(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属板に一対の電極を当接させて通電することによりナゲットを形成する本通電と、前記本通電の後、前記本通電の平均電流値よりも小さく、ナゲットを拡大しない大きさの電流値で通電する低電流後通電と、前記低電流後通電の後、前記本通電の平均電流値よりも大きい電流値で通電する高電流後通電とを連続して行うことにより、ナゲットの内部に再結晶組織を生成させるスポット溶接方法。
【請求項２】
前記高電流後通電の電流値を、前記本通電の平均電流値の２倍以下とした請求項１記載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、複数の金属板に一対の電極を当接させて通電することにより溶接するスポット溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の製造工程では、重ね合わせた複数の金属板（主に鋼板）を、スポット溶接により接合することが行われている。スポット溶接は、複数の金属板に一対の電極を当接させて通電し、このときの抵抗発熱により複数の金属板の一部を溶融させてナゲットを形成し、このナゲットを介して複数の金属板を接合するものである。
【０００３】
スポット溶接を施した後、ナゲットの良否を検査する方法として、たがねを用いた検査方法が行われている。この検査方法は、金属板間にたがねを打ち込み、このときに、ナゲットで剥離を生じるか否かにより、ナゲットの良否を判断するものである（例えば、下記の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−９９６０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−７８７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、自動車の軽量化を目的として、自動車部品に高張力鋼板（ハイテン材）や超高張力鋼板（超ハイテン材）等の高強度鋼板が用いられることがある。このような高強度鋼板同士をスポット溶接により接合した場合、ナゲットやその周辺の硬度が高いため、ナゲットに対して上記のようなたがねを用いた検査を施すと、ナゲットにクラックが生じやすいという問題が生じる。
【０００６】
例えば上記の特許文献２には、溶接電流を通電してナゲットを形成する第１ステップと、上記の溶接電流以下の電流値で通電する第２ステップと、溶接部を冷却する第３ステップと、上記の溶接電流よりも大きい電流値で通電し、再結晶温度域に溶接部を加熱する第４ステップとを順に行うスポット溶接方法が示されている。第２ステップで、ナゲットに溶接電流以下の電流を流すことにより、ナゲットの外側に広い軟化域を形成している。また、第３ステップで、ナゲット付近を十分に冷却することで、次の第４ステップでナゲット全体を加熱するようにしている。さらに、第４ステップにより、ナゲットを再結晶温度域まで加熱することで、等軸状の組織とし、ナゲットの強度（特に十字引張強度）を高めている。このように、ナゲットの外側に軟化域を形成すると共に、ナゲットに再結晶組織を生成することで、ナゲットおよびその周辺（熱影響部）の靱性が向上し、たがね試験によるナゲットの破損を防止できる。
【０００７】
しかし、ナゲットに再結晶組織を生成するためには、第４ステップで非常に高い電流を流す必要がある（１８．０〜２４．０ｋＡ）。このため、大容量の溶接機が必要となり、設備コストが高騰する。
【０００８】
以上の事情に鑑み、本発明が解決すべき課題は、低コストな方法で、たがね試験によるナゲットの破損を可及的に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は、複数の金属板に一対の電極を当接させて通電することによりナゲットを形成する本通電と、前記本通電の後、前記本通電の平均電流値よりも小さく、ナゲットを拡大しない大きさの電流値で通電する低電流後通電と、前記低電流後通電の後、前記本通電の平均電流値よりも大きい電流値で通電する高電流後通電とを連続して行うスポット溶接方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
このように、本通電の後に、ナゲットを拡大しない電流値で低電流後通電を施すことにより、ナゲット周辺（主に熱影響部）を軟化させることができる。その後、高電流後通電を施すことにより、ナゲット内部に再結晶組織を生成させて、接合部の靱性を高めることができる。また、本発明者らの検証により、本通電と低電流後通電との間、および、低電流後通電と高電流後通電との間に通電停止期間を設けずに、本通電、低電流後通電、および高電流後通電を連続して行うことで、高電流後通電の電流値を抑えつつナゲット内部に再結晶組織を生成できることが明らかになった。これにより、比較的小さい容量の溶接機を用いて、ナゲット内部に再結晶組織を生成してナゲットを軟化させることができるため、設備コストが抑えられる。以上のように、本発明のスポット溶接方法によれば、低コストな方法で、ナゲットおよびその周辺の靱性を高めて、たがね試験による破損を可及的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るスポット溶接方法を行う様子を示す断面図である。
【図２】上記スポット溶接方法における通電パターンを示すグラフである。
【図３】上記のスポット方法で溶接された金属板のナゲット付近の断面図である。
【図４】通電パターンの他の例を示すグラフである。
【図５】通電パターンのさらに他の例を示すグラフである。
【図６】通電パターンのさらに他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、本発明の一実施形態に係るスポット溶接方法を行う様子を示す。本実施形態のスポット溶接方法は、いわゆるダイレクトスポット溶接である。具体的には、重ね合わせた複数枚（図示例では２枚）の金属板Ｗ１，Ｗ２を一対の電極１０，２０で挟持加圧し、この状態で通電することで、金属板Ｗ１，Ｗ２同士の当接部を抵抗発熱により溶融させ、ナゲットＮを形成するものである。本実施形態では、金属板Ｗ１，Ｗ２が鋼板であり、特に、金属板Ｗ１，Ｗ２の一方又は双方が高強度鋼板、具体的には引張強度が４９０ＭＰａを超える高張力鋼板や、引張強度が９８０ＭＰａを超える超高張力鋼板で構成される。尚、金属板Ｗ１，Ｗ２の材質は限定されず、例えばこれらの一方又は双方に強度が４９０ＭＰａ以下の通常の鋼板を用いることもできる。
【００１３】
上記のように、一対の電極１０，２０で金属板Ｗ１，Ｗ２を挟持して加圧した状態で、両電極１０，２０間に通電する。このときの通電パターンを図２に示す。同図において、縦軸は電流値、横軸は時間経過（時刻）を示す。具体的に、まず、両電極１０，２０間に流す電流値を０から電流値Ｉ１まで徐々に高める（上昇期Ｐ０）。その後、電流値Ｉ１で所定時間通電することにより、金属板Ｗ１，Ｗ２の一部を溶融してナゲットを形成する（本通電Ｐ１）。本通電Ｐ１の通電時間は、所望の大きさのナゲットが形成されるように設定され、例えば５〜３０サイクル程度に設定される。尚、図示例では、本通電Ｐ１の電流値が一定である場合を示しているが、電流値を変化させながら本通電Ｐ１を行ってもよい。この場合、本通電Ｐ１を行っている間の平均電流値をＩ１とする。
【００１４】
本通電Ｐ１の後、電流値を、本通電Ｐ１の平均電流値Ｉ１よりも小さい電流値Ｉ２まで低下させ、この電流値Ｉ２で所定時間通電する（低電流後通電Ｐ２）。この低電流後通電Ｐ２により、ナゲットの周囲（熱影響部）が比較的緩やかに冷却され、この部位が軟化される。本通電Ｐ１と低電流後通電Ｐ２とは連続して行われ、これらの間に通電停止期間は設けない。低電流後通電Ｐ２の電流値Ｉ２は、本通電Ｐ１で形成したナゲットを拡大しないような大きさ、すなわち、金属板Ｗ１，Ｗ２をさらに溶融させないような大きさに設定される。具体的に、低電流後通電Ｐ２における電流値Ｉ２，Ｉ４は、例えば本通電Ｐ１の平均電流値Ｉ１の８０％以下、望ましくは６０％以下に設定される。また、電流値Ｉ２，Ｉ４は、ナゲットの周囲を安定して軟化させるために所定以上であることが好ましく、例えば、本通電Ｐ１の平均電流値Ｉ１の２５％以上、望ましくは４０％以上に設定される。
【００１５】
低電流後通電Ｐ２の後、電流値を、本通電Ｐ１の平均電流値Ｉ１よりも大きい電流値Ｉ３まで上昇させ、この電流値Ｉ３で所定時間通電する（高電流後通電Ｐ３）。これにより、ナゲットの外周端付近においてデンドライト（樹枝状）組織が消失して、再結晶組織が現れる。具体的には、図３に示すように、ナゲットＮの内部の外周部付近に、ドーナツ状の再結晶組織Ｍが生成され、これによりナゲット（特に外周端）が軟化される。低電流後通電Ｐ２と高電流後通電Ｐ３とは連続して行われ、これらの間に通電停止期間は設けない。高電流後通電Ｐ３の通電時間は、本通電Ｐ１や低電流後通電Ｐ２の通電時間よりも十分に短く設定され、例えば３〜５サイクル程度とされる。以上により、スポット溶接が完了する。
【００１６】
このように、ナゲットＮに再結晶組織Ｍを生成し、デンドライト組織を消失させることで、ナゲットＮ（特に外周端）を軟化させて、ナゲットＮの靱性を高めることができる。特に、本実施形態では、本通電Ｐ１と低電流後通電Ｐ２との間、および低電流後通電Ｐ２と高電流後通電Ｐ３との間に通電停止期間を設けていない。すなわち、本通電Ｐ１が完了した後（すなわち、所定径のナゲットが形成された後）、後通電が完了するまでの間、電流値を０にすることなく連続的に通電を行っている。これにより、高電流後通電Ｐ３の電流値Ｉ３を比較的小さくした場合でも、ナゲットＮの内部に再結晶組織Ｍを生成し、ナゲットの外周端を軟化させることができるため、容量の比較的小さい溶接機を用いることができ、設備コストを低減できる。電流値Ｉ３は、例えば本通電Ｐ１の平均電流値Ｉ１の２倍以下とすることができる。
【００１７】
本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、図４に示す実施形態では、図２の通電パターンの高電流後通電Ｐ３の後に、さらに低電流後通電Ｐ４を施している。具体的には、本通電Ｐ１の後、第１の低電流後通電Ｐ２、高電流後通電Ｐ３、および第２の低電流後通電Ｐ４を連続して行っている。
【００１８】
図５に示す実施形態では、図４の通電パターンの第２の低電流後通電Ｐ４の後に、さらに高電流後通電Ｐ５を施している。具体的には、本通電Ｐ１の後、第１の低電流後通電Ｐ２、第１の高電流後通電Ｐ３、第２の低電流後通電Ｐ４、および第２の高電流後通電Ｐ５を連続して行っている。
【００１９】
図６に示す実施形態では、図５の通電パターンの第２の高電流後通電Ｐ５の後に、さらに低電流後通電Ｐ６を施している。具体的には、本通電Ｐ１の後、第１の低電流後通電Ｐ２、第１の高電流後通電Ｐ３、第２の低電流後通電Ｐ４、第２の高電流後通電Ｐ５、および第３の低電流後通電Ｐ６を連続して行っている。
【００２０】
尚、図４〜図６に示す実施形態では、各低電流後通電Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６の電流値が同じ値であるが、これらの電流値を異ならせてもよい。また、これらの実施形態では、各高電流後通電Ｐ３，Ｐ５の電流値が同じ値であるが、これらの電流値を異ならせてもよい。
【００２１】
また、上記の実施形態では、ダイレクトスポット溶接に本発明を適用した場合を示したが、本発明は他のスポット溶接、例えばインダイレクトスポット溶接やシリーズスポット溶接に適用することもできる。
【実施例１】
【００２２】
本発明のスポット溶接方法における好ましい条件を調べるため、以下のような試験を行った。
【００２３】
まず、下記の表１に示すように、通電パターンを変えて複数の試験片にダイレクトスポット溶接を施した。具体的には、重ね合わせた２枚の高張力鋼板（共に、ＳＰＣ９８０ＤＵ１．２ｔ）に対し、図４に示す通電パターンで通電を行った。Ｙ１〜Ｙ４は、低電流後通電Ｐ２，Ｐ４の電流値Ｉ２，Ｉ４を２．０ｋＡとし、高電流後通電Ｐ３，Ｐ５の電流値Ｉ３，Ｉ５を８．６〜１０．８ｋＡの範囲で異ならせた。Ｙ５〜Ｙ８は、低電流後通電Ｐ２，Ｐ４の電流値Ｉ２，Ｉ４を３．０ｋＡとし、高電流後通電Ｐ３，Ｐ５の電流値Ｉ３，Ｉ５を８．６〜１０．８ｋＡの範囲で異ならせた。
【００２４】
【表１】
0006468767.tif 000002
【００２５】
溶接後の各試験片に対し、熱影響部の平均硬度を測定したところ、全ての試験片が概ね４２０ＨＶ以下であったが、低電流後通電Ｐ２，Ｐ４の電流値Ｉ２，Ｉ４を３．０ｋＡとした試験片Ｙ５〜Ｙ８の方が、より安定して４００ＨＶ以下の硬度を示した。このことから、低電流後通電Ｐ２，Ｐ４の電流値Ｉ２，Ｉ４は、本通電Ｐ１の平均電流値Ｉ１の２５％以上、望ましくは４０％以上とすることが好ましいと言える。
【００２６】
次に、下記の表２に示すように、低電流後通電Ｐ２，Ｐ４の電流値Ｉ２，Ｉ４を３．０ｋＡで固定し、高電流後通電Ｐ３，Ｐ５の電流値Ｉ３，Ｉ５を８．６〜１０．８ｋＡの範囲で異ならせた。尚、その他の条件は、上記と同様である。また、表２中のＹ９，Ｙ１１，Ｙ１３，Ｙ１５は、それぞれ表１中のＹ５，Ｙ６，Ｙ７，Ｙ８と同じ条件である。
【００２７】
【表２】
0006468767.tif 000003
【００２８】
溶接後の各試験片に対し、熱影響部の平均硬度を測定したところ、大きな差は見られなかった。一方、ナゲット外周端の硬度を測定したところ、高電流後通電Ｐ３，Ｐ５の電流値Ｉ３，Ｉ５が高いほど、ナゲット外周端の硬度が低くなることが明らかになった。また、Ｙ９とＹ１５のナゲット断面を観察したところ、Ｙ９のナゲットの内部には、図３に示すように、外周部付近にドーナツ状の再結晶組織の生成が確認されたが、Ｙ１５のナゲットの内部には、上記のような再結晶組織は確認されなかった。
【００２９】
さらに、上記の試験片Ｙ９〜Ｙ１５に、タガネ試験と同様の負荷をかけて、このときのナゲットの破損（ワレ）の有無を確認した。具体的には、各試験片の金属板間の隙間に１．２ｔのシムを挿入し、ナゲットとの距離が３ｍｍのとなる位置までハンマーで押し込んだ。そして、各試験片をナゲットを横断する位置で切断し、その断面におけるワレの有無を確認した。
【００３０】
その結果、高電流後通電Ｐ３の電流値Ｉ３（および高電流後通電Ｐ５の電流値Ｉ５、以下同様）を１０．１ｋＡ以下としたＹ１１〜Ｙ１５では、ナゲットのワレが確認されることがあった。具体的には、Ｙ１１，１２，１３では、ナゲットの外周端に２ｍｍ以下の微小な亀裂が生じた（表２に△で示す）。また、Ｙ１５では、ナゲットの外周端に２ｍｍを超える比較的大きな亀裂が生じた（表２に×で示す）。一方、高電流後通電Ｐ３，Ｐ５の電流値Ｉ３，Ｉ５を１０．１ｋＡより大きくしたＹ９，Ｙ１０ではナゲットのワレは確認されなかった（表２に○で示す）。
【００３１】
表２の結果から、高電流後通電Ｐ３の電流値Ｉ３が、本通電Ｐ１の平均電流値Ｉ１の２倍以下であるＹ９でも、ナゲットに再結晶組織を生成させてナゲット外周端を十分に軟化させ、タガネ試験によるナゲットのワレを防止できると言える。一方、ナゲットを十分に軟化させるためには、高電流後通電Ｐ３の電流値Ｉ３を、本通電Ｐ１の平均電流値Ｉ１の１．４倍よりも大きくし、ナゲットの外周端を十分に軟化させることが好ましいと言える。
【符号の説明】
【００３２】
１０，２０    電極
Ｍ     再結晶組織
Ｎ     ナゲット
Ｗ１，Ｗ２    金属板
Ｐ０   上昇期
Ｐ１   本通電
Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６     低電流後通電
Ｐ３，Ｐ５    高電流後通電
【図１】
0006468767.tif 000004
【図２】
0006468767.tif 000005
【図３】
0006468767.tif 000006
【図４】
0006468767.tif 000007
【図５】
0006468767.tif 000008
【図６】
0006468767.tif 000009