JP6984469B2 - 異種金属板の接合方法 - Google Patents
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Description
まず、図1および図2を参照しながら、本発明の実施形態に係る異種金属板の接合方法を行うのに好適な抵抗溶接装置1を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る抵抗溶接装置1の正面図である。図2は、図1に示す抵抗溶接装置1の左側面図である。
以下に、図1および図2に加え、図3Aおよび図3Bをさらに参照しながら、抵抗溶接装置1を用いた2つの異種金属板同士の接合方法について説明する。図3Aは、図1に示す抵抗溶接装置を用いた接合方法による、第2金属板の加熱状態を説明するための模式的断面図である。図3Bは、図3Aに示す状態から、前記第1金属板を溶融し、第1金属板と第2金属板との間に生成された金属間化合物を加圧によりその周りに押し出した状態を説明するための模式的断面図である。
まず、本実施形態では、溶接される2つの異種金属板として、体積抵抗率および融点が異なる金属からなる第1金属板11と、第2金属板12を準備する。第1金属板11は、第1金属からなり、第2金属板12は、第1金属とは異なる第2金属からなり、第2金属の体積抵抗率は、第1金属の体積抵抗率よりも高く、かつ、第2金属の融点は、第1金属の融点よりも高い。なお、第1金属板11または第2金属板12の間にメッキ皮膜などの金属皮膜が形成されていてもよい。また、第1金属板11の板厚は、0.5〜5.0mmであることが好ましく、第2金属板12の板厚は、0.5〜5.0mmであることが好ましい。
次に、図1および図3A等に示すように、第1金属板11と、第2金属板12とを重ね合わせ、第2金属板12のうち、第1金属板に重ね合わせた重なり部分12aの表面に、一対の電極66、67を接触させる。
接合工程では、一対の電極66、67の間に電流を通電することにより、第2金属の融点よりも低くかつ第1金属の融点よりも高い温度に、電流が通電する通電領域12bの第2金属を抵抗発熱させる。ここで、通電領域12bが抵抗発熱するが、抵抗発熱する温度は、第2金属の融点よりも低いため、第2金属は溶融しない。しかしながら、通電領域12bは、第1金属の融点以上に加熱されているため、この抵抗発熱させた第2金属からの熱で、第1金属板11の一部が溶融する。これにより、第1金属板11と第2金属板12との間に、第1金属と第2金属との金属間化合物13を生成し、金属間化合物13を介して、第1および第2金属板11、12を接合する。
図1に示す抵抗溶接装置を用いて、第1金属板と第2金属板を接合した。まず、第1金属板に、板厚1.0mmの6000系アルミニウム合金を準備し、第2金属板に、板厚0.7mmの合金化亜鉛メッキの超張力鋼板を準備した。次に、これらを重ね合わせて、表1に示すように、一対の電極および加圧用部材による加圧力を3.5kNとし、通電時間を0.42msecとし、溶接電流を8.4kAとして、一対の電極を第2金属板に接触させて、第1金属板と第2金属板を接合した試験体を作製した。
実施例1−1と同様にして、実施例1−2〜1−8に係る試験体を作製した。実施例1−1と相違する点は、表1および図4に示すように溶接時に通電する電流値の条件である。なお、実施例1−8の場合、溶接時に第2金属板が過剰に発熱したために第1金属板が過剰に加熱され、第1金属板と第2金属板の間から溶融した第1金属が飛散した。なお、実施例1−1〜1−7の場合、溶接時に溶融した第1金属の飛散はなかった。これらの結果を表1に示す。なお、表1に示す、溶接時の第2金属板の溶融の有無は、電極の融着および後述する組織観察により確認した結果である。
実施例1−1と同様にして、比較例1−1、1−2に係る試験体を作製した。実施例1−1と相違する点は、表1および図4に示すように溶接時に通電する電流値の条件である。なお、比較例1−1、1−2では、実施例1−1〜1−8のいずれの電流値よりも、溶接時の電流値が小さい。なお、比較例1−1、1−2の場合、溶接時に溶融した第1金属の飛散は無かった。これらの結果を表1に示す。
実施例1−1と同様にして、実施例2−1〜2−6に係る試験体を作製した。実施例1−1と相違する点は、表1および図4に示すように溶接時に通電する電流値および通電時間の条件である。なお、実施例2−1〜2−6の通電時間は、すべて0.50msecである。また、実施例2−6の場合、実施例1−8と同様に、溶接時に第1金属板の第1金属が過剰に加熱され、第1金属板と第2金属板の間から溶融した第1金属が飛散した。一方、実施例2−1〜2−5の場合、溶接時に溶融した第1金属の飛散は無かった。これら結果を表1に示す。
実施例2−1と同様にして、比較例2−1〜2−5に係る試験体を作製した。実施例2−1と相違する点は、表1および図4に示すように溶接時に通電する電流値の条件である。比較例2−1〜2−5では、実施例2−1〜2−6のいずれの電流値よりも、溶接時の電流値が小さい。なお、比較例2−1〜2−5の場合、溶接時に溶融した第1金属の飛散は無かった。これらの結果を表1に示す。
実施例1−1と同様にして、実施例3−1〜3−5に係る試験体を作製した。実施例1−1と相違する点は、表1および図4に示すように溶接時に通電する電流値および通電時間の条件である。なお、実施例3−1〜3−5の通電時間は、すべて0.58msecである。また、実施例3−4、3−5の場合、実施例1−8と同様に、溶接時に第1金属板の第1金属が過剰に加熱され、第1金属板と第2金属板の間から溶融した第1金属が飛散した。なお、実施例3−1〜3−3の場合、溶接時に溶融した第1金属の飛散は無かった。これらの結果を表1に示す。
実施例3−1と同様にして、比較例3−1〜3−5に係る試験体を作製した。実施例3−1と相違する点は、表1および図4に示すように溶接時に通電する電流値の条件である。比較例3−1〜3−5では、実施例3−1〜3−3のいずれの電流値よりも、溶接時の電流値が小さい。なお、比較例3−1〜3−5の場合、溶接時に溶融した第1金属の飛散は無かった。これらの結果を表1に示す。
実施例1−1と同様にして、実施例4−1〜4−5に係る試験体を作製した。実施例1−1と相違する点は、表1および図4に示すように溶接時に通電する電流値および通電時間の条件である。実施例4−1〜4−5の通電時間は、すべて0.33msecである。なお、実施例4−1〜4−5の場合、溶接時に溶融した第1金属の飛散は無かった。これらの結果を表1に示す。
実施例4−1と同様にして、比較例4−1〜4−5に係る試験体を作製した。実施例4−1と相違する点は、表1および図4に示すように溶接時に通電する電流値の条件である。比較例4−1〜4−4では、実施例4−1〜4−5のいずれの電流値よりも、溶接時の電流値が小さく、比較例4−5は、実施例4−1〜3−5のいずれの電流値よりも、溶接時の電流値が大きい。なお、比較例4−5の場合、第1金属が過剰に加熱され、溶融した第1金属が飛散したことに加え、溶接時に第2金属板が溶融し、電極に第2金属板が溶着していた。比較例4−1〜4−4の場合、溶接時に溶融した第1金属の飛散は無かった。これらの結果を表1に示す。
実施例1−1と同様にして、実施例5−1に係る試験体を作製した。実施例1−1と相違する点は、表1および図4に示すように溶接時に通電する電流値および通電時間の条件である。なお、実施例5−1の通電時間は、0.25msecである。
実施例5−1と同様にして、比較例5−1〜5−8に係る試験体を作製した。実施例5−1と相違する点は、表1および図4に示すように溶接時に通電する電流値の条件である。比較例5−1〜5−6では、実施例5−1の電流値よりも、溶接時の電流値が小さく、比較例5−7、5−8は、実施例5−1のいずれの電流値よりも、溶接時の電流値が大きい。なお、比較例5−7、5−8の場合、第1金属が過剰に加熱され、溶融した第1金属が飛散したことに加え、溶接時に第2金属板が溶融し、電極に第2金属板が溶着していた。
上述したすべての試験体に対して、一方側に第1金属板を把持し、他方側に第2金属板を把持し、これらが離れる方向に荷重を作用させた。この時の試験体がせん断破壊した強度を、せん断強度とした。この結果を表1に示す。
上述したすべての試験体を厚さ方向に切断し、その断面を、顕微鏡で観察するとともに、電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)で分析した。図5は、実施例1−1に係る試験体の断面写真である。図6Aは、実施例1−1の試験体の接合部分を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した断面写真である。図6Bは、図6Aの接合部分を電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)で分析した画像である。なお、表1には、すべての試験体に対して、第1金属板と第2金属板との間の金属間化合物の有無を記載した。
表1に示すように、実施例1−1〜1−8、実施例2−1〜2−6、実施例3−1〜3−5、実施例4−1〜4−5、実施例5−1に係る試験体では、せん断強度が、1.4kNを超えていた。しかしながら、比較例1−1、1−2、比較例2−1〜2−5、比較例3−1〜3−5、比較例4−1〜4−4、比較例5−1〜5−6に係る試験体では、せん断強度が、1.0kNを下回っていた。
Claims (3)
- 2つの異種金属板同士の接合方法であって、
前記異種金属板として、第1金属からなる第1金属板と、前記第1金属よりも体積抵抗率が高く、かつ、前記第1金属よりも融点が高い第2金属からなる第2金属板と、を前記第2金属板が載置台に載置された状態で重ね合わせ、前記第2金属板のうち、前記第1金属板に重ね合わせた部分の表面に、一対の電極を接触させる工程と、
前記一対の電極の間に、前記第2金属板を介して電流を通電することにより、前記第2金属の融点よりも低くかつ前記第1金属の融点よりも高い温度に、前記電流が通電する通電領域の前記第2金属を固相状態で抵抗発熱させて、抵抗発熱させた前記第2金属からの熱で、前記第1金属板の表面のうち前記第2金属板側の表面から、前記載置台側に向かって前記第1金属板の一部を溶融し、前記第1金属板と前記第2金属板との間に、前記第1金属と前記第2金属との金属間化合物を生成し、生成した前記金属間化合物を介して前記第1および第2金属板を接合する工程と、を含むことを特徴とする異種金属板の接合方法。 - 前記一対の電極を接触させる工程において、前記一対の電極の間に、非導電性材料からなる加圧用部材を配置し、
前記第1および第2金属板を接合する工程において、前記一対の電極の間に配置された前記加圧用部材で前記第2金属板を前記第1金属板に向かって加圧しながら、前記一対の電極間への通電を行うことにより、前記金属化合物の一部を押し出しながら前記第1および第2金属板を接合することを特徴とする請求項1に記載の異種金属板の接合方法。 - 前記第1金属板は、アルミニウム板またはアルミニウム合金板であり、前記第2金属板は、鋼板であることを特徴とする請求項1または2に記載の異種金属板の接合方法。
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