JPH0663764A - 異種金属接合方法及び溶接電極 - Google Patents

異種金属接合方法及び溶接電極

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JPH0663764A
JPH0663764A JP4234148A JP23414892A JPH0663764A JP H0663764 A JPH0663764 A JP H0663764A JP 4234148 A JP4234148 A JP 4234148A JP 23414892 A JP23414892 A JP 23414892A JP H0663764 A JPH0663764 A JP H0663764A
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JP
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aluminum
iron
plate
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electrode
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JP4234148A
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Hatsuhiko Oikawa
初彦 及川
Yasuo Takahashi
靖雄 高橋
Toru Saito
亨 斉藤
Tadao Kiriyama
忠夫 切山
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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うこと。 【構成】 0.4mmの冷延鋼板(鉄層)と0.4mm
のアルミニウム板(A1050)(アルミニウム層)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の鉄側に30×60×
0.8mmの冷延鋼板を配置し、また、アルミニウム側
に30×60×1.0mmのアルミニウム板(A505
2)を配置して、図2、(a),(b)に示すような電
極をそれぞれ冷延鋼板側及びアルミニウム板側に用いて
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】また、アルミニウムは鉄に比して電気抵抗
は小さいので、アルミニウムと鉄に同時に同一の条件で
通電をおこなった場合には、アルミニウム同士の接合面
における発熱量が鉄より小さい。また、アルミニウムは
熱伝導度が大きいので、熱はすぐ逃げてしまう。従っ
て、アルミニウム系の板と鉄系の板とを同時通電によっ
て溶接することは難しい。そこで、アルミニウム層に接
する電極の接触面積を鉄層に接する電極の接触面積より
小さくして電流密度を高くし、発熱量を大きくすること
が考えられるが、一般にアルミニウムは鉄に比べて軟ら
かいので、アルミニウム系の板に接する電極の先端の面
積を鉄系の板に接する電極の先端の面積より小さいもの
を用いると、発熱量は大きくなるが、アルミニウム系の
板に対する圧力が大きいために、アルミニウム系の板に
対する圧痕(くぼみ)が大きくなってしまうという問題
がある。
【0008】本発明はかかる従来の課題を解決するため
になされたもので、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う
ことのできる異種金属接合方法及びこの方法に用いる溶
接電極を提供することを目的とする。本発明に用いる複
層鋼板においては、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
れの方法であってのよい。
【0009】
【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、本発明は請求項1において、先端部にリング状の
絶縁体が組み込まれ、前記被溶接物との接触面積は鉄系
材料の板側と同等、もしくはそれより大きく、かつ通電
部の面積は鉄系材料の板側より小さい形状の電極をアル
ミニウムの板側に配置してスポット溶接を行うことによ
り、一回の通電で、鉄系材料同士及びアルミニウム系材
料同士の両方で同時にナゲットを形成させ、かつアルミ
ニウム系材料の板側での圧痕の深さを鉄系材料の板側と
同程度に保っ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、また、その溶接電極
は、その先端部にリング状の絶縁体が組み込まれ、被溶
接物との接触面積は鉄系材料の板側と同等、もしくはそ
れより大きく、かつ通電部の面積は鉄系材料の板側より
小さい形状の電極をアルミニウムの板側に配置したもの
であり、図2に示すように、鉄系材料の板側の電極径を
0,先端径をd0,アルミニウム系材料の板側の電極径
をD1,先端径(導電部)をd1,先端径(接触部)をd
2とすると、D1≧D0,d2≧d0であり、d2=(1/
2)D1〜(5/6)D1,d1=(1/3)d2〜(5/
6)d2の形状を有する。
【0010】
【作用】上記の構成を有することにより、アルミニウム
側の電流密度が上がるので、発熱量は増してアルミニウ
ム側の接合強度は大きくなる。
【0011】また、アルミニウム側の接触面積を大きく
すると圧力が低減できるので、強度の低いアルミニウム
側でのくぼみを最小限にすることができる。
【0012】
【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。
【0013】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。
【0014】図2は、図1に用いる溶接電極の詳細を示
す断面図であり、図2(a)は冷延鋼板4側(鉄側)に
用いる電極(A型)、同図(b)はアルミニウム板5側
に用いる電極(B型)を示しており、7は絶縁性セラミ
ックスであり、ムライト,アルミナ,窒化珪素等の絶縁
性材料で構成されている。また、d0,d1はそれぞれ前
記A型,B型の電極の導電接触部の直径、d2はB型の
電極における導電接触部を中心に含む非導電接触部の直
径、D0,D1はそれぞれA型,B型の電極の直径を示し
ている。 〈試験例1〉図1に示すように、0.4mmの冷延鋼板
(鉄層)1と0.4mmのアルミニウム板(A105
0)(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の鉄側に30×60×0.8mmの冷延鋼板4
を配置し、また、アルミニウム側に30×60×1.0
mmのアルミニウム板(A5052)5を配置して、図
2、(a),(b)に示すような電極をそれぞれ冷延鋼
板側及びアルミニウム板側に用いてスポット溶接を行う
(但し、D0=D1=16mm,d2=8mm)と、図3
(試験No.1〜5)に示すように、いずれの条件にお
いてもスポット溶接が可能であった。
【0015】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、比較的低い電流値で溶接が可能であるため、過大
電流による散り,割れや継手部の変形能の低下は発生し
ていなかった。しかし、16KA以上の高い電流値にな
ると、金属間化合物が形成され、散り,割れ,変形能の
低下が起こった。溶接後のアルミニウム板側のくぼみに
ついて観察すると、電極による単位面積当たりの加圧力
が低いため、くぼみの程度は小さく、鉄側と同程度であ
った。ナゲット径及び引張剪断荷重の値についてみる
と、鉄側及びアルミニウム側の両方に、図2(a)に示
す同じA型の電極を用いた場合、図3(試験No.6〜
10)と比較して、同一電流では、両者とも大きな値を
示していることがわかった。また、アルミニウム側の圧
痕の大きさも、前者の方が小さかった。 〈試験例2〉試験例1においてアルミニウム側の電極先
端の通電部の径d1を変化させた結果を図3(試験N
o.11〜13)に示す。この図から明らかなように先
端径d1が小さいほど、ナゲットの径及び強度の値は大
きくなっているのがわかる。 〈試験例3〉図1に示すように、0.4mmの冷延鋼板
(鉄層)1と2.0mmのアルミニウム板(A105
0)(アルミニウム層)2からなる30×30×2.4
mmのFe/Al2層の複層鋼板(異種金属接合用材
料)3の鉄側に30×60×0.8mmの冷延鋼板4を
配置し、また、アルミニウム側に30×60×1.0m
mのアルミニウム板(A5052)5を配置して、図2
(a),(b)に示すような電極をそれぞれ冷延鋼板側
及びアルミニウム板側に用いて、図3(試験No.1
4)の条件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、鉄側及びアルミニウム側とも、図
2(a)に示す同じA型の電極を用いた場合には、図3
(試験No.15)に示すようにスポット溶接はできな
かった。
【0016】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明は先端部に絶
縁体が組み込まれ、被溶接物との接触面積は鉄系材料の
板側と同等、もしくはそれより大きく、かつ通電部の面
積は鉄系材料の板側より小さい電極をアルミニウム板側
に配置してスポット溶接を行うことにより、アルミニウ
ム側の電流密度を高めてアルミニウム同士の接触面にお
ける発熱量を高め、大電流を必要とせず、従来のスポッ
ト溶接法と同様な方法、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う
ことが可能となった。また、アルミニウム側に、鉄側よ
り電気伝導率の高い電極を用いることにより、さらに効
果は大きくなる。
【0017】また、従来の電極を用いたものと同じ電流
値で比較した場合、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。こ
れは、破断が主にアルミニウム側で起こるため、アルミ
ニウム側の接合強度が高くなると、異材接合体の強度も
高くなるためである。
【0018】さらに、絶縁体を組み込むことにより、ア
ルミニウム側での圧力を低減し、強度の低いアルミニウ
ム板側に大きなへこみが出来るのを防ぐことができた。
【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】本発明の一実施例の溶接電極の詳細を示す図で
ある。
【図3】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 切山 忠夫 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、先端部にリング状の
    絶縁体が組み込まれ、前記被溶接物との接触面積は鉄系
    材料の板側と同等、もしくはそれより大きく、かつ通電
    部の面積は鉄系材料の板側より小さい形状の電極をアル
    ミニウムの板側に配置してスポット溶接を行うことによ
    り、一回の通電で、鉄系材料同士及びアルミニウム系材
    料同士の両方で同時にナゲットを形成させ、かつアルミ
    ニウム系材料の板側での圧痕の深さを鉄系材料の板側と
    同程度に保っ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
    るための溶接電極において、先端部にリング状の絶縁体
    が組み込まれ、被溶接物との接触面積は鉄系材料の板側
    と同等、もしくはそれより大きく、かつ通電部の面積は
    鉄系材料の板側より小さい形状の電極をアルミニウムの
    板側に配置したことを特徴とする溶接電極。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の溶接電極において、鉄系
    材料の板側の電極径をD0,先端径をd0,アルミニウム
    系材料の板側の電極径をD1,先端径(導電部)をd1
    先端径(接触部)をd2とすると、D1≧D0,d2≧d0
    であり、d2=(1/2)D1〜(5/6)D1,d1
    (1/3)d2〜(5/6)d2の形状を有することを特
    徴とする溶接電極。
JP4234148A 1992-08-11 1992-08-11 異種金属接合方法及び溶接電極 Withdrawn JPH0663764A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007301606A (ja) * 2006-05-12 2007-11-22 Nissan Motor Co Ltd 抵抗スポット溶接による異種金属の接合方法及び接合構造
US7951465B2 (en) 2004-04-21 2011-05-31 Kobe Steel, Ltd. Joined body of dissimilar materials comprising steel material and aluminum material, and joining method therefor
WO2016103376A1 (ja) * 2014-12-25 2016-06-30 本田技研工業株式会社 異材接合構造及び異材接合方法

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