JPS63230271A - アルミニウム系材と鉄系材との重ね抵抗溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、異穫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
抗スポッ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１方の表面にアルミ
ニウムの被Ｗｉ１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
錫のメッキを施し、このメッ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ー亜鉛
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、鋼とアルミニウムと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ギが大きく、更に、延性
が低いという問題点がある。従って、構造物にこれらの
異種金属接合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って、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。

［作用コ 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
ニウムプ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、スポット溶接
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ッ
ト溶接される。

［実施例１ 以下、添付の図面を参照して、スポット溶接の場合にお
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７
ａと、第１図（ｄ＞乃至（ｆ）又は第１図（Ｑ）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）、（ｄ＞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を均一にクラッドした所謂アルミ
プレージングシート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を形成したアルミプレージングシート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ー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、アルミニウムーシリコ
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１０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プレージングシー
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プレージング
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
ルミプ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プレージングシ
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、調合金製の内部水
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ッ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とっては、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１１．１２を配設し、電極１１．１
２により＠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、アルミナイズド溝板２をインサート材として使用
する従来のスポット抵抗溶接方法（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
接継手部の破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
方法によりスポット抵抗溶接した場合の実施例について
、インサート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。

第１表（その１） （零Ｊ）ｌよ５ＬＩＳ／八２クフツドのへ１１００第１
表（その２） なお、電極はクロム鋼合金製である。この電惜は半径が
１６１１１であり、先端は１００１Ｉｌ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３００ｋｇの
加圧力を印加した。各部材の厚さの中位はＩＩである。

ヒート電流値（にＡ）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３１
５０秒及び２１５ｏ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、５ＰＧＳは亜鉛
メッキ鋼であり、５ＰＴＥは錫メツキ鋼である。配置方
法間の各記号は第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
Ａ１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ッ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。

第２表（その１） 第２表（その２） 第２表において、表面割れ欄のＯは表面割れがなかった
ものを示し、Δ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ｈａであり、そのバラ
ツキは、Ｏが±１５ｋｏ以内、△が一±３０ｋｇ以内、
Ｘが±３０ｋａ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、Ｏ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、Δ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、Ｘ
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。総合評価間は、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
割れがあっ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、この表面割れの評価のウェイトを低く
した。◎は総合評価が優のもの、○は良のもの、Δは可
のもの、Ｘは不可のものを示す。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回収上で
あるのに対し、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
ることについては、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
アルミプ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、抵抗発熱領域が分散し、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ーシリ
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プレー
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。従って、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）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、８
ｃ；アルミプレージングシート、１１．１２：電極 出願人　　株式会社　神戸製鋼所 代理人　弁理士　藤　巻　正　憲 第１図 第１図 第１図 第２図 第３図 第４図 ＼］ 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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。