CN100509247C - 钢铝异料接合体和制造该钢铝异料接合体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供钢铝异料接合体和为此具有高焊接强度的点焊方法。钢铝异料接合体(3)包括具有预定宽度的钢材(1)和铝材(2)。确定被点焊部分的熔核(5)的面积与铝材(2)的厚度的关系，并且限定熔核(5)与界面反应层(6)的具有在0.5和10μm之间的范围内的厚度的部分相对应的部分的面积与铝材(2)的厚度的关系。

Description

钢铝异料接合体和制造该钢铝异料接合体的方法

技术领域

本发明涉及一种钢铝异料接合体，所述钢铝异料接合体通过将钢材和铝材焊接在一起而形成，用以制造包括汽车和铁路车辆的运输工具、机械部件和建筑结构的部件，和一种钢铝异料接合体制造方法。

背景技术

通常，点焊用于将相同金属的构件焊接在一起。倘若可以通过点焊将分别不同的金属的构件，例如铝构件和铁基构件焊接在一起，那么点焊将会极大地有助于材料重量的减轻。在本发明书中，术语“铝”用以指铝和铝合金并且术语“钢”可以用以代替“铁基”。

在将钢材和铝材焊接在一起时，在钢材和铝材的接合点可能产生脆性金属间化合物，因此，形成可靠、极牢固的接合点，即具有高焊接强度的接合点非常困难。因此，已经使用螺钉和铆钉将分别不同的金属的构件焊接在一起。然而，通过使用螺钉或铆钉形成的接合点存在可靠性、气密性和成本的问题。

已经对制造焊接材料的点焊方法进行了大量研究，所述焊接材料中每一个均通过将分别具有不同品质的的材料焊接在一起而形成。在专利文件1、2、3和4中提出了在钢材和铝材之间插入铝-钢包覆材料或钢垫的方法。在专利文件5、6和7中提出了在钢材和铝材之间用具有低熔点的金属镀覆钢材或者插入具有低熔点的金属片的方法。在专利文件8中提出的方法将绝缘粒子夹在钢材和铝材之间。在专利文件9中提出的方法在材料中形成了不规则处(irregularities)。在专利文件10中提出的方法在钢板和铝合金板之间的界面形成熔核使其通过极化效应的作用向阳极即铝合金板产生偏压。

[专利文件1]JP-A No.H6-63763

[专利文件2]JP-A No.H7-178563

[专利文件3]JP-A No.H4-55066

[专利文件4]JP-A No.H7-328774

[专利文件5]JP-A No.H4-251676

[专利文件6]JP-A No.H7-24581

[专利文件7]JP-A No.H4-143083

[专利文件8]JP-A No.H5-228643

[专利文件9]JP-A No.H9-174249

[专利文件10]JP-A No.H5-111776

发明内容

本发明解决的问题

那些以前提出的方法需要额外的处理如多层点焊处理和镀覆处理代替简单的点焊处理。因此，需要在现有的焊接线中添加额外的装置，从而增加焊接成本。那些以前提出的方法对焊接条件有限制并且需要困难的作业。在那些方法中仍然存在许多问题，如以令人满意的可重复性稳定形成高焊接强度的接合点的可能性和由焊接热量输入的增加产生的铝材厚度的减小所导致的焊接强度的降低。

熔核裂开的抑制和熔核强度对于点焊是重要的要求。以前提出的方法没有一个涉及熔核的裂开。

本发明是用以解决上述问题的，因此本发明的一个目的是提供这样的钢铝异料接合体，所述钢铝异料接合体具有高焊接强度并且能够在不使用任何额外的材料如包覆板和在不需要额外的处理的情况下通过点焊制造，并且还提供制造所述钢铝异料接合体的点焊方法。本发明的另一个目的是提供这样的钢铝异料接合体，所述钢铝异料接合体含有具有高焊接强度的接合点并且能够通过点焊以令人满意的可重复性稳定地形成而不产生如增加铝材厚度的减小量的问题，并且还提供制造所述钢铝异料接合体的点焊方法。本发明的第三目的是提供不会导致熔核裂开的点焊方法。

解决问题的方法

本发明的发明人进行了研究并且得到了如下认识，并基于得到的认识完成了本发明。

通常，可以通过促进熔核的形成实现通过点焊以高焊接强度将具有相同品质的材料如钢材或铝材焊接在一起。已知熔核面积越大，焊接材料的抗拉剪切强度和横向抗拉强度均越大。熔核面积依赖于热量输入；在热量输入越大或者焊接时间越长时，熔核面积越大。因此，通常通过在点焊过程中控制热量输入调整熔核的直径，得到具有高焊接强度的焊接材料。因为如果形成具有过大面积的熔核，则材料熔化到它的表面上并且产生飞溅，所以形成具有适当面积的熔核是重要的。

在将钢材和铝材焊接在一起时，由于钢材具有高于铝材的熔点和电阻，在钢材中产生的热量大于在铝材中产生的热量。因此，具有低熔点的铝材首先熔融，然后钢材的表面熔融。因此，在钢材和铝材之间形成了脆性Al-Fe金属间化合物。已知通过将钢材和铝材进行点焊形成的金属间化合物由两层组成；即，在钢材一侧的Al₅Fe₂化合物层和在铝材一侧的包含作为主要组分的Al₃Fe或Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层。这些金属间化合物很脆，因此不能以高焊接强度将钢材和铝材焊接在一起。

如果铝材熔化到它的表面上并且产生飞溅，则铝材厚度减小并且不能形成具有高焊接强度的接合点。鉴于需要高热量输入以形成具有适当直径的熔核而通过点焊以高焊接强度将钢材和铝材，即分别不同的金属的材料焊接在一起，必须抑制在界面内界面反应层的形成，将钢材的熔融深度限制到最低程度并且将飞溅的产生抑制到最低程度。

在短时间内提供高焊接电流时，可以形成具有大面积的熔核并且可以抑制飞溅的产生。这种焊接方式可以抑制钢材在界面内的熔融、可以减小界面反应层的厚度并且可以提高焊接强度。尽管可以形成具有大面积的熔核，但是如果长时间持续焊接，则由于飞溅，增加铝材厚度的减少量。此外，钢材在界面内熔融大，形成厚的界面反应层，因此焊接强度低。

在使用高焊接电流以增加电流密度时，某些钢的钢材产生明显飞溅并且形成厚的界面反应层。尽管焊接强度随着焊接电流的增加而增加，但是对焊接强度的增加有限制。在将具有最大焊接强度的熔核进行横向抗拉强度试验时，在不高于1.0kN/点的试验力下发生界面断裂并且铝材没有破碎。

与更薄的界面反应层是适宜的常识不同，发现厚度在最适宜厚度范围内的界面反应层是适宜的，并且形成大面积的厚度在最适宜厚度范围内的界面反应层是重要的。本发明的发明人认识到，需要调整在钢材和铝材之间的界面内的界面反应层的厚度和结构以通过高焊接强度将钢材和铝材焊接在一起。

研究了界面反应层的厚度对焊接强度的影响并发现即使界面反应层由在钢材一侧的Al₅Fe₂化合物层和在铝材一侧的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层组成，倘若Al₅Fe₂化合物层和Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层之间的厚度和面积关系满足最适宜范围内的条件，焊接强度也高。本发明基于这样的发现而完成。

更具体而言，发现当调整在铝材一侧的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层相对于Al₅Fe₂化合物层的厚度使其在最适宜厚度范围内并且大面积形成厚度在最适宜厚度范围内的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层时，可以大大提高焊接强度。

本发明的发明人发现界面反应层的组成依赖于钢材和铝材各自的品质，并且研究了界面反应层的组成对焊接强度的影响。通过研究发现Mn和Si有助于界面反应层强度的提高。发现钢材的Mn含量和Si含量和铝材的Si含量与焊接强度紧密相关，并且在相对于钢材的Mn含量和Si含量以及铝材的Si含量调整界面反应层的Mn含量和Si含量时，通过点焊形成的界面反应层的强度显著增加。

本发明提供这样的钢铝异料接合体，所述钢铝异料接合体通过点焊将厚度t₁在0.3和2.5mm之间的范围内的钢材和厚度t₂在0.5和2.5mm之间的范围内的铝材焊接在一起而形成，其中在点焊部分中形成的熔核具有在20t₂ ^0.5和70t₂ ^0.5mm²之间的范围内的面积，并且每种熔核与厚度在0.5和10.5μm之间的范围内的界面反应层的部分相对应的部分等于或大于10t₂ ^0.5mm²。

在本发明的钢铝异料接合体中，优选界面反应层包含在钢材一侧的Al₅Fe₂化合物层和在铝材一侧的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层，并且对应每个熔核的中心部分的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的部分具有沿着熔核的深度在0.5和10μm的范围内的平均厚度。优选Al₅Fe₂化合物层具有沿着熔核深度在0.5和5μm之间的范围内的平均厚度的部分具有等于或大于10t₂ ^0.5mm²的面积。优选对应熔核中心部分的Al₅Fe₂化合物层的部分具有沿着熔核深度在0.5和5μm的范围内的平均厚度。优选在界面反应层的厚度的中间部分具有1.5倍于钢材的Mn含量以及1.1倍于铝材和1.1倍于钢材的Si含量。优选钢材具有在0.05和0.5％之间的范围内的C含量、在0.5和3％之间的范围内的Mn含量和在0.02和2.0％之间的范围内的Si含量，并且铝材具有在0.4和2％之间的范围内的Si含量。

在根据本发明的钢铝异料接合体中，通过镀以厚度在3和15μm之间的范围内和熔点在350和950℃之间的范围内的Zn和/或Al膜，可以预先涂覆钢材或铝材的接合表面。

本发明提供这样的制造钢铝异料接合体的点焊方法，所述方法通过点焊将厚度t₁在0.3和2.5mm之间的范围内的钢材和厚度t₂在0.5和2.5mm之间的范围内的铝材焊接在一起，所述点焊使用这样的电极头，所述电极头每一个均具有等于或大于7mm的直径和等于或大于75mm的曲率半径R的圆形端部，使用所述电极头将在2t₂ ^0.5和4t₂ ^0.5kN之间的范围内的压力施加到重叠的钢材和铝材上，并且在等于或小于100t₂ ^0.5ms内供应在15t₂ ^0.5和30t₂ ^0.5kA之间的范围内的焊接电流。优选每一个电极头均具有等于或大于7mm的直径和等于或大于120mm的曲率半径R的圆形端部，使用所述电极头将在2.5t₂ ^0.5和4t₂ ^0.5kN之间的范围内的压力施加到重叠的钢材和铝材上，并且在等于或小于100t₂ ^0.5ms内供应在18t₂ ^0.5和30t₂ ^0.5kA之间的范围内的焊接电流。

在通过镀以厚度在3和15μm之间的范围内和熔点在350和950℃之间的范围内的Zn和/或Al膜，预先涂覆钢材或铝材的接合表面时，根据本发明的点焊方法使用这样的电极头，所述电极头每一个均具有等于或大于7mm直径和等于或大于75mm曲率半径R的圆形端部，并且包括多种焊接处理，所述多种焊接处理包括焊接电流和/或焊接时间彼此不同的至少两种点焊处理，所述两种点焊处理之一是高电流点焊处理，所述高电流点焊处理使用所述电极头将在2t₂ ^0.5和4t₂ ^0.5kN之间的范围内的压力施加到重叠的钢材和铝材上，并且供应在15t₂ ^0.5和30t₂ ^0.5kA之间的范围内的焊接电流，以形成面积在20t₂ ^0.5和70t₂ ^0.5mm²之间的范围内的熔核；所述两种点焊处理中的另一种是高电流点焊处理之后的低电流点焊处理，所述低电流点焊处理使用所述电极头将在2t₂ ^0.5和4t₂ ^0.5kN之间范围内的压力施加到重叠的钢材和铝材上，并且在100t₂ ^0.5和1000t₂ ^0.5ms之间的范围内的焊接时间内供应在t₂ ^0.5和10t₂ ^0.5kA之间范围内的焊接电流。

本发明提供这样的制造钢铝异料接合体的点焊方法，所述点焊方法通过点焊将厚度t₁在0.3和2.5mm之间的范围内的钢材和厚度t₂在0.5和2.5mm之间的范围内的铝材焊焊接在一起，其中电流供应末尾的焊接电流低于在电流供应起始的焊接电流。优选控制在电流供应末尾的焊接电流使得在铝材中形成的熔核的温度以等于或小于2500℃/s的平均冷却速度从600℃下降至200℃，并且在焊接区域的截面中熔核的最小厚度满足由式(1)表示的条件，

(熔核的最小厚度)/(铝材的厚度)≥0.3..........(1)。

本发明的有益效果

根据本发明，在通过点焊形成钢铝异料接合体时，在铝材一侧可以大面积地形成厚度在最适宜厚度范围内的界面反应层，并且可以形成具有大面积的熔核。因此，钢铝异料接合体具有高焊接强度。因为调整了界面反应层的Mn和Si含量，所以可以在不使用额外的材料和不需要额外处理的情况下通过点焊形成具有高焊接强度的钢铝异料接合体。

附图简述

[图1]图1是在根据本发明的第一实施方案中钢-铝焊接结构的截面图；

[图2]图2是在根据本发明的第二实施方案中钢-铝焊接结构的截面图；

[图3]图3是帮助说明用于制造钢铝异料接合体的点焊处理的图；

[图4]图4是在图5中显示的照片的代表性图；

[图5]图5是显示在根据本发明的钢铝异料接合体中焊接截面的焊接界面的截面结构的照片；

[图6]图6是代表性地显示其中通过已知方法供应电流的电流供应模式的图；

[图7]图7是代表性地显示以示于图6中的电流供应模式供应电流时熔核温度的变化的图；

[图8]图8是代表性地显示其中通过根据本发明的方法供应电流的电流供应模式的图；

[图9]图9是代表性地显示以示于图8中的电流供应模式供应焊接电流时熔核温度的变化的图；

[图10]图10是经由实施例显示的用于调整厚度比率的点焊条件的图；

[图11]图11(a)和11(b)分别是帮助说明测量熔核温度的方法的俯视图和侧视图；

[图12]图12是显示在实施例中温度变化的图；

[图13]图13是实施例18(比较例)中的接合点的显微照片；

[图14]图14是本发明的实施例1中的接合点的显微照片；

[图15]图15是在实施例25(比较例)中的接合点的显微照片；和

[图16]图16是在本发明的实施例13中的接合点的显微照片。

标记

1：钢材，2：铝合金板，3：钢铝异料接合体，4：氧化物膜，5：熔核，6：界面反应层，7和8：电极和40：沉积膜

实施本发明的最佳方式

钢铝异料接合体

图1以截面图显示了在根据本发明的优选实施方案中的钢铝异料接合体。如图1所示，钢-铝焊接结构是通过点焊将钢材1即钢材和铝材2即铝合金板焊接在一起形成的。钢材1的表面分别涂覆有氧化物膜4。熔核5具有通过点焊形成的焊接界面表面6即，界面反应层。在图1中的水平尺寸线指熔核5的直径。在图1中，t₁指钢材1的厚度，t₂指铝材2的厚度，并且Δt指在点焊后铝材的保留部分的最小厚度。图1显示了具有通过抑制飞溅形成的含有适宜直径的熔核的接合点。根据本发明的焊接材料具有示于图1中的接合点。

图2以截面图显示了在根据本发明的第二实施方案中的钢-铝焊接结构。示于图2中的钢铝异料接合体3是通过点焊将钢材1即钢材和铝材2即铝合金板焊接在一起形成的。除用沉积膜40预先涂覆示于图2中的钢材1的接合表面以外，示于图2中的钢铝异料接合体3与示于图1中的钢铝异料接合体3相同。可以至少在接合表面上，即钢材和铝材中任一个的一个表面上，或可以在接合表面和外表面，即钢材和铝材中任一个的两个表面上形成沉积膜40。

将说明本发明的必要条件及其作用。

钢材的厚度

本发明的钢铝异料接合体的钢材必须具有在0.3和2.5mm之间的范围内的厚度t₁。具有小于0.3mm的厚度t₁的钢材的强度和刚性对结构构件和结构材料是不足的。此外，在将压力施加于其上以点焊时，这种过薄的钢材变形大，易于损伤氧化物膜，从而促进在钢材和铝材之间的反应。因此，可能生成金属间化合物。在钢材具有大于2.5mm的厚度的情况下，使用不同的用于形成结构构件和结构材料的接合方法，因此无需通过点焊将这种材料焊接到另一种材料上。因此，钢材的厚度t₁无需大于2.5mm。

钢材的抗拉强度

对钢材的形状和品质没有特别限制。钢材可以具有任何适当的形状和任何适当的品质，如通常用于形成结构构件的钢材、型钢或钢管。优选钢材具有等于或大于400Mpa的抗拉强度。通常大多数合金钢具有低强度并且氧化物膜的大多数是铁氧化物的氧化物膜。因此，Fe和Al容易扩散并且可能生成脆性金属间氧化物。因此优选钢材具有高抗拉强度，适宜地等于或大于400Mpa的抗拉强度。

尽管本发明没有在钢材的组成上设置限制条件，但是优选满足前述强度条件的钢材是高抗拉钢材。可以使用除C以外还选择性地包含Cr、Mo、V和Ti的钢以提供具有高硬化性和沉淀硬化性的钢材。元素Cr、Mo和Nb提高硬化性和强度，元素V和Ti促进沉淀硬化以提高强度。但是，如果钢材包含具有过高含量的那些合金元素，则在焊接区域周围的部分的韧性降低并且形成易于裂开的熔核。因此钢材的钢具有含有在0.05和0.5％(质量百分比，除非另外声明)之间的范围内的C含量、在0.5和3.0％之间的范围内的Mn含量、在0.02和2.0％之间的范围内的Si含量的基本组成。优选在需要时钢材的钢选择性包含一种或两种或更多种包含Cr、Mo、Nb、V和Ti的元素，其中Cr含量在0至1％的范围内、Mo含量在0和0.2％的范围内、Nb含量在0和0.1％的范围内、V含量在0和0.1％的范围内并且Ti含量在0和0.1％的范围内。包含在钢材中的其它元素是Fe和不可避免的杂质。

元素Mn和Si分别将界面反应层的Mn含量和Si含量增加至适宜的含量水平，并且增加焊接强度。据推测元素Mn和Si在焊接过程中熔融，阻碍Fe和Al在接合表面中的扩散并且将脆性金属间化合物的产生抑制到最低程度。以高Mn含量和高Si含量包含在涂覆钢材表面的氧化物膜中的元素Mn和Si增强势垒效应，从而延缓在通过点焊熔融的熔化铝和钢材之间接触。

钢材上的氧化物膜

优选形成在钢材上的氧化物膜4的Mn含量和Si含量分别是钢材的基体金属的Mn含量和Si含量的两倍或两倍以上。尽管没有说明包含在氧化物膜中的Mn和Si的效果，但是形成在钢材的表面上的氧化物膜具有延缓熔化铝和钢材之间接触的势垒效应。据推测，氧化物膜的Mn含量和Si含量越高，氧化物膜的势垒效应越大。据推测，Mn和Si强化氧化物膜并且抑制焊接压力导致的氧化物膜的断裂。

据推测，在氧化物膜断裂时，包含在氧化物膜中的Mn和Si熔化，并且熔化的Mn和Si阻碍Fe和Al在接合表面中的扩散并且将脆性金属间化合物的产生抑制到最低程度。

在氧化物膜的Mn含量和Si含量分别小于钢材的Mn含量和Si含量的两倍时，Mn和Si的前述作用不显著，并且焊接强度提高作用不明显。氧化物膜的Mn含量和Si含量分别依赖于钢材的Mn含量和Si含量。钢材具有高Mn的含量和Si含量以增加氧化物膜的Mn含量和Si含量是适宜的。然而，如果钢材具有高的Mn含量和高的Si含量，那么在钢材的焊接区域周围的部分的韧性低并且形成易于裂开的熔核。优选钢材具有在1和2.5％的范围内的Mn含量和在0.5和1.5％的范围内的Si含量。

可以仅仅增加具有较低Mn含量和较低Si含量的钢材的表面层的Mn含量和Si含量以形成具有高的Mn含量和高的Si含量的氧化物膜。可以经由钢材截面的TEM-EDX分析确定氧化物膜的Mn含量和Si含量。

具有高的Mn含量和高的Si含量的氧化物膜的厚度可以在约几十纳米和约1微米之间的范围内，并且氧化物不必过厚。具有本发明规定的Mn含量和Si含量并且具有前述厚度的氧化物膜具有前述势垒效应。具有这种厚度和具有这种组成的氧化物膜对焊接不产生负面影响并且可以发挥前述势垒效应。通过比较简单的用于调整在钢材上的氧化物膜的组成的方法，在无需相当大地改变钢材和被焊接到钢材上的材料的条件和方法的情况下，可以实现能够形成具有高焊接强度的点焊。

铝板

对根据本发明的铝材的合金和形状没有特别限制。铝材可以选自通常使用的板、型钢、锻造材料和铸造材料使其满足结构构件的必需性能。铝材类似于钢材具有高强度以抑制在点焊使用的焊接压力下的变形是适宜的。最适宜的铝材是通常用于形成结构构件的A5000组和A6000组的那些。

包含在铝材中的硅(Si)类似于包含在钢材中的Si，将界面反应层的Si含量增加至适宜的水平并且提高焊接强度。据推测，Si在焊接过程中熔融，阻碍Fe和Al的扩散并且将脆性金属间化合物的产生抑制到最低程度。因此，优选铝材具有在0.4和2％之间的范围内的Si含量。优选这种适宜的铝材选自A6000组的那些。

本发明使用的铝材具有在0.5和2.5mm之间的范围内的厚度t₂。如果铝材的厚度t₂低于0.5mm，那么由铝材制成的结构构件的强度不足，不能形成具有适当面积的熔核，铝材易于熔化到它的表面上并且易于产生飞溅，从而不能形成具有高焊接强度的接合点。因为接合方法用于形成结构构件和结构材料，所以没有必要通过点焊将厚度大于2.5mm的铝材焊接到另一种材料上。因此，铝材的厚度t₂没有必要大于2.5mm。

熔核面积

优选通过点焊将铝材和钢材接合在一起，使得在示于图1中的点焊部分中的熔核5的面积在20t₂ ^0.5和70t₂ ^0.5mm²之间的范围内。换句话说，必须选择性地确定点焊条件，以形成具有在20t₂ ^0.5和70t₂ ^0.5mm²之间的范围内的面积的熔核。

在通过点焊将具有厚度t的相同金属的材料接合在一起时，公知常识是，从强度、操作效率和经济效益的观点出发，具有20t^0.5mm²级的面积的熔核5是最适宜的。本发明通过形成这样的熔核的点焊将不同金属的材料接合在一起，所述熔核的面积大于将不同金属的材料接合在一起时形成的最适宜熔核的面积。进行点焊以形成在被点焊的部分中形成的熔核5，所述熔核5可以具有在20t₂ ^0.5和70t₂ ^0.5mm²之间的范围内的面积，其中t₂是铝材厚度。这种点焊可以形成具有足够的焊接强度的接合点并且具有优异的操作效率和经济效应。在根据本发明将不同金属的材料接合在一起时，熔核的最适宜直径依赖于铝材的厚度，并且钢材的厚度对熔核的最适宜直径的影响极小，可忽略不计。

低于20t₂ ^0.5mm²、更严格低于30t₂ ^0.5mm²的熔核面积过小并且焊接强度不足。大于70t₂ ^0.5mm²的熔核面积提供足够的焊接强度，但是易于产生飞溅并且大大降低铝材的厚度。因此熔核面积在20t₂ ^0.5和70t₂ ^0.5mm²之间的范围内，优选在30t₂ ^0.5和70t₂ ^0.5mm²之间的范围内。

熔核面积的测量

通过在钢-铝接合点中界面表面的面积的测量确定通过本发明形成的熔核面积。测量在钢-铝接合点中界面表面的面积的方法是从钢-铝接合点中的界面表面上剥离或切下铝材并且分析铝材的图像以确定熔核面积。在熔核具有基本上环形的形状时，可以切下钢-铝接合点，可以使用光学显微镜检查钢-铝接合点的截面以测量在界面表面中的熔核的直径，并且可以使用测量的直径计算熔核面积。测量在界面表面中的熔核沿着至少两个垂直方向的直径。

界面反应层的厚度

在示于图1中的熔核5上界面反应层6的厚度在0.5和10.5μm之间的范围内的部分的面积等于或大于10t₂ ^0.5mm²。根据焊接强度规定具有最适宜厚度的界面反应层的面积。与常识相反，更薄的界面反应层是适宜的，本发明形成厚度在最适宜厚度范围内的界面反应层。本发明的目的是一定形成界面反应层而不是不形成它。本发明是基于在大面积内形成厚度在最适宜厚度范围内的界面反应层的技术思想；即，在宽的范围内形成界面反应层。

当界面反应层的厚度在0.5和10μm之间的范围内的部分的面积小于10t₂ ^0.5mm²，更严格小于25t₂ ^0.5mm²时，不能形成厚度在最适宜厚度范围内的界面反应层并且降低焊接强度。在界面反应层的厚度小于0.5μm的部分中钢-铝扩散不足并且焊接强度低。更厚的界面反应层更脆。厚度大于10μm的部分特别脆并且焊接强度低。因而，界面反应层的面积越大，接合点的焊接强度越低。因此，界面反应层的厚度在0.5和10.5μm之间的范围内的部分的面积必须等于或大于10t₂ ^0.5mm²，更严格地等于或大于25t₂ ^0.5mm²。

类似于熔核面积，通过分析在钢-铝接合点的界面表面中的铝材部分的图像或者用SEM观察在钢-铝接合点的界面表面中的铝材的部分，确定界面反应层的厚度。

形成界面反应层的化合物

优选本发明规定在钢铝异料接合体中即，在示于图1中的焊接界面表面6的金属间化合物。本发明规定的金属间化合物示于图4和图5中，所述图4和图5显示钢铝异料接合体的接合点中焊接界面表面6的截面。图4是显示在示于图4的钢铝异料接合体中焊接区域的截面的照片的代表性图。

如图4所示，在焊接界面表面6中在钢材一侧形成Al₅Fe₂化合物层并且在铝材一侧形成Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn的粒状或针状化合物层。在图4中，垂直尺寸l₁是沿着这样部分的熔核深度的平均厚度，所述部分对应在铝材一侧形成的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的熔核中心部分，并且水平尺寸S₁是在钢铝异料接合体中接合点的在此厚度范围内的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的部分的面积，即在水平面内的面积。在图4中，垂直尺寸l₂是沿着这样部分的熔核深度的平均厚度，所述部分对应在钢材一侧形成的Al₅Fe₂化合物层的熔核中心部分，并且水平尺寸S₂是在钢铝异料接合体中接合点的在此厚度范围内的Al₅Fe₂化合物层的部分的面积即，在水平面内的面积。

在铝材一侧的化合物层

优选沿着这样部分的熔核深度的平均厚度l₁在0.5和10μm之间以提高焊接强度，所述部分对应Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的熔核的中心部分。在本发明中术语“中心部分”指从熔核中心在±0.1mm之内的部分。

Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层是在铝材一侧的金属间化合物。如图3和4所示，Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物是粒状或者针状的化合物。在熔核中心部分中化合物的颗粒大(化合物的针状颗粒长)，并且颗粒的颗粒尺寸(针状颗粒的长度)向熔核外围(向图3和4中的右侧和左侧)逐渐降低。化合物颗粒的密度在熔核外围部分小并且化合物颗粒分散。Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的面积大于Al₅Fe₂化合物层的面积。

除上述形状的作用以外，Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物还具有锚定作用。Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物增强Al₅F₂化合物层与铝材的粘附并且提高焊接强度。在Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层过薄时，这些作用是不能得到的。在l₁小于0.5μm时，锚定作用不足，Al₅Fe₂化合物层与铝材的粘附不令人满意，易于发生夹层断裂并且断裂表面是平坦和平滑的。根据本发明，沿着这样部分的熔核深度的平均厚度l₁等于或大于0.5μm，所述部分对应Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的熔核的中心部分。

如果Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层生长至过大的厚度，那么各种化合物颗粒开始断裂。当l₁大于10μm时，这种趋势显著。根据本发明，沿着这样部分的熔核深度的平均厚度l₁等于或小于10μm，所述部分对应Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的熔核的中心部分。

在钢材一侧的化合物层

根据本发明，优选具有在0.5和5μm之间的范围内的平均厚度l₂的Al₅Fe₂化合物层的部分的面积S₂等于或大于10t₂ ^0.5mm²、优选等于或大于20t₂ ^0.5mm²，另外满足在铝材一侧的化合物层的那些条件，以提高焊接强度。优选沿着这样部分的熔核深度的平均厚度l₂在0.5和5μm之间的范围内以提高焊接强度，所述部分对应Al₅Fe₂化合物层的熔核的中心部分。

在钢一侧的化合物层和铝一侧的化合物之间的关系

优选除分别规定钢一侧的化合物层和铝一侧的化合物层的条件以外，还规定在钢一侧的化合物层和铝一侧的化合物层之间的关系以提高焊接强度。优选在钢铝异料接合体的焊接界面中形成Al₅Fe₂a的化合物层的平均厚度l₂的部分中，形成平均厚度l₂在0.5和10μm之间的范围内的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层，厚度在所述厚度范围内的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的部分的面积S₁等于或大于15t₂ ^0.5mm²，优选等于或大于25t₂ ^0.5mm²。

当平均厚度在所述厚度范围内的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的部分的面积S₁更大时，焊接强度更高。当面积S₁小于15t₂ ^0.5mm²并且强度相同时，很可能是熔核的接合点面积越大，足以使接合点断裂的断裂载荷(焊接强度)越低。当熔核的接合面积小时，接合点易于在更低的载荷下断裂。当厚度在所述厚度范围内的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的部分的面积S₁等于或大于25t₂ ^0.5mm²时，具有高焊接强度的接合点(接合界面)足够大，从而断裂载荷大。因此，足以使接合界面断裂的断裂载荷远大于足以使铝材断裂的断裂载荷，界面断裂不发生并且铝材断裂。

从焊接强度的观点出发，规定具有最适宜厚度的界面反应层的面积以通过界面反应层的最适宜厚度和最适宜面积控制在钢材一侧的化合物层和在铝材一侧的化合物层之间的关系。根据本发明，与常识相反，更薄的界面反应层是适宜的，界面反应层是有意形成的。如上所述，本发明基于在大面积内形成厚度在最适宜厚度范围内的界面反应层的技术思想；即，在宽的范围内形成界面反应层。

焊接强度和断裂形式

根据本发明，在焊接强度高时，接合界面不断裂并且接合点以插头的形状断裂，即在Al₃Fe化合物层外侧的铝材的部分断裂。换句话说，这种接合点的断裂形式显示通过本发明形成的接合点具有高焊接强度。在焊接强度低时，接合界面断裂，锚定的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层撕裂，并且Al₅Fe₂化合物层与Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层分开。这种接合点的断裂形式显示接合点具有低焊接强度。

控制焊接强度的因素

将考察控制焊接强度的因素各自的影响。

Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度l₁对焊接强度的提高具有最大的影响。Al₃Fe化合物层的面积S₂对焊接强度的提高具有大的影响，所述Al₃Fe化合物层具有在0.5和5μm之间的最适宜范围内的平均厚度l₂。

Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层具有在铝材和Al₅Fe₂化合物层之间产生粘附的锚定作用，因此Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度l₁有助于提高在熔核中心部分的焊接强度。如果仅仅调整Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度l₁，在Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层与Al₅Fe₂化合物层之间的界面可能断裂，因此足以使界面断裂的断裂载荷可能不是很大。具有在0.5和5μm之间的最适宜范围内的平均厚度l₂的Al₅Fe₂化合物层的面积S₂有助于确保在宽的范围内的稳定的粘附，并具有提高足以使点焊的接合点断裂的断裂载荷的作用。不能通过仅调整Al₅Fe₂化合物层的面积S₂稳定强度并且强度在宽的范围内离散。除调整Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度l₁以外，还调整Al₅Fe₂化合物层的面积S₂，可以稳妥地保证高焊接强度。

沿着在这样部分的熔核深度的平均厚度l₂与Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的面积S₁有助于提高焊接强度，所述部分对应Al₅Fe₂化合物层的熔核的中心部分，所述Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层具有在最适宜厚度范围内的平均厚度。然而这两种因素对提高焊接强度的作用小。尽管这些因素对提高焊接强度的单个作用小，但是在除调整Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度l₁和Al₅Fe₂化合物层的面积S₂以外，还适当地调整这些因素时，这些因素对于形成具有最高焊接强度的接合点是有效的。

测量金属间化合物的方法

通过EDX分析对通过HAADF-STEM(10,000×至20,000×)得到的接合点的截面的图像进行半定量分析，得到如图5所示的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层和Al₅Fe₂化合物层的结构的照片。换句话说，除非通过将在下面描述的HAADF-STEM方法检查接合点的界面，否则可能难以实现本发明规定的金属间化合物的识别和金属间层的厚度和面积的准确测量。

测量在示于图5的接合点的界面中在测量点1-1至1-24的部分的各自组成，并且以包含在这些部分中的Al、Fe、Si、Mn和Mg的原子百分比(原子％)识别金属间化合物。经确定如下部分是Al₃Fe化合物的部分，所述部分具有在73和95原子％之间的Al含量、在5和25原子％之间的Fe含量和小于2原子％的Si含量。经确定如下部分是Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物的部分，所述部分具有在70和78原子％之间的Al含量、在10和30原子％之间的Fe含量和在2和15原子％之间的Si含量。经确定如下部分是Al₅Fe₂化合物的部分，所述部分具有在60和73原子％之间的Al含量、在25和30原子％之间的Fe含量和小于2原子％的Si含量。

HAADF-STEM方法(高角度环形暗场扫描透射电子显微镜方法)通过环形探测器连接经高角度一侧的弹性散射而散射的电子得到信号。HAADF-STEM图像几乎不受到衍射反差的影响，并且反差大致与原子数(Z)的平方成比例。通过HAAD-STEM方法得到的图像是含有关于组成信息的二维图像。HAAD-STEM方法可以准确地检测痕量元素，因此HAAD-STEM方法对于分析接合点的界面的微结构是有效的。

更具体而言，将熔核中心部分的焊接材料切下以得到试样，将试样埋入树脂使得可以观察试样的截面，并且通过抛光将该截面进行镜面精加工。用SIM粗略地测量在界面反应层中化合物层各自的厚度。使用聚焦粒子束加工装置(FB-2000A，Hitachi，Ltd.)通过FIB处理，将熔核中心部分、在假定为Al₅Fe₂化合物层的层的界面的内侧部分、在假定为Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的层的界面的内侧部分和在厚度大于化合物层的上限厚度的部分内侧和外侧上的部分减薄至可以进行TEM观察的厚度，以获得用于观察和分析的试样。使用场发射透射电子显微镜(10,000×至20,000×)(JEM-201F，JEOL)检查试样。加速电压为200kV并且场为100μm。通过EDX点分析检测颗粒和不同相，以鉴别Al₅Fe₂化合物层以及Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层。

通过以10μm的场在HAADF-STEM图像中测量相同处的厚度确定沿着Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的深度的厚度(长度)。计算沿着Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn粒状和针状颗粒的深度的长度和平均长度。测量Al₅Fe₂化合物层的图像的五个部分的厚度(长度)并计算平均厚度。测量所有试样。在将圆顶形电极头用于点焊时，两种化合物层的各自厚度从中心部分向外围部分降低。测量每种化合物层对应厚度大于上限的部分的圆圈的直径和对应厚度低于下限的部分的圆圈的直径，并且计算每种化合物层的在最适宜厚度范围内的部分的面积。

界面反应层的组成

优选界面反应层具有适宜的Mn含量和适宜的Si含量以提高焊接强度。界面反应层的Mn含量和Si含量由该界面反应层的厚度的中间部分的那些表示。优选界面反应层的中间部分具有等于或大于钢材的1.5倍的Mn含量。

优选界面反应层的中间部分具有等于或大于铝材的1.1倍和等于或大于钢材的1.1倍的Si含量。

为了形成具有适宜的Mn含量和适宜的Si含量的界面反应层，钢材和铝材必须具有最适宜的Mn含量和最适宜的Si含量，并且必须优化用于点焊的焊接条件。实际的试验证实界面反应层的Mn含量可以最大增加至钢材的2.5倍，并且界面反应层的Si含量可以最大增加至钢材和铝材的1.8倍。当Mn含量和Si含量在得到的含量范围以内更高时，存在焊接强度更高的趋向。

通过焊接接合点的截面的TEM-EDX分析或者SIMS分析，经过确定Mn和Si各自的二次离子强度，可以确定界面反应层的Mn含量和Si含量。因为由SIMS分析得到的数据的误差小，推荐Mn和Si的二次离子强度的SIMS分析。通过使用由SIMS得到的在界面反应层的中间部分中Mn和Si的二次离子强度数据以及铝材和钢材的Mn含量和Si含量的数据，计算界面反应层的Mn含量与钢材的Mn含量的比率、界面反应层的Si含量与钢材的Si含量的比率和界面反应层的Si含量与铝材的Si含量的比率。

铝板厚度的减小量

适宜的是将铝材的点焊部分的厚度的减小量限制到最低的可能程度以形成具有足够焊接强度的接合点。适宜地，作为标准，铝材在焊接后的最小厚度Δt等于或大于厚度t₂的50％。优选最小厚度Δt等于或大于厚度t₂的90％。通过使用光学显微镜或SEM观察截面测量减小厚度，并且从铝材的最初厚度t₂减去测量的减小厚度，可以确定铝材的最小厚度Δt。

沉积膜

在将钢材和铝材焊接在一起之前，可以将铝材或钢材的接合表面涂以熔点在350℃和950℃之间的范围内的Zn和/或Al沉积膜。具有几乎等于铝材的熔点和最适宜厚度并且置于钢材和铝材之间的沉积膜可以控制形成钢-铝金属间化合物的界面反应层的时间，并且可以形成具有在0.5和10.5μm之间的适当厚度的界面反应层。如果沉积膜具有小于3μm的厚度或者沉积膜具有小于350℃的熔点，那么沉积膜熔融，在焊接初始阶段排出，不能抑制脆性界面反应层的形成。如果沉积膜具有大于15μm的厚度或者沉积膜具有高于950℃的熔点，那么需要大量的焊接热量输入以熔融并排出沉积膜。因此，沉积膜的厚度在3和15μm之间、优选在5和10μm之间的范围内，并且沉积膜的熔点在350℃和950℃之间、优选在400℃和900℃之间的范围内。最优选沉积膜的熔点在不低于铝的熔点温度和900℃之间的范围内。

通过包括下列的方法确定沉积膜的厚度：从被镀材料上切下试样，将试样埋入树脂，将试样的截面抛光并且用SEM观察试样的抛光截面。优选SEM的放大倍率是2,000×，并且计算三个点的测量厚度的平均值。

满足前述条件的沉积膜在钢一侧形成该沉积膜时能够赋予钢材以耐腐蚀性，并且能够容易地沉积在钢材和铝材上。优选沉积膜由包含Zn和Al作为主要组分的材料制成。适宜地，沉积膜由包含含量等于或大于80％的Zn或Al或包含Zn和Al两者的材料制成。

在用包含Zn和Al作为主要组分的沉积膜预先涂覆钢材时，通过将钢材加工形成的结构构件具有提高的耐腐蚀性。通常，用涂覆材料的膜涂覆钢材。即使涂层材料的膜被损坏时，因为包含在沉积膜中的Zn和Al优先被腐蚀，钢材即，基体金属得到保护免受腐蚀。因为沉积膜降低钢材和铝材之间的电位差，所以可以抑制由不同金属之间的接触产生的接触腐蚀，这种接触腐蚀在钢铝异料接合体中是一个问题。

Al膜、Al-Zn膜、Zn膜和Zn-Fe膜是包含Zn或Al作为主要组分的沉积膜的实例。根据本发明，优选通过增加界面反应层的Mn含量和Si含量抑制脆性金属间化合物层的形成，并且优选形成能够防止界面反应层易于裂开的金属间化合物。为了实现这些目的，沉积膜包含Si和Mn似乎是有效的。在增加界面反应层的Mn含量和Si含量是适宜的时候，包含Zn和Al作为主要组分的沉积膜必须包含等于或大于5质量％的Si和Mn。然而，如果沉积膜包含过量Si和Mn，那么在熔核周围的部分易于裂开。在沉积膜包含Mn时，这种趋势特别明显。因此，除Al-Si沉积膜以外，包含Zn和Al作为主要组分并且包含Mn和Si的沉积膜是实用的。换句话说，通过调整钢材的Mn含量和铝材的Si含量增加界面反应层的Mn含量和Si含量是重要的。

从前述描述中知道根据本发明，推荐含有等于或大于88质量％的Zn含量的沉积Zn膜作为包含Zn和Al作为主要组分的沉积膜。推荐用具有在8和12质量％之间的范围内的Fe含量的沉积Zn膜涂覆钢材表面。

具有涂以Zn含量等于或大于88质量％的沉积Zn膜的表面的钢材具有特别高的耐腐蚀性。可以容易地将沉积Zn膜的熔点控制在350℃和950℃之间的范围内。在Zn含量等于或大于88质量％和Fe含量在8和12质量％之间的范围内的沉积Zn膜熔融并排出之后，留下的铁(Fe)与铝材有效地反应。因此，能够在短时间内控制界面反应层的形成，并且可以形成最适宜厚度在0.5和10.5μm之间的范围内的界面反应层。自然，耐腐蚀性高并且可以抑制由在不同金属之间的接触产生的接触腐蚀。

沉积膜还可以包含除前述元素以外的元素。应选择性确定所述额外的元素的种类和所述额外的元素各自的含量，使得沉积膜的熔点在本发明规定的范围之内，可以不降低沉积膜的耐腐蚀性并且不会产生导致熔核周围的部分裂开的有缺陷的焊接。

本发明不对镀覆钢材或铝材的镀覆方法进行任何限制。镀覆方法可以是已知的湿镀法或者已知的干镀法。推荐电镀法、热浸法和包含热浸步骤和其后的合金化步骤的镀覆方法。推荐将电镀法和锌酸盐转化法用于将铝材镀Zn。

点焊

图3说明了经由实施例制造钢铝异料接合体的点焊方法。在图3中显示的是钢材1、铝合金板2、钢铝异料接合体3、熔核5和电极7和8。

将描述根据本发明的用于形成钢铝异料接合体的点焊条件。

焊接压力

为了形成具有较大的必需面积的熔核、形成具有必需面积的最适宜的界面反应层并且将下列各项调整到在由本发明规定的相应最适宜范围内的那些：Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度l₁、在熔核中心部分的Al₅Fe₂化合物层的部分的平均厚度l₂、在最适宜厚度范围内的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的部分的面积S₁和Al₅Fe₂化合物层的面积S₂，必须在点焊中使用较高焊接压力。

更具体而言，焊接压力在2t₂ ^0 5和4t₂ ^0 5kN之间的较高压力范围内，其中t₂是铝材厚度。即使焊接压力在压力范围之内，其它焊接条件也控制前述化合物层的形成，并且化合物层的尺寸不是必然在由本发明规定的相应最适宜范围内。因此，必须根据材料的品质和其它焊接条件从在由本发明规定的较高压力范围内的那些中选择最适宜的焊接压力。

在使用较高焊接压力时，可以实现在钢材和铝材之间以及电极和材料之间稳定的电接触而不考虑电极头的形状，在熔核中的熔融金属可以得到包围熔核的未熔融部分的支持。因此，能够形成具有较大的必需面积的熔核，可以形成具有必需面积的界面反应层并且可以控制表面飞溅。

在使用小于2t₂ ^0.5kN的低焊接压力时，点焊不能发挥前述作用。在焊接压力过低并且电极头具有圆形端部时，电极头在小的接触面积内与钢材和铝材接触。因此，形成具有小面积的熔核，电流密度增加导致界面反应层增加并且焊接强度降低。极可能在平均厚度l₁内不能形成Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层，并且极可能在平均厚度l₂内不能形成在Al₅Fe₂化合物层的熔核中心周围±0.1mm的范围内的部分。

熔核面积随着焊接压力的增加而降低。在使用大于4t₂ ^0 5kN的焊接压力时，必须供应超过最适宜焊接电流的高焊接电流以形成具有适宜面积的熔核。这种高焊接电流导致飞溅并且导致界面反应层生长，从而降低焊接强度。铝材变形大并且在焊接部分中形成大的凹疤，从而对钢铝异料接合体的外观产生负面效果。

焊接电流

为了形成具有较大的必需面积的熔核、形成具有必需面积的最适宜的界面反应层并且将下列各项调整到在由本发明规定的相应最适宜范围内的那些：Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度l₁、在熔核中心部分中的Al₅Fe₂化合物层的部分的平均厚度l₂、在最适宜厚度范围内的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的部分的面积S₁和Al₅Fe₂化合物层的面积S₂，对于点焊必须在短时间内提供较高焊接电流。

更具体而言，必须在小于100t₂ ^0 5ms的短时间内供应在15t₂ ^0.5和30t₂ ^0 5kA之间的范围内的较高焊接电流。即使在此短时间内供应在此电流范围内的焊接电流，其它焊接条件也控制前述化合物层的形成，并且化合物层的尺寸不是必然在本发明规定的相应最适宜范围内。因此，必须根据材料的品质和其它焊接条件，从在本发明规定的较高电流范围中和时间范围内的那些选择最适宜的焊接电流和最适宜的焊接时间。

在短时间内供应较高焊接电流时，可以实现在钢材和铝材之间以及电极和材料之间稳定的电接触，在熔核中的熔融金属可以得到包围熔核的未熔融部分的支持。因此，可以形成具有较大的必需面积的熔核，可以形成具有必需面积的界面反应层并且可以控制排出和表面飞溅。

低于15t₂ ^0.5kA、更严格低于18t₂ ^0.5kA的低焊接电流不能产生足以使熔核形成并生长的焊接热量输入，因此，不能形成具有较大面积的熔核并且不能形成具有必需面积的最适宜界面反应层。极可能在平均厚度l₁内不能形成Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层，并且极可能在平均厚度l₂内不能形成在Al₅Fe₂化合物层的熔核中心周围±0.1mm的范围内的部分。

为了供应超过30t₂ ^0 5kA的高焊接电流，需要额外的装置，从而对作业和成本不利。因此焊接电流等于或小于30t₂ ^0.5kA。因此，焊接电流在15t₂ ^0.5和30t₂ ^0 5kA、优选18t₂ ^0.5和30t₂ ^0.5kA之间的范围内。

焊接时间

焊接时间是100t₂ ^0.5ms的较短时间，其中t₂是铝材厚度。尽管超过100t₂ ^0.5ms的长焊接时间可以形成具有适宜直径的熔核，但是这种长焊接时间导致飞溅和界面反应层的生长，从而焊接强度低。为了控制界面反应层，焊接时间等于或少于100t₂ ^0 5ms，优选在20t₂ ^0.5和80t₂ ^0.5ms之间的范围内。考虑到材料品质、焊接条件和焊接电流，必须选择最适宜的焊接时间，使得可以实现本发明规定的化合物的最适宜控制。

电极形状

倘若可以形成具有前述面积的熔核以及界面反应层，那么电极头可以具有任何形状。分别与钢材和铝材接触的电极头可以在形状和尺寸方面彼此不同。适宜地，如图3所示，与钢材和铝材接触的两个电极头是具有圆形端部的圆顶形电极头。每个电极头的圆形端部的直径和半径R必须分别等于或大于7mm和等于或大于100mm，以实现既降低电流密度又增加熔核面积。在使用直流点焊时，分别与铝材和钢材接触的电极各自的极性分别为正极和负极是适宜的。

通过使用具有直径等于或大于7mm和半径等于或大于120mm的圆形端部的电极头，可以适当地既实现电流密度的减小又实现熔核面积的增加。在使用这种电极头时，优选的焊接压力在2.5t₂ ^0 5和4t₂ ^0.5kN之间的范围内，优选的焊接电流在18t₂ ^0 5和30t₂ ^0 5kA之间的范围内，并且优选的焊接时间等于或少于100t₂ ^0.5ms。

必须使这些最适宜的条件平衡好。例如，在增加电极头的圆形端部的直径和半径R以减小电流密度时，为了形成具有最适宜厚度的界面反应层而增加焊接电流。倘若另外的条件和以阶梯模式供应焊接电流对于形成具有适宜面积的熔核和形成具有最适宜厚度的界面反应层没有害处，那么可以将适于更低焊接电流的焊接条件加到前述焊接条件中并且可以以阶梯模式供应焊接电流。

已经描述了用于在具有高焊接强度的钢铝异料接合体中形成具有适宜面积的熔核和具有最适宜厚度的界面反应层所必需的焊接条件。将描述在钢材或铝材的接合表面上形成厚度在3和15μm之间和熔点在350℃和950℃之间的Zn和/或Al沉积膜时，将钢材和铝材焊接在一起的点焊方法。

为了除防止沉积膜保留在界面反应层中、形成具有必需面积的熔核和形成具有必需厚度的最适宜界面反应层以外，还实现界面反应层的形成的最适宜控制，在接合表面上形成沉积膜时，点焊条件的控制是重要的。

电极的形状和焊接压力具有前述作用和效果。

焊接电流和焊接时间

优选所选择的点焊处理是形成具有必需面积的熔核和具有必需面积的最适宜界面反应层的高电流点焊处理。所述高电流点焊处理控制熔核的裂开。当有沉积膜时，最适宜焊接时间依赖于沉积膜的类型和厚度，因此不规定任何最适宜焊接时间。必须确定依赖于熔核直径而不依赖于沉积膜的类型和厚度的焊接时间。焊接电流和熔核直径的前述范围是有效的。然而，高电流点焊处理不能完全熔化和排出沉积膜并且沉积膜的部分保留。因此，厚度在0.5和10.5μm之间的界面反应层的部分的面积小并且所述面积不足以提供高强度。因此，高电流点焊处理之后需要低电流点焊处理以熔化和排出沉积膜。所述低电流点焊处理使用在2t₂ ^0.5和4t₂ ^0.5kN之间的范围内的焊接压力，并且在100t₂ ^0.5和1000t₂ ^0.5ms之间的范围内的时间内供应在t₂ ^0 5和10t₂ ^0 5kA之间的范围内的电流。焊接压力可以不同于前种处理使用的焊接压力，但是必须在相同范围内。低于t₂ ^0 5kA的焊接电流或100t₂ ^0 5ms的焊接时间对于熔化和排出沉积层的作用不足。尽管超过10t₂ ^0.5kA的焊接电流或者超过1000t₂ ^0 5ms的焊接时间增加熔核直径，但是这种焊接电流或者这种焊接时间促进界面反应层的形成并且降低厚度在0.5和10.5μm之间的界面反应层的部分的面积。因此，包括至少两种处理的多种处理满足条件的控制范围。

将描述主要目的是抑制钢铝异料接合体的熔核的裂开的点焊方法，所述钢铝异料接合体通过点焊将钢材和铝材焊接在一起而形成，并且意在用于熔核的裂开是一个问题的情况下。

通过用以开发将钢材和铝材点焊使通过点焊形成的熔核不裂开的点焊方法的研究，本发明的发明人发现，在点焊循环的终期阶段使用低于在点焊循环的初期阶段的焊接电流的焊接电流非常有效地防止熔核的裂开。本发明的发明人基于所述发现检验了最适宜焊接条件并且完成了本发明。将描述根据本发明的有效防止熔核裂开的焊接条件和这些焊接条件的作用。

当点焊方法使用其中供应如图6所示的固定焊接电流的点焊循环，或者没有显示的其中在点焊循环的终期阶段供应高于在所述点焊循环的初期阶段的焊接电流的焊接电流的点焊循环时，刚在终止电流供应后，如图7所示，熔核温度急剧下降。据推测，在使用这种点焊循环时，在熔核中产生不能被熔核吸收的大的应变并且熔核裂开。

当点焊方法使用这样的点焊循环，其中以图8所示的两阶式改变焊接电流，其中在所述点焊循环的终期阶段的焊接电流低于所述点焊循环的初期阶段的焊接电流的时候，如图9所示熔核逐渐冷却。据推测，在熔核中产生可以被熔核吸收的小的热应变，从而可以抑制熔核的裂开。

本发明特征在于在点焊循环的终期阶段供应的焊接电流低于在点焊循环的初期阶段供应的焊接电流。可以通过任何适合的方式实现这种供应焊接电流的模式。例如，焊接电流供应方法可以以图8所示的两阶降低焊接电流或者另一种焊接电流供应方法可以以三阶连续降低焊接电流。从操作效率的观点出发，优选以如图8所示的两阶电流供应模式供应焊接电流。

本发明的发明人研究了冷却速率和熔核裂开之间的关系，从而找到确实可以抑制熔核裂开的冷却速率范围。经研究发现，将在铝材一侧通过焊接形成的熔核以等于或小于2500℃/s的冷却速率从600℃冷却至200℃是适宜的。因为即使依赖于形成铝材的铝合金的类型，但形成在铝材一侧的熔核在约600℃和约500℃之间的范围内的温度开始凝固并且在约200℃完全凝固，所以在此温度范围内控制冷却速率有效地抑制在凝固过程中熔核的裂开。尽管优选冷却速率等于或小于2000℃/s，但是从操作效率的观点出发，冷却速率的下限是约500℃/s。

本发明的发明人研究了供应焊接电流的条件并且发现，当以至少两 阶，即，在如图8所示的两阶电流供应模式中第一阶段和第一状态之后的 第二阶段供应焊接电流用于接触点焊时，控制焊接电流使得在第二阶段供 应的焊接电流为在第一阶段供应的焊接电流的70％至10％是有效的。

如果在第二阶段供应的焊接电流大于在第一阶段供应的焊接电流的70％，那么不能展示本发明的效果，因为这种两阶电流供应模式与常规的一阶电流供应模式几乎没有不同。优选在第二阶段供应的焊接电流等于或小于在第一阶段供应的焊接电流的50％。如果在第二阶段供应的焊接电流小于在第一阶段供应的焊接电流的10％，那么熔核迅速冷却并且在第二阶段开始时在熔核中易于产生裂缝。因此，在第二阶段供应的焊接电流不小于在第一阶段供应的焊接电流的20％是适宜的。

尽管本发明对焊接电流和焊接时间没有进行进一步限制，但是供应焊接电流使其满足下面的电流供应条件是适宜的。当电极头具有直径等于或大于6mm的圆形端部和半径R小于75mm的圆形形状时，通过在第一阶段供应等于或大于8kA(优选等于或大于10kA)的焊接电流可以将铝材熔融用于冶金焊接。如果焊接电流过高，那么铝材过度熔融并且容易产生飞溅。适宜地，第一阶段的焊接电流等于或低于18.0×t₂ ^0.5kA，优选等于或低于15.0×t₂ ^0 5kA。适宜的是，用于第一阶段的焊接电流，在电极头具有直径等于或大于6mm的圆形端部和半径R等于或大于75mm并小于120mm的圆形形状时，在15.0×t₂ ^0 5和30.0×t₂ ^0 5kA之间的范围内，或者在电极头具有直径等于或大于6mm的圆形端部和半径R等于或大于120mm的圆形形状时，在18.0×t₂ ^0.5和30.0×t₂ ^0 5kA之间的范围内。

当电极头具有直径等于或大于6mm的圆形端部和半径R小于75mm的圆形形状时，可靠焊接所必需的适宜的第一阶段的焊接时间等于或大于30ms，优选等于或大于40ms。过长的焊接时间是不适宜的，因为如果焊接时间过长，那么在铝材中产生飞溅并且形成易于裂开的厚度小的熔核。适宜地，第一阶段的焊接时间等于或少于600ms。当电极头具有直径等于或大于6mm的圆形端部和半径R不小于75mm的圆形形状时，在电极头和板之间的接触面积大并且易于产生飞溅。适宜地，第一阶段的焊接时间等于或少于100×t₂ ^0.5，优选在20×t₂ ^0.5和80×t₂ ^0.5ms的范围内。

当电极头具有直径等于或大于6mm的圆形端部和半径R小于75mm的圆形形状时，尽管依赖于焊接电流，但是用于可靠焊接的第一阶段的适宜焊接压力等于或大于1.0kN。当焊接压力过高时，易于产生飞溅。适宜的焊接压力等于或小于1.4×I²×10^-8kN，其中I是焊接电流(A)。当电极头具有直径等于或大于6mm的圆形端部和半径R等于或大于75mm并小于120mm的圆形形状时，在电极头和板之间的接触面积大并且电流密度低。因此，必须使用在2.0×t₂ ^0.5和4.0×t₂ ^0 5kN之间的范围内的较高焊接压力。当电极头具有直径等于或大于6mm的圆形端部和半径R不小于120mm的圆形形状时，必须使用在2.5×t₂ ^0.5和4.0×t₂ ^0 5kN之间的范围内的焊接压力。

除第二阶段的焊接电流是第一阶段的焊接电流的70％至10％以外，对于第二阶段的电流供应条件没有特别限制。如果第二阶段的焊接时间过短，那么不能充分降低冷却速率并且熔核迅速冷却。适宜的第二阶段的焊接时间等于或大于50ms。因为如果第二阶段的焊接时间过长，则易于产生飞溅，所以第二阶段的焊接时间不长于600ms是适宜的。

尽管第二阶段的焊接压力没有特别限制，但是用于可靠焊接的适宜的焊接压力等于或大于1kN。如果焊接压力过高，那么在第二阶段产生类似于可能在第一阶段产生的问题的问题。第二阶段的焊接压力等于或低于6kN是适宜的。

本发明的发明人研究了用于不同材料的焊接电流供应条件。发现在相同焊接条件下焊接的不同铝合金材料各自的焊接条件彼此几乎没有不同。发现一些在相同焊接条件下焊接的各自具有不同强度的钢材具有依赖于强度的不同焊接条件。存在这样的趋势即，在被焊接到具有高强度的钢材上的铝材中形成的熔核薄并且易于裂开。据推测，这种趋势是由包含在高强度钢材中的大量合金元素的热量产生的促进和产生的铝材的熔融和闪蒸所导致的。发现根据钢材的强度水平调整焊接电流供应条件是非常有效的，并且为了焊接具有更高强度的钢材使用更少的电量是适宜的。下面将描述焊接电流供应条件。

(I)钢材的强度：小于390MPa

(I-1)电极头的端部：直径：等于或大于6mm，半径R：小于75mm。

第一阶段的焊接条件

焊接电流(I)：等于或小于18.0×t₂ ^0 5kA(t₂指铝材的厚度(mm))

焊接压力(F)：等于或小于9.8×I²×10^-9kN(I指电流(A))

焊接时间：等于或小于600ms

第二阶段的焊接条件

焊接电流(I)：2.0至6.0kA

焊接压力(F)：0.5至2.5kN

焊接时间：50至600ms

(I-2)电极头的端部：直径：等于或大于6mm，半径R：等于或大于75mm并且小于120mm

第一阶段的焊接条件

焊接电流(I)：15.0×t₂ ^0.5至30.0×t₂ ^0.5kA(t₂指铝材的厚度(mm))

焊接压力(F)：2.0×t₂ ^0 5至3.5×t₂ ^0.5kN

焊接时间：等于或少于100×t₂ms

第二阶段的焊接条件

焊接电流(I)：2.0至20.0kA

焊接压力(F)：0.5至3.5kN

焊接时间：50至600ms

(I-3)电极头的端部：直径：等于或大于6mm，半径R：等于或大于120mm

第一阶段的焊接条件

焊接电流(I)：15.0×t₂ ^0 5至30.0×t₂ ^0 5kA(t₂指铝材的厚度(mm))

焊接压力(F)：2.5×t₂ ^0 5至3.5×t₂ ^0.5kN

焊接时间：等于或少于100×t₂ms

第二阶段的焊接时间

焊接电流(I)：2.0至20.0kA

焊接压力(F)：1.0至4.0kN

焊接时间：50至600ms

(II)钢材的强度：等于或大于390并且小于890MPa

(II-1)电极头的端部：直径：等于或大于6mm，半径R：小于75mm。

第一阶段的焊接条件

焊接电流(I)：等于或小于18.0×t₂ ^0.5kA(t₂指铝材的厚度(mm))

焊接压力(F)：等于或小于1.2×I²×10^-8kN(I指电流(A))

焊接时间：等于或少于400ms

第二阶段的焊接条件

焊接电流(I)：2.0至6.0kA

焊接压力(F)：1.0至3.0kN

焊接时间：50至500ms

(II-2)电极头的端部：直径：等于或大于6mm，半径R：等于或大于75mm并且小于120mm

第一阶段的焊接条件

焊接电流(I)：15.0×t₂ ^0 5至30.0×t₂ ^0 5kA(t₂指铝材的厚度(mm))

焊接压力(F)：2.0×t₂ ^0.5至4.0×t₂ ^0.5kN

焊接时间：等于或小于100×t₂ms

第二阶段的焊接条件

焊接电流(I)：2.0至20.0kA

焊接压力(F)：0.5至3.5kN

焊接时间：50至600ms

(II-3)电极头的端部：直径：等于或大于6mm，半径R：等于或大于120mm

第一阶段的焊接条件

焊接电流(I)：15.0×t₂ ^0 5至30.0×t₂ ^0.5kA(t₂指铝材的厚度(mm))

焊接压力(F)：2.0×t₂ ^0.5至4.0×t₂ ^0 5kN

焊接时间：等于或少于100×t₂ms

第二阶段的焊接条件

焊接电流(I)：2.0至20.0kA

焊接压力(F)：1.0至4.0kN

焊接时间：50至600ms

(III)钢材的强度：大于890MPa

(III-1)电极头的端部：直径：等于或大于6mm，半径R：小于75mm。

第一阶段的焊接条件

焊接电流(I)：等于或小于18.0×t₂ ^0.5kA(t₂指铝材的厚度(mm)

焊接压力(F)：等于或小于1.4×I²×10^-8kN(I指电流(A))

焊接时间：等于或小于150ms

第二阶段的焊接条件

焊接电流(I)：2.0至6.0kA

焊接压力(F)：1.0至3.5kN

焊接时间：50至400ms

(III-2)电极头的端部：直径：等于或小于6mm，半径R：等于或大于75mm并且小于120mm

第一阶段的焊接条件

焊接电流(I)：15.0×t₂ ^0 5至30.0×t₂ ^0 5kA(t₂指铝材的厚度(mm)

焊接压力(F)：2.5×t₂ ^0 5至4.0×t₂ ^0.5kN

焊接时间：等于或少于100×t₂ms

第二阶段的焊接条件

焊接电流(I)：2.0至20.0kA

焊接压力(F)：0.5至3.5kN

焊接时间：50至600ms

(III-3)电极头的端部：直径：等于或大于6mm，半径R：等于或大于120mm

第一阶段的焊接条件

焊接电流(I)：15.0×t₂ ^0.5至30.0×t₂ ^0.5kA(t₂指铝材的厚度(mm)

焊接压力(F)：2.5×t₂ ^0 5至4.0×t₂ ^0 5kN

焊接时间：等于或少于100×t₂ms

第二阶段的焊接条件

焊接电流(I)：2.0至20.0kA

焊接压力(F)：1.0至4.0kN

焊接时间：50至600ms

本发明特征在于，通过在焊接循环的终期阶段供应低于在焊接循环的 初期阶段供应的焊接电流的焊接电流以使熔核逐渐冷却，大大减少在熔核 中的裂缝。发现为了确实控制熔核的裂开，既形成具有满足式(1)的厚度的 熔核又控制熔核冷却的冷却速率是有效的。

(熔核的最小厚度)/(铝材的厚度)≥0.3..........(1)

当熔核的厚度相对于铝材的厚度过小时，即使熔核逐渐冷却，熔核也不能令人满意地吸收其中产生的热应变。因此，熔核容易像图13所示那样裂开。优选熔核的厚度满足不等式：(熔核的最小厚度)/(铝材的厚度)≥0.4。控制焊接电流和焊接时间使其满足经由实施例从图10所示的趋势得到的式(2)并且满足式(3)，有效地形成具有这样的厚度的熔核，所述厚度与铝材的厚度的比率不小于固定值。

假设电极头的圆形端部具有等于或大于6mm的直径和小于75mm的半径R。

焊接电流和焊接时间在钢材具有等于或大于390MPa并且小于890MPa的强度时满足式(2)，或者在钢材具有不小于890MPa的强度时满足式(3)。

(焊接电流(kA))×(焊接时间(ms))≤4000

                       ..........(2)

(焊接电流(kA))×(焊接时间(ms))≤2000

             ..........(3)

本发明不对包含焊接电流的波形、电极的形状和材料以及电压的其它焊接条件进行任何限制。其它焊接条件可以是普遍实用的。本发明的焊接方法可适用于制造焊接材料而不考虑钢材和铝材的类型和厚度。铁基材料可以是例如纯铁材料、各种钢板和镀过的钢板。铝材可以是纯铝材料和国际合金标准中规定的型号2000，3000，4000，5000，6000和7000的铝合金板。

将根据其实施例描述本发明。本发明在其申请中并不受到如下的实施例的限制，并且在本发明的范围内可以进行符合本发明的前述和如下的要旨的改变和变更。

实施例1

将具有示于表1中的化学组成(质量％)的试验钢熔融。将试验钢板坯进行轧制以得到1.2mm厚的钢材。通过使用在约500℃和1000℃之间的温度的连续退火处理将所述钢材退火。通过水洗或油洗清洗已退火的钢材。将已清洗的钢材回火以得到等级980MPa的高抗拉强度钢材。将可商购的A6022(型号6000)的厚度分别为0.1mm和1.6mm的铝合金板用作试验铝材。

将所述钢材和所述铝合金板切成具有横向抗拉强度试验样品形状的试件，并且通过点焊将所述钢材和铝合金板试件焊接在一起，得到钢铝异料接合体。将直流接触点焊试验机用于点焊。结合铝材各自的厚度t₂选择性地确定焊接压力、焊接电流和焊接时间。将每个试样的一个点在表2所示的焊接条件下焊接。使用Cu-Cr合金的圆顶形电极头。电极头的尺寸对于示于表3中的比较例是50mmR-12mmφ、对于示于表4中的比较例是150mmR-5mmφ、对于示于表5中的实施例和比较例是100mmR-12mmφ、对于示于表6中的实施例和比较例是150mmR-12mmφ、对于示于表7中的实施例和比较例是120mmR-7mmφ、对于示于表8中的实施例和比较例是120mmR-12mmφ。将正电极连接到铝材上并且将负电极连接到钢材上。正电极和负电极配置有具有相同形状的电极头。

将通过点焊形成的每个样品的焊接部分的中心部分切下，将切下的样品埋入树脂，将切下的样品的截面抛光并且在光学显微镜下观察抛光截面。测量在所述截面中的熔核的直径并且计算熔核面积。测量熔核的两条垂直的直径。将通过点焊形成的样品的焊接部分的中心部分切下，将切下的样品埋入树脂，将切下样品的截面抛光并且使用SEM观察抛光截面以测量界面反应层的厚度。当界面反应层的厚度等于或大于1μm时使用2000×的放大倍率，并且当界面反应层的厚度小于1μm时使用10000×的放大倍率。

对应熔核5的中心部分的界面反应层的部分具有最大厚度。界面反应层的厚度从对应熔核5的中心部分的部分向对应熔核5的外围部分的外围部分降低。测量厚度等于或大于0.5μm的界面反应层的部分的直径和厚度超过10μm的界面反应层的部分的直径，并且计算这些部分各自的面积。测量熔核的两条垂直直径。

将样品进行横向抗拉强度试验以测试焊接强度。与作为参考焊接强度的A6022-A6022焊接材料的1.0kN的焊接强度比较评价样品的焊接强度。以双圆标记具有不低于1.5kN的焊接强度或具有在横向抗拉强度试验过程中裂开的铝材的样品，以圆标记具有在1.0和1.5kN之间的焊接强度的样品，以三角形标记具有在0.5和1.0kN之间的焊接强度的样品和以交叉号标记小于0.5kN的焊接强度的样品。

因为抗拉剪切强度试验的结果极大地依赖于试验条件，使用横向抗拉强度试验以评价强度。抗拉剪切强度试验的结果的特性类似于横向抗拉强度试验的结果的特性。分别具有通过横向抗拉剪切强度试验确定的焊接强度并以圆或双圆标记的样品分别具有等于或大于2.5kN的高抗拉剪切强度。

表3至8显示了通过将示于表1中的钢材和A6022铝材焊接在一起制造的钢铝异料接合体的横向抗拉强度试验的结果。从分别用于示于表3至8中实施例和比较例的电极头尺寸的比较知道，当直径和半径R在本发明规定的范围内增加时，钢铝异料接合体的焊接强度增加。从用于示于表3至8中实施例和比较例的示于表2中的点焊条件的比较知道，在控制焊接压力、焊接电流和焊接时间使其在本发明规定的相应范围内时，熔核面积和厚度在0.5和10μm之间的最适宜厚度范围内的界面反应层的部分的面积大，从而焊接强度高。

表1

表2

表3

(比较例，电极头：50mm R，12mm直径)

表4

(比较例，电极头：150mm R，5mm直径)

表5

(电极头：100mm R，12mm直径)

表6

(电极头：150mm R，12mm直径)

实施例2

将具有示于表1中的化学组成(质量％)的试验钢熔融。将试验钢板坯进行轧制以得到1.2mm厚的钢材。通过使用在约500℃和1000℃之间的温度的连续退火处理将所述钢材退火。通过水洗或油洗清洗已退火的钢材。将已清洗的钢材回火以得到等级980MPa的高抗拉强度钢材。将可商购的A6022(型号6000)的厚度分别为0.1mm(表10、11和12)和1.6mm(表12)的铝合金板用作试验铝材。将所述钢板(钢材)和所述铝合金板(铝材)切成在A3137，JIS中规定的横向抗拉强度试验样品形状的试件，并且通过在示于表9中的焊接条件下点焊将所述钢材和铝合金板试件焊接在一起以得到钢铝异料接合体。

将直流接触点焊试验机用于点焊。预先测试包括焊接压力、焊接电流和焊接时间的焊接条件与本发明规定的化合物的平均厚度和面积的控制之间的相互关系。结合铝材各自的厚度t₂选择性确定焊接压力、焊接电流和焊接时间。在示于表9中的焊接条件下焊接每个试样的一个点。使用Cu-Cr合金的圆顶形电极头。电极头的尺寸对于示于表10中的比较例是50mmR-12mmφ、对于示于表11和12中的实施例和比较例是120mmR-12mmφ、对于示于表13中的实施例和比较例是150mmR-12mmφ。将正电极连接到铝材上并且将负电极连接到钢材上。正电极和负电极配置有具有相同形状的电极头。通过前述测量方法测量试样各自的厚度在最适宜厚度范围内的界面反应层的部分的厚度和面积。测量数据示于表10至13中。

将样品进行横向抗拉强度试验以测试焊接强度。参考A2022-A2022焊接材料的1.0kN的焊接强度评价样品的焊接强度。以双圆标记具有大于1.5kN的焊接强度或具有在横向抗拉强度试验过程中断裂的铝材的样品，以圆标记具有在1.0和1.5kN之间的焊接强度的样品，以三角形标记具有在0.5和1.0kN之间的焊接强度的样品和以交叉号标记小于0.5kN的焊接强度的样品。

表10至13显示了这样的钢铝异料接合体的横向抗拉强度试验的结果，所述钢铝异料接合体通过将示于表1中的钢材和A6022铝材焊接在一起而制造。从表10至13知道，根据本发明具有这样的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的钢铝异料接合体具有高焊接强度，所述Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层具有对应熔核中心部分的部分并具有在0.5和10μm之间的范围内的平均厚度l₁。与根据本发明的其它钢铝异料接合体相比，根据本发明的通过如下方法形成的钢铝异料接合体具有最高的焊接强度：除控制Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度l₁和Al₅Fe₂化合物层的面积S₂以外，还控制对应熔核中心部分的Al₅Fe₂化合物层的部分的平均厚度l₂和厚度在最适宜厚度范围内的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的部分的面积S₁。这种焊接条件在表11至13中以E、F和G表示。在表10至13的比较例中，不满足本发明的要求的钢铝异料接合体具有低焊接强度。在示于表10至13的比较例中，钢铝异料接合体各自的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度l₁在最适宜厚度范围以外。

在比较例中多种钢铝异料接合体的熔核具有在被推荐的范围以外的面积。例如，在示于表10的比较例中，钢铝异料接合体的熔核具有在12t₂ ^0.5和19t₂ ^0.5mm²之间的范围内的小面积，所述钢铝异料接合体是通过使用50mmR-12mmφ电极头焊接的；并且通过使用120mmR-12mmφ电极头焊接的示于表11和12的比较例中的钢铝异料接合体的熔核，和示于表13中的通过使用150mmR-12mmφ电极头在焊接条件B下形成的钢铝异料接合体的熔核具有在17t₂ ^0 5和20t₂ ^0.5mm²之间的范围内的小面积。

在示于表11和12的比较例中，通过使用120mmR-12mmφ电极头焊接的钢铝异料接合体的熔核，和示于表13的通过使用150mmR-12mmφ电极头在焊接条件C下形成的钢铝异料接合体的熔核具有在72t₂ ^0.5和89t₂ ^0.5mm²之间的范围内的大的面积。在实施例中所有钢铝异料接合体的熔核具有在上述推荐范围内的面积。根据本发明的熔核面积为在20t₂ ^0.5和70t₂ ^0.5mm²之间的范围内的面积是适宜的。尽管在示于表11和12的比较例中，通过使用120mmR-12mmφ电极头焊接的钢铝异料接合体的熔核，和示于表13的通过使用150mmR-12mmφ电极头在焊接条件A下形成的钢铝异料接合体的熔核具有在28t₂ ^0 5和38t₂ ^0.5mm²之间的范围内的面积，并且具有基本上等于在实施例中在焊接条件D、E和G下形成的钢铝异料接合体的熔核的直径，在比较例中的那些钢铝异料接合体具有低焊接强度。尽管熔核必须具有大于如上所述的某个临界面积的面积，但是控制界面反应层的厚度和结构是更重要的。

在实施例和比较例中所有钢铝异料接合体的铝材具有类似的厚度减少量，并且铝材的保留部分具有等于或大于其最初厚度的50％的最小厚度Δt。

表7

(电极头：120mm R，7mm直径)

表8

(电极头：120mm R，12mm直径)

表9

表10

(电极头：50mm R，12mm直径，厚度t₂：1.0mm)

注解：交叉号(×)表示未焊接情形

表11

(电极头：120mm R，12mm直径，厚度t₂：1.0mm)

实施例3

将具有示于表14的化学组成(质量％)的试验钢熔融。将试验钢板坯进行轧制以得到1.2mm厚的钢材。通过使用在800℃和900℃之间的温度的连续退火处理将所述钢材退火。通过水洗或油洗清洗已退火的钢材。将已清洗的钢材回火以将钢材的强度调整到适宜的强度。将可商购的含0.05％Si且不含Mn的1mm厚的A1050铝合金板和可商购的含1.10％ Si和0.07％Mn的1mm厚的A6022铝合金板用作试验铝材。将所述钢板(钢材)和所述铝合金板(铝材)切成在A3137，JIS中规定的具有横向抗拉强度试验样品形状的试件，并且通过点焊将所述钢材和铝合金板的试件焊接在一起以得到钢铝异料接合体。

将直流接触点焊试验机用于点焊。在示于表9的G和H的焊接条件下焊接每个试样的一个点。使用Cu-Cr合金的圆顶形的120mmR-12mmφ电极头。将正电极连接到铝材上并且将负电极连接到钢材上。

在点焊后保留的样品的铝材的部分具有等于或大于其最初厚度的50％的最小厚度。将通过点焊形成的每个样品的焊接部分的中心部分切下，将切下样品埋入树脂，将切下样品的截面抛光并且在光学显微镜下观察所述抛光截面以确定最小厚度Δt。

类似于用于最小厚度测量的试样，制备用于Si和Mn含量测量的试样。经由通过SIMS(ims5f，CAMECA)的二次离子强度的测量确定每种样品的Si含量和Mn含量。使用具有8kV的能量的氧离子作为一次离子。用氧离子束轰击包含在接合点中的界面的50μm²的小点，并检测从样品溅射的正二次离子，用于在垂直接合点界面的方向上Mn和Si的二次离子的线性分析。重复该测量三次。确定在界面反应层的中心部分中Mn二次离子强度和Si二次离子强度分别与在铝材和钢材中Mn二次离子强度和Si二次离子强度的比率，分别作为Mn含量比率和Si含量比率。计算平均Mn含量比率和平均Si含量比率。

在表15和16中显示了如下钢铝异料接合体的横向抗拉强度试验的结果，所述钢铝异料接合体通过将示于表14中的钢材和上述铝材点焊而得到。

从表15和16明显看出，当钢材的抗拉强度小于400MPa时，接合点的焊接强度低，并且钢材必须具有等于或大于400MPa，适宜地等于或大于500MPa的抗拉强度以形成分别具有高焊接强度的接合点。当钢材具有低C含量、低Mn含量、低Si含量和类似示于表15和16中的软钢(SPCE)的低强度时，无论点焊条件如何，都不能形成具有高焊接强度的接合点。

从表15和16中知道，当厚度在0.5和10.5μm之间的界面反应层的部分的面积在本发明规定的适宜的面积范围以外时，即使钢材具有足够高的抗拉强度或即使钢材具有前述适宜的组成，焊接强度也低。

从表15和16中还知道，当熔核具有在适宜的范围内的直径，厚度在0.5和10.5μm之间的界面反应层的部分在适宜的面积范围内并且界面反应层具有高Mn含量比率和高Si含量比率时，可以形成具有高焊接强度的接合点。

当铝材具有类似示于表15和16的A1050铝合金板的低Si含量时，无论点焊条件如何都不能增加接合点的焊接强度使其超过某一极限。

表12

(电极头：120mm R，12mm直径，厚度t₂：1.6mm)

表13

(电极头：150mm R，12mm直径，厚度t₂：1.0mm)

表14

 

	C	Si	Mn	P	S	注释
							SPCE	0.01	0.02	0.15	0.011	0.006	比较例
440MPa高抗拉强度钢	0.14	0.03	0.91	0.01	0.003
							590MPa高抗拉强度钢	0.057	0.51	1.18	0.008	0.003
980MPa高抗拉强度钢	0.175	1.38	1.98	0.014	0.002

实施例4

将具有含C的化学组成(0.1C-2.3Mn-0.2Cr-0.32Mo)的试验钢熔融。将试验钢板坯进行轧制以得到1.2mm厚的钢材。通过使用在500℃和1000℃之间的温度的连续退火处理将所述钢材退火。通过水洗或油洗清洗已退火的钢材。将已清洗的钢材回火以将钢材的强度调整至980MPa的适宜的强度。将可商购的1mm厚的A6022-T4铝合金板用作试验铝材，所述铝合金板具有1.01质量％的Si含量、0.07质量％的Mn含量和0.6质量％的Mg含量。

将钢材镀Zn。将钢材浸入10％硫酸溶液5分钟以进行酸洗和活化。通过在如下镀覆条件下不同的镀覆处理镀覆酸洗的钢材。电镀Zn处理使用pH3的Zn-镀液，所述Zn-镀液通过将400g/l的硫酸锌、30g/l的硫酸铝、15g/l的氯化钠、30g/l的硼酸和硫酸混合而制备。将钢材浸入镀液中并且供应20A/dm²的电流以将钢材涂以10μm厚的Zn膜。Zn-10％Ni镀覆处理使用通过将硫酸镍和氯化镍加入到电镀Zn处理使用的镀液中制备的镀液。将钢材浸入镀液中并且供应10A/dm²的电流，以将钢材涂以10μm厚的Zn-10％Ni膜。通过将钢材浸入瓦特浴(Watts bath)并且供应10A/dm²的电流将在比较例中的钢材镀以10μm厚的Ni膜。

通过使用不同熔融金属的热浸处理将钢材涂以10μm厚的Al膜、10μm厚的Al-9％Si膜、10μm厚的Zn-Fe膜(Fe含量：5、8、10和15％)。Zn-10％Fe热浸处理调整Fe含量和熔融金属的温度并且将温度拉至形成厚度为1、3、10、15和20μm的膜。将铝材镀Zn。将铝材浸入10％硝酸溶液30秒以进行酸洗。将已酸洗的铝材浸入包含500g/l的氢氧化钠、100g/l的氧化锌、1g/l的氯化铁和10g/l的罗谢尔盐的镀浴中30秒，以进行锌酸盐转化。然后，通过电镀处理将铝材镀以Zn(包含Zn合金)。将每种被镀材料的样品切下，将切下样品埋入树脂并抛光，在SEM下以2000×的放大倍率观察样品的抛光截面。测量样品上三个点的厚度并计算平均厚度。将钢板(钢材)和铝合金板(铝材)切成在A3137，JIS中规定的横向抗拉强度试验样品形状的试件，并且通过点焊将所述钢板和铝合金板的试件焊接在一起以得到钢铝异料接合体。

通过使用示于表17中的焊接电流(kA)和焊接时间(ms)的三种焊接处理1、2和3进行点焊。焊接每个样品的一个点。焊接处理2和3分别是高电流处理和低电流处理。镀覆处理1至3使用相同的焊接压力。使用直流接触点焊试验机。使用Cu-Cr合金的圆顶形120mmR-12mmφ电极头。将正电极连接到铝材上并且将负电极连接到钢材上。根据熔核面积、厚度在0.5和10.5μm之间的界面反应层的部分的面积、焊接强度和耐腐蚀性评价钢铝异料接合体。测量结果示于表18中。

通过上述测量方法测量焊接强度。界面反应层是通过EDX分析确定的Fe和Al的化合物层，所述Fe和Al的化合物层具有等于或大于1重量％的Fe和Al含量以及小于所述Fe和Al含量的Zn和Ni含量。将这样的层认作是沉积层并认作不是界面反应层，所述的层具有小于1重量％的Fe和Al含量以及高于所述Fe和Al含量中任一个的Zn和Ni含量。

通过上述方法评价钢铝异料接合体各自的接合点的焊接强度。

通过将点焊形成的钢铝异料接合体进行耐腐蚀性试验得到示于表18中的耐腐蚀性试验的结果。通过磷酸锌涂覆处理和模拟钢铝异料接合体作为汽车部件等的性能的涂覆处理，处理钢铝异料接合体。将每种钢铝异料接合体通过碱去油处理去油，通过水洗处理清洗并且通过表面处理法用1％ Surffine 5N-10(Nippon Paint Co.，Ltd.)的溶液处理30秒。然后，将钢铝异料接合体浸入50℃的磷酸锌浴液2分钟，所述磷酸锌浴液包含1.0g/l的锌离子、1.0g/l的镍离子、0.8g/l的锰离子、15.0g/l的磷酸离子、6.0g/l的硝酸离子和0.12g/l的亚硝酸离子并具有2.5pt的色调值、22pt的总酸度和用于磷酸锌处理的在0.3和0.5pt之间的范围内的酸度。将通过磷酸锌处理的钢铝异料接合体涂以阳离子电沉积涂覆材料(Powertop V50，灰色，Nippon Paint Co.，Ltd.)，然后将被涂覆的钢铝异料接合体在170℃烘焙25分钟以形成30μm厚的涂膜。

将被涂覆的钢铝异料接合体的样品进行组合腐蚀试验以评价钢铝异料接合体的耐腐蚀性。所述组合腐蚀试验重复100次包含2小时的盐水喷洒时间、2小时的干燥时间和2小时的润湿时间的试验周期。将由此测试的钢铝异料接合体的钢材和铝材在接合点分开并且测量在铝材中腐蚀的最大深度。当腐蚀的最大深度分别小于0.01mm、在0.01和0.1mm之间和等于或大于0.1mm时，以圆、三角形和交叉号表示钢铝异料接合体的耐腐蚀性。

表19显示了在通过各种镀覆方法镀覆钢材和铝材中任一个时镀覆的条件对焊接强度的影响。更具体而言，表19显示了焊接部分的条件和焊接强度，所述焊接部分通过将分别用不同镀覆方法镀覆的等级980Mpa高抗拉强度的钢材和A6022铝合金板通过在示于表17中的根据本发明的最适宜焊接条件I下焊接在一起而形成。

从关于示于表19的比较例中的钢铝异料接合体的数据知道，除非将钢材和铝材中任一个进行镀覆，否则即使在最适宜焊接条件下焊接钢材和铝材，钢铝异料接合体也具有低的焊接强度。在点焊前，将在本发明的实施例3、4、7至10和12至14中钢铝异料接合体的钢材或铝材分别涂以Zn和/或Al的沉积膜，所述Zn和/或Al的沉积膜具有在3和15μm之间的厚度和350℃和950℃之间的熔点。这些钢铝异料接合体中每一种含有较大面积的熔核、最适宜厚度的界面反应层和具有高焊接强度的接合点。这些钢铝异料接合体中每一种的铝材的保留部分较厚。这些钢铝异料接合体中每一种的铝材的厚度减少量小，从而表明抑制了飞溅。

将在比较例2、5、6、11、15和16中钢铝异料接合体的钢材或铝材分别涂以Ni、Zn和/或Al沉积膜。然而，这些沉积膜的厚度和熔点在本发明规定的厚度和熔点范围以外。尽管在比较例2、5、6和16中，在配置有分别具有过高熔点的沉积膜的钢铝异料接合体中形成分别具有较大面积的熔核，但是即使通过在最适宜条件下点焊形成这些钢铝异料接合体，在其中也几乎不形成界面反应层。因此，在这些比较例中钢铝异料接合体的接合点分别具有极低的焊接强度，铝材的保留部分分别具有较小的最小厚度并且这些钢铝异料接合体中每一种的铝材的厚度减少量较大。

类似于在比较例1中的钢铝异料接合体，在比较例11中的钢铝异料接合体在焊接强度和耐腐蚀性方面是不令人满意的，所述在比较例11中的钢铝异料接合体通过在最适宜条件下点焊而形成并且配置有过薄的沉积膜。尽管在比较例15中的配置有过厚的沉积膜的钢铝异料接合体含有较大直径的熔核，但是在该钢-铝焊接材中几乎不形成界面反应层，从而这种钢铝异料接合体的接合点具有极低的焊接强度。这种钢铝异料接合体的铝材的保留部分较薄并且厚度减少量较大。

从如上所示的数据明显看出，本发明能够在不产生包括增加铝材的厚度减少量的情况下，通过点焊将钢材和铝材焊接在一起以令人满意的重复性形成含有具有高焊接强度的接合点的钢铝异料接合体。从如上所示数据知道包括沉积在本发明的钢铝异料接合体的钢材和铝材上的沉积膜的熔点、组成和厚度的因素的临界意义。

表18显示了示于表17中的点焊条件A至I对焊接强度的影响。更具体而言，表18显示了这样的钢铝异料接合体的焊接部分的条件和焊接强度，所述钢铝异料接合体通过在示于表17中的焊接条件A至I下点焊将通过热浸涂有10μm厚的Zn-10％Fe膜的钢材和前述铝材焊接在一起而形成。

从表18知道，通过在每个均包括高电流模式和低电流模式的最适宜焊接条件H和I下的点焊，可以形成具有高焊接强度的接合点。

表15

焊接条件G

表16

焊接条件H

表17

 

	焊接处理1	焊接处理2(高电流模式)	焊接处理3(低电流模式)	焊接压力(kN)	注释
						A	6kA-200msec	20kA-200msec	8kA-500msec	1.5	比较例
B		12kA-500msec	6kA-500msec	3	比较例
						C		40kA-150msec	3kA-500msec	3	比较例
D		25kA-200msec	0.5kA-400msec	2	比较例
						E	6kA-200msec	25kA-200msec	15kA-700msec	4	比较例
F		25kA-200msec	6kA-80msec	2	比较例
						G		25kA-200msec	8kA-2000msec	4	比较例
H	6kA-200msec	25kA-200msec	1kA-1000msec	3
						I		25kA-200msec	8kA-400msec	3

实施例5

将示于表20中的钢材和铝材重叠并通过在示于表20中和下述焊接条件下点焊将其焊接在一起。通过在图11中说明的测量方法测量在实施例1和18中的钢铝异料接合体中形成的熔核的每一个在相对于厚度的中间部分的温度，以确定所述熔核的受热历程。如图11(b)所示在铝材的接合表面中形成凹槽以在钢材和铝材之间插入热电偶。如图11(a)所示，将热电偶插入穿过凹槽以将热电偶放置在对应将形成的熔核的中间部分的位置。然后通过点焊将钢材和铝材焊接在一起，同时测量熔核温度。图12显示了在钢铝异料接合体中形成的熔核每一个的测量温度的变化。示于表21中的冷却速率是在从600℃至200℃的冷却过程中的平均冷却速率。

焊接机：单相整流型接触点焊机

电极的形状：

正电极：具有直径6mm、以40mmR圆化的圆形端部的圆顶形1％Cr-Cu电极

负电极：具有直径6mm、以40mmR圆化的圆形端部的圆顶形1％Cr-Cu电极

圆顶球半径：8mm

将由此形成的接合点的每一个切下并且观察接合点的截面以测量在铝材中形成的熔核的最小厚度。在光学显微镜下以25×的放大倍率观察接合点的截面以观察在熔核中是否形成了任何裂纹。检查在实施例中每种钢铝异料接合体的三个样品。以交叉号标记即使有一条裂纹的熔核，并且以圆标记根本没有任何裂纹的熔核。表22显示了测量和检查的结果。

表18

 

	熔核面积(mm<sup>2</sup>)	最佳界面反应层的面积(mm<sup>2</sup>)	横向抗拉强度试验的结果	注释
					A	41	3	×	比较例
B	18	2	×	比较例
					C	79	15	×	比较例
D	40	6	△	比较例
					E	74	12	△	比较例
F	62	8	△	比较例
					G	36	5	△	比较例
H	40	30	○	实施例
					I	42	36	◎	实施例

表19

 

	被镀膜的质量	镀覆方法	基体材料	厚度(μm)	熔点(℃)	熔核面积(mm<sup>2</sup>)	最佳界面反应层面积(mm<sup>2</sup>)	横向抗拉强度试验结果	腐蚀试验结果	注释
											1	没有镀覆	-	-	-	-	42	5	×	×	比较例
2	Ni	电镀	钢	10	1450	49	0	×	×	比较例
											3	Zn	电镀	钢	10	420	41	13	○	○	实施例
4	Zn	电镀	铝	10	420	40	18	○	△	实施例
											5	Zn-10％Ni	电镀	钢	10	≈1050	48	0	×	○	比较例
6	Zn-10％Ni	电镀	铝	10	≈1050	49	0	×	×	比较例
											7	Al	热浸	钢	10	650	45	17	○	○	实施例
8	Al-9％Si	热浸	钢	10	600	44	20	◎	○	实施例
											9	Zn-5％Fe	热浸	钢	10	≈550	41	14	○	○	实施例
10	Zn-8％Fe	热浸	钢	10	≈700	40	25	◎	○	实施例
											11	Zn-10％Fe	热浸	钢	1	≈850	44	9	×	×	比较例
12	Zn-10％Fe	热浸	钢	3	≈850	43	20	◎	○	实施例
											13	Zn-10％Fe	热浸	钢	10	≈850	42	36	◎	○	实施例
14	Zn-10％Fe	热浸	钢	15	≈850	40	10	◎	○	实施例
											15	Zn-10％Fe	热浸	钢	20	≈850	40	3	×	○	比较例
16	Zn-15％Fe	热浸	钢	10	≈1000	48	0	×	○	比较例

表20

将示于表23中的钢材和铝材重叠并且通过在示于表24中和下述焊接条件下点焊将其焊接在一起。使用具有如下所示的形状的电极头。由此形成的焊接接合点的评价结果示于表25中。

焊接机：单相整流型接触点焊机

电极的形状：

正电极：具有直径7mm、以100mmR圆化的圆形端部的圆顶形1％Cr-Cu电极

负电极：具有直径7mm、以100mmR圆化的圆形端部的圆顶形1％Cr-Cu电极

圆顶球半径：8mm

表21

 

编号	冷却速率(℃/s)	厚度比率
			1	1910	0.83
2	2020	0.90
			3	1840	0.92
4	1970	0.91
			5	1950	0.94
6	2410	0.77
			7	1770	0.68
8	2140	0.81
			9	2280	0.94
10	2090	0.65
			11	1930	0.68
12	2100	0.91
			13	2200	0.85
14	2180	0.35
			15	2010	0.78
16	2370	0.80
			17	2180	0.38
18	2600	0.60
			19	2740	0.53
20	2110	0.23
			21	2680	0.48
22	2780	0.57
			23	2640	0.14
24	2810	0.47
			25	2100	0.11
26	2570	0.90
			27	2740	0.21
28	2430	0.12

表22

 

编号	裂开	注释
			1	○	实施例
2	○	实施例
			3	○	实施例
4	○	实施例
			5	○	实施例
6	○	实施例
			7	○	实施例
8	○	实施例
			9	○	实施例
10	○	实施例
			11	○	实施例
12	○	实施例
			13	○	实施例
14	○	实施例
			15	○	实施例
16	○	实施例
			17	○	实施例
18	×	比较例
			19	×	比较例
20	×	比较例
			21	×	比较例
22	×	比较例
			23	×	比较例
24	×	比较例
			25	×	比较例
26	×	比较例
			27	×	比较例
28	×	比较例

表23

将示于表26中的钢材和铝材重叠并且通过在示于表27中和下述焊接条件下点焊将其焊接在一起。使用具有如下所示的形状的电极头。由此形成的焊接接合点的评价结果示于表28中。

焊接机：单相整流型接触点焊机

电极的形状：

正电极：具有直径7mm、以150mmR圆化的圆形端部的圆顶形1％Cr-Cu电极

负电极：具有直径7mm、以150mmR圆化的圆形端部的圆顶形1％Cr-Cu电极

圆顶球半径：8mm

表24

 

编号	冷却速率(℃/s)	厚度比率
			29	2030	0.71
30	1980	0.87
			31	2330	0.92
32	2160	0.82
			33	2270	0.76
34	2010	0.73
			35	1960	0.89
36	2900	0.60
			37	3130	0.36
38	2350	0.19
			39	2840	0.46
40	2760	0.12
			41	2930	0.35
42	2090	0.08

表25

 

编号	裂开	注释
			29	○	实施例
30	○	实施例
			31	○	实施例
32	○	实施例
			33	○	实施例
34	○	实施例
			35	○	实施例
36	×	比较例
			37	×	比较例
38	×	比较例
			39	×	比较例
40	×	比较例
			41	×	比较例
42	×	比较例

表26

表27

 

编号	冷却速率(℃/s)	厚度比率
			43	1980	0.87
44	1950	0.92
			45	2030	0.91
46	2110	0.89
			47	2240	0.92
48	1980	0.76
			49	2090	0.93
50	2860	0.78
			51	2930	0.64
52	2180	0.21
			53	2750	0.78
54	2890	0.72
			55	2730	0.54
56	2070	0.26

表28

 

编号	裂开	注释
			43	○	实施例
44	○	实施例
			45	○	实施例
46	○	实施例
			47	○	实施例
48	○	实施例
			49	○	实施例
50	×	比较例
			51	×	比较例
52	×	比较例
			53	×	比较例
54	×	比较例
			55	×	比较例
56	×	比较例

可以从表22至22知道如下事实。在通过满足本发明规定的条件的焊接方法而形成的实施例1至17的钢铝异料接合体的熔核中没有发现任何裂纹。在通过不满足规定条件的焊接方法而形成的比较例18至28的钢铝异料接合体的熔核中发现裂纹。据推测，因为用于形成在比较例18、22和26中的钢铝异料接合体的焊接方法以单阶段电流供应模式供应焊接电流并且用于形成在比较例19、21和24中的钢铝异料接合体的焊接方法以两阶段电流供应模式供应焊接电流，所述两阶段电流供应模式规定该两阶段电流供应模式的第二阶段的焊接电流高于其第一阶段的焊接电流，没有发挥本发明想要的效果并且在熔核中产生裂纹。

从关于在比较例20、25和28中的钢铝异料接合体的数据中知道，形成最小厚度满足由式(1)表示的条件的熔核对于控制熔核中裂纹的产生是有效的。从关于在比较例23和27的钢铝异料接合体的数据中知道，以推荐的冷却速率使钢铝异料接合体冷却并且形成最小厚度满足由式(1)表示的条件对于控制熔核中裂纹的产生是有效的。

从表23至25明显看出，因为使用本发明规定的焊接方法形成这些钢铝异料接合体，在实施例29至35中的钢铝异料接合体的熔核中没有产生任何裂纹。在比较例36至42中的钢铝异料接合体的熔核中产生裂纹，因为这些钢铝异料接合体没有满足规定条件。从表26至28明显看出，在实施例43至49的钢铝异料接合体的熔核中没有产生任何裂纹，因为使用本发明规定的焊接方法形成这些钢铝异料接合体，而在比较例50至56的钢铝异料接合体的熔核中产生裂纹，因为这些钢铝异料接合体没有满足规定条件。

经由实施例显示了在根据本发明的钢铝异料接合体中接合点的截面的显微照片。从图13所示以25×放大倍率拍摄的比较例18的钢铝异料接合体中接合点的截面的显微照片知道，形成在铝材一侧的熔核有裂纹。从图14所示以25×放大倍率拍摄的实施例1的钢铝异料接合体中接合点的截面的显微照片知道，形成在铝材一侧的熔核没有任何裂纹并且钢材和铝材是令人满意地焊接在一起的。

图15显示了以25×放大倍率拍摄的比较例25的钢铝异料接合体中接合点的截面的显微照片。尽管以低冷却速率使在比较例25的钢铝异料接合体中形成的熔核冷却，但是第一阶段的焊接时间过长。因此，熔核很薄并且在熔核中形成裂纹。图16显示了以25×放大倍率用光学显微镜拍摄的实施例13的钢铝异料接合体中接合点的截面的显微照片。控制包括焊接时间的焊接条件使得在形成比较例13的钢铝异料接合体中形成适当厚度的熔核，从而在比较例13的钢铝异料接合体的熔核中不产生任何裂纹。

Claims (14)

1.一种钢铝异料接合体，所述钢铝异料接合体通过点焊将具有在0.3和2.5mm之间的范围内的厚度t₁的钢材和具有在0.5和2.5mm之间的范围内的厚度t₂的铝材焊接在一起而形成，其特征在于，在被点焊的部分中形成的熔核具有在20t₂ ^0.5和70t₂ ^0.5mm²之间的范围内的面积，并且每个熔核与具有在0.5-10.5μm范围内的厚度的界面反应层部分相对应的部分具有不小于10t₂ ^0.5mm²的面积。

2.根据权利要求1所述的钢铝异料接合体，其中所述界面反应层包含在所述钢材一侧的Al₅Fe₂化合物层和在所述铝材一侧的Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层，并且与所述熔核的中心相对应的所述Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的部分沿着所述熔核深度的平均厚度在0.5和10μm之间的范围内。

3.根据权利要求2所述的钢铝异料接合体，其中所述Al₅Fe₂的化合物层具有沿着所述熔核的深度在0.5和5μm之间的范围内的平均厚度的部分具有等于或大于10t₂ ^0.5mm²的面积。

4.根据权利要求2所述的钢铝异料接合体，其中Al₅Fe₂化合物层与所述熔核的中心部分相对应的部分具有沿着所述熔核的深度在0.5和5μm之间的范围内的平均厚度。

5.根据权利要求2所述的钢铝异料接合体，其中在所述界面反应层中，Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度在0.5和10μm之间的范围内的部分对应于Al₅Fe₂化合物层的平均厚度在0.5和5μm之间的范围内的部分，并且所述Al₃Fe和Al₁₉Fe₄Si₂Mn化合物层的平均厚度在0.5和10μm之间的范围内的部分具有等于或大于15t₂ ^0.5mm²的面积。

6.根据权利要求1或2所述的钢铝异料接合体，其中所述界面反应层的厚度在0.5和10.5μm之间的范围内的部分具有等于或大于25t₂ ^0.5mm²的面积。

7.根据权利要求1或2所述的钢铝异料接合体，其中相对于所述界面反应层厚度的中间部分具有等于或大于所述钢材的1.5倍的Mn含量和等于或大于所述铝材的1.1倍并等于或大于所述钢材的1.1倍的Si含量。

8.根据权利要求1或2所述的钢铝异料接合体，其中所述钢材具有在0.05和0.5％之间的范围内的C含量、在0.5和3％之间的范围内的Mn含量和在0.02和2.0％之间的范围内的Si含量。

9.根据权利要求1或2所述的钢铝异料接合体，其中所述铝材具有在0.4和2％之间的范围内的Si含量。

10.根据权利要求1或2所述的钢铝异料接合体，其中在被点焊的部分中所述铝材的保留部分具有等于或大于所述厚度t₂的50％的最小厚度。

11.根据权利要求1或2所述的钢铝异料接合体，其中将所述钢材或所述铝材的接合表面涂以Zn和/或Al的沉积膜，所述Zn和/或Al的沉积膜通过镀覆而沉积，具有在3和15μm之间的范围内的厚度和在350℃和950℃之间的范围内的熔点。

12.一种制造根据权利要求1或2所述的钢铝异料接合体的点焊方法，所述点焊方法通过点焊将厚度t₁在0.3和2.5mm之间的范围内的钢材和厚度t₂在0.5和2.5mm之间的范围内的铝材焊接在一起，其特征在于，使用每个具有直径等于或大于7mm和曲率半径R等于或大于75mm的圆形端部的电极头，使用所述电极头将在2t₂ ^0.5和4t₂ ^0.5kN之间的范围内的压力施加到重叠的所述钢材和所述铝材上，并且在等于或少于100t₂ ^0.5ms内供应在15t₂ ^0.5和30t₂ ^0.5kA之间的范围内的焊接电流。

13.根据权利要求12所述的点焊方法，其中所述电极头的每一个具有直径等于或大于7mm和曲率半径R等于或大于120mm的圆形端部，使用所述电极头将在2.5t₂ ^0.55和4t₂ ^0.5kN之间的范围内的压力施加到重叠的所述钢材和所述铝材上，并且在等于或少于100t₂ ^0.5ms的时间内供应在18t₂ ^0.5和30t₂ ^0.5kA之间的范围内的焊接电流。

14.一种制造根据权利要求11所述的钢铝异料接合体的点焊方法，所述点焊方法将厚度t₁在0.3和2.5mm之间的范围内的钢材和厚度t₂在0.5和2.5mm之间的范围内的铝材焊接在一起，其特征在于，使用每个具有直径等于或大于7mm和曲率半径R等于或大于75mm的圆形端部的电极头，并且包括多种焊接处理，所述多种焊接处理包括在焊接电流和/或焊接时间方面彼此不同的至少两种点焊处理，所述两种点焊处理之一是高电流焊接处理，所述高电流点焊处理使用所述电极头将在2t₂ ^0.5和4t₂ ^0.5kN之间的范围内的压力施加到重叠的所述钢材和所述铝材上，并且供应在15t₂ ^0.5和30t₂ ^0.5kA之间的范围内的焊接电流，以形成面积在20t₂ ^0.5和70t₂ ^0.5mm²之间的范围内的熔核，并且所述两种点焊处理中的另一种是所述高电流点焊处理之后的低电流点焊处理，所述低电流点焊处理使用所述电极头将在2t₂ ^0.5和4t₂ ^0.5kN之间的范围内的压力施加到重叠的所述钢材和所述铝材上，并且在100t₂ ^0.5和1000t₂ ^0.5ms之间的范围内的焊接时间内供应在t₂ ^0.5和10t₂ ^0.5kA之间的范围内的焊接电流。

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