(57)【要約】【課題】抵抗スポット溶接では困難な条件下においても、安定した接合品質を得ることのできる接合方法を提供する。【解決手段】本発明に係る接合方法は、重ね合わせた複数の板状部材１，２の平面方向に沿って溶接電極１１を移動させながら複数の接合予定領域３〜５に順次アーク溶接を施すことで、複数の板状部材１，２を接合するための方法であって、各々の接合予定領域３〜５上で溶接電極１１を蛇行させると共に、接合予定領域３〜５上への侵入位置Ｐ１と接合予定領域３〜５上からの退出位置Ｐ２とが異なるように溶接電極１１を移動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた複数の板状部材の平面方向に沿って溶接電極を移動させながら複数の接合予定領域に順次アーク溶接を施すことで、前記複数の板状部材を接合するための方法であって、
前記各々の接合予定領域上で前記溶接電極を蛇行させると共に、前記接合予定領域上への侵入位置と前記接合予定領域上からの退出位置とが異なるように前記溶接電極を移動させる、板状部材の接合方法。
【請求項２】
前記溶接電極が互いに隣り合う前記接合予定領域の間を移動する間の電流値を、前記板状部材への溶け込みが生じない程度の大きさに設定する請求項１に記載の板状部材の接合方法。
【請求項３】
前記溶接電極が前記接合予定領域上を蛇行する際の軌跡が交差のない形状に設定される請求項１に記載の板状部材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の車体を構成する板状部材には、通常、鋼板が使用されている。また、重ね合わせた複数枚の鋼板を接合するための手段として、他の接合手段に比べて低コストで、安定した接合品質を得ることのできる抵抗スポット溶接が多く用いられる傾向にある。
【０００３】
ところで、近年の自動車に対する低燃費化の要求に伴って、車体に対する軽量化の要求が高まっている。また、乗員の安全性や操作安定性（あるいは乗り心地）向上のため、車体の剛性、特にキャビン部の高剛性化に対する要求も高まっている。キャビン部のドア開口部における接合強度は、キャビン部の剛性に大きく寄与することから、ドア開口部の接合強度を向上させることが必要になる。
【０００４】
このように、軽量化と高剛性化を両立するために、車体用鋼板にハイテンなどの高張力鋼板を採用して従来よりも板厚を小さくすると共に、１部材あたりの溶接数を増加することが検討され始めている。しかしながら、高張力鋼板は、従来の鋼板に比べて溶接性に乏しく、このことに起因して接合強度が弱いといった問題がある。また、抵抗スポット溶接だと、板厚比が大きい場合に良好な接合部（例えばナゲットなど）を形成することが困難であったり、抵抗スポット溶接のピッチを小さくしていくと、隣り合う溶接ポイントで既に形成された接合部に分流が生じるため、溶接数を思うように増やせない、といった問題がある。
【０００５】
上述の問題に対処するため、例えばアーク溶接を利用したアークスポット溶接の導入が検討されている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７５８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、アークスポット溶接は、母材の接合予定領域上に溶接用トーチを移動させた後、母材との間にアークを発生させることにより行われるものであるから、複数箇所にアークスポット溶接を施す場合、その都度アークを発生させる必要が生じる。アーク放電初期におけるアーク発生不良が多いことに鑑みれば、極力アーク放電のスタート回数は少なくしたいが、上述のように接合箇所の数だけアークを発生させていたのでは、その分アークの発生不良率が高まる、との問題があった。特に、相応の大きさの溶け込みを得ようとすれば、その分電流値を高める必要があるため、よりアークスタート時の安定性に欠けやすい、との問題があった。
【０００８】
以上の事情に鑑み、本発明により解決すべき課題は、抵抗スポット溶接では困難な条件下においても、安定した接合品質を得ることのできる接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題の解決は、本発明に係る板状部材の接合方法によって達成される。すなわち、この接合方法は、重ね合わせた複数の板状部材の平面方向に沿って溶接電極を移動させながら複数の接合予定領域に順次アーク溶接を施すことで、複数の板状部材を接合するための方法であって、各々の接合予定領域上で溶接電極を蛇行させると共に、接合予定領域上への侵入位置と接合予定領域上からの退出位置とが異なるように溶接電極を移動させる点をもって特徴付けられる。
【００１０】
このように溶接電極を溶接予定領域上で蛇行させながらアーク溶接を行うことで、溶接予定領域に対する過度な加熱を防ぎつつ平面方向に大きなサイズの溶け込みを得ることができる。よって、溶接予定領域に良好な接合部を形成することが可能となる。もちろん、適当な大きさの電流値で足りるため、スラグの発生も抑制できる。また、接合予定領域上への侵入位置と退出位置とが異なるように溶接電極を移動させるようにしたので、一の接合予定領域上からこれと隣り合う他の接合予定領域上へと、その軌跡が途切れることなく連続的に（いわば一筆書きの態様で）溶接電極を移動させることができる。このような移動態様であれば、母材（板状部材）との間で発生させたアークを維持しながら順次隣り合う接合予定領域上に移動することができるので、その都度アーク放電を開始することなく各接合予定領域において板状部材との間でアークを安定的に発生させることができる。よって、何れの接合予定領域においても安定した接合品質を得ることができる。また、その都度溶接電極を停止して、アークが安定するまで電流を流し続ける必要がないため、短時間でかつエネルギーコストを抑えてアーク溶接を実施することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る接合方法は、溶接電極が互いに隣り合う接合予定領域の間を移動する間の電流値を、板状部材への溶け込みが生じない程度の大きさに設定するものであってもよい。
【００１２】
このように電流値を調整することで、接合予定領域以外の領域を移動する際は、母材となる板状部材との間に発生させたアークを維持しつつも、過度な加熱による母材への溶け込みを防止して、エネルギーコストを節約することができる。よって、安定した品質の接合部を予定した複数の領域に無駄なく形成することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る接合方法は、溶接電極が接合予定領域上を蛇行する際の軌跡が交差のない形状に設定されるものであってもよいし、より好ましくは、溶接電極が接合予定領域上を蛇行する間に形成される溶融部が、板状部材を平面視した状態で、互いに重複しない位置に形成されるものであってもよい。
【００１４】
このように溶接電極の接合予定領域上における移動軌跡を交差のない形状とすることで、移動軌跡の周囲に生じる板状部材への溶け込み態様が安定する。すなわち、接合予定領域上で溶接電極の移動軌跡が交差する箇所では二重に板状部材への溶け込みが試みられることになるが、二度目の溶け込みトライ時には、既に形成された溶融部が新たな溶融金属の溶け込みを阻害する（電流が弱い場合）。アーク発生時の電流値を高めれば、既存の溶融部を再溶融することも可能であるが、この場合には溶け落ちを生じるおそれが新たに生じる。この点、本発明のように、接合予定領域上における溶接電極の移動軌跡が交差しないようにすることで、溶け込みが阻害され、あるいは溶け落ちにつながるような過剰な溶け込みが生じる事態を可及的に防止することができる。従って、接合予定領域における板状部材への溶け込み態様を安定させて、より安定した接合品質を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、抵抗スポット溶接では困難な条件下においても、安定した接合品質を得ることのできる接合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る板状部材の接合方法を説明するための要部断面図である。
【図２】図１に示す板状部材を矢印Ａの方向から見た場合における溶接電極の移動軌跡を示す要部平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る接合方法における電流値の時間変動を表すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る接合方法で形成された接合体のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る接合方法を説明するための要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る板状部材の接合方法を図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、説明の理解を容易にするために図面中の上下方向を用いて部材の位置関係を説明しているが、この方向は、実際の接合時におけるワーク（板状部材）の天地を限定するものではないことはもちろんである。
【００１８】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る板状部材の接合方法を説明するための要部断面図である。これらの図に示すように、この接合方法は、重ね合わせた２枚の板状部材１，２の平面方向に沿って溶接電極１１を移動させながら複数の接合予定領域に順次アーク溶接を施すことで、上記２枚の板状部材１，２を接合するための方法である。本実施形態では、上側に位置する第一の板状部材１の側のみ（一方の側のみ）からアーク溶接を施す場合を例にとって以下説明する。
【００１９】
このアーク溶接に用いられる溶接用トーチ１０はアーク溶接機と接続され、例えば多関節ロボットなどのロボットアームの先端に取り付けられる（何れも図示は省略）。そして、図１に示すように、この溶接用トーチ１０をロボットアームにより停止することなく連続的に移動させながら、複数の接合予定領域（本実施形態では３箇所の接合予定領域３〜５）上において、溶接用トーチ１０の先端に保持された溶接電極１１と母材となる第一の板状部材１との間にアークを発生させて、第一の板状部材１への溶け込みを発生させる。
【００２０】
ここで、溶接電極１１は、各々の接合予定領域３〜５上で蛇行する移動軌跡を描く。本実施形態では、図２に示すように、接合予定領域３〜５ではない第一の板状部材１上の所定の位置からアーク放電を開始すると共に、第一の板状部材１の平面方向への移動を開始する。そして、アーク放電を維持した状態で最初の接合予定領域３上に進入し、蛇行を開始する。図示例では、溶接電極１１は、接合予定領域３上に進入した後、いったん左方向に曲がり、然る後、右方向に大きく曲がって、最後にまた左方向に曲がって接合予定領域３上から退出する移動軌跡（いわば略Ｓ字状の軌跡）を描く。他の接合予定領域４，５においても同様の移動軌跡を描いた後、溶接電極１１は接合予定領域５外の所定位置で停止する。これにより、予め想定されている接合予定領域３〜５上をなるべく多く通過しつつも、接合予定領域３〜５上への侵入位置Ｐ１と接合予定領域３〜５上からの退出位置Ｐ２とが異なるように各接合予定領域３〜５上を溶接電極１１が順次移動するようになっている。
【００２１】
この間、溶接電極１１と母材となる第一の板状部材１との間に発生したアークが維持されるよう、通電条件が設定される。具体的には、図３に示すように、溶接電極１１が接合予定領域３〜５上にいないときには、少なくとも第一の板状部材１と溶接電極１１との間に発生したアークが維持され得る程度の大きさに電流値などの通電条件が設定されるのがよく、より好ましくは、第一の板状部材１への溶け込みが生じない程度の大きさに設定されるのがよい。また、各接合予定領域３〜５上に溶接電極１１があるときには、第一及び第二の板状部材１，２に対する所定深さの溶け込みが得られる程度の大きさに電流値が設定される。
【００２２】
以上のように溶接電極１１の移動軌跡と通電条件を設定してアーク溶接を施すことにより、各接合予定領域３〜５内に溶融部６が形成されると共に、第一の板状部材１から第二の板状部材２に至る深さの溶け込み部７が形成される（図４）。この場合、各接合予定領域３〜５内に形成される溶融部６は溶接電極１１の移動軌跡（図２）に準じて蛇行した形状をなす。また、本実施形態では、接合予定領域３〜５内に形成される溶融部６が、第一の板状部材１を平面視した状態で、互いに重複しない位置に形成される。これにより溶け込み深さのばらつきなく極力均等な深さの溶け込み部７が接合予定領域３〜５内に形成される（図４）。
【００２３】
このように、本発明では、溶接電極１１を溶接予定領域３〜５上で蛇行させながらアーク溶接を行うようにしたので、各溶接予定領域３〜５に対する過度な加熱を防ぎつつ平面方向に大きなサイズの溶融部６（図２）を得ることができる。また、この際、適当な通電条件下での加熱溶融により適当な深さの溶け込み部７を得ることができる。よって、溶接予定領域３〜５に良好な接合部を形成して、所要の接合強度を得ることが可能となる。また、接合予定領域上への侵入位置と退出位置とが異なるように溶接電極を移動させることで、一の接合予定領域（図２でいえば最も左側の接合予定領域３）上からこれと隣り合う他の接合予定領域（図２でいえば真ん中の接合予定領域４）上へと、その軌跡が途切れることなく連続的に（いわば一筆書きの態様で）溶接電極１１を移動させることができる。このような移動態様であれば、母材（第一の板状部材１）との間で発生させたアークを維持しながら順次隣り合う接合予定領域３〜５上に移動することができるので、その都度アーク放電を開始することなく各接合予定領域３〜５において板状部材１との間でアークを安定的に発生させることができる。よって、何れの接合予定領域３〜５においても安定した接合品質を得ることができる。また、その都度溶接電極を停止して、アークが安定するまで電流を流し続ける必要がないため、短時間でかつエネルギーコストを抑えてアーク溶接を実施することが可能となる。
【００２４】
また、本実施形態では、溶接電極１１が接合予定領域３〜５上を蛇行する際の移動軌跡が交差のない形状をなし、かつこれにより接合予定領域３〜５に形成された溶融部６が、板状部材１を平面視した状態で、互いに重複しない位置に形成されるようにした。これにより、既に第一の板状部材１に形成された溶融部６上に重複して新たな溶融部６が形成される事態を確実に回避することができる。よって、重複して溶融部６が形成されることによる溶け込み深さのばらつきをなくして、安定したサイズ（深さ）の溶け込み部７を形成することができ、これにより安定した接合品質を得ることが可能となる。
【００２５】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る接合方法は上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において任意の形態を採り得ることはもちろんである。
【００２６】
例えば上記実施形態では、接合予定領域３〜５上における溶接電極１１の移動軌跡として、略Ｓ字状に蛇行する形態を例示したが、必ずしもこの形態に限定される必要はない。設定すべき接合予定領域の形状に合わせて、当該接合予定領域に万遍なく溶融部を形成し得る限りにおいて、任意の形態を適用可能である。例えば図示は省略するが、侵入位置Ｐ１と退出位置Ｐ２を少しずらすことで略Ｍ字状に蛇行する移動軌跡をとることも可能である。
【００２７】
また、上記実施形態では、移動時間（作業時間）の短縮のために、隣り合う接合予定領域３〜５間を溶接電極１１が直線的に移動する軌跡が例示されているが、もちろんこの態様に限定される必要はなく、必要に応じて、例えば溶接対象となる板状部材の三次元形状に応じて曲線的に移動するようにしても構わない。
【００２８】
また、上記実施形態では、一方の板状部材（第一の板状部材１）の側からのみアーク溶接を施して接合部を形成した場合を説明したが、例えば重ね合わせた複数の板状部材の表裏両側から上述した態様のアーク溶接を施すことも可能である。図５はこの場合に形成された接合部の断面形状を示している。このように、第一の板状部材１の側からだけでなく第二の板状部材２の側からも、上述した蛇行態様及び通電条件でアーク溶接を施すことで、図５に示すように、第二の板状部材２の側からも接合予定領域３〜５に溶融部８が形成される。また、第二の板状部材２から第一の板状部材１に至る深さの溶け込み部７が形成される。これにより、双方の溶け込み部７，９が板状部材１，２の厚み方向中央でつながるので、より強固な接合部を形成することが可能となる。
【００２９】
なお、以上の説明では何れも２枚の板状部材を接合する場合を例に挙げたが、もちろん本発明は、３枚以上の板状部材を接合する場合にも好適に適用可能である。
【００３０】
また、以上の説明では何れも複数の板状部材の板厚が等しい場合を例に挙げたが、もちろん板厚比の互いに異なる複数の板状部材を接合する場合にも好適に適用可能である。
【００３１】
また、以上の説明では、アーク溶接のみで各種接合部を形成する場合を例示したが、もちろん、他の接合手段（抵抗スポット溶接、従来公知のアーク溶接など）と併用することも可能である。
【００３２】
また、以上の説明における板状部材は少なくとも接合予定領域において板状（重ね合わせ可能な形状）をなしていればよく、その他の部位の形状は問わない。また、その適用対象についても任意であり、車体構成部品はもちろん、他の構造体構成部品も本発明を適用することは可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１，２  板状部材
３〜５  接合予定領域
６，８  溶融部
７，９  溶け込み部
１０    溶接用トーチ
１１    溶接電極
【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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