(57)【要約】  本発明は、高張力鋼板を含む鋼材を重ね合わせた板組みに対して、インバータ直流式でも広い適正電流範囲を確保できる抵抗スポット溶接方法を提供することを目的とし、インバータ直流式のスポット溶接電源に接続された一対の溶接電極で、少なくとも１枚の高張力鋼板を含む２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みを挟持し、溶接電極で鋼板を加圧しながら通電と通電休止を複数回繰り返すパルセーション工程と、パルセーション工程後に、パルセーション工程の最大通電時間（ｔ０）よりも長時間（ｔ３）連続的に溶接電極で鋼板に加圧しながら通電する連続通電工程と、を備える抵抗スポット溶接方法とした。
2015005134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ直流式のスポット溶接電源に接続された一対の溶接電極で、少なくとも１枚の高張力鋼板を含む２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みを挟持し、前記溶接電極で前記鋼板を加圧しながら通電と通電休止を複数回繰り返すパルセーション工程と、
前記パルセーション工程後に、前記パルセーション工程の最大通電時間よりも長時間連続的に前記溶接電極で前記鋼板を加圧しながら通電する連続通電工程と、
を備える抵抗スポット溶接方法。
【請求項２】
前記パルセーション工程では、前記各通電の通電時間がそれぞれ１０〜６０ミリ秒である請求項１記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項３】
前記パルセーション工程では、隣接する通電間の通電休止の時間がそれぞれ１０〜６０ミリ秒である請求項１又は２記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項４】
前記パルセーション工程では、最後の前記通電と前記連続通電工程との間の最後の通電休止の時間が１０〜１２０ミリ秒である請求項１〜３のいずれか１項記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項５】
前記パルセーション工程における前記通電の電流値が７．０〜１４．０ｋＡである請求項２〜４のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項６】
前記連続通電工程では、通電時間が１００〜５００ミリ秒である請求項２〜５のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項７】
前記連続通電工程における通電の電流値が５．０〜１２．０ｋＡである請求項６に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項８】
前記連続通電工程における最大電流値が、前記パルセーション工程における最大電流値以下である請求項７に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項９】
前記高張力鋼板が、表面が亜鉛系皮膜またはアルミ系皮膜で覆われているホットスタンプ鋼板である請求項１〜８のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗スポット溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車体はプレス成形された鋼板を、主にスポット溶接にて接合することで組み立てられる。車体の組立てで使用されるスポット溶接では、板厚に応じたナゲット径の確保とチリの発生抑制の両立が求められる。【０００３】
チリには中チリ（溶接により溶融した母材金属が鋼板の重ね面より飛散する現象）と表チリ（溶接により溶融した母材金属が鋼板と電極の接触面から飛散する現象）とがある。いずれも、チリが飛散し自動車の車体に付着することで車体の表面品質を低下させる。また、溶接用ロボットの可動部に付着することで、設備の稼働不良の要因となる。さらに、スポット溶接表面に針状に残存する表チリは自動車のワイヤハーネスなどの損傷の原因となるため、グラインダーで研削する必要がある。このため、抵抗スポット溶接においては、中チリおよび表チリは避け、かつ必要な溶接継手の強度を確保するために所定の基準ナゲット径を確保することが求められている。【０００４】
車体の組立てでは、電極の損耗、既溶接点への分流、プレス部品間の隙間等の様々な外乱因子によりナゲット径が基準ナゲット径を下回ることがあるため、量産ラインにてチリを生じさせずに溶接する場合、試験片レベルの評価において、適正電流範囲が１．０ｋＡ以上、または、１．５ｋＡ以上必要とされることが多い。【０００５】
近年、自動車の組立てでは、単相交流式に代わりインバータ直流方式の抵抗スポット溶接機が用いられることが多くなっている。インバータ直流方式はトランスを小さくでき、可搬重量の小さいロボットに搭載できるメリットがあるため、特に自動化ラインで多く用いられる。【０００６】
インバータ直流方式は、従来用いられてきた単相交流方式のような電流のオンオフがなく、連続的に電流を付与するため、発熱効率が高い。このため、ナゲットが形成しにくい薄板軟鋼の亜鉛めっき材の場合であっても、低電流から基準ナゲット径以上のナゲットが形成され適正電流範囲が単相交流より広くなることが報告されている。【０００７】
スポット溶接において、図１に示すように、通電を１回だけ行う１段通電方式は、自動車の抵抗スポット溶接で多く用いられている。なお、図１において、縦軸のＩは溶接電流を、横軸のｔは時間を表す（以下、図２〜図７で同様である）。しかしながら、インバータ直流方式で高張力鋼板を１段通電方式で溶接すると中チリが発生する電流値が低く、適正電流範囲が著しく狭くなる。【０００８】
特開２０１０−１８８４０８号公報（以下、「文献１」という場合がある）には、図２に示すように、予備通電により鋼板の接触面同士のなじみを向上させた後に本通電を行う２段通電方式を採用することによって、高張力鋼板のスポット溶接におけるチリの発生を抑制する方法が開示されている。【０００９】
特開２００３−２３６６７４号公報（以下、「文献２」という場合がある）には、図３に示すように、予備通電により鋼板の接触面同士のなじみを向上させた後に通電を休止し、その後、本通電を行う通電方式を採用することによって、高張力鋼板のスポット溶接におけるチリの発生を抑制する方法が開示されている。【００１０】
特開２０１０−２０７９０９号公報（以下、「文献３」という場合がある）には、図４及び図５に示すように、予備通電により鋼板の接触面同士のなじみを向上させた後に電流値を下げ、その後、再び電流値を上げて一定電流の本通電またはパルス状の本通電を行う通電方式を採用することが開示されている。これによって、高張力鋼板のスポット溶接におけるチリの発生が抑制されることが開示されている。【００１１】
特開２００６−１８１６２１号公報（以下、「文献４」という場合がある）には、図６に示すように電流のアップダウンを繰り返しながら、電流値を上げていくスポット溶接により、高張力鋼板のスポット溶接におけるチリの発生を抑制する方法が開示されている。【００１２】
文献（ISO  18278-2 Resistance welding-Weldability- Part 2 Alternative procedure for the assessment of sheet steels for spot welding）（以下、「文献５」という場合がある）には、図７に示すように、板厚１．５ｍｍ以上の鋼板において、６サイクル（１２０ミリ秒）以上の通電と２サイクル（４０ミリ秒）の休止とを３回以上繰り返すスポット溶接方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、高張力鋼板を含む鋼材を重ね合わせた板組みに対して、インバータ直流方式でも広い適正電流範囲を確保できる抵抗スポット溶接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】
【００１４】
発明者達はその具体的な方法として、様々な板組みで、表面処理された１５００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板を用いて検討を行った。その結果、短時間のパルセーション通電（通電および通電休止を複数回繰り返す）工程と、その後の連続通電工程とを組み合わせることで、中チリおよび表チリの発生を抑制し適正電流範囲が広く安定したスポット溶接を実施できることを見出した。【００１５】
本発明の一態様によれば、インバータ直流式スポット溶接電源に接続された一対の溶接電極で、少なくとも１枚の高張力鋼板を含む２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組みを挟持し、前記溶接電極で前記鋼板を加圧しながら通電と通電休止を複数回繰り返すパルセーション工程と、前記パルセーション工程後に、前記パルセーション工程の最大通電時間よりも長時間連続的に前記溶接電極で前記鋼板を加圧しながら通電する連続通電工程と、を備える抵抗スポット溶接方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の抵抗スポット溶接方法は、高張力鋼板を含む鋼板を重ね合わせた板組みに対してインバータ直流電源を用いてスポット溶接を行った場合でも、広い適正電流範囲を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】通電を１回だけ行う１段通電方式の時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図２】文献１に記載の通電方式の時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図３】文献２に記載の通電方式の時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図４】文献３に記載の通電方式の時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図５】文献３に記載の通電方式の時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図６】文献４に記載の通電方式の時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図７】文献５に記載の通電方式の時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接装置を模式的に示す概略図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における通電方式の時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法におけるパルセーション工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１０Ｂ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法におけるパルセーション工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１０Ｃ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法におけるパルセーション工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１０Ｄ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法におけるパルセーション工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１０Ｅ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法におけるパルセーション工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１０Ｆ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法におけるパルセーション工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１０Ｇ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法におけるパルセーション工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１０Ｈ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法におけるパルセーション工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における連続通電工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における連続通電工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における連続通電工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１１Ｄ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における連続通電工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１１Ｅ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における連続通電工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１１Ｆ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における連続通電工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【図１１Ｇ】本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法における連続通電工程の通電方式のバリエーションの時間と溶接電流の関係を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法について説明する。なお、図９、図１０Ａ〜図１０Ｈ、図１１Ａ〜図１１Ｇにおいて、縦軸のＩは溶接電流を、横軸のｔは時間を表す。
【００１９】
近年、自動車用の材料面では、車体の軽量化および衝突安全性の向上を図るため、各種高張力鋼板の使用が拡大しつつある。また、ホットスタンプ（鋼板を焼き入れ可能な温度まで加熱しオーステナイト化した後、金型でプレス成形と同時に冷却し焼き入れする方法。）の適用が広がり、引張強度が１２００〜２０００ＭＰａとなる超高強度の多くのプレス成形部品が、ホットスタンプにより製造されている。
【００２０】
ホットスタンプに用いる鋼板の表面は、非めっきの他に、高温に加熱した時に鉄スケールの発生を防止するため、亜鉛系めっき、アルミニウム系めっきなどの表面処理が施されるものがある。なお、ホットスタンプされた鋼板は、多くの場合、平板ではなく成形加工された成形体であるが、本発明では、成形体である場合も含めて「ホットスタンプ鋼板」という。また、亜鉛系めっき鋼板やアルミニウム系めっき鋼板をホットスタンプして得られるホットスタンプ鋼板を、以下の説明では「表面処理ホットスタンプ鋼板」という場合がある。
【００２１】
ホットスタンプ鋼板をインバータ直流電源のスポット溶接機でスポット溶接すると、軟鋼板とは逆に、単相交流電源を用いた場合よりも低い電流値でチリが発生し、適正電流範囲が狭くなる現象が起きる。この現象は、例えばアルミめっきホットスタンプ鋼板のスポット溶接にて起きることが、文献（LAURENZ, et al：Schweissen Schneiden, 64-10(2012), 654-661.）（以下、「文献６」という場合がある）で報告されているが、抜本的な解決法については報告されていない。
【００２２】
特に、表面処理ホットスタンプ鋼板は、インバータ直流電源のスポット溶接機でスポット溶接すると、中チリと共に表チリも出やすくなり、適正電流範囲が著しく狭くなる。このためチリを発生せずに得られる、ナゲット径も小さくなる。
【００２３】
これらの原因は解明されていないが、中チリの発生については次のように考えられる。表面処理ホットスタンプ鋼板は、亜鉛系またはアルミニウム系のめっき皮膜と基材の鋼との合金化反応によって、金属間化合物および鉄基の固溶体がその表面に形成されており、さらにその外面にめっきに由来する金属（例えば、亜鉛系めっきであれば亜鉛を指す。）を主成分とする酸化皮膜を有している。そのため、表面処理ホットスタンプ鋼板は裸の鋼板と比べて、鋼板同士の接触部での抵抗が高く発熱量が大きい。
【００２４】
一方、ホットスタンプ工程でめっきと鋼との合金化が進行し、表面近傍の融点も鉄に近い高い値となっているので、加熱前のめっき皮膜を備える鋼板と比較して、鋼板同士の接触部が軟化しにくく通電パスの拡大が抑制される。特に、インバータ直流方式は連続的な電流の投入により単相交流に比べ発熱効率が高いため、通電初期のナゲットの形成が非常に急激となる。このためナゲットの周囲の圧接部の成長が追い付かず溶融金属を閉じ込めることができなくなり中チリが発生するものと推定される。
【００２５】
また、表チリの発生原因についても、上記の中チリの発生原因と同様であると考えられる。さらに、インバータ直流方式は連続的な電流の投入により単相交流のような電流休止時間がないため、電極による冷却効果が得られにくい。このため、ナゲットが板厚方向に成長しやすく、鋼板の最表層まで溶融部が達して、表チリが発生するものと推定される。
【００２６】
表面処理ホットスタンプ鋼板は、上述のような表面状態にあることから、中チリおよび表チリが発生しやすいと考えられ、加圧力が低い場合、適正電流範囲が１ｋＡ未満となることも多い。しかしながら、表面処理ホットスタンプ鋼板を含む板組みの抵抗スポット溶接方法について、これまでほとんど検討されてこなかったのが現状である。
【００２７】
この表面処理ホットスタンプ鋼板について、文献１〜５の方法を適用すると、以下の不都合があった。
【００２８】
高張力鋼板の抵抗スポット溶接方法である文献１の方法は、表面処理ホットスタンプ鋼板に対して予備通電でチリを生じさせずに付与できる電流値が低いため、鋼板同士の界面における通電パスを広げ電流密度を下げることでチリの発生を抑制するという効果は十分ではない。このため、本通電で電流値を上げると中チリおよび表チリが発生するケースが認められ、十分な適正電流範囲を確保することは難しかった。
【００２９】
文献２、３の方法は、文献１の方法と同様に、表面処理ホットスタンプ鋼板に対して予備通電にてチリ発生させずに付与できる電流値が低い。文献１に比べ、予備通電の上限値は上昇するが、本通電で電流値を上げると中チリが発生するケースが認められ、十分な適正電流範囲を確保することはまだ難しかった。
【００３０】
文献４に記載の方法は、引張強度が９８０ＭＰａ級の鋼材までは適正電流範囲を広げる効果があるが、より高強度の表面処理ホットスタンプ鋼板では２、３回目の電流アップの時に中チリや表チリが発生しやすく、この通電パターンは表面処理ホットスタンプ鋼板の溶接には好適ではない。
【００３１】
文献５に開示されている通電方式では、通電が最も短い場合でも６サイクル（１２０ミリ秒）である。表面処理ホットスタンプ鋼板では、６サイクルより短い通電時間で中チリが発生するため、この通電方式では上限電流を上昇させることができない。そこで、各パルスでの通電時間を短くすると、上限電流値が上昇するが、発熱効率低下により下限電流値も上昇し、結果として、適正電流範囲を広げることはできない。このため、この方法も適切ではない。
【００３２】
これに対して、本実施形態の抵抗スポット溶接方法では、表面処理ホットスタンプ鋼板を含めた高張力鋼板に対して、インバータ直流電源を用いた場合にも広い適正電流範囲を確保したものである。
【００３３】
先ず、本実施形態の抵抗スポット溶接方法で用いられる溶接機について説明する。
【００３４】
図８に示すように、溶接機１０は重ね合わされた鋼板１２、１４を加圧して溶接電流を流す電極１６、１８と、電極１６、１８に所定の加圧力を与える加圧機構２０と、加圧機構２０の加圧力を制御する加圧制御部２２と、電極１６、１８に電流を付与する溶接電源２４と、溶接電源２４を制御して電極１６、１８に付与する電流値を制御する電流制御部２６とを備える。
【００３５】
本実施形態の抵抗スポット溶接方法が対象とする板組みは、少なくとも１枚が５９０ＭＰａ級以上の高張力鋼板を含む、２枚以上の鋼鈑を重ね合わせたものである。図８には、２枚の鋼板１２、１４が重ねられた板組みが示されているが、３枚以上でも良い。通常の自動車車体の組立てでは、２枚または３枚の鋼板を重ね合わせた板組みに対して抵抗スポット溶接が行われる。
【００３６】
高張力鋼板の種類については、特に制限はなく、例えば、析出強化鋼、ＤＰ鋼、ＴＲＩＰ（加工誘起変態）鋼、ホットスタンプ鋼板等の、引張強度が５９０ＭＰａ以上の高張力鋼板に適用可能である。本実施形態の抵抗スポット溶接方法は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板を含む板組みに対して適用することが可能である。特に、引張強度が１２００ＭＰａ以上の高張力鋼板を含む板組みに適用するのが好ましく、引張強度が１５００ＭＰａ以上の高張力鋼板を含む板組みに適用するのがより好ましい。
【００３７】
板組みに含まれる鋼板は、冷延鋼板でも良く、または熱延鋼板でも良い。また、鋼板は裸鋼板でもめっき鋼板でも良く、めっきの種類にも特に制限はない。本実施形態の抵抗スポット溶接方法は様々な高張力鋼板に適用可能であるが、表面処理ホットスタンプ鋼板に特に好適である。
【００３８】
高張力鋼板の板厚について、特に制限はない。例えば、自動車用部品または車体で使用される鋼板の板厚は０．６〜３．２ｍｍであり、本実施形態に係る抵抗スポット溶接は、この範囲において十分に適用可能である。
【００３９】
溶接機１０は、インバータ直流方式の溶接電源２４を有するスポット溶接機である。ホットスタンプ鋼板等の高張力鋼板を含む板組みの溶接を行う場合、インバータ直流方式の溶接電源２４では、単相交流方式の溶接電源と比較して低い電流値で中チリおよび表チリが発生しやすくなる。本実施形態の抵抗スポット溶接方法は、このようなインバータ直流式のスポット溶接電源を用いる溶接機１０に適用するものである。
【００４０】
溶接機１０の電極１６、１８に対する加圧機構２０は、サーボモータによる加圧でもエアーによる加圧でもどちらでも良い。また、ガンの形状は定置式、Ｃ型、Ｘ型のいずれを用いても良い。溶接時の加圧力について、特に制限はないが、加圧制御部２２の制御により２００〜６００ｋｇｆとするのが望ましい。スポット溶接中、一定の加圧力であっても良いし、後述する各工程で加圧力を変化させても良い。
【００４１】
電極１６、１８についても、特に制限はないが、例えば、先端径６〜８ｍｍのＤＲ（ドームラジアス）型電極が挙げられる。最も代表的な例として、先端径６ｍｍ  先端Ｒ４０ｍｍのＤＲ型電極がある。電極材質としては、クロム銅またはアルミナ分散銅のどちらでも良いが、溶着および表チリを防止する観点ではアルミナ分散銅の方が望ましい。
【００４２】
次に、このような溶接機１０を用いて行う抵抗スポット溶接方法について説明する。
【００４３】
加圧制御部２２によって制御された電極１６、１８が鋼板１２と鋼板１４を重ねた板組みを所定の加圧力で挟持すると共に、電流制御部２６で制御された通電方式により溶接電源２４から電極１６、１８を介して鋼板１２、１４に溶接通電を行う。
【００４４】
通電方式は、図９に示すように、先ず、電流値Ｉ０で通電時間がｔ０のパルス波形の通電を三回行う（図９、パルスＰ１〜Ｐ３参照）。この際、各パルス間の通電しない休止時間はｔ１で一定である。また、パルセーション工程の最後のパルスＰ３の後の通電しない休止時間（以下、「最後の休止時間」という場合がある）ｔ２経過後、後述する連続通電工程が行われる。
【００４５】
なお、最初のパルスＰ１の立ち上がりから、最後の休止時間ｔ２の終了時までをパルセーション工程とする。
【００４６】
また、本実施形態の「パルス」には、後述するバリエーションの例（図１０Ｄ、図１０Ｅ参照）で示すスロープを有するものや鋸波形状のものを含む。
【００４７】
パルセーション工程の最後のパルスＰ３の通電が終了した後、最後の休止時間ｔ２が経過すると、パルスＰ１〜Ｐ３の電流値Ｉ０よりも低い電流値Ｉ１で、各パルスＰ１〜Ｐ３の（最大）通電時間ｔ０よりも長い通電時間ｔ３にわたって、電極１６、１８から鋼板１２、１４間に連続的に通電され、鋼板１２、１４の界面に所定のナゲット２８が形成される。
【００４８】
なお、本実施形態のパルセーション工程におけるパルスＰ１〜Ｐ３は、本発明の「パルセーション工程の通電」に相当する。また、本実施形態のパルセーション工程における休止時間ｔ１の範囲及び最後の休止時間ｔ２の範囲は、いずれも本発明の「パルセーション工程の通電休止」に相当する。さらに、本実施形態のパルスＰ１、Ｐ２間及びＰ２、Ｐ３間の休止時間ｔ１の範囲が本発明の隣接する通電間の「通電休止」に相当し、本実施形態の最後の休止時間ｔ２の範囲が本発明の「最後の通電休止」に相当する。
【００４９】
また、本実施形態のように、本発明のパルセーション工程の後には連続通電工程が行われるが、連続通電工程の前には必ずパルセーション工程の最後の通電休止が位置することになる。
【００５０】
このような通電方式で抵抗スポット溶接を行うことにより、以下のような効果が得られる。
【００５１】
パルセーション工程においては、材料の種類、板厚、板組みによって、通電時間、休止時間およびパルス数を調整する。本実施形態の抵抗スポット溶接方法では、まずパルセーション工程を設けることによって、短時間で鋼板の接触面同士のなじみを向上させることができる。
【００５２】
特に、酸化亜鉛等の電気抵抗が高い皮膜で覆われた表面処理ホットスタンプ鋼板の場合、通電と通電休止とが繰り返されることにより、熱膨張、収縮による振動を接触面に与えることができるため、高融点の酸化物層を効果的に溶接部の外側に排除することができる。また、パルセーション通電では通電および休止が繰り返されることにより、電極の冷却効果を十分に働かすことができ、ナゲット２８の急激な温度上昇を抑制できるため、中チリ、表チリの発生を抑制しつつ、短時間で鋼板１２、１４の接触面同士のなじみを向上させる効果を得ることができる。
【００５３】
パルセーション工程における各パルスＰ１〜Ｐ３の通電時間ｔ０は、１０〜６０ミリ秒であることが望ましい。通電時間ｔ０が１０ミリ秒未満では、加熱時間が短く鋼板１２、１４の接触面の発熱が十分ではなく、６０ミリ秒を越えると、加熱時間が長過ぎて表チリおよび中チリの発生率が高まるおそれがある。通電時間ｔ０は１５ミリ秒以上であるのがより望ましい。また、通電時間ｔ０は４５ミリ秒以下であるのがより望ましく、２５ミリ秒以下であるのがさらに望ましい。
【００５４】
パルセーション工程における溶接電流の電流値Ｉ０は、７．０〜１４．０ｋＡであることが望ましい。通常、パルセーションでの通電時間が増加すると、低い電流値でチリが発生するようになるため、パルセーション通電では、通電時間との兼ね合いから、７．０〜１４．０ｋＡの範囲でチリがでないように電流値を適宜調整するのが望ましい。
【００５５】
パルセーション工程における休止時間ｔ１は、最後の休止時間ｔ２を除いて、それぞれ１０〜６０ミリ秒であることが望ましい。休止時間ｔ１が１０ミリ秒未満では、休止が短く鋼板１２、１４の冷却が不十分であり中チリおよび表チリが発生するおそれがある。一方、休止時間ｔ１が６０ミリ秒を越えると、電極１６、１８による冷却効果が大きくなり過ぎ、後述の連続通電工程でのナゲット２８の形成量が低下するおそれがある。休止時間ｔ１は１５ミリ秒以上であるのがより望ましい。また、休止時間ｔ１は４５ミリ秒以下であるのがより望ましく、２５ミリ秒以下であるのがさらに望ましい。
【００５６】
パルセーション工程における最後の休止時間ｔ２は、１０〜１２０ミリ秒であることが望ましい。最後の休止時間ｔ２が１０ミリ秒未満では、ナゲット２８の冷却が不十分であり、連続通電工程時に低い電流値でもチリが発生するようになる。一方、最後の休止時間ｔ２が１２０ミリ秒を越えると、ナゲット２８が過度に冷却され、連続通電工程において、所定の継手強度を有する基準ナゲット径を得るための電流値が上昇し、適正電流範囲が狭くなる。最後の休止時間ｔ２は１５ミリ秒以上であるのがより望ましい。また、最後の休止時間ｔ２は１００ミリ秒以下であるのがより望ましく、６０ミリ秒間以下であるのがさらに望ましい。
【００５７】
このように、予備通電としてパルセーション工程を設けることによって、電極１６、１８の冷却効果を挟みつつ通電を繰り返すことができる。したがって、鋼板１２、１４の接触面における急激なナゲット２８の成長によるチリの発生を抑制しつつ、高張力鋼板と他の鋼板のなじみを増進させ、鋼板同士の界面における電流パスの増大を図ることができる。
【００５８】
したがって、パルセーション工程の後に連続通電工程を入れることによって、パルセーション工程の各パルスＰ１〜Ｐ３の（最大）通電時間ｔ１よりも長い時間連続通電しても、鋼板１２、１４間の電流パスの増大によって電流密度が下がり、鋼板同士の接触部の温度の上昇が抑制されることによりチリの発生が抑制される。すなわち、チリが発生する電流値が高くなる。
【００５９】
また、パルセーション工程でナゲット２８の成長が開始された後、連続通電工程においてパルセーション工程の各パルスの通電時間ｔ１よりも長い通電時間ｔ３通電することにより、一回通電（図１参照）よりも低い電流値でナゲット２８が所定の基準ナゲット径まで成長する。
【００６０】
この結果、本実施形態の抵抗スポット溶接方法では、連続通電工程における適正電流範囲が増加することになる。
【００６１】
ここで、適正電流範囲とは、所定の溶接強度が得られる基準とされるナゲット径が４ｔ１／２（ｔは板厚（ｍｍ）を示す。以下、「４√ｔ」と記載する場合がある。）となる電流値を下限とし、チリ（スパッタ）が発生しない最大電流値を上限として規定される範囲である。また、板厚ｔとは、ナゲットが形成される２枚の鋼板のうちの１枚の鋼板の厚さ（ｍｍ）である。２枚の鋼板の厚さが異なる場合には、薄い方の鋼板の厚さである。さらに、３枚以上の鋼板が重ね合わせられた場合には、ナゲット径が計測される２枚の鋼板のうち、薄い方の鋼板の厚さである。
【００６２】
したがって、本実施形態に係る抵抗スポット溶接方法を用いれば、チリが発生しやすい表面処理ホットスタンプ鋼板等を含む鋼板であっても、安定した抵抗スポット溶接を行うことが可能になる。
【００６３】
また本実施形態に係る抵抗スポット溶接方法によれば、チリ発生を抑制することで製品の外観品質を向上させることができる。また、溶接ロボットの可動部へのチリの付着を防止できるためロボットの稼働率を向上させることができる。また、チリ発生に伴うバリ取りなどの後工程を省略できるため、作業能率の向上を図ることもできる。
【００６４】
パルセーション工程におけるパルス（通電）の回数は少なくとも２回以上である。表面処理ホットスタンプ鋼板の場合、２回以上のパルスがないとチリの発生を抑制する効果が得られないためである。パルス回数は３回以上とすることがより好ましい。一般には板組みの総板厚が大きいほど、パルス回数を増やせば良いが、９回を越えてパルスを行っても効果が飽和する傾向があるため、パルス回数は９回以下とするのが好ましい。
【００６５】
チリが発生しやすい表面処理ホットスタンプ鋼板に適用する場合、パルセーション工程としては、例えば、１６．６（６０Ｈｚで１サイクル）〜２０ミリ秒（５０Ｈｚで１サイクル）で７．５〜１２ｋＡの通電と休止とを３回〜７回繰り返すのが望ましい。
【００６６】
本実施形態の抵抗スポット溶接方法は、パルセーション工程後に連続通電工程を備える。パルセーション工程だけでは、通電パスを拡大できてもナゲット径を拡大する効果は小さいが、パルセーション工程後に連続通電工程を設けることにより鋼板１２、１４の界面の発熱を促進し、中チリ、表チリを発生させることなく、十分な大きさのナゲット２８を形成することができる。
【００６７】
連続通電工程では、通電時間ｔ３が１００〜５００ミリ秒の連続的な通電を行うのが望ましい。連続通電工程における通電時間ｔ３が１００ミリ秒未満では、ナゲット２８を拡大するための時間が不十分で効果が得られず、５００ミリ秒を越えるとナゲット２８を拡大する効果が飽和するとともに、タクトタイムの上昇を招くためである。連続通電工程における通電時間ｔ３は、１２０ミリ秒以上であるのがより望ましく、４００ミリ秒以下であるのがより望ましい。
【００６８】
連続通電工程における電流値Ｉ１は、５．０〜１２．０ｋＡであることが望ましい。また、連続通電工程の電流値Ｉ１は、パルセーション工程での最大電流値Ｉ０以下とするのが望ましい。連続通電工程の電流値Ｉ１を、パルセーション工程の最大電流値Ｉ０より下げることで、チリの発生を抑制するためである。連続溶接工程では、電流値は必ずしも一定でなくても良く、途中で電流値を変化させても良いし、１６ミリ秒〜６０ミリ秒のアップスロープまたはダウンスロープを入れても良い。
【００６９】
ホットスタンプ鋼板等の高張力鋼板を対象とする場合、冷却過程を制御してナゲット２８の靭性を向上させることを目的として、連続通電工程後に、さらに１回の通電またはパルス通電を行っても良い（図１１Ｆ、図１１Ｇ参照）。連続通電工程後にさらなる通電を行うことによって、ナゲット２８内のリンの凝固偏析を緩和したり、ナゲット２８を焼き戻しマルテンサイト組織にしたりすることでナゲット２８の靭性を向上させ、スポット溶接継手強度を向上できるメリットが得られる。
【００７０】
本実施形態に係る抵抗スポット溶接方法は、上記のパルセーション工程および連続通電工程が終わった後、電流を流さずに電極１６、１８で押圧する保持工程をさらに備えても良い。保持工程を設けることでナゲット２８内の凝固割れを抑制することができる。保持工程を設ける場合の保持時間については特に制限はないが、保持時間が長すぎるとタクトタイムの増加につながるため、３００ミリ秒以下とすることが望ましい。
【００７１】
なお、パルセーション工程における各パルスＰ１〜Ｐ３の電流値Ｉ０、通電時間ｔ０および休止時間ｔ１は一定であっても良いし、各パルスで変化させても良い。
【００７２】
すなわち、２枚組みの鋼板に対して抵抗スポット溶接を行う場合には、本実施形態のようにパルセーション工程における各パルスの通電時間や各パルス間の通電休止時間を一定とし、各パルスの電流値も一定するものに限定されるわけではない。
【００７３】
例えば、図１０Ａに示すように、最初のパルスＰ１から後のパルスＰ２、Ｐ３に向かって電流値を上げていく制御を行っても良い。また、図１０Ｄに示すように、最初のパルスＰ１の立ち上げ部分にスロープを有するものとしても良い。さらに、図１０Ｅに示すように、各パルスＰ１〜Ｐ３の立ち上げ側がスロープとされた鋸波状でも良い。さらにまた、図１０Ｇに示すように、最初のパルスＰ１と二回目のパルスＰ２との間の最初の休止時間ｔ１１のみ他の休止時間ｔ１２よりも長く取るようにして最初のパルスＰ１に対する電極の冷却効果を他のパルスＰ２と比較して大きくしても良い。
【００７４】
パルセーション工程においてこのような通電方式を採用することにより、パルセーション工程におけるナゲット２８の急成長（当該部分の温度急上昇）を抑制し、中チリ、表チリの発生を抑制することができる。
【００７５】
また、例えば、図１０Ｈに示すように、最後の休止時間（最後のパルスＰ３と連続通電工程との間の通電休止時間）ｔ２を他の例（図１０Ａ〜図１０Ｇ参照）と比較して短くすることも考えられる。このように最後の休止時間ｔ２を短くすることによって、電極１６、１８による鋼板１２、１４の過度の冷却を抑制して連続通電時に鋼板に付与する電気エネルギ（例えば、通電時間、電流値）を抑制することができる。
【００７６】
さらに、２枚の厚板の外側に薄板が重ねられた３枚組みの鋼板に対して抵抗スポット溶接を行う場合には、次のようなパルセーション工程の通電方式のバリエーションが考えられる。
【００７７】
例えば、図１０Ｂに示すように、最初のパルスＰ１から最後のパルスＰ３に向かって電流値を下げていく制御を行っても良い。また、図１０Ｃのように、最初のパルスＰ１のみ、他のパルスＰ２、Ｐ３よりも高い電流値の通電をしても良い。さらに、図１０Ｆに示すように、最初のパルスＰ１のみ、他のパルスＰ２、Ｐ３よりも通電時間を長くして良い。
【００７８】
このように、３枚組み鋼板に対して最初のパルスＰ１によって付与される電気エネルギが他のパルスＰ２、Ｐ３によって付与される電気エネルギよりも高いため、薄板と厚板の接触抵抗が高い時点で高い電気エネルギを付与することにより、薄板と厚板を高温として両者の間にナゲットを成長させることができる。
【００７９】
同様に、本実施形態の抵抗スポット溶接方法の連続通電工程の通電方式のバリエーションについて図１１Ａ〜図１１Ｇを参照して説明する。
【００８０】
例えば、図１１Ａに示すように、連続通電工程の電流波形の立ち上がりをスロープとすること、あるいは図１１Ｅに示すように、連続通電工程の前半の電流値を後半の電流値よりも低い電流値とすることで、連続通電開始時のナゲット２８の急激な温度上昇を抑制して中チリ、表チリの発生を抑制することができる。
【００８１】
また、図１１Ｂに示すように、連続通電工程の電流波形の立ち下がりをスロープとするものや、図１１Ｃに示すように、連続通電工程の後半の電流値を前半の電流値よりも低くするものがある。このようにすることで、溶接後の冷却を緩やかにして溶接部の金属組織の特性を変えることで、溶接継手の強度を向上させることができる。
【００８２】
さらに、例えば、図１１Ｆや図１１Ｇに示すように、連続通電工程の後に、一回の通電あるいはパルス通電を行うものである。これにより、溶接部の金属組織を改善し、溶接継手の強度を向上させるものである。
【００８３】
さらにまた、図１１Ｄに示すように、薄板、厚板、厚板の３枚重ねの板組みに対して連続通電工程の最初に高い電流値の通電を行うことで、薄板と厚板間のナゲット成長を促進するものである。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００８５】
[実施例１]【００８６】
本実施例で用いられた溶接機は、サーボ加圧式のインバータ直流スポット溶接機であり、先端径６ｍｍ、先端Ｒ４０ｍｍのＤＲ型電極（アルミナ分散銅）を備える。被溶接材は、板厚１．２ｍｍ、サイズ３０ｍｍ×１００ｍｍの１５００ＭＰａ級アルミめっきホットスタンプ鋼板（ホットスタンプ前のめっき付着量は、片側あたり４０ｇ／ｍ２。加熱条件は、９００℃のガス炉内で４分間加熱。）を２枚重ね合わせたものである。【００８７】
溶接方法について、表１に示す。なお、試験番号６、７は連続通電工程の前に予備通電があるが、予備通電と連続通電工程との間に休止時間のない２段通電を行ったものである。また、試験番号８は、予備通電と連続通電工程の間に通電の休止時間（３４msec）があったものである。なお、本発明例及び比較例とも、加圧力は、パルセーション工程又は予備通電、および連続通電工程で一定値（３００ｋｇｆ）とした。【００８８】
各試験について、パルセーション工程又は予備通電の条件を一定にしたまま、連続通電工程の電流値を変化させてスポット溶接を行うことにより、溶接継手の強度の基準とされるナゲット径が４√ｔ（ｔ：板厚mm）＝４．３ｍｍ以上となる最小電流（４√ｔ電流）値と、チリ（中チリと表チリ）が発生しない最大電流（チリレス最大電流）値を求めた。この４√ｔ電流値以上でチリレス最大電流値以下の範囲、すなわち、溶接継手に所定の強度を与えるナゲットを形成しつつ、チリを発生させない連続通電工程の電流値の範囲を適正電流範囲とした。試験結果を表１に示す。【００８９】
なお、ナゲット径は、スポット溶接後、タガネで破壊試験を行い、破面をノギスで測定して求めた。またチリの発生の有無は、スポット溶接時に目視で確認した。【００９０】
【表１】
2015005134.tif 000003
【００９１】
表１に示すように、予備通電のないもの、あるいは予備通電はあるが予備通電と連続通電の間に通電の休止時間がない比較例の試験番号５〜７と比較して、パルセーション工程を有する本発明例の試験番号１〜４の適正電流範囲が３倍以上広くなっている。また、予備通電と連続通電工程の間に休止時間がある比較例の試験番号８と比較しても、パルセーション工程を有する(通電と休止を複数回繰り返す)本発明例の試験番号１〜４は適正電流範囲が２倍以上広いことが確認された。【００９２】
[実施例２]【００９３】
本実施例で用いられた溶接機は、実施例１と同一である。被溶接材は、板厚０．７ｍｍ、サイズ３０ｍｍ×１００ｍｍの２７０ＭＰａ級ＧＡめっき鋼板と、板厚１．２ｍｍの１５００ＭＰａ級のＧＡめっきホットスタンプ鋼板（ホットスタンプ前のめっき付着量は、片側あたり５５ｇ／ｍ２。加熱条件は実施例１と同様。）と、板厚１．４ｍｍの４４０ＭＰａ級非めっき鋼板との３枚を重ね合わせたものである。溶接方法について、表２に示す。なお、比較例の通電方式は、実施例１と同様である。また、本発明例及び比較例とも、加圧力は、パルセーション工程又は予備通電、および連続通電工程で一定値（３００ｋｇｆ）とした。【００９４】
試験及び試験結果の評価については、実施例１と同様に行った。【００９５】
なお、４√ｔ電流値については、３枚の板の板厚が異なるため、以下のように判定している。すなわち、鋼板同士それぞれの界面のナゲット径が、それぞれ４√ｔ（ｔ：重ね面の薄板側の板厚mm）を満たしている最小の電流値を４√ｔ電流値とする。具体的には、板厚０．７ｍｍの鋼板と板厚１．２ｍｍの鋼板の間の界面のナゲットについては、ナゲット径が４×（０．７）１／２＝３．４ｍｍであれば４√tとし、板厚１．２ｍｍの鋼板と板厚１．４ｍｍの鋼板の間の界面のナゲットについては、ナゲット径が４×（１．２）１／２＝４．４ｍｍ  ）以上であれば、４√ｔとする。したがって、双方の界面のナゲット径がそれぞれ４√ｔ以上となる最小の電流値を４√ｔ電流値とする。【００９６】
試験結果を表２に示す。【００９７】
【表２】
2015005134.tif 000004
【００９８】
表２に示すように、被溶接材がホットスタンプ材を含む３枚重ねでも、実施例１と同様に、予備通電のないもの、予備通電はあるが予備通電と連続通電の間に休止時間のないもの、予備通電と連続通電の間に休止時間のある比較例の試験番号４〜６と比較して、パルセーション工程を有する本発明の試験番号１〜３の適正電流範囲が３倍近く広く（２．０ｋＡ以上に）なっていることが確認された。【００９９】
[実施例３]【０１００】
本実施例で用いられた溶接機は、エアー加圧式のインバータ直流スポット溶接機であり、先端径６ｍｍ、先端Ｒ４０ｍｍのＤＲ型電極（アルミナ分散銅）を備える。被溶接材は、板厚１．６ｍｍ、サイズ３０ｍｍ×１００ｍｍの１５００ＭＰａ級の炉加熱したＺｎＯ皮膜処理Ａｌめっきホットスタンプ鋼板２枚を重ね合わせたものである。溶接方法について、表３に示す。なお、比較例の通電方式は、実施例１と同様である。また、本発明例及び比較例とも加圧力は、パルセーション工程又は予備通電、および連続通電工程で一定値（３５０ｋｇｆ）とした。【０１０１】
試験及び試験結果の評価については、実施例１と同様に行った。【０１０２】
試験結果について表３に示す。【０１０３】
【表３】
2015005134.tif 000005
【０１０４】
なお、本実施例で使用した、ＺｎＯ皮膜処理Ａｌめっきホットスタンプ鋼板は下記の方法で作成した。【０１０５】
板厚１．６ｍｍの冷延鋼板を使用して、ゼンジマー法でＡｌめっきした。このときの焼鈍温度は約８００℃であり、Ａｌめっき浴はＳｉ：９％を含有し、他に鋼帯から溶出するＦｅを含有していた。その後、めっき付着量をガスワイピング法で片面あたり４０ｇ／ｍ２に調整した。Ａｌめっき層の表面粗度を調整するために、めっき後の冷却時に水をスプレー状に噴霧した。Ａｌめっき鋼板を冷却後、処理液をロールコーターで塗布し、約８０℃で焼き付けた。処理液は、シーアイ化成株式会社製ＮａｎｏＴｅｋ（登録商標）  ＳｌｕｒｒｙのＺｎＯ  Ｓｌｕｒｒｙをベースとし、バインダーとして水溶性ウレタン樹脂を固形分中最大３０％、着色のためにカーボンブラックを固形分中最大１０％添加した。付着量はＺｎ含有量として測定し、０．８ｇ／ｍ２とした。このようにして製造した鋼板を、大気雰囲気下において９００℃で５分炉加熱した後、水冷金型で焼き入れし、供試材とした。【０１０６】
表３に示すように、被溶接材がＺｎＯ皮膜処理Ａｌめっきホットスタンプ鋼板の２枚重ねでも、実施例１と同様に、予備通電のないもの、予備通電はあるが予備通電と連続通電の間に休止時間のないもの、予備通電と連続通電の間に休止時間のある比較例の試験番号５〜８と比較して、パルセーション工程を有する本発明の試験番号１〜４では連続通電工程における電流値上限（チリレス最大電流値）を上昇させることができ、適正電流範囲が広く（１．５ｋＡ以上に）なっていることが確認された。【０１０７】
２０１３年７月１１日に出願された日本国特許出願２０１３−１４５３８０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。【０１０８】
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１】
2015005134.tif 000006
【図２】
2015005134.tif 000007
【図３】
2015005134.tif 000008
【図４】
2015005134.tif 000009
【図５】
2015005134.tif 000010
【図６】
2015005134.tif 000011
【図７】
2015005134.tif 000012
【図８】
2015005134.tif 000013
【図９】
2015005134.tif 000014
【図１０Ａ】
2015005134.tif 000015
【図１０Ｂ】
2015005134.tif 000016
【図１０Ｃ】
2015005134.tif 000017
【図１０Ｄ】
2015005134.tif 000018
【図１０Ｅ】
2015005134.tif 000019
【図１０Ｆ】
2015005134.tif 000020
【図１０Ｇ】
2015005134.tif 000021
【図１０Ｈ】
2015005134.tif 000022
【図１１Ａ】
2015005134.tif 000023
【図１１Ｂ】
2015005134.tif 000024
【図１１Ｃ】
2015005134.tif 000025
【図１１Ｄ】
2015005134.tif 000026
【図１１Ｅ】
2015005134.tif 000027
【図１１Ｆ】
2015005134.tif 000028
【図１１Ｇ】
2015005134.tif 000029
【国際調査報告】
2015005134.tif 000030
2015005134.tif 000031
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