DE112012001128T5

DE112012001128T5 - Verfahren zum Verbinden unterschiedlicher Metalle

Info

Publication number: DE112012001128T5
Application number: DE112012001128T
Authority: DE
Inventors: Masao Kinefuchi; Yasuo Murai; Noritaka Eguchi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-12-24
Also published as: CN105149750B; US9339887B2; WO2012121086A1; CN103415369A; KR20130133840A; CN105149750A; US20130341306A1; CN103415369B; KR101455953B1

Abstract

Beim Verbinden eines Aluminiumlegierungsmaterials (11) mit einem Stahlmaterial (12) durch WIG-Schweißen wird eine Wolframelektrode (1) verwendet, die eine Spitze aufweist, die eine diagonal geschnittene Spitzenfläche (2) aufweist und bezüglich der Elektrodenmittelachse (6) asymmetrisch ist. Die Wolframelektrode (1) ist in Richtung der Schweißbahn von der Oberseite des Aluminiumlegierungsmaterials (11) her derart ausgerichtet, dass die Spitzenflächenseite der Wolframelektrode (1) auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials (11) gerichtet ist und die Spitze (2a) der Spitzenfläche (2) auf die Seite des Stahlmaterials (12) gerichtet ist. Auf diese Weise wird ein Lichtbogen (3) von der Spitze (2a) auf die Seite des Stahlmaterials (12) gerichtet.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen zum Kehlnahtschweißen eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials durch Gleichstrom(DC)-WIG(Wolfram-Inertgas)-Schweißen unter Verwendung einer Wolframelektrode. Ferner ist ”ein Aluminiumlegierungsmaterial”, auf das in der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, ein allgemeiner Begriff für gewalzte Bleche (kaltgewalzte Bleche und dergleichen), extrudierte Formen, die aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, oder verschiedene Arten von Elementen und Komponenten für eine Fahrzeugkarosserie und dergleichen, die durch Formen derselben erhalten worden sind. Ferner ist ”ein Stahlmaterial”, auf das in der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, ein allgemeiner Begriff für kaltgewalzte Stähle und Formstähle oder verschiedene Arten von Elementen und Komponenten für eine Fahrzeugkarosserie und dergleichen, die durch Formen derselben erhalten worden sind.
[Stand der Technik]
In den vergangenen Jahren sind Probleme hinsichtlich der globalen Umwelt entstanden, wie z. B. eine globale Erwärmung und dergleichen, die durch Abgas und dergleichen erzeugt wird, die von Transportfahrzeugen, wie z. B. Automobilen, abgegeben werden, und als eine der Gegenmaßnahmen ist eine Verbesserung der Kraftstoffeinsparung durch eine Gewichtsverminderung eines Fahrzeugs, wie z. B. eines Automobils, untersucht worden. Andererseits besteht nur mit einer Gewichtsverminderung eines Fahrzeugs die Befürchtung, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kollisionsunfall eines Automobils und dergleichen ein schwerwiegender Unfall wird, zunimmt. Daher wurde zusätzlich zu einer Gewichtsverminderung auch eine Verbesserung der Sicherheit untersucht. Aus diesen Gründen wurde die Anwendung einer Aluminiumlegierung, die ein geringes Gewicht und eine hervorragende Energieabsorption aufweist, auf einen Teil einer Fahrzeugkarosserie eines Transportfahrzeugs, wie z. B. eines Automobils, untersucht, und eine derartige Aluminiumlegierung ist in den vergangenen Jahren auch in der Praxis eingesetzt worden.
Um eine Aluminiumlegierung auf ein Transportfahrzeug, wie z. B. ein Automobil, anzuwenden, ist es jedoch erforderlich, eine strukturelle Gestaltung auszuführen, welche die Eigenschaften einer Aluminiumlegierung nutzt. Daher wird mit Ausnahme von Spezialfahrzeugen, die vollständig aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, ein Aluminiumlegierungsmaterial teilweise in ein Stahlmaterial einbezogen, das einen Strukturkörper einer Fahrzeugkarosserie bildet. Demgemäß wird eine Verbindungstechnik für unterschiedliche Metalle eines Stahlmaterials und eines Aluminiumlegierungsmaterials unverzichtbar.
Wenn jedoch ein Verbinden unterschiedlicher Metalle eines Stahlmaterials und eines Aluminiumlegierungsmaterials nur durch Schweißen durchgeführt werden soll, wird in der Verbindungsgrenzfläche des Stahlmaterials und des Aluminiumlegierungsmaterials eine intermetallische Verbundschicht (oder eine Reaktionsschicht) aus Fe und Al gebildet, die sehr hart und sehr spröde ist. D. h., es tritt das Problem auf, dass selbst dann, wenn das Stahlmaterial und das Aluminiumlegierungsmaterial miteinander verbunden zu sein scheinen, eine ausreichende Verbindungsfestigkeit in der Fügestelle aufgrund der sehr spröden intermetallischen Verbundschicht (oder der Reaktionsschicht) aus Fe und Al, die in der Verbindungsgrenzfläche ausgebildet ist, nicht sichergestellt werden kann.
Wenn ein Schweißen als Verbindungstechnik eines Stahlmaterials und eines Aluminiumlegierungsmaterials eingesetzt wird, tritt ein Problem auf, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Daher wurden zum Verbinden eines Stahlmaterials und eines Aluminiumlegierungsmaterials mechanische Verbindungstechniken unter Verwendung von Befestigungsmitteln, wie z. B. selbststanzenden Nieten, Bolzen bzw. Schrauben und dergleichen, und Verbindungstechniken unter Verwendung von Haftmitteln eingesetzt. Diese Verbindungstechniken weisen jedoch Probleme einer komplizierten Verbindungsdurchführung und einer Erhöhung von Verbindungskosten auf und wurden nicht verbreitet verwendet.
Gegenwärtig werden zum Verbinden eines Stahlmaterials und dergleichen, die ein Transportfahrzeug, wie z. B. ein Automobil, bilden, Schweißtechniken wie z. B. ein lineares Verbinden, wie z. B. WIG-Schweißen, und dergleichen eingesetzt und ein Punktverbinden und dergleichen werden allgemein eingesetzt. Wenn diese Schweißtechniken auf die Verbindungstechnik für unterschiedliche Metalle eines Stahlmaterials und eines Aluminiumlegierungsmaterials angewandt werden können, kann ein Fahrzeug, bei dem eine Aluminiumlegierung eingesetzt wird, in einer Fabrik mit einer Anlage und mit einem Verfahren hergestellt werden, die mit denjenigen für das Stahlmaterial identisch sind, und die Effizienz des Verbindens kann weiter erhöht werden.
Von diesen Schweißtechniken ist das WIG-Schweißen eine Technik, die am häufigsten zum Verbinden von Stahlmaterialien und dergleichen verwendet wird. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, besteht jedoch die Befürchtung, dass ein Problem der Bildung einer intermetallischen Verbundschicht aus Fe und Al beim Verbinden von unterschiedlichen Metallen eines Stahlmaterials und eines Aluminiumlegierungsmaterials auftritt und daher ist es eine Tatsache, dass das WIG-Schweißen nicht nur in der Praxis nicht eingesetzt worden ist, sondern dass es auch nicht vorgeschlagen worden ist.
Diesbezüglich wurde in dem Patentdokument 1 eine Technik für ein Verbinden von unterschiedlichen Metallen für ein Stahlmaterial und ein Aluminiumlegierungsmaterial durch WIG-Schweißen vorgeschlagen. In diesem Vorschlag wurde WIG-Schweißen jedoch lediglich als ein Beispiel für ein Stoßschweißen und ein Überlappungsschweißen genannt. Insbesondere wird in diesem Vorschlag das Schweißmittel aus einer Gruppe, bestehend aus Laser, Elektronenstrahl, Plasmalichtbogen, WIG, MIG und CO₂-Lichtbogen, ausgewählt. In diesem Vorschlag wird lediglich erwähnt, dass das Schweißmittel ein WIG-Schweißen sein kann.
Im Patentdokument 2 wurde ein Verbindungsverfahren für unterschiedliche Metalle vorgeschlagen, bei dem ein Stahlmaterial und ein Aluminiumlegierungsmaterial so geschweißt werden, dass sie einander überlappen, wobei das Stahlmaterial auf der Oberseite und das Aluminiumlegierungsmaterial auf der Unterseite bezogen auf die Richtung des Schweißvorgangs vorliegen. Bei diesem Verfahren wurde vorgeschlagen, das Schweißen entlang der Schweißbahn in einem Zustand durchzuführen, bei dem die Position der Schweißoberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials zur Oberseite der Position der Schweißoberfläche des Stahlmaterials bezogen auf die Richtung des Schweißvorgangs vorragt. Es wurde beschrieben, dass gemäß diesem Verfahren die Benetzbarkeit der Schweißoberfläche des Stahlmaterials bezüglich des geschmolzenen Aluminiummetalls verbessert wird, die Entfernung eines Oxidfilms auf der Oberfläche (Schweißoberfläche) des Stahlmaterials gefördert wird und eine hervorragende Verbindung erreicht werden kann.
Ferner ist gemäß diesem Patentdokument 2 das WIG-Schweißen unter Verwendung eines Drahts mit Flussmittelkern (FCW), der durch Füllen eines Flussmittels innerhalb einer Außenhülle aus einem Aluminiummaterial erhalten wird, vorgesehen. Für einen FCW, der für ein solches Verbinden von unterschiedlichen Metallen verwendet wird, wurde bereits eine Anzahl von Zusammensetzungen in dem Patentdokument 3 und dergleichen vorgeschlagen. Selbst in diesen Patentdokumenten 2, 3 wurde jedoch kein konkretes Verbindungsverfahren für unterschiedliche Metalle eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials unter Verwendung eines WIG-Schweißens offenbart.
Daher haben die vorliegenden Erfinder einen Verbindungstest für unterschiedliche Metalle zum Verbinden eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials mittels WIG-Schweißen erneut durchgeführt und die dabei auftretenden Probleme bestätigt. Insbesondere wurde, wie es in der 10 gezeigt ist, als erstes ein Ende eines Aluminiumlegierungsmaterials 11 auf ein Stahlmaterial 12 aufgelegt, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial 11 auf der Oberseite angeordnet wurde. Während ein Draht mit Flussmittelkern (FCW) 7 zu einem Stufenabschnitt 13 zugeführt wurde, der durch ein Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und die Oberfläche des Stahlmaterials 12 gebildet wurde, wurde der Verbindungstest für unterschiedliche Metalle für ein Kehlnahtschweißen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 unter Verwendung einer Wolframelektrode 30 durchgeführt. Ferner wurde das WIG-Schweißen mittels Wechselstrom(AC)-WIG-Schweißen durchgeführt, das allgemein zum Verschweißen von Aluminiumlegierungsmaterialien verwendet wird.
Als Ergebnis dieses Verbindungstests für unterschiedliche Metalle wurde aus dem geschmolzenen Aluminiumlegierungsmaterial 11 und dem FCW 7, der entsprechend geschmolzen worden ist, eine Verbindung (Raupe) erhalten, die separat als Raupen 4a, 4b auf der Oberfläche des Stahlmaterials 12 vorlag, obwohl beim Schweißen kaum Spritzer auftraten, was hervorragend war.
Ein solcher Verbindungszustand der Trennung in die Raupen 4a, 4b trat selbst dann auf, wenn Einstellungen wie ein starkes Verändern der Schweißbedingungen des WIG-Schweißens vorgenommen wurden, wie z. B. ein Erhöhen der Leistung (Wärmeeintrag), eine Verminderung der Schweißgeschwindigkeit und dergleichen, und konnte nicht vollständig verhindert werden. In einem solchen Verbindungszustand der getrennten Raupe kann die Verbindungsfestigkeit der Fügestelle (Verbindungsfügestelle von unterschiedlichen Metallen) nicht erhöht werden.
Ferner besteht eine Tendenz dahingehend, dass diese Trennung der Raupe insbesondere bei dem hohen Druck eines Lichtbogens und beim Schweißen mit einer hohen Geschwindigkeit beim WIG-Verschweißen von Stahlmaterialien auftritt, was als Buckelbildungsphänomen bekannt ist, bei dem die Form eines Schmelzbads instabil wird, das Schmelzbad vibriert und in der Raupe eine starke Ungleichmäßigkeit auftritt.
Als Mittel zum Verhindern des Auftretens dieser Trennung der Raupe wurden ein Verfahren der Verwendung eines Magnetfelds und eine Technik, bei der die Form des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode sehr speziell gewählt ist, vorgeschlagen, obwohl es sich dabei lediglich um die Technik des WIG-Verschweißens von Stahlmaterialien handelt. Ein Verfahren, bei dem ein Magnetfeld verwendet wird, wurde z. B. in dem Patentdokument 4 vorgeschlagen. Gemäß dem Patentdokument 4 wird eine elektromagnetische Kraft, die durch die elektromagnetische Wechselwirkung eines konstanten Magnetfelds, das auf die Umgebung eines Schweißlichtbogens ausgeübt wird, und des Lichtbogenstroms, der in dem Schweißlichtbogen fließt, erzeugt wird, auf den Schweißlichtbogen ausgeübt, so dass die Abstrahlungsform des Schweißlichtbogens auf die Schweißbahnrichtung des zu verbindenden Abschnitts abgelenkt wird, und dadurch werden zwei Abschnitte, die zu verbinden sind, kontinuierlich verbunden.
Obwohl das Verfahren, bei dem ein Magnetfeld verwendet wird, wie es in dem Patentdokument 4 offenbart ist, eine Technik ist, die bezüglich des Verhinderns des Auftretens einer Trennung der Raupe ohne Frage effektiv ist, wird zusätzlich eine Magnetvorrichtung erforderlich. Ferner ist gemäß diesem Verfahren, da eine elektromagnetische Kraft, die durch die Magnetvorrichtung erzeugt wird, auf den Schweißlichtbogen ausgeübt wird, eine Steuerung derselben erforderlich, und mit einer vorhandenen Schweißanlage kann dies nicht einfach durchgeführt werden. Dabei handelt es sich in der Praxis um ein Problem, da damit ein Kostenanstieg verbunden ist.
Andererseits wurden Techniken, bei denen die Form des Spitzenabschnitts einer Wolframelektrode sehr speziell gewählt ist, in dem Patentdokument 5 und dem Patentdokument 6 vorgeschlagen. Die Form des Spitzenabschnitts einer allgemeinen Wolframelektrode ist eine kreisförmige konische Form, die derjenigen der Spitze eines Bleistifts ähnlich ist. In dem Patentdokument 5 wird jedoch eine Elektrode vorgeschlagen, die eine Form aufweist, bei der ein Punkt auf der Oberfläche einer Elektrode zum WIG-Schweißen, die an dem Spitzenabschnitt eine Gratlinie aufweist, als das distale Ende verwendet wird, und der Winkel, der durch Oberflächen gebildet wird, welche die Gratlinie bilden, auf 40 bis 100 Grad eingestellt ist. In dem Patentdokument 5 wird der Lichtbogenpunkt entlang eines Abschnitts der Gradlinie erzeugt, es wird verhindert, dass der Lichtbogen zu einem Abschnitt einer Oberfläche in der Nähe der Spitze der Elektrode hochwandert, es wird verhindert, dass sich der Lichtbogen in der Breitenrichtung der Raupe verbreitert, so dass der Lichtbogen konzentriert wird, und es wird versucht, ein WIG-Schweißen mit einem hohen Strom und einer hohen Geschwindigkeit zu ermöglichen.
In dem Patentdokument 6 wird bezüglich einer WIG-Schweißvorrichtung zum Verbindungsschweißen von Stahlmaterialien mit einer schmalen Abfasung zueinander vorgeschlagen, eine Wolframelektrode von oberhalb eines Aluminiumlegierungsmaterials auf eine Schweißbahn zu richten, die Spitze der Wolframelektrode in einer exzentrischen Form auszubilden, die diagonal bei einem Winkel von 30° bis 40° geschnitten ist, und den Draht zu schmelzen, während die Wolframelektrode innerhalb der schmalen Abfasung gedreht wird.
Selbst wenn die Elektrodenverbesserungstechnik beim WIG-Verschweißen der Stahlmaterialien, wie sie in dem Patentdokument 5 beschrieben ist, auf ein WIG-Schweißen von unterschiedlichen Metallen eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials unter Verwendung eines FCW angewandt wird, kann das Auftreten einer Trennung der Raupe, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, nicht verhindert werden. Es wird davon ausgegangen, dass der Grund dafür darin liegt, dass das WIG-Schweißen von unterschiedlichen Metallen des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials unter Verwendung des FCW ein Verschweißen von unterschiedlichen Materialien ist und daher der Schweißmechanismus, der Erzeugungsmechanismus der Trennung der Raupe und dergleichen desselben verschieden von denjenigen des WIG-Verschweißens von Stahlmaterialien sind.
Ferner ist auch die Technik, die in dem Patentdokument 6 beschrieben ist, eine Technik für ein Stoßschweißen von dicken Platten und kann als solches nicht auf das Schweißen von überlappenden Kehlnähten bei dünnen Blechen verwendet werden.
[Zitatliste]
[Patentdokumente]

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2001-47244
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2010-207886
Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2008-68290
Patentdokument 4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2008-105056
Patentdokument 5: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer H6-328287
Patentdokument 6: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2004-237326

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technische Probleme]
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, die in der Vergangenheit aufgetreten sind, und deren Aufgabe ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen, das unterschiedliche Metalle eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials durch WIG-Schweißen verbinden kann, das am gebräuchlichsten zum Verbinden von Stahlmaterialien und dergleichen eingesetzt wird, und das ein hervorragendes Aussehen einer Raupe und die erforderliche Fügestellenfestigkeit sicherstellen kann.
[Lösung für die Probleme]
Ein Aspekt des Verfahrens zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen, umfassend die Schritte des Aufeinanderlegens mindestens eines Teils eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials und Kehlnahtschweißen des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen unter Verwendung einer stabartigen Wolframelektrode, während ein Draht mit Flussmittelkern einem Stufenabschnitt zugeführt wird, der durch ein Ende des Aluminiumlegierungsmaterials und die Oberfläche des Stahlmaterials gebildet wird, wobei die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials als positiver Pol dient, wobei die Wolframelektrode einen Spitzenabschnitt mit einer Form umfasst, die bezüglich der Achse der Wolframelektrode asymmetrisch ist, wobei die Spitze eine Spitzenoberfläche umfasst, die in einem Winkel von 20° oder mehr und 40° oder weniger bezogen auf die Achse geformt ist, und wobei während des Schweißens ein Lichtbogen, der von der Spitze der Wolframelektrode erzeugt wird, durch Richten der Wolframelektrode auf eine Schweißbahn von der Oberseite des Aluminiumlegierungsmaterials her auf die Seite des Stahlmaterials gerichtet wird, so dass die Spitze der Wolframelektrode auf die Seite des Stahlmaterials gerichtet ist und dass die Spitzenoberfläche auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials gerichtet ist. Nachstehend kann diese Erfindung als der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung bezeichnet werden.
Ein weiterer Aspekt des Verfahrens zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen, umfassend die Schritte des Aufeinanderlegens mindestens eines Teils eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials und Kehlnahtschweißen des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen unter Verwendung einer stabartigen Wolframelektrode, während ein Draht mit Flussmittelkern einem Stufenabschnitt zugeführt wird, der durch ein Ende des Aluminiumlegierungsmaterials und die Oberfläche des Stahlmaterials gebildet wird, wobei die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials als positiver Pol dient, wobei während des Schweißens ein Spitzenabschnitt der Wolframelektrode an einer Position in einem Bereich von 0 mm oder mehr und weniger als 3,5 mm von einem Ende des Aluminiumlegierungsmaterials zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials in der Richtung parallel zu dem Aluminiumlegierungsmaterial und an einer Position, die vertikal um 2,0 mm oder mehr und weniger als 4,5 mm von der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials abweicht, in einem Zustand angeordnet ist, bei dem die Wolframelektrode um einen Winkel von mehr als 5° und weniger als 35° zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials ausgehend von der Richtung orthogonal zu dem Aluminiumlegierungsmaterial geneigt ist. Nachstehend kann diese Erfindung als der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung bezeichnet werden.
Ein weiterer Aspekt des Verfahrens zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen, umfassend die Schritte des Aufeinanderlegens mindestens eines Teils eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials und Kehlnahtschweißen des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen unter Verwendung einer stabartigen Wolframelektrode, während ein Draht mit Flussmittelkern einem Stufenabschnitt zugeführt wird, der durch ein Ende des Aluminiumlegierungsmaterials und die Oberfläche des Stahlmaterials gebildet wird, wobei die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials als positiver Pol dient, wobei während des Schweißens ein Spitzenabschnitt der Wolframelektrode an einer Position, die vertikal um 2,0 mm oder mehr und weniger als 4,5 mm von der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials abweicht, und an einer Position, bei der eine Verlängerungslinie der Achse der Wolframelektrode die Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials kreuzt, in einem Bereich von 1,0 mm oder mehr und weniger als 3,0 mm von einem Ende des Aluminiumlegierungsmaterials zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials in einem Zustand angeordnet ist, bei dem die Wolframelektrode um 35° oder mehr und weniger als 60° zu der Seite des Stahlmaterials ausgehend von der Richtung orthogonal zu dem Stahlmaterial geneigt ist. Nachstehend kann diese Erfindung als der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung bezeichnet werden.
In dem ersten bis dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Draht mit Flussmittelkern von der Schweißverlaufrichtung her zugeführt wird.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Gemäß dem Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen der vorliegenden Erfindung kann beim Verbinden von unterschiedlichen Metallen eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials das Auftreten einer Trennung der Raupe verhindert werden und ein hervorragendes Aussehen der Raupe und die erforderliche Fügestellenfestigkeit können durch WIG-Schweißen, das für das Verbinden von Stahlmaterialien und dergleichen am gebräuchlichsten verwendet wird, sichergestellt werden.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1(a) ist eine Seitenansicht, welche die Form eines Spitzenabschnitts einer Elektrode in dem ersten Aspekt der Erfindung zeigt, und 1(b) ist eine Vorderansicht, welche die Form des Spitzenabschnitts der Elektrode von 1(a) zeigt.
2 ist eine Vorderansicht, welche die Form eines Spitzenabschnitts einer Elektrode mit einer herkömmlichen kreisförmigen konischen Form zeigt.
3(a) ist eine Seitenansicht, welche die Form eines Spitzenabschnitts einer Elektrode eines Vergleichsbeispiels zeigt und 3(b) ist eine Vorderansicht, welche die Form des Spitzenabschnitts der Elektrode von 3(a) zeigt.
4 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein WIG-Schweißbetriebsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Elektrode der 1(a) und 1(b) zeigt.
5 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein WIG-Schweißbetriebsbeispiel des Vergleichsbeispiels unter Verwendung der Elektrode der 1(a) und 1(b) zeigt.
6 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein WIG-Schweißbetriebsbeispiel des Vergleichsbeispiels unter Verwendung der Elektrode der 1(a) und 1(b) zeigt.
7 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein herkömmliches WIG-Schweißbetriebsbeispiel unter Verwendung der herkömmlichen Elektrode der 2 zeigt.
8 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein WIG-Schweißbetriebsbeispiel des Vergleichsbeispiels unter Verwendung der Vergleichsbeispielelektrode der 3(a) und 3(b) zeigt.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Betriebsbeispiel eines allgemeinen WIG-Schweißens zeigt.
10 ist eine erläuternde Zeichnung, die einen Zustand der Trennung einer Raupe zeigt, die beim WIG-Schweißen auftritt.
11 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform des Verbindungsverfahrens für unterschiedliche Metalle des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Schweißen gerichtet auf einen Überlappungsabschnitt des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials in einem Zustand durchgeführt wird, bei dem die Wolframelektrode in einem Verbesserungstest auf die Seite des Stahlmaterials geneigt ist.
13 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform des Verbindungsverfahrens für unterschiedliche Metalle des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung zeigt.
[Beschreibung von Ausführungsformen]
Die vorliegenden Erfinder haben intensive Untersuchungen durchgeführt, um geeignete Bedingungen zur Durchführung eines Verbindens von unterschiedlichen Metallen eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials durch WIG-Schweißen zu ermitteln, das zum Verbinden von Stahlmaterialien und dergleichen am gebräuchlichsten verwendet worden ist, ohne die Trennung einer Raupe zu erzeugen.
(Ursache der Erzeugung der ”Trennung (Trennung von geschmolzenem Metall) einer Raupe”)
Gemäß den Kenntnissen der vorliegenden Erfinder besteht die Ursache der Erzeugung der ”Trennung einer Raupe” beim WIG-Schweißen einer Überlappungsfügestelle eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials darin, dass ein Lichtbogen, der von einer allgemeinen Wolframelektrode erzeugt wird, zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials versetzt (verschoben) wird. Aufgrund der Verschiebung des Lichtbogens auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials steigt die Temperatur auf der Seite des Stahlmaterials nicht ausreichend an, das Flussmittel, das von dem FCW zugeführt wird, verteilt sich nicht über dem Stahlblech und die Benetzbarkeit des geschmolzenen Aluminiums und des Stahlblechs kann nicht verbessert werden.
Dies wird mittels der 10 genauer beschrieben.
Wenn ein Lichtbogen 3, der von einer Wolframelektrode 30 erzeugt wird, auf die Seite eines Aluminiumlegierungsmaterials 11 verschoben wird, beginnt das Aluminiumlegierungsmaterial 11 zuerst zu schmelzen und der Schmelzbeginn eines FCW 7 wird zwangsläufig verzögert. Als Ergebnis breitet sich das Flussmittel nicht ausreichend über der Oberfläche eines Stahlmaterials 12 aus und die Benetzbarkeit des geschmolzenen Aluminiumlegierungsmetalls bezüglich der Seite des Stahlmaterials 12 kann kaum sichergestellt werden, wobei das geschmolzene Aluminiumlegierungsmetall die Raupe auf der Seite des Stahlmaterials 12 in dem Aluminiumlegierungsmaterial 11 wird. Es wird auch davon ausgegangen, dass das Ausbreiten des Flussmittels auf der Oberfläche des Stahlmaterials 12 beeinträchtigt wird, da der Temperaturanstieg des Stahlmaterials 12 aufgrund des Verschiebens des Lichtbogens 3 auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 relativ verzögert wird.
Aufgrund dieser Phänomene kann das geschmolzene Metall, das durch Schmelzen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 erhalten worden ist, kaum benetzt werden und sich zur Seite des Stahlmaterials 12 ausbreiten. Ferner wird das geschmolzene Metall, das durch Schmelzen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 gebildet worden ist, durch den Lichtbogen 3, der zur Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 verschoben ist, zur Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 (linke Seite in der 10) gedrückt. Dieses geschmolzene Metall wird als Raupe 4a in einem Zustand verfestigt, in dem es zur Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 bewegt worden ist. Wenn der Schmelzbereich des Aluminiumlegierungsmaterials 11 breiter wird, bewegt sich das geschmolzene Metall, das durch Schmelzen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 gebildet wird, stärker zur Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11.
Andererseits breitet sich das geschmolzene Metall, das durch Schmelzen des FCW 7 gebildet worden ist, auf der Oberfläche des Stahlmaterials 12 durch die Wirkung des Flussmittels aus. Das geschmolzene Metall, das durch Schmelzen des FCW 7 gebildet wird, wird jedoch durch den Lichtbogen 3, der von der Wolframelektrode 30 erzeugt wird, in eine Richtung entgegengesetzt zur Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 (rechte Seite in der 10) gedrückt. Als Ergebnis mischt sich das geschmolzene Metall, das durch Schmelzen des FCW 7 erzeugt wird, nicht mit dem geschmolzenen Metall, das durch Schmelzen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 erzeugt wird, und wird als getrennte Raupe 4b in einem Zustand getrennt von der Raupe 4a, die vorstehend beschrieben worden ist, verfestigt. Als Ergebnis tritt eine Trennung der Raupe auf.
[Gegenmaßnahmen gegen eine Trennung der Raupe]
Um den Mechanismus der Trennung der Raupe zu unterdrücken und die Erzeugung einer Trennung der Raupe zu verhindern, geht der einschlägige Fachmann davon aus, dass im Allgemeinen die nachstehenden Maßnahmen (1), (2) erforderlich sind. Es handelt sich dabei um (1) das Schmelzen des FCW 7 so schnell wie möglich und das Sicherstellen der Benetzbarkeit und (2) das Vermindern des Schmelzbereichs des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und das Vermindern des Bewegens des geschmolzenen Aluminiums zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11. Das Schmelzen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 über dem gesamten Bereich in der Dickenrichtung (Blechdicke) sollte jedoch sichergestellt sein.
Wenn derartige Maßnahmen eingehalten werden, kann durch den einschlägigen Fachmann eine konkrete Verbesserung der Schweißbetriebsbedingungen, die nachstehend beschrieben sind, ermittelt werden.
(Vergleichsverbesserungstechnik 1: Zielposition der Elektrode)
Es kann ermittelt werden, dass durch Bewegen der Position der Wolframelektrode (Brenner) 30 von 10 um 0,5 mm zu der Seite des Stahlmaterials 12 (rechte Seite von 10) der Wärmeeintrag zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 vermindert wird. Da jedoch ein stärkerer Lichtbogen 3 zwischen der Spitze der Elektrode und dem oberen Ende des Aluminiumlegierungsmaterials 11 erzeugt wurde, war der Effekt einer Verhinderung des Auftretens einer Trennung der Raupe gering. Ferner wurde, wenn die Wolframelektrode 30 um 1 mm auf die Seite des Stahlmaterials 12 bewegt wurde, der Lichtbogen 3 zwischen der Elektrode 30 und dem Stahlmaterial 12 stark erzeugt, das Stahlmaterial begann zu schmelzen und ein Verbinden als solches konnte nicht durchgeführt werden.
(Vergleichsverbesserungstechnik 2: Brennerwinkel)
Beim Schweißen eines Aluminiumlegierungsmaterials und Stahl wird, um nur das Aluminiumlegierungsmaterial zu schmelzen, während das Schmelzen des Stahls vermieden wird, im Allgemeinen der Wärmeeintrag von oberhalb eines Aluminiumlegierungsblechs durchgeführt. Gemäß der 10 wurde jedoch, um den Schmelzbereich des Aluminiumlegierungsmaterials 11 zu vermindern, das Schweißen so durchgeführt, dass die Wolframelektrode (Brenner) 30 um 10° bezogen auf die Richtung der Senkrechten des Blechs geneigt war, während die Wolframelektrode 30 orthogonal zur Schweißbahn war, und deren Spitze auf den Überlappungsbereich des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 gerichtet war. Als Ergebnis konnte eine Trennung der Raupe nicht vollständig verhindert werden, obwohl ein Schmelzen auf der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 geringfügig unterdrückt werden konnte.
(Vergleichsverbesserungstechnik 3: Stromquelle)
Gemäß der 10 konnte durch Ändern der Stromquelle von einer Wechselstrom(AC)-Quelle zu einer Gleichstrom(DC)-Quelle eine Verbreiterung des Lichtbogens 3 zur Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 unterdrückt werden und der Schmelzbereich des Aluminiumlegierungsmaterials 11 wurde klein. Selbst in diesem Fall konnte jedoch keine Unterdrückung der Trennung der Raupe erreicht werden.
Aufgrund dieser Ergebnisse war bekannt, dass das Problem der Trennung der Raupe durch Ändern der Schweißbetriebsbedingungen, die auf den vorstehend beschriebenen allgemeinen Maßnahmen beruhte, kaum gelöst werden konnte. Daher haben die vorliegenden Erfinder eine neue Gegenmaßnahme untersucht, welche diese Verbesserungstechniken des Schweißvorgangs ersetzt. Als Ergebnis haben die vorliegenden Erfinder in Betracht gezogen, die Verteilung des Wärmeeintrags in das Aluminiumlegierungsmaterial/den FCW/das Stahlmaterial zu verändern und auch die Bewegung des geschmolzenen Metalls des Aluminiumlegierungsmaterials zur Seite des Aluminiumlegierungsmaterials durch Ausrichten der Richtung des Lichtbogens auf die Seite des Stahlmaterials zu unterdrücken und dadurch die Trennung der Raupe zu verhindern. Ferner sind die vorliegenden Erfinder auch zu der Erkenntnis gelangt, dass die Form des Spitzenabschnitts und die Positionsbeziehung des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode während des Schweißens die Verteilung des Wärmeeintrags in das Aluminiumlegierungsmaterial/den FCW/das Stahlmaterial in einem Zustand, bei dem die Richtung des Lichtbogens auf die Seite des Stahlmaterials gerichtet war, stark beeinflussen.
Diesbezüglich kann mit der Form des Spitzenabschnitts der Elektrode, die in der Vergangenheit vorgeschlagen worden ist, oder nur mit einer Vorrichtung mit der Form des Spitzenabschnitts der Elektrode eine ”Trennung der Raupe” nicht verhindert werden, wenn ein WIG-Schweißen auf das Verbinden von unterschiedlichen Metallen eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials angewandt wird. D. h., gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Problem der ”Trennung der Raupe” dadurch gelöst, dass die Form des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode als sogenannte exzentrische Form ausgebildet wird und der Lichtbogen durch Festlegen der Positionsbeziehung des Spitzenabschnitts einer solchen exzentrischen Form während des Schweißens auf die Seite des Stahlmaterials gerichtet wird.
[Erster Aspekt der Erfindung]
(Spitzenabschnittform der Elektrode)
Als erstes wird die Form des Spitzenabschnitts (exzentrische Spitzenabschnittform) der Elektrode für das WIG-Schweißen in dem ersten Aspekt der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 spezifisch beschrieben. 1(a) ist eine Seitenansicht, die den Spitzenabschnitt der Wolframelektrode für das WIG-Schweißen in der vorliegenden Erfindung zeigt und (b) ist eine Vorderansicht, die den Spitzenabschnitt der in (a) gezeigten Wolframelektrode zeigt. 2 ist eine Vorderansicht, die den Spitzenabschnitt mit einer kreisförmigen konischen Form einer herkömmlichen Elektrode zeigt. 3(a) ist eine Seitenansicht, die den Spitzenabschnitt einer Elektrode eines Vergleichsbeispiels zeigt und (b) ist eine Vorderansicht, die den Spitzenabschnitt der in (a) gezeigten Wolframelektrode zeigt.
Normalerweise weist ein Spitzenabschnitt 31 der herkömmlichen Wolframelektrode 30 eine kreisförmige konische Form auf, die bezüglich einer Elektrodenachse 32, die in der 2 als Punkt-Strich-Linie gezeigt ist, symmetrisch ist. Daher kann selbst dann, wenn die Richtung und die Positionsbeziehung der Wolframelektrode 30 während des Schweißens oder die Schweißbedingungen festgelegt werden, der Lichtbogen von einer Spitze 31a nicht auf die Seite des Stahlmaterials gerichtet werden, wie es in einem Beispiel gezeigt ist, das nachstehend beschrieben wird.
Andererseits weist der Spitzenabschnitt einer Wolframelektrode 1 in dem ersten Aspekt der Erfindung, der eine einzige nadelförmige Spitze 2a aufweist, eine Spitzenoberfläche (geschnittene Oberfläche) 2 auf, die lediglich auf einer Seite (die nachstehend beschriebene Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11, die linke Seite von 1(b)) bezüglich einer Elektrodenachse 6, die als Punkt-Strich-Linie gezeigt ist, diagonal geschnitten ist. Als Ergebnis ist der Spitzenabschnitt bezüglich der Elektrodenachse 6 asymmetrisch und weist eine umgekehrte Dreiecksform auf, die nur die Spitze 2a aufweist, wie es in der 1(b) gezeigt ist. Folglich wird in dem ersten Aspekt der Erfindung die Wolframelektrode 1 verwendet, die den Spitzenabschnitt mit einer Form aufweist, die asymmetrisch auf eine Seite in Bezug auf die Elektrodenachse 6 verschoben ist, und die Richtung und die Positionsbeziehung der Wolframelektrode 1 während des Schweißens werden geeignet eingestellt (was nachstehend beschrieben wird). Folglich kann der Lichtbogen, der von der Spitze 2a der Wolframelektrode 1 erzeugt wird, mehr auf die Seite des Stahlmaterials gerichtet werden.
Dabei liegt der Spitzenwinkel θ der Spitzenoberfläche der Wolframelektrode 1, bei dem es sich um den Winkel θ der Spitzenoberfläche 2 handelt, die von der einzigen Spitze 2a (bei der es sich um eine Nadelspitze handelt) bezogen auf die Elektrodenachse 6 diagonal nach oben geschnitten ist, in dem ersten Aspekt der Erfindung im Bereich von 20° oder mehr und 40° oder weniger. Selbst wenn der Spitzenwinkel θ übermäßig wenig oder übermäßig stark in umgekehrter Weise von diesem Bereich abweicht, wird der Lichtbogen von der Spitze 2a der Wolframelektrode 1 kaum auf die Seite des Stahlmaterials gerichtet. Ferner ist dieser Bereich des Winkels auch im Hinblick auf das Erfordernis eines Unterdrückens des Verbrauchs der Elektrode nötig. Selbst wenn der Spitzenwinkel θ übermäßig wenig oder übermäßig stark in umgekehrter Weise von diesem Bereich abweicht, nimmt der Verbrauch der Elektrode zu.
Die Spitze 2a der Wolframelektrode 1 weist die Form einer Wölbung auf, die scharf ist und einen spitzen Winkel aufweist, oder eine nadelförmige Spitzenform auf. Diese Spitze 2a kann jedoch die Form der Wölbung (Spitzenform) aufweisen, die eine feine Rundung aufweist oder einen feinen Eckenteil und einen flachen Teil aufweist, solange diese in einem Bereich vorliegen, der die Wirkung des Richtens des Lichtbogens von der Spitze 2a der Wolframelektrode 1 auf die Seite des Stahlmaterials nicht beeinträchtigt und in dem die Elektrode nicht verbraucht wird. Ferner ist der Winkel (Spitzenwinkel) θ der Spitzenoberfläche, die diagonal geschnitten ist, gegebenenfalls nicht der gleiche Winkel (einheitliche Winkel) über die gesamte Länge der Spitzenoberfläche und kann sich stufenlos oder stufenweise innerhalb des Bereichs von 20° oder mehr und 40° oder weniger ändern. Ferner kann die Länge des diagonal geschnittenen Abschnitts der Spitzenoberfläche 2 der Wolframelektrode 1 der vorliegenden Erfindung von der Spitze 2a in der axialen Richtung aus dem Spitzenwinkel θ und dem eingestellten Elektrodendurchmesser berechnet werden und ist zwangsläufig festgelegt. Als eine Angabe in dem Bereich des Durchmessers von 1,0 bis 4,0 mm Φ einer normalen Wolframelektrode, die beim WIG-Schweißen verwendet wird, kann diese Länge im Bereich von 1,2 bis 11 mm liegen.
Die 3(a) und 3(b) zeigen eine Elektrode 20 des Vergleichsbeispiels. Ein Spitzenabschnitt 21 der Elektrode 20 weist nur eine nadelförmige Spitze 21a mit einem Spitzenwinkel θ von 20° oder mehr und 40° oder weniger in Bezug auf eine Elektrodenachse 22 auf und weist die Form eines umgekehrten Dreiecks auf. Obwohl der Spitzenabschnitt 21 der Elektrode 20 des Vergleichsbeispiels eine Spitzenabschnittform mit einem spitzen Winkel aufweist, ist er bezogen auf die Elektrodenachse 22 symmetrisch. Dies unterscheidet sich von der Spitzenoberfläche 2 der Wolframelektrode 1 des ersten Aspekts der Erfindung dahingehend, dass diese asymmetrisch in Bezug auf die Elektrodenachse 6 ist, und zwar dahingehend, dass sie nur auf einer Seite in Bezug auf die Elektrodenachse 6 diagonal geschnitten ist und die Form ungleichmäßig auf eine Seite verteilt ist. Selbst wenn eine Kombination mit der Richtung und der Positionsbeziehung der Wolframelektrode 20 während des Schweißens durchgeführt wird, ist es daher nicht möglich, den Lichtbogen von der Spitze 21a der Wolframelektrode 20 effektiv auf die Seite des Stahlmaterials zu richten (was nachstehend beschrieben wird).
(Richtung und Positionsbeziehung der Elektrode während des Schweißens)
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es lediglich durch die asymmetrische Form der Spitzenoberfläche 2, bei der nur eine Seite des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode 1 diagonal geschnitten ist, nicht möglich, den Lichtbogen von dieser Wolframelektrode 1 auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials zu richten. Um den Lichtbogen von der Spitze 2a der Wolframelektrode 1 auf die Seite des Stahlmaterials zu richten, wie es in der 4 gezeigt ist, sind die Richtung der Spitzenoberfläche 2 in Bezug auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und die Positionsbeziehung eines Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11, bei dem es sich um die Schweißbahn handelt, und der einzigen Spitze 2a wichtig.
Dies wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 beschrieben, bei denen es sich um erläuternde Zeichnungen handelt, die Beispiele für den WIG-Schweißbetrieb unter Verwendung der Elektroden von 1(a) und 1(b), 2 und 3(a) und 3(b) zeigen.
Die 4 zeigt ein Beispiel des ersten Aspekts der Erfindung. In der 4 ist die nadelförmige Spitze 2a der Wolframelektrode unmittelbar über dem Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 angeordnet, das auf der Oberseite des Stahlmaterials 12 aufgelegt ist, das sich unmittelbar oberhalb der Schweißbahn befindet, und ist nach unten gerichtet. Ferner ist die Spitzenoberfläche 2 der Wolframelektrode 1, die eine asymmetrische Form aufweist, bei der nur eine Seite diagonal geschnitten ist, gleichzeitig auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 gerichtet.
Folglich kann der Lichtbogen 3 (der durch mehrere Pfeilmarkierungen gezeigt ist, das Gleiche gilt für die folgenden Zeichnungen), der von der Spitze 2a der Wolframelektrode 1 erzeugt wird, auf die Seite des Stahlmaterials 12 gerichtet werden, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. Folglich ist die Richtung des Lichtbogens auf die Seite des Stahlmaterials 12 gerichtet und die Verteilung des Wärmeeintrags in das Aluminiumlegierungsmaterial/den FCW/das Stahlmaterial kann verändert werden. Daher kann eine Bewegung des geschmolzenen Metalls des Aluminiumlegierungsmaterials 11 zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 unterdrückt werden, eine erforderliche Menge kann zu der Seite des Stahlmaterials 12 bewegt werden und eine Trennung der Raupe kann wirksam verhindert werden.
Ferner kann auch die Wirkung des Flussmittels durch den FCW ohne einen übermäßigen Wärmeeintrag in das Stahlmaterial 12 wie bei den Verbesserungstechniken 1 und 2 ausgeübt werden, bei denen die Elektrode 1 auf die Seite des Stahlmaterials verschoben wird. Folglich kann in der Verbindungsgrenzfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 eine Reaktionsschicht (Grenzflächenreaktionsschicht) aus Stahl und Aluminium in geeigneter Weise dünn erhalten werden.
Um eine Verbindung mit einer ausreichenden Festigkeit durch ein Verbinden von unterschiedlichen Metallen von Stahl-Aluminium zu erhalten, ist es erforderlich, die Reaktionsschicht (intermetallische Verbundschicht) aus Stahl und Aluminium dünn und einheitlich zu verteilen. Wenn Stahl gleichzeitig mit Aluminium beim WIG-Schweißen von Stahl-Aluminium geschmolzen wird, wird eine große Menge einer spröden intermetallischen Verbindung gebildet, Risse werden erzeugt oder eine ausreichende Bindungsfestigkeit kann selbst dann nicht sichergestellt werden, wenn keine Risse erzeugt werden. Andererseits fällt lediglich durch Ermöglichen eines Kontakts von geschmolzenem Aluminium mit der Seite des abgekühlten Stahlmaterials die Temperatur des Kontaktteils innerhalb einer sehr kurzen Zeit, die Wirkung des Flussmittels, das zur Entfernung des Oxidfilms und zur Verbesserung der Benetzbarkeit verwendet wird, kann nicht ausreichend ausgeübt werden, die erforderliche Reaktionsschicht kann nicht erhalten werden und eine ausreichende Verbindungsfestigkeit kann nicht sichergestellt werden. Daher sollte die Temperatur auf der Seite des Stahlmaterials innerhalb eines erforderlichen Bereichs, jedoch nicht übermäßig, erhöht werden.
Andererseits findet selbst dann, wenn das Aluminiumlegierungsmaterial unzureichend geschmolzen wird, ein Verbindungsversagen statt (ein Fall, bei dem ein Verbinden nicht über die gesamte Blechdicke durchgeführt wird). Daher sollten Bedingungen, die für beides erforderlich sind, gleichzeitig erfüllt werden, d. h. ein Schmelzen des zu schweißenden Aluminiumlegierungsmaterials und das Erhöhen der Temperatur des Stahlmaterials, jedoch nicht das Schmelzen des Stahlmaterials.
In dem ersten Aspekt der Erfindung kann aufgrund von deren synergetischem Effekt selbst beim Verbinden von unterschiedlichen Metallen durch lineares Schweißen bei effizienten WIG-Schweißbetriebsbedingungen eine Fügestelle mit hervorragendem Aussehen der Raupe und einer hohen Verbindungsfestigkeit erhalten werden. D. h., das Verhindern des Trennens der Raupe, das Unterdrücken der Reaktionsschicht (Grenzflächenreaktionsschicht) von Stahl und Aluminium, die Sicherheit der Schweißnahtdurchdringung von Aluminium und dergleichen in der Grenzfläche, die kaum gleichzeitig zu erreichen sind, können erreicht werden, so dass eine hohe Verbindungsfestigkeit einer Schweißfügestelle von unterschiedlichen Materialien beim WIG-Schweißen unter den effizienten Betriebsbedingungen sichergestellt wird.
Um diese Effekte zu bewirken, ist es im Hinblick auf die Anordnung (Positionsbeziehung) der Elektrode 1 und des Aluminiumlegierungsmaterials 11 bevorzugt, dass die Spitze 2a der Elektrode 1 an der Position unmittelbar oberhalb des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 (Schweißbahn) angeordnet wird, wie es in der 4 gezeigt ist. Ferner ist es bevorzugt, dass die Richtung der Elektrode 1 in der Auf-Ab-Richtung die vertikale Richtung in der Richtung orthogonal zu der Schweißbahn von 4 ist. Da jedoch eine Ablenkung und ein Abweichen von den Bedingungen beim tatsächlichen Schweißen zugelassen werden müssen, wird empfohlen, dass die Abweichung von der Schweißbahn (Ende 11a) in der vertikalen Richtung innerhalb von ±0,5 mm liegt, und dass die Abweichung des Winkels innerhalb von ±5° in der Richtung orthogonal zu der Schweißbahn von 4 liegt.
Ferner ist es auch selbstverständlich, dass das Schweißen mit einem Vorschubwinkel α innerhalb von etwa 15° bezogen auf die Schweißrichtung (die Richtung der Schweißbahn, die Verlängerungsrichtung des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11) durchgeführt werden kann, wie es in der nachstehend beschriebenen 9 dargestellt ist.
Ferner ist in dem ersten Aspekt der Erfindung, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Spitzenoberfläche 2 der asymmetrischen Form, bei der nur eine Seite der Wolframelektrode 1 diagonal geschnitten ist, auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 gerichtet (linke Seite von 4). Diese Spitzenoberfläche 2 ist so angeordnet, dass sie parallel zu der Schweißrichtung (die Richtung der Schweißbahn, die Verlängerungsrichtung des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11, die sich in der 4 von vorne nach hinten erstreckt) ist. Die Richtung der Spitzenoberfläche 2 muss jedoch nicht notwendigerweise parallel zu der Schweißbahn sein und die Richtung der Spitzenoberfläche 2 kann die Richtung sein, die sich geringfügig mit der Schweißbahn kreuzt (die Verlängerungsrichtung des Endes des Aluminiumlegierungsmaterials 11). Das zulässige Ausmaß dieses Kreuzungswinkels wird dadurch festgelegt, ob der Lichtbogen 3, der von der Spitze 2a der Wolframelektrode erzeugt wird, effektiv auf die Seite des Stahlmaterials 12 gerichtet werden kann oder nicht.
Andererseits weichen in den 5 und 6, obwohl die Wolframelektrode 1 des ersten Aspekts der Erfindung verwendet wird, die Richtung der Spitzenoberfläche 2 mit der asymmetrischen Form auf der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und die Positionsbeziehung der einzigen Spitze 2a und des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11, bei dem es sich um die Schweißbahn handelt, von dem Bereich der vorliegenden Erfindung ab. Daher wird, wie es in der Richtung des Lichtbogens 3 der 5, 6 gezeigt ist, der Lichtbogen 3 von der Spitze 2a der Wolframelektrode nicht auf die Seite des Stahlmaterials 12 gerichtet.
D. h., in den 5, 6 befindet sich die Position der nadelförmigen Spitze 2a der Wolframelektrode 1 an der Position des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11, d. h., unmittelbar oberhalb der Schweißbahn, entsprechend wie in der 4. In der 5 ist jedoch die Spitzenoberfläche 2, die eine asymmetrische Form aufweist, der Wolframelektrode auf die Seite des Stahlmaterials 12 gerichtet, die der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 gegenüber liegt. Ferner ist in der 6 die Richtung der Spitzenoberfläche 2 mit einer asymmetrischen Form die Richtung, welche die Verlängerungsrichtung des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 um 90° kreuzt.
Ferner ist die 7 ein Beispiel, bei dem die Elektrode 30, die den herkömmlichen Spitzenabschnitt 31 der 2 aufweist, verwendet wird, und die 8 ist ein Beispiel, bei dem die Elektrode 20, die den Spitzenabschnitt 21 des Vergleichsbeispiels der 3(a) und 3(b) aufweist, verwendet wird. In diesen Beispielen ist jede Position der nadelförmigen Spitzen 31a, 21a der Wolframelektrode die Position des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11, das sich unmittelbar über der Schweißbahn befindet, entsprechend wie in der 4. In diesen Beispielen konnte jedoch, wie es in der Richtung des Lichtbogens 3 der 7, 8 gezeigt ist, der Lichtbogen 3, der von der Spitze der Wolframelektrode erzeugt wird, nicht effektiv auf die Seite des Stahlmaterials 12 gerichtet werden.
Ferner wurde auch in Betracht gezogen, dass dann, wenn die Elektrode der 3(a) und 3(b) verwendet wurde, eine Verbreiterung des Lichtbogens in die Richtung orthogonal zu der Spitzenlinie der Elektrode unterdrückt werden konnte und der Effekt des Kontrollierens des Schmelzbereichs und des Erwärmungsbereichs erwartet werden konnte. Tatsächlich konnte jedoch, obwohl eine Verbreiterung des Lichtbogens 3 unterdrückt wurde, das Verschieben des Lichtbogens 3 auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 nicht verbessert werden und ein schnelles Schmelzen des FCW war nur schwer möglich. Daher bewegte sich das geschmolzene Metall des Aluminiumlegierungsmaterials 11 auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11, eine Mischung des FCW und des geschmolzenen Metalls wurde unzureichend und eine Trennung der Raupe konnte nicht verhindert werden.
(WIG-Schweißvorgang)
Der WIG-Schweißvorgang der vorliegenden Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass eine gewöhnliche effiziente WIG-Schweißvorrichtung und gewöhnliche effiziente Schweißbedingungen verwendet werden können. Die 9 zeigt ein Beispiel eines WIG-Schweißbetriebs der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der 9 und wie es in der 4 gezeigt ist, wird als Voraussetzung des WIG-Verschweißens von unterschiedlichen Materialien eine Überlappungsfügestelle gebildet, bei der das Ende des Aluminiumlegierungsmaterials 11 auf das Stahlmaterial 12 aufgelegt ist, wobei das Aluminiumlegierungsmaterial 11 auf der Oberseite angeordnet ist.
(Positionsbeziehung des Stahlmaterials und des Aluminiumlegierungsmaterials)
Wenn ein Überlappungskehlnahtschweißen und dergleichen unter Verwendung eines WIG-Schweißens mit einem FCW (flussmittelgefüllter Draht) durchgeführt wird, wie es in den 4, 9 gezeigt ist, wird der Lichtbogen ausgehend von der Elektrode 1, die oberhalb des Aluminiumlegierungsmaterials 11 angeordnet ist, normalerweise nach unten erzeugt. Bei einer solchen Schweißbetriebsrichtung wird das Aluminiumlegierungsmaterial 11 (Ende) auf der Oberseite angeordnet und das Stahlmaterial 12 (Ende) wird auf der Unterseite angeordnet, so dass sie einander überlappen, und sie werden miteinander verschweißt. Eine solche Positionsbeziehung in der Fügestelle ist bevorzugt, um durch das Aluminiumschweißmaterial eine hervorragende Raupe auf den Schweißoberflächen von sowohl dem Stahlmaterial 12 als auch dem Aluminiumlegierungsmaterial 11 zu bilden und um einen Verbindungskörper von unterschiedlichen Metallen (Fügestelle) mit einer hohen Bindungsfestigkeit zu erhalten.
Wenn diese Positionsbeziehung umgekehrt ist, d. h., wenn das Stahlmaterial 12 auf der Ober-seite angeordnet wird und das Aluminiumlegierungsmaterial 11 auf der Unterseite angeordnet wird, bezogen auf die Schweißbetriebsrichtung, so dass sie einander überlappen, und miteinander verschweißt werden, kann eine hohe Verbindungsfestigkeit nicht sichergestellt werden. Der Grund dafür ist, dass bei einer solchen Positionsbeziehung die Raupe durch das Aluminiumschweißmaterial kaum gebildet wird, insbesondere auf der Schweißoberfläche auf der Seite des Stahlmaterials 12. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich dann, wenn die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 auf der Unterseite bezogen auf die Schweißbetriebsrichtung vorliegt, das geschmolzene Aluminium kaum auf der Schweißoberfläche auf der Seite des Stahlmaterials 12, das auf der Oberseite vorliegt, ausbreitet. In diesem Fall wird das Zuführen des Flussmittels zu der Oberfläche des Stahlmaterials unzureichend, gleichzeitig wird der Effekt der Verbesserung der Benetzbarkeit des geschmolzenen Aluminiums und von Stahl gering und als Ergebnis kann keine hervorragende Verbindung erhalten werden.
[Schweißbetrieb]
Die 9 zeigt ein Betriebsbeispiel des WIG-Schweißens im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung. Mit Ausnahme der Spitzenquerschnittsform und der Positionsbeziehung der Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung von 4, die vorstehend beschrieben worden sind, zeigt die 9 eine Form einer allgemeinen WIG-Schweißvorrichtung und eines allgemeinen WIG-Schweißbetriebsverfahrens. Ferner ist auch das Vermögen des Verwendens eines solchen allgemeinen WIG-Schweißens ein Vorteil der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der 9 erzeugt ein WIG-Schweißgerät den Lichtbogen 3 zwischen der Wolframelektrode 1, die eine nicht-verbrauchbare Elektrode ist, und dem Aluminiumlegierungsmaterial 11, bei dem es sich um die Seite des positiven Pols handelt, durch eine WIG-Schweißstromquelle 9 mit konstanten Gleichstrom(DC)-Eigenschaften. Ferner wird das Schweißen von der linken Seite der 9 zu der rechten Seite in der Richtung der Pfeilmarkierung durchgeführt, wobei das Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 die Schweißbahn darstellt. Dabei wird bei dem Überlappungskehlnahtschweißen gemäß der vorliegenden Erfindung (vgl. die 9 oder die 4 bis 10) normalerweise das Ende des oberen Blechs, d. h., das Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11, die Schweißbahn.
Dabei wird dem Schweißabschnitt von einer Öffnung in dem unteren Teil einer Gasdüse 8, welche die Elektrode umgibt, in an sich bekannter Weise ein Inertgas 10, wie z. B. Ar und dergleichen, zugeführt. Um ferner die Effizienz des Schweißvorgangs und die Verbindungsfestigkeit zu verbessern, wird der Schweißbahn von einer Zuführungsvorrichtung, die nicht gezeigt ist, der FCW (Draht mit Flussmittelkern) 7 zugeführt. Es ist bevorzugt, dass ein solcher FCW 7 im Hinblick auf die Schweißeffizienz und zur Bildung einer hervorragenden Raupe von der Vorschubrichtung her zugeführt wird. Ferner sind in der 9 ein Schmelzbad 5 und eine Raupe 4 gezeigt, die durch den Lichtbogen 3 (der aufgrund der Elektrode 1 der 1(a) und 1(b) und der Anordnung von 4 auf die Seite des Stahlmaterials gerichtet ist) gebildet werden.
Ferner sollten in dem ersten Aspekt der Erfindung, da der Spitzenabschnitt der Wolframelektrode zu einer Form ausgebildet werden muss, die von der gewöhnlichen Form verschieden ist, die in einer gegenwärtigen Anlage verwendeten Komponenten ersetzt werden. Daher haben die vorliegenden Erfinder ferner viele intensive Untersuchungen durchgeführt, um geeignete Bedingungen zu finden, die ein Verbinden unterschiedlicher Metalle eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials durch WIG-Schweißen ohne die Erzeugung einer Trennung der Raupe unter Verwendung der Komponenten als solche, wie sie in einer gegenwärtigen Anlage verwendet werden, ermöglichen.
Als Ergebnis haben die vorliegenden Erfinder gefunden, das WIG-Schweißen durch ein Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen durchzuführen, die Wolframelektrode bei einer geeigneten Neigung in Bezug auf ein Aluminiumlegierungsmaterial und ein Stahlmaterial, die geschweißt werden sollen, zu halten, und den Spitzenabschnitt einer Wolframelektrode bei einer geeigneten Position anzuordnen, und haben den zweiten Aspekt und den dritten Aspekt der Erfindung vervollständigt. Gemäß dem zweiten Aspekt und dem dritten Aspekt der Erfindung kann das Verbinden von unterschiedlichen Metallen eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials durch WIG-Schweißen ohne die Erzeugung einer Trennung der Raupe durchgeführt werden.
[Zweiter Aspekt der Erfindung]
Nachstehend wird der zweite Aspekt der Erfindung auf der Basis einer Ausführungsform, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, detaillierter beschrieben.
In dem zweiten Aspekt der Erfindung, wie er z. B. in der 11 gezeigt ist, wird zunächst mindestens ein Teil des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 aufeinander gelegt. Dann wird der Lichtbogen 3 unter Verwendung der stabartigen Wolframelektrode 30 erzeugt, während der Draht mit Flussmittelkern (FCW) 7 zu einem Stufenabschnitt 13 zugeführt wird, der durch das Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und die Oberfläche des Stahlmaterials 12 gebildet wird, wobei die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 als positiver Pol dient. Auf diese Weise wird ein WIG-Schweißen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 durchgeführt.
Bei der Durchführung dieses WIG-Schweißens steigt die Temperatur des Stahlmaterials 12 nur durch Schmelzen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 durch den Lichtbogen 3, der von dem Spitzenabschnitt der Wolframelektrode 30 ausgeht, nicht ausreichend an. Als Ergebnis, da das Flussmittel, das von dem FCW 7 zugeführt wird, sich nicht auf der Oberfläche des Stahlmaterials 12 ausbreitet und die Benetzbarkeit bezüglich des geschmolzenen Metalls der Aluminiumlegierung nicht verbessert werden kann, kann keine hervorragende Raupe gebildet werden und als Ergebnis kann eine ausreichende Verbindungsfestigkeit nicht sichergestellt werden.
Andererseits wird, wenn das Stahlmaterial 12 direkt durch den Lichtbogen 3 erwärmt wird, der von dem Spitzenabschnitt der Wolframelektrode 30 ausgeht, die Oberfläche des Stahlmaterials 12 geschmolzen. Als Ergebnis wird eine sehr spröde intermetallische Verbindungsschicht von Fe und Al in der Verbindungsgrenzfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 gebildet und eine ausreichende Verbindungsfestigkeit kann nicht sichergestellt werden.
Als Ergebnis vieler intensiver Untersuchungen, die auf dieser Basis durchgeführt worden sind, haben die vorliegenden Erfinder geeignete Schweißbedingungen gefunden, welche die Oberfläche des Stahlmaterials 12 in geeigneter Weise erwärmen können, während auch das Schmelzen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des FCW 7 sichergestellt werden.
(Stromquelle)
Als erstes wird die Wechselstrom(AC)-Quelle, die allgemein zum Schweißen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 verwendet wird, durch eine Gleichstrom(DC)-Quelle ersetzt. D. h., das WIG-Schweißen wird durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen durchgeführt. Durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen kann der Schmelzbereich des Aluminiumlegierungsmaterials 11 vermindert werden.
(Neigung der Wolframelektrode)
Gemäß der 11 wird das WIG-Schweißen absichtlich mit einer Neigung der Wolframelektrode 30 in die Richtung entgegengesetzt zur herkömmlichen Überlappungskehlnaht-Richtung durchgeführt. D. h., das WIG-Schweißen wird so durchgeführt, dass die Wolframelektrode 30 von der Richtung orthogonal zu der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 geneigt wird. Als Ergebnis haben die vorliegenden Erfinder gefunden, dass Bedingungen vorlagen, bei denen die Raupe ohne Trennung stabil gebildet werden konnte, was im Gegensatz zu dem herkömmlichen technischen Wissen steht.
Wenn der Neigungswinkel der Wolframelektrode 30 übermäßig gering ist, kann die Erzeugung einer Trennung der Raupe nicht verhindert werden. Wenn andererseits der Neigungswinkel der Wolframelektrode 30 übermäßig groß ist, ist es schwierig, das Aluminiumlegierungsmaterial 11 über die gesamte Dicke zu schmelzen. Daher wird die Neigung der Wolframelektrode 30 auf einen Zustand eingestellt, der von der Richtung orthogonal zu der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 um über 5° und weniger als 35° (5° < θ < 35°) geneigt ist.
(Anordnung des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode)
Der Spitzenabschnitt der Wolframelektrode 30 sollte auf der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 (linke Seite in der 11) mindestens einschließlich des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 in der Richtung parallel zu der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 angeordnet sein. Ferner sollte der Spitzenabschnitt der Wolframelektrode 30 auch in dem oberen Teil, d. h., auf der vertikalen Linie orthogonal zu der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 angeordnet sein.
Wenn sich der Spitzenabschnitt der Wolframelektrode 30 auf der Seite des Stahlmaterials 12 (rechte Seite in der 11) des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 befindet, neigt das Schmelzen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 dazu, unzureichend zu werden. Ferner erhöht sich der Wärmeeintrag in das Stahlmaterial 12 übermäßig und eine dicke intermetallische Verbundschicht wird in der Verbindungsabschnittgrenzfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 leicht gebildet. Selbst wenn die Raupe gebildet wird, kann daher eine ausreichende Verbindungsfestigkeit nicht sichergestellt werden.
Wenn andererseits der Spitzenabschnitt der Wolframelektrode 30 in unnötiger Weise auf der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 von dem Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 angeordnet wird, wird das Schmelzen des FCW 7 unzureichend. Ferner wird auch der Temperaturanstieg des Stahlmaterials 12 unzureichend, der Effekt der Verbesserung der Benetzbarkeit des Flussmittels kann nicht ausgeübt werden und eine ausreichende Verbindungsfestigkeit kann auch in diesem Fall selbst dann nicht sichergestellt werden, wenn die Raupe gebildet wird.
Daher sollte der Spitzenabschnitt der Wolframelektrode 30 an einer Position innerhalb eines Bereichs von 0 mm oder mehr und weniger als 3,5 mm auf der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 von dem Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 (x = 0 mm oder mehr und weniger als 3,5 mm) in der Richtung parallel zu der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 angeordnet werden und derart, dass er senkrecht von der Oberflächenposition des Aluminiumlegierungsmaterials 11 abweicht (auf der vertikalen Linie orthogonal zu der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11). Auch hier steht ”die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11” für näher an der Mitte des Aluminiumlegierungsmaterials 11 von dem Ausgangspunkt des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11.
Obwohl der Spitzenabschnitt der Wolframelektrode 30 an einer Position angeordnet sein sollte, die vertikal von der Oberflächenposition des Aluminiumlegierungsmaterials 11 abweicht, wie es vorstehend beschrieben worden ist, sollte er ferner mindestens an einer Position angeordnet sein, die vertikal um 2,0 mm oder mehr und weniger als 4,5 mm (z = 2,0 mm oder mehr und weniger als 4,5 mm) abweicht. Ferner wird diese Position auch durch die Blechdicke des Aluminiumlegierungsmaterials 11, den Neigungswinkel der Wolframelektrode 30, die Position des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode 30 in der horizontalen Richtung und die Schweißbedingungen (den Strom und die Spannung, die Schweißgeschwindigkeit, die FCW-Zuführungsgeschwindigkeit) beeinflusst.
[Dritter Aspekt der Erfindung]
Als nächstes wird der dritte Aspekt der Erfindung auf der Basis einer Ausführungsform, die in den beigefügten Figuren gezeigt ist, detaillierter beschrieben.
In dem vorliegenden Aspekt der Erfindung wird, wie es beispielsweise in der 13 gezeigt ist, zunächst mindestens ein Teil des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 aufeinander gelegt. Dann wird der Lichtbogen 3 unter Verwendung der stabartigen Wolframelektrode 30 erzeugt, während der Draht mit Flussmittelkern (FCW) 7 zu einem Stufenabschnitt 13 zugeführt wird, der durch das Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und die Oberfläche des Stahlmaterials 12 gebildet wird, wobei die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 als positiver Pol dient. Auf diese Weise wird ein WIG-Schweißen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 durchgeführt.
Wie es in der 12 gezeigt ist, ist das Überlappungskehlnahtschweißen, bei dem das Schweißen durch Aufeinanderlegen von zwei Metallblechen und Neigen des Brenners (der Elektrode 30) durchgeführt wird, während dieser auf den Stufenabschnitt 13 gerichtet ist, der durch das Ende 11a des oberen Metallblechs 11 und die Oberfläche des unteren Metallblechs 12 gebildet wird, ein Verfahren, das allgemein beim Verschweißen von Metallblechen der gleichen Art, wie z. B. von Stahlmaterialien, Aluminiumlegierungsmaterialien und dergleichen, eingesetzt wird. Bezüglich des Neigungswinkels θ des Brenners (der Elektrode 30) wird dann ein Bereich, bei dem die Schweißnahtdurchdringung zu dem oberen Metallblech 11 und dem unteren Metallblech 12 geeignet wird, zweckmäßig ausgewählt. Beispielsweise wird beim Verbinden der Metallbleche 11, 12, die ein Transportfahrzeug, wie z. B. ein Automobil, bilden, 1 Durchgang eines Kehlnahtschweißens durchgeführt, wobei jedoch, wenn der Neigungswinkel θ des Brenners (der Elektrode 30) übermäßig groß wird, die Schweißnahtdurchdringung zu dem unteren Metallblech 12 geringer wird. Beispielsweise beträgt der Neigungswinkel θ des Brenners (der Elektrode) beim Überlappungskehlnahtverschweißen der Aluminiumlegierungsmaterialien 5° bis 15°.
Andererseits sind beim Verbinden von unterschiedlichen Metallen durch Kehlnahtschweißen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 durch WIG-Schweißen unter Verwendung der Wolframelektrode 30 Schweißbedingungen erforderlich, bei denen, während das Schmelzen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des FCW 7, bei denen es sich um das Schweißmaterial handelt, sichergestellt wird, die Oberfläche des Stahlmaterials 12 ebenfalls in geeigneter Weise erwärmt wird, und diese Bedingungen unterscheiden sich zwangsläufig von denjenigen des Verschweißens von Metallblechen der gleichen Art, wie z. B. Stahlmaterialien, Aluminiumlegierungsmaterialien und dergleichen.
Es wird davon ausgegangen, dass beim Verbinden von unterschiedlichen Metallen durch Überlappungskehlnahtschweißen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 folglich der Neigungswinkel der Wolframelektrode 30 und die Zielposition beim Richten des Lichtbogens 3 von der Wolframelektrode 30 (die Position, bei der die Verlängerungslinie der Achse der Wolframelektrode 30 die Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 kreuzt) zur Durchführung eines geeigneten Überlappungskehlnahtschweißens von denjenigen beim Verschweißen von Metallblechen der gleichen Art verschieden sind.
Daher haben die vorliegenden Erfinder Schweißtests durchgeführt, bei denen in verschiedenartiger Weise der Neigungswinkel der Wolframelektrode 30 beim WIG-Schweißen und die Zielposition beim Richten des Lichtbogens 3 von der Wolframelektrode 30 verändert wurden, und haben viele intensive Untersuchungen durchgeführt. Als Ergebnis haben die vorliegenden Erfinder geeignete Schweißbedingungen gefunden, mit denen eine hervorragende Raupe 4 gebildet werden kann.
(Neigung der Wolframelektrode)
Wenn die Wolframelektrode 30 so geneigt wird, dass sie auf die Seite des Stahlmaterials 12 von der Richtung orthogonal zu dem Stahlmaterial 12 gerichtet ist, wird der Lichtbogen 3, der von der Wolframelektrode 30 ausgeht bzw. ausstrahlt, relativ auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 gerichtet. Folglich wird eine Wirkung erzeugt, die das geschmolzene Metall des FCW 7 auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 drückt. Als Ergebnis werden das geschmolzene Metall des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und das geschmolzene Metall des FCW 7 integriert und der Effekt des Verhinderns einer Trennung der Raupe kann sichergestellt werden. Der Effekt beginnt nach und nach aufzutreten, wenn die Neigung der Wolframelektrode 30 30° oder mehr wird. Ferner wird, da der FCW 7 schnell schmilzt, der Effekt der Verbesserung der Benetzung des Flussmittels auch einfach ausgeübt. Es wird davon ausgegangen, dass der Effekt auftritt, wenn die Neigung der Wolframelektrode 30 35° oder mehr wird, und die Verbindungsfestigkeit wird ebenfalls einfach sichergestellt.
Der Effekt des Verhinderns einer Trennung der Raupe und der Effekt der Verbesserung der Benetzung, die vorstehend beschrieben worden sind, treten auf, wenn der Lichtbogen 3, der von der Wolframelektrode 30 ausgeht, so weit wie möglich auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 gerichtet wird. Ferner tritt der Effekt signifikanter auf, wenn der Neigungswinkel der Wolframelektrode 30 so groß wie möglich gemacht wird. Wenn der Neigungswinkel der Wolframelektrode 30 jedoch übermäßig groß gemacht wird, kontaktiert die Wolframelektrode 30 die Oberfläche des Stahlmaterials 12 und daher gibt es eine Grenze bezüglich der Größe des Neigungswinkels. Unter Berücksichtigung dieses Gesichtspunkts wird die Wolframelektrode 30 in einen Zustand gebracht, bei dem sie um 35° oder mehr und weniger als 60° in Richtung der Seite des Stahlmaterials 12 von der Richtung orthogonal zu dem Stahlmaterial 12 geneigt ist (35° ≤ θ < 60°).
(Zielposition des Lichtbogens von der Wolframelektrode)
Wenn die Zielposition beim Richten des Lichtbogens 3 von der Wolframelektrode 30 auf den Stufenabschnitt 13 eingestellt wird, der durch das Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und die Oberfläche des Stahlmaterials 12 gebildet wird, wie es im Allgemeinen beim Verschweißen von Metallblechen der gleichen Art durchgeführt wird, nimmt der Wärmeeintrag in das Stahlmaterial 12 übermäßig zu. In diesem Fall wird das Stahlmaterial 12 geschmolzen. Ferner wird in diesem Fall, selbst wenn das Stahlmaterial 12 nicht geschmolzen wird, eine dicke intermetallische Verbindung gebildet. Aus diesen Gründen können, selbst wenn eine kontinuierliche Raupe gebildet werden kann, Risse erzeugt werden und eine ausreichende Fügestellenfestigkeit kann nicht sichergestellt werden. Ferner bedeutet ”Zielposition” die Position, bei der die Verlängerungslinie der Achse der Wolframelektrode 30 die Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 kreuzt.
Die vorliegenden Erfinder haben gefunden, dass es effektiv ist, die Zielposition beim Richten des Lichtbogens 3 von der Wolframelektrode 30 nicht auf den Stufenabschnitt 13 einzustellen, wie es im Allgemeinen beim Verschweißen von Metallblechen der gleichen Art durchgeführt wird, sondern mehr auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11, d. h., die Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11. Insbesondere wird die Zielposition beim Richten des Lichtbogens 3 von der Wolframelektrode 30 auf eine Position im Bereich von 1,0 mm oder mehr und weniger als 3,0 mm auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 von dem Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 eingestellt (1,0 mm ≤ x < 3,0 mm). Ferner bedeutet ”die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11” die Position näher an der Mitte des Aluminiumlegierungsmaterials 11 ausgehend von dem Startpunkt des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11.
(Anordnung des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode)
Der Spitzenabschnitt der Wolframelektrode 30 sollte an der Position vertikal abweichend von der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 angeordnet werden (auf der senkrechten Linie orthogonal zu der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11) und sollte mindestens an einer Position angeordnet werden, die vertikal um 2,0 mm oder mehr und weniger als 4,5 mm abweicht (2,0 mm ≤ z < 4,5 mm). Ferner wird diese Position auch durch die Blechdicke des Aluminiumlegierungsmaterials 11, den Neigungswinkel der Wolframelektrode 30, die Zielposition des Lichtbogens 3 von der Wolframelektrode 30 und die Schweißbedingungen (den Strom und die Spannung, die Schweißgeschwindigkeit, die FCW-Vorschubgeschwindigkeit) beeinflusst.
(Stromquelle)
Als erstes wird die Wechselstrom(AC)-Quelle, die allgemein zum Schweißen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 verwendet wird, durch eine Gleichstrom(DC)-Quelle ersetzt. D. h., das WIG-Schweißen wird durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen durchgeführt. Durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen kann der Schmelzbereich des Aluminiumlegierungsmaterials 11 vermindert werden.
(Andere Bedingungen)
Obwohl die Bedingungen, die vorstehend beschrieben worden sind, unverzichtbare Bedingungen für jeden des ersten bis dritten Aspekts der Erfindung sind, ist es bevorzugt, dass der FCW 7 von der Schweißverlaufrichtung her zugeführt wird. Ferner kann auch für die Wolframelektrode 30 ein Voreilwinkel α von innerhalb etwa 15° eingestellt werden. Wenn der FCW 7 von der Schweißverlaufrichtung her zugeführt wird, beginnt der FCW 7 an der Vorderseite des Schmelzbads des Aluminiumlegierungsmaterials 11 zu schmelzen, wodurch ein Schmelzmischen der beiden einfach ist und eine hervorragende Raupe 4 gebildet werden kann. Wenn der FCW 7 entgegengesetzt zur Verlaufrichtung zugesetzt wird, schmilzt der FCW 7 auf der Rückseite des Schmelzbads des Aluminiumlegierungsmaterials 11. Daher wird ein Schmelzmischen der beiden schwierig und die Bildung einer hervorragenden Raupe 4 wird schwierig.
Ferner sind bei dem Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen der vorliegenden Erfindung das Aluminiumlegierungsmaterial 11, das Stahlmaterial 12 und der Draht mit Flussmittelkern (FCW) 7 nicht speziell beschränkt. Es wird jedoch empfohlen, als deren Material die nachstehend beschriebenen Materialien zu verwenden.
[Aluminiumlegierungsmaterial]
Als Aluminiumlegierungsmaterial 11, bei dem es sich um das zu schweißende Material handelt, kann gemäß den erforderlichen Eigenschaften der eingesetzten Fahrzeugkarosseriestruktur und dergleichen, wie z. B. die Festigkeit und die Formbarkeit, oder die Korrosionsbeständigkeit und dergleichen eine Aluminiumlegierung z. B. der 3000-Reihe, der 5000-Reihe, der 6000-Reihe, der 7000-Reihe und dergleichen verwendet werden, die in JIS oder den AA-Standards angegeben sind. Bezüglich des Dünnermachens des Aluminiumlegierungsmaterials 11 im Hinblick auf die Anforderung einer Gewichtsverminderung einer Fahrzeugkarosserie eines Automobils und dergleichen ist es jedoch bevorzugt, von diesen Aluminiumlegierungen insbesondere eine Aluminiumlegierung mit einer hohen Festigkeit und einer hervorragenden Formbarkeit zu verwenden.
Ferner ist es besonders bevorzugt, eine Aluminiumlegierung der 6000-Reihe des Si-Überschusstyps zu verwenden, wie z. B. 6N01, 6016, 6111, 6022 und dergleichen mit einem Massenverhältnis von Si und Mg (Si/Mg) von 1 oder mehr in der Komponentenzusammensetzung und die bezüglich des Mg-Gehalts einen Si-Überschuss enthält. Die Fügestelle nach dem Schweißen unter Verwendung des Aluminiumlegierungsmaterials 11, das aus dieser Aluminiumlegierung der 6000-Reihe gebildet worden ist, weist auch das Merkmal auf, dass die Festigkeit und die Dehnung, die sich durch den Erwärmungseffekt durch das Schweißen verschlechtert haben, durch Unterziehen dieser Aluminiumlegierung einer künstlichen Alterungsbehandlung in einer sehr kurzen Zeit von etwa 10 bis 50 min bei einer sehr niedrigen Temperatur von 160 bis 180°C wiederhergestellt werden können.
Diese Aluminiumlegierungsmaterialien 11 werden einer Lösungswärmebehandlung und einer Abschreckbehandlung (Qualitätssymbol: T4), danach einer Alterungsbehandlung (Qualitätssymbol: T6) und einer Überalterungsbehandlung (Qualitätssymbol: T7) nach dem Kaltwalzen und Warmextrudieren unterzogen und werden als Schweißbasismaterial verwendet. Ferner ist das Aluminiumlegierungsmaterial 11 nicht notwendigerweise vollständig ein flächiges kaltgewalztes Blech und lediglich mindestens der Überlappungsabschnitt mit dem Stahlmaterial 12 muss flächig sein. Ferner können auch verschiedene extrudierte Formen verwendet werden und Elemente und Komponenten für eine Fahrzeugkarosserie, die zu einer vorgegebenen Form ausgebildet worden sind, können ebenfalls verwendet werden. Die Dicke des flächigen Abschnitts des Aluminiumlegierungsmaterials 11 beträgt vorzugsweise 1 bis 3 mm. Wenn die Dicke des Aluminiumlegierungsmaterials 11 übermäßig gering ist, können die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit als Automobilelement nicht sichergestellt werden. Andererseits wird, wenn die Dicke des Aluminiumlegierungsmaterials 11 übermäßig groß ist, das Durchführen des Schweißens schwierig.
(Stahlmaterial)
Als Stahlmaterial 12, bei dem es sich um das zu schweißende Material handelt, können verschiedene Stahlbleche, wie z. B. kaltgewalzte Stahlbleche, und Stahlformgegenstände aus unlegiertem Stahl bzw. Baustahl, Stahl mit hoher Zugfestigkeit, rostfreiem Stahl verwendet werden. Ferner kann das Stahlmaterial 12 ein Element, eine Komponente und dergleichen für eine Fahrzeugkarosserie sein, das oder die durch Formen dieser Ausgangsmaterialien zu einer vorgegebenen Form erhalten werden. Ferner ist es bezüglich des Dünnermachens des Stahlmaterials 12 im Hinblick auf die Anforderung einer Gewichtsverminderung einer Fahrzeugkarosserie eines Automobils und dergleichen jedoch bevorzugt, einen Stahl mit hoher Zugfestigkeit, wie z. B. ein Stahlblech mit hoher Zugfestigkeit, mit einer bekannten Komponentenzusammensetzung, die Si, Mn und dergleichen enthält, und mit einer Zugfestigkeit von 450 MPa oder mehr, zu verwenden.
Ferner ist es unter der Annahme einer Verwendung als Automobilelement bevorzugt, dass die Dicke des geschweißten Abschnitts des Stahlmaterials 12, wie z. B. eines kaltgewalzten Stahlblechs und dergleichen, 0,3 bis 3,0 mm beträgt. Wie bei dem Fall des Aluminiumlegierungsmaterials 11 können dann, wenn die Dicke des Stahlmaterials 12 übermäßig gering ist, die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit als ein Automobilelement nicht sichergestellt werden, wohingegen dann, wenn die Dicke des Stahlmaterials 12 übermäßig groß ist, das Durchführen eines Schweißens schwierig wird.
Ferner ist es im Hinblick auf die Schweißeffizienz und im Hinblick auf eine hervorragende Raupenbildung bevorzugt, dass eine Beschichtungsschicht auf Zinkbasis und auf Aluminiumbasis auf der Oberfläche des Stahlmaterials 12 ausgebildet ist, jedoch ist auch ein Stahlmaterial 12 ohne Beschichtung akzeptabel. Die Beschichtungsschicht kann mittels Feuerbeschichten oder thermischem Spritzen und dergleichen ausgebildet werden.
(Draht mit Flussmittelkern)
Als Draht mit Flussmittelkern (FCW) 7 können solche, die für das Verbinden von unterschiedlichen Metallen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 handelsüblich sind, und dergleichen verwendet werden. Ein solcher FCW 7 ist ein bekannter FCW, der zur Verbesserung der Effizienz des Schmelzschweißens entwickelt worden ist, bei dem ein Flussmittel als ein Kernmaterial in eine röhrenförmige äußere Hülle (kann auch als Umhüllung bezeichnet werden) gefüllt ist, die aus einer standardisierten Aluminiumlegierung, wie z. B. A4047, A4043 und dergleichen, die z. B. Si enthält, hergestellt ist.
Der Drahtdurchmesser dieses FCW 7 ist vorzugsweise ein kleiner Durchmesser von etwa 0,8 bis 1,6 mm Φ ähnlich dem eines Drahts, der für ein hocheffizientes automatisches Schweißen oder für ein halbautomatisches Schweißen handelsüblich ist. Ferner ist es im Hinblick auf das Flussmittel bevorzugt, für das Verbinden von unterschiedlichen Metallen des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und des Stahlmaterials 12 ein Flussmittel mit einer Zusammensetzung eines Fluorverbindungssystems, das als ”Nocolok” bezeichnet wird, zu verwenden. Dieses Flussmittel ist ein bekanntes Flussmittel, das durch geeignetes Mischen eines Oxids (Aluminiumoxid und dergleichen) und eines Aluminiumlegierungspulvers zusätzlich zu einer Fluorverbindung erhalten wird.
[Beispiele]
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele spezifischer beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht durch die nachstehenden Beispiele beschränkt und es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung auch mit Modifizierungen ausgeführt werden kann, die in geeigneter Weise innerhalb des Bereichs hinzugefügt werden, der an die Zwecke, die vorstehend und nachstehend beschrieben sind, angepasst werden kann, und jedwede dieser Modifizierungen soll im technischen Bereich der vorliegenden Erfindung liegen.
[Erster Aspekt der Erfindung]
Ein Beispiel des ersten Aspekts der Erfindung wird nachstehend beschrieben. Bezüglich des Schweißvorgangs von 9 wurden die Form des Spitzenabschnitts und die Richtung bezogen auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 (Anordnung, Positionsbeziehung) der Wolframelektrode verschiedenartig verändert, wie es in 4 bis 8 gezeigt ist. Ferner wurden durch Legen des Endes des Aluminiumlegierungsblechs auf das Ende des Stahlblechs und Durchführen eines WIG-Schweißens verschiedene Schweißverbindungsfügestellen aus unterschiedlichen Materialien hergestellt. Die Tabelle 1 zeigt das Ergebnis der Bewertung des Aussehens der Raupe bzw. der Zugscherfestigkeit (Verbindungsfestigkeit) der Fügestelle.
Die Wolframelektrode 1 (1(a) und 1(b)), die in dem vorliegenden Erfindungsbeispiel verwendet wurde, wurde durch Bearbeiten der Spitze einer handelsüblichen Wolframelektrode mit einem Durchmesser von 3,2 mm Φ hergestellt. Die Spitzenoberfläche 2 wird durch diagonales Schneiden mit einem Spitzenwinkel θ von 30° bezogen auf die Elektrodenachse 6 geformt. Die Länge der Spitzenoberfläche 2 von der Spitze 2a in Richtung der Elektrodenachse 6 beträgt 5,6 mm. Die herkömmliche Wolframelektrode 30 von 2 ist eine handelsübliche Wolframelektrode mit einem Durchmesser von 3,2 mm Φ und der Spitzenabschnitt 31 weist eine symmetrische konisch-kreisförmige Form mit einem Spitzenwinkel von 15° bezogen auf die Elektrodenachse 32 auf. Die Länge von der Spitze 31a in der Richtung der Elektrodenachse 32 beträgt 6,0 mm. Die Wolframelektrode 20 (3(a) und 3(b)) des Vergleichsbeispiels wurde durch Bearbeiten der handelsüblichen Wolframelektrode mit einem Durchmesser von 3,2 mm Φ hergestellt. Die Wolframelektrode 20 des Vergleichsbeispiels weist eine symmetrische Spitzenabschnittsform auf und der Spitzenwinkel bezogen auf die Achse 22 des Spitzenabschnitts 21 beträgt 15°. Die Länge von der Spitze 21a der Wolframelektrode 20 in der Richtung der Elektrodenachse 22 beträgt 6,0 mm.
In diesen Beispielen sind übliche Bedingungen des Schweißvorgangs derart, wie es im Folgenden beschrieben ist.
Als Draht mit Flussmittelkern (FCW) 7 wird ein handelsüblicher FCW verwendet, der als Pulverflussmittel 5 Massen-% eines K-Al-F-Systems (Nocolok-Flussmittel) enthält, eine Aluminiumlegierung, der 1,25 Massen-% Si zugesetzt sind, als Hüllenmaterial (Umhüllung) aufweist und einen Drahtdurchmesser von Φ 1,2 mm aufweist.
Die Schweißbedingungen sind ein Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen, der Strom beträgt 80 bis 120 A, die Schweißgeschwindigkeit beträgt 30 bis 40 cm/min, die Zusatzwerkstoffzuführungsgeschwindigkeit beträgt 6 bis 9 m/min und das Schutzgas ist 20 L/min Ar. Ferner befindet sich die Position der Wolframelektrode 1 (der Spitze 2a) unmittelbar oberhalb des Endes 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und die Höhe der Elektrode 1 (der Spitze 2a) beträgt 1,6 mm oberhalb der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11. Der Voreilwinkel α der Elektrode 1 beträgt 10° und das Schweißen wurde so durchgeführt, dass die Raupenlänge 200 mm betrug.
Als Aluminiumlegierungsmaterial 11 wird ein kaltgewalztes Blech aus einer Aluminiumlegierung der 6000-Reihe (6022) mit einer Dicke von 1,2 mm oder 2,0 mm verwendet. Als Stahlmaterial 12 wird ein hochfestes GA-Stahlblech der 980 MPa-Klasse mit einer Dicke von 1,4 mm verwendet.
[Aussehen der Raupe]
Bei der Bewertung des Aussehens der Raupe 4 ist Bestanden
ein Zustand mit einer hervorragenden Benetzbarkeit, bei dem die Raupe 4 hervorragend ausgebildet ist, so dass sie sich sowohl auf der Schweißoberfläche des Stahlmaterials 12 als auch auf der Schweißoberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 fortsetzt, wie es in der 9 gezeigt ist. Ferner ist ein Zustand, bei dem die Größe der Raupe auf der Seite der Schweißoberfläche des Stahlmaterials 12 im Vergleich zu dem Vorstehenden vergleichsweise klein ist, wobei sich jedoch die Raupe 4 fortsetzt und die Benetzbarkeit gut ist, O, und ein Zustand, bei dem sich die Raupe 4 fortsetzt, jedoch die Größe der Raupe auf der Seite der Schweißoberfläche des Stahlmaterials 12 übermäßig klein ist und die Benetzbarkeit schlecht ist, ist Δ. Ferner ist ein Zustand, bei dem die Raupe 4 unterbrochen ist und eine Trennung der Raupe, wie sie in der 10 gezeigt ist, stattfindet, x.
(Zugscherfestigkeit (Zugfestigkeit) der Fügestelle)
Die Zugscherfestigkeit wird durch Herausschneiden von jeweils zwei streifenartigen Prüfkörpern mit einer Blechbreite von 20 mm von der Überlappungskehlnahtfügestelle der unterschiedlichen Materialien nach dem WIG-Schweißen und Durchführen eines Zugtests gemessen. Aus dem Durchschnittswert von zwei Zugscherfestigkeiten, die als Ergebnis erhalten worden sind, wird die Fügeeffizienz, bei der es sich um die Rate bezogen auf die Zugfestigkeit des kaltgewalzten Blechs aus der A6022-Aluminiumlegierung handelt, welches das Ausgangsmaterial ist, berechnet. Durch Vergleichen dieser Fügeeffizienz mit der Fügeeffizienz der durch WIG-Verschweißen erhaltenen Überlappungskehlnahtfügestelle der A6022-Aluminiumlegierungsbleche, die unter Schweißbedingungen hergestellt worden ist, die mit denjenigen des vorliegenden Beispiels identisch sind (die Rate bezogen auf die Zugfestigkeit des kaltgewalzten Blechs aus der A6022-Aluminiumlegierung, welches das Ausgangsmaterial der Fügestelle des Aluminiums ist), wird die Zugscherfestigkeit bewertet. Die Fügeeffizienz pro Einheitsschweißbahn der Schweißfügestelle der 6022-Aluminiumlegierungsbleche beträgt 60% oder mehr. Daher wird die Fügeeffizienz der Überlappungskehlnahtfügestelle unterschiedlicher Materialien, die durch WIG-Schweißen erhalten worden ist, für 60% oder mehr als O, für 40% bis weniger als 60% als Δ und für weniger als 40% als x bewertet.
Wie es aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, wurde in den Erfindungsbeispielen 1, 2 selbst durch ein WIG-Schweißen unter effizienten Betriebsbedingungen eine Fügestelle unterschiedlicher Metalle mit einem hervorragenden Aussehen der Raupe und einer hohen Verbindungsfestigkeit erhalten. Insbesondere konnten in den Erfindungsbeispielen 1, 2 ein Unterdrücken der Trennung der Raupe und der Reaktionsschicht (Grenzflächenreaktionsschicht) von Stahl und Aluminium in der Grenzfläche, eine sichere Schweißnahtdurchdringung von Aluminium und dergleichen, die durch ein WIG-Schweißen unter effizienten Betriebsbedingungen kaum erreicht werden können, gleichzeitig erreicht werden.
Andererseits wichen in den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 der Tabelle 1, wie es ebenfalls in der Tabelle 1 gezeigt ist, die Elektrodenform und -anordnung von den Bedingungen der vorliegenden Erfindung ab. Daher wurden insgesamt durch das WIG-Schweißen unter den effizienten Betriebsbedingungen ein Unterdrücken der Trennung der Raupe und der Reaktionsschicht von Stahl und Aluminium in der Grenzfläche, eine sichere Schweißnahtdurchdringung von Aluminium und dergleichen nicht gleichzeitig erreicht, und eine hohe Verbindungsfestigkeit konnte nicht sichergestellt werden. Dabei ist insbesondere die Ursache dafür, dass bei den Vergleichsbeispielen 2, 3, bei denen die Elektrodenform der 1(a) und 1(b) der vorliegenden Erfindung (die Elektrode 1) verwendet worden ist, eine hohe Verbindungsfestigkeit nicht sichergestellt werden konnte, dass der diagonal geschnittene Spitzenabschnitt (Spitzenoberfläche) 2 der Elektrode 1 nicht auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 gerichtet ist. Daher wird in den Vergleichsbeispielen 2, 3 die Richtung des Lichtbogens 3 eine Richtung wie in den 5, 6 und der Lichtbogen 3 von der Spitze 2a der Wolframelektrode 1 wird nicht auf die Seite des Stahlmaterials 12 gerichtet.
Daher zeigt das Ergebnis dieser Beispiele die Wichtigkeit der jeweiligen Anforderungen, die in dem ersten Aspekt der Erfindung angegeben sind.
[Zweiter Aspekt der Erfindung]
Ein Beispiel des zweiten Aspekts der Erfindung wird nachstehend beschrieben. In dem Beispiel des zweiten Aspekts der Erfindung wird der Schweißtest in einem Aufbau durchgeführt, der demjenigen von 9 ähnlich ist. Insbesondere wird als erstes ein Ende des Aluminiumlegierungsmaterials 11 auf ein Ende des Stahlmaterials 12 gelegt. Dann wird ein WIG-Schweißen unter Verwendung der stabartigen Wolframelektrode 30 durchgeführt, während der Draht mit Flussmittelkern (FCW) 7 dem Stufenabschnitt 13 zugeführt wird, der durch das Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und die Oberfläche des Stahlmaterials 12 gebildet wird, wobei die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 als positiver Pol dient.
Als Aluminiumlegierungsmaterial 11 wird ein kaltgewalztes Blech aus einer Aluminiumlegierung der 6000-Reihe (6022) mit einer Dicke von 1,2 mm oder 2,0 mm verwendet. Als Stahlmaterial 12 wird ein kaltgewalztes Stahlblech der 1470 MPa-Klasse mit einer Dicke von 1,4 mm, ein kaltgewalztes Stahlblech der 980 MPa-Klasse mit einer Dicke von 1,4 mm oder ein GA-Stahlblech der 980 MPa-Klasse mit einer Dicke von 1,2 mm verwendet.
Ferner enthält der Draht mit Flussmittelkern (FCW) 7 10 Massen-% eines Flussmittels auf Cs-Basis und weist ein Hüllenmaterial aus einer Aluminiumlegierung auf, der 1,25 Massen-% Si zugesetzt sind. Der Drahtdurchmesser des FCW 7 beträgt Φ 1,2 mm.
Das Schweißen wird durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen durchgeführt. Bezüglich der Schweißbedingungen beträgt der Strom 80 bis 120 A, die Schweißgeschwindigkeit beträgt 30 cm/min, die Zusatzwerkstoffzuführungsgeschwindigkeit beträgt 6 bis 10 m/min, das Schutzgas ist Ar-Gas und die Schutzgaszuführungsgeschwindigkeit beträgt 20 L/min. Ferner beträgt der Voreilwinkel α der Elektrode 30 10° bis 15° und das Schweißen wird so durchgeführt, dass die Länge der Raupe 4 200 mm beträgt.
Das Testergebnis wird durch das Aussehen der Raupe 4, die gebildet worden ist, und die Zugscherfestigkeit (Verbindungsfestigkeit) bewertet.
Bezüglich des Aussehens der Raupe 4 ist eine Raupe 4, die hervorragend ausgebildet ist, so dass sie sich sowohl auf der Schweißoberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 als auch auf der Schweißoberfläche des Stahlmaterials 12 erstreckt, und bei der die Benetzbarkeit hervorragend ist, durch ”O” gezeigt und wird als bestanden bewertet. Eine Raupe 4, die kontinuierlich ausgebildet ist, bei der jedoch die Benetzbarkeit als schlecht eingestuft werden kann, ist durch ”Δ” gezeigt, eine Raupe, bei der offensichtlich eine Trennung der Raupe auftritt, ist durch ”x” gezeigt und diese werden so bewertet, dass ein Versagen vorliegt.
Ferner wird die Zugscherfestigkeit durch Herausschneiden von jeweils zwei streifenartigen Prüfkörpern mit einer Blechbreite von 20 mm, einschließlich den Schweißabschnitt, von der Verbindungsfügestelle der zwei unterschiedlichen Metalle nach dem WIG-Schweißen und Durchführen des Zugtests gemessen. Aus dem Durchschnittswert von zwei Zugscherfestigkeiten, die als Ergebnis erhalten worden sind, kann die Fügeeffizienz, bei der es sich um die Rate bezogen auf die Zugfestigkeit des kaltgewalzten Blechs aus der Aluminiumlegierung der 6000-Reihe (6022) handelt, welches das Ausgangsmaterial ist, berechnet werden. Durch Vergleichen dieser Fügeeffizienz mit der Fügeeffizienz der durch WIG-Verschweißen unter Verwendung eines allgemeinen Schweißdrahts für eine Aluminiumlegierung hergestellten Überlappungsfügeschweißstelle der kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbleche der 6000-Reihe (6022) wird die Zugscherfestigkeit (Verbindungsfestigkeit) bewertet.
Die Fügeeffizienz pro Einheitsschweißbahn der Überlappungskehlnahtschweißfügestelle der kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbleche der 6000-Reihe (6022) beträgt 60% oder mehr. Daher ist eine Fügeeffizienz der Überlappungskehlnahtschweißfügestelle unterschiedlicher Materialien, die durch WIG-Schweißen erhalten worden ist, von 60% oder mehr, wobei es sich um mindestens das gleiche Niveau wie in dem Fall der kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbleche handelt, durch ”O” gezeigt und wird als bestanden bewertet. Eine Überlappungskehlnahtschweißfügestelle mit einer Fügeeffizienz von 40% bis weniger als 60% ist durch ”Δ” gezeigt, eine Überlappungskehlnahtschweißfügestelle mit einer Fügeeffizienz von weniger als 40% ist durch ”x” gezeigt und diese werden jeweils so bewertet, dass ein Versagen vorliegt. Die Tabelle 2 zeigt das Testergebnis des Vorstehenden.
Der Neigungswinkel (Elektrodenwinkel) θ der Wolframelektrode in Richtung der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials beträgt über 5° und weniger als 35° (5° < θ < 35°). Die horizontale Position des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode liegt innerhalb eines Bereichs von 0 mm oder mehr und weniger als 3,5 mm näher an der Innenseite ausgehend von dem Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials (0 mm ≤ x < 3,5 mm). Die Höhe des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode befindet sich an der Position, die nach oben um 2,0 mm oder mehr und weniger als 4,5 mm von der Oberflächenposition des Aluminiumlegierungsmaterials abweicht (2,0 mm ≤ z < 4,5 mm). In den Erfindungsbeispielen 11 bis 23, die alle diese Anforderungen erfüllen, sind sowohl das Aussehen der Raupe als auch die Zugscherfestigkeit ”O”, und ein hervorragendes Aussehen und eine hervorragende Verbindungsfestigkeit wurden sichergestellt. D. h., das Verhindern des Auftretens einer Trennung der Raupe, ein Unterdrücken der Bildung der intermetallischen Verbundschicht (oder der Reaktionsschicht) in der Grenzfläche, eine sichere Schweißnahtdurchdringung der Aluminiumlegierung und dergleichen, die kaum gleichzeitig erreicht werden können, konnten beim WIG-Schweißen gleichzeitig erreicht werden.
Andererseits erfüllen die Vergleichsbeispiele 11 bis 13, 17 bis 19 die Anforderung des Neigungswinkels θ der Wolframelektrode in die Richtung der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials nicht. Ferner erfüllt das Vergleichsbeispiel 16 nicht die Anforderung bezüglich der horizontalen Position des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode und die Vergleichsbeispiele 14, 15 erfüllen nicht die Anforderung bezüglich der Höhe des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode. Daher führten diese Vergleichsbeispiele zu einem Versagen, da mindestens eines des Aussehens der Raupe und der Zugscherfestigkeit ”Δ” oder ”x” war.
[Dritter Aspekt der Erfindung]
Ein Beispiel des dritten Aspekts der Erfindung wird nachstehend beschrieben. In dem Beispiel des dritten Aspekts der Erfindung wird der Schweißtest in einem Aufbau durchgeführt, der demjenigen von 9 ähnlich ist. Insbesondere wird als erstes ein Ende des Aluminiumlegierungsmaterials 11 auf ein Ende des Stahlmaterials 12 gelegt. Dann wird ein WIG-Schweißen unter Verwendung der stabartigen Wolframelektrode 30 durchgeführt, während der Draht mit Flussmittelkern (FCW) 7 dem Stufenabschnitt 13 zugeführt wird, der durch das Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials 11 und die Oberfläche des Stahlmaterials 12 gebildet wird, wobei die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials 11 als positiver Pol bereitgestellt wird.
Als Aluminiumlegierungsmaterial 11 wird ein kaltgewalztes Blech aus einer Aluminiumlegierung der 6000-Reihe (6022) mit einer Dicke von 1,2 mm oder 2,0 mm verwendet. Als Stahlmaterial 12 wird ein kaltgewalztes Stahlblech der 980 MPa-Klasse mit einer Dicke von 1,4 mm, ein kaltgewalztes Stahlblech der 1470 MPa-Klasse mit einer Dicke von 1,4 mm oder ein GA-Stahlblech der 980 MPa-Klasse mit einer Dicke von 1,4 mm verwendet.
Ferner enthält der Draht mit Flussmittelkern (FCW) 7 10 Massen-% eines Flussmittels auf Cs-Basis und weist ein Hüllenmaterial aus einer Aluminiumlegierung auf, der 1,25 Massen-% Si zugesetzt sind. Der Drahtdurchmesser des FCW 7 beträgt Φ 1,2 mm.
Das Schweißen wird durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen durchgeführt. Bezüglich der Schweißbedingungen beträgt der Strom 80 bis 120 A, die Schweißgeschwindigkeit beträgt 30 cm/min, die Zusatzwerkstoffzuführungsgeschwindigkeit beträgt 6 bis 10 m/min, das Schutzgas ist Ar-Gas und die Schutzgaszuführungsgeschwindigkeit beträgt 20 L/min. Ferner beträgt der Voreilwinkel α der Elektrode 30 5° bis 15° und das Schweißen wird so durchgeführt, dass die Länge der Raupe 4 200 mm beträgt.
Das Testergebnis wird durch das Aussehen der Raupe 4, die gebildet worden ist, und die Zugscherfestigkeit (Verbindungsfestigkeit) bewertet.
Bezüglich des Aussehens der Raupe 4 ist eine Raupe 4, die hervorragend ausgebildet ist, so dass sie sich sowohl auf der Schweißoberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials 11 als auch auf der Schweißoberfläche des Stahlmaterials 12 erstreckt, und bei der die Benetzbarkeit hervorragend ist, durch ”O” gezeigt und wird als bestanden bewertet. Eine Raupe 4, die kontinuierlich ausgebildet ist, bei der jedoch die Benetzbarkeit als schlecht eingestuft werden kann, ist durch ”Δ” gezeigt, eine Raupe, bei der offensichtlich eine Trennung der Raupe auftritt, ist durch ”x” gezeigt und diese werden so bewertet, dass ein Versagen vorliegt.
Ferner wird die Zugscherfestigkeit durch Herausschneiden von jeweils zwei streifenartigen Prüfkörpern mit einer Blechbreite von 20 mm, einschließlich den Schweißabschnitt, von der Verbindungsfügestelle der zwei unterschiedlichen Metalle nach dem WIG-Schweißen und Durchführen eines Zugtests gemessen. Aus dem Durchschnittswert von zwei Zugscherfestigkeiten, die als Ergebnis erhalten worden sind, kann die Fügeeffizienz, bei der es sich um die Rate bezogen auf die Zugfestigkeit des kaltgewalzten Blechs aus der Aluminiumlegierung der 6000-Reihe (6022) handelt, welches das Ausgangsmaterial ist, berechnet werden. Durch Vergleichen dieser Fügeeffizienz mit der Fügeeffizienz der durch WIG-Verschweißen unter Verwendung eines allgemeinen Schweißdrahts für eine Aluminiumlegierung hergestellten Überlappungsfügeschweißstelle der kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbleche der 6000-Reihe (6022) wird die Zugscherfestigkeit (Verbindungsfestigkeit) bewertet.
Die Fügeeffizienz pro Einheitsschweißbahn der Überlappungskehlnahtschweißfügestelle der kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbleche der 6000-Reihe (6022) beträgt 60% oder mehr. Daher ist eine Fügeeffizienz der Überlappungskehlnahtschweißfügestelle unterschiedlicher Materialien, die durch WIG-Schweißen erhalten worden ist, von 60% oder mehr, wobei es sich um mindestens das gleiche Niveau wie in dem Fall der kaltgewalzten Aluminiumlegierungsbleche handelt, durch ”O” gezeigt und wird als bestanden bewertet. Eine Überlappungskehlnahtschweißfügestelle mit einer Fügeeffizienz von 40% bis weniger als 60% ist durch ”Δ” gezeigt, eine Überlappungskehlnahtschweißfügestelle mit einer Fügeeffizienz von weniger als 40% ist durch ”x” gezeigt und diese werden jeweils so bewertet, dass ein Versagen vorliegt. Die Tabelle 3 zeigt das Testergebnis des Vorstehenden.
Der Neigungswinkel (Elektrodenwinkel) θ der Wolframelektrode in Richtung der Seite des Stahlmaterials wird auf 35° oder mehr und weniger als 60° eingestellt (35° ≤ θ < 60°). Die Zielposition des Lichtbogens von der Wolframelektrode wird innerhalb eines Bereichs von 1,0 mm oder mehr und weniger als 3,0 mm näher an der Innenseite ausgehend von dem Ende 11a des Aluminiumlegierungsmaterials eingestellt (1,0 mm ≤ x < 3,0 mm). Der Spitzenabschnitt der Wolframelektrode wird auf eine Höhenposition eingestellt, die nach oben um 2,0 mm oder mehr und weniger als 4,5 mm von der Oberflächenposition des Aluminiumlegierungsmaterials abweicht (2,0 mm ≤ z < 4,5 mm). In der Erfindung erfüllen die Beispiele 31 bis 40 alle diese Anforderungen, wobei sowohl das Aussehen der Raupe als auch die Zugscherfestigkeit ”O” sind, und ein hervorragendes Aussehen und eine hervorragende Verbindungsfestigkeit wurden sichergestellt. D. h., das Verhindern des Auftretens einer Trennung der Raupe, ein Unterdrücken der Bildung der intermetallischen Verbindungsschicht (oder der Reaktionsschicht) in der Grenzfläche, eine sichere Schweißnahtdurchdringung der Aluminiumlegierung und dergleichen konnten beim WIG-Schweißen gleichzeitig erreicht werden.
Andererseits erfüllen die Vergleichsbeispiele 31 bis 35, 36 bis 40 die Anforderung des Neigungswinkels (Elektrodenwinkels) θ der Wolframelektrode in die Richtung der Seite des Stahlmaterials nicht (35° ≤ θ < 60°). Ferner erfüllen die Vergleichsbeispiele 31, 33, 37, 39, 40 nicht die Anforderung bezüglich der Zielposition x des Lichtbogens von der Wolframelektrode (1,0 mm ≤ x < 3,0 mm). Ferner erfüllen die Vergleichsbeispiele 33, 36, 37, 40 nicht die Anforderung der Höhe z des Spitzenabschnitts der Wolframelektrode (2,0 mm ≤ z < 4,5 mm). Daher führten diese Vergleichsbeispiele zu einem Versagen, da mindestens eines des Aussehens der Raupe und der Zugscherfestigkeit ”Δ” oder ”x” war.
Die Ausführungsformen und die Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann ausgeführt werden, während sie in verschiedenartiger Weise innerhalb der Beschreibung der Ansprüche verändert ist. Die vorliegende Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-049249 , die am 7. März 2011 eingereicht worden ist, der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-210459 , die am 27. September 2011 eingereicht worden ist, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-210460 , die am 27. September 2011 eingereicht worden ist, und deren Inhalte sind hierin unter Bezugnahme einbezogen.
[Gewerbliche Anwendbarkeit]
Gemäß dem Verbindungsverfahren für unterschiedliche Metalle der vorliegenden Erfindung kann eine Schweißfügestelle aus unterschiedlichen Materialien (Verbindungsabschnitt aus unterschiedlichen Metallen) erhalten werden, bei der eine ”Trennung der Raupe” verhindert ist und die eine hohe Verbindungsfestigkeit aufweist, wenn ein WIG-Schweißen auf ein Verbinden unterschiedlicher Metalle einer Aluminiumlegierung und eines Stahlmaterials angewandt wird. Demgemäß kann das Verbindungsverfahren für unterschiedliche Metalle der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise als Schweißverfahren für verschiedene strukturelle Elemente aus unterschiedlichen Materialien auf dem Gebiet des Transports, wie z. B. für Automobile, Schienenfahrzeuge und dergleichen, von mechanischen Komponenten, Gebäudestrukturen und dergleichen verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1, 30: Wolframelektrode
2: Spitzenoberfläche
2a: Spitze
3: Lichtbogen
4, 4a, 4b: Raupe
7: Draht mit Flussmittelkern (FCW)
11: Aluminiumlegierungsmaterial
11: Ende
12: Stahlmaterial
13: Stufenabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001-47244 [0021]
JP 2010-207886 [0021]
JP 2008-68290 [0021]
JP 2008-105056 [0021]
JP 6-328287 [0021]
JP 2004-237326 [0021]
JP 2011-049249 [0151]
JP 2011-210459 [0151]
JP 2011-210460 [0151]

Claims

Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen, umfassend die Schritte: Aufeinanderlegen mindestens eines Teils eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials und Kehlnahtschweißen des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen unter Verwendung einer stabartigen Wolframelektrode, während ein Draht mit Flussmittelkern einem Stufenabschnitt zugeführt wird, der durch ein Ende des Aluminiumlegierungsmaterials und die Oberfläche des Stahlmaterials gebildet wird, wobei die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials als positiver Pol dient, wobei die Wolframelektrode einen Spitzenabschnitt mit einer Form umfasst, die bezüglich der Achse der Wolframelektrode asymmetrisch ist, die Spitze eine Spitzenoberfläche umfasst, die in einem Winkel von 20° oder mehr und 40° oder weniger bezogen auf die Achse geformt ist, und während des Schweißens ein Lichtbogen, der von einer Spitze der Wolframelektrode erzeugt wird, durch Richten der Wolframelektrode auf eine Schweißbahn von der Oberseite des Aluminiumlegierungsmaterials her auf die Seite des Stahlmaterials gerichtet wird, so dass die Spitze der Wolframelektrode auf die Seite des Stahlmaterials gerichtet ist und dass die Spitzenoberfläche auf die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials gerichtet ist.
Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen nach Anspruch 1, wobei die Position der Spitze der Wolframelektrode unmittelbar oberhalb der Schweißbahn des Aluminiumlegierungsmaterials liegt.
Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen, umfassend die Schritte: Aufeinanderlegen mindestens eines Teils eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials und Kehlnahtschweißen des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen unter Verwendung einer stabartigen Wolframelektrode, während ein Draht mit Flussmittelkern einem Stufenabschnitt zugeführt wird, der durch ein Ende des Aluminiumlegierungsmaterials und die Oberfläche des Stahlmaterials gebildet wird, wobei die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials als positiver Pol dient, wobei während des Schweißens ein Spitzenabschnitt der Wolframelektrode an einer Position in einem Bereich von 0 mm oder mehr und weniger als 3,5 mm von einem Ende des Aluminiumlegierungsmaterials zu der Seite des, Aluminiumlegierungsmaterials in der Richtung parallel zu dem Aluminiumlegierungsmaterial und an einer Position, die vertikal um 2,0 mm oder mehr und weniger als 4,5 mm von der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials abweicht, in einem Zustand angeordnet ist, bei dem die Wolframelektrode um einen Winkel von mehr als 5° und weniger als 35° zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials ausgehend von der Richtung orthogonal zu dem Aluminiumlegierungsmaterial geneigt ist.
Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen, umfassend die Schritte: Aufeinanderlegen mindestens eines Teils eines Aluminiumlegierungsmaterials und eines Stahlmaterials und Kehlnahtschweißen des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials durch Gleichstrom(DC)-WIG-Schweißen unter Verwendung einer stabartigen Wolframelektrode, während ein Draht mit Flussmittelkern einem Stufenabschnitt zugeführt wird, der durch ein Ende des Aluminiumlegierungsmaterials und die Oberfläche des Stahlmaterials gebildet wird, wobei die Seite des Aluminiumlegierungsmaterials als positiver Pol dient, wobei während des Schweißens ein Spitzenabschnitt der Wolframelektrode an einer Position, die vertikal um 2,0 mm oder mehr und weniger als 4,5 mm von der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials abweicht, und an einer Position, bei der eine Verlängerungslinie der Achse der Wolframelektrode die Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials kreuzt, in einem Bereich von 1,0 mm oder mehr und weniger als 3,0 mm von einem Ende des Aluminiumlegierungsmaterials zu der Seite des Aluminiumlegierungsmaterials in einem Zustand angeordnet ist, bei dem die Wolframelektrode um 35° oder mehr und weniger als 60° zu der Seite des Stahlmaterials ausgehend von der Richtung orthogonal zu dem Stahlmaterial geneigt ist.
Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Metallen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Draht mit Flussmittelkern von der Schweißverlaufrichtung her zugeführt wird.