(57)【要約】【課題】亜鉛メッキされたハイテン材同士を互いに重ね合わせて接合する際にＬＭＥの発生を抑制することができる抵抗スポット溶接方法を提供する。【解決手段】亜鉛メッキされた超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２同士を互いに重ね合わせて接合するに際し、接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択された元素（Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌのうちの少なくとも一つ）を添加した接着剤Ａを、超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２同士の間に介在させた後に、抵抗スポット溶接を行う。これにより、溶接ナゲットの内部の硬度を低下させることができて、接合部の靱性を向上させることができ、その結果、ＬＭＥ割れを抑制することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛メッキされたハイテン材同士を互いに重ね合わせて接合する抵抗スポット溶接方法において、
接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択された元素を添加した接着剤を、前記ハイテン材同士の間に介在させる接着剤供給工程と、
前記接着剤供給工程の後、前記各ハイテン材を一対の電極で挟持し、該電極間に通電を行って前記各ハイテン材同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接工程とを備えていることを特徴とする抵抗スポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は抵抗スポット溶接方法に係る。特に、本発明は、亜鉛メッキされたハイテン材（超ハイテン材も含む）同士を互いに重ね合わせて接合する抵抗スポット溶接方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の車体の製造等において複数の鋼板同士の接合に利用される溶接として抵抗スポット溶接が知られている。この抵抗スポット溶接によって得られる鋼板同士の接合部には高い接合強度が要求されている。
【０００３】
特許文献１には、接合部に高い接合強度を得るための接合方法として、接着剤による接着と抵抗スポット溶接による接合とを複合化したウェルドボンド法が開示されている。より具体的に、この特許文献１では、複数の鋼板同士の重ね合わせ部分に接着剤と炭素供給材とを塗布した状態で抵抗スポット溶接を行い、これによって、溶接ナゲット内部の炭素量を増加させて溶接ナゲットの強度を高めるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６０４８６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているように、複数の鋼板同士の重ね合わせ部分に接着剤と炭素供給材とを塗布した状態で抵抗スポット溶接を行った場合、接合部（溶接ナゲットとなる部分）に炭素が供給されることで該接合部の引張強さは向上できるものの、接合部内の原子の転位が起こり難くなり、溶接ナゲットの硬度の上昇に伴って靱性が低下し、液体金属脆化（Liquid Metal Embrittlement、以下「ＬＭＥ」という）による割れが生じやすくなるといった課題があった。このＬＭＥによる割れは、特に亜鉛メッキされたハイテン材同士を溶接する場合に生じるものであり、この溶接の際、発生する熱で亜鉛メッキ層の亜鉛が溶融し、接合部の鋼板組織の結晶粒界に溶融亜鉛が侵入して、その状態において引張応力が作用することに起因して生じる。このようなＬＭＥに起因する割れ（以下、ＬＭＥ割れという場合もある）が発生すると、溶接継ぎ手の強度の低下を招いてしまうことになる。
【０００６】
本発明の発明者らは、ＬＭＥ割れが発生する要因は、靱性の低い材料、亜鉛、抵抗スポット溶接による熱、応力が組み合わされることで発生していることに着目した。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、亜鉛メッキされたハイテン材同士を互いに重ね合わせて接合する際にＬＭＥの発生を抑制することができる抵抗スポット溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、亜鉛メッキされたハイテン材同士を互いに重ね合わせて接合する抵抗スポット溶接方法を前提とする。そして、この抵抗スポット溶接方法は、接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択された元素を添加した接着剤を、前記ハイテン材同士の間に介在させる接着剤供給工程と、前記接着剤供給工程の後、前記各ハイテン材を一対の電極で挟持し、該電極間に通電を行って前記各ハイテン材同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接工程とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
ここでいう接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択された元素としては、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｖ（バナジウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ａｌ（アルミニウム）が挙げられる。これら元素のうちの一つが選択されて接着剤に添加されていてもよいし、これら元素の複数が組み合わされて接着剤に添加されていてもよい。また、ここでいうハイテン材は、高張力鋼板および超高張力鋼板（超ハイテン材）を含む概念である。
【００１０】
この特定事項により、ハイテン材同士を互いに重ね合わせて接合する際には、前記元素（接着剤に添加される元素）が接合部の組織の結晶粒を微細化させることになり、溶接ナゲット内部の硬度を低下させることができて、接合部の靱性を向上させることができる。これにより、ＬＭＥ割れを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、亜鉛メッキされたハイテン材同士を互いに重ね合わせて接合するに際し、接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択された元素を添加した接着剤を、前記ハイテン材同士の間に介在させた後に、抵抗スポット溶接を行うようにしている。このため、溶接ナゲット内部の硬度を低下させることができて、接合部の靱性を向上させることができ、その結果、ＬＭＥ割れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る抵抗スポット溶接装置の溶接ガンを示す概略構成図である。
【図２】溶接ガンの制御装置の概略構成を示す図である。
【図３】実施形態に係る抵抗スポット溶接が行われている状態を示す断面図である。
【図４】実施形態に係る抵抗スポット溶接によって接合されたワークの断面図である。
【図５】従来技術に係る抵抗スポット溶接が行われている状態を示す断面図である。
【図６】従来技術に係る抵抗スポット溶接によって接合されたワークの断面図である。
【図７】従来技術に係る抵抗スポット溶接が行われた場合の溶接ナゲットの状態を示す模式図である。
【図８】実施形態に係る抵抗スポット溶接が行われた場合の溶接ナゲットの状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、亜鉛メッキされた２枚の超ハイテン材同士を抵抗スポット溶接（以下、単に溶接という場合もある）する場合を例に挙げて説明する。一例として、自動車の車体の製造において２枚の超ハイテン材同士を抵抗スポット溶接する場合が挙げられる。
【００１４】
−抵抗スポット溶接装置の構成−
抵抗スポット溶接方法について説明する前に、この抵抗スポット溶接方法を実施するための抵抗スポット溶接装置の概略について説明する。
【００１５】
図１は本実施形態に係る抵抗スポット溶接装置の溶接ガンＧを示す概略構成図である。また、図２は、溶接ガンＧの制御に用いる制御装置１０の概略構成を示す図である。
【００１６】
溶接ガンＧは、ロボットアームＲＡに保持されたガン本体１と、上部電極２と、ガン本体１の下部１ａに立設された下部電極３と、上部電極２を保持して昇降させる電動式の上部電極昇降装置（以下、単に電極昇降装置という）４と、電極位置検出装置５と、上部電極２と下部電極３との間に流す溶接電流値（以下、単に電流値という場合もある）を調整する電流調整装置６とを主要構成要素として構成されている。なお、図１において、Ｗ１，Ｗ２はワークとしての超ハイテン材である。この超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２は、亜鉛メッキされた超ハイテン材（超高張力鋼板）であり、表面に亜鉛メッキ層を有する。この亜鉛メッキ層は、電気メッキおよび溶融メッキの何れによって成形されたものであるかは特に問うものではない。つまり、超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２として、溶融亜鉛メッキ鋼板、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板、電気亜鉛メッキ鋼板、電気合金亜鉛メッキ鋼板の何れであっても本発明に係る抵抗スポット溶接方法を適用することが可能である。
【００１７】
ガン本体１は、図１に示すように、概略コ字状の部材とされ、その下部１ａの上面に下部電極３が着脱自在に立設されている。また、ガン本体１の上部１ｂの先端には、電極昇降装置４が装着されている。
【００１８】
電極昇降装置４は、ガン本体１の上部１ｂの先端に装着されているサーボモータ４１と、このサーボモータ４１の駆動軸（図示省略）と結合している昇降部材４２とを備えており、この昇降部材４２の下端部４２ａに上部電極２が着脱自在に装着されている。
【００１９】
電極位置検出装置５は、例えばエンコーダによって構成され、前記サーボモータ４１の上端部４１ａに装着されている。そして、その検出値は制御装置１０へ送信される。
【００２０】
電流調整装置６は、制御装置１０から送信される電流指令値に応じて上部電極２と下部電極３との間に流す電流値を調整するものである。この電流調整装置６としては、例えば可変抵抗器を備えたものやコンバータを備えたもの等の周知の装置が適用される。
【００２１】
制御装置１０は、超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２の板厚等を入力する入力装置７（図２を参照）からの情報を取得する入力部１１と、電極位置検出装置５の検出値により電極位置を算出する電極位置算出部１２と、上部電極２と下部電極３との間に通電を行う際の電流値を算出する電流値算出部１３と、溶接に必要な加圧力（上部電極２と下部電極３とによる超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２への加圧力）を設定する加圧力設定部１４と、前記電流値算出部１３で算出された電流値の情報および加圧力設定部１４で設定された加圧力の情報を出力する出力部１５とを主要部として備えている。
【００２２】
この制御装置１０は、ＣＰＵを中心としてＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を備えて成るものに、前記機能に対応したプログラムをＲＯＭに格納することにより実現される。また、ＲＡＭには電極位置検出装置５からの検出値や板厚等の情報が一時的に格納される。なお、制御装置１０のその他の構成は、従来より溶接ガンＧについて用いられているものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
−抵抗スポット溶接方法−
次に、本実施形態の特徴である抵抗スポット溶接方法について説明する。
【００２４】
この抵抗スポット溶接方法では、接着剤供給工程と抵抗スポット溶接工程とが順に行われる。
【００２５】
従来、亜鉛メッキされた超ハイテン材同士を抵抗スポット溶接によって接合する場合、この抵抗スポット溶接時に発生する熱で亜鉛メッキ層の亜鉛が溶融し、接合部の鋼板組織の結晶粒界に溶融亜鉛が侵入して、その状態において引張応力が作用することに起因してＬＭＥ割れが生じる可能性があった。このようなＬＭＥ割れが発生すると、溶接継ぎ手の強度の低下を招いてしまうことになる。
【００２６】
本実施形態では、前記接着剤供給工程において、接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択された元素を添加した接着剤を、超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２同士の間に介在させるようにしている。そして、前記接着剤供給工程の後に行われる抵抗スポット溶接工程では、前記接着剤が間に介在された各超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２を一対の電極２，３で挟持し、該電極２，３間に通電を行って各超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２同士を溶融して接合するようにしている。図３は、本実施形態に係る抵抗スポット溶接が行われている状態を示す断面図である。以下、各工程について具体的に説明する。
【００２７】
接着剤供給工程では、超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２同士が重ね合わされる前段階で、下側に位置する超ハイテン材Ｗ２に接着剤Ａ（接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択された元素を添加した接着剤）が塗布される。この接着剤Ａを塗布するための手法は特に限定されるものではないが、前記ロボットアームＲＡを有する溶接ロボットに隣接して接着剤塗布ロボットを設置しておき、この接着剤塗布ロボットに備えられたロボットアームの先端部に接着剤塗布ノズルが取り付けられ、該接着剤塗布ノズルから超ハイテン材Ｗ２に接着剤Ａを塗布するようにする。また、作業者の手作業によって超ハイテン材Ｗ２に接着剤Ａを塗布するようにしてもよい。この場合、超ハイテン材Ｗ２に対する接着剤Ａの塗布位置としては、前記電極２，３によって挟持される部分（溶接ナゲットを成形することで接合部となる部分）を含むその周囲の領域とされる。また、接着剤Ａの塗布量は、電極２，３によって超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２が挟持された際の接着剤層の厚さ寸法が予め規定された所定寸法（実験等に基づいて規定された所定寸法）となるように接着剤Ａの粘度等に応じて設定される。
【００２８】
また、この接着剤供給工程において超ハイテン材Ｗ２に塗布される接着剤Ａは、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、変性アクリル系接着剤、ポリウレタン系接着剤等が適用可能である。
【００２９】
そして、この接着剤Ａには、接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択された元素が添加されている。この元素としては、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｖ（バナジウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ａｌ（アルミニウム）が挙げられる。そして、これら元素のうちの一つが選択されて接着剤Ａに添加されていてもよいし、これら元素の複数が組み合わされて接着剤Ａに添加されていてもよい。
【００３０】
これら元素のうちの一つが選択されて接着剤Ａに添加される場合の添加量（接着剤Ａに対する質量百分率［mass％］で表す添加量）は以下の範囲で適宜設定される。
・添加される元素が、ＴｉまたはＡｌである場合…０．１〜４０［mass％］
・添加される元素が、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂの何れかである場合…０．０１〜４０［mass％］
また、前述した元素の複数が組み合わされて接着剤Ａに添加される場合の添加量（各元素の総添加量）としては、０．０１〜４０［mass％］の範囲で適宜設定される。
【００３１】
このような構成とされた接着剤Ａが超ハイテン材Ｗ２に塗布された後、この超ハイテン材Ｗ２の上側に超ハイテン材Ｗ１が重ね合わされ、この状態で抵抗スポット溶接工程が開始されることになる。
【００３２】
抵抗スポット溶接工程では、電極昇降装置４の作動によって上部電極２と下部電極３との間で超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２を所定の加圧力（前記加圧力設定部１４によって設定された加圧力）で挟持した状態で、前記電流値算出部１３で算出された電流値による通電を行う。この通電に伴って超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２の一部が溶融し所定形状の溶接ナゲットが成形されることになる。この際の加圧力および電流値は、例として従来の抵抗スポット溶接における加圧力および電流値と同様の値となっている。
【００３３】
この際、前記接着剤Ａに添加される元素は、接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択されたものであって、接合部の組織を微細化させることになる。これにより、抵抗スポット溶接工程の終了後（通電終了後であって溶接ナゲットが硬化した状態）における溶接ナゲット内部の硬度を低下させることができ、接合部の靱性を向上させることができる。これにより、ＬＭＥ割れを抑制することができる。
【００３４】
図４は、実施形態に係る抵抗スポット溶接によって接合されたワーク（超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２）の断面図である。各超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２に亘って成形されている溶接ナゲットＮは、例えば、その中央部分（図４において符号Ｎ１を付した領域）における結晶粒が微細化されており、この部分では特に硬度が低くなっている。
【００３５】
図５は、従来技術に係る抵抗スポット溶接が行われている状態を示す断面図である。また、図６は、従来技術に係る抵抗スポット溶接によって接合されたワーク（各超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２）の断面図である。これらの図では、図３、４と同一部分については同一の符号を付している。
【００３６】
図５に示すように超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２同士の間に接着剤（接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択された元素が添加された接着剤）が存在しないまま抵抗スポット溶接を行ったものにあっては、各超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２に亘って成形されている溶接ナゲットＮは、その全体に亘って、亜鉛メッキ層の亜鉛が溶融し、硬度が高くなっている。図７は、この従来技術に係る抵抗スポット溶接が行われた場合の溶接ナゲットＮの状態を示す模式図である。この図７に示すように、従来技術に係る抵抗スポット溶接が行われた場合には、抵抗スポット溶接時に発生する熱で亜鉛メッキ層の亜鉛が溶融し、接合部の鋼板組織の結晶粒界に溶融亜鉛が侵入して、その状態において引張応力が作用することに起因してＬＭＥ割れ（図７に符号ＣＲで示す）が生じている。
【００３７】
これに対し、本実施形態に係る抵抗スポット溶接が行われた場合には、図８（本実施形態に係る抵抗スポット溶接が行われた場合の溶接ナゲットＮの状態を示す模式図）に示すように、前記元素（接着剤Ａに添加される元素）が接合部の組織の結晶粒を微細化させることになり、溶接ナゲットＮ内部の硬度を低下させることができて、接合部の靱性を向上させることができる。これにより、ＬＭＥ割れが抑制されている。
【００３８】
−他の実施形態−
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。
【００３９】
例えば、前記実施形態では、２枚の超ハイテン材Ｗ１，Ｗ２同士を溶接するための抵抗スポット溶接に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、３枚以上の超ハイテン材を溶接するための抵抗スポット溶接として適用することも可能である。この場合、全ての超ハイテン材同士の間に接着剤Ａ（接合部の靱性向上に寄与するものとして予め選択された元素を添加した接着剤）を塗布しておくことが好ましい。なお、一部の超ハイテン材同士の間のみに接着剤Ａを塗布しておくものも本発明の技術的思想の範疇である。
【００４０】
また、本発明は、超ハイテン材同士を溶接する場合に限らず、ハイテン材同士を溶接する場合にも適用することが可能である。
【００４１】
また、本発明に係る抵抗スポット溶接方法は、自動車の車体の製造における複数の鋼板同士の接合ばかりでなく、その他の鋼板同士の接合にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、亜鉛メッキされた超ハイテン材同士を互いに重ね合わせて接合する抵抗スポット溶接方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
２      上部電極
３      下部電極
１３    電流値算出部
１４    加圧力設定部
Ａ      接着剤
Ｗ１，Ｗ２  超ハイテン材（亜鉛メッキされたハイテン材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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