(57)【要約】  改善された抵抗スポット溶接から形成される溶接、ならびに改善された抵抗スポット溶接の方法を開示する。抵抗スポット溶接は、２つの電極（１０６Ａ、１０６Ｂ）のうちの少なくとも１つの電極に、複数の電磁石（１０８Ａ、１０８Ｂ）を有する磁石キャリアを位置決めすることを含む。本方法は、２つの電極の間に第１の金属シート（１０２）および第２の金属シート（１０４）を位置決めすることを含み、第１の金属シートまたは第２の金属シートのうちの少なくとも１つがアルミニウム合金を含む。本方法は、電極を通して電流を印加しながら溶接部を通して複数の電磁石から磁場を印加して、溶接ナゲットを形成している第１の金属シートおよび第２の金属シートの一部分を撹拌することと、磁場を調整して、溶接ナゲットの少なくとも１つの特性を制御することと、によって、溶接ナゲットを形成することを位置決めすることを含む。溶接ナゲットを形成することは、第１の金属シート（１０２）と第２の金属シート（１０４）とを結合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗スポット溶接の方法であって、
２つの電極のうちの少なくとも１つの電極に磁石キャリアを位置決めすることであって、前記磁石キャリアが、前記少なくとも１つの電極の周囲に位置決めされた複数の電磁石を備えることと、
前記２つの電極の間に第１の金属シートおよび第２の金属シートを位置決めすることであって、前記第１の金属シートまたは前記第２の金属シートのうちの少なくとも１つが、アルミニウム合金を含むことと、
前記２つの電極を、前記第１の金属シートおよび前記第２の金属シートの対向面に位置決めすることと、
溶接ナゲットを形成することであって、
前記溶接ナゲットを形成することが、前記電極を通して電流を印加しながら溶接部を通して前記複数の電磁石から磁場を印加して、溶接ナゲットを形成している前記第１の金属シートおよび前記第２の金属シートの一部分を撹拌することと、
前記磁場を調整して、前記溶接ナゲットの少なくとも１つの特性を制御することと、によって、溶接ナゲットを形成することと、によってなされ、
前記溶接ナゲットを形成することが、前記第１の金属シートと前記第２の金属シートとを結合する、抵抗スポット溶接の方法。
【請求項２】
前記磁場を調整することが、前記少なくとも１つの電極の中心軸に対する、前記複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の中心軸の角度を制御することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電磁石の前記中心軸の前記角度を制御することは、前記少なくとも１つの電磁石の前記中心軸が前記少なくとも１つの電極の中心軸と平行であるか、前記少なくとも１つの電磁石の極が前記少なくとも１つの電極に向かって内方へ角度付けされるか、または前記少なくとも１つの電磁石の前記極が前記少なくとも１つの電極から離れて外方へ角度付けされるように、前記少なくとも１つの電磁石の前記中心軸を角度付けすることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記磁場を印加することが、最初に、前記複数の電磁石の各電磁石の極性を設定し、所定の期間の後に、前記複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の前記極性を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記極性を変化させることが、撹拌期間にわたって所定のパターンで前記複数の電磁石の各電磁石の前記極性を変化させることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記撹拌期間が、約２５０ｍｓ〜約５００ｍｓである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記所定の期間が、溶接開始前の約０．５秒〜溶接終了後の約１秒である、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の電磁石の各１つの前記極性が、最初に、同じ極性に設定される、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記磁場を調整することが、前記磁石キャリアの前記複数の電磁石の数のうちの少なくとも１つ、または前記複数の電磁石のうちの少なくとも１つの直径を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の金属シートが、第１のアルミニウム合金を含み、前記第２の金属シートが、第２のアルミニウム合金を含み、前記第１のアルミニウム合金が、１ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金からなる群から選択され、前記第２のアルミニウム合金が、１ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のアルミニウム合金が、前記第２のアルミニウム合金と異なる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のアルミニウム合金および前記第２のアルミニウム合金が、同じシリーズのアルミニウム合金である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
抵抗スポット溶接の方法であって、
２つの電極の間に第１の金属シートおよび第２の金属シートを位置決めすることであって、前記電極のうちの少なくとも１つが、複数の電磁石を備える磁石キャリアを備え、前記第１の金属シートおよび前記第２の金属シートのうちの少なくとも１つが、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金を含むことと、
前記２つの電極を一緒にクランプすることと、
前記２つの電極を通して前記第１の金属シートおよび前記第２の金属シートに電流を印加して、溶接ナゲットを形成することと、
前記２つの電極を取り囲んでいる前記複数の電磁石を通して、前記溶接ナゲットを通して磁場を印加することと、を含む方法であって、
前記溶接ナゲットを形成することが、前記第１の金属シートと前記第２の金属シートとを結合する、方法。
【請求項１４】
前記磁場を印加することが、前記溶接ナゲットを形成している前記第１の金属シートおよび前記第２の金属シートの少なくとも一部分内に撹拌を生じさせ、前記方法が、前記磁場を調整して、前記撹拌を調整することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記磁場を調整することが、前記複数の電磁石の数、前記複数の電磁石の各電磁石の直径、前記少なくとも１つの電極の中心軸に対する前記複数の電磁石の各電磁石の中心軸の角度、または前記複数の電磁石の各電磁石の極性を変化させるパターン、を調整することのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
抵抗スポット溶接システムであって、
前記抵抗スポット溶接システムの電極を受容するように構成された受容通路を画定する磁石キャリアと、
前記磁石キャリアが前記電極に位置決めされたときに前記複数の電磁石が前記電極の周囲に位置決めされるような、前記磁石キャリアの複数の電磁石と、を備える、抵抗スポット溶接システム。
【請求項１７】
前記複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の中心軸が、前記受容通路の中心軸と平行である、請求項１６に記載の抵抗スポット溶接システム。
【請求項１８】
前記複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の中心軸が、前記受容通路の中心軸に対して非平行な角度に角度付けされる、請求項１６に記載の抵抗スポット溶接システム。
【請求項１９】
前記複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の位置が、前記磁石キャリアに対して固定される、請求項１６に記載の抵抗スポット溶接システム。
【請求項２０】
前記複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の位置が、前記磁石キャリアに対して調節可能である、請求項１６に記載の抵抗スポット溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、２０１７年８月１４日に出願された米国仮出願第６２／５４５，１５０号、名称「ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ  ＳＰＯＴ  ＷＥＬＤＩＮＧ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＢＹ  ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＳ」の利益を主張するものであり、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、抵抗スポット溶接に関し、より具体的には、電磁気を伴う抵抗スポット溶接に関する。
【背景技術】
【０００３】
金属製造は、金属シートまたは金属合金シートを一緒に溶接して、最終製品の様々な部品または構成要素を形成することを包含し得る。例えば抵抗スポット溶接を含む、様々な技術またはプロセスを使用して、金属シートを溶接することができる。抵抗スポット溶接は、電極間に金属シートを位置決めすることと、電極を使用して、金属シートにクランプ力および電流を印加することと、を含み得る。電流に対する金属シートの抵抗から生成される熱は、電極のクランプ力と共に使用して、金属シートを界面で結合することができ、溶接ナゲットとして知られている局所的な融着帯を形成する。
【発明の概要】
【０００４】
本特許で使用される「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」「その発明（ｔｈｅ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「この発明（ｔｈｉｓ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、および「本発明（ｔｈｅ  ｐｒｅｓｅｎｔ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、この特許の主題の全ておよび以下の特許請求の範囲を広く指すことを意図している。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載された主題を限定するものではなく、または以下の特許請求の意味もしくは範囲を限定するものではないと理解すべきである。この特許によって網羅される本発明の実施形態は、この概要ではなく、以下の特許請求の範囲によって定義される。この概要は、本発明の様々な実施形態の高レベルな概説であり、以下の発明を実施するための形態の項でさらに説明される概念のいくつかを紹介するものである。この概要は、特許請求される主題の重要または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を決定するために単独で使用されることも意図していない。主題は、本特許の明細書全体の適切な部分、任意のまたは全ての図面、および各請求項を参照することによって理解されるべきである。
【０００５】
いくつかの実施例では、抵抗スポット溶接の方法は、２つの電極の間に第１の金属シートおよび第２の金属シートを位置決めすることを含む。いくつかの態様では、第１の金属シートは、第１のアルミニウム合金を含み、および／または第２の金属シートは、第２のアルミニウム合金を含む。他の実施例では、第１の金属シートおよび／または第２の金属シートは、アルミニウム以外の金属を含む。いくつかの非限定的な実施例では、第１の金属シートおよび／または第２の金属シートは、鋼を含む。いくつかの事例によれば、本方法は、２つの電極を、第１の金属シートおよび第２の金属シートの対向面上に位置決めすることと、２つの電極を通して第１の金属シートおよび第２の金属シートに電流を印加して、溶接ナゲットを形成することと、を含む。様々な態様では、本方法はまた、電流を印加しながら溶接部を通して電磁石から磁場を印加することによって、溶接ナゲットを形成している第１の金属シートおよび第２の金属シートの部分を撹拌することも含む。いくつかの実施例では、本方法は、磁場を調整して、溶接ナゲットの溶接強度、溶接ナゲットの溶接形状、溶接ナゲットの溶接サイズ、または溶接ナゲットの粒子配向、のうちの少なくとも１つを制御することを含む。溶接ナゲットを形成することは、第１の金属シートと第２の金属シートとを結合する。
【０００６】
他の実施例では、第１の金属シートと第２の金属シートとの間に形成される溶接部を開示する。いくつかの実施例では、溶接部は、第１の粒子配向を有する第１の部分と、第１の粒子配向と異なる第２の粒子配向を有する第２の部分と、を含む。
【０００７】
いくつかの実施例では、抵抗スポット溶接の方法は、２つの電極のうちの少なくとも１つの電極に磁石キャリアを位置決めすることを含み、磁石キャリアは、少なくとも１つの電極の周囲に位置決めされた複数の電磁石を備える。本方法はまた、２つの電極の間に第１の金属シートおよび第２の金属シートを位置決めすることも含み、第１の金属シートまたは第２の金属シートのうちの少なくとも１つは、アルミニウム合金を含む。本方法は、２つの電極を、第１の金属シートおよび第２の金属シートの対向面上に２つの電極を位置決めすることをさらに含む。様々な態様において、本方法は、電極を通して電流を印加しながら溶接部を通して複数の電磁石から磁場を印加して、溶接ナゲットを形成している第１の金属シートおよび第２の金属シートの一部分を撹拌することと、磁場を調整して、溶接ナゲットの少なくとも１つの特性を制御することと、によって、溶接ナゲットを形成することを含む。溶接ナゲットを形成することは、第１の金属シートと第２の金属シートとを結合する。
【０００８】
様々な実施例では、抵抗スポット溶接の方法は、２つの電極の間に第１の金属シートおよび第２の金属シートを位置決めすることを含み、電極の少なくとも１つが、複数の電磁石を備える磁石キャリアを備え、第１の金属シートおよび第２の金属シートのうちの少なくとも１つが、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金を含む。本方法は、２つの電極を一緒にクランプすることと、２つの電極を通して第１の金属シートおよび第２の金属シートに電流を印加して、溶接ナゲットを形成することと、を含む。いくつかの実施例では、本方法は、２つの電極を取り囲んでいる複数の電磁石を通して、溶接ナゲットを通して磁場を印加することを含み、溶接ナゲットを形成することは、第１の金属シートと第２の金属シートとを結合する。
【０００９】
特定の実施例では、抵抗スポット溶接システムは、抵抗スポット溶接システムの電極を受容するように構成された受容通路を画定する磁石キャリアと、磁石キャリアが電極に位置決めされたときに電磁石が電極の周囲に位置決めされるような、磁石キャリア上の複数の電磁石と、を含む。
【００１０】
本開示に記載された様々な実施は、付加的なシステム、方法、特徴、および利点を含むことができ、これらは、必ずしも本明細書に明白に開示することができるわけではないが、以下に続く詳細な説明および添付の図面を考察した場合、当業者には明らかであろう。全てのそのようなシステム、方法、特徴、および利点は、本開示内に含まれ、添付の請求項によって保護されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下の図面の特徴および構成要素は、本開示の一般的な原則を強調するために図示される。図面全体にわたって、対応する特徴および構成要素は、整合性および明瞭性のために、参照番号を一致させることによって示すことができる。
【００１２】
【図１】本開示の態様による、抵抗スポット溶接システムの一実施例を例示する図である。
【図２】図１のシステムによって形成された溶接ナゲットの一部分の写真である。
【図３】図１のシステムによって形成された溶接ナゲットの一部分の写真である。
【図４】本開示の態様による抵抗スポット溶接システムの一例の斜視図である。
【図５】図４のシステムの一部分の拡大図である。
【図６】図４のシステムの磁石キャリッジの上面斜視図である。
【図７】図６の磁石キャリッジの底面斜視図である。
【図８】図６の磁石キャリッジの概略底面図である。
【図９】図６の磁石キャリッジの概略断面図である。
【図１０】本開示の態様による抵抗スポット溶接システムの一例の斜視図である。
【図１１】図１０のシステムの磁石キャリッジの概略断面図である。
【図１２】本開示の態様による、電磁石間のブリッジを含む別の磁石キャリッジの側面図である。
【図１３】図１２の磁石キャリッジの上面斜視図である。
【図１４】図１２の磁石キャリッジの底面斜視図である。
【図１５】図１２のブリッジの断面図である。
【図１６】図１２のブリッジの別の断面図である。
【図１７】本開示の態様による、溶接ナゲットの溶接成長曲線を例示する図である。
【図１８Ａ】本開示の態様による溶接ナゲットの引張剪断ピーク荷重を例示する図である。
【図１８Ｂ】本開示の態様による溶接ナゲットの引張剪断ピーク荷重を例示する図である。
【図１９】本開示の態様による溶接ナゲットのエネルギー吸収を例示する図である。
【図２０Ａ】本開示の態様による溶接ナゲットの写真である。
【図２０Ｂ】本開示の態様による溶接ナゲットの写真である。
【図２０Ｃ】本開示の態様による溶接ナゲットの写真である。
【図２０Ｄ】本開示の態様による溶接ナゲットの写真である。
【図２１Ａ】本開示の態様による溶接ナゲットの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２１Ｂ】本開示の態様による溶接ナゲットの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態の主題は、法的要件を満たすためにここでは具体的に説明されているが、この説明は必ずしも特許請求の範囲を限定するものではない。請求された主題は、他の方法で具現化されてもよく、異なる要素またはステップを含んでもよく、他の既存または将来の技術と共に使用されてもよい。この説明は、個々のステップの順序または要素の配置が明示的に記載されている場合を除いて、様々なステップまたは要素の間に任意の特定の順序または配置を意味するものと解釈されるべきではない。「上」、「下」「頂部」、「左」、「右」、「正面」、および「背面」などの方向の参照は、構成要素および方向を参照している単一の図面（または複数の図面）の中で例示および記載されている配向を指すことを意図している。
【００１４】
本開示の態様および特徴は、任意の好適な金属基板と共に使用することができるが、特に、アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の接合に有用であり得る。この説明では、「シリーズ」または「７ｘｘｘ」のようなアルミニウム工業呼称によって特定された合金への言及がなされる。アルミニウムおよびその合金の命名および特定に最も一般的に使用される番号指定システムの理解のために、ともにＴｈｅ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎによって刊行された「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｌｌｏｙ  Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｆｏｒ  Ｗｒｏｕｇｈｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｎｄ  Ｗｒｏｕｇｈｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ」または「Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｒｅｃｏｒｄ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  Ａｌｌｏｙ  Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｆｏｒ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｆｏｒｍ  ｏｆ  Ｃａｓｔｉｎｇｓ  ａｎｄ  Ｉｎｇｏｔ」を参照されたい。
【００１５】
図１は、第２の金属シート１０４への第１の金属シート１０２の強化抵抗スポット溶接（「ＲＳＷ」）のための例示的なシステム１００を例示する。２つの金属シートが例示されているが、他の実施例では、ＲＳＷを通して２つを超える金属シートを結合することができる。例えば、３つのシート、４つのシート、５つのシート、などを、システム１００を通して、一緒に結合することができる。他の態様において、金属シートは、鋳造物、押出加工物などの、シート以外の金属製品に結合することができる。
【００１６】
様々な実施例では、第１の金属シート１０２は、第１のアルミニウム合金を含み、および／または第２の金属シート１０４は、第２のアルミニウム合金を含む。そのような場合、第１のアルミニウム合金および／または第２のアルミニウム合金は、直接チル鋳造（直接チル共鋳造を含む）または半連続鋳造、連続鋳造（例えば、双ベルト鋳造機、双ロール鋳造機、ブロック鋳造機、または任意の他の連続鋳造機を使用するものを含む）、電磁気鋳造、ホットトップ鋳造、または任意の他の鋳造法が挙げられるが、これらに限定されない、様々な好適な鋳造法を使用して鋳造することができる。他の実施例では、第１の金属シート１０２および／または第２の金属シート１０４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金以外の金属を含む。１つの非限定的な実施例として、第１の金属シート１０２は、アルミニウム合金を含み、第２の金属シート１０４は、鋼を含み、その逆も同じである。
【００１７】
いくつかの実施例では、第１の金属シート１０２および／または第２の金属シート１０４は、１ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金を含む群から選択することができる。いくつかの実施例では、第１のアルミニウム合金は、第２のアルミニウム合金と異なる（例えば、第１のアルミニウム合金が７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金であり、第２のアルミニウム合金が６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金である）。他の実施例では、第１のアルミニウム合金および第２のアルミニウム合金は、どちらも同じシリーズのアルミニウム合金である（例えば、第１および第２のアルミニウム合金は、どちらも７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金である）。特定の実施例では、第１のアルミニウム合金および第２のアルミニウム合金は、同じアルミニウム合金であり得る（例えば、第１および第２のアルミニウム合金は、どちらも７０７５アルミニウム合金である）。他の実施例では、第１の金属シート１０２および／または第２の金属シート１０４は、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、鋼系材料、ニッケル、ニッケル系材料、銅、銅系材料、鋳鉄、チタン、チタン系材料、様々な他の好適な材料、および／または様々な材料の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない、様々な他の一緒に溶接される金属または材料であり得る。
【００１８】
他の実施例では、第１の金属シート１０２および／または第２の金属シート１０４は、溶接されるアルミニウムクラッド合金シート、モノリシック合金（アルミニウム、鋼など）、ロール接合合金、または様々な他のタイプの金属シートが挙げられるが、これらに限定されない、様々な他の金属、または様々な他のタイプの金属シートを含むことができる。第１の金属シート１０２がアルミニウムを含み、第２の金属シート１０４が鋼またはいくつかの他の異なる金属を含む、いくつかの非限定的な実施例では、第１の金属シート１０２は、第２の金属シート１０４が溶解を受けない第２の金属シート１０４にろう付けすることができる。
【００１９】
第１の金属シート１０２を第２の金属シート１０４に溶接するために、第１の金属シート１０２および第２の金属シート１０４が少なくとも部分的に重なり合うように、第１の金属シート１０２の少なくとも一部分および第２の金属シートの少なくとも一部分を、電極１０６Ａ〜Ｂの間に位置決めする。所望に応じて、任意の数の電極１０６を使用することができる。電極１０６Ａ〜Ｂは、図１に例示されるように、電極が第１の金属シート１０２および第２の金属シート１０４の対向面と接触するように、一緒にクランプされる。
【００２０】
電極１０６Ａ〜Ｂが一緒にクランプされている間に、電極１０６Ａ〜Ｂを介して電流が印加される。熱は、金属シート１０２および１０４の界面で発生し、金属シート１０２および１０４を加熱して、溶接ナゲット１１２を形成させる。電流が印加されると、金属シート１０２および１０４内で溶接ナゲット１１２が成長および伸長する。電極１０６Ａ〜Ｂを通る電流が止められると、溶接ナゲットを形成している溶融金属が冷却されて、溶接部を形成することができる。様々な例では、印加される電流は、第１の金属シート１０２を第２の金属シート１０４と結合するための最小溶接サイズ（ＭＷＳ）を有する溶接部を形成するための少なくとも最小電流である。ＭＷＳは、４√ｔとして定義され、ここでｔは支配的な金属の厚さである。２つのアルミニウム合金シートの積み重ねにおいて、支配的な金属の厚さは、一般に最も薄いシートである。３つのアルミニウム合金シートの積み重ねにおいて、支配的な金属の厚さは、一般に中央のシート厚さである。様々な例では、厚さは、ＲＳＷ技術に好適な任意の厚さであり得る。
【００２１】
図１に例示されるように、様々な実施例では、電磁石１０８Ａ〜Ｂは、電極１０６Ａ〜Ｂのそれぞれの周囲に提供される。他の実施例では、１つ以上の電磁石が、電極の周囲ではなく、電極内にあり得る。電磁石は、一時磁石であり、これは、電流が磁石を通過しているときにのみ、磁石がそれらの磁気を保持することを意味する。電磁石１０８Ａ〜Ｂが例示されているが、他の実施例では、静止磁石、回動磁石、または可動永久磁石などの他のタイプの永久磁石または一時磁石を使用して、移動磁場を提供することができる。電磁石と同様に、永久磁石または一時磁石を、電極の周囲に、または電極内に提供することができる。いくつかの非限定的な実施例として、電極を取り囲む環状の永久磁石を提供することができる。いくつかの実施例では、電磁石１０８Ａ〜Ｂは、電磁コイルである。
【００２２】
いくつかの実施例では、ＲＳＷ中に、上部電磁石１０８Ａは、第１の金属シート１０２の表面と接触することができ、下部電磁石１０８Ｂは、第２の金属シート１０４と接触することができる。任意選択的に、電磁石１０８Ａ〜Ｂは、それぞれのシートを傷付けることなく、金属シート１０２、１０４と接触する。特定の実施例では、電磁石と金属シート１０２、１０４との接触は、後述する撹拌効果を最大にすることができる。他の実施例では、電磁石１０８Ａ〜Ｂは、それぞれの金属シート１０２、１０４から離間される。
【００２３】
電磁石１０８Ａ〜Ｂはそれぞれ、電源１１０に接続され、この電源は、それぞれの電磁石１０８Ａ〜Ｂに電流（電流は、溶接を形成するために電極１０６Ａ〜Ｂに印加される電流と同じであってもよく、または異なっていてもよい）を供給する。２つの電源１１０が例示されているが、両方の電磁石１０８Ａ〜Ｂに電流を供給する単一の電源を含む、任意の数の電源１１０を利用することができる。いくつかの実施例では、電源１１０は、直流（「ＤＣ」）電源であるが、様々な他の好適な電源を（例えば、交流（「ＡＣ」）電源または他の好適な電源）を利用することができる。電源１１０がＤＣ電源であるとき、一方の電極（例えば、電極１０６Ａ）は正であり、他方の電極（例えば、電極１０６Ｂ）は負である。
【００２４】
電流が電磁石１０８Ａ〜Ｂに供給されている間、電磁石１０８Ａ〜Ｂは、磁場１１４を作成する。図１に例示されるように、これらの磁場１１４は、溶接ナゲット１１２内の溶融金属を撹拌させる（矢印１１６によって表される）。いくつかの実施例では、溶接ナゲット１１２の溶融金属を撹拌することで、溶接ナゲット１１２の中心領域内の分離または減少を最小にすること、または低減させることができる。金属シート１０２、１０４がアルミニウムであるいくつかの非限定的な実施例では、溶接ナゲット１１２の溶融金属を撹拌することで、溶接ナゲット１１２の中心のシリコンの消耗を最小にすること、または低減させることができる。特定の実施例では、溶接ナゲット１１２の中心領域の材料分離または消耗を最小にすること、または低減させることで、溶接ナゲット１１２の高温割れを最小にすることができる。下で詳細に説明するように、様々な実施例では、電磁石は、溶接ナゲット１１２に面する同じ極性、溶接ナゲット１１２に面する異なる極性、または溶接ナゲット１１２に面する様々な極性の組み合わせを有することができる。いくつかの実施例では、極性が溶接ナゲット１１２に向かって全て同じであるとき、磁束は、湾曲状になり得、撹拌効果は、溶接ナゲット１１２の縁部の周囲に達成することができる。様々な実施例では、極性が溶接に向かって異なっているとき、磁束は、溶接部を通過することができ、撹拌効果は、溶接ナゲット１１２の中央で達成することができる。溶接ナゲット１１２の中央で撹拌することで、任意選択的に、別の場合にＲＳＷにおいて観察される割れおよび有孔率に対処することができる。
【００２５】
電磁石への電流を止めると、磁場１１４が消滅する。電磁石１０８Ａ〜Ｂを使用することによって、磁場１１４を迅速に変化させること、または調整することができ、よって、溶接ナゲット１１２内の溶融金属の撹拌を迅速に変化させること、または調整することができる。様々な実施例では、磁場１１４は、ＲＳＷ中に調整して、向上した溶接強度、溶接形状、溶接サイズ、粒子微細化、溶接品質、および／または溶接疲労性能を有する溶接を生成する。磁場１１４を調整するための典型的な技術を下で説明する。これらの技術は、個々に、または様々な組み合わせで（または他の適切な技法と共に）使用して、所望の溶接強度、溶接形状、溶接サイズ、粒子微細化、溶接品質、および／または溶接疲労性能を有する溶接部を生成することができる。磁場１１４は、同時にまたは別個に調整または制御することができる。１つの非限定的な実施例として、そうである必要はないが、とりわけ、第１の金属シート１０２および第２の金属シート１０４が異なる金属であるか、異なる合金であるか、または異なる厚さを有する場合、磁場１１４は、別個に調整することができる。いくつかの事例において、１つの電磁石１０８Ａ〜Ｂだけを起動させることができる。
【００２６】
様々な実施例では、磁場１１４を調整することは、電磁石１０８Ａ〜Ｂに提供される電流量を制御することを含む。様々な実施例では、電磁石１０８Ａ〜Ｂに提供される電流量を制御することは、電磁石１０８Ａ〜Ｂのコイルの設計を制御または調整することを含む。いくつかの実施例では、電流量を制御することは、電磁石１０８Ａ〜Ｂに提供される電流量を増加させて、磁場１１４を増加させることを含み、次に、溶接ナゲット１１２内の撹拌（例えば、撹拌速度、撹拌される溶接ナゲット１１２の量、など）を増加させる。他の実施例では、電流量を制御することは、電磁石１０８Ａ〜Ｂによって提供される電流量を減少させて、磁場１１４を減少させることを含み、次に、溶接ナゲット１１２内の撹拌を減少させる。いくつかの非限定的な実施例では、電流は、約０アンペア〜約１０００アンペアとすることができる。様々な他の実施例では、電流は、約１０００アンペアよりも大きくなり得る。
【００２７】
いくつかの実施例では、磁場１１４を調整することは、電源１１０から電磁石１０８Ａ〜Ｂに電流が供給される持続時間である電流供給時間を制御することを含む。１つの非限定的な実施例において、電流が供給される持続時間は、約０ｍｓ〜約１００ｍｓとすることができる。他の実施例では、電流は、１００ｍｓよりも大きくなり得る。他の非限定的な実施例において、持続時間は、約１６ｍｓ〜約２０００ｍｓとすることができる。磁場１１４は、電磁石１０８Ａ〜Ｂに電流が供給されている間にのみ存在するので、電流供給時間を調整することは、磁場１１４を通して溶接ナゲット１１２が撹拌される時間を調整する。いくつかの実施例では、電流供給時間を制御することは、電流供給時間を減少させて、溶接ナゲット１１２が撹拌される時間量を減少させることを含む。他の実施例では、電流供給時間を制御することは、電流供給時間を増加させて、溶接ナゲット１１２が撹拌される時間量を増加させることを含む。様々な実施例では、磁場１１４を調整することは、電流供給時間を制御すること、および電磁石１０８Ａ〜Ｂに提供される電流量を制御すること、の両方を含む。
【００２８】
特定の実施例では、磁場１１４を調整することは、電磁石１０８Ａ〜Ｂに供給される電流をパルスすることを含む。電流をパルスすることは、規則的パターンまたは不規則パターンで提供される電流量を交互させること、電流を起動する、すなわち「オン」にする期間、または電力を停止する、すなわち「オフ」にする期間を交互させること、または電流の少なくとも１つの態様が調整される他の所望の規則的または不規則なパターンを含むことができる。様々な実施例では、電流をパルスすることは、溶接ナゲット内の非定常な流れ様式を導くことができ、これは、溶接ナゲット内の細長い粒子構造の成長を最小にすること、または防止することができる。
【００２９】
いくつかの実施例では、磁場１１４を調整することは、磁場１１４の振動を含む。磁場１１４の振動は、溶接ナゲット内の撹拌および軽い対流を導入することができる。
【００３０】
様々な場合では、磁場１１４を調整することは、磁場１１４を反転させることを含む。いくつかの態様では、磁場１１４を反転させることは、電流の流れ方向を変化させることを含む。
【００３１】
様々な実施例では、磁場１１４は、溶接ナゲット１１２の第１の部分が第１の粒子配向を有し、溶接ナゲット１１２の第２の部分が第１の粒子配向と異なる第２の粒子配向を有するように、（例えば、電力をパルスする、反転させる、調整すること、などによって）調整される。１つの非限定的な実施例として、いくつかの実施例では、溶接ナゲット１１２の内層（すなわち、溶接ナゲット１１２の中心により近い）は、第１の粒子配向を有し、溶接ナゲット１１２の外層（すなわち、溶接ナゲット１１２の外側縁部により近い、または溶接ナゲット１１２の中心からより遠い）は、第１の粒子配向と異なる第２の粒子配向を有する。いくつかの実施例では、少なくとも２つの粒子配向を有するように溶接ナゲット１１２の粒子方向を制御することは、溶接の割れに対する抵抗性を高めることができる。溶接ナゲット１１２の非限定的な実施例を図２および３に例示する。図２に例示されるように、粒界２０４が形成されるように、第１の部分２００は、第１の粒子配向を有し、第２の部分２０２は、第２の粒子配向を有する。同様に、図３では、粒界３０４が形成されるように、第１の部分３００は、第１の粒子配向を有し、第２の部分３０４は、第２の粒子配向を有する。１つの非限定的な実施例として、実質的に均一な粒子配向を有する溶接部内の割れと比較して、少なくとも２つの粒子配向を有する溶接部は、粒子配向が異なるので、割れの伝播を制限すること、または遅らせることができる。いくつかの実施例では、より微細な粒子構造は、より高い強度を呈し、不規則な粒子構造は、粒界破断（よって、割れを粒内に伝播させる）を阻害することによって、割れの伝播を減速させる。
【００３２】
図１では、電極１０６Ａは、電磁石１０８Ａを含む（明確にするために、電磁石１０８Ａのコイルを断面形態で示す）。同様に、電極１０６Ｂは、電磁石１０８Ｂを含む。他の実施例では、電磁石１０８Ａおよび／または電磁石１０８Ｂは、システム１００から省略することができることが理解されるであろう。このように、システム１００では、電磁石１０８Ａ〜Ｂが起動されると、各電磁石１０８Ａ〜Ｂは、ＲＳＷプロセス中に、溶接ナゲット１１２の形成を制御または調整するために利用される単磁極を提供する。図１に例示される実施例では、溶接ナゲット１１２の形成を制御または調整するために利用される各電磁石１０８の極は、溶接部または溶接されるシートに面する電磁石１０８の端部にある。他の実施例では、下で説明するように、複数の磁極を各電極１０６Ａ〜Ｂの周囲に提供して、溶接ナゲット１１２の形成を制御または調整することができる。
【００３３】
図４〜９は、ＲＳＷシステム４００が電極１０６Ａ〜Ｂのうちの少なくとも１つの周囲に提供された複数の磁極を含むことを除いて、システム１００と実質的に類似するＲＳＷシステム４００の一実施例を例示する。
【００３４】
様々な実施例では、システム４００は、複数の電磁石１０８を収容する磁石キャリア４０２を含む。図６〜９に最良に例示されるように、磁石キャリア４０２は、磁石キャリア４０２が電極１０６に位置決めされたときに電極１０６が位置決めされる、受容通路４０４を画定する。図４および５に例示される実施例では、磁石キャリア４０２は、電極１０６Ａに提供されているが、他の実施例では、磁石キャリア４０２を電極１０６Ｂに提供することができ、または磁石キャリア４０２を電極１０６Ａ〜Ｂの両方に提供することができる。
【００３５】
図４〜９に例示される実施例では、磁石キャリア４０２は、８つの電磁石１０８Ｃ−Ｊを含むが、他の実施例では、磁石キャリア４０２は、任意の所望の数の電磁石１０８を含むことができる。例えば、磁石キャリア４０２は、１つの電磁石、２つの電磁石、３つの電磁石、４つの電磁石、５つの電磁石、６つの電磁石、７つの電磁石、または８つ以上の電磁石を含むことができる。図７および８で最良に例示されるように、様々な実施例では、電磁石１０８が受容通路４０４の周囲に等距離に離間されるが、他の実施例では、そうである必要はない。電磁石１０８は、磁石キャリア４０２に固着することができ、または磁石キャリア４０２に取り外し可能に固着することができる。特定の必要性または状況に応じて、電磁石の様々な態様（例えば、直径、電流、配線、など）を、所望に応じて制御および／または調整することができる。
【００３６】
特定の態様では、電磁石１０８は、各電磁石１０８（図９を参照されたい）の中心軸４０６が受容通路４０４（図９を参照されたい）の中心軸４０８と実質的に平行であるように、磁石キャリア４０２に位置決めされる。他の実施例では、電磁石１０８は、各電磁石１０８の中心軸４０６が受容通路４０４（図１０および１１を参照されたい）の中心軸４０８に対して角度付けされるように、磁石キャリア４０２に位置決めされる。様々な実施例では、各電磁石１０８の中心軸４０６は、受容通路４０４の中心軸４０８に対して約０°〜約９０°の角度であり得る。いくつかの非限定的な実施例として、角度は、約１°、約２°、約３°、約４°、約５°、約６°、約７°、約８°、約９°、約１０°、約１１°、約１２°、約１３°、約１４°、約１５°、約１６°、約１７°、約１８°、約１９°、約２０°、約２１°、約２２°、約２３°、約２４°、約２５°、約２６°、約２７°、約２８°、約２９°、約３０°、約３１°、約３２°、約３３°、約３４°、約３５°、約３６°、約３７°、約３８°、約３９°、約４０°、約４１°、約４２°、約４３°、約４４°、約４５°、約４６°、約４７°、約４８°、約４９°、約５０°、約５１°、約５２°、約５３°、約５４°、約５５°、約５６°、約５７°、約５８°、約５９°、約６０°、約６１°、約６２°、約６３°、約６４°、約６５°、約６６°、約６７°、約６８°、約６９°、約７０°、約７１°、約７２°、約７３°、約７４°、約７５°、約７６°、約７７°、約７８°、約７９°、約８０°、約８１°、約８２°、約８３°、約８４°、約８５°、約８６°、約８７°、約８８°、約８９°および／または約９０°とすることができる。他の実施例では、他の角度を利用することができる。所望の撹拌特性に応じて、電磁石１０８の極は、中心軸４０８に向かって内方へ、または中心軸４０８から離れて外方へ角度付けされる。
【００３７】
いくつかの実施例では、各電磁石１０８の中心軸４０６は、中心軸４０８に対して同じ角度である。他の実施例では、１つの電磁石１０８の中心軸４０６の角度が、別の電磁石１０８の中心軸４０６の角度と異なり得る。いくつかの態様では、ユーザが並列配向（または水平軸に対して９０°の角度）から、中心軸４０８に対して非平行配向または角度付き配向に電磁石の方向を変化させたい場合に、電極１０６から１つの磁石キャリア４０２が取り外され、別の磁石キャリア４０２が電極１０６に取り付けられるように、受容通路４０４の中心軸４０８に対する中心軸４０６の角度は、静的である。他の実施例では、磁石キャリア４０２は、各電磁石１０８の角度を所望に応じて制御および調整することができるように調節可能である。例えば、いくつかの事例では、各電磁石１０８は、ヒンジ、旋回接続、電極の高さの変更、調節可能なリング、花もしくは花弁機構、または様々な他の好適な機構を通して調節可能であり得る。
【００３８】
いくつかの実施例では、ＲＳＷ中に、上部電極１０６Ａの周囲の電磁石１０８のうちの少なくとも１つが第１の金属シート１０２と接触し得、下部電極１０６Ｂの周囲の電磁石１０８のうちの少なくとも１つが第２の金属シート１０４と接触し得る。先に説明したように、いくつかの実施例では、電磁石１０８と金属シート１０２、１０４との接触は、任意選択的に、溶接ナゲット内の撹拌効果を最大にし得る。他の実施例では、電磁石１０８は、金属シート１０２、１０４から離間される。
【００３９】
図１０および１１は、各電磁石の中心軸４０６が中心軸４０８に対して非平行角度であるＲＳＷシステム４００を例示する。
【００４０】
様々な実施例では、ＲＳＷシステム４００による抵抗スポット溶接の方法は、電極１０６Ａ〜Ｂのうちの少なくとも１つに磁石キャリア４０２を位置決めすることを含む。次いで、本方法は、電極１０６Ａ〜Ｂの間に第１の金属シート１０２および第２の金属シート１０４を位置決めし、第１の金属シート１０２および第２の金属シート１０４の対向面に２つの電極１０６Ａ〜Ｂを位置決めし、そして、２つの電極１０６Ａ〜Ｂを通して第１の金属シート１０２および第２の金属シート１０４に電流を印加して溶接ナゲット１１２を形成することを含む。本方法はまた、電流を印加しながら溶接ナゲット１１２を通して電磁石１０８から磁石キャリア４０２に磁場を印加および制御することによって、溶接ナゲット１１２を形成している第１の金属シート１０２および第２の金属シート１０４の一部分を撹拌することも含む。
【００４１】
いくつかの実施例では、電磁石１０８から磁石キャリア４０２に磁場を印加および制御することは、各電磁石１０８を最初の極性に設定することを含む。例えば、電磁石は、全てが北（Ｎ）極性、南（Ｓ）極性、またはこれらの組み合わせを有するように設定することができる。１つの非限定的な実施例では、電磁石１０８の全ての極は、最初に、Ｓ極性に設定することができる。他の非限定的な実施例では、電磁石１０８の全ての極は、最初に、Ｎ極性、またはＳ極性およびＮ極性の任意の組み合わせに設定することができる。溶接サイクル中の所定の時間に、電磁石１０８の極性は、所定の撹拌期間にわたって、所定の速度で、所定のパターンで交換される。所定の時間は、溶接開始前、溶接中、または溶接後の時間とすることができる。いくつかの非限定的な実施例では、所定の期間は、溶接開始前の約０．５秒〜溶接終了後の約１秒の期間とすることができる。他の実施例では、所定の時間は、溶接開始前の約０．５秒超〜溶接終了後の約１秒超の期間とすることができる。任意選択的に、いくつかの実施例では、電磁石は、溶接電流によって誘導された磁場に対する余分な磁場の潜在的悪影響を最小にするために、ピークの溶接電流の遮断前に起動される。
【００４２】
様々な実施例では、所定の速度または周波数は、約０Ｈｚ〜約約２０ｋＨｚなどの、０Ｈｚ（または静止）〜約３０ｋＨｚとすることができる。いくつかの非限定的な実施例では、所定の撹拌期間は、約２５０ｍｓ〜約５００ｍｓとすることができるが、他の実施例では、所定の期間は、２５０ｍｓ未満または５００ｍｓ超とすることができる。本明細書で使用するとき、所定の速度またはパターンの周波数は、各電磁石がどのくらいの頻度で調整されるのかを指し、一方で、所定の撹拌期間は、そのパターンがどのくらい印加されるのかを指す。
【００４３】
１つの非限定的な実施例として、所定の期間に、一方の電磁石１０８（例えば、電磁石１０８Ｃ）の極性をＳ極性からＮ極性に反転させ、次いで、所定の速度または周波数で、他方の電磁石（例えば、電磁石１０８Ｄ〜Ｊ）の極性を、階段状パターンで、連続的に反転させる（すなわち、電磁石１０８Ｄの極性を反転させ、次いで、電磁石１０８Ｅの極性は反転させる、など）。電磁石１０８の極性を反転させるパターンは、所定の撹拌期間にわたって継続する。電磁石１０８の極性を交換する様々な他のパターンを利用して、溶接ナゲット１１２の撹拌を制御することができることを認識するであろう。いくつかの非限定的な実施例として、パターンは、所望に応じて、静的とする（例えば、全ての電磁石を同時に起動し、起動後に極性を変化させない）ことができ、電極の両側の電磁石を起動することを含むことができ、１つの電磁石１０８おきに極性を交換すること、２つの電磁石１０８おきに交換すること、３つの電磁石１０８おきに交換すること、ランダムな電磁石１０８を変化させること、および様々な他のパターンを含むことができる。
【００４４】
したがって、様々な実施例では、溶接ナゲット１１２を撹拌することは、電磁石１０８の極性を変化させるパターンを調整または制御することによって、システム４００によって制御することができる。溶接ナゲット１１２を撹拌することはまた、とりわけ、パターンの所定の速度または周波数（すなわち、どのくらいの頻度で各電磁石を調整するのか）、所定の撹拌期間（すなわち、パターンをどのくらいにわたって印加するのか）、パターンが最初に開始される溶接サイクル中の所定の時間、各電磁石１０８の中心軸４０６の角度、磁石キャリア４０２の電磁石１０８の数、電磁石１０８の電流スキーム（例えば、ランプアップ、ランプダウン、パルセーション、など）、各電磁石１０８の電流のランプアップおよびランプダウンのタイミング、ならびにその直径、を調整または制御によって制御することもできる。
【００４５】
いくつかの実施例では、磁石キャリア４０２の電磁石１０８から磁場を印加および制御することは、溶接ナゲット１１２の撹拌方向が制御されるように電磁石１０８を起動することを含む。例えば、いくつかの事例において、電磁石１０８は、溶接ナゲット１１２を形成している溶融金属が、所望に応じて、円形経路で、垂直方向に、または様々な他の経路もしくはパターンで撹拌されるように制御される。いくつかの実施例では、撹拌の経路は、共晶によりシート１０２、１０４の空隙または他の割れ領域を回復させて、溶融金属凝固の最後の段階での凝固割れおよび空隙の形成を最小にするように制御される。
【００４６】
図１２〜１６は、少なくとも２つの電磁石を接続しているブリッジ１２００が提供されることを除いてＲＳＷシステム４００と実質的に類似する、ＲＳＷシステムの別の実施例を例示する。いくつかの実施例では、ブリッジ１２００は、磁場の流れを案内し、磁場の位置（例えば、溶接ナゲット１１２に）に集中するように構成される。特定の実施例では、ブリッジ１２０は、鋼、鉄、または様々な他の好適な材料とすることができる。特定の実施例では、ブリッジ１２０は、少なくとも任意の２つの電磁石を接続することができる。任意選択的に、接続された電磁石１０８は、磁石キャリアの両側にあるが、そうである必要はない。図１２〜１６に例示される実施例では、一方のブリッジ１２００が電磁石１０８Ｃおよび１０８Ｇを接続し、他方のブリッジ１２００が電磁石１０８Ｄおよび１０８Ｈを接続し、一方のブリッジ１２００が電磁石１０８Ｅおよび１０８Ｉを接続し、他方のブリッジ１２００が電磁石１０８Ｆおよび１０８Ｊを接続している。
【００４７】
本開示のシステムまたは方法のいずれかによって形成される溶接部は、外部の磁場を伴わない従来の溶接部と比較して改善され得る。いくつかの実施例として、本開示の態様に従って形成される溶接部は、数ある利点の中でも、溶接強度を増大させること、エネルギー吸収を増大させること、溶接範囲を増大させることができ、必要な最小電流をより低くすることができ、より精緻化された微細構造を有することができ、機械的性能を向上させることができ、ならびに／または割れおよび／もしくは孔を減少させることができる。１つの非限定的な実施例として、本開示の態様による溶接部は、溶接ピーク強度を約１５〜２５％増大さることができる。別の非限定的な実施例として、本開示の態様による溶接部は、引張剪断のエネルギー吸収を約３０〜７０％増加させることができる。さらなる非限定的な実施例として、本開示の態様による溶接部は、溶接範囲を約２〜３ｋＡ増大させることができ、これは、システムが、許容可能な溶接部を生成するために、より広い溶接作業ウインドウ／電流範囲を提供することを意味する。追加の非限定的な実施例として、本開示の態様による溶接部は、許容可能な溶接部を達成するために、従来の溶接システムよりも低い、約５ｋＡである最小電流を必要とし得る。特定の実施例では、許容可能な溶接部サイズのためのより低い電流は、所与の電流レベルの場合に従来の溶接と比較してより大きいナゲットが達成可能であること、およびより大きい溶接ナゲットがより高い溶接強度を暗示することを意味し得る。より低い電流はまた、特定の溶接部サイズにおける先端部寿命の増加も意味し得る。上述した実施例は、本開示を限定するものとみなされるべきでない。
【００４８】
図１７は、本開示のＲＳＷシステムによる６１１１アルミニウム合金シートに形成した溶接ナゲットの例示的な溶接成長曲線（チャート中、正方形で表される）、および外部の磁場を伴わない従来のＲＳＷシステムによる同じ６１１１アルミニウム合金に形成した溶接ナゲットの溶接成長曲線（チャート中、円形で表される）を例示するチャートである。チャートは、ＭＷＳが形成された各成長曲線内の電流（すなわち、図１７の「最小溶接サイズ」）、ならびに溶接サイズ５√ｔ部の電流（すなわち、図１７の「公称溶接サイズ」）、および６√ｔ（すなわち、図１７の「最大溶接サイズ」）を示す。例示されるように、本開示のシステムによる溶接成長曲線は、約３４ｋＡの電流で、ＭＷＳを有する溶接部を生成したが、一方で、従来のＲＳＷシステムの溶接成長曲線は、約３８ｋＡの電流が印加されるまで、ＭＷＳを有する溶接部を生成しなかった。加えて、本開示のシステムによる溶接成長曲線は、約４３ｋＡで、６√ｔ溶接サイズを有する溶接部を生成し、一方で、従来のＲＳＷシステムの溶接成長曲線は、約４５ｋＡで、６√ｔ溶接部サイズを有する溶接部を生成した。
【００４９】
溶接エンベロープまたは溶接成長曲線は、一般に、金属排出および／または表面割れ（または溶接部の他の欠陥）が発生し得る電流までの、少なくともＭＷＳを形成してシート１０２および１０４を結合するための十分な電流を含む。図１７に例示されるように、本開示のシステムによる溶接成長曲線の溶接エンベロープ（約３４ｋＡ〜約４５ｋＡの範囲）は、従来のＲＳＷシステム（約３８ｋＡ〜約４５ｋＡの範囲）の溶接成長曲線の溶接部エンベロープと比較して拡大された。拡大された溶接エンベロープによって、より多くの電流を利用して、ＭＷＳを有する溶接部を生成することができる。加えて、本開示によるＲＳＷシステムは、より低い電流でＭＷＳを生成することが可能あり、また、所与の電流レベルの場合に、より大きい溶接ナゲットが達成され、これは、より高い強度の溶接部および特定の溶接部における先端部寿命の増加を暗示する。
【００５０】
図１８Ａ〜Ｂは、溶接ナゲットの引張剪断ピーク荷重を例示するチャートである。図１８Ａは、異なる電流を使用して５１８２アルミニウム合金に形成された溶接部の引張剪断ピーク荷重を比較するチャートを例示し、図１８Ｂは、異なる電流を使用して６１１１アルミニウム合金に形成された溶接部の引張剪断ピーク荷重を比較するチャートを例示する。これらの図に例示されるように、本開示によるＲＳＷシステムによって形成された溶接部の引張剪断ピーク荷重（図１８Ａ〜Ｂにおいて「Ｍ−ＲＳＷ」とラベル付けされる）は、一般に、所与の電流の場合に、従来のＲＳＷシステムによって形成された溶接部と比較して（図１８Ａ〜Ｂにおいて「ＲＳＷ」とラベル付けされる）増加したが、これは、本開示によるＲＳＷシステムによって形成された溶接部の機械的性能が向上したことを意味する。
【００５１】
図１９は、異なる電流における、本開示によるＲＳＷシステム（図１９において「Ｍ−ＲＳＷ」とラベル付けされる）および従来のＲＳＷシステム（図１９の「ＲＳＷ」とラベル付けされる）を使用して、５１８２アルミニウム合金に形成された溶接ナゲットのエネルギー吸収を例示するチャートである。図１９に例示されるように、所与の電流において、本開示によるＲＳＷシステムを使用して形成された溶接部は、エネルギー吸収が増加したが、これは、溶接部を引き離すためにより多くのエネルギーが必要である（すなわち、溶接部がより強い）ことを意味する。
【００５２】
図２０Ａ〜Ｄは、本開示のＲＳＷシステムによって形成した溶接部、および従来のＲＳＷシステムによって形成した溶接部の粒子微細化の写真である。図２０Ａは、本開示のＲＳＷシステムを使用して５１８２アルミニウム合金に形成された溶接部の粒子微細化の写真であり、図２０Ｂは、従来のＲＳＷシステムを使用して５１８２アルミニウム合金に形成された溶接部の粒子微細化の写真である。図２０Ｃは、本開示のＲＳＷシステムを使用して６１１１アルミニウム合金に形成された溶接部の粒子微細化の写真であり、図２０Ｃは、従来のＲＳＷシステムを使用して６１１１アルミニウム合金に形成された溶接部の粒子微細化の写真である。図２０Ａと図２０Ｂとを比較することによって、および図２０Ｃと図２０Ｄとを比較することによって例示するように、本開示によるＲＳＷシステムを使用して形成された溶接ナゲット（図２０Ａおよび２０Ｃ）は、従来のＲＳＷシステムを使用されて形成した溶接ナゲット（図２０Ｂおよび２０Ｄ）と比較して、粒子サイズが微細化された。より細かい粒子微細化は、溶接部にわたる割れの伝播を低減させるのを支援することができ、よって、より強固な溶接部を生成する。
【００５３】
図２１Ａ〜Ｂは、本開示によるＲＳＷシステムによって６１１１アルミニウム合金に形成された溶接ナゲット２１００（図２１Ａ）、および従来のＲＳＷシステムによって６１１１アルミニウム合金に形成された溶接ナゲット２１０２（図２１Ｂ）のＳＥＭ写真である。図２１Ａと図２１Ｂとを比較することによって例示されるように、溶接ナゲット２１０２は、割れ２１０４およびいくつかの孔を有し、一方で、溶接ナゲット２１００は、割れがなく、かつ孔／有孔率が低減されており、これは、本開示によるＲＳＷシステムが、溶接ナゲットにおける割れおよび孔の形成を抑制するのを補助することを示唆している。本開示のＲＳＷシステムによる形成中の溶接ナゲットの混合は、溶融金属が、形成し得るあらゆるクラックに溶け込んで、溶接による割れを回復または除去することができると考えられる。加えて、図２１Ａと図２１Ｂとを比較することによって、溶接部２１００は、よりパンケーキ形状であり、かつより大きい直径を有し、溶接部２１０２の溶け込みよりも少ない溶接部の溶け込みをもたらす。溶接部の直径は、溶接部の溶け込みよりも溶接部の強度に影響を与えると考えられている。
【００５４】
「ＥＣ」（実施例の組み合わせ）として少なくともいくつかの明確な列記を含み、本明細書に記載された概念による多種多様な実施例のタイプのさらなる説明を提供する、例示的な実施例の一群が、以下に提供される。これらの実施例は、相互に排他的であるか、網羅的であるか、または限定的であることは意図されず、本発明は、これらの例示的な実施例に限定されず、むしろ、発行された請求項およびそれらの等価物の範囲内の全ての可能な修正および変形を包含する。
【００５５】
ＥＣ１．抵抗スポット溶接の方法であって、２つの電極の間に第１の金属シートおよび第２の金属シートを位置決めすることであって、第１の金属シートが、第１のアルミニウム合金を含み、第２の金属シートが、第２のアルミニウム合金を含む、位置決めすることと、２つの電極を、第１の金属シートおよび第２の金属シートの対向面に位置決めすることと、２つの電極を通して第１の金属シートおよび第２の金属シートに電流を印加して、溶接ナゲットを形成することと、電流を印加しながら溶接部を通して電磁石から磁場を印加することによって、溶接ナゲットを形成している第１の金属シートおよび第２の金属シートの一部分を撹拌することであって、溶接ナゲットを形成することが、第１の金属シートと第２の金属シートとを結合することである、撹拌することと、を含む、方法。
【００５６】
ＥＣ２．磁場を印加することが、電磁石が磁場を生成するように電磁石に接続されているＤＣ電源を起動させることを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００５７】
ＥＣ３．磁場を調整して、溶接ナゲットの溶接強度、溶接ナゲットの溶接形状、溶接ナゲットの溶接サイズ、または溶接ナゲットの粒子配向、のうちの少なくとも１つを制御することをさらに含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００５８】
ＥＣ４．磁場を調整することが、ＤＣ電源によって電磁石に供給される電流を調整することを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００５９】
ＥＣ５．電流を調整することが、ＤＣ電源によって供給される電流をパルスすることを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００６０】
ＥＣ６．電流を調整することが、ＤＣ電源によって供給される電流を低減させることを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００６１】
ＥＣ７．電流を調整することが、電流供給時間を調整することを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００６２】
ＥＣ８．電流を調整することが、電流供給時間を低減させることを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００６３】
ＥＣ９．電流供給時間が、約０ｍｓ〜約１００ｍｓである、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００６４】
ＥＣ１０．磁場を調整することが、磁場を反転させることを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００６５】
ＥＣ１１．電流が、約０アンペア〜約１０００アンペアである、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００６６】
ＥＣ１２．電磁石が、２つの電極のうちの第１の電極のための第１のコイルと、２つの電極うちの第２の電極のための第２のコイルと、を含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００６７】
ＥＣ１３．第１のアルミニウム合金が、１ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金からなる群から選択され、第２のアルミニウム合金が、１ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金からなる群から選択される、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００６８】
ＥＣ１４．第１のアルミニウム合金が、第２のアルミニウム合金と異なる、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００６９】
ＥＣ１５．第１のアルミニウム合金および第２のアルミニウム合金が、同じシリーズのアルミニウム合金である、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００７０】
ＥＣ１６．第１のアルミニウム合金および第２のアルミニウム合金がどちらも、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金である、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００７１】
ＥＣ１７．第１のアルミニウム合金および第２のアルミニウム合金が、同じアルミニウム合金である、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００７２】
ＥＣ１８．溶接ナゲットの第１の部分が、第１の粒子配向を有し、溶接ナゲットの第２の部分が、第１の粒子配向と異なる第２の粒子配向を有するように磁場を調整することをさらに含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００７３】
ＥＣ１９．先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法によって形成された溶接部。
【００７４】
ＥＣ２１．抵抗スポット溶接の方法であって、２つの電極の間に第１の金属シートおよび第２の金属シートを位置決めすることであって、第１の金属シートが、第１のアルミニウム合金を含み、第２の金属シートが、第２のアルミニウム合金を含み、第１のアルミニウム合金および第２のアルミニウム合金のうちの少なくとも１つが、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金を含む、位置決めすることと、２つの電極を一緒にクランプすることと、２つの電極を通して第１の金属シートおよび第２の金属シートに電流を印加して、溶接ナゲットを形成することと、２つの電極を取り囲んでいる複数の電磁石を通して、溶接ナゲットを通して磁場を印加することであって、溶接ナゲットを形成することが、第１の金属シートと第２の金属シートとを結合する、印加することと、を含む、方法。
【００７５】
ＥＣ２２．磁場を印加することが、溶接ナゲットを形成している第１の金属シートおよび第２の金属シートの少なくとも一部分内に撹拌を生じさせ、本方法が、磁場を調整して、撹拌を調整することをさらに含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００７６】
ＥＣ２３．磁場を調整することが、ＤＣ電源によって電磁石に供給される電流を調整すること、ＤＣ電源からの電流供給時間を調整すること、または磁場を反転させること、のうちの少なくとも１つを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００７７】
ＥＣ２４．溶接ナゲットの第１の部分が、第１の粒子配向を有し、溶接ナゲットの第２の部分が、第１の粒子配向と異なる第２の粒子配向を有するように電流が調整される、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００７８】
ＥＣ２５．先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法によって形成された溶接部。
【００７９】
ＥＣ２６．抵抗スポット溶接の方法であって、２つの電極のうちの少なくとも１つの電極に磁石キャリアを位置決めすることであって、磁石キャリアが、少なくとも１つの電極の周囲に位置決めされた複数の電磁石を備える、位置決めすることと、２つの電極の間に第１の金属シートおよび第２の金属シートを位置決めすることであって、第１の金属シートまたは第２の金属シートのうちの少なくとも１つが、アルミニウム合金を含む、位置決めすることと、２つの電極を、第１の金属シートおよび第２の金属シートの対向面に位置決めすることと、溶接ナゲットを形成することであって、電極を通して電流を印加しながら溶接部を通して複数の電磁石から磁場を印加して、溶接ナゲットを形成している第１の金属シートおよび第２の金属シートの一部分を撹拌することと、磁場を調整して、溶接ナゲットの少なくとも１つの特性を制御することであって、溶接ナゲットを形成することが、第１の金属シートと第２の金属シートとを結合する、制御することと、によって、溶接ナゲットを形成することと、を含む、方法。
【００８０】
ＥＣ２７．磁場を調整することが、少なくとも１つの電極の中心軸に対する、複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の中心軸の角度を制御することを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００８１】
ＥＣ２８．少なくとも１つの電極の中心軸の角度を制御することは、少なくとも１つの電磁石の中心軸が少なくとも１つの電極の中心軸と平行であるか、少なくとも１つの電磁石の極が、少なくとも１つの電極に向かって内方へ角度付けされるか、または少なくとも１つの電磁石の極が、少なくとも１つの電極から離れて外方へ角度付けされるように、少なくとも１つの電磁石の中心軸を角度付けすることを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００８２】
ＥＣ２９．磁場を印加することが、最初に、複数の電磁石の各電磁石の極性を設定し、所定の期間の後に、複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の極性を変化させることを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００８３】
ＥＣ３０．極性を変化させることが、撹拌期間にわたって所定のパターンで複数の電磁石の各電磁石の極性を変化させることを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００８４】
ＥＣ３１．所定のパターンが、少なくとも１つの電極の周囲で階段状パターンである、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００８５】
ＥＣ３２．撹拌期間が、約２５０ｍｓ〜約５００ｍｓである、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００８６】
ＥＣ３３．所定の期間が、溶接開始前の約０．５秒〜溶接終了後の約１秒である、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００８７】
ＥＣ３４．複数の電磁石のそれぞれの極性が、最初に、同じ極性に設定される、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００８８】
ＥＣ３５．磁場を調整することが、磁石キャリアの複数の電磁石のうちの少なくとも１つ、または複数の電磁石のうちの少なくとも１つの直径を変化させることを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００８９】
ＥＣ３６．第１の金属シートが第１のアルミニウム合金を含み、第２の金属シートが第２のアルミニウム合金を含み、第１のアルミニウム合金が、１ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金からなる群から選択され、第２のアルミニウム合金が、１ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、２ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、３ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、４ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、５ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金、または８ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金からなる群から選択される、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００９０】
ＥＣ３７．第１のアルミニウム合金が、第２のアルミニウム合金と異なる、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００９１】
ＥＣ３８．第１のアルミニウム合金および第２のアルミニウム合金が、同じシリーズのアルミニウム合金である、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００９２】
ＥＣ３９．先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法によって形成された溶接部。
【００９３】
ＥＣ４０．抵抗スポット溶接の方法であって、２つの電極の間に第１の金属シートおよび第２の金属シートを位置決めすることであって、電極のうちの少なくとも１つが、複数の電磁石を備える磁石キャリアを備え、第１の金属シートおよび第２の金属シートのうちの少なくとも１つが、７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金を含む、位置決めすることと、２つの電極を一緒にクランプすることと、２つの電極を通して第１の金属シートおよび第２の金属シートに電流を印加して、溶接ナゲットを形成することと、２つの電極を取り囲んでいる複数の電磁石を通して、溶接ナゲットを通して磁場を印加することであって、溶接ナゲットを形成することが、第１の金属シートと第２の金属シートとを結合する、印加することと、を含む、方法。
【００９４】
ＥＣ４１．磁場を印加することが、溶接ナゲットを形成している第１の金属シートおよび第２の金属シートの少なくとも一部分内に撹拌を生じさせ、本方法が、磁場を調整して、撹拌を調整することをさらに含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００９５】
ＥＣ４２．複数の電磁石の数、複数の電磁石の各電磁石の直径、少なくとも１つの電極の中心軸に対する複数の電磁石の各電磁石の中心軸の角度、または複数の電磁石の各電磁石の極性を変化させるパターン、を調整することのうちの少なくとも１つを含む、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法。
【００９６】
ＥＣ４３．先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の方法によって形成された溶接部。
【００９７】
ＥＣ４４．抵抗スポット溶接システムであって、抵抗スポット溶接システムの電極を受容するように構成された受容通路を画定する磁石キャリアと、磁石キャリアが電極に位置決めされたときに複数の電磁石が電極の周囲に位置決めされるような、磁石キャリアの複数の電磁石と、を備える、抵抗スポット溶接システム。
【００９８】
ＥＣ４５．複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の中心軸が、受容通路の中心軸と平行である、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の抵抗スポット溶接システム。
【００９９】
ＥＣ４６．複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の中心軸が、受容通路の中心軸に対して非平行な角度に角度付けされる、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の抵抗スポット溶接システム。
【０１００】
ＥＣ４７．複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の位置が、磁石キャリアに対して固定される、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の抵抗スポット溶接システム。
【０１０１】
ＥＣ４８．複数の電磁石のうちの少なくとも１つの電磁石の位置が、磁石キャリアに対して調節可能である、先行するまたは後続の例示的な組み合わせのうちのいずれかに記載の抵抗スポット溶接システム。
【０１０２】
上記の態様は、単に本開示の原理の明確な理解のために記載された、実装態様の単に可能な実施例である。本開示の趣旨および原理から実質的に逸脱することなく、上記の実施例（複数可）に関しては多くの変形および修正をなすことができる。そのような修正および変形の全てが、本開示の範囲内で本明細書に含まれるものとし、要素またはステップの個々の態様または組み合わせに対する全ての可能性のある請求項は、本開示によって裏付けられることが意図されている。さらに、本明細書に加え、以下に続く特許請求の範囲において、特定の用語が使用されているが、それらは、包括的および説明的な意味でのみ使用され、記載された発明も、添付の特許請求の範囲も限定することを目的としていない。
【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１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
2020530401.tif 000022
【図２０Ａ】
2020530401.tif 000023
【図２０Ｂ】
2020530401.tif 000024
【図２０Ｃ】
2020530401.tif 000025
【図２０Ｄ】
2020530401.tif 000026
【図２１Ａ】
2020530401.tif 000027
【図２１Ｂ】
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【国際調査報告】
2020530401.tif 000029
2020530401.tif 000030