JP6996547B2 - Ｍｉｇろう付け方法、重ね継手部材の製造方法、および重ね継手部材 - Google Patents

Ｍｉｇろう付け方法、重ね継手部材の製造方法、および重ね継手部材 Download PDF

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Description

本発明は、ＡｌまたはＡｌ合金と溶融Ｚｎ系めっき鋼板とのＭＩＧろう付け方法、その方法による重ね継手部材の製造方法、および重ね継手部材に関する。
自動車車体の軽量化のためにＡｌおよびＡｌ合金（以下、Ａｌを含めてＡｌ合金と総称する）の使用量が増加している。しかし、Ａｌ合金と鋼板とを従来のアーク溶接法等の溶融溶接法で接合すると、鋼板と溶接ビードとの界面に脆弱なＦｅ－Ａｌ系金属間化合物相が厚く成長して接合強度が低下するという問題があった。
Ｆｅ－Ａｌ系金属間化合物相の成長を抑制する方法として、例えば特許文献１～４には、合金化溶融Ｚｎめっき鋼板、溶融Ｚｎめっき鋼板、電気Ｚｎめっき鋼板の鋼中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ濃度を規定したろう付け用鋼板が開示されている。このろう付け用鋼板は、ろう付け時に鋼中からＣ、Ｓｉ、ＭｎをＦｅ－Ａｌ系金属間化合物相中に拡散させ、脆いＦｅ－Ａｌ系金属間化合物相の成長を抑制して接合強度を高めるものである。
Ｓｉ、Ｍｎは鋼板の高強度化にも有用で高張力鋼板に用いられる。しかし、溶融Ｚｎめっき鋼板では、Ｓｉ、Ｍｎは、めっき前の還元加熱時に鋼板表面に濃化して酸化物となり、鋼板とめっき浴との濡れ性が阻害されてめっき不良の原因になる。また、合金化溶融Ｚｎめっき鋼板では、Ｓｉ、Ｍｎは、めっき後の合金化処理時に鋼板とめっき層との拡散が阻害されて合金化反応が遅延する原因となる。
ろう付けにおいても鋼中のＳｉ、Ｍｎはろう付け時に鋼板表面に濃化してろう材およびＡｌ合金との濡れ性を阻害する。その結果、ろう材とＡｌ合金とのはじき、ピットおよびブローホールが発生してビード外観の悪化、ビードの剥離、並びに接合強度の低下の原因となる。このため、Ｓｉ、Ｍｎを鋼中に添加できる量が限定される。また、上記のように鋼中にＳｉ、Ｍｎを添加すると鋼板の強度が高くなるため、適用できる鋼種は高張力鋼に限定され、一般の鋼板に用いることができない。
日本国公開特許公報「特開２００６－２８３１１０号公報（２００６年１０月１９日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００６－２８３１１１号公報（２００６年１０月１９日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００７－２４７０２４号公報（２００７年９月２７日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００７－２７７７１７号公報（２００７年１０月２５日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００８－６８２９０号公報（２００８年３月２７日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１１－２１８４２４号公報（２０１１年１１月４日公開）」
本発明は、Ａｌ合金と鋼板とのろう付けにおいて、めっき層にＡｌを添加した溶融Ｚｎ系めっき鋼板を用いることによりビード外観および接合強度に優れた重ね継手部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らが鋭意検討を行った結果、めっき層にＡｌを含有した溶融Ｚｎ系めっき鋼板はろう材、Ａｌ合金との親和性に優れるため、Ａｌ合金をろう付けした場合に良好なビード外観、接合強度が得られるという新たな知見を見出して、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の一態様におけるＭＩＧろう付け方法は、めっき層が質量％でＡｌ：１．０～２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板板面に対して接合対象板であるＡｌ板またはＡｌ合金板を重ね合わせてＭＩＧろう付けするＭＩＧろう付け方法であって、前記板面上に、前記接合対象板と前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板とを互いに接合するろう付け部を形成するろう付け工程を含み、前記ろう付け工程において、ＭＩＧろう付けの狙い位置が、前記接合対象板の端面の一端と前記板面との交点から、前記接合対象板の端面の他端までの間であることを特徴としている。
また、本発明の一態様における重ね継手部材は、めっき層が質量％でＡｌ：１．０～２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板の板面に対して接合対象板であるＡｌ板またはＡｌ合金板を重ね合わせてろう付け部を形成した重ね継手部材であって、前記ろう付け部が延びる方向に垂直な面で前記ろう付け部を切ったときの断面において、前記板面上における前記ろう付け部のビード幅が下記式（１）を満足するように前記ろう付け部が形成されていることを特徴としている。
ｔ≦Ｗ≦７．５ｔ ・・・（１）
（ここで、
Ｗ：ろう付け部のビード幅（ｍｍ）
ｔ：前記接合対象板の板厚（ｍｍ））。
本発明の一態様によれば、ビード外観および接合強度に優れた、Ａｌ合金と鋼板との重ね継手部材を製造することができるＭＩＧろう付け方法を提供することができる。
本発明の実施の形態における重ね継手部材の断面を示す模式図である。 本発明の実施形態におけるＭＩＧろう付けの狙い位置を示す模式図であって、（ａ）は下端の狙い位置、（ｂ）は上端の狙い位置を示す図である。 本発明以外のＭＩＧろう付けの狙い位置を示す模式図である。 本発明の実施形態におけるＭＩＧろう付けの狙い位置を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本出願において、「Ａ～Ｂ」とは、Ａ以上Ｂ以下であることを示している。
〔実施形態１〕
これまで、ろう付け時のＦｅ－Ａｌ系金属間化合物相の成長を抑制するための方策が種々提案されてきた。しかし、上記成長の抑制効果が不十分であったり、適用できるめっき鋼板の鋼種が限定されたりする場合があった。このような状況の中、本発明者らは鋭意研究を行い、その結果、以下のような新しい着想を得た。すなわち、Ｚｎ系めっき層にＡｌを添加した溶融Ｚｎ系めっき鋼板はろう材およびＡｌ合金との親和性に優れることから、後述するビード幅Ｗが広くなるのでビードのせん断面積を大きくすることができる。これにより、Ｆｅ－Ａｌ系金属間化合物相が厚く成長してもろう付け部の接合強度（せん断強度）の低下を防止することができるという新しい知見を見出した。本発明者らは、この新しい知見を基に本発明を完成させるに至った。以下に本発明の一実施形態を詳述する。
〔溶融Ｚｎ系めっき鋼板〕
本発明の実施の形態におけるろう付け用溶融Ｚｎ系めっき鋼板は、めっき層がＺｎを主成分とし、１．０質量％以上２２．０質量％以下のＡｌを含有する。一般に、Ａｌ合金のろう付けにはＡｌまたはＺｎを主成分とするろう材が使用される。本発明の実施の形態におけるろう付け用溶融Ｚｎ系めっき鋼板は、めっき層にＡｌ合金と、ろう材の主成分であるＺｎおよびＡｌとを含有する。それゆえ、Ａｌ合金およびろう材との親和性に優れ、濡れ性が向上して良好なビード外観が得られるとともにビード幅が広くなるので接合強度も大きくなる。
この効果はＡｌ濃度が１質量％以上で得られるので、Ａｌ濃度は１質量％以上に限定する。
一方、Ａｌ濃度が２２質量％を越えるとＺｎ系めっき層の融点が高くなって親和性が低下する。この場合、濡れ性が劣り、ビード幅が不規則なハンピングビードとなりビード外観が低下する。また、ビード幅が狭くなって接合強度が低下する。
Ｚｎ系めっき層にＭｇを０．０５～１０．０質量％添加するとＺｎ系めっき層の融点が下がり、Ａｌ合金、ろう材との親和性が向上して接合強度に優れ、しかも耐食性にも優れるので好適である。Ｍｇを添加した場合のめっき層外観と耐食性を低下させる原因となるＺｎ１１Ｍｇ２系相の生成および成長を抑制するために、Ｔｉ：０．００２～０．１質量％またはＢ：０．００１～０．０５質量％を含むことが好ましい。
さらに、Ｚｎ系めっき層はろう付け時のＦｅ－Ａｌ系金属間化合物相の成長を抑制して接合強度を高めるために、２．０質量％以下のＳｉを含んでいてもよい。また、Ｚｎ系めっき層は、２．５質量％以下のＦｅを含んでいてもよい。
上記のことは、以下のように表すことができる。すなわち、本発明の実施の形態におけるろう付け用溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は、Ｚｎを主成分とし、Ａｌを１～２２質量％、Ｍｇを０．０５～１０．０質量％含有し、さらにＴｉ：０．００２～０．１質量％、Ｂ：０．００１～０．０５質量％、Ｓｉ：０～２．０質量％、Ｆｅ：０～２．５質量％からなる群から選ばれる１つ以上の条件を満たしていることが好ましい。
〔めっき付着量〕
本発明の実施の形態におけるろう付け用溶融Ｚｎ系めっき鋼板は、Ａｌ合金、ろう材との良好な濡れ性を得るためには片面当たりのめっき付着量を１５ｇ／ｍ２以上とすることがより効果的である。この片面当たりのめっき付着量は、上記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のろう付け部が形成される板面におけるめっき付着量であるとも表現できる。また、めっき付着量が少ないと、めっき面の耐食性および犠牲防食作用を長期にわたって維持するうえで不利となる。このため、めっき付着量は１５ｇ／ｍ２以上とする。
一方、片面当たりのめっき付着量が２５０ｇ／ｍ２を超えるとろう付け時のＺｎ蒸気の発生量が多くなり、ハンピングビード、ピットおよびブローホールが発生し、ビード外観が悪化するとともに接合強度が低下する。このため、めっき付着量は２５０ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。
〔Ａｌ合金〕
本発明においてＡｌ合金は特に限定されない。主に自動車車体に用いられる５０００系や６０００系のＡｌ合金や、それ以外のＡｌ合金を用いてもよい。例えば、１０００系、３０００系、７０００系のＡｌ合金を用いてもよい。なお、前述のように、本明細書において、Ａｌ合金は純Ａｌ（不純物を含むことを許容する）を含む意味で用いる。
また、本明細書において、格別の記載が無い限り、Ａｌ合金は板形状となっており、Ａｌ合金はＡｌ合金板のことを意味する。そして、本発明の実施の形態において、Ａｌ板またはＡｌ合金板は、ＭＩＧろう付けの対象となっており、接合対象板と表現することができる。
〔ビード幅〕
図１に本発明の実施の形態におけるろう付け用溶融Ｚｎ系めっき鋼板とＡｌ合金とをろう付けした重ね継手部材の断面の模式図を示す。重ね継手は自動車車体においてＡｌ合金と鋼板とのろう付けにおいて多用される継手である。
図１に示すように、本発明の実施の形態における重ね継手部材は溶融Ｚｎ系めっき鋼板１の上にＡｌ合金３が重ねられており、ろう付けによりビード４が形成されている。該ビードは、ろう付けにより形成されたろう付け部（ろう付け接合部）とも表現することができる。
自動車車体に使用されるＡｌ合金３の板厚は要求される強度によって適宜選択される。このため、本発明ではビード幅ＷもＡｌ合金３の板厚に応じて下記（１）式の範囲に制御する。すなわち、Ａｌ合金３の強度が必要で板厚を厚くする場合はビード幅Ｗも広くして接合強度を大きくする。
ｔ≦Ｗ≦７．５ｔ ・・・（１）
ここで、
Ｗ：ろう付け部のビード幅（ｍｍ）
ｔ：Ａｌ合金の板厚（ｍｍ）
である。
例えば、Ａｌ合金３の板厚が２ｍｍの場合、接合強度が４ｋＮ以上であれば自動車車体として強度的に問題ないといえる。ビード幅Ｗが上記（１）式を満足することにより、Ｆｅ－Ａｌ系金属間化合物相５が成長しても優れた接合強度が得られる。しかし、ビード幅ＷがＡｌ合金３の板厚ｔよりも狭くなると接合強度が低下する。逆に、ビード幅Ｗが７．５ｔを越えるとビード幅を広くするために入熱を大きくする必要があり、その結果ビード部周辺のＺｎ系めっき層２の蒸発領域が広くなって耐食性が低下する。
〔ろう付け方法〕
本発明の実施の形態における重ね継手部材は、ＭＩＧろう付け方法を用いてろう付けされる。図２および図４を用いて、本発明の実施の形態におけるＭＩＧろう付け方法を以下に説明する。
図２は、本発明の実施の形態におけるＭＩＧろう付け方法を模式的に示す図であって、（ａ）は下端の狙い位置、（ｂ）は上端の狙い位置を示す図である。図４は、本発明の実施形態におけるＭＩＧろう付けの狙い位置を示す模式図である。溶融Ｚｎ系めっき鋼板１の上にＡｌ合金（Ａｌ合金板）３が重ねられている。本発明では、ろう材ワイヤー７の狙い位置を図２の（ａ）に示すＡｌ合金３の端面６と溶融Ｚｎ系めっき鋼板１との交点Ｃから、図２の（ｂ）で示すＡｌ合金３の端面６の上端Ｕまでの間、すなわち図４に示すようにＡｌ合金３の端面６とする。
この場合、ビード幅Ｗを広くすることができ、上述の規定範囲内とすることができる。
これに対して、図３（ａ）に示すように、ろう材ワイヤー７の狙い位置がＡｌ合金３の端面６から離れて溶融Ｚｎ系めっき鋼板１上になると、Ａｌ合金３が溶融不足となり、ビード幅Ｗが狭くなる。また、必要以上にアークが広がってＺｎ系めっき層２の蒸発領域が広くなって耐食性が低下する。さらに、Ｚｎ蒸気の量が多くなるとアークが不安定になってハンピングの発生が著しくなる。また、Ｚｎ蒸気がビード内に滞留してブローホールが著しくなる。
また、図３（ｂ）に示すように、狙い位置がＡｌ合金３の上端から離れてＡｌ合金３の上面になると、Ａｌ合金３が溶融不足となり、ハンピングの発生が著しくなり、ビード幅Ｗが狭くなる。
本発明の実施の形態におけるＭＩＧろう付け方法は、汎用のＭＩＧ溶接機が使用できる。このような設備は安価であるため、本ＭＩＧろう付け方法は、コスト面で好適に使用することができる。本発明では、電源は特に限定されない。直流方式、交流方式、パルス方式のいずれも用いることができる。
〔ろう材〕
本実施の形態において、ろう材は特に限定されない。通常のＡｌ合金用のＡｌ系ろう材やＺｎ系ろう材を用いてよい。また、Ｆｅ－Ａｌ系金属間化合物相の成長を抑制するためにろう材にＳｉを添加してもよい。また、濡れ性を改善するためにフラックスを充填したフラックスろう材を用いてもよい。
（有利な効果）
以上のように、本発明の一態様におけるＭＩＧろう付け方法により、ビード外観および接合強度に優れる重ね継手部材を製造することができる。
また、一般に、鋼板とＡｌ合金とはスポット溶接されることがある。そのようなスポット溶接に比べて、本実施形態のＭＩＧろう付け方法は以下のような利点を有する。すなわち、本ＭＩＧろう付け方法は、鋼板を溶融させることを要するスポット溶接とは異なり、Ｚｎ系めっき層２とろう材ワイヤー７とを溶融させるだけの熱量を供給すればよく、溶融Ｚｎ系めっき鋼板１の下地鋼板を溶融させることを要しない。供給した熱量によってＡｌ合金３の端面６も少し溶融する。つまり、本ＭＩＧろう付け方法は、スポット溶接に比べて、接合するために必要な熱量が少なくて済む。そのため、重ね継手部材に生じる熱歪を少なくすることができる。そのため、例えばスポット溶接をした場合に発生することがある反り等の不具合が生じることを低減し得る。
そして、本ＭＩＧろう付け方法により、溶融Ｚｎ系めっき鋼板とＡｌ合金とを連続接合することができる。そのため、本ＭＩＧろう付け方法で製造した重ね継手部材は、封止性に優れる。例えば自動車分野では、スポット溶接した後にシーラーにて隙間を埋めることが行われる。本ＭＩＧろう付け方法を用いることにより、そのようなシーラーを用いる処理を不要とすることができる。
さらに、本ＭＩＧろう付け方法では、接合部に形成されるＦｅ－Ａｌ系金属間化合物相を薄くすることができるとともに、上述のように連続接合であることから、重ね継手部材の接合強度を向上させることができる。
（実施例１－１）
以下、実施例および比較例により、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
板厚１．２ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ１００ｍｍの溶融Ｚｎ系めっき鋼板と、板厚２．０ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ１００ｍｍの６０００系Ａｌ合金の部材とを用意した。そして、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の上にＡｌ合金の部材を長さ方向に５０ｍｍずらして重ねて、ＭＩＧろう付けを用い、重ね継手サンプルを作製した。表１にＭＩＧろう付け条件を示す。
Figure 0006996547000001
作製した重ね継手サンプルを目視観察し、ハンピングおよびピットの有無を調査した。目視観察後、Ｘ線透過試験を行い、ブローホールの有無を調査した。Ｘ線透過試験後、重ね継手サンプルの中央部から幅３０ｍｍの引張試験用サンプルを採取し、引張速度３ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行った。本発明では、引張試験における最大荷重を接合強度とした。接合強度が４ｋＮ以上であれば自動車車体として強度的に問題ない。引張試験サンプルを採取した部分の極近傍から断面観察用サンプルを採取し、顕微鏡を用いて断面観察することによりビード幅Ｗを調査した。
表２に調査結果を示す。表２のビード外観では、ハンピングあるいはピットが発生せず連続したビード外観を○、ハンピングあるいはピットが発生した場合を×とした。
表２のＮｏ．１～１３で示す本発明の範囲内でＭＩＧろう付けした実施例では、ハンピングおよびピットは発生せず良好なビード外観が得られた。また、接合強度は４ｋＮ以上で自動車車体として十分な接合強度が得られた。
それに対して、Ｚｎ系めっき層のＡｌ濃度が本発明の範囲未満のＮｏ．１４の比較例ではビード幅Ｗが０．７ｍｍと狭くなり、接合強度が２．０ｋＮと強度不足であった。
めっき付着量が本発明の範囲を超えるＮｏ．１５の比較例、および狙い位置がＡｌ合金３端面から２ｍｍ離れた溶融Ｚｎ系めっき鋼板上のＮｏ．１６の比較例では、Ｚｎ蒸気の影響により、ハンピング、ピットが発生してビード外観が著しく低下し、ブローホールも発生した。Ｎｏ．１５、１６の比較例ではビード外観が著しく低下したため、引張試験は行わなかった。
狙い位置がＡｌ合金３の上端から３ｍｍ離れたＡｌ合金３上のＮｏ．１７の比較例ではハンピングが発生してビード外観が著しく低下したのでＸ線透過試験、引張試験は行わなかった。
Ｎｏ．１８～２０の比較例では、ハンピングまたはピットの発生によりビード外観が不良であるとともに、ビード幅Ｗが本発明の範囲未満であり、接合強度は３．３ｋＮ以下で接合強度不足であった。
Figure 0006996547000002
（実施例１－２）
１０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系の種類のＡｌ合金と、溶融Ｚｎ系めっき鋼板とのＭＩＧろう付けを行った。これらのＡｌ合金の組成を表３に示す。
Figure 0006996547000003
具体的には、板厚１．２ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ１００ｍｍの溶融Ｚｎ系めっき鋼板と、板厚１．０～３．０ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ１００ｍｍの各種のＡｌ合金の部材とを用意した。そして、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の上にＡｌ合金の部材を長さ方向に５０ｍｍずらして重ねて、ＭＩＧろう付けを用い、重ね継手サンプルを作製した。ＭＩＧろう付け条件は、前述の表１と同様の条件とした。
結果を表４に示す。
Figure 0006996547000004
表４のＮｏ．２１～３５で示す本発明の範囲内でＭＩＧろう付けした実施例では、ハンピングおよびピットは発生せず良好なビード外観が得られた。また、接合強度は各種のＡｌ合金の種類および板厚に対応して、自動車車体として十分な接合強度が得られた。
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
従来、Ｆｅ－Ａｌ系金属間化合物相の成長を抑制してＡｌ合金と鋼板を接合する方法として、フッ化物や塩化物等を主成分とするフラックスを充填したＡｌ合金ワイヤを用いるフラックスワイヤろう付け法が用いられている。フッ化物や塩化物等のフラックスを用いるのは、エッチング作用により鋼板表面の酸化物を除去して活性化し、鋼板と溶融したＡｌ合金およびＡｌ合金ワイヤとの濡れ性を改善して良好な密着性を得るためである。
例えば特許文献５には、Ｓｉを１～１３質量％含有したＡｌ合金ワイヤ中にＡｌＦ３を添加したフラックスを充填したワイヤを用いた溶融Ｚｎめっき鋼板とＡｌ合金のろう付け方法が開示されている。このろう付け方法によれば、（ｉ）フラックスによる鋼板表面の活性化効果と、（ｉｉ）Ａｌ合金ワイヤ中のＳｉとフラックス中のＡｌＦ３とによるＦｅ－Ａｌ系金属間化合物相成長抑制効果とにより、良好な接合強度が得られるとされている。
しかし、フラックスワイヤを用いると、ろう付け後にフラックス残渣がビード部に残留し、外観を損ねるだけでなく、腐食促進因子となって耐食性が著しく低下する。さらに、ろう付け後に塗装する場合は、塗装性および塗装後耐食性も著しく低下する。このため、フラックスワイヤを用いると、ワイヤコストがアップするだけでなく、フラックス残渣を洗浄する工程が必要となり、コストアップとなる。
フラックスを用いないフラックスレスろう付け方法としては、例えば特許文献６に記載されている方法が挙げられる。特許文献６には、予めろう付け予定箇所にレーザ光を照射して酸化物を蒸発させ、引き続きろう材を消耗電極としてアークろう付けする方法が記載されている。この方法では、レーザ加熱装置とアーク溶接装置とが必要となり、設備費が高額で、ろう付けコストが高くなる。
これまで、Ａｌ合金と鋼板との種々のろう付け方法が提案されてきたが、ワイヤへのフラックス添加およびフラックス残渣の除去を要するという問題、並びにレーザ加熱装置とアーク溶接装置との併用による高コストおよび高設備費という問題があった。
本実施形態の目的は、Ａｌ合金と鋼板とのろう付けにおいて、めっき層がＡｌを含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板を用いてフラックスレスＭＩＧろう付けすることにより、ビード外観、接合強度に優れた重ね継手部材を安価に提供することにある。
本発明者らは鋭意研究を行い、その結果、以下のような新しい着想を得た。すなわち、Ｚｎ系めっき層がＡｌを含有している溶融Ｚｎ系めっき鋼板はろう材およびＡｌ合金との濡れ性に優れることから、フラックスを用いなくてもＭＩＧろう付けでき、接合強度に優れた重ね継手が得られるという新しい知見を見出した。本発明者らは、この新しい知見を基に本発明を完成させるに至った。以下に本発明の一実施形態を詳述する。
〔溶融Ｚｎ系めっき鋼板〕
本実施の形態におけるフラックスレスＭＩＧろう付けを行う溶融Ｚｎ系めっき鋼板とＡｌ合金の部材との重ね継手部材の製造方法に用いる溶融Ｚｎ系めっき鋼板は、めっき層がＺｎを主成分とし、１．０質量％以上２２．０質量％以下のＡｌを含有する。溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層に、Ａｌ合金およびろう材の主成分であるＡｌを含有することから、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は、Ａｌ合金およびろう材との濡れ性に優れる。そのため、フラックスを用いなくても良好なビード外観が得られるとともにビード幅が広くなるので接合強度も大きくなる。この効果はＡｌ濃度が１質量％以上で得られるので、Ａｌ濃度は１質量％以上に限定する。一方、Ａｌ濃度が２２質量％を越えるとＺｎ系めっき層の融点が高くなって濡れ性が低下し、ビード幅が不規則なハンピングビードとなりビード外観が低下する。また、ビード幅が狭くなって接合強度が低下する。
溶融Ｚｎ系めっき層にＭｇを０．０５～１０．０質量％添加するとＺｎ系めっき層の融点が下がり、フラックスを用いなくてもＡｌ合金、ろう材との濡れ性が向上して接合強度に優れ、しかも耐食性にも優れるので好適である。めっき層は、Ｍｇを添加した場合のめっき層外観と耐食性を低下させる原因となるＺｎ１１Ｍｇ２系相の生成、成長を抑制するために、Ｔｉ：０．００２～０．１質量％またはＢ：０．００１～０．０５質量％を含んでいてもよい。
さらに、Ｚｎ系めっき層は、ろう付時の脆弱なＦｅ－Ａｌ系金属間化合物相の成長を抑制して接合強度を高めるために、２．０質量％以下のＳｉを含んでいてもよい。また、Ｚｎ系めっき層は、２．５質量％以下のＦｅを含んでいてもよい。
上記のことは、以下のように表すことができる。すなわち、本発明のフラックスレスＭＩＧろう付による重ね継手部材の製造方法に用いる溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は、Ｚｎを主成分とし、Ａｌを１～２２質量％を含む。好ましくは、さらに、Ｍｇを０．０５～１０．０質量％、Ｔｉ：０．００２～０．１質量％、Ｂ：０．００１～０．０５質量％、Ｓｉ：０～２．０質量％、Ｆｅ：０～２．５質量％からなる群から選ばれる１つ以上の条件を満たしていることが好ましい。
〔Ａｌ合金〕
本実施形態のフラックスレスＭＩＧろう付けに用いられるＡｌ合金については、前記実施形態１と同様であることから、説明を省略する。
〔ろう付方法〕
本実施形態のフラックスレスＭＩＧろう付け方法は、前記実施形態１と同様であるが以下の点で異なっている。すなわち、本実施形態では、ろう材ワイヤー７（図２、３参照）としてフラックスレスワイヤを用いる。つまり、本実施形態のフラックスレスＭＩＧろう付けに用いられるろう材は、フラックス無添加である。
このフラックスレスワイヤについて、以下に説明する。
〔ろう材〕
ろう材の組成は、Ａｌからなっていてよい。或いは、ろう材は、Ａｌに加え、Ｓｉ：０．２～１５．０質量％およびＭｎ：０．０３～２．０質量％から選ばれる１つ以上を含有する組成の合金であってもよい。ＳｉまたはＭｎを添加する効果は、ビード部においてＦｅ－Ａｌ系の金属間化合物相の成長を抑制することである。さらに本発明のろう材は、ろう材の融点と粘性を下げ、ろう材とＡｌ合金および溶融Ｚｎ系めっき鋼板との濡れ性を向上させるためにＭｇを０．３～７．０質量％含有してもよい。
〔めっき付着量、ビード幅〕
本実施形態の溶融Ｚｎ系めっき鋼板における片面当たりのめっき付着量、および重ね継手部材におけるビード幅は、前記実施形態１と同様であることから、説明を省略する。
（有利な効果）
本実施形態のフラックスレスＭＩＧろう付け方法によれば、前記実施形態１に記載のＭＩＧろう付け方法と同様の効果に加えて、以下の効果を奏する。
すなわち、溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層は、Ａｌ合金およびろう材の主成分であるＡｌを含有することから、Ａｌ合金およびろう材との濡れ性に優れる。そのため、フラックスを用いなくても良好なビード外観が得られるとともにビード幅を広くすることができ、接合強度を大きくすることができる。
よって、ろう材ワイヤーへのフラックス添加が不要であるとともに、ろう付け後にフラックス残渣を除去（洗浄）する工程が不要である。そして、レーザ加熱装置とアーク溶接装置とを併用する従来の方法に比べて、設備費が低額である。そのため、ろう付けにかかるコストを低減することができる。
（実施例２－１）
本実施形態における実施例を以下に示す。
板厚１．２ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ１００ｍｍの溶融Ｚｎ系めっき鋼板と、板厚２．０ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ１００ｍｍの６０００系Ａｌ合金の部材とを用意した。そして、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の上にＡｌ合金の部材を長さ方向に５０ｍｍずらして重ねて、フラックスレスのＭＩＧろう付けを行い、重ね継手サンプルを作製した。表５にＭＩＧろう付けの条件を示す。表６にろう材の明細を示す。
Figure 0006996547000005
Figure 0006996547000006
作製した重ね継手サンプルを目視観察し、ハンピングおよびピットの有無を調査した。目視観察後、Ｘ線透過試験を行い、ブローホールの有無を調査した。Ｘ線透過試験後、重ね継手サンプルの中央部から幅３０ｍｍの引張試験用サンプルを採取し、引張速度３ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行った。本発明では、引張試験における最大荷重を接合強度とした。接合強度が４ｋＮ以上であれば自動車車体として強度的に問題ない。ビード幅Ｗは、重ね継手サンプルのうち、引張試験サンプルを採取した部分と隣接した部分から断面観察用サンプルを採取し、顕微鏡を用いて断面観察することによりビード幅Ｗを調査した。
表７に、フラックスレスＭＩＧろう付により作製した重ね継手サンプルの調査結果を示す。表７のビード外観では、ハンピングあるいはピットが発生せず連続したビード外観を○、ハンピングあるいはピットが発生した場合を×とした。
Figure 0006996547000007
表７のＮｏ．３６～４８で示す本発明の範囲内でフラックスレスＭＩＧろう付けした実施例では、ハンピングおよびピットは発生せず良好なビード外観が得られた。また、接合強度は４ｋＮ以上で自動車車体として十分な接合強度が得られた。
それに対して、Ｚｎ系めっき層のＡｌ濃度が本発明の範囲未満であるＮｏ．４９の比較例では、ビード幅Ｗが０．６ｍｍと狭くなり、接合強度が２．０ｋＮと強度不足であった。
めっき付着量が本発明の範囲を超えるＮｏ．５０の比較例、および狙い位置がＡｌ合金の部材３の端面から２ｍｍ離れた溶融Ｚｎ系めっき鋼板上のＮｏ．５１の比較例では、Ｚｎ蒸気の影響により、ハンピング、ピットが発生してビード外観が著しく低下し、ブローホールも発生した。Ｎｏ．５０、５１の比較例ではビード外観が著しく低下したため、引張試験は行わなかった。
狙い位置がＡｌ合金の部材３の上端から３ｍｍ離れたＡｌ合金３上のＮｏ．５２の比較例ではハンピングが発生してビード外観が著しく低下したのでＸ線透過試験、引張試験は行わなかった。
Ｎｏ．５３～５５の比較例ではビード幅Ｗが本発明の範囲未満であり、接合強度は３．２ｋＮ以下で接合強度不足であった。
（実施例２－２）
１０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系の種類のＡｌ合金（表３参照）と、溶融Ｚｎ系めっき鋼板とのフラックスレスＭＩＧろう付けを行った。
具体的には、板厚１．２ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ１００ｍｍの溶融Ｚｎ系めっき鋼板と、板厚１．０～３．０ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ１００ｍｍの各種のＡｌ合金の部材とを用意した。そして、溶融Ｚｎ系めっき鋼板の上にＡｌ合金の部材を長さ方向に５０ｍｍずらして重ねて、フラックスレスＭＩＧろう付けを用い、重ね継手サンプルを作製した。フラックスレスＭＩＧろう付け条件は、前述の表５と同様の条件とした。
結果を表８に示す。また、フラックスレスワイヤとして、表８中に示す組成のろう材を用いた。
Figure 0006996547000008
表８のＮｏ．５６～７０で示す本発明の範囲内でフラックスレスＭＩＧろう付けした実施例では、ハンピングおよびピットは発生せず良好なビード外観が得られた。また、接合強度は各種のＡｌ合金の種類および板厚に対応して、自動車車体として十分な接合強度が得られた。
（まとめ）
以上のように、本発明の一態様におけるＭＩＧろう付け方法は、めっき層が質量％でＡｌ：１．０～２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板の板面に対して接合対象板であるＡｌ板またはＡｌ合金板を重ね合わせてＭＩＧろう付けするＭＩＧろう付け方法であって、前記板面上に、前記接合対象板と前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板とを互いに接合するろう付け部を形成するろう付け工程を含み、前記ろう付け工程において、ＭＩＧろう付けの狙い位置が、前記接合対象板の端面の一端と前記板面との交点から、前記接合対象板の端面の他端までの間であることを特徴としている。
また、本発明の一態様におけるＭＩＧろう付け方法は、前記ろう付け工程において、ろう材としてフラックスレスワイヤを用いて、フラックスレスＭＩＧろう付けを行ってもよい。
また、本発明の一態様におけるＭＩＧろう付け方法は、前記ろう材は、Ａｌからなる組成、または、Ａｌに加え、質量％で、Ｓｉ：０．２～１５．０％、Ｍｇ：０．３～７．０％、およびＭｎ：０．０３～２．０％からなる群から選ばれる１つ以上を含有する組成であってもよい。
また、本発明の一態様におけるＭＩＧろう付け方法は、前記ろう付け工程では、前記ろう付け部が延びる方向に垂直な面で前記ろう付け部を切ったときの断面において、前記板面上における前記ろう付け部のビード幅が下記式（１）を満足するように前記ろう付け部を形成することが好ましい。
ｔ≦Ｗ≦７．５ｔ ・・・（１）
（ここで、
Ｗ：ろう付け部のビード幅（ｍｍ）
ｔ：前記接合対象板の板厚（ｍｍ））。
また、本発明の一態様におけるＭＩＧろう付け方法は、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層が、さらに質量％でＭｇを０．０５～１０．０％含有してもよい。
また、本発明の一態様におけるＭＩＧろう付け方法は、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層が、さらに質量％でＴｉ：０．００２～０．１％、Ｂ：０．００１～０．０５％、Ｓｉ：０～２．０％、およびＦｅ：０～２．５％からなる群から選ばれる１あるいは２以上を含有することが好ましい。
また、本発明の一態様におけるＭＩＧろう付け方法は、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の片面当りのめっき付着量が１５～２５０ｇ／ｍ２であることが好ましい。
本発明の一態様における重ね継手部材の製造方法は、上記のＭＩＧろう付け方法により、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板と、前記接合対象板とをろう付けして重ね継手部材を製造することを特徴としている。
本発明の一態様における重ね継手部材は、めっき層が質量％でＡｌ：１．０～２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板の板面に対して接合対象板であるＡｌ板またはＡｌ合金板を重ね合わせてろう付け部を形成した重ね継手部材であって、前記ろう付け部が延びる方向に垂直な面で前記ろう付け部を切ったときの断面において、前記板面上における前記ろう付け部のビード幅が下記式（１）を満足するように前記ろう付け部が形成されていることを特徴としている。
ｔ≦Ｗ≦７．５ｔ ・・・（１）
（ここで、
Ｗ：ろう付け部のビード幅（ｍｍ）
ｔ：前記接合対象板の板厚（ｍｍ））。
また、本発明の一態様における重ね継手部材は、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層が、さらに質量％でＭｇを０．０５～１０．０％含有することが好ましい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
１ 溶融Ｚｎ系めっき鋼板
２ Ｚｎ系めっき層
３ Ａｌ合金
４ ビード（ろう付け部）
５ Ｆｅ－Ａｌ系金属間化合物相
６ Ａｌ合金の端面
７ ろう材ワイヤー

Claims (10)

  1. めっき層が質量％でＡｌ：１．０～２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板の板面に対して接合対象板であるＡｌ板またはＡｌ合金板を重ね合わせてＭＩＧろう付けするＭＩＧろう付け方法であって、
    前記板面上に、前記接合対象板と前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板とを互いに接合するろう付け部を形成するろう付け工程を含み、
    前記ろう付け工程において、ＭＩＧろう付けの狙い位置が、前記接合対象板の端面の一端と前記板面との交点から、前記接合対象板の端面の他端までの間であることを特徴とするＭＩＧろう付け方法。
  2. 前記ろう付け工程において、ろう材としてフラックスレスワイヤを用いて、フラックスレスＭＩＧろう付けを行うことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＧろう付け方法。
  3. 前記ろう材は、
    Ａｌからなる組成、または、
    Ａｌに加え、質量％で、Ｓｉ：０．２～１５．０％、Ｍｇ：０．３～７．０％、およびＭｎ：０．０３～２．０％からなる群から選ばれる１つ以上を含有する組成であることを特徴とする請求項２に記載のＭＩＧろう付け方法。
  4. 前記ろう付け工程では、前記ろう付け部が延びる方向に垂直な面で前記ろう付け部を切ったときの断面において、前記板面上における前記ろう付け部のビード幅が下記式（１）を満足するように前記ろう付け部を形成することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のＭＩＧろう付け方法。
    ｔ≦Ｗ≦７．５ｔ ・・・（１）
    （ここで、
    Ｗ：前記ろう付け部のビード幅（ｍｍ）
    ｔ：前記接合対象板の板厚（ｍｍ））
  5. 前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層が、さらに質量％でＭｇを０．０５～１０．０％含有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のＭＩＧろう付け方法。
  6. 前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層が、さらに質量％でＴｉ：０．００２～０．１％、Ｂ：０．００１～０．０５％、Ｓｉ：０～２．０％、およびＦｅ：０～２．５％からなる群から選ばれる１あるいは２以上を含有することを特徴とする請求項５に記載のＭＩＧろう付け方法。
  7. 前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板の前記板面におけるめっき付着量が１５～２５０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のＭＩＧろう付け方法。
  8. 請求項１～７のいずれか１項に記載のＭＩＧろう付け方法により、前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板と、前記接合対象板とをろう付けして重ね継手部材を製造することを特徴とする重ね継手部材の製造方法。
  9. めっき層が質量％でＡｌ：１．０～２２．０％を含有する溶融Ｚｎ系めっき鋼板の板面に対して接合対象板であるＡｌ板またはＡｌ合金板を重ね合わせてろう付け部を形成した重ね継手部材であって、
    前記ろう付け部が延びる方向に垂直な面で前記ろう付け部を切ったときの断面において、前記板面上における前記ろう付け部のビード幅が下記式（１）を満足するように前記ろう付け部が形成されていることを特徴とする重ね継手部材。
    ｔ≦Ｗ≦７．５ｔ ・・・（１）
    （ここで、
    Ｗ：前記ろう付け部のビード幅（ｍｍ）
    ｔ：前記接合対象板の板厚（ｍｍ））
  10. 前記溶融Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層が、さらに質量％でＭｇを０．０５～１０．０％含有することを特徴とする請求項９に記載の重ね継手部材。
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