薄钢板的点焊方法及点焊接头与流程

本发明涉及汽车零件、电子设备零件等中常用的薄钢板的点焊方法及点焊接头。

背景技术：

点焊方法被广泛地使用于汽车零件、电子设备零件等的成形。另外，也公知汽车的车体通过焊接机器人的点焊方法被大量地生产。然而，一般的汽车零件、电子设备零件等较多地被个别的夹具固定，并由简单的点焊装置成形。每次都必须与汽车零件、电子设备零件等配合地制作上述夹具，因此，提出了用于将点焊合理化、简化的方案。

例如在专利文献1中提出了以下点焊方法：将第一、第二母材的一表面设为焊接面，在第一母材的焊接面的焊接部位突出形成凸部，在与该凸部相对应的位置的第二母材的焊接面凹陷形成与凸部大致一致的凹部，使凸部及凹部碰撞并用电极夹持第一、第二母材，加压通电以进行焊接压接。在该点焊方法中，与凸部大致一致的凹部突出形成具有例如恰当曲率的球面状的凸部，并凹陷形成曲率比该曲率稍大的凹部。此外，根据该方法，使用定位用的夹具或者不进行与焊接无直接关系的加工处理，就能简易且正确地对各母材的焊接部位进行定位以进行焊接。

在专利文献2中，提出了一种金属板的点焊法，在该金属板的点焊法中，预先通过冲压加工分别对焊接预定部处赋予高度h1、h2、外径D1、D2的突起而形成一对凹凸，在嵌合完这一对凹凸之后，利用电极进行加压通电。在该点焊法中，能通过转塔冲头(turret punch)成形一对凹凸，需将突起形成部的转塔冲头行程限制为0.1～0.3mm。此外，根据本发明，能对将金属板工件焊接于金属板时的焊接定位进行自动化，从而能省略繁琐的定位作业。

在专利文献3中，提出了一种电子零件的焊接结构：通过焊接将金属板配线和金属板电阻进行电性及机械性连接，并在上述金属板配线和上述金属板电阻上形成有彼此卡合而进行定位的凹凸状的定位部。此外，在该焊接结构的实施方式中，卡合凸部51、52及卡合凹部53、54均呈圆柱状，但并不限于圆柱状。若卡合凸部51、52及卡合凹部53、54呈能彼此卡合的凹凸状，则也可以是四边柱状、梯形等形状。另外，在实施方式中，卡合凸部51、52的外径形成得比焊接电极干部X的外径小，但也可以形成得比焊接电极干部X的外径大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平02-229679号公报

专利文献2：日本专利特开平04-147776号公报

专利文献3：日本专利特开2005-216622号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

在专利文献3中，提出了一种具有由卡合的圆柱状的凸部和凹部构成的定位部的焊接结构，不一定限于圆柱状，只要是能卡合的凹凸，则也可以是四边柱状、梯形等形状。然而，当为了提高定位功能而提高凹凸的高度时，存在焊接强度偏差、接合部的外观变差等问题。因此，即便是能卡合的凹凸，作为点焊方法，也要求优选形状的凹凸的组合。

在专利文献1中记载的凹凸包括呈球面状的凹凸，专利文献2中记载的由转塔冲头成形的凹凸的高度为0.1～0.3mm。因此，当由重叠金属板时的嵌入感及坐下感等观点来判断定位性时，可能也不一定是恰当的。

本发明鉴于当综合判断突起的成形性、被点焊的薄钢板相互的定位性、点焊后的焊接强度及外观品质等时、现有的设有一对凹凸或卡合的凹凸的点焊方法不能充分满足这样的问题而作，其目的在于提供一种也能满足上述任一特性、能取得平衡、且综合评价较高的薄钢板的点焊方法及点焊接头。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的点焊方法是在将薄钢板重叠的上方件和下方件夹在电极间进行焊接的点焊中，设置用于对所述上方件和下方件进行相互对位并用于焊接的突起，所述突起设于所述上方件和所述下方件并且卡合，所述突起各自的圆锥台形状的倾斜度为45～70°、且底面开口，该开口部的外径比所述电极的外径小、且是通过拉伸加工而形成的。

在上述发明中，以上方件的突起的顶部下表面和下方件的突起的顶部上表面仅在中央部分抵接的方式，形成该上方件顶部下表面及该下方件顶部上表面抵接部的形状是较佳的。此外，还能采用以下结构：所述抵接部中的所述上方件的突起的顶部下表面形状由平面或球面状的弯曲形状构成，另一方面，所述下方件的突起的顶部上表面的形状由曲率半径比所述上方件顶部下表面的弯曲形状的曲率半径小的球面状的弯曲形状构成。

另外，突起的高度为1.5～2.4mm是较为理想的。另外，突起的薄钢板的伸长率形成为30～10％是较为理想的。

另外，还能采用以下结构：卡合的突起由两个以上的突起构成，所述两个以上的突起由以设于下方件的突起具有规定的间隙地进入设于上方件的突起的方式设置的至少主基准突起和副基准突起构成，具有一组主基准突起和一组副基准突起，其中，当将连接该主基准突起和该副基准突起的中心的方向设为X轴，并将与该方向垂直的方向设为Y轴时，所述一组主基准突起在X轴方向和Y轴方向上具有间隙S，所述一组副基准突起在X轴方向上具有比间隙S大的间隙D，并在Y轴方向上具有间隙S。

在上述发明中，还能采用以下结构：设有形状导向件，该形状导向件使上方件的一部分在至少一处部位处与以下平面抵接，该平面是与下方件的进行点焊的平面大致垂直的平面，所述形状导向件对上方件和下方件的相互的定位进行引导。此外，还能采用以下结构：形状导向件被设成在对与连接主基准突起和副基准突起的中心的方向垂直的方向上的动作进行限制。

另外，在本发明中，卡合的突起被设为以JIS B0408的规定为基准的加工精度是较为理想的。

另外，本发明的点焊接头是通过点焊形成的，该点焊是将薄钢板重叠的上方件和下方件夹在电极间而进行的，该点焊接头部分的一方表面呈凸形状，另一方表面呈凹形状，所述凸形状的飞边高度形成为从非点焊接头平面部起处于0.5mm以下。

发明效果

根据本发明，能进行卡合的突起的成形性优异、定位性、焊接强度优异的薄钢板的点焊，并能提供这样的点焊接头。另外，能将设于上方件及下方件的突起的卡合部用作点焊的夹具，无需设置个别的焊接夹具。

附图说明

图1是表示本发明的点焊的突起部分的示意图。

图2是应用于本发明的点焊的下方件的突起形状的示意图。

图3是表示本发明的点焊接头部的截面的示意图。

图4是适于点焊的突起形状的评价一览表。

图5是钢板的伸长率的说明图。

图6是按成形性、焊接强度、外观品质及定位性这各个特性总结了图4所示的结果之后获得的一览表。

图7是表示应用于点焊的突起形状的综合评价表。

图8是表示能成形的突起的最小开口直径与倾斜度之间的关系的图表。

图9是表示对最小开口径的突起进行成形时的伸长率的图表。

图10是车用门的点焊中的主基准突起及副基准突起的排列的说明图。

图11是图10的主基准突起部分和副基准突起部分的放大示意图。

具体实施方式

以下，对实施本发明的实施方式进行说明。本发明的点焊方法是在将薄钢板重叠的上方件和下方件夹在电极间进行焊接的点焊中，设置用于对上述上方件和下方件进行相互对位并用于焊接的突起的点焊焊接方法。此外，在该点焊方法中，卡合的突起设于上方件和下方件，该突起各自的圆锥台形状的倾斜度为45～70°、且底面开口，该开口部的外径比上述电极的外径小、且是通过拉伸加工而形成的。即，如图1所示，本薄钢板的点焊方法在由薄钢板构成的上方件10和下方件15处分别设置圆锥台形状的突起105、突起155。该突起105和突起155是通过拉伸加工而形成的，并被设成其倾斜度(θ1、θ2)为45°～70°、开口部的外径(开口径a)比电极20的外径b小。以这样设置的突起155和突起105卡合的方式、即以突起155进入突起105中的方式将上方件10和下方件15重叠，并将该重叠的上方件10和下方件15夹在电极20(20A、20B)间以进行点焊。

在本发明中，上方件是指具有突起的构件，且如上所述当上方件与下方件重叠时、供设于下方件的突起进入该上方件的突起。另外，开口径是指在圆锥台状的突起的开口部处考虑到所谓R倒角后的尺寸(图1所示的外径a)。倾斜度是指圆锥面的母线和底面构成的角度。薄钢板是指JIS G3141中规定的冷轧钢板，本发明优选使用汽车零件、电子设备零件中常用的板厚为0.4mm至1.6mm的钢板。

上述卡合的上方件的突起和下方件的突起存在对于点焊是优选的形状。即，以上方件的突起的顶部下表面和下方件的突起的顶部上表面仅在中央部分抵接的方式，形成该上方件顶部下表面及该下方件顶部上表面抵接部的形状。例如，将上方件的突起的顶部下表面形状形成为平面或球面状的弯曲形状，并将下方件的突起的顶部上表面的形状形成为曲率半径比上述上方件顶部下表面的弯曲形状的曲率半径小的球面状的弯曲形状。

如图1所示，上方件的突起能采用以下结构：最好将上方件10的突起105的顶部上表面106设为平面状，并呈具有较大曲率的球面状的弯曲形状。如图2所示，将下方件15的突起155的顶部上表面156的形状设为图2所示的形状。即，能将下方件15的突起155的顶部上表面156的形状设为比上述上方件顶部下表面的弯曲形状小的球面状的弯曲形状，图2(a)所示的形状是较为理想的。在使上述图2所示的形状的突起155和上方件10的突起105卡合的情况下，突起155的顶部上表面156与突起105的顶部上表面106抵接，在点焊时可靠地进行下方件15与上方件10之间的通电。藉此，突起155与突起105的卡合部的熔融接合状态稳定，能进行焊接强度、外观及品质优异的点焊。

能将设于下方件15的突起155设为图2(b)、图2(c)所示的形状。图2(b)所示的下方件15的突起155呈在平面状的顶部上表面156的中央部具有突起的形状。图2(c)所示的下方件15的突起155呈整体具有弯曲形状的曲率半径较小的球面状。

图3中示出了进行了点焊的例子的点焊部截面的示意图。该例子是使上方件10的突起105的顶部上表面106呈平面状(图1)的突起与下方件15的突起155的顶部上表面166呈图2(a)的形状的突起卡合而进行了点焊的例子。在通常的点焊中，均在上方件、下方件的点焊部处产生凹状的点焊痕迹，但在本点焊中，因这样对突起部分进行点焊的关系而在上方件侧产生凸形状的特征的点焊焊接痕迹，并在下方件侧产生凹形状的特征的点焊焊接痕迹。即，在本点焊中，能可靠地使上方件10和下方件15在点焊部处熔合，并能将焊接痕迹处的上方件10的从非点焊接头平面部起的飞边高度h1设为0.5mm以下。

本发明在进行设有卡合的突起的薄钢板的点焊的情况下，根据突起的成形性、以突起卡合的方式重叠薄钢板时的定位性、对点焊后的焊接强度及外观品质进行综合的试验及研究之后的结果，来确定哪种突起形状及其组合是较为理想的。图4中示出了该试验及研究结果。图4是如下所述分别作成与倾斜度为45°～90°、高度为0.5mm～2.5mm的突起相关的成形性、焊接强度、外观品质及定位性的评价一览表。即，首先，使用板厚为0.65mm和1.2mm的薄钢板，制作出一组板厚为0.65mm的上方件和1.2mm的下方件、一组板厚为1.2mm的上方件和1.2mm下方件、一组板厚为1.2mm的上方件和0.65mm下方件，分别各制作出三十组图1所示的弯曲R为0.5mm、倾斜度θ为45°及90°、高度h为1.5mm、2.0mm、2.3mm及2.5mm的卡合的突起，使用外径为13mm的电极，进行点焊试验。然后，对该点焊试验中的试验片的成形性、焊接强度、外观品质及定位性进行了评价。接着，根据上述结果，通过插值法推测并求出其它各倾斜度、各高度时的成形性、焊接强度、外观品质及定位性。图4是将上述试验结果和该研究结果合在一起并示于一览表的图。

成形性是因薄钢板的伸长率为30％以上时、弯曲部分中产生破损导致能在伸长率为27％以下的情况下进行成形而设为(○)。在伸长率超过27％、低于30％的情况下，设为(△)，在伸长率处于30％以上的情况下，设为(×)。进行以JIS Z3136为基准的拉伸剪切试验，将拉伸剪切负载为2.45kN以上的情况的焊接强度设为(○)，若低于2.45kN，则焊接强度设为(×)。外观品质由焊接后的飞边高度和外观的观点加以评价，在焊接部的飞边高度(上方件侧)和凹陷深度(下方件侧)均为0.5mm以下的情况下，设为(○)。在即便焊接部的飞边高度和凹陷深度均为0.5mm、外观也较差的情况下，设为(△)，在焊接部的飞边高度或凹陷深度均超过0.5mm的情况下，设为(×)。定位性是根据十人以上的官能试验进行的，在使上方件和下方件所对应的突起卡合时的嵌入感及坐下感较佳的情况下，设为(○)。在嵌入感及坐下感较差的情况下，设为(×)，在嵌入感或坐下感不佳但整体评价进入允许范围的情况下，设为(△)。另外，嵌入感是指以对应的突起的卡合的容易度为基准的评价，坐下感是指以使突起卡合后的卡合的稳定性或可靠性为基准的评价。如图5所示，当将开口径设为a，并将R倒角(ア)至R倒角(イ)为止的钢板的中心线的长度设为b时，伸长率为(b－a)/a×100(％)。例如，当设为a＝10mm、b＝12mm时，伸长率为20％。

图6是以图4的结果为基础总结了分别与成形性、焊接强度、外观品质及定位性相关的评价后获得的结果。在图4中为○记号的情况下，设为3分(白地)，在为△记号的情况下，设为1分(斑点部)，在为×记号的情况下，设为0分(斜线部)。根据图6，示出了成形性和焊接强度的评价的类似度较高，即，当成形性较差时，焊接性很有可能也是较差的。另一方面，外观品质和定位性的评价不类似。即，即便外观性较佳，定位性也可能较差。另外，在倾斜度为90°(圆筒状的突起的卡合)的情况下，整体的评价是不理想的。即，当由成形性、焊接强度、外观品质及定位性的观点进行综合评价时，示出了倾斜度为90度的突起的组合是不理想的。此外，还示出了一般倾斜度较大的组合或突起的高度较高的组合是不理想的。另外，还示出了突起的高度较低的组合也是不理想的。

图7是对成形性、焊接强度、外观品质及定位性进行了综合评价后获得的结果。即，在图6中，将成形性、焊接强度、外观品质或定位性的所有评价为3分的情况设为3分(斜线部)，将成形性、焊接强度、外观品质或定位性的任一评价为1分的情况设为2分(纵线部)。此外，还将成形性、焊接强度、外观品质或定位性的评价中的任意两个评价的情况设为1分(斑点部)，将任意三个评价为1分的情况设为0.5分(斑点部)。将任意一个评价为0分的情况设为0分(白地)。

根据图7可知：虽然能将设于上方件和下方件的突起的倾斜度设为45°～70°，但55°～65°是较为理想的。突起的高度为1.5mm～2.3mm是较佳的，2.0mm～2.3mm是较为理想的。另外，当由突起的高度为2.3mm和2.5mm的实验结果进行判断时，能将突起的高度设为2.4mm。卡合的突起的倾斜度相等的情况下(图1中θ1＝θ2)的焊接强度、外观品质及定位性优异。

如上所述，突起的成形性和焊接强度的评价的类似性较高。因此，在满足焊接强度的突起在突起成形时的伸长率必须低于30％这样的前提条件下，研究了与满足该条件的突起的倾斜度、高度及开口径的关系后获得的结果示于图6中。在图6中，横轴表示倾斜度，纵轴表示能形成突起的最小开口径。参数为突起的高度。另外，上方件及下方件的板厚为0.62mm，突起的加工弯曲R＝0.5mm。

在突起的倾斜度为45°以下的情况下，能推测出突起的最小开口径变大，但根据图8，在倾斜度低于50°的情况和超过60°的情况下，最小开口径急速变大。另外，根据图8，在倾斜度为50°～60°处，最小开口径为最小，并不取决于倾斜度，而是采用大致一定值。另外，在突起的高度为2.0mm的情况下，最小开口径处于5.5mm～6.5mm的范围，与此相对，在突起的高度为2.5mm的情况下，最小开口径处于6.5mm～9.5mm的范围。即，考虑到突起的形状的偏差，为了进行稳定的高品质的点焊，使倾斜度处于50°～60°的范围是较为理想的。另外，突起的高度为比2.5mm低的2.0mm能确保稳定的品质。

图9是示出了对最小开口径的突起进行成形的情况下的薄钢板的伸长率和突起的倾斜度的关系的图表。在图7中，横轴表示最小开口径，纵轴表示伸长率。参数是突起的倾斜度及高度的不同。根据图9，最小开口径越大，则任何伸长率曲线的倾斜度都越是平缓，呈朝下为凸的形状。例如，当最小开口径为10mm左右时，倾斜度50°、高度2.0mm的伸长率曲线的延伸为12.5％左右、10％以上。另外，根据图9，突起的倾斜度或高度越大，则伸长率越大。例如，在最小开口径为8mm的情况下，当倾斜度由50°变为60°时，伸长率增加34％，但当高度由2.0mm变为2.5mm时，伸长率也增加54％。即，可知突起的高度对确定最小开口径的影响是较大的。

在一般的薄钢板的点焊中，恰当地选择焊接电流、通电时间、电极加压力、电极径等焊接条件，以获得板厚的平方根的五倍左右的焊块径。此处，选择必要的焊块径以上的电极径，但在对本发明这样的突起部进行点焊的情况下，不仅考虑必要的焊块径，也必须要考虑突起的开口径来选择电极外径。其原因是，若电极径比突起开口径小，则即便能获得必要的焊块径，也不能完全压溃突起整体。因此，在例如突起的开口径为7～8mm的情况下，使用外径为13mm的电极是较为理想的。

以上，在本发明的点焊中，对用于上方件和下方件的相互的对位并用于焊接的突起进行了说明。即，以该上方件和下方件卡合的方式设置的突起各自的圆锥台形状的倾斜度为45～70°，较为理想的是55～65°，高度为1.5～2.4mm，较为理想的是2.0mm～2.3mm。此外，点焊中使用的电极的外径比突起的开口径大是较佳的，在突起的开口径为9～10mm的情况下，能使用外径为13mm的电极。

对上述进行点焊的上方件及下方件一般实施一些冲压加工是较佳的。因此，和上述冲压加工一起一次成形出上述点焊中的突起是较为理想的。藉此，能对点焊进行合理化或简化，并能促进现有所需的夹具的排除、简化。

以车用门为例对本发明的点焊进行说明。图10是将车窗框架点焊于内部面板的情况。将内部面板设为下方件，将车窗框架设为上方件，如以下说明的那样将上述突起分别设于上下方件以进行点焊。首先，卡合的突起由两个以上的突起构成，并设成分别卡合，其中，上述两个以上的突起由以设于下方件的突起具有规定的间隙地进入设于上方件的突起的方式设置的至少主基准突起和副基准突起构成。例如，在与图10所示的与焊接打点17、18相当的位置，将由主基准突起和负基准突起构成的卡合的两组突起设于上方件10及下方件15。

图11是图10所示的突起17、18部分的放大局部剖视图。如图11(b)所示，设于焊接打点17的上方件10的突起170和设于下方件15的突起175卡合，并以它们作为主基准突起。此外，设于焊接打点18的上方件10的突起180和设于下方件15的突起185卡合，并将它们作为副基准突起。主基准突起(突起170、175)的嵌合严密，副基准突起(突起180、185)的嵌合松缓。例如，当将连接主基准突起和该副基准突起的中心的方向设为X轴，并将与该方向垂直的方向设为Y轴时，X轴方向的副基准突起的间隙D比主基准突起的间隙S大。此外，Y轴方向上的主基准突起和副基准突起的间隙相等。间隙D比间隙S大0～2mm左右。该主基准突起及副基准突起被作为对上方件10和下方件15进行组装、对位的基准，以JIS B0408的规定为基准的精度进行突起的成形是较佳的。藉此，卡合的突起的间隙S或间隙D能确保规定的间隙。另外，如上所述，副基准突起在X轴方向上的间隙D较大，在Y轴方向上的间隙S较小，因此，能容易地对上方件10进行对位，并能抑制上方件10绕着主基准突起的旋转，从而能无松动且可靠地对上方件10进行定位。此外，能形成焊接强度、外观品质及定位性较佳的突起。另外，加工精度为A级是较为理想的。另外，将X轴方向设为上方件10的长边方向是较佳的。

该主基准突起及对该主基准突起进行辅助的副基准突起被如下那样利用。首先，将下方件15固定于规定位置，以主基准突起及副基准突起卡合的方式载放上方件10。副基准突起(突起180、185)在X轴方向上的间隙D被设得较大，因此，能容易地卡合主基准突起及副基准突起。在该主基准突起及副基准突起的卡合中，通过设置图11(a)所示的形状导向件19，能进一步容易地进行主基准突起和副基准突起的卡合。

如图11(a)所示，能将形状导向件19设成上方件10的一部分在至少一处部位处与以下平面抵接，该平面是与下方件15的进行点焊的平面大致垂直的平面。利用上述形状导向件19，能对上方件10和下方件15进行相互定位，并能更容易地对主基准突起及副基准突起进行卡合。较为理想的是，将形状导向件19配置成在与连接主基准突起和副基准突起的中心的方向垂直的方向、即Y轴方向上限制上方件10的动作。其原因是，Y轴方向的间隙与间隙S相等而形成严密的嵌合，因此，若利用形状导向件确定Y轴方向的位置，则较大地提高了组装性。

符号说明

10 上方件

105 突起

106 顶部上表面

15 下方件

155 突起

156 顶部上表面

17 主基准焊接打点

18 副基准焊接打点

19 形状导向件

20、20A、20B 电极