JPH11197846A - 異種金属板のシーム溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム合金板と鋼板との間に、鋼層お
よびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド板を介
在させてシーム溶接する場合に、十分に高い継手強度を
得る。 【構成】 鋼層およびアルミニウム合金層からなる２層
のクラッド板と、鋼板またはアルミニウム合金板とをシ
ーム溶接するに当たり、前記クラッド板として、厚みが
１．０〜２．０ｍｍ、かつ鋼層厚み：アルミニウム合金
層厚みの層厚比が１：１〜１：２であるものを用い、鋼
板またはアルミニウム合金板が前記クラッド板と同種の
金属で接するように重ね、この重ね部分で、アルミニウ
ム合金側に、先端曲率半径８０ｍｍ以上、かつ導電率９
７％ＩＡＣＳ以上であるＲ型電極を配置し、鋼側に、先
端曲率半径３０ｍｍ以下、かつ導電率６０〜８０％ＩＡ
ＣＳであるＲ型電極を配置して溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、鉄道車両
の組み立て工程、あるいは薄板コイルの表面処理ライン
で鋼板とアルミニウム合金板を交互に通板する際に必要
となる鋼板とアルミニウム合金板とのコイル接合工程な
どに適用しうる、異種金属板のシーム溶接方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車や鉄道車両を組み立てる工程や、
薄板コイルの表面処理ラインで鋼板とアルミニウム合金
板を交互に通板する工程などでは、鋼板とアルミニウム
合金板のような異種金属の溶接が必要となる。ところ
で、上記異種金属板の溶接方法について、鉄およびアル
ミニウムからなるクラッド板をインサート材に用い、鋼
板とアルミニウム合金板とを抵抗スポット溶接する方法
が、特開平４−55066 号公報、特開平４−127973号公
報、特開平４−253578号公報、特開平７−80653 号公
報、特開平７−136774号公報などに開示されている。し
かし、これらの方法は、そのほとんどが抵抗スポット溶
接を対象としたものであり、シーム溶接についての具体
的な実験例は示されていない。なお、特開平４−55066
号公報、特開平４−127973号公報、特開平４−253578号
公報においては、開示技術がシーム溶接にも適用可能で
あると記載されているものの、十分な継手強度を確保す
ることができない。なぜなら、例えば、特開平４−5506
6 号公報には２ステップ通電を行うことにより継手強度
が得られるとしているが、この２ステップ通電を、溶接
位置を移動させつつ、連続して溶接を行うシーム溶接に
適用することは不可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
から、アルミニウム合金板と鋼板の抵抗スポット溶接方
法について数多くの提案がなされているが、これをその
ままシーム溶接に適用しても、継手強度が不足するなど
多くの問題があった。そこで、本発明は、アルミニウム
合金板と鋼板との間に、鋼層およびアルミニウム合金層
からなる２層のクラッド板を介在させて、十分に高い継
手強度を得ることができるシーム溶接方法を提供するこ
とを目的とする。また、本発明は、この目的を達成する
ための要素技術として、鋼層およびアルミニウム合金層
からなる２層のクラッド板と、アルミニウム合金板また
は鋼板との接合で、十分に高い継手強度が得られるシー
ム溶接方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上掲の課題
の解決に向けて、特に、シーム溶接に用いる電極の特
性、寸法形状等について鋭意検討を加え、本発明を完成
するに到った。その要旨は以下のとおりである。

【０００５】（１）鋼層およびアルミニウム合金層から
なる２層のクラッド板と、鋼板またはアルミニウム合金
板とをシーム溶接するに当たり、前記クラッド板とし
て、厚みが１．０〜２．０ｍｍ、かつ鋼層厚み：アルミ
ニウム合金層厚みの層厚比が１：１〜１：２であるもの
を用い、鋼板またはアルミニウム合金板が前記クラッド
板と同種の金属で接するように重ね、この重ね部分で、
アルミニウム合金側に、先端曲率半径８０ｍｍ以上、か
つ導電率９７％ＩＡＣＳ以上であるＲ型電極を配置し、
鋼側に、先端曲率半径３０ｍｍ以下、かつ導電率６０〜
８０％ＩＡＣＳであるＲ型電極を配置して、溶接するこ
とを特徴とする、異種金属板のシーム溶接方法。

【０００６】（２）鋼板とアルミニウム合金板とを、鋼
層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド板
を介して、それぞれシーム溶接するに当たり、前記クラ
ッド板として、厚みが１．０〜２．０ｍｍ、かつ鋼層厚
み：アルミニウム合金層厚みの層厚比が１：１〜１：２
であるものを用い、鋼板およびアルミニウム合金板がそ
れぞれ前記クラッド板と同種の金属と接するように、し
かも両接触部が板面方向に相対的に変位するように重
ね、これらの重ね部分で、アルミニウム合金側に、先端
曲率半径８０ｍｍ以上、かつ導電率９７％ＩＡＣＳ以上
であるＲ型電極を配置し、鋼側に、先端曲率半径３０ｍ
ｍ以下、かつ導電率６０〜８０％ＩＡＣＳであるＲ型電
極を配置して、それぞれ溶接することを特徴とする、異
種金属板のシーム溶接方法。

【０００７】

【発明の実施の形態】発明者らは、アルミニウム合金板
と鋼板との間に、鋼層およびアルミニウム合金層からな
る２層のクラッド板（以下を、単に「クラッド板」と略
記する）を介在させることにより、高い継手強度でシー
ム溶接するためには、クラッド板とアルミニウム合金板
とのシーム溶接継手（図１（ａ））、あるいはクラッド
板と鋼板とのシーム溶接継手（図１（ｂ））が高い継手
強度を有していることが必要であるとの考えのもと鋭意
実験、検討を行った。

【０００８】その結果、クラッド板のアルミニウム合金
層と鋼層との層厚比を適正範囲に設定するとともに、シ
ーム溶接電極の形状とその電気特性を、被溶接材料に対
応して、適正に選択することが重要であることを見いだ
した。また、この知見に基づき、図２に示すように、ア
ルミニウム合金板と鋼板とをクラッド板を介して接合す
ることにより、継手全体の強度を十分に確保できること
を見い出した。

【０００９】以下、本発明において、要旨構成を前記範
囲に限定した理由について説明する。クラッド板の厚み
を、１．０〜２．０ｍｍとしたのは、板厚が１．０ｍｍ
よりも薄くなると、十分な大きさのナゲットが形成され
ないため継手強度が向上せず、２．０ｍｍより厚くなる
と、高い継手強度を得るためには、非常に高い電流を必
要とするようになるからである。次に、クラッド板の鋼
層とアルミニウム合金層との層厚比を１：１〜１：２の
範囲とした理由について述べる。すなわち、層厚比が
１：１未満では、アルミニウム合金層の厚みが相対的に
減少するので、アルミニウム合金板とクラッド板をシー
ム溶接する場合に形成されるナゲットの厚みおよび幅が
小さくなり、継手の引張強度が劣化する。これは、継手
の引張試験時の破断がアルミニウム合金側で生じるた
め、形成されるナゲットの大きさにより引張強度は左右
されるためである。一方、層厚比を１：２より大きくす
ると、アルミニウム合金層が相対的に厚くなるので、ア
ルミニウム合金板とクラッド板の溶接の場合も、鋼板と
クラツド材の溶接の場合も、ともに溶接時の冷却効果が
大きくなって、発熱効果が減少するため、継手の引張強
度が劣化する。さらに、鋼板とクラッド板の溶接に際し
ては、鋼板での発熱効果の減少およびナゲット厚みの減
少も引き起こし、継手の引張強度をさらに劣化させる。

【００１０】さて、アルミニウム合金板または鋼板とク
ラッド板とをシーム溶接により接合するに当たっては、
それぞれ同種の金属が向かい合うように接触させて重ね
ることが必要である。すなわち、クラッド板とアルミニ
ウム合金板を接合する場合には、クラッドのアルミニウ
ム合金層とアルミニウム合金板とが向かい合うように、
クラッド板と鋼板を接合する場合には、クラッドの鋼層
と鋼板とが向かい合うように重ねる。このような重ね方
を採用することによって、接合界面におけるFe−Al金属
間化合物の過大な形成を伴わない健全な溶融部が得られ
る。

【００１１】まず、アルミニウム合金板とこれと同種の
金属であるクラッド板のアルミニウム側とを接触させて
溶接する場合、鋼側すなわちこの場合クラッド板側に、
電極先端曲率半径３０ｍｍ以下、かつ導電率８０％ＩＡ
ＣＳ（Innternational Annealed Copper Standard 、純
銅の導電率を１００としたときの導電性の割合を表す単
位）以下であるＲ型電極を配置する必要がある。この理
由は、鋼側に電流を集中させて発熱量を高め、熱伝導に
よりアルミニウム合金側を加熱し、ナゲットの成長を促
進させることにより継手強度を向上させるためである。
ただし、電極の導電率を６０％ＩＡＣＳ未満にすると、
鋼側の発熱量は増加するものの、電極中での抵抗発熱が
大きくなりすぎ、鋼との溶着など作業性が劣化する。し
たがって、電極の導電率は、６０〜８０％ＩＡＣＳの範
囲とする。なお、シーム溶接におけるＲ型電極とは、図
３に示すような、円盤形電極の円周部分先端が曲率Ｒを
もつ形状の電極のことを意味する。そして、Ｒ型電極を
採用することにより、溶接部の表面外観が良好、かつ、
溶接中安定した加圧が可能になることにより、より良好
な溶接継手が得られる。

【００１２】また、アルミニウム合金側に先端曲率半径
８０ｍｍ以上かつ導電率９７％ＩＡＣＳ以上であるＲ型
電極を配置するのは、溶接電流を分散させ、アルミニウ
ム合金表面における過大発熱による散り発生や板の変形
により、継手強度が劣化するのを防止するためと、アル
ミニウム合金表面の溶融による電極へのアルミニウムの
溶着および電極揖耗現象を抑制するためである。

【００１３】上述した接合対象材と異なり、鋼板とクラ
ッド板の鋼層側とを接触させて溶接する場合にも、上記
理由と同様な理由のため、鋼側には先端曲率半径３０ｍ
ｍ以下かつ導電率６０〜８０％ＩＡＣＳであるＲ型電極
を配置し、またアルミニウム合金側すなわちこの場合ク
ラッド板側には、先端曲率半径８０ｍｍ以上かつ導電率
９７％ＩＡＣＳ以上であるＲ型電極を配置することが必
要である。

【００１４】なお、本発明で用いる、鋼板およびアルミ
ニウム合金板の厚みは、とくに定めるものではないが、
継手強度を十分に高く確保する上から、０．８〜２．０
ｍｍの範囲であることが望ましい。また、本発明で用い
るクラッド板は、圧延法、爆着法、拡散接合法などいず
れの方法で製造されたもであっても良い。ここに、アル
ミ合金としては、アルミに主にMgを添加したAl−Mg合
金、主にSiおよびMgを添加したAl−Si−Mg合金などが挙
げられる。さらに、本発明で用いる電極の材料は、純
鋼、あるいはAg、Zr、Crなどを添加した鋼合金であるこ
とが望ましい。そして、シーム溶接条件のうち、溶接電
流は、８．０〜１７．０ｋＡの範囲とすることが望まし
い。というのは、電流が低すぎると継手強度が低下し、
電流が高すぎると散りの発生や電極へのアルミニウムの
溶着が生じるからである。溶接時間、溶接速度、溶接加
圧力などの溶接諸条件は、平均板厚に合わせて一般的に
採用されている条件であればよい。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により、本発明の効果を具体的
に説明する。板厚０．８ｍｍの鋼板または板厚１．０ｍ
ｍのアルミニウム合金板とクラッド板とを、図１（ａ）
および図１（ｂ）に示す組み合わせで重ね、この重ね部
をパルセーション通電によるシーム溶接を行った。クラ
ッド板、電極の実験条件は表１、表２に示すとおりであ
る。なお、溶接加圧力は２．９ｋＮ、通電時間は６０ｍ
ｓ、冷却時間は６０ｍｓ、溶接速度は１．０ｍ／ｍｉｎ
とした。また、溶接用電極は幅８ｍｍのＲ型電極を使用
した。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】溶接後の継手から、溶接長３０ｍｍとなる
試験片を採取し、引張試験を行い、破断時の強度を求め
た。継手強度が２５０ＭＰａ以上の場合に良好（○
印）、それに満たない場合に不良（×印）として評価し
た。得られた結果を、表１、表２に合わせて示す。これ
らの表から明らかなように、本発明の条件を満足する、
試験No．１〜12の発明例では、いずれも良好な継手強度
が得られた。これに対し、試験No．13〜21の比較例で
は、クラッド板の厚み、クラッド板の鋼層とアルミニウ
ム合金層との層厚比、電極先端形状のいずれかが適正範
囲からはずれているため、継手強度が２５０ＭＰａ未満
となり、十分な強度に達しなかった。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルミニウム合金板とクラッド板、あるいは鋼板とクラ
ッド板とのシーム溶接において、十分な継手強度を得る
ことが可能になる。したがって、本発明によれば、アル
ミニウム合金板と鋼板とを、クラッド板を介することに
より、十分な継手強度を有して接合することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】シーム溶接における材料および電極の配置状態
を示す、溶接方向からの断面図である。

【図２】アルミニウム合金板と鋼板とを、クラッド板を
介して接合した状態を示す、溶接方向からの断面図であ
る。

【図３】シーム溶接用電極の断面図である。

【符号の説明】

１ アルミニウム合金板 ２ 鋼板 ３ アルミニウム合金層 ４ 鋼層 ５ クラッド板 ６ 電極 ７ シーム溶接部（ナゲット）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼層およびアルミニウム合金層からなる２
   層のクラッド板と、鋼板またはアルミニウム合金板とを
   シーム溶接するに当たり、 前記クラッド板として、厚みが１．０〜２．０ｍｍ、か
   つ鋼層厚み：アルミニウム合金層厚みの層厚比が１：１
   〜１：２であるものを用い、鋼板またはアルミニウム合
   金板が前記クラッド板と同種の金属で接するように重
   ね、この重ね部分で、アルミニウム合金側に、先端曲率
   半径８０ｍｍ以上、かつ導電率９７％ＩＡＣＳ以上であ
   るＲ型電極を配置し、鋼側に、先端曲率半径３０ｍｍ以
   下、かつ導電率６０〜８０％ＩＡＣＳであるＲ型電極を
   配置して、溶接することを特徴とする、異種金属板のシ
   ーム溶接方法。
2. 【請求項２】鋼板とアルミニウム合金板とを、鋼層およ
   びアルミニウム合金層からなる２層のクラッド板を介し
   て、それぞれシーム溶接するに当たり、 前記クラッド板として、厚みが１．０〜２．０ｍｍ、か
   つ鋼層厚み：アルミニウム合金層厚みの層厚比が１：１
   〜１：２であるものを用い、鋼板およびアルミニウム合
   金板がそれぞれ前記クラッド板と同種の金属と接するよ
   うに、しかも両接触部が板面方向に相対的に変位するよ
   うに重ね、これらの重ね部分で、アルミニウム合金側
   に、先端曲率半径８０ｍｍ以上、かつ導電率９７％ＩＡ
   ＣＳ以上であるＲ型電極を配置し、鋼側に、先端曲率半
   径３０ｍｍ以下、かつ導電率６０〜８０％ＩＡＣＳであ
   るＲ型電極を配置して、それぞれ溶接することを特徴と
   する、異種金属板のシーム溶接方法。