JP2007105737A - 抵抗溶接による異種金属の接合方法及び接合構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】亜鉛めっき鋼材1とアルミニウム合金材2とを重ね合わせ、亜鉛めっき鋼材1のめっき層1p中の亜鉛とアルミニウムとの共晶溶融を生じさせて抵抗溶接するに際し、上記鋼材1及びアルミニウム合金材2の一方又は両方、望ましくはアルミニウム合金材2の接合部位に、被接合面が曲面をなす厚肉部Tを形成しておく。
【選択図】図4
Description
例えば、異種金属として、アルミニウム合金と鋼材とを溶接する場合、高硬度で脆弱なFe2Al5やFeAl3などの金属間化合物が生成するため、継手強度を確保するためには、これら金属間化合物の制御が必要となる。
さらに、爆着や熱間圧延なども知られているが、設備面や能率面での問題が多く、一般の異種金属接合に広く適用することはできないという問題がある。
したがって、図に示した共晶点を利用してAlとZnの共晶溶融を作り出し、アルミニウム材の接合時における酸化皮膜除去や相互拡散などの接合作用に利用することによって、低温接合が実施できるため、接合界面における金属間化合物の成長を極めて効果的に抑制することができる。
したがって、両金属の清浄面を接触させ、655K以上に加熱保持すると反応が生じる。これを共晶溶融といい、Al−95%Znが共晶組成となるが、共晶反応自体は合金成分に無関係な一定の変化であり、合金組成は共晶反応の量を増減するに過ぎない。
すなわち、加圧によって材料表面の微視的な凸部同士が擦れ合うことから、一部の酸化皮膜の局所的な破壊によってアルミニウムと亜鉛が接触した部分から共晶溶融が生じ、この液相の生成によって近傍の酸化皮膜が破砕、分解されてさらに共晶溶融が全面に拡がる反応の拡大によって、酸化皮膜破壊の促進と液相を介した接合が達成される。
まず、図2(a)に示すように、その表面に、Alと共晶を形成する第3の金属材料として機能する亜鉛めっき層1pが施された亜鉛めっき鋼板1と、アルミニウム合金材2を用意し、図2(b)に示すように、これら亜鉛めっき鋼板1とアルミニウム合金材2を亜鉛めっき層1pが内側になるように重ねる。なお、アルミニウム合金板材2の表面には酸化皮膜2cが生成している。
すなわち、これら金属とAlとの共晶金属は、母材であるアルミニウム合金材の融点以下の温度で溶融するため、脆弱な金属間化合物が生成し易い鋼材とアルミニウム合金材の接合においても、低温で酸化皮膜を除去することができ、接合過程での接合界面における金属間化合物の生成が抑制でき、強固な接合が可能になる。
鋼材とマグネシウムとの接合に際しては、後述する実施例と同様に鋼材側にめっきした亜鉛とマグネシウムの間に共晶反応を生じさせて接合することが可能である。さらに、アルミニウムとマグネシウムを接合する場合においても、亜鉛や銀を第3の金属材料として利用することが可能である。
すなわち、抵抗スポット溶接による点接合は、自動車用の車体のように3次元形状を有する構造物に広く適用することができ、抵抗シーム溶接によれば、連続的な接合が可能であり、接合部の水密性や剛性に優れた異材継手を得ることができる。
図3に示した交流電源タイプの抵抗スポット溶接装置を用いて、図4に示すように、板厚0.55mmの亜鉛めっき鋼板1と、接合部位以外の全体の板厚が1.0mmであって、接合部位に円弧状断面をなす厚肉部Tを形成した鋳物材から成るアルミニウム合金材2との接合を行った。
このとき、亜鉛めっき鋼板1の亜鉛めっき厚さについては、約20μmの厚さのものを使用した。一方、アルミニウム合金鋳物材2に形成した厚肉部Tの板厚は2.0mm(表面からの膨出高さは1.0mm)、その幅は8mmとした。
特に本実施例のように、酸化皮膜が厚く生成される傾向のあるアルミニウム合金鋳物材や、亜鉛めっき厚さの比較的厚い亜鉛めっき鋼板を被溶接材に用いる場合は、この厚肉部の変形過程でアルミニウム合金の酸化皮膜がより破壊されやすくなり、また酸化皮膜や亜鉛、共晶溶融金属などの反応生成物をより確実に排出できるため、高強度化が得やすいことが確認された。
図5に示したような交流電源タイプの抵抗シーム溶接装置を用いて、図6に示すように、亜鉛めっき鋼板1と、上記同様の厚肉部Tを形成したアルミニウム合金材2とを重ね合わせた。
1p 亜鉛めっき層(第3の材料)
2 アルミニウム合金材(被接合材)
T 厚肉部
Claims (10)
- 互いに異なる金属材料同士を重ね合わせた被接合材の間に上記金属材料とは異なる金属から成る第3の材料を介在させ、上記被接合材の少なくとも一方の材料と第3の材料との間で共晶溶融を生じさせて抵抗溶接するに際し、上記被接合材の少なくとも一方の接合部位に、非接合部位よりも大きな板厚を有し、かつ被接合面側に膨出した厚肉部を設けることを特徴とする抵抗溶接による異種金属の接合方法。
- 上記厚肉部の被接合面が曲面をなしていることを特徴とする請求項1に記載の接合方法。
- 上記被接合材の接合部に第3の材料から成るインサート材を挿入することを特徴とする請求項1又は2に記載の接合方法。
- 上記被接合材の少なくとも一方の材料に第3の材料が被覆されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の接合方法。
- 上記被接合材の一方の材料が亜鉛めっき鋼板であって、当該亜鉛めっき鋼板にめっきされている亜鉛を第3の材料として利用することを特徴とする請求項4に記載の接合方法。
- 上記被接合材のうち、融点が低い方の材料に厚肉部が形成してあることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の接合方法。
- 上記被接合材のうち、大気雰囲気下で表面により強固な酸化被膜を形成する方の材料に厚肉部が形成してあることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の接合方法。
- 抵抗スポット溶接により断続的に溶接することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の接合方法。
- 抵抗シーム溶接により連続的に溶接することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の接合方法。
- 請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の接合方法によって得られる接合構造であって、上記被接合材の新生面同士が直接接合されていると共に、当該接合部の周囲に、第3の材料、被接合材、酸化皮膜及び接合過程で生じる反応生成物の群から選ばれる少なくとも1種が排出されていることを特徴とする異種金属の接合構造。
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