JP7491855B2

JP7491855B2 - Method for resistance spot welding of aluminum materials, and joint of aluminum materials

Info

Publication number: JP7491855B2
Application number: JP2021013577A
Authority: JP
Inventors: 崇志後藤; 哲岩瀬
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2020-10-02
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2041-01-29
Also published as: JP2022060133A

Description

本発明は、アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、及びアルミニウム材の接合体に関する。 The present invention relates to a method for resistance spot welding aluminum materials and a joint of aluminum materials.

アルミニウム材は、鋼材と比較して電気抵抗が小さく熱伝導率が高いため、抵抗スポット溶接を行う際、溶接電流を鋼材の場合の約３倍に相当する電流を通電し、スポット溶接用の電極の加圧力を約１．５倍にする必要がある。このようなアルミニウム材の抵抗スポット溶接においても、鋼材の場合と同様に、溶接継手の接合強度を高くする適切な溶接条件を見出す必要がある。 Aluminum has lower electrical resistance and higher thermal conductivity than steel, so when performing resistance spot welding, it is necessary to pass a welding current that is about three times that of steel, and to apply about 1.5 times the pressure of the spot welding electrodes. When resistance spot welding aluminum, as with steel, it is necessary to find appropriate welding conditions that will increase the joining strength of the welded joint.

一般に、スポット溶接継手の接合強度は、引張せん断強度（ＴＳＳ：Tensile Shear Strength）と、十字引張強さ（ＣＴＳ：Cross Tension Strength）等で評価され、抵抗スポット溶接を適用した構造の設計においては、ＴＳＳとＣＴＳの値が、それぞれバラつきなく一定の範囲で安定していることが求められる。 The strength of a spot welded joint is generally evaluated using tensile shear strength (TSS) and cross tension strength (CTS), and when designing a structure that uses resistance spot welding, the TSS and CTS values must be stable within a certain range without any variation.

特開平８－１０９６３号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-10963 特開２００４－９８１０７号公報JP 2004-98107 A

しかし、アルミニウム材をスポット溶接する場合、抵抗スポット溶接の打点数が増えてくると、ＴＳＳの強度バラつきは略一定であるが、特にＣＴＳの強度バラつきの発生が顕著になる傾向がある。これは、電極の摩耗が進行して電極先端形状が変化し、通電状態が変化するためと考えられる。このように、アルミニウム材をスポット溶接する場合、現状の溶接条件ではＣＴＳの強度バラつきを特定の小さな幅に収めることが難しく、より適切な溶接条件を模索する必要がある。 However, when spot welding aluminum materials, as the number of resistance spot welding points increases, while the variation in TSS strength remains roughly constant, there is a tendency for the occurrence of particularly noticeable variation in CTS strength. This is thought to be because the electrode wear progresses, causing changes in the shape of the electrode tip and resulting in changes in the current flow state. Thus, when spot welding aluminum materials, it is difficult to keep the variation in CTS strength within a specific small range under current welding conditions, and more appropriate welding conditions must be sought.

そこで本発明は、ＣＴＳの強度を改善しつつ、ＣＴＳの強度バラつきを小さくできるアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、及びアルミニウム材の接合体を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method for resistance spot welding of aluminum materials that can improve the strength of the CTS while reducing the variation in the strength of the CTS, and a joint of aluminum materials.

本発明は、下記の構成からなる。
（１）複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極によりスポット溶接するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法であって、
前記アルミニウム材の板厚をｔ（ｍｍ）としたとき、
前記電極による前記アルミニウム材への加圧力を２（ｋＮ）以上、８（ｋＮ）以下とし、
溶接電流を２５（ｋＡ）以上、５０（ｋＡ）以下とし、
溶接時間を３０×ｔ（ｍｓ）以上、５０×ｔ（ｍｓ）以下として抵抗スポット溶接する、アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
（２）複数のアルミニウム材が重なり合ってスポット溶接されたアルミニウム材の接合体であって、
前記アルミニウム材の板厚をｔ（ｍｍ）としたとき、
前記アルミニウム材同士の間に形成されたナゲットの前記アルミニウム材同士の接合面に沿った端部から、該ナゲットの中心側と反対側に向けて、前記アルミニウム材の母材の硬度よりも低い前記スポット溶接による熱影響部が２．９×√ｔ（ｍｍ）以下の長さで形成されている、アルミニウム材の接合体。 The present invention comprises the following configurations.
(1) A method for resistance spot welding of aluminum materials, in which a plurality of aluminum materials are overlapped and spot-welded by a pair of electrodes, comprising the steps of:
When the plate thickness of the aluminum material is t (mm),
The pressure applied to the aluminum material by the electrode is set to 2 (kN) or more and 8 (kN) or less,
The welding current is set to 25 (kA) or more and 50 (kA) or less.
A method for resistance spot welding aluminum material, comprising the steps of: performing resistance spot welding with a welding time of 30×t (ms) or more and 50×t (ms) or less.
(2) A joint of aluminum materials in which a plurality of aluminum materials are overlapped and spot welded,
When the plate thickness of the aluminum material is t (mm),
A joint of aluminum materials, in which a heat-affected zone caused by the spot welding, which has a hardness lower than that of the base metal of the aluminum materials, is formed with a length of 2.9×√t (mm) or less from an end of a nugget formed between the aluminum materials along the joint surface between the aluminum materials toward the opposite side to the center of the nugget.

本発明によれば、ＣＴＳの強度を改善しつつ、バラつきを小さくしたアルミニウム材の接合体が得られる。 The present invention provides an aluminum material joint that improves the strength of the CTS while reducing variation.

図１は、アルミニウム材を溶接するスポット溶接機の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a spot welder for welding aluminum materials. 図２の（Ａ）は、溶接電流の波形及び電極による加圧力を示すタイミングチャートであり、（Ｂ）は溶接電流の波形の拡大図である。FIG. 2A is a timing chart showing the waveform of the welding current and the applied pressure by the electrodes, and FIG. 2B is an enlarged view of the waveform of the welding current. 図３は、アルミニウム材をスポット溶接した溶接継手における、ナゲット径に対するＣＴＳの分布を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the distribution of CTS versus nugget diameter in a welded joint formed by spot welding aluminum materials. 図４の（Ａ）～（Ｃ）は、通電条件を異ならせた溶接電流及び加圧力の波形の例を示すタイミングチャートである。4A to 4C are timing charts showing examples of waveforms of welding current and welding pressure under different energization conditions. 図５は、図４の各条件（Ａ）～（Ｃ）でスポット溶接した溶接継手のＣＴＳの試験結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the CTS test results of the welded joints spot welded under each of the conditions (A) to (C) in FIG. 図６は、通常通電と短時間通電との条件でスポット溶接した溶接継手における、ＣＴＳの試験後のナゲット付近の外観写真、及び断面写真を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an appearance photograph and a cross-sectional photograph of the vicinity of the nugget after the CTS test in a welded joint spot-welded under normal current flow and short-time current flow conditions. 図７は、硬度測定位置を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the positions at which hardness is measured. 図８は、ナゲット端部近傍における硬度分布の測定結果を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing the measurement results of the hardness distribution in the vicinity of the nugget end. 図９は、試験に用いるアルミニウム溶接継手の平面図である。FIG. 9 is a plan view of an aluminum welded joint used in the test. 図１０は、加圧力Ｐ１を３ｋＮとした試験例１～３についてのＣＴＳの測定結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the measurement results of CTS for Test Examples 1 to 3 in which the pressure P1 was set to 3 kN. 図１１は、加圧力Ｐ１を５ｋＮとした試験例４～９についてのＣＴＳの測定結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the measurement results of CTS for Test Examples 4 to 9 in which the pressure P1 was set to 5 kN. 図１２は、加圧力Ｐ１を７ｋＮとした試験例１０～１２についてのＣＴＳの測定結果をそれぞれ示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the measurement results of CTS for Test Examples 10 to 12 in which the pressure P1 was set to 7 kN. 図１３、溶接時間を横軸とした場合の試験例１～１２のＣＴＳ平均値から３σを減じた値を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the CTS average values of Test Examples 1 to 12 minus 3σ when the horizontal axis represents the welding time. 図１４は、試験例１３，１４についての、ナゲット径に対するＴＳＳの分布を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the distribution of TSS with respect to the nugget diameter for Test Examples 13 and 14. 図１５は、試験例１５と試験例１６の溶接継手のナゲット径に対するＣＴＳの分布を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the distribution of CTS with respect to the nugget diameter of the welded joints of Test Examples 15 and 16.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、アルミニウム材を溶接するスポット溶接機の概略構成図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of a spot welder for welding aluminum materials.

スポット溶接機１１は、一対の電極１３，１５と、一対の電極１３，１５に接続された溶接トランス部１７と、溶接トランス部１７に電源部１８からの溶接電力を供給する制御部１９と、一対の電極１３，１５を軸方向に移動させる電極駆動部２０とを備える。制御部１９は、電流値、溶接時間、電極の加圧力、通電タイミング、加圧タイミングを統合的に制御する。 The spot welding machine 11 includes a pair of electrodes 13, 15, a welding transformer unit 17 connected to the pair of electrodes 13, 15, a control unit 19 that supplies welding power from a power supply unit 18 to the welding transformer unit 17, and an electrode drive unit 20 that moves the pair of electrodes 13, 15 in the axial direction. The control unit 19 comprehensively controls the current value, welding time, electrode pressure, current application timing, and pressure application timing.

スポット溶接機１１は、一対の電極１３，１５の間に、アルミニウム材である第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との少なくとも２枚の板材を重ね合わせて挟み込む。そして、電極駆動部２０による電極１３，１５の駆動によって、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３とを板厚方向に加圧する。この加圧状態で、制御部１９からの指令に基づいて溶接トランス部１７が電極１３，１５間で通電する。これにより、電極１３，１５に挟まれた第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との間にナゲット２５が形成され、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３が一体化されたアルミニウム溶接継手（接合体）が得られる。 The spot welding machine 11 overlaps and sandwiches at least two aluminum plates, a first aluminum plate 21 and a second aluminum plate 23, between a pair of electrodes 13, 15. Then, the electrodes 13, 15 are driven by the electrode drive unit 20 to pressurize the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 in the plate thickness direction. In this pressurized state, the welding transformer unit 17 passes electricity between the electrodes 13, 15 based on a command from the control unit 19. As a result, a nugget 25 is formed between the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 sandwiched between the electrodes 13, 15, and an aluminum welded joint (joint) in which the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 are integrated is obtained.

上記例では２枚のアルミニウム板を接合してアルミニウム溶接継手２７を得ているが、本発明は２枚のアルミニウム板を接合する場合に限らず、３枚以上のアルミニウム板を接合する場合にも好適に用いられる。 In the above example, two aluminum plates are joined to obtain an aluminum welded joint 27, but the present invention is not limited to joining two aluminum plates, and can also be suitably used when joining three or more aluminum plates.

一対の電極１３，１５は、それぞれ電極内部に冷却部を備える。冷却部の冷却方式は特に限定されないが、図１に示す構成では、電極１３（１５も同様）に形成された凹部に冷却用パイプが配置され、冷却用パイプから水等の冷却媒体が供給されることで、電極１３（１５）が冷却される。 Each of the pair of electrodes 13, 15 has a cooling section inside the electrode. The cooling method of the cooling section is not particularly limited, but in the configuration shown in FIG. 1, a cooling pipe is placed in a recess formed in electrode 13 (similarly 15), and a cooling medium such as water is supplied from the cooling pipe to cool electrode 13 (15).

第１アルミニウム板２１及び第２アルミニウム板２３のアルミニウム材、及び３枚以上用いる場合の各アルミニウム板を構成するアルミニウム材は、任意の材質のアルミニウム、又はアルミニウム合金とすることができる。具体的には、５０００系、６０００系、７０００系、２０００系、４０００系のアルミニウム合金のほか、３０００系、８０００系のアルミニウム合金や１０００系（純アルミ）のアルミニウムを採用することができる。各アルミニウム板は、同一の材質であってもよく、上記した材質を組み合わせたものであってもよい。２０００系、６０００系、７０００系の熱処理型合金を用いる場合には、溶接時の入熱によって低下した強度を熱処理によって元の強度に戻すことでき、高強度な接合体が得られる。 The aluminum material of the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23, and the aluminum material constituting each aluminum plate when three or more plates are used, can be any aluminum or aluminum alloy. Specifically, 5000 series, 6000 series, 7000 series, 2000 series, and 4000 series aluminum alloys, as well as 3000 series and 8000 series aluminum alloys and 1000 series (pure aluminum) aluminum can be used. Each aluminum plate may be made of the same material, or may be a combination of the above materials. When using a heat-treatable alloy of the 2000 series, 6000 series, or 7000 series, the strength reduced by the heat input during welding can be restored to its original strength by heat treatment, resulting in a high-strength joint.

第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３（さらに他のアルミニウム板を用いる場合はそのアルミニウム板を含む）の板厚は、自動車の骨格部材などの構造部材の用途では０．５ｍｍ以上が好ましく、２．０ｍｍ以上がより好ましい。各アルミニウム板の板厚は等しくてもよく、いずれか一方が他方より厚くてもよい。また、アルミニウム材の形態は、上記したアルミニウム板（圧延板）に限らず、押出材や鍛造材、鋳造材であってもよい。 The thickness of the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 (including other aluminum plates when used) is preferably 0.5 mm or more, and more preferably 2.0 mm or more, for use as structural members such as automobile frame members. The thickness of each aluminum plate may be the same, or one of them may be thicker than the other. In addition, the form of the aluminum material is not limited to the aluminum plate (rolled plate) described above, but may also be an extruded material, a forged material, or a cast material.

以下、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との２枚のアルミニウム板を接合する態様を説明するが、本発明はこの態様に限定されるものではない。 Below, we will explain how to join two aluminum plates, a first aluminum plate 21 and a second aluminum plate 23, but the present invention is not limited to this embodiment.

制御部１９は、所定のタイミングで溶接トランス部１７から一対の電極１３，１５間に通電させる。 The control unit 19 passes current between the pair of electrodes 13, 15 from the welding transformer unit 17 at a predetermined timing.

図２の（Ａ）は、溶接電流の波形及び電極による加圧力Ｐ１，Ｐ２を示すタイミングチャートであり、（Ｂ）は溶接電流の波形の拡大図である。
一対の電極１３，１５によって２枚のアルミニウム板に加圧力Ｐ１を負荷するスクイズ時間Ｔｓの後、加圧力Ｐ１を維持したまま溶接電流を線形で電流値Ｉまで増加させるアップスロープ時間Ｔｕを経て、電流値Ｉを所定の時間Ｔｃで通電し続ける。 FIG. 2A is a timing chart showing the waveform of the welding current and the application of pressures P1 and P2 by the electrodes, and FIG. 2B is an enlarged view of the waveform of the welding current.
After a squeeze time Ts during which a pressure force P1 is applied to the two aluminum plates by a pair of electrodes 13, 15, an upslope time Tu is passed during which the welding current is increased linearly to a current value I while maintaining the pressure force P1, and then the current value I is continued to flow for a predetermined time Tc.

アルミニウム板の溶接においては、鉄系材料の場合と比較して、ナゲットが大きくなる傾向があり、溶融したアルミニウムがアルミニウム板の表面で飛散する現象が発生しやすい。アップスロープ時間Ｔｕを設けることで、このような現象を抑制する効果が期待できる。 When welding aluminum plates, the nuggets tend to be larger than when welding iron-based materials, and the molten aluminum is more likely to splash on the surface of the aluminum plate. By setting the upslope time Tu, it is expected that this phenomenon will be suppressed.

この電流値Ｉで通電する時間Ｔｃは、簡易的には溶接時間とみなせる。しかし、実際には溶接電流が電流値Ｉよりも小さくても、２枚のアルミニウム板の溶接は開始していると考えられる。そこで、図２の（Ｂ）に示すように、実効的な溶接時間Ｔｍを定義する。アップスロープ時間Ｔｕにおいても２枚のアルミニウム板の溶接が開始しているものとし、斜線で表す溶接電流の積分値に相当するアップスロープ時間Ｔｕの半値を、通電時間Ｔｃに加えた時間、すなわち、Ｔｃ＋Ｔｕ／２を溶接時間Ｔｍと定義する。この溶接時間Ｔｍで接合強度を評価することで、溶接の実態をより正確に反映できる。 The time Tc during which current is passed at this current value I can be regarded as the welding time in a simplified manner. However, in reality, even if the welding current is smaller than the current value I, it is considered that welding of the two aluminum sheets has already begun. Therefore, as shown in FIG. 2B, the effective welding time Tm is defined. It is assumed that welding of the two aluminum sheets has already begun even during the upslope time Tu, and the welding time Tm is defined as the time obtained by adding half the upslope time Tu, which corresponds to the integral value of the welding current shown by the diagonal lines, to the current passage time Tc, i.e., Tc + Tu/2. By evaluating the joint strength using this welding time Tm, the actual state of the welding can be more accurately reflected.

制御部１９は、スクイズ時間Ｔｓにおいて、電極駆動部２０に第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３とを電極１３，１５によって所定の加圧力Ｐ１で挟み込むための制御信号を出力する。このスクイズ時間Ｔｓの後、制御部１９は、溶接トランス部１７に対して、第１アルミニウム板２１及び第２アルミニウム板２３を溶接する溶接電流（電流値Ｉ）を、アップスロープ時間Ｔｕの後、所定の通電時間Ｔｃにわたって流す制御信号を出力する。溶接トランス部１７が電極１３と電極１５との間で通電すると、電極１３，１５に挟まれた第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との間にナゲットが形成される。これにより、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３とが一体化されたアルミニウム溶接継手（接合体）２７が得られる。 During the squeeze time Ts, the control unit 19 outputs a control signal to the electrode drive unit 20 to sandwich the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 with the electrodes 13 and 15 at a predetermined pressure P1. After the squeeze time Ts, the control unit 19 outputs a control signal to the welding transformer unit 17 to flow a welding current (current value I) for welding the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 for a predetermined current flow time Tc after the upslope time Tu. When the welding transformer unit 17 passes current between the electrodes 13 and 15, a nugget is formed between the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 sandwiched between the electrodes 13 and 15. This results in an aluminum welded joint (joint) 27 in which the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 are integrated.

第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３とには、電極１３，１５によって、厚方向の加圧力Ｐ１がスクイズ時間Ｔｓ、アップスロープ時間Ｔｕ及び通電時間Ｔｃにわたって負荷される。そして通電時間Ｔｃの経過後、電極１３，１５は、２枚のアルミニウム板を加圧力Ｐ１より大きい加圧力Ｐ２で加圧される。 The electrodes 13, 15 apply a pressure force P1 in the thickness direction to the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 for the squeeze time Ts, the upslope time Tu, and the current flow time Tc. After the current flow time Tc has elapsed, the electrodes 13, 15 apply a pressure force P2 to the two aluminum plates that is greater than the pressure force P1.

次に、通電時間がＣＴＳの強度バラつきに影響を及ぼすことついて説明する。
図３は、アルミニウム材をスポット溶接した溶接継手における、ナゲット径に対するＣＴＳの分布を示すグラフである。
ここでは、板厚２ｍｍの６０００系アルミニウム合金材（Ｔ４処理）を、電極径φ１９ｍｍ、先端曲率Ｒ１００ｍｍのクロム銅製の電極間に挟み込み、溶接電流の電流値Ｉを２５ｋＡ，３３ｋＡ，４０ｋＡとし、加圧力Ｐ１を５ｋＮとした。溶接時間Ｔｍは、一般的に慣用される通常の時間（以降は「通常通電」という）であるＴｍ＝１９０ｍｓと、通常時間より短い時間（以降は「短時間通電」という）であるＴｍ＝９０ｍｓとの２種類を設定した。 Next, the influence of the current application time on the variation in strength of the CTS will be described.
FIG. 3 is a graph showing the distribution of CTS versus nugget diameter in a welded joint formed by spot welding aluminum materials.
Here, a 6000 series aluminum alloy material (T4 treated) having a plate thickness of 2 mm was sandwiched between chromium copper electrodes having an electrode diameter of φ19 mm and a tip curvature R of 100 mm, the current value I of the welding current was set to 25 kA, 33 kA, and 40 kA, and the pressure P1 was set to 5 kN. Two types of welding times Tm were set: Tm=190 ms, which is a commonly used normal time (hereinafter referred to as "normal current application"), and Tm=90 ms, which is a time shorter than the normal time (hereinafter referred to as "short-time current application").

図３から、短時間通電の溶接時間Ｔｍで溶接した溶接継手は、通常通電の溶接時間Ｔｍで溶接した溶接継手に比べて、ＣＴＳの強度バラつきが小さくなっていることがわかる。 Figure 3 shows that welded joints welded with short-time current welding time Tm have smaller CTS strength variations than welded joints welded with normal current welding time Tm.

次に、溶接時間を異ならせた場合の溶接継手の性状について説明する。
図４の（Ａ）～（Ｃ）は、通電条件を異ならせた溶接電流及び加圧力の波形の例を示すタイミングチャートである。
（Ａ）に示す条件は、スクイズ時間Ｔｓを１００ｍｓ、アップスロープ時間Ｔｕを２０ｍｓ、通電時間Ｔｃを８０ｍｓとして図２に示した溶接時間Ｔｍを９０ｍｓにした短時間通電の場合である。（Ｂ）に示す条件は、スクイズ時間Ｔｓを１００ｍｓ、アップスロープ時間Ｔｕを２０ｍｓ、通電時間Ｔｃを１８０ｍｓとして溶接時間Ｔｍを１９０ｍｓにした通常通電の場合である。また、（Ｃ）の条件は、（Ｂ）の条件に加えて、電流値が線形で減少するダウンスロープ時間Ｔｄを設けている。ダウンスロープ時間Ｔｄは４００ｍｓとした。なお、ダウンスロープ時間Ｔｄを設けることで、溶接に起因する割れの発生を抑制すると考えられるが、ダウンスロープ時間Ｔｄは溶接時間Ｔｍに含めない。 Next, the properties of the welded joint when the welding time is changed will be described.
4A to 4C are timing charts showing examples of waveforms of welding current and welding pressure under different energization conditions.
The condition shown in (A) is a case of short-time current conduction in which the squeeze time Ts is 100 ms, the upslope time Tu is 20 ms, the current conduction time Tc is 80 ms, and the welding time Tm shown in FIG. 2 is 90 ms. The condition shown in (B) is a case of normal current conduction in which the squeeze time Ts is 100 ms, the upslope time Tu is 20 ms, the current conduction time Tc is 180 ms, and the welding time Tm is 190 ms. In addition to the condition in (B), the condition in (C) includes a downslope time Td in which the current value decreases linearly. The downslope time Td is 400 ms. It is considered that the downslope time Td suppresses the occurrence of cracks due to welding, but the downslope time Td is not included in the welding time Tm.

図４の（Ａ）～（Ｃ）において、通電時間Ｔｃにおける溶接電流の電流値Ｉは、いずれも４０ｋＡである。電極間の加圧力は、スクイズ時間Ｔｓ、アップスロープ時間Ｔｕ及び通電時間ＴｃにおいてＰ１＝５ｋＮとし、これらの時間経過後は、より大きい加圧力Ｐ２＝８ｋＮとしている。 In (A) to (C) of FIG. 4, the current value I of the welding current during the current flow time Tc is 40 kA. The pressure between the electrodes is P1 = 5 kN during the squeeze time Ts, the upslope time Tu, and the current flow time Tc, and after these times have elapsed, the larger pressure P2 = 8 kN.

図５は、図４の各々の条件（Ａ）～（Ｃ）でスポット溶接した溶接継手のＣＴＳの試験結果を示すグラフである。ここでは、ナゲット径の狙い値を６√ｔ（８．５ｍｍ）として、各条件で１０回試験した結果を示している。これによれば、（Ａ）の条件の短時間通電による溶接継手のＣＴＳの強度バラつきは、（Ｂ），（Ｃ）の条件の通電による結果と比較して小さく抑えられている。 Figure 5 is a graph showing the CTS test results of welded joints spot welded under each of the conditions (A) to (C) in Figure 4. Here, the target nugget diameter was set to 6√t (8.5 mm), and the results of 10 tests under each condition are shown. This shows that the variation in CTS strength of the welded joints due to short-time current application under condition (A) is kept small compared to the results of current application under conditions (B) and (C).

図６は、通常通電と短時間通電との条件でスポット溶接した溶接継手における、ＣＴＳの試験後のナゲット付近の外観写真、及び断面写真を示す説明図である。
通常通電の場合、断面写真に示すように、ナゲットの端部からナゲット表面に沿って一方アルミニウム板（図６の上側）が剥離し、その剥離領域が、外観写真に示すようにナゲットの周方向に連続して生じている。また、一方のアルミニウム板は、ナゲットから剥離した部分（薄肉部）で破断している。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing an appearance photograph and a cross-sectional photograph of the vicinity of the nugget after the CTS test in a welded joint spot-welded under normal current flow and short-time current flow conditions.
In the case of normal current flow, one of the aluminum plates (upper side in FIG. 6) peeled off from the end of the nugget along the nugget surface as shown in the cross-sectional photograph, and the peeled area continued in the circumferential direction of the nugget as shown in the external appearance photograph. In addition, one of the aluminum plates broke at the part (thin part) that peeled off from the nugget.

そして、短時間通電の場合、ナゲット表面の剥離は殆ど生じず、断面写真に示すように、ナゲット端部からアルミニウム板が破断している。そのため、通常通電の場合に比べて高い引張強度が確保される。 When a current is applied for a short time, there is almost no peeling of the nugget surface, and as shown in the cross-sectional photograph, the aluminum plate breaks from the edge of the nugget. This ensures a higher tensile strength than when a current is applied normally.

ここで、溶接後のビッカース硬さと熱影響部について説明する。
図４の（Ａ）～（Ｃ）の各条件でスポット溶接された溶接継手のビッカース硬さを測定した。図７は、硬度測定位置を示す説明図である。
図７に示すナゲット２５の端部（位置ＮＬ）から、反ナゲット中心側に向けて、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との界面２６から第１アルミニウム板２１側に板厚方向に距離Ｓ（Ｓ＝０．６ｍｍ）を隔てた矢印Ｄの線上において硬度分布を測定した。測定した結果から得られる熱影響部（ＨＡＺ：Heat-Affected Zone）の長さを表１に示す。 Here, the Vickers hardness after welding and the heat affected zone will be described.
The Vickers hardness of the spot-welded joints was measured under each of the conditions shown in Fig. 4(A) to (C). Fig. 7 is an explanatory diagram showing the positions at which the hardness was measured.
7, the hardness distribution was measured on a line indicated by an arrow D which is spaced a distance S (S=0.6 mm) in the plate thickness direction from an interface 26 between the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 toward the first aluminum plate 21 side, from the end (position NL) of the nugget 25 shown in FIG. 7 toward the opposite side to the nugget center. The length of the heat-affected zone (HAZ) obtained from the measurement results is shown in Table 1.

測定された硬度分布は、（Ａ）短時間通電、（Ｂ）通常通電、（Ｃ）通常通電＋ダウンスロープの各条件で、ナゲット２５に近い領域が他の領域よりも低硬度になる傾向を有していた。この低硬度となった領域が熱影響部である。つまり、スポット溶接時の入熱の影響により、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３は変性しており、所定の範囲で熱影響部が形成される。この熱影響部のビッカース硬さは、第１アルミニウム板２１、第２アルミニウム板２３の母材のビッカース硬さより低下しており、熱影響部は溶接強度の低下をもたらす要因となる。 The measured hardness distributions showed a tendency for the area close to the nugget 25 to have lower hardness than other areas under each of the conditions of (A) short-time current, (B) normal current, and (C) normal current + downslope. This area with lower hardness is the heat-affected zone. In other words, the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23 are modified by the heat input during spot welding, and a heat-affected zone is formed in a predetermined range. The Vickers hardness of this heat-affected zone is lower than the Vickers hardness of the base materials of the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23, and the heat-affected zone is a factor that causes a decrease in weld strength.

（Ａ）の短時間通電の条件の場合、熱影響部の長さは、（Ｂ）、（Ｃ）の条件の熱影響部の長さと比較して短くなった。これは、（Ａ）の短時間通電の場合の溶接強度が、（Ｂ），（Ｃ）の条件の場合よりも高いことを意味している。 In the case of short-time current flow condition (A), the length of the heat-affected zone was shorter than the lengths of the heat-affected zone in the cases of (B) and (C). This means that the weld strength in the case of short-time current flow (A) was higher than in the cases of (B) and (C).

熱影響部の長さは、第１アルミニウム板２１と第２アルミニウム板２３との板厚ｔ（ｍｍ）によって変化する。好ましい熱影響部の長さは、２．９×√ｔ（ｍｍ）以下、より好ましくは２．５×√ｔ（ｍｍ）以下、さらに好ましくは２．１×√ｔ（ｍｍ）以下である。
このような熱影響部の長さを持つアルミニウム材の接合体は、ＣＴＳの強度バラつきが小さく、所定の溶接強度が確保されている。また、接合体を引張試験した場合には、界面破断にならず、安定してプラグ破断となり、接合強度の向上が図れる。 The length of the heat-affected zone varies depending on the plate thickness t (mm) of the first aluminum plate 21 and the second aluminum plate 23. The length of the heat-affected zone is preferably 2.9×√t (mm) or less, more preferably 2.5×√t (mm) or less, and even more preferably 2.1×√t (mm) or less.
In the case of a joint of aluminum materials having such a length of the heat-affected zone, the CTS strength variation is small and a predetermined weld strength is ensured. Furthermore, when the joint is subjected to a tensile test, the joint does not break at the interface but breaks stably as a plug, improving the joint strength.

以上より、通常通電の場合（溶接時間Ｔｍ＝１９０ｍｓ）と短時間通電の場合（溶接時間Ｔｍ＝９０ｍｓ）とを比較した場合、短時間通電の場合が通常通電の場合に比べて、ＣＴＳの強度バラつきが小さく、かつ溶接強度が大きくなる傾向を示すことが理解される。 From the above, when comparing the normal current application (welding time Tm = 190 ms) with the short current application (welding time Tm = 90 ms), it can be seen that the short current application shows a tendency for the CTS strength variation to be smaller and the weld strength to be greater than the normal current application.

この傾向は、ナゲット端部におけるアルミニウム材の硬度分布に起因すると考えられる。そこで、試験片を通常通電した場合と、短時間通電した場合とで、それぞれの試験片の硬度分布を更に詳細に測定した。
硬度測定には、マイクロビッカース硬さ試験機を用いて、試験荷重を１００ｇｆ、保持時間を１５秒、測定ピッチを板厚方向及び板の長手方向に０．３ｍｍとした。 This tendency is considered to be due to the hardness distribution of the aluminum material at the nugget edge. Therefore, the hardness distribution of the test pieces when a normal current was applied and when a short current was applied was measured in more detail.
The hardness was measured using a micro Vickers hardness tester, with a test load of 100 gf, a holding time of 15 seconds, and a measurement pitch of 0.3 mm in the plate thickness direction and the plate longitudinal direction.

また、試験片及び溶接条件は次のとおりである。
材料：６０００系アルミニウム合金（Ｔ４処理）、板厚ｔ＝２ｍｍ
板組：同種２枚板組
電極：Ｒ型電極、電極径φ１９ｍｍ、先端曲率半径１００ｍｍ
電極材質：クロム銅 The test specimens and welding conditions are as follows:
Material: 6000 series aluminum alloy (T4 treatment), plate thickness t = 2 mm
Plate assembly: 2 identical plates Electrode: R-type electrode, electrode diameter φ19 mm, tip curvature radius 100 mm
Electrode material: Chromium copper

図８は、ナゲット端部近傍における硬度分布の測定結果を示す説明図である。
図８に示す点線は、ナゲットの外縁を表している。通常通電＋ダウンスロープの場合は、ナゲットの端部にビッカース硬さが４５Ｈｖ～５５Ｈｖとなる領域が発現しているが、短時間通電の場合は、ナゲットの端部を含むナゲットの外周縁のビッカース硬さが６０Ｈｖ以上となり、ナゲット内部のビッカース硬さより高くなっている。そのため、通常通電＋ダウンスロープの場合には、ナゲットの端部に低荷重で応力が集中し、ナゲットの外周縁に沿ったき裂（剥離）が生じやすくなると考えらえる。
一方、短時間通電の場合には、ナゲットの端部での局所的な強度低下が少なく、応力の集中が緩和され、その結果、ナゲットに沿ったき裂（剥離）が生じずに、アルミニウム材側にき裂が発生すると考えられる。その場合、アルミニウム材の破断が板厚の厚い位置で生じるため、破断強度が通常通電の場合よりも高くなる。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing the measurement results of the hardness distribution in the vicinity of the nugget end.
The dotted line in Fig. 8 represents the outer edge of the nugget. In the case of normal current application + down slope, a region where the Vickers hardness is 45 Hv to 55 Hv appears at the end of the nugget, but in the case of short current application, the Vickers hardness of the outer peripheral edge of the nugget including the end of the nugget is 60 Hv or more, which is higher than the Vickers hardness inside the nugget. Therefore, in the case of normal current application + down slope, it is considered that stress is concentrated at the end of the nugget at a low load, and cracks (peeling) are likely to occur along the outer peripheral edge of the nugget.
On the other hand, in the case of short-time current application, the local strength reduction at the end of the nugget is small and the stress concentration is alleviated, and as a result, it is considered that cracks do not occur along the nugget (peeling) but occur on the aluminum material side. In that case, the fracture of the aluminum material occurs at a position where the plate thickness is large, so the fracture strength is higher than in the case of normal current application.

つまり、本アルミニウム部材の抵抗スポット溶接方法においては、
アルミニウム材の板厚をｔ（ｍｍ）としたとき、
電極によるアルミニウム材への加圧力を２（ｋＮ）以上、８（ｋＮ）以下とし、
溶接電流を２５（ｋＡ）以上、５０（ｋＡ）以下とし、
溶接時間を３０×ｔ（ｍｓ）以上、５０×ｔ（ｍｓ）以下として抵抗スポット溶接すればよい。 That is, in the present resistance spot welding method for aluminum members,
When the thickness of the aluminum material is t (mm),
The pressure applied to the aluminum material by the electrodes is set to 2 (kN) or more and 8 (kN) or less,
The welding current is set to 25 (kA) or more and 50 (kA) or less.
Resistance spot welding may be performed with a welding time of 30×t (ms) or more and 50×t (ms) or less.

上記の条件で短時間通電を行う場合には、ナゲット近傍のアルミニウム材の硬度低下が抑制され、ナゲットに沿ったき裂（剥離）の進展を防止できる。これにより、アルミニウム材は母材強度に近い強度が確保され、通常通電の場合に比べて高い溶接強度を確保できる。また、加圧力を上記範囲に設定することで、溶接時における溶融アルミニウムの飛び散り（チリ）の発生を防止できる。 When current is applied for a short period of time under the above conditions, the decrease in hardness of the aluminum material near the nugget is suppressed, and the progression of cracks (peeling) along the nugget can be prevented. This ensures that the aluminum material has a strength close to that of the base material, ensuring a higher weld strength than when current is normally applied. In addition, by setting the pressure within the above range, the occurrence of splattering (dust) of molten aluminum during welding can be prevented.

なお、上記は、６０００系のアルミニウム合金の場合であるが、５０００系のアルミニウム合金等の非熱処理系合金の場合も同様である。５０００系のアルミニウム合金を用いる場合には、高い溶接性で、高強度かつ耐食性の良好な接合体が得られる。 The above is for 6000 series aluminum alloys, but the same applies to non-heat-treatable alloys such as 5000 series aluminum alloys. When using 5000 series aluminum alloys, a joint with high strength and good corrosion resistance can be obtained with high weldability.

以上説明した傾向について、溶接時の加圧力Ｐ、溶接電流の電流値Ｉ、溶接時間Ｔｍ、アルミニウム材の板厚ｔ等の各条件を変更し、種々の供試片による試験結果を確認した。 The trends described above were examined by changing various conditions, such as the welding pressure P, the welding current value I, the welding time Tm, and the thickness t of the aluminum material, and by checking the test results using various test pieces.

図９は、試験に用いるアルミニウム溶接継手（接合体）の平面図である。
アルミニウム溶接継手は、ＪＩＳＺ３１３７に準拠した十字引張試験片であり、ここでは、熱処理型の６０００系アルミニウム合金材（Ｔ４処理）からなる２枚のアルミニウム板を十字型に組み合わせ、互いの重なり部をスポット溶接することにより得た。 FIG. 9 is a plan view of an aluminum welded joint (joint) used in the test.
The aluminum welded joint is a cross tensile test piece conforming to JIS Z 3137, and was obtained here by combining two aluminum plates made of heat-treated 6000 series aluminum alloy material (T4 treatment) in a cross shape and spot welding the overlapping portions.

アルミニウム板の寸法は、幅Ｗが５０ｍｍ、長さＬが１５０ｍｍ、厚さｔが２ｍｍであり、重ね代を５０ｍｍとした。スポット溶接機１１（図１）に用いる一対の電極１３，１５は、クロム銅製のＲ形電極であって、電極径が１９ｍｍ、先端曲率半径が１００ｍｍである。 The dimensions of the aluminum plate were width W 50 mm, length L 150 mm, thickness t 2 mm, and an overlap of 50 mm. The pair of electrodes 13, 15 used in the spot welding machine 11 (Figure 1) were R-shaped electrodes made of chromium copper, with an electrode diameter of 19 mm and a tip curvature radius of 100 mm.

溶接時間Ｔｍで電極１３と電極１５との間に通電すると、電極１３，１５に挟まれた２枚のアルミニウム板の間に、図９に示すようにナゲット２５が形成される。これにより、２枚のアルミニウム板が一体化されたアルミニウム溶接継手（接合体）が得られる。 When electricity is applied between electrodes 13 and 15 for welding time Tm, a nugget 25 is formed between the two aluminum plates sandwiched between electrodes 13 and 15, as shown in FIG. 9. This results in an aluminum welded joint (joint) in which the two aluminum plates are integrated together.

表２は、図９に示す形状のアルミニウム溶接継手を作製する試験例１～１２の溶接条件を示している。ここでは、加圧力Ｐ１を３ｋＮ（試験例１～３），５ｋＮ（試験例４～９），７ｋＮ（試験例１０～１２）とし、溶接時間Ｔｍを６５ｍｓ，９０ｍｓの短時間通電と、１１５ｍｓ～１９０ｍｓの通常通電とした。溶接電流は、溶接時間に応じてナゲットサイズを揃えるために、３５ｋＡ～４５ｋＡの範囲で設定した。 Table 2 shows the welding conditions for test examples 1 to 12, which produced aluminum welded joints with the shape shown in Figure 9. Here, the pressure P1 was set to 3 kN (test examples 1 to 3), 5 kN (test examples 4 to 9), and 7 kN (test examples 10 to 12), and the welding time Tm was set to short current of 65 ms and 90 ms, and normal current of 115 ms to 190 ms. The welding current was set in the range of 35 kA to 45 kA to keep the nugget size consistent depending on the welding time.

図１０は、加圧力Ｐ１を３ｋＮとした試験例１～３についてのＣＴＳの測定結果を示すグラフである。図１１は、加圧力Ｐ１を５ｋＮとした試験例４～９についてのＣＴＳの測定結果を示すグラフである。図１２は、加圧力Ｐ１を７ｋＮとした試験例１０～１２についてのＣＴＳの測定結果を示すグラフである。各試験例においては、複数回測定した結果をプロットしている。 Figure 10 is a graph showing the CTS measurement results for test examples 1 to 3, where the pressure P1 was 3 kN. Figure 11 is a graph showing the CTS measurement results for test examples 4 to 9, where the pressure P1 was 5 kN. Figure 12 is a graph showing the CTS measurement results for test examples 10 to 12, where the pressure P1 was 7 kN. For each test example, the results of multiple measurements are plotted.

いずれの加圧力の場合でも、溶接時間Ｔｍが短い場合にＣＴＳの強度バラつきが小さくなる傾向を示している。 Regardless of the applied pressure, there is a tendency for the CTS strength variation to be smaller when the welding time Tm is short.

図１３は、溶接時間を横軸とした場合の試験例１～１２のＣＴＳ平均値から３σを減じた値を示すグラフである。 Figure 13 is a graph showing the average CTS value for test examples 1 to 12 minus 3σ when the horizontal axis represents the welding time.

ＣＴＳ平均値から３σ（σ：標準偏差）で表されるバラつきを減じた値は、その試験条件において発現する最低ＣＴＳ値とみなせる。つまり、殆どの試験結果は、±３σの範囲内に収まり、その範囲内の最低値である－３σの値（絶対値はＣＴＳ－３σ）は、実質的に発現し得る最低ＣＴＳ強度を意味する値である。図１３からは、溶接時間Ｔｍが短いほどＣＴＳが大きな値となる頻度が増加していることが認められ、高い接合強度が安定して得られる傾向があることがわかる。好ましいＣＴＳ平均値から３σを減じた値は板厚やナゲット径の大きさに依存するが、１．４×ｔ（ｋＮ）以上であることが好ましく、より好ましくは１．６×ｔ（ｋＮ）以上、さらに好ましくは１．８×ｔ（ｋＮ）以上である。また、総じて３ｋＮ以上であることが好ましい。 The value obtained by subtracting the variation represented by 3σ (σ: standard deviation) from the average CTS value can be regarded as the minimum CTS value that can be expressed under the test conditions. In other words, most test results fall within the range of ±3σ, and the minimum value within that range, the value of -3σ (absolute value is CTS-3σ), is a value that means the minimum CTS strength that can actually be expressed. From FIG. 13, it can be seen that the shorter the welding time Tm, the more frequently the CTS becomes a large value, and it can be seen that there is a tendency for high joint strength to be obtained stably. The value obtained by subtracting 3σ from the preferred average CTS value depends on the plate thickness and nugget diameter, but is preferably 1.4×t (kN) or more, more preferably 1.6×t (kN) or more, and even more preferably 1.8×t (kN) or more. In addition, it is generally preferable that it is 3kN or more.

以上の試験例はアルミニウム材の板厚が２ｍｍの場合であるが、アルミニウム材の板厚を１ｍｍとした場合も同様の傾向が認められた。 The above test examples are for aluminum plates with a thickness of 2 mm, but similar trends were observed when the aluminum plate thickness was 1 mm.

次に、溶接時間の短縮がＴＳＳに及ぼす影響について確認した結果を示す。
表３は、アルミニウム溶接継手の試験例１３，１４の溶接条件を示している。試験例１３，１４におけるアルミニウム溶接継手は、アルミニウム板の幅Ｗが４０ｍｍ、長さＬが１２５ｍｍ、板厚ｔが２ｍｍであり、重ね代は４０ｍｍである。その他の条件は試験例１～１２の場合と同様である。試験例１３は溶接時間Ｔｍを６５ｍｓとした短時間通電の場合であり、試験例１４は溶接時間Ｔｍを１９０ｍｓとした通常通電の場合である。いずれの場合もアップスロープ時間を設けており、ダウンスロープ時間は設けていない。試験例１３，１４では、溶接電流を変化させて互いに異なるナゲット径にしている。 Next, the results of confirming the effect of shortening the welding time on the TSS will be shown.
Table 3 shows the welding conditions for Test Examples 13 and 14 of aluminum welded joints. The aluminum welded joints in Test Examples 13 and 14 have an aluminum plate width W of 40 mm, length L of 125 mm, plate thickness t of 2 mm, and overlap of 40 mm. Other conditions are the same as those in Test Examples 1 to 12. Test Example 13 is a case of short-time current conduction with a welding time Tm of 65 ms, and Test Example 14 is a case of normal current conduction with a welding time Tm of 190 ms. In both cases, an upslope time is provided, but a downslope time is not provided. In Test Examples 13 and 14, the welding current is changed to obtain different nugget diameters.

図１４は、試験例１３，１４についての、ナゲット径に対するＴＳＳの分布を示すグラフである。
図１４によれば、ＴＳＳはナゲット径が小さいほどＴＳＳも低下している。しかし、溶接時間Ｔｍが６５ｍｓであっても１９０ｍｓであっても、ナゲット径と相関に殆ど差が見られなかった。つまり、溶接時間Ｔｍを短縮してもＴＳＳには悪影響を及ぼさないことがわかる。 FIG. 14 is a graph showing the distribution of TSS with respect to the nugget diameter for Test Examples 13 and 14.
According to Fig. 14, the smaller the nugget diameter, the lower the TSS. However, whether the welding time Tm was 65 ms or 190 ms, there was almost no difference in the correlation with the nugget diameter. In other words, it can be seen that shortening the welding time Tm does not have a negative effect on the TSS.

次に、非熱処理系のアルミニウム合金製の試験片により溶接継手を作製し、この溶接継手のＣＴＳの強度を測定した結果を説明する。
試験片及び溶接条件は次のとおりである。
材料：５０００系アルミニウム合金、板厚ｔ＝２ｍｍ
板組：同種２枚板組
電極：Ｒ型電極、電極径１９ｍｍ、先端曲率半径１００ｍｍ
電極材質：クロム銅 Next, a welded joint was prepared using a test piece made of a non-heat-treatable aluminum alloy, and the CTS strength of this welded joint was measured. The results will be described below.
The test specimens and welding conditions are as follows:
Material: 5000 series aluminum alloy, plate thickness t = 2 mm
Plate assembly: 2 plates of the same type Electrode: R-type electrode, electrode diameter 19 mm, tip curvature radius 100 mm
Electrode material: Chromium copper

表４は、上記のアルミニウム溶接継手の試験例１５，１６の溶接条件を示している
試験例１５，１６におけるアルミニウム溶接継手は、アルミニウム板の幅Ｗが５０ｍｍ、長さＬが１５０ｍｍ、板厚ｔが２ｍｍのＪＩＳＺ３１３７に準拠した試験片である。 Table 4 shows the welding conditions for Test Examples 15 and 16 of the above aluminum welded joints. The aluminum welded joints in Test Examples 15 and 16 were test pieces conforming to JIS Z 3137, with an aluminum plate having a width W of 50 mm, a length L of 150 mm, and a plate thickness t of 2 mm.

試験例１５は、図２の（Ａ）に示す加圧力及び溶接電流の波形において、加圧力Ｐ１を５ｋＮ、加圧力Ｐ２は８ｋＮとし、スクイズ時間Ｔｓを１００ｍｓ、アップスロープ時間Ｔｕを２０ｍｓ、通電時間Ｔｃを８０ｍｓとして溶接時間Ｔｍを９０ｍｓにした短時間通電の条件で、溶接電流の電流値Ｉを２６．０～３２．５ｋＡの範囲で複数回溶接した。
試験例１６は、試験例１５の通電時間Ｔｃを１８０ｍｓとして溶接時間Ｔｍを１９０ｍｓにした通常通電の条件で、溶接電流の電流値Ｉを２５．０～３０．０ｋＡの範囲で複数回溶接した。その他の条件は試験例１５と同様である。 In test example 15, in the waveforms of the pressing force and welding current shown in FIG. 2A, welding was performed multiple times under short-time current flow conditions of a pressing force P1 of 5 kN, a pressing force P2 of 8 kN, a squeeze time Ts of 100 ms, an upslope time Tu of 20 ms, a current flow time Tc of 80 ms, and a welding time Tm of 90 ms, with the current value I of the welding current in the range of 26.0 to 32.5 kA.
In Test Example 16, welding was performed multiple times under normal energization conditions in which the energization time Tc was 180 ms and the welding time Tm was 190 ms in Test Example 15, with the current value I of the welding current in the range of 25.0 to 30.0 kA. The other conditions were the same as in Test Example 15.

図１５は、試験例１５と試験例１６の溶接継手のナゲット径に対するＣＴＳの分布を示すグラフである。
図１５から、短時間通電の溶接時間Ｔｍで溶接した溶接継手は、通常通電の溶接時間Ｔｍで溶接した溶接継手に比べて、ナゲット径が小さくても、約３．７ｋＮ以上のＣＴＳ強度を有し、ナゲット径が４√ｔ以上では４ｋＮ以上のＣＴＳ強度を維持できていることが分かる。つまり、短時間通電の場合は、通常通電の場合よりも溶接条件の裕度が広く、より安定して必要サイズのナゲットを形成できる。そして、通常通電の場合では、ナゲット径が７ｍｍまでシェア破断のままであるが、短時間通電の場合では、ナゲット径が５ｍｍ以上でプラグ破断となり、ナゲット径が７ｍｍ以下では、短時間通電の方が相対的に高い強度となる傾向であった。このように、プラグ破断を維持できる限界のナゲット径は、短時間通電の場合が通常通電の場合よりも小さくなり、短時間通電の方がより小さなナゲット径でもＣＴＳの強度を高められることが分かる。 FIG. 15 is a graph showing the distribution of CTS with respect to the nugget diameter of the welded joints of Test Examples 15 and 16.
From FIG. 15, it can be seen that the welded joint welded with the short-time current welding time Tm has a CTS strength of about 3.7 kN or more even when the nugget diameter is small, and can maintain a CTS strength of 4 kN or more when the nugget diameter is 4√t or more, compared to the welded joint welded with the normal current welding time Tm. In other words, in the case of short-time current welding, the margin of welding conditions is wider than in the case of normal current welding, and a nugget of the required size can be formed more stably. In addition, in the case of normal current welding, shear fracture remains until the nugget diameter is 7 mm, but in the case of short-time current welding, plug fracture occurs when the nugget diameter is 5 mm or more, and when the nugget diameter is 7 mm or less, short-time current welding tends to have a relatively higher strength. In this way, the limit nugget diameter at which plug fracture can be maintained is smaller in the case of short-time current welding than in the case of normal current welding, and it can be seen that short-time current welding can increase the CTS strength even with a smaller nugget diameter.

以上のように、短時間通電の場合には、ナゲット径が４√ｔであっても十分なＣＴＳの強度が得られ、破断形態はプラグ破断となる。 As described above, when current is applied for a short period of time, sufficient CTS strength is obtained even with a nugget diameter of 4√t, and the fracture mode is plug fracture.

以上説明した各試験例の結果から、複数のアルミニウム材を重ね合わせ、一対の電極でスポット溶接するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法において、溶接時間を所定の短い範囲に抑えることにより、優れたアルミニウム材の接合体を安定して得ることの知見を得た。電極によるアルミニウム材への加圧力は、一般的な２（ｋＮ）以上、８（ｋＮ）以下の範囲でよく、溶接電流は、溶接時間に応じて一般的な２５（ｋＡ）以上又は３０（ｋＡ）以上で、且つ５０（ｋＡ）以下の範囲に設定すればよい。 From the results of each of the test examples described above, it was discovered that in a resistance spot welding method for aluminum materials in which multiple aluminum materials are overlapped and spot welded with a pair of electrodes, by limiting the welding time to a predetermined short range, it is possible to stably obtain an excellent joint of aluminum materials. The pressure applied to the aluminum materials by the electrodes can be in the general range of 2 (kN) or more and 8 (kN) or less, and the welding current can be set in the general range of 25 (kA) or more or 30 (kA) or more and 50 (kA) or less depending on the welding time.

適切な溶接時間は、板厚ｔ（ｍｍ）に依拠しており、板厚が大きくなるほど適切な溶接時間は長くなる。各試験例の結果から、適切な溶接時間は３０×ｔ（ｍｓ）以上、５０×ｔ（ｍｓ）以下の範囲に設定すべきことが導き出せる。 The appropriate welding time depends on the plate thickness t (mm), and the greater the plate thickness, the longer the appropriate welding time. From the results of each test example, it can be deduced that the appropriate welding time should be set in the range of 30 x t (ms) or more and 50 x t (ms) or less.

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is intended that the various components of the embodiments be combined with each other, and that those skilled in the art may modify and apply the invention based on the description in the specification and well-known techniques, and this is within the scope of the protection sought.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極によりスポット溶接するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法であって、
前記アルミニウム材の板厚をｔ（ｍｍ）としたとき、
前記電極による前記アルミニウム材への加圧力を２（ｋＮ）以上、８（ｋＮ）以下とし、
溶接電流を２５（ｋＡ）以上、５０（ｋＡ）以下とし、
溶接時間を３０×ｔ（ｍｓ）以上、５０×ｔ（ｍｓ）以下として抵抗スポット溶接する、アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、ＣＴＳを改善しつつ、強度バラつきを小さくでき、良好なスポット溶接を安定して実現できる。 As described above, the present specification discloses the following:
(1) A method for resistance spot welding of aluminum materials, in which a plurality of aluminum materials are overlapped and spot-welded by a pair of electrodes, comprising the steps of:
When the plate thickness of the aluminum material is t (mm),
The pressure applied to the aluminum material by the electrode is set to 2 (kN) or more and 8 (kN) or less,
The welding current is set to 25 (kA) or more and 50 (kA) or less.
A method for resistance spot welding aluminum material, comprising the steps of: performing resistance spot welding with a welding time of 30×t (ms) or more and 50×t (ms) or less.
According to this method for resistance spot welding of aluminum material, it is possible to improve the CTS while reducing the variation in strength, thereby stably achieving good spot welding.

（２）前記溶接時間は、アップスロープ時間を含む、（１）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、溶接時間を、溶接の実態を反映した適切な時間に算出できる。 (2) The resistance spot welding method for aluminum materials according to (1), wherein the welding time includes an upslope time.
According to this method for resistance spot welding of aluminum materials, the welding time can be calculated to an appropriate time that reflects the actual welding conditions.

（３）前記アルミニウム材は熱処理型アルミニウム合金である、（１）又は（２）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、溶接時の入熱によって低下した強度を熱処理によって元の強度に戻すことでき、高強度な接合体が得られる。 (3) The method for resistance spot welding of aluminum materials according to (1) or (2), wherein the aluminum material is a heat-treatable aluminum alloy.
According to this method of resistance spot welding of aluminum material, the strength reduced by the heat input during welding can be restored to its original strength by heat treatment, and a high-strength joint can be obtained.

（４）前記アルミニウム材は非熱処理型アルミニウム合金である、（１）又は（２）に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、高い溶接性で、高強度かつ耐食性の良好な接合体が得られる。 (4) The method for resistance spot welding of aluminum materials according to (1) or (2), wherein the aluminum material is a non-heat-treatable aluminum alloy.
According to this method for resistance spot welding of aluminum material, a joint having high strength and excellent corrosion resistance can be obtained with high weldability.

（５）ＣＴＳの平均値から３σで表されるバラつきを減じた値が、１．４×ｔ（ｋＮ）以上となるように抵抗スポット溶接する、（１）～（４）のいずれか１つに記載の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、高い接合強度が安定して得られる。 (5) The resistance spot welding method according to any one of (1) to (4), wherein resistance spot welding is performed such that a value obtained by subtracting a variation represented by 3σ from an average CTS value is 1.4 × t (kN) or more.
According to this method for resistance spot welding of aluminum material, high joint strength can be stably obtained.

（６）複数のアルミニウム材が重なり合ってスポット溶接されたアルミニウム材の接合体であって、
前記アルミニウム材の板厚をｔ（ｍｍ）としたとき、
前記アルミニウム材同士の間に形成されたナゲットの前記アルミニウム材同士の接合面に沿った端部から、該ナゲットの中心側と反対側に向けて、前記アルミニウム材の母材の硬度よりも低い前記スポット溶接による熱影響部が２．９×√ｔ（ｍｍ）以下の長さで形成されている、アルミニウム材の接合体。
このアルミニウム材の接合体よれば、ＣＴＳを改善しつつ、ＣＴＳの強度バラつきが小さくなる。 (6) A joint of aluminum materials in which a plurality of aluminum materials are overlapped and spot welded,
When the plate thickness of the aluminum material is t (mm),
A joint of aluminum materials, in which a heat-affected zone caused by the spot welding, which has a hardness lower than that of the base metal of the aluminum materials, is formed with a length of 2.9×√t (mm) or less from an end of a nugget formed between the aluminum materials along the joint surface between the aluminum materials toward the opposite side to the center of the nugget.
This joined aluminum material improves the CTS while reducing the variation in CTS strength.

（７）前記ナゲットの外周縁におけるビッカース硬さが、前記ナゲットの内部におけるビッカース硬さより高い、（６）に記載のアルミニウム材の接合体。
このアルミニウム材の接合体よれば、ナゲットの外周縁に沿ったアルミニウム材の剥離を防止でき、高い接合強度が得られる。 (7) A joint of aluminum materials according to (6), in which the Vickers hardness at the outer peripheral edge of the nugget is higher than the Vickers hardness at the inside of the nugget.
This joint of aluminum materials can prevent peeling of the aluminum materials along the outer peripheral edge of the nugget, and high joint strength can be obtained.

（８）ＣＴＳ平均値から３σで表されるばらつきを減じた値は、１．４×ｔ（ｋＮ）以上である、（６）又は（７）に記載のアルミニウム材の接合体。
このアルミニウム材の接合体によれば、高い接合強度が安定して得られる。 (8) The joined aluminum materials according to (6) or (7), in which a value obtained by subtracting the variation represented by 3σ from the CTS average value is 1.4 × t (kN) or more.
This joint of aluminum materials can stably achieve high joint strength.

１１スポット溶接機
１３電極
１５電極
１７溶接トランス部
１８電源部
１９制御部
２０電極駆動部
２１第１アルミニウム板（アルミニウム材）
２３第２アルミニウム板（アルミニウム材）
２５ナゲット（スポット溶接部） 11 Spot welding machine 13 Electrode 15 Electrode 17 Welding transformer unit 18 Power supply unit 19 Control unit 20 Electrode driving unit 21 First aluminum plate (aluminum material)
23 Second aluminum plate (aluminum material)
25 Nugget (spot weld)

Claims

複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極によりスポット溶接するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法であって、
前記アルミニウム材の板厚をｔ（ｍｍ）としたとき、
前記電極による前記アルミニウム材への加圧力を２（ｋＮ）以上、８（ｋＮ）以下とし、
溶接電流を２５（ｋＡ）以上、５０（ｋＡ）以下とし、
溶接時間を３０×ｔ（ｍｓ）以上、５０×ｔ（ｍｓ）以下とし、
ＣＴＳの平均値から３σで表されるバラつきを減じた値が、１．４×ｔ（ｋＮ）以上となるように抵抗スポット溶接する、アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。 A resistance spot welding method for aluminum materials in which a plurality of aluminum materials are overlapped and spot welded by a pair of electrodes, comprising the steps of:
When the plate thickness of the aluminum material is t (mm),
The pressure applied to the aluminum material by the electrode is set to 2 (kN) or more and 8 (kN) or less,
The welding current is set to 25 (kA) or more and 50 (kA) or less.
The welding time is set to 30×t (ms) or more and 50×t (ms) or less .
A method for resistance spot welding aluminum material, comprising the steps of: performing resistance spot welding so that the value obtained by subtracting the variation represented by 3σ from the average CTS value is 1.4 × t (kN) or more .

前記溶接時間は、アップスロープ時間を含む、
請求項１に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。 The welding time includes an upslope time.
The method for resistance spot welding of aluminum materials according to claim 1.

前記アルミニウム材は熱処理型アルミニウム合金である、請求項１又は２に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。 The method for resistance spot welding of aluminum materials according to claim 1 or 2, wherein the aluminum material is a heat-treatable aluminum alloy.

前記アルミニウム材は非熱処理型アルミニウム合金である、請求項１又は２に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。 The method for resistance spot welding of aluminum materials according to claim 1 or 2, wherein the aluminum material is a non-heat-treatable aluminum alloy.

複数のアルミニウム材が重なり合ってスポット溶接されたアルミニウム材の接合体であって、
前記アルミニウム材の板厚をｔ（ｍｍ）としたとき、
前記アルミニウム材同士の間に形成されたナゲットの前記アルミニウム材同士の接合面に沿った端部から、該ナゲットの中心側と反対側に向けて、前記アルミニウム材の母材の硬度よりも低い前記スポット溶接による熱影響部が２．９×√ｔ（ｍｍ）以下の長さで形成されている、アルミニウム材の接合体。 A joint of aluminum materials in which a plurality of aluminum materials are overlapped and spot welded,
When the plate thickness of the aluminum material is t (mm),
A joint of aluminum materials, in which a heat-affected zone caused by the spot welding, which has a hardness lower than that of the base metal of the aluminum materials, is formed with a length of 2.9×√t (mm) or less from an end of a nugget formed between the aluminum materials along the joint surface between the aluminum materials toward the opposite side to the center of the nugget.

前記ナゲットの外周縁におけるビッカース硬さが、前記ナゲットの内部におけるビッカース硬さより高い、請求項５に記載のアルミニウム材の接合体。 6. The joined aluminum material according to claim 5 , wherein the Vickers hardness at the outer peripheral edge of the nugget is higher than the Vickers hardness at the inside of the nugget.

ＣＴＳ平均値から３σで表されるばらつきを減じた値は、１．４×ｔ（ｋＮ）以上である、
請求項５又は６に記載のアルミニウム材の接合体。 The value obtained by subtracting the variation represented by 3σ from the CTS average value is 1.4 × t (kN) or more.
A joined body of aluminum materials according to claim 5 or 6 .