JP3894545B2

JP3894545B2 - スポット溶接方法

Info

Publication number: JP3894545B2
Application number: JP2002058914A
Authority: JP
Inventors: 大樹馬場; 貢金子
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-03-05
Also published as: JP2003251469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、剛性が異なる板材を重ね合わせたワークをスポット溶接するためのスポット溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属板材を重ね合わせたワークを一対の電極間に挟んで加圧することにより局部的に接触抵抗を小さくした箇所に大電流を流し、該電流より金属板材間の接触面にナゲット（碁石状の溶着部）を生じさせて溶接するスポット溶接が広く使用されている。そして、従来は、両電極チップのワークに対する加圧力が略々均等となるようにしていた。
【０００３】
ここで、図５（ａ）に示したように、剛性が大きい２枚の厚板５０，５１の上に剛性が小さい薄板５２を重ね合わせたワークＷ１０をスポット溶接する場合、各電極チップ５５，５６のワークＷ１０に対する加圧力Ｆを均等にすると、図５（ｂ）に示したように、薄板５２と厚板５１が図中上方に撓んで変形する。そして、この場合、薄板５２の剛性が厚板５１，５０よりも小さいため、薄板５２の方がより変形し易い。
【０００４】
そのため、薄板５２と厚板５１間の接触面積が厚板５０，５１間の接触面積よりも大きくなり、薄板５２と厚板５１間の接触抵抗が厚板５０，５１間の接触抵抗よりも小さくなる。
【０００５】
したがって、この状態で電極チップ５５，５６間に通電すると、接触抵抗が小さい薄板５２と厚板５１間における発熱量は、接触抵抗が大きい厚板５０，５１間における発熱量よりも小さくなる。その結果、図６（ａ）に示したように、薄板５２から厚板５０に亘って形成されるナゲットＮ１０が厚板５０側に偏り、厚板５０，５１間から中散りが発生し、さらにナゲットＮ１０が厚板５０の表面に達して表散りやチップ溶着を生じるようになる。
【０００６】
そこで、散りやチップ溶着を防ぐために通電量を減少させると、今度は図６（ｂ）に示したように、形成されるナゲットＮ１１が小さくなり、薄板５２と厚板５１間の溶接強度を確保することが困難になるという不都合があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不都合を解消し、３枚の板材を剛性が最も低い板材を片側にして重ね合わせたワークの溶接強度を向上させることができるスポット溶接方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、第１の高張力鋼板を、第２の高張力鋼板と該第１の高張力鋼板及び該第２の高張力鋼板よりも剛性が低い軟板とにより挟んで重ね合せたワークを、一対の電極チップにより挟んでスポット溶接する方法において、軟板側に位置する一方の電極チップのワークに対する加圧力を、第２の高張力鋼板側に位置する他方の電極チップのワークに対する加圧力よりも小さくすることを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、剛性が最も低い板材側における前記ワークに対する一方の電極チップの加圧力が、他方の電極チップの加圧力よりも小さくなるようにしてスポット溶接が行われる。この場合、詳細は後述するが、電極チップの加圧力が小さい側である剛性が最も低い板材と他の板材間の接触抵抗が大きくなると共に、電極チップの加圧力が大きい側である剛性が高い２枚の板材間の接触抵抗が小さくなる。そのため、前記電極チップ間に通電したときに、剛性が最も低い板材と他の板材間との接触部における発熱量を増加させることができ、これにより、剛性が最も低い板材の溶接強度を高めることができる。
【００１０】
ここで、剛性とは、外力に対して物体が形を変えまいとする性質であり、板材の場合は厚さと鋼種により変化する。例えば、鋼種が同じであれば板厚が大きいほど板材の剛性は高くなる。また、板厚が同じであれば鋼種のランク（引張り強度が大きいほどランクが高くなる）が高いほど板材の剛性が高くなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について、図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明のスポット溶接方法の実施に用いられるスポット溶接ガンの構成図、図２，図３は本発明のスポット溶接方法によるワークの溶接状況の説明図、図４は電極チップの形状の説明図である。
【００１２】
図１を参照して、Ｒは溶接ロボットであり、該溶接ロボットＲの動作端の手首部１にスポット溶接ガンＧが搭載されている。そして、溶接ロボットＲは、クランパーＣによって支持されたワークＷ１の各打点位置にスポット溶接ガンＧを移動し、ワークＷ１のスポット溶接を行う。
【００１３】
スポット溶接ガンＧは、手首部１に取付けられたガン支持ブラケット２に上下動自在に支持されたガン本体３を備えている。ガン本体３には、下方に延びるＣ形ヨーク４が取付けられており、該Ｃ形ヨーク４の下部の先端に固定電極チップである下チップ５が取付けられている。
【００１４】
また、ガン本体３の上端には、サーボモータを駆動源とする加圧部６が搭載されており、加圧部６によりガン本体３内のボールねじ機構（図示しない）を介して上下動するロッド７がガン本体３の下方に突出し、該ロッド７の下端に下チップ５と対向させて可動電極である上チップ８が取付けられている。なお、上チップ８と下チップ５により本発明の一対の電極チップが構成される。
【００１５】
ガン本体３は、ガン支持ブラケット２に固定されたリニアガイド１１に上下方向に摺動自在に支持されている。そして、ガン支持ブラケット２の上端にサーボモータ１０が搭載され、サーボモータ１０に連結されたボールねじ９をガン本体３に固定されたナット１２に螺挿してボールねじ機構を構成し、サーボモータ１０の回転によりガン本体３を上下動させるようにしている。
【００１６】
加圧部６とサーボモータ１０の作動はガンコントローラ２０によって制御され、ロボットＲの位置制御によりスポット溶接ガンＧがワークＷ１の各打点位置に到達したときに、ガンコントローラ２０は、加圧部６とサーボモータ１０とを作動させて、下チップ５と上チップ８との間にワークＷ１を挟んで加圧する。そして、この加圧状態で、ガンコントローラ２０は、下チップ５と上チップ８間に通電してワークＷ１をスポット溶接する。
【００１７】
ここで、図２に示したように、板厚が厚く剛性が高い２枚の鋼板（以下、厚板という）３０，３１の上に板厚が薄く剛性が低い鋼板（以下、薄板という）３２を重ね合わせたワークＷ１をスポット溶接するときには、ガンコントローラ２０に予め記憶されているティーチングデータに従って、薄板３２側に位置する上チップ８のワークＷ１に対する加圧力ＦＵを下チップ５のワークＷ１に対する加圧力ＦＬよりも小さくする（ＦＵ＜ＦＬ）。
【００１８】
このようにＦＵ＜ＦＬとするために、ガンコントローラ２０は、先ず、サーボモータ１０によりガン本体３を上動させて下チップ５をワークＷ１の下面に当接させると共に、加圧源６により上チップ８を下降させてワークＷ１の上面に当接させる。この場合、加圧源６の加圧力が上チップ８とガン本体３を介して下チップ５とに均等に作用する
次に、サーボモータ１０によりガン本体３を押し上げる。この際、加圧源６を上チップ８のガン本体３に対する相対位置が変化しないように位置制御すれば、ガン本体３の押し上げにより、下チップ５の加圧力ＦＬがガン本体３の押し上げ分だけ増加する。そのため、ＦＵ＜ＦＬとなる。
【００１９】
また、加圧源６を上チップ８の加圧力ＦＵが一定となるようにトルク制御するときには、ガン本体３を押し上げても上チップ８の加圧力ＦＵは変化しないが、下チップ５の加圧力ＦＬはガン本体３の押し上げ力の分だけ増加する。そのため、この場合にもＦＵ＜ＦＬとなる。
【００２０】
ＦＵ＜ＦＬとなると、撓み反力がＦＵとＦＬの差と等しくなるように、ワークＷ１は下方に撓む。そして、薄板３２と厚板３１間の接触圧力が厚板３１，３０間の接触圧力よりも小さくなるため、相対的にみると、薄板３２と厚板３１間の接触抵抗が大きくなると共に、厚板３０，３１間の接触抵抗が小さくなる。
【００２１】
その結果、通電経路ｘ１により電極チップ５，８間に通電したときに、薄板３２と厚板３１の接触箇所における発熱量が厚板３０，３１の接触箇所における発熱量に対して相対的に増加する。
【００２２】
そのため、図２（ｂ）に示したように、薄板３２から厚板３０に亘って偏りのない良好なナゲットＮ１が形成され、薄板３２の溶接強度を確保できると共に、厚板３０の下面に表散りやチップ溶着が生じることを防止することができる。
【００２３】
また、図２では、厚さが異なる板材を重ね合わせた例を示したが、厚さが等しく剛種が異なる板材を重ね合わせたワークをスポット溶接する場合についても、本発明のスポット溶接方法の効果を得ることができる。
【００２４】
図３（ａ）を参照して、同じ鋼種で厚さが等しい３枚の板材４５ａ〜４５ｃを重ね合わせた板材Ｗ２をスポット溶接する場合に、上チップ４４の加圧力ＦＵと下チップ４３の加圧力ＦＬを等しくすると（ＦＬ＝ＦＵ）、板材４５ａ〜４５ｃの剛性は同じであるから、板材４５ａ，４５ｂ間の接触抵抗は板材４５ｂ，４５ｃ間の接触抵抗と等しくなる。そのため、電極チップ４３，４４間に通電したときに、板材４５ａ，４５ｂの接触箇所における発熱量と板材４５ｂ，４５ｃの接触箇所における発熱量とが等しくなり、板材４５ａから板材４５ｃに亘って偏りのない良好なナゲットＮ２が形成される。
【００２５】
しかし、一般に、使用する剛種の剛性が高くなる程、板材の電気抵抗が高くなる。そのため、図３（ｂ）に示したように、剛性が高い剛種により形成された板材（以下、高張力鋼板という）４７ａ，４７ｂに剛性が低い剛種により形成された板材（以下、軟板という）４６を重ね合わせたワークＷ３を、上チップ４４の加圧力ＦＵと下チップ４３の加圧力ＦＬを等しくして（ＦＵ＝ＦＬ）挟むと、剛性が小さく接触面積が大きくなる軟板４６と高張力鋼板４７ａ間の接触抵抗は、剛性が高く接触面積が小さい高張力鋼板４７ａ，４７ｂ間の接触抵抗よりも小さくなる。
【００２６】
したがって、電極チップ４３，４４間に通電したときに、通電経路ｘ２における電流密度が均一であれば、接触抵抗が低い軟板４６と高張力鋼板４７ａ間における発熱量の方が、接触抵抗が高い高張力鋼板４７ａ，４７ｂ間における発熱量よりも少なくなる。
その結果、形成されるナゲットＮ３が高張力鋼板４７ｂ側に偏り、軟板４６の溶接強度が不十分となると共に、ナゲットＮ３が高張力鋼板４７ｂの表面に達して表散りやチップ溶着が生じ易くなる。
【００２７】
その結果、形成されるナゲットＮ３が高張力鋼板４７ｂ側に偏り、軟板４６の溶接強度が不十分となると共に、ナゲットＮ３が高張力鋼板４７ｂの表面に達して表散りやチップ溶着が生じ易くなる。
【００２８】
そこで、図３（ｃ）に示したように、上チップ４４の加圧力ＦＵを下チップ４３の加圧力ＦＬよりも小さくして（ＦＵ＜ＦＬ）、軟板４６と高張力鋼板４７ａ間の接触圧力を高張力鋼板４７ａ，４７ｂ間の接触圧力よりも低くすることによって、軟板４６と高張力鋼板４７ａ間の接触抵抗を高めることができる。
【００２９】
そして、このように、軟板４６と高張力鋼板４７ａ間の接触抵抗を高くした状態で電極４３，４４間に通電することによって、軟板４６と高張力鋼板４７ａ間の発熱量が増加し、これにより軟板４６から高張力鋼板４７ｂに亘って形成されるナゲットＮ４が軟板４６側にシフトする。そのため、軟板４６の溶接強度を向上させることができると共に、高張力鋼板４７ｂ側で表散りやチップ溶着が生じることを防止することができる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、図４（ａ）に示した先端を球面形状としたＤＲ型の電極チップを用いたが、図４（ｂ）に示した球面形状を更に扁平させたＲ型の電極チップや、図４（ｃ）に示した先端を扁平させた円錐形状としたＣＦ型の電極チップを用いてもよい。ＤＲ型及びＣＦ型の電極チップは、損耗時の接触面積変化がＲ型の電極チップよりも少ないため、電極寿命の点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスポット溶接方法の実施に用いられるスポット溶接ガンの構成図。
【図２】本発明のスポット溶接方法によるワークの溶接状態の説明図。
【図３】本発明のスポット溶接方法によるワークの溶接状態の説明図。
【図４】電極チップの形状説明図。
【図５】従来方法によるワークの溶接状態の説明図。
【図６】従来方法によるワークの溶接状態の説明図。
【符号の説明】
Ｗ１…ワーク、Ｇ…スポット溶接ガン、Ｃ…クランパ、５，８…電極チップ、Ｎ１…ナゲット、ｘ１…通電経路、３０，３１…厚板、３２…薄板

Claims

第１の高張力鋼板を、第２の高張力鋼板と該第１の高張力鋼板及び該第２の高張力鋼板よりも剛性が低い軟板とにより挟んで重ね合せたワークを、一対の電極チップにより挟んでスポット溶接する方法において、
軟板側に位置する一方の電極チップのワークに対する加圧力を、第２の高張力鋼板側に位置する他方の電極チップのワークに対する加圧力よりも小さくすることを特徴とするスポット溶接方法。