JP2018103241A - 異材接合用アーク溶接法、接合補助部材、異材溶接継手、及び、接合補助部材付き板材 - 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、異材溶接継手、及び、接合補助部材付き板材を提供する。【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円形の穴を有し、軸部とフランジ部３２とを持った段付きの外形形状を有し、軸部がフランジ部側でくびれ部を有する鋼製の接合補助部材３０をさらに備える。接合補助部材３０は、上板１０に設けられた穴に圧入され、接合補助部材３０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、異材溶接継手、及び、接合補助部材付き板材に関する。

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３１Ａ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３１Ｂ、図３１Ｃ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、異材溶接継手、及び、接合補助部材付き板材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の板に円形の穴を空ける工程と、
軸部とフランジ部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記軸部及び前記フランジ部を貫通する中空部が形成され、前記軸部の最大外径Ｐ_Ｄ１、前記フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２、及び前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、前記軸部がフランジ部側でくびれ部を有する鋼製の接合補助部材を、前記フランジ部の露出面が前記第１の板の表面と略面一又は内側に位置するように、前記第１の板の穴に圧入する工程と、
前記第１の板と前記第２の板を重ね合わせる工程と、
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） 前記接合補助部材の厚さが前記第１の板の板厚以下である、（１）に記載の異材接合用アーク溶接法。
（３） 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）又は（２）に記載の異材接合用アーク溶接法。
（４） 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）〜（３）のいずれかに記載の異材接合用アーク溶接法。
（５） 前記圧入工程後に、前記第１の板は、プレス成形される、（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フランジ部の厚さＰ_Ｈ２は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの２０％以上８０％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フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２は、前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄに対し１１０％以上２００％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） 前記充填溶接工程において、前記フランジ部の露出面からの前記溶接金属の未充填高さＰ_Ｈ３が、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの３０％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） （１）〜（８）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、軸部とフランジ部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記軸部及び前記フランジ部を貫通する中空部が形成され、前記軸部の最大外径Ｐ_Ｄ１、前記フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２、及び前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、前記軸部がフランジ部側でくびれ部を有する、接合補助部材。

（１０） 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円形の穴を有し、
軸部とフランジ部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記軸部及び前記フランジ部を貫通する中空部が形成され、前記軸部の最大外径Ｐ_Ｄ１、前記フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２、及び前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、前記軸部がフランジ部側でくびれ部を有する鋼製の接合補助部材をさらに備え、
前記接合補助部材は、前記フランジ部の露出面が前記第１の板の表面と略面一又は内側に位置するように、前記第１の板の穴内に固定されており、
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。
（１１） 前記接合補助部材の厚さが前記第１の板の板厚以下である、（１０）に記載の異材溶接継手。
（１２） 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、（１０）又は（１１）に記載の異材溶接継手。
（１３） 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、（１０）〜（１２）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（１４） 前記接合補助部材のフランジ部の厚さＰ_Ｈ２は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの２０％以上８０％以下である、（１０）〜（１３）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（１５） 前記接合補助部材のフランジ部の幅Ｐ_Ｄ２は、前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄに対し１１０％以上２００％以下である、（１０）〜（１４）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（１６） 前記フランジ部の露出面からの前記溶接金属の未充填高さＰ_Ｈ３が、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの３０％以下である、（１０）〜（１５）のいずれかに記載の異材溶接継手。
（１７） 前記接合補助部材は、前記第１の板の穴に圧入して固定されている、（１０）〜（１６）のいずれかに記載の異材接合継手。

（１８） 鋼製の板材とアーク溶接することで異材溶接継手を形成可能な接合補助部材付き板材であって、
円形の穴を有するアルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の板材と、
軸部とフランジ部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記軸部及び前記フランジ部を貫通する中空部が形成され、前記軸部の最大外径Ｐ_Ｄ１、前記フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２、及び前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、前記軸部がフランジ部側でくびれ部を有する鋼製の接合補助部材と、
を備え、
前記接合補助部材は、前記フランジ部の露出面が前記第１の板の表面と略面一又は内側に位置するように、前記板材の穴内に固定されている、接合補助部材付き板材。
（１９） 前記接合補助部材の厚さが前記板材の板厚以下である、（１８）に記載の接合補助部材付き板材。
（２０） 前記接合補助部材は、前記板材の穴に圧入して固定されている、（１８）又は（１９）に記載の接合補助部材付き板材。

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Ｉ−Ｉ線に沿った異材溶接継手の断面図である。 本実施形態の接合補助部材の側面図である。 本実施形態の接合補助部材の正面図である。 接合補助部材の第１変形例の側面図である。 接合補助部材の第２変形例の側面図である。 第１変形例の接合補助部材を用いた異材溶接継手の図１Ｂに対応する断面図である。 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。 接合補助部材の第８変形例の正面図である。 本実施形態の異材溶接継手の断面図である。 図６ＡのＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 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圧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溶接作業を示す図である。 圧入作業の過程を説明するための断面図である。 圧入作業の過程において、フランジ部の露出面が上板の表面よりも内側に位置するまで圧入される場合を説明するための断面図である。 接合補助部材の第９変形例を示す側面図である。 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１２Ａの異材溶接継手の断面図である。 図１２Ａ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１３Ａの異材溶接継手を示す斜視図である。 図１２Ａ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１４Ａ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１５Ａの異材溶接継手の断面図である。 図１５Ａ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１５Ａ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１５Ａ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１７Ａ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１８Ａの異材溶接継手に上下剥離引張が作用した状態を示す斜視図である。 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。 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断面図である。 溶接金属の未充填高さを説明するための異材溶接継手の断面図である。 中空部が充填された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。 未充填高さが高い場合の異材溶接継手を示す断面図である。 図２４Ａ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。 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。 接合補助部材の第１０変形例を示す側面図である。 接合補助部材の第１１変形例を示す側面図である。 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断面図である。 図２９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２９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。 異材接合用アーク溶接法の第４変形例を示す図である。 異材接合用アーク溶接法の第５変形例を示す図である。

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、異材溶接継手、及び、接合補助部材付き板材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及び図１Ｂ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円形の穴１１が設けられており（図７Ａ参照）、この穴１１に接合補助部材３０全体が圧力をかけて挿入される。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、接合補助部材３０は、軸部３１と、該軸部３１に対して外向きのフランジ部３２と、を持った段付きの外形形状を有する。接合補助部材３０には、軸部３１及びフランジ部３２を貫通する円形の中空部３３が形成されている。
また、接合補助部材３０は、後述するように、軸部３１の最大外径Ｐ_Ｄ１、フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２、及び上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄの関係が、Ｐ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄを満たすと共に、全体の厚さＰ_Ｈが上板１０の板厚Ｂ_Ｈ以下に設計される（図２３Ａ参照）。

さらに、本実施形態では、軸部３１の外形形状は、フランジ部側でくびれ部３９を有する構成としている。具体的に、軸部３１は、外周面が先端からフランジ部１２側に向かって徐々に拡径し、最大外径Ｐ_Ｄ１を規定するテーパ部３５と、該テーパ部３５の最大外径Ｐ_Ｄ１よりも小径の小径円筒部３６と、を有する。したがって、小径円筒部３６によって、軸部３１の外形形状は、フランジ部側でくびれ部３９を有する。

軸部３１の外形形状は、フランジ部側でくびれ部３９を有することで、上板１０にかしめ拘束力を持って接合補助部材３０を固定するものであれば、特に限定されない。例えば、図３Ａに示すように、軸部３１は、外周面が先端からフランジ部３２まで徐々に縮径する縮径テーパ部３７としてもよい。また、図３Ｂに示すように、軸部３１は、先端側に設けられた大径円筒部３８と、フランジ部側に設けられた小径円筒部３６と、で構成してもよい。
なお、くびれ部３９における機能は、図２、図３Ａ、図３Ｂの接合補助部材３０のいずれであっても実質的に変わらないため、任意の接合補助部材３０を用いて以降の説明を行っている。また、図４は、図３Ａの接合補助部材３０を用いた場合の異材溶接継手１の図１Ｂに対応する断面図である。

接合補助部材３０のフランジ部３２の外形形状は、図２Ｂに示すような六角形に限定されず、溶接後に上板１０に空けられた穴１１を塞いでいれば、任意の形状とすることができる。つまり、図５Ａに示す円形や、図５Ｂに示す楕円形、図２Ｂ、図５Ｃ〜図５Ｆに示す四角形以上の多角形でもよい。また、図５Ｄに示すように、多角形の角部を丸くしてもよい。
また、本実施形態では、フランジ部３２は上板１０内に圧入されて用いられる。このため、上板１０と下板２０とが１個のみの接合補助部材３０で接合される場合、真円形のフランジ部３２では、上板１０に強い水平方向の回転力Ｆ_Ｒが加わると、接合補助部材３０を中心に回るように上板１０が回転してしまう可能性がある。このため、フランジ部３２の外径形状を、楕円形や多角形とすることで、図６Ｂに示すように、回転力Ｆ_Ｒが加わっても、上板１０が下板２０に対して相対的に回転するのを防止することができる。
なお、これらの接合補助部材３０では、後述するフランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２は、最も短い対向面間距離で規定される。

このように、接合補助部材３０全体が上板１０に圧入されることで、軸部３１及び中空部３３は上板１０の穴１１と同軸上に位置している。

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７Ａ〜図７Ｄを参照して説明する。
まず、図７Ａ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７Ｂに示すように、接合補助部材３０全体を、上板１０の上面から、上板１０の穴１１に圧入する（ステップＳ２）。さらに、図７Ｃ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Ｓ３）。そして、図７Ｄ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７Ｄ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。

ステップＳ２の圧入作業では、図８に示すように、フランジ部３２の露出面３２ａが上板１０の上面（第１の板の表面）１０ａと略面一な同一面となるまで、接合補助部材３０が、上板１０の上面１０ａから穴１１に圧入される。フランジ部３２が上板１０の上面１０ａより張り出していると美観が悪いだけでなく、上板１０の上に他の部材が組み合わさる場合、接合補助部材３０の張り出しが邪魔になる虞があるからである。また、上板１０の上面１０ａが溶接後も平坦性を維持することは設計自由度の面で価値がある。
ただし、接合補助部材３０の押し込み深さについては、図９に示すように、上板１０の上面１０ａより陥没していても、継手強度にはさほど悪影響を与えないことから、許容される。

一方、接合補助部材３０の下面は上板１０の下面(＝下板２０との合わせ面)から飛び出さないようにする必要がある。飛び出すと、接合補助部材３０を圧入した上板１０と下板２０間にギャップが出来て、組立て精度が悪くなるからである。
ただし、最初から上板１０と下板２０間にギャップがあることが判っている、特殊なケースでは、そのギャップに応じて上板１０の下面からの接合補助部材３０の出っ張りが許容される。
以上の理由から、接合補助部材３０の厚さＰ_Ｈは、上板１０の板厚Ｂ_Ｈ以下に設計される。

なお、圧入作業については、その手段を問わないが、ハンマー等で叩いたり、油圧、水圧、空気圧、ガス圧、電気駆動などの動力を用いるプレス機を用いるといった実用的手段が挙げられる。
また、回し入れる事も可能で、そのような手段を用いる場合は、軸部３１の先端にネジ状の規則的な起伏を設けて回し入れやすくすることができる。例えば、図１０に示すように、軸部３１のテーパ部３５には、螺旋状の溝３５ａが形成されてもよい。

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，Ｏ_２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、一般的にフィラーワイヤもしくは溶接棒の狙い位置は移動させる必要がなく、適切な送給時間を経てアークを切って溶接終了させれば良い。ただし、中空部３３の面積が大きい場合は、フィラーワイヤもしくは溶接棒の狙い位置を中空部３３内で円を描くように移動させても良い。

溶接金属４０の溶込みについては、図１１Ａ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１１Ｂ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、金属結合が不完全であるので、継手として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１２Ａ及び図１２Ｂ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１３Ａ及び図１３Ｂ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１４Ａ及び図１４Ｂ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１５Ａ及び図１５Ｂ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１６Ａ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１１Ａ及び図１１Ｂ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１６Ｂ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１７Ａ及び図１７Ｂ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７Ａ〜図７Ｄに示すように、上板１０に穴開けを施し、さらに中空部３３を有する接合補助部材３０を上板１０に設けられた穴１１に圧入して固定した後、接合すべき下板２０と重ね、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のフランジ部３２の最大の役割は、上下剥離応力に対する抵抗である。図１８ａに示すように、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１８Ｂ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、接合補助部材３０のフランジ部３２は、面積が大きく、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。だが、面積や厚さが過剰に大きいと、圧入に必要な圧力が高くなり、強力なプレス装置が必要になるだけでなく、上板に対して過度な歪みを発生させる結果、上板１０あるいは接合補助部材３０に亀裂が入ったり、変形してしまう。したがって、上板１０の材質、板厚、穴径を考慮して適切なサイズにする。

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。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（図１９Ａの領域Ｘ参照）、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。

ただし、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１９Ｂ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は必ずしも、上板１０の板厚と同じである必要はない。

以上述べたとおり、接合補助部材３０には、（１）溶接時に上板１０の素材であるアルミ合金やマグネシウム合金の溶融によるＩＭＣ生成を防止し、（２）溶接後に上板１０と下板２０を強固に結合させる役割を有する。しかし、溶接工程前に上板１０にセットする際、単に圧入するだけでは、容易に上板１０から抜けてしまい、溶接工程に支障を来す場合がある。例えば、上板１０に接合補助部材３０をセットした後、離れた場所に搬送させて溶接する場合や、溶接する姿勢が横向や上向（図２０参照）などの場合が典型的に該当する。これらのケースでは不可避的に抜けてしまうことがあり、その場合、溶接できない。このような事態を防ぐために、溶接するまで接合補助部材３０を上板１０に一時的に仮固定しておく必要がある。その策として、上板１０の素材である金属の弾塑性変形を利用した”かしめ”の機能を接合補助部材３０に付与する。

具体的には、接合補助部材３０のフランジ部３２だけでなく、軸部３１の最大外径Ｐ_Ｄ１も上板１０に設けた穴１１の直径Ｂ_Ｄよりも大径とし、かつ軸部３１のフランジ部３２との境界部分に径が小さなくびれ部３９を設けることで達成される。

接合補助部材３０の軸部３１の最大外径Ｐ_Ｄ１を上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄよりも若干大きく設計し、圧力をかけて挿入することで、上板１０の素材は弾塑性変形して押し広がる。この後、径が小さなくびれ部３９が挿入されると、押し広げる圧力が下がるため、弾性変形分は金属流入して、形状的なかしめ効果が得られる。このように素材自身の弾性力を利用して接合補助部材３０が容易には外れないようすることができる。
また、軸部３１の軸方向断面は、圧入しやすいように、上板１０の穴１１と相似である円形断面とするのが望ましい。

また、フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２は、上板１０の板厚方向への剥離応力に対してフランジ部３２が抵抗作用を発揮するため、軸部３１の最大外径Ｐ_Ｄ１よりも相対的に大きくする必要がある。

以上の理由から、接合補助部材３０は、鋼製で、軸部３１とフランジ部３２とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、軸部３１及びフランジ部３２を貫通する中空部３３が形成され、軸部３１の最大外径Ｐ_Ｄ１、フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２、及び上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、軸部３１がフランジ部側でくびれ部３９を有し、厚さＰ_Ｈが上板１０の板厚Ｂ_Ｈ以下であ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、図２１は、接合補助部材３０の各種寸法を示している。即ち、本実施形態では、軸部３１の最大外径Ｐ_Ｄ１、フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２、及び上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄの関係をＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄとし、接合補助部材３０の厚さＰ_Ｈを上板１０の板厚Ｂ_Ｈ以下とするこれらの規定の他に、以下のように接合補助部材３０の寸法が規定される。

・フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２
フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２は、上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄに対し１１０％以上２００％以下に設計される。上述の通り、フランジ部３２は面積が大きく、かつ高さ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。フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２が上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄに対し１１０％未満では、フランジ部３２が板厚方向への外部応力に対して弾塑性変形した場合に、上板１０の穴１１の大きさ以下の見かけ直径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、フランジ部３２が高い抵抗力を示さない。したがって、フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２は、上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄの１１０％を下限とする。より好ましくは、１２０％を下限とするとよい。一方、フランジ部３２は軸部３１よりも断面積が大きいため、圧入により大きな力を必要し、上板１０に大きな歪みを与えるので、広い面積を圧入すると上板１０に亀裂が入るなど壊してしまう場合がある。したがって、フランジ部３２の直径Ｐ_Ｄ２は２００％以下にすることが望ましい。

・フランジ部の高さＰ_Ｈ２
フランジ部３２の高さＰ_Ｈ２は、上板１０の板厚Ｂ_Ｈの２０％以上８０％以下に設計される。接合補助部材３０のフランジ部３２は、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担う。部材構成の中では、軸部３１とくびれ部３９も上板１０に対するかしめ効果である程度、剥離応力に対する抵抗力を持つが、相対的にはフランジ部３２の役割が大きい。フランジ部３２は面積が大きく、かつ高さ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。厚さＰ_Ｈ２が上板１０の板厚Ｂ_Ｈの２０％未満では、接合補助部材３０のフランジ部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が接合補助部材３０から抜けてしまいやすくなる。つまり高い抵抗力を示さない。したがって、フランジ部３２の高さＰ_Ｈ２は、上板１０の板厚Ｂ_Ｈの２０％を下限とするのが望ましい。一方、フランジ部３２の高さＰ_Ｈ２は、上板１０の板厚Ｂ_Ｈの８０％を超えて大きくすると、上板１０と接合補助部材３０を一時的にかしめる作用のあるくびれ部３９と軸部３１の高さが合計で２０％未満となり、かしめ力が弱くなる。また、フランジ部３２は軸部３１よりも断面積が大きいため、圧入により大きな力を必要し、上板１０に大きな歪みを与えるので、深く圧入すると上板１０に亀裂が入るなど壊してしまう場合がある。したがって、フランジ部３２の高さＰ_Ｈ２は、上板１０の板厚Ｂ_Ｈの８０％以下にすることが望ましい。

また、図２２に示すように、フランジ部３２の露出面３２ａからの溶接金属４０の未充填高さＰ_Ｈ３は、上板１０の厚さＢ_Ｈの３０％以下に設定される。溶接金属４０は接合補助部材３０の中空部３３を充填し、その表面位置が接合補助部材３０の表面と同じ高さになるのが望ましい。これにより、図２３に示すように、板厚方向（３次元方向）の外部応力に対して、接合補助部材３０の変形が抑えられ、高い強度が得られる。一方、図２４Ａに示すように、未充填高さＰ_Ｈ３が過度に大きいと、接合補助部材３０と溶接金属４０の結合面積が小さくなるので、接合強度が低くなる。上板１０の厚さＢ_Ｈの７０％未満しか充填されていないと、継手接合強度の低下が顕著であり、図２４Ｂに示すように、接合補助部材３０が変形して、上板１０が抜けやすくなる。このため、未充填高さを上板１０の厚さＢ_Ｈの３０％を下限とする。
一方、理想的には、上述の通り、溶接金属４０は、上板１０の表面と同じ高さに充填されるのがよい。ただし、接合後の異材溶接継手１がさらに大きな構造体に組み上げられる際、接合部の上部空間に余裕がある場合には、接合補助部材３０の中空部３３全面を溶接金属４０で充填し、さらに余盛りが形成されても良い。

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２５Ａ及び図２５Ｂ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２６Ａ及び図２６Ｂ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。

なお、接合補助部材３０に空けられる中空部３３の面は平坦な円筒面でかまわないが、図２８に示すように、ネジ溝３３ａを形成していてもかまわない。本工法では雄ネジは用いないが、ネジ溝３３ａがあることで、アーク溶接時に溶融池との接触表面積が増え、より強固に溶接金属４０と接合補助部材３０が結合される。ネジ溝３３ａなど平坦面でない場合の穴１１の直径Ｐ_Ｓは、最も広い対面間距離と定義する。

さらに、図２９に示す変形例のように、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、この変形例では、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３０Ａ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５０で拘束する。そして、図３０Ｂ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５１を押し込むことで、膨出部２１が成形される。

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３１Ａ〜図３１Ｃ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３１Ｂ及び図３１Ｃに示すような開断面構造にも使用できるが、特に、図３１Ａ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。

また、図３２及び図３３に示すように、本接合法では、上板１０内に埋め込まれた接合補助部材３０は上板１０の表裏面から突き出ないことから、溶接工程の前工程として、金型７０等を用いて、接合補助部材３０が埋め込まれた上板１０（接合補助部材付き上板１０）のＡｌやＭｇ母材をプレス成形することが容易である。また、その後工程として、プレス成形された接合補助部材付き上板１０と、下板２０とが重ね合わされて、溶接される。本溶接法は、無論、開断面構造、閉断面構造を分け隔てることなく、いずれも製造可能である。
このような接合補助部材付き上板１０は、プレス成形工程前は、いずれも略平坦に形成されることから、取り扱い性がよい。

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に円形の穴１１を空ける工程と、軸部３１とフランジ部３２とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、軸部３１及びフランジ部３２を貫通する中空部３３が形成され、軸部３１の最大外径Ｐ_Ｄ１、フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２、及び上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄの関係が、Ｐ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、軸部３１がフランジ部側でくびれ部３９を有する鋼製の接合補助部材３０を、フランジ部３２の露出面が上板１０の表面と略面一又は内側に位置するように、上板１０に設けられた穴１１に圧入する工程と、上板１０と下板２０を重ね合わせる工程と、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、接合補助部材３０の厚さＰ_Ｈが上板１０の板厚Ｂ_Ｈ以下であるので、接合補助部材３０のフランジ部３２の露出面が上板１０の表面と略面一に位置するように、上板１０に設けられた穴１１に圧入されれば、接合補助部材３０が上板１０の下面から突出するのを防止することができる。

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、圧入工程の際、上板１０は、プレス成形される。つまり、接合補助部材３０は、上板１０の上面１０ａから突き出さないので、接合補助部材３０が圧入された上板１０を金型等を用いて所望の形状にプレス成形することができる。

また、接合補助部材３０のフランジ部３２の厚さＰ_Ｈ２は、上板１０の板厚Ｂ_Ｈの２０％以上８０％以下であるので、接合補助部材３０は、かしめ作用を与える軸部３１の長さを確保しつつ、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、接合補助部材３０のフランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２は、上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄに対し１１０％以上２００％以下であるので、接合補助部材３０の上板１０への圧入性を考慮しつつ、接合補助部材３０が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、前記フランジ部の露出面からの前記溶接金属の未充填高さＰ_Ｈ３が、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの３０％以下であるので、異材溶接継手１の接合強度を確保することができる。

また、本実施形態の接合補助部材３０は、鋼製で、軸部３１とフランジ部３２とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、軸部３１及びフランジ部３２を貫通する中空部３３が形成され、軸部３１の最大外径Ｐ_Ｄ１、フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２、及び上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、軸部３１がフランジ部側でくびれ部３９を有する。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円形の穴１１を有し、軸部３１とフランジ部３２とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、軸部３１及びフランジ部３２を貫通する中空部３３が形成され、軸部３１の最大外径Ｐ_Ｄ１、フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２、及び上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、軸部３１がフランジ部側でくびれ部３９を有する鋼製の接合補助部材３０をさらに備え、接合補助部材３０は、フランジ部３２の露出面３２ａが上板１０の上面１０ａと略面一又は内側に位置するように、上板１０の穴１１内に固定されており、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。

さらに、本実施形態の接合補助部材付き板材は、円形の穴１１を有す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（アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の板材）１０と、軸部３１とフランジ部３２とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、軸部３１及びフランジ部３２を貫通する中空部３３が形成され、軸部３１の最大外径Ｐ_Ｄ１、フランジ部３２の幅Ｐ_Ｄ２、及び上板１０の穴１１の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、軸部３１がフランジ部側でくびれ部３９を有する鋼製の接合補助部材３０と、を備える。そして、接合補助部材３０は、フランジ部３２の露出面３２ａが上板１０の表面と略面一又は内側に位置するように、上板１０の穴１１内に固定されている。
これにより、接合補助部材付き板材は、鋼製の下板（鋼製の板材）２０とアーク溶接することで、強固かつ信頼性の高い品質で異材溶接継手を形成することができる。

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 ＹＧＷ１６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、一定時間定点での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。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〜Ａ９、本実施例をＮｏ．Ａ１０〜Ａ１５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に直径７．０ｍｍ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は直径７．０ｍｍの穴開けをした上板１０に接合補助部材３０全体を圧入して、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には直径５．０ｍｍ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。

Ｎｏ．Ａ６は直径７．０ｍｍの穴開けをした上板１０に、穴開けをした接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０の軸部３１にはくびれ部３９を設けているが、軸部３１の最大外径は上板１０の穴径よりも小さい。ゆえに、接合補助部材３０は、軸部３１が、穴１１に圧入ではなく、穴１１内に置いてある状態である。接合補助部材３０のフランジ部３２まで上板１０の穴１１に圧入しても、かしめ効果が得られず、接合補助部材３０が飛び出して外れてしまった。ゆえに溶接自体が出来なかった。

Ｎｏ．Ａ７は直径７．０ｍｍの穴開けをした上板１０に、穴開けをした接合補助部材３０を圧入して、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０のくびれ部３９に対して露出面側の部分（フランジ部３２に相当する部分）は、軸部３１の最大外径よりも小さい。上板１０に応力がかかると容易に上板１０が接合補助部材３０の周囲から抜けてしまったため、ＣＴＳ、ＴＳＳ共に低い値であった。

Ｎｏ．Ａ８は直径７．０ｍｍの穴開けをした上板１０に、穴開けをした接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。フランジ部３２、軸部３１とも上板１０の穴径よりも大きいが、軸部３１にはくびれ部がなく、寸胴である。この場合、接合補助部材３０は、一時的に穴１１に圧入することは出来たが、くびれ部がないことから、かしめ効果が得られず、接合補助部材３０が飛び出して外れてしまった。ゆえに溶接自体が出来なかった。

Ｎｏ．Ａ９は直径７．０ｍｍの穴開けをした上板１０に、穴開けをした接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。しかし、接合補助部材３０は軸部３１とフランジ部３２の境界、さらにはくびれ部もない、つまり円形鋼管の形態であり、その径は上板１０の穴１１よりも小さい。接合補助部材３０の軸部３１と上板１０の穴１１の壁面間には隙間があり、上板１０の表面もかろうじて余盛りで接合補助部材３０と繋がっているだけなので、応力がかかると容易に破断した。ＣＴＳ、ＴＳＳ共に低い値であった。

一方、Ｎｏ．Ａ１０〜Ａ１５は、穴開けをした上板１０に、接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。なお、上板１０の穴径は、表１に示すように設定されており、接合補助部材３０の適当なサイズの穴開けが施されている。接合補助部材３０は、軸部３１の最大外径及びフランジ部３２の幅が上板１０の穴径よりもそれぞれ大きく、且つ、フランジ部３２の幅が軸部３１の最大外径より大径であり、さらに、軸部３１のフランジ部側にはくびれ部３９を持たせた形状となっている。これらの試験体では、くびれ部３９によって上板１０と接合補助部材３０がかしめ拘束されていることから、安定して圧入することが出来た。溶接品質としては、形成される溶接金属４０のアルミ流入が接合補助部材３０の軸部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のフランジ部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。また、ＴＳＳも十分高い値であった。さらにまた、適切な箇所に高温硬化型２液混合接着材を塗布した後、１８０℃×０．５時間環境に保持して硬化させた試験体（Ａ１１，Ａ１３，Ａ１４）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．Ａ１０に対して、Ｎｏ．Ａ１１は接着剤塗布を行う事により、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ティグ溶接法にて、直径１．０ｍｍのＪＩＳ Ｚ３３１６ ＹＧＴ５０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、一定時間定点での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。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〜Ｂ８、本実施例をＮｏ．Ｂ９〜Ｂ１３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に直径５．０ｍｍ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である（以降、実施例Ｂ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、直径５．０ｍｍの穴１１を穴開けした上板１０に接合補助部材３０全体を圧入して、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には直径３．８ｍｍ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。

Ｎｏ．Ｂ６は直径５．０ｍｍの穴開けをした上板１０に、穴開けをした接合補助部材３０全体を挿入して、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０の軸部３１にはくびれ部３９を設けているが、軸部３１の最大外径は上板１０の穴径よりも小さい。ゆえに、接合補助部材３０は、軸部３１が、穴１１に圧入ではなく、穴１１内に置いてある状態である。接合補助部材３０のフランジ部３２まで上板１０の穴１１に圧入しても、かしめ効果が得られず、接合補助部材３０が飛び出して外れてしまった。ゆえに溶接自体が出来なかった。

Ｎｏ．Ｂ７は直径５．０ｍｍの穴開けをした上板１０に、穴開けをした接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０のくびれ部３９に対して露出面側の部分（フランジ部３２に相当する部分）は、軸部３１の最大外径よりも小さい。上板１０に応力がかかると容易に上板１０が接合補助部材３０の周囲から抜けてしまったため、ＣＴＳ、ＴＳＳ共に低い値であった。

Ｎｏ．Ｂ８は直径５．０ｍｍの穴開けをした上板１０に、穴開けをした接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。フランジ部３２、軸部３１とも上板１０の穴径よりも大きいが、軸部３１にはくびれがなく、寸胴である。この場合、接合補助部材３０は、一時的に穴１１に圧入することは出来たが、くびれ部がないことから、かしめ効果が得られず、接合補助部材３０が飛び出して外れてしまった。ゆえに溶接自体が出来なかった。

一方、Ｎｏ．Ｂ９〜Ｂ１３は、穴開けをした上板１０に接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。なお、上板１０の穴径は、表２に示すように設定されており、接合補助部材３０も適当なサイズの穴開けが施されている。接合補助部材３０は、軸部３１の最大外径及びフランジ部３２の幅が上板１０の穴径よりもそれぞれ大きく、且つ、フランジ部３２の幅が軸部３１の最大外径より大径であり、さらに、軸部３１のフランジ部側にはくびれ部３９を持たせた形状となっている。これらの試験体では、くびれ部３９によって上板１０と接合補助部材３０がかしめ拘束されていることから、安定して圧入することが出来た。溶接品質としては、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の軸部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のフランジ部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。また、ＴＳＳも十分高い値であった。さらにまた、適切な箇所に高温硬化型２液混合接着材を塗布した後、１８０℃×０．５時間環境に保持して硬化させた試験体（Ｂ１０〜Ｂ１２）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．Ｂ９に対して、Ｎｏ．Ｂ１０は接着剤塗布を行う事により、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２．２ｍｍ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 Ｚ３２５２ ＥＣＮｉ−ＣＩ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、一定時間定点での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。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〜Ｃ７、本実施例をＮｏ．Ｃ８〜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合金被覆アーク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に直径９．０ｍｍ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である（以降、実施例Ｃ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．Ｃ４は直径９．０ｍｍの穴開けをした上板１０に接合補助部材３０を圧入して、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には直径７．０ｍｍ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。

Ｎｏ．Ｃ６は直径９．０ｍｍの穴開けをした上板１０に、穴開けをした接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０の軸部３１にはくびれ部３９を設けているが、軸部３１の最大外径は上板１０の穴径よりも小さい。ゆえに、接合補助部材３０は、軸部３１が、穴１１に圧入ではなく、穴１１内に置いてある状態である。接合補助部材３０のフランジ部３２まで上板１０の穴１１に圧入しても、かしめ効果が得られず、接合補助部材３０が飛び出して外れてしまった。ゆえに溶接自体が出来なかった。

Ｎｏ．Ｃ７は直径９．０ｍｍの穴開けをした上板に、穴開けをした接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。フランジ部３２、軸部３１とも上板１０の穴径よりも大きいが、軸部３１にはくびれ部がなく、寸胴である。この場合、接合補助部材３０は、一時的に穴１１に圧入することは出来たが、くびれがないことから、かしめ効果が得られず、接合補助部材３０が飛び出して外れてしまった。ゆえに溶接自体が出来なかった。

一方、Ｎｏ．Ｃ８〜Ｃ１３は、穴開けをした上板１０に接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。なお、上板１０の穴径は、表３に示すように設定されており、接合補助部材３０も適当なサイズの穴開けが施されている。接合補助部材３０は、軸部３１の最大外径及びフランジ部３２の幅が上板１０の穴径よりもそれぞれ大きく、且つ、フランジ部３２の幅が軸部３１の最大外径より大径であり、さらに、軸部３１のフランジ部側にはくびれ部３９を持たせた形状となっている。これらの試験体では、くびれ部３９によって上板１０と接合補助部材３０がかしめ拘束されていることから、安定して圧入することが出来た。溶接品質としては、形成される溶接金属のアルミ流入が接合補助部材３０の軸部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のフランジ部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。また、ＴＳＳも十分高い値であった。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、適切な箇所に高温硬化型２液混合接着材を塗布した後、１８０℃×０．５時間環境に保持して硬化させた試験体（Ｎｏ．Ｃ９〜Ｃ１２）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．Ｃ８に対して、Ｎｏ．Ｃ９は接着剤塗布を行う事により、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 Ｔ４９Ｔ１４−０ＮＳ−Ｇ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、一定時間定点での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。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〜Ｄ３、本実施例をＮｏ．Ｄ４〜Ｄ７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に直径６．０ｍｍ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。

Ｎｏ．Ｄ３は直径５．５ｍｍの穴開けをした上板に、穴開けをした接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。接合補助部材３０の軸部３１にはくびれ部３９を設けているが、軸部３１及びフランジ部３２の外径は等しいため、板厚方向、即ち引き剥がしの応力に対する抵抗力が小さく、容易に上板１０が接合補助部材３０の周囲から抜けてしまい、ＣＴＳ、ＴＳＳ共に低い値であった。

一方、Ｎｏ．Ｄ４〜Ｄ７は、穴開けをした上板１０に、ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ５７０材を加工した、接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。なお、上板１０の穴径は、表４に示すように設定されており、接合補助部材３０も適当なサイズの穴開けが施されている。接合補助部材３０は、軸部３１の最大外径及びフランジ部３２の幅が上板１０の穴径よりもそれぞれ大きく、且つ、フランジ部３２の幅が軸部３１の最大外径より大径であり、さらに、一方、軸部３１のフランジ部側にはくびれ部３９を持たせた形状となっている。これらの試験体では、くびれ部３９によって上板１０と接合補助部材３０がかしめ拘束されていることから、安定して圧入することが出来た。溶接品質としては、形成される溶接金属４０のアルミ流入が接合補助部材３０の軸部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のフランジ部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。また、ＴＳＳも十分高い値であった。さらにまた、適切な箇所に高温硬化型２液混合接着材を塗布した後、１８０℃×０．５時間環境に保持して硬化させた試験体Ｎｏ．Ｄ５、Ｄ６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、接着材無しの試験体Ｎｏ．Ｄ４に対してＮｏ．Ｄ５は接着剤塗布を行う事により、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、プラズマガス：Ａｒ１００％、シールドガス：Ａｒ９９％＋Ｈ_２１％としたプラズマアーク溶接法にて、一定時間定点での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。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〜Ｅ４に示す。

Ｎｏ．Ｅ１〜Ｅ４は穴開けをした上板１０にＳＵＳ３０４ステンレス鋼材を加工した接合補助部材３０全体を圧入して、その上からアーク溶接したものである。なお、上板１０の穴径は、表５に示すように設定されており、接合補助部材３０も適当なサイズの穴開けが施されている。接合補助部材３０は、軸部３１の最大外径及びフランジ部３２の幅が上板１０の穴径よりもそれぞれ大きく、且つ、フランジ部３２の幅が軸部３１の最大外径より大径であり、さらに、軸部３１のフランジ部側にはくびれ部３９を持たせた形状となっている。これらの試験体では、くびれ部３９によって上板１０と接合補助部材３０がかしめ拘束されていることから、安定して圧入することが出来た。溶接品質としては、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の軸部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のフランジ部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。また、ＴＳＳも十分高い値であった。

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、適切な箇所に高温硬化型２液混合接着材を塗布した後、１８０℃×０．５時間環境に保持して硬化させた試験体Ｎｏ．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、接着材無しの試験体Ｎｏ．Ｅ２に対してＮｏ．Ｅ３は接着剤塗布を行う事により、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。

１０ 上板
１１ 穴
２０ 下板
３０ 接合補助部材
３１ 軸部
３２ フランジ部
３３ 中空部
４０ 溶接金属
Ｗ 溶融部

Claims (20)

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の板に円形の穴を空ける工程と、
   軸部とフランジ部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記軸部及び前記フランジ部を貫通する中空部が形成され、前記軸部の最大外径Ｐ_Ｄ１、前記フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２、及び前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、前記軸部がフランジ部側でくびれ部を有する鋼製の接合補助部材を、前記フランジ部の露出面が前記第１の板の表面と略面一又は内側に位置するように、前記第１の板の穴に圧入する工程と、
   前記第１の板と前記第２の板を重ね合わせる工程と、
   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. 前記接合補助部材の厚さが前記第１の板の板厚以下である、請求項１に記載の異材接合用アーク溶接法。
3. 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又は２に記載の異材接合用アーク溶接法。
4. 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１〜３のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
5. 前記圧入工程後に、前記第１の板は、プレス成形される、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フランジ部の厚さＰ_Ｈ２は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの２０％以上８０％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フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２は、前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄに対し１１０％以上２００％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. 前記充填溶接工程において、前記フランジ部の露出面からの前記溶接金属の未充填高さＰ_Ｈ３が、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの３０％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. 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に用いられ、
   鋼製で、軸部とフランジ部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記軸部及び前記フランジ部を貫通する中空部が形成され、前記軸部の最大外径Ｐ_Ｄ１、前記フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２、及び前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、前記軸部がフランジ部側でくびれ部を有する、接合補助部材。
10. 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円形の穴を有し、
    軸部とフランジ部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記軸部及び前記フランジ部を貫通する中空部が形成され、前記軸部の最大外径Ｐ_Ｄ１、前記フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２、及び前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、前記軸部がフランジ部側でくびれ部を有する鋼製の接合補助部材をさらに備え、
    前記接合補助部材は、前記フランジ部の露出面が前記第１の板の表面と略面一又は内側に位置するように、前記第１の板の穴内に固定されており、
    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。
11. 前記接合補助部材の厚さが前記第１の板の板厚以下である、請求項１０に記載の異材溶接継手。
12. 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１０又は１１に記載の異材溶接継手。
13. 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１０〜１２のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
14. 前記接合補助部材のフランジ部の厚さＰ_Ｈ２は、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの２０％以上８０％以下である、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
15. 前記接合補助部材のフランジ部の幅Ｐ_Ｄ２は、前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄに対し１１０％以上２００％以下である、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
16. 前記フランジ部の露出面からの前記溶接金属の未充填高さＰ_Ｈ３が、前記第１の板の板厚Ｂ_Ｈの３０％以下である、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の異材溶接継手。
17. 前記接合補助部材は、前記第１の板の穴に圧入して固定されている、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の異材接合継手。
18. 鋼製の板材とアーク溶接することで異材溶接継手を形成可能な接合補助部材付き板材であって、
    円形の穴を有するアルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の板材と、
    軸部とフランジ部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、前記軸部及び前記フランジ部を貫通する中空部が形成され、前記軸部の最大外径Ｐ_Ｄ１、前記フランジ部の幅Ｐ_Ｄ２、及び前記第１の板の穴の直径Ｂ_Ｄの関係がＰ_Ｄ２＞Ｐ_Ｄ１＞Ｂ_Ｄであり、前記軸部がフランジ部側でくびれ部を有する鋼製の接合補助部材と、
    を備え、
    前記接合補助部材は、前記フランジ部の露出面が前記第１の板の表面と略面一又は内側に位置するように、前記板材の穴内に固定されている、接合補助部材付き板材。
19. 前記接合補助部材の厚さが前記板材の板厚以下である、請求項１８に記載の接合補助部材付き板材。
20. 前記接合補助部材は、前記板材の穴に圧入して固定されている、請求項１８又は１９に記載の接合補助部材付き板材。

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