CN101378873B - 不同材料接合用药芯焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明提供在将铝系材料和铁系材料接合时，使接合强度提高并且焊接效率也高效的不同材料接合用药芯焊丝，其在铝合金外皮内部充填用于将铝合金材和钢材的不同材料彼此接合的焊剂而成，其使所述焊剂形成为相对于药芯焊丝总质量含有0.1～15质量％的氟化铝且不含有氯化物的氟化物组成，并且，相对于药芯焊丝总质量充填0.3～20质量％的所述焊剂。当使用这样的药芯焊丝时，在高张力钢材和6000系铝合金材的高强度不同材料彼此进行熔化焊接接合方面得到高的接合强度。

Description

不同材料接合用药芯焊丝

技术领域

本发明涉及铁系材料和铝系材料的不同种类金属构件彼此的不同材料接合用药芯焊丝(FCW：Flux cored wire)及不同材料接合方法。本发明的技术在汽车、铁道车辆等运输领域，作为机械零件、建筑结构物等结构构件适合，尤其在汽车用结构物等的组装工序时需要。

背景技术

焊接通常将同种类的金属构件彼此进行接合。但是，如果能够适用于铁系材料(以下，简称钢材)和铝系材料(总称纯铝及铝合金，故以下简称为铝材料)这样不同种类的金属构件的接合(不同材料接头体)，则作为汽车等的结构材料，能够大大有助于使汽车等轻量化等。

但是，由于在将钢材和铝合金材进行焊接接合的情况下，在接合部容易生成脆的Fe-Al金属间化合物，所以得到具有一定可靠性的高强度的接合部(接合强度)非常困难。因此，目前为了进行这些不同种类接合体(不同种类金属构件)的结合，采用螺栓或铆接等的接合，但存在接合接头的可靠性、密封性、成本等的问题。

另一方面，为了使汽车车身等的构件轻量化，谋求钢材或铝合金材的高强度化，存在钢材使用高张力钢材(高强度钢)，铝合金材使用合金元素少且再循环性也优良的高强度的A6000系铝合金材的倾向。

因此，在不同材料彼此的焊接接合方面，接合对象也从目前的软钢和纯铝合金或A5000系铝合金等的目前的低强度的不同材料彼此的焊接接合向高张力钢材和6000系铝合金材的高强度的不同材料彼此的焊接接合变化。这些高强度的不同材料彼此的焊接接合在接合部生成脆的Fe-Al金属间化合物的条件不同。因而，为了得到具有高可靠性的高的接合强度，需要针对目前的低强度的不同材料彼此的焊接接合，对新的接合条件进行研究。

在将钢材和铝合金材的不同材料彼此进行接合的情况下，钢材与铝合金材比较，由于其熔点、电阻高，热传导率小，所以钢发热变多，首先熔化低熔点的铝，接着熔化钢材的表面。其结果是，在界面形成Fe-Al系的脆的金属间化合物层，故不能得到高的接合强度。

于是，一直以来对这些钢材和铝材的不同种类接合体的接合方法进行了反复研究、提案。例如，提案了一种在真空下进行轧制接合的方法(参照专利文献1)。提案了一种经由预先准备好的由铁系材料层及铝合金层组成的两层金属包层材料置进行缝焊焊接的方法(参照专利文献2)。提案了一种在高温下加压进行接合的方法(参照专利文献3)。提案了一种将Ti合金预先置于相互的接合面，通过HIP处理进行接合的方法(参照专利文献4及5)。提案了一种摩擦加压焊接的方法(参照专利文献6)。提案了一种在与铝接合的钢材表面镀铝合金，或将预先准备好的金属包层材料置于由钢材层及铝合金层组成的两层之间，然后进行电阻焊接的方法(参照专利文献7及8)。

但是，这些目前的技术分别存在以下的问题。例如，专利文献1～8中得到钢材和铝材的不同材料接合体的方法共同之处为能够在平板等比较简单的形状的构件彼此接合时利用，受构件形状的制约，在构件形状复杂的情况下不适用。因此适用范围窄、通用性差。另外，还存在因为接合部为点状的结构，故不能得到连续的接合部的问题。而且，无论哪种方法其工序均较复杂，因此存在不能确保质量的稳定性、接合成本高、缺乏实用性的问题。另外，现存的焊丝上不能够实施，必须组装用于实施上述各方法的新设备，故也存在设备成本提高的问题。

作为针对铁系材料和铝系材料的接合提案上述各种方法的背景之一，可以例举，当直接将铁系材料和铝系材料进行熔化接合时，在接合部生成脆弱的金属间化合物，容易产生裂纹。因此，包括使用焊丝进行接合的情况直接将铁系材料和铝系材料进行接合时，无论如何极力不使铁系材料中的铁和铝系材料中的铝熔化混合，确保熔化金属部的延展性，或无论如何不在铁系材料和铝系材料的界面附近生成脆弱的金属间化合物层，这点极其重要。

对此，还提案了一种通过电弧焊接，将钢材和铝材进行线或面接合的 方法(参照非专利文献1、2、3)。而且，为了确保完整的接合接头，还提案了一种通过MIG硬焊法直接将钢材和铝材进行接合的方法(参照专利文献9)。

在上述非专利文献1、2、3等的、通过电弧焊接对钢材和铝材进行接合的方法在进行接合的钢材一侧预先设置穴，用熔化铝材埋住该穴，由此控制为强度确保的影响因素的金属间化合物的成长方向，从而得到高的接合强度。但是，该非专利文献1、2、3中，在连续进行电弧焊接的情况下，在焊道上也容易产生裂纹，从而焊接接头的强度还有改善的余地。这个在专利文献9中也一样。

另外，还提案了一种在低温下进行硬焊，以使脆的Fe-Al金属间化合物不在接合部生成(参照专利文献10、11)。

另外，还提案了一种接合方法，该方法在更高温下进行接合，这些不同种类接合体的熔化焊接将添加至少3～15wt％硅的铝合金制的实丝作为焊丝，通过脉冲MIG焊接对铝合金材和在表面实施了镀锌等的钢材进行接合(参照专利文献2)。该方法中，在焊丝熔化的同时，也使硅向母材转移，浸透到熔池界面，因电弧的热量而成为高温，提高熔化金属的润湿性，从而提高粘接性。

而且，还提案了改善用于不同种类接合体的熔化焊接的焊剂的组成，提高焊接接头强度。作为该例，提案了一种方法，该方法将含有氟化物(氟化铯、氟化铝、氟化钾及氧化铝)的焊剂做成芯材，通过由铝或铝合金包覆形成的加入焊剂的焊丝，对软钢和纯铝或5000系铝合金材进行电弧焊接(参照专利文献13)。

另外，还提案了一种钢材和铝材的不同材料接合方法，该方法使用氟化钾和氟化铝等含有氟化铯、氟化铝、氟化钾、氟化锌的一种以上的氟化物系混合焊剂涂敷，通过磁焊、超声波焊、高频焊、电焊等的各种焊接方法进行焊接(参照专利文献14)。这些方法根据上述焊剂的化学反应在促进钢铁表面净化作用的同时，提高铝组成的熔化金属的润湿性及粘接性，阻止脆弱的厚金属间化合物层的形成。

另外，还提案一种方法，该方法从形成有坚硬的氧化皮膜的铝合金材的表面还原氧化皮膜，将具有溶解除去效果的氟化物系焊剂涂敷在铝合金 材表面，对软钢和6000系铝合金材进行点焊接(参照专利文献15)。另外，这些氟化物系焊剂也用于铝合金材彼此的熔化焊接接合等(参照专利文献16、17)。

专利文献1：日本公开特性公报2000-94162号

专利文献2：日本公开特性公报平11-197846号

专利文献3：日本公开特性公报平10-185040号

专利文献4：日本公开特性公报平6-198458号

专利文献5：日本公开特性公报平5-8056号

专利文献6：日本公开特性公报平8-141755号

专利文献7：日本公开特性公报平6-39558号

专利文献8：日本公开特性公报平6-63762号

专利文献9：日本公开特性公报2003-33865号

专利文献10：日本公开特性公报平7-148571号

专利文献11：日本公开特性公报平10-314933号

专利文献12：日本公开特性公报2004-223548号

专利文献13：日本公开特性公报2003-211270号

专利文献14：日本公开特性公报2003-48077号

专利文献15：日本公开特性公报2004-351507号

专利文献16：日本公开特性公报2004-210013号

专利文献17：日本公开特性公报2004-210023号

非专利文献1：WELDING JOURNAL，(1963)，p.302

非专利文献2：轻金属焊接：Vol.16(1978)No.12，p.8

非专利文献3：焊接学会全国大会讲演概要第75集(2004)，p.260～261

考虑将焊接接合钢材和铝材的不同材料接合接头(不同材料焊接接头)应用于汽车等的结构构件时，接头相对于汽车撞击时等承受的负荷(应力)需要具有一定强度，作为这样的汽车结构构件，例示有钢材大梁、铝材保险杆拉条(保险杠补强材料的后面侧接合构件)等的不同材料接合接头。但是，所述的各目前技术在设想这样用途的情况下，接合强度不足，还有改善的余地。

另外，更大的问题是，在进行不同材料接合的钢材侧，通用的镀锌层影响焊接性，从而造成接头强度下降。尤其是，包覆有镀层厚度比较厚的熔化镀锌或熔化合金化镀锌的钢材与铝材的不同材料接合体，与裸钢材相比焊接性差，接合强度明显下降。

这是由于除在不同材料接合的接合部生成的所述脆的金属间化合物之外，在镀锌钢板(镀锌钢材)和铝材的不同材料接合中，必然生成由镀锌引起的脆的Zn-Fe系化合物层的缘故。由于该Zn-Fe系化合物层脆，所以成为破坏的起点而造成接合强度明显下降。

另外，点焊由于为接合部成为点的连接，故不能得到连续的接合部。因此，点焊虽然适于面板彼此的接合，但不适于汽车结构材料用的不同材料接合要求的角焊接或对撞焊接等的线焊接。

专利文献10、11的低温硬焊使用铝系钎料焊料或焊剂和铝系钎料焊料进行硬焊。但是，低温硬焊中，被接合材料的接合温度范围被严密控制为在钎料焊料的熔化温度以上，被接合材料的熔化温度以下。故为了应用于汽车车身等的大型构件的接合，需要能够精密控制温度的大型炉。另外，由于接合需要长时间，所以不能够应用于要求高的生产性的汽车车身等的大型构件。

将添加了如专利文献12的硅的铝合金制实金属线作为焊接金属线的MIG焊接方法存在如下问题：不仅需要用于高精度控制进热条件的高价的控制电源，而且对接头形状也有很大限定。因此，仍然不能够应用于要求接头形状自由设计的汽车车身等的大型构件等。

针对这些课题，使用氟化物系混合焊剂涂敷来进行电弧焊接等的技术可期望焊剂带来电弧焊接性改善的效果。但是，专利文献13或专利文献14存在如下问题：当实际进行电弧焊接时，即使在通常的条件范围内，涂敷在焊接部的氟化物系混合焊剂自身也大量飞散，焊接作业自身困难。另外，还存在如下问题：焊剂引起的焊接金属的润湿性过于优良而扩散，从而导致焊道的形成不完整等。

在本来熔点比铝低的、含有氟化铝及氟化钾的混合物中再添加低熔点的氟化铯形成的上述焊剂，其熔点更低。因此存在如下问题：焊接时焊剂大量蒸发，发生烟气或飞溅等，导致作业性恶化，并且铝组成的焊接金属 过于扩散，不能够形成完整的焊道，得不到高的接合强度。

另外，如专利文献13、14公开的氟化物组成的加入焊剂的铝制焊丝能够将软钢和纯铝或5000系铝合金材进行不同材料接合。但是，专利文献13、14公开的氟化物组成的加入焊剂的铝制焊丝对高张力钢材与6000系铝合金材的高强度的不同材料彼此的焊接接合得不到高的接合强度。其在专利文献15公开的进行点焊的氟化物组成的焊剂方面也是相同的。

这是因为，如上所述，低强度的不同材料彼此和高强度的不同材料彼此在接合部的脆的Fe-Al金属间化合物的生成条件不同，为了得到具有一定可靠性的高的接合强度，需要对高强度的不同材料彼此的新的接合条件进行研究和创新的缘故。换言之，高张力钢材与6000系铝合金材的高强度不同材料彼此的熔化焊接接合的焊剂的组成等条件，到目前为止还没有提案，这是实情。

发明内容

本发明是为解决上述课题而开发的。本发明的目的尤其提供对高张力钢材和6000系铝合金材的高强度的不同材料彼此的熔焊接合来说，在提高接合强度的同时，焊接效率也优良的不同材料接合用药芯焊丝及不同材料接合方法。

另外，本发明的目的还提供在将铝系材料和铁系材料进行接合时，通过形成完整的焊道且防止在接合部生成脆弱的金属间化合物，由此得到高接合强度的接合方法以及由此得到的接合接头。据本发明的方法，可以实现适用条件等的制约少、通用性优良，同时形状制约也少，能够进行作业性优良的连续接合的目的。

本发明的目的还提供即使是镀锌钢材也能够进行接合强度高的焊接的电弧焊接进行的钢材和铝材的不同材料接合方法。

用于实现所述目的的本发明的不同材料接合用药芯焊丝的宗旨是用于将钢材与铝合金材不同材料彼此进行焊接的在铝合金外皮内充填有焊剂的药芯焊丝，所述焊剂含有相对于药芯焊丝的总质量为0.1～15质量％的AlF₃，且为不含氯化物的氟化物组成。而且，相对于药芯焊丝的总质量充填0.3～20质量％的该焊剂。

在此，为了提高接合强度，更优选以下方式，即，优选所述外皮铝合金含有1～13质量％的Si，余量由Al及不可避免的杂质组成。另外，优选所述外皮铝合金还含有0.1～0.3质量％的Mn。更优选所述钢材为镀锌钢材。

本发明不同材料接合用药芯焊丝特别优选适用于高张力钢材和6000系铝合金材进行接合的接合。

用于实现所述目的的本发明不同材料接合方法的宗旨是使用所述宗旨的或上述及后述的优选的方式的药芯焊丝，通过熔化焊接将高张力钢材和6000系铝合金材的不同材料彼此进行接合。

用于实现所述目的的本发明不同材料接合方法的宗旨是，作为填充材料使用由铝或铝合金包覆含有氟化铝及氟化钾、还含有选自氟化镁、氟化钙、氟化铯及氟化钡组成的组的一种以上的氟化物的焊剂而形成的药芯焊丝(加入焊剂的焊丝)，通过交流MIG焊接直接将铝系材料与铁系材料进行接合。

所述铁系材料优选镀锌钢板。

用于实现所述目的的本发明接合接头的宗旨是，该接头为通过所述宗旨的接合方法得到的铁系材料和铝系材料的接合接头。

用于实现所述目的的本发明不同材料接合方法的宗旨是，使用分析焊丝(加入焊剂的焊丝)，通过交流MIG焊接或直流逆极性的MIG焊接将铝材与钢材进行接合的不同材料接合方法，使用在铝合金外皮内部充填焊剂而形成的药芯焊丝，将所述焊剂作成氟化铝和氟化钾的混合焊剂。而且设该混合焊剂的充填量相对于药芯焊丝的总质量为0.1％以上但低于24质量％。

所述不同材料接合方法优选适用于焊接性比裸钢材差、接合强度下降明显、镀层比较厚的熔化镀锌等的镀锌钢材。

为了实现所述目的，本发明的不同材料接合方法优选，所述混合焊剂的熔点为560℃～700℃的范围，所述药芯焊丝的直径在φ1.6mm以下。

在高张力钢材和6000系铝合金材等高强度的不同材料彼此的熔化焊接接合方面，为了提高接合强度到可靠性水平及实用性水平，必须将在接合部的脆的Fe-Al金属间化合物的生成抑制在目前的低强度的不同材料 彼此的接合以上。

因此，用于不同材料彼此的熔化焊接接合的焊剂不仅能够得到还原除去如目前的铝合金材等的被焊接材料的表面氧化膜的效果，还能够得到抑制生成于钢材焊接部的脆弱的Fe-Al金属间化合物层成长的效果。为了发挥抑制该Fe-Al金属间化合物层成长的效果，用于不同材料彼此的熔化焊接接合的焊剂作用于钢材表面，必须起到阻止Fe和Al相互扩散的作用。

根据本发明者们的见解，阻止这样的Fe和Al相互扩散的作用效果对氟化物组成或氟化物系的焊剂，尤其是对含有AlF₃(氟化铝)的焊剂来说，比较显著。换言之，不含AlF₃的氟化物组成的焊剂与含有AlF₃氟化物组成的焊剂进行比较，阻止Fe和Al的相互扩散的作用效果小。因此，不含AlF₃的氟化物组成的焊剂虽然在低强度的不同材料彼此的熔化焊接时能够提高接合强度，但是在高张力钢材和6000系铝合金材等的高强度的不同材料彼此的熔化焊接时不能够提高接合强度。

含有AlF₃的氟化物组成的焊剂具有阻止Fe和Al的相互扩散的作用效果、抑制Fe-Al金属间化合物层成长的效果的机构不是固定的。但是，含有AlF₃的氟化物组成的焊剂通过在钢材表面(接合面)上预先薄薄地生成一层特定的化合物，由此可推断该生成物阻止乃至抑制Fe和Al的相互扩散的可能性高。

即，该钢材表面的特定生成物在熔化焊接中，能够使在钢和铝合金材之间形成Fe-Al金属间化合物层(界面反应层)的时间延迟，所以推断随着熔化焊接的进行，不能阻止Fe和Al进行直接接合。

如上所述，本发明提供一种使用含有AlF₃的氟化物组成的焊剂，而且该焊剂充填于外皮内的药芯焊丝。因此，本发明尤其是在高张力钢材和6000系铝合金材的高强度的不同材料彼此的熔化焊接中，具有可提供使接合强度高并且焊接效率也好的不同材料接合体或不同材料接合方法的优良的效果。

另外，本发明中，作为填充材料使用在氟化铝及氟化钾中含有高熔点的氟化物的焊剂，由此抑制焊接时的焊剂的蒸发，改善作业性。通过该焊剂的使用抑制铝组成的焊接金属的过度扩散，形成完整的焊道，同时防止 在接合部生成脆弱的金属间化合物，从而得到高的接合强度。

另外，通过使用交流MIG焊接作为焊接方法，从而对适用条件等的制约少，而通用性优良，同时对形状的制约也少，能够进行连续接合，从而能够实现铝系材料和铁系材料高效率进行接合。

另外，本发明在将氟化物混合焊剂用于焊接时，在电弧焊接中也通过使用比较低的交流MIG(金属极惰性气体保护焊)焊接或直流逆极性MIG焊接进行不同材料接合。由此，防止氟化物焊剂自身的飞散，从而改善焊接作业性。

本发明中，使用不像上述的目前技术所示那样在焊接部涂敷氟化物系混合焊剂，而是使用在铝材外皮内部充填焊剂而成的药芯焊丝。由此，防止氟化物焊剂自身的飞散，从而改善焊接作业性。

本发明将充填在焊丝中的焊接在氟化物系混合焊剂中也做成氟化铝和氟化钾的特定组成的混合焊剂，且设该混合焊剂的充填量相对于药芯焊丝的总质量为0.1％以上但低于24质量％，比较少。由此，即使为熔化镀锌等的镀锌钢材，也能够提高不同材料接合的接合强度。由此防止氟化物系混合焊剂自身的飞散，也能够保证改善焊接作业性。

其结果是，根据本发明，在将铝材与钢材接合时，适用条件等的制约少，通用性优良，同时形状的制约也少。另外，提供一种接合技术，其在线焊接时能够进行需要的连续接合，且在接合部的脆弱的金属间化合物或焊接部的气眼的发生或耐腐蚀性恶化也少，而且焊接作业性也良好。因此，能够提供一种能够适用于汽车等的结构构件的不同材料接合接头(不同焊接接头)。

附图说明

图1是表示本发明的不同材料接合方法的一状态的剖面图；

图2是示意性表示异型接合的焊接焊道外观评价的状态，是用于说明判定接合接头的焊道形状良否的基准的平面图；

图3是表示用于本发明的药芯焊丝的状态的剖面图；

图4是示意性表示异型接合的焊接焊道的润湿性评价的状态的剖面图。

符号说明

1  药芯焊丝(装入焊剂的焊丝)

2  铝材

3  钢材

4  焊接金属

5  焊丝

6  焊剂

7  铝材

10 焊枪

具体实施方式

下面，具体地说明本发明的实施方式和本发明各要件的限定理由。

另外，以下列举实施例更具体地说明本发明。但是固然不受下述实施例的限制，在符合上述、后述的宗旨而得到的范围内适当进行变更进行实施，不用说也可以，这些均包含于本发明的技术范围内。

〔1〕

(药芯焊丝)

本发明的一实施方式的不同材料接合用药芯焊丝为了溶融焊接的效率化，形成为焊剂充填于管状的外皮(也可以说管)的药芯焊丝。该药芯焊丝作为高效率的总自动焊接或半自动焊接具有适用于溶融焊接的优点。

药芯焊丝的直径作为高效率的总自动焊接或半自动焊接使用的焊接施工用，只要根据也含有金属线进给机的特性等的焊接作业性选定最合适的直径即可。例如，如果是通常的CO₂气体保护焊、MIG焊接等，只要是通用的φ0.8～1.6mm大小的细径即可。

作为药芯焊丝的制造方法，通过外皮铝合金焊管的U状成型工序、向U字状成型焊管充填的焊剂充填工序、从U字状焊管向管状焊丝的成型工序等的工序，制作将焊剂充填于内部的管状成型焊丝。其后，将该管状成型焊丝拉丝到制品FCW直径的工序

药芯焊丝(以下，可以简称焊丝或FCW)一般有如下类型：具有接合焊管缝(间隙、开口部：以下也称为缝)的有缝类型；通过焊接等接合 接合而接合而没有间隙(无接合缝)的无缝类型。本发明也可以是任意种类型。另外，在对管状焊丝成形时，虽然涉及铝板端部的卷入形状和焊接缝的有无也有几个种类，但本发明可以是任意种类型。

(外皮铝合金)

为了抑制在钢和铝合金之间形成Fe-Al金属化合物层，药芯焊丝的管状的外皮(也可以说焊管)不是通常使用的钢带，而使用铝合金带。

此时，外皮即铝合金优选含有1～13质量％的Si，余量由Al及不可避免的不纯物组成。这主要是为了确保溶融状态的铝合金的流动性和凝固后的连接强度、作为外皮的强度等。当Si含量过少时，流动性及强度下降。相反，Si含量过大时，流动性提高除饱和倾斜增大外，溶敷金属变脆的倾向还增大。因此，使含有情况下的Si在1～13质量％的范围。

在此，Si量少提高延展性的倾向增强，适用于要求撞击特性等的汽车构件，Si量少，尤其优选Si含量在1～3质量％的范围。相反，在对MIG焊接等的FCW的进给性要求具有高精度的情况下，外皮的强度是必需的，此时优选Si含量在9～13质量％的范围。

优选外皮铝合金在Si基础上还含有0.1～0.3质量％的Mn，余量由Al及不可避免的不纯物组成。这主要是为了进一步确保溶融状态的铝合金的流动性和凝固后的连接强度、作为外皮的强度等。当Mn含量过少时，没有这些效果。相反，Mn含量过大时，流动性提高除饱和倾斜增大外，溶敷金属变脆的倾向还增大。因此，使含有情况下的Mn在0.1～0.3质量％的范围。

作为具有这样铝合金组成的外皮，优选使用标准化、通用化的铝合金填充金属。作为具有这样铝合金组成的滤合金填充金属，优选使用含有11.0～13.0质量％的Si、0.15质量％以下的Mn的A4047。另外，也能够使用含有4.5～6.0质量％的Si、0.05质量％以下的Mn的A4043。

(焊剂组成)

作为前提，本发明的外皮内充填的焊剂形成不含氯化物的氟化物组成。当氯化物残留在焊接部时，作为焊接部或不同材料接合体的腐蚀促进印字起作用，因此要限制其含量。优选焊剂中完总不含有氯化物。当再考虑成本或实用性时，在不促进腐蚀的范围内允许含有氯化物。作为该界限， 相对于焊剂总量，设氯化物量在1mol％以下。

同样，本发明的焊剂作为焊剂成分允许含有氧化物的情况。具体而言，在不影响氟化物效果的范围内，即使适当添加氧化铝、氧化钠、氧化锂、六氧化磷等也没关系。这些的上限相对于焊剂总量大概为30mol％左右。

当在本发明的焊剂中混合添加铝合金粉末时，除焊接时的飞溅减少之外，有时还能得到抑制熔化金属的过度润湿性等的效果。

焊剂成为作为芯材包于铝合金外皮的结构，但当向外皮充填的焊剂充填量减少时，由于焊剂量不稳定，发生因FCW的部位不同而焊接充填量(充填率、含有率)不平衡的问题。对此，特别优选在焊剂充填量减少的情况下，当将焊剂和铝合金粉末混合充填到外皮时，解除或缓和该问题，同时也得到FCW的制造自身也变容易的优点。

另外，当向焊剂添加的铝合金金粉末的添加量过大时，电弧焊接有时除电弧不稳定之外，也有时在FCW的进给性方面发生问题。因此，应该避免向焊剂中添加过大的铝合金金粉末。向焊剂中添加的铝合金粉末的材料种类，基本上只要与铝合金外皮的成分组成相同即可。或着，即使使用与铝合金外皮的成分组成不同的铝合金粉末也没关系。作为该铝合金粉末可以举出，例如A1000系、3000系、4000系、5000系、6000系等的铝合金粉末。

(氟化物组成)

为了还原除去铝合金材等的被焊接材料的表面氧化膜，或发挥溶解除去的效果，本发明的焊剂的基本组成为氟化物组成。在接合前的铝合金材的表面形成有极其强固的氧化皮膜，这个影响焊接时的通电。因此，如果焊剂还原除去该表面氧化膜的效果较弱，则高张力钢材6000系和铝合金材等的高强度的不同材料彼此的熔焊接合解不能够提高接合强度。

作为具有这些效果的氟化物，优选使用含有选自K₃AlF₆、K₂AlF₅、KF、AlF、CaF、LiF、KAlF₄、K₂TiF₆、K₂ZrF₆、ZnF₂、ZnSiF₆等的一种以上的氟元素化合物的氟化物。另外，即使是氟化物，也与氯化物一样，当氟化物残留在焊接部时，能够避免作为腐蚀促进因子起作用的氟化物的使用。上述例示的氟化物在水溶液中的溶解度低，这样的弊害少。与之相对，在水溶液中的溶解度大大超出100g/ml的氟化铯(CsAlF₄)等的氟化物容 易作为腐蚀促进因子起作用，避免使用。

(AlF₃)

本发明最大的特征在于，为了发挥阻止Fe和Al相互扩散的作用效果、抑制Fe-Al金属间化合物层成长的效果，相对药芯焊丝总质量在上述氟化物组成的焊剂中含AlF₃为0.1～15质量％，优选在0.4～15质量％的范围。

如上所述，氟化物组成的焊剂，尤其是含AlF₃的焊剂阻止Fe和Al相互扩散的作用效果、抑制Fe-Al金属间化合物层成长的效果显著。含有AlF₃氟化物组成的焊剂在钢材表面(接合面)上预先薄薄地生成特定的化合物，在熔焊中，使在钢和铝合金材之间形成Fe-Al金属间化合物层(界面反应层)的时间延迟，从而阻止或抑制Fe和Al相互扩散。

当AlF₃的含量过少时，与不含AlF₃的氟化物组成的焊剂一样，阻止Fe和Al相互扩散的作用效果小。因此，高张力钢材和6000系铝合金材等的高强度的不同材料彼此的熔焊接合不能够将接合强度提高到可靠性水平或实用性水平。

另一方面，产生如下新的问题：随着AlF₃的含量增多，Fe-Al金属间化合物层的厚度变薄，但即使过多，除其效果饱和之外，也会增加飞溅或烟气。因此，AlF₃在氟化物组成的焊剂中的含量占药芯焊丝总质量的0.1-15％，优选为0.4-15质量％的范围。

AlF₃也可以不是AlF₃自身，而以K₃AlF₆(25AlF₃+75KF)、K₂AlF₅ (33AlF₃+67KF)的形态含有。

(焊剂充填量)

向铝合金外皮充填氟化物系焊剂充填量(药芯焊丝中的氟化物系焊剂量)为占药芯焊丝总质量的0.3～20质量％的范围。当向铝合金外皮充填氟化物系焊剂充填量占药芯焊丝总质量超过20质量％时，还原除去被焊接材料的表面氧化膜的效果过大。因此，熔化区域扩大过大，反而产生Fe-Al金属间化合物层成长引起的焊接强度的问题。除此之外，还存在飞溅或烟气增加，影响作业性或焊接部外观的问题。反之，在向铝合金外皮充填氟化物系焊剂充填量占药芯焊丝总质量不足0.3质量％的情况下，氟化物系焊剂的添加效果不足。为了可靠地补偿焊剂的效果，更优选焊剂充填 量为占药芯焊丝总质量的5～15质量％的范围。

(熔焊法)

本发明的不同材料接合的使用熔焊方法没有特别限制，能够利用使用电弧或激光等的热源的通用的熔焊法。例如，能够应用MIG法、TIG法、激光法或这些的混合焊接法。在进行实际熔焊时，根据被焊接材料的种类·形状、这些不同材料接合体的形状或结构、或要求接合特性，考虑药芯焊丝的外皮、焊剂成分等的诸因子，选定焊接方法，从而使焊接条件最优化。

将本发明的药芯焊丝应用于钢材-铝合金材的不同熔焊焊焊接方法时的焊接机构(工艺)不管这些的使用熔焊方法如何均相同，如下所示。

首先，通过由适当的热源进热，部分熔化铝合金材和钢材的被焊接部分的铝合金。大概与此同时，进给到钢材-铝合金材的被焊接部附近的本发明药芯焊丝熔化。在此，如果设定适当的进入条件，则钢材不熔化。另外，通过熔化了的焊剂还原除去铝合金材的表面氧化膜，药芯焊丝外皮的铝合金成分在铝合金材的表面润湿扩张。其后，进热量下降，溶接部凝固，从而形成接合部。

该焊接机构中，本发明的药芯焊丝在上述焊接熔化时，不仅还原除去被焊接材料的表面氧化膜，而且抑制生成于钢材焊接部的脆弱的Fe-Al金属间化合物层的成长。即，含有本发明的AlF₃的焊剂在熔化时作用到钢材表面上，起到阻止Fe和Al相互扩散的作用，从而提高不同材料接合体的接合强度。

(钢材的板厚)

不同材料进行接合的钢材的板厚优选0.3～3.0mm的范围。钢材的板厚不足0.3mm的情况下，作为上述的结构构件或结构材料不能够确保必要的强度或刚性，从而不合适。当钢材的板厚超过3.0mm时，作为上述的结构构件或结构材料不能实现轻量化。

(钢材)

本发明对使用的钢材的形状没有特别的限定，能够使用在结构构件上通用的或选自结构构件用途的钢板、钢型材、钢管等的适宜的形状。但是，为了得到汽车构件等的轻量的高强度结构构件(不同材料接合体)，钢材 的拉伸强度400MPa以上，理想的是500MPa以上的高张力钢(高强度钢)。

拉伸强度不足400MPa的低强度钢或软钢，通常低合金钢多，氧化皮膜由铁氧化物组成，故Fe和Al的扩散容易，容易形成脆的金属间化合物。另外，用于得到必要的板厚变厚，轻量化变差。

(镀锌)

当预先在接合的钢材表面(至少与铝合金材的接合面)设有镀锌时，提高焊剂的润湿性。另外，由于镀锌置于与铝合金材的接合部之间，所以能够得到不同材料接合体的耐腐蚀性也优良的优点。而且通过以下的作用，还具有提高接合强度的效果。镀锌还具有焊接时推迟形成钢和铝的金属间化合物即界面反应层的时间的效果。而且，由于镀锌的存在，所以还具有如下效果：熔焊时的电阻发热量增加，铝在与钢的界面的扩散速度明显加速，在钢材一侧扩散铝，迅速确保良好的接合状态。

这些镀锌可以应用纯镀锌、合金镀锌、合金化镀锌等公知的钢材的镀锌。另外，镀的方法-电镀或熔镀，在熔镀后进行合金化处理，尤其没问题。镀锌的厚度通常只要在1～20μm的膜厚(平均膜厚)范围即可。厚度过于薄的情况下，镀锌皮膜在焊接时的接合初期，从接合部熔化排出，不能够发挥可抑制界面反应层的形成的效果。相反，镀锌皮膜的厚度过于厚的情况下，为了锌从接合部熔化排出而需要大量的进热量。当该进热量增大时，铝合金材的熔化量增加，由于多余的发生造成铝合金材一次的减少量增加，因此，也有可能不能将不同材料接合体作为结构构件使用。

(铝合金材)

本发明中使用的铝合金材对其形状没有特别的限定，根据各结构用构件的要求特性适宜选择通用的板材、型材、锻造材、铸造材等。但是，有关铝合金材的强度也与上述钢材的情况相同，优选高的一方。关于这一点，为在铝合金材中也作为强度高、合金元素量少、再循环性也优良的该种结构用构件通用的Al-Mg-Si系的A6000系铝合金。

本发明中使用的这些铝合金材的板厚优选0.5～4.0mm的范围。在铝合金材的板厚不足0.5mm的情况下，作为汽车等的结构材料的强度或车身撞击时的能量吸收性不足，不合适。另一方面，在铝合金材的板厚超过4.0mm的情况下，与上述钢材的板厚的情况相同，作为上述的结构构件或 结构材料不能实现轻量化。

(实施例)

以下说明本发明的一状态的实施例。在将市场上销售的A6063铝合金板和市场上销售的590MPa级合金化熔化镀锌(GA)钢板(高强度钢)重叠的基础上进行熔焊，制作不同材料接合体，对接合强度进行了评价。

(表1)

(表2)

(表3)

表1、2中表示改变焊剂的成分、焊剂的含量(质量％：相对总FCW质量的含量)、焊剂中的AlF₃含量(质量％：相对总FCW质量的含量)、焊接方法时的实施例。

表3表示在焊剂的成分使K₃AlF₆(混合mol比：25 AlF₃+75KF)一定、上述焊剂的含量、上述焊剂中的AlF₃含量也一定的基础上，对焊接方法、外皮铝合金的Si、Mn量进行各种改变时的实施例。

(被焊接材)

表1～3相同，设A6063铝合金板的板厚为2.5mm，设GA钢板的板厚为1.2mm，焊接时的配置为以GA钢板为下、合金板为上进行重叠，彼此的搭接宽度为5～20mm。

(熔焊方法)

表1～3相同，利用激光法或MIG法，在两板的宽度方向的总区域上，对上述重叠部分的中央部(单层重合接头)进行焊接。激光法通过散焦后的连续发振YAG激光设成输出2～4kW、速度0.8～2.0m/mm的条件，保护气体为Ar。MIG法设成交流焊接电流30～80A、焊接电压7～18V、焊接速度15～60cm/min的条件。

(药芯焊丝)

表1、2中，作为外皮，通用地使用相当A4047的铝合金填充金属(Si：12.0质量％、Mn：0.1质量％)，只是对焊剂的组成进行了各种改变。

另外，在药芯焊丝中的焊剂量占药芯焊丝总质量的1质量％以下的情况下，同样添加了金属粉。金属粉同样为与外皮相同的相当于A4047的组成的铝合金粉(粒度150μm)，相对药芯焊丝总质量添加了20质量％。

表1～3中，焊剂均溶解·粉碎以下的种类(组成)进行准备，利用上述焊剂的方法，加工成线径φ1.2mm的FCW的形状后使用。另外，表1～3中，焊剂成分组成的数值表示焊剂成分的混mol比(合计100)(不记载数值的表示其焊剂成分为100)。

同样，除含下述Na₂O、P₂O₅(2)的情况之外，焊剂不含有氧化物，氯化物相对焊剂总量也不足0.1mol％，实质上没有包含。

(焊剂的种类)

(1)20CaF-80KF

(2)10AlF₃-45LiF-30Na₂O-15P₂O₅

(3)K₃AlF₆(25AlF₃+75KF)

(4)K₃AlF₅(33AlF₃+67KF)

(5)75AlF₅-25KF

(6)40AlF₃-60KF

(焊道外观评价方法)

表1～3中均含有焊接中的飞溅发生量，用眼观察焊道外观，对4阶段进行了评价。焊道外观(评价功能试验)设最优良的为4，设最差的为1，对4阶段进行了评价。

(接头强度)

表1～3中，作为不同材料接合体的接合强度的接头强度从接合接头切出含有接合部的30mm宽度的接合试验片，测定每单位焊丝的破断强度。如果断裂强度为250N/mm以上记作◎，如果断裂强度不足200～250N/mm记作○，如果断裂强度不足100～200N/mm记作△，如果断裂强度不足100N/mm记作×。在此，如果断裂强度不足200N/mm(○)，则不能用于汽车等的结构材料用的不同材料接合体。

(接头拉伸)

表3还对作为不同材料接合体的接合强度的接头的拉伸率(％)进行了测定、评价。该拉伸率也从接合接头切出含有接合部的30mm宽度的接合试验片，测定每单位焊丝的拉伸率。如果拉伸率为10％以上记作○○○(三重圆)，如果不足5.0～7.5％记作○，如果不足2.5～5.0％记作△，如果不足2.5％记作×。在此，拉伸率如果达不到5.0％(○)，则不能用于汽车等的结构材料用的不同材料接合体。

(表1、2的结果)

自表1、2可知，对于氟化物系焊剂向铝合金外皮的充填量或AIF₃的含量而言，在本发明的条件范围内熔化接合的发明例1～30的不同材料接合体具有优良的焊道外观、接头强度。

与之相对，对于氟化物系焊剂向铝合金外皮的充填量或AIF₃的含量而言，超出本发明的条件范围过少或过多的比较例31～42的不同材料接合体，其焊道外观、接头强度与上述发明例相比，明显变差。

(表3的结果)

由表3可知，外皮铝合金的Si、Mn量在本发明的条件范围内熔化接合的发明例43～64的不同材料接合体，其铝合金外皮充填的氟化物系焊剂充填量或AIF₃的含量也满足本发明范围，具有优良的焊道外观、接头强度、延伸率。

与之相对，对于外皮铝合金的Si、Mn量超出本发明的条件范围过少或过多的比较例65～70的不同材料接合体而言，虽然氟化物系焊剂向铝合金外皮充的填量或AIF₃的含量满足本发明范围，但是其焊道外观、接头强度与上述发明例相比，明显变差。

由以上的实施例的结果可知，高张力钢材和6000系铝合金材的高强度的不同材料彼此的熔焊接合焊接效率优良，尤其是对用于提高接合强度的本发明不同材料接合用药芯焊丝的各要件的临界具有意义。

(2)

本发明的另外实施方式作为焊接方法采用交流MIG焊接。对交流MIG焊接只要使用通用的交流MIG焊接装置即可。交流MIG焊接装置能够精确地控制向被接合材料的进热，故为了抑制铝系材料中的铝和铁系材料中的铁的熔化混合和这些的反应，能够控制进热量。其结果是，抑制接合部的脆弱的金属间化合物的生成，进而能够防止接合部的强度缺陷(尤其是裂纹的发生)。作为可精确控制进热量的焊接方法，除交流MIG焊接之外，也可以利用激光焊接。

作为焊丝(填充金属)，使用通过铝或铝合金包覆焊剂形成的加入焊剂的焊丝(药芯焊丝)。关于使用的焊丝直径，为了尽量减少进热量需要在低温条件下产生温度的电弧，因此优选使用1.6mm以下的焊丝。当焊丝直径常规1.6mm时，有可能用于得到温度的电弧的电流过大，母材的熔化过剩，紧接着生成脆弱的金属间化合物(Fe-Al系化合物)。

作为焊接焊丝的焊剂使用含有氟化铝及氟化钾，而且含有选自由氟化镁、氟化钙、氟化铯及氟化钡组成的群种的一种以上的氟化物的焊剂。

目前，使用具有溶解·除去铝系材料表面强固的氧化物作用的、将氟化铝和氟化钾混合后的焊剂。但是，氟化铝和氟化钾的混合焊剂的熔点为铝的熔点(660℃)以下，非常低，因此焊剂大量蒸发，发生烟气或飞溅 等，作业性恶化。另外，铝组成的焊接金属过于扩散，不能形成完整的焊道，得不到高的接合强度。因此，作为在本发明中使用的焊接焊丝的焊剂，使用含有在氟化铝和氟化钾的混合焊剂中添加有IIA元素的氟化物中的高熔点化合物即氟化镁(熔点1248℃)、氟化钙(同1403℃)、氟化铯(同1400℃)以及氟化钡(同1353℃)中的任一种或两种以上的焊剂的焊剂。通过这些高熔点氟化物的添加能够使焊剂的熔点上升到700～1000℃程度的温度域，因此抑制焊接初期的铝组成的焊接金属过于扩散，形成完整的焊道，同时抑制焊剂在焊剂时的蒸发·飞散，能够降低烟气或飞溅的发生。上述高熔点氟化物的合计含量，当过多时焊剂难于熔化，不能充分发挥润湿性改善效果，另一方面，过少时，焊剂熔点的上升效果不充分，因此理想的是，高熔点氟化物占焊剂总质量的10～50％。

应用本发明的铁系材料只要是以钢材、铁基合金等为主要成分的材料即可，没有特别的限定，但在使用钢材的情况下，从确保耐腐蚀性的观点来看，优选使用镀锌钢板。另外，对钢板的强度没有特别限定。目前，在镀锌钢板的焊接中，由于产生的锌蒸汽而导致电弧不稳定、发生飞溅或麻坑、发生气眼等的气孔缺陷的问题。但据本发明的接合方法，利用焊剂的效果能够高效发挥钢板表面的净化作用，由于熔化金属润湿性优良，覆盖钢板表面，所以产生的锌蒸汽也少，电弧的温度性也优良。因此，即使焊接镀锌钢板，产生气眼等的气孔缺陷也少，也能够实现疲劳强度等的动的特性。

作为实施本发明时的交流MIG的焊接条件，特别优选焊接电流30A以上，100A以下，更优选80A以下。焊接电压5V以上，更优选7V以上、20V以下，更优选18V以下。

焊接速度只要根据上述焊接电流及焊接电压在不使母材中的Fe及Al过剩熔化的范围适当确定即可，但再考虑焊接能铝等优选15cm/min以上，更优选20cm/min以上，60cm/min以下，更优选50cm/min以下。

本发明中，通过交流MIG焊接能够直接对铁系材料和铝系材料进行接合。因此，只要采用适当的焊接电流·电压条件·接合形状等，没有特定的限定，在扩大可适用的范围、提高通用性的同时，也能够连续进行接合。而且，铁系材料及铝系材料都能够以所需的最小限的熔化量得到完整 的接合状态，在铁系材料和铝系材料的界面不容易生成脆的金属间化合物，从而能够得到高的接合强度。

(实施例)

以下，对本发明的一方式的实施例进行说明。采用本发明的一方式的接合方法，进行了铝合金板和合金熔化镀锌(GA)钢板的重叠角焊试验。

如图1所示，将厚度1.6mm的铝合金板与厚度1.2mm的GA钢板重合形成重叠角接头，使用各种各样的药芯焊丝对铝合金板与GA钢板进行了交流MIG焊接。另外，保护气体使用了Ar。试验片的平面尺寸，铝合金板、GA钢板均设为100mm×300m，使用了直径1.2mm的药芯焊丝。

作为药芯焊丝的焊剂，比较例使用了氟化铝(AlF₃)和氟化钾(KF)的混合焊剂，即(注册商标)焊剂，发明例使用了在该(注册商标)焊剂中添加氟化镁(MgF₂氟化钙(CaF₂)、氟化铯(SrF₂)及氟化钡(BaF₂)中的任一种或两种，使其合计量相对于总质量达到10～50％的比例。

焊接条件为上述推荐的交流MIG焊接的焊接条件，即焊接电流：30～80A，焊接电压：7～18V，焊接速度：15～60cm/min的范围内。

另外，通过调查得到的接合接头，对焊道稳定性及接头强度进行评价。焊道稳定性的评价通过观察得到的接合接头的焊道形状进行，将焊道断续的情况记作不良(×)，将焊道的宽度大致一定连续的情况记作良(○)(参照图2)。另外，接头强度的评价从接合接头取样板宽度30mm的接头强度评价用试验片，以25mm/min的速度进行拉伸试验，利用通过下述式(1)算出来的线拉伸强度进行。

式(1)(接头强度)＝(最大负荷点负荷)/(接头截面积)

在此，接头截面积为铝合金板的板厚方向截面积。

(表4)

*IIA族氟化物以外的氟化物成分是KF和AlF₃

表4表示评价试验的结果。使用利用在氟化钾和氟化铝的基础上还含有IIA族元素的氟化物中的高熔点化合物的焊剂的药芯焊丝的情况(发明例)，与不含有这些的高熔点氟化物的目前的产品的情况(比较例)相比，发生烟气、飞溅少，焊接作业性良好，并且焊道稳定性优良，同时得到气眼也少的完整的焊道，从而得到高的接合强度。

(3)

(MIG焊接)

本发明的又另外的实施方式中，作为用于不同材料接合的焊接方法，在电弧焊接当中也是选择使用电流比较低的交流MIG(金属极惰性气体保护焊)焊接或直流逆极性的MIG焊接，这些单独或将两者组合进行不同材料接合。由此，防止氟化物系混合焊剂自身的飞散，从而改善焊接作业性。

交流MIG焊接通过适宜组合逆极性和正极性，能够精确地控制向被接合材料的进热，因此，为抑制铝材中的铝和钢材中的铁的熔化混合和它们的反应，可控制进热量。其结果是，抑制在接合部生成脆弱的金属间化合物，进而能够防止接合部的强度缺陷(尤其是裂纹的发生)。该交流MIG焊接能够使用最常用的喷射MIG焊接法。不用说，除此之外，也可以使用电极焊丝前端的熔化金属只在短路时移动的短路MIG焊接法、或即使 平均焊接电流在临界电流以下瞬间给与比临界电流高的尖头波电流得到稳定的脉冲电弧的脉冲MIG焊接法。

直流逆极性的MIG焊接在电弧容易稳定、确保焊道的稳定性的情况下，尤其是在熔化镀锌更不的不同接合等的情况下有效。在该熔化镀锌钢板的不同材料接合的情况下，尤其存在产生电弧不稳定化而引起的熔化金属部发生气眼的问题。与之相对，采用直流逆极性的MIG电弧稳定，容易得到稳定的焊道。但是，交流MIG焊接，如上所述，通过适宜组合逆极性和正极性，由此能够精确地控制向被接合材料的进热，因此能够控制进热量，能够抑制产生脆弱的金属间化合物，这些是优点。反之，直流逆极性的MIG焊接即使与交流MIG焊接相同的电流条件，由于进热量增大，所以产生脆弱的金属间化合物的可能性增大。因此，在采用直流逆极性的MIG焊接的情况下，尽可能加快焊接速度进行焊接，必须减少进热量。

除上述各MIG焊接以外的其它的熔化焊接方法，即TIG焊接法、等离子、电子束、高频率等的各种各样的焊接法与上述各MIG焊接相比，使用焊接电流过大、进热量过高。因此，焊接中，氟化物系混合焊剂自身容易飞散，妨碍焊接作业性。而且，对抑制接合部的脆弱的金属间化合物的生成来说，与上述各MIG焊接相比也比较难。另外，点焊等对以本发明为对象的汽车结构材料用的不同材料接合要求的角焊或对撞焊接等的线焊接不适合。

(药芯焊丝)

作为本发明的焊接焊丝(填充金属)使用在铝合金上包覆后述的氟化铝及氟化钾的混合焊剂的加入焊剂的焊丝。图3表示在本发明中使用的加入焊剂的焊丝1的截面。本发明中使用的加入焊剂的焊丝1能够使用在管状的铝材外皮(也可以说是管)的内部充填焊剂6形成的通常的药芯焊丝。该加入焊剂的焊丝也可以称作药芯焊丝(FCW)。

另外，药芯焊丝具有缝有缝型和无缝型，其中，有缝型具有缝(接合部位：间隙、开口部)；无缝型没有缝，两种型式都可以。但是，由于无缝型药芯焊丝的制造成本高，所以优选通用的具有缝的药芯焊丝。作为用于药芯焊丝的外皮的铝合金，没有特别的限制，可以使用A4043、A4047等的4000系铝合金或A5356、A5183等的5000系铝合金。除此之外，也 可以使用3000系或6000系等的铝合金。

具有缝的药芯焊丝(FCW)可以利用一般的制造方法制造。即由铝板或U字状带成型工序、向U字状成型板或带充填焊剂的焊剂充填工序、由U字状成型板或带向管状焊丝成型的成型工序等的工序组成。由此，在制作成将焊剂充填于内部的管状成型焊丝后，一般由将该管状成型焊丝拉丝到φ0.8～2.4mm的细径的制品FCW(药芯焊丝)的工序组成。

(线径)

但是，本发明优选通过该常规方法使药芯焊丝的直径变细，或使用细的药芯焊丝。由此，在进行交流MIG焊接法或直流逆极性MIG焊接法时，为减少进热量、低电流条件。其结果是，能够防止氟化物系混合焊剂自身的飞散、改善焊接作业性，另外还能够抑制脆弱的金属间化合物生成。因此，药芯焊丝优选使用直径φ1.6mm以下的药芯焊丝。当焊丝直径超过φ1.6mm时，用于得到稳定的电弧的电流过大，氟化物系混合焊剂自身的飞散增多。另外，母材的熔化有过剩的倾向，带来脆弱的金属间化合物(Fe-Al)的生成。因此更优选的药芯焊丝的直径为1.4mm以下。

这样，本发明不像上述氟化物系混合焊剂的目前技术在焊接部直接涂敷，而是使用在铝材外皮内部充填焊剂而成的药芯焊丝。由此，防止氟化物系混合焊剂自身的飞散，改善焊接作业性。另外，也抑制脆弱的金属间化合物的生成。

(焊剂组成)

本发明将在药芯焊丝中使用的(充填)的焊剂做成在氟化物系混合焊剂中也特别将氟化铝合氟化钾的两者的氟化物系焊剂进行混合的特定组成的混合焊剂(以下也称ノコロツク(注册商标)焊剂)。

通过做成该特定组成的焊剂，能够进行覆盖有比较厚的熔化镀锌(含锌)的钢材与铝材的不同材料接合。即，能够使镀锌钢材和铝材的材料表面清洁化，提高焊接金属的润湿性。其结果是，焊道的形成良好。另外，抑制在不同材料接合部生成的脆的Al-Fe系金属间化合物层、或因镀锌导致的脆的Zn-Fe系化合物层的生成。其结果是，提高接合强度。不用说，该效果在没有镀锌的裸钢材与铝材的不同材料接合中也能够发挥。

使用本发明组成的药芯焊丝，当在下述适当的条件下进行本发明的交 流MIG焊接或直流逆极性MIG焊接时，能够得到适当的界面反应层(IMC：金属间化合物)的厚度，接头强度得到改善。与之相对，当在不同材料接合这使用通常的电弧焊接时，由于大量进热，所以在焊接界面产生超过20mm的厚度的金属间化合物，从而导致接头强度恶化。但是，当使用本发明组成的药芯焊丝，在下述适宜的条件下进行上述各MIG焊接时，得到

作为氟化物系焊剂，除此之外，例如有在上述的目前技术中也使用的氟化铯、氟化锌等。这些其他的氟化物系焊剂也具有能够净化材料表面的作用。但是，这些其他的氟化物系焊剂中的氟化铯、氟化锌等的吸湿性极高。因此，吸湿的水分，除容易成为焊接金属部的气眼的原因外，有可能使焊接部的耐腐蚀性恶化。另外，包覆有熔化镀锌的钢材和铝材的不同材料接合中的材料表面的净化和焊接金属的润湿性提高的效果降低。

为了发挥上述的各效果，也依据含有熔化镀锌钢材的不同材料接合的交流MIG或直流逆极性MIG焊接条件，上述混合焊剂(注册商标)的熔点优选调整到560℃～700℃的熔点。

混合焊剂的熔点能够通过氟化铝(AlF₃)和氟化钾(KF)的粉末的混合量(混合比率)而适宜调整，且根据含有熔化镀锌钢材的不同材料接合的交流MIG或指令逆极性MIG焊接条件进行调整。关于这一点，以氟化钾和氟化钾的共晶组成(KF：55mol％、AlF₃：45mol％)为基准，以60mol％程度为上限确定氟化铝的比率。而且，将剩余的比率(剩余部分)设为氟化钾，将两者混合，将该混合焊剂的熔点在560℃～700℃的熔点范围内进行调整。

当焊剂在该熔点范围(温度域)熔化时，为了在焊接初期改善润湿性，在钢材和铝材的重叠部顺畅地加入熔化了的铝，这样能够发挥像糊一样的效果，从而改善接合强度。该效果对熔化镀锌钢材来说特别明显。混合焊剂的熔点达不到560℃，该效果减小。另一方面，当混合焊剂的熔点常规700℃时，焊接初期的焊接金属的扩散减小，向接头的重叠部的流入不充分。

(焊剂的充填率)

但是，在此药芯焊丝充填(注册商标)焊剂的充填率很重要。本发明 中，将该(注册商标)焊剂(混合焊剂)的充填量对于药芯焊丝总质量为0.1质量％以上不足24质量％，比较少。

目前，市场上销售的通用的药芯焊丝的焊剂的充填率大多超过24％。因此，即使在通常的交流MIG焊接或直流逆极性MIG焊接条件下，除熔化的焊剂大量飞散外，润湿性改善效果过强，焊接金属过于扩散，也形不成完整的焊道。另外，焊接作业性恶化，不能够完整地形成焊道，故焊接部的可靠性也受影响。

因此，本发明中，向药芯焊丝充填的(注册商标)焊剂的充填率的上限比目前市场上出售的通用的水平少，不足24％。焊剂的充填率24％的话，则焊剂的充填率过多，如上所述，焊接时焊剂的飞散厉害，且焊道过于扩散，形不成完整的焊道。

另一方面，(注册商标)焊剂的充填率的下限为0.1％。当(注册商标)焊剂的充填率过少时，电弧焊接中通用的用于形成焊道的铝焊接焊丝(JIS规格：A4043-WY、A4047-WY、A5356-WY、A5183-WY等)相同。因此，如果(注册商标)焊剂的充填率不足0.1％的话，则不能发挥(注册商标)的上述润湿性改善效果等，从而不能完整地得到可靠性高的焊接接头。

由这些结果可知，据本发明，在将铝材与含有熔化镀锌钢材的钢材进行接合时，应用条件等的制约少，通用性优良，且形状的制约也少。另外，线焊接时能够进行需要的连续接合，且在接合部产生脆弱的金属间化合物或在焊接部产生气眼或耐腐蚀性恶化也少，而且能够提供焊接作业也良好的接合技术。因此，能够提供应用于汽车等的结构构件的不同材料接合接头(不同材料焊接接头)。

(MIG焊接施工)

接着，说明本发明不同材料接合方法的交流MIG焊接或直流逆极性MIG焊接的施工方式，本发明不同材料接合方法中，MIG焊接的施工方式自身与常规方法相同。图1表示其中一种施工方式。图1中，将铝材2的端部2a置于熔化镀锌钢材(或裸钢材)3的端部3a上侧且重叠，形成相互的端部3a、2a彼此的重叠接头。

而且，焊枪10使用本发明的药芯焊丝1等，沿在钢材3与铝材2相 互的端部3a、2a(图的前后方向)延伸的焊丝5移动焊枪10，在焊丝全长上进行上述各MIG焊接。此时，适宜选择焊枪10的倾斜角θ。图1中，4为形成于焊丝5上的焊接金属(焊道)。

本发明不同材料接合方法的情况能够直接接合钢材一铝材，因此只要采用合适的焊接电流·电压条件·接合形状等，就不受特别制约，可应用的范围扩大，通用性提高，同时还具有能够进行连续接合的效果。而且，如上所述，能够以钢材向焊道等的焊接金属中熔化必要最小限的熔化(稀释)量得到完整的接合状态，即使是熔化镀锌钢材也不容易生成脆的金属间化合物，得到高的接合强度。

(焊接电流)

以下，对在进行该焊接施工时，用于提高焊接部(接合部)的接合强度的优选上述各MIG焊接的焊接条件进行说明。为了抑制在铝材与钢材的界面生成的金属间化合物的生成，作为焊接条件优选焊接为，不能使母材即钢材过剩量熔化，而以必要最小限的母材熔化(稀释)量得到完整的接合状态

焊接电流

进行本发明交流MIG焊接或直流逆极性的MIG焊接时，电流越大，即使是药芯焊丝，焊剂越容易飞散，生成的接合界面的脆的金属间化合物越多。因此，在控制这样的焊剂飞散或金属间化合物的基础上，推荐在低的电流条件下进行接合。这样的焊接电流在20A以上，更优选30A以上，100A以下，更优选80A以下。

焊接电压

焊接电压与焊接电流一样，交流MIG焊接或直流逆极性MIG焊接均推荐在低电压条件下进行接合。关于这一点，焊接电压5V以上，更优选7V以上，20V以下，更优选18V以下。

焊接速度

焊接速度，对于交流MIG焊接或直流逆极性MIG焊接来说，均只要根据上述焊接电流及焊接电压适当确定母材中的Fe及Al不过剩熔化的范围内即可。交流MIG焊接再考虑焊接能率，优选150cm/min以下，更优选120cm/min以上，60cm/min以下，更优选50cm/min以下。

与之相对，直流尼极性MIG焊接如上所述，为了抑制脆弱的金属间化合物的产生，尽可能加快焊接速度进行焊接，必须减少进热量。因此，焊接速度优选30cm/min，更优选50cm/min以上，200cm/min以下，更优选150cm/min以下。

保护气体

交流MIG焊接或直流逆极性MIG焊接，其保护气体均能够适宜使用Ar等通用的气体，该保护气体流量，例如选择10～50L/min的通常流量，没有特别限制。

焊枪角度

焊枪(电弧焊炬)角度没有特别制约，交流MIG焊接或直流逆极性MIG焊接均根据焊接或接头的焊接条件等，适宜选择角度θ。

(应用对象构件)

作为本发明不同材料接合方法的适用对象构件，如上所述，例示有熔化镀锌钢材组成的汽车的构件类或大型面板类、和铝合金材组成的补强材料的结构构件彼此的接合。关于这一点，例如例示有：使由成形了熔化镀锌钢板的矩形中空形状构成的大梁、和由铝合金挤压中空形材构成的保险杠补强材料或保险杠拉条等的图1所示的直接端部彼此重叠的接头、及使设于相互端部的凸缘面彼此重叠的接头等的接合。

(钢材)

另外，从确保钢材的耐腐蚀性的观点出发，从本发明的目的看，特别优选本来不同材料接合困难的含有合金化的熔化镀锌钢材用于本发明。含有熔化镀锌的镀锌钢材的焊接中由于产生的锌蒸汽而引起电弧不稳定，从而存在飞溅产生或气眼等的气孔缺陷产生的问题。但是，根据本发明，利用焊剂的效果发挥钢板表面的净化效果，熔化金属润湿性良好地覆盖钢板表面，因此锌蒸汽的发生也少。尤其是，由于本发明的药芯焊丝中不含吸湿性高的氟化铯，因此更能够抑制气眼，电弧的稳定性也优良。

本发明中使用的钢材(铁系材料)自身为实施了上述镀锌的、或裸或进行了表面处理了的普通钢、高张力钢(高强度钢)等的钢材。本发明中，对使用的钢材的种类或形状没有特别的限定，可以使用根据在结构构件中通用的或结构构件用途选择的钢板、钢型材、钢管等的适宜的形状、材料。 但是，为了得到作为结构构件的高强度，优选高张力钢(高强度钢)。

(铝材)

本发明中使用的铝合金对其合金的种类或形状没有特别的限定，可以根据各结构用构件的要求特性适宜选择通用的轧制等的板材、挤压等的型材、锻造材、铸造材等。但是，作为结构构件为了得到高强度，优选作为也满足成型性的要求诸特性的铝合金通用的Al-Mg系、Al-Mg-Si系或Al-Mg-Zn系的JIS或AA规格做成5000系、6000系、7000系等的铝合金。这些铝合金

(实施例)

(表5)

(表6)

下面说明本发明的一方式的实施例。利用本发明不同材料接合法对铝合金板和钢板的重叠部分进行角焊接试验，测定、评价焊道形状和接合强度。在此，钢板使用了熔化金属化镀锌钢板(GA钢板)、熔化镀锌钢板(GI钢板)和裸(无表面处理)的钢板。表5表示交流MIG焊接的结果。另外，表6表示直流逆极性MIG焊接的结果。

有关铝合金板和钢板的试验片彼此的重叠角焊接，交流MIG焊接和直流逆极性MIG焊接都在上述图1所示的状态下进行。即使板厚1.6mm的铝合金板(JIS5182合金)端部与板厚1.2mm的熔化合金化镀锌钢板(GA钢板)、熔化镀锌钢板(GI钢板)或裸钢板端部(拉伸强度均为：270MPa)，形成重叠角焊接。有关试验片的平面尺寸，铝合金板和钢板均做成：宽100×长300mm，将相互的重叠带做成35mm(焊丝长度为板宽度部分100mm)。

如表5、6所示，使用使焊剂充填率发生各种变化的KF和AlF₃的混合药芯焊丝，对上述铝合金板和镀锌钢板进行MIG焊接。此时，有关焊剂的KF和AlF₃的混合比率，发明例、比较例均为一定，使用了将 KF：45mol％和AlF₃：55mol％混合后的焊剂，以使其熔点稳定在650℃。药芯焊丝使用了通用的φ1.2mm的药芯焊丝。作为铝外皮使用A4043，通过上述的拉线加工制作成最终φ1.2mm的直径。

另外，为了进行比较，将KF的一部分用目前的氟化铯、氟化锌置换，使用将氟化铯、氟化锌分别含10mol％、KF：45mol％、AlF₃：55mol％混合的药芯焊丝的例子也以与发明例相同的条件进行交流MIG焊接。将这些作为比较例8、9用表5表示。该比较例8、9的焊剂充填率与发明例相同，为10％的质量。另外，比较例8、9的焊剂熔点各自大约为500℃大小。

焊接条件对交流MIG焊接和直流逆极性MIG焊接来说，均在上述推荐的MIG焊接条件的范围内实施。焊接速度：交流MIG焊接设为35cm/min，直流逆极性MIG焊接如上所述，为了抑制发生脆弱的金属间化合物，提高焊接速度，速度设为80cm/min。另外，对交流MIG焊接和直流逆极性MIG焊接来说，均设成焊接电流：75A、焊接电压：18V、焊枪角度90°，且保护气体为Ar。

焊接在上述的条件下各例均进行三次，从各接合着的接头采取试验片进行各种试验，均平均化进行评价。有关线断拉伸强度，首先从各三次接合着的接头，分别取样板宽度30mm的接头强度评价用试验片，以25mm/min的速度进行拉伸试验，各例都求出其平均值。

另外，为了调查焊剂的扩散效果，对接合接头部的润湿性进行了调查。润湿性的评价如示意性表示图1的图4所示，焊接金属4的扩散宽度(a)和焊接金属部4的高度(b)以适当的间隔分别沿整个焊丝进行了测定。而且，沿整个焊丝对这些的a和b的比a/b进行平均，各例均通过三个(三次焊接试验)试验片再对a/b进行平均。而且，润湿性的评价基准判定为将该平均化了的a/b位于不足6.0的范围的润湿性设为焊接金属的扩散宽度适宜记作○，同样，将a/b在6.0以上记作×(焊接金属过于扩散，不能够形成完整的焊道)。

有关焊接作业性，对焊接作业中的烟气发生量、以及焊道的稳定性进行了评价。依据JIS-Z3全部烟气，求出每单位时间的烟气发生量。各例均进行了三次焊930测定了烟气发生量。即，搜集在使用各药芯焊丝之际的焊接时发生的接试验，平均化烟气发生量，分别进行了评价，其中烟气 发生量不足300mg/min的记作◎，300-700mg/min的记作○，700mg/min以上记作×。

而且，对焊道的稳定性而言，根据图2所示的生成的焊道形状的基准进行了评价。如图2(b)所示，三次的焊接试验均是将直线顺畅地形成焊道的记作○；如图2(a)所示，一次的焊接试验中也是将只是断续地形成焊道的例子生成的记作×。表5、6表示这些结果。

首先，由表5可知，药芯焊丝的焊剂和焊剂充填率在本发明范围内，也优选交流MIG焊接条件的范围内的发明例2～4，即使为熔化合金化镀锌钢板的不同材料接合，也能够在焊接金属的润湿性合适情况下形成良好的焊道，从而改善接合强度。而且，熔化焊剂的飞散引起的烟气发生量少，焊接稳定性优良。另外，裸钢板例的发明例6、7也一样。

与之相对，没有充填焊剂的比较例1，其接合自身不能在熔化合金化镀锌钢板的不同材料接合中形成。另外，虽然药芯焊丝的焊剂组成相同，但焊剂充填率超出本发明范围的上限比较例5，其焊剂充填率过大。因此，比较例5的焊接金属的润湿性在熔化合金化镀锌钢板的不同材料接合中不合适，故焊道形成是断续的，虽然接合着，但是接合强度低。而且，因熔化焊剂的飞散导致的烟气发生量多，焊接的稳定性差。

另一方面，使用目前的氟化铯、氟化锌的比较例8、9，其焊剂充填率与发明例相同，因此熔化焊剂的飞散引起的烟气发生量少，焊接稳定性优良。但是，焊接金属的润湿性不合适，焊道形成是断续的。因此，对于熔化合金化镀锌钢板的不同材料接合来说，虽然接合着，但与发明例相比，接合强度明显下降。这推断是由于使用氟化铯、氟化锌的焊剂熔点过低、过润湿性而造成焊道过于扩散的缘故。而且，还推断为由于使用氟化铯、氟化锌的焊剂吸湿性高，水份的影响造成焊道不稳定而成为断续，所以不能形成良好的接头的缘故。

接着，由表6可知，发明例11、12、14～16，其药芯焊丝的焊剂和焊剂充填率在本发明范围内，直流逆极性MIG焊接条件也在优选的范围内。其结果是，这些发明例即使是熔化合金化镀锌钢板或熔化镀锌钢板的不同材料接合，也能够在焊接金属的润湿性合适的情况下形成良好的焊道，从而改善接合强度。而且，熔化焊剂的飞散引起的烟气发生量少，焊接稳定 性优良。另外，裸钢板例即发明例17也相同。

与之相对，没有充填焊剂的比较例10中，其接合自身不能在熔化合金化镀锌钢板的不同材料接合中形成。另外，对比较例13来说，其焊剂组成相同，但焊剂充填率过大，超出本发明范围的上限。因此，焊接金属的润湿性在熔化合金化镀锌钢板的不同材料接合中不合适，故焊道形成是断续的，虽然接合着，但是接合强度低。而且，因熔化焊剂的飞散导致的烟气发生量多，焊接的稳定性差。

由这些实施例可知，本发明要件即药芯焊丝的焊剂组成或焊剂充填率对镀锌钢材和铝材的不同材料接合的接合强度或作业性的临界尤其具有意义。

工业上的可利用性

据本发明，对高张力钢材和6000系铝合金的高强度的不同材料彼此的熔焊接合，能够提供在提高接合强度的同时，焊接效率也优良的不同材料接合用药芯焊丝及不同材料接合方法。另外，使用适当控制本发明的焊剂充填率及其熔点的药芯焊丝，通过交流MIG焊接进行接合，由此取消对接合母材形状等的制约，另外，在接合接头部不会产生脆弱的金属间化合物，从而能够得到没有气眼等的缺陷的外观良好的镀锌钢材和铝材料的不同材料接合接头。由此得到的不同材料接合体提高了接合强度和焊接效率，因此在汽车、铁道车辆等的运输领域，能够大量应用于作为机械零件、建筑结构物等的各种结构构件。因此，本发明为大大扩大钢材和铝的高强度的不同种类接合体的用途的发明。

Claims (6)

1.一种不同材料接合用药芯焊丝，其在铝合金外皮内部充填用于将铝合金材和钢材的不同材料彼此接合的焊剂而成，其特征在于，使所述焊剂形成为相对于药芯焊丝总质量含有0.1～15质量％的氟化铝且不含有氯化物的氟化物组成，并且，相对于药芯焊丝总质量充填0.3～20质量％的所述焊剂。

2.如权利要求1所述的不同材料接合用药芯焊丝，其特征在于，所述外皮铝合金含有1～13质量％的Si，余量由Al及不可避免的杂质构成。

3.如权利要求2所述的不同材料接合用药芯焊丝，其特征在于，所述外皮铝合金还含有0.1～0.3质量％的Mn。

4.如权利要求1～3中任一项所述的不同材料接合用药芯焊丝，其特征在于，所述钢材为镀锌钢材。

5.如权利要求1～3中任一项所述的不同材料接合用药芯焊丝，其特征在于，所述不同材料接合是对高张力钢材和6000系铝合金材进行接合。

6.如权利要求4所述的不同材料接合用药芯焊丝，其特征在于，所述不同材料接合是对高张力钢材和6000系铝合金材进行接合。

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