JP3626085B2 - Projection-to-projection diffusion bonding method and welded article - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルミニウム、あるいはマグネシウム又はそれらの合金などからなる被溶接物品のプロジェクション突き合わせ拡散接合方法及び溶接物品に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、アルミニウム材又はその合金は抵抗溶接される場合が多い。例えば、特開平10−193132号公報に記載されている方法は、アルミニウム材又はその合金間に交流電流をあるサイクルの期間流して溶接部にナゲットを形成するスポット溶接であり、スポット溶接を行うことによって、溶接ナゲット部の周りに熱応力に起因する欠陥を生じないところに特徴がある。また、特開平9−38782号公報に記載されている方法は、溶接されるアルミニウム材間に特定の金属粉末からなるインサート材を介在させ、低電流で抵抗スポット溶接するものである。さらにまた、特開平8−39265号公報にもアルミニウム合金の同様なスポット溶接方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
これらはいずれもスポット溶接であり、一般的に被溶接物であるアルミニウム材又はその合金の一方だけに適当なプロジェクションを形成し、そのプロジェクシヨン及びその近傍に溶接電流を集中させて、接合部のアルミニウム材又はその合金を溶融させ、ナゲットを形成することにより溶接を行っていた。しかし、このような抵抗スポット溶接の場合には一方の被溶接物と他方の被溶接物の接触面に形成されている酸化膜を除去するための前処理が必要である。また、ナゲットを形成するために外観上で問題視される場合もある。
【0004】
本発明はこのような従来の問題点を除去することを課題とし、双方の被溶接物に形成したプロジェクションの頂部同士を突き合わせた状態で加圧し、パルス状電流を流すことによりプロジェクション同士の接合部を流動塑性化させ、プロジェクションの頂部の接合面に挟まれた酸化膜や汚れをその接合面から周囲に押し出すことにより、ナゲットを形成せず前処理や後処理が不要な質の高い新たなプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、この第1の発明は、第1と第2の被溶接物品を拡散接合する方法において、少なくとも一方がアルミニウム又はマグネシウム、あるいはそれらの合金からなる前記第1と第2の被溶接物品はそれぞれプロジェクションを有すると共に、前記プロジェクションの高さよりも背の低い内面側の包囲壁を有し、前記プロジェクションと前記包囲壁とにより形成された環状又は輪状の溝をそれぞれ備え、前記第1と第2の被溶接物品の双方に形成された前記プロジェクションの頂部同士を突き合わせると共に加圧し、その加圧した状態で、エネルギー蓄積コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを30ms以下の短時間で放出することにより、パルス状の電流を前記第1、第2の被溶接物品の前記プロジェクション間に流して前記プロジェクションの前記頂部とその近傍を塑性流動化させ、これにより前記プロジェクションの前記頂部の接合面に挟まれた酸化膜や汚れを前記接合面から押し出して前記溝に閉じ込めることを特徴とするプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法を提供する。
【0006】
また、この第2の発明は、前記第1の発明又は前記第2の発明において、前記拡散接合時に、前記包囲壁の一方の頂部面を他方の前記包囲壁の頂部面と同等以下のレベル以下になるよう相手方の前記溝に進入させることにより、発生するチリ及び前記プロジェクション同士の接合部分から押し出されるはみ出し部を前記溝に閉じ込めることを特徴とするプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1により本発明の実施の形態について説明する。図1(A)において、1は上側に位置する第1の被溶接物、2は下側に位置する第2の被溶接物であり、これらはアルミニウム、あるいはマグネシウム、又はこれらの合金などからなる金属材料である。第1と第2の被溶接物1と2は、断面が台形状のプロジェクション1a、2aをそれぞれ有する。プロジェクション1a、2aは環状、つまりリング状のものであり、同一の直径をもつ仮想円状に形成されている。第1と第2の被溶接物1と2は、プロジェクション1aの頂部面1bとプロジェクション2aの頂部面2b同士が突き合わされるように、上部電極3と下部電極4との間に配置される。なお、図1ではこれら各部材の断面を示している。
【0013】
この状態で、図示していない加圧機構により上部電極3に下方向の加圧力がかけられ、第1と第2の被溶接物1と2間、つまりプロジェクション1aの頂部面1bとプロジェクション2aの頂部面2bとの間に所定の加圧力が加えられる。その状態で、図示していない一般的な電源装置のエネルギー蓄積コンデンサに蓄えられた電気エネルギーが短時間で放出され、プロジェクション1aの頂部面1bとプロジェクション2aの頂部面2b間をパルス状電流が通流する。このパルス状電流は、前述のスポット溶接のようにプロジェクション1aと2a及びそれら近傍の金属材料を溶融させてナゲットを形成する程の電流ピーク値や電流量よりも小さく、プロジェクション1aの頂部とプロジェクション2aの頂部との金属をその融点以下で塑性流動させる程度の温度にまで上昇させる短いパルス幅のものである。
【0014】
このような短い時間幅、例えば30ms以下、好ましくは15ms以下のパルス幅をもつパルス状電流の通流により、プロジェクション1aの頂部とプロジェクション2aの頂部とその近傍の金属が塑性流動により変形し、それら当接面における酸化膜が破壊され、破壊された酸化膜や異物が前記変形に伴って前記接合部の外に押し出されるので、最終的なプロジェクション1aとプロジェクション2aとの接合面には酸化膜や異物などの存在しない第1と第2の被溶接物1と2の金属材料による接合面となり、金属材料相互の電子の拡散が促進され、機械的結合力の強い質の高い拡散接合が得られる。
【0015】
このようなプロジェクション同士突き合わせ拡散接合によれば、双方のプロジェクション1aの頂部面1bとプロジェクション2aの頂部面2bを中心とする接合部金属が塑性流動により変形して外方向に向かって押し出されるために、最終的なプロジェクション1aの頂部面1bとプロジェクション2aの頂部面2bとの接合面には酸化膜や異物などが存在しないので、従来のような、被溶接物の一方のみにプロジェクションを形成したスポット溶接などに比べて、酸化膜や異物などを除去するための前処理や外観をきれいにするなどの後処理が不要になる。また、ナゲットが形成されず、実質的にプロジェクションだけが加熱されるために熱歪みは非常に小さく、高い寸法精度をもつ溶接物が得られると共に、溶接物の温度が上昇しないので直ぐに触ったり、取り出すことも可能である。
【0016】
次に、図1(B)はプロジェクションの他の実施形態を示し、被溶接物1又は2のプロジェクション1a又は2aは、リングプロジェクションの場合には断面半円状になり、被溶接物1又は2に多数のプロジェクションが形成されるマルチプロジェクションの場合には半球状の形状となる。ここで言う半円状、半球状とは円又は球面の一部分を含むことを指す。図1(C)に示すプロジェクションの別な実施形態は、リングプロジェクションの場合には断面コの字状になり、マルチプロジェクションの場合にはプロジェクション1a又は2aの表面から延びる矩形状体になる。被溶接物1、2のプロジェクション1a、2aは必ずしも大きさや形状が同じでなくとも良く、また図1(A)〜(C)に示した形状のプロジェクションの組み合わせ、あるいは他の形状のプロジェクションでも良い。
【0017】
【実施例】
図2及び図3により本発明に係るプロジェクション突き合わせ拡散接合方法の1実施例について説明する。図2及び図3は被溶接物1、2及び上部電極3、下部電極4の断面を示す。この実施例は円筒状ロッド状の被溶接物1、2のそれぞれの一方の端部に環状テーパー面1A,2Aが形成され、それぞれの端部はそれ以外の部分よりも外径が大きい大径部1B、2Bとなっている。大径部1B、2Bの向き合わされる端面それぞれには断面台形状のリングプロジェクション1a、2aが形成され、その内側、外側にはリングプロジェクション1a、2aよりも背高の低い環状の包囲壁1cと1d、環状の包囲壁2cと2dが形成されている。リングプロジェクション1aと内面側と外面側の包囲壁1cと1dとの間にはそれぞれ環状の溝1e、1fが形成され、リングプロジェクション2aと内面側と外面側の包囲壁2cと2dとの間にはそれぞれ環状の溝2e、2fが形成される。これら包囲壁1cと1d、包囲壁2cと2dは、拡散接合時にリングプロジェクション1aと2aの塑性流動により頂部面1bと2b、つまり接合面を中心にリングプロジェクション1aと2aが押しつぶされ、図3に示すように周辺に押し出されるはみ出し部分1gと2gを溝1eと2e、溝1fと2f内に閉じ込める働きを行うものである。
【0018】
また、上部電極3及び下部電極4はそれら内周面に沿って、被溶接物1、2のそれぞれの環状テーパー面1A,2Aに適合する環状のテーパー面3A、4Aを有する。上部電極3及び下部電極4はテーパー面3A、4Aを介して被溶接物1、2のそれぞれの環状テーパー面1A,2Aに加圧力を与えると共に、パルス状電流を通電する。上部電極3と下部電極4間でパルス状電流が流れると、そのパルス状電流はプロジェクション1a,2aの接合面1bと2bを通って流れ、その抵抗により接合部が発熱し、瞬時に塑性流動化する。このときのパルス状の電流はプロジェクション1aと2aとの接合面積によっても異なるが、ナゲットが形成される寸前の電流ピーク値とパルス幅を有し、パルス幅は例えば30ms以下、好ましくは15ms以下である。
【0019】
前述のようにプロジェクション1a,2aの接合部が塑性流動化するのに伴い、図3に示すように塑性流動化したプロジェクション1aと2aの接合面1bと2bを含む部分は前記加圧力によりその周囲に押し出されるが、被溶接物1の包囲壁1c、1dと被溶接物2の包囲壁2cと2dの先端面が互いに当接して、プロジェクション1a、2a及び溝1e、1fと溝2e、2fを閉じ込める形になる。したがって、拡散接合時に接合部から発生するチリ及び押し出された部分1g、2gを閉じ込めることができ、チリによる悪影響を防ぐことができると同時に、接合部の外観をきれいなものにできる。
【0020】
このようなプロジェクション同士突き合わせ拡散接合を実現するためには、上部電極3又は下部電極4がプロジェクション1a,2aの接合部の瞬時の塑性流動化に対して高速で応答する必要がある。したがって、この方法の実施に当たっては特開平8−118040号公報に開示されたような構造の装置を用い、その装置ではスプリングの弾性力を利用して上部電極3が高速応答するようになっている。上部電極3が高速応答することによって、良好なプロジェクション同士突き合わせ拡散接合を行うことができ、しかも拡散接合に発生するチリや押し出されたはみ出し部分1g、2gを閉じ込めることができる。
【0021】
次に図4は、このプロジェクション同士突き合わせ拡散接合時にアルミニウム金属パイプのような第1の被溶接物1の環状の包囲壁1cが、アルミニウム金属板のような第2の被溶接物2の環状の溝2e内に入り込むように(鎖線で示す)、環状の包囲壁1cの内径は第2の被溶接物2の環状の包囲壁面2c’の径よりも大きく、かつ環状の包囲壁1dの外径が被溶接物2の環状の包囲壁面2d’の径よりも小さく形成されている実施例を示す。第2の被溶接物2の包囲壁面2c’と包囲壁面2d’はプロジェクション2aの内面側、外面側に環状の溝2e、2fを形成することにより、被溶接物2の表面からほぼ垂直にその厚み方向に延びている。プロジェクション1aと2aの関係については前述実施例と同様であるので、説明を省く。この実施例では第2の被溶接物2のプロジェクション2aや環状の溝2eをプレス成形により形成している。なお、図4においては第1、第2の被溶接物1、2の断面を示している。
【0022】
この拡散接合時にプロジェクション1aと2aの接合部が塑性流動することにより生じる押し出され部分及び発生するチリは、前記実施例と同様に環状の包囲壁1cと環状の包囲壁面2c’、環状の包囲壁1dと環状の包囲壁面2d’によって閉じ込められ、外部に漏出しない。
【0023】
図5は本発明にかかるプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法の他の実施例を示し、アルミニウム製パイプである第1、第2の被溶接物1、2をアルミニウム製円板である第3の被溶接物5を介して接合する例である。図5はこれら被溶接物1、2及び5の一部分の断面を示す。第3の被溶接物5は第1の被溶接物1の環状のプロジェクション1aに対応する環状のプロジェクション5aと、第2の被溶接物2の環状のプロジェクション2aに対応する環状のプロジェクション5a’とを有する。プロジェクション1aとプロジェクション5aとが突き合わされ、プロジェクション2aとプロジェクション5a’とが突き合わされる。この実施例では、第1、第2の被溶接物1、2の外面側のみに包囲壁1d、2dを備え、内面側には包囲壁を備えていない。第1、第2の被溶接物1、2の包囲壁1d、2dは第3の被溶接物5の包囲壁面5c’、5d’と共働して、拡散接合時に発生するチリや押し出されたはみ出し部分を閉じ込める。内面側に関しては、拡散接合時に発生するチリが問題にならない場合には、包囲壁は不要である。
【0024】
この実施例では、第1、第2の被溶接物1、2がアルミニウム製パイプ、第3の被溶接物5がアルミニウム製円板として説明したが、マグネシウム、あるいはそれらの合金など他の導電性の良好な金属材料でも同様に拡散接合が可能であり、これら被溶接物がパイプや金属板でなく、ロッドあるいはロッドとパイプや金属板の接合であっても同様にプロジェクション同士突き合わせ拡散接合を行うことができる。なお、被溶接物の内面側でチリが問題になる場合にはその内面側だけに包囲壁や包囲壁面を設けても良い。
【0025】
【発明の効果】
以上述べたように本発明にかかるプロジェクション同士突き合わせ拡散接合によれば、下記のような効果を奏する。
(1) アルミニウム又はマグネシウム、あるいはそれらの合金などの質の良い拡散接合が可能である。
(2) 拡散接合時に双方のプロジェクションの頂部の接合面の酸化膜や汚れがその接合面から押し出されるので、酸洗いなどの前処理が不要である。
(3) スポット溶接などのように溶接部にナゲットを形成しないので、熱歪みがほとんど無く、また特に金属板をマルチプロジェクション拡散接合した場合には外観が綺麗であるので後処理が不要である。
(4) 双方のプロジェクションを通して電流を流し、プロジェクション同士を拡散接合するので、スポット溶接などに比べて電流量が僅かで済み、経済性に優れている。
(5) 瞬時に双方のプロジェクション同士を拡散接合する方式であるので、溶接物の温度がほとんど上昇せず、素手で支えた状態でも接合作業が可能であり、また接合工程を直ぐに取り出すこともできる。
(6) さらにまた、請求項2ないし請求項4記載にされた被溶接物品の形状では、包囲壁又は包囲壁面を有しているので、溶接時や拡散接合時に必ず発生するチリや接合時に塑性流動した金属を被溶接物品を構成する金属材料内に閉じ込めることができ、チリによる悪影響を防ぐことができると同時に、綺麗な外観を保ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプロジェクション同士突き合わせ拡散接合の実施の形態を説明するための図である。
【図2】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図3】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図4】本発明の別の実施例を説明するための図である。
【図5】本発明の更に別の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
1・・第1の被溶接物
1a・・プロジェクション 1c、1d・・包囲壁
1e、1f・・溝 1A・・環状のテーパー面
2・・第2の被溶接物
2a・・プロジェクション 2c、2d・・包囲壁
2e、2f・・溝 2A・・環状のテーパー面
3・・上部電極
4・・下部電極
5・・第3の被溶接物
5a、5a’・・プロジェクション 5c’、5d’・・包囲壁面[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a projection butt diffusion bonding method for a welded article made of aluminum, magnesium, or an alloy thereof, and a welded article.
[0002]
[Prior art]
In general, an aluminum material or an alloy thereof is often resistance-welded. For example, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-193132 is spot welding in which an alternating current is passed between aluminum materials or alloys thereof for a certain cycle to form a nugget in a welded portion, and spot welding is performed. Therefore, there is a feature that no defect caused by thermal stress is generated around the weld nugget portion. Japanese Patent Laid-Open No. 9-38782 discloses a method in which an insert material made of a specific metal powder is interposed between aluminum materials to be welded, and resistance spot welding is performed at a low current. Further, JP-A-8-39265 discloses a similar spot welding method for aluminum alloy.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
All of these are spot welds, and an appropriate projection is generally formed only on one of the aluminum materials or alloys thereof to be welded, and the welding current is concentrated on the projection and the vicinity thereof, so that Welding was performed by melting an aluminum material or an alloy thereof to form a nugget. However, in the case of such resistance spot welding, a pretreatment is required to remove the oxide film formed on the contact surface between one work piece and the other work piece. In addition, there is a case where it is regarded as a problem in appearance in order to form a nugget.
[0004]
It is an object of the present invention to eliminate such problems in the prior art, and pressurizes the projections formed on both of the objects to be welded together so that the tops of the projections are in contact with each other. This is a new high-quality projection that does not require pre-treatment or post-treatment without forming a nugget by extruding the oxide film and dirt sandwiched by the joint surface at the top of the projection to the periphery. It is an object to provide a butt-diffusion diffusion bonding method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the first invention is the method of diffusion bonding the first and second articles to be welded, wherein at least one of the first and second is made of aluminum, magnesium, or an alloy thereof. Each of the articles to be welded has a projection and an surrounding wall on the inner surface side lower than the height of the projection , each of which includes an annular or ring-shaped groove formed by the projection and the surrounding wall, The tops of the projections formed on both of the first and second articles to be welded are pressed against each other and pressurized, and in the pressurized state, the electric energy stored in the energy storage capacitor is reduced to 30 ms or less in a short time. by releasing, the pulsed current first, flow between the projection of the second welded article Wherein said top projection and is plastically fluidize the vicinity thereof, thereby characterized Rukoto confined oxide film and dirt sandwiched the bonding surface of said top portion of said projection in said groove extruded from the joint surface Te A projection-to-projection diffusion bonding method is provided.
[0006]
Further, according to the second invention, in the first invention or the second invention , at the time of diffusion bonding , one top surface of the surrounding wall is equal to or lower than a top surface of the other surrounding wall. the Rukoto caused to enter into the groove of the other party to be in, to provide a projection between butt diffusion bonding method characterized by confining the protruding portion to be pushed out from the joining portion between the dust and the projection generated in the groove.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1A, 1 is a first work piece positioned on the upper side, 2 is a second work piece located on the lower side, and these are made of aluminum, magnesium, or an alloy thereof. It is a metal material. The first and
[0013]
In this state, a downward pressing force is applied to the
[0014]
By passing a pulsed current having such a short time width, for example, a pulse width of 30 ms or less, preferably 15 ms or less, the top of the
[0015]
According to such projection-to-projection diffusion bonding, the joint metal centering on the
[0016]
Next, FIG. 1B shows another embodiment of the projection, and the
[0017]
【Example】
An embodiment of the projection butt diffusion bonding method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3 show cross sections of the
[0018]
Further, the
[0019]
As described above, as the joint portion of the
[0020]
In order to realize such projection-to-projection butt diffusion bonding, the
[0021]
Next, FIG. 4 shows that the
[0022]
Extruded portions and dust generated due to plastic flow of the joint between the
[0023]
FIG. 5 shows another embodiment of the projection-to-projection diffusion bonding method according to the present invention. The first and
[0024]
In this embodiment, the first and second objects to be welded 1 and 2 are described as aluminum pipes, and the third object to be welded 5 is described as an aluminum disk. However, other conductive materials such as magnesium or their alloys are used. Diffusion bonding is possible even with a good metal material, and projection-to-projection diffusion bonding is similarly performed even if these workpieces are not pipes or metal plates, but are rods or rods and pipes or metal plates. be able to. If dust is a problem on the inner surface side of the work piece, an enclosing wall or an enclosing wall surface may be provided only on the inner surface side.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, the projection-to-projection butt diffusion bonding according to the present invention has the following effects.
(1) Diffusion bonding with good quality such as aluminum, magnesium, or alloys thereof is possible.
(2) Since the oxide film and dirt on the joint surface at the top of both projections are pushed out from the joint surface during diffusion joining, pretreatment such as pickling is unnecessary.
(3) Since no nugget is formed in the weld as in spot welding, there is almost no thermal distortion, and in particular, when a metal plate is subjected to multi-projection diffusion bonding, the appearance is beautiful and no post-treatment is required.
(4) Since an electric current is passed through both projections and the projections are diffusion-bonded to each other, the amount of current is small compared to spot welding and the like, which is excellent in economic efficiency.
(5) Since both projections are instantly diffusion-bonded together, the temperature of the weldment hardly rises, it is possible to perform the joining work even with a bare hand supported, and the joining process can be taken out immediately. .
(6) Furthermore, since the shape of the article to be welded according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of projection-to-projection diffusion bonding according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1.
Claims (2)
少なくとも一方がアルミニウム又はマグネシウム、あるいはそれらの合金からなる前記第1と第2の被溶接物品はそれぞれプロジェクションを有すると共に、前記プロジェクションの高さよりも背の低い内面側の包囲壁を有し、
前記プロジェクションと前記包囲壁とにより形成された環状又は輪状の溝を備え、
前記第1と第2の被溶接物品の双方に形成された前記プロジェクションの頂部同士を突き合わせると共に加圧し、その加圧した状態で、エネルギー蓄積コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを30ms以下の短時間で放出することにより、パルス状の電流を前記第1、第2の被溶接物品の前記プロジェクション間に流して前記プロジェクションの前記頂部とその近傍を塑性流動化させ、これにより前記プロジェクションの前記頂部の接合面に挟まれた酸化膜や汚れを前記接合面から押し出して前記溝に閉じ込めることを特徴とするプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法。In the method of diffusion bonding the first and second articles to be welded,
Each of the first and second welded articles, at least one of which is made of aluminum, magnesium, or an alloy thereof, has a projection and an surrounding wall on the inner surface side that is lower than the height of the projection,
An annular or annular groove formed by the projection and the surrounding wall;
The tops of the projections formed on both the first and second articles to be welded are pressed against each other and pressurized, and in the pressurized state, the electrical energy stored in the energy storage capacitor is short for 30 ms or less. , A pulsed current is caused to flow between the projections of the first and second articles to be welded to plastically fluidize the top portion of the projection and the vicinity thereof, and thereby the top portion of the projection. projection each other butt diffusion bonding wherein the Rukoto confined in the groove of the oxide film and dirt sandwiched bonding surface extruding from the joint surface.
前記拡散接合時に、前記包囲壁の一方の頂部面を他方の前記包囲壁の頂部面と同等以下のレベル以下になるよう相手方の前記溝に進入させることにより、発生するチリ及び前記プロジェクション同士の接合部分から押し出されるはみ出し部を前記溝に閉じ込めることを特徴とするプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法。In claim 1,
During the diffusion bonding, by Rukoto caused to enter into the groove of the other party so that one top surface of the surrounding wall below the other of the surrounding top surface of the wall and the equivalent or lower levels, dust and the projection between generated projection each other butt diffusion bonding method characterized by confining the protruding portion to be pushed out from the joining portion to the groove.
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