(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ系部材（２）とＡｌ系部材（３，１８，１９）との重ね合せ領域（４）を抵抗溶接するに当り、一対の電極（５１  ，５２  ）のうちＦｅ系部材（２）側の電極（５１  ）として、その端面に突出部（１０）を有するものを用意し、両電極（５１  ，５２  ）による前記重ね合せ領域（４）への加圧と通電によって、前記Ｆｅ系部材（２）の被加圧通電部（６）を、前記突出部（１０）により塑性変形させて前記Ａｌ系部材（３，１８，１９）側へ膨出させると共にその被加圧通電部（６）により前記Ａｌ系部材（３，１８，１９）の接合面（１５）に、そのＡｌ系部材（３，１８，１９）の変形による凹部（７）を成形し、その凹部（７）にて前記被加圧通電部（６）と前記Ａｌ系部材（３，１８，１９）とを接合することを特徴とする、Ｆｅ系部材とＡｌ系部材との抵抗溶接方法。
【請求項２】
前記重ね合せ領域（４）において、前記Ｆｅ系部材（２）とＡｌ系部材（３，１８，１９）との間に、Ｎｉインサート（１７）を配設する、請求項１記載のＦｅ系部材とＡｌ系部材との抵抗溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｆｅ系部材とＡｌ系部材との抵抗溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｆｅ系部材とＡｌ系部材とを抵抗溶接する場合、それらの重ね合せ領域を一対の電極により加圧すると共に両電極間に大電流を流すと、低融点のＡｌ系部材にのみナゲットが形成される。
【０００３】
このような溶接部は、引張り剪断試験においては比較的高い強度を示すが、Ｕ字形引張り試験においては極めて低い強度しか示さない。
【０００４】
そこで、溶接電流を下げてナゲットを形成させずにＦｅ系部材とＡｌ系部材とを接合する、つまり固相接合を行うことが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらＡｌ系部材の表面は強固な酸化膜により覆われているため、その酸化膜により固相接合による接合強度の向上が妨げられる。
【０００６】
これを回避するためには、Ａｌ系部材に酸化膜除去処理、例えばワイヤブラシを用いてブラシ掛けを施すことが必要となるが、このような処理を行うことは作業工数および作業コストを増加させることになるので望ましくない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶接過程において、Ａｌ系部材の酸化膜下に存する清浄面を露出させて、その清浄面とＦｅ系部材との間に強固な固相接合を現出させることが可能な前記抵抗溶接方法を提供することを目的とする。
【０００８】
前記目的を達成するため本発明によれば、Ｆｅ系部材とＡｌ系部材との重ね合せ領域を抵抗溶接するに当り、一対の電極のうちＦｅ系部材側の電極として、その端面に突出部を有するものを用意し、両電極による前記重ね合せ領域への加圧と通電によって、前記Ｆｅ系部材の被加圧通電部を、前記突出部により塑性変形させて前記Ａｌ系部材側へ膨出させると共にその被加圧通電部により前記Ａｌ系部材の接合面に、そのＡｌ系部材の変形による凹部を成形し、その凹部にて前記被加圧通電部と前記Ａｌ系部材とを接合するＦｅ系部材とＡｌ系部材との抵抗溶接方法が提供される。
【０００９】
前記凹部においては、Ａｌ系部材の変形に際し、その表面を覆う酸化膜が分断されるので清浄面が露出する。これによりその清浄面とＦｅ系部材の被加圧通電部との間に強固な固相接合を現出させることが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１，２において、接合体１はＦｅ系部材としての鋼板２と、Ａｌ系部材としてのＡｌ合金板３とを有し、それら２，３の重ね合せ領域４が抵抗溶接法としての、一対の上、下部電極５１  ，５２  を用いたスポット溶接法の適用下で接合されている。その接合構造においては、鋼板２から膨出した略円錐台形をなす被加圧通電部６とＡｌ合金板３の略円錐台形をなす凹部７とが嵌合関係にあり、その凹部７にて被加圧通電部６とＡｌ合金板３との間に固相接合が現出している。つまり両板２，３はナゲットを発生させることなく、主として、接合界面の微小領域における拡散現象により接合されている。
【００１１】
以下、鋼板２とＡｌ合金板３とのスポット溶接について説明する。
【００１２】
図２，３において、スポット溶接機としてはインバータ溶接機が用いられ、その上部電極５１  は、断面円形のロッド状電極本体８と、その電極本体８の下端面に突設された抜き勾配９を有する円錐台形突出部１０とよりなる。また突出部１０の小端面１１周縁部には丸み１２が付されている。下部電極５２  としては、ＪＩＳ  Ｒ形電極が用いられているが、ＪＩＳ  ＣＦ形電極またはＣＲ形電極でもよい。
（ａ）  図４に示すように、Ａｌ合金板３の一端部上に鋼板２の一端部を重ね合せ、次いで重ね合せ領域４を、その鋼板２を上部電極５１  側に位置させて、両電極５１  ，５２  間に配設し、次いで重ね合せ領域４を両電極５１  ，５２  によって加圧すると共に両電極５１  ，５２  間に溶接電流を流す。この溶接電流は、Ａｌ合金板３にナゲットが形成されないように低く設定される。
（ｂ）  図５に示すように、前記加圧下での通電によって鋼板２およびＡｌ合金板３の被加圧通電部６，１４が軟化すると共に、融点の低いＡｌ合金板３の被加圧通電部１４において、その接合面１５側が僅かに溶融して小さな溶融池１６が形成される。
（ｃ）  図６に示すように、上部電極５１  の円錐台形突出部１０の加圧力により、鋼板２の被加圧通電部６が、その鋼板２の塑性変形によってＡｌ合金板３側へ略円錐台形をなすように膨出すると共に、その被加圧通電部６によりＡｌ合金板３の接合面１５に、そのＡｌ合金板３の塑性変形による略円錐台形をなす凹部７が成形される。溶融池１６の、酸化膜を含む溶金は凹部７が成形される過程で両板２，３間の隙間に排出される。
【００１３】
このように凹部７はＡｌ合金板３の一部溶融と塑性変形とによって成形されるので、その凹部７において、溶融池１６が存在していた部分には溶金の排出に伴い清浄面が露出し、また溶融池１６が存在していた部分の周囲にはＡｌ合金板３の塑性変形による酸化膜の分断によって清浄面が露出する。
【００１４】
これにより、それらの清浄面と鋼板２の被加圧通電部６との間に強固な固相接合が現出する。
【００１５】
前記スポット溶接後において、上部電極５１  の円錐台形突出部１０は、それが抜き勾配９を有するので、被加圧通電部６より容易に抜ける。
【００１６】
前記溶融池１６の形成は必須要件ではなく、その溶融池１６が形成されなくても、Ａｌ合金板３の塑性変形により酸化膜の分断が行われるので凹部７には清浄面が露出する。
【００１７】
図７に示すように、重ね合せ領域４において、鋼板２とＡｌ合金板３との間にＮｉのみからなる箔状Ｎｉインサート１７を配設すると、鋼板２とＡｌ合金板３とを直接的に固相接合した場合よりも接合強度を向上させることができる。これは、鋼板２およびＡｌ合金板３間の固相接合強度よりも、鋼板２およびＮｉインサート１７間ならびにＮｉインサート１７およびＡｌ合金板３間の固相接合強度の方が高いからである。またＮｉがＡｌ合金板３表面の酸化膜破壊効果を有することも一因である。
【００１８】
Ｎｉインサート１７は鋼板２またはＡｌ合金板３にメッキ処理により形成してもよい。また鋼箔またはＡｌ合金箔にメッキ処理により形成してもよく、前者の場合は鋼箔を鋼板２に、後者の場合はＡｌ合金箔をＡｌ合金板３にそれぞれ対向させる。
【００１９】
Ａｌ系部材としては、Ａｌ合金板３に限らず、図８（ａ），（ｂ）に示すように横断面四角形の中空押出し材１８や帯状の中実押出し材１９も使用される。またＦｅ系部材としては、鋼板２に限らずアングル材等も使用される。
〔実施例１〕
図９、鎖線示のように、ＪＩＳ  Ｚ  ３１３７に則って、鋼板２より複数のＵ字形引張り試験片用第１半体２０を製作し、またＡｌ合金板３より複数のＵ字形引張り試験片用第２半体２１を製作した。鋼板２の材種はＪＩＳ  ＳＰＣＣであって、その厚さｔ１  はｔ１  ＝０．７ｍｍに設定され、一方、Ａｌ合金板３の材種はＪＩＳ  ５１８２であって、その厚さｔ２  はｔ２  ＝１ｍｍに設定された。
【００２０】
図２に明示するように、上部電極５１  において、その電極本体８の直径Ｄ１  はＤ１  ＝１６ｍｍに、円錐台形突出部１０のテーパ角度θはθ＝９０度に、その長さＬ１  はＬ１  ＝４ｍｍに、小端面１１周縁部における丸み１２の半径Ｒ１  はＲ１  ＝１ｍｍにそれぞれ設定された。小端径Ｄ２  は３〜５ｍｍの範囲で変化させた。
【００２１】
下部電極５２  において、その直径Ｄ３  はＤ３  ＝１６ｍｍに、球状先端面２２の半径Ｒ２  はＲ２  ＝８０ｍｍにそれぞれ設定された。
【００２２】
第１および第２半体２０，２１を用い、また溶接条件を一定にすると共に上部電極５１  を変更して、図４〜６に示した方法を実施することにより、図９、実線示のような、実施例に係るＵ字形引張り試験片２３の例１〜３を得た。
【００２３】
次に、第１，第２半体２０，２１を用い、また２つの下部電極５２  を、それぞれ上、下部電極とすると共に溶接条件を変えてスポット溶接を行い、比較例に係るＵ字形引張り試験片２３の例４，５を得た。その後、例１〜５について引張り試験を行った。
【００２４】
表１は、例１〜５に関する上部電極５１  の小端径Ｄ２  、溶接条件、散りの多少およびＵ字形引張強さを示す。
【００２５】
【表１】
0003569591.tif 000002
【００２６】
表１から明らかなように、実施例に係る例１〜３は、両半体２０，２１間において第２半体２１の清浄面による固相接合が現出していることから、高いＵ字形引張強さを有する。
【００２７】
比較例に係る例４の場合、例１等よりも溶接電流を高めているので、第２半体２１にナゲットが形成され、その結果、Ｕ字形引張強さは例１等に比べて大幅に低下する。
【００２８】
また比較例に係る例５の場合、例１等と溶接条件を同一に設定しているので、両半体２０，２１間に固相接合が現出しているが、その固相接合は、主として、第１半体２０と第２半体２１の酸化膜との間に現出していることから、そのＵ字形引張強さは例１等に比べて大幅に低下する。
【００２９】
因に、２つの第２半体２１を用い、また２つの下部電極５２  を、それぞれ上、下部電極としたスポット溶接によるＵ字形引張り試験片のＵ字形引張強さは９５ｋｇｆであった。この場合、溶接電流は２４ｋＡに、加圧力は４００ｋｇｆに、通電時間は１０サイクルにそれぞれ設定され、両半体２１はそれらに亘って形成されたナゲットを介して接合されていた。
〔実施例２〕
実施例１と同様の第１，第２半体２０，２１、小端径Ｄ２  ＝３ｍｍの上部電極５１  およびＮｉインサート１７を用い、図４〜７に示した方法を実施することにより、図９、実線示のような、実施例に係るＵ字形引張り試験片２３の例１〜３を得た。
【００３０】
次に、実施例１と同様の第１，第２半体２０，２１およびＮｉインサート１７を用い、また２つの下部電極５２  を、それぞれ上、下部電極とすると共に溶接条件を同一に設定してスポット溶接を行い、比較例に係るＵ字形引張り試験片２３の例４を得た。その後、例１〜４について引張り試験を行った。
【００３１】
表２は、例１〜４に関するＮｉインサート１７の構成、上部電極５１  の小端径Ｄ２  、溶接条件、散りの多少およびＵ字形引張強さを示す。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
表２から明らかなように、実施例に係る例１〜３においては、第２半体２１の清浄面による固相接合が現出していることからＵ字形引張強さが大いに向上し、それらＵ字形引張強さは、比較例に係る例４の約２．５倍以上となる。また例１〜３のＵ字形引張り強さはＮｉインサート１７の使用に伴い、そのＮｉインサート１７を使用しなかった、ということ以外は例１〜３と同一条件の下で得られた表１の例１に比べて約１．６倍以上となる。
〔実施例３〕
図８に示した複数の中空押出し材１８および中実押出し材１９を用意した。両押出し材１８，１９の材種はＪＩＳ  ６０６３である。中空押出し材１８の寸法は、図８（ａ）に示すように縦Ｌ２  ＝３０ｍｍ、横Ｌ３  ＝７０ｍｍ、厚さｔ３  ＝４ｍｍであり、また中実押出し材１９の寸法は、図８（ｂ）に示すように幅Ｗ＝６０ｍｍ、厚さｔ４  ＝５ｍｍである。
【００３４】
実施例１と同様の第１半体２０、小端径Ｄ２  ＝４ｍｍの上部電極５１  、両押出し材１８，１９およびＮｉインサート１７を用い、図４〜８に示した方法を実施することにより、実施例に係るＵ字形引張り試験片の例１，２を得た。
【００３５】
次に、実施例１と同様の第１半体２０および両押出し材１８，１９を用い、また２つの下部電極５２  を、それぞれ上、下部電極とすると共に溶接条件を同一に設定してスポット溶接を行い、比較例に係るＵ字形引張り試験片の例３，４を得た。その後、例１〜４について引張り試験を行った。
【００３６】
表３は、例１〜４に関する使用押出し材１８，１９、Ｎｉインサート１７の構成、上部電極５１  の小端径Ｄ２  、溶接条件、散りの多少およびＵ字形引張強さを示す。
【００３７】
【表３】
0003569591.tif 000004
【００３８】
表３から明らかなように、例１と３、および例２と４をそれぞれ比較すると、例１，２においては中空および中実押出し材１８，１９の清浄面による固相接合が現出し、またＮｉインサート１７を使用していることから例３，４に比べて高いＵ字形引張強さを有する。
【００３９】
このように実施例３によれば、Ａｌ系板に限らずＡｌ系押出し材とＦｅ系部材とを強固に接合することができる。
【００４０】
なお、抵抗溶接法にはスポット溶接法の外にシーム溶接法も含まれる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のように、一方の電極の突出部によるＦｅ系部材の塑性変形、そのＦｅ系部材によるＡｌ系部材の変形といったことを現出させることによってＦｅ系部材とＡｌ系部材とを強固に接合することが可能な抵抗溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接合体の平面図である。
【図２】接合体と上、下部電極との関係を示す、図１の２−２線断面図である。
【図３】上部電極の要部斜視図である。
【図４】鋼板およびＡｌ合金板を上、下部電極間で加圧すると共に両電極間に溶接電流を流す状態を示す断面図である。
【図５】Ａｌ合金板の一部が溶融した状態を示す断面図である。
【図６】鋼板とＡｌ合金板との接合状態を示す断面図である。
【図７】鋼板、Ａｌ合金板およびＮｉインサートの重ね合せ関係を示す断面図である。
【図８】（ａ）は鋼板とＡｌ系中空押出し材との接合状態を示す断面図、（ｂ）はＡｌ系中実押出し材の断面図である。
【図９】Ｕ字形引張り試験片の正面図である。
【符号の説明】
２        鋼板（Ｆｅ系部材）
３        Ａｌ合金板（Ａｌ系部材）
４        重ね合せ領域
５１  ，５２      上、下部電極
６        被加圧通電部
７        凹部
１５      接合面
１７      Ｎｉインサート
１８，１９      中空、中実押出し材（Ａｌ系部材）
【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】
0003569591.tif 000011
【図８】
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【図９】
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