JP2855016B2 - アルミニウム系の抵抗溶接方法およびインサート部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム、アルミニ
ウム合金等のアルミニウム系材（以下、アルミニウム系
材という）の抵抗溶接方法およびその際に使用されるイ
ンサート部材に関し、一層詳細には、アルミニウム系材
の重ね抵抗溶接方法およびインサート部材に関する。

【０００２】

【従来技術および発明が解決しようとする課題】従来の
アルミニウム板材（含アルミニウム合金板材）の接合方
法の一つとして特開昭５８−４７５７６号公報に開示さ
れた方法がある。このものはアルミニウム板材の重ね合
わせ部に予め陽極酸化被膜若しくは化学的酸化被膜を形
成して溶接するものであり、ワークをマージン塗装の
後、硫酸浴等に浸漬し、陽極酸化処理被膜を形成し、そ
の部分を溶接している。

【０００３】このものでは、溶接までの工程数が多いば
かりでなく、処理浴をも必要とするため、コストが高く
なるという不都合を有していた。

【０００４】また、一般的に、アルミニウム板材の抵抗
溶接を行う場合には、アルミニウム材が高電気伝導性で
あるため、加圧力や溶接電流を増大させなければならな
い傾向にある。また、アルミニウム材の表面には酸化膜
が形成され、これが抵抗体となり、電極チップとワーク
当接面に挟まれるようになるから、この部分でも発熱
し、その結果、チリや溶着等が発生するから、外観品質
が悪化する等の不具合があった。なお、チリや溶着等の
発生は電極チップの寿命にも影響し、その寿命を短くす
るという欠点も有していた。

【０００５】また、別の従来技術として特開昭６３−２
７８６７９号公報や特開昭５５−１００８８２号公報の
ようなものもある。

【０００６】特開昭６３−２７８６７９号公報において
は、あからじめ、インサート材（板材状）を溶接箇所に
設けるため、無駄が多くまたコストも高くつくという欠
点があった。

【０００７】特開昭５５−１００８８２号公報において
は、インサート材が円板状、プレート状といった板状の
固体物であるため、溶接ポイント毎にインサート材をセ
ットする必要がある。従って、ワークが単体のもの（打
点が一つで溶接完了とするもの）の場合にはよいが、ワ
ーク溶接部が連続してある場合にはその作業が大変にな
るという欠点があった。

【０００８】また、インサート材のコストも板状の固体
物を用いるためコストアップになるという欠点もあっ
た。

【０００９】さらにまた、被溶接板間に該板間抵抗を増
大させる物質を介在させる技術を開示しているものとし
ては、特開昭６４−６２２８４号公報、特開昭６３−１
１９９８８号公報、特開平１−２５４３８８号公報があ
る。これらの板材はいずれも亜鉛めっき鋼板であり、ま
た介在物はＡl₂Ｏ₃ （粒径５０〜５００μｍ）やメンデ
ィングテープ（厚さ０．１ｍｍ）や食塩粒（粒径２５０
μｍ）やＭｎＳｉ₂ （粒径１００μｍ）である。

【００１０】これらの方法は、介在物を入れることで、
その部位の抵抗を増加させ、それによって小電流化およ
び通電時間の短縮化を図り、それら二つから亜鉛の消失
量を少なくし、耐食性を向上させることや電極の長寿命
化をねらうものである。また、ナゲットを被溶接板間に
形成させることで、強度の向上もねらっている。

【００１１】しかしながら、本発明によって溶接せんと
するアルミニウム系材に対して上記介在物を用いるとか
えって溶接特性を悪化させてしまうから、かかる介在物
を本発明に適用することはできない。その理由は次の通
りである。

【００１２】アルミニウム材の表面は酸化されやすく、
通常その酸化膜であるＡl₂Ｏ₃ に覆われている。アルミ
ニウムと酸素との親和力はＺｎとＯ₂ との親和力より１
００倍程度大きい。従って、アルミニウム材表面の酸化
膜Ａl₂Ｏ₃ の膜厚は亜鉛めっき鋼板表面の酸化膜よりも
はるかに厚いものとなる。さらに、Ａl₂Ｏ₃ の抵抗率ρ
は１×１０¹⁶Ω・ｃｍ（１４℃）と大きいから介在物と
してさらにＡl₂Ｏ₃ を用いると、被溶接電極間の抵抗が
大きくなりすぎてしまい、もはや溶接を行うことができ
なくなる。この場合、特開昭６４−６２２８４号公報の
ように、粒径が５０μｍ〜５００μｍと大きいのものを
用いるとさらに抵抗が大きくなり溶接はますます不可能
となる。

【００１３】また、溶接後の溶接強度に関しても、介在
物を用いるので母材に対する熱影響が小さくなることに
起因する強度の向上が期待できるのみである。すなわ
ち、介在物としてＡl₂Ｏ₃ を用いた場合には、介在物で
あるＡl₂Ｏ₃ と被溶接部材が溶接により複合化したり合
金化することがないから、そのようなことにより溶接強
度の向上を図ることができないからである。むしろ被溶
接板材がアルミニウム材の場合には、粒径５０〜５００
μｍのＡl₂Ｏ₃ 粒を介在させるとかえって強度が劣化
し、さらに応力下ではＡl₂Ｏ₃ 粒が破壊源ともなってし
まう。

【００１４】また、介在物としてメンディングテープを
用いた場合には、メンディングテープ自体が厚すぎるか
らＡl₂Ｏ₃ を用いた場合と同様に被溶接板材間の通電が
不能となり、やはりアルミニウム板材間の溶接は行えな
い。

【００１５】さらに、介在物として食塩粒をアルミニウ
ム材に使用すると、溶接強度が低下してしまう。

【００１６】さらにまた、被溶接板材がアルミニウム系
材であって、介在物としてＭｎＳｉ ₂ を用いた場合にお
いては、Ｍｎ、Ｓｉが針状化現象を生じ、これによって
溶接強度が低下してしまう。

【００１７】本発明は上記問題点に注目してなされたも
のであって、抵抗溶接の高効率化と外観品質の向上、電
極材の高寿命化をもたらす抵抗溶接方法を提供すること
を目的とする。また、本発明は、抵抗溶接の際にアルミ
ニウム板材間に介在され、もって、アルミニウム板材間
の抵抗を増大させる、弱導電性物質や導電性物質からな
るインサート部材を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段および作用】本発明によれ
ば、アルミニウム系材を抵抗溶接する際、インサート部
材を接合面に介在させるアルミニウム系材の抵抗溶接方
法において、前記インサート部材として、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉからなる群から選択された１種類以上
と半導体物質とが、前記半導体物質が３０〜４０重量％
の割合で混合されてなる混合粉末を用い、前記粉末を混
合した溶液を塗布することによって、前記粉末を前記接
合面に介在させ、通電時に前記アルミニウム系材表面の
酸化膜が除去され、通電後は前記アルミニウム系材と前
記インサート部材とが複合化または合金化していること
を特徴とするアルミニウム系材の抵抗溶接方法が得られ
る。

【００１９】また、本発明によれば、アルミニウム系材
の抵抗溶接時に、接合面に介在されるアルミニウム系材
の抵抗溶接用インサート部材において、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｃｒ、Ｔｉからなる群から選択された１種類以上と
半導体物質とが、前記半導体物質が３０〜４０重量％の
割合で混合されてなることを特徴とするアルミニウム系
材の抵抗溶接用インサート部材が得られる。

【００２０】アルミニウム材は導電率が高く、抵抗溶接
を行う際、ＳＰ鋼板や亜鉛めっき鋼板に比べ、大電流、
高加圧力を必要とする。従って、十分な発熱を維持し溶
接を可能にするためには通電面積を大きくする（電極チ
ップ径の大径化）ことによって大電流化を図るか、また
はアルミニウム材間の溶接部の抵抗を増加させる必要が
ある。

【００２１】いま、図１のように、被溶接ワーク１１、
１２間にワーク間抵抗を上げるようなインサート部材１
５を挿入すれば、その部分に優先発熱部位が設けられる
ことになり、ジュール熱発生効率の上昇と発生部位の限
定を行うことができるようになる。このときインサート
部材１５の量、種類、粒度、粒径等の条件を適宜決定す
れば、ワーク間に物質を介在させるという簡単な方法に
よって大きな効果が得られることが期待される。

【００２２】このワーク間に介在させるインサート部材
１５を粉末とすれば、通電の初期では非常に短い時間フ
ラッシュが生じるはずである。粉末は接触粒面積が小さ
いから、ここに大電流が集中するためである。

【００２３】一方、アルミニウム材の表面は一般に酸化
膜であるＡl₂Ｏ₃ でおおわれている。従って、抵抗溶接
時には、電気抵抗が高い酸化膜がアルミニウム板材とア
ルミニウム板材とにはさまれた形となる。従って、通電
により初めに溶融するのはこの部分と考えられるが、ア
ルミニウム材は熱伝導が高く、酸化膜の上または下へナ
ゲットが移動してしまうことがよく知られている。特に
直流の場合にはこの現象は顕著であり、＋側にナゲット
が偏ってしまう。これはＴＩＧ溶接においてもよく見ら
れる現象であるが、このような酸化膜の影響をなくし、
ナゲットを中央にもってくることが溶接性の向上につな
がると考えた。酸化膜の影響をなくすために、この酸化
膜を破壊することが好ましいが、この場合においても酸
化膜間に抵抗の高い、少なくとも母材等であるアルミニ
ウム材等に比べ抵抗の高い粉末を介在させることが適す
ると考えられる。

【００２４】いま、上のように考えて、粉末を被溶接ア
ルミニウム板材間に介在させると、図２に示すように、
粉末２３を介してアルミニウム板材２１、２５が向き合
う形となり、大電流の出口が限定されることになるか
ら、アークが飛ぶことが容易に推定できる。これはプラ
ズマ状態であり、酸化膜２２、２４を破壊するに十分な
エネルギである。このフラッシュにより得られるエネル
ギは電流値が数ＫＡ（直流）あるいは数百Ａ程度の場
合、アルミニウム板材２１、２５に生成した数１０μｍ
厚の酸化被膜２２、２４を破壊できる能力を持ってい
る。従って、フラッシュにより酸化膜２２、２４は除去
され、清浄な金属面が現れ、ここが溶接されることにな
る。

【００２５】通電されてフラッシュが生じた後の電極１
３、１４間の抵抗を考えると、図１に示すように、電極
１３の内部抵抗３１、電極１３とワーク間の接触抵抗３
２、ワーク１１内の抵抗３３、ワーク１１−インサート
部材（粉末）１５−ワーク１２間の（接触）抵抗３４、
ワーク１２内の抵抗３５、ワーク１２と電極１４間の接
触抵抗３６および電極１４内の内部抵抗３７の直列抵抗
となる。このうち、抵抗溶接では周知のように抵抗３４
が他の抵抗に比べ圧倒的に大きいとき、効率が高く、溶
接強度の高い溶接ができる。フラッシュにより生じた清
浄金属面間にサンドイッチされたインサート部材（粉
末）１５はこの抵抗３４を引上げ、また制御できるよう
に配される。

【００２６】そのため、フラッシュ後、この清浄金属面
における金属の温度上昇、いわゆるジュール発熱が選択
的にここで生じることになる。温度が上昇すればさらに
電気抵抗は指数関数的に上昇するから、この部位はやが
て溶融し、介在されたインサート部材（粉末）１５と複
合化または合金化する。

【００２７】溶接の後期では、通電が停止され、熱伝導
により、溶融した部分の熱が母材および電極へ拡散す
る。このとき、用いたインサート部材（粉末）１５は接
触部の溶融とともにナゲット中に包含され凝固する。イ
ンサート部材（粉末）１５の熱伝導率は母材アルミニウ
ムに比べて通常は約１／１０００程度のため、冷却速度
が緩和される。

【００２８】これまでのアルミニウム材の抵抗溶接で
は、このときの冷却速度が極めて早く急冷されるため、
周辺組織と溶接部界面にクラックが生じやすく、後熱電
流を流しても熱伝導が良すぎて大きな効果はそれほど期
待できなかったが、本方法によれば、後熱電流を不用と
するほど健全な組織が得られた。

【００２９】これらの溶接モデルを図に示せば、図３の
ようである。フラッシュ域があるため、時間の遅れが出
ると考えがちであるが、フラッシュ後は清浄な金属面が
溶接されることになるからその後の電流の立ち上がりが
急激となり、遅れより、実際にはむしろ早くなるのであ
る。

【００３０】また、介在させられたインサート部材（粉
末）１５は、ワークの素材と複合化または合金化される
ようなものであって、かつ素材強度を損なわないような
選択が必要となる。賢明な選択は複合化または合金化に
より（素材）溶接部強度や剛性を上げるような選択であ
る。

【００３１】なお、前述したように、アルミニウム系材
の場合は、その表面に酸化膜であるＡl₂Ｏ₃ が形成され
る（図２参照）。従って、アルミニウム板材２１、２５
間の距離には粉末２３の粒径に加えてこの酸化膜２２お
よび２４の膜厚分が加えられることになる。この酸化膜
２２および２４であるＡl₂Ｏ₃ の比抵抗が約１×１０ ¹⁶
Ω・ｃｍと高いから、アルミニウム板材２１、２５間に
溶接が可能となるような大電流を流すためには、介在さ
せる粉末２３の比抵抗が大きすぎないことが必要とな
る。

【００３２】例えば、粉末２３として、Ａl₂Ｏ₃ からな
る粉末を用いた場合には、Ａl₂Ｏ₃ の比抵抗が大きいか
ら、この粉末２３の抵抗値を下げようとすれば、その粒
径を小さくせざるを得なくなる。一方、アルミニウム板
材２１、２５の表面にはもともと凹凸が存在するから、
粉末２３の粒径が小さくなり、この凹凸の程度と同程度
またはそれ以下となれば、酸化膜２２、２４同士が接触
するようになり、もはや、粉末２３を介在させた意義が
失われてしまうことになる。従って、介在させる粉末２
３の材料としては比抵抗がある程度小さいことが要求さ
れる。この要求を満たす材料としては、半導体や金属等
が考えられる。

【００３３】さらに、アルミニウム材の溶接時には、ア
ルミニウム材が溶融するから、アルミニウム材が粉末２
３の材料と複合化あるいは合金化して、粉末２３をその
内部に取り込むことになる。アルミニウム材は、一般的
には脆いので、物がぶつかったときに衝撃破壊が起こる
のを防止する必要がある。従って、粉末２３に用いる物
質としては、アルミニウム材中に取り込まれたときにア
ルミニウム材を強化するようなものであることが好まし
い。このような材料としては、半導体物質のうちではＳ
ｉＣが、金属のうちではＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ
が好ましい。なお、これらの材料は単独で用いることも
できるが、複数の材料を同時に用いることもできる。

【００３４】なお、ＳｉＣの粒径としては、４〜３０μ
ｍの範囲にあることが好ましく、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃ
ｒ、Ｔｉの粒径としては２００μｍ以下の範囲、より好
ましくは５〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。
これ以上粒径が大きいと、粉末２３の抵抗値が大きくな
りすぎ、溶接に必要な電流が流れにくくなる。

【００３５】また、粒度、粒径が小さい場合は、粉末塗
布層が多粒子で構成されれば良い。すなわち、これ以下
の粒度を使うときは、粉末の上に粉末が重なった状態と
なり、その重なった層の厚さが上記指定範囲内に入るよ
うにすれば可能となる。

【００３６】粉末２３の材料としてＳｉＣを用いた場合
は、ＳｉＣ粉末２３が酸化膜２２、２４と接触している
部分に大電流が集中して流れるから、通電の初期にフラ
ッシュが生じ、このフラッシュにより酸化膜２２、２４
が除去され、アルミニウム材２１および２５の清浄な金
属面が露出され、その部分から溶接されることになる。
その後、この溶接される部分は選択的に加熱され、加熱
されればＡｌの電気抵抗はより高くなるから、この部分
はやがて溶融し、ＳｉＣ粉末をその内部に取り込むこと
になる。

【００３７】ＳｉＣは半導体であるから、温度が上昇す
れば抵抗値は下がる。従って、通電初期に酸化膜（Ａl₂
Ｏ₃ ）を除去するのに用いられた後は優先的加熱部分と
して働くことはなくなっていく。しかしながら、ＳｉＣ
はアルミニウム材中に取り込まれた後はアルミニウム材
を強化する働きをするから、溶接部分の強度が増加す
る。

【００３８】粉末２３の材料として、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｔｉを用いた場合にも、通電の初期にフラッ
シュを生じさせ、酸化膜２２、２４を除去するという点
においてはＳｉＣの場合と同様である。

【００３９】しかしながら、これらの金属はＡｌと比較
して熱伝導度が低いから、この金属部分が優先的に加熱
され、加熱されれば電気抵抗はより高くなり、この金属
部分がますます加熱され、最後には、溶融する。このよ
うにＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉの場合には、通電の
初期のみならず、その後においても溶融現象に積極的に
関与するという点でＳｉＣの場合とは異なる。

【００４０】なお、これらの金属もアルミニウム材中に
取り込まれた場合には、溶接強度を増加させる働きをす
る。

【００４１】なお、本発明は、アルミニウム材のみなら
ず、アルミニウム合金等のアルミニウム系材にも適用で
きる。

【００４２】また、粉末２３は、好ましくはこの粉末２
３を混合した溶液を塗布することによって、接合面に介
在させられる。この溶液は、好ましくは酢酸ビニル、ニ
トロセルロース、ポリスチレン、ボリアクリル樹脂、メ
ラミン樹脂等のバインダー、アセトン、アルコール、シ
ンナー系、トリエン系、ヘキサン系等の溶媒、（エチ
ル）セロソルブ、フタリ酸エチル、フタリ酸ブチル等の
展開剤および酪酸等の乾燥制御剤を用いて作成される。
なお、これらの組み合わせは適宜自由である。

【００４３】

【実施例】実施例１ 比溶接部材は、ＪＩＳ Ａ５０５２Ｐ相当品の板厚２．
０ｍｍのアルミニウム材であり、このアルミニウム材を
２枚重ねとし、溶接を行った。溶接は直流抵抗溶接器を
用いて行い、溶接条件は溶接電流約４０ＫＡ、通電時間
１５サイクルであった。電極はクロム銅φ１６×１９０
ｍｍ（水冷）を使用した。アルミニウム材間に介在させ
る粉末としては、平均粒径４．０μｍのＳｉＣを用い、
これをアセトン＋ポリ酢酸ビニル＋エチルセロソルブの
溶液に１０重量％混合しアルミニウム板間に塗布した。
なお、加圧力は７５０ｋｇｆであった。

【００４４】このような本実施例の結果を図４、図５に
示す。図４はナゲット径と電流の関係を示すもので、Ｂ
級保証値

【００４５】

【数１】

【００４６】を基準とすると、従来の溶接方法では２
８．２ＫＡ以上の溶接電流を必要とするが、本発明の方
法では９．８ＫＡ以上の溶接電流であれば、

【００４７】

【数２】

【００４８】のナゲット径を得られている。

【００４９】また、図５は、ナゲット厚と電流の関係を
示すもので、上記従来の溶接方法においては、２８．２
ＫＡの溶接電流でないと得られない２．７５ｍｍ程度の
ナゲット厚が本願の方法では１２．６ＫＡで得られてい
る。

【００５０】また、従来の方法では、２７．５ＫＡの溶
接電流付近からチリが発生し、かつ溶接電極とアルミニ
ウム板材のはり付きが生じたが、本発明の方法では、４
３ＫＡ付近までチリもはり付きも発生しなかった。

【００５１】また、溶接部の剥離強度は、従来の方法に
よれば７５０〜８００ｋｇの引張剪断強度であったのに
対し、本発明の方法によるときは８５０〜９００ｋｇと
向上した。

【００５２】さらに、外観品質や電極先端面をみると、
従来の方法では数打点で比溶接物と電極に融着し、はり
付きを生じ、２０〜３０打点で外観品質不良が生じると
ともに電極のドレス作業の必要性が生じたが、本発明の
方法では１００打点以上であっても外観品質が良好な状
態を維持し、電極のドレスも不要であった。実施例２ 実施例１と同様に、素材としてＡ５０５２相当品、板厚
２．０ｍｍ、２枚重ねを用い、溶接サイクル１５サイク
ル、加圧力７５０ｋｇｆ、水冷したクロム銅φ１６×１
９０ｍｍを電極とし、粉末として、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏを
用い溶接電流をおよそ１０ＫＡ〜４０ＫＡとして溶接試
験を行った。

【００５３】Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの体積固有抵抗は、それ
ぞれ１０×１０^-6Ω・ｃｍ、７×１０^-6Ω・ｃｍ、６．
５×１０^-6Ω・ｃｍであり、それぞれおよそアルミニウ
ム材の４倍、３倍、２．８倍程度である。

【００５４】そのため、粒度としては、平均粒径５μ
ｍ、１０μｍ、２０μｍ、４０μｍのものを選んだ。

【００５５】これらの結果を図６、図７、図８に示す。

【００５６】粉体は、ニトロセルロースにアセトン、ア
ルコール、エチルセロソルブ、フタル酸ブチルの溶液と
混合し、スプレー塗布した。塗布膜が厚い場合、通電不
能となるため、塗布膜厚さは数十μｍになるようにし
た。

【００５７】まず、粉体の最適粒度を決定するため、従
来法でＢ級保証値の

【００５８】

【数３】

【００５９】をクリアする３０ＫＡにて溶接を行い、引
張剪断強度により判断した。この結果が図６である。

【００６０】粉体の性質がVIII族同属元素のため類似し
ていることも作用してか、粉体の種類よりは、その粒子
径により強度の変化が見られる。粒体の平均粒径の変化
とともに引張剪断強度は低下傾向を示す。これは塗布し
た粉体がジュール熱により溶融合金化するまで、粉体粒
径により、その拡散、合金化に要する時間が異なること
によるものと推測される。引張剪断後の破面、および溶
融ナゲット部切断によるミクロ観察により、介在物上の
凝集粒子が粉体粒径の増加とともに増していることが確
認された。したがって、強度の低下傾向はこれに起因
し、破壊の起点となったものと考えられる。

【００６１】一方、VIII族元素のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏより
Ｎｉを選択し、Ｎｉ：ＳｉＣを重量比において６０：４
０として塗布し、同一条件下で溶接後の試験をしたとこ
ろ、強度水準の向上が認められ、これは、Ｆｅ、Ｃｏで
も同様であった。

【００６２】しかしながら、Ｎｉ粒径の増大とともに密
度の減少は大きく、その効果が減少した。複合化を目的
とした配合比をＮｉ、ＳｉＣ重量比にて９５：５、９
０：１０、８０：２０、７０：３０、５０：５０、４
０：６０まで検討したが、ＳｉＣ含有比率が２０以下で
はその複合化効果が小さく、５０：５０以上では、逆に
低下する傾向にあり、ＳｉＣの配合比は３０〜４０程度
が良好と認められた。

【００６３】図７には、溶接電流を変化させたときの生
成ナゲット径の変化を示す。

【００６４】通常のノーマル放射線（ワーク間に何も入
れない）に比べると、Ｂ級保証値の

【００６５】

【数４】

【００６６】を越えるナゲットの得られる溶接電流は、
従来の２８ＫＡに対し、Ｆｅ粉では１３ＫＡ、Ｃｏでは
１５ＫＡといずれも約１／２になっている。ここで使用
した粉体径は、図６をもとに平均径で約５μｍのものを
選択している。

【００６７】Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの順に同一ナゲットを得
るための溶接電流は大電流側へシフトしており、インサ
ート物の固有抵抗値と関連することが示唆される。

【００６８】また、３８ＫＡ以上では、溶接電流が高い
ためチリの発生が認められた。

【００６９】溶接後のナゲット切断面を１０％ＮａＯＨ
で腐蝕し、観察したところ、溶融→再凝固に伴うデンド
ライド相、共析層におけるクラックおよび水素と見られ
るブローホールは低減傾向（従来に比べ）にあった。こ
れはＳｉＣ単独に比べさらに低減されている。この成因
については、インサートしたＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの固溶強
化、常温における水素固溶量の増加が示唆される。一般
に、アルミニウム材に含まれる水素は３ｍｌ／１００ｇ
Ａｌ以下とされているが、溶融に伴い局所集中し、凝固
の最遅延部に集中する傾向にある。そのため、凝固後、
固溶量が少ない場合は、粒界をガスが通過する遅れ破壊
やクラック成因の原因となると考えられる。ここに常温
でも水素固溶量の比較的大きいものを配すれば、凝固に
伴うブローホール、クラックは減少することが考えられ
るが、上の結果は如実にこれを示しているものと考えら
れる。

【００７０】これらの結果、剪断強度が大きく上昇した
ものとも考えられる。

【００７１】また、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏをアルミニウム材
中に加えると強度、剛性等が増す事実も古くから知られ
ている。

【００７２】Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏをさらにＳｉＣと複合化
したものとして、VIII族金属をＮｉで代表させ、図６の
結果をもとにその生成ナゲット径変化を調べた。

【００７３】４０ＫＡまではチリの発生もなく、溶接電
流の低減について効果のあることがわかる。

【００７４】ナゲット部のクラック、ブローホールはVI
II族を単独で用いた状態に近くなり、低減効果が認めら
れた。

【００７５】施工法として、テープ状乃至リボン状のＦ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等の薄膜を使用する方法も考えられる。

【００７６】しかしながら、これらの方法では、拡散距
離が増大するから、介在物としての破壊起点化する危険
性が高く、粒径の大きな粉をインサート材とした場合と
同じように、強度の低下（特に疲労強度）および強度ば
らつきの増大が大きく、有効な方法ではない。

【００７７】以上、実施例１、実施例２の結果より、溶
接電流の低減効果では、アルミニウム以上の抵抗値をも
つものを粉体としてインサートするとよく、かつ、溶
融、凝固に伴うナゲット部のブローホール、クラック発
生には、熱伝導率がよくないもので、かつ水素固溶量の
多いもの（常温でも）がよいことになり、ＳｉＣ、Ｎ
ｉ、Ｆｅ、Ｃｏの他に次のものが示唆される。

【００７８】Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｂ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、
Ａｓ、Ｇｅ… これらのうち、アルミニウム素材の良好な特性を損なわ
ず、さらに強度、剛性等の向上が図れたものとしては、
Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎが、また使用の安全性および量的
許容変動量の多いものとしては、Ｔｉ、Ｃｒがあげられ
る。

【００７９】さらに、Ｔｉ、Ｃｒのインサート材として
の効果を次に示す。

【００８０】上の実験では、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏはそれぞ
れ単独で用いたが、量的変動の許容幅がアルミニウム材
に対して比較的広いこと、および生成する合金、金属間
化合物の生成は多少異なるものの複合化して用いても何
等問題はなく、例えば、ステンレス粉を用いても同様の
効果が得られている。

【００８１】Ｔｉ、Ｃｒはアルミニウム材中に含有され
ることが多く、VIII族金属と同様、強化剤としての働き
をすることは公知である。

【００８２】体積固有抵抗値は、Ｃｒ：１５×１０^-6Ω
・ｃｍ、Ｔｉ：４５×１０^-6Ω・ｃｍとそれぞれアルミ
ニウムの５〜７倍、１５〜１８倍である。ただし、Ｔｉ
粉末は酸化し易く、さらに抵抗値は上昇しているものと
考えられる。

【００８３】溶接後の複合化状態では、インサートされ
るものの粉末粒径が大きいと介在物として作用し、機械
的強度のばらつき等が大きくなることが実施例２より判
明しているため、平均粒径として５μｍ程度のものを用
いた。粉末は純度９９．５％以上の試薬である。

【００８４】アルミニウム材、溶接条件は比較のため実
施例１、実施例２と同様とした。

【００８５】溶接電流とその生成ナゲット変化を図８に
示す。Ｂ級保証値は約１０〜１２ＫＡと従来に比べ低減
しており、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏを加えたときよりも低下し
ている。これは、いままで見てきたように、固有抵抗値
と関連があるように見受けられる。

【００８６】さらに、３０ＫＡにおける溶接後の剪断強
度はＣｒで８５０〜９００ｋｇｆ、Ｔｉで８００〜８５
０ｋｇｆであった。ＣｒはVIII族元素のＦｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏと同様、合金化強化しているようであったが、Ｔｉで
はその割合が少ないようであった。

【００８７】また、溶接により生成したナゲットのブロ
ーホール、凝固収縮に伴う亀裂は、VIII族元素をインサ
ートしたときに比べ、さらに低減し、水素によるブロー
ホールはほぼ完全にＴｉでは消失し、Ｃｒでもその低減
が確認された。凝固による亀裂もＳｉＣ粉ほどではない
が、Ｔｉでの効果が大きく、Ｃｒでもその効果が認めら
れた。

【００８８】これは、Ｔｉ、Ｃｒ等、とりわけ、Ｔｉが
常温で水素の固溶能が大きく、そのためと考えられる。
また、ＣｒやVIII族金属元素を用いた場合に比べ、Ｔｉ
では強度の向上の割合が低かったが、この水素の固溶が
強度を上げ得なかったことと原因があるものと考えられ
る。

【００８９】以上の結果より、実施例１〜実施例３を組
み合わせたＳｉＣ＋VIII族金属＋水素吸収剤を加えた系
が最も効率のよいことが推定される。

【００９０】試みに、ＳｉＣ：（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ）：
（Ｃｒ、Ｔｉ）＝４０：４０：２０にて試験したとこ
ろ、溶接電流は約１０ＫＡ（Ｂ級保証値の得られる最小
電流）、３０ＫＡの溶接電流における溶接の引張剪断強
度は約１０００ｋｇｆと向上していた。

【００９１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、溶
接電流の小電流化が図れ、さらに、通電時間の短縮化が
図れる。また、電流をＩ、抵抗をＲ、時間をｔとすれ
ば、電気エネルギＥ＝Ｉ² Ｒｔの関係があるから、電極
の発熱（高温化）も防止でき電極寿命も長くすることが
できる。

【００９２】このように、本発明によれば、溶接電流の
小電流化、通電時間の短縮化が図れ、電極の高温化も防
止できるから、周辺への母材の熱影響が少なくて済み、
従って、母材のナゲット周辺の熱影響による組織変化が
少なくなる。また、ＳｉＣ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ｔｉをアルミニウム板間に介在することによって、溶接
によりナゲット部が形成されるとナゲット部がこれらの
材料によって複合化し、溶け込み部（ナゲット部）の強
度も向上することが期待される。

【００９３】このように、本発明によれば、ナゲット周
辺の熱影響による組織変化が少なくなり、ナゲット部の
強度も向上するから、溶接強度も向上する。

【００９４】そして、このように溶接強度が向上するこ
とによって、溶接ナゲットを小さくできるようになり、
溶接電極の小径化が図れるようになる。従って、ワーク
の抵抗溶接のために設けられているフランジ長も短くで
きるようになり、また、複雑なワーク形状にも対応でき
るようになる。また、溶接電極が小型化すれば（溶接ガ
ンの）加圧力の低減もできるようになる。このように溶
接電極の小型化が図れることと、前述した溶接電流の小
電流化、通電時間の短縮化とを併せて考慮すれば、溶接
トランスの小型化も図れるようになる。

【００９５】従って、従来、アルミニウム板材の抵抗溶
接には大電流、高加圧の溶接ガンを必要とし、それによ
りロボット化が後れていたが、本発明によれば、小型溶
接ガンでアルミニウム板材の抵抗溶接が可能となり、従
って、このガンを保持するロボット化が可能となり、し
かもロボットの可搬重量が小さくてよいため、ロボット
も小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インサート部材を接合面に介在させるアルミニ
ウム系材の抵抗溶接方法を説明するための図である。

【図２】アルミニウム板材間に粉末を介在させて抵抗溶
接する方法を説明するための図である。

【図３】本発明および従来の方法の溶接モデルを説明す
るための図である。

【図４】本発明の実施例１における、ナゲット径と電流
との関係を示す図である。

【図５】本発明の実施例１における、ナゲット厚と電流
との関係を示す図である。

【図６】本発明の実施例２における、粒子の大きさと溶
接後の引張剪断強度との関係を示す図である。

【図７】本発明の実施例２における、溶接電流を変化さ
せたときの生成ナゲット径の変化を示す図である。

【図８】本発明の実施例３における、溶接電流と生成ナ
ゲット径との関係を示す図である。

【符号の説明】

１１、１２…ワーク １５…インサート部材 ２１、２５…アルミニウム板材 ２２、２４…酸化膜 ２３…粉末

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 保 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダ エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−289579（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−53780（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 11/18

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウム系材を抵抗溶接する際、イン
   サート部材を接合面に介在させるアルミニウム系材の抵
   抗溶接方法において、前記インサート部材として、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、
   Ｔｉからなる群から選択された１種類以上と半導体物質
   とが、前記半導体物質が３０〜４０重量％の割合で混合
   されてなる粉末を用い、 前記粉末を混合した溶液を塗布
   することによって、前記粉末を前記接合面に介在させ、
   通電時に前記アルミニウム系材表面の酸化膜が除去さ
   れ、通電後は前記アルミニウム系材と前記インサート部
   材とが複合化または合金化していることを特徴とするア
   ルミニウム系材の抵抗溶接方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の抵抗溶接方法において、 前記半導体物質がＳｉＣであることを特徴とするアルミ
   ニウム系材の抵抗溶接方法。
3. 【請求項３】アルミニウム系材の抵抗溶接時に、接合面
   に介在されるアルミニウム系材の抵抗溶接用インサート
   部材において、 Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉからなる群から選択され
   た１種類以上と半導体物質とが、前記半導体物質が３０
   〜４０重量％の割合で混合されてなることを特徴とする
   アルミニウム系材の抵抗溶接用インサート部材。
4. 【請求項４】 請求項３記載のアルミニウム系材の抵抗溶
   接用インサート部材において、 前記半導体物質がＳｉＣであることを特徴とするアルミ
   ニウム系材の抵抗溶接用インサート部材。