スポット溶接シミュレーション

電気・熱・変形が互いに影響し合い、しかも0.1秒程度の間に大きく変わるからだ。2枚の鋼板を銅合金の電極で挟んで加圧し、数kA〜十数kAの電流を流すと、抵抗の大きい板と板の接触面から発熱が始まる。温度が上がると鋼の電気抵抗は数倍に増えて発熱がさらに集中し、柔らかくなった板が電極に押されて接触面積が広がると、電流の通り道と電流密度が変わる。電極は水で冷やされているので、熱の大半は電極へ逃げる。溶けた部分（ナゲット）が大きくなりすぎると、溶けた金属が隙間から飛び散る「散り」が起きる。シミュレーションでは、電場・温度・変形の3つの解析を時間刻みごとにやり取りしながら解き、最も影響の大きい接触抵抗を温度と圧力の関数として与える。

大いにある。残りの熱の多くは、水で冷やされた銅合金の電極へ逃げ、一部はナゲットの周りの板を温める。つまりナゲットの大きさは、発熱と電極への熱の逃げの差で決まり、電極の冷却条件や電極先端の形（先端径が摩耗で広がると電流密度が下がる）で大きく変わる。シミュレーションで電極を一定温度の境界として扱うと、熱の逃げを過大に見積もってナゲットが小さく出やすい。電極を冷却水路まで含めてモデル化し、電極と板の接触の熱抵抗も与えるのがよい。この例の電流密度は電極先端径6 mmで約354 A/mm²で、電極先端径が摩耗で7 mmに広がると約26％下がり、同じ条件でもナゲットが小さくなる。

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