JP4303629B2 - 異種材料の抵抗溶接方法、アルミニウム合金材および異種材料の抵抗溶接部材 - Google Patents
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Description
また、連続打点性および溶接電流値を鋼板と同等またはそれに近づけるための技術として、Zn−Fe系合金めっき層を所定のめっき付着量としたアルミニウム合金板が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであって、本発明の異種材料の抵抗溶接方法は、鉄とアルミニウム合金とを溶接するための異種材料の抵抗溶接方法であって、前記アルミニウム合金の少なくとも抵抗溶接を行う部分に、予め、鉄基合金による被覆処理を行って表層を形成し、この表層を介して前記鉄と前記アルミニウム合金との抵抗溶接を行い、前記鉄基合金は、Fe含有率が82%以上であるFe−Cr系合金であることを特徴とする(請求項1)。
しかも、抵抗溶接時には、アルミニウム合金の表面温度の急激な上昇がなくなり、アルミニウム合金と電極(銅合金製)との溶着が生じにくくなる。これにより、連続打点寿命が長くなり、電極のメンテナンス頻度を低減することができる。すなわち、連続打点性が鉄同士の溶接並、あるいはそれを上回るようになる。
なお、前記「溶接性」とは、溶接した後の溶接接合部において、優れた機械的強度を確保できるような、良好な溶接接合状態が得られることを言う。
したがって、製品重量のあるものでも、従来のような高圧エア搬送等の設備を用いることなく搬送を行うことができるようになり、各工程間のハンドリング性が高まるという利点が得られる。これにより、生産性の向上を図ることができる。また、被覆処理により表層が形成されることで、耐傷性が高まるようになる。また、表層は薄く形成することが好ましく、これによって、磁気治具を用いたときでもアルミニウム合金材における磁気の残留がなく、磁力治具からの手離れも良くすることができる。
なお、被覆処理としては、例えば、めっき処理、スパッタリングによる処理、金属蒸着による処理等が挙げられる。特に、めっき処理により表層を形成することが好ましい。
また、Fe−Cr系合金で構成した鉄基合金は、硬度が高く、アルミニウム合金の耐傷性が向上する。
また、表層が形成されることにより耐傷性に優れ、しかも、磁気治具によるハンドリング性に優れたアルミニウム合金材が得られる。
また、表層が形成されることによって耐傷性に優れ、しかも、磁気治具によるハンドリング性に優れた異種材料の抵抗溶接部材が得られる。
公知のめっき処理としては、例えば、電解法を採用することができる。なお、めっき処理に先立って下地めっき処理を行うことが好ましく、下地めっき処理としては、アルカリ亜鉛浴による置換めっきを行うジンケート法や、アルミニウムのアノード酸化被膜を形成した後にめっきを行う陽極酸化法を採用する。
また、本実施形態では、アルミニウム合金板1の両面に、前記の手法によってFe−Cr合金めっきによりなる表層2,3を形成した。
まず、図1(b)に示すように、アルミニウム合金板1と鋼板10とを重ね、図示しないスポット溶接機の上下一対の電極E1,E2(銅合金製)により所定の加圧力でこれらを挟持しつつ、電流を1ないし数サイクル流す。なお、前記スポット溶接機の溶接電源としては、短時間で比較的大きい電流を流すことのできるコンデンサ電源を使用することができる。
しかも、抵抗溶接時には、溶けたナゲットNと電極E1との接触が表層3で防止されるので、ナゲットNが電極E1と合金化するという現象が防止され、電極E1の損耗が抑えられるようになる。したがって、電極E1(E2)のメンテナンス頻度を低減することができ、連続打点性が鋼板10同士の溶接並、あるいはそれを上回るようになる。また、溶接部における外観を良好にすることができ、製品品質を高めることができる。
これに対して、図1(c),(d)に示すように、被覆処理を行ったアルミニウム合金板1と鋼板10との溶接は、前記したように、鋼板10とアルミニウム合金板1との界面において、鉄同士の接触、すなわち、鋼板10と表層2(表層3)との接触になるので、通常の溶接(鋼板10同士の溶接)に使用される電流を電極E1,E2を通じて印加することにより、界面で抵抗発熱を生じ、溶融をもって溶接が行われる。これにより、異種材料の抵抗溶接部材20が形成される。
したがって、製品重量のあるものでも、従来のような高圧エア搬送等の設備を用いることなく搬送を行うことができるようになり、各工程間のハンドリング性が高まるという利点が得られる。これにより、生産性の向上を図ることができる。また、被覆処理により表層2,3が形成されることで、耐傷性が高まるようになる。また、表層2,3は薄く形成することが好ましく、これによって、磁力治具Mを用いたときでもアルミニウム合金板1における磁気の残留がなく、磁力治具Mからの手離れも良くすることができる。
そして、得られたアルミニウム合金板1について、抵抗溶接時の溶接電流を最適な電流値に合わせ、連続打点性および破断強度を調べた。連続打点性および破断強度は、スポット溶接により評価した。また、使用する鋼板としては、SP鋼板およびGA鋼板(溶融亜鉛めっき鋼板)を使用した。
板厚:1.0mm
電極:16mmφのクロム含有のCu合金、先端半径6mm
加圧力:一定加圧150kgf
溶接時間(通電時間):10サイクル(50Hz)
電流:12〜14KA
図4は、表1に示した実施例2について、ナゲットの断面組織を電子顕微鏡により撮像した様子を示した図であり、図5はこれを模式化した図である。また、図6は図4におけるアルミニウム合金板と鋼板との界面を拡大して示した図であり、図7はこれを模式化した図である。さらに、図8は図6における界面を透過電子顕微鏡によりさらに拡大して示した図であり、図9はこれを模式化した図である。図5,図7,図9において、図中に示した符号は、実施形態で説明した符号と同一のものを付した。
これらを観察したところ、アルミニウム合金板1と鋼板10との界面S(図4〜図7参照)には、めっき(表層)が存在せず、その部分には、鋼板10がアルミニウム合金板1側に拡散して生成されたものと推察される金属間化合物層S1(図8,図9参照)の存在が認められるが、両者が密着していることが観察された。
これらの図に示すように、鋼板10側の抵抗発熱によりアルミニウム合金板1が溶融し、アルミニウム合金板1側に生成されたナゲットNが認められ、鋼板10とアルミニウム合金板1とが接合していることが観察された。
2,3 表層
10 鋼板
20 抵抗溶接部材
E1,E2 電極
H 抵抗発熱
M 磁力治具
N ナゲット
S 界面
Claims (6)
- 鉄とアルミニウム合金とを溶接するための異種材料の抵抗溶接方法であって、
前記アルミニウム合金の少なくとも抵抗溶接を行う部分に、予め、鉄基合金による被覆処理を行って表層を形成し、この表層を介して前記鉄と前記アルミニウム合金との抵抗溶接を行い、
前記鉄基合金は、Fe含有率が82%以上であるFe−Cr系合金であることを特徴とする異種材料の抵抗溶接方法。 - 前記抵抗溶接はスポット溶接あるいはプロジェクション溶接であることを特徴とする請求項1に記載の異種材料の抵抗溶接方法。
- 前記アルミニウム合金材の表層が厚さ0.01〜40μmの範囲にて形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の異種材料の抵抗溶接方法。
- 前記鉄基合金が、Zn,Ti,Sn,Ni,Mn,Co,Cu,Mo,Siのうち、少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の異種材料の抵抗溶接方法。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の異種材料の抵抗溶接方法に用いられるアルミニウム合金材であって、少なくとも抵抗溶接を行う部分に、予め、鉄基合金による被覆処理によって形成された表層を有していることを特徴とするアルミニウム合金材。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の異種材料の抵抗溶接方法を用いて得られた鉄材とアルミニウム合金材との異種材料の抵抗溶接部材であって、
前記アルミニウム合金材の少なくとも抵抗溶接を行う部分に、鉄基合金による被覆処理により形成された表層を有し、この表層を介して前記鉄材と前記アルミニウム合金材とが抵抗溶接により溶接されてなることを特徴とする異種材料の抵抗溶接部材。
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