JP2013103273A - Resistance spot welding method for high-tensile steel sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、重ね抵抗溶接法の一種である抵抗スポット溶接方法に係り、特に、引張強度が７８０ＭＰａ以上である高強度鋼板を含む板組で、引張強度に優れる継手を形成する抵抗スポット溶接方法に関する。 The present invention relates to a resistance spot welding method which is a kind of lap resistance welding method, and more particularly to a resistance spot welding method for forming a joint excellent in tensile strength in a plate assembly including a high strength steel plate having a tensile strength of 780 MPa or more. .
近年、車体の高信頼性と、エミッション削減を目的とした車体重量の軽減を両立して達成するために、鋼板の高強度化が進められている。高強度鋼板の採用により、従来鋼に比べ薄肉化、軽量化をしても同程度の車体剛性が得られるが、いくつかの課題も指摘されている。その一つが、車体組立における溶接部の品質が、高強度化するにつれて低下するというものである。 In recent years, steel sheets have been increased in strength in order to achieve both high reliability of the vehicle body and reduction of vehicle body weight for the purpose of reducing emissions. The adoption of high-strength steel sheets can provide the same level of vehicle body rigidity even if it is thinner and lighter than conventional steel, but some problems have been pointed out. One of them is that the quality of the welded part in the vehicle body assembly decreases as the strength increases.
抵抗スポット溶接は、図１に示すように、重ね合わせた２枚以上の鋼板（ここでは、下の鋼板１と上の鋼板２の２枚）の板組３を、上下一対の電極チップ（下の電極チップ４と上の電極チップ５）で挟み、加圧、通電することにより溶融させ、必要サイズのナゲット６を形成して、溶接継手を得るものである。 As shown in FIG. 1, resistance spot welding is performed by attaching a plate set 3 of two or more stacked steel plates (here, the lower steel plate 1 and the upper steel plate 2) to a pair of upper and lower electrode tips (lower Are sandwiched between the electrode tip 4 and the upper electrode tip 5), and are melted by pressurization and energization to form a nugget 6 having a necessary size, thereby obtaining a welded joint.
このようにして得られた継手の品質は、十分なナゲット径が得られているか否かで判断するか、あるいは、せん断引張強度（継手のせん断方向に引張試験をしたときの強さ）、十字引張強度（継手の剥離方向に引張試験をしたときの強さ）、または疲労強度などで評価されている。その中でも、せん断引張強度や十字引張強度のような静的強度は、溶接継手の品質の指標として非常に重要視されている。 The quality of the joint obtained in this way is judged by whether or not a sufficient nugget diameter is obtained, or the shear tensile strength (strength when the tensile test is performed in the shear direction of the joint), cross It is evaluated by tensile strength (strength when a tensile test is performed in the peeling direction of the joint) or fatigue strength. Among them, static strength such as shear tensile strength and cross tensile strength is regarded as very important as an index of the quality of welded joints.
このうち、スポット溶接部の引張せん断強度は、鋼板の引張強度の増加とともに増加する傾向にある。しかし、十字引張強度は鋼板の引張強度の増加にかかわらずほとんど増加せず、逆に減少する。その原因として、高強度鋼板は、その強度を達成するために下記（１）式などで表される炭素等量Ｃｅｑが大きくならざるを得ず、加えて溶接は急熱急冷現象であるために、溶接部及び熱影響部において硬度が上昇し、靭性が低下するからと考えられている。 Among these, the tensile shear strength of the spot welded portion tends to increase as the tensile strength of the steel plate increases. However, the cross tensile strength hardly increases regardless of the increase in the tensile strength of the steel sheet, but decreases. As the cause, in order to achieve the strength of the high strength steel plate, the carbon equivalent Ceq represented by the following formula (1) or the like must be increased, and in addition, welding is a rapid heating and quenching phenomenon. It is thought that the hardness increases and the toughness decreases in the welded part and the heat affected zone.
Ｃｅｑ＝Ｃ＋１／２４×Ｓｉ＋１／６×Ｍｎ（％）・・・（１）
ここで、％は質量％を意味している。
Ceq = C + 1/24 × Si + 1/6 × Mn (%) (1)
Here,% means mass%.
高強度鋼板を使用する際に継手強度を確保するためには、溶接法の観点からは、打点数の増加やナゲット径の拡大が考えられる。しかし、打点数を増加させると分流の影響が大きくなるほか、作業時間の増加につながり生産性を悪化させる。また、ナゲット径を拡大するには電極を大きくしたり、溶接金属の飛散（散り、チリ）を防ぐために加圧力を増加しなければならず、装置的な制約も受けるほか、熱影響部が拡大するため母材性状が損なわれる欠点もある。 In order to ensure the joint strength when using a high-strength steel plate, from the viewpoint of the welding method, an increase in the number of hit points and an increase in the nugget diameter are conceivable. However, increasing the number of hits increases the effect of diversion and leads to an increase in work time and deteriorates productivity. In order to increase the nugget diameter, the electrode must be enlarged, and the applied pressure must be increased to prevent the weld metal from scattering (scattering and dusting). Therefore, there is a drawback that the properties of the base material are impaired.
そこで、従来と同様、あるいはそれ以下の打点数およびナゲット径で強度を確保するために、ナゲットを形成する本工程の後に通電を行う後続の工程に対して様々な試みがなされてきた。この後続の工程には大きく分けて二種類の方式が有り、溶接部を一旦冷却し、再加熱するテンパー方式と、溶接部の冷却途中段階で再通電するオーステンパー方式がある。 Therefore, various attempts have been made for the subsequent process in which energization is performed after the main process of forming the nugget in order to secure the strength with the number of hitting points and the nugget diameter equal to or less than the conventional one. There are roughly two types of subsequent processes. There are a temper method in which the welded portion is once cooled and reheated, and an austempered method in which re-energization is performed during the cooling of the welded portion.
しかし、オーステンパー方式は溶接材料の恒温変態曲線を知る必要があり、後続の工程に長時間かかることもあり、安定して効果を得ることが難しいため、薄鋼板ではテンパー方式が主流である。テンパー方式とは、一度溶接部を凝固、変態させた後に再加熱することにより、ナゲットおよびＨＡＺ部分を軟化させることで、ナゲットの靭性向上や溶接部近傍の応力集中緩和をはかり、継手強度向上を実現するものである。 However, since the austempering method needs to know the isothermal transformation curve of the welding material, it may take a long time in subsequent processes, and it is difficult to obtain an effect stably, so the tempering method is the mainstream in thin steel sheets. The temper method means that the nugget and HAZ are softened by solidifying and transforming the weld once and then reheating, thereby improving the toughness of the nugget and reducing the stress concentration near the weld and improving the joint strength. It is realized.
その一例として、特許文献１では、テンパー通電工程における通電時間Ｔｏと通電電流Ｉｏと本工程における通電時間Ｔｔと通電電流Ｉｔを用いて、（Ｉｔ／Ｔｏ）の二乗と（Ｔｔ／Ｔｏ）の積が０．２５〜０．８２の範囲に入っている事が望ましいとしている。 As an example, in Patent Document 1, the product of the square of (It / To) and (Tt / To) using the energization time To and the energization current Io in the temper energization process and the energization time Tt and the energization current It in this process. Is preferably in the range of 0.25 to 0.82.
また、非特許文献１では、１．０５ｍｍの鋼板に対してテンパー通電を行うことにより静的強度が向上し、後熱通電の為に必要な時間は冷却時間が０．４秒、テンパー通電時間が０．５秒で、計０．９秒であるとしている。 In Non-Patent Document 1, static strength is improved by conducting temper energization on a 1.05 mm steel plate, and the time required for post-heat energization is 0.4 seconds for cooling time and temper energization time. Is 0.5 seconds, for a total of 0.9 seconds.
さらに、特許文献２では、本工程を行った後に、本工程以下の電流値にて通電を行い、通電終了後の保持時間を板厚に応じて変えることにより、高張力鋼板の十字引張強度を改善することができるとしている。 Furthermore, in patent document 2, after performing this process, it energizes with the electric current value below this process, and changes the holding time after completion | finish of energization according to sheet thickness, The cross tensile strength of a high-tensile steel plate is made. It can be improved.
近年では、非特許文献２に見られるように、一定の冷却の後、極短時間通電を行ってテンパー通電と同じ効果を得られるとしたＳｐｉｋｅ−Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇという方法も提案されており、それによればテンパー通電に必要な時間は４０サイクル（０．８秒）程度であることが開示されている。 In recent years, as seen in Non-Patent Document 2, a method called Spike-Tempering has been proposed in which energization is performed for an extremely short time after constant cooling and the same effect as temper energization can be obtained. It is disclosed that the time required for temper energization is about 40 cycles (0.8 seconds).
特許文献３では、ナゲットを形成した後、ナゲットを形成する通電電流よりも低電流にて通電を行うことで、継手強度が向上するとしており、ナゲット形成後に無通電で加圧保持する条件と、加圧保持しない条件、さらに、多段にて制御する高炭素鋼板の抵抗スポット溶接方法が提示されている。 In Patent Document 3, after the nugget is formed, the joint strength is improved by energizing at a lower current than the energizing current for forming the nugget. A resistance spot welding method for a high carbon steel sheet that is controlled under multi-stage conditions under non-pressurized conditions has been proposed.
しかしながら、一般的なテンパー方式の通電方法は、非特許文献１および非特許文献２に記載されているように、十分な冷却を置いた後に通電することで焼き戻しを行うテンパー通電であり、十分な冷却時間が必要であり、総溶接時間が長くなるという問題があった。たとえば、非特許文献１には、１．０５ｍｍの板厚で少なくとも２０サイクル（０．４秒）以上、安定的に効果を得たい場合や板厚を増す場合は２０サイクル（０．４秒）より長い時間が必要であることが開示されている。 However, as described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, a general temper type energization method is temper energization in which tempering is performed by energizing after sufficient cooling, and sufficient Cooling time was required, and the total welding time was long. For example, in Non-Patent Document 1, at least 20 cycles (0.4 seconds) or more with a plate thickness of 1.05 mm, 20 cycles (0.4 seconds) when it is desired to obtain a stable effect or increase the plate thickness. It is disclosed that a longer time is required.
また、特許文献１〜３および非特許文献１に記載されているような通電方法は、本工程以下の低電流で有効に発熱させるために、十分な溶接時間（非特許文献１によれば、少なくとも０．５秒以上）が必要であり、冷却時間と合わせて総溶接時間（最初の通電が開始してから、最後の通電が完了するまでと定義する）の増加要因となり溶接施工性が低下するという問題もある。 In addition, the energization methods as described in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1 have sufficient welding time (according to Non-Patent Document 1, At least 0.5 seconds), and the total welding time (defined as the time from the start of the first energization to the completion of the final energization) is combined with the cooling time, resulting in decreased weldability. There is also the problem of doing.
そこで、本発明は、高強度鋼板を含む板組の抵抗スポット溶接において、前記問題を解決し、より短時間の溶接時間でより高い継手強度を達成することの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。 Therefore, the present invention provides a resistance spot welding method capable of solving the above problems and achieving higher joint strength in a shorter welding time in resistance spot welding of a plate set including a high strength steel plate. With the goal.
本発明者らは、前記課題を解決するために、高張力鋼板を含む板組の抵抗スポット溶接における十字引張強度の向上方法について鋭意検討した。本発明で高張力鋼板とは、母材引張強度で７８０ＭＰａ以上有する鋼板をいう。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied a method for improving the cross tensile strength in resistance spot welding of a plate assembly including a high-tensile steel plate. In the present invention, the high-tensile steel plate refers to a steel plate having a base material tensile strength of 780 MPa or more.
従来のテンパー方式は、継手形成後に組織を焼き戻し、継手強度を向上させるわけであるから、十分な冷却時間を置く必要があった。この冷却時間については、板組や組成により異なるが、安定的に効果を得るには少なくとも２０サイクル（０．４秒）より長く、非特許文献２では４０サイクル（０．８秒）程度が望ましいとしている。しかし、ナゲットを形成する通電時間および、再通電する時間も含めて考えると、上記テンパー通電の総時間は１秒を超え、溶接施工性を悪化させる。 In the conventional temper method, the structure is tempered after the joint is formed, and the joint strength is improved. Therefore, it is necessary to allow a sufficient cooling time. Although this cooling time varies depending on the plate assembly and composition, in order to obtain a stable effect, it is longer than at least 20 cycles (0.4 seconds), and in Non-Patent Document 2, about 40 cycles (0.8 seconds) is desirable. It is said. However, considering the energization time for forming the nugget and the time for re-energization, the total time for the temper energization exceeds 1 second, which deteriorates the weldability.
そこで、この冷却時間を短縮する方法を検討した。上述の通り、抵抗スポット溶接の継手強度の静的強度を代表する引張せん断強度と十字引張強度のうち、引張せん断強度は鋼板の高強度化に合わせて向上する一方、十字引張強度は低下する傾向がある。そこで、十字引張強度をより重視して検討を進めた。 Therefore, a method for shortening the cooling time was examined. As described above, among the tensile shear strength and cross tensile strength that represent the static strength of joint strength of resistance spot welding, the tensile shear strength increases as the strength of the steel plate increases, but the cross tensile strength tends to decrease There is. Therefore, examination was advanced with more emphasis on cross tensile strength.
冷却時間を短縮するため、従来のテンパー通電より冷却時間を短くし、継手が高温な状態における再通電が継手強度に影響を与えるかを検討した。従来のテンパー通電では、ナゲットの温度がＭｓ点を下回り、マルテンサイトに変態するのに十分な時間が必要である。しかし、同じ方式を目指しても、これ以上の短縮は難しい。そこで、逆にナゲット端部がＭｓ点を下回らないような冷却時間の検討を行った。 In order to shorten the cooling time, the cooling time was shortened compared to the conventional temper energization, and whether the re-energization with the joint at a high temperature affected the joint strength was investigated. In the conventional temper energization, a sufficient time is required for the nugget temperature to fall below the Ms point and transform into martensite. However, even if it aims at the same system, further shortening is difficult. Therefore, on the contrary, the cooling time was examined so that the nugget edge does not fall below the Ms point.
一方、抵抗スポット溶接継手の十字引張強度と破断形態には相関があり、低強度溶接継手は鋼板に平行に破断する剥離破断を生じ、高強度になるにつれてボタン状に片方の鋼板が残ったまま抜けるように破断するプラグ破断へと変化することが知られている。 On the other hand, there is a correlation between the cross-strength strength and fracture mode of resistance spot welded joints, and low-strength welded joints cause peeling fracture that breaks parallel to the steel sheet, and one steel sheet remains in a button shape as the strength increases. It is known to change to a plug rupture that breaks so as to come off.
そこで、同じナゲット径においての破断形態の変化を見るために、ナゲットを形成するための本工程のみの溶接継手と、本工程に加えてＭｓ点を下回らないように冷却時間を確保し、その後再通電を施した溶接継手を作成し引張試験を行った。結果は、本工程のみの継手は剥離破断した一方で、再通電した継手の中にプラグ破断したものがあった。この両者を、詳細に比較検討したところ、以下のことが分かった。 Therefore, in order to see the change in fracture mode at the same nugget diameter, a welding joint only for this process for forming the nugget and a cooling time are ensured so as not to fall below the Ms point in addition to this process, and then restarted. An energized welded joint was prepared and subjected to a tensile test. As a result, while the joint only in this step was peeled and fractured, some of the joints that were re-energized had a plug fracture. When both were compared and examined in detail, the following was found.
まず、この継手はナゲットの硬さには変化がなく、ナゲットの組織も本通電のみを付加したものと差がなかった。このことは、従来のテンパー通電の効果が得られていないことを示している。しかし、凝固組織を観察したところ、はく離破断したものはナゲット中央に向かってエッチングピットがデンドライト状に形成されている一方で、プラグ破断したものはデンドライトが軽減・消失していることが確かめられた。このエッチングピットとは急冷凝固によって発生した鉄以外の元素（Ｍｎ、Ｓｉ、Ｐなど）が偏析している部位であると考えられる。 First, the hardness of the nugget of this joint was not changed, and the nugget structure was not different from that of the case where only the main current was added. This indicates that the effect of current tempering is not obtained. However, as a result of observation of the solidified structure, it was confirmed that in the case where the fracture was peeled, the etching pits were formed in a dendrite shape toward the center of the nugget, whereas in the case where the plug was fractured, the dendrite was reduced or disappeared. . This etching pit is considered to be a site where elements other than iron (Mn, Si, P, etc.) generated by rapid solidification are segregated.
ナゲット内で凝固偏析が局在化して連続して存在すると、ミクロな応力状態が偏りを生じ、き裂の発生の起点となり得ると考えられる。一方で、偏析が局在化せず点在している状況では、応力は分散し、き裂の発生が抑制されると考えられる。このような理由から、凝固偏析が連続していた本工程のみの条件でははく離破断した。一方で、再通電を施したものではこのような凝固偏析が軽減、消失したため、ナゲットのき裂進入あるいはき裂の発生が抑制され、プラグ破断となったと考えられる。 If solidification segregation is localized and continuously present in the nugget, it is considered that the micro-stress state is biased and can be a starting point for crack initiation. On the other hand, in a situation where segregation is scattered without being localized, it is considered that stress is dispersed and crack generation is suppressed. For these reasons, the separation fracture occurred only under the conditions of this step in which solidification segregation was continuous. On the other hand, in the case of re-energization, such solidification segregation was reduced and disappeared. Therefore, it was considered that nugget crack entry or crack generation was suppressed and plug fracture occurred.
これらの検討結果から、凝固組織を調整する効率的な手法について検討した結果、以下のことが明らかになった。まず電極で溶接部を加圧しながら無通電にて冷却することにより凝固させることが重要であることが分かった。これは、連続通電などにより冷却速度を遅くした場合、偏析が助長される結果となるからである。さらに、再通電により偏析を拡散するためには拡散速度を速くする必要があり、融点を超えない程度に高温であることが必要であることを見出した。また、高温に昇温するために長時間の通電を行うことも考えられるが、ナゲットの持つ固有抵抗を活用することによって短時間で高温にすることができることを明らかにした。 From these examination results, as a result of examining an efficient method for adjusting the coagulated tissue, the following became clear. First, it was found that it is important to solidify by cooling with no power while pressurizing the weld with an electrode. This is because segregation is promoted when the cooling rate is decreased by continuous energization or the like. Furthermore, it has been found that in order to diffuse segregation by re-energization, it is necessary to increase the diffusion rate, and it is necessary that the temperature be high enough not to exceed the melting point. In addition, it may be possible to energize for a long time to raise the temperature to a high temperature, but it has been clarified that the temperature can be increased in a short time by utilizing the specific resistance of the nugget.
上記知見に基づいて本発明を完成し、本発明は以下の特徴を有している。 The present invention has been completed based on the above findings, and the present invention has the following features.
［１］二枚以上の鋼板を重ね合せた板組を、一対の溶接電極で挟持し、加圧し、通電して溶接する抵抗スポット溶接方法であって、
通電により所定の径のナゲットを形成する本工程と、
加圧しつつ無通電とする中間工程と、
再通電を行なう後工程とを有し、
該後工程において、最もコロナボンドに近いナゲットと非溶融部の界面における最高温度ＴＴが、
ＴＴ＞Ａｃ３・・・（２）
となることを特徴とする抵抗スポット溶接方法。
なお、ここでＡｃ３は、下記（３）式で定義される値であり、各元素の％はナゲットに含有される元素量を質量％で表示したものであり、含有しない場合には０とする。
Ａｃ３（℃）＝９１０−２０３√（％Ｃ）−１５．２√（％Ｎｉ）＋４４．７（％Ｓｉ）＋１０４（％Ｖ）＋３１．５（％Ｍｏ）＋１３．１（％Ｗ）・・・（３）
［２］前記中間工程において、最もコロナボンドに近いナゲットと非溶融部の界面における最低温度ＴＵが、 前記最高温度ＴＴよりも小さく、
ＴＴ＞ＴＵ＞Ａｃ１・・・（４）
となることを特徴とする前記［１］に記載の抵抗スポット溶接方法。
なお、ここでＡｃ１は、下記（５）式で定義される値であり、各元素の％はナゲットに含有される元素量を質量％で表示したものであり、含有しない場合には０とする。
Ａｃ１（℃）＝７２３−１０．７（％Ｍｎ）−１６．９（％Ｎｉ）＋２９．１（％Ｓｉ）＋１６．９（％Ｃｒ）＋２９０（％Ａｓ）＋６．３８（％Ｗ）・・・（５）
［３］前記中間工程後において、前記最低温度ＴＵ（℃）から、前記再通電した後の前記最高温度ＴＴ（℃）までの平均昇温速度Ｒｔ（℃／ｓ）が、
３０００＜Ｒｔ＜１５０００・・・（６）
の範囲にあることを特徴とする前記［２］に記載の抵抗スポット溶接方法。
[1] A resistance spot welding method in which a plate assembly in which two or more steel plates are overlapped is sandwiched between a pair of welding electrodes, pressurized, energized and welded,
This step of forming a nugget of a predetermined diameter by energization;
An intermediate process of applying no pressure while applying pressure;
A post-process for re-energizing,
In the subsequent process, the maximum temperature TT at the interface between the nugget closest to the corona bond and the non-molten part is:
TT> Ac 3 (2)
A resistance spot welding method characterized by:
Here, Ac 3 is a value defined by the following formula (3), and the% of each element represents the amount of element contained in the nugget in mass%, and 0 when not contained. To do.
Ac 3 (° C.) = 910−203√ (% C) −15.2√ (% Ni) +44.7 (% Si) +104 (% V) +31.5 (% Mo) +13.1 (% W) · (3)
[2] In the intermediate step, the lowest temperature TU at the interface between the nugget closest to the corona bond and the non-molten portion is smaller than the highest temperature TT,
TT>TU> Ac 1 (4)
The resistance spot welding method according to [1], wherein:
Here, Ac 1 is a value defined by the following formula (5), and the% of each element represents the amount of element contained in the nugget in mass%, and 0 when not contained. To do.
Ac 1 (° C.) = 723-10.7 (% Mn) -16.9 (% Ni) +29.1 (% Si) +16.9 (% Cr) +290 (% As) +6.38 (% W) · (5)
[3] After the intermediate step, an average heating rate Rt (° C./s) from the lowest temperature TU (° C.) to the highest temperature TT (° C.) after the re-energization is
3000 <Rt <15000 (6)
The resistance spot welding method according to [2], wherein the resistance spot welding method is in the range of [2].
本発明によれば、少なくとも一枚以上の高張力鋼板を含む二枚以上の板組に対して、従来のテンパー通電よりも短時間で十字引張強度の高い抵抗スポット溶接継手を作成することができるため、産業上格段の効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to create a resistance spot welded joint having a high cross tensile strength in a shorter time than conventional tempering with respect to two or more plate assemblies including at least one high-tensile steel plate. For this reason, it has a remarkable industrial effect.
本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法は、図１に示したように、重ね合わせた１枚以上の高強度鋼板を含む（ここでは、下の鋼板１と上の鋼板２の二枚のうち、鋼板１が高強度鋼板である）板組３を、上下一対の電極チップ（下の電極チップ４と上の電極チップ５）で挟み、加圧、通電する抵抗スポット溶接により溶接接合し、必要サイズのナゲット６を形成して抵抗スポット溶接継手を得る抵抗スポット溶接方法である。 The resistance spot welding method according to an embodiment of the present invention includes one or more high-strength steel plates stacked as shown in FIG. 1 (here, two sheets of a lower steel plate 1 and an upper steel plate 2). Among them, the steel plate 1 is a high-strength steel plate) and the plate assembly 3 is sandwiched between a pair of upper and lower electrode tips (the lower electrode tip 4 and the upper electrode tip 5) and welded by resistance spot welding to be pressurized and energized. This is a resistance spot welding method in which a nugget 6 having a necessary size is formed to obtain a resistance spot welded joint.
この実施形態において好適に使用可能な溶接装置は、上下一対の電極チップを備え、一対の電極チップで溶接する部分を挟み、加圧、通電でき、溶接中に加圧力、溶接電流をそれぞれ任意に制御可能な加圧力制御装置および溶接電流制御装置を有していればよく、加圧機構（エアシリンダやサーボモータ等）、電流制御機構（交流や直流等）、形式（定置式、ロボットガン等）等は特に限定されない。 A welding device that can be suitably used in this embodiment includes a pair of upper and lower electrode tips, can sandwich and pressurize and energize a portion to be welded, and can arbitrarily apply pressure and welding current during welding. It only needs to have a controllable pressure control device and welding current control device, pressurization mechanism (air cylinder, servo motor, etc.), current control mechanism (AC, DC, etc.), type (stationary, robot gun, etc.) ) Etc. are not particularly limited.
さらに、図２にはナゲット及び近傍の拡大模式図を示す。コロナボンドはナゲットを囲むように形成される圧接部である。最もコロナボンドに近いナゲットと非溶融部の界面における温度は、図３に示すように、鋼板間に温度計を挿入することによって計測する。温度計の種類は熱電対が一般的であるが、黒体輻射を光ファイバによって計測するなどの方法を用いても良い。温度計が加圧によって圧潰しないように、最低限の溝を鋼板に形成するなどの加工は必要である。 Further, FIG. 2 shows an enlarged schematic view of the nugget and the vicinity. The corona bond is a pressure contact portion formed so as to surround the nugget. The temperature at the interface between the nugget closest to the corona bond and the non-molten part is measured by inserting a thermometer between the steel plates as shown in FIG. The type of thermometer is generally a thermocouple, but a method of measuring black body radiation with an optical fiber may be used. Processing such as forming a minimum groove in the steel plate is necessary so that the thermometer is not crushed by pressurization.
本発明にて溶接する板組は、少なくとも１枚が７８０ＭＰａ以上の引張強さを持つ二枚以上の鋼板である。本発明の抵抗スポット溶接の電流と時間の関係の一形態を図４に示す。
本工程
まず、通電により所定の径のナゲットを形成する（本工程）。このとき、ナゲット径（ｍｍ）は少なくとも３√ｔ（ｔ：板厚ｍｍ）以上であることが溶接部の健全性を確実に確保するのに好ましい。
中間工程
この本工程の後、加圧力を保持したまま、無通電にて維持する中間工程が必要である。まず電極で溶接部を加圧しながら無通電にて冷却することにより凝固させることが重要であることが分かった。これは、連続通電などにより冷却速度を遅くした場合、偏析が助長される結果となるからである。
後工程
中間工程の後、再通電を行なう後工程がある。通電方式としては、例えば、図４のように後工程の通電の際、加熱速度を制御するためスロープの設定を行い、高電流とすることが考えられる。再通電により偏析を拡散するためには拡散速度を速くする必要があり、融点を超えない程度に高温であることが必要である。
The plate set to be welded in the present invention is two or more steel plates, at least one of which has a tensile strength of 780 MPa or more. One form of the relationship between the current and time of resistance spot welding of the present invention is shown in FIG.
This step First, a nugget having a predetermined diameter is formed by energization (this step). At this time, the nugget diameter (mm) is preferably at least 3√t (t: plate thickness mm) or more in order to ensure the soundness of the welded portion.
Intermediate step After this step, an intermediate step is required in which no pressure is applied while maintaining the applied pressure. First, it was found that it is important to solidify by cooling with no power while pressurizing the weld with an electrode. This is because segregation is promoted when the cooling rate is decreased by continuous energization or the like.
Post-process There is a post-process for re-energizing after the intermediate process. As an energization method, for example, as shown in FIG. 4, when energizing in a subsequent process, it is conceivable to set a slope in order to control the heating rate and set a high current. In order to diffuse segregation by re-energization, it is necessary to increase the diffusion rate, and it is necessary that the temperature is high enough not to exceed the melting point.
その際、後工程において通電した時の、最もコロナボンドに近いナゲットと非溶融部の界面における最高温度ＴＴが、融点より低い温度で、
ＴＴ＞Ａｃ３・・・（２）
となることが必要である。最もコロナボンドに近いナゲットと非溶融部の界面とは、拡大図で示すと図２（ｂ）となる。この領域に着目したのは以下のとおりである。ナゲットの破断プロセスにおいて、コロナボンドの強度は低いため低い荷重で破断する。コロナボンドの破断はナゲットの端部に達し、ナゲットや熱影響部の破壊が開始するまでは停止する。き裂端部、すなわちコロナボンドに近い、あるいは接するナゲットと被溶融部の界面には高い応力集中がかかっている。したがって、ナゲットのき裂の発生を抑制するためには、図２（ｂ）の位置の温度を制御することが重要である。
この界面がＡｃ３よりも大きいことが必要なのは十分な元素の拡散を確保するためである。
At that time, the maximum temperature TT at the interface between the nugget closest to the corona bond and the non-molten part when energized in the subsequent process is a temperature lower than the melting point,
TT> Ac 3 (2)
It is necessary to become. The interface between the nugget closest to the corona bond and the non-melted portion is shown in FIG. The focus on this area is as follows. In the nugget breaking process, the strength of corona bond is low, so it breaks at a low load. Coronabond breakage reaches the end of the nugget and stops until the nugget or heat affected zone begins to break. High stress concentration is applied to the interface between the nugget near the crack edge, that is, the corona bond, or the melted part. Therefore, in order to suppress the occurrence of nugget cracks, it is important to control the temperature at the position shown in FIG.
The reason why this interface is required to be larger than Ac 3 is to ensure sufficient element diffusion.
なお、ここでＡｃ３は、下記（３）式で定義される値であり、各元素の％はナゲットに含有される元素量を質量％で表示したものであり、含有しない場合には０とする。 Here, Ac 3 is a value defined by the following formula (3), and the% of each element represents the amount of element contained in the nugget in mass%, and 0 when not contained. To do.
Ａｃ３（℃）＝９１０−２０３√（％Ｃ）−１５．２√（％Ｎｉ）＋４４．７（％Ｓｉ）＋１０４（％Ｖ）＋３１．５（％Ｍｏ）＋１３．１（％Ｗ）・・・（３）
ここで、各元素の％はナゲットに含有される元素量を質量％で表示したものであり、含有しない場合には０とする。
Ac 3 (° C.) = 910−203√ (% C) −15.2√ (% Ni) +44.7 (% Si) +104 (% V) +31.5 (% Mo) +13.1 (% W) · (3)
Here,% of each element represents the amount of elements contained in the nugget in mass%, and is 0 when not contained.
また、界面が融点に達した場合には、再凝固してしまい偏析が新たに形成されてしまう。したがって、融点未満とすることが好ましい。交流電源のように電流が脈動する場合、ピーク電流の際にナゲット端部まで溶融してしまうことが考えられる。そこで、１４５０℃以下とすることが望ましい。最もコロナボンドに近いナゲットと非溶融部の界面における最高温度がＡｃ３点（℃）を超えることとしたのは冷却中に変態していない場合は高温を維持するという観点から、変態した場合は再変態による元素の移動を得るという観点からオーステナイト温度域まで昇温することが必要であるからである。
また、偏析の緩和を十分に短時間で達成するためには、元素の拡散距離がより長くなる１０００℃以上の高温がさらに好ましい。
Further, when the interface reaches the melting point, it re-solidifies and new segregation is formed. Therefore, it is preferable to make it less than melting | fusing point. When the current pulsates like an AC power supply, it is considered that the nugget end is melted at the peak current. Therefore, it is desirable that the temperature be 1450 ° C. or lower. The maximum temperature at the interface between the nugget closest to the corona bond and the non-molten part exceeds the Ac 3 point (° C.) in the case of transformation from the viewpoint of maintaining a high temperature when not transformed during cooling. This is because it is necessary to raise the temperature to the austenite temperature range from the viewpoint of obtaining elemental movement by retransformation.
Moreover, in order to achieve segregation relaxation in a sufficiently short time, a high temperature of 1000 ° C. or higher at which the element diffusion distance becomes longer is more preferable.
さらに、上記に加えて、本工程後の冷却時間における最低温度ＴＵが、
ＴＴ＞ＴＵ＞Ａｃ１・・・（４）
とすることが好ましい。これは、最もコロナボンドに近いナゲットと非溶融部の界面における最低温度をＡｃ１を超えるようにするのは少なくとも二相域温度以上とすることで、固有抵抗を活用することができるからである。
Furthermore, in addition to the above, the minimum temperature TU during the cooling time after this step is
TT>TU> Ac 1 (4)
It is preferable that This is because the specific resistance can be utilized by setting the minimum temperature at the interface between the nugget closest to the corona bond and the non-molten part to exceed Ac 1 by setting the temperature to at least the two-phase region temperature or higher. .
なお、ここで、ここでＡｃ１は、下記（５）式で定義される値であり、各元素の％はナゲットに含有される元素量を質量％で表示したものであり、含有しない場合には０とする。 Here, Ac 1 is a value defined by the following formula (5), and the% of each element indicates the amount of element contained in the nugget in mass%, and when not contained Is 0.
Ａｃ１（℃）＝７２３−１０．７（％Ｍｎ）−１６．９（％Ｎｉ）＋２９．１（％Ｓｉ）＋１６．９（％Ｃｒ）＋２９０（％Ａｓ）＋６．３８（％Ｗ）・・・（５）
で表される。
Ac 1 (° C.) = 723-10.7 (% Mn) -16.9 (% Ni) +29.1 (% Si) +16.9 (% Cr) +290 (% As) +6.38 (% W) · (5)
It is represented by
また、さらに、無通電にて維持した後の最低温度ＴＵ（℃）から、通電した後の最高温度ＴＴ（℃）までの平均昇温速度Ｒｔ（℃／ｓ）が
３０００＜Ｒｔ＜１５０００・・・（６）
の範囲とすることが好ましい。この温度範囲に限定することにより、不要な加熱をおさえ、ナゲットの偏析の抑制することがより効率的にできるほか、溶接時間の短縮化にも寄与できる。ただし、昇温速度が速過ぎる場合は制御が困難となることがあるため、３０００＜Ｒｔ≦１００００の範囲がより望ましい。
Furthermore, the average rate of temperature rise Rt (° C./s) from the lowest temperature TU (° C.) after being maintained without energization to the highest temperature TT (° C.) after being energized is 3000 <Rt <15000.・ (6)
It is preferable to set it as the range. By limiting to this temperature range, unnecessary heating can be suppressed and segregation of the nugget can be suppressed more efficiently, and the welding time can be shortened. However, since the control may be difficult when the rate of temperature increase is too high, the range of 3000 <Rt ≦ 10000 is more desirable.
本発明の実施例として、前述の図１に示したように、２枚の鋼板（下の鋼板１、上の鋼板２）を重ねた板組３について、Ｃガンに取付けられたサーボモータ加圧式で単相交流（５０Ｈｚ）の抵抗溶接機を用いて抵抗スポット溶接を行い、抵抗スポット溶接継手を作製した。なお、使用した一対の電極チップ（下の電極チップ４、上の電極チップ５）は、ともに図５に示すように、先端の曲率半径Ｒ４０、先端径６ｍｍを有するアルミナ分散銅のＤＲ型電極とした。 As an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1 described above, a servo motor pressurization type attached to a C gun for a plate set 3 in which two steel plates (lower steel plate 1 and upper steel plate 2) are stacked. Then, resistance spot welding was performed using a single phase alternating current (50 Hz) resistance welder to produce a resistance spot welded joint. As shown in FIG. 5, the pair of used electrode tips (lower electrode tip 4 and upper electrode tip 5) are both composed of an alumina-dispersed copper DR type electrode having a tip radius of curvature R40 and a tip diameter of 6 mm. did.
試験片として、鋼板１、２ともに同じ鋼種の鋼板を用い、引張強度７８０ＭＰａ級、引張強度９８０ＭＰａ級、１１８０ＭＰａ級、引張強度１４７０ＭＰａ級の冷延裸鋼板を使用した。同じ鋼種、板厚の二枚を重ね合わせて溶接を行い、ＪＩＳ Ｚ３１３７に基づき溶接および十字引張試験を行った。 As the test pieces, steel plates of the same steel type were used for both the steel plates 1 and 2, and cold-rolled bare steel plates having a tensile strength of 780 MPa class, a tensile strength of 980 MPa class, a 1180 MPa class, and a tensile strength of 1470 MPa class were used. Two pieces of the same steel type and plate thickness were overlapped and welded, and welding and a cross tension test were performed based on JIS Z3137.
そして、本発明例として、上記の本発明の一実施形態に基づいて抵抗スポット溶接を行った。加圧力を３．５ｋＮで一定とし、通電条件として図４に示すように本工程の後、加圧をしたまま冷却を行い、スロープを有する通電を行った。なお、通電終了後ガンが開き加圧力が０になるまでの保持時間は１サイクルに設定した。温度の計測のため、板組中央にφ０．３ｍｍの溝を加工し、φ０．１２５ｍｍの光ファイバ温度計を挿入し温度計測を行った。光ファイバ温度計は先端部の黒体輻射を計測するもので、ナゲット中央部の光ファイバは溶融してしまうため、計測点は常に凝固界面となる。 And as an example of this invention, resistance spot welding was performed based on one Embodiment of said this invention. As shown in FIG. 4, the applied pressure was kept constant at 3.5 kN, and after this step, cooling was performed while applying pressure, and energization with a slope was performed. Note that the holding time until the gun was opened after the end of energization until the applied pressure became zero was set to one cycle. In order to measure the temperature, a groove of φ0.3 mm was processed in the center of the plate assembly, and an optical fiber thermometer of φ0.125 mm was inserted to measure the temperature. The optical fiber thermometer measures black body radiation at the tip, and the optical fiber at the center of the nugget melts, so the measurement point is always a solidification interface.
一方、比較例１として、本工程のみの抵抗スポット溶接、比較例２として本工程の後にテンパー通電を行った例を各鋼種で行った。表１に、本発明例および比較例の溶接条件と溶接結果を示す。この結果、本発明例においては、比較例１に比べ、十字引張強度の向上が認められ、比較例２に比べて溶接時間を短縮することができた。 On the other hand, as Comparative Example 1, resistance spot welding only in this step, and as Comparative Example 2, temper energization was performed after each step in each steel type. Table 1 shows the welding conditions and welding results of the inventive examples and the comparative examples. As a result, in the inventive example, an improvement in the cross tensile strength was recognized as compared with Comparative Example 1, and the welding time could be shortened as compared with Comparative Example 2.
１ 下の鋼板
２ 上の鋼板
３ 板組
４ 下の電極チップ
５ 上の電極チップ
６ ナゲット
ｔ 総板厚（ｍｍ）
ｄ ナゲット径（ｍｍ）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steel plate 2 Lower steel plate 3 Board set 4 Lower electrode tip 5 Upper electrode tip 6 Nugget t Total plate thickness (mm)
d Nugget diameter (mm)
Claims (3)
通電によりナゲットを形成する本工程と、
加圧しつつ無通電とする中間工程と、
再通電を行なう後工程とを有し、
該後工程において、最もコロナボンドに近いナゲットと非溶融部の界面における最高温度ＴＴが、
ＴＴ＞Ａｃ３・・・（２）
となることを特徴とする抵抗スポット溶接方法。
なお、ここでＡｃ３は、下記（３）式で定義される値であり、各元素の％はナゲットに含有される元素量を質量％で表示したものであり、含有しない場合には０とする。
Ａｃ３（℃）＝９１０−２０３√（％Ｃ）−１５．２√（％Ｎｉ）＋４４．７（％Ｓｉ）＋１０４（％Ｖ）＋３１．５（％Ｍｏ）＋１３．１（％Ｗ）・・・（３） A resistance spot welding method in which a set of two or more steel plates is sandwiched between a pair of welding electrodes, pressurized, energized and welded,
This process of forming a nugget by energization,
An intermediate process of applying no pressure while applying pressure;
A post-process for re-energizing,
In the subsequent process, the maximum temperature TT at the interface between the nugget closest to the corona bond and the non-molten part is:
TT> Ac 3 (2)
A resistance spot welding method characterized by:
Here, Ac 3 is a value defined by the following formula (3), and the% of each element represents the amount of element contained in the nugget in mass%, and 0 when not contained. To do.
Ac 3 (° C.) = 910−203√ (% C) −15.2√ (% Ni) +44.7 (% Si) +104 (% V) +31.5 (% Mo) +13.1 (% W) · (3)
ＴＴ＞ＴＵ＞Ａｃ１・・・（４）
となることを特徴とする請求項１記載の抵抗スポット溶接方法。
なお、ここでＡｃ１は、下記（５）式で定義される値であり、各元素の％はナゲットに含有される元素量を質量％で表示したものであり、含有しない場合には０とする。
Ａｃ１（℃）＝７２３−１０．７（％Ｍｎ）−１６．９（％Ｎｉ）＋２９．１（％Ｓｉ）＋１６．９（％Ｃｒ）＋２９０（％Ａｓ）＋６．３８（％Ｗ）・・・（５） In the intermediate step, the lowest temperature TU at the interface between the nugget closest to the corona bond and the non-melted portion is smaller than the highest temperature TT,
TT>TU> Ac 1 (4)
The resistance spot welding method according to claim 1, wherein:
Here, Ac 1 is a value defined by the following formula (5), and the% of each element represents the amount of element contained in the nugget in mass%, and 0 when not contained. To do.
Ac 1 (° C.) = 723-10.7 (% Mn) -16.9 (% Ni) +29.1 (% Si) +16.9 (% Cr) +290 (% As) +6.38 (% W) · (5)
３０００＜Ｒｔ＜１５０００・・・（６）
の範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の抵抗スポット溶接方法。 After the intermediate step, an average rate of temperature rise Rt (° C./s) from the lowest temperature TU (° C.) to the highest temperature TT (° C.) after the re-energization is
3000 <Rt <15000 (6)
The resistance spot welding method according to claim 2, wherein the resistance spot welding method is in the range.
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