JPH0481288A

JPH0481288A - 鋼系材料とアルミニウム系材料との接合方法

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Publication number: JPH0481288A
Application number: JP2191616A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Ido; 井土　周平; Eiji Takahashi; 英司高橋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-07-19
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1992-03-13
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JP2672182B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は炭素鋼又はステンレス鋼等の鋼系材料とアルミ
ニウム又はその合金からなるアルミニウム系材料とを接
合して一体化する鋼系材料とアルミニウム系材料との接
合方法に関する。

［従来の技術］従来、異種金属の接合方法、特に炭素鋼又はステンレス
鋼等の鋼系材料（以下、単に鋼材という）と、アルミニ
ウム又はその合金（以下、単にアルミニウム材という）
とを溶接する方法として、以下に示す方法が公知である
。

■　鋼材の片面にアルミニウムの皮膜を形成した所謂ア
ルミナイズド鋼板をインサート材として使用し、このイ
ンサート材の鋼板側と鋼材とを接触サセ、アルミニウム
皮膜面とアルミニウム材トを接触させてこれらを配置し
、抵抗スポット溶接する方法。

■　鋼材ドアルミニウム材とを積層させたクラッド材を
インサート材とし、被溶接材及び前記インサート材の同
種金属同士を接触させて、両者を抵抗スポット溶接する
方法。

■　鋼材とアルミニウム材とを直接又は中間にインサー
ト材を介在させて摩擦溶接する方法。

■　鋼材とアルミニウム材とを直接又は中間にインサー
ト材を介在させて超音波溶接する方法。

■　鋼材とアルミニウム材とを直接又は中間にインサー
ト材を介在させて電子ビーム溶接するか、又はレーザ溶
接する方法。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、これらの方法はいずれも以下に示すよう
な問題点がある。

第８図は■及び■の方法で使用する抵抗スポット溶接の
原理を示す模式図である。即ち、被溶接部材である鋼材
１とアルミニウム材２との間にインサート材としてのク
ラッド材３を配置してこれらを重ねる。クラッド材３は
鋼系部材４とアルミニウム系部材５との積層体である。

そして、チップ６を介して母材の鋼材１とアルミニウム
材２とインサート材３を加圧しつつ、通電し、これらを
局部的に溶融させて一体化する。この場合に、母材が鋼
材１とアルミニウム材２とからなる異種金属同士である
ときは、第９図に示すように、溶接金属中に硬くて脆い
Ｆｅ−Ａｆｆｉｆｆ間化合物７が生成する。このため、
得られる溶接継手の強度のバラツキが大きく、延性が低
いという問題点がある。

また、溶接作業時にそれらの部材の両側にチッップ６を
位置させるための空間が必要であり、接合部材の形状や
寸法が制限されるという問題点がある。

更に、溶接部の圧痕が表面に残り、溶接部の外観が劣る
ため、溶接部が直接外面となる場合には、商品価値が劣
化するという問題点もある。

■の摩擦溶接は接合すべき片方の部材を回転させ、接合
面を摩擦により加熱し、適当な温度で回転を停止し、軸
方向に圧力を加えて溶接を行う方法であり、母材の溶融
は起こらない。従って、鋼材とアルミニウム材との接合
が可能であるが、少なくとも一方の母材を回転させる必
要があり、その形状がおおむね棒状又は管状のものにし
か適用できないという制約がある。

■の摩擦溶接は、振動子によって電気エネルギを機械的
エネルギである超音波振動に変換し、適当な形状のチッ
プを有するバーを通じて超音波振動を溶接部に伝えると
共に被溶接材を加圧する溶接方法である。

その原理は超音波振動による被溶接材表面の摩擦により
表面の汚れが取れ、酸化膜が破れて新生面が表れたとこ
ろで被溶接材を相互に加圧及び接合するものである。局
部的には熱が発生するが、被溶接材の溶融は発生せず、
被溶接材全体の温度が上がることはない。従って、鋼材
とアルミニウム材との接合が可能であるが、被溶接材の
形状が薄板又は細い棒状に限られ、被溶接材の形状の制
約を受けるという問題点がある。また、■、■の抵抗ス
ポット溶接と同様に、溶接作業時に被溶接材の両側に作
業のための空間が必要であり、この点からも接合すべき
被溶接材の形状が制限されるという問題点がある。更に
、溶接部の圧痕が表面に残り、溶接部の外観が劣るため
、溶接部が直接外面に現れると商品価値が劣化するとい
う問題点もある。

■の電子ビーム溶接法文はレーザ溶接法は、所謂高エネ
ルギ密度溶接法であり、ビームを極めて小さくスポット
に集中させることにより、加熱部を絞ることができるの
で、溶は込みが深く、高速溶接が可能である。しかしな
がら、鋼材とアルミニウム材とを溶接すると、中間にイ
ンサート材を挿入しても、溶接金属中に硬くて脆いＦｅ
−Ａノ金属間化合物が形成されるため、継手強度が低く
、且つ安定性が悪いという問題点がある。

以上述べたように、従来の技術は、継手強度が低く信頼
性が低いと共に、接合部材に空間面及び形状面での制約
があり、例えば大面積の薄板同士の接合には向いていな
いとか、溶接部が外面に現れる場合に圧痕が残り、商品
価値が劣化するという点で高品質の溶接接合部を得るに
は不十分であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
十分な継手強度を有すると共に、接合部材に対する空間
面及び形状面の制約を解消して設計の自由度を向上させ
ることができ、溶接部が商＝６− 品の外面に現れることを回避することができる鋼系材料
とアルミニウム系材料との接合方法を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る鋼系材料とアルミニウム系材料との接合方
法は、被溶接材である鋼系材料とアルミニウム系材料と
の間に鋼系部材とアルミニウム系部材とを積層したクラ
ッド材を前記鋼系部材を前記鋼系材料に、前記アルミニ
ウム系部材を前記軽系材料に接触させて配置し、前記ク
ラッド材と鋼系部材及びアルミニウム系部材とを異種金
属が溶融しあわない溶接条件でレーザ溶接法により接合
して一体化することを特徴とする。なお、アルミニウム
系部材とはアルミニウム又はアルミニウム合金からなる
部材をいう。

［作用コ本発明においては、予め他の方法にて接合された鋼系部
材とアルミニウム系部材とからなるクラッド材を被接合
材である鋼系材料とアルミニウム系材料との間に配置す
る。この場合に、前記鋼系部材と鋼系材料とが接触し、
前記アルミニウム系部材とアルミニウム系材料とが接触
するようにする。その後、これらの材料のうち同種系金
属材料同士をレーザ溶接により接合するが、そのレーザ
溶接条件は対象とする部材の種類、化学組成、板厚及び
表面状態等から、クラッド材の接合面を超えて溶融が起
こらないような適切な条件を選ぶ。

必要に応じて、フィラワイヤを使用してもよい。

これにより、鋼系材料同士及びアルミニウム系材料同士
の溶融接合となるため、溶接金属中に硬くて脆い金属間
化合物が形成されることがなく、健全な継手が得られる
。

［実施例］以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

実」１例」− 第１図に示すように、鋼系材料１と、アルミニウム系材
料２との間に、夫々クラッド材３の鋼系部材４及びアル
ミニウム系部材５が同種の金属と対向するようにクラッ
ド材３を配置して重ね合ゎせる。各材料の品種及び厚さ
を下記第１表に示す。

第　　１　　表クラッド材３の鋼系部材４と鋼系材料１との間、及びク
ラッド材３のアルミニウム系部材５とアルミニウム系材
料２との間を夫々レーザビーム８により溶接する。この
場合に、溶接条件は溶は込みの先端がクラッド材３の各
部材４，５の板厚を超えないように調節して設定する。

これにより、得られたビード９は同種材料間でのみ溶融
し、クラッド材３の鋼系部材４とアルミニウム系部材５
との間の境界は溶融していない。このため、金属間化合
物も発生していない。

下記第２表は本実施例において使用するクラッド材の各
部材の厚さを種々変更して継手強度を調査した結果を従
来法による場合と比較して示す。

この第２表に示すように、従来法による比較例の場合は
母材の約５０％以下の継手強度しか得られなかったが、
本発明によれば、はぼ母材強度と同様の継手強度が得ら
れ、継手品質が極めてよいことが実証された。

なお、第２表に示したクラッド材３の各部材４゜５の厚
さはＯ，０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下であるが、これ以
外の厚さ寸法のものでも同様の効果がある。

しかし、クラッド材３の各部材４，５の厚さが０．８乃
至３．０順であると、母材強度と同様の極めて高い継手
強度が得られるので、各部材４，５の厚さはこの範囲に
することが望ましい。クラッド材３の各部材４，５の厚
さが０．８順未満であると、継手強度が若干低くなるが
、これは溶接面での溶接金属の幅が母材の厚さより小さ
くなるためと考えられる。

第表一方、クラッド材３の各部材４゜５の厚さが４．０關以上の場合も、継手強度が若干低くなる。

これはせん断引張試験時に回転変形が加わり、接合部に
剥離方向の力がかかったためと思われる。

第２図はこのようにして接合した継手の状況を示す。こ
の場合の溶接条件を下記第３表に示す。

なお、溶接条件はとくにこれに限定されないことは勿論
である。

第３表第３図に示すように、鋼系材料１及びアルミニウム系材
料２を、この間に鋼系部材４及びアルミニウム系部材５
からなるクラッド材３を夫々同種の金属が対向するよう
に配置してその端面をつきあわせた。これらの各材料の
品種及び板厚を下記第４表に示す。

第表その後、第４図に示すように、実施例１と同様に同種の
金属同士を突き合わせてレーザビーム８により溶接した
。その際の溶接条件は下記第５表に示す通りである。

第４図に示すように、鋼系材料１と鋼系部材４との間が
ビート１０により接合され、アルミニウム系材料２とア
ルミニウム系部材５との間がビート１０により接合され
た。そして、これらの１対のビート１０は相互に連結し
ていない。

第表第５図に示すように、鋼系材料１とアルミニウム系材料
２との間にクラッド材３を夫々同種の金属が対向するよ
う重ね合わせて配置する。これらの材料の品種及び厚さ
は下記第６表に示すとおりである。

先ず、第６図に示すように、アルミニウム系材料２を待
避させておき、鋼系材料１とクラッド材３の鋼系部材４
とをレーザビーム８により溶接した。これにより、ビー
ド１１が形成された。次いで、第７図に示すように、ク
ラッド材３のアルミニウム系部材５とアルミニウム系材
料２とを重ねてレーザビーム８により溶接した。これに
より、ビード１２が形成された。ビード１１は鋼系材料
１と鋼系部材４とを接合し、ビード１２はアルミニウム
系材料２とアルミニウム系部材５とをｔｌしている。両
ビード１１．１２の連絡はない。

第　　６　　表なお、溶接条件は下記第７表に示す通りである。

また、ここではレーザ溶接を２回に分けて行ったが、材
料の寸法及び形状によっては一度に行ってもよい。更に
、溶接の順序もこれに限らず、アルミニウム系部材５と
アルミニウム系材料２との溶接を先に実施してもよい。

第表第７図は溶接完了後の形状を示すが、溶接部が外面に現
れるアルミニウム系材料２の表面に溶接時の圧痕及びふ
くれ等の痕跡は存在せず、そのまま商品として供給可能
であった。

［発明の効果コ本発明によれば、十分に高い継ぎ手強度が得られると共
に、材料形状の自由度が大きく、薄板同士の異材接合等
が可能である。また、本発明は溶接部の外観が良好であ
り、そのまま商品として供給できるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の接合方法を示す模式図、第２図はそ
の接合結果を示す模式図、第３図は実施例２の接合方法
を示す模式図、第４図はその接合結果を示す模式図、第
５図は実施例３の接合方法を示す模式図、第６図及び第
７図はその接合結果を示す模式図、第８図は従来の接合
方法を示す模式図、第９図はその接合結果を示す模式図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被溶接材である鋼系材料とアルミニウム系材料と
の間に鋼系部材とアルミニウム系部材とを積層したクラ
ッド材を前記鋼系部材を前記鋼系材料に、前記アルミニ
ウム系部材を前記アルミニウム系材料に接触させて配置
し、前記クラッド材と鋼系材料及びアルミニウム系材料
とを異種金属が溶融しあわない溶接条件でレーザ溶接法
により接合して一体化することを特徴とする鋼系材料と
アルミニウム系材料との接合方法。
（２）前記クラッド材は鋼系部材及びアルミニウム系部
材の厚さが夫々０．８乃至３．０ｍｍであることを特徴
とする請求項１に記載の鋼系材料とアルミニウム系材料
との接合方法。