CN107922011B - 包括异种材料的接合结构的结构体及结构部件 - Google Patents

Abstract

包括异种材料的接合结构的车体（10）具备顶部面板（200）和骨架体（100）。顶部面板（200）是在端部具有弯曲部（201）的铝合金制的面板部件。骨架体（100）是钢制的，具有用于支承顶部面板（200）的支承部（154）。顶部面板（200）及骨架体（100）通过将顶部面板（200）的弯曲部（201）的顶点（202）附近和骨架体（100）的支承部（154）连续熔接而被接合，顶部面板（200）沿着与骨架体（100）的接合部至少部分地接合有加强板（210）。根据该结构，在包括异种材料的接合结构的结构体的接合部，能够抑制由熔接热引起的局部的膨胀导致的变形。

Description

包括异种材料的接合结构的结构体及结构部件

技术领域

本发明涉及包括异种材料的接合结构的结构体及结构部件。

背景技术

已知为了由轻量化带来的燃烧效率提高、运动性能提高而使车辆全部由铝制成。但是，全部由铝制成所带来的轻量化伴随产品成本的大幅上升。作为减少成本上升的轻量化，所谓的多金属的车辆的设计制造方法近年来受到瞩目，开始生产这样的车辆。在该设计制造方法中，将钢和其以外的轻量化材料、例如铝、镁、或纤维增强塑料（FRP，FiberReinforced Plastic）、碳纤维增强塑料（CFRP，Carbon Fiber Reinforced Plastic）那样的树脂制品复合地用于一台车辆。

在设置成对于车体骨架的大部分使用与以往相同的钢材、对于局部使用铝面板的结构的情况下，需要异种金属接合。例如，在欲对于钢制骨架结构借助铝合金来制作顶部、上背部等来接合的情况下，需要对于钢制骨架接合铝面板部件的异种金属接合。

为了构成这样的不同材料的接合部，使用自冲铆钉等铆钉、盲铆钉、螺栓、冲孔螺钉或铆接等。但是，这些接合方法均属于点接合的范畴，在使用暴露于雨水等的外板部、地板部、及底盘部等时，需要借助适当的密封树脂剂等追加防水处理。此外，在两部件间涂覆粘接剂，也兼进行腐蚀的防止。

在专利文献1中，关于对钢制骨架接合铝面板部件的异种金属接合，公开了对于钢制的骨架部件通过熔融接合法来接合铝合金制的顶部面板的载客车的接合结构。专利文献1的异种金属接合为了能够防止雨水的浸入，确保强度可靠性，进行线状接合。

专利文献1：日本特开2014-73798号公报。

但是，在使用金属惰性气体（MIG，Metal Inert Gas）、激光等热源将熔剂、母剂熔化来接合的方法中，接合时对接合部周边局部地加热。若将这样的接合方法应用于铝面板部件向钢制骨架的接合，则由于铝和钢材的线膨胀率的差，由薄板构成的铝面板部件发生热变形，在接合结束后，产生剩余变形、剩余应变。结果，发生在铝面板部件产生翘曲、产生波纹等的现象。

发明内容

本发明的目的在于，在异种材料的接合结构中，确保耐腐蚀性及强度可靠性，并且抑制由熔接热引起的局部的膨胀导致的变形。

本发明的第1方案提供一种包括异种材料的接合结构的结构体，其具备第1部件和第2部件，前述第1部件在端部具有弯曲部，是铝合金制的面板部件，前述第2部件具有用于支承前述第1部件的支承部，前述第2部件是钢制的，前述第1部件及前述第2部件通过将前述第1部件的前述弯曲部的顶点附近和前述第2部件的前述支承部连续熔接来接合，前述第1部件沿着与前述第2部件的接合部至少部分地接合有加强板。

通过沿着第1部件的接合部接合加强板，能够抑制由熔接热引起的局部的膨胀导致的第1部件的变形。具体地，能够抑制由于在不同材料的接合的电弧接合时、激光接合时产生的熔接热、接合热而在铝面板容易产生的板的翘曲、波纹变形。此外，通过连续熔接，能够将钢和铝合金的不同材料线状地接合，能够防止来自接合部的雨水的浸入、内部部件的腐蚀，并且能够提高接合的强度可靠性。结果，能够在不太提高板厚的情况下，即在不太使重量增加的情况下，使结构体的一部分铝合金化。因此，结构体整体的轻量化变得容易。这里，这里，“熔接”被广义地解释，除了一般的熔接以外还包括钎焊和锡焊。此外，弯曲部的顶点附近表示包括顶点的附近区域，是在将顶点熔接时一般钎焊件那样的熔接件附着的区域。

优选地，前述连续熔接是使用药芯焊丝的钎焊接合。

作为钎焊件使用药芯焊丝(FCW)，由此能够提高钢和铝合金的不同材料的接合的可靠性，能够线状地接合。此外，能够以与以往相比较低温度进行熔接，所以能够减轻熔接热导致的变形的影响。这里，药芯焊丝是指，在铝合金包覆件的内部填充有焊剂的线材。

优选地，前述加强板是铝合金制的，使用粘接剂来与前述第1部件接合。

通过使加强板为铝合金制的，与钢制的情况相比能够轻量化，与树脂性的情况相比能够使强度变高。

优选地，前述加强板是树脂制的，使用粘接剂来与前述第1部件接合。

通过使加强板为树脂制的，与金属制的情况相比能够轻量化。

优选地，前述加强板被配置成相对于前述第1部件和前述第2部件的接合部隔开间隙。

通过在接合部和加强板之间设置间隙，能够防止加强板由于伴随熔接的热而变形、树脂制的加强板自身燃烧、面板件和加强板的粘接剂燃烧、受到其他热影响。

优选地，前述结构体是车体。特别地优选为，前述第1部件是前述车体的顶部或上背部。

在实用上，对于车体多进行异种材料的接合，特别地，其面积较大的顶部、上背部将钢制的置换为铝合金制的所带来的轻量化的效果也较大。

此外，优选地，前述第1部件是6000系列或5000系列铝合金制的。此外，优选地，前述第2部件是表面处理钢板即合金化熔融镀锌钢板制的、熔融镀锌钢板制的、或熔融镀铝钢板制的、或非镀覆钢板制的。

在异种材料的接合中，对于第1部件多使用6000系或5000系的铝合金，对于第2部件多使用合金化熔融镀锌(GA)钢板或熔融镀锌(GI)钢板，由此能够实现低成本化，此外加工也容易。此外，也能够设置成和铝合金的接合性较好的熔融镀铝钢板制的、或为了更低成本化而设置成非镀覆钢板制的。

本发明的第2方案提供一种包括异种材料的接合结构的结构部件，其由第1部件和第2部件构成，前述第1部件在端部具有弯曲部，沿着前述弯曲部至少部分地接合有加强板，是铝合金制的面板部件，前述第2部件具有用于支承前述第1部件的支承部，前述第2部件是钢制的，通过将前述第1部件的前述弯曲部的顶点附近和前述第2部件的前述支承部连续熔接来接合。

本发明不仅能够相对于车体那样的结构体使用，也能够作为结构部件单独使用。

发明效果

根据本发明，在异种材料的接合结构中，通过沿第1部件的接合部接合加强板来连续熔接，能够确保耐腐蚀性及强度可靠性，并且抑制由熔接热引起的局部的膨胀导致的变形。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的车体的立体图。

图2是图1的车体的顶部面板的分解图。

图3是图1的车体的顶部面板的放大图。

图4是沿图3的IV-IV线的剖视图。

图5是表示加强板相对于顶部面板的配置的示意图。

图6是表示顶部面板由于热膨胀的变形的图。

图7是表示沿图3的VII-VII线的剖视图。

图8是表示关于加强板的配置的变形例的示意图。

图9是表示关于加强板的配置的其他变形例的示意图。

图10是表示关于加强板的配置的另一其他变形例的示意图。

图11是表示本发明的第2实施方式的车体的上背部周边的立体图。

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

如图1及图2所示，本实施方式对包括将铝合金制的顶部面板(第1部件)200接合于钢制的骨架体(第2部件)100的结构的汽车的车体(结构体)10进行说明。

如图1及图2所示，本实施方式的汽车的车体10具备骨架体100和顶部面板200，前述骨架体100作为车体10的骨架，前述顶部面板200被载置于骨架体100上来接合。

骨架体100是合金化熔融镀锌(GA)钢板制的，构成车体10整体的骨架组。骨架体100分为前部110、后部120、中央部130。但是，骨架体100的材质不限于GA钢板制的，可以是熔融镀锌(GI)钢板制的，也可以是熔融镀铝钢板制的或非镀敷钢板制的。

前部110是被构成为车体10的前方的部分，具备前骨架111和前保险杠112。前骨架111构成前部110的骨架，在中央形成用于搭载图中未示出的发动机等的发动机容纳部113，在车宽度方向的两侧形成有用于容纳图中未示出的前轮的前轮容纳部114。前保险杠112被遍及车宽度方向地配置及固定于前骨架111的前方。

后部120是被构成为车体10的后方的部分，具备后骨架121和图中未示出的上背部（アッパーバック）。后骨架121构成后部120的骨架，在后方中央形成图中未示出的后备箱部，在宽度方向的两侧形成有用于容纳图中未示出的后轮的后轮容纳部122。

中央部130是被构成为车体10的中央的部分，具备中央骨架131和地板面板132。中央骨架131构成中央部130的骨架，在中央形成用于使用者乘车的车厢133。中央骨架131具有前柱141、中央柱142、后柱143、顶部侧梁144、顶部前梁145、顶部后梁146及顶部横梁147。借助这些部件，形成有前玻璃部134、各个门部135a~135d及后玻璃部136(参照图3)。地板面板132位于中央部130的底部，构成车厢133的地板部分。

前柱141是沿前玻璃部134的侧端部及门部135a、135b的前端部配置的柱状部。中央柱142是配置于门部135a、135b的后端部和门部135c、135d的前端部之间的柱状部。后柱143是配置于门部135c、135d的后端部和后玻璃部136的前端部之间的柱状部。

顶部侧梁144被跨各个柱141~143的上端部间地沿车体10的前后方向配置及固定。顶部侧梁144被沿顶部面板200的侧端部配置，与顶部面板200接合。

顶部前梁145被跨左右前柱141的上端部间地沿车宽度方向配置及固定。顶部前梁145被沿前玻璃部134的上端及顶部面板200的前端部配置，与顶部面板200接合。

顶部后梁146被跨左右的后柱143的上端部间地沿车宽度方向配置及固定。顶部后梁146被沿顶部面板200的后端部配置，与顶部面板200接合。

如图2及图3所示，顶部横梁147跨左右顶部侧梁144之间地在车宽度方向上延伸。顶部横梁147被跨左右中央柱142的上端部间地配置及固定。如图4所示，顶部横梁147与顶部面板200接合时不直接接触，经由树脂制的缓冲件137与顶部面板200接合。

顶部面板200是覆盖车体10的上方的外装面板。顶部面板200是由压力成形的5000系列铝合金制的，在本实施方式中，厚度为1.0mm至1.3mm左右。顶部面板200的侧端部、前端部及后端部分别与中央骨架131的顶部侧梁144、顶部前梁145、顶部后梁146及顶部横梁147熔接接合。该熔接接合被连续进行，即连续熔接。关于该连续熔接的详细情况在后说明。此外，铝合金的材质不限于5000系列，也可以是6000系列，其尺寸也不被特别限定。在本实施方式中，顶部面板200构成本发明的第1部件，中央骨架131构成本发明的第2部件。

如图5所示，在顶部面板200的背面配置有带状的加强板210。加强板210是铝合金制的，借助粘接剂与顶部面板200接合。在本实施方式中，加强板210从重量及强度的观点考虑采用铝合金制的加强板210，但也可以是更轻量的树脂制的，其尺寸也不被特别限定。此外，与顶部面板200的粘接方法也不限于基于粘接剂的粘接，例如也可以是熔接接合、机械上的紧固连结等。本实施方式的加强板210被沿顶部面板200和顶部侧梁144的接合部地在车体10的前后方向上配置。加强板210为了抑制接合部的变形而被设置。

铝合金材和钢材的线膨胀率有差异，铝合金材的线膨胀率是钢材的线膨胀率的大致两倍。因此，局部的铝合金材的热膨胀量比钢材大，所以容易发生接合部的变形。这样的局部的变形的程度不同，在使用要求高品质的接合施工的外板等的情况下成为问题，成为部分的铝合金化无法进展的原因之一。若提高铝合金板的板厚，则能够抑制上述那样的局部变形，但由于这样的对应，轻量化率下降或导致材料成本的增加。

通过沿着顶部面板200的接合部接合加强板210，能够抑制熔接热引起的局部的膨胀导致的顶部面板200的变形。具体地，能够抑制由于在不同材料的接合的电弧接合时、激光接合时产生的熔接热、接合热引起的在顶部面板200容易产生的板的翘曲、波纹变形。进而，通过将顶部面板200和骨架体100如图5中的箭头那样连续熔接，能够将钢制的骨架体100(中央骨架131)和铝合金制的顶部面板200的不同材料线状地接合。因此，能够防止来自接合部的雨水的浸入、内部部件的腐蚀，并且能够提高接合的强度可靠性。结果，能够在不太提高板厚的情况下、即在不太使重量增加的情况下，使车体10的一部分铝合金化。因此，车体10整体的轻量化变得容易。这里，“熔接”被广义地解释，除了一般的熔接以外还包括钎焊和锡焊。

此外，通过将加强板210设为铝合金制的，与设为钢制的情况相比能够轻量化，与设为树脂性的情况相比能够使强度变高。在欲进一步轻量化的情况下也可以使加强板210为树脂制的。

将暂且不设置加强板210的情况的顶部面板200的接合部的变形例在图6表示。若将图6的上侧表示的接合前的状态和图6的下侧表示的接合后的状态(将变形量放大表示)比较，则由于熔接热，顶部面板200的端部波动地变形。

如图7所示，顶部侧梁144具备外面板151、内面板152、加固件153。外面板151是构成顶部侧梁144的上部的外装面板，露出至车体10的外表面。内面板152是构成顶部侧梁144的下部的面板。外面板151及内面板152分别在位于车宽度方向的内侧的支承部154及位于高度方向的下侧的凸缘部155通过熔接而被接合，构成闭合截面。加固件153为了加强而被配置于顶部侧梁144的内部。在支承部154及凸缘部155，加固件153的两端部被外面板151和内面板152夹入，被以三张重叠的状态熔接。

顶部面板200具备在端部被施加弯曲加工的弯曲部201。弯曲部201相对于顶部面板200的外表面向内侧方向在120度至150度的范围被折弯。弯曲部201被载置于顶部侧梁144的支承部154，弯曲部201的顶点202附近和支承部154通过借助钎焊件160熔接而被接合。

支承部154相对于顶部侧梁144的表面形成台阶状的凹部，借助该凹部将顶部面板200的弯曲部201支承。这样支承部154借助凹部支承顶部面板200，由此能够使顶部面板200和顶部侧梁144的表面大致共面，能够维持外观的美观。

在上述的弯曲部201的顶点202附近和支承部154的熔接中使用药芯焊丝（FCW，flux cored wire）。药芯焊丝是指，在铝合金包覆件的内部填充有焊剂的线材。

通过在接合时使用药芯焊丝，提高钢制的骨架体100和铝合金制的顶部面板200的不同材料的接合的可靠性，能够线状地接合。此外，与以往相比能够以低温来熔接，所以能够减轻如图6所示那样的熔接热带来的变形的影响。进而，能够将弯曲部201和支承部154熔接接合，由此，不需要用于隐藏以往以来相对于不同材料的接合借助铆钉等来紧固连结的有损美观的紧固连结部所必需的饰带（モール）等部件。

此外，加强板210被距接合部隔开距离d的间隙地配置。距离d为，能够防止受到熔接接合时产生的热的影响而加强板210变形、粘接剂受到热影响、加强板为树脂制的情况下一部分熔化、燃烧的程度的距离。进而，距离d为，能够防止接合时顶部面板200变形的程度的距离，在本实施方式中为10mm至25mm。这样在接合部和加强板210之间设置间隙，由此能够防止由于伴随熔接的热而在加强板210产生的不良情况。

此外，加强板210的配置能够进行各种改变。加强板210可以为了抑制进一步变形而被配置于顶部面板200的整周(参照图8)，也可以仅配置于变形量较大的中央柱142的附近(参照图9)，同样也可以仅配置于变形量较大的各个柱141~143附近(参照图10)。这样的加强板210和顶部面板200的接合并非必须加入车体10的装配工序内，也可以作为其他工序，作为被预先接合的结构部件被引入至车体10的装配工序。

(第2实施方式)

图11表示第2实施方式的车体10的上背部300的周边部。在本实施方式中，相对于上背部300和后骨架121，进行与第1实施方式的顶部面板200和中央骨架131相同的熔接接合。车体10的结构自身与图1及图2的第1实施方式实质相同。因此，对于与图1及图2所示的车体10的结构相同的部分省略说明。

上背部300和后骨架121被与第1实施方式的顶部面板200和中央骨架131同样地通过连续熔接而被接合。因此，在本实施方式中，上背部300构成本发明的第1部件，后骨架121构成本发明的第2部件。

在上背部300的背面(在图中为下侧的面)，带状的加强板310被沿接合部配置。加强板310是铝合金制的，借助粘接剂与上背部300接合。加强板310被配置成，从接合部隔开如下程度的距离：加强板310不会受到熔接接合时产生的热的影响而变形，且能够防止接合时上背部300变形。该距离在本实施方式中为10mm至30mm。

在本实施方式中，加强板310从重量及强度的观点考虑是铝合金制的，但也可以是更轻量的树脂制等，其尺寸也不被特别限定。此外，与上背部300的粘接方法也不限于基于粘接剂的粘接，例如也可以是熔接接合、机械上的紧固连结等。

上背部300是位于后部120的后备箱部的上方的5000系列铝合金制的面板。上背部300具备对端部进行弯曲加工的弯曲部301。弯曲部301相对于上背部300的表面(在图中为上侧的面)向下方在120度至150度的范围被折弯。

后骨架121是GA钢板制的，具备用于载置上背部300的沿车宽度方向延伸的支承部123。后骨架121的支承部123与第1实施方式的中央骨架131的支承部154同样地具备台阶状的凹部，能够将接合时的表面对齐，能够维持外观的美观。

上背部300的弯曲部201被载置于后骨架121的支承部123，弯曲部301的顶点302附近和支承部123通过熔接被接合。该熔接使用药芯焊丝。

此外，与第1实施方式相同，上背部300可以使用6000系列铝合金制，后骨架121也可以是GI钢板制的、镀熔融铝的钢板制的、或非镀覆钢板制的。

在实用上，关于车体10较多进行异种材料的接合，特别是其面积较大的第1实施方式的顶部面板200及第2实施方式的上背部300取代钢制部件而使用铝合金制部件所带来的轻量化的效果也较大。但是，第1及第2实施方式以外也能够在车体10的各种各样的部分应用本发明。例如能够相对于备用轮胎舱、门或地板面板等各种各样的部分应用。此外，本发明对于车辆以外也能够使用可能，能够对于船、铁道等运输设备普遍使用。

附图标记说明

10 车体(结构体)

100 骨架体(第2部件)

110 前部

111 前骨架

112 前保险杠

113 发动机容纳部

114 前轮容纳部

120 后部

121 后骨架(第2部件)

122 后轮容纳部

123 支承部

130 中央部

131 中央骨架(第2部件)

132 地板面板

133 车厢

134 前玻璃部

135a、135b、135c、135d 门部

136 后玻璃部

137 缓冲件

141 前柱

142 中央柱

143 后柱

144 顶部侧梁

145 顶部前梁

146 顶部后梁

147 顶部横梁

151 外面板

152 内面板

153 加固件

154 支承部

155 凸缘部

160 钎焊件

200 顶部面板(第1部件)

201 弯曲部

202 顶点

210 加强板

300 上背部(第1部件)

301 弯曲部

302 顶点

310 加强板。

Claims (9)

1.一种包括异种材料的接合结构的结构体，其特征在于，

具备第1部件和第2部件，

前述第1部件在端部具有弯曲部，是铝合金制的面板部件，

前述第2部件具有用于支承前述第1部件的支承部，前述第2部件是钢制的，

前述第1部件及前述第2部件通过将前述第1部件的前述弯曲部的顶点附近和前述第2部件的前述支承部线状地连续熔接来接合，

沿着前述第1部件与前述第2部件的接合部，相对于前述第1部件接合有加强板，

前述加强板被配置成相对于前述第1部件和前述第2部件的接合部隔开间隙。

2.如权利要求1所述的包括异种材料的接合结构的结构体，其特征在于，

前述连续熔接是使用药芯焊丝的钎焊接合。

3.如权利要求1或2所述的包括异种材料的接合结构的结构体，其特征在于，

前述加强板是铝合金制的，使用粘接剂来与前述第1部件接合。

4.如权利要求1或2所述的包括异种材料的接合结构的结构体，其特征在于，

前述加强板是树脂制的，使用粘接剂来与前述第1部件接合。

5.如权利要求1或2所述的包括异种材料的接合结构的结构体，其特征在于，

前述结构体是车体。

6.如权利要求5所述的包括异种材料的接合结构的结构体，其特征在于，

前述第1部件是前述车体的顶部或上背部。

7.如权利要求1或2所述的包括异种材料的接合结构的结构体，其特征在于，

前述第1部件是6000系列或5000系列铝合金制的。

8.如权利要求1或2所述的包括异种材料的接合结构的结构体，其特征在于，

前述第2部件是表面处理钢板即熔融镀锌钢板制的、或熔融镀铝钢板制的、或非镀覆钢板制的。

9.一种包括异种材料的接合结构的结构部件，其特征在于，

由第1部件和第2部件构成，

前述第1部件在端部具有弯曲部，是铝合金制的面板部件，沿着前述弯曲部至少部分地接合有加强板，

前述第2部件具有用于支承前述第1部件的支承部，前述第2部件是钢制的，

通过将前述第1部件的前述弯曲部的顶点附近和前述第2部件的前述支承部线状地连续熔接来接合，

前述加强板被配置成相对于前述第1部件和前述第2部件的接合部隔开间隙。

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