JPH0677841B2 - シートメタルを溶接する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、シートメタルを溶接する方法に関する。特
に、この発明は、並設されたシートメタルの限られた領
域で融解を起こして“スポット溶接”を形作るため、上
記領域を局部的に加熱してシートメタルを溶接する方法
に関する。

〈従来の技術〉 シートメタルを結合する形式（例えば、箱またはシェル
を形作る形式）に関しては、第１図および第２図の中で
例をもって示している形式の“中実”のスポット溶接を
用いて、溶接を行なうものが知られている。第１図およ
び第２図に示すように、２個の並設されたシートメタル
A,Bはスポット溶接Ｃによって結合されている。上記ス
ポット溶接Ｃは、上記シートメタルがグリップされたそ
の間の１対の電極（図示しない）を用いて、例えば電気
抵抗溶接によって行なわれる。各スポット溶接Ｃは大体
円柱で単一体を形成している。

上述の型式で知られているスポット溶接部は、応力集中
が起る領域を提示している。この場合、分離して形作ら
れる溶接構造には応力が作用する。

：一般に、上記スポット溶接での応力は、静止状態で予
知できる最大応力の大きさの２倍から３倍の値に達す
る。

従来形式の“中実”のスポット溶接が施こされた構造が
振動による負荷（一般に、周期的な動的な負荷）を受け
るときには、スポット溶接が失敗したり疲労による破損
が起こったりする問題がある。

事実、溶接個所に繰り返しの衝撃や振動などが作用する
場合には、共振を起こす往復運動を発生させたり、シー
トメタルの構造に往復運動を起こさせたりする。幾つか
の形式上のフォームに対応する曲げの幅は、第２図に示
すようにシートメタルの肉厚程度の大きさを持ってい
る。明らかに、サインカーブのような繰り返した強い集
中応力が作用する場合には、スポット溶接部に疲労が起
こる。

スポット溶接が施された材料の金属学および治金学上の
性質は構造の周囲の領域の性質より弱い。さらに、スケ
ールや凝縮された残余や種々の汚染物質の堆積による典
型的な電解質の浸食現象が、マイクロ浸食やマイクロク
ラックやこれらの生長反応を増進させている。そして、
スポット溶接は上述した電気化学現象の影響を受けやす
い。この場合、上記スポット溶接は破損しやすく、安全
性の観点から応用面におけるある臨界点で本質的に信頼
性がない。また、スポット溶接を施こした金属を用いる
と非常に強力な応力が生じる場合がある。そのため、一
般に安全状態を確保したスポット溶接を用いる必要性が
生じた。

構造上の計算において、従来型の“中実”のスポット溶
接は、シートメタルに垂直な無限の剛性を有し、かつ、
その溶接場所に固く固定されたビームエレメントとして
考えられている。例えば、ラインに沿って配置された一
連の連続したスポット溶接によって結合された２個のシ
ートメタルであって、溶接の端部のスポット溶接が可成
りの剪断力によって負荷を受けるように上記シートメタ
ルが応力を受ける場合には、この溶接は破壊し（“脆性
破壊”）、連続したスポット溶接はチェーン状に破壊し
ていく。事実、第１スポット溶接による破壊後は、剪断
力は連続したスポット溶接に伝達され、その破壊の伝達
は、確実に、全体として、すなわち、少しの変形も伴わ
ずに行なわれる。そのとき、他のスポット溶接にも連続
して破壊が起って、破壊はチェーンのように（ドミノ効
果（domino effect））増大していく。

〈発明の目的〉 この発明の目的は、従来技術のスポット溶接の不利な点
を解消することのできる、初期に定められた型式のシー
トメタルを溶接する方法を提供することにある。

〈発明の構成、効果〉 上記目的を達成するために、この発明では、各溶接領域
において、シートメタルは閉じたラインに沿って加熱さ
れ、かつ、融解されて、各スポット溶接は横断面が実質
上環状の形状を有する。

また、上記溶接は、シートメタルと一緒になって、箱状
の構造をなしている。この箱状の構造は応力の一部を吸
収でき、弾性−塑性変形をする構造である。例えば、こ
の発明による一連の管状のスポット溶接によって結合さ
れた２個のシートメタルの場合、上記スポット溶接はラ
インに沿って連続して配置されており、上記溶接は加え
た応力の一部を弾性−塑性式に吸収できて破壊しにく
く、さらに、１個所のスポット溶接から他方のスポット
溶接への応力の伝達は起こらず、チェーンのような連続
的な破壊は発生しない。

また、この発明では、電極間に電圧を印加する上で上記
溶接領域に分路をつくる電流の発生を妨げるために、上
記シートメタルの少なくとも一方には、予め、上記閉じ
たライン内で上記溶接領域に空洞を形成する局所的変形
が与えられている。上記電極は上記局所的変形の外側で
上記シートメタル上に把持される。これにより、電気抵
抗溶接方式の簡単な装置で、管状の形状を持つスポット
溶接が確実に形成される。

また、上記シートメタルの各溶接領域に孔が予め形成さ
れており、上記孔は、形成されるべきスポット溶接の寸
法以下の断面寸法を持つのが望ましい。

また、上記孔は貫通孔であっても良く、または、盲孔で
あっても良い。

また、孔は、他方のシートメタルに近接して配置される
ようになっている面からシートメタルに夫々形成されて
いるのが望ましい。

また、上記シートメタルの少なくとも一方には、各溶接
領域にボスが予め形成されており、上記ボスと他方のシ
ートメタルの対向面とが上記空洞を形成しているのが望
ましい。

また、各電極は、実質的に管状の形を形成すべき閉じた
ラインに沿って配置された複数のマイクロ電極を含むの
が望ましい。

〈実施例〉 第３図はこの発明の方法によって行なわれた２個のスポ
ット溶接Ｓを示す。図中のシートメタルA,Bの局部的に
加熱され、かつ、実質的に円形である閉じたラインに沿
って融解され、その結果、各スポット溶接Ｓは、平均半
径が例えば2mmの管状円筒エレメントによって実質的に
構成されている。

第３図中のスポット溶接Ｓを行なうために、好ましい実
施例によれば、第６図に示す装置を用いることができ
る。第６図中、シートメタルA,Bの上方にレーザー源１
が取付けられて、レーザー源１はビーム軸２に対して例
えば45度傾斜して取付けられた第１ミラー３の方向へレ
ーザービーム２を発射する。上記第１ミラー３で反射さ
れたレーザービーム2aは第２ミラー４に入射する。第６
図で図式的に示される実施例では、上記第２ミラー４は
第１ミラー３と平行である。第２ミラー４から反射した
光線2bがレンズ５を通って上部シートＡに焦点を合わせ
る。

上記第１ミラー３および第２ミラー４とレンズ５は、第
６図中矢印F₁で示されるように、ビーム２の軸のまわり
に互いに回転し得るようになっている。これらの第１ミ
ラー３および第２ミラー４とレンズ５を備えた光学系を
回転させる手段によって、シートメタルＡ上の円形ライ
ンに沿ってレンズ５から射出するビームの投射位置を移
動させることが可能である。上記実施例では、第１ミラ
ー３および第２ミラー４でレーザービームの投射位置の
間の距離に実質的に一致する平均半径Ｒを有するスポッ
ト溶接を行なうことが可能である。好ましくは、第２ミ
ラー４とレンズ５とは、第６図中矢印F₂で示されるよう
に、第１ミラー３に対して互いに移動可能である。これ
は、従来の型式によるマイクロメトリック調整制御手段
によって容易に行なわれる。このように、スポット溶接
Ｓの半径を変えることが可能である。

環状円形断面上でレーザースポット溶接を行なうことの
できる装置は、アールティーム−イスティチュートパー
リ−リサーチェディテクノロジアメカニカエパーオート
マジオン（RTM−Istituto per le Ricerche di Tecnolo
gia Meccanicae per l′Automzione）の氏名で同日にイ
タリアに出願された特許出願の中で説明されている。

後者の装置と2.5KWの物理分光源を用いて、肉厚が0.8mm
と2.5mmとの間で変化するメタルシートにおいて行なわ
れた実験的テストの結果は次のように示されている。管
状スポット溶接は、“管状”スポット溶接が1/4/1/5以
下かまたはこれに等しい横断面積（強度領域）を有する
場合でも、従来の型式の中実スポット溶接よりもより強
く、衝撃に耐え得る能力を有し、かつ、疲労に対しても
より強い溶接されたシートメタルを形成する構造を示し
ている。

打撃と衝撃とに耐え得る改良された能力は第４図と第５
図に示されている。それは、薄い肉厚の管状構造のエレ
メント（第４図に示す）を例えば鑿で集中衝撃によって
破損させる場合に、同じ剪断強度を有する中実の円柱構
造よりも破壊が困難である。

さらに、実験結果で示される有利な特徴は、レーザービ
ームを用いれば可能な高い生産性を得ることができるこ
とにある。

第３図に示すこの発明の管状スポット溶接は、第７図に
示すように、電気抵抗溶接方法によって行なわれる。第
７図には、２個の対向する電極6,7が溶接されるべきシ
ートメタルA,Bをつかみ、かつ、シートメタルA,Bがその
間で挾まれた状態で示されている。上記電極6,7は従来
の型式の電力供給源８に接続されている。そして、電源
が入ると、電流は、電極6,7間を通ってシートメタルA,B
を通過する。電流が通過したシートメタルA,Bの領域は
ジュール効果によって極度に加熱され、この領域を構成
する材料は融解される。その結果、この発明によれば、
電極6,7の対向する端部には夫々の軸方向のキャビティ6
a,7bを設け、これらの端部が実質的に環状横断面積を有
する。その結果として、シートメタルA,B間を流れる電
流は管状領域を形成する。：この領域では、材料とシー
トメタルは融解され、その後、冷却されて管状スポット
溶接自体を構成する一体式の構造を形成する。

第７図に示すように電極6,7を配置すると、分路を作る
問題が生じる場合、または、シートメタルA,B内の電流
通路がスポット溶接の内部の方向へ移動する傾向がある
場合には、高い平均電流値によって発生した大きな電磁
析力が電流ラインを半径方向外向きに移動させるよう
に、パルス電流を電極6,7に供給させる。さらに、第８
図および第９図に示す型式に解答を与える糸口が図中に
示されている。第８図および第９図に示すように、各溶
接領域で分路を作る問題を避けるため、すなわち、スポ
ット溶接の中心方向へ電流通路が移動するのを避けるた
め（つまり、空洞のある領域に核を形成することを避け
るため）、形作られるスポット溶接より小さい直径の孔
10A,10Bを予め形成している。図９に示すように、これ
らの孔10A,10BはシートメタルA,B間の界面領域に限定さ
れた盲孔であっても良い。

その代り、溶接領域におけるシートメタルをプレスして
いる間に、シートメタルのうち１個（少なくとも）にボ
ス70が予め形作られても良い。この解答は第10図に示さ
れている。

第11図は電気抵抗溶接を用いたスポット溶接を行なうも
う一つの解答を説明している。この解答によれば、各電
極6,7は閉じたラインに沿って配列された小さな針また
はワイヤ電極17,17のアレイによって構成されている。
電極16,17は電気制御回路を用いて連続してあるいは同
時にパルス信号を供給する。各電極16,17は小さな溶接
点を形成する：電極間のスペースは、要求されるスポッ
ト溶接を集まって作るために小さな溶接点が結合し得る
ようなスペースでなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の“中実”のスポット溶接によって結合
された２個のシートメタル部分を示す図、第２図は従来
例の“中実”のスポット溶接によって結合された２個の
シートメタル部分を示す図、第３図はこの発明の“管
状”のスポット溶接によって結合された２個のシートメ
タル部分を示す図、第４図は管状のエレメントに作用す
る剪断を示す図、第５図は第４図と同じ断面を有する中
実のエレメントに作用する第４図と異なる剪断を示す
図、第６図は第２図に示された型式のスポット溶接を行
なうのに用いられる装置を図式的に示す図、第７図は電
気抵抗溶接による管状スポット溶接を行なう際に用いる
１対の電極を示す図、第８図は第４図に示す溶接方法を
実行する変形例を示す図、第９図は第４図に示す溶接方
法を実行する変形例を示す図、第10図は第４図に示す溶
接方法を実行する変形例を示す図、第11図は第４図に示
す溶接方法を実行する変形例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】閉じたラインに沿って少なくとも一つの溶
   接領域においてシートメタル（A,B）を局部的に加熱し
   融解することによって、上記シートメタル（A,B）をス
   ポット溶接する方法であって、 上記シートメタル（A,B）を重ねて、少なくとも上記閉
   じたラインに沿って、かつ、上記閉じたラインの周りで
   上記シートメタルを互いに接触させ、 端部が実質的に管状の形状を有し、上記端部が上記閉じ
   たラインと同一形状の縁部を持っている一対の電極（6,
   7）を設け、 上記電極（6,7）の間で、両側から溶接領域において上
   記シートメタル（A,B）を把持し、上記電極の上記縁部
   が上記閉じたラインに沿って完全に上記シートメタル
   （A,B）と接触するように上記電極（6,7）は上記シート
   メタル（A,B）上に把持され、 上記シートメタル（A,B）を通る電流を引き起こすべき
   電圧を上記電極（6,7）間に印加することにより、上記
   シートメタル（A,B）を通して実質的に管状の領域に電
   流を流して、管状のスポット溶接を形成する方法におい
   て、 上記電極（6,7）間に上記電圧を印加する上で上記溶接
   領域に分路をつくる電流の発生を妨げるために、上記シ
   ートメタル（A,B）の少なくとも一方には、予め、上記
   閉じたライン内で上記溶接領域に空洞を形成する局所的
   変形（10A,10B;70）が与えられており、上記電極（6,
   7）は上記局所的変形の外側で上記シートメタル（A,B）
   上に把持されていることを特徴とする方法。