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1. WO2020004115 - 抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法

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明 細 書

発明の名称 抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012  

先行技術文献

特許文献

0013  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0014   0015   0016   0017  

課題を解決するための手段

0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024  

発明の効果

0025  

図面の簡単な説明

0026  

発明を実施するための形態

0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045  

実施例

0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1   2   3   4  

明 細 書

発明の名称 : 抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法

技術分野

[0001]
 本発明は、抵抗スポット溶接方法に関し、とくに分流や板隙などの外乱の影響が大きい場合であっても、高強度鋼板を含む板組の下で安定してナゲット径を確保するとともに、継手強度の向上を可能ならしめようとするものである。

背景技術

[0002]
 一般に、重ね合わせた鋼板同士の接合には、重ね抵抗溶接法の一種である抵抗スポット溶接法が用いられている。
 この溶接法は、重ね合わせた2枚以上の鋼板を挟んでその上下から一対の電極で加圧しつつ、上下電極間に高電流の溶接電流を短時間通電して接合する方法であり、高電流の溶接電流を流すことで発生する抵抗発熱を利用して、点状の溶接部が得られる。この点状の溶接部はナゲットと呼ばれ、重ね合わせた鋼板に電流を流した際に鋼板の接触箇所で両鋼板が溶融し、凝固した部分である。このナゲットにより、鋼板同士が点状に接合される。
[0003]
 良好な溶接部品質を得るためには、ナゲット径が適正な範囲で形成されることが重要である。ナゲット径は、溶接電流、通電時間、電極形状および加圧力等の溶接条件によって定まる。従って、適切なナゲット径を形成するためには、被溶接材の材質、板厚および重ね枚数等の被溶接材条件に応じて、上記の溶接条件を適正に設定する必要がある。
[0004]
 例えば、自動車の製造に際しては、一台当たり数千点ものスポット溶接が施されており、また次々と流れてくる被処理材(ワーク)を溶接する必要がある。この時、各溶接箇所における被溶接材の材質、板厚および重ね枚数等の被溶接材の状態が同一であれば、溶接電流、通電時間および加圧力等の溶接条件も同一の条件で同一のナゲット径を得ることができる。しかしながら、連続した溶接では、電極の被溶接材接触面が次第に摩耗して接触面積が初期状態よりも次第に広くなる。このように接触面積が広くなった状態で、初期状態と同じ値の溶接電流を流すと、被溶接材中の電流密度が低下し、溶接部の温度上昇が低くなるため、ナゲット径は小さくなる。このため、数百~数千点の溶接毎に、電極の研磨または交換を行い、電極の先端径が拡大しすぎないようにしている。
[0005]
 その他、予め定めた回数の溶接を行うと溶接電流値を増加させて、電極の摩耗に伴う電流密度の低下を補償する機能(ステッパー機能)を備えた抵抗溶接装置が、従来から使用されている。このステッパー機能を使用するには、上述した溶接電流変化パターンを予め適正に設定しておく必要がある。しかしながら、数多くの溶接条件および被溶接材条件に対応した適正な溶接電流変化パターンを、試験等によって導き出すには、多くの時間とコストが必要になる。また、実際の施工においては、電極摩耗の進行状態にはバラツキがあるため、予め定めた溶接電流変化パターンが常に適正であるとはいえない。
[0006]
 さらに、溶接に際して外乱が存在する場合、例えば、溶接する点の近くにすでに溶接した点(既溶接点)がある場合や、被溶接材の表面凹凸が大きく溶接する点の近くに被溶接材の接触点が存在する場合には、溶接時に既溶接点(以下、既打点ともいう)や接触点に電流が分流する。このような状態では、所定の条件で溶接しても、電極直下の溶接したい位置における電流密度は低下するため、やはり必要な径のナゲットは得られなくなる。この発熱量不足を補償し、必要な径のナゲットを得るには、予め高い溶接電流を設定することが必要となる。
[0007]
 また、表面凹凸や部材の形状などにより溶接する点の周囲が強く拘束されている場合や、溶接点周囲の鋼板間に異物が挟まっていたりする場合には、鋼板間の板隙が大きくなることで鋼板同士の接触径が狭まり、散りが発生しやすくなることもある。
[0008]
 上記の問題を解決するものとして、以下に述べるような技術が提案されている。
 例えば、特許文献1には、高張力鋼板への通電電流を漸変的に上昇させることによりナゲット生成を行なう第1ステップと、上記第1ステップの後に電流を下降させる第2ステップと、上記第2ステップ後に電流を上昇させて本溶接すると共に、漸変的に通電電流を下降させる第3ステップとを備えた工程によりスポット溶接を行なうことで、通電初期のなじみ不良に起因する散りを抑制しようとする高張力鋼板のスポット溶接方法が記載されている。
[0009]
 特許文献2には、通電時間の初期にスパッタの発生を抑え得る程度の電流値に所定時間維持して被溶接物の表面を軟化させ、その後に電流値を所定時間高く維持してスパッタの発生を抑えつつナゲットを成長させるスポット溶接の通電制御方法が記載されている。
[0010]
 特許文献3には、推算した溶接部の温度分布と目標ナゲットを比較して溶接機の出力を制御することによって、設定したナゲット径を得ようとする抵抗溶接機の制御装置が記載されている。
[0011]
 特許文献4には、溶接電流とチップ間電圧を検出し、熱伝導計算により溶接部のシミュレーションを行い、溶接中における溶接部のナゲットの形成状態を推定することによって、良好な溶接を行おうとする抵抗溶接機の溶接条件制御方法が記載されている。
[0012]
 特許文献5には、被溶接物の板厚と通電時間とから、その被溶接物を良好に溶接することができる単位体積当たりの累積発熱量を計算し、計算された単位体積・単位時間当たりの発熱量を発生させる溶接電流または電圧に調整する処理を行う溶接システムを用いることにより、被溶接物の種類や電極の摩耗状態によらず良好な溶接を行おうとする抵抗溶接システムが記載されている。

先行技術文献

特許文献

[0013]
特許文献1 : 特開2003-236674号公報
特許文献2 : 特開2006-43731号公報
特許文献3 : 特開平9-216071号公報
特許文献4 : 特開平10-94883号公報
特許文献5 : 特開平11-33743号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0014]
 しかしながら、特許文献1および2に記載の技術では、外乱の有無および大小によって適正な溶接条件が変化する。そのため、想定以上の板隙や分流が生じた際には、散りを発生させることなく所望のナゲット径を確保することができないという問題があった。
[0015]
 また、特許文献3および4に記載の技術では、熱伝導モデル(熱伝導シミュレーション)等に基づいてナゲットの温度を推定するため、複雑な計算処理が必要であり、溶接制御装置の構成が複雑になるだけでなく、溶接制御装置自体が高価になるという問題があった。
[0016]
 さらに、特許文献1~5に記載の技術では、高強度鋼板を含む板組みの溶接における継手強度の向上手法については何ら議論がなされていないという問題があった。
[0017]
 本発明は、上記の問題を解決するためのものであって、外乱の有無にかかわらず適切な径のナゲットを得つつ、高強度鋼板(特には、引張強さが590MPa以上、さらには980MPa以上の鋼板)を含む板組みの溶接における継手強度(以下、高強度鋼板の継手強度ともいう)を向上することができる、抵抗スポット溶接方法を提供することを目的とする。
 また、本発明は、上記の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0018]
 さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、以下の知見を得た。
 前述したように、分流や板隙といった外乱が存在すると、外乱が無い場合と同じ条件で定電流制御による溶接を行ったとしても、得られるナゲット径は変動する。
 この点、事前にテスト溶接を行い、本溶接を、当該テスト溶接で得られた累積発熱量を目標値に設定して通電量(電流および電極間電圧)を制御するいわゆる適応制御溶接を行うことで、外乱の影響を加味した適切な通電を行うことが可能となり、その結果、外乱によらず一定のナゲット径を得ることが可能となる。
[0019]
 また、高強度鋼板を含む板組みにおいて必要な継手強度を確保するには、ナゲット形成のための本通電の後に、溶接部の熱処理のための後通電を行うことが有効である。
 しかし、外乱の存在下で適応制御による後通電を行うと、外乱により溶接部の電流密度分布、ひいては発熱形態が変化し、所定の熱処理効果が得られない場合がある。例えば、分流の影響が顕著な状態で適応制御による後通電を行うと、分流の影響で電極との接触端近傍での電流密度が過剰に増加して、表散りが生じ、所定の熱処理効果が得られない場合がある。
[0020]
 この点について、発明者らがさらに詳しく検討したところ、以下のような知見を得た。
 外乱がある場合には、外乱が無い場合と比較して、より厳密に後通電の条件を設定することが必要となる。そこで、適応制御溶接における電流値を決定するための重要な指針となるパラメータのひとつである電極間電圧に着目して検討を進めた。
 その結果、
・本溶接の本通電のみを、適応制御溶接により実施するとともに、
・テスト溶接における本通電の電極間電圧の平均値に対する後通電の電極間電圧の平均値の比(以下、テスト溶接時の本通電と後通電の電圧比ともいう)を適正化し、そのうえで、本溶接の後通電を定電流制御により行い、その際の電流値を、上記した適正なテスト溶接時の本通電と後通電の電圧比が得られる際のテスト溶接の後通電の電流値を基準として設定する、
ことによって、上述した表散りの発生を有効に抑制して十分な熱処理効果が得られ、初期した目的を達成できる、
との知見を得た。
 本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
[0021]
 すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
1.複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
 本溶接と、該本溶接に先立つテスト溶接とを行うものとし、
(a)前記テスト溶接では、ナゲットを形成するための本通電および後熱処理のための後通電を行い、
   前記テスト溶接の本通電では、
    定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させ、
   前記テスト溶接の後通電では、
    前記テスト溶接における本通電の電極間電圧の平均値をVtm、前記テスト溶接における後通電の電極間電圧の平均値をVtp、前記テスト溶接における本通電と後通電の間の通電休止時間をtcとしたとき、
 tc<800msの場合:
  0.5≦Vtp/Vtm≦2.0
 800ms≦tc<1600msの場合:
  0.5-0.3×(tc-800)/800≦Vtp/Vtm≦2.0-0.5×(tc-800)/800
 tc≧1600msの場合:
  0.2≦Vtp/Vtm≦1.5
の関係を満足する条件で、定電流制御により通電し、
(b)ついで、前記本溶接では、ナゲットを形成するための本通電および後熱処理のための後通電を行い、
   前記本溶接の本通電では、
    前記テスト溶接の本通電における単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を目標値に設定し、該目標値に従って通電量を制御する適応制御溶接を行い、
   前記本溶接の後通電では、
    前記テスト溶接の後通電の電流値をItp、前記本溶接の後通電の電流値をImpとしたとき、
    0.8×Itp≦Imp≦1.2×Itp
の関係を満足する条件で、定電流制御による通電を行う、
抵抗スポット溶接方法。
[0022]
2.前記本溶接の本通電における適応制御溶接において、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が、前記目標値に設定した単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの前記本溶接の本通電における通電時間内で補償すべく、前記本溶接の本通電での単位体積当たりの累積発熱量が前記目標値に設定した単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御する、前記1に記載の抵抗スポット溶接方法。
[0023]
3.前記本溶接の本通電と後通電の間にそれぞれ、通電休止時間を設定し、かつ、前記本溶接の本通電後の通電休止および後通電を2回以上繰り返す、前記1または2に記載の抵抗スポット溶接方法。
[0024]
4.前記1~3のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法。

発明の効果

[0025]
 本発明によれば、外乱の有無によらず一定のナゲット径を安定して確保するとともに、高強度鋼板を含む板組みであっても高い継手強度を得ることが可能となる。
 また、本発明によれば、自動車の製造などの実作業において次々と流れてくる被処理材を連続的に溶接する(溶接位置や被処理材ごとに外乱の状態が変動する)場合であっても、外乱の状態の変動に有効に対応して所望のナゲット径を安定的に確保することが可能となり、その結果、作業効率や歩留まりの向上という点でも極めて有利となる。

図面の簡単な説明

[0026]
[図1] テスト溶接の本通電における通電パターンの一例を示す図である。
[図2] テスト溶接の通電パターンの一例を示す図であり、(a)は本通電を1段通電とした場合、(b)は本通電を2段通電とした場合である。
[図3] 実施例で用いたL字引張試験片を示す図であり、(a)は2枚重ねで既打点が無い場合、(b)は2枚重ねで既打点がある場合である。
[図4] 実施例で用いたL字引張試験片を示す図であり、(a)は3枚重ねで既打点が無い場合、(b)は3枚重ねで既打点がある場合である。

発明を実施するための形態

[0027]
 本発明を、以下の実施形態に基づき説明する。
 本発明の一実施形態は、複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
 本溶接と、該本溶接に先立つテスト溶接とを行うものとし、
(a)前記テスト溶接では、ナゲットを形成するための本通電および後熱処理のための後通電を行い、
   前記テスト溶接の本通電では、
    定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させ、
   前記テスト溶接の後通電では、
    前記テスト溶接における本通電の電極間電圧の平均値をVtm、前記テスト溶接における後通電の電極間電圧の平均値をVtp、前記テスト溶接における本通電と後通電の間の通電休止時間をtcとしたとき、
 tc<800msの場合:
  0.5≦Vtp/Vtm≦2.0
 800ms≦tc<1600msの場合:
  0.5-0.3×(tc-800)/800≦Vtp/Vtm≦2.0-0.5×(tc-800)/800
 tc≧1600msの場合:
  0.2≦Vtp/Vtm≦1.5
の関係を満足する条件で、定電流制御により通電し、
(b)ついで、前記本溶接では、ナゲットを形成するための本通電および後熱処理のための後通電を行い、
   前記本溶接の本通電では、
    前記テスト溶接の本通電における単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を目標値に設定し、該目標値に従って通電量を制御する適応制御溶接を行い、
   前記本溶接の後通電では、
    前記テスト溶接の後通電の電流値をItp、前記本溶接の後通電の電流値をImpとしたとき、
    0.8×Itp≦Imp≦1.2×Itp
の関係を満足する条件で、定電流制御による通電を行う、というものである。
[0028]
 なお、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法で使用可能な溶接装置としては、上下一対の電極を備え、溶接中に加圧力および溶接電流がそれぞれ任意に制御可能なものであればよく、加圧機構(エアシリンダやサーボモータ等)、形式(定置式、ロボットガン等)、電極形状等はとくに限定されない。また、電極間の電気特性とは、電極間抵抗または電極間電圧を意味する。
[0029]
 以下、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法のテスト溶接と本溶接について、説明する。
[0030]
・テスト溶接
 テスト溶接では、ナゲットを形成するための本通電および後熱処理のための後通電をそれぞれ定電流制御により行う。
 そして、テスト溶接の本通電では、定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させる。
 なお、テスト溶接は、外乱のない状態で行っても、分流や板隙などの外乱がある状態(外乱を想定した状態)で行ってもよい。
[0031]
 ここで、テスト溶接の本通電における通電パターンは、通電中にわたり電流値を一定とする通電パターンはもとより、図1(a),(b)に示すように通電パターンを2ステップ以上に分割し、ステップごとにそれぞれ一定の電流値とする通電パターンでもよい。また、図1(c)に示すように、ステップ間に冷却時間を設けた2ステップ以上の通電パターンとしてもよいし、図1(d)~(f)に示すようにスロープ状の通電パターンとしてもよい。さらに、これらを組み合わせた通電パターンとしてもよい。
 なお、定電流制御には、通電中にわたり電流値を一定とする通電パターンはもとより、上記した図1(a)~(f)に示すような通電パターン、さらに、これらを組み合わせた通電パターンも含むものとする。テスト溶接および本溶接の後通電で行う定電流制御についても同様である。
[0032]
 また、テスト溶接の後通電では、本通電の電極間電圧の平均値をVtm、後通電の電極間電圧の平均値をVtp、本通電と後通電の間の通電休止時間をtcとしたとき、
 tc<800msの場合:
  0.5≦Vtp/Vtm≦2.0
 800ms≦tc<1600msの場合:
  0.5-0.3×(tc-800)/800≦Vtp/Vtm≦2.0-0.5×(tc-800)/800
 tc≧1600msの場合:
  0.2≦Vtp/Vtm≦1.5
の関係を満足する条件で、定電流制御により通電することが重要となる。
 すなわち、前述したとおり、後述の本溶接において、外乱の存在下で適応制御による後通電を行うと、外乱により溶接部の電流密度分布、ひいては発熱形態が変化し、所定の熱処理効果が得られない場合がある。
 この点、後述の本溶接の後通電を定電流制御で実施することとし、その際の電流値を、上記の関係を満足したときに得られるテスト溶接の後通電の電流値を基準として設定することにより、分流などの外乱の影響を加味した適切な通電を行うことが可能となる、すなわち、本溶接の後通電において適切な発熱量が得られ、所望の熱処理効果を得ることができる。また、分流が生じた場合に過度に電流値を増加させることがないので、表散りの発生を防止できる。その結果、上述した表散りの発生を有効に抑制しながら、一定以上の発熱量を確保して所定の熱処理効果が得られるようになる。
 ただし、テスト溶接における本通電と後通電間の通電休止時間tcが長い場合、具体的には、tc≧800msとなる場合、通電休止中に溶接部の冷却が進行する。そのため、後通電を開始する時点での溶接部の温度が低下して、固有抵抗値が減少する、換言すれば、電極間電圧が低下しやすくなる。
 このように、tcの値に応じて、所望の熱処理効果が得られるVtp/Vtmの範囲が変化する。よって、テスト溶接では、tcの値に応じて、所望の熱処理効果が得られるようVtp/Vtmを制御する、具体的には、
 tc<800msの場合:
  0.5≦Vtp/Vtm≦2.0
 800ms≦tc<1600msの場合:
  0.5-0.3×(tc-800)/800≦Vtp/Vtm≦2.0-0.5×(tc-800)/800
 tc≧1600msの場合:
  0.2≦Vtp/Vtm≦1.5
の関係を満足する条件で、定電流制御により通電することが重要となる。
[0033]
 また、特に、外乱の影響が大きい場合などは、
 tc<800msの場合:
  0.7≦Vtp/Vtm≦2.0
 800ms≦tc<1600msの場合:
  0.7-0.3×(tc-800)/800≦Vtp/Vtm≦2.0-0.5×(tc-800)/800
 tc≧1600msの場合:
  0.4≦Vtp/Vtm≦1.5
の関係を満足することが好適である。
 なお、テスト溶接の後通電における単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量は、記憶させても、記憶させなくてもよい。
[0034]
 また、本通電および後通電のいずれにおいても、通電中に冷却時間を設ける場合には、冷却時間を除いた通電中における電極間電圧の時間平均値を、電極間電圧の平均値とする。
 すなわち、本通電および後通電における電極間電圧の時間積分値をそれぞれ、(通電休止時間を除いた)本通電および後通電における合計の通電時間で除した値を、本通電および後通電における電極間電圧の平均値とする。
[0035]
 さらに、テスト溶接における本通電の電流値の好適範囲は、被溶接材とする板組みによって変化するが、例えば、TS(引張強さ):板厚1.2~1.6mmの980MPa級の鋼板の2枚重ねを板組みに使用する場合、テスト溶接における本通電の電流値は3.0~12.0kAの範囲とすることが好ましい。
 加えて、テスト溶接の本通電における合計の通電時間(通電休止時間を除く)は、60~1000msとすることが好適である。
 また、テスト溶接の1回あたりの後通電における通電時間は、20~3000msとすることが好適である。より好ましくは60~3000msである。
[0036]
・本溶接
 上記のテスト溶接後、本溶接を行う。
 本溶接の本通電では、上記テスト溶接の本通電で記憶させた単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を目標値に設定し、該目標値に従って通電量を制御する適応制御溶接を行う。
 この本溶接の本通電における適応制御溶接では、例えば、上記のテスト溶接の本通電で目標値に設定した単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および累積発熱量を基準として溶接を行い、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線に沿っている場合には、そのまま溶接を行って溶接を終了する。ただし、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が基準である時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの本溶接の本通電における通電時間内で補償すべく、本溶接の本通電での単位体積当たりの累積発熱量が、目標値として設定した単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御する。
[0037]
 なお、発熱量の算出方法については特に制限はないが、特許文献5にその一例が開示されており、本発明でもこの方法を採用することができる。この方法による単位体積・単位時間当たりの発熱量qおよび単位体積当たりの累積発熱量Qの算出要領は次のとおりである。
 被溶接材の合計厚みをt、被溶接材の電気抵抗率をr、電極間電圧をV、溶接電流をIとし、電極と被溶接材が接触する面積をSとする。この場合、溶接電流は横断面積がSで、厚みtの柱状部分を通過して抵抗発熱を発生させる。この柱状部分における単位体積・単位時間当たりの発熱量qは次式(1)で求められる。
   q=(V・I)/(S・t)   --- (1)
 また、この柱状部分の電気抵抗Rは、次式(2)で求められる。
   R=(r・t)/S       --- (2)
 (2)式をSについて解いてこれを(1)式に代入すると、発熱量qは次式(3)
   q=(V・I・R)/(r・t
    =(V )/(r・t )   --- (3)
となる。
[0038]
 上掲式(3)から明らかなように、単位体積・単位時間当たりの発熱量qは、電極間電圧Vと被溶接物の合計厚みtと被溶接物の電気抵抗率rから算出でき、電極と被溶接物が接触する面積Sによる影響を受けない。なお、(3)式は電極間電圧Vから発熱量を計算しているが、電極間電流Iから発熱量qを計算することもでき、このときにも電極と被溶接物が接触する面積Sを用いる必要がない。そして、単位体積・単位時間当たりの発熱量qを通電期間にわたって累積すれば、溶接に加えられる単位体積当たりの累積発熱量Qが得られる。(3)式から明らかなように、この単位体積当たりの累積発熱量Qもまた電極と被溶接材が接触する面積Sを用いないで算出することができる。
 以上、特許文献5記載の方法によって、累積発熱量Qを算出する場合について説明したが、その他の算出式を用いても良いのは言うまでもない。
[0039]
 また、本溶接の後通電は、定電流制御にて溶接を行う。そして、その際、テスト溶接の後通電の電流値をItp、本溶接の後通電の電流値をImpとしたとき、これらについて次式
 0.8×Itp≦Imp≦1.2×Itp
の関係を満足させることが重要である。
 すなわち、前述したとおり、本溶接において、外乱の存在下で適応制御溶接による後通電を行うと、外乱により溶接部の電流密度分布、ひいては発熱形態が変化し、所定の熱処理効果が得られない場合がある。
 この点、本溶接の後通電を、tc<800msの場合には0.5≦Vtp/Vtm≦2.0という関係を、tc≧800msの場合には0.2≦Vtp/Vtm≦1.5という関係を満足するときのテスト溶接の後通電の電流値Itpを基準として、所定の電流値で定電流制御により実施する、具体的には、本溶接の後通電の電流値ImpをItpの0.8~1.2倍の範囲として定電流制御による通電を行うことで、上述した表散りの発生を有効に抑制しながら、一定以上の発熱量を確保して所定の熱処理効果が得られるのである。
 そのため、本溶接の後通電は、
 0.8×Itp≦Imp≦1.2×Itp
の関係を満たす条件で、定電流制御により行うことが重要となる。
[0040]
 好ましくは、
 0.9×Itp≦Imp≦1.1×Itp
の範囲である。
[0041]
 また、テスト溶接および本溶接とも、本通電と後通電の間に、通電休止時間を設定してもよい。通電休止時間は、20~3000msが好適である。
 さらに、図2(a)および(b)に示すように、テスト溶接および本溶接とも、本通電後の通電休止および後通電を2回以上繰り返してもよい。これによって、より有利に所定の熱処理効果が得られる。すなわち、仮に1回目の後通電で過剰発熱となり再溶融が生じたとしても、2回目の後通電で熱処理を行い、継手強度を向上させる効果が得られる。繰り返し回数の上限は特に限定されるものではないが、10回程度である。また、回ごとに、通電時間や通電休止時間、電流値をそれぞれ違う値に設定してもよい。
 ここで、テスト溶接の後通電の電流値Itpおよび本溶接の後通電の電流値Impは、当該後通電における電流の時間積分値を、(通電休止時間を除いた)後通電における合計の通電時間で除した値とする。
[0042]
 また、上記以外の本溶接の条件については、基本的にテスト溶接の条件と同じにすればよい。
[0043]
 なお、使用する被溶接材や板組みについては特に制限はなく、軟鋼から超高張力鋼板までの各種強度を有する鋼板およびめっき鋼板にも適用できる。また、3枚以上の鋼板を重ねた板組みにも適用できるが、板組みのうち1枚以上は引張強さが590MPa以上であることが有利である。
[0044]
 また、テスト溶接および本溶接とも、通電中の加圧力は一定であってもよいし、適宜、変化させてもよい。加圧力の好適範囲は被溶接材とする板組みによって変化するが、例えば、TS(引張強さ):板厚1.2~1.6mmの980MPa級の鋼板の2枚重ねを板組みに使用する場合、加圧力は1.5~10.0kNの範囲とすることが好ましい。
[0045]
 そして、上記した抵抗スポット溶接方法を用いて重ね合わせた複数枚の金属板を接合することで、外乱の状態の変動に有効に対応して所望のナゲット径を安定的に確保しつつ、種々の高強度の溶接部材、特には、自動車部品等の溶接部材が製造される。
実施例
[0046]
 以下、本発明の一実施形態に従う実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
[0047]
 表1に示す2枚重ねまたは3枚重ねの金属板の板組みについて、表2に示す条件でテスト溶接を行い、ついで、同じ板組みについて、表3に示す条件で本溶接を行い、溶接継手(L字引張試験片)を作製した。
 テスト溶接の通電パターンを図2に示す。図2(a)は本通電を1段通電とした場合、図2(b)は本通電を2段通電とした場合である。
 ここで、テスト溶接は、図3(a)、図4(a)に示すように、外乱の無い状態で行い、本溶接は、テスト溶接と同様の外乱の無い状態、および、図3(b)、図4(b)に示すように、外乱の存在する状態で行った。
 図3(a)は2枚重ねで既打点が無い状態、図3(b)は2枚重ねで既打点がある状態であり、既打点と溶接点との打点間隔L(中心間距離)は種々変化させた。
 また、図4(a)は3枚重ねで既打点が無い状態、図4(b)は3枚重ねで既打点がある状態である。
 なお、表2のテスト溶接条件および表3の本溶接条件における「後通電の通電時間」は1回あたりの後通電の通電時間である。また、表2のテスト溶接条件および表3の本溶接条件における通電休止時間、後通電の電流値および後通電の通電時間は、後通電の全ての回で同じとした。
 さらに、表3の本溶接条件における「本通電の制御方式」で「定電流制御」と記載されているものについては、テスト溶接と同じ条件の定電流制御を行った。
 なお、既打点がある状態で本溶接を行った場合には、L字引張試験片から既打点部分を切除したうえで、後述する引張試験を行った。
[0048]
 また、溶接機にはインバータ直流抵抗スポット溶接機を用い、電極にはDR形先端径6mmのクロム銅電極を用いた。
 得られたL字引張試験片を用いて、引張速度(長手方向):10mm/minの条件で引張試験を行い、継手強度(LTS:L字引張強さ)を測定した。そして、溶接時の散り有無および継手強度から、以下の3段階で評価した。
・A: 打点間隔LによらずLTSが2.0kN以上、かつすべて散り無し。
・B: 既打点無しまたは打点間隔L≧10mmでLTSが2.0kN以上、打点間隔L<10mmでLTSが2.0kN未満、かつすべて散り無し。
・F: 既打点無しまたは打点間隔L≧10mmでLTSが2.0kN未満、または散りあり。
[0049]
[表1]


[0050]
[表2]


[0051]
[表3]


[0052]
 表3に示したとおり、発明例ではいずれも、評価はAまたはBのいずれかであった。特に本通電後の通電休止および後通電を2回以上繰り返した条件では、評価は全てAであった。
 これに対し、適正条件を満たさない比較例はいずれも、評価はFであり、十分な継手強度を得ることができなかった。

請求の範囲

[請求項1]
 複数枚の金属板を重ね合わせた被溶接材を、一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
 本溶接と、該本溶接に先立つテスト溶接とを行うものとし、
(a)前記テスト溶接では、ナゲットを形成するための本通電および後熱処理のための後通電を行い、
   前記テスト溶接の本通電では、
    定電流制御により通電して適正なナゲットを形成する場合の電極間の電気特性から算出される、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を記憶させ、
   前記テスト溶接の後通電では、
    前記テスト溶接における本通電の電極間電圧の平均値をVtm、前記テスト溶接における後通電の電極間電圧の平均値をVtp、前記テスト溶接における本通電と後通電の間の通電休止時間をtcとしたとき、
 tc<800msの場合:
  0.5≦Vtp/Vtm≦2.0
 800ms≦tc<1600msの場合:
  0.5-0.3×(tc-800)/800≦Vtp/Vtm≦2.0-0.5×(tc-800)/800
 tc≧1600msの場合:
  0.2≦Vtp/Vtm≦1.5
の関係を満足する条件で、定電流制御により通電し、
(b)ついで、前記本溶接では、ナゲットを形成するための本通電および後熱処理のための後通電を行い、
   前記本溶接の本通電では、
    前記テスト溶接の本通電における単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線および単位体積当たりの累積発熱量を目標値に設定し、該目標値に従って通電量を制御する適応制御溶接を行い、
   前記本溶接の後通電では、
    前記テスト溶接の後通電の電流値をItp、前記本溶接の後通電の電流値をImpとしたとき、
    0.8×Itp≦Imp≦1.2×Itp
の関係を満足する条件で、定電流制御による通電を行う、
抵抗スポット溶接方法。
[請求項2]
 前記本溶接の本通電における適応制御溶接において、単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化量が、前記目標値に設定した単位体積当たりの瞬時発熱量の時間変化曲線から外れた場合には、その外れ量を残りの前記本溶接の本通電における通電時間内で補償すべく、前記本溶接の本通電での単位体積当たりの累積発熱量が前記目標値に設定した単位体積当たりの累積発熱量と一致するように通電量を制御する、請求項1に記載の抵抗スポット溶接方法。
[請求項3]
 前記本溶接の本通電と後通電の間にそれぞれ、通電休止時間を設定し、かつ、前記本溶接の本通電後の通電休止および後通電を2回以上繰り返す、請求項1または2に記載の抵抗スポット溶接方法。
[請求項4]
 請求項1~3のいずれかに記載の抵抗スポット溶接方法により、重ね合わせた複数枚の金属板を接合する、溶接部材の製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]