JPH0825060A - 有機被覆されたアルミニウム薄板およびアルミニウム合金薄板の溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 有機被覆されたアルミニウム薄板およびアル
ミニウム合金薄板の抵抗スポット溶接性を向上する。 【構成】 溶接電流の通電に先だって電流値が溶接電流
の５〜６０％の範囲内の予通電をする。予通電の通電時
間を１〜４サイクルの範囲内とする。予通電の完了から
溶接電流の通電開始までの時間を１００サイクル以下と
する。 【効果】 ナゲットのいびつ化およびブローホールの発
生を無くすとともに電極の損傷を防ぎ、良好な溶接部と
十分な電極寿命を同時に与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電極により被溶接体
を加圧しながら、一瞬の通電により溶接を行う抵抗スポ
ット溶接技術に関し、特にアルミニウム薄板およびアル
ミニウム合金薄板（以下、総称して「アルミ合金薄板」
という）に、有機被覆が施された有機被覆アルミニウム
薄板およびアルミニウム合金薄板（以下、総称して「有
機被覆アルミ合金薄板」という）を良好に溶接するため
の抵抗スポット溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】抵抗スポット溶接においては、一般に、
図１に示す様に溶接すべき板１、２を重ね合わせ、重な
った領域の１点を上下１組の電極３、４で押さえて加圧
しながら通電する（５〜１０サイクルで、２０〜４０ｋ
Ａの電流を流す）ことにより、電極に挟まれた部分にナ
ゲット５と呼ばれる溶融凝固部が形成される。このナゲ
ット５がスポット状の溶接継手として作用し、板同士の
溶接が達成される。

【０００３】スポット溶接のような抵抗溶接では、熱伝
導率および電気伝導率等が溶接条件に大きく影響する。
アルミ合金の場合には、大電流および短時間溶接が必要
と考えられており、ＷＥＳの推奨条件もこの考えに沿っ
たものとなっている。しかし、ＷＥＳが作成されて以
後、新規な合金、および、新規な材料が多数提案されて
おり、それに応じてＷＥＳの溶接条件とは異なる溶接条
件が種々提案されている。本発明が対象とする有機被覆
アルミ合金薄板の溶接方法もそのような技術の一つであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明でいう有機被覆
の構成は、アルミ合金薄板の表面に第１層としてクロメ
ート、その上部に第２層として潤滑剤を含む有機樹脂被
覆を施したもの（例えば、特開平４−２６８０３８号公
報参照）、あるいは、第２層の樹脂中に電気を通す目的
で導電剤を添加したもの等、一般的な自動車用有機被覆
全般をさす。被覆層は、単層であっても多層であっても
よく、また、被覆層全体が有機物から構成されている場
合も含まれる。このような有機被覆アルミ合金薄板を溶
接する場合、被覆無しのアルミ合金薄板を溶接するのと
同様の溶接条件では、次の２つの原因により溶接性が著
しく低下する。

【０００５】先ず第１に、板−板間にある有機被覆層に
より電流の経路が不安定となり、ナゲットも電極直下を
外れた位置にできる。その結果得られるナゲットの形は
いびつとなり、十分な継手強度が得られない。しかも溶
融液を電極の加圧力で押さえられないので溶接中にちり
が発生し、更に、有機樹脂のナゲット内部残留による欠
陥の発生も避けられない。

【０００６】第２に、有機被覆層の存在により、板−電
極間の抵抗は被覆無し材より高くなり、溶接時にはこの
抵抗による電極−板間の発熱で素材に変形が生じ、ある
いは、電極直下の溶融したアルミ合金と銅電極とが反応
し、被覆無し材に比べて激しい電極損傷が生じる。

【０００７】有機被覆アルミ合金の継手強度を得るため
に、電極の加圧力を上げて樹脂排除を行うことにより、
良好な溶接部を得ることもできるが、その場合には、電
極寿命が著しく短くなる。

【０００８】従って、この発明の目的は、ナゲットのい
びつ化およびブローホールの発生を無くすとともに電極
の損傷を防ぎ、良好な溶接部と十分な電極寿命を同時に
与えることができる 有機被覆されたアルミニウム薄板
およびアルミニウム合金薄板の溶接方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、有機物を含む被覆層を有するアルミニウム薄板また
はアルミニウム合金薄板の抵抗スポット溶接方法であっ
て、溶接電流の通電に先だって電流値が前記溶接電流の
５〜６０％の範囲内の予通電をすることに特徴を有する
ものである。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
発明において、予通電の通電時間を１〜４サイクルの範
囲内とすることに特徴を有するものである。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２記載の発明において、予通電の完了から溶接電流の通
電開始までの時間を１００サイクル以下とすることに特
徴を有するものである。

【００１２】

【作用】本願発明者等は、以上の点から樹脂排除に着目
して鋭意検討を重ねた結果、請求項１に示すように、溶
接電流の通電に先だって電流値が溶接電流の５％以上か
ら６０％以下の範囲内の予通電をすることにより、継手
強度の確保と電極寿命の確保という２課題を同時に解決
できることを見出した。ここでいう溶接電流値は、ＷＥ
Ｓで定められている条件でもその他の条件でもよく、ま
た溶接機の種類も任意である。

【００１３】本発明における最初の通電、即ち、予通電
は、板−板間に存する樹脂を排除し、安定した通電を確
保せんとするものである。これにより形状の安定したナ
ゲットが得られ、その結果、有機被覆がない場合と同等
の継手強度を得ることができる。また、溶接部から樹脂
を完全に排除することにより、樹脂残留に起因するナゲ
ット内欠陥であるブローホールおよび割れも無くするこ
とができる。

【００１４】一方、電極−板間においても、樹脂が排除
されて安定した通電経路が確保される。そのため、電極
−板間の抵抗が下がり、樹脂に起因する過剰の電極損傷
も起こらなくなる。これにより電極寿命は有機被覆がな
い場合と同程度となり、有機被覆アルミ合金の溶接電極
の寿命としては著しく長いものとなる。

【００１５】ここで、予通電の電流値を溶接電流に比例
して設定するのは、溶接電流が小さい場合には確保すべ
き通電径は小さくなり、一方、大きな電流を流すとき
は、それだけ大きな通電径が必要となるからである。ま
た、予通電の電流値を溶接電流の５％以上から６０％以
下の範囲内としたのは、５％未満では樹脂の排除が十分
でなく、一方、６０％超えでは、溶接電流と変わらなく
なり、通電を２回に分ける意味が無くなるからである。

【００１６】請求項２に記載の発明において、通電時間
を１サイクル以上から４サイクル以下の範囲内としたの
は、１サイクル未満では樹脂の排除が十分でなく、４サ
イクル超えでは効果が飽和するため、これより長い通電
の意味は無いからである。

【００１７】請求項３に記載の発明において、予通電の
完了から溶接電流の通電開始までに時間の間隔を設けた
のは、予通電により加熱された状態にある電極を冷却す
るためであり、電極寿命の延命を目的としている。ただ
し、予通電の完了から溶接電流の通電開始までの時間を
１００サイクル以下としたのは、１００サイクルを超え
るとスポット溶接の特徴である生産性が損なわれるから
である。従って、上限は１００サイクルとする。

【００１８】

【実施例】次に、この発明を図面を参照しながら説明す
る。

【００１９】〔実施例１〕アルミ合金薄板（サンプル）
の表面上に、クロム量で１０ｍｇ／ｍ² のクロメート層
からなる第１層と、潤滑材を３０ｗｔ．％含有し、１μ
ｍの厚さを有するエポキシ樹脂からなる第２層とが形成
されている有機被覆アルミ合金薄板を有機被覆材の供試
体として用いた。また、比較のため、アルミ合金薄板の
表面上に、酸化膜除去処理を施したものを被覆無し材の
供試体として用いた。そして、有機被覆材および被覆無
し材の供試体に対して、表１に示す時間：ｔ（サイク
ル）および電流値：Ｉ（％）の予通電を行ってからまた
は予通電無しで溶接を実施し、継手強度を調査した。調
査は、加圧力および通電時間を一定とし、溶接電流２５
ｋＡにおける継手強度を被覆無し材の供試体（比較例
１）と比べた結果によって評価した。なお、評価方法
は、ＪＩＳ−Ｚ３１３６に準じ、比較例１に示す被覆無
し材（アルミ合金薄板）の供試体の引張剪断強さを１０
０％とし、これと比較した強度が、７０％以上を○印、
７０％未満を×印とした。

【００２０】なお、諸元は下記に示す通りである。 溶接機 ：単相交流溶接機 電極 ：ＤＲ形電極（電極径；１６ｍｍφ、先端径；
６ｍｍφ、先端曲率；４０Ｒ、材質クロム銅） 通電 ：２５ｋＡ−５サイクル（溶接電流） アルミ合金薄板（サンプル）：ＪＩＳに規定されている
Ａ５１８２−Ｏ材（板厚１ｍｍ） 継手評価：ＪＩＳ−Ｚ３１３６に準じ、強度が７０％以
上を○印、７０％未満を×印とした。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１から、予通電により有機被覆材の供試
体の継手強度は上昇することがわかる。また、比較した
被覆無し材の供試体でも予通電による溶接は可能であ
り、その場合は何の問題もない。このように、アルミ合
金薄板に予通電を施すことにより、有機被覆材は被覆無
し材と同様の強度が得られることがわかる。

【００２３】〔実施例２〕実施例１と同様の供試体およ
び溶接機を用い、予通電の電流を変化させ、実施例１と
同様の評価方法によって、溶接電流２５ｋＡの継手強度
を評価した。

【００２４】なお、諸元は下記に示す通りである。 溶接機 ：単相交流溶接機 電極 ：ＤＲ形電極（電極径；１６ｍｍφ、先端径；
６ｍｍφ、先端曲率；４０Ｒ、材質クロム銅） 加圧力 ：３００ｋｇ 溶接電流：２５ｋＡ−５サイクル 後熱電流：１４ｋＡ−４サイクル アルミ合金薄板（サンプル）：ＪＩＳに規定されている
Ａ５１８２−Ｏ材（板厚１ｍｍ） 継手評価：ＪＩＳ−Ｚ３１３６に準じ、強度が７０％以
上を○印、７０％未満を×印とした。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２から、予通電の電流値が溶接電流の５
％未満では、十分な効果は得られないことがわかる。ま
た、６０％を超えると、溶接電流との差が無くなり、効
果は得られなくなる。従って、予通電の電流値は溶接電
流の５〜６０％とすべきであることがわかる。このよう
に、アルミ合金薄板に溶接電流の５〜６０％の予通電を
施すことにより、有機被覆材は被覆無し材と同様の強度
が得られることがわかる。

【００２７】図２に、本実施例における、予通電の電流
値（％）と適正電流範囲の関係を示す。引張剪断強さ
が、ＪＩＳ−Ｂ級最小値を得る電流７から、溶着電流８
までを適正電流範囲６とした。予通電の電流値が５％未
満では効果がみられないが、５％以上では、適正電流範
囲が広がった。また、適正電流範囲は５０％を最高に、
６０％超えでは急激に低下することがわかる。

【００２８】〔実施例３〕実施例１と同様の供試体およ
び溶接機を用い、予通電の通電時間を変化させ、実施例
１と同様の評価方法によって、２５ｋＡの継手強度を評
価した。

【００２９】なお、諸元は下記に示す通りである。 溶接機 ：単相交流溶接機 電極 ：ＤＲ形電極（電極径；１６ｍｍφ、先端径；
６ｍｍφ、先端曲率；４０Ｒ、材質クロム銅） 加圧力 ：３００ｋｇ 溶接電流：２５ｋＡ−５サイクル 後熱電流：１４ｋＡ−４サイクル アルミ合金薄板（サンプル）：ＪＩＳに規定されている
Ａ５１８２−Ｏ材（板厚１ｍｍ） 継手評価：ＪＩＳ−Ｚ３１３６に準じ、強度が７０％以
上を○印、７０％未満を×印とした。

【００３０】

【表３】

【００３１】表３から、予通電を１サイクル以上とるこ
とにより大きな効果が得られることがわかる。また、図
３に本実施例における、予通電のサイクル数（サイクル
／５０Ｈｚ）と適正電流範囲との関係を図示する。図３
において、引張剪断強さがＪＩＳ−Ｂ級最小値を得る電
流７から、溶着電流８までが適正電流範囲６である。表
３、図３から、４サイクルまで、適正電流範囲は広がる
が、それを超えても効果は飽和することがわかる。従っ
て、４サイクルまでがより好ましいことがわかる。

【００３２】〔実施例４〕実施例１と同様の供試体およ
び溶接機を用い、予通電の通電時間（表４）または電流
（表５）を変化させ、電極寿命を評価した。電極寿命の
評価は、ＪＩＳ−Ｚ３１３６（Ｂ級最小値）により２０
点おきにサンプリングを行った。寿命が１０００点以上
で○印、１０００点未満で×印とした。

【００３３】なお、諸元は下記に示す通りである。 溶接機 ：単相交流溶接機 電極 ：ＤＲ形電極（電極径；１６ｍｍφ、先端径；
６ｍｍφ、先端曲率；４０Ｒ、材質クロム銅） 加圧力 ：３００ｋｇ 溶接電流：２５ｋＡ−５サイクル 後熱電流：１４ｋＡ−４サイクル アルミ合金薄板（サンプル）：ＪＩＳに規定されている
Ａ５１８２−Ｏ材（板厚１ｍｍ） 寿命評価：ＪＩＳ−Ｚ３１３６（Ｂ級最小値）２０点お
きにサンプリングを行った。寿命が１０００点以上で○
印、１０００点未満で×印とした。

【００３４】

【表４】

【００３５】表４から、本発明範囲内の通電時間１〜４
サイクルの範囲内であれば、連続打点性も改善されるこ
とがわかる。なお、４サイクル以上は効果が飽和するこ
とから、５サイクルを超える長い通電には意味はない。

【００３６】

【表５】

【００３７】表５から、予通電の電流については、比較
例４（溶接電流Ｉ：１％）に示すように、溶接電流が５
％未満では改善が得られないが、５％以上６０％以下の
範囲内ではその効果が見られることがわかる。ただし、
比較例３（溶接電流Ｉ：７０％）に示すように、６０％
を超えると効果は飽和し、逆に電極寿命は下がり出す。

【００３８】〔実施例５〕実施例１と同様の供試体およ
び溶接機を用い、予通電の完了から溶接電流の通電開始
までの間の時間｛時間間隔（サイクル）｝の電極寿命に
対する影響を調査した。

【００３９】なお、諸元は下記に示す通りである。 溶接機 ：単相交流溶接機 電極 ：ＤＲ形電極（電極径；１６ｍｍφ、先端径；
６ｍｍφ、先端曲率；４０Ｒ、材質クロム銅） 加圧力 ：３００ｋｇ 溶接電流：２５ｋＡ−５サイクル 後熱電流：１４ｋＡ−４サイクル 予通電 ：２サイクル、４０％ アルミ合金薄板（サンプル）：ＪＩＳに規定されている
Ａ５１８２−Ｏ材（板厚１ｍｍ） 寿命評価：ＪＩＳ−Ｚ３１３６（Ｂ級最小値）２０点お
きにサンプリングを行った。寿命が１０００点以上で○
印、１０００点未満で×印とした。

【００４０】

【表６】

【００４１】表６から、時間間隔が広いほど打点数が多
くなることがわかる。ただし、作業能率上１００サイク
ル以上の時間をとることは意味がない。

【００４２】〔実施例６〕実施例１と同様の溶接機を用
い、種々のアルミ合金薄板（サンプル）に実施例１と同
様の有機被覆を施した有機被覆材の供試体を用いて、継
手強度および電極寿命を調査した。継手強度は実施例
１、電極寿命は実施例４と同様の評価方法で実施した。

【００４３】なお、諸元は下記に示す通りである。 溶接機 ：単相交流溶接機 電極 ：ＤＲ形電極（電極径；１６ｍｍφ、先端径；
６ｍｍφ、先端曲率；４０Ｒ、材質クロム銅） 加圧力 ：３００ｋｇ 溶接電流：２５ｋＡ−５サイクル 後熱電流：１４ｋＡ−４サイクル 予通電 ：２サイクル、４０％ アルミ合金薄板（サンプル）：ＪＩＳに規定されている
Ｏ材（Ａ−１０５０、１１００、５０５２、５１５４、
５１８２）（板厚１ｍｍ） 継手評価：ＪＩＳ−Ｚ３１３６に準じ、強度が７０％以
上を○印、７０％未満を×印とした。 寿命評価：ＪＩＳ−Ｚ３１３６（Ｂ級最小値）２０点お
きにサンプリングを行った。寿命が１０００点以上で○
印、１０００点未満で×印とした。

【００４４】

【表７】

【００４５】表７からわかるように、アルミ合金薄板の
種類にかかわらず、有機被覆アルミ合金薄板の溶接強度
および電極寿命は良好であった。

【００４６】〔実施例７〕実施例１と同様の有機被覆を
施した有機被覆材の供試体を用い、溶接機を種々変え
て、継手強度および電極寿命を調査した。継手強度は実
施例１、電極寿命は実施例４と同様の評価方法で実施し
た。

【００４７】なお、諸元は下記に示す通りである。 溶接機 ：下記溶接機（単相交流、単相整流、三相整
流、三相低周波、コンデンサー） 電極 ：ＤＲ形電極（電極径；１６ｍｍφ、先端径；
６ｍｍφ、先端曲率；４０Ｒ、材質クロム銅） 加圧力 ：３００ｋｇ 溶接電流：２５ｋＡ−５サイクル 後熱電流：１４ｋＡ−４サイクル 予通電 ：２サイクル、４０％ アルミ合金薄板（サンプル）：ＪＩＳに規定されている
Ａ５１８２−Ｏ材（板厚１ｍｍ） 継手評価：ＪＩＳ−Ｚ３１３６に準じ、強度が７０％以
上を○印、７０％未満を×印とした。 寿命評価：ＪＩＳ−Ｚ３１３６（Ｂ級最小値）２０点お
きにサンプリングを行った。寿命が１０００点以上で○
印、１０００点未満で×印とした。

【００４８】

【表８】

【００４９】表８から、単相交流溶接機をはじめとし
て、多種の適用溶接機があることがわかる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、有機被覆されたアルミニウム薄板およびアルミニウ
ム合金薄板の抵抗スポット溶接において、十分な強度の
スポット溶接継手が得られるとともに、電極寿命につい
ても、被覆無し材の場合と同様の極めて長寿命を確保す
ることが可能となり、かくして、工業上有用な効果がも
たらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な抵抗スポット溶接の原理を示す断面図
である。

【図２】この発明の実施例における、予通電の電流値
（％）と適正電流範囲との関係を示すグラフである。

【図３】この発明の実施例における、予通電のサイクル
数と適正電流範囲との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１、２：溶接すべき板 ３、４：電極 ５：ナゲット ６：適正電流範囲 ７：引張剪断強さがＪＩＳ−Ｂ級最小値を得る電流 ８：溶着電流

フロントページの続き (72)発明者 麻野 雅三 東京都港区芝二丁目３番３号 三菱アルミ ニウム株式会社内 (72)発明者 谷川 久男 東京都港区芝二丁目３番３号 三菱アルミ ニウム株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機物を含む被覆層を有するアルミニウ
   ム薄板またはアルミニウム合金薄板の抵抗スポット溶接
   方法であって、溶接電流の通電に先だって電流値が前記
   溶接電流の５〜６０％の範囲内の予通電をすることを特
   徴とする有機被覆されたアルミニウム薄板およびアルミ
   ニウム合金薄板の溶接方法。
2. 【請求項２】 予通電の通電時間を１〜４サイクルの範
   囲内とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 予通電の完了から溶接電流の通電開始ま
   での時間を１００サイクル以下とする請求項１または２
   記載の方法。