JP2005081375A - Structure and method for joining different kinds of materials - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異種材料の接合構造及び接合方法に関し、特に、異種材料間にクラッド材を介在させる異種材料の接合構造及び接合方法に関する。 The present invention relates to a joining structure and joining method of different materials, and more particularly to a joining structure and joining method of different materials in which a clad material is interposed between different materials.
従来から、異種材料をクラッド材(異種材料を1枚の板に圧延させた複合材)を介して接合することが行われている。例えば、特許文献1には、鋼材とアルミ材との間に鋼材とアルミ材とのクラッド材(2層クラッド)を介在させて当該鋼材とアルミ材とを抵抗溶接する異種金属接合方法が記載されている。該異種金属接合方法では、被接合部材側の鋼材とクラッド材側の鋼材との間にナゲットが形成されて当該被接合部材側の鋼材とクラッド材側の鋼材とが接合されると共に被接合部材側のアルミ材とクラッド材側のアルミ材との間にナゲットが形成されて当該被接合部材側のアルミ材とクラッド材側のアルミ材とが接合され、これにより、被接合部材側の鋼材とアルミ材とがクラッド材を介して接合される。しかしながら、一般に知られるように、アルミ材とアルミ材との間の接触抵抗が鋼材と鋼材との間の接触抵抗と比較して著しく低いため、鋼材×鋼材の抵抗溶接とアルミ材×アルミ材の抵抗溶接とを同時に行い、特に、アルミ材とアルミ材との間に均一な抵抗溶接接合部(ナゲット)を形成させるのが極めて困難であった。
2. Description of the Related Art Conventionally, bonding of dissimilar materials through a clad material (a composite material obtained by rolling dissimilar materials into a single plate) has been performed. For example,
そこで、上記異種金属接合方法は、前処理として、アルミ材に形成された酸化膜を除去した後、該アルミ材を熱処理して、アルミ材表面の接触抵抗を高めることによりアルミ材とアルミ材との間に均一な抵抗溶接接合部(ナゲット)を形成させていたが、アルミ材の前処理により製造コストが増大するといった新たな問題を生じていた。また、コンデンサー式溶接電源やインバータ電源等を備える大容量の抵抗溶接機を要するので、設備コストが嵩むと共に消費電力量が増大して製造コストを増大させていた。さらに、鋼材とアルミ材との間に鉄とアルミとの合金が生成された場合に接合強度が著しく低下してしまうため、溶接電流、電極等をシビアに管理する必要がある。また、上記異種金属接合方法は、板厚1mm程度の薄板にしか対応させることができなかった。
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第1の目的は、接合強度が確保されると共に製造コストが抑制される異種材料の接合構造を提供することにある。また、第2の目的は、接合強度が確保されると共に製造コストが抑制される異種材料の接合方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object is to provide a joint structure of dissimilar materials in which joint strength is ensured and manufacturing cost is suppressed. In addition, a second object is to provide a method for joining dissimilar materials in which joining strength is ensured and manufacturing cost is suppressed.
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、異種材料からなる2つの被接合部材間に各材料が2層に圧延されて形成されたクラッド材を介在させて双方の被接合部材が接合される異種材料の接合構造であって、クラッド材の一側と一方の被接合部材とが接合されると共にクラッド材の他側と他方の被接合部材とが接合されることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、クラッド材の一側と鋼材とが抵抗溶接されて接合されると共にクラッド材の他側とアルミ材とが摩擦攪拌接合、セルフピアッシングリベット接合、レーザ溶接、超音波接合、アーク溶接のいずれかの接合手段により接合されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の異種材料の接合構造に用いられる異種材料の接合方法であって、クラッド材の一側と一方の被接合部材とを接合させ、クラッド材の他側と他方の被接合部材とを接合させることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、クラッド材の一側と鋼材とを抵抗溶接させて接合させ、クラッド材の他側とアルミ材とを摩擦攪拌接合、セルフピアッシングリベット接合、レーザ溶接、超音波接合、アーク溶接のいずれかの接合方法により接合させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
The invention according to
In order to achieve the above object, the invention described in
The invention according to claim 4 is the invention according to
従って、請求項1に記載の発明では、クラッド材の一側と一方の被接合部材とが接合されると共にクラッド材の他側と他方の被接合部材とが接合されて、異種材料からなる双方の被接合部材がクラッド材を介して接合される。
請求項2に記載の発明では、クラッド材の一側と鋼材とが抵抗溶接されて接合されると共に、クラッド材の他側とアルミ材とが摩擦攪拌接合、セルフピアッシングリベット接合、レーザ溶接、超音波接合、アーク溶接のいずれかの接合手段により接合されて、鋼材とアルミ材とがクラッド材を介して接合される。
請求項3に記載の発明では、クラッド材の一側と一方の被接合部材とを接合させ、クラッド材の他側と他方の被接合部材とを接合させて、異種材料からなる双方の被接合部材を接合させる。
請求項4に記載の発明では、クラッド材の一側と鋼材とを抵抗溶接させて接合させ、クラッド材の他側とアルミ材とを摩擦攪拌接合、セルフピアッシングリベット接合、レーザ溶接、超音波接合、アーク溶接のいずれかの接合方法により接合させて、鋼材とアルミ材とをクラッド材を介して接合させる。
Therefore, according to the first aspect of the present invention, one side of the clad material and one of the members to be joined are joined, and the other side of the clad material and the other of the joined members are joined to each other. The members to be joined are joined through the clad material.
In the invention according to
In the invention according to
In the invention of claim 4, one side of the clad material and the steel material are joined by resistance welding, and the other side of the clad material and the aluminum material are joined by friction stir welding, self-piercing rivet joining, laser welding, ultrasonic joining. The steel material and the aluminum material are joined via the clad material by joining by any joining method of arc welding.
接合強度が確保されると共に製造コストが抑制される異種材料の接合構造を提供することができる。また、接合強度が確保されると共に製造コストが抑制される異種材料の接合方法を提供することができる。 It is possible to provide a bonding structure of different materials that can secure the bonding strength and suppress the manufacturing cost. In addition, it is possible to provide a bonding method for different materials that can secure bonding strength and suppress manufacturing costs.
本発明の一実施の形態を図1〜図4に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、鋼材1(被接合部材)とアルミ材2(被接合部材)とがクラッド材3を介して接合される場合について、異種材料の接合構造及び接合方法を説明する。図1及び図2に示すように、本異種材料の接合構造は、クラッド材3の一側(図1及び図2における紙面視右側)と鋼材1の接合代とが抵抗溶接されて接合されると共に、クラッド材3の他側(図1及び図2における紙面視左側)とアルミ材2の接合代とが摩擦攪拌接合により接合されて、鋼材1とアルミ材2とがクラッド材3を介して接合される。これにより、溶接状態がばらつき易いアルミ材×アルミ材の抵抗溶接が廃止されてクラッド材3を介して接合される鋼材1とアルミ材2との接合強度が確保される構造になっている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a case where a steel material 1 (member to be joined) and an aluminum material 2 (member to be joined) are joined via a
図1に示すように、本異種材料の接合構造に用いられるクラッド材3は、鋼材とアルミ材とが圧延されて2層に形成されている。そして、本異種材料の接合構造は、クラッド材3の鋼材の層3aと鋼材1(被接合部材)とが当接されるようにして当該クラッド材3の一側と鋼材1の接合代とが重ね合わされて抵抗溶接されて接合されると共に、クラッド材3のアルミ材の層3bとアルミ材2(被接合部材)とが当接されるようにして当該クラッド材3の他側とアルミ材2の接合代とが重ね合わされて摩擦攪拌接合により接合される構造になっている。なお、図2に示すように、本異種材料の接合構造は、クラッド材3の一側と鋼材1の接合代とが該接合代の延出方向(図2における紙面視上下方向)に所定接合間隔で抵抗溶接されると共に、クラッド材3の他側とアルミ材2の接合代とが該接合代の延出方向に所定接合間隔で摩擦攪拌接合される構造になっている。
As shown in FIG. 1, the
次に、本異種材料の接合方法を説明する。まず、クラッド材3のアルミ材の層3bとアルミ材2(被接合部材)とが当接されるようにして当該クラッド材3の他側とアルミ材2の接合代とを重ね合わせて、該重ね合わされた部分に、高速で回転させた摩擦攪拌用工具4(図3参照)をアルミ材2側からアルミ材2とクラッド材3との重ね合わせ方向(図3における紙面視上下方向)へアプローチさせる。そして、図3に示すように、回転させた工具4をクラッド材3とアルミ材2とが重ね合わされた部分に押し込んで、その際に発生する摩擦熱により工具周辺の材料を軟化させつつ攪拌させる。これにより、図1に示すように、クラッド材3とアルミ材2とが重ね合わされた部分にクラッド材3のアルミ材の層3bとアルミ材2とを略貫通した摩擦攪拌接合部5が形成され、該重ね合わされたクラッド材3の他側とアルミ材2の接合代とが接合される。そして、図2に示すように、重ね合わされたクラッド材3の他側とアルミ材2の接合代とを該接合代の延出方向へ所定間隔で摩擦攪拌接合させる。
Next, a method for joining different materials will be described. First, the other side of the
次に、図4に示すように、クラッド材3の鋼材の層3aと鋼材1(被接合部材)とが当接されるようにして当該クラッド材3の一側と鋼材1の接合代とを重ね合わせて、該重ね合わされた部分を抵抗溶接機の一対の電極チップ6,7で加圧しつつ当該電極チップ6,7間に溶接電流を通電させる。なお、電極チップ6,7間に通電させる溶接電流は、鋼材×鋼材の溶接電流(鋼材1とクラッド材3の鋼材の層3aの厚さと同じ厚さの鋼材とを抵抗溶接する場合の溶接電流)の2〜3割増に設定する。これにより、クラッド材3の鋼材の層3aと鋼材1との間に抵抗溶接接合部8(ナゲット)が形成されて、クラッド材3の一側と鋼材1の接合代とが接合される。そして、図2に示すように、クラッド材3の一側と鋼材1の接合代とを該接合代の延出方向へ所定間隔で接合させる。これにより、鋼材1とアルミ材2とがクラッド材3を介して接合される。
Next, as shown in FIG. 4, the joining margin between one side of the
この実施の形態では以下の効果を奏する。
クラッド材3の一側と鋼材1(被接合部材)の接合代とが抵抗溶接されて接合されると共にクラッド材3の他側とアルミ材2(被接合部材)の接合代とが摩擦攪拌接合により接合されて、鋼材1とアルミ材2とがクラッド材3を介して接合される。
これにより、アルミ材×アルミ材の組み合わせの抵抗溶接が廃止され、抵抗溶接を既設の汎用抵抗溶接機で済ませることができる。
従って、大容量の溶接電源を備える高価な抵抗溶接機が不要になり、設備コストを削減することができる。また、抵抗溶接による消費電力量が低減され、製造コストを削減することができる。さらに、鋼材1とクラッド材3との間の接合強度、及びアルミ材2とクラッド材3との間の接合強度が確保されて、その結果、鋼材1とアルミ材2との接合強度を確保することができる。そのうえ、鋼材1とアルミ材2とをクラッド材3を介して抵抗溶接させる従来の異種材料の接合方法で行われていた、アルミ材2の酸化膜を除去した後、当該アルミ材2を熱処理を行う前処理工程が不要になり、製造コストを削減することができる。また、アルミ材×アルミ材の接合に好適な摩擦攪拌接合によりアルミ材2とクラッド材3(クラッド材3のアルミ材の層3b)とが接合されるので、比較的板厚が厚いアルミ材2の接合に対応することができる。
This embodiment has the following effects.
One side of the
Thereby, resistance welding of the combination of aluminum material x aluminum material is abolished, and resistance welding can be completed with an existing general-purpose resistance welding machine.
Therefore, an expensive resistance welding machine equipped with a large-capacity welding power source becomes unnecessary, and the equipment cost can be reduced. Moreover, the power consumption by resistance welding is reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, the bonding strength between the
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
異種材料は、鋼材とアルミ材との組み合わせに限らず、必要に応じて組み合わせればよい。
本実施の形態では、アルミ材2の接合代とクラッド材3のアルミ材の層3bとの間にスポット的に摩擦攪拌接合部5を形成させてアルミ材2とクラッド材3とを接合させたが、相互に突合されたアルミ材2の接合代とクラッド材3との間に回転させた工具4を押し込んだ状態で該工具4を移動させて、図5に示すように、アルミ材2とクラッド材3(クラッド材3のアルミ材の層3b)との間にアルミ材2の接合代延出方向(図2における紙面視上下方向)へ延びる摩擦攪拌接合部5´を形成させてアルミ材2とクラッド材3とを突合せ接合させてもよい。この場合、比較的板厚のあるアルミ材2の接合に対応することができる。
図6に示すように、重ね合わされたアルミ材2の接合代とクラッド材3とをセルフピアッシングリベットにより接合させてもよい。
図7に示すように、重ね合わされたアルミ材2の接合代とクラッド材3のアルミ材の層3bとをレーザ溶接させて接合させてもよい。
図8に示すように、重ね合わされたアルミ材2の接合代とクラッド材3のアルミ材の層3bとを超音波接合により接合させてもよい。
図9に示すように、アルミ材2の接合代とクラッド材3とで重ね継手を形成し、アルミ材2の接合代とクラッド材3のアルミ材の層3bとの重ね部をアーク溶接させて接合させてもよい。
図10に示すように、アルミ材2の接合代とクラッド材3とで突合せ継手を形成し、アルミ材2の接合代とクラッド材3のアルミ材の層3bとの突合せ部をアーク溶接させて接合させてもよい。
In addition, embodiment is not limited above, For example, you may comprise as follows.
Different materials are not limited to the combination of steel and aluminum, and may be combined as necessary.
In the present embodiment, the friction
As shown in FIG. 6, the joining allowance of the
As shown in FIG. 7, the joining allowance of the
As shown in FIG. 8, the joining margin of the
As shown in FIG. 9, a lap joint is formed by the joining allowance of the
As shown in FIG. 10, a butt joint is formed by the joining allowance of the
図11に、本異種材料の接合構造を自動車の車体に適用させた一実施例を示す。機械的強度を必要とするロッカー部材2にアルミの押し出し材を用い、該ロッカー部材2とスチール製のフロアパネル1とをクラッド材3を介して接合させる。この場合、クラッド材3の一側とフロアパネル1とを抵抗溶接させて接合し、また、クラッド材3の他側とロッカー部材2とを選択された接合方法により接合させる。
FIG. 11 shows an embodiment in which the joint structure of different materials is applied to the body of an automobile. An aluminum extrusion material is used for the
図12に、本異種材料の接合構造を自動車の車体に適用させた一実施例を示す。機械的強度を必要とするロッカー部材2にアルミの押し出し材を用い、該ロッカー部材2とスチール製のトンネル部材1との間にクラッド材で形成されたフロアパネル3を配置し、該フロアパネル3の一側とトンネル部材1とを抵抗溶接させて接合させると共にフロアパネル3の他側とロッカー部材2とを選択された接合方法により接合させる。
FIG. 12 shows an embodiment in which the joint structure of different materials is applied to the body of an automobile. An aluminum extrusion material is used for the
1 鋼材(被接合部材)、2 アルミ材(被接合部材)、3 クラッド材
1 Steel material (member to be joined), 2 Aluminum material (member to be joined), 3 Clad material
Claims (4)
One side of the clad material and the steel material are joined by resistance welding, and the other side of the clad material and the aluminum material are joined by friction stir welding, self-piercing rivet joining, laser welding, ultrasonic joining, or arc welding. The bonding method of different materials according to claim 3, wherein the bonding is performed by a bonding method.
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