WO2020095847A1 - 抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法 - Google Patents

抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法 Download PDF

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WO2020095847A1
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energization
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welded
pressurization
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央海 澤西
泰明 沖田
松田 広志
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Jfeスチール株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/10Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11Spot welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24Electric supply or control circuits therefor

Definitions

  • the present invention relates to a resistance spot welding method, and particularly aims to make it possible to stably secure a desired nugget diameter without causing scattering even when the influence of disturbance is large.
  • a resistance spot welding method which is a kind of lap resistance welding method, is used for joining the superposed steel plates.
  • This welding method is a method in which two or more superposed steel plates are sandwiched and pressure is applied from above and below by a pair of electrodes, and a high-current welding current is passed between the upper and lower electrodes for a short time to join them.
  • the spot-shaped welded portion can be obtained by utilizing the resistance heating generated by applying the welding current of 1.
  • This spot-shaped welded portion is called a nugget, and is a portion where both steel sheets are melted and solidified at a contact portion of the steel sheets when an electric current is applied to the superposed steel sheets. With this nugget, the steel plates are joined together in a dot shape.
  • the nugget diameter is formed within an appropriate range.
  • the nugget diameter is determined by welding conditions such as welding current, energizing time, electrode shape and pressure. Therefore, in order to form an appropriate nugget diameter, it is necessary to appropriately set the above welding conditions in accordance with the material to be welded, the thickness of the material to be welded, the conditions of the material to be welded and the like.
  • the material to be welded when manufacturing automobiles, several thousand spots are welded per vehicle, and it is necessary to weld the workpieces that are flowing one after another.
  • the welding conditions such as welding current, energizing time, and pressure are also the same.
  • the nugget diameter can be obtained.
  • the contact surface of the electrode to be welded gradually wears and the contact area gradually becomes wider than in the initial state.
  • a resistance welding apparatus having a function (stepper function) of increasing a welding current value when performing welding a predetermined number of times and compensating for a decrease in current density due to wear of electrodes has been conventionally used. ..
  • stepper function a function of increasing a welding current value when performing welding a predetermined number of times and compensating for a decrease in current density due to wear of electrodes.
  • it is necessary to appropriately set the above-mentioned welding current change pattern in advance.
  • it takes a lot of time and cost to derive a welding current change pattern corresponding to many welding conditions and welded material conditions by a test or the like.
  • the predetermined welding current change pattern cannot always be said to be appropriate.
  • the gap between the steel plates should be large. Therefore, the contact diameter between the steel plates may be narrowed, and scattering may occur easily.
  • Patent Document 1 a first step of generating a nugget by gradually increasing an energizing current to a high-tensile steel plate, a second step of decreasing the current after the first step, and a second step of the second step. After the step, the current is increased to perform the main welding, and the spot welding is performed by the process including the third step of gradually decreasing the energizing current, so that the scattering due to the poor fitting at the initial stage of energizing is suppressed.
  • a spot welding method for high strength steel sheets is described.
  • Patent Document 2 in the beginning of the energization time, a current value that can suppress the generation of spatter is maintained for a predetermined time to soften the surface of the workpiece, and then the current value is maintained high for a predetermined time to generate spatter. It describes a method for controlling the current flow in spot welding in which the nugget is grown while suppressing this.
  • Patent Document 3 describes a control device for a resistance welding machine that attempts to obtain a set nugget diameter by comparing the estimated temperature distribution of a welded portion with a target nugget and controlling the output of the welding machine. ..
  • Patent Document 4 the welding current and the voltage between chips are detected, the simulation of the welding portion is performed by the heat conduction calculation, and the formation state of the nugget of the welding portion during the welding is estimated to try to perform good welding.
  • a welding condition control method for a resistance welding machine is described.
  • a cumulative calorific value per unit volume capable of favorably welding the object to be welded is calculated from the plate thickness of the object to be welded and the energization time, and the calculated unit volume per unit time
  • An object of the present invention is to provide a resistance spot welding method capable of stably obtaining a desired nugget diameter without causing scattering. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a welding member, which joins a plurality of metal plates that are superposed by the above resistance spot welding method.
  • the inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object, and have obtained the following findings.
  • the contact area between the metal plates hereinafter, also simply referred to as “metal plate”
  • metal plate forming the material to be welded
  • the metal plate is excessively pressed by the electrode when the plate gap is large, the metal plate is largely warped.
  • the contact area between the metal plate and the electrode is excessively increased to promote heat removal to the electrode, and as a result, the nugget diameter and nugget thickness may be reduced.
  • the pressure force during energization should be set according to the size of the gaps so that there is a proper gap between the metal plates during energization, especially at the beginning of energization. It is effective to secure a large contact area.
  • the inventors further studied the method of setting the pressing force during energization according to the size of the plate gap based on the above findings, and obtained the following findings.
  • (3) The influence of the plate gap is reflected in the parameter serving as an index of the pressing force from when the pressurization is started until the predetermined set pressing force is reached, For example, when there is no gap between the metal plates and when there is a gap between the metal plates, if the metal plates are pressed under the same conditions, the pressurization is started and the predetermined set pressure is reached.
  • F A Pressurization force during energization in the main welding
  • F 0 Initial setting pressurization force in the main welding
  • T A Time from the start of pressurization before the start of energization in the main welding until reaching the initial setting force
  • T 0 This is the time from the start of pressurization before the start of energization until the initial set pressure is reached when there is no gap between the metal plates that make up the welding material.
  • the gist of the present invention is as follows. 1.
  • a resistance spot welding method in which a material to be welded in which a plurality of metal plates are superposed is sandwiched by a pair of electrodes and is energized and joined while being pressurized, Before starting the energization of the main welding, pressurize the material to be welded until it reaches the initial setting pressure, Then, using the parameter serving as an index of the pressing force obtained from the start of pressurization before the start of energization of the main welding until reaching the initial set pressing force, the pressing force during energization of the main welding is set. , Resistance spot welding method.
  • test welding Prior to the main welding, test welding shall be performed, In the test welding, a time change curve of an instantaneous heat generation amount per unit volume and a cumulative heat generation amount per unit volume, which are calculated from electric characteristics between electrodes when energized by constant current control to form an appropriate nugget,
  • the time change curve of the instantaneous heat generation amount per unit volume in the test welding and the cumulative heat generation amount per unit volume are set to a target value, and the energization amount is controlled according to the target value, The resistance spot welding method according to 1 or 2.
  • a method for manufacturing a welding member which comprises joining a plurality of metal plates that have been overlapped with each other by the resistance spot welding method according to any one of 1 to 3 above.
  • the present invention it is possible to obtain a good nugget without the occurrence of scattering even when the influence of disturbance is large, especially when the plate gap is large. Further, according to the present invention, it is possible to continuously weld the materials to be processed that flow one after another in the actual work such as manufacturing of automobiles (the state of disturbance varies depending on the welding position and the materials to be processed). However, it becomes possible to stably secure a desired nugget diameter by effectively responding to changes in the state of the disturbance, and as a result, it is extremely advantageous in terms of improvement of work efficiency and yield.
  • One embodiment of the present invention is a resistance spot welding method in which a material to be welded in which a plurality of metal plates are superposed is sandwiched by a pair of electrodes, and a current is applied while pressure is applied to join the materials.
  • pressurize the material to be welded until it reaches the initial setting pressure, Then, using the parameter serving as an index of the pressing force obtained from the start of pressurization before the start of energization of the main welding until reaching the initial set pressing force, the pressing force during energization of the main welding is set. , Is.
  • the main welding means a step of actually welding a target material to be welded, and is used to distinguish from test welding described later.
  • a pair of upper and lower electrodes may be provided, and the welding pressure and welding current may be arbitrarily controlled during welding.
  • the welding pressure and welding current may be arbitrarily controlled during welding.
  • the pressure force during energization is set according to the size of the plate gap, and when the energization is performed, particularly at the start of energization, the metal welding is performed. It is effective to secure an appropriate contact area between the plates.
  • the influence of the plate gap is reflected in a parameter serving as an index of the pressing force from the start of pressurization until reaching a predetermined set pressing force. Therefore, before the energization of the main welding is started, the material to be welded is pressurized until it reaches the initial set pressing force, and then it is obtained from the start of pressurization before the start of the energization of the main welding until the initial set pressing force is reached. It is important to set the pressing force at the time of energizing the main welding by using the parameter that is an index of the pressing force.
  • T A Time required to reach the set pressure force of: T A will be different. That is, when there is no gap between the metal plates, the initial set pressure is reached in a relatively short time after the start of pressurization by the electrodes. On the other hand, if there is a gap between the metal plates, the metal plates will be deformed and the gap will be crushed (contact between the metal plates) in the initial stage of pressurization. Time will increase.
  • a parameter such as T A that is used as an index of the pressurization force from the start of pressurization before the start of energization to the above-mentioned initial set pressurization force is used.
  • the energizing force: F A is set (separately from the initial setting energizing force: F 0 ) to energize, especially when energizing.
  • F A Pressurization force during energization in the main welding
  • F 0 Initial setting pressurization force in the main welding
  • T A Time from the start of pressurization before the start of energization in the main welding until reaching the initial setting force T 0 : This is the time from the start of pressurization before the start of energization to the time when the initial set pressure is reached when there is no gap between the metal plates forming the welding material.
  • the effect of plate gap is taken into consideration and the It is important to set the applied pressure and to carry out the energization, and it is particularly preferable to set the applied pressure at the time of energizing in the main welding within the range satisfying the above-mentioned formula (1) to carry out the energizing.
  • ⁇ Time from the start of pressurization before the start of energization in the main welding to the time when the initial set pressure is reached ⁇ Time from the start of pressurization before the start of energization to the start of energization in main welding
  • ⁇ The torque of the servomotor of the welding gun from the start of pressurization before the start of energization in the main welding to the time when the initial set pressure is reached
  • the rotation speed of the servomotor of the welding gun from the start of pressurization before the start of energization in the main welding to the time when the initial set pressure is reached ⁇ Distortion of the welding gun from the start of pressurization before the start of energization in the main welding until the initial set pressure is reached, ⁇ Amount of electrode displacement from the start of pressurization before the start of energization in the main welding until reaching the initial set pressure, and ⁇ Electrode from the start of pressurization
  • the time from the start of pressurization before the start of energization to the start of energization is [the time from the start of pressurization before the start of energization in the main welding to the time when the initial set pressure is reached] + [main welding Time from the time when the initial set pressure is reached to the time when the energization is started]]. Therefore, if the time from the start of pressurization before the start of energization in main welding to the time of start of energization is used as a parameter that serves as an index of the pressing force, [ [Time to time]] [time from reaching initial setting pressure in main welding to time to start energization], etc. It is possible to set within the range.
  • the torque of the servomotor of the welding gun from the start of pressurization before the start of energization in the main welding to the time when the initial set pressure is reached is used as a parameter that is an index of the pressure.
  • the torque starts to increase rapidly, and when a sufficient pressure is applied to the steel plate thereafter, the torque reaches a stable value and saturates.
  • the time from the start of increasing the torque to the saturation is defined as the time from the start of pressurization to the time when the initial pressurization force is reached (in other words, the start of torque increase is the start of pressurization and the increase of torque is By determining the point at which the torque becomes saturated and the torque becomes constant as the point at which the initial set pressure is reached), the pressure at the time of energization in the main welding is set within the range that satisfies the above expression (1). It is possible.
  • the rotation speed of the servomotor of the welding gun (hereinafter, simply referred to as rotation speed) from the start of pressurization before the start of energization in the main welding to the time when the initial set pressure is reached is used as a parameter that is an index of the pressure.
  • rotation speed when the electrode comes into contact with the metal plate that is the material to be welded, the rotation speed becomes unstable and then gradually decreases. Then, when the initial set pressure is reached, the electrode does not move and the rotation speed becomes zero.
  • the time from when the rotational speed becomes unstable and starts to decrease to when it reaches 0 is defined as the time from when the pressurization is started to when the initial set pressure is applied (in other words, the rotational speed is It is determined that the time when the pressure becomes stable is the time when the pressurization starts and the time when the rotation speed becomes 0 is the time when the initial set pressure is reached. ) Can be set within the range. Further, by combining a plurality of parameters serving as indexes of the pressing force, it is determined that the start time of the torque increase is the pressurizing start time and the time point when the rotational speed becomes 0 is the reaching time point of the initial setting pressurizing force.
  • the welding pressure at the time of energization may be set within a range that satisfies the above-mentioned formula (1).
  • the initial setting pressure force in the main welding may be appropriately set according to the material and thickness of the metal plate forming the material to be welded.
  • the initial applied pressure is 1.0 to It is preferably 7.0 kN.
  • the thickness of the material to be welded is 1.6 mm
  • the material is unplated or the plate set is made by stacking three 270 to 2000 MPa grade steel plates with Zn on the surface
  • the initial applied pressure is 2.0 kN. It is preferably set to ⁇ 10.0 kN.
  • T 0 is, for example, By separately preparing a welded material composed of metal plates of the same thickness and material as the main welding, with no gap between the metal plates, and pressurizing the welded material under the same pressure conditions as the main welding. , Just ask.
  • the set welding force at the time of the test welding may be used as it is as the initial setting welding force of the main welding.
  • a setting for switching the control method is set when a certain pressing force (hereinafter, also referred to as a switching set value) from the start of pressurization until reaching the set pressing force is reached. (Position control ⁇ torque control) is performed, and normally, if the same pressing means is used and the switching set value is the same, it can be said that the pressure is applied under the same conditions.
  • a certain pressing force hereinafter, also referred to as a switching set value
  • the energization in the main welding is not particularly limited and may be performed by constant current control.
  • the adaptive control for controlling the energizing amount according to the target value set in the test welding. Welding may be performed.
  • the welding current and energization time may be set appropriately according to the material and thickness of the metal plate that constitutes the material to be welded.
  • the welding current is 3.0 to 14.0 kA and the energization time is 100 to 1000 ms.
  • the energization of the main welding may be divided into two or more multi-step steps, and for example, pre-energization for stabilizing the contact diameter may be performed before energization for forming the nugget (main energization).
  • pre-energization for stabilizing the contact diameter may be performed before energization for forming the nugget (main energization).
  • pre-energization and post-energization may be performed by constant current control, or may be an up-slope or down-slope energization pattern.
  • an energization suspension time may be provided between each energization.
  • the adaptive control welding of the main welding also Similar to the welding conditions divided into multiple steps in test welding, it is preferable to perform adaptive control welding for each step, which is performed by dividing into multiple steps.
  • the energization amount is controlled so that the cumulative calorific value per unit volume in the step matches the cumulative calorific value per unit volume in the step of test welding.
  • the method for calculating the heat generation amount is not particularly limited, but an example thereof is disclosed in Patent Document 5, and this method can also be adopted in the present invention.
  • the calculation method of the calorific value q per unit volume / unit time and the cumulative calorific value Q per unit volume by this method is as follows.
  • the total thickness of the material to be welded is t
  • the electrical resistivity of the material to be welded is r
  • the voltage between electrodes is V
  • the welding current I
  • the area where the electrodes and the material to be welded contact is S.
  • the welding current has a cross-sectional area S and passes through a columnar portion having a thickness t to generate resistance heat generation.
  • the calorific value q per unit volume / unit time can be calculated from the inter-electrode voltage V, the total thickness t of the workpiece and the electrical resistivity r of the workpiece, and Is not affected by the area S where the object to be welded contacts.
  • the heat generation amount is calculated from the inter-electrode voltage V in the equation (4)
  • the heat generation amount q can be calculated from the inter-electrode current I, and at this time, the area S where the electrode and the object to be welded contact each other. Need not be used.
  • test welding is performed prior to the main welding, and in the test welding, energization is performed by constant current control to form a proper nugget.
  • the time change curve of the instantaneous heat generation amount per unit volume and the cumulative heat generation amount per unit volume, which are calculated from the electrical characteristics between the electrodes, are stored. That is, in test welding, a pre-welding test of the same steel type and thickness as the material to be welded is performed under constant current control under various conditions with no shunting or plate gap to the existing welding point, and the optimum conditions for test welding Find out.
  • the time-dependent change curve of the instantaneous calorific value per unit volume and the cumulative calorific value per unit volume which is calculated from the electrical characteristics between the electrodes at the time of energizing, are the targets in the main welding. It is stored as a value.
  • the electrical characteristics between the electrodes mean the interelectrode resistance or the interelectrode voltage.
  • the energization in the test welding may be divided into two or more multi-step steps, and the adaptive control welding for each step may be performed in the main welding.
  • the material to be welded there is no particular limitation on the material to be welded, and it can be applied to the welding of steel sheets having various strengths from mild steel to ultra-high-strength steel sheets and plated steel sheets, and light metal sheets such as aluminum alloys. It can also be applied to assembled boards.
  • the case where there is a plate gap in the material to be welded has been described as an example, but even when there is an already-welded point in the vicinity of the welding point, it is desired.
  • the effect of stably securing the nugget diameter can be obtained. That is, when there is an already-welded point in the vicinity of the welding point, a slight gap is generated between the metal plates to be welded materials due to the influence of sheet separation at the time of welding at the already-welded point.
  • the distance between the welding point and the already welded point is short, and especially when the metal plate forming the material to be welded is a high-tensile steel plate, it becomes difficult to crush this gap by pressurization, and the gap between the metal plates becomes large. Therefore, a sufficient contact area cannot be secured, and shunt flow to the already welded point is likely to occur.
  • the resistance spot welding method according to the embodiment of the present invention even when there is a plate gap as described above, an appropriate contact area between metal plates can be controlled by appropriately controlling the pressing force at the start of energization. It becomes possible to secure. Further, in particular, when performing adaptive control welding, it is possible to more effectively prevent erroneous recognition of the heat generation amount in adaptive control welding by avoiding shunting to the already welded point.
  • test welding was performed under the conditions shown in Table 2 in the absence of the plate gap shown in FIG. 3 from the start of pressurization until the initial set pressure was reached.
  • the time change curve of the instantaneous heat generation amount per unit volume and the cumulative heat generation amount per unit volume at the time of energizing the test welding were stored.
  • the test welding energization is one-step energization as shown in FIG. 5 or two-step energization as shown in FIG. Welded.
  • a welded material (a welded material without disturbance) composed of a metal plate with the same plate thickness and material as main welding, with no gap between metal plates, is prepared separately.
  • Table 2 also shows the time taken from the start of pressurization before the start of energization to the time when the initial set pressure is reached when there is no gap between the metal plates forming the material to be welded.
  • the welded part was cut, the cross section was etched, and the cross section was observed with an optical microscope.
  • the nugget diameter and the occurrence of scattering were evaluated according to the following three grades. ⁇ (Pass, particularly excellent): Nugget diameter of 4.5 ⁇ t 'or more (t': thinnest metal plate thickness (mm) in the plate assembly) regardless of plate gap, and no scattering occurred ⁇ ( Pass, excellent): Nugget diameter is 4.0 ⁇ t 'or more, regardless of plate gap, and no scattering occurs (however, ⁇ (pass, especially excellent) is excluded)
  • X Depending on the plate gap, the nugget diameter is less than 4.0 ⁇ t 'and / or scattering occurs
  • a sufficiently large nugget diameter was obtained without scattering regardless of the plate gap.
  • a sufficient nugget diameter could not be obtained or scattering occurred.
  • the time from the pressurization start point before the energization start in the main welding to the energization start point, from the pressurization start point before the energization start in the main welding until the initial set pressurization force is reached.
  • Servo motor torque of the welding gun the rotation speed of the welding gun servo motor from the start of pressurization before the start of energization in the main welding until the initial set pressure is reached, the start of pressurization before the start of energization in the main welding From the start to energization in the main welding, the amount of electrode displacement from the start of pressurization before the start of energization to the initial set force, and the pressurization before the start of energization in main welding The same result as above was obtained when the electrode displacement velocity from the start point to the time when the initial set pressure was reached was used.

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Abstract

抵抗スポット溶接方法に関し、散りを発生させることなく安定して所望のナゲット径を確保することを可能ならしめようとするものである。本溶接の通電開始前に、被溶接材を初期設定加圧力(F0)に到達するまで加圧し、ついで、本溶接の通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでに得られる加圧力の指標となるパラメータを用いて、本溶接の通電時の加圧力(FA)を設定する。

Description

抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法
 本発明は抵抗スポット溶接方法に関し、特に外乱の影響が大きい場合であっても、散りを発生させることなく安定して所望のナゲット径を確保することを可能ならしめようとするものである。
 一般に、重ね合わせた鋼板同士の接合には、重ね抵抗溶接法の一種である抵抗スポット溶接法が用いられている。
 この溶接法は、重ね合わせた2枚以上の鋼板を挟んでその上下から一対の電極で加圧しつつ、上下電極間に高電流の溶接電流を短時間通電して接合する方法であり、高電流の溶接電流を流すことで発生する抵抗発熱を利用して、点状の溶接部が得られる。この点状の溶接部はナゲットと呼ばれ、重ね合わせた鋼板に電流を流した際に鋼板の接触箇所で両鋼板が溶融し、凝固した部分である。このナゲットにより、鋼板同士が点状に接合される。
 良好な溶接部品質を得るためには、ナゲット径が適正な範囲で形成されることが重要である。ナゲット径は、溶接電流、通電時間、電極形状および加圧力等の溶接条件によって定まる。従って、適切なナゲット径を形成するためには、被溶接材の材質、板厚および重ね枚数等の被溶接材条件に応じて、上記の溶接条件を適正に設定する必要がある。
 例えば、自動車の製造に際しては、一台当たり数千点ものスポット溶接が施されており、また次々と流れてくる被処理材(ワーク)を溶接する必要がある。この時、各溶接箇所における被溶接材の材質、板厚および重ね枚数等の被溶接材の状態が同一であれば、溶接電流、通電時間および加圧力等の溶接条件も同一の条件で同一のナゲット径を得ることができる。しかしながら、連続した溶接では、電極の被溶接材接触面が次第に摩耗して接触面積が初期状態よりも次第に広くなる。このように接触面積が広くなった状態で、初期状態と同じ値の溶接電流を流すと、被溶接材中の電流密度が低下し、溶接部の温度上昇が低くなるため、ナゲット径は小さくなる。このため、数百~数千点の溶接毎に、電極の研磨または交換を行い、電極の先端径が拡大しすぎないようにしている。
 その他、予め定めた回数の溶接を行うと溶接電流値を増加させて、電極の摩耗に伴う電流密度の低下を補償する機能(ステッパー機能)を備えた抵抗溶接装置が、従来から使用されている。このステッパー機能を使用するには、上述した溶接電流変化パターンを予め適正に設定しておく必要がある。しかしながら、このために、数多くの溶接条件および被溶接材条件に対応した溶接電流変化パターンを、試験等によって導き出すには、多くの時間とコストが必要になる。また、実際の施工においては、電極摩耗の進行状態にはバラツキがあるため、予め定めた溶接電流変化パターンが常に適正であるとはいえない。
 さらに、溶接に際して外乱が存在する場合、例えば、溶接する点の近くにすでに溶接した点(既溶接点)がある場合や、被溶接材の表面凹凸が大きく溶接する点の近くに被溶接材の接触点が存在する場合には、溶接時に既溶接点や接触点に電流が分流する。このような状態では、所定の条件で溶接しても、電極直下の溶接したい位置における電流密度は低下するため、やはり必要な径のナゲットは得られなくなる。この発熱量不足を補償し、必要な径のナゲットを得るには、予め高い溶接電流を設定することが必要となる。
 また、表面凹凸や部材の形状などにより溶接する点の周囲が強く拘束されている場合や、溶接点周囲の鋼板間に異物が挟まっていたりする場合には、鋼板間の板隙が大きくなることで鋼板同士の接触径が狭まり、散りが発生しやすくなることもある。
 上記の問題を解決するものとして、以下に述べるような技術が提案されている。
 例えば、特許文献1には、高張力鋼板への通電電流を漸変的に上昇させることによりナゲット生成を行なう第1ステップと、上記第1ステップの後に電流下降させる第2ステップと、上記第2ステップ後に電流上昇させて本溶接すると共に、漸変的に通電電流を下降させる第3ステップとを備えた工程によりスポット溶接を行なうことで、通電初期のなじみ不良に起因する散りを抑制しようとする高張力鋼板のスポット溶接方法が記載されている。
 特許文献2には、通電時間の初期にスパッタの発生を抑え得る程度の電流値に所定時間維持して被溶接物の表面を軟化させ、その後に電流値を所定時間高く維持してスパッタの発生を抑えつつナゲットを成長させるスポット溶接の通電制御方法が記載されている。
 特許文献3には、推算した溶接部の温度分布と目標ナゲットを比較して溶接機の出力を制御することによって、設定したナゲット径を得ようとする抵抗溶接機の制御装置が記載されている。
 特許文献4には、溶接電流とチップ間電圧を検出し、熱伝導計算により溶接部のシミュレーションを行い、溶接中における溶接部のナゲットの形成状態を推定することによって、良好な溶接を行おうとする抵抗溶接機の溶接条件制御方法が記載されている。
 特許文献5には、被溶接物の板厚と通電時間とから、その被溶接物を良好に溶接することができる単位体積当たりの累積発熱量を計算し、計算された単位体積・単位時間当たりの発熱量を発生させる溶接電流または電圧に調整する処理を行う溶接システムを用いることにより、被溶接物の種類や電極の摩耗状態によらず良好な溶接を行おうとする抵抗溶接システムが記載されている。
特開2003-236674号公報 特開2006-43731号公報 特開平9-216071号公報 特開平10-94883号公報 特開平11-33743号公報
 しかしながら、特許文献1および2に記載の技術では、外乱の有無および大小によって適正となる溶接条件は変化すると考えられるため、想定以上の外乱、例えば、被溶接材となる金属板間の隙間や分流が生じた際には、散りを発生させることなく所望のナゲット径を確保することができないという問題があった。
 また、特許文献3および4に記載の技術では、熱伝導モデル(熱伝導シミュレーション)等に基づいてナゲットの温度を推定するため、複雑な計算処理が必要であり、溶接制御装置の構成が複雑になるだけでなく、溶接制御装置自体が高価になるという問題があった。
 さらに、特許文献5に記載の技術では、累積発熱量を目標値に制御することによって、電極が一定量摩耗していたとしても良好な溶接を行うことができるものと考えられる。
 しかしながら、設定した被溶接材条件と実際の被溶接材条件が大きく異なる場合、例えば、被溶接材となる金属板間に大きな隙間が存在している場合などには、最終的な累積発熱量を目標値に合わることができても、発熱の形態、つまり溶接部の温度分布の時間変化が目標とする良好な溶接部が得られる熱量パターンから外れ、必要とするナゲット径が得られなかったり、散りが発生したりする。
 本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであって、外乱の影響、特に被溶接材を構成する金属板間の隙間(以下、「板隙」ともいう)が大きい場合であっても、散りの発生なしに、安定して所望のナゲット径を得ることができる抵抗スポット溶接方法を提供することを目的とする。
 また、本発明は、上記の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法を提供することを目的とする。
 さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、以下の知見を得た。
(1)板隙が大きい場合、通電開始時点では被溶接材を構成する金属板(以下、単に「金属板」ともいう)間の接触面積が小さいため、散りが発生しやすくなる。また、板隙が大きい場合に、金属板を電極で過度に加圧すると、金属板が大きく反る。これにより、金属板と電極の接触面積が過度に増大して電極への抜熱が促され、結果的に、ナゲット径やナゲット厚さが小さくなる場合もある。
(2)このような板隙の影響を緩和するには、板隙の大きさに応じて、通電時の加圧力を設定して、通電時、特には通電開始時点で、金属板間に適正な接触面積を確保することが有効である。
 そこで、発明者らは、上記の知見を基に、板隙の大きさに応じて、通電時の加圧力を設定する方法について、さらに検討を重ね、以下の知見を得た。
(3)板隙の影響は、加圧を開始してから所定の設定加圧力に到達するまでの加圧力の指標となるパラメータに反映される、
 例えば、金属板間に隙間がない場合と、金属板間に隙間がある場合に、それぞれ同じ条件で金属板を加圧していくと、加圧を開始してから所定の設定加圧力に到達するまでの時間やサーボモータの挙動が、それぞれ異なるものになる、
(4)よって、まず、通電開始前に、上記被溶接材を所定の設定加圧力(以下、初期設定加圧力ともいう)に到達するまで加圧し、
 ついで、通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでに得られる加圧力の指標となるパラメータを用い、図1に示すように、板隙の影響を考慮して、(初期設定加圧力:F0とは別途、)通電時の加圧力:FAを設定し通電を行う、特には、通電時の加圧力を、下記式(1)を満足する範囲内に設定し通電を行う、
ことにより、
 通電開始時点で、金属板間に適切な接触面積を確保することができ、その結果、板隙の影響によらず、散りの発生なしに、安定して所望のナゲット径を得ること可能となる。
   F0×(1+0.1×(TA-T0)/T0) ≦ F≦F0×(1+3.0×(TA-T0)/T0)  ・・・(1)
 ここで、
  FA:本溶接における通電時の加圧力
  F0:本溶接における初期設定加圧力
  TA:本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間
  T0:被溶接材を構成する金属板間に隙間がない場合の、通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間
 である。
 本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
 すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
1.複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
 本溶接の通電開始前に、上記被溶接材を初期設定加圧力に到達するまで加圧し、
 ついで、上記本溶接の通電開始前の加圧開始時点から上記初期設定加圧力に到達するまでに得られる加圧力の指標となるパラメータを用いて、上記本溶接の通電時の加圧力を設定する、
抵抗スポット溶接方法。
2.前記本溶接の通電時の加圧力を、次式(1)を満足する範囲内に設定する、前記1に記載の抵抗スポット溶接方法。
   F0×(1+0.1×(TA-T0)/T0) ≦ F≦F0×(1+3.0×(TA-T0)/T0)  ・・・(1)
 ここで、
  FA:本溶接における通電時の加圧力
  F0:本溶接における初期設定加圧力
  TA:本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間
  T0:被溶接材を構成する金属板間に隙間がない場合の、通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間
 である。
3.前記本溶接に先立ち、テスト溶接を行うものとし、
 該テスト溶接では、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させ、
 また、前記本溶接の通電では、前記テスト溶接における単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を目標値に設定し、該目標値に従って通電量を制御する、前記1または2に記載の抵抗スポット溶接方法。
4.前記1~3のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法。
 本発明によれば、外乱の影響、特に板隙が大きい場合であっても、散りの発生なしに、良好なナゲットを得ることができる。
 また、本発明によれば、自動車の製造などの実作業において次々と流れてくる被処理材を連続的に溶接する(溶接位置や被処理材ごとに外乱の状態が変動する)場合であっても、外乱の状態の変動に有効に対応して所望のナゲット径を安定的に確保することが可能となり、その結果、作業効率や歩留まりの向上という点でも極めて有利となる。
本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法の加圧力と時間、および、溶接電流と時間の関係を示す図である。 (a)被溶接材となる金属板間に隙間がない場合と、(b)金属板間に隙間がある場合に、それぞれ同じ条件で被溶接材となる金属板を加圧していったときの、加圧力と時間、および、溶接電流と時間の関係を示す図である。 (a)2枚重ねの板組み、および、(b)3枚重ねの板組みに対して、板隙(外乱)のない状態で溶接を行う場合の一例を模式的に示す図である。 (a)板隙のある2枚重ねの板組み、および、(b)板隙のある3枚重ねの板組みに対して、溶接を行う場合の一例を模式的に示す図である。 テスト溶接における1段通電の一例を模式的に示す図である。 テスト溶接における2段通電の一例を模式的に示す図である。
 本発明を、以下の実施形態に基づき説明する。
 本発明の一実施形態は、複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
 本溶接の通電開始前に、上記被溶接材を初期設定加圧力に到達するまで加圧し、
 ついで、上記本溶接の通電開始前の加圧開始時点から上記初期設定加圧力に到達するまでに得られる加圧力の指標となるパラメータを用いて、上記本溶接の通電時の加圧力を設定する、というものである。
 なお、本溶接とは、対象とする被溶接材を実際に溶接する工程を意味し、後述するテスト溶接と区別するために使用する。
 なお、本発明の一実施形態に係る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であればよく、形式(定置式、ロボットガン等)、電極形状等はとくに限定されない。
 以下、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法の本溶接について、説明する。
(1)本溶接
 上述したように、板隙の影響を緩和するには、板隙の大きさに応じて、通電時の加圧力を設定して、通電時、特には通電開始時点で、金属板間に適正な接触面積を確保することが有効である。
 また、板隙の影響は、加圧を開始してから所定の設定加圧力に到達するまでの加圧力の指標となるパラメータに反映される。
 よって、本溶接の通電開始前に、被溶接材を初期設定加圧力に到達するまで加圧し、ついで、本溶接の通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでに得られる加圧力の指標となるパラメータを用いて、本溶接の通電時の加圧力を設定することが重要となる。
 例えば、図2に示すように、金属板間に隙間がない場合と、金属板間に隙間がある場合に、それぞれ同じ条件で金属板を加圧していくと、加圧を開始してから所定の設定加圧力に到達するまでの時間:TAが、それぞれ異なるものとなる。
 すなわち、金属板間に隙間がない場合、電極による加圧開始後は、比較的短い時間で初期設定加圧力に到達する。一方、金属板間に板隙がある場合、加圧の初期段階では金属板を変形させて板隙を潰す(金属板間を接触させる)ことになるので、初期設定加圧力に到達達するまでの時間が長くなる。
 よって、加圧開始から設定加圧力に達するまでの時間:TAなどの上記通電開始前の加圧開始時点から上記初期設定加圧力に到達するまでに得られる加圧力の指標となるパラメータを用い、図1に示すように、板隙の影響を考慮して、(初期設定加圧力:F0とは別途、)通電時の加圧力:FAを設定し通電を行う、特には、通電時の加圧力を、下記式(1)を満足する範囲内に設定し通電を行うことにより、通電開始時点で、金属板間に適正な接触面積を確保することができ、その結果、板隙の影響によらず、散りの発生なしに、安定して所望のナゲット径を得ること可能となる。
    F0×(1+0.1×(TA-T0)/T0) ≦ F≦F0×(1+3.0×(TA-T0)/T0)  ・・・(1)
 ここで、
  FA:本溶接における通電時の加圧力
  F0:本溶接における初期設定加圧力
  TA:本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間
  T0:被溶接材を構成する金属板間に隙間がない場合の、通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間
である。
 ここで、本溶接における通電時の加圧力:FAがF0×(1+0.1×(TA-T0)/T0)未満になると、通電開始時点で、金属板間に十分な接触面積を確保することが困難となる。一方、FAがF0×(1+3.0×(TA-T0)/T0)  になると、金属板と電極の接触面積が過度に増大して電極への抜熱が促され、結果的に、ナゲット径やナゲット厚さが小さくなるおそれがある。
 そのため、本溶接の通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでに得られる加圧力の指標となるパラメータを用いて、板隙の影響を加味して本溶接の通電時の加圧力を設定し通電を行うことが重要であり、特には、本溶接の通電時の加圧力を、上掲式(1)を満足する範囲内に設定し通電を行うことが好ましい。上掲式(1)について、より好ましくは、F0×(1+0.2×(TA-T0)/T0)以上、F0×(1+2.0×(TA-T0)/T0)以下である。
 また、加圧力の指標となるパラメータとしては、
・本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間、
・本溶接における通電開始前の加圧開始時点から通電開始時点までの時間、
・本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの溶接ガンのサーボモータのトルク、
・本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの溶接ガンのサーボモータの回転速度、
・本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの溶接ガンのひずみ、
・本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの電極変位量、および
・本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの電極変位速度、
などが挙げられ、これらのパラメータを用いて、本溶接における通電時の加圧力を、上掲式(1)を満足する範囲内に設定し、通電を行うことが好ましい。
 例えば、本溶接における通電開始前の加圧開始時点から通電開始時点までの時間は、[本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間]+[本溶接における初期設定加圧力への到達時点から通電開始時点までの時間]で表せる。
 よって、本溶接における通電開始前の加圧開始時点から通電開始時点までの時間を、加圧力の指標となるパラメータとする場合には、[本溶接における通電開始前の加圧開始時点から通電開始時点までの時間]から[本溶接における初期設定加圧力への到達時点から通電開始時点までの時間]を減じるなどして、本溶接における通電時の加圧力を、上掲式(1)を満足する範囲内に設定することが可能である。
 また、本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの溶接ガンのサーボモータのトルク(以下、単にトルクともいう)を、加圧力の指標となるパラメータとする場合、電極が被溶接材である金属板に接触すると、トルクが急激に増加しはじめ、その後、鋼板に十分な加圧力が付与された時点で、トルクは安定した値に達して飽和する。
 よって、トルクの増加開始から飽和までの時間を、加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間とする(換言すれば、トルクの増加開始時点を加圧開始時点、トルクの増加が飽和してトルクが一定となった時点を初期設定加圧力への到達時点と判断する)ことにより、本溶接における通電時の加圧力を、上掲式(1)を満足する範囲内に設定することが可能である。
 さらに、本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの溶接ガンのサーボモータの回転速度(以下、単に回転速度ともいう)を、加圧力の指標となるパラメータとする場合、電極が被溶接材である金属板に接触すると、回転速度は不安定になり、その後、徐々に減少していく。そして、初期設定加圧力に達すると電極は動かなくなるため、回転速度は0となる。
 よって、回転速度が不安定になり減少を開始してから0に到達するまでの時間を、加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間とする(換言すれば、回転速度が不安定になった時点を加圧開始時点、回転速度が0になった時点を初期設定加圧力への到達時点と判断する)ことにより、本溶接における通電時の加圧力を、上掲式(1)を満足する範囲内に設定することが可能である。
 また、トルクの増加開始時点を加圧開始時点、回転速度が0となった時点を初期設定加圧力への到達時点と判断するなど、複数の加圧力の指標となるパラメータを組み合わせることで、本溶接における通電時の加圧力を、上掲式(1)を満足する範囲内に設定してもよい。
 加えて、本溶接における初期設定加圧力は、被溶接材を構成する金属板の材質や厚さなどに応じて、適宜、設定すればよい。
 例えば、被溶接材として厚さ:1.6mm、材質:めっき無しまたは表面にZnを含むめっきを施した270~2000MPa級鋼板を2枚重ねた板組を使用する場合、初期設定加圧力は1.0~7.0kNとすることが好ましい。
 また、被溶接材として厚さ:1.6mm、材質:めっき無しまたは表面にZnを含むめっきを施した270~2000MPa級鋼板を3枚重ねた板組を使用する場合、初期設定加圧力は2.0kN~10.0kNとすることが好ましい。
 また、被溶接材を構成する金属板間に隙間がない、特には、外乱がない場合の、通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間:T0は、例えば、金属板間に隙間のない、本溶接と同じ板厚、材質の金属板から構成される被溶接材を別途用意し、本溶接と同じ加圧条件で、当該被溶接材を加圧することにより、求めればよい。
 加えて、後述するテスト溶接を行う場合には、テスト溶接時の設定加圧力を、そのまま本溶接の初期設定加圧力としてもよい。
 なお、一般的な抵抗スポット溶接装置では、加圧開始時点から設定加圧力に到達するまでの間のある加圧力(以下、切り替え設定値といもいう)に到達した時点で、制御方式を切り替える設定(位置制御→トルク制御)がなされており、通常、同じ加圧力手段を使用し、かつ当該切り替え設定値を同じにすれば、同じ条件で加圧されていると言える。
 さらに、本溶接における通電は、特に限定されず、定電流制御により行ってもよいし、後述するテスト溶接を行ったのちに、当該テスト溶接で設定した目標値に従って、通電量を制御する適応制御溶接を行ってもよい。
 例えば、定電流制御の場合、溶接電流および通電時間は、被溶接材を構成する金属板の材質や厚さなどに応じて、適宜、設定すればよく、例えば、一般的な2枚重ね以上の板組みを使用する場合、溶接電流は3.0~14.0kA、通電時間は100~1000msとすることが好適である。
 また、本溶接の通電を2段以上の多段ステップに分割してもよく、例えば、ナゲットを形成する通電(本通電)の前に、接触径を安定化させるための予通電を行ってもよいし、後熱処理のための後通電を行ってもよい。これらの予通電および後通電は、定電流制御により行っても、アップスロープ状やダウンスロープ状の通電パターンとしてもよい。また、各通電間に通電休止時間を設けてもよい。
 また、適応制御溶接の場合、後述するテスト溶接により得た目標値(単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量)を基準として溶接を行い、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線に沿っている場合には、そのまま溶接を行って溶接を終了する。ただし、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの通電時間内で補償すべく、本溶接での単位体積当たりの累積発熱量が目標値として設定した単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御する。
 さらに、後述するテスト溶接において通電を2段以上の多段ステップに分割し、当該多段ステップに分割した溶接条件に基づき適応制御溶接の目標値を設定する場合には、本溶接の適応制御溶接も、テスト溶接において多段ステップに分割した溶接条件と同様に、多段ステップに分割して行う、ステップ毎の適応制御溶接を行うことが好ましい。
 ここで、ステップ毎の適応制御溶接では、いずれかのステップにおいて、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を当該ステップの残りの通電時間内で補償すべく、当該ステップでの単位体積当たりの累積発熱量が、テスト溶接の当該ステップでの単位体積当たりの累積発熱量と一致するように、通電量を制御する。
 なお、発熱量の算出方法については特に制限はないが、特許文献5にその一例が開示されており、本発明でもこの方法を採用することができる。この方法による単位体積・単位時間当たりの発熱量qおよび単位体積当たりの累積発熱量Qの算出要領は次のとおりである。
 被溶接材の合計厚みをt、被溶接材の電気抵抗率をr、電極間電圧をV、溶接電流をIとし、電極と被溶接材が接触する面積をSとする。この場合、溶接電流は横断面積がSで、厚みtの柱状部分を通過して抵抗発熱を発生させる。この柱状部分における単位体積・単位時間当たりの発熱量qは次式(2)で求められる。
   q=(V・I)/(S・t)   --- (2)
 また、この柱状部分の電気抵抗Rは、次式(3)で求められる。
   R=(r・t)/S       --- (3)
 (3)式をSについて解いてこれを(2)式に代入すると、発熱量qは次式(4)
   q=(V・I・R)/(r・t2
    =(V2)/(r・t2)   --- (4)
となる。
 上掲式(4)から明らかなように、単位体積・単位時間当たりの発熱量qは、電極間電圧Vと被溶接物の合計厚みtと被溶接物の電気抵抗率rから算出でき、電極と被溶接物が接触する面積Sによる影響を受けない。なお、(4)式は電極間電圧Vから発熱量を計算しているが、電極間電流Iから発熱量qを計算することもでき、このときにも電極と被溶接物が接触する面積Sを用いる必要がない。そして、単位体積・単位時間当たりの発熱量qを通電期間にわたって累積すれば、溶接に加えられる単位体積当たりの累積発熱量Qが得られる。(4)式から明らかなように、この単位体積当たりの累積発熱量Qもまた電極と被溶接材が接触する面積Sを用いないで算出することができる。
 以上、特許文献5記載の方法によって、累積発熱量Qを算出する場合について説明したが、その他の算出式を用いても良いのは言うまでもない。
(2)テスト溶接
 上記の本溶接の通電において、適応制御溶接を行う場合には、本溶接に先立ち、テスト溶接を行い、該テスト溶接において、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させる。
 すなわち、テスト溶接では、被溶接材と同じ鋼種、厚みの予備溶接試験を、既溶接点への分流や板隙のない状態で、定電流制御にて種々の条件で行い、テスト溶接における最適条件を見つける。
 そして、上記の条件で通電を行い、この通電の際の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を、本溶接における目標値として、記憶させる。なお、電極間の電気特性とは、電極間抵抗または電極間電圧を意味する。
 また、上述したように、テスト溶接における通電を2段以上の多段ステップに分割し、本溶接において、ステップ毎の適応制御溶接を行ってもよい。
 なお、使用する被溶接材は特に制限はなく、軟鋼から超高張力鋼板までの各種強度を有する鋼板およびめっき鋼板、アルミ合金などの軽金属板の溶接にも適用でき、3枚以上の鋼板を重ねた板組みにも適用できる。
 また、上記の本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法では、被溶接材に板隙がある場合を例示して説明したが、溶接点の近傍に既溶接点がある場合においても、所望のナゲット径を安定的に確保する効果が得られる。
 すなわち、溶接点の近傍に既溶接点がある場合、既溶接点での溶接の際のシートセパレーションの影響で、被溶接材となる金属板間に僅かな隙間が生じる。よって、溶接点と既溶接点の距離が近く、特に、被溶接材を構成する金属板が高張力鋼板などの場合には、この隙間を加圧によって潰すことが困難となって、金属板間で十分な接触面積が確保できず、既溶接点への分流が生じやすくなる。
 本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法によれば、上記のような板隙がある場合にも、通電開始時点での加圧力を適正に制御して、金属板間に適正な接触面積を確保することが可能となる。また、特に、適応制御溶接を行う場合、既溶接点への分流が回避されることで、適応制御溶接における発熱量の誤認識をより有効に防止することが可能となる。
 そして、上記した抵抗スポット溶接方法を用いて重ね合わせた複数枚の金属板を接合することで、外乱の状態の変動に有効に対応して所望のナゲット径を安定的に確保しつつ、種々の溶接部材、特には、自動車部品等の溶接部材を製造することができる。
 表1に示す金属板の板組みについて、図3(a)および(b)のような板隙(外乱)がない状態、または、図4(a)および(b)のような板隙がある状態で、表2に示す条件で本溶接を行い、溶接継手を作製した。ここで、No.1、2、4~13では、本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間を、加圧力の指標となるパラメータとして、本溶接の通電時の加圧力を設定した。一方、No.3では、通電時の加圧力を初期設定加圧力のままとして、本溶接の通電を行った。
 なお、図4(a)および(b)では、金属板間にスペーサを挿入し、上下からクランプすることで(図示せず)、種々の板隙厚さtgとなる板隙を設けた。なお、スペーサ間距離はいずれも40mmとした。
 また、一部の実施例については、本溶接の前に、図3に示す板隙のない状態で、表2に示す条件でテスト溶接を行い、加圧開始から初期設定加圧力に到達するまでの時間を測定するとともに、テスト溶接の通電時における、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させた。
 なお、テスト溶接の通電は、図5のような1段通電、または、図6のような2段通電とし、テスト溶接で2段通電を行ったものについては、本溶接でステップ毎の適応制御溶接を行った。
 さらに、テスト溶接を行わなかったものについては、別途、金属板間に隙間のない、本溶接と同じ板厚、材質の金属板から構成される被溶接材(外乱がない被溶接材)を用意し、本溶接と同じ加圧条件で、被溶接材を加圧することにより、加圧開始から初期設定加圧力に達するまでの時間を測定した。
 これらの測定した被溶接材を構成する金属板間に隙間がない場合の、通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間を表2に併記する。
 得られた各溶接継手について、溶接部を切断し、断面をエッチング後、光学顕微鏡により観察し、ナゲット径および散り発生の有無から、以下の3段階で評価した。
◎(合格、特に優れる):板隙によらず、ナゲット径が4.5√t´以上(t´:板組みのうち最も薄い金属板の板厚(mm))で、かつ散りの発生なし
○(合格、優れる):板隙によらず、ナゲット径が4.0√t´以上で、かつ、散りの発生無し(ただし、◎(合格、特に優れる)は除く)
×:板隙によっては、ナゲット径が4.0√t´未満、および/または、散りが発生
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 発明例ではいずれも、板隙によらず、散りの発生なく、十分な大きさのナゲット径が得られた。一方、比較例では、板隙によっては、十分なナゲット径が得られなかったり、散りが発生したりした。
 なお、加圧力の指標となるパラメータとして、本溶接における通電開始前の加圧開始時点から通電開始時点までの時間、本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの溶接ガンのサーボモータのトルク、本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの溶接ガンのサーボモータの回転速度、本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの溶接ガンのひずみ、本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの電極変位量、および本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの電極変位速度を用いた場合にも、上記と同様の結果が得られた。
 11,12:金属板
 14:電極
 15:スペーサ

Claims (4)

  1.  複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
     本溶接の通電開始前に、上記被溶接材を初期設定加圧力に到達するまで加圧し、
     ついで、上記本溶接の通電開始前の加圧開始時点から上記初期設定加圧力に到達するまでに得られる加圧力の指標となるパラメータを用いて、上記本溶接の通電時の加圧力を設定する、
    抵抗スポット溶接方法。
  2.  前記本溶接の通電時の加圧力を、次式(1)を満足する範囲内に設定する、請求項1に記載の抵抗スポット溶接方法。
       F0×(1+0.1×(TA-T0)/T0) ≦ F≦F0×(1+3.0×(TA-T0)/T0)  ・・・(1)
     ここで、
      FA:本溶接における通電時の加圧力
      F0:本溶接における初期設定加圧力
      TA:本溶接における通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間
      T0:被溶接材を構成する金属板間に隙間がない場合の、通電開始前の加圧開始時点から初期設定加圧力に到達するまでの時間
     である。
  3.  前記本溶接に先立ち、テスト溶接を行うものとし、
     該テスト溶接では、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させ、
     また、前記本溶接の通電では、前記テスト溶接における単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を目標値に設定し、該目標値に従って通電量を制御する、請求項1または2に記載の抵抗スポット溶接方法。
  4.  請求項1~3のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115055797A (zh) * 2022-05-28 2022-09-16 一汽丰田汽车(成都)有限公司长春丰越分公司 可消除机器人电阻焊产生飞溅的方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09216071A (ja) * 1996-02-07 1997-08-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 抵抗溶接機の制御装置
JPH1094883A (ja) * 1996-09-24 1998-04-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 抵抗溶接機の溶接条件制御方法
JPH1133743A (ja) * 1997-07-14 1999-02-09 Na Detsukusu:Kk 単位体積当たりの累積発熱量を指標とする抵抗溶接システム
JP2000218379A (ja) * 1999-01-27 2000-08-08 Kawasaki Heavy Ind Ltd 電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置
JP2003236674A (ja) * 2002-02-15 2003-08-26 Mazda Motor Corp 高張力鋼板のスポット溶接方法およびその装置
EP1428608A1 (de) * 2002-12-11 2004-06-16 NIMAK Automatisierte Schweisstechnik GmbH Verfahren zum Steuern einer Werkzeug-Anpresskraft bei Fügevorrichtungen und entsprechende Fügevorrichtung
JP2006043731A (ja) * 2004-08-04 2006-02-16 Daihatsu Motor Co Ltd スポット溶接の通電制御方法
EP1990122A1 (de) * 2007-05-07 2008-11-12 Nimak GmbH Verfahren zum Steuern einer Elektroden-Anpresskraft bei einer Schweißzange sowie entsprechende Schweißzange
WO2016174842A1 (ja) * 2015-04-27 2016-11-03 Jfeスチール株式会社 抵抗スポット溶接方法
WO2019160141A1 (ja) * 2018-02-19 2019-08-22 Jfeスチール株式会社 抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10263839A (ja) * 1997-03-25 1998-10-06 Nachi Fujikoshi Corp 溶接ガンの加圧力補正方法及びその回路

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09216071A (ja) * 1996-02-07 1997-08-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 抵抗溶接機の制御装置
JPH1094883A (ja) * 1996-09-24 1998-04-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 抵抗溶接機の溶接条件制御方法
JPH1133743A (ja) * 1997-07-14 1999-02-09 Na Detsukusu:Kk 単位体積当たりの累積発熱量を指標とする抵抗溶接システム
JP2000218379A (ja) * 1999-01-27 2000-08-08 Kawasaki Heavy Ind Ltd 電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置
JP2003236674A (ja) * 2002-02-15 2003-08-26 Mazda Motor Corp 高張力鋼板のスポット溶接方法およびその装置
EP1428608A1 (de) * 2002-12-11 2004-06-16 NIMAK Automatisierte Schweisstechnik GmbH Verfahren zum Steuern einer Werkzeug-Anpresskraft bei Fügevorrichtungen und entsprechende Fügevorrichtung
JP2006043731A (ja) * 2004-08-04 2006-02-16 Daihatsu Motor Co Ltd スポット溶接の通電制御方法
EP1990122A1 (de) * 2007-05-07 2008-11-12 Nimak GmbH Verfahren zum Steuern einer Elektroden-Anpresskraft bei einer Schweißzange sowie entsprechende Schweißzange
WO2016174842A1 (ja) * 2015-04-27 2016-11-03 Jfeスチール株式会社 抵抗スポット溶接方法
WO2019160141A1 (ja) * 2018-02-19 2019-08-22 Jfeスチール株式会社 抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115055797A (zh) * 2022-05-28 2022-09-16 一汽丰田汽车(成都)有限公司长春丰越分公司 可消除机器人电阻焊产生飞溅的方法
CN115055797B (zh) * 2022-05-28 2023-10-31 一汽丰田汽车(成都)有限公司长春丰越分公司 可消除机器人电阻焊产生飞溅的方法

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