JP6410003B1 - Method of manufacturing resistance spot welded joint - Google Patents
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Abstract
めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせて最外側に配置される板の一方が鋼板で他方がアルミニウム板とした板組の抵抗スポット溶接継手を製造するにあたり、電流I1(kA)で通電時間t1(ms)の間通電する第1通電工程と、第1通電工程の後に通電休止時間tc(ms)の間通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に電流I2(kA)で通電時間t2(ms)の間通電する第2通電工程とを有し、重ね合わせる鋼板の総板厚をTFe(mm)、鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をRFe(mm)、鋼板と接触させる電極の先端径をDFe(mm)としたとき、式(1)〜(6)の関係を全て満たす。I1<I2(1)t1>t2(2)t1≧40 (3)tc≧5 (4)3+0.04×√(I12×t1×TFe/DFe)≦tc≦495+√(I12×t1×TFe/DFe) (5)RFe≧20 (6)Resistance spot welding of a plate assembly in which at least one type of steel plate selected from plated steel plate, cold-rolled steel plate and hot-rolled steel plate and an aluminum plate are overlapped and one of the plates arranged on the outermost side is a steel plate and the other is an aluminum plate In manufacturing the joint, a first energization step of energizing the energization time t1 (ms) with the current I1 (kA) and an energization deactivation step of stopping energization for the energization stop time tc (ms) after the first energization step. And a second energization step of energizing the current I2 (kA) for an energization time t2 (ms) after the energization suspending step, and the total thickness of the steel plates to be superposed is TFe (mm), an electrode that contacts the steel plate When the radius of curvature of the tip is RFe (mm) and the tip diameter of the electrode to be brought into contact with the steel plate is DFe (mm), all of the relationships of formulas (1) to (6) are satisfied. I1 <I2 (1) t1> t2 (2) t1 ≧ 40 (3) tc ≧ 5 (4) 3 + 0.04 × √ (I12 × t1 × TFe / DFe) ≦ tc ≦ 495 + √ (I12 × t1 × TFe / DFe) (5) RFe ≧ 20 (6)
Description
本発明は、異種金属材料の抵抗スポット溶接継手の製造方法に関する。具体的には、めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせた板組を、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造する抵抗スポット溶接継手の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a resistance spot welded joint of dissimilar metal materials. Specifically, a resistance that produces a resistance spot welded joint by joining a plate assembly in which at least one kind of steel plate selected from a plated steel plate, a cold-rolled steel plate, and a hot-rolled steel plate and an aluminum plate are overlapped by resistance spot welding. The present invention relates to a method for manufacturing a spot welded joint.
近年の自動車産業では、車体の軽量化による燃費向上を目的として、車体へのアルミニウム合金等の軽金属の適用が進められている。現在、車体における鋼板同士の接合には、他の溶接方法に比べてコストや効率面で優位にある抵抗スポット溶接法が最も多く用いられており、車1台あたりの打点数は3000点から6000点に及ぶ。抵抗スポット溶接法とは、重ね合わせた2枚以上の鋼板を挟んでその上下から一対の電極で加圧しつつ、上下電極間に高電流の溶接電流を短時間通電して抵抗発熱により接合する方法である。 In recent automobile industries, for the purpose of improving fuel efficiency by reducing the weight of the vehicle body, the application of light metals such as aluminum alloys to the vehicle body has been promoted. At present, the resistance spot welding method, which is superior in cost and efficiency compared to other welding methods, is most often used for joining steel plates in a vehicle body, and the number of hits per vehicle is 3000 to 6000. To the point. The resistance spot welding method is a method in which two or more stacked steel plates are sandwiched and pressed with a pair of electrodes from above and below, and a high current welding current is passed between the upper and lower electrodes for a short time to join by resistance heating. It is.
車体の生産工程のコストと効率の維持という観点からは、鋼板同士の場合の接合と同様に、アルミニウム板が混在する場合の接合においても抵抗スポット溶接法を用いることが有効である。なお、以下の説明において、アルミニウム板とは、純アルミニウム板とアルミニウム合金板の総称である。しかし、鋼とアルミニウムの異種金属材料接合においては、電極の加圧により軟質なアルミニウム板が大きく減厚したり、接合界面に脆弱な金属間化合物が形成したりすることで、継手強度、特に十字引張などに代表されるはく離方向への負荷が生じる際のはく離強度が確保できないという課題がある。 From the viewpoint of maintaining the cost and efficiency of the production process of the vehicle body, it is effective to use the resistance spot welding method in the joining in the case where aluminum plates are mixed, as in the joining in the case of steel plates. In the following description, the aluminum plate is a general term for a pure aluminum plate and an aluminum alloy plate. However, in joining dissimilar metal materials of steel and aluminum, the strength of the joint, especially the cross, can be reduced by reducing the thickness of the soft aluminum plate by pressing the electrode and forming a brittle intermetallic compound at the joint interface. There is a problem that the peeling strength cannot be secured when a load in the peeling direction represented by tension or the like is generated.
上記の課題を解決するため、以下に述べるような抵抗スポット溶接方法が提案されている。例えば、特許文献1には、鋼板とアルミニウム板の間に、鉄/アルミニウムクラッド薄板を同種材同士が向かい合うようにインサートさせることで、低電流でも高強度の継手が得られる抵抗スポット溶接方法が記載されている。 In order to solve the above problems, a resistance spot welding method as described below has been proposed. For example, Patent Document 1 describes a resistance spot welding method in which an iron / aluminum clad thin plate is inserted between a steel plate and an aluminum plate so that the same kind of materials face each other so that a high-strength joint can be obtained even at a low current. Yes.
特許文献2には、鋼板とアルミニウム板の両側に当て板を1枚以上添えて溶接を行うことで、当て板と被接合材料との界面が抵抗発熱し、鋼とアルミニウムが抵抗拡散接合されて高強度の継手が得られる抵抗スポット溶接方法が記載されている。 In Patent Document 2, by welding with one or more contact plates on both sides of a steel plate and an aluminum plate, the interface between the contact plate and the material to be joined generates resistance heat, and the steel and aluminum are resistance diffusion bonded. A resistance spot welding method is described that provides a high strength joint.
特許文献3には、鋼材とアルミニウム材をスポット溶接するにあたり、鋼板および鋼板表面酸化皮膜におけるMnおよびSiの各量を適正化することで、大きいナゲット径を得つつ散り発生を抑制することができると記載されている。 In Patent Document 3, when spot welding a steel material and an aluminum material, by optimizing each amount of Mn and Si in a steel plate and a steel plate surface oxide film, it is possible to suppress the occurrence of scattering while obtaining a large nugget diameter. It is described.
特許文献4には、パルセーション通電の条件を適正化するとともに、通電完了後の加圧力を増加させることで、接合界面の金属間化合物の成長を抑制する異種金属接合方法が記載されている。 Patent Document 4 describes a dissimilar metal joining method that suppresses the growth of intermetallic compounds at the joining interface by optimizing the conditions for pulsation energization and increasing the applied pressure after completion of energization.
特許文献5には、前通電およびその後の通電条件を適正化することで、鋼板表面からのチリ発生を抑制するとともに、溶接電流もできるだけ小さくでき、高い接合強度を有する異材接合部が得られるスポット溶接方法が記載されている。 Patent Document 5 discloses a spot that can suppress the generation of dust from the surface of the steel sheet by optimizing the pre-energization and the subsequent energization conditions, reduce the welding current as much as possible, and obtain a dissimilar material joint having high joint strength. A welding method is described.
しかしながら、特許文献1および2に記載の抵抗スポット溶接方法では、車体の構造上不要である当て板やクラッド薄板の使用が必要となるため、大幅なコスト増や重量低減が十分に図れないなどの問題がある。 However, the resistance spot welding methods described in Patent Documents 1 and 2 require the use of a backing plate or a clad thin plate that is not necessary for the structure of the vehicle body, so that a significant increase in cost and weight cannot be achieved. There's a problem.
また、特許文献3では、鋼板および酸化皮膜中の合金元素量および分布を限定する必要があるため、要求性能を満たす鋼板の使用が制限されるなどの課題がある。特に、最近の鋼板での高強度化に伴う高合金化が進んでいる状況下では、特許文献3の発明の適用は極めて制限される。 Moreover, in patent document 3, since it is necessary to limit the amount and distribution of the alloy element in a steel plate and an oxide film, there exists a subject that the use of the steel plate which satisfy | fills a required performance is restrict | limited. In particular, the application of the invention of Patent Document 3 is extremely limited under the circumstances where high alloying is progressing with high strength in recent steel plates.
特許文献4では、前通電の通電時間は20ms以下、パルセーション通電の通電時間は10ms以下といずれも短時間であり、接合径を拡大するためには前通電・パルセーション通電ともに高電流化が必須となる。そのため、鋼板の固有抵抗が高い場合や、板厚が大きい場合には鋼板表面における散り発生の懸念がある。 In Patent Document 4, the energization time for pre-energization is 20 ms or less, and the energization time for pulsation energization is 10 ms or less, both of which are short. Required. Therefore, when the specific resistance of the steel plate is high or when the plate thickness is large, there is a concern that scattering occurs on the surface of the steel plate.
特許文献5では、適用可能な板組は冷延鋼板と6000系アルミニウム合金板との板組のみに限定されているという問題がある。また、特許文献5ではアルミニウム合金板を溶融させない条件で前通電を行う必要があるが、アルミニウム合金板は鋼板と比較して低融点であるため、板組によっては前通電の適正条件範囲が非常に狭くなるという問題もある。 In patent document 5, there exists a problem that the board set which can be applied is limited only to the board set of a cold-rolled steel plate and a 6000 series aluminum alloy plate. In Patent Document 5, it is necessary to perform pre-energization under conditions that do not melt the aluminum alloy plate. However, since the aluminum alloy plate has a lower melting point than a steel plate, the appropriate condition range for pre-energization is extremely high depending on the plate assembly. There is also a problem of narrowing.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、鋼板とアルミニウム板の抵抗スポット溶接継手であって、鋼板やアルミニウム板の成分や板組によらず、鋼板とアルミニウム板間の良好なはく離強度を有する抵抗スポット溶接継手を製造することができる抵抗スポット溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above situations, It is a resistance spot welded joint of a steel plate and an aluminum plate, Comprising: It is between a steel plate and an aluminum plate irrespective of the component and board set of a steel plate or an aluminum plate. It is an object of the present invention to provide a resistance spot welded joint manufacturing method capable of manufacturing a resistance spot welded joint having a good peel strength.
本発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。図1は、抵抗スポット溶接の通電初期の電流分布を模式的に示す図である。図1には、鋼板11とアルミニウム板12とが重ね合わせられた板組を、一対の電極13、14で挟持し加圧しながら通電したときの電流(溶接電流)の分布が、図1中の符号21で表されている。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have obtained the following knowledge. FIG. 1 is a diagram schematically showing a current distribution at the initial stage of energization in resistance spot welding. FIG. 1 shows the distribution of current (welding current) when a plate assembly in which a
鋼板とアルミニウム板の抵抗スポット溶接において良好なはく離強度を有するようにするために重要となるのは、接合部へ付与される応力を低減するために極力大きい接合径(ナゲット径)を得つつ、接合界面(鋼板とアルミニウム板の合わせ面)における脆弱な金属間化合物の成長を抑制することである。接合径を拡大するためには溶接電流や通電時間を増加させることが一般的に有効であるが、溶接電流や通電時間を増加させると入熱が大きくなり接合界面において金属間化合物が成長しやすくなってしまう。以上の理由から、鋼板とアルミニウム板の抵抗スポット溶接継手を良好なはく離強度を有するものとすること(剥離強度の確保)は困難であった。 In order to have a good peel strength in resistance spot welding of a steel plate and an aluminum plate, it is important to obtain a joint diameter (nugget diameter) that is as large as possible in order to reduce the stress applied to the joint, It is to suppress the growth of fragile intermetallic compounds at the bonding interface (the mating surface of the steel plate and the aluminum plate). Increasing the welding current and energizing time is generally effective to increase the joint diameter, but increasing the welding current and energizing time increases the heat input and facilitates the growth of intermetallic compounds at the joint interface. turn into. For the reasons described above, it has been difficult to ensure that the resistance spot welded joint between the steel plate and the aluminum plate has a good peel strength (ensure the peel strength).
そこで本発明者らは、接合径の拡大と入熱の低減を両立させる通電パターンおよび電極等の溶接条件を検討した。一般的に、鋼板とアルミニウム板の抵抗スポット溶接では、まず固有抵抗の高い鋼板が発熱し、鋼板からの熱伝達によってアルミニウム板が溶融し、接合が達成される。そのため、本発明者らは、接合径の拡大と入熱の低減を両立させるには、如何に広範囲の鋼板を短時間で発熱させるかが重要であると考えた。 Therefore, the present inventors have examined welding conditions such as energization patterns and electrodes that achieve both expansion of the joint diameter and reduction of heat input. In general, in resistance spot welding of a steel plate and an aluminum plate, a steel plate having a high specific resistance first generates heat, and the aluminum plate is melted by heat transfer from the steel plate to achieve joining. Therefore, the present inventors considered that it is important how to heat a wide range of steel plates in a short time in order to achieve both expansion of the joint diameter and reduction of heat input.
金属間化合物の成長を抑制するために入熱を低減するには、接合界面が高温状態となる時間を短縮することが有効である。そのためには通電パターンを短時間化・高電流化することが有効であるが、アルミニウム板の表面には強固な酸化被膜が存在するため通電経路が制限され、図1に示すように通電初期は加圧によって酸化被膜が破壊された接合部中心に電流が集中しやすい。故に、過度な短時間化・高電流化は接合部中心への入熱を増加・促進させることになるため、通電時間の短時間化・高電流化には限界がある。 In order to reduce heat input in order to suppress the growth of intermetallic compounds, it is effective to shorten the time during which the bonding interface is in a high temperature state. For this purpose, it is effective to shorten the energization pattern and increase the current, but the energization path is limited because a strong oxide film exists on the surface of the aluminum plate, and as shown in FIG. Current tends to concentrate at the center of the joint where the oxide film is destroyed by pressurization. Therefore, excessively shortening the time and increasing the current increase and promote the heat input to the center of the joint, so there is a limit to shortening the energization time and increasing the current.
本発明は、これらの知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものであり、要旨は以下のとおりである。 Based on these findings, the present invention has been completed with further studies, and the gist is as follows.
[1] めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせて最外側に配置される板の一方が鋼板で他方がアルミニウム板とした板組を、一対の電極によって挟み、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造するにあたり、
電流I1(kA)で通電時間t1(ms)の間通電する第1通電工程と、
第1通電工程の後に通電休止時間tc(ms)の間通電を休止する通電休止工程と、
通電休止工程の後に電流I2(kA)で通電時間t2(ms)の間通電する第2通電工程とを有し、
重ね合わせる鋼板の総板厚をTFe(mm)、鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をRFe(mm)、鋼板と接触させる電極の先端径をDFe(mm)としたとき、
前記第1通電工程、前記通電休止工程、および前記第2通電工程は、下記式(1)〜(6)の関係を全て満たす、抵抗スポット溶接継手の製造方法。
I1<I2 (1)
t1>t2 (2)
t1≧40 (3)
tc≧5 (4)
3+0.04×√(I1 2×t1×TFe/DFe)≦tc≦495+√(I1 2×t1×TFe/DFe) (5)
RFe≧20 (6)[1] A plate assembly in which at least one type of steel plate selected from a plated steel plate, a cold-rolled steel plate and a hot-rolled steel plate and an aluminum plate are overlapped and one of the plates arranged on the outermost side is a steel plate and the other is an aluminum plate. In order to produce a resistance spot welded joint, sandwiched by a pair of electrodes and joined by resistance spot welding,
A first energization step of energizing with an electric current I 1 (kA) for an energization time t 1 (ms);
An energization stop step of stopping energization for an energization stop time t c (ms) after the first energization step;
A second energization step of energizing with an electric current I 2 (kA) for an energization time t 2 (ms) after the energization stop step;
The total thickness of the steel sheet superposing T Fe (mm), a tip radius of curvature of the electrode is contacted with the steel sheet R Fe (mm), when the tip diameter of the electrode contacting the steel sheet was D Fe (mm),
The method of manufacturing a resistance spot welded joint, wherein the first energization step, the energization stop step, and the second energization step satisfy all the relationships of the following formulas (1) to (6).
I 1 <I 2 (1)
t 1 > t 2 (2)
t 1 ≧ 40 (3)
t c ≧ 5 (4)
3 + 0.04 × √ (I 1 2 × t 1 × T Fe / D Fe) ≦ t c ≦ 495 + √ (I 1 2 × t 1 × T Fe / D Fe) (5)
R Fe ≧ 20 (6)
[2] 前記第1通電工程、前記通電休止工程、および前記第2通電工程は、さらに、下記式(7)の関係を満たす、[1]に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
RFe≧50 (7)[2] The method for manufacturing a resistance spot welded joint according to [1], wherein the first energization step, the energization stop step, and the second energization step further satisfy a relationship of the following formula (7).
R Fe ≧ 50 (7)
[3] アルミニウム板と接触させる電極の先端曲率半径をRAl(mm)としたとき、
前記第1通電工程、前記通電休止工程、および前記第2通電工程は、さらに、下記式(8)の関係を満たす、[1]または[2]に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
RAl≧50 (8)[3] When the tip curvature radius of the electrode brought into contact with the aluminum plate is R Al (mm),
The resistance spot-welded joint manufacturing method according to [1] or [2], wherein the first energization step, the energization stop step, and the second energization step further satisfy a relationship of the following formula (8).
R Al ≧ 50 (8)
[4] 前記第1通電工程では、電極を接触させたアルミニウム板の少なくとも一部を溶融させる、[1]〜[3]のいずれか一つに記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。 [4] The resistance spot welded joint manufacturing method according to any one of [1] to [3], wherein in the first energization step, at least a part of the aluminum plate in contact with the electrode is melted.
本発明によれば、鋼板やアルミニウム板の成分や板組によらず、良好なはく離強度を有する鋼板とアルミニウム板の抵抗スポット溶接継手を製造することができる。 According to the present invention, a resistance spot welded joint between a steel plate and an aluminum plate having good peel strength can be produced regardless of the components and the plate set of the steel plate and the aluminum plate.
本発明の抵抗スポット溶接継手の製造方法は、冷延鋼板、熱延鋼板およびめっき鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせて最外側に配置される板の一方が鋼板で他方がアルミニウム板とした板組を、一対の電極によって挟み、抵抗スポット溶接により接合し、抵抗スポット溶接継手を製造するにあたり、電流I1(kA)で通電時間t1(ms)の間通電する第1通電工程と、第1通電工程の後に通電休止時間tc(ms)の間通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に電流I2(kA)で通電時間t2(ms)の間通電する第2通電工程とを有し、重ね合わせる鋼板の総板厚をTFe(mm)、鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をRFe(mm)、鋼板と接触させる電極の先端径をDFe(mm)としたとき、第1通電工程、通電休止工程、および第2通電工程は、下記式(1)〜(6)の関係を全て満たすものである。なお、本発明において、抵抗スポット溶接継手とは強度試験・断面観察などに用いられるテストピースや、抵抗スポット溶接により接合された自動車部材等を含めた総称とする。
I1<I2 (1)
t1>t2 (2)
t1≧40 (3)
tc≧5 (4)
3+0.04×√(I1 2×t1×TFe/DFe)≦tc≦495+√(I1 2×t1×TFe/DFe) (5)
RFe≧20 (6)In the method of manufacturing a resistance spot welded joint according to the present invention, at least one type of steel plate selected from a cold-rolled steel plate, a hot-rolled steel plate and a plated steel plate and an aluminum plate are overlapped and one of the plates arranged on the outermost side is a steel plate. the other is a plate set which is an aluminum plate, sandwiched by a pair of electrodes, and joined by resistance spot welding, in producing a resistance spot welded joint, is energized during the current I 1 (kA) energization time t 1 (ms) A first energization step, an energization deactivation step in which energization is suspended during an energization deactivation time t c (ms) after the first energization step, and an energization time t 2 (ms) with a current I 2 (kA) after the energization deactivation step. second and a conduction step, the total thickness of the steel sheet superposing T Fe (mm), a tip radius of curvature of the electrode is contacted with the steel sheet R Fe (mm), the electrode contacting the steel tip is energized during When was the D Fe (mm), the first current supply step, the energization pause step, and the second energizing step is to satisfy all the relationships of the following formulas (1) to (6). In the present invention, the resistance spot welded joint is a generic name including a test piece used for strength test and cross-sectional observation, an automobile member joined by resistance spot welding, and the like.
I 1 <I 2 (1)
t 1 > t 2 (2)
t 1 ≧ 40 (3)
t c ≧ 5 (4)
3 + 0.04 × √ (I 1 2 × t 1 × T Fe / D Fe) ≦ t c ≦ 495 + √ (I 1 2 × t 1 × T Fe / D Fe) (5)
R Fe ≧ 20 (6)
本発明を図2〜4を用いて以下に具体的に説明する。図2は、抵抗スポット溶接を模式的に示す図である。図3は、通電パターンを説明する図である。図4は、第2通電工程での通電時の電流分布を模式的に示す図である。本発明は、複数の板を重ね合わせた板組を一対の電極によって挟み加圧しながら通電して接合(溶接接合)する抵抗スポット溶接により抵抗スポット溶接継手を得る、抵抗スポット溶接継手の製造方法である。 The present invention will be specifically described below with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram schematically showing resistance spot welding. FIG. 3 is a diagram illustrating an energization pattern. FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a current distribution during energization in the second energization process. The present invention is a method of manufacturing a resistance spot welded joint, wherein a resistance spot welded joint is obtained by resistance spot welding in which a plate assembly in which a plurality of plates are stacked is sandwiched between a pair of electrodes and energized while being pressurized and joined (welded joint). is there.
まず、鋼板11とアルミニウム板12を重ね合わせて板組とする。このとき、図2に示すように、最外側に配置される板の一方が鋼板11で他方がアルミニウム板12になるようにする。換言すると、電極13、14を接触させる板が、それぞれ鋼板11とアルミニウム板12となるように重ね合わせる。なお、図2おいては、鋼板11とアルミニウム板12を一枚ずつ重ね合わせた2枚組みの板組の抵抗スポット溶接継手の例を示したが、鋼板11とアルミニウム板12との間に、さらにもう1枚以上の鋼板あるいはアルミニウム板を挟んだ3枚重ね以上の板組としてもよい。
First, the
本発明において、抵抗スポット溶接継手を構成する板、すなわち、抵抗スポット溶接される板は、めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板から選択される少なくとも一種の鋼板と、アルミニウム板である。なお、めっき鋼板とは、表面に金属めっき層を有する鋼板であり、金属めっき層としては、例えばZn系めっき層やAl系めっき層が挙げられる。Zn系めっきとしては、一般的な溶融亜鉛めっき(GI)、合金化溶融亜鉛めっき(GA)、電気亜鉛めっき(EG)、Zn−Ni系めっき(例えば、10〜25質量%のNiを含むZn−Ni系めっき)、Zn−Al系めっき、Zn−Mg系めっき、Zn−Al−Mg系めっきなどが例示できる。また、Al系めっきとしては、Al−Si系めっき(例えば、10〜20質量%のSiを含むAl−Si系めっき)などが例示できる。鋼板11の成分は、特に限定されない。また、鋼板11の強度も特に限定されないが、例えば鋼板から圧延方向に対して平行方向にJIS5号引張試験片を作製し、JIS Z 2241:2011の規定に準拠して引張試験を実施して求めた引張強さが、270MPa以上1800MPa以下(270MPa級〜1800MPa級)の鋼板である。アルミニウム板の成分も特に限定されず、純アルミニウム板でもアルミニウム合金板でもよい。アルミニウム合金板としては、例えばJISで規定される5000系(Al−Mg系)、6000系(Al−Mg−Si系)、2000系(Al−Cu系)、7000系(Al−Zn−Mg系、Al−Zn−Mg−Cu系)等が挙げられる。なお、アルミニウム板の表面には、酸化被膜が形成されている。また、鋼板11やアルミニウム板12の板厚についても特に限定はないが、一般的な自動車車体に用いられ得る範囲(0.5〜4.0mm程度)であることが好ましい。
In the present invention, the plates constituting the resistance spot welded joint, that is, the plates to be resistance spot welded, are at least one kind of steel plate selected from a plated steel plate, a cold rolled steel plate and a hot rolled steel plate, and an aluminum plate. The plated steel sheet is a steel sheet having a metal plating layer on the surface, and examples of the metal plating layer include a Zn-based plating layer and an Al-based plating layer. Examples of the Zn-based plating include general hot-dip galvanizing (GI), alloyed hot-dip galvanizing (GA), electrogalvanizing (EG), and Zn-Ni-based plating (for example, Zn containing 10 to 25% by mass of Ni). -Ni-based plating), Zn-Al-based plating, Zn-Mg-based plating, Zn-Al-Mg-based plating, and the like. Moreover, as Al system plating, Al-Si system plating (For example, Al-Si system plating containing 10-20 mass% Si) etc. can be illustrated. The component of the
次に、鋼板11およびアルミニウム板12を重ね合わせた板組を、一対の溶接電極(電極13および電極14)で挟み、加圧しながら通電した後に、電極を鋼板から解放する。本発明の抵抗スポット溶接方法で使用可能な溶接装置としては、上下一対の電極を備え、溶接中に加圧力および溶接電流をそれぞれ任意に制御可能な溶接装置を用いることができる。溶接装置の加圧機構(エアシリンダやサーボモータ等)や、形式(定置式、ロボットガン等)等はとくに限定されない。また、直流、交流のいずれにも本発明を適用でき、電源の種類(単相交流、交流インバータ、直流インバータ)など特に限定されるものではない。ここで交流の場合は、「電流」は「実効電流」を意味する。なお、常に水冷されている状態で抵抗スポット溶接を行う。
Next, the plate set in which the
このように、鋼板11とアルミニウム板12とを、最外側に配置される板の一方が鋼板11で他方がアルミニウム板12となるように重ねて板組とする。この板組を、一対の溶接電極(電極13および電極14)で挟み、加圧しながら通電して、抵抗発熱によりナゲットを形成すると共に重ね合わせた鋼板11とアルミニウム板12を接合することで、抵抗スポット溶接継手が得られる。
In this manner, the
本発明においては、この通電を特定のパターンとする。すなわち、本発明の通電パターンは、例えば図3に示すように、電流I1(kA)で通電時間t1(ms)の間通電する第1通電工程と、第1通電工程の後に通電休止時間tc(ms)の間通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に電流I2(kA)で通電時間t2(ms)の間通電する第2通電工程とを有し、重ね合わせる鋼板の総板厚をTFe(mm)、鋼板と接触させる電極13の先端曲率半径をRFe(mm)、鋼板と接触させる電極13の先端径をDFe(mm)としたとき、上記式(1)〜(5)の関係を全て満たす。なお、第2通電工程終了後は、必要に応じて、1段以上の通電を行った後、例えば、後熱処理などを目的とした3段目以降の通電を行なった後、通電を停止する。In the present invention, this energization is a specific pattern. That is, in the energization pattern of the present invention, for example, as shown in FIG. 3, the first energization step of energizing with the current I 1 (kA) for the energization time t 1 (ms) and the energization pause time after the first energization step. an energization stop process for stopping energization for t c (ms), and a second energization process for energizing for the energization time t 2 (ms) with the current I 2 (kA) after the energization stop process. When the total plate thickness of the steel plate is T Fe (mm), the tip curvature radius of the
上述したように、通電初期はアルミニウム板12の表面の酸化被膜で通電経路が制限される。そのため、本発明においては、まず、第1通電工程(1段目の通電)で、第2通電工程よりも長時間且つ低電流の通電を行なう(上記式(1)、(2)を参照)。これにより、アルミニウム板12の表面の酸化被膜を破壊することで鋼板11とアルミニウム板12間の通電経路を確保しつつ、過度な入熱増加が生じないようにする。さらに、この第1通電工程の通電時間t1を40ms以上とすることで(上記式(3)を参照)、鋼板11とアルミニウム板12間の通電経路を十分に確保することができる。As described above, the energization path is limited by the oxide film on the surface of the
そして、第1通電工程に続いて、所定の通電休止時間tc(ms)の間通電を休止し(通電休止工程)、この通電休止工程に続いて、第2通電工程(2段目の通電)で第1通電工程よりも短時間且つ高電流の通電を行なう。これにより、瞬間的に広範囲を発熱させることができる。図4は、第2通電工程での通電時の電流分布を模式的に示す図である。図4に示すように、鋼板11と電極13の接触端近傍22では、電流密度が高いため、高電流化するほどこの接触端近傍22での発熱が促進されることとなる。したがって、第2通電工程での高電流化は、短時間の通電で広範囲を発熱させるのに有効となり、広範囲のアルミニウム板12を溶融させ、これにより接合径を拡大することができる。しかし、第1通電工程の通電終了時点では、第1通電工程において初期に酸化被膜が破壊されて通電が開始する接合部中心がより高温となっている。したがって、通電休止工程での通電休止時間tcが短い場合は、第2通電工程の通電を短時間且つ高電流化したとしても高温の接合部中心から再昇温するため、入熱が過大となり易い。
そこで本発明においては、通電休止時間tcが5ms以上(上記式(4)を参照)で且つ上記式(5)を満たす通電休止工程を行なった後に、高電流且つ短時間の第2通電工程を行なうようにする。これにより、通電休止工程において接合部中心の温度が一旦低下するため、第2通電工程の通電では電流密度が高い鋼板11と電極13の接触端近傍22の発熱を促すことができ、入熱を抑えつつ、ナゲット径を拡大できるのである。ここで、tcの下限値は、第1通電工程における発熱量および第1通電工程終了後の電極への抜熱量に応じて設定することが効果的である。このため、tcの下限値として、それらに影響を及ぼすパラメータであるI1、t1、TFe、DFeから成る関係式(5)(すなわち上記式(5)の左辺)を決定した。TFeが大きいと第1通電工程における鋼板の発熱量が増加するとともに、電極への抜熱も生じにくくなるため、tcの下限値は大きくなる。また、DFeが大きいと、電極との接触面積が増加することで電極への抜熱が促されるため、tcの下限値は小さくなる。また、tcの過度な増加は生産効率を低下させるため、tcの上限値についても、同様のパラメータから成る関係式(5)(すなわち上記式(5)の右辺)を設定した。なお、第2通電工程での通電時間t2は、例えば5〜100msが好ましい。Then, following the first energization process, energization is suspended for a predetermined energization suspension time t c (ms) (energization suspension process), and following this energization suspension process, the second energization process (second-stage energization process). ) For a shorter time and higher current than in the first energization step. As a result, a wide range of heat can be instantaneously generated. FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a current distribution during energization in the second energization process. As shown in FIG. 4, since the current density is high in the
Therefore, in the present invention, the energization stop time t c is 5 ms or more (see the above equation (4)) and the energization stop step satisfying the above equation (5) is performed, and then the second energization step with a high current and a short time is performed. To do. As a result, the temperature at the center of the joint portion once decreases in the energization suspending process, and thus energization in the second energizing process can promote heat generation in the vicinity of the
さらに、本発明においては、上述した特定の通電パターンとすることに加えて、上記式(6)を満たす、すなわち、鋼板11と接触させる電極13として、先端曲率半径RFeが20mm以上である電極を用いる必要がある。これは、鋼板11と接触させる電極13の先端曲率半径RFeの拡大により、鋼板11と電極13の接触面積が大きくなることで、第2通電工程における通電面積が大きくなり、鋼板11の発熱範囲および接合径が拡大できるようにするためである。加えて、鋼板11と電極13の接触面積が拡大することで、電極13への抜熱が促され、第1通電工程終了後の通電休止時間tcを短縮することもできる。また、鋼板11と電極13の接触端近傍22における電流密度の過大増加を防ぐことで、鋼板表面からの散り発生を抑制する効果も得られる。なお、鋼板11と接触させる電極13は、先端曲率半径RFeが下記式(7)の関係を満たす、すなわち先端曲率半径RFeが50mm以上である電極を用いることが好ましい。その理由は、電極と鋼板の接触面積を拡大し、電流密度を低下させることによる表散りの抑制である。
RFe≧50 (7)
電極13の先端の形式は、例えばJIS C 9304:1999に記載されるDR形(ドームラジアス形)、R形(ラジアス形)、D形(ドーム形)である。図5に、電極の先端曲率半径Rと先端径Dを示す。図5(a)はラジアス形の電極の先端曲率半径Rと先端径Dを示す図であり、図5(b)はドームラジアス形の電極の先端曲率半径Rと先端径Dを示す図である。なお、図5(b)に示すように、ドームラジアス形の電極は先端側の曲面が2段の曲率を有するが、電極の先端曲率半径は、抵抗スポット溶接する板に最初に接する部分(中心側の曲面)の曲率半径Rである。
鋼板11と接触させる電極13の先端径DFeは、電極と鋼板の接触面積確保の観点より、例えば4mm〜16mmであることが好ましい。電極13の先端径DFeは、より好ましくは6mm〜16mmであり、さらに好ましくは8mm〜16mmである。Further, in the present invention, in addition to the specific energization pattern described above, the
R Fe ≧ 50 (7)
The type of the tip of the
The tip diameter D Fe of the
本発明においては、上記特定の通電パターンで行い、且つ、鋼板11に接触させる電極13として特定の電極を用いることにより、広範囲のアルミニウム板12を溶融させつつ、過大な発熱を防ぐことができるため、接合径の拡大と入熱の低減による接合界面の金属間化合物の成長抑制とを両立させることが可能となる。したがって、本発明においては、良好なはく離強度を有する鋼板11とアルミニウム板12の抵抗スポット溶接継手を製造することができる。また、上述したように、鋼板やアルミニウム板の成分や板組によらず、具体的には、鋼板やアルミニウム板における表面の金属めっき層の有無や厚さ、酸化皮膜の組成や厚さ、母材強度、板厚によらず、適用することができる。
In the present invention, by using the specific electrode as the
なお、アルミニウム板12と接触させる電極14は、アルミニウム板12と接触させる電極14の先端曲率半径をRAl(mm)としたとき、下記式(8)を満たす、すなわち、先端曲率半径RAlが50mm以上である電極とすることが好適である。これにより、本発明の効果をより有効に得ることができる。これは、アルミニウム板12に加わる面圧を低減させることで、通電によるアルミニウム板12の減厚を抑制する効果が得られるためである。
RAl≧50 (8)
なお、先端曲率半径RAlは80mm以上とすることが、より好ましい。
アルミニウム板12と接触させる電極14の先端の形式は、例えばJIS C 9304:1999に記載されるDR形(ドームラジアス形)、R形(ラジアス形)、D形(ドーム形)である。アルミニウム板12と接触させる電極14の先端径DAlは、アルミニウム合金板に加わる面圧低減の観点より、例えば4mm〜16mmであることが好ましい。電極14の先端径DAlは、より好ましくは6mm〜16mmであり、さらに好ましくは8mm〜16mmである。
また、アルミニウム板12側の電極14の先端径DAlと、鋼板11側の電極13の先端径DFeとの大小関係については特に規定は無く、両者が同じであってもよいし、異なってもよい。The
R Al ≧ 50 (8)
The tip radius of curvature R Al is more preferably 80 mm or more.
The type of the tip of the
Also, there is no particular relationship between the tip diameter D Al of the
また、本発明において、第2通電工程の通電で適用できる電流範囲を拡大したい場合は、第1通電工程で鋼板11とアルミニウム板12間に十分な通電経路を確保しておくことが有効となる。そのため第1通電工程の通電時間t1は、50ms以上とすることが好ましく、60ms以上とするのがより好ましい。第1通電工程の通電時間t1の上限は特に規定しないが、タクトタイム短縮の観点より、好ましくは、通電時間t1が600ms以下である。
また、この第1通電工程の通電時に、アルミニウム板12は少なくとも一部が溶融することが好ましい。第1通電工程の通電時にアルミニウム板12が溶融することによりアルミニウム板12表面の酸化被膜が完全に除去されるため、通電経路の安定化が可能となる。ただし、入熱が過大となるのを防ぐため、最外側に位置し電極14に接触させるアルミニウム板12の板厚をT(mm)としたとき、第1通電工程の通電で形成する電極14に接触させる最外側のアルミニウム板12のナゲット径は、6√T(mm)以下であることが好ましく、さらに好ましくは、5√T(mm)以下である。また、第1通電工程の通電で形成する、電極14に接触させる最外側のアルミニウム板12のナゲット径は、2√T(mm)以上であることが好ましい。なお、アルミニウム板12の板厚Tは単位としてmmを用い、このTを代入した6√Tや5√Tの単位もmmとする。ここで、アルミニウム板12のナゲット径は、アルミニウム板12と該アルミニウム板12と接する板(図2においては、鋼板11)との合わせ面(接合面)における、アルミニウム板12のナゲットの最大径である。なお、「ナゲット」とは、重ね抵抗溶接において溶接部に生じる溶融凝固した部分であるが、本明細書においては、凝固するとナゲットになる溶融部(すなわち凝固する前の溶融部)もナゲットと呼ぶ場合がある。In the present invention, when it is desired to expand the current range that can be applied by energization in the second energization process, it is effective to secure a sufficient energization path between the
Moreover, it is preferable that at least a part of the
また、鋼板の板厚が大きい場合など、電極への抜熱が生じにくい板組においては、通電休止時間tcは10ms以上とすることが好ましく、20ms以上とすることがより好ましい。かつ、通電休止時間tcは下記式(9)の関係を満たすことが好ましく、下記式(10)の関係を満たすことがより好ましい。その理由は溶接部を一旦冷却することで、第2通電工程で広範囲の発熱を促し、継手強度が向上するためである。
8+0.04×√(I1 2×t1×TFe/DFe)≦tc≦495+√(I1 2×t1×TFe/DFe) (9)
15+0.04×√(I1 2×t1×TFe/DFe)≦tc≦495+√(I1 2×t1×TFe/DFe) (10)Also, like the plate thickness of the steel sheet is large, in the heat removal is less likely to occur plate sets to the electrodes, energization pause time t c is preferably greater than or equal to 10 ms, and more preferably to more than 20ms. And, energization pause time t c, it is preferable to satisfy the relation of formula (9), more preferably satisfies the following formula (10). The reason for this is that once the weld is cooled, a wide range of heat generation is promoted in the second energization step, and the joint strength is improved.
8 + 0.04 × √ (I 1 2 × t 1 × T Fe / D Fe) ≦ t c ≦ 495 + √ (I 1 2 × t 1 × T Fe / D Fe) (9)
15 + 0.04 × √ (I 1 2 × t 1 × T Fe / D Fe) ≦ t c ≦ 495 + √ (I 1 2 × t 1 × T Fe / D Fe) (10)
本発明における溶接電流(通電時の電流)は、特に限定されず、溶接電流は例えば4〜40kAである。ただし、施工上は所定のナゲット径を得る必要があり、過大な電流値は散り発生の原因となるため、第1通電工程の電流I1は例えば4〜20kAであり、第2通電工程の電流値I2は例えば10〜40kAである。The welding current (current during energization) in the present invention is not particularly limited, and the welding current is, for example, 4 to 40 kA. However, since it is necessary to obtain a predetermined nugget diameter in construction, and an excessive current value causes scattering, the current I 1 in the first energization process is, for example, 4 to 20 kA, and the current in the second energization process the value I 2 is 10~40kA example.
また、溶接中の加圧力には特に制限はなく、例えば、加圧力は、例えば2.0kN〜7.0kNであり、加圧力を溶接中および溶接前後に変化させてもよい。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the applied pressure during welding, for example, an applied pressure is 2.0 kN-7.0 kN, for example, You may change an applied pressure during welding and before and after welding.
また、溶接中の抵抗値・電圧値といったパラメータを監視し、その変動に応じて電流値や通電時間を変化させる制御方法を用いても何ら問題無い。 There is no problem even if a control method is used in which parameters such as resistance value and voltage value during welding are monitored and the current value and energization time are changed in accordance with the fluctuation.
なお、本明細書において、上記各式は数値のみの関係を規定したものである。 In the present specification, each of the above formulas defines a relationship of only numerical values.
本発明の実施例を以下に示す。なおこの実施例で用いた板組や溶接条件、電極形状は、本発明の効果を示すために適用した一例であるため、他の条件を用いてもよいのは言うまでもない。 Examples of the present invention are shown below. The plate set, welding conditions, and electrode shape used in this example are examples applied to show the effects of the present invention, and it goes without saying that other conditions may be used.
(本発明例および比較例)
供試材料として、表1−1および表1−2に示した鋼板11とアルミニウム板12を用いた。表1−1および表1−2に示した各鋼板の引張強さは、鋼板から圧延方向に対して平行方向にJIS5号引張試験片を作製し、JIS Z 2241:2011の規定に準拠して引張試験を実施して求めた。表1−1に示した鋼板11とアルミニウム板12は、図2に示すようにして、抵抗スポット溶接を行ない、2枚重ねの板組からなる抵抗スポット溶接継手を製造した。表1−2に示した鋼板とアルミニウム板は、図示はしないが、同様に抵抗スポット溶接を行ない、鋼板11(下板)とアルミニウム板12(上板)との間にさらにもう1枚の鋼板15(中板)を挟んだ3枚重ねの板組からなる抵抗スポット溶接継手を製造した。なお、用いたアルミニウム板12は表面に酸化被膜が形成されていた。溶接機はインバータ直流式抵抗スポット溶接機を用い、電極13、14の先端曲率半径および先端径、ならびに、通電パターンを表2に示す条件とした。電極13、14は全てクロム銅製のDR形電極を用いた。抵抗スポット溶接は室温(20℃)で行い、電極13、14を常に水冷した状態で行った。また、加圧力は、第1通電工程、通電休止工程、第2通電工程にわたって一定とした。なお、第1通電工程では、アルミニウム板12の一部が溶融していた。(Invention Example and Comparative Example)
As test materials, the
得られた抵抗スポット溶接継手について、JIS Z 3137に基づく十字引張試験を実施して、はく離強度を評価した。十字引張強度(CTS)が、CTS≧0.9kNの場合をA、0.9kN>CTS≧0.8kNの場合をB、0.8kN>CTS≧0.7kNの場合をC、0.7kN>CTSの場合をFとして、それぞれ評価した。評価結果を表2に示す。本発明例では、評価はA〜Cのいずれかであった。 About the obtained resistance spot welded joint, the cross tension test based on JISZ3137 was implemented, and peeling strength was evaluated. When the cross tensile strength (CTS) is CTS ≧ 0.9 kN, A, 0.9 kN> CTS ≧ 0.8 kN, B, 0.8 kN> CTS ≧ 0.7 kN, C, 0.7 kN> Each case of CTS was evaluated as F and evaluated. The evaluation results are shown in Table 2. In the example of the present invention, the evaluation was any one of A to C.
また、上記と同様の条件で第1通電工程を行ない、接合部の断面観察を行い、第1通電工程の通電で形成した、アルミニウム板12のナゲット径(mm)を求めた。なお、アルミニウム板12のナゲット径は、アルミニウム板12とアルミニウム板12と接する板(鋼板11、表1−2に示す3枚重ねの板組の場合には鋼板15)との接合面における、アルミニウム板12のナゲットの最大径を測定した。測定結果を表2に示す。
Moreover, the 1st electricity supply process was performed on the conditions similar to the above, the cross-section observation of the junction part was performed, and the nugget diameter (mm) of the
11、15 鋼板
12 アルミニウム板
13、14 電極
21 溶接電流
22 鋼板と電極の接触端近傍11, 15
Claims (4)
電流I1(kA)で通電時間t1(ms)の間通電する第1通電工程と、
第1通電工程の後に通電休止時間tc(ms)の間通電を休止する通電休止工程と、
通電休止工程の後に電流I2(kA)で通電時間t2(ms)の間通電する第2通電工程とを有し、
重ね合わせる鋼板の総板厚をTFe(mm)、鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をRFe(mm)、鋼板と接触させる電極の先端径をDFe(mm)としたとき、
前記第1通電工程、前記通電休止工程、および前記第2通電工程は、下記式(1)〜(6)の関係を全て満たす、抵抗スポット溶接継手の製造方法。
I1<I2 (1)
t1>t2 (2)
t1≧40 (3)
tc≧5 (4)
3+0.04×√(I1 2×t1×TFe/DFe)≦tc≦495+√(I1 2×t1×TFe/DFe) (5)
RFe≧20 (6)A pair of plates in which at least one plate selected from a plated steel plate, a cold-rolled steel plate and a hot-rolled steel plate and an aluminum plate are overlapped and one of the plates arranged on the outermost side is a steel plate and the other is an aluminum plate, In order to produce a resistance spot welded joint, sandwiched by electrodes and joined by resistance spot welding,
A first energization step of energizing with an electric current I 1 (kA) for an energization time t 1 (ms);
An energization stop step of stopping energization for an energization stop time t c (ms) after the first energization step;
A second energization step of energizing with an electric current I 2 (kA) for an energization time t 2 (ms) after the energization stop step;
When the total plate thickness of the steel plates to be stacked is T Fe (mm), the tip curvature radius of the electrode in contact with the steel plate is R Fe (mm), and the tip diameter of the electrode in contact with the steel plate is D Fe (mm),
The method of manufacturing a resistance spot welded joint, wherein the first energization step, the energization stop step, and the second energization step satisfy all the relationships of the following formulas (1) to (6).
I 1 <I 2 (1)
t 1 > t 2 (2)
t 1 ≧ 40 (3)
t c ≧ 5 (4)
3 + 0.04 × √ (I 1 2 × t 1 × T Fe / D Fe) ≦ t c ≦ 495 + √ (I 1 2 × t 1 × T Fe / D Fe) (5)
R Fe ≧ 20 (6)
RFe≧50 (7)2. The method of manufacturing a resistance spot welded joint according to claim 1, wherein the first energization step, the energization stop step, and the second energization step further satisfy a relationship of the following formula (7).
R Fe ≧ 50 (7)
前記第1通電工程、前記通電休止工程、および前記第2通電工程は、さらに、下記式(8)の関係を満たす、請求項1または2に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
RAl≧50 (8)When the radius of curvature of the tip of the electrode brought into contact with the aluminum plate is R Al (mm),
3. The method of manufacturing a resistance spot welded joint according to claim 1, wherein the first energization step, the energization stop step, and the second energization step further satisfy a relationship of the following formula (8).
R Al ≧ 50 (8)
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