CN102917832B - 涂覆钢板的焊接方法 - Google Patents

Abstract

对于单面被绝缘覆膜覆盖的金属板，使用前端形状平坦的冲压器和与该冲压器成对的冲压模，从没有绝缘覆膜的一侧对金属体进行冲压，由此使冲压孔内表面下端部的金属体在绝缘覆膜形成面一侧露出，使该露出部与要接合的金属体接触并通电，进行电阻焊接。

Description

涂覆钢板的焊接方法

技术领域

本发明涉及对单面被绝缘覆膜覆盖的金属板的由绝缘覆膜覆盖的面和与其接触的金属体进行通电并利用电阻焊接法进行接合的方法。

背景技术

在金属制结构体中，为了提高耐腐蚀性、改善外观等而设置涂覆膜等绝缘覆膜的技术在各个方面以各种方式被应用。

作为设置绝缘覆膜的方法，有直接用金属板制作结构体，并在后续工序中附加绝缘覆膜的情况，也有使用由绝缘覆膜覆盖的金属板来构建结构体的情况。在直接用金属板制作结构体并在后续工序中附加绝缘覆膜的情况下，多采用电阻焊接作为其组装所需要的接合方法。

但是，附加绝缘覆膜的后续工序的成本与对预先附加有绝缘覆膜的金属板进行组装的情况相比，其价格提高。因此，希望使用预先附加有绝缘覆膜的金属板来组装结构体。作为这种情况下的接合方法，由于存在绝缘覆膜不能通电而不能进行电阻焊接，所以多采用利用铆钉、螺钉螺母、或螺丝的接合方法。但是，采用了附属部件的接合方法会增加接合后的结构体的重量，而且因附属部件部分也有成本，使结构体的价格也相应地上涨。因此，即使是附加有绝缘覆膜的金属体，也要考虑接合用的方法。

例如，在专利文献1中提出了如下方法，即：在要接合的金属体的一方的表面侧存在绝缘覆膜的情况下，利用在要接合的两个金属体的有覆膜的一侧设置有突起的电极和成对的电极从上下对两个金属体加压，从而穿破覆膜而对金属体通电并利用电阻焊接进行接合。

此外，在专利文献2中提出了如下方法，即：当在要接合的金属体的一方的表面侧存在绝缘覆膜的情况下，利用在要接合的两个金属体的有覆膜的一侧设置有突起的金属模具在覆膜上开孔，然后用一对电极从上下对两个金属体加压，从而对金属体通电并利用电阻焊接进行接合。

另外，在专利文献3中提出了如下方法，即：当在要接合的金属体的一方的接合面上存在绝缘覆膜的情况下，在有覆膜的金属体上开孔，在没有覆膜的另一个金属体上设置锥体状的突起，在以突起与孔的露出金属体的部位相接触的方式重叠的状态下，利用一对电极从上下对两个金属体加压，从而对金属体通电并利用电阻焊接进行接合。

另外，在专利文献4中提出了如下方法，即：在要接合的金属体的一方的接合面上存在绝缘覆膜的情况下，用尖头的金属模具在有覆膜的金属体上开孔，在使金属体的孔的穿破了覆膜的前端部分与可通电的另一个金属体接触的状态下，用一对电极从上下对两个金属体加压，从而对金属体通电并利用电阻焊接进行接合。

［在先技术文献］

［专利文献］

专利文献1：日本特开2000-263248号公报

专利文献2：日本特开平7-9161号公报

专利文献3：日本特开平5-154667号公报

专利文献4：日本特开2007-125602号公报

发明内容

（发明要解决的问题）

但是，在专利文献1提出的方法中，穿破绝缘覆膜一侧的电极必须是设置有前端为可穿破覆膜的程度的尖锐形状的突起的电极，而且电极的最前端必须是小点或细线。

因此，无法流过电容蓄电式电阻焊接的情况那样的急剧增大的焊接电流，而仅限于利用极小容量的焊接电流的电阻焊接。而且，由于在电阻焊接时对两个焊接电极之间施加必要的最低限度的加压力，所以因焊接电流和在焊接电极间施加的加压力而使电极的前端部易于损伤或变形，无法直接穿破覆膜，因此，必须频繁更换电极，在实际的焊接作业中难以采用这样的电阻焊接方法。此外，在金属体薄的情况下，电极前端会因加压力而贯穿金属体，使电流直接流过没有覆膜的金属体而不能进行焊接，因此，必须进行高精度的加压力控制。另外，即使是在金属体的接合面上存在覆膜的情况下，也会由于电极前端穿过金属体而在没有覆膜的金属体中直接流过电流，因此不能进行焊接。

此外，在专利文献2提出的方法中，利用金属模具在要焊接的金属体的表面的覆膜上开孔，用电极从上下加压并对其通电来焊接，但在覆膜厚的情况或覆膜的柔软性高的情况下，即使开孔也不能获得焊接电极与覆膜内侧的金属体接触的面积，难以进行基于通电的电阻焊接。而且，与专利文献1相同，在金属体的接合的面上存在覆膜的情况下，不能穿破覆膜而无法进行焊接。

另外，在专利文献3提出的方法中，利用金属模具在存在覆膜一侧的金属体上开孔，在另一个要接合的无覆膜的金属体上设置突起，使突起与孔的露出金属体的部位接触并通电来进行接合，但这种方法必须对要接合的两个金属体的双方实施加工，因加工的工夫及其所需要的作业时间的关系而使成本提高。此外，在存在多个接合部位的情况下，必须使对应的孔和突起的位置完全对准，因此要求高精度的加工。

再者，在专利文献4提出的方法中，用尖头的工具在存在覆膜的一侧的金属体上开孔，使露出金属体的部位与另一个金属体的可通电的部位接触来进行电阻焊接，基本上解决了上述专利文献1、2、3的问题。

但是，在开孔的金属体的板厚厚等情况下，必须使工具旋转，这就需要上下驱动的结构和旋转驱动的结构，使设备费用变高。此外，众所周知，接合强度与接合面积成比例，而为了增加接合强度，就必须将用尖头的工具所开的孔扩大，并且增大接触要接合的另一个金属体的可通电的部位的面积。

但是，如果将用尖头的工具所开的孔扩大至某种程度以上，则如图1（a）所示，会导致孔裂开，这样不仅不能增大接触面积，而且通电时电流过度集中于裂开变尖的孔的前端部分，会产生火花而难以接合。此外，为了增大接触面积，要使尖头的工具上的突起的高度变高。在接合了高的突起的情况下，由于在接合的两个金属体之间残留有相当于突起的高度的量的熔融金属，所以会出现间隙。如果增大接合时的电极加压力，则熔融金属在接合时会被挤出而能够进行无间隙的接合，但如果电极加压力高，则接触面积会变得过大电压也必须高，绝缘覆膜会因高电压的热输入而受到损伤。

本发明是为解决这些问题而提出的，其目的在于提供一种能够对单面被绝缘覆膜覆盖的金属板的由绝缘覆膜覆盖的面和与其接触的面通电并将二者利用电阻焊接进行接合的方法。

（解决问题的措施）

本发明的涂覆钢板的焊接方法中，为了达成上述目的，在单面被绝缘覆膜覆盖的金属板上，用前端形状平坦的冲压器和与之成对的冲压模从没有绝缘覆膜的一侧对金属体进行冲压，由此使冲压孔内表面下端部的金属体在绝缘覆膜形成面一侧露出，并使该露出部与要接合的金属体接触并通电，并利用电阻焊接进行结合。

为了使冲压孔内表面下端部的金属体在绝缘覆膜形成面一侧露出，进行冲压的冲压器和冲压模的形状优选为冲压截面为圆形。

此外，作为所使用的冲压器，优选为前端平坦并且具有相当于该平坦面垂直地延伸的圆筒部和与该圆筒部接续的锥体部，或者前端平坦并且具有与该平坦面垂直地延伸的圆筒部和与其连续的锥体部，还具有与该锥体部连续的大直径圆筒部。

当如下述式（1）所示地定义了留空量时，优选为将对金属带进行冲压时的上述冲压器与上述冲压模之间的留空量设为60～320%，更优选是设为60～100%。

留空量（%）=｛（Dd－Dp）/2｝/t×100…（1）

其中，Dd：冲压模的直径（mm）,Dp：冲压器的直径（mm）,t：金属板的板厚（mm）。

（发明效果）

根据本发明，能够在单面被涂覆膜等绝缘覆膜覆盖的金属板的由绝缘覆膜覆盖的面和与其接触的面之间通电，并且仅采用电阻焊接法来接合二者，从而能够容易地构建金属结构体。而且，能够确保用于通电的接触面积大，并能够稳定地进行后续的电阻焊接。

因此，能够以低成本提供在耐腐蚀性、外观等方面优越，并且接合强度高的高品质的金属结构体。

附图说明

图1是说明基于冲压的突起物的形成方法的图，（a）是现有方法，（b）是本发明的方法。

图2是说明突起物形成用的冲压器直径与冲压模直径的关系的图。

图3是说明增大从绝缘覆膜露出的环状金属体露出面积的方法的图。

图4是说明在实施例中采用的突起物焊接法的概念图。

具体实施方式

为了提高耐腐蚀性、外观等，如果能够将设置有涂覆膜等绝缘覆膜的金属体在设置有绝缘覆膜的状态下进行电阻焊接，则能够以低成本提供在耐腐蚀性、外观等方面优良的金属体结构物。

因此，本发明的发明人等反复对用于能够对单面被绝缘覆膜覆盖的金属板的由绝缘覆膜覆盖的面和与其接触的面通电并用电阻焊接来将二者接合的措施进行了各种研究。

为了用电阻焊接来接合由绝缘覆膜覆盖的面，必须使绝缘覆膜极其地薄或将其穿破而通电。由于为了使绝缘覆膜极其地薄，还需要将金属板减薄，所以会大幅度地降低接合后的金属板结构体的强度。

作为穿破绝缘覆膜的方法，如上述专利文献4所示，有将前端尖锐的工具压入到形成有覆膜的金属体中并开孔，来露出金属体的措施。

但是，当采用这种措施来开某种程度以上的大小的孔时，如图1（a）所示，会导致孔裂开而使金属体以前端尖锐的形状露出，在通电时在裂开且尖锐的孔的前端部分上电流过于集中，会产生火花而难以接合。

若使用前端尖锐的工具则会产生如上述的问题，因此，进行了对下述方法的研究：使用前端平坦且为圆筒状的冲压器和冲压模，从没有绝缘覆膜的一侧对金属板进行冲压并开孔，以除去绝缘覆膜。

但是，即使是使用前端平坦且为圆筒状的冲压器和冲压模而单纯地冲压来除去绝缘覆膜，也会由于与要接合的另一个能通电的金属板接触的接触面之间残留有绝缘覆膜而无法通电。在通常的冲压工序中，由于冲压器和冲压模之间的留空量较小，所以所谓的“塌边”、“毛边”等较小，导致在贯通孔的前端残留有绝缘覆膜。

因此，相对于冲压金属模具的冲压器，可以使用直径与冲压器的直径相比相当大的冲压模金属模具，在所谓“塌边”、“毛边”等的形状变大的条件下进行冲压。

通过在这种条件下进行冲孔，如图1（b）所示，所谓“塌边”、“毛边”等的形状变大，金属体在贯通孔的前端露出为环状。如果金属体露出为环状，则与对方的金属部件的金属部的接触成为线状的接触，与现有的点状接触相比，能够确保接触面积大的通电面积，能够进行稳定的电阻焊接。

另外，冲压模的直径相对于所使用的冲压器的直径的关系优选为，形成于冲压后的贯通孔上的、所谓“塌边”、“毛边”等的形状越大越好。即，优选为将留空量设置得比较大。如果“毛边”小，则露出的环状的金属体不会露出到绝缘覆膜的外侧，金属体与对方的金属体彼此之间的接触不充分。但是，如果留空量过大，则通过冲压形成“塌边”、“毛边”等的范围会过大而不能使金属体充分露出。

另外，在焊接时，会在电极的加压下导致“塌边”、“毛边”等变形，通过冲压而露出的可通电的部分不能与要接合的配对的金属体的可通电的部分接触。此外，冲压的金属板未与被冲压的金属板分离而是残留下来，在进行用于接合的通电之前，必须用手工作业或机械操作等来除去，这样会增加工夫而使成本上升。

但是，众所周知，电阻焊接的接合强度与接合面积成比例。在用前端为尖头的金属模具开孔的情况下，为了扩大孔，必须进行基于锥体的扩孔加工或基于冲缘加工的扩孔加工，但在本发明中，如果将冲压金属板的冲压器和冲压模的尺寸增大，则能够增大接合面积。

此外，在冲压的金属板的突起前端上可通电的部分露出得多则接合后的金属板的强度高且稳定。如果将在贯通孔前端露出于绝缘覆膜的金属体环的线宽度设置得更宽，就能够使可通电的部分露出得更多。

详细内容在后面的实施例的记载中进行论述，而仅从焊接性的观点看，留空量优选为60～320%。为了使冲掉的金属板从被冲压的金属板分离，需要使上述留空量为60～100%。

另外，如图2所示，在设Dp为冲压模的直径（mm）、Dp为冲压器的直径（mm）、t为金属板的板厚（mm）时，将留空量定义为下述（1）式。

留空量（%）=｛（Dd－Dp）/2｝/t×100…（1）

作为使可通电的部分露出得多的方法，有效的是：具有从前端垂直的部位，用在该部位上方设有锥体的冲压器将冲压孔的端面折弯，使可通电的部分与要接合的金属板接触得多。

即，如图3所示，使用前端平坦且具有与该平坦面垂直地延伸的圆筒部和与该圆筒部连续的锥体部的冲压器，用锥体部将实施了开孔加工的部分的“塌边”折弯而使可通电的部分露出得更多（图3-a），或者，使用具有与上述锥体部连续的大直径圆筒部的冲压器，用大直径圆筒部边捋“塌边”边进行冲缘加工（图3-b），由此，能够使可通电的部分与要接合的金属板接触得多。

为了扩大电阻焊接时的接触面积，如图3-b所示的冲缘加工是有效的，但如果通过冲缘使得捋量变大，则突起部的板厚减小，通电面积会减少。因此，接合面积减少、接合强度降低。

详细内容在后面的实施例中进行论述，但在使用具有小直径圆筒部和大直径圆筒部的冲压器，并用大直径圆筒部进行冲缘加工的情况下，大直径圆筒部的留空量相对于小直径圆筒部的留空量的比率优选为0.9以下。

但是，如果上述比率过小则金属露出部会减少，所以其下限优选为0.5左右。

然后，说明电阻焊接的优选方式。

优选地，采用在电阻焊接中焊接时间短，且绝缘覆膜受热影响的时间短的电容式的凸焊法。如果通电方法是对一个电极进行冲压并从上方对突起物加压，成对的电极能够从与另一个电极相同的方向对要接合的另一个钢板加压的间接方式进行通电，则能够进行对绝缘覆膜没有损伤的接合。

如以上说明，如果在单面被绝缘覆膜覆盖的金属板上，用前端形状平坦的冲压器和与其成对的冲压模从没有绝缘覆膜的一侧对金属体进行冲压，由此，使冲压孔内表面下端部的金属体在绝缘覆膜形成面一侧露出而能够使该露出部与要接合的金属体接触并可通电，则能够容易地利用电阻焊接法进行结合。

实施例

实施例1：

作为用于凸焊的材料，使用仅在长70mm、宽40mm、板厚0.8mm的熔融镀锌钢板的单面涂布了作为绝缘覆膜的有机类覆膜的钢板。

由于进行存在该覆膜的表面和没有该覆膜的表面的接合，所以在覆膜位于接合面的一侧的涂覆钢板的接合部位，使用各种变更了留空量的冲压器和冲压模从没有覆膜一侧对金属体进行冲压而设置突起物。

在表1中表示所使用的冲压器的直径（Dp）、冲压模的直径（Dd）以及留空量。另外，冲压器的前端形状平坦并且直径如表1所示。

［表1］

表1：使用的冲压器、冲压模和留空量（实施例1）

如图4所示，将冲压后的涂覆钢板的突起物以与要接合的涂覆钢板的没有覆膜的可通电的面接触的方式重叠，并用电容式凸焊进行了接合。通电方法实施了如下（间接式）方法：一个电极位于突起物的上方，成对的电极在与另一个电极相同的一侧与未设有突起物的要接合的钢板的没有覆膜且可通电的面接触。另外，电极加压力是0.4kN、电压是120V。

接着，对所获得的接合体测量了剪切强度。在表2中表示其结果。

［表2］

表2：冲压状况和最大剪切载荷（实施例1）

在试验No.1中，产生了火花而无法接合。这是由于冲压器和冲压模之间的留空量小，所以“毛边”小，导致在冲压后的贯通孔的前端残留有绝缘覆膜。此外，在试验No.8中也无法接合。这是由于留空量过宽而形成的“毛边”的范围变宽，在焊接时的电极的加压下导致变形，无法充分露出金属体。

在其他试验No.2～7中，能够充分地接合。另外，在试验No.4～7中，由于残留有冲压金属片，所以在加压接合之前除去。

此外，在试验No.2～7中，在接合后的部位的涂覆膜不会发生剥离的情况，获得了良好的外观。

根据上述结果，判断为如果留空量在60～320%的范围，则能够获得充分的接合强度和没有涂覆膜剥离的良好外观。

实施例2：

在上述事例中，如果留空量变大则会残留有冲压金属片。

因此，设定细小的留空量，观察了冲压金属片的残留状况。

作为冲压器和冲压模，使用如表3中所示的尺寸，与实施例1同样地对金属板进行了冲压。

在表4中表示冲压金属片的残留状况。

根据上述结果，判断为如果留空量为100%以下，则在冲压后不会残留冲压金属片，在加压接合前不除去冲压金属片也能够进行凸焊。

与实施例1的结果进行对比，判断为如果留空量是60～100%，就没有必要除去冲压金属片，能够简便地进行凸焊。

［表3］

表3：使用的冲压器、冲压模和留空量（实施例2）

［表4］

表4：冲压金属片的残留状态（实施例2）

No.	冲压状况	备注
			11	分离	10次中10次分离
12	分离	10次中10次分离
			13	分离	10次中10次分离
14	分离	10次中10次分离
			15	一部分残留	10次中8次分离
16	全部残留	10次中0次分离
			17	全部残留	10次中0次分离
18	全部残留	10次中0次分离

实施例3：

在上述记载中，为了扩大电阻焊接时的接触面积，说明了如图3-b所示的冲缘加工是有效的情况。

因此，尝试对如图3-b所示那样，使用具有小直径圆筒部和大直径圆筒部的冲压器，并用大直径圆筒部进行冲缘加工的情况下的、小直径圆筒部的留空量和大直径圆筒部的留空量的影响进行了研究。

作为冲压器和冲压模，使用如表5、6所示的尺寸，并与实施例1同样地对金属板进行了冲压。

与实施例1同样，如表7所示地对电极加压力和电压进行各种变更，并用凸焊进行了接合。

关于涂覆膜状态，在所有试验条件下接合后的部位的涂覆膜上都没有发生剥离情况，获得了良好外观。

接着，对所获得的接合体测量了剪切强度。将其结果一并表示在表7中。

根据表7的结果，可理解冲缘加工的有效性。

［表5］

表5：使用的冲压器、冲压模（实施例3）

［表6］

表6：使用的冲压器、冲压模的留空量（实施例3）

［表7］

表7：冲压状况和最大剪切载荷（实施例3）

Claims (5)

1.一种涂覆钢板的焊接方法，其特征在于，

使用前端形状平坦的冲压器和与该冲压器成对的冲压模，对于单面被绝缘覆膜覆盖的金属板，从没有绝缘覆膜的一侧对金属板进行冲压，由此使冲压孔内表面下端部的金属体在绝缘覆膜形成面一侧露出，使该露出部与要接合的金属体接触并通电，并通过电阻凸焊焊接进行结合，

在如下述式(1)所示地定义了留空量时，对金属板冲压时的上述冲压器和上述冲压模的留空量为60～320％，

留空量(％)＝{(Dd－Dp)/2}/t×100…(1)，

其中，Dd：冲压模的直径(mm)，Dp：冲压器的直径(mm)，t：金属板的厚度(mm)。

2.一种涂覆钢板的焊接方法，其特征在于，

使用前端形状平坦的冲压器和与该冲压器成对的冲压模，对于单面被绝缘覆膜覆盖的金属板，从没有绝缘覆膜的一侧对金属板进行冲压，由此使冲压孔内表面下端部的金属体在绝缘覆膜形成面一侧露出，使该露出部与要接合的金属体接触并通电，并通过电阻凸焊焊接进行结合，

在如下述式(1)所示地定义了留空量时，对金属板冲压时的上述冲压器和上述冲压模的留空量为60～100％，

留空量(％)＝{(Dd－Dp)/2}/t×100…(1)，

其中，Dd：冲压模的直径(mm)，Dp：冲压器的直径(mm)，t：金属板的厚度(mm)。

3.根据权利要求1或2所述的涂覆钢板的焊接方法，其特征在于，

为了使冲压孔内表面下端部的金属体在绝缘覆膜形成面一侧露出，冲压的冲压器和冲压模的冲压截面形状为圆形。

4.根据权利要求1或2所述的涂覆钢板的焊接方法，其特征在于，

使用的冲压器为前端平坦并具有与该平坦面垂直地延伸的圆筒部和与该圆筒部连续的锥体部。

5.根据权利要求1或2所述的涂覆钢板的焊接方法，其特征在于，

使用的冲压器为前端平坦并具有与该平坦面垂直地延伸的圆筒部和与该圆筒部连续的锥体部，还具有与该锥体部连续的大直径圆筒部。