薄板溶接構造物におけるスポット溶接の最適配置と非破壊的手法を利用した信頼性評価

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650133
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 里中 忍 熊本大学, 工学部, 教授 (40128278)
• 研究分担者: 白川 英観 熊本大学, 工学部, 助手 (00295122)
• キーワード: 抵抗溶接 / スポット溶接 / 引張りせん断強さ / 電極変位量 / 最適配置 / 強度推定 / 応力解析 / 非破壊計測

研究概要

スポット溶接は品質の安定した生産性のある溶接法として、自動車や車両などの薄板構造物の組立工程に広く用いられている。これらの構造物に配置されているスポット溶接の間隔や点数は経験によることが多く、通常は安全性、信頼性の観点から過剰なスポット溶接が施されている。本研究では、多点スポット溶接構造物におけるスポット溶接の最適配置を検討するために、板厚、接合径、スポット溶接の間隔や配置が強度に及ぼす影響を応力解析と引張りせん断試験から調べ、さらに非破壊計測法を利用した強度推定法を試みた。得られた主な結果は以下のとおりである。
多点スポット溶接部材の強度は、接合径、板厚、板幅、スポット溶接の配置に大きく依存し、スポット溶接の配置を3種類に分類した基本パターンの強度から推定できることが明らかになった。3種類の基本パターンは横1列にスポット溶接を配置するもの、2列に配置するもの、千鳥状に配置しているものであり、それぞれパターンにおける支配因子は以下のようになることが応力解析と強度試験から示された。横1列のパターンでは、隣り合うスポット溶接の間隔が大きな支配因子で、応力分布、破断強度から単点スポット溶接を並列にならべたものとして推定できる。2列に配置したものでは、スポット溶接の横方向間隔の影響は横1列の場合と同じであるが、さらに列(縦方向)の間隔が曲げモーメントに影響し、列間隔約35mm以下ではその影響が大きくなると共に、その強度は単点スポット溶接との関係から定量的に推定できることを明らかにした。また、千鳥状に配置したものでは、上記二つのパターンの複合効果によるもので、この推定式も導くことができた。これらの結果から、最適配置を求めることは可能となったが、スポット溶接を配置するスペースは構造物の種類によって異なるために、これを拘束条件と考えると、最適配置は構造物ごとに考える必要があった。また、電極移動量を利用した非破壊インプロセス計測では、散りの発生の検知および発生限界の設定が可能となったが、プロセスの制御にはさらに応答性のよい計測技術の開発が必要となった。しかしながら、電極移動量を利用すると、接合径推定の可能性があることから溶接中の強度推定、強度を確保するために溶接間隔の調節にも利用できることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Shinobu Satonaka,Kin-ichi Matsuyama: "Review on Inspection Techniques for Spot Welds"Welding in the World. Vol.44,No.3. 1-10 (2000)
• [文献書誌] 里中忍: "抵抗溶接における現状と動向"日本溶接協会第10回技術講演会. 20-33 (1999)
• [文献書誌] 里中忍,白川英観,八田健一郎: "スポット溶接部材の強度に及ぼす溶接位置の影響"溶接学会全国大会講演概要. 第65集. 594-595 (1999)
• [文献書誌] S.Satonaka,K.Hatta,H.Kiyota,K.Tsukamoto,H.Shirakawa: "Tensile-Shear Strength of Spot Welded Structures"General Assembly of IIW. Doc.No.III-1153-00. 1-10 (2000)
• [文献書誌] 里中忍,清田晴彦,塚本計,白川英観: "多点スポット溶接部材の強度推定"溶接学会全国大会講演概要. 第67集. 282-283 (2000)
• [文献書誌] 里中忍,清田晴彦,塚本計,白川英観: "多点スポット溶接部材の強度推定"溶接学会軽構造接合加工研究委員会資料. MP-281-2000. 1-10 (2000)