電極接合の頻発トラブルへの効果的解決策

なぜ接合問題が起きるのか、どう防ぐか？

最近、抵抗スポット溶接電極に使える様々な材料について語ってきました。それら単体や組み合わせで、大電流と大きな加圧力に耐える必要があります。しかし、それだけではありません。仮に、銅30%・タングステン70%の比率で100%浸透した銅タングステン電極を用意しても、つまりタングステンの高温安定性・強度と銅の優れた熱・電気伝導性を兼ね備えても、問題は起こり得ます。

材料選定に加え、電極の設計と構造が良好でなければ、一貫した高品質溶接は得られません。電極投資から最長寿命を引き出すこともできません。正しい材料とチップ・シャンク形状だけでなく、電極製造時の適切な接合が必要です。

電極接合が重要な理由

電極設計と接合の不備は、最終製品の溶接品質にばらつきをもたらし、弱い溶接や溶接不良を招きます。電極自体の不良接合が熱伝導率を低下させ、電極の電気抵抗を変動させるためです。また、電極寿命を縮め、より頻繁な修理や交換を強います。

例えば、タングステンやモリブデン合金を銅シャフトにろう付けで接合した電極は、多くの抵抗スポット溶接用途に適しています。タングステンとモリブデンは高融点で高温安定、銅シャフトは熱を素早く放散します。しかし、ろう付けでこれらを接合する際、問題が生じます。

電極材と電極ホルダの接合部でろう材が均一に分布しないと、空洞が生じ、電気抵抗に影響し熱伝導率を低下させます。結果、接合品質にばらつきが出て、空洞が電極の有効接合面積を減らします。また、毛細管作用不足や部品の不正確なアライメントによるボイドも、電極接合強度を低下させます。

電極チップ過熱問題も、電極接合不備が原因で起こり得ます。溶接電流が電極を通過すると、発熱は広範囲に及びます。電極本体、チップ、チップ-部品界面、被溶接部品、部品間界面の全てに熱が生じます。溶接を重ねるごとにチップ残留熱が蓄積し、溶接レートと溶接エネルギーに依存する平均値で安定します。

手動溶接（低レート）なら残留チップ熱は大した問題になりません。しかし、1秒に1回以上の自動溶接環境では、残留チップ熱が以下の溶接問題を引き起こします：

• 部品変形の増大
• 部品クラック
• チップ急速酸化
• 部品材料/メッキのチップへの急速堆積
• 溶接強度低下
• 深刻なチップ-部品粘着
• 深刻なチップ形状摩耗
• チップ寿命短縮

過剰な溶接電流密度も、深刻な電極粘着、チップ面変形、チップ長さ方向曲がりを招き、これら全てが電極接合能力を低下させます。さらに、油、グリース、サビ/酸化皮膜、スケール、汚れなどの表面汚染物質がバリアとなり、電極製造時のろう付けを妨げ、電極材がシャフトから脱落する原因となります。

不良電極接合を防ぐ方法

幸い、電極とシャフトのシームレスな接合を実現すれば、上記多くの問題を解決できます。より良い電極-ホルダ接合法により、より一貫した電気抵抗と熱伝導率、再現性の高い溶接性能、長い電極寿命が得られます。その一つが、タングステン、モリブデン、およびそれらの合金（銅タングステン、銀タングステン、銀タングステンカーバイド等）で作られる電極アセンブリの無欠陥接合（NDB）です。

シームレス接合電極とは、シャフトと電極チップの間にフィラーがなく、接合がほぼ100%で、より広い有効接合面積を生み、ワークピース間により強く一貫した溶接を生み出します。さらに、シームレス接合電極は熱サイクルを最適化し、熱負荷と電極消耗を低減します。

NDBの場合、電極材料成分の特性を保持しながら、金型内で材料を融合させ、数マイクロメートルの厚さの接合を形成します。ろう付け電極とは異なり、NDB電極は電極とシャフトのシームレス接合により、一定の熱伝導率と電気抵抗を提供します。

電極接合を材料選定と同等に重視せよ

適切な溶接電極設計と構造がなければ、プロセス非効率、電極故障、弱い溶接による生産遅延に悩まされます。NDBのようなプロセスによる電極の適切な接合は、材料選定と同等に、一貫した溶接品質、最小限の電極粘着、最大電極寿命を確保する上で重要です。

端的に言えば、電極を構成する材料間の接合が良ければ良いほど、あなたの溶接結果はより良く、より再現性の高いものになります。NDB工法とその抵抗スポット溶接電極製造における利点についてさらに知りたい方は、抵抗スポット溶接電極の無欠陥接合に関するホワイトペーパーを無料ダウンロードしてご覧ください。