JP2012035278A - インダイレクトスポット溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インダイレクトスポット溶接法において、通電時間を2つの時間帯t1、t2に区分し、各時間帯t1,t2でそれぞれ加圧力F1,F2及び電流値C1,C2を制御するものとし、最初の時間帯T1では、次式1で表される加圧力F1で加圧しかつ次式2で表される電流値C1で通電したのち、次の時間帯t2では、次式3で表される加圧力F2で加圧しかつ次式4で表される電流値C2で通電する。1.2F2≦F1≦5F2・・・1,0.25C2≦C1≦0.85C2・・・2,35T2.3≦F2≦170T1.9・・・3,2T0.5≦C2≦5.5T0.9・・・4,ただし、Tは、重ね合わせた金属板の総板厚mmである。
【選択図】図2
Description
いずれのスポット溶接も、重ね合わせた少なくとも2枚の金属板を溶接により接合する点では変わりはない。
図1(a)は、ダイレクトスポット溶接法を示したものである。この溶接は、同図に示すとおり、重ね合わせた2枚の金属板1,2を挟んでその上下から一対の電極3,4を加圧しつつ電流を流し、金属板の抵抗発熱を利用して、点状の溶接部5を得る方法である。なお、電極3,4はいずれも、加圧制御装置6,7および電流制御装置8をそなえており、これらによって加圧力と通電する電流値が制御できる仕組みになっている。
しかしながら、実際の溶接に際しては、十分なスペースがなかったり、閉断面構造で金属板を上下から挟むことができない場合も多く、かような場合には、シリーズスポット溶接法やインダイレクトスポット溶接法が用いられる。
また、特許文献2も、シリーズスポット溶接については有効であると考えられるが、インダイレクトスポット溶接に対しては有効であるとは限らず、しかも電極を接触させる位置に他の部分よりも一段高い座面をプレスなどで形成する工程が必要になるという問題があった。
輸送機器メーカーにおける現状のスポット溶接部の管理基準では、ダイレクトスポット溶接で得られるような完全に溶融した状態を経た碁石形のナゲットであることを要求されることが多いため、接合強度が得られても完全に溶融した状態で形成された碁石形のナゲットが得られなければ管理基準を満足しないという問題がある。
a)重ね合わせた金属板を一方向からのみ電極で加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う場合、両側から電極で挟むダイレクトスポット溶接法のように電極直下に局部的に高い加圧力を与えることができないため、電極直下の重ね合わせた金属板間で高い電流密度が得られず、また通電中に電極が金属板に沈み込んでいくため、電極−金属板、金属板−金属板間の接触面積が増大し、電極−金属板、金属板−金属板間の電流密度が低下する。そのため、インダイレクトスポット溶接では、ダイレクトスポット溶接法のように電極直下の重ね合わせた金属板間に溶融部が形成されるのに十分な発熱が得難く、溶融接合部が形成されにくい。
b)上記の問題を解決するには、通電中の電流値およびその時間を細かく制御する、または通電中の電極の加圧力およびその時間を細かく制御する、さらには通電中の電流値と電極の加圧力およびその時間を細かく制御することが有効である。
c)特に、通電開始からの通電時間、加圧時間をそれぞれ独立に2段階に分け、通電時間、加圧時間の各段階における電流値および/または電極の加圧力を個別に制御することにより、健全な碁石形のナゲットからなる溶融接合部を安定して形成することができる。
d)さらに、上述したような適正な電流値や加圧力は、対象とする金属板の厚みによって変化し、従って、真に健全な碁石形のナゲットを得るには、金属板の厚みも考慮して電流値や加圧力を調整する必要がある。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
1.少なくとも2枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力および通電する電流値に関して、通電開始から2つの時間帯t1,t2に区分し、各時間帯t1,t2でそれぞれ加圧力F1,F2及び電流値C1,C2を制御するものとし、最初の時間帯t1では、下記式(1)で表される加圧力F1(N)で加圧しかつ下記式(2)で表される電流値C1(kA)で通電したのち、次の時間帯t2では、下記式(3)で表される加圧力F2(N)で加圧しかつ下記式(4)で表される電流値C2(kA)で通電することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
1.2 F2 ≦ F1 ≦ 5 F2 ・・・(1)
0.25 C2 ≦ C1 ≦ 0.85 C2 ・・・(2)
35 T2.3 ≦ F2 ≦ 170 T1.9 ・・・(3)
2 T0.5 ≦ C2 ≦ 5.5 T0.9 ・・・(4)
ただし、Tは、重ね合わせた金属板の総板厚(mm)である。
記
1.2 F2 ≦ F1 ≦ 5 F2 ・・・(1)
0.25 C2 ≦ C1 ≦ 0.85 C2 ・・・(2)
35 T2.3 ≦ F2 ≦ 170 T1.9 ・・・(3)
2 T0.5 ≦ C2 ≦ 5.5 T0.9 ・・・(4)
ただし、Tは、重ね合わせた金属板の総板厚(mm)である。
図2(a)、(b)に、本発明の通電時間と加圧力の関係および通電時間と電流値の関係をそれぞれ示す。
本発明では、電極の加圧力、通電する電流値に関して、通電開始からの時間帯を同時にまたはそれぞれ独立して2つに区分し、それぞれの時間帯において加圧力Fと電流値Cを制御する。ここで、加圧力Fと電流値Cを同時に制御する場合には、区分した各時間帯をt1,t2とし、また加圧力Fと電流値Cを独立して制御する場合には、加圧力Fを区分する時間帯をtF1,tF2、電流値Cを区分する時間帯をtC1,tC2とする。また、各時間帯での加圧力はF1,F2、電流値はC1,C2で示す。
この時間帯t1は、電極を重ね合わせた金属板に加圧しながら押し当てつつ、通電を開始し、金属板間の通電経路を安定化させる時間帯である。加圧力F1を時間帯t2の加圧力F2より高くすることにより、金属板間の接触面積を十分に確保し、通電経路の安定化を促進することができる。しかし、加圧力F1が加圧力F2の1.2倍より小さい場合は、その効果が乏しく、一方、5倍を超えると接触面積が大きくなりすぎて電流密度の低下を招き、ナゲット形成に必要な集中した発熱が得られなくなる。よって、時間帯t1における加圧力F1(N)は、次式(1)の範囲に限定した。
1.2 F2 ≦ F1 ≦ 5 F2 ・・・(1)
ただし、F2(N)は、後掲の式(3)で表される。
0.25 C2 ≦ C1 ≦ 0.85 C2 ・・・(2)
ただし、C2(kA)は、後掲の式(4)で表される。
この時間帯t2は、時間帯t1で形成された金属板間の接触部に溶融部を成長させていく段階である。しかしながら、通電による発熱で電極周辺の金属板が軟化し、電極の反対側は支持の無い中空の状態でインダイレクトスポット溶接を行う際には、金属板が軟化すると電極先端が金属板に沈み込み、電極と金属板、金属板と金属板の間の接触面積が増大し電流密度が低下するため、ナゲットを成長させるに十分な発熱が得られない。従って、この時間帯t2では、加圧力F2は加圧力F1よりも低い加圧力とし、電極先端が金属板に沈み込むのを抑える必要があることは、前述したとおりである。しかし、加圧力が低すぎると電極と金属板との間の接触面積が極度に小さくなり、電流密度が過度に上昇して金属板表面が溶融飛散し、表面形状が著しく損なわれる不具合が発生する。さらに、一方向からのみ電極により加圧し、その反対側は支持の無い中空の状態で行うインダイレクトスポット溶接では、付与する加圧力は、重ね合わせた金属板の厚みと相関関係にあることが判明した。そこで、発明者らは、金属板の厚みを加味した加圧力F2の適正値について検討したところ、この加圧力F2は、金属板の総厚みとの関係で、次式(3)の範囲に制御すべきことが究明されたのである。
35 T2.3 ≦ F2 ≦ 170 T1.9 ・・・(3)
ただし、Tは、重ね合わせた金属板の総板厚(mm)である。
2 T0.5 ≦ C2 ≦ 5.5 T0.9 ・・・(4)
ただし、Tは、重ね合わせた金属板の総板厚(mm)である。
図5に、先端に近い側を比較的大きな曲率半径、先端から遠い側を比較的小さな曲率半径とした場合の一例を示す。この例は、直径16 mmの電極について、先端に近い側(6mm径)をR40 mm、一方、先端から遠い側をR8mmとした場合である。
溶接に際しては、クロム銅合金を材質とし、先端にR40 mmの曲面を持つ形状の電極および直流インバータ式の電源を使用した。
比較例6は、電流値Cを通電開始から終了まで一定とする一方、加圧力Fを変化させて実施した場合であり、電流値C1が前掲の式(2)の上限値より大きくなる。
比較例7は、加圧力F1が前掲の式(1)の上限値より大きくなる。比較例8は、電流値C1が前掲の式(2)の下限値より小さくなる。比較例9は、加圧力F2が前掲の式(3)の下限値より小さくなる。比較例10は、加圧力F2が前掲の式(3)の上限値より大きくなる。比較例11は、電流値C2が前掲の式(4)の下限値より小さくなる。比較例12は、電流値C2が前掲の式(4)の上限値より大きくなる。
なお、表3においてナゲット径は、溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板、下鋼板間で形成される溶融部の重ね線上での長さとした。ナゲット厚さは、溶接部を中心で切断した断面において、上鋼板、下鋼板間に形成される溶融部の最大厚さとした。また、ナゲット厚さ/径は、上述したナゲット厚さをナゲット径で除したものである。ここに、ナゲット径NDが次式(5)を満たし、かつナゲット厚さ/径が0.22以上であれば、溶融した状態で形成された碁石形の好適なナゲットと判断することができる。
ND ≧ 1.5 T ・・・(5)
ただし、ND:ナゲット径(mm)
T:重ね合わせた金属板の総板厚(mm)
さらに、溶接部が溶融飛散しておこる外観不具合に関しては、電極と上鋼板間で起こる表面散りの発生に関して開示した。
これに対し、比較例3、8、9、12では、表面散りが発生した。また、比較例5、6は、ナゲット径は前掲の式(5)を満たしたものの、十分なナゲット厚さが得られず、ナゲット厚さ/径が0.22より小さくなった。その他の比較例(比較例1、2、4、7、10、11)ではいずれも、ナゲットの形成は観察されなかった。
3,4 電極
5 溶接部
6,7 加圧制御装置
8 電流制御装置
11,12 金属板
13,14 電極
15-1,15-2 溶接部
21,22 金属板
23 電極
24 給電端子
25 溶接部
Claims (3)
- 少なくとも2枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力および通電する電流値に関して、通電開始から2つの時間帯t1,t2に区分し、各時間帯t1,t2でそれぞれ加圧力F1,F2及び電流値C1,C2を制御するものとし、最初の時間帯t1では、下記式(1)で表される加圧力F1(N)で加圧しかつ下記式(2)で表される電流値C1(kA)で通電したのち、次の時間帯t2では、下記式(3)で表される加圧力F2(N)で加圧しかつ下記式(4)で表される電流値C2(kA)で通電することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
1.2 F2 ≦ F1 ≦ 5 F2 ・・・(1)
0.25 C2 ≦ C1 ≦ 0.85 C2 ・・・(2)
35 T2.3 ≦ F2 ≦ 170 T1.9 ・・・(3)
2 T0.5 ≦ C2 ≦ 5.5 T0.9 ・・・(4)
ただし、Tは、重ね合わせた金属板の総板厚(mm)である。 - 少なくとも2枚の金属板を重ね合わせた部材に対し、一方の面側から金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の金属板には該溶接電極と離隔した位置に給電端子を取り付け、該溶接電極と該給電端子との間で通電して溶接を行うインダイレクトスポット溶接法において、電極の加圧力に関しては、通電開始から2つの時間帯tF1,tF2に区分し、各時間帯tF1,tF2でそれぞれ加圧力F1,F2を制御するものとし、最初の時間帯tF1では、下記式(1)で表される加圧力F1(N)で加圧したのち、次の時間帯tF2では、下記式(3)で表される加圧力F2(N)で加圧する一方、通電する電流値に関しては、時間帯tF1,tF2とは独立して、通電開始から2つの時間帯tC1,tC2に区分し、各時間帯tC1,tC2でそれぞれ電流値C1,C2を制御するものとし、最初の時間帯tC1では、下記式(2)で表される電流値C1(kA)で通電したのち、次の時間帯tC2では、下記式(4)で表される電流値C2(kA)で通電することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
記
1.2 F2 ≦ F1 ≦ 5 F2 ・・・(1)
0.25 C2 ≦ C1 ≦ 0.85 C2 ・・・(2)
35 T2.3 ≦ F2 ≦ 170 T1.9 ・・・(3)
2 T0.5 ≦ C2 ≦ 5.5 T0.9 ・・・(4)
ただし、Tは、重ね合わせた金属板の総板厚(mm)である。 - 請求項1又は2において、上記溶接電極として、先端が曲面形状であり、曲率半径が30〜70 mmになる電極を使用することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
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