JPH04322886A

JPH04322886A - 金属板の抵抗溶接装置

Info

Publication number: JPH04322886A
Application number: JP3122124A
Authority: JP
Inventors: Tomiharu Okita; 富晴沖田
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1991-04-24
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1992-11-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムおよびア
ルミニウム合金板、金属めっき鋼板（例えばＺｎ、Ｚｎ
合金、Ｓｎ、Ｓｎ合金等）のように、抵抗溶接の際の電
極寿命が圧延鋼板より短い金属材料の抵抗溶接における
電極寿命を延ばすとともに、能率的に溶接する方法およ
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、金属、例えば圧延鋼板
、アルミニウムおよびその合金、およびＺｎめっき鋼板
を抵抗スポット溶接する場合、電極材料としてＪＩＳ　
　Ｚ　　３２３４−１９７７　「抵抗溶接用導電極材料
」の第１種、または第２種を用いて、電極形状は、ＪＩ
Ｓ　　Ｃ　　９３０４−１９８６「スポット溶接用電極
の形状及び寸法」で定めるものを用いて図５のごとく、
２枚またはそれ以上の被溶接物１１、１２を重ねて、上
下電極１、２で挟み、加圧、通電して溶接し、ナゲット
１３を形成する。溶接機としては、単相交流式、単相整流式、三相整流式
、三相低周波式、コンデンサー式、インバータ式等の抵
抗溶接機が用いられる。従来の圧延鋼板を用いた自動車
等の大量生産における組立工程の接合方法として、抵抗
スポット溶接方法が多く用いられているが、その理由と
しては、数秒で１点溶接でき非常に能率的な溶接方法で
あるとともに、一度溶接条件を設定すると全く素人の人
やロボットでも容易に溶接ができ、安定した溶接ナゲッ
トや継手強度が得られ大量生産に適しているからである
。また、従来、自動車に使用されていた圧延鋼板を抵抗
スポット溶接する場合はクロム銅電極でも電極寿命が１
００００点以上あり、ドレッシングに要する時間も些細
なものであった。なお、ドレッシングとは、溶接する前
に電極の先端を所定の形状に切削したり、所定の表面粗
度に磨いたりして整えることを言い、電極寿命とは、１
回のドレッシングで連続して所定の要求性能を有した溶
接部が得られる打点数のことである。電極寿命の判定基
準として、例えば次のようなものがある。■ナゲット径
、または引張せん断強さが規定の値以下になるまでの連
続打点数、■電極先端に、電極と被溶接材料との合金層
ができて、それが溶接部に転写されて外観が損なわれる
現象をピックアップと称するが、これが発生する前まで
の連続打点数、■電極が被覆溶接材料に溶着してとれな
くなる現象が起こる前までの連続打点数等がある。一般
的には■の方法が用いられることが多いので、本明細書
における電極寿命は、■を用いることとする。従来の圧
延鋼板を用いた自動車の組み立てラインにおける抵抗ス
ポット溶接の電極寿命は前述のごとく１００００点以上
であると言われているが、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金の抵抗スポット溶接の電極寿命は２００〜５０
０点と言われており、また、Ｚｎめっき鋼板の場合では
１０００〜２０００点が電極寿命であると言われている
。このように、アルミニウムまたはアルミニウム合金、
Ｚｎめっき鋼板のように電極寿命の短い材料の溶接方法
として各種溶接方法が提唱されている。その代表例とし
て、特開昭６１−１５９２８８号がある。これは、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金同士を電気抵抗溶接す
るに当たり、電極と被溶接物の間に電極より高電気伝導
性のインサート材を介装することを特徴とするアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金の電気抵抗溶接法である。これは、図６に示す様に電極１、２と被溶接材料１１、
１２の間に高電気伝導性のインサート材２９を介装して
、接触部３０の温度上昇抑え、被溶接材料の板厚方向の
溶込みを浅くして溶接表面割れの発生を防ぐとともに電
極寿命を延ばす方法である。

【０００３】ところで自動車産業では、圧延鋼板は耐食
性が劣るため最近は鋼板にＺｎやＺｎ合金等のめっきを
施して耐食性や塗装性を改善しためっき鋼板が用いられ
る様になってきた。この材料を抵抗スポット溶接すると
電極めっき鋼板の間の発熱で、ＺｎやＺｎ合金の融点が
低いため溶けだして電極と溶着したり、また電極の銅ま
たは銅合金とこれらの金属が合金化し易いため、電極先
端に銅と被溶接材料の合金物が生成し、これが溶接時に
材料表面に付着したり、スタンプされて溶接部の圧こん
が非常に汚れるピックアップが発生する。また、この合
金層が被溶接材料の溶接表面に次々と移行して行くため
電極が消耗していく。特に電極中心部の消耗が大きいた
め電極先端は凹形になり、これに伴い、溶接部のナゲッ
ト径や引張せん断強さが低下し、電極寿命は、１０００
〜２０００点に低下してしまう。電極を切削したり、研
摩して再度先端形状を正規の形に成形する（ドレッシン
グする）と再び溶接が可能となり、ナゲット径、引張せ
ん断強さも元の値に回復する。このためＺｎめっき鋼板
等をスポット溶接する場合は圧延鋼板の時より、頻繁に
ドレッシングを行わなければならず、溶接の能率が著し
く低下した。また、これに要する時間や費用のため、Ｚ
ｎめっき鋼板の溶接コストは圧延鋼板の溶接に比べて高
いものになり問題であった。

【０００４】地球の温暖化防止のため、自動車の省エネ
ルギー化が進んでおり、車体重量を１０％軽くすると約
１０％の省エネルギーができると言われている。このた
め自動車用材料としてアルミニウム合金の使用量が増加
しつつある。アルミニウムおよびアルミニウム合金の融
点は、圧延鋼板の約１／２以下であるが、熱伝導度、電
気伝導度が約３倍であるため、圧延鋼板を溶接する時よ
り高電流で短時間で溶接しなければならない。また、ア
ルミニウムおよびアルミニウム合金の表面には絶縁性で
しかも融点の高い酸化皮膜が生成しているため抵抗スポ
ット溶接に際して、それが非常に影響を及ぼす。例えば
、抵抗スポット溶接において、電極が材料に接して電流
が流れた際、電極と材料間で、絶縁性の皮膜があるため
発熱が多くなり、電極自体が加熱されたり、電極と材料
で合金化して、前述のめっき鋼板のスポット溶接と同様
な理由で電極が消耗する。このためアルミニウムおよび
アルミニウム合金の電極寿命は、２００〜５００点と言
われている。このように短い電極寿命では、電極のドレ
ッシングが非常に頻繁になり、自動車等の大量生産にお
いてはこれがネックになり、問題であった。前記特開昭
６１−１５９２８８号のものは、電極寿命を延ばす方法
としては良い方法であるが、電極の太さの２倍程度の幅
の０．２ｍｍ程度の厚いインサートを添設する方法では
溶接能率を従来の圧延鋼板と同程度にすることは困難で
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アル
ミニウムおよびアルミニウム合金、金属めっき鋼板（例
えばＺｎ、Ｚｎ合金めっき、Ｓｎ、Ｓｎ合金めっき等）
等の金属の抵抗溶接における電極寿命を延ばすとともに
、溶接能率を飛躍的に向上した溶接方法および装置を提
供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、電極と被溶接
材料の間に導電性テープを連続的に供給し、前記導電性
テープを介して溶接することを特徴とする金属板の抵抗
溶接方法を請求項１とし、送りロール、支持ロール、巻
取ロールおよび電極を備え、前記送りロールより、送出
された導電性テープを支持ロールにより支持し、電極と
被溶接材料との間に連続的に供給することを特徴とする
金属板の抵抗溶接装置を請求項２とし、前記送りロール
および巻取ロールをカセット方式にしたことを特徴とす
る請求項２記載の金属板の抵抗溶接装置を請求項３とし
、前記送りロールおよび巻取ロールに代えて、支持ロー
ルおよび駆動ロールを備え、かつ前記導電性テープとし
てエンドレステープを備えたことを特徴とする請求項２
記載の金属板の抵抗溶接装置を請求項４とするものであ
る。しかして前記の導電性テープは純銅および銅合金ま
たは、鉄、ニッケル、チタン、クロム、銀、金およびこ
れらの合金、ならびにステンレス鋼などの単独、合わせ
材及び複合材の他導電性の金属・合金が適用できる。また１本のテープをロールに巻いたもの、カセット方式
のもの或いは、１本のテープをエンドレスに接続したも
のなどが使用でき、装置としては、前記のテープを一定
間隔毎に自動的に選出する送りロールを有する自動供給
装置、カセット方式などが備えられ、エンドレステープ
の場合は、駆動ロールが備えられる。なお本発明は電極
が双頭のものや多数の電極の場合にも適用できる。また
、本発明は、ロボット溶接ガンに設け、ロボットと連動
して使用できる。

【０００７】

【作用】前記の方法および装置により、溶接電流は、電
極から導電性テープを通過して被溶接材料に流れ、被溶
接材料間の抵抗により発熱、溶解し、ナゲットを形成す
る。しかし、電極と導電性テープの間では、導電性テー
プの放熱性が良いため発熱が少なく、接合までに到らず
、電極の消耗もほとんど無い。また、導電性テープと被
溶接材料との間でも、発熱が少なく接合には到らない。導電性テープを巻取ロールに巻いておき、１点溶接毎ま
たは１点以上溶接毎に電極と被溶接材料の間に供給、移
動して、次々と溶接を行うことにより、連続打点が可能
になる。また、導電性テープをカセットロールに巻いて
おき、１点溶接毎または１点以上溶接毎に電極と被溶接
材料の間に自動供給して溶接し、溶接後、移動して、次
の溶接を行うことにより、連続打点が可能になる。この
工程を繰り返すことによって、全てのナゲットおよび圧
こん表面が健全な溶接部が連続して得られ、電極の消耗
が極めて少なく、電極寿命が延びるとともに溶接能率が
飛躍的に向上する。さらに導電性テープをエンドレステ
ープにすることにより装置の小型化ができ、同様の効果
を発揮できる。前記の導電性テープは純銅および銅合金
、鉄、チタン、ニッケル、クロム、銀、金、ならびにス
テンレス鋼などの単独、合わせ材及び複合材などの他、
導電性の金属、合金が適用できる。

【０００８】

【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明の実施例
について説明する。実施例１図１は、本発明の実施例１の態様を示す模式図である。上電極１および下電極２はＪＩＳ　　Ｚ　　３２３２　
　の２種に相当するクロム銅（１％Ｃｒ−Ｃｕ合金）の
１６ｍｍφを使用し、電極先端形状はＲ形で、Ｒ＝１５
０ｍｍとした。電極には冷却用の９ｍｍφの冷却穴３、
４があいており、導管５、６を通って１５℃の水７、８
が１８リットル／分の水量で流されて電極を冷却した。被溶接材１１、１２はＡｌ−Ｍｇ合金である５１８２−
Ｏ、板厚１ｍｍの幅３０ｍｍ、長さ２００ｍｍを用いた
。溶接は、被溶接材料１１、１２を２枚重ねて、送りロ
ール１６、１８、巻取りロール１７、１９に巻かれた導
電性テープ９、１０を、それぞれ上電極１と被溶接材料
１１、下電極２と被溶接材料１２の間にセットする。導
電性テープは、電極のクロム銅より高導電率の純銅で、
厚さ５０μｍ、幅１６μｍで、送りロール１６、１８に
巻かれており、これを巻取り装置２０、２１により溶接
箇所に溶接溶接機と同調して、１点の溶接が終了して電
極１、２が被溶接材料１１、１２から離れた時に、１５
ｍｍずつ、支持ロール１４、１５を通って移動して溶接
箇所に供給され、使用した導電性テープは、順次巻取り
ロール１７、１９に巻き取られるしくみになっている。溶接は単相整流式抵抗溶接機を用いて、溶接電流２２０
００Ａ、電極加圧力１９６０Ｎ、通電時間５サイクルの
溶接条件で、１点あたり５秒の間隔で行った。溶接前に
電極の先端は＃１０００のエメリー紙でドレッシングし
、その後、連続して１２０００点溶接し、溶接した試験
片は４図のごとく引き剥がし治具（ピール試験治具と称
する）２８に被溶接材料１１の一端を挟み、まるめなが
ら引き剥がしてナゲット１３を得、その長径と短径をノ
ギスで測定し、ナゲット径を次式で計算した。　　ナゲ
ット径＝（長径＋単径）÷２（ｍｍ）電極寿命のナゲッ
ト径は、ＪＩＳ　　Ｚ　　３１４０のＡ級の最小ナゲッ
ト径の４ｍｍとした。比較のため、導電性テープを使用
せず、直接電極１、２が被溶接材料１１、１２が接触す
る従来の方法で前述の場合と同一溶接機、同一溶接条件
、同一溶接速度で溶接を行った。また、特開昭６１−１
５９２８８号の方法を再現するために、同じ導電性テー
プを３０ｍｍに切断して一々、溶接箇所にマニアルで添
設して、同一溶接機、同一溶接条件、同一溶接間隔で溶
接した。この結果は表１に示す。

【０００９】

【表１】

【００１０】表１より明らかなように本発明方法によれ
ば、１２０００点の溶接部は、全てナゲット径が４ｍｍ
以上であった。つまり、電極寿命は１２０００点（以上
）であった。この時の電極先端形状の変化を５０点おき
に感圧紙を電極１、２と被溶接材料１１、１２との間に
挟んで、通電しないで加圧力だけかけて調べたが（約１
点１０秒必要とした）、１２０００点溶接後も、電極１
、２の先端形状は、変化していなかった。また、溶接に
要した時間は、６２４００秒（１７．３時間）であった
。それに対し、導電性テープを使用しない従来方法で溶接
したものは２１２点で、ナゲット径が４ｍｍ以下になっ
た。つまり、電極寿命は２１１点であった。また、その
時の電極先端形状の変化を感圧紙で調べた結果、５０点
目で既に上下電極とも中心部が凹形に変形しており、打
点数が多くなるに従って電極が消耗して当たりが大きく
なっていた。３０ｍｍの長さの導電性テープをマニアル
で添設して溶接したものは、１２０００点溶接し、全て
のナゲット径が４ｍｍ以上であったが、要した時間は１
２２４００秒（３４．０時間）で、本発明方法の倍の時
間がかかった。実施例２図２は、本発明の実施例２の態様を示す模式図である。上電極１および下電極２はＪＩＳ　　Ｚ　　３２３２の
２種に相当するクロム−ジルコニウム−銅合金（０．５
％Ｃｒ−０．２％Ｚｒ−Ｃｕ合金）の１６ｍｍφを使用
し、電極先端形状はＲ形で、Ｒ＝１５０ｍｍとした。電
極１、２には冷却用の９ｍｍφの穴があいており、導管
を通って１５℃の水が１８リットル／分の水量で流され
て電極を冷却した（図示せず）。被溶接材料１１、１２
はＡｌ−Ｍｇ合金である５１８２−Ｏ、板厚１ｍｍの幅
３０ｍｍ、長さ２００ｍｍを用いた。溶接には、被溶接
材料１１、１２を２枚重ねて自動的に１点溶接する毎に
３０ｍｍ移動する自動供給装置を用いた。カセット２２
、２３の送りロール１６、１８、巻取ロール１７、１９
に巻かれた導電性テープ９、１０は、それぞれ上電極１
と被溶接材料１１、下電極２と被溶接材料１２の間にセ
ットする。導電性テープは、電極１、２より高導電率の
純銅製で厚さ７０μｍ、幅１６ｍｍ、で、送りロール１
６、１８に巻かれており、これを巻取り装置２０、２１
により溶接箇所に溶接溶接機と同調して、溶接２点目毎
に電極１、２が被溶接材料１１、１２から離れた時に、
１５ｍｍずつ、支持ロール１４、１５を通って移動して
溶接箇所に供給され、使用したリボンは、順次巻取りロ
ール１７、１９に巻き取られるしくみになっている。溶
接機、溶接条件は、実施例１と同じとし、溶接は２秒間
隔で１２０００点溶接し、それを全てピール試験してナ
ゲット径を求めた。この結果を表２に示す。

【００１１】

【表２】

【００１２】表２よりわかるように本発明の方法による
ものは１２０００点の、全てナゲット径が４ｍｍ以上で
あった。つまり、電極寿命は１２０００点（以上）であ
った。１２０００点溶接後、感圧紙を電極１、２と被溶
接材料１１、１２との間に挟んで、通電しないで加圧力
だけかけて調べた結果、電極１、２の先端形状は、変化
していなかった。また、溶接に要した時間は、２４００
０秒（６、７時間）であり、本発明方法は従来の溶接方
法に比べて非常に能率的であった。実施例３第３図は、本発明の実施例３の態様を示す模式図である
。上電極１および下電極２はＪＩＳ　　Ｚ　　３２３２
の２種に相当するクロム銅（１％Ｃｒ−Ｃｕ合金）の１
６ｍｍφを使用し、電極先端形状はＲ形で、Ｒ＝１５０
ｍｍとした。電極には冷却用の９ｍｍφの穴３、４があ
いており、導管５、６を通って１５℃の水７、８が１８
リットル／分の水量で流されて電極を冷却した。被溶接
材１１、１２は、板厚０．８ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ２
００ｍｍの両面Ｚｎめっき鋼板であり、Ｚｎ層２４、２
５、２６、２７が２０ｇ／ｍ２　付いている。溶接は、
被溶接材料１１、１２を２枚重ねて、送りロールに代え
て支持ロール１６、１８とし、巻取りロールに代えて駆
動ロール１７、１９としエンドレスの導電性テープ９、
１０を、それぞれ上電極１と被溶接材料１１、下電極２
と被溶接材料１２の間にセットする。導電性テープは、
電極のクロム銅より高導電率の純銅で、厚さ３０μｍ、
幅１６ｍｍで、支持ロール１６、１８に支持されており
、これを巻取り装置に代えて駆動装置２０、２１により
溶接箇所に溶接溶接機と同調して、１点の溶接が終了し
て電極１、２が被溶接材料１１、１２から離れた時に、
１５ｍｍずつ、支持ロール１４、１５を通って移動して
溶接箇所にエンドレスに供給されるしくみになっている
。溶接は単相交流式抵抗溶接機を用いて、溶接電流９０
００Ａ、電極加圧力１９６０Ｎ、通電時間８サイクルの
溶接条件で、１点あたり５秒の間隔で行った。溶接前に
電極の先端は＃１０００のエメリー紙でドレッシングし
、その後、連続して１２０００点溶接した。溶接後、全
てピール試験し、ナゲット径を求めた。電極寿命のナゲ
ット径は、ＪＩＳ　　Ｚ　　３１４０のＡ級の最小ナゲ
ット径の３．８ｍｍとした。比較のため、導電性テープ
を使用せず、直接電極１、２が被溶接材料１１、１２に
接触する従来の方法で、前述の場合と同一溶接機、同一
溶接条件、同一溶接速度で溶接を行った。また、同じ導
電性テープを３０ｍｍに切断して一々、溶接箇所にマニ
アルで添設して、同一溶接機、同一溶接条件、同一溶接
間隔で溶接した。この結果を表３に示す。

【００１３】

【表３】

【００１４】表３よりわかるように本発明の方法による
１２０００点の溶接部は、全てナゲット径が３．８ｍｍ
以上であった。つまり、電極寿命は１２０００点以上で
あった。この時の電極先端状態を５０点おきに感圧紙を
電極１、２と被溶接材料１１、１２との間に挟んで、通
電しないで加圧力だけかけて調べたが（約１点１０秒必
要とした）、１２０００点溶接後も、電極１、２の先端
形状は、変化していなかった。また、溶接に要した時間
は、６２４００秒（１７．３時間）であった。それに対
し、導電性テープを使用しない従来方法で溶接したもの
は１２５１点ナゲット径が３．８ｍｍ以下になった。つ
まり、電極寿命は１２５０点であった。また、その時の
電極先端形状の変化を感圧紙で調べた結果、５０点目で
既に上下電極とも中心部が凹形に変形しており、打点数
が多くなるに従って電極が消耗して当たりが大きくなっ
ていた。３０ｍｍの長さの導電性テープをマニアルで添
設して溶接したものは、１２０００点溶接し、全てのナ
ゲット径が３．８ｍｍ以上であったが、要した時間は１
２２４００秒（３４．０時間）で、本発明方法の倍の時
間がかかった。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、以上のように被溶接材料を重
ねて抵抗溶接する際に、導電性テープを１点、またはそ
れ以上溶接毎に溶接箇所に供給することにより連続して
溶接を行うことが可能となり、また電極の消耗が極めて
少なく、圧延鋼板と同等の電極寿命と溶接能率がアルミ
ニウムおよびアルミニウム合金、各種めっき鋼板におい
ても可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様を示す模式図。

【図２】本発明の実施態様を示す模式図。

【図３】本発明の実施態様を示す模式図。

【図４】ピール試験状況を示す斜視図。

【図５】従来の抵抗スポット溶接方法を示す模式図。

【図６】従来の抵抗スポット溶接方法を示す模式図。

【符号の説明】

１　　　　　　　　上電極２　　　　　　　　下電極３　　　　　　　　上電極の冷却穴４　　　　　　　　下電極の冷却穴５　　　　　　　　上電極の導管６　　　　　　　　下電極の導管７、８　　　　冷却水９、１０　　　　　　導電性テープ１１、１２　　　　被溶接材料１３　　　　　　　　　　ナゲット１４、１５　　　　支持ロール１６、１８　　　　送りロール１７、１９　　　　巻取りロール２０、２１　　　　巻取り装置２２、２３　　　　カセット２４、２５、２６、２７　　　　Ｚｎ層２８　　　　　
　　　　　ピール試験治具２９　　　　　　　　　　イ
ンサート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　電極と被溶接材料の間に導電性テープ
を連続的に供給し、前記導電性テープを介して溶接する
ことを特徴とする金属板の抵抗溶接方法。
【請求項２】　　送りロール、支持ロール、巻取ロール
および電極を備え、前記送りロールより、送出された導
電性テープを支持ロールにより支持し、電極と被溶接材
料との間に連続的に供給することを特徴とする金属板の
抵抗溶接装置。
【請求項３】　　前記送りロールおよび巻取ロールをカ
セット方式にしたことを特徴とする請求項２記載の金属
板の抵抗溶接装置。
【請求項４】　　前記送りロールおよび巻取ロールに代
えて、支持ロールおよび駆動ロールを備え、かつ前記導
電性テープとしてエンドレステープを備えたことを特徴
とする請求項２記載の金属板の抵抗溶接装置。