CN111819026A - 接合结构以及接合方法 - Google Patents

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。在第一构件10以及第二构件20夹持着第三构件30状态下，第一构件10以及第二构件2的与间隔部25对应的区域经由贯通孔31相互被激光焊接。间隔部25由通过电弧焊接接合于第二构件20的焊料构成，且中央部比外周部更朝向第一构件10突出。

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的第一材料和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，在专利文献1的发明中，在第一材料和第二材料形成压出成锥状的压花形状的突起部，并使突起部彼此对置而缩小了间隙后进行激光焊接。

在此，突起部通常利用冲压加工来进行基于拉深加工的成形，但当第一材料和第二材料被冲压加工时，由于在拉深加工时作为凸侧的模具的冲头和作为凹侧模具的冲模之间的间隙，例如在间隙过狭等的情况下，它们的一部分有可能被过度拉深而生成比板厚薄得多的部分，从而接合强度降低。

本发明是鉴于以上问题完成的，其目的在于能够在不使同种系的金属材的厚度变薄的情况下将金属材与异种材接合。

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，在所述第二构件设置有间隔部，所述间隔部通过接合于所述第二构件的与所述第一构件对置的表面的焊料构成，且中央部比外周部更朝向该第一构件突出，

在所述第三构件形成有供所述间隔部插入的贯通部，

在所述间隔部被插入所述贯通部且在所述第一构件与所述第二构件之间夹持着该第三构件的状态下，所述第一构件至少被焊接于该间隔部。

在第一方案中，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和第二构件难以焊接的异种材料构成。在第一构件和第二构件夹持着第三构件的状态下，第一构件和第二构件的与间隔部对应的区域经由贯通部相互焊接。间隔部通过接合于第二构件的焊料构成且中央部比外周部更朝向第一构件突出。

由此，能够不使作为同种系的金属材的第一构件以及第二构件的厚度变薄，而在第一构件以及第二构件之间夹入了作为异种材料的第三构件的状态下进行接合。

具体而言，在以第一构件和第二构件之间夹入了第三构件的状态进行焊接的情况下，由于第一构件和第二构件以第三构件的厚度的量隔开配置，因此间隙过大而无法进行激光焊接。

因此，以往是在对第一构件和第二构件进行冲压加工而形成压花形状的突起部，并使突起部彼此对置而使间隙缩小之后，进行激光焊接。

然而，存在如下风险，即第一构件以及第二构件被冲压加工后，它们的一部分被拉深而产生比板厚薄的部分，从而接合强度降低。

因此，在本方案中，对第二构件，例如，通过进行使用了消耗电极、填充焊丝的电弧焊接或使用了填充焊丝的激光填料焊接，设置由焊料构成的间隔部。由此，能够不使第二构件的厚度变薄，而将第一构件和第二构件之间的间隙缩小间隔部的高度的量，并通过激光焊接来接合第一构件和第二构件。

在此，由于间隔部的中央部比外周部更突出，因此在将间隔部插入贯通部的状态下，在间隔部的周边，即在间隔部和贯通部的内周壁之间设置有间隙。并且，在将第一构件以及第二构件激光焊接并且熔融金属凝固收缩时的第一构件的变形因间隔部周边的间隙而被允许。

由此，能够压缩固定夹持在第一构件以及第二构件之间的第三构件。

第二方案的特征在于，在第一方案的基础上，

所述第一构件以所述第一构件的与所述间隔部对应的区域朝向该间隔部弯曲的状态至少被焊接于该间隔部。

在第二方案中，第一构件和第二构件以第一构件的与间隔部对应的区域弯曲的状态被接合。换句话说，在将第一构件和第二构件激光焊接后熔融金属凝固收缩而使第一构件弯曲，由此第一构件和间隔部之间的间隙缩小，因此能够压缩固定夹持在其间的第三构件。

第三方案以一种接合方法为对象，该结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，

在所述第三构件形成有贯通部，

所述接合方法具备：

通过使焊料熔融并接合于所述第二构件，由此设置中央部比外周部更突出的间隔部的工序；

以使所述间隔部插入所述第三构件的所述贯通部的状态，在所述第一构件和所述第二构件之间夹入该第三构件的工序；

对所述第一构件的与所述间隔部对应的区域照射激光而将该第一构件至少与该间隔部焊接的工序。

在第三方案中，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和第二构件难以焊接的异种材料构成。并且，通过使焊料熔融而接合于第二构件来设置中央部比外周部更突出的间隔部，并在第一构件和第二构件之间夹持第三构件的状态下，将第一构件至少与间隔部激光焊接。

由此，能够不使作为同种系的金属材的第一构件和第二构件的厚度变薄，而以在第一构件以及第二构件之间夹入作为异种材料的第三构件的状态进行接合。

第四方案的特征在于，在第三方案的基础上，

在设置所述间隔部的工序中，在将所述第三构件重合于所述第二构件的状态下，使所述焊料在所述贯通部内熔融。

在第四方案中，使第二构件和第三构件重合，使焊料在贯通部内熔融。由此，能够通过第三构件的贯通部的内周壁限制熔融的焊料在第二构件的表面扩宽，从而易于将间隔部设定为所需的高度。

第五方案的特征在于，在第三或者第四方案的基础上，

在设置所述间隔部的工序中，以所述间隔部的中央部的高度高于所述第三构件的厚度的方式使所述焊料熔融，

在所述第一构件和所述第二构件之间夹入所述第三构件的工序在所述焊料凝固前进行。

在第五方案中，以间隔部的中央部的高度高于第三构件的厚度的方式使焊料熔融，并在焊料凝固前在第一构件和第二构件之间夹入第三构件。

由此，即使在间隔部的中央部的高度超过第三构件的厚度的情况下，通过在焊料凝固前，将第一构件按压于间隔部，能够使间隔部的中央部变形而收入贯通部内。之后，通过将第一构件和第二构件激光焊接，能够在第一构件和第二构件之间夹入了第三构件的状态下进行相互接合。

第六方案的特征在于，在第五方案的基础上，

在将所述第一构件至少与所述间隔部焊接的工序中，在该间隔部的温度为熔点以下且100℃以上时照射激光。

在第六方案中，在间隔部的温度为熔点以下100℃以上时，即在赤热状态时进行激光焊接，由此熔融金属凝固时的收缩性变得良好。

第七方案的特征在于，在第三方案的基础上，

具备准备成形夹具的工序，所述成形夹具设置有沿厚度方向贯通且孔径从一个表面朝另一个表面逐渐变大的成形孔，并且所述成形夹具由比所述焊料熔点高的材料构成，

在设置所述间隔部的工序中，在将所述成形夹具的所述成形孔的孔径大的一侧的表面重合于所述第二构件的状态下使所述焊料在所述成形孔内熔融后，取下该成形夹具。

在第七方案中，在将由比焊料熔点高的材料构成的成形夹具重合于第二构件状态下，使焊料熔融于成形孔。例如，在由当接触到高温的焊料时变形或熔化的铝材或树脂材构成第三构件的情况等中，使用成形夹具预先成形间隔部即可。

另外，通过将成形夹具的成形孔的孔径大的一侧的表面重合于第二构件，在焊料凝固后，易于取下成形夹具。

发明效果

根据本公开的方案，能够在不使同种系的金属材的厚度变薄的情况下将金属材与异种材接合。

附图说明

图1是用于说明本实施方式1的接合结构的侧面剖视图。

图2是示出正在通过电弧焊接在第二构件设置间隔部的状态的侧面剖视图。

图3是用于说明激光焊接前的接合结构的侧面剖视图。

图4是示出在本实施方式2的接合结构中，正在通过电弧焊接在第二构件设置间隔部的状态的侧面剖视图。

图5是用于说明激光焊接前的接合结构的侧面剖视图。

图6是用于说明焊接后的接合结构的侧面剖视图。

图7是示出在本实施方式3的接合结构中，正在通过电弧焊接在第二构件设置间隔部的状态的侧面剖视图。

图8是用于说明激光焊接前的接合结构的侧面剖视图。

图9是用于说明焊接后的接合结构的侧面剖视图。

图10示出在本实施方式4的接合结构中，正在通过电弧焊接在第二构件设置间隔部的状态的侧面剖视图。

图11是用于说明激光焊接前的接合结构的侧面剖视图。

图12是用于说明焊接后的接合结构的侧面剖视图。

图13是用于说明其他实施方式的接合结构的侧面剖视图。

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所示，本实施方式的接合结构是以在第一构件10和第二构件20之间夹入了第三构件30的状态相互接合而成的结构。

第一构件10是由金属材构成的板状的构件。第二构件20是由相对于第一构件10能够焊接的同种系的金属材构成的板状的构件。在第二构件20的与第一构件10对置的面设置有间隔部25。

间隔部25由接合于第二构件20的焊料构成。间隔部25形成为中央部比外周部更朝向第一构件10而突出成弯曲状的形状。

第三构件30是由相对于第一构件10和第二构件20难以焊接的材料构成的板状的构件，且形成有作为贯通部的贯通孔31。需要说明的是，虽然贯通部设为贯通孔31，但也可以是贯通槽。

在此，间隔部25插入第三构件30的贯通孔31。这样，由于在第三构件30的贯通孔31插入间隔部25，因此，对于贯通孔31而言，具有抑制第二构件20相对于贯通孔31的相对位置偏移的效果。

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，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。

需要说明的是，在以下的说明中，对使用低碳钢材作为第一构件10和第二构件20，使用铝材作为第三构件30，使用低碳钢材作为焊料的情况进行说明。

第一构件10和第二构件20通过激光焊接来接合。具体而言，激光焊接是从第一构件10的板厚方向的上侧朝向与间隔部25对应的区域照射激光L来进行的。

并且，若对第一构件10照射激光L来进行激光焊接，在焊接时形成焊接部40。这时，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，第一构件10的与间隔部25对应的区域变成朝向间隔部25弯曲的状态，从而第一构件10和间隔部25之间的间隙缩小。

由此，作为同种系的金属材的第一构件10和第二构件20经由间隔部25相互熔融结合而被凝固收缩，夹在它们之间的作为异种材的第三构件30被压缩固定。

以下，对第一构件10、第二构件20和第三构件30的接合方法进行说明。如图2所示，首先，通过使用电弧焊接机50对第二构件20进行电弧焊接(CO₂、MAG、TIG)，由此在第二构件20的表面设置由焊料构成的间隔部25。间隔部25因熔融时的表面张力而呈朝向上方突出成弯曲状的形状。因此，间隔部25的中央部变得比外周部的高度高。

需要说明的是，在进行电弧焊接时，需要调整焊料的进给量，以使得间隔部25的下侧周缘部的外径小于第三构件30的贯通孔31的孔径且间隔部25的中央部的高度低于第三构件30的板厚。

接下来，如图3所示，以使间隔部25插入第三构件30的贯通孔31的状态，在第一构件10和第二构件20之间夹入第三构件30。在此，由于间隔部25的中央部的高度比第三构件30的板厚低，因此成为在第一构件10和间隔部25之间设置有间隙的状态。

然后，对第一构件10的与间隔部25对应的区域照射激光L，在第一构件10、间隔部25和第二构件20形成连续的焊接部40。由此，将第一构件10和第二构件20经由间隔部25而接合。

此时，如图1所示，焊接部40的熔融金属凝固收缩而使第一构件10弯曲，由此使第一构件10和间隔部25之间的间隙缩小，因此能够在作为同种系的金属材的第一构件10和第二构件20之间压缩固定作为异种材料的第三构件30。

《实施方式2》

以下，使用图4～图6对本实施方式2的接合结构进行说明。需要说明的是，对与所述实施方式1相同的部分赋予相同的附图标记而仅对不同点进行说明。

如图4所示，首先使第三构件30重合于第二构件20。然后，用电弧焊接机50使焊料在第三构件30的贯通孔31内熔融，从而在第二构件20的表面设置由焊料构成的间隔部25。此时，由于能够通过第三构件30的贯通孔31的内周壁限制熔融的焊料在第二构件20的表面扩宽，因此易于将间隔部25设定为所需的高度。

间隔部25因熔融时的表面张力而呈朝向上方突出成弯曲状的形状。因此，间隔部25的中央部比外周部的高度高。

需要说明的是，在进行电弧焊接时，需要调整焊料的进给量，以使得间隔部25的中央部的高度低于第三构件30的板厚。

接下来，如图5所示，使第一构件10重合于第三构件30的上表面，在使间隔部25插入第三构件30的贯通孔31状态下，在第一构件10和第二构件20之间夹入第三构件30。在此，由于间隔部25的中央部的高度低于第三构件30的板厚，因此成为在第一构件10和间隔部25之间设置有间隙的状态。

并且，对第一构件10的与间隔部25对应的区域照射激光L，从而在第一构件10、间隔部25和第二构件20形成连续的焊接部40。由此，将第一构件10和第二构件20经由间隔部25接合。

此时，如图6所示，焊接部40的熔融金属凝固收缩而使第一构件10弯曲，由此使第一构件10和间隔部25之间的间隙缩小，因此能够在作为同种系的金属材的第一构件10和第二构件20之间压缩固定作为异种材料的第三构件30。

《实施方式3》

以下，使用图7～图9对本实施方式3的接合结构进行说明。需要说明的是，对与所述实施方式1相同的部分赋予相同的附图标记而仅对不同点进行说明。

如图7所示，首先使第三构件30重合于第二构件20。然后，用电弧焊接机50使焊料在第三构件30的贯通孔31内熔融，从而在第二构件20的表面设置由焊料构成的间隔部25。

间隔部25因熔融时的表面张力而呈朝向上方突出成弯曲状的形状。因此，间隔部25的中央部比外周部的高度高。

在此，在进行电弧焊接时调整焊料的进给量，以使得间隔部25的中央部的高度高于第三构件30的板厚。例如，使间隔部25的中央部的高度比第三构件30的板面高0.1～1mm左右。

接下来，如图8所示，在熔融的焊料凝固前(例如，凝固时间为2～3秒)，将第一构件10重合于第三构件30的上表面，使第一构件10按压于间隔部25。由此，使间隔部25的中央部变形而将间隔部25收进第三构件30的贯通孔31内。

然后，对第一构件10的与间隔部25对应的区域照射激光L，在第一构件10、间隔部25和第二构件20形成连续的焊接部40。由此，将第一构件10和第二构件20经由间隔部25接合。

在此，激光L的照射在间隔部25的温度为熔点以下且100℃以上时，即在赤热状态时进行。由此，如图9所示，由于熔融金属凝固时的收缩性良好，焊接部40的熔融金属凝固收缩而第一构件10弯曲，从而能够在作为同种系的金属材的第一构件10和第二构件20之间压缩固定作为异种材料的第三构件30。

《实施方式4》

以下，使用图10～图12对本实施方式4的接合结构进行说明。需要说明的是，对与所述实施方式1相同的部分赋予相同的附图标记而仅对不同点进行说明。

如图10所示，准备用于成形间隔部25的成形夹具45。成形夹具45为由比焊料熔点高的材料构成的板状的构件。例如，在使用熔点为1600℃左右的低碳钢材作为焊料的情况下，成形夹具45由熔点为3000℃以上的钨或钼等构成即可。

由此，即使例如在由当接触到高温的焊料时变形或熔化的铝材(熔点660℃左右)构成第三构件30的情况下，也能够使用成形夹具45预先成形间隔部25。

在成形夹具45设置有沿厚度方向贯通的成形孔46。成形孔46形成为孔径从成形夹具45的上表面朝下表面逐渐变大的锥状。在此，成形孔46的下表面侧的孔径小于第三构件30的贯通孔31的孔径(例如，小0.5mm左右)。

需要说明的是，成形孔46的形状不限定于锥状，只要是在焊料凝固后易于取下成形夹具45的形状即可。例如，成形孔46的剖面也可以形成为圆弧状。

然后，在使成形夹具45的成形孔46的孔径大的一侧的表面重合于第二构件20的状态下，用电弧焊接机50使焊料在成形夹具45的成形孔46内熔融，从而在第二构件20的表面设置由焊料构成的间隔部25。在此，由于成形孔46形成为锥状，因此在焊料凝固后易于取下成形夹具45。

间隔部25的外周部与成形孔46的锥形状对应地形成为锥形状。间隔部25的中央部因熔融时的表面张力而呈朝向上方突出成弯曲状的形状。因此，间隔部25的中央部比外周部高度高。

需要说明的是，在进行电弧焊接时，需要调整焊料的进给量，以使得间隔部25的中央部的高度低于第三构件30的板厚。

接下来，如图11所示，以使第一构件10重合于第三构件30的上表面，且使间隔部25插入第三构件30的贯通孔31状态，在第一构件10和第二构件20之间夹入第三构件30。在此，由于间隔部25的中央部的高度低于第三构件30的板厚，因此成为在第一构件10和间隔部25之间设置有间隙的状态。

然后，对第一构件10的与间隔部25对应的区域照射激光L，在第一构件10、间隔部25和第二构件20形成连续的焊接部40。由此，将第一构件10和第二构件20经由间隔部25接合。

此时，如图12所示，焊接部40的熔融金属凝固收缩而使第一构件10弯曲，由此使第一构件10和间隔部25之间的间隙缩小，因此能够在作为同种系的金属材的第一构件10和第二构件20之间压缩固定作为异种材料的第三构件30。

《其他实施方式》

关于前述实施方式，也可以设为以下那样的结构。

在本实施方式中，通过进行激光焊接使得在第一构件10、间隔部25和第二构件20形成连续的焊接部40，但并不限定于该方式。

例如，如图13所示，也可以通过从第一构件10的上表面侧照射激光L而在第一构件10和间隔部25形成连续的焊接部40。这样，若将第一构件10至少与间隔部25接合，则可以将第一构件10、第二构件20和第三构件30相互接合。

另外，在本实施方式中，仅在第二构件20设置间隔部25，例如，也可以在第一构件10也设置间隔部25。

另外，在本实施方式中，通过对第二构件20进行电弧焊接而设置由焊料构成的间隔部25，但也可以例如通过进行激光填料焊接来设置间隔部25。

产业上的可利用性

如以上所说明的那样，本发明由于能够得到在不使同种系的金属材的厚度变薄的情况下接合金属材和异种材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。

附图标记说明

10 第一构件

20 第二构件

25 间隔部

30 第三构件

31 贯通孔(贯通部)

45 成形夹具

46 成形孔

L 激光。

Claims (7)

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，

在所述第二构件设置有间隔部，所述间隔部通过接合于所述第二构件的与所述第一构件对置的表面的焊料构成，且中央部比外周部更朝向该第一构件突出，

在所述第三构件形成有供所述间隔部插入的贯通部，

在所述间隔部被插入所述贯通部且在所述第一构件与所述第二构件之间夹持着该第三构件的状态下，所述第一构件至少被焊接于该间隔部。

2.根据权利要求1所述的接合结构，其特征在于，

所述第一构件以所述第一构件的与所述间隔部对应的区域朝向该间隔部弯曲的状态至少被焊接于该间隔部。

3.一种接合方法，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，

在所述第三构件形成有贯通部，

所述接合方法具备：

通过使焊料熔融并接合于所述第二构件，由此设置中央部比外周部更突出的间隔部的工序；

以使所述间隔部插入所述第三构件的所述贯通部的状态，在所述第一构件和所述第二构件之间夹入该第三构件的工序；以及

对所述第一构件的与所述间隔部对应的区域照射激光而将该第一构件至少与该间隔部焊接的工序。

4.根据权利要求3所述的接合方法，其特征在于，

在设置所述间隔部的工序中，在将所述第三构件重合于所述第二构件的状态下，使所述焊料在所述贯通部内熔融。

5.根据权利要求3或4所述的接合方法，其特征在于，

在设置所述间隔部的工序中，以所述间隔部的中央部的高度高于所述第三构件的厚度的方式使所述焊料熔融，

在所述第一构件和所述第二构件之间夹入所述第三构件的工序在所述焊料凝固前进行。

6.根据权利要求5所述的接合方法，其特征在于，

在将所述第一构件至少与所述间隔部焊接的工序中，在该间隔部的温度为熔点以下且100℃以上时照射激光。

7.根据权利要求3所述的接合方法，其特征在于，

具备准备成形夹具的工序，所述成形夹具设置有沿厚度方向贯通且孔径从一个表面朝另一个表面逐渐变大的成形孔，并且所述成形夹具由比所述焊料熔点高的材料构成，

在设置所述间隔部的工序中，在将所述成形夹具的所述成形孔的孔径大的一侧的表面重合于所述第二构件的状态下使所述焊料在所述成形孔内熔融后，取下该成形夹具。

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