(57)【要約】【課題】高い接合強度を有し、かつ「焼け」の発生や激しい電極損耗を抑制できる、高強度鋼材を用いた重ね合わせ片側スポット溶接方法を提供する。【解決手段】高強度鋼材と軟鋼材とを、または高強度鋼材同士を重ね合わせて、それぞれが50mm以上離間した少なくとも２個の電極を用いる片側スポット溶接により溶接接合するに際し、高強度鋼材を、質量％で、Si：0.7〜2.5％、Mn：0.8〜３％を含有する組成の鋼材とする。これにより、重ね合わせた鋼板の界面にナゲットが形成され、高い接合強度を有する片側スポット溶接接合部材が得られる。なお、インダイレクト方式の片側スポット溶接では、重ね合わせた被溶接材の一方（軟鋼材）の側に、溶接側電極となる一方の電極を１個配設し、アース側電極となる他方の電極を少なくとも２個、被溶接材の他方（高強度鋼材）側に配設することにより、高い接合強度を確保できることに加え、アース側電極を配置した鋼材（高強度鋼材）に発生する「焼け」や激しい電極損耗等を抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度鋼材と軟鋼材と、または高強度鋼材と高強度鋼材と、を重ね合わせて、それぞれが50mm以上離間した少なくとも２個の電極を用いる片側スポット溶接により溶接接合されてなる重ね合わせ片側スポット溶接接合部材用の高強度鋼材であって、質量％で、Si：0.7〜2.5％、Mn：0.8〜３％を含有する組成を有し、片側スポット溶接性に優れることを特徴とする重ね合わせ片側スポット溶接接合部材用高強度鋼材。
【請求項２】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃ：0.08〜0.20％、Al：0.08％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の高強度鋼材。
【請求項３】
前記組成に加えてさらに、質量％で、下記（ａ）〜（ｄ）群のうちから選ばれた１群または２群以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の高強度鋼材。
記
ａ群：Cr：１％以下、Mo：１％以下、Ｖ：0.1％以下、Ni：0.05％以下、Ｂ：0.01％以下の１種または２種以上
ｂ群：Ti：0.02％以下、Nb：0.02％以下の１種または２種
ｃ群：Cu：0.1％以下
ｄ群：REM：0.1％以下
【請求項４】
前記高強度鋼材が、引張強さ：590MPa以上を有する鋼材であり、前記軟鋼材が、引張強さ：440MPa以下の鋼材であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高強度鋼材。
【請求項５】
被溶接材である高強度鋼材と軟鋼材と、または高強度鋼材と高強度鋼材と、を重ね合わせて、前記被溶接材の片側表面に少なくとも２個の電極を、それぞれが少なくとも50mm離間するように設置し、該少なくとも２個の電極を加圧しながら、該少なくとも２個の電極の間に溶接電流を通電し、片側スポット溶接するに当たり、前記高強度鋼材を、質量％で、Si：0.7〜2.5％、Mn：0.8〜３％を含有する組成の鋼材とすることを特徴とする片側スポット溶接方法。
【請求項６】
被溶接材である高強度鋼材と軟鋼材とを重ね合わせて一対の電極を用いて片側スポット溶接するに際し、重ね合わせた前記被溶接材の一方の側に、一対の電極のうち溶接側電極となる一方の電極を配設し、アース側電極となる他方の電極を、前記一方の電極の位置から少なくとも50mm離れた位置の、重ね合わせた前記被溶接材の他方の側に配設して、前記一方の電極で加圧しながら、前記一方の電極と前記他方の電極との間で溶接電流を通電するとともに、前記高強度鋼材を、質量％で、Si：0.7〜2.5％、Mn：0.8〜３％を含有する組成の鋼材とすることを特徴とする片側スポット溶接方法。
【請求項７】
前記他方の電極を、少なくとも２個、前記一方の電極の位置から少なくとも50mm離れた位置の、前記被溶接材の他方の側に配設することを特徴とする請求項６に記載の片側スポット溶接方法。
【請求項８】
前記高強度鋼材が、閉断面構造の高強度鋼材であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の片側スポット溶接方法。
【請求項９】
前記高強度鋼材が、閉断面構造の高強度鋼材であり、前記少なくとも２個の他方の電極のうちの少なくとも１個を、前記閉断面構造の内側に、該閉断面構造の開口部から装入して、設置することを特徴とする請求項８に記載の片側スポット溶接方法。
【請求項１０】
前記高強度鋼材が、引張強さ：590MPa以上を有する鋼材であり、前記軟鋼材が、引張強さ：440MPa以下の鋼材であることを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の片側スポット溶接方法。
【請求項１１】
前記高強度鋼材が、引張強さ：780MPa以上を有する鋼材であり、前記軟鋼材が、引張強さ：300MPa以下の鋼材であることを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の片側スポット溶接方法。
【請求項１２】
請求項５ないし１１のいずれかに記載の片側スポット溶接方法で溶接接合してなる重ね合わせ片側スポット溶接接合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度鋼材と軟鋼材とを、あるいは高強度鋼材同士を重ね合わせて片側スポット溶接する片側スポット溶接に係り、とくに片側スポット溶接性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板同士を重ね合わせて、点状の溶接部を得るスポット溶接には、電極配設位置により、両側スポット溶接と片側スポット溶接に分類される。
両側スポット溶接は、重ね合わせた鋼板を挟んで両側（上下）に一対の電極チップを配置し、該電極チップで被溶接材を挟みながら加圧して溶接電流を流し、鋼板に発生する抵抗発熱を利用して点状の溶接部（ナゲット）を得る方法である。従来から多用されてきたスポット溶接方法で、一方の電極から溶接箇所を通過して他方の電極へ溶接電流を直接的に流すことからダイレクトスポット溶接ともいわれている。
【０００３】
しかし、近年、被溶接材の形状が複雑となり被溶接材との干渉を避けて、被溶接材を挟んで両側（上下）に電極を配置するために、スポット溶接装置には種々の形状のガンアーム（溶接ヘッド部を備えたアーム）を備えることが必要となっている。さらに最近では、被溶接材として、部材の軽量化の観点から、高剛性が期待できる鋼管等を加工した閉断面構造を有する部材が多用されるようになっている。このような部材をスポット溶接する場合には、ガンアームを部材内部に挿入することが物理的に困難な場合が多く、両側スポット溶接の適用が難しくなるという問題がある。
【０００４】
このような問題から、被溶接材の片側に電極を配置して溶接を行なう、いわゆる片側スポット溶接が検討されるようになっている。片側スポット溶接としては、通電方式により、インダイレクトスポット溶接、シリーズスポット溶接がある。
インダイレクトスポット溶接は、重ね合わせた被溶接材の片側に設置した一方の電極から溶接電流を通電し、被溶接材の一部を通過させ、一方の電極の位置とは異なる他の位置に設置したもう一方の電極に達するようにして、被溶接材間で接合部（ナゲット）を形成させて溶接する方法である。例えば、図３に示すように、被溶接材である鋼材21,22同士を重ね合わせ、被溶接材の片側（例えば鋼材21）に、一対の電極の一方11（溶接側電極）を設置し、この位置とは異なる位置、例えば鋼材22の離れた位置に、他の電極12（アース側電極）を設置して、一方の電極11で加圧しながら、これら一対の電極11,12間で溶接電流を通電し、重ね合わせた鋼材同士で接合部（ナゲット）23を形成してスポット溶接する。
【０００５】
例えば、特許文献１には、溶接ヘッド部に一対の電極の間隔を可変にする電極間隔可変機構を備え、被溶接材をインダイレクト溶接する、スポット溶接装置が提案されている。これにより、より高速度なインダイレクト溶接が可能になるとしている。しかしながら、インダイレクトスポット溶接では、ダイレクト溶接（両側スポット溶接）に比べて、迷走電流が不可避的に発生し、ナゲット形成に有効に作用する電流が少なく、溶接接合強度が低いという問題を残していた。
【０００６】
また、シリーズスポット溶接は、重ね合わせた被溶接材の片側に、少なくとも２つの電極を離間して設置し、該離間した少なくとも２つの電極間を直列に、１つの溶接電流回路を形成して、各電極で加圧しながら溶接電流を流し、少なくとも２つの溶接点を同時に形成する方法である。例えば、図４に示すように、被溶接材である鋼材21,22同士を重ね合わせ、被溶接材の片側（例えば鋼材21）に、２つの電極11,11を離間して設置し、該２つの電極11,11を加圧しながら、溶接電流を流し、２つの接合部（ナゲット）23を同時に形成して溶接する。
【０００７】
しかしながら、シリーズスポット溶接では、良好なスポット溶接部を形成するには、二つの電極間の距離を大きくすることができないという問題がある。というのは、二つの電極間の距離を大きくすると、ナゲットが形成されない場合がほとんどとなる。このため、スポット溶接性の良否をナゲットの形成の有無で行うという一次判断基準からは、溶接接合強度の点でやや問題を残している。
【０００８】
一方、非特許文献１には、薄鋼板の片側点溶接技術として、被溶接材に座面等の特別な加工を行わない、シリーズスポット溶接方法が紹介されている。そして、シリーズスポット溶接では、通常の抵抗スポット溶接と異なり、界面に明瞭なナゲットの形成はないが、十分な接合強度等が確保できるとしている。
また、例えば、特許文献２には、重ね合わせた２枚の金属板の一方の表面に、離間する一対の電極を加圧接触させて両電極間に溶接電流を流し、２枚の金属板を溶接するシリーズスポット溶接方法が提案されている。特許文献２に記載された技術では、電極を加圧接触させる部位に、部分的に一般部より一段高い座面を形成するとともに、加圧接触させる電極の先端を球面としている。これにより、一方の金属板と他方の金属板との間には、球面状に変形した座面により点状に絞られた通電経路が形成されて、流れる溶接電流の密度を高めることができ、十分なナゲットを形成させることができるとしている。しかし、特許文献２に記載された技術では、被溶接材の表面に予め一段高い座面を形成する前加工を必要とするため、高強度鋼材にこのような前加工を施すことは、加工の容易さの観点からもやや難しさがあり、さらにスポット溶接工程全体の工数増加が問題となる。
【０００９】
例えば自動車部材等に、上記したような高強度鋼材を適用したような場合には、高強度鋼材と軟鋼材とを重ね合わせて、インダイレクトスポット溶接することが多々ある。この場合、軟鋼材側に一方の電極（溶接側電極またはプラグ側電極ともいう）を設置し、高強度鋼材側の離れた位置に他の電極（アース側電極または対抗電極ともいう）を設置して、溶接するのが通常であるが、高強度鋼材側のアース側電極を設置した部分に、「焼け」と称する表面酸化が生じたり、激しい電極の損耗が生じるなどの問題があった。とくに、溶接側電極（プラグ側電極）を複数箇所、移動して連続的にスポット溶接する場合には、アース側電極を設置した部分での「焼け」の発生は避けられなかった。なお、ここでいう「焼け」とは、鋼材の発熱により表面がテンパーカラー的に変色したり、極端な場合には厚い酸化膜が形成されたり、電極が融着したりして、見苦しいレベルの肌となった状態をいうものとする。
【特許文献１】特開2002−263848号公報
【特許文献２】特開2002−239742号公報
【非特許文献１】竹内ら：自動車技術会、学術講演前刷集No.15−07（2007年春季大会）、pp.７〜９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、適正なナゲットを形成させ高い溶接接合強度を有する片側スポット溶接部を形成でき、かつ「焼け」の発生や激しい電極損耗を抑制できる、高強度鋼材と軟鋼材との、あるいは高強度鋼材同士の片側スポット溶接方法および片側スポット溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、片側スポット溶接におけるナゲット形成に影響する各種要因について鋭意研究した。その結果、片側スポット溶接時に必然的に発生する多少の迷走電流が存在していても、すなわち少ない有効溶接電流のもとでも、被溶接鋼材である高強度鋼材と軟鋼材との接合部（溶接部）にナゲット形成に十分な発熱を生じさせるためには、被溶接鋼材の一つである高強度鋼材のSi、Mn含有量を他の特性に大きく影響しない範囲の所定範囲に調整することに思い至った。
【００１２】
鋼に合金元素を含有させると、鋼の抵抗率が上昇することはすでによく知られているが、高強度鋼材のSi、Mn含有量を所定の範囲内に調整することにより軟鋼材に比べて高い抵抗率を示すようになり、抵抗加熱時や抵抗溶接時に軟鋼材に比べて加熱されやすく、また溶融しやすい傾向となり、片側スポット溶接時に適正なナゲットが形成しやすくなり、所望の接合強度を有する、高強度鋼材と軟鋼材との片側スポット溶接部が形成できることを知見した。またさらに、高強度鋼材をSi、Mn含有量を所定の範囲内に調整した鋼材とすることにより、とくにシリーズスポット溶接では明瞭なナゲットが形成されない場合があるが、ピール試験による評価でいずれも母材破断しており、スポット溶接部が充分な接合強度を有していることを知見した。
【００１３】
また、インダイレクトスポット溶接で、高強度鋼材側にアース側電極を配置することに起因した、「焼け」の発生や激しい電極損耗を抑制するには、アース側電極を少なくとも２個に分割して配置することを想到した。電極を分割することにより、電極１箇所当たりの発熱量が少なくなり、「焼け」の発生や激しい電極損耗を抑制することができ、電極の交換頻度は通常並となり、工数の増加を抑制できることを知見した。
【００１４】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）高強度鋼材と軟鋼材と、または高強度鋼材と高強度鋼材と、を重ね合わせて、それぞれが50mm以上離間した少なくとも２個の電極を用いる片側スポット溶接により溶接接合されてなる重ね合わせ片側スポット溶接接合部材用の高強度鋼材であって、質量％で、Si：0.7〜2.5％、Mn：0.8〜３％を含有する組成を有し、片側スポット溶接性に優れることを特徴とする重ね合わせ片側スポット溶接接合部材用高強度鋼材。
【００１５】
（２）（１）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｃ：0.08〜0.20％、Al：0.08％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする高強度鋼材。
（３）（２）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、次（ａ）〜（ｄ）群
ａ群：Cr：１％以下、Mo：１％以下、Ｖ：0.1％以下、Ni：0.05％以下、Ｂ：0.01％以下の１種または２種以上
ｂ群：Ti：0.02％以下、Nb：0.02％以下の１種または２種
ｃ群：Cu：0.1％以下
ｄ群：REM：0.1％以下
のうちから選ばれた１群または２群以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の高強度鋼材。
【００１６】
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記高強度鋼材が、引張強さ：590MPa以上を有する鋼材であり、前記軟鋼材が、引張強さ：440MPa以下の鋼材であることを特徴とする高強度鋼材。
（５）被溶接材である高強度鋼材と軟鋼材と、または高強度鋼材と高強度鋼材と、を重ね合わせて、前記被溶接材の片側表面に少なくとも２個の電極を、それぞれが少なくとも50mm離間するように設置し、該少なくとも２個の電極を加圧しながら、該少なくとも２個の電極の間に溶接電流を通電し、片側スポット溶接するに当たり、前記高強度鋼材を、質量％で、Si：0.7〜2.5％、Mn：0.8〜３％を含有する組成の鋼材とすることを特徴とする片側スポット溶接方法。
【００１７】
（６）被溶接材である高強度鋼材と軟鋼材とを重ね合わせて一対の電極を用いて片側スポット溶接するに際し、重ね合わせた前記被溶接材の一方の側に、一対の電極のうち溶接側電極となる一方の電極を配設し、アース側電極となる他方の電極を、前記一方の電極の位置から少なくとも50mm離れた位置の、重ね合わせた前記被溶接材の他方の側に配設して、前記一方の電極で加圧しながら、前記一方の電極と前記他方の電極との間で溶接電流を通電するとともに、前記高強度鋼材を、質量％で、Si：0.7〜2.5％、Mn：0.8〜３％を含有する組成の鋼材とすることを特徴とする片側スポット溶接方法。
【００１８】
（７）（６）において、前記他方の電極を、少なくとも２個、前記一方の電極の位置から少なくとも50mm離れた位置の、重ね合わせた前記被溶接材の他方の側に配設することを特徴とする片側スポット溶接方法。
（８）（５）ないし（７）のいずれかにおいて、前記高強度鋼材が、閉断面構造の高強度鋼材であることを特徴とする片側スポット溶接方法。
【００１９】
（９）（８）において、前記高強度鋼材が、閉断面構造の高強度鋼材であり、前記少なくとも２個の他方の電極のうちの少なくとも１個を、前記閉断面構造の内側に、該閉断面構造の開口部から装入して、設置することを特徴とする片側スポット溶接方法。
（１０）（５）ないし（９）のいずれかにおいて、前記高強度鋼材が、引張強さ：590MPa以上を有する鋼材であり、前記軟鋼材が、引張強さ：440MPa以下の鋼材であることを特徴とする片側スポット溶接方法。
【００２０】
（１１）（５）ないし（１０）のいずれかにおいて、前記高強度鋼材が、引張強さ：780MPa以上を有する鋼材であり、前記軟鋼材が、引張強さ：300MPa以下の鋼材であることを特徴とする片側スポット溶接方法。
（１２）（５）ないし（１１）のいずれかに記載の片側スポット溶接方法で溶接接合してなる高強度鋼材と軟鋼材、あるいは高強度鋼材と高強度鋼材、との重ね合わせ片側スポット溶接接合部材。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高い接合強度を有する高強度鋼材と軟鋼材と、または高強度鋼材と高強度鋼材との重ね合わせ片側スポット溶接接合部材を容易に、しかも安定して実現でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、得られた重ね合わせ片側スポット溶接接合部材は、高い接合強度に加え、高強度鋼材側に発生する「焼け」や激しい電極損耗を抑制して、優れた表面性状を兼備できるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明でいう「片側スポット溶接」には、通電方式により、インダイレクトスポット溶接（以下、インダイレクト方式ともいう）、シリーズスポット溶接（以下、シリーズ方式ともいう）がいずれも含まれる。
本発明では、高強度鋼材と軟鋼材、または高強度鋼材と高強度鋼材を重ね合わせ、一対の電極（あるいは少なくとも２個）を用いて片側スポット溶接を行う。なお、本発明でいう「高強度鋼材」、「軟鋼材」はともに、板状に限定されることはなく、管形状や、プレス等により加工し溶接等により所定の形状に構成されたものまでも含むものとする。また、「高強度鋼材」は、引張強さTS：590MPa以上の鋼材をいい、「軟鋼材」は、「高強度鋼材」より強度が低い、引張強さTS：440MPa以下の鋼材を言うものとする。なお、本発明では、溶接側電極を１個以上、アース側電極を1個以上用いる場合も含む。
【００２３】
本発明の片側スポット溶接方法では、被溶接材として用いる高強度鋼材は、適正な高い抵抗率を有する鋼材とする。というのは、片側スポット溶接では、迷走電流が多くナゲットの形成が不十分となることが考えられるため、適正な高い抵抗率に調整した高強度鋼材を用い、スポット溶接時に発生する抵抗発熱量を適正に増加させ、重ね合わせた鋼材の界面に適正なナゲットを形成させて、界面での高い接合強度を確保する。適正な高い抵抗率に調整するため、本発明で使用する高強度鋼材は、質量％で、Si：0.7〜2.5％、Mn：0.8〜３％を含有する組成を有する。
【００２４】
Siが、0.7質量％未満では、所望の高抵抗率を確保することが難しくなり、所望の接合強度を確保することができない。一方、2.5質量％を超えて含有すると、逆に抵抗率が高くなりすぎて、接合部近傍が溶融し、適正なナゲットを形成できなくなるとともに、接合部の溶融中心が高強度鋼材側に寄りすぎて、高強度鋼材と軟鋼材との界面の接合が不十分となり、所望の接合強度を確保できなくなる場合がある。さらに、インダイレクト方式のスポット溶接ではアーク側電極との接触部で鋼材表面に「焼け」、溶け、変形等の表面性状の劣化が顕著となるとともに、電極の損耗も大きくなる。このようなことから、Siは0.7〜2.5質量％に限定した。なお、好ましくは1.0質量％以上である。
【００２５】
また、Mnが、0.8質量％未満では、所望の高抵抗率を確保することが難しくなり、所望の接合強度を確保することができなくなる。一方、３質量％を超えて含有すると、抵抗率が高くなりすぎて、接合部近傍の溶融が激しくなり、適正なナゲットを形成できなくなる。このため、Mnは0.8〜３質量％の範囲に限定した。なお、好ましくは1.5〜2.5質量％である。
【００２６】
上記したSi、Mn以外の元素はとくに限定する必要はないが、Ｃは所望の高強度を確保するうえで重要となる元素で、所望の強度に応じて所定量以上、例えば、TS：590MPa以上の高強度を確保するためには0.08質量％以上含有することが望ましい。しかし、Ｃは、溶接部の健全性を低下させる元素でもあるため、0.20質量％以下に限定することが好ましい。
また、Alは、脱酸剤として機能し、さらにはＮを窒化物として固定する作用を有する元素であり、このような効果を得るためには、0.01質量％以上含有することが望ましいが、0.08質量％を超える含有は、介在物量が増加し、延性、靭性等が低下する。このため、Alは0.08質量％以下に限定することが好ましい。
【００２７】
上記した成分が、好ましい成分組成であるが、さらに質量％で、Cr：１％以下、Mo：１％以下、Ｖ：0.1％以下、Ni：0.05％以下、Ｂ：0.01％以下の１種または２種以上を必要に応じて含有できる。
Cr、Mo、Ｖ、Ni、Ｂは、いずれも強度を増加させる作用を有する元素であるが、多量に含有すると、スポット溶接部や、電縫溶接部の健全性を阻害する場合があり、質量％で、Cr：１％以下、Mo：１％以下、Ｖ：0.1％以下、Ni：0.05％以下、Ｂ：0.01％以下に限定することが望ましい。
【００２８】
また、あるいはさらに、Ti：0.02質量％以下、Nb：0.02質量％以下の１種または２種、および／または、Cu：0.2質量％以下、および／または、REM：0.2質量％以下を必要に応じて選択して含有できる。
Ti、Nbは、結晶粒を微細化する作用を有する元素であるが、Ti：0.02質量％、Nb：0.02質量％を超えて含有しても、効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなる。Cuは、耐遅れ破壊性や耐食性を向上させる元素であるが、0.2質量％を超える含有は、熱間脆性が顕著となる。また、REMは介在物の形態制御に寄与する元素であるが、0.2質量％を超える含有は、表面性状を低下させる。
【００２９】
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、Ｐ：0.02質量％以下、Ｓ：0.001質量％以下、Ｎ：0.01質量％以下程度が許容される。
なお、軟鋼材は、上記した高強度鋼材より低い強度を有する鋼材で、引張強さTSが：440MPa以下の鋼材をいう。通常、高強度鋼材より強度が低い軟鋼材は、合金元素の含有量が高強度鋼材より少なく、そのため、軟鋼材の抵抗率は高強度鋼材のそれより小さくなるのが通常である。そのため、適正な高い抵抗率に調整した高強度鋼材を用いて、重ね合わせた鋼材の界面に適正なナゲットを形成させて、界面の高い接合強度を確保する本発明では、軟鋼材の組成はとくに限定する必要はない。
【００３０】
また、重ね合わせる高強度鋼材と軟鋼材との組合せは、高強度鋼材を引張強さ：590MPa以上を有する鋼材とした場合には、軟鋼材は、引張強さ：440MPa以下の鋼材とすることが好ましい。このような組合せとすることにより、接合部近傍の発熱が適正となり、高強度鋼材と軟鋼材との界面でのナゲットの形成が容易となる。より好ましい組合せは、高強度鋼材を、引張強さ：780MPa以上を有する鋼材とし、軟鋼材を、引張強さ：300MPa以下の鋼材とする場合である。
【００３１】
なお、本発明では軟鋼材同士の接合は対象としない。というのは、同種鋼材の接合では抵抗率が同じであることや、軟鋼材の接合については取扱いに慣れていることもあり、片側スポット溶接条件の調整で問題の生じない方向に調整できる可能性が高いためである。
一方、高強度鋼材同士の接合では、被接合材の抵抗率が同じであるが、高い抵抗率を有しているため、電極との接触部分が発熱し変色しやすくなったり、溶融する場合が考えられる。このため、高強度鋼材同士の接合は本発明の対象範囲とする。
【００３２】
本発明では、上記した組成で好ましくは上記した強度の高強度鋼材と、上記した該高強度鋼材より低い強度で、好ましくは上記した強度の軟鋼材とを重ね合わせて、被溶接材の片面側に一対の電極（２個の電極）を少なくとも50mm離間させて設置し、これら電極間に溶接電流を通電して片側スポット溶接する。なお、本発明のスポット溶接では、溶接側電極、アース側電極ともに１個以上を用いる場合も含むものとする。これにより、通電時間が短い場合でも、スポット溶接接合部近傍の抵抗発熱が適正となり、重ね合わせた鋼材（高強度鋼材と軟鋼材）の界面に適正なナゲットが形成でき、高い接合強度を有する片側スポット溶接接合部材が得られる。本発明では、被溶接材の片面側に一対の電極（２個の電極）を少なくとも50mm離間させて設置し、これら電極間に溶接電流を通電する。このような片側スポット溶接では、不可避的に迷走電流が生じる。しかし、高強度鋼材を上記した組成の鋼材とすることにより、片側面に一対の電極を少なくとも50mm以上離間させた状態で迷走電流が多い場合でも、スポット溶接接合部近傍の抵抗発熱が適正となり、重ね合わせた鋼材の界面に適正なナゲットが形成できる。なお、本発明では、上記した組成を有する高強度鋼材同士を重ね合わせて、片側スポット溶接する場合も含む。
【００３３】
さらに、本発明のインダイレクト方式の片側スポット溶接では、一対の電極（２個の電極）のうち溶接側電極（プラグ側電極）となる一方の電極11を、重ね合わせた軟鋼材21側に１個配設する。溶接側電極では、加圧をしながら、溶接電流を供給（通電）する。このため、溶接側電極は加圧手段を設け加圧可能に構成された電極とすることが好ましい。
一対の電極（２個の電極）のうちアース側電極（対抗電極）となる他方の電極12は、上記した一方の電極11の位置とは異なり、しかも一方の電極11の位置から、50mm以上離れた位置の、高強度鋼材22側に配設する。なお、アース側電極では加圧する必要がないため、加圧手段を設ける必要はない。
【００３４】
本発明では、アース側電極となる他方の電極12は、分割して少なくとも２個配設することが好ましい。この状況を図１に示す。なお、13は電源（供給装置、整流装置を含んだ電源一式）であり、14はスイッチ（制御系をも含んだ）である。電源13は、交流、直流いずれも好適であるが、インダイレクト方式の片側スポット溶接では、直流が主として用いられる。
【００３５】
アース側電極を少なくとも２個に分割することにより、電極と高強度鋼材との接触部分で通電量が減少して、発熱等が軽減され、「焼け」や変形の発生や、電極の損耗が減少し、高強度鋼材表面の変色、汚れ、酸化膜の形成等が抑制されて、表面性状が向上した、片側スポット溶接接合部材とすることができる。なお、電極の損耗の減少は、電極の交換回数の減少に繋がる。
【００３６】
なお、高強度鋼材が、閉断面構造の高強度鋼材である場合には、少なくとも２個に分割したアース側電極のうちの少なくとも１個を、閉断面構造の内側に、該閉断面構造の開口部から装入して、設置することが好ましい。これにより、軽度の「焼け」が発生したとしても内側となり、外観上の問題となることは少なくなる。図２は、高強度鋼材21を閉断面構造の鋼管とした場合であり、アース側電極12を３個に分割し、そのうち２個を、閉断面構造（鋼管）の内側に、開口した端部を介して設置した例である。
【００３７】
また、本発明のインダイレクト方式の片側スポット溶接では、溶接側電極である一方の電極で加圧しながら、該一方の電極と、アーク側電極である他方の電極との間で溶接電流を通電する。溶接電流は、直流、交流いずれでもよいが、直流が主として使用される。直流は交流から整流した直流を用いてもよい。なお、通電時間は、50Hz交流換算で３〜５サイクル以上好ましくは15サイクル以下の時間とすることが好ましい。通電時間が３〜５サイクル未満では、安定したナゲットの形成が期待できない。また、通電時間が長くなれば、溶融しやすい状況となり、ナゲットができやすい傾向を示すが、15サイクルを超えて長くすると、スポット溶接の生産性が低下するとともに、溶融が著しくなる。
【００３８】
また、本発明のシリーズ方式の片側スポット溶接では、上記した組成の高強度鋼材と、上記した該高強度鋼材より低い強度の軟鋼材とを重ね合わせて、少なくとも２個の電極を用いて片側スポット溶接するが、少なくとも２個の電極を、重ね合わせた軟鋼材側にそれぞれ50mm以上離間して設置する。そして、離間して設置された少なくとも２つの電極間で溶接電流回路を形成する。そして、少なくとも２つの電極でそれぞれ加圧しながら、該少なくとも２つの電極間に溶接電流を通電する。これにより、重ね合わせた高強度鋼材と軟鋼材との界面に、ナゲットが形成され、所望の接合強度を有する片側スポット溶接接合部材を得ることができる。なお、シリーズ方式の片側スポット溶接においては、上記した組成を有する高強度鋼材同士を重ね合わせて、片側スポット溶接しても何等問題はない。シリーズ方式の片側スポット溶接では、電極間を直線的に結んだラインを電流が流れ、接合に寄与できない電流（広義の迷送電流）が不可避的に流れるが、これが、高抵抗率を有する高強度鋼材同士の接合では、接合強度向上に役立つためである。
【００３９】
本発明のシリーズ方式の片側スポット溶接では、少なくとも２つの電極間に通電する溶接電流は、直流、交流いずれでもよいが、交流が主として使用される。通電に際しては、溶接電流は、被溶接材の寸法形状に応じて、適宜、選択することができるが、所定の一定電流、あるいはパターン化された電流、とすることが考えられる。パターン化された電流としては、例えば、図５（ａ）に示すように、溶接電流を階段状に増加させるパターンや、例えば図５（ｂ）に示すように、通電の途中に、最終段階で通電する溶接電流値の50％以下の電流で所定の時間通電するような、溶接電流を経過時間に応じて段階的に増減させるパターンとすることが好ましい。これにより、重ね合わせた高強度鋼材と軟鋼材との界面近傍の過加熱を回避することができ、所望の接合強度を確保することができる。なお、シリーズ方式の片側スポット溶接における通電時間は合計で、50Hz交流換算で60〜90サイクル以下とすることが好ましい。なお、より好ましくは40サイクル以下である。長い通電時間は溶接施工の生産性が低下する。なお通電時間は、さらに好ましくは、接合強度の観点から15〜30サイクルである。
【実施例】
【００４０】
表１に示す組成の鋼材を用いた。鋼材No.Ａ，Ｂは、引張強さTS：440MPa以下の鋼材、いわゆる軟鋼鋼材である。その他の鋼材は、合金元素を添加し、各種の引張強さに調整した、いわゆる高強度鋼材である。
表２に示すような組み合わせで、軟鋼材と高強度鋼材と、または高強度鋼材同士を重ね合わせて、シリーズ方式およびインダイレクト方式の片側スポット溶接方法で、重ね合わせ片側スポット溶接接合部材を作製した。
【００４１】
シリーズ方式の片側スポット溶接方法では、図４に示すように、一対の電極11,11をｘmm離間させて軟鋼材21側に設置した。なお、ｘmmは電極間の最短距離を意味する。溶接電流は、交流として、図５（ａ），（ｂ）に示すパターンで通電した。なお、通電時間合計は50Hz交流換算で、図５（ａ）の場合は25サイクル、図５（ｂ）の場合は40サイクルとした。ここで、図中の溶接電流値ａは、スパッタ発生電流の±20％の値を採用した。また、一部では、比較として一定の溶接電流値ａを40サイクル間通電した。
【００４２】
また、インダイレクト方式の片側スポット溶接方法では、図１または図３に示すように、溶接側電極11を軟鋼材側に、アース側電極12を溶接側電極からｘmm離れた高強度鋼材側に、それぞれ配置し、溶接側電極で加圧しながら、溶接電流を、溶接側電極11とアース側電極12との間に通電した。（なお、高強度鋼材同士を重ね合わせた場合には、溶接側電極11は高強度鋼材の一方の側に配置した。）溶接電流は、直流として、スパッタ発生電流の±20％の値とした。また通電時間は、便宜上、50Hz交流換算での相当サイクル数で表示した。
【００４３】
なお、図１は、アース側電極を２個とし、図３はアース側電極を１個として、高強度鋼材22側に配置した場合である。
また、図２は、被溶接材である高強度鋼材12を鋼管とし、板状の軟鋼材21と重ね合わせ片側スポット溶接した場合である。溶接側電極11は軟鋼材21側に、アース側電極12は、高強度鋼材（鋼管）22側でかつ鋼管内面の３箇所に配置した。なお、この場合、電極間の離間距離ｘは、最短の値で表示した。
【００４４】
得られた片側スポット溶接接合部材について、ピール試験を実施し、接合部の強度（接合強度）を評価した。ピール試験では、得られた片側スポット溶接接合部材から、試験片（溶接接合部）を採取し、図６に示すように、剥離して、破断部形状を目視で観察して、母材破断した場合を良好：○、ナゲット破断またはプラグ破断した場合を不良：×として、溶接接合部の健全性（接合強度）を評価した。なお、ピール試験後に、接合部断面を観察しナゲット形成の有無も調査した。ナゲットが形成されている場合を○、ナゲットが形成されていない場合を×とした。また、得られたインダイレクト方式の片側スポット溶接接合部材について、アース側電極を設置した付近の鋼材外観を目視観察し、変色、溶け、焼け、電極の焼付き等の表面性状の変化の有無、変形等の有無を調査した。表面性状の変化、変形等が無い場合を○とした。
【００４５】
また、溶接接合部の健全性（接合強度）、ナゲット形成、外観検査の結果を総合して、スポット溶接性を評価した。スポット溶接性が、良好である場合を◎、若干低下している場合を○、低下している場合を×として評価した。
なお、スポット溶接性の評価は、溶接接合部の健全性（接合強度）の結果を重視して行い、ナゲット形成、外観検査の結果は参考データとして利用する程度に留めるものとする。というのは、インダイレクト方式の片側スポット溶接ではナゲットが形成されたものが高い接合強度を示すことが多いが、シリーズ方式の片側スポット溶接では明瞭なナゲットを形成しない場合でも十分に高い接合強度を示す場合がある。この場合には、被溶接材の接合界面で互いの組織が入り交じった状態となっている。
【００４６】
また、塗装されて使用することを考慮すれば、外観の清浄性は、接合部材の良否を考えるうえで参考データとなる。また、溶接電極の焼損状態を推定する参考データともなる。  
得られた結果を表２に併記して示す。
【００４７】
【表１】
2010090440.tif 000003
【００４８】
【表２】
2010090440.tif 000004
【００４９】
本発明例はいずれも、溶接接合部の健全性（接合強度）に優れている。インダイレクト方式の片側スポット溶接ではいずれもナゲットが形成されていた。シリーズ方式の片側スポット溶接ではナゲットの形成が認められない場合もあった。しかし、ピール試験では母材破断しており接合強度には問題がないことがわかった。また、インダイレクト方式のスポット溶接では、高強度鋼材のSi含有量が1.0％以上となる場合には、アース側電極が１個の場合（接合部材No.16、No.18、No.19、No.22）には、「焼け」の発生が認められたが、アース側電極を２個とすること（接合部材No.17、No.23、No.25）により、「焼け」の発生は全く認められなくなった。
【００５０】
一方、本発明の範囲から外れる比較例は、溶接接合部の健全性（接合強度）が低下しているか、あるいはナゲットが形成されていないか、アース側電極との接点に変色等の「焼け」が目立ち、表面性状が劣化していた。
接合部材No.1〜No.4（比較例）は、軟鋼材同士の重ね合わせて片側スポット溶接を行った例である。しかし、軟鋼材同士の重ね合わせ片側スポット溶接においても、接合部材No.３におけるように、電極間の離間距離が大きくなると、溶接接合部の健全性（接合強度）が低下する場合がある。
【００５１】
また、接合部材No.５、No.７、No.15（比較例）は、高強度鋼材の組成のうちSi含有量が本発明の範囲を低く外れた場合で、ナゲットの形成もなく、溶接接合部の健全性（接合強度）が低下している。
また、接合部材No.８〜No.10（比較例）は、高強度鋼材の組成のうちMn含有量が本発明の範囲を低く外れた場合で、電極間の離間距離が大きくなると、溶接接合部の健全性（接合強度）が低下している。
【００５２】
また、接合部材No.21（比較例）は、シリーズ方式の片側スポット溶接の場合で、一定電流を長時間通電したため、高強度鋼材が過加熱され、変形が生じ、接合部の形成が不十分となって、溶接接合部の評価ができなかった例である。シリーズ方式の片側スポット溶接の場合は、溶接電流のパターンを工夫する必要性を示唆している。
また、接合部材No.24（比較例）は、高強度鋼材の組成のうちSi含有量が本発明の範囲を高く外れた場合で、高強度鋼材側の発熱が大きくなりすぎて界面から離れた高強度鋼材側で溶融し、界面に適正なナゲットが形成されないため、溶接接合部の健全性（接合強度）が低下している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のインダイレクト方式の片側スポット溶接方法における電極配置の一例を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明のインダイレクト方式の片側スポット溶接方法における電極配置の一例を模式的に示す説明図で、高強度鋼材を鋼管とした場合の例である。
【図３】インダイレクト方式の片側スポット溶接方法における電極配置の一例を模式的に示す説明図である。
【図４】シリーズ方式の片側スポット溶接方法における電極配置の一例を模式的に示す説明図である。
【図５】シリーズ方式の片側スポット溶接方法の実施例で使用した溶接電流パターンを模式的に示す説明図である。
【図６】ピール試験方法を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
11  電極（溶接側電極）
12  電極（アース側電極）
13  電源
14  スイッチ
21  軟鋼材
22  高強度鋼材
【図１】
2010090440.tif 000005
【図２】
2010090440.tif 000006
【図３】
2010090440.tif 000007
【図４】
2010090440.tif 000008
【図５】
2010090440.tif 000009
【図６】
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