JPH031106B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、アルミニウム又はその合金からなる
アルミニウム系材と、炭素鋼又はステンレス鋼等
の鉄系材との異種金属を抵抗溶接するアルミニウ
ム系材と鉄系材との重ね抵抗溶接方法に関する。 ［従来の技術］ 従来、異種金属継手の接合方法、特に、アルミ
ニウム又はその合金からなるアルミニウム系材
（以下、簡単のためにアルミニウム材という）と、
炭素鋼又はステンレス鋼等の鉄系材（以下、簡単
のために鋼材という）とを抵抗スポツト溶接する
方法として、以下の方法が公知である。 先ず、第５図に示すように、鋼板の一方の表面
にアルミニウムの被膜１を形成した所謂アルミナ
イズド鋼板をインサート材２として使用し、この
インサート材２を鋼材３とアルミニウム材４との
間にアルミニウム同士及び鉄同士が接触するよう
に挿入して接合する方法がある。 また、第５図のアルミニウム被膜１の替りに、
亜鉛又は錫のメツキを施し、このメツキ層を介し
てアルミニウム材と鋼材とを接合する方法もあ
る。 更に、50重量％の亜鉛を含有するアルミニウム
−亜鉛合金をインサート材として使用して、鋼材
とアルミニウム材とを接合する方法もある。 更にまた、鋼とアルミニウムのクラツド材をイ
ンサート材とし、被溶接材及びインサート材の同
種金属同士を接触させて接合する方法もある。 更にまた、アルミニウム材と鋼材とを直接接合
しても、両者を一応溶接することができる。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、これらのいずれの方法において
も、得られた溶接継手部は強度のバラツキが大き
く、更に、延性が低いという問題点がある。従つ
て、構造物にこれらの異種金属溶接方法を適用す
ることは、信頼性の点で問題がある。 本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであ
つて、溶接継手部の強度のバラツキを解消し、高
強度且つ高延性の溶接継手部を得ることができる
アルミニウム系材と鉄系材との重ね抵抗溶接方法
を提供することを目的とする。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明に係るアルミニウム系材と鉄系材との重
ね抵抗溶接方法は、アルミニウム系材と、鉄系材
との間に、鋼材を基体としその少なくとも１表面
にアルミニウム層が形成された第１のインサート
材と、その少なくとも１表面にアルミニウムろう
を有する第２のインサート材とを、第１のインサ
ート材が鉄系材側になり、第２のインサート材の
アルミニウムろうを有する表面が第１のインサー
ト材に接触するように介装して重ね合わせ、溶接
電流を通電することを特徴とする。 ［作用］ この発明においては、所謂アルミナイズド鋼板
等の第１のインサート材と、所謂アルミニウムろ
う材又はアルミニウムブレージングシート等の第
２のインサート材とを、アルミニウム系材（アル
ミニウム又はアルミニウム合金）と鉄系材（炭素
鋼又はステンレス鋼等）との間に介装する。この
場合に、第１のインサート材が鉄系材側になり、
第２のインサート材がアルミニウム系材側になる
ように両者を配置する。また、第２のインサート
材がアルミニウムろう材単体でない場合には、そ
のアルミニウムろう材が存在する表面が少なくと
も第１のインサート材に接触するように配置す
る。このようにして、インサート材を配置した
後、鉄系材とアルミニウム材との間に溶接電流を
通電すると、この通電領域が抵抗発熱して溶融状
態になり、被溶接材同士に圧力を加えると両者は
圧接される。特に、スポツト溶接の場合には、鉄
系材、第１のインサート材、第２のインサート材
及びアルミニウム系材からなる積層体を、銅合金
等で作られた１対の内部水冷の棒状電極で挟接
し、この電極を介して溶接電流を通電すると共に
積層体を加圧する。これにより、鉄系材とアルミ
ニウム材とがスポツト溶接される。 ［実施例］ 以下、添付の図面を参照して、スポツト溶接の
場合における本発明の実施例について具体的に説
明する。なお、シーム溶接又は突起溶接等の他の
重ね抵抗溶接法についても容易に本発明を適用す
ることができる。第１図ａ乃至ｋは、この発明の
実施例に係る重ね抵抗溶接方法において使用する
インサート材の種類及びその配置の具体例を示
す。 炭素鋼又はステンレス鋼等の鋼材５と、アルミ
ニウム又はその合金からなるアルミニウム材６と
の間に、第１のインサート材７と第２のインサー
ト材８とが介装される。第１のインサート材７と
しては、第１図ａ乃至ｃ並びに第１図ｇ及びｋに
示すように、鋼板の両面にアルミニウム又はその
合金（アルミニウムろう材を含む）の層９を形成
した所謂アルミナイズド鋼板７ａと、第１図ｄ乃
至ｆ又は第１図ｇ乃至ｉに示すように、鋼板の片
面にアルミニウム又はその合金の層９を形成した
アルミナイズド鋼板７ｂ又は７ｃとがある。ま
た、第２のインサート材８としては、第１図ａ，
ｂ及びｇに示すアルミニウムろう単体のアルミニ
ウムろう材８ａと、第１図ｂ，ｅ及びｈに示すよ
うに、アルミニウム合金板の両面にアルミニウム
ろう１０を均一にクラツドした所謂アルミブレー
ジングシート８ｂと、第１図ｃ，ｆ及びｉに示す
ようにアルミニウム合金板の片面にアルミニウム
ろう１０を形成したアルミブレージングシート８
ｃとがある。なお、第２のインサート材８とし
て、アルミニウムろう材８ａを使用し、このアル
ミニウムろう材８ａを、第１図ｊ又はｋに示すよ
うに、被溶接材であるアルミニウム材６の表面又
は表面及び裏面に予め被着させておいてもよい。 いずれの具体例においても、第１のインサート
材７が鋼材５側になり、第２のインサート材８が
アルミニウム材６側になるように、インサート材
７，８が鋼材５とアルミニウム材６との間に介装
される。 また、第１のインサート材７は、アルミニウム
層９が両面に形成されたアルミナイズド鋼板７ａ
の他に、層９が片面に形成されたアルミナイズド
鋼板７ｂを使用しこの層９が第２のインサート材
８側になるように配置しても良いし、アルミナイ
ズド鋼板７ｃを使用して層９が鋼板５側になるよ
うに配置しても良い。なお、この層９はアルミニ
ウム又はアルミニウム−シリコン系合金で形成す
ることが、溶着強度上好ましい。 第２のインサート材８としては、アルミニウム
−シリコン系合金等のアルミニウムろう材８ａ単
体を使用しても良いし、このアルミニウムろう１
０がアルミニウム合金板の両面又は１面に形成さ
れたアルミブレージングシート８ｂ又は８ｃを使
用しても良い。この場合に、片面にアルミニウム
ろう１０が形成されたアルミブレージングシート
８ｃについては、そのアルミニウムろう１０が第
１のインサート材材７の鋼板又はアルミニウム層
９に接触するように配置する。つまり、第２のイ
ンサート材８は、少なくともその第１のインサー
ト材７側の表面にアルミニウムろうが存在するよ
うに配置する。なお、このアルミブレージングシ
ートの基体部分（ロウ１０以外の部分）の材質は
特には限定しない。しかしながら、片面にのみア
ルミニウムろうを形成したアルミブレージングシ
ート８ｃの場合には、その基体部分を被溶接材で
あるアルミニウム材６とを同一組成の材料でつく
ることが好ましい。 第２図はこの発明の実施状態を示す模式的断面
図である。１対の電極１１，１２は、例えば、銅
合金製の内部水冷型の棒状電極である。この電極
１１，１２が、鋼材５、第１のインサート材７、
第２のインサート材８及びアルミニウム材６から
なる積層体を挟接し、更にこの積層体を電極間で
加圧する。そして、この電極１１，１２を介して
被溶接材に溶接電流を通電する。 第３図はこの溶接電流の時間的変化を示す模式
図である。この第３図に示すように、溶接電流
は、ヒート時間におけるヒート電流部分と、この
ヒート時間後の波尾時間における波尾電流部分と
から構成される。ヒート電流部分において溶接電
流は一気に上昇し、その後の波尾電流部分におい
て溶接電流はなだらかに低下する。そして、波尾
時間経過後、溶接電流の通電が停止される。 この溶接電流におけるヒート電流の通電条件
は、アルミニウム材同士のスポツト抵抗溶接の場
合の印加電力と同様の条件に設定することが好ま
しい。つまり、ヒート電流のエネルギ（ヒート電
流×ヒート時間）は、アルミニウム系材の溶接入
熱に合わせて設定することが好ましい。ところ
で、この通電条件は、炭素鋼又はステンレス鋼等
によつては、過大入熱となる。そこで、この実施
例においては、この過大入熱直後の急冷により炭
素鋼又はステンレス鋼等に割れが発生することを
防止するため、第３図に示すように、ヒート電流
の直後に波尾電流を付加してこの急冷を回避す
る。 このように、この発明の実施例においては、第
１図ａ乃至ｋに示すように、被溶接材である鋼材
５とアルミニウム材６との間に、第１及び第２の
インサート材７，８を介装する。そして、この積
層体に対し、第２図に示すように、電極１１，１
２を配設し、電極１１，１２により積層体を加圧
しつつ、第３図に示す条件で積層体に溶接電流を
通電する。そうすると、この通電領域のインサー
ト材７，８及び被溶接材が抵抗発熱して溶融し、
被溶接材の鋼材５とアルミニウム材６とが接合さ
れる。この発明によれば、鋼材５とアルミニウム
材６とが高強度で接合され、継手部の変形能が極
めて大きい。例えば、アルミナイズド鋼板２をイ
ンサート材として使用する従来のスポツト抵抗溶
接方法（第５図）の場合には、その引張剪断破断
強度は高々アルミニウム材同士の溶接継手部の配
断強度と同等であり、破断時の継手部の変形能が
極めて小さく脆性的に破断する。しかしながら、
本発明方法の場合には、継手部の変形能が著しく
高くて継手部では破断せず、被溶接材であるアル
ミニウム材又は鋼材の熱影響部において破断に至
る。次に、本発明方法によりスポツト抵抗溶接し
た場合の実施例について、インサート材を使用し
ない場合の比較例と共に説明する。各実施例及び
比較例における被溶接材材質及び溶接条件は下記
第１表に示す通りである。

【表】

【表】 なお、電極はクロム銅合金製である。この電極
は半径が16mmであり、先端は100mmの半径の半球
状をなしている。この電極を介して積層体に300
Kgの加圧力を印加した。各部材の厚さの単位はmm
である。ヒート電流値（KA）及び波尾電流値
（KA）は第１表に示す通りであり、ヒート時間
及び波尾時間は夫々３／50秒及び２／50秒と一定
である。また、表中の各記号はいずれもJIS記号
である。なお、SPGSは亜鉛メツキ鋼であり、
SPTEは錫メツキ鋼である。配置方法欄の各記号
は第１図の図番を示し、その図番で指定した図に
示す態様でインサート材を使用した。また、片面
Al研削とは、アルミナイズド鋼の片面における
アルミニウム層を研削除去し片面にのみアルミニ
ウム層を形成したものである。 この第１表に示す条件でスポツト抵抗溶接した
場合の溶接継手部の評価結果を下記第２表に示
す。

【表】

【表】 第２表において、表面割れ欄の〇は表面割れが
なかつたものを示し、△は強度に影響しない小さ
な割れが発生したものを示す。破断荷重の単位は
Kgであり、そのバラツキは、〇が±15Kg以内、△
が±30Kg以内、×が±30Kgを超える場合を示す。
変形能は、◎が第４図ａに示すように鋼材及びア
ルミニウム材の双方がボタン破断する程度に大き
く変形したもの、〇が第４図ｂに示すようにアル
ミニウム材のみがボタン破断する程度に変形した
もの、△は第４図ｃに示すように溶接金属部で破
断したが多少の変形を伴なうもの、×は第４図ｄ
に示すように溶接金属部で破断し殆ど変形しない
ものを意味する。総合評価欄は、これらの破断荷
重のバラツキ、破断時の変形能、及び表面割れの
有無を総合評価したものであるが、今回の試験の
ように表面割れがあつてもそれが延性的破断を呈
している場合には問題がないので、この表面割れ
のウエイトを低くした。◎は総合評価が優のも
の、〇は良のもの、△は可のもの、×は評価の不
可のものを示す。この第２表から明らかなよう
に、本発明の実施例の場合には、破断荷重のバラ
ツキが小さく、破断時の変形能が大きいのに対
し、比較例の場合には破断荷重のバラツキ及び変
形能のいずれも悪い。このため、実施例はいずれ
も総合評価が可以上であるのは対し、比較例の場
合には総合評価が不可である。 このように本発明が従来方法に比して優れた効
果を奏することによつては、その技術的要因とし
て以下のように考察することができる。先ず、ア
ルミニウムろう材又はアルミブレージングシート
等の第２のインサート材を挿入することにより、
抵抗発熱領域が分割し、溶融金属が均一混合して
脆弱な金属間化合物の生成が抑制される。また、
鉄とアルミニウムとの界面にアルミニウム−シリ
コン系のろう材が存在すると、それが脆い金属間
化合物への拡散成長を抑制すると共に、破断時に
は緩衝材となる。このような理由が考えられる
が、理由がいずれにあるにせよ、結果的に、本発
明によれば第２表に示すように極めて高強度且つ
高延性の溶接継手部を得ることができる。 ［発明の効果］ 本発明によれば、アルミナイズド鋼板等の第１
のインサート材に加えて、アルミニウムろう材又
はアルミブレージングシート等の第２のインサー
ト材を使用するから、継手部の破断荷重のバラツ
キが小さいと共に、継手部の変形能が大きい。ま
た、溶接金属部で破断することは殆どなく、被溶
接材の熱影響部で破断する。従つて、本発明にお
いては、高強度且つ高延性の溶接継手部を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ乃至ｋはインサート材の種類及び配置
態様を示す図、第２図は本発明の実施例に係る溶
接方法の実施状態を模式的に示す図、第３図は通
電電流を示す模式図、第４図ａに乃至ｄは変形能
の評価基準を示す模式図、第５図は従来の溶接方
法におけるインサート材の配置を示す模式図であ
る。 ５；鋼材、６；アルミニウム材、７；第１のイ
ンサート材、７ａ，７ｂ，７ｃ；アルミナイズド
鋼板、８；第２のインサート材、８ａ；アルミニ
ウムろう材、８ｂ，８ｃ；アルミブレージングシ
ート、１１，１２；電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウム系材と、鉄系材との間に、鋼材
   を基体としその少なくとも１表面にアルミニウム
   層が形成された第１のインサート材と、その少な
   くとも１表面にアルミニウムろうを有する第２の
   インサート材とを、第１のインサート材が鉄系材
   側になり、第２のインサート材のアルミニウムろ
   うを有する表面が第１のインサート材に接触する
   ように介装して重ね合わせ、溶接電流を通電する
   ことを特徴とするアルミニウム系材と鉄系材との
   重ね抵抗溶接方法。 ２ 溶接電流の通電に際し、アルミニウム系材の
   溶接入熱に合わせたヒート電流を通電することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ ヒート電流の後に、波尾電流を通電すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の方
   法。