CN103097070A

CN103097070A - 异材接合方法

Info

Publication number: CN103097070A
Application number: CN2011800435455A
Authority: CN
Inventors: 杵渊雅男; 畠英雄
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: KR101419191B1; WO2012036070A1; EP2617510A1; US20130168366A1; CN103097070B; JP2012055962A; EP2617510B1; KR20130041328A; JP5572046B2; EP2617510A4

Abstract

本发明中在对于冷轧钢板和铝合金板进行点焊时，使接合的冷轧钢板的板厚ts和铝合金板的板厚ta为特定的范围，并且以在钢板与电极间不使喷溅发生，并且不使铝合金板侧熔融的条件，预先进行前通电，其后进行点焊正式焊接，并且，使这些点焊正式焊接和前通电的焊接条件，进一步满足以各通电条件和各板厚决定的关系式。由此，能够抑制从钢板表面发生喷溅，并且也能够尽可能减小焊接电流，能够得到具有高接合强度的异材接合部。

Description

异材接合方法

技术领域

本发明涉及钢板和铝合金板通过点焊进行的异材接合方法。

背景技术

近年来，针对废气等造成的地球环境问题，追求汽车等的运输设备的车体的轻量化带来的燃油效率的提高。另外，为了尽可能不阻碍该轻量化，也追求提高汽车的车体碰撞时的安全性。为此，对于汽车的车体构造，特别是轻量而能量吸收性也优异的铝合金板的应用得到各种研究。在此，本发明所说的铝合金板，是铝合金的热轧板、冷轧板等的压延板的总称。另外，所谓钢板意思是冷轧钢板，但以下仅称为钢板。

例如，汽车的引擎罩、挡泥板、车门、车顶、后备箱盖等的面板结构体的外部面板(外板)和内部面板(内板)等的面板中，Al-Mg-Si系的AA至JIS6000系(以下，仅称为6000系)和Al-Mg系的AA至JIS5000系(以下，仅称为5000系)等的铝合金板的使用得到研究。

但是，将铝合金应用到车体时，需要发挥出铝合金的特性的结构设计，要求高强度钢板和铝合金板使用上的量材适用。为此，需要使钢和铝合金混在的车体构造成立，相互组合的钢和铝合金的接合技术成为必须。即，使钢板和铝合金板组合时，也必然地存在Fe-Al的异材接合(铁—铝的异种金属构件之间的接合)的必要性。

但是，作为通过焊接进行该Fe-Al异材接合时的问题点在于，在彼此的接合界面，生成高硬度并非常脆的Fe和Al的金属间化合物层(以下，也称为反应层)。因此，即使外观上互相被接合，由于本化合物层的生成，导致由焊接进行的Fe-Al异材接合中，异材接合体大多得不到充分的接合强度。

反映出的是，一直以来，在这些异材接合体(异种金属构件之间的接合体)的接合中，不仅使用焊接，自冲铆钉和镙栓这样的机械的接合和使用了粘接剂的接合也得到实用化。但是，存在接合作业的烦复和接合成本上升等的实用上的问题。

因此，通常的汽车的车体的接合中通用的、有效率的点焊进行异材接合历来都得到研究。例如，提出有在铝合金板和钢板之间插入铝—钢包覆材的方法。另外还提出有，在钢板侧镀覆或插入熔点低的金属的方法。此外，也提出有在铝合金板与钢板之间夹隔绝缘体粒子的方法，以及预先使构件带有凹凸的方法等。此外还提出，在除去铝合金板的不均匀的氧化膜之后，在大气中加热而形成均匀的氧化膜，在铝表面的接触电阻提高的状态下，将铝—钢这两层双层钢板用于插入材而进行点焊的方法。

另一方面，已知在原材的钢板侧，为了钢板的高强度化而添加Si、Mn、Al等的元素，以其控制在钢板表面生成的含有Si、Mn、Al等的氧化物的厚度，而使镀锌等的表面被覆和钢板的密接性和钢板彼此的点焊性提高(参照专利文献1)。

但是，在这些现有技术中，在通常的汽车的车体的接合所通用的、有效率的点焊进行的接合条件中，得不到充分的接合强度。换言之，就是用于得到接合强度的点焊条件必然烦复，没有实用性。

对此，特别是着眼于作为汽车车体用而通用的6000系铝合金板等，和抗拉强度为450MPa以上的高强度钢板(高强度材)的异材接合体的点焊的技术也提出有各种。

例如，在专利文献2、3中提出，将钢板两张以上重合或将钢板夹在铝合金板间，以此形式对于板厚限制在3mm以下的钢板和铝合金板进行点焊。在专利文献4中提出，规定点焊部的焊核面积和界面反应层的厚度而使接合强度提高。另外，在专利文献5、6中提出，分别详细规定焊接界面中，钢板侧与铝合金板侧的各生成化合物的组成和厚度、面积等，从而使接合强度提高。

另外，在专利文献7～9中提出，在特定组成的高强度钢板中，使钢板表面生成Mn、Si的特定组成的新的外部氧化物层和内部氧化物，着眼于异材接合体的高接合强度。

此外，从点焊条件的侧出发，也分别提出有电极形状(参照专利文献10、11)和大电流短时间条件(参照专利文献12)、焊接电流的脉冲控制(参照专利文献13、14参照)等。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-294487号公报

专利文献2：日本特开2007-144473号公报

专利文献3：日本特开2007-283313号公报

专利文献4：日本特开2006-167801号公报

专利文献5：日本特开2006-289452号公报

专利文献6：日本特开2007-260777号公报

专利文献7：日本特开2006-336070号公报

专利文献8：日本特开2009-299138号公报

专利文献9：日本特开2009-299139号公报

专利文献10：日本特开平11-342477号公报

专利文献11：日本特开2008-200678号公报

专利文献12：日本专利第3941001号公报

专利文献13：日本专利第4425159号公报

专利文献14：日本特开2006-224127号公报

因此，这些现有技术所公开的点焊条件之中，冷轧钢板和铝合金板的焊接中，若着眼于焊接电流，则与钢板之间的点焊比较，多数情况是使用高焊接电流。这是由于铝合金之间的点焊所需要的(被使用的)焊接电流本来就高。因此现状是，在6000系铝合金板等和高强度钢板的异材接合体中，为了得到接合强度，不得不使用铝合金之间的点焊中所使用的这种高焊接电流。

但是，若是如此，点焊时的焊接电流高，则不仅在钢板—铝合金板界面发生铝的喷溅(チリ)，而且在钢板表面与电极之间，也有发生喷溅的情况。

在钢板—铝合金板的点焊中，通过合适的焊接条件抑制脆弱的金属间化合物的生成，和确保其面积宽阔而确保接合强度。因此，若引起从钢板表面发生的喷溅，则喷溅发生带走线能量，得不到充分的接合强度。另外，焊接中中因为喷溅(火花)四射，施工环境也不良。

这样的喷溅发生，其原因是钢板表面和电极之间的接触电阻造成的放热。因此，作为对其加以抑制的方法，认为有以下3个方法，但分别有所述问题。

(1)降低焊接电流：

脱离所述高焊接电流条件(合适的焊接条件)，得不到接合强度的可能性变大。

(2)提高加压力：

铝从钢板—铝合金板的界面的喷溅发生增大。

(3)减小电极的前端R，抑制接触面积(提高接触面压，降低接触电阻)：

因为焊核直径变小，所以点焊打点的每一个点的强度降低。

如果，能够抑制从钢板表面发生的喷溅，并且焊接电流也能够尽可能变小，则可期待电极寿命的延长，并可期待也有助于生产率提高。但是，对于抑制从钢板表面发生的喷溅，并且尽可能减小焊接电流有效的点焊方法的提出，如前述，实际情况是至今还没有。

发明内容

本发明鉴于这样的问题点而形成，其目的在于，提供一种能够改善点焊条件，抑制从钢板表面发生的喷溅，并且也能够尽可能减小焊接电流，能够得到具有高接合强度的异材接合部的点焊方法。

用于达成该目的的本发明的要旨是，通过点焊对于冷轧钢板和铝合金板进行异材接合的方法，其特征在于，使接合的冷轧钢板的板厚ts为0.3～3.0mm，使接合的铝合金板的板厚ta为0.3～4.0mm，在此基础上，在电极间加压力：2.5～4.5kN、电极间电流Iw：14～26kA、通电时间Tw：钢板板厚(ts)每1mm为200msec以下的各条件下，在进行点焊而形成焊核之前，对于与双方的板接触的电极，以电极间加压力：2.5～4.5kN、电极间电流Ib：6～12kA、通电时间Tb：钢板板厚(ts)每1mm为200msec以下的、不会在钢板与电极间使喷溅发生，并且不会使铝合金板侧熔融的条件，预先进行前通电，之后1秒以内进行所述点焊时，这些点焊和前通电的条件，进一步满足由所述各通电条件和所述各板厚决定的下述关系式。

关系式：20≤(Ib²×Tb+Iw²×Tw)×ts/ta≤55(kA²·sec)

本发明者们，对于钢板—铝合金板的点焊时，抑制从钢板表面发生的喷溅的方法进行研究。其结果发现，在点焊的正式焊接之前，通过用于该正式焊接而设的电极，进行“前通电”，即预先向钢板接通比较低的电流，这对于抑制喷溅的发生有效。

通过该前通电，能够提高钢板的温度而使变形阻抗降低，而且，利用电极的加压力，能够减小钢板与电极的接触部的凹凸，钢板与电极的接触状态得到改善。于是，据此，实质上能够使钢板和电极的接触面积增大，抑制钢板表面和电极之间的接触电阻，减少钢板—电极间的放热，能够抑制从钢板表面发生的喷溅。另外，若使用该前通电，不仅能够抑制所述的钢板表面—电极间的喷溅发生，而且能够预热钢板，因此也能够期待点焊正式焊接一方的电流减小效果。

即，根据本发明，能够得到高接合强度的异材接合部(焊接接头)，并且能够提高点焊正式焊接状态(焊接效率)。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式。

前通电：

在本发明中，在点焊正式焊接之前，以在钢板与电极间不使喷溅发生，并且不会使铝合金板侧熔融的条件，预先进行前通电。该前通电条件为如下条件：对于与双方的板接触的电极，电极间加压力：2.5～4.5kN、电极间电流Ib：6～12kA、通电时间Tb：钢板板厚(ts)每1mm为200msec以下。

为了抑制从钢板表面发生的喷溅，有效的是减小电极与钢板的接触电阻。决定该接触电阻的因素是加压力、表面性状、接触面积。若通过电极对于钢板进行加压，加在电极与钢板之间存在微小的接触部和非接触部，实质上只在接触的部分流通电流，发生放热。

如果能够增大该实质的接触面积，则接触电阻相对性地变小，从而能够抑制放热，能够抑制从钢板表面发生的喷溅。反之，如果非接触部变大，则接触电阻相对性地变大，放热增大，从钢板表面发生的喷溅量变多。若增大电极的加压力，则从钢板表面发生的喷溅之所以得到抑制，就是基于这一机理。

但是，若加大电极的加压力，则这次会存在来自钢板—铝板的界面的喷溅发生变大等缺点，因此增大该加压力有限度。另外，还考虑使钢板表面与电极的表面平滑，以增大接触面积的方法，但只要是使用轧制钢板，使表面粗糙度良好到一定程度以上就有困难。另外，若电极发生形状不良和金属的熔合，则进行修整，但为了进行高效率的修整而过度减小修整时的最终粗糙度并不是上策。

相对于此，如所述，根据前通电，钢板被预热，钢板温度提高，变形阻抗被降低。因此，在电极的加压下，能够减小钢板与电极的接触部的凹凸，钢板与电极的接触状态得到改善。因此，能够增大所述钢板与电极的实质的接触面积，能够减小钢板表面与电极之间的接触电阻，能够减少钢板—电极间的放热量，能够抑制从钢板表面发生的喷溅。另外，通过由前通电进行的钢板的预热，也有减小点焊正式焊接一方的电流的效果。

还有，在该前通电时，在钢板—铝板间也发生放热。但是，若利用该放热使铝熔融，则在点焊的正式焊接时，不能期望由钢板—铝板间的接触电阻带来的放热，因为只有钢板拥有的电阻进行放热，所以温度不提高，效率差。另外，因为熔融的铝和钢板的接触时间变长，所以容易促进脆的金属间化合物相的形成。此外，由于电极的加压力导致铝板的喷溅发生变大。

前通电的电极间电流Ib：

因此，存在通过前通电而用于不使铝熔融的电流范围(上限)，前通电的电极间电流Ib为12kA以下。另一方面，若前通电时的电流过小，则不能有效地加热钢板，因此变形阻抗降低，不能改善钢板与电极的接触状态。另外，也考虑到一般性的点焊机的电流控制范围，前通电的电极间电流Ib为6kA以上。因此，前通电的电极间电流Ib的范围为6～12kA。

前通电的通电时间Tb：

前通电的时间，对于钢板表面—电极间的喷溅发生不会造成巨大的影响，通电可以是瞬间的，通电时间的下限未设。但是，若通电时间长，则会过度预热钢板/铝，存在过厚地形成脆的金属间化合物相的可能性，另外焊接时间变长，效率变差。因此，通电时间Tb，根据与钢板板厚ts的关系，成为钢板板厚(ts)每1mm在200msec以下的条件。

前通电的电极间加压力：

前通电的电极间加压力与点焊的正式焊接时相同，为2.5～4.5kN的范围。若该电极间加压力过小，则即使经过前通电，也不能减小钢板与电极的接触部的凹凸，不能改善钢板与电极的接触状态。因此，不能增大所述的钢板和电极的实质的接触面积，不能减小钢板表面与电极之间的接触电阻，不能减少钢板—电极间的放热量，不能抑制从钢板表面发生的喷溅。另一方面，若电极间加压力过高，则从焊接时的钢板—铝板的界面发生的喷溅变大，因此不当。另外也需要考虑普通的点焊机的加压力的范围(加压能力)。

点焊条件：

点焊正式焊接在该前通电后，时间上没有延迟地(连续)。另外，前通电和点焊正式焊接即使空出间隔，其时间也为1秒钟以下。若前通电和点焊正式焊接空出间隔，则钢板被冷却，预热钢板前通电的效果受损。另外，焊接时间变得过长，没有效率。

本发明中，用于形成焊核的点焊正式焊接(正式通电)条件，是为了取得冷轧钢板和铝合金板的薄板的异材接合接头的高接合强度而设定。即，其是在点焊正式焊接中，为了使冶金的接合所需要的最小限度厚度的Fe和Al的反应层适当地在接合部形成，从而得到高接合强度而设定。

为此，作为点焊的每个焊接处的必要的条件，首先，使接合的冷轧钢板的板厚ts为0.3～3.0mm，使接合的铝合金板的板厚ta为0.3～4.0mm其。板厚分别过厚或过薄时，不符合规定的点焊条件，另外，点焊的应用本身也困难而不适合。

以该板厚范围为前提，以点焊的电极间加压力：2.5～4.5kN、电极间电流Iw：14～26kA、通电时间Tw：钢板板厚(ts)每1mm为200msec以下的各条件，进行点焊而形成焊核。脱离这些条件时，出于与所述前通电的关系，也不适合点焊，得不到高接合强度。因此，所述板厚条件虽然自明，但也有前通电的板厚条件。

因此，在本发明条件的点焊中，也包括所述前通电，能够使用相同的通用的点焊装置，不需要更换所述前通电和焊接装置，或组合不同的焊接装置。另外，所述前通电和点焊正式焊接，在相同的电极位置实施。还有，不需要使用焊剂，但也可以根据需要使用。

在此，所述冶金的接合所需要并且最小限度的Fe和Al的反应层的厚度的目标为，接合界面的反应层的焊核深度方向(钢板的板厚方向)的平均厚度，优选为0.1～20μm，更优选控制在1～20μm的范围。还有，在以报的说明中，将这样的厚度的反应层称为“最佳厚度反应层”。在钢板和铝合金板的焊接接合界面，作为反应层，在钢板侧具有层状的Al-Fe系化合物层，在铝合金板侧具有粒状或针状的Al-Fe系化合物和Al-Fe-Si-Mn系化合物混合的层。若这些脆的反应层在焊核深度方向的平均厚度过厚，则接合强度显著降低。另一方面，若反应层在焊核深度方向的平均厚度过薄，则冶金的接合不充分，得不到充分的接合强度。因此，Fe和Al的反应层的厚度，优选处于前述的平均厚度的范围。

脱离前述的电极间加压力、电极间电流、通电时间等的点焊条件时，点焊不适当，不能在接合部恰当地形成这些冶金的接合所需要的最小限度厚度的Fe和Al的反应层，得不到高接合强度。

例如，若所述电极间加压力过低，则钢板和铝合金板的接触点少，因此点焊时的界面反应变得不均匀，得不到上述最佳厚反应层。另一方面，若所述电极间加压力过高，则点焊时熔化部从焊核飞散，因此接合强度不足。

所述焊接电流过低，或焊接时间过短，点焊时的界面反应也不足，即使焊核充分地形成，也不能成为上述最佳厚度反应层，因此接合强度仍然不足。

另一方面，在所述焊接电流过高或过长的大电流、长时间的点焊中，界面反应过度进行，反而不能成为上述最佳厚度反应层，因此接合强度不足。

点焊和前通电的关系：

在本发明中，由于接合部经过前通电而被预先加热，所以点焊的正式焊接条件的选定需要考虑该前通电条件而决定。在焊接条件的选定中，一般是考虑焊接时的线能量，但是在点焊中，因为焊接时的电压变动，所以正确地把握线能量困难。另外，在钢和铝中，因为电阻率和热传导不同，所以需要考虑在实质上有助于焊接的线能量。

材料和加压力一定的情况下，可知点焊正式焊接时的线能量与(焊接电流)²×通电时间成正比。另外还可知，在点焊正式焊接中，首先初期由接触电阻放热，其次由材料的电阻放热。但是，铝的电阻率在钢的1/5以下，铝的热传导率为钢的5倍左右，因此这些异材接合时，铝对于电阻放热几乎没有帮助，倒不如说具有通过热传导夺取钢所发生的热量的作用。

因此，在点焊正式焊接时的焊接条件的设定时，应该考虑有助于放热的钢的板厚，和夺走放热的铝的板厚。因此，进行基于I²×T×ts/ta(I：焊接电流，T：通电时间，ts：钢板厚，ta：铝板厚)的线能量的考虑时，作为符合前通电+点焊正式焊接的最佳条件，可知需要以下的关系式成立。

点焊和前通电的关系式：

此关系式为，20≤(Ib²×Tb+Iw²×Tw)×ts/ta≤55(kA²·sec)。

其中，在此，Ib：前通电电流，Tb：前通电通电时间，Iw：点焊电流，Tw：点焊通电时间，ts：钢板板厚，ta：铝合金板的板厚。

因此，在本发明中，不仅要满足为了达成高接合强度和焊接效率，所述的点焊正式焊接和前通电的各自的个别的条件，而且彼此的各通电条件，也要基于与所述各板厚的关系，进一步满足上述关系式。换言之，即使满足点焊正式焊接和前通电的各自的个别的条件，若彼此的各通电条件没有进一步满足上述关系式，则仍不能达成高接合强度和焊接效率。

根据本发明，不是预先改善作为焊接原材的钢板侧和铝合金板侧，而是能够通过对点焊侧附加(采用)前通电而进行的最小的改善，防止喷溅发生，从而得到具有高接合强度的异材接合部。因此，对钢板和铝合金板侧的性质(特性)没有影响，不会使钢板和铝合金板的制造成本上升，能够得到基于点焊的具有高接合强度的异材接合部。

钢板的化学成分组成：

以下，对于本发明作为接合的对象的冷轧钢板的成分组成进行说明。本发明中，优选以含有Si、Mn等的、抗拉强度为450MPa以上的高强度钢板(高强度)作为主要对象。

因此，关于冷轧钢板的成分组成，优选为如下组成：以规定量含有Si、Mn等为前提，以质量％计分别含有C：0.01～0.30％、Si：0.1～3.00％、Mn：0.1～3.00％，优选余量由Fe和不可避免的杂质构成。另外，除此之外，也可以是还含有Al：0.002～0.1％，余量由Fe和不可避免的杂质构成的组成。另外也可以为如下组成：除了此Al以外，或取代Al，还含有Nb：0.005～0.10％、Ti：0.005～0.10％、Zr：0.005～0.10％、Cr：0.05～3.00％、Mo：0.01～3.00％、Cu：0.01～3.00％、Ni：0.01～3.00％的一种或两种以上，余量由Fe和不可避免的杂质构成。

在此，作为钢板的杂质的P、S、N等，因为使钢板的韧性和延展性或接合强度等的诸特性降低，所以分别限制为P：0.10％以下(含0％)，S：0.05％以下(含0％)，N：300ppm以下(含0％)。还有，本发明中的化学成分的单位(各元素的含量)，包含铝合金在内，全部是质量％。钢板的各成分元素的限定理由如下。

C：

C是强度上升所需要的元素，但含量低于0.01％时，不能确保钢板的强度，另外若超过0.30％，则冷加工性降低。因此，C含量为0.01～0.30％的范围。

Si：

Si不会使钢板的延展性劣化，作为可以确保必要的强度的元素也很重要，因此需要0.1％以上的含量。另一方面，若含有超过3.00％，则延展性劣化。因此，从该理由出发，Si含量也为0.1～3.00％的范围。

Mn：

Mn作为用于确保钢板的强度和韧性的元素也是必要而不可或欠的，含量低于0.1％时，得不到该效果。另一方面，若含量超过3.00％，则强度显著上升，冷加工困难。因此，Mn含量从这一理由，也有0.1～3.00％。

Al：

Al作为熔钢的脱氧元素，捕捉固溶氧，并且防止气孔的发生，是用于提高钢的韧性上也是有效的元素。Al含量低于0.002％时，得不到此充分的效果，另一方面，若超过0.1％，则反而使焊接性劣化，或由于氧化铝系夹氧物的增加致使钢的韧性劣化。因此，Al含量为0.002～0.1％的范围。

Nb、Ti、Zr、Cr、Mo、Cu、Ni的一种或两种以上：

含有Nb、Ti、Zr、Cr、Mo、Cu、NI的一种或两种以上，均有助于钢的高强度化和高韧性化。其中，Ti、Nb、Zr在钢中作为碳氮化物析出而提高强度，使钢的显微组织微细化，使强度、韧性等提高。但是，若大量使之含有，则使韧性大幅劣化。因此，选择性地使之含有时，为Nb：0.005～0.10％、Ti：0.005～0.10％、Zr：0.005～0.10％的各范围。

另外，其中，Cr、Mo、Cu、Ni使钢的淬火性提高，使强度提高。但是，若大量使之含有，则使钢的韧性大幅劣化。因此，使之含有时，为Cr：0.05～3.00％、Mo：0.01～3.00％、Cu：0.01～3.00％、Ni：0.01～3.00％的范围。

钢板的强度：

在本发明中，从汽车构件等的用途出发，以抗拉强度为450MPa以上的高强度钢板(高强度)作为主要对象。与其相比，低强度钢中，一般低合金钢多，氧化皮膜大体上是铁氧化物，因此Fe和Al的扩散容易，容易形成脆的反应层。另外，因为钢板的强度不足，所以在点焊时的电极触头进行的加压下，钢板的变形变大，氧化皮膜容易被破坏，因此与铝的反应被异常促进，脆的金属间化合物容易形成。

铝合金板：

本发明中作为接合对象的铝合金板，为Al-Mg-Si系的AA至JIS规格的6000系铝合金板。该合金材对应汽车车体的各部分用途，没有特别限定形状，适宜选择所述通用的板材、形材、锻造材、铸造材等。但是，关于铝合金板的强度，也与上述钢板的情况一样，为了抑制因点焊时的加压造成的变形而期望是高的一方。

作为汽车车体面板用等，要求有优异的挤压成形性和BH性(烘烤硬化性)、强度、焊接性、耐腐蚀性等的诸特性。为了满足这样的要求，作为6000系铝合金板的组成，优选以质量％计分别含有Mg：0.1～1.2％、Si：0.1～1.5％、Cu：0.001～1.0％、Fe：0.01～0.4、Mn：0.01～1.0，余量由Al和不可避免的杂质构成的6000系铝合金。另外，为了使BH性更优异，优选为Si和Mg的质量比Si/Mg为1以上这样的过剩Si型的6000系铝合金板。

此外，除了所述各优选的组成以外，也可以选择性地含有Cr：0.001～0.2％、Zr：0.001～0.2％的一种或二种合计量为0.30％以下，或也可以含有Zn：0.001～0.25％、Ti：0.001～0.10％的一种或二种。也可以在0.01～0.5％的范围含有Li。

除此以外的其他的元素，基本上是杂质，为遵循AA至JIS规格等的各杂质水平的含量(允许量)。但是，从再循环的观点出发，作为熔化材，不仅有高纯度Al锭，以6000系合金和其他的铝合金废料、低纯度Al锭等为熔化原料而大量使用时，杂质元素混入的可能性高。而且，将这些杂质元素降低至例如检测界限以下，自身成本提高，需要允许一定程度的含有。因此，其他的元素允许在分别遵循AA至JIS规格等的允许量的范围内含有。

上述6000系铝合金中，各元素的含有意义如下。

Si：Si与Mg一起，在固溶强化和涂装烘烤处理等的所述低温下的人工时效处理时，形成有助于强度提高的时效析出物，发挥时效硬化能力，是用于得到例如180MPa以上的所需强度(抗拉强度)的必须的元素。若含量不足，则得不到这样的效果，若含量过多，则挤压成形性和弯曲加工性等的成形性显著降低，此外焊接性也受到很大阻碍。

Mg：Mg也是在固溶强化和涂装烘烤处理等的所述人工时效处理时，与Si一起形成有助于强度提高的时效析出物，发挥时效硬化能力，是用于作为面板而得到所述必要抗拉强度的必须的元素。若含量不足，则得不到这样的效果，若含量过多，则挤压成形性和弯曲加工性等的成形性显著降低。

Cu：Cu在比较低温短时间的人工时效处理的条件下，具有促进铝合金板组织向晶粒内的有助于强度提高的时效析出物的形成的效果。另外，固溶的Cu也有使成形性提高的效果。若含量不足，则得不到这样的效果，若含量过多，则使耐腐蚀性和焊接性显著劣化。

Fe：Fe发挥着与Mn、Cr、Zr等相同的作用，生成分散粒子(分散相)，妨碍再结晶后的晶界移动，防止晶粒的粗大化，并且具有使晶粒微细化的效果。若含量不足，则得不到这样的效果，若含量过多，则容易生成粗大的结晶物，使断裂韧性和疲劳特性等劣化。

Mn：Mn具有的效果是，在均热化热处理时生成分散粒子(分散相)，妨碍再结晶后的晶界移动，因此具有能够得到微细的晶粒的效果。铝合金组织的晶粒越微细，挤压成形性和卷加加工性越提高。若含量不足，则得不到这样的效果，若含量过多，则使机械的性质降低。另外弯曲加工性等的成形性降低。

Zn：Zn除了通过固溶强化而有助于强度的提高以外，在时效处理时，还具有显著促进最终制品的时效硬化的效果。若含量不足，则得不到这样的效果，若含量过多，则应力腐蚀裂纹和晶界腐蚀的敏感性显著提高，使耐腐蚀性和耐久性降低。

Ti：Ti使铸块的晶粒微细化，具有使压出材组织成为微细的晶粒的效果。若含量不足，则得不到这样的效果，若含量过多，则形成粗大的结晶析出物，成为使作为增强材的所述弯曲压坏性和耐腐蚀性等的要求特性，以及压出材的弯曲加工性等降低的原因。

Cr、Zr：Cr、Zr过渡元素与Mn同样，生成由Al-Cr系、Al-Zr系等的金属间化合物构成的分散粒子(分散相)，在用于防止晶粒的粗大化上有效。若含量不足，则得不到这样的效果，若含量过多，则形成粗大的结晶析出物，若含量过多，则使作为增强材的所述弯曲压坏性和耐腐蚀性等的要求特性，以及机械的性质降低。另外弯曲加工性等的成形性降低。

(钢板和铝合金板的厚度)

钢板和铝合金板被焊接的部分的厚度(板厚)，并不只是根据从所述点焊出发的设计出发，也根据汽车构件等的应用构件的必要强度和钢性等的设计条件选择択乃至决定。

若假定为汽车构件等，则实用上从冷轧钢板的(焊接的部分的)厚度t为0.3～3.0mm中选择。钢板的厚度过薄时，不能确保作为汽车构件的必要的强度和刚性而不恰当。另外，除此之外，例如，利用点焊时，因为在由电极触头进行的加压下，钢板的变形大，氧化皮膜容易被破坏，所以与铝的反应被促进。其结果是，容易形成脆的金属间化合物。另一方面，钢板的厚度过厚时，点焊接合本身有困难。

铝合金板的(焊接的部分的)厚度t，若同样假定为汽车构件等，则从0.3～4.0mm的范围选择。铝合金板的厚度过薄时，作为汽车构件的强度不足而不恰当，除此之外，理不到焊核直径，熔融容易到达至铝合金板两表面，容易喷溅，因此存在得不到高接合强度的可能性。另一方面，铝合金板的厚度过厚时，与所述钢板的板厚的情况同样，焊接接合自身有困难。

【实施例】

以下记述本发明的实施例。

前通电试验：

首先，对于所述前通电的没有从钢板发生喷溅和铝没有在钢板—铝板间的熔融的、特别是通电电流的有效范围进行验证。其结果显示在表3中。

焊接试验，是使表1所示的成分组成的、板厚ts为1.4mm的980MPa级高强度冷轧钢板，和表2所示的各成分组成的、板厚ta为1.2mm，0.2％抗拉强度为250MPa的6000系铝合金冷轧板加以重合。然后，以表3所示的焊接条件，模拟前通电，进行不使用焊剂的一段通电的点焊，对于有无从钢板发生的喷溅和铝有无在钢板—铝板间的熔融进行确认。电极由Cu-Cr合金构成的R型的半球型的电极，以正极为铝合金板，以负极为钢板。

由表3可知，关于前通电的电极间电流，以电极间加压力：2.5～4.5kN、通电时间Tb：钢板板厚(ts)每1mm为200msec以下为前提，电极间电流Ib在12kA以下是有效的范围。即，在电极间电流Ib规定的上限值的12kA下，什么加压力(不论加压力)，都不会使钢板和电极间发生喷溅，并且不会使铝合金板侧熔融。但是，若将电极间电流Ib增大到比其大的14～18kA等，则在加压力作用下，在钢板和电极间发生喷溅，或铝合金板侧熔融。例如，加压力增大到4.5kN等而抑制了喷溅发生的情况下，16kA时，也会确认到铝板在钢板—铝板界面的发生熔融。虽然考虑到会因钢板的种类和表面性状而存在差异，但对其抑制的效果的再现性和确实性受损。因此，证实了将前通电的电极间电流Ib的上限规定为12kA的意义。

另一方面，由表3可知，前通电时的电流Ib达到8kA，什么样的加压力(不论加压力)都不会使钢板与电极间发生喷溅，并且不会使铝合金板侧熔融。如所述，若前通电时的电流Ib过小，则不能有效地加热钢板，因此无法使变形阻抗降低，不能改善钢板与电极的接触状态。因此，根据该前通电时的电流Ib8kA的数据，也考虑到普通的点焊机的电流控制范围，前通电的电极间电流Ib的下限规定为6kA，而其意义得到证明。

点焊试验：

将前通电与正式焊接的条件进行各种变更，进行点焊，对于钢板—电极间的喷溅发生、电极的消耗和接合强度进行确认。其结果显示在表4中。

钢板与铝合金板使用与用于前通电的相同的，与表1、2的成分组成相同的强度级别的，对于双方的板厚进行种种改变。将其加工成JISA3137记述的十字拉伸试验片形状并使之重合，不使用焊剂，使用相同的焊接机，前通电，点焊，形成焊核而进行异材接合，制作焊接接头(异材接合接头)。

在此，以下记述各例的共通的焊接条件。钢板和铝合金板，均加工成所述十字拉伸试验片形状(50mm宽×150mm长的大小)，彼此重合之后，在重合的中央部设置电极并加压，进行前通电后，在此状态下，时间上无延迟(连续)地进行点焊正式焊接。在此前通电和点焊中，使用相同的单层整流式电阻点焊机(容量90KVA)，以表4所示的加压力、焊接电流、焊接时间的条件，进行各5点的前通电和点焊。电极也是前通电和点焊均相同，使用由Cu-Cr合金构成的电极前端拥有曲率半径R的半球型的电极，以正极为铝合金板，以负极为钢板。

喷溅发生或电极的消耗评价：

钢板—电极间的喷溅发生或电极的消耗的评价，分别以目视进行。所述点焊的5点各自均未发生钢板—电极间的喷溅的例子评价为○，在1、2点发生了喷溅，但通过焊接条件的变更能够改善的评价为△，大体上全部的例子中都发生剧烈喷溅，变更焊接条件也不能改善的评价为×。另外，只评价电极的消耗，在成倍的10点，进行前通电和点焊，点焊后没有产生电极的消耗的评价为○，作为消耗的开端的“粘着(かじり)”出现的评价为△，明确发生消耗的评价为×。

剥离强度(接合强度)：

以拉伸试验机对于这些制作的各异材接合接头进行十字拉伸试验，求得剥离强度(最大载荷)。这些结果也显示在表4中。剥离强度以A6022铝合金板之间的点焊的接头的接合强度(实际结果)＝1.0kN作为参考，如果是1.5kN以上，则为◎，如果是1.0kN以上，则为○，如果是0.7～1.0kN的，则为△，如果低于0.7kN，则为×。

如表4所表明的，发明例的异材接合接头，分别以适当的条件，进行前通电和正式通电的点焊。即，不仅分别满足点焊正式焊接和前通电的各自的条件，而且其彼此的各通电条件还满足上述关系式。其结果是，发明例能够进行焊接而不存在钢板—电极间的喷溅发生或电极的消耗，发明例的异材接合接头具有优异的接合强度(剥离强度)。

另一方面，如表4表明的，比较例的异材接合接头，正式通电和前通电的条件不当。其结果是，电极间的喷溅发生或电极的消耗产生，点焊正式焊接状态(焊接效率)降低，或异材接合接头的接合强度差，或这两者均发生。

比较例1、2没有进行前通电，本质上就是现有的点焊。因此，点焊正式焊接状态降低，异材接合接头的接合强度也差。

比较例3、12是正式通电(点焊正式焊接)的电流过小。因此，点焊正式焊接状态虽然良好，但异材接合接头的接合强度差。

比较例5、11是前通电的通电时间过长。因此，点焊正式焊接状态虽然良好，但异材接合接头的接合强度差。

比较例15、20是正式通电(点焊正式焊接)的电流过高。因此，点焊正式焊接状态降低，异材接合接头的接合强度也由于该电流的大小而变差。

比较例7、8、10、19、22，虽然点焊正式焊接和前通电分别满足各自的条件，但彼此的各通电条件不满足上述关系式。因此，点焊正式焊接状态虽然良好，但异材接合接头的接合强度差。因此，若与所述发明例的情况放在一起看，则证明，即使点焊正式焊接和前通电分别满足各自的条件，若没有使彼此的各通电条件进一步满足上述关系式，则仍不能使高接合强度和良好焊接状态并立。

【表1】

【表2】

【表3】

【表4】

详细地并参照特定的实施方式说明了本发明，但能够不脱离本发明的精神和范围而进行各种各样的变更和修正，这对于从业者来说很清楚。

本申请基于2010年9月13日申请的日本专利申请(专利申请2010-204393)，其内容在此参照并援引。

【产业上的可利用性】

根据本发明，能够得到一种点焊方法，其能够改善点焊一侧，抑制从钢板表面发生的喷溅，并且还能够尽可能减少焊接电流，得到具有高接合强度的异材接合部。这样的异材接合方法，能够有效地作为汽车、铁道车辆等的运输领域、机械零件、建筑结构物等的各种构造构件的焊接方法进行应用。

Claims

1.一种异材接合方法，其特征在于，是通过点焊对冷轧钢板和铝合金板进行异材接合的方法，其中，使被接合的冷轧钢板的板厚ts为0.3～3.0mm，并使被接合的铝合金板的板厚ta为0.3～4.0mm，在此基础上，在以电极间加压力：2.5～4.5kN、电极间电流Iw：14～26kA、通电时间Tw：钢板板厚(ts)每1mm为200msec以下的各条件下进行点焊而形成焊核之前，对于与双方的板接触的电极，以电极间加压力：2.5～4.5kN、电极间电流Ib：6～12kA、通电时间Tb：钢板板厚(ts)每1mm为200msec以下的、不会在钢板与电极间使喷溅发生并且不会使铝合金板侧熔融的条件预先进行前通电，在其后1秒以内进行所述点焊时，这些点焊和前通电的条件还满足由所述各通电条件和所述各板厚决定的下述关系式，

关系式：20≤(Ib²×Tb+Iw²×Tw)×ts/ta≤55(kA²·sec)。