JP5997895B2 - MIG welded joint structure - Google Patents
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Description
本発明は、MIG溶接継手構造に係り、特に、異種金属材料である鋼材とアルミニウム材との重ねMIG溶接により得られる継手構造に関するものである。 The present invention relates to a MIG welded joint structure, and more particularly to a joint structure obtained by lap MIG welding of a steel material and an aluminum material which are different metal materials.
近年、地球環境の保護や省エネルギー等の観点から、自動車や鉄道車両等の輸送機器の構造体、建築構造体、或いは機械部品等の用途において、剛性の必要なところは鋼材を用いる一方、軽量化が必要なところはアルミニウム材を用いて構成し、所謂ハイブリッド構造にすることで、環境対応型の構造体とすることが主流となってきているが、そのような構造体を製作するには、鋼材とアルミニウム材との接合が必要となることとなる。 In recent years, from the viewpoint of protecting the global environment and saving energy, in applications such as automobiles, railway vehicles, and other transportation equipment structures, building structures, or machine parts, steel is used where rigidity is required, while weight reduction. However, where it is necessary to make an environmentally friendly structure by using an aluminum material and making it a so-called hybrid structure, in order to manufacture such a structure, Joining of a steel material and an aluminum material will be needed.
そこで、従来から、そのような鋼材とアルミニウム材という異種金属材料の接合について種々検討が為されてきており、例えば、溶融法や固相接合法等の多くの手法が提唱されている。例えば、溶融法として一般的なMIG溶接手法においては、特開2004−223548号公報等が提案され、また固相接合法として一般的なFSW(摩擦攪拌接合)においては、特開2003−275876号公報等が提案されている。 Therefore, various studies have been made on the joining of different kinds of metal materials such as steel and aluminum, and many techniques such as a melting method and a solid phase joining method have been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-223548 is proposed for a general MIG welding method as a melting method, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-27576 for a general FSW (friction stir welding) as a solid phase bonding method. Publications and the like have been proposed.
そして、それら提案されている接合手法の中で、溶融法であるMIG溶接手法は、最も一般的な接合手法であって、比較的安価な接合方式としてよく知られているところから、その採用が望まれているのであるが、そのようなMIG溶接手法にて鋼材とアルミニウム材とを接合して、良好な継手特性を有するハイブリッド構造体を得ることは、容易なことではなかったのである。即ち、鋼材とアルミニウム材とをMIG溶接するに際して、アーク溶接による入熱が高くなり過ぎると、それらの接合界面に、脆い金属間化合物が形成され易く、そのために、加工時において、かかる金属間化合物の存在部位で、割れが発生し易い問題があり、また逆に入熱が低くなり過ぎると、鋼材表面に対する溶融物の濡れ性が悪くなって、接合界面に未接合部が点在するようになって、良好な継手を得ることが困難となる問題がある。このため、構造体としての使用に耐え得る継手強度を有する接合界面が得られず、それがMIG溶接適用の妨げとなっているのである。 Among these proposed joining methods, the MIG welding method, which is a melting method, is the most common joining method and is well known as a relatively inexpensive joining method. As desired, it has not been easy to obtain a hybrid structure having good joint characteristics by joining steel and aluminum by such a MIG welding technique. That is, when MIG welding a steel material and an aluminum material, if the heat input by arc welding becomes too high, a brittle intermetallic compound is likely to be formed at the joint interface between them. There is a problem that cracks are likely to occur at the existence site, and conversely, if the heat input is too low, the wettability of the melt to the steel surface will deteriorate, and unbonded parts will be scattered at the joint interface. Thus, there is a problem that it is difficult to obtain a good joint. For this reason, a joint interface having a joint strength that can withstand use as a structure cannot be obtained, which hinders application of MIG welding.
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、アルミニウム材と鋼材との重ね隅肉部をMIG溶接して得られる継手構造において、その溶接部位の健全性を高めて、継手強度を効果的に向上せしめ、また曲げ加工等の加工に際して、溶接部位に割れや破断等の欠陥が惹起されることのないMIG溶接継手構造を提供することにある。 Here, the present invention has been made in the background of such circumstances, the place to be solved is a joint structure obtained by MIG welding an overlapped fillet portion of an aluminum material and a steel material, Provided is a MIG welded joint structure that improves the strength of the joint by effectively improving the soundness of the welded part and that does not cause defects such as cracks and breaks in the welded part during processing such as bending. There is.
そこで、本発明者は、上記した課題を解決するために、アルミニウム材と鋼材との重ね隅肉部をMIG溶接して得られる継手構造について種々検討した結果、所定の合金組成のアルミニウム材と鋼材とを組み合わせる一方、溶加材として4000系アルミニウム合金を用いて得られるMIG溶接継手構造において、その溶接部位に生じたビードと鋼材との接合界面における金属間化合物の層の最大厚さや、ビード止端部位における金属間化合物の層厚さが、曲げ加工を施した際に溶接部位に惹起される割れや剥離等の欠陥の発生に、大きな影響をもたらしている事実を見出し、更に検討を進めた結果、本発明を完成するに至ったのである。 Therefore, in order to solve the above problems, the present inventor has conducted various studies on joint structures obtained by MIG welding the overlapped fillet portion of an aluminum material and a steel material. As a result, the aluminum material and the steel material having a predetermined alloy composition are obtained. In the MIG welded joint structure obtained by using a 4000 series aluminum alloy as a filler material, the maximum thickness of the intermetallic compound layer at the joint interface between the bead and the steel material generated in the welded part, We found the fact that the layer thickness of the intermetallic compound at the end part had a significant effect on the occurrence of defects such as cracks and delamination that occurred in the welded part when bending was performed, and further studies were carried out. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、5000系又は6000系アルミニウム合金であって、Mg含有量が3.0重量%以下であるものからなるアルミニウム材を、鋼材の上に重ね合わせて、その重ね隅肉部を、溶加材として4000系アルミニウム合金を用いて、MIG溶接して得られる継手構造であって、その溶接部位に生じたビードと鋼材との接合界面に形成される金属間化合物の層の最大厚さが0.5〜10μmであり、且つビード止端部位における金属間化合物層の厚さが、0.5〜3.0μmであることを特徴としている。 That is, the present invention has been completed based on such knowledge, and the gist thereof is a 5000 series or 6000 series aluminum alloy having an Mg content of 3.0% by weight or less. A joint structure obtained by superimposing an aluminum material made of steel on a steel material and MIG welding the overlapped fillet portion using a 4000 series aluminum alloy as a filler material. The maximum thickness of the intermetallic compound layer formed at the bonding interface between the bead and the steel material is 0.5 to 10 μm, and the thickness of the intermetallic compound layer at the bead toe portion is 0.5 to 3 0.0 μm.
なお、かかる本発明に従うMIG溶接継手構造における好ましい態様の一つによれば、前記金属間化合物層は、複数のAl−Fe系金属間化合物の相を有し、そしてそのうちのFe2 Al5 相が、前記接合界面において6μmを越えない厚さの層となるように、構成されている。 According to one of the preferred embodiments of the MIG welded joint structure according to the present invention, the intermetallic compound layer has a plurality of phases of Al—Fe-based intermetallic compounds, and the Fe 2 Al 5 phase thereof. However, it is configured so as to be a layer having a thickness not exceeding 6 μm at the bonding interface.
また、本発明の他の好ましい態様によれば、前記金属間化合物層は、複数のAl−Fe系金属間化合物の相を有し、そしてそのうちのFe2 Al5 相が、前記接合界面において60%以下の厚さの層となるように、構成されている。 According to another preferred embodiment of the present invention, the intermetallic compound layer has a plurality of Al—Fe-based intermetallic phases, and an Fe 2 Al 5 phase of the intermetallic compound layer is 60 at the bonding interface. % Of the thickness of the layer.
このように、本発明に従うアルミニウム材と鋼材とのMIG溶接継手にあっては、それらをMIG溶接して得られる溶接部位に生じたビードと鋼材との接合界面に形成される金属間化合物の層の最大厚さが、0.5〜10μmの範囲内とされ、且つビード止端部位における金属間化合物層の厚さが、0.5〜3.0μmとなるように構成されているところから、その溶接部の健全性が効果的に高められ得て、継手強度の向上を有利に図り得ることとなると共に、そのような溶接継手に対して、曲げ加工等の加工を施しても、その溶接部位において、割れや剥離等の問題の発生が有利に阻止乃至は回避され得ることとなるのである。 As described above, in the MIG welded joint between the aluminum material and the steel material according to the present invention, the intermetallic compound layer formed at the joint interface between the bead and the steel material generated at the welded portion obtained by MIG welding them. The maximum thickness is within the range of 0.5 to 10 μm, and the thickness of the intermetallic compound layer at the bead toe portion is configured to be 0.5 to 3.0 μm. The soundness of the welded portion can be effectively increased, and the joint strength can be advantageously improved. Even if such a welded joint is subjected to bending or the like, the welded portion can be welded. The occurrence of problems such as cracking and peeling at the site can be advantageously prevented or avoided.
特に、そのようなMIG溶接継手構造においては、金属間化合物層を構成する複数のAl−Fe系金属間化合物の相のうち、接合界面の性質に影響を与える相は、Fe2 Al5 相であって、それが一定厚さ以上の層として存在した場合において、得られる継手の性質が低下するようになることが明らかとなったことから、本発明にあっては、有利には、かかるFe2 Al5 相が、金属間化合物層の全領域において、6μmを越えない厚さの層となるように、及び/又は、60%以下の厚さの層となるように構成され、それによって、継手の曲げ加工に際しての溶接部における割れや破断等の問題の発生を、より一層効果的に阻止することが可能となったのである。 In particular, in such a MIG welded joint structure, among the phases of a plurality of Al—Fe intermetallic compounds constituting the intermetallic compound layer, the phase that affects the properties of the bonding interface is the Fe 2 Al 5 phase. Thus, when it is present as a layer of a certain thickness or more, it has become clear that the properties of the resulting joint will be deteriorated. 2 Al 5 phase is configured to be a layer having a thickness not exceeding 6 μm and / or a layer having a thickness of 60% or less in the whole area of the intermetallic compound layer, It has become possible to more effectively prevent the occurrence of problems such as cracks and fractures in the weld during bending of the joint.
以下、本発明に従うMIG溶接継手構造について更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。 Hereinafter, in order to clarify the MIG welded joint structure according to the present invention more specifically, representative embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、図1及び図2には、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のMIG溶接継手の一例が、それぞれ、その斜視図及び縦断面図の形態において、概略的に示されている。そして、それらの図において、MIG溶接継手10は、互いに異なる厚さを有する平板状のアルミニウム材12と平板状の鋼材14とが、それぞれの端部部位において、アルミニウム材12が上方に位置するようにして、重ね合わされた状態下で、その重ね隅肉部がMIG溶接(重ね隅肉溶接)されて、溶接部16が形成されることにより、一体化せしめられて、構成されている。即ち、かかる重ね合わされたアルミニウム材12の端面部位に対してMIG溶接操作が実施され、アルミニウム材12の端面部位と鋼材14の表面とが、溶加材と共に溶融せしめられて、そこに、溶融金属からなるビード18が形成されて、溶接部16が構成されているのである。 First, FIGS. 1 and 2 schematically show an example of an MIG welded joint of an aluminum material and a steel material according to the present invention in the form of a perspective view and a longitudinal sectional view, respectively. In these drawings, the MIG welded joint 10 is configured so that the flat aluminum material 12 and the flat steel material 14 having different thicknesses are positioned above the aluminum material 12 at the respective end portions. Thus, the overlapped fillet portion is subjected to MIG welding (lap fillet weld) in the overlapped state to form the welded portion 16, thereby being integrated. That is, the MIG welding operation is performed on the end surface portion of the laminated aluminum material 12, and the end surface portion of the aluminum material 12 and the surface of the steel material 14 are melted together with the filler material, and there is a molten metal. The bead 18 which consists of is formed, and the welding part 16 is comprised.
なお、ここでは、図1に示されるように、アルミニウム材12と鋼材14とが、重ね合わせ部の全長に亘ってMIG溶接されており、そしてそれによって生じたビード18により、溶接部16が、アルミニウム材12の端面に沿って、全長に連続して延びるように形成されている。また、かかる溶接部16、具体的にはビード18は、図2に示されるように、直交する2つの面、即ちアルミニウム材12の端面と鋼材14の上面とを結合する、略三角形状の断面形状を呈している。 Here, as shown in FIG. 1, the aluminum material 12 and the steel material 14 are MIG welded over the entire length of the overlapped portion, and the welded portion 16 is formed by a bead 18 generated thereby. Along the end face of the aluminum material 12, the aluminum material 12 is formed so as to extend continuously over the entire length. Further, as shown in FIG. 2, the welded portion 16, specifically, the bead 18, has a substantially triangular cross section that connects two orthogonal surfaces, that is, the end surface of the aluminum material 12 and the upper surface of the steel material 14. It has a shape.
また、それら上下に重ね合わされる二枚の被溶接材のうち、上側に位置せしめられるアルミニウム材12の材質としては、JIS呼称の合金番号にて、5000系(Al−Mg系)又は6000系(Al−Mg−Si系)のアルミニウム合金の中から選択され、これによって、構造体を得るための成形性や剛性が確保されることとなる。そして、本発明にあっては、そのようなアルミニウム合金材質の中でも、Mg含有量が3.0%(重量基準)以下であるアルミニウム合金が用いられるのである。けだし、アルミニウム材12中のMg含有量が高くなると、ビード18と鋼材14との接合界面における金属間化合物の成長速度が高くなり、短時間で、厚い金属間化合物層が形成されるようになるところから、アルミニウム材12を与えるアルミニウム合金中のMg含有量の制御が重要となるのである。なお、そのようなMg含有量が3.0重量%を超えるようになると、ビード18と鋼材14との接合界面に生じる金属間化合物層の厚さが、10μmを超え易くなってしまうからである。 Moreover, as a material of the aluminum material 12 positioned on the upper side of the two workpieces to be superposed on each other, the alloy number of JIS name is 5000 series (Al-Mg series) or 6000 series ( Al-Mg-Si-based) is selected from aluminum alloys, thereby ensuring formability and rigidity for obtaining a structure. And in this invention, among such aluminum alloy materials, the aluminum alloy whose Mg content is 3.0% (weight basis) or less is used. However, when the Mg content in the aluminum material 12 increases, the growth rate of the intermetallic compound at the bonding interface between the bead 18 and the steel material 14 increases, and a thick intermetallic compound layer is formed in a short time. Therefore, control of the Mg content in the aluminum alloy that gives the aluminum material 12 becomes important. In addition, it is because the thickness of the intermetallic compound layer produced in the joining interface of the bead 18 and the steel material 14 is likely to exceed 10 μm when the Mg content exceeds 3.0% by weight. .
さらに、そのような本発明に従うアルミニウム材12を与える、Mg含有量が3.0重量%以下となるアルミニウム合金において、5000系アルミニウム合金としては、AA5005(Mg:0.50〜1.1%)、AA5050(Mg:1.1〜1.8%)、AA5052(Mg:2.2〜2.8%)等が好適に採用され、また、6000系アルミニウム合金としては、AA6016(Mg:0.25〜0.6%)、AA6063(Mg:0.45〜0.9%)、AA6061(Mg:0.8〜1.2%)等が好適に採用されることとなる。 Furthermore, in the aluminum alloy in which the Mg content is 3.0% by weight or less, which gives the aluminum material 12 according to the present invention, as the 5000 series aluminum alloy, AA5005 (Mg: 0.50 to 1.1%) , AA5050 (Mg: 1.1 to 1.8%), AA5052 (Mg: 2.2 to 2.8%), etc. are preferably employed. As the 6000 series aluminum alloy, AA6016 (Mg:. 25-0.6%), AA6063 (Mg: 0.45-0.9%), AA6061 (Mg: 0.8-1.2%), etc. will be suitably employed.
なお、本発明に従うMIG溶接継手10を与えるアルミニウム材12の板厚としては、それが本発明に従う特定のアルミニウム合金からなるものである限りにおいて、特に制限されるものではなく、目的とする継手に要求される特性等に応じて、適宜に選定されるものであるが、MIG溶接継手10を構造体用として用いる場合にあっては、0.5mm以上、3.0mm以下の範囲内の厚さが、適宜に選択されることとなる。かかるアルミニウム材12の板厚が0.5mm未満となると、構造体としての剛性を確保し難くなるからであり、また3mmを超えるようになると、MIG溶接時において、板材を溶かすための熱が過度に必要となり、溶接部16におけるビード18と鋼材14との接合界面に形成される金属間化合物の層厚さの制御が、困難となり易くなるからである。また、アルミニウム材12の調質にあっても、用途に応じて適宜に決定されるものであるが、一般に、5000系アルミニウム合金材を用いる場合にあっては、O材が好適に用いられ、また6000系アルミニウム合金材の場合にあっては、T4材やT6材等が、好適に用いられることとなる。 The thickness of the aluminum material 12 that gives the MIG welded joint 10 according to the present invention is not particularly limited as long as it is made of a specific aluminum alloy according to the present invention. The thickness is appropriately selected according to the required characteristics, but when the MIG welded joint 10 is used for a structure, the thickness is in the range of 0.5 mm or more and 3.0 mm or less. Is appropriately selected. This is because if the plate thickness of the aluminum material 12 is less than 0.5 mm, it is difficult to ensure the rigidity of the structure, and if it exceeds 3 mm, the heat for melting the plate material is excessive during MIG welding. This is because it becomes difficult to control the layer thickness of the intermetallic compound formed at the joint interface between the bead 18 and the steel material 14 in the welded portion 16. Moreover, even in the tempering of the aluminum material 12, it is appropriately determined according to the use, but generally, when using a 5000 series aluminum alloy material, the O material is preferably used, In the case of a 6000 series aluminum alloy material, a T4 material, a T6 material, or the like is preferably used.
また、下側に位置せしめられる鋼材14は、その材質に関して、特に制限されるものではなく、目的とする継手に要求される特性等に応じて、適宜に選択され得るところであって、例えば、軟鋼や、炭素鋼、高張力鋼、ステンレス鋼等を用いることができる。なお、そのような鋼材には、溶融亜鉛メッキ(GI)や、合金化溶融亜鉛メッキ(GA)、アルミニウム合金メッキ、電気亜鉛メッキ等、従来から公知の亜鉛又は亜鉛合金、アルミニウム又はアルミニウム合金による表面処理が施されていても、或いは施されていなくても、良いのであるが、そのような表面処理が施された鋼材を用いる場合には、鋼材表面に形成された表面処理層の存在によって、アークや溶融金属が直ちに鋼に接触するようなことがなく、その結果、鋼材の溶込みが効果的に防止されて、アルミニウムと鋼が冶金的に反応して生成される脆弱な金属間化合物層がより一層形成され難くなるところから、本発明に従う金属間化合物層の厚さの制御を、より有利に行なうことが可能となる。 Further, the steel material 14 positioned on the lower side is not particularly limited with respect to the material, and can be appropriately selected according to the characteristics required for the intended joint, for example, mild steel. Alternatively, carbon steel, high-tensile steel, stainless steel, or the like can be used. It should be noted that such steel materials include hot galvanized (GI), alloyed hot dip galvanized (GA), aluminum alloy plated, electrogalvanized, etc., and conventionally known zinc or zinc alloy, aluminum or aluminum alloy surfaces. Even if the treatment is applied or not, it is good, but when using a steel material that has been subjected to such a surface treatment, due to the presence of the surface treatment layer formed on the steel material surface, A brittle intermetallic compound layer formed by the metallurgical reaction between aluminum and steel, with no arc or molten metal coming into immediate contact with the steel, thus effectively preventing steel penetration Therefore, the thickness of the intermetallic compound layer according to the present invention can be controlled more advantageously.
さらに、例示の如きMIG溶接継手10を与える、アルミニウム材12や鋼材14の形状としては、平板状に何等限定されるものではなく、MIG溶接操作が施される重ね合わせ部が、少なくとも平板状乃至は面板状であるものであれば良く、圧延や押出、鍛造等の公知の手法にて製作される各種の形状のものが、何れも、採用されることとなる。尤も、一般には、被溶接部が平板状乃至は面板状である板材や押出材、押出形材が、有利に用いられるのである。 Further, the shape of the aluminum material 12 or the steel material 14 that gives the MIG welded joint 10 as illustrated is not limited to a flat plate shape, and the overlapping portion on which the MIG welding operation is performed is at least a flat plate or thru plate. As long as it is in the form of a face plate, any of various shapes manufactured by a known method such as rolling, extrusion, forging or the like can be adopted. However, in general, a plate material, an extruded material, or an extruded shape material in which a welded portion has a flat plate shape or a face plate shape is advantageously used.
加えて、それらアルミニウム材12と鋼材14の重ね隅肉部をMIG溶接するに際しては、溶加材として、JIS呼称の合金番号にて、4000系アルミニウム合金が用いられて、目的とする溶接部16が形成されることとなる。そのような4000系アルミニウム合金は、比較的融点が低いところから、溶融部の温度制御が容易となるのであり、そのために、目的とする溶接部16、ひいてはビード18を有利に形成することが出来るのである。また、そのような溶加材の直径は、一般に、0.8mm以上、1.6mm以下の範囲内とされる。かかる溶加材の直径が余りにも細くなり過ぎると、その取り扱いが困難となり、MIG溶接操作に支障をきたす恐れが生じるからであり、また1.6mmを超えるような太径の溶加材を用いると、それを溶かす際の熱がより高く必要となり、更に溶滴の温度が高いために冷え難くなって、ビード18と鋼材14との接合界面に形成される金属間化合物層の厚さを制御することが困難となるからである。なお、この溶加材を与える4000系アルミニウム合金としては、例えば、AA4043、AA4047等の材質のものを挙げることが出来る。 In addition, when the overlapped fillet portion of the aluminum material 12 and the steel material 14 is MIG welded, a 4000 series aluminum alloy is used as the filler material with an alloy number of JIS name, and the intended welded portion 16 is used. Will be formed. Since such a 4000 series aluminum alloy has a relatively low melting point, it becomes easy to control the temperature of the melted portion. For this reason, the intended welded portion 16 and thus the bead 18 can be advantageously formed. It is. Moreover, the diameter of such a filler material is generally in the range of 0.8 mm or more and 1.6 mm or less. This is because if the diameter of the filler material becomes too thin, it becomes difficult to handle, and the MIG welding operation may be hindered, and a filler metal having a large diameter exceeding 1.6 mm is used. In addition, a higher heat is required to melt it, and since the temperature of the droplets is higher, it becomes difficult to cool, and the thickness of the intermetallic compound layer formed at the joint interface between the bead 18 and the steel material 14 is controlled. It is difficult to do. In addition, as a 4000 series aluminum alloy which provides this filler material, the thing of materials, such as AA4043 and AA4047, can be mentioned, for example.
また、上記したアルミニウム材12と鋼材14とを重ね合わせて、その重ね隅肉部を、上記した溶加材を用いてMIG溶接して、アルミニウム材12の端部と鋼材14の表面との間に溶接部16を形成して、両者を接合せしめると、かかる溶接部16の溶接金属からなるビード18と鋼材14との接合界面に、図3に示される如く、AlとFeとの脆弱な金属間化合物の層20が形成されることとなる。この金属間化合物層20は、アルミニウム材12から鋼材14表面上に溶接部16が延びる方向(図3において左右方向)において、溶接状態の局所的変化に従って、図3に示されるように、その厚さが変化するようになるのである。 Moreover, the above-described aluminum material 12 and the steel material 14 are overlapped, and the overlapped fillet portion is MIG welded using the above-described filler material, so that the end portion of the aluminum material 12 and the surface of the steel material 14 are between. When the welded portion 16 is formed and joined to each other, a brittle metal of Al and Fe is formed at the joining interface between the bead 18 made of the weld metal of the welded portion 16 and the steel material 14 as shown in FIG. An intermetallic compound layer 20 is formed. This intermetallic compound layer 20 has a thickness as shown in FIG. 3 according to local changes in the welding state in the direction (the left-right direction in FIG. 3) in which the welded portion 16 extends from the aluminum material 12 onto the surface of the steel material 14. Will change.
そして、かかる金属間化合物層20の厚さについて、本発明者が種々検討したところ、溶接部16の健全性を高め、優れた継手強度を確保するには、かかる金属間化合物層20の厚さを制御する必要があり、特に、図3(a)に示される最大厚さ(t)が、0.5〜10μmの範囲内となるように構成する必要があることが、明らかとなったのである。なお、かかる金属間化合物層20の最大厚さ(t)が、0.5μm未満となる場合にあっては、金属間化合物層20が連続的に形成される保証がなく、ビード18と鋼材14との接合界面において、所々未接合部が形成される恐れがあり、そのために、継手強度を保障することが出来なくなるからであり、また10μmを超える場合にあっては、金属間化合物の中でもFe2 Al5 相の層厚さが厚くなってしまい、そこから、破断や割れ等の問題が惹起されるようになるからである。 And when this inventor variously examined about the thickness of this intermetallic compound layer 20, in order to improve the soundness of the welding part 16 and to ensure the outstanding joint strength, the thickness of this intermetallic compound layer 20 is sufficient. In particular, it has become clear that the maximum thickness (t) shown in FIG. 3 (a) needs to be configured within the range of 0.5 to 10 μm. is there. If the maximum thickness (t) of the intermetallic compound layer 20 is less than 0.5 μm, there is no guarantee that the intermetallic compound layer 20 is continuously formed, and the bead 18 and the steel material 14 are not guaranteed. This is because unbonded portions may be formed in some places at the joint interface with each other, which makes it impossible to ensure the joint strength, and in the case of exceeding 10 μm, among the intermetallic compounds, Fe This is because the thickness of the 2 Al 5 phase is increased, and problems such as breakage and cracking are caused from there.
また、かかるビード18と鋼材14との接合界面に形成される金属間化合物層20は、ビード18の止端部(図3において左端部)に至るまで、所定厚さにおいて存在せしめられ、それによって、継手強度の向上が図られ得ると共に、破断や割れ等の欠陥の発生が阻止乃至は回避され得るようになっている。即ち、本発明では、そのようなビード18の止端部位における金属間化合物層20の厚さが、0.5〜3.0μmであるように構成されているのである。ここで、そのようなビード止端部位における金属間化合物層20の厚さが、0.5μm未満となると、かかるビード止端部位において、ビード18と鋼材14との接合界面において、所々未接合部が形成される恐れがあり、また3.0μmを超えるようになると、ビード止端部位におけるFe2 Al5 相の層厚さが厚くなってしまい、そこから破断し易くなる恐れが生じることとなる。なお、このビード止端部位における金属間化合物層20の厚さとは、図3(b)に示される如く、ビード18の止端(先端)から所定距離(d)の間における平均厚さであって、一般に、そのような所定距離(d)としては、100μmが採用されて、その複数箇所、例えば、等距離にある5箇所の厚さの平均値として、求められることとなる。 Further, the intermetallic compound layer 20 formed at the joint interface between the bead 18 and the steel material 14 is allowed to exist at a predetermined thickness until reaching the toe end portion (left end portion in FIG. 3) of the bead 18. The joint strength can be improved and the occurrence of defects such as breakage and cracking can be prevented or avoided. That is, in the present invention, the thickness of the intermetallic compound layer 20 at the toe portion of such a bead 18 is configured to be 0.5 to 3.0 μm. Here, when the thickness of the intermetallic compound layer 20 in such a bead toe part is less than 0.5 μm, in the bead toe part, in the joint interface between the bead 18 and the steel material 14, unjoined parts are sometimes present. If the thickness exceeds 3.0 μm, the layer thickness of the Fe 2 Al 5 phase at the bead toe portion becomes thick, and there is a risk that it will easily break. . The thickness of the intermetallic compound layer 20 at the bead toe portion is an average thickness between the toe end (tip) of the bead 18 and a predetermined distance (d) as shown in FIG. In general, 100 μm is adopted as the predetermined distance (d), and it is obtained as an average value of the thicknesses at a plurality of locations, for example, five locations at equal distances.
さらに、MIG溶接の実施によって、ビード18と鋼材14との接合界面に形成される金属間化合物は、それら被接合材の材質に起因して、複数のAl−Fe系のものにて構成され、そしてビード18から鋼材14に向かって、順次、FeAl3 相、Fe2 Al5 相、FeAl相、Fe3 Al相からなる層状形態を呈して、金属間化合物層20が構成されているのである。このような金属間化合物層20の層構成は、図4に示される高分解能EPMA元素マッピングとTEM電子線回折の同定結果とで示される分布図からも容易に認識されるところである。そして、そのような金属間化合物層20の層構成について、本発明者が検討した結果、その中のFe2 Al5 相の層が最も脆く、そのために、かかるFe2 Al5 相の層において破壊する傾向があるために、本発明においては、そのようなFe2 Al5 相の厚さが、金属間化合物層20の全領域において、換言すればビード18と鋼材14との接合界面において、6μmを越えないようにする構成が、好適に採用されるのである。なお、かかるFe2 Al5 相の厚さが6μmを越えるようになると、かかるFe2 Al5 相の層から破断し易くなる恐れが生じるからである。 Furthermore, due to the implementation of MIG welding, the intermetallic compound formed at the joint interface between the bead 18 and the steel material 14 is composed of a plurality of Al—Fe-based materials due to the material of the materials to be joined. From the bead 18 toward the steel material 14, the intermetallic compound layer 20 is formed in a layered form composed of an FeAl 3 phase, an Fe 2 Al 5 phase, an FeAl phase, and an Fe 3 Al phase sequentially. Such a layer structure of the intermetallic compound layer 20 can be easily recognized from the distribution diagram shown by the high-resolution EPMA element mapping shown in FIG. 4 and the identification result of the TEM electron diffraction. As a result of the study of the layer structure of such an intermetallic compound layer 20, the Fe 2 Al 5 phase layer therein is the most brittle and, therefore, the Fe 2 Al 5 phase layer breaks down. Therefore, in the present invention, the thickness of the Fe 2 Al 5 phase is 6 μm in the entire region of the intermetallic compound layer 20, in other words, at the joint interface between the bead 18 and the steel material 14. A configuration that does not exceed the range is preferably employed. This is because if the thickness of the Fe 2 Al 5 phase exceeds 6 μm, the Fe 2 Al 5 phase layer may be easily broken.
加えて、かかるビード18と鋼材14との接合界面に形成される、金属間化合物層20を構成するFe2 Al5 相は、上記の如く、6μmを越えない層厚さとなるように、構成されると共に、或いはそれに代えて、金属間化合物層20の何れの部位においても、即ちビード18と鋼材14との接合界面において、金属間化合物層20の全体厚さの60%以下の厚さとなるように、構成されることとなる。なお、その厚さが、60%を越えるようになると、Fe2 Al5 相の層から破断し易くなる恐れがあるからである。 In addition, the Fe 2 Al 5 phase constituting the intermetallic compound layer 20 formed at the joint interface between the bead 18 and the steel material 14 is configured to have a layer thickness not exceeding 6 μm as described above. In addition, or alternatively, at any part of the intermetallic compound layer 20, that is, at the bonding interface between the bead 18 and the steel material 14, the thickness is 60% or less of the total thickness of the intermetallic compound layer 20. It will be configured. If the thickness exceeds 60%, the Fe 2 Al 5 phase layer may be easily broken.
このように、MIG溶接操作によってビード18と鋼材14との接合界面に形成される金属間化合物層20におけるFe2 Al5 相の層厚さを規定することにより、溶接部16の健全性は、より一層高められ得ることとなるのであり、また優れた継手強度を実現し、そしてFe2 Al5 相の層からの破断や割れ等の欠陥に基づくところの問題の発生を、より有利に阻止乃至は解消することが出来ることとなる。 Thus, by defining the layer thickness of the Fe 2 Al 5 phase in the intermetallic compound layer 20 formed at the joint interface between the bead 18 and the steel material 14 by the MIG welding operation, the soundness of the welded portion 16 is It is possible to further improve the strength of the joint, to realize excellent joint strength, and to more advantageously prevent the occurrence of problems based on defects such as breakage and cracking from the Fe 2 Al 5 phase layer. Can be solved.
ところで、上述の如き本発明に従うMIG溶接継手10は、公知のMIG溶接手法を採用して、上述の如く、ビード18と鋼材14との接合界面における金属間化合物層20を所定厚さにおいて形成すべく、適正な入熱が実現されるようにして、アルミニウム材12と鋼材14の重ね隅肉部を溶接することにより、得ることが出来る。 By the way, the MIG welded joint 10 according to the present invention as described above employs a known MIG welding technique to form the intermetallic compound layer 20 at a predetermined thickness at the joint interface between the bead 18 and the steel material 14 as described above. Therefore, it can obtain by welding the overlap fillet part of the aluminum material 12 and the steel material 14 so that appropriate heat input is implement | achieved.
すなわち、目的とするMIG溶接継手10を得るには、先ず、図5に示されるように、平板状のアルミニウム材12と平板状の鋼材14とが、それぞれの端部部位において、アルミニウム材12が上方に位置するように重ね合わされ、その重ね合わせ状態が維持されて、相対的に移動することがないように、好ましくは、適当な拘束治具(図示せず)により、固定される。そして、そのような固定状態下において、アルミニウム材12の端面部位に対して、MIG溶接操作が、実施されることとなるのである。 That is, in order to obtain the target MIG welded joint 10, first, as shown in FIG. 5, the plate-like aluminum material 12 and the plate-like steel material 14 are made of the aluminum material 12 at each end portion. It is preferably fixed by an appropriate restraining jig (not shown) so that it is superposed so as to be positioned above, and the superposed state is maintained and it does not move relatively. In such a fixed state, the MIG welding operation is performed on the end surface portion of the aluminum material 12.
具体的には、そのようなMIG溶接操作の実施に際して、消耗式の電極である、溶加材としての溶接ワイヤ24が、ノズル28の先端開口部30から所定長さにおいて突出せしめられる、従来と同様なMIG溶接機が、用いられるのである。このMIG溶接機においては、溶接ワイヤ24が、図示しないワイヤ供給装置によって、ノズル28に対して軸方向に独立して移動せしめられるようになっており、溶接ワイヤ24の消耗等によって、溶接ワイヤ24が溶接部位側(下方)に漸次供給されるようになっている。また、溶融金属を大気から遮断するために、ノズル28内からは、アーク溶接時に、アルゴンガスやヘリウムガス、ネオンガス等の不活性ガスの1種又は2種以上を組み合わせた混合ガスからなるイナートガス32(図5中、二点鎖線で示す)が、溶接部位に対して吹き付けられるようになっている。更に、溶接ワイヤ24は、コンタクトチップ34を通じて、図示しない溶接電源装置の+極側に接続され、+極(陽極)とされている一方、接地された被溶接材(12、14)は、−極側に接続され、−極(陰極)とされている。 Specifically, when performing such an MIG welding operation, a welding wire 24 as a filler material, which is a consumable electrode, is protruded from the tip opening 30 of the nozzle 28 at a predetermined length. A similar MIG welder is used. In this MIG welding machine, the welding wire 24 is moved independently in the axial direction with respect to the nozzle 28 by a wire supply device (not shown). Is gradually supplied to the welding site side (downward). Further, in order to cut off the molten metal from the atmosphere, an inert gas 32 made of a mixed gas obtained by combining one or more inert gases such as argon gas, helium gas, neon gas and the like from the inside of the nozzle 28 during arc welding. (Indicated by a two-dot chain line in FIG. 5) is sprayed on the welded portion. Further, the welding wire 24 is connected to a positive pole side of a welding power source device (not shown) through a contact tip 34 to be a positive pole (anode), while a grounded workpiece (12, 14) is − It is connected to the pole side and serves as a negative pole (cathode).
そして、図示しない溶接電源装置を作動させて、溶接ワイヤ24と被溶接材(12、14)との間に、直流パルス電流の如き所定の電流及び電圧を印加することによって、そのような溶接ワイヤ24の先端部26と被溶接材との間にアーク36(図5中、一点鎖線で示す)を発生させる一方、アルミニウム材12の端面に沿って、ノズル28(溶接ワイヤ24)を、所定の速度で、相対的に移動せしめることにより、アルミニウム材12と鋼材14とのMIG溶接が進行せしめられる。 Then, by operating a welding power source device (not shown) and applying a predetermined current and voltage such as a direct current pulse current between the welding wire 24 and the workpieces (12, 14), such a welding wire is obtained. An arc 36 (indicated by a one-dot chain line in FIG. 5) is generated between the distal end portion 26 of the 24 and the material to be welded, while a nozzle 28 (welding wire 24) is moved along a predetermined surface along the end surface of the aluminum material 12. By relatively moving at a speed, MIG welding of the aluminum material 12 and the steel material 14 is advanced.
また、その際、被溶接材(12、14)と溶接ワイヤ24との間に発生したアーク36によって、アルミニウム材12の端面部位が溶融せしめられると共に、溶接ワイヤ24も溶融して、その溶滴38が被溶接材上に移行し、これらの溶融アルミニウム(溶融金属)によって、アルミニウム材12と鋼材14とを溶接するビード18が形成されることとなるのである。 At that time, the end surface portion of the aluminum material 12 is melted by the arc 36 generated between the workpieces (12, 14) and the welding wire 24, and the welding wire 24 is also melted. 38 moves on to-be-welded material, and the bead 18 which welds the aluminum material 12 and the steel material 14 with these molten aluminum (molten metal) will be formed.
なお、このようなMIG溶接操作において形成される、溶接部16におけるビード18と鋼材14との接合界面における、金属間化合物層20の最大厚さやビード止端部位における厚さが、所望の範囲のものとなるように、溶接条件が適宜に調節され、適正な入熱が実現され得るように制御されることとなるが、そのために、一般に、平均電流:20〜40A、平均電圧:15〜18V、溶接速度:40cm/分〜100cm/分の溶接条件を採用することに加えて、次のような冷却手段等が採用されることとなる。 It should be noted that the maximum thickness of the intermetallic compound layer 20 and the thickness at the bead toe portion at the joint interface between the bead 18 and the steel material 14 in the welded portion 16 formed in such MIG welding operation are within a desired range. As a result, the welding conditions are appropriately adjusted and controlled so that proper heat input can be realized. Therefore, in general, the average current is 20 to 40 A, and the average voltage is 15 to 18 V. In addition to adopting the welding conditions of 40 cm / min to 100 cm / min, the following cooling means and the like will be employed.
すなわち、冷却手段の一つとしては、例えば、図5に示される如く、アルミニウム12と鋼材14との溶接部位を支持する裏当て22に銅ブロックを用い、この銅ブロック(22)の内部に冷却水を流すようにしたり、液体窒素を鋼材14の裏側に供給したりして、下側に位置せしめられる鋼材14の裏側を冷却することにより、溶接中の鋼材14と溶滴38を400℃以下に冷やすことで、金属間化合物層20における、特にFe2 Al5 相の過度の成長を、抑制するようにするのである。 That is, as one of the cooling means, for example, as shown in FIG. 5, a copper block is used for the backing 22 that supports the welded portion of the aluminum 12 and the steel material 14, and the inside of the copper block (22) is cooled. By flowing water or supplying liquid nitrogen to the back side of the steel material 14 and cooling the back side of the steel material 14 positioned on the lower side, the steel material 14 and the droplets 38 being welded are kept at 400 ° C. or less. In particular, the excessive growth of the Fe 2 Al 5 phase in the intermetallic compound layer 20 is suppressed by cooling to a low temperature.
また、シールドガスであるイナートガス32の流量を多くすることも有効であり、その流量を、従来の15L/分程度から、20L/分程度と多くして、クリーニング効果を強化することにより、特にビード18の止端部位の鋼材14に対する濡れ性を改善するようにすることも、有効な手段である。 It is also effective to increase the flow rate of the inert gas 32, which is a shielding gas, and by increasing the flow rate from about 15 L / min to about 20 L / min to enhance the cleaning effect, the bead is particularly effective. It is also an effective means to improve the wettability of the 18 toe portions to the steel material 14.
このように、MIG溶接に際して、その溶接条件を制御して、適正な入熱条件下において、アルミニウム材12と鋼材14とを溶接することにより、本発明に従う金属間化合物層20をビード18と鋼材14との接合界面に形成してなるMIG溶接継手10が、有利に得られ、以て、その溶接部の健全性を高めて、優れた溶接品質、継手強度を実現すると共に、曲げ加工等の加工を施しても、溶接部16に割れや破断等の欠陥の発生を有利に阻止乃至は回避せしめ得たのである。 Thus, in MIG welding, the welding conditions are controlled, and the aluminum material 12 and the steel material 14 are welded under appropriate heat input conditions, whereby the intermetallic compound layer 20 according to the present invention is bonded to the bead 18 and the steel material. MIG welded joint 10 formed at the joint interface with No. 14 is advantageously obtained, thereby improving the soundness of the welded portion, realizing excellent weld quality, joint strength, bending work, etc. Even with the processing, it was possible to advantageously prevent or avoid the occurrence of defects such as cracks and breaks in the welded portion 16.
以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。 The exemplary embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the embodiments are merely examples, and the present invention is limited in any way by specific descriptions according to such embodiments. It should be understood that it is not interpreted.
例えば、上記の実施形態では、アルミニウム材12として、重ね隅肉部を構成する端面が鋼材14に対して直角な面として構成されているが、かかるアルミニウム材12の端部に開先加工が施されて、鋼材14に対して所定の角度を有する端面とされたものに対しても、本発明を適用することは、可能である。 For example, in the above embodiment, as the aluminum material 12, the end surface constituting the overlapped fillet portion is configured as a surface perpendicular to the steel material 14, but the end portion of the aluminum material 12 is subjected to groove processing. Thus, it is possible to apply the present invention to an end surface having a predetermined angle with respect to the steel material 14.
また、MIG溶接機におけるノズル28の配設形態にあっても、従来と同様に、ノズル28の中心線が、アルミニウム材12や鋼材14に対して、前後左右に所定の角度傾斜せしめてなる形態において配置されて、MIG溶接操作が実施されるようにすることも、可能である。 Further, even in the arrangement form of the nozzle 28 in the MIG welder, the center line of the nozzle 28 is inclined at a predetermined angle forward, backward, left and right with respect to the aluminum material 12 and the steel material 14 as in the prior art. It is also possible for the MIG welding operation to be carried out.
その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施されるものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることが、理解されるべきである。 In addition, although not enumerated one by one, the present invention is carried out in a mode to which various changes, modifications, improvements, etc. are added based on the knowledge of those skilled in the art. It should be understood that all belong to the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.
以下に、本発明の実施例を幾つか示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。 Some examples of the present invention will be shown below to clarify the present invention more specifically. However, the present invention is not limited by the description of such examples. Needless to say.
先ず、下記表1に示される各種のアルミニウム材と鋼材と溶接ワイヤ(溶加材)とを、それぞれ準備して、それらを、下記表1に示される組み合わせにおいて用いた。なお、アルミニウム材の板厚及び鋼材の板厚は、何れも、それぞれ1mm及び0.7mmであり、また溶接ワイヤのワイヤ径は、1.2mmであった。 First, various aluminum materials, steel materials, and welding wires (filler materials) shown in Table 1 below were prepared and used in combinations shown in Table 1 below. Note that the plate thickness of the aluminum material and the plate thickness of the steel material were 1 mm and 0.7 mm, respectively, and the wire diameter of the welding wire was 1.2 mm.
かかる表1に示されるアルミニウム材と鋼材との組み合わせにおいて、その重ね代が3mmとなるように、鋼材の上にアルミニウム材を重ね合わせて固定した後、図5に示されるようにして、それぞれMIG溶接操作を実施した。即ち、MIG溶接機としては、前記表1に示される溶接ワイヤが装着された精密制御型MIG溶接機を用い、溶接ワイヤが+極、被溶接材が−極となるように、溶接電源装置に接続した後、直流の溶接パルス電流を流して、被溶接材との間にアークを発生させてMIG溶接を行ない、試験例1〜14に係る各種のMIG溶接継手を得た。その際のMIG溶接条件は、下記表2に示すように、溶接電流、アーク電圧、溶接速度及びシールドガス流量を種々異ならしめ、また、裏当てとして銅ブロックを用いた場合、更には銅ブロックに通水せしめて冷却効果を向上させた場合、或いは銅ブロックを用いなかった場合を、それぞれ選択して採用し、MIG溶接操作を実施した。 In the combination of the aluminum material and the steel material shown in Table 1, after fixing the aluminum material on the steel material so that the overlap margin is 3 mm, as shown in FIG. A welding operation was performed. That is, as the MIG welding machine, a precision control type MIG welding machine equipped with the welding wire shown in Table 1 above is used, and the welding power source apparatus has a positive pole for the welding wire and a negative pole for the material to be welded. After the connection, a DC welding pulse current was passed to generate an arc between the workpieces and MIG welding was performed to obtain various MIG welded joints according to Test Examples 1-14. As shown in Table 2 below, the MIG welding conditions at that time varied the welding current, arc voltage, welding speed, and shielding gas flow rate, and when a copper block was used as the backing, The case where the cooling effect was improved by allowing water to flow or the case where the copper block was not used was selected and adopted, and the MIG welding operation was performed.
次いで、かくして得られた試験例1〜14に係る各種のMIG溶接継手について、それぞれ、曲げ加工特性の評価を行なう一方、その溶接部位の切断面から高分解能EPMA元素マッピングとTEM電子線回折の同定によって、金属間化合物層の構成を調べ、その最大厚さ(合計)やビード止端部位における厚さ(合計)と共に、金属間化合物層形成領域におけるFe2 Al5 相の最大の厚さを求めて、その結果を、下記表3に示した。なお、ビード止端部位における金属間化合物層の厚さは、ビード止端部から20μm毎の位置における5箇所の厚さ(d=100μmの長さにおいて)を求め、その平均値で示されている。また、それぞれの溶接継手の特性評価については、応力集中型曲げ試験として、曲率半径が10mmとなるフォーマを用いて、押し曲げ試験による90°表曲げを行ない、溶接部位における開口や割れの発生の有無について調べることからなる試験を採用して、その得られた結果を、下記表3に併せ示した。更に、かかる曲げ試験において得られた試験例2及び試験例9に係る溶接継手の試料の断面写真を、それぞれ、図6及び図7において示した。 Next, each of the various MIG welded joints according to Test Examples 1 to 14 thus obtained is evaluated for bending characteristics, while high-resolution EPMA element mapping and identification of TEM electron diffraction are performed from the cut surface of the welded part. To determine the maximum thickness of the Fe 2 Al 5 phase in the intermetallic layer formation region, along with the maximum thickness (total) and the thickness at the bead toe (total). The results are shown in Table 3 below. In addition, the thickness of the intermetallic compound layer at the bead toe portion is obtained by calculating the thickness at five locations (at a length of d = 100 μm) at a position of every 20 μm from the bead toe portion, and is indicated by an average value thereof. Yes. In addition, for the characteristic evaluation of each welded joint, as a stress concentration type bending test, a 90 ° surface bending is performed by a push bending test using a former having a radius of curvature of 10 mm, and the occurrence of openings and cracks in the welded part. The test obtained by examining the presence or absence was adopted, and the obtained results are also shown in Table 3 below. Furthermore, the cross-sectional photograph of the sample of the welded joint which concerns on the test example 2 and the test example 9 obtained in this bending test was shown in FIG.6 and FIG.7, respectively.
かかる表3の結果から明らかな如く、本発明に従う試験例1〜8に係るMIG溶接継手にあっては、何れも、そのビードと鋼材との接合界面に形成される金属間化合物の層の最大厚さが、0.5〜10μmの範囲内にあり、且つビード止端部位における金属間化合物層の厚さが、0.5〜3.0μmの範囲内となっており、これによって、脆化層である金属間化合物層の厚さを適切な値としつつ、鋼表面の濡れ性が有利に高められ得ているところから、応力集中型曲げ試験を実施しても、その溶接部に剥離や割れ等の欠陥が惹起されることはなく、また、溶接部が開口するような問題も惹起されることはないのである。また、その事実は、図6において、試験例2に係るMIG溶接継手について、応力集中型曲げ試験を実施したものの断面写真が示されているが、それらの写真から、その事実を容易に且つ明白に認識することが出来るのである。 As is apparent from the results of Table 3, in any of the MIG welded joints according to Test Examples 1 to 8 according to the present invention, the maximum of the intermetallic compound layer formed at the joint interface between the bead and the steel material. The thickness is in the range of 0.5 to 10 μm, and the thickness of the intermetallic compound layer in the bead toe portion is in the range of 0.5 to 3.0 μm. Since the wettability of the steel surface can be advantageously increased while setting the thickness of the intermetallic compound layer as an appropriate value, even if a stress concentration type bending test is carried out, the welded part is Defects such as cracks are not caused, and problems such as opening of the welded part are not caused. The fact is shown in FIG. 6 that cross-sectional photographs of the MIG welded joint according to Test Example 2 subjected to the stress concentration type bending test are shown, and the fact is easily and clearly shown from these photographs. Can be recognized.
これに対して、試験例9に係るMIG溶接継手にあっては、金属間化合物層の最大厚さが10μm以上となり、またFe2 Al5 相の最大層厚さも8μmとなっているところから、応力集中型曲げ試験により、図7に示される写真の如く、溶接部において剥離・破断が惹起されて、ビード止端部が大きく開口していることが認められるのである。また、試験例10に係る溶接継手においては、MIG溶接において入熱が充分でなく、そのために鋼表面の濡れ性が悪くなって、ビード止端部位における金属間化合物層の存在が認められなくなっているために、ビード止端部位において剥離が生じて、開口するという問題が惹起されている。更に、試験例11及び12の如く、Mg含有量が3重量%以上のアルミニウム合金からなるアルミニウム材を用いたり、試験例12〜14の如く、溶接ワイヤの合金系が5000系のアルミニウム合金を用いたりすると、金属間化合物層の最大厚さが厚くなり過ぎたり、ビード止端部位における金属間化合物層の厚さが適切でなくなるために、脆弱層である金属間化合物層部位において、破断や割れが生じ、ビード止端部位において開口する等の問題が惹起されているのである。 On the other hand, in the MIG welded joint according to Test Example 9, the maximum thickness of the intermetallic compound layer is 10 μm or more, and the maximum layer thickness of the Fe 2 Al 5 phase is 8 μm. According to the stress concentration type bending test, as shown in the photograph shown in FIG. 7, it is recognized that peeling / breaking is caused in the welded portion, and the bead toe portion is greatly opened. Further, in the welded joint according to Test Example 10, heat input is not sufficient in MIG welding, so that the wettability of the steel surface is deteriorated and the presence of an intermetallic compound layer at the bead toe portion is not recognized. For this reason, a problem arises in that peeling occurs at the bead toe portion, resulting in opening. Further, as in Test Examples 11 and 12, an aluminum material made of an aluminum alloy having a Mg content of 3% by weight or more is used, or as in Test Examples 12 to 14, an alloy alloy of the welding wire is 5000 series aluminum alloy. In such a case, the maximum thickness of the intermetallic compound layer becomes too thick, or the thickness of the intermetallic compound layer at the bead toe portion becomes inappropriate. As a result, problems such as opening at the toe end of the bead are caused.
10 MIG溶接継手 12 アルミニウム材
14 鋼材 16 溶接部
18 ビード 20 金属間化合物層
22 裏当て 24 溶接ワイヤ
26 先端部 28 ノズル
30 先端開口部 32 イナートガス
34 コンタクトチップ 36 アーク
38 溶滴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 MIG welded joint 12 Aluminum material 14 Steel material 16 Welded part 18 Bead 20 Intermetallic compound layer 22 Backing 24 Welding wire 26 Tip part 28 Nozzle 30 Tip opening part 32 Inert gas 34 Contact tip 36 Arc 38 Droplet
Claims (1)
その溶接部位に生じたビードと鋼材との接合界面に形成される金属間化合物の層の最大厚さが0.5〜10μmであり、且つビード止端部位における金属間化合物層の厚さが、0.5〜3.0μmであると共に、かかる金属間化合物層が複数のAl−Fe系金属間化合物の相を有し、そしてそのうちのFe2 Al5 相が、前記接合界面において6μmを越えない厚さの層となるように且つ前記接合界面において60%以下の厚さの層となるように構成したことを特徴とするMIG溶接継手構造。
An aluminum material made of a 5000-series or 6000-series aluminum alloy and having an Mg content of 3.0% by weight or less is superimposed on a steel material, and the overlapped fillet portion is used as a filler material to 4000 A joint obtained by joining the end surface portion of the aluminum material and the upper surface portion of the steel material by MIG welding using an aluminum alloy and forming a bead extending continuously along the end surface of the aluminum material Structure,
The maximum thickness of the intermetallic compound layer formed at the joint interface between the bead and the steel material generated in the welded portion is 0.5 to 10 μm, and the thickness of the intermetallic compound layer in the bead toe portion is The intermetallic compound layer has a plurality of Al—Fe-based intermetallic compound phases, and the Fe 2 Al 5 phase does not exceed 6 μm at the bonding interface. An MIG welded joint structure characterized by being configured to be a layer having a thickness and a layer having a thickness of 60% or less at the joint interface.
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