JPH1157995A - アルミニウム部材と異種材との接合方法 - Google Patents

アルミニウム部材と異種材との接合方法

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JPH1157995A
JPH1157995A JP23055197A JP23055197A JPH1157995A JP H1157995 A JPH1157995 A JP H1157995A JP 23055197 A JP23055197 A JP 23055197A JP 23055197 A JP23055197 A JP 23055197A JP H1157995 A JPH1157995 A JP H1157995A
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JP
Japan
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aluminum
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aluminum member
dissimilar
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JP23055197A
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English (en)
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Yoshitaka Yotsuya
剛毅 四谷
Shinji Yamamoto
真二 山本
Toshio Yamauchi
利夫 山内
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Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 めっき処理を不要にし、コスト低減を図る。 【解決手段】 肉盛溶接にて、異種材としての鉄部材1
の接合部分3の表面の酸化膜6を破壊するとともに、鉄
部材1の表面を保護するために活性化した鉄部材1の表
面に皮膜層4を形成した後に、アルミニウム部材2及び
鉄部材1に超音波振動を与えつつ該アルミニウム部材2
と鉄部材1の表面に溶融した軟ろう材であるはんだ5を
付着させて接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ろう材を介して接
合を行うアルミニウム部材と異種材との接合方法に関す
るものであって、四輪車用インテーク・マニホールドの
パイプの接合等に適している。
【0002】
【従来の技術】従来のアルミニウム部材と異種材との接
合方法としては、特開平5−185217号公報に開示
されている方法がある。この公報には、前処理として異
種材である鉄部材にめっきを施しておき、このめっきを
施した鉄部材の接合部分を溶融ろう材中に浸漬し、超音
波振動を与えて接合部分にろう材を付着させ、アルミニ
ウム部材と鉄部材とを接合する方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の接
合方法では、次のような欠点がある。めっき処理を行
うための前処理として、脱酸、水洗、酸洗、水洗等を必
要とし、後処理として水洗を必要とする。廃液処理が
必要である。接合部のみに選択的にめっきを施す場
合、マスキングが必要であるため、コストが高くなり、
部材全体にめっきを施す場合、無駄が多い。部材全体
に銅めっきを施す場合、電位差の点から耐食性に問題が
ある。
【0004】本発明は、上述のような従来の欠点に鑑み
なされたものであり、その目的とするところは、めっき
処理を行う必要がなく、コスト低減を図ることができる
アルミニウム部材と異種材との接合方法を提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ろう材を介して接合を行うアルミニウム
部材と異種材との接合方法において、異種材の表面を保
護するために該異種材の少なくとも接合部分の表面に肉
盛溶接にて皮膜層を形成した後に、前記アルミニウム部
材及び異種材に超音波振動を与えつつ該アルミニウム部
材と異種材の表面に溶融した前記ろう材を付着させて接
合することを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係るアルミ
ニウム部材と異種材との接合方法について、異種材が鉄
部材であり、超音波はんだ付けにより接合する場合を例
として、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本
発明の実施の形態に係る前処理された鉄部材を示す断面
図、図2は本発明の実施の形態に係る異種材である鉄部
材に施す前処理の説明用断面図、図3は本発明の実施の
形態に係る超音波はんだ付けによるアルミアルミニウム
部材と鉄部材との接合方法の中間工程を説明するための
断面図、図4は本発明の実施の形態に係る接合方法の最
終工程の説明用断面図である。
【0007】この実施の形態に係る接合方法は、いずれ
もパイプである異種材としての鉄部材1とアルミアルミ
ニウム部材2とを接合対象とし、鉄部材1の接合部分3
の表面に肉盛溶接にて皮膜層4を形成して該接合部分3
の表面を保護した状態にして、超音波振動を与え、軟ろ
う材である溶融したはんだ5を付着させ、アルミニウム
部材2と鉄部材1とを接合する方法である。
【0008】鉄部材1は、図1に示すように、一様な断
面形状のパイプであって、通常は表面全体が酸化膜6で
覆われており、この酸化膜6がはんだ付けの妨げになる
ため、前処理として肉盛溶接により、アルミニウム部材
2との接合部分3の表面の酸化膜6を除去しながら接合
部分3の表面に皮膜層4を形成し、この皮膜層4によっ
て該接合部分3の表面が酸化されないように保護されて
いる。
【0009】肉盛溶接の方法は、プラズマ粉体肉盛溶接
装置(市販されている。)を用い、図2に示すように、
プラズマトーチ9で発生するプラズマアーク10から供
給される熱により、鉄部材1の表面の酸化膜6を不安定
な状態にし、この状態で粉体皮膜材11を供給して、酸
化膜6を破壊すると同時に、皮膜層4を形成し、この皮
膜層4によって活性な鉄部材1の表面を保護する。この
とき、雰囲気ガスとして、アルゴンガス等を供給し、粉
体皮膜材11の酸化を防ぐ。雰囲気ガスはプラズマアー
ク10を発生維持させる効果ももつ。
【0010】肉盛溶接における溶接電流、溶接速度、ア
ーク長等の溶接条件は、アーク10を発生維持させ、か
つ、鉄部材1の変形や溶け落ちが発生しない範囲とす
る。供給する皮膜材11は、鉄部材1の酸化を防ぎ、ア
ルミニウム部材用のはんだ(Zn−Al系、Zn−Sn
系、Zn−Cd系など)と合金化する銅(Cu)、アル
ミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、ニッケ
ル(Ni)及びこれらのうちの1種以上を含んでいる合
金を用いる。形成する皮膜層4の厚さは、鉄部材1の表
面の酸化を確実に防ぐために、10μm以上が望まし
く、コストの点から1000μm以下が良い。
【0011】アルミニウム部材2は、図3及び図4に示
すように、一様な断面形状のパイプ本体13と、段差面
14を介して内径を大きくした継手端部15とを一体に
有し、継手端部15の軸線方向に沿った長さが鉄部材1
の皮膜層4で覆われた接合部分3の長さにほぼ合うよう
に寸法設定してあり、継手端部15の内径が鉄部材1の
皮膜層4で覆われた接合部分3の外径よりも大きい。そ
して、図3に示すように、接合前、継手端部15の内周
面17と鉄部材1の皮膜層4の外周面18との間には、
約0.6mm程度の隙間Sがあり、鉄部材1の皮膜層4
で覆われた接合部分3が継手端部15に遊嵌入される。
【0012】本発明の実施の形態に係る継手端部15を
有するアルミニウム部材2と、皮膜層4を形成された接
合部分3をもつ鉄部材1とを超音波はんだ付けによって
接合する接合方法について説明する。図3に示すよう
に、アルミニウム部材2の継手端部15へ鉄部材1の接
合部分3を同心的に挿入して、段差面14に鉄部材1の
端面を当接させ、加熱溶融させたアルミニウム部材用は
んだ5を鉄部材1の接合部分3の皮膜層4の外周面18
とアルミニウム部材2の継手端部15の内周面17との
隙間Sに供給し、軸線方向に互いに加圧力Pを作用させ
る。
【0013】次に、図4に示すように、超音波振動を与
えて、皮膜層4を破壊・拡散あるいは合金化させ、鉄部
材1とアルミニウム部材2とを接合する。加える超音波
は、周波数が10〜100kHz、出力が100〜60
0Wとし、1秒間以上振動を与え続ける。はんだ5の加
熱方法としては、高周波誘導加熱やガスバーナー加熱等
が適している。
【0014】本発明の上記実施の形態に係る接合方法で
は、鉄部材1の前処理として、肉盛溶接を行い、その
後、アルミニウム部材2と超音波はんだ付けにより接合
するので、メッキ処理に必要な前処理、後処理、廃液処
理が不要になる。また、容易に必要最小限の一部分のみ
に処理を施すことができるため、処理材の使用量が少な
く、鉄部材1への防錆処理も、通常のものを適用するこ
とができるという利点がある。
【0015】
【実施例】図5及び図6は、本発明の実施例の説明用図
であって、図5が異種材の前処理工程を示す側面図、図
6が接合工程を示す側面図である。外径が31.8mm、肉
厚が1.2 mmの鉄パイプ(JIS(日本工業規格)材料
記号STKM11A)と、外径が38mm、肉厚が5mm
のアルミニウムパイプ(JIS材料記号A5052)と
を接合する方法の一例である。
【0016】図5に示すように、取付台19にチャック
20で鉄パイプ1を取付け、軸心を中心にして回転さ
せ、プラズマトーチ9を軸線に平行に移動させながら、
接合部分3にのみ肉盛溶接を行った。溶接方法は、皮膜
材を粉末として供給が可能なプラズマ粉体肉盛溶接装置
を用い、アーク10を発生維持し得る溶接条件で、鉄パ
イプ1を変形させないように、溶接電流を50アンペア
(交流)、溶接速度を1500mm/min、プラズマアー
ク10のアーク長を8mmとした。雰囲気ガスはアルゴ
ンとし、交流電力を使用することで、クリーニング効果
を持たせ、酸化膜6の破壊及び除去と共に溶接中の再酸
化を防いだ。皮膜材11としては、純銅粉末を用い、供
給量を4g/minとし、膜厚が50μmの銅皮膜層4
を形成させた。
【0017】接合部分3に銅皮膜層4を形成した上記鉄
パイプ1を後処理なしにて、内径33mmに削り出した
アルミニウムパイプ2の継手端部15に接合部分3を遊
嵌入し、図6に示すように、超音波はんだ付けにより接
合した。超音波振動は、出力が360W、周波数が19.6
kHzで10秒間加えて、加圧力Pを2MPaとした。
リング状の亜鉛はんだ(Zn−5%Al、JIS材料記
号AH−Z95A)5を、バーナーで加熱し溶融させて
供給するとともに、継手端部15の外周から高周波加熱
Qを行った。
【0018】接合後、接合部のせん断強度を測定した結
果、30MPa以上の高いせん断強度を示し、良好な接
合がなされていたことが確認された。接合部をダクロダ
イズド処理し、耐食性試験(SST)を行った結果、4
80時間経過後でも鉄さびの発生はなく、良好な耐食性
が得られた。
【0019】なお、本発明は、上記実施の形態によって
限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例
えば、パイプ以外の他の形状のアルミニウム部材2と異
種材との接合にも適用することができ、肉盛溶接方法と
して、プラズマ粉体肉盛溶接に代えMIG溶接、TIG
溶接又はガス溶接を用いてもよく、異種材として鉄合
金、チタン、ステンレス鋼等を採用することもでき、ア
ルゴンの単体ガスに代えてアルゴンとヘリウムとの混合
ガスを雰囲気ガスとして用いてもよく、軟ろう材である
はんだ5に代えて硬ろう材を使用することも可能であ
る。
【0020】
【発明の効果】本発明は、異種材の表面を保護するため
に該異種材の少なくとも接合部分の表面に肉盛溶接にて
皮膜層を形成した後に、アルミニウム部材及び異種材に
超音波振動を与えつつ該アルミニウム部材と異種材の表
面に溶融したろう材を付着させて接合することにより、
めっき処理を行う必要がなく、廃液処理が不要になり、
マスキングをすることなく異種材の最小限の一部にのみ
選択的に皮膜層を形成することができるので、前処理の
無駄がなく、通常の防錆処理を行うことができ、超音波
振動で皮膜がろう材中に拡散し、アルミニウム部材と異
種材との接合を確実に行うことができるという効果を奏
する。また、肉盛溶接にて異種材の表面の酸化膜を破壊
するとともに、活性化した該異種材の表面に皮膜層を形
成することにより、効率的に確実に接合部のみ皮膜層を
形成して、コスト低減を図ることができ、皮膜層の材料
として、アルミニウム部材用ろう材と合金化する銅、ア
ルミニウム、亜鉛、銀、ニッケル及びこれらのうちの1
種以上を含む合金から選定した材料を用いることによ
り、皮膜のろう材中への拡散が促進され、より強固な接
合を得ることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る前処理された異種材
である鉄部材を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る異種材である鉄部材
に施す前処理の説明用断面図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る超音波はんだ付けに
よるアルミアルミニウム部材と鉄部材との接合方法の中
間工程を説明するための断面図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る接合方法の最終工程
の説明用断面図である。
【図5】本発明の実施例に係る異種材への肉盛溶接工程
の説明用図である。
【図6】本発明の実施例に係る接合方法の説明用断面図
である。
【符号の説明】
1 鉄部材(異種材) 2 アルミニウム部材 3 接合部分 4 皮膜層 5 はんだ(ろう材) 6 酸化膜 11 粉体皮膜材 14 段差面 15 継手端部 17 内周面 18 外周面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B23K 9/04 B23K 9/04 N 35/28 310 35/28 310D // B23K 103:18

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ろう材を介して接合を行うアルミニウム
    部材と異種材との接合方法において、異種材の表面を保
    護するために該異種材の少なくとも接合部分の表面に肉
    盛溶接にて皮膜層を形成した後に、前記アルミニウム部
    材及び異種材に超音波振動を与えつつ該アルミニウム部
    材と異種材の表面に溶融した前記ろう材を付着させて接
    合することを特徴とするアルミニウム部材と異種材との
    接合方法。
  2. 【請求項2】 肉盛溶接にて前記異種材の表面の酸化膜
    を破壊するとともに、活性化した該異種材の表面に前記
    皮膜層を形成することを特徴とする請求項1に記載のア
    ルミニウム部材と異種材との接合方法。
  3. 【請求項3】 前記皮膜層の材料として、アルミニウム
    部材用ろう材中に拡散する銅、アルミニウム、亜鉛、
    銀、ニッケル及びこれらのうちの1種以上を含む合金か
    ら選定した材料を用いることを特徴とする請求項1又は
    請求項2に記載のアルミニウム部材と異種材との接合方
    法。
JP23055197A 1997-08-27 1997-08-27 アルミニウム部材と異種材との接合方法 Pending JPH1157995A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016219479A (ja) * 2015-05-15 2016-12-22 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法及び半導体装置
WO2018176628A1 (zh) * 2017-04-01 2018-10-04 广东工业大学 一种超声波无钎剂铝管钎焊方法及装置

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