JP5787302B2 - 抵抗溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、重ね合わせた２枚の金属板に一対の電極を当接させ、この一対の電極間に電流を流すことにより、２枚の金属板を接合する抵抗溶接に関し、特に、一対の電極を共に一方の金属板に当接させる抵抗溶接方法に関する。

例えば図５に示すように、重ね合わせた２枚の金属板１１０，１２０のうち、上側の金属板１１０に一対の電極１３０，１４０を当接させた状態で電流を流すと、電極１３０，１４０を結ぶ最短通電経路Ｌ１’が上側の金属板１１０の表面に形成されるため、この最短通電経路Ｌ１’に最も多くの電流が流れる。このため、上側の金属板１１０と下側の金属板１２０との接合予定部Ｑ’’に流れる電流が少なくなり、接合状態が不良となる恐れがある。確実に溶接するために電極１３０，１４０間に流す電流値を大きくすると、最短通電経路Ｌ１’に過大な電流が流れ、上側の金属板１１０の電極１４０の当接部が局部的に溶融してスパッタの発生等の不具合を招く恐れがある。

このような不具合を回避するために、例えば図６に示すように、下側の金属板１２０の下面に導電板１５０を接触させる方法がある。この場合、抵抗値の低い材料で導電板１５０を形成することで、電極１３０，１４０間を流れる電流を導電板１５０を介した通電経路Ｌ２’に誘導し、これにより接合予定部Ｑ’’に十分な電流を流すことができる。しかし、この方法は、導電板１５０自体のコストや、溶接の度に導電板１５０を適切な位置に配置する手間がかかる上、導電板１５０を配置することができない形状のワークに対しては適用することができない。

例えば特許文献１には、電極の先端を球面に形成すると共に、電極を当接させる金属板に予め一段高い座面を形成し、この座面を押し潰すように電極を加圧接触して上側の金属板に球面部を形成している。この球面部を下側の金属板に点接触させることにより、少ない電流でも電流密度を大きくして加熱効果を高めている。

特開２００２−２３９７４２号公報

しかし、特許文献１に示されているように、金属板に一段高い座面を形成した場合でも、電極間を結ぶ最短通電経路は上側の金属板に形成されるため、接合予定部に流れる電流が少なくなるという課題を解決することはできない。

本発明の解決すべき課題は、一対の電極を共に一方の金属板に当接させて行なわれる抵抗溶接方法において、接合予定部に十分な電流を供給して良好な溶接部を形成することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、断面ハット形状を成した一方の金属板に設けられた一対のフランジ部と、他方の金属板とを重ね合わせ、これらのうちの一方に一対の電極を当接させ、この一対の電極の間に電流を流すことにより前記２枚の金属板を溶接する抵抗溶接方法であって、前記一方の金属板の一方のフランジ部に一方の電極を当接させると共に、前記一方の金属板の他方のフランジ部に他方の電極を当接させることにより、前記一方の金属板のみを通って一対の電極間を最短で結ぶ通電経路（Ｌ１）を、前記他方の金属板を通って一対の電極間を最短で結ぶ通電経路（Ｌ２）よりも長くした抵抗溶接方法を提供する。

このように、本発明の抵抗溶接方法では、一方の金属板を介した最短の通電経路（図１にＬ１で示す）が、他方の金属板を介した最短の通電経路（図１にＬ２で示す）よりも長い。この状態で一対の電極間に電流を流すと、他方の金属板を介した最短の通電経路（Ｌ２）により多くの電流が流れる。これにより、一方の金属板と他方の金属板との接合予定部（図１にＱ’で示す）に十分な電流を流すことができるため、接合予定部を十分に溶融させて良好な溶接部を形成することができる。

例えば、一方の金属板のうち、一対の電極との接触部の間を最短で結ぶ経路上に通電阻害部を設ければ、一方の金属板を介した最短通電経路は通電阻害部を迂回して形成されるため、経路長が長くなる。これにより、一方の金属板を介した最短の通電経路を他方の金属板を介した最短の通電経路よりも長くすることができる。

以上のように、本発明の抵抗溶接方法によれば、接合予定部に十分な電流を供給して良好な溶接部を形成することができる。

（ａ）は本発明の一実施形態にかかる抵抗溶接方法を示す断面図、（ｂ）はワークの平面図である。 電極の正面図である。 電極間に流す電流値の時間変化を示すグラフである。 （ａ）は他の実施形態に係る抵抗溶接方法を示す平面図、（ｂ）は同断面図である。 従来の抵抗溶接方法を示す断面図である。 従来の抵抗溶接方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態における溶接対象のワークＷは、例えば自動車の骨格部品（サイドメンバー等）として使用される中空柱状部材であり、図１に示すように、断面ハット形状の金属板１０と、平板状の金属板２０とを溶接して形成される。尚、以下では、便宜上、図１（ａ）で示す上下方向及び左右方向を用いて説明を行い、断面ハット形状の金属板１０を「上側の金属板１０」、平板状の金属板２０を「下側の金属板２０」と言う。

上側の金属板１０及び下側の金属板２０は何れも鋼板で形成され、例えば引っ張り強さが４００ＭＰａ以上の高張力鋼板、特に、引っ張り強さが９００ＭＰａ以上の超高張力鋼板で形成される。上側の金属板１０は下側の金属板２０よりも厚く形成され、例えば自動車のサイドメンバーの場合、上側の金属板１０は２ｍｍ程度、下側の金属板２０は１ｍｍ程度とされる。尚、必ずしも上側の金属板１０を下側の金属板２０よりも厚くしなければならないわけではなく、両金属板１０，２０を同程度の厚さにしてもよい。

上側の金属板１０は、下方に開口したＵ字形状部１１と、Ｕ字形状部１１の下端部から左右に突出したフランジ部１２，１３とからなる。上側の金属板１０のフランジ部１２，１３と下側の金属板２０とを溶接により接合することにより、両金属板１０，２０が一体化される。例えば、上側の金属板１０の一方のフランジ部１２と下側の金属板２０とを、任意の溶接方法（例えばダイレクトスポット溶接）により接合した後、上側の金属板１０の他方のフランジ部１３と下側の金属板２０とを溶接により接合する。図１は、上側の金属板１０の一方のフランジ部１２と下側の金属板２０を接合した状態を示し、既接合部を図中にＰで示している。図１に示す状態では、上側の金属板１０の他方のフランジ部１３と下側の金属板２０とは接合されておらず、接合予定部を図中にＱ’で示している。

本実施形態の溶接装置は、一対の電極３０，４０と、電極３０，４０に電流を流す電流制御部（図示省略）とを有する。図２に示すように、電極３０，４０の先端部は何れも円すい台形状を成し、具体的には、小径な円形の端面３１，４１と、端面３１，４１から上方に向けて拡径した円すい面３２，４２とを有する。円すい面３２，４２の先端角度αは、１２０°〜１６５°の範囲内に設定される。

本発明の一実施形態にかかる抵抗溶接方法は、以下のようにして行われる。すなわち、図１（ａ）に示すように、溶接装置の一対の電極３０，４０を上側の金属板１０のフランジ部１２，１３に上方から当接させ、電極３０，４０で上側の金属板１０を圧迫しながら通電することにより、接合予定部Ｑ’を溶接する。一対の電極３０，４０のうち、一方の電極３０は一方のフランジ部１２の既接合部Ｐに当接させ、他方の電極４０は他方のフランジ部１３の接合予定部Ｑ’に当接させる。一方の電極３０はアース電極として機能し、他方の電極４０は溶接電極として機能する。これにより、一方の電極３０を当接させた箇所（既接合部Ｐ）では溶接が行なわれず、他方の電極４０を当接させた接合予定部Ｑ’のみが溶接される。

図１（ａ）に、電極３０，４０間の通電経路を示す。図中に点線矢印で示す経路Ｌ１は、上側の金属板１０を介した最短の通電経路（以下、上側通電経路Ｌ１）であり、図中に鎖線矢印で示す経路Ｌ２は、下側の金属板２０を介した最短の通電経路（以下、下側通電経路Ｌ２）である。本発明の抵抗溶接方法では、上側通電経路Ｌ１が下側通電経路Ｌ２よりも長くなるように、電極３０，４０の当接位置を設定している。本実施形態では、上側の金属板１０の一方のフランジ部１２にアース電極３０を当接させると共に、他方のフランジ部１３に溶接電極４０を当接させることにより、上側の金属板１０のＵ字形状部１１を通る経路長の長い上側通電経路Ｌ１を形成している。一方、下側通電経路Ｌ２は、両端部を除いて直線状に形成されるため、経路長が短くなる。これにより、上側通電経路Ｌ１が下側通電経路Ｌ２よりも経路長が長くなり、図示例では、上側通電経路Ｌ１が下側通電経路Ｌ２の１．５倍以上の経路長を有する。従って、下側通電経路Ｌ２により多く電流が流れるため、下側通電経路Ｌ２上に形成された接合予定部Ｑ’に十分な電流を流して確実に溶接することができる。特に、本実施形態のように、上側の金属板１０が下側の金属板２０よりも厚く形成される場合、接合予定部Ｑ’に十分な電流を流すことは困難となるが、上記のように上側通電経路Ｌ１を下側通電経路Ｌ２よりも長くすることにより、上側の金属板１０に過剰な電流を流すことなく、接合予定部Ｑ’に十分な電流を流すことができる。

ところで、アース電極３０の直下のＰ点において、上側の金属板１０と下側の金属板２０とが非接触であると、Ｐ点に通電させることができないため、下側通電経路Ｌ２はＰ点を迂回して形成される。この場合、下側通電経路Ｌ２の経路長が長くなって、上側通電経路Ｌ１との差が小さくなり、最悪の場合、下側通電経路Ｌ２の経路長が上側通電経路Ｌ１の経路長よりも長くなる恐れがある。本実施形態では、アース電極３０直下のＰ点を既接合部とすることにより、Ｐ点で金属板１０，２０を確実に接触させて通電可能とすることができるため、上記のような不具合を確実に回避することができる。

本実施形態では、電極３０，４０間に流す電流を電流制御部により制御して、電流値の異なる複数の区間からなる通電パターン（図３参照）で溶接が行われる。具体的には、上側の金属板１０を軟化させる程度の電流値Ｉ１で通電する第１通電区間Ａ１と、第１通電区間Ａ１の電流値Ｉ１よりも小さく、溶接が行われない非溶接電流値Ｉ２で通電する第２通電区間Ａ２と、第１通電区間Ａ１の電流値Ｉ１よりも大きく、金属板１０，２０を溶接可能な溶接電流値Ｉ３で通電する第３通電区間Ａ３と、第３通電区間Ａ３の溶接電流値Ｉ３よりも小さい電流値Ｉ４（本実施形態ではＩ２と同値）で通電する第４通電区間Ａ４からなる。第１及び第２通電区間Ａ１，Ａ２で上側の金属板１０が軟化されて電極４０がフランジ部１２の上面に食い込み、これにより電極４０と金属板１０との間で十分な接触面積が確保されるため、局部的な溶融によるスパッタの発生を防止できる。そして、第３通電区間Ａ３で電流を非溶接電流値Ｉ２から溶接電流値Ｉ３まで急激に上昇させ、これにより接合予定部Ｑ’の金属板１０，２０が部分的に溶融し、この溶融部分が固化することにより両金属板１０，２０を接合する溶接部Ｑ（図示省略）が形成される。

本発明は上記の実施形態に限られない。上記の実施形態では上側の金属板１０のＵ字形状部１１を迂回させて上側通電経路Ｌ１を設けることにより、上側通電経路Ｌ１の経路長を下側通電経路Ｌ２の経路長よりも長くしているが、これに限られない。例えば図４に示すように、上側の金属板１０に通電阻害部を設けることにより、上側通電経路Ｌ１の経路長を長くしてもよい。図示例では、上側の金属板１０のうち、電極３０，４０との当接部（図４（ａ）において既接合部Ｐ及び接合予定部Ｑ’の位置）を最短で結ぶ経路上に、通電阻害部として例えばスリット５０を形成する。これにより、上側通電経路Ｌ１はスリット５０を迂回して設けられるため、経路長が長くなる。一方、下側の金属板２０は平坦な平板状に形成されるため、下側通電経路Ｌ２は両端部を除いて直線状に形成され、経路長が短くなる。これにより、上側通電経路Ｌ１の経路長を下側通電経路Ｌ２の経路長よりも長くすることができる。

また、電極３０，４０の先端部の形状は図２に示すような円すい台形状に限らず、例えば、電極３０，４０の一方又は双方の先端部を凸球面状としたり、アース側の電極３０の先端部を平面状としたりすることもできる。

また、上記の実施形態では、一方の電極３０をアース電極とし、他方の電極４０を溶接電極とした場合を示しているが、これに限らず、例えば双方の電極３０，４０を溶接電極とし、２箇所同時に溶接部を形成してもよい。

また、上記の実施形態では、上側の金属板１０の一方のフランジ部１２と下側の金属板２０とをダイレクトスポット溶接等により接合して既接合部Ｐを形成した後に、上側の金属板１０の他方のフランジ部１３と下側の金属板２０とを図１に示す方法で接合して溶接部Ｑを形成しているが、必ずしも溶接部Ｑの形成に先立って既接合部Ｐを形成する必要はない。

また、上記の実施形態では、電流値の異なる４つの通電区間Ａ１〜Ａ４からなる通電パターン（いわゆる４段通電、図３参照）により電極３０，４０間に通電しているが、これに限られない。例えば、非溶接電流値Ｉ２の第２通電区間Ａ２及び溶接電流値Ｉ３の第３通電区間Ａ３の２つの通電区間のみからなる通電パターン（いわゆる２段通電、図示省略）により電極３０，４０間に通電してもよい。

１０ 上側の金属板（ハット形状）
２０ 下側の金属板（平板状）
３０ 電極（アース電極）
４０ 電極（溶接電極）
５０ スリット
Ｌ１，Ｌ２ 通電経路
Ｐ 既接合部
Ｑ’ 接合予定部

Claims (1)

1. 断面ハット形状を成した一方の金属板に設けられた一対のフランジ部と、前記一方の金属板よりも薄い他方の金属板とを重ね合わせ、両金属板の重合部に一方側から一対の電極を当接させ、この一対の電極の間に電流を流すことにより前記２枚の金属板を溶接し、自動車の骨格部品として使用される中空柱状部材を形成するための抵抗溶接方法であって、
   前記一方の金属板の一方のフランジ部に一方の電極を当接させると共に、前記他方の金属板の他方のフランジ部に他方の電極を当接させることにより、前記一方の金属板のみを通って一対の電極間を最短で結ぶ通電経路（Ｌ１）を、前記他方の金属板を通って一対の電極間を最短で結ぶ通電経路（Ｌ２）よりも長くした抵抗溶接方法。
   

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