JPH10265883A

JPH10265883A - アルミニウム合金製スタッド

Info

Publication number: JPH10265883A
Application number: JP35184497A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Okada; 俊哉岡田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1998-10-06
Anticipated expiration: 2017-12-22
Also published as: JP3969681B2

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接強度に優れ、また美麗な外観が広い溶接
条件範囲で得られるスタッドを提供する。【解決手段】Ｍｎを０．１〜１．８wt％含有し、残部
がアルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウ
ム合金製スタッド10。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接強度に優れ、
また美麗な外観が、広い溶接条件範囲で得られるスタッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、生活環境、都市環境の美化、整
備、改善のための活動が行政や企業で活発に進められて
いる。たとえば、街のイメージアップのため、駅舎やビ
ルなどには美麗なアルミニウム合金製外装パネルが多用
されるようになってきている。このような外装パネルは
ボルトにより取付けられ、該ボルトは、予めパネルの裏
面に溶接しておいて、パネル取付けの作業効率化が図ら
れている。前記溶接にはスタッド溶接が多用され、この
ように溶接して用いられるボルトはスタッドと呼ばれ
る。図１は、前記スタッド10をパネル20にスタッド溶接
した状態を示す斜視図である。スタッド溶接は、スタッ
ドと母材（パネル）を近接させ、スタッドを電極として
母材との間にアークを点孤して両近接面を溶融し加圧し
て接合する方法で、アーク溶接電源を用いたアーク放電
型とコンデンサを用いたコンデンサ放電型とがある。前
者は太径のスタッドに適し、後者は細径のスタッドに適
する。いずれも操作が簡単で熟練を要さず、短時間で溶
接できるという利点がある。しかし、外装パネルは建築
物の一部のため、溶接強度が高く安全なこと、溶接部の
パネル表面が美麗で、焼付き、傷、凹凸などがないこと
が要求される。ところで、外装パネルには建築物の仕様
に合わせて様々な合金板が用いられ、ボルトにはＪＩＳ
−Ａ１０５０合金が多用され、一部にＪＩＳ−Ａ５０５
２合金またはＪＩＳ−Ａ５０５６合金が用いられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記ＪＩＳ−
Ａ１０５０合金製スタッドは、溶接条件が多少変動して
も溶接が適正になされるが、溶接強度が低いため溶接箇
所を多く必要としコスト高になるという問題がある。他
方ＪＩＳ−Ａ５０５２合金やＪＩＳ−Ａ５０５６合金の
スタッドは溶接強度は高いが、適正な溶接条件の範囲が
狭く外観不良が生じ易いという問題がある。本発明は、
溶接強度がＪＩＳ−Ａ１０５０合金より十分高く、かつ
溶接条件が多少変動しても外観不良が生じないスタッド
の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
Ｍｎ０．０５〜１．８wt％を含有し、残部がアルミニウ
ムおよび不可避不純物からなることを特徴とするアルミ
ニウム合金製スタッドである。

【０００５】請求項２記載の発明は、Ｍｎ０．０５〜
１．８wt％を含有し、さらに総含有量が０．０５〜１．
０wt％のＳｉ、Ｆｅの元素群、総含有量が０．０３〜
０．３wt％のＴｉ、Ｚｒ、Ｂ、希土類元素の元素群、
総含有量が０．０５〜２．０wt％のＣｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、
Ｚｎ、Ｎｉ、Ｖ、Ａｇの元素群のうちの少なくとも１
元素を含有し、残部がアルミニウムおよび不可避不純物
からなることを特徴とするアルミニウム合金製スタッド
である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明において、Ｍｎは溶接強度
の向上に寄与する。その含有量を０．１〜１．８wt％に
規定した理由は、０．１wt％未満ではその効果が十分に
得られず、１．８wt％を超えるとＭｎを含む巨大晶出物
が生成して、溶接強度が低下するためである。特に１．
０〜１．５wt％が高い溶接強度が安定して得られ望まし
い。

【０００７】ＳｉまたはＦｅの元素群は、スタッドの
結晶組織を微細化して溶接強度を高め、さらに靱性、加
工性、成形性、耐食性なども向上させる。ＳｉまたはＦ
ｅの含有量を総計で０．０５〜１．０wt％に規定した理
由は、０．０５wt％未満ではその効果が十分に得られ
ず、１．０wt％を超えると巨大晶出物が生成して、前記
溶接強度などの諸特性が低下するためである。Ｓｉまた
はＦｅの特に望ましい含有量は総計で０．１〜０．３wt
％である。

【０００８】Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、または希土類元素の元
素群は、ＳｉまたはＦｅと同じようにスタッドの結晶組
織を微細化して溶接強度を高め、さらに靱性、加工性、
成形性、耐食性なども向上させる。その含有量を総計で
０．０３〜０．３wt％に規定した理由は、０．０３wt％
未満ではその効果が十分に得られず、０．３wt％を超え
ると巨大な晶出物が生成して前記溶接強度などの諸特性
が低下するためである。０．０５〜０．２wt％が結晶組
織の微細化が安定し望ましい含有量である。なお、前記
希土類元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍなどであ
る。これら元素は高価であるが、主成分のＬａ、Ｃｅに
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍが混在したミッシュメタル（以下、Ｍ
Ｍと略記する。）は安価である。ＭＭで添加しても単体
を添加しても作用は同じなので、ＭＭを添加した方が経
済的である。

【０００９】Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｖ、また
はＡｇの元素群は、溶接強度向上に寄与する。その含
有量を総計で０．０５〜２．０wt％に規定した理由は、
０．０５wt％未満ではその効果が十分に得られず、２．
０wt％を超えると巨大な晶出物が生成して溶接強度、靱
性、加工性が低下し、さらには耐食性も低下する恐れが
あるためである。前記Ｃｕなどの総計含有量は、０．１
〜１．５wt％が、他の性質を低下させずに溶接強度向上
が図れ望ましい。

【００１０】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。（実施例１）表１〜４に示す組成の合金を用いて常法に
よりスタッド（外径Ｍ６、長さ２０mm）を作製し、これ
をＡｌ合金板材（母材）にスタッド溶接して溶接性を調
査した。Ａｌ合金板材にはＪＩＳ−Ａ５０５２Ｐ−Ｈ３
４（Ａｌ−０．２５wt％Ｓｉ−０．４wt％Ｆｅ−０．１
wt％Ｃｕ−０．１wt％Ｍｎ−２．５wt％Ｍｇ−０．２５
wt％Ｃｒ−０．１wt％Ｚｎ合金）の厚さ３mm、５０mm四
方の板材を用いた。スタッド溶接機にはコンデンサ放電
型溶接機〔日本ドライブイット（株）製ＣＤ１０００
型〕を用いた。溶接条件は、コンデンサ容量を６４００
０μＦと１２８０００μＦの２水準、電圧を８０、９
０、１００、１１０、１２０Ｖの５水準、パネルとスタ
ッド間のギャップを２．５、３．０、３．５、４．０mm
の４水準に取った。各材料、各条件ごとに、１０個ずつ
溶接し、全数を外観検査（焼付き、傷、凹凸）後、５個
を引張試験に、残りの５個をトルク試験に供した。

【００１１】検査または試験方法を下記に示す。〔外観検査〕外観検査項目のうち、焼付き、傷は、母材
表面（溶接面と反対側の面）を目視観察して行い、凹凸
は図２に示す表面検査装置を用いて行った（特願平７−
２７９８６０号参照）。前記表面検査装置は、試験片を
取付ける円柱状の角度調整具20、前記角度調整具20を載
置する支持具21、支持具外側壁面に取付けた角度表示板
22、支持具21の底面に取付けた模様板23からなる。角度
調整具20を支持具21に形成された切欠部24に回転自在に
載置する。試験体25は角度調整具20の中央部にその母材
11の表面が模様板23に対し垂直になるように取付ける。
ここで角度調整具20の端部に取付けた角度指示針26は角
度表示板22の角度目盛り０に合わせておく。試験体25を
上から観察しながら、角度調整具20を母材11表面が上に
向くように徐々に回転させる。母材11表面に凹凸がある
と、母材11表面で反射する模様板23の模様が歪んで見
え、この歪みは、母材11表面の凹凸が大きい程、回転角
度が小さいうちから見え始める。歪んで見え始めたとき
の回転角度で凹凸の大小を判定する。歪んで見え始める
角度の平均値が２度以上のものを良好（○）、２度未満
のものを不良（×）と判定した。〔引張試験〕図３に示すように、スタッド10の上部にナ
ット12をねじ込み、ナット12と母材11を上部治具31と下
部治具32の袋部にそれぞれ挿入し、各治具31,32 の基部
33,34 を引張試験機のチャック35,36 に挟んで引張っ
た。破断荷重の平均値が２．５ｋＮ以上のものを非常に
良好（◎）、２．５ｋＮ未満、２．０ｋＮ以上のものを
良好（○）、２．０ｋＮ未満のものを不良（×）と判定
した。〔トルク試験〕図４に示すように、スタッド10の上部
に、カーラー40と座がね41を介してナット12をねじ込
み、これをトルクレンチ42を用いてスタッド10が破断す
るまでねじった。スタッド10が破断したときの最大トル
ク値の平均値が２．５Ｎ・ｍ以上のものを非常に良好
（◎）、２．５Ｎ・ｍ未満、２．０Ｎ・ｍ以上のものを
良好（○）、２．０Ｎ・ｍ未満のものを不良（×）と判
定した。

【００１２】（比較例１）比較のため、Ｍｎなどの合金
元素が本発明の規定値外の合金についてもスタッドを作
製し(No.39〜42) 同様の検査、試験を行った。

【００１３】（従来例１）従来のＪＩＳ−Ａ１０５０合
金製スタッド、ＪＩＳ−Ａ５０５２合金製スタッド、Ｊ
ＩＳ−Ａ５０５６合金製スタッドについても同様の検
査、試験を行った。

【００１４】コンデンサ容量が６４０００μＦ、電圧９
０Ｖ、ギャップ３．０ｍｍのときの結果を表６〜８に示
す。また外観が良好となる電圧とギャップの許容条件範
囲を表９に示す。

【００１５】

【表１】（注）単位wt％、MMミッシュメタル、No.1〜7 は請求項１の合金、 No.8〜10は請求項２のMn＋の合金。

【００１６】

【表２】（注）単位wt％、MMミッシュメタル、 No.11〜14は請求項２のMn＋の合金、 No.15〜20は請求項２のMn＋の合金。

【００１７】

【表３】（注）単位wt％、MMミッシュメタル、 No.21〜23は請求項２のMn＋＋の合金、 No.24〜26は請求項２のMn＋＋の合金、 No.27〜29は請求項２のMn＋＋の合金。

【００１８】

【表４】（注）単位wt％、MM ミッシュメタル、 No.30〜38は請求項２のMn＋＋＋の合金。

【００１９】

【表５】（注）単位wt％、MMミッシュメタル、 No.39〜42は比較例合金、 No.43〜45は従来合金(No.43:JIS-A1050,No.44:JIS-A5052,No.45:JIS-A5056）。

【００２０】

【表６】

【００２１】

【表７】

【００２２】

【表８】（注） No.43:JIS-A1050、 No.44:JIS-A5052、 No.45:JIS-A5056。

【００２３】

【表９】（注）＊：いずれの電圧、ギャップでも良好な外観が得られなかった。

【００２４】表６〜９より明らかなように、本発明例の
No.1〜38はいずれも外観が良好で、引張強さおよび破断
トルクが大きく、スタッドとして優れた特性を示した。
特にＣｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｖ、Ａｇのいずれ
か１種を含有するもの(No.15〜20,24 〜38) は溶接強度
が一段と向上した。またＳｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、
ＭＭなどを含有するもの（No.8〜14, No.21〜23) は結
晶粒が微細化して靱性、加工性、成形性に優れた。他
方、比較例のNo.39,41はＭｎが少ないため、No.40,42は
Ｍｎが多いため、いずれも溶接強度が低下した。また従
来例の JIS-A1050合金(No.43) 製スタッドは溶接強度が
低下し、JIS-A5052 合金(No.44) 製スタッドおよび J
IS-A5056合金(No.45) 製スタッドはいずれも適正な溶接
条件の範囲が狭く実用上問題が残るものであった。な
お、本発明例のスタッドについて、成形加工性、耐食性
などを調べたがいずれも優れた特性を示した。

【００２５】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明のスタッド
は、溶接強度に優れ、また美麗な外観が広い溶接条件範
囲で得られ、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】スタッドをパネル（母材）にスタッド溶接した
状態を示す斜視図である。

【図２】外観検査装置の斜視説明図である。

【図３】溶接強度試験の側面説明図である。

【図４】トルク試験の側面説明図である。

【符号の説明】

10 スタッド 11 パネル（母材） 12 ナット 20 角度調整具 21 支持具 22 角度表示板 23 模様板 24 支持具の切欠部 25 試験体 26 角度指示針 31 上部治具 32 下部治具 33 上部治具の基部 34 下部治具の基部 35,36 引張試験機のチャック 40 カーラー 41 座がね 42 トルクレンチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｎ０．０５〜１．８wt％を含有し、残
部がアルミニウムおよび不可避不純物からなることを特
徴とするアルミニウム合金製スタッド。
【請求項２】Ｍｎ０．０５〜１．８wt％を含有し、さ
らに総含有量が０．０５〜１．０wt％のＳｉ、Ｆｅの
元素群、総含有量が０．０３〜０．３wt％のＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｂ、希土類元素の元素群、総含有量が０．０５〜
２．０wt％のＣｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｖ、Ａｇ
の元素群のうちの少なくとも１元素を含有し、残部が
アルミニウムおよび不可避不純物からなることを特徴と
するアルミニウム合金製スタッド。