WO2019167502A1 - 異材接合用アーク溶接法 - Google Patents

異材接合用アーク溶接法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an arc welding method for joining dissimilar materials.
  • An example of a conventional dissimilar material joining technique is a method in which through holes are provided in both a steel material and a lightweight material and restrained from above and below with bolts and nuts.
  • a means is known in which a caulking member is inserted from one side under a strong pressure and restrained by a caulking effect (see, for example, Patent Document 1).
  • the steel joint member is pushed into the aluminum alloy material as a punch, and the hole and the joint member are temporarily restrained, then overlapped with the steel material, and sandwiched with both copper electrodes from above and below, Means for resistance-welding a steel material and a joining member by momentarily applying pressure and high current have been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Although the joining method described in Patent Document 1 is a relatively easy method, there is a problem that it cannot be inserted when the strength of the steel is high, and the joining strength depends on the frictional force and the rigidity of the caulking member. Therefore, there is a problem that high joint strength cannot be obtained. In addition, there is a problem that it cannot be applied to a closed cross-sectional structure because it is necessary to press down from both the front and back sides with a jig when inserting.
  • Patent Document 2 cannot be applied to a closed cross-sectional structure, and the resistance welding method has a problem that the equipment is very expensive.
  • Patent Document 3 applies pressure to the steel material surface while causing the aluminum alloy material to plastically flow in a low temperature region, while preventing both materials from melting and preventing the formation of intermetallic compounds.
  • steel and carbon fiber can be joined, because it is said that metal bond strength is obtained.
  • this joining method cannot be applied to a closed cross-sectional structure, and requires a high pressure, so that there is a problem that it is mechanically large and expensive. Also, the bonding force is not so high.
  • the existing dissimilar material joining technology has one or more problems such as (i) the member or groove shape is limited to an open cross-sectional structure, (ii) low joint strength, (iii) high equipment cost. have. For this reason, in order to spread multi-material design combining various materials, (i ′) applicable to both open and closed section structures, (ii ′) sufficiently high joint strength and reliability However, there is a need for a new technology that is easy to use and has all the elements of (iii ') low cost.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to use an aluminum alloy (hereinafter also referred to as “Al alloy”) or a magnesium alloy (hereinafter also referred to as “Mg alloy”) and a dissimilar steel material.
  • Al alloy aluminum alloy
  • Mg alloy magnesium alloy
  • Provided arc welding method for joining dissimilar materials that can be used with low-cost arc welding equipment that is already popular in the world, and can be joined with strong and reliable quality, and can be applied to both open and closed cross-section structures without restrictions. There is to do.
  • B Non-gas arc welding method using the welding wire as a melting electrode.
  • C Gas tungsten arc welding method using the welding wire as a non-melting electrode filler.
  • D A plasma arc welding method using the welding wire as a non-melting electrode filler.
  • E A coated arc welding method in which a coated arc welding rod from which the weld metal of an iron alloy or Ni alloy is obtained is used as a melting electrode.
  • preferred embodiments of the present invention relate to the following (2) to (11).
  • the arc welding method for joining different materials according to any one of the above (1) to (3) further comprising a step of applying an adhesive over the entire circumference.
  • an adhesive is applied to at least one opposing surface between the joining auxiliary member and the first plate facing the joining auxiliary member, (1) to (4)
  • the arc welding method for joining dissimilar materials according to any one of the above.
  • An adhesive is applied to at least a boundary portion between the joining auxiliary member and the surface of the first plate during the punching step or after the filling welding step. The arc welding method for joining different materials according to any one of the above.
  • the first plate and the second plate have a pressurizing mechanism capable of pressing in a direction in which the first plate and the second plate are in close contact with each other; Any of (1) to (7) above, wherein the pressurizing mechanism welds the second plate and the joining auxiliary member while pressing the first plate and the second plate so that they are in close contact with each other.
  • the arc welding method for joining different materials according to any one of the above.
  • the said pressurization mechanism is provided in the welding torch used in the said filling welding process, and has a pressing part contact
  • the arc welding method for joining different materials according to any one of the above.
  • a dissimilar material of an aluminum alloy or a magnesium alloy and steel can be joined with an inexpensive arc welding equipment with a strong and reliable quality, and both an open sectional structure and a closed sectional structure can be used. Applicable without limitation.
  • FIG. 1A is a perspective view of a dissimilar weld joint according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the dissimilar weld joint taken along line II in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a perspective view and a cross-sectional view of the joining auxiliary member of the present embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram showing a punching operation (step S1) of the arc welding method for dissimilar material joining according to the present embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating a first step of an example of the punching operation.
  • FIG. 3C is a diagram illustrating a second step of an example of the punching operation.
  • FIG. 3D is a diagram illustrating a third step of an example of the punching operation.
  • FIG. 1A is a perspective view of a dissimilar weld joint according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the dissimilar weld joint taken along line
  • FIG. 3E is a diagram illustrating a fourth step of an example of the punching operation.
  • FIG. 3F is a diagram showing a superposition operation (step S2) of the arc welding method for dissimilar material joining according to the present embodiment.
  • FIG. 3G is a diagram illustrating a welding operation (step S3) of the arc welding method for joining different materials according to the present embodiment.
  • FIG. 4A is a perspective view of a dissimilar material welded joint as a comparative example in which an aluminum upper plate and a steel lower plate are overlapped and welded through.
  • 4B is a cross-sectional view of the dissimilar material welded joint of FIG. 4A.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a state in which shear tension is applied to the dissimilar weld joint of FIG.
  • FIG. 5B is a perspective view showing the dissimilar material welded joint of FIG. 5A.
  • 6A is a cross-sectional view showing a state in which vertical peel tension is applied to the dissimilar weld joint of FIG. 4A.
  • 6B is a perspective view showing the dissimilar material welded joint of FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a perspective view of a dissimilar material welded joint as a comparative example in which an aluminum upper plate having holes and a steel lower plate are overlapped and welded through.
  • 7B is a cross-sectional view of the dissimilar material welded joint of FIG. 7A.
  • 8A is a cross-sectional view showing a state in which shear tension is applied to the dissimilar material welded joint in FIG. 7A.
  • FIG. 8B is a perspective view showing a state in which shear tension acts on the dissimilar material welded joint in FIG. 7A and the joint is displaced by nearly 90 °.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view showing a state in which vertical peel tension is applied to the dissimilar weld joint of FIG. 7A.
  • FIG. 9B is a perspective view showing the dissimilar material welded joint of FIG. 9A.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating an example of a punching operation using a press-fitting device including an upper pedestal, a lower pedestal, and a pressure mechanism.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating another example of a punching operation using a press-fitting device including an upper pedestal, a lower pedestal, and a pressurizing mechanism.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating an example of a punching operation using a press-fitting device including an upper pedestal, a lower pedestal, and a pressurizing mechanism.
  • FIG. 10C is a view showing the aluminum upper plate in a state where the joining auxiliary member is press-fitted by the punching operation.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the gap G in a state where the upper plate on which the joining auxiliary member is press-fitted is superimposed on the lower plate.
  • FIG. 12A is a perspective view showing a first example of a pressurizing mechanism for pressurizing an upper plate and a lower plate in a filling welding process.
  • FIG. 12B is a perspective view showing a second example of a pressurizing mechanism for pressurizing the upper plate and the lower plate in the filling welding step.
  • FIG. 12C is a perspective view showing a third example of a pressurizing mechanism for pressurizing the upper plate and the lower plate in the filling welding step.
  • FIG. 12D is a perspective view showing a fourth example of the pressurizing mechanism for pressurizing the upper plate and the lower plate in the filling welding step.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the overhang amount P in a state where the upper plate on which the joining auxiliary member is press-fitted is superimposed on the lower plate.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view of the dissimilar material welded joint according to the present embodiment.
  • FIG. 14B is a perspective view illustrating a state in which vertical peel tension is applied to the dissimilar material welded joint in FIG. 14A.
  • FIG. 15A is a front view of the joining auxiliary member of the present embodiment.
  • FIG. 15B is a front view showing a first modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 15C is a front view showing a second modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 15D is a front view showing a third modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 15E is a front view showing a fourth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 16A is a side view showing a fifth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 16B is a side view showing a sixth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 16C is a side view showing a seventh modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 16A is a side view showing a fifth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 16B is a side view showing a sixth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 16C is a side view showing a seventh modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the dissimilar material welded joint according to this embodiment for explaining another role of the joining auxiliary member.
  • FIG. 18A is a diagram illustrating a first example for explaining the pressing amount of the joining auxiliary member into the upper plate.
  • FIG. 18B is a diagram illustrating a second example for explaining the pressing amount of the joining auxiliary member into the upper plate.
  • FIG. 18C is a diagram illustrating a third example for explaining the pressing amount of the joining auxiliary member into the upper plate.
  • FIG. 18D is a diagram illustrating a fourth example for explaining the pressing amount of the joining auxiliary member into the upper plate.
  • FIG. 19A is a front view showing an eighth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 19A is a front view showing an eighth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 19B is a front view showing a ninth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 19C is a front view showing a tenth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 19D is a front view showing an eleventh modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 19E is a front view showing a twelfth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 19F is a front view showing a thirteenth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 19G is a front view showing a fourteenth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 20 is a perspective view showing a fifteenth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 21 is a side view showing a sixteenth modification of the joining auxiliary member.
  • 22A is a cross-sectional view showing a dissimilar material welded joint in which no surplus is formed.
  • 22B is a cross-sectional view showing a state in which an external stress in the plate thickness direction (three-dimensional direction) is applied to the dissimilar material welded joint in FIG. 22A.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing a state in which external stress in the plate thickness direction (three-dimensional direction) is applied to the dissimilar material welded joint in which the surplus is formed.
  • FIG. 24A is a cross-sectional view of the dissimilar material welded joint for explaining the penetration of the weld metal (in the case of having a back wave).
  • FIG. 24B is a cross-sectional view of the dissimilar material welded joint for explaining the penetration of the weld metal (when there is no back wave).
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a state in which arc welding is performed in a horizontal posture.
  • FIG. 26A is a perspective view showing a joining auxiliary member having a press-fitting protrusion of this embodiment.
  • FIG. 26B is a side view of a joining auxiliary member having a press-fitting protrusion, and a cross-sectional view taken along the line II-II.
  • FIG. 27 is a view for explaining a holding mechanism when a joining auxiliary member having a press-fitting protrusion is press-fitted into the upper plate.
  • FIG. 28A is a side view of a main part of a first modification of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 28B is a side view of a main part of a second modified example of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 28C is a side view of a principal part of a third modification of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 28D is a side view of a main part of a fourth modified example of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 28E is a side view of a principal part of a fifth modification of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 28F is a side view of a principal part of a sixth modified example of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 28G is a side view of a principal part of a seventh modification of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 28H is a side view of a principal part of an eighth modified example of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 28I is a side view of a main part of a ninth modification of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 28J is a side view of a principal part of a tenth modification of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 28K is a side view of a principal part of an eleventh modification of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 29A is a perspective view of a twelfth modification of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 29B is a perspective view of a thirteenth modification of the joining auxiliary member having the press-fitting protrusions.
  • FIG. 29C is a perspective view of a fourteenth modification of the joining auxiliary member having the press-fitting protrusions.
  • FIG. 30A is a side view of a fourteenth modified example of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion, and a cross-sectional view taken along the line XXXa-XXXa.
  • FIG. 30B is a side view of a fifteenth modification of the joining auxiliary member having the press-fitting protrusions, and a cross-sectional view taken along the line XXXb-XXXb.
  • FIG. 30C is a side view of the sixteenth modification of the joining auxiliary member having the press-fitting protrusions, and a cross-sectional view taken along the line XXXc-XXXc.
  • FIG. 30D is a side view of the seventeenth modified example of the joining auxiliary member having the press-fitting protrusions, and a cross-sectional view taken along the line XXXd-XXXd.
  • FIG. 30E is a side view of an eighteenth modification of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion, and a cross-sectional view taken along the line XXXe-XXXe.
  • FIG. 31A is a cross-sectional view of the dissimilar material welded joint according to the present embodiment.
  • FIG. 31B is a cross-sectional view along the line XXXI-XXXI in FIG. 31A.
  • FIG. 32A is a side view of a main part of a nineteenth modified example of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 32B is a side view of the principal part of the twentieth modification of the joining auxiliary member having the press-fitting protrusion.
  • FIG. 32C is a side view of the principal part of the twenty-first modified example of the joining auxiliary member having the press-fitting protrusion.
  • FIG. 32D is a side view of a principal part of a twenty-second modified example of the joining auxiliary member having a press-fitting protrusion.
  • FIG. 32E is a side view of the principal part of the twenty-third modified example of the joining auxiliary member having the press-fitting protrusion.
  • FIG. 33A is a perspective view and a side view of a joining auxiliary member having a medium diameter portion of the present embodiment.
  • FIG. 33B is a perspective view and a side view of a first modification of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 33C is a perspective view and a side view of a second modification of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 33D is a perspective view and a side view of a third modification of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 33E is a perspective view and a side view of a fourth modification of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 33F is a perspective view and a side view of a fifth modified example of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 33G is a perspective view and a side view of a sixth modification of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 33H is a perspective view and a side view of a seventh modification of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 34A is a perspective view and a side view of an eighth modification of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 34B is a perspective view and a side view of a ninth modified example of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 34C is a perspective view and a side view of a tenth modified example of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 34D is a perspective view and a side view of an eleventh modification of the joining auxiliary member having a medium diameter portion.
  • FIG. 35A is a side view showing a twenty-fourth modification of the joining auxiliary member.
  • FIG. 35B is a diagram illustrating a first example for explaining a protruding portion of the joining auxiliary member that does not affect the joint strength.
  • FIG. 35C is a diagram illustrating a second example for explaining a protruding portion of the joining auxiliary member that does not affect the joint strength.
  • FIG. 35D is a diagram illustrating a third example for describing a protruding portion of the joining auxiliary member that does not affect the joint strength.
  • FIG. 35E is a diagram illustrating a fourth example for describing a protruding portion of the joining auxiliary member that does not affect the joint strength.
  • FIG. 35F is a diagram illustrating a fifth example for describing a protruding portion of the joining auxiliary member that does not affect the joint strength.
  • FIG. 35G is a diagram illustrating a sixth example for describing a protruding portion of the joining auxiliary member that does not affect the joint strength.
  • FIG. 36A is a perspective view of an upper plate and a lower plate for explaining a first modification of the arc welding method for dissimilar material joining.
  • FIG. 36B is a cross-sectional view of an upper plate and a lower plate for explaining a first modification of the arc welding method for joining different materials.
  • FIG. 37A is a perspective view of an upper plate and a lower plate for explaining a second modification of the arc welding method for joining different materials.
  • FIG. 37B is a cross-sectional view of an upper plate and a lower plate for explaining a second modification of the arc welding method for dissimilar material joining.
  • FIG. 38A is a perspective view of a dissimilar material weld joint for explaining a third modification of the arc welding method for dissimilar material joining.
  • FIG. 38A is a perspective view of a dissimilar material weld joint for explaining a third modification of the arc welding method for dissimilar material joining.
  • FIG. 38B is a cross-sectional view of the dissimilar material welded joint for explaining a third modification of the arc welding method for dissimilar material joining.
  • FIG. 38C is a cross-sectional view of the dissimilar material welded joint for explaining a fourth modification of the dissimilar material joining arc welding method.
  • FIG. 39A is a perspective view showing a closed cross-sectional structure to which the dissimilar material welded joint according to this embodiment is applied.
  • FIG. 39B is a perspective view showing an open cross-sectional structure with an L-shaped plate and a flat plate to which the dissimilar material welded joint according to this embodiment is applied.
  • FIG. 39C is a perspective view showing an open cross-sectional structure of two flat plates to which the dissimilar material welded joint of this embodiment is applied.
  • FIG. 39A is a perspective view showing a closed cross-sectional structure to which the dissimilar material welded joint according to this embodiment is applied.
  • FIG. 39B is a perspective view showing an open cross-sectional structure with an
  • FIG. 40 is a diagram showing a fifth modification (a method for manufacturing an open-section member) of the arc welding method for joining different materials.
  • FIG. 41 is a diagram showing a sixth modification of the arc welding method for dissimilar material joining (a method for producing a closed cross-section member).
  • the arc welding method for joining dissimilar materials of this embodiment includes an upper plate 10 (first plate) made of Al alloy or Mg alloy and a lower plate 20 (second plate) made of steel, which are superposed on each other.
  • the dissimilar material welded joint 1 as shown in FIG. 1A and FIG. 1B is obtained by joining by the arc welding method mentioned later through the steel joining auxiliary member 30.
  • a hole 11 is formed in the upper plate 10 by placing the auxiliary bonding member 30 having a height equal to or greater than the thickness of the upper plate 10 on the upper plate 10 and punching the upper plate 10 by applying pressure to the auxiliary bonding member 30. To do.
  • the joining auxiliary member 30 press-fitted by the punching process receives pressure from the Al alloy or Mg alloy material around the hole 11 and is fixed in a lightly constrained state.
  • the joining auxiliary member 30 has a stepped outer shape having a large diameter portion 32 and a small diameter portion 31 having a smaller maximum outer diameter than the large diameter portion 32.
  • a hollow portion 33 that penetrates the small diameter portion 31 and the large diameter portion 32 is formed in the joining auxiliary member 30.
  • the outer shape of the large-diameter portion 32 is not limited to the circular shape as shown in FIG. 2 or FIG. 15A, as long as the penetration portion (hole 11) formed by press-fitting the joining auxiliary member 30 is closed after arc welding.
  • the hollow portion 33 of the joining auxiliary member 30 is filled with a weld metal 40 of an iron alloy or Ni alloy in which a filler material (welding material) is melted by arc welding, and is melted with the weld metal 40.
  • the molten plate W is formed by the lower plate 20 and a part of the joining auxiliary member 30.
  • a joining auxiliary member 30 having a height equal to or greater than the thickness of the upper plate (first plate) 10 is disposed on the upper plate 10, and pressure is applied to the joining auxiliary member 30 to increase the thickness.
  • the joining auxiliary member 30 is press-fitted into the upper plate 10 while forming the holes 11 in the upper plate 10 (step S1).
  • a superposition operation for superposing the upper plate 10 into which the joining auxiliary member 30 is press-fitted and the lower plate 20 is performed (step S2).
  • FIG. 3G shows the case where (a) the arc welding work is performed using the melting electrode type gas shielded arc welding method.
  • the joining auxiliary member 30 has a large diameter portion 32 and a small diameter portion 31, and the total height of the large diameter portion 32 and the small diameter portion 31 is equal to or greater than the plate thickness of the upper plate 10. ing. Further, the small-diameter portion 31 in the joining auxiliary member 30 is disposed so as to face the upper plate 10.
  • the joining assisting member 30 is used with respect to the lower pedestal 50 on which the upper plate 10 is disposed by using the joining assisting member 30 itself as a punch.
  • the upper pedestal 51 to which is fixed is brought close to each other and punching is performed. In this case, the base material piece M is rarely left in the hollow portion 33, which is an obstacle during arc welding. In this case, it is necessary to remove the base material piece M.
  • step S3 joins the joining auxiliary member 30 and the lower plate 20 via the weld metal 40 in the hole 11 of the upper plate 10, and fills the hollow portion 33 provided in the joining auxiliary member 30. Is needed to do. Therefore, it is indispensable to insert a filler material (welding material) serving as a filler for arc welding. Specifically, the filler metal is melted and the weld metal 40 is formed by the following four arc welding methods.
  • the melting electrode type gas shielded arc welding method is a welding method generally referred to as MAG (Mig) or MIG (Mig), and uses a solid wire or a flux-cored wire as a filler and arc generating melting electrode, and CO 2.
  • MAG Mog
  • MIG MIG
  • Ar, and He are used to form a sound weld by shielding the weld from the atmosphere with a shielding gas such as Ar, He.
  • the non-gas arc welding method is also called a self-shielded arc welding method, which uses a special flux-cored wire as a filler and arc-generating electrode, and on the other hand, eliminates the need for shielding gas and forms a sound weld. is there.
  • the gas tungsten arc welding method is a kind of gas shielded arc welding method but is a non-melting electrode type and is generally called TIG (tig).
  • TIG tig
  • an inert gas of Ar or He is used as the shielding gas.
  • An arc is generated between the tungsten electrode and the base material, and the filler wire is fed to the arc from the side.
  • the filler wire is not energized, but there is also a hot wire type TIG that energizes to increase the melting rate. In this case, no arc is generated in the filler wire.
  • the plasma arc welding method has the same principle as TIG, it is a welding method in which the arc is contracted and the arc force is increased by the dual system and high speed of gas.
  • the coated arc welding method is an arc welding method in which a coated arc welding rod in which a flux is applied to a metal core wire is used as a filler, and does not require a shielding gas.
  • the material of the filler material (welding material), as long as the weld metal 40 is an Fe alloy, a commonly used welding wire or welding rod can be applied. Note that a Ni alloy is applicable because it does not cause a problem in welding with iron.
  • JIS JIS
  • the hollow portion 33 of the auxiliary joining member 30 is filled with a filler material.
  • the target position of the filler wire or the welding rod it is not necessary to move the target position of the filler wire or the welding rod, and the arc is passed through an appropriate feeding time. It is sufficient to end the welding after cutting.
  • the target position of the filler wire or the welding rod may be moved so as to draw a circle in the hollow portion 33.
  • the upper plate 10 made of Al alloy or Mg alloy and the lower plate 20 made of steel are joined with high strength.
  • an aluminum upper plate 10 and a steel lower plate 20 are simply overlapped, and a steel or nickel alloy welding wire is formed from the upper plate side.
  • the formed weld metal 40a is aluminum and steel, or an alloy of aluminum, steel and nickel. This alloy exhibits an intermetallic compound (IMC) that is brittle because of its high aluminum content.
  • a method is conceivable in which a hole 11 having an appropriate size is formed in the upper plate 10 and a welding material of steel or nickel alloy is melted so as to fill the hole 11.
  • a welding material of steel or nickel alloy is melted so as to fill the hole 11.
  • the weld metal 40b formed of the steel and the welding material which is the lower plate 20 formed at the initial stage of welding does not melt aluminum, an intermetallic compound is not generated, and it has high strength and toughness. And is firmly coupled to the lower plate 20.
  • the weld metal 40b formed in the hole 11 formed in the upper plate 10 has a very small proportion of aluminum melting, and the generation of intermetallic compounds is greatly suppressed, particularly in the central portion. Have.
  • a steel joining auxiliary member 30 having a hole in the center is press-fitted into the aluminum plate serving as the upper plate 10. Since the joining auxiliary member 30 has a height equal to or greater than the plate thickness of the upper plate 10, the aluminum plate at the location where the joining auxiliary member 30 is press-fitted falls off (step S1: punching step). Furthermore, the joining auxiliary member 30 receives a pressure from the surrounding aluminum plate and is fixed in a lightly restrained state (see FIG. 10C).
  • FIG. 10A shows a press-fitting device for press-fitting the joining auxiliary members 30 one by one
  • FIG. 10B shows a press-fitting device for press-fitting a plurality of joining auxiliary members 30 simultaneously.
  • the upper pedestal 51 and the joining auxiliary member 30 are temporarily held by, for example, a magnetic force or a mechanical mechanism, and after the press-fitting is completed, the upper pedestal 51 is pulled up in a direction opposite to the pressurizing direction (arrow in FIG. 10A or 10B). Thereby, the joining auxiliary member 30 can be detached.
  • the lower pedestal 50 has a hollow portion that is equal to or larger than the insertion diameter of the joining auxiliary member 30, and accumulates unnecessary portions of the Al alloy or Mg alloy that are punched out by press-fitting, Alternatively, it can be eliminated.
  • a suction mechanism using negative pressure may be provided.
  • the pair of mechanisms (upper pedestal 51 and lower pedestal 50) may be a single device or a device having a mechanism for driving a plurality of them simultaneously. These may be stationary, or may be provided to an industrial articulated robot so that the location can be moved freely.
  • step S2 superposition step
  • the upper plate 10 made of Al alloy or Mg alloy to which the joining auxiliary member 30 is temporarily fixed and the lower plate 20 made of steel are superposed in accordance with the position to be joined.
  • it is preferable that the upper plate 10 and the lower plate 20 to which the joining auxiliary member 30 is temporarily fixed are in close contact with each other as much as possible.
  • the gap G exists between the upper plate 10 and the lower plate 20
  • the upper plate 10 This is because free movement is possible by the gap between the lower plate 20 and the joining system is deteriorated (rattle).
  • a pressurizing mechanism in the filling welding process is not necessarily required, but the upper plate 10 and the lower plate 20 are not used in the filling welding process. It is preferable that the pressure is applied in the direction in which they are in close contact with each other. Specifically, examples include a case where pressure is applied from above and below using a clamping mechanism which is the pressure mechanism 80 (see FIG. 12A) or a case where pressure is applied from one side (see FIG. 12B). Moreover, the case where the pressurization leg 92 is provided in the welding torch 90 and pressurizes with the force of a robot etc. (refer FIG. 12C or FIG. 12D) is mentioned as an example.
  • the bonding auxiliary member 30 when the upper plate 10 is punched with the bonding auxiliary member 30 From the same viewpoint as the case where the gap G exists between the upper plate 10 and the lower plate 20, as shown in FIG. 13, the bonding auxiliary member 30 when the upper plate 10 is punched with the bonding auxiliary member 30.
  • the overhang amount P is preferably 25% or less with respect to the plate thickness B H of the upper plate 10 (however, in order to punch the upper plate 10 reliably, it should be 0% or more). In addition, More preferably, it is 10% or less, More preferably, it is 5% or less.
  • the weld metal 40 is formed by arc welding so that the inside of the hollow part 33 in the joining auxiliary member 30 is filled.
  • the target position of the arc welding wire or the welding rod tip is not the joining auxiliary member 30 but the steel lower plate 20 that contacts the lower surface of the hole 11 of the upper plate 10.
  • the wall in the hollow portion 33 in the joining auxiliary member 30 and the “crucible” space surrounded by the lower plate 20 are cast by arc welding. If it does in this way, it will be in the state where the joining auxiliary member 30, the weld metal 40, and the lower board 20 are weld-joined by the strong metal bond as a cross section.
  • the large-diameter portion 32 of the joining auxiliary member 30 that is wider than the hole diameter formed by punching by the tip portion (small-diameter portion 31) of the joining auxiliary member 30 is disposed flush with or on the outer surface of the upper plate 10.
  • the largest role of the large-diameter portion 32 is resistance to vertical peeling stress.
  • FIG. 14A by applying the joining auxiliary member 30 having the large-diameter portion 32 on the outside, it is possible to prevent the phenomenon in which the interface between the upper plate 10 and the weld metal 40 is peeled off. Become. In general, as shown in FIG. 14B, the weld metal 40 is sufficiently plastically deformed and then fractured. It is obvious that the joining auxiliary member 30 does not have any adverse effect on the initial stress even with respect to the tensile stress in the shear direction.
  • the outer shape of the large-diameter portion 32 in the joining auxiliary member 30 can be any shape as long as the hole 11 formed by press-fitting is closed after welding due to its mechanism.
  • the most common shape is a circle as shown in FIG. 15A, but it may be a polygon more than a square as shown in FIGS. 15B to 15E. Further, as shown in FIG. 15C, the corners of the polygon may be rounded.
  • the cross-sectional shape of the large-diameter portion 32 in the joining auxiliary member 30 is not only a flat columnar shape as shown in FIG. 16A, but also taper upward (as opposed to the small-diameter portion 31 side) as shown in FIG. 16B. There is no particular limitation on the shape with, or the shape with the upper side rounded as shown in FIG. 16C.
  • the joining auxiliary member 30 has a larger area and a larger thickness because the strength increases against external stress in the plate thickness direction (three-dimensional direction). However, if it is larger than necessary, the factor of weight increase and the amount of overhang from the surface of the upper plate 10 become excessive, resulting in aesthetic appearance deterioration and interference with other adjacent members. It is preferable to determine the size accordingly.
  • the joining auxiliary member 30 has several other roles. One of them is a protective wall action for avoiding melting of an Al alloy or Mg alloy that is a material of the upper plate 10. An Al alloy or Mg alloy having a low melting point is melted by its high heat when hit by an arc. However, by interposing the joining auxiliary member 30, it is possible to physically prevent the arc from hitting the Al alloy or Mg alloy, and to prevent melting. Moreover, since the molten metal 40 formed by the arc is high temperature and may erode the Al alloy and Mg alloy that are in contact therewith, it is preferable that the joining auxiliary member 30 is interposed even during arc welding.
  • the small diameter portion 31 of the auxiliary joining member 30 remains between the weld metal 40 and the upper plate 10 after the arc welding is finished. If the welding range of arc welding is only the joining auxiliary member 30 and the lower plate 20, the dilution of Al or Mg into the weld metal 40 becomes zero, and IMC is completely prevented. As shown in FIG. 17, if the thickness of the joining auxiliary member 30 in the radial direction is too thin, the joining auxiliary member 30 may reach the melting point and melt due to heat input during arc welding. In this case, since there is a possibility of further melting an Al alloy or Mg alloy, it is necessary to design an appropriate thickness in view of welding heat input.
  • the amount of pushing into the upper plate 10 in the joining auxiliary member 30 is not particularly limited.
  • FIG. 18A when the joint portion is recessed with respect to the surface of the upper plate 10, when stress is applied to the joint after welding, the weld metal 40 becomes a stress concentration portion and has low strength. There is a risk of destruction. Therefore, as shown in FIG. 18B, at least the surface of the upper plate 10 and the surface of the joining auxiliary member 30 are flush with each other, or as shown in FIG. A state of partially protruding from the surface is preferable. Furthermore, as shown in FIG. 18D, it is most preferable that the large-diameter portion 32 of the joining auxiliary member 30 protrudes completely from the surface of the upper plate 10.
  • the cross-sectional shape of the small-diameter portion 31 of the joining auxiliary member 30 is a perfect circle, but is not particularly limited, and can be any shape.
  • it may be a polygon that is equal to or larger than the quadrangle shown in FIGS. 19A to 19F.
  • the corners of the polygon may be rounded.
  • the inner surface shape of the hollow portion 33 in the joining auxiliary member 30 does not need to be a perfect circle as described above, and can be an arbitrary shape as shown in FIGS. 19A to 19E or 19G.
  • the cross-sectional shape of the small diameter portion 31 and the inner surface shape of the hollow portion do not have to be the same, and may be different as shown in FIGS. 19F and 19G.
  • auxiliary joining member 30 when the auxiliary joining member 30 is press-fitted into the upper plate 10 and punched out, it is possible to apply pressure while turning the auxiliary joining member 30.
  • a means as shown in FIG. 20, if a notch 37 is provided on the upper surface of the large-diameter portion 32 so that the screwdriver fits, the joining auxiliary member 30 is turned into the upper plate 10. It can be made easier.
  • the surface of the hollow portion 33 opened in the joining auxiliary member 30 may be flat, but a screw groove 33a may be formed as shown in FIG. Although a male screw is not used in this construction method, the presence of the screw groove 33a increases the surface area of contact with the molten pool during arc welding, and the weld metal 40 and the joining auxiliary member 30 are more firmly coupled.
  • the diameter P S of the hole when the cylindrical surface such as the thread groove 33a is not defined is defined as the widest distance between the faces.
  • the material of the joining auxiliary member 30 is not particularly limited as long as it is pure iron or an iron alloy, and specifically includes mild steel, carbon steel, stainless steel, and the like.
  • the weld metal 40 fills the hollow portion 33 of the joining auxiliary member 30 and further forms surplus Wa on the surface of the joining auxiliary member 30, more specifically on the surface of the large diameter portion 32 (see FIG. 1B).
  • the surplus Wa is not formed, that is, as shown in FIG. 22A, the hollow portion 33 remains in appearance after welding, the bonding strength is particularly strong against external stress in the plate thickness direction (three-dimensional direction).
  • There is a possibility of shortage see FIG. 22B). Therefore, by forming the surplus Wa, as shown in FIG. 23, the deformation of the auxiliary joining member 30 is suppressed against the external stress in the plate thickness direction (three-dimensional direction), and high joint strength is obtained. It is done.
  • the excess Wa when the surplus Wa is viewed from the upper side in the plate thickness direction (upper plate 10 side).
  • the maximum outer diameter is preferably larger than the maximum outer diameter of the hole 11 provided in the upper plate 10.
  • the penetration on the side opposite to the surplus side needs to be in a state where a so-called back wave is generated in which the weld metal 40 is formed beyond the thickness of the lower plate 20.
  • the reason is as follows.
  • the lower plate 20 does not melt despite the fact that the penetration becomes shallow due to poor setting of welding conditions or malfunction of the welding equipment, and the surplus Wa on the front side formed on the joining auxiliary member 30 is normal in appearance.
  • the weld metal 40 may only be on top. In such a case, the joining auxiliary member 30 and the lower plate 20 are not joined, that is, the lower plate 20 and the upper plate 10 are not joined.
  • a back wave when a back wave is generated in the lower plate 20, it means that the weld metal 40 has passed from the upper plate 10 side to the lower plate 20 side through the meeting surface. It will ensure that the lower plate 20 is metal bonded. In addition, it indirectly ensures that the upper plate 10 and the lower plate 20 are joined. That is, if a back wave is generated in the lower plate 20, it can be easily confirmed visually or with a sensor or the like immediately after the welding process, and it is possible to prevent proceeding to the subsequent process while leaving the bonding failure as it is. . Furthermore, the joining strength between the joining auxiliary member 30 and the lower plate 20 can be roughly estimated from the size of the back wave formed on the lower plate 20.
  • the bonding strength between them is proportional to the cross-sectional area of the weld metal 40 formed at the interface between the upper plate 10 and the lower plate 20, that is, the so-called nugget diameter, when the material used is constant.
  • the nugget diameter is the diameter of the weld metal 40 formed on the upper surface side (large diameter portion 32 side) of the hollow portion 33 ( It can be estimated as a symmetrical trapezoidal section with the maximum outer diameter as the upper base and the back wave diameter (maximum outer diameter) as the lower base. That is, the nugget diameter is approximately proportional to the diameter of the back wave.
  • the back wave size of the lower plate 20 is measured with a high level of quality assurance as to whether or not it is joined to meet the required strength, rather than just two choices of whether or not it is joined. Can be implemented from.
  • quality assurance it is essential to weld the lower plate 20 and the joining auxiliary member 30 by melting the weld metal 40 to a state where a back wave appears outside the lower plate 20.
  • it is necessary to perform welding so that the weld metal 40 does not melt too deeply and the weld metal 40 and the lower plate 20 melt.
  • the weld metal 40 is appropriately dissolved in the lower plate 20, but when the lower plate 20 has no back wave, the above-described detection for quality assurance may be performed. It is not preferable because it cannot be done.
  • step S ⁇ b> 1 it is possible to press and restrain the joining auxiliary member 30 and punch the upper plate 10, and at the same time temporarily hold the joining auxiliary member 30 on the upper plate 10. is there.
  • step S ⁇ b> 1 it is possible to press and restrain the joining auxiliary member 30 and punch the upper plate 10, and at the same time temporarily hold the joining auxiliary member 30 on the upper plate 10. is there.
  • vibration is applied before the welding process or when the robot is in an upward posture (see FIG. 25), it may fall off due to the weak restraint holding force.
  • the joining auxiliary member 30 is realized by adopting an external shape capable of exhibiting a caulking mechanism after press-fitting.
  • the means as shown in FIGS. 26A and 26B, at least one (four in this embodiment) formed in a blade shape on the outer peripheral surface of the small-diameter portion 31 of the joining auxiliary member 30.
  • a press-fitting protrusion 39 is provided.
  • FIG. 27 is a view for explaining a holding mechanism when the joining auxiliary member 30 having the press-fitting protrusion 39 is press-fitted into the upper plate 10.
  • the auxiliary joining member 30 when the auxiliary joining member 30 is press-fitted into the upper plate 10, it is elastically deformed in the direction in which the upper plate 10 in contact with the auxiliary joining member 30 is spread and further plastically deformed. After the tip of the press-fitting protrusion 39 has passed, the elastic deformation returns to its original position, that is, the inflow of Al alloy or Mg alloy as the material of the upper plate 10 occurs, and the force that pushes back the joining auxiliary member 30 It becomes a barrier factor against. Therefore, the joining auxiliary member 30 is not easily detached.
  • the shape of the press-fitting protrusion 39 may be an isosceles triangle as shown in FIG. 28A, but as shown in FIGS. A quarter circle, a symmetric trapezoid, an asymmetric trapezoid, a crochet shape, and the like are typical, and the shape is not limited. Further, the press-fitting projection 39 is also connected to the lower surface of the large-diameter portion 32, whereby the strength of the press-fitting projection 39 can be improved. Furthermore, the press-fitting protrusion 39 may be parallel to the axial direction of the small-diameter portion 31 as shown in FIG. 29A, or may be inclined with respect to the axial direction as shown in FIG. 29B.
  • the press-fitting protrusion 39 may have a mountain shape whose width in the circumferential direction becomes narrower from the base toward the tip. Furthermore, it is preferable that the position of the press-fitting protrusion 39 is separated from the large-diameter portion 32 in order to provide a space for allowing metal to flow in.
  • the number of the press-fitting protrusions 39 is not limited to four as shown in FIG. 26B, and it is sufficient that there is at least one, and there is no need to provide an upper limit. That is, as shown in FIGS. 30A to 30E, it may have one, two, three, six, or eight press-fitting protrusions 39. However, as the number of the press-fitting protrusions 39 increases, the pressure necessary for punching the upper plate 10 using the joining auxiliary member 30 increases, so the number of press-fitting protrusions 39 should not be increased more than necessary. .
  • the number of press-fitting protrusions 39 is preferably 8 or less. Further, as shown in FIG. 26B and FIGS.
  • the second effect is that the upper plate 10 and the lower plate 20 to be joined are difficult to rotate with each other.
  • the cross-sectional shape of the small-diameter portion 31 of the auxiliary joining member 30 is a perfect circle, when the joint member (the upper plate 10 and the lower plate 20) is joined only by the main joining method, for example, a strong horizontal rotational force is exerted on the upper plate 10. If F R is applied, the top plate 10 so turn about the joint auxiliary member 30 there is a possibility that the rotation.
  • the joining auxiliary member 30 is provided with a press-fitting protrusion 39, and the press-fitting protrusion 39 can be easily cut into the periphery of the hole 11 of the upper plate 10. Rotation can be prevented.
  • the press-fitting protrusion 39 is continuous with the large-diameter portion 32, such as the right-angled triangle, rectangle, quarter circle, concave, and asymmetric trapezoidal press-fitting protrusions 39, respectively. Even if it does not have a constricted part, it is allowed to be applied. However, since the metal inflow portion cannot be secured when the joining auxiliary member 30 is press-fitted into the upper plate 10 as described above, the effect of improving the temporary restraint property cannot be expected so much. However, since the rotation suppression effect described above can be expected, it is preferable to have the press-fitting protrusion 39 on the outer peripheral surface of the small-diameter portion 31 even in such a form.
  • the press-fitting protrusion 39 is not provided in the small diameter portion 31. It is also effective to make the body diameter of the small-diameter portion 31 multi-stage and partially provide a “neck”. Specifically, as shown in FIGS. 33A to 33H, a medium diameter portion 34 smaller than the maximum outer diameter of the large diameter portion 32 is provided on the outer peripheral surface of the small diameter portion 31 in the joining auxiliary member 30. The medium diameter portion 34 is not in contact with the large diameter portion 32 and is continuous (FIGS.
  • the joining assisting member 30 is not easily detached according to the same principle as described in the embodiment in which the press-fitting protrusion 39 is provided on the joining assisting member 30. That is, the Al alloy or Mg alloy undergoes elastic deformation and further plastic deformation when the medium diameter portion 34 passes during the press-fitting of the joining auxiliary member 30, and the elastic deformation returns when the press-fitting progresses to the small diameter portion 31. Thereby, metal inflow occurs and becomes a barrier factor against the force by which the joining auxiliary member 30 is pushed back.
  • the intermediate diameter portion 34 may be provided only partially, that is, intermittently as shown in FIGS. 33B and 33D.
  • the intermittent shape as in the case where the press-fitting protrusion 39 is provided, when the small-diameter portion 31 as the insertion portion of the joining auxiliary member 30 has a perfect circle shape, the upper plate 10 and the lower plate 20 are relatively relative after welding. This is expected to prevent rotation easily.
  • the large-diameter portion 32 and the medium-diameter portion 34 are the joining auxiliary member 30 that is continuous when viewed from the longitudinal direction (insertion direction) of the joining auxiliary member 30. Is also acceptable to apply. However, since the metal inflow portion cannot be secured when the joining auxiliary member 30 is press-fitted into the upper plate 10 as described above, the effect of improving the temporary restraint and the effect of suppressing the rotation cannot be expected. However, if the middle diameter portion 34 is intermittent, only the rotation suppression effect is obtained.
  • the joining auxiliary member 30 in the present embodiment can also have a shape in which the small diameter portion 31 is stacked on the upper side of the large diameter portion 32.
  • the side opposite to the insertion direction that is driven into the Al alloy or Mg alloy is at a position higher than the surface of the upper plate 10 (in FIG. 35B and FIG. 35C, defined as the protruding portion 35). Does not affect the joint strength.
  • the board thickness of the upper board 10 and the lower board 20 is 5.0 mm or less. It is desirable to be. On the other hand, considering the heat input of arc welding, if the plate thickness is excessively thin, it will melt during welding and welding is difficult, so it is desirable that both the upper plate 10 and the lower plate 20 be 0.5 mm or more. .
  • the upper plate 10 can firmly join the Al alloy or Mg alloy, and the lower plate 20 can firmly join the steel material.
  • the adhesive 60 around the welded portion at the joint surface of the upper plate 10 and the lower plate 20 may be applied annularly over the entire circumference.
  • it may be applied to the entire joint surface. Thereby, the electrolytic corrosion rate of the upper plate 10, the lower plate 20, and the weld metal 40 can be lowered.
  • the adhesive 60 may be applied to at least one opposing surface between the joining auxiliary member 30 and the upper plate 10 facing the joining auxiliary member 30.
  • the electrolytic corrosion rate of the upper board 10, the joining auxiliary member 30, and the weld metal 40 can be lowered.
  • FIG. 25 when the arc welding is in a horizontal or upward posture, it is possible to prevent the joining auxiliary member 30 from falling due to gravity by applying the adhesive 60, and welding. Can be constructed properly.
  • an adhesive 60 may be applied to a boundary portion between the large diameter portion 32 of the joining auxiliary member 30 and the surface of the upper plate 10 as in the modification shown in FIGS. 38A and 38B. Further, as shown in FIG. 38C, an adhesive 60 may be applied so as to cover and hide the entire large diameter portion 32. Thereby, the joining auxiliary member 30 and the surface on the exposed surface side where the Al alloy or Mg alloy contacts, the hidden surface under the large-diameter portion 32 in the joining auxiliary member 30, and the punched end face by the joining auxiliary member 30 The effect of reducing the rate of electrolytic corrosion can be obtained. Further, if the adhesive application is performed before arc welding, an effect of temporarily fixing the joining auxiliary member 30 to the upper plate 10 can be obtained.
  • the adhesive can be applied before the welding process (in the punching process) or after the filling welding process.
  • the joining auxiliary member 30 is not limited to means for suppressing electrolytic corrosion by an adhesive or a sealing material, but is also used as an electrical base element or processed product in order to prevent its own rusting or electrolytic corrosion occurring between the aluminum plate and the like. It is even better to perform a surface treatment to form a film such as an insulating material or a passive material. Examples include zinc plating, chromium plating, nickel plating, aluminum plating, tin (tin) plating, resin coating, and ceramic coating.
  • the upper plate 10 and the lower plate 20 can be firmly joined to each other regardless of the open cross-section structure or the closed cross-section structure. Furthermore, by using an adhesive in combination, it is possible to improve the bonding strength and prevent corrosion. Further, since the welding method of this embodiment can be said to be spot welding with a small joining area, this joining method is shown in FIGS. 39A to 39C when joining the overlapping portions J of practical members having a certain joining area. As shown, multiple implementations may be performed. Thereby, strong joining is performed in the overlapping portion J. Although this embodiment can be used for an open cross-sectional structure as shown in FIGS. 39B and 39C, it can be suitably used particularly for a closed cross-sectional structure as shown in FIG. 39A.
  • the joining auxiliary member 30 is embedded in the upper plate 10 as a pre-welding process in this joining method. It is also possible. Since the joining auxiliary member 30 embedded in the upper plate 10 does not protrude on the surface of the upper plate 10, it is easy to press-mold Al or Mg base material using a mold after embedding, and thereafter As a process, it is possible to join together with the lower plate 20. Of course, this welding method can be manufactured without separating the open cross-section member and the closed cross-section member.

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Abstract

アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金と、鋼の異材を、安価なアーク溶接設備を用いて、強固かつ信頼性の高い品質で接合でき、かつ開断面構造にも閉断面構造にも制限無く適用できる、異材接合用アーク溶接法を提供する。異材溶接継手（１）は、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の上板（１０）と、上板（１０）にアーク溶接された、鋼製の下板（２０）と、鋼製の接合補助部材（３０）と、を備える。接合補助部材（３０）は、大径部（３２）と小径部（３１）とを持った段付きの外形形状を有し、大径部（３２）及び小径部（３１）を貫通する中空部（３３）が形成される。接合補助部材（３０）は、上板（１０）を打ち抜くことにより形成される穴（１１）に圧入され、中空部（３３）は、鉄合金、または、Ｎｉ合金の溶接金属（４０）で充填される。

Description

異材接合用アーク溶接法
　本発明は、異材接合用アーク溶接法に関する。
　自動車を代表とする輸送機器には、（ａ）有限資源である石油燃料消費、（ｂ）燃焼に伴って発生する地球温暖化ガスであるＣＯ２、（ｃ）走行コストといった各種の抑制を目的として、走行燃費の向上が常に求められている。その手段としては、電気駆動の利用など動力系技術の改善の他に、車体重量の軽量化も改善策の一つである。軽量化には現在の主要材料となっている鋼を、軽量素材であるアルミニウム合金、マグネシウム合金、炭素繊維などに置換する手段がある。しかし、全てをこれら軽量素材に置換するには、高コスト化や強度不足になる、といった課題があり、解決策として鋼と軽量素材を適材適所に組み合わせた、いわゆるマルチマテリアルと呼ばれる設計手法が注目を浴びている。
　鋼と上記軽量素材を組み合わせるには、必然的にこれらを接合する箇所が出てくる。鋼同士やアルミニウム合金同士、マグネシウム合金同士では容易である溶接が、異材では極めて困難であることが知られている。この理由として、鋼とアルミニウムあるいはマグネシウムの溶融混合部には極めて脆い性質である金属間化合物（ＩＭＣ）が生成し、引張や衝撃といった外部応力で溶融混合部が容易に破壊してしまうことにある。このため、抵抗スポット溶接法やアーク溶接法といった溶接法が異材接合には採用できず、他の接合法を用いるのが一般的である。鋼と炭素繊維の接合も、後者が金属ではないことから溶接を用いることができない。
　従来の異材接合技術の例としては、鋼素材と軽量素材の両方に貫通穴を設けてボルトとナットで上下から拘束する手段があげられる。また、他の例としては、かしめ部材を強力な圧力をかけて片側から挿入し、かしめ効果によって拘束する手段が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　さらに、他の例としては、アルミ合金素材に鋼製の接合部材をポンチとして押し込むことで穴あけと接合部材を仮拘束し、次に鋼素材と重ね合わせ、上下両方から銅電極にて挟み込んで、圧力と高電流を瞬間的に与えて鋼素材と接合部材を抵抗溶接する手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
　また、他の例としては、摩擦攪拌接合ツールを用いてアルミ合金と鋼の素材同士を直接接合する手段も開発されている（例えば、特許文献３参照）。
日本国特開２００２－１７４２１９号公報 日本国特開２００９－２８５６７８号公報 日本国特許第５０４４１２８号公報
　しかしながら、ボルトとナットによる接合法は、鋼素材と軽量素材が閉断面構造を構成するような場合（図３９Ａ参照）、ナットを入れることができず適用できない。また、適用可能な開断面構造の継手の場合（図３９Ｂ、図３９Ｃ参照）でも、ナットを回し入れるのに時間を要し能率が悪いという課題がある。
　また、特許文献１に記載の接合法は、比較的容易な方法ではあるが、鋼の強度が高い場合には挿入できない問題があり、且つ、接合強度は摩擦力とかしめ部材の剛性に依存するので、高い接合強度が得られないという問題がある。また、挿入に際しては表・裏両側から治具で押さえ込む必要があるため、閉断面構造には適用できないという課題もある。
　さらに、特許文献２に記載の接合法も、閉断面構造には適用できず、また、抵抗溶接法は設備が非常に高価であるという課題がある。
　特許文献３に記載の接合法は、アルミ合金素材を低温領域で塑性流動させながら鋼素材面に圧力をかけることで、両素材が溶融し合うことがなく、金属間化合物の生成を防止しながら金属結合力が得られるとされ、鋼と炭素繊維も接合可能という研究成果もある。しかしながら、本接合法も閉断面構造には適用できず、また高い圧力を必要とするので機械的に大型となり、高価であるという問題がある。また、接合力としてもそれほど高くならない。
　したがって、既存の異材接合技術は、（ｉ）部材や開先形状が開断面構造に限定される、（ｉｉ）接合強度が低い、（ｉｉｉ）設備コストが高価であるといった一つ以上の問題を持っている。このため、種々の素材を組み合わせたマルチマテリアル設計を普及させるためには、（ｉ’）開断面構造と閉断面構造の両方に適用できる、（ｉｉ’）接合強度が十分に高く、かつ信頼性も高い、（ｉｉｉ’）低コストであるという全ての要素を兼ね備えた、使いやすい新技術が求められている。
　本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミニウム合金（以下「Ａｌ合金」とも言う）もしくはマグネシウム合金（以下、「Ｍｇ合金」とも言う）と鋼の異材を、既に世に普及している安価なアーク溶接設備を用いて、強固かつ信頼性の高い品質で接合でき、かつ開断面構造にも閉断面構造にも制限無く適用できる、異材接合用アーク溶接法を提供することにある。
　ここで、Ａｌ合金もしくはＭｇ合金と鋼を溶融接合させようとすると、上述したように金属間化合物（ＩＭＣ）の生成が避けられない。一方、鋼同士の溶接は最も高い接合強度と信頼性を示すことは、科学的にも実績的にも自明である。
　そこで、本発明者は、鋼同士の溶接を結合力として用い、さらに拘束力を利用して異材の接合を達成する手段を考案した。
　従って、本発明の上記目的は、下記（１）の構成により達成される。
（１）　アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の第１の板と、鋼製の第２の板と、を接合する異材接合用アーク溶接法であって、
　大径部と、該大径部よりも最大外径が小さい小径部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、該大径部及び該小径部を貫通する中空部が形成され、該大径部及び該小径部の合計高さが前記第１の板の板厚以上である鋼製の接合補助部材を、前記小径部が前記第１の板に面するように配置し、前記接合補助部材に圧力をかけて前記第１の板を打ち抜く工程と、
　前記第１の板と前記第２の板を重ね合わせる工程と、
　以下の（ａ）～（ｅ）のいずれかの手法によって、前記接合補助部材の中空部を溶接金属で充填すると共に、前記溶接金属を前記第２の板に裏波が出る状態まで溶け込ませて、前記第２の板及び前記接合補助部材を溶接する工程と、
を備える異材接合用アーク溶接法。
（ａ）鉄合金、または、Ｎｉ合金の前記溶接金属が得られる溶接ワイヤを溶極として用いるガスシールドアーク溶接法。
（ｂ）前記溶接ワイヤを溶極として用いるノンガスアーク溶接法。
（ｃ）前記溶接ワイヤを非溶極フィラーとして用いるガスタングステンアーク溶接法。
（ｄ）前記溶接ワイヤを非溶極フィラーとして用いるプラズマアーク溶接法。
（ｅ）鉄合金、または、Ｎｉ合金の前記溶接金属が得られる被覆アーク溶接棒を溶極として用いる被覆アーク溶接法。
　また、本発明の好ましい実施形態は、以下の（２）～（１１）に関するものである。
（２）　前記小径部の外周面には、少なくとも１つの圧入用突起部が設けられる、上記（１）に記載の異材接合用アーク溶接法。
（３）　前記小径部の外周面には、前記大径部の最大外径よりも小さい中径部が、該大径部と接触することなく、且つ、該外周面に沿って連続的または断続的に設けられる、上記（１）に記載の異材接合用アーク溶接法。
（４）　前記重ね合わせ工程の前に、前記第１の板と前記第２の板の少なくとも一方の重ね合わせ面に対し、前記打ち抜き工程により形成された前記第１の板における穴の周囲に、全周に亘って接着剤を塗布する工程を、さらに備える、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の異材接合用アーク溶接法。
（５）　前記打ち抜き工程において、前記接合補助部材と、該接合補助部材と対向する前記第１の板との間の少なくとも一方の対向面に、接着剤を塗布する、上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の異材接合用アーク溶接法。
（６）　前記打ち抜き工程の際、または、前記充填溶接工程後に、少なくとも前記接合補助部材と前記第１の板の表面との境界部に接着剤を塗布する、上記（１）～（５）のいずれか１つに記載の異材接合用アーク溶接法。
（７）　前記接合補助部材の小径部における前記第１の板からの張り出し量が、前記第１の板の板厚に対し２５％以下である、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の異材接合用アーク溶接法。
（８）　前記充填溶接工程において、前記第１の板及び前記第２の板が互いに密着する方向に押圧可能な加圧機構を有し、
　前記加圧機構が前記第１の板及び前記第２の板が互いに密着するように押圧しながら、前記第２の板及び前記接合補助部材を溶接する、上記（１）～（７）のいずれか１つに記載の異材接合用アーク溶接法。
（９）　前記加圧機構は、前記充填溶接工程において使用する溶接トーチに備えられ、前記第１の板及び前記接合補助部材の少なくとも一方と当接する押し付け部を有する、上記（８）に記載の異材接合用アーク溶接法。
（１０）　前記接合補助部材の大径部の露出面が、前記第１の板の表面と略同一または外側に位置するようにして前記第１の板を打ち抜く、上記（１）～（９）のいずれか１つに記載の異材接合用アーク溶接法。
（１１）　前記充填溶接工程において、前記接合補助部材の中空部を溶接金属で充填するに際し、前記接合補助部材の表面上に余盛りを形成する、上記（１）～（１０）のいずれか１つに記載の異材接合用アーク溶接法。
　本発明によれば、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金と、鋼との異材を、安価なアーク溶接設備を用いて、強固かつ信頼性の高い品質で接合でき、かつ開断面構造にも閉断面構造にも制限無く適用できる。
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る異材溶接継手の斜視図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩ－Ｉ線に沿った異材溶接継手の断面図である。 図２は、本実施形態の接合補助部材の斜視図及び断面図である。 図３Ａは、本実施形態の異材接合用アーク溶接法の打ち抜き作業（ステップＳ１）を示す図である。 図３Ｂは、打ち抜き作業の一例の第１工程を示す図である。 図３Ｃは、打ち抜き作業の一例の第２工程を示す図である。 図３Ｄは、打ち抜き作業の一例の第３工程を示す図である。 図３Ｅは、打ち抜き作業の一例の第４工程を示す図である。 図３Ｆは、本実施形態の異材接合用アーク溶接法の重ね合わせ作業（ステップＳ２）を示す図である。 図３Ｇは、本実施形態の異材接合用アーク溶接法の溶接作業（ステップＳ３）を示す図である。 図４Ａは、アルミ製の上板と鋼製の下板を重ねて貫通溶接した比較例としての異材溶接継手の斜視図である。 図４Ｂは、図４Ａの異材溶接継手の断面図である。 図５Ａは、図４Ａの異材溶接継手にせん断引張が作用した状態を示す断面図である。 図５Ｂは、図５Ａの異材溶接継手を示す斜視図である。 図６Ａは、図４Ａの異材溶接継手に上下剥離引張が作用した状態を示す断面図である。 図６Ｂは、図６Ａの異材溶接継手を示す斜視図である。 図７Ａは、穴を有するアルミ製の上板と鋼製の下板を重ねて貫通溶接した比較例としての異材溶接継手の斜視図である。 図７Ｂは、図７Ａの異材溶接継手の断面図である。 図８Ａは、図７Ａの異材溶接継手にせん断引張が作用した状態を示す断面図である。 図８Ｂは、図７Ａの異材溶接継手にせん断引張が作用し、接合部が９０°近くずれた状態を示す斜視図である。 図９Ａは、図７Ａの異材溶接継手に上下剥離引張が作用した状態を示す断面図である。 図９Ｂは、図９Ａの異材溶接継手を示す斜視図である。 図１０Ａは、上台座、下台座及び加圧機構により構成される圧入装置を用いた打ち抜き作業の一例を示す図である。 図１０Ｂは、上台座、下台座及び加圧機構により構成される圧入装置を用いた打ち抜き作業の別例を示す図である。 図１０Ｃは、打ち抜き作業により接合補助部材が圧入された状態のアルミ製の上板を示す図である。 図１１は、下板に、接合補助部材が圧入された上板を重ね合わせた状態における、ギャップＧを説明するための断面図である。 図１２Ａは、充填溶接工程において、上板及び下板を加圧するための加圧機構の第１例を示す斜視図である。 図１２Ｂは、充填溶接工程において、上板及び下板を加圧するための加圧機構の第２例を示す斜視図である。 図１２Ｃは、充填溶接工程において、上板及び下板を加圧するための加圧機構の第３例を示す斜視図である。 図１２Ｄは、充填溶接工程において、上板及び下板を加圧するための加圧機構の第４例を示す斜視図である。 図１３は、下板に、接合補助部材が圧入された上板を重ね合わせた状態における張り出し量Ｐを説明するための断面図である。 図１４Ａは、本実施形態の異材溶接継手の断面図である。 図１４Ｂは、図１４Ａの異材溶接継手に上下剥離引張が作用した状態を示す斜視図である。 図１５Ａは、本実施形態の接合補助部材の正面図である。 図１５Ｂは、接合補助部材の第１変形例を示す正面図である。 図１５Ｃは、接合補助部材の第２変形例を示す正面図である。 図１５Ｄは、接合補助部材の第３変形例を示す正面図である。 図１５Ｅは、接合補助部材の第４変形例を示す正面図である。 図１６Ａは、接合補助部材の第５変形例を示す側面図である。 図１６Ｂは、接合補助部材の第６変形例を示す側面図である。 図１６Ｃは、接合補助部材の第７変形例を示す側面図である。 図１７は、接合補助部材の他の役割を説明するための本実施形態の異材溶接継手の断面図である。 図１８Ａは、接合補助部材の上板への押込み量を説明するための第１例を示す図である。 図１８Ｂは、接合補助部材の上板への押込み量を説明するための第２例を示す図である。 図１８Ｃは、接合補助部材の上板への押込み量を説明するための第３例を示す図である。 図１８Ｄは、接合補助部材の上板への押込み量を説明するための第４例を示す図である。 図１９Ａは、接合補助部材の第８変形例を示す正面図である。 図１９Ｂは、接合補助部材の第９変形例を示す正面図である。 図１９Ｃは、接合補助部材の第１０変形例を示す正面図である。 図１９Ｄは、接合補助部材の第１１変形例を示す正面図である。 図１９Ｅは、接合補助部材の第１２変形例を示す正面図である。 図１９Ｆは、接合補助部材の第１３変形例を示す正面図である。 図１９Ｇは、接合補助部材の第１４変形例を示す正面図である。 図２０は、接合補助部材の第１５変形例を示す斜視図である。 図２１は、接合補助部材の第１６変形例を示す側面図である。 図２２Ａは、余盛りが形成されない異材溶接継手を示す断面図である。 図２２Ｂは、図２２Ａの異材溶接継手に板厚方向（３次元方向）の外部応力が作用した状態を示す断面図である。 図２３は、余盛りが形成された異材溶接継手に板厚方向（３次元方向）の外部応力が作用した状態を示す断面図である。 図２４Ａは、溶接金属の溶込みを説明するための異材溶接継手の断面図（裏波を有する場合）である。 図２４Ｂは、溶接金属の溶込みを説明するための異材溶接継手の断面図（裏波を有さない場合）である。 図２５は、横向き姿勢でアーク溶接が施されている状態を示す図である。 図２６Ａは、本実施形態の圧入用突起部を有する接合補助部材を示す斜視図である。 図２６Ｂは、圧入用突起部を有する接合補助部材の側面図、及びＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 図２７は、圧入用突起部を有する接合補助部材が上板に圧入される場合の保持機構を説明するための図である。 図２８Ａは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１変形例の要部側面図である。 図２８Ｂは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第２変形例の要部側面図である。 図２８Ｃは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第３変形例の要部側面図である。 図２８Ｄは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第４変形例の要部側面図である。 図２８Ｅは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第５変形例の要部側面図である。 図２８Ｆは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第６変形例の要部側面図である。 図２８Ｇは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第７変形例の要部側面図である。 図２８Ｈは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第８変形例の要部側面図である。 図２８Ｉは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第９変形例の要部側面図である。 図２８Ｊは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１０変形例の要部側面図である。 図２８Ｋは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１１変形例の要部側面図である。 図２９Ａは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１２変形例の斜視図である。 図２９Ｂは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１３変形例の斜視図である。 図２９Ｃは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１４変形例の斜視図である。 図３０Ａは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１４変形例の側面図、及びＸＸＸａ－ＸＸＸａ線に沿った断面図である。 図３０Ｂは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１５変形例の側面図、及びＸＸＸｂ－ＸＸＸｂ線に沿った断面図である。 図３０Ｃは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１６変形例の側面図、及びＸＸＸｃ－ＸＸＸｃ線に沿った断面図である。 図３０Ｄは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１７変形例の側面図、及びＸＸＸｄ－ＸＸＸｄ線に沿った断面図である。 図３０Ｅは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１８変形例の側面図、及びＸＸＸｅ－ＸＸＸｅ線に沿った断面図である。 図３１Ａは、本実施形態の異材溶接継手の断面図である。 図３１Ｂは、図３１ＡのＸＸＸＩ－ＸＸＸＩ線に沿った断面図である。 図３２Ａは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第１９変形例の要部側面図である。 図３２Ｂは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第２０変形例の要部側面図である。 図３２Ｃは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第２１変形例の要部側面図である。 図３２Ｄは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第２２変形例の要部側面図である。 図３２Ｅは、圧入用突起部を有する接合補助部材の第２３変形例の要部側面図である。 図３３Ａは、本実施形態の中径部を有する接合補助部材の斜視図及び側面図である。 図３３Ｂは、中径部を有する接合補助部材の第１変形例の斜視図及び側面図である。 図３３Ｃは、中径部を有する接合補助部材の第２変形例の斜視図及び側面図である。 図３３Ｄは、中径部を有する接合補助部材の第３変形例の斜視図及び側面図である。 図３３Ｅは、中径部を有する接合補助部材の第４変形例の斜視図及び側面図である。 図３３Ｆは、中径部を有する接合補助部材の第５変形例の斜視図及び側面図である。 図３３Ｇは、中径部を有する接合補助部材の第６変形例の斜視図及び側面図である。 図３３Ｈは、中径部を有する接合補助部材の第７変形例の斜視図及び側面図である。 図３４Ａは、中径部を有する接合補助部材の第８変形例の斜視図及び側面図である。 図３４Ｂは、中径部を有する接合補助部材の第９変形例の斜視図及び側面図である。 図３４Ｃは、中径部を有する接合補助部材の第１０変形例の斜視図及び側面図である。 図３４Ｄは、中径部を有する接合補助部材の第１１変形例の斜視図及び側面図である。 図３５Ａは、接合補助部材の第２４変形例を示す側面図である。 図３５Ｂは、継手強度に影響を及ぼさない、接合補助部材における突出部を説明するための第１例を示す図である。 図３５Ｃは、継手強度に影響を及ぼさない、接合補助部材における突出部を説明するための第２例を示す図である。 図３５Ｄは、継手強度に影響を及ぼさない、接合補助部材における突出部を説明するための第３例を示す図である。 図３５Ｅは、継手強度に影響を及ぼさない、接合補助部材における突出部を説明するための第４例を示す図である。 図３５Ｆは、継手強度に影響を及ぼさない、接合補助部材における突出部を説明するための第５例を示す図である。 図３５Ｇは、継手強度に影響を及ぼさない、接合補助部材における突出部を説明するための第６例を示す図である。 図３６Ａは、異材接合用アーク溶接法の第１変形例を説明するための上板と下板の斜視図である。 図３６Ｂは、異材接合用アーク溶接法の第１変形例を説明するための上板と下板の断面図である。 図３７Ａは、異材接合用アーク溶接法の第２変形例を説明するための上板と下板の斜視図である。 図３７Ｂは、異材接合用アーク溶接法の第２変形例を説明するための上板と下板の断面図である。 図３８Ａは、異材接合用アーク溶接法の第３変形例を説明するための異材溶接継手の斜視図である。 図３８Ｂは、異材接合用アーク溶接法の第３変形例を説明するための異材溶接継手の断面図である。 図３８Ｃは、異材接合用アーク溶接法の第４変形例を説明するための異材溶接継手の断面図である。 図３９Ａは、本実施形態の異材溶接継手が適用された閉断面構造を示す斜視図である。 図３９Ｂは、本実施形態の異材溶接継手が適用された、Ｌ字板と平板による開断面構造を示す斜視図である。 図３９Ｃは、本実施形態の異材溶接継手が適用された、２枚の平板による開断面構造を示す斜視図である。 図４０は、異材接合用アーク溶接法の第５変形例（開断面部材の製造方法）を示す図である。 図４１は、異材接合用アーク溶接法の第６変形例（閉断面部材の製造方法を示す図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る異材接合用アーク溶接法を図面に基づいて詳細に説明する。
　本実施形態の異材接合用アーク溶接法は、互いに重ね合わせされる、Ａｌ合金もしくはＭｇ合金製の上板１０（第１の板）と、鋼製の下板２０（第２の板）とを、鋼製の接合補助部材３０を介して、後述するアーク溶接法によって接合することで、図１Ａ及び図１Ｂに示すような異材溶接継手１を得るものである。
　上板１０の板厚以上の高さを有する接合補助部材３０を上板１０上に配置し、接合補助部材３０に圧力をかけて上板１０を打ち抜くことにより、上板１０に穴１１を形成する。打ち抜き加工により圧入された接合補助部材３０は、穴１１の周囲のＡｌ合金もしくはＭｇ合金材料から圧力を受けて、軽く拘束された状態となって固定される。
　図２に示すように、接合補助部材３０は、大径部３２と、大径部３２よりも最大外径が小さい小径部３１とを持った段付きの外形形状を有する。また、接合補助部材３０には、小径部３１及び大径部３２を貫通する中空部３３が形成される。なお、大径部３２の外形形状は、図２や図１５Ａに示すような円形に限定されず、接合補助部材３０の圧入により形成された貫通部（穴１１）をアーク溶接後に塞いでいれば、任意の形状とすることができる。つまり、図１５Ｂ～図１５Ｅに示す四角形以上の多角形でもよい。また、図１５Ｃに示すように、多角形の角部を丸くしてもよい。
　さらに、接合補助部材３０の中空部３３には、アーク溶接によってフィラー材（溶接材料）が溶融した、鉄合金、または、Ｎｉ合金の溶接金属４０が充填されると共に、溶接金属４０と、溶融された下板２０及び接合補助部材３０の一部とによって溶融部Ｗが形成される。
　以下、異材溶接継手１を構成する異材接合用アーク溶接法について、図３Ａ～図３Ｇを参照して説明する。
　まず、図３Ａに示すように、上板（第１の板）１０の板厚以上の高さを有する接合補助部材３０を上板１０上に配置し、接合補助部材３０に圧力をかけて上板１０を打ち抜くことにより、上板１０に穴１１を形成しつつ、接合補助部材３０を上板１０に圧入する（ステップＳ１）。
　次に、図３Ｆに示すように、接合補助部材３０が圧入された上板１０と、下板２０を重ね合わせる重ね合わせ作業を行う（ステップＳ２）。そして、図３Ｇに示すように、以下に詳述する（ａ）溶極式ガスシールドアーク溶接法、（ｂ）ノンガスアーク溶接法、（ｃ）ガスタングステンアーク溶接法、（ｄ）プラズマアーク溶接法、（ｅ）被覆アーク溶接法のいずれかのアーク溶接作業を行うことで、上板１０と下板２０とを接合する（ステップＳ３）。なお、図３Ｇは、（ａ）溶極式ガスシールドアーク溶接法を用いてアーク溶接作業が行われた場合を示している。
　ステップＳ１の打ち抜き作業を行うにあたり、接合補助部材３０は大径部３２及び小径部３１を有しており、大径部３２及び小径部３１の合計高さが上板１０の板厚以上となっている。また、接合補助部材３０における小径部３１が上板１０に面するように配置される。
　ステップＳ１の打ち抜き作業の具体的な手法としては、図３Ｂ～図３Ｅに示すように、接合補助部材３０自体をポンチとして、上板１０が配置された下台座５０に対して、接合補助部材３０が固定された上台座５１を接近させ、打抜き加工を施すことが挙げられる。この場合、中空部３３に母材片Ｍが入り込んだままとなることが希にあり、アーク溶接時の邪魔になるので、その場合には母材片Ｍを取り除くことが必要である。
　また、ステップＳ３のアーク溶接作業は、上板１０の穴１１内の溶接金属４０を介して接合補助部材３０と下板２０を接合し、かつ接合補助部材３０に設けられた中空部３３を充填するために必要とされる。したがって、アーク溶接には充填材となるフィラー材（溶接材料）の挿入が不可欠となる。具体的に、以下の４つのアーク溶接法により、フィラー材が溶融して溶接金属４０が形成される。
　（ａ）　溶極式ガスシールドアーク溶接法は、一般的にＭＡＧ（マグ）やＭＩＧ（ミグ）と呼ばれる溶接法であり、ソリッドワイヤもしくはフラックス入りワイヤをフィラー兼アーク発生溶極として用い、ＣＯ２，Ａｒ，Ｈｅといったシールドガスで溶接部を大気から遮断して健全な溶接部を形成する手法である。
　（ｂ）ノンガスアーク溶接法は、セルフシールドアーク溶接法とも呼ばれ、特殊なフラックス入りワイヤをフィラー兼アーク発生溶極として用い、一方、シールドガスを不要として、健全な溶接部を形成する手段である。
　（ｃ）ガスタングステンアーク溶接法は、ガスシールドアーク溶接法の一種であるが非溶極式であり、一般的にＴＩＧ（ティグ）とも呼ばれる。シールドガスは、ＡｒまたはＨｅの不活性ガスが用いられる。タングステン電極と母材との間にはアークが発生し、フィラーワイヤはアークに横から送給される。
　一般的に、フィラーワイヤは通電されないが、通電させて溶融速度を高めるホットワイヤ方式ＴＩＧもある。この場合、フィラーワイヤにはアークは発生しない。
　（ｄ）プラズマアーク溶接法はＴＩＧと原理は同じであるが、ガスの２重系統化と高速化によってアークを緊縮させ、アーク力を高めた溶接法である。
　（ｅ）被覆アーク溶接法は、金属の芯線にフラックスを塗布した被覆アーク溶接棒をフィラーとして用いるアーク溶接法であり、シールドガスは不要である。
　フィラー材（溶接材料）の材質については、溶接金属４０がＦｅ合金となるものであれば、一般的に用いられる溶接用ワイヤまたは溶接棒が適用可能である。なお、Ｎｉ合金でも鉄との溶接には不具合を生じないので適用可能である。
　具体的には、ＪＩＳとして（ａ）Ｚ３３１２，Ｚ３３１３，Ｚ３３１７，Ｚ３３１８，Ｚ３３２１，Ｚ３３２３，Ｚ３３３４、（ｂ）Ｚ３３１３、（ｃ）Ｚ３３１６，Ｚ３３２１，Ｚ３３３４，（ｄ）Ｚ３２１１，Ｚ３２２１，Ｚ３２２３，Ｚ３２２４、ＡＷＳ（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｓｏｃｉｅｔｙ）として、（ａ）Ａ５．９，Ａ５．１４，Ａ５．１８，Ａ５．２０，Ａ５．２２，Ａ５．２８，Ａ５．２９，Ａ５．３４、（ｂ）Ａ５．２０、（ｃ）Ａ５．９，Ａ５．１４，Ａ５．１８，Ａ５．２８，（ｄ）Ａ５．１，Ａ５．４，Ａ５．５，Ａ５．１１といった規格材が流通している。
　これらのアーク溶接法を用いて接合補助部材３０の中空部３３をフィラー材で充填するが、一般的にフィラーワイヤもしくは溶接棒の狙い位置は移動させる必要がなく、適切な送給時間を経てアークを切って溶接終了させれば良い。ただし、中空部３３の面積が大きい場合は、フィラーワイヤもしくは溶接棒の狙い位置を中空部３３内で円を描くように移動させても良い。
　以上の作業によって、Ａｌ合金やＭｇ合金製の上板１０と鋼製の下板２０は高い強度で接合される。
　以下、上記アーク溶接法において使用される鋼製の接合補助部材３０の役割について説明する。
　まず、接合補助部材を使用せず、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、単純にアルミ製の上板１０と鋼製の下板２０とを重ね、上板側から鋼もしくはニッケル合金製溶接ワイヤを用いたアーク溶接を定点で一定時間保持したアークスポット溶接を行った場合、形成される溶接金属４０ａはアルミと鋼、もしくはアルミと鋼とニッケルの合金となる。この合金は、アルミ含有量が多いので脆性的特性である金属間化合物（ＩＭＣ）を呈している。
　このような異材溶接継手１００ａは、一見接合されている様に見えても、横方向に引張応力がかかる（せん断引張）と、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、溶接金属４０ａが容易に破壊して、外れてしまう。また、縦方向に引張応力がかかる（剥離引張）場合でも、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、溶接金属４０ａが破断するか、もしくは溶接金属４０ａと上板１０の境界部あるいは溶接金属４０ａと下板２０の境界部が破断し、上板１０が抜けるようにして接合が外れてしまう。
　このように単にアルミ製の上板１０と鋼製の下板２０を重ねて、貫通溶接しようとしても、溶接金属４０ａは全部分が金属間化合物になってしまうので、せん断引張にも剥離引張にも弱く、溶接継手としては実用にならない。
　また、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、上板１０に適当なサイズの穴１１を開けておき、その穴１１を埋めるように鋼もしくはニッケル合金の溶接材料を溶かし込む手法が考えられる。
　この場合、溶接初期に形成される下板２０となっている鋼と溶接材料で形成される溶接金属４０ｂはアルミを溶かしていないので、金属間化合物は生成せず、高い強度と靱性を有しており、下板２０と強固に結合されている。また、上板１０に開けられた穴１１の内部に形成された溶接金属４０ｂは、アルミが溶融する割合が非常に少なく、金属間化合物の生成は大幅に抑制され、特に中心部は健全性を有している。
　ただし、上板１０に設けられた穴１１の近傍に限れば、アルミと鋼、あるいはアルミとニッケルの金属化合物層を形成する。このような異材溶接継手１００ｂに対し、図８Ａに示すように、せん断引張応力がかかった場合、下板側は強固に金属結合しているため、高い応力に耐える。一方、上板側は金属間化合物が穴周囲に形成されてはいるが、それが剥離して動くことは形状的にできないため、初期には上板１０、下板２０の母材が変形する。
　このため、ほぼ変形せずに脆性破断する図５Ａ及び図５Ｂの異材溶接継手１００ａと比較すると、変形能力の向上が見られる。しかし、母材の変形が進み、図８Ｂに示すように、接合部が９０°近く傾斜すると上下剥離引張と同じ状態になる。このようになると穴１１の周囲部に形成された金属間化合物が剥離し、上板１０が溶接部から容易に抜けてしまう。つまり、改善が不十分である。
　この結果は、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、上下引張方向試験でも無論同じである。
　上記２つの異材溶接継手１００ａ、１００ｂにおける課題から、せん断方向及び上下剥離方向の応力にも耐えるように、さらなる改良を施したのが本実施形態である。
　すなわち、図３Ａ～図３Ｄに示すように、上板１０となるアルミ板に対して、中心に穴が空いている鋼製の接合補助部材３０を圧入する。接合補助部材３０は上板１０の板厚以上の高さを有するため、接合補助部材３０が圧入された個所のその箇所のアルミ板は抜け落ちる（ステップＳ１：打ち抜き工程）。さらに、接合補助部材３０は周囲のアルミ板から圧力を受けて、軽く拘束された状態となって固定される（図１０Ｃ参照）。
　接合補助部材３０を上板１０に圧入するための圧入装置としては、例えば、図１０Ａまたは図１０Ｂに示すように、接合補助部材３０を上板１０に押し込むための上台座５１と、それを動かすための加圧機構８０、及び上板１０の裏側を受け止めるための下台座５０で構成される。なお、図１０Ａは接合補助部材３０を１個ずつ圧入するための圧入装置を示しており、図１０Ｂは接合補助部材３０を複数同時に圧入するための圧入装置を示している。
　上台座５１と接合補助部材３０は、例えば、磁力や機械的機構によって一時的に保持され、圧入完了後は加圧方向（図１０Ａまたは図１０Ｂ中の矢印）と逆方向に上台座５１を引き上げることで、接合補助部材３０を離脱させることができる。ここで、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、下台座５０は接合補助部材３０の挿入径以上の中空部を有しており、圧入によって抜き打ちされたＡｌ合金もしくはＭｇ合金の不要部を蓄積、あるいは排除することができる。なお、負圧による吸引機構を設けても良い。
　また、これら一対の機構（上台座５１，下台座５０）は単独で装置としても良いし、複数を同時に駆動させる機構を持った装置としても良い。また、これらは定置式としても良いし、産業用多関節ロボットに持たせ、自由に場所を移動出来るようにしても良い。
　次のステップとして、接合補助部材３０が仮固定されたＡｌ合金もしくはＭｇ合金製の上板１０と鋼製の下板２０を、接合すべき位置に合わせて重ね合わせる（ステップＳ２：重ね合わせ工程）。このとき、接合補助部材３０が仮固定された上板１０と下板２０とは出来る限り互いに密着している方が好ましい。
　図１１に示すように、上板１０と下板２０との間にギャップＧが存在している場合、後の工程において上板１０と下板２０とが溶接されたとしても、上板１０は下板２０との隙間分だけ自由移動が可能な状態となってしまい、接合制度が悪くなる（がたつきが生じてしまう）からである。
　加圧せずとも、上板１０及び下板２０の密着性が確保される場合には必ずしも充填溶接工程時における加圧機構は必要ないが、上板１０及び下板２０は充填溶接工程時において、互いに密着する方向に加圧されていることが好ましい。
　具体的には、加圧機構８０であるクランプ機構を使って上下から加圧する場合（図１２Ａを参照）、あるいは片側から加圧する場合（図１２Ｂを参照）が例として挙げられる。また、溶接トーチ９０に加圧用脚９２を設けて、ロボットなどの力で加圧する場合（図１２Ｃまたは図１２Ｄを参照）が例として挙げられる。
　上板１０と下板２０との間にギャップＧが存在している場合と同様の観点より、図１３に示すように、接合補助部材３０で上板１０を打ち抜いたときの、接合補助部材３０の小径部３１における上板１０からの張り出し量Ｐは少ないほど良い。張り出し量Ｐが多いほど、充填溶接後において、がたつきが生じる原因となり得る。具体的には、張り出し量Ｐは上板１０の板厚ＢＨに対し２５％以下とするのが良い（ただし、上板１０を確実に打ち抜くために、０％以上とする）。なお、より好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下である。
　このように溶接前準備が整ったら、接合補助部材３０における中空部３３内を充填するようにアーク溶接にて溶接金属４０を形成する。なお、アーク溶接用ワイヤや溶接棒先端の狙い位置は接合補助部材３０ではなく、上板１０の穴１１における下面と接する、鋼製の下板２０である。言い換えれば、接合補助部材３０における中空部３３内の壁と、下板２０に囲われた”るつぼ”状の空間は、アーク溶接によって鋳造された状態になる。
　このようにすると、断面としては接合補助部材３０、溶接金属４０、下板２０が強固な金属結合によって溶接接合されている状態になる。
　接合補助部材３０における先端部（小径部３１）による打ち抜き加工によって形成された穴径よりも幅広である接合補助部材３０の大径部３２は、上板１０表面と面一、もしくは外側に配置される。この大径部３２の最大の役割は、上下剥離応力に対する抵抗である。図１４Ａに示したように、外側に大径部３２を有する接合補助部材３０を適用することにより、上板１０と溶接金属４０の界面が剥離して抜けてしまう現象を防止することが可能となる。一般的には、図１４Ｂに示したように、溶接金属４０は、十分に塑性変形した後、破断する。なお、接合補助部材３０は、せん断方向の引張応力に対しても、初期応力に対して何ら悪影響を及ぼさないことは自明である。
　接合補助部材３０における大径部３２の外形形状は、そのメカニズム上、圧入による打ち抜きにより形成された穴１１を溶接後に塞いでいれば、任意の形状とすることができる。例えば、最も一般的な形状は図１５Ａに示すような円形であるが、図１５Ｂ～図１５Ｅに示す四角形以上の多角形でもよい。また、図１５Ｃに示すように、多角形の角部を丸くしてもよい。
　また、接合補助部材３０における大径部３２の断面形状は、図１６Ａに示すような、平たい円柱状だけでなく、図１６Ｂに示すような、上側（小径部３１側とは反対側）にテーパーが付いた形状、あるいは図１６Ｃに示すような、上側に丸みを持たせた形状など特に問わない。
　接合補助部材３０は面積が大きく、かつ厚さが大きいほど板厚方向(３次元方向)の外部応力に対して強度を増すため、好ましい。しかし、必要以上に大きいと重量増の要因や、上板１０表面からの張り出し量が過剰となることにより、美的外観劣化や近接する他の部材との干渉が生じるため、必要とされる設計に応じてサイズを決めることが好ましい。
　接合補助部材３０には、他にもいくつかの役割がある。その一つが上板１０の材料であるＡｌ合金やＭｇ合金の溶融を避けるための防護壁作用である。融点が低いＡｌ合金やＭｇ合金は、アークが当たることにより、その高熱で溶融してしまう。しかし、接合補助部材３０を介在させることで、アークがＡｌ合金やＭｇ合金に当たるのを物理的に防ぎ、溶融することを防止することができる。
　また、アークにより形成される溶融金属４０は高温であり、接触したＡｌ合金やＭｇ合金を侵食する場合があるため、アーク溶接中も接合補助部材３０が介在していることが好ましい。すなわち、アーク溶接の終了後に、接合補助部材３０の小径部３１が溶接金属４０と上板１０の間に残っていることが好ましい。
　アーク溶接の溶込み範囲が接合補助部材３０と下板２０のみとなれば、ＡｌやＭｇの溶接金属４０への希釈はゼロとなり、ＩＭＣは完全に防止される。なお、図１７に示すように、接合補助部材３０の半径方向における厚みが薄すぎると、アーク溶接時の入熱により、接合補助部材３０が融点に達して溶けてしまうおそれがある。この場合、さらにＡｌ合金やＭｇ合金まで溶かす可能性があることから、溶接入熱を鑑みて、適切な厚みの設計とする必要がある。
　接合補助部材３０における、上板１０への押込み量は特に制限されない。しかし、図１８Ａに示すように、接合部が上板１０の表面に対して凹んでしまうと、溶接後の継手に応力がかかった際、溶接金属４０が応力集中部となって、低強度で破壊するおそれがある。よって、図１８Ｂに示すように、少なくとも上板１０の表面と接合補助部材３０の表面が面一であるか、図１８Ｃに示すように、接合補助部材３０の大径部３２が上板１０の表面に対し、部分的に飛び出している状態が好ましい。さらには、図１８Ｄに示すように、接合補助部材３０の大径部３２が上板１０の表面に対し、完全に飛び出していることが最も好ましい。
　接合補助部材３０の小径部３１の断面形状は、図２に示すように、最も一般的な形状として真円形が使われるが、特に限定されず、任意の形状とすることができる。例えば、図１９Ａ～図１９Ｆに示す四角形以上の多角形でもよい。また、図１９Ｂに示すように、多角形の角部を丸くしてもよい。さらに、接合補助部材３０における中空部３３の内面形状についても、上記と同様、真円形である必要はなく、１９Ａ～図１９Ｅまたは図１９Ｇに示すように、任意の形状とすることができる。なお、図１９Ａ～図１９Ｄに示すように、小径部３１の断面形状と中空部の内面形状とが同一である必要はなく、図１９Ｆや図１９Ｇのように、異なっていても良い。
　また、接合補助部材３０を上板１０に対して圧入して打ち抜く際には、接合補助部材３０を回しながら圧力をかけることも可能である。そのような手段を用いる場合は、図２０に示すように、大径部３２の上面にネジ回し用ドライバーがフィットするような切り欠き３７を設けると、接合補助部材３０を上板１０に回し入れやすくすることができる。
　接合補助部材３０に空けられる中空部３３の面は平坦でかまわないが、図２１に示すように、ネジ溝３３ａを形成していてもかまわない。本工法において雄ネジは用いられないが、ネジ溝３３ａがあることで、アーク溶接時に溶融池との接触表面積が増え、より強固に溶接金属４０と接合補助部材３０が結合される。ネジ溝３３ａなど円筒面でない場合の穴の直径ＰＳは、最も広い対面間距離と定義する。
　接合補助部材３０の材質は、純鉄及び鉄合金であれば制限は無く、詳しくは軟鋼、炭素鋼、ステンレス鋼などがあげられる。
　溶接金属４０は接合補助部材３０の中空部３３を充填し、さらに接合補助部材３０の表面、より具体的には大径部３２の表面に余盛りＷａを形成するのが望ましい（図１Ｂ参照）。余盛りＷａを形成しない、すなわち、図２２Ａに示すように、中空部３３が溶接後に外観上残る状態だと、特に、板厚方向（３次元方向）の外部応力に対しては、接合強度が不足となる可能性がある（図２２Ｂ参照）。このため、余盛りＷａを形成することで、図２３に示すように、板厚方向（３次元方向）の外部応力に対しては、接合補助部材３０の変形が抑えられ、高い接合強度が得られる。なお、板厚方向の引張応力に対して接合補助部材３０を上板１０に確実に固定するため、余盛りＷａを板厚方向上側（上板１０側）から見た場合の、余盛りＷａの最大外径は、上板１０に設けられる穴１１の最大外径よりも大きくすることが好ましい。
　一方、余盛り側と反対側の溶込みについては、図２４Ａに示すように、下板２０の板厚を超えて溶接金属４０が形成される、いわゆる裏波が出る状態にする必要がある。その理由は以下のとおりである。
　溶接条件の設定不良あるいは溶接機器の動作不良等により溶込みが浅くなり、接合補助部材３０に形成される表側の余盛りＷａが外観的に正常であるにもかかわらず、下板２０が溶けずに、溶接金属４０が乗りかかっているだけという状態になることがある。このような場合、接合補助部材３０と下板２０は接合されていないことになり、つまり下板２０と上板１０も接合されていないことになる。
　一方、下板２０に裏波が生じている場合、それは溶接金属４０が上板１０側から会合面を通過して下板２０側まで到達したことを意味しているので、接合補助部材３０と下板２０が金属結合されていることを保証することになる。さらに、それは間接的に上板１０と下板２０が接合されていることを保証することになる。すなわち、下板２０に裏波が生じていれば、溶接工程直後にそれを目視あるいはセンサー等で容易に確認することが出来、接合不良をそのままにして後工程に進むことを防止することができる。
　さらには、下板２０に形成された裏波のサイズから、接合補助部材３０と下板２０の接合強度をおおよそ予想することができる。これらの間の接合強度は、用いられる材質を一定とした場合、上板１０と下板２０の界面に形成される溶接金属４０の断面積、いわゆるナゲット径の大きさに比例する。ナゲット径は、接合補助部材３０に設けられた中空部３３が溶接金属４０で満たされているとすると、中空部３３の上面側（大径部３２側）に形成された溶接金属４０の直径（最大外径）を上底、裏波の直径（最大外径）を下底とした左右対称の台形断面として推定することができる。すなわち、ナゲット径は裏波の直径とおおよそ比例する。この関係性を利用して、単に接合されているか否かという２択論ではなく、必要強度を満たして接合されているか否かというレベルの高い品質保証を、下板２０の裏波サイズの測定から実施することができる。このような品質保証性の点から、溶接金属４０を下板２０の外側に裏波が出る状態まで溶け込ませて、下板２０と接合補助部材３０を溶接することが必須である。
　ただし、溶接金属４０が深く溶け込みすぎて、溶接金属４０と下板２０が溶け落ちてしまわないように溶接する必要がある。
　なお、図２４Ｂに示すように、溶接金属４０が下板２０に適度に溶け込んでいるが、下板２０に裏波が生じていない場合には、上記した品質保証のための検出を行うことができないため好ましくない。
　続いて、上記アーク溶接法において使用される接合補助部材３０についての好ましい実施形態について説明する。
　上述のように、上記打ち抜き工程（ステップＳ１）において、接合補助部材３０を加圧して、上板１０を打ち抜くと同時に、接合補助部材３０を上板１０に一時的に拘束保持することが可能である。しかし、稀に、溶接工程前に振動がかかる、あるいは上向姿勢になった際（図２５を参照）に、拘束保持力の弱さが原因で脱落してしまうことがある。
　この問題を防ぎ、確実にアーク溶接工程（ステップＳ３）まで接合補助部材３０を上板１０に保持させるためには、接合補助部材３０の保持力を高める手段が有効である。具体的には、接合補助部材３０において、圧入後にかしめ機構を発揮させることのできる外観形状とすることで実現される。その手段の一つとして、図２６Ａ及び図２６Ｂに示すように、接合補助部材３０における小径部３１の外周面には、羽根状に形成された、少なくとも１つ（本実施形態では４つ）の圧入用突起部３９が設けられている。
　図２７は、圧入用突起部３９を有する接合補助部材３０が上板１０に圧入される場合の保持機構を説明するための図である。図２７に示すように、接合補助部材３０を上板１０へ圧入する際は、接合補助部材３０と接する上板１０が押し広げられる方向に弾性変形し、さらには塑性変形する。圧入用突起部３９の先端部が通過した後は、弾性変形分が元の位置に戻る、すなわち上板１０の材料であるＡｌ合金もしくはＭｇ合金の流入が起こり、接合補助部材３０が押し戻される力に対して障壁要因となる。したがって、容易に接合補助部材３０が外れることはない。
　圧入用突起部３９の形状は、図２８Ａに示すような二等辺三角形でもよいが、図２８Ｂ～図２８Ｋに示すように、変形三角形、直角三角形、長方形、不定形状、ノコ刃状、半円、１／４円、対称台形、非対称台形、かぎ針状などが典型的で、その形状に制限はない。また、圧入用突起部３９は、大径部３２の下面とも接続されていることで、圧入用突起部３９の強度を向上できる。さらに、圧入用突起部３９は、図２９Ａに示すように、小径部３１の軸方向に平行でもよいし、図２９Ｂに示すように軸方向に対して傾きを持たせてもよい。この場合、接合補助部材３０を回転させながら圧入するのに好適である。また、図２９Ｃに示すように、圧入用突起部３９は、基部から先端部に向けて円周方向幅が狭くなるような山形状であってもよい。さらに、圧入用突起部３９の位置は、金属流入させる空間を設けるために大径部３２から離れていることが好ましい。
　圧入用突起部３９の数は、図２６Ｂに示すような４枚に限定されず、少なくとも１枚あればよく、上限は特に設ける必要はない。すなわち、図３０Ａ～図３０Ｅに示すように、１枚、２枚、３枚、６枚、８枚の圧入用突起部３９を有するものであってもよい。ただし、圧入用突起部３９の枚数が増えると、接合補助部材３０を用いて上板１０を打ち抜くために必要な圧力が上がるので、圧入用突起部３９の数を、必要以上に増やすべきではない。圧入用突起部３９の数は、８枚以下とするのが好ましい。
　また、図２６Ｂや図３０Ｂ～図３０Ｅに示すように、少なくとも２つの圧入用突起部３９の最大外径部と接する最大円Ｃの直径、あるいは、図３０Ａに示すように、１つの圧入用突起部３９の最大外径部と小径部３１の外周面と接する円Ｃの直径が大きすぎる場合にも、上板１０を打ち抜くために必要な圧力が上がるので、小径部３１の外周面からの圧入用突起部３９の突出量を、必要以上に増やすべきではない。
　接合補助部材３０の小径部３１に圧入用突起部３９を設けることには、他にも長所がある。第二の効果は接合対象である上板１０と下板２０が相互に回転しにくくなることである。接合補助部材３０の小径部３１の断面形状が真円形では、披接合部材（上板１０及び下板２０）が本接合法のみで接合される場合、例えば上板１０に強い水平方向の回転力ＦＲが加わると、接合補助部材３０を中心に回るように上板１０が回転してしまう可能性がある。しかしながら、図３１Ａ及び図３１Ｂに示すように、接合補助部材３０には圧入用突起部３９が設けられていて、圧入用突起部３９が上板１０の穴１１の周囲に食い込むことで、容易に回転を防止することができる。
　なお、図３２Ａ～図３２Ｅにそれぞれ示される、直角三角形、長方形、１／４円、凹、非対称台形の圧入用突起部３９のように、圧入用突起部３９が大径部３２と連続的となっていて、くびれ箇所を持たないものであっても、適用することは許容される。しかし、上述したような、接合補助部材３０を上板１０に圧入する際における、金属流入箇所が確保できないため、一時拘束性向上の効果はあまり期待できない。ただし、上記した回転抑制効果は期待できるため、このような形態であっても、小径部３１の外周面には圧入用突起部３９を有していることが好ましい。
　さらに、上記アーク溶接法において使用される接合補助部材３０についての別の好ましい実施形態について説明する。
　上記で説明したのと同様に、確実にアーク溶接工程（ステップＳ３）まで接合補助部材３０を上板１０に保持させるための別の手段として、小径部３１に圧入用突起部３９を設けるのではなく、小径部３１の胴径を多段化し、部分的に”くびれ”を設ける策も有効である。
　具体的には、図３３Ａ～図３３Ｈに示すように、接合補助部材３０における小径部３１の外周面に、大径部３２の最大外径よりも小さい中径部３４を設ける。なお、中径部３４は、大径部３２とは接触することなく、かつ、小径部３１の外周面に沿って連続的（図３３Ａ、図３３Ｃ、図３３Ｅ～図３３Ｈ）または断続的（図３３Ｂまたは図３３Ｄ）に設けられる。
　上記要件を満足する中径部３４を小径部３１の外周面に設けることにより、上板１０に圧入される接合補助部材３０の一部にくびれ部３８が存在することとなる。
　これらの例に共通することは、［１］小径部３１の先端側に中径部３４を有すること、［２］中径部３４と大径部３２の間に小径部３１を有すること、［３］非挿入側に大径部３２を有すること、の相対関係が成立していることである。なお、図３３Ｆに示すように、中径部３４と小径部３１がそれぞれ複数存在する場合も考えられるが、このことは上記各要件から無視して問題はなく、あくまで接合補助部材３０の長手方向（挿入方向）に大径－小径－中径の関係が成立している並びが１箇所以上存在していれば、上記要件を満足する。
　このような状態となれば、接合補助部材３０に圧入用突起部３９を設ける場合の実施形態で説明したと同じ原理により、容易に接合補助部材３０が外れることはない。すなわち、接合補助部材３０の圧入時に中径部３４が通過する際にＡｌ合金もしくはＭｇ合金が弾性変形、さらには塑性変形し、さらに圧入が進み小径部３１になると弾性変形分が戻る。これにより、金属流入が起きて、接合補助部材３０が押し戻される力に対して障壁要因となる。
　なお、小径部３１の全周に渡って中径部３４を設けるのではなく、図３３Ｂや図３３Ｄに示すように、部分的にのみ中径部３４を設けること、すなわち断続状にしてもよい。断続状にすると、圧入用突起部３９を設けた場合と同様、接合補助部材３０の挿入部分である小径部３１が真円形状の場合に、上板１０と下板２０が溶接後にも相対的に容易に回転することを防ぐ効果が期待される。
　なお、図３４Ａ～図３４Ｄに示すように、大径部３２と中径部３４が、接合補助部材３０の長手方向（挿入方向）から見て連続的となっている接合補助部材３０であっても、適用することは許容される。しかし、上述したような、接合補助部材３０を上板１０に圧入する際における、金属流入箇所が確保できないため、一時拘束性向上の効果や回転抑制効果は期待できない。ただし、中径部３４が断続状であれば、回転抑制効果のみ得られる。
　ところで、本実施形態における接合補助部材３０は、図３５Ａに示すように、大径部３２の上側に小径部３１を積み重ねた形状とすることもできる。しかし、大径部３２から見てＡｌ合金やＭｇ合金に打ち込まれる挿入方向反対側は、それが上板１０の表面よりも高い位置にある場合（図３５Ｂや図３５Ｃにおいて、突出部３５と定義する）は、継手強度には影響を及ぼさない。
　一方、図３５Ｄ～図３５Ｇに示すように、大径部３２の上側に設けられた小径部３１または中径部３４の少なくとも一部が、上板１０の表面よりも低い位置にある場合には、その部位が少なからず継手強度に影響を及ぼす。
　なお、上板１０及び下板２０の板厚については、限定される必要は必ずしもないが、施工能率と、重ね溶接としての形状を考慮すると、上板１０の板厚は、５．０ｍｍ以下であることが望ましい。一方、アーク溶接の入熱を考慮すると、板厚が過度に薄いと溶接時に溶け落ちてしまい、溶接が困難であることから、上板１０、下板２０共に０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。
　以上の構成により、上板１０がＡｌ合金もしくはＭｇ合金、下板２０が鋼の素材を強固に接合することができる。
　ここで、異種金属同士を直接接合する場合の課題としては、ＩＭＣの形成という課題以外に、もう一つの課題が知られている。それは、異種金属同士が接すると、ガルバニ電池を形成する為に腐食を加速する原因になる。この原因（電池の陽極反応）による腐食は電食と呼ばれている。異種金属同士が接する面に水があると腐食が進むので、接合箇所として水が入りやすい場所に本実施形態が適用される場合は、電食防止を目的として、水の浸入を防ぐためのシーリング処理を施す必要がある。本接合法でもＡｌ合金やＭｇ合金と鋼が接する面は複数形成されるので、樹脂系の接着剤をさらなる継手強度向上の目的のみならず、シーリング材として用いることが好ましい。
　例えば、図３６Ａ及び図３６Ｂに示す変形例のように、上板１０と下板２０との重ね合わせ工程の前に、上板１０及び下板２０の接合面で、溶接部周囲に接着剤６０を全周に亘って環状に塗布してもよい。なお、接着剤６０を上板１０及び下板２０の接合面で、溶接部周囲に全周に亘って塗布する方法としては、図３７Ａ及び図３７Ｂに示す変形例のように、溶接箇所を除いた接合面の全面に塗布する場合も含まれる。これにより、上板１０、下板２０、及び溶接金属４０の電食速度を下げることができる。
　また、上述の打ち抜き工程において、接合補助部材３０と、接合補助部材３０と対向する上板１０との間の少なくとも一方の対向面に、接着剤６０を塗布してもよい。これにより、上板１０、接合補助部材３０、及び溶接金属４０の電食速度を下げることができる。
　この場合、副次的効果として、アーク溶接前に接合補助部材３０を上板１０に仮止めしておく作用がある。特に、図２５に示すように、アーク溶接が、横向や上向姿勢になる場合、接着剤６０を塗布しておくことで、接合補助部材３０が重力によって落下するのを防ぐことができ、溶接を適切に施工することができる。
　さらに、図３８Ａ及び図３８Ｂに示す変形例のように、接合補助部材３０の大径部３２と上板１０の表面との境界部に接着剤６０を塗布してもよい。また、図３８Ｃに示すように、大径部３２全体を覆い隠してしまうように接着剤６０を塗布してもよい。これにより、接合補助部材３０と、Ａｌ合金もしくはＭｇ合金の接する露出面側の表面、接合補助部材３０における大径部３２の下になっている隠れ面、さらに接合補助部材３０による打ち抜き端面における、電食速度低下の効果が得られる。また、接着剤塗布をアーク溶接前に行えば、接合補助部材３０を上板１０に仮止めしておく効果も得られる。なお、本変形例では、接着剤の塗布は、溶接工程前（打ち抜き工程の際）でも充填溶接工程後でも可能である。
　なお、接合補助部材３０には、接着剤やシーリング材による電食抑制手段だけではなく、自身の錆防止や、アルミニウム板との間に生じる電食を防ぐために、電気的卑の元素や加工物、絶縁性物質、不動態といった皮膜を形成する表面処理を施すことが、さらに良い。例えば、亜鉛めっき、クロムめっき、ニッケルめっき、アルミめっき、錫(すず)めっき、樹脂塗装、セラミックコーティングなどがあげられる。
　以上の構成により、上板１０がＡｌ合金もしくはＭｇ合金、下板２０が鋼の素材を開断面構造、閉断面構造にかかわらず強固に接合することができる。さらには接着剤を併用することにより、接合強度の向上と共に腐食を防ぐことも出来る。
　また、本実施形態の溶接法は、接合面積が小さい点溶接と言えるので、ある程度の接合面積を有する実用部材同士の重ね合わせ部分Ｊを接合する場合は、本溶接法を図３９Ａ～図３９Ｃに示すように、複数実施すればよい。これにより、重ね合わせ部分Ｊにおいて強固な接合が行われる。本実施形態は、図３９Ｂ及び図３９Ｃに示すような開断面構造にも使用できるが、特に、図３９Ａに示すような閉断面構造において好適に使用することができる。
　また、図４０に示される開断面部材の製造プロセス及び図４１に示される閉断面部材の製造プロセスのように、本接合法では溶接前工程として、接合補助部材３０を上板１０内に埋め込んでしまうことも可能である。上板１０内に埋め込まれた接合補助部材３０は、上板１０の表面上に突き出ないことから、埋め込み後に金型等を用いてＡｌやＭｇ母材をプレス成形することが容易であり、その後工程として、下板２０と合わせて接合することが可能である。本溶接法は、無論、開断面部材、閉断面部材を分け隔てることなく、いずれも製造可能である。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、本出願は、２０１８年２月２８日出願の日本特許出願（特願２０１８－０３５３９７）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１　　　　異材溶接継手
１０　　　上板（第１の板）
１１　　　穴
２０　　　下板（第２の板）
３０　　　接合補助部材
３１　　　小径部
３２　　　大径部
３３　　　中空部
３４　　　中径部
３５　　　突出部
３７　　　切り欠き
３８　　　くびれ部
３９　　　圧入用突起部
４０　　　溶接金属
５０　　　下台座
５１　　　上台座
６０　　　接着剤
８０　　　加圧機構
９０　　　溶接トーチ
９２　　　加圧用脚
Ｗ　　　　溶融部
Ｗａ　　　余盛り
Ｍ　　　　母材片
Ｇ　　　　ギャップ
Ｐ　　　　張り出し量
Ｊ　　　　重ね合わせ部分

Claims (11)

  1. 　アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の第１の板と、鋼製の第２の板と、を接合する異材接合用アーク溶接法であって、
    　大径部と、該大径部よりも最大外径が小さい小径部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、該大径部及び該小径部を貫通する中空部が形成され、該大径部及び該小径部の合計高さが前記第１の板の板厚以上である鋼製の接合補助部材を、前記小径部が前記第１の板に面するように配置し、前記接合補助部材に圧力をかけて前記第１の板を打ち抜く工程と、
    　前記第１の板と前記第２の板を重ね合わせる工程と、
    　以下の（ａ）～（ｅ）のいずれかの手法によって、前記接合補助部材の中空部を溶接金属で充填すると共に、前記溶接金属を前記第２の板に裏波が出る状態まで溶け込ませて、前記第２の板及び前記接合補助部材を溶接する工程と、
    を備える異材接合用アーク溶接法。
    （ａ）鉄合金、または、Ｎｉ合金の前記溶接金属が得られる溶接ワイヤを溶極として用いるガスシールドアーク溶接法。
    （ｂ）前記溶接ワイヤを溶極として用いるノンガスアーク溶接法。
    （ｃ）前記溶接ワイヤを非溶極フィラーとして用いるガスタングステンアーク溶接法。
    （ｄ）前記溶接ワイヤを非溶極フィラーとして用いるプラズマアーク溶接法。
    （ｅ）鉄合金、または、Ｎｉ合金の前記溶接金属が得られる被覆アーク溶接棒を溶極として用いる被覆アーク溶接法。
  2. 　前記小径部の外周面には、少なくとも１つの圧入用突起部が設けられる、請求項１に記載の異材接合用アーク溶接法。
  3. 　前記小径部の外周面には、前記大径部の最大外径よりも小さい中径部が、該大径部と接触することなく、且つ、該外周面に沿って連続的または断続的に設けられる、請求項１に記載の異材接合用アーク溶接法。
  4. 　前記重ね合わせ工程の前に、前記第１の板と前記第２の板の少なくとも一方の重ね合わせ面に対し、前記打ち抜き工程により形成された前記第１の板における穴の周囲に、全周に亘って接着剤を塗布する工程を、さらに備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
  5. 　前記打ち抜き工程において、前記接合補助部材と、該接合補助部材と対向する前記第１の板との間の少なくとも一方の対向面に、接着剤を塗布する、請求項１～３のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
  6. 　前記打ち抜き工程の際、または、前記充填溶接工程後に、少なくとも前記接合補助部材と前記第１の板の表面との境界部に接着剤を塗布する、請求項１～３のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
  7. 　前記接合補助部材の小径部における前記第１の板からの張り出し量が、前記第１の板の板厚に対し２５％以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
  8. 　前記充填溶接工程において、前記第１の板及び前記第２の板が互いに密着する方向に押圧可能な加圧機構を有し、
    　前記加圧機構が前記第１の板及び前記第２の板が互いに密着するように押圧しながら、前記第２の板及び前記接合補助部材を溶接する、請求項１～３のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
  9. 　前記加圧機構は、前記充填溶接工程において使用する溶接トーチに備えられ、前記第１の板及び前記接合補助部材の少なくとも一方と当接する押し付け部を有する、請求項８に記載の異材接合用アーク溶接法。
  10. 　前記接合補助部材の大径部の露出面が、前記第１の板の表面と略同一または外側に位置するようにして前記第１の板を打ち抜く、請求項１～３のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
  11. 　前記充填溶接工程において、前記接合補助部材の中空部を溶接金属で充填するに際し、前記接合補助部材の表面上に余盛りを形成する、請求項１～３のいずれか１項に記載の異材接合用アーク溶接法。
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