(57)【要約】【課題】低融点めっき鋼板であるＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板をスポット溶接する際に、電極の寿命を向上させたスポット溶接方法を提供する。【解決手段】Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板をスポット溶接する際に、溶接機として直流インバータスポット溶接機を用い、被溶接鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）としたときに通電時間Ｔ（秒）を式（１）に示す範囲としてスポット溶接する。          ０．２５≦Ｔ／ｔ≦０．４０        ・・・（１）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板をスポット溶接する際に、溶接機として直流インバータスポット溶接機を用い、通電時間Ｔ（秒）を式（１）に示す範囲とすることを特徴とするＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接方法。
ただし、ｔ（ｍｍ）は被溶接鋼板の板厚である。
０．２５≦Ｔ／ｔ≦０．４０        ・・・（１）
【請求項２】
前記溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板として、Ａｌ：１.０〜２２.０質量％、Ｍｇ：０.０５〜１０.０質量％を含み、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなる組成の合金めっき層を有するものを用いる請求項１に記載のＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接方法。
【請求項３】
前記溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板として、さらに、０.１０質量％以下のＴｉ、０.０５質量％以下のＢの１種または２種を含む合金めっき層を有するものを用いる請求項２に記載のＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接方法。
【請求項４】
前記溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板として、さらに、２.０質量％以下のＳｉを含む合金めっき層を有するものを用いる請求項２または３に記載のＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極寿命を向上させたＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨近、Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板は、Ｚｎ系めっき鋼板の中でも耐食性に優れる材料であるため、住宅建材分野や自動車分野などに広く適用されるようになった。
しかしＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板はスポット溶接性に関し、電極寿命がＺｎ系めっき鋼板よりも劣っている。そのためＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板の適用範囲は、主にリベットやネジによる締結部品に限定され、スポット溶接を必要とする部品への展開はあまり進んでいない。
【０００３】
ところで、Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板の電極寿命が短い理由は、主にめっき合金の融点に起因する。めっき合金の融点が低いと、溶接時に電極先端に付着し、電極〜めっき鋼板間の接触面積が増大するため、通電電流密度が低下し、早い段階で電極寿命を迎えることとなる。
Ｚｎ系めっき鋼板のスポット溶接における電極寿命向上策に関する提案が、例えば特許文献１や２でなされている。また、特許文献３には、直流電流を用いて通電時間を制御することで、純Ｚｎめっき鋼板あるいは０．３％程度のＡｌを含有したＺｎめっき鋼板のような低融点（４２０℃）めっきが表層にある場合でも、電極寿命が向上することが記載されている。
【０００４】
一方、低融点であるＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板に適したスポット溶接方法としては、直流インバータスポット溶接方法が考えられる（例えば特許文献４）。
直流インバータスポット溶接方法とは、交流電源を整流して直流としたものである。一般的な単相交流スポット溶接方法と異なる点は、溶接時のピーク電流値を抑制可能であることである。ピーク電流の抑制は以下のメリットがもたらされるため、直流インバータスポット溶接法のさらなる利用拡大が期待されている。
１．電極の過大な損耗を低減可能
２．チリ発生を低減可能、適正溶接電流範囲を拡大可能
３．定電流による均一な入熱により、適正溶接電流範囲を拡大可能
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２３０８６１号公報
【特許文献２】特開平１０−３３０９０２号公報
【特許文献３】特開２００４−２７６０５８号
【特許文献４】特開平０２−１８７２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１や２で提案されている発明は、Ｚｎ‐Ｆｅ合金めっき（融点８００〜９００℃）に特化した方法であり、これらのめっきよりも融点が低いＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板に適用することは適切ではない。また、前記特許文献３で提案された直流電流を用いた通電時間の制御によっても、純Ｚｎや０．３％Ａｌ‐Ｚｎめっきよりも融点がさらに低いＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金へ適用した際の十分な電極寿命向上は望めない。
このように、従来の発明はめっき層が高融点のめっき鋼板を対象としており、例えば、Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇめっき鋼板のようにめっき層の融点が約３４０℃と低いＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきには適用できない。
【０００７】
さらに、直流インバータスポット溶接方法及び装置の概要が記載されている前記特許文献４にも、Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板のような低融点めっき鋼板をスポット溶接した際の電極寿命について言及した記載はない。
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、低融点めっき鋼板であるＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板をスポット溶接する際に、直流インバータスポット溶接法の採用により、電極の寿命を向上させたスポット溶接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】
【０００８】
本発明のＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接方法は、その目的を達成するため、Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板をスポット溶接する際に、溶接機として直流インバータスポット溶接機を用い、通電時間Ｔ（秒）を式（１）に示す範囲とすることを特徴とする。ただし、ｔ（ｍｍ）は被溶接鋼板の板厚である。
０．２５≦Ｔ／ｔ≦０．４０        ・・・（１）
前記溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板としては、Ａｌ：１．０〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．０５〜１０．０質量％と、さらに必要に応じて０.１０質量％以下のＴｉ、０.０５質量％以下のＢ、２.０質量％以下のＳｉのいずれか１種以上を含み、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなる組成の合金めっき層を有するものが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、Ｚｎ‐Ａｌ―Ｍｇ系合金めっき鋼板をスポット溶接する際に、直流インバータスポット溶接機を用い、なおかつ被溶接物の板厚ｔに対して、通電時間Ｔを限定することにより、めっき合金の溶接時における電極先端への付着が抑制され、結果として、電極〜鋼板間の接触面積の増大が抑制されて通電密度が一定に維持され、電極寿命の低下を防ぐことができている。
このため直流インバータスポット溶接のメリットが十分に発揮できるので、本発明により、Ｚｎ‐Ａｌ―Ｍｇ系合金めっき鋼板の使用拡大が進展することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例における溶接条件と電極寿命の関係を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明者らは、低融点めっき鋼板であるＺｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板をスポット溶接する際の、電極損傷の原因と電極寿命策について鋭意検討を重ねてきた。
前記したように、Ｚｎ‐Ａｌ‐Ｍｇ系合金めっき鋼板をスポット溶接する際に電極寿命が短い理由として、めっき合金の融点が低いことが挙げられる。融点が低いとめっき合金が溶接時に電極先端に付着し、電極〜鋼板間の接触面積が増大するため、通電密度が低下し、早い段階で電極寿命を迎えることになるのである。
【００１２】
そこで、溶接時にめっき合金が電極先端に付着しないような条件を探索することにより、本発明に到達した。具体的には、直流インバータスポット溶接機を用い、なおかつ被溶接物の板厚ｔに対して、通電時間Ｔを限定することで、Ｚｎ‐Ａｌ―Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接が可能になることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、板厚ｔ（ｍｍ）に対応したＴ（秒）を本特許条件から算出し、算出したＴ（秒）を溶接条件として採用した上で適正溶接電流範囲（接合不良およびチリが発生しない範囲）を抽出し、抽出した電流を溶接条件として採用することで、従来よりも電極寿命を向上することが可能となったものである。
【００１３】
本発明について従来の交流スポット溶接方法と対比させながら説明する。
交流スポット溶接の場合も電極寿命は通電時間に影響される。電極寿命は通電時間を長くすることで向上する傾向が知られている。しかしながら過度に通電時間を延長することは溶接タクトの延長を招き、生産性を阻害する。
これに対し直流インバータ溶接を適用した場合には最も電極寿命が延びる通電時間Ｔが存在し、それ以上通電時間を延長すると電極寿命が低下することが明らかとなった。この最適通電時間は板厚ｔにより適正範囲が変化することも明らかとなった。
【００１４】
これは以下のようなメカニズムと考えられる。
Ｔが小さすぎると、被溶接物への入熱が少ないために十分なナゲットが形成されないため、連続溶接初期から溶接不良が発生する。逆に、Ｔが大きすぎると、ナゲット形成には過大な熱が電極に課せられることになる。この熱によりめっき中のＡｌと電極中のＣｕとの合金化が促進し、電極先端の損耗が進行するので電極寿命が低下する。
【００１５】
したがって通電時間Ｔには電極寿命が極大となる数値が存在し、これは板厚ｔに依存するため、一定以上の電極寿命を得るには、Ｔとｔの組合せを限定する必要がある。板厚ｔ（ｍｍ）と最適通電時間Ｔ（秒）の関係は実験を重ねた結果、以下の式（１）を満たす場合に交流スポット溶接の標準的な条件で溶接した場合に対し３倍以上の電極寿命が得られる。
０．２５≦Ｔ／ｔ≦０．４０        ・・・（１）
なお、この式（１）の設定の根拠は後記の実施例に基づくものである。
【００１６】
本発明方法を実施する際の好ましい溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板としては、Ａｌ：１．０〜２２．０質量％、Ｍｇ：０．０５〜１０．０質量％と、さらに必要に応じて０.１０質量％以下のＴｉ、０.０５質量％以下のＢ、２.０質量％以下のＳｉのいずれか１種以上を含み、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなる組成の合金めっき層を有するものを挙げることができる。めっき層組成は溶融めっき浴組成をほぼ反映したものとなる。溶融めっきの方法は特に限定されないが、一般的にはインライン焼鈍型の溶融めっき設備を使用することがコスト的に有利となる。
以下、めっき層の成分元素について説明する。めっき層成分元素の「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。
【００１７】
Ａｌは、めっき鋼板の耐食性向上に有効であり、また、めっき浴においてＭｇ酸化物系ドロスの発生を抑制する。これらの作用を十分に発揮させるためには１.０％以上のＡｌ含有量を確保する必要があり、４.０％以上のＡｌ含有量を確保することがより好ましい。一方、Ａｌ含有量が多くなるとめっき層の下地に脆いＦｅ−Ａｌ合金層が成長しやすくなり、Ｆｅ−Ａｌ合金層の過剰な成長はめっき密着性の低下を招く要因となる。種々検討の結果、Ａｌ含有量は２２.０％以下とすることがより好ましく、１５.０％以下、あるいはさらに１０.０％以下に管理しても構わない。
【００１８】
Ｍｇは、めっき層表面に均一な腐食生成物を生成させてめっき鋼板の耐食性を著しく高める作用を呈する。Ｍｇ含有量は０.０５％以上とすることがより効果的であり、１.０％以上とすることがさらに好ましい。一方、めっき浴中のＭｇ含有量が多くなるとＭｇ酸化物系ドロスが発生し易くなり、めっき層の品質低下を招く要因となる。Ｍｇ含有量は１０.０％以下の範囲とすることが望ましい。
【００１９】
溶融めっき浴中にＴｉ、Ｂを含有させると、溶融めっき時における製造条件の自由度が拡大する等のメリットがある。このため、必要に応じてＴｉ、Ｂの１種または２種を添加することができる。その添加量はＴｉの場合０.０００５％以上、Ｂの場合０.０００１％以上とすることがより効果的である。ただし、めっき層中のＴｉやＢの含有量が過剰になると析出物の生成に起因しためっき層表面の外観不良を引き起こす要因となる。これらの元素を添加する場合は、Ｔｉ：０.１０％以下、Ｂ：０.０５％以下の範囲とすることが望ましい。
【００２０】
本発明のスポット溶接方法が対象とする材料はＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっきでありＳｉを含むものに対しても有効である。溶融めっき浴中にＳｉを含有させると、めっき原板表面とめっき層の界面に生成するＦｅ−Ａｌ合金層の過剰な成長が抑制され、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の加工性を向上させる上で有利となる。したがって、必要に応じてＳｉを含有させることができる。その場合、Ｓｉ含有量を０.００５％以上とすることがより効果的である。ただし、過剰のＳｉ含有は溶融めっき浴中のドロス量を増大させる要因となるので、Ｓｉ含有量は２.０％以下とすることが望ましい。
【実施例】
【００２１】
以下に実施例を示す。
素材としてめっき層組成がＡｌ：６質量％、Ｍｇ：３質量％、Ｓｉ：０．０２質量％、Ｔｉ：０．０２質量％、Ｂ：０．００３質量％のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板であって、０．４ｍｍ、０．７ｍｍ、１．６ｍｍ、２．３ｍｍの板厚の４種類のめっき鋼板を用いた。めっき付着量はいずれも片面４５ｇ／ｍ２のものである。
溶接は直流インバータ式スポット溶接機を用い、電極は１％Ｃｕを含有するクロム銅合金製で電極径１６ｍｍ、先端径６ｍｍ、先端Ｒ４０ｍｍのＤＲ型電極を用いた。加圧力は板厚に応じて変化させている。
初期加圧時間０．５秒、溶接後の保持時間０．０２秒とし、通電時間を変化させて実験を行った。連続打点試験時の電流はそれぞれの通電時間で電流値を変化させて、チリが発生する最低電流より０．２ｋＡ低い電流とした。
なお、電極寿命はナゲット径が４√ｔ（ｔ：板厚）を下回るまでの連続打点数とした。
結果を表１に示す。
【００２２】
一般的に単相交流の電流でスポット溶接した際の、各板厚での電極寿命は表１に「交流寿命」として示す通りであるので、直流インバータ溶接した際の電極寿命の向上度合いを評価する意味で、「電極寿命／交流溶接機での寿命」を「寿命伸び率」として算出し、表１中に併記した。
なお、表１中に記載の交流寿命は、それぞれの板厚のめっき鋼板を最適条件のもとで交流溶接機を用いてスポット溶接した場合の電極寿命を示したものである。
併せて、「Ｔ／ｔ」と「寿命伸び率」の関係を図１に示した。
図１から、「Ｔ／ｔ」を０．２５〜０．４０の範囲に設定すると、電極寿命が向上できることが判る。
【００２３】
2014124638.tif 000002
【図１】
2014124638.tif 000003