KR100925580B1 - 이종 금속의 접합 방법, 접합 구조 및 접합 장치 - Google Patents

Abstract

이종 금속을 접합하여 이루어지는 부재에 있어서, 이종 금속 접촉에 의한 부식(전기 부식)을 방지할 수 있어, 내식성 및 접합 강도가 우수한 이재 이음매를 염가로 얻을 수 있는 이종 금속의 접합 방법과, 이러한 방법에 의한 접합 구조, 또한 이러한 접합에 이용하는 이종 금속의 접합 장치를 제공한다. 이종 금속으로 이루어지는 양 재료(1, 2)를 시일재(3)를 개재하여 서로 겹치게 한 후, 접합부에 개재하는 시일재(3)를, 예를 들어 가열에 의해 변형 저항을 저감시킨 후에, 접합 계면으로부터 배출하여, 양 재료(1, 2)를 직접 접촉시킨 상태에서, 예를 들어 저항 용접이나 레이저 빔의 조사에 의해 접합한다.

내식성, 접합 강도, 접합 계면, 이종 금속, 시일재

Description

이종 금속의 접합 방법, 접합 구조 및 접합 장치 {BONDING METHOD, BONDING STRUCTURE AND BONDING DEVICE OF HETERO-METAL}

본 발명은, 이온화 경향이 상이한 금속으로 이루어지는 이종 재료의 접합 방법과, 이러한 방법에 의해 얻어지는 이종 금속의 접합 구조, 또한 상기 접합에 이용하는 이종 금속의 접합 장치에 관한 것이다.

예를 들면 자동차 차체에는, 종래부터 강재가 널리 사용되고 있지만, 최근, 차체의 경량화를 목적으로 하여, 상기 강재 외에, 알루미늄 합금 등의 경금속의 이용이 진행되고 있으며, 알루미늄 합금 등으로 형성된 차체 부재(예를 들면 알루미늄 합금제 루프 패널 등)의 차체에의 적용이 행해지고 있다.

이러한 부재의 접합 부위에 상기한 바와 같은 이종 금속을 조합하여 이용하면, 이종 금속이 서로 접촉하여 전기적으로 도통하기 때문에 부식이 촉진되는 것이 알려져 있다.

이러한 이종 금속의 접촉에 의한 부식은, 금속의 이온화 경향의 차이에 의해 이들 금속간에 전위차가 생겨, 부식 전류가 흐름으로써 발생한다고 되어 있으며, 종래, 이종 금속 접촉에 의한 부식을 방지하기 위해, 예를 들어 이하와 같은 대책 이 취해지고 있다.

즉, 특허 문헌1에는, 예를 들어 스틸제의 제1 부재와, 예를 들어 알루미늄이나 그 합금으로 이루어지는 제2 부재를 양 부재의 사이에 시일재를 개재시킨 상태에서, 예를 들어 리베트나 보강 부재 등의 접합 수단에 의해 접합하도록 한 차체 부재의 접합 구조가 제안되어 있다.

또한, 특허 문헌2에는, 철계 재료와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재료가 접합된 부재를 플루오로 착이온 및 아연 이온을 함유하는 용액 속에 침지하여, 접합부 근방에 치밀하면서도 강고하여 밀착성이 높고, 게다가 알루미늄과 철과의 중간적인 이온화 경향을 갖는 금속 아연을 석출시키며, 따라서 접합부에서의 이종 금속간의 접촉에 의한 내식성을 향상시키는 것이 기재되어 있다.

[특허 문헌1] 일본 특개2000-272541호 공보

[특허 문헌2] 일본 특개2005-154844호 공보

그러나, 상기 특허 문헌1에 기재된 기술에서는, 양 재료의 융점이나 선 팽창 계수가 상이하기 때문에, 스폿 용접 등에 의한 용융 접합을 피하여, 리베트나 볼트등에 의한 기계적 체결을 채용하고 있기 때문에, 접합된 부재의 중량이나 코스트의 증가를 피할 수 없다고 하는 문제점이 있다.

또한, 특허 문헌2에 기재된 기술에 있어서는, 접합된 부재를 플루오로 착이온 및 아연 이온을 함유하는 용액 속에 침지하도록 하고 있지만, 접합재 표면에 석 출한 아연만으로는, 자동차 부품에 요구되는 내식 성능을 충분히 만족시킬 수 없을 뿐만 아니라, 자동차의 생산 공정의 과정에 있어서, 차체 부품을 이러한 용액 속에 침지하는 공정을 포함하는 것은, 침지 탱크 등의 새로운 설비가 필요해져, 설비 코스트나 관리 코스트가 증가하여, 제조 코스트의 앙등을 초래하는 것이 문제된다．

본 발명은, 종래의 이종 금속의 접합 기술에서의 상기 과제를 해결하도록 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 이종 금속 접촉에 의한 부식을 방지할 수 있어, 내식성 및 접합 강도가 우수한 이재 이음매를 염가로 얻을 수 있는 이종 금속의 접합 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 서로 겹치게 한 이종 금속 재료간에 시일재를 개재시켰다가, 이 시일재를 접합 계면으로부터 배출한 상태에서 접합하도록 이루어짐으로써, 상기 목적을 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 상기 지견에 근거하는 것으로서, 본 발명의 이종 금속의 접합 방법에서는, 이종 금속으로 이루어지는 양 재료를 시일재를 개재하여 서로 겹치게 한 후, 접합부 중 적어도 중앙부의 시일재를 접합 계면으로부터 배출하고, 상기 양 재료를 직접 접촉시킨 상태에서, 예를 들어 저항 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하고 있다.

이하에, 본 발명의 이종 금속의 접합 방법이나 접합 장치, 또한 이것에 의해 얻어지는 접합 구조에 대하여, 더욱 상세하면서도 구체적으로 설명한다.

본 발명의 이종 금속 접합 방법에 있어서는, 상기한 바와 같이, 서로 겹치게 한 이종 금속 재료의 사이에 끼워 지지된 시일재를 접합부의 접합 계면으로부터 강제적으로 제거함으로써, 양 재료를 직접 접촉시킨 상태에서 접합(용접)하도록 하고 있으므로, 접합 계면에 시일재가 잔존함에 따른 이음매 강도의 저하가 방지되는 동시에, 시일재에 의해 이온화 경향이 상이한 금속끼리의 접촉을 방지할 수 있어, 강도와 내식성의 양립이 가능하게 된다.

이 때, 새로운 설비의 증설 등도 특별히 필요로 하지 않아, 시일재의 코스트나, 그 배치 공정수 등, 비용 상승 요인도 최소한으로 억제할 수 있다.

본 발명의 접합 방법에 있어서, 상기 시일재로서는, 예를 들면 에폭시 수지계, 합성 고무계, 합성 고무/PVC계 재료 등을 이용할 수 있고, 이러한 재료를 용액형으로 하여 피접합 재료의 접합면에 도포하거나, 시트형으로 한 것을 양 재료의 사이에 끼우거나 할 수 있다.

또한, 시일재로서는, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것, 즉 이종 금속 재료간의 직접 접촉을 방지할 수 있는 절연성의 것이라면, 이들에 한정되지는 않는다. 또한, 상기 시일재에 접착 기능을 갖는 재료를 이용함으로써, 전기 부식을 방지하는 시일 효과 외에, 접합 강도의 향상 효과도 얻을 수 있다.

본 발명의 접합 방법에 있어서, 접합 계면으로부터 시일재를 배출하기 위한 구체적인 수단으로서는, 예를 들면 선단부 표면을 곡면형으로 한 압자를 이용하여 양 재료를 상대적으로 가압함으로써, 접합 계면간에 개재하는 시일재를 접합부의 주위에 배출하도록 할 수 있다.

이 때, 압자로서, 롤러형의 것을 이용함으로써, 시일재를 진행 방향의 양측에 배출할 수 있도록 되어, 연속적인 선형의 접합에도 대응할 수 있도록 된다.

혹은, 양 재료 중 적어도 한 쪽의 접합면에 상대측으로 돌출하는 만곡부를 미리 형성해 두고, 이 상태에서 양 재료를 상대 가압하도록 할 수도 있어, 이 만곡부에 의해 시일재를 접합 계면으로부터 원활하게 배출할 수 있게 된다.

이러한 만곡부는, 예를 들어 프레스 가공에 의해, 용접 위치에 맞춘 단속형(스폿 용접의 경우)으로 형성하거나, 접합선을 따른 연속 홈형으로 형성하거나 할 수도 있어, 적용 부재의 형상이나 요구 성능에 따라 선택할 수 있다.

또한, 접합 계면으로부터 시일재를 배출할 시에는, 예를 들어 외부 열원을 이용한 가열 등에 의해, 시일재의 변형 저항을 저감시킨 후에, 양 재료를 가압하도록 할 수도 있어, 낮은 가압력으로도 용이하면서도 확실하게 시일재를 접합부로부터 배출할 수 있는 동시에, 사용 환경에 의한 시일재의 종류의 선택 범위를 넓힐 수 있게 된다.

예를 들면 열경화성 수지로 이루어지는 시일재의 변형 저항은, 도1에 도시한 바와 같은 온도 의존성을 갖고 있어, 실온으로부터 온도를 올려가면, 어느 일정한 온도까지 변형 저항이 감소해 가고, 온도를 더 올리면, 열경화성이기 때문에 경화가 시작되어, 변형 저항은 반대로 증가하게 된다.

따라서, 접합을 행하기 전에 외부 열원을 이용하여 접합부를 가열하여, 시일재의 온도를 올리고, 온도를 도1에서의 t1부터 t2 사이로 관리하여, 시일재의 변형 저항을 일정값 이하로 한 후에, 가압하도록 함으로써, 접합부로부터의 시일재의 배 출이 용이하면서도 효율적으로 행해지게 된다.

여기서, 시일재의 변형 저항을 제어하기 위한 가열 수단(외부 열원)로서는, 예를 들어 히터 부착 핫 롤러, 고주파 가열, 레이저 가열, 저항 가열 등을 예로 들 수 있다.

본 발명의 이종 금속의 접합 방법에서는, 저항 용접, 레이저 용접, 고주파 용접 등의 용융 용접뿐만 아니라, 마찰 교반 접합, 초음파 접합, 확산 접합 등의 고상 접합까지, 다양한 용접 시공 방법의 적용이 가능하여, 접합 시공 방법에 특별히 한정되는 것은 아니지만, 저항 용접을 채용한 경우에는, 저항 용접용 전극(스폿 용접용 전극뿐만 아니라, 심 용접용의 롤러 전극도 포함함) 중 적어도 한 쪽의 선단면을 볼록형 곡면으로 하면, 상기 전극을 이용한 가압에 의해 접합 계면으로부터 시일재를 배출할 수 있게 된다.

즉, 용접용 전극에 의해, 접합 계면으로부터 시일재를 배출하기 위한 시일재 배출 수단을 겸할 수도 있게 되어, 장치, 공정의 간략화가 가능하게 된다.

이러한 저항 용접으로서는, 스폿 용접과 함께, 롤러 전극을 이용한 심 용접을 적용할 수 있어, 저항 스폿 용접에 의한 점 접합으로 함으로써, 자동차 패널과 같은 복잡한 3차원 형상을 이루는 부재에 대해서도, 용이하게 이종 금속의 접합이 가능하게 된다.

또한, 저항 심 용접을 적용함으로써, 연속적인 선형 접합이 얻어져, 점 접합보다 강도나 강성, 수밀성을 요하는 부재의 접합에 적합한 것으로 된다.

저항 스폿 용접 시에는, 본 용접하기 위한 통전·가압에 앞서, 예비적인 가 압과 미약 전류의 통전에 의해, 양 재료간에 저항 발열을 생기게 하고, 따라서 시일재의 변형 저항을 감하여, 시일재의 접합 계면으로부터의 배출을 용이하게 할 수 있다.

저항 심 용접의 경우에는, 이러한 예비 통전용의 롤러 전극을 저항 용접용의 롤러 전극에 선행시킴으로써 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 이종 금속의 접합 방법에서는, 이종 금속으로 이루어지는 피접합재 중 적어도 한 쪽과 시일재의 사이에, 양 재료 모두 서로 다른 제3 금속으로 이루어지는 재료를 개재시키고, 시일재를 접합 계면으로부터 배출시킨 후, 상기 양 재료 중 적어도 한 쪽과 제3 금속 재료 사이에서 공정 용융을 생기게 하여 접합하는 것이 바람직하고, 이것에 의해 이종 금속계면에 비교적 저온도에서 공정 용융이 생기기 때문에, 보다 저온 상태에서 산화 피막을 접합 계면으로부터 제거할 수가 있고, 접합 계면 온도의 상승을 방지하여 금속간 화합물의 생성을 억제하여, 이종 금속으로 이루어지는 양 재료의 신생면끼리 견고하게 접합되기 때문에, 특히 알루미늄재나 마그네슘재와 같이 표면에 치밀한 산화 피막이 형성되는 재료를 포함하는 이종 금속의 접합에 적합하게 이용할 수 있다.

즉, 이러한 재료를 포함하는 이종 금속 접합에서는, 산화 피막을 제거하기 위해서는, 큰 열량의 투입이 필요한 한편, 입열량을 크게 하면 취약한 금속간 화합물의 생성을 피할 수 없게 되기 때문에, 건전하고 고 강도의 접합을 얻기 위한 조건 범위가 좁아지는 것에 대해, 상기한 바와 같은 제3 재료와의 공정 용융을 이용 함으로써, 산화 피막을 저온 상태에서도 제거하기 쉽게 되기 때문에, 적정 조건 범 위가 매우 넓은 것으로 된다．

이 때, 제3 금속 재료를 개재시키기 위한 구체적 수단으로서는, 피접합재 중 적어도 한 쪽의 접합면에 제3 금속 재료를 도금하는 것이 바람직하고, 이에 의해 제3 재료를 인서트재로서 이종 재료와 시일재 사이에 끼워넣는 공정을 생략할 수 있어, 가공 공정수의 저감에 의해 작업 효율이 향상될 뿐만 아니라, 공정 반응에 의해 용융된 도금층이 표면의 불순물과 함께 접합부의 주위에 배출된 후에, 도금층 아래부터 매우 청정한 신생면이 나타나게 되어, 보다 강고한 접합이 가능하게 된다.

예를 들면, 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금 등의 경합금재와 강재와의 접합 시에는, 강재로서, 알루미늄이나 마그네슘과 저융점 공정을 형성하는 제3 금속인 아연이 그 표면에 미리 도금되어 있는, 소위 아연 도금 강판을 이용할 수 있다. 이 경우에는, 새롭게 도금을 실시하거나, 특별한 준비를 요하거나 하지도 않아, 방청 목적으로 아연 도금을 실시한 시판 강재를 그대로 사용할 수 있어, 매우 간편하면서도 염가로, 이종 금속의 강고한 접합을 행할 수 있게 된다.

또한, 공정 용융이란 공정 반응을 이용한 용융을 의미하고, 2개의 금속(또는 합금)이 상호 확산되어 생긴 상호 확산 영역의 조성이 공정 조성으로 된 경우에, 유지 온도가 공정 온도 이상이면 공정 반응에 의해 액상이 형성된다. 예를 들어 알루미늄과 아연의 경우, 알루미늄의 융점은 933K, 아연의 융점은 692.5K인 것에 비하여, 이 공정 금속은 각각의 융점보다 낮은 655K에서 용융한다.

따라서, 양 금속의 청정면을 접촉시켜, 655K 이상으로 가열 유지하면 반응이 생긴다. 이것을 공정 용융이라고 하며, 알루미늄재의 접합 시에서의 산화 피막 제거나 상호 확산 등의 접합 작용에 이용함으로써, 저온 접합을 실시할 수 있어, 접합 계면에서의 금속간 화합물의 성장을 매우 유효하게 억제할 수 있다． 또한，Al-Zn 2원계 합금에서는，Al-95％Zn이 공정 조성으로 되지만, 공정 반응 자체는 합금 성분에 무관한 일정한 변화로서, 합금 조성은 공정 반응의 양을 증감하는 것에 불과하다.

한편, 알루미늄재의 표면에는 산화 피막이 존재하지만, 이것은 고에너지 빔의 조사에 의한 가열과, 그 직후의 소정 온도에서의 가압에 의해 알루미늄재에 소성 변형이 생김으로써 물리적으로 파괴되게 된다.

즉, 가압에 의해 재료 표면의 미시적인 볼록부끼리 서로 접촉되기 때문에, 일부의 산화 피막의 국소적인 파괴에 의해 알루미늄과 아연이 접촉한 부분으로부터 공정 용융이 생겨, 이 액상의 생성에 의해 근방의 산화 피막이 파쇄, 분해되고 공정 용융이 전체면으로 더욱 넓어지는 반응의 확대에 의해, 산화 피막 파괴의 촉진과 액상을 통한 접합이 달성된다.

공정 조성은 상호 확산에 의해 자발적으로 달성되기 위해, 조성의 컨트롤은 필요없다. 필수 조건은 2종의 금속 혹은 합금의 사이에, 저융점의 공정 반응이 존재하는 것이며, 알루미늄과 아연의 공정 용융의 경우, 아연을 대신하여 Zn-Al 합금을 이용하는 경우에는, 적어도 아연이 95％ 이상의 조성이어야 한다.

본 발명의 이종 금속의 접합 방법에서의 피접합재와 제3 금속 재료와의 구체적인 조합으로서는, 예를 들어 강재와 알루미늄 합금재의 접합에서의 제3 재료로서 는, 알루미늄 합금과 저융점 공정을 형성하는 재료이기만 하면 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들면 상기한 아연(Zn) 외에, 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag), 니켈(Ni)등을 이용할 수 있다.

즉, 이들 금속과 Al과의 공정 금속은, 모재인 알루미늄 합금재의 융점 이하에서 용융하기 때문에, 취약한 금속간 화합물이 생성되기 쉬운 강재와 알루미늄 합금재의 접합에서도, 저온에서 산화 피막의 제거를 할 수 있어, 접합 과정에서의 접합 계면에서의 금속간 화합물의 생성을 억제할 수 있어, 강고한 접합이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 접합 방법을 자동차 보디의 조립에 적용하는 것을 생각한 경우, 피접합재로서는, 강재와 알루미늄재와의 조합이 대부분이지만, 장래적으로는 강재와 마그네슘재, 혹은 알루미늄재와 마그네슘재와의 조합 등도 고려된다.

강재와 마그네슘 합금재와의 접합 시에는, 후술하는 실시예와 마찬가지로 강재측에 도금한 아연과 마그네슘의 사이에 공정 반응을 생기게 하여 접합하는 것이 가능하다. 또한, 알루미늄 합금재와 마그네슘 합금재를 접합하는 경우에도, 아연이나 은을 제3 재료로서 이용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에서는, 제3 금속 재료로서, 상기한 바와 같은 순금속에 한정 되는 것은 아니며, 공정 금속은 2원 합금도 3원 합금도 존재하기 때문에, 이들 중 적어도 1종의 금속을 포함하는 합금이어도 된다．

본 발명의 이종 금속의 접합 장치는, 시일재를 접합 계면으로부터 배출하는 시일재 배출 수단과, 시일재가 배출된 양 재료를 직접 접합하는 용접 수단을 구비 한 것이기 때문에, 본 발명의 상기 접합 방법에 적합하게 이용할 수 있다.

그리고, 상기 시일재 배출 수단으로서는, 시일재의 변형 저항을 저감시키기 위한 가열 수단과, 이 가열 수단에 의해 가열된 부분을 가압하여, 변형 저항이 감해진, 즉 가열에 의해 연화된 시일재를 접합 계면으로부터 배출하는 가압 수단으로 이루어지는 것으로 할 수 있다．

여기서, 상기 용접 수단으로서는, 대표적으로는, 상기한 바와 같이, 예를 들어 저항 용접이나 레이저 빔 용접을 채용할 수 있어, 상기 시일재 배출 수단에서의 가열 수단으로서는, 히터를 내장한 핫 롤러나, 고주파 가열, 레이저 가열, 저항 가열 등을 적용할 수 있고, 가압 수단으로서는 압자나 가압 롤러를 채용할 수 있어, 이러한 가압면을 볼록형 곡면으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 용접 수단으로서 저항 용접을 채용한 경우에는, 용접용 전극을 가압 수단으로서 겸용하는 것도 가능하다.

본 발명에 따르면, 이종 금속 재료간에 시일재를 끼워 겹쳐 접합할 시에, 양 재료의 사이에 개재시킨 시일재를 접합부의 접합 계면으로부터 배출하고, 상기 양 재료를 직접 접촉시킨 후에 접합하도록 하고 있기 때문에, 접합부에 시일재가 잔존하거나 하지 않아, 강고한 접합 강도가 얻어지는 동시에, 접합부는 그 외주가 시일재에 의해 둘러싸여 부식 환경으로부터는 차단되기 때문에, 이종 금속의 접촉 부식을 방지할 수 있어, 내식성 및 접합 강도가 우수한 이종 금속 이음매를 저코스트로 제작할 수 있다．

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은, 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 하기 실시예에서는, 알루미늄 합금과 아연 도금 강판의 접합예를 설명했지만, 이종 금속의 조합으로서는, 상기 조합 이외에도, 마그네슘 합금과 알루미늄 합금, 강재와 마그네슘 합금 등, 전기 부식이 문제되는 모든 이종 금속 접합에 적용할 수 있다．

각 실시예에서는, 판두께 0.55mm의 아연 도금 강판(1)과 6000계 알루미늄 합금으로 이루어지는 판두께 1.0mm의 판재(2)의 접합을 행하고, 알루미늄과 공정 용융을 생기게 하는 제3 재료로서, 강판(1)의 표면의 아연 도금층(1p)을 이용하였다. 아연 도금층(1p)의 두께로서는, 공정 용융이 생기는데 필요한 최저 두께이면 문제는 없지만, 여기에서는 일반적인 20㎛의 도금 두께를 갖는 아연 도금 강판을 이용하였다. 방청용의 시일재(3)로서는, 에폭시계의 열 경화성 구조용 접착제를 이용하여, 아연 도금층(1p)을 내측으로 하여 서로 겹치게 한 양 재료(1, 2)의 사이에 끼워 지지된 상태에서 각 실시예에 제공하였다.

(실시예1)

도2는, 이 실시예에 이용한 스폿 용접 장치의 전체도를 도시하고, 교류 전원 타입의 장치에 의해, 상기한 바와 같이, 사이에 시일재(3)를 삽입한 상태의 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)를 1쌍의 용접 전극(11, 12)에 의해 가압·통전 함으로써 용접을 행하였다．

도3은, 접합부의 상세도로서, 표면에 아연 도금층(1p)이 형성되고 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)의 접합 계면에 시일재(3)를 삽입하여 개재시키고 있다.

상기 스폿 용접 전극(11, 12)에 대해서는, 후술하는 바와 같이, 접합 계면으로부터의 시일재(3), 산화 피막, 공정 융체 등의 배출을 용이하게 하기 위하여, 그 선단에 볼록형 곡면(11a, 12a)을 구비한 형상으로 되어 있다.

또한, 이러한 전극 선단 형상은, 반드시 전극(11, 12)의 양방에 채용할 필요는 없고, 적어도 한 쪽에 채용함으로써, 원활한 배출을 행할 수 있다．

그리고, 상기 저항 스폿 용접 장치를 이용하여, 통전에 앞서, 350kgf의 가압력을 가함으로써, 접합 계면으로부터 시일재(3)를 배출한 후, 25000A의 교류 전류를 0.2초간 통전함으로써, 양 재료(1, 2)를 스폿 용접하였다.

이 과정을 도4를 참조하여 설명한다.

도4의 (a)는, 피접합재의 준비 완료 상태를 도시하고, 적어도 접합 계면측의 표면에, Al과 공정을 형성하는 제3 금속 재료로서 기능하는 아연 도금층(1p)이 실시된 아연 도금 강판(1)과, 알루미늄 합금재(2)가 서로 겹쳐져 있으며, 양자의 접합면 전체에 페이스트형의 시일재(3)가 도포되어 있다. 또한, 알루미늄 합금재(2)의 표면에는 산화 피막(2c)이 생성되어 있다．

다음에 도4의 (b)에 도시한 바와 같이, 1쌍의 용접 전극(11, 12)에 의해 양 재료(1, 2)를 상대적으로 압박하면, 전극 선단에는 상기한 바와 같이 볼록형 곡면(11a, 12a)이 형성되어 있기 때문에, 시일재(3)는 접합부의 중앙부로부터 외주부로 배출되어, 중앙부에서는, 아연 도금층(1p)과 알루미늄 합금재(2)의 표면에 생성 되어 있는 산화 피막(2c)이 직접 접촉하게 된다.

여기에서, 용접 전극에 의한 가압 및 통전에 기초하는 기계적, 열적인 충격등이 부하됨으로써, 도4의 (c)에 도시한 바와 같이, 접합면의 산화 피막(2c)이 국부적으로 파괴되어, 아연과 알루미늄의 국부적인 접촉이 일어나, 접합면이 아연과 알루미늄의 공정점 온도 이상으로 유지되면, 도4의 (d)에 도시한 바와 같이, 아연과 알루미늄의 공정 용융이 일어나, 공정 융체(Me)가 생긴다.

이 공정 융체(용해금속)(Me)는, 상기 전극(11, 12)에 의한 한층 더한 가압에 의해, 산화 피막(2c)이나 접합 계면의 불순물(도시하지 않음)과 함께, 접합부 주위에 배출물(D)로 되어 배출되어, 도4의 (e)에 도시한 바와 같이, 소정의 접합 면적이 확보된다.

그리고, 도4의 (f)에 도시한 바와 같이, 알루미늄과 강의 신생면끼리 직접 접합됨으로써, 접합부(J)가 형성되고, 강과 알루미늄 합금의 강고한 금속 접합을 얻을 수 있다.

도5는, 이러한 접합 프로세스에 의해 얻어진 접합부 구조의 상세 내용을 도시한 것으로서, 도5에 도시한 바와 같이, 아연 도금 강판(1)의 강과 알루미늄 합금재(2)의 접합부(J)는, 이들 금속의 신생면끼리 직접 접합되어 있는 동시에, 공정 융체(Me)나 산화 피막(2c), 접합 계면의 불순물 등이 배출물(D)로 되어, 상기 접합부(J)의 주위에 배출되고, 또한 그 주위에 시일재(3)가 배출되어 있기 때문에 고 강도의 접합이 얻어지며, 게다가 상기 접합부(J)가 배출물(D)와 시일재(3)에 의해 주위가 둘러싸여진 구조로 되어 있어, 부식 환경으로부터 완전하게 차단되어 있기 때문에, 이종 금속의 접촉 부식에 대하여 우수한 내식성을 얻을 수 있어, 강도와 내식성을 양립할 수 있었다.

또한, 상기 실시예에서는, 시일재(3)로서, 페이스트상의 구조용 접착제를 도포하여 이용하였지만, 이것에 한정되지는 않으며, 시트형의 접착제를 사용할 수도 있다.

이 경우, 시트형의 접착제는, 상온에서의 점도가 높기 때문에, 용접 전극에 의한 가압만으로는 배출하기 어려운 것이 있지만, 그 때는, 예비 통전을 행함으로써 가열하여, 시일재의 변형 저항을 저감시킴으로써 용이하면서도 확실하게 시일재를 배출할 수 있다．

(비교예1)

아연 도금 강판 대신에 도금이 없는 라강판(裸鋼板)을 사용하는 동시에, 시일재를 도포하지 않고, 가압과 동시에 용접용 교류 전류를 통전한 것 이외에는, 상기 실시예1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 라강판과 알루미늄 합금재를 접합하였다.

(비교예2)

시일재를 도포하지 않고, 가압과 동시에 용접용 교류 전류를 통전한 것 이외에는, 상기 실시예1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 아연 도금 강판과 알루미늄 합금재를 접합하였다.

(비교예3)

선단부가 평탄한 형상의 스폿 용접용 전극을 사용하여, 가압 개시와 동시에 용접용 교류 전류를 통전한 것 이외에는, 상기 실시예1과 마찬가지의 조작을 반복하여, 아연 도금 강판과 알루미늄 합금재를 접합하였다.

상기 각 비교예에 의해 얻어지는 이종 금속 이음매의 이음매 강도 및 내식 성능을 조사하여, 상기 실시예1에 의해 얻어진 이종 금속 이음매와 비교하였다.

그 결과를 표 1에 기재한다.

표 1에 기재한 바와 같이, 시일재를 병용하지 않은 비교예1 및 비교예2에서는, 이음매 강도는 우수하지만, 내식성이 뒤떨어지는 결과로 되었다. 또한, 맨강판을 이용한 비교예1에서는, 이러한 고강도 이음매를 얻기 위해서는, 아연 도금 강판을 이용한 경우에 비하여, 꽤 정밀한 조건 제어가 필요해져, 적정 조건 범위가 매우 좁아졌다.

또한, 비교예3에서는, 시일재를 접합 계면으로부터 배제하지 않고, 그대로 스폿 용접을 실행한 관계상, 시일재가 완전하게 배출되지 않고 접합 계면에 잔존했기 때문에, 접합 강도는, 실시예1의 경우 약 45％ 정도에 머물렀다.

이에 대하여 상기 실시예1에 의해 얻어진 이종 금속 이음매의 경우에는, 시일재(3)의 배출과 공정 용융에 의한 산화 피막 제거와 신생면끼리의 직접 접합에 의해, 고강도와 내식성을 양립할 수 있는 것이 확인되었다．

또한, 이음매 강도에 대해서는, JIS Z3136-1999에 의해 측정한 인장 전단 강도가, JIS Z3140-1989에 규정된 A급 강도 이상인 경우를 「○」로 평가하고, 내식 성능에 대해서는, 독자적인 부식 촉진 시험에 의해 평가한 결과, 전기 부식의 발생이 보이지 않은 것을 「○」로 평가하였다.

(실시예2)

상기 실시예1에서는, 선단에 볼록형 곡면을 구비한 용접 전극을 이용함으로써, 접합 계면으로부터의 시일재나, 접합 과정에서 생기는 반응 생성물 등 배출을 촉진하는 예를 설명했지만, 이를 대신하여, 피접합재 중 적어도 한 쪽의 접합면에 소정 곡률을 갖는 만곡부를 형성함으로써도, 마찬가지의 배출 효과를 얻을 수 있다.

즉, 상기 실시예에서는, 도6의 (a)에 도시한 바와 같이, 프레스 가공에 의해, 미리 만곡부(2a)를 형성한 알루미늄 합금재(2)를 아연 도금 강판(1)에 겹쳐, 이들 사이에 시일재(3)를 삽입하여 개재하였다.

그리고, 전극(11 및 12)에 의해, 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)를 상하로부터 끼워 지지하고, 마찬가지의 조건 하에서, 우선 가압을 행하면, 상기 만곡부(2a)에 의해 시일재(3)가 접합부로부터 용이하게 배출되고, 그 후의 가압 및 통전에 의해 저항 스폿 용접을 행함으로써, 알루미늄 합금 판재(2)의 산화 피막(2c)의 파괴와, 그 접합부로부터의 제거가 촉진되어, 접합부의 주위가 배출물이나 시일재(3)에 의해 둘러싸여진 내식성이 높은 접합 구조가 얻어졌다.

이와 같이, 특히, 강재보다도 융점이 낮고, 게다가 대기 분위기 하에서 그 표면에 강고한 산화 피막을 형성하는 알루미늄 합금재(2)의 측에 상기 만곡부(2a)를 형성함으로써, 통전 가열에 의한 연화에 의해 만곡부(2a)가 변형되면서 산화 피막(2c)의 파괴와 제거가 진행되는 동시에, 접합 과정의 공정 반응에 의해 생긴 반응 생성물 등의 접합부 주위에의 배출과, 그에 의한 시일재(3)의 배출이 더욱 용이한 것으로 되어, 피접합재인 알루미늄 합금과 강의 신생면끼리의 불순물 등이 개재한 적이 없는 강고한 접합이 얻어지는 동시에, 접합부의 주위를 배출물이나 시일재(3)에 둘러싸여진 내식성이 높은 이종 금속끼리의 접합 구조를 용이하게 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

또한, 시일재 등의 배출 촉진에 기여하는 만곡부는, 알루미늄 합금재(2)의 측뿐만 아니라, 예를 들어 알루미늄 합금재의 판 두께가 두꺼울 때나, 압출재를 사용했을 때 등과 같이, 알루미늄 합금재(2)에 만곡부(2a)를 형성하는 데에 번거로운 경우에는, 아연 도금 강판(1)의 측에 만곡부를 형성할 수도 있어, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도6의 (b)에 도시한 바와 같이, 알루미늄 합금재(2) 및 아연 도금 강판(1)의 쌍방에, 마찬가지의 만곡부(2a 및 1a)를 각각 형성하고, 만곡부(2a, 1a)의 볼록면끼리 접촉시킴으로써, 양 재료의 사이에 배출 공간을 확보하여, 배출 촉진 수단으로서 기능시킬 수도 있고, 마찬가지로 시일재(3)나 반응 생성물 등의 배출이 촉진되어, 내식성이 높고 강고한 접합을 행할 수 있다．

(실시예3)

도7은, 마찬가지의 실시예로서, 알루미늄 합금재(2)의 측에, 시일재 등의 배출을 촉진하기 위한 만곡부(2b)를 후육부로서 형성한 예를 도시한다.

즉, 알루미늄 합금재(2)가 주물이나 압출재의 경우에는, 그 제조 시에 후육형의 만곡부(2b)를 용이하게 형성할 수 있어, 시일재(3)뿐만 아니라 반응 생성물 등의 접합 계면으로부터의 배출이 용이한 것으로 되어, 상기 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어지는 것이 확인되었다.

(실시예4)

저항 심 용접에 의한 이재 금속의 접합 요령을 도8에 도시한다.

도8에 도시하는 접합 장치는, 저항 용접용 전원 트랜스포머에 접속된 롤러 전극(13 및 14)을 구비하고 있으며, 상기 접합 장치에서는, 표면에 아연 도금층(1p)을 구비한 아연 도금 강판(1)과, 알루미늄 합금재(2)가, 그 계면에 시일재(3)를 개재하여 서로 겹쳐진 상태에서, 롤러 전극(13 및 14)에 의해 끼워 지지되고, 접합부를 가압하여 시일재(3)을 접합 계면으로부터 배제한 후, 재차 가압하면서 양 재료(1, 2)의 사이에 통전하는 동시에, 롤러 전극(13 및 14)을 회전시킴으로써 시일재(3)의 배출과 저항 용접이 연속적으로 진행되어, 양 재료(1, 2)를 선형으로 접합할 수 있게 되어 있다.

이 때, 도9에 도시한 바와 같이, 롤러 전극(13 및 14) 중 적어도 한 쪽은, 피접합재와의 접촉면인 외주부에 볼록형 곡면을 구비하고 있으며(이 예에서는, 상측 롤러 전극(13)이 볼록형 곡면(13a)을 구비하고, 하측 롤러 전극(14)의 선단은 평탄면(14a)으로 되어 있음), 이 롤러 전극(14)이 알루미늄 합금재(2)의 측에 배치되어 있다.

이 때문에, 이 실시예에서는, 400kgf의 가압력을 가하여, 32000A의 교류 전류를 통전하면서, 2.0m/분의 전송 속도로 이동시킴으로써, 상기한 스폿 용접의 경우와 마찬가지로, 롤러 전극(13)의 볼록형 곡면(13a)에 의해, 시일재(3)나, 산화 피막이나 공정 용해 금속, 반응 생성물 등이 접합 계면으로부터 그 주위에 원활하게 배출되어, 알루미늄 합금과 강의 신생면끼리의 강고한 접합을 얻을 수 있는 동시에, 시일재(3)의 존재에 의해 내식성도 양호하게 확보되게 된다.

(실시예5)

상기 실시예에서는, 상기한 실시예2에서 마찬가지의 만곡부를 구비한 알루미늄 합금재(2)를 저항 심 용접에 적용한 예를 설명하는 것이다.

즉, 도10에 도시한 바와 같이, 미리 프레스 가공에 의해, 길이 방향으로 연속한 비드형을 이루고, 아연 도금 강판(1)의 측으로 볼록하게 되도록 만곡한 곡률을 갖는 만곡부(2d)를 형성한 알루미늄 합금재(2)를 아연 도금 강판(1)에 겹치고, 이들 사이에 시일재(3)가 삽입되어 개재되어 있다.

이러한 만곡부(2d)는, 시일재(3)의 배출을 촉진하는 기능을 갖기 때문에, 상기한 스폿 용접의 경우와 마찬가지로, 시일재(3)의 배출과, 거기에 이어지는 산화 피막이나 공정 용해 금속, 반응 생성물 등이 접합 계면으로부터 그 양측에 원활하게 배출되기 때문에, 상기와 마찬가지의 조건에 의해, 알루미늄 합금과 강의 신생면끼리의 강고한 접합과, 높은 내식성이 얻어지는 것이 확인되었다．

여기에서는, 롤러 전극(13, 14)으로서, 선단 형상이 평면을 이루는 일반적인 것을 이용하였지만, 앞의 실시예와 마찬가지로, 외주면을 볼록형 곡면으로 한 전극을 이용해도 지장이 없다. 또한, 스폿 용접의 경우와 마찬가지로, 만곡부를 아연 도금 강판(1)의 측에 형성하거나, 알루미늄 합금재(2)와의 양방에 형성하거나 하는 것도 가능하다.

상기 실시예4나 실시예5와 같은 저항 심 용접을 적용함으로써, 연속적인 접합이 가능하여, 접합부의 수밀성이나 강성이 우수한 이재 이음매를 얻을 수 있게 된다.

(실시예6)

이 실시예에서는, 편면측에, 시일재로서 기능하는 유기 피막(2f)을 구비한 6000계 알루미늄 합금으로 이루어지는 판 두께 1.0mm의 판재(2)와 판 두께 0.55mm의 아연 도금 강판(1)의 접합을 저항 스폿 용접으로 행한 예를 설명한다.

즉, 도11의 (a)는, 접합 시의 단면 상세도로서, 표면에 아연 도금층(1p)을 구비한 아연 도금 강판(1)과 유기 피막(2f)을 갖는 알루미늄 합금재(2)의 접합 계면에는, 상기한 각 실시예와 마찬가지로, 아연 도금층(1p)과, 알루미늄의 산화 피막(2c)과, 유기 피막(2f)(시일재)이 개재하게 된다.

따라서, 선단부에 각각 볼록형 곡면(11a, 12a)을 구비한 스폿 용접용 전극(11, 12)을 이용하여, 상기 실시예1, 실시예2 등과 마찬가지의 조건을 적용함으로써, 우선, 유기 피막(2f)이 접합 계면으로부터 배출되어, 양 재료(1, 2)가 직접 접촉하고, 이 상태에서 마찬가지의 가압 및 통전을 행함으로써, 도11의 (b)에 도시한 바와 같이, 아연 도금 강판(1)의 강과 알루미늄 합금이 직접적으로 접합되어 이루어지는 접합부(J)가 배출물(D)에 의해 위요되고, 또한 유기 피막(2f)이 그 주변부와 알루미늄 합금재(2)의 표면을 둘러싼 구조로 되어 있기 때문에, 이종 금속의 접촉에 의한 부식에 대해서는 우수한 내식성이 얻어졌다.

또한, 강과 알루미늄 합금의 접합부(J)는, 유기 피막(2f)이나, 공정 융체(Me), 산화 피막(2c), 접합 계면의 불순물 등의 배출물(D)이 주위에 배출되어, 신생면끼리의 고강도의 접합이 얻어지고 있으며, 강도와 내식성을 양립할 수 있었다. 이렇게 유기 피막(2f)은, 시일재로서 피접합재 중 적어도 한 쪽의 표면을 덮어 배출물(D)의 주변을 둘러싸고 있으면 된다.

(실시예7)

여기에서는, 방청용의 시일재로서 기능하는 유기 피막(1f 및 2f)을 각각 구비한 판두께 0.55mm의 아연 도금 강판(1)과, 6000계 알루미늄 합금으로 이루어지는 판 두께 1.0mm의 판재(2)를 저항 스폿 용접에 의해 접합한 예를 설명한다.

도12의 (a)에 도시한 바와 같이, 아연 도금층(1p) 상에 유기 피막(1f)을 구비한 아연 도금 강판(1)과, 유기 피막(2f)을 구비한 알루미늄 합금재(2)가 각각의 유기 피막이 접합 계면측으로 되도록 서로 겹쳐져 있으며, 이 접합 계면에는, 상기한 각 실시예와 기본적으로 마찬가지로, 아연 도금층(1p)과, 알루미늄의 산화 피막(2c)과, 유기 피막(1f 및 2f)(시일재)이 개재하고 있다．

따라서, 상기 실시예1 혹은 실시예6과 마찬가지로, 선단부에 볼록형 곡면(11a, 12a)을 구비한 스폿 용접용 전극(11, 12)을 이용하여, 우선 가압한 후, 소정의 가압·통전을 행함으로써, 유기 피막(1f, 2f)의 접합 계면으로부터의 배출, 이것에 계속되는 산화 피막(2c)이나 반응 생성물 등의 배출이 원활하게 행해져, 도12의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기한 각 실시예와 기본적으로 마찬가지의 이종 금속의 접합 구조가 얻어져, 이음매 강도와 내식 성능을 겸비한 이종 금속 이음매를 얻을 수 있다.

(실시예8)

이 실시예는, 상기 실시예6과 동일한 조합의 피접합재를 저항 심 용접한 예를 설명하는 것이다.

심 용접용 롤러 전극으로서, 도13에 도시한 바와 같이, 실시예4와 마찬가지로 외주부에 볼록형 곡면(13a)을 구비한 롤러 전극(13)을 사용하여, 마찬가지의 용접조건을 적용함으로써, 유기 피막(2f)이나, 이것에 계속되는 산화 피막(2c)이나 반응 생성물 등의 접합 계면으로부터의 배출이 원활하게 행해져, 이음매 강도와 내식 성능과의 양립이 확인되었다．

또한, 이러한 저항 심 용접을 적용함으로써, 연속적인 접합을 할 수 있어, 접합부의 수밀성이나 강성이 우수한 이재 이음매를 얻을 수 있다.

또한, 미리 유기 피막이 형성된 재료를 이용함으로써, 시일재에 상당하는 구조를 균일하게 마련할 수 있는 동시에, 도포하기 어려운 부분에의 적용이 용이해진다.

(실시예9)

상기 실시예에서는, 상기한 각 실시예와 마찬가지로, 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)의 사이에 시일재(3)를 끼워 지지하여 이루어지는 피접합재를 레이저 용접을 적용하여 접합하는 예를 설명한다.

접합 장치의 용접 수단으로서는, 최대 출력 3㎾의 발진기를 구비한 YAG 레이저 용접기를 이용하여, 시일재(3)의 변형 저항을 감하는 가열 수단 및 이것을 압박하는 가압 수단으로서는, 히터 부착 핫 롤러를 이용하여, 연속 용접을 행하였다．

즉, 도14는 이 실시예에 이용한 접합 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 도14의 (a)는, 진행 방향측으로부터의 정면도이고, 도14의 (b)는, 그 측면도이다.

도면에 도시하는 접합 장치는, 시일재 배출 수단으로서, 상기한 바와 같이 가열 수단과 가압 수단으로서의 기능을 더불어 갖는 1쌍의 핫 롤러(21, 22)와, 상기 핫 롤러(21, 22)의 직후 위치에 레이저 발진기로부터의 레이저 빔(B)을 디포커스시켜 조사하는 도시 생략된 조사 헤드와, 빔 조사 부위의 직후에 배치되고, 레이저 빔에 의해 가열된 피접합재를 가압하는 1쌍의 가압 롤러(23, 24)를 구비하고 있다.

상기 핫 롤러(21, 22)는, 내장 히터에 의해 롤러 본체를 고온으로 유지할 수 있는 동시에, 도14의 (a)에 도시한 바와 같이, 피접합재와의 압접면으로 되는 외주부에 볼록형 곡면(21a, 22a)으로 되어 있기 때문에, 가압과 동시에 전열에 의해 양 재료(1, 2) 사이의 시일재(3)가 가열되어 연화되기 때문에, 레이저 용접에 앞서, 시일재(3)의 접합 계면으로부터의 배출이 매우 원활하게 행해지게 되어 있다.

한편, 가압 롤러(23, 24)는, 빔 조사에 의해 가열된 아연 도금 강판(1)을 알루미늄 합금재(2)와 압착시켜, 강판측으로부터의 전열에 의해 양자를 접합하기 위한 것으로서, 접합 과정에서 생기는 공정 융체나 산화 피막 등의 배출물을 접합 계면으로부터 원활하게 배출하기 위해서는, 그 외주부를 핫 롤러(21, 22)와 마찬가지의 볼록형 곡면으로 하는 것이 바람직하다.

이러한 접합 장치를 이용하여, 선행하는 핫 롤러(21, 22)의 온도를 90℃로 유지하면서, 그 가압력을 160MPa로 조정하는 동시에, 후방의 가압 롤러(23, 24)의 가압력을 120MPa로 조정하고, 이들 롤러간의 중간 위치에, 아연 도금 강판(1)의 표면에서의 스폿 직경이 3.5mm로 되도록 디포커스한 출력 1.0㎾의 레이저 빔(B)을 조사하면서, 1.2m/분의 전송 속도로 상대적으로 이동시킴으로써 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)를 접합하였다. 또한, 레이저 빔의 조사 중에는, 25L/분의 유량으로 아르곤 가스를 흘려, 접합부를 실드하였다.

이 접합은, 기본적으로 도4(단, 도면에서의 강재(1)와 알루미늄 합금재(2)와의 상하 위치가 반대)와 마찬가지의 프로세스를 거쳐 진행된다.

즉, 1쌍의 핫 롤러(21, 22)를 이용하여 피접합재를 끼워넣고, 핫 롤러(21, 22)로부터의 전열에 의해 시일재(3)의 변형 저항을 저감시킨 상태에서, 피접합재를 압박하면, 핫 롤러 외주부의 곡면(21a, 22a)이 형성되어 있기 때문에, 시일재(3)가 접합부의 중앙부로부터 접합선의 양측을 향하여 배출되며, 중앙부는 아연 도금층(1p)과 알루미늄 합금재 표면의 산화 피막(2a)이 직접 접촉한다(도4의 (b) 참조).

여기에서, 또한 핫 롤러(21, 22)의 가압에 의한 기계적인 충격이 부하됨으로써, 산화 피막(2a)이 국부적으로 파괴된다(도4의 (c) 참조).

그리고, 아연과 알루미늄의 국부적인 접촉이 일어나, 여기에서 레이저 빔(B)의 조사에 의해, 접합 부위가 가열되어, 아연과 알루미늄의 공정점 온도 이상으로 유지되면 아연과 알루미늄의 공정 용융이 생겨, 공정 융체(용해 금속)(Me)가 생성된다(도4의 (d) 참조).

이 상태에서, 가압 롤러(23, 24)에 의한 압박이 이루어지면, 공정 융체(Me)와 함께, 산화 피막(2c)이나 접합 계면의 불순물(도시하지 않음)이 접합 계면의 주위에 배출물(D)로 되어 배출되어, 소정의 접합 면적이 확보된다(도4의 (e) 참조).

그리고, 알루미늄과 강의 신생면끼리 접합부(J)에서 직접 접합되어, 강과 알루미늄 합금의 강고한 금속 접합이 얻어지게 된다(도4의 (f) 참조).

이에 의해 얻어진 아연 도금 강판(1)의 강과 알루미늄 합금재(2)와의 접합부(J)는, 배출물(D)과, 또한 시일재(3)에 의해 주위가 둘러싸여진 접합 구조로 되어 있기 때문에, 부식 환경으로부터 완전하게 차단되어 있어, 이종 금속의 접촉 부식에 대한 우수한 내식성이 얻어진다. 또한, 상기 접합부(J)는, 강과 알루미늄 합금의 신생면끼리 직접 접합되어 있으며, 시일재(3)나, 공정 융체(Me), 산화 피막(2c), 또한 접합 과정에서 생기는 다양한 불순물이 접합 계면으로부터 배출되어 있기 때문에 접합 강도에도 우수하여, 이종 금속 이음매의 강도와 내식성을 양립할 수 있다.

상기 실시예9에서는, 외주부에 볼록형 곡면을 구비한 핫 롤러를 이용함으로써, 접합 계면으로부터의 시일재의 배출을 촉진하는 예를 설명했지만, 레이저 용접의 경우에도, 피접합재 중 적어도 한 쪽의 접합면에 소정 곡률을 갖는 만곡부를 형성함으로써, 마찬가지의 배출 효과를 얻을 수 있다.

즉, 도15의 (a)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 프레스 가공에 의해, 아연 도금 강판(1)에 용접 방향을 따른 연속하는 만곡부(1a)를 형성하거나, 도15의 (b)에 도시한 바와 같이, 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)의 양방에 마찬가지의 만곡부(1a, 2a)를 각각 형성하거나 할 수 있어, 이들 만곡부(1a, 2a)의 돌출부를 상대재측을 향하여 맞춤으로써, 실시예2 및 실시예3과 마찬가지로, 핫 롤러의 압박에 의한 시일 배출을 보다 효과적인 것으로 할 수 있다．

또한, 예를 들어 알루미늄 합금재(2)가 주물이나 압출재인 경우에는, 도16에 도시한 바와 같이, 만곡부(2b)를 후육부로서 형성하는 것도 바람직하며, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

(실시예10)

여기에서는, 상기 실시예9에서 사용한 접합 장치에서의 용접 수단을 저항 심 용접기로 치환한 예를 설명한다.

즉, 도17은 이 실시예에 이용한 접합 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 도면에 도시하는 접합 장치는, 시일재 배출 수단으로서, 실시예9에 이용한 장치와 마찬가지로, 히터를 내장하는 1쌍의 핫 롤러(21, 22)와 함께, 저항 용접용 전원 트랜스포머에 접속된 롤러 전극(13 및 14)을 구비하고 있다.

상기 접합 장치에서는, 우선, 핫 롤러(21, 22)에 의해 접합부를 가열하고, 다음으로 가압함으로써, 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)의 사이에 개재하는 시일재(3)를 접합 계면으로부터 배출한 후, 롤러 전극(13, 14)에 의해 피접합재를 가압하면서 양 재료(1, 2)의 사이에 통전하는 동시에, 롤러 전극(13, 14)을 회전시킴으로써 저항 용접이 연속적으로 진행되어, 양 금속 재료를 선형으로 접합할 수 있게 되어 있다.

이 실시예에서는, 핫 롤러(21, 22)의 온도를 80℃로 유지하는 동시에, 그 가압력을 120MPa로 조정하여, 롤러 전극(13, 14) 사이를, 가압력 400kgf, 32000A의 교류 전류를 통전하면서, 1.8m/분의 속도로 상대적으로 이동시킴으로써 상기 실시예와 마찬가지로, 시일재(3)를 접합선의 양측에 배출하는 동시에, 접합 과정에서 생기는 반응 생성물을 배제하면서 용접이 진행되어, 양호한 접합 구조가 얻어지는 것이 확인되었다.

(실시예11)

도18은, 이 실시예에 사용한 접합 장치의 개략적인 구성을 도시하는 것으로서, 여기에서는, 시일재 배출 수단으로서 디포커스시킨 레이저 빔과 가압 롤러를 이용하고, 용접 수단으로서도 디포커스시킨 레이저 빔과 가압 롤러를 이용하고 있다.

즉, 도면에 도시하는 접합 장치는, 트윈 빔 YAG 레이저 발진기와 2쌍의 가압 롤러를 조합한 것으로서, 상기 접합 장치에서는, 선행하는 레이저 빔(B1)이 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)의 사이에 개재하는 시일재(3)를 가열하여 그 변형 저항을 저감(연화)시킨 후, 이것에 계속되는 가압 롤러(25, 26)에 의해 용접 방향의 양측에 배출하게 되어 있고, 이들 레이저 빔(B1) 및 가압 롤러(25, 26)가 시일재 배출 수단에서의 가열 수단 및 가압 수단을 구성하고 있다． 또한, 상기 가압 롤러(25, 26)의 한 쪽 또는 쌍방의 외주부는, 핫 롤러(13)와 마찬가지로, 볼록형 곡면으로 해 두는 것이 바람직하다.

다음으로, 후속하는 레이저 빔(B2)이 시일재(3)의 배출에 의해 알루미늄 합금재(2)에 접촉한 상태의 아연 도금 강판(1)에 조사되어, 소정 온도로 가열된 아연 도금 강판(1)을 가압 롤러(23, 24)에 의해 알루미늄 합금재(2)와 압착시키게 되어 있으며, 강판측으로부터의 전열에 의해 알루미늄 합금재(2)가 아연 도금 강판(1)에 접합되게 된다.

이 실시예에서는, 선행 가압 롤러(25, 26) 및 후행 가압 롤러(23, 24)에 의한 가압력을 각각 160MPa 및 120MPa로 조정하고, 선행 레이저 빔(B1) 및 후속 레이저 빔(B2)의 스폿 직경이 각각 5.0mm 및 3.5mm로 되도록 디포커스하는 동시에, 레이저 출력을 각각 0.5㎾ 및 1.0㎾, 그리고 전송 속도를 1.2m/분으로 함으로써, 시일재(3)의 접합 계면으로부터의 배출과 함께, 이것에 계속되는 산화 피막이나 반응성 생물등의 배출이 원활하게 행해져, 양호한 이종 재료 이음매가 얻어지는 것이 판명되었다. 또한, 레이저 빔의 조사 중에는, 마찬가지로, 25L/분의 유량으로 아르곤 가스를 흘려, 접합부를 실드하였다.

(실시예12)

이 실시예에서는, 가열 수단과 가압 수단으로서의 기능을 겸비한 히터 내장의 원통형 압자를 시일재 배출 수단으로서 사용하여, 상기 압자에 의해 시일재를 배출한 후, 용접 수단으로서, 저항 스폿 용접을 적용하여 양 재료를 접합하는 예를 설명한다.

즉, 도19는 이 실시예에서의 접합 요령을 도시한 개략도로서, 원통형의 압자(15, 16)는, 그 선단 압접면이 볼록형 곡면(15a, 16a)으로 되어 있는 동시에, 내부에 히터를 내장하여 압자 자체를 가열하는 구조를 구비하고, 열 전달에 의해 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)의 사이에 끼워 지지된 시일재(3)를 가열할 수 있어, 시일재(3)를 가열하여 연화시킨 상태에서, 가압력을 가함으로써, 시일재(3)를 용이하게 접합 계면으로부터 배출할 수 있게 되어 있다.

여기서, 시일 배출 수단인 압자(15, 16)와, 스폿 용접 전극(11, 12)의 선단면의 곡률은, 시일재(3)의 배출의 최적의 곡률과 용접에 최적의 곡률에 각각 독립적으로 설정할 수 있기 때문에, 접합 계면으로부터의 시일재(3)의 배출과 함께, 공정 용융, 산화 피막이나 접합 계면의 불순물의 배출을 각각 효율적으로 행할 수 있게 된다.

이 실시예에서는, 압자(15, 16)의 온도를 80℃로 조정한 상태에서 450kgf의 가압력으로 가압함으로써, 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)의 사이의 시일재(3)를 접합 계면으로부터 배제한 후, 이것과 동기시켜, 용접 전극(11, 12)을 이용하여 350kgf의 가압력을 가하면서, 25000A의 교류 전류를 0.2초간 통전함으로써, 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)를 양호하게 접합할 수 있었다.

또한, 상기 실시예12에서는, 히터 내장의 원통형 압자를 갖고 가열 수단으로 하였지만, 이러한 가열형 압자로 바꾸어, 고주파 가열하는 것도 가능하다.

즉, 도20에 도시한 바와 같이, 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)의 사이에 시일재(3)를 삽입 개재하여 이루어지는 피접합재의 접합 부위를 고주파 코일(31, 32)에 의해 가열한 후, 가열된 부위를 1쌍의 스폿 용접 전극(11, 12)으로 끼워, 가압함으로써, 고주파 가열에 의해 연화된 시일재(3)를 접합 계면으로부터 용이하게 배출할 수 있다.

그리고, 시일재(3)가 배출되어, 서로 접촉한 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)에, 용접 전극(11, 12)에 의해 마찬가지의 조건에서 가압, 통전함으로써, 아연 도금 강판(1)과 알루미늄 합금재(2)를 마찬가지로 접합할 수 있다．

이 경우, 상기한 바와 같이, 시일재를 배출하기 위한 가압은, 스폿 용접 전극(11, 12)에 의해 행하도록 하고 있으며, 스폿 용접 전극(11, 12)은, 시일재 배출 수단의 가압 수단으로서의 기능을 겸하고 있게 된다.

따라서, 스폿 용접 전극(11, 12)의 선단 형상을, 도시하고 있는 바와 같은 볼록형 곡면(11a, 12a)으로 하는 것이 바람직하다.

도1은 시일재의 변형 저항의 온도 특성을 도시하는 그래프.

도2는 본 발명의 실시예에 이용한 저항 스폿 용접 장치의 구성을 도시한 개략도.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저항 스폿부의 상세도.

도4의 (a) 내지 도4의 (f)는 아연 도금 강판과 알루미늄 합금재의 접합 과정을 도시하는 개략 공정도.

도5는 본 발명에 따라 얻어지는 이종 금속의 접합 구조를 도시하는 단면도.

도6의 (a)는 알루미늄 합금재에 만곡부를 형성한 경우의 저항 스폿 용접 요령을 도시하는 단면도, 도6의 (b)는 알루미늄 합금재 및 아연 도금 강판의 양방에 만곡부를 형성한 경우의 저항 스폿 용접 요령을 도시하는 단면도.

도7은 알루미늄 합금재에 후육형의 만곡부를 형성한 경우의 저항 스폿 용접 요령을 도시하는 단면도.

도8은 본 발명의 실시예에 이용한 저항 심 용접 장치의 구성을 도시하는 개략도.

도9는 본 발명의 저항 심 용접에 이용하는 롤러 전극의 형상의 예를 도시한 개략도.

도10은 피접합재에 만곡부를 형성한 경우의 저항 심 용접 요령을 도시하는 단면도.

도11의 (a)는 유기 피막을 이용한 알루미늄 합금재의 저항 스폿 용접 요령을 도시하는 단면도, 도11의 (b)는 도11의 (a)에 의해 얻어지는 접합 구조를 도시하는 단면도.

도12의 (a)는 유기 피막을 이용한 알루미늄 합금재와 아연 도금 강판과의 저항 스폿 용접 요령을 도시하는 단면도, 도12의 (b)는 도12의 (a)에 의해 얻어지는 접합 구조를 도시하는 단면도.

도13은 유기 피막을 이용한 알루미늄 합금재의 저항 심 용접 요령을 도시하는 단면도.

도14는 본 발명의 제9 실시예에 이용한 레이저 용접에 의한 이종 금속의 접합 장치의 구성을 도시하는 정면도(a) 및 측면도(b).

도15의 (a)는 아연 도금 강판에 만곡부를 형성한 경우의 레이저 용접 요령을 도시하는 단면도, 도15의 (b)는 아연 도금 강판 및 알루미늄 합금재에 만곡부를 형성한 경우의 레이저 용접 요령을 도시하는 단면도.

도16은 알루미늄 합금재에 후육형의 만곡부를 형성한 경우의 레이저 용접 요령을 도시하는 단면도.

도17은 본 발명의 제10 실시예에 이용한 저항 심 용접에 의한 이종 금속의 접합 장치의 구성을 도시하는 측면도.

도18은 본 발명의 제11 실시예에 이용한 레이저 용접에 의한 이종 금속의 접합 장치의 구성을 도시하는 측면도.

도19는 히터 내장의 원통형 압자를 시일재 배출 수단으로서 사용한 저항 스폿 용접 요령을 도시하는 설명도.

도20은 시일재 배출 수단의 가열 수단으로서 고주파 가열을 적용한 저항 스폿 용접 요령을 도시하는 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 아연 도금 강판

1a, 2a, 2b : 만곡부

1f, 2f : 유기 피막(시일재)

1p : 아연 도금층

2 : 알루미늄 합금재

3 : 시일재

11, 12 : 용접용 전극

11a, 12a, 13a, 21a, 22a : 볼록형 곡면

13, 14 : 롤러 전극(용접용 전극)

21, 22 : 핫 롤러(가열 수단, 가압 수단)

23, 24 : 가압 롤러(용접 수단)

25, 26 : 가압 롤러(가압 수단)

31, 32 : 고주파 코일(가열 수단)

B, B2 : 레이저 빔(용접 수단)

B1 : 레이저 빔(가열 수단)

Me : 공정 융체(공정 용해 금속)

J : 접합부

Claims (16)

1. 이종 금속 재료 사이에 시일재를 개재하여 접합하는 이종 금속의 접합 방법으로,

   서로 다른 이종 금속으로 이루어지는 양 재료 사이에 시일재를 개재하여 서로 겹치게 하는 단계와,

   상기 양 재료 중 적어도 한 쪽과 시일재의 사이에, 양 재료와는 상이한 제3 금속으로 이루어지는 재료를 개재시키는 단계와,

   접합부 중 적어도 중앙부의 시일재를 접합 계면으로부터 배출시킨 후, 상기 양 재료 중 적어도 한 쪽과 제3 금속 재료 사이에서 공정 용융을 생기게 하여 상기 양 재료를 직접 접촉시켜 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이종 금속의 접합 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 시일재를 접합 계면으로부터 배출할 시에, 압접면에 볼록형 곡면을 갖는 압자에 의해 양 재료를 가압하는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 시일재를 접합 계면으로부터 배출할 시에, 상기 양 재료 중 적어도 한 쪽의 접합면에 상대측으로 돌출하는 만곡부를 미리 형성한 후에 양 재료를 가압하는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일재를 접합 계면으로부터 배출할 시에, 시일재의 변형 저항을 저감시킨 상태에서 양 재료를 가압하는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 방법.
5. 제4항에 있어서, 외부 열원을 이용한 가열에 의해 상기 시일재의 변형 저항 을 저감하는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양 재료를 저항 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 방법.
7. 제6항에 있어서, 용접용 전극 중 적어도 한 쪽의 선단이 볼록형 곡면을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 방법.
8. 제6항에 있어서, 저항 스폿 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 방법.
9. 제6항에 있어서, 저항 심 용접에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 시일재를 접합 계면으로부터 배출할 시에, 용접용 전극으로부터의 예비 통전에 의하여 시일재의 변형 저항을 저감시키는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 방법.
11. 삭제
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양 재료가 각각 아연 도금 강판 및 알루미늄 합금판이며, 상기 아연 도금 강판에 도금되어 있는 아연을 제3 금속 재료로서 이용하는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 방법.
13. 이종 금속으로 이루어지는 재료끼리의 접합 구조로서,

    접합부에서 피접합재의 신생면끼리 직접 접합되어 있는 동시에, 상기 이종 금속 재료와는 상이한 제3 금속 재료와 상기 이종 금속 재료 중 적어도 하나와의 공정 용융에 의해 생성된 배출물에 의해 상기 접합부의 주위 전체 둘레가 둘러싸여 있으며, 그 주위가 시일재에 의해 재차 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 이종 금속의 접합 구조.
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16. 삭제

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