CN101112740B - 异种金属的接合方法、接合结构及接合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种异种金属的接合方法、基于该接合方法的接合结构及该接合所使用的异种金属的接合装置，在将异种金属接合而构成的部件中、能够防止异种金属的接触引起的腐蚀(电腐蚀)、并能够价廉地得到耐腐蚀性及接合强度优良的不同材料接头。在夹着密封材料(3)将第一金属材料(1)和第二金属材料(2)叠合之后，例如利用加热使介于接合部中的密封材料(3)的变形阻力降低后，将其从接合界面排出，在使第一金属材料(1)、第二金属材料(2)直接接触的状态下，利用例如电阻焊接或激光束的照射而进行接合。

Description

异种金属的接合方法、接合结构及接合装置

技术领域

本发明涉及由具有离子化倾向的不同金属构成的异种材料的接合方法、由该方法得到的异种金属的接合结构、以及用于该接合的异种金属的接合装置。

背景技术

以往，例如在机动车车体上广泛使用有钢材，但是，近些年来，以车身轻量化为目的，除了所述钢材之外，铝合金等轻金属的利用也在发展，由铝合金等形成的车体部件(例如，铝合金制的车顶面板等)向车体适用。

众所周知，若在这种部件的接合部位组合使用所述异种金属，由于异种金属相互接触而电导通，故促进腐蚀。

这种异种金属的接触引起的腐蚀是由于金属的离子化倾向的不同而在这些金属之间产生电位差、腐蚀电流流动而产生的，以往，为了防止由异种金属的接触引起的腐蚀，例如采用以下的对策。

即，在专利文献1中提出有如下的车体部件的接合结构，即，在使密封材料介于例如钢制的第一部件与例如铝或铝合金构成的第二部件之间的状态下、利用例如铆钉或加强部件等接合机构进行接合。

另外，在专利文献2中记载有如下的内容，即，将铁类材料和铝或铝合金材料接合的部件浸渍到含有氟络离子及锌离子的溶液中，在接合部附近致密、牢固且紧密贴合性好，而且，使具有铝与铁之间的离子化倾向的金属锌析出，因而，提高接合部对异种金属之间的接触引起的腐蚀的耐腐蚀性。

专利文献1：(日本)特开2000-272541号公报

专利文献2：(日本)特开2005-154844号公报

但是，在所述专利文献1记载的技术中，由于第一金属材料和第二金属材料的熔点或线膨胀系数不同，因此，避开基于点焊等的焊接接合，采用铆钉或螺栓等的机械连结，故而具有不能避免接合的部件的重量增加或成本增加的问题。

另外，在专利文献2记载的技术中，将接合的部件浸渍到含有氟络离子及锌离子的溶液中，但是，仅仅通过在接合材料表面析出的锌，不能充分满足机动车零件上要求的耐腐蚀性，而且，在机动车生产工序的过程中，加入将车体零件浸渍到这种溶液中的工序，需要浸渍箱等新设备，增加设备成本或管理成本，带来制造成本高涨的问题。

发明内容

本发明是为了解决以往的异种金属的接合技术的所述问题而提出的，其目的在于提供一种异种金属的接合方法，能够防止由异种金属接触而引起的腐蚀、并能价廉地得到耐腐蚀性及接合强度优良的不同材料接头。

本发明者们为了实现所述目的而反复进行锐意的研究，其结果，通过使密封材料介于叠合的异种金属材料之间、在将该密封材料从接合界面排出后的状态下使异种金属材料接合，可以解决所述目的，实现本发明。

即，本发明基于所述见解而构成的，1)本发明第一方面提供一种异种金属的接合方法，其中，在夹着密封材料将种类不同的第一金属材料和第二金属材料彼此叠置后，将夹在所述第一金属材料与所述第二金属材料之间的密封材料的一部分向两侧排出并且使所述第一金属材料和第二金属材料直接接触而形成接合部，通过从所述接合部的接合界面排出的所述密封材料包围所述接合部的周围。

根据本发明，在第一金属材料与第二金属材料之间夹有密封材料而叠置接合时，使介于第一金属材料与第二金属材料之间的密封材料从接合部的接合界面排出，使所述第一金属材料和第二金属材料直接接触而进行接合，因此，在接合部上不会残留密封材料，得到牢固的接合强度，并且，接合部的外周被密封材料包围而阻隔了腐蚀环境，因此，能够防止异种金属的接触腐蚀，可以低成本地制作耐腐蚀性及接合强度优良的异种金属接头，将由与所述第一金属材料及第二金属材料不同的第三金属材料置于所述第一金属材料和第二金属材料中的至少一方与密封材料之间，将密封材料从接合界面排出后，使所述第一金属材料和第二金属材料中的至少一方与第三金属材料之间产生共晶熔化，然后，将由所述共晶熔化产生的熔化金属从所述接合界面排出，使所述第一金属材料和所述第二金属材料接合。

2)在上述第一方面的基础上，在将所述密封材料从接合界面排出时，利用在压接面具有凸状曲面的压件对第一金属材料和第二金属材料进行加压。

3)在上述第一方面的基础上，在将所述密封材料从接合界面排出时，在所述第一金属材料和第二金属材料中至少一方的接合面上预先形成向对方侧突出的弯曲部，然后，对第一金属材料和第二金属材料进行加压。

4)在上述第一至第三任一方面的基础上，在将所述密封材料从接合界面排出时，在使密封材料的变形阻力降低的状态下，对第一金属材料和第二金属材料进行加压。

5)在上述第四方面的基础上，通过使用外部热源的加热，降低所述密封材料的变形阻力。

6)在上述第一至第五任一方面的基础上，利用电阻焊接将所述第一金属材料和第二金属材料接合。

7)在上述第六方面的基础上，焊接用电极中至少一个电极的前端为凸状曲面。

8)在上述第六或第七方面的基础上，利用电阻点焊接进行接合。

9)在上述第六或第七方面的基础上，利用电阻缝焊接进行接合。

10)在上述第六至第九任一方面的基础上，在将所述密封材料从接合界面排出时，通过来自焊接用电极的预备通电而使密封材料的变形阻力降低。

通过将由与异种金属材料中的至少一种材料发生共晶熔化反应的第三金属材料置于密封材料与异种金属材料中的至少一种材料之间，能够更加可靠地将密封材料从异种金属的接合面排出。另外，在上述第一方面中，不使第三种材料介于接合面中、在异种金属之间仅存在密封材料并对其进行加压及加热。在该情况下，由于将密封材料从异种金属的接合面排出，故能够实现本发明的目的即耐腐蚀性以及接合强度优良的异种金属的接合。而若使第三种材料介于接合面中，不仅能够如上所述地更加可靠地将密封材料从接合面排出，而且能够实现利用共晶熔化反应的、更加牢固的异种金属的接合。

12)在上述第十一方面的基础上，所述第一金属材料、第二金属材料分别为镀锌钢板及铝合金板，所述镀锌钢板上镀敷的锌用作所述第三种金属材料。

13)本发明第十三方面提供一种由不同种类的金属材料彼此接合构成的异种金属的接合结构，其中，所述接合结构包括：第一区域，其为第一金属材料与第二金属材料的直接接合部；第二区域，其为第三金属材料，由所述第一金属材料或第二金属材料的共晶熔化体、氧化薄膜以及接合界面的杂质等排出物D构成，包围所述第一区域的周围；第三区域，其由密封材料构成，包围所述第二区域的周围。

14)本发明第十四方面提供一种异种金属的接合装置，其夹着密封材料接合由异种金属构成的材料，其中，所述接合装置具有：将密封材料从第一金属材料与第二金属材料的接合界面排出的密封材料排出机构以及将排出密封材料后的第一金属材料和第二金属材料直接接合的焊接机构。

15)在第十四方面的基础上，所述密封材料排出机构由加热机构和加压机构构成，所述加热机构降低密封材料的变形阻力，所述加压机构对所述加热机构加热的加热部分施压。

16)在第十四或第十五方面的基础上，所述焊接机构是采用电阻焊接的焊接机构。

附图说明

图1是表示密封材料的变形阻力的温度特性的图表；

图2是表示本发明实施例中使用的电阻点焊接装置的构成的示意图；

图3是本发明第1实施例的电阻点焊部的详细图；

图4(a)～(f)是表示镀锌钢板与铝合金材料的接合过程的示意工序图；

图5是表示由本发明得到的异种金属的接合结构的剖面图；

图6(a)是表示在铝合金材料上形成有弯曲部时的电阻点焊接要领的剖面图，图6(b)是表示在铝合金材料及镀锌钢板双方上形成有弯曲部时的电阻点焊接要领的剖面图；

图7是表示在铝合金材料上形成有厚壁状的弯曲部时的电阻点焊接要领的剖面图；

图8是表示本发明实施例中使用的电阻缝焊接装置的构成的示意图；

图9是表示本发明的电阻缝焊接使用的辊电极的形状例的示意图；

图10是表示在被接合材料上形成有弯曲部时的电阻缝焊接要领的剖面图；

图11(a)是表示具有机覆膜的铝合金材料的电阻点焊接要领的剖面图，图11(b)是表示由图11(a)得到的接合结构的剖面图；

图12(a)是表示具有机覆膜的铝合金材料与镀锌钢板的电阻点焊接要领的剖面图，图12(b)是表示由图12(a)得到的接合结构的剖面图；

图13是表示具有机覆膜的铝合金材料的电阻缝焊接要领的剖面图；

图14表示本发明第9实施例中使用的基于激光焊接的异种金属的接合装置的构成，(a)为正面图，(b)为侧面图；

图15(a)是表示在镀锌钢板上形成有弯曲部时的激光焊接要领的剖面图，图15(b)是表示在铝合金材料及镀锌钢板上形成有弯曲部时的激光焊接要领的剖面图；

图16是表示在铝合金材料上形成有厚壁状的弯曲部时的激光焊接要领的剖面图；

图17是表示本发明第10实施例中使用的基于电阻缝焊接的异种金属的接合装置的构成的侧面图；

图18是表示本发明第11实施例中使用的基于激光焊接的异种金属的接合装置的构成的侧面图；

图19是表示将内置加热器的圆筒形压件作为密封材料排出机构而使用的电阻点焊接要领的说明图；

图20是表示作为密封材料排出机构的加热机构使用高频加热的电阻点焊接要领的说明图。

附图标记说明

1：镀锌钢板

1a：弯曲部

1f：有机覆膜(密封材料)

1p：镀锌层

2：铝合金材料

2a、2b：弯曲部

2f：有机覆膜(密封材料)

3：密封材料

11、12：焊接用电极

11a、12a：凸状曲面

13、14：辊电极(焊接用电极)

13a：凸状曲面

21、22：热辊(加热机构、加压机构)

21a、22a：凸状曲面

23、24：加压辊(焊接机构)

25、26：加压辊(加压机构)

31、32：高频线圈(加热机构)

B、B2：激光束(焊接机构)

B1：激光束(加热机构)

Me：共晶熔化体(共晶熔化金属)

J：接合部

具体实施方式

下面，对本发明的异种金属的接合方法、接合装置及由其得到的接合结进行详细、具体的说明。

在本发明的异种金属的接合方法中，如上所述，通过将夹持在叠合的异种金属材料之间的密封材料从接合部的接合界面强制地除去，在使两种材料直接接触的状态下进行接合(焊接)，因此，防止在接合界面上残留密封材料而引起的接头强度的降低，并且可以由密封材料防止具有离子化倾向的不同金属彼此的接触，可使强度和耐腐蚀性两者都优良。

这时，无需特别增设新设备等，可以将密封材料的成本及其配置工时等成本上升的主要原因等抑制到最小限度。

在本发明的接合方法中，作为所述密封材料，例如可以使用环氧树脂类、合成橡胶类、合成橡胶/PVC类材料等，可以使这样的材料成为溶液状而将其涂敷在被接合材料的接合面上，或者将形成薄片状的材料夹在两种材料之间。

另外，作为密封材料，只要是能够实现本发明目的的材料、即能够防止异种金属材料之间的直接接触的绝缘性材料即可，并不限定于上述材料。另外，通过在该密封材料上使用具有粘接功能的材料，除了防止电腐蚀的密封效果之外，也可以得到提高接合强度的效果。

在本发明的接合方法中，作为用于从接合界面排出密封材料的具体方法，例如，通过使用将前端部表面形成曲面形状的压件而对两种材料相对地加压，可以使介于接合界面之间的密封材料向接合部的周围排出。

这时，作为压件，通过使用辊状结构，可以使密封材料向行进方向的两侧排出，也可以应对连续的线状接合。

或者，在两种材料中至少一方的接合面上预先形成向对方侧突出的弯曲部，在该状态下可以对两种材料进行相对加压而形成，利用该弯曲部可以将密封材料从接合界面顺畅地排出。

这种弯曲部可通过例如冲压加工形成为对应焊接位置的断续状(在点焊接时)或形成为沿着接合线的连续槽状，可根据适用部件的形状或要求性能而选择。

另外，在将密封材料从接合界面排出时，例如通过使用外部热源的加热等，在使密封材料的变形阻力降低的基础上，可以对两种材料加压，即使以低加压力也可以将密封材料从接合部容易且可靠地排出，并且，可扩大基于使用环境的密封材料种类的选择范围。

例如，由热固性树脂构成的密封材料的变形阻力具有图1所示的温度依赖性，当从室温提高温度时，变形阻力减小、直至到达一定的温度，若进一步提升温度，则由于热固性而开始固化，变形阻力反而增加。

因此，通过在进行接合前使用外部热源加热接合部，提高密封材料的温度，将温度控制在图中t1～t2之间，使密封材料的变形阻力为一定的值以下，然后，进行加压，由此，使密封材料从接合部的排出容易且有效地进行。

在此，作为用于控制密封材料的变形阻力的加热机构(外部热源)，例如可以列举带加热器的热辊、高频加热、激光加热、电阻加热等。

在本发明的异种金属的接合方法中，不仅仅是电阻焊接、激光焊接、高频焊接等熔化焊接，也可适用摩擦搅拌接合、超声波接合、扩散接合等固态接合的各种焊接施工方法，接合施工方法并无特别限定，但在采用电阻焊接时，若使电阻焊接用电极(不仅仅是点焊接用电极，也包含缝焊接用的辊电极)中至少一侧的前端面为凸状曲面，则可以通过使用该电极的加压将密封材料从接合界面排出。

即，焊接用电极也能够兼作使密封材料从接合界面排出用的密封材料排出机构，可以使机构、工序简化。

作为这种电阻焊接，可以适用于点焊接、使用辊电极的缝焊接，通过基于电阻点焊接的点接合，即使对机动车面板这样的构成复杂的三维形状的部件，也能够容易地进行异种金属的接合。

另外，通过应用电阻缝焊接，得到连续的线状接合，非常适用于比点接合更要求强度、刚性及水密性的部件的接合。

在进行电阻点焊接时，在进行本次焊接的通电、加压之前，通过预备的加压和进行微弱电流的通电，在两种材料之间产生电阻发热，由此，降低密封材料的变形阻力，可以容易地将密封材料从接合界面排出。

在电阻缝焊接的情况下，通过使这种预备通电用辊电极先行于电阻焊接用辊电极而被接通，可以得到同样的效果。

在本发明的异种金属的接合方法中，使与两种材料任何一种都不同的第三种金属构成的材料介于由异种金属构成的被接合材料的至少一方与密封材料之间，并在将密封材料从接合界面排出之后，优选在所述两种材料的至少一方与第三种金属材料之间产生共晶熔化并进行接合，由此，在异种金属界面上在较低的温度下产生共晶熔化，故可以在更加低温状态下从结合界面除去氧化膜，防止接合界面温度的上升、抑制金属间化合物的生成，由于异种金属构成的两种材料的新生面彼此牢固地接合，因此，能特别适用于包括铝材料或镁材料这样在表面上形成致密的氧化膜的材料在内的异种金属的接合。

即，对于含括这种材料在内的异种金属的接合，在除去氧化膜时需要施加大量的热量，另一方面，若加热量增大，则不能避免生成脆弱的金属间化合物，故而用于得到健全、高强度的接合的条件范围变窄，对此，通过利用与所述第三种材料的共晶熔化，在低温状态下也能容易地除去氧化膜，应用条件范围变得极宽。

这时，作为使第三种金属材料介于其中的具体方法，优选在被接合材料至少一方的接合面上镀敷第三种金属材料，由此，可以省略将第三种材料作为插入材料夹在异种材料与密封材料之间的工序，不仅由加工工时的减少而提高作业效率，而且，在通过共晶反应而熔化的镀层与表面的杂质一起被排出到接合部的周围之后，从镀层下出现极洁净的新生面，能够进行更加牢固的接合。

例如，在铝合金或镁合金等轻合金材料与钢材接合时，作为钢材可以使用所谓的镀锌板，其在表面预先镀敷与铝或镁形成低熔点共晶的第三种金属即锌。此时，无需重新施镀，也不需要特别的准备，可以直接使用为了防锈目的而镀锌的市场上销售的钢材，能极简便且便宜地进行异种金属的牢固接合。

另外，共晶熔化是指利用共晶反应的熔化，两种金属(或合金)相互扩散而产生的相互扩散区域的组成为共晶组成时，只要保持温度在共晶温度以上，则通过共晶反应形成液相。例如在铝与锌的情况下，铝的熔点为933K、锌的熔点为692.5K，相对于此，该共晶金属在比各自的熔点低的655K下熔化。

因此，当使两金属的洁净面接触并加热保持在655K以上时产生反应。这叫做共晶熔化，通过利用于铝材接合时的氧化膜的除去或相互扩散等的接合作用，可以实施低温接合，可以极有效地抑制接合界面的金属间化合物的生长。另外，在Al-Zn2元类合金中，Al-95％Zn为共晶组成，但共晶反应自身为与合金成分无关的一定的变化，合金组成只不过增减共晶反应的量。

另一方面，在铝材的表面上存在氧化膜，但是，其通过由高能量束的照射而引起加热和在这之后的以规定温度的加压、在铝材上产生塑性变形而能被物理性破坏。

即，通过加压，材料表面的微观凸部彼此摩擦，因此，一部分氧化膜的局部破坏引起从铝与锌接触的部分产生共晶熔化，利用该液相的生成使附近的氧化膜破碎、分解，进而通过共晶熔化扩展到整个面的反应扩大，促进氧化膜的破坏、实现经由液相的接合。

共晶组成是通过相互扩散而自发实现的，因此，无需进行组成的控制。必须条件是在两种金属或合金之间存在低熔点的共晶反应，在铝与锌的共晶熔化情况下，代替锌使用Zn-Al合金时锌必须至少为95％以上的组成。

作为本发明的异种金属的接合方法中被接合材料与第三种金属材料的具体组合，例如钢材与铝合金材料的接合中的第三种材料，只要是能与铝合金形成低熔点共晶的材料，并无特别限定，例如，除了所述的锌(Zn)之外，也可以使用铜(Cu)、锡(Sn)、银(Ag)、镍(Ni)等。

即、与这些金属和铝的共晶金属由于是在作为母材的铝合金材料的熔点以下熔化的，因此，即使是容易生成脆弱的金属间化合物的钢材与铝合金材料的接合中，也可以在低温下除去氧化膜，可以抑制在接合过程中的接合界面的金属间化合物的生成，可进行牢固的接合。

另外，当考虑到将本发明的接合方法应用到机动车车身的组装时，作为被接合材料，大部分是钢材料与铝合金材料的组合，但也考虑将来会是钢材料与镁材料或者铝材料与镁材料的组合等。

在钢材料与镁合金材料接合时，与后面叙述的实施例同样地，可以使钢材侧镀敷的锌与镁之间产生共晶反应而进行接合。另外，即使是在铝合金材料与镁合金材料接合的情况下，也可以将锌或银作为第三种材料利用。

另外，在本发明中，作为第三种金属材料，并不限定于所述的纯金属，由于共晶金属也存在2元合金、3元合金，因此，也可以是含有所述至少一种的金属的合金。

本发明的异种金属的接合装置具有：从接合界面排出密封材料的密封材料排出机构和将排出密封材料后的两种材料直接接合的焊接机构，因此，能够非常适用于本发明的所述接合方法。

并且，作为所述密封材料排出机构，可以由加热机构和加压机构组成，所述加热机构用于使密封材料的变形阻力降低，所述加压机构对由加热机构加热的部分进行加压，将变形阻力减小、即由于加热而软化的密封材料从接合界面排出。

在此，作为所述焊接机构，如上所述，可以采用具有代表性的例如电阻焊接或激光束焊接，作为上述密封材料排出机构的加热机构，可以应用内置加热器的热辊、高频加热、激光加热、电阻加热等，作为加压机构可以采用压件或加压辊，优选这些推压面为凸状曲面。

另外，作为焊接机构在采用电阻焊接时，可以将焊接用电极作为加压机构兼用。

实施例

下面，基于实施例对本发明进行具体说明。另外，本发明并不限定于这些实施例。例如，在下述实施例中，表示了铝合金与镀锌钢板的接合例，作为异种金属的组合，除了上述组合以外，也可以应用到镁合金与铝合金、钢材与镁合金等具有电腐蚀问题的全部的异种金属的接合中。

在各实施例中，进行板厚为0.55mm的镀锌钢板1与由6000系列铝合金构成的板厚为1.0mm的板材2的接合，作为与铝产生共晶熔化的第三种材料，利用钢板1表面的镀锌层1p。作为镀锌层1p的厚度，只要是产生共晶熔化必要的最低厚度就没有问题，但是，在此使用具有一般的20μm的镀层厚度的镀锌钢板。作为防锈用密封材料3，使用环氧类热固性结构用粘接剂，在将镀锌层1p作为内侧夹持在叠合的两种材料1、2之间的状态下用于各实施例。

实施例1

图2表示在该实施例中使用的点焊接装置的整体图，如上所述，利用交流电源式的装置，通过一对焊接电极11、12对在其间插入密封材料3状态的镀锌钢板1与铝合金材料2进行加压、通电而进行焊接。

图3是接合部的详细图，使密封材料3插入到表面形成镀锌层1p的镀锌钢板1与铝合金材料2的接合界面。

对于所述点焊接电极11、12，如后所述，为了容易从接合界面排出密封材料3、氧化膜、共晶熔化体等，在其前端形成具有凸状曲面11a、12a的形状。

另外，这种电极前端形状无需一定在电极11、12二者都采用，通过在至少一方使用，就能进行顺畅的排出。

并且，使用所述电阻点焊接装置，在通电之前，通过施加350kgf的加压力，在将密封材料3从接合界面排出之后，通过以25000A的交流电流通电0.2秒钟而将两种材料1、2点焊接。

参照图4对该过程进行说明。

图4(a)表示被接合材料的准备完成状态，至少在接合界面侧的表面，作为与Al形成共晶的第三种材料起作用的镀敷有镀锌层1p的镀锌钢板1与铝合金材料2叠合，在二者的接合面整体上涂敷有膏状的密封材料3。另外，在铝合金材料2的表面生成氧化膜2c。

接着，如图4(b)所示，若通过一对焊接电极11、12对两种材料1、2相对按压，则在电极前端如上所述地形成凸状曲面11a、12a，因此，密封材料3从接合部的中央部向外周部排出，在中央部，镀锌层1p与铝合金材料2的表面生成的氧化覆盖膜2c直接接触。

在此，通过基于焊接电极的加压及通电而产生机械的、热的冲击等负载，如图4(c)所示，接合面的氧化膜2c被局部破坏，引起锌与铝的局部接触，当接合面保持在锌与铝的共晶点温度以上时，如图4(d)所示，引起锌与铝的共晶熔化，产生共晶熔化体Me。

通过所述电极11、12的进一步按压，该共晶熔化体(熔化金属)Me与氧化膜2c或接合界面的杂质(未图示)一同成为排出物D而向接合部周围排出，如图4(e)所示，确保所规定的接合面积。

并且，如图4(f)所示，通过将铝与钢的新生面彼此直接接合，形成接合部J，可以得到钢与铝合金的牢固的金属接合。

图5详细表示通过这种接合工艺得到的接合部结构，如图所示，镀锌钢板1的钢与铝合金材料2的接合部J将这些金属的新生面彼此直接接合，并且，共晶熔化体Me或氧化膜2c、接合界面的杂质等成为排出物D而向该接合部J的周围排出，另外，由于向其周围排出有密封材料3，故得到高强度的接合，而且，上述接合部J成为周围被排出物D和密封材料3包围的结构，完全地阻隔腐蚀环境，因此，得到对异种金属的接触腐蚀优良的耐腐蚀性，同时实现强度和耐腐蚀性。

另外，在所述实施例中，作为密封材料3，使用涂敷膏状结构的粘接剂，但并不限定于此，可以使用薄片状的粘接剂。

在这种情况下，薄片状的粘接剂由于在常温下的粘度高，仅仅通过焊接电极进行的加压难以排出，此时，通过预备通电而进行加热，使密封材料的变形阻力降低，从而可以容易且可靠地将密封材料排出。

比较例1

除了使用没有镀敷的裸钢板代替镀锌钢板、且不涂敷密封材料、在加压的同时以焊接用交流电流进行通电以外，重复与上述实施例1同样的操作，将裸钢板与铝合金材料接合。

比较例2

除了不涂敷密封材料、在加压的同时以焊接用交流电流通电以外，重复与上述实施例1同样的操作，将镀锌钢板与铝合金材料接合。

比较例3

除了前端部使用平坦形状的点焊接用电极、在加压的同时以焊接用交流电流通电以外，重复与上述实施例1同样的操作，将镀锌钢板与铝合金材料接合。

对由上述各比较例得到的异种金属接头的接头强度及耐腐蚀性能进行调查，与由上述实施例1得到的异种金属接头进行比较，其结果如表1所示。

表1

	材料组合	密封材料的   有无	密封材料在  接合界面的  残留	接头强度	耐腐蚀性
						比较例1	裸钢材+6000系  列Al合金	无	-	○	×
比较例2	镀锌钢板+6000  系列Al合金	无	-	○	×
						比较例3	镀锌钢板+6000  系列Al合金	有	有	×	○
实施例1	镀锌钢板+6000  系列Al合金	有	无	○	○

如表1所示，在没有兼用密封材料的比较例1及2中，得到接头强度虽优良、但耐腐蚀性差的结果。另外，在使用裸钢材的比较例1中，为了得到高强度的接头，与使用镀锌钢板的情况相比，需要相当精密的条件控制，适用条件的范围变得极窄。

另外，在比较例3中，在没有将密封材料从接合界面排除的状态下实行点焊接的影响下，密封材料并没有完全排出而残留在接合界面上，因此，接合强度停留在实施例1时的大约45％左右。

对此，在由上述实施例1得到的异种金属接头的情况下，通过将密封材料3排出、将共晶熔化引起的氧化膜除去以及在新生面彼此直接接合，确认到能够同时具有高强度和耐腐蚀性。

另外，关于接头强度，根据JIS Z3136-1999测定的拉伸剪切强度，在JIS Z3140-1989规定的A级强度以上时评价为“○”，关于耐腐蚀性，通过独自的腐蚀促进实验进行评价的结果为，未发现产生电腐蚀的材料评价为“○”。

实施例2

在上述实施例1中，表示通过使用前端具有凸状曲面的焊接电极、促进从接合界面排出密封材料或在接合过程中产生的反应生成物等的例子，但是，可以代替这些，通过在被接合材料至少一方的接合面上形成具有规定曲率的弯曲部，也可以得到相同的效果。

即，在该实施例中，如图6(a)所示，通过冲压加工，将预先设有弯曲部2a的铝合金材料2与镀锌钢材1叠置，并且将密封材料3插入其间。

利用电极11、12将镀锌钢板1和铝合金材料2从上下进行夹持，在相同的条件的基础上，若首先进行加压，则由于上述弯曲部2a而容易将密封材料3从接合部排出，通过其后的加压及通电进行电阻点焊接，由此，促进铝合金材料2的氧化膜2c的破坏及从其接合部的除去，得到接合部的周围被排出物或密封材料3包围的耐腐蚀性高的接合结构。

这样，尤其是通过在比钢材熔点低、且在大气环境下在其表面形成牢固的氧化膜的铝合金材料2侧形成上述弯曲部2a，由通电加热而软化使弯曲部2a变形、并且促进氧化膜2c的破坏和除去，而且，在接合过程的共晶反应产生的反应生成物等向接合部周围的排出和由此引起的密封材料3的进一步的排出变得容易，能够得到作为被接合材料的铝合金和钢的新生面彼此不存在杂质等的牢固的接合，并且，能够容易地得到接合部周围被排出物或密封材料3包围的耐腐蚀性高的异种金属相互之间的接合结构。

另外，有助于促进密封材料等的排出的弯曲部不仅设置在铝合金材料2侧，例如，铝合金材料的板厚较厚时、或使用挤压材料时等，在铝合金材料2上形成弯曲部2a较为麻烦的情况下，也可以在镀锌钢板1侧设置弯曲部，也能够得到同样的效果。

进而，如图6(b)所示，在铝合金材料2及镀锌钢板1二者上分别形成相同的弯曲部2a及1a，通过使弯曲部2a、1a的凸面彼此抵接，也可以在两种材料之间确保排出空间，作为排出促进机构而起作用，同样地，也能够促进密封材料3或反应生成物等的排出，进行耐腐蚀性高且牢固的接合。

实施例3

作为同样的实施例，图7表示在铝合金材料2侧、作为厚壁部形成用于促进密封材料等的排出的弯曲部2b的例子。

即，铝合金材料2为铸件或挤压材料时，在其制造时可容易形成厚壁状的弯曲部2b，不仅仅是密封材料3、反应生成物等也容易从接合界面排出，确认得到与上述实施例同样的效果。

实施例4

图8表示基于电阻缝焊接的异种金属的接合要领。

如图所示的接合装置具有与电阻焊接用电源变压器连接的辊电极13及14，在该接合装置中，表面具有镀锌层1p的镀锌钢板1和铝合金材料2在其界面夹着密封材料3而叠合的状态下由辊电极13及14夹持，对接合部进行加压而将密封材料3从接合界面排出之后，进一步加压并在两种材料1、2之间进行通电，同时，通过使辊电极13及14旋转而使密封材料3的排出和电阻焊接连续地进行，使两种材料1、2能够线状地接合。

这时，如图9所示，辊电极13及14中至少一方在与被接合材料的抵接面即外周部具有凸状曲面(在该例中，上侧辊电极13具有凸状曲面13a，下侧辊电极14的前端为平坦面14a)，该辊电极14配置在铝合金材料2侧。

因此，在该实施例中，通过施加400kgf的加压力、以32000A的交流电流进行通电，同时，以2.0m/分的进给速度移动，由此，与上述的点焊接同样，利用辊电极13的凸状曲面13a将密封材料3、氧化膜或共晶熔化金属、反应生成物等从接合界面顺畅地地向其周围排出，铝合金与钢的新生面彼此牢固地接合，而且，由于密封材料3的存在而确保了良好的耐腐蚀性。

实施例5

在该实施例中，表示的是将具有与上述的实施例2相同的弯曲部的铝合金材料2应用到电阻缝焊接的例子。

即，如图10所示，预先通过冲压加工、将在长度方向成为连续的珠状、设置有具有向镀锌钢板1侧凸出而弯曲的曲率的弯曲部2d的铝合金材料2叠置在镀锌钢板1上，将密封材料3插入其间。

该弯曲部2d具有促进密封材料3排出的功能，因此，与上述点焊接的情况相同，密封材料3和其后的氧化膜或共晶熔化金属、反应生成物等从接合界面顺畅地向其两侧排出，因此，通过上述相同的条件，确认铝合金与钢的新生面彼此牢固地接合、得到高的耐腐蚀性。

在此，作为辊电极13、14，通常使用前端形状为平面的电极，但是，与前面的实施例相同，也可以使用外周面形成凸状曲面的电极。另外，与点焊接的情况相同，可以在镀锌钢板1侧设置弯曲部，也可以在镀锌钢板1和铝合金材料2双方形成。

通过使用上述实施例4或5的电阻缝焊接，可以进行连续的接合，能够得到接合部的水密性或刚性优良的不同材料的接头。

实施例6

在该实施例中，表示的是利用电阻点焊接将单侧具有作为密封材料起作用的有机覆膜2f的6000系列铝合金构成的板厚为1.0mm的板材2和板厚为0.55mm的镀锌钢板1接合的例子。

即，图11(a)是接合时的剖面详细图，在表面具有镀锌层1p的镀锌钢板1和具有有机覆膜2f的铝合金材料2的接合界面上，与上述的各实施例同样地，使镀锌层1p、铝的氧化膜2c及有机覆膜2f(密封材料)介于其间。

因此，使用前端部分别具有凸状曲面11a、12a的点焊接用电极11、12，通过使用与上述实施例1、2等相同的条件，首先将有机覆膜2f从接合界面排出，两种材料1、2直接接触，在这种状态下进行相同的加压及通电，如图11(b)所示，镀锌钢板1的钢与铝合金直接接合而构成的接合部J被排出物D围绕，进而成为有机覆膜2f包围排出物D周边部和铝合金材料2的表面的结构，因此，对由异种金属的接触而引起的腐蚀的耐腐蚀性优良。

另外，铜与铝合金的接合部J将有机覆盖膜2f、共晶熔化体Me、氧化覆盖膜2c、接合界面的杂质等的排出物D向周围排出，新生面彼此高强度地接合，同时实现具有强度和耐腐蚀性。这样，有机覆膜2f作为密封材料、只要覆盖被接合材料的至少一侧的表面并包围排出物D的周边即可。

实施例7

在此，表示的是利用电阻点焊接对分别具有作为防锈用的密封材料起作用的有机覆膜1f及2f的板厚为0.55mm的镀锌钢板1和6000系列铝合金构成的板厚为1.0mm的板材2进行接合的例子。

如图12(a)所示，将镀锌层1p上具有有机覆膜1f的镀锌钢板1和具有有机覆膜2f的铝合金材料2以各自的有机覆膜成为接合界面侧的方式叠合，在该接合界面上，与上述各实施例基本相同地，镀锌层1p、铝的氧化膜2c及有机覆盖膜1f及2f(密封材料)介于其间。

因此，与上述实施例1或实施例6同样地，使用前端部具有凸状曲面11a、12a的点焊接用电极11、12，首先进行加压，然后通过进行规定的加压、通电，将有机覆膜1f、2f从接合界面顺畅地排出以及将其之后的氧化膜2c或反应生成物等顺畅地排出，如图12(b)所示，得到与上述各实施例基本相同的异种金属的接合结构，可以得到兼具接头强度和耐腐蚀性能的异种金属的接头。

实施例8

该实施例表示的是将与上述实施例6相同组合的被接合材料进行电阻缝焊接的例子。

作为缝焊接用辊电极，如图13所示，与实施例4同样地，使用外周部具有凸状曲面13a的辊电极14，利用相同的焊接条件，将有机覆膜2f、进而氧化膜2c或反应生成物等从接合界面顺畅地排出，确认到同时实现接头强度和耐腐蚀性。

另外，通过使用这种电阻缝焊接，可以进行连续的接合，能够得到接合部的水密性或刚性优良的不同材料的接头。

另外，通过使用预先形成有机覆膜的材料，可以将相当于密封材料的结构均匀地设置，容易向难以涂敷的部分进行应用。

实施例9

在该实施例中，与上述各实施例相同，表示的是应用激光焊接将在镀锌钢板1与铝合金材料2之间夹持密封材料3而构成的被接合材料进行接合的例子。

作为接合装置的焊接机构，使用具有最大输出为3kW的振荡器的YAG激光焊接机，作为降低密封材料3的变形阻力的加热机构及按压该密封材料3的加压机构，使用带加热器的热辊，进行连续焊接。

即，图14表示该实施例中使用的接合装置的构成，图14(a)是从行进方向侧看到的正面图，图14(b)是其侧面图。

如图所示的接合装置，具有：一对热辊21、22，其作为密封材料排出机构，兼有如上所述的作为加热机构与加压机构的功能；未图示的照射头，其使来自激光振荡器的激光束B散焦照射到该热辊21、22紧后方的位置；一对加压辊23、24，其配置在光束照射部分的紧后方，对由激光束加热的被接合材料进行加压。

上述热辊21、22通过内置加热器可以将辊主体保持在高温状态，并且，如图14(a)所示，在成为与被接合材料的压接面的外周部成为凸状曲面21a、22a，因此，在加压的同时通过传递热量而将两种材料1、2之间的密封材料3加热并软化，因此，在激光焊接之前，密封材料3从接合界面极顺畅地排出。

另一方面，加压辊23、24用于使由光束照射而被加热的镀锌钢板1与铝合金材料2压接、并通过来自钢板侧的导热而使二者接合，为了使接合过程中产生的共晶熔化体或氧化膜等排出物从接合界面顺畅地排出，优选其外周部形成与热辊21、22相同的凸状曲面。

使用这样的接合装置，使先行的热辊21、22的温度保持在90℃，同时将其加压力调整为160MPa，并，将后方的加压辊23、24的加压力调整为120MPa，在这些辊之间的中间位置，使镀锌钢板1表面的光斑径为3.5mm而照射散焦的输出功率为1.0kW的激光束，同时，以1.2m/分的进给速度使其相对移动，由此将镀锌钢板1和铝合金材料2接合。另外，激光束的照射中，以25L/分的流量流入氩气，屏蔽接合部。

该接合基本上通过与图4(其中，图中的钢材1与铝合金材料2的上下位置相反)相同的工艺进行。

即，使用一对热辊21、22夹持被接合材料，在通过来自热辊21、22的导热而降低密封材料3的变形阻力的状态下，若按压被接合材料，则形成有热辊外周部的曲面21a、22a，因此，密封材料3从接合部的中央部朝向接合线的两侧排出，在中央部使镀锌层1p和铝合金材料表面的氧化覆盖膜2a直接接触(参照图4b)。

在此，进而通过承载由热辊21、22的加压而产生的机械冲击，使氧化膜2a局部地破坏(参照图4c)。

并且，引起锌与铝合金的局部接触，在此通过激光束B的照射，接合部位被加热，若保持在锌与铝保持的共晶点温度以上，则产生锌与铝的共晶熔化，生成共晶熔化体(熔化金属)Me(参照图4d)。

在该状态下，若进行通过加压辊23、24的按压，则氧化膜2c、接合界面的杂质(未图示)与共晶熔化体Me一同成为排出物D而向接合界面的周围排出，确保规定的接合面积(参照图4e)。

并且，铝与钢的新生面彼此在接合部J直接接合，能够得到钢与铝合金的牢固的金属接合(参照图4f)。

由此得到的镀锌钢板1的钢与铝合金材料2的接合部J成为周围被排出物D、进而被密封材料3包围的接合结构，因此，完全阻隔腐蚀环境，对异种金属的接触腐蚀的耐腐蚀性优良。另外，在上述接合部J使钢与铝合金的新生面彼此直接接合，密封材料3、共晶熔化体Me、氧化膜2c以及在接合过程中产生的各种杂质从接合界面被排出，因此上述接合部J的接合强度优良，异种金属接头的强度和耐腐蚀性二者都优良。

在上述实施例9中，表示的是通过使用外周部具有凸状曲面的热辊而促进密封材料从接合界面排出的例子，在激光焊接的情况下，通过在被接合材料的至少一方的接合面上形成具有规定曲率的弯曲部，也能得到相同的效果。

即，如图15(a)所示，例如通过冲压加工，可在镀锌钢板1上设置沿焊接方向的连续的弯曲部1a，或如图15(b)所示在镀锌钢板1和铝合金材料2双方上分别设置相同的弯曲部1a、2a，通过将这些弯曲部1a、2a的突出部朝向对象侧对齐，与实施例2及3同样地，通过热辊的按压可以更加有效地将密封材料排出。

另外，例如在铝合金材料2为铸件或挤压材料的情况下，如图16所示，优选弯曲部2b形成为厚壁部，可以得到相同的效果。

实施例10

在此，表示的是将上述实施例9使用的接合装置的焊接机构置换成电阻缝焊接机的例子。

即，图17是表示该实施例使用的接合装置的构成，如图所示的接合装置具有：一对热辊21、22，其作为密封材料排出机构，与实施例9使用的装置同样地内置有加热器；与电阻焊接用电源变压器连接的辊电极13及14。

在该接合装置中，首先通过热辊21、22对接合部进行加热，接着，通过加压，使介于镀锌钢板1与铝合金材料2之间的密封材料3从接合界面排出之后，通过辊电极13、14对被接合材料加压，同时在两种材料1、2之间通电，并且，使辊电极13、14旋转，由此，电阻焊接连续地进行，可以使两种金属材料线状地接合。

在该实施例中，通过将热辊21、22的温度保持在80℃，并且，将其加压力调整为120MPa，对辊电极13、14之间施加400kgf的加压力并以32000A的交流电流通电，同时，以1.8m/分的速度使其相对移动，由此，确认到与上述实施例同样地，在将密封材料3向接合线的两侧排出的同时，一边将在接合过程中产生的反应生成物排除一边进行焊接，可得到良好的接合结构。

实施例11

图18是表示该实施例使用的接合装置的示意构成，在此，作为密封材料排出机构，使用散焦的激光束和加压辊，作为焊接机构也使用散焦的激光束和加压辊。

即，图示的接合装置是将双光束YAG激光振荡器和两对加压辊组合而成的装置，在该接合装置中，先行的激光束B1将介于镀锌钢板1与铝合金材料2之间的密封材料3加热而使其变形阻力降低(软化)，然后，通过后续的加压辊25、26将其向焊接方向的两侧排出，这些激光束B1及加压辊25、26构成密封材料排出机构的加热机构及加压机构。另外，该加压辊25、26的一方或双方的外周部与热辊13同样地，优选为凸状曲面。

接着，通过将密封材料3排出，后续的激光束B2向与铝合金材料2接触的状态的镀锌钢板1照射，被加热到规定温度后的镀锌钢板1通过加压辊23、24与铝合金材料2压接，通过来自钢板侧的导热使铝合金材料2与镀锌钢板1接合。

在该实施例中，通过将先行加压辊25、26及后续加压辊23、24的加压力分别调整为160MPa及120MPa，使先行激光束B1与后续激光束B2的光斑径分别为5.0mm及3.5mm而进行散焦，并且，使激光输出功率分别为0.5kW及1.0kW、进给速度为1.2m/分，由此判定：在将密封材料3从接合界面排出的同时，将后续的氧化膜或反应生成物等顺畅地排出，得到良好的异种材料的接头。另外，在激光束的照射中，同样地，以25L/分的流量流入氩气，屏蔽接合部。

实施例12

在该实施例中，表示的是将兼具作为加热机构和加压机构的功能的内置加热器的圆筒形压件用作为密封材料排出机构并由该压件将密封材料排出之后、作为焊接机构使用电阻点焊接而将两种材料接合的例子。

即，图19是表示该实施例的接合要领的示意图，圆筒状的压件15、16的前端压接面为凸状曲面15a、16a，并且具有内部组装有加热器而对压件自身加热的结构，通过导热可以将夹持在镀锌钢板1与铝合金材料2之间的密封材料3加热，在加热密封材料3使其软化的状态下，通过施加加压力而可容易地将密封材料3从接合界面排出。

在此，作为密封排出机构的压件15、16和点焊接电极11、12的前端面的曲率可以分别独立地设定为最适宜密封材料3排出的曲率和最适宜焊接的曲率，因此，可以分别有效地进行密封材料3从接合界面的排出、共晶熔化、氧化膜或接合界面的杂质的排出。

在该实施例中，通过在将压件15、16的温度调整为80℃的状态下以450kgf的加压力进行加压，将镀锌钢板1与铝合金材料2之间的密封材料3从接合界面排出之后，与此同时，使用焊接电极11、12施加350kgf的加压力，同时，以25000A的交流电流通电0.2秒钟，由此，能够良好地将镀锌钢板1和铝合金材料2接合。

另外，在上述实施例12中，以内置加热器的圆筒形压件作为加热机构，但也可以代替这种加热型压件，进行高频加热。

即，如图20所示，通过高频线圈31、32对将密封材料3插入镀锌钢板1与铝合金材料2之间而构成的被接合材料的接合部位进行加热之后，被加热的部位被一对点焊接电极11、12夹持并进行加压，由此，可以容易地将由高频加热而软化的密封材料3从接合界面排出。

并且，密封材料3被排出后，在相互接触的镀锌钢板1与铝合金材料2上，通过由焊接电极11、12以同样的条件进行加压、通电，能够同样地将镀锌钢板1和铝合金材料2接合。

在这种情况下，如上所述，用于排出密封材料3的加压通过点焊接电极11、12进行，点焊接电极11、12兼具作为密封材料排出机构的加压机构的功能。

因此，优选将点焊接电极11、12的前端形状形成为图示的凸状曲面11a、12a。

本发明是实现异种金属接合中的重要课题即防电腐蚀的有效方法。即，本发明至少在接合面夹着密封材料3将镀有锌1p的钢板1和铝合金2叠合并对其进行加压、加热。由此，将密封材料3从接合面排出，但排出物D残留并紧密贴合在接合部J周围，故可防止电腐蚀，并可实现牢固的接合。

在上述说明中，作为异种金属的组合，对钢板(主要由铁制成)和铝合金的组合进行了说明，但本发明不限于这些材料。

Claims (12)

1.一种异种金属的接合方法，其中，在夹着密封材料将种类不同的第一金属材料和第二金属材料彼此叠置后，将夹在所述第一金属材料与所述第二金属材料之间的密封材料的一部分向两侧排出并且使所述第一金属材料和第二金属材料直接接触而形成接合部，通过从所述接合部的接合界面排出的所述密封材料包围所述接合部的周围，

将由与所述第一金属材料及第二金属材料不同的第三金属材料置于所述第一金属材料和第二金属材料中的至少一方与密封材料之间，将密封材料从接合界面排出后，使所述第一金属材料和第二金属材料中的至少一方与第三金属材料之间产生共晶熔化，然后，将由所述共晶熔化产生的熔化金属从所述接合界面排出，使所述第一金属材料和所述第二金属材料接合。

2.如权利要求1所述的异种金属的接合方法，其中，在将所述密封材料从接合界面排出时，利用在压接面具有凸状曲面的压件对第一金属材料和第二金属材料进行加压。

3.如权利要求1所述的异种金属的接合方法，其中，在将所述密封材料从接合界面排出时，在所述第一金属材料和第二金属材料中至少一方的接合面上预先形成向对方侧突出的弯曲部，然后，对第一金属材料和第二金属材料进行加压。

4.如权利要求1～3中任一项所述的异种金属的接合方法，其中，在将所述密封材料从接合界面排出时，在使密封材料的变形阻力降低的状态下，对第一金属材料和第二金属材料进行加压。

5.如权利要求4所述的异种金属的接合方法，其中，通过使用外部热源的加热，降低所述密封材料的变形阻力。

6.如权利要求1～3中任一项所述的异种金属的接合方法，其中，利用电阻焊接将所述第一金属材料和第二金属材料接合。

7.如权利要求6所述的异种金属的接合方法，其中，焊接用电极中至少一个电极的前端为凸状曲面。

8.如权利要求6所述的异种金属的接合方法，其中，利用电阻点焊接进行接合。

9.如权利要求6所述的异种金属的接合方法，其中，利用电阻缝焊接进行接合。

10.如权利要求6所述的异种金属的接合方法，其中，在将所述密封材料从接合界面排出时，通过来自焊接用电极的预备通电而使密封材料的变形阻力降低。

11.如权利要求1所述的异种金属的接合方法，其中，所述第一金属材料和第二金属材料分别为镀锌钢板及铝合金板，所述镀锌钢板上镀敷的锌用作所述第三种金属材料。

12.一种由不同种类的金属材料彼此接合构成的异种金属的接合结构，其中，所述接合结构包括：第一区域，其为第一金属材料与第二金属材料的直接接合部；第二区域，其由所述第一金属材料或第二金属材料中的任一金属材料与第三金属材料的共晶熔化体、氧化薄膜以及接合界面的杂质等排出物D构成，包围所述第一区域的周围；第三区域，其由密封材料构成，包围所述第二区域的周围。

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