WO2018181232A1

WO2018181232A1 - 抵抗スポット溶接継手の製造方法

Info

Publication number: WO2018181232A1
Application number: PCT/JP2018/012260
Authority: WO
Inventors: 央海澤西; 松田　広志; 池田　倫正
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-10-04
Also published as: JP6399266B1; JPWO2018181232A1; KR20190126099A; CN110475642B; CN110475642A; KR102276817B1

Abstract

鋼板２枚とアルミニウム板１枚の３枚重ね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、良好な継手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。２枚の鋼板と１枚のアルミニウム板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、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、２枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚をｔＦｅ（ｍｍ）としたとき、通電して２枚の鋼板間にナゲット径が２√ｔＦｅ（ｍｍ）以上のナゲットを形成する第１通電工程と、第１通電工程の後に通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に通電する第２通電工程とを有する。

Description

抵抗スポット溶接継手の製造方法

　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、２枚の鋼板と１枚の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。

　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枚以上の鋼板を一対の電極により挟んで、その挟んだ鋼板の上下から一対の電極で加圧しつつ、上下の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。

　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、継手強度が確保できないという課題がある。特に、鋼板２枚とアルミニウム板１枚を重ね合わせた３枚重ねの板組においては、鋼板－アルミニウム板間、鋼板－鋼板間ともに所望の接合径（ナゲット径）を得る必要があるため、継手の強度確保は更に困難となる。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

特許第３１１７０５３号公報特許第３５０４７９０号公報特開２００５－１５２９５８号公報特許第５６２４９０１号公報特許第５５７２０４６号公報

　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。

　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。

　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。

　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。

　加えて、これらの文献は全て鋼板とアルミニウム板の２枚重ねの板組みにおける課題解決を意図したものであり、鋼板２枚にアルミニウム板１枚を重ね合わせた３枚重ねの板組において、鋼板－アルミニウム板間だけでなく、鋼板－鋼板間においても所望のナゲット径を得る方法については述べられていない。

　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２枚とアルミニウム板１枚の３枚重ね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、良好な継手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。

　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、本発明の抵抗スポット溶接を模式的に示す図であり、２枚の鋼板（中板）１１および鋼板（下板）１２とアルミニウム板（上板）１３とが重ね合わせられた板組を、一対の電極１４、１５で挟持する図である。また、図２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２には、２枚の鋼板１１、１２とアルミニウム板１３とが重ね合わせられた板組を、一対の電極１４、１５で挟持し加圧しながら通電したときの通電初期の電流（溶接電流）の分布が、図２中の符号２１で表されている。

　２枚の鋼板と１枚のアルミニウム板との３枚重ねの板組の抵抗スポット溶接において良好な継手強度を確保するためには、図１のように鋼板－鋼板間や鋼板－アルミニウム板間で、それぞれナゲット径が大きいナゲット（鋼板－鋼板間のナゲット１６、鋼板－アルミニウム板間のナゲット１７）を得ることが有効である。加えて、過剰な入熱は、鋼板－アルミニウム板間の接合界面（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による継手強度の低下を引き起こすため、入熱の低減も図らなければならない。

　この金属間化合物の成長抑制には、一般的に通電パターンを短時間化および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２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２３に電流が集中しやすい。故に、過度な短時間化および高電流化は、接合部（ナゲット）中心への鋼板－アルミニウム板間の入熱を増加・促進させることになる。さらに、過度な短時間化および高電流化によって、鋼板－鋼板間の散り発生も生じやすくなるため、鋼板－鋼板間でのナゲット径の確保が困難となる。また、鋼板１枚とアルミニウム板１枚を用いた２枚重ねの板組と比較すると、鋼板２枚とアルミニウム板１枚を用いた３枚重ねの板組では鋼板の総板厚が大きい。このため、電極への抜熱が不十分となることで、鋼板－鋼板間だけでなく鋼板表面での散り発生も生じやすくなる。以上の理由から、通電時間の短時間化および高電流化には限界がある。

　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。

　［１］　２枚の鋼板と１枚のアルミニウム板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、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、
　２枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚をｔ_Ｆｅ（ｍｍ）としたとき、通電して２枚の鋼板間にナゲット径が２√ｔ_Ｆｅ（ｍｍ）以上のナゲットを形成する第１通電工程と、
第１通電工程の後に通電を休止する通電休止工程と、
通電休止工程の後に通電する第２通電工程とを有する抵抗スポット溶接継手の製造方法。

　［２］　前記鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をＲ_Ｆｅ（ｍｍ）とし、前記第１通電工程の電流をＩ_１（ｋＡ）、通電時間をｔ_１（ｍｓ）とし、前記通電休止工程の通電休止時間をｔ_ｃ（ｍｓ）とし、前記第２通電工程の電流をＩ_２（ｋＡ）、通電時間をｔ_２（ｍｓ）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）～（５）の関係を全て満たす、［１］に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
Ｉ_１＜Ｉ_２　　　（１）
ｔ_１＞ｔ_２　　　（２）
ｔ_１≧４０　　　（３）
ｔ_ｃ≧５　　　（４）
Ｒ_Ｆｅ≧２０　　　（５）

　［３］　前記鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をＲ_Ｆｅ（ｍｍ）、先端径をＤ_Ｆｅ（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（６）および（７）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。
Ｒ_Ｆｅ≧５０　　　（６）
Ｄ_Ｆｅ≧３　　　（７）

　本発明によれば、鋼板２枚とアルミニウム板１枚の３枚重ね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、良好な継手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。

図１は、本発明の抵抗スポット溶接を模式的に示す図である。図２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３は、通電パターンを説明する図である。図４は、電極の先端曲率半径と先端径を示す図である。図５は、本発明の実施例の引張試験（引張せん断試験）を説明する図である。図６は、本発明の実施例の引張試験（十字引張試験）を説明する図である。

　本発明の抵抗スポット溶接継手の製造方法は、２枚の鋼板と１枚のアルミニウム板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、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、２枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚をｔ_Ｆｅ（ｍｍ）としたとき、通電して２枚の鋼板間にナゲット径が２√ｔ_Ｆｅ（ｍｍ）以上のナゲットを形成する第１通電工程と、第１通電工程の後に通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に通電する第２通電工程とを有するものである。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。

　本発明を図１～４を用いて以下に具体的に説明する。本発明は、２枚の鋼板と１枚のアルミニウム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。

　まず、鋼板１１と鋼板１２とアルミニウム板１３とを重ね合わせて、板組とする。このとき、図１に示すように、最外側に配置される板の一方が鋼板１２になり、他方がアルミニウム板１３になるようにする。換言すると、電極１４、１５を接触させる板が、それぞれ鋼板１２とアルミニウム板１３となるように重ね合わせる。

　鋼板１１、１２は特に限定されず、例えば、冷延鋼板、熱延鋼板、めっき鋼板が挙げられる。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、１２の成分は、特に限定されない。また、鋼板１１、１２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５９０ＭＰａ以上（５９０ＭＰａ級以上）、さらには９８０ＭＰａ以上（９８０ＭＰａ級以上）の高強度鋼板を用いることができる。鋼板１１と鋼板１２は、成分が同じでも異なっていてもよく、強度や板厚が同じでも異なっても何ら問題ないし、金属めっき層を有するめっき鋼板と金属めっき層を有さない鋼板とを用いてもよい。アルミニウム板１３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１３の表面には、酸化被膜が形成されている。また、鋼板１１、１２やアルミニウム板１３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。

　次に、鋼板１１、１２およびアルミニウム板１３を重ね合わせた板組を、一対の溶接電極（電極１４および電極１５）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）、電極の形状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。

　このように、鋼板１１、１２とアルミニウム板１３とを、最外側に配置される板の一方が鋼板１２で他方がアルミニウム板１３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１４および電極１５）で挟み、加圧しながら通電して、抵抗発熱によりナゲット１６、１７を形成すると共に重ね合わせた鋼板１１、１２とアルミニウム板１３を接合することで、抵抗スポット溶接継手が得られる。

　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、２枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚をｔ_Ｆｅ（ｍｍ）としたとき、通電して２枚の鋼板１１、１２間にナゲット径が２√ｔ_Ｆｅ（ｍｍ）以上のナゲットを形成する第１通電工程と、第１通電工程の後に通電を休止する通電休止工程と、通電休止工程の後に通電する第２通電工程とを有する。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。

　第１通電工程（１段目の通電）で鋼板１１、１２間に２√ｔ_Ｆｅ（ｍｍ）以上の径（ナゲット径）を有するナゲットを形成することで、第２通電工程（２段目の通電）において過剰な散りが発生することによるナゲット１６、１７のナゲット径の減少を防ぐ効果が得られる。加えて、２√ｔ_Ｆｅ（ｍｍ）以上の径を有するナゲットを形成する第１通電工程の通電による熱影響で鋼板１１が変形し、鋼板１２と電極１４との接触面積が拡大するため、第２通電工程の通電における鋼板１２表面付近の電流密度が低下し、鋼板１２表面からの散り発生を抑制する効果も併せて得ることができる。さらに、第１通電工程の通電およびその熱影響でアルミニウム板１３表面の酸化被膜が破壊され、鋼板－アルミニウム板間の通電経路が確保される。そのため、第２通電工程の通電において接合部中心への電流密度の過剰増加に伴う入熱増加が抑制される。なお、この第１通電工程によって、鋼板－アルミニウム板間にナゲットが形成されてもよいし、されなくてもよい。ただし、過剰入熱による金属間化合物の成長を抑制するという観点からは、アルミニウム板１３の板厚をｔ_Ａｌ（ｍｍ）としたとき、第１通電工程で鋼板－アルミニウム板間に形成されるナゲットのナゲット径（ｍｍ）は６√ｔ_Ａｌ以下とするのが望ましい。さらに望ましくは、第１通電工程で鋼板－アルミニウム板間に形成されるナゲットのナゲット径（ｍｍ）の下限を１．５√ｔ_Ａｌ以上とする。
なお、板厚ｔ_Ｆｅやｔ_Ａｌは単位としてｍｍを用い、この板厚ｔ_Ｆｅやｔ_Ａｌを代入した２√ｔ_Ｆｅや６√ｔ_Ａｌの単位もｍｍとする。鋼板間に形成されるナゲットのナゲット径とは、電極１４と接触させる鋼板１２と該鋼板１２と接する鋼板（図１においては、鋼板１１）との合わせ面（接合面）における、鋼板１２のナゲットの最大径である。また、鋼板－アルミニウム板間に形成されるナゲットのナゲット径とは、アルミニウム板１３と該アルミニウム板１３と接する板（図１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１３のナゲット１７の最大径である。ナゲット１６、１７のナゲット径を、図１に示す。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。

　本発明においては、上記した特定の通電パターンで通電を行うことにより、過剰な散りの発生を抑制してナゲット１６、１７のナゲット径の減少を防ぐと共に、酸化被膜を破壊して電流密度の過剰増加に伴う入熱増加を抑制する。したがって、本発明においては、良好な継手強度を有する鋼板１１と鋼板１２とアルミニウム板１３と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。
なお、本発明において、良好な継手強度を有する抵抗スポット溶接継手とは、引張せん断強度（ＴＳＳ）および十字引張強度（ＣＴＳ）のいずれか一方または両方が高い抵抗スポット溶接継手を指す。

　この通電パターンに関しては、図３に示すように、鋼板１２と接触させる電極１４の先端曲率半径をＲ_Ｆｅ（ｍｍ）とし、第１通電工程の電流をＩ_１（ｋＡ）、通電時間をｔ_１（ｍｓ）とし、通電休止工程の通電休止時間をｔ_ｃ（ｍｓ）とし、第２通電工程の電流をＩ_２（ｋＡ）、通電時間をｔ_２（ｍｓ）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、上記式（１）～（５）の関係を全て満たすことにより、本発明の効果をより有効に得ることができる。

　詳述すると、上記式（１）～（２）に示すように、第１通電工程は第２通電工程よりも長時間且つ低電流の通電を行なうことによって、上述のように鋼板間の散りを抑制しつつ、２√ｔ_Ｆｅ（ｍｍ）以上のナゲット径を確保する。また、図２に示すように通電初期はアルミニウム板１３の表面の酸化被膜で通電経路が制限されるが、この長時間且つ低電流の通電によって、酸化被膜を破壊し、鋼板１１、１２とアルミニウム板１３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。
また、上記式（３）に示すように、第１通電工程の通電時間ｔ_１を４０ｍｓ以上とすることで、鋼板１１、１２とアルミニウム板１３間の通電経路を十分に確保することができる。

　そして、第１通電工程に続いて、所定の通電休止時間ｔ_ｃ（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。鋼板１２と電極１４の接触端近傍では、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１３を溶融させ、これにより接合径を拡大することができる。なお、上述したように、第１通電工程の通電によって鋼板１２と電極１４との接触径が拡大しているため、鋼板１２表面からの散りは発生しにくい状態となっている。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ｔ_ｃ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、上記式（４）に示すように、通電休止時間ｔ_ｃが５ｍｓ以上の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１２と電極１４の接触端近傍の発熱を促すことができ、広範囲を効率的に昇温でき、アルミニウム板１３のナゲット径の確保と入熱低減が両立できる。なお、第２通電工程では、過剰なナゲット径の減少が生じない程度の散りは発生してもよい。また、第２通電工程での通電時間ｔ_２は、ナゲット径確保と過剰入熱抑制の観点より、例えば５～１００ｍｓであることが好ましい。第２通電工程での通電時間ｔ_２は、より好ましくは５～９０ｍｓであり、さらに好ましくは１０～８０ｍｓである。

　上述した通電パターンに加えて、上記式（５）に示すように、鋼板１２と接する電極１４として、先端曲率半径Ｒ_Ｆｅが２０ｍｍ以上の電極を用いることで、本発明の効果をより有効に得ることができる。先端曲率半径Ｒ_Ｆｅを２０ｍｍ以上とすることにより、電極と鋼板の接触径を確保でき、鋼板表面からの散りを抑制しやすいためである。
さらには、鋼板１２と接する電極１４として、鋼板１２と接触させる電極１４の先端径をＤ_Ｆｅ（ｍｍ）としたとき、下記式（６）および（７）の関係を満たす電極を用いることが好ましい。これは、鋼板１２と接する電極１４の先端曲率半径Ｒ_Ｆｅの拡大により、鋼板１２と電極１４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、鋼板の発熱範囲および接合径が拡大できるためである。また、鋼板１２と電極１４の接触端近傍における電流密度の過大増加を防ぐことで、鋼板１２表面からの散り発生を抑制しやすくなる効果も得られる。
Ｒ_Ｆｅ≧５０　　　（６）
Ｄ_Ｆｅ≧３　　　（７）
なお、電極１４の先端曲率半径Ｒ_Ｆｅは、より好ましくは１００ｍｍ以上である。先端曲率半径Ｒ_Ｆｅの上限は特に規定しない。また、電極１４の先端径Ｄ_Ｆｅは、より好ましくは４ｍｍ以上であり、さらに好ましくは５ｍｍ以上である。先端径Ｄ_Ｆｅの上限は特に規定しないが、電流密度と面圧の確保の観点より、２０ｍｍ以下とすることが好ましい。
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。図４に、電極の先端曲率半径Ｒと先端径Ｄを示す。図４（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４（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４（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。

　アルミニウム板１３と接触させる電極１５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１３と接触させる電極１５の先端径Ｄ_Ａｌは、アルミニウム板の変形の抑制と、面圧の確保の観点より、例えば４～１６ｍｍとすることが好ましい。より好ましくは６～１６ｍｍである。また、アルミニウム板１３と接触させる電極１５の先端曲率半径Ｒ_Ａｌは、同様にアルミニウム板の変形の抑制と、面圧の確保の観点より、例えば３０ｍｍ以上とすることが好ましい。より好ましくは４０ｍｍ以上である。先端曲率半径Ｒ_Ａｌの上限は特に規定しない。

　また、第２通電工程の通電で適用の適正電流範囲を拡大したい場合は、第１通電工程で鋼板１１、１２とアルミニウム板１３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ｔ_１は５０ｍｓ以上とすることが好ましく、６０ｍｓ以上とすることがより好ましい。一方、タクトタイムの増加を抑制するという観点からは、ｔ_１は８００ｍｓ以下とすることが好ましく、６００ｍｓ以下とすることがより好ましい。

　また、鋼板の板厚が大きい場合など、電極への抜熱が生じづらい板組においては、通電休止時間ｔ_ｃ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。一方、タクトタイムの増加を抑制するという観点からは、ｔ_ｃは６００ｍｓ以下とすることが好ましく、４００ｍｓ以下とすることがより好ましい。

　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Ｉ_１は例えば５～２０ｋＡであり、第２通電工程の電流値Ｉ_２は例えば１０～４０ｋＡである。

　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。

　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。

　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。

　（本発明例および比較例）
　供試材料として、表１に示した鋼板１１、１２とアルミニウム板１３を用いた。表１に示した鋼板１１、１２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に示した鋼板１１、１２とアルミニウム板１３は、図１に示すようにして、抵抗スポット溶接を行ない、アルミニウム板１枚と鋼板２枚とを重ね合わせた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１３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１４、１５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１４、１５は全てクロム銅のＤＲ形製電極を用いた。抵抗スポット溶接は室温（２０℃）で行い、電極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。

　得られた抵抗スポット溶接継手について、ＪＩＳ　Ｚ　３１３６に基づく引張せん断試験を実施して継手強度を評価した。図５に、実施例の引張試験（引張せん断試験）を説明する図を示す。図５に示すように、抵抗スポット溶接継手の両側から矢印の方向に引っ張り、鋼板－アルミニウム板間の引張せん断試験を行った。そして、鋼板とアルミニウム板との接合部が破断したときの最大荷重（引張せん断強度）を算出した。
引張せん断強度（ＴＳＳ）が、ＴＳＳ≧１．５ｋＮの場合をＡ、１．５ｋＮ＞ＴＳＳ≧１．０ｋＮの場合をＢ、１．０ｋＮ＞ＴＳＳ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、引張せん断強度（ＴＳＳ）の評価はＡ、Ｂのいずれかであった。
　さらに、表３に示す溶接条件にて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継手強度を評価した。図６に、実施例の引張試験（十字引張試験）を説明する図を示す。図６に示すように、抵抗スポット溶接継手の両側から矢印の方向に引っ張り、鋼板－アルミニウム板間の十字引張試験を行った。そして、鋼板とアルミニウム板との接合部が破断したときの最大荷重（十字引張強度）を算出した。
十字引張強度（ＣＴＳ）が、ＣＴＳ≧０．７ｋＮの場合をＡ、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３に示す。本発明例では、十字引張強度（ＣＴＳ）の評価はＡであった。また、上記と同様の方法で行った引張せん断試験の結果も表３に併せて示した。本発明例では、ＴＳＳの評価はＡであった。

　また、上記と同様の条件で第１通電工程を行ない、接合部の断面観察によって第１通電工程の通電で形成された鋼板１１と鋼板１２間のナゲット径１６、鋼板１１とアルミニウム板１３間のナゲット径１７をそれぞれ求めた。なお、ナゲット径１７は、アルミニウム板１３とアルミニウム板１３と接する板（鋼板１１）との接合面における、アルミニウム板１３のナゲット１７の最大径（ｍｍ）を測定した。ナゲット径１６は、鋼板１２と鋼板１２と接する板（鋼板１１）との接合面における、アルミニウム板１２のナゲット１６の最大径（ｍｍ）を測定した。測定結果を表２、３に示す。

　１１、１２　鋼板
　１３　　　　アルミニウム板
　１４、１５　電極
　１６　　　　鋼板－鋼板間のナゲット
　１７　　　　鋼板－アルミニウム板間のナゲット

Claims

　２枚の鋼板と１枚のアルミニウム板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、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、
　２枚の鋼板のうち薄い方の鋼板の板厚をｔ_Ｆｅ（ｍｍ）としたとき、通電して２枚の鋼板間にナゲット径が２√ｔ_Ｆｅ（ｍｍ）以上のナゲットを形成する第１通電工程と、
第１通電工程の後に通電を休止する通電休止工程と、
通電休止工程の後に通電する第２通電工程とを有する抵抗スポット溶接継手の製造方法。
　前記鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をＲ_Ｆｅ（ｍｍ）とし、前記第１通電工程の電流をＩ_１（ｋＡ）、通電時間をｔ_１（ｍｓ）とし、前記通電休止工程の通電休止時間をｔ_ｃ（ｍｓ）とし、前記第２通電工程の電流をＩ_２（ｋＡ）、通電時間をｔ_２（ｍｓ）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）～（５）の関係を全て満たす、請求項１に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
Ｉ_１＜Ｉ_２　　　（１）
ｔ_１＞ｔ_２　　　（２）
ｔ_１≧４０　　　（３）
ｔ_ｃ≧５　　　（４）
Ｒ_Ｆｅ≧２０　　　（５）
　前記鋼板と接触させる電極の先端曲率半径をＲ_Ｆｅ（ｍｍ）、先端径をＤ_Ｆｅ（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（６）および（７）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。
Ｒ_Ｆｅ≧５０　　　（６）
Ｄ_Ｆｅ≧３　　　（７）