JP2007330972A - Method, device and structure for joining dissimilar material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dissimilar material overlap-joining method capable of performing the high-strength joining without giving high heat input even when a dense oxide film is interposed between joining interfaces of materials formed by overlapping a high melting point material on a low melting point material, a joining device which is favorably used for joining the dissimilar materials, and a joining structure by this method. <P>SOLUTION: When a high melting point material 1 and a low melting point material 2 having melting points different from each other overlap and are joined with each other, both materials 1, 2 are heated by irradiating high energy beams on a surface of the high melting point material 1 while partially breaking an oxide film present on the joining interface. Both heated materials 1, 2 are relatively pressed against each other to continuously or intermittently joined with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、異種材料、例えばスチール材とアルミニウム合金材のように、互いに異なる融点を有する異種材料同士の重ね接合する技術に係わり、電子ビームやレーザビームのような高エネルギービームを重ね合わせた高融点材料と低融点材料から成る被接合材の高融点材料の側に照射しつつ、両材料を加圧することにより重ね接合するようにした異種材料の接合方法と、このような接合に用いる接合装置、さらにはこのような方法により接合された接合構造に関するものである。   The present invention relates to a technique for lap-joining dissimilar materials having different melting points such as steel materials and aluminum alloy materials, such as a high-energy beam obtained by superimposing high-energy beams such as electron beams and laser beams. A joining method of different materials, in which lap joining is performed by pressurizing both materials while irradiating the high melting point material side of a material to be joined made of a melting point material and a low melting point material, and a joining apparatus used for such joining Further, the present invention relates to a joining structure joined by such a method.

従来、電子ビームやレーザビームなどのような高エネルギービームを用いた異種材料の重ね接合においては、脆い金属間化合物の生成を抑制するために、デフォーカスさせた高エネルギービームを高融点材料に照射し、高融点材料側からの伝熱により接合界面の低融点材料側を溶融させて接合する方法がとられていた。   Conventionally, in lap joining of dissimilar materials using a high energy beam such as an electron beam or a laser beam, a high-melting-point material is irradiated with a defocused high-energy beam in order to suppress the formation of brittle intermetallic compounds. However, the low melting point material side of the joining interface is melted and joined by heat transfer from the high melting point material side.

一般に、異種材料を接合する場合、同種材同士の溶接の場合と同様に両方の材料を溶融させてしまうと、脆弱な金属間化合物が生成し十分な継手強度を得られないことがある。
例えば、アルミニウム合金と鋼を異種接合する場合には、高硬度で脆弱なFeAl、FeAl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、これら金属化合物の制御が必要となる。
In general, when different materials are joined, if both materials are melted in the same manner as in the case of welding the same materials, a fragile intermetallic compound may be generated and sufficient joint strength may not be obtained.
For example, when different types of aluminum alloy and steel are joined, high hardness and brittle intermetallic compounds such as Fe 2 Al 5 and FeAl 3 are generated. Therefore, in order to ensure joint strength, control of these metal compounds is required. Is required.

ところが、アルミニウム合金の表面には、緻密で強固な酸化皮膜が形成しており、これを除去するためには接合時に大きな投与熱量が必要となる結果、金属間化合物層が厚く成長し、低強度な接合部になるという問題がある。   However, a dense and strong oxide film is formed on the surface of the aluminum alloy, and in order to remove this, a large dose of heat is required at the time of joining. As a result, the intermetallic compound layer grows thick and has low strength. There is a problem that it becomes a new joint.

このように、上記のような異種材料同士の接合に際しては、金属間化合物の成長を精密にコントロールしながら接合する必要があるため、加熱のための外部熱源としては、精密な温度制御が可能な、電子ビームやレーザビームなどのような高エネルギービームを用いた方法が試みられている。
高エネルギービームを用いた異種材料の重ね接合においては、脆い金属間化合物の生成を抑制するために、高融点材料の側にデフォーカスさせた高エネルギービームを照射し、高融点材料側からの伝熱によって低融点材料を溶融させて接合する方法がとられていた(例えば、非特許文献1参照)。
As described above, when joining different kinds of materials as described above, it is necessary to join while controlling the growth of the intermetallic compound with high precision. Therefore, precise temperature control is possible as an external heat source for heating. Attempts have been made to use high energy beams such as electron beams and laser beams.
In the lap joining of dissimilar materials using a high energy beam, in order to suppress the formation of brittle intermetallic compounds, a high energy beam defocused on the high melting point material side is irradiated to transmit from the high melting point material side. A method has been adopted in which a low melting point material is melted and joined by heat (for example, see Non-Patent Document 1).

このような場合、溶接条件をコントロールし、接合界面において、片側の材料(低融点材料)のみを溶融させ、材料の拡散を利用して接合することによって金属間化合物層の成長を抑制し、その厚さを薄くすることによって、両方の材料を溶融させて接合した場合よりも、接合部の単位面積当りの強度を高くすることができると考えられており、上記非特許文献1には、アルミニウム合金の上に鋼板を重ね、鋼板の上方からレーザビームを照射することによって、界面を固相/液相状態として異種材料の接合を行なう方法が記載されている。
「溶接学会全国大会講演概要」、社団法人日本溶接学会、2003年4月、第72集、p.152
In such a case, the welding conditions are controlled, only the material on one side (low melting point material) is melted at the joining interface, and the growth of the intermetallic compound layer is suppressed by joining using the diffusion of the material. It is considered that by reducing the thickness, the strength per unit area of the joint can be made higher than when both materials are melted and joined. A method is described in which a steel plate is stacked on an alloy and a laser beam is irradiated from above the steel plate to join different materials with the interface in a solid phase / liquid phase state.
“Overview of the National Conference of the Japan Welding Society”, Japan Welding Society, April 2003, Vol. 72, p. 152

しかしながら、異種材料の接合に際して、入熱量が増すと、接合界面に高硬度で脆弱な金属間化合物が厚く生成して、高い継手強度が得られなくなることは上述したとおりである。一方、アルミニウム合金の表面には緻密で強固な酸化皮膜が形成されており、片側の材料のみを溶融させる非特許文献1に記載の方法においても、酸化皮膜を除去するためには、接合時に大きな投入熱量が必要となるため、厚い金属間化合物層が成長し、低強度な接合部になる可能性が高い。
したがって、接合界面の金属間化合物の生成を制御して良好な接合強度を得るためには、接合条件を極めて精密にコントロールしなければならず、しかもその適正な接合条件範囲が極めて狭いことから、条件制御が比較的容易な高エネルギービームを熱源に用いたとしても、工業的に実用化することが極めて困難であるという問題点があった。
However, as described above, when the amount of heat input increases in joining different types of materials, a high hardness and brittle intermetallic compound is generated at the joining interface, and high joint strength cannot be obtained. On the other hand, a dense and strong oxide film is formed on the surface of the aluminum alloy. Even in the method described in Non-Patent Document 1 in which only the material on one side is melted, in order to remove the oxide film, a large amount is required at the time of joining. Since the amount of input heat is required, a thick intermetallic compound layer is likely to grow and become a low-strength joint.
Therefore, in order to control the production of intermetallic compounds at the bonding interface and obtain good bonding strength, the bonding conditions must be controlled very precisely, and the appropriate bonding condition range is extremely narrow. Even if a high-energy beam whose condition control is relatively easy is used as a heat source, there is a problem that it is extremely difficult to put it to practical use industrially.

本発明は、高エネルギービームを用いた従来の異種材料接合技術における上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、接合界面に緻密な酸化皮膜が介在していたとしても、大きな入熱を投与することなく、高強度の接合が可能な異種材料の接合方法と、このような異材接合に好適に使用することができる接合装置、さらにはこのような方法による接合構造を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in conventional dissimilar material bonding technology using a high-energy beam, and the object of the present invention is that even if a dense oxide film is present at the bonding interface. , A bonding method of different materials capable of high strength bonding without applying large heat input, a bonding apparatus that can be suitably used for bonding such different materials, and a bonding structure by such a method It is to provide.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、重ね合わせた被接合材料の高融点材料に高エネルギービームを照射するに際して、接合界面の酸化皮膜を部分的に破壊しておくことによって、これを起点とする両材料の拡散反応が生じ、上記目的が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have partially destroyed the oxide film on the bonding interface when irradiating the high melting point material of the superimposed material to be bonded with a high energy beam. As a result, a diffusion reaction of both materials starting from this occurs, and the above-mentioned object can be solved, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の異種材料の接合方法においては、互いに融点の異なる高融点材料と低融点材料を重ね合わせて接合するに際して、接合界面に存在する酸化皮膜を部分的に破壊しながら、高融点材料表面に高エネルギービームを照射して両材料を加熱し、加熱された両材料を相対的に加圧して両材料を連続的又は断続的に接合するようにしている。
また、当該接合方法における好適形態としては、上記両材料の間にこれら材料とは異なる第3の材料を介在させた状態で、高エネルギービームを照射して、両パネルの少なくとも一方と第3の材料との間で共晶溶融を生じさせて接合することを特徴としている。
That is, the present invention is based on the above knowledge, and in the bonding method of dissimilar materials according to the present invention, when a high melting point material and a low melting point material having different melting points are bonded to each other, While partially destroying the film, the surface of the refractory material is irradiated with a high energy beam to heat both materials, and both heated materials are relatively pressurized to join both materials continuously or intermittently. I am doing so.
Further, as a preferred embodiment of the bonding method, at least one of the two panels and the third material are irradiated by irradiating a high energy beam with a third material different from these materials interposed between the two materials. It is characterized in that eutectic melting occurs between the materials and bonding.

また、本発明の異種材料の接合装置は、被接合材料に対して相対移動可能に配設され、連続的又は断続的に相対移動しながら上記被接合材料の接合部に高エネルギービームを連続的又は断続的に照射する照射ヘッドと、この照射ヘッドによる高エネルギービームの照射位置の進行方向前方に配設されて接合界面の酸化皮膜を部分的に破壊する皮膜破壊手段と、上記照射位置の進行方向後方に配設されて高エネルギービーム照射による加熱部を加圧する加圧手段を備えたことを特徴とする。   The dissimilar material bonding apparatus of the present invention is disposed so as to be relatively movable with respect to the material to be bonded, and continuously applies a high energy beam to the bonded portion of the material to be bonded while continuously or intermittently moving relative thereto. Or the irradiation head which irradiates intermittently, the film destruction means which is arrange | positioned ahead of the advancing direction of the irradiation position of the high energy beam by this irradiation head, and destroys the oxide film of a joining interface partially, and progress of the said irradiation position It is provided with a pressurizing means that is disposed rearward in the direction and pressurizes the heating unit by high energy beam irradiation.

そして、本発明の異種材料の接合構造は、両パネルの間に第3の材料を介在させた状態で行なう好適形態に係わる接合方法によって得られるものであって、低融点材料と高融点材料の新生面同士が直接、又は上記両パネルの少なくとも一方と第3の材料との反応層を介して接合されており、接合部の両側に、第3の材料、被接合パネル由来成分、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種から成る排出物が排出されていることを特徴としている。   The dissimilar material joining structure of the present invention is obtained by a joining method according to a preferred embodiment performed in a state where a third material is interposed between both panels, and includes a low melting point material and a high melting point material. The new surfaces are joined directly or via a reaction layer of at least one of the two panels and the third material, and the third material, the panel-derived component, the oxide film, and the joint are formed on both sides of the joint. Emissions comprising at least one selected from the group of reaction products generated in the process are discharged.

本発明によれば、低融点材料と高融点材料を重ね合わせた被接合材料の接合界面に存在する酸化皮膜を部分的に破壊しながら、高エネルギービームを高融点材料の側の表面に照射して両材料を加熱し、加熱された両材料を相対的に加圧して接合するようにしていることから、投入熱量を抑えた高エネルギービームの照射によっても、酸化皮膜の破壊部分を起点として両材料の拡散反応を進めることができ、金属間化合物層の成長を抑制して、高強度の異材継手を得ることができる。   According to the present invention, the surface of the high melting point material is irradiated with a high energy beam while partially destroying the oxide film present at the joining interface of the material to be joined, which is a superposition of the low melting point material and the high melting point material. Since both materials are heated and the heated materials are relatively pressurized and joined together, even when irradiated with a high-energy beam with a reduced amount of input heat, both parts start from the broken portion of the oxide film. The diffusion reaction of the material can be advanced, the growth of the intermetallic compound layer can be suppressed, and a high strength dissimilar joint can be obtained.

以下に、本発明の異種材料の接合方法や接合装置について、さらに詳細かつ具体的に説明する。   Hereinafter, the bonding method and bonding apparatus for different materials of the present invention will be described in more detail and specifically.

本発明の異種材料の接合方法においては、上記したように、融点の異なる異種材料を重ね合わせて成る被接合材料の高融点材料の側に高エネルギービームを照射することによって異種材料の重ね接合を行うに際して、被接合材料の接合界面に形成されている酸化皮膜を部分的に破壊しておくようにしている。
すなわち、接合界面の酸化皮膜があらかじめ部分的に破壊されていることによって、この酸化皮膜の破壊部分を起点とする両材料の拡散反応が容易に進行することから、高エネルギービーム照射熱量を抑えることによって金属間化合物の生成を抑制しながら、高強度の接合を行うことが可能となる。
In the method for bonding dissimilar materials according to the present invention, as described above, the dissimilar materials are overlap-bonded by irradiating a high-energy beam on the high melting point material side of the material to be bonded formed by stacking dissimilar materials having different melting points. When performing, the oxide film formed on the bonding interface of the materials to be bonded is partially broken.
In other words, since the oxide film at the bonding interface is partially destroyed in advance, the diffusion reaction of both materials easily starts from the broken part of this oxide film, so the amount of heat applied by the high energy beam can be suppressed. This makes it possible to perform high-strength bonding while suppressing the formation of intermetallic compounds.

また、本発明の異種材料の接合装置においては、上記したように、高融点材料と低融点材料を重ね合わせた被接合材料に対して相対移動可能に配設されて、連続的又は断続的に相対移動しながら被接合材料の接合部に高エネルギービームを連続的又は断続的に照射する照射ヘッドと、この照射ヘッドによる高エネルギービームの照射位置の進行方向前方に配設されて接合界面に存在する酸化皮膜を部分的に破壊する皮膜破壊手段と、上記ビーム照射位置の進行方向後方に配設されてビーム照射による加熱部を加圧する加圧手段を備えたことによって、本発明の上記接合方法に好適に用いることができる。   Further, in the bonding apparatus for dissimilar materials according to the present invention, as described above, the dissimilar material is disposed so as to be relatively movable with respect to the material to be bonded formed by superimposing the high melting point material and the low melting point material, and continuously or intermittently. An irradiation head that irradiates a high energy beam continuously or intermittently to the bonded portion of the material to be bonded while moving relative to each other, and is located in the front of the traveling direction of the irradiation position of the high energy beam by this irradiation head and exists at the bonding interface The method for joining according to the present invention comprises: a film breaking means for partially breaking an oxide film to be applied; and a pressure means for pressurizing a heating portion by beam irradiation disposed behind the beam irradiation position in the traveling direction. Can be suitably used.

図1(a)及び(b)は、本発明に用いる異種材料の接合装置の一例と、当該接合装置を用いた異種材料の重ね接合要領を示すそれぞれ側面図及び正面図であって、図に示す接合装置10は、高エネルギービームの1種であるYAGレーザを照射する照射ヘッド11と、その進行方向前方側に配置された与圧ローラ(皮膜破壊手段)12と、進行方向後方側に配置された加圧ローラ(加圧手段)13から主に構成されている。   FIGS. 1A and 1B are a side view and a front view, respectively, showing an example of a dissimilar material joining apparatus used in the present invention and a different material lap joint procedure using the joining apparatus. A bonding apparatus 10 shown is an irradiation head 11 that irradiates a YAG laser that is one kind of high-energy beam, a pressurizing roller (film breaking means) 12 that is disposed on the front side in the traveling direction, and a rear side in the traveling direction. The pressure roller (pressure means) 13 is mainly configured.

上記照射ヘッド11は、図示しない光ファイバを介してレーザ発振機に接続され、その先端から、焦点位置を任意に調整したレーザビームBを高融点材料1及び低融点材料2を重ね合わせた被接合材料に向けて任意の角度で照射することができるようになっている。
なお、図1(b)は、上記予圧ローラ12及び加圧ローラ13に対するレーザビームBの進行方向から見た位置関係を示しており、進行方向に沿って同一直線上に並んだ予圧ローラ12及び加圧ローラ13との干渉を避けるために、レーザビームBが所定の角度で照射されるようになっている。
The irradiation head 11 is connected to a laser oscillator via an optical fiber (not shown), and a laser beam B whose focus position is arbitrarily adjusted from the tip thereof is joined by superimposing the high melting point material 1 and the low melting point material 2. It is possible to irradiate the material at an arbitrary angle.
FIG. 1B shows the positional relationship of the preload roller 12 and the pressure roller 13 as viewed from the traveling direction of the laser beam B. The preloading rollers 12 and 12 are aligned on the same straight line along the traveling direction. In order to avoid interference with the pressure roller 13, the laser beam B is irradiated at a predetermined angle.

一方、上記予圧ローラ12及び加圧ローラ13は、それぞれエアシリンダを内蔵したガイド12a及び13aを介して装置基板14に取り付けられ、これらエアシリンダに送給するエアの圧力を調節することによって、ローラ部分の材料に対する押圧力をコントロールすることができるようにしてある。
また、これら予圧ローラ12及び加圧ローラ13は、上記照射ヘッド11と一体的に移動し、常にレーザビームBから一定の距離の位置で、被接合材料を押圧しながら移動することができるように構成されており、ワーク(被接合材料)が平面でなく、例えば自動車ボディのように、3次元形状の場合にも追従することができるようになっている。
On the other hand, the pre-loading roller 12 and the pressure roller 13 are attached to the apparatus substrate 14 via guides 12a and 13a each incorporating an air cylinder, and the roller is adjusted by adjusting the pressure of air supplied to these air cylinders. The pressing force against the material of the part can be controlled.
Further, the preload roller 12 and the pressure roller 13 move integrally with the irradiation head 11 so that the preload roller 12 and the pressure roller 13 can always move while pressing the material to be joined at a certain distance from the laser beam B. The work (material to be joined) is not a flat surface, and can follow a three-dimensional shape such as an automobile body.

このような構造を有する接合装置10においては、移動及びレーザビームの照射を連続的に行なうことによって、連続的な線状の接合を行なうことができ、上記移動及び照射を断続させることによって点状(スポット)あるいは断続直線(ステッチ)状の接合を行なうことができる。
なお、当該接合装置10は、固定された被接合材料に対して移動するようにすることも、接合装置10の側を固定して、被接合材料の側を移動するようにいてもよい。
In the bonding apparatus 10 having such a structure, continuous linear bonding can be performed by continuously moving and irradiating a laser beam, and dot-like by intermittently moving and moving the irradiation. (Spot) or intermittent straight (stitch) -like joining can be performed.
In addition, the said joining apparatus 10 may be made to move with respect to the fixed to-be-joined material, or the side of the to-be-joined material may be moved by fixing the joining apparatus 10 side.

上記図において、被接合材料としては、例えばアルミニウム合金材2を低融点材料として用いることができ、この上に高融点材料である亜鉛めっき鋼板1が通常発生し得るわずかな隙間をもって重ねられている。   In the figure, as a material to be joined, for example, an aluminum alloy material 2 can be used as a low melting point material, and a galvanized steel sheet 1 that is a high melting point material is superimposed on the material with a slight gap that can normally occur. .

ここでまず、皮膜破壊手段である予圧ローラ12によってアルミニウム合金材2と亜鉛めっき鋼板1を塑性変形させながら相対的に密着させると、図2に示すように、互いの材料表面のミクロ的な凹凸同士が互いに押し付け合うことにより、アルミニウム合金材2の表面の酸化皮膜2cは、薄くてしかも延性が低いため、部分的に破壊され、皮膜破壊部3が生じる。
これに続いて、高融点材料である亜鉛めっき鋼板1の側にレーザビームBを、焦点を材料表面の手前で結ぶように、つまりデフォーカスさせ、接合界面において高融点材料である鋼板1を溶融させないような条件で照射した後、ビーム照射による加熱部分に、加圧ローラ13によって所定の加圧力を加え、アルミニウム合金材2と亜鉛めっき鋼板1とを相対的に密着させる。
Here, when the aluminum alloy material 2 and the galvanized steel sheet 1 are relatively closely adhered while being plastically deformed by the preloading roller 12 which is a film breaking means, as shown in FIG. When the two are pressed against each other, the oxide film 2c on the surface of the aluminum alloy material 2 is thin and has low ductility.
Following this, the laser beam B is focused on the side of the galvanized steel sheet 1 which is a high melting point material so that the focal point is focused in front of the material surface, that is, defocused, and the steel sheet 1 which is a high melting point material is melted at the joining interface. After irradiating under such conditions, a predetermined pressing force is applied to the heated portion by the beam irradiation by the pressure roller 13 so that the aluminum alloy material 2 and the galvanized steel sheet 1 are relatively brought into close contact with each other.

これによって、高温の亜鉛めっき鋼板1からの伝熱によりアルミニウム合金材2の界面の温度が上昇し、加圧ローラ13の加圧力によって接合界面の亜鉛(1p)や、その他の化合物を排出しながら、上記皮膜破壊部3を起点として、アルミニウムと鋼の金属間化合物が薄く均一に形成されるようなレーザビームBの照射条件と、予圧ローラ12、加圧ローラ13の移動速度を精密に制御することによって異種材料1,2の接合を行なうことができる。   As a result, the temperature at the interface of the aluminum alloy material 2 rises due to heat transfer from the high-temperature galvanized steel sheet 1, and zinc (1p) at the bonding interface and other compounds are discharged by the pressure applied by the pressure roller 13. Starting from the film breaking portion 3, the irradiation conditions of the laser beam B and the moving speed of the preload roller 12 and the pressure roller 13 are controlled precisely so that the intermetallic compound of aluminum and steel is formed thinly and uniformly. As a result, the dissimilar materials 1 and 2 can be joined.

本発明の異種材料の接合方法においては、高エネルギービームを両材料(被接合材料)に対して相対移動させながら照射すると共に、高エネルギービームの照射位置の進行方向前方に配設した皮膜破壊手段によって酸化皮膜を破壊すると共に、高エネルギービーム照射位置の進行方向後方に配設した加圧手段によって両材料を加圧することによって接合することが可能である。
このとき、被接合材料に対する高エネルギービームの相対移動や高エネルギービームの照射を連続的なものとすることによって、連続的な線状の接合が可能となり、車体剛性や強度の向上に好適な連続的な線状の接合が高い生産性で実現できる一方、高エネルギービームの相対移動や照射のタイミングを断続的なものとすれば、点(スポット)状やステッチ状の接合を行なうことができる。
In the method for bonding dissimilar materials according to the present invention, the high energy beam is irradiated while being relatively moved with respect to both materials (materials to be joined), and the film breaking means is disposed in front of the irradiation direction of the high energy beam In addition to destroying the oxide film, the two materials can be joined by pressurizing them with a pressurizing means disposed behind the high energy beam irradiation position in the traveling direction.
At this time, continuous linear bonding is possible by making relative movement of the high energy beam to the material to be joined and irradiation of the high energy beam continuous, which is suitable for improving the rigidity and strength of the vehicle body. While linear linear joining can be realized with high productivity, spot-like or stitch-like joining can be performed if the relative movement and irradiation timing of the high energy beam are made intermittent.

上記皮膜破壊手段としては、例えば与圧ローラを採用することができ、この与圧ローラによって高エネルギービームの照射に先だって、両材料を相対的に押圧するようになすことによって、複雑な3次元的曲面にも容易に追従して酸化皮膜を確実に破壊することができる。   As the film destruction means, for example, a pressurizing roller can be adopted, and by pressing the both materials relatively with each other prior to the irradiation of the high energy beam by this pressurizing roller, a complicated three-dimensional The oxide film can be reliably destroyed by following the curved surface easily.

また、この与圧ローラの押圧面(両材料との圧接面)には、凹凸形状を形成することも望ましく、これによって接合界面における微小な接触部の発生が促進され、より確実に酸化皮膜の部分的破壊が進行するようになると共に、予圧ローラの凹凸模様が被接合材料の表面に転写されることによって、その直後の高エネルギービームの照射時のビーム吸収率が向上し、より低入熱で精密なビーム照射が可能となり、エネルギー効率も向上する。   In addition, it is also desirable to form an uneven shape on the pressing surface of the pressure roller (the pressure contact surface with both materials), which promotes the generation of minute contact portions at the joining interface and more reliably prevents the oxide film from forming. As partial breakage progresses and the uneven pattern of the preload roller is transferred to the surface of the material to be joined, the beam absorption rate at the time of irradiation with the high energy beam immediately after that improves, and the heat input is lower. This enables precise beam irradiation and improves energy efficiency.

上記皮膜破壊手段としては、機械的変形、温度変化、超音波振動、熱的衝撃又は電気的衝撃を与える単独手段、あるいはこれらの2種以上の組み合わせて与える複合手段を採用することができ、高エネルギービームの照射前に接合界面における酸化皮膜の局部的な破壊を行うに際して、種々のケースに応じて、酸化皮膜の部分破壊を確実なものとすることができる。   As the film breaking means, a single means for giving mechanical deformation, temperature change, ultrasonic vibration, thermal shock or electric shock, or a composite means for giving a combination of two or more of these can be adopted. When local destruction of the oxide film at the bonding interface is performed before the energy beam irradiation, partial destruction of the oxide film can be ensured according to various cases.

さらに、本発明の異種材料の接合方法においては、高融点材料と低融点材料の間にこれら材料とは異なる第3の材料を介在させ、この状態で高エネルギービームを高融点材料の表面に照射し、上記両材料の少なくとも一方と第3の材料との間で共晶溶融を生じさせて両材料を接合するようになすことができ、これによって、低温状態で酸化皮膜を接合界面から除去することができ、接合界面温度の上昇を防止して金属間化合物の生成を抑制し、被接合材料の新生面同士の強固な接合をさらに容易に、より広い条件範囲のもとに得ることができるようになる。   Further, in the bonding method of different materials of the present invention, a third material different from these materials is interposed between the high melting point material and the low melting point material, and in this state, the surface of the high melting point material is irradiated with the high energy beam. In addition, it is possible to cause eutectic melting between at least one of the two materials and the third material so as to bond both materials, thereby removing the oxide film from the bonding interface at a low temperature. It is possible to prevent the rise of the bonding interface temperature, suppress the formation of intermetallic compounds, and more easily and firmly bond the new surfaces of the materials to be bonded to each other under a wider range of conditions. become.

このとき、第3の材料を両パネルの間に介在させるための具体的手段としては、接合しようとする両パネルの少なくとも一方のパネルに第3の材料をめっきすることが望ましく、これによって第3の材料をインサート材としてパネル間に挟み込む工程を省略することができ、加工工数の低減によって作業効率が向上するばかりでなく、共晶反応によって溶融されためっき層が表面の不純物と共に接合部の周囲に排出された後に、めっき層の下から極めて清浄な新生面が現れることになり、より強固な接合が可能となる。   At this time, as a specific means for interposing the third material between the two panels, it is desirable to plate the third material on at least one of the panels to be joined. The process of sandwiching the above material as an insert material between the panels can be omitted, and not only the work efficiency is improved by reducing the processing man-hours, but also the plating layer melted by the eutectic reaction together with the surface impurities around the joints. After being discharged, an extremely clean new surface appears from under the plating layer, and a stronger bond is possible.

そして、被接合材料の一方が鋼材である場合には、例えばアルミニウムやマグネシウムなどと低融点共晶を形成する第3の材料である亜鉛がその表面にあらかじめめっきされている亜鉛めっき鋼板を用いることが望ましい。
このような亜鉛めっき鋼板を使用することによって、新たにめっきを施したり、特別な準備を要したりすることもなく、防錆目的で亜鉛めっきを施した通常の市販鋼材をそのまま適用することができ、極めて簡便かつ安価に、上記のような異種材料との強固な接合が可能になる。
When one of the materials to be joined is a steel material, for example, use a galvanized steel sheet in which zinc, which is a third material that forms a low melting point eutectic with aluminum or magnesium, is plated on the surface in advance. Is desirable.
By using such galvanized steel sheets, it is possible to apply ordinary commercial steel materials that have been galvanized for the purpose of rust prevention without applying new plating or requiring special preparation. In addition, it is possible to perform strong bonding with the above-described dissimilar materials extremely simply and inexpensively.

ここで、共晶溶融について、Al−Zn系合金を例として説明する。
図3は、Al−Zn系2元状態図を示すものであって、図に示すようにAl−Zn系における共晶点(Te)は、655Kであり、Alの融点933Kよりもはるかに低い温度で共晶反応が生じる。
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有効に抑制することができる。
Here, eutectic melting will be described by taking an Al—Zn alloy as an example.
FIG. 3 shows an Al—Zn-based binary phase diagram. As shown in the figure, the eutectic point (Te) in the Al—Zn system is 655 K, which is much lower than the melting point 933 K of Al. A eutectic reaction occurs at temperature.
Therefore, by using the eutectic points shown in the figure to create eutectic melting of Al and Zn, and using them for bonding actions such as oxide film removal and interdiffusion during bonding of aluminum materials, low temperature bonding can be performed. Therefore, the growth of the intermetallic compound at the bonding interface can be suppressed extremely effectively.

ここで、共晶溶融とは共晶反応を利用した溶融を意味し、2つの金属(又は合金)が相互拡散して生じた相互拡散域の組成が共晶組成となった場合に、保持温度が共晶温度以上であれば共晶反応により液相が形成される。例えばアルミニウムと亜鉛の場合、アルミニウムの融点は933K、亜鉛の融点は692.5Kであるのに対して、この共晶金属はそれぞれの融点より低い655Kにて溶融する。
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。
Here, eutectic melting means melting utilizing a eutectic reaction, and when the composition of an interdiffusion region formed by mutual diffusion of two metals (or alloys) becomes a eutectic composition, a holding temperature. If is equal to or higher than the eutectic temperature, a liquid phase is formed by the eutectic reaction. For example, in the case of aluminum and zinc, the melting point of aluminum is 933 K and the melting point of zinc is 692.5 K, whereas this eutectic metal melts at 655 K, which is lower than the respective melting points.
Therefore, a reaction occurs when the clean surfaces of both metals are brought into contact and heated to 655K or higher. This is called eutectic melting, and Al-95% Zn has a eutectic composition, but the eutectic reaction itself is a constant change unrelated to the alloy components, and the alloy composition only increases or decreases the amount of eutectic reaction. Absent.

一方、アルミニウム材の表面には酸化皮膜が存在するが、本発明においては、高エネルギービームの照射に先立って、上記した与圧ローラを始めとする被膜破壊手段によって酸化皮膜の一部を局部的に破壊するようにしている。
すなわち、酸化皮膜の部分的な破壊によって亜鉛とアルミニウムの局所的な接触が起こり、この状態で高エネルギービームの照射によって亜鉛めっき鋼板の表面を加熱され、接合界面が所定の温度状態に保持されると、接触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。
On the other hand, although an oxide film exists on the surface of the aluminum material, in the present invention, prior to the irradiation with the high energy beam, a part of the oxide film is locally localized by the film breaking means such as the pressurizing roller described above. To destroy.
That is, local contact between zinc and aluminum occurs due to partial destruction of the oxide film, and in this state, the surface of the galvanized steel sheet is heated by irradiation with a high energy beam, and the bonding interface is maintained at a predetermined temperature state. Then, eutectic melting occurs from the contact area, and by the formation of this liquid phase, the nearby oxide film is crushed and decomposed, and further eutectic melting spreads over the entire surface. Joining is achieved.

共晶組成は相互拡散によって自発的達成されるため、組成のコントロールは必要ない。必須条件は2種の金属あるいは合金の間に、低融点の共晶反応が存在することであり、アルミニウムと亜鉛の共晶溶融の場合、亜鉛に代えてZn−Al合金を用いる場合には、少なくとも亜鉛が95%以上の組成でなければならない。   Since the eutectic composition is spontaneously achieved by interdiffusion, composition control is not necessary. The essential condition is that a low melting eutectic reaction exists between two metals or alloys. In the case of eutectic melting of aluminum and zinc, when using a Zn-Al alloy instead of zinc, The composition must be at least 95% zinc.

図4(a)〜(e)は、本発明による異種材料の接合プロセスとして、亜鉛めっき鋼板(高融点材料)とアルミニウム合金材(低融点材料)との接合例を示す概略図である。
まず、図4(a)に示すように、少なくとも接合界面側の表面に、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を用意する。なお、アルミニウム合金材2の表面には酸化皮膜2cが生成している。
FIGS. 4A to 4E are schematic views showing an example of joining a galvanized steel sheet (high melting point material) and an aluminum alloy material (low melting point material) as a joining process of different materials according to the present invention.
First, as shown in FIG. 4A, a galvanized steel sheet 1 provided with a galvanized layer 1p functioning as a third metal material that forms a eutectic with Al on at least the surface on the bonding interface side, and aluminum An alloy material 2 is prepared. An oxide film 2 c is generated on the surface of the aluminum alloy material 2.

次に、図4(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、皮膜破壊手段、例えば与圧ローラによって相対的に押圧する。
すると、押圧による変形や、皮膜破壊手段の種類によっては、機械的、熱的、あるいは電気的な衝撃などにより、図4(c)に示すように局部的に酸化皮膜が破壊される。
Next, as shown in FIG. 4 (b), the galvanized steel sheet 1 and the aluminum alloy material 2 are overlapped so that the galvanized layer 1p is on the inside, and relatively pressed by a film breaking means, for example, a pressure roller. .
Then, depending on the deformation caused by the pressing and the type of the film destruction means, the oxide film is locally broken as shown in FIG. 4C due to mechanical, thermal, or electrical impact.

これによって、亜鉛とアルミニウムの局部的な接触が起こり、さらに高エネルギービームの照射によって亜鉛めっき鋼板1の表面が加熱され、接合界面が所定の温度状態に保持されると、図4(d)に示すように、亜鉛とアルミニウムの共晶溶融が生じる。   As a result, local contact between zinc and aluminum occurs, the surface of the galvanized steel sheet 1 is heated by irradiation with a high energy beam, and the bonding interface is maintained at a predetermined temperature state. As shown, eutectic melting of zinc and aluminum occurs.

そして、加圧によって共晶溶融金属4と共に酸化皮膜2cや接合界面の不純物(図示せず)などから成る排出物が接合部の外側(矢印方向)に排出されることにより、所定の接合面積が確保され、その結果、図4(e)に示すように、アルミニウム合金材と鋼材の新生面同士が極めて薄い反応層5によって直接接合され、鋼板1とアルミニウム合金材2の強固な金属接合が得られることなる。なお、反応層5と鋼材1の間には材料や接合条件によって鋼への亜鉛の薄い拡散層が生じる場合もあるが、接合強度への影響は少なく、実質的な問題はない。   Then, the discharge comprising the oxide film 2c and impurities (not shown) at the bonding interface together with the eutectic molten metal 4 is discharged to the outside (in the direction of the arrow) of the bonding portion by pressurization, whereby a predetermined bonding area is obtained. As a result, as shown in FIG. 4 (e), the new surfaces of the aluminum alloy material and the steel material are directly joined by the extremely thin reaction layer 5, and a strong metal joint between the steel plate 1 and the aluminum alloy material 2 is obtained. It will be different. A thin diffusion layer of zinc to the steel may be formed between the reaction layer 5 and the steel material 1 depending on the material and joining conditions, but there is little influence on the joining strength and there is no substantial problem.

本発明の異種材料の接合方法における被接合材料の具体的な組み合せとしては、例えば鋼材とアルミニウム合金材の組み合せを挙げることができ、このとき両材料の間に介在させる第3の材料としては、アルミニウム合金と低融点共晶を形成する材料でありさえすれば特に限定されることはなく、例えば、亜鉛(Zn)、銅(Cu)、錫(Sn)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)などを用いることができる。
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、低温で酸化皮膜の除去ができ、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。
As a specific combination of the materials to be joined in the method for joining different types of materials of the present invention, for example, a combination of a steel material and an aluminum alloy material can be mentioned, and at this time, as a third material interposed between both materials, The material is not particularly limited as long as it is a material that forms a low melting point eutectic with an aluminum alloy. For example, zinc (Zn), copper (Cu), tin (Sn), silver (Ag), nickel (Ni) Etc. can be used.
That is, the eutectic metal of these metals and Al melts below the melting point of the aluminum alloy material, which is the base material, so that even when joining steel materials and aluminum alloy materials where fragile intermetallic compounds are easily formed, oxidation occurs at a low temperature. The film can be removed, the formation of intermetallic compounds at the bonding interface during the bonding process can be suppressed, and strong bonding becomes possible.

また、本発明の接合方法を自動車ボディの組み立てに適用することを考えた場合、被接合パネルの材料は鋼材とアルミニウムとの組み合せがほとんどであるが、将来的には鋼材とマグネシウム、あるいはアルミニウムとマグネシウムとの組み合せなども考えられる。
鋼材パネル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の材料として利用することが可能である。
Moreover, when considering the application of the joining method of the present invention to the assembly of an automobile body, the material of the panel to be joined is mostly a combination of steel and aluminum, but in the future, steel and magnesium or aluminum A combination with magnesium is also conceivable.
When joining the steel panel and magnesium, it is possible to cause a eutectic reaction between zinc and magnesium plated on the steel side in the same manner as in the examples described later. Furthermore, even when aluminum and magnesium are joined, zinc or silver can be used as the third material.

なお、本発明においては、第3の材料として、上記したような純金属に限定される必要はなく、共晶金属は2元合金も3元合金も存在するため、これらの少なくとも1種の金属を含む合金であってもよい。   In the present invention, the third material is not necessarily limited to the pure metal as described above, and eutectic metal includes both binary alloys and ternary alloys. Therefore, at least one of these metals is used. An alloy containing may be used.

本発明の異種材料の接合構造は、上記のように低融点材料と高融点材料の間に第3の材料を介在させることによって得られるものであって、両パネルの新生面同士が直接、あるいは両パネルの少なくとも一方と第3の材料との反応層を介して接合されており、この接合部の両側に、第3の材料や両材料に由来する成分、酸化皮膜、接合時の反応生成物などから成る排出物が排出された構造を有していることから、高い接合強度を安定して発揮することができ、例えば、低融点材料としてアルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金材料を用い、高融点材料として亜鉛めっき鋼板を用いることによって、自動車用の軽量車体部材などに好適に用いることができる。   The joint structure of different materials of the present invention is obtained by interposing the third material between the low melting point material and the high melting point material as described above, and the new surfaces of both panels are directly or both It is joined via a reaction layer of at least one of the panels and the third material, and on both sides of this joint, the third material, components derived from both materials, oxide film, reaction products at the time of joining, etc. Since it has a structure in which the discharged matter is discharged, it is possible to stably exhibit high bonding strength. For example, a light alloy material such as an aluminum alloy or a magnesium alloy is used as the low melting point material. By using a galvanized steel sheet as the melting point material, it can be suitably used for a lightweight vehicle body member for automobiles.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.

(実施例1)
図1に示すように、板厚1.0mmのA6000系アルミニウム合金材2(低融点材料)の上に、板厚0.55mmの亜鉛めっき鋼板1(高融点材料)を重ね、高融点材料である鋼板1の側からYAGレーザによるレーザビームBを照射した。
このとき、レーザビームBの前方において皮膜破壊手段である予圧ローラ12によって、レーザビームBの後方においては加圧手段である加圧ローラ13によってそれぞれ押圧し、このレーザビームBと予圧ローラ12、加圧ローラ13を被溶接材料に対して、図中に矢印で示す方向に移動させることによって連続的に線状に接合した。
Example 1
As shown in FIG. 1, a galvanized steel sheet 1 (high melting point material) having a thickness of 0.55 mm is layered on an A6000 series aluminum alloy material 2 (low melting point material) having a thickness of 1.0 mm. The laser beam B by YAG laser was irradiated from the side of a certain steel plate 1.
At this time, the laser beam B is pressed by the preloading roller 12 as the film breaking means in front of the laser beam B, and the pressure roller 13 as the pressing means is pressed behind the laser beam B, respectively. The pressure roller 13 was continuously joined linearly by moving the pressure roller 13 in the direction indicated by the arrow in the figure.

レーザビームBの照射条件は、接合界面におけるめっき層1pである亜鉛が蒸発しない範囲、つまり亜鉛の沸点以下となるような条件で照射し、かつ、高温の亜鉛めっき鋼板1からの伝熱によってアルミニウム合金材2の界面温度が上昇し、アルミニウムと亜鉛の共晶温度以上(655K以上、図3参照)となるように、レーザビームBと予圧ローラ12、加圧ローラ13の移動速度を制御して溶接を行なった。   The irradiation condition of the laser beam B is such that the plating layer 1p at the bonding interface is irradiated in a range where zinc does not evaporate, that is, below the boiling point of zinc, and aluminum is transferred by heat transfer from the high-temperature galvanized steel sheet 1. The movement speed of the laser beam B, the preloading roller 12 and the pressure roller 13 is controlled so that the interface temperature of the alloy material 2 rises and becomes equal to or higher than the eutectic temperature of aluminum and zinc (655 K or higher, see FIG. 3). Welding was performed.

具体的には、最大出力3kWのYAGレーザ発振器と焦点距離150mmのレンズを用い、亜鉛めっき鋼板表面上においてスポット径φ3.5mmとなるようビームをデフォーカスし、YAGレーザ出力1.0kW、移動速度1.0m/min、予圧ローラ12と加圧ローラの加圧力はそれぞれ100MPaとして接合を行った。
またレーザ照射中はレーザと同軸のノズルでアルゴンガスを25L/minの流量で流しシールドした。
Specifically, using a YAG laser oscillator with a maximum output of 3 kW and a lens with a focal length of 150 mm, the beam is defocused so that the spot diameter is 3.5 mm on the surface of the galvanized steel sheet, the YAG laser output is 1.0 kW, and the moving speed is The bonding was performed at 1.0 m / min, with the pressure applied by the preload roller 12 and the pressure roller being 100 MPa.
Further, during laser irradiation, shielding was performed by flowing argon gas at a flow rate of 25 L / min with a nozzle coaxial with the laser.

得られた接合体から、マクロ試験片を切り出し、接合部のマクロ組織を観察した結果、アルミニウム合金と鋼材の新生面同士が直接接合され、その両側に酸化皮膜や共晶溶融金属などの反応生成物などから成る排出物が排出された状態の良好な接合構造が得られることが確認された。   As a result of cutting out a macro test piece from the obtained bonded body and observing the macro structure of the bonded portion, the new surfaces of the aluminum alloy and the steel material are directly bonded to each other, and reaction products such as oxide film and eutectic molten metal are formed on both sides thereof. It was confirmed that a good joining structure in which exhausted materials such as the above were discharged was obtained.

この実施例においては、片側から予圧ローラ12と加圧ローラ13で押さえ、接合部を加圧しながら接合を行ったが、下側の材料が剛性が低い場合や、フランジを溶接する場合などには、予圧ローラと加圧ローラそれぞれを上下1対のものとし、被接合材料を両側から挟み込むようにして加圧しながら接合を行うことも必要に応じて望ましい。
例えば、下側のローラを上側のローラに引き寄せるような状態で移動させ、材料を上側ローラとの間ではさみ、接合部に加圧する。ローラの構造をこのようにすることによって、上記のように、下側の材料に剛性が無い場合や、フランジを接合する場合にも対応することができる。
In this embodiment, the preload roller 12 and the pressure roller 13 are pressed from one side and the joint is joined while pressing the joint. However, when the lower material is low in rigidity or when the flange is welded, etc. In addition, it is desirable that the preload roller and the pressure roller each have a pair of upper and lower sides, and that bonding be performed while pressing the material to be bonded from both sides as necessary.
For example, the lower roller is moved in a state of being drawn toward the upper roller, the material is sandwiched between the upper roller and the joint is pressed. By making the structure of the roller in this way, as described above, it is possible to cope with the case where the lower material is not rigid or when the flange is joined.

図5は、予圧ローラ12の外周部形状の例を示すものであって、例えば図5(a)に示すように、与圧ローラ12の外周、すなわち被接合材料の表面に押し付ける押圧面12bにローレット加工による凹凸部12cを形成したり、図5(b)に示すように、切り欠き加工による凹凸溝12dを形成したりすることができ、このような形状の予圧ローラ12を用いることによって、図2に示したような接合界面のミクロ的な凹凸同士の押し付け合いによるアルミニウム合金材表面の酸化皮膜の局部的破壊をより確実に広範囲に生じさせることができる。   FIG. 5 shows an example of the shape of the outer peripheral portion of the preload roller 12. For example, as shown in FIG. 5A, the outer surface of the pressurizing roller 12, that is, the pressing surface 12 b pressed against the surface of the material to be joined. By forming the concavo-convex portion 12c by knurling or forming the concavo-convex groove 12d by notch processing as shown in FIG. 5B, by using the preload roller 12 having such a shape, As shown in FIG. 2, local destruction of the oxide film on the surface of the aluminum alloy material due to the pressing of the microscopic irregularities at the joining interface can be more reliably caused in a wide range.

(実施例2)
図6には、皮膜破壊手段として、上記した与圧ローラに替えて、パルス通電による例を示す。
(Example 2)
FIG. 6 shows an example in which pulse energization is used instead of the above-described pressurizing roller as the film breaking means.

図に示すように、同様にアルミニウム合金材2に亜鉛めっき鋼板1が重ねられ、亜鉛めっき鋼板1の側にデフォーカスさせたレーザビームBを照射する。
その直前には、銅合金など導電性の高い金属材料からローラ状に形成された上下1対の電極15、15により、両材料1、2を相対的に加圧しながら、電極15,15の間にパルス通電を行うようにしている。
As shown in the figure, similarly, a galvanized steel sheet 1 is superimposed on an aluminum alloy material 2, and the defocused laser beam B is irradiated to the galvanized steel sheet 1 side.
Immediately before that, a pair of upper and lower electrodes 15, 15 formed in a roller shape from a highly conductive metal material such as a copper alloy are pressed between the electrodes 1, 15 while relatively pressing both materials 1, 2. The pulse energization is performed.

そして、レーザビームBの直後には1対の加圧ローラ13、13によって所定の加圧力を加えることより、アルミニウム合金材2と亜鉛めっき鋼板1を相対的に密着させて接合を行う。
上下1対の電極15、15は、変圧器16を介して電源17に接続されており、電極15、15を通じて、両材料1、2に高電流の短時間通電、つまりパルス通電を行い、これによってアルミニウム合金材2と亜鉛めっき鋼板1の接合界面の酸化皮膜を効率良く、局部破壊することができ、前述の実施例と同様の効果を得ることができる。
Immediately after the laser beam B, a predetermined pressing force is applied by a pair of pressure rollers 13 and 13 so that the aluminum alloy material 2 and the galvanized steel sheet 1 are relatively closely bonded to each other.
A pair of upper and lower electrodes 15 and 15 are connected to a power source 17 through a transformer 16. Through the electrodes 15 and 15, both materials 1 and 2 are energized for a short time, that is, pulse energization. As a result, the oxide film at the joint interface between the aluminum alloy material 2 and the galvanized steel sheet 1 can be efficiently and locally destroyed, and the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.

(実施例3)
図7は、皮膜破壊手段として、超音波振動を付与するようにした例を示すものであって、図7(a)は、当該接合装置を進行方向から見た正面図、図7(b)はその側面図であって、アルミニウム合金材2と亜鉛めっき鋼板1を重ねた被接合材料に対して、同様に亜鉛めっき鋼板1の側にデフォーカスさせたレーザビームBが照射される。
(Example 3)
FIG. 7 shows an example in which ultrasonic vibration is applied as the film breaking means. FIG. 7A is a front view of the joining apparatus as seen from the traveling direction, and FIG. Is a side view of the same, and a laser beam B defocused on the galvanized steel sheet 1 side similarly is applied to the material to be joined in which the aluminum alloy material 2 and the galvanized steel sheet 1 are overlapped.

レーザビーム照射位置の直前には、超音波発生装置18に接続された振動ローラ19と下部ローラ20によって両材料1、2に相対的な加圧しながら、矢印方向に超音波振動が与えられる。
さらにビーム照射位置の直後には、1対の加圧ローラ13、13によって、所定の加圧力が加えられ、これによってアルミニウム合金材2と亜鉛めっき鋼板1を相対的に密着させて接合を行う。
Immediately before the laser beam irradiation position, ultrasonic vibration is applied in the direction of the arrow while relatively pressing both materials 1 and 2 by the vibration roller 19 and the lower roller 20 connected to the ultrasonic generator 18.
Further, immediately after the beam irradiation position, a predetermined pressing force is applied by a pair of pressure rollers 13, 13, whereby the aluminum alloy material 2 and the galvanized steel sheet 1 are relatively closely bonded to each other.

このように、超音波発生装置18に接続された振動ローラ19と、下部ローラ20を介して両材料1、2に相対的な加圧を与えながら、超音波振動を与えることによって、アルミニウム合金材2と亜鉛めっき鋼板1の接合界面の酸化皮膜を局部的に破壊することができ、上記実施例と同様の効果を得ることができる。   In this way, by applying ultrasonic vibration while applying relative pressure to both materials 1 and 2 via the vibration roller 19 connected to the ultrasonic generator 18 and the lower roller 20, the aluminum alloy material 2 and the galvanized steel sheet 1 can be locally destroyed at the bonding interface, and the same effects as in the above embodiment can be obtained.

以上、アルミニウム合金材と鋼材の重ね接合方法や、装置、接合構造について、実施例を通じて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が可能である。
例えば、上記実施例においては、加熱の熱源として、YAGレーザを用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、共晶反応を誘起させ、反応を制御できる精密なコントロールが可能な高エネルギービームであれば利用可能である。また、レーザビームなどの加熱熱源は連続して照射して、連続的な線状接合もできるし、断続的に照射して、ステッチ状に線接合することも可能である。
As described above, the lap joining method, apparatus, and joining structure of the aluminum alloy material and the steel material have been described through the examples. However, the present invention is not limited to these examples, and does not depart from the gist of the present invention. Various modifications can be made within.
For example, in the above-described embodiment, an example in which a YAG laser is used as a heat source for heating has been described. However, the present invention is not limited to this, and a precise control capable of inducing a eutectic reaction and controlling the reaction is possible. Any high-energy beam can be used. Further, a heating heat source such as a laser beam can be continuously irradiated to perform continuous linear bonding, or can be irradiated intermittently and linearly bonded to stitches.

本発明の接合装置の一実施例を示す正面図(a)及び側面図(b)である。It is the front view (a) and side view (b) which show one Example of the joining apparatus of this invention. 本発明の接合方法における接合界面のミクロ構造を模式的に示す断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which shows typically the microstructure of the joining interface in the joining method of this invention. Al−Zn系2元状態図における共晶点を示すグラフである。It is a graph which shows the eutectic point in an Al-Zn type binary phase diagram. (a)〜(e)は第3の材料を介在させた異種材料の接合過程を概略的に示す工程図である。(A)-(e) is process drawing which shows roughly the joining process of the dissimilar material which interposed the 3rd material. (a)及び(b)は本発明に用いる与圧ローラの外周形状例を示す説明図である。(A) And (b) is explanatory drawing which shows the example of the outer periphery shape of the pressurization roller used for this invention. 本発明の第2の実施例に用いた接合装置とそれによる接合要領を示す側面図である。It is a side view which shows the joining apparatus used for the 2nd Example of this invention, and the joining procedure by it. 本発明の第3の実施例に用いた接合装置とそれによる接合要領を示す側面図である。It is a side view which shows the joining apparatus used for the 3rd Example of this invention, and the joining procedure by it.

符号の説明Explanation of symbols

1 亜鉛めっき鋼板(高融点材料)
1p 亜鉛めっき層(第3の材料)
2 アルミニウム合金材(低融点材料)
2c 酸化皮膜
4 共晶溶融金属
5 反応層
10 異種材料の接合装置
11 照射ヘッド
12 与圧ローラ(皮膜破壊手段)
12b 押圧面
12c、12d 凹凸
13 加圧ローラ(加圧手段)
15 電極(皮膜破壊手段)
19 振動ローラ(皮膜破壊手段)
1 Galvanized steel sheet (high melting point material)
1p Zinc plating layer (third material)
2 Aluminum alloy material (low melting point material)
2c Oxide film 4 Eutectic molten metal 5 Reaction layer 10 Dissimilar material joining device 11 Irradiation head 12 Pressure roller (film breaking means)
12b Press surface 12c, 12d Concavity and convexity 13 Pressure roller (pressure means)
15 Electrode (film destruction means)
19 Vibrating roller (film destruction means)

Claims (10)

互いに融点の異なる高融点材料と低融点材料を重ね合わせて接合するに際し、接合界面の酸化皮膜を部分的に破壊しながら、高エネルギービームを高融点材料表面に照射して両材料を加熱し、加熱された両材料を相対的に加圧して両材料を連続的又は断続的に接合することを特徴とする異種材料の接合方法。   When superimposing and bonding a high melting point material and a low melting point material having different melting points, the surface of the high melting point material is irradiated with a high energy beam while partially destroying the oxide film at the bonding interface, and both materials are heated. A method for joining dissimilar materials, characterized in that both heated materials are relatively pressurized to join both materials continuously or intermittently. 高エネルギービームを両材料に対して相対移動させながら照射すると共に、上記高エネルギービーム照射位置の進行方向前方に配設した皮膜破壊手段によって酸化皮膜を破壊すると共に、上記照射位置の進行方向後方に配設した加圧手段によって両材料を加圧することを特徴とする請求項1に記載の異種材料の接合方法。   The high energy beam is irradiated while being relatively moved with respect to both materials, and the oxide film is destroyed by the film breaking means disposed in front of the high energy beam irradiation position in the traveling direction, and at the rear of the irradiation position in the traveling direction. The method for joining different materials according to claim 1, wherein both materials are pressurized by an arranged pressurizing means. 上記皮膜破壊手段が両材料を相対的に押圧する与圧ローラであることを特徴とする請求項2に記載の異種材料の接合方法。   3. The method for joining different materials according to claim 2, wherein the film breaking means is a pressurizing roller that relatively presses both materials. 上記与圧ローラの押圧面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の異種材料の接合方法。   4. The method for joining different materials according to claim 3, wherein unevenness is formed on the pressing surface of the pressurizing roller. 上記皮膜破壊手段が機械的変形、温度変化、超音波振動、熱的衝撃及び電気的衝撃からなる群から選ばれる少なくとも1つを与える手段であることを特徴とする請求項2に記載の異種材料の接合方法。   3. The dissimilar material according to claim 2, wherein the film breaking means is means for applying at least one selected from the group consisting of mechanical deformation, temperature change, ultrasonic vibration, thermal shock, and electric shock. Joining method. 上記高融点材料と低融点材料の間にこれら材料とは異なる第3の材料を介在させた状態で、高エネルギービームを照射し、上記両材料の少なくとも一方と第3の材料との間で共晶溶融を生じさせて接合することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の異種材料の接合方法。   In a state where a third material different from these materials is interposed between the high melting point material and the low melting point material, a high energy beam is irradiated, so that at least one of the two materials and the third material are shared. The method for joining different materials according to any one of claims 1 to 5, wherein the joining is performed by causing crystal melting. 上記両材料の少なくとも一方に、第3の材料によるめっきが施してあることを特徴とする請求項6に記載の異種材料の接合方法。   The method for joining different types of materials according to claim 6, wherein at least one of the two materials is plated with a third material. 上記両材料の一方が亜鉛めっき鋼板であって、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7に記載の異種材料の接合方法。   8. The method of joining different materials according to claim 7, wherein one of the two materials is a galvanized steel sheet, and zinc plated on the galvanized steel sheet is used as the third material. 被接合材料に対して相対移動可能に配設され、連続的又は断続的に相対移動しながら上記被接合材料の接合部に高エネルギービームを連続的又は断続的に照射する照射ヘッドと、
上記照射ヘッドによる高エネルギービーム照射位置の進行方向前方に配設され、接合界面の酸化皮膜を部分的に破壊する皮膜破壊手段と、
上記高エネルギービーム照射位置の進行方向後方に配設され、高エネルギービーム照射による加熱部を加圧する加圧手段を備えたことを特徴とする異種材料の接合装置。
An irradiation head that is disposed so as to be relatively movable with respect to the material to be bonded, and continuously or intermittently irradiates a high energy beam to a bonded portion of the material to be bonded while being relatively moved relative to the material to be bonded;
A film breaking means disposed in front of the traveling direction of the high energy beam irradiation position by the irradiation head and partially destroying the oxide film at the bonding interface;
An apparatus for joining different kinds of materials, comprising a pressurizing unit disposed behind the high energy beam irradiation position in the traveling direction and pressurizing a heating part by high energy beam irradiation.
請求項6〜8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、上記両材料の新生面同士が直接、又は上記両材料の少なくとも一方と第3の材料との反応層を介して接合されていると共に、当該接合部の両側に、第3の材料、被接合材料由来成分、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種から成る排出物が排出されていることを特徴とする異種材料の接合構造。   It is a joining structure obtained by the joining method according to any one of claims 6 to 8, wherein the new surfaces of the two materials are directly or the reaction layer of at least one of the two materials and the third material. At the same time, on both sides of the joint, there is an emission comprising at least one selected from the group of the third material, the material to be joined, the oxide film, and the reaction product generated in the joining process. Dissimilar material joint structure characterized by being discharged.
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