(57)【要約】  アークスポット溶接の裏面溶接ビードにおいて、所定の溶接ビード径や余盛り高さを得ることができ、ＴＳＳとＣＴＳの両方の強度に優れた溶接継手を得ることができるアークスポット溶接方法及びそれを実行する溶接装置を提供する。  炭素を０．２質量％以上含有する板厚ｔの鋼板（１）と、炭素を０．２質量％以上含有し、板厚がｔ以上の少なくとも１枚の鋼板（１）とを重ねて配置し、非接触部と下側鋼板の裏面と前記非接触部とを非接触状態に維持する接触部とを備える裏当金（４）を、前記接触部が裏面溶接ビードの円相当中心から３ｔを超える位置で下側鋼板（１）の裏面と接触するように裏当金（４）を配置し、アーク発生と、溶接ワイヤ及び上側鋼板間の溶接電圧が１０Ｖ以下となる短絡通電とを、前記短絡通電の期間が１周期当たり３０％超６０％未満になるように、交互に繰り返し行い、前記鋼板（１，１）を溶接する。
2016056563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を０．２質量％以上含有する複数の鋼板を重ねて配置し、さらに溶接トーチと反対側の下側鋼板に裏当金を接触配置して重ね溶接するアークスポット溶接方法であって、  前記裏当金は、前記下側鋼板に対向して前記下側鋼板と接触しない非接触部と、前記下側鋼板に接触する接触部とを備え、前記接触部が裏面溶接ビードの円相当中心から３ｔを超える位置で下側鋼板と接触するように裏当金を配置し、  溶接電圧が１０Ｖ以下となる短絡通電時間が、通電１周期当たり３０％超６０％未満になるように、アーク発生及び短絡通電を交互に連続的に繰り返すことを特徴とするアークスポット溶接方法。  但し、ｔは前記複数の鋼板のうち一番板厚が薄い鋼板の板厚とする。
【請求項２】
アーク発生及び短絡通電を交互に連続的に繰り返す期間におけるアークスポット溶接期間における平均溶接電圧（単位：Ｖ）／平均溶接電流（単位：Ａ）の値が、１周期当たり０．０７〜０．１０（Ｖ／Ａ）であることを特徴とする請求項１に記載のアークスポット溶接方法。
【請求項３】
１周期を５ｍｓｅｃ〜２０ｍｓｅｃとし、当該周期の間にアーク発生及び短絡通電を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のアークスポット溶接方法。
【請求項４】
前記接触部は、前記下側鋼板の裏面と前記非接触部とのクリアランスを０．２ｔ〜３ｔに維持することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアークスポット溶接方法。
【請求項５】
３ｔ〜１０ｔの円相当径の溶接ビード径を有し、かつ、０．２ｔ〜３ｔの余盛高さを有する裏面溶接ビードを形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアークスポット溶接方法。
【請求項６】
前記接触部と前記下側鋼板の裏面の接触を、点状接触、線状接触、及び、面状接触の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアークスポット溶接方法。
【請求項７】
前記裏面溶接ビードの円相当の溶接ビード径が５ｔ超の裏面溶接ビードを形成する際に、前記裏当金を銅又は銅合金で形成し、前記接触部と前記下側鋼板の裏面の接触を面状接触とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアークスポット溶接方法。
【請求項８】
前記裏面溶接ビードの円相当の溶接ビード径が５ｔ超の裏面溶接ビードを形成する際に、前記裏当金を鋼材で形成し、前記接触部と前記下側鋼板の裏面の接触を面状接触とすることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のアークスポット溶接方法。
【請求項９】
前記接触部と前記下側鋼板の裏面の接触面積を１０ｃｍ２以下とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のアークスポット溶接方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のアークスポット溶接方法を実行するアークスポット溶接装置であって、  前記下側鋼板の裏面から離隔して配置される非接触部と、前記裏面溶接ビードの円相当中心から３ｔ超の位置で下側鋼板の裏面と接触し、前記下側鋼板の裏面と前記非接触部との間に０．２ｔ〜３ｔのクリアランスを維持する接触部とを備える裏当金を有することを特徴とするアークスポット溶接装置。
【請求項１１】
前記アークスポット溶接装置は、溶接トーチと前記裏当金が搭載された溶接ロボットであることを特徴とする請求項１０に記載のアークスポット溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、高強度鋼からなる薄鋼板の重なり部をアークスポット溶接する方法及びそれを実行する溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、自動車分野において、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、使用される鋼板の強度もますます上昇している。そのような高強度鋼よりなる車体の組立や部品の取付けなどの工程において、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。【０００３】  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。このＴＳＳとＣＴＳは、鋼板の引張強度の増加とともに図１６に示すような関係で変化することが知られている。すなわち、ＴＳＳが鋼板の引張強さの上昇に伴って向上するのに対し、ＣＴＳ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つれて逆に低下する特性となっている。【０００４】  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ＣＴＳのような剥離荷重を負荷した場合、鋼板が高強度になるほど溶接金属（ナゲット）端部に応力が集中しやすくなる。さらには、特に加圧力が高い場合や散りが発生した場合、スポット溶接部の鋼板厚みが、周囲に比べて薄くなり、荷重負荷に対して応力レベルが一層上昇してしまう。これらが原因で、スポット溶接において、鋼板強度が高い場合には、溶接部のＣＴＳが低下するようになる。【０００５】  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て、溶接金属に余盛部を形成することができるので、スポット溶接よりも高い継手強度を得ることができる。【０００６】  特許文献１には、重ね合わせられた高強度鋼板の裏面側まで溶融させ、且つ、鋼板の各表面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に制御することにより、高いＣＴＳとＴＳＳの両方が得られ、継手強度に優れた溶接継手が実現できるアークスポット溶接継手が開示されている。【０００７】  しかしながら、溶接ビード形状は、鋼材成分や鋼材板厚等によって、変化し、さらに、裏面の溶接ビードは、重力の影響で垂れ下がるため、安定して溶接ビード形状を制御することは困難である。【０００８】  裏面ビードの垂れ下がりを抑制する手段として、特許文献２には、裏当て金を用いる方法が開示されている。特許文献２では、裏当て金と溶接金属の溶着を防ぐために、裏当て金の表面部分に凹部を設けて、裏当て金へのアーク放電の発生を抑制する方法が提案されている。【０００９】  特許文献２の図１には、裏当金の凹み部と同じ大きさの溶接ビードが、重ねられた鋼板の裏側に形成されることが記載されている。しかしながら、本発明者らが、特許文献２に開示される裏当て金を用いて、アークスポット溶接時の裏面ビード形状の制御を試みたが、特許文献１に開示されるような溶接ビード径や余盛り高さを得ることができなかった。【００１０】  特許文献３の図２には、アーク溶接の際の雰囲気形成と、２枚の制振鋼板を突き合わせ溶接する際に生じる樹脂ガスの排出と、２枚の制振鋼板の溶接部端縁の近傍の冷却できるように、前記２枚の制振の溶接部近傍背面を冷却できる幅を備えるガス供給溝が凹設された装置が開示されている。【００１１】  また、特許文献４の図３等には、２枚の鋼板を重ねて受台上におき、アークスポット溶接する装置が開示されている。【００１２】  しかしながら、特許文献３、４はいずれも、溶接ビードの盛り高さ等の溶接ビードの形状を制御する具体的な方法を開示していない。そのため、前述した装置が、溶接部の強度を高めるために必要なビード形状を形成できる機能を有するかは自明ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１３−０１０１３９号公報
【特許文献２】特開平０６−０３９５４２号公報
【特許文献３】特開平５−１０４２５０号公報
【特許文献４】特開平２−５９１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】  そこで、本発明は、このような実情に鑑み、アークスポット溶接の裏面溶接ビードにおいて、所定の溶接ビード径や余盛り高さを得ることができ、ＴＳＳとＣＴＳの両方の強度に優れた溶接継手を得ることができるアークスポット溶接方法及びそれを実行する溶接装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】  本発明者らは、鋼板裏面に裏当金を設置して溶接をすると、裏当金による抜熱のため、溶融領域の成長が阻害されるとの知見を得た。そこで、鋼板の裏面溶接ビードを拡大するために、溶融領域近傍における鋼板裏面から裏当金への熱伝達を抑制する方法について検討した結果、溶接部分と裏当金との間にクリアランスを形成できるように、溶融領域近傍における裏当金と鋼板裏面の接触位置を限定することを見出した。【００１６】  また、溶融金属そのものの質量に起因する重力に加え、アーク溶接時のアークプラズマ気流による吹き付け圧力に起因する圧力、すなわち、アーク圧力は、裏面ビードの垂れ下がりの程度に影響する。そこで、本発明者らは、アーク溶接時におけるアーク発生時間の比率を一定の範囲に抑制することによって、当該アーク溶接時における平均的なアーク圧力を軽減でき、アークスポット溶接初期の溶接金属の抜け落ちを防止できることを見出し、本発明を完成した。【００１７】  本発明の要旨は、以下の通りである。（１）炭素を０．２質量％以上含有する複数の鋼板を重ねて配置し、さらに溶接トーチと反対側の下側鋼板に裏当金を接触配置して重ね溶接するアークスポット溶接方法であって、前記裏当金は、前記下側鋼板に対向して前記下側鋼板と接触しない非接触部と、前記下側鋼板に接触する接触部とを備え、前記接触部が裏面溶接ビードの円相当中心から３ｔを超える位置で下側鋼板と接触するように裏当金を配置し、溶接電圧が１０Ｖ以下となる短絡通電時間が、通電１周期当たり３０％超６０％未満になるように、アーク発生及び短絡通電を交互に連続的に繰り返すことを特徴とするアークスポット溶接方法。  但し、ｔは前記複数の鋼板のうち一番板厚が薄い鋼板の板厚とする。（２）アーク発生及び短絡通電を交互に連続的に繰り返すアークスポット溶接期間における平均溶接電圧（単位：Ｖ）／平均溶接電流（単位：Ａ）の値が、０．０７〜０．１０（Ｖ／Ａ）であることを特徴とする（１）に記載のアークスポット溶接方法。（３）１周期を５ｍｓｅｃ〜２０ｍｓｅｃとし、当該１周期の間にアーク発生及び短絡通電を行うことを特徴とする（１）又は（２）に記載のアークスポット溶接方法。（４）前記接触部は、前記下側鋼板の裏面と前記非接触部とのクリアランスを０．２ｔ〜３ｔに維持することを特徴とする（１）〜（３）のうちいずれかに記載のアークスポット溶接方法。（５）３ｔ〜１０ｔの円相当の溶接ビード径を有し、かつ、０．２ｔ〜３ｔの余盛高さを有する裏面溶接ビードを形成することを特徴とする（１）〜（４）のうちいずれかに記載のアークスポット溶接方法。（６）前記接触部と前記下側鋼板の裏面の接触を、点状接触、線状接触、及び、面状接触の少なくともいずれかであることを特徴とする（１）〜（５）のうちいずれかに記載のアークスポット溶接方法。（７）前記裏面溶接ビードの円相当の溶接ビード径が５ｔ超の裏面溶接ビードを形成する際に、前記裏当金を銅又は銅合金で形成し、前記接触部と前記下側鋼板の裏面の接触を面状接触とすることを特徴とする（１）〜（６）のうちいずれかに記載のアークスポット溶接方法。（８）前記裏面溶接ビードの円相当の溶接ビード径が５ｔ超の裏面溶接ビードを形成する際���、前記裏当金を鋼材で形成し、前記接触部と前記下側鋼板の裏面の接触を面状接触とすることを特徴とする（１）〜（６）のうちいずれかに記載のアークスポット溶接方法。（９）前記接触部と前記下側鋼板の裏面の接触面積を１０ｃｍ２以下とすることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載のアークスポット溶接方法。（１０）（１）〜（９）のいずれかに記載のアークスポット溶接方法を実行するアークスポット溶接装置であって、前記下側鋼板の裏面から離隔して配置される非接触部と、前記裏面溶接ビードの円相当中心から３ｔ超の位置で下側鋼板の裏面と接触し、前記下側鋼板の裏面と前記非接触部との間に０．２ｔ〜３ｔのクリアランスを維持する接触部とを備える裏当金を有することを特徴とするアークスポット溶接装置。（１１）前記アークスポット溶接装置は、溶接トーチと前記裏当金を備えた溶接ロボットであることを特徴とする前記（１０）に記載のアークスポット溶接装置。
【発明の効果】
【００１８】  本発明によれば、様々な成分の高強度鋼板の溶接においても、溶接部の靱性や延性が低下することなく、ＴＳＳとＣＴＳの両方が優れたアークスポット溶接継手が得られるので、自動車用部品の製造や車体の組立等の工程において本発明を適用することにより、より強度に優れた部材を製造することができ、自動車の安全性向上などに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ガスメタルアーク溶接によるアークスポット溶接方法の一例を示す図である。
【図２】裏当金を使用しないアークスポット溶接方法の一例を示す図である。
【図３】凹みのない裏当金を使用したアークスポット溶接方法の一例を示す図である。
【図４】凹みのある裏当金を使用したアークスポット溶接方法の一例を示す図である。
【図５】凹みの直径を拡大した裏当金を使用したアークスポット溶接方法の一例を示す図である。
【図６】上側鋼板の溶接個所の貫通孔の有無の一例を示す図である。（ａ）は貫通孔であり、（ｂ）貫通孔なしを示す図である。
【図７】垂直断面から見た形状が直方体状の凹みのある裏当金の一例を示す図である。(ａ）は裏当金の平面図と垂直断面図、（ｂ）は(ａ)の裏当金を使用したアークスポット溶接後の断面図を示す図である。
【図８】半球状の凹みのある裏当金の一例を示す図である。(ａ）は裏当金の平面図と垂直断面図、（ｂ）は(ａ)の裏当金を使用したアークスポット溶接後の断面図を示す図である。
【図９】裏当金の一例を示す図である。(ａ）は鋼板裏面と点状接触する接触部を有する裏当金の平面図と側面図、（ｂ）は鋼板裏面と線状接触する接触部を有する裏当金の平面図と垂直断面図を示す図である。
【図１０】鋼板裏面と面状接触する接触部を有する裏当金の一例を示す図である。(ａ）は矩形接触面の接触部を有する裏当金の平面図と垂直断面図、（ｂ）は凹部を有する矩形状接触面の接触部を有する裏当金の平面図と垂直断面図である。
【図１１】アークスポット溶接装置の一例を示す図である。
【図１２】裏当金の設置角度調整手段の一例を示す図である。
【図１３】上側鋼板の押さえ手段の一例を示す図である。
【図１４】十字引張試験用の試験片を示す図である。
【図１５】せん断引張試験用の試験片を示す図である。
【図１６】鋼板の引張強度さに対する引張せん断強さ（ＴＳＳ）と十字引張強さ（ＣＴＳ）の関係を示す図である。
【図１７】裏面溶接ビードが鋼板裏面に十分に融合しない状態を示す概略断面図である。
【図１８】（ａ）は、標準的なアーク溶接法によって、溶融金属が鋼板裏面に溶け落ちて裏当て金の表面に接触する状態を示す概略断面図である。（ｂ）は、本発明のアーク溶接方法によって、アークスポット溶接初期の溶融金属の溶け落ちが防止される状態を示す概略断面図である。
【図１９】ＣＭＴ電源を用いたアーク溶接における、電圧波形及び電流波形とアーク発生時間及び短絡通電時間との関係を示すグラフである。
【図２０】溶接時の短絡時間率と融合不良発生の関係を示すグラフである。
【図２１】鋼管内に裏当金を固定したアークスポット溶接方法の一例であって、溶接部分の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  図１は、ガスメタルアーク溶接によるアークスポット溶接方法の一例を示す図である。このように、アークスポット溶接方法は、溶接しようとする鋼板１を２枚重ねて配置し、板面に対して垂直に、又は、ほぼ垂直に配置されたガスメタルアーク溶接トーチ２の溶接ワイヤ３からアークを発生させ、溶接ワイヤ３を送給しながら、２枚の鋼板を相互に溶接する方法である。適正な溶接部強度を確保するためには、所定の溶接ビード径Ｗ、余盛り高さｈを形成する必要がある。
【００２１】  本発明は、このようなアークスポット溶接方法において、溶接トーチ側の鋼板を上側鋼板とし、溶接トーチ側の面を表面としたとき、下側鋼板の裏面に裏当金を配置して上側鋼板の表面から溶接する際に、裏当金の接触部と下側鋼板の裏面との接触位置を限定することを要件としている。  また、前記要件に加えて、本発明は、アーク溶接時におけるアーク発生時間と短絡通電時間の比率を一定の範囲に抑制することによって、当該アーク溶接時における平均的なアーク圧力を軽減することを要件としている。  本発明は、前記２つの要件により、所定の裏面溶接ビード径や余盛り高さを得ることができ、ＴＳＳとＣＴＳの両方の強度に優れた溶接継手を得ることができるようにしたものである。
【００２２】  以下、本発明のアークスポット溶接方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】（裏当金の接触部と下側鋼板の裏面との接触位置の条件）  本発明者らは、溶接金属が溶け落ちやすいとされる０．３％Ｃを添加した板厚２ｍｍの鋼板を対象に、アークスポット溶接を行った場合の裏面溶接ビードの形成現象について検討した。ここで、目標とする溶接ビード径は１０ｍｍ（５ｔ）、余盛り高さは１ｍｍ（ｔ／２）とした。
【００２４】  まず、裏当金を使用せずに、アークスポット溶接を行った場合の裏面溶接ビードの形状について検討した。図２は、裏当金を使用しないアークスポット溶接方法の一例を示す図である。このように、裏当金を使用せずに、アークスポット溶接を行う場合、両方の鋼板を十分に溶融させようとすると、裏面溶接ビードが大きく垂れ下がり、目標とする余盛り高さが得られなかった。
【００２５】  次に、種々の形状の裏当金を使用して、アークスポット溶接を行った場合の裏面溶接ビードの形状について検討した。
【００２６】  図３は、凹みのない裏当金を使用したアークスポット溶接方法の一例を示す図である。このように、凹みのない裏当金４を下側鋼板裏面に密着させてアークスポット溶接すると、裏面溶接ビードは垂れ下がることができず、目標とする余盛り高さが得られなかった。また、裏当金による抜熱の影響で裏面溶接ビードの径が小さくなった。
【００２７】  図４は、凹みのある裏当金を使用したアークスポット溶接方法の一例を示す図である。図４は、裏面溶接ビード形状の適正化をはかるために、裏当金４の凹み部の直径を１０ｍｍ、深さを１ｍｍにした。このような凹みのある裏当金４を下側鋼板裏面に密着させてアークスポット溶接すると、余盛り高さが１ｍｍ程度に拡大し、目標とする余盛り高さが得られた。しかし、裏当金の抜熱の影響で裏面溶接ビード径は４ｍｍ程度と小さいままであった。
【００２８】  図５は、凹みの直径を拡大した裏当金を使用したアークスポット溶接方法の一例を示す図である。図５は、裏当金４と下側鋼板裏面との接触面積を小さくして、裏当金４の抜熱を抑えて、裏面溶接ビードの径を拡大するため、裏当金の凹み部の直径を１５ｍｍに拡大した。このような凹みのある裏当金４を下側鋼板裏面に密着させてアークスポット溶接すると、裏面溶接ビード径が１０ｍｍ程度、余盛り高さが１ｍｍ程度と目標とした溶接部形状が得られた。
【００２９】  このように、目標とする裏面溶接ビード形状が得られたのは、裏当金に凹みを設けたことによるのではなく、凹みの直径を拡大したことによるのであり、溶融領域近傍における裏当金の抜熱が抑えられたためである。そうすると、裏当金の抜熱を抑えるには、裏当金と下側鋼板裏面とが接触しない形態とすることが考えられる。しかしながら、鋼板の支持、及び、裏当金の位置決めのため、裏当金と下側鋼板裏面とを接触させる必要がある。そこで、裏面溶接ビードから離れた位置で、裏当金の接触部と下側鋼板裏面とを接触させ、裏当金の抜熱を抑えるように、裏当金を配置することが有効である。
【００３０】  以上、検討結果をまとめると、以下の通りである。  裏当金の接触部が、目標とする裏面溶接ビードより外側の位置、すなわち、目標とする裏面溶接ビードの円相当中心から、それの円当相直径（Ｗ）程度以上の位置で、鋼板裏面と接触するように、裏当金を配置することで、目標とする裏面溶接ビード形状を得ることができる。ところで、本アークスポット溶接法において目標とする裏面溶接ビードの直径は板厚ｔ（ｍｍ）（２枚以上の鋼板の板厚が異なる場合は表側鋼板もしくは裏側鋼板の薄い方の鋼板の板厚をｔとする。）に対して３〜１０ｔの範囲である。このため、下限である３ｔの溶接ビード直径を実現するためには、裏当金の接触部が裏面溶接ビードの円相当中心から少なくとも３ｔを超える位置に設定する必要がある。
【００３１】（アーク発生条件）  前述したように、裏当金に設けられた凹みの直径を拡大することによって、溶融領域近傍における裏当金の抜熱が抑制され、裏面溶接ビード形状を拡大することが可能となる。しかし、設定する溶接条件によっては、図１７に示すように、裏面溶接ビードが鋼板裏面に十分に融合しないで境界面が形成される融合不良３０が生じる。特に、重ねられた下側鋼板の裏面と裏当金とのクリアランスがいずれかの鋼板の厚さｔを超える場合、標準的な直流アーク溶接法やパルスマグ溶接法でアークスポット溶接を行うと、このような融合不良が生じやすくなる。
【００３２】  図１８（ａ）は、標準的なアーク溶接法による溶接の初期における、溶接部分の状態を概略的に示す断面図である。図１８（ａ）に示すように、標準的なアーク溶接法では、アークスポット溶接の初期において、溶融金属が鋼板裏面に溶け落ちて裏当て金の表面に接触し（符号４０）、溶融金属が裏当て金に冷却されてしまう。このように、裏面溶接ビードの直径は拡大しても、裏面溶接ビードと鋼板裏面を溶融一体化させることができないため、十分な接合強度の向上効果が得られない。
【００３３】  溶融金属の溶け落ちは、溶融金属そのものの重力に加え、前述したアーク圧力が影響する。そこで、アーク溶接過程におけるアーク発生時間の比率を少なくすれば、平均的なアーク圧力が軽減され、図１８（ｂ）に示すようにアークスポット溶接初期の溶融金属の溶け落ちを防止することが可能となり、鋼板裏面を溶融させつつ裏面溶接ビード径を拡大できると考えた。図１８（ｂ）の場合、溶融金属が裏当て金の表面に接触する部分（符号５０）は、最小限に抑制されるので、溶融金属の冷却を防止することができる。
【００３４】  アーク溶接過程におけるアーク発生時間の比率を少なくするためには、積極的に溶接ワイヤと母材を接触させ、短絡通電時間を増やすことが有効となる。その手段として、数１０Ｈｚのサイクルでアーク発生時間及び短絡通電時間を制御することのできるコールドメタル・トランスファー（Cold Metal Transfer）電源（以下、単に「ＣＭＴ電源」という。）を用いて検討した。前記ＣＭＴ電源は、図１９に示すように、溶接ワイヤの送給を前進、後退と制御しつつアーク溶接を行うのもので、溶接条件の設定によって、アーク発生及び短絡通電を連続的に交互に行い、アーク発生時間及び短絡通電時間の比率を制御することができる。尚、前記短絡通電時間とは、溶接電圧が１０Ｖ以下となる時間をいう。
【００３５】  本発明者らは、前記ＣＭＴ電源を用いて、板厚１．０ｍｍ、１．６ｍｍ及び２．３ｍｍの鋼板に対して各種の溶接を行い、溶接時の短絡時間率と融合不良発生の関係を調査した。その結果を図２０に示す。図２０中、「○」は裏面溶接ビードと鋼板裏面との溶融一体化を確認できる溶融状態が良好な溶接に対応し、「×」は裏面溶接ビードと鋼板裏面との間に境界面を確認できる溶融状態が不良の溶接に対応する。尚、図２０に関し、「短絡時間率＝０（％）」における溶接の評価は、パルスマグ溶接を用いて行い、０（％）＜短絡時間率＜３０（％）の範囲における溶接の評価は、ショートアーク溶接を用いて行い、３０（％）＜短絡時間率の範囲における溶接の評価は、ＣＭＴ溶接を用いて行った。
【００３６】  尚、前述の「短絡時間率」とは、溶接ワイヤ及び上側鋼板間のアーク発生と、溶接ワイヤ及び上側鋼板間の溶接電圧が１０Ｖ以下となる短絡通電とを交互に連続的に繰り返し行う際、１回のアークスポット溶接におけるアーク発生時間及び短絡通電時間のうち、短絡通電時間が占める割合をいう。また、前記アーク発生及び前記短絡通電の交互の繰り返しを中断せずに連続して行なうことを本発明において「１回のアークスポット溶接」とする。
【００３７】  図２０に示すように、短絡時間率が３０％以上で裏面溶接ビード部に融合不良のない溶接部を作ることができた。しかし、短絡時間率を６０％以上とすると溶接現象そのものが不安定となり溶接を実施することができなかった。よって、本発明において短絡時間率は、３０％超６０％未満に設定する必要がある。
【００３８】  溶接条件の観点では、短絡時間率が増加すると溶接電流に対する溶接電圧の比率が低下する。本発明の被溶接材のアークスポット溶接の溶接電流を１５０Ａ〜２５０Ａの範囲に設定する場合、短絡時間率が２０％程度以下であれば、溶接電圧／溶接電流は０．１１〜０．１５程度になる。これに対して、前記溶接電流を前記範囲に設定し、且つ短絡時間率を３０％以上に設定する場合、溶接電圧／溶接電流は０．０７〜０．１０の範囲となる。このように、融合不良のない溶接を行うには、短絡時間率の設定範囲に応じて溶接電圧／溶接電流の範囲を規定する必要がある。
【００３９】  本発明は、以上のような検討過程を経て上記（１）に記載の発明に至ったものであり、そのような本発明について、さらに、必要な要件や好ましい要件について順次説明する。
【００４０】（被溶接材）  本発明のアークスポット溶接方法では、被溶接材である鋼板１として、どのような成分の鋼板でも用いることができる。特に、Ｃ量が０．２質量％以上の中高炭素鋼板では、溶融金属が、重ねられた鋼板の裏面に大きく垂れ下がりやすいので、本発明を用いることは有効である。
【００４１】  被溶接材である高強度鋼の鋼種や成分は、特に限定されず、たとえば、２相組織型（たとえば、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、いずれの型の鋼板であっても良い。いずれの鋼種からなる高強度鋼板であっても、本発明を適用することで、ＴＳＳとＣＴＳの両方が優れたアークスポット溶接継手が得られる。
【００４２】  鋼板の板厚は、少なくとも重なり部の板厚が０．５〜３．０ｍｍの範囲にある鋼板を対象とする。板厚が０．５ｍｍ未満では、基本的な部材としての強度や剛性が確保できない。一方、板厚が３．０ｍｍ超では高強度化と薄板化の両方を実現する目的を達成できない。
【００４３】  組み合わされる鋼板は、同一の鋼種や同一の板厚の板材に限定されるものではなく、上記Ｃ量の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、重ね合わせる枚数は限定されない。また、溶接される鋼板の形状も、少なくとも重ねられる部分が板状であればよく、全体が板でなくともよく、たとえば、鋼板から特定の形状に成形されたプレス部品なども含むものである。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であってもよい。
【００４４】（重ね部の形態）  図６は、上側鋼板の溶接個所の貫通孔の有無の一例を示す図である。２枚の鋼板の重なり部をアークスポット溶接により重ね溶接する場合、図６（ａ）のように溶接トーチに面する上側鋼板２１の溶接個所に、予め貫通孔５を形成して溶接する方法と、図６（ｂ）のように孔を形成しないで、単に重ねるだけで溶接する方法がある。本発明は、そのいずれの場合にも適用が可能である。
【００４５】  重ねられた下側鋼板２２まで溶融させて、その下面（裏面）に十分な厚みの余盛部を形成するために、溶接トーチに面する上側鋼板２１の板厚が１．６ｍｍ以上のときは、溶接個所に予め貫通孔５を形成してもよい。貫通孔５を形成しない場合には、溶接時間を長くして溶接入熱を増大させる必要があり、生産性が低下するという問題がある。一方、上側鋼板２１の板厚が１．６ｍｍ未満のときは、アークによる鋼板の貫通が容易であるため、貫通孔５は特に不要である。しかし、とりわけ入熱を小さくする必要がある場合には、上側鋼板２１の板厚が１．２ｍｍ未満であっても、貫通孔５を形成しても差し支えない。
【００４６】  貫通孔５を開ける場合には、上側鋼板２１の板厚ｔ１（ｍｍ）に対する貫通孔５の直径Ｄ（ｍｍ）の比（Ｄ／ｔ１）が、１０以下となるようにする。これにより、下側鋼板の裏面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。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、トーチ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。あるいは、トーチを揺動させなければ、孔端を溶残し、特にＣＴＳが低下する恐れがある。なお、貫通孔５をあけた効果を十分得るには、Ｄ／ｔ１の値を１以上とするのが望ましい。
【００４７】（溶接工程）  重ね合わされた鋼板を溶接する手順について、貫通孔５がある場合とない場合に分けて説明する。また、アークスポット溶接の工程は、１パスとしても、２パスに分けても構わない。１パスで行うときは、下側鋼板２２の裏面まで溶融させて、裏面に必要な高さの余盛部を形成するとともに、上側鋼板２１を溶かして上側の余盛部を形成する。２パスに分けるときは、第１溶接金属を形成する第１溶接パスを行い、次いで、第１溶接金属の表面が凝固した後、第１溶接金属上に第２溶接金属を同様にして形成する第２溶接パスを行う。
【００４８】（１）上側鋼板に貫通孔がある場合  まず、貫通孔５を通して、溶接ワイヤから下側鋼板２２の表面に向けてアークを発生させ、下側鋼板２２を裏面まで溶融させると同時に、貫通孔５を溶融金属で埋めるようにして、アークスポット溶接継手を得る。
【００４９】（２）上側鋼板に貫通孔がない場合  基本的な溶接手順や各溶接パスの条件は、貫通孔５を形成した場合と同じであるが、上側鋼板２１を溶融させるために、同じ板厚同士で比較すると、貫通孔５を形成した場合よりも入熱量を高めて溶接する必要がある。
【００５０】  このため、溶接しようとする板材の板厚が厚くなると、裏面まで溶融させるために必要な入熱量が増大し、溶接金属の溶接変形が顕著になる場合がある。そこで、上側鋼板２１に貫通孔５を形成しない場合は、比較的薄い板厚の鋼板で実施するのが好ましい。本発明者らの検討では、重ね合わされる板材の合計の板厚が約３ｍｍ以下では、広い入熱条件範囲で目標とする溶接金属の形状が得られることを確認している。
【００５１】（溶接条件）  アークスポット溶接の際の電流、電圧条件は、アーク発生及び短絡通電を交互に行い、溶接ワイヤと上側鋼板との短絡通電時間が３０％超６０％未満になるように、溶接しようとする板材の厚みなどに応じて、適する条件を適宜採用すればよい。また、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が、ＣＯ２ガスの混合量を２〜２０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。
【００５２】  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く、たとえば、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。
【００５３】（ビード形状）  裏面に形成される溶接ビードの円相当の直径（ビード径）Ｗを、十字引張強さ（ＣＴＳ）を向上させるために、板厚ｔ（ｍｍ）に対して３ｔ〜１０ｔ（ｍｍ）の範囲に形成する。なお、重ね合わされる複数の板材の板厚が同一でない場合は、ｔは最も薄い板材の板厚とする。溶接ビード径が３ｔ未満では、ビードが小さくて板材の強度に見合った継手強度が得られない。強度を確保するためには、ビード径が大きい方が望ましく、前記直径Ｗが５ｔ以上になるように形成することが好ましい。また、このビード径が１０ｔを超える大きさでは、溶接時間が長くなり、入熱量の増加により溶接金属が垂れ下がり、溶接変形が顕著となるおそれがある。
【００５４】  裏面溶接ビードの余盛部の高さｈは、鋼板の板厚ｔ（ｍｍ）に対して０．２ｔ（ｍｍ）以上３ｔ（ｍｍ）以下に形成する。余盛部の高さが０．２ｔ未満では、余盛部が低くて十分な継手強度が得られない。なお、重ね合わせる板材の板厚が異なる場合、ｔは最も薄い板材の板厚とする。強度を確保するためには、余盛り高さが大きい方が望ましく、前記高さｈが０．５ｔ以上になるように形成することが好ましい。但し、余盛部の高さが３ｔを超える大きさでは、溶接金属が垂れ下がり、溶接変形が顕著となる。
【００５５】（裏当金）  裏当金は、鋼板裏面と接触する接触部が、目標とする裏面溶接ビードの円相当中心から、それの円相当直径（Ｗ）程度以上とすることが望ましく、直径３ｔ以上の裏面ビードを形成することを前提に、裏面溶接ビードの円相当中心から鋼板裏面と接触する位置を３ｔ超えとすることができる形状であれば、特に限定されない。以下に、本発明のアークスポット溶接で使用できる裏当金について、裏当金の凹みの形状、裏当金の接触部、裏当金の材質を順次説明する。
【００５６】（１）裏当金の凹みの形状  裏当金の凹みの形状は、裏当金の垂直断面図において、矩形状、円弧状などいなかる形状も採用することができる。
【００５７】  図７は、垂直断面から見た形状が直方体状の凹みのある裏当金の一例を示す図である。図７(ａ）の上方の図は、裏当金の平面図であり、下方の図はＡ−Ａ垂直断面図である。また、図７（ｂ）には、(ａ)の裏当金を使用したアークスポット溶接後の断面図を示す。ただし、図７（ｂ）は、図５と同一の図である。この裏当金４は、(ａ)の垂直断面図に示すように、凹み形状を矩形状にしている。また、裏当金４の接触部６と鋼板裏面が、裏面溶接ビードの円相当中心７から、３ｔより離れた位置で接触する形状としている。そのため、図５の説明において示したように、この裏当金を使用したアークスポット溶接では、目標とする溶接部形状が得られた。
【００５８】  図８は、半球状の凹みのある裏当金の一例を示す図である。図８(ａ）の上方の図は、裏当金の平面図であり、下方の図はＡ−Ａ垂直断面図である。また、図８（ｂ）は、(ａ)の裏当金を使用したアークスポット溶接後の断面図を示す。この裏当金４は、(ａ)の垂直断面図に示すように、凹み形状を円弧状にしている。そして、この裏当金４の、凹みの半径を３ｔ程度以上とし、凹み深さＤを０．２ｔ程度の大きさにしてアークスポット溶接すると、裏面溶接ビード径が３ｔ以上程度、余盛り高さが０．２ｔ程度の目標とする裏面溶接部形状が得られた。さらに、（ｂ）に示されるように、止端部の立ち上がり角が小さな裏面溶接ビード形状が得られた。
【００５９】  このように、垂直断面において、矩形状と円弧状の凹みのある裏当金４を使用して得られた裏面溶接ビードを比較すると、円弧状の凹みのある裏当金４を使用して得られた裏面溶接ビードの方が、止端部の立ち上がり角度が小さくなる。そして、裏面溶接ビードの止端部の立ち上がり角度が小さいと、疲労強度が向上するので、裏当金４の凹みを円弧状とすることが好ましい。
【００６０】  また、裏当金４の垂直断面図において、少なくとも裏面溶接ビードの円相当中心７と対向する、裏当金４の鋼板裏面と接触しない非接触部８と、接触部６との高さ方向の距離Ｄが、０．２ｔ〜３ｔとなる裏当金形状にすることが好ましい。余盛り高さと距離Ｄとは概ね同等の値になるため、距離Ｄを０．２ｔ〜３ｔとすることで、余盛り高さを目標とする０．２ｔ〜３ｔにすることができる。
【００６１】（２）裏当金の接触部  裏当金の接触部と鋼板裏面との接触は、点状接触、線状接触、又は、面状接触の少なくとも１つを採用することができる。
【００６２】  図９は、裏当金の一例を示す図である。図９(ａ）の上方の図は、鋼板裏面と点状接触する接触部を有する裏当金の平面図であり、下方の図は、その裏当金の側面図である。また、図９（ｂ）は、鋼板裏面と線状接触する接触部を有する裏当金の平面図であり、下方の図は、その裏当金のＡ−Ａ垂直断面図である。
【００６３】  図９(ａ）に示すように、裏当金４と鋼板裏面の接触を点状接触とすると、接触面積が小さくなり、溶融領域近傍における裏当金による抜熱が減少するため、裏面溶接ビードの径を目標の径に拡大することが容易にできる。この図では、円柱先端の半球状体の頂点を接触部６としたが、裏当金４として利用可能な強度を有すれば、接触部６を円錐状体の頂点とするなどいかなるものも採用できる。また、平面図で、接触部を３点としたが、４点以上で構成することもできる。
【００６４】  図９(ｂ）に示すように、裏当金４と鋼板裏面の接触を線状接触とすると、点状接触より接触面積が大きくなるが、溶融領域近傍における裏当金による抜熱は十分減少するため、裏面溶接ビードの径を目標の径に拡大することができる。一方、接触部６の強度の点からすれば、線状接触とすることが好ましい。この図では、垂直断面図で直方体先端の円弧状体の頂点を接触部６としたが、裏当金として利用可能な強度を有すれば、接触部６を三角形状の頂点とするなどいかなるものも採用できる。また、平面図で、接触部６を２本の直線状としたが、３本以上で構成することも、折れ線や曲線とすることもできる。
【００６５】  図１０は、鋼板裏面と面状接触する接触部を有する裏当金の一例を示す図である。図１０(ａ）の上方の図は、矩形接触面の接触部を有する裏当金の平面図であり、下方の図は、その裏当金のＡ−Ａ垂直断面図である。また、図１０（ｂ）は、凹部を有する矩形状接触面の接触部を有する裏当金の平面図であり、下方の図は、その裏当金のＡ−Ａ垂直断面図である。
【００６６】  図７、図８及び図１０に示す裏当金４は、いずれも、裏当金４と鋼板裏面の接触を面状接触とするものであるが、図７及び図８に示す裏当金４は、接触面が同一面でつながっているのに対して、図１０に示す裏当金は、接触面が同一面で分かれている。このようにすることで、図７及び図８に示す裏当金４と比べ、図１０に示す裏当金４の接触面積が小さくなり、溶融領域近傍における裏当金４による抜熱が減少するため、裏面溶接ビードの径を目標の径に拡大することができる。この図では、平面図で２面の矩形接触面を接触部６としたが、接触部６を３面以上とすることも、円状、三角状とすることもいかなるものも採用できる。
【００６７】  なお、図７〜図１０に示した実施態様に限らず、種々の裏当金４の凹みの形状と接触部６の形態を組み合わせることも、１つ裏当金４において、点状接触、線状接触及び面状接触を組み合わせて採用することもできる。
【００６８】（３）裏当金の材質  裏当金４は、銅又は銅合金、或いは鋼、セラミックスから形成することができる。また、銅又は銅合金の裏当金と鋼板との接触部に、熱伝導が低いセラミックスを配置するなどの組み合わせを採用することもできる。ただし、加工性の点から、銅又は銅合金が好ましい。
【００６９】  尚、アークスポット溶接後に裏当て金を取外さずに、鋼板、溶接ビード及び裏当て金を一体とした構造として使用する場合は、裏当て金の材質に鋼を使用しても良い。例えば、図２１に示すように、鋼管６０内に予め裏当金４を固定してアーク溶接をする場合、当該裏当金４を鋼製とすることが好ましい。なお、裏当て金の材質を鋼とする場合も、鋼板の裏面側の溶接ビード形状を拡大するために、前述したように、凹みの形状、裏当金の接触部を規定する必要がある。
【００７０】  また、裏面溶接ビードの円相当の直径（ビード径）Ｗが５ｔ超１０ｔ以下となるように溶接する際は、裏当金４の材質を銅、銅合金又は鋼とし、裏当金４の接触部６と鋼板裏面の接触を面状接触とすることが好ましい。裏面溶接ビードの円相当径Ｗを大きくすると、裏当金４の接触部６の間の距離が離れるため、裏当金４の接触部６の強度が低下する。そのため、裏当金４の材質を銅、銅合金又は鋼とし、裏当金４の接触部６と鋼板裏面の接触を面状接触とすることが好ましい。
【００７１】（裏当金の接触部と鋼板裏面の接触面積）  裏当金４の接触部６と鋼板裏面の接触面積を１０ｃｍ２以下とすることが好ましい。溶融領域近傍における裏当金４による抜熱を抑えて、目標とする裏面溶接ビード形状を容易に得るために、接触面積を小さくすることが好ましい。５ｃｍ２以下とすることが更に好ましい。
【００７２】（アーク発生及び短絡通電の条件）  前述したように、本発明において、溶接電圧が１０Ｖ以下となる短絡通電時間が、通電１周期当たり３０％超６０％未満になるように、アーク発生及び短絡通電を中断せずに交互に連続的に繰り返すことが必要である。アーク発生及び短絡通電をこのように連続的に繰り返す期間、すなわち、１回のアークスポット溶接期間は、１秒以上３秒以下に設定することが好ましい。
【００７３】  本発明のアークスポット溶接方法は溶接状態を反映或いはフィードバックしながら実施しても良い。そのため、１回のアークスポット溶接期間における各周期のアーク発生期間は同一であっても異なっていても良く、１回のアークスポット溶接期間における各周期の短絡通電期間は同一であっても異なっていても良い。但し、各周期が５ｍｓｅｃ以上２０ｍｓｅｃ以下になるように、各周期のアーク発生期間及び短絡通電期間を設定することが好ましい。
【００７４】  次に、本発明のアークスポット溶接装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００７５】  図１１は、アークスポット溶接装置の一例を示す図である。自動車部材は、ほとんどの場合、溶接ロボットを用いて溶接されている。このため、裏当金４と溶接トーチ２が一体となった装置を用いて効率的な溶接作業を行うことが望ましい。図１１に示すように、多関節ロボットの先端に一対の裏当金４と溶接トーチ２が設置されている。ロボットアーム９と裏当金４の相対位置は固定されている。ロボットアーム９の動作で裏当金４が所定の鋼板裏面位置に配置され、その後、溶接トーチ２が所定の位置まで下降して溶接される。
【００７６】  実際の部品を溶接する場合は、部材の精度不良により鋼板裏面と裏当金の間に隙間が生じることがある。図１２は、裏当金の設置角度調整手段の一例を示す図である。このように、バネ１０を介して鋼板裏面に対する裏当金４の設置角度を調整することができる。設置角度調整手段は、バネ１０に限定されず、載置台を回転可能にするなど設置角度を調整できるものであればいかなる手段も採用できる。
【００７７】  図１３は、上側鋼板の押さえ手段の一例を示す図である。このように、溶接トーチ２の下降に合せて上側鋼板２１を押さえて、上側鋼板２１と下側鋼板２２を裏当金との間で挟むような手段を設けて、上側鋼板２１と下側鋼板２２の間の隙間をなくすことができる。上側鋼板２１の押さえ手段１１は、溶接トーチ２に設ける装置に限定されず、押さえ方向に移動可能なロボットアーム９に設ける装置など上側鋼板２１を押さえることができるものであればいかなる手段も採用することができる。
【実施例】
【００７８】  次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。表１に使用した高強度鋼板の板厚、引張強さ及び成分組成を示す。【００７９】  表１に示す鋼板から試験用鋼板を切り出した。試験用鋼板裏面に銅の裏当金を配置し、鋼板に対して、表２−１に示す溶接入熱及び表２−２に示す溶接電流、溶接電圧、溶接時間、アーク発生及び短絡通電の条件にてアークスポット溶接を行い、試験番号１〜２２の試験片を作製した。また、シールドガスとして、２０体積％ＣＯ２ガス、残部Ａｒガスの混合ガスを用いた。試験番号１〜３は裏当金を用いずに作製された試験片であり、試験番号４〜１７は銅製の裏当金を用いて作製された試験片であり、試験番号１８〜２２は鋼製の裏当金を用いて作製された試験片である。尚、試験番号１〜２２のいずれの製造においても、アークスポット溶接期間の各周期のアーク発生期間及び短絡通電期間は、５ｍｓｅｃ以上２０ｍｓｅｃ以下になるように設定された。【００８０】  表２−１の項目「裏当金凹み半径」は、裏面溶接ビードの円相当中心から下側鋼板の裏面と接触する裏当金の接触部までの距離を示し、項目「裏当金凹み深さｄ」は、裏面溶接ビードの円相当中心と対向する裏当金の非接触部と、裏当金の接触部との高さ方向の距離（すなわち、下側鋼板と裏当金の非接触部間のクリアランス）を示す。また、表２−１の項目「鋼板裏面と裏当金の接触形態」において、「面接触」とは、図７に示されるように閉曲線で囲まれる凹みを有し、当該凹みの外周に沿って鋼板裏面と面接触する形状を有する裏当金を使用したことを意味する。「３点接触」とは、図９（ａ）に示されるように、その表面上の３箇所に立設された柱状の接触部６の頂部による３点支持で、鋼板裏面との間に「前記裏当金凹み深さｄ」のクリアランスを確保する構造の裏当金を使用したことを意味する。また、「２本の線接触」との記載は、図９（ｂ）に示されるように、その表面上において一定の間隔を空けて互いに平行に立設された壁上の接触部６の頂部による支持であって、鋼板裏面との間に「前記裏当金凹み深さｄ」のクリアランスを確保する構造の裏当金を使用したものである。【００８１】
【表１】
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【００８２】
【表２−１】
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【００８３】
【表２−２】
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【００８４】  以上の試験片について、まず、溶接ビードの形状を目視で確認するとともに、裏面溶接ビード径Ｗ及び余盛り高さｈを測定した。【００８５】  銅製裏当て金を用いた場合の裏面溶接ビード径Ｗは、平面視において円相当直径を測定し、余盛り高さｈは、平面視においてビード径が概略最大になる方向に溶接部を切断し、当該断面の写真を撮影した後、画像解析装置によって当該断面の最大高さを余盛高さとして求めた。一方、鋼製の裏当て金を用いた場合は、裏当て金が鋼板と溶融するため、裏当て金と溶接ビードが一体に形成される。このため、溶接部の断面画像を用いて、鋼板裏面における溶接ビード幅の最大値を求め、当該最大値を裏面溶接ビード径Ｗと定義し、最大溶融深さを余盛り高さｈと定義した。  表３に、裏面溶接ビード径Ｗ、余盛り高さｈを示す。【００８６】  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１４に示すような十字状に各鋼板を重ね合わせ、裏面に裏当金を配置し、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。【００８７】  また、せん断引張試験用の試験片も、同様に、スポット溶接継手のせん断引張試験方法（ＪＩＳ Ｚ３１３６）に基づき、図１５に示すような平行に各試験片を重ね合わせ、裏面に裏当金を配置し、アークスポット溶接法によって試験片同士を溶接し、せん断引張試験片を作製した。【００８８】  そして、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（単位  キロニュートン））を測定した。また、せん断引張試験片について、ＪＩＳ Ｚ３１３６）に基づき、せん断引張試験を実施し、せん断引張強さ（ＴＳＳ（単位  キロニュートン））を測定した。表３に、十字引張強さ、せん断引張強さを示す。【００８９】  表３に示す結果の内、試験番号１〜５、１５〜１９及び２２は比較例であり、試験番号６〜１４、２０、２１は発明例である。【００９０】  試験番号６〜１４の試験片は、凹み半径が３ｔより大きい銅製裏当て金を用いた作製された本発明例である。これらの発明例によれば、裏当金の接触部が、目標とする裏面溶接ビードの円相当中心から３ｔ超の位置で鋼板裏面と接触するので、目標とする裏面溶接ビード径及び余盛り高さが得られ、十字引張強さ及びせん断引張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。また、試験番号２０、２１の試験片も本発明に規定された形状の鋼製裏当て金を用いて作製されているので、良好な十字引張強さ及びせん断引張強さが得られた。【００９１】  一方、試験番号１の試験片は、裏面溶接ビードが形成されなかった。試験番号２及び３の試験片は、溶接金属が溶け落ちた。試験番号４及び５の試験片は、凹み半径が３ｔよりも小さい裏当金を用いて作製されている。このように、試験番号４及び５の試験片は、鋼板裏面と裏当金の接触部の接触位置が本発明で規定する範囲を満たさない条件で作製されているので、目標とする裏面溶接ビード径及び余盛り高さが得られず、十分な十字引張強さ及びせん断引張強さを有する溶接継手を得ることができなかった。【００９２】  また、鋼製裏当て金を用いた試験番号１８及び１９の試験片は、凹み半径が３ｔよりも小さい裏当金を用いて作製されている。このように、試験番号１８及び１９の試験片は、鋼板裏面と裏当金の接触部の接触位置が本発明で規定する範囲を満たさない条件で作製されているため、裏面溶接ビード径が小さく、目標とする継手強度が得られなかった。なお、継手強度の判定は引張せん断荷重TSSで行い、JIS Z 3140で規定されるスポット溶接の引張せん断荷重（鋼）Ａ級の2倍以上の値、すなわち板厚1.6mmの鋼板では20ｋN以上、板厚1mmの鋼板では10ｋN以上を合格とした。【００９３】  試験番号１５〜１７及び２２の試験片は、溶接条件における短絡時間率または溶接電流と溶接電圧の比が本発明の規定範囲を満たさない場合の結果を示す。試験番号１５、１６、２２の試験片は短絡時間率が小さいため、溶接開始と同時に溶融金属が裏当て金に溶け落ちてしまい、裏面溶接ビードと鋼板裏面を溶融一体化が不十分になっていたため、十分な接合強度の向上効果が得られなかった。試験番号１９は短絡時間率が大きいため、安定した溶接が実施できず、鋼板裏面が未溶融となり、十分な接合強度の向上効果が得られなかった。【００９４】
【表３】
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【産業上の利用可能性】
【００９５】  本発明によれば、様々な成分の高強度鋼板の溶接においても、溶接部の靱性や延性が低下することなく、ＴＳＳとＣＴＳの両方が優れたアークスポット溶接継手が得られるので、自動車用部品の製造や車体の組立等の工程において本発明を適用することにより、より強度に優れた部材を製造することができ、自動車の安全性向上などに寄与することができる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。
【符号の説明】
【００９６】  １    鋼板（被溶接材）        ２１  上側鋼板  ２２  下側鋼板  ２    溶接トーチ  ３    溶接ワイヤ  ４    裏当金  ５    貫通孔  ６    接触部  ７    裏面溶接ビードの円相当中心  ８    非接触部  ９    ロボットアーム  １０    バネ  １１    押さえ手段  ３０    融合不良部分  ４０    裏当金に接触する溶融金属部分  ５０    溶融金属部分の最下部  Ｗ    裏面溶接ビード径  ｈ    余盛り高さ  Ｄ    裏当金非接触部と鋼板裏面との間隔  ＷＢ    溶接ビード
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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