAl以上とする。
なお、板厚tFeやtAlは単位としてmmを用い、この板厚tFeやtAlを代入した2√tFeや6√tAlの単位もmmとする。鋼板間に形成されるナゲットのナゲット径とは、電極14と接触させる鋼板12と該鋼板12と接する鋼板(図1においては、鋼板11)との合わせ面(接合面)における、鋼板12のナゲットの最大径である。また、鋼板−アルミニウム板間に形成されるナゲットのナゲット径とは、アルミニウム板13と該アルミニウム板13と接する板(図1においては、鋼板11)との合わせ面(接合面)における、アルミニウム板13のナゲット17の最大径である。ナゲット16、17のナゲット径を、図1に示す。なお、「ナゲット」とは、重ね抵抗溶接において溶接部に生じる溶融凝固した部分であるが、本明細書においては、凝固するとナゲットになる溶融部(すなわち凝固する前の溶融部)もナゲットと呼ぶ場合がある。By forming a nugget having a diameter (nugget diameter) of 2√t Fe (mm) or more between the
Incidentally, the plate thickness t Fe and t Al is used mm as the unit, also with mm unit of 2√T Fe and 6√T Al obtained by substituting the thickness t Fe and t Al. The nugget diameter of the nugget formed between the steel plates is the nugget of the
本発明においては、上記した特定の通電パターンで通電を行うことにより、過剰な散りの発生を抑制してナゲット16、17のナゲット径の減少を防ぐと共に、酸化被膜を破壊して電流密度の過剰増加に伴う入熱増加を抑制する。したがって、本発明においては、良好な継手強度を有する鋼板11と鋼板12とアルミニウム板13との抵抗スポット溶接継手を製造することができる。また、上述したように、鋼板やアルミニウム板の成分や板組によらず、具体的には、鋼板やアルミニウム板における表面の金属めっき層の有無や厚さ、酸化皮膜の組成や厚さ、母材強度、板厚によらず、適用することができる。
なお、本発明において、良好な継手強度を有する抵抗スポット溶接継手とは、引張せん断強度(TSS)および十字引張強度(CTS)のいずれか一方または両方が高い抵抗スポット溶接継手を指す。In the present invention, by energizing with the above-described specific energization pattern, the occurrence of excessive scattering is suppressed to prevent the nugget diameters of the
In the present invention, the resistance spot welded joint having a good joint strength refers to a resistance spot welded joint having either or both of tensile shear strength (TSS) and cross tensile strength (CTS).
この通電パターンに関しては、図3に示すように、鋼板12と接触させる電極14の先端曲率半径をRFe(mm)とし、第1通電工程の電流をI1(kA)、通電時間をt1(ms)とし、通電休止工程の通電休止時間をtc(ms)とし、第2通電工程の電流をI2(kA)、通電時間をt2(ms)としたとき、第1通電工程、通電休止工程、および第2通電工程は、上記式(1)〜(5)の関係を全て満たすことにより、本発明の効果をより有効に得ることができる。With respect to this energization pattern, as shown in FIG. 3, the radius of curvature of the tip of the
詳述すると、上記式(1)〜(2)に示すように、第1通電工程は第2通電工程よりも長時間且つ低電流の通電を行なうことによって、上述のように鋼板間の散りを抑制しつつ、2√tFe(mm)以上のナゲット径を確保する。また、図2に示すように通電初期はアルミニウム板13の表面の酸化被膜で通電経路が制限されるが、この長時間且つ低電流の通電によって、酸化被膜を破壊し、鋼板11、12とアルミニウム板13間の通電経路を確保しつつ、過度な入熱増加が生じないようにする。
また、上記式(3)に示すように、第1通電工程の通電時間t1を40ms以上とすることで、鋼板11、12とアルミニウム板13間の通電経路を十分に確保することができる。More specifically, as shown in the above formulas (1) to (2), the first energization process is conducted for a longer time and at a lower current than the second energization process, thereby causing the scattering between the steel plates as described above. While suppressing, a nugget diameter of 2√t Fe (mm) or more is secured. In addition, as shown in FIG. 2, the energization path is limited by the oxide film on the surface of the
Moreover, as shown to the said Formula (3), the electricity supply path | route between the
そして、第1通電工程に続いて、所定の通電休止時間tc(ms)の間通電を休止し(通電休止工程)、この通電休止工程に続いて、第2通電工程(2段目の通電)で第1通電工程よりも短時間且つ高電流の通電を行なう。これにより、瞬間的に広範囲を発熱させることができる。鋼板12と電極14の接触端近傍では、電流密度が高いため、高電流化するほどこの接触端近傍での発熱が促進されることとなる。したがって、第2通電工程での高電流化は、短時間の通電で広範囲を発熱させるのに有効となり、広範囲のアルミニウム板13を溶融させ、これにより接合径を拡大することができる。なお、上述したように、第1通電工程の通電によって鋼板12と電極14との接触径が拡大しているため、鋼板12表面からの散りは発生しにくい状態となっている。しかし、第1通電工程の通電終了時点では、第1通電工程において初期に酸化被膜が破壊されて通電が開始する接合部中心がより高温となっている。したがって、通電休止工程での通電休止時間tcが短い場合は、第2通電工程の通電を短時間且つ高電流化したとしても、高温の接合部中心から再昇温するため、入熱が過大となり易い。そこで、上記式(4)に示すように、通電休止時間tcが5ms以上の通電休止工程を行なった後に高電流且つ短時間の第2通電工程を行なうようにする。これにより、通電休止工程において接合部中心の温度が一旦低下するため、第2通電工程の通電では電流密度が高い鋼板12と電極14の接触端近傍の発熱を促すことができ、広範囲を効率的に昇温でき、アルミニウム板13のナゲット径の確保と入熱低減が両立できる。なお、第2通電工程では、過剰なナゲット径の減少が生じない程度の散りは発生してもよい。また、第2通電工程での通電時間t2は、ナゲット径確保と過剰入熱抑制の観点より、例えば5〜100msであることが好ましい。第2通電工程での通電時間t2は、より好ましくは5〜90msであり、さらに好ましくは10〜80msである。Then, following the first energization process, energization is suspended for a predetermined energization suspension time t c (ms) (energization suspension process), and following this energization suspension process, the second energization process (second-stage energization process). ) For a shorter time and higher current than in the first energization step. As a result, a wide range of heat can be instantaneously generated. Since the current density is high in the vicinity of the contact end between the
上述した通電パターンに加えて、上記式(5)に示すように、鋼板12と接する電極14として、先端曲率半径RFeが20mm以上の電極を用いることで、本発明の効果をより有効に得ることができる。先端曲率半径RFeを20mm以上とすることにより、電極と鋼板の接触径を確保でき、鋼板表面からの散りを抑制しやすいためである。
さらには、鋼板12と接する電極14として、鋼板12と接触させる電極14の先端径をDFe(mm)としたとき、下記式(6)および(7)の関係を満たす電極を用いることが好ましい。これは、鋼板12と接する電極14の先端曲率半径RFeの拡大により、鋼板12と電極14の接触面積が大きくなることで、第2通電工程における通電面積が大きくなり、鋼板の発熱範囲および接合径が拡大できるためである。また、鋼板12と電極14の接触端近傍における電流密度の過大増加を防ぐことで、鋼板12表面からの散り発生を抑制しやすくなる効果も得られる。
RFe≧50 (6)
DFe≧3 (7)
なお、電極14の先端曲率半径RFeは、より好ましくは100mm以上である。先端曲率半径RFeの上限は特に規定しない。また、電極14の先端径DFeは、より好ましくは4mm以上であり、さらに好ましくは5mm以上である。先端径DFeの上限は特に規定しないが、電流密度と面圧の確保の観点より、20mm以下とすることが好ましい。
電極14の先端の形式は、例えばJIS C 9304:1999に記載されるDR形(ドームラジアス形)、R形(ラジアス形)、D形(ドーム形)である。図4に、電極の先端曲率半径Rと先端径Dを示す。図4(a)はラジアス形の電極の先端曲率半径Rと先端径Dを示す図であり、図4(b)はドームラジアス形の電極の先端曲率半径Rと先端径Dを示す図である。なお、図4(b)に示すように、ドームラジアス形の電極は先端側の曲面が2段の曲率を有するが、電極の先端曲率半径は、抵抗スポット溶接する板に最初に接する部分(中心側の曲面)の曲率半径Rである。In addition to the energization pattern described above, as shown in the above formula (5), the effect of the present invention can be obtained more effectively by using an electrode having a tip radius of curvature R Fe of 20 mm or more as the
Furthermore, as the
R Fe ≧ 50 (6)
D Fe ≧ 3 (7)
The tip curvature radius R Fe of the
The type of the tip of the
アルミニウム板13と接触させる電極15の先端の形式は、例えばJIS C 9304:1999に記載されるDR形(ドームラジアス形)、R形(ラジアス形)、D形(ドーム形)である。
アルミニウム板13と接触させる電極15の先端径DAlは、アルミニウム板の変形の抑制と、面圧の確保の観点より、例えば4〜16mmとすることが好ましい。より好ましくは6〜16mmである。また、アルミニウム板13と接触させる電極15の先端曲率半径RAlは、同様にアルミニウム板の変形の抑制と、面圧の確保の観点より、例えば30mm以上とすることが好ましい。より好ましくは40mm以上である。先端曲率半径RAlの上限は特に規定しない。The type of the tip of the
The tip diameter D Al of the
また、第2通電工程の通電で適用の適正電流範囲を拡大したい場合は、第1通電工程で鋼板11、12とアルミニウム板13間に十分な通電経路を確保しておくことが有効となる。そのため第1通電工程の通電時間t1は50ms以上とすることが好ましく、60ms以上とすることがより好ましい。一方、タクトタイムの増加を抑制するという観点からは、t1は800ms以下とすることが好ましく、600ms以下とすることがより好ましい。Further, when it is desired to expand the appropriate current range applied by energization in the second energization process, it is effective to secure a sufficient energization path between the
また、鋼板の板厚が大きい場合など、電極への抜熱が生じづらい板組においては、通電休止時間tcは10ms以上とすることが好ましく、20ms以上とすることがより好ましい。一方、タクトタイムの増加を抑制するという観点からは、tcは600ms以下とすることが好ましく、400ms以下とすることがより好ましい。Also, like the plate thickness of the steel sheet is large, in the heat removal occurs hard plate sets to the electrodes, energization pause time t c is preferably greater than or equal to 10 ms, and more preferably to more than 20ms. On the other hand, from the viewpoint of suppressing an increase in tact time, t c is preferably 600 ms or less, and more preferably 400 ms or less.
本発明における溶接電流(通電時の電流)は、特に限定されず、溶接電流は例えば4〜40kAである。ただし、施工上は所定のナゲット径を得る必要があり、過大な電流値は散り発生の原因となるため、第1通電工程の電流I1は例えば5〜20kAであり、第2通電工程の電流値I2は例えば10〜40kAである。The welding current (current during energization) in the present invention is not particularly limited, and the welding current is, for example, 4 to 40 kA. However, since it is necessary to obtain a predetermined nugget diameter in construction, and an excessive current value causes scattering, the current I 1 in the first energization process is, for example, 5 to 20 kA, and the current in the second energization process the value I 2 is 10~40kA example.
また、溶接中の加圧力には特に制限はなく、例えば、加圧力は、例えば2.0kN〜7.0kNであり、加圧力を溶接中および溶接前後に変化させてもよい。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the applied pressure during welding, for example, an applied pressure is 2.0 kN-7.0 kN, for example, You may change an applied pressure during welding and before and after welding.
また、溶接中の抵抗値・電圧値といったパラメータを監視し、その変動に応じて電流値や通電時間を変化させる制御方法を用いても何ら問題無い。 There is no problem even if a control method is used in which parameters such as resistance value and voltage value during welding are monitored and the current value and energization time are changed in accordance with the fluctuation.
本発明の実施例を以下に示す。なおこの実施例で用いた板組や溶接条件、電極形状は、本発明の効果を示すために適用した一例であるため、他の条件を用いてもよいのは言うまでもない。 Examples of the present invention are shown below. The plate set, welding conditions, and electrode shape used in this example are examples applied to show the effects of the present invention, and it goes without saying that other conditions may be used.
(本発明例および比較例)
供試材料として、表1に示した鋼板11、12とアルミニウム板13を用いた。表1に示した鋼板11、12の引張強さは、鋼板から圧延方向に対して平行方向にJIS5号引張試験片を作製し、JIS Z 2241:2011の規定に準拠して引張試験を実施して求めた。表1に示した鋼板11、12とアルミニウム板13は、図1に示すようにして、抵抗スポット溶接を行ない、アルミニウム板1枚と鋼板2枚とを重ね合わせた3枚重ねの板組からなる抵抗スポット溶接継手を製造した。なお、用いたアルミニウム板13は表面に酸化被膜が形成されていた。溶接機はインバータ直流式抵抗スポット溶接機を用い、電極14、15の先端曲率半径および先端径、ならびに、通電パターンを表2に示す条件とした。電極14、15は全てクロム銅のDR形製電極を用いた。抵抗スポット溶接は室温(20℃)で行い、電極を常に水冷した状態で行った。また、加圧力は、第1通電工程、通電休止工程、第2通電工程にわたって一定とした。(Invention Example and Comparative Example)
As test materials, the
得られた抵抗スポット溶接継手について、JIS Z 3136に基づく引張せん断試験を実施して継手強度を評価した。図5に、実施例の引張試験(引張せん断試験)を説明する図を示す。図5に示すように、抵抗スポット溶接継手の両側から矢印の方向に引っ張り、鋼板−アルミニウム板間の引張せん断試験を行った。そして、鋼板とアルミニウム板との接合部が破断したときの最大荷重(引張せん断強度)を算出した。
引張せん断強度(TSS)が、TSS≧1.5kNの場合をA、1.5kN>TSS≧1.0kNの場合をB、1.0kN>TSSの場合をFとして、それぞれ評価した。評価結果を表2に示す。本発明例では、引張せん断強度(TSS)の評価はA、Bのいずれかであった。
さらに、表3に示す溶接条件にて得られた抵抗スポット溶接継手について、JIS Z 3137に基づく十字引張試験を実施して継手強度を評価した。図6に、実施例の引張試験(十字引張試験)を説明する図を示す。図6に示すように、抵抗スポット溶接継手の両側から矢印の方向に引っ張り、鋼板−アルミニウム板間の十字引張試験を行った。そして、鋼板とアルミニウム板との接合部が破断したときの最大荷重(十字引張強度)を算出した。
十字引張強度(CTS)が、CTS≧0.7kNの場合をA、0.7kN>CTSの場合をFとして、それぞれ評価した。評価結果を表3に示す。本発明例では、十字引張強度(CTS)の評価はAであった。また、上記と同様の方法で行った引張せん断試験の結果も表3に併せて示した。本発明例では、TSSの評価はAであった。About the obtained resistance spot welded joint, the tensile shear test based on JISZ3136 was implemented and joint strength was evaluated. In FIG. 5, the figure explaining the tension test (tensile shear test) of an Example is shown. As shown in FIG. 5, a tensile shear test between a steel plate and an aluminum plate was performed by pulling in the direction of the arrow from both sides of the resistance spot welded joint. And the maximum load (tensile shear strength) when the junction part of a steel plate and an aluminum plate fracture | ruptured was computed.
The tensile shear strength (TSS) was evaluated as A when TSS ≧ 1.5 kN, B when 1.5 kN> TSS ≧ 1.0 kN, and F when 1.0 kN> TSS. The evaluation results are shown in Table 2. In the examples of the present invention, the tensile shear strength (TSS) was evaluated as either A or B.
Furthermore, about the resistance spot welded joint obtained on the welding conditions shown in Table 3, the cross tension test based on JISZ3137 was implemented and joint strength was evaluated. FIG. 6 is a view for explaining the tensile test (cross tensile test) of the example. As shown in FIG. 6, it pulled from the both sides of the resistance spot welding joint in the direction of the arrow, and the cross tension test between a steel plate and an aluminum plate was done. And the maximum load (cross tensile strength) when the junction part of a steel plate and an aluminum plate fracture | ruptured was computed.
The cross tensile strength (CTS) was evaluated as A when CTS ≧ 0.7 kN and F when 0.7 kN> CTS. The evaluation results are shown in Table 3. In the example of the present invention, the evaluation of the cross tensile strength (CTS) was A. Table 3 also shows the results of the tensile shear test performed by the same method as described above. In the example of the present invention, the TSS evaluation was A.
また、上記と同様の条件で第1通電工程を行ない、接合部の断面観察によって第1通電工程の通電で形成された鋼板11と鋼板12間のナゲット径16、鋼板11とアルミニウム板13間のナゲット径17をそれぞれ求めた。なお、ナゲット径17は、アルミニウム板13とアルミニウム板13と接する板(鋼板11)との接合面における、アルミニウム板13のナゲット17の最大径(mm)を測定した。ナゲット径16は、鋼板12と鋼板12と接する板(鋼板11)との接合面における、アルミニウム板12のナゲット16の最大径(mm)を測定した。測定結果を表2、3に示す。
Further, the first energization process is performed under the same conditions as described above, and the
11、12 鋼板
13 アルミニウム板
14、15 電極
16 鋼板−鋼板間のナゲット
17 鋼板−アルミニウム板間のナゲット11, 12
Claims (3)
2枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚をtFe(mm)としたとき、通電して2枚の鋼板間にナゲット径が2√tFe(mm)以上のナゲットを形成する第1通電工程と、
第1通電工程の後に通電を休止する通電休止工程と、
通電休止工程の後に通電する第2通電工程とを有する抵抗スポット溶接継手の製造方法。A plate assembly in which two steel plates and one aluminum plate are overlapped and one of the plates arranged on the outermost side is a steel plate and the other is an aluminum plate is joined by resistance spot welding to produce a resistance spot welded joint. Hits the,
When the thickness of the thinner one of the two steel plates is defined as t Fe (mm), a first nugget having a nugget diameter of 2√t Fe (mm) or more is energized between the two steel plates. Energization process;
An energization stop step of stopping energization after the first energization step;
A method of manufacturing a resistance spot welded joint including a second energization step of energizing after the energization suspending step.
前記第1通電工程、前記通電休止工程、および前記第2通電工程は、下記式(1)〜(5)の関係を全て満たす、請求項1に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
I1<I2 (1)
t1>t2 (2)
t1≧40 (3)
tc≧5 (4)
RFe≧20 (5)The radius of curvature of the tip of the electrode brought into contact with the steel plate is R Fe (mm), the current in the first energization step is I 1 (kA), the energization time is t 1 (ms), and the energization pause time in the energization pause step Is t c (ms), the current in the second energization step is I 2 (kA), and the energization time is t 2 (ms),
2. The method of manufacturing a resistance spot welded joint according to claim 1, wherein the first energization process, the energization stop process, and the second energization process satisfy all the relationships of the following formulas (1) to (5).
I 1 <I 2 (1)
t 1 > t 2 (2)
t 1 ≧ 40 (3)
t c ≧ 5 (4)
R Fe ≧ 20 (5)
前記第1通電工程、前記通電休止工程、および前記第2通電工程は、さらに、下記式(6)および(7)の関係を満たす、請求項1または2に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
RFe≧50 (6)
DFe≧3 (7)When the tip curvature radius of the electrode brought into contact with the steel sheet is R Fe (mm) and the tip diameter is D Fe (mm),
3. The method of manufacturing a resistance spot welded joint according to claim 1, wherein the first energization step, the energization stop step, and the second energization step further satisfy a relationship of the following formulas (6) and (7): .
R Fe ≧ 50 (6)
D Fe ≧ 3 (7)
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