(57)【要約】【課題】  従来に比べて、より簡便にかつ短時間で鋼板のスポット溶接性を評価することが可能な鋼板のスポット溶接性の評価方法を提案する。【解決手段】  スポット溶接における通電時の電極間の電圧測定値及び電流測定値から電極間の電気抵抗値を求めた後、通電開始から４０ｍｓまでの間の電気抵抗値の最大値と通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値をそれぞれ求め、該平均値に対する前記最大値を基に鋼板のスポット溶接性を評価することを特徴とする鋼板のスポット溶接性評価方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接における通電時の電極間の電圧測定値及び電流測定値から電極間の電気抵抗値を求めた後、通電開始から４０ｍｓまでの間の電気抵抗値の最大値と通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値をそれぞれ求め、該平均値に対する前記最大値を基に鋼板のスポット溶接性を評価することを特徴とする鋼板のスポット溶接性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車、家電などの製造分野で多く適用される薄鋼板のスポット溶接方法に関し、特にスポット溶接により形成された溶接部の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接は、抵抗溶接法の一種であり、一般に自動車、家電などを組み立てる際の薄鋼板の重ね合わせ溶接として多く適用される。スポット溶接は、図１に示すように、先ず２枚の鋼板１、２を重ね合わせて、これらの上下に配置された電極３、４で重ね合わせ面を加圧しつつ通電し、抵抗発熱で重ね合わせ面に溶融金属を形成させ、冷却、凝固させることで接合する。この溶融金属が冷却、凝固して形成される溶融接合部をナゲット５と称し、この大きさを表す指標として、図１に示す、重ね合わせ面上の平均円相当径である、ナゲット径ｄｎが用いられる。また、溶接時には、ナゲット５の周囲に、鋼板の融点未満の温度まで加熱され、組織変態などの熱的影響を受けた熱影響部６（以下、ＨＡＺ：Ｈｅａｔ  ａｆｆｅｃｔ  ｚｏｎｅともいう）が形成される。スポット溶接では、このナゲット径ｄｎの大きさ、さらに鋼板によっては、熱影響部６の範囲が溶接継手の強度に大きく影響するため、スポット溶接部の品質評価のために管理されている。
【０００３】
一般に、所定の継手強度を得るための適正ナゲット径ｄｎ0は、鋼板の板厚ｔをもとに下記（１）式のように定義され、この適正ナゲット径ｄｎ0を安定して得るための溶接電流Ｉａを下記（２）式で管理している。
ｄｎ0＝４√ｔ  ・・・  （１）
Ｉａ＝Ｉ０×１．４  ・・・（２）
なお、Ｉ０は適正ナゲット径ｄｎ0を得るための初期電流値を示す。
【０００４】
従来から、鋼板のスポット溶接性及び電極寿命を評価する手法として、例えば、特許文献１等に示されるような連続打点試験法が知られている。
【０００５】
その一例として、図３に板厚１ｍｍの亜鉛めっき鋼板の連続打点試験法を示す。
【０００６】
スポット溶接により鋼板を所定間隔で連続溶接する場合は、溶接回数（以下、溶接打点数ともいう）が増加するにつれて電極が熱変形し、劣化する。そのため、一定溶接電流Ｉａの条件で溶接すると、図３に示すように溶接打点数の増加ともに電流密度が低下しナゲット径が小さくなり、所定溶接打点数を超えると適正ナゲット径ｄｎ0が得られなくなる。
【０００７】
適正ナゲット径ｄｎ0が得られなくなるまでの最大打点数は、鋼板の種類によって異なり、例えば、図３に示す亜鉛めっき鋼板の場合には、銅製電極の先端部で銅と亜鉛の合金化により電極の脆化及び損耗が顕著であるため、比較的少ない溶接打点数（３０００点程度）で適正ナゲット径ｄｎ0（４√１＝４ｍｍ）より小さくなる。
【０００８】
スポット溶接の連続打点試験法は、鋼板の種類に依存する適正ナゲット径ｄｎ0より小さくなるまでの最大打点数を測定することにより、鋼板のスポット溶接性及び電極寿命を評価する方法である。
【０００９】
しかし、スポット溶接の連続打点試験法は、評価結果を得るために鋼板の種類によっては最大６０００打点程度を必要とし、また、３００〜５００点毎にスポット溶接部のサンプルを採取し、その切断断面を鏡面研磨し、光学顕微鏡で観察してナゲット径を測定する必要があるため、日数にして最大で１２日程度の長い時間を要しするという問題があった。
【００１０】
【特許文献１】特開平０４−９４８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、従来に比べて、より簡便にかつ短時間で鋼板のスポット溶接性を評価することが可能な鋼板のスポット溶接性の評価方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
【００１３】
（１）  スポット溶接における通電時の電極間の電圧測定値及び電流測定値から電極間の電気抵抗値を求めた後、通電開始から４０ｍｓまでの間の電気抵抗値の最大値と通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値をそれぞれ求め、該平均値に対する前記最大値を基に鋼板のスポット溶接性を評価することを特徴とする鋼板のスポット溶接性評価方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スポット溶接の通電時に測定される電極間の電圧及び電流値により求められる電気抵抗値の時間変化を基に鋼板のスポット溶接性を評価でき、従来に比べてより簡便にかつ短時間で鋼板のスポット溶接性を評価することが可能となる。
【００１５】
本発明の適用により、鋼板種類に応じたスポット溶接条件の設定や、スポット溶接条件に応じた鋼板の選別が格段に迅速に行うことが可能となり、社会的な貢献は多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施形態の一例について図面を用いて説明する。
【００１７】
本発明ではスポット溶接機として、図７に示されるような上下一対の溶接電極１、２と、溶接電源１０と、溶接電極の加圧力、溶接電流などを制御するための溶接制御系１１からなる一般的な交流型定置式スポット溶接機７が用いられる。
【００１８】
また、この交流型定置式スポット溶接機７を用いて溶接する場合は、図２に示されるように、溶接電極１、２により鋼板の重ね合わせ部を加圧し、通電させる。
【００１９】
つまり、スポット溶接では、先ず、電極２、３により無通電の状態で鋼板１、２に対し所定加圧力で所定時間（以下、スクイズ時間という）加圧し電極と鋼板との接触面をなじませ、引き続き、同じ加圧力で所定時間（以下、通電時間という）通電を行うことで重ね合わせ面を溶融し、溶融金属を形成する。さらに、通電終了後、同じ加圧力で所定時間（以下、ホールド時間という）加圧することで溶融金属の冷却、凝固を早めナゲット５を形成させる。この際の加圧力、溶接電流およびこれら保持時間は、溶接制御系１１により制御される。なお、一般に板厚ｔ＝１ｍｍの鋼板の重ね合せ溶接を行う場合、スクイズ時間は約０．５秒、通電時間は約０．２〜０．３秒、ホールド時間は約０．１秒で行なわれる。
【００２０】
本発明の実施形態は、例えば、図４に示される一連の装置を用いて行うことができる。
交流型定置式スポット溶接機７の溶接制御系１１からスポット溶接時の電極１、２間の電圧測定値および溶接電流測定値をＡ／Ｄコンバータ８を介して経時的なデジタルデータとしてパーソナルコンピュータ９のメモリーに入力し、記憶する。
【００２１】
次に、パーソナルコンピュータ９のＣＰＵにおいて、記憶されたスポット溶接時の電極１、２間の電圧測定値および溶接電流測定値の経時的なデジタルデータから、下記（２）式（オームの法則）を用いて電極１、２間の電気抵抗値を求め、さらに通電開始から４０ｍｓまでの間の最大値と通電開始から終了までの平均値、そして最大値を平均値で割った相対値を求める、演算処理を行う。
Ｒ＝Ｖ／Ｉ    ・・・（２）
但し、Ｒ：電極間電気抵抗値（計算値）、Ｖ：電極間電圧値（測定値）、Ｉ：電極間電流値（測定値）
【００２２】
本発明は、上記のように、スポット溶接時の電極１、２間の電圧測定値Ｖおよび溶接電流測定値Ｉから求められた電極１、２間の電気抵抗値Ｒの経時的なデータにおける通電開始から４０ｍｓまでの間の最大値と、通電開始から終了までの平均値との比率が、電極の寿命、つまり、鋼板の溶接性とに良い相関性を有することに着目してなされたものである。
【００２３】
図５はスポット溶接時の電極間の電圧測定値Ｖおよび溶接電流測定値Ｉから求めた電極間の電気抵抗値Ｒの経時的変化を示すグラフである。
なお、図５において太線が溶接時に表面散り（溶接金属のスパッタ）を発生しなかった場合、細線が溶接時に表面散りが発生した場合をそれぞれ示している。
【００２４】
発明者らの試験結果によれば、スポット溶接における通電時に鋼板の種類やめっき有無などにより鋼板の重ね合わせ面に十分に接触抵抗が得られない場合には、通電領域の一部で電流密度が局所的に過大となり、表面散り（溶融金属のスパッタ発生）が発生し、その結果、図５に示すような電気抵抗が過度に高くなる現象を確認している。この通電開始後４０ｍｓまでの通電初期に起きる現象は、従来十分に解明されてなく、本発明者らの検討の結果、明らかになった新規知見である。スポット溶接における通電時に鋼板の重ね合わせ面が十分に接触されている良好なスポット溶接時は、電気抵抗値は通電初期にわずかな上昇はあるものの、通電終了までほぼ一定に収斂する傾向がある。
【００２５】
つまり、上記のように求められた通電時の電気抵抗値Ｒの通電開始から４０ｍｓ（ミリ秒）までの間の最大値と、通電開始から終了までの平均値より求まる相対比（最大値／平均値）を基に、溶接時の表面散り（溶融金属のスパッタ）発生による電極寿命の評価、さらに鋼板のスポット溶接性を評価することができる。
【００２６】
なお、本発明において電気抵抗値の通電開始から４０ｍｓまでの最大値をそのまま用いず、その電気抵抗値の平均値に対する相対比（最大値／平均値）を鋼板のスポット溶接性評価の指標とした理由は、前記電気抵抗値の最大値の絶対値を指標にすると、鋼板の種類や溶接条件によって前記電気抵抗値の最大値の絶対値が変わるため、鋼板の正しいスポット溶接性評価ができなくなるためである。
【００２７】
本発明はこれらの知見をもとになされたものであり、スポット溶接における通電時の電極間の電圧測定値及び電流測定値から電極間の電気抵抗値を求めた後、通電開始から４０ｍｓまでの間の電気抵抗値の最大値と通電開始から終了までの電気抵抗値の平均値を求め、この平均値に対する前記最大値の相対比を基に鋼板のスポット溶接性を評価することを特徴とするものである。
【００２８】
図６に本発明法により求められた通電初期（通電開始から４０ｍｓの間）の電気抵抗値の最大値（平均値に対する相対比）と、従来の連続打点性試験法により求められた電極寿命（適正ナゲット径ｄｎが得られる最大連続打点数）との関係を示す。
【００２９】
従来から鋼板の溶接性および電極寿命の評価方法として鋼板の連続打点性試験が多く用いられている。図６に示されるように本発明法により求められた通電初期の電気抵抗値の最大値（平均値に対する相対比）は、連続打点性試験法で求められる電極寿命（適正ナゲット径ｄｎが得られる最大連続打点数）と良い相関関係を有することが判る。
【００３０】
これは、スポット溶接における通電時に計測される電極間の電圧測定値及び電流測定値から求められる通電初期の電気抵抗値の最大値（平均値に対する相対比）は、鋼板のスポット溶接時に重ね合わせ面の表面散り（溶接金属のスパッタ）の発生現象、およびそれによる電極寿命に良い相関性をもつためであると考えられる。
【００３１】
本発明では、予め数種類の鋼板について、図６に示されるような本発明法により求められる通電初期の電気抵抗値の最大値（平均値に対する相対比）と電極寿命との関係を示す校正曲線（なお、図６は片対数グラフを示す）を作成しておくことにより、実際の溶接対象鋼板のスポット溶接性の評価を行うことが可能となる。
【００３２】
従来の鋼板のスポット溶接性の評価方法として、鋼板の連続打点性試験が多く用いられている。この方法は、鋼板の連続打点性試験において電極寿命、つまり、適正ナゲット径ｄｎ0（４√ｔ）が得られなくなるまでの最大打点数をもとに鋼板のスポット溶接性を評価する方法である。しかし、この連続打点性試験による鋼板の溶接性評価方法では、電極寿命である、鋼板の連続打点性試験により電極先端部の脆化及び損耗が顕著となり、適正ナゲット径ｄｎ0が得られなくなるまでの最大打点数を計測する必要がある。そのため、鋼板の種類によってはその評価のために最大６０００打点程度の連続打点数を必要とし、また、３００〜５００点毎にスポット溶接部の切断断面を採取し、鏡面研磨により光学顕微鏡で観察し、ナゲット径を測定する必要があるため、最大で１２日程度の長い時間を評価のために要するという問題があった。従来は、このような試験を実際に溶接する鋼板の種類毎、さらには、溶接条件におうじてそれぞれ評価していたためにその評価に要する作業負荷及びコストは多大なものとなっていた。
【００３３】
これに対して、本発明法によれば、スポット溶接における通電時に計測される電極間の電圧測定値及び電流測定値から電極間の電気抵抗値を求めた後、この電気抵抗値の通電初期（通電開始から４０ｍｓの間）の最大値（平均値に対する相対比）を基に鋼板のスポット溶接性を評価するため、従来の連続打点性試験と同等の信頼性で、従来に比べ、より簡便にかつ短時間で鋼板のスポット溶接性を評価できる。
【００３４】
また、本発明によれば、予め図６のような校正曲線を作成するだけで、実際の溶接対象鋼板の種類や溶接条件によらず、短時間で信頼性の高い鋼板のスポット溶接性評価が可能となる。
【実施例】
【００３５】
以下に本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００３６】
上述した図４及び図７に示す一連の装置を用いて鋼板板厚が１ｍｍで表１に示す５種類の鋼板（合金化亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板（目付量３５ｇ／ｍ２）、電気亜鉛めっき鋼板（目付量２０ｇ／ｍ２）、有機複合めっき鋼板（目付量２０ｇ／ｍ２）、有機複合めっき鋼板（目付量１５ｇ／ｍ２））を３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさに切断したものを２枚重ね合わせてスポット溶接し、その通電時の電極間の電圧測定値及び電流測定値から下記（２）式（オームの法則）を用いて電極間の電気抵抗値を求め、通電開始から４０ｍｓ（ミリ秒）までの間の電気抵抗値の最大値と通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値をそれぞれ求めた後、この平均値に対する前記最大値を基に各鋼板のスポット溶接性を評価した。
【００３７】
また、表１には、本発明法による通電初期の電気抵抗最大値の相対比（最大値／平均値）、これにより求めた電極寿命、電極寿命に基づいて評価した鋼板のスポット溶接性評価、本発明法と従来の連続連続打点試験での評価試験日数の比較結果を示した。
【００３８】
なお、電極寿命（連続打点数）は、上述の図６に示した本発明法による通電初期の電気抵抗最大値の相対比（最大値／平均値）と電極寿命との校正曲線（片対数グラフ）から求めた。鋼板のスポット溶接性評価は、電極寿命に基づいて電極寿命（連続打点数）が４０００点を超えるものを“良好”とし、４０００点〜３０００点を“普通”とし、３０００点未満を“不良”として評価した。
【００３９】
表１から本発明法により各鋼板のスポット溶接性を評価し、合金化亜鉛めっき鋼板が“良好”、電気亜鉛めっき鋼板（目付量３５ｇ／ｍ２）が“普通”、電気亜鉛めっき鋼板（目付量２０ｇ／ｍ２）、有機複合めっき鋼板（目付量２０ｇ／ｍ２）および有機複合めっき鋼板（目付量１５ｇ／ｍ２）が“不良”と評価できる。
【００４０】
また、本発明法と従来の連続連続打点試験での評価試験日数の比較結果から、本発明法により従来の連続打点試験の評価日数に比べ、１／４〜１／２２に評価時間を大幅に短縮できた。
【００４１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一般のスポット溶接方法を説明するための模式図である。
【図２】スポット溶接時の加圧力および溶接電流を示す図である。
【図３】連続打点試験法による連続打点数とナゲット径との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を説明するための装置を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の一例を示す電極間の電気抵抗値の経時的変化を示すグラフである。
【図６】本発明法で求められた電極間電気抵抗値の最大値（相対値）と、連続打点性試験法で求められた電極寿命との関係を示す図である。
【図７】交流型定置式スポット溶接機の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：鋼板（上）
２：鋼板（下）
３：電極（上）
４：電極（下）
５：ナゲット
６：熱影響部
７：交流型定置式スポット溶接機
８：Ａ／Ｄコンバータ
９：パーソナルコンピュータ
１０：溶接電源
１１：溶接制御系
【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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