JP6094079B2 - Resistance spot welding method - Google Patents
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Description
本発明は、複数枚の鋼板を重ね合わせたワーク、特に板厚比(=板組みの全体厚/一番薄い板の板厚)の大きな板組みを抵抗スポット溶接する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for resistance spot welding of a workpiece in which a plurality of steel plates are overlapped, particularly a plate assembly having a large plate thickness ratio (= total thickness of plate assembly / plate thickness of the thinnest plate).
一般に、重ね合わせられた鋼板同士の接合には、重ね抵抗溶接法の一種である抵抗スポット溶接法が用いられている。例えば、自動車の製造にあたっては1台あたり数千点ものスポット溶接がなされている。この溶接法は、2枚以上の鋼板を重ね合わせ、その表面を直接、上下の電極で挟み圧力を加えながら、上下電極間に高電流の溶接電流を短時間通電して接合する方法である。高電流の溶接電流を流すことで発生する抵抗発熱を利用して、点状の溶接部が得られる。この点状の溶接部は、ナゲットと呼ばれ、重ね合わせた鋼板に電流を流した際に両鋼板の接触箇所で両鋼板が溶融し、凝固した部分であり、これにより両鋼板が点状に接合される。 In general, a resistance spot welding method, which is a kind of a lap resistance welding method, is used for joining stacked steel plates. For example, in the manufacture of automobiles, several thousand spots are welded per vehicle. This welding method is a method in which two or more steel plates are overlapped, and the surface is directly sandwiched between the upper and lower electrodes and a high current welding current is applied between the upper and lower electrodes for a short time to join them. A spot-like weld is obtained by utilizing resistance heat generated by passing a high-current welding current. This spot-like weld is called a nugget and is a part where both steel plates melt and solidify at the contact points of both steel plates when an electric current is passed through the stacked steel plates. Be joined.
また、自動車の部品構造をみると、例えばセンターピラーでは、アウターとインナーの間にレインフォースメントを挟み込んだ構造が採用されている。この構造では、単純な二枚重ねの鋼板をスポット溶接する場合と異なり、3枚以上の鋼板を重ね合わせてスポット溶接することが要求される。 Looking at the parts structure of an automobile, for example, the center pillar employs a structure in which a reinforcement is sandwiched between an outer and an inner. In this structure, unlike the case of spot welding of a simple two-ply steel plate, it is required to superimpose three or more steel plates for spot welding.
さらに、最近では、車体の衝突安全性の更なる向上要求にともない、リインフォースメントなどの高強度化、厚肉化が進み、外側に配置された板厚の薄いアウター(薄板)と、板厚の厚いインナー、リインフォースメント(厚板)を組み合わせた板組みをスポット溶接することが必要となる場合が多い。なお、ここでは、板組みされた鋼板のうち、板厚が相対的に小さい鋼板を薄板と記載し、板厚の相対的に大きい鋼板を厚板と記載することとし、以下も同様の記載とする。 In addition, recently, with the demand for further improvement in the collision safety of the car body, the reinforcement and the like of the reinforcement have been increased, and the thinner outer (thin plate) disposed on the outside, In many cases, it is necessary to spot-weld a plate assembly combining a thick inner and reinforcement (thick plate). Here, among the steel plates assembled in a plate, a steel plate having a relatively small thickness is referred to as a thin plate, a steel plate having a relatively large thickness is referred to as a thick plate, and the following is also the same description. To do.
このような板厚比(=板組みの全体厚/一番薄い板の板厚)の大きな板組みにおいて、従来のような、加圧力、溶接電流を一定の値としたままにするスポット溶接を行った場合には一番外側(電極チップと接触する側)の薄板と厚板の間に必要なサイズのナゲットが形成されにくく、健全な接合部を得るのが困難なことが知られている。とくに板厚比が5を超えるような板組みでは、この傾向が強い。 In such a plate assembly with a large plate thickness ratio (= total thickness of the plate assembly / thickness of the thinnest plate), spot welding that keeps the applied pressure and welding current at a constant value as in the past. It is known that a nugget of a necessary size is difficult to be formed between the thin plate and the thick plate on the outermost side (the side in contact with the electrode tip), and it is difficult to obtain a sound joint. This tendency is particularly strong when the plate thickness ratio exceeds 5.
これは、電極チップによる冷却によって一番外側の薄板と厚板の間では温度が上がりにくいことが原因である。ナゲットは、電極間の中央付近から鋼板の固有抵抗により体積抵抗発熱にて形成されるが、ナゲットが薄板にまで成長するまでに、電極間中央部に近い部分に位置する厚板と厚板間でのナゲットが過大に成長し、電極による加圧では抑えきれずに散り(母材が局部的に過熱されて溶融飛散する現象)が発生するため、散り発生なく必要なサイズのナゲットを薄板−厚板間に得ることが困難となり、破壊試験をしたときに、薄板が剥離しやすい。 This is because the temperature hardly rises between the outermost thin plate and the thick plate due to cooling by the electrode tip. The nugget is formed by volume resistance heat generation due to the specific resistance of the steel plate from the center between the electrodes, but before the nugget grows to a thin plate, between the thick plate and the thick plate located near the center between the electrodes The nugget at the surface grows too much and can not be suppressed by the pressure applied by the electrode, but it can be scattered (a phenomenon in which the base material is locally overheated and melted and scattered). It becomes difficult to obtain between thick plates, and the thin plates are easy to peel off when a destructive test is performed.
また、一番外側に配置される薄板がアウターの場合には、強度よりも成形性が重要となるため、使用される鋼板は軟鋼となることが多い。一方、厚板は強度補強部材であり高張力鋼板が使用される場合が多い。このような板組みでは、発熱する位置は、固有抵抗の高い高張力鋼板側に偏るため、厚板−薄板(軟鋼)間にはさらにナゲットが形成されにくくなる。 Further, when the outermost thin plate is the outer, formability is more important than strength, so the steel plate used is often mild steel. On the other hand, the thick plate is a strength reinforcing member, and a high-tensile steel plate is often used. In such a plate assembly, the position where heat is generated is biased toward the high-tensile steel plate having a high specific resistance, so that nuggets are more difficult to be formed between the thick plate and the thin plate (mild steel).
このような問題に対し、例えば、特許文献1では、重ね合わされた2枚の厚板にさらに薄板が重ね合わされた板厚比の大きな板組みにおいて、薄板の溶接すべき位置に部分的に一般部より一段高い座面を形成するとともに、薄板に対向する電極は、先端を球面に形成し、溶接前期は低加圧力で、薄板の座面を押しつぶすようにして、薄板とこれと隣り合う厚板とを溶接し、その後、高加圧力で2枚の厚板同士を溶接することにより、薄板−厚板間にも必要なナゲットを得る技術が提案されている。 With respect to such a problem, for example, in Patent Document 1, in a plate assembly having a large plate thickness ratio in which a thin plate is further superimposed on two stacked thick plates, a general part is partially located at a position where the thin plate is to be welded. The electrode facing the thin plate is formed with a higher stepped surface, the tip of the electrode is formed into a spherical surface, and the thin plate and the thick plate adjacent to it are crushed by the low pressure during the first stage of welding. And then, two thick plates are welded together with high pressure, and a technique for obtaining a necessary nugget between a thin plate and a thick plate has been proposed.
また、特許文献2では、剛性の高い2枚の厚板の上に剛性の低い薄板を重ね合わせたワークを、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、剛性が最も小さい薄板に当接する電極チップの先端径を、厚板と当接する電極チップの先端径よりも小さくすることによって、薄板と電極チップとの接触面積が、厚板と電極チップの接触面積よりも小さくなるようにすることにより、薄板−厚板間にもナゲットを得る技術が提案されている。 Further, in Patent Document 2, in a method in which a workpiece in which a thin plate with low rigidity is superimposed on two thick plates with high rigidity is sandwiched between a pair of electrode tips, the thin plate with the smallest rigidity is brought into contact. By making the tip diameter of the electrode tip smaller than the tip diameter of the electrode tip contacting the thick plate, the contact area between the thin plate and the electrode tip is made smaller than the contact area between the thick plate and the electrode tip. Thus, a technique for obtaining a nugget between a thin plate and a thick plate has been proposed.
また、特許文献3では、板厚比の大きな被溶接体をスポット溶接する方法において、被溶接体に第1の加圧力を負荷して溶接電流を流した後、一旦通電を停止し、被溶接体を挟んだまま、上記第1の加圧力よりも大きな第2の加圧力を負荷して再び溶接電流を流すことにより、そして望ましくは、上記第1の工程における溶接電流の電流値を、第1段階〜第3段階の3段階に変化させるとともに、第2段階の電流値を第1段階および第3段階の電流値よりも小さくすることにより、板厚比の大きい被溶接体の接合強度を向上させるというスポット溶接方法が提案されている。
Further, in
しかしながら、特許文献1に記載の抵抗スポット溶接方法では、この場合ナゲットは形成されるが、薄板の溶接する部分に予め一般部より一段高い座面をプレスなどで形成する工程が必要となるという問題がある。 However, in the resistance spot welding method described in Patent Document 1, in this case, a nugget is formed, but a problem that a step of forming a seat surface that is one step higher than the general part in advance by a press or the like is required in the part to be welded of the thin plate. There is.
また、特許文献2に記載の抵抗スポット溶接方法では、剛性が最も小さい薄板に当接する電極チップの先端径を、厚板と当接する電極チップの先端径よりも小さくすることによって、薄板と電極チップとの接触面積が、厚板と電極チップの接触面積よりも小さくなるようにすることにより、薄板−厚板間にもナゲットを得ているが、薄板と電極チップとの接触面積が小さいことは電極により加圧される範囲が狭いことになり、厚板−厚板間に大きなナゲットを形成しようとすると散りが発生するという問題がある。 Moreover, in the resistance spot welding method described in Patent Document 2, the thin plate and the electrode tip are formed by making the tip diameter of the electrode tip that contacts the thin plate having the smallest rigidity smaller than the tip diameter of the electrode tip that contacts the thick plate. The nugget is obtained between the thin plate and the thick plate by making the contact area with the plate smaller than the contact area between the thick plate and the electrode tip, but the contact area between the thin plate and the electrode tip is small. The range in which pressure is applied by the electrode is narrow, and there is a problem that scattering occurs when a large nugget is formed between the thick plate and the thick plate.
また、特許文献3に記載の抵抗スポット溶接方法では、ナゲットを薄板−厚板間に形成することが可能となるが、鋼板間に板隙が存在する場合はナゲットの形成が困難となり、薄板−厚板間に健全な接合部を得ることは困難になると考えられる。
Further, in the resistance spot welding method described in
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、重ね合わせた2枚以上の厚板の、外側の少なくとも一方に、さらに薄板を重ね合わせた板厚比の大きな板組みにおいて、板と板の間に板隙があった場合でも、薄板−厚板間に健全な接合部を得ることができる抵抗スポット溶接方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and in a plate assembly having a large plate thickness ratio in which a thin plate is further superimposed on at least one of the outer sides of two or more thick plates superimposed, It is an object of the present invention to provide a resistance spot welding method capable of obtaining a sound joint between a thin plate and a thick plate even when there is a gap between the plates.
本発明者らは、上記課題を達成するため、抵抗スポット溶接におけるナゲット形成に及ぼす各種要因について鋭意検討した。 In order to achieve the above-mentioned problems, the present inventors diligently studied various factors affecting nugget formation in resistance spot welding.
まず、重ね合わせた2枚以上の厚板の外側の一方にさらに薄板を重ね合わせた板厚比の大きな板組みのスポット溶接を行った場合、薄板−厚板間に必要なサイズのナゲットが形成されにくいことが知られており、その解決には溶接前期の加圧力は小さくし、溶接中に加圧力を増加させることが有効であることを知見した。 First, when spot welding is performed on a plate assembly with a large plate thickness ratio in which a thin plate is further overlapped on one of the two or more thick plates that are overlapped, a nugget of the required size is formed between the thin plate and the thick plate. It is known that it is difficult to be applied, and it was found that it is effective to reduce the applied pressure in the first stage of welding and to increase the applied pressure during welding.
すなわち、溶接前期から高加圧力で加圧した場合、電極−薄板間、薄板−厚板間、厚板−厚板間の通電面積が広くなり、電流密度が低くなるため発熱し難く、さらに板厚比が大きな板組みの場合、薄板−厚板間は電極に近いために冷却され、より発熱し難い状態となる。このため、厚板−厚板間には必要なサイズのナゲットが形成されても、薄板−厚板間にはナゲットが形成されず、破壊試験を行なった場合に薄板が剥離しやすい。 That is, when high pressure is applied from the first stage of welding, the current-carrying area between the electrode and thin plate, between the thin plate and thick plate, and between the thick plate and thick plate becomes large, and the current density becomes low, so it is difficult to generate heat. In the case of a plate assembly having a large thickness ratio, the space between the thin plate and the thick plate is close to the electrode, so that it is cooled and is in a state where it is more difficult to generate heat. For this reason, even if a nugget of a necessary size is formed between the thick plate and the thick plate, no nugget is formed between the thin plate and the thick plate, and the thin plate is easily peeled off when a destructive test is performed.
一方、溶接前期に低い加圧力で溶接した場合は、電極−薄板間、薄板−厚板間、厚板−厚板間の通電面積が小さくなり、低い電流でも電流密度が高く発熱しやすくなる。特に電極と薄板の間の接触径が小さくなるように加圧力を低く設定することにより、電極−薄板間の接触部の電流密度が高くなるが、電極の冷却作用により電極−薄板間の発熱は抑制され、通電前期は電極からわずかに離れた電極の近傍における発熱が最も多くなる。板厚比の大きな板組みでは電極近傍の発熱域と薄板−厚板の境界が近い位置にあるため、低い加圧力下であれば、この発熱による熱膨張・変形が薄板−厚板間の接触径を減らし、電流密度が増加することにより、薄板−厚板間にナゲットが形成される。 On the other hand, when welding is performed at a low pressure in the first stage of welding, the current-carrying area between the electrode and the thin plate, between the thin plate and the thick plate, and between the thick plate and the thick plate is small, and the current density is high and the heat is easily generated. In particular, by setting the applied pressure low so that the contact diameter between the electrode and the thin plate is reduced, the current density at the contact portion between the electrode and the thin plate increases, but the heat generation between the electrode and the thin plate is caused by the cooling action of the electrode. In the first half of energization, the heat generation in the vicinity of the electrode slightly away from the electrode is the largest. In a plate assembly with a large plate thickness ratio, the heat generation area near the electrode and the boundary between the thin plate and the thick plate are close to each other. By reducing the diameter and increasing the current density, a nugget is formed between the thin plate and the thick plate.
しかしながら、低加圧力のままでは長時間通電しても電極近傍に形成された溶融部が鋼板表面にまで成長し、表散り(鋼板と電極の間から溶融金属が飛散)が発生するようになる。また、厚板−厚板間も加圧力が小さいために、必要なナゲット径が得られる前に中散り(鋼板と鋼板の間から溶融金属が飛散)が発生する。 However, even if it is energized for a long time with low pressure applied, the molten part formed in the vicinity of the electrode grows up to the surface of the steel sheet, and surface scattering (melted metal scatters between the steel sheet and the electrode) occurs. . In addition, since the applied pressure is small between the thick plate and the thick plate, middle scattering (molten metal scatters between the steel plates) occurs before the necessary nugget diameter is obtained.
そこで、低加圧力で溶接を開始し、溶接中に加圧力を増加させることで、上記の問題が解決し、板厚比が大きい板組みでも薄板−厚板間、厚板−厚板間それぞれに必要な径のナゲットを形成する溶接が可能となると考えた。溶接前期に低加圧力で短時間高電流通電することにより、薄板−厚板間にナゲットを形成させる。その後、加圧力を増加させることにより、電極−薄板間の通電面積の拡大と、電極による冷却作用の増加により、電極近傍でのナゲット形成は停止し、今度は電極間中央部付近に発熱域が移動し、厚板−厚板間にナゲットが形成される。加えて、加圧力が大きいことにより、電極による加圧面積も広がり、ナゲットが大きく成長しても散りが発生しにくくなる。 Therefore, by starting welding with a low pressure and increasing the pressure during welding, the above problems can be solved, and even between a thin plate and a thick plate, even between a thin plate and a thick plate, We thought that welding to form a nugget with a diameter required for the welding would be possible. A nugget is formed between a thin plate and a thick plate by applying a high current for a short time with a low pressure in the first stage of welding. After that, by increasing the applied pressure, the nugget formation near the electrodes was stopped due to the expansion of the current-carrying area between the electrode and the thin plate and the increase of the cooling action by the electrodes, and this time the heating area was near the center between the electrodes. The nugget is formed between the planks and the planks. In addition, since the pressurizing force is large, the pressurization area by the electrode is widened, and even if the nugget grows greatly, it becomes difficult for scattering to occur.
以上により、板厚比が大きな板組みにおいても、薄板−厚板間、厚板−厚板間のそれぞれに必要なサイズのナゲットを得ることができる抵抗スポット溶接が可能となる。 As described above, even in a plate assembly having a large plate thickness ratio, resistance spot welding that can obtain nuggets of a necessary size between the thin plate and the thick plate and between the thick plate and the thick plate is possible.
しかしながら、重ね合わせた鋼板間に板隙が存在する場合は、溶接前期の低加圧下での溶接において、板隙をなくすことができない場合があり、この場合、溶接電流は隣の溶接点等、離れた位置にある鋼板間接触点に分流する。この場合は電極直下における溶接電流密度が、板隙のない場合と比較して低くなり、薄板−厚板間にナゲットが形成されにくくなる。一方、溶接前期の低加圧での溶接条件を板隙のある場合に適した条件を選択した場合には、板隙がない場合、あるいは溶接途中に板隙がつぶれてなくなった場合に、厚板−厚板間での電流密度が過剰となり、散りが発生する。 However, if there is a gap between the stacked steel plates, in the welding under the low pressure in the first stage of welding, the gap may not be eliminated. In this case, the welding current is the adjacent welding point, etc. The current is diverted to the contact point between the steel plates at a distant position. In this case, the welding current density immediately below the electrode is lower than that without a gap, and it is difficult to form a nugget between the thin plate and the thick plate. On the other hand, if the welding conditions at low pressure in the first half of welding are selected as appropriate when there is a gap, if there is no gap or if the gap does not collapse during welding, The current density between the plate and the thick plate becomes excessive, and scattering occurs.
そこで、本発明者らは更に検討を重ねて、板隙の有無に関わらず、板厚比の大きな板組みにおいても薄板−厚板間、厚板−厚板間にナゲットを形成することを可能とする手法を見出した。 Therefore, the present inventors have further studied, and it is possible to form a nugget between a thin plate and a thick plate and between a thick plate and a thick plate even in a plate assembly having a large plate thickness ratio regardless of the presence or absence of a plate gap. And found a technique.
それは、重ね合わせた2枚以上の厚板−厚板間に導電性を持つ樹脂を塗布した上で、上記の手法を適用するというものである。少なくとも一方に重ねられた薄板と厚板の間においては、溶接前期の低い加圧力でも薄板−厚板の間の板隙は潰されて電極直下にて接触する。一方、重ね合わせた2枚以上の厚板−厚板間においては、溶接前期の低加圧力の溶接においては板隙がつぶれ難いが、導電性を持つ樹脂を塗布しておくことにより、ギャップがつぶれない場合においても、分流する電流は少なく、溶接電流は電極間を直線的に流れる状態となり、薄板−厚板間の電流密度を増加させることができ、板隙の有無にかかわらず薄板−厚板間にナゲットを形成することができる。その後、加圧力を増加させることにより、厚板−厚板間の樹脂は電極直下から押し出され、溶接後期の大加圧力の溶接で厚板−厚板間にナゲットを形成させることができる。 That is, the above method is applied after applying a conductive resin between two or more stacked thick plates. Between the thin plate and the thick plate stacked on at least one side, the plate gap between the thin plate and the thick plate is crushed and contacted directly under the electrode even with a low pressurizing force before the welding. On the other hand, between two or more thick plates that are overlapped, the gap is difficult to collapse in low-pressure welding in the first stage of welding, but by applying a conductive resin, the gap is reduced. Even when it does not collapse, there is little current to be shunted, and the welding current is in a state of flowing linearly between the electrodes, and the current density between the thin plate and the thick plate can be increased. A nugget can be formed between the plates. Thereafter, by increasing the pressing force, the resin between the thick plate and the thick plate is pushed out from directly under the electrode, and a nugget can be formed between the thick plate and the thick plate by welding with a large pressing force in the latter stage of welding.
また、薄板−厚板間においても、電極直下以外の場所における分流を減らすことは溶接前期の低加圧下での溶接中に薄板−厚板間にナゲットを形成する上で有効である。薄板−厚板間に樹脂の塗布は必須ではないが、導電性を持たない樹脂を塗布することがより好ましい。薄板−厚板間に導電性を持たない樹脂を塗布することにより、電極直下は電極による加圧で樹脂が押し出されて通電の経路が確保され、その外側は導電性を持たない樹脂により薄板−厚板間が絶縁されているため、薄板−厚板間の電極直下の電流密度を高めることが容易となり、健全なナゲットを形成することが容易になる。 In addition, reducing the diversion in a place other than just below the electrode between the thin plate and the thick plate is effective for forming a nugget between the thin plate and the thick plate during welding under low pressure in the first stage of welding. It is not essential to apply a resin between the thin plate and the thick plate, but it is more preferable to apply a resin having no conductivity. By applying a non-conductive resin between the thin plate and the thick plate, the resin is extruded under pressure by the electrode just below the electrode to secure a current path, and the outside of the thin plate is made of non-conductive resin. Since the thick plates are insulated, it is easy to increase the current density immediately below the electrode between the thin plates and the thick plates, and it is easy to form a healthy nugget.
なお、従来の抵抗スポット溶接方法では、電極間中央部付近に形成されるナゲットを、薄板−厚板間が溶融するまで大きく成長させる必要があり、過大な電流が必要となっていた。これに対して、上記の方法であれば、溶接前期に薄板−厚板間に健全な接合部が形成できるため、溶接後期は厚板−厚板間に必要な径のナゲットが形成できる条件であれば良く、溶接後期の加圧力に応じて適切な溶接電流値を選べばよい。溶接後期の加圧力は、厚板―厚板間の板隙を潰して樹脂を押し出すに十分な加圧力を加えればよく、これは鋼板強度や板隙の剛性により異なる。 In the conventional resistance spot welding method, it is necessary to grow a nugget formed near the center between the electrodes until the gap between the thin plate and the thick plate is melted, and an excessive current is required. On the other hand, in the case of the above method, a sound joint can be formed between the thin plate and the thick plate in the first stage of welding. What is necessary is just to select an appropriate welding current value according to the applied pressure in the latter stage of welding. The applied pressure in the latter stage of welding may be sufficient to squeeze the gap between the thick plates and extrude the resin, and this depends on the strength of the steel plate and the rigidity of the gap.
本発明は、上記の考え方に基づいて想到されたものであり、以下のような特徴を有している。 The present invention has been conceived based on the above concept and has the following characteristics.
[1]重ね合わせた2枚以上の板厚の厚い鋼板の、外側の少なくとも一方に、さらに板厚の薄い鋼板を重ね合わせた板組みを一対の電極によって挟み、加圧力を加えながら抵抗スポット溶接を行なうにあたり、前記重ね合わせた2枚以上の板厚の厚い鋼板の間に導電性を持つ樹脂を介在させ、さらに、溶接工程を前期と後期に分け、溶接前期には、加圧力PがP≦3kNを満足する低い加圧力で溶接を行ない、その後、溶接後期には、高加圧下で通電して溶接を行なうことを特徴とする抵抗スポット溶接方法。 [1] Resistance spot welding with a pair of electrodes sandwiched between at least one of the two or more thick steel plates that are superposed on each other and a thin steel plate that is superposed with a pair of electrodes. In carrying out the process, a conductive resin is interposed between the two or more thick steel plates that are superposed, and the welding process is divided into the first and second stages. A resistance spot welding method characterized in that welding is performed with a low applied pressure satisfying ≦ 3 kN, and then welding is performed by energizing under high pressure in the latter stage of welding.
[2]前記板厚の薄い鋼板と前記板厚の厚い鋼板の間に、導電性を持たない樹脂を介在させて溶接することを特徴とする前記[1]に記載の抵抗スポット溶接方法。 [2] The resistance spot welding method according to [1], wherein welding is performed with a resin having no conductivity interposed between the thin steel plate and the thick steel plate.
本発明によると、重ね合わせた2枚以上の板厚の厚い鋼板の、外側の少なくとも一方に、さらに板厚の薄い鋼板を重ね合わせた板厚比の大きな板組みを抵抗スポット溶接する場合において、鋼板間に板隙が存在する場合でも、薄板−厚板間と厚板−厚板間の両方に健全な接合部を形成する抵抗スポット溶接を行なうことが可能となる。 According to the present invention, in the case of resistance spot welding a plate assembly having a large plate thickness ratio in which two or more stacked thick steel plates are overlapped with a thin steel plate on at least one of the outer sides, Even when there is a gap between the steel plates, it is possible to perform resistance spot welding that forms a sound joint between the thin plate and the thick plate and between the thick plate and the thick plate.
本発明の一実施形態を以下に述べる。 One embodiment of the present invention is described below.
本発明の一実施形態においては、例えば、図1に示すように、重ね合わせた2枚の板厚の厚い鋼板(厚板)12、13の上面に板厚の薄い鋼板(薄板)11を重ね合わせ、さらにその鋼板間に板隙(薄板11と厚板12の間に第1の板隙21、厚板12と厚板13の間に第2の板隙22)があるような板厚比の大きな板組み(ワーク)10を、一対の電極(電極チップ)16、17で挟んで加圧力を加えながら抵抗スポット溶接する場合に、重ね合わせた2枚の厚板12、13の間(板隙22)に導電性を持つ樹脂26を塗布し、溶接工程を前期と後期に分け、溶接前期において、低い加圧力で加圧して、板隙21を潰した上で、短時間、高電流の通電を行うことにより、電流は導電性の樹脂26を介して電極16、17間を直線的に流れ、電極16、17直下の電流密度を高めることができ、図2に示すように、薄板11−厚板12間にナゲット18が形成される。
In one embodiment of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a thin steel plate (thin plate) 11 is stacked on the upper surface of two stacked thick steel plates (thick plates) 12 and 13. Furthermore, the thickness ratio is such that there is a gap between the steel plates (the
さらに、板隙21には導電性を持たない樹脂が塗布されることが好ましい。薄板11は板厚が薄いため、溶接前期の低い加圧力でも押しつぶすことができ、このときに板隙21に塗布された導電性を持たない樹脂は電極16、17直下からは押し出され、電極16、17直下以外の部分を絶縁する。このことにより、電極16、17直下の通電面積は狭く保たれ、溶接前期におけるナゲット18の形成をより容易にさせることができる。
Further, it is preferable to apply a resin having no conductivity to the
そして、溶接前期の通電終了後、溶接後期において、加圧力を増加させて高加圧下で板隙22を完全に潰して、溶接後期の通電を行うことにより、図3に示すように、厚板12−厚板13間にもナゲット19を安定的に形成することができる。
Then, after the energization in the first half of welding is completed, in the latter half of welding, the
ここで、薄板11−厚板12間に用いる樹脂は導電性を持たないものであればよく、たとえば自動車の製造においてシーラントとして使用されているものや、ウェルドボンド工法にて使用されている接着剤でよい。接着剤の場合は溶接部の疲労特性や強度、溶接部の耐食性を向上させる効果も得られる。たとえば加熱硬化性エポキシ樹脂接着剤などが適用できる。一方、厚板12−厚板13間に用いる樹脂26は導電性を持つものである必要がある。薄板11−厚板12間に用いる導電性を持たない樹脂に導電性の物質を混入させたものを用いることができ、たとえばカーボンブラックやグラファイトを混入したものが使用できる。
Here, the resin used between the
このようにして、この実施形態では、溶接前期において、低い加圧力で溶接することにより、板隙21における電流密度だけを高めてナゲット18を形成し、その後、溶接後期において、加圧力を増加させることで板隙22の樹脂26を押し出すことにより、溶接後期の溶接で厚板12−厚板13間にナゲット19を安定的に形成することができ、板隙21、22のある板厚比が大きい板組み10でも、必要なナゲット径を持つナゲット18、19を、薄板11−厚板12間、厚板12−厚板13間のそれぞれに形成し、健全な接合部を形成する溶接が可能となる。
In this way, in this embodiment, in the first stage of welding, welding is performed with a low pressure, so that only the current density in the
上述のように、薄板11−厚板12間に溶融部(ナゲット)18を形成するには、溶接前期に低加圧力で高い溶接電流を流すことにより、電極近傍の薄板11−厚板12間付近を集中的に加熱することが重要となる。その際に、この実施形態においては、厚板12−厚板13間の板隙22に導電性の樹脂26が塗布されているため、溶接初期の加圧力は低くても電極16、17間の通電経路が確保できるので、加圧力は板隙22を潰すために高めに設定する必要が無く、具体的には3kN以下で十分であり、低加圧力ほど薄板11−厚板12間のナゲット形成は容易となる。逆に、加圧力が3kNを超えると、厚板12−厚板13間の板隙22が潰れる方向に大きく変形し、その結果、薄板11も大きく変形することになり、薄板11−厚板12間の接触面積が大きく拡大することで電流密度が低下する。電流密度を上げるために電流を上げても表散りが発生してしまい、健全なナゲットを形成することができなくなる。よって、溶接前期の加圧力は3kN以下とする。
As described above, in order to form the melted portion (nugget) 18 between the
なお、薄板11側の電極チップ16の先端を曲面とし、厚板13側の電極チップ17の先端を、厚板12−厚板13間に必要なナゲット径程度の径を持つ平面あるいは薄板11側の電極チップ16よりも大きな曲率半径をもつ曲面とすることがより好ましい。
The tip of the
薄板11側の電極チップ16の先端を曲面とし、厚板13側の電極チップ17の先端をより平坦にすることにより、低加圧力では薄板11への電極16の押し込み量が小さくなり、通電面積が狭くなることから、薄板11−厚板12間の電流密度が高くなり、薄板11−厚板12間でナゲット18が形成されやすくなる。また、薄板11側の電極16の先端を曲面とすることにより、溶接途中で加圧力を増大させることで、薄板11側の電極チップ16が加圧力を加えられる範囲が増大し、散り発生が抑制され、厚板12−厚板13間に必要な径を持つナゲット19を形成することが可能になる。
By making the tip of the
ちなみに、本発明において用いる溶接装置は、一対の上下の電極チップで溶接する部分を挟み、加圧、通電するものであれば、加圧機構の種類(エアシリンダによるもの、サーボモータによるもの)や形状(定置式、ロボットガン)、電源の種類(単相交流、交流インバータ、直流インバータ)など特に限定されるものではない。 By the way, the welding apparatus used in the present invention can be any type of pressurizing mechanism (such as an air cylinder or servomotor) as long as it sandwiches a portion to be welded by a pair of upper and lower electrode tips, and pressurizes and energizes. The shape (stationary type, robot gun), the type of power source (single-phase AC, AC inverter, DC inverter) and the like are not particularly limited.
また、溶接される鋼板は、強度レベル(軟鋼、高張力鋼板)にかかわらず適用可能であり、熱間プレス材や温間プレス材でも適用できる。また、裸鋼板だけでなく、たとえば、電気亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、Al系めっき鋼板などの多くの種類のめっき鋼板に対しても適用することができる。その板組みも、3枚重ねはもちろん、4枚重ねにおいても適用可能である。 Moreover, the steel plate to be welded can be applied regardless of the strength level (soft steel, high-tensile steel plate), and can also be applied to a hot press material or a warm press material. Moreover, it can be applied not only to a bare steel plate but also to many types of plated steel plates such as an electrogalvanized steel plate, a hot dip galvanized steel plate, an alloyed hot dip galvanized steel plate, and an Al-based plated steel plate. The plate assembly can be applied not only to three sheets but also to four sheets.
本発明の効果を確認するために本発明例と比較例を実施した。 In order to confirm the effect of the present invention, the present invention example and the comparative example were carried out.
その板組みは、図4(a)(b)および表1に示す板組みである。すなわち、板組みaは、図4(a)に示すように、(一枚目の鋼板(薄板)11+二枚目の鋼板(厚板)12+三枚目の鋼板(厚板)13)の3枚重ねであり、板組みbは、図4(b)に示すように、(一枚目の鋼板(薄板)11+二枚目の鋼板(厚板)12+三枚目の鋼板(厚板)13+四枚目の鋼板(厚板)14)の4枚重ねである。そして、適宜、鋼板間に鋼板スペーサ31、32、33を所定の間隔Wをあけて挿入し、薄板11−厚板12間に深さG1の第1の板隙21、厚板12−厚板13間に深さG2の第2の板隙22、厚板13−厚板14間に深さG3の第3の板隙23を模擬的に形成した。
The plate assembly is the plate assembly shown in FIGS. 4A and 4B and Table 1. That is, as shown in FIG. 4A, the plate assembly a is composed of (first steel plate (thin plate) 11 + second steel plate (thick plate) 12 + third steel plate (thick plate) 13). As shown in FIG. 4B, the plate assembly b is (first steel plate (thin plate) 11 + second steel plate (thick plate) 12 + third steel plate (thick plate) 13+. 4 sheets of 4th steel plate (thick plate) 14). Then, the
そして、それぞれの場合における、上下の電極チップの形状、溶接前期(1段目)の加圧力、通電時間、溶接電流、溶接後期(2段目)の加圧力、通電時間、溶接電流は、表2、表3に示すものであった。また、それぞれの板隙21、22、23における樹脂の塗布の有無については、導電性の樹脂を塗布した場合を○、非導電性の樹脂を塗布した場合を△、いずれの樹脂も塗布していない場合を×で記載した。溶接条件は厚板12−厚板13間のナゲット径が4√t(t:2枚の厚板12、13のうちの薄い方の板厚(mm))mmとなるように設定した。溶接機は単相交流のサーボモータ加圧式抵抗スポット溶接機を使用した。
In each case, the shape of the upper and lower electrode tips, the applied pressure in the first stage of welding (first stage), the energizing time, the welding current, the applied pressure in the latter stage of welding (second stage), the energizing time, and the welding current are 2 and those shown in Table 3. In addition, regarding the presence or absence of application of resin in each of the
それぞれの場合における継手を評価した結果を同じく表2、表3に併記して示す。評価は、散り発生の有無による評価と、JIS Z 3001に規定されるピール試験にて行い、薄板11−厚板12間にプラグが形成された場合を良好(○)とし、プラグが形成されず界面破断したものを不良(×)とした。
The results of evaluating the joints in each case are also shown in Tables 2 and 3. The evaluation is based on the evaluation based on the presence or absence of the occurrence of scattering and the peel test specified in JIS Z 3001, and the case where the plug is formed between the
その結果、本発明例では、薄板11−厚板12間はプラグ破断となり、良好な溶接となっているが、比較例では、薄板11−厚板12間で剥離が生じる、あるいは散り発生が見られ、良好な溶接継手が得られなかった。これにより、本発明の有効性が確認できる。
As a result, in the example of the present invention, plug breakage occurs between the
なお、ここでは厚板12−厚板13間のナゲット径が4√tとなる場合について評価したが、本発明を実施する場合においては、厚板12−厚板13間のナゲット径は実施者が厚板−厚板間に必要とするナゲット径で行なえばよい。
Although the case where the nugget diameter between the
さらに、本発明において、薄板11−厚板12間に非導電性の樹脂を塗布した場合の効果についても確認した。その際の板組みは、図4(a)および表1に示す板組みである。
Furthermore, in this invention, the effect at the time of apply | coating nonelectroconductive resin between the thin plate 11-
そして、それぞれの場合における、上下の電極チップの形状、溶接前期(1段目)の加圧力、通電時間、溶接電流、溶接後期(2段目)の加圧力、通電時間、溶接電流は、それぞれ表4に示すものであった。それぞれの板隙21、22における樹脂の塗布の有無については、導電性の樹脂を塗布した場合を○、非導電性の樹脂を塗布した場合を△、いずれの樹脂の塗布していない場合を×で記載した。溶接条件は厚板12−厚板13間のナゲット径が4√t(t:2枚の厚板12、13のうちの薄い方の板厚(mm))mmとなるように設定した。溶接機は単相交流のサーボモータ加圧式抵抗スポット溶接機を使用した。
In each case, the shape of the upper and lower electrode tips, the welding pressure in the first stage of welding (first stage), the energizing time, the welding current, the welding pressure in the latter stage of welding (second stage), the energizing time, It was shown in Table 4. Regarding the presence / absence of application of the resin in each of the
それぞれの場合における継手を評価した結果を表4に示す。評価は、散り発生の有無による評価と、JIS Z 3001に規定されるピール試験にて行い、薄板11−厚板12間のプラグ径を測定した。
Table 4 shows the results of evaluating the joints in each case. The evaluation was performed based on the evaluation based on the presence or absence of occurrence of scattering and the peel test defined in JIS Z 3001, and the plug diameter between the
その結果、表4に示すように、本発明例(No.36〜44)においては全てプラグ破断となっており、良好な結果となっているが、その中でも、さらに、薄板11−厚板12間に非導電性の樹脂を塗布した場合(No.37、40、43)は、薄板11−厚板12間のプラグ径が他の条件の場合よりも大きくなっている。これにより、本発明において、薄板11−厚板12間に非導電性の樹脂を塗布した場合の有効性を確認することができた。
As a result, as shown in Table 4, all of the examples of the present invention (Nos. 36 to 44) are plug ruptures, which are good results, but among them, the thin plate 11-the
10 板組み(ワーク)
11 一枚目の鋼板(薄板)
12 二枚目の鋼板(厚板)
13 三枚目の鋼板(厚板)
14 四枚目の鋼板(厚板)
16 薄板側の電極(電極チップ)
17 厚板側の電極(電極チップ)
18 薄板−厚板間のナゲット
19 厚板−厚板間のナゲット
21 第1の板隙
22 第2の板隙
23 第3の板隙
26 導電性の樹脂
31 鋼板スペーサ
32 鋼板スペーサ
33 鋼板スペーサ
10 Board assembly (work)
11 First steel plate (thin plate)
12 Second steel plate (thick plate)
13 Third steel plate (thick plate)
14 Fourth steel plate (thick plate)
16 Thin plate side electrode (electrode tip)
17 Thick plate side electrode (electrode tip)
18 Nugget between thin plate and
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