JP7231586B2 - Method for manufacturing dissimilar material joined structure - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 掲載年月日:2019年8月8日、ウェブサイトのアドレス:https://www.jstage.jst.go.jp/article/jwstaikai/2019f/0/2019f_206/_pdf/-char/jaApplication of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law Posting date: August 8, 2019 Website address: https://www. j stage. jst. go. jp/article/jwstaikai/2019f/0/2019f_206/_pdf/-char/ja

本発明は、異材接合構造体の製造方法及び異材接合構造体に関し、特にアルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを接合する異材接合構造体の製造方法及び異材接合構造体に関する。 The present invention relates to a dissimilar metal joined structure manufacturing method and dissimilar metal joined structure, and more particularly to a dissimilar metal joined structure manufacturing method and dissimilar metal joined structure for joining an aluminum or aluminum alloy material and a steel material.

近年、CO排出量の削減を目的とした車体軽量化や衝突安全性強化を実現するため、自動車のボディ骨格等に高張力鋼板(High Tensile Strength Steel:HTSS)が適用されている。 BACKGROUND ART In recent years, high tensile strength steel (HTSS) has been applied to automobile body frames and the like in order to reduce vehicle body weight and enhance collision safety for the purpose of reducing CO 2 emissions.

また、更なる車体軽量化を目的として、軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを接合した異種金属接合材についても需要が高くなっている。異種金属を接合する方法として、一般的には、釘又はネジ等で接合する方法があるが、釘又はネジは比較的高価であるため、接合材の製造コストが高くなるとともに、釘又はネジの重量分だけ、得られる接合材が重くなるという問題がある。 Further, with the aim of further reducing the weight of the vehicle body, there is an increasing demand for a dissimilar metal joint material in which a lightweight aluminum or aluminum alloy material and a steel material are joined together. As a method of joining dissimilar metals, there is generally a method of joining with nails or screws. There is a problem that the resulting bonding material becomes heavy by the weight.

一方、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを一般的な方法で直接溶接すると、接合界面に脆弱な金属間化合物が形成され、良好な強度を得ることができない。そこで、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との接合において、高い強度を得ることができる溶接技術が求められている。 On the other hand, when aluminum or aluminum alloy material and steel material are directly welded by a general method, a fragile intermetallic compound is formed at the joint interface, and good strength cannot be obtained. Therefore, there is a demand for a welding technique capable of obtaining high strength in joining aluminum or aluminum alloy materials and steel materials.

溶接による異種金属を接合する方法として、特許文献1には、鋼からなる第1基材の表面に、コールドスプレー法によりアルミニウム又はアルミニウム合金皮膜を形成し、この皮膜とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第2基材とを対向させて溶接する接合方法が開示されている。 As a method for joining dissimilar metals by welding, Patent Document 1 discloses forming an aluminum or aluminum alloy film on the surface of a first base material made of steel by a cold spray method, and forming a first base material made of this film and aluminum or an aluminum alloy. A joining method is disclosed in which two substrates are opposed to each other and welded.

特開2013-188780号公報JP 2013-188780 A

ところで、アルミニウム又はアルミニウム合金材が閉断面の押出材である場合には、高張力鋼材側からの片側施工による溶接が必要となるが、上記特許文献1に記載された接合方法は、TIG(Tungsten Inert Gas)溶接、MIG(Metal Inert Gas)溶接、及びプラズマ溶接のような、熱影響の大きいアーク溶接を用いるものである。このため、アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面に、コールドスプレーにより鋼と溶接可能な金属皮膜を形成し、この皮膜と高張力鋼とを溶接する場合には、アーク溶接時に発生する多量の熱により、高張力鋼に対する金属皮膜の密着強度が大きく低下し、ひいては接合強度が低下するおそれがある。 By the way, when the aluminum or aluminum alloy material is an extruded material with a closed cross section, welding by one-sided welding from the high-strength steel material side is required. Inert Gas (MIG) welding, MIG (Metal Inert Gas) welding, and plasma welding, which use high heat-affected arc welding. For this reason, when a metal film that can be welded with steel is formed on the surface of an aluminum or aluminum alloy material by cold spray, and this film is welded to high-strength steel, the large amount of heat generated during arc welding causes The adhesion strength of the metal coating to the high-strength steel is greatly reduced, and the joint strength may be reduced.

アルミニウム又はアルミニウム合金材が溶融しない程度に溶接時の入熱量を抑制可能な溶接としては、レーザ溶接が考えられるが、特許文献1の接合方法では、レーザ溶接について言及されていない。また、金属溶射皮膜を溶接する場合には、皮膜中に含まれる溶射時の残存ガスに起因して、溶接金属中に大きなブローホールが生じやすいという欠点があり、溶接金属中に大きなブローホールが多く残存すると、継手強度が低下する等の問題があるが、特許文献1の接合方法では、ブローホールの問題についても記載されていない。このため、高張力鋼材側からの片側施工が可能であり、かつ継手強度に優れた異材接合構造体の製造方法の開発が要望されていた。 Laser welding is conceivable as welding capable of suppressing the amount of heat input during welding to such an extent that the aluminum or aluminum alloy material does not melt, but the joining method of Patent Document 1 does not mention laser welding. Also, when welding metal thermal spray coatings, there is a disadvantage that large blowholes tend to occur in the weld metal due to residual gas contained in the coating during thermal spraying. If a large amount remains, there are problems such as a decrease in joint strength, but the joining method of Patent Document 1 does not describe the problem of blow holes. Therefore, there has been a demand for the development of a method for manufacturing a dissimilar metal joined structure that allows one-sided construction from the high-strength steel material side and has excellent joint strength.

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との異材接合において、鋼材側からの片側施工による溶接が可能であり、かつ、ブローホールが少なく、継手強度に優れた異材接合構造体の製造方法及び異材接合構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and in the dissimilar material joining of aluminum or aluminum alloy material and steel material, welding by one-sided welding from the steel material side is possible, there are few blowholes, and the joint An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a dissimilar metal joined structure excellent in strength and a dissimilar metal joined structure.

本発明の上記目的は、異材接合構造体の製造方法に係る下記(1)の構成により達成される。
(1) アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属粉末を低温溶射することにより低温溶射皮膜を形成する工程と、
前記低温溶射皮膜と鋼材とが対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを重ね合わせる工程と、
前記鋼材側からのレーザ溶接により前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを接合する工程と、を有し、
前記接合工程が、前記鋼材、前記低温溶射皮膜、及び前記アルミニウム又はアルミニウム合金材のいずれにおいても溶融部が形成される溶接条件にて行われる、異材接合構造体の製造方法。
The above object of the present invention is achieved by the following configuration (1) relating to a method for manufacturing a dissimilar metal joined structure.
(1) Low-temperature thermal spraying of at least one metal powder selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt and cobalt alloys onto at least part of the surface of aluminum or aluminum alloy material a step of forming a low-temperature thermal spray coating;
a step of superimposing the aluminum or aluminum alloy material and the steel material so that the low-temperature spray coating and the steel material face each other;
joining the aluminum or aluminum alloy material and the steel material by laser welding from the steel material side;
A method for manufacturing a dissimilar metal joined structure, wherein the joining step is performed under welding conditions in which a melted portion is formed in any of the steel material, the low-temperature thermal spray coating, and the aluminum or aluminum alloy material.

また、異材接合構造体の製造方法に係る本発明の好ましい実施形態は、下記(2)に関する。
(2) 前記接合工程は、少なくとも2回のレーザ照射により行われ、2回目以降の前記レーザ照射における入熱量は、1回目の前記レーザ照射の入熱量と同等以下である、(1)に記載の異材接合構造体の製造方法。
In addition, a preferred embodiment of the present invention relating to a method for manufacturing a dissimilar metal joined structure relates to the following (2).
(2) According to (1), the bonding step is performed by at least two laser irradiations, and the heat input in the second and subsequent laser irradiations is equal to or less than the heat input in the first laser irradiation. A method for manufacturing a dissimilar metal joined structure.

また、本発明の上記目的は、異材接合構造体に係る下記(3)の構成により達成される。
(3) アルミニウム又はアルミニウム合金材と、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に形成された、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属粉末が低温溶射されてなる低温溶射皮膜と、
前記低温溶射皮膜の上に重ね合わされた鋼材と、
前記鋼材、前記低温溶射皮膜、及び前記アルミニウム又はアルミニウム合金材のいずれにおいても溶融部が形成された溶接金属と、
を備える異材接合構造体。
Further, the above object of the present invention is achieved by the following configuration (3) relating to a dissimilar metal joined structure.
(3) an aluminum or aluminum alloy material;
At least one metal powder selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt and cobalt alloys formed on at least part of the surface of the aluminum or aluminum alloy material is low-temperature sprayed. a low-temperature thermal spray coating,
a steel material superimposed on the low-temperature spray coating;
a weld metal in which a molten portion is formed in any of the steel material, the low temperature thermal spray coating, and the aluminum or aluminum alloy material;
A dissimilar metal joint structure comprising:

また、本発明の上記目的は、異材接合構造体の製造方法に係る下記(4)の構成により達成される。
(4) アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属粉末を低温溶射することにより低温溶射皮膜を形成する工程と、
前記低温溶射皮膜と鋼材とが対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを重ね合わせる工程と、
前記鋼材側からのレーザ溶接により前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを接合する工程と、を有し、
前記接合工程は、前記低温溶射皮膜が部分溶込みとなる条件で少なくとも2回のレーザ照射により行われ、2回目以降の前記レーザ照射における入熱量は、1回目の前記レーザ照射の入熱量と同等以下である、異材接合構造体の製造方法。
Further, the above object of the present invention is achieved by the following configuration (4) relating to a method for manufacturing a dissimilar-materials-joined structure.
(4) Low-temperature thermal spraying of at least one metal powder selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt and cobalt alloys onto at least part of the surface of aluminum or aluminum alloy material a step of forming a low-temperature thermal spray coating;
a step of superimposing the aluminum or aluminum alloy material and the steel material so that the low-temperature spray coating and the steel material face each other;
joining the aluminum or aluminum alloy material and the steel material by laser welding from the steel material side;
The bonding step is performed by laser irradiation at least twice under conditions where the low-temperature thermal spray coating is partially penetrated, and the heat input in the second and subsequent laser irradiations is equivalent to the heat input in the first laser irradiation. The method for manufacturing a dissimilar metal joined structure is as follows.

本発明に係る異材接合構造体の製造方法においては、アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属粉末を低温溶射することにより低温溶射皮膜を形成する工程と、低温溶射皮膜と鋼材とが対向するように、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを重ね合わせる工程と、鋼材側からのレーザ溶接によりアルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを接合する工程と、を有しており、かつ、接合工程は、鋼材、低温溶射皮膜、及びアルミニウム又はアルミニウム合金材のいずれにおいても溶融部が形成される溶接条件で行われるため、鋼材側からの片側施工による溶接が可能であり、かつ、ブローホールが少なく、継手強度に優れた異材接合構造体が得られる。 In the method for manufacturing a dissimilar metal joined structure according to the present invention, at least part of the surface of the aluminum or aluminum alloy material is coated with at least one selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt and cobalt alloys. a step of forming a low-temperature sprayed coating by low-temperature spraying one type of metal powder; a step of superimposing an aluminum or aluminum alloy material and a steel material so that the low-temperature sprayed coating and the steel material face each other; and joining the aluminum or aluminum alloy material and the steel material by laser welding, and in the joining process, a molten portion is formed in any of the steel material, the low temperature thermal spray coating, and the aluminum or aluminum alloy material. Since the welding is performed under the following welding conditions, it is possible to weld from one side from the steel material side, and a dissimilar metal joined structure with less blowholes and excellent joint strength can be obtained.

また、本発明に係る他の異材接合構造体の製造方法においては、接合工程が、低温溶射皮膜が部分溶込みとなる条件で少なくとも2回のレーザ照射により行われ、2回目以降のレーザ照射における入熱量は、1回目のレーザ照射の入熱量と同等以下であるため、ブローホールの発生が大幅に抑制されて、継手強度に優れた異材接合構造体が得られる。 Further, in another method for manufacturing a dissimilar metal joined structure according to the present invention, the joining step is performed by laser irradiation at least twice under conditions in which the low-temperature thermal spray coating is partially penetrated. Since the amount of heat input is equal to or less than the amount of heat input in the first laser irradiation, the occurrence of blowholes is greatly suppressed, and a dissimilar metal joined structure having excellent joint strength can be obtained.

図1は、本発明の第1実施形態に係る異材接合構造体をレーザ溶接により形成する斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a dissimilar-material joined structure according to a first embodiment of the present invention formed by laser welding. 図2は、第1実施形態の異材接合構造体の製造方法により形成された、実施例1の異材接合構造体の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the dissimilar metal joined structure of Example 1 formed by the manufacturing method of the dissimilar metal joined structure of the first embodiment. 図3は、第1実施形態の異材接合構造体の製造方法により形成された、実施例2の異材接合構造体の拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of a dissimilar metal joined structure of Example 2 formed by the manufacturing method of the dissimilar metal joined structure of the first embodiment. 図4は、本発明の第2実施形態に係る異材接合構造体をレーザ溶接により形成する斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of forming a dissimilar metal joined structure according to a second embodiment of the present invention by laser welding. 図5は、第2実施形態の異材接合構造体の製造方法により形成された、実施例3の異材接合構造体の拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged sectional view of a dissimilar metal joined structure of Example 3 formed by the manufacturing method of the dissimilar metal joined structure of the second embodiment. 図6は、従来の製造方法により形成された、比較例の異材接合構造体の拡大断面図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a dissimilar metal joined structure of a comparative example formed by a conventional manufacturing method.

以下、本発明の各実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。 Each embodiment of the present invention will be described in detail below. The present invention is not limited to the embodiments described below, and can be arbitrarily modified without departing from the scope of the present invention.

本発明者らは、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との異材接合において、鋼材側からの片側施工による溶接であっても、良好な接合継手を得ることができる接合方法を得るために鋭意検討を重ねた。その結果、アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、鋼材と溶接可能な金属粉末を低温溶射して低温溶射皮膜を形成するとともに、低温溶射皮膜と鋼材とを、鋼材側からのレーザ溶接により接合することにより、良好な接合継手を得ることができることを見出した。 The inventors of the present invention have made intensive studies in order to obtain a joining method capable of obtaining a good joined joint even when welding is performed from the steel material side by one-sided welding in dissimilar metal joining of aluminum or aluminum alloy material and steel material. piled up. As a result, a low-temperature spray coating is formed by low-temperature spraying metal powder that can be welded with the steel on at least a part of the surface of the aluminum or aluminum alloy material, and the low-temperature spray coating and the steel are laser-welded from the steel side. It was found that a good bonded joint can be obtained by bonding by

具体的には、アルミニウム又はアルミニウム合金板の表面に、低温溶射法(コールドスプレー法)により、高速で、所定の金属粉末を噴射させて金属皮膜(低温溶射皮膜)を形成すると、アルミニウム又はアルミニウム合金板と金属皮膜とは高強度の機械的な結合が得られるため、その後の鋼材とのレーザ溶接により得られた異材接合構造体についても、良好な接合継手が得られることが分かった。 Specifically, when a metal coating (low-temperature spray coating) is formed on the surface of an aluminum or aluminum alloy plate by spraying a predetermined metal powder at a high speed by a low-temperature spray method (cold spray method), aluminum or aluminum alloy Since a high-strength mechanical bond can be obtained between the plate and the metal film, it was found that a good welded joint can be obtained even in the dissimilar-materials-joined structure obtained by subsequent laser welding with steel materials.

さらに、アルミニウム又はアルミニウム合金板上に形成された低温溶射皮膜と鋼材とのレーザ溶接において、溶融部に発生するブローホールを抑制するためにはレーザ溶接条件が重要な要素であり、このレーザ溶接条件を適正に管理することで、ブローホールの発生が少なく、高い接合強度を有する接合継手が得られることを見出した。 Furthermore, laser welding conditions are an important factor in suppressing blowholes that occur in the molten part in laser welding between steel materials and low-temperature thermal spray coatings formed on aluminum or aluminum alloy plates. It has been found that by properly managing, a welded joint having a high joint strength with less occurrence of blowholes can be obtained.

(第1実施形態)
本実施形態に係る異種金属接合体の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属粉末を低温溶射することにより低温溶射皮膜を形成する工程と、低温溶射皮膜と鋼材とが対向するように、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを重ね合わせる工程と、低温溶射皮膜と鋼材とを、鋼材側からのレーザ溶接により接合する工程と、を有する。
(First embodiment)
In the method for manufacturing a dissimilar metal joined body according to the present embodiment, at least part of the surface of an aluminum or aluminum alloy material is coated with at least one selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt, and cobalt alloys. a step of forming a low-temperature sprayed coating by low-temperature spraying one kind of metal powder; a step of superimposing an aluminum or aluminum alloy material and a steel material so that the low-temperature sprayed coating and the steel material face each other; and a low-temperature sprayed coating. and joining the steel material by laser welding from the steel material side.

図1に示すように、本実施形態に係る異材接合構造体10は、アルミニウム又はアルミニウム合金材2の表面の少なくとも一部に、低温溶射皮膜1が形成される。次いで、低温溶射皮膜1と鋼材3とが対向するように、アルミニウム又はアルミニウム合金材2と鋼材3とが重ね合わされる。さらに、鋼材3側から照射されるレーザビームLにより、鋼材3、低温溶射皮膜1、及びアルミニウム又はアルミニウム合金材2のいずれにおいても溶融部が形成される溶接条件で、低温溶射皮膜1を介して鋼材3とアルミニウム又はアルミニウム合金材2をレーザ溶接し、鋼材3、低温溶射皮膜1及びアルミニウム又はアルミニウム合金材2の溶融により溶接金属(溶接ビード)4を形成する。 As shown in FIG. 1, in a dissimilar metal joined structure 10 according to this embodiment, a low-temperature thermal spray coating 1 is formed on at least part of the surface of an aluminum or aluminum alloy material 2 . Next, the aluminum or aluminum alloy material 2 and the steel material 3 are overlaid so that the low temperature thermal spray coating 1 and the steel material 3 face each other. Furthermore, the laser beam L irradiated from the steel material 3 side is applied to the steel material 3, the low-temperature thermal spray coating 1, and the aluminum or aluminum alloy material 2 under welding conditions in which a molten portion is formed through the low-temperature thermal spray coating 1. A steel material 3 and an aluminum or aluminum alloy material 2 are laser-welded, and a weld metal (weld bead) 4 is formed by melting the steel material 3, the low-temperature thermal spray coating 1, and the aluminum or aluminum alloy material 2.

低温溶射皮膜1は、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属を含むものである。なお、図示しないが、低温溶射により高速で金属粉末が吹きつけられた、アルミニウム又はアルミニウム合金材2の表面は、多量の金属粉末により微細な凹凸が形成されているため、低温溶射皮膜1と鋼材3とは、アンカー効果によって機械的に強固に接合されている。 The low temperature thermal spray coating 1 contains at least one metal selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt and cobalt alloys. Although not shown, the surface of the aluminum or aluminum alloy material 2 to which the metal powder is sprayed at high speed by low-temperature thermal spraying has fine unevenness due to the large amount of metal powder, so that the low-temperature spray coating 1 and the steel material 3 are mechanically and firmly joined by an anchor effect.

金属粉末を低温かつ高速噴射して低温溶射皮膜1を形成する方法としては、コールドスプレー法が好適である。コールドスプレー法とは、ガスと金属粉末とを音速以上の高速で対象物に吹きつけることにより、低温溶射皮膜1を形成する方法である。この方法は、作動ガスが比較的低温であるため(例えば、鉄粒子融点以下である900℃以下)、鉄等の相対的に高融点な金属粉末とアルミニウム又はアルミニウム合金材が溶融し合うことがなく、鉄等の相対的に高融点な金属粉末は、その速度エネルギーによってアルミニウム又はアルミニウム合金材2に食い込み、マクロ的な機械的締結状態となる。 A cold spray method is suitable as a method for forming the low-temperature thermal spray coating 1 by injecting metal powder at a low temperature and at a high speed. The cold spray method is a method of forming the low-temperature thermal spray coating 1 by spraying gas and metal powder onto an object at a speed higher than the speed of sound. In this method, since the working gas has a relatively low temperature (for example, 900° C. or less, which is the melting point of iron particles or less), metal powder with a relatively high melting point such as iron and aluminum or aluminum alloy material may melt together. However, metal powder having a relatively high melting point, such as iron, bites into the aluminum or aluminum alloy material 2 due to its velocity energy, resulting in a macroscopic mechanical fastening state.

したがって、金属間化合物が生成しにくく、また、脆い相ができにくいことから、結果として、アルミニウム又はアルミニウム合金材2の一部に強固な低温溶射皮膜(本実施形態では鉄系皮膜)1が形成される。なお、後述するように、コールドスプレー法で使用するガス種、圧力、温度、金属粉末の粒子径等を適宜選択して実施することができる。 Therefore, intermetallic compounds are less likely to be generated and brittle phases are less likely to be generated, so that as a result, a strong low-temperature thermal spray coating (iron-based coating in this embodiment) 1 is formed on a part of the aluminum or aluminum alloy material 2. be done. As will be described later, the type of gas used in the cold spray method, the pressure, the temperature, the particle size of the metal powder, etc. can be appropriately selected.

低温溶射皮膜1を形成する方法としては、上記コールドスプレー法以外に、プラズマ溶射やアーク溶射などその他の溶射方法が考えられるが、これらは作動ガス温度が高く(例えば、鉄粒子の融点以上である2000℃以上)、粒子、アルミニウム母材ともに融点を超えて液状となり、化学反応によって金属間化合物が生成し、脆い被膜しか形成できない。 As a method for forming the low temperature thermal spray coating 1, other than the cold spray method, other thermal spraying methods such as plasma thermal spraying and arc thermal spraying are conceivable. 2000° C. or higher), both the particles and the aluminum base material exceed their melting points and become liquid, and intermetallic compounds are formed by chemical reactions, and only brittle coatings can be formed.

その後、得られた低温溶射皮膜1の上に鋼材3を配置し、鋼材3におけるアルミニウム又はアルミニウム合金材2に面する側と反対側から、鋼材3と低温溶射皮膜1とアルミニウム又はアルミニウム合金材2のいずれにおいても溶融部が形成される溶接条件で、レーザ溶接することにより溶接金属4を形成し、異材接合構造体10を製造する。 After that, the steel material 3 is placed on the obtained low-temperature thermal spray coating 1, and the steel material 3, the low-temperature thermal spray coating 1, and the aluminum or aluminum alloy material 2 are arranged from the opposite side of the steel material 3 to the side facing the aluminum or aluminum alloy material 2. In any of the above, the weld metal 4 is formed by laser welding under the welding conditions under which a molten portion is formed, and the dissimilar metal joined structure 10 is manufactured.

図2(後述する実施例1に相当)及び図3(後述する実施例2に相当)に示すように、低温溶射皮膜1を有するアルミニウム又はアルミニウム合金材2と鋼材3とを、鋼材3側からレーザ溶接する際、鋼材3及び低温溶射皮膜1とともに、アルミニウム又はアルミニウム合金材2の一部が溶融する条件で溶接することにより、鋼材3、低温溶射皮膜1及びアルミニウム又はアルミニウム合金材2からなる溶接金属(溶接ビード)4を形成して溶接する。 As shown in FIG. 2 (corresponding to Example 1 to be described later) and FIG. When performing laser welding, welding is performed under conditions in which part of the aluminum or aluminum alloy material 2 is melted together with the steel material 3 and the low temperature thermal spray coating 1, thereby welding the steel material 3, the low temperature thermal spray coating 1, and the aluminum or aluminum alloy material 2. A metal (weld bead) 4 is formed and welded.

なお、入熱量が過度に大きくなると、アルミニウム又はアルミニウム合金材2を溶かしすぎてビードが不安定になったり、溶接部に割れを生じやすくなる。このため、極力入熱量は抑えるのが好ましい。また、溶接金属4に含まれるアルミニウム量は、好ましくは5%以下、より好ましくは1%以下となるような入熱条件で溶接することが好ましい。 If the heat input becomes excessively large, the aluminum or aluminum alloy material 2 is melted too much and the bead becomes unstable, and cracks are likely to occur in the welded portion. Therefore, it is preferable to suppress the amount of heat input as much as possible. Welding is preferably performed under heat input conditions such that the amount of aluminum contained in the weld metal 4 is preferably 5% or less, more preferably 1% or less.

入熱量をアルミニウム又はアルミニウム合金材2の一部が溶融するように制御することにより、ブローホール5の発生を大幅に抑制することができ、異材接合構造体10の接合強度が向上する。これは、アルミニウム又はアルミニウム合金材2の一部が溶融することによる強度低下よりも、ブローホール5がなくなることによる強度向上が大きいことによると考えられる。 By controlling the amount of heat input so that the aluminum or aluminum alloy material 2 is partially melted, the occurrence of blowholes 5 can be greatly suppressed, and the joint strength of the dissimilar metal joint structure 10 is improved. It is considered that this is because the strength improvement due to the disappearance of the blowholes 5 is greater than the strength reduction due to the partial melting of the aluminum or aluminum alloy material 2 .

ここで、レーザ溶接は、アーク溶接などの他の溶接法に比べ、入熱が低く、熱影響が小さい溶接法である。アーク溶接の場合を用いた場合には、溶接時に発生する熱がアルミニウム又はアルミニウム合金材2まで到達しやすいため、高張力鋼に対する金属皮膜の密着強度が大きく低下し、ひいては接合強度が低下するおそれがある。しかし、レーザ溶接を用いた場合には、アルミニウム又はアルミニウム合金材2への熱影響を最小限に抑え、高張力鋼に対する金属皮膜の密着強度低下を抑制することができるため、接合強度の低下を防止し、良好な接合継手を得ることができる。 Here, laser welding is a welding method with a low heat input and a small thermal effect compared to other welding methods such as arc welding. When arc welding is used, the heat generated during welding tends to reach the aluminum or aluminum alloy material 2, so the adhesion strength of the metal film to the high-strength steel is greatly reduced, and the joint strength may be reduced. There is However, when laser welding is used, the heat effect on the aluminum or aluminum alloy material 2 can be minimized, and the decrease in the adhesion strength of the metal coating to the high-strength steel can be suppressed, so the decrease in bonding strength can be prevented. can be prevented and a good bonded joint can be obtained.

続いて、本実施形態に係る製造方法において、低温溶射皮膜1、その材料となる金属粉末、アルミニウム又はアルミニウム合金材2及び鋼材3について、以下に詳細に説明する。 Next, in the manufacturing method according to the present embodiment, the low temperature thermal spray coating 1, the metal powder used as the material thereof, the aluminum or aluminum alloy material 2, and the steel material 3 will be described in detail below.

<金属粉末の金属種:純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種>
低温溶射皮膜1と鋼材3とをレーザ溶接により接合するためには、低温溶射皮膜1の材料として、鋼材3と所望の接合強度で溶接することができるとともに、溶接金属4の特性が良好となる金属材料を選択することが重要である。
<Metal type of metal powder: at least one selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloy, cobalt and cobalt alloy>
In order to join the low-temperature spray coating 1 and the steel material 3 by laser welding, the material of the low-temperature spray coating 1 can be welded with the steel material 3 with a desired bonding strength, and the properties of the weld metal 4 are improved. The choice of metal material is important.

本実施形態では、鋼材3との間で良好な接合継手を容易に溶接することができるステンレス鋼(SUS)を好適に選択することができる。
特に、種々のステンレス鋼のうち、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びフェライト系とオーステナイト系との2相ステンレス鋼は、マルテンサイト系ステンレス鋼に比べ耐食性に優れるため、腐食環境に晒される自動車の材料として適している。よって、コールドスプレーに用いる金属粉末としては、好ましくはフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びフェライト系とオーステナイト系との2相ステンレス鋼から選択された少なくとも1種の金属からなる粉末を使用する。
In this embodiment, stainless steel (SUS) can be suitably selected because it can easily weld a good joint to the steel material 3 .
In particular, among various stainless steels, ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, and duplex stainless steel of ferritic and austenitic series are more excellent in corrosion resistance than martensitic stainless steel, so they are exposed to corrosive environments. Suitable as a material for automobiles. Therefore, as the metal powder used for cold spraying, powder made of at least one metal selected from ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, and duplex stainless steel of ferritic and austenitic series is preferably used. .

一方、金属粉末として、例えば、CrやNiなど焼入れ元素が多量に添加されたステンレス鋼(SUS)を使用すると、鋼材3が高張力鋼板やホットスタンプ材である場合に、母材希釈を受けた溶接金属4の全て、又は一部がマルテンサイト変態し、硬度が高くなりすぎて、接合強度(継手強度)が低下したり、割れが発生したりするおそれがある。このような場合には、コールドスプレーに用いる金属粉末としては、好ましくは純鉄、炭素鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属を含む粉末を使用する。 On the other hand, if stainless steel (SUS) to which a large amount of quenching elements such as Cr and Ni is added is used as the metal powder, the base material is diluted when the steel material 3 is a high-strength steel plate or a hot stamp material. All or part of the weld metal 4 undergoes martensite transformation, and the hardness becomes too high, which may reduce the joint strength (joint strength) or cause cracks. In such a case, the metal powder used for cold spray is preferably a powder containing at least one metal selected from pure iron, carbon steel, nickel, nickel alloys, cobalt and cobalt alloys.

なお、本明細書において、純鉄とは、工業用として容易に入手が可能であり、純度が99.9質量%以上のものを表す。また、炭素鋼とは、鉄と炭素を主成分とし,ケイ素,マンガン及び不純物リン,硫黄,銅を微量に含む鉄鋼材料を表す。なお、ニッケル合金としては、通称インコネル合金、インコロイ合金、ハステロイ合金と呼ばれるNiを主成分として、Mo、Fe、Co、Cr、Mnなどを適当量添加した合金を用いることができる。 In the present specification, pure iron refers to iron that is readily available for industrial use and has a purity of 99.9% by mass or more. Carbon steel is a steel material containing iron and carbon as main components and containing silicon, manganese, and trace amounts of impurities phosphorus, sulfur, and copper. As the nickel alloy, alloys commonly known as Inconel alloys, Incoloy alloys, and Hastelloy alloys, in which Ni is the main component and appropriate amounts of Mo, Fe, Co, Cr, Mn, etc. are added can be used.

<金属粉末の粒子径及び形状>
低温溶射皮膜1の材料となる金属粉末の粒子径については特に限定されないが、コールドスプレーのガス圧を1MPa以下の低圧条件とした場合には、例えば20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましい。
一方、ガス圧を1MPa~5MPaの高圧条件とした場合には、例えば50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。
金属粉末の粒子形状についても特に限定されないが、流動性の観点から球状であることが好ましい。
<Particle size and shape of metal powder>
The particle size of the metal powder that is the material of the low-temperature thermal spray coating 1 is not particularly limited, but when the gas pressure of the cold spray is set to a low pressure condition of 1 MPa or less, it is preferably 20 μm or less, for example, 10 μm or less. is more preferable.
On the other hand, when the gas pressure is set to a high pressure condition of 1 MPa to 5 MPa, it is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less.
Although the particle shape of the metal powder is not particularly limited, it is preferably spherical from the viewpoint of fluidity.

<作動ガスの種類>
コールドスプレーにおいて使用するガスについては特に限定されないが、一般的には、空気、窒素、ヘリウム又はそれらの混合ガスを用いて行われる。一方、低温溶射皮膜1が酸化すると、溶接性に悪影響を及ぼすおそれがあるため、ガス種として窒素やヘリウムを用いるのが好ましい。ガス種としてヘリウムを用いる場合、低温溶射皮膜の密着強度がより高くなり、ひいては継手強度の向上が期待できる。
<Type of working gas>
The gas used in cold spraying is not particularly limited, but generally air, nitrogen, helium, or a mixed gas thereof is used. On the other hand, if the low temperature thermal spray coating 1 is oxidized, it may adversely affect weldability, so it is preferable to use nitrogen or helium as the gas species. When helium is used as the gas species, the adhesion strength of the low-temperature thermal spray coating becomes higher, and an improvement in joint strength can be expected.

<作動ガスの温度>
上述の通り、コールドスプレーにおいて使用するガスの温度が高い場合には、金属粉末が溶融し、低温溶射皮膜1の基材となるアルミニウム又はアルミニウム合金材2と化学反応を起こして金属間化合物を生成するおそれがある。よって、作動ガスの温度は、コールドスプレーに用いられる金属粉末の融点よりも低い温度とすることが好ましい。なお、本実施形態に係る異種金属接合体を得るにあたっては、例えば、室温(20℃)~1200℃とすることが好ましい。
<Temperature of working gas>
As described above, when the temperature of the gas used in cold spraying is high, the metal powder melts and undergoes a chemical reaction with the aluminum or aluminum alloy material 2 serving as the base material of the low-temperature thermal spray coating 1 to generate an intermetallic compound. There is a risk of Therefore, the temperature of the working gas is preferably lower than the melting point of the metal powder used for cold spray. For obtaining the dissimilar metal joined body according to the present embodiment, it is preferable to set the temperature to room temperature (20° C.) to 1200° C., for example.

<皮膜の膜厚>
コールドスプレーにより形成する低温溶射皮膜1の膜厚が0.3mm未満であると、低温溶射皮膜1及び鋼材3のみを溶融させる溶接が要求される場合(例えば、後述する第2実施形態の溶接方法など)、レーザビームLのバラつきの影響により、低温溶射皮膜1及び鋼材3のみを溶融させることが困難となる場合があるため、ロバスト性が低くなる。
<Film thickness>
If the thickness of the low-temperature spray coating 1 formed by cold spraying is less than 0.3 mm, welding that melts only the low-temperature spray coating 1 and the steel material 3 is required (for example, the welding method of the second embodiment described later etc.), it may be difficult to melt only the low-temperature thermal spray coating 1 and the steel material 3 due to the influence of the variation in the laser beam L, so the robustness is lowered.

そこで、低温溶射皮膜1の膜厚を0.3mm以上とすることにより、レーザビームLのバラつきに柔軟に対応することができるため、厳しい条件設定が不要となる。よって、低温溶射皮膜1の膜厚は0.3mm以上であることが好ましく、0.6mm以上であることがより好ましい。 Therefore, by setting the film thickness of the low-temperature thermal spray coating 1 to 0.3 mm or more, it is possible to flexibly cope with the variations in the laser beam L, so that strict condition setting is not required. Therefore, the film thickness of the low-temperature thermal spray coating 1 is preferably 0.3 mm or more, more preferably 0.6 mm or more.

一方、低温溶射皮膜1の膜厚が3mmを超えると、成膜時間が長くなり、製造コストアップとなるおそれがある。従って、低温溶射皮膜1の膜厚は3mm以下であることが好ましく、2mm以下であることがより好ましい。 On the other hand, when the film thickness of the low-temperature thermal spray coating 1 exceeds 3 mm, the film-forming time becomes long, which may increase the manufacturing cost. Therefore, the film thickness of the low-temperature thermal spray coating 1 is preferably 3 mm or less, more preferably 2 mm or less.

<アルミニウム又はアルミニウム合金材>
アルミニウム又はアルミニウム合金材2についても特に限定されないが、自動車等に用いる部材に適用する場合には、強度の観点から、2000系、5000系、6000系及び7000系等のアルミニウム合金材を用いることが好ましい。なお、本実施形態においては、鋼材3側からの片側施工による溶接が可能なレーザ溶接を用いることから、板材だけでなく、自動車等の分野で多用される押出材や鋳造材、鍛造材であっても問題なく使用することができる。
<Aluminum or aluminum alloy material>
The aluminum or aluminum alloy material 2 is also not particularly limited, but when it is applied to members used in automobiles, etc., from the viewpoint of strength, it is possible to use aluminum alloy materials such as 2000 series, 5000 series, 6000 series and 7000 series. preferable. In addition, in this embodiment, since laser welding is used that allows welding by one-sided welding from the steel material 3 side, not only plate materials but also extruded materials, cast materials, and forged materials that are frequently used in the field of automobiles and the like can be used. can be used without problems.

<鋼材>
鋼材3としては、一般的に鉄鋼と呼ばれる金属からなる部材であれば特に限定されない。ただし、近年、自動車のボディ骨格等に用いられる鋼板としては、車体軽量化や衝突安全性強化を目的として高張力鋼材(ハイテン材)等が多用されている。鋼-アルミの異種金属接合法として普及している機械的接合法では、引張強度が980MPa以上の鋼板に適用することが困難である。よって、引張強度が980MPa以上の高張力鋼板において本発明は特に有効である。
<Steel material>
The steel material 3 is not particularly limited as long as it is a member made of a metal generally called steel. However, in recent years, high-strength steel materials (high-tensile steel materials) and the like are frequently used as steel sheets used for automobile body frames and the like for the purpose of reducing the weight of automobile bodies and enhancing collision safety. It is difficult to apply the mechanical joining method, which is widely used as a steel-aluminum dissimilar metal joining method, to a steel plate having a tensile strength of 980 MPa or more. Therefore, the present invention is particularly effective for high-strength steel sheets having a tensile strength of 980 MPa or more.

(第2実施形態)
第2実施形態に係る異種金属接合体の製造方法について説明する。本実施形態に係る異種金属接合体の製造方法は、接合工程が、第1実施形態の異種金属接合体の製造方法と異なる。その他については、第1実施形態の異種金属接合体の製造方法と同様であるため、異なる部分について説明する。
(Second embodiment)
A method for manufacturing a dissimilar metal joined body according to the second embodiment will be described. The method for manufacturing a joined body of dissimilar metals according to this embodiment differs from the method for manufacturing a joined body of dissimilar metals according to the first embodiment in the joining step. Others are the same as the manufacturing method of the dissimilar metal joined body of the first embodiment, so the different parts will be explained.

本実施形態の接合工程は、図4及び図5(後述する実施例3に相当)に示すように、低温溶射皮膜1が部分溶込みとなる条件で少なくとも2回のレーザ照射により行われる。具体的には、鋼材3と低温溶射皮膜1の一部が溶融された溶接金属4を形成し、異材接合構造体10を製造する。なお、図4における2つの矢印は、鋼材3側からのレーザ溶接をほぼ同じ位置で2回レーザ照射することを模式的に示している。 As shown in FIGS. 4 and 5 (corresponding to Example 3, which will be described later), the joining process of this embodiment is performed by laser irradiation at least twice under the condition that the low-temperature spray coating 1 is partially penetrated. Specifically, a weld metal 4 is formed by partially melting the steel material 3 and the low-temperature thermal spray coating 1 to manufacture the dissimilar metal joint structure 10 . Note that two arrows in FIG. 4 schematically indicate that the laser welding from the steel material 3 side is performed twice at almost the same position.

その際、2回目以降のレーザ照射における入熱量は、1回目のレーザ照射の入熱量と同等以下の条件で行うのがよい。2回目以降のレーザ照射における入熱量が1回目の入熱量より大きいと、新たに溶融した低温溶射皮膜1からブローホール5が発生するため、好ましくない。 In this case, the amount of heat input in the second and subsequent laser irradiations should preferably be equal to or less than the amount of heat input in the first laser irradiation. If the amount of heat input in the second and subsequent laser irradiations is larger than the amount of heat input in the first time, blow holes 5 are generated from the newly melted low-temperature thermal spray coating 1, which is not preferable.

これにより、1回目のレーザ照射でブローホール5が生成された場合でも、入熱量が1回目のレーザ照射と同等以下である2回目以降のレーザ照射により、1回目のレーザ照射で生成されたブローホール5をなくすことができる。この結果、ブローホール5が減少して接合強度が向上する。
また、レーザ照射を3回以上行ってもよいが、溶け落ちが発生し易く、またタクトタイムも長くなるため、照射回数は少ない方が好ましく、具体的には2回が最も好ましい。
As a result, even if the blow hole 5 is generated by the first laser irradiation, the second and subsequent laser irradiations whose heat input is equal to or less than that of the first laser irradiation cause the blow holes 5 generated by the first laser irradiation to be reduced. Hole 5 can be eliminated. As a result, the number of blowholes 5 is reduced and the bonding strength is improved.
Although laser irradiation may be performed three times or more, burn-through is likely to occur and the tact time becomes longer.

なお、図5においては、1回目のレーザ照射において、鋼材3、低温溶射皮膜1及びアルミニウム又はアルミニウム合金材2のいずれにおいても溶融部が形成されていない場合を示しているが、上記第1実施形態で示したように、鋼材3及び低温溶射皮膜1とともに、アルミニウム又はアルミニウム合金材2の一部が溶融する条件で溶接することにより、鋼材3、低温溶射皮膜1及びアルミニウム又はアルミニウム合金材2からなる溶接金属(溶接ビード)4を形成して溶接した後、2回目以降のレーザ照射を行うのでもよい。
すなわち、第1実施形態及び第2実施形態の各々の溶接条件を組み合わせることで、更に確実にブローホールを少なくすることができ、接合強度を向上させることができる。
Note that FIG. 5 shows a case where no molten portion is formed in any of the steel material 3, the low-temperature thermal spray coating 1, and the aluminum or aluminum alloy material 2 in the first laser irradiation. As shown in the form, the steel material 3, the low-temperature spray coating 1, and the aluminum or aluminum alloy material 2 are welded together with the steel material 3 and the low-temperature spray coating 1 under conditions in which part of the aluminum or aluminum alloy material 2 melts. After the weld metal (weld bead) 4 is formed and welded, the second and subsequent laser irradiation may be performed.
That is, by combining the welding conditions of the first embodiment and the second embodiment, it is possible to more reliably reduce the number of blowholes and improve the joint strength.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these.

<実施例>
まず、板厚が3mmであるアルミニウム合金板の表面に、コールドスプレーを用いて厚さ2mmの金属皮膜(低温溶射皮膜)を形成した。
その後、得られた金属皮膜を介して、アルミニウム合金板と重なるように、板厚が1.4mmである鋼板を配置し、鋼板における、金属皮膜に接する面と反対側の面からレーザ照射することにより鋼板とアルミニウム合金板とをレーザ溶接し、異材接合構造体を製造した。なお、レーザの照射はガルバノスキャナにより制御し、実施例1及び実施例2(図2及び図3参照)では1回、実施例3(図5参照)では2回、直線状に溶接した。
<Example>
First, on the surface of an aluminum alloy plate having a thickness of 3 mm, a metal coating (low-temperature thermal spray coating) having a thickness of 2 mm was formed using a cold spray.
After that, a steel plate having a thickness of 1.4 mm is placed so as to overlap with the aluminum alloy plate through the obtained metal film, and laser irradiation is performed from the surface of the steel plate opposite to the surface in contact with the metal film. A steel plate and an aluminum alloy plate were laser-welded to produce a dissimilar-metal joint structure. The laser irradiation was controlled by a galvanometer scanner, and linear welding was performed once in Examples 1 and 2 (see FIGS. 2 and 3) and twice in Example 3 (see FIG. 5).

供試材、コールドスプレーの条件及び溶接条件を以下に示す。
[供試材]
アルミニウム合金板:A7N01―T6材
鋼板:ホットスタンプ材(22MnB鋼、引張強度1500MPa級)
[コールドスプレーの条件]
ガス種:窒素
ガス圧:5MPa
ガスの温度:1000℃
金属粉末:鉄粉
金属粉末の平均粒度:40μm
[レーザ溶接条件]
熱源:ファイバーレーザ
溶接速度:4m/min(実施例3においては、レーザ照射2回とも4m/min)
ビーム集光直径:φ0.6mm
溶接長:18.8mm
シールドガス:なし
出力:実施例1:5kW(1回照射)
実施例2:6kW(1回照射)
実施例3:4kW+3kW(2回照射)
The test materials, cold spray conditions and welding conditions are shown below.
[Test material]
Aluminum alloy plate: A7N01-T6 material Steel plate: Hot stamped material (22MnB steel, tensile strength 1500 MPa class)
[Cold spray conditions]
Gas type: Nitrogen Gas pressure: 5 MPa
Gas temperature: 1000°C
Metal powder: Iron powder Average particle size of metal powder: 40 μm
[Laser welding conditions]
Heat source: fiber laser Welding speed: 4 m/min (4 m/min for both laser irradiations in Example 3)
Beam condensing diameter: φ0.6mm
Weld length: 18.8 mm
Shield gas: None Output: Example 1: 5 kW (one irradiation)
Example 2: 6 kW (one irradiation)
Example 3: 4 kW + 3 kW (twice irradiation)

<比較例>
板厚が3mmであるアルミニウム合金板の表面に、コールドスプレーを用いて厚さ2mmの金属皮膜(低温溶射皮膜)を形成した、その後、金属皮膜を介してアルミニウム合金板と板厚が1.4mmである鋼板を重ね合わせ、鋼板における、アルミニウム合金板に接する面と反対側の面からレーザ照射することにより鋼板と金属皮膜とをレーザ溶接し、異材接合構造体を製造した。なお、実施例と同様、レーザの照射はガルバノスキャナにより制御し、直線状に溶接した。
また、レーザ溶接条件については実施例と同様であるが、出力:4kWでの1回照射(図6参照)とした。
<Comparative example>
On the surface of an aluminum alloy plate with a thickness of 3 mm, a metal film (low-temperature thermal spray coating) with a thickness of 2 mm was formed using cold spray, and then the aluminum alloy plate with a thickness of 1.4 mm was formed through the metal film. A dissimilar metal joint structure was manufactured by superimposing the steel sheets and laser-welding the steel sheets and the metal film by irradiating the laser from the surface of the steel sheets opposite to the surface in contact with the aluminum alloy plate. It should be noted that laser irradiation was controlled by a galvanometer scanner and welded in a straight line as in the example.
The laser welding conditions were the same as in the example, but the output was 4 kW and the irradiation was performed once (see FIG. 6).

<評価>
その後、実施例及び比較例ともに、得られた異材接合構造体について、接合強度を測定するとともに、継手に対して断面マクロ観察を行い、溶け込み及びブローホール率を調べた。
接合強度に関しては、JIS Z3136及びJIS Z3137に記載の試験方法を参考に、引張せん断強度(kN)を測定した。引張試験の試験速度はともに10mm/minとした。
溶け込みに関しては、断面マクロ観察により、アルミニウム合金板が溶融したことが確認できたものを評価「II」、アルミニウム合金板が溶融したことが確認できなかったものを評価「I」とした。
ブローホール率(%)に関しては、断面マクロ写真における溶接金属(溶融金属)4の面積に対するブローホール5の面積の比とし、小数点以下を四捨五入した値で算出した。
<Evaluation>
After that, in both the example and the comparative example, the joint strength of the dissimilar metal joined structures obtained was measured, and cross-sectional macroscopic observation was performed on the joints to examine the penetration and the blowhole rate.
Regarding the joint strength, the tensile shear strength (kN) was measured with reference to the test method described in JIS Z3136 and JIS Z3137. The test speed of the tensile test was set to 10 mm/min for both.
Regarding the penetration, by cross-sectional macroscopic observation, the evaluation "II" was given when it was confirmed that the aluminum alloy plate was melted, and the evaluation "I" was given when it was not confirmed that the aluminum alloy plate was melted.
The blowhole rate (%) was calculated as a ratio of the area of the blowholes 5 to the area of the weld metal (molten metal) 4 in the cross-sectional macrophotograph, rounded off to the nearest whole number.

なお、図2は、実施例1の異材接合構造体の断面図であり、図3は、実施例2の異材接合構造体の断面図であり、図5は、実施例3の異材接合構造体の断面図であり、図6は、比較例の異材接合構造体の断面図である。 2 is a cross-sectional view of the dissimilar metal joined structure of Example 1, FIG. 3 is a cross-sectional view of the dissimilar metal joined structure of Example 2, and FIG. 5 is a dissimilar metal joined structure of Example 3. , and FIG. 6 is a cross-sectional view of a dissimilar metal joined structure of a comparative example.

レーザ溶接条件(レーザ照射回数、1回目及び2回目のレーザ出力)及び評価結果(アルミニウム合金板の溶け込み、ブローホール率(%)及び引張せん断強度(kN)を、下記表1に示す。なお、表1の「2回目出力(kW)」欄における「-」は、2回目のレーザ照射を行っていないことを示す。 Laser welding conditions (number of laser irradiation times, first and second laser outputs) and evaluation results (penetration of aluminum alloy plate, blowhole rate (%) and tensile shear strength (kN) are shown in Table 1 below. "-" in the "second output (kW)" column of Table 1 indicates that the second laser irradiation was not performed.

Figure 0007231586000001
Figure 0007231586000001

上記表1に示すように、実施例1、2及び3は、溶接条件が本発明の条件を満足するため、ブローホールの少ない良好な溶接部が得られた。また、引張せん断強度も高くなった。一方、比較例は、図6に示すように、ブローホールが多く発生し、引張せん断強度も低くなった。 As shown in Table 1 above, in Examples 1, 2 and 3, since the welding conditions satisfied the conditions of the present invention, good welds with few blowholes were obtained. Also, the tensile shear strength was increased. On the other hand, in the comparative example, as shown in FIG. 6, many blowholes were generated and the tensile shear strength was low.

以上詳述したように、本発明によれば、鋼材側からの片側施工による溶接により、ブローホールの少ない溶接が可能であり、かつ、高い接合強度を有する異材接合構造体を得ることができる。 As described in detail above, according to the present invention, it is possible to obtain a dissimilar metal joined structure having a high joint strength and capable of welding with few blowholes by one-sided welding from the steel material side.

なお、本発明は、前述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、各実施例では、入熱量を制御するために出力を変化させているが、溶接速度やビーム焦点位置を変更して入熱量を制御するようにしてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be modified, improved, etc. as appropriate. For example, in each embodiment, the output is changed to control the amount of heat input, but the amount of heat input may be controlled by changing the welding speed or the beam focus position.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1)アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属粉末を低温溶射することにより低温溶射皮膜を形成する工程と、
前記低温溶射皮膜と鋼材とが対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを重ね合わせる工程と、
前記鋼材側からのレーザ溶接により前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを接合する工程と、を有し、
前記接合工程が、前記鋼材、前記低温溶射皮膜、及び前記アルミニウム又はアルミニウム合金材のいずれにおいても溶融部が形成される溶接条件にて行われる、異材接合構造体の製造方法。
この構成によれば、鋼材側からの片側施工による溶接が可能であり、かつ、ブローホールが少なく、接合強度が向上する。
As described above, this specification discloses the following matters.
(1) Low-temperature thermal spraying of at least one metal powder selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt and cobalt alloys onto at least part of the surface of an aluminum or aluminum alloy material. a step of forming a low-temperature thermal spray coating;
a step of superimposing the aluminum or aluminum alloy material and the steel material so that the low-temperature spray coating and the steel material face each other;
joining the aluminum or aluminum alloy material and the steel material by laser welding from the steel material side;
A method for manufacturing a dissimilar metal joined structure, wherein the joining step is performed under welding conditions in which a melted portion is formed in any of the steel material, the low-temperature thermal spray coating, and the aluminum or aluminum alloy material.
According to this configuration, welding by one-sided welding from the steel material side is possible, blowholes are reduced, and joint strength is improved.

(2) 前記接合工程は、少なくとも2回のレーザ照射により行われ、2回目以降の前記レーザ照射における入熱量は、1回目の前記レーザ照射の入熱量と同等以下である、(1)に記載の異材接合構造体の製造方法。
この構成によれば、更に確実にブローホールを少なくすることができ、接合強度を向上させることができる。
(2) According to (1), the bonding step is performed by at least two laser irradiations, and the heat input in the second and subsequent laser irradiations is equal to or less than the heat input in the first laser irradiation. A method for manufacturing a dissimilar metal joined structure.
According to this configuration, the number of blowholes can be reduced more reliably, and the joint strength can be improved.

(3) アルミニウム又はアルミニウム合金材と、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に形成された、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属粉末が低温溶射されてなる低温溶射皮膜と、
前記低温溶射皮膜の上に重ね合わされた鋼材と、
前記鋼材、前記低温溶射皮膜、及び前記アルミニウム又はアルミニウム合金材のいずれにおいても溶融部が形成された溶接金属と、
を備える異材接合構造体。
この構成によれば、鋼材側からの片側施工による溶接により、ブローホールの少ない継手強度に優れた異材接合構造体が得られる。
(3) an aluminum or aluminum alloy material;
At least one metal powder selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt and cobalt alloys formed on at least part of the surface of the aluminum or aluminum alloy material is low-temperature sprayed. a low-temperature thermal spray coating,
a steel material superimposed on the low-temperature spray coating;
a weld metal in which a molten portion is formed in any of the steel material, the low temperature thermal spray coating, and the aluminum or aluminum alloy material;
A dissimilar metal joint structure comprising:
According to this configuration, a dissimilar metal joined structure having excellent joint strength with few blowholes can be obtained by welding by one-sided welding from the steel material side.

(4) アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属粉末を低温溶射することにより低温溶射皮膜を形成する工程と、
前記低温溶射皮膜と鋼材とが対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを重ね合わせる工程と、
前記鋼材側からのレーザ溶接により前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを接合する工程と、を有し、
前記接合工程は、前記低温溶射皮膜が部分溶込みとなる条件で少なくとも2回のレーザ照射により行われ、2回目以降の前記レーザ照射における入熱量は、1回目の前記レーザ照射の入熱量と同等以下である、異材接合構造体の製造方法。
この構成によれば、2回目以降のレーザ照射における入熱量は、1回目のレーザ照射の入熱量と同等以下であるため、ブローホールの発生が大幅に抑制されて接合強度が向上する。
(4) Low-temperature thermal spraying of at least one metal powder selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt and cobalt alloys onto at least part of the surface of aluminum or aluminum alloy material a step of forming a low-temperature thermal spray coating;
a step of superimposing the aluminum or aluminum alloy material and the steel material so that the low-temperature spray coating and the steel material face each other;
joining the aluminum or aluminum alloy material and the steel material by laser welding from the steel material side;
The bonding step is performed by laser irradiation at least twice under conditions where the low-temperature thermal spray coating is partially penetrated, and the heat input in the second and subsequent laser irradiations is equivalent to the heat input in the first laser irradiation. The method for manufacturing a dissimilar metal joined structure is as follows.
According to this configuration, the amount of heat input in the second and subsequent laser irradiations is equal to or less than the amount of heat input in the first laser irradiation, so that the occurrence of blowholes is greatly suppressed and the bonding strength is improved.

1 低温溶射皮膜
2 アルミニウム又はアルミニウム合金材
3 鋼材
4 溶接金属
10 異材接合構造体
L レーザビーム(レーザ照射)
1 low-temperature thermal spray coating 2 aluminum or aluminum alloy material 3 steel material 4 weld metal 10 dissimilar metal joint structure L laser beam (laser irradiation)

Claims (3)

アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属粉末を低温溶射することにより低温溶射皮膜を形成する工程と、
前記低温溶射皮膜と鋼材とが対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを重ね合わせる工程と、
前記鋼材側からのレーザ溶接により前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを接合する工程と、を有し、
前記接合工程が、前記鋼材、前記低温溶射皮膜、及び前記アルミニウム又はアルミニウム合金材のいずれにおいても溶融部が形成される溶接条件にて行われる、異材接合構造体の製造方法。
A low-temperature spray coating obtained by low-temperature spraying at least one metal powder selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt, and cobalt alloys onto at least a portion of the surface of an aluminum or aluminum alloy material. forming a
a step of superimposing the aluminum or aluminum alloy material and the steel material so that the low-temperature spray coating and the steel material face each other;
joining the aluminum or aluminum alloy material and the steel material by laser welding from the steel material side;
A method for manufacturing a dissimilar metal joined structure, wherein the joining step is performed under welding conditions in which a melted portion is formed in any of the steel material, the low-temperature thermal spray coating, and the aluminum or aluminum alloy material.
前記接合工程は、少なくとも2回のレーザ照射により行われ、2回目以降の前記レーザ照射における入熱量は、1回目の前記レーザ照射の入熱量と同等以下である、請求項1に記載の異材接合構造体の製造方法。 2. The joining of dissimilar materials according to claim 1, wherein the joining step is performed by laser irradiation at least twice, and the heat input in the second and subsequent laser irradiations is equal to or less than the heat input in the first laser irradiation. A method of manufacturing a structure. アルミニウム又はアルミニウム合金材の表面の少なくとも一部に、純鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金から選択された少なくとも1種の金属粉末を低温溶射することにより低温溶射皮膜を形成する工程と、
前記低温溶射皮膜と鋼材とが対向するように、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを重ね合わせる工程と、
前記鋼材側からのレーザ溶接により前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と前記鋼材とを接合する工程と、を有し、
前記接合工程は、前記低温溶射皮膜が部分溶込みとなる条件で少なくとも2回のレーザ照射により行われ、2回目以降の前記レーザ照射における入熱量は、1回目の前記レーザ照射の入熱量と同等以下である、異材接合構造体の製造方法。
A low-temperature spray coating obtained by low-temperature spraying at least one metal powder selected from pure iron, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloys, cobalt, and cobalt alloys onto at least a portion of the surface of an aluminum or aluminum alloy material. forming a
a step of superimposing the aluminum or aluminum alloy material and the steel material so that the low-temperature spray coating and the steel material face each other;
joining the aluminum or aluminum alloy material and the steel material by laser welding from the steel material side;
The bonding step is performed by laser irradiation at least twice under conditions where the low-temperature thermal spray coating is partially penetrated, and the heat input in the second and subsequent laser irradiations is equivalent to the heat input in the first laser irradiation. The method for manufacturing a dissimilar metal joined structure is as follows.
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