DE102019102331A1

DE102019102331A1 - Verfahren zum Verbinden unähnlicher Metallplatten

Info

Publication number: DE102019102331A1
Application number: DE102019102331.9A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Toyoda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2019-08-14
Also published as: CN110125525A; JP2019136737A; JP6984469B2; CN110125525B; US20190247949A1; US11351625B2

Abstract

Ein Verfahren zum Verbinden zweier unähnlicher Metallplatten mit unterschiedlichem spezifischen Volumenwiderstand bzw. Durchgangswiderstand mit verbesserter Verbindungsfestigkeit. Das Verfahren umfasst Überlagern einer ersten Metallplatte, welche aus einem ersten Metall hergestellt ist, und einer zweiten Metallplatte, welche aus einem zweiten Metall mit einem höheren spezifischen Durchgangswiderstand und höheren Schmelzpunkt, verglichen mit dem ersten Metall hergestellt ist, in Kontakt Bringen eines Elektroden-Paares mit der Oberfläche eines Abschnitts der zweiten Metallplatte, welche mit der ersten Metallplatte überlappt, Anlegen von Strom zwischen den Elektroden, um das zweite Metall, welches an einem Stromflussbereich vorliegt, aufgrund von durch Widerstand erzeugte Wärme auf eine Temperatur, welche geringer als der Schmelzpunkt des zweiten Metalls ist und welche höher als der Schmelzpunkt des ersten Metalls ist, zu erwärmen, wodurch die erste Metallplatte mit der Wärme teilweise schmilzt, sodass eine intermetallische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Metallplatte gebildet wird, und wodurch die erste und die zweite Metallplatte über die intermetallische Verbindung verbunden wird.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier unähnlicher Metallplatten, welche sich im spezifischen Durchgangswiderstand bzw. Volumenwiderstand unterscheiden.
Stand der Technik
Herkömmlich wurde Punktschweißen ausgeführt, um eine Aluminiumlegierung-Platte und eine Stahlplatte zu verbinden. Als diesen Typ des Punktschweißens schlägt JP 2012-152786 A zum Beispiel ein Verfahren zum Verbinden von unähnlichen Metallplatten vor, welches das Überlappen bzw. Überlagern einer Aluminiumlegierung-Platte und einer Stahl-Platte aufeinander, das sandwichartige Anordnen des überlappenden Abschnitts derselben zwischen einem Paar von Elektroden und das Unterdrucksetzen derselben, und das Anlegen von Strom zwischen den Elektroden, während der Druckzustand beibehalten wird, um Widerstandspunktschweißen auszuführen, umfasst. Gemäß einem derartigen Verbindungsverfahren erzeugen, wenn Strom zwischen den Elektroden angelegt wird, die Abschnitte der Aluminiumlegierung-Platte und der Stahlplatte, durch welche der Strom fließt, Wärme aufgrund deren elektrischen Widerstand und schmelzen, sodass die beiden Platten verbunden werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Wenn jedoch unähnliche Metallplatten, wie eine Aluminiumlegierung-Platte und eine Stahlplatte, unter Verwendung des in JP 2012-152786 A offenbarten Herstellungsverfahrens verbunden werden, wobei eine der Metallplatten einen geringeren spezifischen Durchgangswiderstand aufweist als den der anderen Metallplatte, ist es schwieriger, mit dem angelegten Strom Wärme zu erzeugen, verglichen mit der anderen Metallplatte. Deshalb sollte die eine Metallplatte mit einer höheren Menge an Strom versorgt werden als die, welche benötigt wird, um die andere Metallplatte zu schmelzen.
Dementsprechend wäre es unmöglich, die eine Metallplatte zu schmelzen, um derartig unähnliche Metallplatten zu verbinden, sofern sie nicht mit einer höheren Menge an Strom versorgt wird, als die, welche benötigt wird, um die andere Metallplatte mit höherem spezifischen Durchgangswiderstand bzw. Volumenwiderstand zu schmelzen. Daraus folgt, dass der anderen Metallplatte eine übermäßige Menge an Strom zugeführt wird. Folglich besteht Sorge, dass Hohlräume bzw. Lücken und ähnliches in einem Abschnitt der anderen Metallplatte erzeugt werden, welcher die übermäßige Menge an Strom zugeführt wurde und deshalb aufgrund des Strom geschmolzen ist, und deshalb kann eine ausreichende Verbindungsfestigkeit bzw. -stärke der unähnlichen Metallplatten nicht erhalten werden.
Die vorliegende Offenbarung wurde hinsichtlich des Vorstehenden gemacht, und beispielhafte Ausführungsformen betreffen die Bereitstellung eines Verfahrens zum Verbinden unähnlicher Metallplatten, welches die Verbindungsfestigkeit zweier unähnlicher Metallplatten, welche sich im spezifischen Durchgangswiderstand unterscheiden, verbessern kann.
Hinsichtlich des Vorstehenden ist ein Verfahren zum Verbinden unähnlicher Metallplatten gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Verbinden zweier unähnlicher Metallplatten, umfassend das Überlagern einer ersten Metallplatte und einer zweiten Metallplatten, als die unähnlichen Metallplatten, wobei die erste Metallplatte aus einem ersten Metall hergestellt ist, wobei die zweite Metallplatte aus einem zweiten Metall mit einem höheren spezifischen Durchgangswiderstand als dem des ersten Metalls und einem höheren Schmelzpunkt als dem des ersten Metalls hergestellt ist; das in Kontakt bringen eines Paares von Elektroden mit einer Oberfläche eines Abschnitts der zweiten Metallplatte, welcher die erste Metallplatte überlappt; und Anlegen von Strom zwischen dem Paar von Elektroden, um das in einem Stromflussbereich vorliegende zweite Metall, durch welches der Strom fließt, mittels Widerstand auf eine Temperatur, welche geringer als der Schmelzpunkt des zweiten Metalls ist und welche höher als der Schmelzpunkt des ersten Metalls ist, zu erwärmen, wodurch die erste Metallplatte teilweise mit Wärme des mittels Widerstand erwärmten zweiten Metalls geschmolzen wird, sodass eine intermetallische Verbindung des ersten Metalls und des zweiten Metalls zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte erzeugt wird, und dadurch die erste und die zweite Metallplatte über die intermetallische Verbindung verbunden werden.
Es sollte angemerkt werden, dass eine wie in der vorliegenden Offenbarung bezeichnete „erste Metallplatte, welche aus einem ersten Metall hergestellt ist“ die erste Metallplatte, welche lediglich das erste Metall enthält, und ein plattenförmiges Basismaterial umfasst, welches lediglich das erste Metall enthält und einen darauf gebildeten Metallplattierungsfilm aufweist, und in der Praxis eine Platte angibt, welche das erste Metall als das Basismaterial enthält. Gleichfalls enthält eine, wie in der vorliegenden Offenbarung bezeichnete „zweite Metallplatte, welche aus einem zweiten Metall hergestellt ist“ die zweite Metallplatte, welche lediglich das zweite Metall enthält, und ein plattenförmiges Basismaterial, welches lediglich das zweite Metall enthält und einen darauf gebildeten Metallplattierungsfilm aufweist, und in der Praxis eine Platte angibt, welche das zweite Metall als das Basismaterial enthält. Ferner kann jedes, wie in der vorliegenden Offenbarung bezeichnete „erste Metall und zweite Metall“ ein Metall sein, welches lediglich das Metallelement enthält, oder eine Legierung, welche ein dazugegebenes, anderes Metall oder dazugegebene, andere Metalle enthält.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung, wird ein Paar an Elektroden in Kontakt mit der Oberfläche eines Abschnitts der zweiten Metallplatte, welche die erste Metallplatte überlappt, gebracht, und Strom wird zwischen den Elektroden angelegt. In diesem Fall wird das im Stromflussbereich vorliegende, zweite Metall auf eine Temperatur, welche niedriger als der Schmelzpunkt des zweiten Metalls ist und welche höher als der Schmelzpunkt des ersten Metalls ist, durch Widerstand erwärmt. Dementsprechend schmilzt die zweite Metallplatte nicht, und der Abschnitt, welcher den Stromflussbereich umfasst, wird im festen Zustand erwärmt, sodass die Wärme des zweiten Metalls im erwärmten Abschnitt auf die dazu benachbarte erste Metallplatte übertragen wird. Folglich wird die erste Metallplatte durch die Wärme des durch Widerstand erwärmten zweiten Metalls geschmolzen. In diesem Fall diffundiert das zweite Metall der zweiten Metallplatte, welche in Kontakt mit dem geschmolzenen Abschnitt der ersten Metallplatte ist, zur Seite des ersten Metalls, sodass eine intermetallische Verbindung des ersten Metalls und des zweiten Metalls zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte gebildet wird. Folglich wird die intermetallische Verbindung ein Verbindungsmaterial, welches sich zum Verbinden der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte eignet.
Ferner können in der Oberfläche der zweiten Metallplatte enthaltende Verunreinigungen zum geschmolzenen Abschnitt der ersten Metallplatte diffundiert werden, ohne dass die zweite Metallplatte geschmolzen wird. Deshalb wird eine neue bzw. frische Oberfläche, welche das zweite Metall enthält, auf der Oberfläche der zweiten Metallplatte gebildet, und die frische Oberfläche berührt bzw. kontaktiert den geschmolzenen Abschnitt der ersten Metallplatte, sodass eine intermetallische Verbindung auf der neuen bzw. frischen Oberfläche gebildet werden kann. Folglich kann die Verbindungsfestigkeit zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte verbessert werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung gibt es, im Gegensatz zu den herkömmlichen Verbindungsverfahren, keinen Bedarf übermäßigen Strom zum Schmelzen des zweiten Metalls an die zweite Metallplatte mit einem höheren spezifischen Durchgangswiderstand als dem der ersten Metallplatte anzulegen, und es kann lediglich das erste Metall geschmolzen werden, während das zweite Metall in dem festen Zustand ist, sodass die erste und die zweite Metallplatte verbunden werden können. Deshalb ist es unwahrscheinlich, dass Hohlräume bzw. Lücken, welche aus übermäßigem Erwärmen resultieren, in der zweiten Metallplatte oder im Verbindungsabschnitt derselben gebildet werden. Ferner wird die Struktur des Verbindungsabschnitts wahrscheinlich vergröbert, wenn der Verbindungsabschnitt, welcher aufgrund von übermäßigem Erwärmen erwärmt wurde, natürlich gekühlt wird. Die vorliegende Offenbarung, welche ein übermäßiges Erwärmen unterdrücken kann, kann jedoch eine Vergröberung der Struktur des Verbindungsabschnitts verhindern und kann somit die Festigkeit des Verbindungsabschnitts sicherstellen.
Ferner müssen die erste und die zweite Metallplatte nicht gegeneinander gedrückt werden, wenn die erste und die zweite Metallplatte mit dem zwischen den Elektroden angelegten Storm sicher verbunden werden. In einigen Ausführungsformen kann das in Kontakt bringen des Paars an Elektroden mit der Oberfläche des Abschnitts der zweiten Metallplatte, welche die erste Metallplatte überlappt, das Anordnen eines Druckelements zwischen dem Paar an Elektroden umfassen, wobei das Druckelement aus einem nicht-leitfähigen Material hergestellt ist, und das Verbinden der ersten und der zweiten Metallplatte kann das Anlegen von Strom zwischen dem Paar von Elektroden umfassen, während die zweite Metallplatte gegen die erste Metallplatte unter Verwendung des zwischen dem Paar von Elektroden angeordneten Druckelements gedrückt wird.
Gemäß einer derartigen Anordnung wird zwischen dem Paar an Elektroden Strom angelegt, während die zweite Metallplatte gegen die erste Metallplatte mittels des zwischen dem Paar an Elektroden angeordneten Druckelements gedrückt wird. Deshalb kann die zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte gebildete, überflüssige, intermetallische Verbindung an die Umgebung heraus geschoben bzw. gedrückt werden. Dementsprechend kann die Festigkeit des Verbindungsabschnitts verbessert werden, da die überflüssige, intermetallische Verbindung im Verbindungsabschnitt verringert werden kann und die Dicke der intermetallischen Verbindung dünn gehalten werden kann.
Ferner sind die Typen des ersten und des zweiten Metalls nicht besonders beschränkt, so lange das zweite Metall einen höheren spezifischen Durchgangswiderstand als den des ersten Metalls und einen höheren Schmelzpunkt als den des ersten Metalls aufweist. In einigen Ausführungsformen ist die erste Metallplatte eine Aluminium-Platte oder eine Aluminiumlegierung-Platte, und die zweite Metallplatte ist eine Stahlplatte.
Der Schmelzpunkt von Aluminium oder von einer Aluminiumlegierung, welches die erste Metallplatte bildet, ist hier ungefähr 600 °C, und der Schmelzpunkt von Stahl, welcher die zweite Metallplatte bildet, ist ungefähr 1500 °C. Deshalb ist es möglich, gemäß einer derartigen Anordnung, das zweite Metall, welches die zweite Metallplatte bildet, durch Widerstand zu erwärmen, ohne die zweite Metallplatte durch Anlegen von Strom zwischen dem Paar an Elektroden zu schmelzen, und Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, welches das erste Metall ist, mit der Wärme des durch Widerstand erwärmten zweiten Metalls zu schmelzen. In diesem Fall diffundiert Eisen oder ähnliches der Stahlplatte, welche die zweite Metallplatte (welche ein Feststoff ist) ist, zum geschmolzenen Abschnitt (welches ein flüssiger Abschnitt ist) des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung der ersten Metallplatte. Folglich wird eine intermetallische Verbindung, welche mindestens Aluminium und Eisen enthält, zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte gebildet. Die intermetallische Verbindung dient als ein Material zum Verbinden der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte.
Außerdem ist es schwierig, eine Stahlplatte mit einem darauf ausgebildeten Plattierungsfilm, wie eine galvanisierte Stahlplatte, mit einer ausreichenden Verbindungsfestigkeit mit einer Aluminium-Platte oder einer Aluminiumlegierung-Platte zu verbinden. In einer derartigen Anordnung kann jedoch die Verbindungsfestigkeit verbessert werden, da das Metall des auf der Oberfläche der Stahlplatte gebildeten Plattierungsfilms zum geschmolzenen Aluminium oder zur Aluminiumlegierung diffundiert, und somit eine neue bzw. frische Oberfläche der Stahlplatte erzeugt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Verbindungsfestigkeit zweier unähnlicher Metallplatten aus verschiedenen metallischen Materialien verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine Frontalansicht einer Widerstandsschweißvorrichtung bzw. eines Widerstandsschweißapparates gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine Ansicht der linken Seite der Widerstandsschweißvorrichtung von 1;
3A ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des erwärmten Zustandes einer zweiten Metallplatte in einem Verbindungsverfahren, welches die in 1 gezeigte Widerstandsschweißvorrichtung verwendet;
3B ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustandes, in welchem die erste Metallplatte in dem in 3A gezeigten Zustand geschmolzen wurde, und eine intermetallische Verbindung, welche zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte erzeugt wurde, mittels Druckbeaufschlagung an die Umgebung geschoben bzw. gedrückt worden ist;
4 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen der Stromversorgungszeit und dem Stromwert eines jeden Beispiels und Vergleichsbeispiels zeigt;
5 ist eine Fotografie eines Teststücks des Beispiels 1-1 im Querschnitt;
6A ist eine Fotografie des Teststücks des Beispiels 1-1 am Verbindungsstück im Querschnitt, welches mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) beobachtet wurde; und
6B ist ein Bild des Verbindungsteils in 6A, welches mittels eines Elektronenstrahl-Mikroanalysators (EPMA) analysiert wurde.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird ein Verfahren zum Verbinden unähnlicher Metallplatten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Hinsichtlich der Widerstandsschweißvorrichtung 1
Bezugnehmend auf die 1 und 2 beschreibt das Nachstehende zuerst eine Widerstandsschweißvorrichtung 1, welche geeignet ist, ein Verfahren zum Verbinden unähnlicher Metallplatten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auszuführen. 1 ist eine Frontalansicht der Widerstandsschweißvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die 2 ist eine Ansicht der linken Seite der Widerstandsschweißvorrichtung 1 der 1.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist die Widerstandsschweißvorrichtung 1 eine Vorrichtung, um unähnliche Metallplatten aus unähnlichen Metallen, welche sich im spezifischen Durchgangswiderstand und Schmelzpunkt unterscheiden, durch Widerstandsschweißen zu verbinden. Insbesondere verbindet die Widerstandsschweißvorrichtung 1 eine erste Metallplatte 11 aus einem nachstehend beschriebenen, ersten Metall und eine zweite Metallplatte 12 aus einem zweiten Metall, welches einen höheren spezifischen Durchgangswiderstand als den des ersten Metalls und einen höheren Schmelzpunkt als den des ersten Metalls aufweist, miteinander.
Die Widerstandsschweißvorrichtung 1 umfasst einen Körper 4, einen Träger 5, welcher geeignet ist, die erste und die zweite Metallplatte 11 und 12 zu tragen, eine Schweißeinheit 6, welche geeignet ist, die erste und die zweite Metallplatte 11 und 12 miteinander zu verschweißen, einen Lift 7, welcher geeignet ist, die Schweißeinheit 6 nach oben und nach unten zu bewegen, eine Stromversorgungseinheit 8, welche geeignet ist, Strom zur Schweißeinheit 6 zuzuführen, und eine Steuervorrichtung 9, welche geeignet ist, den Lift 7 und die Stromversorgungseinheit 8 zu steuern.
Wie in 2 gezeigt, umfasst der Körper 4 ein Gehäuse 41, einen oberen Arm 42, welcher sich von dem oberen Teil des Gehäuses 41 horizontal erstreckt, und einen unteren Arm 43, welcher sich horizontal von dem unteren Teil des Gehäuses 41 erstreckt, um dem oberen Arm 42 gegenüber zu sein. Die Schweißeinheit 6 ist am oberen Arm 42 über den Lift 7 befestigt, und der Träger 5 ist an dem unteren Arm 43 befestigt.
Der Träger 5 umfasst einen Stützblock bzw. Trägerblock 51, erste und zweite Stützarme bzw. Trägerarme 52 und 53, und eine Montagebasis 54. Der Stützblock 51 umfasst ein Paar an oberen und unteren Blöcken 51a und 51b, und der untere Block 51a ist am unteren Arm 43 befestigt. Der obere Block 51b ist mit dem unteren Block 51a verbunden, um den ersten Stützarm 52 sandwichartig zu umgeben.
Der erste Stützarm 52 erstreckt sich horizontal vom Stützblock 51, und umfasst einen mit dem Stützblock 51 verbundenen Armkörper 52a, und ein Befestigungselement 52b am distalen Ende des Armkörpers 52a, um den zweiten Stützarm 53 zu greifen. Der zweite Stützarm 53 erstreckt sich oberhalb des Stützblocks 51, und die Montagebasis 54 ist mit dem distalen Ende des zweiten Stützarms 53 verbunden. Die erste Metallplatte 11 und die zweite Metallplatte 12, welches die zu verschweißenden Elemente sind, sind an der Montagebasis 54 montiert.
Die Schweißeinheit 6 ist mit dem oberen Arm 42 über den Lift 7 verbunden. Der Lift 7 umfasst einen Zylinder 71, einen Kolben 72, welcher geeignet ist, im Zylinder 71 zu gleiten, und einen pneumatischen Kreislauf (Luftkreislauf) 73, welcher geeignet ist, eine vorbestimmte Stellluft dem Zylinder 71 zuzuführen. Der pneumatische Kreislauf 73 ist mit einem Kompressor 74 verbunden, welcher geeignet ist, komprimierte Luft zuzuführen, und gesteuert wird, um Stellluft mit einem vorbestimmten Druck einem nach oben gerichteten Port und nach unten gerichteten Port des Kolbens 72 im Zylinder 71 auf der Basis eines Steuerungssignals der Steuervorrichtung 9 zuzuführen. Der Lift 7 kann eine elektrische Druckvorrichtung mit einem Mechanismus sein, welcher konfiguriert ist, um direkt mit der Rotation eines Motors betrieben zu werden. Selbst wenn eine elektrische Druckvorrichtung verwendet wird, können die erste und zweite Metallplatte 11 und 12, wie nachstehend beschrieben, verbunden sein bzw. werden.
Auf diese Weise bewegt sich der Kolben 72 nach oben und nach unten, und folglich kann ein Elektroden-Paar 66 und 67 und ein Druckelement 68 der Schweißeinheit 6, welches nachstehend beschrieben wird, gegen die Montagebasis 54 (das heißt, gegen die erste Metallplatte 11) bewegt werden.
Die Schweißeinheit 6 umfasst: einen Halteblock 61, welcher mit dem distalen Ende des Zylinders 71 verbunden ist; ein Paar an dritten Stützarmen 62 und 63, welche sich in horizontaler Richtung vom Halteblock 61 erstrecken; und ein Paar an vierten Stützarmen 64 und 65, welche sich jeweils von den dritten Stützarmen 62 und 63 nach unten erstrecken bzw. auslaufen. Ferner weist die Schweißeinheit 6 das Elektroden-Paar 66 und 67 und das Druckelement 68 auf, welches dazwischen an den distalen Enden der vierten Stützarme 64 und 65 angeordnet ist.
Der Halteblock 61 umfasst ein Fixierblock 61a und ein Paar an Greifblöcken 61b und 61b. Der Fixierblock 61a ist aus einem nicht-leitfähigen Material, wie Harz oder Keramik hergestellt. Jeder Greifblock 61b ist mit der positiven Elektrodenseite oder der negativen Elektrodenseite der Stromversorgungseinheit 8 verbunden. Jeder Greifblock 61b ist aus einem leitfähigen Material hergestellt, und kann aus einem metallischen Material, wie einer Stahllegierung hergestellt sein. Zum Beispiel kann jeder Greifblock 61b aus einem Material hergestellt sein, welches einen geringeren spezifischen Durchgangswiderstand als der des zweiten Metalls, welches die zu schweißende, zweite Metallplatte 11 bildet, aufweist. Dementsprechend kann die Wärmeerzeugung vom Greifblock 61b während des Schweißens unterdrückt werden.
Der Fixierblock 61a weist ein Paar an Aussparungen auf, um jeweils einen Bereich der dritten Stützarme 62 und 63 aufzunehmen, und die Greifblöcke 61b sind mit dem Fixierblock 61a verbunden, um die jeweiligen dritten Stützarme 62 und 63 zu greifen bzw. packen. Ferner sind die Greifblöcke 61b voneinander beabstandet und sind somit nicht miteinander in Kontakt. Dementsprechend sind die dritten Stützarme 62 und 63 nicht direkt elektronisch verbunden.
Jeder dritte Stützarm 62 (63) ist aus einem leitfähigen Material, wie einem metallischen Material, welches als das Material für die Greifblöcke 61b beispielhaft dargestellt ist, hergestellt, und umfasst einen Armkörper 62a (63a) und ein Fixierelement 62b (63b), welches an seinem distalen Ende daran verbunden ist, um den vierten Stützarm 64 (65) sandwichartig zu umgeben.
Der vierte Stützarm 64 (65) ist aus einem leitfähigen Material, wie einem metallischen Material, welches als das Material des Greifblocks 61b beispielhaft dargestellt ist, hergestellt, welches sich vom dritten Stützarm 62 (63) nach unten erstreckt, und die Elektrode 66 (67) aufweist, welche am distalen Ende derselben verbunden ist. In dieser Ausführungsform weist eine jede der Elektroden 66, 67 einen darin gebildeten Kühlkanal (nicht dargestellt) auf, damit Kühlwasser strömt. Kühlwasser, welches durch den Kühlkanal strömt, kann die Elektroden 66 und 67 während des Schweißens kühlen.
Das Paar an Elektroden 66 und 67 ist aus einer Kupferlegierung, wie Chrom-Kupfer (Cu-Cr), Chrom-Zirkon-Kupfer (Cu-Cr-Zr), Beryllium-Kupfer (Cu-Be), oder Wolfram-Kupfer (Cu-W) hergestellt, und ist gegenüberliegend und voneinander beabstandet angeordnet. In einer derartigen Anordnung wird ein Raum zur Aufnahme des Druckelements 68 zwischen dem Paar an Elektroden 66 und 67 gebildet, und das Druckelement 68 wird in diesem Raum aufgenommen. In dieser Ausführungsform wird das Druckelement 68 zwischen dem Paar an Elektroden 66 und 67 sandwichartig umgeben. Das Druckelement 68 ist aus einem nicht-leitfähigen Material, wie Keramik oder duroplastischen Harz, hergestellt. Dementsprechend fließt zwischen dem Paar an Elektroden 66 und 67 kein Strom durch das Druckelement 68.
Gemäß einer derartigen Anordnung bzw. Konfiguration bewegt sich in dieser Ausführungsform das Druckelement 68 zusammen mit dem Paar von Elektroden 66 und 67 auf und ab, wenn sich der Lift 7 auf und ab bewegt. In dieser Ausführungsform werden das Paar von Elektroden 66 und 67 und das Druckelement 68 durch einen einzelnen Lift 7 gemeinsam bzw. synchron bewegt, und deshalb wird die zweite Metallplatte 12 durch das Paar an Elektroden 66 und 67 und durch das Druckelement 68 zur gleichen Zeit unter Druck gesetzt. Zum Beispiel kann jedoch das Druckelement 68 mit einem weiteren, von dem vorstehend beschriebenen verschiedenen, weiteren Lift 7 versehen sein. Dementsprechend kann das Druckelement 68 zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt von dem Paar an Elektroden 66 und 67 auf und ab bewegt werden, und das Druckelement 68 kann mit einem Druck, welcher nicht vom Kontaktdruck, welcher der Druck des in Kontakt mit der zweiten Metallplatte 12 stehenden Paares an Elektroden 66 und 67 ist, abhängt, gegen die zweite Metallplatte 12 gedrückt werden (zum Beispiel mit einem höheren Druck als dem des Paares an Elektroden 66 und 67).
Die Stromversorgungseinheit 8 ist geeignet, Strom zwischen dem Paar an Elektroden 66 und 67 anzulegen, und umfasst einen Stromkreis 83, welcher sich mit einer Stromversorgung 84 verbindet, eine Primärspule 81, welche sich mit dem Stromkreis 83 verbindet, und eine Sekundärspule 82, welche geeignet ist, die Menge des Stroms, welcher durch die Primärspule 81 fließt, zu erhöhen. Die Sekundärspule 82 ist mit dem Paar an Greifblöcken 61b und 61b elektrisch verbunden. Beim Ausführen des Schweißens wird ein Steuerungssignal von der Steuervorrichtung 9 zum Stromkreis 83 eingegeben, und Strom fließt von der Stromversorgung 84 durch die Primärspule 81. Somit wird die Primärspule 81 magnetisch angeregt und der dadurch erzeugte magnetische Fluss fließt durch die Innenseite des Kerns, und fließt somit durch die Sekundärspule 82. Dementsprechend kann Strom zwischen dem Paar an Elektroden 66 und 67 angelegt werden, während das Paar an Elektroden 66 und 67 in Kontakt mit der zweiten Metallplatte 12 ist.
Verfahren zum Verbinden unähnlicher Metallplatten
Nachstehend wird ein Verfahren zum Verbinden zweier unähnlicher Metallplatten unter Verwendung der Widerstandsschweißvorrichtung 1 mit Bezug zu den 3A und 3B zusätzlich zu den 1 und 2 beschrieben. 3A ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des Erwärmungszustands der zweiten Metallplatte 11 in einem Verbindungsverfahren, welches die in 1 gezeigte Widerstandsschweißvorrichtung verwendet. 3B ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustands, in welchem die erste Metallplatte in den in 3A gezeigten Zustand geschmolzen wurde, und eine intermetallische Verbindung, welche zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte erzeugt wird, an die Umgebung durch Druckerzeugung bzw. Druckbeaufschlagung heraus geschoben bzw. gedrückt wird.
Schritt des Herstellens unähnlicher Metallplatten
Zuerst werden in dieser Ausführungsform die erste Metallplatte 11 und die zweite Metallplatte 12, welche aus Metallen hergestellt sind, welche sich im spezifischen Durchgangswiderstand und Schmelzpunkt unterscheiden, als die zwei unähnlichen Metallplatten, welche verschweißt werden sollen, hergestellt. Die erste Metallplatte 11 ist aus einem ersten Metall und die zweiten Metallplatte 12 ist aus einem zweiten Metall, welches sich vom ersten Metall unterscheidet. Der spezifische Durchgangswiderstand des zweiten Metalls ist höher als der des ersten Metalls, und der Schmelzpunkt des zweiten Metalls ist höher als der des ersten Metalls. Es sollte angemerkt werden, dass ein Metallfilm, wie ein Plattierungsfilm, auf einer der gegenüberliegenden Oberflächen der ersten Metallplatte 11 und der zweiten Metallplatte 12 gebildet sein kann. Die Dicke der ersten Metallplatte 11 kann von 0,5 bis 5,0 mm sein, und die Dicke der zweiten Metallplatte 12 kann von 0,5 bis 5,0 mm sein.
Zum Beispiel ist in dieser Ausführungsform die erste Metallplatte 11 eine Aluminium-Platte oder eine Aluminiumlegierung-Platte, und das erste Metall ist Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Die zweite Metallplatte 12 ist eine Stahlplatte, und das zweite Metall ist Stahl. Zum Beispiel, weist Aluminium oder eine Aluminiumlegierung bei 20 °C einen spezifischen Durchgangswiderstand von 2 bis 6×10^-8 Ω·m auf, und der spezifische Durchgangswiderstand von Stahl ist 10 bis 20×10^-8 Ω·m. Deshalb ist der Durchgangswiderstand von Stahl höher als der des Aluminiums oder einer Aluminiumlegierung, selbst in dem Temperaturbereich, in welchem Aluminium oder eine Aluminiumlegierung schmilzt. Außerdem ist der Schmelzpunkt von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ungefähr 600 °C, und der Schmelzpunkt von Stahl ist ungefähr 1500 °C. Deshalb ist der Schmelzpunkt von Stahl höher als der von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Um das Verbinden, wie nachstehend beschrieben, geeignet auszuführen, kann der spezifische Durchgangswiderstand des zweiten Metalls, welches die zweite Metallplatte bildet, größer als der des ersten Metalls, welches die erste Metallplatte 11 bildet, beim Schmelzpunkt des ersten Metalls der ersten Metallplatte 11 um 5×10^-8 Ω·m oder mehr sein. Ferner kann der Schmelzpunkt des zweiten Metalls mit 400 °C oder höher größer sein, als der des ersten Metalls. Dementsprechend kann ein Phänomen unterdrückt werden, dass an die zweite Metallplatte 12 angelegter Strom durch die erste Metallplatte 11 fließt, und deshalb kann die erste Metallplatte 11 bevorzugt mit der Wärme des durch Widerstand erwärmten zweiten Metalls geschmolzen werden. Beispiele der Kombination der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte umfassen einen Fall, in welchem die erste Metallplatte eine Aluminium-Platte oder eine Aluminiumlegierung-Platte ist und die zweite Metallplatte eine Stahlplatte ist, und einen Fall, in welchem die erste Metallplatte eine Magnesium-Platte und die zweite Metallplatte eine Stahlplatte ist.
Kontaktschritt
Als nächstes werden, wie in den 1, 3A und ähnlichen gezeigt, beispielsweise die erste Metallplatte 11 und die zweite Metallplatte 12 überlappt, und das Paar an Elektroden 66 und 67 wird mit der Oberfläche des überlappenden Abschnitts 12a der zweiten Metallplatte 12, welche mit der ersten Metallplatte 11 überlappt, in Kontakt gebracht.
Insbesondere werden, wie in 1 gezeigt, die erste Metallplatte 11 und die zweite Metallplatte 12 in dieser Reihenfolge auf der Montagebasis 54 gestapelt. Dementsprechend wird die zweite Metallplatte 12 an einer Position gegenüber dem Paar an Elektroden 66 und 67 angeordnet. In einem derartigen Zustand gibt die Steuervorrichtung 9 ein Steuerungssignal ein, um die pneumatische Schaltung 73 zu steuern, um Stellluft dem Zylinder 71 zuzuführen, um den Kolben 72 zu senken. Damit zusammen bewegt sich die Schweißeinheit 6 nach unten und der überlappende Bereich 12a der zweiten Metallplatte 12 wird mit einem bestimmten Druck durch das Paar an Elektroden 66 und 67 unter Druck gesetzt. Ferner wird zum gleichen Zeitpunkt der überlappende Bereich 12a der ersten Metallplatte 12 mit dem vorbestimmten Druck durch das Druckelement 68, welches zwischen dem Paar an Elektroden 66 und 67 angeordnet ist, unter Druck gesetzt.
In dieser Ausführungsform kann beispielsweise, obwohl der überlappende Abschnitt 12a der zweiten Metallplatte 12 durch das Paar an Elektroden 66 und 67 und dem Druckelement 68 unter Druck gesetzt wird, der überlappende Abschnitt 12a der zweiten Metallplatte 12 lediglich mit dem vorbestimmten Druck durch das Druckelement 68 und mit einem geringeren Druck als dem vorbestimmten Druck durch das Paar an Elektroden 66 und 67 unter Druck gesetzt werden. Ein derartiger Kontaktzustand kann mittels Anordnung eines elastischen Elements, wie einer Feder, zwischen der oberen Fläche des Druckelements 68 und der unteren Fläche einer jeden der Elektroden 66 und 67, welche in Kontakt mit der oberen Fläche des Druckelements 68 kommen, durchgeführt werden. Das heißt, wenn sich die Elektroden 66 und 67 nach unten bewegen, bis zu einer Position, wo sie in Kontakt mit dem überlappenden Abschnitt 12a der zweiten Metallplatte 12 sind, wird das Druckelement 68 einseitig zum überlappenden Abschnitt 12a der zweiten Metallplatte 12 aufgrund der Druckverformung des elastischen Elements vorgespannt. Mit der Vorspannkraft kann das Druckelement 68 gegen den überlappenden Abschnitt 12a der zweiten Metallplatte 12 gedrückt werden.
Verbindungsschritt
Im Verbindungsschritt wird Strom zwischen dem Paar an Elektroden 66 und 67 angelegt, wodurch das zweite Metall, welches an einem Stromflussbereich 12b vorliegt, auf eine Temperatur, welche niedriger als der Schmelzpunkt des zweiten Metalls ist und welche höher als der Schmelzpunkt des ersten Metalls ist, durch Widerstand erwärmt bzw. widerstandsbeheizt wird. Obwohl hier der Stromflussbereich 12b widerstandsbeheizt wird, ist die Temperatur desselben geringer als der Schmelzpunkt des zweiten Metalls. Deshalb schmilzt das zweite Metall nicht. Da jedoch der Stromflussbereich 12b auf eine Temperatur, welche höher als der Schmelzpunkt des ersten Metalls ist, erwärmt wird, wird die erste Metallplatte 11 durch die Wärme des widerstandsbeheizten, zweiten Metalls teilweise geschmolzen. Dementsprechend wird eine intermetallische Verbindung 13 des ersten Metalls und des zweiten Metalls zwischen der ersten Metallplatte 11 und der zweiten Metallplatte 12 gebildet, und deshalb werden die erste und die zweite Metallplatte 11 und 12 über die intermetallische Verbindung 13 verbunden.
Insbesondere wird die elektrische Schaltung bzw. der Stromkreis 83 auf der Basis eines Steuerungssignals der Steuerungsvorrichtung 9 gesteuert, um Strom durch die Primärspule 81 fließen zu lassen, sodass durch die Sekundärspule 82 Strom erzeugt wird, und Strom zwischen dem Paar an Elektroden 66 und 67 angelegt wird. In dieser Ausführungsform wird der Strom zwischen dem Paar an Elektroden 66 und 67 angelegt, während die zweite Metallplatte 12 gegen die erste Metallplatte 11 mittels des zwischen dem Paar an Elektroden 66 und 67 angeordneten Druckelements 68 unter Druck gesetzt wird.
In diesem Fall steuert die Steuervorrichtung 9 den Stromkreis 83, um die Menge an zwischen dem Elektroden-Paar 66 und 67 angelegten Strom und die Stromanlegezeit zu steuern, sodass sie jeweils eine voreingestellte Menge an Strom und eine voreingestellte Stromanlegezeit werden. Die Bedingungen der voreingestellten Menge an Strom und die voreingestellte Stromanlegezeit sind die Bedingungen, welche dem zweiten Metall des Stromflussbereichs 12b ermöglichen, durch Widerstand auf eine Temperatur erwärmt zu werden, welche niedriger als der Schmelzpunkt des zweiten Metalls ist und welche höher als der Schmelzpunkt des ersten Metalls ist. Derartige Bedingungen können durch zuvor ausgeführte Experimente und ähnliches bestimmt werden.
Dementsprechend schmilzt die zweite Metallplatte 12 nicht, und ein Abschnitt einschließlich des Stromflussbereichs wird im festen Zustand bzw. Zustand fester Phase erwärmt (siehe 3A). Anschließend wird die Wärme des zweiten Metalls im erwärmten Abschnitt zu der dazu benachbarten ersten Metallplatte 11 übertragen. Folglich wird ein Teil der ersten Metallplatte 11 (insbesondere ein Abschnitt der ersten Metallplatte 11 in Kontakt mit der zweiten Metallplatte 12 nahe des Stromflussbereichs 12b derselben) durch die Wärme des mittels Widerstand erwärmten zweiten Metalls geschmolzen. Es sollte angemerkt werden, dass die zweite Metallplatte 12 aus einem zweiten Metall ist, welches einen höheren spezifischen Durchgangswiderstand als den des ersten Metalls der ersten Metallplatte 11 und einen höheren Schmelzpunkt als den des ersten Metalls aufweist. Deshalb strömt wahrscheinlich während des Schweißens kein Strom durch die erste Metallplatte 11, und deshalb schmilzt aufgrund der Widerstandswärme durch den Strom die erste Metallplatte 11 nicht.
Ferner diffundiert zu diesem Zeitpunkt das zweite Metall der zweiten Metallplatte 12, welche in Kontakt mit einem geschmolzenen Abschnitt 11a der ersten Metallplatte 11 ist, zur Seite bzw. in Richtung der ersten Metallplatte 11 (insbesondere der geschmolzene Abschnitt 11a derselben), und die intermetallische Verbindung 13 des ersten Metalls und des zweiten Metalls wird zwischen der ersten Metallplatte 11 und der zweiten Metallplatte 12 erzeugt. Folglich wird die intermetallische Verbindung 13 ein Verbindungsmaterial, welches geeignet ist, die erste Metallplatte 11 und die zweite Metallplatte 12 zu verbinden.
Ferner können in der Oberfläche der zweiten Metallplatte 12 enthaltende Verunreinigungen in den geschmolzenen Abschnitt 11a der ersten Metallplatte 11 diffundiert werden, ohne dass die zweite Metallplatte 12 geschmolzen wird. Deshalb wird eine neue bzw. frische Oberfläche aus dem zweiten Metall auf der Oberfläche der zweiten Metallplatte 12 gebildet, und die frische Oberfläche berührt bzw. kontaktiert den geschmolzenen Abschnitt der ersten Metallplatte 11, sodass die intermetallische Verbindung 13 auf der neuen Oberfläche erzeugt werden kann. Folglich kann die Verbindungsfestigkeit zwischen der ersten Metallplatte 11 und der zweiten Metallplatte 12 verbessert werden.
Auf diese Weise kann lediglich das erste Metall geschmolzen werden, während das zweite Metall im festen Zustand ist, und die erste und die zweite Metallplatte 11 und 12 können verbunden werden. Deshalb werden Hohlräume bzw. Lücken, welche aus übermäßigem Erwärmen resultieren, in der zweiten Metallplatte 12, oder im verbundenen Abschnitt derselben unwahrscheinlich gebildet, und deshalb kann eine Vergröberung der Struktur des verbundenen Abschnitts verhindert werden, und die Festigkeit des Verbindungsabschnitts bzw. des verbunden Abschnitts kann sichergestellt werden.
Während des Schweißens wird jede der Elektroden 66 und 67 durch darin strömendes Kühlwasser gekühlt, und die Oberflächenschicht der zweiten Metallplatte 12 wird durch die Elektroden 66 und 67 gekühlt. Deshalb wird die Oberfläche der zweiten Metallplatte 12, welche in Kontakt mit den Elektroden 66 und 67 ist, weniger wahrscheinlich erwärmt als der andere Stromflussbereich 12b, durch welchen während des Schweißens Strom fließt. Dementsprechend kann lokales bzw. stellenweises Erwärmen der Oberfläche der zweiten Metallplatte, welche die Elektroden 66 und 67 berührt, verringert werden.
Zum Beispiel ist hier die intermetallische Verbindung 13 spröder bzw. brüchiger als das erste Metall und das zweite Metall. Deshalb kann sich, wenn die intermetallische Verbindung 13 auf ein paar µm oder mehr gewachsen ist, die Festigkeit bzw. Stärke des Verbindungsbereiches der ersten Metallplatte 11 und der zweiten Metallplatte 12 verringern. In dieser Ausführungsform wird jedoch, wie vorstehend beschrieben, Strom zwischen das Paar an Elektroden 66 und 67 angelegt, während die zweite Metallplatte 12 gegen die erste Metallplatte 11 durch das Druckelement 68 unter Druck gesetzt wird, wie in 3B gezeigt, und deshalb kann die überflüssige intermetallische Verbindung 13, welche zwischen der ersten Metallplatte 11 und der zweiten Metallplatte 12 erzeugt wird, an die Umgebung (außerhalb des Druckbereichs) mittels des Druckelements 68 heraus geschoben bzw. gedrückt werden. Dementsprechend kann, da die überflüssige intermetallische Verbindung 13 am Verbindungsbereich verringert werden kann und die Dicke der intermetallischen Verbindung 13 dünn gehalten werden kann, die Festigkeit bzw. Stärke des Verbindungsbereichs verbessert werden.
[Beispiele]
Nachstehend werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
[Beispiel 1-1]
Die erste Metallplatte und die zweite Metallplatte wurden mittels der Widerstandschweißvorrichtung von 1 verbunden. Zuerst wurde eine 6000-Serien Aluminiumlegierung mit einer Plattendicke von 1,0 mm als die erste Metallplatte hergestellt, und eine hochspannungsverzinkte bzw. -galvanisierte Stahlplatte mit einer Plattendicke von 0,7 mm wurde als die zweite Metallplatte hergestellt. Als nächstes wurden die erste Metallplatte und die zweite Metallplatte übereinander überlagert, und ein Paar an Elektroden wurde mit der zweiten Metallplatte in Kontakt gebracht, wobei der Druck durch das Paar an Elektroden und dem Druckelement bei 3,5 kN, einer auf 0,42 msek eingestellten Strom-Anlegungszeit und eines auf 8,4 kA eingestellten Schweißstroms aufgebracht wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt, sodass ein Teststück mit der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte, welche verbunden sind, hergestellt wurde.
[Beispiele 1-2 bis 1-8]
Wie in Beispiel 1-1 wurden Teststücke der Beispiele 1-2 bis 1-8 hergestellt. Diese Beispiele unterscheiden sich vom Beispiel 1-1 in den Bedingungen des Werts des während des Schweißens angelegten Stroms, wie in Tabelle 1 und 4 gezeigt. In Beispiel 1-8 erzeugte die zweite Metallplatte während des Schweißens übermäßig Wärme, und dadurch wurde die erste Metallplatte übermäßig erwärmt, und das auf diese Weise geschmolzene, erste Metall streute vom Abschnitt zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte. In den Beispielen 1-1 bis 1-7 streute das während des Schweißens geschmolzene, erste Metall nicht. Tabelle 1 zeigt diese Ergebnisse. In Tabelle 1 gibt das Vorliegen oder die Abwesenheit des Schmelzens der zweiten Metallplatte während des Schweißens das Ergebnis an, welches durch Bestätigen, ob die zweite Metallplatte an die Elektroden geschweißt wurde oder nicht, und durch Untersuchen der Struktur, wie nachstehend beschrieben, erhalten wurde.
[Vergleichsbeispiele 1-1 und 1-2]
Wie in Beispiel 1-1 wurden Teststücke der Vergleichsbeispiele 1-1 und 1-2 hergestellt. Diese Beispiele unterscheiden sich vom Beispiel 1-1 in den Bedingungen des Werts des angelegten Stroms während des Schweißens, wie in Tabelle 1 und 4 gezeigt. In den Vergleichsbeispielen 1-1 und 1-2 war der Wert des während des Schweißens angelegten Stroms kleiner als der der Beispiele 1-1 bis 1-8. In den Vergleichsbeispielen 1-1 und 1-2 streute das während des Schweißens geschmolzene, erste Metall nicht. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
[Beispiele 2-1 bis 2-6]
Wie in Beispiel 1-1 wurden Teststücke der Beispiele 2-1 bis 2-6 hergestellt. Diese Beispiele unterscheiden sich vom Beispiel 1-1 in den Bedingungen des Werts des während des Schweißens angelegten Stroms, wie in Tabelle 1 und 4 gezeigt. Die Stromanlegezeit eines jeden Beispiels 2-1 bis 2-6 war 0,50 msek. In Beispiel 2-6 wurde das erste Metall der ersten Metallplatte übermäßig während des Schweißens erwärmt, und das deshalb geschmolzene erste Metall streute vom Bereich zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte wie in Beispiel 1-8. Währenddessen streute in den Beispielen 2-1 bis 2-5 das während des Schweißens geschmolzene, erste Metall nicht. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
[Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-5]
Wie in Beispiel 2-1 wurden Teststücke der Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-5 hergestellt. Diese Beispiele unterscheiden sich vom Beispiel 2-1 in den Bedingungen des Werts des während des Schweißens angelegten Stroms, wie in Tabelle 1 und 4 gezeigt. In jedem der Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-5 war der Wert des während des Schweißens angelegten Stroms kleiner als der der Beispiele 2-1 bis 2-6. In den Vergleichsbeispielen 2-1 bis 2-5 streute das während des Schweißens geschmolzene, erste Metall nicht. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
[Beispiele 3-1 bis 3-5]
Wie in Beispiel 1-1 wurden Teststücke der Beispiele 3-1 bis 3-5 hergestellt. Diese Beispiele unterscheiden sich vom Beispiel 1-1 in den Bedingungen des Werts des während des Schweißens angelegten Stroms, wie in Tabelle 1 und 4 gezeigt. Die Stromanlegezeit eines jeden der Beispiele 3-1 bis 3-5 war 0,58 msek. In den Beispielen 3-4 und 3-5 wurde das erste Metall der ersten Metallplatte während des Schweißens übermäßig erwärmt, und das auf diese Weise geschmolzene, erste Metall streute vom Bereich zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte wie in Beispiel 1-8. In den Beispielen 3-1 bis 3-3 streute das während des Schweißens geschmolzene, erste Metall nicht. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
[Vergleichsbeispiele 3-1 bis 3-5]
Wie in Beispiel 1-1 wurden Teststücke der Vergleichsbeispiele 3-1 bis 3-5 hergestellt. Diese Beispiele unterscheiden sich vom Beispiel 3-1 in den Bedingungen des Werts des während des Schweißens angelegten Stroms, wie in Tabelle 1 und 4 gezeigt. In einem jeden der Vergleichseispiele 3-1 bis 3-5 war der Wert des während des Schweißens angelegten Stroms kleiner als der der Beispiele 3-1 bis 1-3. In den Vergleichsbeispielen 3-1 bis 3-5 streute das während dem Schweißen geschmolzene, erste Metall nicht. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
[Beispiele 4-1 bis 4-5]
Wie in Beispiel 1-1 wurden Teststücke der Beispiele 4-1 bis 4-5 hergestellt. Diese Beispiele unterscheiden sich von Beispiel 1-1 in den Bedingungen des Werts des während des Schweißens angelegten Stroms und der Stromanlegezeit, wie in Tabelle 1 und 4 gezeigt. In jedem der Beispiele 4-1 bis 4-5 war die Stromanlegezeit 0,33 msek. In den Beispielen 4-1 bis 4-5 streute das während des Schweißens geschmolzene, erste Metall nicht. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
[Vergleichsbeispiele 4-1 bis 4-5]
Wie in Beispiel 4-1 wurden Teststücke der Vergleichsbeispiele 4-1 bis 4-5 hergestellt. Diese Beispiele unterscheiden sich vom Beispiel 4-1 in den Bedingungen des Wertes des während des Schweißens angelegten Stroms, wie in Tabelle 1 und 4 gezeigt. In einem jeden der Vergleichsbeispiele 4-1 bis 4-4 war der Wert des während des Schweißens angelegte Strom kleiner als der der Beispiele 4-1 bis 4-5, und im Vergleichsbeispiel 4-5 war der Wert des während des Schweißens angelegte Strom größer als der der Beispiele 4-1 bis 4-5. In Vergleichsbeispiel 4-5 wurde das erste Metall während des Schweißens übermäßig erwärmt, und das auf diese Weise geschmolzene, erste Metall streute, und außerdem schmolz die zweite Metallplatt während des Schmelzens, und die auf diese Weise geschmolzene, zweite Metallplatte wurde an die Elektroden geschweißt. In den Vergleichsbeispielen 4-1 bis 4-4 streute das während des Schweißens geschmolzene, erste Metall nicht. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
[Beispiel 5-1]
Wie in Beispiel 1-1 wurde ein Teststück des Beispiels 5-1 hergestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1-1 in den Bedingungen des Werts des während des Schweißens angelegten Stroms und der Stromanlegezeit, wie in Tabelle 1 und 4 gezeigt. Die Stromanlegezeit des Beispiels 5-1 war 0,25 msek.
[Vergleichsbeispiele 5-1 bis 5-8]
Wie in Beispiel 5-1, wurden Teststücke der Vergleichsbeispiele 5-1 bis 5-8 hergestellt. Diese Beispiele unterscheiden sich vom Beispiel 5-1 in den Bedingungen des angelegten Stromwerts während des Schweißens, wie in Tabelle 1 und 4 gezeigt. In den Vergleichsbeispielen 5-1 bis 5-6 war der Wert des während des Schweißens angelegten Stromes kleiner als der des Beispiels 5-1, und in jedem der Vergleichsbeispiele 5-7 und 5-8, war der Wert des während des Schweißens angelegten Stromes höher als der des Beispiels 5-1. In den Vergleichsbeispielen 5-7 und 5-8, wurde das erste Metall übermäßig erwärmt, und das deshalb geschmolzene erste Metall streute und ferner schmolz die zweite Metallplatte während des Schweißens, und die auf diese Weise geschmolzene, zweite Metallplatte wurde an die Elektrode geschweißt.
(Test für die Scherfestigkeit)

Für jedes der vorstehend genannten Teststücke wurde die erste Metallplatte eines jeden Teststücks auf einer Seite gehalten, und die zweite Metallplatte wurde auf der anderen Seite gehalten. Anschließend wurde eine Last in der Richtung der Teilung dieser Metallplatten angelegt. Die Festigkeit eines jeden Teststücks war, wenn das Teststück schergebrochen wurde, die Scherfestigkeit bzw. Schubfestigkeit des Teststücks. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. [Tabelle 1]

	Druck (kN)	Stromwert (kA)	Stromanlegezeit (msek)	Scherfestigkeit (kN)	Intermetallische Verbindung	Streuung des geschmolzenen ersten Metalls	Streuung der geschmolzenen zweiten Metallplatte
Vgl.bsp. 1-1	3,50	8,0	0,42	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 1-2	3,50	8,2	0,42	0,23	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Beispiel 1-1	3,50	8,4	0,42	2,41	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 1-2	3,50	9,0	0,42	2,52	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 1-3	3,50	9,4	0,42	2,71	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 1-4	3,50	9,8	0,42	3,84	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 1-5	3,50	10,2	0,42	4,56	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 1-6	3,50	10,6	0,42	4,83	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 1-7	3,50	10,8	0,42	3,74	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 1-8	3,50	11,0	0,42	3,37	Liegt vor	Liegt vor	Abwesend
Vgl.bsp. 2-1	3,50	6,8	0,50	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 2-2	3,50	7,0	0,50	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 2-3	3,50	7,2	0,50	0,23	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 2-4	3,50	7,6	0,50	0,77	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 2-5	3,50	8,0	0,50	0,79	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Beispiel 2-1	3,50	8,5	0,50	1,80	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 2-2	3,50	9,0	0,50	1,90	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 2-3	3,50	9,5	0,50	2,10	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 2-4	3,50	10,0	0,50	2,30	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 2-5	3,50	10,5	0,50	2,76	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 2-6	3,50	11,0	0,50	2,50	Liegt vor	Liegt vor	Abwesend
Vgl.bsp. 3-1	3,50	7,0	0,58	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 3-2	3,50	7,2	0,58	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 3-3	3,50	7,5	0,58	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 3-4	3,50	7,4	0,58	0,54	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 3-5	3,50	8,0	0,58	0,51	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Beispiel 3-1	3,50	8,5	0,58	1,51	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 3-2	3,50	9,0	0,58	1,44	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 3-3	3,50	9,5	0,58	2,14	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 3-4	3,50	9,8	0,58	1,73	Liegt vor	Liegt vor	Abwesend
Beispiel 3-5	3,50	10,0	0,58	1,80	Liegt vor	Liegt vor	Abwesend
Vgl.bsp. 4-1	3,50	8,0	0,33	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 4-2	3,50	8,2	0,33	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 4-3	3,50	8,4	0,33	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 4-4	3,50	8,6	0,33	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Beispiel 4-1	3,50	9,0	0,33	2,34	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 4-2	3,50	9,5	0,33	2,91	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 4-3	3,50	10,0	0,33	4,49	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 4-4	3,50	10,5	0,33	3,46	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Beispiel 4-5	3,50	11,0	0,33	4,63	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 4-5	3,50	11,5	0,33	3,44	Liegt vor	Liegt vor	Liegt vor
Vgl.bsp. 5-1	3,50	8,0	0,25	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 5-2	3,50	8,5	0,25	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 5-3	3,50	9,0	0,25	0,35	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 5-4	3,50	9,5	0,25	0,55	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 5-5	3,50	10,0	0,25	0,00	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 5-6	3,50	10,5	0,25	0,31	Abwesend	Abwesend	Abwesend
Beispiel 5-1	3,50	11,0	0,25	1,40	Liegt vor	Abwesend	Abwesend
Vgl.bsp. 5-7	3,50	11,5	0,25	0,80	Liegt vor	Liegt vor	Liegt vor
Vgl.bsp. 5-8	3,50	12,0	0,25	2,06	Liegt vor	Liegt vor	Liegt vor

(Mikroskopische Untersuchung und anderes)
Alle der vorstehend genannten Teststücke wurden in der Dickenrichtung geschnitten, und ihre Querschnitte wurden mittels eines Mikroskops beobachtet und wurden mittels eines Elektronenstrahl-Mikroanalysators (EPMA) untersucht. 5 ist ein Foto des Teststücks des Beispiels 1-1 im Querschnitt. 6A ist ein Foto des Teststücks des Beispiels 1-1 am Verbindungsbereich im Querschnitt, welcher mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) beobachtet wurde. 6B ist ein Bild eines Verbindungsbereichs in 6A, welches mittels eines Elektronenstrahl-Mikroanalysators (EPMA) ausgewertet bzw. analysiert wurde. Tabelle 1 zeigt das Vorliegen bzw. die Anwesenheit oder die Abwesenheit einer intermetallischen Verbindung zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte eines jeden Teststücks.
(Ergebnisse und Überlegungen)
Wie in Tabelle 1 gezeigt, war die Scherfestigkeit eines jeden Teststücks der Beispiele 1-1 bis 1-8, der Beispiele 2-1 bis 2-6, der Beispiele 3-1 bis 3-5, der Beispiele 4-1 bis 4-5, und des Beispiels 5-1 über 1,4 kN auf. Die Scherfestigkeit eines jeden Teststücks der Vergleichsbeispiele 1-1 und 1-2, der Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-5, der Vergleichsbeispiele 3-1 bis 3-5, der Vergleichsbeispiele 4-1 bis 4-4, und der Vergleichsbeispiele 5-1 bis 5-6 war jedoch unter 1,0 kN.
Ferner wurde, wie in 5 gezeigt, im Teststück von Beispiel 1-1 die Aluminiumlegierung der ersten Metallplatte durch Schweißen geschmolzen, aber Stahl, welches das zweite Metall ist, wurde nicht geschmolzen. Ferner wurde, wie in den 6A und 6B gezeigt, eine intermetallische Fe-Al-Verbindung zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte gebildet. Ebenfalls wurde in den Teststücken der anderen Beispiele eine Aluminiumlegierung, welches das erste Metall ist, durch Schweißen geschmolzen, während Stahl, welches die zweite Metallplatte ist, nicht geschmolzen wurde, und eine intermetallische Verbindung wurde zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte gebildet. Währenddessen wurde in jedem der Teststücke der Vergleichsbeispiele 1-1 und 1-2, der Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-5, der Vergleichsbeispiele 3-1 bis 3-5, der Vergleichsbeispiele 4-1 bis 4-4 und der Vergleichsbeispiele 5-1 bis 5-6, welche eine Scherfestigkeit unter 1,0 kN aufweisen, eine intermetallische Verbindung zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte nicht gebildet.
Von diesen Ergebnissen wird angenommen, dass in den vorstehenden Beispielen die zweite Metallplatte mit daran angelegten Strom während des Schweißens erwärmt (mittels Widerstand erwärmt) wurde, und ein Bereich der ersten Metallplatte wurde durch die Wärme geschmolzen. Es wird auch angenommen, dass aufgrund des Schmelzens des ersten Metalls der ersten Metallplatte das zweite Metall der zweiten Metallplatte in den geschmolzenen Abschnitt des ersten Metalls diffundierte und eine intermetallische Verbindung zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte erzeugt wurde. Folglich wird davon ausgegangen, dass sich die Verbindungsfestigkeit zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte verbessert hat. Die Dicke der intermetallischen Verbindung am Bereich der ersten Metallplatte, welche von der Seite der zweiten Metallplatte unter Druck gesetzt wurde, war dünner als die der intermetallischen Verbindung in der Umgebung derselben.
Währenddessen wird in den Vergleichsbeispielen 1-1 und 1-2, den Vergleichsbeispielen 2-1 bis 2-5, den Vergleichsbeispielen 3-1 bis 3-5, den Vergleichsbeispielen 4-1 bis 4-4, und den Vergleichsbeispielen 5-1 bis 5-6 angenommen, dass eine intermetallische Verbindung nicht zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte erzeugt wurde, da der Wert des angelegten Stroms, oder die Stromanlegezeit während des Schweißens nicht ausreichend war.
Im Beispiel 1-8, im Beispiel 2-6, und den Beispielen 3-4 und 3-5, streute das geschmolzene, erste Metall, aber die zweite Metallplatte schmolz nicht. Deshalb wird davon ausgegangen, dass die erste und die zweite Metallplatte nicht übermäßig erwärmt wurden, und die Scherfestigkeit wurde deshalb sichergestellt. Währenddessen wurde in Vergleichsbeispiel 4-5 und in den Vergleichsbeispielen 5-7 und 5-8 eine intermetallische Verbindung zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte gebildet und die Scherfestigkeit war deshalb über 1,4 kN. In derartigen Fällen streute jedoch nicht nur das geschmolzene, erste Metall, sondern auch die zweite Metallplatte schmolz. Deshalb besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Hohlräume bzw. Lücken und ähnliches in der ersten und zweiten Metallplatte gebildet werden können, was in einer instabilen Scherfestigkeit und einer anderen Festigkeit als der Scherfestigkeit resultiert, welche geringer als die der anderen Beispiele ist.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, und verschiede Designänderungen können innerhalb des Konzepts und des Umfangs der vorliegenden Offenbarung, welche in den angefügten Ansprüchen vorgetragen sind, gemacht werden.
Bezugszeichenliste

1: Widerstandsschweißvorrichtung
11: Erste Metallplatte
12: Zweite Metallplatte
12a: Überlappender Abschnitt
12b: Stromflussbereich
13: Intermetallische Verbindung
66, 67: Elektroden
69: Druckelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012152786 A [0002, 0003]

Claims

Verfahren zum Verbinden zweier unähnlicher Metallplatten, umfassend: Überlagern einer ersten Metallplatte und einer zweiten Metallplatte übereinander als die unähnlichen Metallplatten, wobei die erste Metallplatte aus einem ersten Metall hergestellt ist, wobei die zweite Metallplatte aus einem zweiten Metall mit einem höheren Durchgangswiderstand als dem des ersten Metalls und einem höheren Schmelzpunkt als dem des ersten Metalls hergestellt ist; in Kontakt bringen eines Elektroden-Paars mit einer Oberfläche eines Abschnitts der zweiten Metallplatte, welche die erste Metallplatte überlappt; und Anlegen eines Stroms zwischen dem Elektroden-Paar, um das in einem Strom durchflossenen Stromflussbereich vorliegende, zweite Metall durch Widerstand auf eine Temperatur, welche geringer als der Schmelzpunkt des zweiten Metalls ist und welche höher als der Schmelzpunkt des ersten Metalls ist, zu erwärmen, wodurch die erste Metallplatte mit Wärme des durch Widerstand erwärmten zweiten Metalls teilweise schmilzt, sodass eine intermetallische Verbindung des ersten Metalls und des zweiten Metalls zwischen der ersten Metallplatte und der zweiten Metallplatte gebildet wird, und auf diese Weise die erste und die zweite Metallplatte über die intermetallische Verbindung verbindet.
Verfahren zum Verbinden zweier unähnlicher Metallplatten nach Anspruch 1, wobei: das in Kontakt Bringen des Paares an Elektroden mit der Oberfläche des Abschnitts der zweiten Metallplatte, welche mit der ersten Metallplatte überlappt, das Anordnen eines Druckelements zwischen dem Paar an Elektroden umfasst, wobei das Druckelement aus einem nicht-leitfähigen Material hergestellt ist, und das Verbinden der ersten und der zweiten Metallplatte das Anlegen von Strom zwischen dem Paar an Elektroden umfasst, während die zweite Metallplatte gegen die erste Metallplatte unter Verwendung des zwischen dem Paar an Elektroden angeordneten Druckelements gedrückt wird.
Das Verfahren zum Verbinden zweier ungleicher Metallplatten nach Anspruch 1, wobei die erste Metallplatte eine Aluminium-Platte oder eine Aluminiumlegierung-Platte ist, und die zweite Metallplatte eine Stahl-Platte ist.