(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の面同士を重ね合わせスポット溶接によって溶接部を形成して接合した上記鋼板から成る溶接構造部材であって、
上記溶接部は、該接合部の接合端部から中心部に行くにつれて軟らかくなっていることを特徴とする、溶接構造部材。
【請求項２】
鋼板の面同士を重ね合わせスポット溶接によって溶接部を形成して接合した上記鋼板から成る溶接構造部材であって、
上記溶接部は、溶融凝固部と、該溶融凝固部を取り囲む熱影響部と、を備え、
上記面における硬さは、上記熱影響部の外側領域から当該熱影響部に行くにつれて硬くなっており、さらに、上記熱影響部から上記溶融凝固部の中心部へ行くにつれて軟らかくなっていることを特徴とする、溶接構造部材。
【請求項３】
前記熱影響部の前記鋼板に対する最大硬さの上昇分をＨとした場合、前記溶融凝固部の中心部の硬さは、前記熱影響部の最大硬さの部位に対して上記Ｈの１／２以上軟化していることを特徴とする、請求項２に記載の溶接構造部材。
【請求項４】
前記熱影響部の金属組織が、５５０ＨＶ以上の硬度を有している硬質相と４７０〜５５０ＨＶの硬度を有している軟質相とからなる微細複合組織を有していることを特徴とする、請求項２又は３に記載の溶接構造部材。
【請求項５】
前記溶融凝固部の金属組織が、微細炭化物が分散したマルテンサイト組織からなることを特徴とする、請求項２又は３に記載の溶接構造部材。
【請求項６】
前記溶融凝固部と前記熱影響部の軟部位とに分散した前記微細炭化物の粒子直径をｄとし、該粒子間の間隔をＬとしたときに、下記（１）式で表わされる前記微細炭化物の粒子分散指数が、０．０２以上であることを特徴とする、請求項５に記載の溶接構造部材。
粒子分散指数＝（粒子径の平方根）／粒子間隔＝（ｄ）１／２／Ｌ      （１）
【請求項７】
前記微細炭化物の粒子直径が、１０ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項６に記載の溶接構造部材。
【請求項８】
前記微細炭化物の粒子体積率が、１％〜１０％の範囲内であることを特徴とする、請求項６に記載の溶接構造部材。
【請求項９】
前記熱影響部の前記鋼板同士が、固相接合していることを特徴とする、請求項２〜８の何れかに記載の溶接構造部材。
【請求項１０】
前記熱影響部の固相接合は、前記溶接部の十字引張り試験の破断経路が、前記溶融凝固部以外の領域に沿って亀裂が進展する破断経路となるか、又は前記溶融凝固部と前記熱影響部との境界近傍に沿って亀裂が進展する破断経路となるような接合強度を有していることを特徴とする、請求項９に記載の溶接構造部材。
【請求項１１】
前記溶融凝固部と前記熱影響部との境界領域において、前記溶融凝固部が、当該重ね合わせ部に沿って前記熱影響部の領域内に突出した凸部を有していることを特徴とする、請求項２〜１０の何れかに記載の溶接構造部材。
【請求項１２】
前記鋼板が、炭素を０．１５質量％以上含有する鋼板よりなることを特徴とする、請求項２〜１１の何れかに記載の溶接構造部材。
【請求項１３】
前記溶接部の十字引張り試験の破断経路が、前記溶融凝固部以外の領域に沿って亀裂が進展する破断経路となるか、又は前記溶融凝固部と前記熱影響部との境界近傍に沿って亀裂が進展する破断経路となることを特徴とする、請求項２〜１２の何れかに記載の溶接構造部材。
【請求項１４】
面同士を重ね合わせた鋼板を一対の電極で挟み、上記一対の電極間に直流又は第１の周波数の電力を印加して、形成した溶接部によって上記鋼板同士をスポット溶接する方法であって、
上記電極に上記第１の周波数よりも高い第２の周波数の電力を印加し、
上記第２の周波数の電力によって、上記鋼板と上記一対の電極とが接触する領域の外周部近傍を加熱すると共に、
上記溶接部の鋼板の重なり合う接合端部領域を加熱することを特徴とする、溶接方法。
【請求項１５】
面同士を重ね合わせた鋼板を一対の電極で挟み、上記一対の電極間に直流又は第１の周波数の電力を印加して、溶融凝固部と該溶融凝固部を取り囲む熱影響部とを備えた溶接部によって上記鋼板同士をスポット溶接する方法であって、
上記電極に上記第１の周波数よりも高い第２の周波数の電力を印加し、
上記第２の周波数の電力によって、上記鋼板と上記一対の電極とが接触する領域の外周部近傍を加熱すると共に、
上記熱影響部の外周部と接触する鋼板の重なり合う接合端領域を加熱することを特徴とする、溶接方法。
【請求項１６】
前記第２の周波数の電力を、前記直流又は前記第１の周波数の電力によるスポット溶接の後で印加することを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接構造部材及び溶接方法に関する。さらに、詳しくは、本発明は高靱性のスポット溶接部を備えた溶接構造部材と溶接構造部材の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接装置は、重ね合わせた鋼板同士を溶接するために用いられている。図２１は、鋼板５０同士のスポット溶接を模式的に示す断面図である。図２１に示すように、鋼板５０同士のスポット溶接は、鋼板５０同士の重ね合わせ部分を一対の電極５２で挟み、この電極５２に矢印方向に所定の力を作用させて鋼板５０同士を加圧する。次に、加圧状態を保持しながら電極５２へｋＡオーダーの大電流を通電し、鋼板５０同士の圧着部分をジュール発熱、所謂、抵抗加熱にて瞬間溶融し、ナゲット５４と呼ばれる所定径の溶融した塊を形成することによって行われる（例えば、非特許文献１参照）。ナゲット５４は、溶融凝固部とも呼ばれている。【０００３】
図２２はスポット溶接部断面の詳細図である。図２２に示すように、スポット溶接部５３は、溶融凝固部５４と、溶融凝固部５４を包囲する熱影響部５５と、熱影響部５５において鋼板５０，５０との境界に形成されるコロナボンド部位５７と、熱影響部５５と鋼板５０，５０との境界に生じる空隙５８と、から形成されている。熱影響部５５は、ＨＡＺとも呼ばれている。コロナボンド部位５７及び空隙５８は、それぞれ圧接部位、シートセパレーション先端と呼ばれている。さらに、溶融凝固部５４から熱影響部５５を介して鋼板５０，５０との重ね合わせ部分に生じ、溶融凝固部５４の一部となっている散り５６が発生する場合がある。散り５６は中散りとも呼ばれている。散り５６が発生することにより、溶接部５３の内部にブローホールを生成させたり、飛散した散り５６がスポット溶接部５３以外の鋼板部位に付着したりする。散り５６の発生は、スポット溶接の後で行う塗装工程での欠陥に繋がる可能性があるので好ましくない。しかしながら、散り５６は不可避的に生じているのが現状である。スポット溶接部５３において、熱影響部５５のコロナボンド部位５７に生じる亀裂が、後述する十字継ぎ手強度を決定する。【０００４】
ところで、近年、車両の生産ラインで使用されるスポット溶接では、車両の軽量化及び安全性の両立を図るため車体用素材として高張力鋼板が用いられるようになってきた。【０００５】
図２３は、高張力鋼板のスポット溶接強度を調べるための引張試験に用いられる試料の平面図であり、（Ａ）が重ね合わせ継ぎ手の試料を、（Ｂ）が十字継ぎ手の試料を示している。図２３（Ａ）に示す重ね合わせ継ぎ手の試料では、２枚の長方形の鋼板５０がその長手方向の端部で重ね合わせられ、端部でスポット溶接されている。図２３（Ｂ）に示す十字継ぎ手の試料では、２枚の長方形の鋼板５０を十字形状に交差させ、この交差する箇所がスポット溶接されている。点線で囲んだ略楕円状部は溶接で形成されたナゲット５４であり、十字引張試験で印加される力５６を矢印で示している。【０００６】
図２４はスポット溶接部の十字引張試験の破断様式を模式的に示す図である。図２４に示すように、破断様式は、（ａ）ナゲット内面上破断と、（ｂ）ナゲット内プラグ状破断と、（ｃ）熱影響部内プラグ状破断と、（ｄ）母材破断と、（ｅ）図示しない複合型破断と、に分類されている。複合型破断は、上記（ｂ）〜（ｄ）の組合せによる破断である。破断位置が（ｂ）から（ｄ）に移るにつれて、十字破断強度は増す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２１１９３４号公報
【特許文献２】特開２００７−３３２４５７号公報
【特許文献３】特許第４００６５１３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】社団法人溶接学会編、「溶接・接合便覧」、丸善株式会社、平成２年９月３０日、ｐｐ．３９２−３９８
【非特許文献２】早川正夫、松岡三郎、「原子間力顕微鏡による焼戻しマルテンサイトの組織解析」、まてりあ、４３巻、第９号、pp.717-723、２００４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
高張力鋼板のスポット溶接強度において、重ね合わせ継ぎ手は材料強度の増加に伴い、その引張り強度も向上するが、十字継ぎ手の剥離強度は材料強度の向上に伴い増加し難く、寧ろ安定した強度が得難くなることが報告されている。十字継ぎ手の剥離型の負荷で安定した引張り強度が得られない理由は、ナゲット５４の円周上の応力集中の度合いが極めて高いこと、及び、母材の強度が高くなることで、ナゲット５４の周囲の拘束力が増加することが同時に起きることに起因すると考えられている。このような事情により、溶接領域強度の靭性を確保する点から、実際の車体に強度の高い鋼板を適用するにあたっては、溶接領域が硬くなり過ぎないよう炭素量を一定水準以下とするなど組成面や相手材との組み合わせを勘案すること等で制約を設けているのが現状である。【００１０】
一方、高張力鋼板の使用は、効率的に車体を軽量化できる方法であり、さらに、強度と延性の双方を向上させた高張力鋼板が望まれている。車体用鋼板の強度をさらに向上させることにより、一層の軽量化を見込むことができる。車体用鋼板の延性を向上させることによりプレス成形性や製品状態での衝突時の十分な変形能を確保することができる。通常、車体用鋼板は強度を上げると延性は低下する傾向を示す。車体用鋼板の強度と延性を同時に向上させるためには材料の炭素含有量を高めることは効果的であるが、スポット溶接領域が炭素含量に比例して硬く、脆くなるため安定した十分な強度を得難くなっていた。【００１１】
このようなスポット溶接部の強度を溶接工法で解決しようとする取り組みが、これまで種々なされてきている。例えば、溶融接合部を所定の大きさに形成した後、後通電で焼戻しを施すことが試みられている。しかしながら、車体組み立ての抵抗スポット溶接では、一打点あたりに要する工程時間は高々１秒以内で行うことが求められており、現状の溶接設備で後通電などで焼戻した場合、その焼戻し効果は極めて限定されたものとなる。あるいは、焼戻しで十分な効果を得ようとした場合、工程の要求時間を大幅に超える時間が必要となる。これは、従来式の溶接機で焼き戻し作業を行うと、通電電流は電極直下であるナゲット部分のみ通電されてナゲット中心のみが通電され焼戻し効果を得たい箇所と主に発熱する箇所がずれているからである。【００１２】
さらに、特許文献１には、スポット溶接機と高周波誘導加熱手段とを備えたスポット溶接装置が開示されている。この高周波誘導加熱手段は、ワークの被溶接部分を誘導加熱する加熱コイルと加熱コイルへ高周波電力を供給する高周波電源とから構成されている。【００１３】
高強度と高靭性を両立させる鋼として、微細結晶粒の複合組織鋼が研究されてきているが、炭化物の析出が有効な手段であることがわかってきた（特許文献２参照）。炭化物の析出のためには、材料の炭素含有量を高めておくことが必要であるが、炭素量が高い場合にはスポット溶接部が硬くなりすぎることから脆化し接合部強度が著しく低下する問題がある。このため、広く使われる自動車用鋼板は、炭素含有量を０．１５％ｗｔ程度以下に抑制してきた。また、スポット溶接の電極形状や通電条件の検討は行なわれてきた。しかし、電極への通電によって形成されたスポット溶接領域においては、スポット溶接領域の冷却が速いので、溶融凝固部と熱影響部の金属組織がこの冷却によってマルテンサイト組織となること迄の検討は行っているが、これ以上の検討はなされていない。【００１４】
従来のスポット溶接において、溶接部の強度回復は溶融凝固部の靭性を回復しようとするものであった。この場合、ナゲット周辺の熱影響部にはコロナボンドと呼ばれる弱い結合状態の領域が存在するが、この接合状態は脆弱で接合強度には寄与出来ないものとされていた。つまり、この領域の硬度は鋼板の材料組成で決まるものとされ、強度や靱性の改善や、この領域の接合状態の強度改善は行われていなかった。【００１５】
本発明の第１の目的は、上記課題に鑑み、スポット溶接部が強度と靭性を有し、十字引張試験等の破断試験で得られる破断強度が高い、溶接構造部材を提供することにある。本発明の第２の目的は、このような溶接構造部材の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】
【００１６】
上記第１の目的を達成するため、本発明の溶接構造部材は、鋼板の面同士を重ね合わせスポット溶接によって溶接部を形成して接合した鋼板から成る溶接構造部材であって、溶接部は、接合部の接合端部から中心部に行くにつれて軟らかくなっていることを特徴とする。
すなわち、本発明は、鋼板の面同士を重ね合わせてスポット溶接によって溶接部を形成して接合した溶接構造部材であって、溶接部は、溶融凝固部と溶融凝固部を取り囲む熱影響部とを備え、面における硬さは、熱影響部の外側領域から当該熱影響部に行くにつれて硬くなっており、さらに、熱影響部から溶融凝固部の中心部へ行くにつれて軟らかくなっていることを特徴とする。【００１７】
上記構成において、熱影響部の鋼板に対する最大硬さの上昇分をＨとした場合、溶融凝固部の中心部の硬さは、好ましくは、熱影響部の最大硬さの部位に対してＨの１／２以上軟化している。【００１８】
熱影響部の金属組織は、好ましくは、５５０ＨＶ以上の硬度を有している硬質相と４７０〜５００ＨＶの硬度を有している軟質相とからなる微細複合組織を有している。
【００１９】
溶融凝固部の金属組織は、好ましくは、微細炭化物が分散したマルテンサイト組織からなる。【００２０】
溶融凝固部と熱影響部の軟部位とに分散した微細炭化物の粒子直径をｄとし、
該粒子間の間隔をＬとしたときに、下記（１）式で表わされる炭化物の粒子分散指数は、好ましくは、０．０２以上である。
粒子分散指数＝（粒子径の平方根）／粒子間隔＝（ｄ）１／２／Ｌ      （１）
【００２１】
微細炭化物の粒子直径は、好ましくは、１０ｎｍ以上である。微細炭化物の粒子体積率は、１％〜１０％の範囲内であってもよい。
【００２２】
熱影響部の鋼板同士は、好ましくは、固相接合している。熱影響部の固相接合は、好ましくは、溶接部の十字引張り試験の破断経路が、溶融凝固部以外の領域に沿って亀裂が進展する破断経路となるか、又は溶融凝固部と熱影響部との境界近傍に沿って亀裂が進展する破断経路となるような接合強度を有している。【００２３】
溶融凝固部と熱影響部との境界領域において、好ましくは、溶融凝固部が、当該重ね合わせ部に沿って熱影響部の領域内に突出した凸部を有している。【００２４】
鋼板は、好ましくは、炭素を０．１５質量％以上含有する。【００２５】
溶接部の十字引張り試験の破断経路は、好ましくは、溶融凝固部以外の領域に沿って亀裂が進展する破断経路となるか、又は溶融凝固部と熱影響部との境界近傍に沿って亀裂が進展する破断経路となる。【００２６】
上記構成によれば、スポット溶接部が高い強度と靭性を有し、十字引張試験等の破断試験で得られる破断強度が高い溶接構造部材を得られる。【００２７】
上記第２の目的を達成するため、本発明のスポット溶接方法は、面同士を重ね合わせた鋼板を一対の電極で挟み、一対の電極間に直流又は第１の周波数の電力を印加して、形成した溶接部によって鋼板同士をスポット溶接するに当たり、電極に第１の周波数よりも高い第２の周波数の電力を印加し、第２の周波数の電力によって、鋼板と一対の電極とが接触する領域の外周部近傍を加熱すると共に、鋼板の重なり合う溶接部の接合端部領域を加熱することを特徴とする。
本発明のスポット溶接方法は、面同士を重ね合わせた鋼板を一対の電極で挟み、一対の電極間に直流又は第１の周波数の電力を印加して、溶融凝固部と溶融凝固部を取り囲む熱影響部とを備えた溶接部によって鋼板同士をスポット溶接するに当たり、電極に第１の周波数よりも高い第２の周波数の電力を印加し、第２の周波数の電力によって、鋼板と一対の電極とが接触する領域の外周部近傍を加熱すると共に、鋼板の重なり合う接合端領域を加熱することを特徴とする。【００２８】
上記構成において、第２の周波数の電力を、直流又は第１の周波数の電力によるスポット溶接の後で印加してもよい。【００２９】
上記構成によれば、重ね合わせた鋼板を一対の電極で挟み、抵抗加熱で溶融凝固部を形成し、溶融凝固部の周縁領域を直流又は低周波の電力よりも周波数の高い高周波電力で加熱し、強度と靭性の高い溶接構造部材を製造することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、スポット溶接部が高い強度と靭性を有し、十字引張試験の破断強度が高い溶接構造部材及び溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接構造部材におけるスポット溶接部の構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】スポット溶接部の断面の硬度分布の一例を模式的に示す図である。
【図３】（Ａ）が（１）式を、（Ｂ）が粒子間隔Ｌに対する強度増分の関係を示す図である。
【図４】炭化物の分散状態を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る溶接構造部材をスポット溶接する溶接装置の構成の一例を模式的に示す図である。
【図６】図５に示す溶接装置の電気回路図である。
【図７】重ね合わせた２枚の鋼板へ低周波電源と高周波電源とから電力を同時に印加したとき鋼板に生じる電流分布を模式的に示す断面図である。
【図８】鋼板の加熱状態を示す図である。
【図９】鋼板の高周波電流による加熱状態を示す断面図である。
【図１０】鋼板を３枚重ね合わせた場合の高周波電流による加熱状態を示す断面図である。
【図１１】低周波電源からの電力を印加した後に高周波電源からの電力を印加する場合の加熱波形を示す図である。
【図１２】実施例１において低周波電源と高周波電源からの電力印加を模式的に説明する図である。
【図１３】実施例及び比較例の溶接構造部材の後熱時の高周波投入電力と十字引張試験時の破断荷重を示す図である。
【図１４】実施例１で作製したスポット溶接構造部材のスポット溶接部のほぼ中央断面における硬さ分布の一例を示す図である。
【図１５】比較例で作製したスポット溶接構造部材のスポット溶接部のほぼ中央断面における硬さ分布を示す図である。
【図１６】実施例１のスポット溶接部の模式的な部分断面図である。
【図１７】図１６中のＡで示す領域の硬さを測定した結果を示す図である。
【図１８】図１６においてＢで示す熱影響部の金属組織を示す走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）の図である。
【図１９】図１７においてＣで示す溶融凝固部の金属組織を示すＳＥＭ像の図である。
【図２０】図１７において熱影響部で最も硬度が高いＤ点の金属組織を示すＳＥＭ像の図である。
【図２１】鋼板同士のスポット溶接を模式的に示す断面図である。
【図２２】スポット溶接部断面の詳細図である。
【図２３】高張力鋼板のスポット溶接強度を調べるための引張試験に用いられる試料の平面図であり、（Ａ）が重ね合わせ継ぎ手の試料を、（Ｂ）が十字継ぎ手の試料を示している。
【図２４】スポット溶接部の十字引張試験の破断様式を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：溶接構造部材
２：鋼板
２Ａ：円形内部
２Ｂ，２Ｃ：リング状領域
３：スポット溶接部
３Ａ：中心部
３Ｂ：接合端部
４：溶融凝固部
４Ａ：溶融凝固部の凸部
５：熱影響部
５Ａ：固相接合
６：熱影響部の外部
８：炭化物
１０：溶接装置
１０Ａ：溶接装置の溶接用回路部
１０Ｂ：溶接装置の溶接部
１２：ガンアーム
１２Ａ：ガンアームの上部
１２Ｂ：ガンアームの上部
１３：電極支持部
１４：電極
１５：浮遊インダクタンス
１６：低周波電源
１７：整合コンデンサ
１８：高周波電源
２０：通電制御部
２１：バイパスコンデンサ
２２：商用電源
２３：高周波電流阻止インダクタンス
２４：低周波電源制御部
２６：溶接トランス
２８：発振器
３０：整合トランス
３２：高周波電流
３４：低周波電流
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。（スポット溶接構造部材）
図１は、本発明の実施形態に係る溶接構造部材におけるスポット溶接部の一例を模式的に示す断面図である。
【００３４】
図１に示すように、溶接構造部材１は、鋼板２，２の重ね合わせ部分にスポット溶接によってスポット溶接部３を設けた構造を有している。スポット溶接部３は、溶融凝固部４と、溶融凝固部４を取り囲む熱影響部５と、から構成され、熱影響部５の鋼板同士の併せ面が、図中の点線で示す固相接合部５Ａとして示すように固相接合している。
【００３５】
溶融凝固部４と熱影響部５との境界領域において、溶融凝固部４が、鋼板の重ね合わせ部分に沿って熱影響部５の領域内に凸部４Ａとして突出していてもよい。この凸部４Ａは、図１に示すように、熱影響部５内に形成されており、熱影響部５の外領域まで延出するようには構成されていない。
【００３６】
スポット溶接部３は、後述するが、溶融凝固部４を形成するための抵抗加熱によって形成される。
【００３７】
熱影響部５の金属組織は、後述するが、硬質相と軟質相とからなる微細複合組織を有している。この熱影響部５の硬質相と溶融凝固部４の金属組織は、微細炭化物が分散したマルテンサイト組織を有している。金属組織は、光学顕微鏡や電子顕微鏡によって観察することができる。金属組織の表面は、特許文献３及び非特許文献２に開示されている電解研磨法で平坦化することができる。
【００３８】
（スポット溶接部の硬度分布）
図２は、スポット溶接部の断面の硬度分布の一例を模式的に示す図である。図２の横軸はスポット溶接箇所の断面の鋼板の重ね合わせ部、具体的には２枚の鋼板２，２の重ね合わせ面に沿った方向の位置を示しており、スポット溶接箇所の断面図と対比させて示している。図の縦軸は、鋼板同士の重ね合わせ部におけるビッカース硬度である。スポット溶接前の鋼板（母材）のビッカース硬度をＨＶ０として示している。
【００３９】
図２に示すように、スポット溶接部３の硬度分布において、鋼板２の面における硬さは、熱影響部５の外側領域から熱影響部５の外側縁部５Ｅに行くにつれて硬くなっており、さらに、熱影響部５から溶融凝固部４の中心部へ行くにつれて軟らかくなっている。さらに、熱影響部の外側縁部５Ｅの外側の方向では、外側縁部５Ｅの硬さが一番固く、外側つまりスポット溶接がされていない領域に行くにつれて柔らくなり、硬さはスポット溶接前の鋼板のビッカース硬度の固さ（ＨＶ０）となる。つまり、Ｍ字状の硬さ（Ｈｖ）分布を有している。具体的には、溶融凝固部４は、鋼板２，２のビッカース硬度（Ｈｖ０）に対して、Ｈだけ硬さが高い部位を含んでいる。この硬さが高い部位を、硬部位と呼ぶ。この硬部位に対して、熱影響部５及び溶融凝固部４において硬さが軟らかくなっている部位を軟部位と呼ぶ。このＨは、例えば、０＜Ｈ≦８０の硬度である。さらに、図示するように、熱影響部５の鋼板２に対する最大硬さの上昇分をＨとした場合、例えば、溶融凝固部４の中心部の硬さは、熱影響部５の最大硬さの部位に対してＨの１／２以上軟化している状態とすることができる。
【００４０】
スポット溶接部３の中心部３Ａと接合端部３Ｂに着目すると、スポット溶接部３の硬度分布は、接合端部３Ｂから中心部３Ａに行くにつれて軟らかくなっている。つまり、スポット溶接部３内の硬度分布は、Ｕ字状の硬さ（Ｈｖ）分布を有している。ここで、スポット溶接部３の中心部３Ａは、２枚の鋼板２，２の重ね合わせ面に沿った方向の中心位置を示しており、溶融凝固部４の中心部である。スポット溶接部３の接合端部３Ｂは、２枚の鋼板２，２の重ね合わせ面に沿った熱影響部５の外側縁部５Ｅに相当する。
【００４１】
図２の点線で示した硬度分布は、従来の低周波（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の抵抗加熱によってスポット溶接部を形成した場合の硬度分布を示している。従来のスポット溶接によって形成したスポット溶接部の硬度分布において、溶融凝固部及び熱影響部の硬度がほぼ同じ値であり、母材に比較して高い硬度を有している。
【００４２】
本発明のスポット溶接部３の断面の硬度分布の特徴は、溶融凝固部４の硬さが熱影響部の外周６の硬さと同程度になっていることである。これは、スポット溶接において、高周波電力を印加することによって、溶融凝固部４の周縁領域が加熱されて、所謂焼戻しがされたと同様の組織が形成されたものと推察される。
【００４３】
本発明の溶接構造部材１に対して十字引張り試験を行い、破断様式を調べた。破断は、所謂母材破断であった。高周波電力を後熱として印加した溶接構造部材１の十字引張り試験時の破断荷重は、同じ鋼板２，２を用いた従来の溶接構造部材の破断荷重である４ｋＮ以上が容易に得られた。後熱における高周波電力を調整した場合、本発明の溶接構造部材１の十字引張り試験時の破断荷重は、８ｋＮ以上とすることもできる。この破断荷重は従来の溶接構造部材の破断荷重の２倍以上の強度である。
【００４４】
本発明の溶接構造部材１の材料として、炭素を０．１５質量％以上含有する鋼板２，２を用いることができる。なお、上記した熱影響部５の金属組織における微細炭化物は、炭素と鉄や鉄以外の含有金属との化合物である。
【００４５】
本発明の溶接構造部材１の熱影響部５及び溶融凝固部４の金属組織において、熱影響部５及び溶融凝固部４の硬さ分布で生じる硬部位と軟部位とを、それぞれ硬質相、軟質相と呼ぶ。このような硬質相と軟質相とが入り混じった金属組織、つまり、硬度差を有する硬質相及び軟質相からなる部位が相互に微細に入り組んだ金属組織を、微細複合組織と呼ぶ。熱影響部５の硬質相と溶融凝固部４の金属組織は、微細炭化物が分散したマルテンサイト組織を有している。炭化物は、前オーステナイト粒界にフィルム状に析出していないことと、前オーステナイト粒界を含む金属組織の全領域において微細分散されている。つまり、本発明の溶接構造部材１の金属組織では、炭化物が前オーステナイト粒界を含めて微細分散していることが、従来技術にはない重要な特徴である。従来は、炭化物を前オーステナイト粒界にフィルム状に析出するのを抑制することはできなかった。
【００４６】
炭化物を微細分散させ、マルテンサイト組織とした溶接構造部材１の炭化物の分散状態について説明する。
溶融凝固部４と熱影響部５の軟部位とに分散した炭化物の粒子直径をｄとし、粒子間の間隔（粒子間隔）をＬとすると、下記（１）式で炭化物の粒子分散指数を定義する。
粒子分散指数＝（粒子径の平方根）／粒子間隔＝（ｄ）１／２／Ｌ      （１）
粒子分散指数は、Ａｓｈｂｙの歪硬化理論に基づけば、歪硬化率に比例する量である。
【００４７】
図３は、（Ａ）が（１）式を、（Ｂ）が粒子間隔Ｌに対する強度増分の関係を示す図である。横軸は、粒子間隔Ｌ（ｎｍ）を示している。図３（Ａ）の縦軸は（ｄ）１／２を、図３（Ｂ）の縦軸は強度増分（相対目盛）を示している。
図３（Ａ）においては、（１）式は原点を通る直線勾配となる。歪硬化率はこの直線勾配に比例する。このため、炭化物の粒子分散は直線勾配が大きくなるように、つまり、粒子分散指数を大きくするとより高延性が得られる。粒子体積率を点線で示しているが、上限は１０％とし、最低でも１％以上が望ましい。粒子径が１０ｎｍ未満では、溶接構造部材１の応力増加の効果がない。このため、応力増加のためには、粒子径は１０ｎｍ以上とする。
【００４８】
図３（Ｂ）に示されるように、粒子分散による強度増分は粒子間隔にのみ依存し、粒子間隔が小さいほど大きい。従って、上記の粒子分散指数としては、０．０２以上が必要である。
【００４９】
（粒子分散指数の測定方法）
粒子分散指数は、以下の手順で測定することができる。
（イ）溶接構造部材のスポット溶接部３の金属組織を、電子顕微鏡で観察する。例えば、倍率は２万倍の視野とする。図４は炭化物の分散状態を模式的に示す図である。図示するように、スポット溶接部３中に炭化物８が分散している。図４に示す切片法で、分散した炭化物８の粒子直径ｄと粒子間隔Ｌを求める。ここで、粒子直径ｄが１０ｎｍ以下（ｄ＜１０ｎｍ）の炭化物の粒子は除外して観察する。電子顕微鏡観察のためのスポット溶接部３の金属組織は、特許文献３及び非特許文献１に開示されている電解研磨法で平坦化することができる。
（ロ）一視野毎に、炭化物８の粒子直径ｄと粒子間隔Ｌの平均値を、それぞれ求める。
ここで、複数の視野で、それぞれの視野の平均値が、いわゆるＢｉ−ｍｏｄａｌ分布となる場合は適用外とする。
（ハ）少なくとも三視野以上の値の平均値を持って、粒子分散指数を計算する。
【００５０】
（１）式及び上記測定方法で求める粒子直径ｄと粒子間隔Ｌは、あくまでもより高延性を得ようとする際の指標となる粒子分散指数を求めるために有効なものである。
【００５１】
次に、本発明の溶接構造部材１を製造するためのスポット溶接を行う溶接装置及びスポット溶接方法について説明する。
（溶接装置）
図５は、本発明の実施形態に係る溶接構造部材をスポット溶接する溶接装置１０の構成の一例を模式的に示す図である。
【００５２】
図５に示すように、溶接装置１０は、電極アーム１２と、電極アーム１２の上部１２Ａ、下部１２Ｂにそれぞれ一端が接続されている電極支持部１３と、各電極支持部１３の他端にそれぞれ接続される一対の電極１４と、電極アーム１２にインダクタンス１５を介して接続される溶接用電源１６と、電極アーム１２にコンデンサ１７を介して接続される高周波電源１８と、溶接用電源１６及び高周波電源１８の各出力制御を行う通電制御部２０と、を含んで構成されている。
【００５３】
なお、金属材の溶接装置１０は、図示していないが、電極アーム１２を支持する固定ベース、電極アーム１２を駆動する駆動機構、電極支持部１３から一方の電極１４を押し出す押圧機構（図示せず）などをさらに備えている。押圧機構は、後述する被溶接構造部材となる鋼板２，２を電極１４，１４で加圧するために使用される。
【００５４】
電極アーム１２は上部１２Ａと下部１２Ｂとを備え、各電極支持部１３を介して電極４，４にそれぞれ接続されている。電極アーム１２はガンアームとも呼ばれている。図示するガンアーム１２は、所謂Ｃ字形状を有しているので、Ｃ型ガンアームと呼ばれている。ポータブル型やロボット型等の溶接装置において、Ｃ型ガンアーム１２以外にはＸ型ガン等も使用されている。電極アーム１２の形状はどのようなものでも適用可能であるが、以下の説明においては、Ｃ型ガンアーム１２を用いて溶接する場合を説明する。
【００５５】
一対の電極１４，１４は隙間を有して対向しており、その隙間に２枚の鋼板２，２が挿入される。電極１４は例えば銅材で、円や楕円の形状やロッド状をなしている。
【００５６】
図６は図５に示す溶接装置１０の電気回路図である。図６に示すように、溶接装置１０の電気回路は、点線で囲んだ溶接用回路部１０Ａと溶接部１０Ｂとからなる。溶接用回路部１０Ａは、溶接用電源１６と高周波電源１８とインダクタンス１５とコンデンサ１７と溶接用電源１６及び高周波電源１８の各出力制御を行う通電制御部２０等の電気回路とからなる。溶接部１０Ｂは、溶接用回路部１０Ａに電気的に接続される回路を構成しており、ガンアーム１２とガンアーム１２に電気的に接続される一対の電極１４，１４とこれら一対の電極１４，１４に挟まれる鋼板２，２とから構成される。
【００５７】
溶接用電源１６は低周波電源であり、例えば出力周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである商用電源２２と、商用電源２２の一端に接続される低周波電源制御部２４と、商用電源２２の他端と低周波電源制御部２４の出力端に接続される溶接トランス２６と、から構成されている。溶接トランス２６の２次巻き線の両端が、それぞれ、Ｃ型ガンアーム１２の上部１２Ａの左側端部及び下部１２Ｂの左側端部に接続されている。低周波電源制御部２４は、サイリスタなどの電力制御用半導体素子及びゲート駆動回路等から構成されており、商用電源２２から電極１４への通電制御などを行う。
【００５８】
溶接トランス２６のＣ型ガンアーム１２側、即ち二次側巻き線１６Ａに並列にバイパスコンデンサ２１が接続されている。バイパスコンデンサ２１は、高周波電源１８の周波数に対して低い容量性インピーダンスを有している。このため、高周波電源１８からの高周波電圧が二次側巻き線２６Ａに印加される電圧を最小限にし、溶接トランス２６の一次側への高周波誘起電圧を低くすることができる。
【００５９】
高周波電源１８は、発振器２８と発振器２８の出力端に接続される整合トランス３０とから構成されている。整合トランス３０の一端がＣ型ガンアーム１２の上部１２Ａに接続されている。整合トランス３０の他端は、コンデンサ１７を介してＣ型ガンアーム１２の下部１２Ｂに接続されている。このコンデンサ１７は、後述する直列共振回路の整合用コンデンサを兼ねることができる。コンデンサ１７の容量値は、発振器２８の発振周波数とＣ型ガンアーム１２の浮遊インダクタンス１５に依存する。発振器２８は、各種のトランジスタを用いたインバータなどから構成されており、電極１４への高周波電源１８の通電電力等を制御する。
【００６０】
図６に示すように、溶接トランス２６の２次巻き線に接続されるＣ型ガンアーム１２から電極１４，１４までの経路は、インダクタンス１５を有している。インダクタンス１５はＣ型ガンアーム１２で形成される浮遊インダクタンスを利用することができる。コンデンサ１７が整合用コンデンサを兼ねる場合には、この整合用コンデンサ１７とインダクタンス１５とによる直列共振回路を構成してもよい。
【００６１】
（鋼板に生じる電流分布）
図７は、重ね合わせた２枚の鋼板２へ低周波電源１６と高周波電源１８とから電力を同時に印加したとき鋼板２に生じる電流分布を模式的に示す断面図であり、図８は鋼板２の加熱状態を示す平面図、図９は鋼板２の高周波電流３２による加熱状態を示す断面図である。
【００６２】
図７において、実線は高周波電源１８による高周波電流３２を示し、点線は低周波電源６による低周波電流３４を示している。電極１４は銅からなり、この電極１４のチップ先端の直径は６ｍｍで、低周波電源１６の周波数は５０Ｈｚである。１枚の鋼板２の厚さは２ｍｍ、高周波電源１８の周波数は３０ｋＨｚである。
【００６３】
図７に示すように、低周波電流３４は電極１４，１４の内部全体を流れ、鋼板２は、おおよそナゲット径の断面積幅で通電する。
【００６４】
図８（Ａ）は、低周波電流３４だけによる鋼板２の加熱領域を示す平面図であり、電極１４の軸断面を鋼板２に投影した円形内部２Ａが主たる加熱領域となる。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＸ−Ｘ方向の温度分布であり、鋼板２において、電極１４の軸断面を鋼板２に投影した円形内部２Ａが集中的に加熱される。
【００６５】
一方、高周波電流３２は電極１４の表面及び外周領域に電流が集中する。低周波電流３４と高周波電流３２の分布が異なるのは、所謂表皮厚さに関係している。
【００６６】
図８（Ｃ）は、高周波電流３２だけによる鋼板２の加熱領域を示す平面図であり、電極１４の軸断面を鋼板２に投影した外周円及び外周円近傍、つまり、リング状をなす円形外部となるリング状の近傍領域２Ｂが主たる加熱領域となる。図８（Ｄ）は、図８（Ｃ）のＸ−Ｘ方向の温度分布であり、鋼板２において、電極１４の軸断面を鋼板２に投影した外周円及び外周円近傍の略リング状領域２Ｂが抵抗加熱される。この場合、高周波電流３２による加熱は、電極１４の表面を流れる高周波電流３２により近接する鋼板２が誘導加熱される領域も含まれる。従って、高周波電流３２による鋼板２に投影した外周円及び外周円近傍のリング状領域２Ｂの加熱は、高周波電流３２による抵抗加熱、又は、この抵抗加熱と共に上記高周波誘導加熱が重畳した加熱によって行うことができる。
【００６７】
図９に示すように、鋼板２の断面の高周波による加熱は、高周波電流３２で形成されるリング状領域２Ｂの加熱によって、スポット溶接部３の外周部における熱影響部５の鋼板２の接合面の端部２Ｃも加熱される。この端部２Ｃも、鋼板２の表面側に形成される近傍領域２Ｂと同様にリング状となっている。２箇所の近傍領域２Ｂと鋼板２の接合面の端部２Ｃとが、高周波電流３２が集中して流れる部位である。これにより、重ね合わせた鋼板において、２箇所の近傍領域２Ｂと鋼板２の接合面の端部２Ｃとの３ヶ所が高周波電流３２で温度が最も上昇する部位となる。鋼板２の接合面の端部２Ｃが高周波電流３２で加熱されると、熱影響部５において鋼板２との境界に形成される従来のコロナボンド部（図２２で符号５７を附した部位参照）ではなく、強固な固相接合５Ａが形成される。
【００６８】
従って、重ね合わせた２枚の鋼板２へ低周波電源１６と高周波電源１８とから電力を同時に印加したとき、鋼板２の加熱領域は、図８（Ｅ）に示すように低周波電流３４の通過領域となる円形内部２Ａと高周波電流３２の通過領域となるリング状領域２Ｂを重畳したものとなる。さらに、これらの電流３２，３４で生じる鋼板２の温度分布は、図８（Ｆ）に示すように低周波電流３４による温度分布（図８（Ｂ）参照）と高周波電流３２による温度分布（図８（Ｄ）参照）を重畳したものとなる。つまり、鋼板２においては、電極１４の軸断面を鋼板２に投影した円形内部２Ａと、電極１４の軸断面を鋼板２に投影した外周円及び外周円近傍のリング状領域２Ｂと、図９で示したように鋼板２の接合面の端部２Ｃと、が加熱される。
【００６９】
鋼板２を２枚重ねたときに鋼板２に生じる電流分布を説明したが、以下に鋼板２を複数枚重ねたときに鋼板２に生じる電流分布について説明する。
図１０は、鋼板２を３枚重ね合わせた場合の高周波電流３２による加熱状態を示す断面図である。図１０に示すように、鋼板２を３枚重ね合わせた場合には、２箇所のリング状領域２Ｂと、２箇所の鋼板２の接合面の端部２Ｃと、からなる４箇所のリング状領域が高周波電流３２によって加熱される。
【００７０】
（表皮厚さ）
鋼板２へ低周波数又は高周波数の電力を印加した場合の表皮厚さは周波数の−１／２乗で変化するので、同じ材料であれば低周波数程厚くなり、高周波数になれば薄くなる。一般にスポット溶接用の電源は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚなので、電極１４のチップ先端の直径６ｍｍ程度であれば電流は電極１４の全体に流れる。
【００７１】
一方、鋼板２の表面だけを加熱する場合の高周波電源１８の周波数は、所定の表皮厚さとなるように周波数を設定することができる。よって、外周領域の加熱幅を選択するには、周波数を設定すればよい。つまり、高周波電流２２の周波数を変えることによって、外周領域の加熱幅が変えられ、リング状領域２Ｂに焼戻し等の加熱処理をして、リング状領域２Ｂを軟化させることができる。
【００７２】
なお、鋼板２等の材料内部において、表皮厚さの深さにおける高周波電流３２の大きさは、最表面の１／ｅ（ここで、ｅは自然対数である。）、つまり約１／３程度である。鋼板２の表皮厚さは、周波数が５０Ｈｚで約９．３ｍｍであり、周波数が４０ｋＨｚで約０．３ｍｍである。
【００７３】
（スポット溶接方法）
次に、溶接装置１０によるスポット溶接及び加熱処理について説明する。
鋼板２，２の溶接は、鋼板２，２を一対の電極１４，１４で挟み、通電して鋼板２，２を加熱することによって行われる。一例として、一対の電極１４，１４への第１の通電によって鋼板２，２の所定領域を加熱する第１ステップと、鋼板２，２を挟む一対の電極１４，１４の位置を第１ステップと同一位置に維持した状態で、一対の電極１４，１４への第２の通電によって第１ステップとは異なる領域を加熱する第２ステップと、を備えていればよい。第１通電が低周波電源１６からの通電である場合には、第１の通電による鋼板２，２の所定の加熱領域は、上記した円形内部２Ａである。第２の通電が高周波電源１８からの通電である場合には、第１の通電による鋼板２の所定の加熱領域は、上記したリング状領域２Ｂである。上記の第１ステップ及び第２ステップは組み合わせてもよい。
【００７４】
図１１は、低周波電源１６からの電力を印加した後に高周波電源１８からの電力を印加する場合の加熱波形を示す図である。図１１の横軸は時間（任意目盛）を示し、縦軸は低周波電源１６及び高周波電源１８から印加される電流波形３２，３４（任意目盛）を示している。
【００７５】
図１１に示すように、低周波電源１６から電力を印加し、これを停止した後に高周波電源１８から電力を印加する場合には、低周波電源１６から電力印加によって、鋼板２同士がスポット溶接される。その後の高周波電源１８からの電力印加によって、２枚の鋼板２の溶融凝固部４の外周領域の電極１４に接していない溶融凝固部を含む領域の表面が加熱される。図２で説明した溶接部３に着目すると、スポット溶接は、電極１４に第１の周波数よりも高い第２の周波数の電力を印加し、第２の周波数の電力によって、鋼板２，２と一対の電極１４とが接触する領域の外周部近傍を加熱すると共に、鋼板２，２を重なり合う溶接部３の接合端部３Ｂの領域を加熱している。
【００７６】
本発明に従う溶接装置１０によれば、低周波電源１６から電力印加の後に高周波電源１８から電力を印加することによって、スポット溶接されて形成された溶融凝固部４の外周領域を加熱することができる。
【００７７】
上記説明においては、スポット溶接する対象を鋼板２，２とした例を示したが、形状は板に限らず如何なる形状でもよい。また、鋼板２は２枚をスポット溶接する例を示したが、複数の板の溶接であってもよい。
【実施例１】
【００７８】
以下に、溶接装置１０によって鋼板２をスポット溶接する具体例について詳細に説明する。【００７９】
２枚の鋼板２のスポット溶接を行った。用いた鋼板２、低周波電源１６、高周波電源１８等の条件を以下に示す。【００８０】
鋼板２：厚さ１．２ｍｍ，大きさ５ｃｍ×１５ｃｍ
低周波電源１６：５０Ｈｚ，電極１４は銅製であり、この電極１４のチップ先端の直径が６ｍｍ、電源容量５０ｋＶＡ
低周波電源１６の通電時間：０．３〜０．５秒
高周波電源１８：３０ｋＨｚ，５０ｋＷ出力
高周波電源１８の通電時間：０．３〜０．６秒
鋼板２の組成は、鉄以外の成分として、Ｃ（炭素）が０．１９〜０．２９重量％含有されている。【００８１】
図１２は、実施例１において低周波電源１６と高周波電源１８からの電力印加を模式的に説明する図である。【００８２】
最初に、低周波電源１６から電力を印加して溶接を行った。低周波電源１６の投入は、図１２に示すように、第１通電及び第２通電の２段階の通電で行った。第１通電による第１電流の立ち上がりを１サイクルとし、次に第１電流の最大値を保持する第１通電を２サイクルとした。第１電流の値の最大値は約９ｋＡである。第１通電の後で、１サイクルの冷却をした後、第２通電を行なった。第２通電による第２電流値の最大値を７．５ｋＡとして１４サイクル通電した。低周波電源１６による２段階の通電は冷却等も含めて１７サイクルである。１サイクルは０．０２秒であるので、溶接時間は０．３４秒であった。低周波電源１６からの第２通電の終了後、直ちに高周波電源１８からの電力を０．３秒又は０．６秒間印加した。高周波投入電力は６ｋＷとした。
【実施例２】
【００８３】
実施例２においては、高周波投入電力を１６ｋＷとし、０．３秒又は０．６秒間印加した。低周波電源６からの電力の通電は実施例1と同じである。
【実施例３】
【００８４】
実施例３においては、高周波投入電力を２７ｋＷとし、０．３秒又は０．６秒間印加した。低周波電源６からの電力の通電は実施例1と同じである。【００８５】
（比較例）
実施例１〜３に対する比較例として、高周波電源８を印加せず、低周波電源６の通電によって溶接をした。つまり、通常のスポット溶接を行った。【００８６】
実施例及び比較例の溶接試料の十字引張試験を行い、破断荷重を求めた。  図１３は、実施例及び比較例の溶接構造部材１の後熱時の高周波投入電力と十字引張試験時の破断荷重を示す図である。図１３の横軸は高周波投入電力（ｋＷ）であり、縦軸は破断荷重（ｋＮ）である。実施例１で高周波投入電力を６ｋＷとした溶接構造部材のサンプル数は、通電時間が０．３秒及び０．６秒で各三つである。【００８７】
図１３から明らかなように、通電時間が０．３秒及び０．６秒の場合でほぼ同じ破断荷重となり、破断荷重は約４．５ｋＮ，６．３ｋＮ，９．３ｋＮであった。何れの溶接構造部材１も母材破断した。【００８８】
実施例２で高周波投入電力を１６ｋＷとした溶接試料のサンプル数は、通電時間が０．３秒及び０．６秒で各三つである。【００８９】
図１３から明らかなように、通電時間が０．３秒及び０．６秒の場合でほぼ同じ破断荷重となり、破断荷重は約８ｋＮ，９．５ｋＮ，９．５ｋＮであった。何れの溶接構造部材１も母材破断した。【００９０】
実施例３で高周波投入電力を２７ｋＷとした溶接試料のサンプル数は、通電時間が０．３秒及び０．６秒で各二つである。【００９１】
図１３から明らかなように、通電時間が０．３秒及び０．６秒の場合でほぼ同じ破断荷重となり、破断荷重は約１０ｋＮ，１１Ｎであった。何れの溶接構造部材１も母材破断した。【００９２】
比較例の溶接構造部材のサンプル数は三つであり、破断荷重は、約３．５〜４ｋＮであった。比較例の溶接構造部材の破断は溶融凝固部における破断と推定され、実施例１〜３のような母材破断は得られなかった。【００９３】
実施例１〜実施例３の溶接構造部材１の十字引張り試験時の破断荷重は、比較例の場合の破断荷重である４ｋＮ以上が容易に得られた。後熱における高周波電力を調整した場合、本発明の溶接構造部材１の十字引張り試験時の破断荷重は、８ｋＮ以上とすることもできる。この破断荷重は従来の溶接構造部材の破断荷重の２倍以上の強度である。従って、実施例１〜３の溶接構造部材１で得た破断荷重は、低周波電源１６だけのスポット溶接の場合に比較して、破断荷重を著しく高めることができた。なお、鋼板２の炭素含有量が０．１９重量％〜０．２６重量％程度の範囲内であれば、比較例よりも破断荷重を著しく高めることができた。【００９４】
図１４は、実施例１で作製したスポット溶接部材１のスポット溶接部３のほぼ中央断面における硬さ分布の一例を示す図である。図１４の横軸はスポット溶接部３の鋼板２，２の重ね合わせ部に沿った方向の位置を示しており、スポット溶接部３の断面と対比させて示している。図１４の縦軸はビッカース硬度（ＨＶ）である。スポット溶接前の鋼板（母材）２のビッカース硬度（ＨＶ）は４７０ＨＶである。【００９５】
図１４から、測定位置の左側、つまり、熱影響部５の左外部側の硬度は５２０〜５５０ＨＶ、熱影響部５の左側の硬度は６５０〜６００ＨＶ、溶融凝固部４の硬度は５２０〜６００ＨＶ、熱影響部５の右側の硬度は５５０〜６２０ＨＶ、熱影響部５の右外部側の硬度は４７０から５００ＨＶとなっていることが分かった。図１４の硬度分布は実施例１の一例であるが、実施例１〜３の何れにおいても同様の結果が得られた。【００９６】
図１５は、比較例で作製したスポット溶接構造部材のスポット溶接部のほぼ中央断面における硬さ分布を示す図である。図１５の横軸及び縦軸は図１４と同じである。【００９７】
図１５から、熱影響部の外部側の硬度は母材と同じ４７０ＨＶであり、熱影響部及び溶融凝固部の硬度は５７０〜６２０ＨＶであることが分かった。
【００９８】
実施例１及び比較例のスポット溶接部３の硬さ分布を比較すると、実施例１では、溶融凝固部４と熱影響部５との硬さが一様ではなく、熱影響部５から溶融凝固部４へ硬さが低下し、溶融凝固部４の中央部の硬度は、熱影響部５の外部６の硬度と同程度となっている。さらに、実施例１のスポット溶接部３において、熱影響部５の外部６の硬度は母材の硬度よりも若干高い硬度となっている。この硬度の上昇は０〜＋８０ＨＶの範囲である。さらに、図１４に示す実施例１から明らかなように、比較例に対して、熱影響部５の最外周部には、６００Ｈｖから６５０Ｈｖという硬度が上昇している部分がある。【００９９】
図１６は、実施例１のスポット溶接部の模式的な部分断面図であり、図１７は、図１６のＡで示す領域の硬さを測定した結果を示す図である。【０１００】
図１４の実施例１の硬さ分布は、凸部４Ａを含む鋼板２の重ね合わせ部分に沿った線状分布であるのに対して、図１７は、溶融凝固部４とその凸部４Ａと熱影響部５とを含む面状の硬さ分布を測定した結果を示しており、◆印が硬度の測定点（１１点）である。溶融凝固部４内の３点、具体的には凸部４Ａの付け根における３点の硬度は、４３０ＨＶ程度である。溶融凝固部４の硬度が硬度５５０ＨＶを越える点は図示の範囲では３点しかなく、他の５点の硬度は５０１〜５４５ＨＶ程度である。上記３点以外の硬度は、比較例のような溶融凝固部及び熱影響部の平均硬度５８９ＨＶに対して著しく低い硬度であることが判明した。【０１０１】
溶融凝固部４とその凸部４Ａについて、さらに詳しく説明する。
鋼板２の重ね合わせ部において、溶融凝固部４の凸部４Ａは最も負荷がかかる部位となり、この部位の靭性が溶接部の破断特性に重要となる。本発明では、溶融凝固部４の端部が凸部４Ａを形成し、かつ、軟質な部位となっており、応力を緩和する作用を有している。従来のスポット溶接においては、溶融凝固部の端部に形成される凸部は中散りなどと呼ばれ、偶発的に発生する現象で材質的にも制御できるものではなかった。これに対して、本発明では、鋼板２を高周波通電で加熱することによって、溶融凝固部４の凸部４Ａを含む状態を制御できるようになる。【０１０２】
図１７で説明した硬度の面分布と図１３で説明した十字引張り試験時の破断荷重とを対比すると、十字引張り試験時の破断荷重が向上しているのは、溶融凝固部４及び熱影響部５の硬度が、比較例の溶融凝固部及び熱影響部の平均硬度５８９ＨＶよりも低下し、靭性が向上していることに起因していると推定される。【０１０３】
これから、溶融凝固部４及び熱影響部５で生じる硬度の高い部位は、溶融凝固部４及び熱影響部５内で点在している可能性がある。このように、実施例１では、従来のスポット溶接において負荷試験で破断経路となる部位が硬度が抑制され靭性に富む組織状態となっていることで、高強度な接合強度が得られたものと推定される。あるいは、この硬度が抑制され靭性に富む組織が硬度の高い部位に包囲または拘束されることにより、高強度な接合強度が得られるのかもしれない。【０１０４】
図１８は、図１６においてＢで示す熱影響部５の金属組織を示す走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）である。溶接部の表面の金属組織は、特許文献３及び非特許文献２に開示されている電解研磨法で平坦化したものである。【０１０５】
図１８に示すように、点線状の箇所は鋼板２同士の接合面であり、鋼板２同士が十分に固相接合されていることが判明した。【０１０６】
図１９は、図１７においてＣで示す溶融凝固部４の金属組織を示すＳＥＭ像である。溶接部３の表面の金属組織は、図１８で説明した電解研磨法で平坦化した。【０１０７】
図１９から明らかなように、硬度が４３０ＨＶである溶融凝固部４の金属組織は微細炭化物が分散したマルテンサイト組織を有していることが分かる。このように微細炭化物が分散した状態はマルテンサイト組織の強度と靭性を両立させる方策としても有効であり、粒子分散指数（＝（粒子径の平方根）／粒子間隔）を大きくすることが効果的である。【０１０８】
図１９は図１７の熱影響部５で最も硬度が高いＤ点の金属組織を示すＳＥＭ像である。スポット溶接部３の表面の金属組織は、図１８で説明した電解研磨法で平坦化した。【０１０９】
図１９から明らかなように、硬度が７２８ＨＶである熱影響部５の金属組織は、微細炭化物が分散したマルテンサイト組織が生じていないことが分かった。【０１１０】
本発明は上記実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。上述した実施形態における、高周波電力は、後熱に限らず、予熱と後熱とに使用してもよい。低周波電力の印加時間や高周波電力の印加時間は、鋼板２の炭素組成等や形状に応じて、所定の十字破断強度が得られるように適宜に設計することが可能である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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