JPWO2016159169A1 - めっき鋼板のスポット溶接方法 - Google Patents
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Abstract
めっき鋼板のスポット溶接における液体金属脆化割れを簡便に防止できるスポット溶接方法であって、スポット溶接の前に、少なくとも、ナゲットの中心が形成される予定箇所を中心とし、外周が溶接影響部外縁の内側の円内を含む範囲、あるいは、溶接される鋼板の重ね合わせ面であって、鋼板の重ね合わせ面に形成されるナゲットの中心となる予定の位置と中心を共有し、外周が溶接影響部外縁でありの内側の円内を含む範囲のめっきを除去することを特徴とする。
Description
本発明は、めっき鋼板を含む複数枚の鋼板のスポット溶接方法に関し、特に、自動車用の亜鉛系めっき高強度鋼板を含む複数枚の鋼板に好適なスポット溶接方法に関するものである。
近年、自動車分野では、低燃費化やＣＯ２排出量の削減のため、車体を軽量化することや、衝突安全性の向上のため、車体部材を高強度化することが求められている。これらの要求を満たすためには、車体部材や各種部品などに高強度鋼板を使用することが有効である。
また、車体の高防錆化の観点から、部材を耐食性に優れた鋼板で構成する必要がある。亜鉛系めっき鋼板は、耐食性が良好であることが幅広く知られている。軽量化や高強度化の観点から、自動車用として用いられる亜鉛系めっき鋼板においては、めっき原板に高強度鋼板を用いた亜鉛系めっき高強度鋼板が使用されている。
自動車の車体の組立や部品の取付けなどでは、主として、スポット溶接が使われている。亜鉛系めっき高強度鋼板にスポット溶接を行うと、スポット溶接用の電極と接する鋼板の外側面から板厚方向に割れが発生することがある。
図１は、亜鉛系めっき高強度鋼板にスポット溶接を行った場合のスポット溶接箇所の割れの概略を示す。図１は、板厚方向の断面である。亜鉛系めっき高強度鋼板１にスポット溶接を行うと、電極と接する鋼板１の表面から溶融凝固部２（ナゲット）に向かって進展する割れ３（以下「電極直下部割れ」という）や、鋼板１の電極の肩部と接触する箇所から熱影響部４に進展する割れ５（以下「肩部割れ」という）、電極と鋼板１が接触する箇所の外側から熱影響部４に進展する割れ６（以下「電極外側割れ」という）が発生することが知られている。
以下、特に区別する必要がない場合、「電極直下部割れ」、「肩部割れ」及び「電極外側割れ」を合わせて、「外割れ」という。また、「肩部割れ」及び「電極外側割れ」を合わせて、「溶接部外周近傍の割れ」という。
これらの割れは、いわゆる液体金属脆性に起因する割れであるといわれている。すなわち、電極加圧力や鋼板の熱膨張、収縮による引張応力が溶接箇所に加わることにより、溶融した亜鉛系めっき金属が鋼板の結晶粒界に侵入して粒界強度を低下させて引き起こされるといわれている。
自動車車体では、溶接箇所の割れが著しいと継手の強度が低下する。溶接箇所の割れを、鋼板の成分組成や組織を制御する方法により抑制する技術が知られている。
例えば、特許文献１は、鋼板の成分組成を調整し、スポット溶接時に生成されるオーステナイト相を微細な結晶粒にして、他の相の結晶粒と複雑に入り組んだ金属組織を有するものとすることで、結晶粒界への溶融亜鉛の拡散侵入経路を複雑にして溶融亜鉛が侵入し難くし、溶接時の液体金属脆化割れを防止することを開示している。
また、特許文献２は、鋼板の組織制御によって結晶粒界を複雑化するだけでは、溶接箇所の割れ発生を充分に抑制できないことがあると教示しており、鋼板の成分組成を調整し、熱間圧延鋼板の粒界酸化深さを５μｍ以下とし、合金化溶融亜鉛めっき処理前の冷間圧延鋼板にＦｅ系電気めっき処理を行うことによって、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の粒界侵食深さを５μｍ以下にすることで、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の溶接箇所における割れの発生を抑制することを開示している。
このように、鋼板と電極との接触箇所の割れの対策は検討されている。しかしながら、一部の亜鉛系めっき鋼板のスポット溶接継手において、又は一部の非めっき鋼板と亜鉛系めっき鋼板のスポット溶接継手において、依然として、鋼板と電極との接触箇所の割れが発生することや、割れが発生しない場合でも所望の引張強度が得られないことがある。
本発明者らは、鋼板と電極との接触箇所の割れが発生しない場合で所望の引張強度が得られない理由について調査した。図２及び図３は、スポット溶接個所の割れの概略であり、ナゲットを含む板厚方向の断面を示す。
図２に示すように、所望の引張強度が得られないスポット溶接継手には、鋼板の重ね合わせ面のコロナボンド直外に割れ７や、コロナボンドのナゲット際に割れ８が生じていることがあった。
また、図３に示すように、所望の引張強度が得られない３枚以上の鋼板のスポット溶接継手には、コロナボンドからナゲット内に進展したナゲット内の割れ９が生じていることがあった。
以下、区別する必要がない場合、コロナボンド直外の割れ、コロナボンドのナゲット際の割れ、及びナゲット内の割れを「内割れ」と総称する。
このような鋼板の重ね合わせ面の割れや、前述の鋼板と電極との接触箇所の割れは、亜鉛系めっき高強度鋼板にスポット溶接を行う際に、決まって発生するものではない。そのため、該割れが発生する場合において、簡便な方法により割れを防止することが望まれている。
本発明は、このような実情に鑑み、めっき鋼板のスポット溶接における液体金属脆化割れを簡便に防止できるスポット溶接方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、溶接箇所の液体金属脆化割れの発生因子との関係について調査したところ、次の（ａ）〜（ｇ）の場合などに発生しやすいことを知見した。
（ａ）軸心が鋼板の表面に対して垂直から３°以上となる角度を付けて溶接する場合。
（ｂ）軸芯が鋼板の表面に対して垂直から５°以上となっている角度付き電極を使用して溶接する場合
（ｃ）溶接中に軸芯が鋼板の表面に対して垂直から３°以上に撓む溶接ガンを使用して溶接する場合
（ｄ）対向する溶接電極の軸芯の相対的なズレが０．５ｍｍ以上生じたまま溶接する場合
（ｅ）重ね合わせ面に０．５ｍｍ以上の隙間を有する溶接箇所を溶接する場合
（ｆ）鋼板に対する固定側の溶接電極の加圧方向の位置が０．２ｍｍ以上のクリアランスを有するまま溶接する場合
（ｇ）強度比が２．５倍を超える鋼板を含む板組を溶接する場合
本発明者らは、このような場合、溶接過程において、割れ発生位置に、引張応力が高くなる箇所が生じ、該箇所の鋼板の結晶粒界に、溶融しためっき金属が侵入し、割れを発生させていると考えた。
本発明者らは、液体金属脆化割れを防止する手段について検討した。その結果、実際のスポット溶接前に、少なくとも電極と接触する側の表面にある、溶接熱影響部の内側の領域に被覆されためっきを除去することで、外割れを防止すること、また、少なくとも鋼板の重ね合わせ面の両側に被覆されためっきで、外周が熱影響部外縁であり、内周がナゲット直径の０．８倍である範囲からなる円環（リング）状の領域に被覆されためっきを除去することで、鋼板の重ね合わせ面の内割れを防止することに着想し、発明を完成させた。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）少なくとも一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む重ね合わされた複数の鋼板を対向する溶接電極で挟み込みスポット溶接する方法であって、
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
上記めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、少なくとも、外周が重ね合わされた複数の鋼板の溶接電極側に形成される溶接熱影響部外縁となる円内とすることを特徴とするスポット溶接方法。
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
上記めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、少なくとも、外周が重ね合わされた複数の鋼板の溶接電極側に形成される溶接熱影響部外縁となる円内とすることを特徴とするスポット溶接方法。
（２）スポット溶接後に、めっきが除去された部分の一部又は全部に、シーラを塗布することを特徴とする前記（１）のスポット溶接方法。
（３）めっきを除去する前にテストスポット溶接を行い、溶接箇所の割れの発生の有無を確認し、重ね合わされた複数の鋼板の溶接電極側の割れを確認したときに、割れの確認された鋼板表面のめっきを除去することを特徴とする前記（１）又は（２）のスポット溶接方法。
（４）少なくとも一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む重ね合わされた複数の鋼板を対向する溶接電極で挟み込みスポット溶接する方法であって、
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、
外周が重ね合わされた複数の鋼板の重ね合わせ面に形成される溶接熱影響部外縁の広いほうとなる円内とすることを特徴とするスポット溶接方法。
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、
外周が重ね合わされた複数の鋼板の重ね合わせ面に形成される溶接熱影響部外縁の広いほうとなる円内とすることを特徴とするスポット溶接方法。
（５）少なくとも一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む重ね合わされた複数の鋼板を対向する溶接電極で挟み込みスポット溶接する方法であって、
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、
外周が重ね合わされた複数の鋼板の重ね合わせ面に形成される溶接熱影響部外縁の広いほうであり、
内周が上記鋼板の重ね合わせ面に形成されるナゲットの中心となる予定の位置と中心を共有し、ナゲット直径の０．８倍である直径を有する円である円環内とすることを特徴とするスポット溶接方法。
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、
外周が重ね合わされた複数の鋼板の重ね合わせ面に形成される溶接熱影響部外縁の広いほうであり、
内周が上記鋼板の重ね合わせ面に形成されるナゲットの中心となる予定の位置と中心を共有し、ナゲット直径の０．８倍である直径を有する円である円環内とすることを特徴とするスポット溶接方法。
（６）スポット溶接前に、めっきが除去された部分の一部又は全部に、シーラ又は接着剤を塗布することを特徴とする前記（４）〜（６）のいずれかのスポット溶接方法。
（７）めっきを除去する前にテストスポット溶接を行い、溶接箇所の割れの発生の有無を確認し、重ね合わされた複数の鋼板の割れを確認したときに、割れの確認された鋼板の割れの発生した表面と重ね合わされた鋼板の重ね合わされた面にあるめっきを除去することを特徴とする前記（４）又は（５）又は（６）のスポット溶接方法。
（８）前記スポット溶接が、（ａ）溶接電極の軸心が鋼板の表面に対して垂直から３°以上となる角度を付けて溶接する場合、（ｂ）溶接電極の軸芯が鋼板の表面に対して垂直から５°以上となっている角度付き電極を使用して溶接する場合、（ｃ）溶接中に電極の軸芯が鋼板の表面に対して垂直から３°以上に撓む溶接ガンを使用して溶接する場合、（ｄ）対向する溶接電極の軸芯の相対的なズレが０．５ｍｍ以上生じた状態で溶接する場合、（ｅ）重ね合わせ面の隙間が０．５ｍｍ以上有する溶接箇所を溶接する場合、（ｆ）鋼板に対する固定側の溶接電極の加圧方向の位置が０．２ｍｍ以上のクリアランスを有するまま溶接する場合、及び（ｇ）強度比が２．５倍を超える鋼板を含む板組を溶接する場合
のいずれか１以上を含む条件下で行われる場合にテストスポット溶接を行うことを特徴とする前記（３）又は（７）のスポット溶接方法。
のいずれか１以上を含む条件下で行われる場合にテストスポット溶接を行うことを特徴とする前記（３）又は（７）のスポット溶接方法。
（９）前記テストスポット溶接において、割れの発生が確認されなかった鋼板のめっきも除去することを特徴とする前記（３）、（７）、又は（８）のスポット溶接方法。
（１０）めっきの除去を、機械的除去、及び、蒸発除去の少なくとも一方法で行うことを特徴とする前記（１）〜（９）のいずれか１項のスポット溶接方法。
（１１）前記めっきが亜鉛系めっきであることを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれか１項スポット溶接方法。
本発明によれば、スポット溶接において、液体金属割れの発生を簡便に防ぐことができる。
本発明のスポット溶接方法（以下「本発明の溶接法」という）は、一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む複数の鋼板にスポット溶接する前に、溶接箇所に割れが発生すると予測される場合に、スポット溶接の前にめっきの除去を行う方法である。
割れの発生は、実際にスポット溶接をしようとする、めっきが被覆された鋼板を１枚以上含む複数の鋼板でテストスポット溶接を行い確認できる。
特に、スポット溶接が以下の（ａ）〜（ｇ）の１以上に該当する条件で行われる場合、実際にスポット溶接を行って生産を始める前に、同じ板組でテストスポット溶接を行うことが好ましい。
（ａ）軸心が鋼板の表面に対して垂直から３°以上となる角度を付けて溶接する場合
（ｂ）軸芯が鋼板の表面に対して垂直から５°以上となっている角度付き電極を使用して溶接する場合
（ｃ）溶接中に軸芯が鋼板の表面に対して垂直から３°以上に撓む溶接ガンを使用して溶接する場合
（ｄ）対向する溶接電極の軸芯の相対的なズレが０．５ｍｍ以上生じたまま溶接する場合
（ｅ）重ね合わせ面に０．５ｍｍ以上の隙間を有する溶接箇所を溶接する場合
（ｆ）鋼板に対する固定側の溶接電極の加圧方向の位置が０．２ｍｍ以上のクリアランスを有するまま溶接する場合
（ｇ）強度比が２．５倍を超える鋼板を含む板組を溶接する場合
まず、テストスポット溶接を行うのが好ましい（ａ）〜（ｇ）の場合（割れ発生因子）について、図面を用いて説明する。
（ａ）溶接電極の軸心が鋼板の表面に対して３°以上となる角度を付けて溶接する場合
図４は、軸心が鋼板の表面に対して３°以上となる角度を付けて溶接している状態を示す板厚方向の断面図である。図４に示す被溶接部材は、鋼板１ａと鋼板１ｂからなる。鋼板１ａは、立上がり部Ｗを有する、断面ハット形状の鋼板である。このような立上がり部Ｗの近傍において、鋼板１ａと鋼板１ｂとをスポット溶接する場合、溶接箇所の周囲の空間が狭小となり、スポット溶接ガンの一部が立上がり部Ｗに干渉することがある。
図４は、軸心が鋼板の表面に対して３°以上となる角度を付けて溶接している状態を示す板厚方向の断面図である。図４に示す被溶接部材は、鋼板１ａと鋼板１ｂからなる。鋼板１ａは、立上がり部Ｗを有する、断面ハット形状の鋼板である。このような立上がり部Ｗの近傍において、鋼板１ａと鋼板１ｂとをスポット溶接する場合、溶接箇所の周囲の空間が狭小となり、スポット溶接ガンの一部が立上がり部Ｗに干渉することがある。
この干渉を回避するために、電極１０ａ、１０ｂに角度を付けて溶接する場合がある。電極１０ａ、１０ｂは、その軸芯１１ａ、１１ｂが鋼板１ａ、１ｂの表面に対して、垂直となっていない。電極１０ａ、１０ｂの先端面と鋼板１ａ、１ｂとが接触した状態では、スポット溶接の電極１０ａが立上がり部Ｗから離れる方向に傾いている。
溶接電極の軸芯１１ａ、１１ｂが鋼板１ａ、１ｂの表面に対して垂直から３°以上となる角度を付けて溶接する場合、特に、鋼板１ａ、１ｂの重ね合わせ面のコロナボンド直外やコロナボンドのナゲット際に割れが生じやすい。これは、鋼板表面に対し垂直に電極が当たらない状態で溶接すると、電極解放時にコロナボンド直外やコロナボンド内にスプリングバックにより引張応力が発生し、内割れの原因となるためである。
（ｂ）溶接電極の軸芯が鋼板の表面に対して垂直から５°以上となっている角度付き電極を使用して溶接する場合
図５は、角度付き電極を使用して溶接している状態を示す板厚方向の断面図である。図５に示す被溶接部材は、鋼板１ａと鋼板１ｂからなる。鋼板１ａは、立上がり部Ｗを有する、断面ハット形状の鋼板である。このような立上がり部Ｗの近傍において、鋼板１ａと鋼板１ｂとをスポット溶接する場合、溶接箇所の周囲の空間が狭小となり、スポット溶接ガンのアーム等が立上がり部Ｗに干渉することがある。
図５は、角度付き電極を使用して溶接している状態を示す板厚方向の断面図である。図５に示す被溶接部材は、鋼板１ａと鋼板１ｂからなる。鋼板１ａは、立上がり部Ｗを有する、断面ハット形状の鋼板である。このような立上がり部Ｗの近傍において、鋼板１ａと鋼板１ｂとをスポット溶接する場合、溶接箇所の周囲の空間が狭小となり、スポット溶接ガンのアーム等が立上がり部Ｗに干渉することがある。
この干渉を回避するために、角度付き電極１０ａ、１０ｂが用いられる。角度付き電極１０ａ、１０ｂは、その軸芯１１ａ、１１ｂが鋼板１ａ、１ｂの表面に対して、垂直となっていない。角度付き電極１０ａ、１０ｂの先端面と鋼板１ａ、１ｂとが接触した状態では、スポット溶接の電極が立上がり部Ｗから離れる方向に傾いている。
軸芯１１ａ、１１ｂが鋼板１ａ、１ｂの表面に対して垂直から５°以上となっている角度付き電極１０ａ、１０ｂを使用して溶接する場合、特に、角度付き電極１０ａ、１０ｂと鋼板１ａ、１ｂとの接触箇所に電極直下部割れや溶接部外周近傍の割れが生じやすい。これは、鋼板表面に対し垂直に電極が当たらず、鋼板表面に平行な応力成分が発生した状態で、溶接中にめっき金属が溶融するためである。
（ｃ）溶接中に軸芯が鋼板の表面に対して垂直から３°以上に撓む溶接ガンを使用して溶接する場合
図６は、撓み易い溶接ガン（溶接ガンの先端に電極がついている）を使用して溶接している状態を示す板厚方向の断面図である。図６に示す溶接電極１０ａ、１０ｂは、その軸芯１１ａ、１１ｂが鋼板１ａ、１ｂの表面に対して、垂直となっておらず、先端面が鋼板１ａ、１ｂの表面に対して平行になっていない。溶接による加圧により溶接ガン（図示せず）が撓むと、溶接電極１０ａ、１０ｂの先端側が溶接電極を保持するホルダ（図示せず）から離れる方向に変位させられる。
図６は、撓み易い溶接ガン（溶接ガンの先端に電極がついている）を使用して溶接している状態を示す板厚方向の断面図である。図６に示す溶接電極１０ａ、１０ｂは、その軸芯１１ａ、１１ｂが鋼板１ａ、１ｂの表面に対して、垂直となっておらず、先端面が鋼板１ａ、１ｂの表面に対して平行になっていない。溶接による加圧により溶接ガン（図示せず）が撓むと、溶接電極１０ａ、１０ｂの先端側が溶接電極を保持するホルダ（図示せず）から離れる方向に変位させられる。
溶接電極の軸芯１１ａ、１１ｂが鋼板１ａ、１ｂの表面に対して垂直から３°以上に撓む溶接ガンを使用して溶接する場合、特に、電極と鋼板との接触箇所に電極直下部割れや、溶接部外周近傍の割れが生じやすい。溶接中に溶接ガンが撓むと、角度付き電極を使用する場合と同様、鋼板表面に対し垂直に電極が当たらなくなり、鋼板表面に平行な応力成分が発生し、溶接中にめっき金属が溶融すると応力が高い部分で外割れが発生する。
（ｄ）対向する溶接電極の軸芯の相対的なズレが０．５ｍｍ以上生じたまま溶接する場合
図７は、対向する溶接電極の軸芯の相対的なズレを生じたまま溶接している状態を示す板厚方向の断面図である。図７に示すように、溶接電極１０ａ、１０ｂは、電極チップの取り付け不良により、それぞれの軸芯１１ａ、１１ｂに相対的なズレ１２（以下「電極芯ズレ」という）を生じることがある。また、図６に示した撓みやすい溶接ガンで、上下の撓みが均一ではない場合、電極に角度が生じるとともに軸芯のズレが発生する。
図７は、対向する溶接電極の軸芯の相対的なズレを生じたまま溶接している状態を示す板厚方向の断面図である。図７に示すように、溶接電極１０ａ、１０ｂは、電極チップの取り付け不良により、それぞれの軸芯１１ａ、１１ｂに相対的なズレ１２（以下「電極芯ズレ」という）を生じることがある。また、図６に示した撓みやすい溶接ガンで、上下の撓みが均一ではない場合、電極に角度が生じるとともに軸芯のズレが発生する。
対向する溶接電極１０ａ、１０ｂの電極芯ズレ１２が０．５ｍｍ以上のまま溶接する場合、特に、鋼板の重ね合わせ面にコロナボンド直外の割れや、コロナボンドのナゲット際の割れ、ナゲット内の割れが生じやすい。電極の軸心がずれていると、鋼板をせん断する応力が発生した状態で溶接することになる。そうすると、溶接のための通電中、及び通電が終了し電極を開放する時に、高い応力が発生し、コロナボンド直外の割れや、コロナボンドのナゲット際の割れ、ナゲット内の割れが生じる。
（ｅ）重ね合わせ面に０．５ｍｍ以上の隙間を有する溶接箇所を溶接する場合
図８は、重ね合わせ面に隙間を有する溶接箇所を溶接している状態を示す板厚方向の断面図である。図８に示すように、鋼板１ａ、１ｂの間に、他の部材１３が挿入されている場合など、溶接箇所の重ね合わせ面の鋼板１ａ、１ｂの間に隙間１４（以下「板隙」という）を生じることがある。
図８は、重ね合わせ面に隙間を有する溶接箇所を溶接している状態を示す板厚方向の断面図である。図８に示すように、鋼板１ａ、１ｂの間に、他の部材１３が挿入されている場合など、溶接箇所の重ね合わせ面の鋼板１ａ、１ｂの間に隙間１４（以下「板隙」という）を生じることがある。
溶接箇所の板隙１４が０．５ｍｍ以上のまま溶接する場合、特に、鋼板の重ね合わせ面にコロナボンド直外の割れが生じやすい。隙間があると、鋼板の合わせ面側の表面に引張応力が立った状態で溶接される。溶接のための通電により、鋼板の温度が上昇するとこの引張応力は緩和されるが、通電終了後、鋼板が冷え始めると強い引張応力が立ち、めっき金属が凝固する前に割れ発生限界の応力を超えるとコロナボンド直外の割れが発生することになる。
（ｆ）鋼板に対する固定側の溶接電極の加圧方向の位置が０．２ｍｍ以上のクリアランスを有するまま溶接する場合
図９は、複数の鋼板に対する溶接電極の加圧方向の位置が不適切なまま溶接している状態を示す板厚方向の断面である。スポット溶接では、複数の鋼板に対する溶接電極の加圧方向の位置を適切にするために、固定側の溶接電極を鋼板に当接させてその位置をロボットに教示して溶接することや、加圧方向に自由に移動できるようにロボットとスポット溶接ガンの間にイコライズ機構を設けて溶接することが行われている。
図９は、複数の鋼板に対する溶接電極の加圧方向の位置が不適切なまま溶接している状態を示す板厚方向の断面である。スポット溶接では、複数の鋼板に対する溶接電極の加圧方向の位置を適切にするために、固定側の溶接電極を鋼板に当接させてその位置をロボットに教示して溶接することや、加圧方向に自由に移動できるようにロボットとスポット溶接ガンの間にイコライズ機構を設けて溶接することが行われている。
しかし、ロボットへの教示不良の場合又はイコライズ機構を設けない場合、図９に示すように、鋼板１ｂに対する固定側の溶接電極１０ｂの加圧方向の位置が不適切となり、鋼板１ｂと溶接電極１０ｂのクリアランス１５があるまま溶接することになり、溶接部に引張応力が発生する。
このためクリアランス１５が０．２ｍｍ以上のまま溶接する場合、特に、鋼板の重ね合わせ面にコロナボンド直外の割れや、コロナボンドのナゲット際の割れが生じやすい。
（ｇ）強度比が２．５倍を超える鋼板を含む板組を溶接する場合
図１０は、真ん中に軟鋼板を、上下に高強度鋼板を設けて溶接している状態を示す板厚方向の断面である。スポット溶接では３枚重ねの溶接がしばしば行われる。しかし、溶接される鋼板の引張強度の差が大きいと、たとえば、図１０の場合、スポット溶接工程において、強度の低い真ん中の軟鋼板が電極直下から押し出されて周囲で増肉される。この時、上下の高強度鋼板を上下に押しのけるようにして、高強度鋼板表面に、鋼板表面に平行な引き張り応力が発生する。
図１０は、真ん中に軟鋼板を、上下に高強度鋼板を設けて溶接している状態を示す板厚方向の断面である。スポット溶接では３枚重ねの溶接がしばしば行われる。しかし、溶接される鋼板の引張強度の差が大きいと、たとえば、図１０の場合、スポット溶接工程において、強度の低い真ん中の軟鋼板が電極直下から押し出されて周囲で増肉される。この時、上下の高強度鋼板を上下に押しのけるようにして、高強度鋼板表面に、鋼板表面に平行な引き張り応力が発生する。
鋼板の強度差が２．５倍を超えると、特に、鋼板の合わせ面にコロナボンドのナゲット際の割れや、ナゲット内の割れが生じやすい。
次に、本発明の溶接法について説明する。
まず、めっきが少なくとも溶接箇所に被覆された鋼板を１枚以上含む複数の鋼板を準備する。例えば、亜鉛系めっきが両面に被覆された、引張強度７８０ＭＰａ以上、Ｃ含有量が０．１５質量％以上、板厚０．５〜３.０ｍｍの鋼板を２枚以上準備する。
そして、実際の生産において、上記（ａ）〜（ｇ）の割れ発生因子を１つ以上含む条件下でスポット溶接を行うことになるときは、あらかじめテストスポット溶接を行うのがよい。
テストスポット溶接では、実際の生産において生じる、上記（ａ）〜（ｇ）の割れ発生因子を一つ以上含む条件下において、２枚以上の鋼板を重ね合わせて、両側から、２枚以上の鋼板を挟み込むように、銅合金などからなる電極を押し付けつつ通電して、溶融金属を形成し、通電の終了後に水冷された電極による抜熱や鋼板自体への熱伝導によって、溶融金属を急速に冷却して凝固させ、鋼板の間に、断面楕円形状のナゲットを形成する。
テストスポット溶接を行った後、溶接箇所の割れの発生の有無を確認する。重ね合わされた複数の鋼板の溶接電極側の割れ、すなわち外割れの確認は、たとえば、接触箇所を目視により行うことができる。外割れの確認は、図１に示すように、ナゲットを含むように、板厚方向に切断して、その断面を確認して行う。拡大鏡を使うことで小さな割れも確認できる。
鋼板の重ね合わせ面の割れ、すなわち内割れの確認は、例えば、図２及び図３に示すようにナゲットを含むように、板厚方向に切断して、その断面を確認して行う。拡大鏡を使うことで小さな割れも確認できる。
溶接箇所の割れが認められ、割れ発生因子を含む条件下で複数の鋼板にスポット溶接を行う場合は、スポット溶接を行う前に、めっきの除去を行うのが好ましい。
溶接熱影響部、ナゲット、コロナボンドの大きさを確認するためには、スポット溶接による窪み部の中心を通って、板厚方向に切断し、研磨し、ナイタールなどの薬品でエッチングする。
その後、めっきが除去された２枚以上の鋼板を重ね合わせて、テストスポット溶接の溶接条件を基準に電流を調整した条件でスポット溶接を行う。この電流値の調整は、目標とするナゲット径が得られるように、めっきを除去したことによる必要電流値の変化を補正するためであり、通常、低電流側への調整が必要となる。これにより、溶接箇所の割れの発生位置に、溶融亜鉛が存在しないので、鋼板の電極との接触箇所及び鋼板の重ね合わせ面の液体金属割れの発生を防ぐことができる。
次に、本発明の溶接法について、さらに、必要な要件や好ましい要件について順次説明する。
＜複数の鋼板＞
スポット溶接される複数の鋼板は、少なくとも一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む複数の鋼板であれば、特に限定されるものでない。たとえば、鋼板と電極が接触する側の面にめっきが被覆された鋼板同士の組合せや、鋼板と電極が接触する側の面にめっきが被覆された鋼板とめっきが被覆されていない鋼板の組合せ、鋼板と電極が接触する側の面及び鋼板の重ね合わせ面にめっきが被覆された鋼板同士の組合せなどが例示される。また、溶接継手の耐食性を考慮すれば、鋼板と電極が接触する側の面及び鋼板の重ね合わせ面にめっきが被覆されていることが好ましい。
スポット溶接される複数の鋼板は、少なくとも一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む複数の鋼板であれば、特に限定されるものでない。たとえば、鋼板と電極が接触する側の面にめっきが被覆された鋼板同士の組合せや、鋼板と電極が接触する側の面にめっきが被覆された鋼板とめっきが被覆されていない鋼板の組合せ、鋼板と電極が接触する側の面及び鋼板の重ね合わせ面にめっきが被覆された鋼板同士の組合せなどが例示される。また、溶接継手の耐食性を考慮すれば、鋼板と電極が接触する側の面及び鋼板の重ね合わせ面にめっきが被覆されていることが好ましい。
本発明の溶接法は、亜鉛を含む合金がめっきされた、亜鉛系めっき鋼板などを含む鋼板のスポット溶接に好適である。ただし、本発明の原理によれば、Ｃｕ系めっき等の他のめっきの場合でも、同様の効果を得ることができるのは明らかである。
溶接される鋼板に被覆されるめっきが亜鉛系の場合、亜鉛を含むめっきであれば、特に限定されるものではない。たとえば、めっき種として、合金化溶融亜鉛めっき、溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっき、亜鉛・ニッケル電気めっきが例示される。また、亜鉛・アルミニウム・マグネシウム系のめっきも含むことができる。
スポット溶接される複数の鋼板として、図１及び図２では、２枚の鋼板を記載しているが、接合する構造部品の形態に応じて、図３に示すように３枚以上の複数の鋼板とすることができる。スポット溶接される各鋼板の板厚は、特に限定されるものでなく、たとえば、０．５〜３.０ｍｍとすることができる。また、複数の鋼板の合計の板厚も、特に限定されるものでなく、たとえば、１．０〜７．０ｍｍとすることができる。
また、スポット溶接される複数の鋼板は、成分組成や、金属組織などが、特に限定されるものでない。ただし、鋼板と電極が接触する側の面又は鋼板の重ね合わせ面に亜鉛系めっきが被覆された鋼板、又は、亜鉛系めっきが被覆された鋼板と亜鉛系めっきを介して重ね合わされている鋼板に対して、低合金ＴＲＩＰ鋼板や、引張強度が７８０ＭＰａ以上でＣが０．１５質量％以上含有する鋼板を用いたとき、溶接箇所の割れが発生しやすいため、本発明の溶接法において、特に、このような鋼板に対して効果がある。
また、鋼板は、少なくとも一部に板状部を有し、当該板状部が互いに積み重ね合わされる部分を有するものであればよく、全体が板でなくともよい。また、複数の鋼板は、別々の鋼板から構成されるものに限定されず、１枚の鋼板を管状などの所定の形状に成形したものを重ね合わせたものでもよい。
＜テストスポット溶接＞
次に、テストスポット溶接について説明する。テストスポット溶接は、実際の生産で発生する上記（ａ）〜（ｇ）の１以上を満たす場合に行うことが好ましい。
次に、テストスポット溶接について説明する。テストスポット溶接は、実際の生産で発生する上記（ａ）〜（ｇ）の１以上を満たす場合に行うことが好ましい。
テストスポット溶接は、目標とする板組及び実際の生産で発生する上記（ａ）〜（ｇ）の割れ発生因子を含む条件で、実生産において用いる溶接条件で実施する。
溶接条件は、実生産において用いる溶接条件を採用する。例えば、電極をドームラジアス型の先端直径６〜８ｍｍのものとし、加圧力２．５〜８．０ｋＮ、通電時間５〜９９サイクル、通電電流４〜１５ｋＡとすることができる。ただし、通電電流値については、実生産で設定する前後の電流値を採用することが望ましい。ピンポイントの通電電流値での試験では、溶接箇所の割れを見逃すことがあるからである。これは、溶接を繰り返す間に電極の表面が損耗し、同じ電流値でも電流密度が低下することにより、目標とする最低ナゲット径に近いナゲット径となり、溶接部に発生する引張応力とめっき金属の溶融範囲が変化することに対応するためである。
＜溶接箇所の割れの確認＞
テストスポット溶接によって得られたスポット溶接継手において、溶接箇所の割れの発生の有無を確認する。この割れの発生の有無の確認方法は、特に限定されるものでなく、目視での観察や浸透探傷検査、溶融凝固部を含む板厚方向の断面の観察や、スポット溶接継手の引張試験を実施して所定の引張強度が得られるか否かで判定などして行うことができる。または、スポット溶接部を含む板厚方向の断面の観察に加えて、Ｘ線透過試験を行って確認してもよい。
テストスポット溶接によって得られたスポット溶接継手において、溶接箇所の割れの発生の有無を確認する。この割れの発生の有無の確認方法は、特に限定されるものでなく、目視での観察や浸透探傷検査、溶融凝固部を含む板厚方向の断面の観察や、スポット溶接継手の引張試験を実施して所定の引張強度が得られるか否かで判定などして行うことができる。または、スポット溶接部を含む板厚方向の断面の観察に加えて、Ｘ線透過試験を行って確認してもよい。
鋼板と電極との接触箇所の電極直下部割れは、鋼板と電極との接触箇所の電極直下（中心部付近）に発生し、肩部割れや電極外側割れは溶接部外周近傍に発生する。
鋼板の重ね合わせ面のコロナボンド直外及びコロナボンドのナゲット際の割れは、めっきが被覆された鋼板の重ね合わせ面、又はめっきが被覆された鋼板と重ね合わされためっきが被覆されていない鋼板の重ね合わせ面に発生する。そして、これらの重ね合わせ面のうち、コロナボンド内及びその近傍に発生する。また、ナゲット内の割れは、３枚以上の鋼板のスポット溶接継手において、コロナボンドからナゲットに向けて発生する。
＜めっきの除去＞
本発明の溶接方法は、スポット溶接の前に、溶接される鋼板のめっきを除去することを特徴とする。めっきの除去範囲は、テストスポット溶接で確認された割れの位置によって、以下の範囲とするのがよい。
本発明の溶接方法は、スポット溶接の前に、溶接される鋼板のめっきを除去することを特徴とする。めっきの除去範囲は、テストスポット溶接で確認された割れの位置によって、以下の範囲とするのがよい。
（鋼板と電極との接触箇所とその周囲に割れを確認したとき）
テストスポット溶接によって外割れを確認したときには、除去するめっきの範囲は、少なくとも、重ね合わされた複数の鋼板の外割れが確認された鋼板で、溶接電極側に被覆されためっきであって、外周が溶接電極側の溶接熱影響部外縁となる円内の範囲とする。これにより、割れの発生因子がいくつか重なって、鋼板の電極と接触する側の表面に強い応力が発生しても、溶融しためっき金属が存在しないので外割れの発生は無くなる。
テストスポット溶接によって外割れを確認したときには、除去するめっきの範囲は、少なくとも、重ね合わされた複数の鋼板の外割れが確認された鋼板で、溶接電極側に被覆されためっきであって、外周が溶接電極側の溶接熱影響部外縁となる円内の範囲とする。これにより、割れの発生因子がいくつか重なって、鋼板の電極と接触する側の表面に強い応力が発生しても、溶融しためっき金属が存在しないので外割れの発生は無くなる。
外割れには、電極直下部割れ、肩部割れ、電極外側割れがある。例えば電極直下割れが認められなかったことから電極の軸芯が接触する部分のめっきを除去しなかった場合、繰り返しスポット溶接を行うと、溶融しためっき金属、あるいはめっき金属と電極の銅との合金が電極を介して、割れが発生したために除去した鋼板表面に付着し、再び割れが発生する。このため、どれか１つの割れしか発生しなかった場合でも、外周が溶接電極側の溶接熱影響部外縁となる円内の全ての領域のめっきを除去する必要がある。
図１１を用いて具体的に除去するめっきの範囲を説明する。図１１は、２枚重ね板組で鋼板の電極との接触面側及び鋼板の重ね合わせ面の割れを確認したときに除去するめっきの範囲を説明する板厚方向の断面図である。図１１では、重ね合わされた溶接される鋼板１０１に、ナゲット形成予定箇所１０２、コロナボンド形成予定箇所１０３、電極直下部割れが予想される箇所１０５、電極肩部割れが予想される箇所１０６、電極外側割れが予想される箇所１０７を点線で示している。
図１１には、熱影響部外縁形成予定位置１０４も点線で示してある。外割れを防止するためのめっきの除去範囲は、外周を熱影響部外縁とする直径ＤHAZ1の円内とする。鋼板の熱影響部外縁形成予定位置は、鋼板が約７００℃まで昇温される位置である。このため、溶接過程においてこの範囲内のめっき金属は溶融し、十分な流動性がもつ。このため、外割れを防止するために、割れが発生する部位のみのめっきを除去しても、周囲のめっき金属が除去した部位に濡れて広がり、めっきを除去した効果が失われるからである。
溶接位置の狙い精度の都合上、めっきを除去する範囲を、例えばＤHAZ1×１．５の直径を有する円内など、直径ＤHAZ1の円内より広くしてもよい。しかし、耐食性が低下することから、できるだけ狭くすべきである。
なお、熱影響部外縁位置は、板厚方向でナゲット中心Ｃｎからの距離が異なる。これは鋼板電極と接触する側は電極によって冷却されるのに対し、重ね合わせ面がではこうした冷却作用が働かないためである。外割れ防止のためにめっきを除去する範囲の直径ＤHAZ1は、鋼板の電極側表面付近の熱影響部外縁で決定するとよい。
また、熱影響部外縁形成予定位置を決定するためには、ナイタールなどの腐食液を用いてテストスポット溶接部の断面観察を行うとよい。
（鋼板の重ね合わせ面の割れ（内割れ）を確認したとき）
テストスポット溶接によってナゲット内あるいはコロナボンドのナゲット際の割れあるいはコロナボンド直外の割れを確認したときには、除去するめっきの範囲は、溶接される鋼板の重ね合わせ面であって、外周が重ね合わせ面の溶接熱影響部外縁の広いほうとなる直径がＤHAZ2である円内の範囲とする。この範囲のめっきを除去することにより、割れの発生因子がいくつか重なって、鋼板の重ね合わせ面に強い応力が発生しても、溶融しためっき金属が存在しないので内割れは発生しない。
テストスポット溶接によってナゲット内あるいはコロナボンドのナゲット際の割れあるいはコロナボンド直外の割れを確認したときには、除去するめっきの範囲は、溶接される鋼板の重ね合わせ面であって、外周が重ね合わせ面の溶接熱影響部外縁の広いほうとなる直径がＤHAZ2である円内の範囲とする。この範囲のめっきを除去することにより、割れの発生因子がいくつか重なって、鋼板の重ね合わせ面に強い応力が発生しても、溶融しためっき金属が存在しないので内割れは発生しない。
また、めっきを除去する範囲を外周が重ね合わされた複数の鋼板の重ね合わせ面に形成される溶接影響部外縁の広いほうであり、内周が上記鋼板の重ね合わせ面に形成されるナゲットの中心となる予定の位置と中心を共有し、ナゲット直径の０．８倍である直径を有する円である円環内の範囲としてもよい。ナゲット直径の０．８倍である直径を有する円内のめっきは、実質的に内割れには寄与しないためである。
このようにめっきを除去する範囲を制限することにより、めっきを除去したことによる溶接条件の変化を極力抑制することができる。
図１１、１２を用いて具体的に除去するめっきの範囲を説明する。図１１は、２枚重ね板組で鋼板の重ね合わせ面の割れを確認したときに除去するめっきの範囲を説明する板厚方向の断面図である。図１１では、重ね合わされた溶接される鋼板１０１に、ナゲット形成予定箇所１０２、コロナボンド形成予定箇所１０３、コロナボンド直外での割れが予想される箇所１０８を点線で示している。
図１２では、コロナボンドのナゲット際割れの発生が予測される箇所１０９、ナゲット内で割れの発生が予測される箇所１１０を点線で示している。
内割れは、溶接過程において、鋼板間で溶融しためっき金属が引張応力の作用する部位に残っていると発生する。
コロナボンド直外の割れは、コロナボンド形成予定箇所において溶融し、電極加圧によって排出されためっき金属と、熱影響部の内側でコロナボンドの外側にあり溶融しためっき金属がコロナボンド直外に濡れた状態で引張応力が作用して発生する。
コロナボンド内の割れおよびコロナボンドのナゲット際の割れは、ナゲット形成予定位置の外縁付近で溶融し、電極加圧によって排出された溶融めっき金属とコロナボンド形成予定箇所において溶融しためっき金属が、コロナボンド内に閉じこめられた状態で、引張応力が作用して発生する。
すなわち、内割れは、溶接過程において、熱影響部内で溶融しためっき金属、および鋼板の重ね合わせ面で溶融し、ナゲットの中心から遠ざかる方向（外側方向）へ順に排出された溶融めっき金属により引き起こされる。このため、めっき除去は内割れ発生位置近傍だけではなく、ナゲット中心から外側の熱影響部や、ナゲット中心に近いナゲット形成予定位置を含む範囲を合わせて行う必要がある。ここで、溶融しためっき金属には、蒸発・気化後、液化しためっき金属も含まれることは言うまでもない。
内割れを確認したとき、除去するめっきの範囲は、溶接される鋼板の重ね合わせ面であって、外周が重ね合わせ面の溶接熱影響部外縁の広いほうの円相当直径であるＤHAZ2を有し、ナゲット形成予定箇所１０２の中心Ｃｎを中心とする円内の範囲とする。なお、溶接熱影響部外縁の円相当直径とは、重ね合わされた２枚の鋼板の重ね合わせ面における熱影響部外縁で、より広いほうの面積と同一面積の円の直径のことである。
めっきの除去は、重ね合わされた鋼板の、両方のめっきに対して行う必要がある。めっきされた鋼板同士を重ね合わせてある場合に、割れの発生した鋼板のめっきだけを除去しても、重ね合わされた相手の鋼板から溶融しためっき金属が供給されるためである。このように、めっきのこの範囲のめっきを除去することにより、割れの発生因子がいくつか重なって、鋼板の重ね合わせ面に強い引張応力が発生しても、溶融しためっき金属が存在しないので内割れは発生しない。
また、めっきを除去する範囲を、外周がナゲット形成予定箇所１０２の中心Ｃｎを中心とし、直径としてＤHAZ2、あるいはＤHAZ3を有する円であり、内周が上記鋼板の重ね合わせ面に形成されるナゲット形成予定箇所１０２の中心Ｃｎを中心とし、直径が重ね合わせ面に形成されるナゲットＤnの直径０．８倍の円である円環内の範囲としてもよい。ナゲットの直径０．８倍である円内のめっきは、実質的に内割れには寄与しないためである。
ナゲット形成予定箇所の円相当直径Ｄnの０．８倍の円外に被覆されているめっき金属は、溶接過程においてコロナボンド内に排出される割合が多い。このため、内割れを抑制するためには、この範囲に被覆されているめっきを確実に除去しなければならない。一方、ナゲット形成予定箇所の円相当直径Ｄnの０．８倍の円内に被覆されているめっき金属は、コロナボンド内に排出される割合が少ないため、積極的に除去しなくてもよい。
さらに、ナゲット直径Ｄnの直径０．８倍である円内のめっきを除去せず残すことにより、めっき金属を除去することにより溶接条件が大きく変化することを防ぐことができる。
なお、めっきの除去範囲が広くなると、除去した場所から腐食が生じる可能性があり、やみくもにめっきを除去するのは好ましくないが、溶接割れを防ぐために本発明で規定する範囲を超えてめっきを除去することを妨げるものではない。
スポット溶接の位置精度を考慮し、熱影響部外縁形成予定箇所の円相当直径ＤHAZ2、あるいはＤHAZ3を超えた範囲に被覆されためっきを除去してもよいが、耐食性が低下するため、除去する場合は、スポット溶接の位置精度を高める努力をし、熱影響部外縁形成予定箇所の円相当直径ＤHAZ2、あるいはＤHAZ3の５.０倍以下の部分の全てとするとよい。
除去するめっきを、円相当直径ＤHAZ2、あるいはＤHAZ3の２．０倍以下の部分の全て、さらに好ましくは、１．５倍以下の部分の全てとすることができる。
また、熱影響部外縁形成予定箇所の円相当直径ＤHAZ2、ＤHAZ3、ナゲット形成予定箇所の円相当直径Ｄｎは、複数枚の鋼板のスポット溶接に先立ち、クーポン（試験片）で溶接条件を決めた際に観察される円相当直径である。実際のスポット溶接においても、全く同じ溶接長さになるとは限らないものの、本発明の溶接法のめっきの除去範囲であれば、この誤差を十分にカバーすることができる。
＜めっき除去後のスポット溶接＞
特定の位置のめっきが除去された鋼板を含む複数の鋼板のスポット溶接では、鋼板と電極との接触箇所の割れや鋼板の重ね合わせ面の割れを確認したときは、テストスポット溶接の際と、ナゲット径が同じになるように電流値を調整する。それにより、本来目標としたスポット溶接継手の強度を確保することができる。
特定の位置のめっきが除去された鋼板を含む複数の鋼板のスポット溶接では、鋼板と電極との接触箇所の割れや鋼板の重ね合わせ面の割れを確認したときは、テストスポット溶接の際と、ナゲット径が同じになるように電流値を調整する。それにより、本来目標としたスポット溶接継手の強度を確保することができる。
＜シーラ又は接着剤を塗布＞
めっきを除去したことにより、鋼板と電極との溶接箇所や鋼板の重ね合わせ面の耐食性が十分でなくなることがある。そこで、鋼板と溶接電極との接触予定箇所のめっきを除去したときは、スポット溶接後に、めっきが除去された部分の一部又は全部に、シーラを塗布し、鋼板の重ね合わせ面のめっきを除去したときは、スポット溶接前に、めっきが除去された部分の一部又は全部に、シーラ又は接着剤を塗布することが好ましい。
めっきを除去したことにより、鋼板と電極との溶接箇所や鋼板の重ね合わせ面の耐食性が十分でなくなることがある。そこで、鋼板と溶接電極との接触予定箇所のめっきを除去したときは、スポット溶接後に、めっきが除去された部分の一部又は全部に、シーラを塗布し、鋼板の重ね合わせ面のめっきを除去したときは、スポット溶接前に、めっきが除去された部分の一部又は全部に、シーラ又は接着剤を塗布することが好ましい。
シーラや接着剤は、特に限定されるものでなく、車体の組み立てにおいて使用される公知のものを用いることができる。また、シーラや接着剤に亜鉛などからなる金属微粒子を混ぜておくことも、耐食性を確保する上で有効である。
＜めっきの除去方法＞
めっきの除去方法としては、機械的除去、及び蒸発除去の少なくとも一方を採用することができる。機械的除去としては、回転するバイトによって研削することができる。この際、接触予定箇所などの円相当中心に突起のあるバイトによって研削すれば回転中心が定まり、精度よくめっきを除去することができる。突起を十分小さくすることにより、溶接によって、突起の形成した穴を埋めることができる。
めっきの除去方法としては、機械的除去、及び蒸発除去の少なくとも一方を採用することができる。機械的除去としては、回転するバイトによって研削することができる。この際、接触予定箇所などの円相当中心に突起のあるバイトによって研削すれば回転中心が定まり、精度よくめっきを除去することができる。突起を十分小さくすることにより、溶接によって、突起の形成した穴を埋めることができる。
蒸発除去は、除去しなければならない範囲を超える、円形、リング状、方形などの集光形状を有するレーザをめっきに照射し、蒸発除去する方法である。これによれば、亜鉛やマグネシウムなどの液体金属脆化を引き起こす低沸点金属を選択的に除去することが可能である。
レーザの照射は、角度をつけて反射光が発振器に戻らないようにすることが大事である。環境保全の観点から、蒸発した金属を吸引する装置を設けることが好ましい。また、数十μｍに集光したレーザにより、アブレーション除去することもできる。また、プラズマを照射することにより、めっきを蒸発除去することができる。
次に、本発明の実施例について説明する。実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
表１に、使用した鋼板について示す。亜鉛めっき鋼板Ａ〜Ｅは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板であり、その両面に亜鉛めっきが被覆されている。
表１に示した鋼板を２〜３枚用いてスポット溶接を行った。
試験番号１は、溶接電極の軸芯が鋼板の表面に対して垂直から３°となっている状態で、亜鉛めっきを除去せずにスポット溶接した比較例である。スポット溶接は、両側から、先端直径６ｍｍのドームラジアス型電極で、２枚の鋼板を挟み込み、加圧力４ｋＮで押し付けつつ、通電時間１８サイクル、通電電流９ｋＡとして行った。その結果、コロナボンド直外の内割れが確認された。
以降の例について、スポット溶接の条件は、試験番号１と同じである。
試験番号２〜６は、試験番号１の結果を受け、亜鉛めっきを除去してスポット溶接を行った例である。
試験番号７は、溶接中に軸芯が鋼板の表面に対して垂直から５°となる角度付き電極を使用し、重ね合わせ面の隙間が０．５ｍｍ有る状態で、亜鉛めっきを除去せずにスポット溶接した比較例である。試験番号７では、コロナボンド直外の内割れが確認された。
試験番号８は、試験番号７の結果を受け、亜鉛めっきを除去してスポット溶接を行った例である。
試験番号９は、強度比の大きい鋼板の組み合わせで、亜鉛めっきを除去せずにスポット溶接した比較例である。試験番号９では、コロナボンド内のナゲット際に内割れが確認された。
試験番号１０〜１２は、試験番号９の結果を受け、亜鉛めっきを除去してスポット溶接を行った例である。
試験番号１３は、対向する溶接電極の軸芯が相対的に０．５ｍｍズレた状態で、かつ、鋼板に対する固定側の溶接電極加圧方向の位置が０．２ｍｍとなっている状態で、亜鉛めっきを除去せずにスポット溶接した比較例である。試験番号１３では、コロナボンド内からナゲット内に進展した内割れが確認された。
試験番号１４〜１７は、試験番号９の結果を受け、亜鉛めっきを除去してスポット溶接を行った例である。
試験番号１８は、溶接中に軸芯が鋼板の表面に対して垂直から３°となるように撓む溶接ガンを使用し、亜鉛めっきを除去せずにスポット溶接した比較例である。試験番号１８では、電極直下と肩部に外割れが確認された。
試験番号１９〜２０は、試験番号１８の結果を受け、亜鉛めっきを除去してスポット溶接を行った例である。
試験番号２１は、溶接中に軸芯が鋼板の表面に対して垂直から３°となるように撓む溶接ガンを使用し、さらに、重ね合わせ面の隙間が０．５ｍｍ以上有する溶接箇所を、亜鉛めっきを除去せずにスポット溶接した比較例である。試験番号２１では、電極外側に外割れが確認された。
亜鉛系めっきの除去としては、蒸発除去、又は機械的除去を用いた。
蒸発除去では、亜鉛めっきの加熱をレーザ、プラズマにより行った。
レーザによる蒸発を用いた亜鉛めっきの除去は、直径９．５ｍｍに集光したレーザを、出力１ｋＷで０．１秒間、亜鉛めっきに照射し、除去範囲の亜鉛めっきを除去した。
レーザアブレーションを用いた亜鉛めっきの除去は、直径４０μｍに集光したレーザを、平均出力９Ｗ、繰り返し数５０ｋＨｚ、パルス幅（レーザの出ている時間）２０ｎｓにて、同一点に１０ショット、亜鉛めっきに照射し、除去範囲の全面積を走査して亜鉛めっきを除去した。
プラズマを用いた除去は、電流２００Ａ、電圧２０Ｖで放電させ、０．２秒間、亜鉛めっきを加熱した。プラズマは、エネルギー密度に分布があるため、狙い亜鉛めっき範囲は完全除去され、その周辺も部分的に除去されていた。
機械的除去では、回転バイトによる研削により、除去範囲の亜鉛めっきを除去した。
試験片について、耐食性を確認する複合サイクル腐食試験（ＣＣＴ試験）と溶接箇所の割れの確認を行った。その結果を表２〜４に示す。なお、表２〜４中の割れ発生因子の符号は、前述したテストスポット溶接を行うのが好ましい場合（割れ発生因子）に対応している。
ＣＣＴ試験は、自動車用材料腐食試験方法（ＪＡＳＯＭ６０９−９１）に基づき、１サイクルあたり８時間の処理を３０サイクル繰り返し行い、実施した。１サイクルは、塩水噴霧試験（２時間、５％ＮａＣｌ、３５℃）、乾燥（４時間、３０％ＲＨ、６０℃）、湿潤試験（２時間、９５％ＲＨ、５０℃）からなる。
評価は、鋼板間のスポット溶接部周辺に変化の見られないものを「◎」、白錆の発生が認められるものを「○」、赤錆が発生しているものを「×」とした。また、割れの確認は、ナゲットを含むように、試験片を板厚方向に切断して、その断面を確認して行った。
亜鉛めっきを除去してスポット溶接を行った結果は、以下のとおりであった。
試験番号２〜３、８、１０、１４〜１５、１９〜２０、２２〜２３は、本発明で規定する範囲の亜鉛めっきを除去し、スポット溶接を行った結果、溶接部の割れの発生はなく、耐食性も良好であった。試験番号２では亜鉛めっきを除去した箇所に接着剤を塗布し、試験番号２０ではめっき除去部に溶接後にシーラを塗布したので、特に良好な耐食性を示した。
試験番号４〜６は、亜鉛めっきの除去は行ったが、除去範囲が狭く、コロナボンド直外に内割れが発生した。
試験番号１１〜１２は、亜鉛めっきの除去は行ったが、除去範囲が狭く、コロナボンドのナゲット際に内割れが発生した。
試験番号１６〜１７は、亜鉛めっきの除去は行ったが、除去範囲が狭く、コロナボンドからナゲット内に進展した内割れが発生した。
本発明によれば、スポット溶接において、液体金属割れの発生を簡便に防ぐことができる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。
１、１ａ、１ｂ 鋼板
２ ナゲット
３ 電極直下部割れ
４ 熱影響部
５ 肩部割れ
６ 電極外側割れ
７ コロナボンド直外の割れ
８ コロナボンドのナゲット際の割れ
９ ナゲット内の割れ
１０ａ、１０ｂ 電極
１１ａ、１１ｂ 軸芯
１２ 電極芯ズレ
１３ 部材
１４ 板隙
１５ クリアランス
１０１ 鋼板
１０２ ナゲット形成予定箇所
１０３ コロナボンド形成予定位置
１０４ 熱影響部外縁形成予定位置
１０５ 電極直下部割れ発生予定箇所
１０６ 電極肩部割れ発生予定箇所
１０７ 電極外側割れ発生予定箇所
１０８ コロナボンド直外割れ発生予定箇所
１０９ コロナボンドのナゲット際割れ発生予定箇所
１１０ ナゲット内割れ発生予定箇所
Ｃｎ ナゲット形成予定箇所の中心
Ｄｃ コロナボンド形成予定箇所の円相当直径
Ｄｎ ナゲット形成予定箇所の円相当直径
ＤHAZ1 外割れを回避するためにめっきを除去する範囲の直径
ＤHAZ2 ２枚重ね板組で内割れを回避するためにめっきを除去する範囲の直径
ＤHAZ3 ３枚重ね板組で内割れを回避するためにめっきを除去する範囲の直径
Ｗ 立上がり部
２ ナゲット
３ 電極直下部割れ
４ 熱影響部
５ 肩部割れ
６ 電極外側割れ
７ コロナボンド直外の割れ
８ コロナボンドのナゲット際の割れ
９ ナゲット内の割れ
１０ａ、１０ｂ 電極
１１ａ、１１ｂ 軸芯
１２ 電極芯ズレ
１３ 部材
１４ 板隙
１５ クリアランス
１０１ 鋼板
１０２ ナゲット形成予定箇所
１０３ コロナボンド形成予定位置
１０４ 熱影響部外縁形成予定位置
１０５ 電極直下部割れ発生予定箇所
１０６ 電極肩部割れ発生予定箇所
１０７ 電極外側割れ発生予定箇所
１０８ コロナボンド直外割れ発生予定箇所
１０９ コロナボンドのナゲット際割れ発生予定箇所
１１０ ナゲット内割れ発生予定箇所
Ｃｎ ナゲット形成予定箇所の中心
Ｄｃ コロナボンド形成予定箇所の円相当直径
Ｄｎ ナゲット形成予定箇所の円相当直径
ＤHAZ1 外割れを回避するためにめっきを除去する範囲の直径
ＤHAZ2 ２枚重ね板組で内割れを回避するためにめっきを除去する範囲の直径
ＤHAZ3 ３枚重ね板組で内割れを回避するためにめっきを除去する範囲の直径
Ｗ 立上がり部
（１）少なくとも一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む重ね合わされた複数の鋼板を対向する溶接電極で挟み込みスポット溶接する方法であって、
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
上記めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、少なくとも、外周が重ね合わされた複数の鋼板の溶接電極側に形成される溶接熱影響部外縁となる円内とすることを特徴とするスポット溶接方法。
ここで、溶接熱影響部外縁とは、スポット溶接時に、鋼板が７００℃まで昇温される位置のことをいう。
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
上記めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、少なくとも、外周が重ね合わされた複数の鋼板の溶接電極側に形成される溶接熱影響部外縁となる円内とすることを特徴とするスポット溶接方法。
ここで、溶接熱影響部外縁とは、スポット溶接時に、鋼板が７００℃まで昇温される位置のことをいう。
Claims (11)
- 少なくとも一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む重ね合わされた複数の鋼板を対向する溶接電極で挟み込みスポット溶接する方法であって、
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
上記めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、少なくとも、外周が重ね合わされた複数の鋼板の溶接電極側に形成される溶接熱影響部外縁となる円内とすることを特徴とするスポット溶接方法。 - スポット溶接後に、めっきが除去された部分の一部又は全部に、シーラを塗布することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接方法。
- めっきを除去する前にテストスポット溶接を行い、溶接箇所の割れの発生の有無を確認し、重ね合わされた複数の鋼板の溶接電極側の割れを確認したときに、割れの確認された鋼板表面のめっきを除去することを特徴とする請求項１又は２に記載のスポット溶接方法。
- 少なくとも一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む重ね合わされた複数の鋼板を対向する溶接電極で挟み込みスポット溶接する方法であって、
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、
外周が重ね合わされた複数の鋼板の重ね合わせ面に形成される溶接熱影響部外縁の広いほうとなる円内とすることを特徴とするスポット溶接方法。 - 少なくとも一方の表面の溶接箇所にめっきが被覆された鋼板を１枚以上含む重ね合わされた複数の鋼板を対向する溶接電極で挟み込みスポット溶接する方法であって、
スポット溶接の前に、めっきを除去する工程を含み、
めっきを除去する工程において、めっきが除去される範囲を、
外周が重ね合わされた複数の鋼板の重ね合わせ面に形成される溶接熱影響部外縁の広いほうであり、内周が上記鋼板の重ね合わせ面に形成されるナゲットの中心となる予定の位置と中心を共有し、ナゲットの直径の０．８倍である直径を有する円である円環内とすることを特徴とするスポット溶接方法。 - スポット溶接前に、めっきが除去された部分の一部又は全部に、シーラ又は接着剤を塗布することを特徴とする請求項４又は５に記載のスポット溶接方法。
- めっきを除去する前にテストスポット溶接を行い、溶接箇所の割れの発生の有無を確認し、重ね合わされた複数の鋼板の割れを確認したときに、割れの確認された鋼板の割れの発生した表面と重ね合わされた鋼板の重ね合わされた面にあるめっきを除去することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のスポット溶接方法。
- 前記スポット溶接が、
（ａ）溶接電極の軸心が鋼板の表面に対して垂直から３°以上となる角度を付けて溶接する場合、
（ｂ）溶接電極の軸芯が鋼板の表面に対して垂直から５°以上となっている角度付き電極を使用して溶接する場合、
（ｃ）溶接中に電極の軸芯が鋼板の表面に対して垂直から３°以上に撓む溶接ガンを使用して溶接する場合、
（ｄ）対向する溶接電極の軸芯の相対的なズレが０．５ｍｍ以上生じた状態で溶接する場合、
（ｅ）重ね合わせ面の隙間が０．５ｍｍ以上有する溶接箇所を溶接する場合、
（ｆ）鋼板に対する固定側の溶接電極の加圧方向の位置が０．２ｍｍ以上のクリアランスを有するまま溶接する場合、及び
（ｇ）強度比が２．５倍を超える鋼板を含む板組を溶接する場合
のいずれか１以上を含む条件下で行われる場合にテストスポット溶接を行うことを特徴とする請求項３又は７に記載のスポット溶接方法。 - 前記テストスポット溶接において、割れの発生が確認されなかった鋼板のめっきも除去することを特徴とする請求項３、７、又は８に記載のスポット溶接方法。
- めっきの除去を、機械的除去、及び蒸発除去の少なくとも一方で行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のスポット溶接方法。
- 前記めっきが亜鉛系めっきであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスポット溶接方法。
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