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公開番号2021102229
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2020166359
出願日20200930
発明の名称スポット溶接方法
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人特許業務法人栄光特許事務所
主分類B23K 11/30 20060101AFI20210618BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】散りの発生を抑制しつつ、適度な大きさのナゲットを適正な位置に形成できるスポット溶接方法を提供する。
【解決手段】スポット溶接方法は、アルミニウム展伸材21とアルミニウム鋳物材23との重ね合わせ工程と、第1電極13と第2電極15との間に、重ね合わせたアルミニウム展伸材21及びアルミニウム鋳物材23を差し込み、アルミニウム展伸材21側に第1電極13を配置させるとともにアルミニウム鋳物材23側に第2電極15を配置させる配置工程と、アルミニウム展伸材21及びアルミニウム鋳物材23を第1電極13と第2電極15とで挟み込んで加圧しながら通電する通電工程と、を含む。通電工程において、アルミニウム鋳物材23に対する第2電極15の接触面積を、アルミニウム展伸材21に対する第1電極13の接触面積よりも大きくするか、電極加圧力を7.0kN以上、10kN以下とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
アルミニウム展伸材とアルミニウム鋳物材とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
対向位置に配置された第1電極と第2電極との間に、重ね合わせた前記アルミニウム展伸材及び前記アルミニウム鋳物材を差し込み、前記アルミニウム展伸材側に第1電極を配置させるとともに前記アルミニウム鋳物材側に前記第2電極を配置させる配置工程と、
重ね合わせた前記アルミニウム展伸材及び前記アルミニウム鋳物材を前記第1電極と前記第2電極とで挟み込んで加圧しながら前記第1電極と前記第2電極との間に通電する通電工程と、を含み、
前記通電工程において、前記アルミニウム鋳物材に対する前記第2電極の接触面積を、前記アルミニウム展伸材に対する前記第1電極の接触面積よりも大きくする、スポット溶接方法。
続きを表示(約 800 文字)【請求項2】
前記第1電極として曲面からなる先端面を有する電極を用い、前記第2電極として平面からなる先端面を有する電極を用いる、請求項1に記載のスポット溶接方法。
【請求項3】
前記第1電極として曲面からなる先端面を有する電極を用い、前記第2電極として前記第1電極の先端面よりも大きな曲率半径の曲面からなる先端面を有する電極を用いる、請求項1に記載のスポット溶接方法。
【請求項4】
前記第2電極として先端面が粗面化された電極を用いる、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のスポット溶接方法。
【請求項5】
前記通電工程において、前記第1電極を正極とするとともに前記第2電極を負極として、重ね合わせた前記アルミニウム展伸材及び前記アルミニウム鋳物材に通電する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のスポット溶接方法。
【請求項6】
前記通電工程において、電極加圧力を7.0kN以上、10kN以下とする、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のスポット溶接方法。
【請求項7】
アルミニウム展伸材とアルミニウム鋳物材とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
対向位置に配置された第1電極と第2電極との間に、重ね合わせた前記アルミニウム展伸材及び前記アルミニウム鋳物材を差し込み、前記アルミニウム展伸材側に第1電極を配置させるとともに前記アルミニウム鋳物材側に前記第2電極を配置させる配置工程と、
重ね合わせた前記アルミニウム展伸材及び前記アルミニウム鋳物材を前記第1電極と前記第2電極とで挟み込んで加圧しながら前記第1電極と前記第2電極との間に通電する通電工程と、を含み、
前記通電工程において、前記通電工程において、電極加圧力を7.0kN以上、10kN以下とする、スポット溶接方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、スポット溶接方法に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
アルミニウム材は、機械的強度を有し、かつ軽量であるため、自動車のドアなどの様々な構造体の部品として適用されている。このアルミニウム材には、圧延板、押出材あるいは鍛造材などの展伸材、アルミニウム鋳物などがあり、要求される剛性や強度に応じて構造体の各部位に適宜使い分けて用いられる。
【0003】
アルミニウム材からなる構造体を組み立てる際には、これらのアルミニウム材からなる部材同士を接合する必要があり、最も安価に接合できる方法としてスポット溶接が広く採用されている。
【0004】
このスポット溶接は、展伸材からなるアルミニウム材同士を接合するのに用いられており、例えば、展伸材からなるアルミニウム材と鋳物からなるアルミニウム材の接合は、ボルト等を用いた機械的締結方法により行うのが一般的である。
【0005】
展伸材からなるアルミニウム材と鋳物からなるアルミニウム材とをスポット溶接で接合できれば、構造体のコンパクト化、軽量化、コストダウンを図ることができる。しかし、展伸材からなるアルミニウム材と鋳物からなるアルミニウム材は、電気抵抗値や融点が大きく異なるため、スポット溶接時に形成されるナゲットが部材の重ね面に対して偏った位置に形成されることや、ナゲットが十分に発達しないうちに散りが発生してしまうおそれがあった。
【0006】
特許文献1には、接合させる部材に対して上下に配置した電極の一方の接触面積を他方の接触面積よりも大きくしてスポット溶接時に形成されるナゲットの偏りを修正することが示されている。また、特許文献2には、アルミニウム材の接合において、正極側の電極の面積を負極側の電極よりも広くし、スポット溶接の打点数を向上させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特開2017−177112号公報
特開平5−50260号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、特許文献1に記載の技術は、例えば、異なる板厚の板材をスポット溶接する際に、そのナゲットをそれぞれの板材の合わせ面に及ぶようにナゲットの形成位置を修正するもので、展伸材のアルミニウム材と鋳物のアルミニウム材とをスポット溶接した際のナゲットの偏りや散りの発生を抑えるものではない。
また、展伸材のアルミニウム材と鋳物のアルミニウム材とをスポット溶接した際のナゲットの偏りや散りの発生は、電極の寿命を延ばしてスポット溶接の打点数を向上させる特許文献2に記載の技術によっても抑えることは困難である。
【0009】
本発明は、上記の問題を解決したもので、散りの発生を抑制しつつ、適度な大きさのナゲットを適正な位置に形成できるスポット溶接方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は下記構成からなる。
アルミニウム展伸材とアルミニウム鋳物材とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
対向位置に配置された第1電極と第2電極との間に、重ね合わせた前記アルミニウム展伸材及び前記アルミニウム鋳物材を差し込み、前記アルミニウム展伸材側に第1電極を配置させるとともに前記アルミニウム鋳物材側に前記第2電極を配置させる配置工程と、
重ね合わせた前記アルミニウム展伸材及び前記アルミニウム鋳物材を前記第1電極と前記第2電極とで挟み込んで加圧しながら前記第1電極と前記第2電極との間に通電する通電工程と、を含み、
前記通電工程において、前記アルミニウム鋳物材に対する前記第2電極の接触面積を、前記アルミニウム展伸材に対する前記第1電極の接触面積よりも大きくする、スポット溶接方法。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、散りの発生を抑制しつつ、適度な大きさのナゲットを適正な位置に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1は、スポット溶接機の概略構成図である。
図2は、(A)はアルミニウム鋳物材として用いられるダイキャスト材を成形する金型の断面図、(B)はダイキャスト材の斜視図である。
図3は、スポット溶接方法における重ね合わせ工程及び配置工程を示す模式図である。
図4は、溶接電流及び加圧力の付与のタイミングを示すタイミングチャートである。
図5はスポット溶接方法の通電工程によって形成されるナゲットの形成状態を示す模式図である。
図6は、参考例に係るスポット溶接方法の通電工程によって形成されるナゲットの形成状態を示す模式図である。
図7は、変形例1に係るスポット溶接方法の通電工程によって形成されるナゲットの形成状態を示す模式図である。
図8は、変形例2に係るスポット溶接方法の通電工程によって形成されるナゲットの形成状態を示す模式図である。
図9は、試験例1の試験結果を示し、(A)はナゲットの溶け込み量を示すグラフ、(B)はウエルドローブを示すグラフである。
図10は、試験例2の試験結果を示し、(A)はナゲットの溶け込み量を示すグラフ、(B)はウエルドローブを示すグラフである。
図11は、試験例3の試験結果を示し、(A)はナゲットの溶け込み量を示すグラフ、(B)はウエルドローブを示すグラフである。
図12は、試験例4の試験結果を示し、(A)はナゲットの溶け込み量を示すグラフ、(B)はウエルドローブを示すグラフである。
図13は、溶接電流25kAで溶接した際のナゲットの状態を示す画像であり、(A)は試験例1での断面画像、(B)は試験例2での断面画像、(C)は試験例3での断面画像、(D)は試験例4での断面画像である。
図14は、溶接電流35kAで溶接した際のナゲットの状態を示す画像であり、(A)は試験例1での断面画像、(B)は試験例3での断面画像である。
図15は、試験例5における電極加圧力による溶接推奨範囲の変化を示すグラフである。
図16は、試験例6における溶接電流と通電時間との関係を示すグラフである。
図17は、試験例7における溶接電流と通電時間との関係を示すグラフである。
図18は、試験例8における電極加圧力による溶接推奨範囲の変化を示すグラフである。
図19は、試験例9における溶接電流と通電時間との関係を示すグラフである。
図20は、試験例10における溶接電流と通電時間との関係を示すグラフである。
図21は、試験例11の電極加圧力を7kNとした場合の溶接電流に対するナゲット径の分布を示すグラフである。
図22は、試験例12における電極加圧力による溶接推奨範囲の変化を示すグラフである。
図23は、圧痕の深さの定義を説明するための断面写真である。
図24は、ナゲット径が5√tにおける圧痕深さを求めた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
<スポット溶接機>
図1はアルミニウム材を溶接するスポット溶接機の要部を示す概略構成図である。
【0014】
図1に示すように、スポット溶接機11は、第1電極13及び第2電極15と、第1電極13及び第2電極15に接続された溶接トランス部17と、電源部18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、第1電極13及び第2電極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、通電時間、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。
【0015】
第1電極13は、曲面からなる先端面13aを有するラジアス形(R形)又はドームラジアス形(DR形)の電極である。これに対して、第2電極15は、平面からなる先端面15aを有するフラット形(F形)の電極である。第1電極13及び第2電極15は、それぞれ先端面13a,15aが平滑面とされている。溶接トランス部17は、第1電極13を正極とし、第2電極15を負極として、第1電極13と第2電極15との間に通電する。
【0016】
これらの第1電極13及び第2電極15は、それぞれの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、図示例の構成では、第1電極13及び第2電極15のそれぞれに形成された凹部31に冷却用パイプ32,33が配置され、冷却用パイプ32,33から水等の冷却媒体が供給されることで、第1電極13及び第2電極15が冷却される。
【0017】
スポット溶接機11は、第1電極13と第2電極15との間に、アルミニウム展伸材21とアルミニウム鋳物材23とを重ね合わせて挟み込む。このとき、重ね合わせたアルミニウム展伸材21及びアルミニウム鋳物材23を、アルミニウム展伸材21側に第1電極13が配置され、アルミニウム鋳物材23側に第2電極15が配置されるように、第1電極13と第2電極15との間に挟み込まれる。
【0018】
そして、電極駆動部20による第1電極13及び第2電極15の駆動によって、アルミニウム展伸材21とアルミニウム鋳物材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が第1電極13と第2電極15との間で通電する。これにより、正極の第1電極13と負極の第2電極15とで挟まれたアルミニウム展伸材21とアルミニウム鋳物材23との境界部29にナゲット(スポット溶接部)25が形成され、アルミニウム展伸材21とアルミニウム鋳物材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。
【0019】
<アルミニウム展伸材>
アルミニウム展伸材21としては、例えば、2000系、3000系、5000系、6000系、7000系のアルミニウム合金、または、1000系の純アルミニウムからなる圧延材、押出材あるいは鍛造材が用いられる。
【0020】
<アルミニウム鋳物材>
アルミニウム鋳物材23としては、例えば、AC4C、AC4CH、AC2B(JIS
H 5202)、又はADC12(JIS H 5302)等からなる板状のダイキャスト材や鋳造材が用いられる。
【0021】
図2の(A)はアルミニウム鋳物材として用いられるダイキャスト材を成形する金型の断面図、図2の(B)はダイキャスト材の斜視図である。
板状のアルミニウム鋳物材23は、図2の(A)に示すように、例えば、薄肉キャビティ51を備えたダイキャスト金型53を用いて作製される。このダイキャスト金型53は、例えば、薄肉キャビティ51の隙間が2mmとされており、薄肉キャビティ51に繋がるゲート55及びオーバーフローゲート57を有している。このダイキャスト金型53では、ゲート55から薄肉キャビティ51へアルミニウム溶湯59が加圧されて注入され、薄肉キャビティ51における湯流れ方向FLの延長線上に設けたオーバーフローゲート57から排出される。
【0022】
図2の(A)に示すように、薄肉キャビティ51を有するダイキャスト金型53で成形したダイキャスト材61は、ゲート55の部分に形成されたゲート部63と、オーバーフローゲート57の部分に形成されたオーバーフロー部65との間に、薄肉キャビティ51によって形成された薄肉部67を有している。本例では、アルミニウム鋳物材23として、ダイキャスト材61の薄肉部67におけるゲート部63及びオーバーフロー部65の近傍を除く部分が用いられる。薄肉部67を、加圧注入されたアルミニウム溶湯59がオーバーフローゲート57に向かって流れる主流で成形されることで、気泡が発生してもオーバーフロー部65に押し出され排除される。これにより、ダイキャスト材61の薄肉部67では、ポロシティの発生が十分に抑えられ、スポット溶接を良好に実施できるようになる。したがって、アルミニウム鋳物材23として、ダイキャスト材61の薄肉部67を用いることで、良好にスポット溶接を行うことが可能である。
【0023】
<スポット溶接方法>
次に、スポット溶接機11によってアルミニウム展伸材21とアルミニウム鋳物材23とをスポット溶接して接合する場合について説明する。なお、本発明のスポット溶接方法は、以下の態様に限定されるものではない。
図3はスポット溶接方法における重ね合わせ工程及び配置工程を示す模式図である。図4は溶接電流及び加圧力の付与のタイミングを示すタイミングチャートである。図5はスポット溶接方法の通電工程によって形成されるナゲットの形成状態を示す模式図である。
【0024】
(重ね合わせ工程、配置工程)
図3に示すように、アルミニウム展伸材21とアルミニウム鋳物材23とを重ね合わせ、この重ね合わせたアルミニウム展伸材21及びアルミニウム鋳物材23を、第1電極13と第2電極15との間に差し込む。これにより、重ね合わせたアルミニウム展伸材21及びアルミニウム鋳物材23に対して、アルミニウム展伸材21側に正極の第1電極13を配置させるとともにアルミニウム鋳物材23側に負極の第2電極15を配置させる。
【0025】
(通電工程)
重ね合わせたアルミニウム展伸材21及びアルミニウム鋳物材23を第1電極13と第2電極15とで挟み込んで加圧しながら、溶接トランス部17によって、正極からなる第1電極13と負極からなる第2電極15との間に溶接電流を通電する。
【0026】
なお、通電工程における通電の仕方としては、例えば、図4に示すように、制御部19によって、第1電極13と第2電極15とによる加圧開始から加圧終了までの加圧時間tpの間に第1電極13と第2電極15との間に溶接電流Iwを通電する。この第1電極13と第2電極15との間に通電する溶接電流Iwは、単一のパルス電流とする。溶接電流Iwは、第1電極13と第2電極15とによる加圧開始から時間ta後に通電が開始され、時間tiの間、通電が維持される。そして、第1電極13と第2電極15とによる加圧は、溶接電流Iwの通電終了後、時間tb後に停止する。
【0027】
ここで、第1電極13は、曲面からなる先端面13aを有するR形又はDR形の電極であり、第2電極15は、平面からなる先端面15aを有するF形の電極である。したがって、アルミニウム鋳物材23に対する第2電極15の接触面積は、アルミニウム展伸材21に対する第1電極13の接触面積よりも大きくされる。つまり、アルミニウム鋳物材23に対する第2電極15の接触面積を、アルミニウム展伸材21に対する第1電極13の接触面積よりも大きくした状態で第1電極13と第2電極15との間に通電する。
【0028】
このようにして第1電極13と第2電極15との間に通電すると、図5に示すように、アルミニウム展伸材21及びアルミニウム鋳物材23の境界部29において溶融が開始され、アルミニウム展伸材21及びアルミニウム鋳物材23のそれぞれに溶け込んだナゲット25が形成される。
【0029】
そして、上記の工程により、アルミニウム展伸材21とアルミニウム鋳物材23とがスポット溶接で一体化されたアルミニウム溶接継手27が得られる。
【0030】
<参考例>
ここで、参考例について説明する。
図6は参考例に係るスポット溶接方法の通電工程によって形成されるナゲットの形成状態を示す模式図である。
(【0031】以降は省略されています)

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