JPH07284955A

JPH07284955A - メッキ鋼材とアルミ系材との抵抗溶接方法及びクラッド材

Info

Publication number: JPH07284955A
Application number: JP6073468A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Ueno; 克敏上野; Fuminori Matsuda; 文憲松田; Goro Watanabe; 吾朗渡辺; Hatsuhiko Oikawa; 初彦及川; Yutaka Okuda; 裕奥田; Kazuo Narita; 一雄成田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1995-10-31
Anticipated expiration: 2016-01-22
Also published as: JP3126587B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はメッキ加工により防錆処理等を施し
た鋼材とアルミ系材とのスポット溶接に好適な抵抗溶接
方法に関し、メッキ鋼材とクラッド材との間に高密度に
電流を通電させて高品質の溶接を実現することを目的と
する。【構成】被溶接物たるメッキ鋼板１３とアルミ鋼板１
４との間に凸部１５ｃを有する鉄層１５ａとアルミ層１
５ｂからなるクラッド材１５を介在させる。電極１０、
１１に交流電源１２より所定の溶接電流を通電させる。
溶接電流の通電路は凸部１５ｃの面積に制限され、かつ
メッキ層１３ａの溶融による溶融メッキは凸部１５ｃの
ピッチ間に収納されるため電流通電面積の拡大が防止さ
れる。その結果、メッキ鋼板とクラッド材との界面が効
率よく昇温し、クラッド材１５の両面に適切なナゲット
が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メッキ鋼材とアルミ系
材との抵抗溶接方法、及び該方法において用いるクラッ
ド材に係り、特にメッキ加工により防錆処理等を施した
鋼材とアルミ系材とのスポット溶接に好適なメッキ鋼材
とアルミ系材との抵抗溶接方法、及び該方法において用
いるのに好適なクラッド材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、異種金属間接合を抵抗溶接に
より行う手法が知られており、例えば非アルミニウム金
属の板とアルミニウム系材料の板との間に、板厚及び板
厚比が規定された非アルミニウム金属板とアルミニウム
系材料の板からなる２層の非アルミニウム／アウミニウ
ムクラッド材をインサートし、特定の式で導かれる電流
条件でスポット溶接を行う方法が特開平５−１１１７７
８号公報により知られている。

【０００３】また、鉄／アルミニウム２層クラッド材を
インサート材に用い、鋼板とアルミニウム板とをスポッ
ト溶接する方法については、特開平４−５５０６６号公
報、特開平４−１２７９７３号公報、特開平４−２５３
５７８号公報等により知られている。

【０００４】しかし、これら従来の方法では、２ステッ
プの通電を必要としたり、大電流を必要とするなどの問
題点があった。尚、これら従来の方法では、幅広い電流
域で継手の強度を高く保つ方法や、メッキ鋼板とアルミ
ニウム板とをスポット溶接する方法については考えられ
ていない。また、この異種金属接合方において、電極形
状を変化させたり、プロジェクションを用いることにつ
いては考えられていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では異
種金属間の接合について種々の要求があり、例えば自動
車車体のスポット溶接等においては、防錆処理等のため
メッキ処理を施した鋼板（以下メッキ鋼板と称す）とア
ルミ系材とを抵抗溶接する技術が要求されている。

【０００６】この場合、抵抗溶接すべき母材が鋼板とア
ルミである点においては上記公報に開示された抵抗溶接
方法の対象物と同様であることから、メッキ鋼板とアル
ミ板との間に上記クラッド材を介在させて抵抗溶接を行
うことが考えられる。

【０００７】しかし、メッキ鋼板とクラッド材との界面
が抵抗発熱により昇温した場合、クラッド材両面にナゲ
ットが成長するに先立ってメッキ層を形成するメッキ金
属が溶融し、その結果メッキ鋼板とクラッド材との間に
溶融メッキが介在して通電面積が拡大され、該部で電流
が拡大され、電流密度が低下する。

【０００８】このため、十分な強度を確保し得るナゲッ
トを形成するためには、鋼板を抵抗溶接する場合に比べ
て多大な電流を流通させる必要があるが、高電流にする
と電極溶着及びアルミ溶融金属の飛散（チリ）が大とな
るため電流値は高くできず、溶接条件範囲が極めて狭小
となるという問題を有していた。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、メッキ鋼材とアルミ系材との間にクラッド材を
介在せしめて抵抗溶接するにあたり、メッキ鋼材とクラ
ッド材との当接面積を減少させることで通電初期に高い
電流密度を確保し、もって上記の課題を解決するメッキ
鋼材とアルミ系材との抵抗溶接方法を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、メッキ鋼
材とアルミ系材との間に、鋼材系金属とアルミ系金属と
を積層してなるクラッド材を、同系の金属が対向するよ
うに介在せしめて抵抗溶接を行うメッキ鋼材とアルミ系
材との抵抗溶接方法であって、前記メッキ鋼材と前記ク
ラッド材との間に形成される初期通電面積を減少させて
なるメッキ鋼材とアルミ系材との抵抗溶接方法により達
成される。

【００１１】また、上記構成のメッキ鋼材とアルミ系材
との抵抗溶接方法において、前記メッキ鋼材のクラッド
材当接面、及び前記クラッド材のメッキ鋼材当接面の少
なくとも一方に凹凸を形成して通電面積を減少させる構
成も有効である。

【００１２】更に、上記構成のメッキ鋼材とアルミ系材
との抵抗溶接方法において、前記メッキ鋼材と前記クラ
ッド材との間に、開口部を有する鋼材系金属板を介在さ
せて通電面積を減少させる構成も有効である。

【００１３】そして、上記構成のメッキ鋼材とアルミ系
材との抵抗溶接方法は、鋼材系金属とアルミ系金属とを
積層してなるクラッド材において、該鋼材系金属側表面
に、所定面積率の凹凸を形成したクラッド材を用いるこ
とで容易に実施することができる。

【００１４】

【作用】本発明に係るメッキ鋼材とアルミ系材との抵抗
溶接方法においては、前記メッキ鋼材と前記クラッド材
との当接面積が減少しているため、前記メッキ鋼材と前
記アルミ系材との間を電流が流通する場合、通電初期に
高い電流密度が確保される。従って、前記メッキ鋼材と
前記クラッド材との界面が効率良く昇温し、前記クラッ
ド材の両面において適当に溶接ナゲットが形成される。

【００１５】また、前記メッキ鋼材と前記クラッド材と
の当接面の少なくとも一方に凹凸を施して通電面積を減
少せしめた場合、前記メッキ鋼材表面のメッキ金属が溶
融した際に、その溶融メッキが凹部内に収まるため、溶
融メッキによる通電面積の拡大が防止される。

【００１６】更に、前記メッキ鋼材と前記クラッド材と
の間に開口部を有する鋼材系金属板を介在させて通電面
積を減少せしめる構成においては、前記メッキ鋼材及び
前記クラッド材自体には何ら特別な加工を施すことなく
通電面積の減少が実現される。

【００１７】そして、鋼材系金属側表面に所定面積率の
凹凸を形成したクラッド材を前記メッキ鋼材と前記アル
ミ系材との間に介在させた場合、抵抗溶接を施す位置に
関わらず、常に前記メッキ鋼材と前記クラッド材との間
に適当な通電面積が確保される。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例であるメッキ鋼材
とアルミ系材との抵抗溶接方法を説明するための概念図
を示す。

【００１９】同図に示すように、電極１０，１１には交
流電源１２が接続されている。この交流電源１２は、予
め設定された条件に従って所定周期及び所定電圧の交流
電圧を、所定期間発生して電極１０，１１に供給する。

【００２０】電極１０，１１は、共に先端部の直径が６
mm、先端湾曲半径が４０mmのドームラジアス型（ＤＲ
型）電極であり、図示しないアームと共に変位し、両者
間に所定荷重を発生させることができる。

【００２１】電極１０が当接する被溶接部材１３は、両
面に亜鉛メッキによるメッキ層１３ａが形成された防錆
メッキ鋼板１３であり、一方電極１１が当接する被溶接
部材１４は、アルミ系材で構成されたアルミ板１４であ
る。

【００２２】メッキ鋼板１３とアルミ板１４との間に
は、鋼板系金属である鉄系金属からなる鉄層１５ａと、
アルミ板１４と同系の金属であるアルミ層１５ｂとが積
層されてなるクラッド材１５が介在されている。尚、こ
れら鉄層１５ａとアルミ層１５ｂとは圧着等の固相接合
により積層されている。

【００２３】図２は、クラッド材１５の平面図（同図
（Ａ））、及び正面断面図（同図（Ｂ））を示したもの
であるが、同図に示すようにクラッド材１５は、その鉄
層１５ａ表面に、所定ピッチ、所定高さ、所定面積率に
形成された複数の凸部１５ｃを備えている。

【００２４】ところで、本実施例において溶接方法とし
て採用する抵抗溶接は、被溶接金属間に所定の荷重を加
え、その状況で電流を通電させることにより金属境界面
に抵抗発熱を生ぜしめ、これを熱源として境界面に溶接
ナゲットを形成・成長させる溶接方法である。

【００２５】この場合、抵抗発熱により発生する熱量
は、電極間１０，１１の電力消費量に等しく、単位堆積
当たりの発熱量は通電する電流の密度の二乗に比例す
る。従って、同一の電力消費量に対して効率良く被溶接
箇所を昇温させるためには、抵抗溶接時における電流密
度を向上させる必要がある。

【００２６】これに対し、表面にメッキ層１３ａを備え
るメッキ鋼板１３においては、抵抗溶接の際にメッキが
溶融し、何らその溶融メッキに対する処置が施されてい
ない場合には、通電面積の増大により適当な電流密度の
確保が困難であることは前記した通りである。

【００２７】本実施例においてクラッド材１５に凸部１
５ｃを設けたのは、メッキ層１３ａの溶融に伴うかかる
弊害を除去するためであり、具体的には図３に示す如く
メッキ鋼板１３とクラッド材１５との間に、面積の小さ
な電流通電を形成するためである。

【００２８】すなわち、本実施例の抵抗溶接方法によれ
ば、電極１０，１１間に所定の交流電圧を印加して被溶
接物たるメッキ鋼板１３、アルミ板１４、及びクラッド
材１５に所定電流を流通させた際に形成される電流の通
電面積は、クラッド材１５の凸部１５ｃの面積に拘束さ
れる。

【００２９】このため、電流の流通に伴う抵抗発熱は、
クラッド材１５の凸部１５ｃとメッキ鋼板１３との当接
面において集中的に発生する。更に、かかる発熱により
生じた溶融メッキ１３ｂは、凸部１５ｃを除くクラッド
材１５表面に堆積し、その影響でメッキ鋼板１３とクラ
ッド材１５との当接面積、すなわち電流の通電面積が拡
大されることがない。

【００３０】従って、本実施例の抵抗溶接方法によれ
ば、表面にメッキ層１３ａを有するメッキ鋼板１３を溶
接の対象物とする場合であっても、安定して高い電流密
度を形成することが可能である。

【００３１】そして、このような高電流密度が形成でき
ることから、クラッド材１５（鉄層１５ａ）とメッキ鋼
板１３との界面、及びクラッド材１５（アルミ層１５
ｂ）とメッキ鋼板１３との界面に、それぞれ適当な溶接
ナゲットを形成することができる。

【００３２】ここで、メッキ鋼板１３として目付量６０
／６０ g／ m² の両面亜鉛メッキ鋼板を用い、アルミ板
１４としてＡ５０５２（JIS 規格）を用い、電極間溶接
荷重１．９６kN、溶接時間１６７ms（６０Hz交流電源に
おける１０サイクル分）として、凸部１５ｃの形状及び
溶接電流値を変えて抵抗溶接を行い、形成された溶接品
質を引っ張り剪断強さで評価した結果を図４〜図７に示
す。尚、各図に示す引っ張り剪断強さは、図７中実験 N
o.２９に示すデータを除きｎ＝２の平均値である。

【００３３】図４中 No.１〜３、及び No.４〜６は、本
実施例の抵抗溶接方法の比較対象のためのデータであ
り、それぞれメッキ層１３ａの無い鋼板を用いた場合、
及びメッキ層１３ａのある鋼板を用いた場合について、
クラッド材１５として凸部１５ｃの無いものを用いて溶
接試験したデータを示したものである。

【００３４】これらを比較すると、メッキを施した鋼板
の場合、メッキのない鋼板に比べて全体に引っ張り剪断
強さが低く、特に電流密度の低い低溶接電流下でその傾
向が顕著であることが判る。

【００３５】これに対して図５〜図７は、本実施例の抵
抗溶接方法により、それぞれ凸部１５ｃの高さ、クラッ
ド材１５における凸部１５ｃの面積率、凸部１５ｃを形
成するピッチをパラメータとして変化させた場合の実験
結果を示したものであるが、何れの場合についても、全
体的に凸部１５ｃを設けない場合に比べて良好な結果が
得られている。

【００３６】より詳細に解析すると、図５に示す No.７
〜９、 No.１０〜１２、 No.１３〜１５より、凸部１５
ｃの高さについては、１．０mm以内の範囲では、大きい
方が有利であることが判る。このような寸法領域では、
その高さが高く溶融メッキ１３ｂの収納性に優れること
が溶接品質向上に有利であるためと推定できるが、この
意味で本実施例の抵抗溶接方法は０．０５mm〜１．０mm
程度に凸部１５ｃを形成することが良好である。

【００３７】但し、鋼板板厚が薄い場合には、凸部の高
さは０．０５mm以下の高さであってもよい。この場合、
凸部の高さは０．０２〜１．０mmであることが好まし
い。また、より好ましくは、凸部の高さは０．０５〜
０．５mmである。

【００３８】また、図６に示す No.１６〜１８、 No.１
３〜１５、 No.１９〜２１より、凸部１５ｃの面積率に
ついては、２０％〜８５％程度であれば、何れの面積率
であっても良好な溶接品質が確保できることが判る。但
し、凸部１５ｃの面積率が極端に低い場合は、抵抗溶接
工程において加えられる荷重により凸部１５ｃが変形
し、またその面積率が極端に高い場合は溶融メッキ１３
ｃの収納性が悪化により通電面積の拡大防止効果が得ら
れなくなることから、面積率１０％〜９０％程度が適当
であると推定される。

【００３９】図７に示す No.２２〜２４、 No.１３〜１
５、 No.２５〜２７、 No.２８〜３０は、今回の条件範
囲内であれば、何れのピッチ条件によっても良好な効果
が得られることを示すと共に、今回使用した電極１０，
１１の径に対しては、３．０mm程度がピッチとしては上
限であることを示している。

【００４０】すなわち、図７中、 No.２９に括弧書きで
示す２つのデータは、繰り返し数が１（ｎ＝１）のデー
タを平均化せずに表示したものであるが、一方の２．７
kNについては他の条件と比べて遜色がないが、他方の
１．９kNについては、他に比べて著しくその強度が低
い。

【００４１】この結果は、電極１０、１１の先端が直径
６mmの半球状であることから、溶接実行位置が凸部１５
ｃのピッチ間となって特定の凸部１５ｃに電流が集中で
きなかったためと考えられる。この意味で、本実施例に
おいては、電極１０，１１の寸法との関係上ピッチは
３．０mm以下に設定することが好適である。

【００４２】尚、鋼板の溶接性を向上させる手法として
は、プレス工程で被溶接物にプロジェクション突起を設
けて電流を集中させる方法があり、この方法をメッキ鋼
板の抵抗溶接に応用するとすれば、図８に示す如くクラ
ッド材１６にプロジェクション突起１７を設けることが
考えられるが、かかる方法においては、クラッド材１７
をメッキ鋼板１３、及びアルミ板１４で挟んだ状態でプ
ロジェクション突起１７を捕らえて溶接を実行すること
が必要であり、その作業性に難点がある。

【００４３】これに対して、本実施例の抵抗溶接方法
は、クラッド材１３が介在する領域であれば何れの位置
に電極１０，１１を当接させた場合においても、適当に
電流の集中を図ることができ、作業性に優れた抵抗溶接
を実現することができるという特長をも有している。

【００４４】尚、上述の実施例は、メッキ鋼板１３とク
ラッド材１５との間に形成される電流通電経路の拡大防
止を、クラッド材１５に凸部１５ｃを設けて実現する構
成としているが、これに限るものではなく、通電路面積
の拡大が防止できる限り図９に示す如くメッキ鋼板１８
側に凸部１８ａを形成し、クラッド材１９については平
坦なものを用いる構成としてもよい。但し、クラッド材
側に凸部を形成するほうが製造上簡便で低コストで適用
でき、有用である。

【００４５】また、上記図２に示すクラッド材１５は、
角柱状の凸部１５ｃを備える構成であるが、凸部１５ｃ
の機能はメッキ鋼板１３とクラッド材１５との接触面積
を減少させることにあり、この機能が実現できる限りそ
の形状に制約はなく例えば図１０（Ａ）に示す如く円柱
状の凸部２０ａを備えるクラッド材２０、図１０（Ｂ）
に示すように三角柱状の凸部２１ａを備えるクラッド材
２１、又は図１０（Ｃ）に示すように角柱状の凹部２２
ａを備えるクラッド材２２によっても同様の効果を得る
ことができる。

【００４６】また、凸部は、柱状であっても、先端側ほ
ど断面積が減少する形状であってもよい。さらに、凹部
は、柱状であっても、凹部の奥側ほど凹部断面積が減少
する形状であってもよい。

【００４７】尚、クラッド材１５，２０，２１，２２，
メッキ鋼板１８等に凸部又は凹部１５ｃ，２０ａ，２１
ａ，２２ａ，１８ａを形成する手法としては、凹凸のな
いクラッド材の鉄層、又はメッキ鋼板に、例えば圧延ロ
ーラにより凹凸パターンを圧縮成形する手法、又は機械
加工、エッチング、レーザ加工等により溝を形成する手
法等が適用可能である。

【００４８】更に、図１１に示すように、凹凸の無いク
ラッド材（又はメッキ鋼板１３）２３に、開口部２４ａ
を有する網状の鋼板薄板２４を圧着し、または抵抗溶接
に先立ってクラッド材２３とメッキ鋼板１３との間に鋼
板薄板を介在せしめる手法が適用可能である。この場
合、クラッド材２３及びメッキ鋼板１３には、何ら凹凸
加工を施す必要がなく、極めて容易に本実施例の抵抗溶
接方法を実現することができる。

【００４９】また、上述の実施例は、本発明に係る抵抗
溶接方法をスポット溶接に適用した例を示したものであ
るが、その適用範囲は上記実施例に示すスポット溶接に
限るものではなく、例えば図１２に示すように、対応す
る複数の突起３１ａ，３２ａを備える一対のローラ３
１，３２を用いて連続的にスポット溶接を行うロールス
ポット溶接、又は突起の無い一対のローラ間に被溶接物
を挟持して行うシーム溶接等に適用することも可能であ
る。

【００５０】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、メッキ鋼材とクラッド材との間に高密度に電流を流
通させることができ、抵抗溶接を施すべき位置を局部的
に効率良く昇温することができる。このため、比較的少
ない電流で溶接ナゲットを適当に成長させることがで
き、比較的広範な溶接条件により安定した溶接強度を得
ることができる。

【００５１】また、請求項２記載の発明によれば、抵抗
溶接の際にメッキ鋼材表面のメッキ金属が溶融しても、
その溶融メッキが凹部内に収納され、メッキ鋼材とクラ
ッド材との当接面積の拡大が防止されるため、通電面積
を減少させることによる上記効果を安定して享受するこ
とができる。

【００５２】更に、請求項３記載の発明によれば、メッ
キ鋼材、及びクラッド材自体に凹凸を施す必要がなく、
単に開口部を有する鋼材系金属板を介在せしめるだけで
所望の効果を得ることができ、極めて容易にメッキ鋼材
とアルミ系材との抵抗溶接を行うことが可能となる。

【００５３】そして、請求項４記載の発明によれば、抵
抗溶接を施す位置に関わらずメッキ鋼材とクラッド材と
の間に適当な通電面積を確保することができ、溶接位置
に精度を要求することなく所望の効果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である抵抗溶接方法を説明す
るための概念図である。

【図２】本実施例の要部であるクラッド材の構成図であ
る。

【図３】本実施例の抵抗溶接方法の効果を説明するため
の図である。

【図４】本実施例の抵抗溶接方法の効果確認実験の結果
（その１）である。

【図５】本実施例の抵抗溶接方法の効果確認実験の結果
（その２）である。

【図６】本実施例の抵抗溶接方法の効果確認実験の結果
（その３）である。

【図７】本実施例の抵抗溶接方法の効果確認実験の結果
（その４）である。

【図８】本実施例の抵抗溶接方法の付随的効果を説明す
るための図である。

【図９】本発明に係る抵抗溶接方法の他の実施例を説明
するための概念図である。

【図１０】本実施例の抵抗溶接方法に好適なクラッド材
の他の例の構成図である。

【図１１】本実施例の抵抗溶接方法に好適なクラッド材
の別の例の構成図である。

【図１２】本発明に係る抵抗溶接方法の応用例を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１０，１１電極１３，１８メッキ鋼板１４アルミ板１５，２０，２１，２２クラッド材１５ａ鉄層１５ｂアルミ層１５ｃ，１８ａ，２０ａ，２１ａ凸部２２ａ凹部２４鋼板薄板２４ａ開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上野克敏愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者松田文憲愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者渡辺吾朗愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者及川初彦千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者奥田裕愛知県名古屋市中村区名駅南１丁目24−30 新日本製鐵株式会社名古屋支店内 (72)発明者成田一雄愛知県名古屋市中村区名駅南１丁目24−30 新日本製鐵株式会社名古屋支店内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メッキ鋼材とアルミ系材との間に、鋼材
系金属とアルミ系金属とを積層してなるクラッド材を、
同系の金属が対向するように介在せしめて抵抗溶接を行
うメッキ鋼材とアルミ系材との抵抗溶接方法であって、前記メッキ鋼材と前記クラッド材との間に形成される通
電面積を減少させたことを特徴とするメッキ鋼材とアル
ミ系材との抵抗溶接方法。
【請求項２】請求項１記載のメッキ鋼材とアルミ系材
との抵抗溶接方法において、前記メッキ鋼材のクラッド材当接面、及び前記クラッド
材のメッキ鋼材当接面の少なくとも一方に凹凸を形成し
て通電面積を減少させたことを特徴とするメッキ鋼材と
アルミ系材との抵抗溶接方法。
【請求項３】請求項１記載のメッキ鋼材とアルミ系材
との抵抗溶接方法において、前記メッキ鋼材と前記クラッド材との間に、開口部を有
する鋼材系金属板を介在させて通電面積を減少させたこ
とを特徴とするメッキ鋼材とアルミ系材との抵抗溶接方
法。
【請求項４】鋼材系金属とアルミ系金属とを積層して
なるクラッド材において、鋼材系金属側表面に、所定面積率の凹凸を形成したこと
を特徴とするクラッド材。