WO2024014146A1 - 抵抗スポット溶接方法 - Google Patents

Abstract

抵抗スポット溶接方法の提供を目的とする。本発明は、少なくとも１枚の亜鉛系めっき鋼板を含む２枚以上の鋼板を接合する抵抗スポット溶接方法であって、第１通電工程では３．０√ｔｍｍ以上４．５√ｔｍｍ以下のナゲット径となるナゲットを形成し、第２通電工程では、１０ｍｓ以上１６０ｍｓ未満の間、無通電状態を保持する冷却工程と、２０ｍｓ以上２００ｍｓ未満の間、通電する通電工程とからなるｎ段の多段階の工程とし、さらに、多段階の工程における各段の通電工程の電流値が（１）式および（２）式を満たし、かつ１段目の電流値Ｉ1が第１通電工程の電流値以上とする。 Ｉ1 ≦Ｉ2 ≦ ・・・・ ≦ Ｉn　…（１） Ｉ1＜Ｉn　…（２）

Description

抵抗スポット溶接方法

　本発明は、抵抗スポット溶接方法に関する。

　一般に、２枚以上の鋼板を重ね合わせた鋼板同士の接合には、重ね抵抗溶接方法の一種である抵抗スポット溶接方法が用いられている。この溶接方法は、図１に示すように、重ね合わせた２枚の鋼板１、２を板組とし、その板組の上下側を一対の電極３、４により挟み、その板組の上下側から一対の電極３、４で加圧しつつ、上下電極間に溶接電流を通電して鋼板同士を接合する方法である。溶接電流を流すことで発生する抵抗発熱を使用して、点状の溶接部５を得る。この点状の溶接部５はナゲットと呼ばれ、重ね合わせた鋼板に溶接電流を流した際に鋼板の接触箇所で両鋼板１、２が溶融し、凝固した部分であり、これにより鋼板同士が点状に接合される。なお、図１には、一例として２枚の鋼板を重ね合わせたものを示している。

　しかしながら、表面処理鋼板を含む複数の鋼板を重ね合わせた板組の抵抗スポット溶接では、溶接部に割れが生じることがあるという問題がある。ここで、表面処理鋼板とは、電気亜鉛めっき、溶融亜鉛めっき（合金化溶融亜鉛めっきを含む）に代表される亜鉛めっきや、亜鉛のほかにアルミニウムやマグネシウムなどの元素を含んだ亜鉛合金めっきなどの金属めっき層を、母材（下地鋼板）の表面上に有する鋼板を言う。亜鉛めっきや亜鉛合金めっきの融点は、母材の融点よりも低いため、以下のような問題がある。

　すなわち、溶接部の割れは、溶接中に鋼板表面の低融点の金属めっき層が溶融し、電極による加圧力や鋼板の熱膨張および収縮による引張応力が溶接部に加わった際に、溶融した低融点の金属が表面処理鋼板の母材の結晶粒界に侵入して粒界強度を低下させ、割れを引き起こす、いわゆる液体金属脆性に起因する割れであると考えられている。

　このような割れは、溶接部に大きな変形が加わる場合に発生しやすく、例えば散りが発生するような条件で溶接した場合に図８のような電極３、４と接する側の鋼板１、２の表面において発生しやすくなる。一方で、継手強度の確保の観点からは、ナゲット径の大きなナゲットを確保することが重要となる。実施工においては、溶接時に、溶接したい領域の近傍に存在する溶接打点への分流や、連続打点による電極の損耗などの施工外乱の影響により、溶接したい領域に十分な電流密度が確保できない場合がある。そのような場合には入熱量が減少するため、所定のナゲット径を確保することが困難となる。上記の入熱量が減少するケースを考慮したうえで溶接時の電流値を大きく設定することで、ナゲット径の大きなナゲットを確保することが可能となる。しかし、その場合には散りの発生に代表されるような、溶接部の大きな変形が発生し、割れ発生のリスクが高まる。以上のように、実施工において溶接時の割れの発生を抑制しつつ、ナゲット径の大きなナゲットを安定して確保することは難しく、表面処理鋼板の実用上の課題となっている。

　このような課題への対策として、例えば特許文献１～４に記載の技術が挙げられる。特許文献１では、高強度めっき鋼板のスポット溶接において、溶接通電時間および溶接通電後の保持時間を適正に調整することで、割れの発生を抑制する方法が提案されている。

　また、特許文献２では、通電パターンを３段以上の通電とし、適正電流範囲が１．０ｋＡ以上、好ましくは２．０ｋＡ以上となるように、通電時間、溶接電流などの溶接条件を調整し、各段の間に冷却時間を設ける。これにより、割れの発生を抑制する方法が提案されている。上記の「適正電流範囲」とは、所望のナゲット径以上で、かつ溶融残圧が０．０５ｍｍ以上であるナゲット径を安定して形成できる電流範囲をいう。

　また、特許文献３では、通電後の保持時間を適正に調整することで、割れの発生を抑制する方法が提案されている。

　また、特許文献４では、本通電でナゲットを形成した後に、ナゲットの成長を伴わない短時間後通電を付与することで継手の十字引張強度を向上する方法が提案されている。

特開２００３－１０３３７７号公報 特開２００３－２３６６７６号公報 特開２０１７－４７４７６号公報 特開２０１２－１８７６３９号公報

　しかしながら、特許文献１および特許文献２では、施工外乱の影響については検討されておらず、自動車組み立て時の実施工を考慮すると、対策としては不十分な場合があった。

　また、特許文献３は通電終了後から電極開放までの時間に発生する割れを抑止できる技術であり、通電中に発生する割れについては言及されておらず、このような割れを抑止することは困難な場合があった。

　また、特許文献４は溶接時の割れについては言及されておらず、本通電で大きなナゲット径を形成する条件では鋼板表面の変形が大きくなり、割れが発生する場合があった。

　なお、このような表面処理鋼板において溶接時の割れの発生を抑制しつつ、ナゲット径の大きなナゲットを安定して確保することが難しいという問題は、自動車用鋼板を抵抗スポット溶接する場合に限らず、その他の鋼板の抵抗スポット溶接においても同様に存在する。

　本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、表面処理鋼板の溶接時の割れを抑制しつつ、ナゲット径の大きなナゲットを安定して確保することが可能な、抵抗スポット溶接方法を提供することを目的とする。

　本発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた。

　溶接時の割れは、溶接部に大きな変形が発生した場合に生じやすい。そのため、変形を最小限に抑えつつナゲットを拡大させることができれば、溶接時の割れを抑制し、かつナゲット径の大きなナゲットを安定して確保することができる。また、溶接部の変形の原因の一つに散りがあり、大きな散り（すなわち、飛散する液体金属量の多い散り）を抑制することが、溶接時の割れの抑制に有効であることが分かった。

　抵抗スポット溶接時の工程を第１通電工程と第２通電工程の２工程に分ける。第１通電工程では、極端な変形が起こらない範囲で通電し、ある程度のナゲット径のナゲットを形成する。この際、変形を抑えるために電流値を調整することから、十分に大きなナゲットが形成されず、例えばナゲット径が小さくなるような外乱が存在する場合には所定のナゲット径となるナゲットを確保できない問題が生じる場合がある。そこで、第２通電工程では、溶接部に大きな変形を発生させないように通電条件を調整してナゲットを拡大させる。これにより、抵抗スポット溶接時の割れの発生を抑制しつつ、ナゲット径の大きなナゲットを安定して確保するのである。

　以下に、第１通電工程および第２通電工程における通電条件について示す。

　第１通電工程では、後の第２通電工程において大きな変形が発生しないような溶接部を形成することが重要となる。この工程では、電流値や通電パターンを調整することにより入熱を調整し、ナゲットの周囲の圧接部（コロナボンド部）を強固に接合することができる。これにより、後の第２通電工程において散りの規模（すなわち、飛散する溶融金属の量）を小さく抑えることができるため、溶接部の変形が小さくなり、その結果割れの発生を抑えることが可能となる。

　第２通電工程では、第１通電工程における電流値以上の電流値で通電することでナゲットを拡大させることができるが、長時間の通電を行うと、入熱が過大となり溶接部に大きな変形が発生してしまう。そこで、短時間通電と短時間冷却を繰り返す通電パターンとすることで、ナゲットを段階的に拡大させつつ、溶接部の変形を抑えることができるため、溶接時の割れの発生を抑制することが可能となる。このような通電パターンにおいては、散りが発生した場合においても、短時間通電によりその規模（すなわち、散りによって飛散する溶融金属の量）を小さく抑えることができる。このため、溶接部の変形が小さくなり、その結果、溶接時の割れの発生を抑えることが可能となる。この際、第２通電工程において繰り返し通電の電流値を徐々に大きくすることで、ナゲットを効果的に拡大する、すなわち散りの規模を抑えながらナゲット径を拡大することができる。

　本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、要旨は以下のとおりである。
［１］　少なくとも１枚の亜鉛系めっき鋼板を含む２枚以上の鋼板を重ね合わせて抵抗スポット溶接で接合する抵抗スポット溶接方法であって、
　前記抵抗スポット溶接は、第１通電工程と第２通電工程とを有し、
　前記第１通電工程では、重ね合わせた前記鋼板のうち、最も薄い鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）とするとき、３．０√ｔ（ｍｍ）以上４．５√ｔ（ｍｍ）以下のナゲット径となるナゲットを電流値と通電時間を設定することで形成し、
　前記第２通電工程では、
１０ｍｓ以上１６０ｍｓ未満の間、無通電状態を保持する冷却工程と、２０ｍｓ以上２００ｍｓ未満の間、通電する通電工程とからなるｎ段（ｎは２以上の整数）の多段階の工程とし、
さらに、前記多段階における、１段目の前記通電工程の電流値をＩ1（ｋＡ）、ｎ段目の前記通電工程の電流値をＩn（ｋＡ）とするとき、１段目の電流値Ｉ1は前記第１通電工程の電流値以上であり、かつ各段の電流値Ｉ1～Ｉnが（１）式および（２）式を満たす、抵抗スポット溶接方法。
Ｉ1 ≦Ｉ2 ≦ ・・・・ ≦ Ｉn　　…（１）
Ｉ1＜Ｉn　　…（２）
［２］　前記第１通電工程は、通電開始時の電流値をＩs（ｋＡ）、通電終了時の電流値をＩf（ｋＡ）とするとき、
前記通電開始時から前記通電終了時までの電流値が一定となるように通電し、
あるいは、前記通電開始時の電流値Ｉsおよび前記通電終了時の電流値Ｉfが（３）式を満たすように可変に通電する、［１］に記載のスポット溶接方法。
Ｉf ＞Ｉs 　　…（３）
［３］　前記第１通電工程を可変に通電するときには、前記第１通電工程はｍ段（ｍは２以上の整数）の多段通電であり、
　前記多段通電での各段の電流値をＩ1´～Ｉm´（ｋＡ）とし、かつ、１段目の電流値Ｉ1´が前記通電開始時の電流値Ｉsと同一およびｍ段目の電流値Ｉm´が前記通電終了時の電流値Ｉfと同一とするとき、前記多段通電での各段の電流値Ｉ1´～Ｉm´が（４）式を満たす、［２］に記載の抵抗スポット溶接方法。
I1´ ＜ I2´ ＜ I3´ ＜ ・・・ ＜ Im´　　…（４）
［４］　前記第１通電工程を可変に通電するときには、
前記通電開始時の電流値Ｉsから前記通電終了時の電流値Ｉfまで、連続的に電流値を増加させるアップスロープ通電である、［２］に記載の抵抗スポット溶接方法。
［５］　前記第１通電工程の終了後に形成されるナゲット径をＮ１（ｍｍ）、前記第１通電工程および前記第２通電工程の終了後に形成されるナゲット径をＮ２（ｍｍ）とするとき、
（Ｎ２－Ｎ１）で表される前記第２通電工程でのナゲット径の拡大量が０．１√ｔ（ｍｍ）以上である、［１］～［４］のいずれか１つに記載の抵抗スポット溶接方法。
［６］　前記亜鉛系めっき鋼板は、（５）式で表されるＣｅｑが０．２０％以上であり、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板である、［１］～［５］のいずれか１つに記載の抵抗スポット溶接方法。
Ｃｅｑ（％）＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋２Ｐ＋４Ｓ　　…（５）
ここで、（５）式中の元素記号は、各元素の含有量（質量％）を示す。

　本発明によれば、表面処理鋼板の溶接時の割れ発生を抑制しつつ、ナゲット径の大きなナゲットを安定的に形成することができるので、産業上格段の効果を奏する。

図１は、本発明の抵抗スポット溶接の例を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の抵抗スポット溶接方法の通電パターンの第１実施形態を説明する図である。 図３は、本発明の抵抗スポット溶接方法の通電パターンの第２実施形態を説明する図である。 図４は、本発明の抵抗スポット溶接方法の通電パターンの第３実施形態を説明する図である。 図５は、本発明の実施例における抵抗スポット溶接の試験片を示す図であり、上側が平面図、下側が側面図である。 図６は、本発明の実施例における抵抗スポット溶接の試験片を示す図であり、上側が平面図、下側が側面図である。 図７は、本発明の実施例における抵抗スポット溶接の試験片を示す図であり、上側が平面図、下側が側面図である。 図８は、従来の抵抗スポット溶接時の割れの発生例を模式的に示す断面図である。

　以下、各図を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されない。

　本発明の抵抗スポット溶接方法は、少なくとも１枚の亜鉛系めっき鋼板を含む２枚以上の鋼板を重ね合わせて板組とし、この板組を１対の溶接電極で挟持した状態で加圧しながら後述の溶接条件で通電する。これにより、抵抗発熱によって鋼板間にナゲットを形成すると共に、重ね合わせた鋼板を接合するものである。この抵抗スポット溶接方法により、亜鉛系めっき鋼板を含む板組であっても、抵抗スポット溶接時の割れ発生を抑制しつつ、ナゲット径の大きなナゲットを安定的に形成可能な溶接継手を製造できる。

　まず、本発明の抵抗スポット溶接方法における溶接条件について説明する。

　本発明では、抵抗スポット溶接の工程として、第１通電工程と第２通電工程とを有する。第１通電工程では、３．０√ｔ（ｍｍ）以上４．５√ｔ（ｍｍ）以下のナゲット径となる溶接部を形成する。第２通電工程では、無通電状態を保持する冷却工程および特定パターンで通電する通電工程からなる多段階の工程を行うことで、第１通電工程で形成したナゲットを拡大する。

　＜第１通電工程＞
　第１通電工程では、重ね合わせた鋼板のうち、最も薄い鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）とするとき、３．０√ｔ（ｍｍ）以上４．５√ｔ（ｍｍ）以下のナゲット径となるナゲットを、少なくとも電流値Ｉp（ｋＡ）と通電時間ｔp（ｍｓ）を設定し、通電することで形成する。この際、散りを発生させることなくナゲットを形成する通電条件とする。電流値Ｉp（ｋＡ）と通電時間ｔpを設定するための目標ナゲット径は、外乱のない状態で溶接を行った場合のナゲット径を指す。

　形成するナゲット径が３．０√ｔ（ｍｍ）未満の場合は、第１通電工程において形成されるナゲット径が小さすぎるため、後の第２通電工程においてナゲットを効果的に十分に拡大することが難しくなる。その結果、ナゲット径の大きなナゲットの確保が困難となる。また、形成するナゲット径が４．５√ｔ（ｍｍ）を超える場合は、通電による入熱が過大となり溶接部が変形し、割れが発生しやすい。したがって、第１通電工程で形成するナゲット径は、３．０√ｔ（ｍｍ）以上４．５√ｔ（ｍｍ）以下とする。

　第１通電工程で形成するナゲット径は、好ましくは、４．０√ｔ（ｍｍ）～４．５√ｔ（ｍｍ）の範囲とする。４．０√ｔ（ｍｍ）～４．５√ｔ（ｍｍ）の範囲であるならば、後の第２通電工程において割れを発生させずにナゲット径を拡大させる効果をより顕著に得ることができる。

　ここで、上記の「ｔ」は鋼板の板厚（ｍｍ）を指す。具体的には、板組を構成する重ね合わせた鋼板のうち、最も薄い鋼板の板厚をｔとする。例えば、板組を構成する複数の鋼板の板厚がそれぞれ異なる場合には、その中で最も薄い鋼板の板厚をtとし、また、重ね合わせた鋼板の各合わせ面に形成される複数のナゲット径のうち、最小のナゲット径を対象にして、当該最小のナゲット径が３．０√ｔ（ｍｍ）以上４．５√ｔ（ｍｍ）以下のナゲット径となるよう第１通電工程の電流値と通電時間を設定する。

　なお、第１通電工程における電流値、通電時間および加圧力は、上記のナゲット径を確保することが可能な溶接条件を適宜選択することができる。例えば、散りを発生させることなく上記のナゲット径となるナゲットを形成する観点から、第１通電工程における抵抗スポット溶接の溶接条件として、電流値Ｉpは４～１０ｋＡ、通電時間ｔpは１００～５００ｍｓ、加圧力は１．５ｋＮ～８．０ｋＮの範囲から板組に応じて適宜選択することが好ましい。

　本発明では、第１通電工程を次の通電パターンに制御してもよい。具体的には、上述の第１通電工程および第２通電工程の溶接条件に加えて、第１通電工程の通電開始時から通電終了時までの電流値が一定となるように通電してもよく、あるいは、第１通電工程の通電開始時から通電終了時までの電流値が後述の（３）式を満たすように可変に通電してもよい。

　ここでは、図２～図４を用いて、第１通電工程の好ましい実施形態として、３種の通電パターンについて説明する。なお、第２通電工程の説明については、後述するので省略する。

　〔第１の通電パターン〕（好適条件）
　図２を参照し、第１の通電パターンとして、第１通電工程の電流値Ｉpを一定（すなわち、定電流）とする例を説明する。
図２に示すように、第１通電工程においては、通電開始時の電流値をＩs（ｋＡ）、通電終了時の電流値をＩf（ｋＡ）とするとき、通電開始時の電流値Ｉsおよび通電終了時の電流値Ｉfが一定となるように通電することができる。この通電により、３．０√ｔ（ｍｍ）以上４．５√ｔ（ｍｍ）以下のナゲット径となる溶接部を形成する。上記の「電流値を一定とする」とは、通電開始時から通電終了時までの電流値を変化させず、一定となるよう設定して行う通電を指す。

　〔第２および第３の通電パターン〕（好適条件）
　図３および図４を参照し、第２および第３の通電パターンとして、第１通電工程の電流値Ｉpを可変とする例を説明する。
第１通電工程においては、通電開始時の電流値をＩs（ｋＡ）、通電終了時の電流値をＩf（ｋＡ）とするとき、通電開始時の電流値Ｉsおよび通電終了時の電流値Ｉfが（３）式を満たすように可変に通電することができる。この通電により、３．０√ｔ（ｍｍ）以上４．５√ｔ（ｍｍ）以下のナゲット径となる溶接部を形成する。
Ｉf ＞Ｉs　　…（３）

　本発明では、上述のように、第１通電工程において、後の第２通電工程で大きな変形が発生しないような溶接部を形成することが重要である。そのための方法として、第１通電工程の通電時の電流が（３）式を満足するように制御し、可変電流とすることができる。

　電流が可変となるように制御する方法としては、例えば「多段通電（図３を参照）」や「アップスロープ通電（図４を参照）」が挙げられる。このように電流が増加するように可変に制御することで、第１通電工程においてナゲット周囲の圧接部をより強固に接合することができ、後の第２通電工程において散りの発生を抑制し、また散りが発生した場合においても散りの規模を小さく抑えることができる。これにより、溶接部の変形が小さくなり、その結果、割れの発生を抑えることが可能となる。

　以下に、具体的な一例について説明する。

　〔第２の通電パターン：多段通電〕
　図３に示すように、第１通電工程を可変に通電するときには、第１通電工程の通電をｍ段（ｍは２以上の整数）の多段通電とすることができる。この多段通電での各段の電流値をＩ1´～Ｉm´（ｋＡ）とし、かつ、１段目の電流値Ｉ1´（ｋＡ）が上記通電開始時の電流値Ｉs（ｋＡ）と同一およびｍ段目の電流値Ｉm´（ｋＡ）が上記通電終了時の電流値Ｉf（ｋＡ）と同一とするとき、第１通電工程の多段通電での各段の電流値Ｉ1´～Ｉm´が（４）式を満たすように制御する。
Ｉ1´＜Ｉ2´＜Ｉ3´＜・・・＜Ｉm´　　（４）

　ｍ段の多段通電とするとき、１段目の電流値Ｉ1´（ｋＡ）、２段目の電流値Ｉ2´（ｋＡ）、３段目の電流値Ｉ3´（ｋＡ）、・・・・、およびｍ段目（最終段）の電流値Ｉm´（ｋＡ）が、（４）式を満たさない場合、圧接部への入熱不足となる。その結果、第１通電工程においてナゲット周囲の圧接部を強固に接合することができず、後の第２通電工程において発生する可能性のある散りの規模を小さく抑える効果が得られない。またナゲットを十分に成長させることが難しく、上記した範囲のナゲット径を得られない可能性もある。

　多段通電とする場合、第１通電工程での通電時間は、各段における通電時間の合計が上記の通電時間ｔp（１００～５００ｍｓ）の範囲内となるように制御することが好ましい。

　多段を示す「ｍ」は２以上の整数とする。施工時の溶接条件の管理が複雑になりすぎることを防ぐ観点では、ｍは５以下とすることが好ましい。

　〔第３の通電パターン：アップスロープ通電〕
　図４に示すように、第１通電工程の通電は、上記の通電開始時の電流値Ｉsから上記の通電終了時の電流値Ｉfまで、連続的に電流値を増加させるアップスロープ通電とすることができる。これにより、第１通電工程においてナゲット周囲の圧接部を強固に接合し、後の第２通電工程において散りの規模を小さく抑えることができる。そのため、溶接部の変形が小さくなり、その結果、割れの発生を抑えることが可能となる。

　＜第２通電工程＞
　上述の第１通電工程の後、第２通電工程を行う。この際、第２通電工程において繰り返し通電の電流値を徐々に大きくすることが重要である。電流値を徐々に大きくすることにより、ナゲットを効果的に拡大することができる。

　第２通電工程において散りの規模を小さく抑えるためには、繰り返し通電の各段においてナゲットを段階的に拡大することが有効である。繰り返し通電の電流値を一定とした場合には、繰り返しの前半ではナゲット拡大効果が比較的大きく、繰り返しの後半では比較的小さくなる。一方で、繰り返し通電の電流値を徐々に大きくすることで、繰り返し通電の前半後半に関わらず、ナゲットを段階的に大きくする効果を顕著に得ることができる。

　具体的には、第２通電工程では、１０ｍｓ以上１６０ｍｓ未満の間、無通電状態を保持する冷却工程と、２０ｍｓ以上２００ｍｓ未満の間、通電する通電工程とからなるｎ段（ｎは２以上の整数）の多段階の工程とする。さらに、この多段階における、１段目の通電工程の電流値をＩ1（ｋＡ）、ｎ段目（最終段）の通電工程の電流値をＩn（ｋＡ）とするとき、１段目の電流値Ｉ1は第１通電工程の電流値以上であり、かつ、各段の電流値Ｉ1～Ｉnが（１）式および（２）式を満たすように調整する。
Ｉ1≦Ｉ2≦Ｉ3≦・・・・≦Ｉn　…（１）
Ｉ1＜Ｉn　…（２）

　ここで、上記の「１段目の電流値Ｉ1は第１通電工程の電流値以上」における「第１通電工程の電流値」とは、定電流（図２を参照）の場合には「電流値Ｉp」を指し、可変電流（図３、４を参照）の場合には「通電終了時の電流値Ｉf」を指す。

　[冷却工程]
　冷却工程における無通電時間が１０ｍｓ未満の場合は、十分な冷却効果を得ることができず、溶接部の大きな変形が発生しやすくなるため、割れが発生しやすい。無通電時間が１６０ｍｓ以上の場合には、多段階にすることに効果、すなわち繰り返し通電によるナゲットの拡大効果を十分に得られない。したがって、各段における冷却工程の無通電時間は、１０ｍｓ以上１６０ｍｓ未満とする。当該無通電時間は、好ましくは１０～１２０ｍｓとする。

　[通電工程]
　通電工程における通電時間が２０ｍｓ未満の場合は、入熱不足によりナゲットの拡大効果を十分に得られない。通電時間が２００ｍｓ以上の場合は、一度の通電で過大な入熱を加えることにより溶接部の大きな変形が発生しやすく、割れが発生しやすい。したがって、各段における通電工程の通電時間は、２０ｍｓ以上２００ｍｓ未満とする。

　本発明では、上述のように第２通電工程でナゲットを拡大する。溶接部の変形を抑えつつ、ナゲット径を安定的に拡大する効果をより顕著に得たい場合には、第２通電工程の各段における、冷却工程の無通電時間を１０～８０ｍｓ、通電工程の通電時間を２０～１００ｍｓとすることが好ましい。冷却工程の無通電時間は、より好ましくは１０ｍｓ以上８０ｍｓ未満であり、さらに好ましくは１０～６０ｍｓであり、さらに一層好ましくは１０～２０ｍｓである。

　なお、通電工程における電流値が（１）式かつ（２）式を満たさない場合は、ナゲットを効果的に拡大する効果が得られない。

　また本発明では、第２通電工程における各段の通電工程の電流値は、（１）式に加えて、次の条件を満たすことが好ましい。
具体的には、段数：ｋ段目の通電での電流値をＩk（ｋＡ）、段数：（ｋ+１）段目の通電での電流値をI(k+1)（ｋＡ）としたとき、I(k+1)≦１．３×Ｉkとすることが好ましい。ここで、ｋは、１以上ｎ－１以下の整数とする。この範囲であれば、急激な入熱の上昇を抑制することができ、大きな散りの発生による溶接部の変形をより抑制しやすい。

　第２通電工程における多段階に行う工程の数（段数）は、２段以上１０段以下とすることが好ましい。段数が１０段を超える場合には、ナゲットの拡大効果が飽和するため大きな効果を得られにくく、溶接工程全体の総時間が長くなる。そのため、施工効率の観点では、段数は１０段以下が好ましい。

　＜ナゲット径の拡大量＞（好適条件）
　本発明で径の大きなナゲットを確保する観点からは、第１通電工程終了後に形成されるナゲット径をＮ１（ｍｍ）、第１通電工程および第２通電工程終了後に形成されるナゲット径をＮ２（ｍｍ）とするとき、第２通電工程でのナゲット径の拡大量である（Ｎ２－Ｎ１）の値は０．１√ｔ（ｍｍ）以上であることが好ましい。（Ｎ２－Ｎ１）の値は、より好ましくは０．３√ｔ（ｍｍ）以上であり、さらに好ましくは０．５√ｔ（ｍｍ）以上である。

　また、第２通電工程でのナゲット径の拡大が極端に大きい場合は、入熱過多により溶接部の変形が大きくなり、割れが発生する場合があるため、上記拡大量は３．０√ｔ（ｍｍ）以下とすることが好ましい。（Ｎ２－Ｎ１）の値は、より好ましくは２．５√ｔ（ｍｍ）以下であり、さらに好ましくは２．０√ｔ（ｍｍ）以下である。

　＜鋼板＞
　本発明は、板組の上側および下側に配置される各溶接電極（上電極、下電極）と接する板組の両面、もしくは片面のいずれか一方が、金属めっき層を有する表面処理鋼板である板組の抵抗スポット溶接方法に適用される。ここで、上記の「各溶接電極と接する板組の両面」とは、上電極および下電極と接する、複数の鋼板で構成される板組のうち最も外側に配置される２枚の鋼板を指す。また、上記の「各溶接電極と接する板組の片面のいずれか一方」とは、上電極あるいは下電極と接する、複数の鋼板で構成される板組のうち最も外側に配置される２枚の鋼板のいずれか一方の鋼板を指す。なお、金属めっき層の融点は、表面処理鋼板の母材の融点よりも低いものを対象とすることが好ましい。

　上述のように、表面処理鋼板とは、電気亜鉛めっき、溶融亜鉛めっき（合金化溶融亜鉛めっきを含む）に代表される亜鉛めっきや、亜鉛のほかにアルミニウムやマグネシウムなどの元素を含んだ亜鉛合金めっきなどの金属めっき層を、母材（下地鋼板）の表面上に有する鋼板を言う。ここでは、このような表面処理鋼板を「亜鉛系めっき鋼板」と称する。したがって、本発明では、上記の板組を構成する複数の鋼板のうち、少なくとも１枚が亜鉛系めっき鋼板とする。

　上述の亜鉛系めっき鋼板は、以下に示す（５）式で表される炭素当量（Ｃｅｑ）（％）が０．２０％以上であり、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板（高強度亜鉛系めっき鋼板）であることが好ましい。
Ｃｅｑ（％）＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋２Ｐ＋４Ｓ　…（５）
ここで、（５）式中の元素記号は、各元素の含有量（質量％）を示し、元素が含有されていない場合は０とする。

　高強度鋼板は割れに対する感受性が高く、溶接時の割れ発生が問題になりやすいため、炭素当量が０．２０％以上の場合に、本発明の効果をより一層発揮することができる。

　炭素当量の上限は特に規定しない。炭素当量の極端に高い、すなわち割れに対する感受性が極端に高い鋼板は、本発明の通電パターンを適用しても割れ抑止効果を十分に得られない場合がある。このことから、炭素当量（Ｃｅｑ）は、０．６０％以下とすることが好ましく、０．５０％以下とすることがより好ましい。

　例えば、少なくとも１枚の亜鉛系めっき鋼板を含む３枚以上の鋼板を重ね合わせた板組を用いる場合には、板組の上側および下側に配置される溶接電極（上電極および下電極）のいずれかに接している亜鉛系めっき鋼板のうち、いずれか１枚で炭素当量が０．２０％以上であればよい。

　なお、本発明で用いる高強度亜鉛系めっき鋼板の成分組成は、上述の炭素当量（Ｃｅｑ）の範囲および引張強さを得られるように適宜調整すればよい。

　本発明において、抵抗スポット溶接する鋼板の板厚は、特に限定されない。例えば０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。板厚がこの範囲内である鋼板は、自動車用部材として好適に使用することができる。

　抵抗スポット溶接する２枚以上の鋼板は、同種および同形状の鋼板であってもよいし、異種や異形状の鋼板であってもよい。また、金属めっき層を有する表面処理鋼板と金属めっき層を有さない鋼板とを重ね合わせてもよい。

　一例として、図１には、２枚の鋼板を重ね合わせた板組を本発明の抵抗スポット溶接方法で接合している状態を示す。図１に示すように、１対の溶接電極、すなわち板組の下側に配置される溶接電極４（下電極）および板組の上側に配置される溶接電極３（上電極）で、重ね合わせた鋼板（下鋼板２と上鋼板１）を挟持して、加圧しながら上述の溶接条件で通電する。重ね合わせる鋼板の枚数は、４枚以下とすることが好ましい。

　なお、本発明の抵抗スポット溶接方法を実施する装置や溶接電極として、次のものを用いることができる。

　本発明の抵抗スポット溶接方法を実施する装置は、下電極と上電極によって加圧し、且つその加圧力を制御する構成であればよく、この構成は特に限定されない。例えば、エアシリンダやサーボモータ等の機器が使用できる。また、通電の際に電流を供給し、且つ電流値を制御する構成も特に限定されず、直流、交流のいずれにも本発明を適用できる。交流の場合は、「電流」は「実効電流」を意味する。

　また、下電極や上電極の先端の形式も特に限定されない。例えば、ＪＩＳ　Ｃ　９３０４：１９９９に記載されるＤＲ形（ドームラジアス形）、Ｒ形（ラジアス形）、Ｄ形（ドーム形）等が挙げられる。各電極の先端径は、例えば４ｍｍ～１６ｍｍである。曲率半径は例えば１０ｍｍ～４００ｍｍであり、先端が平坦なＦｌａｔ型電極とすることもできる。

　以上の説明では、２枚の鋼板を重ね合わせて抵抗スポット溶接する場合について主に述べた。本発明は３枚以上の鋼板を重ね合わせて抵抗スポット溶接する場合についても、同様に適用可能であり、同様に上述の効果を得ることができる。

　以下、本発明の作用および効果について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

　本実施例では、少なくとも１枚の亜鉛系めっき鋼板を含む２枚の鋼板を使用し、該鋼板を重ね合わせて板組とした（表１を参照）。ここでは、上鋼板および下鋼板として、上述の（５）式で表される炭素当量（Ｃｅｑ）、引張強さ、および鋼板の板厚が表１に示す条件の合金化溶融亜鉛めっき（ＧＡ）鋼板および冷延鋼板を用いた。板組に対して表２－１～表４－２に示す条件で抵抗スポット溶接を行い、溶接継手を作製した。

　表２－１は、第１通電工程を一定の電流値で通電し、かつ、第２通電工程を冷却工程および通電工程からなる多段階の工程で通電する場合の溶接条件である。表３－１は、第１通電工程を可変の電流値で通電（多段通電）し、かつ、第２通電工程を冷却工程および通電工程からなる多段階の工程で通電する場合の溶接条件である。表４－１は、第１通電工程を可変の電流値で通電（アップスロープ通電）し、かつ、第２通電工程を冷却工程および通電工程からなる多段階の工程で通電する場合の溶接条件である。

　なお、表２－１、表３－１および表４－１に示す「第２通電工程」は、冷却工程と通電工程からなるｎ段（ｎは２以上の整数）の多段階の工程である。また、表３－１に示す「第１通電工程」の多段通電では、「１段目の電流値Ｉ1´（ｋＡ）」とは「通電開始時の電流値Ｉs（ｋＡ）」を指しており、「最終段（ｍ段目）の電流値Ｉm´（ｋＡ）」とは「通電終了時の電流値Ｉf（ｋＡ）」を指している。すなわち、ｍ＝３の多段通電とする場合、最終段となる３段目の電流値が通電終了時の電流値となる。

　抵抗スポット溶接は常温で行い、溶接電極（下電極、上電極）を常に水冷した状態で行った。下電極と上電極は、いずれも先端の直径（先端径）が６ｍｍ、曲率半径が４０ｍｍとし、クロム銅製のＤＲ形電極とした。また、上電極をサーボモータで駆動することによって加圧力を制御し、通電の際には直流電源を供給した。

　溶接継手は、１つの溶接条件につき「外乱なし」、「板隙あり」、「既打点あり」の３つの外乱条件で作製し、得られた各溶接継手を用いてナゲット径および割れ（ＬＭＥ割れ）の発生有無を観察した。

　ここで、図５～図７を参照して、上記の３つの外乱条件で溶接継手を作製する場合について説明する。各図には抵抗スポット溶接の鋼板を重ね合わせた状態の試験体を示しており、上側の図がその平面図であり、下側の図がその側面図である。

　外乱条件が「外乱なし」の溶接継手については、次のように作製した。図５に示すように、上記の鋼板から作製した３０ｍｍ×１００ｍｍ（短辺×長辺）の大きさの鋼板（上鋼板１、下鋼板２）を２枚準備し、該鋼板を重ね合わせて試験体とし、試験体中央の溶接部６を表２－１、表３－１および表４－１に示す条件で溶接して溶接継手を作製した。得られた溶接継手の溶接部６を用いて、ナゲット径および割れの発生有無を観察した。

　外乱条件が「板隙あり」の溶接継手については、次のように作製した。図６に示すように、上記の鋼板から作製した３０ｍｍ×１００ｍｍ（短辺×長辺）の大きさの鋼板（上鋼板１、下鋼板２）を２枚準備し、該鋼板の２枚の間で該鋼板の両端部分に、厚さが１．６ｍｍで３０ｍｍ×２５ｍｍ（長辺×短辺）の大きさのスペーサ７、８を挟み込んで試験体とした。試験体中央の溶接部６を表２－１、表３－１および表４－１に示す条件で溶接して溶接継手を作製した。得られた溶接継手の溶接部６を用いて、ナゲット径および割れの発生有無を観察した。

　外乱条件が「既打点あり」の試験体については、次のように作製した。図７に示すように、上記の鋼板から作製した３０ｍｍ×１００ｍｍ（短辺×長辺）の大きさの鋼板（上鋼板１、下鋼板２）を２枚準備し、該鋼板を重ね合わせて試験体とした。試験体中央から長手方向に２０ｍｍ離れた位置にそれぞれナゲット径５ｍｍとなる既溶接点９、１０を配置し、その後、試験体中央の溶接部６を表２－１、表３－１および表４－１に示す条件で溶接して溶接継手を作製した。得られた溶接継手の溶接部６を用いて、ナゲット径および割れの発生有無を観察した。

　ナゲット径、上記拡大量および割れの発生有無の評価と判定は、以下の通り行った。

　〔ナゲット径および上記拡大量の評価〕
　第１通電工程後のナゲット径（Ｎ１）については、各外乱条件における試験で、第１通電工程のみの溶接試験を事前に実施し、断面観察を行うことでナゲット径を測定した。
ここでは、溶接部を切断した断面をエッチング後、光学顕微鏡により観察し、鋼板間におけるナゲット径を測定した。得られた測定値を、表２－２、表３－２および表４－２中の「第１通電工程後のナゲット径Ｎ１」欄に示した。

　第２通電工程後のナゲット径（Ｎ２）については、上記の３つの外乱条件で溶接試験を実施して得られた各溶接継手を用い、上述と同様の方法で測定した。得られた測定値を、表２－２、表３－２および表４－２中の「第２通電工程後のナゲット径Ｎ２」欄にそれぞれ示した。

　また、第２通電工程でのナゲット径の拡大量を示す（Ｎ２－Ｎ１）で算出される値を、表２－２、表３－２および表４－２中の「Ｎ２－Ｎ１」欄に示した。

　〔割れの評価〕
　割れ（ＬＭＥ割れ）の評価は、上記の３つの外乱条件で溶接試験を実施して得られた各溶接継手を用いて行った。溶接部断面を光学顕微鏡で観察した結果、溶接部表面に２００μｍ以上の割れが観察された場合に、「割れあり」と評価した。一方、２００μｍ以上の割れが観察されなかった場合に、「割れなし」と評価した。「割れあり」と評価された場合には表２－２、表３－２および表４－２中に「あり」と示し、「割れなし」と評価された場合には表２－２、表３－２および表４－２中に「なし」と示した。

　〔判定〕
　判定については、上記の３つの外乱条件の全てで、溶接後のナゲット径（Ｎ２）が４．５√ｔ（ｍｍ）以上、かつ割れが発生しなかったものを「〇（合格）」と評価した。一方、それ以外のものを「×（不合格）」と評価した。評価結果を表２－２、表３－２および表４－２に示した。

　なお、表２－１および表２－２に示す試番１１では、上述のように、板組Ｃに対して第１通電工程の溶接条件がナゲットを大きく作りすぎる条件であったために、第１通電工程後のナゲット径（Ｎ１）が所定範囲を外れるものもあった。

　表２－１～表４－２から明らかなように、本発明例では外乱の条件に関わらず、割れがなく、かつナゲット径が目標径を確保された良好な溶接継手を得られた。これに対して、比較例では良好な溶接継手が得られなかった。

　１　　　　上鋼板
　２　　　　下鋼板
　３　　　　上電極
　４　　　　下電極
　５　　　　ナゲット
　６　　　　溶接部
　７、８　　　　スペーサ
　９、１０　　　既溶接点

Claims (7)

1. 　少なくとも１枚の亜鉛系めっき鋼板を含む２枚以上の鋼板を重ね合わせて抵抗スポット溶接で接合する抵抗スポット溶接方法であって、
   　前記抵抗スポット溶接は、第１通電工程と第２通電工程とを有し、
   　前記第１通電工程では、重ね合わせた前記鋼板のうち、最も薄い鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）とするとき、３．０√ｔ（ｍｍ）以上４．５√ｔ（ｍｍ）以下のナゲット径となるナゲットを電流値と通電時間を設定することで形成し、
   　前記第２通電工程では、
   １０ｍｓ以上１６０ｍｓ未満の間、無通電状態を保持する冷却工程と、２０ｍｓ以上２００ｍｓ未満の間、通電する通電工程とからなるｎ段（ｎは２以上の整数）の多段階の工程とし、
   さらに、前記多段階における、１段目の前記通電工程の電流値をＩ1（ｋＡ）、ｎ段目の前記通電工程の電流値をＩn（ｋＡ）とするとき、１段目の電流値Ｉ1は前記第１通電工程の電流値以上であり、かつ各段の電流値Ｉ1～Ｉnが（１）式および（２）式を満たす、抵抗スポット溶接方法。
   Ｉ1 ≦Ｉ2 ≦ ・・・・ ≦ Ｉn　　…（１）
   Ｉ1＜Ｉn　　…（２）
2. 　前記第１通電工程は、通電開始時の電流値をＩs（ｋＡ）、通電終了時の電流値をＩf（ｋＡ）とするとき、
   前記通電開始時から前記通電終了時までの電流値が一定となるように通電し、
   あるいは、前記通電開始時の電流値Ｉsおよび前記通電終了時の電流値Ｉfが（３）式を満たすように可変に通電する、請求項１に記載のスポット溶接方法。
   Ｉf ＞Ｉs 　　…（３）
3. 　前記第１通電工程を可変に通電するときには、前記第１通電工程はｍ段（ｍは２以上の整数）の多段通電であり、
   　前記多段通電での各段の電流値をＩ1´～Ｉm´（ｋＡ）とし、かつ、１段目の電流値Ｉ1´が前記通電開始時の電流値Ｉsと同一およびｍ段目の電流値Ｉm´が前記通電終了時の電流値Ｉfと同一とするとき、前記多段通電での各段の電流値Ｉ1´～Ｉm´が（４）式を満たす、請求項２に記載の抵抗スポット溶接方法。
   I1´ ＜ I2´ ＜ I3´ ＜ ・・・ ＜ Im´　　…（４）
4. 　前記第１通電工程を可変に通電するときには、
   前記通電開始時の電流値Ｉsから前記通電終了時の電流値Ｉfまで、連続的に電流値を増加させるアップスロープ通電である、請求項２に記載の抵抗スポット溶接方法。
5. 　前記第１通電工程の終了後に形成されるナゲット径をＮ１（ｍｍ）、前記第１通電工程および前記第２通電工程の終了後に形成されるナゲット径をＮ２（ｍｍ）とするとき、
   （Ｎ２－Ｎ１）で表される前記第２通電工程でのナゲット径の拡大量が０．１√ｔ（ｍｍ）以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接方法。
6. 　前記亜鉛系めっき鋼板は、（５）式で表されるＣｅｑが０．２０％以上であり、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板である、請求項１～４のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接方法。
   Ｃｅｑ（％）＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋２Ｐ＋４Ｓ　　…（５）
   ここで、（５）式中の元素記号は、各元素の含有量（質量％）を示す。
7. 　前記亜鉛系めっき鋼板は、（５）式で表されるＣｅｑが０．２０％以上であり、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板である、請求項５に記載の抵抗スポット溶接方法。
   Ｃｅｑ（％）＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋２Ｐ＋４Ｓ　　…（５）
   ここで、（５）式中の元素記号は、各元素の含有量（質量％）を示す。

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