WO2019203363A1 - アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法 - Google Patents

アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2019203363A1
WO2019203363A1 PCT/JP2019/016904 JP2019016904W WO2019203363A1 WO 2019203363 A1 WO2019203363 A1 WO 2019203363A1 JP 2019016904 W JP2019016904 W JP 2019016904W WO 2019203363 A1 WO2019203363 A1 WO 2019203363A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nugget
energization
aluminum
spot welding
aluminum material
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/016904
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
拓朗 青木
松本　剛
聖二 片山
彩香 水野
賢治 佐橋
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
株式会社ナ・デックス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社神戸製鋼所, 株式会社ナ・デックス filed Critical 株式会社神戸製鋼所
Publication of WO2019203363A1 publication Critical patent/WO2019203363A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11—Spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/16—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded
    • B23K11/18—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded of non-ferrous metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a resistance spot welding method for an aluminum material.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a cooling time is provided after the main energization of welding and a temper energization that is weaker than the main energization current is performed after the cooling time.
  • the joint strength obtained by resistance spot welding with overlapping aluminum materials increases or decreases according to the nugget diameter formed by spot welding. Therefore, in order to obtain high joint strength, the nugget diameter may be increased.However, if the nugget diameter is increased, the nugget thickness will increase at the same time, and depending on the welding conditions, the nugget will be in contact with the electrode tip. May grow. In that case, molten aluminum adheres to the electrode tip, an intermetallic compound is formed on the electrode surface, and the electrode tip shape changes. When the electrode tip shape changes, the electrode tip shape needs to be adjusted by electrode dressing in order to obtain a healthy nugget. Therefore, the frequency of dressing increases, the number of continuous hit points decreases, and the productivity decreases. In the methods described in the above-mentioned prior art documents 1 and 2, even if the nugget diameter can be increased, it is difficult to suppress the growth of the nugget in the thickness direction at the same time.
  • An object of the present invention is to provide a resistance spot welding method for an aluminum material which increases the joint strength by enlarging the nugget diameter and suppresses the growth in the thickness direction of the nugget when the aluminum materials are superposed and energized. It is in.
  • a pre-energization step in which a plurality of aluminum materials are stacked and sandwiched between a pair of electrodes, and a first energization is performed between the electrodes;
  • a cooling step for reducing the amount of heat input to the plurality of aluminum materials for 10 to 500 ms after the preliminary energization step;
  • a main energization step of performing a second energization between the pair of electrodes is performed in this order,
  • the current value of the preliminary energization step is I 1
  • the energization time is T 1
  • the current value in the main energization process is I 2 and the energization time is T 2
  • the nugget diameter can be increased to increase the joint strength, and the growth of the nugget in the thickness direction can be suppressed.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the spot welder which welds an aluminum material. It is a timing chart which shows an example of the waveform of welding current.
  • (A) to (C) are process explanatory views schematically showing the state from the preliminary energization process to the cooling process.
  • (A), (B) is process explanatory drawing which shows the mode of the main electricity supply process after a cooling process typically. It is sectional drawing of the aluminum welded joint which shows typically the melt-solidified nugget after resistance spot welding of the aluminum material.
  • (A), (B) is a reference figure which shows the nugget formation condition at the time of growing a nugget without providing a preliminary electricity supply process and a cooling process.
  • (A) is a schematic shape of an R-shaped electrode
  • (B) is an explanatory view showing a schematic shape of a DR-shaped electrode. It is explanatory drawing which shows the waveform of a welding current, and the cross-sectional photograph of the nugget formed by this.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a spot welder for welding an aluminum material.
  • the spot welder 11 includes a pair of electrodes 13 and 15, a welding transformer unit 17 connected to the pair of electrodes 13 and 15, a control unit 19 that supplies welding power from the power supply unit 18 to the welding transformer unit 17, and And an electrode driving unit 20 that moves the pair of electrodes 13 and 15 in the axial direction.
  • the controller 19 controls the current value, energization time, electrode pressure, energization timing, pressurization timing, and the like in an integrated manner.
  • the spot welder 11 overlaps and sandwiches at least two plate materials of a first aluminum plate 21 and a second aluminum plate 23 which are aluminum materials between a pair of electrodes 13 and 15. And the 1st aluminum plate 21 and the 2nd aluminum plate 23 are pressurized in the plate
  • FIG. In this pressurized state the welding transformer unit 17 is energized between the electrodes 13 and 15 based on a command from the control unit 19. Thereby, a nugget (spot welded portion) 25 is formed between the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 sandwiched between the electrodes 13 and 15, and the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 are integrated. An aluminum welded joint (joint) 27 is obtained.
  • the present invention is not limited to joining two aluminum plates, but when joining three or more aluminum plates. Are also preferably used.
  • Each of the pair of electrodes 13 and 15 includes a cooling unit inside the electrode.
  • the cooling method of the cooling unit is not particularly limited, in the configuration shown in FIG. 1, the cooling pipe 33 is disposed in the concave portion 31 formed in the electrode 13 (same for 15), and the cooling medium such as water is supplied from the cooling pipe 33. Is supplied, the electrode 13 (15) is cooled.
  • the aluminum material which comprises each aluminum plate in the case of using the aluminum material of the 1st aluminum plate 21 and the 2nd aluminum plate 23, and three or more sheets can use aluminum of arbitrary materials, or an aluminum alloy. Specifically, in addition to 5000 series, 6000 series, 7000 series, 2000 series, and 4000 series aluminum alloys, 3000 series and 8000 series aluminum alloys and 1000 series (pure aluminum) aluminum can be employed. Each aluminum plate may be the same material, or may be a combination of the above materials.
  • the thickness of the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 is preferably 0.5 mm or more in the use of structural members such as automobile frame members, 2.0 mm or more is more preferable.
  • the thickness of each aluminum plate may be equal, and either one may be thicker than the other.
  • the form of the aluminum material is not limited to the above-described aluminum plate (rolled plate), and may be an extruded material, a forged material, or a cast material.
  • FIG. 2 is a timing chart showing an example of a waveform of the welding current.
  • the waveform of the welding current shown in FIG. 2 includes a preliminary energization step (energization time T 1 ), a cooling step (cooling time Tc), and a main energization step (energization time T 2 ).
  • the pulse waveforms of the pre-energization and the main energization are rectangular, but other waveforms such as a triangular wave and a sine wave, and waveforms with down slope and up slope control may be used.
  • the welding heat quantity for main energization is set higher than the welding heat quantity for pre-energization. That is, in the welding current shown in FIG. 2, the product (I 2 ⁇ T 2 ) of the current value I 2 for main energization and the energization time T 2 is the product of the current value I 1 for pre-energization and the energization time T 1. Greater than (I 1 ⁇ T 1 ).
  • the pre-energization current value I 1 and the main energization current value I 2 are substantially equal. However, the current value I 1 and the current value I 2 may be different from each other. .
  • the waveform of the preliminary energization and the main energization may be a continuous current or a pulse waveform composed of a single pulse or a plurality of pulses. That is, it is only necessary that the welding heat quantity of the main energization is larger than the welding heat quantity of the pre-energization, and the current value of the welding current and the shape of the current waveform are arbitrary.
  • Both the pre-energization current value I 1 and the main energization current value I 2 are set in the range of 15 to 60 kA.
  • the overlapping surface between the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23, or in the case of three or more of the aluminum plate As long as a small nugget can be formed on each overlapping surface of the aluminum plate.
  • the oxide film layer present on the overlapping surface is removed and a current that forms a new surface having a certain area or more can be passed.
  • This energization is an energization for forming a nugget having a size necessary for the bonding strength, and is preferably an energization time of about 100 to 300 ms.
  • the current values I 1 and I 2 and the energization times T 1 and T 2 for the preliminary energization and the main energization can be appropriately set according to the material of the aluminum material, the plate thickness, and the like.
  • the cooling step cools the first nugget when a small-sized nugget (first nugget) is formed by preliminary energization.
  • the current value of the cooling time Tc is 0A in which the energization between the electrodes 13 and 15 is stopped, but the current value is not necessarily 0A. If the amount of heat input to the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 can be reduced as compared with the time of preliminary energization, the current may be higher than 0A.
  • the cooling time Tc is 10 to 500 ms, preferably within 100 ms, and more preferably within 60 ms.
  • FIGS. 3A to 3C are process explanatory views schematically showing the state from the preliminary energization process to the cooling process.
  • FIG. 3 (A) the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 sandwiched between a pair of electrodes 13 and 15, the preliminary energization current value I 1.
  • the first nugget 35 in which the respective plate materials are melted is formed around the overlapping surface of the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23.
  • the overlapping direction of the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 is also referred to as the plate thickness direction and the nugget thickness direction (depth direction of the penetration depth).
  • the nugget diameter direction the direction perpendicular to the overlapping direction and extending radially from the nugget center
  • the maximum diameter in the direction orthogonal to the thickness direction of the nugget is defined as the nugget diameter. Since the thickness direction of the nugget is the same as the thickness direction of the aluminum plate, it is also referred to as the thickness direction as appropriate.
  • the energization between the electrodes 13 and 15 is stopped and the heating between the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 is stopped. To do. At this time, the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 remain in contact with the electrodes 13 and 15, and the molten first nugget 35 is removed by the electrodes 13 and 15. Then, the temperature of the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 in the vicinity of the contact portions with the electrodes 13 and 15 respectively decreases, and the first nugget 35 has the electrodes 13 and 15 as shown in FIG. Coagulation proceeds from the side close to.
  • the first nugget 35 is formed such that the partially solidified portion 37 is gradually formed, and the thickness (penetration depth) of the melted portion of the first nugget 35 in the thickness direction is (A) in FIG. The thickness decreases from h 0 to thickness h.
  • FIG. 4A and 4B are process explanatory views schematically showing the state of the main energization process after the cooling process.
  • the main energization process is started from the end of the cooling process.
  • this current process as shown in FIG. 4 (A), passing a current I 2 between the electrodes 13 and 15.
  • the current I 2 passes through the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23, the current I 2 is more in the region 34 (in the nugget radial direction than the outer edge of the first nugget 35) rather than inside the molten first nugget 35.
  • the electric resistance of the outer area is large.
  • the high-temperature first nugget 35 heated by energization has an electrical resistance that is higher than that of members around the nugget, but the electrical resistance in the region 34 is higher than that. Therefore, in the main energization process, this region 34 becomes a large heat source, and the region 34 outside in the nugget radial direction from the outer edge of the first nugget 35 is strongly heated. For this reason, the growth of the first nugget 35 in the nugget radial direction is promoted preferentially over the thickness direction.
  • the first nugget 35 shown in FIG. 3 (C) has a nugget diameter d (mm) of the first nugget 35 when the dimensions are measured in the thickness direction of the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23.
  • the ratio d / h of the penetration depth h (mm) is preferably 1.0 to 3.0. More preferably, it is 1.05 to 2.9, and still more preferably 1.2 to 2.5.
  • the region 34 is preferentially heated by the current I 2 that is energized.
  • the first nugget 35 grows radially outward from the outer periphery of the first nugget 35, and the growth in the plate thickness direction is compared with the nugget radial direction. To be suppressed.
  • a flat second nugget 39 is formed after the main energization.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an aluminum welded joint 27 schematically showing the melted and solidified nugget 25 after resistance spot welding of an aluminum material.
  • the diameter of the nugget 25 is defined as a nugget diameter D
  • the penetration depth of the nugget 25 is defined as H
  • the thickness of the first aluminum plate 21 is defined as t 1
  • the thickness of the second aluminum plate 23 is defined as t 2 .
  • the nugget 25 finally formed by the above resistance spot welding preferably has a dimensional ratio D / t between the nugget diameter D (mm) and the plate thickness t (mm) of 3.0 or more. More preferably, it is 3.3 or more, More preferably, it is 3.5 or more.
  • the plate thickness t is the thinner one of the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23.
  • the nugget dimension ratio D / H between the nugget diameter D and the nugget penetration depth H of the nugget 25 is preferably 2.3 or more. More preferably, it is 2.3 to 3.4. If the nugget dimension ratio D / H is smaller than the above range, the bonding strength tends to be insufficient. Further, even if the nugget dimension ratio D / H exceeds the above range, a significant increase in bonding strength cannot be expected.
  • the distance from the upper outer edge 25a of the nugget 25 to the outer side surface 21a of the first aluminum plate 21 is R 1 .
  • the distances R 1 and R 2 are the distances (shortest distance) between the electrode and the nugget 25, respectively, and are preferably 18% or more of the thinner plate thickness, more preferably, whichever is thinner It is 22% or more of the plate thickness.
  • the distances R 1 and R 2 are in the above range, the contact between the nugget and the electrode can be reliably prevented, the molten aluminum does not adhere to the electrode surface, and the electrode tip shape can be changed with a small number of striking points. Can be suppressed.
  • the pressure applied to the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 by the electrodes 13 and 15 is constant between the start of preliminary energization and the end of main energization.
  • the applied pressure is constant, the adhesion between the first aluminum plate 21 and the electrode 13 and the adhesion between the second aluminum plate 23 and the electrode 15 in the cooling period after the pre-energization become uniform. Complex control such as changing the energization timing is not necessary.
  • This pressure is preferably in the range of 2 to 10 kN, and nugget formation is good.
  • FIGS. 6A and 6B are reference diagrams showing the formation state of the nugget 41 when the nugget 35A is grown without providing the preliminary energization process and the cooling process.
  • the outer edge of the nugget 41 may reach the outer surface of either the first aluminum plate 21 or the second aluminum plate 23. In that case, molten aluminum adheres to the electrode surface, the shape of the electrode tip changes early, and the number of consecutive hits until the next dressing decreases.
  • the energization timing is divided into preliminary energization and main energization, and a cooling period is set between the pre-energization and main energization.
  • the growth of the nugget in the thickness direction is suppressed. This is because the first nugget 35 formed by the preliminary energization is made thinner and flattened so that a region having a high electric resistance at the time of the main energization, that is, outside the outer edge of the first nugget 35 in the nugget radial direction. It can be estimated that the resistance heat generation in the region is larger than the resistance heat generation in the plate thickness direction. As a result, the growth of the first nugget 35 on the outer side in the nugget radial direction from the outer edge of the nugget has priority over the growth in the plate thickness direction.
  • the above-described nugget 25 in which the growth in the thickness direction is suppressed is obtained by performing the preliminary energization under predetermined conditions. This is considered as follows.
  • the overlapping surfaces of the stacked aluminum plates are covered with an insulating layer such as an oxide film. Therefore, by carrying out preliminary energization before the main energization, the insulating layer on the surface of the aluminum plate is broken, and a large number of joints between new surfaces are formed in a certain region on the plate surface.
  • the nugget formed by melting the aluminum plate is formed in a flat shape without being excessively thick in the thickness direction of the aluminum plate. Therefore, the nugget does not reach the plate surface (electrode side) on the outer side in the thickness direction of the stacked aluminum plates. Further, it is possible to easily reduce the nugget thickness while reducing the nugget diameter without complicated control of the electrode pressing force and the welding current. Thereby, high joint intensity
  • the electrodes 13 and 15 of the spot welder 11 can be electrodes having any shape such as an F shape, an R shape, a CR shape, a CF shape, and a DR shape.
  • R-shaped curvature radius r 1 of the tip surface shown in (A) of FIG. 7 the radius of curvature (tip diameter) of the tip surface shown in FIG. 7 (B) is DR shape or the like r 2, the electrodes 13, 15 If the tip surface is a convex curved surface, the applied pressure can be stabilized, and the tip surface is more likely to break the oxide film on the surface of the aluminum material than a flat electrode.
  • Electrode Type: Chrome copper R-shaped electrode Tip radius of curvature r 1 : 100 mm Electrode diameter (original diameter): 19 mm Interelectrode pressure: 5kN
  • Table 1 shows the welding conditions and the nugget measurement results after preliminary energization when only pre-energization was performed.
  • Test Examples 1-1 to 1-13 are respectively varied with the current value I 1 of the preliminary energization energization time T 1 and a.
  • Table 1 collectively shows the nugget diameter d, the penetration depth h, the thickness t of the aluminum plate, the nugget size ratio d / h, and d / t in each case. Each dimension was measured from an image obtained by cutting a bonded body of aluminum plates at the nugget center position and photographing the cut surface with an optical microscope.
  • the nugget size ratio d / t in the range of 1.0 to 3.0 was A, and the others were B (not applicable to Evaluation B in Test Example 1).
  • the ratio d / t between the nugget diameter d (mm) and the thickness t (mm) of the aluminum plate is all in the range of 1.0 to 3.0. .
  • Test Examples 1-12 and 1-13 no nugget was formed after the preliminary energization. However, when the main energization was performed in Test Example 2 shown below, growth of the nugget in the nugget radial direction was promoted, and a nugget having a favorable size in which growth in the thickness direction was suppressed was formed.
  • Test Example 2 Table 2 shows the welding conditions and the nugget measurement results after the main energization when preliminary energization, cooling, and main energization were performed.
  • the conditions for preliminary energization in Test Examples 2-1 to 2-13 are the same as those in Test Examples 1-1 to 1-13 shown in Table 1.
  • Test Examples 2-12 and 2-13 are results obtained by performing preliminary energization under the same conditions as Test Examples 1-12 and 1-13 in which no nugget was formed, and after the cooling period. This energization was performed under constant conditions where the current value I 2 was 31 kA and the energization time T 2 was 250 ms.
  • the nugget dimension ratio D / H is 2.3 or more, and A is other than B (the test example 2 does not correspond to the evaluation B).
  • Test Example 3 Table 3 shows the measurement results of the nugget after the main energization when only the main energization is performed and when the preliminary energization and the main energization are performed and the cooling time is changed.
  • Test Example 3-1 only the main energization was performed, and in Test Examples 3-2 to 3-7, the cooling time Tc was changed with the pre-energization and main energization conditions being constant.
  • the average distance R between the nugget and the electrode is 18% or more of the plate thickness (0.4 mm or more in this embodiment), and the average distance R at which the contact between the nugget and the electrode can occur is 18% of the plate thickness. Less than 0.4 mm (less than 0.4 mm in this example).
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a welding current waveform of Test Examples 3-1 to 3-7 and a cross-sectional photograph of the nugget in which the nugget is formed under each condition.
  • the nugget of Test Example 3-1 has an extremely large penetration depth H of 3.85 mm, and the outer periphery of the nugget reaches close to the outer plate surface (electrode side) of the aluminum plate.
  • the average distance R to the outer plate surface of the plate was 0.38 mm.
  • the nugget of Test Example 3-2 with a cooling time of 60 ms, the nugget thickness H was reduced to 2.57 mm compared to Test Example 3-1, and the average distance R was 1.02 mm.
  • the nuggets of Test Examples 3-3 to 3-7 have a smaller penetration depth H than the nuggets of Test Example 3-1, and the average distance R is in the range of 0.95 to 1.26.
  • a preliminary energization step in which a plurality of aluminum materials are overlapped and sandwiched between a pair of electrodes, and a first energization is performed between the electrodes,
  • a cooling step for reducing the amount of heat input to the plurality of aluminum materials for 10 to 500 ms after the preliminary energization step;
  • a main energization step of performing a second energization between the pair of electrodes is performed in this order,
  • the current value of the preliminary energization process is I 1
  • the energization time is T 1
  • the current value in the main energization process is I 2 and the energization time is T 2
  • the energization timing is divided into pre-energization and main energization, and a cooling period is provided between the pre-energization and main energization to increase the nugget diameter and increase the joint strength. Enhanced. Further, the growth of the nugget in the plate thickness direction is suppressed, and the outer edge of the nugget becomes difficult to reach the outer plate surface (electrode side) of the stacked aluminum material. Thereby, molten aluminum does not adhere to the electrode surface, it becomes unnecessary to frequently perform dressing of the electrode, and the production efficiency is improved.
  • the first nugget having a ratio d / t of 1.0 to 3.0 is formed by preliminary energization, so that the first nugget in the main energization in the nugget radial direction is formed. Growth is greater than growth in the plate thickness direction.
  • the second nugget obtained by growing the first nugget by the main energization step has a nugget diameter D (mm) in a direction orthogonal to the stacking direction of the aluminum material and a penetration depth H ( mm) and the dimensional ratio D / H is 2.3 or more, and the resistance spot welding method for an aluminum material according to (7).
  • this resistance spot welding method for an aluminum plate the joint strength of the welded aluminum material can be increased because the dimensional ratio D / H of the second nugget is 2.3 or more.
  • Electrode 21 First aluminum plate (aluminum material) 23 Second aluminum plate (aluminum material) 25 Nugget 27 Aluminum welded joint 35 First nugget 37 Partially solidified part 39 Second nugget

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Abstract

複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極で挟み込み、前記電極間に第１の通電を行う予備通電工程と、予備通電工程後の１０～５００ｍｓの間、複数のアルミニウム材への入熱量を低下させる冷却工程と、冷却工程後、一対の電極間に第２の通電を行う本通電工程と、をこの順に実施する。予備通電工程の電流値をＩ1、通電時間をＴ1、本通電工程の電流値をＩ２、通電時間をＴ２としたとき、Ｉ１×Ｔ１＜Ｉ２×Ｔ２の関係を満たすようにする。

Description

アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法
　本発明は、アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法に関する。
　アルミニウム材は、鋼材と比較して電気抵抗が小さく熱伝導率が高いため、抵抗スポット溶接を行う際、溶接電流を鋼材の場合の約３倍、スポット溶接の電極の加圧力を約１．５倍に高めなければならない。このため、アルミニウム材の抵抗スポット溶接には、鋼材の抵抗スポット溶接の溶接条件を適用し、応用することが非常に困難であり、アルミニウム材に最適な溶接条件を新たに見出す必要がある。
　アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法の一例として、例えば特許文献１には、電極の加圧力を２段階に変化させ、この加圧力に合わせて電流値を２段階（大電流から小電流）に変化させる技術が開示されている。
　また、特許文献２には、溶接の本通電後に冷却時間を設けて、冷却時間の後に本通電の電流よりも弱いテンパー通電を行う技術が開示されている。
日本国特許第３８６２６４０号公報 日本国特開平５－３８３号公報
　アルミニウム材を重ね合わせて抵抗スポット溶接した継手強度は、スポット溶接により形成されるナゲット径に応じて増減する。そのため、高い継手強度を得るためには、ナゲット径を大きくすればよいが、ナゲット径を増加させると、ナゲット厚も同時に増加し、溶接条件によってはナゲットが電極先端部に接するほどの大きさに成長することがある。その場合、電極先端部に溶融アルミニウムが付着し、電極表面に金属間化合物が形成され、電極先端形状が変化してしまう。電極先端形状が変化した場合は、健全なナゲットを得るために電極のドレッシングにより電極先端形状を整える必要があるので、ドレッシングの頻度が多くなり、連続打点数が少なくなって生産性が低下する。
　上記した先行文献１、２に記載の方法では、ナゲット径を大きくすることができても、これと同時にナゲットの厚さ方向の成長を抑制することは困難であった。
　本発明の目的は、アルミニウム材を重ね合わせて通電する際に、ナゲット径を大きくして継手強度を高め、且つナゲットの厚さ方向の成長を抑制するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法を提供することにある。
　本実施形態によれば、下記の構成が提供される。
　複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極で挟み込み、前記電極間に第１の通電を行う予備通電工程と、
　前記予備通電工程後の１０～５００ｍｓの間、前記複数のアルミニウム材への入熱量を低下させる冷却工程と、
　前記冷却工程後、前記一対の電極間に第２の通電を行う本通電工程と、をこの順に実施し、
　前記予備通電工程の電流値をＩ１、通電時間をＴ１
　前記本通電工程の電流値をＩ２、通電時間をＴ２としたとき、
　Ｉ１×Ｔ１　＜　Ｉ２×Ｔ２　の関係を満たすアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
　本発明によれば、アルミニウム材を重ね合わせて通電する際に、ナゲット径を大きくして継手強度を高め、且つナゲットの厚さ方向の成長を抑制することができる。
アルミニウム材を溶接するスポット溶接機の概略構成図である。 溶接電流の波形の一例を示すタイミングチャートである。 （Ａ）～（Ｃ）は、予備通電工程から冷却工程までの様子を模式的に示す工程説明図である。 （Ａ），（Ｂ）は、冷却工程後の本通電工程の様子を模式的に示す工程説明図である。 アルミニウム材の抵抗スポット溶接後における溶融凝固したナゲットを模式的に示すアルミニウム溶接継手の断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、予備通電工程と冷却工程とを設けずにナゲットを成長させた場合のナゲット形成状況を示す参考図である。 （Ａ）はＲ形の電極の概略形状、（Ｂ）はＤＲ形の電極の概略形状を示す説明図である。 溶接電流の波形と、これにより形成されたナゲットの断面写真を示す説明図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、アルミニウム材を溶接するスポット溶接機の概略構成図である。
　スポット溶接機１１は、一対の電極１３，１５と、一対の電極１３，１５に接続された溶接トランス部１７と、溶接トランス部１７に電源部１８からの溶接電力を供給する制御部１９と、一対の電極１３，１５を軸方向に移動させる電極駆動部２０とを備える。制御部１９は、電流値、通電時間、電極の加圧力、通電タイミング、加圧タイミング等を統合的に制御する。
　スポット溶接機１１は、一対の電極１３，１５の間に、アルミニウム材である第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との少なくとも２枚の板材を重ね合わせて挟み込む。そして、電極駆動部２０による電極１３，１５の駆動によって、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３とを板厚方向に加圧する。この加圧状態で、制御部１９からの指令に基づいて溶接トランス部１７が電極１３，１５間で通電する。これにより、電極１３，１５に挟まれた第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との間にナゲット（スポット溶接部）２５が形成され、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３が一体化されたアルミニウム溶接継手（接合体）２７が得られる。
　上記例では、２枚のアルミニウム板を接合してアルミニウム溶接継手２７を得ているが、本発明は２枚のアルミニウム板を接合する場合に限らず、３枚以上のアルミニウム板を接合する場合にも好適に用いられる。
　一対の電極１３，１５は、それぞれ電極内部に冷却部を備える。冷却部の冷却方式は特に限定されないが、図１に示す構成では、電極１３（１５も同様）に形成された凹部３１に冷却用パイプ３３が配置され、冷却用パイプ３３から水等の冷却媒体が供給されることで、電極１３（１５）が冷却される。
＜アルミニウム材＞
　第１アルミニウム板２１及び第２アルミニウム板２３のアルミニウム材、及び３枚以上用いる場合の各アルミニウム板を構成するアルミニウム材は、任意の材質のアルミニウム、又はアルミニウム合金を用いることができる。具体的には、５０００系、６０００系、７０００系、２０００系、４０００系のアルミニウム合金のほか、３０００系、８０００系のアルミニウム合金や１０００系（純アルミ）のアルミニウムを採用できる。各アルミニウム板は、同一の材質であってもよく、上記した材質を組み合わせたものであってもよい。
　第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３（さらに他のアルミニウム板を用いる場合はそのアルミニウム板を含む）の板厚は、自動車の骨格部材などの構造部材の用途では０．５ｍｍ以上が好ましく、２．０ｍｍ以上がより好ましい。各アルミニウム板の板厚は等しくてもよく、いずれか一方が他方より厚くてもよい。また、アルミニウム材の形態は、上記したアルミニウム板（圧延板）に限らず、押出材や鍛造材、鋳造材であってもよい。
　以下、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３の２枚のアルミニウム板を接合する態様を説明するが、本発明はこの態様に限定されるものではない。
＜溶接条件＞
　制御部１９は、所定のタイミングで溶接トランス部１７から一対の電極１３，１５間に通電させる。図２は、溶接電流の波形の一例を示すタイミングチャートである。
　図２に示す溶接電流の波形は、予備通電工程(通電時間Ｔ１)と、冷却工程（冷却時間Ｔｃ）と、本通電工程（通電時間Ｔ２）とを有する。予備通電と本通電のパルス波形は矩形状であるが、三角波や正弦波等の他の波形や、ダウンスロープ、アップスロープ制御された波形であってもよい。
　本通電の溶接熱量は、予備通電の溶接熱量より高く設定される。すなわち、図２に示す溶接電流においては、本通電の電流値Ｉ２と通電時間Ｔ２との積（Ｉ２×Ｔ２）が、予備通電の電流値Ｉ１と通電時間Ｔ１との積（Ｉ１×Ｔ１）より大きい。図２に示す例では、予備通電の電流値Ｉ１と本通電の電流値Ｉ２とは略等しいが、これに限らず、電流値Ｉ１と電流値Ｉ２とは互いに異なっていてもよい。さらに、予備通電と本通電の波形は、連続した電流でもよく、単一又は複数のパルスから構成されるパルス波形でもよい。つまり、本通電の溶接熱量が予備通電の溶接熱量より大きければよく、溶接電流の電流値や電流波形の形状は任意である。
　予備通電の電流値Ｉ１と本通電の電流値Ｉ２は、いずれも１５～６０ｋＡの範囲で設定される。予備通電においては、電流値Ｉ１による通電で最終的なナゲットを形成するのではなく、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との重ね合わせ面に、又は３枚以上のアルミニウム板の場合はアルミニウム板の各重ね合わせ面に、小サイズのナゲットが形成できればよい。或いは、重ね合わせ面に存在する酸化皮膜層を除去して、一定面積以上の新生面を形成する電流を通電できればよい。
　本通電は、接合強度に必要な大きさのナゲットを形成するための通電であり、１００～３００ｍｓ程度の通電時間とするのが好ましい。予備通電、本通電の電流値Ｉ１，Ｉ２や通電時間Ｔ１，Ｔ２は、アルミニウム材の材質や板厚等に合わせて、適宜設定することができる。
　冷却工程は、予備通電で小サイズのナゲット（第１ナゲット）が形成された場合に、この第１ナゲットを冷却する。なお、冷却時間Ｔｃの電流値は、図２に示す例では電極１３，１５間の通電を停止させた０Ａであるが、必ずしも０Ａでなくてもよい。予備通電時よりも第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３への入熱量を低下させることができれば、０Ａより高い電流であってもよい。冷却時間Ｔｃは、１０～５００ｍｓ、好ましくは１００ｍｓ以内、さらに好ましくは６０ｍｓ以内である。
＜抵抗スポット溶接の手順＞
　次に、抵抗スポット溶接の各工程を説明する。
　図３の（Ａ）～（Ｃ）は予備通電工程から冷却工程までの様子を模式的に示す工程説明図である。
　図３の（Ａ）に示すように、一対の電極１３，１５に挟まれる第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３に、電流値Ｉ１の予備通電を行う。このとき、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との重ね合わせ面を中心として、それぞれの板材が溶融した第１ナゲット３５が形成される。
　以降の説明では、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との重ね方向を、板厚方向、ナゲットの厚さ方向（溶け込み深さの深さ方向）とも呼称する。ナゲットについては、上記の重ね方向に直交してナゲット中心から放射状に延びる方向をナゲット径方向とし、ナゲットの厚さ方向に直交する方向の最大径をナゲット径とする。なお、ナゲットの厚さ方向は、アルミニウム板の板厚方向と同じであるため、適宜、板厚方向とも呼称する。
　予備通電後の冷却工程においては、図３の（Ｂ）に示すように、電極１３，１５間の通電が停止されて、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との間の加熱が停止する。このとき、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３は、電極１３，１５と接触したままであり、溶融状態の第１ナゲット３５は電極１３，１５によって抜熱される。すると、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３は、電極１３，１５との接触部付近における温度がそれぞれ下がり、第１ナゲット３５は、図３の（Ｃ）に示すように電極１３，１５に近い側から凝固が進行する。これにより、第１ナゲット３５は、部分凝固部３７が徐々に形成されて、第１ナゲット３５の溶融部分の板厚方向の厚さ（溶け込み深さ）が図３の（Ａ）のときの厚さｈ０から厚さｈに減少する。
　図４の（Ａ），（Ｂ）は冷却工程後の本通電工程の様子を模式的に示す工程説明図である。
　上記した冷却工程の終了時から本通電工程を開始する。本通電工程においては、図４の（Ａ）に示すように、電極１３，１５間に電流Ｉ２を通電する。電流Ｉ２は、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３を通過する際、溶融状態である第１ナゲット３５の内部よりも、領域３４（第１ナゲット３５の外縁よりも更にナゲット径方向の外側の領域）の電気抵抗が大きい。
　通電により加熱された高温の第１ナゲット３５は、ナゲット周囲の部材よりも電気抵抗が増加するが、領域３４の電気抵抗はそれ以上に大きい。そのため、本通電工程においては、この領域３４が大きな発熱源となって、第１ナゲット３５の外縁よりナゲット径方向の外側の領域３４が強く加熱される。このため、第１ナゲット３５はナゲット径方向への成長が板厚方向よりも優先的に促進される。
　図３の（Ｃ）に示す第１ナゲット３５は、第１アルミニウム板２１、第２アルミニウム板２３の板厚方向の断面で寸法測定した場合に、第１ナゲット３５のナゲット径ｄ（ｍｍ）と溶け込み深さｈ（ｍｍ）の比ｄ／ｈを１．０～３．０とすることが好ましい。より好ましくは１．０５～２．９、さらに好ましくは１．２～２．５である。
　このように、本通電の電流Ｉ２により、領域３４が優先的に加熱される。これによって、図４の（Ｂ）に示すように、第１ナゲット３５は、特に第１ナゲット３５の外周縁から外側に向けて放射状に成長し、板厚方向への成長はナゲット径方向と比較して抑制される。その結果、本通電後に偏平状の第２ナゲット３９が形成される。
＜ナゲットの寸法＞
　図５はアルミニウム材の抵抗スポット溶接後における溶融凝固したナゲット２５を模式的に示すアルミニウム溶接継手２７の断面図である。
　ここで、ナゲット２５の直径をナゲット径Ｄ、ナゲット２５の溶け込み深さをＨ、第１アルミニウム板２１の板厚をｔ１、第２アルミニウム板２３の板厚をｔ２とする。
　上記の抵抗スポット溶接により最終的に形成されるナゲット２５は、ナゲット径Ｄ（ｍｍ）と板厚ｔ（ｍｍ）との寸法比Ｄ／ｔが３．０以上となることが好ましい。より好ましくは、３．３以上、さらに好ましくは、３．５以上である。ここで、板厚ｔは、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３のうち、いずれか薄い方の板厚である。この寸法比Ｄ／ｔにすることで、アルミニウム溶接継手２７の接合強度（引張せん断強度、十字引張強度）を十分に高められる。
　また、ナゲット２５のナゲット径Ｄとナゲット溶け込み深さＨのナゲット寸法比Ｄ／Ｈは、２．３以上が好ましい。より好ましくは、２．３～３．４である。ナゲット寸法比Ｄ／Ｈが上記範囲より小さいと、接合強度が不足しやすくなる。また、ナゲット寸法比Ｄ／Ｈが上記範囲を超えても接合強度の大幅な増加は望めない。
　さらに、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３の板厚方向に関して、ナゲット２５の図中上方の外縁２５ａから第１アルミニウム板２１の外側面２１ａまでの距離をＲ１、ナゲット２５の図中下方の外縁２５ｂから第２アルミニウム板２３の外側面２３ａまでの距離をＲ２とする。この場合、距離Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ電極とナゲット２５との間隔（最短距離）であり、いずれか薄い方の板厚の１８％以上であることが好ましく、より好ましくは、いずれか薄い方の板厚の２２％以上である。距離Ｒ１，Ｒ２が上記範囲であることで、ナゲットと電極との接触を確実に防止でき、電極表面に溶融アルミニウムが付着することがなく、少ない打点数で電極先端形状が変化することを抑制できる。
＜電極の加圧力＞
　予備通電開始から本通電終了までの間は、電極１３，１５により第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３に負荷する加圧力を一定にすることが好ましい。加圧力を一定にすることで、予備通電後の冷却期間における第１アルミニウム板２１と電極１３との密着性、及び第２アルミニウム板２３と電極１５との密着性がそれぞれ均一となり、電流値や通電タイミングを変更する等の複雑な制御が不要となる。この加圧力は２～１０ｋＮの範囲が好ましく、ナゲットの形成が良好となる。
　一方、電極１３，１５に単一パルス（本通電）のみ通電した場合、形成されるナゲットは上記した寸法比にはなりにくい。図６の（Ａ），（Ｂ）は、予備通電工程と冷却工程を設けずにナゲット３５Ａを成長させた場合のナゲット４１の形成状況を示す参考図である。
　図６の（Ａ）に示すように、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３を挟む一対の電極１３，１５に溶接電流を流すと、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との間には、前述した図３の（Ａ）に示す第１ナゲット３５と同様のナゲット３５Ａが形成される。ナゲット３５Ａの形成後、冷却期間を設けずにそのまま通電を続けると、ナゲット３５Ａは、図６の（Ｂ）に示すようにナゲット径方向に成長すると同時に板厚方向にも抑制されることなく成長するため、板厚方向の厚みが大きいナゲット４１となる。
　厚肉のナゲット４１が形成されると、ナゲット４１の外縁が第１アルミニウム板２１，第２アルミニウム板２３のいずれかの外側表面に達することがある。その場合、電極表面に溶融アルミニウムが付着して、電極先端形状が早期に変化し、次回のドレッシングまでの連続打点数が減少する。
　上記のように冷却工程を設けない場合と比較して、図３～図５に示すように、通電タイミングを予備通電と本通電とに分割し、予備通電と本通電との間に冷却期間を設けると、ナゲットの板厚方向への成長が抑制される。これは、予備通電で形成される第１ナゲット３５を、より薄く偏平な形状にすることで、本通電時において電気抵抗の高い領域、つまり、第１ナゲット３５外縁よりもナゲット径方向の外側の領域における抵抗発熱が、板厚方向の抵抗発熱よりも大きくなるためと推定できる。その結果、第１ナゲット３５は、ナゲット外縁よりナゲット径方向外側への成長が、板厚方向への成長よりも優先的になる。
　また、予備通電において第１ナゲット３５が形成されなくても、所定の条件で予備通電をすることで上記した板厚方向への成長が抑制されたナゲット２５が得られる。これは次のように考えられる。
　重ね合わせた複数枚のアルミニウム板の、互いの板面同士の重ね合わせ面は、酸化膜等の絶縁層で覆われている。そこで、本通電前に予備通電を実施することで、アルミニウム板表面の絶縁層が破壊され、板表面に多数の新生面同士の接合部が一定領域に形成される。
　この状態で本通電を実施すると、新生面接合領域の周囲に形成された僅かな隙間（空間、又は破壊されずに残存した絶縁層）による電気抵抗の高い部分で発熱が促進されるため、新生面接合領域からナゲット径方向への成長が促進される。一方、板厚方向へのナゲットの成長は、本通電の開始時に第１ナゲット３５が形成されていないため、板厚方向と比較してナゲット径方向の成長が大きくなる。
　いずれの場合でも、複数枚のアルミニウム板を抵抗スポット溶接する際に、アルミニウム板の溶融により形成されるナゲットが、アルミニウム板の板厚方向に過大な厚さとならず偏平状に形成される。そのため、ナゲットが、重ねられたアルミニウム板の板厚方向外側の板面（電極側）まで達することがない。また、ナゲット径を大きくしつつ、ナゲット厚さを小さく抑制することが、電極の加圧力と溶接電流の複雑な制御をしなくても簡単に実現できる。これにより、抵抗スポット溶接されたアルミニウム溶接部において溶接欠陥を生じさせることなく、高い継手強度を確保することができる。
　なお、スポット溶接機１１（図１参照）の電極１３，１５は、Ｆ形、Ｒ形、ＣＲ形、ＣＦ形、ＤＲ形等の任意の形状の電極を使用することができる。図７の（Ａ）に示す先端面の曲率半径がｒ１のＲ形、図７の（Ｂ）に示す先端面の曲率半径（先端径）がｒ２のＤＲ形等、電極１３，１５の先端面が凸状の曲面であれば、加圧力を安定させることができ、先端面が平面の電極よりもアルミニウム材表面の酸化皮膜を破壊しやすくなるため好ましい。
　次に、本発明に係るアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法の実施例を説明する。
＜実験条件＞
（アルミニウム板）
　材質：Ａ５１８２材（Ａｌ－Ｍｇ系アルミニウム合金）
　板厚ｔ：２．３ｍｍ
（電極）
　種別：クロム銅　Ｒ形電極
　先端曲率半径ｒ１：１００ｍｍ
　電極直径（元径）：１９ｍｍ
　電極間加圧力：５ｋＮ
＜実験結果＞
（試験例１）
　予備通電のみ実施した場合の各溶接条件と予備通電後のナゲットの測定結果を表１に示す。
　試験例１－１～１－１３は、予備通電の電流値Ｉ１と通電時間Ｔ１とをそれぞれ変化させている。表１には、それぞれの場合のナゲット径ｄ、溶け込み深さｈ、アルミニウム板の板厚ｔ、ナゲット寸法比ｄ／ｈ、ｄ／ｔをそれぞれ纏めて示している。各寸法は、アルミニウム板の接合体をナゲット中心位置で切断し、その切断面を光学顕微鏡で撮影した画像から測定した。評価欄は、ナゲット寸法比ｄ／ｔが１．０～３．０の範囲のものをＡ、これ以外をＢとした（試験例１では評価Ｂの該当なし）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　試験例１－１～１－１１のナゲットは、ナゲット径ｄ（ｍｍ）とアルミニウム板の厚さｔ（ｍｍ）の比ｄ／ｔがいずれも１．０～３．０の範囲に収まっている。
　試験例１－１２，１－１３では、予備通電を行った後にナゲットが形成されなかった。しかし、次に示す試験例２で本通電を実施すると、ナゲットのナゲット径方向の成長が促進され、板厚方向の成長が抑制された良好なサイズのナゲットが形成された。
（試験例２）
　予備通電、冷却、本通電を実施した場合の、各溶接条件と本通電後のナゲットの測定結果を表２に示す。
　試験例２－１～２－１３の予備通電の条件は、表１に示す試験例１―１～１－１３の場合と同様である。試験例２－１２，２－１３は、ナゲットが形成されなかった試験例１－１２，１－１３と同様の条件で予備通電を行い、冷却期間の後、本通電を実施した結果である。本通電は、電流値Ｉ２が３１ｋＡ、通電時間Ｔ２が２５０ｍｓの一定条件とした。評価欄は、ナゲット寸法比Ｄ／Ｈが２．３以上であるものをＡ、これ以外をＢとした（試験例２では評価Ｂの該当なし）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　試験例２－１～２－１１は、いずれもナゲット寸法比Ｄ／Ｈが２．３以上であった。また、ナゲット厚さＨとアルミニウム板の板厚ｔから換算したアルミニウム板の外側板面からナゲットまでの平均距離Ｒ（＝ｔ－Ｈ／２）は、いずれも板厚の１８％以上（本実施例では０．４ｍｍ以上）であり、ナゲットと電極との接触は生じていない。
（試験例３）
　本通電のみ実施した場合と、予備通電、本通電とも実施して冷却時間を変化させた場合の、本通電後のナゲットの測定結果を表３に示す。
　試験例３－１は、本通電のみ実施し、試験例３－２～３－７は、予備通電、及び本通電の条件を一定として、冷却時間Ｔｃを変化させた。評価欄は、ナゲットと電極までの平均距離Ｒが板厚の１８％以上（本実施例では０．４ｍｍ以上）をＡ，ナゲットと電極との接触が生じ得る平均距離Ｒが板厚の１８％未満（本実施例では０．４ｍｍ未満）の場合をＢとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　図８は試験例３－１～３－７の溶接電流の波形と、各々の条件でナゲットを形成したナゲットの断面写真を示す説明図である。
　表３及び図８に示すように、試験例３－１のナゲットは溶け込み深さＨが３．８５ｍｍと極端に大きく、ナゲット外周縁がアルミニウム板の外側板面（電極側）近くまで達し、アルミニウム板の外側板面までの平均距離Ｒが０．３８ｍｍであった。
　一方、冷却時間が６０ｍｓの試験例３－２のナゲットは、試験例３－１と比較してナゲット厚さＨが２．５７ｍｍに減少して、平均距離Ｒが１．０２ｍｍとなった。試験例３－３～３－７のナゲットも同様に試験例３－１のナゲットよりも溶け込み深さＨが小さくなって、平均距離Ｒが０．９５～１．２６の範囲となった。
　以上より、冷却時間が３０ｍｓ未満の場合、ナゲット径Ｄや溶け込み深さＨが格段に大きくなり、平均距離Ｒが小さくなった。この場合、本通電後のナゲットが電極と接触する可能性が高くなることがわかる。
　このように、予備通電を実施することにより、本通電のみ実施する場合と比較して、ナゲットの板厚方向への成長が抑制された。
　本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
　以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）　複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極で挟み込み、前記電極間に第１の通電を行う予備通電工程と、
　前記予備通電工程後の１０～５００ｍｓの間、前記複数のアルミニウム材への入熱量を低下させる冷却工程と、
　前記冷却工程後、前記一対の電極間に第２の通電を行う本通電工程と、をこの順に実施し、
　前記予備通電工程の電流値をＩ1、通電時間をＴ1
　前記本通電工程の電流値をＩ２、通電時間をＴ２としたとき、
　Ｉ１×Ｔ１　＜　Ｉ２×Ｔ２　の関係を満たすアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
　このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、通電タイミングを予備通電と本通電とに分割し、予備通電と本通電との間に冷却期間を設けることにより、ナゲット径を大きくして継手強度を高められる。また、ナゲットの板厚方向への成長が抑制され、ナゲットの外縁が、重ねられたアルミニウム材の外側の板面（電極側）に到達し難くなる。これにより、電極表面に溶融アルミニウムが付着せず、電極のドレッシングを頻繁に実施する必要がなくなり、生産効率が向上する。
（２）　前記予備通電工程により第１ナゲットを形成し、前記冷却工程後の前記本通電工程により、前記第１ナゲットを前記アルミニウム材の重ね方向に直交する厚さ方向へ優先的に成長させるアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法であって、
　前記第１ナゲットの前記アルミニウム材の重ね方向の断面で測定した第１ナゲット径ｄ（ｍｍ）と前記アルミニウム材の厚さｔ（ｍｍ）の比ｄ／ｔを１．０～３．０とする（１）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
　このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、予備通電によって比ｄ／ｔが１．０～３．０の第１ナゲットが形成されることで、本通電における第１ナゲットのナゲット径方向への成長が、板厚方向への成長と比較して大きくなる。
（３）　前記予備通電工程の電流値Ｉ1は、１５～６０ｋＡである（１）又は（２）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
　このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、第１アルミニウム材と第２アルミニウム材との接合面からの発熱を促進して、効率よく偏平な形状の第１ナゲット又は新生面接合領域を形成できる。
（４）　前記本通電工程の電流値Ｉ２は、１５～６０ｋＡである（１）～（３）のいずれか一つに記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
　このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、第１ナゲット周囲の第１アルミニウム材と第２アルミニウム材との接合面からの発熱を促進して、効率よく偏平な形状の第２ナゲットを形成できる。
（５）　前記冷却工程は、前記予備通電工程後に１００ｍｓ以内の冷却時間で行う（１）～（４）のいずれか一つに記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
　このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、１００ｍｓ以内の短い時間で冷却工程を行うため、生産性が向上する。
（６）　前記冷却工程は、前記予備通電工程後に６０ｍｓ以内の冷却時間で行う（５）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
　このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、冷却工程によって第１ナゲットの溶融部分における厚さ減少量がより適正となり、第１ナゲットは、重ね方向の成長が抑制されながら、重ね方向に直交する方向に大きく成長する。これにより、第２ナゲットを、必要とされる大きなナゲット径まで安定して成長させることができる。
（７）　前記一対の電極の前記複数のアルミニウム材を挟み込む加圧力が２～１０ｋＮである（１）～（６）のいずれか一つに記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
　このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、本発明で特定した通電条件との組み合わせにより偏平な形状のナゲットを形成することができる。
（８）　前記第１ナゲットを前記本通電工程によって成長させた第２ナゲットは、前記アルミニウム材の重ね方向に直交する方向のナゲット径Ｄ（ｍｍ）と、前記第２ナゲットの溶け込み深さＨ（ｍｍ）との寸法比Ｄ／Ｈが２．３以上である（７）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
　このアルミニウム板の抵抗スポット溶接方法によれば、第２ナゲットの寸法比Ｄ／Ｈが２．３以上であることで、溶接したアルミニウム材の継手強度を高めることができる。
（９）　前記一対の電極に、Ｒ形又はＤＲ形の電極を用いる（１）～（８）のいずれか一つに記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
　このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、先端面が曲面形状であることで、安定した加圧ができ、先端面が平面である場合と比較して、アルミニウム材表面の新生面をより安定して形成できる。
　なお、本出願は、２０１８年４月２０日出願の日本特許出願（特願２０１８－８１７８０）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　１３，１５　電極
　２１　第１アルミニウム板（アルミニウム材）
　２３　第２アルミニウム板（アルミニウム材）
　２５　ナゲット
　２７　アルミニウム溶接継手（接合体）
　３５　第１ナゲット
　３７　部分凝固部
　３９　第２ナゲット

Claims (10)

  1. 　複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極で挟み込み、前記電極間に第１の通電を行う予備通電工程と、
    　前記予備通電工程後の１０～５００ｍｓの間、前記複数のアルミニウム材への入熱量を低下させる冷却工程と、
    　前記冷却工程後、前記一対の電極間に第２の通電を行う本通電工程と、をこの順に実施し、
    　前記予備通電工程の電流値をＩ１、通電時間をＴ１
    　前記本通電工程の電流値をＩ２、通電時間をＴ２としたとき、
    　Ｉ１×Ｔ１　＜　Ｉ２×Ｔ２　の関係を満たすアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
  2. 　前記予備通電工程により第１ナゲットを形成し、前記冷却工程後の前記本通電工程により、前記第１ナゲットを前記アルミニウム材の重ね方向に直交する厚さ方向へ優先的に成長させるアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法であって、
    　前記第１ナゲットの前記アルミニウム材の重ね方向の断面で測定した第１ナゲット径ｄ（ｍｍ）と前記アルミニウム材の厚さｔ（ｍｍ）の比ｄ／ｔを１．０～３．０とする請求項１に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
  3. 　前記予備通電工程の電流値Ｉ１は、１５～６０ｋＡである請求項１に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
  4. 　前記本通電工程の電流値Ｉ２は、１５～６０ｋＡである請求項１に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
  5. 　前記冷却工程は、前記予備通電工程後に１００ｍｓ以内の冷却時間で行う請求項１に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
  6. 　前記冷却工程は、前記予備通電工程後に６０ｍｓ以内の冷却時間で行う請求項５に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
  7. 　前記一対の電極の前記複数のアルミニウム材を挟み込む加圧力が２～１０ｋＮである請求項１に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
  8. 　前記一対の電極の前記複数のアルミニウム材を挟み込む加圧力が２～１０ｋＮである請求項２に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
  9. 　前記第１ナゲットを前記本通電工程によって成長させた第２ナゲットは、前記アルミニウム材の重ね方向に直交する方向のナゲット径Ｄ（ｍｍ）と、前記第２ナゲットの溶け込み深さＨ（ｍｍ）との寸法比Ｄ／Ｈが２．３以上である請求項８に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
  10. 　前記一対の電極に、Ｒ形又はＤＲ形の電極を用いる請求項１～請求項９のいずれか一項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
PCT/JP2019/016904 2018-04-20 2019-04-19 アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法 WO2019203363A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-081780 2018-04-20
JP2018081780A JP7076703B2 (ja) 2018-04-20 2018-04-20 アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019203363A1 true WO2019203363A1 (ja) 2019-10-24

Family

ID=68238928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/016904 WO2019203363A1 (ja) 2018-04-20 2019-04-19 アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7076703B2 (ja)
WO (1) WO2019203363A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023130792A1 (en) * 2022-01-05 2023-07-13 Novelis Inc. Systems and methods for improving aluminum resistance spot welding

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7564013B2 (ja) 2021-02-19 2024-10-08 株式会社神戸製鋼所 アルミニウム材のスポット溶接方法及びアルミニウム材の接合方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05383A (ja) * 1991-06-13 1993-01-08 Kawasaki Steel Corp アルミニウム合金板のスポツト溶接方法
JPH10193132A (ja) * 1996-11-13 1998-07-28 Toyota Central Res & Dev Lab Inc アルミニウム合金製部材のスポット溶接方法
JPH10244379A (ja) * 1997-03-03 1998-09-14 Nissan Motor Co Ltd アルミニウム系被溶接材料の抵抗スポット溶接用電極
JP2004098107A (ja) * 2002-09-06 2004-04-02 Kobe Steel Ltd アルミニウム系材の抵抗スポット溶接方法
WO2017142828A1 (en) * 2016-02-15 2017-08-24 Novelis Inc. Method for improving quality of aluminum resistance spot welding

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11504796B2 (en) * 2013-10-04 2022-11-22 Jfe Steel Corporation Resistance spot welding method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05383A (ja) * 1991-06-13 1993-01-08 Kawasaki Steel Corp アルミニウム合金板のスポツト溶接方法
JPH10193132A (ja) * 1996-11-13 1998-07-28 Toyota Central Res & Dev Lab Inc アルミニウム合金製部材のスポット溶接方法
JPH10244379A (ja) * 1997-03-03 1998-09-14 Nissan Motor Co Ltd アルミニウム系被溶接材料の抵抗スポット溶接用電極
JP2004098107A (ja) * 2002-09-06 2004-04-02 Kobe Steel Ltd アルミニウム系材の抵抗スポット溶接方法
WO2017142828A1 (en) * 2016-02-15 2017-08-24 Novelis Inc. Method for improving quality of aluminum resistance spot welding

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023130792A1 (en) * 2022-01-05 2023-07-13 Novelis Inc. Systems and methods for improving aluminum resistance spot welding

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019188418A (ja) 2019-10-31
JP7076703B2 (ja) 2022-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3228414B1 (en) Resistance spot welding method
JP6963282B2 (ja) アルミニウム材の抵抗スポット溶接継手、及びアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法
CN106001886A (zh) 利于不同金属点焊的锥形电流
WO2009123330A1 (ja) 高密度エネルギービームで接合した溶接鋼管およびその製造方法
WO2019203363A1 (ja) アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法
JP2009291827A (ja) 抵抗溶接方法及び溶接構造体
JP2013078793A (ja) 接合方法及び接合部品
US20200108468A1 (en) Hybrid ultrasonic and resistance spot welding system
CN110834139B (zh) 一种电阻点焊异种金属的方法
EP1149654A2 (en) Electrode geometry design for optimized aluminium resistance spot welding
JP6078960B2 (ja) インダイレクトスポット溶接方法
US20230226637A1 (en) Resistance spot welding method of aluminum material, control device of resistance spot welding of aluminum material, and resistance spot welding machine
JP2024059021A (ja) アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法
KR101077995B1 (ko) 초음파 용접방법
JP5597370B2 (ja) 金網の接合方法
JP7564013B2 (ja) アルミニウム材のスポット溶接方法及びアルミニウム材の接合方法
JP6811063B2 (ja) 抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接継手の製造方法
WO2024161777A1 (ja) 金属材の接合方法及び金属接合体
JP7176270B2 (ja) 容器用溶接缶の製造方法
JP2003251470A (ja) 鋼板の抵抗スポット溶接方法
JP6794006B2 (ja) 抵抗スポット溶接継手、抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接継手の製造方法
JP6020345B2 (ja) 溶接方法
CN116135398A (zh) 改善方法、焊接方法、加工系统、控制装置、程序产品
JPH11114684A (ja) β型チタン合金溶接管及びその製造方法
JPS60152377A (ja) 薄物鋼帯コイル材のコイル継ぎ方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19788485

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19788485

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1