JP3091843B1 - 溶融溶接方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】異材を接合する際に、金属間化合物の生成を最
小限に抑え、しかも、せん断強度、及び引き裂き力のい
ずれにも強い溶接部を得ることができる溶融溶接方法及
びその構造物を提供する。 【解決手段】互いに溶融して金属間化合物を形成する異
種材料を溶融溶接する方法において、継手部分に突合せ
部と重ね部とを形成するようにした第１の部材（１）と
第１の部材よりも融点の高い第２の部材（２）とを組合
わせる工程と、第２の部材側を溶融させ、突合せ部
（３）及び重ね部（４）の接合部に関して、第２の部材
側からの熱伝導で第１の部材側の接合部のみを溶融さ
せ、実質的に第２の部材側の接合部を溶融させない、突
合せ溶接及び重ね溶接をおこなう工程とを備えた溶融溶
接方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異種材料の溶融溶
接方法及びこの方法で得られた溶接部を有する構造物に
関する。

【０００２】

【従来の技術】異種材料の溶融溶接では、全組成域で全
率固溶体が生成される材料の組合わせの場合、比較的容
易に溶融溶接できる。しかし、金属間化合物が生成する
材料の組合わせでは、一般に接合が非常に困難であるこ
とが知られている。例えば、アルミニウム合金と鉄鋼材
料をそのまま溶融接合すると、脆弱な金属間化合物が広
範囲に生成され、そこに高温割れ等が発生し易く、十分
な靭性と強度を達成することができない。一方、重ね溶
接でも、上板をアルミニウム合金とすると、脆弱な金属
間化合物が広範囲に生成され、割れが発生し易く、接合
が困難である。また、下板をアルミニウム合金としたと
きでも、その溶融が多いと、脆弱な金属間化合物が多量
に生成し、そこに割れなどが発生し易い。

【０００３】そこで、このような金属間化合物の生成が
考えられる異種材料を接合するときには、金属間化合物
の生成量が少ない接合部を作成する必要がある。従っ
て、突合せ溶接における一つの改善方法として、レーザ
ー等の高パワー密度熱源を高融点側の材料に照射して加
熱し（溶融させ）、一方の低融点側の材料を照射（溶
融）部側からの熱伝導で加熱・溶融させて接合面に生成
する金属間化合物を狭く制御する方法が考えられる。ま
た、重ね溶接においても、下板の溶融を制御し、生成す
る金属間化合物を少なくすることが有効であろうと考え
られる。なお、異材重ね溶接で、下板の溶融を少なくし
ようとすると、重ね面が狭くなり、接合強度が低下す
る。また、重ね溶接部は、せん断強度に対して強い場合
があるが、引き裂き力に対しては弱いという欠点があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、異材を
接合する際に、金属間化合物の生成を最小限に抑え、し
かも、せん断強度、及び引き裂き力のいずれにも強い溶
接部を得ることができる溶融溶接方法及びその構造物を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、 （１）互いに溶融して金属間化合物を形成する異種材料
を溶融溶接する方法において、継手部分に突合せ部と重
ね部とを形成するようにした第１の部材と第１の部材よ
りも融点の高い材料からなる第２の部材とを組合わせる
工程と、第２の部材側を溶融させ、突合せ部及び重ね部
の接合部に関して、第２の部材側からの熱伝導で実質的
に第１の部材側の突合せ部及び重ね部の接合部のみを同
時に溶融させ、第２の部材側の接合部を溶融させない、
突合せ溶接及び重ね溶接を同時におこなう工程とを備え
た溶融溶接方法。

【０００６】（２） 突合せ溶接及び重ね溶接での第２
の部材側の溶融は、レーザー、電子ビーム、プラズマア
ーク、ＴＩＧ，ＭＩＧ、及びＣＯ_２アークの群から選択
される手段でおこなう（１）に記載の溶融溶接方法。

【０００７】（３） 互いに溶融して金属間化合物を形
成する異種材料を溶融溶接して得られた構造物であっ
て、第１の部材と、第１の部材よりも融点の高い材料か
らなる第２の部材との継手部分に突合せ接合部と重ね接
合部とを有し、実質的に第１の部材側のみの継手部の接
合部が溶融されたものである溶融溶接構造物である。

【０００８】本発明では、異材接合における上記の突合
せ溶接と重ね溶接のそれぞれの欠点を補完する継手形状
（例えば、Ｌ字型の継手形状）を用いて、突合せ溶接
部、重ね溶接部に対して、それぞれ高パワー密度熱源の
レーザー等を第２の部材（高融点材料）側から照射し
て、第１の部材と第２の部材の接合部に関して、第１の
部材（低融点材料）側の接合部のみを溶融させ、第２の
部材（高融点材料）側の接合部界面を溶融させないで、
突合せ接合部及び重ね溶接部を同時に作成するような接
合をする。

【０００９】この溶融溶接方法によれば、金属間化合物
を生成する領域を極力少なくすることができ、かつ、突
合せ溶接と重ね溶接とを組合わせているので、強度特性
の優れた良好な異材接合部の作成が可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明で適用可能な第１の部材を
例示すると、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅
合金、マグネシウム合金等である。第２の部材を例示す
ると各種鉄鋼材料である。適用可能な合金系の組合わせ
として、アルミニウム及びアルミニウム合金（以下、Ａ
ｌ合金と略称する）と種々の金属材料、銅及び銅合金
（以下、Cu合金と略称する）と種々の金属材料、マグネ
シウム合金（以下、Ｍｇ合金と略称する）と種々の金属
材料など、種々の組合わせが挙げられる。具体的には、
Ａｌ合金−各種鉄鋼材料（Fe）、Ａｌ合金−各種チタン
基材料（Ti）、Ａｌ合金−各種コバルト基合金（Co）、
Ａｌ合金−各種ニオブ基合金（Nb）、Ａｌ合金−珪素・
シリコン（Si）、Ａｌ合金−各種ステンレス鋼（SU
S）、Ａｌ合金−各種ニッケル基合金（Ni）、Ａｌ合金
−各種クロム基合金（Cr）、Ａｌ合金−各種ジルコニウ
ム（Zr）、Cu合金−各種鉄鋼材料（Fe）、Cu合金−各種
チタン基材料（Ti）、Cu合金−各種コバルト基合金（C
o）、Cu合金−各種ニオブ基合金（Nb）、Cu合金−珪素
・シリコン（Si）、Cu合金−各種ステンレス鋼（SU
S）、Cu合金−各種ニッケル基合金（Ni）、Cu合金−各
種クロム基合金（Cr）、Cu合金−各種ジルコニウム（Z
r）、Mg合金−各種鉄鋼材料（Fe）、Mg合金−各種チタ
ン基材料（Ti）、Mg合金−各種コバルト基合金（Co）、
Mg合金−各種ニオブ基合金（Nb）、Mg合金−珪素・シリ
コン（Si）、Mg合金−各種ステンレス鋼（SUS）、Mg合
金−各種ニッケル基合金（Ni）、Mg合金−各種クロム基
合金（Cr）、Mg合金−各種ジルコニウム（Zr）が挙げら
れる。

【００１１】継手部分の形状は、突合せ部と重ね部とが
形成されるものであれば、特に限定されるものではな
い。適用される部材の形状は、板材に適用した例を示し
たが、例えば、円形丸棒と円形丸棒、丸棒と円形丸管、
円形丸管と円形丸管との組合わせなど、任意の形状に適
用できる。要は、継手部に突合せ部と重ね部とが形成さ
れていればよい。また、第２の材料の溶融方法は、レー
ザー、電子ビーム、プラズマアーク、ＴＩＧ，ＭＩＧ、
ＣＯ_２アークなどパワー密度の高い手段を用いるのが好
ましい。

【００１２】以下、図面を参照して、本発明の実施の形
態を示す。

【００１３】図１は、第１の部材（１）と第２の部材
（２）との継手部を示す。第１の部材は、継手部分がＬ
字状をなし、第２の部材は、第１の部材よりも高融点の
材料で、平板状である。第１の部材と第２の部材との継
手部分には、突合せ部（３）と重ね部（４）とが形成さ
れている。

【００１４】継手の突合せ部（３）から離れた位置で、
かつ重ね部（４）の上から、第２の部材を溶融する。突
合せ部からの距離は、その溶融熱により、第１の部材の
突合せ部の接合部が溶融するが、第２の部材の突合せ部
は溶融しない距離とする。溶融の深さは、その溶融熱に
より第１の部材の重ね部の突合せ部の接合部が溶融する
が、第２の部材の突合せ部は溶融しない深さとする。

【００１５】得られた溶融溶接構造物は、第２の部材の
溶融部（５）と、実質的に第１の部材のみが溶融した突
合せ接合部（６）と、実質的に第１の部材のみが溶融し
た重ね溶接部（７）とが形成される。

【００１６】図２は、第１の部材がＬ字状に、第２の部
材が逆Ｌ字状に形成されたものである。この性状の継手
に対しては、図１の方法に加えて、さらに第２の部材の
底面側から、第２の突合せ部（８）の近傍（５’）を溶
融させ、実質的に第１の部材側のみに突合せ接合部
（９）を形成する。

【００１７】なお、上記実施例では、第２の部材（２）
の溶融は、重ね部の接合部に到達しないように溶融した
が、図３に示すように、溶融部が第１の部材（１）にま
で達するようにしてもよい。このことにより、楔の機能
を発揮することとなる。

【００１８】また、図４に示すように、Ｌ字状と、逆Ｌ
字状に形成した一対の第２の部材（２）、（２）を用意
し、その突合せ部に第１の部材（１）が挟まれているよ
うな継手の場合にも本発明を適用することができる。

【００１９】さらに、本発明は、図５に示すサネハギ継
手(rabbet joint)にも適用でき、この場合、例えば、
(1)又は(2)に示すように第２の部材の溶融部（５）を形
成して、突合せ溶接部（６）、重ね溶接部（７）を形成
する。

【００２０】

【実施例】本発明方法を用いて、通常の自動車鋼板用Ｆ
ｅ（0.8mmt）または純鉄（２ｍｍｔ）と工業用純アルミ
ニウム(2mmtまたは３ｍｍｔ：Ａｌ板では、そのままの
ものと、深さ１ｍｍ、長さ４〜５mmの段差を付けたも
の）を用いて、重ね溶接と重ね・突合せ併用溶接を行っ
た。その結果、重ねと突合せの併用溶接法を採用するこ
とにより、重ね溶接の場合に比べて引張り強度が２５％
上昇した。すなわち、 １ 突合せ溶接のみの場合（薄板の場合、引張り試験セ
ット時に破断することが多い）その接合強度は、約1,00
0Nであった。 ２ 重ね溶接の場合、その接合強度は、約４，９００Ｎ
〜５，０６５Ｎであった。 ３ 本発明の重ねと突合せ重畳法では、その接合強度は
６３４０Ｎであった。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
継手形状を工夫し（例えば、Ｌ字型）、金属間化合物の
生成を極力抑制した重ね溶接と突合せ溶接とを併合する
ことにより、強度特性の優れた異材接合部を形成した溶
融溶接方法及び溶接部を有する構造物を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施態様を示す断面図。

【図２】本発明の他の実施態様を示す断面図。

【図３】本発明の更に異なる実施態様を示す断面図。

【図４】本発明の別の実施態様を示す断面図。

【図５】本発明の更に異なる別の実施態様を示す断面
図。

【符号の説明】

１．．．第１の部材 ２．．．第２の部材 ３．．．突合せ部 ４．．．重ね部 ５．．．第２の部材の溶融部 ６．．．突合せ溶接部 ７．．．重ね溶接部 ８．．．第２の突合せ部 ９．．．突合せ溶接部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−100888（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−81288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−134288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−232082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−160148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−232082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−134288（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−29833（ＪＰ，Ｂ２) 国際公開92／828（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/23

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに溶融して金属間化合物を形成する
   異種材料を溶融溶接する方法において、 継手部分に突合せ部と重ね部とを形成するようにした第
   １の部材と第１の部材よりも融点の高い材料からなる第
   ２の部材とを組合わせる工程と、 第２の部材側を溶融させ、突合せ部及び重ね部の接合部
   に関して、第２の部材側からの熱伝導で実質的に第１の
   部材側の突合せ部及び重ね部の接合部のみを同時に溶融
   させ、第２の部材側の接合部を溶融させない、突合せ溶
   接及び重ね溶接を同時におこなう工程とを備えた溶融溶
   接方法。
2. 【請求項２】 突合せ溶接及び重ね溶接での第２の部材
   側の溶融は、レーザー、電子ビーム、プラズマアーク、
   ＴＩＧ，ＭＩＧ、及びＣＯ_２アークの群から選択される
   手段でおこなう請求項１に記載の溶融溶接方法。