WO2007142257A1

WO2007142257A1 - スポット溶接用電極

Info

Publication number: WO2007142257A1
Application number: PCT/JP2007/061432
Authority: WO
Inventors: Shingo Mukae; Kenji Okamura; Shuichi Teramoto; Jun Kurobe; Hiroshi Asada; Shouji Inoue; Shigeo Matsubara
Original assignee: Nippon Tungsten Co., Ltd.; Nisshin Steel Co., Ltd.
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2007-12-13
Also published as: US20100193478A1; EP2027964A1; CN101460279A; CN101460279B; KR20090023654A; US8471169B2; KR101281267B1; EP2027964B1; EP2027964A4

Abstract

　Ｃｕ又はＣｕ合金を電極本体２とし、被溶接材に当接する面にＷ，Ｍｏ，Ｗ基合金，Ｍｏ基合金製の芯材３を埋設した二重構造の電極１である。芯材３には、焼結，スエージング，焼きなましにより、横断面平均粒子径５０μｍ以上，アスペクト比１．５以上の繊維状組織が電極軸方向に延びたＷ，Ｍｏ，Ｗ基合金，Ｍｏ基合金が使用される。加熱・加圧が繰返し加えられるスポット溶接用電極の脱粒損耗，欠損を抑制し、耐久性を安定的に高めた安価な電極として使用される。

Description

明細書

スポット溶接用電極

技術分野

[0001] 本発明は、 W, Mo, W基合金又は Mo基合金を芯材として Cu又は Cu合金製周囲材に埋め込んだ二重構造を有する抵抗溶接用電極に関する。

背景技術

[0002] 自動車，家電製品等の組立てラインでは抵抗溶接法の中でも作業効率の高!、スポット溶接法が多用されており、大量生産ラインでは連続スポット溶接が実施されている。連続スポット溶接用電極は、使用中に繰返しの高熱，高負荷に曝され形崩れしやすいので、優れた耐変形抵抗性が電極素材には要求される。スポット溶接用電極の本来の要求特性である電気伝導度，熱伝導性，強度，耐摩耗性に優れていることも必要である。そこで、 Cu— Cr, 01—0:—21：等の01合金ゃ、 Al O等の硬質物質を

2 3

分散させた Cu材が電極素材に用いられている。なかでも、熱伝導性，強度，コスト等の総合的な観点から、 Cu—Cr合金が多用されている。

[0003] ところで、自動車や家電製品等の素材として、耐久性向上のため Znめっき， Zn合金めつき等が施されためっき鋼板が多用されるようになっている。冷延鋼板のスポット溶接に比較し大電流を供給することにより、めっき鋼板をスポット溶接しているので、電極先端部が更に過酷な条件に曝される。

[0004] 溶接中の電極先端では、 Zn, Al等のめっき層成分、めっき鋼板の母材成分 Feと電極主成分の Cuが合金化反応し、 Cu— Zn, Cu— Zn— Al— Fe等の金属間化合物が形成されやすい。生成した金属間化合物は、溶接時の加圧で剥離する程度に非常に脆ぐ電流密度の低下原因である電極先端の大径ィ匕をもたらす。

[0005] その結果、めっき鋼板の溶接では、普通鋼やステンレス鋼等の冷延鋼板をスポット溶接する場合と比較すると、電極寿命が短くなる。電極の短寿命化は、使用電極の本数が増加の一途にあるスポット溶接の作業性に大きな悪影響を及ぼす。

[0006] そこで、本発明者等は、電極の高寿命化を狙って、電極先端中央部に芯材を埋め込んだ二重構造のスポット溶接用電極を先に提案してヽる。特許文献 1のスポット溶接用電極では、 Cu又は Cu合金を電極本体とし、電極が被溶接材に当接する当接面に W, Mo, W基合金又は Mo基合金製の芯材を埋め込み、芯材 Z当接面の面積比を 0.7〜3.0の範囲に調節している。芯材には、 2A族元素， 4A族元素， 5A族元素， 6A族元素又は希土類元素の酸化物，窒化物，炭化物及び硼化物から選ばれる少なくとも一種以上の微粒子を 0. 5〜10体積％の割合で分散させてちょい。

[0007] 特許文献 2のスポット溶接用電極は、 Mg含有 Zn系合金めつき鋼板をスポット溶接するために開発された二重構造電極であり、 Be, Mg, Ca, Sr, Ti, Zr, Y, Ceの酸化物から選ばれた一種又は二種以上の微粒子を 0. 5〜 10体積％の割合で分散させた W, Mo, W基合金又は Mo基合金を芯材に使用している。

[0008] 特許文献 3のスポット溶接用電極でも、二重構造の芯材に 2A族元素， 4A族元素， 5 A族元素， 6A族元素，希土類元素の酸化物，窒化物，炭化物，ホウ化物カゝら選ばれた一種又は二種以上の化合物で融点 2400°C以上，平均粒子径 2 m以下の微粒子を合計 0. 5〜 10体積％の割合で分散させた W基合金を使用して、る。

[0009] 何れの電極も、高温下でも比較的高強度 (高硬度)を維持し、めっき金属と合金化反応し難い W, Mo, W基合金又は Mo基合金の芯材を Cu又は Cu合金製の電極本体に埋設した二重構造を有する。 W, Mo, W基合金又は Mo基合金製芯材も埋設により一定面積の通電路を確保しやすいため、溶接電流密度の低下が抑えられ、電極の長寿命化が図られる。

[0010] 本来硬質な材料である Wや Moはスポット溶接する際に電極加圧時の衝撃でクラックが発生して破損しやすいことが欠点と考えられていたが、添加微粒子による転位のピン止め作用によりクラックの発生 ·伝播等を抑制できる。微粒子添カ卩により、芯材が部分的に大きく欠落することがなくなり、通電路の拡大が抑えられ、ほぼ一定のナゲット径が得られるようになる。このような効果により、従来の Cu合金製電極と比べて大幅に電極寿命が改善される。

[0011] 特許文献 1 :特開 2006— 15349号公報

特許文献 2：特開 2006 - 95549号公報

特許文献 3 :特開 2006— 102775号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] し力しながら、二重構造の電極であっても、通電電流を大きくして発熱量を増加させる溶接条件下では長寿命が安定的に得られないことがある。場合によっては 10000 打点に満たない段階で、電極先端面に脱粒損耗，欠損が生じて電極寿命に至ることもある。すなわち、高速大量生産を狙ったスポット溶接ラインでは依然として安定感が十分とはいえず、高頻度の電極交換が余儀なくされ、生産性低下，製造コスト上昇の原因になっている。

[0013] 本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、加熱，加圧が繰返し加えられるスポット溶接用電極として、電極先端面の脱粒損耗，欠損を抑制し、耐久性を安定的に高めた W又は Mo系芯材を埋め込んだスポット溶接用電極を安価に提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0014] 本発明のスポット溶接用電極は、上記目的を達成するため、 Cu又は Cu合金を電極本体 (周囲材)とし、電極本体が被溶接材に当接する面に W, Mo, W基合金又は Mo基合金製の芯材を埋設した二重構造を有している。芯材となる W, Mo, W基合金又は Mo基合金は、横断面平均粒子径 50 m以上でアスペクト比が 1. 5以上になるように電極軸方向に延びた組織を有している。特に、 W, Mo, W基合金又は Mo 基合金を焼結，スエージングし、次いで焼きなましすることで繊維状組織を整えた材料が好ましい。

[0015] W, W基合金では常温の硬度が HV300〜430の範囲にあることが好ましぐ Mo, M o基合金では常温の硬度が HV180〜260の範囲にあることが好ましい。

W, Mo, W基合金又は Mo基合金には、 2A族元素， 4A族元素， 5A族元素， 6A族元素，希土類元素の酸化物，窒化物，炭化物，ホウ化物力選ばれた一種又は二種以上の微粒子を分散させてもよい。微粒子を分散させる場合、好ましくは平均粒子径 2 m以下の微粒子を合計 0. 5〜10質量％の割合で分散させる。

電極本体が被溶接材に当接する当接面に前記芯材を、芯材 Z当接面の面積比が 0. 7〜3. 0となるように埋設することが好ましい。 [0016] W, Mo, W基合金又は Mo基合金製の芯材を埋設することにより、めっき金属との反応性や通電路の拡大抑制等、電極寿命が改善されるが、改善効果はスポット溶接用電極に限らず他の抵抗溶接法でも同様である。

発明の効果

[0017] 二重電極の芯材は、好ましくは W, Mo, W基合金又は Mo基合金を通電焼結，スエージングを経て所定形状に成形した後、熱処理を施すことで製造される。熱処理は、スエージング時に導入された残留応力を除去 '開放するば力りでなぐ繊維状組織の結晶粒のァスぺ外比を比較的小さくし、横断面平均粒子径を比較的大きくする作用を呈する。熱処理で残留応力を除去'開放し繊維状組織を改質することにより、安定した耐久性力 Sスポット溶接用電極に付与される。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]図 1は、二重構造の埋め込み型電極の構造を説明する図である。

[図 2]図 2は、従来の電極における芯材先端部の損耗状況を説明する模式図である。

[図 3]図 3は、本発明電極における芯材先端部の損耗状況を説明する模式図である。

[図 4]図 4は、本発明電極における芯材と当接面の関係を説明する図である。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 本発明者等は、 Cu合金製電極本体 (周囲材) 2に Wの芯材 3を埋設した二重電極 1

(図 1)を用いてスポット溶接する際、電極先端に生じる損耗，欠損の発生原因とその対策につ、て種々の検討を重ねた。

溶接時の電極先端の損耗状況を観察すると、芯材 3の先端では、先端面から電極軸方向に延びたクラック cが径方向に伝播したクラック cと連結することで、先端面の

1 2

粒子が脱落し欠損していく（図 2)。

[0020] 芯材 3に用いられる W棒は、通常、通電焼結，スエージングで製造されており、微細な繊維状組織を有している。しカゝも、製造工程で強加工を受けているので加工残留応力が存在し、非常に硬質化している。硬質化したままの W棒を芯材 3に用いると、溶接時の加熱'加圧で電極先端に繰返し応力が加えられ、製造工程の残留応力と相俟って溶接の初期段階力クラックが発生し、クラックが徐々に伝播するものと推測される。 [0021] 電極先端の損耗，欠損抑制には、クラック c , cの伝播，連結を制えることが必要で

1 2

ある。そこで、スエージングで造り込んだ繊維状組織を焼きなまし (熱処理)によりクラック C , Cの連結抑制に有効な組織に改質し、残留応力の除去でクラックの発生自体を

1 2

抑える。繊維状組織，残留応力がクラックの発生 '伝播に及ぼす影響は、 W製に限らず Mo製， W基合金又は Mo基合金を芯材とする二重電極でも同様である。

[0022] スエージングで生成する繊維状組織は、電極軸方向に沿ったクラックの伝播を優先させ、径方向への伝播を規制する。そして、スエージング後の焼きなましで横断面平均粒子径 50 m以上，アスペクト比 1. 5以上の繊維状組織に改質すると、径方向クラック cが少なくなり、電極軸方向に延びたクラック cと径方向クラック cとの連結機会

2 1 2 が少なくなる（図 3)。

[0023] 金属材料の残留応力は、通常、焼きなまし等の熱処理で除去されて、る。スポット溶接用二重電極の芯材に用いられる W棒にあっても、強加工後の焼きなましで残留応力を除去した棒材を素材とすると、溶接の初期段階力生じるクラックの発生を抑制し得る。実際、焼きなました W棒を芯材に用いた電極では、クラックの発生が少なくなっている（図 3)。

[0024] 残留応力量は、常温硬さから大よそ推定できる。たとえば、強加工のスエージングが施された W棒断面の常温硬さは通常 HV450程度である力十分に焼きなました後では HV300弱程度に下がっている。

[0025] 適正な焼きなまし状態を呈する硬さについての詳細な説明は後述の実施例に譲る 1S 溶接の初期段階力も生じるクラックの発生を抑制し、かつ二重電極の芯材としてその先端形状を維持するには、 W, W基合金では HV300〜430の範囲に調質しておくことが好ましい。 HV430を超えると、残留応力の低減が不十分で、比較的初期段階力の二重電極の芯材先端にクラックが発生する虞がある。逆に HV300を下回るほどまで焼きなますと、電極として使用中に先端径が拡大し、比較的短時間で電極寿命を迎えることになる。

[0026] Mo, Mo基合金を二重電極の芯材とした場合では、同じ理由力も好ましくは HV180 〜260の範囲に調質する。硬さ以外の要求特性も、 W, W基合金を芯材に使用した例から演繹できる。 [0027] 二重電極の芯材先端が溶接時に損耗することには、加工残留応力に加え、芯材先端表面の結晶粒子の分布状況 (金属組織)も大きな影響を及ぼしている。

スエージングで金属組織を繊維状組織にすることは、脱粒抑制に有効な垂直方向 ( 電極軸方向)にクラック cの伝播方向を向かわせるが、大きな加工残留応力に起因す

1

る弊害をもたらす。加工残留応力を焼きなましで除去すると、繊維状組織に由来する脱粒抑制作用を遺憾なく発揮できる。しかし、繊維状組織が完全に消滅して粒状組織になるまで焼きなますと、径方向のクラック c伝播により脱粒が起こりやすくなり、芯

2

材先端の損耗が大きくなつてしまう。焼きなましに伴い結晶粒も大きくなるので、適正な焼きなまし状態が得られるように熱処理条件を設定する必要がある。

[0028] 焼きなまし後の適正な組織状態についての詳細な説明は後述の実施例に譲るが、芯材の損耗'欠損を抑制するためには、繊維状組織を維持した粒子の長径 Z短径比、いわゆるアスペクト比が 1. 5以上であって、それぞれの粒子の横断面平均径が 5 O /z m以上であることが必要である。アスペクト比が 1. 5に満たないと、芯材先端で脱粒が起きやすくなる。横断面平均粒子径が 50 mに満たないと、粒子が脱落しやすくなつたり、電気抵抗が大きくなつたりして芯材の損耗が激しくなる。横断面平均粒子径は、電極芯材の径方向断面を観察した顕微鏡画像から求めることができる。

[0029] 粒界は粒界を挟んで隣接する原子間の結合強度が弱い部分であり、結晶粒径が小さくなると粒界面積が増加して粒子が脱落し易くなる。特に、 W, Mo, W基合金又は Mo基合金の場合、横断面平均粒子径 50 m未満で結晶粒径の影響が顕著になり、衝撃により粒子が脱落しやすぐ電気抵抗が大きくなる。したがって、横断面平均粒子径は 50 m以上とすることが好ましぐ理想的には粒界のない単結晶が好ましい。

[0030] 加熱しながらスエージングすることにより芯材を製造する場合、加工温度を再結晶温度以上で焼結温度程度になるまで高くし、同程度に加熱したスエージング治具の使用が好ましい。高温保持により W又は Moが粒成長し、 W又は Mo粒子の横断面平均粒子径が大きくなる。しかし、焼結温度に近い高温のスエージングは実作業上から困難であり、 W又は Mo粒子の横断面平均粒子径も 3mmが限界である。コスト面を重視すると、比較的低い加工温度で、横断面平均粒子径が 300 m程度を上限とすることが現実的である。

[0031] W又は Moは体心立方格子の結晶構造を有し、もともと展性'延性のない脆性材料であり、塑性加工し難い。脆性一延性遷移温度 (約 400°C)を超える温度で加工しても W又は Mo粒子が延びきれず、途中で切断されてしまいアスペクト比が 50となるまでし力加工できない。この点からも加工温度を低く設定し、アスペクト比 20程度を上限とすることが現実的である。

[0032] W, Mo, W基合金又は Mo基合金製の芯材を埋設した二重電極を用いてめっき鋼板をスポット溶接すると、 W, Mo, W基合金又は Mo基合金がめっき金属と合金化反応することがある。合金化反応が進行すると芯材の先端形状が崩れ、結果的に電極寿命が短くなる。

[0033] めっき金属との合金化反応は、 2A族元素， 4A族元素， 5A族元素， 6A族元素，希土類元素の酸化物，窒化物，炭化物，ホウ化物力選ばれた一種又は二種以上の微粒子を W, Mo, W基合金又は Mo基合金に分散させることにより抑制できる。これらの微粒子は、 A1や Znとの反応性に乏しぐめっき金属に対する W, Mo, W基合金又は Mo基合金製芯材の濡れ性を低下させ、芯材とめつき金属との合金化反応を抑制する作用を呈する。

[0034] 微粒子の分散は、芯材に生じがちな微細割れを抑制する上でも有効である。すなわち、芯材が衝撃を受けた際に割れの伝播が微粒子でピン止めされるので、結果的に耐割れ性，耐衝撃性が改善される。微粒子は、 2 /z m以下の粒径をもつことが好ましい。 2 /z mを超える粒径では、マトリックス Z微粒子間の熱膨張差に起因して微粒子が破壊の起点になる虞がある。

[0035] 微粒子の添加効果は分散量 0. 5質量％以上でみられるが、 10質量％を超える過剰分散は電気伝導性を大幅に低下させ、芯材先端でのめっき金属の堆積量増加をもたらす。その結果、電極 Z被溶接材間の電気抵抗が高くなり被溶接材に十分な溶接電流を供給しづらくなるため、安定した連続スポット溶接の継続が困難になる。

[0036] 本発明の電極本体および芯材における芯材 Z当接面の面積比、すなわち、図 4に示すような二重構造の電極 1にあって、周囲材 2に埋め込んだ芯材 3の直径 bで示す面積の、直径 aで示す被溶接材との当接面 2aに対する面積比を 0. 7〜3. 0にとすることが好ましい。 1. 0を超えるということは、当接面 2aの直径 aよりも太い直径 bの芯材 3を用い、芯材 3を含めて電極先端を研削し、当接面が芯材 3のみ力なるように先端形状に整えることを意味して、る。

[0037] 周囲材で使用する Cu又は Cu合金は、芯材で使用する W, Mo, W基合金又は Mo 基合金よりも合金化反応性を起こし易い。したがって、芯材径 bが当接面の径 aよりも大きいと、周囲材である Cuがめつき金属と接触することはなぐ Cuとめつき金属との間で合金化反応を起こすことはない。当接面の面積よりも 30%程度までに小さい芯材面積であれば、周囲材はめつき金属と接触するが、接触面積が少ないために、周囲材とめつき金属との合金化による変形が拡径を起こすまでには到らず、電極全体としてその先端部形状を変形させることにはならない。

[0038] ただし、 3. 0を超えるような面積比にすると、周囲材による芯材の冷却作用が非常に小さくなり、芯材表面にめっき金属が多く堆積して電極と被溶接材との電気抵抗が高くなりすぎてナゲットが形成しに《なる。なお、さらに好ましい範囲は、 1. 0〜2. 0 である。

[0039] 次いで、二重構造を有するスポット溶接用電極の製造方法を説明する。

芯材用の W, Mo, W基合金又は Mo基合金は、焼結法，好ましくは通電焼結法で製造される。通電焼結用の原料には 10〜200ppm程度の K (カリウム)を酸ィ匕物，窒化物，金属，炭化物或いは硼化物の形態で Wや Moにドープしたものが多用されており、本明細書でも Kドープした Wや Moを包含する意味で" W, Mo, W基合金又は Mo基合金〃を使用する。

[0040] 必要に応じて微粒子を加えた W, Mo, W基合金又は Mo基合金の酸化物粉末や金属粉末を還元雰囲気で熱処理し、熱処理後の粉末を適宜形状に成形し、仮焼結 ,通電焼結する。次いで、焼結体を棒状にスエージングし、焼きなます。

[0041] 加熱を伴うスエージングで芯材を製造する場合、横断面平均粒子径を 50 μ m以上にするには、たとえば

'最初のスエージングの工程で横断面平均粒子径を 50 m近傍まで粒成長させ、続く再結晶温度以上の熱処理により横断面平均粒子径を 50 μ m以上にする方法、 .スエージングでは粒成長が十分でなくても、後工程の熱処理で粒成長させて横断面平均粒子径を 50 μ m以上とする方法

等がある。再結晶化エネルギーを与えるための温度，圧力，時間のファクターが効いてヽるので、必要粒径を得る効果的な粒成長には HIP (熱間静水圧)をスエージング工程の前後に入れることが好適である。

[0042] アスペクト比 1. 5以上は、スエージング工程で少なくとも延性脆性遷移温度 (約 4 00°C)以上に材料を加熱し、脆性破壊が起こらなヽ程度の加工圧力を加えて数回の加工を繰り返すことにより達成できる。

[0043] スエージングで導入されたカ卩工残留応力は焼きなましにより開放 '除去される力 W , W基合金では非酸化性雰囲気中 1400〜3000°C X 1秒〜 1時間、 Mo, Mo基合金では非酸ィ匕性雰囲気中 980〜2100°C X 1秒〜 1時間の熱処理条件が好ましい。処理温度と処理時間のバランスは、芯材のアスペクト比，横断面平均粒子径を規定値範囲に維持する上でも有効である。

[0044] 処理温度が低すぎ、或いは処理時間が短すぎると、スエージング時に導入された加工残留応力の開放が不十分で、使用時に電極先端面での脱粒が避けられず、電極寿命を短くする。また、アスペクト比は 1. 5以上を維持されるものの、再結晶が進行しがた!/ヽため 50 μ m以上の横断面平均粒子径を達成できなヽ。

[0045] 逆に高すぎる処理温度や長すぎる処理時間では、スエージング時に導入された繊維状組織の再結晶が過度に進行しやすい。その結果、アスペクト比が小さくなりすぎ、横断面平均粒子径も大きくなりすぎるため、却って硬度が低下し、電極寿命を短くする。

[0046] 焼きなまし後の棒状 W, Mo, W基合金又は Mo基合金を所定長さに切断し、二重電極の芯材を作製する。

二重電極を取り囲む周囲材には、通常の純 Cu, Cu— Cr合金， Cu—Cr—Zr合金等が使用される。

[0047] Cu又は Cu合金製の周囲材に対する芯材の埋込みには、種々の方法を採用できる。たとえば、

•周囲材に穿った孔に芯材を圧入する方法

•ロウ材を介し芯材を周囲材に挿し込む方法 •焼き嵌めで芯材を周囲材に埋め込む方法

•芯材を铸ぐるんだ周囲材を冷間鍛造する方法

[0048] 芯材と周囲材が密に接合している限り、芯材 Z周囲材の界面抵抗は電気伝導，熱伝導に悪影響を及ぼさない。

二重構造の電極構造体を形成した後、先端を切削加工又は研削加工し、 DR形状等、必要形状に整形する。

次いで、図面を参照しながら、実施例で本発明を具体的に説明する。実施例

[0049] 実施例 1

先端直径 6mm,全体直径 16mmの DR形で、先端直径⁶ mmの部分に曲率半径 4 Ommの円弧，他の部分に曲率半径 8mmの円弧を付与した二重構造のスポット溶接用電極を次の工程で用意した。

純度 99. 95%の W粉末を通電焼結した後、スエージング，センターレス研磨で直径 6mmの棒材とし、非酸化性雰囲気中 1400〜3000°C X 1秒〜 1時間の範囲で熱処理条件を種々変更した焼きなましにより、組織，硬度が異なる複数の芯材 3を作製した。得られた芯材 3を純 Cu製の周囲材 2に埋め込み、スポット溶接用電極とした。

[0050] 片面当り付着量 60gZm²,板厚 0. 7mmの Zn— 6%A1— 3%Mgめっき鋼鈑を被溶接材とし、作製されたスポット溶接用電極を用いて表 1に示す条件の連続打点で二枚の被溶接材をスポット溶接した。形成されたナゲット径を測定し、ナゲット径が 4 t = 3. 35 (tは板厚)を下回る時点を電極寿命とし、電極寿命と芯材のアスペクト比 ,横断面平均粒子径，常温硬度との関係を求めた。

[0051] [表 1] 表 1 連続打点試験条件

初期加圧時間 35サイクル

通電時間 12サイクル

保持時間 1サイクル

加圧力 1. 5 kN

溶接時間 2秒ノ打（20打点後 20秒休止）

冷却水量上下電極とも 3 リットノレ Z分

電極接触面 ί#付直面

溶接電流初期ナゲット径 4. 5隱の溶接電流

[0052] 表 2から明らかなように、熱処理条件が適切で芯材のアスペクト比 1. 5以上，横断面平均径 50 μ m以上の Wを芯材とした電極では、何の問題もなく 10000打点を超えるスポット溶接が可能であった。なお、表 2の最末欄は、スエージング，センターレス研磨されたが焼きなまされて、な、比較例を示す。

[0053] 他方、低すぎる温度又は短すぎる時間で焼きなましされた芯材 3は、アスペクト比 1 . 5以上を維持するが、横断面平均粒子径を 50 m以上にできず、このような芯材を埋め込んだ二重電極では先端面で脱粒が起こり、 10000打点までのスポット溶接は行えなかった。逆に高すぎる処理温度や長すぎる処理時間では、アスペクト比が小さくなりすぎたり、横断面平均粒子径が大きくなりすぎたりする傾向が見られ、このような芯材を用いると、硬度が低くなつて芯材の変形が大きくなり、所望の電極寿命は得られなかった。

なお、本実施例では、円柱状の芯材を使用したが、角柱状、多角柱状の芯材でも同様の結果になった。

[0054] [表 2] 表 2 ァスぺクト比及び横断面平均粒子径と電極寿命の関係

[0055] 実施例 2

実施例 1と同じサイズ，形状の Mo製芯材 3を埋め込んだ二重構造のスポット溶接用電極を次の工程で用意した。

純度 99. 95%の Mo粉末を通電焼結した後、スエージング，センターレス研磨で直径 6mmとし、非酸化性雰囲気中 980〜2100°C X 1秒〜 1時間の範囲で熱処理条件を種々変更した焼きなましを施し、組織の異なる複数の芯材 3を作製した。芯材 3 を純 Cu製の周囲材 2に埋め込み、スポット溶接用電極とした。

[0056] そして、実施例 1と同じ Zn— Al— Mg合金めつき鋼板を被溶接材とし、表 1の条件下の連続打点でスポット溶接し、実施例 1と同様に電極寿命を評価した。評価結果を表 3に示す。なお、表 3の最末欄は、スエージング，センターレス研磨したが焼きなまさない芯材を埋め込んだ二重電極でスポット溶接したときの結果 (比較例)である。

[0057] 表 3から明らかなように、熱処理条件が適切で、芯材のアスペクト比 1. 5以上，横断面平均径 50 μ m以上の Mo製芯材を埋め込んだ電極では、何の問題もなく 10000 打点を超えるスポット溶接が可能であった。他方、低すぎる温度又は短すぎる時間で焼きなました芯材では、 1. 5以上のァスぺタト比が維持されるものの，横断面平均粒子径を 50 / m以上にできず、電極先端面で脱粒が起こり、 10000打点までのスポット溶接は行えな力つた。逆に高すぎる温度又は長すぎる時間で焼きなますと、アスペクト比が小さくなりすぎたり、横断面平均粒子径が大きくなりすぎたりする傾向がみられ、このような芯材を埋め込んだ二重電極をスポット溶接に使用すると、低硬度のため芯材の形崩れが大きぐ所望の電極寿命が得られな力つた。

本実施例でも円柱状の芯材を使用したが、角柱状、多角柱状の芯材でも同様の結果が得られた。

[表 3]

表 3 ァスぺクト比及び横断面平均粒子径と電極寿命の関係

実施例 3

粒子径 0. 5 μ mの CeO粉末を種々の配合割合で分散させた Wを芯材とし、電極

2

寿命に及ぼす CeO粉末の含有量の影響を調査した。

2

芯材に CeO粉末を含有させた以外は、実施例 1と同じであり、芯材の熱処理を 16

2

00°C X 30分の条件として、アスペクト比 1. 7,横断面平均径 100 /z m,常温硬度 HV 380を芯材特性とした。

[0060] 表 4から明らかなように、 CeO粉末の含有量が 0. 5〜10質量％の条件では、 100

2

00打点以上の電極寿命で改善効果が見られた。

これに対し、 CeO粉末含有量が 0. 5質量％未満でもアスペクト比と横断面粒子径

2

の効果で電極寿命は 10000打点以上となった力芯材先端には比較的多くのめつき金属が堆積していた。逆に、 CeO粉末含有量が 10質量％を超えると寿命改善作

2

用が消失していた。これは、電極先端へのめっき金属の堆積量が多くなり、電極 Z被溶接材の接触電気抵抗が高くなつてナゲット形成が不十分になってしまうためと予測される。

[0061] [表 4]

表 4 CeO,含有量と電極寿命の関係

[0062] 実施例 4

粒子径と材質を種々変更した微粒子を、 1質量％分散させた Wを芯材とするスポット溶接用電極の電極寿命を調査した。

芯材の特性及び溶接条件は、実施例 3と同じである。

[0063] 表 5に示す結果力判るように、粒子径 2 μ m以下の微粒子を Wに分散させた場合、電極寿命が大幅に延びた。電極寿命の改善は、 2A族元素， 4A族元素， 5A族元素 , 6A族元素又は希土類元素の化合物である限り、微粒子の種類に拘らず有効であつた o

また、 CeO微粒子の粒子径を 0. 5〜3 μ mで変更した場合、粒子径が 2 m以下

2

で電極寿命の改善効果がみられた。

本実施例でも円柱状の芯材を使用したが、角柱状、多角柱状の芯材でも同様の結果が得られた。 [0064] [表 5]

添加微粒子の種類，粒子径と電極寿命の関係

[0065] 実施例 5

W製芯材の芯材径を種々変更して、電極寿命に及ぼす芯材 Ζ当接面の面積比の影響を調査した。

芯材径を種々変更すること以外は、実施例 1と同じ条件であり、芯材の熱処理を 16

00°C X 30分の条件として、アスペクト比が 1.7，横断面平均径が 100 / m、常温硬度が HV380の芯材特性とした。

[0066] 表 6に示す結果からわ力るように、芯材 Z当接面の面積比を 0. 7〜3. 0になるように埋設した電極では、電極先端形状の形状変化が少なぐ 10000打点を超えるスポット溶接が行えた。

[0067] [表 6]

表 6 芯材 Z当接面の面禾！ _比と電極寿 _命の関係

[0068] 実施例 6

粒子径 0. 5 111のじ60粉末を 1質量％で分散させた Wを芯材とし、電極寿命に及

2

ぼす芯材 Z当接面の面積比の影響を調査した。

芯材に CeO粉末を含有させた以外は、実施例 5の条件と同じである。

2

表 7に示す結果からわ力るように、芯材に微粒子を含有させた場合にも、芯材 Z当接面の面積比を 0. 7〜3. 0になるように埋設した電極では、電極先端形状の形状変化が少なぐ 10000打点を超えるスポット溶接が行えた。

[0069] [表 7]

表 7 Ce02を分散させた芯 ¾ /当接面の面積比と電極寿命の関係

産業上の利用の可能性産業上の利用可能性

以上に説明したように、本発明のスポット溶接用電極は、横断面平均粒子径 50 m以上，アスペクト比 1. 5以上の繊維状集合組織を有する W, Mo, W基合金又は M o基合金を芯材として Cu又は Cu合金製周囲材に埋め込んだ二重構造を有して!/、る。繊維状集合組織のためクラックの伝播方向が電極軸方向に規制され、電極先端面での脱粒が抑えられるため、連続打点が 10000打点を超えても十分なサイズのナゲットを形成でき、長寿命の電極として使用される。

Claims

請求の範囲

[1] Cu又は Cu合金カゝらなる電極本体と、電極本体が被溶接材に当接する当接面に埋設された W, Mo, W基合金又は Mo基合金製の芯材とを備えた二重構造をもち、芯材の W, Mo, W基合金又は Mo基合金は、横断面平均粒子径 50 μ m以上，ァスぺタト比 1. 5以上になるように電極軸方向に延びた繊維状組織を有することを特徴とするスポット溶接用電極。

[2] W, Mo, W基合金又は Mo基合金にスエージングで造り込まれた繊維状組織が、焼きなましにより横断面平均粒子径 50 /z m以上，アスペクト比 1. 5以上に調整されて、る請求項 1記載のスポット溶接用電極。

[3] 芯材が、常温硬度 HV300〜430の W又は W基合金からなる請求項 1又は 2記載のスポット溶接用電極。

[4] 芯材が、常温硬度 HV180〜260の Mo又は Mo基合金からなる請求項 1又は 2記載のスポット溶接用電極。

[5] 2A族元素， 4A族元素， 5A族元素， 6A族元素，希土類元素の酸化物，窒化物，炭化物，ホウ化物力選ばれた一種又は二種以上の微粒子が 0. 5〜： L0質量％の割合で分散している W, Mo, W基合金又は Mo基合金を芯材とする請求項 1〜4の何れ力 1項に記載のスポット溶接用電極。

[6] 平均粒子径 2 μ m以下の微粒子が芯材に分散して、る請求項 5記載のスポット溶接用電極。

[7] 前記当接面に前記芯材を、芯材 Z当接面の面積比が 0. 7〜3. 0となるように埋設したことを特徴とする請求項 1〜6のいずれか 1項に記載のスポット溶接用電極。