JPH0663763A - 異種金属接合方法及び接合用材料 - Google Patents

異種金属接合方法及び接合用材料

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JPH0663763A
JPH0663763A JP4234147A JP23414792A JPH0663763A JP H0663763 A JPH0663763 A JP H0663763A JP 4234147 A JP4234147 A JP 4234147A JP 23414792 A JP23414792 A JP 23414792A JP H0663763 A JPH0663763 A JP H0663763A
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JP
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aluminum
plate
iron
oxide film
based material
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JP4234147A
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Hatsuhiko Oikawa
初彦 及川
Toru Saito
亨 斉藤
Takao Nagase
隆夫 永瀬
Shinji Ueno
伸二 上野
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一回の通電により、鉄同士あるいはアルミニ
ウム同士の接触面で同時にナゲットを形成させ、鉄系材
料とアルミニウム系材料を接合させること。 【構成】 0.4mmの冷延鋼板(鉄層)1と、0.4
mmのアルミニウム板(A1050)(アルミニウム
層)2からなる30×30×0.8mmのFe/Al2
層の複層鋼板である異種金属接合用材料3のアルミニウ
ム側表面及び被溶接材であるアルミニウム系材料の板5
の表面の酸化膜を除去し、その後、アルミニウムの表面
に酸化膜を形成させるために、350℃の大気炉中で2
時間熱処理し、大気中で冷却した。その後、Fe/Al
複層鋼板である異種金属接合用材料3を30×60×
0.8mmの冷延鋼板4と30×60×1.0mmのア
ルミニウム板(A5052)5の間に、同種材同士が向
かい合うように配置し、図2に示す条件(試験No.1
〜4)でスポット溶接を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、鉄道車両、船
舶、建築構造物等における異種金属材料の接合時に用い
られる鉄系材料とアルミニウム系材料の異種金属接合用
材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、鋼とアルミニウム、鋼とチタン
のような異種金属同士を溶接すると、接合部には入熱に
より金属間化合物が形成されて脆化相を生じることがあ
る。従って、満足な溶接部強度を得ることができない。
そこで、従来は、このような材料を組み合わせて使用す
る場合には、ボルト等による機械的締結によっていた。
【0003】一方、近年に至り、このような異種金属の
結合についてあらたな提案がなされている。すなわち、
第1の方法として鉄系材料とアルミニウム系材料との間
に、鉄系材料とアルミニウム系材料から成る2層のクラ
ッド材をインサートし、それぞれの材料の入熱にあわせ
た2ステップの通電を行うことにより、鉄系材料とアル
ミニウム系材料を接合する方法が特公平4−55066
号公報に開示されている。これは鉄系材料とアルミニウ
ム系材料とでは熱伝導度及び電気伝導度が異なるため、
アルミニウム側でナゲットが形成されにくいからであ
る。
【0004】また、第2の方法として特公平4−127
973号公報には、鉄系材料とアルミニウム系材料との
間に、鉄系材料とアルミニウム系材料から成る2層のク
ラッド材をインサートし、10ms以下の時間で通電を
行うことにより、鉄系材料とアルミニウム系材料を接合
する方法が開示されている。
【0005】さらに、第3の方法としては、特公平4−
143083号に開示されているように、鉄系材料とア
ルミニウム系材料との間に、マグネシウムまたはマグネ
シウム合金をインサートし、通電によってマグネシウム
を飛散させることにより、鉄系材料とアルミニウム系材
料を接合する方法がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のインサート材を用いて接合する前記第1の
方法においては、鉄系材料同士とアルミニウム系材料同
士を同時にスポット溶接するため、入熱量の異なる2ス
テップの通電を必要とすると共に、2ステップの通電に
おいて通電方向を変化させなくてはならないという問題
があり、また、前記第2の方法においては、短時間通電
であるため、大電流を必要とすると共に、板の表面状態
によって、接合状態が左右されるという問題がある。さ
らに、前記第3の方法においては、複層鋼板を挿入する
ものではなくて、単に溶接方法を述べているに過ぎず、
原理的にも不自然な点がある。
【0007】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたもので、アルミニウムの表面に均一な酸化膜を形成
させ、接触抵抗を高めることにより、アルミニウム同士
の接触面における発熱量を高め、一回の通電によって、
鉄同士及びアルミニウム同士の両方の接触面で同時にナ
ゲットを形成させ、鋼板とアルミニウム板の同時スポッ
ト溶接を行い、Fe/Al2層の複層鋼板のAl側表面
及びアルミニウム系材料の表面に均一な酸化膜を形成さ
せることにより、均一な形状のナゲットを形成させ、強
度のばらつきをなくすことのできる異種金属接合方法及
びその材料を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の方法は、2層の複層鋼板のアルミニウム
側表面及びアルミニウム系材料の表面の不均一な酸化膜
を除去し、その後、温度200〜450℃、時間5分〜
8時間の条件で大気中加熱してアルミニウム表面に均一
な酸化膜を形成させ、アルミニウム表面の接触抵抗が高
められた状態で2層の複層鋼板をインサート材に用いて
鉄系材料の板とアルミニウム系材料の板とをスポット溶
接する方法であり、この方法に用いられる材料として酸
化膜除去処理及び酸化熱処理が施されたことを特徴とす
るFe/Al2層の複層鋼板からなる異種金属接合用材
料及びアルミニウム系材料の板があり、さらにまた、そ
の状況に応じて予めアルミニウム表面の不均一な酸化膜
を除去した後、温度200〜450℃、時間5分〜8時
間の条件で大気中加熱してアルミニウム表面に均一な酸
化膜を形成させた2層複層鋼板からなるものもある。本
発明に用いる複層鋼板において、鉄系材料の板とアルミ
ニウム系材料の板とを接合する方法は、爆着,圧延,ろ
う付け等いずれの方法であってもよい。
【0009】また、酸化膜を除去する方法としては、硫
酸,硝酸,フッ酸,塩酸あるいはこれらの混合物による
酸溶液や水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ液による
洗浄もしくは機械的研削等のような方法であっても良
い。
【0010】
【作用】上記の方法により、アルミニウムの表面に均一
な酸化膜が形成されるので、低電流におけるアルミニウ
ム同士の接触部における発熱量が高められ、一回の通電
によってスポット溶接が行えると共に、均一な形状のナ
ゲットが形成できて、強度のばらつきもない。また同一
電流で比較すると、アルミニウム側での発熱量が高くな
るため、ナゲット径も大きくなり、結果として強度も高
くなる。
【0011】
【実施例】図1は本発明の一実施例である異種金属接合
用材料を用いて、被溶接材料である鉄系材料とアルミニ
ウム系材料とを接合する状態を示した図である。
【0012】図1において、1は鉄層、2はアルミニウ
ム層からなる異種金属接合用材料3を示しており、4,
5はそれぞれ被溶接材としての鉄系材料である冷延鋼板
及びアルミニウム板であり、6は溶接用の電極である。 〈試験例1〉図1において、0.4mmの冷延鋼板(鉄
層)1と0.4mmのアルミニウム板(A1050)
(アルミニウム層)2からなる、30×30×0.8m
mのFe/Al2層の複層鋼板である異種金属接合用材
料3及び被溶接材であるアルミニウム系材料の板5を、
10%の硫酸中で5〜10分間酸洗し、洗浄後、アルミ
ニウムの表面に酸化膜を形成させるために、350℃の
大気炉中で2時間熱処理し、大気中で冷却した。その
後、Fe/Al複層鋼板である異種金属接合用材料3
を、図1に示すように、30×60×0.8mmの冷延
鋼板4と30×60×1.0mmのアルミニウム板(A
5052)5の間に、同種材同士が向かい合うように配
置し、図2に示す条件(試験No.1〜4)でスポット
溶接を行うと、いずれの条件においてもスポット溶接が
可能であった。溶接部の断面組織を観察すると、いずれ
の場合も鉄側及びアルミニウム側で、それぞれナゲット
が形成されており、金属間化合物は形成されていなかっ
た。また、電流値が比較的低いところで溶接できるた
め、過大電流による、散り,割れ等の欠陥や継手部の変
形能の低下は起こっていなかった。ナゲット径及び引張
剪断荷重を測定すると、酸洗・熱処理をしない未処理材
(試験No.5〜8)に比べ、同一電流では大きな値を
示した。また、強度のばらつきをみると、18kgf以
下と熱処理しないものに比べ低い値を示した。なお、引
張試験時の破断は、すべてアルミニウム側で起こってい
た。 〈試験例2〉試験例1において熱処理条件を変化させた
場合の結果を、同様に、図2(試験No.9〜12)に
示す。熱処理温度が高いほど、また熱処理時間が長いほ
どナゲット径の値及び強度の値は大きくなっており、ば
らつきも小さくなっているのがわかる。 〈試験例3〉0.4mmの冷延鋼板(鉄層)1と2.0
mmのアルミニウム板(アルミニウム層)2からなる3
0×30×2.4mmのFe/Al2層の複層鋼板(異
種金属接合用材料)3、及び被溶接材であるアルミニウ
ム系材料の板5を、10%の硫酸中で5〜10分間酸洗
し、洗浄後、300℃の大気炉中で2時間熱処理し、大
気中で冷却した。その後、Fe/Al複層鋼板(異種金
属接合用材料)3を、図1に示すように30×60×
0.8mmの冷延鋼板4と30×60×1.0mmのア
ルミニウム板5の間に、同種材同士が向かい合うように
配置し、図2に示す条件(試験No.13)でスポット
溶接を行うと、スポット溶接が可能であった。しかし、
酸洗・熱処理を行わないでスポット溶接を行うと、図2
(試験No.14)に示すように、スポット溶接はでき
なかった。
【0013】なお、Fe/Alの異種金属接合用材料3
とアルミニウム板5を酸洗し、洗浄後、大気中加熱をし
て、アルミニウム表面に均一な酸化膜を形成する際に、
400℃以下の熱処理なので、鉄層1に厚い酸化膜が形
成される怖れはないが、万一鉄の表面に酸化膜が形成さ
れるのを防止するためには、鉄表面にマスクその他のカ
バーをかけることも一つの方法である。また、鉄の表面
に形成された酸化膜を研削やエメリーペーパー等によっ
て除去してもよい。
【0014】また、前記各試験例ではアルミニウム板
と、異種金属接合用材料3の両方を酸洗し、熱処理する
ことについて述べたが、異種金属接合用材料3のみを酸
洗して熱処理しても構わない。
【0015】さらに、前記各試験例では酸洗した後、熱
処理をすることによって、酸化膜を形成して接合した
が、Fe/Al2層の複層鋼板またはアルミニウム系材
料の板のどちらか一方を加熱しただけでも接合強度のば
らつきは少なく、その効果は大きい。また、酸化膜の除
去は酸洗だけでなく、切削やエメリーペーパー等による
機械的な方法であっても良い。
【0016】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によればFe
/Alの2層の複層鋼板のAl側表面及びアルミニウム
系材料の板表面に均一な酸化膜を形成させ、アルミニウ
ム側の接触抵抗を高めることにより、大電流を必要とせ
ず、従来のスポット溶接と同様な方法・同様な条件(低
電流)で、鉄同士及びアルミニウム同士の両方の接触面
で同時にナゲットを形成させ、鋼板とアルミニウム板と
をスポット溶接することが可能となった。
【0017】また、均一な酸化膜を形成させることによ
り、複層鋼板のアルミニウム層とアルミニウム板との間
で均一な形状のナゲットを形成させることができ、この
結果、アルミニウム同士の接合強度のばらつき、すなわ
ち、鋼板とアルミニウム板の異材接合強度のばらつきを
少なくすることが可能となった。また、同じ電流値で比
較した場合、熱処理しないものに比べ、アルミニウム側
における発熱量が高いため、ナゲット径が大きくなり、
強度も高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である異種金属接合用材料を
用いて、被溶接材料である鉄系材料とアルミニウム系材
料とを接合する状態を示した図である。
【図2】本発明の実施例の具体例を示す表である。
【符号の説明】
1 鉄層 2 アルミニウム層 3 Fe/Al複層鋼板からなる異種金属接合用材料 4 冷延鋼板 5 アルミニウム板 6 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 伸二 兵庫県姫路市広畑区富士町1番地 新日本 製鐵株式会社広畑製鐵所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄系材料の板とアルミニウム系材料の板
    との間に、鉄系材料の板とアルミニウム系材料の板とが
    積層接合された2層の複層鋼板からなる異種金属接合用
    材料を、同種材同士が向かい合うようにインサートし、
    鉄系材料の板とアルミニウム系材料の板とをスポット溶
    接する異種金属接合方法において、2層の複層鋼板のア
    ルミニウム側表面及びアルミニウム系材料の表面の不均
    一な酸化膜を除去し、その後、温度200〜450℃、
    時間5分〜8時間の条件で大気中加熱してアルミニウム
    表面に均一な酸化膜を形成させ、アルミニウム表面の接
    触抵抗が高められた状態で2層の複層鋼板をインサート
    材に用いて鉄系材料の板とアルミニウム系材料の板とを
    スポット溶接することを特徴とする異種金属接合方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の異種金属接合方法に用い
    られる酸化膜除去処理及び酸化熱処理が施されたことを
    特徴とする2層の複層鋼板からなる異種金属接合用材料
    及びアルミニウム系材料の板。
  3. 【請求項3】 アルミニウム表面の不均一な酸化膜を除
    去した後、温度200〜450℃、時間5分〜8時間の
    条件で大気中加熱してアルミニウム表面に均一な酸化膜
    を形成させた2層の複層鋼板からなることを特徴とする
    異種金属接合用材料。
JP4234147A 1992-08-11 1992-08-11 異種金属接合方法及び接合用材料 Withdrawn JPH0663763A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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