JPH06292978A - 低電気抵抗性金属部材の抵抗溶接方法および抵抗溶接用局部改質低電気抵抗性金属部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２枚のＡｌ系圧延板を直流型電源を用いてス
ポット溶接するに当り、陽極電極チップの延命を図る。 【構成】 陰極電極チップ１４側に位置するＡｌ系圧延
板として、被溶接部２の接合面３に、高密度エネルギ源
を用いた局部的な溶融合金化処理により形成された高抵
抗化領域４を備えている局部改質Ａｌ系圧延板５を用い
る。陽極電極チップ１５側には未改質Ａｌ系圧延板１を
用いる。これにより、ナゲットとなる溶融部が陽極電極
チップ１５側に片寄って形成されることが防止されるの
で、その陽極電極チップ１５の延命が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は同材種の低電気抵抗性金
属部材を抵抗溶接する方法、特に、直流型電源を用いる
抵抗溶接方法および抵抗溶接用局部改質低電気抵抗性金
属部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】低電気抵抗性金属部材であるＡｌ系圧延
板は電気抵抗が低いため、そのＡｌ系圧延板相互をスポ
ット溶接する場合には大電流を必要とする。これを回避
すべく、従来よりＡｌ系圧延板の被溶接部相互間に、Ａ
ｌ系圧延板よりも高い電気抵抗を有する高抵抗部材を介
在させて被溶接部の発熱効率を向上させると共に低電流
化を図る、といった方法が提案されている（例えば、特
開昭６３−２７８６７９号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来法に
よると、Ａｌ系圧延板の被溶接部相互間に、溶接工程直
前で一々高抵抗部材を介在させなければならず、また高
抵抗部材が位置ずれを起し易いため、溶接作業の能率向
上を図る上で好ましくない点がある。

【０００４】そこで、高抵抗部材を使用せずに、また電
気コストを多少犠牲にしても溶接作業の能率向上を優先
させるために、スポット溶接において比較的小型で大電
流を得やすい直流型電源を用いることが考えられる。

【０００５】ところが、直流型電源を用いて過大な溶接
電流をＡｌ系圧延板相互間に流すと、発熱領域が陽極電
極チップ側に片寄る、といった極性効果（ペルチェ効
果、トムソン効果）が顕著に現われ、またその発熱領域
の放熱が熱伝導性の低い酸化膜によって妨げられるた
め、溶融部が陽極電極チップ側に片寄って形成されて陽
極電極チップの寿命、例えば連続打点数が極端に低下す
る、といった新たな問題を生ずる。

【０００６】本発明は前記に鑑み、直流型電源および特
定構造の低電気抵抗性金属部材を用いることにより、溶
接作業能率を向上させ、またその直流型電源を用いるに
も拘らず、陽極電極の延命および低電流化を図ることの
できる前記抵抗溶接方法およびその方法に用いられる前
記局部改質低電気抵抗性金属部材を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る低電気抵抗
性金属部材の抵抗溶接方法は、同材種の低電気抵抗性金
属部材を直流型電源を用いて抵抗溶接するに当り、陰極
電極側に配置される前記低電気抵抗性金属部材として局
部改質低電気抵抗性金属部材を用い、前記局部改質低電
気抵抗性金属部材は、その被溶接部の接合面に、高密度
エネルギ源を用いた局部的な溶融合金化処理により形成
され、且つ非処理領域および陽極電極側に配置される前
記低電気抵抗性金属部材よりも高い電気抵抗を有する高
抵抗化領域を備えていることを特徴とする。

【０００８】本発明に係る抵抗溶接用局部改質低電気抵
抗性金属部材は、同材種の低電気抵抗性金属部材を直流
型電源を用いて抵抗溶接する際に陰極電極側に配置され
る局部改質低電気抵抗性金属部材であって、被溶接部の
接合面に、高密度エネルギ源を用いた局部的な溶融合金
化処理により形成され、且つ非処理領域および陽極電極
側に配置される前記低電気抵抗性金属部材よりも高い電
気抵抗を有する高抵抗化領域を備えていることを特徴と
する。

【０００９】

【作用】前記抵抗溶接方法において、局部改質低電気抵
抗性金属部材は、非処理領域と一体に高抵抗化領域を備
えているので、高抵抗部材を両金属部材間に介在させる
場合に比べて溶接作業能率が向上する。

【００１０】また高抵抗化領域は陰極電極側に片寄って
配置されるので、直流型電源を用いて、過大な溶接電流
の通電下で抵抗溶接を行った場合、極性効果の顕著な現
出に伴い発熱領域が陽極電極側に移行して、溶融部が両
被溶接部の略中間に形成される。これにより陽極電極の
延命が図られる。

【００１１】さらに、両被溶接部の発熱効率が高抵抗化
領域の存在により高められるので、低電流化が達成され
る。

【００１２】また局部的な溶融合金化処理により高抵抗
化領域を形成するので、被処理材が薄板であっても、非
改質領域の材料特性を熱的影響によって損うことがな
い。

【００１３】前記局部改質低電気抵抗性金属部材によれ
ば、前記溶接方法が容易に実施される。

【００１４】

【実施例】低電気抵抗性金属部材として、Ａｌ−Ｍｇ系
合金（Ａ５１８２−Ｏ材）よりなる厚さ１．２mmのＡｌ
系圧延板を選定した。このＡｌ系圧延板の比抵抗（室
温）は５．２μΩcmである。

【００１５】抵抗溶接としてのスポット溶接において、
一方の被溶接板としてはＡｌ系圧延板がそのまま用いら
れる。したがってこれを未改質Ａｌ系圧延板という。他
方の被溶接板としては、前記Ａｌ系圧延板に次のような
処理を施して得られる局部改質Ａｌ系圧延板（局部改質
低電気抵抗性金属部材）が用いられる。

【００１６】即ち、図１に示すように、Ａｌ系圧延板１
の一面に高密度エネルギ源を用いた局部的な溶融合金化
処理を施して、図２に示すように、被溶接部２の接合面
３に高抵抗化領域４を備えた局部改質Ａｌ系圧延板５を
得るものである。

【００１７】局部的な溶融合金化処理において、高密度
エネルギ源としては炭酸ガスレーザが用いられ、また合
金元素供給法としてはパウダインジェクション法が適用
された。処理に当っては、図１に示すように、レーザビ
ーム６を、ベンダミラー、集光レンズおよびビームオシ
レータよりなる光学系７を介してＡｌ系圧延板１の一面
に照射して溶融池８を形成し、またその溶融池８にイン
ジェクションノズル９から合金元素である金属粉末１０
をキャリヤガス１１により吹付ける。この場合、レーザ
ビーム６はＡｌ系圧延板１の一面上で所定の集光径を持
ち、図１の紙面と直交する方向に所定の振幅を以て往復
移動すると共に図１矢印方向に所定のオシレート周波数
で一方向移動する。同様にインジェクションノズル９も
矢印方向へ一方向移動する。

【００１８】処理条件の一例を挙げれば次の通りであ
る。レーザビーム６については、レーザ出力 ５ｋＷ、
Ａｌ系圧延板１の一面における集光径 ２．３mm、振幅
１２mm、オシレート周波数１００Ｈｚであり、またパ
ウダインジェクション法については、金属粉末 Ｃｒ粉
末（＃２００）、金属粉末供給量 １５ｇ／min 、キャ
リヤガス Ａｒ、キャリヤガス噴出量 １０リットル／
min であり、さらに処理速度は１５００mm／min であ
る。

【００１９】このような方法で得られた高抵抗化領域４
は約３原子％のＣｒを含有し、また深さは約０．２mmで
あった。そして、高抵抗化領域４の比抵抗は約２３μΩ
cmで、非処理領域の比抵抗５．２μΩcmの約４倍に上昇
していた。これはＣｒの合金化に伴い自由電子の散乱が
起ったことに起因する。

【００２０】図３は、高抵抗化領域４におけるＣｒ含有
量と比抵抗との関係を示し、図３よりＣｒ含有量の増加
に伴い比抵抗が上昇することが判る。

【００２１】スポット溶接作業に当っては、図４に示す
ように局部改質Ａｌ系圧延板５における被溶接部２の接
合面３と、未改質Ａｌ系圧延板１における被溶接部１２
の接合面１３とを対向させて両板１，５を重ね合せ、そ
れら両板１，５を、局部改質Ａｌ系圧延板５が陰極電極
チップ（陰極電極）１４側に位置するように陰極電極チ
ップ１４と陽極電極チップ（陽極電極）１５との間に配
置した。陽、陰極電極チップ１５，１４はクロム銅より
なるＪＩＳ Ｒ型電極であり、その半径Ｒは８０mm、直
径は１６mmである。

【００２２】そして図５に示すように、陽、陰極電極チ
ップ１５，１４により両板１，５の被溶接部１２，２を
加圧力４３０kgｆで加圧し、同時に単相整流式直流型電
源７を用いて陽、陰極電極チップ１５，１４間に１４ｋ
Ａの溶接電流を、通電時間４サイクルの条件下で通電し
て両被溶接部１２，２間を接合した。その後、このスポ
ット溶接作業を多数回に亘って繰返した。これを実施例
とする。

【００２３】比較のため、前記同様の二枚の未改質Ａｌ
系圧延板１を、加圧力４３０kgｆ、単相整流式直流型電
源１６による溶接電流１８．５ｋＡ、通電時間４サイク
ルの条件下で繰返しスポット溶接作業を行った。これを
比較例とする。

【００２４】図６は、実施例および比較例における被溶
接部２，１２の金属組織を示す顕微鏡写真（７倍）であ
る。図中、（ａ）は実施例に、（ｂ）は比較例にそれぞ
れ該当する。

【００２５】図６において、溶接物の陽、陰極電極チッ
プ１５，１４側の凹み底面からナゲット８までの距離
ａ，ｂ（図５参照）を測定したところ、表１の結果を得
た。

【００２６】

【表１】

【００２７】図６（ａ）、表１から明らかなように、実
施例の場合はナゲット１７が両被溶接部２，１２の略中
間に形成されている。これは、局部改質Ａｌ系圧延板５
の高抵抗化領域４が陰極電極チップ１４側に片寄って配
置されるので、単相整流式直流型電源１７を用いて、過
大な溶接電流の通電下で抵抗溶接を行った場合、極性効
果の顕著な現出に伴い発熱領域が陽極電極チップ１５側
に移行して、溶融部が両被溶接部２，１２の略中間に形
成される、ということに起因する。これにより陽極電極
チップ１５の延命が図られる。

【００２８】図６（ｂ）、表１において、比較例の場合
はナゲット８が陽極電極チップ１５側に片寄って形成さ
れている。これは、極性効果が顕著に現われ、またその
発熱領域の放熱が酸化膜によって妨げられた、というこ
とに起因する。

【００２９】図７は、実施例および比較例において、陽
極電極チップ１５がピックアップを生じるまでの連続打
点数を示す。図７より、実施例の場合は比較例に比べて
連続打点数が約１．８倍に向上していることが判る。こ
れは、前記のように溶融部が両被溶接部２，１２の略中
間に形成されることから陽極電極チップ１５の延命が図
られたことに他ならない。

【００３０】一般に、溶接強度は、被溶接板の厚さをｔ
としたとき、ナゲット１７の直径ｄがｄ≧５×ｔ^1/2 で
なければならないと規定されている。したがって、実施
例の場合、Ａｌ系圧延板の厚さｔがｔ＝１．２mmである
からナゲット１７の直径ｄの溶接強度保証下限値はｄ＝
５．４mmとなる。

【００３１】そこで、前記スポット溶接作業において、
溶接電流を変えてテストを行い、溶接電流とナゲット１
７の直径ｄとの関係を求めたところ、図８の結果を得
た。図８から明らかなように、実施例においては、直径
ｄ＝５．４mmのナゲット１７を形成するために必要な溶
接電流は約１３．４ｋＡであるが、比較例の場合は約１
８．３ｋＡであり、したがって実施例によれば比較例に
比べて４．９ｋＡの低電流化を図れることが判明した。
これは、両被溶接部２，１２の発熱効率が高抵抗化領域
４の存在により高められたからに他ならない。

【００３２】高抵抗化領域４における合金元素として
は、Ｃｒ粉末の外にＳｉ粉末、Ｍｎ粉末等を用いること
ができる。図９は、高抵抗化領域４におけるＳｉ含有量
と比抵抗との関係を示し、また図１０は高抵抗化領域４
におけるＭｎ含有量と比抵抗との関係を示す。図９，図
１０より、Ｓｉ含有量およびＭｎ含有量の増加に伴い比
抵抗が上昇することが判る。

【００３３】スポット溶接に当り、その陽、陰極電極チ
ップの連続打点数を向上させるために、Ａｌ系被溶接板
の酸化膜を酸洗等によって除去することが行われてい
る。ところが、１０００系、６０００系のＡｌ系被溶接
板においては、比抵抗が小さい上に、酸化膜による抵抗
発熱が得られるなくなるため、溶接強度が低下する。本
発明はこのような問題に適切に対処し得る。

【００３４】なお、本発明はＡｌ板等の抵抗溶接にも適
用される。また抵抗溶接にはシーム溶接等も含まれる。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係る低電気抵抗性金属部材の抵
抗溶接方法によれば、前記のように特定された手段を用
いることによって、溶接作業能率を向上させ、また陽極
電極の延命および低電流化を図ることができる。

【００３６】本発明に係る局部改質低電気抵抗性金属部
材によれば、前記溶接方法を容易に実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】局部的な溶融合金化処理の説明図である。

【図２】局部改質Ａｌ系圧延板の断面図である。

【図３】Ｃｒ含有量と比抵抗との関係を示すグラフであ
る。

【図４】スポット溶接開始前の説明図である。

【図５】スポット溶接終了時の説明図である。

【図６】各例における被溶接部の金属組織を示す顕微鏡
写真である。

【図７】各例と陽極電極チップの連続打点数との関係を
示すグラフである。

【図８】溶接電流とナゲットの直径との関係を示すグラ
フである。

【図９】Ｓｉ含有量と比抵抗との関係を示すグラフであ
る。

【図１０】Ｍｎ含有量と比抵抗との関係を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１ Ａｌ系圧延板（低電気抵抗性金属部材） ２ 被溶接部 ３ 接合面 ４ 高抵抗化領域 ５ 局部改質Ａｌ系圧延板（低電気抵抗性金属部
材） １４ 陰極電極チップ（陰極電極） １５ 陽極電極チップ（陽極電極） １６ 直流型電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同材種の低電気抵抗性金属部材を直流型
   電源を用いて抵抗溶接するに当り、陰極電極側に配置さ
   れる前記低電気抵抗性金属部材として局部改質低電気抵
   抗性金属部材を用い、前記局部改質低電気抵抗性金属部
   材は、その被溶接部の接合面に、高密度エネルギ源を用
   いた局部的な溶融合金化処理により形成され、且つ非処
   理領域および陽極電極側に配置される前記低電気抵抗性
   金属部材よりも高い電気抵抗を有する高抵抗化領域を備
   えていることを特徴とする低電気抵抗性金属部材の抵抗
   溶接方法。
2. 【請求項２】 同材種の低電気抵抗性金属部材を直流型
   電源を用いて抵抗溶接する際に陰極電極側に配置される
   局部改質低電気抵抗性金属部材であって、被溶接部の接
   合面に、高密度エネルギ源を用いた局部的な溶融合金化
   処理により形成され、且つ非処理領域および陽極電極側
   に配置される前記低電気抵抗性金属部材よりも高い電気
   抵抗を有する高抵抗化領域を備えていることを特徴とす
   る抵抗溶接用局部改質低電気抵抗性金属部材。