CN116551167A - 接合部件及接合部件的制造方法 - Google Patents

接合部件及接合部件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种接合部件，其中，第一金属部件及与前述第一金属部件相对的第二金属部件经由接合部接合，并且，前述第一金属部件的宽度方向上的一端面与前述接合部接触，前述第二金属部件的与前述第一金属部件相对的一侧的表面的一部分与前述接合部接触，在前述第二金属部件中，其材料与前述第一金属部件的材料不同，并且与前述第一金属部件相对的一侧的表面的没有与前述接合部接触的区域被锌覆盖，前述接合部的前述宽度方向上的至少一个端部的锌浓度高于宽度方向的中央部的锌浓度。

Description

接合部件及接合部件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种接合部件及接合部件的制造方法。
背景技术
以往，因为有助于提高车辆的燃油经济性，所以期望车身的轻量化。另一方面，借由焊接由不同材料构成的金属部件而得到的接合部件在刚性与轻量的平衡性上较为优异，因此适用于车辆用零件。
专利文献1中记载了铝合金零件与被锌覆盖的钢零件的焊接。
[现有技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特表2015-501877号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，由于在根部形成金属间化合物，因此接合部件的接合强度有可能降低。另外，由于在根部会产生气孔，因此接合部件的强度有可能降低。
本发明的目的在于提供一种接合部件及接合部件的制造方法，该接合部件能够抑制在根部形成金属间化合物以及产生气孔。
[解决问题的技术手段]
本发明的一方面是一种接合部件，其中，第一金属部件及与前述第一金属部件相对的第二金属部件经由接合部接合，并且，前述第一金属部件的宽度方向上的一端面与前述接合部接触，在前述第二金属部件中，其材料与前述第一金属部件的材料不同，与前述第一金属部件相对的一侧的表面的一部分与前述接合部接触，并且在前述第二金属部件中，与前述第一金属部件相对的一侧的表面的没有与前述接合部接触的区域被锌覆盖，前述接合部的前述宽度方向上的至少一个端部的锌浓度高于宽度方向的中央部的锌浓度。
前述接合部的前述宽度方向上的前述第一金属部件侧的端部的锌浓度可以高于宽度方向的中央部的锌浓度。
前述接合部的前述宽度方向上的与前述第一金属部件相反侧的端部的锌浓度可以高于宽度方向的中央部的锌浓度。
本发明的另一方面是一种接合部件的制造方法，借由使被锌覆盖的第二金属部件及与前述第二金属部件相对的第一金属部件接合，从而制造接合部件，其中，所述方法包括以下工序：对填充材料照射热源使其熔化，由此在前述第二金属部件的被前述锌覆盖的一侧的表面形成堆焊部；及，对前述第一金属部件照射热源使其融化，由此使前述第一金属部件与形成在前述第二金属部件上的堆焊部接合；前述第二金属部件的材料与前述第一金属部件的材料不同。
(发明的效果)
根据本发明，可以提供一种接合部件及接合部件的制造方法，该接合部件能够抑制在根部形成金属间化合物以及产生气孔。
附图说明
图1是绘示本实施方式的接合部件的一个示例的剖视图。
图2是绘示本实施方式的接合部件的制造方法的一个示例的示意图。
图3是绘示图2的接合部件的制造方法中使用的激光焊接机的一个示例的图。
图4是实施例1的堆焊部的截面SEM图像。
图5是比较例1的接合部件的截面SEM图像。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1绘示了本实施方式的接合部件的一个示例。
在接合部件10中，作为第一金属部件的第一金属板11及与作为第一金属板11相对的第二金属部件的第二金属板12经由接合部13接合。此时，第一金属板11的宽度方向D上的一端面11a与接合部13接触。另外，第二金属板12的与第一金属板11相对的一侧的表面的一部分12a与接合部13接触。并且，在第二金属板12中，在与第一金属板11相对的一侧的表面的没有与接合部13接触的区域、即与第一金属板11相对的一侧的表面的剩余部12b上形成有镀锌层14。另外，第二金属板12的材料与第一金属板11的材料不同。
此处，接合部13的宽度方向D上的至少一个端部的锌浓度高于宽度方向D的中央部的锌浓度。因此，能够在接合部13的宽度方向D上的至少一个端部抑制构成第一金属板11的金属与构成第二金属板的金属之间的金属间化合物的形成。其结果，不易发生以金属间化合物为起点的断裂，从而接合部件10的接合强度提高。具体来说，如果接合部件13的宽度方向D的第一金属板11侧的端部、即根部13a的锌浓度高于接合部13的宽度方向D的中央部的锌浓度，则接合部件10的剥离应力变大。另外，如果接合部13的宽度方向D的与第一金属板11相反侧的端部、即终端部13b的锌浓度高于接合部13的宽度方向D的中央部的锌浓度，则侧面角θ变大，因此，能够抑制终端部13b的剪切应力、拉伸应力以及剥离应力的应力集中。
另外，在接合部件10中，作为第一金属部件及第二金属部件，虽然分别使用了第一金属板11及第二金属板12，但第一金属部件和第二金属部件的形状没有特别限定。
作为本实施方式的接合部件的用途，并没有特别限定，可以列举例如车辆用零件等。作为车辆用零件的具体例子，可以列举出例如使用了铁和铝的多材料车身中的铝制侧部面板外板等。
图2绘示了本实施方式的接合部件的制造方法的一个示例。
接合部件的制造方法是以下的方法：使作为被锌覆盖的第二金属部件的形成有镀锌层14的第二金属板12、及作为与第二金属板12相对的第一金属部件的第一金属板11接合，由此制造接合部件。
具体来说，首先，一边在第一金属板11的深度方向上扫描一边对线状填充材料21照射激光L使其熔化(参照图2(a))，从而在第二金属板12的形成有镀锌层14的一侧的表面形成堆焊部22(参照图2(b))。堆焊部22的宽度方向D的两端部的高度低于宽度方向D的中央部的高度，因此宽度方向D的两端部的锌浓度高于宽度方向D的中央部的锌浓度。另外，堆焊部22的宽度方向D的两端部的侧面角变大。此时，优选对形成第二金属板12的堆焊部22的区域照射例如激光，预先加热镀锌层14使其熔化。由此，熔化后的填充材料21容易润湿并扩散在熔化后的镀锌层14上。此处，堆焊部22的宽度方向D与接合部13的宽度方向D相同，是与激光L的扫描方向(第一金属板11的深度方向)及第二基板12的厚度方向垂直的方向。
其次，在接近堆焊部22的中央部附近的状态下，配置第一金属板11的同时，一边在第一金属板11的深度方向上扫描，一边对第一金属板11的宽度方向D的堆焊部22侧的端部及填充材料21照射激光L使其熔化(参照图2(c))，由此，使第一金属板11与堆焊部22接合，即经由接合部13使第一金属板11与第二金属板12接合(参照图2(d))。这样，将接合部件的制造方法设为2个工序，由此，减少对与接合部件的根部对应的区域上的镀锌层14的热输入，能够将镀锌层14的温度控制在抑制锌沸腾的范围内，因此能够抑制气孔的产生。其结果，接合部13的宽度方向D的第一金属板11侧的端部的锌浓度变高。
作为形成有镀锌层14的第二金属板12没有特别限定，可以列举出例如合金化镀锌钢板、熔融镀锌钢板等。其中，优选为熔融镀锌钢板。
第二金属板12的熔点没有特别限定，例如在1496℃以上且1536℃以下。
第二金属板12的厚度没有特别限定，例如在0.5mm以上且3.0mm以下。
镀锌层14的熔点为419.5℃，沸点为907℃。
镀锌层14的厚度没有特别限定，例如在0.0028mm以上且0.014mm以下。
作为构成填充材料21的金属没有特别限定，可以列举出例如铝、铝合金等。作为铝合金，可以列举出例如Al-Mn系合金、Al-Mg系合金、Al-Mg-Si系合金、Al-Cu系合金、Al-Zn-Mg系合金、Al-Si系合金等。其中，优选为Al-Si系合金。
填充材料21的熔点没有特别限定，例如在577℃以上且660℃以下。
线状的填充材料21的直径没有特别限定，例如在1.0mm以上且2.0mm以下。
此外，在图2(a)及图2(c)中，使用了线状的填充材料21，但是填充材料的形状不限定于线状，也可以为例如粉末状、颗粒状、板状等。
另外，在图2(c)中，是使第一金属板11的宽度方向D的堆焊部22侧的端部与填充材料21一同熔化，但也可以在不使用填充材料21的情形下，仅使第一金属板11的宽度方向D的堆焊部22侧的端部熔化。
此外，图2(a)中使用的填充材料21可以与图2(c)中使用的填充材料21相同，也可以不同。
作为第一金属板11没有特别限定，可以列举出例如铝板、铝合金板等。构成铝合金板的铝合金与构成填充材料21的铝合金相同。其中，优选为Al-Mg-Si系铝合金。
第一金属板11的熔点没有特别限定，例如在577℃以上且660℃以下。
此外，构成第一金属板11的金属，可以与构成填充材料21的金属相同，也可以不同。
第一金属板11的厚度没有特别限定，例如在0.5mm以上且5.0mm以下。
另外，本实施方式的接合部件的制造方法只要能够将与接合部件的根部对应的区域上的镀锌层14的温度控制在抑制锌沸腾的范围内，没有特别的限定，也可以不设成2个工序。
图3是绘示图2的接合部件的制造方法中使用的激光焊接机的一个示例。
激光焊接机30具有：振荡器31，产生激光L；激光头32，照射由振荡器31产生的激光L；及，机器人33，操作激光头32。此处，振荡器31和激光头32经由光纤34连接。
作为振荡器31，只要能够利用光纤进行传送所产生的激光L，没有特别限定，可以列举出例如光纤激光器、二极管激光器、盘式激光器等。
激光L的中心波长、输出等可以根据接合部件的制造条件(例如材料、厚度等)适当设定。
作为激光头32，没有特别限定，可以列举出例如固定光学头、可变光学头、衍射光学元件(DOE)等波束赋形器(单波束、双波束等)、检流扫描头等。
作为机器人33没有特定限定，可以列举出工业通用机器人等。
另外，机器人33的可搬运重量、可动范围、精度等没有特别限定。
在本实施方式的接合部件的制造方法中也可以使用除激光L之外的热源、即除激光焊接机之外的焊接机。
作为激光焊接机之外的焊接机，可以列举公知的MIG焊接机、CMT焊接机、电弧焊接机等。
另外，焊接机优选与非接触温度计组合的温度控制型焊接机。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在本发明的主旨的范围内可以适当地变更上述实施方式。
[实施例]
以下，对本发明的实施例进行说明，但本发明不限于实施例。
[实施例1]
根据图2的接合部件的制造方法，按照以下条件制造接合部件。
第一金属板11：Al-Mg-Si系铝合金板；厚度为1.0mm
形成有镀锌层14的第二金属板12；熔融镀锌钢板；第二金属板12的厚度为1.4mm，镀锌层14的厚度为0.007mm
填充材料21：Al-Si系合金线，直径为1.2mm
此处，在图2(a)中，照射激光L的部位仅为填充材料21，将激光头32在激光L的扫描方向上的移动速度、即激光头32的扫描速度设为1m/min。此时，在第二金属板12的形成堆焊部22的区域照射激光，预先加热镀锌层14使其熔化。另外，在图2(b)中，熔化的堆焊部22的宽度方向D的两端部及中央部的温度分别是660℃及1100℃。另外，在图2(c)中，照射激光L的部位为填充材料21及第一金属板11的宽度方向D的堆焊部22侧的端部，将激光头32的扫描速度设为1m/min。另外，在图2(d)中，熔化的接合部13的温度是800℃。
图4绘示了堆焊部22的截面SEM图像。
从图4可以得知，在堆焊部22上没有产生气孔。另外，堆焊部22的宽度方向D的两端部Zn浓度较高，因此没有观察到金属间化合物(IMC)。另一方面，堆焊部22的宽度方向D的中央部Zn浓度较低，观察到厚度30μm左右的IMC。
另外，在接合部件中也观察到与上述相同的倾向。推测其原因在于，熔化的接合部13的温度与熔化的堆焊部22的宽度方向D的两端部的温度同样地被控制在抑制锌沸腾的范围内。
[比较例1]
除省略图2(a)及图2(b)的接合工序之外，以与实施例1相同的方式制造接合部件。
图5绘示了接合部件的截面SEM图像。
从图5可以得知，在接合部件的根部产生了气孔。另外，在接合部件的根部观察到IMC。推测其原因在于，熔化的根部的温度没有被控制在抑制锌沸腾的范围内。
附图标记
10 接合部件
11 第一金属板
11a 端面
12 第二金属板
12a 表面的一部分
12b 表面的剩余部分
13 接合部
13a 根部
13b 终端部
14 镀锌层
21 填充材料
22 堆焊部
30 激光焊接机
31 振荡器
32 激光头
33 机器人
34 光纤
D 宽度方向
L 激光

Claims (4)

1.一种接合部件，其中，第一金属部件及与前述第一金属部件相对的第二金属部件经由接合部接合，并且，
前述第一金属部件的宽度方向上的一端面与前述接合部接触，
在前述第二金属部件中，其材料与前述第一金属部件不同，与前述第一金属部件相对的一侧的表面的一部分与前述接合部接触，并且与前述第一金属部件相对的一侧的表面的没有与前述接合部接触的区域被锌覆盖，
前述接合部的前述宽度方向上的至少一个端部的锌浓度高于宽度方向的中央部的锌浓度。
2.根据权利要求1所述的接合部件，其中，前述接合部的前述宽度方向上的前述第一金属部件侧的端部的锌浓度高于宽度方向的中央部的锌浓度。
3.根据权利要求1所述的接合部件，其中，前述接合部的前述宽度方向上的与前述第一金属部件相反侧的端部的锌浓度高于宽度方向的中央部的锌浓度。
4.一种接合部件的制造方法，借由使被锌覆盖的第二金属部件及与前述第二金属部件相对的第一金属部件接合，从而制造接合部件，其中，所述方法包括以下工序：
对填充材料照射热源使其熔化，由此在前述第二金属部件的被前述锌覆盖的一侧的表面形成堆焊部；及，
对前述第一金属部件照射热源使其融化，由此使前述第一金属部件与形成在前述第二金属部件上的堆焊部接合；
前述第二金属部件的材料与前述第一金属部件的材料不同。
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