CN109789514A - 异种材料接合用点焊法、接合辅助部件及异种材料焊接接头 - Google Patents

异种材料接合用点焊法、接合辅助部件及异种材料焊接接头 Download PDF

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Abstract

异种材料焊接接头(1)具备铝合金或镁合金制的上板(10)、被相对于上板(10)点焊的钢制的下板(20)，上板(10)具有朝向与下板(20)重合的面的孔(11)，还具备钢制的接合辅助部件(30)，前述钢制的接合辅助部件(30)包括具有插入部(31)和非插入部(32)的带台阶的外形形状，且在中央部具有从非插入部(32)向插入部(31)凹陷的凹部(33)，前述插入部(31)被插入设置于上板(10)的孔(11)，由下板(20)及接合辅助部件(30)的插入部(31)形成焊接部(W)。

Description

异种材料接合用点焊法、接合辅助部件及异种材料焊接接头
技术领域
本发明涉及异种材料接合用点焊法、接合辅助部件及异种材料焊接接头。
背景技术
对于代表汽车的运输设备，以(a)作为有限资源的石油燃料消耗、(b)随燃烧产生的作为地球温室效应气体的CO2、(c)行进成本等各种的抑制为目的，非常需要提高行进耗油率。作为其手段，除了利用电驱动等动力系统技术的改善以外，车体重量的轻量化也是改善方案之一。对于轻量化，有将作为现在的主要材料的钢用作为轻量材料的铝合金、镁合金、碳素纤维等取代的手段。但是，全部用这些轻量材料取代的话，有变得成本高、强度不足等问题，作为解决方案来将钢和轻量材料各尽其才地组合的被称作所谓的多金属的设计手法受到关注。
将钢和上述轻量材料组合的话，将它们接合的部位必然会出来。众所周知，钢之间、铝合金之间、镁合金之间容易的焊接在异种材料中极为困难。作为其理由，钢和铝或者镁的熔融混合部处生成极脆的性质的金属间化合物(IMC)，熔融混合部容易由于拉伸、冲击等外部应力而破坏。因此，电阻点焊法、电弧焊接法等焊接方法不能在异种材料接合中采用，一般使用其他接合方法。钢和碳素纤维的接合也由于后者不是金属而不能用焊接。
作为以往的异种材料接合技术的例子，列举在钢材料和轻量材料双方设置贯通孔而借助螺栓和螺母从上下约束的手段。此外，作为其他例子，已知施加强力的压力来将铆接部件从单侧插入通过铆接效果来约束的手段(例如参照专利文献1)。
进而，作为其他例子，提出了如下手段：通过将钢制的接合部件作为冲头向铝合金材料压入来开孔，将接合部件虚约束，接着与钢材料重合，从上下两方用铜电极夹入，瞬间施加压力和高电流来将钢材料和接合部件电阻焊接(例如参照专利文献2)。
此外，作为其他例子，也开发了使用摩擦搅拌接合工具将铝合金和钢的材料彼此直接接合的手段。(例如参照专利文献3)。
专利文献1：日本特开2002-174219号公报。
专利文献2：日本特开2009-285678号公报。
专利文献3：专利第5044128号公报。
然而，螺栓和螺母的接合法在钢材料和轻量材料构成闭截面构造的那样的情况(参照图23A)下，不能放入螺母而无法应用。此外，即使在能够应用该接合法的开截面构造的接头的场合(参照图23B、图23C)下，也有拧入螺母需要时间而效率较差的问题。
此外，专利文献1所述的接合法是比较的容易的方法，但有钢的强度高的情况下不能插入的问题，且接合强度依靠摩擦力和铆接部件的刚性，所以有不能得到高的接合强度的问题。此外，铆接部件的插入时需要从正・反两侧用夹具压入，所以也有不能应用于闭截面构造的问题。
进而，专利文献2所述的接合法也有不能应用于闭截面构造的问题。
专利文献3所述的接合法为，使铝合金材料在低温范围塑性流动的同时对钢材料面施加压力，由此两材料不会熔合，防止金属间化合物的生成的同时得到金属结合力，也是钢和碳素纤维也能够接合的研究成果。然而，本接合法也不能应用于闭截面构造，此外需要较高压力，所以机械上成为大型，有价格贵的问题。此外，接合力也没有变得那么高。进而，也存在施工速度慢的问题。
因此，现有的异种材料接合技术具有(i)限于部件、坡口形状为开截面构造、(ii)接合强度低、(iii)施工速度慢等一个以上的问题。因此，为了普及将各种材料组合的多金属设计，需要兼备(i’)能够应用于开截面构造和闭截面构造二者、(ii’)接合强度足够高且可靠性也高、(iii’)速度快这样全部要素的容易使用的新技术。
发明内容
本发明是鉴于前述问题而作出的，其目的在于，提供一种能够将铝合金(以下也称作“Al合金”)或镁合金(以下也称作“Mg合金”)与钢的异种材料高效率地以牢固且可靠性高的品质接合、且对于开截面构造和闭截面构造均能够无限制地应用的异种材料接合用点焊法、接合辅助部件及异种材料焊接接头。
这里，若使Al合金或Mg合金与钢熔融接合，则不能避免如上所述的金属间化合物(IMC)的生成。另一方面，钢彼此的焊接显示最高的接合强度和可靠性在科学方面和在实际效果方面上都是显然的。
因此，本发明的多位发明人考虑将钢彼此的焊接用作结合力、另一方面又不使Al合金、Mg合金熔融地借助约束力实现与钢的接合的手段。
因此，本发明的上述目的通过下述结构来实现。
(1)一种将铝合金或镁合金制的第1板和钢制的第2板接合的异种材料接合用点焊法，包括在前述第1板开有孔的工序、使前述第1板和前述第2板重合的工序、将钢制的接合辅助部件插入设置于前述第1板的孔的工序、将激光向前述接合辅助部件的凹部照射来将前述第2板及前述接合辅助部件接合的工序，前述接合辅助部件具有包括插入部和非插入部的带台阶的外形形状，且在中央部具有从前述非插入部向前述插入部凹陷的前述凹部。
(2)一种将铝合金或镁合金制的第1板和钢制的第2板接合的异种材料接合用点焊法，包括在前述第1板开孔的工序、使前述第1板和前述第2板重合的工序、将钢制的接合辅助部件插入设置于前述第1板的孔的工序、将激光向前述接合辅助部件的凹部照射且在前述激光的照射的同时、前述激光的照射中及前述激光的照射后的某个时机通过以下的(a)~(c)的某个的手法进行电弧焊接来将前述第2板及前述接合辅助部件接合并且将前述接合辅助部件的凹部的至少一部分用焊接金属填充的工序，前述钢制的接合辅助部件具有包括插入部和非插入部的带台阶的外形形状，且在中央部具有从前述非插入部向前述插入部凹陷的前述凹部。
(a)将会得到铁合金或镍合金的前述焊接金属的焊丝用作熔化极的气体保护电弧焊接法。
(b)将前述焊丝用作非熔化极填料的气体钨极电弧焊接法。
(c)将前述焊丝用作非熔化极填料的等离子体电弧焊接法。
(3)如(1)或(2)所述的异种材料接合用点焊法，在前述第2板处，通过拉伸加工形成有膨出部，在前述重合工序中，前述第2板的膨出部配置于前述第1板的孔内。
(4)如(1)~(3)中任一项所述的异种材料接合用点焊法，在前述重合工序前，还具备在前述第1板和前述第2板的至少一方的重合面在前述孔的周围遍及整周地涂覆粘接剂的工序。
(5)如(1)~(4)中任一项所述的异种材料接合用点焊法，在前述插入工序中，在前述接合辅助部件的非插入部和与该非插入部相向的前述第1板之间的至少一方的相向面涂覆粘接剂。
(6)如(1)~(5)中任一项所述的异种材料接合用点焊法，在前述插入工序时或前述焊接工序后，在前述接合辅助部件的非插入部和前述第1板的表面的边界部涂覆粘接剂。
(7)如(1)~(6)中任一项所述的异种材料接合用点焊法，前述接合辅助部件的插入部的底部的高度PH1为0.5mm以上，且为2.5mm和前述第1板的板厚BH的125%的较小的一方的值以下。
(8)如(1)~(7)中任一项所述的异种材料接合用点焊法，前述插入部的外壁面与水平方向所成的角度θ为80~95°。
(9)如(1)~(8)中任一项所述的异种材料接合用点焊法，前述接合辅助部件的插入部和非插入部的边界部的直径PD1相对于前述第1板的孔的直径BD为80%以上105%以下。
(10)如(1)~(9)中任一项所述的异种材料接合用点焊法，前述接合辅助部件的非插入部的直径PD2相对于前述第1板的孔的直径BD为105%以上。
(11)如(1)~(10)中任一项所述的异种材料接合用点焊法，前述接合辅助部件的非插入部的高度PH2为前述第1板的板厚BH的50%以上150%以下。
(12)一种接合辅助部件，被用于(1)~(11)中任一项所述的异种材料接合用点焊法，前述接合辅助部件是钢制的，具有包括插入部和非插入部的带台阶的外形形状，且在中央部具有从前述非插入部向前述插入部凹陷的凹部。
(13)一种异种材料焊接接头，前述异种材料焊接接头具备铝合金或镁合金制的第1板、点焊于该第1板的钢制的第2板，前述第1板具有面向与前述第2板的重合面的孔，还具备接合辅助部件，前述接合辅助部件具有包括插入部和非插入部的带台阶的外形形状，且在中央部具有从前述非插入部向前述插入部凹陷的凹部，前述接合辅助部件是钢制的，前述插入部被插入设置于前述第1板的孔插入，在前述第2板和前述接合辅助部件的插入部的界面由前述第2板及前述接合辅助部件形成焊接部。
(14)如(13)所述的异种材料焊接接头，前述焊接部还填充前述接合辅助部件的凹部的至少一部分。
(15)如(13)或(14)所述的异种材料焊接接头，在前述第1板的孔内配置形成于前述第2板的膨出部。
(16)如(13)~(15)中任一项所述的异种材料焊接接头，在前述第1板和前述第2板的至少一方的前述重合面，具备在前述孔的周围遍及整周地设置的粘接剂。
(17)如(13)~(16)中任一项所述的异种材料焊接接头，具备设置于前述接合辅助部件的非插入部和与该非插入部相向的前述第1板之间的至少一方的相向面的粘接剂。
(18)如(13)~(17)中任一项所述的异种材料焊接接头，具备设置于前述接合辅助部件的非插入部和前述第1板的表面的边界部的粘接剂。
(19)如(13)~(18)中任一项所述的异种材料焊接接头，前述接合辅助部件的插入部的底部的高度PH1为0.5mm以上，且为2.5mm以下和前述第1板的板厚BH的125%的某个较小的值以下。
(20)如(13)~(19)中任一项所述的异种材料焊接接头，前述插入部的外壁面与水平方向所成的角度θ为80~95°。
(21)如(13)~(20)中任一项所述的异种材料焊接接头，前述接合辅助部件的插入部和非插入部的边界部的直径PD1相对于前述第1板的孔的直径BD为80%以上105%以下。
(22)如(13)~(21)中任一项所述的异种材料焊接接头，前述接合辅助部件的非插入部的直径PD2相对于前述第1板的孔的直径BD为105%以上。
(23)如(13)~(22)中任一项所述的异种材料焊接接头，前述接合辅助部件的非插入部的高度PH2为前述第1板的板厚BH的50%以上150%以下。
发明效果
根据本发明，能够将铝合金或镁合金、钢的异种材料高效率地以牢固且可靠性的高的品质接合，且对于开截面构造和闭截面构造均能够无限制地应用。
附图说明
图1A是本发明的第1实施方式的异种材料焊接接头的立体图。
图1B是沿图1A的I-I线的异种材料焊接接头的剖视图。
图2A是表示本实施方式的异种材料接合用点焊法的开孔作业的图。
图2B是表示本实施方式的异种材料接合用点焊法的重合作业的图。
图2C是表示本实施方式的异种材料接合用点焊法的插入作业的图。
图2D是表示本实施方式的异种材料接合用点焊法的焊接作业的图。
图3是表示图1的接合辅助部件的俯视图、侧视图及仰视图。
图4A是表示接合辅助部件的第1变形例的俯视图。
图4B是表示接合辅助部件的第2变形例的俯视图。
图4C是表示接合辅助部件的第3变形例的俯视图。
图4D是表示接合辅助部件的第4变形例的俯视图。
图4E是表示接合辅助部件的第5变形例的俯视图。
图4F是表示接合辅助部件的第6变形例的俯视图。
图5A是表示开孔作业的一例的第1工序的图。
图5B是表示开孔作业的一例的第2工序的图。
图5C是表示开孔作业的一例的第3工序的图。
图6A是表示使激光照射的目标位置螺旋运动的情况的图。
图6B是表示使激光照射的目标位置往复运动的情况的图。
图7A是用于说明焊接金属的熔化的异种材料焊接接头的剖视图。
图7B是用于说明焊接金属的熔化的异种材料焊接接头的剖视图。
图8A是作为将铝制的上板和钢制的下板重叠来贯通焊接的比较例的异种材料焊接接头的立体图。
图8B是图8A的异种材料焊接接头的剖视图。
图9A是表示剪切拉伸作用于图8A的异种材料焊接接头的状态的剖视图。
图9B是表示图9A的异种材料焊接接头的立体图。
图10A是表示上下剥离拉伸作用于图8A的异种材料焊接接头的状态的剖视图。
图10B是表示图10A的异种材料焊接接头的立体图。
图11是表示互相离开的板厚方向的外力作用于上板和下板的状态的异种材料焊接接头的剖视图。
图12A是表示互相离开的剪切方向的应力作用于上板和下板的状态的异种材料焊接接头的剖视图。
图12B是表示剪切方向的应力较强地作用于图12A的异种材料焊接接头而接合部近90°地位置偏离的状态的立体图。
图13A是表示在上板和下板之间存在空隙的激光焊接前的状态的上板、下板及接合辅助部件的剖视图。
图13B是将激光焊接后的状态与热收缩力一同表示的异种材料焊接接头的剖视图。
图14A是表示将具有凹部的接合辅助部件激光焊接的状态的异种材料焊接接头的剖视图。
图14B是作为表示将不具有凹部的接合辅助部件激光焊接的状态的比较例的异种材料焊接接头的剖视图。
图15A是用于说明接合辅助部件的尺寸关系的上板、下板及接合辅助部件的剖视图。
图15B是图15A的XV部放大图。
图16A是用于说明异种材料接合用点焊法的第1变形例的上板和下板的立体图。
图16B是用于说明异种材料接合用点焊法的第1变形例的上板和下板的剖视图。
图17A是用于说明异种材料接合用点焊法的第2变形例的上板和下板的立体图。
图17B是用于说明异种材料接合用点焊法的第2变形例的上板和下板的剖视图。
图18A是用于说明异种材料接合用点焊法的第3变形例的上板、下板及接合辅助部件的立体图。
图18B是用于说明异种材料接合用点焊法的第3变形例的上板、下板及接合辅助部件的剖视图。
图19是表示在第3变形例以横向姿势实施激光焊接的状态的图。
图20A是用于说明异种材料接合用点焊法的第4变形例的异种材料焊接接头的立体图。
图20B是用于说明异种材料接合用点焊法的第4变形例的异种材料焊接接头的剖视图。
图21A是表示接合辅助部件的第7变形例的俯视图、侧视图及仰视图。
图21B是表示接合辅助部件的第8变形例的俯视图、侧视图及仰视图。
图22是表示接合辅助部件的第9变形例的剖视图。
图23A是表示应用本实施方式的异种材料焊接接头的闭截面构造的立体图。
图23B是表示应用本实施方式的异种材料焊接接头的L字板和平板的开截面构造的立体图。
图23C是表示应用本实施方式的异种材料焊接接头的两张平板的开截面构造的立体图。
图24A是本发明的第2实施方式的异种材料焊接接头的剖视图。
图24B是本发明的第2实施方式的焊接金属产生余量的异种材料焊接接头的剖视图。
图25是表示在图24B的异种材料焊接接头处互相离开的板厚方向的外力作用于上板和下板的状态的剖视图。
图26A是表示在第2实施方式中进行激光焊接、MAG焊接或MIG焊接的状态的异种材料焊接接头的立体图。
图26B是表示在第2实施方式中进行激光焊接、TIG焊接或等离子体焊接が的状态的异种材料焊接接头的立体图。
图27是表示说明进行激光焊接、电弧焊接的时机的三个模式的图。
图28是表示第2实施方式的变形例的异种材料焊接接头的剖视图。
图29A是表示在图28的下板通过拉伸加工形成膨出部前的状态的剖视图。
图29B是表示在图28的下板通过拉伸加工形成膨出部后的状态的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图，详细说明本发明的各实施方式的异种材料接合用点焊法、接合辅助部件及异种材料焊接接头。
（第1实施方式）
本实施方式的异种材料接合用点焊法为，将互相重合的铝合金或镁合金制的上板10(第1板)、钢制的下板20(第2板)经由钢制的接合辅助部件30通过后述的激光点焊法接合，由此得到如图1A及图1B所示的异种材料焊接接头1。
在上板10处设置有沿板厚方向贯通而面向下板20的重合面的孔11，接合辅助部件30被插入该孔11。
接合辅助部件30如图3所示，是包括具有插入上板10的孔11的插入部31、配置于上板10的上表面的凸缘形状且为圆形的非插入部32的带台阶的外形形状。此外，在接合辅助部件30处形成有在中央部处从非插入部32向插入部31凹陷的俯视时为圆形的凹部33。
另外，非插入部32的外形形状不限于圆形，只要是焊接后堵塞上板10的孔11的形状的话，可以是任意的形状。例如，也可以是图4A所示的椭圆形、图4B所示的正方形、图4C所示的圆角的正方形、图4D所示的六边形、图4E所示的八边形、图4F所示的圆角的长方形。
此外，非插入部32为非圆形的情况下，后述的非插入部32的直径PD2规定为最短的相向距离。
进而，凹部33的底面33a的高度可以与非插入部32的下表面的高度大致相等，或者，可以比非插入部32的下表面的高度高，也可以比非插入部32的下表面的高度低。
此外，通过将激光L向接合辅助部件30的凹部33照射(参照图2D)，在与下板20及接合辅助部件30的插入部31的界面处，由下板20及接合辅助部件30熔融的焊接金属40形成焊接部W。该情况下，焊接部W从接合辅助部件30的凹部33的底面33a越过上述界面，形成于位于该底面33a的下方的下板20的一部分。
以下，参照图2A~图2D，说明构成异种材料焊接接头1的异种材料接合用点焊法。
首先，如图2A所示，进行在上板10将孔11开孔的开孔作业 (步骤S1)。接着，如图2B所示，进行将上板10和下板20重合的重合作业 (步骤S2)。进而，如图2C所示，将接合辅助部件30的插入部31从上板10的上表面插入上板10的孔11 (步骤S3)。然后，如图2D所示，将激光L向接合辅助部件30的凹部33照射，借助形成的焊接金属40将下板20及接合辅助部件30激光焊接(步骤S4)。
作为步骤S1的开孔作业的具体的手法，列举a)使用电钻、钻床等旋转工具的切削、b)使用冲头的冲孔、c)使用模具的冲压模具冲压（プレス型抜き）。
此外，作为特殊的手法，如图5A~图5C所示，将接合辅助部件30自身作为冲头，相对于配置有上板10的下台座50，使固定有接合辅助部件30的上台座51接近，实施冲孔加工，由此同时进行步骤S1的开孔作业和步骤S3的接合辅助部件30的插入作业。
因此，该手法的情况下，步骤S2的重合作业和步骤S3的接合辅助部件30的插入作业调换工序顺序。
此外，在步骤S4中使用的焊接用激光中，作为发振器，有碳酸气体激光器、半导体激光(也称作二极管激光)器、YAG激光器、圆盘激光器、纤维激光等种类，均能应用于本施工法。此外，关于激光照射的方法，在目标位置固定处熔融范围较窄，难以使焊接金属较宽地形成，因此通过称作流电扫描的激光系统动作、焊接机器人的机械移动，使用如图6A所示的使目标位置漩涡状地高速移动的螺旋运动、如图6B所示的使其往复运动等来得到适当的面积的熔化范围的方法。
另外，激光焊接的熔化如图7A所示，需要将下板20适度熔融。另外，如图7B所示，熔化至超过下板20的板厚地形成焊接金属40的出现所谓的熔透的状态也没有问题。
但是，若下板20不熔化而仅是焊接金属40搭上，则得不到高的强度。此外，需要以焊接金属40不会过深地熔入、焊接金属40和下板20不会烧穿的方式焊接。
激光焊接的条件考虑接合辅助部件30的插入部31的底部31a（参照图3）的板厚、下板20的板厚、各自的材质等来选定。
通过以上的作业，Al合金、Mg合金制的上板10和钢制的下板20被以高的强度接合。
以下，对上述点焊法中使用的钢制的接合辅助部件30的作用进行说明。
首先，不使用接合辅助部件而进行如图8A及图8B所示地单纯地将铝制的上板10和钢制的下板20重叠、将激光从正上方照射来将两个板10、20局部地熔融而一体化的激光点焊的情况下，形成的焊接金属40a是铝和钢的合金。该合金铝含量较多，所以呈是脆性的特性的金属间化合物(IMC)。这样的异种材料焊接接头100a即使乍一看看起来像被接合，若沿横向施加拉伸应力(剪切拉伸)，则如图9A及图9B所示，焊接金属容易破坏而脱离。此外，在沿纵向施加拉伸应力(剥离拉伸)的情况下，也如图10A及图10B所示，焊接金属40a断裂、或焊接金属40和上板10的边界部或者焊接金属40a和下板20的边界部断裂，上板10脱落，接合脱离。
即使这样地仅将铝制、镁制的上板10和钢制的下板20重叠来贯通焊接，焊接金属40a全部为金属间化合物，所以对于剪切拉伸和剥离拉伸均较弱，作为焊接接头不实用。
根据异种材料焊接接头100的问题，使用本实施方式的接合辅助部件30，使得不形成金属间化合物且对于剪切、上下剥离这两个方向的应力均耐受。即，如图2A~图2D所示，在上板10实施开孔，接着将接合辅助部件30的插入部31插入设置于上板10的孔11，将激光向凹部33的底面33a照射，在接合辅助部件30和下板20的界面处形成由焊接金属40形成的焊接部W。这样，作为截面，接合辅助部件30、焊接金属40、下板20呈由牢固的金属结合被焊接接合的状态。
比设于上板10的孔11宽度宽的接合辅助部件30的非插入部32的作用是，相对于上下剥离应力的阻力。如图11所示，通过应用合适的尺寸的接合辅助部件30，能够防止上板10和焊接金属40的界面剥离而脱落的现象。一般地，焊接金属40充分塑性变形后断裂。
另一方面，接合辅助部件30的插入部31的作用不仅是上述的健全的焊接部W的形成，还具有对于剪切方向的应力的初始期间的阻力体的作用。即，如图12A所示，被插入上板10的孔11的接合辅助部件30的插入部31的外壁面31b成为物理上的障碍，妨碍上板10的水平移动。另外，若剪切方向的应力较强，则最终期间时母材变形，如图12B所示，接合部接近90°地倾斜则呈与上下剥离拉伸相同的状态。这样的话，接合辅助部件30的非插入部32开始作为已经说明的相对于上下剥离应力的阻力体作用，进而发挥较强的阻力。
此外，在接合辅助部件30，除了提高接头强度以外，还有使在上板10和下板20的重合面产生的空隙(间隙)g缩小的效果(参照图13A)。在焊接工序中焊接金属40热收缩，所以下板20和接合辅助部件30一同向接近的方向作用力。由此，即使焊接前稍微有空隙g，如图13B所示，焊接后空隙g也减少，接合部的设计精度提高。
接着，对关于在接合辅助部件30设置凹部33的理由进行说明。若具有插入部31和非插入部32的双台阶形状，则得到上述的上下剥离应力、剪切拉伸应力、空隙缩小效果，未必一定产生使中央部凹陷的必要性。然而，如图14B所示，若焊接部的板厚较大，则将其贯通而熔融至下板20所需的能量变大。激光焊接法若提高输出，则产生它的激光发振器的价格提高。因此，成本方面是不利的。此外，高输出激光挖掘力较大，但这也产生将熔融池较大地向外周吹飞的缺点，不仅增大溅射而使制造物品质劣化，还附着于激光焊接装置的保护玻璃、镜片而弄脏，成为聚光的阻碍要因，也使得长时间运转性劣化。若以低输出激光长时间焊接，则难以产生这些问题，但效率下降，激光焊接的优点消失。根据这些理由，如图14A所示，照射激光来形成焊接部的面需要适度凹陷。形状上，对于凹部33照射激光，即使产生溅射，凹部33部的壁面也有会捕捉溅射的效果，有不会向周围散布的效果。
另外，钢制的接合辅助部件30的材质若是纯铁及铁合金，则没有特别限制，例如列举软钢、碳素钢、不锈钢等。作为接合辅助部件30的制造手段，能够通过锻造、铸造、切削来制造。另外，也能够通过深拉来制作类似的形状，但如后所述，使插入部壁面角度θ变大在技术上较难，不是希望的制造方法。
此外，接合辅助部件30的各种尺寸如图15A及图15B所示，根据与上板10的关系如下所述地设定。
・插入部的底部的高度PH1
插入部31的底部31a的高度PH1设计成0.5mm且为2.5mm以下和上板10的板厚BH的125%的较小的一方的值以下。插入部31的底部31a是通过激光焊接来与下板20的一部分一同熔融而一体化的部位。底部的厚度越薄越能够使用低输出激光且高速地使其熔融，但接头拉伸性能变小。因此，必须组合电弧焊接，结果，效率变差。从这些的平衡考虑，底部31a的高度PH1希望最低为0.5mm。另一方面，若底部的板厚变厚，则即使不组合电弧焊接，部件刚性也提高，接头拉伸性能也提高。但是，与板厚变厚相应地，需要具有高输出性能的激光。该情况下，成本方面失去工业上的实用性。此外，溅射也较多发生。也有不能借助低输出激光使下板20熔融的情况。使用普及度高的6kW输出的激光发振器能够高效率地焊接的板厚上限为2.5mm，所以将其作为底部31a的高度PH1的绝对值的上限。但是，底部31a的高度PH1相对于上板10的板厚BH即使超过125%，作为接头强度也不会变得比这更高，仅成为重量增加的要因，所以BH×1.25比2.5mm小的情况下将BH×1.25设为上限。
・插入部的外壁面与水平方向所成的角度θ
插入部31的外壁面31b与水平方向所成的角度θ(参照图15B)设计成80~95°。在上板10开孔的情况下，一般借助切削、冲孔、模切等普遍手段相对于板面垂直地形成壁面。与此相对，接合辅助部件30接触而成为向剪切方向的应力的阻力的是插入部31的外壁面31b。若接合辅助部件30的插入部31的外壁面31b带有角度，则在被截面捕捉的情况下，为点接触。另一方面，若垂直的话为面接触。点接触的话相对于应力应力集中，所以容易发生接合辅助部件30的变形，强度变低。此外，若欲得到相同的焊接面积，则外壁面31b的角度θ越小，接合辅助部件30的非插入部32的外径PD2越变大。这也是重量增加的要因，是浪费的。根据欲接合的部位而需要较大的面积，所以向狭窄部位的应用性也变差。因此，接合辅助部件30的插入部31的外壁面31b希望接近垂直，将角度θ的下限设为80°。另外，为了得到该角度θ，接合辅助部件30的制造法限于锻造、铸造、切削加工，深拉伸加工的话难以得到该角度θ。另一方面，超过90°的话，在钢制接合辅助部件的制造方面较难，但至95°的情况下包括工业上的误差的量而被允许。
・插入部和非插入部的边界部的直径PD1
插入部和非插入部的边界部的直径PD1相对于上板10的孔11的直径BD设计为80%以上105%以下。向上板10的横向(二维方向)的移动的主要的阻力是设置于上板10的孔11的壁面和接合辅助部件30的插入部31的物理接触。因此，接合状态下接合辅助部件30的插入部31和上板10的孔11没有间隙的状态、即插入部31的直径PD1和孔11的直径BD相同(100%)的是最佳的。但是，接合辅助部件30的插入部31的直径即使稍大，也能够将绕上板10的孔11的弹性变形量强行压入，所以没有问题。插入部直径PD1的实用的上限相对于孔11的直径BD是105%。另一方面，若产生间隙则容易相对于横向的力容易产生偏离，所以不被优选，但移动间隙量移动后，双方接触而发挥较大的阻力。此外，如后所述，若接近来对多个部位应用本实施方式的焊接法，则各个焊接部处的间隙几乎不会具有相同的方向性，概率上数量越增加间隙的方向越分散，相对于某方向的拉伸应力，某个会成为阻力，不会容易偏离。因此，一般允许与设计精度对应的程度的间隙。插入部直径PD1的下限相对于孔11的直径BD为80%，但从精度的观点考虑下限更优选为90%。
・非插入部直径PD2
非插入部直径PD2相对于上板10的孔11的直径BD设计成105%以上。接合辅助部件30的非插入部32发挥作为向板厚方向的外部应力、换言之向剥离应力作用时的阻力的主要作用。非插入部32的直径PD2较大，且厚度越大相对于板厚方向(三维方向)的外部应力强度越增加，所以是优选的。非插入部直径PD2相对于孔11的直径BD不足105%的话，在非插入部32相对于向板厚方向的外部应力弹塑性变形的情况下，容易呈上板10的孔11的直径BD以下的表观直径，这样上板10容易脱落。即，非插入部32不显示高的阻力。因此，非插入部直径PD2将孔11的直径BD的105%设为下限。更优选地，非插入部直径PD2可以将孔11的直径BD的120%设为下限。另一方面，根据接合部强度的观点无需设置上限。
・非插入部高度PH2
非插入部高度PH2设计成上板10的板厚BH的50%以上150%以下。如上所述，非插入部32直径较大，且高度(厚度)PH2越大相对于板厚方向(三维方向)的外部应力强度越增加，所以是优选的。该非插入部高度PH2与接头的上板10的板厚BH相应地变大，由此发挥较高的阻力。非插入部高度PH2不足上板10的板厚BH的50%的情况下，非插入部32的外周部相对于向板厚方向的外部应力容易产生弹塑性变形，若为上板10的孔11的直径BD以下的表观直径则容易脱落。即，非插入部32不显示较高的阻力。因此，非插入部高度PH2将上板10的板厚BH的50%设为下限。另一方面，非插入部高度PH2若超过上板10的板厚BH的150%地变大，则接头强度上没有问题，但不仅呈过剩地突出的形状而外观变差，重量也变重。因此，非插入部高度PH2需要为上板10的板厚BH的150%以下。
另外，关于上板10及下板20的板厚，不一定必须要限定，但若考虑施工效率、作为重叠焊接的形状，则上板10的板厚希望是4.0mm以下。另一方面，若考虑激光焊接的线能量（入熱），则板厚过薄的话焊接时会烧穿，焊接困难，所以希望上板10、下板20都为0.3mm以上。
根据以上的结构，能够将上板10为铝合金或镁合金、下板20为钢的材料牢固地接合。
这里，作为将异种金属彼此直接接合的情况的问题，除了形成IMC的问题以外，还已知一个问题。这是，若异种金属彼此接触则形成伽伐尼电池，所以成为加速腐蚀的原因。该原因(电池的阳极反应)的腐蚀被称作电腐蚀。若在异种金属彼此接触的表面有水则腐蚀发展，所以作为接合部位对于容易进水的部位应用本实施方式的情况下，以防止电腐蚀为目的，需要实施用于防止水的浸入的密封处理。本接合法中也形成多个Al合金、Mg合金和钢接触的面，所以优选地，不仅将树脂类的粘接剂以进一步提高接头强度为目的而使用，也作为密封材料来使用。
例如，如图16A及图16B所示的第1变形例的那样，也可以在上板10及下板20的接合面，在焊接部周围将粘接剂60遍及整周地环状地涂覆。另外，作为将粘接剂60在上板10及下板20的接合面在焊接部周围遍及整周地涂覆的方法，如图17A及图17B所示的第2变形例，还包括将除了焊接部位的接合面的整面涂覆的情况，由此，能够减慢上板10、下板20及焊接金属40的电腐蚀速度。
此外，如图18A及图18B所示的第3变形例，也可以在上板10的孔11的周围和接合辅助部件30的非插入部32的下表面之间涂覆粘接剂60。由此，能够减慢上板10、接合辅助部件30及焊接金属40的电腐蚀速度。
该情况下，作为副效果，有在激光焊接前预先将接合辅助部件30虚固定于上板10的作用。特别地，如图19所示，激光焊接成横向、向上的姿势的情况下，预先涂覆粘接剂60，由此，能够防止接合辅助部件30由于重力落下，能够合适地实施焊接。
进而，如图20A及图20B所示的第4变形例，也可以在接合辅助部件30的非插入部32和上板10的表面的边界部涂覆粘接剂60。由此，得到电腐蚀速度下降的效果，并且若在激光焊接前进行粘接剂涂覆，则得到预先将接合辅助部件30向上板10虚固定的作用。另外，在图18A及图18B所示的第3变形例中，涂覆仅能在焊接工序前实施，但在图20A及图20B所示的第4变形例中，涂覆能够在焊接工序前也能够在焊接工序后。
另外，在接合辅助部件30处，与非插入部32的上板10的接触面如图3所示，并非必须是平坦的表面。即，非插入部32的与上板10的接触面如图21A及图21B所示，根据需要也可以设置狭缝34a、34b。特别地，若在与上板10的接触面侧设置圆周状的狭缝34a或放射状的狭缝34b，则粘接剂60的涂覆进入狭缝34a、34b的间隙而不会溢出，所以进行稳定粘接，密封的效果也是切实的。这样的不平坦的表面的情况下的非插入部高的厚度PH2的定义为高度最大的部分。
此外，如图22所示，在抵接接合辅助部件30的边的部位，从使用时的安全性、锻造时的限制等的方面考虑，对于具有圆角R无任何问题。
此外，本实施方式的焊接法可以说是接合面积小的点焊接，所以在将具有某程度的接合面积的实用部件彼此的重合部分J接合的情况下，将本焊接法如图23A~图23C所示实施多次即可。由此，在重合部分J进行牢固的接合。本实施方式也能够使用图23B及图23C所示那样的开截面构造，但特别地，在如图23A所示那样的闭截面构造处能够适合地使用。
如以上说明，根据本实施方式的异种材料接合用点焊法，具有在上板10开有孔11的工序、使上板10和下板20重合工序、将钢制的接合辅助部件30插入设置于上板10的孔11的工序、将激光L向接合辅助部件30照射而由形成的焊接金属40将下板20及接合辅助部件30的插入部31结合的工序，前述钢制的接合辅助部件30具有包括插入部31和非插入部32的带台阶的外形形状，且在中央部具有从非插入部32向插入部31凹陷的凹部33。
由此，能够将Al合金或Mg合金的上板10和钢的下板20高效率地以牢固且可靠性高的品质接合，且对于开截面构造和闭截面构造均能够无限制地应用。
此外，在重合工序之前，还具备在上板10和下板20的至少一方的重合面在孔11的周围遍及整周地涂覆粘接剂60的工序。由此，粘接剂除了提高接头强度，还作为密封材料发挥作用，能够减慢上板10、下板20及焊接金属40的电腐蚀速度。
此外，在插入工序中，在接合辅助部件30的非插入部32和与该非插入部32相向的上板10之间的至少一方的相向面涂覆粘接剂60。由此，能够减慢上板10、接合辅助部件30及焊接金属40的电腐蚀速度。
此外，在插入工序时或焊接工序后，在接合辅助部件30的非插入部32和上板10的表面的边界部涂覆粘接剂60。由此，能够提高上板10和接合辅助部件30的接合强度。另外，若在插入工序时涂覆粘接剂60，则得到能够将接合辅助部件30虚固定的作用。
此外，接合辅助部件30的插入部31的底部31a的高度PH1为0.5mm以上，且为2.5mm和前述第1板的板厚BH的125%的较小一方的值以下，所以能够确保接头强度且高效率地进行激光焊接。
进而，插入部31的外壁面31b与水平方向所成的角度θ为80~95°，所以具有相对于向剪切方向的应力的强度，且得到在不使非插入部32的外径变大的情况下能够确保焊接面积的接合辅助部件30。
此外，接合辅助部件30的插入部31和非插入部32的边界部的直径PD1相对于上板10的孔11的直径BD为80%以上105%以下，所以能够兼顾向上板10的板宽度方向的外部应力的阻力及接合辅助部件30的插入性。
此外，接合辅助部件30的非插入部32的直径PD2相对于上板10的孔11的直径BD为105%以上，所以非插入部32能够作为向板厚方向的外部应力的阻力发挥功能。
此外，接合辅助部件30的非插入部32的高度PH2为前述第1板的板厚BH的50%以上150%以下，所以非插入部32能够考虑外观性及重量增加且作为向板厚方向的外部应力的阻力发挥功能。
此外，本实施方式的接合辅助部件30是钢制的，具有包括插入部31和非插入部32的带台阶的外形形状，且在中央部具有从非插入部32向插入部31凹陷的凹部33。由此，接合辅助部件30适合用于上述激光焊接的异种材料接合用点焊法。
此外，本实施方式的异种材料焊接接头1具备铝合金或镁合金制的上板10、点焊于上板10的钢制的下板20，上板10具有面向与下板20的重合面的孔11，还具备钢制的接合辅助部件30，前述钢制的接合辅助部件30具有包括插入设置于上板10的孔11的插入部31、非插入部32的带台阶的外形形状，且在中央部具有从非插入部32向插入部31凹陷的凹部33，在下板20和前述接合辅助部件30的插入部31的界面由下板20及接合辅助部件30形成焊接部W。
由此，具备Al合金或Mg合金的上板10和钢的下板20的异种材料焊接接头1能够高效率地以牢固且可靠性的高品质被接合，且对于开截面构造和闭截面构造均能够无限制地应用。
(第2实施方式)
接着，基于附图，详细说明本发明的第2实施方式的异种材料接合用点焊法、接合辅助部件及异种材料焊接接头。
如第1实施方式中所述，基本上仅通过激光焊接，健全的Al合金或Mg合金制的上板10和钢制的下板20被焊接接合，但若板厚变大或者母材强度变高，则仅通过基于激光焊接的焊接金属形成的话接头强度不足。其理由是因为，通过使接合辅助部件30的中央部凹陷而刚性下降，所以由于向剥离方向的较强的应力而变形，上板10容易从接合辅助部件30脱落。
产生这样的现象而判断成接头强度不足的情况下，通过提高接合辅助部件30的板厚也能够实现改善，但在本实施方式中，加上与激光焊接配合使用焊接材料(后述的焊丝或填料)的电弧焊接的激光・电弧混合焊接，由此将凹部33用焊接金属40填充，提高接合部的刚性。
具体地，与第1实施方式的异种材料接合用点焊法相同地，进行步骤S1的开孔作业、步骤S2的重合作业及步骤S3的接合辅助部件30的插入作业，并且上述的激光焊接和电弧焊接被在图27所示的某个模式的时机下进行(步骤S4)。
因此，如图24A及图24B所示，在异种材料接合接头1a处，形成焊接部W的焊接金属40是钢制的接合辅助部件30、钢制的下板20及铁合金或镍合金的焊接材料熔融混合的，将接合辅助部件30的凹部33内填充。
特别地，如图24B所示，焊接金属40将接合辅助部件30的凹部33填充，进而希望在接合辅助部件30的表面形成余量Wa。通过形成余量Wa，如图25所示，相对于板厚方向(三维方向)的外部应力得到较高的强度。
另外，作为能够与激光组合且焊接材料熔融而形成焊接金属的具体的电弧焊接法，列举(a)熔化极式气体保护电弧焊接法(MAG・MIG法)、(b)气体钨极电弧焊接法、(c)等离子体电弧焊接法。
图26A表示进行激光焊接、MAG焊接或MIG焊接的状态，图26B表示进行激光焊接、TIG焊接或等离子体焊接的状态。
(a)熔化极式气体保护电弧焊接法是一般称作MAG(马格)、MIG(米格)的焊接法，将实芯焊丝或药芯焊丝用作填料兼电弧发生熔化极，借助CO2，O2，Ar，He等保护气体将焊接部从大气屏蔽来形成健全的焊接部的手法。
(b)气体钨极电弧焊接法是气体保护电弧焊接法的一种，但是为非熔化极式，一般也称作TIG(提格)。保护气体使用Ar或He的不活性气体。在钨电极和母材之间产生电弧，填料焊丝F被从横向向电弧送给。
一般地，填料焊丝不通电，但也有通电来提高熔融速度的热丝方式TIG。该情况下，在填料焊丝不产生电弧。
(c)等离子体电弧焊接法与TIG原理相同，但是为通过气体的双重系统化和高速化使电弧紧缩来提高电弧力的焊接法。
关于焊接材料的材质，焊接金属40若为Fe合金的话，能够应用一般被使用的焊接用焊丝。另外，镍合金与铁的焊接也不产生不良情况，使用能够应用。
具体地，作为JIS，流行(a)Z3312，Z3313，Z3317，Z3318，Z3321，Z3323，Z3334、(b)Z3313、(c)Z3316，Z3321，Z3334，(d)Z3211，Z3221，Z3223，Z3224等规格的材料，作为AWS(美国焊接协会)，流行(a)A5.9，A5.14，A5.18，A5.20，A5.22，A5.28，A5.29，A5.34、(b)A5.20、(c)A5.9，A5.14，A5.18，A5.28，(d)A5.1，A5.4，A5.5，A5.11等规格的材料。
使用这些电弧焊接法来将接合辅助部件30的凹部33用焊接材料填充，但一般不需要使焊接材料的目标位置移动，经过合适的送给时间来切断电弧结束焊接即可。
关于激光焊接和电弧焊接的时机，如图27所示，能够选择激光照射后(模式1)、与激光照射同时(模式3)、或激光照射中的电弧发生(模式2)的某一个。哪个都不妨碍基于激光L的较深的熔化作用。另一方面，若在电弧焊接后或者电弧焊接中照射激光L，则形成的基于填料焊丝的熔融池妨碍基于激光L的较强的熔化作用，熔化不足。另外，图26A及图26B表示电弧焊接与激光照射同时开始、或在激光照射中开始的情况。
如以上说明，根据本实施方式的异种材料接合用点焊法，包括在上板10开有孔11的工序、使上板10和下板20重合的工序、将钢制的接合辅助部件30插入设置于上板10的孔11的工序、向接合辅助部件30的凹部33照射激光、且在照射激光L的同时、在激光L的照射中及激光L的照射后的某个时机根据以下的(a)~(c)的某个手法进行电弧焊接、将下板20及接合辅助部件30接合并且将接合辅助部件30的凹部33的至少一部分用焊接金属40填充的工序，前述钢制的接合辅助部件30具有包括插入部31和非插入部32的带台阶的外形形状，且在中央部具有从非插入部32向插入部31凹陷的凹部33。
(a)将能得到铁合金或镍合金的焊接金属40的焊丝用作熔化极的气体保护电弧焊接法。
(b)将前述焊丝用作非熔化极填料的气体钨极电弧焊接法。
(c)将前述焊丝用作非熔化极填料的等离子体电弧焊接法。
由此，将接合辅助部件30的凹部33用焊接金属40填充，能够提高接合部的刚性。
另外，如图28所示的变形例，也可以在下板20设置膨出部21。Al合金、Mg合金制的上板10的板厚比较的薄的情况下，下板20无加工，上板10开孔，接合时仅通过将接合辅助部件30插入孔11就能够实现良好的焊接。但是，若上板10的板厚较大，则将激光焊接和电弧焊接组合的话，填充接合辅助部件30的凹部33花费时间，效率变差。此外，热量过大，发生烧穿不良，容易产生较大的热应变。因此，若对于下板20通过拉伸加工设置膨出部21的话，凹部33的体积变小，所以焊接效率提高，能够减少烧穿不良。
此外，在该变形例中，下板20的膨出部21是用于将上板10和下板20对准的记号，能够使下板20的膨出部21和上板10的孔11容易地重合，涉及重合作业的效率提高。
另外，膨出部21的拉伸加工如图29A所示，将形成下板20的膨出部21的部分的周边部用模52约束。并且，如图29B所示，对形成膨出部21的部分施加压力来压入冲头53，由此成形出膨出部21。此外，冲头53的末端形状希望是与设置于上板10的孔11相似的形状。
此外，在下板20形成膨出部21的该变形例与上板10的板厚无关系地从重合作业的效率化的观点出发，也能够与第1实施方式的激光焊接组合应用。
另外，本发明不限于前述的实施方式及实施例，能够适当地变形、改良等。
实施例
这里，使用以下的实施例A~E来确认本实施方式的有效性。
＜实施例A＞
在实施例A中，设为将上板10为板厚1.6mm的铝合金A5083、下板20为板厚1.4mm的590MPa级高张力钢板组合的重叠接头，进行4kW的纤维激光焊接来接合。照射位置处的激光束径的直径为0.4mm，以与钢制接合辅助部件的有无无关地涂覆直径5mm的圆的方式使照射位置漩涡状地动作。
相对于该焊接接头1，根据JIS Z3136“对于电阻点焊及凸焊焊接接头的剪切试验的试验片尺寸及试验方法”及JIS Z3137“电阻点焊及凸焊焊接接头的十字拉伸试验”，进行破坏试验。这里，将Z3136的拉伸强度用TSS表示，将Z3137的拉伸强度用CTS表示。作为合格与否判定值，为TSS≥8kN，CTS≥5kN。
进而，作为虽非必须但为优选的性能值，将焊接接头重复盐水喷雾→干燥→湿润来使其加速腐蚀的日本汽车标准组织循环腐蚀试验(JASO-CCT，Japanese AutomobileStandards Organization Cyclic Corrosion Test)实施28天，之后同样地实施破坏试验，取得腐蚀后TSS及腐蚀后CTS。这些优选性能值的合格判定值相对于无腐蚀试验的值为80%以上。此外，将焊接时的溅射发生量根据母材附着状态来评价，几乎不附着的用○表示，判断成稍微有附着但在允许范围的用△表示，判断成附着较多而无法允许的用×表示。
在表1中，将比较例表示为No.A1~A6，将本实施例表示为No.A7~A16。
表1
No.A1不使用接合辅助部件也不在上板10开孔地对上板10直接实施激光焊接。此外，也不使用粘接剂。作为上板的铝合金和作为下板的钢熔融混合，所以形成的焊接金属为极脆的金属间化合物，呈低的TSS、CTS。铝和铁熔融混合时发生强烈的化学反应，所以溅射也较多。
No.A2将一层形状的直径14.0mm的圆板状的接合辅助部件30载置于未开孔的上板10之上而从其上激光焊接。接合辅助部件30的材质是JIS G3106 SM490C。(以后，实施例A的材质相同)。结果，作为上板的铝合金、钢制的接合辅助部件及下板的钢这三个熔融混合，形成的焊接金属是极脆的金属间化合物，呈低的TSS、CTS。铝和铁熔融而混合时发生剧烈的化学反应，所以溅射也较多。
No.A3将一层形状的直径14.0mm的圆板状的接合辅助部件30载置于开有直径10mm的孔的上板10之上而从其上激光焊接。在接合辅助部件30和下板20之间产生上板10的板厚度的间隙，所以即使激光照射也不能将它们一体化，焊接本身就无法实施。不发生铁和铝的化学反应，但熔融池形成不稳定，且激光照射面平坦所以溅射飞散较多。
No.A4相对于No.A3，在激光照射的同时使直径1.2mm的JIS Z3312 YGW16的焊丝、使用Ar80%＋CO220%保护气体而与熔化极式气体保护电弧焊接(MAG焊接)重叠，但虽发挥将接合辅助部件30和下板20之间的空隙填埋的作用，不会确保向下板20的熔化，呈低的TSS、CTS。
No.A5将具有插入部31和非插入部32的二层构造的圆形的接合辅助部件30插入开有直径10mm的孔的上板10而从其上激光照射。但是，接合辅助部件30的插入部31的外径PD1为9.5mm，没有凹部，上表面平坦。接合辅助部件30和下板20被焊接，接头强度也良好，但照射面平坦且照射时间较长，所以溅射较多地发生且飞散，附着于周围的母材而使制品品质下降。
No.A6将具有插入部31和非插入部32的二层构造且在上部具有凹部33的圆形的接合辅助部件30载置于上板10，激光照射凹部33的圆形的底面。接合辅助部件30的插入部31的外径PD1是9.5mm，凹部33的内径是5.5mm。但是，在上板10未开有孔。因此，作为上板10的铝合金、钢制的接合辅助部件30及下板20的钢这三个熔融混合，形成的焊接金属是极脆的金属间化合物，呈低的TSS、CTS。铝和铁熔融而混合时发生剧烈的化学反应，所以溅射也较多。
另一方面，No.A7~A16将设有凹部33的二层形状的圆形的钢制的接合辅助部件30插入在直径10mm的圆形的设有开孔的上板10，从其上激光照射凹部33的圆形的面内来与下板20焊接。此外，No.A11、No.A14还在激光焊接结束的同时进行作为电弧焊接法的一种的MAG焊接法，填充凹部33至产生余量。MAG焊接的条件与No.A4相同。
在试验体No.A7~A16中，铝向形成的焊接金属的流入为零，形成高品质的焊接金属，且呈接合辅助部件30的非插入部32相对于上板10的孔11有较宽的面积的构造，所以在十字拉伸试验中防止脱落，也得到较高的CTS。此外，通过使照射位置具有凹陷能够减少溅射飞散。
进而，此外，在对合适的部位涂覆有金属用常温速硬化型双液混合粘接材料的试验体(A8~A11，A14，A16)中，有防止铝和钢界面的电腐蚀的作用，抑制腐蚀导致的CTS、TSS的下降，显示高的腐蚀后CTS、TSS。具体地，可知相对于No.A7，随着No.A8、No.A9、No.A10增加粘接剂涂覆部位，腐蚀后TSS及腐蚀后CTS按顺序变高。此外，可知相对于No.A10，增加电弧焊接的No.A11不仅提高CTS、TSS还提高接头强度。
＜实施例B＞
在实施例B中，设为将上板10为板厚0.8mm的镁合金ASTM AZ31B、下板20为板厚1.0mm的780MPa级高张力钢板组合的重叠接头，进行3kW的半导体(二极管)激光焊接来接合。照射位置处的激光束径的直径为0.65mm，以与接合辅助部件30的有无无关地涂覆直径3.5mm的圆的方式使照射位置漩涡状地动作。
相对于该焊接接头1，根据JIS Z3136“及JIS Z3137，进行破坏试验。这里，将Z3136的拉伸强度用TSS表示，将Z3137的拉伸强度用CTS表示。作为合格与否判定值，为TSS≥4kN，CTS≥3kN。
进而，作为虽非必须但为优选的性能值，与实施例A同样地，相对于焊接接头1将日本汽车标准组织循环腐蚀试验(JASO-CCT)实施28天，之后同样地实施破坏试验，取得腐蚀后TSS及腐蚀后CTS。这些优选性能值的合格判定值相对于无腐蚀试验的值为80%以上。此外，将焊接时的溅射发生量根据母材附着状态来评价，几乎不附着的用○表示，判断成稍微有附着但在允许范围的用△表示，判断成附着较多而无法允许的用×表示。
在表2中，将比较例表示为No.B1~B5，将本实施例表示为No.B6~B12。
表2
No.B1不使用接合辅助部件也不在上板10开孔地对上板10直接实施激光焊接。此外，也不使用粘接剂。作为上板的镁合金和作为下板的钢熔融混合，所以形成的焊接金属为极脆的金属间化合物，呈低的TSS、CTS。镁和铁熔融混合时发生强烈的化学反应，所以溅射也较多。
No.B2将一层形状的直径7.8mm的圆板状的接合辅助部件30载置于未开孔的上板10之上而从其上激光焊接。接合辅助部件30的材质是JIS G3101 SS400。(以后，实施例B的材质相同)。结果，作为上板的镁合金、钢制的接合辅助部件及下板的钢这三个熔融混合，形成的焊接金属是极脆的金属间化合物，呈低的TSS、CTS。镁和铁熔融而混合时发生剧烈的化学反应，所以溅射也较多。
No.B3将一层形状的直径7.8mm的圆板状的接合辅助部件30载置于开有直径6.5mm的孔的上板10之上而从其上激光焊接。在接合辅助部件30和下板20之间产生上板10的板厚度的间隙，所以即使激光照射也不能将它们一体化，焊接本身就无法实施。不发生铁和镁的化学反应，但熔融池形成不稳定，且激光照射面平坦所以溅射飞散较多。
No.B4将具有插入部31和非插入部32的二层构造的接合辅助部件30插入开有直径6.5mm的孔的上板10而从其上激光照射。但是，接合辅助部件30的插入部31的外径PD1为6.5mm，没有凹部，上表面平坦。接合辅助部件30和下板20被焊接，接头强度也良好，但照射面平坦且照射时间较长，所以溅射较多地发生且飞散，附着于周围的母材而使制品品质下降。
No.B5将具有插入部31和非插入部32的二层构造且在上部具有凹部33的圆形的接合辅助部件30载置于上板10，激光照射凹部33的圆形的底面。接合辅助部件30的插入部31的外径PD1是6.5mm，凹部33的内径是3.8mm。但是，在上板10未开有孔。因此，作为上板10的镁合金、钢制的接合辅助部件30及下板20的钢这三个熔融混合，形成的焊接金属是极脆的金属间化合物，呈低的TSS、CTS。镁和铁熔融而混合时发生剧烈的化学反应，所以溅射也较多。
另一方面，No.B6~B12将设有凹部33的二层形状的圆形的钢制的接合辅助部件30插入在设有直径6.5mm的圆形的开孔的上板10，从其上激光照射凹部33的圆形的面内来与下板20焊接。在这些试验体中，镁向形成的焊接金属的流入为零，形成高品质的焊接金属，且呈接合辅助部件30的非插入部32相对于上板10的孔11有较宽的面积的构造，所以在十字拉伸试验中防止脱落，也得到较高的CTS。此外，通过使照射位置具有凹陷能够减少溅射飞散。
进而，此外，在对合适的部位涂覆有金属用常温速硬化型双液混合粘接材料的试验体(B7~B12)中，有防止镁和钢界面的电腐蚀的作用，抑制腐蚀导致的CTS、TSS的下降，显示高的腐蚀后CTS、TSS。具体地，可知相对于No.B6，随着No.B7、No.B8、No.B9增加粘接剂涂覆部位，腐蚀后TSS及腐蚀后CTS按顺序变高。此外，可知相对于No.A10，增加电弧焊接的No.A11不仅提高CTS、TSS还提高接头强度。
＜实施例C＞
在实施例C中，设为将上板10为板厚2.6mm的铝合金A6061、下板20为板厚2.2mm的400MPa级高张力钢板组合的重叠接头，进行5kW的YAG激光焊接来接合。照射位置处的激光束径的直径为0.5mm，以与接合辅助部件30的有无无关地涂覆直径6mm的圆的方式使照射位置漩涡状地动作。
相对于该焊接接头1，根据JIS Z3136“及JIS Z3137，进行破坏试验。这里，将Z3136的拉伸强度用TSS表示，将Z3137的拉伸强度用CTS表示。作为合格与否判定值，为TSS≥9kN，CTS≥6kN。
进而，作为虽非必须但为优选的性能值，与实施例A、B同样地，相对于焊接接头1将日本汽车标准组织循环腐蚀试验(JASO-CCT)实施28天，之后同样地实施破坏试验，取得腐蚀后TSS及腐蚀后CTS。这些优选性能值的合格判定值相对于无腐蚀试验的值为80%以上。此外，将焊接时的溅射发生量根据母材附着状态来评价，几乎不附着的用○表示，判断成稍微有附着但在允许范围的用△表示，判断成附着较多而无法允许的用×表示。
在表3中，将比较例表示为No.C1~C8，将本实施例表示为No.C9~C15。
表3
No.C1不使用接合辅助部件也不在上板10开孔地对上板10直接实施激光焊接。也不使用粘接剂。作为上板的铝合金和作为下板的钢熔融混合，所以形成的焊接金属为极脆的金属间化合物，呈低的TSS、CTS。铝和铁熔融混合时发生强烈的化学反应，所以溅射也较多。
No.C2将一层形状的一边为14.3mm的圆角正方形的圆板状的接合辅助部件30载置于未开孔的上板10之上而从其上激光焊接。接合辅助部件30的材质是JIS G4305 SUS304L。(以后，实施例C的材质相同)。结果，作为上板的铝合金、钢制的接合辅助部件30及下板20的钢这三个熔融混合，形成的焊接金属是极脆的金属间化合物，呈低的TSS、CTS。铝和铁熔融而混合时发生剧烈的化学反应，所以溅射也较多。
No.C3将一层形状的一边为14.3mm的圆角正方形的接合辅助部件30载置于开有直径11.0mm的孔的上板10之上而从其上激光焊接。在接合辅助部件30和下板20之间产生上板10的板厚度的间隙，所以即使激光照射也不能将它们一体化，焊接本身就无法实施。不发生铁和铝的化学反应，但熔融池形成不稳定，且激光照射面平坦所以溅射飞散较多。
No.C4相对于No.C3，将下板20凸加工。但是，即使凸加工，也不能将作为上板的板厚的2.6mm的空隙填埋，即使激光照射，也不能将它们一体化。熔化不足，所以停留在低的TSS、CTS。
No.C5将具有插入部31和非插入部32的二层构造的一边为14.3mm的圆角正方形的接合辅助部件30插入开有直径11.0mm的孔的上板10而从其上激光照射。但是，接合辅助部件30的插入部31的外径PD1为11.0mm，没有凹部，上表面平坦。由于没有凹部，所以接合辅助部件30的厚度较大，因此激光照射下向下板20的熔化变浅，CTS、TSS均不会得到高的值。此外，照射面平坦且照射时间较长，所以溅射较多地发生且飞散，附着于周围的母材而使制品品质下降。
No.C6相对于No.C5同时从激光照射时间的中间时刻进行电弧焊接。电弧焊接是将JIS Z3334 S Ni6625规格的直径1.2mm的镍合金焊丝作为填料、将保护气体组成设为Ar100%的TIG焊接法。但是，即使这样，向下板20的熔化也不深，填料焊丝熔化的焊接金属向接合辅助部件30的周围流出，外观显著变差。
No.C7将具有插入部31和非插入部32的二层构造且在上部具有圆形的凹部33的一边为14.3mm的圆角正方形的接合辅助部件30载置于上板10，激光照射凹部33的圆形的底面。接合辅助部件30的插入部31的外径PD1是11.0mm，凹部33的内径是6.4mm。但是，在上板10未开有孔。因此，作为上板10的铝合金、钢制的接合辅助部件30及下板20的钢这三个熔融混合，形成的焊接金属是极脆的金属间化合物，呈低的TSS、CTS。铝和铁熔融而混合时发生剧烈的化学反应，所以即使照射面凹陷，溅射也较多。
No.C8将与No.7相同的设有圆形的凹部33的二层构造的一边为14.3mm的圆角正方形的接合辅助部件30插入设有直径11.0mm的圆形的开孔的上板10，从其上将凹部33的面内通过电弧焊接来将焊接金属填充至接合辅助部件30的非插入部32的厚度PH2中央，切断电弧后进行激光焊接。通过激光焊接先进行电弧，所以基于激光的较深的熔化效果消失，接合辅助部件30和下板20的熔化不足，由此呈低的TSS、CTS。
另一方面，No.C9~C15将设有凹部33的二层形状且非插入部32的形状为圆角正方形的接合辅助部件30插入在设有直径11.0mm的圆形的开孔的上板10，从其上将凹部33的面内激光照射来与下板20焊接。接合辅助部件30的插入部31的外径PD1为11.0mm，凹部33的内径为6.4mm。在这些试验体中，铝向形成的焊接金属的流入为零，形成高品质的焊接金属，且呈接合辅助部件30的非插入部32相对于上板10的孔11有较宽的面积的构造，所以在十字拉伸试验中防止脱落，也得到较高的CTS。此外，通过使照射位置具有凹陷能够减少溅射飞散。
进而，No.C13，C14相对于No.C10还从激光焊接照射时间的中间时刻同时进行电弧焊接。电弧焊接的条件与No.C6相同。No.C13将焊接金属填充至接合辅助部件30的非插入部32的厚度PH2中央，No.C14填充产生余量。可知随着焊接金属填充，CTS、TSS均提高。 进而，此外，在对合适的部位涂覆有金属用常温速硬化型双液混合粘接材料的试验体(C10~C14)中，有防止铝和钢界面的电腐蚀的作用，抑制腐蚀导致的CTS、TSS的下降，显示高的腐蚀后CTS、TSS。具体地，可知相对于No.C9，随着No.C10、No.C11、No.C12增加粘接剂涂覆部位，腐蚀后TSS及腐蚀后CTS按顺序变高。
＜实施例D＞
在实施例D中，设为将上板10为板厚1.2mm的铝合金A6N01、下板20为板厚1.2mm的1480MPa级热处理完成钢板组合的重叠接头，进行3kW的圆盘激光焊接来接合。照射位置处的激光束径的直径为0.5mm，以与接合辅助部件30的有无无关地涂覆直径4.0mm的圆的方式使照射位置漩涡状地动作。
相对于该焊接接头1，根据JIS Z3136“及JIS Z3137，进行破坏试验。这里，将Z3136的拉伸强度用TSS表示，将Z3137的拉伸强度用CTS表示。作为合格与否判定值，为TSS≥6kN，CTS≥4kN。
进而，作为虽非必须但为优选的性能值，与实施例A、B、C同样地，相对于焊接接头1将日本汽车标准组织循环腐蚀试验(JASO-CCT)实施28天，之后同样地实施破坏试验，取得腐蚀后TSS及腐蚀后CTS。这些优选性能值的合格判定值相对于无腐蚀试验的值为80%以上。此外，将焊接时的溅射发生量根据母材附着状态来评价，几乎不附着的用○表示，判断成稍微有附着但在允许范围的用△表示，判断成附着较多而无法允许的用×表示。
在表4中，将比较例表示为No.D1~D2，将本实施例表示为No.D3~D5。
表4
No.D1不使用接合辅助部件也不在上板10开孔地对上板10直接实施激光焊接。也不使用粘接剂。作为上板的铝合金和作为下板的钢熔融混合，所以形成的焊接金属为极脆的金属间化合物，呈低的TSS、CTS。铝和铁熔融混合时发生强烈的化学反应，所以溅射也较多。
No.D2将一层形状的直径9.75mm的正八角形的接合辅助部件30载置于开有直径6.5mm的孔的上板10之上而从其上激光焊接。在接合辅助部件30和下板20之间产生上板10的板厚度的间隙，所以即使激光照射也不能将它们一体化，焊接本身就无法实施。不发生铁和铝的化学反应，但熔融池形成不稳定，且激光照射面平坦所以溅射飞散较多。
另一方面，No.D3~D5将设有圆形的凹部33的二层形状且非插入部32的形状为直径9.75mm的正八角形的钢制的接合辅助部件30插入在设有直径6.5mm的圆形的开孔的上板10，从其上将凹部33的面内激光照射来与下板20焊接。接合辅助部件30的插入部31的外径PD1为6.24mm，凹部33的内径为4.4mm。在这些试验体中，铝向形成的焊接金属的流入为零，形成高品质的焊接金属，且呈接合辅助部件30的非插入部32相对于上板10的孔11有较宽的面积的构造，所以在十字拉伸试验中防止脱落，也得到较高的CTS。此外，通过使照射位置具有凹陷能够减少溅射飞散。
进而，此外，在对合适的部位涂覆有粘接材料的试验体No.D4，D5中，有防止铝和钢界面的电腐蚀的作用，抑制腐蚀导致的CTS、TSS的下降，显示高的腐蚀后CTS、TSS。具体地，可知与No.D3相比，涂覆有粘接剂的No.D4显示高的腐蚀后CTS、TSS。
＜实施例E＞
在实施例E中，设为将上板10为板厚4.0mm的铝合金A7N01、下板20为板厚3.0mm的1180MPa级高张力钢板组合的重叠接头，使用钢制的接合辅助部件30将7kW的碳酸气体激光焊接和电弧焊接组合使用来接合。在上板10开有直径12.5mm的圆形，另一方面，在下板20应焊接的部位，通过拉伸加工形成高度1.5mm的膨出部21，以使膨出部21向上板10的孔11侵入的方式在同轴上重叠。接合辅助部件30使用780MPa级高张力钢作为材质，设置成设有圆形的凹部33的二层形状的圆形形状。
将照射位置处的激光束径的直径设为0.5mm，以圆状地涂覆接合辅助部件30的凹部33的底面方式使其漩涡状地动作。电弧焊接具体地是等离子体气体为Ar100%、保护气体为Ar99%＋H21%的等离子体电弧焊接法，将直径1.2mm的JIS Z3312 G78A4MN5CM3T的钢制焊丝用于填料。
相对于该焊接接头1，根据JIS Z3136“对于电阻点焊及凸焊焊接接头的剪切试验的试验片尺寸及试验方法”及JIS Z3137“电阻点焊及凸焊焊接接头的十字拉伸试验”，进行破坏试验。这里，将Z3136的拉伸强度用TSS表示，将Z3137的拉伸强度用CTS表示。作为合格与否判定值，为TSS≥10kN，CTS≥8kN。
进而，作为虽非必须但为优选的性能值，与实施例A~D同样地，相对于焊接接头1将日本汽车标准组织循环腐蚀试验(JASO-CCT)实施28天，之后同样地实施破坏试验，取得腐蚀后TSS及腐蚀后CTS。这些优选性能值的合格判定值相对于无腐蚀试验的值为80%以上。此外，将焊接时的溅射发生量根据母材附着状态来评价，几乎不附着的用○表示，判断成稍微有附着但在允许范围的用△表示，判断成附着较多而无法允许的用×表示。
在表5中，将比较例表示为No.E1，将本实施例表示为No.E2~E4。
表5
No.E1在不使用激光和电弧的组合时，先进行电弧将焊接金属填满接合辅助部件30的凹部33，从其中间地点照射激光，与电弧结束同时地使激光也照射结束。焊接金属存积于凹部33的底部，由此不会得到基于激光照射的深的熔化效果，使用接合辅助部件30和下板钢板的接合不充分，TSS、CTS都为低的值。此外，焊接金属填满接合辅助部件30的凹部33，使用接合辅助部件30的凹部33的内壁面捕捉通过激光产生的溅射的效果消失，溅射多向周围飞散。
另一方面，No.E2~E4先照射激光，充分将接合辅助部件30和下板20熔融而一体化后，照射电弧。铝向形成的焊接金属的流入为零，会形成高品质的焊接金属，呈接合辅助部件30的非插入部32相对于上板10的孔11具有较宽的面积的构造，所以在十字拉伸试验中防止脱落，也得到较高的CTS。电弧一直产生至填满接合辅助部件30的凹部33，但激光在其途中阶段结束照射。因此，由激光焊接产生的溅射被接合辅助部件30的凹部33的壁面捕捉，不向周围飞散。下板20的膨出部21的形成仅通过使上板10和下板20配合的作业容易来使焊接截面积减少，有助于高效率化。
进而，此外，在对合适的部位涂覆有粘接材料的试验体No.E3，E4中，有防止铝和钢界面的电腐蚀的作用，抑制腐蚀导致的CTS、TSS的下降，显示高的腐蚀后CTS、TSS。具体地，可知与No.E2相比，涂覆有粘接剂的No.E3显示高的腐蚀后CTS、TSS。
本发明是基于2016年9月26日申请的日本专利申请(特愿2016-187536)作出的，将其内容作为参照引用于此。
附图标记说明
10 上板
11 孔
20 下板
30 接合辅助部件
31 插入部
32 非插入部
33 凹部
40 焊接金属
W 焊接部
Wa 余量。

Claims (23)

1.一种将铝合金或镁合金制的第1板和钢制的第2板接合的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
包括在前述第1板开孔的工序、使前述第1板和前述第2板重合的工序、将接合辅助部件插入设置于前述第1板的孔的工序、将激光向前述接合辅助部件的凹部照射来将前述第2板及前述接合辅助部件接合的工序，前述接合辅助部件具有包括插入部和非插入部的带台阶的外形形状，且在中央部具有从前述非插入部向前述插入部凹陷的前述凹部，前述接合辅助部件是钢制的。
2.一种将铝合金或镁合金制的第1板和钢制的第2板接合的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
包括在前述第1板开孔的工序、使前述第1板和前述第2板重合的工序、将接合辅助部件插入设置于前述第1板的孔的工序以及如下工序：将激光向前述接合辅助部件的凹部照射，且在前述激光的照射的同时、在前述激光的照射中及在前述激光的照射后的某一方，通过以下的a~c的任意手法进行电弧焊接，将前述第2板及前述接合辅助部件接合，并且将前述接合辅助部件的凹部的至少一部分用焊接金属填充，前述接合辅助部件具有包括插入部和非插入部的带台阶的外形形状，且在中央部具有从前述非插入部向前述插入部凹陷的前述凹部，前述接合辅助部件是钢制的，
a将能得到铁合金或镍合金的前述焊接金属的焊丝用作熔化极的气体保护电弧焊接法，
b将前述焊丝用作非熔化极填料的气体钨极电弧焊接法，
c将前述焊丝用作非熔化极填料的等离子体电弧焊接法。
3.如权利要求1或2所述的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
在前述第2板处，通过拉伸加工形成有膨出部，
在前述重合工序中，前述第2板的膨出部配置于前述第1板的孔内。
4.如权利要求1或2所述的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
在前述重合工序前，还具备在前述第1板和前述第2板的至少一方的重合面在前述孔的周围遍及整周地涂覆粘接剂的工序。
5.如权利要求1或2所述的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
在前述插入工序中，在前述接合辅助部件的非插入部和与该非插入部相向的前述第1板之间的至少一方的相向面涂覆粘接剂。
6.如权利要求1或2所述的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
在前述插入工序时或前述焊接工序后，在前述接合辅助部件的非插入部和前述第1板的表面的边界部涂覆粘接剂。
7.如权利要求1或2所述的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
前述接合辅助部件的插入部的底部的高度（PH1）为0.5mm以上，且为2.5mm和前述第1板的板厚（BH）的125%的较小的一方的值以下。
8.如权利要求1或2所述的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
前述插入部的外壁面与水平方向所成的角度θ为80~95°。
9.如权利要求1或2所述的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
前述接合辅助部件的插入部和非插入部的边界部的直径（PD1）相对于前述第1板的孔的直径（BD）为80%以上105%以下。
10.如权利要求1或2所述的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
前述接合辅助部件的非插入部的直径（PD2）相对于前述第1板的孔的直径（BD）为105%以上。
11.如权利要求1或2所述的异种材料接合用点焊法，其特征在于，
前述接合辅助部件的非插入部的高度（PH2）为前述第1板的板厚（BH）的50%以上150%以下。
12.一种接合辅助部件，其特征在于，
被用于权利要求1或2所述的异种材料接合用点焊法，
前述接合辅助部件是钢制的，具有包括插入部和非插入部的带台阶的外形形状，且在中央部具有从前述非插入部向前述插入部凹陷的凹部。
13.一种异种材料焊接接头，前述异种材料焊接接头具备铝合金或镁合金制的第1板、点焊于该第1板的钢制的第2板，其特征在于，
前述第1板具有面向与前述第2板的重合面的孔，
还具备接合辅助部件，前述接合辅助部件具有包括插入部和非插入部的带台阶的外形形状，且在中央部具有从前述非插入部向前述插入部凹陷的凹部，前述接合辅助部件是钢制的，前述插入部被插入设置于前述第1板的孔，
在前述第2板和前述接合辅助部件的插入部的界面，由前述第2板及前述接合辅助部件形成焊接部。
14.如权利要求13所述的异种材料焊接接头，其特征在于，
前述焊接部还至少填充前述接合辅助部件的凹部的一部分。
15.如权利要求13所述的异种材料焊接接头，其特征在于，
在前述第1板的孔内配置形成于前述第2板的膨出部。
16.如权利要求13所述的异种材料焊接接头，其特征在于，
在前述第1板和前述第2板的至少一方的前述重合面，具备在前述孔的周围遍及整周地设置的粘接剂。
17.如权利要求13所述的异种材料焊接接头，其特征在于，
具备设置于前述接合辅助部件的非插入部和与该非插入部相向的前述第1板之间的至少一方的相向面的粘接剂。
18.如权利要求13所述的异种材料焊接接头，其特征在于，
具备设置于前述接合辅助部件的非插入部和前述第1板的表面的边界部的粘接剂。
19.如权利要求13所述的异种材料焊接接头，其特征在于，
前述接合辅助部件的插入部的底部的高度（PH1）为0.5mm以上，且为2.5mm和前述第1板的板厚（BH）的125%的较小的一方的值以下。
20.如权利要求13所述的异种材料焊接接头，其特征在于，
前述插入部的外壁面与水平方向所成的角度θ为80~95°。
21.如权利要求13所述的异种材料焊接接头，其特征在于，
前述接合辅助部件的插入部和非插入部的边界部的直径（PD1）相对于前述第1板的孔的直径（BD）为80%以上105%以下。
22.如权利要求13所述的异种材料焊接接头，其特征在于，
前述接合辅助部件的非插入部的直径（PD2）相对于前述第1板的孔的直径（BD）为105%以上。
23.如权利要求13所述的异种材料焊接接头，其特征在于，
前述接合辅助部件的非插入部的高度（PH2）为前述第1板的板厚（BH）的50%以上150%以下。
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