JP5071752B2 - 抵抗シーム溶接による異種金属の接合方法 - Google Patents
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例えば、アルミニウム合金と鋼材を溶接する場合には、硬度が高くて脆弱なFe2Al5やFeAl3などの金属間化合物が生成するため、継手強度を確保するためには、これら金属間化合物の制御が必要となる。
さらに、爆着や熱間圧延なども知られているが、設備面や能率面で解決しなければならない問題が多く、一般の異種金属接合に広く適用することはできない。
また、本発明の抵抗シーム溶接による異種金属の接合構造は、互いに異なる金属材料から成る第1の材料と第2の材料の抵抗シーム溶接による接合構造であって、第2の材料に第1の材料の新生面が直接接合されていると共に、該接合部の周囲に、上記第1及び第2の材料、これら材料とは異なる金属から成る第3の材料、第1の材料と第3の材料との共晶反応生成物、第1の材料の酸化皮膜及び接合過程に生成される反応物のうち、少なくとも上記共晶反応生成物と酸化皮膜が排出されていることを特徴としている。
すなわち、抵抗シーム溶接時の通電及び加圧によって、上記第1、第2、第3の材料や、第3の材料と第1の材料との共晶反応生成物、第1の材料の酸化皮膜、接合過程に生成される反応物などが周囲に排出される結果、上記第2の材料に第1の材料の新生面が直接接合されると共に、該接合部の周囲に上記のような材料やその反応生成物が排出されている接合構造となり、強固な接合状態が得られることになる。
したがって、両金属の清浄面を接触させ、655K以上に加熱保持すると反応が生じる。これを共晶溶融といい、Al−95%Znが共晶組成となるが、共晶反応自体は合金成分に無関係な一定の変化であり、合金組成は共晶反応の量を増減するに過ぎない。
すなわち、加圧によって材料表面の微視的な凸部同士が擦れ合うことから、一部の酸化皮膜の局所的な破壊によってアルミニウムと亜鉛が接触した部分から共晶溶融が生じ、この液相の生成によって近傍の酸化皮膜が破砕、分解されてさらに共晶溶融が全面に拡がる反応の拡大によって、酸化皮膜破壊の促進と液相を介した接合が達成される。
まず、図2(a)に示すように、その表面に、Alと共晶を形成する第3の金属材料として機能する亜鉛めっき層1pが施された亜鉛めっき鋼板1と、アルミニウム合金板材2を用意し、図2(b)に示すように、これら亜鉛めっき鋼板1とアルミニウム合金板材2を亜鉛めっき層1pが内側になるように重ねる。なお、アルミニウム合金板材2の表面には酸化皮膜2cが生成している。
すなわち、これら金属とAlとの共晶金属は、母材であるアルミニウム合金材の融点以下で溶融するため、脆弱な金属間化合物が生成し易い鋼材とアルミニウム合金材の接合においても、低温で酸化皮膜の除去ができ、接合過程での接合界面における金属間化合物の生成が抑制でき、強固な接合が可能になる。
鋼材とマグネシウムとの接合に際しては、後述する実施例と同様に鋼材側にめっきした亜鉛とマグネシウムの間に共晶反応を生じさせて接合することが可能である。さらに、アルミニウムとマグネシウムを接合する場合においても、亜鉛や銀を第3の金属材料として利用することが可能である。
図3に示すような交流電源タイプの抵抗シーム溶接装置を用いて、板厚1.0mmの6000系アルミニウム合金板材2と、板厚0.55mmの亜鉛めっき鋼板1との接合を行なった。
なお、亜鉛めっき鋼板1の亜鉛めっき厚さについては、約5μmの厚さのものを使用した。
この結果を表1に示す。
上記実施例1と同じ材料を用い、ローラー電極R2を上記のコーン型のものから、図4(b)に示すように、ローラー外周部先端における軸方向の断面形状が円形に突出したドーム型のローラー電極に換えたこと以外は、上記同様の操作を繰り返すことによって、上記アルミニウム合金板材2と亜鉛めっき鋼板1とを接合し、実施例1と同様の評価を行なった。
その結果を表1に併せて示す。
1z 亜鉛めっき層(第3の材料)
2 アルミニウム合金材(被接合材)
3 共晶溶融金属
R1,R2 ローラー電極
Claims (5)
- 互いに異なる金属材料であって、表面に酸化皮膜が形成された第1の材料と酸化皮膜が形成されていない第2の材料を重ね合わせた被接合材を抵抗シーム溶接するに際し、被接合材の間に上記材料とは異なる金属から成る第3の材料を介在させ、上記第1の材料と第3の材料との間で共晶溶融を生じさせて、該共晶溶融反応物を第1の材料の酸化皮膜と共に接合界面から排出し、第2の材料に第1の材料の新生面を接合することを特徴とする異種金属の接合方法。
- 上記第2の材料に第3の材料がめっきされていることを特徴とする請求項1に記載の異種金属の接合方法。
- 上記第2の材料が亜鉛めっき鋼板であって、当該亜鉛めっき鋼板にめっきされている亜鉛を第3の材料として利用することを特徴とする請求項2に記載の異種金属の接合方法。
- 溶接用ローラー電極の少なくとも一方に、被接合材との接触面に凸状曲面を備えた電極を用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の異種金属の接合方法。
- 互いに異なる金属材料から成る第1の材料と第2の材料の抵抗シーム溶接による接合構造であって、上記第2の材料に第1の材料の新生面が直接接合されていると共に、該接合部の周囲に、上記第1及び第2の材料、これら材料とは異なる金属から成る第3の材料、第1の材料と第3の材料との共晶反応生成物、第1の材料の酸化皮膜及び接合過程に生成される反応物のうち、少なくとも上記共晶反応生成物と酸化皮膜が排出されていることを特徴とする異種金属の接合構造。
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