JP3628382B2 - Resistance welding method of aluminum material - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はアルミニウム材の抵抗溶接技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
構造体の軽量化を図るためにアルミニウム材が使用され、車体の縦桁と支柱とを結節部材を介して接合する技術が特開昭60−135375号公報にて公開されている。同技術に類似する工法を次図で詳しく説明する。
【0003】
図14(a),(b)はアルミニウム構造体の接合施工図であり、角パイプ101,102,103を接合する場合に、例えばT字状の継手104を準備し、この継手104に角パイプ101〜103の端部を差込み、TIG、MIG又はレーザ溶接法により接合して、(b)に示す構造体を製造するというものである。上記角パイプ101〜103は中空閉断面構造のアルミニウムフレームであり、押出法によって製造され、また上記継手104は形状が複雑であるためアルミニウム鋳物である。
【0004】
図15(a),(b)はアルミニウムフレームにアルミニウム板を抵抗溶接する改良された従来例図であり、(a)に示す通り、アルミニウムフレーム120に予めフランジ121を一体形成しておき、このフランジ121にアルミニウム板122を載せて、電極113,114にて抵抗溶接するというものである。
(b)は溶接後の断面図であり、123はナゲット(溶着金属)である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記図14に示したアルミニウム構造体の接合法において、溶接法をTIGやMIGにすれば熱歪が大きくなり、歪み取り熱処理が不可欠となり、工費が高騰し且つ工期が長くなるという不都合がある。レーザ溶接法では熱歪は問題ないが高い加工精度が要求されるために作業効率が悪く工費の低減は難しい。また、結節部材を用いるため、部品点数が増しコストが増加する。
【0006】
図15のアルミニウムフレームにアルミニウム板を抵抗溶接する技術では、溶接に係る費用は低く抑えることが可能であるが、フランジを予め形成しなければならず、アルミニウムフレームの材料費、製造費は割高となり、しかもフランジが強度メンバとなるためにアルミニウムフレームをフランジ方向へ曲げることは困難となり、アルミニウムフレームの2次加工が難しくなるなどの問題がある。
【0007】
又、(b)において、フランジ121とアルミニウム板122の接合面は電極による押圧部分の他の部分も接触しているため、溶接電流が溶接しない部分にまで流れてしまい、溶接すべき部分の電流が低下してしまう問題があった。ここで、所望の溶接強度を得るため、電極間の電流値を上げる方法があるが、コストが問題となる。
そこで、本発明の目的は中空断面フレームとアルミニウム板との接合において、継手やフランジが無くても行え、低電流でも所望の溶接強度が得られる抵抗溶接方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項1は、中空断面構造のアルミニウムフレームに、電流集中部材を載せ、この電流集中部材を囲うように難導電材をアルミニウムフレームに載せ、これら電流集中部材並びに難導電材の上にアルミニウム板を載せ、これらアルミニウムフレームとアルミニウム板とを電極で押圧維持しつつ、通電する。
【0009】
請求項2は、電流集中部材を、アルミニウムの小片としたことを特徴とする。
【0010】
請求項3は、電流集中部材を、アルミニウム板又はアルミニウムフレームに形成した突起としたことを特徴とする。
【0011】
請求項4は、難導電材を、樹脂としたことを特徴とする。
【0012】
請求項5は、難導電材を、液状樹脂に金属の粉末又はセラミックスの粉末を混練したものとしたことを特徴とする。
【0013】
【作用】
請求項1では、電流集中部材とアルミニウムフレームとの間並びに電流集中部材とアルミニウム板との間に電流が集中するので、溶接部の強度が高くなる。また、難導電材を介在したので、アルミニウムフレームとアルミニウム板との間に電流が流れにくくなり、電流のロスを少なくすることができる。
【0014】
請求項2では、電流集中部材をアルミニウム小片とし、このアルミニウム小片に電流を集中させる。
【0015】
請求項3では、電流集中部材を、アルミニウム板又はアルミニウムフレームに形成した突起とし、この突起に電流を集中させる。
【0016】
請求項4では、難導電材を樹脂とし、この樹脂を板状又はフィルム状にしてアルミニウム板とアルミニウムフレームとの間に挿入する。
【0017】
請求項5では、難導電材を液状樹脂に金属の粉末又はセラミックスの粉末を混練したものとし、これをアルミニウム板とアルミニウムフレームとの間に挟んで、クリアランスを保つ。
【0018】
【実施例】
本発明の実施例を添付図に基づいて以下に説明する。
図1(a),(b)は本発明に係る抵抗溶接方法の第1実施例を示す斜視図であり、(a)において、中空断面構造のアルミニウムフレーム1の接合面にアルミニウム小片2を載せ、このアルミニウム小片2にアルミニウム板3を載せる。次に、(b)において、アルミニウム小片2を通る直線上に電極4,5が来るようにしてアルミニウム板3とアルミニウムフレーム1とを電極4,5で挟む。
【0019】
図2(a),(b)は図1(b)の2−2線断面図であり、(a)において、電極4,5で押圧しつつ、通電して抵抗溶接を行う。電流は図の矢印のように電極4からアルミニウム板3、アルミニウム小片2、アルミニウムフレーム1を通って電極5に流れる。アルミニウム小片2の断面積は小さいので、この部分に電流は集中する。
【0020】
(b)において、規定の通電時間を経て、アルミニウム小片2はジュール熱により溶融し、アルミニウムフレーム1とアルミニウム板2の接合面にナゲット6が形成される。
【0021】
図3は本発明に係る抵抗溶接方法の第2実施例を示す斜視図(要部)であり、アルミニウム板13に、アルミニウムフレーム1に接合する面に突起13a(図4参照)を設けて抵抗溶接を行う。
【0022】
図4は図3の4−4線断面図であり、アルミニウムフレーム1とアルミニウム板13とは、アルミニウム板13の突起部13aの小面積で接触するため、溶接電流はこの部分に集中し、良好な抵抗溶接が行える。
尚、dは突起径、hは突起高さである。
この突起の形成は、プレスで複数箇所を同時に行えるので、容易に形成できる。
【0023】
尚、電極4は突起径に対し充分に大きい外径となっているので、突起溶融後もアルミニウム板13を加圧し続け、良好な溶接を行なえる。
図5は本発明に係る抵抗溶接後の溶着部の断面図であり、アルミニウム板13の突起13aは規定の通電時間を経て溶融し、その結果、ナゲット6が形成される。
【0024】
本発明法の突起径による溶接強度の評価結果を表1に基づいて説明する。尚、この評価に使用したアルミニウムフレーム1は肉厚3mm、40mm角のJIS−6063−T5(Al−Mg−Si系アルミニウム合金)押出材、アルミニウム板3は板厚1.2mmのJIS−5182(Al−Mg系アルミニウム合金)圧延材、電極4,5は直径が6mmで、先端の曲率半径がR80mmの無酸素銅電極である。
【0025】
この試験方法は、図5に示すように、溶接後のアルミニウムフレーム1とアルミニウム板13とをそれぞれ矢印のように引張り、溶着部が剪断で破断する時の荷重を測定するやり方である。
尚、アルミニウム板13の突起高さhはどの実施例でも1mmとした。
【0026】
【表1】
【0027】
実施例1〜4及び比較例1:
実施例1〜4、比較例1において、溶接電流は24kA、溶接時間は8サイクル、加圧力は300kgfである。
実施例1:
図4に示す突起部13aの径dを5mmとしたところ、溶接部の引張剪断強度は130kgfとなり、後に述べる比較例1に対し強度倍率は6.5倍(130kgf/20kgf)と大幅に改善された。
【0028】
実施例2:
突起部13aの径dを7mmとしたところ、溶接部の引張剪断強度は220kgfとなり、比較例1に対し11倍と大幅に改善された。
【0029】
実施例3:
突起部13aの径dを10mmとしたところ、溶接部の引張剪断強度は250kgfとなり、比較例1に対し12.5倍と大幅に改善された。
【0030】
実施例4:
突起部13aの径dを15mmとしたところ、溶接部の引張剪断強度は220kgfとなり、比較例1に対し11倍と大幅に改善された。
【0031】
比較例1:
突起無しの条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は20kgfと非常に小さい。
【0032】
図6は表1の結果を示すグラフであり、横軸は突起径、縦軸は引張剪断強度を表す。突起径無しの条件である比較例1に対し、突起のある実施例1〜4は引張剪断強度が大幅に向上し、突起径10mmまでは突起径とともに増加している。
実施例3は実施例4に対しても引張剪断強度が大きく、溶接電流の集中度合い及び形成されるナゲットの大きさの点から最適条件であることが分かった。
【0033】
図7は(a),(b)は本発明に係る突起形成の別実施例の説明図であり、溶射による突起形成方法を示す。
(a)において、アルミニウム板3の表面の溶接すべき部分を除いてマスキング材7を貼付ける。この状態で溶接部分に溶融したアルミニウムをノズルより噴射し塗布する。表面にアルミニウム被膜8が形成される。
(b)において、アルミニウム板3よりマスキング材7を取除くと、アルミニウム板3の表面にアルミニウム被膜8による突起が形成される。
【0034】
この他に突起を形成する方法として、高真空中で金属材料を加熱し蒸発させて、溶接材表面に付着・推積させる物理蒸着(PVD)や、金属材料をガス化し、このガスを熱、プラズマ、光等を用いて活性化して溶接材の表面上で化学反応を起こさせ、膜を形成する化学蒸着(CVD)を用いてもよい。
【0035】
図8(a),(b)は本発明に係る抵抗溶接方法の第2実施例を示す斜視図であり、溶接位置のアルミニウム小片の周囲に難導電材を配置した例である。
(a)において、中空断面構造のアルミニウムフレーム1の接合面にアルミニウム小片2,2Aを載せ、このアルミニウム小片2,2Aの周囲に難導電材9を載せる。
この後、これらの上にアルミニウム板3を載せる。
【0036】
その後に、(b)において、一方のアルミニウム小片2を通る直線上に電極4,5が来るようにしてアルミニウム板3とアルミニウムフレーム1とを電極4,5で挟む。
【0037】
難導電材9は、溶接中にずれないようにアルミニウムフレーム1表面上に粘着剤等を用いて貼付けてもよい。
この難導電材としては、樹脂、金属製の板・シート・テープ材が適当である。
【0038】
図9(a),(b)は図8(b)の9−9線断面図であり、(a)において、難導電材9の厚さは、溶接後のアルミニウムフレーム1とアルミニウム板3との間隔を、溶接強度の関係からできるだけ小さくするため、0.1mm程度とする。アルミニウム小片2の厚さは1mm程度であり、溶接前は、難導電材9とアルミニウム板3との間に隙間を生じる。
【0039】
電極4,5で押圧しつつ、通電して1打点目の抵抗溶接を行う。電流は図の矢印のように電極4からアルミニウム板3、アルミニウム小片2、アルミニウムフレーム1を通って電極5に流れる。アルミニウム小片2の断面積は小さいので、この部分に電流は集中する。
【0040】
(b)において、規定の通電時間を経て、アルミニウム小片2は溶接電流により溶融し、アルミニウムフレーム1とアルミニウム板3の接合面にナゲット6が形成される。
溶接後のアルミニウムフレーム1とアルミニウム板3との間隔は、難導電材9の厚さに保たれる。
次に、他方のアルミニウム小片2Aを通る直線上に電極4,5が来るように移動させ、アルミニウム板3とアルミニウムフレーム1とを電極4,5で挟み、加圧通電して2打点目の溶接を行う。
【0041】
電流は矢印のように、一つには電極4からアルミニウム板3、アルミニウム小片2A、アルミニウムフレーム1を経て、電極5に流れる。もう一つは、電極4からアルミニウム板3、1打点目のナゲット、アルミニウムフレーム1を経て、電極5に流れる。1打点目の溶接を行ってもアルミニウムフレーム1とアルミニウム板3との間には難導電材9が介在しているので、ナゲットの周囲からは電流は流れず、2打点目の溶接への影響は少なくなる。この後、2打点目にもナゲット(不図示)が形成される。
【0042】
図10(a)〜(d)は本発明に係る抵抗溶接方法の第2実施例の変形例を示す断面図であり、難導電材として粘性液状樹脂又は粘性液状樹脂に金属粉末を混練したものを使用した例を示す。尚、この金属自体も難導電材料である。
(a)において、アルミニウムフレーム1にアルミニウム小片2を載せ、このアルミニウム小片2の周囲に粘性液状樹脂である難導電材9Aを盛り、これらの上にアルミニウム板3を載せ、アルミニウム小片2を通る直線上に電極4,5が来るように挟んで加圧通電する。電流は矢印のように流れる。
【0043】
(b)において、所定の通電時間を経てアルミニウム小片2は溶融し、アルミニウムフレーム1とアルミニウム板3の間にナゲット6が形成される。ナゲット6の周囲には難導電材9Aの薄膜ができ、溶接に無効な電流が流れるのを防止する。
この難導電材9Aとしては、エポキシ樹脂が適当である。他に接着剤やシーリング材で、要は電気抵抗の高い材料であり、溶接時の温度に耐えるものであれば良い。
【0044】
(c)において、難導電材9Bは、粘性液状樹脂に金属粉末を混練したものであり、溶接後のナゲット6の周囲には難導電材9Bの膜ができる。この膜は金属粉末の粒径(平均200μm程度)によりアルミニウムフレーム1とアルミニウム板3とのクリアランスを一定に保ち絶縁性を高める。
この難導電材9Bの金属粉末としては、酸化アルミニウム、チタンが適当である。又、金属に限らず、セラミックスの粉末でも差し支えない。
【0045】
(d)では、粘性液状樹脂である難導電材9Aを使用した場合の2打点目の電流の流れを示したものであり、電流は矢印のように、一つには電極4からアルミニウム板3、アルミニウム小片2A、アルミニウムフレーム1を経て、電極5に流れる。もう一つは、電極4からアルミニウム板3、1打点目のナゲット、アルミニウムフレーム1を経て、電極5に流れる。
【0046】
1打点目の溶接を行ってもアルミニウムフレーム1とアルミニウム板3との間には難導電材9Aが介在しているので、ナゲットの周囲からは電流は流れず、2打点目の溶接への影響は少なくなる。この後、2打点目にもナゲット(不図示)が形成される。
【0047】
本発明法の突起と難導電材との組合せによる2点打点時の溶接強度の評価結果を表2に基づいて説明する。尚、この評価に使用したアルミニウムフレーム1は肉厚3mm、40mm角のJIS−6063−T5(Al−Mg−Si系アルミニウム合金)押出材、アルミニウム板3は板厚1.2mmのJIS−5182(Al−Mg系アルミニウム合金)圧延材、電極4,5は直径が16mmで、先端の曲率半径がR80mmの無酸素銅電極である。
この試験方法は、表1の試験方法と同一であり、説明を省略する。
尚、どの比較例、実施例ともアルミニウム板13の突起径はφ10mm、突起高さは1mmとした。
【0048】
【表2】
【0049】
実施例5〜8及び比較例2,3:
実施例5〜8、比較例2,3において、溶接電流は24kA、溶接時間は8サイクル、加圧力は300kgfである。
実施例5:
難導電材として0.1mm厚の塩化ビニールシートを粘着材を使用して貼付け、この状態で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は370kgfとなった。後で述べる比較例3に対して強度倍率は1.4倍であり、充分な強度を有する。
【0050】
実施例6:
難導電材として粘度100000cpのエポキシ樹脂を使用した条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は360kgfとなった。比較例3に対して強度倍率は1.3倍であり、充分な強度を有する。
【0051】
実施例7:
難導電材として粘度50000cpのエポキシ樹脂に平均粒径200μm、Vf10%の酸化アルミニウムを混練して使用した条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は400kgfとなった。比較例3に対して強度倍率は1.5倍であり、充分な強度を有する。
【0052】
実施例8:
難導電材として粘度50000cpのエポキシ樹脂に平均粒径200μm、Vf10%のチタンを混練して使用した条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は350kgfとなった。比較例3に対して強度倍率は1.3倍であり、充分な強度を有する。
【0053】
比較例2:
突起無し、難導電材無しの条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は30kgfと非常に小さい。
【0054】
比較例3:
突起有り、難導電材無しの条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は270kgfとなった。
【0055】
図11は表2の結果を示すグラフであり、横軸は評価方法(比較例1,2、実施例5〜8)、縦軸は引張剪断強度を表す。
難導電材無しの条件である比較例3に対し、難導電材有りの条件である実施例5〜8はどれも引張剪断強度が大幅に向上している。
【0056】
次に、本発明法の突起有りについて、粘性液状樹脂の粘度による2点打点時の溶接強度の評価結果を表3に基づいて説明する。尚、この評価に使用したアルミニウムフレーム1は肉厚3mm、40mm角のJIS−6063−T5(Al−Mg−Si系アルミニウム合金)押出材、アルミニウム板3は板厚1.2mmのJIS−5182(Al−Mg系アルミニウム合金)圧延材、電極4,5は直径が16mmで、先端の曲率半径がR80mmの無酸素銅電極である。
【0057】
この試験方法は、表1の試験方法と同一であり、説明を省略する。
尚、どの実施例ともアルミニウム板13の突起径はφ10mm、突起高さは1mmとし、粘性液状樹脂はエポキシ樹脂とした。
【0058】
【表3】
【0059】
実施例9〜14:
実施例9〜14において、溶接電流は24kA、溶接時間は8サイクル、加圧力は300kgfである。
実施例9:
粘性液状樹脂の粘度を100cpとした条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は270kgfとなった。表2で説明を行った比較例3に対して溶接強度は同一となった。
【0060】
実施例10:
粘性液状樹脂の粘度を500cpとした条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は280kgfとなった。比較例3に対して溶接強度は同等となった。
【0061】
実施例11:
粘性液状樹脂の粘度を1000cpとした条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は280kgfとなった。比較例3に対して溶接強度は同等となった。
【0062】
実施例12:
粘性液状樹脂の粘度を5000cpとした条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は350kgfとなった。比較例3に対して強度倍率は1.3倍となり、充分な強度を有する。
【0063】
実施例13:
粘性液状樹脂の粘度を10000cpとした条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は380kgfとなった。比較例3に対して強度倍率は1.4倍となり、充分な強度を有する。
【0064】
実施例14:
粘性液状樹脂の粘度を100000cpとした条件で抵抗溶接したところ、溶接後の引張剪断試験において、溶接部の引張剪断強度は400kgfとなった。比較例3に対して強度倍率は1.5倍となり、充分な強度を有する。
【0065】
図12は表3の結果を示すグラフであり、横軸は粘性液状樹脂の樹脂粘度(対数目盛)、縦軸は引張剪断強度を表す。
樹脂粘度が大きくなるにつれて、引張剪断強度は増加する。
引張剪断強度の増加傾向をみると、粘度1000cpの実施例11に対し、粘度5000cpの実施例12の変化が大きく、強度そのものも400kgf近くと大きいため、難導電材としての粘性液状樹脂の粘度は5000cp以上が望ましい。
【0066】
図13は本発明に係る抵抗溶接方法の変形例を示す図であり、中空断面構造押出材のアルミニウムフレーム同士の接合方法である。
この方法は、まず、中空断面構造の第1のアルミニウムフレーム21の接合部を、複数の突起を有し、アルミニウムフレーム21の幅よりも大きな幅を有するアルミニウム板23,23で挟み込む。この時、アルミニウムフレーム21とアルミニウム板23,23との間には難導電材(不図示)を挿入しておく。
次に、アルミニウム板23,23の溶接部を2つの電極(不図示)で挟み、複数個所を加圧通電して溶接する。
【0067】
次に2つのアルミニウム板23,23の突接部23a,23aの間に第2のアルミニウムフレーム22を挿入し、第1のアルミニウムフレーム21に当接させる。この時、アルミニウムフレーム22とアルミニウム板23,23との間には難導電材を挿入しておく。
この後、第2のアルミニウムフレーム22、2つのアルミニウム板23,23を2つの電極で挟み、複数個所を加圧通電して溶接する。
【0068】
【発明の効果】
請求項1の抵抗溶接方法は、中空断面構造のアルミニウムフレームに、電流集中部材を載せ、この電流集中部材を囲うように難導電材をアルミニウムフレームに載せ、これら電流集中部材並びに難導電材の上にアルミニウム板を載せ、これらアルミニウムフレームとアルミニウム板とを電極で押圧維持しつつ、通電するので、電流集中部材とアルミニウムフレームとの間並びに電流集中部材とアルミニウム板との間に電流が集中し、溶接部強度を増すことが可能となる。即ち、必要溶接強度を得るのに低電流で済む。また、2打点目以降を溶接する時も難導電材の作用で溶接に無効な電流が流れず、溶接に寄与する電流が低下しにくく、溶接部強度を大きくできる。即ち、2打点目以降の必要溶接強度を得るのに低電流で済む。
【0069】
請求項2の抵抗溶接方法は、電流集中部材は、アルミニウムの小片なので、溶接個所の位置決めが容易となり、溶接するための準備工数が多くかからない。
【0070】
請求項3の抵抗溶接方法は、電流集中部材は、前記アルミニウム板又はアルミニウムフレームに形成した突起なので、容易に形成でき、溶接するための準備工数が多くかからない。
【0071】
請求項4の抵抗溶接方法は、難導電材は、樹脂なので、樹脂を板状又はフィルム状としてアルミニウム板とアルミニウムフレームとの間に挿入でき、クリアランスを確保して、難導電材の効果を高め、効率の良い溶接が可能となる。
【0072】
請求項5の抵抗溶接方法は、難導電材は、液状樹脂に金属の粉末又はセラミックスの粉末を混練したものなので、金属の粉末又はセラミックスの粉末がアルミニウム板とアルミニウムフレームとの間に挟まれて,クリアランスを保つことができ、難導電材の効果を高め、効率の良い溶接が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る抵抗溶接方法の第1実施例を示す斜視図
【図2】図1(b)の2−2線断面図
【図3】本発明に係る抵抗溶接方法の第2実施例を示す斜視図(要部)
【図4】図3の4−4線断面図
【図5】本発明に係る抵抗溶接後の溶着部の断面図
【図6】表1の結果を示すグラフ
【図7】本発明に係る突起形成の別実施例の説明図
【図8】本発明に係る抵抗溶接方法の第2実施例を示す斜視図
【図9】図8(b)の9−9線断面図
【図10】本発明に係る抵抗溶接方法の第2実施例の変形例を示す断面図
【図11】表2の結果を示すグラフ
【図12】表3の結果を示すグラフ
【図13】本発明に係る抵抗溶接方法の変形例を示す図
【図14】アルミニウム構造体の接合施工図
【図15】アルミニウムフレームにアルミニウム板を抵抗溶接する改良された従来例図
【符号の説明】
1…アルミニウムフレーム、2,2A…アルミニウム小片(電流集中部材)、3,13…アルミニウム板、9,9A,9B…難導電材、13a…突起(電流集中部材)。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a resistance welding technique for aluminum materials.
[0002]
[Prior art]
An aluminum material is used in order to reduce the weight of the structure, and a technique for joining a stringer and a column of a vehicle body via a knot member is disclosed in JP-A-60-135375. A construction method similar to this technology is described in detail in the following figure.
[0003]
FIGS. 14 (a) and 14 (b) are diagrams for joining aluminum structures. When joining the
[0004]
15 (a) and 15 (b) are diagrams showing an improved conventional example in which an aluminum plate is resistance-welded to an aluminum frame. As shown in FIG. 15 (a), a
(B) is sectional drawing after welding, 123 is a nugget (welded metal).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the joining method of the aluminum structure shown in FIG. 14, if the welding method is TIG or MIG, the thermal strain becomes large, the strain removing heat treatment becomes indispensable, the construction cost increases, and the construction period becomes long. In the laser welding method, there is no problem with thermal distortion, but since high machining accuracy is required, work efficiency is low and it is difficult to reduce the work cost. Further, since the knot member is used, the number of parts increases and the cost increases.
[0006]
In the technique of resistance welding of an aluminum plate to the aluminum frame of FIG. 15, the cost for welding can be kept low, but the flange must be formed in advance, and the material cost and manufacturing cost of the aluminum frame are expensive. Moreover, since the flange becomes a strength member, it is difficult to bend the aluminum frame in the flange direction, and there is a problem that secondary processing of the aluminum frame becomes difficult.
[0007]
Further, in (b), since the joining surface of the
Accordingly, an object of the present invention is to provide a resistance welding method which can be performed without a joint or a flange in joining a hollow cross-section frame and an aluminum plate and can obtain a desired welding strength even at a low current.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a current cross-sectional structure of an aluminum frame having a current-concentrating member mounted thereon, and a non-conductive material placed on the aluminum frame so as to surround the current-concentrating member. In addition, an aluminum plate is placed on the hardly conductive material, and the aluminum frame and the aluminum plate are energized while being pressed by the electrodes.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, the current concentration member is a small piece of aluminum.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, the current concentration member is a protrusion formed on an aluminum plate or an aluminum frame.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, the hardly conductive material is a resin.
[0012]
The fifth aspect of the present invention is characterized in that the hardly conductive material is obtained by kneading a metal powder or a ceramic powder in a liquid resin.
[0013]
[Action]
According to the first aspect, the current concentrates between the current concentrating member and the aluminum frame and between the current concentrating member and the aluminum plate, so that the strength of the welded portion is increased . Also, since the intervening Nanshirube material, current is difficult to flow between the aluminum frame and the aluminum plate, it is possible to reduce the loss of current.
[0014]
According to the second aspect of the present invention , the current concentration member is an aluminum piece, and the current is concentrated on the aluminum piece.
[0015]
According to a third aspect of the present invention , the current concentration member is a protrusion formed on an aluminum plate or an aluminum frame, and the current is concentrated on the protrusion.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention , the hardly conductive material is a resin, and the resin is formed into a plate shape or a film shape and inserted between the aluminum plate and the aluminum frame.
[0017]
According to the fifth aspect of the present invention , the hardly conductive material is a liquid resin in which metal powder or ceramic powder is kneaded, and this is sandwiched between an aluminum plate and an aluminum frame to maintain clearance.
[0018]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIGS. 1A and 1B are perspective views showing a first embodiment of a resistance welding method according to the present invention. In FIG. 1A, an
[0019]
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views taken along line 2-2 of FIG. 1B. In FIG. 2A, resistance welding is performed by energization while pressing with the
[0020]
In (b), after a predetermined energization time, the
[0021]
FIG. 3 is a perspective view (essential part) showing a second embodiment of the resistance welding method according to the present invention. The
[0022]
4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 3. Since the
Here, d is the protrusion diameter, and h is the protrusion height.
Since the projection can be formed at a plurality of locations simultaneously by pressing, it can be easily formed.
[0023]
Since the
FIG. 5 is a cross-sectional view of the welded portion after resistance welding according to the present invention. The
[0024]
The evaluation result of the welding strength according to the projection diameter of the method of the present invention will be described based on Table 1. The
[0025]
As shown in FIG. 5, this test method is a method in which the welded
In addition, the protrusion height h of the
[0026]
[Table 1]
[0027]
Examples 1 to 4 and Comparative Example 1:
In Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the welding current is 24 kA, the welding time is 8 cycles, and the applied pressure is 300 kgf.
Example 1:
When the diameter d of the
[0028]
Example 2:
When the diameter d of the protruding
[0029]
Example 3:
When the diameter d of the protruding
[0030]
Example 4:
When the diameter d of the protruding
[0031]
Comparative Example 1:
When resistance welding was performed under conditions without protrusions, in the tensile shear test after welding, the tensile shear strength of the welded portion was as extremely low as 20 kgf.
[0032]
FIG. 6 is a graph showing the results of Table 1. The horizontal axis represents the protrusion diameter, and the vertical axis represents the tensile shear strength. Compared to Comparative Example 1 where there is no protrusion diameter, Examples 1 to 4 with protrusions have greatly improved tensile shear strength, and the protrusion diameter increases up to 10 mm with the protrusion diameter.
Example 3 has a larger tensile shear strength than Example 4 and was found to be the optimum condition in terms of the degree of concentration of the welding current and the size of the nugget formed.
[0033]
FIGS. 7A and 7B are explanatory views of another embodiment of the protrusion formation according to the present invention, and show a protrusion formation method by thermal spraying.
In (a), the masking
In (b), when the masking
[0034]
Other methods for forming protrusions include physical vapor deposition (PVD) in which a metal material is heated and evaporated in a high vacuum to adhere to and accumulate on the surface of the welded material, and the metal material is gasified. Chemical vapor deposition (CVD) may be used in which a film is formed by causing a chemical reaction on the surface of the welding material by activation using plasma, light, or the like.
[0035]
FIGS. 8A and 8B are perspective views showing a second embodiment of the resistance welding method according to the present invention, which is an example in which a hardly conductive material is arranged around an aluminum piece at a welding position.
In (a), the
Thereafter, the
[0036]
Thereafter, in (b), the
[0037]
The hardly
As the hardly conductive material, a resin, a metal plate / sheet / tape material is suitable.
[0038]
9 (a) and 9 (b) are cross-sectional views taken along line 9-9 of FIG. 8 (b). In FIG. 9 (a), the thickness of the difficult-to-
[0039]
While being pressed by the
[0040]
In (b), after a prescribed energization time, the
The distance between the
Next, the
[0041]
As indicated by the arrows, the current flows from the
[0042]
FIGS. 10A to 10D are cross-sectional views showing a modification of the second embodiment of the resistance welding method according to the present invention, in which a metal powder is kneaded into a viscous liquid resin or a viscous liquid resin as a hardly conductive material. An example using is shown. This metal itself is also a difficult conductive material.
In (a), an
[0043]
In (b), the
An epoxy resin is suitable as the hardly
[0044]
In (c), the hardly conductive material 9B is obtained by kneading metal powder into a viscous liquid resin, and a film of the hardly conductive material 9B is formed around the
As the metal powder of the hardly conductive material 9B, aluminum oxide and titanium are suitable. Moreover, it is not limited to metal, and ceramic powder may be used.
[0045]
(D) shows the current flow at the second point of hitting when the hardly
[0046]
Even if the first spot welding is performed, the hardly
[0047]
Based on Table 2, the evaluation results of the welding strength at the time of two-point hitting by the combination of the projection of the present invention and the hardly conductive material will be described. The
This test method is the same as the test method in Table 1, and a description thereof will be omitted.
In all comparative examples and examples, the projection diameter of the
[0048]
[Table 2]
[0049]
Examples 5 to 8 and Comparative Examples 2 and 3:
In Examples 5 to 8 and Comparative Examples 2 and 3, the welding current is 24 kA, the welding time is 8 cycles, and the applied pressure is 300 kgf.
Example 5:
When a 0.1-mm-thick vinyl chloride sheet was affixed using an adhesive material as a hardly conductive material and resistance welding was performed in this state, the tensile shear strength of the welded portion was 370 kgf in the tensile shear test after welding. Compared to Comparative Example 3 described later, the strength magnification is 1.4 times, which is sufficient.
[0050]
Example 6:
When resistance welding was performed under the condition of using an epoxy resin having a viscosity of 100,000 cp as the poorly conductive material, the tensile shear strength of the welded portion was 360 kgf in the tensile shear test after welding. Compared with Comparative Example 3, the strength magnification is 1.3 times, which is sufficient.
[0051]
Example 7:
When resistance welding was carried out under the condition that kneaded aluminum oxide having an average particle diameter of 200 μm and Vf of 10% was used as an electrically conductive material in an epoxy resin having a viscosity of 50000 cp, the tensile shear strength of the welded portion was 400 kgf in the tensile shear test after welding. became. Compared with Comparative Example 3, the strength magnification is 1.5 times, which is sufficient.
[0052]
Example 8:
When resistance welding was performed under the condition that kneaded titanium having an average particle diameter of 200 μm and Vf of 10% was used as an electrically conductive material with an epoxy resin having a viscosity of 50000 cp, the tensile shear strength of the welded part was 350 kgf in the tensile shear test after welding. It was. Compared with Comparative Example 3, the strength magnification is 1.3 times, which is sufficient.
[0053]
Comparative Example 2:
When resistance welding was performed under the conditions of no protrusions and no difficult conductive material, in the tensile shear test after welding, the tensile shear strength of the welded portion was as extremely low as 30 kgf.
[0054]
Comparative Example 3:
When resistance welding was performed with protrusions and no difficult conductive material, the tensile shear strength of the weld was 270 kgf in the tensile shear test after welding.
[0055]
FIG. 11 is a graph showing the results of Table 2. The horizontal axis represents the evaluation method (Comparative Examples 1 and 2 and Examples 5 to 8), and the vertical axis represents the tensile shear strength.
Compared to Comparative Example 3 where there is no difficult conductive material, Examples 5 to 8 which are conditions where there is a difficult conductive material have significantly improved tensile shear strength.
[0056]
Next, with respect to the presence of protrusions according to the present invention, the evaluation results of the welding strength at the time of two-point hitting based on the viscosity of the viscous liquid resin will be described based on Table 3. The
[0057]
This test method is the same as the test method in Table 1, and a description thereof will be omitted.
In any of the examples, the projection diameter of the
[0058]
[Table 3]
[0059]
Examples 9-14:
In Examples 9 to 14, the welding current is 24 kA, the welding time is 8 cycles, and the applied pressure is 300 kgf.
Example 9:
When resistance welding was performed under the condition that the viscosity of the viscous liquid resin was 100 cp, the tensile shear strength of the welded portion was 270 kgf in the tensile shear test after welding. The welding strength was the same as that of Comparative Example 3 described in Table 2.
[0060]
Example 10:
When resistance welding was performed under the condition that the viscosity of the viscous liquid resin was 500 cp, the tensile shear strength of the welded portion was 280 kgf in the tensile shear test after welding. The welding strength was equivalent to that of Comparative Example 3.
[0061]
Example 11:
When resistance welding was performed under the condition that the viscosity of the viscous liquid resin was 1000 cp, the tensile shear strength of the welded portion was 280 kgf in the tensile shear test after welding. The welding strength was equivalent to that of Comparative Example 3.
[0062]
Example 12:
When resistance welding was performed under the condition that the viscosity of the viscous liquid resin was 5000 cp, the tensile shear strength of the welded part was 350 kgf in the tensile shear test after welding. The strength magnification is 1.3 times that of Comparative Example 3, and the strength is sufficient.
[0063]
Example 13:
When resistance welding was performed under the condition where the viscosity of the viscous liquid resin was 10,000 cp, the tensile shear strength of the welded portion was 380 kgf in the tensile shear test after welding. The strength magnification is 1.4 times that of Comparative Example 3, which is sufficient.
[0064]
Example 14:
When resistance welding was performed under the condition that the viscosity of the viscous liquid resin was 100000 cp, the tensile shear strength of the welded portion was 400 kgf in the tensile shear test after welding. Compared with Comparative Example 3, the strength magnification is 1.5 times, which is sufficient.
[0065]
FIG. 12 is a graph showing the results of Table 3. The horizontal axis represents the resin viscosity (logarithmic scale) of the viscous liquid resin, and the vertical axis represents the tensile shear strength.
As the resin viscosity increases, the tensile shear strength increases.
Looking at the increasing tendency of the tensile shear strength, the change in Example 12 with a viscosity of 5000 cp is larger than that in Example 11 with a viscosity of 1000 cp, and the strength itself is as large as 400 kgf. Therefore, the viscosity of the viscous liquid resin as a hardly conductive material is 5000 cp or more is desirable.
[0066]
FIG. 13 is a view showing a modification of the resistance welding method according to the present invention, which is a method for joining aluminum frames of a hollow cross-section extruded material.
In this method, first, a joint portion of the
Next, the welded portions of the
[0067]
Next, the
Thereafter, the
[0068]
【The invention's effect】
According to the resistance welding method of
[0069]
According to the resistance welding method of
[0070]
In the resistance welding method according to the third aspect , since the current concentrating member is a protrusion formed on the aluminum plate or the aluminum frame, it can be easily formed and does not require a large number of preparation steps for welding.
[0071]
In the resistance welding method of
[0072]
In the resistance welding method of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a resistance welding method according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. Perspective view showing an embodiment (main part)
4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 3. FIG. 5 is a cross-sectional view of a welded portion after resistance welding according to the present invention. FIG. 6 is a graph showing the results of Table 1. FIG. FIG. 8 is a perspective view showing a second embodiment of the resistance welding method according to the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line 9-9 of FIG. 8 (b). Sectional drawing which shows the modification of 2nd Example of the resistance welding method which concerns on FIG. 11 The graph which shows the result of Table 2 FIG. 12 The graph which shows the result of Table 3 FIG. 13 The resistance welding method which concerns on this invention FIG. 14 is a diagram showing a joint construction of an aluminum structure. FIG. 15 is a diagram showing an improved conventional example in which an aluminum plate is resistance welded to an aluminum frame.
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