スポット溶接とは
スポット溶接 (英語：spot welding) は、アーク溶接やガス溶接と並ぶ溶接方法の一種です。
2枚の被溶接材を電極で圧力をかけて挟み込み、大電流を流します。そして、電気抵抗熱によりスポット的に溶解凝固させることで、金属同士を接合します。
溶接の手法は基本的に、圧接・ろう接・融接の3種類です。スポット溶接はこれらのうち、圧接に分類されます。アーク溶接のようにビード (溶接面) を広く形成する溶接法とは異なり、小さな一点のみを接合するため、仕上がりが綺麗になります。電気抵抗によって母材を加熱するという性質を持つため、抵抗スポット溶接とも呼ばれます。
スポット溶接の使用用途
スポット溶接は外観が綺麗に保てるため、自動車や鉄道車両・家電製品の部品を接合する際に用いられます。
スポット溶接のメリットとして、他の溶接法とは異なり母材を直接挟み込んで溶接するため、シールドガスやフラックスなどの溶加材が必要ない点が挙げられます。
また、アーク溶接やガス溶接は作業者の技術によって仕上がりが大きく左右されますが、スポット溶接は初心者でも容易に溶接できることもメリットの一つです。スポット溶接はロボットアームなどと組み合わせることで、作業の自動化も実現できます。
スポット溶接の原理
スポット溶接には、抵抗スポット溶接・レーザースポット溶接・シーム溶接の3種類があります。
1. 抵抗スポット溶接
抵抗スポット溶接は、溶接する2片の金属の上下から電極棒を当て、圧力を加えながら、大電流を流して発生した熱で母材の金属が溶解凝固を起して接合する方法です。単にスポット溶接と言う場合は、抵抗スポット溶接を意味します。
電極棒は冷却のため、水冷にする場合が多いです。比較的薄い材料の接合に使われ、自動車のボディ生産に多用されます。溶接品質は、溶接電流をはじめ、通電時間・押下圧力・材質などの条件で決まります。スポット溶接の接合部分であるナゲットの品質を良くするには、これらの条件をコントロールする必要があります。
抵抗スポット溶接は、溶接部付近の温度がアーク溶接に比べ低いため、熱の影響が狭い範囲に限られます。そのため、溶接後の変形や残留応力が少ないのが特徴です。一方で、大電流の電気抵抗の熱で加熱するため、溶接機の容量がアーク溶接に比べ大きくなり、設備費用が高くなるデメリットがあります。
2. レーザースポット溶接
レーザースポット溶接は、母材にレーザーを照射して加熱する方法です。加熱は片側のみで、主に小さく薄いものや精度を要するものの溶接に使用します。抵抗スポット溶接と比較して、高出力の割に加熱時間が非常に短いのが特徴です。このため、溶接ひずみが少ないメリットがあります。
3. シーム溶接
抵抗スポット溶接を連続的に重ねる方法です。スポット溶接の一種と言えます。電極をローラ形状とし、2枚の母材を挟み込んで、電極を加圧しながら回転させ、断続的に電流を流して加熱します。水密や気密を必要とする場合に使用します。
スポット溶接のその他情報
1. 自動車生産におけるスポット溶接
1台の自動車に対して行う溶接の数は、およそ6,000箇所に及びます。溶接が行われる場所は、ボディ・フレーム・サスペンションメンバ・ロアアームなどです。
自動車に行われる溶接の種類は、抵抗溶接・アーク溶接・レーザー溶接など多くの方式があります。そして、昨今では生産性や製造コストの面からレーザー溶接が主流になりつつあります。
これらの中でスポット溶接は、ボディやプレスされたドアなどの板材を溶接する際に使用されます。ここで用いられるスポット溶接は、抵抗スポット溶接・レーザースポット溶接などです。
2. スポット溶接の不良原因
スポット溶接は、金属が持つ電気抵抗の特性を利用して溶接を行います。そして、スポット溶接のような抵抗溶接では不良の原因がいくつかあります。
- ナゲット径が小さいことから生じる板材などの接合不足
電極から流している電流の板材などへの通電不足や電極の先端が適切な径でないことが原因。 - 板材などの接合部の溶け込み不足や過度な凹みが発生する
電極が板材に接触した際に左右対称でないことや過通電・過加圧などが原因。
参考文献
https://www.yashima-corp.jp/column/column5/
https://www.hi-mecha.co.jp/technology/metal_welding/basic/
https://newswitch.jp/p/19520
https://www.tiw.co.jp/production/product?category=chassis
https://www.jisc.go.jp/app/jis/general/GnrJISSearch.html
https://engineer-education.com/production-engineering-28_resistance-welding/
https://04510.jp/times/articles/-/2853?page=1
https://www.honda.co.jp/kengaku/auto/weld/
http://www-it.jwes.or.jp/we-com/bn/vol_15/sec_2/2-1.jsp
https://www.weld.nipponsteel.com/techinfo/weldqa/detail.php?id=27UUGQP
https://www.rougi.or.jp/course/tokyo/gasyousetu
http://www.jwsc.or.jp/education_welding_05/