JP6214376B2 - 溶接部の接合状態評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、重ね合わせた２枚の超高張力鋼板に一対の電極を当接させてスポット溶接する溶接部の接合状態の良否を評価する溶接部の接合状態評価方法に関する。

従来、図７に示すように、２枚の金属板５０ａ，５０ｂの所定の溶接部位に電極５１ａ，５１ｂを接触配置し、両電極５１ａ，５１ｂ間に通電してスポット溶接（抵抗溶接）し、ナゲットと称される溶接部５２の接合状態の良否を検査する方法として、図８に示すように、両金属板５０ａ，５０ｂ間に溶接部５２に向けてたがね５３を打ち込み、例えばナゲット径Ｄ（図７参照）が所望値よりも小さく溶接部５２に剥離等が生じた場合には接合不良と判定し、図８のように金属板５０ａは多少変形するものの溶接部５２に剥離が生じない場合には、ナゲット径（図７参照）が所望値以上の良好な溶接部５２が形成されていると判定することが行われている。なお、良好な溶接部５２と判定されると、その後図９に示すように、変形した金属板５０ａは、ハンマー５４で叩くことによって元の形状に復元され製品に使用される。

このとき、金属板５０ａ，５０ｂの引張張力が２７０ＭＰａを超える高強度鋼板であって、これらの溶接部５２を検査する場合には、図１０に示すように、金属板５０ａ，５０ｂが変形し難いことから、たがね５３を打ち込む際の衝撃により、図１１に示すように、溶接部５２のたがね５３が打ち込まれる側に応力集中が生じてクラック５５が発生し易いという問題がある。

そのため、例えば特許文献１に記載のように、先端に向けて先細りした形状の刃先部に、溶接部の幅よりも大きい切欠部を形成してなる特殊な形状のたがねを使用して検査することが考えられている。

しかし、引張張力が５９０ＭＰａ以上の非常に硬い超ハイテンと称される鋼板（以下、超ハイテン材という）の場合、超ハイテン材がより一層変形し難くなるため、上記した特許文献１に記載のような特殊形状のたがねであっても、引張張力が５９０ＭＰａ以上の超ハイテン材の溶接部の検査には不向きである。

そこで、引張張力が５９０ＭＰａ以上の超ハイテン材のスポット溶接の溶接部を非接触で検査できるように、電極間に流す電流を溶接電流値まで上昇させた後、電流値を上昇させた直後に電極間の抵抗値が降下すれば良好な溶接部が形成されたと判定し、電流値を上昇させた後しばらくたってから電極間の抵抗値が降下すれば溶接部の接合状態が不良であると判定することが提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２０１１−４７７３８号公報（段落０００２−０００４、０００９および図１、図２参照） 特開２０１１−１７７７２２号公報（要約、段落００１２−００１４参照）

しかし、上記した特許文献２に記載のような方法の場合、溶接部の接合状態を破壊することなく検査（非破壊検査）できるので、検査段階で溶接部にクラックが生じる恐れはないものの、電極間の抵抗値を常時監視する装置が必要であるため検査コストが高くなり、しかも各溶接部ごとに抵抗値のデータ解析を行わなければ成らず、時間と労力を要するという問題がある。

本発明は、検査コストがかからず簡単に超ハイテン材（引張張力が５９０ＭＰａ以上）の溶接部の接合状態を評価できるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の溶接部の接合状態評価方法は、重ね合わせた２枚の超高張力鋼板に一対の電極を当接させてスポット溶接する溶接部の接合状態の良否を評価する溶接部の接合状態評価方法において、前記両超高張力鋼板のうち一方の前記超高張力鋼板に非超高張力鋼板をさらに重ね合わせ、前記非超高張力鋼板の厚さとして、前記両超高張力鋼板と前記非超高張力鋼板との総厚の１／２の点を基準点に、前記基準点から前記両超高張力鋼板の境界面までの距離に比べて、前記基準点から前記一方の超高張力鋼板と前記非超高張力鋼板との境界面までの距離が大きくなるように設定し、前記両超高張力鋼板および前記非超高張力鋼板を重ね合わせた状態でスポット溶接し、前記一方の超高張力鋼板と前記非超高張力鋼板との間に検査用のたがねを前記溶接部に向けて打ち込んで前記溶接部の接合状態の良否を評価することを特徴としている（請求項１）。

スポット溶接の場合、２つの電極を溶接部位の両側に接触させて通電し、電気抵抗による発熱を利用して金属を内部から溶融させてナゲットと称される溶融金属が凝固した溶接部を形成して溶接するものであり、溶接対象の総厚の半分の位置からナゲットが形成される。

そのため、２枚の超高張力鋼板にこれよりも薄い非超高張力鋼板を重ねてスポット溶接しても、両超高張力鋼板の境界のほか、一方の超高張力鋼板と非超高張力鋼板との境界の双方に跨るナゲットを形成することができる。このとき、非超高張力鋼板の厚さとして、両超高張力鋼板と非超高張力鋼板との総厚の１／２の点を基準点に、この基準点から両超高張力鋼板の境界面までの距離に比べて、基準点から一方の超高張力鋼板と非超高張力鋼板との境界面までの距離が大きくなるように設定することにより、両超高張力鋼板の境界のナゲット径を、一方の超高張力鋼板と非超高張力鋼板との境界のナゲット径以上にすることができ、一方の超高張力鋼板と非超高張力鋼板との境界の接合状態を、たがねを用いた従来手法により検査することによって、両超高張力鋼板の境界のナゲットの接合状態の良否を評価することが可能になる。

したがって、請求項１に係る発明によれば、引張張力が５９０ＭＰａ以上の超高張力鋼板を２枚重ね合わせ、その一方にこれら超高張力鋼板よりも薄い非超高張力鋼板をさらに重ね合わせてスポット溶接し、一方の超高張力鋼板と非超高張力鋼板との間に検査用のたがねを溶接部に向けて打ち込んで溶接部の接合状態の良否を評価するため、たがねを打ち込むことにより非超高張力鋼板は容易に変形して重ね合わせた超高張力鋼板と非超高張力鋼板との間の接合状態の良否を簡単に判定することができ、その判定の結果、接合状態が良好と評価できれば、両超高張力鋼板間の接合状態も良好と評価することができ、引張張力が５９０ＭＰａ以上の超高張力鋼板の溶接部の接合状態を、検査コストがかからず簡単に評価することが可能になる。

本発明に係る溶接部の接合状態評価方法の一実施形態における溶接時の動作説明用の断面図である。 一実施形態における溶接部の接合状態の検査途中の断面図である。 一実施形態の評価原理説明用の断面図である。 一実施形態の評価原理説明用の断面図である。 変形例の斜視図である。 他の変形例の斜視図である。 一般のスポット溶接の説明用断面図である。 図７の溶接部のある状態での断面図である。 図７の溶接部の異なる状態での断面図である。 他の従来例のある状態での断面図である。 図１０の溶接部の断面図である。

本発明の一実施形態について、図１ないし図５を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、それぞれ厚さＴ１，Ｔ２を有する２枚の超ハイテン材（超高張力鋼板）からなる第１、第２溶接部材１ａ，１ｂを重ね合わせ、さらに一方の超ハイテン材である第２部材１ｂに厚さｔ３の非超高張力鋼板からなる当て板２を重ね合わせ、第１溶接部材１ａおよび当て板２にスポット溶接の電極３ａ，３ｂを接触させ、両電極３ａ，３ｂ間に電流を通流してスポット溶接する。

このとき、図２に示すように、両電極３ａ，３ｂ間に電流を通流すると、電気抵抗による発熱によって両溶接部材１ａ，１ｂおよび当て板２の総厚Ｔ（＝Ｔ１＋Ｔ２＋ｔ３）の半分（＝Ｔ／２）の位置を基準点Ｐ（図２中の×印）として、この基準点Ｐから金属の溶融が始まって周囲に広がり、ナゲットと称される溶融金属が凝固した溶接部５が形成される。そのため、当て板２の厚さｔ３と総厚Ｔとの関係が、
Ｔ／ｔ３≧３…（１式）
を満たす、つまり当て板２の厚さｔ３が総厚Ｔの３分の１以下に薄くしておけば、図３に示すように、両溶接部材１ａ，１ｂの境界のナゲット径Ｄ１は、第２溶接部材１ｂと当て板２との境界のナゲット径Ｄ２以上（Ｄ１≧Ｄ２）になる。

さらに好ましくは、当て板２の厚さｔ３として、図２に示すように、基準点Ｐから第１、第２溶接部材１ａ，１ｂの境界面までの距離ｘに比べて、基準点Ｐから第２部材１ｂと当て板２との境界面までの距離ｙが大きく（ｘ＜ｙ）なるように設定するとよい。

そうすると、図４に示すように、第２溶接部材１ｂと当て板２との境界に溶接部５に向けてたがね７を打ち込むと、非超高張力鋼板からなる当て板２は容易に変形するので、第２溶接部材１ｂと当て板２との境界の接合状態を周知のたがね検査により判定することができ、たがね検査の結果、第２溶接部材１ｂと当て板２との境界の接合状態が良好であれば、第２溶接部材１ｂと当て板２との境界のナゲット径Ｄ２以上のナゲット径Ｄ１を有する両溶接部材１ａ，１ｂの境界の接合状態も良否であると評価できる。なお、変形した当て板２は、従来と同様、その後ハンマーにより叩いて元の形状に復元すればよい。

したがって、上記した実施形態によれば、両溶接部材１ａ，１ｂを重ね、上記した厚さｔ３の非超高張力鋼板からなる当て板２を第２溶接部材１ｂにさらに重ね合わせてスポット溶接し、重ね合わせた第２溶接部材１ｂと当て板２との間に検査用のたがね７を溶接部５に向けて打ち込んで溶接部５の接合状態の良否を評価するようにしたため、たがね７を打ち込むことにより非超高張力鋼板である当て板２が容易に変形するので、周知のたがね検査と同様の手法により、第２溶接部材１ｂと当て板２との間の接合状態の良否を簡単に判定することができ、この第２溶接部材１ｂと当て板２との間の接合状態が良好であれば、両溶接部材１ａ，１ｂ間の接合状態も良好と評価することができる。その結果、引張張力が５９０ＭＰａ以上の両溶接部材１ａ，１ｂの溶接部５の接合状態を、従来のように検査コストがかかることなく、簡単に評価することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。

例えば、上記した実施形態では、２枚の溶接部材１ａ，１ｂにさらに非超高張力鋼板からなる当て板２を重ね合わせてスポット溶接する例について説明したが、具体的製品として車両のボデーに使用する超ハイテン材をスポット溶接したときの接合状態を評価する例として、例えば図５に示すように、引張張力が５９０ＭＰａ以上の超ハイテン材からなる断面ハット状の第１部材１１ａの両側のフランジ部分に、当接する引張張力が５９０ＭＰａ以上の超ハイテン材からなる平板１１ｂを重ね合わせ、当該フランジ部分の数箇所（図５中の×印）をスポット溶接するに当たり、平板１１ｂの両フランジ部分の下方にフランジ部分に沿う長尺の非超高張力鋼板からなる当て板１２をさらに重ね合わせてスポット溶接を行い、平板１１ｂと当て板１２との境界に溶接部に向けてたがねを打ち込んで接合状態の良否を評価するようにしてもよい。

このとき、当て板１２は、平板１１ｂと同形状（ただし、厚さは異なる）の平板からなるものであってもよいし、スポット溶接の実施点ごとに当て板１２を配設するようにしてもよい。

また、上記した実施形態における当て板２や、図５の当て板１２は、接合状態の評価専用に使用するもので、製品を構成する部材ではない場合を例示したものであるが、実際の製品を構成する非超高張力鋼板からなる部材を２枚の超ハイテン材にさらに重ね合わせる場合であっても、本発明を同様に実施することができる。

すなわち、図６に示すように、車両において、引張張力５９０ＭＰａ以上の超ハイテン材からなるインナパネルとアウタパネルとを重ね合わせたピラーＰであって、非超抗張力鋼板からなるサイドアウタパネルＳをさらに重ね合わせて補強する構成において、同図中の×印に示す複数箇所の溶接点をスポット溶接し、これらスポット溶接した溶接部の接合状態の良否を評価する場合にも、本発明を同様に実施することができる。

１ａ，１ｂ …第１、第２溶接部材（超高張力鋼板）
２，１２ …当て板（非超高張力鋼板）
５ …溶接部
７ …たがね
１１ａ …第１部材（超高張力鋼板）
１１ｂ …第２部材（超高張力鋼板）
Ｐ …ピラー（超高張力鋼板）
Ｓ …サイドアウタパネル（非超高張力鋼板）

Claims (1)

1. 重ね合わせた２枚の超高張力鋼板に一対の電極を当接させてスポット溶接する溶接部の接合状態の良否を評価する溶接部の接合状態評価方法において、
   前記両超高張力鋼板のうち一方の前記超高張力鋼板に非超高張力鋼板をさらに重ね合わせ、
   前記非超高張力鋼板の厚さとして、前記両超高張力鋼板と前記非超高張力鋼板との総厚の１／２の点を基準点に、前記基準点から前記両超高張力鋼板の境界面までの距離に比べて、前記基準点から前記一方の超高張力鋼板と前記非超高張力鋼板との境界面までの距離が大きくなるように設定し、
   前記両超高張力鋼板および前記非超高張力鋼板を重ね合わせた状態でスポット溶接し、
   前記一方の超高張力鋼板と前記非超高張力鋼板との間に検査用のたがねを前記溶接部に向けて打ち込んで前記溶接部の接合状態の良否を評価することを特徴とする溶接部の接合状態評価方法。

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