JP2018047477A - 異材接合用アーク溶接法、接合補助部材、及び、異材溶接継手 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金と鋼との異材を強固かつ信頼性の高い品質で開断面構造にも閉断面構造にも制限無く適用できる異材接合用アーク溶接法、接合補助部材、及び異材溶接継手を提供する。【解決手段】異材溶接継手１は、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の上板１０と、上板にアーク溶接された鋼製の下板２０とを備え、上板は下板との重ね合わせ面に臨む縦横長さの異なる非円形の穴を有し、挿入部と非挿入部とを持った段付きの外形形状を有し、挿入部及び非挿入部を貫通する縦横長さの異なる非円形の中空部が形成される鋼製の接合補助部材３０をさらに備え、接合補助部材は中空部が上板に設けられた穴と同軸、且つ一致するように上板上に配置され、接合補助部材の中空部は、鉄合金またはＮｉ合金の溶接金属４０で充填されると共に、溶接金属と溶融された下板及び接合補助部材の一部とによって溶融部が形成される。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、異材接合用アーク溶接法、接合補助部材、及び、異材溶接継手に関する。

自動車を代表とする輸送機器には、（ａ）有限資源である石油燃料消費、（ｂ）燃焼に伴って発生する地球温暖化ガスであるＣＯ_２、（ｃ）走行コストといった各種の抑制を目的として、走行燃費の向上が常に求められている。その手段としては、電気駆動の利用など動力系技術の改善の他に、車体重量の軽量化も改善策の一つである。軽量化には現在の主要材料となっている鋼を、軽量素材であるアルミニウム合金、マグネシウム合金、炭素繊維などに置換する手段がある。しかし、全てをこれら軽量素材に置換するには、高コスト化や強度不足になる、といった課題があり、解決策として鋼と軽量素材を適材適所に組み合わせた、いわゆるマルチマテリアルと呼ばれる設計手法が注目を浴びている。

鋼と上記軽量素材を組み合わせるには、必然的にこれらを接合する箇所が出てくる。鋼同士やアルミニウム合金同士、マグネシウム合金同士では容易である溶接が、異材では極めて困難であることが知られている。この理由として、鋼とアルミニウムあるいはマグネシウムの溶融混合部には極めて脆い性質である金属間化合物（ＩＭＣ）が生成し、引張や衝撃といった外部応力で溶融混合部が容易に破壊してしまうことにある。このため、抵抗スポット溶接法やアーク溶接法といった溶接法が異材接合には採用できず、他の接合法を用いるのが一般的である。鋼と炭素繊維の接合も、後者が金属ではないことから溶接を用いることができない。

従来の異材接合技術の例としては、鋼素材と軽量素材の両方に貫通穴を設けてボルトとナットで上下から拘束する手段があげられる。また、他の例としては、かしめ部材を強力な圧力をかけて片側から挿入し、かしめ効果によって拘束する手段が知られている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、他の例としては、アルミ合金素材に鋼製の接合部材をポンチとして押し込むことで穴あけと接合部材を仮拘束し、次に鋼素材と重ね合わせ、上下両方から銅電極にて挟み込んで、圧力と高電流を瞬間的に与えて鋼素材と接合部材を抵抗溶接する手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、他の例としては、摩擦攪拌接合ツールを用いてアルミ合金と鋼の素材同士を直接接合する手段も開発されている。（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２−１７４２１９号公報 特開２００９−２８５６７８号公報 特許第５０４４１２８号公報

しかしながら、ボルトとナットによる接合法は、鋼素材と軽量素材が閉断面構造を構成するような場合（図３０Ａ参照）、ナットを入れることができず適用できない。また、適用可能な開断面構造の継手の場合（図３０Ｂ、図３０Ｃ参照）でも、ナットを回し入れるのに時間を要し能率が悪いという課題がある。

また、特許文献１に記載の接合法は、比較的容易な方法ではあるが、鋼の強度が高い場合には挿入できない問題があり、且つ、接合強度は摩擦力とかしめ部材の剛性に依存するので、高い接合強度が得られないという問題がある。また、挿入に際しては表・裏両側から治具で押さえ込む必要があるため、閉断面構造には適用できないという課題もある。

さらに、特許文献２に記載の接合法も、閉断面構造には適用できず、また、抵抗溶接法は設備が非常に高価であるという課題がある。

特許文献３に記載の接合法は、アルミ合金素材を低温領域で塑性流動させながら鋼素材面に圧力をかけることで、両素材が溶融し合うことがなく、金属間化合物の生成を防止しながら金属結合力が得られるとされ、鋼と炭素繊維も接合可能という研究成果もある。しかしながら、本接合法も閉断面構造には適用できず、また高い圧力を必要とするので機械的に大型となり、高価であるという問題がある。また、接合力としてもそれほど高くならない。

したがって、既存の異材接合技術は、（ｉ）部材や開先形状が開断面構造に限定される、（ｉｉ）接合強度が低い、（ｉｉｉ）設備コストが高価であるといった一つ以上の問題を持っている。このため、種々の素材を組み合わせたマルチマテリアル設計を普及させるためには、（ｉ’）開断面構造と閉断面構造の両方に適用できる、（ｉｉ’）接合強度が十分に高く、かつ信頼性も高い、（ｉｉｉ’）低コストであるという全ての要素を兼ね備えた、使いやすい新技術が求められている。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミニウム合金（以下「Ａｌ合金」とも言う）もしくはマグネシウム合金（以下、「Ｍｇ合金」とも言う）と鋼の異材を、既に世に普及している安価なアーク溶接設備を用いて、強固かつ信頼性の高い品質で接合でき、かつ開断面構造にも閉断面構造にも制限無く適用できる、異材接合用アーク溶接法、接合補助部材、及び、異材溶接継手を提供することにある。

ここで、Ａｌ合金もしくはＭｇ合金と鋼を溶融接合させようとすると、上述したように金属間化合物（ＩＭＣ）の生成が避けられない。一方、鋼同士の溶接は最も高い接合強度と信頼性を示すことは、科学的にも実績的にも自明である。
そこで、本発明者らは、鋼同士の溶接を結合力として用い、さらに拘束力を利用して異材の接合を達成する手段を考案した。

従って、本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の第１の板と、鋼製の第２の板と、を接合する異材接合用アーク溶接法であって、
前記第１の板に縦横長さの異なる非円形の穴を空ける工程と、
前記第１の板と前記第２の板を重ね合わせる工程と、
挿入部と非挿入部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記挿入部及び前記非挿入部を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部が形成される鋼製の接合補助部材を、前記第１の板に設けられた穴に挿入する工程と、
以下の（ａ）〜（ｅ）のいずれかの手法によって、前記接合補助部材の中空部を溶接金属で充填すると共に、前記第２の板及び前記接合補助部材を溶接する工程と、
を備える異材接合用アーク溶接法。
（ａ）鉄合金、または、Ｎｉ合金の前記溶接金属が得られる溶接ワイヤを溶極として用いるガスシールドアーク溶接法。
（ｂ）前記溶接ワイヤを溶極として用いるノンガスアーク溶接法。
（ｃ）前記溶接ワイヤを非溶極フィラーとして用いるガスタングステンアーク溶接法。
（ｄ）前記溶接ワイヤを非溶極フィラーとして用いるプラズマアーク溶接法。
（ｅ）鉄合金、または、Ｎｉ合金の前記溶接金属が得られる被覆アーク溶接棒を溶極として用いる被覆アーク溶接法。
（２） 前記第２の板には、絞り加工により膨出部が形成されており、
前記重ね合わせ工程において、前記第２の板の膨出部が、前記第１の板の穴内に配置される、（１）に記載の異材接合用アーク溶接法。
（３） 前記重ね合わせ工程の前に、前記第１の板と前記第２の板の少なくとも一方の重ね合せ面には、前記穴の周囲に、全周に亘って接着剤を塗布する工程を、さらに備える、（１）又は（２）に記載の異材接合用アーク溶接法。
（４） 前記配置工程において、前記接合補助部材と、該接合補助部材と対向する前記第１の板との間の少なくとも一方の対向面に、接着剤を塗布する、（１）〜（３）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。
（５） 前記配置工程の際、又は、前記充填溶接工程後に、前記接合補助部材と、前記第１の板の表面との境界部に接着剤を塗布する、（１）〜（４）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。
（６） 前記接合補助部材の挿入部の高さＰ_Ｈ１は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの１０％以上１００％以下である、（１）〜（５）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。
（７） 前記接合補助部材の挿入部の長軸側長さＰ_ＤＸ１は、前記第１の板の穴の長軸側長さＢ_ＤＸに対し８０％以上１０５％以下である、（１）〜（６）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。
（８） 前記接合補助部材の挿入部の短軸側長さＰ_ＤＹ１は、前記第１の板の穴の短軸側長さＢ_ＤＹに対し８０％以上１０５％以下である、（１）〜（７）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。
（９） 前記接合補助部材の非挿入部の長軸側長さＰ_ＤＸ２は、前記第１の板の穴の長軸側長さＢ_ＤＸに対し１０５％以上である、（１）〜（８）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。
（１０） 前記接合補助部材の非挿入部の短軸側長さＰ_ＤＹ２は、前記第１の板の穴の短軸側長さＢ_ＤＹに対し１０５％以上である、（１）〜（９）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。
（１１） 前記接合補助部材の非挿入部の厚さＰ_Ｈ２は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの５０％以上１５０％以下である、（１）〜（１０）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。
（１２） 前記充填溶接工程において、前記接合補助部材の表面上に余盛りが形成され、かつ前記余盛りの長軸側長さＷ_ＤＸが、前記接合補助部材の中空部の長軸側長さＰ_ＳＸに対し、１０５％以上となる、（１）〜（１１）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。
（１３） 前記充填溶接工程において、前記接合補助部材の表面上に余盛りが形成され、かつ前記余盛りの短軸側長さＷ_ＤＹが、前記接合補助部材の中空部の短軸側長さＰ_ＳＹに対し、１０５％以上となる、（１）〜（１２）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。

（１４） （１）〜（１３）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法に用いられ、
鋼製で、挿入部と非挿入部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記挿入部及び前記非挿入部を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部が形成される、接合補助部材。

（１５） アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の第１の板と、該第１の板にアーク溶接された、鋼製の第２の板と、を備える異材溶接継手であって、
前記第１の板は、前記第２の板との重ね合わせ面に臨む縦横長さの異なる非円形の穴を有し、
前記第１の板に設けられた穴に挿入される挿入部と、非挿入部と、を持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記挿入部及び前記非挿入部を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部が形成される鋼製の接合補助部材をさらに備え、
前記接合補助部材の中空部は、鉄合金、または、Ｎｉ合金の溶接金属で充填されると共に、前記溶接金属と、溶融された前記第２の板及び前記接合補助部材の一部とによって溶融部が形成される、異材溶接継手。
（１６） 前記第１の板の穴内には、前記第２の板に形成された膨出部が配置される、（１５）に記載の異材溶接継手。
（１７） 前記第１の板と前記第２の板の少なくとも一方の前記重ね合せ面には、前記穴の周囲に、全周に亘って設けられた接着剤を備える、（１５）又は（１６）に記載の異材溶接継手。
（１８） 前記接合補助部材と、該接合補助部材と対向する前記第１の板との間の少なくとも一方の対向面に設けられた接着剤を備える、（１５）〜（１７）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（１９） 前記接合補助部材と、前記第１の板の表面との境界部に設けられた接着剤を備える、（１５）〜（１８）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（２０） 前記接合補助部材の挿入部の高さＰ_Ｈ１は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの１０％以上１００％以下である、（１５）〜（１９）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（２１） 前記接合補助部材の挿入部の長軸側長さＰ_ＤＸ１は、前記第１の板の穴の長軸側長さＢ_ＤＸに対し８０％以上１０５％以下である、（１５）〜（２０）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（２２） 前記接合補助部材の挿入部の短軸側長さＰ_ＤＹ１は、前記第１の板の穴の短軸側長さＢ_ＤＹに対し８０％以上１０５％以下である、（１５）〜（２１）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（２３） 前記接合補助部材の非挿入部の長軸側長さＰ_ＤＸ２は、前記第１の板の穴の長軸側長さＢ_ＤＸに対し１０５％以上である、（１５）〜（２２）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（２４） 前記接合補助部材の非挿入部の短軸側長さＰ_ＤＹ２は、前記第１の板の穴の短軸側長さＢ_ＤＹに対し１０５％以上である、（１５）〜（２３）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（２５） 前記接合補助部材の非挿入部の厚さＰ_Ｈ２は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの５０％以上１５０％以下である、（１５）〜（２４）のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
（２６） 前記接合補助部材の表面上に余盛りが形成され、かつ前記余盛りの長軸側長さＷ_ＤＸが、前記接合補助部材の中空部の長軸側長さＰ_ＳＸに対し、１０５％以上となる、（１５）〜（２５）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（２７） 前記接合補助部材の表面上に余盛りが形成され、かつ前記余盛りの短軸側長さＷ_ＤＹが、前記接合補助部材の中空部の短軸側長さＰ_ＳＹに対し、１０５％以上となる、（１５）〜（２６）のいずれかに記載の異材溶接継手。

本発明によれば、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金と、鋼との異材を、安価なアーク溶接設備を用いて、強固かつ信頼性の高い品質で接合でき、かつ開断面構造にも閉断面構造にも制限無く適用できる。

本発明の一実施形態に係る異材溶接継手の斜視図である。 図１ＡのＩｂ−Ｉｂ線に沿った異材溶接継手の断面図である。 図１ＡのＩｃ−Ｉｃ線に沿った異材溶接継手の断面図である。 本実施形態の異材接合用アーク溶接法の穴開け作業を示す図である。 本実施形態の異材接合用アーク溶接法の重ね合わせ作業を示す図である。 本実施形態の異材接合用アーク溶接法の挿入作業を示す図である。 本実施形態の異材接合用アーク溶接法の溶接作業を示す図である。 接合補助部材の第１変形例の正面図である。 接合補助部材の第２変形例の正面図である。 接合補助部材の第３変形例の正面図である。 接合補助部材の第４変形例の正面図である。 接合補助部材の第５変形例の正面図である。 接合補助部材の第６変形例の正面図である。 接合補助部材の第７変形例の正面図である。 穴開け作業の一例の第１工程を示す図である。 穴開け作業の一例の第２工程を示す図である。 穴開け作業の一例の第３工程を示す図である。 穴開け作業の一例の第４工程を示す図である。 余盛りが形成されない異材溶接継手を示す断面図である。 図５Ａの異材溶接継手に板厚方向（３次元方向）の外部応力が作用した状態を示す断面図である。 図１Ｂの異材溶接継手に板厚方向（３次元方向）の外部応力が作用した状態を示す断面図である。 溶接金属の溶込みを説明するための異材溶接継手の断面図である。 溶接金属の溶込みを説明するための異材溶接継手の断面図である。 アルミ製の上板と鋼製の下板を重ねて貫通溶接した比較例としての異材溶接継手の斜視図である。 図８Ａの異材溶接継手の断面図である。 図８Ａの異材溶接継手にせん断引張が作用した状態を示す断面図である。 図９Ａの異材溶接継手を示す斜視図である。 図８Ａの異材溶接継手に上下剥離引張が作用した状態を示す断面図である。 図１０Ａの異材溶接継手を示す斜視図である。 穴を有するアルミ製の上板と鋼製の下板を重ねて貫通溶接した比較例としての異材溶接継手の斜視図である。 図１１Ａの異材溶接継手の断面図である。 図１１Ａの異材溶接継手にせん断引張が作用した状態を示す断面図である。 図１１Ａの異材溶接継手にせん断引張が作用し、接合部が９０°近くずれた状態を示す斜視図である。 図１１Ａの異材溶接継手に上下剥離引張が作用した状態を示す断面図である。 図１３Ａの異材溶接継手を示す斜視図である。 本実施形態の異材溶接継手の断面図である。 図１４ＡのＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図である。 本実施形態の異材溶接継手にせん断引張が作用した状態を示す断面図である。 金属間化合物が生成された本実施形態の異材溶接継手にせん断引張が作用した状態を示す断面図である。 上板と下板との間に空隙が存在するアーク溶接前の状態を示す上板、下板、及び接合補助部材の断面図である。 アーク溶接後の状態を熱収縮力と共に示す異材溶接継手の断面図である。 接合補助部材の寸法関係を説明するための上板及び接合補助部材の上面図である。 接合補助部材の寸法関係を説明するための上板、下板、及び接合補助部材の長軸方向に沿った断面図である。 接合補助部材の寸法関係を説明するための上板、下板、及び接合補助部材の短軸方向に沿った断面図である。 接合補助部材の挿入部の直径が小さすぎる異材溶接継手にせん断方向の応力が作用した状態を示す断面図である。 接合補助部材の非挿入部の直径が小さすぎる異材溶接継手に上下剥離応力が作用した状態を示す断面図である。 異材接合用アーク溶接法の第１変形例を説明するための上板と下板の斜視図である。 異材接合用アーク溶接法の第１変形例を説明するための上板と下板の断面図である。 異材接合用アーク溶接法の第２変形例を説明するための上板と下板の斜視図である。 異材接合用アーク溶接法の第２変形例を説明するための上板と下板の断面図である。 異材接合用アーク溶接法の第３変形例を説明するための上板、下板、及び接合補助部材の斜視図である。 異材接合用アーク溶接法の第３変形例を説明するための上板、下板、及び接合補助部材の断面図である。 第３変形例において、横向き姿勢でアーク溶接が施されている状態を示す図である。 異材接合用アーク溶接法の第４変形例を説明するための異材溶接継手の斜視図である。 異材接合用アーク溶接法の第４変形例を説明するための異材溶接継手の断面図である。 図１Ａ及び図１Ｂの接合補助部材を示す上面図、側面図、及び下面図である。 接合補助部材の第８変形例を示す上面図、側面図、及び下面図である。 接合補助部材の第９変形例を示す上面図、側面図、及び下面図である。 接合補助部材の第１０変形例を示す側面図である。 異材接合用アーク溶接法、及び異材溶接継手の第５変形例を説明するための断面図である。 図２８の下板に膨出部を絞り加工する前の状態を示す図である。 図２８の下板に膨出部が絞り加工された後の状態を示す図である。 本実施形態の異材溶接継手が適用された閉断面構造を示す斜視図である。 本実施形態の異材溶接継手が適用された、Ｌ字板と平板による開断面構造を示す斜視図である。 本実施形態の異材溶接継手が適用された、２枚の平板による開断面構造を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る異材接合用アーク溶接法、接合補助部材、及び、異材溶接継手を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態の異材接合用アーク溶接法は、互いに重ね合わせされる、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の上板１０（第１の板）と、鋼製の下板２０（第２の板）とを、鋼製の接合補助部材３０を介して、後述するアーク溶接法によって接合することで、図１Ａ〜図１Ｃに示すような異材溶接継手１を得るものである。

上板１０には、板厚方向に貫通して、下板２０の重ね合わせ面に臨む穴１１が設けられており、この穴１１に接合補助部材３０が挿入される。この穴１１は、図２Ａに示すように、縦横長さが異なる非円形形状に形成されている。

接合補助部材３０は、上板１０の穴１１に挿入される挿入部３１と、上板１０の上面に配置されるフランジ形状の非挿入部３２と、を持った段付きの外形形状を有する。また、接合補助部材３０には、挿入部３１及び非挿入部３２を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部３３が形成されている。
本実施形態では、挿入部３１の外形形状は、非円形の中空部３３と相似形状に形成されており、また、上板１０の穴１１と相似形状であることが好ましい。接合補助部材３０は、挿入部３１及び中空部３３が上板１０に設けられた穴１１と同軸、且つ、それぞれの長軸方向ａ_ｘ，ｂ_ｘ（図２Ｃ参照）が一致するように上板１０上に挿入されている。

なお、接合補助部材３０の非挿入部３２の外形形状は、図２Ｃ、図３Ｂに示すような角丸の長方形に限定されず、溶接後に上板１０の穴１１を塞ぐものであれば、任意の形状とすることができる。例えば、図３Ａ、図３Ｆに示す長方形や、図３Ｃに示す２つの円を繋ぐ長円形、図３Ｄに示す楕円形、図３Ｅに示す円形、図３Ｇに示す多角形でもよい。
また、中空部３３の形状も、図２Ｃ、図３Ｂ、図３Ｆに示すような角丸の長方形に限定されず、任意の形状とすることができる。例えば、図３Ａ、図３Ｅに示す長方形や、図３Ｃに示す２つの円を繋ぐ長円形、図３Ｄ、図３Ｇに示す楕円形でもよい。
さらに、接合補助部材３０の非挿入部３２の外径形状は、図２Ａ、図３Ａ〜図３Ｄに示すように、挿入部３１及び中空部３３の形状と相似形でもよく、図３Ｅ〜図３Ｇに示すように、挿入部３１及び中空部３３の形状と非相似形でもよい。

また、接合補助部材３０の中空部３３には、アーク溶接によってフィラー材（溶接材料）が溶融した、鉄合金、または、Ｎｉ合金の溶接金属４０が充填されると共に、溶接金属４０と、溶融された下板２０及び接合補助部材３０の一部とによって溶融部Ｗが形成される。したがって、溶融部Ｗは、上板１０の穴１１内にも配置されて、接合補助部材３０と下板２０とを溶接しており、これによって、上板１０と下板２０とが接合される。

以下、異材溶接継手１を構成する異材接合用アーク溶接法について、図２Ａ〜図２Ｄを参照して説明する。
まず、図２Ａに示すように、上板１０に穴１１を空ける穴開け作業を行う（ステップＳ１）。次に、図２Ｂに示すように、上板１０と下板２０を重ね合わせる重ね合わせ作業を行う（ステップＳ２）。さらに、図２Ｃに示すように、接合補助部材３０の挿入部３１を、上板１０の上面から、上板１０の穴１１に挿入する（ステップＳ３）。そして、図２Ｄに示すように、以下に詳述する（ａ）溶極式ガスシールドアーク溶接法、（ｂ）ノンガスアーク溶接法、（ｃ）ガスタングステンアーク溶接法、（ｄ）プラズマアーク溶接法、（ｅ）被覆アーク溶接法のいずれかのアーク溶接作業を行うことで、上板１０と下板２０とを接合する（ステップＳ４）。なお、図２Ｄは、（ａ）溶極式ガスシールドアーク溶接法を用いてアーク溶接作業が行われた場合を示している。

ステップＳ１の穴開け作業の具体的な手法としては、ａ）ポンチを用いた打抜き、ｂ）金型を用いたプレス型抜き、ｃ）レーザ、プラズマ、ウォータージェット法などによる切断があげられる。

また、特殊な手法としては、図４Ａ〜図４Ｄに示すように、接合補助部材３０自体をポンチとして、上板１０が配置された下台座５０に対して、接合補助部材３０が固定された上台座５１を接近させ、打抜き加工を施すことで、ステップＳ１の穴開け作業とステップＳ３の接合補助部材３０の挿入作業とが同時に行なわれる。ただし、この場合、中空部３３に母材片Ｍが入り込んだままとなることが希にあり、アーク溶接時の邪魔になるので、母材片Ｍを取り除くことが必要である。また、この手法は、挿入部３１の高さが上板１０と一致する場合にのみ可能である。
したがって、この手法の場合には、ステップＳ２の重ね合わせ作業とステップＳ３の接合補助部材３０の挿入作業とは、工程順が入れ替わる。

また、ステップＳ４のアーク溶接作業は、上板１０の穴１１内の溶接金属４０を介して接合補助部材３０と下板２０を接合し、かつ接合補助部材３０に設けられた中空部３３を充填するために必要とされる。したがって、アーク溶接には充填材となるフィラー材（溶接材料）の挿入が不可欠となる。具体的に、以下の４つのアーク溶接法により、フィラー材が溶融して溶接金属４０が形成される。

（ａ） 溶極式ガスシールドアーク溶接法は、一般的にＭＡＧ（マグ）やＭＩＧ（ミグ）と呼ばれる溶接法であり、ソリッドワイヤもしくはフラックス入りワイヤをフィラー兼アーク発生溶極として用い、ＣＯ_２，Ａｒ，Ｈｅといったシールドガスで溶接部を大気から遮断して健全な溶接部を形成する手法である。

（ｂ）ノンガスアーク溶接法は、セルフシールドアーク溶接法とも呼ばれ、特殊なフラックス入りワイヤをフィラー兼アーク発生溶極として用い、一方、シールドガスを不要として、健全な溶接部を形成する手段である。

（ｃ）ガスタングステンアーク溶接法は、ガスシールドアーク溶接法の一種であるが非溶極式であり、一般的にＴＩＧ（ティグ）とも呼ばれる。シールドガスは、ＡｒまたはＨｅの不活性ガスが用いられる。タングステン電極と母材との間にはアークが発生し、フィラーワイヤはアークに横から送給される。
一般的に、フィラーワイヤは通電されないが、通電させて溶融速度を高めるホットワイヤ方式ＴＩＧもある。この場合、フィラーワイヤにはアークは発生しない。

（ｄ）プラズマアーク溶接法はＴＩＧと原理は同じであるが、ガスの２重系統化と高速化によってアークを緊縮させ、アーク力を高めた溶接法である。

（ｅ）被覆アーク溶接法は、金属の芯線にフラックスを塗布した被覆アーク溶接棒をフィラーとして用いるアーク溶接法であり、シールドガスは不要である。

フィラー材（溶接材料）の材質については、溶接金属４０がＦｅ合金となるものであれば、一般的に用いられる溶接用ワイヤまたは溶接棒が適用可能である。なお、Ｎｉ合金でも鉄との溶接には不具合を生じないので適用可能である。
具体的には、ＪＩＳとして（ａ）Ｚ３３１２，Ｚ３３１３，Ｚ３３１７，Ｚ３３１８，Ｚ３３２１，Ｚ３３２３，Ｚ３３３４、（ｂ）Ｚ３３１３、（ｃ）Ｚ３３１６，Ｚ３３２１，Ｚ３３３４，（ｄ）Ｚ３２１１，Ｚ３２２１，Ｚ３２２３，Ｚ３２２４、ＡＷＳ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｓｏｃｉｅｔｙ）として、（ａ）Ａ５．９，Ａ５．１４，Ａ５．１８，Ａ５．２０，Ａ５．２２，Ａ５．２８，Ａ５．２９，Ａ５．３４、（ｂ）Ａ５．２０、（ｃ）Ａ５．９，Ａ５．１４，Ａ５．１８，Ａ５．２８，（ｄ）Ａ５．１，Ａ５．４，Ａ５．５，Ａ５．１１といった規格材が流通している。

これらのアーク溶接法を用いて接合補助部材３０の中空部３３をフィラー材で充填するが、フィラーワイヤもしくは溶接棒の狙い位置は溶接進行に伴い、接合補助部材３０の中空部３３の長軸方向ａ_ｘに沿って移動させる。

溶接金属４０は接合補助部材３０の中空部３３を充填し、さらに接合補助部材３０の表面に余盛りＷａを形成するのが望ましい（図１Ｂ及び図１Ｃ参照）。余盛りを形成しない、すなわち、図５Ａに示すように、中空部３３が溶接後に外観上残る状態だと、特に、板厚方向（３次元方向）の外部応力に対しては、接合強度が不足となる可能性がある（図５Ｂ参照）。このため、余盛りＷａを形成することで、図６に示すように、板厚方向（３次元方向）の外部応力に対しては、接合補助部材３０の変形が抑えられ、高い接合強度が得られる。

一方、余盛り側と反対側の溶込みについては、図７Ａに示すように、下板２０を適度に溶融していることが必要である。なお、図７Ｂに示すように、下板２０の板厚を超えて溶接金属４０が形成される、いわゆる裏波が出る状態にまで溶けても問題はない。
ただし、下板２０が溶けずに、溶接金属４０が乗っかっているだけであると、高い強度は得られない。また、溶接金属４０が深く溶け込みすぎて、溶接金属４０と下板２０が溶け落ちてしまわないように溶接する必要がある。
以上の作業によって、Ａｌ合金やＭｇ合金製の上板１０と鋼製の下板２０は高い強度で接合される。

以下、上記アーク溶接法において使用される鋼製の接合補助部材３０の役割について説明する。

まず、接合補助部材を使用せず、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、単純にアルミ製の上板１０と鋼製の下板２０とを重ね、上板側から鋼もしくはニッケル合金製溶接ワイヤを用いたアーク溶接を定点で一定時間保持したアークスポット溶接を行った場合、形成される溶接金属４０ａはアルミと鋼、もしくはアルミと鋼とニッケルの合金となる。この合金は、アルミ含有量が多いので脆性的特性である金属間化合物（ＩＭＣ）を呈している。このような異材溶接継手１００ａは、一見接合されている様に見えても、横方向に引張応力がかかる（せん断引張）と、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、溶接金属４０ａが容易に破壊して、外れてしまう。また、縦方向に引張応力がかかる（剥離引張）場合でも、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、溶接金属４０ａが破断するか、もしくは溶接金属４０ａと上板１０の境界部あるいは溶接金属４０ａと下板２０の境界部が破断し、上板１０が抜けるようにして接合が外れてしまう。
このように単にアルミ製の上板１０と鋼製の下板２０を重ねて、貫通溶接しようとしても、溶接金属４０ａは全部分が金属間化合物になってしまうので、せん断引張にも剥離引張にも弱く、溶接継手としては実用にならない。

また、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、上板１０に適当なサイズの穴１１を開けておき、その穴１１を埋めるように鋼もしくはニッケル合金の溶接材料を溶かし込む手法が考えられる。
この場合、溶接初期に形成される下板２０となっている鋼と溶接材料で形成される溶接金属４０ｂはアルミを溶かしていないので、金属間化合物は生成せず、高い強度と靱性を有しており、下板２０と強固に結合されている。また、上板１０に開けられた穴１１の内部に形成された溶接金属４０ｂは、アルミが溶融する割合が非常に少なく、金属間化合物の生成は大幅に抑制され、特に中心部は健全性を有している。ただし、上板１０に設けられた穴１１の近傍に限れば、アルミと鋼、あるいはアルミとニッケルの金属化合物層を形成する。このような異材溶接継手１００ｂに対し、図１２Ａに示すように、せん断引張応力がかかった場合、下板側は強固に金属結合しているため、高い応力に耐える。一方、上板側は金属間化合物が穴周囲に形成されてはいるが、それが剥離して動くことは形状的にできないため、初期には上板１０、下板２０の母材が変形する。このため、ほぼ変形せずに脆性破断する図７Ａ及び図７Ｂの異材溶接継手１００ａと比較すると、変形能力の向上が見られる。しかし、母材の変形が進み、図１２Ｂに示すように、接合部が９０°近く傾斜すると上下剥離引張と同じ状態になる。このようになると穴１１の周囲部に形成された金属間化合物が剥離し、上板１０が溶接部から容易に抜けてしまう。つまり、改善が不十分である。この結果は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、上下引張方向試験でも無論同じである。

上記２つの異材溶接継手１００ａ、１００ｂにおける課題から、せん断方向の引張応力及び上下剥離方向の応力にも耐えるように本実施形態の２段階形状の接合補助部材３０が使用される。つまり、図２Ａ〜図２Ｄに示すように、上板１０に穴開けを施し、さらに接合補助部材３０の挿入部３１を上板１０に設けられた穴１１に挿入し、上板１０および接合補助部材３０の内部を充填するようにアーク溶接にて溶接金属４０を形成する。このようにすると、断面としては接合補助部材３０、溶接金属４０、下板２０が強固な金属結合によって溶接接合されている状態になる。上板１０に設けられた穴１１よりも幅広である接合補助部材３０の非挿入部３２の最大の役割は、上下剥離応力に対する抵抗である。図６に示したように、適切なサイズの接合補助部材３０を適用することにより、上板１０と溶接金属４０の界面が剥離して抜けてしまう現象を防止することが可能となる。一般的に、溶接金属４０は、十分に塑性変形した後、破断する。なお、接合補助部材３０は、せん断方向の引張応力に対しても、初期応力に対して悪影響を及ぼすことはなく、さらに母材変形による溶接部が９０°傾斜（図１２Ｂ参照）後の剥離応力変化に対して、上板１０と溶接金属４０の界面が剥離して抜けてしまう現象を防止する。

また、本実施形態では、溶接金属４０を充填させる接合補助部材３０の中空部３３は、長軸と短軸を持った非円形形状に形成されている。下板２０と接合補助部材３０は接合されているが、上板１０は金属的に接合されていない。ただし、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、上板１０の穴１１内に溶け込んだ溶接金属４０は、溶込み形状が非円形となる。このため、平面内で回転方向に力Ｆ_Ｒが作用したとしても、下板２０及び接合補助部材３０が、上板１０に対して相対的に回転するのを防止することができる。

また、詳細後述するが、接合補助部材３０は、面積が大きく、かつ厚さＰ_Ｈが大きいほど板厚方向（３次元方向）の外部応力に対して強度を増すため、望ましい。だが、必要以上に大きいと重量増要因や、上板１０の表面からの出っ張り過剰により、美的外観劣化や近接する他の部材との干渉が生じる。このため、接合補助部材３０のサイズは、必要設計に応じて決定される。

さらに、接合補助部材３０は、Ａｌ合金やＭｇ合金の溶融を避けるための防護壁作用を有する。この作用は、接合補助部材３０の挿入部３１が主に担う。Ａｌ合金やＭｇ合金の接合部で最も溶融しやすい箇所は、穴１１の内面や、該内面の周囲の表面である。これらの面を接合補助部材３０で覆うことで、アーク溶接の熱が直接Ａｌ合金やＭｇ合金に伝わるのを防ぎ、鋼と混合して金属間化合物（ＩＭＣ）を作るのを防止する。アーク溶接の溶込み範囲が接合補助部材３０と下板２０のみとなれば、ＡｌやＭｇの溶接金属４０への希釈はゼロとなり、ＩＭＣは完全に防止される。したがって、挿入部３１は、図１５Ａに示すように、板幅方向（２次元方向）の外部応力への抵抗作用として働く。

一方、本実施形態ではＩＭＣの発生がゼロである必要はなく、ＩＭＣの多少の形成は許容される。図１５Ｂに示すように、穴１１の内面にＩＭＣが形成されても、溶接金属４０が延性と適度な強度を有していれば、溶接金属４０が板幅方向（２次元方向）への外部応力への抵抗作用として働くので、溶接金属４０の周囲に形成されるＩＭＣ層の影響は小さいからである。また、ＩＭＣは脆性的であるが、構造体として引張応力が作用しても、接合部には圧縮応力と引張応力が同時に働く仕組みになっており、圧縮力に対してＩＭＣは十分な強さを維持することから、ＩＭＣ層の形成は破壊伝播にはならない。したがって、接合補助部材３０の挿入部３１は必ずしも、上板１０の板厚と同じである必要はない。

また、接合補助部材３０は、Ａｌ合金もしくはＭｇ合金である上板１０と鋼である下板２０とを重ね合わせる際に、重ね合わせ面に生じる空隙（ギャップ）ｇを最小化する役割を果たす（図１６Ａ参照）。アーク溶接工程では、溶接金属４０は熱収縮するため、その際、下板２０と接合補助部材３０が共に近づく方向に力が作用する。それによって、溶接前に多少の空隙ｇがあっても、図１６Ｂに示すように、溶接後には空隙ｇは減少し、接合部の設計精度が高まる。

さらに、接合補助部材３０は、位置決めを支援する役割を有する。上記力学的効果を期待して、接合補助部材３０を上板１０の穴１１に挿入するが、接合補助部材３０の挿入部３１は、上述した上板１０の溶融を防ぐ以外に、挿入位置を確実に決めてセットする指標となる役割がある。挿入部３１が無ければ、接合補助部材３０を穴１１と同軸に配置する目安がなくなる。もし、接合補助部材３０を穴１１からずれた場所に配置し、アーク溶接すると、接合補助部材３０、溶接金属４０、及び下板２０の一体化接合が不完全になる、あるいは、さらにＡｌ合金やＭｇ合金の上板１０を溶融して溶接金属４０がＩＭＣ化して脆性的になってしまい、継手結合力が著しく不足することになる可能性がある。

以上の理由から、接合補助部材３０は、鋼製で、挿入部３１と非挿入部３２とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、挿入部３１及び非挿入部３２を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部３３が形成されるものが使用される。

なお、鋼製の接合補助部材３０の材質は、純鉄および鉄合金であれば、特に制限されるものでなく、例えば、軟鋼、炭素鋼、ステンレス鋼などがあげられる。

また、接合補助部材３０の各種寸法は、図１７〜図１８Ｂに示すように、上板１０との関係で次のように設定される。

・挿入部高さＰ_Ｈ１
挿入部高さＰ_Ｈ１は、上板１０の板厚Ｂ_Ｈの１０％以上１００％以下に設計される。接合補助部材３０の挿入部３１は、上述したＡｌ，Ｍｇの上板１０の溶接工程時の溶融量低減および、位置決め支援効果がある。挿入部高さＰ_Ｈ１が大きいほど、アーク熱の上板１０への伝熱を防ぐため、前者の効果が高くなって望ましい。しかし、挿入部高さＰ_Ｈ１が、上板１０の板厚Ｂ_Ｈを超えて大きくなると、上板１０と下板２０にギャップができてしまうので望ましくない。したがって、挿入部高さＰ_Ｈ１の上限は、板厚Ｂ_Ｈに対し１００％である。一方、１０％より小さいと、前者の効果が得られなくなり、上板１０の溶融による溶接金属４０の脆化が著しくなる。また、後者の効果も得られなくなる。したがって、挿入部高さＰ_Ｈ１の下限は１０％である。

・挿入部の長軸側長さＰ_ＤＸ１及び短軸側長さＰ_ＤＹ１
挿入部３１の長軸側長さＰ_ＤＸ１は、上板１０の穴１１の長軸側長さＢ_ＤＸに対し８０％以上１０５％以下に設計される。また、挿入部３１の短軸側長さＰ_ＤＹ１は、上板１０の穴１１の短軸側長さＢ_ＤＹに対し８０％以上１０５％以下に設計される。上板１０の横方向（二次元方向）の移動への抵抗力としては、接合補助部材３０と下板２０の溶接に伴う熱収縮力も補助的作用を発揮するが、上板１０に設けられた穴１１の壁面と接合補助部材３０の挿入部３１の物理的接触が主体的役割を担う。後者の場合、接合状態で接合補助部材３０の挿入部３１と上板１０の穴１１に隙間が無い状態が最善である。したがって、挿入部３１の長軸側長さＰ_ＤＸ１と穴１１の長軸側長さＢ_ＤＸ、及び挿入部３１の短軸側長さＰ_ＤＹ１と穴１１の短軸側長さＢ_ＤＹは同一（１００％）が理想的となる。ただし、接合補助部材３０の挿入部３１の各長さが多少長くても、上板１０の穴１１まわりの弾性変形分を強引に押し込むことができるので問題は無い。挿入部３１の各長さ直径Ｐ_ＤＸ１、Ｐ_ＤＹ１の実用的な上限は穴１１の各長さＢ_ＤＸ、Ｂ_ＤＹに対し１０５％である。一方、隙間が生じていると容易に横方向の力に対してずれが生じやすくなるので、望ましくない（図１９参照）が、隙間分移動した後は、双方接触して大きな抵抗力を発揮する。また、後述するとおり、近接して複数箇所に本実施形態の溶接法を適用すると、個々の溶接部における隙間が一様の方向性を持つことはほとんどなく、確率論的には数が増えるほど隙間の方向は分散され、ある方向の引張応力に対して、いずれかが抵抗力になり、容易にずれることはない。したがって設計精度に応じてある程度の隙間は一般的に許容される。挿入部３１の各長さ直径Ｐ_ＤＸ１、Ｐ_ＤＹ１の下限は、穴１１の各長さＢ_ＤＸ、Ｂ_ＤＹに対し８０％とするが、精度の観点では下限は９０％がより好ましい。

・非挿入部の長軸側長さＰ_ＤＸ２及び短軸側長さＰ_ＤＹ２
非挿入部３２の長軸側長さＰ_ＤＸ２は、上板１０の穴１１の長軸側長さＢ_ＤＸに対し１０５％以上に設計される。また、非挿入部３２の短軸側長さＰ_ＤＹ２は、上板１０の穴１１の短軸側長さＢ_ＤＹに対し１０５％以上に設計される。接合補助部材３０は、上述したように、板厚方向への外部応力、言い換えれば引き剥がす応力が働いた際への抵抗力としての主体的役割を持ち、特に、非挿入部３２はその役割が大きい。接合補助部材３０は非挿入部３２の長軸側長さＰ_ＤＸ２、短軸側長さＰ_ＤＹ２が大きく、かつ厚さが大きいほど板厚方向（３次元方向）の外部応力に対して強度を増すため、望ましい。図２０に示すように、非挿入部３２の長軸側長さＰ_ＤＸ２、短軸側長さＰ_ＤＹ２が穴１１の長軸側長さＢ_ＤＸ、短軸側長さＢ_ＤＹに対し１０５％未満では、接合補助部材３０が板厚方向への外部応力に対して弾塑性変形した場合、上板１０の穴１１の大きさ以下の見かけ寸法に容易になりやすく、さすれば上板１０が抜けてしまいやすくなる。つまり、接合補助部材３０が高い抵抗力を示さない。したがって、非挿入部３２の長軸側長さＰ_ＤＸ２、短軸側長さＰ_ＤＹ２は、穴１１の長軸側長さＢ_ＤＸ、短軸側長さＢ_ＤＹの１０５％をそれぞれ下限とする。より好ましくは、非挿入部３２の長軸側長さＰ_ＤＸ２、短軸側長さＰ_ＤＹ２は、穴１１の長軸側長さＢ_ＤＸ、短軸側長さＢ_ＤＹの１２０％をそれぞれ下限とするとよい。一方、接合部強度の観点では上限を設ける必要は無い。

・非挿入部の厚さＰ_Ｈ２
非挿入部３２の厚さＰ_Ｈ２は、上板１０の板厚Ｂ_Ｈの５０％以上１５０％以下に設計される。上記で述べたとおり、接合補助部材３０は外形寸法が大きく、かつ厚さＰ_Ｈ２が大きいほど板厚方向（３次元方向）の外部応力に対して強度を増すため、望ましい。この非挿入部３２の厚さＰ_Ｈ２は継手の上板１０の板厚Ｂ_Ｈに応じて大きくすることで高い抵抗力を発揮する。非挿入部３２の厚さＰ_Ｈ２が上板１０の板厚Ｂ_Ｈの５０％未満では、接合補助部材３０の非挿入部３２が板厚方向への外部応力に対して容易に弾塑性変形を生じ、上板１０の穴１１の大きさ以下の見かけ寸法になると、抜けやすくなる。つまり、接合補助部材３０が高い抵抗力を示さない。したがって、非挿入部３２の厚さＰ_Ｈ２は上板１０の板厚Ｂ_Ｈの５０％を下限とする。一方、非挿入部３２の厚さＰ_Ｈ２が上板１０の板厚Ｂ_Ｈの１５０％を超えて大きくすると、継手強度的には問題ないが、過剰に張り出した形状となって外観が悪いだけでなく、重量も重くなる。したがって、非挿入部３２の厚さＰ_Ｈ２は、上板１０の板厚Ｂ_Ｈの１５０％以下にすることが必要である。

また、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、アークによる充填溶接工程において、接合補助部材３０の表面上に余盛りＷａが形成される際、余盛りＷａの長軸側長さＷ_ＤＸ、短軸側長さＷ_ＤＹは、接合補助部材３０の中空部３３の長軸側長さＰ_ＳＸ、短軸側長さＰ_ＳＹの１０５％以上に設定される。
上述のとおり、接合補助部材３０は、板厚方向（３次元方向）の外部応力に対して抵抗力を発揮する役割があるが、中空部３３を完全に埋めなければ高い抵抗力を発揮しない。中空部３３が完全に埋まらず、中空部３３の内側面が残った状態であると、接合補助部材３０と溶接金属４０との結合面積が不足し、容易に外れてしまうことがある。接合補助部材３０と溶接金属４０の結合面積を高めるためには、完全に充填し、余盛りＷａが形成されることが望ましい。余盛りＷａが形成されると、その長軸側長さＷ_ＤＸ、短軸側長さＷ_ＤＹは接合補助部材３０の中空部３３の長軸側長さＰ_ＳＸ、短軸側長さＰ_ＳＹを超えることになる。余盛りＷａの長軸側長さＷ_ＤＸ、短軸側長さＷ_ＤＹは、それぞれ接合補助部材３０の穴部３３の長軸側長さＰ_ＳＸ、短軸側長さＰ_ＳＹの１０５％以上とすると確実に余盛り形成されたことになるため、これを下限値とする。

なお、上板１０及び下板２０の板厚については、限定される必要は必ずしもないが、施工能率と、重ね溶接としての形状を考慮すると、上板１０の板厚は、４．０ｍｍ以下であることが望ましい。一方、アーク溶接の入熱を考慮すると、板厚が過度に薄いと溶接時に溶け落ちてしまい、溶接が困難であることから、上板１０、下板２０共に０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。

以上の構成により、上板１０がアルミニウム合金もしくはマグネシウム合金、下板２０が鋼の素材を強固に接合することができる。

ここで、異種金属同士を直接接合する場合の課題としては、ＩＭＣの形成という課題以外に、もう一つの課題が知られている。それは、異種金属同士が接すると、ガルバニ電池を形成する為に腐食を加速する原因になる。この原因（電池の陽極反応）による腐食は電食と呼ばれている。異種金属同士が接する面に水があると腐食が進むので、接合箇所として水が入りやすい場所に本実施形態が適用される場合は、電食防止を目的として、水の浸入を防ぐためのシーリング処理を施す必要がある。本接合法でもＡｌ合金やＭｇ合金と鋼が接する面は複数形成されるので、樹脂系の接着剤をさらなる継手強度向上の目的のみならず、シーリング材として用いることが好ましい。

例えば、図２１Ａ及び図２１Ｂに示す第１変形例のように、上板１０及び下板２０の接合面で、溶接部周囲に接着剤６０を全周に亘って環状に塗布してもよい。なお、接着剤６０を上板１０及び下板２０の接合面で、溶接部周囲に全周に亘って塗布する方法としては、図２２Ａ及び図２２Ｂに示す第２変形例のように、溶接箇所を除いた接合面の全面に塗布する場合も含まれる、これにより、上板１０、下板２０、及び溶接金属４０の電食速度を下げることができる。

また、図２３Ａ及び図２３Ｂに示す第３変形例のように、上板１０の穴１１の周囲と接合補助部材３０の下面との間に接着剤６０を塗布してもよい。これにより、上板１０、接合補助部材３０、及び溶接金属４０の電食速度を下げることができる。
この場合、副次的効果として、アーク溶接前に接合補助部材３０を上板１０に仮止めしておく作用がある。特に、図２４に示すように、アーク溶接が、横向や上向姿勢になる場合、接着剤６０を塗布しておくことで、接合補助部材３０が重力によって落下するのを防ぐことができ、溶接を適切に施工することができる。

さらに、図２５Ａ及び図２５Ｂに示す第４変形例のように、接合補助部材３０と上板１０の表面との境界部に接着剤６０を塗布してもよい。これにより、電食速度低下の効果が得られると共に、接着剤塗布をアーク溶接前に行えば、接合補助部材３０を上板１０に仮止めしておく作用が得られる。なお、図２３Ａ及び図２３Ｂに示す第３変形例では、塗布は溶接工程前にしか実施できないが、図２５Ａ及び図２５Ｂに示す第４変形例では、塗布は溶接工程前でも溶接工程後でも可能である。

なお、接合補助部材３０の上板１０との接触面は、図２６Ａに示すように、必ずしも平坦な面である必要はない。即ち、接合補助部材３０の上板１０との接触面は、図２６Ｂ及び図２６Ｃに示すように、必要に応じてスリット３４ａ、３４ｂを設けて良い。特に、上板１０との接触面側に円周状のスリット３４ａ、格子状のスリット３４ｂ、又は放射状のスリット（図示せず）を設けると、接着剤６０の塗布がスリット３４ａ、３４ｂの隙間に入り込んで逃げなくなるため、安定した接着が行なわれ、シーリングの効果も確実となる。このような平坦ではない面の場合の接合補助部材３０の厚さＰ_Ｈ２の定義は、高さの最も大きな部分とする。

また、図２７に示すように、接合補助部材３０の辺に当たる箇所には、使用時の安全性や鍛造時の制限などの点から、丸みを持たせることには何ら問題がない。特に、中空部３３の上面端面はすり鉢状に広げておくと、溶接金属４０と接合補助部材３０の馴染み性が向上し、外観が向上する効果もある。

さらに、図２８に示す第５変形例のように、下板２０に膨出部２１を設けてもよい。
Ａｌ合金やＭｇ合金製の上板１０の板厚が比較的薄い場合には、下板２０は無加工とし、上板１０は穴開けして、接合時に接合補助部材３０を穴１１に挿入するだけで良好な溶接が可能となる。しかし、上板１０の板厚が大きいと、溶接工程で、接合補助部材３０の中空部３３を充填するのに時間がかかり、能率が悪くなる。また、熱量が過大となって、充填完了するより先に下板２０の鋼板が溶け落ちしてしまいやすくなる。このため、下板２０について絞り加工で膨出部２１を設ければ、穴１１の体積が小さくなるので溶け落ち欠陥を防ぎながら、充填することができる。

また、第５変形例では、下板２０の膨出部２１は、上板１０と下板２０とを位置合わせをするための目印となり、下板２０の膨出部２１と上板１０の穴１１を容易に合わせることができ、重ね合わせ作業の効率向上につながる。

なお、膨出部２１の絞り加工は、図２９Ａに示すように、下板２０の膨出部２１が形成される部分の周辺部をダイ５２で拘束する。そして、図２９Ｂに示すように、膨出部２１が形成される部分に圧力をかけてポンチ５３を押し込むことで、膨出部２１が成形される。また、ポンチ５３の先端形状は、上板１０に設けられた穴１１と相似形状であることが望ましい。

また、本実施形態の溶接法は、接合面積が小さい点溶接と言えるので、ある程度の接合面積を有する実用部材同士の重ね合わせ部分Ｊを接合する場合は、本溶接法を図３０Ａ〜図３０Ｃに示すように、複数実施すればよい。これにより、重ね合わせ部分Ｊにおいて強固な接合が行われる。本実施形態は、図３０Ｂ及び図３０Ｃに示すような開断面構造にも使用できるが、特に、図３０Ａに示すような閉断面構造において好適に使用することができる。

以上説明したように、本実施形態の異材接合用アーク溶接法によれば、上板１０に縦横長さの異なる非円形の穴１１を空ける工程と、上板１０と下板２０を重ね合わせる工程と、挿入部３１と非挿入部３２とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、挿入部３１及び非挿入部３２を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部３３が形成される鋼製の接合補助部材３０を、上板１０に設けられた穴１１に挿入する工程と、以下の（ａ）〜（ｅ）のいずれかの手法によって、接合補助部材３０の中空部３３を溶接金属４０で充填すると共に、下板２０及び接合補助部材３０を溶接する工程と、を備える。

（ａ）鉄合金、または、Ｎｉ合金の溶接金属４０が得られる溶接ワイヤを溶極として用いるガスシールドアーク溶接法。
（ｂ）前記溶接ワイヤを溶極として用いるノンガスアーク溶接法。
（ｃ）前記溶接ワイヤを非溶極フィラーとして用いるガスタングステンアーク溶接法。
（ｄ）前記溶接ワイヤを非溶極フィラーとして用いるプラズマアーク溶接法。
（ｅ）鉄合金、または、Ｎｉ合金の溶接金属４０が得られる被覆アーク溶接棒を溶極として用いる被覆アーク溶接法。
これにより、Ａｌ合金もしくはＭｇ合金の上板１０と鋼の下板２０を、安価なアーク溶接設備を用いて、強固かつ信頼性の高い品質で接合でき、かつ開断面構造にも閉断面構造にも制限無く適用できる。

また、下板２０には、絞り加工により膨出部２１が形成されており、重ね合わせ工程において、下板２０の膨出部２１が、上板１０の穴１１内に配置される。これにより、上板１０の板厚が大きな場合でも溶け落ち欠陥を防止して溶接することができ、また、上板１０と下板２０を容易に位置決めすることができる。

また、重ね合わせ工程の前に、上板１０と下板２０の少なくとも一方の重ね合せ面には、穴１１の周囲に、全周に亘って接着剤６０を塗布する工程を、さらに備える。これにより、接着剤は、継手強度向上の他、シーリング材として作用し、上板１０、下板２０及び溶接金属４０の電食速度を下げることができる。

また、配置工程において、接合補助部材３０と、該接合補助部材と対向する上板１０との間の少なくとも一方の対向面に、接着剤６０を塗布する。これにより、上板１０、接合補助部材３０及び溶接金属４０の電食速度を下げることができる。

また、配置工程の際、又は、充填溶接工程後に、接合補助部材３０と、上板１０の表面との境界部に接着剤６０を塗布する。これにより、上板１０と接合補助部材３０の接合強度を向上することができる。なお、挿入工程の際に、接着剤６０を塗布すれば、接合補助部材３０を仮止めできる作用が得られる。

また、接合補助部材３０の挿入部３１の高さＰ_Ｈ１は、上板１０の板厚Ｂ_Ｈの１０％以上１００％以下であるので、溶接工程時の上板１０の溶融量を低減でき、且つ、接合補助部材３０の位置決めを支援することができる。

また、接合補助部材３０の挿入部３１の長軸側長さＰ_ＤＸ１は、上板１０の穴１１の長軸側長さＢ_ＤＸに対し８０％以上１０５％以下であるので、溶接金属４０内の金属間化合物の抑制、及び、せん断応力による位置ずれや、上下剥離応力による上板１０の抜けを防止することができる。
また、接合補助部材３０の挿入部３１の短軸側長さＰ_ＤＹ１は、上板１０の穴１１の短軸側長さＢ_ＤＹに対し８０％以上１０５％以下であるので、溶接金属４０内の金属間化合物の抑制、及び、せん断応力による位置ずれや、上下剥離応力による上板１０の抜けを防止することができる。

また、接合補助部材３０の非挿入部３２の長軸側長さＰ_ＤＸ２は、上板１０の穴１１の長軸側長さＢ_ＤＸに対し１０５％以上であるので、接合補助部材３０は、板厚方向の外部応力への抵抗力として機能することができる。
また、接合補助部材３０の非挿入部３２の短軸側長さＰ_ＤＹ２は、上板１０の穴１１の短軸側長さＢ_ＤＹに対し１０５％以上であるので、接合補助部材３０は、板厚方向の外部応力への抵抗力として機能することができる。

また、接合補助部材３０の非挿入部３２の厚さＰ_Ｈ２は、上板１０の板厚Ｂ_Ｈの５０％以上１５０％以下であるので、接合補助部材３０は、外観性及び重量増を考慮しつつ、板厚方向の外部応力への抵抗力として機能することができる。

また、充填溶接工程において、接合補助部材の表面上に余盛りＷａが形成され、かつ余盛りＷａの長軸側長さＷ_ＤＸが、接合補助部材３０の中空部３３の長軸側長さＰ_ＳＸに対し、１０５％以上となるので、余盛りＷａは、板厚方向の外部応力への抵抗力として機能することができる。
また、充填溶接工程において、接合補助部材の表面上に余盛りＷａが形成され、かつ余盛りＷａの短軸側長さＷ_ＤＹが、接合補助部材３０の中空部３３の短軸側長さＰ_ＳＹに対し、１０５％以上となるので、余盛りＷａは、板厚方向の外部応力への抵抗力として機能することができる。

また、本実施形態の接合補助部材３０は、鋼製で、挿入部３１と非挿入部３２とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、挿入部３１及び非挿入部３２を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部３３が形成される。これにより、接合補助部材３０は、上述した異材接合用アーク溶接法に好適に用いられる。

また、本実施形態の異材溶接継手１は、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の上板１０と、上板１０にアーク溶接された、鋼製の下板２０と、を備え、上板１０は、下板２０との重ね合わせ面に臨む縦横長さの異なる非円形の穴１１を有し、上板１０に設けられた穴１１に挿入される挿入部３１と、非挿入部３２と、を持った段付きの外形形状を有し、且つ、挿入部３１及び非挿入部３２を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部３３が形成される鋼製の接合補助部材３０をさらに備え、接合補助部材３０の中空部３３は、鉄合金、または、Ｎｉ合金の溶接金属４０で充填されると共に、溶接金属４０と、溶融された下板２０及び接合補助部材３０の一部とによって溶融部Ｗが形成される。
これにより、Ａｌ合金もしくはＭｇ合金の上板１０と鋼の下板２０とを備えた異材溶接継手１は、安価なアーク溶接設備を用いて、強固かつ信頼性の高い品質で接合され、かつ開断面構造にも閉断面構造にも制限無く適用できる。

尚、本発明は、前述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

ここで、以下の実施例Ａ〜Ｅを用いて、本実施形態の有効性を確認した。

＜実施例Ａ＞
実施例Ａでは、上板１０を板厚１．６ｍｍのアルミニウム合金Ａ５０８３、下板２０を板厚１．４ｍｍの５９０ＭＰａ級高張力鋼板とした組合せの重ね継手を用いた。また、この重ね継手は、直径１．２ｍｍのＪＩＳ Ｚ３３１２ Ｇ７８Ａ４ＭＮ５ＣＭ３Ｔの鋼製溶接ワイヤを用い、Ａｒ８０％＋ＣＯ_２２０％の混合ガスをシールドガスとしたマグ溶接
法にて、溶接ワイヤを移動させながらアーク溶接を行って接合された。

この溶接継手１に対して、ＪＩＳ Ｚ３１３６「抵抗スポット及びプロジェクション 溶接継手のせん断試験に対する試験片寸法及び試験方法」、およびＪＩＳ Ｚ３１３７「抵抗スポット及びプロジェクション溶接継手の十字引張試験」に従って、破壊試験を行った。なお、上板１０に設けられた穴１１の長軸側、及び接合補助部材３０の中空部３３の長軸側が、試験片である長方形の上板１０の短手側を向くようにした。ここでは、Ｚ３１３６の引張強度をＴＳＳとして表し、Ｚ３１３７の引張強度をＣＴＳとして表す。合否判定値として、ＴＳＳ≧８ｋＮ、ＣＴＳ≧５ｋＮとした。

さらに、必須ではないが好ましい性能値として、溶接継手を塩水噴霧→乾燥→湿潤を繰り替えして加速腐食させるＪＡＳＯ−ＣＣＴ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｙｃｌｉｃ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｔｅｓｔ）を２８日間実施し、その後同様に破壊試験を実施して、腐食後ＴＳＳおよび腐食後ＣＴＳを取得した。これら好ましい性能値の合格判定値は腐食無し試験の値に対し８０％以上とした。

表１では、比較例をＮｏ．Ａ１〜Ａ５、本実施例をＮｏ．Ａ６〜Ａ１６に示す。

Ｎｏ．Ａ１は、接合補助部材を用いず、上板１０に穴も開けず、上板１０に対して直接アーク溶接を実施したものである。また、接着剤も用いていない。鋼製溶接ワイヤとアルミ母材が溶融混合するので、形成された溶接金属は極めて脆い金属間化合物となり、低いＴＳＳ，ＣＴＳとなった。

Ｎｏ．Ａ２は上板１０に長軸長さ９．０ｍｍ、短軸長さ７．０ｍｍの角丸長方形の穴１１を設けるが、接合補助部材３０を用いないでアーク溶接を実施したものである。Ｎｏ．Ａ１に比べると溶接金属のアルミ混合量が低下するので、金属間化合物量が少なく、脆化度合も低いが、それでもなお低いＴＳＳ，ＣＴＳであった。

Ｎｏ．Ａ３は穴開けをしていない上板１０の上に接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０の材質はＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ｃであり、外形形状が上板１０の穴１１と相似形である（以降、実施例Ａの材質は同じ）。なお、ここでは接合補助部材３０には穴開けをしていない。この結果、接合補助部材３０と上板１０を貫通して下板２０まで溶け込ますことができず、溶接することができなかった。

Ｎｏ．Ａ４は長軸長さ９．０ｍｍ、短軸長さ７．０ｍｍの角丸長方形の穴開けをした上板１０の上に接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。なお、ここでは接合補助部材３０には穴開けをしていない。この結果、接合補助部材３０を貫通して下板２０まで溶け込ますことは何とかできたものの、下板２０の溶込み幅が非常に小さく、破壊試験をすると容易に破断した。

Ｎｏ．Ａ５は穴開けをしていない上板１０の上に接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０には長軸長さ７．０ｍｍ、短軸長さ５．０ｍｍの角丸長方形の穴開けをしている。この結果、溶接金属はＮｏ．Ａ１と同様に鋼製溶接ワイヤとアルミ母材が溶融混合したものになるので、形成された溶接金属は極めて脆い金属間化合物となり、低いＴＳＳ，ＣＴＳとなった。

一方、Ｎｏ．Ａ６〜Ａ１６は、長軸長さ９．０ｍｍ、短軸長さ７．０ｍｍの角丸長方形の穴開けをした上板１０の上に角丸長方形の接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０には本発明の範囲の適当なサイズの角丸長方形の穴開けを施しており、挿入部３１が上板１０の穴１１に収まるように加工された段付き形状となっている。これらの試験体では形成される溶接金属４０のアルミ流入が接合補助部材３０の挿入部３１の存在によりゼロもしくは極めて低く抑制され、高品質の溶接金属が形成される。さらに、下板２０の溶込みも十分大きくなり、また接合補助部材３０の非挿入部３２が上板１０の穴１１に対して広い面積を有する構造となっているため、十字引張試験ではすっぽ抜けが防げて高いＣＴＳも得られた。さらにまた、適切な箇所に金属用常温速硬化型２液混合接着材を塗布した試験体（Ａ７〜Ａ９，Ａ１２〜Ａ１６）では、アルミと鋼界面の電食を防ぐ作用があり、腐食によるＣＴＳやＴＳＳの低下が抑制されて、高い腐食後ＣＴＳ，ＴＳＳを示した。具体的にはＮｏ．Ａ６に対して、Ｎｏ．Ａ７、Ｎｏ．Ａ８、Ｎｏ．Ａ９と接着剤塗布箇所を増やすにつれ、腐食後ＴＳＳおよび腐食後ＣＴＳが順に高まっていることがわかる。Ｎｏ．Ａ１５は、接合補助部材３０の非挿入部３２の厚さＰ_Ｈ２が最も好ましい範囲を超えているが、継手性能としては全く問題無く良好な性能である。ただし、他と比較して長い溶接時間を要し、かつ外観的も平坦性に欠けることから美しくないという点で最も好ましい範囲から外れている事例である。

＜実施例Ｂ＞
実施例Ｂでは、上板１０を板厚０．８ｍｍのマグネシウム合金ＡＳＴＭ ＡＺ３１Ｂ、下板２０を板厚１．０ｍｍの７８０ＭＰａ級高張力鋼板とした組合せの重ね継手を用いた。また、この重ね継手は、Ａｒ１００％ガスをシールドガスとして用いた交流ティグ溶接法にて、直径１．０ｍｍのＪＩＳ Ｚ３３１７ Ｗ５５−１ＣＭ３の鋼製溶接ワイヤを非通電フィラーとして挿入しながらタングステン電極とフィラーワイヤを移動させながらアーク溶接を行って接合した。

この溶接継手１に対して、ＪＩＳ Ｚ３１３６およびＪＩＳ Ｚ３１３７に従って、破壊試験を行った。なお、上板１０に設けられた穴１１の長軸側、及び接合補助部材３０の中空部３３の長軸側が、試験片である長方形の上板１０の短手側を向くようにした。ここではＺ３１３６の引張強度をＴＳＳとして表し、Ｚ３１３７の引張強度をＣＴＳと表す。合否判定値として、ＴＳＳ≧４ｋＮ、ＣＴＳ≧３ｋＮとした。

さらに、必須ではないが好ましい性能値として、実施例Ａと同様に、溶接継手１に対してＪＡＳＯ−ＣＣＴを２８日間実施し、その後同様に破壊試験を実施して、腐食後ＴＳＳおよび腐食後ＣＴＳを取得した。これら好ましい性能値の合格判定値は腐食無し試験の値に対し８０％以上とした。

表２では、比較例をＮｏ．Ｂ１〜Ｂ５、本実施例をＮｏ．Ｂ６〜Ｂ１６に示す。

Ｎｏ．Ｂ１は接合補助部材を用いず、上板１０に穴も開けず、上板１０に対して直接アーク溶接を実施したものである。接着剤も用いていない。鋼製溶接ワイヤとマグネシウム母材が溶融混合するので、形成された溶接金属は極めて脆い金属間化合物となり、低いＴＳＳ，ＣＴＳとなった。

Ｎｏ．Ｂ２は上板１０に長軸長さ７．０ｍｍ×短軸長さ５．０ｍｍの半円−長方形−半円からなる長円形の穴１１を設けるが、接合補助部材を用いないでアーク溶接を実施したものである。Ｎｏ．Ｂ１に比べると溶接金属のマグネシウム合金混合量が低下するので、金属間化合物量が少なく、脆化度合も低いが、それでもなお低いＴＳＳ，ＣＴＳであった。

Ｎｏ．Ｂ３は穴開けをしていない上板１０の上に接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０の材質はＪＩＳ Ｇ３１０１ ＳＳ４００であり、外形形状が円形である（以降、実施例Ｂの材質、外径形状は同じ）。なお、ここでは接合補助部材３０には穴開けをしていない。この結果、接合補助部材３０と上板１０を貫通して下板２０まで溶け込ますことは何とかできたものの、下板２０の溶込み幅が非常に小さく、破壊試験をすると容易に破断した。

Ｎｏ．Ｂ４は、Ｎｏ．Ｂ２と同様の長円形の穴１１を穴開けをした上板１０の上に接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。なお、ここでは接合補助部材３０には穴開けをしていない。この結果、接合補助部材３０を貫通して下板２０まで溶け込ますことは何とかできたものの、下板２０の溶込み幅が非常に小さく、破壊試験をすると容易に破断した。

Ｎｏ．Ｂ５は穴開けをしていない上板１０の上に接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０には長軸長さ５．５ｍｍ×短軸長さ３．５ｍｍの半円−長方形−半円からなる長円形の穴開けをしている。この結果、溶接金属はＮｏ．Ｂ１と同様に鋼製溶接ワイヤとマグネシウム合金母材が溶融混合したものになるので、形成された溶接金属は極めて脆い金属間化合物となり、低いＴＳＳ，ＣＴＳとなった。

一方、Ｎｏ．Ｂ６〜Ｂ１６は、長軸長さ７．０ｍｍ×短軸長さ５．０ｍｍの半円−長方形−半円からなる長円形の穴１１を穴開けをした上板１０の上に円形の接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０には本発明の範囲の適切なサイズの半円−長方形−半円からなる長円形の穴開けを施しており、挿入部３１が上板１０の穴１１に収まるように加工された段付き形状となっている。これらの試験体では形成される溶接金属４０のマグネシウム流入が接合補助部材３０の挿入部３１の存在によりゼロもしくは極めて低く抑制され、高品質の溶接金属４０が形成される。さらに、下板２０の溶込みも十分大きくなり、また接合補助部材３０の非挿入部３２が上板１０の穴１１に対して広い面積を有する構造となっているため、十字引張試験ではすっぽ抜けが防げて高いＣＴＳも得られた。さらにまた、適切な箇所に接着材を塗布した試験体（Ｂ７〜Ｂ１６）では、マグネシウム合金と鋼界面の電食を防ぐ作用があり、腐食によるＣＴＳやＴＳＳの低下が抑制されて、高い腐食後ＣＴＳ，ＴＳＳを示した。具体的にはＮｏ．Ｂ６に対して、Ｎｏ．Ｂ７、Ｎｏ．Ｂ８、Ｎｏ．Ｂ９と接着剤塗布箇所を増やすにつれ、腐食後ＴＳＳおよび腐食後ＣＴＳが順に高まっていることがわかる。

＜実施例Ｃ＞
実施例Ｃでは、上板１０が板厚３．６ｍｍのアルミニウム合金Ａ６０６１、下板２０が板厚２．６ｍｍの４００ＭＰａ級鋼板とした組合せの重ね継手を用いた。また、重ね継手は、直径４．０ｍｍのＪＩＳ Ｚ３２２４ ＥＮｉ６０６２のＮｉ合金被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接法にて、溶接棒を移動させながらアーク溶接を行って接合した。なお、上板１０に穴開けを施した場合、下板２０の溶接箇所にポンチによる深絞り加工を行い、１．８ｍｍの高さ、すなわち上板１０に設けた穴１１の板厚中央まで入り込むように加工した。

この溶接継手１に対して、ＪＩＳ Ｚ３１３６およびＪＩＳ Ｚ３１３７に従って、破壊試験を行った。なお、上板１０に設けられた穴１１の長軸側、及び接合補助部材３０の中空部３３の長軸側が、試験片である長方形の上板１０の短手側を向くようにした。ここではＺ３１３６の引張強度をＴＳＳとして表し、Ｚ３１３７の引張強度をＣＴＳと表す。合否判定値として、ＴＳＳ≧９ｋＮ、ＣＴＳ≧６ｋＮとした。

さらに、必須ではないが好ましい性能値として、実施例Ａ、Ｂと同様に、溶接継手１に対して、ＪＡＳＯ−ＣＣＴを２８日間実施し、その後同様に破壊試験を実施して、腐食後ＴＳＳおよび腐食後ＣＴＳを取得した。これら好ましい性能値の合格判定値は腐食無し試験の値に対し８０％以上とした。

表３では、比較例をＮｏ．Ｃ１〜Ｃ５、本実施例をＮｏ．Ｃ６〜Ｃ１３に示す。

Ｎｏ．Ｃ１は接合補助部材を用いず、上板１０に穴も開けず、上板１０に対して直接アーク溶接を実施したものである。接着剤も用いていない。Ｎｉ合金溶接棒とアルミニウム母材が溶融混合するので、形成された溶接金属は極めて脆い金属間化合物となり、低いＴＳＳ，ＣＴＳとなった。

Ｎｏ．Ｃ２は上板１０に長径１２．０ｍｍ、短径９．０ｍｍの楕円形状の穴１１を設けるが、接合補助部材３０を用いないでアーク溶接を実施したものである。Ｎｏ．Ｃ１に比べると溶接金属のアルミニウム合金混合量が低下するので、金属間化合物量が少なく、脆化度合も低いが、それでもなお低いＴＳＳ，ＣＴＳであった。

Ｎｏ．Ｃ３は穴開けをしていない上板１０の上に接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０の材質はＪＩＳ Ｇ４０５１ Ｓ１２Ｃであり、外径形状は角丸正方形である（以降、実施例Ｃの材質、外径形状は同じ）。なお、ここでは接合補助部材３０には穴開けをしていない。この結果、接合補助部材３０と上板１０を貫通して下板２０まで溶け込ますことができず、溶接することができなかった。

Ｎｏ．Ｃ４は長径１２．０ｍｍ、短径９．０ｍｍの楕円形状の穴開けをした上板１０の上に接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。なお、ここでは接合補助部材３０には穴開けをしていない。この結果、接合補助部材３０を貫通して下板２０まで溶け込ますことは何とかできたものの、下板２０の溶込み幅が非常に小さく、破壊試験をすると容易に破断した。

Ｎｏ．Ｃ５は穴開けをしていない上板１０の上に接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０には長径９．５ｍｍ、短径６．５ｍｍの楕円形状の穴開けをしている。この結果、溶接金属はＮｏ．Ｃ１と同様にＮｉ合金溶接棒とマグネシウム合金母材が溶融混合したものになるので、形成された溶接金属は極めて脆い金属間化合物となり、低いＴＳＳ，ＣＴＳとなった。

一方、Ｎｏ．Ｃ６〜Ｃ１３は、長径１２．０ｍｍ、短径９．０ｍｍの楕円形状の穴開けをした上板１０の上に角丸正方形の接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０には本発明の範囲の適切なサイズの楕円形の穴開けを施しており、挿入部３１が上板１０の穴１１に収まるように加工された段付き形状となっている。これらの試験体では形成される溶接金属のアルミ流入が接合補助部材３０の挿入部３１の存在によりゼロもしくは極めて低く抑制され、高品質の溶接金属が形成される。さらに、下板２０の溶込みも十分大きくなり、また接合補助部材３０の非挿入部３２が上板１０の穴１１に対して広い面積を有する構造となっているため、十字引張試験ではすっぽ抜けが防げて高いＣＴＳも得られた。上板１０の板厚は３．６ｍｍと比較的厚いが、下板２０の深絞り加工によって溶接箇所では接合補助部材３０と下板２０間の距離が小さくなり、溶接能率の向上や溶落ち防止効果が得られた。さらにまた、適切な箇所に接着材を塗布した試験体（Ｎｏ．Ｃ７〜Ｃ１１）では、アルミと鋼界面の電食を防ぐ作用があり、腐食によるＣＴＳやＴＳＳの低下が抑制されて、高い腐食後ＣＴＳ，ＴＳＳを示した。

＜実施例Ｄ＞
実施例Ｄでは、上板１０が板厚１．２ｍｍのアルミニウム合金Ａ６Ｎ０１、下板２０が板厚１．２ｍｍのＳＰＣＣ鋼板とした組合せの重ね継手を用いた。また、重ね継手は、直径１．２ｍｍのＪＩＳ Ｚ３３１３ Ｔ４９ＹＴ４−０ＮＡの鋼製フラックス入りワイヤを用いたセルフシールドアーク溶接法にて、溶接ワイヤを移動させながらアーク溶接を行って接合した。

この溶接継手１に対して、ＪＩＳ Ｚ３１３６およびＪＩＳ Ｚ３１３７に従って、破壊試験を行った。なお、上板１０に設けられた穴１１の長軸側、及び接合補助部材３０の中空部３３の長軸側が、試験片である長方形の上板１０の短手側を向くようにした。ここではＺ３１３６の引張強度をＴＳＳとして表し、Ｚ３１３７の引張強度をＣＴＳと表す。合否判定値として、ＴＳＳ≧６ｋＮ、ＣＴＳ≧４ｋＮとした。

さらに、必須ではないが好ましい性能値として、実施例Ａ，Ｂ，Ｃと同様に、溶接継手１に対して、ＪＡＳＯ−ＣＣＴを２８日間実施し、その後同様に破壊試験を実施して、腐食後ＴＳＳおよび腐食後ＣＴＳを取得した。これら好ましい性能値の合格判定値は腐食無し試験の値に対し８０％以上とした。

表４では、比較例をＮｏ．Ｄ１〜Ｄ２、本実施例をＮｏ．Ｄ３〜Ｄ５に示す。

Ｎｏ．Ｄ１は接合補助部材を用いず、上板１０に穴も開けず、上板１０に対して直接アーク溶接を実施したものである。接着剤も用いていない。鋼製溶接ワイヤとアルミニウム母材が溶融混合するので、形成された溶接金属は極めて脆い金属間化合物となり、低いＴＳＳ，ＣＴＳとなった。

Ｎｏ．Ｄ２は上板１０に９．０ｍｍ×６．０ｍｍの長方形の穴１１を設けるが、接合補助部材３０を用いないでアーク溶接を実施したものである。Ｎｏ．Ｄ１に比べると溶接金属のアルミニウム合金混合量が低下するので、金属間化合物量が少なく、脆化度合も低いが、それでもなお低いＴＳＳ，ＣＴＳであった。

一方、Ｎｏ．Ｄ３〜Ｄ５は、９．０ｍｍ×６．０ｍｍの長方形の穴開けをした上板１０の上に、ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ材を加工した円形の接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０には本発明の範囲の適当なサイズの長方形の穴開けを施しており、挿入部３１が上板１０の穴１１に収まるように加工された段付き形状となっている。これらの試験体では形成される溶接金属４０のアルミ流入が接合補助部材３０の挿入部３１の存在によりゼロもしくは極めて低く抑制され、高品質の溶接金属４０が形成される。さらに、下板２０の溶込みも十分大きくなり、また接合補助部材３０の非挿入部３２が上板１０の穴１１に対して広い面積を有する構造となっているため、十字引張試験ではすっぽ抜けが防げて高いＣＴＳも得られた。さらにまた、適切な箇所に接着材を塗布した試験体Ｎｏ．Ｄ４、Ｄ５では、アルミと鋼界面の電食を防ぐ作用があり、腐食によるＣＴＳやＴＳＳの低下が抑制されて、高い腐食後ＣＴＳ，ＴＳＳを示した。具体的には、接着材無しの試験体Ｎｏ．Ｄ３に比べて接着剤を塗布したＮｏ．Ｄ４は腐食後ＣＴＳ，ＴＳＳが向上している。

＜実施例Ｅ＞
実施例Ｅでは、上板１０を板厚４．０ｍｍのアルミニウム合金Ａ７Ｎ０１、下板２０を板厚３．０ｍｍの１１８０ＭＰａ級高張力鋼板とした組合せの重ね継手を用いた。下板２０の溶接すべき箇所には、絞り加工により高さ１．５ｍｍの膨出部２１を形成した。また、この重ね継手は、直径１．２ｍｍのＪＩＳ Ｚ３３２１ ＹＳ３０９Ｌのステンレス鋼製溶接ワイヤを用い、シールドガス：Ａｒ９９％＋Ｈ_２１％、プラズマガス：Ａｒ１００
％としたプラズマアーク溶接法にて、溶接ワイヤを移動させながらアーク溶接を行って接合された。

この溶接継手１に対して、ＪＩＳ Ｚ３１３６「抵抗スポット及びプロジェクション 溶接継手のせん断試験に対する試験片寸法及び試験方法」、およびＪＩＳ Ｚ３１３７「抵抗スポット及びプロジェクション溶接継手の十字引張試験」に従って、破壊試験を行った。なお、上板１０に設けられた穴１１の長軸側、及び接合補助部材３０の中空部３３の長軸側が、試験片である長方形の上板１０の短手側を向くようにした。ここでは、Ｚ３１３６の引張強度をＴＳＳとして表し、Ｚ３１３７の引張強度をＣＴＳとして表す。合否判定値として、ＴＳＳ≧１０ｋＮ、ＣＴＳ≧８ｋＮとした。

さらに、必須ではないが好ましい性能値として、実施例Ａ〜Ｄと同様に、溶接継手１に対してＪＡＳＯ−ＣＣＴを２８日間実施し、その後同様に破壊試験を実施して、腐食後ＴＳＳおよび腐食後ＣＴＳを取得した。これら好ましい性能値の合格判定値は腐食無し試験の値に対し８０％以上とした。

表５では、本実施例をＮｏ．Ｅ１〜Ｅ３に示す。

Ｎｏ．Ｅ１〜Ｅ３は１３．０ｍｍ×１０．０ｍｍの角丸長方形の穴開けをした上板１０の上にＳＵＳ３０４ステンレス鋼材を加工した長方形の接合補助部材３０を載せて、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０には本発明の範囲の適当なサイズの角丸長方形の穴開けを施しており、挿入部３１が上板１０の穴１１に収まるように加工された段付き形状となっている。これらの試験体では形成される溶接金属４０へのアルミ流入が接合補助部材３０の挿入部３１の存在によりゼロもしくは極めて低く抑制され、高品質の溶接金属が形成される。さらに、下板２０の溶込みも十分大きくなり、また接合補助部材３０の非挿入部３２が上板１０の穴１１に対して広い面積を有する構造となっているため、十字引張試験ではすっぽ抜けが防げて高いＣＴＳも得られた。上板１０の板厚が４．０ｍｍと比較的厚いが、下板２０の深絞り加工によって溶接箇所では接合補助部材３０と下板２０間の距離が小さくなり、溶接能率の向上や溶落ち防止効果が得られた。さらにまた、適切な箇所に接着材を塗布した試験体Ｎｏ．Ｅ１，Ｅ３では、アルミと鋼界面の電食を防ぐ作用があり、腐食によるＣＴＳやＴＳＳの低下が抑制されて、高い腐食後ＣＴＳ，ＴＳＳを示した。具体的には、接着剤無しの試験体Ｎｏ．Ｅ２に対して、Ｎｏ．Ｅ３は接着剤塗布しており、腐食後ＴＳＳおよび腐食後ＣＴＳが向上している。

１０ 上板
１１ 穴
２０ 下板
３０ 接合補助部材
３１ 挿入部
３２ 非挿入部
３３ 中空部
４０ 溶接金属
Ｗ 溶融部
Ｗａ 余盛り

Claims (27)

1. アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の第１の板と、鋼製の第２の板と、を接合する異材接合用アーク溶接法であって、
   前記第１の板に縦横長さの異なる非円形の穴を空ける工程と、
   前記第１の板と前記第２の板を重ね合わせる工程と、
   挿入部と非挿入部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記挿入部及び前記非挿入部を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部が形成される鋼製の接合補助部材を、前記第１の板に設けられた穴に挿入する工程と、
   以下の（ａ）〜（ｅ）のいずれかの手法によって、前記接合補助部材の中空部を溶接金属で充填すると共に、前記第２の板及び前記接合補助部材を溶接する工程と、
   を備える異材接合用アーク溶接法。
   （ａ）鉄合金、または、Ｎｉ合金の前記溶接金属が得られる溶接ワイヤを溶極として用いるガスシールドアーク溶接法。
   （ｂ）前記溶接ワイヤを溶極として用いるノンガスアーク溶接法。
   （ｃ）前記溶接ワイヤを非溶極フィラーとして用いるガスタングステンアーク溶接法。
   （ｄ）前記溶接ワイヤを非溶極フィラーとして用いるプラズマアーク溶接法。
   （ｅ）鉄合金、または、Ｎｉ合金の前記溶接金属が得られる被覆アーク溶接棒を溶極として用いる被覆アーク溶接法。
2. 前記第２の板には、絞り加工により膨出部が形成されており、
   前記重ね合わせ工程において、前記第２の板の膨出部が、前記第１の板の穴内に配置される、請求項１に記載の異材接合用アーク溶接法。
3. 前記重ね合わせ工程の前に、前記第１の板と前記第２の板の少なくとも一方の重ね合せ面には、前記穴の周囲に、全周に亘って接着剤を塗布する工程を、さらに備える、請求項１又は２に記載の異材接合用アーク溶接法。
4. 前記配置工程において、前記接合補助部材と、該接合補助部材と対向する前記第１の板との間の少なくとも一方の対向面に、接着剤を塗布する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
5. 前記配置工程の際、又は、前記充填溶接工程後に、前記接合補助部材と、前記第１の板の表面との境界部に接着剤を塗布する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
6. 前記接合補助部材の挿入部の高さＰ_Ｈ１は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの１０％以上１００％以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
7. 前記接合補助部材の挿入部の長軸側長さＰ_ＤＸ１は、前記第１の板の穴の長軸側長さＢ_ＤＸに対し８０％以上１０５％以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
8. 前記接合補助部材の挿入部の短軸側長さＰ_ＤＹ１は、前記第１の板の穴の短軸側長さＢ_ＤＹに対し８０％以上１０５％以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
9. 前記接合補助部材の非挿入部の長軸側長さＰ_ＤＸ２は、前記第１の板の穴の長軸側長さＢ_ＤＸに対し１０５％以上である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
10. 前記接合補助部材の非挿入部の短軸側長さＰ_ＤＹ２は、前記第１の板の穴の短軸側長さＢ_ＤＹに対し１０５％以上である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
11. 前記接合補助部材の非挿入部の厚さＰ_Ｈ２は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの５０％以上１５０％以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
12. 前記充填溶接工程において、前記接合補助部材の表面上に余盛りが形成され、かつ前記余盛りの長軸側長さＷ_ＤＸが、前記接合補助部材の中空部の長軸側長さＰ_ＳＸに対し、１０５％以上となる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
13. 前記充填溶接工程において、前記接合補助部材の表面上に余盛りが形成され、かつ前記余盛りの短軸側長さＷ_ＤＹが、前記接合補助部材の中空部の短軸側長さＰ_ＳＹに対し、１０５％以上となる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法に用いられ、
    鋼製で、挿入部と非挿入部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記挿入部及び前記非挿入部を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部が形成される、接合補助部材。
15. アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の第１の板と、該第１の板にアーク溶接された、鋼製の第２の板と、を備える異材溶接継手であって、
    前記第１の板は、前記第２の板との重ね合わせ面に臨む縦横長さの異なる非円形の穴を有し、
    前記第１の板に設けられた穴に挿入される挿入部と、非挿入部と、を持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記挿入部及び前記非挿入部を貫通する、縦横長さの異なる非円形の中空部が形成される鋼製の接合補助部材をさらに備え、
    前記接合補助部材の中空部は、鉄合金、または、Ｎｉ合金の溶接金属で充填されると共に、前記溶接金属と、溶融された前記第２の板及び前記接合補助部材の一部とによって溶融部が形成される、異材溶接継手。
16. 前記第１の板の穴内には、前記第２の板に形成された膨出部が配置される、請求項１５に記載の異材溶接継手。
17. 前記第１の板と前記第２の板の少なくとも一方の前記重ね合せ面には、前記穴の周囲に、全周に亘って設けられた接着剤を備える、請求項１５又は１６に記載の異材溶接継手。
18. 前記接合補助部材と、該接合補助部材と対向する前記第１の板との間の少なくとも一方の対向面に設けられた接着剤を備える、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
19. 前記接合補助部材と、前記第１の板の表面との境界部に設けられた接着剤を備える、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
20. 前記接合補助部材の挿入部の高さＰ_Ｈ１は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの１０％以上１００％以下である、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
21. 前記接合補助部材の挿入部の長軸側長さＰ_ＤＸ１は、前記第１の板の穴の長軸側長さＢ_ＤＸに対し８０％以上１０５％以下である、請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
22. 前記接合補助部材の挿入部の短軸側長さＰ_ＤＹ１は、前記第１の板の穴の短軸側長さＢ_ＤＹに対し８０％以上１０５％以下である、請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
23. 前記接合補助部材の非挿入部の長軸側長さＰ_ＤＸ２は、前記第１の板の穴の長軸側長さＢ_ＤＸに対し１０５％以上である、請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
24. 前記接合補助部材の非挿入部の短軸側長さＰ_ＤＹ２は、前記第１の板の穴の短軸側長さＢ_ＤＹに対し１０５％以上である、請求項１５〜２３のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
25. 前記接合補助部材の非挿入部の厚さＰ_Ｈ２は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの５０％以上１５０％以下である、請求項１５〜２４のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
26. 前記接合補助部材の表面上に余盛りが形成され、かつ前記余盛りの長軸側長さＷ_ＤＸが、前記接合補助部材の中空部の長軸側長さＰ_ＳＸに対し、１０５％以上となる、請求項１５〜２５のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
27. 前記接合補助部材の表面上に余盛りが形成され、かつ前記余盛りの短軸側長さＷ_ＤＹが、前記接合補助部材の中空部の短軸側長さＰ_ＳＹに対し、１０５％以上となる、請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の異材溶接継手。

Images