JP2014205183A

JP2014205183A - 抵抗溶接方法及びそれにより得られる接合部材

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Publication number: JP2014205183A
Application number: JP2013085161A
Authority: JP
Inventors: 優仁武藤; Masahito Muto; 脇坂　泰成; Yasunari Wakizaka; 泰成脇坂
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2033-04-15
Also published as: JP6091304B2

Abstract

【課題】鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材との間で優れた接合強度を得られる抵抗溶接方法及び該抵抗溶接方法により得られる接合部材を提供する。
【解決手段】抵抗溶接方法は、少なくとも接合予定部２の鉄系金属部材１の母材とアルミニウム系金属部材５との間にＺｎ−Ｓｉ合金からなるロウ材４を配置する工程と、接合予定部２を除く鉄系金属部材１とアルミニウム系金属部材５との間に絶縁材６を配置する工程と、少なくとも鉄系金属部材１に通電することにより、金属部材１，５及びロウ材４を溶融させて接合部１０を形成する工程とを備える。接合部材９は、鉄系金属部材１がＦｅ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３層１０ａとＡｌ−Ｚｎ合金層１０ｂとからなる接合部１０を介してアルミニウム系金属部材５と接合される。
【選択図】図２

Description

本発明は、抵抗溶接方法及びそれにより得られる接合部材に関する。

従来、鋼等の鉄系金属部材とアルミニウム合金等のアルミニウム系金属部材とを抵抗溶接により直接接合すると、両金属部材の間にＦｅ_２Ａｌ_５等のＦｅ−Ａｌ金属間化合物が形成されることが知られている。ところが、前記Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物は非常に脆いため、両金属部材に対し互いに剥離する方向に力を加えると該Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物が容易に破壊されるという問題がある。

そこで、亜鉛メッキ層が施された鋼等の鉄系金属部材と、亜鉛メッキ層が施されたアルミニウム合金等のアルミニウム系金属部材とを抵抗溶接により接合する際に、両金属部材の間に亜鉛箔等を介在させ、亜鉛層を介して接合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４９６２９０７号公報

しかしながら、前記従来の抵抗溶接方法では、前記各金属部材の亜鉛メッキ層が前記亜鉛箔由来の亜鉛と接合されているに過ぎない。従って、前記両金属部材に対し互いに剥離する方向に力を加えると、前記鉄系金属部材の母材と前記亜鉛メッキ層との間で容易に剥離が生じ、十分な接合強度を得ることができないという不都合がある。

本発明は、かかる不都合を解消して、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材との間で優れた接合強度を得ることができる抵抗溶接方法及び該抵抗溶接方法により得られる接合部材を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材とを抵抗溶接により接合する抵抗溶接方法において、少なくとも接合予定部の該鉄系金属部材の母材と該アルミニウム系金属部材との間にＺｎ−Ｓｉ合金からなるロウ材を配置する工程と、該鉄系金属部材と該アルミニウム系金属部材とを、該接合予定部を除く部分で、亜鉛メッキ層又は絶縁材を介して積層する工程と、少なくとも該鉄系金属部材に通電することにより、各金属部材及び該ロウ材を溶融させて接合部を形成する工程とを備えることを特徴とする。

本発明の抵抗溶接方法では、まず、少なくとも接合予定部の前記鉄系金属部材の母材と前記アルミニウム系金属部材との間にＺｎ−Ｓｉ合金からなるロウ材を配置する。そして、前記鉄系金属部材と前記アルミニウム系金属部材とを、前記接合予定部を除く部分で、亜鉛メッキ層又は絶縁材を介して積層する。

前記ロウ材は、少なくとも前記接合予定部に配置されていればよく、該接合予定部を超えてそれ以外の部分に配置されてもよい。また、前記亜鉛メッキ層又は前記絶縁材は、前記接合予定部を除く部分では前記ロウ材に積層されてもよい。

次に、前記鉄系金属部材と前記アルミニウム系金属部材との間に、前記ロウ材と、前記亜鉛メッキ層又は前記絶縁材とを配置した状態で、少なくとも前記鉄系金属部材に通電する。前記通電は、前記鉄系金属部材の前記接合予定部と反対側の面に主電極とアース電極とを当接させて、両電極間に通電するようにして行うことができる。また、前記鉄系金属部材と前記アルミニウム系金属部材とのそれぞれの前記接合予定部と反対側の面にそれぞれ電極を当接させて、両電極間に通電するようにして行ってもよい。

前記通電により、各金属部材及び前記ロウ材が溶融されて接合部が形成される。このとき、前記鉄系金属部材と前記アルミニウム系金属部材とは、前記接合予定部を除く部分で、亜鉛メッキ層又は絶縁材を介して積層されているので、該両金属部材は直接接触することがなく、Ｆｅ_２Ａｌ_５等のＦｅ−Ａｌ金属間化合物の形成を防止することができる。

本発明の抵抗溶接方法によれば、前記鉄系金属部材と前記アルミニウム系金属部材とが前記接合部で接合された接合部材を得ることができる。前記接合部材において、前記鉄系金属部材は、該鉄系金属部材の母材と接合するＦｅ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３層と、一方の面で該Ｆｅ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３層と接合すると共に他方の面で前記アルミニウム系金属部材と接合するＡｌ−Ｚｎ合金層とからなる接合部を介して該アルミニウム系金属部材と接合されている。

前記Ｆｅ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３層は、前記鉄系金属部材の母材及び前記Ａｌ−Ｚｎ合金層と同一の結晶構造を備えている上、Ｆｅ及びＡｌの拡散に対する障壁となることができる。従って、本発明の抵抗溶接方法により得られる前記接合部材は、Ｆｅ_２Ａｌ_５等のＦｅ−Ａｌ金属間化合物が形成されることがなく、前記接合部を介して前記鉄系金属部材と前記アルミニウム系金属部材とを強固に接合することができる。

ここで、前記鉄系金属部材と前記アルミニウム系金属部材とは、前記接合予定部を除く部分で、亜鉛メッキ層及び絶縁材を介して積層してもよく、亜鉛メッキ層又は絶縁材のいずれか一方のみを介して積層してもよい。また、前記鉄系金属部材と前記アルミニウム系金属部材とが直接接触することを防止できるメッキ層であれば、亜鉛メッキ層以外の他のメッキ層であってもよい。

本発明の抵抗溶接方法では、前記鉄系金属部材としては亜鉛メッキ層が施されたものを用いることができる。このとき、前記鉄系金属部材は、加熱して前記接合予定部の該亜鉛メッキ層を蒸散させることにより母材を露出させることができる。そして、前記母材と前記アルミニウム系金属部材との間にＺｎ−Ｓｉ合金からなるロウ材を配置すると共に、前記接合予定部以外の部分に絶縁材を配置することにより、抵抗溶接を行うことができる。

また、本発明の抵抗溶接方法では、前記接合予定部の前記亜鉛メッキ層を蒸散させて前記鉄系金属部材の母材を露出させたときに、さらに前記鉄系金属部材を加熱して該母材を溶融させて溶融プールを形成し、該溶融プールに前記ロウ材を添加して溶融させてもよい。この場合には、前記ロウ材は前記溶融プールに添加されることにより一旦溶融するが、該ロウ材及び該溶融プールが冷却されて固化することにより、前記母材上に前記ロウ材が配置された状態とすることができる。

第１の実施形態に用いる金属部材の構成を示す説明的断面図。第１の実施形態の抵抗溶接方法を示す説明的断面図。第１の実施形態の抵抗溶接方法により得られた接合部材の構成を示す説明的断面図。第２の実施形態に用いる金属部材の構成を示す説明的断面図。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

本発明の抵抗溶接方法の第１の実施形態では、図１（ａ）に示すように、まず、亜鉛メッキ鋼板１を加熱し、接合予定部２の亜鉛メッキ層３を蒸散させて除去し、母材である鋼板表面１ａを露出させる。前記亜鉛メッキ鋼板１の加熱は、例えば、接合予定部２に電極を近接させ、該電極からアーク放電を生じさせることにより行うことができる。

次に、図１（ｂ）に示すように、接合予定部２の鋼板表面１ａ上にＺｎ−Ｓｉ合金からなるロウ材４を配置する。前記Ｚｎ−Ｓｉ合金は、例えば、合金全体の１質量％のＳｉを含むものを用いることができる。

一方、図１（ｃ）に示すように、アルミニウム合金板５の接合予定部２を除く部分に絶縁材６を配置する。絶縁材６としては、例えば、接着剤、ペースト状シール材、粘土状シール材等を用いることができる。尚、アルミニウム合金板５は表面に全く亜鉛メッキ層を備えていない。

次に、図２（ａ）に示すように、亜鉛メッキ鋼板１とアルミニウム合金板５とを、ロウ材４及び絶縁材６を介して重ね合わせ、亜鉛メッキ鋼板１の表面に主電極７及び１対のアース電極８，８を当接する。主電極７は、亜鉛メッキ鋼板１の接合予定部２と反対側の表面に、接合予定部２に配置されたロウ材４の直上となる位置に当接される。また、１対のアース電極８，８は、主電極７の両側で亜鉛メッキ鋼板１の表面に当接される。

そして、主電極７とアース電極８との間に通電して亜鉛メッキ鋼板１、ロウ材４、アルミニウム合金板５を加熱して溶融させることにより、図３（ａ）に示す接合部材９を得ることができる。接合部材９は、亜鉛メッキ鋼板１とアルミニウム合金板５とが接合部１０を介して接合されている。

尚、亜鉛メッキ鋼板１は、接合部１０側の表面に図示しない亜鉛メッキ層を備えており、接合部１０は亜鉛メッキ鋼板１の亜鉛メッキ層を備えていない部分に形成されている。

接合部１０は、図３（ｂ）に拡大して示すように、Ｆｅ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３層１０ａと、Ａｌ−Ｚｎ合金層１０ｂとからなる。Ｆｅ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３層１０ａは一方の面で亜鉛メッキ鋼板１の母材である鋼板表面１ａと接合すると共に、他方の面でＡｌ−Ｚｎ合金層１０ｂと接合している。また、Ａｌ−Ｚｎ合金層１０ｂは、一方の面でＦｅ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３層１０ａと接合すると共に、他方の面でアルミニウム合金板５と接合している。

接合部材９において、Ｆｅ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３層１０ａは、亜鉛メッキ鋼板１の母材である鋼板及びＡｌ−Ｚｎ合金層１０ｂと同一の結晶構造を備えている上、Ｆｅ及びＡｌの拡散に対する障壁となることができる。従って、本実施形態の抵抗溶接方法により得られる接合部材９は、Ｆｅ_２Ａｌ_５等のＦｅ−Ａｌ金属間化合物が形成されることがなく、接合部１０を介して亜鉛メッキ鋼板１とアルミニウム合金板５とを強固に接合することができる。

また、本実施形態では、図２（ａ）に示す主電極７及びアース電極８に代えて、図２（ｂ）に示すように１対の主電極７，７を用いてもよい。このとき、亜鉛メッキ鋼板１の接合予定部２と反対側の表面に、ロウ材４の直上となる位置に一方の主電極７が当接され、アルミニウム合金板５の接合予定部２と反対側の表面に、ロウ材４の直下となる位置に他方の主電極７が当接される。

そして、主電極７，７の間に通電して亜鉛メッキ鋼板１、ロウ材４、アルミニウム合金板５を加熱して溶融させることにより、図３（ａ）に示す接合部材９を得ることができる。

次に、本発明の抵抗溶接方法の第２の実施形態では、図４（ａ）に示すように、まず、亜鉛メッキ鋼板１を加熱し、接合予定部２の亜鉛メッキ層３を蒸散させて除去し、母材である鋼板表面１ａを露出させる。前記亜鉛メッキ鋼板１の加熱は、例えば、前記第１の実施形態と同様にアーク放電により行うことができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、亜鉛メッキ鋼板１をさらに加熱することにより、露出された鋼板表面１ａを溶融させて溶融プール１ｂを形成し、溶融プール１ｂにロウ材４を添加する。ロウ材４は溶融プール１ｂに添加されることにより一旦溶融するが、ロウ材４及び溶融プール１ｂが冷却されて固化することにより、図４（ｃ）に示すように、接合予定部２の鋼板表面１ａ上にロウ材４が配置された状態になる。

次に、図４（ｄ）に示すように、アルミニウム合金板５の接合予定部２を除く部分に絶縁材６を配置する。

次に、図２に示す前記第１の実施形態の場合と全く同一にして、図３（ａ）に示す接合部材９を得ることができる。本実施形態の抵抗溶接方法により得られた接合部材９は前記第１の実施形態の場合と全く同一の構成を備えており、全く同一の効果を得ることができる。

前記実施形態では、いずれも亜鉛メッキ鋼板１とアルミニウム合金板５との接合予定部２を除く部分に絶縁材６を配置しているが、絶縁材６は用いなくてもよい。この場合、鋼板１とアルミニウム合金板５とが、接合予定部２を除く部分で亜鉛メッキ層を介して積層されていることになる。

また、亜鉛メッキ層を全く備えていない鋼板を用いるときには、該鋼板とアルミニウム合金板５との接合予定部２を除く部分に絶縁材６を配置してもよく、亜鉛メッキ層を備えるアルミニウム合金板を用いてもよい。

また、前記実施形態では、いずれも全く亜鉛メッキ層を備えていないアルミニウム合金板５を用いているが、亜鉛メッキ層を備えるアルミニウム合金板を用いてもよい。

また、前記実施形態では、接合予定部２のみにロウ材４を配置し、接合予定部２を除く部分に亜鉛メッキ層３又は絶縁材６を配置しているが、ロウ材４は接合予定部２を超えてそれ以外の部分に配置されてもよい。また、この場合、亜鉛メッキ層３又は絶縁材６は、接合予定部２を除く部分ではロウ材４に積層されてもよい。

１…亜鉛メッキ鋼板、２…接合予定部、４…ロウ材、５…アルミニウム合金板、６…絶縁材、７…主電極、８…アース電極、９…接合部材、１０…接合部。

Claims

鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材とを抵抗溶接により接合する抵抗溶接方法において、
少なくとも接合予定部の該鉄系金属部材の母材と該アルミニウム系金属部材との間にＺｎ−Ｓｉ合金からなるロウ材を配置する工程と、
該鉄系金属部材と該アルミニウム系金属部材とを、該接合予定部を除く部分で、亜鉛メッキ層又は絶縁材を介して積層する工程と、
少なくとも該鉄系金属部材に通電することにより、各金属部材及び該ロウ材を溶融させて接合部を形成する工程とを備えることを特徴とする抵抗溶接方法。
請求項１記載の抵抗溶接方法において、前記鉄系金属部材と前記アルミニウム系金属部材とを、前記接合予定部を除く部分で、亜鉛メッキ層を介して積層することを特徴とする抵抗溶接方法。
請求項１記載の抵抗溶接方法において、前記鉄系金属部材と前記アルミニウム系金属部材とを、前記接合予定部を除く部分で、絶縁体を介して積層することを特徴とする抵抗溶接方法。
請求項１又は請求項２記載の抵抗溶接方法において、前記鉄系金属部材は亜鉛メッキ層が施されており、該鉄系金属部材を加熱して前記接合予定部の該亜鉛メッキ層を蒸散させることにより母材を露出させることを特徴とする抵抗溶接方法。
請求項４記載の抵抗溶接方法において、前記鉄系金属部材を加熱して前記接合予定部に露出させた母材を溶融させて溶融プールを形成し、該溶融プールに前記ロウ材を添加して溶融させることを特徴とする抵抗溶接方法。
鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材とが抵抗溶接により接合されてなる接合部材において、
該鉄系金属部材は、該鉄系金属部材の母材と接合するＦｅ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３層と、一方の面で該Ｆｅ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３層と接合すると共に他方の面で該アルミニウム系金属部材と接合するＡｌ−Ｚｎ合金層とからなる接合部を介して該アルミニウム系金属部材と接合されていることを特徴とする接合部材。