JP2004122171A

JP2004122171A - Apparatus and method for solid-phase welding of dissimilar metal sheets

Info

Publication number: JP2004122171A
Application number: JP2002289215A
Authority: JP
Inventors: Tsunetaka Takeuchi; 竹内　恒孝; Yoshiki Seto; 瀬戸　芳樹; Takashi Matsuoka; 松岡　孝; Kiyokazu Mori; 森　清和; Masanori Kondo; 近藤　正紀
Original assignee: Neturen Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP4253488B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To apply solid-phase welding even when dissimilar metals to be welded to each other have a complicated shape such as that of a sheet for automobiles. <P>SOLUTION: Two dissimilar metal sheets constituted of a sheet W<SB>1</SB>formed of aluminum alloy and a sheet W<SB>2</SB>formed of a galvanized steel sheet is set on a lower die 3, and an upper die 7 is pressed with the specified pressure to perform the solid-phase welding of the sheets W<SB>1</SB>and W<SB>2</SB>. The dissimilar metal sheets are heated by heaters 9 and 11 so that the temperature of an interface of portions to be welded reaches a specified value. The pressing face of the upper die 7 is flat or convex, and a pressing face of the lower die 3 is flat. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、互いに重ね合わせた２枚の異種金属薄板を固相接合により接合する異種金属薄板の固相接合装置および固相接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄とアルミニウムなどの異種金属材料同士を接合する際に、溶接を行うと、接合部界面に金属間化合物が生成し、充分な接合強度が得られないことは広く知られている。
【０００３】
このような異種金属材料同士の接合に際し、所定の接合強度を確保できる接合方法として、固相接合方法がある。これは、例えば非特許文献１に記載されている。ここでは、先端をテーパ状に機械加工した鉄パイプに亜鉛を電気メッキし、この鉄パイプをアルミニウムパイプ内に挿入した状態で所定の温度まで加熱し、さらに押し込むことで、固相接合を行っている。
【０００４】
【非特許文献１】
溶接学会論文集　第１８巻　第４号　Ｐ．５７２〜５７９（２０００）
「亜鉛メッキによる鉄パイプとアルミニウムパイプの接合」
【０００５】
上記した固相接合のメカニズムとしては、鉄パイプとアルミニウムパイプとが、ＺｎとＡｌの共晶温度３８０℃程度に加熱され、鉄パイプ挿入時に、アルミニウムパイプが擦られて両パイプの新生面同士が接触し、ＡｌとＺｎとが反応して共晶液体が形成される。この共晶液体により、Ａｌ，Ｚｎ，Ｆｅの拡散反応が促進されて接合がなされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、互いに接合する異種金属材料として、薄板を用いる場合には、圧延ローラにて加圧する方法があるが、薄板として自動車用材料のような複雑な３次元曲面形状を呈するものでは、圧延ローラを用いた固相接合方法の適用が困難である。
【０００７】
そこで、この発明は、互いに接合する異種金属材料が、自動車用薄板材料のような複雑な形状を呈するものであっても、固相接合を適用できるようにすることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、互いに重ね合わせた亜鉛メッキ鋼板およびアルミニウム合金からなる２枚の異種金属薄板を、両側から加圧して固相接合する一対の金型を備え、前記亜鉛メッキ鋼板側の金型の加圧面を凸曲面または平面とする一方、前記アルミニウム側の金型の加圧面を平面とする構成としてある。
【０００９】
【発明の効果】
この発明によれば、互いに重ね合わせた２枚の異種金属薄板を、一対の金型により両側から加圧することで、薄板として自動車用材料のような複雑な３次元曲面形状を呈するものについても、圧延ローラを用いていないことから、固相接合方法を適用することができる。また、亜鉛メッキ鋼板側の金型の加圧面を凸曲面とすることで、接合部界面のアルミニウム表面にある酸化皮膜を容易に破壊し、新生面を確実に露出させることができ、接合強度を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は、この発明の実施の一形態を示す異種金属薄板の固相接合装置の側面断面図である。フレーム１の下壁１ａ上には下型３を設置し、同上壁１ｂの下面には、油圧シリンダ５を介して上型７を設置してある。この上型７は、油圧シリンダ５の駆動により、下型３に対して接近離反する方向に移動可能である。上記した下型３と上型７とで一対の金型を構成している。
【００１２】
そして、下型３上にセットするワークＷは、互いに重ね合わせた２枚の異種金属薄板である薄板Ｗ_１と薄板Ｗ_２とからなる。下側の薄板Ｗ_１はアルミニウム合金製で、上側の薄板Ｗ_２は亜鉛メッキ鋼板であり、板厚はいずれも３ｍｍ以下である。亜鉛メッキ鋼板のメッキ膜厚は、２０μｍ以上とする。
【００１３】
また、上記した下型３および上型７には、ワークＷを加熱する加熱手段としての加熱用ヒータ９および１１をそれぞれ埋め込んである。さらに、フレーム１には、ワークＷに向けてシールドガス（Ｎ_２，Ａｒガスなど）を吐出するガス吐出ノズル１３を設けてある。
【００１４】
なお、加熱手段として、ヒータ９，１１などの発熱体からワークＷへ伝熱する間接加熱のほか、誘導加熱などによる直接加熱を用いてもよい。
【００１５】
下型３は、図２に斜視図として示すように、全体としてほぼ立方体形状であり、ワークＷがセットされる図１中で上面の加圧面が平面３ａとなっている。一方上型７は、図３に示すように、全体としてほぼ立方体形状を呈しているが、ワークＷに対応する図１中で下面の加圧面が、同図（ａ）のように円筒面７ａか、もしくは同図（ｂ）のように球面７ｂとなるよう、凸曲面を構成している。なお、上型７の加圧面の形状は、上記した円筒面７ａや球面７ｂに代えて、下型３と同様に平面としてもよい。
【００１６】
ここで、図４に示すように、上記した上型７の凸曲面となる円筒面７ａや球面７ｂにおける基端部Ｐから先端部である頂点Ｑまでの高さＨは、薄板Ｗ_１と薄板Ｗ_２の各板厚を合わせた総板厚Ｔの２０％以下としてある。
【００１７】
次に、作用を説明する。図１に示すように、下型３上に、下部側が薄板Ｗ_１，上部側が薄板Ｗ_２となるよう、これら２枚の薄板Ｗ_１と薄板Ｗ_２とを互いに重ね合わせた状態でセットする。この状態で油圧シリンダ５を駆動して上型７を下降させ、この上型７と下型３とでワークＷを規定の加圧力にて上下両側から加圧する。
【００１８】
このとき、加熱用ヒータ９，１１を作動させてワークＷを規定の温度になるまで加熱するとともに、ガス吐出手段としてのガス吐出ノズル１３から、１分間に１０リットル程度の量の不活性ガスであるシールドガスを、ワークＷに向けて吐出して、不活性ガス雰囲気内で接合を行って酸化の促進を防止し、接合強度の低下およびバラツキを抑制する。
【００１９】
上記した加圧力は、３０ＭＰａ〜１３０ＭＰａの範囲とし、加熱温度としては、接合部界面温度が３２０℃〜６５０℃の範囲とするのがよい。ただし、それぞれの接合加圧力に最も適した接合部界面温度の範囲が存在する。
【００２０】
図６は、上記した固相接合による接合メカニズムを示している。すなわち、加圧時に、両者の新生面同士が接触し、薄板Ｗ_１のＡｌと薄板Ｗ_２のＺｎとが反応して共晶液体相１５が形成される。この共晶液体相１５により、Ａｌ−Ｚｎ−Ｆｅ相１７の拡散反応が促進されて接合がなされる。
【００２１】
上記した接合条件（加圧力や加熱温度）を決定する上で、接合強度の要求値を次のように決めている。ここでの接合強度の要求値は、アルミニウム合金の板厚２．０ｍｍ同士のスポット溶接部引張りせん断荷重の要求値（２ｋＮ以上）で代用し、実用的な強度範囲が得られることを前提とした。
【００２２】
また、図７に示すように、接合圧力（加圧力）が約５５ＭＰａで、接合部界面温度がＡｌとＺｎの共晶液体ができる３８０℃近傍の３７０℃〜４２０℃の範囲で接合したテストピースの引張りせん断試験の結果、引張りせん断荷重が約４．４ｋＮを越えた時点で、亜鉛メッキ鋼板側の母材が破断した。
【００２３】
上記した図７は、接合圧力が１６．６７ＰＭａ，３３．３６ＰＭａ，４４．４７ＰＭａ，５５．５８ＰＭａ，８８．９４ＰＭａ，１３３．４１ＰＭａについてそれぞれの引張りせん断荷重を示したもので、これによれば、上記した２ｋＮ以上の引張りせん断荷重の要求値が得られる接合圧力は、３０ＭＰａから１３０ＭＰａで、加熱温度は、３２０°〜４５０°となる。
【００２４】
加熱時間を除く接合時間は、ＡｌとＺｎの共晶液体による接合メカニズムにより、図８に示すように、１０秒程度であっても、引張りせん断荷重が４．０ｋＮを越えた時点で、亜鉛メッキ鋼板側の母材が破断しているので、充分な接合強度が得られる。
【００２５】
なお、上記実験に使用した亜鉛メッキ鋼板の板厚は０．８ｍｍ、アルミニウム合金の板厚は２．０ｍｍであり、亜鉛メッキ鋼板のメッキ膜厚は、２０μｍ以上である。
【００２６】
表１は、各種亜鉛メッキ鋼板と各種アルミニウム合金との組合せによる、破断が発生したときの引張りせん断荷重を示している。これによれば、ＮＯ．１の合金化溶融亜鉛メッキ鋼板と押出し形材６０６３−Ｔ５との組み合わせで、シールドガスなしの場合が、０．９ｋＮの引張りせん断荷重で接合部にて破断が発生しており、必要強度として引張りせん断荷重が２．０ｋＮ以上を確保できていない。その他の組合せで、シールガスありとした場合には、必要強度として引張りせん断荷重が２．０ｋＮ以上を確保できている。
【００２７】
【表１】

なお、ここでの下型３および上型７の加圧面の形状は１６ｍｍ×１６ｍｍの正方形で、上型７の加圧面は半径１００ｍｍの球面としてある。
【００２８】
上記した実施形態によれば、互いに重ね合わせた２枚の異種金属薄板Ｗ_１，Ｗ_２を、一対の金型３，７により両側から加圧することで、薄板Ｗ_１，Ｗ_２として自動車用材料のような複雑な３次元曲面形状を呈するものについても、圧延ローラを用いていないことから、固相接合方法を適用することができる。
【００２９】
また、亜鉛メッキ鋼板側の上型７を、円筒面７ａや球面７ｂからなる凸曲面とすることで、接合部界面のアルミニウム表面にある酸化皮膜を容易に破壊して、新生面を確実に露出させることができ、接合強度を向上させることができる。このとき、破壊した酸化皮膜は、図４に示してある頂点Ｑから基端部Ｐに向けて凸曲面に沿って排出しやすくなる。
【００３０】
上型７の加圧面を平面や円筒面７ａとした場合には、一度に長い接合部を得るのに適している。すなわち、接合部長さがなくなるように加圧面を長くする。また、上型７の加圧面を球面７ｂとした場合には、スポット溶接と同様な接合が可能なため、ワークＷの３次元曲面形状への追従性がより高まる。
【００３１】
このような上型７の加圧面形状を、適宜使い分けることにより、１点ずつ接合することも、複数点を同時に接合することも可能である。
【００３２】
さらに、凸曲面の基端部Ｐから先端部の頂点Ｑまでの高さ寸法Ｈを、２枚の薄板Ｗ_１，Ｗ_２の各板厚を合わせた総板厚Ｔの２０％以下とすることで、アルミニウム合金（Ｗ_１）の板厚が局部的に低減しすぎることなく接合でき、これにより接合部の加圧面全体が均一に密着して接合強度が向上する。
【００３３】
また、加圧力として３０ＭＰａ〜１３０ＭＰａの範囲とすることで、板厚減少による強度低下および母材の変形を抑制することができる。さらに、加熱温度としては、接合部界面温度を３２０℃〜４５０℃の範囲とすることで、熱影響による母材の強度低下を防止することができる。
【００３４】
また、薄板Ｗ_１のＡｌと薄板Ｗ_２のＺｎとが反応して形成される共晶液体相１５により、Ａｌ−Ｚｎ−Ｆｅ相１７の拡散反応が促進されるため、接合時間が短縮化し、コスト低下を図ることができる。
【００３５】
図９は、本装置を、プレス型に組み込んだ例を示している。プレス下型１９は、中央部に凹部１９ａを備え、その周囲の加圧部１９ｂの上面の加圧面が平面１９ｃとなっている。この平面１９ｃ上に、ワークＷをセットする。ワークＷは、互いに重ね合わせた２枚の異種金属薄板である薄板Ｗ_１と薄板Ｗ_２とで構成され、下側の薄板Ｗ_１はアルミニウム合金で、上側の薄板Ｗ_２は亜鉛メッキ鋼板である。
【００３６】
一方、プレス上型２１は、中央に形成した凹部２１ａの周囲の前記平面１９ｃに対向する位置に、前記した加圧部１９ｂとで一対の金型を構成する可動型２３を設置してある。この可動型２３は、プレス上型２１に形成した可動孔２１ｂ内を上下動可能であり、ワークＷに対向する面が、前記図３に示した円筒面７ａや球面７ｂと同様な凸曲面２３ａとなっている。この例においても、凸曲面２３ａに代えて平面としてもよい。
【００３７】
可動型２３は、全体としてほぼ立方体形状とした状態で、凹部２１ａの周囲に複数設けてもよく、環状の連続したものとしてもよい。環状とした場合には、可動型２３の加圧面は、円筒面か平面となる。
【００３８】
一方、図１０は、前記図９における可動型２３に代えて、プレス上型２１０の平面１９ｃに対向する下面に、所定のＲ形状を備えた凸曲面２１０ａを形成してある。
【００３９】
凸曲面２１０ａは、球面状として凹部２１０ｂの周囲に複数設けるか、あるいは円筒面形状として環状の連続したものとしてもよい。
【００４０】
上記した図９および図１０に示すように、本装置を、プレス型に組み込み一体化することで、かなり大きな部品単位で接合することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す異種金属薄板の固相接合装置の断面図である。
【図２】図１の固相接合装置における下型の斜視図である。
【図３】図１の固相接合装置における上型の斜視図で、（ａ）は加圧面が円筒面、（ｂ）は加圧面が球面である。
【図４】上型の凸曲面の形状を説明するための上型の側面図である。
【図５】２枚の異種金属薄板を合わせた総板厚を示すワークの断面図である。
【図６】固相接合による接合メカニズムを示す断面図である。
【図７】各接合圧力についての接合部界面温度と引張りせん断荷重との相関図である。
【図８】各接合時間についての接合部界面温度と引張りせん断荷重との相関図である。
【図９】本装置を、プレス型に組み込んだ例を示す断面図である。
【図１０】本装置を、プレス型に組み込んだ他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｗ_１，Ｗ_２　２枚の異種金属薄板
３　下型（一対の金型）
３ａ　平面
７　上型（一対の金型）
７ａ　円筒面（凸曲面）
７ｂ　球面（凸曲面）
９，１１　加熱用ヒータ（加熱手段）
１３　ガス吐出ノズル（ガス吐出手段）
１９ｂ　加圧部（一対の金型）
１９ｃ　平面
２３　可動型（一対の金型）
２３ａ，２１０ａ　凸曲面
Ｐ　基端部
Ｑ　頂点（先端部）
Ｈ　基端部から先端部までの高さ寸法
Ｔ　２枚の薄板の総板厚[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a dissimilar metal sheet solid-state joining apparatus and a solid-phase joining method for joining two different dissimilar metal sheets stacked on each other by solid-state joining.
[0002]
[Prior art]
It is widely known that when welding different metal materials such as iron and aluminum, if welding is performed, an intermetallic compound is generated at the interface of the joint, and sufficient joining strength cannot be obtained.
[0003]
In joining such dissimilar metal materials together, there is a solid-state joining method as a joining method capable of securing a predetermined joining strength. This is described in Non-Patent Document 1, for example. Here, zinc is electroplated on an iron pipe whose tip is machined into a tapered shape, heated to a predetermined temperature while this iron pipe is inserted into an aluminum pipe, and further pushed in to perform solid-phase joining. I have.
[0004]
[Non-patent document 1]
Transactions of the Japan Welding Society, Vol. 572-579 (2000)
"Joint of iron pipe and aluminum pipe by galvanization"
[0005]
The mechanism of the above-mentioned solid-phase joining is as follows: the iron pipe and the aluminum pipe are heated to a eutectic temperature of about 380 ° C. of Zn and Al, and when the iron pipe is inserted, the aluminum pipe is rubbed and the new surfaces of both pipes come into contact with each other. Then, Al reacts with Zn to form a eutectic liquid. The eutectic liquid promotes the diffusion reaction of Al, Zn, and Fe to form a junction.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a thin plate is used as a dissimilar metal material to be joined to each other, there is a method of pressing with a rolling roller. However, when the thin plate has a complicated three-dimensional curved surface shape such as a material for an automobile, the rolling roller is used. It is difficult to apply the solid phase bonding method used.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to enable solid-phase joining to be applied to dissimilar metal materials to be joined to each other even if the dissimilar metallic materials have a complicated shape such as a thin sheet material for automobiles.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a pair of dies for solid-state joining two different metal thin plates made of a galvanized steel sheet and an aluminum alloy which are superimposed on each other by pressing from both sides, The pressing surface of the mold on the plated steel plate side is a convex curved surface or a flat surface, while the pressing surface of the mold on the aluminum side is a flat surface.
[0009]
【The invention's effect】
According to the present invention, by pressing two different dissimilar metal sheets superimposed on each other with a pair of dies from both sides, the thin sheet having a complicated three-dimensional curved surface shape such as a material for automobiles is also provided. Since a rolling roller is not used, a solid-phase joining method can be applied. In addition, by making the pressing surface of the mold on the galvanized steel sheet a convex curved surface, the oxide film on the aluminum surface at the joint interface can be easily broken, and the new surface can be reliably exposed, improving the bonding strength. Can be done.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a side sectional view of a solid-phase joining apparatus for dissimilar metal sheets showing an embodiment of the present invention. A lower mold 3 is installed on a lower wall 1a of the frame 1, and an upper mold 7 is installed on a lower surface of the upper wall 1b via a hydraulic cylinder 5. The upper mold 7 can be moved in a direction approaching and moving away from the lower mold 3 by driving the hydraulic cylinder 5. The lower mold 3 and the upper mold 7 constitute a pair of molds.
[0012]
Then, the workpiece W is set on the lower mold 3 is made of a thin plate W ₁ and the thin plate W ₂ Metropolitan is two dissimilar metal sheet superimposed with each other. Sheet W ₁ of the lower side in the aluminum alloy sheet W ₂ of the upper is galvanized steel plate thickness are both less than 3mm. The thickness of the galvanized steel sheet is 20 μm or more.
[0013]

Heaters

9 and 11 as heating means for heating the work W are embedded in the lower mold 3 and the upper mold 7, respectively. Further, the frame 1 is provided with a gas discharge nozzle 13 for discharging a shield gas (N ₂ , Ar gas, etc.) toward the work W.
[0014]
As the heating means, in addition to indirect heating for transferring heat from a heating element such as the

heaters

9 and 11 to the work W, direct heating such as induction heating may be used.
[0015]
As shown in a perspective view in FIG. 2, the lower mold 3 has a substantially cubic shape as a whole, and a pressing surface on an upper surface in FIG. On the other hand, the upper die 7 has a substantially cubic shape as a whole as shown in FIG. 3, but the pressing surface on the lower surface in FIG. 1 corresponding to the work W has a cylindrical surface 7a as shown in FIG. Alternatively, a convex curved surface is formed so as to form a spherical surface 7b as shown in FIG. In addition, the shape of the pressing surface of the upper die 7 may be a flat surface, similar to the lower die 3, instead of the cylindrical surface 7a and the spherical surface 7b described above.
[0016]
Here, as shown in FIG. 4, the height H from the proximal end P of the cylindrical surface 7a and spherical 7b as a convex curved surface of the upper mold 7 as described above to the apex Q is a tip, and the thin plate W ₁ sheet there as no more than 20% of the SoitaAtsu T tailored each thickness of W _2.
[0017]
Next, the operation will be described. As shown in FIG. 1, on the lower mold 3, the lower side sheet W _1, so that the upper side becomes thin W _2, sets and these two sheet W ₁ and the thin plate W ₂ to each other in a mutually superposed state. In this state, the hydraulic cylinder 5 is driven to lower the upper mold 7, and the upper mold 7 and the lower mold 3 press the work W with upper and lower sides with a predetermined pressing force.
[0018]
At this time, the

work heaters

9 and 11 are operated to heat the work W to a predetermined temperature, and the inert gas of about 10 liters per minute is supplied from the gas discharge nozzle 13 as a gas discharge means. A certain shielding gas is discharged toward the workpiece W, and bonding is performed in an inert gas atmosphere to prevent the promotion of oxidation, thereby suppressing a reduction and variation in bonding strength.
[0019]
The above pressure is preferably in the range of 30 MPa to 130 MPa, and the heating temperature is preferably in the range of 320 ° C. to 650 ° C. at the junction interface temperature. However, there is a range of the junction interface temperature most suitable for each welding pressure.
[0020]
FIG. 6 shows a bonding mechanism by the solid-phase bonding described above. That is, when pressurized, contact the newly formed surfaces of both, the eutectic liquid phase 15 and Zn of Al and the thin plate W ₂ of the thin plate W ₁ is reacted is formed. The eutectic liquid phase 15 promotes the diffusion reaction of the Al—Zn—Fe phase 17 to form a junction.
[0021]
In determining the above-mentioned bonding conditions (pressure and heating temperature), the required value of the bonding strength is determined as follows. The required value of the bonding strength here is replaced with the required value of the tensile shear load (2 kN or more) of the spot weld of the aluminum alloy having a thickness of 2.0 mm, and it is assumed that a practical strength range can be obtained. .
[0022]
As shown in FIG. 7, the test pieces were joined at a joining pressure (applied pressure) of about 55 MPa and a joint interface temperature in the range of 370 ° C. to 420 ° C. near 380 ° C. where a eutectic liquid of Al and Zn was formed. As a result of the tensile shear test, when the tensile shear load exceeded about 4.4 kN, the base material on the galvanized steel sheet fractured.
[0023]
FIG. 7 described above shows the respective tensile shear loads for the bonding pressures of 16.67 PMa, 33.36 PMa, 44.47 PMa, 55.58 PMa, 88.94 PMa, and 133.41 PMa. The bonding pressure at which the required value of the tensile shear load of 2 kN or more is obtained is 30 MPa to 130 MPa, and the heating temperature is 320 ° to 450 °.
[0024]
As shown in FIG. 8, even if the joining time excluding the heating time is about 10 seconds due to the joining mechanism of the eutectic liquid of Al and Zn, when the tensile shear load exceeds 4.0 kN, galvanizing is performed. Since the base material on the steel plate side is broken, sufficient bonding strength can be obtained.
[0025]
The thickness of the galvanized steel sheet used in the above experiment was 0.8 mm, the thickness of the aluminum alloy was 2.0 mm, and the thickness of the galvanized steel sheet was 20 μm or more.
[0026]
Table 1 shows the tensile shearing load when a fracture occurs due to the combination of various galvanized steel sheets and various aluminum alloys. According to this, NO. In the case of the combination of the alloyed hot-dip galvanized steel sheet 1 and the extruded profile 6063-T5, without the shielding gas, a fracture occurred at the joint with a tensile shear load of 0.9 kN. Shear load of 2.0 kN or more could not be secured. In other combinations, when the sealing gas is used, a required shear strength of 2.0 kN or more can be secured as the required strength.
[0027]
[Table 1]

Here, the shape of the pressing surface of the lower die 3 and the upper die 7 is a square of 16 mm × 16 mm, and the pressing surface of the upper die 7 is a spherical surface with a radius of 100 mm.
[0028]
According to the above-described embodiment, the two dissimilar metal thin plates W ₁ and W ₂ , which are superimposed on each other, are pressed from both sides by the pair of dies 3 and 7, and are used as the automotive materials as the thin plates W ₁ and W _2. The solid-phase joining method can be applied to a material having a complicated three-dimensional curved surface shape such as described above, since a rolling roller is not used.
[0029]
Also, by forming the upper mold 7 on the galvanized steel sheet side as a convex curved surface composed of the cylindrical surface 7a and the spherical surface 7b, the oxide film on the aluminum surface at the joint interface is easily destroyed, and the new surface is reliably exposed. The bonding strength can be improved. At this time, the broken oxide film is easily discharged along the convex curved surface from the vertex Q to the base end P shown in FIG.
[0030]
When the pressing surface of the upper mold 7 is a flat surface or a cylindrical surface 7a, it is suitable for obtaining a long joint at one time. That is, the pressing surface is lengthened so that the joint length is eliminated. When the pressurizing surface of the upper die 7 is a spherical surface 7b, joining similar to spot welding is possible, so that the followability to the three-dimensional curved surface shape of the work W is further improved.
[0031]
By appropriately using the shape of the pressing surface of the upper mold 7, it is possible to join one point at a time or to join a plurality of points at the same time.
[0032]
Further, the height dimension H from the base end P of the convex curved surface to the vertex Q of the tip end is set to 20% or less of the total thickness T of the _two thin plates W ₁ and W _2. Thus, the joining can be performed without locally reducing the thickness of the aluminum alloy (W ₁ ) locally, whereby the entire pressurized surface of the joining portion is uniformly adhered and the joining strength is improved.
[0033]
Further, by setting the pressing force in the range of 30 MPa to 130 MPa, it is possible to suppress a decrease in strength due to a decrease in plate thickness and deformation of the base material. Further, as the heating temperature, by setting the junction interface temperature in a range of 320 ° C. to 450 ° C., it is possible to prevent a decrease in the strength of the base material due to thermal influence.
[0034]
Further, the eutectic liquid phase 15 and Zn of Al and the thin plate _{W 2} of the thin plate _{W 1} is formed by the reaction, because the diffusion reaction of Al-Zn-Fe phase 17 is accelerated, shortened the bonding time, Cost can be reduced.
[0035]
FIG. 9 shows an example in which the present apparatus is incorporated in a press die. The press lower mold 19 has a concave portion 19a in the center, and the pressing surface on the upper surface of the pressing portion 19b around the concave portion 19a is a flat surface 19c. The work W is set on this plane 19c. Workpiece W is constituted by a thin plate W ₁ and the thin plate W ₂ is a two dissimilar metal sheet superimposed with each other, the thin plate W ₁ of the lower aluminum alloy, sheet W ₂ of the upper is a galvanized steel plate .
[0036]
On the other hand, in the upper press die 21, a movable die 23 forming a pair of dies with the pressurizing portion 19b is installed at a position facing the flat surface 19c around a concave portion 21a formed at the center. The movable die 23 can move up and down in a movable hole 21b formed in the upper press die 21, and the surface facing the work W has a convex curved surface 23a similar to the cylindrical surface 7a and the spherical surface 7b shown in FIG. It has become. Also in this example, a flat surface may be used instead of the convex curved surface 23a.
[0037]
A plurality of movable dies 23 may be provided around the concave portion 21a in a substantially cubic shape as a whole, or may be formed in an annular continuous shape. In the case of an annular shape, the pressing surface of the movable mold 23 is a cylindrical surface or a flat surface.
[0038]
On the other hand, in FIG. 10, instead of the movable die 23 in FIG. 9, a convex curved surface 210a having a predetermined R shape is formed on the lower surface facing the flat surface 19c of the upper press die 210.
[0039]
A plurality of convex curved surfaces 210a may be provided around the concave portion 210b as a spherical shape, or may be a continuous annular shape having a cylindrical surface shape.
[0040]
As shown in FIGS. 9 and 10 described above, by incorporating the present apparatus into a press die and integrating it, it becomes possible to join in a considerably large unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an apparatus for solid-phase joining of dissimilar metal sheets, showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a lower die in the solid-state bonding apparatus of FIG. 1;
FIGS. 3A and 3B are perspective views of an upper die in the solid-state bonding apparatus of FIG. 1, in which FIG. 3A shows a cylindrical pressing surface and FIG. 3B shows a spherical pressing surface.
FIG. 4 is a side view of the upper mold for explaining the shape of the convex curved surface of the upper mold.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a work showing a total plate thickness obtained by combining two different types of thin metal plates.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a bonding mechanism by solid-phase bonding.
FIG. 7 is a correlation diagram between a joint interface temperature and a tensile shear load for each joining pressure.
FIG. 8 is a correlation diagram between a joint interface temperature and a tensile shear load for each joining time.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an example in which the apparatus is incorporated in a press die.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example in which the present apparatus is incorporated in a press die.
[Explanation of symbols]
W ₁ , W ₂ Two dissimilar metal sheets 3 Lower mold (a pair of molds)
3a Flat surface 7 Upper mold (a pair of molds)
7a Cylindrical surface (convex surface)
7b spherical surface (convex surface)
9,11 Heating heater (heating means)
13 Gas discharge nozzle (gas discharge means)
19b Pressing part (a pair of molds)
19c plane 23 movable type (a pair of molds)
23a, 210a convex curved surface P base end Q vertex (top end)
H Height dimension from base end to tip end T Total thickness of two thin plates

Claims

A pair of dies for solid-phase joining by pressing two dissimilar metal thin plates made of a galvanized steel sheet and an aluminum alloy which are superimposed on each other from both sides are provided, and the pressing surface of the die on the galvanized steel sheet side is a convex curved surface. 2. The solid-phase joining apparatus for dissimilar metal thin plates according to claim 1, wherein the pressing surface of the mold on the aluminum side is a flat surface, while the pressing surface is a flat surface. 3.

The height dimension from the base end part to the tip part of the said convex curved surface was 20% or less of the total board thickness which combined each board thickness of the said two different metal thin plates, The claim 1 characterized by the above-mentioned. Solid phase joining equipment for dissimilar metal sheets.

3. The solid-state welding apparatus according to claim 1, wherein the convex curved surface has a spherical shape.

The solid-phase joining apparatus for dissimilar metal thin plates according to claim 1, wherein the convex curved surface has a cylindrical surface shape.

The solid-state joining apparatus for dissimilar metal thin plates according to any one of claims 1 to 4, wherein heating means for heating the two dissimilar metal thin plates is provided in the pair of dies.

The two dissimilar metal thin plates made of a galvanized steel sheet and an aluminum alloy overlapped with each other, the pressing surface of the mold on the galvanized steel plate side is made a convex curved surface or a flat surface, while the pressing surface of the mold on the aluminum side is made A solid-state joining method for dissimilar metal thin plates, wherein solid-state joining is performed by applying pressure from both sides using a pair of flat molds.

The solid-state joining method for dissimilar metal thin plates according to claim 6, wherein the pressure applied by the pair of molds is set to 30 MPa to 130 MPa, and heating is performed so that the interface temperature at the joining portion is set to 320 ° C. to 650 ° C. 9.

The method according to claim 7, wherein the pressurizing and heating are performed in an inert gas atmosphere.

9. The method according to claim 8, wherein the inert gas is discharged toward the dissimilar metal steel sheet using a gas discharge unit.