JP6584728B1 - 抵抗スポット溶接継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも一枚のホットスタンプ鋼板を含む鋼板のスポット溶接の際、チリの発生を抑制できる抵抗スポット溶接継手の製造方法であって、２枚以上の鋼板を重ね合わせ、その重ね合わせ部を抵抗スポット溶接する際に、電極加圧力を３．９ｋＮ以上、電流Ｉａ（ｔ）（ｋＡ）、時間ｔａ（ｓｅｃ）の予備通電工程と本通電工程の２段通電で行う。予備通電及び本通電の電流はすべて直流であり、予備通電の時間の８０％以上を連続通電とし、Ｉａ（ｔ）、ｔａ（ｓｅｃ）は、Iａ(t)≦６．０（ｋＡ）、を満たし、本通電をパルセーション通電とする。

Description

本発明は、鋼板の抵抗スポット溶接継手の製造方法に関するものである。

自動車の車体はプレス成形された鋼板を、主に抵抗溶接によるスポット溶接にて接合することで組み立てられる。スポット溶接では、板厚に応じたナゲット径の確保とチリ（散り）の発生抑制の両立が求められる。

近年、自動車の分野では、車体の軽量化と衝突安全性を確保するため、骨格部品に高強度鋼板の採用が拡大しつつある。中でも、高強度鋼板を用いて熱間成形したホットスタンプ鋼板は高い成形精度と低いプレス荷重を両立できるため、その採用が進んでいる。

しかし、高強度鋼板を１段通電方式でスポット溶接する場合ではチリが発生しやすく、適正電流範囲の確保が困難となる。また、ホットスタンプ用鋼板の表層に亜鉛めっきやアルミめっきがあると、加熱中にめっきの酸化が進んで酸化亜鉛や酸化アルミなどが形成される。これら酸化物が成長すると鋼板の接触抵抗が上昇する。その結果、車体のスポット組付溶接においてチリが発生しやすくなり、ナゲット径の安定確保が困難となるという問題もある。

このような問題に対して、特許文献１には、予備通電により鋼板の接触面同士のなじみを向上させた後に本通電を行う２段通電方法を採用することによって、高張力鋼板のスポット溶接におけるチリの発生を抑制するスポット溶接方法が開示されている。

特許文献２には、予備通電により３√ｔ〜５√ｔの径を有するナゲットを形成させた後に電流値を下げ、その後、再び電流値を上げて一定電流の本通電又はパルス状の本通電を行う通電方式を採用することによって、高張力鋼板のスポット溶接におけるチリの発生を抑制するスポット溶接方法が開示されている。

また、そのような予備通電、本通電による２段通電方法をホットスタンプ鋼板のスポット溶接に適用した例として、特許文献３では、酸化亜鉛等の電気抵抗が高い皮膜で覆われたホットスタンプ鋼板をスポット溶接する際、予備通電を、電極で鋼板を加圧しながら通電と通電休止を複数回繰り返すパルセーション通電で行い、その後に、パルセーション通電時の最大通電時間よりも長時間連続的に本通電するようにしたスポット溶接方法が開示されている。

さらに、特許文献４では、特許文献３と同様の鋼板をスポット溶接する際、予備通電と本通電を、パルセーション通電で行い、かつ、本通電の最大電流を予備通電の最大電流より高く通電するようにしたスポット溶接方法が開示されている。

この特許文献３、４に開示の方法では、予備通電のパルセーション通電時に、通電と通電休止とが繰り返されることにより、熱膨張、収縮による振動を鋼板の電極接触面に与えて、高融点の酸化物層を効果的に溶接部の外側に排除することができるとともに、パルセーション通電の通電休止により電極の冷却効果を十分に働かせて、溶接部の急激な温度上昇を抑制できる。このため、チリの発生を抑制しつつ、短時間で鋼板の接触面同士のなじみを向上させる効果を得ることができ、接触界面での電流密度の上昇を抑制し急激なナゲット成長を抑制することができる。その結果、ホットスタンプ鋼板のスポット溶接におけるチリの発生を抑制することができる。

特許文献５には、電極の加圧力を鋼板の板厚に応じた適正な範囲とし、さらに、通電パターンを適正範囲とすることで、インデンテーションの発生を抑制しつつナゲット径を確保し、かつ、散りの発生を防止するスポット溶接方法が開示されている。

特開２０１０−１８８４０８号公報 特開２０１０−２０７９０９号公報 国際公開第２０１５／００５１３４号 国際公開第２０１５／０９３５６８号 国際公開第２０１４／０４５４３１号

ホットスタンプに用いる鋼板は、高温に加熱した時に鉄スケールの発生を防止するため、亜鉛系めっき、アルミニウム系めっきなどの表面処理が施されたものが多い。そのような表面処理鋼板をホットスタンプすると、加熱中にめっきの酸化が進んで酸化亜鉛や酸化アルミなどの酸化物層が形成される。これら酸化物層が成長すると、ホットスタンプ後の鋼板（ホットスタンプ鋼板）では接触抵抗が１ｍΩ以上に上昇する。そのようなホットスタンプ鋼板を用いた車体のスポット組付溶接において、チリの発生が容易となり、ナゲット径の安定確保が困難となるという問題もある。

特許文献３、４に開示の技術は、インバータ直流の溶接電源を用いたパルセーション通電（通電及び通電休止を短時間に複数回繰り返す通電）の作用によって、高融点の酸化物層を溶接部の外側に排除することにより、予備通電時における鋼板の接触面同士のなじみを向上させるものである。しかし、酸化物層が厚い場合など効果が十分でない場合があり、そのような場合でもさらにチリの発生を抑制できることが望まれる。また、電流が小さいなどの利点があるために最近は主流となりつつあるインバータ直流では、特許文献４の開示されているように、交流より適正電流範囲が狭くなるという問題がある。

特許文献５に開示の技術は、板厚に応じて加圧力を変え、さらに通電パターンを適正な範囲とすることにより、ナゲット径を確保し、チリの発生も抑制するものであるが、酸化物層が厚い場合など効果が十分でない場合があり、そのような場合でもさらにチリの発生を抑制できることが望まれる。

本発明では、このような実情に鑑み、少なくとも一枚のホットスタンプ鋼板を含む鋼板のスポット溶接の際、チリの発生を抑制できるスポット溶接技術を提供することを課題とする。

表層に酸化亜鉛などの電気抵抗の高い物質が形成されている接触抵抗の高い鋼板同士を組合せてスポット溶接する場合において、表層の電気抵抗の高い物質を分散又は移動させてチリを抑制し、安定してナゲット径を確保する手段について検討した。

その結果、特許文献１〜５のように本通電の前に予備通電を実施する際に、電極の加圧力を高めた条件の下で予備通電を実施すると、表層の電気抵抗の高い物質を効果的に分散又は移動させることができ、さらに本通電をパルセーション通電とすることにより、酸化物が分散・移動する領域が徐々に拡大し、本通電でのチリの発生電流が上昇し、適正な溶接電流範囲を拡大することができることを見出した。

そして、電極加圧力、予備通電の通電条件についてさらに検討した結果、表層の電気抵抗の高い物質を分散又は移動させてチリを抑制し、安定してナゲット径を確保できる条件を見出した。

そのようにしてなされた本発明の要旨は、以下のとおりである。

［１］２枚以上の鋼板を重ね合わせ、その重ね合わせ部を電極により加圧して通電する抵抗スポット溶接継手の製造方法であって、３．９ｋＮ以上の加圧力で前記電極により前記重ね合わせ部を加圧しつつ電流Iａ（ｔ）(ｋＡ)を以下の式（１）、（２）を満たすように通電時間ｔａ（ｓｅｃ）の間通電する予備通電工程と、前記予備通電工程後に本通電工程を備え、前記予備通電工程及び前記本通電工程の電流はすべて直流であり、前記予備通電工程において、前記通電時間ｔａの８０％以上の通電方式が連続的に通電する連続通電であり、前記本通電工程の通電方式は通電と通電休止とを複数回繰り返すパルセーション通電であることを特徴とする抵抗スポット溶接継手の製造方法。

Iａ(t)≦６．０（ｋＡ） ・・・式（１）

［２］前記予備通電工程において電流を増大させることを特徴とする前記［１］の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

［３］前記本通電工程において電流を増大させることを特徴とする前記［１］又は［２］の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

［４］前記鋼板の少なくとも1枚の鋼板の接触抵抗が１ｍΩ以上であることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかの抵抗スポット溶接継手の製造方法。

本発明によれば、ホットスタンプ鋼板のように、表層に電気抵抗の高い物質が存在している鋼板のスポット溶接に対し、チリを抑制し、安定してナゲット径を確保できる溶接方法を提供する。

板厚１．４ｍｍの１８００ＭＰａ級ホットスタンプ材を、通電パターンを変化させてスポット溶接した場合におけるナゲット成長挙動を示すグラフである。 スポット溶接の通電パターンの一例を示す図である。 電極先端部の直径を説明するための図である。 スポット溶接の通電パターンの他の例を示す図である。 スポット溶接の通電パターンのさらに他の例を説明するための図である。 接触抵抗の測定方法を説明するための図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

溶融めっきなどの表面処理がなされた鋼板をホットスタンプした後のホットスタンプ鋼板（表面処理ホットスタンプ鋼板）を抵抗スポット溶接すると、低い電流値でも中チリと共に表チリも出やすくなり、適正電流範囲が著しく狭くなり、チリの発生する電流が低くなる。このため適正電流範囲内（ただし、適正電流範囲の上限付近の電流を除く。）の電流値でチリを発生せずに溶接すると、得られるナゲット径も小さくなる。

ここで、「適正電流範囲」とは、少しずつ電流を上げていき、スポット溶接される鋼板の板厚の平均値をｔとしたときに、ナゲット径が４√ｔ以上となる最初の電流（以下「４√ｔ電流」という）から、チリが初めて発生する電流までの範囲をいう。

表面処理ホットスタンプ鋼板を抵抗スポット溶接すると、チリが出やすくなり、適正電流範囲が狭くなる原因については次のように考えられる。

表面処理ホットスタンプ鋼板は、めっき金属と基材の鋼との合金化反応によって、金属間化合物及び鉄基の固溶体がその表面に形成されており、さらにその外面にめっきに由来する金属（例えば、Ｚｎ）を主成分とする酸化皮膜を有している。そのため、表面処理ホットスタンプ鋼板は冷間でプレスした鋼板と比べて、鋼板同士の接触部での抵抗が高く発熱量が大きい。

一方、ホットスタンプ工程でめっき金属と鋼との合金化が進行し、表面近傍の融点も鉄に近い高い値となっているので、ホットスタンプ前のめっき鋼板と比較して、鋼板同士の接触部が軟化しにくく通電パスの拡大が抑制される。特に、インバータ直流方式の通電では単相交流に比べ発熱効率が高いため、通電初期のナゲットの形成が非常に急激となる。このためナゲットの周囲における圧接部の成長が追い付かず溶融金属を閉じ込めることができなくなり、中チリが発生するものと推定される。

また、直流は単相交流のような電流休止時間がないため、電極による冷却効果が得られにくい。このため、ナゲットが板厚方向に成長しやすく、鋼板の最表層まで溶融部が達して、表チリが発生するものと推定される。本発明において、「直流」とは、交流のようにプラス／マイナスが逆転するような通電は含まないこととする。このため、連続通電のように常に電流が流れている通電だけではなく、通電及び通電休止を短時間に複数回繰り返すパルセーション通電も、プラス／マイナスが逆転しない限り、直流と判定する。

本発明者らは、２段通電によるスポット溶接の際に、酸化物層の厚みなどによらず、酸化物層を分断し、その一部を溶接部の外側に確実に排除して、急激な溶融金属の成長を抑制する手段について検討した。

その結果、予備通電において、高めの加圧力をホットスタンプ鋼板に作用させた状態で、適正な電流を流すことにより、予備通電における酸化物の分散・移動（排除）効果が増すとともに、本通電でのパルセーション通電により、酸化物が分散・移動する領域が徐々に拡大するとともに、急激な溶融金属の成長が抑制され、チリの抑制が可能となることを見出した。

図１にそのような知見を得た試験結果の一例を示す。

試験では、ホットスタンプされた板厚１．４ｍｍの亜鉛めっき鋼板（ホットスタンプ鋼板）を２枚重ね合わせ、本通電のみの１段通電でスポット溶接した場合と、予備通電及び本通電の２段通電でスポット溶接した場合において、本通電の電流値をチリが発生するまで増加させたときのナゲットの拡大挙動を調べた。

１段通電では、本通電を電流一定の通電パターンとした。２段通電では、電流値Ｉａ：３．５ｋＡで、通電時間ｔａ：０．４ｓｅｃの予備通電を行い、続いて、図２に示すようなパルセーション通電による本通電を行う通電パターンと、電流一定の本通電を行う通電パターンを用いた。パルセーション通電は、予備通電後、休止時間なくただちに、０．０６ｓの通電を６回、０．０２ｓの休止を５回、交互に繰り返した。

電極には、先端部の曲面が、図３に示すような先端曲面部（初期接触部）とコーナー曲面部よりなるＤＲ（ドームラジアス）型で、後述の電極先端部直径ｄが６ｍｍのものを用いた。通電中の加圧力は４５０ｋｇｆ（４．４ｋＮ）とし、予備通電から本通電にいたるまで一定で行った。

図１に、電流一定の本通電のみのパターン、予備通電＋電流一定の本通電のパターン、及び予備通電＋パルセーション通電による本通電のパターンで、それぞれスポット溶接した結果を示す。図１中のＥ点は、チリが発生した実験点を示す。

図１に示されるように、本通電のみの通電パターンで溶接した場合に対し、予備通電と本通電の２段通電によって溶接することによりチリの発生する上限電流値が上昇するが、２段通電で本通電をパルセーション通電により行う場合は、本通電を電流一定で行う場合に対して、さらにチリの発生する上限電流値が５√ｔ以上にまで大きく上昇し、適正な溶接電流範囲が拡大することが確認された。

以上の知見をもとに、さらに本発明者らは、通電を予備通電と本通電の２段通電で行うことを前提として、電極の加圧力及び予備通電の通電条件を変化させて、チリを抑制して、必要なナゲット径を得られる条件を検討した結果、少なくとも前記（１）及び（２）で規定した条件とすることにより、チリを発生させないで、必要とするナゲット径が得られる適正な溶接電流範囲が拡大することを見出した。

本発明は、このような検討結果に基づいてなされたものであり、以下本発明に必要な要件や好ましい要件についてさらに説明する。

（スポット溶接の対象とする鋼板）
本発明は、高強度鋼よりなる素材鋼板（たとえば、電気めっき鋼板又は溶融めっき鋼板を含む薄鋼板）を、焼入れ可能な温度まで加熱しオーステナイト化した後、金型でプレス成形と同時に冷却し焼き入れするホットスタンプされた鋼板（以下「ホットスタンプ鋼板」という）であって、表面に、高温に加熱した時に鉄スケールの発生を防止するための亜鉛系めっき、アルミニウム系めっきなどの表面処理が施された素材鋼板を用いてホットスタンプされたホットスタンプ鋼板をスポット溶接の主な対象とする。本発明はホットスタンプ鋼板以外の鋼板にも適用可能であり、特にホットスタンプ鋼板に限定される必要はない。

なお、ホットスタンプ鋼板は、多くの場合、平板ではなく成形加工された成形体であるが、要は、重ね合わされる部分が板状であればよいので、本発明では、成形体である場合も含めて「ホットスタンプ鋼板」という。また、亜鉛系めっき鋼板やアルミニウム系めっき鋼板をホットスタンプして得られるホットスタンプ鋼板を、以下の説明では「表面処理ホットスタンプ鋼板」という場合がある。

ホットスタンプ鋼板は、亜鉛系又はアルミニウム系のめっき皮膜と基材の鋼との合金化反応によって、金属間化合物及び鉄基の固溶体がその表面に形成されており、さらにその外面にめっきに由来する金属（例えば、亜鉛系めっきであれば亜鉛を指す。）を主成分とする酸化物層を有している。そのため、表面処理ホットスタンプ鋼板は裸の鋼板と比べて、接触抵抗が１ｍΩ以上と高く、通電による発熱量が大きい。また、ホットスタンプ鋼板は、ホットスタンプ工程でめっきと鋼との合金化が進行し、表面近傍の融点も鉄に近い高い値となっているので、加熱前のめっき皮膜を備える鋼板と比較して、鋼板同士の接触部が軟化しにくくなっている。本発明は、そのような接触抵抗が１ｍΩ以上の鋼板のスポット溶接に適用することにより特に効果を発揮する。なお、接触抵抗の測定方法については後述する。

鋼板の板厚について、特に制限はない。一般に、自動車用部品又は車体で使用される鋼板の板厚は０．６〜３．２ｍｍであり、本発明の抵抗スポット溶接継手の製造方法は、この範囲において十分な効果を有する。

（板組）
２枚以上の鋼板を重ね合わせる際の板組みは、電極の当たる側の鋼板の少なくとも１枚が表面処理ホットスタンプ鋼板を含むことが好ましい。表面処理ホットスタンプ鋼板に組合わされる鋼板としては、表面処理ホットスタンプ鋼板や５９０ＭＰａ級以上の高張力鋼板を含む組み合わせが好ましい。通常の自動車車体の組立てでは、これらの鋼板を２枚又は３枚の鋼板を重ね合わせた板組みに対して抵抗スポット溶接が行われる。

（電極）
本発明では、電極の先端表面の曲率半径が４０ｍｍ以上の表面領域（ただし、電極の最先端部を含む表面領域とする。）が電極の加圧方向（通常は電極の長さ方法と同じになる。）に対して垂直な面へ投影された領域の面積Ａと、面積が等価な円の直径（いわゆる、等価円相当径）を、電極先端部直径ｄと定義する。つまり、電極先端部直径ｄは、２√（Ａ／π）として算出される。この定義によると、例えば、図３のように、曲率半径が４０ｍｍ以上の表面領域が、電極の加圧方向（通常は電極の長さ方法と同じになる。）に対して垂直な面へ投影された領域が、円形の場合、その円の直径が電極先端部直径ｄとなる。

電極の先端曲面部の直径ｄや曲率半径（先端Ｒ）は、特に限定されるものではないが、一般的には、直径は５〜６ｍｍ程度、曲率半径は４０〜６０ｍｍ程度が例示される。

電極としては、たとえば、ＪＩＳ Ｃ９３０４：１９９９に規定されている電極を使用できる。たとえば、ＤＲ型先端曲面部の曲率Ｒが４０〜６０ｍｍの電極が例示される。

電極材質としては、クロム銅又はアルミナ分散銅が好ましい。溶着及び表チリを防止する観点ではアルミナ分散銅の方が望ましい。

（溶接電源）
スポット溶接の通電には、インバータ直流方式などの直流の溶接電源を用いて通電する。インバータ直流方式はトランスを小さくでき、可搬重量の小さいロボットに搭載できるメリットがあるため、特に自動化ラインで多く用いられる。

インバータ直流方式は、連続通電では、従来用いられてきた単相交流方式のような電流のオンオフがなく、連続的に電流を付与できるため、発熱効率が高い。また、パルセーション通電では、パルス電流波形を容易に制御できる。

（加圧・通電条件）
図２に、スポット溶接における通電パターンの基本的な例をタイムチャートで示す。この通電パターンでは、まず、所定の加圧力を印加しながら電流値Ｉａで通電する予備通電を行い、次いで、電流値Ｉｂでパルセーション通電して、ナゲットが所定の径になるよう本通電を行う。そして、本通電の通電が終了した後、所定のホールド時間が経過した時点で電極を鋼板から離間し、加圧力を解放する。

その際、前記のように電極加圧力、予備通電の通電条件を特定の条件とする。

予備通電では、加圧力を増大させて、鋼板表面の酸化物層を破壊して分散させ、その一部を電極の接触範囲外の方向に移動（排除）させるようにして、表面の接触抵抗を低下させる。また、電流値を下げて、接触初期にナゲットの急速な成長を抑制し、チリが発生しないようにする。

そのために、加圧力を３．９ｋＮ以上とし、予備通電における電流Ｉａ（ｋＡ）の最大値が、Ｉａ≦６ｋＡ、を満足するようにする。このようにすることにより、チリを発生させないで、鋼板表面の接触抵抗を低下させることができる。

加圧力は、好ましくは４．４ｋＮ以上である。さらに好ましくは４．５ｋＮ以上、４．８ｋＮ以上、５．０ｋＮ以上、又は５．４ｋＮ以上である。加圧力が適正な範囲を超えて大きくなると、たとえば電極加圧部の凹みが大きくなって(局所的に板厚の薄い部分が形成されて)継手強度が低下したり、又は電流密度が極端に低下して本通電時のナゲット形成が困難になったりする場合があるため、加圧力は１０ｋＮ以下、９．５ｋＮ以下、又は９．０ｋＮ以下とすることが好ましい。

予備通電での通電時間は、鋼板表面の電極と接触する部分の酸化層を破壊し、一部を接触範囲外に排除するできる時間以上とする。具体的には、以下の式（１）、（２）を満たすようにｔａ（ｓｅｃ）間通電する。

Ｉａ（ｔ）≦６．０（ｋＡ） ・・・式（１）

ただし、式（１）及び式（２）中のＩａ（ｔ）（ｋＡ）は予備通電開始からｔ（ｓｅｃ）経過時における予備通電の電流値である。

予備通電の効果を発現させるため、以下の式（３）で定義される予備通電における電流積分値Ｓは、式（２）に示されるように、０．５ｋＡ・ｓ以上とする。必要に応じて、前記電流積分値Ｓの下限を０．６ｋＡ・ｓ、０．８ｋＡ・ｓ、１．０ｋＡ・ｓ又は１．２ｋＡ・ｓとしてもよい。予備通電工程の通電時間を特に定める必要はないが、０．０５〜１ｓとなる場合が多い。必要に応じて、その通電時間の下限を０．１ｓ、０．１５ｓ又は０．２ｓとしてもよい。その上限を０．９ｓ、０．８ｓ、０．７ｓ又は０．８ｓとしてもよい。

なお、上述のとおり、本発明の実施形態においては、予備通電における電流（予備通電時に電流が変動する場合は、予備通電時の電流の最大値）は６ｋＡ以下である。予備通電の電流の下限を特に定める必要はないが、パルセーション通電も考慮すると、その下限は０ｋＡである。必要に応じて、１ｋＡ又は２ｋＡとしてもよい。

予備通電では、鋼板表面の電極と接触する部分や鋼板同士が接触する部分の酸化層を破壊して分離し、一部を接触範囲外に移動させることを主な目的としているので、予備通電時にナゲットを形成しなくてもよい。

予備通電での通電時間ｔａは、鋼板表面の酸化物層の分離ができる時間以上、より好ましくは、電流値Ｉ（ｔ）との関係で上記関係を満たすように通電する。

予備通電での通電は、予備通電の時間のうち８０％以上を連続通電とする。連続通電とは、直流電流の大きさが０アンペアにならないように通電することであり、一定の大きさの電流を継続して流すだけでなく、直流電流の大きさを時間の経過とともに増加させてもよく、また、直流電流の大きさが０アンペアにならないように、直流電流の大きさを時間の経過とともに増減させてもよい。ただし、通常のパルセーション通電ではない長時間の通電休止（例えば、１ｓ以上の通電休止）がある通電は、連続通電に含まないこととする。また、予備通電での通電は、好ましくは、予備通電の時間のうち８５％以上が連続通電であり、１００％連続通電であってもよい。なお、パレセーション通電のような短時間(例えば、０．０１〜０．１ｓ程度)の通電休止時間は、通電時間に含むが、１ｓ以上の通電休止時間は通電時間から除外する。

予備通電に続く本通電では、図２に示すように、パルス電流を通電する期間ｔ１と通電休止期間ｔ０からなる周期を２回以上繰り返すパルセーション通電とする。

パルセーション通電では、通電と通電休止の繰り返しに伴う熱膨張、収縮による振動を電極接触面に与えることができるため、予備通電における酸化物の分散・移動（排除）をさらに促進することができるとともに、通電休止により、本通電中の溶接部の急激な温度上昇を抑制でき、連続通電に比べて表チリの発生が抑制できる。

パルセーション通電における通電条件は、チリを発生させずに所定の径のナゲットが得られる条件が採用される。一般的には、４√ｔ以上のナゲット径が生産管理上の基準とされることが多い。本発明では、図１に示されるように、チリが発生することなくより大きいナゲット径（たとえば、４√ｔ以上）を有する溶接継手を得ることができる。

なお、通電条件として、電流値Ｉｂは、予備通電の電流値Ｉａよりも高い電流値、すなわちＩｂ＞Ｉａで通電するのが好ましい。また、通電期間ｔ１と、休止期間ｔ０の各時間については、例えば、０．０６ｓ通電後、０．０２ｓ休止とする通電方式が例示される。また、パルス電流の形状は、図２のような矩形に限らず、パルスの立ち上り部分や立ち下り部分が時間に対し傾斜する形状でもよい。

パルセーション通電の第１周期目は、図２では、予備通電に連続して通電されているが、図４のように、休止期間をおいてから第１周期目の通電を開始することもできる。

以上では、通電パターンとして、図２、３に示されるような、予備通電を一定の電流値でまた本通電を一定高さのパルス電流で通電するパターンを例に説明したが、一定の電流値ではなく、電流値を徐々に増加させることができる。電流値を徐々に増加させるのは、連続的であっても、段階的であってもよい。

図５（ａ）に、予備通電の開始初期に、電流を徐々に増大させる通電、すなわちアップスロープ通電を行う例を示す。実線は最初から、破線は途中の電流値からアップスロープ通電を行う例を示す。予備通電をアップスロープ通電で開始することにより、通電初期の接触抵抗が高い時期のナゲットの生成及び急成長を抑制することができる。

また、図５（ｂ）に本通電の開始初期に、ピーク電流を徐々に増大させるアップスロープ通電を行う例を、図５（ｃ）に、本通電の途中でピーク電流を段階的に増加させる例をそれぞれ示す。

本通電をアップスロープ通電で開始することにより、ナゲットの急成長を抑制することができる。また、途中で電流を増加させることにより通電時間を短縮することができる。

パルセーション通電による本通電における通電時間の合計は、通常の条件範囲内とすることができる。たとえば、通電時間の目安として一枚当たりの板厚の１０倍（板厚１ｍｍの鋼板同士の溶接であれば０．２ｓ）程度が推奨される。本発明においても、本通電での通電時間の合計は板厚の１０倍程度が例示される。しかし、予備通電によって鋼板温度が上昇し、条件によっては鋼板の界面が溶融するため、この目安時間よりも短縮することができる。すなわち、予備通電の条件に応じて、本通電時の通電時間合計は板厚の４〜８倍程度と短縮できる場合がある。

本発明において、予備通電と本通電の定義は下記のとおりとする。

まず、一定電流の通電で１段階の通電の場合（連続通電又はパルセーション通電であろうとも、また通電休止時間の有無及び通電休止時間の長さにかかわらず）、予備通電はなく本通電のみとする。一定電流の通電後に異なる一定電流の通電の段階の通電の場合（連続通電又はパルセーション通電であろうとも、また通電休止時間の有無及び通電休止時間の長さにかかわらず）、１段階目を予備通電と、２段階目を本通電とする。前後の段階で電流が異なるものの各段階では一定電流の通電であり、かつ３段階以上の通電の場合（連続通電又はパルセーション通電であろうとも、また通電休止時間の有無及び通電休止時間の長さにかかわらず）、６ｋＡを初めて超えた段階以降の通電をすべて本通電とし、本通電以前の通電をすべて予備通電とする（ただし、各段階の電流がすべて６ｋＡ未満の場合、最後の段階の通電を本通電とし、本通電以前の通電を予備通電とする。）。

アップスロープ通電のように通電中の電流の増減がある場合（連続通電又はパルセーション通電であろうとも、また通電休止時間の有無及び通電休止時間の長さにかかわらず）、６ｋＡを初めて超えた時点以降の通電をすべて本通電とし、本通電以前の通電をすべて予備通電とする。したがって、このようなアップスロープ通電のように通電中の電流の増減がある場合であり、かつ、電流がすべて６ｋＡ未満の場合、本発明の実施形態と判断しない。

（接触抵抗）
接触抵抗の測定方法を図６に示す。鋼板（めっきをしていてもしていなくてもよい）を１枚スポット溶接用電極で挟む。電極に１Ａの電流Ｉを通電する。上側電極１ａと鋼板２との間の電圧Ｖ１、下側電極１ｂと鋼板２との間の電圧Ｖ２を測定する。

上側電極と鋼板間の電気抵抗をＲ１、下側電極と鋼板間の電気抵抗をＲ３、鋼板バルク（母材）そのものの固有抵抗に起因する抵抗をＲ２とする。Ｒ２はゼロと近似できる。また、上下の電極の抵抗もゼロと近似できる。よって、測定された電圧Ｖ１、Ｖ２と電気抵抗Ｒ１、Ｒ３との間の関係は次のように近似できる。

V１= (R1+R2)×Ｉ ≒ R1×Ｉ = R1×1(A)= R１
V２= (R2+R3)×Ｉ ≒ R3×Ｉ = R3×1(A)= R３

Ｒ１、Ｒ３のいずれか大きいほうの抵抗値を本発明での接触抵抗とする。

本発明では、接触抵抗が１ｍΩ以上の鋼板を主な適用対象とするが、接触抵抗が１ｍΩ未満の鋼板にも適用可能であり、接触抵抗が１ｍΩ以上の鋼板に限定される必要はない。必要に応じて、接触抵抗の下限を２ｍΩ、５ｍΩ、８ｍΩ又は１０ｍΩに限定してもよい。接触抵抗の上限を特に定める必要はないが、その上限を１００ｍΩ、５０ｍΩ、３０ｍΩ又は２０ｍΩとしてもよい。

本発明は、以上説明したように構成されるものであるが、以下、実施例を用いて、本発明の実施可能性及び効果についてさらに説明する。

先端曲面部の直径６ｍｍ、曲面部曲率半径（先端Ｒ）４０ｍｍのＤＲ型電極（クロム銅）を備えた、サーボ加圧式インバータ直流スポット溶接機を用い、板厚２．０ｍｍの１５００ＭＰａ級のＧＡめっきホットスタンプ鋼板（ホットスタンプ前のめっき付着量：片側あたり５５ｇ／ｍ^２、加熱条件：９００℃で４分炉加熱）から作成した試験片を２枚重ね合わせて、抵抗スポット溶接を実施した。試験片の形状は、巾３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの短冊状とした。鋼板の接触抵抗を前記の方法で測定したところ、すべて１２ｍΩであった。

溶接条件を表１に示す。本通電の電流値は、４ｋＡからちりが発生する電流値までふった。２段通電での加圧力は、予備通電から本通電にいたるまで一定で行った。いずれの条件においても、本通電での通電時間の合計が約０．４ｓとなるように設定した。すべての電源は、インバータ直流の電源とした。

溶接に当たっては、表１に示す電流値で本通電のみを行い、又は表１に示す電流値で予備通電工程を実施した後、本通電工程におけるパルセーション通電のパルス電流値などを変化させ、それぞれナゲット径及びチリ発生状況の調査を行った。各試験番号における供試鋼板の板厚、強度（引張強さ）、及び試験結果（本通電工程の適正電流範囲）を同じく表１に示す。

表１から分かるように、本発明例は、本通電工程での上限電流を上昇させることができるため、１段通電を行った比較例や、２段通電の本通電でパルセーション通電を行わなかった比較例よりも、幅広く１．５ｋＡ程度の適正電流範囲を試験片レベルで得ることができる。

これにより、本発明では４√ｔ電流以上、かつ、チリ発生電流以下の値に本通電工程の電流値を設定することで、実部品の溶接でもチリを発生させず、かつ、分流、電極損耗による外乱があってもナゲット径が４√ｔ以上となるスポット溶接部を安定して確保することができる。一方、比較例では適正電流範囲が目標の１．５ｋＡ以上を満たさなかった。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示にすぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

１ スポット溶接用電極
１ａ 上側電極
１ｂ 下側電極
２ 鋼板
３ めっき層

Claims (4)

1. ２枚以上の鋼板を重ね合わせ、その重ね合わせ部を電極により加圧して通電する抵抗スポット溶接継手の製造方法であって、
   ３．９ｋＮ以上の加圧力で前記電極により前記重ね合わせ部を加圧しつつ電流Iａ（ｔ）(ｋＡ)を以下の式（１）、（２）を満たすように通電時間ｔａ（ｓｅｃ）の間通電する予備通電工程と、
   前記予備通電工程後に本通電工程
   を備え、
   前記予備通電工程及び前記本通電工程の電流はすべて直流であり、
   前記予備通電工程において、前記通電時間ｔａの８０％以上の通電方式が連続的に通電する連続通電であり、
   前記本通電工程の通電方式は通電と通電休止とを複数回繰り返すパルセーション通電である
   ことを特徴とする抵抗スポット溶接継手の製造方法。
   Iａ(t)≦６．０（ｋＡ） ・・・式（１）
   

   
2. 前記予備通電工程において電流を増大させることを特徴とする請求項１に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
3. 前記本通電工程において電流を増大させることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
4. 前記鋼板の少なくとも1枚の鋼板の接触抵抗が１ｍΩ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

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