JP3656687B2

JP3656687B2 - 中空フレームの抵抗溶接方法

Info

Publication number: JP3656687B2
Application number: JP04370897A
Authority: JP
Inventors: 美速今村; 和男米澤; 哲岩瀬; 徹橋村; 孝人藤井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: JPH10235477A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム又はアルミニウム合金製の中空フレームと板材とを抵抗スポット溶接等の抵抗溶接により溶接する中空フレームの抵抗溶接方法に関し、特に、加圧力を高めることができる中空フレームの抵抗溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造材として使用されるアルミニウム又はアルミニウム合金製中空フレームと板材とは抵抗スポット溶接により溶接される。この中空フレームと板材とを抵抗スポット溶接により接合する際に、接合強度を高めるためには、高加圧力にて溶接する必要がある。しかし、この抵抗スポット溶接においては、中空フレームの溶接しようとする面に板材を当て、その外側から１対の電極で板材を中空フレームの表面に押圧する必要があり、このため加圧力が高いと、その加圧力により中空フレームの表面が撓み、中空フレームが鼓形に変形する。このため、中空フレームを抵抗スポット溶接する際に、加圧力を高めることができなかった。
【０００３】
そこで、従来、低加圧力の下で中空フレームを溶接するために、中空フレームと板材との間に、テルミット反応が生じるように調整された組成を有するインサート材を介在させて抵抗溶接する技術が提案されている（特開平８−１３２２５２号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、インサート材を中空フレームの表面に塗布する作業と、塗布したインサート材を熱により硬化させるための設備及びその管理とが必要である。このため、このインサート材を使用する従来の抵抗溶接方法は処理コストが高いという欠点がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高加圧力を付加することを可能として、インサート材を使用することなく接合強度を高めることができる中空フレームの抵抗溶接方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る中空フレームの抵抗溶接方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金製中空フレームの外表面にアルミニウム又はアルミニウム合金製板材を当て、１対の電極により前記板材を前記中空フレームに押圧しつつ通電して両者を抵抗溶接する中空フレームの抵抗溶接方法において、前記中空フレームの内部には厚さが抵抗溶接による溶融径と実質的に同一であり前記電極により押圧される部分間を連絡する中間壁が形成されており、前記板材を挟んでその外側に、前記電極により押圧される面とそれに直交する面とを覆う断面Ｌ字形をなし、その端部に相互に重ねられる部分を有する１対のダミー部材を配置し、この１対のダミー部材を前記板材及び前記中空フレームと共に溶接することを特徴とする。
【０００８】
前記ダミー部材は前記電極により溶接すべき部分の外面に予め凹部が形成されており、この凹部が前記中間壁に整合するように前記ダミー部材を前記中空フレームに対して位置決めしてもよい。また、前記中間壁の表面と前記中空フレーム内面とは、１ｍｍ以上の曲率半径の丸みを有して交差していることが好ましい。
【００１１】
本発明においては、中空フレームの内部に、電極により加圧される部分間を連絡するように、厚さが抵抗溶接による溶融径と実質的に同一である中間壁が設けられている。これにより、電極により板材を中空フレームに押圧しても、中空フレームが変形することがなくなるため、接合強度上最適な押圧力を印加して抵抗スポット溶接することができる。従って、本願発明においては、インサート材が不要である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例を示す斜視図である。中空フレーム１は横断面が日形をなし、中空内部に、フレームの上壁中央と下壁中央とを連絡する中間壁２が形成されている。この中間壁２の厚さは、溶接時の溶融ナゲット径と実質的に等しい。そして、このフレーム内部の上壁及び下壁と中間壁２との隅部３は、１ｍｍ以上の曲率半径で湾曲する丸みを有している。このような形状の中空フレーム１はアルミニウム又はアルミニウム合金の押出成形により形成されている。また、中間壁２の厚さは溶接時の溶融ナゲットの大きさと実質的に同一の寸法を有する。
【００１３】
この中空フレーム１の上壁の外面及び下壁の外面には、夫々アルミニウム又はアルミニウム合金板材４がその端部が中空フレーム１の上壁及び下壁から突出しないように重ねられる。
【００１４】
そして、これらの板材４を中空フレーム１との間で挟むようにして、断面Ｌ字形のダミー部材５、７が板材４の外側に配置される。このダミー部材５，７はアルミニウム又はアルミニウム合金のプレス材、圧延材又は押出材等である。そして、ダミー部材５，７は夫々中空フレーム１の上面及び下面から９０°屈曲して側面まで覆っており、特に、上方に配置されたダミー部材５の側面延長部の先端部６は更に屈曲してダミー部材７の側面延長部の先端部８に重ねられるようになっている。ダミー部材５，７の夫々上面及び下面（即ち、外面）には、それらが中空フレーム１の上壁、下壁及び側壁に重ねられて配置されたときに、中間壁２に整合することになる位置に、この中間壁２に沿って線状に延びる凹部９，１０が形成されている。
【００１５】
次に、このような形状の中間フレーム１と板材４，５とをダミー部材５，７を使用して抵抗スポット溶接する本実施例方法について説明する。先ず、板材４を中空フレーム１の上下両面に重ね、更に、板材４の上にダミー部材５，７をその先端部６が先端部８に嵌合するように重ねる。
【００１６】
次いで、上部電極１１及び下部電極１２をダミー部材５，７の凹部９，１０における所定の溶接箇所に押しつけ、電極１１，１２をダミー部材５，７，板材４及び中空フレーム１に所定の加圧力で押圧する。そして、この加圧状態で、電極１１，１２間に所定のパルス電流を所定のサイクルで印加し、ダミー部材５，７を含めて、板材４及び中空フレーム１を抵抗スポット溶接する。この場合に、本実施例においては、電極１１，１２が加圧される中空フレーム１の部分に中間壁２が設けられているので、電極１１，１２により接合強度上最適な高い加圧力を中空フレーム１に印加しても、この中空フレーム１の上壁及び下壁が撓み、変形する虞はない。このように、十分に高い加圧力を印加した状態で抵抗スポット溶接するので、極めて高い接合強度を得ることができる。
【００１７】
また、中間壁２の厚さは、抵抗スポット溶接のナゲット径と実質的に同一であるので、所望の接合品質を容易に得ることができる。スポット溶接の構造設計はナゲット径と溶接点数とにより実施される。このため、本実施例のように、ナゲット径が中間壁２の大きさによって限定されれば、所望の強度に応じて溶接点数のみを決定すればよい。従って、所望の接合強度に応じて溶接設計を容易に実施することができる。即ち、図２は、この溶融ナゲット径と中間壁の厚さとの関係を示す模式図である。但し、説明の簡単のために、ダミー部材５，７は図示を省略している。電極１１の先端部１３が板材４を中空フレーム１の上壁に押圧し、電極間に通電することにより、板材４と中間フレーム１との接触部が抵抗発熱して溶融し、溶融ナゲット１４が形成される。この場合に、電極先端部１３と板材４との密着領域の径ｄ₁と、中間壁２の厚さｄ₃とにより電流の通路が決まり、この電流通路内で板材４と中間フレーム１との密着部が発熱し、溶融する。そこで、電極先端部１３がｄ₁≧ｄ₃となるような曲率又は接触平面を有する電極１１を使用すると、ナゲット径ｄ₂はｄ₂＝ｄ₃となり、ナゲット径は中間壁２の厚さと等しくなる。従って、電極先端部の曲率又は接触平面が上述のようにｄ₁≧ｄ₃となる条件にしておけば、溶接条件としては、多少過電流気味の条件を選定しておくことにより、溶接電流の大きさ等を厳密に調整して溶接毎のナゲット径の大きさをコントロールする必要なく、容易にねらいとおりの溶接品質を確保することができる。
【００１８】
また、本実施例においては、隅部３の丸みの曲率半径は１ｍｍ以上である。このように、隅部３に丸みを設け、その曲率半径を１ｍｍ以上とすることにより、電極１１，１２の位置が中間壁２に対してずれた場合の不都合を回避することができる。即ち、図３に示すように、中間フレーム１の内面と中間壁２とがなす隅部に丸みがない場合は、電極先端部１３の中心が中間壁２の中心位置から若干ずれたとき、電流の通路も中間壁２の中心位置からずれ、中間壁２の中心方向に対して傾斜したものとなる。このため、発熱部も中間壁２の中心方向から外れたものとなる。一方、電極１１の押圧により生じる板材４と中空フレーム１との間の密着部は中間壁２の中心線上の位置に近いものであり、このため、発熱部と密着部とがずれを生じ、密着度が低い部位で大きな発熱が生じる。そうすると、爆飛が生じ、部材に穴が開く虞がある。しかし、本実施例のように、中間フレームの内面と中間壁２の表面とが所定の曲率半径の丸みを有して交差するようにしておくと、電極位置が若干ずれても、このような発熱部と密着部との間にずれが生じることが防止され、爆飛の危険性も解消される。
【００１９】
更に、本実施例においては、ダミー部材５，７を中空フレーム１に対して位置決めして配置すると、その外面に形成された凹部９，１０が中間壁２に整合する位置に位置する。このため、電極１１，１２の押圧位置をこの凹部９，１０を目安として決めることにより、電極１１，１２を極めて容易に且つ高精度で中間壁２と整合するように位置決めすることができる。特に、本実施例のように、板材４の外方にダミー部材５，７が配置されている場合は、中間壁２の位置を認識することが難しい。このため、ダミー部材５，７の外面に目印用の凹部９，１０を形成しておくことは極めて有効である。
【００２０】
本実施例においては、本来溶接すべき中空フレーム１及び板材４の他に、ダミー部材５，７も共に溶接接合している。このため、ダミー部材４がない場合に比して、電極１１，１２から溶接部に与えるべき電流を低減することができる。中空フレーム１及び板材４はアルミニウム又はアルミニウム合金製であるが、このアルミニウム又はアルミニウム合金は熱伝導率が高く、熱が離散しやすいため、中空フレーム１と板材４との間で所要の発熱量を得るためには、鋼材を抵抗スポット溶接する場合の約３倍の電流値が必要である。しかし、本実施例の場合は、板材４をダミー部材５及び７と中空フレーム１とで挟む３層構造を有しているので、この板材４はダミー部材５，７及び中空フレーム１の双方と接触面を有し、ダミー部材５，７がない場合の２倍の接触面積を有している。このため、各板材４について、その表裏両面で発熱が生じるため、板材４を高効率で加熱し、溶融させることができる。従って、投入すべき電流を低減することができる。
【００２１】
また、このダミー部材５，７はその先端部６，８が相互に重ねられる形状を有しているので、このダミー部材５とダミー部材７との間隙から水等が内部に侵入することを防止することができる。そして、下方のダミー部材７の先端部と、上方のダミー部材５との間に若干の隙間１５を有している。このため、電極１１，１２によりダミー部材５，７を押圧した場合に、中空フレーム１が若干撓んでもその変形を隙間１５で吸収することができる。このように、ダミー部材５，７をコ字形の一体物ではなく、Ｌ字形の分割形とすることにより、電極押圧時にもダミー部材５．７はその溶接部が平行の状態を維持することができ、溶接作業性を劣化させることが防止される。
【００２２】
このようにして、本実施例によれば、中空フレームを変形させることなく、また、インサート材を使用することなく、アルミニウム又はアルミニウム合金製の中空フレームと板材とを高効率で抵抗溶接することができる。
【００２３】
なお、本発明は上記実施例に限定されないことは勿論である。例えば、中間壁は少なくとも溶接部とその対向する部分とを連絡するように設ければよく、この溶接部以外に別の中間壁を設けることも可能である。例えば、中空フレームは上記実施例のように、日形の断面形状に限らず、田形等種々の断面形状にすることが可能である。また、上記実施例のように中空フレームの二面に板材を溶接することなく、板材は中空フレームの一面にのみ溶接することとしてもよい。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明方法により実際に抵抗スポット溶接試験した結果について、本発明の範囲に入る実施例と本発明の範囲から外れる比較例とを比較して説明する。下記表１は各実施例及び比較例の溶接条件並びに破断形態及び評価結果を示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
中間フレームはＡ６０６３−Ｔ５アルミニウム合金の押出材であり、板材はＡ５１８０−Ｏ材である。中間フレームの厚さは３ｍｍであり、その横断面は１辺長が６０ｍｍの正方角筒である。電極はクロム銅製であり、直径が１６ｍｍであり、先端部の曲率半径は８０ｍｍである。
【００２７】
実施例１は、図４に示すように、中間フレーム２１に１枚の板材２２を抵抗スポット溶接したものである。実施例２は、図５に示すように、実施例１と加圧力及び溶接電流が異なる。実施例３は、図６に示すように、板材２２の外側にダミー部材を模して別の板材２３を配置し、３層重ねで抵抗スポット溶接したものである。実施例４は、図７に示すように、この３層重ねの抵抗スポット溶接を、中空フレームの上面及び下面の２面で同時に行った場合のものである。
【００２８】
これに対し、比較例１は、中間壁を有しない点を除いて図５と同じ条件で抵抗スポット溶接した場合のものである。また、比較例２は、インサート材を使用したこと以外は、比較例１と同一の条件で抵抗スポット溶接した場合のものである。
【００２９】
その結果、表１に示すように、破断試験において、実施例１乃至４及び比較例２はいずれも母材で破断し、溶接部では破断しなかった。従って、溶接強度はいずれも優れたものであった。しかし、実施例１乃至４はインサート材を使用しなかったが、比較例２はインサート材を使用したものであり、前述の如く、インサート材を使用する場合の欠点を有するものである。そして、インサート材を使用しないがその他の条件は比較例２と同様である比較例１は、溶接部の強度が低く、破断試験において溶接部で破断した。このため、実施例１乃至４の評価は○となっているのに対し、比較例１，２の評価は×となっている。
【００３０】
また、実施例１，２は溶接電流が高いのに対し、実施例３，４は３層重ねで抵抗スポット溶接しているので、実施例１，２に比して溶接電流を低減することができた。
【００３１】
以上のように、本発明の実施例１乃至４の場合は、いずれも良好な作業性で良好な溶接品質の溶接部を得ることができた。これに対し、比較例１，２の場合は、溶接品質が低いか、又は溶接作業性が悪いものであった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、中空フレームの内部に中間壁を設けたので、中空フレームに板材を抵抗溶接する場合に、加圧力を十分高いものとしても、中空フレームに変形が生じることがなく、接合強度が高い溶接部を得ることができる。しかも、本発明によれば、インサート材を使用する必要がないので、その溶接作業性も優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図である。
【図２】同じくその中間壁の厚さを説明する図である。
【図３】同じくその隅部の丸みがない場合の不都合を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１の溶接方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施例２の溶接方法を説明する図である。
【図６】本発明の実施例３の溶接方法を説明する図である。
【図７】本発明の実施例４の溶接方法を説明する図である。
【符号の説明】
１：中空フレーム
２：中間壁
３：隅部
４：板材
５，７：ダミー部材
６，８：先端部
９，１０：凹部
１１，１２：電極
１３：電極先端部

Claims

アルミニウム又はアルミニウム合金製中空フレームの外表面にアルミニウム又はアルミニウム合金製板材を当て、１対の電極により前記板材を前記中空フレームに押圧しつつ通電して両者を抵抗溶接する中空フレームの抵抗溶接方法において、前記中空フレームの内部には厚さが抵抗溶接による溶融径と実質的に同一であり前記電極により押圧される部分間を連絡する中間壁が形成されており、前記板材を挟んでその外側に、前記電極により押圧される面とそれに直交する面とを覆う断面Ｌ字形をなし、その端部に相互に重ねられる部分を有する１対のダミー部材を配置し、この１対のダミー部材を前記板材及び前記中空フレームと共に溶接することを特徴とする中空フレームの抵抗溶接方法。
前記ダミー部材は前記電極により溶接すべき部分の外面に予め凹部が形成されており、この凹部が前記中間壁に整合するように前記ダミー部材を前記中空フレームに対して位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の中空フレームの抵抗溶接方法。
前記中間壁の表面と前記中空フレーム内面とは、１ｍｍ以上の曲率半径の丸みを有して交差していることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空フレームの抵抗溶接方法。