(57)【要約】【課題】従来技術と比較して、少なくとも低下耐付着性と、より広範な溶接電流の動作範囲と、増大した導電率とを有する合金特性の改善を目的とする。【解決手段】本発明は、少なくとも１つの銅系析出硬化型合金を含むスポット溶接の溶接用電極材に関するものであり、銅系析出硬化型合金はリンと合金化される。本発明はまた、溶接用電極自体に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの銅系析出硬化形合金を含むスポット溶接の溶接用電極材であって、該銅系析出硬化形合金はリンと合金化されることを特徴とする溶接用電極材。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接用電極材において、前記合金は200〜500ppmのリンを含むことを特徴とする溶接用電極材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の溶接用電極材において、前記銅系析出硬化形合金は銅クロム合金であることを特徴とする溶接用電極材。
【請求項４】
請求項３に記載の溶接用電極材において、前記合金は0.1〜1.5重量％のクロムを含むことを特徴とする溶接用電極材。
【請求項５】
請求項１または２に記載の溶接用電極材において、前記銅系析出硬化形合金は銅ジルコニウム合金であることを特徴とする溶接用電極材。
【請求項６】
請求項５に記載の溶接用電極材において、前記合金は0.01〜0.25重量％のジルコニウムを含むことを特徴とする溶接用電極材。
【請求項７】
請求項１または２に記載の溶接用電極材において、前記銅系析出硬化形合金は銅クロムジルコニウム合金であることを特徴とする溶接用電極材。
【請求項８】
請求項７に記載の溶接用電極材において、前記合金は0.1〜1.5重量％のクロムと0.05〜0.25重量％のジルコニウムを含むことを特徴とする溶接用電極材。
【請求項９】
スポット溶接に用いられる溶接用電極であって、該電極は、リンと合金化された少なくとも１つの銅系析出硬化形合金を含むことを特徴とする溶接用電極。
【請求項１０】
請求項９に記載の溶接用電極において、前記銅系析出硬化形合金のリンの量は200ppmと500ppmとの間であることを特徴とする溶接用電極。
【請求項１１】
請求項９または10に記載の溶接用電極において、銅クロム合金はリンと合金化されることを特徴とする溶接用電極。
【請求項１２】
請求項11に記載の溶接用電極において、前記合金は0.1〜1.5重量％のクロムを含むことを特徴とする溶接用電極。
【請求項１３】
請求項９または10に記載の溶接用電極において、銅ジルコニウム合金はリンと合金化されることを特徴とする溶接用電極。
【請求項１４】
請求項13に記載の溶接用電極において、前記合金は0.01〜0.25重量％のジルコニウムを含むことを特徴とする溶接用電極。
【請求項１５】
請求項９または10に記載の溶接用電極において、銅クロムジルコニウム合金はリンと合金化されることを特徴とする溶接用電極。
【請求項１６】
請求項15に記載の溶接用電極において、前記合金は0.1〜1.5重量％のクロムと0.01〜0.25重量％のジルコニウムを含むことを特徴とする溶接用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接用電極の材料として用いられる少なくとも１つの銅系析出硬化形合金に関するものであり、これにより溶接用電極の高強度の機械的性質および耐焼きなまし性が改善される。本発明はまた、望ましくは鉄およびアルミニウム関連用途のスポット溶接用材料からなる電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅の導電率および強度は、銅の純度に依存する。また高純度の銅は、高強度の機械的性質および耐焼きなまし性が求められるさまざまな用途には軟らかすぎる。銅の直接合金化は、直接合金化が銅の導電率に対して反比例関係にあることからかなり不利である。優れた電気的性質を有する高強度の銅合金を生産するための有益な方法は、銅内部に析出物を形成する合金元素を選択することである。析出硬化形銅合金の利点は、所要合金化量が少ないことであり、一度、時効処理されると、85%IACSを超える導電率が得られる。
【０００３】
比較的狭い範囲の析出硬化形銅合金が、鉄およびアルミニウム関連用途のスポット溶接電極に使用される。普通炭素鋼板のスポット溶接には、銅クロム（CuCr）合金、銅クロムジルコニウム（CuCrZr）合金、または銅ジルコニウム（Cu-Zr）合金が通常選択される。また、亜鉛メッキ鋼のスポット溶接には、CuCr、CuCrZrおよびCuZr析出硬化形銅合金が一般的に用いられる。アルミニウムのスポット溶接における用途では、概して銅ジルコニウム析出硬化形合金が選択される。一般に、溶接時のスポット溶接用電極の重要な要素は、導電率、高温硬度、耐付着性、表面磨耗率および散り前の電流密度である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は従来技術のいくつかの欠点を解消し、少なくとも１つの改善された析出硬化形銅合金を実現することを目的とする。この合金はスポット溶接用電極の材料として用いられ、またその改善には、従来技術と比較して、少なくとも低下耐付着性と、より広範な溶接電流の動作範囲と、増大した導電率とを有する合金特性の改善が含まれている。本発明はまた、溶接用電極自体の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上述の課題を解決するために、少なくとも１つの銅系析出硬化形合金を含むスポット溶接の溶接用電極材において、銅系析出硬化形合金はリンと合金化されることを特徴とする。
【０００６】
この合金は200〜500ppmのリンを含むことが好ましい。また銅系析出硬化形合金は銅クロム合金とすることができる。この場合、合金は0.1〜1.5重量％のクロムを含むことが好ましい。なお、銅系析出硬化形合金は銅ジルコニウム合金とすることができる。この際に、合金は0.01〜0.25重量％のジルコニウムを含むことが好ましい。さらに、銅系析出硬化形合金を銅クロムジルコニウム合金とすることもできる。このときは、合金は0.1〜1.5重量％のクロムと0.05〜0.25重量％のジルコニウムを含むことが好ましい。
【０００７】
本発明は上述の課題を解決するために、スポット溶接に用いられる溶接用電極において、電極は、リンと合金化された少なくとも１つの銅系析出硬化形合金を含むことを特徴とする。
【０００８】
銅系析出硬化形合金のリンの量は200ppmと500ppmとの間であることが好ましい。銅クロム合金をリンと合金化することができる。この際に、合金は0.1〜1.5重量％のクロムを含むことが好ましい。また、銅ジルコニウム合金をリンと合金化してもよい。このときに、合金は0.01〜0.25重量％のジルコニウムを含むことが好ましい。さらに、銅クロムジルコニウム合金をリンと合金化することができる。この場合、合金は0.1〜1.5重量％のクロムと0.01〜0.25重量％のジルコニウムを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来技術と比較して、少なくとも低下耐付着性と、より広範な溶接電流の使用範囲と、増大した導電率とを有する析出硬化形銅合金を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明によれば、合金元素として200〜500ppmのリンを含む銅クロム（CuCr）、銅クロムジルコニウム（CuCrZr）、または銅ジルコニウム（Cu-Zr）の析出硬化形合金を、スポット溶接用電極の材料として用いる。クロムおよびジルコニウムを含有する銅にリンを添加すると、硬度および電気的性質に有意な影響を及ぼし、スポット溶接用電極に有益である。
【００１１】
本発明によれば、銅クロム（CuCr）、銅クロムジルコニウム（CuCrZr）、または銅ジルコニウム（Cu-Zr）の析出硬化形合金は、200〜500ppmのリンと、0.1〜1.5重量％のクロムおよび／または0.01〜0.25重量％のジルコニウムとを含み、残部は銅の含有量が少なくとも98.5重量％となるように銅と通常の不純物で構成される。
【００１２】
本発明によれば、合金元素としてリンを含むクロム含有銅析出硬化形合金の硬度に関しては、溶解せずに析出したりん化銅（Cu3P）相の形成によって合金中の銅の一部が消費されるため、クロムの残量は1000℃の溶体温度の銅におけるクロムの溶解度よりも少なくなる。りん化銅相の形成は、強化析出硬化形合金を得るために、より多くのクロム量を銅クロムリン（CuCrP）合金に加え得ることを意味する。
【００１３】
ジルコニウムがリンと一緒の合金元素の場合、ジルコニウムの原子サイズが要因となって、リンが最高の溶解度を示すとき、銅中でジルコニウムは最低の溶解度を示す。リンを銅と合金化すると、リンは銅の抵抗性を最大に増加させるが、クロムを加えると増加が最小になる。また、ジルコニウムは銅の導電率に著しく影響を及ぼす。しかし、溶解度の低いジルコニウムは銅に溶解する量が非常に制限されるため、抵抗性に実質的な増加をもたらさない。
【００１４】
本発明に従いクロムおよび／またはジルコニウム含有析出硬化形銅合金にリンを添加することで、抵抗性に明確な効果を及ぼす。合金化されたリンがりん化クロム（Cr3P）やりん化ジルコニウム（Zr5P4）などの析出物を形成し、それによってマトリックスに溶解できるクロムおよび／またはジルコニウムの量が低減される。このりん化物の形成効果は、溶接時の散り前の動作電流ウィンドウを拡大するため、スポット溶接用電極に有益である。
【００１５】
スポット溶接用電極に使用する合金の再結晶化については、溶接中は高温のためにスポット溶接自体の再結晶化が抑制され、スポット溶接用電極の寿命が延びる。結晶化の抑制は、溶接中に電極表面がきのこ状化する速度を最小化する。きのこ状化は電極材料の溶接面の焼きなましの影響によるもので、その後、溶接システムから加えられる力で変形する。本発明による合金の利点は、再結晶化温度を上昇させるクロムおよび銅ジルコニウム合金におけるりん化物の形成が、冷間加工状態のもとで増大することである。再結晶化温度の上昇によって、りん化物含有合金が、より長い時間きのこ状化に耐えることが可能となる。
【００１６】
スポット溶接用電極の重要な特徴は、溶接後の溶接面への付着防止能力である。スポット溶接用電極がどの程度高電流密度に対応可能であるかを決定するために、抗付着検査を用いる。検査は大量の付着が生じるまで行い、その時点で電極接触面積を溶接電流で割算することにより電流密度を決定できる。次いで電流密度値を他の電極キャップと比較した。りん化物の影響を評価するために、２個のスポット電極で抗付着に関する検査を行った。一方は従来技術である銅ジルコニウム（CuZr）からなる電極、他方は本発明によるリンを添加した銅ジルコニウム（CuZrP）からなる電極である。４回の異なる試行の平均データを以下の表に示す。
【００１７】
【表１】
2006116608.tif 000002
【００１８】
本表の結果は、本発明によるリンの合金化成分を含む銅ジルコニウム合金（CuZrP）からなるスポット溶接用電極を用いることで、高い電流密度が達成できることを示している。行われた試行から、従来技術の銅ジルコニウム電極（CuZr）では、電流密度が279Amps/in2のとき大量の散りおよび付着を引き起こした。リンを添加した銅ジルコニウム（CuZrP）合金からなる電極では、大量の散りおよび付着が生じる前に、電流密度が366Amps/in2まで達することができた。リンを添加した銅ジルコニウム合金（CuZrP）からなる電極の、散り無しで、より大きい電流密度に耐える能力は、より大きい溶接ウィンドウおよび電位での電極の動作を可能とし、それによって電極表面を再ドレッシングするまでの溶接予定を延長可能とする。