JP2674383B2

JP2674383B2 - アルミニウムの抵抗溶接方法

Info

Publication number: JP2674383B2
Application number: JP3246749A
Authority: JP
Inventors: 正則泰山; 隆夫高; 和博小川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1997-11-12
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JPH0569155A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムの抵抗溶
接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の車体軽量化のために、ア
ルミニウムの導入が進められている。自動車の車体にア
ルミニウムを使用するためには、アルミニウム板のスポ
ット溶接が不可欠である。ところが、アルミニウムは、
鉄鋼材料と比べ、熱伝導度および電気伝導度が高い。そ
のため、アルミニウムの抵抗溶接では、同一電流を流し
ても、鋼に比べると発熱が少なく、発生した熱も逃げや
すい。そのため、大電流、短時間通電による集中加熱が
必要になる。例えば、板厚が同一の鋼板同士、アルミニ
ウム板同士をスポット溶接する場合、アルミニウム板の
溶接では、鋼板の溶接に比して３倍の溶接電流を必要と
し、通電時間は1/7 〜1/8 まで短縮しなければならな
い。

【０００３】このようなことから、現在、アルミニウム
のスポット溶接条件としては、溶接電流２０〜５０ｋ
Ａ、通電時間５〜１０サイクル程度の値が用いられてお
り、また、溶接機の特性としては、大電流を短時間で正
確に供給することが要求される。このような要求に対
し、最も一般的な単相交流溶接機は、力率が低いため
に、健全な継手を得るための短時間大電流を供給するこ
とが困難である。そのため、アルミニウムのスポット溶
接を行うためには、従来の溶接機に代わってインバータ
ー制御整流式溶接機、三相整流式溶接機などの新しい設
備の導入が必要となる。

【０００４】ところで、アルミニウムの抵抗溶接でも、
接合面に発熱を集中させて、電源電力を有効に使うこと
ができれば、既存の鋼用溶接設備で健全な継手を得るこ
とが可能と考えられる。そのような、接合界面を集中加
熱する方法として、被接合材の間にインサート材を介在
させる方法は、溶接学会論文集、第３巻（１９８５）第
４号、Ｐ６８３〜６９０に開示されている。そして、こ
こには、ステンレス鋼同士の抵抗溶接において、ＢＮｉ
系の材料をインサート材として用いることにより、接合
面間の抵抗が５倍以上大きくなり、通電加熱によって接
合面が集中加熱されると共に、接合界面が均一に加熱さ
れるために、小電流で高強度の継手が得られることが報
告されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このインサ
ート材を用いた集中加熱法は、ステンレス鋼には適用で
きても、アルミニウムには適用し難い。というのは、イ
ンサート材の構成元素が、被溶接材であるアルミニウム
と反応して、接合界面に脆い金属間化合物が生じ、継手
強度を低下させるおそれが多分にあるのである。従っ
て、現況では、鋼用溶接設備に代わる新たな設備の導入
を避け得ない。

【０００６】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、小電流で優れた溶接継手が得られるアルミニ
ウムの抵抗溶接方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】アルミニウムの抵抗溶接
においても、小電流で充分な継手強度を確保するには、
接合面の集中加熱が不可欠と考えられる。しかし、公知
のインサート材を用いた集中加熱法では、前述したとお
り、接合界面に脆い金属化合物が生じ、継手強度を低下
させる。そこで、本発明者らは、接合界面の脆化防止策
について種々調査検討した。その結果、抵抗体をアルミ
ニウムで挟んだクラッド材を、インサート材として使用
するのが有効なことを知見した。また、そのクラッド材
においては、抵抗体とアルミニウムとの厚みの比率が重
要なことも知見した。

【０００８】本発明は上記知見に基づきなされたもの
で、アルミニウムの２倍以上の比抵抗を有する抵抗体を
アルミニウムで挟み、かつ、そのアルミニウムの厚みを
抵抗体の厚みの１／４以上６倍以下としたクラッド材
を、溶接すべきアルミニウム材の間に介在させて、該ア
ルミニウム材を抵抗溶接することを特徴とするアルミニ
ウムの抵抗溶接方法を要旨とする。

【０００９】

【作用】本発明のアルミニウムの抵抗溶接法における集
中加熱の原理を図１により説明する。比較のために、従
来のインサート材を用いた集中加熱法を図２に示す。１
は溶接すべきアルミニウム材、２はクラッド材、２ａお
よび２ｂはクラッド材２を構成する抵抗体およびアルミ
ニウム、３は従来の集中加熱に使用されるインサート材
である。

【００１０】本発明のアルミニウムの抵抗溶接方法にお
いて、アルミニウム材１，１の間に電流が通されると、
この間に挟まれたクラッド材２の抵抗体２ａが集中的に
発熱して高温となり、その熱が両側のアルミニウム２
ｂ，２ｂを介してアルミニウム材１，１に伝わる。その
結果、小電流でもアルミニウム２ｂとアルミニウム材１
との接合面が、ナゲット形成に必要な温度まで加熱さ
れ、両者が溶接される。

【００１１】このとき、クラッド材２における抵抗体２
ａとアルミニウム２ｂとの所謂クラッド界面は、冶金的
に接合されているので、抵抗が小さく発熱が抑えられ
る。そのため、問題となる金属間化合物を生じない。ま
た、アルミニウム２ｂとアルミニウム材１との接合面
は、同材接合面であるため、金属間化合物を生じるおそ
れがない。

【００１２】従来のインサート材を用いた集中加熱法を
アルミニウムに適用したときに、接合面に脆い金属間化
合物が生じるのは、アルミニウム材１とインサート材３
との異材接合面にナゲットが形成され、これにインサー
ト材３の構成元素が溶融・混合あるいは拡散するためで
ある。

【００１３】本発明の基礎となる知見事項のうち、最も
重要なのは、アルミニウムと抵抗体の板厚を制御するこ
とにより、接合面での発熱をコントロールし、高い継手
高度が得られることである。

【００１４】本発明のアルミニウムの抵抗溶接に使用さ
れるクラッド材は、圧延、爆着、拡散等の公知の方法に
より製造され、その製法は特に問わない。

【００１５】クラッド材を構成する抵抗体は、小電流で
高温に加熱するために、アルミニウムの比抵抗（2.６μ
Ω・ｃｍ）の２倍以上の比抵抗を必要とし、６μΩ・ｃ
ｍ²以上が望ましい。そのような材質としては、例えば
ステンレス鋼（７０μΩ・ｃｍ），Ｆｅ（9.７１μΩ・
ｃｍ），Ｔｉ（４２μΩ・ｃｍ），Ｔａ（１2.４５μΩ
・ｃｍ），Ｎｉ（6.８４μΩ・ｃｍ），Ｚｒ（４０μΩ
・ｃｍ）等をあげることができる。

【００１６】クラッド材を構成するアルミニウムの厚み
は、抵抗体の厚みに対する比率で表わして、１／４以上
６倍以下とし、１〜３倍程度が特に望ましい。なぜな
ら、アルミニウムが厚すぎると、抵抗体での発熱がアル
ミニウムに吸収されて、アルミニウム同士の接合面でナ
ゲットが充分に成長せずに接合強度を不足させ、逆に、
抵抗体に比してアルミニウムが薄すぎると、アルミニウ
ム同士の接合面で生じた溶湯が抵抗体と反応してこの間
に脆弱な金属間化合物を形成する。なお、クラッド材に
おける一対のアルミニウムの板厚は、同一としなくても
よい。

【００１７】クラッド材の総厚は、溶接器の容量等に関
係し、最大２０ｋＡ程度のものでは２ｍｍ以下が望まし
い。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００１９】Ｆｅ，ＳＵＳ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｎｉか
らなる抵抗体をアルミニウムで挟んだ各種のクラッド材
をインサート材として、板厚が0.８ｍｍのアルミニウム
板を種々条件でスポット溶接した。クラッド材は、熱間
圧延法により製造し、総厚を一定（2.０ｍｍ）として、
抵抗体とアルミニウムの厚さの比率を種々に変更した。
比較のために、Ｎｉからなる単層インサート材も使用し
た。溶接後に、図３に示す十字引張試験を行って、各溶
接継手の強度を破断形態にて評価した。結果を表１に示
す。

【００２０】表中にボタンと示されているのは、スポッ
ト溶接部の十字引張試験で見られる破断形態で、ナゲッ
トの周辺から母材にかけて破断が生じてボタン穴のよう
な形態となり、充分な溶接が達成された場合に生ずる。
一方、フラットとは、塑性変形の小さいフラットな破面
のことで、充分な溶接が行われなかったことを示す。

【００２１】インサート材を使用しなかった場合は、充
分な継手強度を得るのに３０ｋＡの溶接電流を必要とし
た。また、インサート材を使用しても、これがＮｉ単層
の場合は、３０ｋＡの溶接電流では接合界面に脆化層が
形成されて充分な強度を得ることができない。また、１
２ｋＡ程度では、接合界面で充分な発熱を起こすことが
できないため、同様に充分な強度が得られない。これに
対し、抵抗をアルミニウムで挟んだ３層クラッド材を使
用した場合は、溶接電流が１２ｋＡでも充分な継手強度
を得ることができた。ただし、クラッド材におけるアル
ミニウムの厚みが抵抗体の厚みに対して、過大もしくは
過小の場合は、１２ｋＡの溶接電流では充分な継手強度
は得られなかった。

【００２２】

【表１】

【００２３】なお、上記実施例は、本発明をスポット溶
接に適用したものであるが、本発明はこれに限らず、プ
ロジェクション溶接法、シーム溶接法等の各種抵抗溶接
に適用できる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のアルミニウムの抵抗溶接方法は、アルミニウム同士を
直接溶接するよりも格段に少ない電流で健全な溶接継手
を得ることができる。従って、鋼用等の汎用溶接機によ
る溶接が可能となり、新たな設備の導入が不要となる。
また、新たな設備を導入するにしても、容量の小さいも
のが使用でき、設備に要するコストの節減効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアルミニウムの抵抗溶接方法における
集中加熱の説明図である。

【図２】従来の集中加熱の説明図である。

【図３】十字引張試験の説明図である。

【符号の説明】

１溶接すべきアルミニウム材２クラッド材２ａクラッド材２を構成する抵抗体２ｂクラッド材２を構成するアルミニウム

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウムの２倍以上の比抵抗を有す
る抵抗体をアルミニウムで挟み、かつ、そのアルミニウ
ムの厚みを抵抗体の厚みの１／４以上６倍以下としたク
ラッド材を、溶接すべきアルミニウム材の間に介在させ
て、該アルミニウム材を抵抗溶接することを特徴とする
アルミニウムの抵抗溶接方法。