凸出螺栓的焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及将凸出螺栓焊接在薄钢板上的焊接方法，该凸出螺栓由轴部、与该轴部形成为一体的扩径部、和配置在该扩径部的中央的熔接用突起构成。
【背景技术】
[0002]在日本专利第4032313号公报(专利文献1)中记载了将凸出螺栓通过电阻焊接而焊接在钢板部件上，该凸出螺栓由轴部、与该轴部形成为一体的扩径部、和配置在该扩径部的中央的熔接用突起构成。
[0003]上述的专利文献1公开的凸出螺栓是图10A所示的形状。该凸出螺栓20是铁制的凸出螺栓，且由以下部分构成:形成有外螺纹的轴部21 ;圆形的扩径部22，其与该轴部21形成为一体并且直径比轴部21的直径大；以及圆形的熔接用突起23，其配置在与所述轴部21相反的一侧的扩径部中央。所述熔接用突起23是直径比扩径部22小的圆形的隆起形状部，并且在末端面侧具有小倾斜角的锥部24和中心部尖的形状的顶部25。并且，熔接用突起23以外的部分处的扩径部22的端面形成为外周侧变低的锥面26。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利第4032313号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的课题
[0008]专利文献1记载的发明(以下称为现有发明)由本件专利申请所涉及的发明的发明人即青山好高和青山省司实现了实用化。上述发明人通过将凸出螺栓焊接在机动车车身的钢板部件上，成功实现了上述现有发明的实用化。即，所述熔接用突起23在扩径部22的中央部处被熔接在钢板部件27上，并且锥面26紧密贴合在钢板部件27的表面上。通过这样的中央部的熔接和除此以外的部分的紧密贴合、即“中央熔接和整面紧密贴合”确保了达到规定的熔融状态和焊接强度的焊接品质。
[0009]另外，例如在机动车车身的领域中，作为车身轻量化的重要策略，正在通过提高高张力钢板这样的钢板的强度来实现板厚的降低，伴随这样的薄板化，凸出螺栓的电阻焊接也需要考虑特殊的技术。
[0010]该状况如图10B所示。在执行进退动作的可动电极28上开设有收纳孔29，通过将轴部21插入到该收纳孔29内，由此将凸出螺栓20保持于可动电极28。另一方面，在固定电极30上放置有高张力钢板制的钢板部件27，通过可动电极28的朝向钢板部27的进出，将熔接用突起23加压于钢板部件27并接通焊接电流。由此，熔接用突起23和钢板部件27成为熔融状态，如图所示使螺栓20焊接在钢板部件27上。
[0011]图10B所示的熔接状态是异常的样子。这是遍及钢板部件27的板厚的整个区域形成有涂黑的熔融部32。S卩，在钢板部件27的厚度方向上观察时，板厚整体暂时成为熔融状态，之后凝固。这样的过度恪融现象在板厚变薄成0.65mm或0.7mm时容易发生，可以认为:对于热容量小的薄的板厚，凸出螺栓20侧的大的热量会产生影响而发生这样的过度熔融现象。即，凸出螺栓20侧的熔融体积相对于薄板过大，即使对加压力、通电时间和电流值等焊接条件、以及熔融金属的体积进行正确管理，由于是薄板，因此也会发生遍及板厚的整个区域的过度熔融。
[0012]通常，在通过电阻焊接将螺栓或螺母焊接在钢板部件上的情况下，在钢板部件的板厚方向上观察的钢板的熔融范围限定为板厚的一半或者三分之二位而确保了所需要的焊接强度。即，保留有作为非熔融部的母材。可以认为，能够像这样确保焊接强度是因为:由于熔融范围是上述那样的区域，因此未熔融的母材部分可以维持钢板自身的强度，并且恪融部分和非恪融部分的边界面积变宽，使得恪融部分和非恪融部分的接合强度成为充分的值。
[0013]然而，如果是图10B所示的遍及整个厚度区域的熔融，则存在无法充分确保螺栓20和钢板部件27的焊接强度的问题。
[0014]针对该问题进行研究，存在如下对策。由于熔融部(Nugget) 32通过通电完成后的骤冷凝固，因此变成马氏体组织而获得很高的硬度，且具有脆的性质。在熔融部32的附近区域，组织变化部分如该图的梨皮面部位那样出现。这样的梨皮面部位一般是作为热影响部(Heat Affected Zone/HAZ)被公知的。该部分由标号33表示，且成为这样的性质:不像熔融部32那样脆，但比母材部分脆。
[0015]因此，当相对于所固定的钢板部件27对螺栓20反复作用有倾斜方向的弯曲力时，应力集中在高硬度且脆的性质的熔融部32与组织变化部分33的边界部位，因此在该边界部位发生由疲劳所引起的断裂。或者，在组织变化部分33发生断裂。而且，关于该问题，可以认为:由于板厚较薄，因此熔融部32与非熔融部的边界部分的面积变小，而且，边界面朝向板厚方向，因此在该边界部分容易发生断裂，从而导致焊接强度无法提高。
[0016]而且，有必要采取这样的措施:使上述那样的板厚方向的熔融量适当化，并且解决扩径部的外周附近的涂装性的问题，以应对生锈。
[0017]本发明是为了解决上述问题而提供的，本发明的目的是提供一种凸出螺栓的焊接方法，其关注凸出螺栓的部分形状部的体积与钢板部件的规定部位的体积之间的关系、或者熔接用突起的熔融面积相对于钢板部件的板厚的关系，防止了遍及整个板厚区域的熔融。
[0018]在以下的说明中，还存在仅将凸出螺栓表述为螺栓的情况。
[0019]用于解决课题的手段
[0020]根据本发明的第一方面，提供一种凸出螺栓的焊接方法，所述凸出螺栓由以下部分构成:轴部，在该轴部上形成有外螺纹；圆形的扩径部，其与该轴部形成为一体，并且其直径比轴部的直径大；以及圆形的熔接用突起，其由圆形的初期熔融部和与该初期熔融部相连的主熔融部构成，并且配置在与所述轴部相反的一侧的扩径部中央，所述初期熔融部在端面具有外周侧变低的小倾斜角的锥部，所述凸出螺栓的焊接方法是以在一对电极之间将所述熔接用突起按压在薄钢板制的钢板部件上的状态通过电阻焊接将所述凸出螺栓焊接于该钢板部件上的焊接方法，其特征在于，所述一对电极以保持凸出螺栓的电极和载置钢板部件的电极同轴地配置的状态构成，将主熔融部的熔融热加到在熔融初期的阶段成为平坦的熔融区域的初期熔融部上，或者利用被封入主熔融部与钢板部件的非熔融部之间的熔融金属的压力来推进钢板部件的熔融，由此防止钢板部件在板厚方向上的过度熔融或过少熔融，在焊接完成后，在所述扩径部的外周附近与钢板部件的表面之间保留有空隙，能够排出该空隙内的空气而在形成所述空隙的扩径部的下表面、主熔融部的外周面、熔融部位的露出部、钢板部件的表面等附着涂料液。
[0021]发明的效果
[0022]在上述的结构中，将主熔融部的熔融热加到在熔融初期的阶段成为平坦的熔融区域的初期熔融部上这一情况被简称为“熔融热相加”。并且，将在上述结构中，利用被封入主熔融部与钢板部件的非熔融部之间的熔融金属的压力来推进钢板部件的熔融这一情况被简称为“压力利用”。
[0023]如上所述，本申请发明中的课题是通过包含“熔融热相加”的焊接方法和包含“压力利用”的焊接方法中的任意一种焊接方法来解决的。“熔融热相加”是通过来自主熔融部的热量补充来执行钢板部件在板厚方向上的熔融。并且，“压力利用”是利用所封入的熔融金属的压力来执行钢板部件在板厚方向上的熔融。
[0024]并且，如后所述，可以将“熔融热相加”和“压力利用”复合而作为同时发生的现象来利用。
[0025]第一，对包含前者的“熔融热相加”的焊接方法的作用效果进行说明。
[0026]熔接用突起由初期熔融部和与该初期熔融部相连的主熔融部形成，该初期熔融部在端面具有外周侧变低的小倾斜角的锥部，因此钢板部件的表面以与初期熔融部的体积部分的熔融同时进行的方式开始熔融。与此同时，在主熔融部中也进行熔融。此时，如果初期恪融部的体积较大，则初期恪融部自身的恪融热量就大，因此钢板部件侧的恪融量也与其成比例地增大。不仅这样的钢板部件侧的熔融量增大，而且主熔融部的熔融热通过大体积的初期熔融部被更多地投入钢板部件。如上所述，如果体积较大的初期熔融部和主熔融部的熔融热被相互协作地投入到钢板部件，则会发生遍及整个板厚区域的熔融。即，必须将初期熔融部的体积设定为相对于钢板部件不会过度。
[0027]另一方面，如上所述，钢板部件的表面以与初期熔融部的体积部分的熔融同时进行的方式开始熔融，并且在主熔融部中也进行熔融。此时，如果初期熔融部的体积较小，则初期熔融部自身的熔融热量较小，因此钢板部件侧的熔融量也与其成比例地减少。不仅这样的钢板部件侧的熔融量减少，而且主熔融部的熔融热也通过小体积的初期熔融部被更少地投入钢板部件。如上所述，如果体积较小的初期熔融部和主熔融部的熔融热被相互协作地投入到钢板部件，则投入到钢板部件的热量过少，板厚方向的熔融发生得很少。即，必须将初期熔融部的体积设定为相对于钢板部件不会过少。
[0028]在这里所重视的一点是是使初期熔融部的体积与钢板部件的哪个部位的体积对应。在本发明中，使直径与圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积对应。直径与圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积是当初期熔融部开始熔融时受到最直接的热影响的部分。通过像这样将钢板部件对应于初期熔融部划分为圆形部分，可以定量地确定来自初期熔融部侧的热影响。换句话说，本发明的重要性在于发现了这一点:与直径和圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积相对应的初期熔融部的体积自身会直接地影响钢板部件的熔融区域。
[0029]基于上述观点，将初期熔融部的体积与直径和圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积的比设定为规定值。该规定的比被设定为0.08至0.20，在所述比是0.08时，钢板部件的板厚方向的熔融量由于主熔融部的熔融热的相加而成为下限规定值，在所述比是0.20时，钢板部件的板厚方向的熔融量不会由于主熔融部的熔融热相加而超过上限规定值。当主熔融部的熔融热经由初期熔融部被投入到钢板部件时，通过相对于钢板部件的圆形部分的体积适当地选定初期熔融部的体积，能够确保上述的良好的板厚方向的熔融量。
[0030]以下，将直径与圆形的初期熔融部相同的钢板部件的体积简称为“钢板体积”。
[0031]如上所述，由于是在将初期熔融部的体积与“钢板体积”的比设定为0.08至0.20的范围的状态下进行焊接，在所述比是0.08时，钢板部件的板厚方向的熔融量由于主熔融部的熔融热的相加而成为下限规定值，在所述比是0.20时，钢板部件的板厚方向的熔融量不会由于主熔融部的熔融热相加而超过上限规定值，因此熔融部及其附近的组织变化部分不是遍及板厚的整个区域形成，在熔融部附近的组织变化部分与钢板表面之间保留有未熔融的母材部分。因此，该母材部分发挥了维持钢板部件的强度这样的功能，能够充分确保螺栓的焊接接合强度。并且，由于能够遍及较大的区域确保组织变化部分与母材部分的边界面积，因此能够将该边界面积部分的接合强度保持得高，即使弯曲方向的外力作用于螺栓，也不会容易地发生断裂等。
[0032]初期熔融部的熔融前的形状是扁平的圆锥形，但是，在熔融初期的阶段，圆锥形的形状消失，成为与钢板部件的表面部分的熔融部成一体的平坦的熔融区域。上述的主熔融部的熔融热被加到钢板部件上、或者主熔融部的熔融热经由初期熔融部被传递到钢板部件的现象意味着，主熔融部的熔融热传递到上述的平坦的熔融区域，然后，传递到钢板部件的非熔融区域，使得钢板部件的熔融范围扩大。
[0033]为了使钢板部件在板厚方向上的熔融量合适，如