接合工法の種類

接合工法 – プロジェクション溶接 –

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プロジェクション溶接

[定義]

プロジェクション溶接は抵抗溶接の一種であり、被接合材の一部に突起を設け、その突起部に電流を集中させ、局所的に発生するジュール熱を利用して接合する方法です。突起部に電流を集中させることで、ジュール熱を効率よく発生させることができます。

また、プロジェクション溶接には、板にプレスなどの後加工で突起を設けて電流を集中させるエンボスプロジェクション丸棒の交差や板の角など、被接合材に初めからある突起を利用するソリッドプロジェクションの2つの接合方法があります。

エンボスプロジェクションは複数の突起を後加工で設けることで、一度に複数の点溶接が可能となります。また、スポット溶接の場合と同様、ナゲットと呼ばれる溶接金属部を形成します。

ソリッドプロジェクションは突起部が中実であり、熱容量の関係でナゲットを形成せず、塑性流動依存の固相接合になる場合が多いです。

エンボスプロジェクション

エンボスプロジェクションの接合プロセス図

ソリッドプロジェクション

ソリッドプロジェクションの接合プロセス図

[特徴]

プロジェクション溶接の特徴は以下のとおりです。

  1. 熱容量差が大きい同士の接合においても、その差に応じた適正な体積差の突起形状とすることによりジュール熱を制御し、良好な接合継手を得ることができます。
  2. 突起部により、局所的な確実な接触が得られることから、安定した接合部が得られます。
  3. スポット溶接に用いる電極は先端が曲率を有しているものが多く、電極の先端と被接合材の接触部で発熱が生じるため被接合材が溶着したりします。また、被接合材との間で磨耗が生じたりもします。そのため、接合継手の品質確保のために一定間隔ごとにドレッシング、交換が必要となります。それに対し、プロジェクション溶接の電極は発熱箇所とは距離を有し、実際の発熱箇所が突起部となるため、電極のドレッシング、交換までの期間を長くとることができます。
  4. 突起により、電流密度を集中させることができるので複数の同時点接合を行うことができます。同時に複数の点溶接を行うため、逐次に点接合を行っていく場合、すでに形成された溶接部で溶接には寄与しない電流が分流として失われるのに対し、プロジェクション溶接の場合はその電流の損失を抑えることができ、その結果、溶接点の間隔を狭くすることができます。また、一度に複数の点接合が可能となるため、生産効率を向上させることができます。
  5. 電気抵抗が小さい、熱伝導が大きいといった抵抗溶接では接合しづらい被接合材についても突起に局所的に電流を集中させることで接合性を向上させることができます。

[適用範囲、注意点]

プロジェクション溶接の注意点としては、突起部で均一な接合部を形成するためには突起形状の寸法精度、均一に加圧による、被接合材間での一様な接触が重要となります。

さらに、接合プロセスの進行にともない、突起部が変形するため、電極、固定治具にはその変形に追従するための応答性が求められます。接合装置の電極周辺の可動部分の質量を軽量化することは慣性力の影響を抑え、追従性の向上に有効となります。

また、一度に複数箇所の接合を行う場合は、高電圧、高電流が必要となる点を考慮する必要があります。

[事例]

エンボスプロジェクションはガソリンタンクショックアブソーバーのブラケットサスペンションサポートなどに適用されています。

ソリッドプロジェクションはナットボルトの取付けスタビライザブレーキドラムなどに適用されています。

[まとめ]

プロジェクション溶接は被接合材に突起を設け、その突起部に電流を集中させ効果的にジュール熱を発生、接合する方法です。

多点を同時に接合できる、電気抵抗、熱伝導の観点で接合しづらい材料の接合性を向上させることができるというメリットがあります。

その一方、突起に均一に電流を流すためには接合プロセス中に生じる突起の変形に対して、電極、固定治具には追従性が要求されます。

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