CN108883484A - 接合结构 - Google Patents

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Abstract

接合结构具备：第一同种系金属材，其具有第一突起部；第二同种系金属材，其能够与第一同种系金属材相互焊接；以及异种材，其设置有第一贯通部，且夹持在第一同种系金属材与第二同种系金属材之间，该异种材相对于第一同种系金属材以及第二同种系金属材难以焊接。第一突起部比第一贯通部的直径或宽度小，且第一突起部相对于第一贯通部形成第一间隙。第一突起部被插入到第一贯通部，形成作为第一贯通部中的板厚方向上的间隙的第二间隙。从板厚方向对第一突起部进行电弧焊，第二间隙的量是相对于被照射电弧的一侧的第一突起部的板厚而言的规定量。第一同种系金属材与第二同种系金属材经由第一贯通部相互熔融结合而对异种材进行压缩固定，由此异种材与第一同种系金属材以及第二同种系金属材被固定。

Description

接合结构
技术领域
本公开涉及将电弧以及等离子体作为热源并利用同种系金属材夹持一种以上的异种材的接合结构。
背景技术
近年来，由于以机动车为代表的输送设备的全球化而导致生产量增加，因而对于每台产品的总成本降低、特别是通过缩短生产时间来提高生产率的愿望不断高涨。
另外，为了防止地球变暖，在全球范围内强烈要求限制CO2的排出，在以机动车产业为代表的输送产业，为了应对该要求而不断加速向燃耗改善的努力。作为对于该燃耗改善的具体的努力，追求车辆重量的轻量化，不断推进增加轻量原材料的使用比例的研究。
在追求这样的愿望的过程中，作为机动车等输送设备所使用的焊接方法，广泛普及了点焊。然而，作为电阻焊的点焊需要利用进行点焊的点焊用的焊枪即上下的电极对材料进行加压，在消除焊接材料之间的间隙的状态下对上下的电极之间进行通电，由此进行焊接。因此，点焊不适合于单侧焊接，需要是焊接部位由点焊用的焊枪从上下方向夹持的形状等，在产品形状上产生制约。而且，为了对焊接部位进行加压，需要供点焊用的焊枪向焊接材的上下部分进入的空间。而且，点焊用的焊枪自身的重量重，因此点焊用的焊枪的移动速度慢，即使到达焊接位置也需要加压时间，在焊接后还必须确保冷却时间，除了焊接以外还需要较多的时间。
另外，针对机动车所使用的材料的轻量化，进行了将部件的一部分从钢变更为铝等轻金属材料的研究，谋求将轻金属材料与钢接合的技术及结构。
以往作为针对异种材的接合用构件，可列举使用了铆钉的点焊、使用了粘接剂的接合等。例如在专利文献1中，公开了对由于被铆钉和与铆钉材质种类相同的接合材夹持的异种材的加压及点焊时的焊接热而导致的异种材的塑性流动进行吸收的铆钉形状、铆接及点焊方法。能够确保在铆接时及点焊时异种材料的一部分发生变形而移动的空间并防止点焊时的电极的位置偏离等而导致的异种材的陷落等，从而抑制紧固力的下降。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-42417号公报
发明内容
本公开的接合结构具备：第一同种系金属材，其具有第一突起部；第二同种系金属材，其能够与第一同种系金属材相互焊接；以及异种材，其设置有第一贯通部，且夹持在第一同种系金属材与第二同种系金属材之间，该异种材相对于第一同种系金属材以及第二同种系金属材难以焊接。第一突起部比第一贯通部的直径或宽度小，且第一突起部相对于第一贯通部形成径向或宽度方向上的第一间隙。第一突起部被插入到第一贯通部，形成作为第一贯通部中的板厚方向上的间隙的第二间隙。从板厚方向对第一同种系金属材的第一突起部进行电弧焊，板厚方向上的间隙即第二间隙的量是相对于被照射电弧焊的电弧的一侧的第一同种系金属材的第一突起部的板厚而言的规定量。第一同种系金属材与第二同种系金属材经由第一贯通部相互熔融结合而对异种材进行压缩固定，由此，异种材与第一同种系金属材以及第二同种系金属材被固定。
附图说明
图1是用于说明本公开的实施方式1中的电弧焊时的接合结构的图。
图2是用于说明本公开的实施方式2中的电弧焊时的接合结构的图。
图3是用于说明本公开的实施方式2中的电弧焊时的接合结构的图。
图4是用于说明本公开的实施方式1中的电弧焊时的接合状况的图。
图5是用于说明本公开的实施方式1中的电弧焊时的接合状况的图。
图6是示出表示本公开的实施方式1中的、对第一材料的板厚与板厚方向上的间隙即第二间隙的关系进行测定而得到的结果的图表的图。
图7是示出表示本公开的实施方式1中的、对第二材料的材质与第一间隙的关系进行测定而得到的结果的图表的图。
图8是用于说明本公开的实施方式1中的电弧焊时的接合状况的图。
图9是用于说明本公开的实施方式1中的电弧焊时的接合状况的图。
图10是用于说明本公开的实施方式3中的电弧焊时的接合结构的图。
图11是用于说明本公开的实施方式3中的电弧焊时的接合结构的图。
图12是用于说明本公开的实施方式3中的电弧焊时的接合结构的图。
图13是用于说明本公开的实施方式4中的电弧焊时的接合结构的图。
图14是用于说明以往的异种材接合的方式的图。
具体实施方式
(本公开的由来)
在实施方式的说明之前，简单地说明本公开的由来。
使用图14来说明以往的异种材的接合构件。为了确保铆接时及点焊时供异种材200的一部分发生变形而移动的空间，并且为了防止点焊时的电极400的位置偏离等所引起的异种材200的陷落等以抑制紧固力的下降，需要圆角(Radius)形状的倒角30、环状槽31等复杂的铆钉形状。这种情况下，铆钉51的形状需要精度且成为复杂的形状。因此，铆钉51的加工需要精密加工等且制造成本也升高。而且，由于是作为电阻焊的点焊，因此加压、通电、冷却、移动等花费时间，因此作业时间变长。而且，需要将接合构件100从两侧夹入，因此接合构件100的设计自由度受到限制。
另外，当与相邻的铆钉过于接近时，点焊的电流产生分流而导致在进行了电阻焊的焊接部产生的焊接凝固的部分即熔核形成变得不充分。因此，需要不产生分流而能进行所希望的熔核形成的最小分离间距以上的接合间距。由此，存在无法以最小分离间距以下的接合间距配置铆钉，必要部位处的接合的刚性无法增加这样的课题。
本公开提供一种能够进行异种材接合且提高生产率的电弧焊或等离子弧焊用的简单的接合结构。
(实施方式1)
使用图1至图9对本实施方式进行说明。图1示出接合构件，示出作为本公开的第一同种系金属材的第一材料1、作为本公开的第二同种系金属材的第三材料3、以及异种材的第二材料2的接合结构。这里，图4是用于说明作为上板的第一材料1为圆形形状的结构的图。图5是用于说明作为上板的第一材料1为方形形状的结构的图。而且，图4以及图5所示的I-I剖面对应于图1的剖面位置。
图1中，在将材质为金属的第一材料1以及第三材料3与作为异种材的材质的第二材料2接合时，采用利用第一材料1与第三材料3夹入第二材料2的配置。第一材料1与第三材料3是能够相互焊接的同种系金属材，第二材料2是相对于第一材料1以及第三材料3的同种系金属材难以焊接的异种材。
这里，在第二材料2上预先加工有作为本公开的第一贯通部的一例的第一贯通孔11。第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5插入到该第一贯通孔11中，第一突起部4与第二突起部5相互对置地配置。由于向第二材料2的第一贯通孔11分别插入第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5，因此，具有抑制第一材料1以及第三材料3相对于第一贯通孔11的相对位置偏移的效果。因此，具有能够通过目视来确认电弧焊位置的记号以及焊缝形成位置的妥当性的优点。
需要说明的是，在本实施方式中，将第一贯通部设成了第一贯通孔11，但例如也可以为贯通槽。
另外，需要说明的是，同种系金属材是能够相互焊接的金属，不仅仅是相同的材质彼此，而且是铁系金属材彼此、非铁系金属材彼此等焊接接合性(换言之焊接的相容性)好的同种系的材料。具体而言，作为焊接时的材料的组合，例如，就第一材料1及第三材料3而言，是软钢与软钢、软钢与不锈钢、不锈钢与不锈钢、软钢与高强度钢(高抗拉钢)、高强度钢与不锈钢、高强度钢与高强度钢等铁系金属材。或者，例如是铝与铝、铝与铝合金、铝合金与铝合金等非铁金属。
另外，作为异种材的第二材料2是与作为同种系金属材的第一材料1及第三材料3不同材质的材料，是相对于同种系金属材难以焊接的材质。例如将作为同种系金属材的第一材料1及第三材料3都设为铁系金属的情况下，作为异种材的第二材料2是例如铜材或铝材等非铁系金属。而且，在将第一材料1及第三材料3设为金属材料的情况下，作为异种材的第二材料2是例如作为树脂材的CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics，碳纤维强化塑料)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等。
第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5的形状在本实施例中实质上相同。将对置配置的第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5的突起外缘部19与第二材料2的第一贯通孔11的端部之间的间隙设为第一间隙7。另外，在将第一材料1的第一突起部4与第三材料的第二突起部5插入到第二材料2的第一贯通孔11中的情况下，将第一突起部4与第二突起部5之间的板厚方向上的间隙设为第二间隙8。另外，将从上侧观察时的第一突起部4以及第二突起部5的内缘部的区域设为突起内缘部10。关于焊接状况，如图4所示，从第一材料1的上侧朝向处于可接合范围的第三材料3的第二突起部5的突起内缘部10(参照图1、4)内照射电弧15而进行焊接，其结果是，所形成的焊缝如图1所示那样成为焊接部16。这样，在向第一材料1照射电弧15的情况下，第一材料1对应于本公开的第一同种系金属材，第三材料3对应于本公开的第二同种系金属材。
这里，板厚方向是指在焊接前的状态下与第一材料1、第二材料2以及第三材料3的主面垂直的方向，在图1中是箭头所示的方向。
接着，使用图1对焊接时以及焊接后的板厚方向上的第二间隙8进行说明。
在将电弧15朝向第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5的突起内缘部10内进行电弧点的焊接时形成焊接部16之际，第一材料1以及第三材料3的焊接时的焊接部16的熔融金属发生凝固收缩，因此，第一材料1的第一突起部4与第三材料3的第二突起部5之间的规定间隙即第二间隙8缩小。在将该第二间隙8的大小相对于被照射电弧15的一侧的成为上板的第一材料1或者被照射电弧15的一侧的第一材料1或第三材料3的板厚而设定为4％～75％时，焊接部16的凝固收缩成为由第一材料1与第三材料3夹持第二材料2的压缩力18，能够利用第一材料1以及第三材料3对第二材料2进行压接固定。相对于被照射该电弧15的一侧的第一材料1或第三材料3的板厚而言将第二间隙8设为4％～75％的设定是根据实验数据而导出的，图6示出该实验数据的一例。图6是示出表示对第一材料的第一突起部4的板厚t与板厚方向上的第一突起部4和第二突起部5之间的间隙即第二间隙8之间的关系进行测定而得到的结果的图表的图。
采用如下情况下的一例：在将作为同种系金属的第一材料1以及第三材料3分别设为软钢材、且将作为异种材的第二材料2设为作为树脂材料的PET材的组合中，在第三材料3的上侧配置第一材料1且使它们沿上下方向重合，在此状态下，通过电弧焊的MAG(MetalActiveGas)焊接进行0.3秒钟的焊接输出(焊接电流：100A～250A)，从板厚方向的上侧向作为被照射电弧焊的电弧15的照射区域的第一材料1的第一突起部4的突起内缘部10内进行了电弧点焊。例如，第一材料1以及第三材料3的突起内缘部10为φ10mm的区域，第二材料2的第一贯通孔11为φ12mm，以如下的方式进行了电弧焊：从板厚方向朝第一突起部4以及第二突起部5照射的电弧15的照射区域比第一突起部4以及第二突起部5的直径或宽度小规定的距离、并且成为与被照射电弧15的一侧的突起内缘部10的大小接近且与突起内缘部10的大小相比较小的φ8mm的光斑直径。
另外，例如，在被照射电弧15的一侧的第一材料1的第一突起部4的板厚t为0.8mm的情况下，第二间隙8在0.1mm～0.6mm的范围内能够通过焊接部16的熔融金属的凝固收缩作用而进行压接固定。当第二间隙8超过0.6mm而变大时，焊接部16的一部分成为开孔状态，引起焊接不良。因此，第一材料1的板厚的13％至75％为有效范围。
另外，在板厚t为2.3mm的情况下，第二间隙8在0.1mm～1.4mm的范围内能够通过焊接部16的熔融金属的凝固收缩作用而进行压接固定。当第二间隙8超过1.4mm而变大时，焊接部16的一部分成为开孔状态，引起焊接不良。因此，与被照射电弧15的一侧的作为同种系金属材的第一材料1的板厚相应的第二间隙8的板厚方向上的规定大小的范围成为可焊接范围。换言之，在第一材料1的板厚的4％～61％范围内(4％以上且61％以下)的第二间隙8的大小成为可焊接范围。
这里示出与第一材料1的板厚t的最大60％～75％相当的熔融金属落入第二间隙8而能不开孔地进行接合的情况。当成为超过第一材料1的板厚t的最大60％～75％的第二间隙8时，无法确保第二间隙8所需的熔融金属量，因此，会产生一部分开孔这样的状态。需要说明的是，与不使用填充焊丝的情况下的激光焊接或TIG焊接相比，在使用作为熔化电极的焊丝14的电弧焊中，存在因焊丝14的熔融而引起的熔融金属向焊接部16的堆积，因此，第二间隙8相对于被照射电弧15的一侧的第一材料1的板厚t的比例大，间隙的余裕度大。
需要说明的是，反之，当板厚方向上的第一突起部4与第二突起部5之间的间隙即第二间隙8小于0.1mm时，第一突起部4与第二突起部5之间的间隙过小，作为同种系金属材的第一材料1与第三材料3相互熔融结合而对作为异种材的第二材料2进行压缩固定的压缩力18不足。
这样，在能够确保焊接时的熔融金属量的范围内，换言之在开孔不会产生的范围内，板厚方向上的第一突起部4与第二突起部5之间的间隙即第二间隙8越大，则第二间隙8中的焊接时的焊接部16的凝固收缩越为增大，由第一材料1与第三材料3夹持第二材料2的固定力即压缩力18越为增大。
在本实施例中，第一材料1的第一突起部4与第三材料3的第二突起部5的形状相同，但也可以不必相同。另外，作为电弧15的照射方向，从第一材料1侧照射电弧15，但若将第一突起部4与第二突起部5之间的第二间隙8设定为被照射电弧15的一侧的第一材料1或第三材料3的照射区域中的板厚的4％以上且61％以下这样的大小，则能够确保在熔融时第二间隙8所需的熔融金属量，焊接部16的凝固收缩能够使第一材料1与第三材料3夹持第二材料2而进行压缩固定。因此，将电弧焊方向例如设为从下侧而非从上侧、由此从第三材料3侧进行电弧焊也是没有问题的。另外，第一材料1与第三材料3的材质为同种系金属材，且分别记载为软钢材，但只要是相互能够焊接且获得接合强度的作为同种系金属材的材质即可，材质不同也没有问题。例如，作为同种系金属材的第一材料1以及第三材料3彼此是作为铁系金属材的软钢材彼此、不锈钢彼此、高强度钢彼此等、或者软钢与高强度钢(高抗拉钢)、高强度钢与不锈钢等的组合、或者作为非铁金属材的铝材彼此、铝合金彼此、或者铝与铝合金等的组合，是能够进行电弧焊的材质。反之，作为异种材的第二材料2采用难以进行电弧焊的铜、各种树脂材料、与第一材料1以及第三材料3的焊接接合性的相容性差的材质(例如，在第一材料1以及第三材料3分别为软钢材的情况下第二材料2为铝材这样的组合。或者也存在与之相反的组合)。
另外，虽然未图示，在将作为两种不同的异种材的第二材料2接合的情况下，利用同种系金属材彼此的第一材料1以及第三材料3进行夹持，在适当设置第二间隙8的状态下实施电弧焊。这样，利用因作为同种系金属材的第一材料1以及第三材料3的熔融金属的凝固收缩作用而引起的压缩力18，能够对在第一材料1以及第三材料3之间夹持的作为异种材的第二材料2进行压接固定。
接着，使用图1对焊接时以及焊接后的第一间隙7进行说明。
具有如下的接合结构：从板厚方向对第一材料1的第一突起部4照射电弧15来进行焊接的焊接区域小于突起内缘部10且比第一突起部4的直径或宽度小规定的距离。
这里，在因焊接时的焊接热量输入而从焊接部16传递的热量的作用下使第二材料2熔融时，第一材料1及第三材料3的被照射电弧15的第一突起部4及第二突起部5的突起外缘部19与第二材料2的第一贯通孔11之间的位置关系是重要的。
在第一材料1以及第三材料3的突起外缘部19相对于第二材料2的第一贯通孔11的直径而言的间隙即第一间隙7处于适当的范围内时，受到作为同种系金属材的第一材料1以及第三材料3的焊接时的熔融热量输入的热影响而熔融了的异种材的第二材料2的第一贯通孔11以能够紧贴固定于隔着第一间隙7而相邻的第一突起部4以及第二突起部5的外周侧的突起外缘部19的外周侧的方式流入。即，通过电弧焊时的作为第一同种系金属材的第一材料的第一突起部4的焊接热量输入，作为异种材的第二材料2的第一贯通孔11被间接地输入热量而熔融，且以能够紧贴固定于第一突起部4的外周侧的方式流动。由此，不仅仅带来只通过焊接部16的凝固收缩作用进行压缩固定的效果，还能够实现第一材料1及/或第三材料3的突起外缘部19与第二材料2的在与板厚方向交叉的方向上的紧贴固定。
在被照射电弧15的第一突起部4以及第二突起部5的突起外缘部19至第一贯通孔11的距离即第一间隙7过小的状态下进行焊接时，第一贯通孔11过度受到来自被传递了因电弧15的照射而引起的焊接部16的焊接热量输入的突起外缘部19的外周侧的热影响。由此，焊接时熔融了的第二材料2的第一贯通孔11的一部分流入到第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5的板厚方向上的对合面的间隙即第二间隙8，并且，在第二材料2为树脂等沸点低的材料的情况下，存在因气化并喷出而在焊接部16产生焊接不良的情况。
另外，关于第一贯通孔11与突起外缘部19之间的间隙即第一间隙7，例如在第二材料2的材质为树脂材料的情况下该第一间隙7大至2.0mm以上，在第二材料2的材质为CFRP的情况下该第一间隙7大至1.5mm以上，在突起外缘部19相对于第一贯通孔11的距离过远时，第二材料2的第一贯通孔11难以受到焊接部16的焊接热量输入而不发生熔融。因此，异种材的第二材料2难以流动而紧贴固定于同种系金属材的第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5的外周侧即突起外缘部19。具有仅通过凝固收缩作用进行压缩固定的效果。因此，根据被照射电弧15而从突起外缘部19向第二材料2的第一贯通孔11传递热的距离即第一间隙7的大小或第二材料2的材质的不同，因第一材料1以及第三材料3的焊接时的热影响而引起的第二材料2的熔融状态发生变化。
需要说明的是，也可以利用由未图示的夹紧固定的夹具、定位销或机械臂进行的支承定位的方式等，进行相对于异种材的第一贯通孔11的直径而插入的同种系金属材的第一突起部4以及第二突起部5的定位。另外，需要说明的是，对第一突起部4以及第二突起部5进行压花加工而突出的突起外缘部19的大小成为通过第一突起部4以及第二突起部5的冲压加工以压花形状向外周方向相对于突起内缘部10偏移了约1mm～相当于板厚的大小，但本说明简略地记载为1mm。
作为其一例，图7示出实验数据的一例。图7是示出表示对第二材料2的材质与第一间隙7的关系进行测定而得到的结果的图表的图。
具体而言，图7是第二材料2的材质(作为树脂材料的PET材与CFRP材、作为非铁金属的A5000系的铝合金材等)与第一间隙7的关系的实验数据。
第一间隙7是第一材料1以及第三材料3的突起外缘部19相对于第二材料2的第一贯通孔11的直径而言的间隙。
采用如下情况下的一例：将作为同种系金属材的第一材料1以及第三材料3设为板厚t为1.6mm的软钢材，在它们之间夹持板厚t为2.0mm的作为异种材的第二材料2的各种材料中的任一种材料并上下重合，在此状态下通过电弧焊的MAG焊接进行0.3秒钟的焊接输出(焊接电流：100A～250A)，在从上侧被照射电弧焊的电弧15的作为照射区域的第一材料1的第一突起部4的突起内缘部10内进行了焊接。例如，第一材料1以及第三材料3的突起内缘部10为φ10mm的区域，第二材料2的第一贯通孔11为φ12mm，以与突起内缘部10的大小接近的φ8mm的电弧15的光斑直径进行了焊接。
在第二材料2为作为树脂材料的一例的PET材的情况下，若第一间隙7为0.8mm以上、即第一间隙7为作为异种材的第二材料2的板厚的40％以上的话，则即便受到因对第一材料1以及第三材料3的突起内缘部10进行焊接而引起的热影响，熔融了的第二材料2也不会流入到第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5的板厚方向上的间隙即第二间隙8中而引起接合不良，能够实现第二材料2的压缩固定。
然而，若在第一间隙7低于0.8mm、即第一间隙7低于作为异种材的第二材料2的板厚的40％而使突起外缘部19与第二材料2的第一贯通孔11过近的情况下，受到因对第一材料1以及第三材料3的突起内缘部10进行焊接而引起的热影响，熔融了的第二材料2流入到第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5之间的对合面的板厚方向上的间隙即第二间隙8中，作为异种材的第二材料2的树脂材料气化并喷出而有时引起焊接不良。
在第二材料2为树脂材料之中的作为纤维强化树脂的一例的CFRP材的情况下，若第一间隙7为0.6mm以上、即第一间隙7为作为异种材的第二材料2的板厚的30％以上的话，则即便受到因对第一材料1或第三材料3的突起内缘部10进行焊接而引起的热影响，熔融了的第二材料也不会流入到第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5之间的对合面的板厚方向上的间隙即第二间隙8中而引起接合不良，能够实现第二材料2的压缩固定。然而，若在第一间隙7低于0.6mm、即第一间隙7低于作为异种材的第二材料2的板厚的30％而使突起外缘部19与第二材料2的第一贯通孔11过近的情况下，受到因对第一材料1以及第三材料3的突起内缘部10进行焊接而引起的热影响，熔融了的第二材料2流入到第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5之间的对合面的间隙即第二间隙8中，发生气化并喷出而可能引起焊接不良。如以上那样，根据夹持在同种系金属材之间的作为异种材的第二材料2的树脂材料的融点或沸点等特性，焊接时所允许的第一间隙7的大小有些许的不同。另外，与激光焊接相比，在电弧焊中，基于电弧热的热量输入高，因此，结果导致第一间隙7的余裕度窄。
在第二材料2为作为非铁金属的一例的A5000系的铝合金材的情况下，与第一间隙7的大小无关地，即便受到因向第一材料1以及第三材料3的突起内缘部10照射电弧15的焊接而引起的热影响，熔融了的第二材料2也不会流入到第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5之间的对合面的间隙即第二间隙8中而引起接合不良，能够实现稳定的压缩固定。
上述内容是表示因第二材料2的材质而引起的差异的一例的实验数据，但若第二材料2为树脂材料，则存在与图7所示的PET材几乎相同的趋势。另外，即便在树脂材料之中，若为CFRP材这样的纤维强化树脂，则也存在与CFRP材相同的趋势。需要说明的是，若第二材料2为非铁金属，则在A5000系的铝合金材中，不会受到因向第一材料1的第一突起部4或第三材料3的第二突起部5照射电弧15所带来的焊接时的焊接热量输入而使第二材料2的第一贯通孔11气化并喷出从而引起焊接部16的焊接不良这样的热影响，因此，即便是其他非铁金属也存在几乎相同的趋势。因此，在第二材料为非铁金属的情况下，可以说不会受到第二材料2发生熔融且熔融了的第二材料2流入到第一材料1的第一突起部4以及第三材料3的第二突起部5之间的对合面的间隙即第二间隙8中这种程度的热影响。
另外，图5示出圆形形状的突起部以外的实施例。图5是在同种系金属材的第一材料1以及第三材料3与异种材的第二材料2的接合结构中，板厚方向上的作为上板的第一材料1为方形形状且焊接形状为直线状的情况。在焊接部16所要求的接合强度具有方向性的情况下，以沿着所需的接合强度高的方向的方式配置例如为长方形状时的接合结构的长边侧，由此，相较于设置大的正方形的方形形状的第一突起部4以及第二突起部5的情况，能够缩小面积。另外，通过如图5那样将焊接形状设为直线状，与在多处对圆形形状的突起部进行接合相比，能够在短时间内进行焊接。
另外，图8以及图9示出用于进一步提高强度的实施例和容易进行定位的实施例。
在图8中，在将第三材料3与第二材料2接合时，第一材料1兼具对第二材料2进行定位的功能。具体而言，构成为使第二材料2与弯折成台阶状的第一材料1的台阶部分抵接，利用第一材料1与第三材料3夹入第二材料2，由此能够对第二材料2进行定位。
另外，图8所示的接合结构是提高接合部的抗拉强度的接合结构。具体而言为如下的接合结构(双支承)：在焊接部16中，使具有第一突起部4的第一材料1经由第二材料2而与第三材料3接合，此外，在与焊接部16不同的焊接部16a中，使第一材料1不经由第二材料而与第三材料3接合。由此，在向第三材料3施加了因第二材料2的拉伸以及扭转等而引起的外力时，应力分散于焊接部16与焊接部16a。因此，能够抑制向经由第二材料2接合的第一材料1与第三材料3的焊接部16集中地施加应力。由此，作为接合结构整体，能够提高同种系金属材与异种材的接合强度。
另外，如图9那样，通过折回第三材料3，从而构成为不使用第一材料1，而使夹持第二材料2的第三材料3的上侧的板包含第一材料1的第一突起部4的功能。由此，无需设置固定第一材料1的固定用夹具。另外，能够通过将第二材料2向第三材料3插入而进行临时固定，第二材料2的定位也变得容易。
这里，在图9中，本公开的第一同种系金属材相当于将第三材料3折回而形成的上板部分，本公开的第二同种系金属材相当于将第三材料3折回而形成的下板部分。即，本公开的第一同种系金属材与第二同种系金属材在焊接前的状态下可以为一体。
如以上那样，本实施方式的基于电弧15的焊接中的接合结构具备：具有第一突起部4的第一同种系金属材；能够与第一同种系金属材相互焊接的第二同种系金属材；以及设置有第一贯通孔11且夹持在第一同种系金属材与第二同种系金属材之间，相对于第一同种系金属材以及第二同种系金属材难以焊接的异种材。第一突起部4比第一贯通孔11的直径或宽度小，并且第一突起部4相对于第一贯通孔11形成径向或宽度方向上的第一间隙7。第一突起部4被插入到第一贯通孔11，形成作为第一贯通孔11中的板厚方向上的第一同种系金属材与第二同种系金属材之间的间隙的第二间隙8。从板厚方向对第一同种系金属材的第一突起部4进行电弧焊，板厚方向上的间隙即第二间隙8的量是相对于被照射电弧焊的电弧的一侧的第一同种系金属材的第一突起部4的板厚而言的规定量。第一同种系金属材与第二同种系金属材经由第一贯通孔11相互熔融结合而对异种材进行压缩固定，由此，异种材与第一同种系金属材以及第二同种系金属材被固定。
由此，能够实现相对于同种系金属材难以焊接的材质即异种材与同种系金属材之间的可靠性高的接合，还能够大幅缩短生产节拍时间，此外，还能够增加必要部位处的刚性而扩宽设计自由度。
需要说明的是，本实施例中的电弧焊记载为使用熔化电极的电弧焊，但也可以为使用非熔化电极的TIG(Tungsten Inert Gas)焊接或等离子弧焊(未图示)。
(实施方式2)
接着，使用图2对本实施方式2进行说明。与实施方式1重复的部分省略说明。与实施方式1的不同之处在于，在第一材料1中具有第一突起部4，而在第三材料3的形状中不存在第二突起部5。通过不对第三材料3实施第二突起部5的加工，从而能够削减材料的加工费用，具有第一材料1与第二材料2的位置不会受到第三材料3的位置偏移的影响这样的优点。该情况下，也与实施方式1同样地，通过设置作为第一贯通孔11中的板厚方向上的第一材料与第三材料之间的间隙的第二间隙8来进行电弧焊，由此焊接部16的凝固收缩成为压缩力18，对夹持在第一材料1与第三材料3之间的第二材料2进行压缩固定。
在本实施例中，将第一突起部4设置在第一材料1侧，但反之也可以在第三材料3侧设置第一突起部而在第一材料1侧不实施加工。在该情况下，本公开的第一同种系金属材相当于第三材料3，本公开的第二同种系金属材相当于第一材料1。第二间隙8相对于被照射电弧15的一侧的同种系金属材的第一材料1或第三材料3的板厚形成为不会产生由电弧15引起的同种系金属材的烧穿这种程度的大小，因此，关于电弧焊方向，可以从第一材料1侧进行电弧焊，也可以从第三材料3侧进行电弧焊。
如以上那样，本实施方式的从板厚方向施加电弧15的接合结构设计成，在隔着第一贯通孔11(第一贯通部)而夹入第二材料(异种材)的第一同种系金属材的与第二同种系金属材对置的面上形成有第一突起部4。
由此，能够实现焊接接合性低且难以焊接接合的材质即异种材的可靠性高的接合，在同种系金属材的第一材料1以及第三材料3的对置的面中的至少一方形成有第一突起部，因此，第二材料2以及在第一材料1及第三材料3中的任一方形成有第一突起部这一方的材料不会受到未形成第一突起部的另一方的材料的位置偏移的影响。
另外，如图3那样，也可以对同种系金属材的第一材料1以及第三材料3中的任一方都不实施突起部的加工。在该情况下，与实施方式1同样地，在电弧15朝向作为贯通部的第一贯通孔11照射的同种系金属材的照射区域的板厚方向上，设置根据异种材的第二材料2的板厚而形成的第二间隙8来作为将异种材的第二材料2夹于其间的同种系金属材的第一材料1与第三材料3的板厚方向上的间隙，并进行电弧焊，由此，焊接部16的凝固收缩成为压缩力18，能够对第二材料2进行压缩固定。在该情况下，作为第二间隙8的异种材的第二材料2的板厚是与被照射电弧15这侧的照射区域的同种系金属材的第一材料1的板厚t对应的规定量(参照图6)。
(实施方式3)
接着，使用图10～图12对本实施方式3进行说明。与实施方式1或2重复的部分省略说明。与实施方式1的不同之处在于，在从板厚方向对第一突起部4以及第二突起部5进行电弧焊的焊接区域中，例如，在被照射电弧15的一侧的第一材料1的第一突起部4的中央的一部分设置有比被照射电弧15的焊接区域小的第二贯通孔6(本公开的第二贯通部的一例)，将第一突起部4的形状设为在中央部的一部分开设了孔的凸缘状。通过该第二贯通孔6，无需利用电弧热对作为上板的第一材料1制作开孔而使其与第三材料3熔融接合，能够利用焊丝的熔融金属来促进第一材料1与第三材料3的熔融，使第一突起部4以及第二突起部5的对置面相互牢固地熔融接合。
如实施方式1那样，在第一材料1的第一突起部4的中心未设置第二贯通孔6的情况下，仅在作为上板的第一材料1的板厚较薄时(例如，板厚t小于1.0mm)是有效的。当板厚较厚时(例如，比1.0mm厚的板厚t)，仅仅使作为上板的第一材料1烧穿的热量就需要过量，因此，是不合适的。如该实施方式3那样，在第一材料1的第一突起部4的中心设置有第二贯通孔6的情况下，当作为上板的第一材料1的板厚较厚时(例如，板厚t为1.0mm以上)是非常有效的。
需要说明的是，在第一材料1的第一突起部4的中心设置有第二贯通孔6的情况下，如图11那样，可以与实施方式1不同而不对第三材料3的形状实施第二突起部5的加工。另外，如图12那样，也可以对同种系金属材的第一材料1以及第三材料3中的任一方都不实施突起部的加工。
(实施方式4)
接着，使用图13对本实施方式4进行说明。与实施方式1重复的部分省略说明。与实施方式1的不同之处在于，在比第一材料1的第一突起部4与第三材料3的第二突起部5接合的部位偏靠和板厚方向正交的方向上的外侧的位置、或者比异种材的第一贯通孔11偏靠和板厚方向正交的方向上的外侧的位置，以在同种系金属材的板厚方向上贯穿的方式设置有多个排出孔17、排出槽。排出孔17以及排出槽是本公开的排出部的一例。
在异种材的第二材料2为融点、沸点低的树脂材料等情况下，当由于焊接时的焊接热量输入使第二材料2熔融而流入到焊接部16时，发生气化而有时引起开孔等焊接不良的状况。在这样的情况下，通过将该排出孔17设置于夹持异种材而接合固定的同种系金属材，由此具有如下优点：防止因电弧15的照射而引起的熔融了的第二材料2在焊接时向焊接部16的流入，促进熔融了的第二材料2向外部排出。
在本实施例中，将排出孔17设置在同种系金属材的第三材料3侧，但也可以在第一材料1侧设置排出孔17，还可以在两侧设置排出孔17。另外，也可以不设置排出孔而设置例如长条的排出槽。
(总结)
作为以往的异材接合用构件的铆钉为了在铆接加工时及点焊时确保供异种材料的一部分发生变形而移动的空间并防止点焊时的电极的位置偏离等所引起的异种材的陷落等来抑制紧固力的下降，需要圆角形状的倒角、环状槽等复杂的铆钉形状。
这种情况下，铆钉形状需要精度并成为复杂的形状。因此，铆钉的加工需要精密加工等，且制造成本也升高。而且，由于是点焊，因此加压、通电、冷却、移动等花费时间，因此生产率低，而且需要从两侧夹入，因此接合构件的设计自由度受到限制。而且，与相邻的铆钉过近时，点焊的电流产生分流，导致在进行了电阻焊的焊接部产生的焊接凝固的部分即熔核形成变得不充分。因此，需要能进行所希望的熔核形成的最小限度以上的接合间距的间隔。由此，存在无法增加必要部位处的接合刚性的课题。通过本公开，能够解决以往的课题。
如以上那样，实施方式的接合结构具备：具有第一突起部4的第一同种系金属材；能够与第一同种系金属材相互焊接的第二同种系金属材；以及设置有第一贯通孔11且夹持在第一同种系金属材与第二同种系金属材之间，相对于第一同种系金属材以及第二同种系金属材难以焊接的异种材。第一突起部4比第一贯通孔11的直径或宽度小，且第一突起部4相对于第一贯通孔11形成径向或宽度方向上的第一间隙7。第一突起部4被插入到第一贯通孔11，具有作为第一贯通孔11中的板厚方向上的第一同种系金属材与第二同种系金属材之间的间隙的第二间隙8。从板厚方向对第一同种系金属材的第一突起部4进行电弧焊，板厚方向上的间隙即第二间隙8的量是相对于被照射电弧焊的电弧的一侧的第一同种系金属材的第一突起部4的板厚而言的规定量。
由此，在被照射电弧的照射区域，在焊接前的第二间隙存在的状态下照射电弧，将第一同种系金属材与第二同种系金属材经由第一贯通孔11相互熔融结合而对异种材进行压缩固定，由此，异种材与第一同种系金属材以及第二同种系金属材被固定。
当使用该接合结构时，不再需要复杂且需要精度的结构部件。而且，不是点焊而使用电弧焊，因此包含焊接在内的作业时间相对于点焊能够缩短为约25％，生产率显著提高。而且，也能够增加必要部位处的刚性，扩大设计自由度。
也可以是，在隔着异种材的第一贯通孔11而夹入异种材的第一同种系金属材的与第二同种系金属材对置的面上形成有第一突起部4。
第二同种系金属材也可以具有第二突起部5。在该情况下，在隔着异种材的第一贯通孔11而夹入异种材的第二同种系金属材的与第一同种系金属材对置的面上形成有第二突起部5。
也可以是，异种材的第一贯通孔11发生熔融而以能够紧贴固定于第一突起部4的外周侧的方式流动。
也可以是，从板厚方向对第一突起部4进行电弧焊的焊接区域比第一突起部4的直径或宽度小规定的距离。
也可以是，在从板厚方向被进行电弧焊的第一突起部4的焊接区域的一部分设置有第二贯通孔6，将第一突起部的形状设为在中央部的一部分开设有孔的凸缘状。
在比异种材的第一贯通孔11靠外侧的位置，在夹持异种材的第一同种系金属材以及所述第二同种系金属材中的至少一方设置有沿板厚方向贯穿的排出孔17。
电弧焊可以是使用熔化电极的电弧焊或者使用非熔化电极的TIG焊接或等离子弧焊。
工业实用性
本公开的接合结构在异种材接合时，能够以简单的结构大幅缩短生产节拍时间，能够增加必要部位处的刚性。而且，作为扩宽接合构件的设计自由度的接合结构在产业上是有用的。
附图标记说明
1 第一材料(第一同种系金属材)
2 第二材料(异种材)
3 第三材料(第二同种系金属材)
4 第一突起部
5 第二突起部
6 第二贯通孔(第二贯通部)
7 第一间隙
8 第二间隙
9 第二贯通孔径
10 突起内缘部
11 第一贯通孔(第一贯通部)
12 喷嘴
13 芯片
14 焊丝
15 电弧
16、16a 焊接部
17 排出孔(排出部)
18 压缩力
19 突起外缘部

Claims (8)

1.一种接合结构，其特征在于，具备：
第一同种系金属材，其具有第一突起部；
第二同种系金属材，其能够与所述第一同种系金属材相互焊接；以及
异种材，其设置有第一贯通部，且夹持在所述第一同种系金属材与所述第二同种系金属材之间，该异种材相对于所述第一同种系金属材以及所述第二同种系金属材难以焊接，
所述第一突起部比所述第一贯通部的直径或宽度小，并且，所述第一突起部相对于所述第一贯通部形成径向或宽度方向上的第一间隙，
所述第一突起部被插入到所述第一贯通部，形成作为所述第一贯通部中的板厚方向上的间隙的第二间隙，
从所述板厚方向对所述第一同种系金属材的所述第一突起部进行电弧焊，所述板厚方向上的间隙即所述第二间隙的量是相对于被照射所述电弧焊的电弧的一侧的所述第一同种系金属材的所述第一突起部的板厚而言的规定量，
所述第一同种系金属材与所述第二同种系金属材经由所述第一贯通部相互熔融结合而对所述异种材进行压缩固定，由此，所述异种材与所述第一同种系金属材以及所述第二同种系金属材被固定。
2.根据权利要求1所述的接合结构，其中，
在隔着所述异种材的所述第一贯通部而夹入所述异种材的所述第一同种系金属材的与所述第二同种系金属材对置的面上形成有所述第一突起部。
3.根据权利要求2所述的接合结构，其中，
所述第二同种系金属材具有第二突起部，
在隔着所述异种材的所述第一贯通部而夹入所述异种材的所述第二同种系金属材的与所述第一同种系金属材对置的面上形成有所述第二突起部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的接合结构，其中，
所述异种材的所述第一贯通部发生熔融而以能够紧贴固定于所述第一突起部的外周侧的方式流动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的接合结构，其中，
从所述板厚方向对所述第一突起部进行电弧焊的焊接区域比所述第一突起部的直径或宽度小规定的距离。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的接合结构，其中，
在从所述板厚方向被进行电弧焊的所述第一突起部的焊接区域的一部分设置有第二贯通部，将所述第一突起部的形状设为在中央部的一部分开设有孔的凸缘状。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的接合结构，其中，
在与所述异种材的第一贯通部的外侧对应的位置，在夹持所述异种材的所述第一同种系金属材以及所述第二同种系金属材中的至少一方设置有沿所述板厚方向贯穿的排出部。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的接合结构，其中，
所述电弧焊是使用熔化电极的电弧焊、或者使用非熔化电极的TIG焊接或等离子弧焊。
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