CN104812517A

CN104812517A - 一体构件制造方法及一体构件

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Publication number: CN104812517A
Application number: CN201380061179.5A
Authority: CN
Inventors: 土井康生; 望月良幸; 铃木启祐
Original assignee: FCC Co Ltd
Current assignee: FCC Co Ltd
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2033-11-11
Also published as: JP2016101606A; US10286478B2; US9987704B2; US20150251269A1; US20180257167A1; WO2014080791A1; JP5897712B2; JPWO2014080791A1; JP6122519B2; CN104812517B; DE112013005619T5

Abstract

提供一种一体构件制造方法，该方法涉及包括铝合金压铸材料的第一构件(1)和包括铁系材料的第二构件(2)的焊接和一体化，其中：第一构件(1)由包含预定量的硅且厚度尺寸大于第二构件(2)的构件构成；第二构件(2)相对于第一构件(1)沿厚度方向被推动并压配合在第一构件(1)中，与此同时向压配合部施加电流从而执行电阻焊接，致使第一构件和第二构件一体化；并且在压配合期间的压入量被设定成至少为第二构件(2)的厚度尺寸并且小于第一构件(1)的厚度尺寸，并且在压配合期间第一构件(1)和第二构件(2)之间的交叠余裕被设定为0.5mm以上。

Description

一体构件制造方法及一体构件

技术领域

本发明涉及一种用于通过焊接由铝合金材料形成的第一构件和由铁系材料形成的第二构件而制造一体构件的方法，并且还涉及一种由该方法制造的一体构件。

背景技术

作为用于一体化铝合金材料和铁系材料的一个示例，有冶金接合方法。在现有技术的冶金接合方法中，有使用表面进行了镀膜处理的铁系材料的接合方法、使用填充材料的接合方法或熔化接合部上所插入的与铝或铁不同的材料的接合方法。在现有技术的一体构件的这些制造方法中，通常要求预先去除铝合金材料上所形成的氧化膜，并且要求在接合期间使用保护气体气氛或真空气氛。因为现有技术的这些技术不是文献公开的发明，所以这里没有要记载的文献信息。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在上述现有技术的一体构件的制造方法中，因为高温区域需要较长时间，所以造成脆弱的中间层变厚并且由此会降低接合强度的问题。另外，因为必须预先去除铝合金材料的表面上所形成的氧化膜，并且还必须在接合期间使用保护气体气氛或真空气氛，所以会增加制造成本。

因此，本发明的目的是提供可以提高接合强度并降低制造成本的用于制造一体构件的方法和由该方法制造的一体构件。

解决问题的手段

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于通过焊接由铝合金材料形成的第一构件和由铁系材料形成的第二构件而制造一体构件的方法，该方法的特征在于：所述第一构件含有预定量的硅且厚度比所述第二构件的厚度大；沿着所述第一构件和所述第二构件的厚度方向使所述第二构件挤压所述第一构件且将所述第二构件压入所述第一构件中，与此同时向所述第一构件和所述第二构件的压入部施加电流以借此执行电阻焊接，从而执行所述第一构件和所述第二构件的一体化；将压入量设置为大于所述第二构件的厚度且小于所述第一构件的厚度的值；并且将所述第一构件和所述第二构件的交叠余裕设置为0.5mm以上的值。

优选的是，如第二方面所限定的，所述第一构件由硅含量按重量计为7.5％至18.0％的铝合金压铸件形成。

优选的是，如第三方面所限定的，所述第一构件由硅含量按重量计为6.5％至13.0％的铝合金铸件形成。

还优选的是，如第四方面所限定的，所述第一构件具有HRB 40以上的洛氏硬度。

根据本发明的第五方面，提供了一种通过焊接由铝合金材料形成的第一构件和由铁系材料形成的第二构件而形成的一体构件，该一体构件的特征在于：所述第一构件含有预定量的硅且厚度比所述第二构件的厚度大；沿着所述第一构件和所述第二构件的厚度方向使所述第二构件挤压所述第一构件且将所述第二构件压入所述第一构件中，与此同时向所述第一构件和所述第二构件的压入部施加电流以借此执行电阻焊接，从而执行所述第一构件和所述第二构件的一体化；压入量被设置为大于所述第二构件的厚度且小于所述第一构件的厚度的值；并且所述第一构件和所述第二构件的交叠余裕被设置为0.5mm以上的值。

优选的是，如第六方面所限定的，所述第一构件由硅含量按重量计为7.5％至18.0％的铝合金压铸件形成。

还优选的是，如第七方面所限定的，所述第一构件由硅含量按重量计为6.5％至13.0％的铝合金铸件形成。

优选的是，如第八方面所限定的，所述第一构件具有HRB 40以上的洛氏硬度。

本发明的效果

根据本发明，因为本发明的特征在于所述第一构件含有预定量的硅且厚度比所述第二构件的厚度大；沿着所述第一构件和所述第二构件的厚度方向使所述第二构件挤压所述第一构件且将所述第二构件压入所述第一构件中，与此同时向所述第一构件和所述第二构件的压入部施加电流以借此执行电阻焊接，从而执行所述第一构件和所述第二构件的一体化；将压入量设置为大于所述第二构件的厚度且小于所述第一构件的厚度的值；并且将所述第一构件和所述第二构件的交叠余裕设置为0.5mm以上的值，所以可以提高接合强度并降低制造成本。

附图说明

图1示出了用于制造本发明的一体构件的方法(压入步骤之前)的示意性剖面图；

图2示出了用于制造本发明的一体构件的方法(压入步骤之后)的示意性剖面图；

图3示出了一体构件的接合部的图；

图4示出了一体构件的接合部的放大图；

图5示出了在一体构件的制造中第一构件和第二构件的交叠余裕与接合率之间的关系的曲线图；

图6示出了在一体构件的制造中第二构件相对于第一构件的压入量与第一构件和第二构件的接合率之间的关系的曲线图；

图7示出了在一体构件的制造中在改变交叠余裕时第一构件相对于第二构件的压入量与第一构件和第二构件的接合率之间的关系的曲线图；以及

图8示出了在一体构件的制造中第一构件的洛氏硬度与第一构件和第二构件的接合率之间的关系的曲线图。

具体实施方式

将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。

如图1和图2所示，通过焊接(不同材料焊接)包括两种不同金属(Al材料和Fe材料)的第一构件1和第二构件2来形成本实施方式的一体构件W。第一构件1由铝(Al)合金压铸件形成，而第二构件2由铁(Fe)系材料形成。

第一构件1具有要接合到第二构件2的厚度a，厚度a被设置为大于第二构件2要接合到第一构件1的厚度b。第一构件1在其要接合到第二构件2的顶角边缘上进行倒角，并且第二构件2类似地在其要接合到第一构件1的底角边缘上进行倒角，使得这两个倒角面可以在一体化第一构件1和第二构件2时彼此相对。

如图1所示，第一构件1固定在固定模等(未示出)上，而第二构件2安装在活动模等上，第一构件1与第二构件2之间保持交叠余裕c。第一构件1和第二构件2适于这样进行一体化，即：沿着第一构件和第二构件的厚度方向(图2中由H示出的方向)使第二构件2挤压第一构件1并以预定量将第二构件2压入到第一构件1中，并且在挤压期间电激励第一构件和第二构件的压入部以执行电阻焊接。

更具体地，下电极(未示出)连接到第一构件1的底表面，而上电极(未示出)连接到第二构件2的上表面。然后，使安装到活动模的第二构件2向下(图2)移动到固定在固定模上的第一构件1，并且通过在挤压期间在上电极与下电极之间施加电压而执行电阻焊接。

由此，可以通过电激励压入部以执行第一构件1和第二构件2的电阻焊接而获得一体构件W。在这种情况下，可以在挤压过程的整个时段或任意局部时段执行第一构件1和第二构件2的电激励。

因为通过在挤压期间电激励第一构件1和第二构件2的压入部而电阻焊接本实施方式的一体构件W，所以接合边界相对于挤压方向(图2中的向下方向)倾斜角度e。对于提高接合率(％)来说，接合边界的倾斜优选的是倾斜角度e大约为10°。可以由以下的运算公式获得接合率(％)(下文中相同)：

接合率(％)＝d/b×100(这里，d是接合边界在一体构件W的厚度方向上的维数)。

在图2中，附图标记“f”表示焊接期间的电激励和压力使各个材料熔化且塑性变形并从接合部突出的部分。

根据用于制造根据本实施方式的一体构件W的方法，与诸如电子束焊接、等离子体焊接或TIG焊接等的现有技术的焊接方法相比，可以在短时间内以高质量方式执行第一构件1和第二构件2的焊接，并且可以缩短制造周期并提高组装精度。即，根据环形电阻焊接(在本实施方式中，焊接部为环形)，可以以比上述现有技术的焊接更短的时间执行焊接操作，并且由此可以在降低整体发热量并抑制焊接应变的同时执行第一构件和第二构件的焊接。

本实施方式所用的第一构件1由铝合金压铸件形成并含有预定量的硅(Si)。更具体地，第一构件1由硅(Si)含量按重量计为7.5％至18.0％和铜(Cu)含量按重量计为1.5％至5.0％的铝合金压铸件形成，并且通过将第二构件2压入到第一构件1且通过在挤压期间电激励压入部以执行电阻焊接而与第二构件2一体化。压入量H被设置为等于或大于第二构件2的厚度b且小于第一构件1的厚度a的值，并且第一构件1与第二构件2的交叠余裕c被设置为0.5mm以上的值。

另外，第一构件1由洛氏硬度为HRB 40以上，优选地为HRB 40至HRB 50的铝合金压铸件形成，而第二构件2的洛氏硬度优选为HRB 80至HRB 85。然而，如果满足用于制造上述一体构件W的挤压条件，则洛氏硬度可以是其它值。

在已经如上所述执行由含有预定量的硅(Si)和铜(Cu)的铝合金压铸件形成的第一构件1和由铁系材料形成的第二构件2的环形电阻焊接之后，如图3和图4所示，具有宽度k的中间层α形成在第一构件1和第二构件2的接合边界中。中间层α包括Al-Fe-Si三元系化合物，并且其宽度k比较小。

根据本实施方式，因为通过使用由含有预定量的硅(Si)和铜(Cu)的铝合金压铸件形成的第一构件1在接合边界中生成包括具有相对较高强度的Al-Fe-Si三元系化合物的中间层α来代替包括Al-Fe二元系化合物的脆弱中间层，所以可以提高接合强度。另外，因为添加物是硅(Si)，所以即使伴随电阻焊接的总热量增大，也可以避免中间层α的宽度k不必要地增加。另外，因为除了硅(Si)之外将预定量的铜(Cu)添加到第一构件1，所以可以促进由Al-Fe-Si三元系化合物形成的中间层α的生成，并由此可以进一步提高接合强度。

在执行由铝合金压铸件(样品A1至A4)或铝合金铸件(样品B1至B3)形成的第一构件1和由铁系材料形成的第二构件2的上述环形电阻焊接时获得表1中示出的结果。为由铝合金压铸件形成的第一构件1制备的样品是：硅(Si)含量按重量计为5.12％的样品A1、硅(Si)含量按重量计为7.45％的样品A2、硅(Si)含量按重量计为10.7％的样品A3以及硅(Si)含量按重量计为18.1％的硅(Si)的样品A4。为由铝合金铸件形成的第一构件1制备的样品是：硅(Si)含量按重量计为4.53％的样品B1、硅(Si)含量按重量计为6.38％的样品B2以及硅(Si)含量按重量计为13.2％的样品B3。

表1

从表1将理解的是，在由铝合金压铸件形成的第一构件1的情况下，在第一构件1的硅(Si)含量按重量计为大约7.5％至18.0％时，可以生成包括Al-Fe-Si三元系化合物的中间层α；并且在由铝合金铸件形成的第一构件1的情况下，在第一构件1的硅(Si)含量按重量计为大约6.5％至13.0％时，可以生成包括Al-Fe-Si三元系化合物的中间层α。在任意样品中，所生成的中间层α的厚度为1μm以下，并且由此将认为可以提高强度。

然后，将描述用于制造本实施方式的一体构件的方法。

将厚度a为6mm的铝合金压铸件的第一构件1固定在固定模上，并且将厚度b为4mm的铁系材料的第二构件2安装在活动模上。制备第一构件1与第二构件2之间具有各种交叠余裕c的多个样品，并且在压入量H为4mm的状态下执行电阻焊接。第一构件1的洛氏硬度为HRB 40至HRB 50，而第二构件2的洛氏硬度为HRB 80至HRB 85。

图5是示出了对于在上述焊接条件下一体化的构件，接合率(％)与交叠余裕(mm)之间的关系的曲线图。根据上述实验结果，会认识到可以通过将交叠余裕c设置为0.5mm以上来提高第一构件1和第二构件2的接合率(％)和接合强度。

图6是示出了在将交叠余裕c设置为0.5mm和0.75mm并将第二构件2相对于第一构件1的压入量H从第二构件2的厚度改变为各种数值的情况下，通过测量接合率(％)而获得的接合率(％)与压入量H之间的关系的曲线图。根据其结果，会认识到在第一构件1和第二构件2的交叠余裕c为0.5mm和0.75mm时，可以通过将第一构件1和第二构件2的压入量H设置为大于第二构件2的厚度b的值而提高第一构件1和第二构件2的接合率(％)和接合强度。

另外，图7是示出了在将交叠余裕c设置为0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.25mm和1.5mm并将第二构件2相对于第一构件1的压入量H从第二构件2的厚度改变为各种数值的情况下，通过测量接合率(％)而获得的接合率(％)与压入量H之间的关系的曲线图。根据其结果，会认识到在第一构件1和第二构件2的交叠余裕c为0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.25mm和1.5mm时，可以通过将第一构件1和第二构件2的压入量H设置为大于第二构件2的厚度b的值而提高第一构件1和第二构件2的接合率(％)和接合强度。

此外，图8是示出了在将交叠余裕c设置为0.75mm并将第二构件2相对于第一构件1的压入量H设置为第二构件2的厚度的情况下，通过测量接合率(％)而获得的接合率(％)与第一构件1的洛氏硬度(HRB)之间的关系的曲线图。根据其结果，会认识到可以通过使用洛氏硬度高于HRB 40的第一构件1而始终获得稳定的接合率(％)。

根据本实施方式，因为本实施方式的特征在于第一构件含有预定量的硅且厚度比第二构件的厚度大；沿着第一构件和第二构件的厚度方向使第二构件挤压第一构件且将第二构件压入到第一构件中，并且在挤压期间电激励第一构件和第二构件的压入部以执行电阻焊接，借此执行第一构件和第二构件的一体化；压入量被设置为大于第二构件的厚度且小于第一构件的厚度的值；并且第一构件和第二构件的交叠余裕被设置为0.5mm以上的值，所以可以提高接合强度并降低制造成本。

更具体地，因为形成第一构件的铝合金压铸件含有预定量的硅(Si)或铜(Cu)，并且使第二构件2挤压第一构件1且将第二构件2压入到第一构件1并且在挤压期间电激励第一构件和第二构件的压入部以借此执行电阻焊接，从而执行第一构件和第二构件的一体化，所以可以减小在接合边界中生成的中间层α的宽度k并且使中间层α作为具有较高强度的Al-Fe-Si三元系化合物，以提高接合强度。

另外，根据本实施方式，因为通过电激励第一构件1和第二构件2的压入部而执行电阻焊接，所以可以在压入过程期间去除在第一构件1的压入部的表面上的氧化膜，并且由此可以获得优异的焊接，而不妨碍焊接所需要的元素扩散。由此，可以消除用于去除氧化膜的任何单独步骤并使得焊接过程期间不需要保护气体气氛或真空气氛，以降低制造成本。

此外，因为通过相对于第一构件1压入第二构件2并且通过在挤压期间电激励第一构件1和第二构件2的压入部以执行电阻焊接而执行第一构件1和第二构件2的焊接，所以接合边界相对于接合方向倾斜(参见图2至图4)。这提高了第一构件1和第二构件2的接合率，并由此提高接合强度。另外，因为通过压入第二构件2并且在挤压期间电激励第一构件1和第二构件2的压入部以执行电阻焊接来执行第一构件1和第二构件2的焊接，所以可以缩短焊接持续时间，并由此由于缩短高温区域的持续时间而可以抑制中间层“α”的生成，提高接合强度。

已经参照上述优选实施方式描述了本发明。然而，本发明不限于所例示和所描述的实施方式。例如，代替铝合金压铸件，第一构件1可以是铝合金铸件，并且在这种情况下，优选的是使用硅含量按重量计为6.5％至13.0％的构件。另外，虽然优选的是第一构件1和第二构件2是具有上述硬度的构件，但是还可以使用具有不同硬度的构件。然而，优选的是，第一构件1具有HRB 40以上的硬度。此外，虽然已经描述了本实施方式的第一构件1的铜含量按重量计为1.5％至5.0％，但是还可以使用含有其它量的铜或不含铜的其它第一构件。

工业实用性

本发明可以应用于一体构件和用于制造一体构件的方法(虽然一体构件具有不同的外观或其它附加的功能)，其特征在于第一构件含有预定量的硅且厚度比第二构件的厚度大；通过沿着第一构件和第二构件的厚度方向使第二构件挤压第一构件且将第二构件压入到第一构件中并且在挤压期间电激励第一构件和第二构件的压入部以执行电阻焊接来执行第一构件和第二构件的一体化；压入量被设置为大于第二构件的厚度且小于第一构件的厚度的值；并且第一构件和第二构件的交叠余裕被设置为0.5mm以上的值。

附图标记说明

1：第一构件

2：第二构件

W：一体构件

Claims

1.一种用于通过焊接由铝合金材料形成的第一构件和由铁系材料形成的第二构件而制造一体构件的方法，该方法的特征在于：

所述第一构件含有预定量的硅且厚度比所述第二构件的厚度大；

沿着所述第一构件和所述第二构件的厚度方向使所述第二构件挤压所述第一构件且将所述第二构件压入所述第一构件中，与此同时向所述第一构件和所述第二构件的压入部施加电流以借此执行电阻焊接，从而执行所述第一构件和所述第二构件的一体化；

将压入量设置为大于所述第二构件的厚度且小于所述第一构件的厚度的值；并且

将所述第一构件和所述第二构件的交叠余裕设置为0.5mm以上的值。

2.根据权利要求1所述的用于制造一体构件的方法，其中，所述第一构件由硅含量按重量计为7.5％至18.0％的铝合金压铸件形成。

3.根据权利要求1所述的用于制造一体构件的方法，其中，所述第一构件由硅含量按重量计为6.5％至13.0％的铝合金铸件形成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造一体构件的方法，其中，所述第一构件具有HRB 40以上的洛氏硬度。

5.一种通过焊接由铝合金材料形成的第一构件和由铁系材料形成的第二构件而形成的一体构件，该一体构件的特征在于：

压入量被设置为大于所述第二构件的厚度且小于所述第一构件的厚度的值；并且

所述第一构件和所述第二构件的交叠余裕被设置为0.5mm以上的值。

6.根据权利要求5所述的一体构件，其中，所述第一构件由硅含量按重量计为7.5％至18.0％的铝合金压铸件形成。

7.根据权利要求5所述的一体构件，其中，所述第一构件由硅含量按重量计为6.5％至13.0％的铝合金铸件形成。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的一体构件，其中，所述第一构件具有HRB40以上的洛氏硬度。