(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製パネルの裏面に対向するチャンネル状鋼製補強材の表面に形成した突起を介し、鋼製パネルの板厚１ｍｍ当り８０〜２００ｋｇｆの加圧力Ｆで補強材を鋼製パネルの裏面に押し付ける溶接電極に、式（１）を満足する条件下で電流密度Ｉの溶接電流を通電時間Ｔ＝０．０２〜０．５秒で供給し、鋼製パネルに鋼製補強材を溶接することを特徴とする表面平坦度に優れたプロジェクション溶接方法。
−２００Ｔ＋３５０≦Ｉ≦−２００Ｔ＋６００（Ａ／ｍｍ2 ）・・・（１）
【請求項２】
補強材に形成される突起が鋼製パネルの板厚の１．５〜２．５倍の直径及び０．２５〜０．５０倍の高さをもつ球頭状である請求項１記載のプロジェクション溶接方法。
【請求項３】
請求項１又は２の何れかに記載のプロジェクション溶接方法で製造され、溶接部の凸高さが２０μｍ以下である溶接構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、表層材として使用される鋼製パネルの裏面に補強材を固着する際、表層材の表面に凹凸を生じさせることなく補強材をプロジェクション溶接する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築物等の表層パネルとして、各種表面処理鋼板が使用されている。
表層パネルの裏面には、パネルの剛性を上げるため補強材を接合する場合が多い。補強材としては、軽量形鋼等が使用されている。補強材は、表層パネルの表面平坦度を確保するため、両面テープ等によって表層パネルの裏面に接着されている。しかし、両面テープを使用する接着法は作業性が悪く、取り付けた補強材の耐久性も劣る。また、価格も高価である。
接着法の欠点を解消するものとして、スポット溶接により補強材を表層パネルの裏面に固着することが検討されている。スポット溶接は、十分な接合強度で補強材を表層パネルに固着できるため、耐久性に優れた固着法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スポット溶接で補強材を固着した表層パネルには、溶接部の圧痕が表面に現れている。圧痕は、表面を塗装した後でも観察され、特にきれいな外観が要求される構造体等では敬遠される。
そのため、構造体の用途によっては、作業性が悪いにも拘らず、両面テープを使用して補強材を表層パネルに取り付けている現状である。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、プロジェクション溶接を採用し且つ溶接条件を特定することにより、溶接後に鋼製パネルの表面に凹凸が形成されることを防止し、良好な外観を維持したままの表層パネルの裏面に補強材を固着することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のプロジェクション溶接方法は、その目的を達成するため、鋼製パネルの裏面に対向するチャンネル状鋼製補強材の表面に形成した突起を介し、鋼製パネルの板厚１ｍｍ当り８０〜２００ｋｇｆの加圧力Ｆで補強材を鋼製パネルの裏面に押し付ける溶接電極に、式（１）を満足する条件下で電流密度Ｉの溶接電流を通電時間Ｔ＝０．０２〜０．５秒で供給し、鋼製パネルに鋼製補強材を溶接することを特徴とする。
−２００Ｔ＋３５０≦Ｉ≦−２００Ｔ＋６００（Ａ／ｍｍ2 ）・・・（１）
鋼製パネルとしては、冷延鋼板，ステンレス鋼板やＺｎめっき鋼板，Ａｌめっき鋼板等の表面処理鋼板が使用される。補強材に形成される突起は、鋼製パネルの板厚の１．５〜２．５倍の直径及び０．２５〜０．５０倍の高さをもつ球頭状であることが好ましい。これにより、形成される溶接部の突起高さが２０μｍ以下となり、平坦性に優れた表面が得られる。裏面に補強材が固着された後、鋼製パネルの表面には適宜の塗装が施される。
【０００５】
【作用】
本発明では、図１に示すように補強材１として軽量形鋼を使用する。複数個の突起２を、プレス成形等で補強材１の長手方向に沿って形成する。突起２のある補強材１の面を鋼製パネル３の裏面に対向させ、上下から溶接電極４，５で挟み加圧力Ｆで補強材１を鋼製パネル３に押し付ける。この状態で溶接電極４，５に溶接電流を供給し、鋼製パネル３に補強材１をプロジェクション溶接する。溶接電流は、交流電流，直流電流又はコンデンサに蓄えたエネルギを放出する際の放電電流の何れであっても良い。放電電流を使用する際には、ピーク電流値の１／３に減衰する時間を通電時間として設定する。
突起２は、溶接前では図２（ａ）に示すように補強材１を鋼製パネル３から離間させる形状を維持しているが、溶接時に加熱されて溶融し、図２（ｂ）に示すように圧潰されナゲット６を形成する。プロジェクション溶接では、突起２に溶接電流及び加圧力Ｆが集中する。そのため、形成されたナゲット６は、スポット溶接によるナゲットに比較して小さくなる。小さいナゲット６の形成は、溶接電流及び加圧力Ｆが突起２に集中することと相俟つて、鋼製パネル３の表面形状に与える影響を小さくする。
【０００６】
本発明は、このように鋼製パネル３の表面に与えるダメージが本来少ないプロジェクション溶接において、補強材１が溶接された後でも鋼製パネル３の表面平坦度を高く維持するように、更に溶接条件に検討を加えたものである。
加圧力Ｆは、接触抵抗を軽減させ通電性を向上させること、溶接時に溶融した金属が飛散する現象（散り）の発生を抑制することから、パネル板厚１ｍｍ当り８０ｋｇｆ以上にする必要がある。しかし、２００ｋｇｆを超える加圧力Ｆでは、溶接時の加熱で軟化した鋼製パネル３の表面側に凹凸が生じ易くなる。そこで、加圧力Ｆをパネル板厚１ｍｍ当り８０〜２００ｋｇｆの範囲に設定する。
溶接電流は、突起２に集中して流れる。突起２に加えられる入熱量Ｑは、突起２の単位面積当りの電流密度Ｉ及び通電時間Ｔをファクターとした次式（２）で表すことができる。ただし、Ｒは材料の抵抗値を示す。
Ｑ＝Ｉ2 ・Ｒ・Ｔ                            ・・・（２）
【０００７】
入熱量Ｑが少ないときには、十分なナゲット６が形成されず、溶け込み不足のために補強材１と鋼製パネル３との接合強度が低くなる。しかし、過度に大きな入熱量Ｑでは鋼製パネル３が過熱され、パネル表面が劣化する。特に、表面処理鋼板等を使用した鋼製パネル３では、めっき層が蒸発し又は欠陥が生じることもある。したがって、式（２）で計算される入熱量Ｑを溶接強度が得られ且つ表面凹凸の少ない範囲に設定することが必要となる。このような入熱量Ｑを得るため、電流密度Ｉが条件式（１）の範囲に、通電時間Ｔが０．０２〜０．５秒の範囲に選定される。
条件式（１）は、本発明者等の多数の実験結果から定められたものであり、鋼製パネル３の表面を凹凸化させることなく迅速に溶接する上で有効である。また、補強材に形成する突起形状としては、表面平坦性を向上させるために、直径がパネル板厚の１．５〜２．５倍，高さが０．２５〜０．５倍の球頭状とすることが望ましい。
【０００８】
補強材に形成する突起が平坦性に及ぼす影響を調査したところ、図３に示すように突起２の高さＨ及び直径Ｄに応じて溶接部の凸高さが変わることが判った。なお、図３では、板厚１．６ｍｍのめっき鋼板をパネル材３及び補強材１として使用し、溶接電流として交流を用い、通電時間，加圧力を一定とし、引張剪断強さが３００ｋｇｆ以上となるように電流を調整している。図３から、突起２の高さＨがパネル板厚の０．２５〜０．５０倍の範囲にあり、突起２の直径Ｄがパネル板厚の１．５〜２．５倍の範囲にあるとき、平坦度がよくなっていることが判る。
また、加圧力Ｆと平坦性との間に、図４に示す関係が成立していることが判った。この場合も、同様に板厚１．６ｍｍのめっき鋼板をパネル材３及び補強材１として使用し、溶接電流として交流を用い、通電時間，加圧力を一定とし、引張剪断強さが３００ｋｇｆ以上となるように電流を調整している。図４から、パネル板厚１ｍｍ当り８０〜２００ｋｇｆを加えるとき、溶接部の凸高さが２０μｍ以下と平坦性に優れた溶接部が得られることが判る。しかし、加圧力Ｆが３００ｋｇｆを超えると表面に２０μｍを超える凹凸が生じ、場合によっては外観上許容できなくなる。逆に、８０ｋｇｆ未満の加圧力Ｆでは、溶接時に溶融した金属が飛散する現象が激しくなり、作業性，強度の安定性等で問題がある。
更に、突起形状，加圧力を一定にし、溶接電流，通電時間を種々変化させて試験片を溶接し、表面の凹凸と引張剪断強さを調査した。溶接電流としては、通電時間０．０４秒以下では放電電流、０．０４秒を超えるものでは交流電流を使用した。また、通電時間０．２〜０．４秒では直流も併用した。そして、表面の凹凸が外観上問題とならないレベルとして２０μｍ以下を設定し、３００ｋｇｆ以上の引張剪断強さが得られる溶接条件を求めた。図５の調査結果にみられるように、電流密度が大きく通電時間が長い領域では強度は満足するものの、熱影響が大きく表面にまで現れ、平坦度を悪化させる傾向がみられる。他方、電流密度が小さく、通電時間が短い領域では式（２）に示す発熱量が少なくなることから、強度が不足する。平坦性及び強度共に満足する条件は斜線で示した範囲にあり、溶接電流Ｉ及び通電時間Ｔが前掲した式（１）で規定される。
【０００９】
【実施例】
鋼製パネル３として、板厚１．６ｍｍの溶融Ｚｎめっき鋼板を使用した。補強材１としては、板厚２．３ｍｍの普通鋼チャンネル材を使用し、高さＨ＝０．５ｍｍ，直径Ｄ＝４．０ｍｍの球頭状の突起２を形成した。突起２を鋼製パネル３の裏面に接触させ、図２（ａ）に示すように上下からクロム銅製の溶接電極４，５で加圧した。そして、単相交流式の抵抗溶接機を用い、溶接電流，通電時間及び加圧力を変化させてスポット溶接したところ、一例を図６に示すように鋼製パネル３の表面に凸部が発生した。
高さが３０μｍを超える凸部は、溶接後の鋼製パネル３を観察したとき極めて明瞭に視認され、塗装した後では一層明瞭な凸部として現れる。しかし、高さが２０μｍ以下になると凸部が視認されず、塗装後に極めて平坦度の高い表面となる。
【００１０】
そこで、凸部高さが２０μｍ以下となる溶接条件を調査したところ、通電時間Ｔ＝０．１秒（一定）の下では、図７に示すように溶接電流密度Ｉ及び加圧力Ｆによって凸部高さが変わっていた。溶接電流密度Ｉ＝３３０〜５８０Ａ／ｍｍ2 及び加圧力Ｆ＝１４０〜３００ｋｇｆの範囲で且つ前述の式（１）が満足されたとき、始めて凸部高さが２０μｍ以下となり、鋼製パネル３の表面平坦度が維持された。
他方、溶接電流密度Ｉを５６０Ａ／ｍｍ2 の一定値に維持した条件下では、図８に示すように通電時間Ｔ＝０．０２〜０．２秒及び加圧力Ｆ＝１４０〜３００ｋｇｆの範囲で且つ前述の式（１）が満足されたとき、始めて凸部高さが２０μｍ以下となり、鋼製パネル３の表面平坦度が維持された。
このようにして補強材１が溶接された鋼製パネル３は、実質的に平坦な表面をもち、外観を損なうことがなかった。また、前述した条件範囲で溶接した場合、補強材１と鋼製パネル３との接合強度は３００ｋｇｆ以上の高い値を示し、実用上十分に耐久性のある補強材１の取付けができた。
【００１１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、鋼製パネルの裏面に補強材をプロジェクション溶接する際、溶接電流密度，通電時間及び加圧力等の溶接条件を制御することにより、溶接時に生じがちな凹凸が鋼製パネルの表面に形成されることを防止している。そのため、外観を劣化させることなく鋼製パネルに補強材が固着されるため、建築構造物を始めとして各種分野において仕上りの良好な表面が得られる。また、十分な接合強度で補強材が固着されており、めっき層の損傷も軽微となり、耐久性も良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  鋼製パネルに補強材をプロジェクション溶接する状態
【図２】  同じく溶接前（ａ）及び溶接後（ｂ）の溶接部
【図３】  溶接部の凸高さに及ぼす突起形状の影響を示す実験結果
【図４】  溶接部の凸高さに及ぼす加圧力の影響を示す実験結果
【図５】  溶接部の凸高さに及ぼす電流密度及び通電時間の影響を示す実験結果
【図６】  プロジェクション溶接による鋼製パネル表面の形状変化
【図７】  溶接後の鋼製パネル表面に生じる凸高さに与える溶接電流密度及び加圧力の影響
【図８】  溶接後の鋼製パネル表面に生じる凸高さに与える通電時間及び加圧力の影響
【符号の説明】
１：補強材    ２：突起    ３：鋼製パネル    ４，５：溶接電極    ６：ナゲット    Ｆ：加圧力
【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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