JP6493641B1 - 抵抗スポット溶接方法 - Google Patents
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Abstract
Description
その原因としては、ナゲットの硬化やPおよびSの凝固偏析による、靱性の低下が考えられる。加えて、ナゲットおよび溶接熱影響部(HAZ)の硬化により塑性変形が抑制され、結果的にナゲット端部において開口応力が集中することも原因として考えられる。
また、特許文献3には、ナゲット端部でのPやSといった脆化元素の偏析を抑制すべく、スポット溶接の通電の後に、一旦ナゲットの端部を凝固させ、その後、ナゲットに所定の条件で電流を流してナゲットを加熱する溶接方法が開示されている。
まず、発明者らは、Mn量およびP量を種々変化させた鋼板を被溶接材として抵抗スポット溶接を行い、多量のMnを含有させた鋼板を被溶接材とする場合に、良好な破断形態が得られなくなる理由を調査した。
その結果、P量が多い鋼板だけでなく、Mn量が多い鋼板でも、十字引張試験時にナゲットで脆性的に界面破断することがわかった。このMn量の増加による界面破断の発生原因を詳しく検討したところ、その原因は、溶接後の凝固によるMn濃縮やそれに伴う脆化部の発生、さらには、Mn量の増加に伴い、脆化元素であるPの偏析による影響が助長されることの相乗効果によるものであると考えるに至った。
との知見を得た。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
1.2枚以上の鋼板を重ね合わせた被溶接材を接合する抵抗スポット溶接方法であって、
上記鋼板のうち、Mn量が最も高い鋼板の成分組成が、
0.050%≦C≦0.250%、
3.50%≦Mn≦12.00%、
0.001%≦Si≦2.000%、
0.001%≦P≦0.025%および
0.0001%≦S≦0.0020%
の範囲を満足し、かつ
上記抵抗スポット溶接方法では、本通電と後通電を行うとともに、該本通電と該後通電の間に0.01s以上の通電休止時間を設け、
上記本通電の電流値をI(kA)、上記後通電の電流値および通電時間をそれぞれIp(kA)およびTp(s)、上記通電休止時間をT(s)としたとき、上記本通電の電流値に対する上記後通電の電流値の比であるIp/Iが、上記TpおよびT、ならびに上記成分組成のMn量およびP量により定義される定数Aとの関係で、該定数Aに応じて下記式(1)〜(3)のいずれかを満足する、抵抗スポット溶接方法。
記
・A≦0.04の場合
(0.41+A)×(1+T)/(1+Tp)≦Ip/I ≦(2.04-A)×(1+T)/(1+Tp) (1)
・0.04<A≦0.09の場合
(0.402+1.2×A)×(1+T)/(1+Tp)≦Ip/I≦(2.08-2×A)×(1+T)/(1+Tp) (2)
・0.09<A≦0.155の場合
(0.393+1.3×A)×(1+T)/(1+Tp)≦Ip/I≦(2.17-3×A)×(1+T)/(1+Tp) (3)
また、上記定数Aは、上記Mn量に応じて次式(4)〜(6)のいずれかにより定義される。
・3.5%≦Mn≦4.5%の場合
A=(Mn+1.5)/200+P (4)
・4.5%<Mn≦7.5%の場合
A=(Mn-1.5)/100+P (5)
・7.5%<Mn≦12.0%の場合
A=(Mn-3.9)/60+P (6)
ここで、(4)〜(6)式中、MnおよびPはそれぞれ上記成分組成のMn量およびP量である。
本発明の一実施形態は、2枚以上の鋼板を重ね合わせた被溶接材を接合する抵抗スポット溶接方法であって、
上記鋼板のうち、Mn量が最も高い鋼板の成分組成が、
0.050%≦C≦0.250%、
3.50%≦Mn≦12.00%、
0.001%≦Si≦2.000%、
0.001%≦P≦0.025%および
0.0001%≦S≦0.0020%
の範囲を満足し、かつ
上記抵抗スポット溶接方法では、本通電と後通電を行うとともに、該本通電と該後通電の間に0.01s以上の通電休止時間を設け、
上記本通電の電流値をI(kA)、上記後通電の電流値および通電時間をそれぞれIp(kA)およびTp(s)、上記通電休止時間をT(s)としたとき、上記本通電の電流値に対する上記後通電の電流値の比であるIp/Iが、上記TpおよびT、ならびに上記成分組成のMn量およびP量により定義される定数Aとの関係で、該定数Aに応じて次式(1)〜(3)のいずれかを満足するものである。
・A≦0.04の場合
(0.41+A)×(1+T)/(1+Tp)≦Ip/I ≦(2.04-A)×(1+T)/(1+Tp) (1)
・0.04<A≦0.09の場合
(0.402+1.2×A)×(1+T)/(1+Tp)≦Ip/I≦(2.08-2×A)×(1+T)/(1+Tp) (2)
・0.09<A≦0.155の場合
(0.393+1.3×A)×(1+T)/(1+Tp)≦Ip/I≦(2.17-3×A)×(1+T)/(1+Tp) (3)
また、上記定数Aは、上記Mn量に応じて次式(4)〜(6)のいずれかにより定義される。
・3.5%≦Mn≦4.5%の場合
A=(Mn+1.5)/200+P (4)
・4.5%<Mn≦7.5%の場合
A=(Mn-1.5)/100+P (5)
・7.5%<Mn≦12.0%の場合
A=(Mn-3.9)/60+P (6)
ここで、(4)〜(6)式中、MnおよびPはそれぞれ上記成分組成のMn量およびP量である。
[実験]
MnおよびP量を種々変化させた鋼板を用いた2枚重ねの鋼板の板組みを用いて、本通電と後通電とからなる抵抗スポット溶接を行い、種々の溶接継手を作製した。この際、本通電の電流値に対する後通電の電流値の比であるIp/Iを種々変化させた。なお、本通電と後通電との間にはいずれも0.1sの通電休止時間を設けるとともに、本通電および後通電における通電時間はそれぞれ0.4sおよび0.2sとした。また、加圧力は一定(3.5kN)とした。
ついで、得られた各継手について、JIS Z 3137(1999)に準拠して、十字引張試験を実施し、以下の基準で評価した。
◎:破断形態がプラグ破断であり、さらにプラグ径が形成ナゲット径の110%以上である場合
○:破断形態がプラグ破断であり、さらにプラグ径が形成ナゲット径の100%以上110%未満である場合
×:上記◎および○以外の場合(破断形態が部分プラグ破断または界面破断の場合)
評価結果を、横軸をMn量、縦軸をIp/Iとして図2に示す。
ナゲットの脆化効果に及ぼすMn量およびP量の影響を考えたとき、
・Mn量が3.50%≦Mn≦4.50%の範囲では、Mnの影響がPの影響に比べて相対的に小さい、
・Mn量が4.50%<Mn≦7.50%の範囲では、Mnの影響がPの影響に比べて相対的に大きい、
・Mn量が7.50%<Mn≦12.00%の範囲では、Mnの影響がPの影響に比べて特に大きい、
と言えることから、上記の範囲ごとに、Mnの影響およびPの影響が反映されたパラメータを設定し、このパラメータを基にIp/Iを制御すれば、多量のMnを含有させた鋼板を被溶接材とする場合であっても、十分な十字引張強さを確実に確保することが可能になるのではないかと考えるに至った。
・Mnの影響およびPの影響を反映したパラメータとしては、Mn量に応じて上掲(4)〜(6)式のいずれかにより定義される定数Aを用いることが最適であり、
・また、図3に示すように、この定数Aに応じてIp/Iを上掲(1)〜(3)式のいずれかを満足するように制御すれば、多量のMnを含有させた鋼板を被溶接材とする場合であっても、十分な十字引張強さを確保できるとの知見を得て、本発明を完成するに至ったのである。
ここで、図3は、上記の評価結果を、横軸を定数A、縦軸をIp/Iとしてプロットしたものである。
すなわち、定数Aは、上掲(4)〜(6)式に示したように、鋼板のMn量およびP量によって規定され、技術的には、ナゲットの靱性低下に及ぼすMn量およびP量の影響を表すものである。先に述べたとおり、Mn量が増加するにつれ、Pの影響はより助長される傾向にあるため、Mn量の増加に合わせて、Mn量の影響が相対的に強く表れるように定数Aを設定する必要がある。そのため、鋼板のMn量に応じて定数Aの導出方法を変えることが必要となる。
なお、被溶接材を構成する鋼板のうちMn量が最も高い鋼板を基準として、定数Aを設定するのは、ナゲットの組成が最も高いMn量の鋼板の影響を受けるためである。
ここで、上掲(1)式の好適な下限は(0.45+A)×(1+T)/(1+Tp)、より好適な下限は(0.49+A)×(1+T)/(1+Tp)である。また、上掲(1)式の好適な上限は(1.94-A)×(1+T)/(1+Tp)、より好適な上限は(1.84-A)×(1+T)/(1+Tp)である。
ここで、上掲(2)式の好適な下限は(0.442+1.2×A)×(1+T)/(1+Tp)、より好適な下限は(0.482+1.2×A)×(1+T)/(1+Tp)である。また、上掲(2)式の好適な上限は(1.98-2×A)×(1+T)/(1+Tp)、より好適な上限は(1.88-2×A)×(1+T)/(1+Tp)である。
ここで、上掲(3)式の好適な下限は(0.433+1.3×A)×(1+T)/(1+Tp)、より好適な下限は(0.473+1.3×A)×(1+T)/(1+Tp)である。また、上掲(3)式の好適な上限は(2.07-3×A)×(1+T)/(1+Tp)、より好適な上限は(1.97-3×A)×(1+T)/(1+Tp)である。
例えば、本通電および後通電の通電時間はそれぞれ0.2〜1.5sおよび0.04〜1.0sとすることが好適である。
また、本通電および後通電とも定電流制御で行うものとし、その電流値はそれぞれ4.0〜15.0kAの範囲で選択することが好適である。さらに、加圧力は2.0〜7.0kNとすることが好適である。なお、加圧力は本通電と後通電とで同じとしてもよく、異なる値としてもよい。
ただし、本通電時に散りが発生するなどして溶接が困難である場合、本通電よりも前に予備的な通電を行ったり、徐々に電流を増加させるアップスロープ状の通電を行ってもよい。また、本通電を、通電休止を設けながら、複数回に分けて行ったり、通電中に電流値が変化するような多段ステップからなる本通電としてもよい。これらの場合には、本通電における電流値としてナゲットを形成するために主要な役割を果たす通電の電流値を用いて後通電における電流値を規定すればよい。
また、後通電の効果をより有利に得るため、本通電の後の通電休止と後通電の組合せを複数回繰り返しても良い。ただし、繰り返し回数が多くなり過ぎると、溶接時間を増加させ、施工性を悪化させるため、繰り返し回数は、多くとも9回までとすることが望ましい。
加えて、上記成分組成には、上記以外の成分として、Ti:0.001〜0.200%、Al:0.001〜0.200%、B:0.0001〜0.0020%、N:0.0010〜0.0100%から選んだ1種または2種以上が含まれていてもよい。
なお、これら以外の成分は、Feおよび不可避的不純物である。
さらに、鋼板の板厚は限定されず、0.8〜2.3mmが好適である。板組みの厚さも限定されず、1.6〜6.0mmが好適である。
加えて、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法は、3枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みにも適用できる。
なお、表1に示す以外の成分は、Feおよび不可避的不純物である。
また、溶接機にはインバータ直流抵抗スポット溶接機を用い、電極にはDR形先端径6mmのクロム銅電極を用いた。
◎:破断形態がプラグ破断であり、さらにプラグ径が形成ナゲット径の110%以上である場合
○:破断形態がプラグ破断であり、さらにプラグ径が形成ナゲット径の100%以上110%未満である場合
×:上記◎および○以外の場合(破断形態が部分プラグ破断もしくは界面破断の場合)
評価結果を表2に併記する。
3:板組み(被溶接材)
4,5:電極
6:ナゲット
Claims (1)
- 2枚以上の鋼板を重ね合わせた被溶接材を接合する抵抗スポット溶接方法であって、
上記鋼板のうち、Mn量が最も高い鋼板の成分組成が、
0.050%≦C≦0.250%、
3.50%≦Mn≦12.00%、
0.001%≦Si≦2.000%、
0.001%≦P≦0.025%および
0.0001%≦S≦0.0020%
の範囲を満足し、かつ
上記抵抗スポット溶接方法では、本通電と後通電を行うとともに、該本通電と該後通電の間に0.01s以上の通電休止時間を設け、
上記本通電の電流値をI(kA)、上記後通電の電流値および通電時間をそれぞれIp(kA)およびTp(s)、上記通電休止時間をT(s)としたとき、上記本通電の電流値に対する上記後通電の電流値の比であるIp/Iが、上記TpおよびT、ならびに上記成分組成のMn量およびP量により定義される定数Aとの関係で、該定数Aに応じて下記式(1)〜(3)のいずれかを満足する、抵抗スポット溶接方法。
記
・A≦0.04の場合
(0.41+A)×(1+T)/(1+Tp)≦Ip/I ≦(2.04-A)×(1+T)/(1+Tp) (1)
・0.04<A≦0.09の場合
(0.402+1.2×A)×(1+T)/(1+Tp)≦Ip/I≦(2.08-2×A)×(1+T)/(1+Tp) (2)
・0.09<A≦0.155の場合
(0.393+1.3×A)×(1+T)/(1+Tp)≦Ip/I≦(2.17-3×A)×(1+T)/(1+Tp) (3)
また、上記定数Aは、上記Mn量に応じて次式(4)〜(6)のいずれかにより定義される。
・3.5%≦Mn≦4.5%の場合
A=(Mn+1.5)/200+P (4)
・4.5%<Mn≦7.5%の場合
A=(Mn-1.5)/100+P (5)
・7.5%<Mn≦12.0%の場合
A=(Mn-3.9)/60+P (6)
ここで、(4)〜(6)式中、MnおよびPはそれぞれ上記成分組成のMn量およびP量である。
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