CN111819025A - 接合结构以及接合方法 - Google Patents

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Abstract

第一构件10和第二构件20由同种系的金属材构成，第三构件30由相对于第一构件10和第二构件20难以焊接的异种材料构成。第一构件10和第二构件20的与第一突起部11对应的区域在第一构件10和第二构件20夹着第三构件30的状态下经由贯通孔31被相互焊接。对于第一构件10和第三构件30、以及第二构件20和第三构件30，各自的重合部分的外周部被焊接。

Description

接合结构以及接合方法
技术领域
本发明涉及接合结构以及接合方法。
背景技术
根据以往，已知有如下接合结构：以在由能够相互焊接的同种系的金属材构成第一材料以及第二材料之间夹入相对于第一材料以及第二材料难以焊接的第三材料的状态，焊接第一材料和第二材料，由此压缩固定作为异种材的第三材料(例如，参照专利文献1)。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/170517号
发明内容
发明要解决的课题
然而，在使异种材夹入同种系的金属材之间而成的接合结构中，存在水分通过异种材和同种系的金属材之间的重合方向的间隙而从外部侵入的风险。并且，存在因侵入的水分而在异种材和同种系金属材重合的部分发生电腐蚀，降低接合强度的风险。
本发明是鉴于以上情况完成的，其目的在于抑制在同种系的金属材与异种材重合的部分发生电腐蚀。
用于解决课题的方案
本公开的方案是以通过将由金属材构成的第一构件、由相对于该第一构件能够焊接的同种系的金属材构成的第二构件、以及由相对于该第一构件和该第二构件难以焊接的材料构成的第三构件相互接合而成的接合结构为对象，采取了如下的解决方案。
即，第一方案的特征在于，在所述第一构件和所述第二构件的至少一方设置有突起部，
在所述第三构件形成有供所述突起部插入的贯通部，
所述第一构件和所述第二构件的与所述突起部对应的区域在所述第一构件和所述第二构件夹持着所述第三构件的状态下，经由所述贯通部被相互焊接，
所述第一构件和所述第三构件的重合部分的外周部、以及所述第二构件和该第三构件的重合部分的外周部分别被焊接。
在第一方案中，第一构件以及第二构件由同种系的金属材构成，第三构件由相对于第一构件以及第二构件难以焊接的异种材料构成。第一构件和第二构件的与突起部对应的区域，在第一构件和第二构件夹持着第三构件的状态下，经由贯通部被相互焊接。对于第一构件和第三构件、第二构件和第三构件，各个重合部分的外周部被焊接。
由此，能够抑制在作为同种系的金属材的第一构件以及第二构件、与作为异种材料的第三构件重合的部分发生电腐蚀。
具体而言，通过对第一构件与第三构件重合的部分的外周部、第二构件与第三构件重合的部分的外周部分别进行焊接，由此设为第一构件、第二构件以及第三构件的重合方向的间隙被堵塞了的密闭型的接合结构。
若设为这种结构，则能够抑制水分自外部侵入第一构件、第二构件以及第三构件的重合部分。由此，能够抑制在第一构件、第二构件以及第三构件的重合部分发生电腐蚀，确保接合强度。
第二方案的特征在于，在第一方案的基础上，
所述第一构件和所述第二构件的与所述突起部对应的区域、该第一构件和所述第三构件的重合部分的外周部、以及该第二构件和该第三构件的重合部分的外周部分别被激光焊接。
第二方案通过激光焊接进行第一构件、第二构件以及第三构件的接合。
第三方案的特征在于，在第二方案的基础上，
所述接合结构通过从所述第一构件、所述第二构件、和所述第三构件中的、激光吸收率高的材料侧被照射激光而被激光焊接。
在第三方案中，从第一构件、第二构件和第三构件中的、激光吸收率高的材料侧照射激光。例如，在第一构件和第二构件由低碳钢材构成，第三构件由铝材构成的情况下，由于低碳钢材比铝材对激光的反射率低，即低碳钢材比铝材的激光吸收率高，因此从第一构件以及第二构件侧照射激光来进行焊接。由此，能够高效地吸收激光的能量，使第一构件、第二构件以及第三构件充分地熔融。
第四方案的特征在于，在第一方案中，
所述第一构件和所述第二构件的与所述突起部对应的区域被激光焊接，
所述第一构件和所述第三构件的重合部分的外周部、以及所述第二构件和该第三构件的重合部分的外周部分别通过焊料被焊接。
在第四方案中，通过激光焊接进行第一构件和第二构件的接合，通过使用焊料的焊接(例如，电弧焊接、激光填料焊接)来进行第一构件和第三构件的外周部的接合、以及第二构件和第三构件的外周部的接合。
第五方案以一种接合方法为对象，该接合方法用于将由金属材构成的第一构件、由相对于该第一构件能够焊接的同种系的金属材构成的第二构件、以及由相对于该第一构件和该第二构件难以焊接的材料构成的第三构件相互接合，其特征在于，
在所述第一构件和所述第二构件的至少一方设置有突起部，
在所述第三构件形成有供所述突起部插入的贯通部，
所述接合方法具备：
使所述突起部插入所述第三构件的所述贯通部而在所述第一构件和所述第二构件之间夹持该第三构件的工序；
对与所述突起部对应的区域照射激光而经由所述贯通部将该第一构件和该第二构件相互焊接的工序；
将所述第一构件和所述第三构件的重合部分的外周部、以及所述第二构件和该第三构件的重合部分的外周部分别焊接的工序。
在第五方案中，第一构件和第二构件由同种系的金属材构成，第三构件由相对于第一构件以及第二构件难以焊接的异种材料构成。并且，在第一构件和第二构件夹持着第三构件的状态下，将第一构件和第二构件的与突起部对应的区域经由贯通部相互焊接。另外，对于第一构件和第三构件、第二构件和第三构件，将各个重合部分的外周部焊接。
由此，能够抑制在作为同种系的金属材的第一构件以及第二构件与作为异种材料的第三构件重合的部分发生电腐蚀。
[发明效果]
根据本公开的方案，能够抑制在同种系的金属材与异种材重合的部分发生电腐蚀。
附图说明
图1是示出本实施方式1的第一构件至第三构件的结构的立体图。
图2是用于说明焊接前的接合结构的剖视图。
图3是用于说明焊接前的接合结构的俯视图。
图4是用于说明焊接后的接合结构的剖视图。
图5是用于说明焊接后的接合结构的俯视图。
图6是用于说明本实施方式2的焊接后的接合结构的剖视图。
图7是用于说明焊接后的接合结构的俯视图。
图8是用于说明其他实施方式的焊接后的接合结构的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，以下的优选的实施方式的说明本质上只不过是示例，并非意在限制本发明、其适用对象或其用途。
《实施方式1》
如图1～图3所示，在本实施方式的接合结构中，在接合时，以在第一构件10和第二构件20之间夹入第三构件30的状态进行配置。
第一构件10为由金属材构成的圆盘状的构件，在其中央部的第二构件20侧设置有压出成锥状的压花形状的第一突起部11。
第二构件20为由相对于第一构件10能够焊接的同种系的金属材构成的板状的构件，在第一构件10侧设置有压出成锥状的压花形状的第二突起部21。
第三构件30为由相对于第一构件10和第二构件20难以焊接的材料构成的板状的构件，并形成有作为贯通部的贯通孔31。需要说明的是，虽然将贯通部设为贯通孔31，但也可以是贯通槽。在接合时，作为异种材的第三构件30被夹入作为同种系的金属材的第一构件10和第二构件20之间而配置。
在此，第一突起部11和第二突起部21以插入第三构件30的贯通孔31且相互对置的方式而配置。这样，由于在第三构件30的贯通孔31插入第一突起部11和第二突起部21，因此，对于贯通孔31而言，具有抑制第一构件10和第二构件20相对于贯通孔31的相对位置偏移的效果。另外，对于第一突起部11而言，具有能够以目视确认激光照射位置的标记和焊道形成位置的妥当性的优点。
在此，同种系的金属材是指能够相互焊接的金属，并非只是相同的材质之间，也可以是铁系金属材之间、非铁系金属材之间等焊接接合性良好的金属材。换言之，同种系的金属材即焊接的相容性良好的同种系的材料。
具体而言，举出以下的例子作为焊接时的第一构件10和第二构件20的组合。例如，作为铁系金属材的组合有低碳钢和低碳钢、不锈钢和不锈钢、低碳钢和高强度钢(高拉力钢)、高强度钢和高强度钢等。另外，作为非铁系金属材有铝和铝、铝和铝合金、铝合金和铝合金等。
另外，作为异种材的第三构件30，与作为同种系的金属材的第一构件10和第二构件20是不同材质的材料，并且是相对于第一构件10和第二构件20难以焊接的材质。
例如，在将作为同种系的金属材的第一构件10和第二构件20设为铁系金属材的情况下，作为异种材的第三构件30为激光的吸收率低而难以激光接合的铜材、铝材等非铁系金属材。另外，作为相对于金属材的异种材可举出例如CFRP(Carbon Fiber ReinforcedPlastics，碳纤维强化塑料)、PET(PolyEthlen Terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)等这样的树脂材。
在此，如图2所示，在焊接第一构件10和第二构件20之前，第一突起部11与第二突起部21插入第三构件30的贯通孔31，并且以在板厚方向存在规定的间隙的方式对置配置。
如图4以及图5所示，通过激光焊接进行第一构件10和第二构件20的接合。具体而言，激光焊接通过从第一构件10的板厚方向的上侧朝向激光L的可照射区域(可接合范围)、即与第一突起部11对应的区域以圆状照射激光L来进行。
并且，当使激光L以圆状照射于第一突起部11来进行激光焊接时，在焊接时形成焊接部40。此时，由于第一构件10和第二构件20的焊接部40的熔融金属凝固收缩，因此第一突起部11和第二突起部21之间的间隙缩小。
这样，在与激光L所照射的第一突起部11对应的区域中，以焊接前的存在间隙的状态从板厚方向照射激光L，作为同种系的金属材的第一构件10和第二构件20相互熔融结合并凝固收缩，夹持于它们之间的作为异种材的第三构件30被压缩固定。
然而，在将作为异种材的第三构件30夹入作为同种系的金属材的第一构件10和第二构件之间而成的接合结构中，存在水分侵入第一构件10、第二构件20以及第三构件30重合的部分而发生电腐蚀的风险。
因此，在本实施方式中，对第一构件10和第三构件30的重合部分的外周部、以及第二构件20和第三构件30的重合部分的外周部分别进行焊接。
具体而言，如图4以及图5所示，从第一构件10的板厚方向的上侧沿着第一构件10和第三构件30的重合部分的外周部以圆状照射激光L。由此，第一构件10和第三构件30能够熔融而形成焊接部40，从而设为使第一构件10和第三构件30的重合方向的间隙被堵塞了的密闭型的接合结构。
需要说明的是，在图4的示例中，仅对第一构件10和第三构件30的重合部分的外周部进行激光焊接，但也可以例如以使激光L到达第二构件30的方式进行照射，由此使第一构件10、第二构件20和第三构件30熔融而相互接合。
另外，对于第二构件20和第三构件30的重合部分的外周部，通过从激光吸收率高的材料侧照射激光L来进行激光焊接。
例如，在第二构件20由低碳钢材构成，且第三构件30由铝材构成的情况下，由于低碳钢材比铝材对激光L的反射率低，即低碳钢材比铝材的激光吸收率高，因此通过从第二构件20的板厚方向的下侧沿着第一构件10和第三构件30的重合部分的外周部，以四边形状照射激光L来进行激光焊接。由此，能够高效地吸收激光L的能量，从而使第二构件20和第三构件30充分地熔融。
于是，第二构件20和第三构件30的重合部分的外周部能够熔融而形成焊接部40，从而设为使第二构件20和第三构件30的重合方向的间隙被堵塞了的密闭型的接合结构。
需要说明的是，第二构件20和第三构件30为焊接接合性的相容性较差的组合，由于只要确保气密性即可，因此对于该部分的接合强度要求不高。
因此，距离处于激光L所照射的侧的相反侧的第三构件30的重合面的熔入深度d只要相对于第三构件30的板厚t为20％以上的深度即可。由此，能够使激光L不贯通第三构件30并且确保气密性。需要说明的是，对于第一构件10和第三构件30的熔入深度也同样如此。
若设为这种结构，则能够抑制水分自外部侵入第一构件10、第二构件20和第三构件30的重合部分。由此，能够抑制在第一构件10、第二构件20和第三构件30的重合部分发生电腐蚀，确保接合强度。
《实施方式2》
图6是用于说明本实施方式2的焊接后的接合结构的剖视图。以下，对与所述实施方式1相同的部分赋予相同的附图标记，并仅对不同点进行说明。
如图6以及图7所示，对与第一突起部11和第二突起部21对应的区域从板厚方向的上侧以圆状照射激光L从而形成焊接部40。由此，第一构件10和第二构件20被激光焊接。
第一构件10和第三构件30的重合部分的外周部通过焊料焊接。具体而言，沿着第一构件10和第三构件30的重合部分的外周角部进行电弧焊接或者激光填料焊接。需要说明的是，在第一构件10为低碳钢材，且第三构件30为铝材的情况下，需要使用能够将低碳钢材和铝材焊接的异种材专用的焊料。
由此，能够利用焊料熔融结合的焊接部45，设为使第一构件10和第三构件30的重合方向的间隙被堵塞了的密闭型的接合结构。
另外，对于第二构件20和第三构件30的重合部分的外周部也同样地通过焊料焊接。具体而言，沿着第二构件20和第三构件30的重合部分的外周角部进行电弧焊接或者激光填料焊接。由此，能够利用焊料熔融结合的焊接部45设为使第二构件20和第三构件30的重合方向的间隙被堵塞了的密闭型的接合结构。
若设为这种结构，则能够抑制水分自外部侵入第一构件10、第二构件20和第三构件30的重合部分。由此，能够抑制在第一构件10、第二构件20和第三构件30的重合部分发生电腐蚀，确保接合强度。
《其他实施方式》
对于所述实施方式，也可以设为以下的结构。
在本实施方式中，第一突起部11和第二突起部21的形状相同，但也可以不同。另外，在第一构件10以及第二构件20这两侧设置了突起部，但也可以在任何一方设置突起部。另外，关于激光照射方向，虽然从第一构件10侧照射激光L，但也可以从第二构件20侧照射。
另外，在本实施方式中，第一构件10和第二构件20的材质为同种系的金属材，例如，对分别使用了低碳钢材的情况进行了说明，但只要是能够相互焊接并获得接合强度的同种系的金属材的材质，则材质也可以不同。
另外，在本实施方式2中，对第一构件10和第三构件30的重合部分的外周部、以及第二构件20和第三构件30的重合部分的外周部进行使用了焊料的电弧焊接或激光填料焊接，但并不限定于该方式。
例如，如图8所示，也可以通过沿着第一构件10和第三构件30的重合部分的外周角部使激光L一边从倾斜方向在回转轨道回旋移动一边进行照射，从而使外周角部熔融而将第一构件10和第三构件30焊接。需要说明的是，也对第二构件20和第三构件30的重合部分的外周角部同样地进行焊接即可。
产业上的可利用性
如以上所说明的那样，本发明由于可获得能够抑制在同种系的金属材和异种材重合的部分发生电腐蚀这样的实用性高的效果，因此极为有用且产业上的可利用性高。
附图标记说明
10 第一构件
11 第一突起部
20 第二构件
21 第二突起部
30 第三构件
31 贯通孔(贯通部)
L 激光。

Claims (5)

1.一种接合结构，其通过将由金属材构成的第一构件、由相对于该第一构件能够焊接的同种系的金属材构成的第二构件、以及由相对于该第一构件和该第二构件难以焊接的材料构成的第三构件相互接合而成，其特征在于，
在所述第一构件和所述第二构件的至少一方设置有突起部，
在所述第三构件形成有供所述突起部插入的贯通部，
所述第一构件和所述第二构件的与所述突起部对应的区域在所述第一构件和所述第二构件夹持着所述第三构件的状态下，经由所述贯通部被相互焊接，
所述第一构件和所述第三构件的重合部分的外周部、以及所述第二构件和该第三构件的重合部分的外周部分别被焊接。
2.根据权利要求1所述的接合结构，其特征在于，
所述第一构件和所述第二构件的与所述突起部对应的区域、该第一构件和所述第三构件的重合部分的外周部、以及该第二构件和该第三构件的重合部分的外周部分别被激光焊接。
3.根据权利要求2所述的接合结构，其特征在于，
所述接合结构通过从所述第一构件、所述第二构件和所述第三构件中的、激光吸收率高的材料侧被照射激光而被激光焊接。
4.根据权利要求1所述的接合结构，其特征在于，
所述第一构件和所述第二构件的与所述突起部对应的区域被激光焊接，
所述第一构件和所述第三构件的重合部分的外周部、以及所述第二构件和该第三构件的重合部分的外周部分别通过焊料被焊接。
5.一种接合方法，用于将由金属材构成的第一构件、由相对于该第一构件能够焊接的同种系的金属材构成的第二构件、以及由相对于该第一构件和该第二构件难以焊接的材料构成的第三构件相互接合，其特征在于，
在所述第一构件和所述第二构件的至少一方设置有突起部，
在所述第三构件形成有供所述突起部插入的贯通部，
所述接合方法具备：
使所述突起部插入所述第三构件的所述贯通部而在所述第一构件和所述第二构件之间夹持该第三构件的工序；
对与所述突起部对应的区域照射激光而经由所述贯通部将该第一构件和该第二构件相互焊接的工序；以及
将所述第一构件和所述第三构件的重合部分的外周部、以及所述第二构件和该第三构件的重合部分的外周部分别焊接的工序。
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