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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024086171
(43)【公開日】2024-06-27
(54)【発明の名称】スポット溶接継手の製造方法、及びスポット溶接継手
(51)【国際特許分類】
B23K 11/24 20060101AFI20240620BHJP
B23K 11/11 20060101ALI20240620BHJP
【ＦＩ】
B23K11/24 315
B23K11/11 540
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022201162
(22)【出願日】2022-12-16
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100217249
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 耕一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221279
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健吾
(74)【代理人】
【識別番号】100207686
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 恭宏
(74)【代理人】
【識別番号】100224812
【弁理士】
【氏名又は名称】井口 翔太
(72)【発明者】
【氏名】谷口 大河
(72)【発明者】
【氏名】古迫 誠司
(72)【発明者】
【氏名】児玉 真二
【テーマコード（参考）】
4E165
【Ｆターム（参考）】
4E165AA02
4E165AB02
4E165AC01
4E165BB02
4E165CA02
4E165CA05
4E165CA06
4E165CA13
(57)【要約】
【課題】後通電の効果を安定させることが可能なスポット溶接継手の製造方法、及び十字引張強さが安定的に高められたスポット溶接継手を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係るスポット溶接継手の製造方法は、一対の電極を用いて、重ねられた複数の鋼板に溶接電流を流す本通電工程と、一対の電極を鋼板に接触させたまま通電を停止して、溶接部を形成する冷却工程と、一対の電極を用いて、溶接部に後熱電流を流す後通電工程と、を備え、溶接電流を流すために一対の電極を複数の鋼板の表面に配置する直前に、（条件１）一対の電極によって挟持される箇所において測定される、鋼板の間の隙間である板隙が、１．０ｍｍ以上、及び（条件２）鋼板の表面に垂直な方向と、一対の電極それぞれの軸方向とがなす角度のうち小さい方である打角が１．０度以上、のうち１つ以上を満たす。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の一態様に係るスポット溶接継手の製造方法は、一対の電極を用いて、重ねられた複数の鋼板に溶接電流を流す本通電工程と、一対の電極を鋼板に接触させたまま通電を停止して、溶接部を形成する冷却工程と、一対の電極を用いて、溶接部に後熱電流を流す後通電工程と、を備え、溶接電流を流すために一対の電極を複数の鋼板の表面に配置する直前に、（条件１）一対の電極によって挟持される箇所において測定される、鋼板の間の隙間である板隙が、１．０ｍｍ以上、及び（条件２）鋼板の表面に垂直な方向と、一対の電極それぞれの軸方向とがなす角度のうち小さい方である打角が１．０度以上、のうち１つ以上を満たす。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の電極を用いて、重ねられた複数の鋼板に溶接電流を流す本通電工程と、
一対の前記電極を前記鋼板に接触させたまま通電を停止して、溶接部を形成する冷却工程と、
一対の前記電極を用いて、前記溶接部に後熱電流を流す後通電工程と、
を備え、
前記溶接電流を流すために一対の前記電極を複数の前記鋼板の表面に配置する直前に、以下の２つの条件のうち１つ以上を満たす
（条件１）一対の前記電極によって挟持される箇所において測定される、前記鋼板の間の隙間である板隙が、１．０ｍｍ以上
（条件２）前記鋼板の表面に垂直な方向と、一対の前記電極それぞれの軸方向とがなす角度のうち小さい方である打角が１．０度以上
スポット溶接継手の製造方法。
一対の前記電極を前記鋼板に接触させたまま通電を停止して、溶接部を形成する冷却工程と、
一対の前記電極を用いて、前記溶接部に後熱電流を流す後通電工程と、
を備え、
前記溶接電流を流すために一対の前記電極を複数の前記鋼板の表面に配置する直前に、以下の２つの条件のうち１つ以上を満たす
（条件１）一対の前記電極によって挟持される箇所において測定される、前記鋼板の間の隙間である板隙が、１．０ｍｍ以上
（条件２）前記鋼板の表面に垂直な方向と、一対の前記電極それぞれの軸方向とがなす角度のうち小さい方である打角が１．０度以上
スポット溶接継手の製造方法。
【請求項2】
前記冷却工程における一対の前記電極の加圧力を、前記本通電工程における一対の前記電極の加圧力よりも大きくし、
前記後通電工程において、前記後熱電流をアップスロープ制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接継手の製造方法。
前記後通電工程において、前記後熱電流をアップスロープ制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接継手の製造方法。
【請求項3】
複数の前記鋼板のうち１枚以上を、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板とする
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継手の製造方法。
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継手の製造方法。
【請求項4】
重ねられた複数の鋼板と、
複数の前記鋼板を接合するナゲットを有する溶接部と、
を備え、
前記ナゲットの端部において複数の前記鋼板の表面がなす角度である、シートセパレーションの開き角が８．０度以上であり、
前記ナゲットが、アスペクト比１．０以上１．７以下の旧オーステナイト粒を含み、
前記ナゲットの前記端部のビッカース硬さが、前記ナゲットの推定化学成分を下記式に代入することによって求められる推定ビッカース硬さよりも１００Ｈｖ以上小さく、
最も硬い前記鋼板の母材部の硬さと前記推定ビッカース硬さとの差の絶対値が３０ＨＶ以下である
スポット溶接継手。
推定ビッカース硬さ＝２１７＋１０８０×（Ｃ＋Ｓｉ／７０＋Ｍｎ／１１３＋Ｃｒ／９３＋Ｍｏ／３０）
式に含まれる元素記号は、前記ナゲットの前記推定化学成分における、各元素の単位質量％での含有量であり、
前記ナゲットの前記推定化学成分とは、複数の前記鋼板それぞれの板厚を重み係数とした、複数の前記鋼板の化学成分の加重平均値である。
複数の前記鋼板を接合するナゲットを有する溶接部と、
を備え、
前記ナゲットの端部において複数の前記鋼板の表面がなす角度である、シートセパレーションの開き角が８．０度以上であり、
前記ナゲットが、アスペクト比１．０以上１．７以下の旧オーステナイト粒を含み、
前記ナゲットの前記端部のビッカース硬さが、前記ナゲットの推定化学成分を下記式に代入することによって求められる推定ビッカース硬さよりも１００Ｈｖ以上小さく、
最も硬い前記鋼板の母材部の硬さと前記推定ビッカース硬さとの差の絶対値が３０ＨＶ以下である
スポット溶接継手。
推定ビッカース硬さ＝２１７＋１０８０×（Ｃ＋Ｓｉ／７０＋Ｍｎ／１１３＋Ｃｒ／９３＋Ｍｏ／３０）
式に含まれる元素記号は、前記ナゲットの前記推定化学成分における、各元素の単位質量％での含有量であり、
前記ナゲットの前記推定化学成分とは、複数の前記鋼板それぞれの板厚を重み係数とした、複数の前記鋼板の化学成分の加重平均値である。
【請求項5】
複数の前記鋼板のうち１枚以上が、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板である
ことを特徴とする請求項４に記載のスポット溶接継手。
ことを特徴とする請求項４に記載のスポット溶接継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スポット溶接継手の製造方法、及びスポット溶接継手に関する。
【背景技術】
【0002】
スポット溶接は、重ね合わせた母材を、先端を適正に整形した電極の先端で挟み、比較的小さい部分に電流及び加圧力を集中して局部的に加熱し、同時に電極で加圧して行う抵抗溶接である。スポット溶接は短時間で実行可能であるので、様々な機械部品の製造のために用いられている。
【0003】
スポット溶接によって形成された溶接部には、後熱電流が流される場合もある。後熱電流とは、溶接によって硬化する鋼材のスポット溶接、プロジェクション溶接、アプセット溶接などの抵抗溶接において、溶接を行った後、硬化した溶接部に対して焼戻し又は焼なましを行う目的で流す電流のことであり、テンパー電流とも称される。後熱電流を母材に流す工程は、後通電、又はテンパー通電とも称される。
【0004】
スポット溶接によって接合される材料の例として、高強度鋼板が挙げられる。高強度鋼板は、機械部品の軽量化及び安全性を高めるために、様々な技術分野に適用されている。しかしながら高強度鋼板には、抵抗溶接部が脆化しやすいという課題がある。通常の鋼板から構成される溶接継手においては、鋼板の強度が高い程、十字引張強さ（ＣＴＳ）が高くなる。しかし、高強度鋼板から構成される溶接継手においては、鋼板の強度が高いほど、ＣＴＳが低くなる。そこで、高強度鋼板のスポット溶接部に後通電を行うことにより、高強度鋼板から製造されるスポット溶接継手のＣＴＳを確保することが試みられている。
【0005】
特許文献１には、２枚以上の薄鋼板からなる高強度鋼板の内、少なくとも１枚の引張強さが７５０～１８５０ＭＰａであり、各々の板厚が０．８～３．６ｍｍ、炭素当量Ｃｅｑが０．２２～０．５５質量％である高強度鋼板１同士を抵抗スポット溶接する際、次式｛１．９６×ｔ≦ＥＦ１≦３．４３×ｔ｝で表される加圧力ＥＦ１で溶接通電を行った後、次式｛１．２×ＥＦ１≦ＰＥＦ１≦２．４×ＥＦ１｝で表される加圧力ＰＥＦ１に設定し、次式｛０．６０×ＷＣ≦ＰＣ１≦０．９５×ＷＣ｝で表される後通電電流ＰＣ１および次式｛３０≦Ｐｔ１≦２００｝で表される後通電時間Ｐｔ１で後通電を行い、次いで、次式｛０≦Ｈｔ≦２００｝で表される電極保持時間Ｈｔで電極保持を行う高強度鋼板のスポット溶接方法が開示されている。
【0006】
特許文献２には、炭素を０．１５質量％以上含み、引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板のスポット溶接を２段通電で行い、第１通電工程の電流Ｉ１と第２通電工程の電流Ｉ２の比（Ｉ２／Ｉ１）を０．５～０．８とし、冷却工程の時間ｔｃを、鋼板板厚Ｈに応じて、式（０．２×Ｈ２）で計算される０．８×ｔｍｉｎ以上、２．５×ｔｍｉｎ以下の範囲とし、また第２通電工程の通電時間ｔ２を０．７×ｔｍｉｎ以上、２．５×ｔｍｉｎ以下の範囲とし、前記第１通電工程までの加圧力よりも、前記冷却工程以降における加圧力を大きくして溶接することで、焼戻しによる硬さ低減のばらつきを抑制しつつ、高い耐遅れ破壊特性を安定して得るスポット溶接方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第６１９４７６５号公報
【特許文献2】特許第６１０７９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明者らは、後通電が、高強度鋼板のスポット溶接部の接合強度を安定的に向上させられないことに着目した。同一の板組に、同一条件でスポット溶接、冷却、及び後通電を行って得られたスポット溶接継手において、ＣＴＳは一定とはなりにくい。即ち、後通電の効果はばらつきやすい。後通電を用いてＣＴＳの向上を試みた場合、大半のスポット溶接継手のＣＴＳを向上させることができるが、その一方で、ＣＴＳが合格範囲に満たない確率（不良率）を十分に減少させることができない。このことが、後通電の普及を妨げている。高強度鋼板のスポット溶接継手の工業的生産において、後通電が採用された例は報告されていない。
【0009】
特許文献１に記載の技術においては、溶接後に熱処理を行って、継手強度のばらつきを低減する。熱処理の手段は、炉中加熱、バーナー加熱、高周波加熱などとされている。しかし、後通電後にさらなる熱処理を行うことにより、スポット溶接継手の製造コストが増大する。さらなる熱処理なしに継手強度のばらつきによる問題を解消する方法は、特許文献１には開示されていない。
【0010】
特許文献２に記載の技術によれば、塩酸浸漬試験によって評価されるスポット溶接継手の耐遅れ破壊特性が向上する。しかしながら、スポット溶接継手のＣＴＳ、及びＣＴＳばらつきについて特段の評価はされていない。
【0011】
以上の事情に鑑みて、本発明は、後通電の効果を安定させることが可能なスポット溶接継手の製造方法、及び十字引張強さが安定的に高められたスポット溶接継手を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の要旨は以下の通りである。
【0013】
（１）本発明の一態様に係るスポット溶接継手の製造方法は、一対の電極を用いて、重ねられた複数の鋼板に溶接電流を流す本通電工程と、一対の前記電極を前記鋼板に接触させたまま通電を停止して、溶接部を形成する冷却工程と、一対の前記電極を用いて、前記溶接部に後熱電流を流す後通電工程と、を備え、前記溶接電流を流すために一対の前記電極を複数の前記鋼板の表面に配置する直前に、以下の２つの条件のうち１つ以上を満たす。
（条件１）一対の前記電極によって挟持される箇所において測定される、前記鋼板の間の隙間である板隙が、１．０ｍｍ以上
（条件２）前記鋼板の表面に垂直な方向と、一対の前記電極それぞれの軸方向とがなす角度のうち小さい方である打角が１．０度以上
（２）好ましくは、上記（１）に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記冷却工程における一対の前記電極の加圧力を、前記本通電工程における一対の前記電極の加圧力よりも大きくし、前記後通電工程において、前記後熱電流をアップスロープ制御する。
（３）好ましくは、上記（１）又は（２）に記載のスポット溶接継手の製造方法では、複数の前記鋼板のうち１枚以上を、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板とする。
（条件１）一対の前記電極によって挟持される箇所において測定される、前記鋼板の間の隙間である板隙が、１．０ｍｍ以上
（条件２）前記鋼板の表面に垂直な方向と、一対の前記電極それぞれの軸方向とがなす角度のうち小さい方である打角が１．０度以上
（２）好ましくは、上記（１）に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記冷却工程における一対の前記電極の加圧力を、前記本通電工程における一対の前記電極の加圧力よりも大きくし、前記後通電工程において、前記後熱電流をアップスロープ制御する。
（３）好ましくは、上記（１）又は（２）に記載のスポット溶接継手の製造方法では、複数の前記鋼板のうち１枚以上を、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板とする。
【0014】
（４）本発明の別の態様に係るスポット溶接継手は、重ねられた複数の鋼板と、複数の前記鋼板を接合するナゲットを有する溶接部と、を備え、前記ナゲットの端部において複数の前記鋼板の表面がなす角度である、シートセパレーションの開き角が８．０度以上であり、前記ナゲットが、アスペクト比１．０以上１．７以下の旧オーステナイト粒を含み、前記ナゲットの前記端部のビッカース硬さが、前記ナゲットの推定化学成分を下記式に代入することによって求められる推定ビッカース硬さよりも１００Ｈｖ以上小さく、最も硬い前記鋼板の母材部の硬さと前記推定ビッカース硬さとの差の絶対値が３０ＨＶ以下である。
推定ビッカース硬さ＝２１７＋１０８０×（Ｃ＋Ｓｉ／７０＋Ｍｎ／１１３＋Ｃｒ／９３＋Ｍｏ／３０）
式に含まれる元素記号は、前記ナゲットの前記推定化学成分における、各元素の単位質量％での含有量であり、前記ナゲットの前記推定化学成分とは、複数の前記鋼板それぞれの板厚を重み係数とした、複数の前記鋼板の化学成分の加重平均値である。
（５）好ましくは、上記（４）に記載のスポット溶接継手では、複数の前記鋼板のうち１枚以上が、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板である。
推定ビッカース硬さ＝２１７＋１０８０×（Ｃ＋Ｓｉ／７０＋Ｍｎ／１１３＋Ｃｒ／９３＋Ｍｏ／３０）
式に含まれる元素記号は、前記ナゲットの前記推定化学成分における、各元素の単位質量％での含有量であり、前記ナゲットの前記推定化学成分とは、複数の前記鋼板それぞれの板厚を重み係数とした、複数の前記鋼板の化学成分の加重平均値である。
（５）好ましくは、上記（４）に記載のスポット溶接継手では、複数の前記鋼板のうち１枚以上が、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板である。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、後通電の効果を安定させることが可能なスポット溶接継手の製造方法、及び十字引張強さが安定的に高められたスポット溶接継手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】条件１を満たすスポット溶接継手の製造方法の概略図である。
【図2】条件２を満たすスポット溶接継手の製造方法の概略図である。
【図3】スポット溶接継手の断面図である。
【図4】スポット溶接継手の端部の硬さ、及び残留オーステナイト粒のアスペクト比の測定領域を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
（１．スポット溶接継手の製造方法）
本発明の一態様に係るスポット溶接継手の製造方法は、図１及び図２に示されるように、
（Ｓ１）一対の電極Ｅ１、Ｅ２を用いて、重ねられた複数の鋼板１１に溶接電流を流す本通電工程と、
（Ｓ２）一対の電極Ｅ１、Ｅ２を鋼板１１に接触させたまま通電を停止して、溶接部１２を形成する冷却工程と、
（Ｓ３）一対の電極Ｅ１、Ｅ２を用いて、溶接部１２に後熱電流を流す後通電工程と、
を備え、溶接電流を流すために一対の電極Ｅ１、Ｅ２を複数の鋼板１１の表面に配置する直前に、以下の２つの条件のうち１つ以上を満たす。
（条件１）一対の電極Ｅ１、Ｅ２によって挟持される箇所において測定される、鋼板１１の間の隙間である板隙Ｇが、１．０ｍｍ以上
（条件２）鋼板１１の表面に垂直な方向と、一対の電極Ｅ１、Ｅ２それぞれの軸方向とがなす角度Ｄ１、Ｄ２のうち小さい方である打角Ｄが１．０度以上
本発明の一態様に係るスポット溶接継手の製造方法は、図１及び図２に示されるように、
（Ｓ１）一対の電極Ｅ１、Ｅ２を用いて、重ねられた複数の鋼板１１に溶接電流を流す本通電工程と、
（Ｓ２）一対の電極Ｅ１、Ｅ２を鋼板１１に接触させたまま通電を停止して、溶接部１２を形成する冷却工程と、
（Ｓ３）一対の電極Ｅ１、Ｅ２を用いて、溶接部１２に後熱電流を流す後通電工程と、
を備え、溶接電流を流すために一対の電極Ｅ１、Ｅ２を複数の鋼板１１の表面に配置する直前に、以下の２つの条件のうち１つ以上を満たす。
（条件１）一対の電極Ｅ１、Ｅ２によって挟持される箇所において測定される、鋼板１１の間の隙間である板隙Ｇが、１．０ｍｍ以上
（条件２）鋼板１１の表面に垂直な方向と、一対の電極Ｅ１、Ｅ２それぞれの軸方向とがなす角度Ｄ１、Ｄ２のうち小さい方である打角Ｄが１．０度以上
【0018】
以下、本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法について、詳細に説明する。以下の説明において、スポット溶接継手の製造方法を、単にスポット溶接方法、又はスポット溶接と称する場合がある。なお、本発明の技術分野においては、本通電Ｓ１だけをスポット溶接と称し、後通電Ｓ３とスポット溶接とを区別する場合もあれば、本通電Ｓ１の開始から後通電Ｓ３の終了までの全てをスポット溶接と称する場合もある。本実施形態においては便宜上、用語「スポット溶接」を、本通電Ｓ１、冷却Ｓ２、及び後通電Ｓ３の全てを包含する概念とみなす。
【0019】
（本通電Ｓ１）
本通電Ｓ１では、一対の電極Ｅ１、Ｅ２を用いて、重ねられた複数の鋼板１１に溶接電流を流す。一対の電極Ｅ１、Ｅ２とは、いわゆるスポット溶接用の電極、即ち母材に直接接触して溶接電流を通じるとともに加圧力を伝える作用をする棒状電極である。溶接電流とは、母材を溶融させて溶接部１２を形成するために流す電流のことであり、本電流と称されることもある。本通電Ｓ１は、本通電Ｓ１と称されることもある。本通電Ｓ１によって、一対の電極によって挟まれた領域が融点以上の温度まで加熱されて、溶融金属１２０が生じる。
本通電Ｓ１では、一対の電極Ｅ１、Ｅ２を用いて、重ねられた複数の鋼板１１に溶接電流を流す。一対の電極Ｅ１、Ｅ２とは、いわゆるスポット溶接用の電極、即ち母材に直接接触して溶接電流を通じるとともに加圧力を伝える作用をする棒状電極である。溶接電流とは、母材を溶融させて溶接部１２を形成するために流す電流のことであり、本電流と称されることもある。本通電Ｓ１は、本通電Ｓ１と称されることもある。本通電Ｓ１によって、一対の電極によって挟まれた領域が融点以上の温度まで加熱されて、溶融金属１２０が生じる。
【0020】
なお、通常のスポット溶接の本通電Ｓ１においては、一方の電極Ｅ２を固定し、他方の電極Ｅ１を鋼板１１に向かって動かすことが多い。以下、スポット溶接中に固定する電極Ｅ２を固定電極Ｅ２と称し、スポット溶接中に鋼板１１及び固定電極Ｅ２に向かって動かす電極Ｅ１を可動電極Ｅ１と称する場合がある。ただし当然のことながら、本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法において、一対の電極Ｅ１、Ｅ２の両方を動かしてもよい。
【0021】
（冷却Ｓ２）
冷却Ｓ２では、一対の電極Ｅ１、Ｅ２を鋼板１１に接触させたまま通電を停止する。スポット溶接用の電極の内部には、冷却水等の冷媒が流通しており、電極の先端は常に冷却されている。通電中は、鋼板１１から電極への抜熱量よりも抵抗発熱量の方が大きいので、鋼板１１は加熱される。一方、通電を中止すると、鋼板１１から電極への抜熱によって鋼板１１は冷却される。冷却Ｓ２によって、溶融金属１２０を凝固させて、溶接部１２を形成する。溶接部１２とは、ナゲット１２１及びＨＡＺ（熱影響部）１２２を含んだ部分の総称である。ナゲット１２１とは、スポット溶接中に溶融凝固した金属のことである。
冷却Ｓ２では、一対の電極Ｅ１、Ｅ２を鋼板１１に接触させたまま通電を停止する。スポット溶接用の電極の内部には、冷却水等の冷媒が流通しており、電極の先端は常に冷却されている。通電中は、鋼板１１から電極への抜熱量よりも抵抗発熱量の方が大きいので、鋼板１１は加熱される。一方、通電を中止すると、鋼板１１から電極への抜熱によって鋼板１１は冷却される。冷却Ｓ２によって、溶融金属１２０を凝固させて、溶接部１２を形成する。溶接部１２とは、ナゲット１２１及びＨＡＺ（熱影響部）１２２を含んだ部分の総称である。ナゲット１２１とは、スポット溶接中に溶融凝固した金属のことである。
【0022】
（後通電Ｓ３）
冷却Ｓ２によって形成された溶接部１２は、急速に冷却されているので、脆化している場合がある。脆化によって、溶接部１２の接合強度、特に十字引張強さ（ＣＴＳ）が損なわれる。そこで後通電Ｓ３では、一対の電極Ｅ１、Ｅ２を用いて、溶接部１２に後熱電流を流す。後熱電流とは、硬化した溶接部１２に対して焼戻しを行う目的で流す電流のことである。後通電Ｓ３によって、溶接部１２が焼戻されて、溶接部１２の脆化が解消される。
冷却Ｓ２によって形成された溶接部１２は、急速に冷却されているので、脆化している場合がある。脆化によって、溶接部１２の接合強度、特に十字引張強さ（ＣＴＳ）が損なわれる。そこで後通電Ｓ３では、一対の電極Ｅ１、Ｅ２を用いて、溶接部１２に後熱電流を流す。後熱電流とは、硬化した溶接部１２に対して焼戻しを行う目的で流す電流のことである。後通電Ｓ３によって、溶接部１２が焼戻されて、溶接部１２の脆化が解消される。
【0023】
（板隙Ｇ、及び／又は打角Ｄ）
上述の通り、本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法は、本通電Ｓ１、冷却Ｓ２、および後通電Ｓ３を、順に実施する。さらに本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法では、本通電Ｓ１を実施する前に、電極の角度及び／又は鋼板１１の間の隙間の大きさを所定範囲内とする。具体的には、溶接電流を流すために一対の電極Ｅ１、Ｅ２を複数の鋼板１１の表面に配置する直前に、以下の２つの条件のうち１つ以上を満たすようにする。
（条件１）板隙Ｇが１．０ｍｍ以上
（条件２）打角Ｄが１．０度以上
板隙Ｇとは、図１に示されるように、一対の電極Ｅ１、Ｅ２によって挟持される箇所において測定される鋼板１１の間の隙間のことである。鋼板１１の枚数が３枚以上である場合は、板隙Ｇとは、複数の合わせ面における隙間の合計を意味する。打角Ｄとは、図２に示されるように、鋼板１１の表面に垂直な方向と、一対の電極Ｅ１、Ｅ２それぞれの軸方向とがなす角度Ｄ１、Ｄ２のうち小さい方のことである
上述の通り、本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法は、本通電Ｓ１、冷却Ｓ２、および後通電Ｓ３を、順に実施する。さらに本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法では、本通電Ｓ１を実施する前に、電極の角度及び／又は鋼板１１の間の隙間の大きさを所定範囲内とする。具体的には、溶接電流を流すために一対の電極Ｅ１、Ｅ２を複数の鋼板１１の表面に配置する直前に、以下の２つの条件のうち１つ以上を満たすようにする。
（条件１）板隙Ｇが１．０ｍｍ以上
（条件２）打角Ｄが１．０度以上
板隙Ｇとは、図１に示されるように、一対の電極Ｅ１、Ｅ２によって挟持される箇所において測定される鋼板１１の間の隙間のことである。鋼板１１の枚数が３枚以上である場合は、板隙Ｇとは、複数の合わせ面における隙間の合計を意味する。打角Ｄとは、図２に示されるように、鋼板１１の表面に垂直な方向と、一対の電極Ｅ１、Ｅ２それぞれの軸方向とがなす角度Ｄ１、Ｄ２のうち小さい方のことである
【0024】
図１に示されるように、条件１を満たし、板隙Ｇを１．０ｍｍ以上にした状態でスポット溶接を開始すると、本通電Ｓ１において一対の電極Ｅ１、Ｅ２が複数の鋼板１１に押し付けられるので、複数の鋼板１１の間の隙間が詰められる。一方、一対の電極Ｅ１、Ｅ２から離れた領域においては、板隙Ｇが保たれる。これにより、スポット溶接継手１にはシートセパレーション１３が生じる。シートセパレーション１３とは、スポット溶接において、溶接の結果、ナゲット１２１の周囲に生じる鋼板１１の隙間のことである。なお、板隙Ｇを１．０ｍｍ以上とした状態の、重ね合わせられた複数の鋼板１１をスポット溶接することによって得られたスポット溶接継手１においては、後述するシートセパレーション１３の開き角１３ｄが８．０度以上になる可能性が高い。
【0025】
板隙Ｇは、１．１ｍｍ以上、１．２ｍｍ以上、１．５ｍｍ以上、又は２．０ｍｍ以上としてもよい。板隙Ｇの上限値は特に限定されないが、例えば３．０ｍｍ以下、２．５ｍｍ以下、又は２．０ｍｍ以下としてもよい。
【0026】
図２に示されるように、条件２を満たし、打角Ｄを１．０度以上にした状態でスポット溶接を開始すると、電極の先端が鋼板１１の表面に食い込み、圧痕の形状が独特なものとなる。圧痕とは、スポット溶接の結果、電極先端によって生じた鋼板１１の表面のくぼみのことである。打角Ｄが０度である場合、圧痕の深さは均一であるが、打角Ｄが１．０度以上であると、圧痕の深さは不均一となる。また、打角Ｄが１．０度以上であると、ナゲット１２１も若干傾く。即ち、ナゲット１２１の断面形状を長方形又は楕円形に近似した場合、ナゲット１２１の延在方向と鋼板１１の延在方向とが若干の角度をなす。
【0027】
打角Ｄは、１．５度以上、２．０度以上、３．０度以上、又は４．０度以上としてもよい。打角Ｄの上限値は特に限定されないが、例えば７．０度以下、６．０度以下、５．５度以下、又は５．０度以下としてもよい。また、鋼板１１の表面に垂直な方向と、一対の電極Ｅ１、Ｅ２それぞれの軸方向とがなす角度Ｄ１、Ｄ２のうち大きい方を、７．０度以下、６．０度以下、５．５度以下、又は５．０度以下としてもよい。
【0028】
条件１及び条件２の両方を満たした状態で、スポット溶接を開始してもよい。このようなスポット溶接によれば、シートセパレーション１３が形成され、且つ、圧痕及びナゲット１２１が鋼板１１の表面に対して若干傾く。
【0029】
（作用効果）
本発明者らは、条件１及び条件２の少なくとも一方を満たした状態でスポット溶接を行うことにより、後通電Ｓ３の効果が安定することを知見した。この知見について、以下に説明する。
本発明者らは、条件１及び条件２の少なくとも一方を満たした状態でスポット溶接を行うことにより、後通電Ｓ３の効果が安定することを知見した。この知見について、以下に説明する。
【0030】
本発明者らは、同一溶接条件で同一の板組に複数回のスポット溶接を行って、これにより得られた複数のスポット溶接継手１のＣＴＳを測定した。そして本発明者らは、これらスポット溶接継手１のＣＴＳの最小値を、当該溶接条件における最小ＣＴＳと定義した。本発明者らは、最小ＣＴＳを、後通電Ｓ３の効果の安定性の指標として用いた。最小ＣＴＳが高いほど、後通電Ｓ３の効果の安定性が高い。
【0031】
本発明者らは、最小ＣＴＳを向上させる方法について鋭意検討を重ねた。そして本発明者らは、板隙Ｇ、及び／又は打角Ｄが大きい溶接条件によって実現される最小ＣＴＳが、板隙Ｇ及び打角Ｄを抑制した溶接条件よりも向上する現象を確認した。
【0032】
これは従来の技術常識とは全く異なる現象である。従来技術では、板隙Ｇ、及び打角Ｄは、スポット溶接の制御状態を乱そうとする外部からの作用、即ち外乱であるとみなされてきた。また、外乱はナゲット１２１の径のばらつきやＬＭＥ割れなどの溶接欠陥を招来する旨が多数報告されていた。従って、外乱である板隙Ｇ及び打角Ｄは可能な限り抑制すべきであると考えられてきた。
【0033】
本発明者らは、板隙Ｇ及び打角Ｄは本通電Ｓ１に悪影響を与えうる一方で、後通電Ｓ３には悪影響を与えないと考えている。従来技術では、外乱が本通電Ｓ１に及ぼす影響と後通電Ｓ３に及ぼす影響を切り分けた検討はほとんどなされていない。そして、外乱が後通電Ｓ３に及ぼす影響のみを抽出した実験結果もまた、ほとんど報告されていない。従来技術において知られている外乱の悪影響は、専ら本通電Ｓ１に関わるものであると考えられる。
【0034】
打角Ｄ及び板隙Ｇが後通電Ｓ３の効果を安定させる理由は現時点で明らかではない。本発明者らは、本通電Ｓ１の際に生じる圧痕の傾きやシートセパレーション１３が、後通電Ｓ３の効果を安定させていると推定している。圧痕の傾きやシートセパレーション１３が、電極の先端と鋼板１１の表面との接触面積を増大させて、ひいては両者の接触状態を安定化させている可能性がある。これにより、後通電Ｓ３の際の通電状態が安定し、溶接部１２を確実に焼き戻せるようになっていると本発明者らは推定している。
【0035】
以上、本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法の基本的な態様について説明した。次に、本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法の一層好ましい態様について説明する。
【0036】
（冷却Ｓ２における加圧力、及び後熱電流のアップスロープ通電）
冷却Ｓ２における一対の電極Ｅ１、Ｅ２の加圧力Ｐ２を、本通電Ｓ１における一対の電極Ｅ１、Ｅ２の加圧力Ｐ１よりも大きくすることが好ましい。即ち、溶接電流の通電終了後の無通電時間が開始した時点で、加圧力を増大させることが好ましい。本通電Ｓ１及び／又は冷却Ｓ２において加圧力の設定値が一定ではない場合、冷却Ｓ２にける加圧力Ｐ２の最大値を、本通電Ｓ１における加圧力Ｐ１の最大値よりも高めることが好ましい。これにより、後通電Ｓ３の効果を一層安定させることができる。
冷却Ｓ２における一対の電極Ｅ１、Ｅ２の加圧力Ｐ２を、本通電Ｓ１における一対の電極Ｅ１、Ｅ２の加圧力Ｐ１よりも大きくすることが好ましい。即ち、溶接電流の通電終了後の無通電時間が開始した時点で、加圧力を増大させることが好ましい。本通電Ｓ１及び／又は冷却Ｓ２において加圧力の設定値が一定ではない場合、冷却Ｓ２にける加圧力Ｐ２の最大値を、本通電Ｓ１における加圧力Ｐ１の最大値よりも高めることが好ましい。これにより、後通電Ｓ３の効果を一層安定させることができる。
【0037】
本通電Ｓ１の加圧力Ｐ１、及び冷却Ｓ２の加圧力Ｐ２の比率は特に限定されないが、例えばＰ２／Ｐ１を１．１以上、１．３以上、又は１．５以上とすることが好ましい。Ｐ２／Ｐ１の上限値は特に限定されないが、溶接部１２の形状を一層整える観点から、Ｐ２／Ｐ１を２．５以下、２．０以下、又は１．７以下とすることが好ましい。本通電Ｓ１及び／又は冷却Ｓ２において加圧力の設定値が一定ではない場合、冷却Ｓ２にける加圧力Ｐ２の最大値、及び本通電Ｓ１における加圧力Ｐ１の最大値を上述の範囲内とすることが好ましい。
【0038】
また、後通電Ｓ３において、後熱電流をアップスロープ制御することが好ましい。アップスロープ制御とは、ＪＩＳ Ｃ ９３１３：２００５に定義される、通電電流を漸増させる制御方式のことである。後熱電流をアップスロープ制御することにより、後通電Ｓ３の効果を一層安定させることができる。
【0039】
アップスロープ制御の具体的条件は特に限定されないが、例えばアップスロープ時間を０．２０ｓｅｃ以上、０．１０ｓｅｃ以上、又は０．０４ｓｅｃ以上とすることが好ましい。アップスロープ時間とは、後熱電流の通電の開始から、後熱電流が最大値になるまでの時間のことである。これにより、後通電Ｓ３の効果を一層安定させることができる。アップスロープ時間の上限値は特に限定されないが、溶接効率を一層向上させるために、例えばアップスロープ時間を２．００ｓｅｃ以下、１．００ｓｅｃ以下、又は０．５０ｓｅｃ以下とすることが好ましい。
【0040】
（鋼板１１の引張強さ）
鋼板１１の引張強さは特に限定されない。スポット溶接継手１の剛性及び耐破壊特性等を向上させる観点からは、複数の鋼板１１のうち１枚以上を、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板とすることが好ましい。高強度鋼板の引張強さを、１０００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以上、又は１５００ＭＰａ以上とすることが一層好ましい。なお、高強度鋼板を含む板組のスポット溶接には、溶接部１２が脆化して十字引張強さが損なわれる問題がある。しかし本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法では、後通電Ｓ３の効果が安定化されているので、十字引張強さを十分に確保することができる。一方、複数の鋼板１１のうち１枚以上を、引張強さ５００ＭＰａ以下の軟鋼としてもよい。
鋼板１１の引張強さは特に限定されない。スポット溶接継手１の剛性及び耐破壊特性等を向上させる観点からは、複数の鋼板１１のうち１枚以上を、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板とすることが好ましい。高強度鋼板の引張強さを、１０００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以上、又は１５００ＭＰａ以上とすることが一層好ましい。なお、高強度鋼板を含む板組のスポット溶接には、溶接部１２が脆化して十字引張強さが損なわれる問題がある。しかし本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法では、後通電Ｓ３の効果が安定化されているので、十字引張強さを十分に確保することができる。一方、複数の鋼板１１のうち１枚以上を、引張強さ５００ＭＰａ以下の軟鋼としてもよい。
【0041】
（２．スポット溶接継手１）
本発明の別の態様に係るスポット溶接継手１は、図３に示されるように、重ねられた複数の鋼板１１と、複数の鋼板１１を接合するナゲット１２１を有する溶接部１２と、を備え、ナゲット１２１の端部において複数の鋼板１１の表面がなす角度である、シートセパレーション１３の開き角１３ｄが８．０度以上であり、ナゲット１２１が、アスペクト比１．０以上１．７以下の旧オーステナイト粒を含み、ナゲット１２１の端部のビッカース硬さが、ナゲット１２１の推定化学成分を下記式に代入することによって求められる推定ビッカース硬さよりも１００Ｈｖ以上小さく、最も硬い鋼板１１の母材部の硬さと推定ビッカース硬さとの差の絶対値が３０ＨＶ以下である。
推定ビッカース硬さ＝２１７＋１０８０×（Ｃ＋Ｓｉ／７０＋Ｍｎ／１１３＋Ｃｒ／９３＋Ｍｏ／３０）
式に含まれる元素記号は、ナゲット１２１の推定化学成分における、各元素の単位質量％での含有量であり、ナゲット１２１の推定化学成分とは、複数の鋼板１１それぞれの板厚を重み係数とした、複数の鋼板１１の化学成分の加重平均値である。
本発明の別の態様に係るスポット溶接継手１は、図３に示されるように、重ねられた複数の鋼板１１と、複数の鋼板１１を接合するナゲット１２１を有する溶接部１２と、を備え、ナゲット１２１の端部において複数の鋼板１１の表面がなす角度である、シートセパレーション１３の開き角１３ｄが８．０度以上であり、ナゲット１２１が、アスペクト比１．０以上１．７以下の旧オーステナイト粒を含み、ナゲット１２１の端部のビッカース硬さが、ナゲット１２１の推定化学成分を下記式に代入することによって求められる推定ビッカース硬さよりも１００Ｈｖ以上小さく、最も硬い鋼板１１の母材部の硬さと推定ビッカース硬さとの差の絶対値が３０ＨＶ以下である。
推定ビッカース硬さ＝２１７＋１０８０×（Ｃ＋Ｓｉ／７０＋Ｍｎ／１１３＋Ｃｒ／９３＋Ｍｏ／３０）
式に含まれる元素記号は、ナゲット１２１の推定化学成分における、各元素の単位質量％での含有量であり、ナゲット１２１の推定化学成分とは、複数の鋼板１１それぞれの板厚を重み係数とした、複数の鋼板１１の化学成分の加重平均値である。
【0042】
（鋼板１１、及び溶接部１２）
スポット溶接継手１は、重ねられた複数の鋼板１１を有する。これらの複数の鋼板１１は、溶接部１２のナゲット１２１によって接合されている。上述の通り、ナゲット１２１及びＨＡＺ（熱影響部）１２２を含んだ部分の総称である。
スポット溶接継手１は、重ねられた複数の鋼板１１を有する。これらの複数の鋼板１１は、溶接部１２のナゲット１２１によって接合されている。上述の通り、ナゲット１２１及びＨＡＺ（熱影響部）１２２を含んだ部分の総称である。
【0043】
（シートセパレーション１３の開き角１３ｄ）
上述の通り、シートセパレーション１３とは、ナゲット１２１の周囲に生じる鋼板１１の隙間のことである。シートセパレーション１３の開き角１３ｄとは、図３に示されるように、ナゲット１２１の端部において複数の鋼板１１の表面がなす角度のことである。鋼板１１の枚数が３枚以上である場合は、複数のシートセパレーション１３それぞれの開き角１３ｄの合計値を、シートセパレーション１３の開き角１３ｄとみなす。
上述の通り、シートセパレーション１３とは、ナゲット１２１の周囲に生じる鋼板１１の隙間のことである。シートセパレーション１３の開き角１３ｄとは、図３に示されるように、ナゲット１２１の端部において複数の鋼板１１の表面がなす角度のことである。鋼板１１の枚数が３枚以上である場合は、複数のシートセパレーション１３それぞれの開き角１３ｄの合計値を、シートセパレーション１３の開き角１３ｄとみなす。
【0044】
シートセパレーション１３の開き角１３ｄは、８．０度以上である。シートセパレーション１３の開き角１３ｄは、好ましくは８．５度以上、９．０度以上、又は９．５度以上である。このような開き角１３ｄを有するスポット溶接継手１は、板隙Ｇを１．０ｍｍ以上とした状態の、重ね合わせられた複数の鋼板１１をスポット溶接することによって得られる。また、冷却工程における一対の電極の加圧力を、本通電工程における一対の電極の加圧力よりも大きくしたり、後通電工程において後熱電流をアップスロープ制御したりすることにより、シートセパレーション１３の開き角１３ｄを一層拡大することができる。シートセパレーション１３の開き角１３ｄの上限値は特に限定されないが、例えば１２．０度以下、１１．５度以下、又は１１．０度以下とすることが好ましい。
【0045】
シートセパレーション１３の開き角１３ｄは、溶接部１２を切断し、この切断面の写真を顕微鏡で撮影し、顕微鏡写真において向かい合う複数の鋼板１１の表面に沿った線がなす角度を測定することにより、特定することができる。切断面は、鋼板１１の表面に略垂直とし、かつ、圧痕の中心を通るように形成される。
【0046】
（旧オーステナイト粒）
ナゲット１２１は、アスペクト比１．０以上１．７以下の旧オーステナイト粒を有する。このような粒状の旧オーステナイト粒は、後熱電流によって焼戻されたナゲット１２１に特有のものである。焼戻されていないナゲット１２１の旧オーステナイト粒は、ナゲット１２１の外縁から中心に向かって延伸する、細長い形状を有しているからである。
ナゲット１２１は、アスペクト比１．０以上１．７以下の旧オーステナイト粒を有する。このような粒状の旧オーステナイト粒は、後熱電流によって焼戻されたナゲット１２１に特有のものである。焼戻されていないナゲット１２１の旧オーステナイト粒は、ナゲット１２１の外縁から中心に向かって延伸する、細長い形状を有しているからである。
【0047】
本通電Ｓ１によって形成された溶融金属１２０は、冷却Ｓ２によって凝固する。凝固直後の高温のナゲット１２１の金属組織は、主にオーステナイトからなる。オーステナイトの一部または全部は、ナゲット１２１のさらなる冷却Ｓ２によってマルテンサイト等の組織に変態して消滅するが、オーステナイト粒の結晶粒界は、組織変態後のナゲット１２１に旧オーステナイト粒界として残存する。旧オーステナイト粒とは、旧オーステナイト粒界に囲まれた領域のことである。
【0048】
溶接電流によって形成された溶融金属１２０の凝固は、その外縁から中心に向かって伸展する。その結果、凝固直後のナゲット１２１のオーステナイト粒は、細長い形状を有する。そして、冷却Ｓ２の後に熱処理がされていないナゲット１２１においては、旧オーステナイト粒界は細長い形状をしている。例えば単通電ナゲット、即ち本通電Ｓ１及び冷却Ｓ２を有するが後通電Ｓ３が省略されたスポット溶接によって得られたナゲット１２１が有する旧オーステナイト粒は、細長い形状を有する。
【0049】
一方、冷却Ｓ２の後のナゲット１２１に後熱電流を流すと、ナゲット１２１の組織が再びオーステナイトとなる。この際、細長い旧オーステナイト粒は消滅し、粒状のオーステナイトが生じる。何故なら、溶融金属１２０の凝固の際とは異なり、ナゲット１２１の抵抗加熱及びオーステナイト変態は、ナゲット１２１全体にわたって均一に生じるからである。粒状のオーステナイト粒を有する高温のナゲット１２１が冷却されると、オーステナイトの一部または全部は変態して消滅するが、アスペクト比１．０以上１．７以下の粒状の旧オーステナイト粒がナゲット１２１に残される。
【0050】
ナゲット１２１の旧オーステナイト粒のアスペクト比は以下の手順で特定する。まず、溶接部１２を切断し、研磨する。切断面は、鋼板１１の表面に略垂直とし、かつ、圧痕の中心を通るように形成される。次に、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを用いて切断面を腐食させて、切断面に旧オーステナイト粒界を現出させる。光学顕微鏡で、１０００μｍ四方の観察領域Ｒにおける旧オーステナイト粒のアスペクト比を測定する。図４に示されるように、観察領域Ｒの横辺は、鋼板１１の合わせ面と平行にする。また、観察領域Ｒは、ナゲット１２１の端１２１Ｅに可能な限り近づける。ここで、ナゲット１２１の端１２１Ｅとは、スポット溶接継手１の一方の表面と他方の表面との中間線Ｌと、ナゲット１２１の外縁との交点のことである。加えて、観察領域Ｒの中心は、スポット溶接継手１の一方の表面と他方の表面との中間線に配置する。
【0051】
ナゲット１２１の端１２１Ｅから中心に向かって、観察領域Ｒを連続的に観察する。これにより、ナゲット１２１の観察領域Ｒの少なくとも一部にアスペクト比１．０以上１．７以下の粒状の旧オーステナイト粒が認められた場合、当該ナゲット１２１はアスペクト比１．０以上１．７以下の粒状の旧オーステナイト粒を含むものと判定される。粒状の旧オーステナイト粒の位置は特に限定されない。例えば、後通電Ｓ３によりナゲット１２１の中心部分が再溶融して、中心部分以外の位置に粒状の旧オーステナイト粒が形成されていてもよい。
【0052】
（ナゲット１２１の硬さ、及び鋼板１１の硬さ）
ナゲット１２１の端部のビッカース硬さは、ナゲット１２１の推定ビッカース硬さよりも１００Ｈｖ以上小さい。また、スポット溶接継手１に含まれる複数の鋼板１１のうち、最も硬い鋼板１１の母材部の硬さと、推定ビッカース硬さとの差の絶対値が３０ＨＶ以下である。鋼板１１の母材部とは、ＨＡＺ（熱影響部）１２２の外部の、溶接熱の影響を受けていない部分のことである。ナゲット１２１の推定ビッカース硬さとは、ナゲット１２１の推定化学成分に基づいて推定される、本通電Ｓ１及び冷却Ｓ２の後のナゲット１２１のビッカース硬さであり、以下の式によって算出される。
推定ビッカース硬さ＝２１７＋１０８０×（Ｃ＋Ｓｉ／７０＋Ｍｎ／１１３＋Ｃｒ／９３＋Ｍｏ／３０）
式に含まれる元素記号は、ナゲット１２１の推定化学成分における、各元素の単位質量％での含有量である。ナゲット１２１の硬さは、上記式に含まれる焼入れ性向上元素の量、及び焼入れの度合いで決まる。冷却Ｓ２によってナゲット１２１の温度は融点付近から急速に低下するので、冷却Ｓ２の終了後のナゲット１２１は、最大限に焼入れされている。上述の式は、最大限に焼入れされた鋼の硬さを、その化学成分に基づいて推定するものである。
ナゲット１２１の端部のビッカース硬さは、ナゲット１２１の推定ビッカース硬さよりも１００Ｈｖ以上小さい。また、スポット溶接継手１に含まれる複数の鋼板１１のうち、最も硬い鋼板１１の母材部の硬さと、推定ビッカース硬さとの差の絶対値が３０ＨＶ以下である。鋼板１１の母材部とは、ＨＡＺ（熱影響部）１２２の外部の、溶接熱の影響を受けていない部分のことである。ナゲット１２１の推定ビッカース硬さとは、ナゲット１２１の推定化学成分に基づいて推定される、本通電Ｓ１及び冷却Ｓ２の後のナゲット１２１のビッカース硬さであり、以下の式によって算出される。
推定ビッカース硬さ＝２１７＋１０８０×（Ｃ＋Ｓｉ／７０＋Ｍｎ／１１３＋Ｃｒ／９３＋Ｍｏ／３０）
式に含まれる元素記号は、ナゲット１２１の推定化学成分における、各元素の単位質量％での含有量である。ナゲット１２１の硬さは、上記式に含まれる焼入れ性向上元素の量、及び焼入れの度合いで決まる。冷却Ｓ２によってナゲット１２１の温度は融点付近から急速に低下するので、冷却Ｓ２の終了後のナゲット１２１は、最大限に焼入れされている。上述の式は、最大限に焼入れされた鋼の硬さを、その化学成分に基づいて推定するものである。
【0053】
ナゲット１２１の推定化学成分とは、スポット溶接継手１に含まれる鋼板１１の化学成分及び板厚に基づいて推定されるナゲット１２１の化学成分である。具体的には、ナゲット１２１の推定化学成分は、複数の鋼板１１それぞれの板厚を重み係数とした、複数の鋼板１１の化学成分の加重平均値である。例えば、スポット溶接継手１に含まれる鋼板１１の枚数がｎ枚である場合、ナゲット１２１の推定化学成分におけるＣ含有量（推定Ｃ含有量）は以下の式によって算出される。
ここで、ｔｋはｋ枚目の鋼板１１の厚さであり、ｔｓｕｍはスポット溶接継手１に含まれる全ての鋼板１１の厚さの合計値であり、Ｃｋはｋ枚目の鋼板１１の単位質量％でのＣ含有量である。
【数1】
【0054】
上述の定義によれば、ナゲット１２１の推定ビッカース硬さは、冷却Ｓ２の後に熱処理がされていないナゲット１２１（例えば上述の単通電ナゲット）の硬さの推定値として用いることができる。端部のビッカース硬さが推定ビッカース硬さよりも１００Ｈｖ以上小さいナゲット１２１は、後通電Ｓ３によって焼き戻されたものである蓋然性が高い。
【0055】
ナゲット１２１の端部におけるビッカース硬さの測定は、旧オーステナイト粒のアスペクト比の測定と同じく、図４に示された観察領域Ｒにて行う。測定領域Ｒにおいて、荷重３００ｋｇｆでビッカース硬さを１０点測定し、その平均値をナゲット１２１の端部のビッカース硬さとする。なお、測定においては、すべての圧痕が最近接圧痕から自身の圧痕サイズ４つ分以上に相当する距離があるものとする。なお、板厚が小さくナゲット１２１の端１２１Ｅの近傍に１０００μｍ四方の領域Ｒが確保できない場合は、ナゲット１２１の端１２１Ｅから２０００μｍ以内の領域においてビッカース硬さを１０点測定し、その平均値をナゲット１２１の端部のビッカース硬さとする。
【0056】
鋼板１１の母材部におけるビッカース硬さの測定は、鋼板１１の母材部の板厚１／４部において行う。板厚１／４部において、荷重３００ｋｇｆでビッカース硬さを１０点測定し、その平均値を、鋼板１１の母材部のビッカース硬さとする。
【0057】
（作用効果）
本実施形態に係るスポット溶接継手１においては、ナゲット１２１が後熱電流によって焼戻されており、アスペクト比１．０以上１．７以下の旧オーステナイト粒を含む。これにより、ナゲット１２１の靭性が向上し、ナゲット１２１にき裂が進展しづらくなり、スポット溶接継手１の十字引張強さが向上する。
本実施形態に係るスポット溶接継手１においては、ナゲット１２１が後熱電流によって焼戻されており、アスペクト比１．０以上１．７以下の旧オーステナイト粒を含む。これにより、ナゲット１２１の靭性が向上し、ナゲット１２１にき裂が進展しづらくなり、スポット溶接継手１の十字引張強さが向上する。
【0058】
また、本実施形態に係るスポット溶接継手１においては、ナゲット１２１の端部のビッカース硬さがナゲット１２１の推定ビッカース硬さよりも１００Ｈｖ以上小さい一方で、最も硬い鋼板の母材部の硬さは、ナゲット１２１の推定ビッカース硬さと同等である。即ち、本実施形態に係るスポット溶接継手１においては、ナゲット１２１だけが後熱電流によって焼戻されている。これにより、ナゲット１２１の脆化が抑制され、スポット溶接継手１の十字引張強さが向上する。
【0059】
さらに、本実施形態に係るスポット溶接継手１においては、シートセパレーション１３の開き角１３ｄが８．０度以上とされている。本発明者らが知見したところでは、シートセパレーション１３の開き角１３ｄが８．０度以上となるような条件で行われる本通電Ｓ１及び後通電Ｓ３は、スポット溶接継手１の最小ＣＴＳを向上させることができる。してみれば、本実施形態に係るスポット溶接継手１においては、後通電Ｓ３の効果が安定して発揮されている。
【0060】
以上の理由により、本実施形態に係るスポット溶接継手１においては、十字引張強さが安定的に高められている。
【0061】
以上、本実施形態に係るスポット溶接継手１の基本的な態様について説明した。次に、本実施形態に係るスポット溶接継手１の一層好ましい態様について説明する。
【0062】
（鋼板１１の引張強さ）
鋼板１１の引張強さは特に限定されない。スポット溶接継手１の剛性及び耐破壊特性等を向上させる観点からは、複数の鋼板１１のうち１枚以上を、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板とすることが好ましい。高強度鋼板の引張強さを、１０００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以上、又は１５００ＭＰａ以上とすることが一層好ましい。一方、複数の鋼板１１のうち１枚以上を、引張強さ５００ＭＰａ以下の軟鋼としてもよい。
鋼板１１の引張強さは特に限定されない。スポット溶接継手１の剛性及び耐破壊特性等を向上させる観点からは、複数の鋼板１１のうち１枚以上を、引張強さ９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板とすることが好ましい。高強度鋼板の引張強さを、１０００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以上、又は１５００ＭＰａ以上とすることが一層好ましい。一方、複数の鋼板１１のうち１枚以上を、引張強さ５００ＭＰａ以下の軟鋼としてもよい。
【0063】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下に、本実施形態に係るスポット溶接継手１、及びその製造方法の一層好適な例について説明する。特に断りが無い限り、以下に説明される例は、スポット溶接継手１、及びその製造方法の両方に適用可能である。
【0064】
（鋼板１１の枚数及び構成）
鋼板１１の枚数は２枚以上とされる。図１～図３に例示されるスポット溶接継手１における鋼板１１の枚数は２枚であるが、鋼板１１の枚数が３枚以上であってもよい。上述したように、鋼板１１の枚数が３枚以上である場合、板隙Ｇとは鋼板１１の隙間の合計値であり、シートセパレーション１３の開き角１３ｄとは、複数のシートセパレーション１３それぞれにおいて鋼板１１の表面がなす角度の合計値である。
鋼板１１の枚数は２枚以上とされる。図１～図３に例示されるスポット溶接継手１における鋼板１１の枚数は２枚であるが、鋼板１１の枚数が３枚以上であってもよい。上述したように、鋼板１１の枚数が３枚以上である場合、板隙Ｇとは鋼板１１の隙間の合計値であり、シートセパレーション１３の開き角１３ｄとは、複数のシートセパレーション１３それぞれにおいて鋼板１１の表面がなす角度の合計値である。
【0065】
鋼板１１の厚さは特に限定されない。また、複数の鋼板１１の厚さの比率も特に限定されない。例えばスポット溶接継手１が自動車部品である場合、複数の鋼板１１を、２枚の厚い高強度鋼板及び１枚の薄い軟鋼板とすることが好ましい。高強度鋼板は自動車の骨格部材であり、軟鋼板は自動車の外装部材である。高強度鋼板の板厚は、例えば１．０～２．５ｍｍとすることが好ましい。軟鋼板の板厚は、例えば０．４～１．２ｍｍとすることが好ましい。
【0066】
耐食性、及び美観等を向上させるために、鋼板１１の表面にめっきが設けられていることが好ましい。めっきの種類としては、Ａｌ系めっき、Ａｌ系合金化めっき、Ｚｎ系めっき、及びＺｎ系合金化めっき等が挙げられる。
【0067】
（スポット溶接条件）
本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法の特徴は、本通電Ｓ１の前に適切な板隙Ｇ及び／又は打角Ｄを板組や電極に設けて、後通電Ｓ３の効果を安定させることにある。この特徴は、様々な溶接条件に対して適用することが可能である。従って、本通電Ｓ１、冷却Ｓ２、及び後通電Ｓ３における電流値、加圧力、通電時間、及び電流比（溶接電流と後熱電流との比率）は特に限定されない。複数の鋼板１１の枚数、板厚、成分等に応じた値を、適宜採用することができる。
本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法の特徴は、本通電Ｓ１の前に適切な板隙Ｇ及び／又は打角Ｄを板組や電極に設けて、後通電Ｓ３の効果を安定させることにある。この特徴は、様々な溶接条件に対して適用することが可能である。従って、本通電Ｓ１、冷却Ｓ２、及び後通電Ｓ３における電流値、加圧力、通電時間、及び電流比（溶接電流と後熱電流との比率）は特に限定されない。複数の鋼板１１の枚数、板厚、成分等に応じた値を、適宜採用することができる。
【0068】
スポット溶接条件の好適な一例は、以下の通りである。
冷却Ｓ２は、マルテンサイト変態が生じるまで、もしくは完了するまで行う必要がある。具体的には、冷却時間は０．８ｓ以上必要である。
後通電Ｓ３では、ナゲット１２１の端部を焼戻すために、６００℃～Ａｃ１点（一般に７２０℃）まで昇温する。後通電電流値と通電時間の２つによって、ナゲット１２１の温度は決定する。そのため、上述の温度範囲まで加熱するための条件は複数存在するが、例えば温度を安定させるために、通電時間は０．６ｓ以上とし、電流比（後通電電流値／本通電電流値）は０．８５以下とすることが好ましい。
冷却Ｓ２は、マルテンサイト変態が生じるまで、もしくは完了するまで行う必要がある。具体的には、冷却時間は０．８ｓ以上必要である。
後通電Ｓ３では、ナゲット１２１の端部を焼戻すために、６００℃～Ａｃ１点（一般に７２０℃）まで昇温する。後通電電流値と通電時間の２つによって、ナゲット１２１の温度は決定する。そのため、上述の温度範囲まで加熱するための条件は複数存在するが、例えば温度を安定させるために、通電時間は０．６ｓ以上とし、電流比（後通電電流値／本通電電流値）は０．８５以下とすることが好ましい。
【0069】
（ナゲット１２１の径）
ナゲット１２１の径は特に限定されず、接合不良を生じさせない範囲内で適宜選択することができる。例えば、ナゲット１２１の径を２．５√ｔ～５．０√ｔの範囲内としてもよい。接合不良を防止する観点からは、ナゲット１２１の径を２．８√ｔ以上、３．０√ｔ以上、又は３．２√ｔ以上とすることが一層好ましい。また、入熱量を抑制して散り発生を防止する観点からは、ナゲット１２１の径を４．８√ｔ以上、４．５√ｔ以上、又は４．２√ｔ以上とすることが一層好ましい。
ナゲット１２１の径は特に限定されず、接合不良を生じさせない範囲内で適宜選択することができる。例えば、ナゲット１２１の径を２．５√ｔ～５．０√ｔの範囲内としてもよい。接合不良を防止する観点からは、ナゲット１２１の径を２．８√ｔ以上、３．０√ｔ以上、又は３．２√ｔ以上とすることが一層好ましい。また、入熱量を抑制して散り発生を防止する観点からは、ナゲット１２１の径を４．８√ｔ以上、４．５√ｔ以上、又は４．２√ｔ以上とすることが一層好ましい。
【0070】
なお、ナゲット１２１の径とは、溶接部１２の断面試験によって接合界面で測定される、ナゲット１２１の直径のことである。ｔとは、ナゲット１２１の直径を測定した接合界面を構成する２枚の鋼板１１の板厚の平均値のことである。鋼板１１の枚数が３枚以上であり、接合界面が２以上である場合は、１つ以上の接合界面においてナゲット１２１の径が上述の範囲内であることが好ましく、全ての接合界面においてナゲット１２１の径が上述の範囲内であることが一層好ましい。
【0071】
（板隙Ｇを設ける手段）
板隙Ｇを鋼板１１の間に設けるための手段は特に限定されない。例えば、複数の鋼板１１の間にスペーサーを配することにより、任意の大きさの板隙Ｇを設けることができる。また、鋼板１１の反りを利用することにより、特段の追加部材及び治具等を設けることなく板隙Ｇを設けることができる。
板隙Ｇを鋼板１１の間に設けるための手段は特に限定されない。例えば、複数の鋼板１１の間にスペーサーを配することにより、任意の大きさの板隙Ｇを設けることができる。また、鋼板１１の反りを利用することにより、特段の追加部材及び治具等を設けることなく板隙Ｇを設けることができる。
【0072】
（打角Ｄを設ける手段）
打角Ｄを設けるための手段は特に限定されない。スポット溶接装置の実情に応じた種々の手段を採用することができる。例えば、一対の電極Ｅ１、Ｅ２を鋼板の表面の法線方向に対して傾けた状態で、スポット溶接を行えばよい。具体的には、スポット溶接機に、電極を傾けた状態で装着すればよい。この場合、一対の電極Ｅ１、及びＥ２の両方を可動電極とすることが好ましい。また、電極を傾ける代わりに、鋼板を傾けてもよい。例えば、複数の鋼板を設置するステージと、鋼板との間にスペーサーを挟むことにより、ステージに対して鋼板を傾けてもよい。この場合、ステージの表面の法線方向と電極の軸方向とが平行であったとしても、打角を設けることができる。
打角Ｄを設けるための手段は特に限定されない。スポット溶接装置の実情に応じた種々の手段を採用することができる。例えば、一対の電極Ｅ１、Ｅ２を鋼板の表面の法線方向に対して傾けた状態で、スポット溶接を行えばよい。具体的には、スポット溶接機に、電極を傾けた状態で装着すればよい。この場合、一対の電極Ｅ１、及びＥ２の両方を可動電極とすることが好ましい。また、電極を傾ける代わりに、鋼板を傾けてもよい。例えば、複数の鋼板を設置するステージと、鋼板との間にスペーサーを挟むことにより、ステージに対して鋼板を傾けてもよい。この場合、ステージの表面の法線方向と電極の軸方向とが平行であったとしても、打角を設けることができる。
【実施例0073】
実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、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に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。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、種々の条件を採用し得る。
【0074】
表１に示される化学成分を有する鋼板を炉加熱した後、金型内で冷却した。炉加熱は９００℃で５分間行い、金型冷却は１分間行った。そして１．５ＧＰａ鋼板を２枚重ねた板組、及び２．５ＧＰａ鋼板を２枚重ねた板組に、表２に示す条件で、本通電工程、冷却工程、及び後通電工程を有するスポット溶接を行った。
【0075】
【表1】
【0076】
【表2】
【0077】
表２の条件「通常」では、本通電の前に打角及び板隙を設けなかった。条件「板隙」では、１．０～２．０ｍｍの板隙を鋼板の間に設けた。条件「打角」では、３．０～５．０度の打角を電極に設けた。条件「加圧力ＵＰ＋アップスロープ」では、冷却の開始とともに加圧力を上昇させ、また、後通電において後熱電流値を０から最大値まで０．２秒かけて上昇させた。いずれの条件においても、電流比（溶接電流値に対する後熱電流値の割合）を０．６０とした。冷却工程における加圧力、及び後熱電流の通電時間は、「通常」、「板隙」、及び「打角」においては同一値とした。
【0078】
これにより得られたスポット溶接継手の十字引張強さ（ＣＴＳ）を評価した。評価方法は、ＪＩＳ Ｚ ３１３７：１９９９「抵抗スポット及びプロジェクション溶接継手の十字引張試験に対する試験片寸法及び試験方法」に準拠した。十字引張試験は、１条件ごとに、５つの試料に対して実施した。そして、５つの試料のＣＴＳの最小値を「最小ＣＴＳ」として記録した。
【0079】
また、各溶接条件の最小ＣＴＳを、各溶接条件に対応する単通電継手のＣＴＳと比較した。各溶接条件に対応する単通電継手とは、後通電が省略されているが、それ以外は各溶接条件と同条件で行われるスポット溶接によって得られたスポット溶接継手のことである。最小ＣＴＳが単通電継手のＣＴＳに対して大きい溶接条件は、後通電の効果が安定している溶接条件であると判断される。比較結果を表３及び表４の「単通電と最小ＣＴＳとの差」列、及び「判定」列に記載した。「判定」列に記載の記号の意味は以下の通りである。
×：単通電と最小ＣＴＳとの差が４ｋＮ未満
○：単通電と最小ＣＴＳとの差が４ｋＮ以上６ｋＮ未満
◎：単通電と最小ＣＴＳとの差が６ｋＮ以上
×：単通電と最小ＣＴＳとの差が４ｋＮ未満
○：単通電と最小ＣＴＳとの差が４ｋＮ以上６ｋＮ未満
◎：単通電と最小ＣＴＳとの差が６ｋＮ以上
【0080】
さらに、スポット溶接継手における端部ビッカース硬さと推定ビッカース硬さとの差、シートセパレーションの開き角、アスペクト比１．０以上１．７以下の旧オーステナイト粒の有無を、上述の手順で評価した。表３及び表４における「母材に対するビッカースか硬さ低下量」列に、端部ビッカース硬さと推定ビッカース硬さとの差を記載した。なお、母材部の硬さと推定ビッカース硬さとの差を評価したところ、全ての例において３０ＨＶ以下であったので、母材部の硬さと推定ビッカース硬さとの差の絶対値については、表中での記載を省略した。
【0081】
表３に、表１に記載の１．５ＧＰａ鋼板を２枚重ねた板組から得られたスポット溶接継手の評価結果を示す。表４に、表１に記載の２．５ＧＰａ鋼板を２枚重ねた板組から得られたスポット溶接継手の評価結果を示す。
【0082】
【表3】
【0083】
【表4】
【0084】
評価結果「通常」は、表２に記載の条件「通常」に従うスポット溶接によって得られたスポット溶接継手の評価結果である。条件「通常」の最小ＣＴＳは、単通電継手に対してほとんど差が無かった。即ち、通常のスポット溶接によっては、確実に後通電の効果を発揮することができない。
【0085】
評価結果「板隙」は、表２に記載の条件「板隙」に従うスポット溶接によって得られたスポット溶接継手の評価結果である。条件「板隙」の最小ＣＴＳは、単通電継手に対して大きく高められていた。従って、条件「板隙」に従うスポット溶接は、後通電の効果を安定して発揮させることができた。
【0086】
評価結果「打角」は、表２に記載の条件「打角」に従うスポット溶接によって得られたスポット溶接継手の評価結果である。条件「打角」の最小ＣＴＳは、単通電継手に対して大きく高められていた。従って、条件「打角」に従うスポット溶接もまた、後通電の効果を安定して発揮させることができた。
【0087】
評価結果「板隙＋打角」は、板隙及び打角の両方を設けた上で、表２の条件でスポット溶接されたスポット溶接継手の評価結果である。条件「板隙＋打角」の最小ＣＴＳは、単通電継手に対して大きく高められていた。打角及び板隙の両方を設けた場合であっても、後通電の効果を安定して発揮させることができた。
【0088】
評価結果「加圧力ＵＰ＋アップスロープ（板隙）」は、１．０～２．０ｍｍの板隙を設けた上で、表２に記載の「加圧力ＵＰ＋アップスロープ」に従ってスポット溶接して得られたスポット溶接継手の評価結果である。評価結果「加圧力ＵＰ＋アップスロープ（打角）」は、３．０～５．０度の板隙を設けた上で、表２に記載の「加圧力ＵＰ＋アップスロープ」に従ってスポット溶接して得られたスポット溶接継手の評価結果である。いずれの条件においても、最小ＣＴＳは一層高められていた。
【符号の説明】
【0089】
Ｓ１ 本通電
Ｓ２ 冷却
Ｓ３ 後通電
１ スポット溶接継手
１１ 鋼板
１２ 溶接部
１２０ 溶融金属
１２１ ナゲット
１２１Ｅ ナゲットの端
１２２ ＨＡＺ
１３ シートセパレーション
１３ｄ 開き角
Ｅ１ 可動電極
Ｅ２ 固定電極
Ｇ 板隙
Ｄ１、Ｄ２ 鋼板の表面に垂直な方向と、一対の電極それぞれの軸方向とがなす角度
Ｄ 打角
Ｌ スポット溶接継手の一方の表面と他方の表面との中間線
Ｓ２ 冷却
Ｓ３ 後通電
１ スポット溶接継手
１１ 鋼板
１２ 溶接部
１２０ 溶融金属
１２１ ナゲット
１２１Ｅ ナゲットの端
１２２ ＨＡＺ
１３ シートセパレーション
１３ｄ 開き角
Ｅ１ 可動電極
Ｅ２ 固定電極
Ｇ 板隙
Ｄ１、Ｄ２ 鋼板の表面に垂直な方向と、一対の電極それぞれの軸方向とがなす角度
Ｄ 打角
Ｌ スポット溶接継手の一方の表面と他方の表面との中間線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】