JP2019126824A - Weld joined body - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材とを溶接した溶接接合体に関する。 The present disclosure relates to a welded joint in which an iron-based metal member and an aluminum-based metal member are welded.
従来から金属部材の溶接技術に関し、特に、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材とを健全に溶接した接合体(溶接接合体、溶接継手)および該接合体の製造方法に関する発明が知られている(下記特許文献1を参照)。
BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, the invention relates to a welding technology of metal members, and in particular, a joined body (welded joint, welded joint) in which an iron-based metal member and an aluminum-based metal member are soundly welded and a method of manufacturing the joined body (See
特許文献1には、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材とが溶接部を介して接合された溶接接合体が記載されている(同文献、請求項1等を参照)。その溶接部は、溶加材の溶融率が100%で、低次アルミニウム化合物相を含む。また、上記溶接部の金属成分組成は、25質量%以上70質量%以下の鉄と、20質量%以上40質量%以下のアルミニウムと、5質量%以上25質量%以下のニッケルと、2質量%以上40質量%以下の他の金属元素とからなる。
特許文献1に記載された発明によれば、Fe系金属部材とAl系金属部材との溶接接合体において、溶接部における脆性金属間化合物の生成を抑制して溶接強度を確保することができる。また、溶接温度の自由度を高めて従来よりも製造歩留まりの高い(すなわち低コストの)Fe系金属/Al系金属の溶接接合体、および該接合体の製造方法を提供することができる(同文献、第0016段落等を参照)。
According to the invention described in
前記特許文献1に記載された発明では、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材とを溶接した接合体において、溶加材を必要とするという課題がある。
In the invention described in the
本開示は、溶加材等の追加部材が不要であり、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材との溶接強度を担保することができる溶接接合体を提供する。 The present disclosure provides a welded joint that does not require an additional member such as a filler metal and can secure the welding strength between an iron-based metal member and an aluminum-based metal member.
本開示の一態様に係る溶接接合体は、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材とが異種材料間溶融層を介して接合された溶接接合体であって、前記異種材料間溶融層は金属間化合物を有しており、前記異種材料間溶融層における前記金属間化合物の体積率は50%以下であり、金属間化合物の最大長さをL、前記異種材料間溶融層の厚みをdとすると、不等式:2d>Lを満たすことを特徴とする。 A weld joint according to an aspect of the present disclosure is a weld joint in which an iron-based metal member and an aluminum-based metal member are joined via a melt layer between dissimilar materials, and the melt layer between dissimilar materials is an intermetallic It has a compound, the volume ratio of the intermetallic compound in the dissimilar material melting layer is 50% or less, the maximum length of the intermetallic compound is L, and the thickness of the dissimilar material melting layer is d. Inequalities: 2d> L is satisfied.
上記態様の溶接接合体は、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材との間に生成される異種材料間溶融層における金属間化合物の割合および配置(不連続である)を規定することにより、溶加材等の追加部材を用いることなく接合強度を担保できる。 The weld joint according to the above aspect of the present invention can be melted by defining the ratio and arrangement (discontinuously) of the intermetallic compound in the molten layer between dissimilar materials formed between the iron-based metal member and the aluminum-based metal member. Bonding strength can be secured without using additional members such as additives.
本開示によれば、溶加材等の追加部材が不要であり、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材との溶接強度を担保することができる溶接接合体を提供することができる。 According to the present disclosure, an additional member such as a filler material is unnecessary, and a welded joint that can ensure the welding strength between the iron-based metal member and the aluminum-based metal member can be provided.
以下、図面を参照して本開示の一態様に係る溶接接合体の実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of a welded joint according to an aspect of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
図1は、本開示の一実施形態に係る溶接接合体1の模式的な断面図である。本実施形態の溶接接合体1は、異種金属間化合物の冶金的接合時に、接合溶接部における金属間化合物5の形状、サイズを規定することで、強度発現を可能にすることを特徴としている。以下、本実施形態の溶接接合体1についてより詳細に説明する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
溶接接合体1は、たとえば、鉄系金属部材2とアルミニウム系金属部材3とが、異種材料間溶融層4を介して冶金的接合されることによって構成されている。鉄系金属部材2はたとえば鉄であり、アルミニウム系金属部材3はたとえばアルミニウムである。また、異種材料間溶融層4は、たとえば亜鉛含有層である。また、鉄系金属部材2は、たとえば、自動車材料として汎用的に使用される亜鉛めっき鋼板である。
The
溶接接合体1は、たとえば、鉄系金属部材2とアルミニウム系金属部材3との溶接時に、加圧力、電流、および時間を一定範囲に制御することで、溶融接合部すなわち異種材料間溶融層4を形成する。また、このように溶接時の加圧力、電流、および時間を一定範囲に制御することで、異種材料間溶融層4すなわち溶接部の亜鉛含有層が大きく外に排出させることを低減する。
The welded joined
異種材料間溶融層4すなわち亜鉛含有層は、たとえば、層内に析出した金属間化合物5を含んでいる。異種材料間溶融層4の厚みdに垂直な横方向における金属間化合物5の最大長さLは、異種材料間溶融層4の厚みdの2倍以下(2d≧L)である。また、異種材料間溶融層4における金属間化合物5の面積率は、50%以下である。金属間化合物5は、その周囲の組織と比較して脆弱であり、その周囲の組織と比較して亀裂が進展しやすい。
The inter-differential material molten layer 4, ie, the zinc-containing layer, contains, for example, the
以下、本実施形態の溶接接合体1の作用について、比較形態の溶接接合体Xとの対比に基づいて説明する。図2は、比較形態の溶接接合体Xの模式的な断面図である。比較形態の溶接接合体Xは、図1に示す本実施形態の溶接接合体1と同様に、鉄系金属部材2とアルミニウム系金属部材3とが、異種材料間溶融層4を介して冶金的接合されることによって構成され、異種材料間溶融層4は、金属間化合物5を含んでいる。
Hereinafter, the operation of the
比較形態の溶接接合体Xは、異種材料間溶融層4の厚みdに垂直な横方向における金属間化合物5の最大長さLが、異種材料間溶融層4の厚みdの2倍より大である。また、異種材料間溶融層4における金属間化合物5の面積率は、50%より大である。このように、脆弱な金属間化合物5が不連続でないと、亀裂Cが横方向に進展し、破断につながってしまう。
In the weld joint X of the comparative embodiment, the maximum length L of the
これに対し、本実施形態の溶接接合体1は、鉄系金属部材2とアルミニウム系金属部材3とが異種材料間溶融層4を介して接合され、異種材料間溶融層4が金属間化合物5を有し、異種材料間溶融層4における金属間化合物5の体積率は50%以下である。さらに、本実施形態の溶接接合体1は、金属間化合物5の最大長さをL、異種材料間溶融層4の厚みをdとすると、不等式:2d>Lを満たす。
On the other hand, in the welded joined
これにより、図1に示すように、脆弱な金属間化合物5を不連続にすることができ、亀裂の進展を防止し、溶接部強度を担保することができる。したがって、本実施形態によれば、溶加材等の追加部材が不要であり、鉄系金属部材2とアルミニウム系金属部材3との溶接強度を担保することができる溶接接合体1を提供することができる。
Thereby, as shown in FIG. 1, the weak
従来技術は、金属間化合物5の生成を避けるための一般的でない第3材料(Cu、フッ化物、Niなど)が必要であり、コスト、調達性の観点から現実的でない。また、たとえば、スポット溶接が前提である場合、厚さのある材料の接合時は入熱量を増やす必要があり、金属間化合物5の生成が懸念される。さらに、従来技術は、非溶接材および溶加材形状が溶接部の金属間化合物5の生成有無に影響を及ぼすため、汎用的でない。
The prior art requires an uncommon third material (Cu, fluoride, Ni, etc.) for avoiding the formation of the
従来技術において上記のような問題点が発生する原因は、従来技術が金属間化合物5の生成の抑制自体を主目的とするためである。これに対し、本実施形態の溶接接合体1では、金属間化合物5の生成を是とし、その形状について制御、規定することで溶接強度発現を可能にしている。
The reason why the above-mentioned problems occur in the prior art is that the prior art mainly aims to suppress the formation of the
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
[実施例]
鉄系材料とアルミ系材料に対し、図3に示すように、電流および加圧力を付与してスポット溶接を行った。次に、材料引張試験機でせん断方向に力がかかるように引張試験を実施した。結果を以下の表1および表2に示す。接合、特に溶融接合では、入熱量が大きく影響し、材料により加圧力、電流、時間はそれぞれ異なる。
[Example]
As shown in FIG. 3, spot welding was performed by applying current and pressure to the iron-based material and the aluminum-based material. Next, a tensile test was performed to apply a force in the shear direction with a material tensile tester. The results are shown in Tables 1 and 2 below. In bonding, particularly in melt bonding, the heat input largely affects, and the pressing force, the current, and the time are different depending on the material.
表1および表2に示す実施例1および実施例2は、異種材料間溶融層における金属間化合物の横方向最大長さが溶融層厚みの2倍以下であった。一方、比較例1は、異種材料間溶融層における金属間化合物の横方向最大長さが溶融層厚みの2倍以上であった。 In Example 1 and Example 2 shown in Table 1 and Table 2, the lateral maximum length of the intermetallic compound in the dissimilar material melting layer was not more than twice the thickness of the melting layer. On the other hand, in Comparative Example 1, the maximum length in the lateral direction of the intermetallic compound in the dissimilar material melting layer was at least twice the thickness of the melting layer.
1 溶接接合体
2 鉄系金属部材
3 アルミニウム系金属部材
4 異種材料間溶融層
5 金属間化合物
d 異種材料間溶融層の厚み
L 最大長さ
Claims (1)
前記異種材料間溶融層は金属間化合物を有しており、
前記異種材料間溶融層における前記金属間化合物の体積率は50%以下であり、前記金属間化合物の最大長さをL、前記異種材料間溶融層の厚みをdとすると、不等式:2d>Lを満たすことを特徴とする、溶接接合体。 A welded joint in which an iron-based metal member and an aluminum-based metal member are joined via a dissimilar material fusion layer,
The molten layer between dissimilar materials contains an intermetallic compound,
The volume ratio of the intermetallic compound in the molten layer between different materials is 50% or less, where L is the maximum length of the intermetallic compound and d is the thickness of the molten layer between different materials, and the inequality: 2d> L A welded joint characterized in that
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