(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方は鋼板成分中の炭素量が０．３質量％以上の高強度鋼板であり、他方は鋼板成分中の炭素量が０．０７質量％以上の高強度鋼板である第１鋼板と第２鋼板が重ね合わされる工程と、
１回目のアーク溶接によって、アーク照射側の前記第１鋼板側から前記第２鋼板の裏面まで溶融させ、前記第２鋼板の裏面から突出する第１余盛部を含む第１溶接金属を形成する工程と、
前記第１溶接金属の表面が凝固した後、２回目のアーク溶接によって前記第１溶接金属の上に溶融させ、前記第１鋼板の表面から突出する第２余盛部を含む第２溶接金属を形成する工程と、
を備え、下記（１）、（２）式を満たすアークスポット溶接継手の製造方法であって、
前記１回目のアーク溶接によって、前記第１溶接金属の上面下端が前記第１鋼板の前記表面または前記表面よりも外側の位置に形成されるアークスポット溶接継手の製造方法。
３ｔ≦Ｗ≦１０ｔ        （１）
ｈ≧ｔ／５              （２）
但し、
Ｗ：前記第１溶接金属による溶接ビードの円相当径と前記第２溶接金属による溶接ビードの円相当径の平均値（ｍｍ）、
ｔ：前記第１鋼板又は前記第２鋼板の板厚（ｍｍ）（但し、前記第１鋼板の板厚と前記第２鋼板の板厚が異なる場合には、薄い側の鋼板の板厚（ｍｍ））、
ｈ：前記第１鋼板の板厚と前記第２鋼板の板厚が等しい場合には、前記第１余盛部の高さ（ｍｍ）と前記第２余盛部の高さ（ｍｍ）のうち、低い方の余盛部の高さ（但し、前記第１鋼板の板厚と前記第２鋼板の板厚が異なる場合には、前記第２余盛部の高さ（ｍｍ）と前記第１鋼板の前記第２余盛部に隣接する部分の板厚（ｍｍ）の和と前記第１余盛部の高さ（ｍｍ）と前記第２鋼板の前記第１余盛部に隣接する部分の板厚（ｍｍ）の和のうち、和が小さい方の余盛部の高さ（ｍｍ））。
【請求項２】
前記第１溶接金属の形成停止後、１秒以上経過してから前記第２溶接金属の形成を開始する請求項１記載のアークスポット溶接継手の製造方法。
【請求項３】
前記２回目のアーク溶接によって、前記第２溶接金属の下端は前記第１鋼板の裏面よりも前記第１鋼板の表面側に形成される請求項１又は請求項２に記載のアークスポット溶接継手の製造方法。
【請求項４】
前記第１鋼板には、前記第１鋼板の板厚の１倍以上１０倍以下の直径の貫通孔が形成されており、該貫通孔を含む位置に前記第１溶接金属が形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載のアークスポット溶接継手の製造方法。
【請求項５】
前記２回目のアーク溶接の入熱量は、前記１回目のアーク溶接の入熱量以下である請求項１〜４のいずれか１項記載のアークスポット溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークスポット溶接継手の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、自動車分野においては、車体の軽量化および衝突安全性向上のために、高強度鋼板の使用が増加しており、使用される高強度鋼板の強度もますます上昇している。【０００３】
このような高強度鋼を使用した車体の組立や部品の取付け等の工程においては、主として抵抗溶接によるスポット溶接が用いられている。【０００４】
スポット溶接は、鋼板の両面側から電極を圧接させる必要があるため、閉断面を有する部材等には適用することができない。そこで、スポット溶接できない個所にはアーク溶接によるアークスポット溶接（別名、プラグ溶接）が採用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スポット溶接部の接合強度は、せん断方向に引張荷重を負荷して測定する引張せん断強さ（ＴＳＳ）と、剥離方向に引張荷重を負荷して測定する十字引張強さ（ＣＴＳ）によって評価される。【０００６】
この引張せん断強さと十字引張強さは、鋼板の引張強度の増加とともに図６に示すような関係で変化することが知られている。【０００７】
すなわち、引張せん断強さが鋼板の引張強さの上昇に伴って向上するのに対し、十字引張強さは、鋼板の引張強さが５９０ＭＰａ前後で飽和し、鋼板の引張強さがそれ以上となるに従って低下する。【０００８】
引張強さが５９０ＭＰａを超えるような高強度鋼板をスポット溶接した場合、母材鋼板の焼き入れ性の向上に伴ってナゲットの靱性や延性の低下が生じる。また、スポット溶接の十字引張強さのような剥離荷重を負荷した場合、鋼板の強度が高くなるほど溶接金属（ナゲット）端部に応力が集中しやすくなる。さらに、特に加圧力が高い場合や散りが発生した場合には、スポット溶接部の鋼板厚みが周囲に比べて薄くなり、荷重負荷に対する応力レベルが一層上昇する。これらの原因によって、鋼板強度が高い場合には、スポット溶接における溶接部の十字引張強さが低下するようになる。【０００９】
これに対し、アークスポット溶接では鋼板を貫通させて溶接し、溶接金属で余盛部を形成することができるため、スポット溶接よりも高い継手強度を得ることができる。しかし、引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の重ね合わせ溶接では、スポット溶接と同様に鋼板の引張強度が上昇するに従って十字引張強さが低下して高い継手強度が得られ難いという問題があった。【００１０】
この問題に対し、本発明者らは、先に、特開２０１３−１０１３９号公報で、重ね合わせられた高強度鋼板の一方の鋼板の表面から他方の鋼板の裏面側まで溶融させ、且つ、一方の鋼板の表面と他方の鋼板の裏面のそれぞれから突出するように形成された溶接ビードのビード径を鋼板板厚との関係で適正範囲とし、さらに、母材硬度Ｈｖと溶接ビードの硬度Ｈｖの関係を適正範囲に制御したアークスポット溶接継手を提案している。これにより、鋼板強度が高い場合でも、溶接部の靱性や延性が低下することなく、高い十字引張強さと引張せん断強さの両方が得られ、継手強度に優れた溶接継手を実現している。【００１１】
本発明者達は、特開２０１３−１０１３９号公報に記載の技術を炭素含有量が高い鋼板に適用すべく、さらに検討した結果、炭素含有量が０．３質量％以上の高炭素鋼を用いた鋼板と炭素含有量が０．０７質量％以上の高炭素鋼を用いた鋼板とをアークスポット溶接した場合には、所定の継手強度を得ることが困難となるという問題があった。【００１２】
そこで、本発明は、炭素含有量が０．３質量％以上の高強度鋼を用いた鋼板と炭素含有量が０．０７質量％以上の高炭素鋼を用いた鋼板とのアークスポット溶接において、引張せん断強さと十字引張強さの両方の強度に優れたアークスポット溶接継手及びそ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】
【００１３】
アークスポット溶接で高い継手強度、特に高い十字引張強さを得るためには、重ね合わされた鋼板の表裏に、所定の余盛部の高さを確保することが重要となる。【００１４】
その観点から、炭素含有量が０．３質量％以上の高炭素鋼を用いた鋼板と炭素含有量が０．０７質量％以上の高炭素鋼を用いた鋼板とのアークスポット溶接した場合に高い十字引張強さを得ることが困難な原因について検討した。この結果、そのような高炭素鋼を用いた鋼板を含む板組みでは溶接金属が垂れやすく、特開２０１３−１０１３９号公報に記載された１パスの溶接では、入熱量を抑えて裏面側に所定の高さの余盛部を形成しても、溶接トーチ側に所定の高さの余盛部の形成が困難となるという問題があることが判明した。【００１５】
そこで、この問題を解決するため、溶接を２パスで実施することを考案した。１パス目の溶接で重ね合わせた鋼板のうち、アーク照射側と反対側の鋼板の裏面まで溶融して裏面側に所定の高さの余盛部を形成し、２パス目でアーク照射側の鋼板の表面側に所定の高さの余盛部を形成すれば、少なくとも一方の鋼板が炭素含有量が０．３質量％を超える高強度鋼板であるアークスポット溶接でも重ね合わせた鋼板の表裏に十分な高さの余盛部を形成できることが確認された。さらに、高い強度を有する溶接継手を得るために必要な条件を検討して本発明を完成させた。【００１６】
本発明の第１の態様によれば、重ね合わされた第１鋼板と第２鋼板の一方は鋼板成分中の炭素量が０．３質量％以上の高強度鋼板であり、前記第１鋼板と前記第２鋼板の他方は、鋼板成分中の炭素量が０．０７質量％以上の高強度鋼板であり、前記第１鋼板側から前記第２鋼板の裏面まで形成され、前記第２鋼板の裏面から突出した第１余盛部を含む第１溶接金属と、前記第１溶接金属よりも前記第１鋼板の表面側に、前記第１溶接金属上に形成され、前記第１鋼板の表面から突出する第２余盛部を含む第２溶接金属と、を備え、下記（１）、（２）式を満たすアークスポット溶接継手が提供される。
３ｔ≦Ｗ≦１０ｔ        （１）
ｈ≧ｔ／５              （２）
但し、
Ｗ：前記第１溶接金属による溶接ビードの円相当径と前記第２溶接金属による溶接ビードの円相当径の平均値（ｍｍ）、
ｔ：前記第１鋼板又は前記第２鋼板の板厚（ｍｍ）（但し、前記第１鋼板の板厚と前記第２鋼板の板厚が異なる場合には、薄い側の鋼板の板厚（ｍｍ））、
ｈ：前記第１鋼板の板厚と前記第２鋼板の板厚が等しい場合には、前記第１余盛部の高さ（ｍｍ）と前記第２余盛部の高さ（ｍｍ）のうち、低い方の余盛部の高さ（但し、前記第１鋼板の板厚と前記第２鋼板の板厚が異なる場合には、前記第２余盛部の高さ（ｍｍ）と前記第１鋼板の前記第２余盛部に隣接する部分の板厚（ｍｍ）の和と前記第１余盛部の高さ（ｍｍ）と前記第２鋼板の前記第１余盛部に隣接する部分の板厚（ｍｍ）の和のうち、和が小さい方の余盛部の高さ（ｍｍ））。【００１７】
本発明の第２の態様によれば、一方は鋼板成分中の炭素量が０．３質量％以上の高強度鋼板であり、他方は鋼板成分中の炭素量が０．０７質量％以上の高強度鋼板である第１鋼板と第２鋼板が重ね合わされる工程と、１回目のアーク溶接によって、アーク照射側の前記第１鋼板側から前記第２鋼板の裏面まで溶融させ、前記第２鋼板の裏面から突出する第１余盛部を含む第１溶接金属を形成する工程と、前記第１溶接金属の表面が凝固した後、２回目のアーク溶接によって前記第１溶接金属の上に溶融させ、前記第１鋼板の表面から突出する第２余盛部を含む第２溶接金属を形成する工程と、を備え、下記（１）、（２）式を満たすアークスポット溶接継手の製造方法が提供される。
３ｔ≦Ｗ≦１０ｔ        （１）
ｈ≧ｔ／５              （２）
但し、
Ｗ：前記第１溶接金属による溶接ビードの円相当径と前記第２溶接金属による溶接ビードの円相当径の平均値（ｍｍ）、
ｔ：前記第１鋼板又は前記第２鋼板の板厚（ｍｍ）（但し、前記第１鋼板の板厚と前記第２鋼板の板厚が異なる場合には、薄い側の鋼板の板厚（ｍｍ））、
ｈ：前記第１鋼板の板厚と前記第２鋼板の板厚が等しい場合には、前記第１余盛部の高さ（ｍｍ）と前記第２余盛部の高さ（ｍｍ）のうち、低い方の余盛部の高さ（但し、前記第１鋼板の板厚と前記第２鋼板の板厚が異なる場合には、前記第２余盛部の高さ（ｍｍ）と前記第１鋼板の前記第２余盛部に隣接する部分の板厚（ｍｍ）の和と前記第１余盛部の高さ（ｍｍ）と前記第２鋼板の前記第１余盛部に隣接する部分の板厚（ｍｍ）の和のうち、和が小さい方の余盛部の高さ（ｍｍ））。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の一実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法において、溶接前の状態を示す概略図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法において、第１溶接パス後の状態を示す概略図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法において、第２溶接パス後の状態（溶接継手）を示す概略図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法において、第１溶接パス後の他の状態を示す概略図である。
【図２】図１Ｃの寸法関係を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法において、貫通孔のない鋼板に対する溶接前の状態を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態の、余盛部に凹部のあるアークスポット溶接継手の概略図である。
【図５】比較例のアークスポット溶接継手を示す概略図である。
【図６】高強度鋼板を用いて形成したスポット溶接継手において、鋼板の引張強さと、スポット溶接継手の引張せん断強さ（ＴＳＳ）および十字引張強さ（ＣＴＳ）との関係を示すグラフである。
【図７】十字引張強さを測定するために用いる試験片の形状を示す概略図である。
【図８】引張せん断強さを測定するために用いる試験片の形状を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態のアークスポット溶接継手およびその製造方法について詳細に説明する。
【００２０】
先ず、本実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法について説明し、次にこのアークスポット溶接継手の製造方法で製造されたアークスポット溶接継手について説明し、その後にアークスポット溶接継手及びその製造方法の作用効果について説明する。
【００２１】
以下、本実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法について説明する。
【００２２】
先ず、溶接される被溶接材である鋼板と溶接トーチについて図１Ａを参照して説明する。図１Ａに示すように、被溶接材である鋼板１１、１２を積層し、鋼板１１に形成された貫通孔５に対して溶接トーチ２が対向配置され、溶接トーチ２から溶接ワイヤ４を供給する構成である。
【００２３】
なお、以下の説明において、図１Ａに示すように、アーク照射(溶接トーチ２)側の鋼板１１を「第１鋼板１１」、反対側の鋼板１２を「第２鋼板１２」という場合がある。また、第１鋼板１１のアーク照射側の面を「表面１１ａ」、反対側の面を「裏面１１ｂ」という場合がある。さらに、第２鋼板１２の第１鋼板１１側の面を「表面１２ａ」、反対側の面を「裏面１２ｂ」という場合がある。
【００２４】
さらに、重ねあわされた第１鋼板１１と第２鋼板１２において、第１鋼板１１の表面１１ａ側を上、第２鋼板１２の裏面１２ｂ側を下という場合がある。
【００２５】
但し、本実施形態では第１鋼板１１と第２鋼板１２を上下に積層しているが、第１鋼板１１と第２鋼板１２の積層方向はこれに限定されるものではない。例えば、第１鋼板１１と第２鋼板１２の積層方向を水平方向としても良い。
【００２６】
（被溶接材）
【００２７】
本実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法において、被溶接材である２枚の鋼板（第１鋼板１１、第２鋼板１２）は、それぞれ成分中の炭素が０．０７質量％以上であり、引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼より形成されたものである。また、第１鋼板１１、第２鋼板１２の少なくとも一方は、成分中の炭素が０．３質量％以上である中高炭素鋼より形成されたものである。
【００２８】
成分中の炭素量が０．３質量％以上の中高炭素鋼からなる高強度鋼板は、例えば、軽量化が求められている自動車分野等で使用が求められている。
【００２９】
第１鋼板１１、第２鋼板１２に用いられる高強度鋼の鋼種や成分は、炭素含有量を除き特に限定されず、例えば、２相組織型（例えば、フェライトとマルテンサイトを含む組織、フェライトとベイナイトを含む組織）、加工誘起変態型（フェライトと残留オーステナイトを含む組織）、微細結晶型（フェライト主体組織）等、何れの型の鋼板であっても良い。
【００３０】
本実施形態で用いられる第１鋼板１１、第２鋼板１２の板厚ｔ１、ｔ２（図１Ａ参照）は、特に限定されるものではないが、少なくとも重なり部分の板厚ｔ１、ｔ２が０．５〜３．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。板厚ｔ１、ｔ２の少なくとも一方が０．５ｍｍ未満では、継手強度が板厚ｔ１、ｔ２に大きく支配されるため、例えば自動車分野等では、溶接継手を含む部材の強度や剛性が十分に確保できない。一方、板厚ｔ１、ｔ２の少なくとも一方が３．０ｍｍ超では、例えば自動車分野において、高強度化と薄板（軽量）化の両立を達成することができない。
【００３１】
第１鋼板１１、第２鋼板１２は、同一の鋼種や同一の板厚に限定されるものではなく、鋼板成分中の炭素量が上記条件を満たしアークスポット溶接が可能なものであれば適宜組み合わせることができる。
【００３２】
また、第１鋼板１１、第２鋼板１２の形状も、少なくとも重ねられる部分が板状であれば良い。したがって、本実施形態の第１鋼板１１、第２鋼板１２は、全体が板でないものを包含し、例えば、鋼板から特定の形状に成形されたプレス成形品なども含む。また、別々の鋼板を重ねる場合に限定されず、１枚の鋼板を管状などの所定の形状に成形して、端部を重ね合わせたものも包含する。
【００３３】
（重ね部の形態）
【００３４】
図１Ａに示すように、第１鋼板１１と第２鋼板１２は、第１鋼板１１の裏面１１ｂと第２鋼板１２の表面１２ａをつきあわせて重ねられている。
【００３５】
本実施形態において、溶接トーチ２からアークが照射される第１鋼板１１には、溶接個所に表面１１ａから裏面１１ｂに貫通した貫通孔５が予め形成されている。
【００３６】
貫通孔５は、必ずしも必要ではないが、第１鋼板１１の板厚ｔ１が１．２ｍｍ以上のときには溶接個所に形成しておくことが好ましい。第１鋼板１１の板厚ｔ１が１．２ｍｍ以上で貫通孔を形成しない場合には、第１鋼板１１を貫通させるために溶接入熱量を大きくする必要がある。このため、電流や電圧が変動した場合に溶け落ちが発生するおそれがある。すなわち、所定のビード径や余盛高さを確保し、かつ溶け落ちが発生しない適正な入熱範囲が狭くなる場合があるためである。
【００３７】
第１鋼板１１の板厚ｔ１が１．２ｍｍ未満の場合には、アークによる第１鋼板１１の貫通が容易であるため、第１鋼板１１に貫通孔はなくても良い。しかし、溶接入熱量を一層抑制したい場合には、第１鋼板１１の板厚ｔ１が１．２ｍｍ未満であっても貫通孔を形成しても良い。
【００３８】
（溶接工程）
【００３９】
まず、本実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法では、図１Ａに示すように、被溶接材である第１鋼板１１、第２鋼板１２を重ねて溶接位置にセットする。
【００４０】
溶接位置にセットされた第１鋼板１１の表面１１ａに対向して消耗電極式のガスメタルアーク溶接の溶接トーチ２を配置して、第１鋼板１１、第２鋼板１２の重なり部分の溶接個所を点状にガスメタルアーク溶接して、第１鋼板１１、第２鋼板１２を接合する。
【００４１】
その際、アークスポット溶接の工程を２つの溶接パスに分けて行う。先ず、図１Ｂに示すように、最初の溶接パス（第１溶接パス）で第２鋼板１２の裏面１２ｂ側に第１余盛部４１を形成し、図１Ｃに示すように、次の溶接パス（第２溶接パス）で第１鋼板１１の表面１１ａ側に第２余盛部４２を形成する。
【００４２】
具体的には、図１Ａに示すように、第１溶接パスでは、第１鋼板１１に形成された貫通孔５を狙い位置として、溶接トーチ２から貫通孔５に向けて溶接ワイヤ４を供給し、溶接ワイヤ４を送給しながらその先端からアークを発生させ、第２鋼板１２の裏面１２ｂまで溶融させる。その後、この溶接金属が冷却されて凝固することにより、図１Ｂに示すように、第２鋼板１２の裏面１２ｂから第１鋼板１１の表面１１ａ側まで到達する第１溶接金属３１を形成する。この第１溶接金属３１は、第２鋼板１２の裏面１２ｂから外部に突出した第１余盛部４１（図１Ｂ、破線部４３より下側部分参照）を含む。
【００４３】
第１溶接金属３１の上面下端３３（図１Ｂ、図１Ｄ参照）は、第１鋼板１１の裏面１１ｂより上方であれば、図１Ｄのように、第１鋼板１１の表面１１ａより下であっても特に問題はない。
【００４４】
ただし、第１溶接金属３１の上面下端３３は、続いて行われる第２溶接パスの溶接入熱量が高い場合には、図１Ｂのように、第１鋼板１１の表面１１ａ又は表面１１ａより上側まで形成されるのが望ましい。図１Ｄに示すように、第１溶接金属３１の上面下端３３が第１鋼板１１の表面１１ａよりも下側の場合には、第２溶接パスによって溶融される第２溶接金属３２の量が増加し、溶接入熱量が増加する。この結果、第２溶接パスの溶接入熱量が過大になると、第２溶接パスによって第１溶接金属３１が第２鋼板１２の裏面１２ｂ側まで再溶融して垂れ落ちるおそれがあるためである。また、第１溶接金属３１の上面下端３３が第１鋼板１１の表面１１ａ以上上側まで形成されていれば、第２溶接パスの溶接入熱を抑制できるためである。
【００４５】
第１溶接金属３１が凝固した後、第２溶接パスを行う。第２溶接パスでは、図１Ｃに示すように、第１溶接金属３１の上に、第１鋼板１１の表面１１ａから外部に突出した第２余盛部４２（図１Ｃ、破線部４４より上側部分参照）を含む第２溶接金属３２を形成する。
【００４６】
（溶接条件）
【００４７】
アークスポット溶接の際の電流、電圧条件は、特に限定されるものではなく、溶接しようとする第１鋼板１１、第２鋼板１２の板厚ｔ１、ｔ２などに応じて、適する条件を適宜採用すればよい。
【００４８】
また、第１と第２の溶接パスの際のシールドガスの種類も特に限定されるものではなく、通常のＡｒと３０体積％以下のＣＯ２との混合ガスが例示される。ＣＯ２ガスの混合量を２〜１５体積％とする場合には、特にビードの垂れ落ちを抑制することができるので、第１溶接パスはこのシールドガス条件で溶接するのが好ましい。
【００４９】
アークスポット溶接に用いる溶接ワイヤは、成分や直径等は特に限定されるものではない。例えば、ＪＩＳ Ｚ ３３１２やＪＩＳ Ｚ ３３１３等で規定される溶接ワイヤ等、必要な継手強度に応じた強度の溶接金属が形成されるように、従来公知のものから選択して使用すればよい。
【００５０】
（溶接継手）
【００５１】
このような２パスの溶接により、図１Ｃに示すように、２枚の高強度鋼板１１、１２が重ね合わされてスポット溶接され、第１溶接金属３１及び第２溶接金属３２で接合されてなるアークスポット溶接継手４０が得られる。
【００５２】
溶接継手４０は、図２に示すように、第１鋼板１１のビード径Ｗ１と第２鋼板１２のビード径Ｗ２の平均値（以下、「平均溶接ビード径」という場合がある）Ｗが、板厚ｔ（ｍｍ）に対して３ｔ（ｍｍ）以上１０ｔ（ｍｍ）以下の範囲に形成される。
【００５３】
なお、第１鋼板１１、第２鋼板１２の板厚ｔ１、ｔ２が異なる場合は、板厚ｔは薄い側の鋼板の板厚とする。
【００５４】
ここで、ビード径Ｗ１、Ｗ２とは、それぞれ第１溶接金属３１によって第１鋼板１１の表面１１ａに形成される溶接ビードの円相当直径、及び第２溶接金属３２によって第２鋼板１２の裏面１２ｂに形成される溶接ビードの円相当径のことである。なお、溶接ビードの円相当径とは、第１鋼板１１の表面１１ａ又は第２鋼板１２の裏面１２ｂの位置に形成された溶接ビードの面積と同一面積の円の直径のことである。
【００５５】
また、溶接継手４０は、図２に示すように、第２鋼板１２の裏面１２ｂに形成される第１余盛部４１の高さｈ１、第１鋼板１１の表面１１ａに形成される第２余盛部４２の高さｈ２が、いずれも、鋼板の板厚ｔ（ｍｍ）に対してｔ／５（ｍｍ）以上に形成されていることが好ましい。
【００５６】
さらに、本実施形態では、溶接継手の強度を測る指標として、余盛高さｈを用いる。ここで、余盛高さｈとは、第１鋼板１１、第２鋼板１２の板厚ｔ１、ｔ２が同じである場合には第１余盛部４１、第２余盛部４２の高さｈ１、ｈ２の低い方の値とし、第１鋼板１１、第２鋼板１２の板厚ｔ１、ｔ２が異なる場合には板厚が異なる場合には、第２余盛部４２の高さｈ２（ｍｍ）と第１鋼板１１の第２余盛部４２に隣接する部分の板厚ｔ１（ｍｍ）の和（ｈ２+ｔ１）と第１余盛部４１の高さｈ１（ｍｍ）と第２鋼板１２の第１余盛部４１に隣接する部分の板厚ｔ２（ｍｍ）の和（ｈ１+ｔ２）のうち、和が小さい方の余盛部の高さ（ｍｍ）とする。
【００５７】
なぜならば、十字引張強さ試験の際、第１鋼板１１、第２鋼板１２の板厚ｔ１、ｔ２が同じ場合には、余盛部の高さが低い鋼板側で破断するからである。また、第１鋼板１１、第２鋼板１２の板厚ｔ１、ｔ２が異なる場合には、第２余盛部４２の高さｈ２（ｍｍ）と第１鋼板１１の第２余盛部４２に隣接する部分の板厚ｔ１（ｍｍ）の和（ｈ２+ｔ１）と第１余盛部４１の高さｈ１（ｍｍ）と第２鋼板１２の第１余盛部４１に隣接する部分の板厚ｔ２（ｍｍ）の和（ｈ１+ｔ２）のうち、和が小さい鋼板側でほとんどの場合破断する（継手の十字引張強さが決定される）ためである。
【００５８】
この余盛高さｈ（ｍｍ）が板厚ｔ（ｍｍ）に対してｔ／５（ｍｍ）以上となるように形成されている。ここで、板厚ｔとは、第１鋼板１１の板厚ｔ１と第２鋼板１２の板厚ｔ２が等しい場合には、その板厚をさし、第１鋼板１１の板厚ｔ１と第２鋼板１２の板厚ｔ２が異なる場合には、薄い側の鋼板の板厚をいう。
【００５９】
なお、本実施形態のアークスポット溶接では、重ね合わされた第１鋼板１１の表面１１ａに形成された第２余盛部４２や第２鋼板１２の裏面１２ｂに形成された第１余盛部４１が、図１Ｃに示すような完全な凸状のものばかりでなく、図４に示すように、凹部３５が形成される場合がある。第１余盛部４１や第２余盛部４２に凹部３５が存在する場合でも、その凹部３５の底が第２鋼板１２の裏面１２ｂや第１鋼板１１の表面１１ａよりも外側に位置すれば溶接継手４０が必要な強度を確保することができる。
【００６０】
そのため、本実施形態では、第１余盛部４１の高さｈ１を、凹部がないときは第１余盛部４１の最大高さとし（図１Ｃ参照）、凹部３５があるときは凹部３５の底までの高さとする（図４参照）。第２余盛部４２の高さｈ２も同様である。
【００６１】
このようにして形成されたアークスポット溶接継手４０とその製造方法の作用効果について、以下説明する。
【００６２】
（製造方法の作用効果）
【００６３】
本実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法では、２つの溶接パスによって第１鋼板１１の表面１１ａから第２鋼板１２の裏面１２ｂに至る溶接金属を形成しているので、１つの溶接パスで同様の溶接金属を形成している場合と比較して、一回の溶接パスにおける溶接入熱が抑制され、第１溶接金属３１の溶け落ちや過度の溶接変形が抑制される。
【００６４】
特に、第１溶接パスで第２鋼板１２の裏面１２ｂの第１余盛部４１を形成し、第２溶接パスで第１鋼板１１の表面１１ａの第２余盛部４２を形成しているため、第１余盛部     ４１や第２余盛部４２を形成する際の溶接入熱が抑制され、第１溶接金属３１の溶け落ち等を防止しつつ、余盛高さｈ（ｍｍ）が所定の高さ（ｔ／５（ｍｍ））以上となる第１余盛部４１、第２余盛部４２や平均溶接ビード径Ｗが所定範囲となる第１溶接金属３１や第２溶接金属３２を安定的に形成することができる。
【００６５】
また、アーク照射側の第１鋼板１１に貫通孔５が形成されているため、第１溶接パスにおける溶接入熱が抑制され、第１溶接パスにおける第１溶接金属３１の溶け落ちが防止又は抑制され、安定的に所定の高さの第１余盛部と所定のビード径となる第１溶融金属が形成される。
【００６６】
このように、第１溶接パス、第２溶接パス時の溶接入熱量が抑制されることにより、溶接金属が溶け落ちしやすい成分中の炭素量が０．３質量％以上の高強度鋼板と成分中の炭素量が０．０７質量％以上の高強度鋼板とがアークスポット溶接されたアークスポット溶接継手４０は、所定の範囲の余盛高さｈ（ｍｍ）および平均溶接ビード径Ｗ（ｍｍ）を確保することができ、引張せん断強さと十字引張強さに優れる。
【００６７】
また、第１鋼板１１の貫通孔５の径ｄ（ｍｍ）は、第１鋼板１１の板厚ｔ１に対する比（ｄ／ｔ１）を１以上１０以下とすることが好ましい。これにより、第２鋼板１２の裏面１２ｂまでビードを貫通させながら、安定してアークスポット溶接を行うことが可能となる。
【００６８】
すなわち、ｄ／ｔ１が１０を超えると、貫通孔５の孔端を十分に溶融させるためには、溶接トーチ２を大きな振れ幅で揺動させる必要が生じる。このため、溶接時間が長くなることや、溶接入熱が増大して、溶接変形が顕著になるおそれがある。また、溶接トーチ２を揺動させなければ、孔端を溶残し、溶接継手４０の十字引張強さが低下する恐れがある。なお、ｄ／ｔ１の値を１未満とすると、貫通孔５をあけた効果（溶接入熱の抑制）が十分ではなくなる。
【００６９】
さらに、第１溶接パスの終了後（第１溶接パスのアークを切った後）、第２溶接パスを開始する（第２溶接パスのアークをスタートする）までの待ち時間は１秒以上、好ましくは２秒以上とするのが望ましい。待ち時間を置くことにより、第１溶接金属３１の全てが、あるいは一部が凝固し、第１溶接金属３１の溶け落ちなく第２溶接金属を安定して形成することができるためである。
【００７０】
なお、待ち時間を調整することにより、第１溶接金属３１に対する第２溶接パスの熱の影響を調節することができるが、これについては後述する。
【００７１】
（溶接継手の作用効果）
【００７２】
溶接継手４０は、平均溶接ビード径Ｗが３ｔ以上１０ｔ未満のため、安定して製造できると共に、所定の継手強度を有する。
【００７３】
溶接継手４０を構成する第１鋼板１１と第２鋼板１２は、双方の炭素含有量が０．０７質量％以上で少なくとも一方の炭素含有量が０．３質量％以上の高強度鋼板である。したがって、溶接継手４０は、第１鋼板１１と第２鋼板１２の少なくとも一方の引張強度が９８０ＭＰａ以上になると引張強度の増加に伴って十字引張強さが低下するため、ビード径の増加によってこれを補う必要がある。したがって、平均溶接ビード径Ｗが３ｔ未満では、ビードが小さくて第１鋼板１１、第２鋼板１２の強度に見合った継手強度が得られない。また、この平均溶接ビード径Ｗが１０ｔを超える大きさでは、溶接トーチ２の揺動が必要となって溶接時間が長くなり、溶接入熱量の増加により第１溶接金属３１が垂れ落ちたり、溶接変形が顕著となるおそれがある。
【００７４】
また、溶接継手４０の余盛高さｈ（ｍｍ）が鋼板の板厚ｔ（ｍｍ）に対してｔ／５（ｍｍ）以上であれば、十分な継手強度を有する。余盛高さｈ（ｍｍ）がｔ／５未満では、余盛部の高さが不足して十分な継手強度が得られない。
【００７５】
（第１溶接金属組織の改質）
【００７６】
上記実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法では、前記第１溶接金属３１を形成後、１秒以上経過してから前記第２溶接金属３２の形成を開始するが、第２溶接パスの開始時期を調整することにより、第１溶接金属３１の組織を改質することができる。
【００７７】
アークスポット溶接によって形成された第１溶接金属３１の第１鋼板１１の裏面１１ｂと接する部分Ａ（図１Ｃ参照）は、引張試験、特に十字引張強さ試験で応力が集中して作用する部分である。
【００７８】
炭素を０．３質量％以上含み、引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板は、Ｃ（炭素）以外にもＳｉ(シリコン)、Ｍｎ(マンガン)などの焼き入れ性元素を多く含有するため、使用する溶接ワイヤもこれらの焼き入れ性元素の成分割合が高い場合には、溶接金属や熱影響部には溶接後の冷却過程でマルテンサイトが生成し、靭性が低下する場合がある。
【００７９】
このため、第１鋼板１１の裏面１１ｂと接する第１溶接金属３１の部分Ａも靭性が低下しており、十字引張強さ試験で割れやすくなっているものと考えられる。
【００８０】
溶接を２パスで行う場合は、第１溶接パスで形成された第１溶接金属３１および第１鋼板１１の裏面１１ｂ近傍の熱影響部は、第２溶接パスの熱で再加熱や再溶融される。この作用を利用して第１溶接金属３１の冷却速度を緩和してマルテンサイトの生成を抑制したり、第１溶接金属３１や第１鋼板１１の裏面１１ｂ近傍の熱影響部に形成されたマルテンサイトを焼戻したりすることができる。
【００８１】
第２溶接パスの熱の作用は、第１溶接パスと第２溶接パスの間の待ち時間の長さ、すなわち第２溶接金属３２の形成の開始時期により、第１溶接金属３１に与える影響が異なる。
【００８２】
第１溶接金属３１や第１鋼板１１の裏面１１ｂ近傍の熱影響部がＭｓ点以下の温度まで冷却してマルテンサイト変態してから第２溶接金属３２の形成を開始した場合には、マルテンサイトを焼戻すことになる。
【００８３】
また、第１溶接金属３１や第１鋼板１１の裏面１１ｂ近傍の熱影響部がマルテンサイト変態する前の温度が高い状態の時に、第２溶接金属３２の形成を開始した場合には、マルテンサイトの生成を抑制して、ベイナイト変態を進行させることができる。
【００８４】
第１鋼板１１の裏面１１ｂと第２鋼板１２の表面１２ａの重ね位置に接する第１溶接金属３１や重ね位置近傍の熱影響部の部分Ａを、焼戻しマルテンサイトやベイナイトを多く含む組織とすることにより、靭性を向上して、特に十字引張強さ試験においてより高い強度を得ることができるようになる。
【００８５】
このような作用を享受できるようにするためには、図１Ｃに示すように、第２溶接金属３２の溶け込み下端３４が、第１鋼板１１の裏面１１ｂよりも上側に離間して位置するように形成されることが必要である。
【００８６】
そのため、図１Ｂに示すように、前記第１溶接金属３１の上面下端３３は第１鋼板１１の板厚方向において裏面１１ｂから板厚の１／２位置より表面１１ａ側の位置に形成される。また、前記第２溶接金属の下端３４は第１鋼板１１の裏面１１ｂより上方、好ましくは、第１鋼板１１の板厚方向において裏面１１ｂから板厚の１／３位置より表面１１ａ側の位置に形成される。
【００８７】
第２溶接金属３２の溶け込み下端３４が、図５に示すように、第１鋼板１１の裏面１１ｂより下側にあると、第１溶接金属３１の第１鋼板１１の裏面１１ｂと第２鋼板１２の表面１２ａの重ね位置近傍部分や重ね位置近傍の熱影響部は第２溶接パスの際にオーステナイト単相域以上に加熱され、硬質組織が生成されるために、上記の効果を得ることができない。
【００８８】
なお、本実施形態のアークスポット溶接継手の製造方法では、第１鋼板１１に貫通孔５が形成されたものを用いたが、図３に示すように、貫通孔５が形成されていない第１鋼板１１と第２鋼板１２に対してアークスポット溶接継手の製造方法を適用することができる。
【００８９】
この場合でも基本的な溶接手順や各溶接パスの条件は、貫通孔５が形成されている場合と同じであるが、第１鋼板１１を溶融させるために、貫通孔５が形成されたものと比較すると、第１溶接パスの入熱量を高めて溶接する必要がある。
【００９０】
このため、第１鋼板１１および第２鋼板１２の積層した厚み（ｔ１+ｔ２）が厚くなると、第２鋼板１２の裏面１２ｂまで溶融させるために必要な入熱量が増大し、十分な高さの第１余盛部４１を確保しようとすると第１溶接金属３１の溶け落ちが発生する場合がある。
【００９１】
そこで、第１鋼板１１に貫通孔を形成しない場合は、比較的薄い第１鋼板１１、第２鋼板１２で実施するのが好ましい。本発明者らの検討では、重ね合わされる第１鋼板１１の板厚ｔ１、第２鋼板１２の板厚ｔ２の合計が２．５ｍｍ以下であれば、一定の入熱条件範囲で溶け落ちなく溶接できることを確認している。
【００９２】
（その他）
【００９３】
本実施形態では、第１溶接パスと第２溶接パスの間に待ち時間を挟んで溶接を行う。このため、１パスの溶接よりは溶接時間は伸びることになる。しかし、自動車車体の組み立てなどでは、各溶接部材のアークスポット溶接点は複数あり、溶接ロボットの台数を溶接点の数に応じて増加することで時間短縮を図ることができる。
【００９４】
以上のように、本実施形態は、一方の成分中の炭素量が０．３質量％以上であり、他方の成分中の炭素量が０．０７質量％以上である高強度鋼からなる第１鋼板１１、第２鋼板１２を重ねてアークスポット溶接して、高強度の溶接継手部を有する部材を作成するものである。このような本発明の実施可能性や効果を確認する実施例を以下に示す。
【実施例】
【００９５】
（試験方法）【００９６】
表１に示す成分組成を有し、板厚：１．０ｍｍ又は１．８ｍｍ、引張強さ：１８９０ＭＰａ又は２２５０ＭＰａの高強度鋼板を用意し、その鋼板から試験用板材を切り出し、その板材に対してアークスポット溶接を行い、引張試験用の試験片を作製した。シールドガスは、すべて、１５体積％ＣＯ２ガス、残部Ａｒガスの混合ガスを用いた。【００９７】
十字引張試験用の試験片は、スポット溶接継手の十字引張試験方法（ＪＩＳ Ｚ３１３７）に基づき、図７に示すような十字状に各板材を重ね合わせ、表２に示す条件で２パスのアークスポット溶接法によって試験片を重ね溶接し、十字引張試験片を作製した。この際、溶接ワイヤとしてＪＩＳ Ｚ３３１２に記載のＹＧＷ１７を用いた。なお、表２において貫通孔の直径が記載されている場合には、上側の試験片の溶接位置にその直径値の貫通孔が形成されている。【００９８】
また、引張せん断試験用の試験片も、同様に、スポット溶接継手の引張せん断試験方法（ＪＩＳ Ｚ３１３６）に基づき、図８に示すような平行に各試験片を重ね合わせ、表２に示す各条件でアークスポット溶接法によって試験片同士を溶接し、引張せん断試験片を作製した。なお、表２において貫通孔の直径が記載されている場合には、上側の試験片の溶接位置にその直径値の貫通孔が形成されている。【００９９】
さらに、同様にして作成した試験用板材を同鋼種の組合せで重ね合わせ、表２に示す各条件で、従来の１パスのスポット溶接法によって各板材を溶接し、十字引張試験用と引張せん断試験用の試験片を作製した。【０１００】
以上のようにアークスポット溶接して作製した試験片について、まず、溶接ビードの形状を目視で確認するとともに、溶接ビードの径及び余盛高さを測定した。【０１０１】
第１鋼板１１の表面１１ａ側および第２鋼板１２の裏面１２ｂ側における溶接ビードのビード径Ｗ１、Ｗ２を測定し、これらの平均値を平均溶接ビード径Ｗとして、表２に示した。なお、ビード径Ｗ１、Ｗ２は、平面視において溶接ビードの円相当直径を測定した。【０１０２】
また、余盛部の高さについては、まず、平面視において概略最大のビード径となる方向に試験片を切断し、図２、図４に示すような断面写真を撮影する。その後、画像解析装置によって余盛部に凹部３５があるかどうかを判定する。凹部がない場合は当該余盛部の最大高さを、凹部３５がある場合には、凹部３５の底までの高さを余盛部の高さとして求めた。【０１０３】
ここで、余盛高さｈ（ｍｍ）とは、第１鋼板１１、第２鋼板１２の板厚ｔ１、ｔ２が同一である場合には第１余盛部４１、第２余盛部４２の高さｈ１（ｍｍ）、ｈ２（ｍｍ）のうちの低い方の値を指し、第１鋼板１１、第２鋼板１２の板厚ｔ１、ｔ２が異なる場合には第２余盛部４２の高さｈ２（ｍｍ）と第１鋼板１１の第２余盛部４２に隣接する部分の板厚ｔ１（ｍｍ）の和（ｈ２+ｔ１）と第１余盛部４１の高さｈ１（ｍｍ）と第２鋼板１２の第１余盛部４１に隣接する部分の板厚ｔ２（ｍｍ）の和（ｈ１+ｔ２）のうち、和が小さい方の余盛部の高さ（ｍｍ）を指す。【０１０４】
さらに断面画像から、第２溶接金属３２の下端３４を第１鋼板１１の裏面１１ｂを基準に測定した。【０１０５】
なお、第１溶接金属の上端は、第１溶接パス終了後に、第２ビードが平面視において最大のビード径となる方向に試験片を切断し、その断面画像から測定した。【０１０６】
また、第１パス、第２パスの溶接入熱（Ｊ）は、それぞれの溶接時における溶接トーチに対して印加された電圧値、電流値及び溶接時間（アークタイム）から求めた。【０１０７】
次に、十字引張試験片について、ＪＩＳ Ｚ３１３７に基づき、十字引張試験を実施し、十字引張強さ（ＣＴＳ）を測定した。この際、剥離方向、即ち、図７中の矢印５０で示すように、上側の試験片を上方向に、下側の試験片を下方向に、相互に剥離する方向で荷重を負荷することで十字引張試験を実施し、十字引張強さ（ＣＴＳ）を測定し、結果を表２に示した。【０１０８】
また、引張せん断試験片について、ＪＩＳ Ｚ３１３６に基づき、引張せん断試験を実施し、引張せん断強さ（ＴＳＳ）を測定した。この際、せん断方向、即ち、図８中の矢印５１で示すように、それぞれの試験片を左右方向に、相互にせん断方向で荷重を負荷することでせん断引張試験を実施し、せん断引張強さ（ＴＳＳ）を測定し、結果を下記表２に示した。【０１０９】
（試験結果）【０１１０】
以上の試験方法で試験を実施した結果を表２に示す。表２に示す結果の内、試験番号３、４、７、８、１１、１２は本実施例であり、試験番号１、２、５、６、９、１０は比較例である。【０１１１】
表２に示すように、本実施例は、溶接を２パスで行い、溶接金属の余盛高さｈと平均溶接ビード径Ｗが本実施形態で規定する範囲を満たすようにアークスポット溶接を行っている。この結果、炭素含有量が０．３質量％以上の高強度鋼板を用いて、十字引張強さ及び引張せん断強さの両方に優れた溶接継手が得られることが確認できた。【０１１２】
一方、比較例は、余盛高さｈと平均溶接ビード径Ｗが本実施形態で規定する範囲を満たさないアークスポット溶接を行っている。この結果、試験番号２、６、８のように２パスで溶接パスを行っても、十分な十字引張強さ及び引張せん断強さを有する溶接継手を得ることができなかった。【０１１３】
【表１】
0005999253.tif 000002
【０１１４】
【表２】
0005999253.tif 000003
【０１１５】
本実施形態の溶接継手およびその製造方法によれば、一方の成分中の炭素量が０．３質量％以上であり、他方の成分中の炭素量が０．０７質量％以上である高強度鋼よりなる自動車用車体や部品等をアークスポット溶接する際、溶け落ちを抑制して良好な溶接作業性を確保しつつ、高い十字引張強さおよび引張せん断強さの両方を有する溶接構造体の製造が可能となる。従って、自動車分野等で高強度鋼板を適用することによる、車体全体の軽量化に伴う低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減、並びに衝突安全性の向上等のメリットを十分に享受することができる。【０１１６】
２０１３年７月３１日に出願された日本国特許出願２０１３−１５９５７５号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。【０１１７】
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【図１Ａ】
0005999253.tif 000004
【図１Ｂ】
0005999253.tif 000005
【図１Ｃ】
0005999253.tif 000006
【図１Ｄ】
0005999253.tif 000007
【図２】
0005999253.tif 000008
【図３】
0005999253.tif 000009
【図４】
0005999253.tif 000010
【図５】
0005999253.tif 000011
【図６】
0005999253.tif 000012
【図７】
0005999253.tif 000013
【図８】
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