JP3661243B2

JP3661243B2 - Electrode for welding aluminum alloy material and welding method

Info

Publication number: JP3661243B2
Application number: JP27208195A
Authority: JP
Inventors: 裕介木村
Original assignee: JFE Steel Corp; Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; MA Aluminum Corp
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2015-09-27
Also published as: JPH0985465A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルミニウム合金からなる板材や形材等の各種アルミニウム合金材の抵抗スポット溶接に用いられる電極、および当該電極を用いたアルミニウム合金材の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、各種自動車の外板等に用いられる軟鋼や亜鉛メッキ鋼板などの鉄系の薄肉の板同士を接合する場合には、図１２に示すように、これら２枚の鋼板１、１を、対向配置した一対の溶接用電極２、２によって加圧状態で挟み、上記両電極２、２を冷却部３において水冷しつつ、これら電極２、２間に瞬間的に大きな電流を加えることにより、上記２枚の鋼板１、１の当該箇所を抵抗発熱溶融させて互いに接合する抵抗スポット溶接が用いられている。この際に、上記鋼板１は、一般にビッカース硬度（Ｈｖ）が１５０〜２５０程度と高いため、電極２として、加圧時における当該電極２側の変形を防止するために、クロム（Ｃｒ）を０．４wt％程度加えて硬度を高めた（Ｈｖ＝１６７）クロム銅を用いたものが採用されている。
【０００３】
一方、上記各種自動車においては、近年における燃費向上や素材のリサイクル性といった省エネルギーの要請から、外板等の車体構成部材として、上述した鉄系の部材に代えて、軽量なアルミニウム合金によって成形された構成部材を用いる比率が増加している。
ところで、このようなアルミニウム合金材同士を抵抗スポット溶接によって接合する際には、当該アルミニウム合金は、軟鋼と比較して固有抵抗が１／３程度と低く、かつ熱伝導率が良いため、局部的に抵抗発熱溶融させて良好なナゲットを形成させるために、軟鋼の２倍程度以上の大きな電流を短時間に流す必要がある。加えて、アルミニウム合金は、その表面に高抵抗の酸化被膜があるうえに、ナゲットの凝固時にブローホールやクラック等が発生し易いため、溶接時の加圧力を鉄系のものと比較して２倍程度高くする必要がある。
このため、従来は、上記アルミニウム合金材を抵抗スポット溶接するに際して、専ら強度上の要請から、鉄系の場合と同様の硬度に優れたクロム銅の電極が用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クロム銅を用いた電極によって上記アルミニウム合金材を抵抗スポット溶接する場合は、鉄系の場合に必要とされる値の約２倍の電流を流すという条件も禍して、電極とアルミニウム合金材との界面での発熱も大となり、アルミニウムと銅とが合金化し易い傾向にある。そして、上記合金化により電極汚損（ピックアップ）が発生し、見掛けの電極先端径が大きくなるとともに、電極−アルミニウム合金材間の接触が不均一でナゲットの平面形が真円から大きく外れて不定形を呈するため、連続打点を重ねて３００点前後に達する頃には、引張り剪断強度およびナゲット径が基準を下回るようになる。而して、その都度電極のドレッシングや交換が必要となるために作業能率が極めて悪いという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明者等は、上記クロム銅からなる電極の他に、敢えて硬度に劣る銀を９９．９wt％以上含む純銀からなる電極を用いて、アルミニウム合金材を連続打点によってスポット溶接する実験を鋭意重ねたところ、当該純銀を用いた電極は、クロム銅の電極等と比較して導電率がはるかに大きいために、短時間に大電流を均一に流すことにより、良好なナゲットを形成することができて高い接合強度が得られ、さらにこの際に、クロム銅電極使用時よりも低い電流でも充分な接合強度が得られることが判明した。
しかも、純銀製の電極にあっては、高導電率に対応して熱伝導性も大きいために、アルミニウム合金材との接触部分での発熱が小さく、かつ電極の冷却効率が向上して電極とアルミニウム合金材との界面で発生する有害な熱を迅速に電極の冷却部側に導いて円滑に逃がすことができ、この結果上記界面における局部的な温度上昇が低減されてピックアップの発生が抑制され、却ってクロム銅からなる電極よりも使用寿命が大幅に延びるうえ、さらにより軟質の電極であるために、電極を加圧することによってアルミニウム合金材に形成される圧痕が少なくて外観にも優れるという知見を得るに至った。
【０００６】
本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、良好なナゲットを形成して接合強度に優れるとともに、従来のクロム銅を用いた場合よりも連続打点数を大幅に向上させることができて溶接能率に優れるアルミニウム合金材の溶接用電極、およびこれを用いた溶接方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明に係るアルミニウム合金材の溶接用電極は、アルミニウム合金材同士の抵抗スポット溶接に用いられる電極であって、チップ本体における上記アルミニウム合金材と接触する側の先端部分の全体に５μｍ以上の厚さの純銀部材を拡散接合してなり、上記純銀部材は銀を９９．９wt％以上含む純銀によって形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、アルミニウム合金材同士の抵抗スポット溶接に用いられる電極であって、上記アルミニウム合金材と接触する先端部を有するチップ本体の全体が銀を９９．９ wt ％以上含む純銀によって形成されていることを特徴とするものである。さらに請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、上記チップ本体は、シャンクを介して電極ホルダ本体に取付けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
次に、請求項４に記載の本発明に係るアルミニウム合金材の溶接方法は、積層されたアルミニウム合金材を抵抗スポット溶接によって互いに接合する溶接方法であって、対向配置された請求項１ないし３に記載の電極によって、上記アルミニウム合金材を加圧状態で挟み、上記両電極間に電流を加えることにより、積層された上記アルミニウム合金材を抵抗発熱溶融させて互いに接合することを特徴とするものである。
ここで、請求項５に記載の発明は、上記請求項４に記載のアルミニウム合金材が、マグネシウムを１〜１０wt％含むアルミニウム合金からなることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１ないし３に記載の発明およびこれを用いた請求項４に記載の発明にあっては、アルミニウム合金材との接触部分における５μｍ以上の厚さ部分に、銀を９９．９wt％以上含む純銀を用いているので、従来用いられていたクロム銅の電極と比較して導電率がより大きくなるために、短時間に大電流を均一に流すことにより、ブローホール等内部欠陥の無い良好なナゲットを形成することができ、この結果高い接合強度が得られる。
しかも、本発明に係る溶接用電極によれば、上述した導電率に対応して熱伝導率も大きくなるために、電極の冷却効率が向上し、電極とアルミニウム合金材との界面で発生する有害な熱を迅速に電極の冷却部側に導いて円滑に逃がすことができ、よって上記界面における局部的な温度上昇が低減されてピックアップの発生を抑制することができるために、従来のクロム銅の電極を用いた場合よりも使用寿命が大幅に延びるうえ、さらにクロム銅の電極と比較してより軟質の電極であるために、電極を加圧することによってアルミニウム合金材に形成される痕跡が小さくなって外観にも優れる。
このような観点から、上記銀の含有量としては、これが高いほど優れた効果が得られるものであり、具体的には上述したように９９．９wt％以上であることが必要であり、さらに９９．９９wt％以上を含めば一層好適である。
【００１１】
この際に、請求項２に記載の発明のように、上記電極がシャンクを介して電極ホルダ本体に取付けられる電極チップである場合に、電極チップの上記アルミニウム合金材と接触する先端部分に、厚さ寸法が５μｍ以上である９９．９wt％以上の銀を含む純銀を接合すれば、所望の効果が得られるうえに必要部分のみが純銀製であるために経済的であるという利点があり、また請求項３に記載の発明のように、上記電極チップの全体を、銀を９９．９wt％以上含む純銀によって形成すれば、電極チップとしての導電性がより向上することにより、溶接電流の低電流化が図られ、従来の電極よりも低い電流で同等以上の継手強度が得られるため好ましい。
【００１２】
したがって、請求項４に記載の発明は、特に請求項５に記載の発明のように、自動車用外板として使用が増加しつつあり、かつ溶接箇所が多数にわたって連続打点の要請が強い、マグネシウムを２〜６wt％含むアルミニウム合金材の溶接に用いた場合に工業的に顕著な効果を奏するものである。ここで、上記マグネシウムの含有量を２〜６wt％としたのは、上記含有量が２wt％に満たないと、本来の添加目的である機械的強度の向上が充分に得られなくなって不適当であり、他方上記マグネシウムの含有量が６wt％を超えるもののスポット溶接に使用すると、マグネシア（ＭｇＯ₂）が上記電極に付着して、電極損耗の一因となり、よって電極の使用寿命を短くする虞があるからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて、本発明の一実施例について説明する。
図１〜図３は、それぞれ本発明に係るアルミニウム合金材の溶接用電極の実施形態を示すものである。これらの図に示す溶接用電極１０、１１、１２は、いずれも図４に示すように、シャンク１３を介して図示されない電極ホルダ本体に取付けられる電極チップである。
図１に示す電極チップ１０は、クロム銅からなるチップ本体１４の上記アルミニウム合金材と接触する側の先端部分の全体に、厚さ寸法が５μｍ以上である９９．９wt％以上、好ましくは９９．９９wt％以上の銀を含む純銀部材１５が、拡散接合によって一体化されたものである。また、図２に示す電極チップ１１は、その全体が銀を９９．９wt％以上、好ましくは９９．９９wt％以上含む純銀によって形成されたものである。さらに、図３に示す電極チップ１２は、クロム銅からなるチップ本体１６の上記アルミニウム合金材との接触部分に、銀を９９．９wt％以上、好ましくは９９．９９wt％以上含む純銀層１７を、５μｍ以上の厚さメッキによって形成したものである。
【００１４】
【実施例】
次に、本発明に係るアルミニウム合金材の溶接用電極、およびこれを用いた溶接方法における作用効果を実証するために、以下に示す実験を行なった。
先ず、本発明のアルミニウム合金材の溶接用電極の一例として、図１および図２に示した形状の２種類の電極チップを準備した。以下、便宜上これの電極チップを、それぞれＣｕ−Ａｇ電極およびＡｌｌ−Ａｇ電極と略称する。また、比較例として、従来用いられていたクロム銅からなる電極チップ（以下、クロム銅電極チップと略す。）を用意した。ちなみに、これら３種類の電極は、いずれもＲ型（先端部１００Ｒ）であり、それぞれの主成分、導電率およびビッカース硬度は図５に示す通りである。
次いで、これらの３種類の電極を用いて、アルミニウム合金板の連続打点による抵抗スポット溶接試験を行った。
【００１５】
ここで、上記溶接試験に用いたアルミニウム合金板は、それぞれ板厚が１mmで、マグネシウムを５．５％含むＪＩＳ５０５６相当の合金であり、硝酸洗浄による表面処理を行なった。
連続打点による溶接試験に先立ち、先ず電流を徐々に増加させて上記アルミニウム合金板の溶接を行い（適性電流範囲試験）、継手強度がＪＩＳＡ級最小値を超える電流値を得た後に、これに所定の係数を乗じて試験に用いる最適電流値を決定した。なお、この最適電流値を決定する際には、破断形状等も考慮に入れた。
上記連続打点による溶接試験に用いた溶接条件は、下記の通りである。

【００１６】
次いで、上記連続打点による溶接試験を行い、その際に各打点（２０打点毎）における溶接部の継手強度（引張り剪断強度）を測定し、溶接部（ナゲット）の断面観察写真を撮影するとともに、各電極の損耗状態を確認するために先端径を測定し、かつその先端形状を観察した。そして、１０００打点溶接時の各電極の損耗度を観察するために、各電極の先端部を接写した。
先ず、図６〜図８は、各電極チップを用いて上記溶接条件でスポット溶接した際の、打点数毎の溶接部の引張り剪断強度を示すグラフであり、図６はＣｕ−Ａｇ電極、図７はＡｌｌ−Ａｇ電極、図８は従来のクロム銅電極使用時における溶接試験結果を示すものである。
【００１７】
これらのグラフから、本発明に係るＣｕ−Ａｇ電極およびＡｌｌ−Ａｇ電極にあっては、１０００打点の溶接時においても、引張り剪断強度が低下したり、あるいはバラ付きを生じたりすることがなく、破断形態もプラグ（ボタン）破断により良好であった。また、特にＡｌｌ−Ａｇ電極にあっては、溶接電流の低電流化に寄与して従来のクロム銅電極よりも低い電流で同等以上の継手強度が得られた。
これらの結果、本発明に係るＣｕ−Ａｇ電極またはＡｌｌ−Ａｇ電極を用いた場合には、少なくとも上記１０００打点時において、従来のクロム銅電極の２倍以上の連続打点性の向上が確認されており、本試験においては１０００打点まで連続打点による溶接試験を行なったが、図６および図７から１０００打点以上の連続打点性を有していることが明らかである。
【００１８】
次いで、図９は、上記各電極における先端径の測定結果を示すグラフであり、同図から本発明に係るＣｕ−Ａｇ電極およびＡｌｌ−Ａｇ電極にあっては、従来のクロム銅電極と比較して電極先端の損耗が極めて少なく、図６〜図８に示した継手強度のグラフと比例していることが判る。
これは、上記Ｃｕ−Ａｇ電極およびＡｌｌ−Ａｇ電極がその高導電性および高熱伝導性によって、電極の冷却効率が向上し、この結果クロム銅電極に比べて溶接時における被溶接材との拡散（ピックアップ）が少なかったことから、電極先端の摩耗が少なくなり、打点数の増加に伴うナゲット形状の不良が抑制されたものと思われる。
【００１９】
そこで次に、溶接部断面を観察したところ、本発明に係るＣｕ−Ａｇ電極およびＡｌｌ−Ａｇ電極においては、クロム銅電極に比べてナゲットにブローホール等の内部欠陥が少なく、１０００打点溶接時も良好なナゲットが形成されていた。また、１０００打点溶接時における電極先端部の外観を接写したが、上記Ｃｕ−Ａｇ電極およびＡｌｌ−Ａｇ電極の先端部は、クロム銅電極の先端部よりも汚損が少ないことが確認された。
さらに、上記各電極の先端形状の観察結果によれば、溶接初期においては、図１０に示すように、いずれの電極も先端部２０がＲ形状であったものが、打点数の増加に伴い、溶接性に劣るクロム銅電極では、図１１に示すように、それぞれの先端部２１が電極先端の中心部から漸次損耗したのに対して、本発明に係るＣｕ−Ａｇ電極およびＡｌｌ−Ａｇ電極にあっては、それぞれの先端部が電極先端の周囲から損耗する形態であった。
【００２０】
そこで、上記電極の損耗形態を、対するナゲットの断面観察写真と比較すると、上記Ｃｕ−Ａｇ電極およびＡｌｌ−Ａｇ電極においては、ナゲットが複数に分離することなく、かつナゲット径もほぼ一定であったのに対して、クロム銅電極にあっては、図１１に示すように、打点数の増加に伴いナゲット２２が二つに分離し、かつその径にもバラ付きが生じていた。
このような電極先端部の損耗形態およびナゲット形状の経時的変化は、図６〜図８に示した連続打点による溶接試験の引張り剪断強度の変化の結果と一致していることが判る。
【００２１】
このように、図６〜図９に示したように、本発明に係る純銀を用いた電極が従来のクロム銅電極と比較して連続打点性が大幅に優れている理由は、純銀を用いた電極では、クロム銅の電極と比較して導電率がより大きく、かつより軟質の電極であるために、短時間に大電流を均一に流すことにより、ブローホール等内部欠陥が無くて接合強度に優れ、しかも圧痕が小さい良好なナゲットを形成することができるとともに、高導電率に対応して熱伝導率も大きくなるために、電極の冷却効率が向上し、電極とアルミニウム合金材との界面で発生する有害な熱を迅速に電極の冷却部側に導いて円滑に逃がすことができ、よって上記界面における局部的な温度上昇が低減されてピックアップの発生を抑制することができるために１０００打点以上の連続打点が可能になるという結果が得られたのである。
特に、Ａｌｌ−Ａｇ電極にあっては、クロム銅電極よりも低電流で、同等の接合強度が得られ、さらに連続打点性も向上するということが確認された。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし３に記載の発明およびこれを用いた請求項４に記載の発明にあっては、アルミニウム合金材との接触部分における５μｍ以上の厚さ部分に、銀を９９．９wt％以上含む純銀を用いた結果、従来のクロム銅の電極と比較してブローホール等内部欠陥の無い良好なナゲットを形成することができ、この結果高い接合強度が得られるとともに、ピックアップの発生を抑制することができ、よって使用寿命が大幅に延びて連続打点性に優れるうえ、さらにアルミニウム合金材に形成される痕跡が小さくなって外観にも優れるという効果が得られる。
【００２３】
また、請求項２に記載の発明によれば、上述した効果が得られるうえに必要部分のみが純銀製であるために経済的であるという利点があり、また請求項３に記載の発明によれば、電極チップとしての導電性がより向上することにより、溶接電流の低電流化が図られ、従来の電極よりも低い電流で同等以上の継手強度が得られるという効果が得られる。
したがって、請求項４に記載の発明は、特に請求項５に記載の発明のように、自動車用外板として使用が増加しつつあり、かつ溶接箇所が多数にわたって連続打点の要請が強い、マグネシウムを２〜６wt％含むアルミニウム合金材の溶接に用いた場合に工業的に顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶接用電極の一実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１の変形例を示す側断面図である。
【図３】図１の他の変形例を示す側断面図である。
【図４】電極チップとシャンクとの形状を示す一部を断面視した側面図である。
【図５】本発明に係る溶接用電極および比較例の電極の導電率、硬度および成分を示す図表である。
【図６】図１の形状の本発明に係る電極チップを用いたＪＩＳ５０５６相当合金板の連続打点溶接試験時の接合部強度の変化を示すグラフである。
【図７】図２の形状の本発明に係る電極チップを用いたＪＩＳ５０５６相当合金板の連続打点溶接試験時の接合部強度の変化を示すグラフである。
【図８】従来のクロム銅電極を用いたＪＩＳ５０５６相当合金板の連続打点溶接試験時の接合部強度の変化を示すグラフである。
【図９】図１の各電極によりＪＩＳ５１８２相当合金板を連続打点溶接試験した時の打点数の増加に伴う電極先端径の測定結果を示すグラフである。
【図１０】連続打点溶接試験初期の各電極の先端形状およびナゲット形状を示す側面図である。
【図１１】打点数の増加に伴うクロム銅電極の先端部の損耗形状およびナゲット形状を示す側面図である。
【図１２】一般的な抵抗スポット溶接の状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０、１１、１２電極チップ（電極）
１５純銀部分
１７純銀層
２０、２１電極チップの先端部
２２溶接部（ナゲット）[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an electrode used for resistance spot welding of various aluminum alloy materials such as a plate material and a profile made of an aluminum alloy, and a method for welding an aluminum alloy material using the electrode.
[0002]
[Prior art]
As is well known, when two thin steel plates such as mild steel and galvanized steel plate used for the outer plates of various automobiles are joined together, as shown in FIG. Is sandwiched between a pair of

opposing electrodes

2 and 2 in a pressurized state, and both the

electrodes

2 and 2 are cooled with water in the cooling unit 3 and a large current is instantaneously applied between the

electrodes

2 and 2. Therefore, resistance spot welding is used in which the portions of the two

steel plates

1 and 1 are melted by resistance heat and joined together. At this time, since the steel sheet 1 generally has a high Vickers hardness (Hv) of about 150 to 250, the electrode 2 contains 0 chromium (Cr) in order to prevent deformation of the electrode 2 side during pressurization. About 4 wt% is added to increase the hardness (Hv = 167) using chromium copper.
[0003]
On the other hand, in the above-mentioned various automobiles, in light of demands for energy saving such as fuel efficiency improvement and material recyclability in recent years, instead of the iron-based members described above, they are molded from lightweight aluminum alloys as vehicle body components such as outer plates. The proportion of using components is increasing.
By the way, when such aluminum alloy materials are joined to each other by resistance spot welding, the aluminum alloy has a low specific resistance of about 1/3 as compared with mild steel and has a good thermal conductivity. In order to form a good nugget by resistance heating and melting, it is necessary to flow a large current about twice or more that of mild steel in a short time. In addition, the aluminum alloy has a high-resistance oxide film on its surface, and blowholes and cracks are likely to occur when the nugget is solidified. It needs to be about twice as high.
For this reason, conventionally, when resistance spot welding of the above-mentioned aluminum alloy material is carried out, a chromium-copper electrode having excellent hardness similar to that in the case of an iron-based material has been used exclusively because of a demand for strength.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the above aluminum alloy material is resistance spot welded with an electrode using chrome copper, the electrode and the aluminum alloy are also considered, taking into account the condition that a current that is about twice that required for an iron-based material is passed. Heat generation at the interface with the material also becomes large, and aluminum and copper tend to be alloyed. The alloying causes electrode fouling (pickup), the apparent electrode tip diameter increases, the contact between the electrode and the aluminum alloy material is uneven, and the nugget's planar shape deviates greatly from the perfect circle and is indefinite. Therefore, the tensile shear strength and the nugget diameter become lower than the standard when the number of continuous hit points reaches around 300 points. Therefore, there is a problem in that work efficiency is extremely poor because dressing or replacement of the electrode is required each time.
[0005]
Therefore, the present inventors have conducted an experiment in which spot welding of an aluminum alloy material is performed by continuous spotting using an electrode made of pure silver containing 99.9 wt% or more of silver that is inferior in hardness in addition to the electrode made of chromium copper. As a result of intensive research, the electrode using pure silver has a much higher electrical conductivity than a chrome copper electrode, etc., so a good nugget can be formed by flowing a large current uniformly in a short time. As a result, it has been found that a high bonding strength can be obtained, and at this time, a sufficient bonding strength can be obtained even at a lower current than when a chromium copper electrode is used.
Moreover, in the case of a pure silver electrode, since the heat conductivity is large corresponding to the high conductivity, the heat generation at the contact portion with the aluminum alloy material is small, and the cooling efficiency of the electrode is improved and the electrode Harmful heat generated at the interface with the aluminum alloy material can be quickly guided to the cooling part side of the electrode and released smoothly. As a result, local temperature rise at the interface is reduced and pickup is suppressed. On the other hand, the service life is greatly extended compared to the electrode made of chrome copper, and because it is a softer electrode, there is less indentation formed on the aluminum alloy material by pressing the electrode, and the appearance is also excellent I came to get.
[0006]
The present invention has been made on the basis of such knowledge, and can form a good nugget and has excellent bonding strength, and can greatly improve the number of continuous hit points compared to the case of using conventional chromium copper. It is an object of the present invention to provide an electrode for welding an aluminum alloy material excellent in welding efficiency and a welding method using the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Welding electrode of the aluminum alloy material according to the present invention described in claim 1 is an electrode used in resistance spot welding of aluminum alloy material between, the distal end portion of the side in contact with the aluminum alloy material of the chip body A pure silver member having a thickness of 5 μm or more is diffusely bonded to the whole, and the pure silver member is formed of pure silver containing 99.9 wt% or more of silver.
[0008]
The invention according to claim 2 is an electrode used for resistance spot welding between aluminum alloy materials, and the entire chip body having a tip portion in contact with the aluminum alloy material contains 99.9 wt % of silver. Ru der which is characterized in that it is formed by pure silver containing more. The invention described in claim 3 is the invention described in

claim

1 or 2, characterized in that the tip body is attached to the electrode holder body via a shank .
[0009]
Next, a welding method for an aluminum alloy material according to the present invention as set forth in claim 4 is a welding method for joining laminated aluminum alloy materials to each other by resistance spot welding, wherein the aluminum alloy materials are arranged to face each other. The aluminum alloy material is sandwiched in a pressurized state by the electrodes described in (2) above, and the laminated aluminum alloy material is melted by resistance heating and joined to each other by applying a current between the electrodes. It is.
Here, the invention according to claim 5 is characterized in that the aluminum alloy material according to claim 4 is made of an aluminum alloy containing 1 to 10 wt% of magnesium.
[0010]
In the invention according to any one of claims 1 to 3 and the invention according to claim 4 using the same, 99.9 wt% or more of silver is contained in a thickness portion of 5 μm or more in a contact portion with the aluminum alloy material. Since pure silver is used, the conductivity is higher than that of the conventionally used chromium copper electrode. By flowing a large current uniformly in a short time, there is no internal defect such as blowholes. A nugget can be formed, resulting in a high bond strength.
In addition, according to the welding electrode according to the present invention, the thermal conductivity increases corresponding to the above-described conductivity, so that the cooling efficiency of the electrode is improved, and harmful effects are generated at the interface between the electrode and the aluminum alloy material. Heat can be quickly guided to the cooling part side of the electrode so that it can be smoothly released. Therefore, local temperature rise at the interface can be reduced and pickup can be suppressed. The service life is greatly extended compared with the case of using an electrode, and since it is a softer electrode compared to a chrome copper electrode, the trace formed on the aluminum alloy material by pressing the electrode is reduced. Excellent appearance.
From such a viewpoint, the higher the silver content, the more excellent the effect can be obtained. Specifically, as described above, it is necessary that the content is 99.9 wt% or more. It is more preferable to contain .99 wt% or more.
[0011]
At this time, as in the invention described in claim 2, when the electrode is an electrode tip attached to the electrode holder main body via a shank, the tip portion of the electrode tip that contacts the aluminum alloy material has a thickness. Bonding pure silver containing 99.9 wt% or more of silver having a dimension of 5 μm or more has the advantage of being economical because only the necessary parts are made of pure silver, and the desired effect is obtained. If the whole of the electrode tip is formed of pure silver containing 99.9 wt% or more of silver as in the invention described in claim 3, the conductivity as the electrode tip is further improved, thereby reducing the welding current. And a joint strength equal to or higher than that of a conventional electrode can be obtained at a current lower than that of a conventional electrode.
[0012]
Therefore, the invention according to claim 4 is magnesium which is increasingly used as an automobile outer plate and has a strong demand for continuous hitting over a large number of welding points, particularly as in the invention according to claim 5. When it is used for welding aluminum alloy materials containing 2 to 6 wt%, it has an industrially remarkable effect. Here, the reason why the magnesium content is 2 to 6 wt% is inappropriate because the mechanical strength improvement that is the original purpose of addition cannot be sufficiently obtained unless the content is less than 2 wt%. On the other hand, when the magnesium content exceeds 6 wt%, when used for spot welding, magnesia (MgO ₂ ) adheres to the electrode, which may cause electrode wear and thus shorten the service life of the electrode. Because there is.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 3 each show an embodiment of an electrode for welding an aluminum alloy material according to the present invention. As shown in FIG. 4, the

welding electrodes

10, 11, and 12 shown in these drawings are electrode tips that are attached to an electrode holder body (not shown) via a shank 13.
The electrode tip 10 shown in FIG. 1 has a thickness of 59.9 μm or more, preferably 99.99% by weight or more, preferably 99.% or more, on the entire tip portion of the chip body 14 made of chromium copper on the side in contact with the aluminum alloy material. A pure silver member 15 containing 99 wt% or more of silver is integrated by diffusion bonding. The electrode tip 11 shown in FIG. 2 is entirely made of pure silver containing 99.9 wt% or more, preferably 99.99 wt% or more of silver. Further, the electrode tip 12 shown in FIG. 3 has a pure silver layer 17 containing 99.9 wt% or more, preferably 99.99 wt% or more of silver at the contact portion of the tip body 16 made of chromium copper with the aluminum alloy material. It is formed by plating with a thickness of 5 μm or more.
[0014]
【Example】
Next, in order to demonstrate the effect of the welding electrode of the aluminum alloy material according to the present invention and the welding method using the same, the following experiment was performed.
First, as an example of an electrode for welding an aluminum alloy material of the present invention, two types of electrode tips having the shapes shown in FIGS. 1 and 2 were prepared. Hereinafter, for convenience, these electrode tips are abbreviated as a Cu-Ag electrode and an All-Ag electrode, respectively. As a comparative example, a conventionally used electrode chip made of chrome copper (hereinafter abbreviated as chrome copper electrode chip) was prepared. Incidentally, these three electrodes are both R-type (tip 100R), each of the main component, conductivity and Vickers hardness is shown in FIG.
Next, using these three types of electrodes, a resistance spot welding test was performed by continuous spotting of an aluminum alloy plate.
[0015]
Here, the aluminum alloy plate used for the welding test was an alloy corresponding to JIS5056, each having a plate thickness of 1 mm and containing 5.5% magnesium, and was subjected to a surface treatment by nitric acid cleaning.
Prior to the welding test by continuous spotting, first, the current was gradually increased to weld the aluminum alloy plate (appropriate current range test), and after obtaining a current value where the joint strength exceeded the JIS A class minimum value, The optimum current value used for the test was determined by multiplying by a predetermined coefficient. In determining the optimum current value, the fracture shape and the like were taken into consideration.
The welding conditions used in the welding test with the above-mentioned continuous dot are as follows.

[0016]
Next, a welding test is performed with the above-mentioned continuous hitting points. At that time, the joint strength (tensile shear strength) of the welded portion at each hitting point (every 20 hitting points) is measured, and a cross-sectional observation photograph of the welded portion (nugget) is taken. In order to confirm the wear state of each electrode, the tip diameter was measured and the tip shape was observed. Then, in order to observe the degree of wear of each electrode during 1000 spot welding, the tip of each electrode was photographed.
First, FIGS. 6-8 is a graph which shows the tensile shear strength of the welding part for every number of hit points at the time of spot welding on the said welding conditions using each electrode tip, FIG. 6 is a Cu-Ag electrode, FIG. 7 shows an All-Ag electrode, and FIG. 8 shows a welding test result when a conventional chromium copper electrode is used.
[0017]
From these graphs, in the Cu-Ag electrode and the All-Ag electrode according to the present invention, the tensile shear strength does not decrease or varies even at the time of welding at 1000 points, The fracture mode was also good due to the plug (button) fracture. In particular, in the case of the All-Ag electrode, a joint strength equal to or higher than that of a conventional chromium copper electrode was obtained at a current lower than that of the conventional chromium copper electrode, which contributed to a reduction in welding current.
As a result, when the Cu-Ag electrode or the All-Ag electrode according to the present invention is used, at least at the time of the 1000 spotting, an improvement in continuous spotting property of twice or more that of the conventional chromium copper electrode is confirmed. In this test, a welding test with continuous hitting was performed up to 1000 hitting points. From FIG. 6 and FIG.
[0018]
Next, FIG. 9 is a graph showing the measurement results of the tip diameters of the respective electrodes. From FIG. 9, the Cu-Ag electrode and the All-Ag electrode according to the present invention are compared with the conventional chromium copper electrode. It can be seen that the wear of the electrode tip is extremely small and is proportional to the joint strength graphs shown in FIGS.
This is because the Cu-Ag electrode and the All-Ag electrode are improved in the cooling efficiency of the electrode due to their high conductivity and high thermal conductivity, and as a result, compared with the chromium copper electrode, the diffusion with the welding material during welding ( It is considered that the wear on the electrode tip is reduced and the nugget shape defect accompanying the increase in the number of hits is suppressed.
[0019]
Then, next, when the welded section was observed, the Cu-Ag electrode and the All-Ag electrode according to the present invention had less internal defects such as blow holes in the nugget than the chrome copper electrode, and even at 1000 spot welding. A good nugget was formed. Moreover, although the external appearance of the electrode tip at the time of 1000 spot welding was taken close-up, it was confirmed that the tip of the Cu-Ag electrode and the All-Ag electrode had less fouling than the tip of the chromium copper electrode.
Furthermore, according to the observation results of the tip shape of each electrode, in the initial stage of welding, as shown in FIG. 10, the tip portion 20 of each electrode has an R shape. As shown in FIG. 11, in the chrome copper electrode inferior in weldability, each tip 21 is gradually worn from the center of the tip of the electrode, whereas the Cu-Ag electrode and the All-Ag electrode according to the present invention are used. In this case, each tip portion was worn away from the periphery of the electrode tip.
[0020]
Therefore, when the wear form of the electrode is compared with the cross-sectional observation photograph of the nugget, the nugget diameter is not constant and the nugget diameter is almost constant in the Cu-Ag electrode and the All-Ag electrode. On the other hand, in the chrome copper electrode, as shown in FIG. 11, the nugget 22 was separated into two with an increase in the number of hit points, and the diameter was also varied.
It can be seen that such a change in the wear form and nugget shape of the electrode tip portion with time coincides with the result of the change in the tensile shear strength of the welding test by the continuous spotting shown in FIGS.
[0021]
Thus, as shown in FIGS. 6 to 9, the reason why the electrode using pure silver according to the present invention is significantly superior in continuous dot property compared to the conventional chromium copper electrode is that pure silver was used. Since the electrode has a higher conductivity than the chrome copper electrode and is a softer electrode, a large current is allowed to flow uniformly in a short period of time, so that there is no internal defect such as blowholes, resulting in improved bonding strength. Excellent nugget with small indentation can be formed and the thermal conductivity is increased corresponding to the high conductivity, so the cooling efficiency of the electrode is improved and the interface between the electrode and the aluminum alloy material is improved. Since the harmful heat generated can be quickly guided to the cooling part side of the electrode and smoothly released, and the local temperature rise at the interface can be reduced and the occurrence of pickup can be suppressed. of Result that connection RBI becomes possible is the resultant.
In particular, it has been confirmed that the All-Ag electrode has a lower current than that of the chromium copper electrode, can provide the same bonding strength, and can further improve the continuous spotting performance.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, in the invention described in claims 1 to 3 and the invention described in claim 4 using the same, silver is applied to a thickness portion of 5 μm or more in a contact portion with the aluminum alloy material. As a result of using pure silver containing 99.9 wt% or more, it is possible to form a good nugget free of internal defects such as blowholes as compared with the conventional chrome copper electrode. Therefore, the service life is greatly extended and the continuous spotting property is excellent, and the trace formed on the aluminum alloy material is reduced and the appearance is also excellent.
[0023]
Further, according to the invention described in claim 2, there is an advantage that it is economical because only the necessary part is made of pure silver. For example, the electrical conductivity as the electrode tip is further improved, so that the welding current can be reduced, and the joint strength equal to or higher than that of the conventional electrode can be obtained at a lower current.
Therefore, the invention according to claim 4 is magnesium which is increasingly used as an automobile outer plate and has a strong demand for continuous hitting over a large number of welding points, particularly as in the invention according to claim 5. When it is used for welding aluminum alloy materials containing 2 to 6 wt%, it has an industrially remarkable effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side cross-sectional view showing an embodiment of a welding electrode according to the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a modification of FIG.
FIG. 3 is a side sectional view showing another modification of FIG. 1;
FIG. 4 is a side view, partly in section, showing the shapes of the electrode tip and the shank.
FIG. 5 is a chart showing the conductivity, hardness and components of the welding electrode according to the present invention and the electrode of the comparative example.
6 is a graph showing a change in joint strength during a continuous spot welding test of a JIS 5056 equivalent alloy plate using the electrode tip according to the present invention having the shape shown in FIG. 1;
7 is a graph showing changes in joint strength during a continuous spot welding test of a JIS 5056 equivalent alloy plate using the electrode tip according to the present invention having the shape of FIG.
FIG. 8 is a graph showing a change in joint strength during a continuous spot welding test of a JIS 5056 equivalent alloy plate using a conventional chromium copper electrode.
9 is a graph showing measurement results of electrode tip diameters with an increase in the number of striking points when a JIS 5182 equivalent alloy plate is subjected to a continuous spot welding test with each electrode of FIG. 1;
FIG. 10 is a side view showing the tip shape and nugget shape of each electrode in the initial stage of the continuous spot welding test.
FIG. 11 is a side view showing a wear shape and a nugget shape of a tip portion of a chromium copper electrode accompanying an increase in the number of hit points.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a state of general resistance spot welding.
[Explanation of symbols]
10, 11, 12 Electrode tip (electrode)
15 Pure silver portion 17

Pure silver layer

20, 21 Tip portion 22 of electrode tip Welded portion (nugget)

Claims

An electrode used for resistance spot welding between aluminum alloy materials, wherein a pure silver member having a thickness of 5 μm or more is diffusion-bonded to the entire tip portion of the chip body on the side in contact with the aluminum alloy material. electrodes for aluminum welding alloy member, characterized in that it is formed by pure silver containing silver or 99.9 wt%.

An electrode used for resistance spot welding between aluminum alloy materials, wherein the entire tip body having a tip portion in contact with the aluminum alloy material is formed of pure silver containing 99.9 wt % or more of silver. An electrode for welding aluminum alloy material.

The chip body, welding electrode of the aluminum alloy material according to claim 1 or 2, characterized in Tei Rukoto attached to the electrode holder body through the shank.

4. A welding method for joining the laminated aluminum alloy materials to each other by resistance spot welding, wherein the aluminum alloy materials are sandwiched in a pressurized state by the electrodes according to claim 1 disposed opposite to each other. A method for welding aluminum alloy materials, comprising applying the current in between to melt the laminated aluminum alloy materials by resistance heating and joining them together.

The said aluminum alloy material consists of an aluminum alloy containing 2-6 wt% of magnesium, The welding method of the aluminum alloy material of Claim 4 characterized by the above-mentioned.