JPH0724581A - アルミニウムと鋼の抵抗溶接方法 - Google Patents

アルミニウムと鋼の抵抗溶接方法

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JPH0724581A
JPH0724581A JP5040532A JP4053293A JPH0724581A JP H0724581 A JPH0724581 A JP H0724581A JP 5040532 A JP5040532 A JP 5040532A JP 4053293 A JP4053293 A JP 4053293A JP H0724581 A JPH0724581 A JP H0724581A
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JP
Japan
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steel
aluminum
resistor
welding
plating layer
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JP5040532A
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English (en)
Inventor
Masanori Taiyama
正則 泰山
Kazuhiro Ogawa
和博 小川
Takao Ko
隆夫 高
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 インサート材を使用せずに、アルミニウムと
鋼の健全な抵抗溶接を行う。 【構成】 鋼1の表面に鋼1より低融点の金属からなる
メッキ層2を形成する。メッキ層2とアルミニウム3の
間に抵抗体4をインサートする。メッキ層2と抵抗体4
の接合界面および抵抗体4とアルミニウム3の接合界面
に発熱が集中し、アルミニウム3の側に偏ってナゲット
が形成されるのを防ぐ。その発熱によりメッキ層2が優
先的に溶融し、鋼1の溶融を抑えて金属間化合物の形成
を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムと鋼の抵
抗溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウムと鋼の溶接では、接合界面
に極めて脆弱な金属間化合物が形成されるために、充分
な接合強度の得られないことが知られている。現在ま
で、このような異種金属の接合には、ボルト、ネジ、嵌
め合わせなどの機械的接合法が用いられてきたが、接合
継手の信頼性、気密性に問題があった。
【0003】この問題を解決するために、各種の固相接
合法が試行されているが、それぞれに適用の限界があっ
た。例えば、摩擦圧接は、対称性のよい回転体同士の接
合に限られ、爆着法や熱間圧延法では、設備面、能率面
に欠点がみられた。
【0004】そこで、最近になって、クラッド材を使用
する比較的簡単で確実性の高い異種金属の溶接方法が提
案された。この方法は、接合すべきそれぞれの異種金属
と同じ2種類の金属材料を両面に持つクラッド材を介し
て溶接を行う方法であり、その特徴は、クラッド材の使
用により異種金属の接合を同種金属の接合に置き換える
点にある。
【0005】そしてアルミニウムと鋼の抵抗溶接につい
ては、それぞれの薄板間にアルミニウムと鋼のクラッド
板をインサートしてスポット溶接を行う方法が、例えば
特開平4−55066号公報等に開示されている。ま
た、通電初期にアルミニウムと鋼が直接接触するのを阻
止すれば接合界面に金属間化合物が形成されるのを抑制
できるとの観点から、アルミニウムと鋼の間にMgをイ
ンサートするスポット溶接方法(特開平4−1438
3)やアルミニウムと接する鋼表面にアルミニウムの融
点以下の融点を有するメッキ層を形成する方法(特開平
4−251676)が提示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クラッ
ドインサート材を使用するアルミニウムと鋼のスポット
溶接では、アルミニウム板と鋼板の間にクラッド材がイ
ンサートされるため、2枚の板の接合が3枚の板の接合
となる。そのため、実際の施工を考えた場合には、イン
サート材の挿入工程や固定工程が必要となり、現状の溶
接ラインに新たな設備を組み入れなければならない問題
があった。
【0007】また、クラッド材自体についても、アルミ
ニウムと鋼を接合して製造されるため、製造条件が厳し
く、安価で性能の安定した製品を入手することが困難で
あった。
【0008】一方、Mgインサート材を使用するアルミ
ニウムと鋼のスポット溶接では、通電初期に接合界面に
あるMgが発熱溶融し、その熱と鋼自体の発熱により鋼
の一部が溶融して、接合界面に脆弱な金属間化合物を形
成する懸念があるため、クラッドインサート材を使用し
た場合のような健全な溶接部を得ることは困難である。
【0009】また、鋼板側にアルミニウムの融点以下の
メッキ層を形成する方法では、発熱が主に鋼母材で生じ
るため、鋼母材の溶融が著しく、金属間化合物を形成す
る懸念が大きく、溶接条件が著しく限定される。
【0010】本発明の目的は、クラッド材を使用せずに
健全な溶接を行ない得るアルミニウムと鋼の抵抗溶接方
法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウムと
鋼の抵抗溶接方法は、鋼側の接合面に鋼より融点が低い
金属をメッキし、そのメッキ層とアルミニウムの間に通
電により発熱する抵抗体を介在させて、溶接を行うこと
を特徴とする。
【0012】
【作用】図1は本発明の抵抗溶接方法における溶接形態
をスポット溶接について示す模式図である。1は薄板状
の鋼、2は鋼1の接合面に形成されたメッキ層、3は鋼
1に接合される薄板状のアルミニウム、4はメッキ層2
とアルミニウム3との間にインサートされる抵抗体、
5,5はスポット溶接用の電極である。
【0013】本発明を用いたアルミニウムと鋼のスポッ
ト溶接方法は、図2に示すナゲットが形成される一般の
スポット溶接に比して以下の利点がある。
【0014】鋼はアルミニウムと比較して融点、電気抵
抗が高く、熱伝導率が小さい。これらの物性値の違いか
ら、アルミニウムと鋼を直接スポット溶接した場合に
は、鋼側の発熱が大きくなり、この熱が低融点のアルミ
ニウム側に伝導することにより、図2に示すようにアル
ミニウム3の側に偏ったナゲット6が形成され、しかも
接合界面には鋼1の溶融に伴ってAl−Fe系の脆弱な
金属間化合物層7が形成される。その結果、高い継手強
度が得られない。換言すれば、これは鋼1とアルミニウ
ム3をスポット溶接しても、偏ったナゲット6の形成が
抑制され、且つ接合界面で鋼1の溶融が最小限に抑制さ
れるならば、高い継手強度が確保されることを意味す
る。
【0015】本発明を用いたアルミニウムと鋼のスポッ
ト溶接方法では、鋼1の接合面に鋼よりも低融点のメッ
キ層2が形成され、そのメッキ層2とアルミニウム3の
間に抵抗体4がインサートされることにより、メッキ層
−抵抗体、抵抗体−アルミニウムという新たな接合界面
が形成される。その結果、通電初期においてこれらの接
合界面に発熱が優先的に生じ、インサートした抵抗体4
に発熱が集中する結果、アルミニウム3の側に偏ったナ
ゲットの形成が抑制される。また、この初期発熱によ
り、鋼よりも低融点のメッキ層2が優先的に溶融し、鋼
1の溶融を最小限に抑えることにより、Al−Fe系の
金属間化合物の形成が抑制され、健全な接合界面を得る
ことができる。従って、クラッドインサート材を使用せ
ずに高い継手強度が確保される。
【0016】即ち本発明の抵抗溶接方法では、抵抗体は
新たな接合界面を形成し、且つそれ自身が通電初期の発
熱源となることにより、アルミニウムと鋼の間に発熱を
集中させ、鋼母材の溶融を抑える一方、メッキ層の優先
溶融を促進する。抵抗体がない場合、即ち鋼とアルミニ
ウムの間にメッキ層のみが存在する場合は、メッキ層の
みならず鋼母材が溶融し、金属間化合物を形成するた
め、高い継手強度が得られない。
【0017】抵抗体はその機能からして高抵抗体を意味
するものではなく、通電体であれはよいことから、金属
(合金を含む)、酸化物、窒化物などを適宜使用でき
る。
【0018】抵抗体の形態は金属の場合は箔が一般的で
あるが、メッキ、蒸着、溶射等により形成された膜でも
よく、更には抵抗体の塗布でもよい。抵抗体の塗布と
は、具体的には導電性粉体を塗布により材料表面に付着
させることを意味し、粉体の粒径、密度については、抵
抗体となればよいため特に規定する必要はない。
【0019】抵抗体の厚さについても特に規定の必要は
ないが、薄板の抵抗溶接という観点からは200μm以
下が好ましい。
【0020】メッキ層は通電初期に優先溶融して鋼の溶
融を抑え、継手強度の著しい低下原因となる金属間化合
物の形成を防ぐ。メッキ層がなく鋼とアルミニウムの間
に抵抗体のみが介在している場合は、鋼母材が溶融し、
金属間化合物を生じるため、高い強度が得られない。
【0021】メッキ層の組成は、溶融の容易さから鋼よ
り融点の低いものであればよく、純金属は勿論のこと2
元系、3元系などの合金でもよい。
【0022】メッキ層の厚さは、金属間化合物の抑制の
効果を得るために2μm以上であることが望ましい。厚
さの上限については、極端に厚いメッキ層はメッキ特性
の劣化、鋼母材との安定性低下を招くので、300μm
以下が望ましい。
【0023】メッキはアルミニウムと接合する側の鋼表
面には必須であるが、反対側の鋼表面やアルミニウム表
面については特に限定しない。また、2層メッキなどの
多層メッキであってもよい。
【0024】メッキ法は溶融メッキ法、電気メッキ法な
ど特に規定する必要はない。
【0025】懸念される接合界面での金属間化合物の形
成については、インサート材として用いられる抵抗体や
メッキ層が例え脆弱な金属間化合物を形成しやすい金属
を主成分としていたとしても、溶接時に溶融し加圧力に
よって被接合材間から押し出され消失するために金属間
化合物を形成する原因にはならない。
【0026】被接合材であるアルミニウムは、純アルミ
ニウムに限らず、Al−Mg系、Al−Cu系などの各
種アルミニウム合金を用いることができる。
【0027】鋼については、例えばC0.5mass%以下の
炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼(SPCC,SPCD,
SPCE,SUS304等)を用いることができる。
【0028】溶接機は、単相交流溶接機、コンデンサ式
溶接機、インバータ式溶接機を使用することができる。
【0029】溶接条件としては、接合界面での初期発熱
を充分に利用できる短時間溶接が望ましい。溶接時間が
長い場合、例えば200ms以上の場合には、鋼の発熱
が進み、その熱がアルミニウムに伝導するため、アルミ
ニウム側に偏ったナゲットが形成される懸念がある。
【0030】
【実施例】以下に本発明の実施例および比較例を説明す
る。
【0031】実施例1 板厚が1.0mmの冷延鋼板の片面にAl量が10〜90
mass%のAl−Mn合金、純Alを約8μmの厚さに電
気メッキした。また溶融メッキ法、電気メッキ法により
Al−30mass%Mnを1〜400μmの厚さにメッキ
した。また、Al−Si,Al−Ni,Al−Znの各
合金、Ni,Cu,Znの各純金属を8μmの厚みに電
気メッキした。また、比較のために代表的な高融点金属
であるNb,Ta,Moを蒸着法により厚さ約8μmに
被覆した。
【0032】そして、各メッキ鋼板のメッキ層とアルミ
ニウム板の間に抵抗体をインサートしてスポット溶接を
実施した。
【0033】抵抗体としてはNi,Cu,Al−Si,
Al−Mn,Ag,Ti,Ta,Zrの各箔体(厚さ0.
1mm)、メッキ層表面に酸化処理により形成した厚さ
が0.003〜0.1μmの酸化膜(Al2 3 ,Si
2 )、メッキ層表面に粒径30μmのCu,Ni,A
2 3 ,SiO2 の各粉末を1m2 あたり1〜100
個塗布して形成した塗膜を用いた。またアルミニウム板
は厚みが1.0mmのAl−Mg系合金(A5052)と
した。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】
【表4】
【0038】
【表5】
【0039】溶接後、得られた継手を図3に示す十字引
張試験に供し、その破断形態を調査した。結果を表1〜
表5に示す。評価○は母材破断、×は母材以外での破断
をそれぞれ示す。
【0040】本発明の実施例はメッキ層の厚みが極端に
薄い場合、溶接時間が過大の場合を除き、高い継手強度
を示した。
【0041】実施例2 鋼として板厚が1.0mmのSPCC,SPCD,SPC
E,SAPH310,SUS304を用い、アルミニウ
ムとして板厚が1.0mmのA1050,A2217,A
3003,A5083,A6061,A7075を用い
て、同様の試験を実施した。
【0042】メッキ層はAl−30mass%Mnからなる
厚み8μm(目付け量20g/m2)の電気メッキ層、
抵抗体は厚さ100μmのAl−Si箔とした。また、
溶接条件はいずれも溶接時間1ms,溶接電流60k
A,加圧力1960Nとした。
【0043】結果を表6および表7に示す。本発明は多
種の被接合材に適用して優れた接合強度改善結果を発揮
する。
【0044】
【表6】
【0045】
【表7】
【0046】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のアルミニウムと鋼の抵抗溶接方法は、クラッドインサ
ート材を使用せず、鋼表面に直接被覆したメッキ層と抵
抗体をインサート材として用いて健全な溶接を行う。従
って、実際の施工においてインサート材の挿入工程や固
定工程が不要となり大幅な工数の削減が可能となる。ま
た、クラッドインサート材と比較して、メッキ層や抵抗
体はコストが安く、品質も安定であるので経済性や継手
強度の安定性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様を示す模式図である。
【図2】従来法でのナゲットの形成状況を示す模式図で
ある。
【図3】十字引張試験の説明図である。
【符号の説明】
1 鋼 2 メッキ層 3 アルミニウム 4 抵抗体 5 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B23K 103:20

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウムと鋼の抵抗溶接において、
    鋼側の接合面に鋼より融点が低い金属をメッキし、その
    メッキ層とアルミニウムの間に通電により発熱する抵抗
    体を介在させて、溶接を行うことを特徴とするアルミニ
    ウムと鋼の抵抗溶接方法。
JP5040532A 1993-02-03 1993-02-03 アルミニウムと鋼の抵抗溶接方法 Pending JPH0724581A (ja)

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