WO2022176962A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2022176962A1
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aluminum
pressurizing
aluminum materials
spot welding
adhesive
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PCT/JP2022/006486
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舞 吉澤
哲 岩瀬
康弘 永田
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株式会社神戸製鋼所
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    • B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11—Spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a spot welding method for aluminum materials and a method for joining aluminum materials.
  • Patent Document 1 discloses a method in which the pressure applied to a welding electrode is changed in two steps, and the welding current value is changed in two steps from a large current to a small current in accordance with the applied pressure. Techniques are disclosed.
  • a weld bond method is disclosed, for example, in Patent Document 2, in which the plates are spot-welded after an adhesive is applied to the welded portions of the plates to be bonded in advance.
  • the present invention consists of the following configurations.
  • a spot welding method for an aluminum material comprising
  • the pressurization step includes a first pressurization step performed before the main energization step and a second pressurization step performed overlapping with the main energization step, The pressurizing force in the first pressurizing step is lower than the pressurizing force in the second pressurizing step, A spot welding method for aluminum materials.
  • the generation of dust during spot welding can be suppressed, and aluminum materials can be joined with high quality.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the essential parts of a spot welder for welding aluminum materials.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing how an adhesive between a first aluminum plate and a second aluminum plate spreads in a pressurizing step.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view schematically showing how the adhesive between the first aluminum plate and the second aluminum plate spreads in the pressure step.
  • FIG. 3 is a timing chart showing waveforms of electrode pressure and welding current under the first welding condition.
  • FIG. 4 is a timing chart showing waveforms of electrode pressure and welding current under the second welding condition.
  • FIG. 5 is a timing chart showing waveforms of electrode pressure and welding current under the third welding condition.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the essential parts of a spot welder for welding aluminum materials.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing how an adhesive between a first aluminum plate and a second aluminum plate spreads in a pressurizing step.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view showing step by step how to form projections on a first aluminum plate, provide an adhesive on a second aluminum plate, and stack the two aluminum plates together.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view showing step by step how to form protrusions on the first aluminum plate, provide an adhesive on the second aluminum plate, and stack the two aluminum plates together.
  • FIG. 6C is a schematic cross-sectional view showing step by step how to form protrusions on the first aluminum plate, provide an adhesive on the second aluminum plate, and stack the two aluminum plates together.
  • FIG. 6D is a schematic cross-sectional view showing step by step how to form projections on the first aluminum plate, provide an adhesive on the second aluminum plate, and stack the two aluminum plates together.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the pressing process is started by sandwiching the aluminum material which is superimposed between a pair of electrodes.
  • FIG. 8 is a graph showing the results of summarizing the number of dust occurrences in Test Examples 2-1 to 2-6 for the first squeeze period.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the essential parts of a spot welder for welding aluminum materials.
  • the spot welder 11 sandwiches the mutually superimposed plate materials between a pair of electrodes 13 and 15 and performs spot welding by energizing while applying pressure in the plate thickness direction.
  • the spot welder 11 includes a pair of electrodes 13 and 15, a welding transformer section 17 connected to the pair of electrodes 13 and 15, a power supply section 19, and welding power supplied from the power supply section 19 to the welding transformer section 17. and an electrode driving unit 23 for relatively moving the pair of electrodes 13 and 15 in the axial direction.
  • the control unit 21 comprehensively controls the current value to be energized to the pair of electrodes 13, the energization time, the pressure applied to the electrodes in the axial direction, the energization timing, the pressure timing, and the like.
  • the spot welder 11 stacks at least two plate materials, a first aluminum plate 25 and a second aluminum plate 27, which are aluminum materials, between a pair of electrodes 13 and 15 with an adhesive, the details of which will be described later. Sandwich together. Then, relative movement of the electrodes 13 and 15 by the electrode drive unit 23 presses the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 in the plate thickness direction. By energizing the electrodes 13 and 15 in this pressurized state, a nugget N is formed between the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 sandwiched between the electrodes 13 and 15 with an adhesive. Thus, an aluminum welded joint (bonded body) 29 in which the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 are integrated is obtained.
  • the aluminum welded joint 29 is formed by joining the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27, but the invention is not limited to this, and three or more aluminum plates may be joined.
  • the pair of electrodes 13 and 15 an R-shaped or DR-shaped electrode having a curved surface at the tip of the electrode can be used.
  • the type of electrode is not limited to this.
  • the pair of electrodes 13 and 15 has a cooling portion inside each.
  • the cooling method of the cooling unit is not particularly limited, in the illustrated configuration, cooling pipes 33 are arranged in recesses 31 formed in each of the electrodes 13 and 15, and a cooling medium such as water flows from the cooling pipes 33 into the recesses.
  • the electrodes 13 and 15 are cooled by being supplied inside 31 .
  • first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 used here a heat treatment type aluminum alloy can be exemplified. Specifically, 2000 series, 6000 series, and 7000 series aluminum alloys can be used.
  • the plate thicknesses of the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 are preferably 0.5 mm or more, more preferably 1.0 mm or more, or 2.0 mm or more in applications such as structural members such as automobile frame members.
  • the plate thickness and material of the aluminum plate be the same.
  • the thickness of each aluminum plate may be the same or different.
  • the form of the aluminum material is not limited to a rolled plate, and may be an extruded material, a forged material, or a cast material.
  • An adhesive is provided between the plate members including the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 .
  • Epoxy resin for example, can be used as this adhesive.
  • the adhesive may be provided on the surface of the plate by coating, or may be provided by sticking a sheet-like adhesive sheet to the surface of the plate.
  • a mode in which two plate materials, the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27, are joined with an adhesive will be described below, but the objects to be joined are not limited to this mode.
  • FIG. 2A and 2B are cross-sectional views schematically showing how the adhesive between the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 spreads during the pressing process.
  • the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 are overlapped with an adhesive 35 provided between the plate surfaces facing each other.
  • the adhesive 35 is applied to the positions to be welded on the surface 27 a of the second aluminum plate 27 facing the first aluminum plate 25 .
  • the adhesive 35 may be applied to the surface 25a of the first aluminum plate 25 facing the second aluminum plate 27, and applied to the surfaces 25a and 27a of the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 facing each other. You may
  • first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 that are superimposed on each other are inserted between the pair of electrodes 13 and 15, and the positions to be welded of the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 are aligned with the electrodes. 13 and 15 are arranged at the pressure energization position (the position of the axis L of the electrode) Pa.
  • FIG. 3 is a timing chart showing waveforms of electrode pressure and welding current under the first welding condition.
  • the pressure applied by the electrodes 13 and 15 and the welding current are controlled by the controller 21 shown in FIG.
  • the control unit 21 drives the electrode driving unit 23 to move the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27 sandwiched between the electrodes 13 and 15 to the plate thickness by the electrodes 13 and 15 at the pressurization energization position Pa. direction.
  • the adhesive 35 is removed from the position of the axis L of the electrodes 13, 15 between the facing surfaces 25a, 27a of the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27. spread to
  • the pressing process of pressing the aluminum material with the electrodes 13 and 15 includes a first pressing process with a pressing force of P1, a second pressing process with a pressing force P2 larger than the pressing force P1, have
  • the first pressurizing step is performed during a period tP1 before the main energizing step.
  • the second pressurizing step is performed after the first pressurizing step and during a period tP2 that partially overlaps with the period of the main energizing step.
  • the main energization is started when the squeeze period tS has elapsed from the start of pressurization in the first pressurization step.
  • an up-slope period tUS is provided in the energization period, and after the welding current is gradually increased to a predetermined welding current value I, the energization of the welding current value I is maintained during the welding period t.
  • the application of the welding current is performed within the period tP2 of the second pressurizing process, and is started after the period tS2 has elapsed from the start of the second pressurizing process. Further, after the energization is completed, the pressurization of the pressing force P2 is maintained during the holding period tHD . Note that, depending on the welding conditions, the main energization may be performed by passing a single rectangular pulse current without providing the upslope period tUS .
  • the adhesive 35 is pressurized in the first pressurizing step (first squeeze period t S1 ) in which a relatively low pressure P1 is applied to the adhesive 35 before the main energization step. Since the adhesive 35 gradually spreads from the energizing position Pa toward its periphery, the thickness of the adhesive 35 at the pressure energizing position Pa is reliably reduced. Then, in the second pressurizing step after the first pressurizing step, the pressure applied to the adhesive 35 is increased to P2 (second squeeze period t S2 ). As a result, the adhesive 35 remaining at the pressure-applying position Pa in the first pressurizing step can be easily removed from the pressure-applying position Pa.
  • the main energization step includes the upslope energization period t US , it is possible to prevent the welding current from overshooting, suppress the occurrence of spatter, and realize stable energization. As a result, it is possible to stably form a nugget of an appropriate size while suppressing the generation of dust, thereby improving welding quality. Further, by providing an appropriate holding period tHD (holding step) after the main energization period, an effect of suppressing internal defects in the weld can be obtained.
  • tHD holding step
  • the fluidity of the adhesive 35 is suppressed and it becomes difficult to remove it.
  • the effect of removing the adhesive 35 from the pressurized energization position Pa is enhanced, and as a result, the adhesive 35 intervenes in the energization path and the electrical resistance becomes uneven depending on the location. Factors that make the route unstable can be eliminated.
  • the adhesive 35 is provided between the first aluminum plate 25 and the second aluminum plate 27, the first aluminum plate 25 is placed around the welding portion where the nugget N shown in FIG. 1 is formed. and the second aluminum plate 27 can be joined with an adhesive 35 . Therefore, the joining of the joints by spot welding and the adhesion by the adhesive 35 are combined to achieve stronger joints. As a result, the peeling resistance is enhanced, and the rigidity of the aluminum welded joint 29 can be further improved.
  • FIG. 4 is a timing chart showing waveforms of electrode pressure and welding current under the second welding condition.
  • the second welding conditions are the same as the first welding conditions, except that the first pressure step of the first welding conditions shown in FIG. is.
  • the period t P1 of the first pressurizing step includes a first squeezing period t S1a in the first half during which the pressing force P1a is applied and a first squeezing period t S1b in the second half during which the pressing force P1b is applied. (P1a ⁇ P1b ⁇ P2). Also, the period from the start of the second pressurizing step to the application of the welding current is defined as a second squeeze period tS2 .
  • the number of steps for increasing the pressure in the first pressurizing step is exemplified here as two steps, but the number of steps is arbitrary. Moreover, as long as the electrode drive unit 23 shown in FIG. 1 can be controlled, the pressure pattern may be such that the pressure is continuously increased.
  • the adhesive 35 at the pressure energizing position Pa described above is You can adjust the exclusivity of For example, an optimum pressure pattern can be set according to characteristic parameters such as the viscosity and conductivity of the adhesive 35, welding conditions, and the like.
  • FIG. 5 is a timing chart showing waveforms of electrode pressure and welding current under the third welding condition.
  • the third welding condition is the same as the first welding condition except that a preheating energization process is provided before the main energization process of the first welding condition shown in FIG. 3 described above.
  • the preheat energization process is a process of energizing with a welding current value Ip that is smaller than the welding current value I of the main energization process.
  • the preheating energization step has the effect of lowering the viscosity of the adhesive 35 and improving the fluidity of the adhesive 35 before the main energization step.
  • the period of the preheating energization step is set so that at least a part thereof is included in the period of the first pressurizing step. That is, as shown in FIG. 5, the period t PH of the preheat energization process has a first preheat period t PH1 that overlaps with the first pressurization process and a second preheat period t PH2 that overlaps with the second pressurization process.
  • the adhesive 35 is heated by the preheating energization and the viscosity is lowered.
  • the fluidity of the adhesive 35 at the pressure energizing position Pa shown in FIG. 2B is improved, and the adhesive 35 is easily removed from the pressure energizing position Pa.
  • the adhesive 35 is preheated (first preheating period t PH1 ) in the first pressurizing step in which the adhesive 35 is pressurized with a relatively low pressurizing force P1 (first preheating period t PH1 ).
  • the synergistic effect greatly improves the exclusivity from Since the preheating is continued even after reaching the second pressurizing step in which the pressure is applied with a larger pressure P2 (the second preheating period t PH2 ), the fluidity of the adhesive 35 continues to improve without being degraded. Fluidity can be maintained even when pressurized at pressure P2. As a result, the adhesive 35 smoothly flows around and is reliably removed from the pressurized energization position Pa.
  • 6A, 6B, 6C, and 6D are schematic cross-sectional views showing stepwise how to form protrusions on the first aluminum plate, provide an adhesive on the second aluminum plate, and overlap the two aluminum plates. is.
  • the first aluminum plate 25A is embossed to form projections.
  • an embossment E which is a circular projection in a plan view and bulges in the overlapping direction toward the second aluminum plate 27 side, is formed at a welding planned position of the first aluminum plate 25A by press working or the like.
  • the peripheral edge portion Es of the embossing E of the first aluminum plate 25 becomes harder than other portions due to work hardening.
  • the outer diameter (embossed diameter) ⁇ d of the facing surface 25a on the protruding side (second aluminum plate 27 side) of the emboss E is preferably 3 ⁇ t to 7 ⁇ tmm (t is the plate thickness).
  • the embossing height h from the facing surface 25a on the projecting side of the embossing E to the top Et of the embossing E is preferably t/2 or less.
  • the radius of curvature r of the facing surface 25 a on the protruding side of the emboss E is smaller than the radius of curvature of the tip of the electrodes 13 and 15 .
  • the embossing root diameter ⁇ dn on the surface 25b on the root side is larger than the tip diameter ⁇ de of the electrodes 13 and 15 (region where the radius of curvature of the tip of the electrode is constant). Make it smaller.
  • electrodes 13 and 15 used for welding electrodes having a tip diameter ⁇ de larger than the root diameter ⁇ n of the emboss E are used.
  • the adhesive 35 is applied to the welding planned positions on the surface 27a of the second aluminum plate 27 facing the first aluminum plate 21A.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the pressing process is started by sandwiching the aluminum material which is superimposed between a pair of electrodes.
  • the center side of the embossing including the apex Et (see FIG. 6D) of the embossing E shifts to the work-hardened peripheral edge Es as a fulcrum.
  • it is pushed in the direction opposite to the projecting direction (direction of arrow S).
  • the emboss E is recessed on the center side, and the peripheral edge portion Es is in a state in which it protrudes slightly toward the second aluminum plate 27 in an annular shape.
  • a peripheral edge portion Es of the embossing E protruding in an annular shape abuts against the second aluminum plate 27, thereby forming a gap space G that is slightly recessed toward the center of the embossing E on the surface of the first aluminum plate 25A.
  • the adhesive 35 since the adhesive 35 is extruded from the center side of the embossing E to the outer peripheral side, the adhesive 35 does not exist in the gap G. As shown in FIG.
  • a welding current is applied between the electrodes 13 and 15 while maintaining such a pressurized state. Then, the first aluminum plate 25 ⁇ /b>A and the second aluminum plate 27 start to melt at the planned welding position between the electrodes 13 and 15 . At this time, the annular peripheral edge portion Es of the embossment E is pressed against the facing surface 27a of the second aluminum plate 27, and a gap space G is formed on the center side of the embossment E. starting from the peripheral edge Es of the embossing and progressing towards the embossing center. As a result, the molten aluminum generated by the energization is suppressed from flowing out to the outer peripheral side of the emboss E, and the gap space G is filled with the molten aluminum.
  • the first aluminum plate 25A and the second aluminum plate 27 are integrated with high strength, and a high-quality aluminum welded joint is formed.
  • the thickness of the nugget N becomes excessive and the nugget N is not exposed on the surface of the aluminum plate, molten aluminum does not adhere to the surfaces of the electrodes 13 and 15 . Therefore, there is no need to frequently dress the electrodes 13 and 15, and production efficiency can be improved.
  • the electrodes 13 and 15 are more flexible than electrodes with flat tip shapes. 15 angle variation and electrode uneven contact (non-uniform contact) are suppressed. As a result, the first aluminum plate 25A and the second aluminum plate 27 can be stably pressurized, and a nugget N with a high degree of circularity can be formed to achieve high-quality spot welding.
  • embossing which is easy to construct, is exemplified as the shape of the projections described above, it is not limited to this.
  • other forming methods may be adopted as long as the protrusions are formed, such as driving the protrusion member into the surface of the first aluminum material so that the protrusion member protrudes from the surface of the aluminum material. It is possible.
  • Test Examples 1-1 to 1-5 Two aluminum plates are prepared, embossing is formed on one aluminum plate, adhesive is applied to the other aluminum plate, and both aluminum plates are pressed so that the protruding side of the formed embossment faces the applied adhesive. The plates were overlapped and spot welded. The occurrence of dust after spot welding in that case was confirmed.
  • Test Examples 1-1 to 1-5 five types of tests, Test Examples 1-1 to 1-5, were conducted in which the material and energization conditions were constant, and the pressurization conditions were varied, and the number of dust generation was investigated.
  • Table 1 shows the pressurization conditions in Test Examples 1-1 to 1-5.
  • Test Example 1-1 the first pressurizing step (t P1 ) shown in FIG .
  • the squeeze period t S2 is 600 ms (squeeze period t S : 600 ms) and the holding period t HD is 400 ms.
  • the period t P1 of the first pressurizing step was set to 500 ms
  • the pressure P1 was set to 1 kN
  • the second squeeze period t S2 was set to 100 ms
  • the squeeze period t S was set to 600 ms.
  • Test Example 1-3 the squeeze period t S of Test Example 1-2 was kept at 600 ms, and the first squeeze period t S1 in the first pressing step was shortened from 500 ms to 300 ms.
  • Test Example 1-4 as shown in FIG. 4, the pressure in the first pressure step of Test Example 1-2 was set to 1 kN (t S1a : 200 ms) for the pressure P1a in the first stage, and The pressure P1b was set to 2 kN (t S1b : 200 ms), the second squeeze period t S2 was set to 200 ms, and the squeeze period t S was set to 600 ms.
  • Test Example 1-5 the same two-step first pressurizing step as in Test Example 1-4 is performed, and the period t S1a of the first step pressure P1a, the period t S1b of the second step pressure P1b, and the second step pressure P1b.
  • the two squeeze periods tS2 were each set to 600 ms, and the squeeze period tS was extended to 1800 ms.
  • Test Example 1-1 In which the first pressurizing step was not provided, the number of dust generated reached eight.
  • Test Examples 1-2 and 1-3 in which the first pressurizing process was performed as one stage, the number of dust generated was 3, which is less than half of Test Example 1-1 without the first pressurizing process. Occurrence was suppressed.
  • Test Examples 1-4 and 1-5 in which the first pressurizing process was performed in two stages, the number of dust generated was larger than in Test Examples 1-2 and 1-3 in which the first pressurizing process was performed in one stage. , the generation of dust was suppressed as compared with Test Example 1-1.
  • Test Example 1-5 in which the first pressurization step (period t S1a ) in the initial stage of pressurization was set to be long caused dust generation. It tends to have a higher inhibitory effect.
  • Test Example 2-2 the first squeeze period t S1 was shortened to 300 ms, and the second squeeze period t S2 was extended to 300 ms, the same as the squeeze period t S of Test Example 2-1. As a result, the number of dust generated was 3, which was the same as in Test Example 2-1.
  • Test Example 2-3 the first squeeze period t S1 of Test Example 2-1 was shortened from 500 ms to 100 ms, and the squeeze period t S was shortened from 600 ms to 200 ms. As a result, the number of dust generated increased to five.
  • Test Example 2-4 the first squeeze period t S1 was the same as in Test Example 2-3, the second squeeze period t S2 was extended to 500 ms, and the squeeze period t S was set to 600 ms. As a result, the number of dust generated was 5, which was the same result as in Test Example 2-3.
  • Test Example 2-5 the first squeeze period t S1 was set to 1000 ms, the second squeeze period t S2 was set to 100 ms, and the squeeze period t S was extended to 1100 ms.
  • Test Example 2-6 the first squeeze period t S1 of Test Example 2-5 was extended from 1000 ms to 2000 ms, and the squeeze period t S was set to 2100 ms.
  • the number of dust generated was 0, and good results were obtained.
  • FIG. 8 is a graph showing the results of summarizing the number of dust occurrences in Test Examples 2-1 to 2-6 for the first squeeze period t S1 . According to FIG. 8, it can be seen that the longer the first squeeze period tS1 , the lower the number of dust occurrences.
  • Test Examples 3> are shown below in which the viscosity, which is one of the properties of the adhesive, was changed by preheating by energization to adjust the fluidity (removability) of the adhesive.
  • Table 3 shows the test conditions of Test Examples 3-1 to 3-6.
  • Test Example 3-1 the welding current value I of the main welding shown in FIG. 100 ms, the first preheating period tPH1 is 400ms, the second preheating period tPH2 is 100ms, the upslope period tUS is 20ms, and the holding period tHD is 400ms .
  • the number of dust generated was two.
  • the first preheat period t PH1 of Test Example 3-1 was shortened from 400 ms to 100 ms. As a result, the number of dust generated was three.
  • Test Example 3-3 the first preheat period t PH1 of Test Example 3-1 was shortened from 400 ms to 100 ms, and the upslope period t US was extended from 20 ms to 200 ms.
  • Test Example 3-4 the upslope period t US of Test Example 3-3 was set to 100 ms, and in Test Example 3-5, the upslope period t US of Test Example 3-3 was set to 60 ms.
  • the upslope period tUS is preferably set to 60 ms or longer.
  • Test Example 3-6 the welding current value I for main welding in Test Example 3-5 was increased from 25 kA to 27 kA. Even in that case, the number of dust generation remained zero.
  • a spot welding method for an aluminum material comprising
  • the pressurization step includes a first pressurization step performed before the main energization step and a second pressurization step performed overlapping with the main energization step, The pressurizing force in the first pressurizing step is lower than the pressurizing force in the second pressurizing step, A spot welding method for aluminum materials.
  • the first pressurizing step is provided by performing the first pressurizing step before the main energizing step with a pressurizing force lower than that of the second pressurizing step. Generation of dust can be suppressed compared to the case without it.
  • the first pressurizing step includes a multistage pressurizing step in which the pressurizing force of the first pressurizing step is increased stepwise from the pressurizing force of the second pressurizing step to the pressurizing force of the second pressurizing step in two or more steps, (1)
  • the spot welding method for aluminum materials according to any one of (7). According to this spot welding method for aluminum materials, the pressure applied in the first pressure step can be changed by simple control.
  • the center side of the embossing is pushed in and recessed while leaving the work-hardened peripheral edge of the embossing.
  • the electrodes are energized while the pressure is continued, the aluminum material placed between the electrodes begins to melt at the intended welding position.
  • the peripheral edge of the embossment is pressed against the surface of the other aluminum material, and a gap is formed on the center side of the embossment. Proceed toward the embossing center. Therefore, the molten aluminum generated by the energization does not flow out to the outer peripheral side of the emboss.
  • the gap on the center side of the embossing is filled with molten aluminum, a nugget having a high roundness and an excellent melting rate into the aluminum base material is formed. Thereby, a joined body of high-quality aluminum materials can be obtained. In addition, it is possible to prevent the nugget from becoming too thick and being exposed on the surface of the aluminum material, thereby preventing molten aluminum from adhering to the surface of the electrode. Therefore, there is no need to frequently perform electrode dressing, and production efficiency can be improved.

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Abstract

アルミニウム材のスポット溶接方法は、未硬化の接着剤を介して互いに重ね合わせたアルミニウム材を、一対の電極間に前記接着剤と共に挟み込んで加圧する加圧工程と、電極による加圧を継続させながら電極間に通電を行う本通電工程とを備える。加圧工程は、本通電工程の前に実施する第１加圧工程と、本通電工程と重複して実施する第２加圧工程とを含む。第１加圧工程の加圧力は第２加圧工程の加圧力より低くする。

Description

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
　本発明は、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に関する。
　近年、自動車等の車両の構造体においては、鋼材に代えて軽量なアルミニウム材が積極的に適用されるようになった。しかし、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、スポット溶接を行う際には、溶接電流を鋼材の場合の約３倍、溶接電極の加圧力を約１．５倍に高める必要がある。このため、アルミニウム材のスポット溶接には、鋼材のスポット溶接条件の適用及び応用が困難であり、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。
　アルミニウム材のスポット溶接方法の例として、特許文献１には、溶接電極の加圧力を２段階に変化させ、この加圧力に合わせて溶接電流値を大電流から小電流への２段階に変化させる技術が開示されている。
　また、上記した構造体の接合強度及び剛性を更に向上させるため、接合する板の溶接部に予め接着剤を塗布した後に板同士をスポット溶接するウエルドボンド法が、例えば特許文献２に開示されている。
日本国特許第３８６２６４０号公報 日本国特開平５－２８５６６９号公報
　このようなウエルドボンド法による接合によれば、板材同士の接合強度を更に向上できる。しかし、接着剤を併用してアルミニウム材同士をスポット溶接する場合にはチリが発生しやすく、溶接品質が低下する懸念がある。
　そこで本発明は、接着剤を併用する場合でもスポット溶接時のチリの発生を抑制でき、高品質で接合できる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を提供することを目的とする。
　本発明は下記の構成からなる。
（１）　未硬化の接着剤を介して互いに重ね合わせたアルミニウム材を、一対の電極間に前記接着剤と共に挟み込んで加圧する加圧工程と、
　前記電極による加圧を継続させながら前記電極間に通電を行う本通電工程と、
を備えるアルミニウム材のスポット溶接方法であって、
　前記加圧工程は、前記本通電工程の前に実施する第１加圧工程と、前記本通電工程と重複して実施する第２加圧工程と、を含み、
　前記第１加圧工程の加圧力は前記第２加圧工程の加圧力より低くする、
アルミニウム材のスポット溶接方法。
（２）　複数枚のアルミニウム材を用意する工程と、
　前記アルミニウム材同士の間に接着剤を設ける工程と、
　（１）のアルミニウム材のスポット溶接方法により前記アルミニウム材同士を接合する工程と、
を備える、アルミニウム材の接合方法。
　本発明によれば、接着剤を併用する場合でもスポット溶接時のチリの発生を抑制でき、高品質にアルミニウム材を接合できる。
図１は、アルミニウム材を溶接するスポット溶接機の要部を示す概略構成図である。 図２Ａは、第１アルミニウム板と第２アルミニウム板との間の接着剤が加圧工程で広がる様子を模式的に示す断面図である。 図２Ｂは、第１アルミニウム板と第２アルミニウム板との間の接着剤が加圧工程で広がる様子を模式的に示す断面図である。 図３は、第１の溶接条件における電極の加圧力と溶接電流との波形を示すタイミングチャートである。 図４は、第２の溶接条件における電極の加圧力と溶接電流との波形を示すタイミングチャートである。 図５は、第３の溶接条件における電極の加圧力と溶接電流との波形を示すタイミングチャートである。 図６Ａは、第１アルミニウム板に突起を形成し、第２アルミニウム板に接着剤を設け、双方のアルミニウム板同士を重ね合わせる様子を段階的に示す概略断面図である。 図６Ｂは、第１アルミニウム板に突起を形成し、第２アルミニウム板に接着剤を設け、双方のアルミニウム板同士を重ね合わせる様子を段階的に示す概略断面図である。 図６Ｃは、第１アルミニウム板に突起を形成し、第２アルミニウム板に接着剤を設け、双方のアルミニウム板同士を重ね合わせる様子を段階的に示す概略断面図である。 図６Ｄは、第１アルミニウム板に突起を形成し、第２アルミニウム板に接着剤を設け、双方のアルミニウム板同士を重ね合わせる様子を段階的に示す概略断面図である。 図７は、重ね合わせたアルミニウム材を一対の電極で挟み込んで加圧工程を開始した状態の概略断面図である。 図８は、試験例２－１～試験例２－６のチリ発生数を第１スクイズ期間について纏めた結果を示すグラフである。
　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。
＜スポット溶接機＞
　図１は、アルミニウム材を溶接するスポット溶接機の要部を示す概略構成図である。
　スポット溶接機１１は、互いに重ね合わせた板材を、一対の電極間１３，１５に挟み込み、板厚方向に加圧しながら通電してスポット溶接するものである。このスポット溶接機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、電源部１９と、溶接トランス部１７に電源部１９からの溶接電力を供給する制御部２１と、一対の電極１３，１５を軸方向に相対移動させる電極駆動部２３とを備える。制御部２１は、一対の電極１３に通電する電流値、通電時間、電極の軸方向への加圧力、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２５と第２アルミニウム板２７との少なくとも２枚の板材を、詳細を後述する接着剤を介して重ね合わせて挟み込む。そして、電極駆動部２３による電極１３と電極１５との相対移動によって、第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７とを板厚方向に加圧する。この加圧状態で電極１３，１５間に通電することにより、電極１３，１５に接着剤を介して挟まれた第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７との間にナゲットＮを形成する。こうして、第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７が一体化されたアルミニウム溶接継手（接合体）２９が得られる。
　上記例では第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７とを接合してアルミニウム溶接継手２９を形成しているが、これに限らず３枚以上のアルミニウム板を接合してもよい。
　一対の電極１３，１５としては、その電極先端形状に曲面を有するＲ形又はＤＲ形の電極を使用できる。ただし、電極の種類はこれに限らない。また、一対の電極１３，１５は、それぞれの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、図示例の構成では、電極１３，１５のそれぞれに形成された凹部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凹部３１内に供給されることで、電極１３，１５が冷却されるようになっている。
＜アルミニウム材＞
　ここで使用する第１アルミニウム板２５及び第２アルミニウム板２７としては、熱処理系のアルミニウム合金を例示できる。具体的には、２０００系、６０００系、７０００系のアルミニウム合金が挙げられる。第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７の板厚は、例えば自動車の骨格部材等の構造部材の用途では、０．５ｍｍ以上が好ましく、１．０ｍｍ以上、又は２．０ｍｍ以上がより好ましい。さらに他のアルミニウム板を用いる場合には、そのアルミニウム板の板厚及び材質についても同様にすることが好ましい。各アルミニウム板の板厚は、互いに等しくても異なっていてもよい。また、アルミニウム材の形態は、圧延板に限らず、押出材、鍛造材又は鋳造材であってもよい。
＜接着剤＞
　第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７とを含む板材の間には、接着剤が設けられる。この接着剤としては、例えばエポキシ樹脂が使用できる。接着剤は、塗布により板材の表面に設けてもよく、シート状にされた接着シートを板材の表面に貼着することで設けてもよい。
　以下、第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７との２枚の板材を、接着剤を介して接合する態様を説明するが、接合対象はこの態様に限定されない。
＜溶接条件＞
（第１の溶接条件）
　上記したスポット溶接機１１を用いたアルミニウム材のスポット溶接方法においては、未硬化の接着剤を介して互いに重ね合わせたアルミニウム材を、一対の電極間に接着剤と共に挟み込んで加圧する加圧工程と、電極による加圧を継続させながら電極間に通電を行う本通電工程と、を備える。
　図２Ａ，図２Ｂは、第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７との間の接着剤が加圧工程で広がる様子を模式的に示す断面図である。
　図２Ａに示すように、第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７とを、互いに対面する板面同士の間に接着剤３５を設けて重ね合わせる。
　具体的には、第２アルミニウム板２７の第１アルミニウム板２５との対向面２７ａにおける溶接予定位置に、接着剤３５を塗布する。接着剤３５は、第１アルミニウム板２５の第２アルミニウム板２７との対向面２５ａに塗布してもよく、第１アルミニウム板２５及び第２アルミニウム板２７の互いの対向面２５ａ，２７ａにそれぞれ塗布してもよい。
　そして、互いに重ね合わせた第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７とを、一対の電極１３，１５の間に挿入し、第１アルミニウム板２５及び第２アルミニウム板２７の溶接予定位置を、電極１３，１５による加圧通電位置（電極の軸線Ｌの位置）Ｐａに配置する。
　図３は、第１の溶接条件における電極の加圧力と溶接電流との波形を示すタイミングチャートである。電極１３，１５による加圧力と溶接電流とは、図１に示す制御部２１によって制御される。
　制御部２１は、電極駆動部２３を駆動して、電極１３，１５間に挟まれた第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７とを、加圧通電位置Ｐａで電極１３，１５によって板厚方向に加圧する。すると接着剤３５は、図２Ｂに示すように、第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７との対向面２５ａ，２７ａ同士の間で、電極１３，１５の軸線Ｌの位置から排除されるように広がる。
　図３に示すように、アルミニウム材を電極１３，１５により加圧する加圧工程は、加圧力がＰ１の第１加圧工程と、加圧力Ｐ１より大きい加圧力Ｐ２の第２加圧工程と、を有する。第１加圧工程は、本通電工程の前に期間ｔＰ１で実施される。第２加圧工程は、第１加圧工程の後で、本通電工程の期間と一部が重複して期間ｔＰ２で実施される。第１加圧工程の加圧力Ｐ１を、第２加圧工程の加圧力Ｐ２より低く設定することで、接着剤３５の流動性が高められる。
　本通電は、第１加圧工程の加圧開始からスクイズ期間ｔＳを経過したときに開始する。ここでは、通電期間にアップスロープ期間ｔＵＳを設けており、所定の溶接電流値Ｉまで漸増させた後、溶接期間ｔの間、溶接電流値Ｉの通電が維持される。この溶接電流の通電は、第２加圧工程の期間ｔＰ２内で実施され、第２加圧工程の開始から期間ｔＳ２を経過した後に開始される。また、通電終了後は、保持期間ｔＨＤの間、加圧力Ｐ２の加圧が維持される。なお、本通電は、溶接条件によってはアップスロープ期間ｔＵＳを設けずに、単一の矩形パルス電流を流すことであってもよい。
　上記した第１の溶接条件によれば、本通電工程前に比較的低い加圧力Ｐ１を接着剤３５に付与する第１加圧工程（第１スクイズ期間ｔＳ１）で、接着剤３５が加圧通電位置Ｐａからその周囲に向けて徐々に広がるため、加圧通電位置Ｐａにおける接着剤３５の厚さが確実に減少する。そして、第１加圧工程後の第２加圧工程で、接着剤３５に付与される加圧力をＰ２に増加させる（第２スクイズ期間ｔＳ２）。これにより、第１加圧工程で加圧通電位置Ｐａに残留した接着剤３５が加圧通電位置Ｐａから排除されやすくなる。こうして、接着剤３５が加圧通電位置Ｐａから排除された状態で通電が開始されて、電極１３と電極１５とによる通電経路に接着剤３５が殆ど介在しなくなり、安定した通電が実施される。
　また、本通電工程がアップスロープ通電期間ｔＵＳを含むことで、溶接電流のオーバーシュートを防止でき、スパッタの発生を抑制して安定した通電を実現できる。その結果、チリの発生を抑制して適正サイズのナゲットを安定して形成でき、溶接品質を向上できる。また、本通電期間後に適正な保持期間ｔＨＤ（保持ステップ）を設けることにより、溶接部における内部欠陥の抑制効果が得られる。
　図２Ｂに示すような、接着剤３５を介してアルミニウム材をスポット溶接する場合に、接着剤３５に大きな加圧力を急激に付与して、接着剤３５を加圧通電位置Ｐａから排除しようとしても、接着剤３５は、その流動性が抑えられて排除されにくくなる。しかし、本方法によれば、加圧通電位置Ｐａからの接着剤３５の排除効果が高くなり、これにより、通電経路に接着剤３５が介在して電気抵抗が場所によって不均一になる等、通電経路を不安定にする要因を解消できる。
　そして、本方法によれば、第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７との間に接着剤３５を設けるため、図１に示すナゲットＮを形成した溶接箇所の周囲において、第１アルミニウム板２５と第２アルミニウム板２７とを接着剤３５により接合できる。よって、スポット溶接による接合箇所の接合と、接着剤３５による接着とが相まって、より強固な接合が可能となる。その結果、耐剥離性が高められ、アルミニウム溶接継手２９の剛性を更に向上できる。
（第２の溶接条件）
　次に、第２の溶接条件を説明する。
　図４は、第２の溶接条件における電極の加圧力と溶接電流との波形を示すタイミングチャートである。
　第２の溶接条件は、前述した図３に示す第１の溶接条件の第１加圧工程を、段階的に加圧力を増加させる多段加圧ステップにした以外は、第１の溶接条件と同様である。
　図４に示すように、第１加圧工程の期間ｔＰ１は、加圧力Ｐ１ａを付与する前半の第１スクイズ期間ｔＳ１ａと、加圧力Ｐ１ｂを付与する後半の第１スクイズ期間ｔＳ１ｂとを有する（ただし、Ｐ１ａ＜Ｐ１ｂ＜Ｐ２）。また、第２加圧工程の開始から溶接電流を通電するまでの期間を第２スクイズ期間ｔＳ２とする。第１加圧工程で加圧力を増加させる段数は、ここでは２段の場合を例示しているが、段数は任意である。また、図１に示す電極駆動部２３の制御が可能であれば、加圧力を連続的に増加させる加圧パターンであってもよい。
　この溶接条件によれば、第２加圧工程よりも低い加圧力に設定される第１加圧工程を、徐々に高い加圧力に増加させることで、前述した加圧通電位置Ｐａの接着剤３５の排除性を調整できる。例えば、接着剤３５の粘度、導電度、等の特性パラメータ、溶接施工条件等に応じて、最適な加圧パターンに設定できる。
（第３の溶接条件）
　次に、第３の溶接条件を説明する。
　図５は、第３の溶接条件における電極の加圧力と溶接電流との波形を示すタイミングチャートである。
　第３の溶接条件は、前述した図３に示す第１の溶接条件の本通電工程前にプレヒート通電工程を備えること以外は、第１の溶接条件と同様である。
　プレヒート通電工程は、本通電工程の溶接電流値Ｉよりも小さい溶接電流値Ｉｐで通電する工程である。プレヒート通電工程は、本通電工程前に接着剤３５の粘度を低下させ、接着剤３５の流動性を向上させる効果が得られる。
　そして、プレヒート通電工程の期間は、第１加圧工程の期間に少なくとも一部が含まれるように設定される。つまり、図５に示すように、プレヒート通電工程の期間ｔＰＨは、第１加圧工程に重なる第１プレヒート期間ｔＰＨ１と、第２加圧工程に重なる第２プレヒート期間ｔＰＨ２とを有する。
　この溶接条件によれば、本通電工程前にプレヒート通電工程を設けることで、接着剤３５はプレヒート通電により加熱されて粘度が低下する。これにより、図２Ｂに示す加圧通電位置Ｐａの接着剤３５は、流動性が向上して加圧通電位置Ｐａから排除されやすくなる。更に詳細には、接着剤３５は、比較的低い加圧力Ｐ１で加圧する第１加圧工程内でプレヒートされることで（第１プレヒート期間ｔＰＨ１）流動性がより高まり、加圧通電位置Ｐａからの排除性が相乗効果によって格段に向上する。そして、より大きな加圧力Ｐ２で加圧する第２加圧工程に達してもプレヒートを継続するため（第２プレヒート期間ｔＰＨ２）、接着剤３５の流動性が低下せずに向上し続け、大きな加圧力Ｐ２で加圧された場合でも流動性を維持できる。その結果、接着剤３５はスムーズに周囲に流動して、加圧通電位置Ｐａから確実に排除される。
　また、プレヒート通電工程後にアップスロープ通電期間ｔＵＳを含む本通電工程を行うことで、より安定した通電を実現できる。
＜突起を有するアルミニウム材のスポット溶接＞
　次に、一対のアルミニウム材の一方のアルミニウム材の溶接予定位置に、そのアルミニウム材に対向する他方のアルミニウム材側へ突出する突起を形成する場合を説明する。
　図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図６Ｄは、第１アルミニウム板に突起を形成し、第２アルミニウム板に接着剤を設け、双方のアルミニウム板同士を重ね合わせる様子を段階的に示す概略断面図である。
（突起形成）
　図６Ａに示すように、第１アルミニウム板２５Ａにエンボス加工を施して突起を形成する。具体的には、プレス加工等により、第１アルミニウム板２５Ａの溶接予定位置に、第２アルミニウム板２７側への重ね合わせ方向へ膨出する平面視円形状の突起であるエンボスＥを形成する。エンボスＥを形成すると、第１アルミニウム板２５のエンボスＥの周縁部Ｅｓが、加工硬化によって他の部分よりも硬度が上昇する。
　エンボスＥの突出側（第２アルミニウム板２７側）の対向面２５ａにおける外径（エンボス径）φｄは、３√ｔ～７√ｔｍｍ（ｔは板厚）が好ましい。エンボスＥの突出側の対向面２５ａからエンボスＥの頂部Ｅｔまでのエンボス高さｈは、ｔ／２以下が好ましい。また、エンボスＥの突出側の対向面２５ａにおける曲率半径ｒは、電極１３，１５の先端曲率半径よりも小さいことが好ましい。
　エンボスＥは、根元側（第１アルミニウム板２５の突出側の反対側）の面２５ｂにおけるエンボス根元径φｄｎが、電極１３，１５の先端径φｄｅ（電極先端の曲率半径が一定の領域）よりも小さくなるように形成する。換言すると、溶接に用いる電極１３，１５としては、エンボスＥの根元径φｎよりも大きい先端径φｄｅを有する電極を用いる。
（接着剤塗布）
　また、図６Ｂに示すように、第２アルミニウム板２７の第１アルミニウム板２１Ａとの対向面２７ａにおける溶接予定位置に、接着剤３５を塗布する。
（配置工程）
　そして、図６Ｃに示すように、第１アルミニウム板２５ＡのエンボスＥの突出側を第２アルミニウム板２７に向け、第１アルミニウム板２５Ａと第２アルミニウム板２７とを互いに重ね合わせる。
（加圧工程、本通電工程）
　このようにして互いに重ね合わせた第１アルミニウム板２５Ａと第２アルミニウム板２７とを、図６Ｄに示すように、一対の電極１３，１５の間に挿入する。そして、前述した第１加圧工程を開始し、続いて第２加圧工程を開始して本通電工程を実施する。
　図７は、重ね合わせたアルミニウム材を一対の電極で挟み込んで加圧工程を開始した状態の概略断面図である。
　図７に示すように、第１アルミニウム板２５Ａと第２アルミニウム板２７とが加圧されると、エンボスＥの頂部Ｅｔ（図６Ｄ参照）を含むエンボス中心側が、加工硬化した周縁部Ｅｓを支点として、突出方向の逆方向（矢印Ｓ方向）へ押し込まれる。これにより、エンボスＥは、中心側が凹み、周縁部Ｅｓが第２アルミニウム板２７側へ僅かに環状に突出した状態になる。この環状に突出したエンボスＥの周縁部Ｅｓが第２アルミニウム板２７に当接することで、第１アルミニウム板２５Ａの表面には、エンボスＥの中心側に僅かに凹む隙間空間Ｇが形成される。このとき接着剤３５は、エンボスＥの中心側から外周側へ押し出されるため、隙間空間Ｇには接着剤３５が存在しなくなる。
　このような加圧状態を維持しながら電極１３，１５間に溶接電流を通電する。すると、第１アルミニウム板２５Ａ及び第２アルミニウム板２７は、電極１３，１５間の溶接予定位置で溶融が始まる。このとき、第２アルミニウム板２７の対向面２７ａにエンボスＥの環状の周縁部Ｅｓが押し付けられ、エンボスＥの中心側に隙間空間Ｇが形成されているので、溶接予定位置の溶融は、エンボスＥの周縁部Ｅｓから開始されてエンボス中心へ向かって進行する。これにより、通電によって生じた溶融アルミニウムは、エンボスＥの外周側へ流れ出ることが抑制されて、隙間空間Ｇが溶融アルミニウムで満たされる。
　所定時間の通電が行われると、溶接予定位置には、真円度が高く、母材である第１アルミニウム板２５Ａ、及び第２アルミニウム板２７への溶け込み率の優れたナゲットＮが形成される。これにより、第１アルミニウム板２５Ａと第２アルミニウム板２７とが高強度に一体化され、高品質なアルミニウム溶接継手が形成される。
　また、ナゲットＮの厚さが過剰となってアルミニウム板の表面にナゲットＮが露出することがないため、電極１３，１５の表面に溶融アルミニウムが付着することはない。したがって、電極１３，１５のドレッシングを頻繁に実施する必要がなくなり、生産効率を向上できる。
　電極１３，１５として、曲面からなる端面を有するＲ形又はＤＲ形の電極を用いる場合には、電極１３，１５の先端面が曲面であるので、フラットな先端形状の電極に比べて電極１３，１５の角度のバラツキと電極の片当たり（不均一な接触）による影響が抑えられる。これにより、第１アルミニウム板２５Ａと第２アルミニウム板２７とを安定した加圧が行え、真円度の高いナゲットＮを形成して高品質なスポット溶接を実現できる。
　なお、上記した突起の形状として、施工が容易なエンボスを例示しているが、これに限らない。例えば、第１アルミニウム材の表面に突起用部材を打ち込んで、アルミニウム材の表面から突起用部材が突出する形態にする等、突起が形成される方法であれば他の形成方法を採用することも可能である。
＜試験例１＞
　２枚のアルミニウム板を用意して、一方のアルミニウム板にエンボスを形成し、他方のアルミニウム板に接着剤を塗布し、形成したエンボスの突出側が塗布された接着剤に対向するように双方のアルミニウム板を重ね合わせてスポット溶接した。その場合のスポット溶接後のチリの発生状況を確認した。ここでは、材料及び通電条件を一定とし、加圧条件を異ならせた試験例１－１～１－５の５種類の試験を実施して、チリ発生数を調べた。
（アルミニウム板）
　上板　材質：Ａ６０２２　板厚ｔ：１．０ｍｍ　エンボス径φｄ：φ５ｍｍ
　下板　材質：Ａ６０２２　板厚ｔ：２．０ｍｍ
（接着剤）
　エポキシ樹脂
（電極）
　種別：クロム銅、Ｒ形電極
　先端曲率半径：１００ｍｍ
　電極直径（元径）φｄｅ：１９ｍｍ
（溶接条件）
　本溶接の溶接電流値Ｉ：２６ｋＡ
　本溶接の溶接期間ｔ：８０ｍｓ
　アップスロープ期間ｔＵＳ：２０ｍｓ
　試験例１－１～１－５における加圧条件を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　試験例１－１は、図３に示す第１加圧工程（ｔＰ１）を設けずに、加圧力Ｐ２の第２加圧工程（ｔＰ２）のみとし、第２加圧工程での第２スクイズ期間ｔＳ２を６００ｍｓ（スクイズ期間ｔＳ：６００ｍｓ）、保持期間ｔＨＤを４００ｍｓとした参考例である。
　試験例１－２では、第１加圧工程の期間ｔＰ１を５００ｍｓ、加圧力Ｐ１を１ｋＮとし、第２スクイズ期間ｔＳ２を１００ｍｓにして、スクイズ期間ｔＳを６００ｍｓとした。
　試験例１－３では、試験例１－２のスクイズ期間ｔＳを６００ｍｓのままとし、第１加圧工程での第１スクイズ期間ｔＳ１を５００ｍｓから３００ｍｓに短縮した。
　試験例１－４では、試験例１－２の第１加圧工程の加圧力を、図４に示すように、１段目の加圧力Ｐ１ａを１ｋＮ（ｔＳ１ａ：２００ｍｓ）、２段目の加圧力Ｐ１ｂを２ｋＮ（ｔＳ１ｂ：２００ｍｓ）とし、第２スクイズ期間ｔＳ２を２００ｍｓにして、スクイズ期間ｔＳを６００ｍｓとした。
　試験例１－５は、試験例１－４と同様の２段の第１加圧工程とし、１段目の加圧力Ｐ１ａの期間ｔＳ１ａ、２段目の加圧力Ｐ１ｂの期間ｔＳ１ｂ、第２スクイズ期間ｔＳ２をそれぞれ６００ｍｓにして、スクイズ期間ｔＳを１８００ｍｓに延長した。
　各試験例の条件で、アルミニウム板をスポット溶接した際のチリ発生数を調べた。
　第１加圧工程を設けない試験例１－１では、チリ発生数が８個に達した。
　第１加圧工程を１段とした試験例１－２，１－３では、いずれも第１加圧工程を設けない試験例１－１のチリ発生数の半分以下の３個となり、チリの発生が抑制された。また、第１加圧工程を２段とした試験例１－４，１－５では、第１加圧工程を１段とした試験例１－２，１－３よりもチリ発生数が多いが、試験例１－１と比較してチリの発生が抑制された。２段加圧を実施した試験例１－４，１－５の中でも、加圧初期の１段目の加圧工程（期間ｔＳ１ａ）を長く設定した試験例１－５の方がチリ発生の抑制効果が高くなる傾向がある。
＜試験例２＞
　次に、第１加圧工程の加圧力Ｐ１を１ｋＮに設定して、スクイズ期間ｔＳを変化させたときのチリ発生数を調べた。表２に試験条件を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
　試験例２－１では、図３に示すように、第１スクイズ期間ｔＳ１を５００ｍｓ、第２スクイズ期間ｔＳ２を１００ｍｓとし、合計のスクイズ期間ｔＳ（＝ｔＳ１＋ｔＳ２）を６００ｍｓとした。その結果、前述した試験例１－１の場合と比較して、チリ発生数が半分以下の３個に減少した。
　試験例２－２では、試験例２－１のスクイズ期間ｔＳと同じにして、第１スクイズ期間ｔＳ１を３００ｍｓに短縮し、第２スクイズ期間ｔＳ２を３００ｍｓに延長した。その結果、チリ発生数が３個で、試験例２－１と同じであった。
　試験例２－３では、試験例２－１の第１スクイズ期間ｔＳ１を５００ｍｓから１００ｍｓに短縮して、スクイズ期間ｔＳを６００ｍｓから２００ｍｓに短縮した。その結果、チリ発生数は５個に増加した。
　試験例２－４では、試験例２－３の第１スクイズ期間ｔＳ１を同じにして、第２スクイズ期間ｔＳ２を５００ｍｓに延長して、スクイズ期間ｔＳを６００ｍｓにした。その結果、チリ発生数は５個となり、試験例２－３と同じ結果になった。
　試験例２－５では、第１スクイズ期間ｔＳ１を１０００ｍｓとし、第２スクイズ期間ｔＳ２を１００ｍｓにして、スクイズ期間ｔＳを１１００ｍｓに延長した。試験例２－６では、試験例２－５の第１スクイズ期間ｔＳ１を１０００ｍｓから２０００ｍｓに延長して、スクイズ期間ｔＳを２１００ｍｓとした。試験例２－５，２－６の結果は、いずれもチリ発生数が０となり、良好な結果が得られた。
　図８は、試験例２－１～試験例２－６のチリ発生数を第１スクイズ期間ｔＳ１について纏めた結果を示すグラフである。
　図８によれば、第１スクイズ期間ｔＳ１が長くなるほど、チリ発生数が低下していることがわかる。
　図８に示すチリ発生数の分布を直線近似して、得られた近似直線Ｌｐがチリ発生数０となる加圧時間を求めると、約９５０ｍｓとなる。そのため、第１加圧工程の加圧力Ｐ１を１ｋＮに設定する期間を１０００ｍｓに設定すれば、チリ発生数が０となる可能性が高くなる。このように、比較的低い加圧力Ｐ１で加圧する第１加圧工程を有する場合には、低加圧でのスクイズ期間を十分に長くすることで、チリ発生を抑制できることがわかった。
＜試験例３＞
　次に、接着剤の特性の一つである粘度を、通電によるプレヒートで変化させ、接着剤の流動性（排除性）を調整した試験例を以下に示す。試験例３－１～試験例３－６の試験条件を表３に示す。
（溶接条件）
　プレヒート期間ｔＰＨの電流値ＩＰ：８ｋＡ
　本溶接の溶接期間ｔ：８０ｍｓ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  
　試験例３－１では、図５に示す本溶接の溶接電流値Ｉを２５ｋＡ、第１加圧工程の加圧力Ｐ１を１ｋＮ、第２加圧工程の加圧力Ｐ２を３ｋＮ、スクイズ期間ｔＳを１００ｍｓ、第１プレヒート期間ｔＰＨ１を４００ｍｓ、第２プレヒート期間ｔＰＨ２を１００ｍｓ、アップスロープ期間ｔＵＳを２０ｍｓ、保持期間ｔＨＤを４００ｍｓとしている。その結果、チリ発生数は２個であった。試験例３－２では、試験例３－１の第１プレヒート期間ｔＰＨ１を４００ｍｓから１００ｍｓに短縮した。その結果、チリ発生数は３個であった。
　試験例３－３では、試験例３－１の第１プレヒート期間ｔＰＨ１を４００ｍｓから１００ｍｓに短縮し、アップスロープ期間ｔＵＳを２０ｍｓから２００ｍｓに延長した。
　試験例３－４では、試験例３－３のアップスロープ期間ｔＵＳを１００ｍｓにし、試験例３－５では、試験例３－３のアップスロープ期間ｔＵＳを６０ｍｓにした。
　試験例３－３，３－４，３－５は、アップスロープ期間ｔＵＳを延長したことにより、溶接品質が安定して、チリ発生数が０となった。このように、プレヒート期間ｔＰＨを設ける場合には、アップスロープ期間ｔＵＳを６０ｍｓ以上に設定するとよい。
　試験例３－６では、試験例３－５の本溶接の溶接電流値Ｉを２５ｋＡから２７ｋＡに増加させた。その場合にも、チリ発生数は０のままであった。
　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、及び明細書の記載、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）　未硬化の接着剤を介して互いに重ね合わせたアルミニウム材を、一対の電極間に前記接着剤と共に挟み込んで加圧する加圧工程と、
　前記電極による加圧を継続させながら前記電極間に通電を行う本通電工程と、
を備えるアルミニウム材のスポット溶接方法であって、
　前記加圧工程は、前記本通電工程の前に実施する第１加圧工程と、前記本通電工程と重複して実施する第２加圧工程と、を含み、
　前記第１加圧工程の加圧力は前記第２加圧工程の加圧力より低くする、
アルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、本通電工程の前に実施する第１加圧工程を第２加圧工程の加圧力より低い加圧力で実施することにより、第１加圧工程を設けない場合と比較して、チリの発生を抑制できる。
（２）　前記本通電工程の前に、前記本通電工程の最大溶接電流値よりも小さい電流値で通電するプレヒート通電工程を備える、（１）に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、プレヒート通電工程により接着剤が加熱され、接着剤の粘度が低下することで、接着剤の排出性を向上できる。また、第１加圧工程の時間を短縮してもチリ抑制効果を維持でき、スポット溶接のタクトタイムを短縮できる。
（３）　前記プレヒート通電工程は、前記第１加圧工程の少なくとも一部の期間と重複する、（２）に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、加圧力が比較的低い第１加圧工程と、プレヒート通電工程とを重複させることで、加熱された接着剤を円滑に流動させて排出できる。
（４）　前記プレヒート通電工程と前記第１加圧工程との重複期間は、１００ｍｓ以上、４００ｍｓ未満である、（３）に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、接着剤の粘度を良好に低下させ、流動性を高められる。
（５）　前記プレヒート通電工程と前記本通電工程とを連続して実施する、（２）～（４）のいずれか１つに記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、プレヒート通電工程により加熱された接着剤を、温度を低下させずにスポット溶接を実施できるため、接着剤の高い流動性を維持できる。
（６）　前記第１加圧工程の期間は、１０００ｍｓ以上、２０００ｍｓ以下である、（１）に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、接着剤を確実に排出できるため、チリの発生を抑制できる。
（７）　前記本通電工程は、アップスロープ通電期間を含む、（１）～（６）のいずれか１つに記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、アップスロープ通電期間を設けることで溶接品質の安定化が図れる。
（８）　前記第１加圧工程は、前記第１加圧工程の加圧力から前記第２加圧工程の加圧力まで２段以上で段階的に増加させる多段加圧ステップを含む、（１）～（７）のいずれか１つに記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、第１加圧工程での加圧力を簡単な制御で変更可能となる。
（９）　前記第２加圧工程は、前記本通電工程後の前記アルミニウム材の加圧を保持する保持ステップを含む、（１）～（８）のいずれか１つに記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、内部欠陥の抑制効果を高められる。
（１０）　少なくとも一枚の前記アルミニウム材の溶接予定位置に、当該アルミニウム材と対向する他のアルミニウム材側へ突出する突起を有する、（１）～（９）のいずれか１つに記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、突起が通電経路となり、突起を中心に接着剤が放射状に広がって、溶接予定位置から接着剤を確実に排除できる。
（１１）　前記突起は、前記アルミニウム材同士の重ね合わせ方向へ膨出する平面視円形状のエンボスである、（１０）に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
　このアルミニウム材のスポット溶接方法によれば、突起を簡単な加工により形成でき、施工性を向上できる。つまり、アルミニウム材に形成されたエンボスは、電極によって均一に押し潰されて、その周縁部が加工硬化する。このエンボスの膨出側を他のアルミニウム材へ向けてアルミニウム材の溶接予定位置同士を重ね合わせ、互いに重ね合わせたアルミニウム材を電極で挟み込んで加圧する。すると、エンボスの加工硬化された周縁部を残してエンボス中心側が押し込まれて凹むようになる。さらに加圧を継続させながら電極間に通電を行うと、電極間に配置されたアルミニウム材の溶接予定位置で溶融が始まる。このとき、他のアルミニウム材の表面にはエンボスの周縁部が押し付けられ、エンボス中心側には隙間が形成されているので、溶接予定位置におけるアルミニウム材の溶融は、エンボスの周縁部から開始され、エンボス中心へ向かって進行する。このため、通電によって生じた溶融アルミニウムをエンボスの外周側へ流出させることがない。また、エンボス中心側の隙間が溶融アルミニウムで満たされるため、真円度が高く、しかも、母材であるアルミニウム材への溶け込み率に優れたナゲットが形成される。これにより、高品質なアルミニウム材同士の接合体が得られる。また、ナゲットが厚くなりすぎてアルミニウム材表面に露出するのを抑制でき、電極の表面に溶融アルミニウムが付着することがない。よって、電極のドレッシングを頻繁に実施する必要がなくなり、生産効率を向上できる。
（１２）　複数枚のアルミニウム材を用意する工程と、
　前記アルミニウム材同士の間に接着剤を設ける工程と、
　（１）～（１１）のいずれか１つに記載のアルミニウム材のスポット溶接方法により前記アルミニウム材同士を接合する工程と、
を備える、アルミニウム材の接合方法。
　このアルミニウム材の接合方法によれば、チリの発生を抑制した高品質な状態でアルミニウム材同士を接合できる。
（１３）　少なくとも一枚の前記アルミニウム材における溶接予定位置に、他の前記アルミニウム材側への重ね合わせ方向へ突出する突起を形成する工程を更に備える、（１２）に記載のアルミニウム材の接合方法。
　このアルミニウム材の接合方法によれば、アルミニウム板に突起を設けることで、より確実にアルミニウム材同士を接合できる。
（１４）　前記接着剤を設ける工程は、複数の溶接予定位置にそれぞれ前記接着剤を塗布する工程である、（１２）又は（１３）に記載のアルミニウム材の接合方法。
　このアルミニウム材の接合方法によれば、広い面積であっても簡単に接着剤を設けられ、施工性を向上できる。
（１５）　前記接着剤を設ける工程は、前記アルミニウム材同士の間に接着シートを挟む工程である、（１２）又は（１３）に記載のアルミニウム材の接合方法。
　このアルミニウム材の接合方法によれば、均一な厚さの接着剤が簡単に設けられ、施工性を向上できる。
　なお、本出願は、２０２１年２月１９日出願の日本特許出願（特願２０２１－０２５１４０）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。
１１　スポット溶接機
１３，１５　電極
１７　溶接トランス部
１９　電源部
２１　制御部
２３　電極駆動部
２５，２５Ａ　第１アルミニウム板（アルミニウム材）
２７　第２アルミニウム板（アルミニウム材）
２９　アルミニウム溶接継手
３１　凹部
３３　冷却用パイプ
３５　接着剤
Ｌ　軸線
Ｐａ　加圧通電位置
Ｐ１，Ｐ２　加圧力
Ｉ，Ｉｐ　溶接電流値
ｔＨＤ　保持期間
ｔＰ１　第１加圧工程の期間
ｔＰ２　第２加圧工程の期間
ｔＵＳ　アップスロープ期間
ｔＳ　スクイズ期間
ｔＳ１，ｔＳ１ａ，ｔＳ１ｂ　第１スクイズ期間
ｔＳ２　第２スクイズ期間
ｔＰＨ　プレヒート期間
ｔＰＨ１　第１プレヒート期間
ｔＰＨ２　第２プレヒート期間
Ｅ　エンボス（突起）
Ｇ　隙間空間

Claims (16)

  1. 　未硬化の接着剤を介して互いに重ね合わせたアルミニウム材を、一対の電極間に前記接着剤と共に挟み込んで加圧する加圧工程と、
    　前記電極による加圧を継続させながら前記電極間に通電を行う本通電工程と、
    を備えるアルミニウム材のスポット溶接方法であって、
    　前記加圧工程は、前記本通電工程の前に実施する第１加圧工程と、前記本通電工程と重複して実施する第２加圧工程と、を含み、
    　前記第１加圧工程の加圧力は前記第２加圧工程の加圧力より低くする、
    アルミニウム材のスポット溶接方法。
  2. 　前記本通電工程の前に、前記本通電工程の最大溶接電流値よりも小さい電流値で通電するプレヒート通電工程を備える、
    請求項１に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  3. 　前記プレヒート通電工程は、前記第１加圧工程の少なくとも一部の期間と重複する、
    請求項２に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  4. 　前記プレヒート通電工程と前記第１加圧工程との重複期間は、１００ｍｓ以上、４００ｍｓ未満である、
    請求項３に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  5. 　前記プレヒート通電工程と前記本通電工程とを連続して実施する、
    請求項２に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  6. 　前記第１加圧工程の期間は、１０００ｍｓ以上、２０００ｍｓ以下である、
    請求項１に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  7. 　前記本通電工程は、アップスロープ通電期間を含む、
    請求項１～６のいずれか１項に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  8. 　前記第１加圧工程は、前記第１加圧工程の加圧力から前記第２加圧工程の加圧力まで２段以上で段階的に増加させる多段加圧ステップを含む、
    請求項１～６のいずれか１項に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  9. 　前記第１加圧工程は、前記第１加圧工程の加圧力から前記第２加圧工程の加圧力まで２段以上で段階的に増加させる多段加圧ステップを含む、
    請求項７に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  10. 　前記第２加圧工程は、前記本通電工程後の前記アルミニウム材の加圧を保持する保持ステップを含む、
    請求項１～６のいずれか１項に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  11. 　少なくとも一枚の前記アルミニウム材の溶接予定位置に、当該アルミニウム材と対向する他のアルミニウム材側へ突出する突起を有する、
    請求項１～６のいずれか１項に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  12. 　前記突起は、前記アルミニウム材同士の重ね合わせ方向へ膨出する平面視円形状のエンボスである、
    請求項１１に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法。
  13. 　複数枚のアルミニウム材を用意する工程と、
    　前記アルミニウム材同士の間に接着剤を設ける工程と、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のアルミニウム材のスポット溶接方法により前記アルミニウム材同士を接合する工程と、
    を備える、
    アルミニウム材の接合方法。
  14. 　少なくとも一枚の前記アルミニウム材における溶接予定位置に、他の前記アルミニウム材側への重ね合わせ方向へ突出する突起を形成する工程を更に備える、
    請求項１３に記載のアルミニウム材の接合方法。
  15. 　前記接着剤を設ける工程は、複数の溶接予定位置にそれぞれ前記接着剤を塗布する工程である、
    請求項１３に記載のアルミニウム材の接合方法。
  16. 　前記接着剤を設ける工程は、前記アルミニウム材同士の間に接着シートを挟む工程である、
    請求項１３に記載のアルミニウム材の接合方法。
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