JP6410003B1 - 抵抗スポット溶接継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせて最外側に配置される板の一方が鋼板で他方がアルミニウム板とした板組の抵抗スポット溶接継手を製造するにあたり、電流Ｉ_１（ｋＡ）で通電時間ｔ_１（ｍｓ）の間通電する第１通電工程と、第１通電工程の後に通電休止時間ｔ_ｃ（ｍｓ）の間通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に電流Ｉ_２（ｋＡ）で通電時間ｔ_２（ｍｓ）の間通電する第２通電工程とを有し、重ね合わせる鋼板の総板厚をＴ_Ｆｅ（ｍｍ）、鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をＲ_Ｆｅ（ｍｍ）、鋼板と接触させる電極の先端径をＤ_Ｆｅ（ｍｍ）としたとき、式（１）〜（６）の関係を全て満たす。
Ｉ_１＜Ｉ_２ （１）
ｔ_１＞ｔ_２ （２）
ｔ_１≧４０ （３）
ｔ_ｃ≧５ （４）
３＋０．０４×√（Ｉ_１ ^２×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ）≦ｔ_ｃ≦４９５＋√（Ｉ_１ ^２×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ） （５）
Ｒ_Ｆｅ≧２０ （６）

Description

本発明は、異種金属材料の抵抗スポット溶接継手の製造方法に関する。具体的には、めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせた板組を、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造する抵抗スポット溶接継手の製造方法に関する。

近年の自動車産業では、車体の軽量化による燃費向上を目的として、車体へのアルミニウム合金等の軽金属の適用が進められている。現在、車体における鋼板同士の接合には、他の溶接方法に比べてコストや効率面で優位にある抵抗スポット溶接法が最も多く用いられており、車１台あたりの打点数は３０００点から６０００点に及ぶ。抵抗スポット溶接法とは、重ね合わせた２枚以上の鋼板を挟んでその上下から一対の電極で加圧しつつ、上下電極間に高電流の溶接電流を短時間通電して抵抗発熱により接合する方法である。

車体の生産工程のコストと効率の維持という観点からは、鋼板同士の場合の接合と同様に、アルミニウム板が混在する場合の接合においても抵抗スポット溶接法を用いることが有効である。なお、以下の説明において、アルミニウム板とは、純アルミニウム板とアルミニウム合金板の総称である。しかし、鋼とアルミニウムの異種金属材料接合においては、電極の加圧により軟質なアルミニウム板が大きく減厚したり、接合界面に脆弱な金属間化合物が形成したりすることで、継手強度、特に十字引張などに代表されるはく離方向への負荷が生じる際のはく離強度が確保できないという課題がある。

上記の課題を解決するため、以下に述べるような抵抗スポット溶接方法が提案されている。例えば、特許文献１には、鋼板とアルミニウム板の間に、鉄／アルミニウムクラッド薄板を同種材同士が向かい合うようにインサートさせることで、低電流でも高強度の継手が得られる抵抗スポット溶接方法が記載されている。

特許文献２には、鋼板とアルミニウム板の両側に当て板を１枚以上添えて溶接を行うことで、当て板と被接合材料との界面が抵抗発熱し、鋼とアルミニウムが抵抗拡散接合されて高強度の継手が得られる抵抗スポット溶接方法が記載されている。

特許文献３には、鋼材とアルミニウム材をスポット溶接するにあたり、鋼板および鋼板表面酸化皮膜におけるＭｎおよびＳｉの各量を適正化することで、大きいナゲット径を得つつ散り発生を抑制することができると記載されている。

特許文献４には、パルセーション通電の条件を適正化するとともに、通電完了後の加圧力を増加させることで、接合界面の金属間化合物の成長を抑制する異種金属接合方法が記載されている。

特許文献５には、前通電およびその後の通電条件を適正化することで、鋼板表面からのチリ発生を抑制するとともに、溶接電流もできるだけ小さくでき、高い接合強度を有する異材接合部が得られるスポット溶接方法が記載されている。

特許第３１１７０５３号公報 特許第３５０４７９０号公報 特開２００５−１５２９５８号公報 特許第５６２４９０１号公報 特許第５５７２０４６号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載の抵抗スポット溶接方法では、車体の構造上不要である当て板やクラッド薄板の使用が必要となるため、大幅なコスト増や重量低減が十分に図れないなどの問題がある。

また、特許文献３では、鋼板および酸化皮膜中の合金元素量および分布を限定する必要があるため、要求性能を満たす鋼板の使用が制限されるなどの課題がある。特に、最近の鋼板での高強度化に伴う高合金化が進んでいる状況下では、特許文献３の発明の適用は極めて制限される。

特許文献４では、前通電の通電時間は２０ｍｓ以下、パルセーション通電の通電時間は１０ｍｓ以下といずれも短時間であり、接合径を拡大するためには前通電・パルセーション通電ともに高電流化が必須となる。そのため、鋼板の固有抵抗が高い場合や、板厚が大きい場合には鋼板表面における散り発生の懸念がある。

特許文献５では、適用可能な板組は冷延鋼板と６０００系アルミニウム合金板との板組のみに限定されているという問題がある。また、特許文献５ではアルミニウム合金板を溶融させない条件で前通電を行う必要があるが、アルミニウム合金板は鋼板と比較して低融点であるため、板組によっては前通電の適正条件範囲が非常に狭くなるという問題もある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、鋼板とアルミニウム板の抵抗スポット溶接継手であって、鋼板やアルミニウム板の成分や板組によらず、鋼板とアルミニウム板間の良好なはく離強度を有する抵抗スポット溶接継手を製造することができる抵抗スポット溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。図１は、抵抗スポット溶接の通電初期の電流分布を模式的に示す図である。図１には、鋼板１１とアルミニウム板１２とが重ね合わせられた板組を、一対の電極１３、１４で挟持し加圧しながら通電したときの電流（溶接電流）の分布が、図１中の符号２１で表されている。

鋼板とアルミニウム板の抵抗スポット溶接において良好なはく離強度を有するようにするために重要となるのは、接合部へ付与される応力を低減するために極力大きい接合径（ナゲット径）を得つつ、接合界面（鋼板とアルミニウム板の合わせ面）における脆弱な金属間化合物の成長を抑制することである。接合径を拡大するためには溶接電流や通電時間を増加させることが一般的に有効であるが、溶接電流や通電時間を増加させると入熱が大きくなり接合界面において金属間化合物が成長しやすくなってしまう。以上の理由から、鋼板とアルミニウム板の抵抗スポット溶接継手を良好なはく離強度を有するものとすること（剥離強度の確保）は困難であった。

そこで本発明者らは、接合径の拡大と入熱の低減を両立させる通電パターンおよび電極等の溶接条件を検討した。一般的に、鋼板とアルミニウム板の抵抗スポット溶接では、まず固有抵抗の高い鋼板が発熱し、鋼板からの熱伝達によってアルミニウム板が溶融し、接合が達成される。そのため、本発明者らは、接合径の拡大と入熱の低減を両立させるには、如何に広範囲の鋼板を短時間で発熱させるかが重要であると考えた。

金属間化合物の成長を抑制するために入熱を低減するには、接合界面が高温状態となる時間を短縮することが有効である。そのためには通電パターンを短時間化・高電流化することが有効であるが、アルミニウム板の表面には強固な酸化被膜が存在するため通電経路が制限され、図１に示すように通電初期は加圧によって酸化被膜が破壊された接合部中心に電流が集中しやすい。故に、過度な短時間化・高電流化は接合部中心への入熱を増加・促進させることになるため、通電時間の短時間化・高電流化には限界がある。

本発明は、これらの知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものであり、要旨は以下のとおりである。

［１］ めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせて最外側に配置される板の一方が鋼板で他方がアルミニウム板とした板組を、一対の電極によって挟み、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造するにあたり、
電流Ｉ_１（ｋＡ）で通電時間ｔ_１（ｍｓ）の間通電する第１通電工程と、
第１通電工程の後に通電休止時間ｔ_ｃ（ｍｓ）の間通電を休止する通電休止工程と、
通電休止工程の後に電流Ｉ_２（ｋＡ）で通電時間ｔ_２（ｍｓ）の間通電する第２通電工程とを有し、
重ね合わせる鋼板の総板厚をＴ_Ｆｅ（ｍｍ）、鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をＲ_Ｆｅ（ｍｍ）、鋼板と接触させる電極の先端径をＤ_Ｆｅ（ｍｍ）としたとき、
前記第１通電工程、前記通電休止工程、および前記第２通電工程は、下記式（１）〜（６）の関係を全て満たす、抵抗スポット溶接継手の製造方法。
Ｉ_１＜Ｉ_２ （１）
ｔ_１＞ｔ_２ （２）
ｔ_１≧４０ （３）
ｔ_ｃ≧５ （４）
３＋０．０４×√（Ｉ_１ ²×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ）≦ｔ_ｃ≦４９５＋√（Ｉ_１ ²×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ） （５）
Ｒ_Ｆｅ≧２０ （６）

［２］ 前記第１通電工程、前記通電休止工程、および前記第２通電工程は、さらに、下記式（７）の関係を満たす、［１］に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
Ｒ_Ｆｅ≧５０ （７）

［３］ アルミニウム板と接触させる電極の先端曲率半径をＲ_Ａｌ（ｍｍ）としたとき、
前記第１通電工程、前記通電休止工程、および前記第２通電工程は、さらに、下記式（８）の関係を満たす、［１］または［２］に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
Ｒ_Ａｌ≧５０ （８）

［４］ 前記第１通電工程では、電極を接触させたアルミニウム板の少なくとも一部を溶融させる、［１］〜［３］のいずれか一つに記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

本発明によれば、鋼板やアルミニウム板の成分や板組によらず、良好なはく離強度を有する鋼板とアルミニウム板の抵抗スポット溶接継手を製造することができる。

図１は、抵抗スポット溶接の通電初期の電流分布を模式的に示す図である。 図２は、抵抗スポット溶接を模式的に示す図である。 図３は、通電パターンを説明する図である。 図４は、第２通電工程での通電時の電流分布を模式的に示す図である。 図５は、電極の先端曲率半径と先端径を示す図である。

本発明の抵抗スポット溶接継手の製造方法は、冷延鋼板、熱延鋼板およびめっき鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせて最外側に配置される板の一方が鋼板で他方がアルミニウム板とした板組を、一対の電極によって挟み、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造するにあたり、電流Ｉ_１（ｋＡ）で通電時間ｔ_１（ｍｓ）の間通電する第１通電工程と、第１通電工程の後に通電休止時間ｔ_ｃ（ｍｓ）の間通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に電流Ｉ_２（ｋＡ）で通電時間ｔ_２（ｍｓ）の間通電する第２通電工程とを有し、重ね合わせる鋼板の総板厚をＴ_Ｆｅ（ｍｍ）、鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をＲ_Ｆｅ（ｍｍ）、鋼板と接触させる電極の先端径をＤ_Ｆｅ（ｍｍ）としたとき、第１通電工程、通電休止工程、および第２通電工程は、下記式（１）〜（６）の関係を全て満たすものである。なお、本発明において、抵抗スポット溶接継手とは強度試験・断面観察などに用いられるテストピースや、抵抗スポット溶接により接合された自動車部材等を含めた総称とする。
Ｉ_１＜Ｉ_２ （１）
ｔ_１＞ｔ_２ （２）
ｔ_１≧４０ （３）
ｔ_ｃ≧５ （４）
３＋０．０４×√（Ｉ_１ ²×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ）≦ｔ_ｃ≦４９５＋√（Ｉ_１ ²×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ） （５）
Ｒ_Ｆｅ≧２０ （６）

本発明を図２〜４を用いて以下に具体的に説明する。図２は、抵抗スポット溶接を模式的に示す図である。図３は、通電パターンを説明する図である。図４は、第２通電工程での通電時の電流分布を模式的に示す図である。本発明は、複数の板を重ね合わせた板組を一対の電極によって挟み加圧しながら通電して接合（溶接接合）する抵抗スポット溶接により抵抗スポット溶接継手を得る、抵抗スポット溶接継手の製造方法である。

まず、鋼板１１とアルミニウム板１２を重ね合わせて板組とする。このとき、図２に示すように、最外側に配置される板の一方が鋼板１１で他方がアルミニウム板１２になるようにする。換言すると、電極１３、１４を接触させる板が、それぞれ鋼板１１とアルミニウム板１２となるように重ね合わせる。なお、図２おいては、鋼板１１とアルミニウム板１２を一枚ずつ重ね合わせた２枚組みの板組の抵抗スポット溶接継手の例を示したが、鋼板１１とアルミニウム板１２との間に、さらにもう１枚以上の鋼板あるいはアルミニウム板を挟んだ３枚重ね以上の板組としてもよい。

本発明において、抵抗スポット溶接継手を構成する板、すなわち、抵抗スポット溶接される板は、めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板と、アルミニウム板である。なお、めっき鋼板とは、表面に金属めっき層を有する鋼板であり、金属めっき層としては、例えばＺｎ系めっき層やＡｌ系めっき層が挙げられる。Ｚｎ系めっきとしては、一般的な溶融亜鉛めっき（ＧＩ）、合金化溶融亜鉛めっき（ＧＡ）、電気亜鉛めっき（ＥＧ）、Ｚｎ−Ｎｉ系めっき（例えば、１０〜２５質量％のＮｉを含むＺｎ−Ｎｉ系めっき）、Ｚｎ−Ａｌ系めっき、Ｚｎ−Ｍｇ系めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっきなどが例示できる。また、Ａｌ系めっきとしては、Ａｌ−Ｓｉ系めっき（例えば、１０〜２０質量％のＳｉを含むＡｌ−Ｓｉ系めっき）などが例示できる。鋼板１１の成分は、特に限定されない。また、鋼板１１の強度も特に限定されないが、例えば鋼板から圧延方向に対して平行方向にＪＩＳ５号引張試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１の規定に準拠して引張試験を実施して求めた引張強さが、２７０ＭＰａ以上１８００ＭＰａ以下（２７０ＭＰａ級〜１８００ＭＰａ級）の鋼板である。アルミニウム板の成分も特に限定されず、純アルミニウム板でもアルミニウム合金板でもよい。アルミニウム合金板としては、例えばＪＩＳで規定される５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）、６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）、２０００系（Ａｌ−Ｃｕ系）、７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系）等が挙げられる。なお、アルミニウム板の表面には、酸化被膜が形成されている。また、鋼板１１やアルミニウム板１２の板厚についても特に限定はないが、一般的な自動車車体に用いられ得る範囲（０．５〜４．０ｍｍ程度）であることが好ましい。

次に、鋼板１１およびアルミニウム板１２を重ね合わせた板組を、一対の溶接電極（電極１３および電極１４）で挟み、加圧しながら通電した後に、電極を鋼板から解放する。本発明の抵抗スポット溶接方法で使用可能な溶接装置としては、上下一対の電極を備え、溶接中に加圧力および溶接電流をそれぞれ任意に制御可能な溶接装置を用いることができる。溶接装置の加圧機構（エアシリンダやサーボモータ等）や、形式（定置式、ロボットガン等）等はとくに限定されない。また、直流、交流のいずれにも本発明を適用でき、電源の種類（単相交流、交流インバータ、直流インバータ）など特に限定されるものではない。ここで交流の場合は、「電流」は「実効電流」を意味する。なお、常に水冷されている状態で抵抗スポット溶接を行う。

このように、鋼板１１とアルミニウム板１２とを、最外側に配置される板の一方が鋼板１１で他方がアルミニウム板１２となるように重ねて板組とする。この板組を、一対の溶接電極（電極１３および電極１４）で挟み、加圧しながら通電して、抵抗発熱によりナゲットを形成すると共に重ね合わせた鋼板１１とアルミニウム板１２を接合することで、抵抗スポット溶接継手が得られる。

本発明においては、この通電を特定のパターンとする。すなわち、本発明の通電パターンは、例えば図３に示すように、電流Ｉ_１（ｋＡ）で通電時間ｔ_１（ｍｓ）の間通電する第１通電工程と、第１通電工程の後に通電休止時間ｔ_ｃ（ｍｓ）の間通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に電流Ｉ_２（ｋＡ）で通電時間ｔ_２（ｍｓ）の間通電する第２通電工程とを有し、重ね合わせる鋼板の総板厚をＴ_Ｆｅ（ｍｍ）、鋼板と接触させる電極１３の先端曲率半径をＲ_Ｆｅ（ｍｍ）、鋼板と接触させる電極１３の先端径をＤ_Ｆｅ（ｍｍ）としたとき、上記式（１）〜（５）の関係を全て満たす。なお、第２通電工程終了後は、必要に応じて、１段以上の通電を行った後、例えば、後熱処理などを目的とした３段目以降の通電を行なった後、通電を停止する。

上述したように、通電初期はアルミニウム板１２の表面の酸化被膜で通電経路が制限される。そのため、本発明においては、まず、第１通電工程（１段目の通電）で、第２通電工程よりも長時間且つ低電流の通電を行なう（上記式（１）、（２）を参照）。これにより、アルミニウム板１２の表面の酸化被膜を破壊することで鋼板１１とアルミニウム板１２間の通電経路を確保しつつ、過度な入熱増加が生じないようにする。さらに、この第１通電工程の通電時間ｔ_１を４０ｍｓ以上とすることで（上記式（３）を参照）、鋼板１１とアルミニウム板１２間の通電経路を十分に確保することができる。

そして、第１通電工程に続いて、所定の通電休止時間ｔ_ｃ（ｍｓ）の間通電を休止し（通電休止工程）、この通電休止工程に続いて、第２通電工程（２段目の通電）で第１通電工程よりも短時間且つ高電流の通電を行なう。これにより、瞬間的に広範囲を発熱させることができる。図４は、第２通電工程での通電時の電流分布を模式的に示す図である。図４に示すように、鋼板１１と電極１３の接触端近傍２２では、電流密度が高いため、高電流化するほどこの接触端近傍２２での発熱が促進されることとなる。したがって、第２通電工程での高電流化は、短時間の通電で広範囲を発熱させるのに有効となり、広範囲のアルミニウム板１２を溶融させ、これにより接合径を拡大することができる。しかし、第１通電工程の通電終了時点では、第１通電工程において初期に酸化被膜が破壊されて通電が開始する接合部中心がより高温となっている。したがって、通電休止工程での通電休止時間ｔ_ｃが短い場合は、第２通電工程の通電を短時間且つ高電流化したとしても高温の接合部中心から再昇温するため、入熱が過大となり易い。
そこで本発明においては、通電休止時間ｔ_ｃが５ｍｓ以上（上記式（４）を参照）で且つ上記式（５）を満たす通電休止工程を行なった後に、高電流且つ短時間の第２通電工程を行なうようにする。これにより、通電休止工程において接合部中心の温度が一旦低下するため、第２通電工程の通電では電流密度が高い鋼板１１と電極１３の接触端近傍２２の発熱を促すことができ、入熱を抑えつつ、ナゲット径を拡大できるのである。ここで、ｔ_ｃの下限値は、第１通電工程における発熱量および第１通電工程終了後の電極への抜熱量に応じて設定することが効果的である。このため、ｔ_ｃの下限値として、それらに影響を及ぼすパラメータであるＩ_１、ｔ_１、Ｔ_Ｆｅ、Ｄ_Ｆｅから成る関係式（５）（すなわち上記式（５）の左辺）を決定した。Ｔ_Ｆｅが大きいと第１通電工程における鋼板の発熱量が増加するとともに、電極への抜熱も生じにくくなるため、ｔ_ｃの下限値は大きくなる。また、Ｄ_Ｆｅが大きいと、電極との接触面積が増加することで電極への抜熱が促されるため、ｔ_ｃの下限値は小さくなる。また、ｔ_ｃの過度な増加は生産効率を低下させるため、ｔ_ｃの上限値についても、同様のパラメータから成る関係式（５）（すなわち上記式（５）の右辺）を設定した。なお、第２通電工程での通電時間ｔ_２は、例えば５〜１００ｍｓが好ましい。

さらに、本発明においては、上述した特定の通電パターンとすることに加えて、上記式（６）を満たす、すなわち、鋼板１１と接触させる電極１３として、先端曲率半径Ｒ_Ｆｅが２０ｍｍ以上である電極を用いる必要がある。これは、鋼板１１と接触させる電極１３の先端曲率半径Ｒ_Ｆｅの拡大により、鋼板１１と電極１３の接触面積が大きくなることで、第２通電工程における通電面積が大きくなり、鋼板１１の発熱範囲および接合径が拡大できるようにするためである。加えて、鋼板１１と電極１３の接触面積が拡大することで、電極１３への抜熱が促され、第１通電工程終了後の通電休止時間ｔ_ｃを短縮することもできる。また、鋼板１１と電極１３の接触端近傍２２における電流密度の過大増加を防ぐことで、鋼板表面からの散り発生を抑制する効果も得られる。なお、鋼板１１と接触させる電極１３は、先端曲率半径Ｒ_Ｆｅが下記式（７）の関係を満たす、すなわち先端曲率半径Ｒ_Ｆｅが５０ｍｍ以上である電極を用いることが好ましい。その理由は、電極と鋼板の接触面積を拡大し、電流密度を低下させることによる表散りの抑制である。
Ｒ_Ｆｅ≧５０ （７）
電極１３の先端の形式は、例えばＪＩＳ Ｃ ９３０４：１９９９に記載されるＤＲ形（ドームラジアス形）、Ｒ形（ラジアス形）、Ｄ形（ドーム形）である。図５に、電極の先端曲率半径Ｒと先端径Ｄを示す。図５（ａ）はラジアス形の電極の先端曲率半径Ｒと先端径Ｄを示す図であり、図５（ｂ）はドームラジアス形の電極の先端曲率半径Ｒと先端径Ｄを示す図である。なお、図５（ｂ）に示すように、ドームラジアス形の電極は先端側の曲面が２段の曲率を有するが、電極の先端曲率半径は、抵抗スポット溶接する板に最初に接する部分（中心側の曲面）の曲率半径Ｒである。
鋼板１１と接触させる電極１３の先端径Ｄ_Ｆｅは、電極と鋼板の接触面積確保の観点より、例えば４ｍｍ〜１６ｍｍであることが好ましい。電極１３の先端径Ｄ_Ｆｅは、より好ましくは６ｍｍ〜１６ｍｍであり、さらに好ましくは８ｍｍ〜１６ｍｍである。

本発明においては、上記特定の通電パターンで行い、且つ、鋼板１１に接触させる電極１３として特定の電極を用いることにより、広範囲のアルミニウム板１２を溶融させつつ、過大な発熱を防ぐことができるため、接合径の拡大と入熱の低減による接合界面の金属間化合物の成長抑制とを両立させることが可能となる。したがって、本発明においては、良好なはく離強度を有する鋼板１１とアルミニウム板１２の抵抗スポット溶接継手を製造することができる。また、上述したように、鋼板やアルミニウム板の成分や板組によらず、具体的には、鋼板やアルミニウム板における表面の金属めっき層の有無や厚さ、酸化皮膜の組成や厚さ、母材強度、板厚によらず、適用することができる。

なお、アルミニウム板１２と接触させる電極１４は、アルミニウム板１２と接触させる電極１４の先端曲率半径をＲ_Ａｌ（ｍｍ）としたとき、下記式（８）を満たす、すなわち、先端曲率半径Ｒ_Ａｌが５０ｍｍ以上である電極とすることが好適である。これにより、本発明の効果をより有効に得ることができる。これは、アルミニウム板１２に加わる面圧を低減させることで、通電によるアルミニウム板１２の減厚を抑制する効果が得られるためである。
Ｒ_Ａｌ≧５０ （８）
なお、先端曲率半径Ｒ_Ａｌは８０ｍｍ以上とすることが、より好ましい。
アルミニウム板１２と接触させる電極１４の先端の形式は、例えばＪＩＳ Ｃ ９３０４：１９９９に記載されるＤＲ形（ドームラジアス形）、Ｒ形（ラジアス形）、Ｄ形（ドーム形）である。アルミニウム板１２と接触させる電極１４の先端径Ｄ_Ａｌは、アルミニウム合金板に加わる面圧低減の観点より、例えば４ｍｍ〜１６ｍｍであることが好ましい。電極１４の先端径Ｄ_Ａｌは、より好ましくは６ｍｍ〜１６ｍｍであり、さらに好ましくは８ｍｍ〜１６ｍｍである。
また、アルミニウム板１２側の電極１４の先端径Ｄ_Ａｌと、鋼板１１側の電極１３の先端径Ｄ_Ｆｅとの大小関係については特に規定は無く、両者が同じであってもよいし、異なってもよい。

また、本発明において、第２通電工程の通電で適用できる電流範囲を拡大したい場合は、第１通電工程で鋼板１１とアルミニウム板１２間に十分な通電経路を確保しておくことが有効となる。そのため第１通電工程の通電時間ｔ_１は、５０ｍｓ以上とすることが好ましく、６０ｍｓ以上とするのがより好ましい。第１通電工程の通電時間ｔ_１の上限は特に規定しないが、タクトタイム短縮の観点より、好ましくは、通電時間ｔ_１が６００ｍｓ以下である。
また、この第１通電工程の通電時に、アルミニウム板１２は少なくとも一部が溶融することが好ましい。第１通電工程の通電時にアルミニウム板１２が溶融することによりアルミニウム板１２表面の酸化被膜が完全に除去されるため、通電経路の安定化が可能となる。ただし、入熱が過大となるのを防ぐため、最外側に位置し電極１４に接触させるアルミニウム板１２の板厚をＴ（ｍｍ）としたとき、第１通電工程の通電で形成する電極１４に接触させる最外側のアルミニウム板１２のナゲット径は、６√Ｔ（ｍｍ）以下であることが好ましく、さらに好ましくは、５√Ｔ（ｍｍ）以下である。また、第１通電工程の通電で形成する、電極１４に接触させる最外側のアルミニウム板１２のナゲット径は、２√Ｔ（ｍｍ）以上であることが好ましい。なお、アルミニウム板１２の板厚Ｔは単位としてｍｍを用い、このＴを代入した６√Ｔや５√Ｔの単位もｍｍとする。ここで、アルミニウム板１２のナゲット径は、アルミニウム板１２と該アルミニウム板１２と接する板（図２においては、鋼板１１）との合わせ面（接合面）における、アルミニウム板１２のナゲットの最大径である。なお、「ナゲット」とは、重ね抵抗溶接において溶接部に生じる溶融凝固した部分であるが、本明細書においては、凝固するとナゲットになる溶融部（すなわち凝固する前の溶融部）もナゲットと呼ぶ場合がある。

また、鋼板の板厚が大きい場合など、電極への抜熱が生じにくい板組においては、通電休止時間ｔ_ｃは１０ｍｓ以上とすることが好ましく、２０ｍｓ以上とすることがより好ましい。かつ、通電休止時間ｔ_ｃは下記式（９）の関係を満たすことが好ましく、下記式（１０）の関係を満たすことがより好ましい。その理由は溶接部を一旦冷却することで、第２通電工程で広範囲の発熱を促し、継手強度が向上するためである。
８＋０．０４×√（Ｉ_１ ²×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ）≦ｔ_ｃ≦４９５＋√（Ｉ_１ ²×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ） （９）
１５＋０．０４×√（Ｉ_１ ²×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ）≦ｔ_ｃ≦４９５＋√（Ｉ_１ ²×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ） （１０）

本発明における溶接電流（通電時の電流）は、特に限定されず、溶接電流は例えば４〜４０ｋＡである。ただし、施工上は所定のナゲット径を得る必要があり、過大な電流値は散り発生の原因となるため、第１通電工程の電流Ｉ_１は例えば４〜２０ｋＡであり、第２通電工程の電流値Ｉ_２は例えば１０〜４０ｋＡである。

また、溶接中の加圧力には特に制限はなく、例えば、加圧力は、例えば２．０ｋＮ〜７．０ｋＮであり、加圧力を溶接中および溶接前後に変化させてもよい。

また、溶接中の抵抗値・電圧値といったパラメータを監視し、その変動に応じて電流値や通電時間を変化させる制御方法を用いても何ら問題無い。

なお、本明細書において、上記各式は数値のみの関係を規定したものである。

本発明の実施例を以下に示す。なおこの実施例で用いた板組や溶接条件、電極形状は、本発明の効果を示すために適用した一例であるため、他の条件を用いてもよいのは言うまでもない。

（本発明例および比較例）
供試材料として、表１−１および表１−２に示した鋼板１１とアルミニウム板１２を用いた。表１−１および表１−２に示した各鋼板の引張強さは、鋼板から圧延方向に対して平行方向にＪＩＳ５号引張試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１の規定に準拠して引張試験を実施して求めた。表１−１に示した鋼板１１とアルミニウム板１２は、図２に示すようにして、抵抗スポット溶接を行ない、２枚重ねの板組からなる抵抗スポット溶接継手を製造した。表１−２に示した鋼板とアルミニウム板は、図示はしないが、同様に抵抗スポット溶接を行ない、鋼板１１（下板）とアルミニウム板１２（上板）との間にさらにもう１枚の鋼板１５（中板）を挟んだ３枚重ねの板組からなる抵抗スポット溶接継手を製造した。なお、用いたアルミニウム板１２は表面に酸化被膜が形成されていた。溶接機はインバータ直流式抵抗スポット溶接機を用い、電極１３、１４の先端曲率半径および先端径、ならびに、通電パターンを表２に示す条件とした。電極１３、１４は全てクロム銅製のＤＲ形電極を用いた。抵抗スポット溶接は室温（２０℃）で行い、電極１３、１４を常に水冷した状態で行った。また、加圧力は、第１通電工程、通電休止工程、第２通電工程にわたって一定とした。なお、第１通電工程では、アルミニウム板１２の一部が溶融していた。

得られた抵抗スポット溶接継手について、ＪＩＳ Ｚ ３１３７に基づく十字引張試験を実施して、はく離強度を評価した。十字引張強度（ＣＴＳ）が、ＣＴＳ≧０．９ｋＮの場合をＡ、０．９ｋＮ＞ＣＴＳ≧０．８ｋＮの場合をＢ、０．８ｋＮ＞ＣＴＳ≧０．７ｋＮの場合をＣ、０．７ｋＮ＞ＣＴＳの場合をＦとして、それぞれ評価した。評価結果を表２に示す。本発明例では、評価はＡ〜Ｃのいずれかであった。

また、上記と同様の条件で第１通電工程を行ない、接合部の断面観察を行い、第１通電工程の通電で形成した、アルミニウム板１２のナゲット径（ｍｍ）を求めた。なお、アルミニウム板１２のナゲット径は、アルミニウム板１２とアルミニウム板１２と接する板（鋼板１１、表１−２に示す３枚重ねの板組の場合には鋼板１５）との接合面における、アルミニウム板１２のナゲットの最大径を測定した。測定結果を表２に示す。

１１、１５ 鋼板
１２ アルミニウム板
１３、１４ 電極
２１ 溶接電流
２２ 鋼板と電極の接触端近傍

Claims (4)

1. めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせて最外側に配置される板の一方が鋼板で他方がアルミニウム板とした板組を、一対の電極によって挟み、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造するにあたり、
   電流Ｉ_１（ｋＡ）で通電時間ｔ_１（ｍｓ）の間通電する第１通電工程と、
   第１通電工程の後に通電休止時間ｔ_ｃ（ｍｓ）の間通電を休止する通電休止工程と、
   通電休止工程の後に電流Ｉ_２（ｋＡ）で通電時間ｔ_２（ｍｓ）の間通電する第２通電工程とを有し、
   重ね合わせる鋼板の総板厚をＴ_Ｆｅ（ｍｍ）、鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をＲ_Ｆｅ（ｍｍ）、鋼板と接触させる電極の先端径をＤ_Ｆｅ（ｍｍ）としたとき、
   前記第１通電工程、前記通電休止工程、および前記第２通電工程は、下記式（１）〜（６）の関係を全て満たす、抵抗スポット溶接継手の製造方法。
   Ｉ_１＜Ｉ_２ （１）
   ｔ_１＞ｔ_２ （２）
   ｔ_１≧４０ （３）
   ｔ_ｃ≧５ （４）
   ３＋０．０４×√（Ｉ_１ ²×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ）≦ｔ_ｃ≦４９５＋√（Ｉ_１ ²×ｔ_１×Ｔ_Ｆｅ／Ｄ_Ｆｅ） （５）
   Ｒ_Ｆｅ≧２０ （６）
2. 前記第１通電工程、前記通電休止工程、および前記第２通電工程は、さらに、下記式（７）の関係を満たす、請求項１に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
   Ｒ_Ｆｅ≧５０ （７）
3. アルミニウム板と接触させる電極の先端曲率半径をＲ_Ａｌ（ｍｍ）としたとき、
   前記第１通電工程、前記通電休止工程、および前記第２通電工程は、さらに、下記式（８）の関係を満たす、請求項１または２に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
   Ｒ_Ａｌ≧５０ （８）
4. 前記第１通電工程では、電極を接触させたアルミニウム板の少なくとも一部を溶融させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

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