JP2008207245A - Joined product of dissimilar materials of steel and aluminum material - Google Patents

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実佳子 武田
Takeshi Matsumoto
松本  剛
Seiji Sasabe
誠二 笹部
Atsushi Kato
淳 加藤
Katsushi Matsumoto
克史 松本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joined product of dissimilar materials formed by melt-welding, which has satisfactory joint or weld strength even in the case of dissimilar material welding of a GA plated steel plate and an aluminum material. <P>SOLUTION: This dissimilar material joined product is produced by melt-welding a zinc plated layer steel product 1 having a specific plate thickness and an aluminum material 2 and forming an aluminum weld metal 3 in a joint interface 6. In a joint interface 6 between the aluminum weld metal 3 and the steel product 1, a joint interface layer 4 is formed which is composed of a mixed layer of an Al<SB>3</SB>Fe-based compound and an Al<SB>5</SB>Fe<SB>2</SB>-based compound formed on the steel product side, and an α-AlFeSi layer formed on the aluminum weld metal side. High weld strength is obtained by thinly and uniformly forming the joint interface layer 4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車、鉄道車両などの輸送分野、機械部品、建築構造物等における鉄系材料とアルミニウム系材料との異種金属部材同士の接合体である異材接合体に関するものである。   The present invention relates to a dissimilar material joined body that is a joined body of dissimilar metal members of an iron-based material and an aluminum-based material in the transportation field of automobiles, railway vehicles, and the like, machine parts, and building structures.

溶接は、一般には同種の金属部材同士を接合する。しかし、鉄系材料(以下、単に鋼材と言う)とアルミニウム系材料(純アルミニウムおよびアルミニウム合金を総称したもので、以下、単にアルミニウム合金材と言う)という異種の金属部材の接合(異材接合体) に適用することができれば、鋼材のみの部材の軽量化に著しく寄与することができる。   In welding, the same kind of metal members are generally joined together. However, the joining of dissimilar metal members (dissimilar materials joints) of iron-based materials (hereinafter simply referred to as steel materials) and aluminum-based materials (generically referring to pure aluminum and aluminum alloys, hereinafter simply referred to as aluminum alloy materials) If it can be applied to, it can contribute significantly to the weight reduction of the member only of steel materials.

しかし、鋼材とアルミニウム合金材とを溶接接合する場合、接合部に脆いFe−Al金属間化合物が生成しやすいために、信頼性のある高強度を有する接合部( 接合強度) を得ることは非常に困難であった。したがって、従来では、これら異種接合体(異種金属部材)の接合にはボルトやリベット等による接合がなされているが、接合継手の信頼性、気密性、コスト等の問題がある。   However, when steel and aluminum alloy materials are welded together, it is easy to form brittle Fe-Al intermetallic compounds at the joint, so it is very difficult to obtain a reliable joint (joint strength) with high strength. It was difficult. Therefore, conventionally, these dissimilar joined bodies (dissimilar metal members) are joined by bolts, rivets or the like, but there are problems such as reliability, air tightness, and cost of the joint joint.

また、一方では、自動車車体などの部材の軽量化のために、鋼材やアルミニウム合金材の高強度化が図られ、鋼材では高張力鋼材(ハイテン)、アルミニウム合金材では合金元素が少なくリサイクル性にも優れた高強度なA6000系アルミニウム合金材が使用される傾向にある。   On the other hand, the strength of steel and aluminum alloy materials has been increased in order to reduce the weight of parts such as automobile bodies, and steel materials are made of high-tensile steel (high-tensile steel), and aluminum alloy materials have less alloying elements and are therefore recyclable. In addition, there is a tendency that an excellent A6000 series aluminum alloy material is used.

このため、異材同士の溶接接合においても、これまでの軟鋼と純アルミニウム合金やA5000系アルミニウム合金などの、従来の低強度の異材同士の溶接接合から、高張力鋼材と6000系アルミニウム合金材との高強度の異材同士の溶接接合へと、接合対象が変わってきている。溶融接合によるFe−Al接合においては、高い入熱が投入されるため、通常、数十μmを超える極めて厚く脆いFe−Al反応層が形成される。このため、一般的には、溶融溶接によるFe−Al接合は困難であるとされている。特に、種々の合金が添加された高強度の鋼材の場合には、比較的低強度の軟鋼よりも、融点、電気抵抗が高く、また熱伝導率が小さいために、鋼材側の発熱が特に大きくなりやすい。この結果、このような高強度の鋼材の場合には、脆いFe−Al反応層は、更に厚く形成されやすくなる。したがって、高強度の異材同士の溶接接合では、接合部での脆いFe−Al金属間化合物の生成条件が異なり、信頼性のある高い接合強度を得るためには、従来の低強度の異材同士の溶接接合に対して、新たな接合条件の工夫が必要となる。   For this reason, even in the welding joining between different materials, the conventional low-strength different materials such as mild steel and pure aluminum alloy or A5000-based aluminum alloy are joined together with high-tensile steel materials and 6000-based aluminum alloy materials. The joining object has been changed to welding joining of different strength materials. In Fe-Al bonding by fusion bonding, since a high heat input is applied, usually an extremely thick and brittle Fe-Al reaction layer exceeding several tens of μm is formed. For this reason, it is generally considered that Fe-Al joining by fusion welding is difficult. In particular, in the case of a high-strength steel material to which various alloys are added, the heat generation on the steel material side is particularly large due to the higher melting point, higher electrical resistance and lower thermal conductivity than mild steel with relatively low strength. Prone. As a result, in the case of such a high-strength steel material, the brittle Fe—Al reaction layer is more easily formed. Therefore, the welding conditions of high strength dissimilar materials are different in the formation conditions of brittle Fe-Al intermetallic compounds at the joint, and in order to obtain reliable high joint strength, New welding conditions are required for welding.

鋼材とアルミニウム合金材との異材同士を接合する場合、鋼材はアルミニウム合金材と比較して、融点、電気抵抗が高く、熱伝導率が小さいため、鋼側の発熱が大きくなり、まず低融点のアルミニウムが溶融する。次に鋼材の表面が溶融し、結果として界面にて、Fe−Al系の脆い金属間化合物層が形成するため、高い接合強度が得られない。   When joining dissimilar materials of steel and aluminum alloy materials, the steel material has a higher melting point, higher electrical resistance and lower thermal conductivity than the aluminum alloy material. Aluminum melts. Next, the surface of the steel material melts, and as a result, a Fe—Al-based brittle intermetallic compound layer is formed at the interface, so that high bonding strength cannot be obtained.

このため、従来より、これら異種接合体の溶融溶接法について、多くの検討、提案がなされてきている。例えば、接合部に脆いFe−Al金属間化合物が生成しないように、低温でロウ付けする方法が提案されている(特許文献1、2参照)。   For this reason, many examinations and proposals have been made on the fusion welding method of these different types of joined bodies. For example, a method of brazing at a low temperature has been proposed so that a brittle Fe—Al intermetallic compound is not generated at the joint (see Patent Documents 1 and 2).

また、より高温において接合を行う、これら異種接合体の溶融溶接では、少なくともシリコンを3〜15wt%添加したアルミニウム合金製のソリッドワイヤを溶接ワイヤとし、アルミニウム合金材と亜鉛メッキなどを表面に施した鋼材とをパルスMIG溶接によって接合する方法が提案されている(特許文献3参照)。この方法では、溶接ワイヤの溶融と共に、シリコンも母材へと移行させ、溶融池界面に浸透して、アークの熱によって高温となり、溶融金属のぬれ性を良くして接着性を向上させている。   In fusion welding of these dissimilar joints that are joined at higher temperatures, a solid wire made of an aluminum alloy to which at least 3 to 15 wt% of silicon is added is used as a welding wire, and an aluminum alloy material and galvanizing are applied to the surface. A method of joining a steel material by pulse MIG welding has been proposed (see Patent Document 3). In this method, along with the melting of the welding wire, silicon is also transferred to the base material, penetrates into the molten pool interface, becomes hot due to the heat of the arc, improves the wettability of the molten metal, and improves the adhesion. .

更に、異種接合体の溶融溶接に用いるフラックスの組成を改善して、溶接継手強度を高めようとするも提案されている。この例として、現状の溶接ラインを使用でき、かつ簡便に連続接合させる方法として、ノコロック系フラックス(フッ化セシウム、フッ化アルミニウム、フッ化カリウム及び酸化アルミニウム)をアルミニウムで被覆したフラックス入りワイヤを用いて、軟鋼と純アルミニウムや5000系アルミニウム合金材とをアーク溶接する方法も開示されている(特許文献4参照)。   Furthermore, it has been proposed to improve the composition of the flux used for fusion welding of dissimilar joints to increase the strength of the welded joint. As an example of this, a flux-cored wire in which a nocollock flux (cesium fluoride, aluminum fluoride, potassium fluoride, and aluminum oxide) is coated with aluminum can be used as a method for continuous welding simply and with the current welding line. Also disclosed is a method of arc welding a mild steel and pure aluminum or a 5000 series aluminum alloy material (see Patent Document 4).

また、フッ化物系混合フラックスを塗布して用い、マグネチック、超音波、高周波、スポットなどの種々の溶接法により溶接する、鋼材とアルミニウム材との異材接合方法も提案されている(特許文献5参照)。これらの方法は、上記フラックスの化学反応によって、鉄鋼表面の清浄作用を促すと共に、アルミニウムから成る溶融金属のぬれ性及び接着性を良好にし、脆弱な厚い金属間化合物層の形成を阻止する。   Further, a method for joining different materials between steel and aluminum is proposed, in which a fluoride-based mixed flux is applied and welded by various welding methods such as magnetic, ultrasonic, high frequency, and spot (Patent Document 5). reference). These methods promote the cleaning action of the steel surface by the chemical reaction of the flux, improve the wettability and adhesion of the molten metal made of aluminum, and prevent the formation of a fragile thick intermetallic compound layer.

更に、強固な酸化皮膜が形成されているアルミニウム合金材の表面から、酸化皮膜を還元、溶解除去する効果を有するフッ化物系フラックスをアルミニウム合金材表面に塗布して、軟鋼と6000系アルミニウム合金材とをスポット溶接する方法も提案されている(特許文献6参照)。また、これらフッ化物系フラックスは、アルミニウム合金材同士の溶融溶接接合などにも用いられている(特許文献7、8参照)。
特開平7−148571号公報 特開平10−314933号公報 特開2004−223548号公報 特開2003−211270号公報 特開2003- 48077号公報 特開2004−351507号公報 特開2004−210013号公報 特開2004−210023号公報
Further, a fluoride-based flux having an effect of reducing, dissolving and removing the oxide film from the surface of the aluminum alloy material on which a strong oxide film is formed is applied to the surface of the aluminum alloy material, so that mild steel and 6000 series aluminum alloy material are applied. A method of spot welding the two has also been proposed (see Patent Document 6). Further, these fluoride fluxes are also used for fusion welding joining between aluminum alloy materials (see Patent Documents 7 and 8).
JP 7-148571 A JP 10-314933 A JP 2004-223548 A JP2003-2111270A JP 2003-48077 A JP 2004-351507 A JP 2004-210013 A JP 2004-210023 A

特許文献1、2のような低温ロウ付けでは、アルミニウム系ロウ材、あるいは、フラックスとアルミニウム系ロウ材とを使用したロウ付けが行われてきた。しかし、低温ロウ付けでは、被接合材の接合温度範囲の管理が、ロウ材の溶融温度以上で、被接合材の溶融温度以下と厳密であり、自動車のボディなどの大型部材の接合に適用するためには、精密な温度制御を行える大型炉が必要である。また、接合に長時間を要するため、高い生産性が要求される自動車のボディなどの大型部材には適用できない。   In low-temperature brazing as in Patent Documents 1 and 2, brazing using an aluminum brazing material or a flux and an aluminum brazing material has been performed. However, in low-temperature brazing, management of the joining temperature range of the material to be joined is strictly higher than the melting temperature of the brazing material and below the melting temperature of the material to be joined, and is applicable to joining large members such as automobile bodies. For this purpose, a large furnace capable of precise temperature control is required. Further, since it takes a long time to join, it cannot be applied to a large-sized member such as an automobile body that requires high productivity.

特許文献3のようなシリコンを添加したアルミニウム合金製ソリッドワイヤを溶接ワイヤとしてMIG溶接する方法は、入熱条件など高精度な制御のための、高価な制御電源を必要とするだけでなく、継ぎ手形状も大きく限定される問題がある。このため、やはり、継ぎ手形状の自由な設計が要求される自動車のボディなどの大型部材などには適用できない。   The method of MIG welding using a solid wire made of aluminum alloy added with silicon as a welding wire as in Patent Document 3 not only requires an expensive control power source for high-precision control such as heat input conditions, but also a joint. There is a problem that the shape is greatly limited. For this reason, it cannot be applied to a large-sized member such as an automobile body that requires a joint shape to be freely designed.

更に、特許文献4、5に開示されるようなフッ化物組成のフラックス入りアルミニウム製ワイヤでは、軟鋼と純アルミニウムや5000系アルミニウム合金材との異材接合は可能である。しかし、特許文献4、5に開示されているフッ化物組成のフラックス入りアルミニウム製ワイヤは、高張力鋼材と6000系アルミニウム合金材との高強度な異材同士の溶接接合では、高い接合強度が得られない。これは、特許文献67、8に開示されているフッ化物組成のフラックスでも同様である。   Furthermore, in the flux-cored aluminum wire having a fluoride composition as disclosed in Patent Documents 4 and 5, dissimilar material joining of mild steel and pure aluminum or 5000 series aluminum alloy material is possible. However, the flux-cored aluminum wires having a fluoride composition disclosed in Patent Documents 4 and 5 provide high joint strength in the welding of high-strength dissimilar materials between a high-tensile steel material and a 6000 series aluminum alloy material. Absent. The same applies to the flux having the fluoride composition disclosed in Patent Documents 67 and 8.

また、特許文献4に開示されるような、ノコロック系フラックスをアルミニウムで被覆したフラックス入りワイヤでは、フッ化物組成のフラックスの作用によって材料表面自体の清浄化はできる。しかし、このフラックスに含まれる、特にフッ化セシウムの吸湿性が極めて高いため、水分が原因となって溶接金属部のブローホールの原因となりやすいほか、溶接部の耐食性を劣化させることが懸念される。   In addition, in a flux-cored wire in which a Nocolok flux is coated with aluminum as disclosed in Patent Document 4, the surface of the material itself can be cleaned by the action of a flux having a fluoride composition. However, since the moisture absorption of cesium fluoride contained in this flux is extremely high, it tends to cause blowholes in the weld metal due to moisture, and there is a concern that the corrosion resistance of the weld may be deteriorated. .

また、フラックスの充填率を適正に制御していないため、溶融フラックスの大量飛散により作業性が悪化することに加え、フラックスによる溶接金属の濡れ性が良くなりすぎて広がってしまいビードの形成不全が生じる、さらにビードがひろがることにより脆い界面反応層が厚く広範囲に生成されて、継手強度の劣化をもたらすなどの弊害があった。   In addition, since the flux filling rate is not properly controlled, workability deteriorates due to the large amount of molten flux scattered, and the wettability of the weld metal by the flux becomes too good and spreads, resulting in failure to form beads. Further, the brittle interfacial reaction layer is thickly formed over a wide range due to the expansion of the beads, resulting in deterioration of joint strength.

そして、これら異材接合体のフラックスを用いた従来の溶融溶接では、少なくともアルミニウム材との接合面に亜鉛めっきが施された鋼材の接合強度を高めるには、共通して、大きな限界がある。   And in the conventional fusion welding using the flux of these dissimilar materials joined bodies, there is a big limit in common in order to increase the joining strength of the steel material in which at least the joint surface with the aluminum material is galvanized.

鋼材表面に亜鉛めっき、特に、溶融亜鉛合金化めっきが施されている高張力鋼板(GAめっき鋼板)などの場合に、異材接合体の接合強度を高めることが著しく難しい。そして、自動車車体用には、この種GAめっき鋼板が周知の通り汎用されている。このGAめっきは、純亜鉛めっき(GIめっき鋼板)よりも、前記溶融溶接によって、異材接合体の接合強度を高めることが著しく難しい。   In the case of a high-tensile steel plate (GA-plated steel plate), etc., on which the surface of the steel material is galvanized, in particular, hot-dip galvanized, it is extremely difficult to increase the joint strength of the dissimilar material joined body. And this kind GA plating steel plate is widely used for an automobile body as is well known. In this GA plating, it is extremely difficult to increase the joining strength of the dissimilar material joined body by the fusion welding as compared with pure zinc plating (GI plated steel sheet).

したがって、この点も、前記した、自動車などの構造部材用途で、鋼材とアルミニウム材との異材接合体の適用が拡がらない、大きな要因となっていた。   Therefore, this point is also a major factor that the application of the dissimilar material joint of the steel material and the aluminum material does not spread in the structural member application such as the automobile described above.

このような状況に鑑み、本発明は、例えGAめっき鋼板を使用したアルミニウム材との異材接合の場合でも、十分な継手強度あるいは接合強度を有する、溶融溶接による異材接合体を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, the present invention has an object to provide a dissimilar material joined body by fusion welding having sufficient joint strength or joining strength even in the case of dissimilar material joining with an aluminum material using a GA plated steel sheet. And

上記目的を達成するための、本発明における鋼材とアルミニウム材との異材接合体の要旨は、板厚t1 が0.5〜5.0mmである亜鉛めっき鋼材と板厚t2 が0.5〜4.0mmであるアルミニウム材とを、溶融溶接にて接合部にアルミニウム溶接金属を形成させて接合した異材接合体であって、このアルミニウム溶接金属と鋼材との接合界面において、鋼材側にAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層と、アルミニウム溶接金属側にα−AlFeSi層とを各々有する接合界面層が形成されており、この接合界面層の板厚方向の平均厚さが0.5〜5μmであることとする。 In order to achieve the above object, the gist of the dissimilar material joined body of steel material and aluminum material in the present invention is that a galvanized steel material having a thickness t 1 of 0.5 to 5.0 mm and a thickness t 2 of 0.5. It is a dissimilar material joined body in which an aluminum material having a thickness of ˜4.0 mm is joined by forming an aluminum weld metal at a joint portion by fusion welding, and at the joining interface between the aluminum weld metal and the steel material, Al is provided on the steel material side. A bonding interface layer having a mixed layer of 3 Fe compound and Al 5 Fe 2 compound and an α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side is formed, and the average thickness of the bonding interface layer in the plate thickness direction is formed. Is 0.5 to 5 μm.

ここで、前記溶融溶接においてフラックスを用い、このフラックスを、塩化物を含まない、フッ化アルミニウムとフッ化カリウムとの混合フラックス組成としたものであることが好ましい。このフラックスをアルミニウム合金外皮内に充填したフラックスコアードワイヤとして溶融溶接部に供給することが好ましい。   Here, it is preferable that a flux is used in the fusion welding, and this flux is a mixed flux composition of aluminum fluoride and potassium fluoride that does not contain chloride. It is preferable to supply this flux to the fusion welded part as a flux cored wire filled in an aluminum alloy outer skin.

本発明で規定する接合界面層の内のα−AlFeSi相自体は、体心立方晶形のAlとFeとSiとの金属間化合物相として、単結晶形のβ−AlFeSi相とともに公知である。このα−AlFeSi相は、純アルミニウムやアルミニウム合金のFe、Siの不純物や、アルミニウム合金のFe、Siの合金元素などに由来して、鋳造時や熱処理時に、晶出あるいは析出する晶出物あるいは析出物である。   The α-AlFeSi phase itself in the bonding interface layer defined in the present invention is known as a body-centered cubic intermetallic compound phase of Al, Fe, and Si together with a single crystal β-AlFeSi phase. This α-AlFeSi phase is derived from pure aluminum, Fe of aluminum alloy, impurities of Si, Fe alloy of aluminum alloy, alloy elements of Si, and the like. It is a precipitate.

因みに、α−AlFeSi相自体は、これまで、例えば、アルミニウム合金製感光体の切削性や表面仕上がり性を向上させる化合物相として公知である(特開平11−131168号公報など)。また、純アルミニウムのFe、Siの不純物由来として、熱処理条件、熱間加工条件によって、その固溶、析出量が変化して、Al3 Fe系化合物、α−AlFeSi相、単体Siと変化すること、そして、加工硬化、軟化、集合組織などの特性に影響を与えることが公知である(神戸製鋼技報/Vol.56.No.1.Apr.2006)。 Incidentally, the α-AlFeSi phase itself has been known as a compound phase that improves the machinability and surface finish of an aluminum alloy photoreceptor (Japanese Patent Laid-Open No. 11-131168, etc.). In addition, due to impurities of Fe and Si in pure aluminum, the amount of solid solution and precipitation varies depending on heat treatment conditions and hot working conditions, and changes to Al 3 Fe compound, α-AlFeSi phase, and simple substance Si. It is known to affect properties such as work hardening, softening, and texture (Kobe Steel Technical Report / Vol. 56. No. 1. Apr. 2006).

本発明では、溶融溶接にて接合部にアルミニウム溶接金属を形成させて接合した異材接合体における、アルミニウム溶接金属と鋼材との接合界面において、鋼材側に必然的に生成するAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層に加えて、アルミニウム溶接金属側にα−AlFeSi層を生成されることを特徴とする。 In the present invention, an Al 3 Fe-based compound inevitably generated on the steel material side at the joint interface between the aluminum weld metal and the steel material in the dissimilar material joined body formed by forming an aluminum weld metal at the joint by fusion welding and In addition to the mixed layer with the Al 5 Fe 2 -based compound, an α-AlFeSi layer is formed on the aluminum weld metal side.

このα−AlFeSi層は、亜鉛めっき鋼材とアルミニウム材との溶融溶接において必然的に生成するものではない。本発明者らの知見によれば、このα−AlFeSi層は、特定のフラックスを用いた特定の溶融溶接条件によってのみ、アルミニウム溶接金属側に生成する。   This α-AlFeSi layer is not necessarily formed in the fusion welding of the galvanized steel material and the aluminum material. According to the knowledge of the present inventors, this α-AlFeSi layer is formed on the aluminum weld metal side only under a specific fusion welding condition using a specific flux.

α−AlFeSi層の生成が溶融溶接条件によって左右されることは、前記した、アルミニウム中のFe、Siの固溶、析出量(固溶、析出状態)が、アルミニウムの熱処理や熱間加工条件によって、析出化合物が大きく変化する、公知の事実からも裏付けられる。   The fact that the formation of the α-AlFeSi layer depends on the melt welding conditions, as described above, that the solid solution and precipitation amount (solid solution and precipitation state) of Fe and Si in aluminum depend on the heat treatment and hot working conditions of aluminum. This is also supported by the well-known fact that the precipitated compound changes greatly.

本発明者らは、アルミニウム溶接金属と鋼材との接合界面において、アルミニウム溶接金属側にα−AlFeSi層を生成させることができれば、このα−AlFeSi層が、接合界面におけるFe−Al系の脆く厚い金属間化合物層の形成を抑制する効果を有することを知見した。そして、このFe−Al系金属間化合物層形成の抑制効果は、アルミニウム溶接金属側のα−AlFeSi層を含めた前記接合界面層(金属間化合物混合層)の板厚方向の平均厚さを0.5〜5μmの範囲の薄層化することを可能とする。この結果、本発明によれば、鋼材とアルミニウム材との異材接合体の接合強度を著しく向上させることができる。   If the present inventors can form an α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side at the joint interface between the aluminum weld metal and the steel material, the α-AlFeSi layer is brittle and thick Fe-Al based at the joint interface. It has been found that it has an effect of suppressing the formation of an intermetallic compound layer. The effect of suppressing the formation of the Fe—Al-based intermetallic compound layer is that the average thickness in the plate thickness direction of the bonding interface layer (intermetallic compound mixed layer) including the α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side is 0. It is possible to reduce the thickness in the range of 5 to 5 μm. As a result, according to the present invention, it is possible to remarkably improve the bonding strength of the dissimilar material joined body of steel and aluminum.

鋼材とアルミニウム材との異材を接合する場合、鋼材はアルミニウム材と比較して、融点、電気抵抗が高く、熱伝導率が小さいため、鋼側の発熱が大きくなり、まず低融点のアルミニウムが溶融する。次に鋼材の表面が溶融し、結果として、接合界面(溶接界面)にて、Al-Fe 系の脆い金属間化合物層が形成する。   When joining dissimilar materials of steel and aluminum, the steel has a higher melting point, higher electrical resistance and lower thermal conductivity than the aluminum, so the heat generation on the steel side increases, and the low melting point aluminum melts first. To do. Next, the surface of the steel material is melted, and as a result, an Al—Fe based brittle intermetallic compound layer is formed at the joining interface (welding interface).

鋼材とアルミニウム材との溶融溶接で、鋼材側の接合界面に必然的に形成されるFe−Al系金属間化合物は、主として、Al3 Fe系化合物(金属間化合物Al3 Feの意味)やAl5 Fe2 系化合物(金属間化合物Al5 Fe2 の意味)であることが知られている。これらのFe−Al系金属間化合物は大変脆いため、高い接合強度は得られないと従来よりされている。 Fe-Al intermetallic compounds that are inevitably formed at the joining interface on the steel material side by fusion welding of steel and aluminum are mainly Al 3 Fe compounds (meaning intermetallic compound Al 3 Fe) and Al It is known to be a 5 Fe 2 -based compound (meaning intermetallic compound Al 5 Fe 2 ). Since these Fe-Al based intermetallic compounds are very brittle, it has been conventionally assumed that high bonding strength cannot be obtained.

これに加えて、GAなどの亜鉛めっき鋼材とアルミニウム材との溶融溶接では、この亜鉛めっきに由来するZn−Fe系化合物(金属間化合物Fe3 Zn7 など)が生成し、上記Fe−Al系金属間化合物層中に不純物として必然的に含まれるようになる。そして、このZn−Fe系化合物層は、やはり脆いために、破壊の起点となりやすく、異材接合体の接合強度を著しく低下させる。 In addition, in the fusion welding of a galvanized steel material such as GA and an aluminum material, a Zn—Fe-based compound (intermetallic compound Fe 3 Zn 7 or the like) derived from this galvanizing is generated, and the above-described Fe—Al-based material It is necessarily contained as an impurity in the intermetallic compound layer. And since this Zn-Fe-type compound layer is still brittle, it is likely to become a starting point of fracture, and the joint strength of the dissimilar material joined body is significantly reduced.

したがって、特に、亜鉛めっき鋼材とアルミニウム材との異材を溶融溶接にて接合する場合、高い接合強度を得るためには、接合界面(溶接界面)での界面反応層の厚さ・構造を制御することが非常に重要となる。   Therefore, especially when different materials of galvanized steel and aluminum are joined by fusion welding, the thickness and structure of the interface reaction layer at the joining interface (welding interface) is controlled in order to obtain high joining strength. It becomes very important.

本発明では、これらGAなどの亜鉛めっき鋼材によって、この亜鉛めっきに由来するZn-Fe 系化合物が生成し、例え、上記Fe−Al系金属間化合物層中に不純物として必然的に含まれるような場合でも、アルミニウム溶接金属側のα−AlFeSi層生成によって、このFe−Al系金属間化合物層の形成自体を抑制できる。この結果、本発明は、鋼材側の亜鉛めっきがGAめっきであっても、鋼材とアルミニウム材との異材接合体の接合強度を著しく向上させることができる。   In the present invention, the zinc-plated steel material such as GA produces a Zn-Fe-based compound derived from this galvanizing and, for example, is necessarily included as an impurity in the Fe-Al-based intermetallic compound layer. Even in this case, the formation of the Fe—Al intermetallic compound layer itself can be suppressed by forming the α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side. As a result, even if the galvanization on the steel material side is GA plating, the present invention can remarkably improve the joining strength of the dissimilar material joined body of the steel material and the aluminum material.

(異材接合体)
本発明の異材接合体について説明する。図1は、溶融接合後の本発明異材接合体の重ね継ぎ手(接合)部分を断面図で示している。図2は、図1における接合部分5の接合界面6の拡大図である。これら図1、2の異材接合体は、後述する図3あるいは図4の溶融溶接施工方法にて製作される。
(Dissimilar material joint)
The dissimilar material joined body of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a lap joint (joined) portion of a dissimilar material joined body of the present invention after fusion joining. FIG. 2 is an enlarged view of the bonding interface 6 of the bonding portion 5 in FIG. 1 and 2 are manufactured by the fusion welding method shown in FIG. 3 or FIG. 4 described later.

図1、2において、1が亜鉛めっき(GA)鋼板、2がアルミニウム板、3がアルミニウム溶接金属(アルミニウムビード)、4が接合界面層(界面反応層、あるいは接合界面6)である。また、t1は亜鉛めっき鋼板(鋼材)の板厚、t2はアルミニウム板(アルミニウム材)2の板厚である。 1 and 2, 1 is a galvanized (GA) steel plate, 2 is an aluminum plate, 3 is an aluminum weld metal (aluminum bead), and 4 is a bonding interface layer (interface reaction layer or bonding interface 6). T 1 is the thickness of the galvanized steel plate (steel material), and t 2 is the thickness of the aluminum plate (aluminum material) 2.

(接合界面)
図2の接合界面6において、アルミニウム溶接金属側のα−AlFeSi層は、後述する特定の溶融溶接条件にて、溶融溶接時の反応初期に、アルミニウム溶接溶接金属側に優先的に生成(形成)させたものである。
(Bonding interface)
2, the α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side is preferentially generated (formed) on the aluminum weld metal side at the initial stage of the reaction at the time of fusion welding under the specific fusion welding conditions described later. It has been made.

一方、図2の鋼材側のAl3 Fe系化合物(Al3 Fe反応層)とAl5 Fe2 系化合物(Al5 Fe2 反応層)との混合層は、溶融溶接の条件にかかわらず(通常の溶融溶接条件であれば)必然的に生成する。 On the other hand, the mixed layer of the Al 3 Fe compound (Al 3 Fe reaction layer) and the Al 5 Fe 2 compound (Al 5 Fe 2 reaction layer) on the steel material side in FIG. Inevitably produced if the welding conditions are

ただ、アルミニウム溶接金属側のα−AlFeSi層を、溶融溶接時の反応初期に、優先的に生成させていることによって、接合界面6における、溶融溶接時の反応初期以降のAl、Feの相互拡散が抑えられる。このため、上記脆いFe−Al5 系反応層(Al3 Fe系化合物:Al3 Fe、Al5 Fe2 )が形成される時間を遅延させる。 However, the α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side is preferentially generated at the beginning of the reaction at the time of fusion welding, so that mutual diffusion of Al and Fe after the beginning of the reaction at the fusion welding at the joint interface 6 is achieved. Is suppressed. For this reason, the time for forming the brittle Fe—Al 5 reaction layer (Al 3 Fe compound: Al 3 Fe, Al 5 Fe 2 ) is delayed.

このように、アルミニウム溶接金属側のα−AlFeSi層は、溶融溶接時の反応初期以降のAl、Feの相互拡散抑制層として作用し、このα−AlFeSi層を含む界面反応層(接合界面層4)が、薄く、かつ均一に、アルミニウム溶接金属3と亜鉛めっき鋼板1の間に生成される。この結果、異材接合体の高い接合強度が安定して得られる。   Thus, the α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side acts as a mutual diffusion suppressing layer of Al and Fe after the initial stage of the reaction at the time of fusion welding, and an interface reaction layer (bonding interface layer 4 including this α-AlFeSi layer). ) Is formed between the aluminum weld metal 3 and the galvanized steel sheet 1 in a thin and uniform manner. As a result, a high bonding strength of the dissimilar material bonded body can be stably obtained.

なお、このα−AlFeSi層やFe−Al5 系反応層(Al3 Fe系化合物:Al3 Fe、Al5 Fe2 )などの接合界面構造は、接合界面層4の電子線回折像分析やX線回折分析によって同定できる。 Note that the bonding interface structure such as the α-AlFeSi layer and the Fe—Al 5 -based reaction layer (Al 3 Fe-based compound: Al 3 Fe, Al 5 Fe 2 ) has an electron diffraction pattern analysis of the bonding interface layer 4 and X Can be identified by line diffraction analysis.

(接合界面層)
上記薄くかつ均一とすべき接合界面層(界面反応層)の厚みは、鋼材側のAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層と、アルミニウム溶接金属(アルミニウムビード)側のα−AlFeSi層とを接合界面層として、これらの層の合計の板厚方向の平均厚さが0.5〜5μmであることとする。
(Bonding interface layer)
The thickness of the bonding interface layer (interface reaction layer) to be made thin and uniform is such that the mixed layer of the Al 3 Fe-based compound and the Al 5 Fe 2 -based compound on the steel material side and the α on the aluminum weld metal (aluminum bead) side -Let AlFeSi layer be a bonding interface layer, and the average thickness of these layers in the total thickness direction is 0.5 to 5 m.

接合界面層の厚みが0.5μm未満では、アルミニウム溶接金属3と亜鉛めっき鋼板1との冶金的接合が出来ず、異材接合体の接合強度が低くなる。一方、接合界面層の厚みが5μmを超えると、接合界面6が脆弱となり、やはり異材接合体の接合強度が低くなる。   When the thickness of the bonding interface layer is less than 0.5 μm, the metallurgical bonding between the aluminum weld metal 3 and the galvanized steel sheet 1 cannot be performed, and the bonding strength of the dissimilar material bonded body becomes low. On the other hand, when the thickness of the bonding interface layer exceeds 5 μm, the bonding interface 6 becomes fragile, and the bonding strength of the dissimilar material bonded body also decreases.

この接合界面層の厚みは、異材接合体断面の、アルミニウム溶接金属3の登頂より、止端部にいたるまでの間の接合界面において、500倍程度の倍率で、光学顕微鏡もしくはSEM(走査型電子顕微鏡)を用いて測定する。   The thickness of the bonding interface layer is about 500 times magnification at the bonding interface from the top of the aluminum weld metal 3 to the toe end of the cross section of the dissimilar material joined body, with an optical microscope or SEM (scanning electron). Measure using a microscope.

異材接合体の接合強度を増大させるためには、図2で言う薄く均一な接合界面層4を、図1で言うアルミニウム溶接金属3と亜鉛めっき鋼板1との接合界面6全体に亙って形成させることが有効である。   In order to increase the joining strength of the dissimilar material joined body, the thin and uniform joining interface layer 4 as shown in FIG. 2 is formed over the entire joining interface 6 between the aluminum weld metal 3 and the galvanized steel sheet 1 as shown in FIG. It is effective to make it.

(α−AlFeSi層)
本発明で規定する接合界面層の内のα−AlFeSi相は、体心立方晶形のAlとFeとSiとの金属間化合物相として、前記した通り、接合界面層4の電子線回折像分析やX線回折分析によって、化合物組成として、また、結晶形態としても、単結晶形のβ−AlFeSi相などと、明確に区別、特定される。
(Α-AlFeSi layer)
As described above, the α-AlFeSi phase in the bonding interface layer defined in the present invention is a body-centered cubic intermetallic compound phase of Al, Fe, and Si. By X-ray diffraction analysis, the compound composition and the crystal form are clearly distinguished and specified from the single crystal β-AlFeSi phase and the like.

アルミニウム溶接金属側のα−AlFeSi層を、溶融溶接時の反応初期に、優先的に生成させるためには、溶融溶接の際に、フラックスを使用することが有効である。ただ、アルミニウム溶接金属側のα−AlFeSi層を、溶融溶接時の反応初期に、優先的に生成させるためには、フラックスが、アルミニウム合金材などの被溶接材の表面酸化膜還元除去効果と、溶接初期にα−AlFeSi層の形成を促進する効果とを有することが必要である。   In order to preferentially generate the α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side at the initial stage of the reaction at the time of fusion welding, it is effective to use a flux at the time of fusion welding. However, in order to preferentially generate the α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side at the initial stage of the reaction at the time of fusion welding, the flux has the effect of reducing and removing the surface oxide film of the welded material such as an aluminum alloy material, It is necessary to have an effect of promoting the formation of the α-AlFeSi layer at the initial stage of welding.

この点、前記した従来のフッ化物系フラックスとしては、フッ化セシウム、フッ化亜鉛などがある。これらのフッ化物系フラックスでもアルミニウム合金材表面を清浄化できる作用を一応有する。しかしながら、これらのフッ化物系フラックスは吸湿性が極めて高い。このため、吸湿された水分が原因となって、溶接金属部のブローホールの原因となりやすいほか、溶接部の耐食性を劣化させることが懸念される。また、致命的には、溶接初期にα−AlFeSi層の形成を促進する効果が少ない。   In this regard, examples of the conventional fluoride flux described above include cesium fluoride and zinc fluoride. Even these fluoride fluxes have a function of cleaning the surface of the aluminum alloy material. However, these fluoride fluxes are extremely hygroscopic. For this reason, moisture that has been absorbed is likely to cause blowholes in the weld metal part, and there is a concern that the corrosion resistance of the weld part may be deteriorated. Moreover, fatally, the effect of promoting the formation of the α-AlFeSi layer at the initial stage of welding is small.

α−AlFeSi相は、純アルミニウムやアルミニウム合金のFe、Siの不純物や、アルミニウム合金のFe、Siの合金元素などに由来して、上記特定の溶接条件によって、溶融溶接時の反応初期にアルミニウム溶接金属側に析出する。   The α-AlFeSi phase is derived from pure aluminum or aluminum alloy Fe, Si impurities, aluminum alloy Fe, Si alloy elements, etc. Deposit on the metal side.

ただ、このように、アルミニウム溶接金属側にα−AlFeSi層を、溶融溶接時の反応初期に、優先的に生成させるためには、上記特定の溶接条件とともに、更に、アルミニウム材が、不純物か、あるいは合金元素としてのいずれでも良いが、Fe、Siを実質量(α−AlFeSi相を十分生成させるに足る量)含有することが好ましい。   However, in this way, in order to preferentially generate the α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side at the initial stage of the reaction at the time of fusion welding, together with the above specific welding conditions, the aluminum material is an impurity, Alternatively, any alloy element may be used, but it is preferable to contain a substantial amount of Fe and Si (a sufficient amount to generate the α-AlFeSi phase).

一方、異材接合されるアルミニウム材によっては、選択上、含有するFe、Si量がα−AlFeSi相の生成に不十分である(あるいは不十分だと予測できる)場合もある。このような場合には、溶接の際に、外部からFe、Siをアルミニウム材側接合界面に供給する。即ち、アルミニウム溶接金属(ビード)作成のためのアルミニウムソリッドワイヤや、フラックス入りアルミニウムワイヤなどを用い、これらにFe、Siを含有させて、α−AlFeSi相を十分生成させるに足る量だけ、Fe、Siをアルミニウム材側接合界面に供給する。   On the other hand, depending on the aluminum material to be bonded to the dissimilar material, the amount of Fe and Si contained may be insufficient (or can be predicted to be insufficient) for the formation of the α-AlFeSi phase. In such a case, during welding, Fe and Si are supplied from the outside to the aluminum material side joining interface. That is, using an aluminum solid wire for making an aluminum weld metal (bead), a flux-cored aluminum wire, and the like, Fe and Si are contained therein, and only an amount sufficient to produce an α-AlFeSi phase is sufficient. Si is supplied to the aluminum material side bonding interface.

(ノコロックフラックス)
これに対して、フッ化物系混合フラックスの中でも、フッ化アルミニウムとフッ化カリウムとの混合フラックス(ノコロックフラックス)は、フッ化アルミニウムとフッ化カリウムとの化学反応によって、鋼材表面の清浄作用を促すとともに、アルミニウム板表面の強固な酸化皮膜を還元・溶解除去する。これによって、溶接初期にα−AlFeSi層の形成を促進する効果も一段と高く、アルミニウムからなる溶融金属と鋼材の濡れ性を著しく良好にするために、接合強度および外観改善効果もある。
(Norocrock flux)
On the other hand, among the fluoride-based mixed fluxes, the mixed flux of aluminum fluoride and potassium fluoride (Nocolok flux) has a cleaning effect on the surface of the steel material due to the chemical reaction between aluminum fluoride and potassium fluoride. At the same time, the strong oxide film on the surface of the aluminum plate is reduced, dissolved and removed. As a result, the effect of promoting the formation of the α-AlFeSi layer at the initial stage of welding is further enhanced, and there is also an effect of improving the bonding strength and appearance in order to significantly improve the wettability of the molten metal made of aluminum and the steel material.

更に、本発明で使用する上記ノコロックフラックスは、塩化物を含まない上記フッ化物組成とする。塩化物は、溶接部に残留すると、溶接部乃至異材接合体の腐食促進因子として作用する。このために、塩化物のフラックス中の含有量を規制する。この点で、ノコロックフラックス中には全く塩化物を含まないことが好ましいが、ノコロックフラックスのコストや実用性も考慮すると、腐食を促進しない範囲での塩化物含有は許容する。この目安として、ノコロックフラックス全量に対して、塩化物量は1mol%以下とする。   Further, the nocolok flux used in the present invention has the above-mentioned fluoride composition not containing chloride. When chloride remains in the welded part, it acts as a corrosion promoting factor for the welded part or the dissimilar material joined body. For this purpose, the content of chloride in the flux is regulated. In this respect, it is preferable that the nocolok flux contains no chloride at all. However, in consideration of the cost and practicality of the nocolok flux, the inclusion of chloride within the range not promoting corrosion is allowed. As a guide, the amount of chloride is 1 mol% or less with respect to the total amount of Nocolok flux.

この他、本発明で使用する上記ノコロックフラックスは、フラックス成分として酸化物を含有する場合を許容する。具体的には、フッ化物の効果を損なわない範囲で、酸化アルミニウム、酸化ナトリウム、酸化リチウム、5酸化リン等を適宜添加してもかまわない。それらの上限はフラックス全量に対して、概ね30mol%程度である。   In addition, the above-mentioned Nocolok flux used in the present invention allows the case of containing an oxide as a flux component. Specifically, aluminum oxide, sodium oxide, lithium oxide, phosphorus pentoxide, or the like may be added as appropriate as long as the effect of fluoride is not impaired. Their upper limit is about 30 mol% with respect to the total flux.

(ノコロックフラックス使用態様)
図3、4に、ノコロックフラックスを使用した、異材接合の溶融溶接施工方法を各々断面図で示す。図3、4では、溶融亜鉛めっき鋼材1の端部に、アルミニウム材2の端部を上側として重ね合わせて、互いの端部同士の重ね継手を形成している。
(Noroclock flux usage)
FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views respectively showing a fusion welding method for joining different materials using Nocolok flux. 3 and 4, the end portion of the aluminum material 2 is overlapped on the end portion of the hot dip galvanized steel material 1 so as to form the lap joint of the end portions.

そして、溶接トーチやフラックス入りワイヤなどを用い、鋼材1とアルミニウム材2との互いの端部に沿って(図の前後方向に)延在する溶接線10に沿って、溶接トーチなどを移動させ、溶接線10全長を溶融溶接する。この際、溶接トーチの傾き角度などの溶接条件を適宜選択する。   Then, using a welding torch, a flux-cored wire, or the like, the welding torch or the like is moved along the welding line 10 that extends along the ends of the steel material 1 and the aluminum material 2 (in the front-rear direction in the figure). Then, the entire length of the weld line 10 is melt welded. At this time, welding conditions such as the inclination angle of the welding torch are appropriately selected.

ノコロックフラックスの供給方法としては、(1)フラックス層をアルミニウム板表面に形成させる方法、(2)アルミニウム合金シース内にフラックスを内包したフラックス入りワイヤを溶加材として使用し、フラックスを供給する方法が適宜選択される。   As the supply method of the nocolok flux, (1) a method of forming a flux layer on the surface of the aluminum plate, (2) a flux-cored wire in which the flux is encapsulated in an aluminum alloy sheath is used as a filler material, and the flux is supplied. A method is appropriately selected.

図3は、上記(1)の態様として、亜鉛めっき(GA)鋼板1とアルミニウム板2との接合(継ぎ手)部分の両者の間に、ノコロックフラックス7を予め配置(塗布、積層)した態様を示す。8はアルミニウム溶接金属(アルミニウムビード)3を形成するためのアルミニウムソリッドワイヤである。   FIG. 3 shows an embodiment in which a Noclock flux 7 is disposed (applied and laminated) in advance between the joint (joint) portions of the galvanized (GA) steel plate 1 and the aluminum plate 2 as the embodiment of (1) above. Indicates. Reference numeral 8 denotes an aluminum solid wire for forming an aluminum weld metal (aluminum bead) 3.

(フラックス入りワイヤ)
図4は、上記(2)の態様として、ノコロックフラックスをアルミニウム合金外皮内に充填したフラックスコアードワイヤ(FCW、フラックス入りワイヤ)9にて、亜鉛めっき(GA)鋼板1とアルミニウム板2との接合(継ぎ手)部分に、にて供給する態様を示す。FCW9は、ノコロックフラックスを内部に充填、収容する外皮が、アルミニウム溶接金属(アルミニウムビード)3を形成するためのアルミニウムからなる。
(Flux-cored wire)
FIG. 4 shows, as a mode of the above (2), a flux cored wire (FCW, flux-cored wire) 9 in which a nocolok flux is filled in an aluminum alloy skin, and a galvanized (GA) steel plate 1 and an aluminum plate 2 A mode in which the material is supplied to the joint (joint) is shown. The FCW 9 is made of aluminum for forming an aluminum weld metal (aluminum bead) 3 in an outer shell that fills and accommodates a Nocolok flux.

フラックス入りワイヤへのノコロックフラックスの充填量(充填率)は、フラックス入りワイヤの全体質量に対して、0.1質量%以上、24質量%未満と、比較的少なくすることが好ましい。従来市販乃至汎用されているフラックス入りワイヤのように、フラックスの充填率を24%を超えて多くすると、通常の交流MIG溶接や直流逆極性によるMIG溶接条件であっても、溶融したフラックスが多量に飛散する。この他、濡れ性改善効果が強すぎて溶接金属が拡がりすぎ、健全なビードが形成されず、また、溶接作業性も悪く、ビードが健全に形成されないため、溶接部の信頼性も損なわれる。   It is preferable to relatively reduce the filling amount (filling rate) of the noclock flux into the flux-cored wire, such as 0.1 mass% or more and less than 24 mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire. When the flux filling rate is increased to over 24%, as in the case of flux cored wires that are commercially available or widely used in the past, a large amount of melted flux is obtained even under normal AC MIG welding or MIG welding conditions with DC reverse polarity. Scatter. In addition to this, the wettability improving effect is too strong, the weld metal spreads too much, a sound bead is not formed, the welding workability is poor, and the bead is not formed soundly, so the reliability of the welded portion is also impaired.

一方、ノコロックフラックスの充填率の下限は0.1%とする。ノコロックフラックスの充填率が少な過ぎると、アーク溶接で汎用されるビードを形成するためのアルミニウム溶接ワイヤ(JIS 規格:A4043 −WY、A4047 −WY、A5356 −WY、A5183 −WYなど)と同じとなる。このため、ノコロックフラックスの充填率が0.1%未満では、上記濡れ性改善効果などのノコロックフラックスの効果が発揮できず、健全で信頼性の高い溶接継手が得られない。   On the other hand, the lower limit of the filling rate of the nocolok flux is 0.1%. If the filling rate of Nocolok flux is too small, it is the same as the aluminum welding wire (JIS standard: A4043-WY, A4047-WY, A5356-WY, A5183-WY, etc.) for forming beads commonly used in arc welding Become. For this reason, if the filling rate of the nocolok flux is less than 0.1%, the effect of the nocolok flux such as the wettability improvement effect cannot be exhibited, and a sound and highly reliable welded joint cannot be obtained.

フラックス入りワイヤを用いれば、アルミニウム材と溶融亜鉛めっき鋼材を含めた鋼材とを接合する際に、適用条件などの制約が少なくて汎用性に優れると共に、形状的制約も少ない。また、線溶接の際に必要な連続接合が可能であり、かつ接合部における脆弱な金属間化合物や、溶接部におけるブローホールの発生や耐食性の劣化も少なく、さらに溶接作業性も良好な接合技術を提供できる。このため、自動車などの構造部材に適用できる異材接合継手(異材溶接継手)を提供することが可能となる。   When a flux-cored wire is used, when joining an aluminum material and a steel material including a hot-dip galvanized steel material, there are few restrictions such as application conditions and excellent versatility, and there are few shape restrictions. Also, joining technology that enables continuous joining necessary for wire welding, with less brittle intermetallic compounds in the joints, blowholes in the welds and deterioration in corrosion resistance, and good welding workability. Can provide. For this reason, it becomes possible to provide a dissimilar material joint (dissimilar material welded joint) applicable to structural members, such as a car.

(外皮アルミニウム合金)
フラックスコアードワイヤの管状の外皮(フープとも言う)には、鋼とアルミニウム合金材との間でのFe−Al金属間化合物層の形成抑制のために、通常用いる鋼帯ではなく、アルミニウム合金帯を用いる。この際、外皮であるアルミニウム合金は、Siを1〜13質量%含有し、残部Alおよび不可避的不純物からなることが好ましい。これは、主に溶融状態におけるアルミニウム合金の流動性と凝固後の継手強度、外皮としての強度などを確保するためである。Si含有量が少なすぎると流動性および強度が低下する。逆にSi含有量が増大しすぎると、流動性の向上は飽和傾向になる他、溶着金属が脆くなる傾向が増す。このために、含有させる場合のSi量は1〜13質量%の範囲とする。
(Skin aluminum alloy)
In order to suppress the formation of the Fe-Al intermetallic compound layer between the steel and the aluminum alloy material, an aluminum alloy band is used for the tubular outer sheath (also called a hoop) of the flux cored wire. Is used. Under the present circumstances, it is preferable that the aluminum alloy which is an outer shell contains 1-13 mass% of Si, and consists of remainder Al and an unavoidable impurity. This is mainly to ensure the fluidity of the aluminum alloy in the molten state, the strength of the joint after solidification, the strength as the outer skin, and the like. When there is too little Si content, fluidity | liquidity and intensity | strength will fall. Conversely, if the Si content increases too much, the improvement in fluidity tends to be saturated, and the tendency of the weld metal to become brittle increases. For this reason, the amount of Si in the case of containing is made into the range of 1-13 mass%.

外皮アルミニウム合金は、このSiに加えて、更にMnを0.1〜0.3質量%含有し、残部Alおよび不可避的不純物からなることが好ましい。これは、主に溶融状態におけるアルミニウム合金の流動性と凝固後の継手強度、外皮としての強度などをより確保するためである。このようなアルミニウム合金組成を有する外皮として、規格化され、汎用されているアルミニウム合金溶加材を用いることが好ましい。このようなアルミニウム合金組成を有するアルミニウム合金溶加材としては、Siを11.0〜13.0質量%、Mnを0.15質量%以下含有するA4047の使用が好ましい。また、Siを4.5〜6.0質量%、Mnを0.05質量%以下含有するA4043も使用できる。   The outer aluminum alloy preferably contains 0.1 to 0.3% by mass of Mn in addition to this Si, and is composed of the balance Al and inevitable impurities. This is mainly for ensuring the fluidity of the aluminum alloy in the molten state, the strength of the joint after solidification, the strength as the outer skin, and the like. As the outer skin having such an aluminum alloy composition, it is preferable to use a standardized and widely used aluminum alloy filler. As the aluminum alloy filler having such an aluminum alloy composition, it is preferable to use A4047 containing 11.0 to 13.0% by mass of Si and 0.15% by mass or less of Mn. Moreover, A4043 which contains Si 4.5 to 6.0 mass% and Mn 0.05 mass% or less can also be used.

(溶融溶接法)
本発明の異材接合における溶融溶接の熱源としては、レーザ、MIG、TIG、電子ビーム溶接などを使用することが出来る。言い換えると、使用溶融溶接方法は特に制限されるものではなく、アークやレーザなどの熱源を使用した汎用の溶融溶接法を使用することができる。例えば、交流MIG溶接や直流逆極性によるMIG溶接、TIG法、レーザ法、あるいはそれらのハイブリッド溶接法が適用可能である。実際の溶融溶接の施工に際しては、被溶接材の種類・形状、これらの異材接合体の形状や構造、あるいは要求接合特性に応じて、溶接方法を選定し、溶接条件を最適化する。
(Melting welding method)
Laser, MIG, TIG, electron beam welding, or the like can be used as a heat source for fusion welding in the dissimilar material joining of the present invention. In other words, the melt welding method used is not particularly limited, and a general-purpose melt welding method using a heat source such as an arc or a laser can be used. For example, AC MIG welding, MIG welding with reverse DC polarity, TIG method, laser method, or a hybrid welding method thereof can be applied. In actual fusion welding, the welding method is selected and the welding conditions are optimized in accordance with the type and shape of the material to be welded, the shape and structure of these dissimilar joints, and the required joining characteristics.

本発明では、鋼材とアルミニウム材とを直接接合できるので、適正な溶接電流・電圧条件・接合形状等を採用する限り、特に制約を受けることがなく、これら汎用の溶融溶接法における溶接条件は常法と同じで可であるが、好ましい範囲を下記する。   In the present invention, the steel material and the aluminum material can be directly joined. Therefore, as long as an appropriate welding current, voltage condition, joining shape, etc. are adopted, there is no particular limitation. Although it is the same as that of the method, a preferable range is described below.

(溶接電流)
交流MIG溶接や直流逆極性によるMIG溶接を実施する際、大電流となるほど、フラックスが飛散しやすくなり、生成する接合界面の脆い金属間化合物が多くなる。このため、こうしたフラックスの飛散や金属間化合物を抑制する上で、低い電流条件で接合することが推奨される。このような溶接電流としては20A以上、より好ましくは30A以上で、100A以下、より好ましくは80A以下である。
(Welding current)
When performing AC MIG welding or MIG welding with DC reverse polarity, the larger the current, the more likely the flux is scattered, and the more brittle intermetallic compounds are produced at the joint interface. For this reason, in order to suppress such scattering of flux and intermetallic compounds, it is recommended to perform bonding under a low current condition. Such a welding current is 20 A or more, more preferably 30 A or more, 100 A or less, more preferably 80 A or less.

(溶接電圧)
溶接電圧は、溶接電流と同様に、交流MIG溶接や直流逆極性によるMIG溶接とも、低い電圧条件で接合することが推奨される。この点、溶接電圧は、5V以上、より好ましくは7V以上で、20V以下、より好ましくは18V以下である。
(Welding voltage)
As with the welding current, it is recommended that the welding voltage be joined under low voltage conditions for both AC MIG welding and MIG welding with reverse DC polarity. In this respect, the welding voltage is 5 V or more, more preferably 7 V or more, 20 V or less, more preferably 18 V or less.

(レーザ出力)
波長10.6μmの炭酸ガスレーザと、波長1.06μmのYAGレーザとGA代表的であり、レーザ出力は3kW以上とすることが好ましい。
(Laser output)
A carbon dioxide laser with a wavelength of 10.6 μm, a YAG laser with a wavelength of 1.06 μm, and a GA are typical, and the laser output is preferably 3 kW or more.

(溶接速度)
溶接速度は、レーザ法も含め、交流MIG溶接や直流逆極性によるMIG溶接とも、上記溶接電流および溶接電圧、あるいは出力に応じて、母材中のFeおよびAlを過剰溶融させない範囲で適当に決めればよい。交流MIG溶接で、溶接能率なども考慮して好ましいのは15cm/min以上、60cm/min以下である。直流逆極性によるMIG溶接では、脆弱な金属間化合物発生を抑制するために、溶接速度をできるだけ上げて溶接を行い、入熱量を低減する必要から、溶接速度として、好ましいのは30cm/min以上、150cm/min以下である。
(Welding speed)
The welding speed for both AC MIG welding and MIG welding with reverse DC polarity, including the laser method, is appropriately determined within a range in which Fe and Al in the base metal are not excessively melted according to the welding current, welding voltage, or output. That's fine. In AC MIG welding, it is preferably 15 cm / min or more and 60 cm / min or less in consideration of welding efficiency and the like. In MIG welding with reverse DC polarity, in order to suppress the generation of fragile intermetallic compounds, it is necessary to increase the welding speed as much as possible to reduce the heat input, so that the welding speed is preferably 30 cm / min or more. It is 150 cm / min or less.

(シールドガス)
レーザ法も含め、交流MIG溶接や直流逆極性によるMIG溶接とも、シールドガスは、Arなど汎用されるガスが適宜使用でき、このシールドガス流量も、例えば10〜50L/minの汎用流量が選択でき、特に制限は無い。
(Shielding gas)
For both MIG welding with AC and MIG welding with reverse polarity, including laser method, a general-purpose gas such as Ar can be used as the shielding gas, and a general-purpose flow rate of 10-50 L / min can be selected as the shielding gas flow rate. There is no particular limitation.

(溶接トーチ角度)
溶接トーチ( アークトーチ) 角度は、特に制約は無く、交流MIG溶接や直流逆極性によるMIG溶接とも、溶接や継手の溶接条件などに応じて、角度θは適宜選択される。
(Welding torch angle)
Welding Torch (Arc Torch) The angle is not particularly limited, and for both AC MIG welding and MIG welding with reverse DC polarity, the angle θ is appropriately selected according to the welding conditions and the welding conditions of the joint.

(亜鉛めっき鋼材とアルミニウム材との板厚)
ここで、本発明では、互いに接合する亜鉛めっき鋼材とアルミニウム材との板厚の範囲を、実用的かつ溶融溶接できる現実的な範囲に規定する。即ち、亜鉛めっき鋼材の板厚t1 を0.5〜5.0mmの範囲、アルミニウム材の板厚t2 を0.5〜4.0mmの範囲と各々規定する。
(Thickness of galvanized steel and aluminum)
Here, in this invention, the range of the plate | board thickness of the galvanized steel materials and aluminum material which mutually join is prescribed | regulated to the practical range which can be practically melt-welded. That is, the plate thickness t 1 of the galvanized steel material is defined as a range of 0.5 to 5.0 mm, and the plate thickness t 2 of the aluminum material is defined as a range of 0.5 to 4.0 mm.

(亜鉛めっき鋼材)
接合する亜鉛めっき鋼材の板厚t1 は、上記0.5〜5.0mmの範囲から、アルミニウム材側の板厚t2 に応じて選択することが必要である。
(Galvanized steel)
The plate thickness t 1 of the galvanized steel material to be joined must be selected from the range of 0.5 to 5.0 mm according to the plate thickness t 2 on the aluminum material side.

鋼材の板厚t1 が0.5mm未満と薄過ぎる場合、前記した構造部材や構造材料として必要な強度や剛性を確保できず不適正である。また、溶融溶接時の鋼材の熱変形が大きくなって、これが著しい場合には、鋼材の材料が抜け落ち、健全な溶接継ぎ手が得られなくなる。一方、鋼材の板厚t1 が5.0mmを越えて厚過ぎると、異材接合体の利点の一つである軽量化が犠牲になる。また、本発明の接合体を得るのに必要な、適正な厚みの界面反応層の生成に要する入熱量の制御が難しくなる。このため、α−AlFeSi層の生成が不均一となりやすく、鋼材側のAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層による、界面反応層(接合界面層4)が厚くなりすぎて、強度劣化をもたらす。 If the thickness t 1 of the steel material is too thin at less than 0.5 mm, the strength and rigidity necessary for the above-described structural member and structural material cannot be ensured, which is inappropriate. Moreover, when the thermal deformation of the steel material at the time of fusion welding becomes large and this is remarkable, the material of the steel material falls off and a sound welded joint cannot be obtained. On the other hand, if the thickness t 1 of the steel material exceeds 5.0 mm and is too thick, the weight reduction which is one of the advantages of the dissimilar material joined body is sacrificed. In addition, it becomes difficult to control the amount of heat input required to produce an interface reaction layer having an appropriate thickness necessary for obtaining the joined body of the present invention. For this reason, the formation of the α-AlFeSi layer is likely to be uneven, and the interface reaction layer (bonding interface layer 4) due to the mixed layer of the Al 3 Fe compound and the Al 5 Fe 2 compound on the steel material side becomes too thick. , Resulting in strength degradation.

本発明はGA(合金化溶融亜鉛めっき)に有効ではあるが、対象とする亜鉛めっきは、GAめっき鋼材に限らず、GIや電気めっき鋼材なども含み、両面、あるいは片面の亜鉛めっき鋼材も接合体の対象とする。   Although the present invention is effective for GA (alloyed hot dip galvanizing), the target galvanizing is not limited to GA plated steel, but also includes GI, electroplated steel, etc. Target the body.

本発明においては、使用する鋼材の形状や材料を特に限定するものではなく、構造部材に汎用される、あるいは構造部材用途から選択される、鋼板、鋼形材、鋼管などの適宜の形状、材料が使用可能である。ただ、構造部材用に、高強度な鋼材が要求される場合には、鋼材の引張強度が400MPa以上である高張力鋼材(ハイテン)を用いることが好ましい。   In the present invention, the shape and material of the steel material to be used are not particularly limited, and an appropriate shape and material, such as a steel plate, a steel shape member, a steel pipe, which are generally used for structural members or selected from structural member applications Can be used. However, when a high-strength steel material is required for the structural member, it is preferable to use a high-tensile steel material (high tensile) having a tensile strength of 400 MPa or more.

(アルミニウム材)
本発明で用いるアルミニウム材は、その合金の種類や形状を特に限定するものではなく、各構造用部材としての要求特性に応じて、汎用されている板材、形材、鍛造材、鋳造材などが適宜選択される。アルミニウム材の強度についても、上記鋼材の場合と同様に、構造材としては高い方が望ましい。この点、アルミニウム合金の中でも強度が高く、この種構造用部材として汎用されている、AA(あるいはJIS)50000系、6000系などの使用が最適である。
(Aluminum material)
The aluminum material used in the present invention is not particularly limited in the type and shape of the alloy, and depending on the required characteristics as each structural member, commonly used plate materials, profiles, forging materials, casting materials, etc. It is selected appropriately. As for the strength of the aluminum material, as in the case of the steel material, a higher structural material is desirable. In this respect, the use of AA (or JIS) 50000 series, 6000 series, etc., which has high strength among aluminum alloys and is widely used as this kind of structural member, is optimal.

本発明では、使用するこれらアルミニウム材の板厚t2 を0.5〜4.0mmの範囲とする。アルミニウム材の板厚t2 が0.5mm未満と薄過ぎる場合、構造材料としての強度が不足して不適切である。また、溶融溶接時のアルミニウム材の熱変形が大きくなって、これが著しい場合には、アルミニウム材の材料が抜け落ち、健全な溶接継ぎ手が得られなくなる。一方、アルミニウム材の板厚t2 が4.0mmを越えて厚過ぎる場合は、異材接合体の利点の一つである軽量化が犠牲になる。その上、本発明の接合体を得るのに必要な、適正な厚みの界面反応層の生成に要する入熱量の制御が難しくなる。このため、α−AlFeSi層の生成が不均一となりやすく、鋼材側のAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層による、界面反応層(接合界面層4)が厚くなりすぎて、強度劣化をもたらす。 In the present invention, the thickness t 2 of the aluminum material to be used in the range of 0.5 to 4.0 mm. If the thickness t 2 of the aluminum material is too and thin below 0.5 mm, it is inappropriate to insufficient strength as a structural material. Moreover, when the thermal deformation of the aluminum material at the time of fusion welding becomes large and this is remarkable, the material of the aluminum material falls off and a sound welding joint cannot be obtained. On the other hand, when the plate thickness t 2 of the aluminum material exceeds 4.0 mm, the weight reduction which is one of the advantages of the dissimilar material joined body is sacrificed. In addition, it becomes difficult to control the amount of heat input required to produce an interface reaction layer having an appropriate thickness necessary for obtaining the joined body of the present invention. For this reason, the formation of the α-AlFeSi layer is likely to be uneven, and the interface reaction layer (bonding interface layer 4) due to the mixed layer of the Al 3 Fe compound and the Al 5 Fe 2 compound on the steel material side becomes too thick. , Resulting in strength degradation.

以下、レーザおよび交流MIG溶接を用いて、前記図1のような異材接合体を作製して、接合界面(界面反応)層を分析するとともに、接合強度を評価した。これらの結果を、レーザ溶接を用いた実施例1については表1に、MIG溶接を用いた実施例2については表2に示す。   Hereinafter, the dissimilar material joined body as shown in FIG. 1 was prepared using laser and AC MIG welding, and the joint interface (interface reaction) layer was analyzed and the joint strength was evaluated. These results are shown in Table 1 for Example 1 using laser welding and in Table 2 for Example 2 using MIG welding.

なお、ノコロックフラックスを用いない以外は、被溶接材など全て同じ溶接条件とした比較例異材接合体(表1、2の比較例9)も、実施例1、2において制作し、接合界面(界面反応)層を分析するとともに、接合強度を評価した。また、板厚が本発明板厚条件を外れた以外は、全て同じ溶接条件とした比較例異材接合体(表1、2の比較例10〜13)も、同様に制作して、接合界面(界面反応)層を分析するとともに、接合強度を評価した。   In addition, a comparative example dissimilar material joined body (Comparative Example 9 in Tables 1 and 2) having all the same welding conditions, such as a welded material, except that no Noloc Flux is used, was also produced in Examples 1 and 2, and a joining interface ( The interface reaction) layer was analyzed and the bonding strength was evaluated. Moreover, the comparative example dissimilar material joined bodies (Comparative Examples 10 to 13 in Tables 1 and 2) which were all the same welding conditions except that the plate thickness deviated from the plate thickness condition of the present invention were produced in the same manner, and the bonded interface ( The interface reaction) layer was analyzed and the bonding strength was evaluated.

(被溶接材条件)
実施例1、2とも、表1、2の発明例1〜8および比較例9は、本発明板厚条件を満足させ、かつ同じ板厚条件とした。即ち、前記図1における、アルミニウム材2は板厚t2 が1.0mmのアルミニウム合金板(AA6022)、鋼材1は板厚t1 が1.2mmのGA(溶融亜鉛めっき)鋼板(590N/mm2 )を使用した。これに対して、実施例1、2とも、表1、2の比較例10〜13は、前記図1における鋼材1とアルミニウム材2とのいずれかの側の板厚を、下記の通り、本発明板厚条件を外れたものとした。この比較例10〜13において、前記図1における鋼材1とアルミニウム材2との種類は、各例とも共通して、前記発明例1〜8および比較例9と同じ、GA鋼板(590N/mm2 )およびAA6022アルミニウム合金板とした。
比較例10は、鋼材1の板厚t1 を厚すぎる5.5mm、アルミニウム材2の板厚t2 を範囲内の3.6mmとした。
比較例11は、鋼材1の板厚t1 を薄すぎる0.3mm、アルミニウム材2の板厚t2 を範囲内の1.0mmとした。
比較例12は、鋼材1の板厚t1 を範囲内の0.7mm、アルミニウム材2の板厚t2 を薄すぎる0.2mmとした。
比較例13は、鋼材1の板厚t1 を範囲内の4.8mm、アルミニウム材2の板厚t2 を厚すぎる4.2mmとした。
なお、これらの各例の溶接時の配置は、共通して、前記図1のように、GA鋼板1を下にして、アルミニウム合金板1を上に重ね合わせ、互いのラップ幅は30mmとした。
(Welding material conditions)
In each of Examples 1 and 2, Invention Examples 1 to 8 and Comparative Example 9 in Tables 1 and 2 satisfied the present invention thickness conditions and set the same thickness conditions. That is, in FIG. 1, the aluminum material 2 is an aluminum alloy plate (AA6022) having a thickness t 2 of 1.0 mm, and the steel material 1 is a GA (hot galvanized) steel plate (590 N / mm) having a thickness t 1 of 1.2 mm. 2 ) Used. On the other hand, in Examples 1 and 2, in Comparative Examples 10 to 13 in Tables 1 and 2, the plate thickness on either side of the steel material 1 and the aluminum material 2 in FIG. The invention sheet thickness conditions were not met. In the comparative examples 10 to 13, the types of the steel material 1 and the aluminum material 2 in FIG. 1 are the same as those of the inventive examples 1 to 8 and the comparative example 9 in common with each example, and the GA steel plate (590 N / mm 2 ) And AA6022 aluminum alloy plate.
In Comparative Example 10, the thickness t 1 of the steel material 1 was 5.5 mm that was too thick, and the thickness t 2 of the aluminum material 2 was 3.6 mm within the range.
In Comparative Example 11, the plate thickness t 1 of the steel material 1 was too thin 0.3 mm, and the plate thickness t 2 of the aluminum material 2 was 1.0 mm within the range.
In Comparative Example 12, the thickness t 1 of the steel material 1 was 0.7 mm within the range, and the thickness t 2 of the aluminum material 2 was too thin 0.2 mm.
In Comparative Example 13, the thickness t 1 of the steel material 1 was 4.8 mm within the range, and the thickness t 2 of the aluminum material 2 was 4.2 mm too thick.
In addition, as for the arrangement | positioning at the time of welding of each of these examples, as shown in the said FIG. 1, the GA steel plate 1 was turned down, the aluminum alloy plate 1 was piled up, and the mutual lap width | variety was 30 mm. .

(ノコロックフラックス条件)
実施例1、2とも、使用したノコロックフラックスの種類は、フッ化アルミニウム(AlF3 )とフッ化カリウム(KF)との混合比率によって下記4種類とした。下記表1、2のフラックスの種類の欄には、この(a)〜(d)の記号で示す。
(a)K3 AlF6 (25mol%AlF3 、75mol%KF)
(b)K3 AlF6 (33mol%AlF3 、67mol%KF)
(c)75mol%AlF3 、25mol%KF
(d)40mol%AlF3 、60mol%KF
(Noroclock flux condition)
In both Examples 1 and 2, the types of nocolok flux used were the following four types depending on the mixing ratio of aluminum fluoride (AlF 3 ) and potassium fluoride (KF). In the column of the type of flux in Tables 1 and 2 below, the symbols (a) to (d) are used.
(A) K 3 AlF 6 (25 mol% AlF 3 , 75 mol% KF)
(B) K 3 AlF 6 (33 mol% AlF 3 , 67 mol% KF)
(C) 75 mol% AlF 3 , 25 mol% KF
(D) 40 mol% AlF 3 , 60 mol% KF

(塗布条件)
実施例1、2とも、フラックスの供給方法は、前記図3のフラックス7の塗布か、もしくは前記図4のFCW9使用かの2種類で行った。前記図3のように、アルミニウム板材2表面に上記ノコロックフラックス7を塗布する場合、フラックス粉末をエタノール溶液に懸濁させたものを、刷毛でアルミニウム板材2の被溶接部に薄く塗布した。フラックスの塗布量は各例とも1〜2g/m2 とした。この塗布の場合は、溶加材として、直径1.2mmΦのAA4047WYワイヤを使用した。
(Application conditions)
In both Examples 1 and 2, the flux was supplied in two ways: application of flux 7 in FIG. 3 or use of FCW 9 in FIG. As shown in FIG. 3, when applying the Nocolok flux 7 to the surface of the aluminum plate 2, the flux powder suspended in an ethanol solution was thinly applied to the welded portion of the aluminum plate 2 with a brush. The amount of flux applied was 1-2 g / m 2 in each example. In this application, AA4047WY wire having a diameter of 1.2 mmΦ was used as the filler material.

(FCW条件)
実施例1、2とも、前記図4のFCW9使用の場合は、線径1.2mmφのフラックス入りワイヤを用い、ワイヤへのノコロックフラックスの充填量(充填率)は、フラックス入りワイヤの全体質量に対して5質量%とした。この際、ワイヤの外皮アルミニウム合金には、上記したA4043アルミニウム合金溶加材を用いた。
(FCW conditions)
In both of Examples 1 and 2, when FCW9 of FIG. 4 is used, a flux-cored wire having a wire diameter of 1.2 mmφ is used, and the filling amount (filling rate) of the nocolock flux into the wire is the total mass of the flux-cored wire. The content was 5% by mass. At this time, the above-described A4043 aluminum alloy filler was used as the outer aluminum alloy of the wire.

(接合界面層)
実施例1、2とも、前記図2に示した接合界面構造(接合界面層)4における、溶融亜鉛めっき鋼板1側の金属間化合物と、アルミニウム溶接金属3側の金属間化合物との同定は接合界面層4の電子線回折像分析によって、任意の10箇所を測定行った。また、接合界面層4の厚みは接合界面(異材接合体)断面の、アルミニウム溶接金属3の登頂より、止端部にいたるまでの間の接合界面において、500倍程度の倍率で光学顕微鏡を用いて任意の10箇所測定して平均化した。
(Bonding interface layer)
In both Examples 1 and 2, the identification of the intermetallic compound on the galvanized steel sheet 1 side and the intermetallic compound on the aluminum weld metal 3 side in the joint interface structure (joint interface layer) 4 shown in FIG. Ten arbitrary locations were measured by electron beam diffraction image analysis of the interface layer 4. In addition, the thickness of the bonding interface layer 4 is about 500 times at the bonding interface from the top of the aluminum weld metal 3 to the toe portion of the cross section of the bonding interface (dissimilar material bonded body). Then, arbitrary 10 points were measured and averaged.

(接合強度)
実施例1、2とも、レーザおよび交流MIG溶接は各々の条件で各例とも3回行った。接合強度測定のため、各3つの異材接合体の接合継手から、接合部を含む30mm幅の試験片を切り出して、引張試験を行い、単位溶接線あたりの破断強度を各々測定し、3つの例を平均化して評価した。破断強度が250N/mm以上であれば◎、200―250N/mmであれば○、100−200N/mm未満であれば△、100N/mm未満であれば×とした。ここで破断強度が200N/mm(○)以上なければ、自動車などの構造材用の異材接合体としては使用できない。
(Joint strength)
In both Examples 1 and 2, laser and AC MIG welding were performed three times for each example under each condition. In order to measure the bonding strength, a test piece having a width of 30 mm including a bonded portion was cut out from the bonded joint of each of the three dissimilar joints, a tensile test was performed, and each of the breaking strengths per unit weld line was measured. Were averaged and evaluated. When the breaking strength was 250 N / mm or more, ◎, when it was 200-250 N / mm, ◯, when it was less than 100-200 N / mm, Δ, and when it was less than 100 N / mm, it was rated as x. Here, unless the breaking strength is 200 N / mm (◯) or more, it cannot be used as a dissimilar material joined body for a structural material such as an automobile.

(実施例1)
実施例1はレーザ溶接により異材接合体の製作を行った。レーザ溶接は、デフォーカスさせた連続発振YAGレーザを使用した。溶接条件は、レーザ出力:4.0kW、接合速度:1.2m/min、シールドガス:Arとした。
(Example 1)
In Example 1, a dissimilar material joined body was manufactured by laser welding. Laser welding used a defocused continuous wave YAG laser. The welding conditions were laser output: 4.0 kW, joining speed: 1.2 m / min, and shielding gas: Ar.

表1から分かる通り、板厚条件を満足するとともに、ノコロックフラックスを用いて、適切なレーザ溶接にて、接合部にアルミニウム溶接金属を形成させて接合した、亜鉛めっき鋼材とアルミニウム材との発明例異材接合体は、鋼材側のAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層とともに、アルミニウム溶接金属側にα−AlFeSi層とを各々有する接合界面層が形成されており、この接合界面層の板厚方向の平均厚さが0.5〜5μmである。この結果、発明例異材接合体は、自動車などの構造材用として使用できる、高い接合強度を有する。 As can be seen from Table 1, the invention of a galvanized steel material and an aluminum material, which satisfy the plate thickness condition and are joined by forming an aluminum weld metal at the joint portion by means of appropriate laser welding using Nocolok flux. Example: The dissimilar material joined body has a mixed interface layer having an α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side together with a mixed layer of Al 3 Fe compound and Al 5 Fe 2 compound on the steel material side. The average thickness of the bonding interface layer in the plate thickness direction is 0.5 to 5 μm. As a result, the inventive different-material bonded body has high bonding strength that can be used for structural materials such as automobiles.

これに対して、ノコロックフラックスを用いない以外は、全て同じ条件とした比較例9の異材接合体は、鋼材側のAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層のみであり、アルミニウム溶接金属側にα−AlFeSi層が生成していない。また、このAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層のみからなる、接合界面層の板厚方向の平均厚さも5μmを超えて厚い。この結果、比較例9の異材接合体の接合強度は低く、自動車などの構造材用として使用できない。 On the other hand, the dissimilar material joined body of Comparative Example 9 under the same conditions except that no nocolok flux was used was only a mixed layer of the steel material side Al 3 Fe compound and Al 5 Fe 2 compound. The α-AlFeSi layer is not formed on the aluminum weld metal side. Further, the average thickness in the plate thickness direction of the bonding interface layer, which is composed only of the mixed layer of the Al 3 Fe compound and the Al 5 Fe 2 compound, is thicker than 5 μm. As a result, the joint strength of the dissimilar material joined body of Comparative Example 9 is low and cannot be used for structural materials such as automobiles.

また、比較例10〜13は、ノコロックフラックスを用いているが、前記した通り、鋼材1側の板厚t1 か、アルミニウム材2側の板厚t2 かの一方が、本発明板厚条件を満足しない。このため、比較例10〜13は、例え、ノコロックフラックスを用いていても、また、本発明板厚条件を外れるのが片方の板厚だけであっても、前記した通り、溶接時の入熱量の制御が難しくなっている。この結果、いずれかの板厚が薄すぎる比較例11、12は、表1に示す通り、溶接時の熱変形が大きく、材料が抜け落ちて、健全な溶接継ぎ手が得られていない。一方、いずれかの板厚が厚すぎる比較例10、13は、表1に示す通り、鋼材側のAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層が、規定する接合界面層の板厚方向の平均厚さの上限5μmを超えて、厚くなりすぎている。また、これら比較例10、13では、α−AlFeSi層が生成しているものの、不均一となっていた。これらの結果から、本発明板厚条件を外れる比較例は、異材接合体自体が作成できないか、例え作成できたとしても、異材接合体の接合強度が低く、自動車などの構造材用として使用できないことが分かる。 In Comparative Example 10 to 13, are used to Nocolok fluxes, as described above, the steel material 1 side of the plate thickness t 1 or the plate thickness t 2 Kano one of the aluminum material 2 side, the present invention thickness Does not satisfy the conditions. Therefore, in Comparative Examples 10 to 13, even if nocolock flux is used or only one of the plate thicknesses deviates from the plate thickness condition of the present invention, as described above, It is difficult to control the amount of heat. As a result, as shown in Table 1, in Comparative Examples 11 and 12 in which either plate thickness is too thin, thermal deformation during welding is large, the material falls off, and a sound welded joint is not obtained. On the other hand, as shown in Table 1, in Comparative Examples 10 and 13 in which any of the plate thicknesses is too thick, the mixed layer of the Al 3 Fe compound and the Al 5 Fe 2 compound on the steel material side has It exceeds the upper limit of 5 μm in the average thickness in the plate thickness direction and is too thick. In Comparative Examples 10 and 13, although an α-AlFeSi layer was generated, it was non-uniform. From these results, the comparative example that deviates from the plate thickness condition of the present invention cannot be used for structural materials such as automobiles because the bonded material of the dissimilar material itself cannot be created or even if it can be prepared, the bonding strength of the dissimilar material bonded material is low. I understand that.

Figure 2008207245
Figure 2008207245

(実施例2)
実施例2は交流MIG溶接により異材接合体の製作を行った。溶接条件は、上記で推奨したMIG溶接条件の範囲内で実施した。溶接速度: 交流MIG溶接は35cm/minとし、溶接電流: 75A、溶接電圧: 18V、溶接トーチ角度は90°とし、シールドガスにはArを用いた。
(Example 2)
In Example 2, a dissimilar material joined body was manufactured by AC MIG welding. The welding conditions were performed within the range of the MIG welding conditions recommended above. Welding speed: AC MIG welding was 35 cm / min, welding current: 75 A, welding voltage: 18 V, welding torch angle was 90 °, and Ar was used as the shielding gas.

表2から分かる通り、板厚条件を満足するとともに、ノコロックフラックスを用いて、適切なレーザ溶接にて、接合部にアルミニウム溶接金属を形成させて接合した、亜鉛めっき鋼材とアルミニウム材との発明例異材接合体は、鋼材側のAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層とともに、アルミニウム溶接金属側にα−AlFeSi層とを各々有する接合界面層が形成されており、この接合界面層の板厚方向の平均厚さが0.5〜5μmである。この結果、発明例異材接合体は、自動車などの構造材用として使用できる、高い接合強度を有する。 As can be seen from Table 2, the invention of a galvanized steel material and an aluminum material, which satisfy the plate thickness condition and are joined by forming an aluminum weld metal at the joint portion by means of appropriate laser welding using Nocolok flux. Example: The dissimilar material joined body has a mixed interface layer having an α-AlFeSi layer on the aluminum weld metal side together with a mixed layer of Al 3 Fe compound and Al 5 Fe 2 compound on the steel material side. The average thickness of the bonding interface layer in the plate thickness direction is 0.5 to 5 μm. As a result, the inventive different-material bonded body has high bonding strength that can be used for structural materials such as automobiles.

これに対して、ノコロックフラックスを用いない以外は、全て同じ条件とした比較例9の異材接合体は、鋼材側のAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層のみであり、アルミニウム溶接金属側にα−AlFeSi層が生成していない。また、このAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層のみからなる、接合界面層の板厚方向の平均厚さも5μmを超えて厚い。この結果、実施例1と同様に、比較例9の異材接合体の接合強度は低く、自動車などの構造材用として使用できない。 On the other hand, the dissimilar material joined body of Comparative Example 9 under the same conditions except that no nocolok flux was used was only a mixed layer of the steel material side Al 3 Fe compound and Al 5 Fe 2 compound. The α-AlFeSi layer is not formed on the aluminum weld metal side. Further, the average thickness in the plate thickness direction of the bonding interface layer, which is composed only of the mixed layer of the Al 3 Fe compound and the Al 5 Fe 2 compound, is thicker than 5 μm. As a result, like Example 1, the joining strength of the dissimilar material joined body of Comparative Example 9 is low and cannot be used for structural materials such as automobiles.

また、比較例10〜13は、ノコロックフラックスを用いているが、前記した通り、鋼材1側の板厚t1 か、アルミニウム材2側の板厚t2 かの一方が、本発明板厚条件を満足しない。このため、比較例10〜13は、例え、ノコロックフラックスを用いていても、また、本発明板厚条件を外れるのが片方の板厚だけであっても、前記した通り、溶接時の入熱量の制御が難しくなっている。この結果、いずれかの板厚が薄すぎる比較例11、12は、表1に示す通り、溶接時の熱変形が大きく、材料が抜け落ちて、健全な溶接継ぎ手が得られていない。一方、いずれかの板厚が厚すぎる比較例10、13は、表1に示す通り、鋼材側のAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層が、規定する接合界面層の板厚方向の平均厚さの上限5μmを超えて、厚くなりすぎている。また、これら比較例10、13では、α−AlFeSi層が生成しているものの、不均一となっていた。これらの結果からも、本発明板厚条件を外れる比較例は、実施例1と同様に、異材接合体自体が作成できないか、例え作成できたとしても、異材接合体の接合強度が低く、自動車などの構造材用として使用できないことが分かる。 In Comparative Example 10 to 13, are used to Nocolok fluxes, as described above, the steel material 1 side of the plate thickness t 1 or the plate thickness t 2 Kano one of the aluminum material 2 side, the present invention thickness Does not satisfy the conditions. Therefore, in Comparative Examples 10 to 13, even if nocolock flux is used or only one of the plate thicknesses deviates from the plate thickness condition of the present invention, as described above, It is difficult to control the amount of heat. As a result, as shown in Table 1, in Comparative Examples 11 and 12 in which either plate thickness is too thin, thermal deformation during welding is large, the material falls off, and a sound welded joint is not obtained. On the other hand, as shown in Table 1, in Comparative Examples 10 and 13 in which any of the plate thicknesses is too thick, the mixed layer of the Al 3 Fe compound and the Al 5 Fe 2 compound on the steel material side has It exceeds the upper limit of 5 μm in the average thickness in the plate thickness direction and is too thick. In Comparative Examples 10 and 13, although an α-AlFeSi layer was generated, it was non-uniform. Also from these results, the comparative example that deviates from the sheet thickness condition of the present invention, as in Example 1, is that the dissimilar material joined body itself cannot be created or even if it can be created, the joining strength of the dissimilar material joined body is low, and the automobile It can be seen that it cannot be used for structural materials such as.

Figure 2008207245
Figure 2008207245

本発明によれば、GAめっき鋼板を使用したアルミニウム材との異材接合の場合でも、十分な継手強度あるいは接合強度を有する、溶融溶接による異材接合体を提供できる。また、鋼材側やアルミニウム材側、あるいは溶接側条件を大きく変えることなく、接合強度の高い溶融溶接をなしうる、鋼材とアルミニウム材との異材接合体を提供できる。このような接合体は、自動車、鉄道車両などの輸送分野、機械部品、建築構造物等における各種構造部材として大変有用に適用できる。したがって、本発明は鋼材とアルミニウムとの異材接合体の用途を大きく拡大するものである。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even in the case of dissimilar material joining with the aluminum material which uses a GA plating steel plate, the dissimilar material joined body by fusion welding which has sufficient joint strength or joint strength can be provided. Further, it is possible to provide a dissimilar material joined body of a steel material and an aluminum material that can perform fusion welding with high joint strength without greatly changing the conditions on the steel material side, the aluminum material side, or the welding side. Such a joined body can be very usefully applied as various structural members in transportation fields such as automobiles and railway vehicles, machine parts, building structures, and the like. Therefore, the present invention greatly expands the use of the dissimilar material joined body of steel and aluminum.

溶融接合後の本発明異材接合体の重ね継ぎ手(接合)部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the overlap joint (joining) part of this invention joined material of this invention after melt joining. 図1における接合部分5の接合界面6の拡大図である。It is an enlarged view of the joining interface 6 of the junction part 5 in FIG. 図1の本発明異材接合体の溶融溶接施工方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the fusion welding construction method of this invention joined material of this invention of FIG. 図1の本発明異材接合体の溶融溶接施工方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the fusion welding construction method of this invention joined material of this invention of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:亜鉛めっき(GA)鋼材(鋼板)、2:アルミニウム材(板)、
3:アルミニウム溶接金属(アルミニウムビード)、
4:接合界面層(界面反応層)、5:接合部分、6:接合界面、
7:フラックス、8:アルミニウムソリッドワイヤ、
9:フラックス入りワイヤ、10:溶接線、
t1:亜鉛めっき鋼材(鋼板)の板厚、t2:アルミニウム材(板)の板厚
1: Galvanized (GA) steel material (steel plate) 2: Aluminum material (plate),
3: Aluminum weld metal (aluminum bead),
4: Bonding interface layer (interface reaction layer), 5: bonding portion, 6: bonding interface,
7: Flux, 8: Aluminum solid wire,
9: Flux-cored wire, 10: Welding wire,
t 1 : Thickness of galvanized steel (steel plate), t 2 : Thickness of aluminum (plate)

Claims (3)

板厚t1 が0.5〜5.0mmである亜鉛めっき鋼材と板厚t2 が0.5〜4.0mmであるアルミニウム材とを、溶融溶接にて接合部にアルミニウム溶接金属を形成させて接合した異材接合体であって、このアルミニウム溶接金属と鋼材との接合界面において、鋼材側にAl3 Fe系化合物およびAl5 Fe2 系化合物との混合層と、アルミニウム溶接金属側にα−AlFeSi層とを各々有する接合界面層が形成されており、この接合界面層の板厚方向の平均厚さが0.5〜5μmであることを特徴とする鋼材とアルミニウム材との異材接合体。 A galvanized steel material having a plate thickness t 1 of 0.5 to 5.0 mm and an aluminum material having a plate thickness t 2 of 0.5 to 4.0 mm are formed by weld welding to form an aluminum weld metal. Dissimilar materials joined to each other, and at the joining interface between the aluminum weld metal and the steel, a mixed layer of Al 3 Fe compound and Al 5 Fe 2 compound on the steel material side and α- A bonded interface between a steel material and an aluminum material, wherein a bonded interface layer having an AlFeSi layer is formed, and an average thickness of the bonded interface layer in the thickness direction is 0.5 to 5 μm. 前記溶融溶接においてフラックスを用い、このフラックスを、塩化物を含まない、フッ化アルミニウムとフッ化カリウムとの混合フラックス組成としたものである、請求項1に記載の鋼材とアルミニウム材との異材接合体。   The dissimilar material joining of the steel material and aluminum material of Claim 1 which uses the flux in the said fusion welding, and makes this flux the mixed flux composition of the aluminum fluoride and potassium fluoride which does not contain a chloride. body. 前記フラックスをアルミニウム合金外皮内に充填したフラックスコアードワイヤとして溶融溶接部に供給した、請求項2に記載の鋼材とアルミニウム材との異材接合体。   The dissimilar-material joined body of the steel material and aluminum material of Claim 2 which supplied the said flux to the fusion welding part as a flux cored wire with which the aluminum alloy outer shell was filled.
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