點焊用電極、使用該點焊用電極的焊接裝置以及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及點焊裝置，特別涉及用于在電阻點焊中獲得具有穩(wěn)定的外徑的焊接部 的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 點焊是指:使兩張待焊接材重合，并使圓柱狀電極從上下方與焊接位置接觸，一邊 施加壓力一邊流過電流，由此利用由通電路徑的電阻產(chǎn)生的焦耳熱來形成焊接部（以下稱 為"恪核部"）。
[0003] 近年來，為了對應(yīng)車身的安全標準和實現(xiàn)降低環(huán)境負荷之類的性能，使用具有 1500MPa以上的抗拉強度的高強度鋼板。
[0004] 然而，例如非專利文獻1就報道了：雖然點焊接頭的抗拉剪切強度(TSS)顯示隨著 鋼板強度的增加而增加的傾向，但是當鋼板強度為780MPa以上時，點焊接頭的十字抗拉強 度(CTS)降低;對鋼板強度為780MPa以上的高強度鋼板來說，提高點焊接頭的十字抗拉強度 (CTS)是迫切問題。
[0005] 本發(fā)明的點焊用電極不需要將待焊接材限定為鋼板，但本說明書以待焊接材為鋼 板來進行說明。
[0006] 點焊接頭的十字抗拉強度(CTS)在熔核部的外周長變大時提高為人所知，一直以 來進行了使熔核變大的研究開發(fā)。然而，若想要使熔核變大，則點焊所需的電流也會變大， 其結(jié)果是要面臨不得不增大點焊裝置之類的問題。
[0007] 因此，為了實現(xiàn)通過使用適當大小的點焊裝置來得到實現(xiàn)適當?shù)狞c焊接頭的十字 抗拉強度(CTS)的熔核部，進行了研究開發(fā)。
[0008] 專利文獻1公開了一種焊接電極，其目的是:通過使熔核為環(huán)狀，在面積不改變的 情況下增加周長，從而使點焊接頭的十字抗拉強度(CTS)提高。具體而言，專利文獻1公開了 一種點焊用電極，其以能夠構(gòu)成環(huán)狀(圈狀)的熔核部的方式，將電極形狀制成環(huán)狀，以其中 央部不與鋼板接觸的方式設(shè)置了圓筒狀的中空部。
[0009] 圖18表示具有現(xiàn)有的點焊用電極的點焊裝置的概念圖；圖19表示現(xiàn)有的點焊用電 極的概念圖。
[0010]圖18中，140為具有現(xiàn)有的點焊電極的點焊裝置，50為鋼板，100為現(xiàn)有的點焊電 極。
[0011] 圖19中，與鋼板接觸通電的接觸通電部分104所具有的接觸通電面105例如形成了 環(huán)狀（圓環(huán)狀）的突起，通過該突起與鋼板接觸，形成所謂環(huán)狀熔核。本說明書中，將具有環(huán) 狀的接觸通電部的電極稱為環(huán)狀電極。
[0012] 專利文獻2公開了通過對是否適當?shù)厣扇酆瞬窟M行判定來管理點焊品質(zhì)的方 法。專利文獻2記載了 ：作為進行點焊的一對焊接電極之中的至少一個焊接電極，使用電極 面為大致凸曲面并且當以點焊在電極面中心部良好地形成熔核時形成設(shè)定成規(guī)定深度的 凹陷的焊接電極，該規(guī)定深度是形成在金屬體表面的焊痕達到最深部的規(guī)定深度，由此進 行點焊，并根據(jù)焊接時的電阻值能否達成平衡狀態(tài)來判定在該點焊部是否適當?shù)匦纬闪巳?核。
[0013] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0014] 專利文獻
[0015] 專利文獻1:日本特開2010-131666號公報 [0016] 專利文獻2:日本特開2007-253166號公報 [0017] 專利文獻3:日本特開2010-247176號公報 [0018]非專利文獻
[0019] 非專利文獻1:古迫誠司等，《汽車車身接合技術(shù)中近期的問題以及其對策技術(shù)-前 編》，新日鐵技報，2012年，第393號，第69頁~75頁

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 發(fā)明所要解決的問題
[0021] 理想情況下，點焊優(yōu)選相對置的電極的軸（以下稱為電極軸）與鋼板正交。這是因 為，由此會使得與鋼板的兩面接觸的電極的位置一致，能夠得到理想的熔核。但是，現(xiàn)實情 況是鋼板罕有與電極的軸正交的。
[0022] 在電極形狀為點狀的情況下，就算鋼板不與電極軸正交，點接觸后的電極之間也 會流過電力，因此能夠大致穩(wěn)定地得到熔核形狀。但是，在環(huán)狀電極的情況下，由于電極本 身具有面積，因此若鋼板不與電極軸正交，則會成為所謂"局部接觸"狀態(tài)。此時，由于鋼板 兩面的電極的接觸狀態(tài)不固定，因此其結(jié)果是熔核形狀不穩(wěn)定。
[0023] 通常來說，由于鋼板具有各種形狀和彎曲，因此電極軸并不一定都與鋼板正交，所 以當使用環(huán)狀電極時，就會頻頻產(chǎn)生這種"局部接觸"狀態(tài)。因此，就算使用環(huán)狀電極，大多 也得不到適當?shù)沫h(huán)狀熔核，從而得不到充分的十字抗拉強度(CTS)。
[0024] 作為就算鋼板相對于電極略微傾斜的情況下也能夠提高焊接性的技術(shù)，公開了對 多點同時焊接用電極架添加了擺動機構(gòu)的技術(shù)(專利文獻3)。但是，電極本身為點狀電極而 不是環(huán)狀電極(專利文獻3)。當為點狀電極時，與鋼板為點接觸，因此點狀電極之間導(dǎo)通，不 會有恪核不穩(wěn)定的情況。
[0025] 另一方面，在環(huán)狀電極的情況下，由于電極本身為面狀，因此與待焊接材的接觸狀 態(tài)不固定，熔核形狀變得不穩(wěn)定。例如專利文獻3中雖然使用了環(huán)狀電極，也不能多點同時 消除"局部接觸"。
[0026] 而且，在環(huán)狀電極的情況下，點焊時鋼板變形，有時與電極中央部的凹型凹陷部分 接觸。此時，盡管為環(huán)狀電極，還是會發(fā)生從電極中央部就通電的異常通電，得不到環(huán)狀熔 核。
[0027] 即，為了得到穩(wěn)定的環(huán)狀熔核，由鋼板不與電極軸正交引起的"局部接觸"和由鋼 板變形引起的中央部的異常導(dǎo)通是個問題。
[0028] 本發(fā)明所要解決的問題在于消除上述問題。
[0029] 即，所要解決的問題在于:在通過環(huán)狀電極進行點焊時，就算在鋼板不與相對置的 一對點電極的軸（電極軸)正交的情況下或者在鋼板不平坦而存在略微傾斜或彎曲的情況 下，也能夠穩(wěn)定得到顯示高CTS值的熔核。
[0030] 進而，所要解決的問題在于:得到一種點焊用電極，其在點焊時就算鋼板變形，環(huán) 狀電極中央部也沒有異常導(dǎo)通，能夠得到穩(wěn)定的熔核。而且，其目的在于:就算是抗拉強度 為780MPa以上的高強度鋼板的點焊接頭，也能夠確保充分強度的十字抗拉強度(CTS)。
[0031] 用于解決問題的手段
[0032] 本申請的發(fā)明者們進行了潛心的研究開發(fā)，結(jié)果發(fā)現(xiàn):通過對環(huán)狀電極本身添加 可動機構(gòu)，能夠飛躍性地提高對鋼板的追隨性，使環(huán)狀的接觸通電部整面與鋼板接觸。例 如，通過由電極前端部和電極支撐部構(gòu)成電極，使電極前端部能夠相對于電極支撐部搖動， 由此電極前端部能夠仿鋼板的傾斜度在環(huán)電極整面與鋼板接觸。此時，發(fā)現(xiàn):相對置的兩個 電極各自的接觸通電部的中心線(通電中心線)并不一定是一致的（圖7)，但就算有一定程 度的偏差，也可以得到良好的環(huán)狀熔核。本申請的發(fā)明者們的實驗中，確認到了：就算鋼板 相對于與電極軸正交的基準面傾斜20°左右，也能夠得到穩(wěn)定的環(huán)狀熔核。另外，確認了：能 夠確保鋼板傾斜20°時的本發(fā)明電極的CTS值為比鋼板不傾斜時的常規(guī)電極（點狀電極）的 CTS值高的值。此外，接觸通電部不限于環(huán)狀，也可以為閉合曲線。特別是，可以為凸多邊形、 正多邊形狀的閉合曲線。以下，本說明書將這些閉合曲線形狀總稱為環(huán)狀來進行說明。
[0033] 進而，本申請的發(fā)明者們進行了潛心的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):通過在環(huán)電極的中心部配 置絕緣材，就算鋼板發(fā)生變形，也能夠防止待焊接材不與電極中央部接觸而異常通電。
[0034] 本發(fā)明是基于這些見解而完成的，其主旨如下。
[0035] (1) -種點焊用電極，其特征在于，其具有:具有環(huán)狀的接觸通電部的電極前端部； 以及支撐電極前端部的電極支撐部，其中，上述電極前端部與上述電極支撐部以可動的方 式接觸。
[0036] (2)根據(jù)上述（1)所述的點焊用電極，其特征在于，上述電極前端部與上述電極支 撐部以能夠搖動的方式接觸。
[0037] (3)根據(jù)上述（2)所述的點焊用電極，其特征在于，構(gòu)成上述電極前端部與上述電 極支撐部的接觸部的電極前端部的尾部和電極支撐部的頭部為球冠狀。
[0038] (4)根據(jù)上述(3)所述的點焊用電極，其特征在于，上述電極前端部的尾部和上述 電極支撐部的頭部的曲率半徑r為4mm~20mm，上述電極前端部的尾部的曲率半徑為上述電 極支撐部頭部的曲率半徑-5%~+10%。
[0039] (5)根據(jù)上述(1)~(4)中任一項所述的點焊用電極，其特征在于，上述接觸通電部 中與待焊接材接觸并通電的接觸通電面的面積為12mm 2~70mm2,包容全部上述接觸通電面 的最小圓的直徑D為8mm~20mm。
[0040] (6)根據(jù)上述(1)~(5)中任一項所述的點焊用電極，其特征在于，上述接觸通電部 中與待焊接材接觸并通電的接觸通電面是寬度為〇 . 3mm~2.5mm的圓環(huán)、橢圓環(huán)或η邊形(η 2 3)的閉合曲線。
[0041] (7)根據(jù)上述(1)~(6)中任一項所述的點焊用電極，其特征在于，在上述環(huán)狀的接 觸通電部的中央部設(shè)置有絕緣體。
[0042] 或者，根據(jù)上述(1)~(6)中任一項所述的點焊用電極，其特征在于，上述前端部的 頭部的除了接觸通電面以外的部分具有絕緣物。
[0043] (8)根據(jù)上述(1)~(7)中任一項所述的點焊用電極，其特征在于，用于上述電極前 端部和上述電極支撐部的金屬為銅或銅合金。
[0044] (9)根