JPH07214335A

JPH07214335A - アルミニウム材の抵抗溶接法

Info

Publication number: JPH07214335A
Application number: JP6009122A
Authority: JP
Inventors: Shinji Okabe; 伸治岡部; Takashi Iwasa; 孝岩佐; Takushi Irie; 卓志入江; Ichiro Iwai; 一郎岩井; Yuichi Furukawa; 裕一古川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Showa Aluminum Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Altemira Co Ltd
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【目的】少なくとも一方がＭｇを含有する２個のアルミ
ニウム材からなる被溶接部材１、１を抵抗溶接する方法
において、溶接電流を減少する。【構成】Ｍｇ含有アルミニウム材の表面にＭｇを濃化
させた状態で溶接する。好ましくは、Ｍｇ含有アルミニ
ウム材の表面から深さ０．１μｍまでの表層部における
Ｍｇ含有量を１０wt％以上とするのが良い。また、Ｍｇ
の表面濃化は、Ｍｇ含有アルミニウム材を溶接前に予め
３５０〜５５０℃で加熱することにより行うのが望まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム材の抵
抗溶接法に関し、さらに詳しくは重ね抵抗溶接法に関す
る。

【０００２】なお、この明細書において、「アルミニウ
ム材」の語はアルミニウム材とアルミニウム合金材の両
方を含む意味で用いる。

【０００３】

【従来の技術】自動車、器物等の各種部品として、強度
に優れたＪＩＳ５１８２等のＭｇ含有アルミニウム材が
用いられることがある。そして、このＭｇ含有アルミニ
ウム材と他のＭｇ含有アルミニウム材またはＭｇを含有
しないアルミニウム材とを抵抗溶接して溶接品に製作さ
れる場合がある。

【０００４】かかる抵抗溶接法は、周知のとおり、銅製
その他の電極を被溶接部材に接触状態に配置するととも
に、加圧下で被溶接部材の接合予定箇所に電流を流し、
その電流による抵抗発熱で接合部の温度を上昇させ、溶
接を行う方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、アルミニウ
ム材は、一般に固有抵抗が小さく熱伝導度が大であるた
め発熱量が小さく、かつ発生熱の拡散が大きい。このた
め、前述のようなＭｇ含有アルミニウム材の抵抗溶接法
においても、発熱量を大にするため大きな溶接電流を流
しているが、溶接電流が大きいと電極との接触界面での
発熱が大きくなって電極先端で銅とアルミニウムとの合
金を作ってしまい、電極寿命が短くなるという欠点があ
った。しかも、容量の大きな溶接機を使用しなければな
らないため、溶接機のイニシャルコスト、ランニングコ
ストが高くつくという欠点もあった。

【０００６】この発明は、かかる技術的背景に鑑みてな
されたものであって、被溶接部材の少なくとも一方がＭ
ｇ含有アルミニウム材である抵抗溶接法において、溶接
電流を減少することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、Ｍｇ含有アルミニウム材中のＭｇを利
用しこれを表面に濃化させて抵抗溶接を行うことによ
り、溶接電流が減少することの知見に基づいて完成され
たものである。

【０００８】即ち、この発明は、少なくとも一方がＭｇ
を含有する２個のアルミニウム材からなる被溶接部材
を、それらの少なくとも一部を重ね合せて抵抗溶接する
方法において、前記Ｍｇ含有アルミニウム材の表面にＭ
ｇを濃化させた状態で溶接することを特徴とするアルミ
ニウム材の抵抗溶接法を要旨とする。

【０００９】この発明において、Ｍｇ含有アルミニウム
材の表面にＭｇを濃化させた状態で抵抗溶接を行うこと
により、溶接電流を減少できるのは次の理由による。即
ち、表面にＭｇが濃化されたアルミニウム材を加熱した
場合、Ｍｇ濃化層とアルミニウム母材との界面における
溶融はその個々の融点ではなくそれらの共晶温度で生ず
る。つまり、抵抗溶接時に通電すると、Ｍｇ濃化層とア
ルミニウム母材との界面における溶融はＡｌの融点より
も低い４３７℃で生じるため、アルミニウム材の表層部
が低い温度で局部的に溶融してナゲット形成に必要な発
熱量が少なくて済み、従って溶接電流値も小さくて済
む。かつまた、Ｍｇによる抵抗増大作用により、Ｍｇ濃
化層における電気抵抗値を増加させることができ、発熱
効率を高められることからも、溶接電流を少なくできる
のである。しかし、Ｍｇ含有アルミニウム材の表面から
深さ０．１μｍまでの表層部におけるＭｇ含有量が１０
wt％未満では、かかる効果に乏しい場合があり、溶接電
流を十分に減少できない恐れがある。従って、Ｍｇの表
面濃化の程度は、望ましくは、Ｍｇ含有アルミニウム材
の表面から深さ０．１μｍまでの表層部におけるＭｇ含
有量が１０wt％以上、特に好ましくは１２wt％以上とな
るように行うのが良い。

【００１０】Ｍｇ含有アルミニウム材の表面にＭｇを濃
化させる方法は、特に限定されることはないが、最も簡
単で実用的な方法として、Ｍｇ含有アルミニウム材を大
気中等の酸化性雰囲気中で加熱することにより、アルミ
ニウム材中のＭｇを表層部に拡散させることにより濃化
する方法を挙げ得る。この場合、加熱温度は３５０〜５
５０℃に設定するのが良い。３５０℃未満では、Ｍｇの
濃化度合いが不足し、溶接電流の減少効果が乏しくなる
場合がある。一方、５５０℃を越える温度では、結晶粒
界が局部的に溶解する等の恐れがある。特に好ましい加
熱温度は４００〜５５０℃である。また、加熱時間は加
熱温度にもよるが、３５０〜５５０℃の加熱温度に対し
ては１〜５０時間が好ましい。また、加熱は必ずしもア
ルミニウム材の全体に対して行わなければならないもの
ではなく、溶接予定箇所のみを加熱しても良い。また、
上記のような加熱、特に酸化性雰囲気中で３５０〜５５
０℃の加熱を実施することにより、Ｍｇの表面濃化に加
えて、アルミニウム材の表面にＭｇ０やＡｌ₂Ｏ₃（特
にγＡｌ₂Ｏ₃）等の酸化物を形成することができ、こ
れが抵抗溶接時の電気抵抗を増大させる方向に作用する
結果、発熱効率のさらなる向上、溶接電流のさらなる低
下に寄与するという効果もある。

【００１１】而して、Ｍｇ含有アルミニウム材における
Ｍｇ量は特に限定されることはないが、０．５wt％未満
では上記のような３５０〜５５０℃の加熱を実施して
も、表面のＭｇ濃化が不十分となる場合があることか
ら、Ｍｇ量は０．５wt％以上、好ましくは１．０wt％以
上とするのが良い。

【００１２】被溶接部材を構成する２個のアルミニウム
材は、いずれか一方がＭｇを含有するものであれば良
い。勿論両方がＭｇを含有していても良い。また、被溶
接部材の両方がＭｇを含有する場合において、両方のア
ルミニウム材の表面にＭｇが濃化されていても良いし、
一方のアルミニウム材にのみＭｇが濃化されていても良
い。また、Ｍｇを含有するアルミニウム材に、Ａｌ、Ｍ
ｇ以外の成分は含有されていてもいなくても良い。ま
た、被溶接部材のうちの一方のアルミニウム材のみがＭ
ｇを含有する場合、他方のアルミニウム材の組成も限定
されることはない。Ｍｇ含有アルミニウム材の一例とし
て、５１８２、５０５２等の５０００系アルミニウム材
を挙げ得る。

【００１３】溶接に際しては、図１に示すように、被溶
接部材（１）（１）の少なくとも一部を重ね合せたの
ち、被溶接部材（１）（１）の外面に１対の電極（２）
（２）を接触させて加圧し、電極（２）（２）間に溶接
電流を流す。この溶接電流により、被溶接部材の表面は
発熱するが、少なくとも一方の被溶接部材の表面にＭｇ
が濃化されているから、Ｍｇ濃化層とアルミニウム母材
との界面が低い温度で溶融するとともに、Ｍｇ濃化層に
おける電気抵抗値の増大作用に起因して発熱効率が向上
することも相俟って、該アルミニウム材の表層部が低い
温度で局部的に溶融し、接合界面に径大のナゲットが形
成され、被溶接部材（１）（１）の強固な接合が達成さ
れる。また、両方の被溶接部材が、ともにその表面にＭ
ｇが濃化されている場合には、いずれのアルミニウム材
においても、上記のようなアルミニウム材表層部の局部
的な低温度溶融が進行するため、益々溶接電流が少なく
て済む。また、加熱によりアルミニウム材表面のＭｇ濃
化を実施している場合には、アルミニウム材表面に形成
されたＭｇＯやγＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物が電気抵抗を増
加させるため、発熱効率がさらに向上して、益々少ない
溶接電流で接合することができる。

【００１４】なお、図１は被溶接部材（１）（１）を直
接重ね合せて抵抗溶接している場合を示しているが、被
溶接部材相互間に、アルミニウム製インサート材あるい
はアルミニウム製以外のインサート材を介在させて抵抗
溶接を行っても良い。

【００１５】なお、本発明に係る抵抗溶接法は、これを
スポット溶接に適用しても良いし、あるいは図２に示す
ように、１対の電極（２´）（２´）をローラ状に形成
するとともに、被溶接部材（１）（１）との接触状態を
保持しつつ前記ローラ状電極を矢印のように同時に転動
させながら、あるいは逆に電極はそのままの位置で、被
溶接部材とインサート材とをスライドさせながら、接合
界面を連続的に溶接するものとしても良い。

【００１６】

【作用】Ｍｇは被溶接材であるＡｌに対して共晶系であ
るため、Ｍｇの濃化したアルミニウム材表層部の融点を
低くすることが可能であるとともに、Ｍｇによる抵抗増
大効果により表層部の電気抵抗が高くなっており、従っ
て低電流で効率の良い発熱、溶融を生じる。

【００１７】また、Ｍｇ含有アルミニウム材の表面から
深さ０．１μｍまでの表層部におけるＭｇ含有量が１０
wt％以上となされている場合には、アルミニウム材表層
部の低融点化及び電気抵抗の増大作用が、より確実にか
つ効果的に発揮され、溶接電流が減少する。

【００１８】また、Ｍｇ含有アルミニウム材を溶接前に
予め３５０〜５５０℃で加熱することにより、Ｍｇの表
面濃化を行った場合には、煩雑な設備や操作を要するこ
となくアルミニウム材表面のＭｇ濃度を高く設定でき
る。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）縦１００ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１．０ｍ
ｍのＡ５１８２−Ｈ３８アルミニウム材（Ｍｇ含有量
４．５wt％）からなる板状の被溶接部材２枚を、表１に
示す条件で加熱したのちあるいは加熱することなく、図
１に示すように両端部どうしを厚さ方向に重ね合せた。
なお、アルミニウム材の表面から深さ０．１μｍまでの
表層部におけるＭｇ含有量は、表１のとおりであった。

【００２０】次に、重ね合わせ部の上下から１対の電極
を加圧状態に接触せしめ、単相整流型抵抗スポット溶接
機を用いて抵抗溶接を行った。溶接電流は表１に示すよ
うに、１５０００Ａと２３０００Ａとし、また電圧は３
００Ｖ、電極加圧力は４００ｋｇｆ、電極径は１９ｍ
ｍ、通電時間は０．２秒とした。

【００２１】溶接後、接合部の破断強度を測定した。そ
の結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】表１の結果からわかるように、本発明実施品は、溶接電
流が同じ１５０００Ａの場合、表面濃化層の存在しない
比較品（Ｎｏ１１）に較べて破断強度が大きいことがわ
かる。従って同一の破断強度を得るための溶接電流は少
なくて済むことを当然に予測できる。

【００２３】また、本発明実施品の中でも、アルミニウ
ム材の表面から深さ０．１μｍまでの表層部におけるＭ
ｇ含有量が１０wt％以上のもの（試料Ｎｏ１〜６）は、
１０wt％以下のもの（試料Ｎｏ７〜９）に較べて破断強
度が大きく、また実施品Ｎｏ３と１０との比較からも、
同一の破断強度を得るための溶接電流はさらに少なくて
済むことがわかる。

【００２４】また、溶接前に３５０〜５５０℃の加熱を
実施することにより、アルミニウム材表面のＭｇ濃度を
高くできることもわかる。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、上述の次第で、少なくとも
一方がＭｇを含有する２個のアルミニウム材からなる被
溶接部材を抵抗溶接する方法において、前記Ｍｇ含有ア
ルミニウム材の表面にＭｇを濃化させた状態で溶接する
ことにより、Ｍｇの濃化したアルミニウム材表層部の融
点を低くすることができるとともに、Ｍｇによる抵抗増
大効果により表層部の電気抵抗を高くすることができ、
従って該表層部を低電流で局部的に効率良く発熱させ、
溶融させることができる。その結果、小さな溶接電流で
大きな発熱量、溶融量を得ることができ、従って、大き
な溶接電流を流した場合に生じる電極先端でのＣｕとＡ
ｌとの合金化を抑制でき、電極寿命を長くできる。ま
た、溶接機としても大容量のものを用いる必要はなくな
るから、イニシャルコスト、ランニングコストの低減を
図り得る。

【００２６】また、Ｍｇ含有アルミニウム材の表面から
深さ０．１μｍまでの表層部におけるＭｇ含有量が１０
wt％以上となされている場合には、上記のようなアルミ
ニウム材表層部の低融点化及び電気抵抗の増大作用を、
より確実にかつ効果的に発揮させることができ、溶接電
流をさらに減少できる。

【００２７】また、Ｍｇ含有アルミニウム材を溶接前に
予め３５０〜５５０℃で加熱することにより、Ｍｇの表
面濃化を行った場合には、煩雑な設備や操作を要するこ
となく簡単な方法でアルミニウム材表面にＭｇを濃化さ
せることができ、アルミニウム材の表面から深さ０．１
μｍまでの表層部におけるＭｇ含有量を１０wt％以上と
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施態様を概略的に示す断面図であ
る。

【図２】この発明の他の実施態様を概略的に示すもの
で、（イ）は正面断面図、（ロ）は側面断面図である。

【符号の説明】

１…被溶接部材２…電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者入江卓志埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者岩井一郎堺市海山町６丁224番地昭和アルミニウム株式会社内 (72)発明者古川裕一堺市海山町６丁224番地昭和アルミニウム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方がＭｇを含有する２個の
アルミニウム材からなる被溶接部材を抵抗溶接する方法
において、前記Ｍｇ含有アルミニウム材の表面にＭｇを濃化させた
状態で溶接することを特徴とするアルミニウム材の抵抗
溶接法。
【請求項２】Ｍｇ含有アルミニウム材の表面から深さ
０．１μｍまでの表層部におけるＭｇ含有量が１０wt％
以上となされている請求項１に記載のアルミニウム材の
抵抗溶接法。
【請求項３】Ｍｇ含有アルミニウム材を溶接前に予め
３５０〜５５０℃で加熱することにより、表面にＭｇを
濃化させることを特徴とする請求項１または２に記載の
アルミニウム材の抵抗溶接法。