アルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手及びＭＩＧ溶接方法
【課題】溶接部の健全性が高められ、優れた継手強度を有するアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手を提供すること、並びに、材質が異なるアルミニウム材と鋼材とを重ね合わせて、それらをＭＩＧ溶接する際に、入熱が低くなるようにコントロールして、溶接部の健全性を効果的に高め得るアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法を提供すること。
【解決手段】アルミニウム材１２として、厚さ：Ｐが０．５〜２．０ｍｍであるもの、鋼材１４として、厚さ：Ｑが０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満たすもの、溶接ワイヤ２６として、直径：Ｌが０．８〜１．６ｍｍである４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなるものを、それぞれ用い、アルミニウム材１２と鋼材１４とを重ね合わせて、かかるアルミニウム材１２の端面部位に対して、所定の直流パルスＭＩＧ溶接操作を施した。
【解決手段】アルミニウム材１２として、厚さ：Ｐが０．５〜２．０ｍｍであるもの、鋼材１４として、厚さ：Ｑが０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満たすもの、溶接ワイヤ２６として、直径：Ｌが０．８〜１．６ｍｍである４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなるものを、それぞれ用い、アルミニウム材１２と鋼材１４とを重ね合わせて、かかるアルミニウム材１２の端面部位に対して、所定の直流パルスＭＩＧ溶接操作を施した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム材と鋼材のＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接継手及びＭＩＧ溶接方法に係り、特に、材質が異なるアルミニウム材と鋼材の板状部同士を重ね合わせて、その重ね合わせ部分をＭＩＧ溶接する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保護や省エネルギーの観点から、自動車の排出する有害ガスや二酸化炭素の発生の抑制、燃費の向上等が、要請されている。そして、そのような要請に応えるためには、自動車の軽量化が最も有効であるところから、ボデー部材や各種の部品において、鋼材からアルミニウム材への材質の転換が、盛んに検討されている。しかしながら、自動車を構成するボデー部材や各種部品の材料の全てをアルミニウム材料にすることは、コスト的にも困難であり、このため、アルミニウム材を用いる場合においては、鋼とアルミニウムとの異種金属間の接合、所謂ハイブリッド接合が避けられず、この異種金属接合が、重要な課題となっている。また、かかるアルミニウム材と鋼材との接合は、上述せる如き自動車に代表される輸送機の分野のみならず、家電製品、建材等の構造物等、各種の分野においても、要請され、そこでは、その強固な接合が求められている。
【０００３】
このため、アルミニウム材と鋼材との接合においては、充分な接合強度を確保するために、かしめやリベット接合、ボルト接合等の機械的接合が検討されてきているのであるが、この機械的接合であっても、接合の作業性や接合部の信頼性、接合コスト等の点において、多かれ少なかれ、何等かの問題を内在している。
【０００４】
また、従来より金属材の接合において一般的に用いられているアーク溶接等の溶融溶接法にあっては、生産性の飛躍的な向上を期待し得るのであるが、溶融溶接法でアルミニウム材と鋼材とを溶接すると、溶接時の入熱が高くなり過ぎて、溶融したアルミニウムと鋼が冶金的に反応し、それらの接合界面に、脆くて硬い金属間化合物（Ｆｅ2Ａｌ5、ＦｅＡｌ3 等）が厚く形成され、そこから亀裂が入り易くなって、実用化レベルの継手強度が得られないといった問題があった。それ故、アルミニウム材と鋼材とを溶融溶接することは、極めて困難なことであったのである。
【０００５】
なお、特許文献１〜７には、アーク溶接の一種であるＭＩＧ溶接法によって、アルミニウム材と鋼材の異種金属を溶接する種々の手法が提案されている。しかしながら、特許文献１においては、銅合金又はＮｉ合金のワイヤを用いて、アルミニウム材と鋼材とを、ＭＩＧロウ付け法にて直接溶接しているところから、溶接コストが高くなると共に、十分な溶接強度が得られているとは言い難く、改善の余地を有するものであった。また、特許文献２においては、フッ化セシウム、フッ化アルミニウム、フッ化カリウム及び酸化アルミニウムを少なくとも成分として含むフラックスを、アルミニウム材で被覆したフラックス入りワイヤが、溶加材として用いられ、脆弱な厚い金属間化合物層の形成が抑制されているのであるが、フラックスが、溶接部にスラグとなって表面に残り、このため、表面を覆うスラグを除去する作業が必要となって、生産性に劣ると共に、製品コストが高くなるといった問題を内在している。
【０００６】
また、特許文献３〜７には、溶接ワイヤとして、ロウ材やフラックス入りワイヤではなく、アルミニウム合金製のソリッドワイヤが採用されているものの、アルミニウム材の厚みと鋼材の厚みとの関係が何等検討されておらず、同一厚さのアルミニウム材と鋼材とが溶接されたり、アルミニウム材よりも厚い鋼材が用いられて、溶接されている。このため、入熱が低くなるようにコントロールしても、両材の剛性が大きく異なるところから、つまり、アルミニウム材の剛性に比べて鋼材の剛性が高い（同一厚さの場合、鋼材：Ａｌ材＝約３：１の剛性比）ところから、これに起因して、溶接後の凝固収縮時において、熱歪みによる応力が集中して、溶接部に局所変形が生じ、以て、不完全部が発生し、十分な継手強度を確保することができないおそれがあった。
【０００７】
さらに、かかる特許文献３〜７においては、鋼材として、亜鉛又は亜鉛合金メッキ、アルミニウム又はアルミニウム合金メッキが施された表面処理鋼材が用いられており、表面処理の施されていない鋼材を、アルミニウム材とＭＩＧ溶接法にて溶接する手法については、何等明らかにされていない。従って、鋼材表面の表面処理層の有無に拘わらず、アルミニウム材と鋼材の接合部が健全となり、十分な継手強度を確保することのできる接合方法が、望まれているのである。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２１１２７０号公報
【特許文献２】特開２００３−３３８６５号公報
【特許文献３】特開２００４−２２３５４８号公報
【特許文献４】特開２００６−８８１７４号公報
【特許文献５】特開２００６−１１６５９９号公報
【特許文献６】特開２００６−２２４１４５号公報
【特許文献７】特開２００６−２２４１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その第一の課題とするところは、溶接部の健全性が高められ、優れた継手強度を有するアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手を提供することにあり、また第二の課題とするところは、材質が異なるアルミニウム材と鋼材とを重ね合わせて、それらをＭＩＧ溶接する際に、入熱が低くなるようにコントロールして、溶接部の健全性を効果的に高め得るアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、本発明にあっては、上記した第一の課題の解決のために、アルミニウム材と鋼材とを重ね合わせ、かかるアルミニウム材の端面部位に対して、４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤを用いたＭＩＧ溶接が施されてなるアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手であって、前記アルミニウム材の厚さ：Ｐが、０．５〜２．０ｍｍであると共に、前記鋼材の厚さ：Ｑが、０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満足することを特徴とするアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手を、その要旨とするものである。
【００１１】
なお、かかる本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の好ましい態様の一つによれば、前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるものが用いられる。
【００１２】
また、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の別の好ましい態様の一つによれば、前記アルミニウム材と前記鋼材との溶接部に、１０μｍ以上の高低差を有する表面リップルが、溶接長１ｃｍ当たり、５〜５０山において形成されている。
【００１３】
そして、本発明においては、上記した第二の課題の解決のために、（Ａ）アルミニウム材と鋼材とを重ね合わせ、かかるアルミニウム材の端面部位に対してＭＩＧ溶接操作を施すことにより、それらアルミニウム材と鋼材とをＭＩＧ溶接する方法であって、（Ｂ）前記アルミニウム材として、厚さ：Ｐが０．５〜２．０ｍｍであるものを用い、且つ前記鋼材として、厚さ：Ｑが０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満たすものを用いると共に、（Ｃ）溶接ワイヤとして、直径：Ｌが０．８〜１．６ｍｍである４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなるものを用い、（Ｄ）かかる溶接ワイヤの中心線が、前記アルミニウム材の端面における鋼材側角部を基点として、該基点より前記アルミニウム材と前記鋼材との重ね合わせ部側にＬの距離と該基点より該重ね合わせ部とは反対側に２Ｌの距離との間に位置するように、該溶接ワイヤを配置した状態において、（Ｅ）該溶接ワイヤに対して、１パルス１溶滴のスプレー移行となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となる直流の溶接パルス電流を流して、前記アルミニウム材の端面に沿って、ＭＩＧ溶接操作を実施することを特徴とするアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法をも、その要旨とするものである。
【００１４】
なお、かかる本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法の好ましい態様によれば、前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるものが用いられ、更に好ましくは、５０００系、６０００系、及び７０００系のアルミニウム合金材のうちの何れかが用いられる。
【００１５】
また、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法における別の好ましい態様の一つによれば、前記鋼材として、表面処理の施されていない軟鋼、炭素鋼、高張力鋼、及びステンレス鋼のうちの何れかが用いられる。
【００１６】
さらに、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法における望ましい態様の一つによれば、前記鋼材として、溶融亜鉛メッキ鋼、合金化溶融亜鉛メッキ鋼、アルミニウム合金メッキ鋼、及び電気亜鉛メッキ鋼のうちの何れかが用いられる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手にあっては、アルミニウム材と鋼材とが重ね合わされ、その重ね合わされたアルミニウム材の厚さ：Ｐが、０．５〜２．０ｍｍとされているところから、アルミニウム材の端面をアークで溶融させるために必要とされる入熱を低く抑えることができ、その結果、アルミニウム材と鋼材との接合界面に、脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるようなことが有利に防止され得ているのである。また、重ね合わされた鋼材の厚さ：Ｑが、０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満足しているところから、換言すれば、重ね合わされたアルミニウム材の厚さ：Ｐに対する鋼材の厚さ：Ｑの比（Ｑ／Ｐ）が、０．６〜０．８を満足しているところから、アルミニウム材と鋼材の剛性が適度に揃えられ、以て、溶接後の凝固収縮時において、熱歪みによる応力が集中して、溶接部に局所変形を惹起せしめ、そこに不完全部が発生してしまうようなことが効果的に防止されている。
【００１８】
しかも、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手にあっては、アルミニウム材と鋼材とを重ね合わせ、その重ね合わされたアルミニウム材の端面部位に対して、アルミニウム合金からなる溶接ワイヤを用いたＭＩＧ溶接が施されているところから、スラグの除去作業や大がかりな設備が不要となり、ロウやフラックス入りワイヤ等を使用する場合に比べて、生産性が向上し、製品コストを低くすることができるといったメリットも享受され得る。
【００１９】
加えて、溶接ワイヤを構成するアルミニウム合金として、４０００系又は５０００系のものが用いられているところから、溶接金属の強度が高くなり、以て、アルミニウム材と鋼材とを強固に溶接することができるのである。
【００２０】
従って、本発明のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手にあっては、接合界面に金属間化合物層が厚く形成されるようなことが防止され、且つ溶接部に熱歪みによる変形が発生しにくくなっているところから、溶接部の健全性が有利に高められ得ていると共に、溶接部の溶接金属によって、アルミニウム材と鋼材が強固に溶接されているのである。その結果、本発明に従うＭＩＧ溶接継手にあっては、継手強度の指標となる継手効率（継手母材となるアルミニウム材の引張による破断強度に対する継手部材の引張による破断強度の割合）が、高度に確保され得るのである。
【００２１】
また、かかる本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の好ましい態様の一つに従って、前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるものを使用すれば、溶接継手の引張時における破断応力をより一層高めることができる。
【００２２】
さらに、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の別の好ましい態様の一つに従って、前記アルミニウム材と前記鋼材との溶接部に、１０μｍ以上の高低差を有する表面リップルが、溶接長（溶接方向の長さ）１ｃｍ当たり、５〜５０山において形成される場合には、ＭＩＧ溶接時の入熱が過多とならず低くコントロールされており、このため、溶接時に、溶融金属の温度が高くなりすぎることに起因して生じる鋼材の融け込みが、可及的に防止され得て、より一層優れた継手強度が実現され得るのである。
【００２３】
一方、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法によれば、アルミニウム材と鋼材とが重ね合わされ、その重ね合わされたアルミニウム材の厚さ：Ｐが、０．５〜２．０ｍｍとされていると共に、重ね合わされた鋼材の厚さ：Ｑが、０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満足しているところから、上述せるように、アルミニウム材と鋼材との接合界面に、脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるようなことが効果的に防止され得ると共に、溶接部に局所変形が生じて、不完全部が発生するようなことも有利に防止され得ることとなるのである。
【００２４】
また、本発明に従うＭＩＧ溶接方法においては、溶接ワイヤとして、４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなるものが用いられているところから、上述せるように、溶接金属の強度が高度に確保され、アルミニウム材と鋼材とをより一層強固に溶接することができるのである。
【００２５】
更に、本発明手法においては、かかる溶接ワイヤとして、その直径：Ｌが、０．８〜１．６ｍｍであるものが用いられているところから、かかる溶接ワイヤを溶融せしめるために必要とされる溶接電流が過大となるようなことが有利に防止され得る。加えて、溶接ワイヤの中心線が、アルミニウム材の端面近傍の所定距離の範囲、即ち、アルミニウム材の端面における鋼材側角部を基点として、かかる基点から重ね合わせ部側にＬの距離とその反対側に２Ｌの距離の間の範囲に位置するように、溶接ワイヤが配置されるところから、目的とする被溶接部位（アルミニウム材の端面付近）に対してアークを発生することができ、以て、かかるアルミニウム材の端面部位を、入熱を高くすることなく、効率的に溶融せしめることが可能となり、これによって、アルミニウム材と鋼材とを良好な溶接品質をもって溶接し得るのである。
【００２６】
加えて、本発明手法においては、特に、かかる溶接ワイヤに対して、１パルス１溶滴のスプレー移行となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となる直流の溶接パルス電流を流して、ＭＩＧ溶接操作を実施しているところから、入熱が必要以上に高くなることなく、低くコントロールされるのである。このため、鋼材に比べて融点の低いアルミニウム材は効率的に溶融せしめられて、溶融不足による不完全部の発生が防止され得る一方で、鋼材の溶込みは有利に抑制され、接合界面に金属間化合物層が厚く形成されることが防止され得る。また、交流ではなく、直流の溶接パルス電流が採用されているところから、溶接ワイヤが常に＋極（陽極）とされ、これにて、被溶接材表面の酸化膜を除去するクリーニング作用（清浄作用）が十分に発揮されて、溶融したアルミニウムが、鋼材表面で弾かれることなく良好に濡れ広がるようになって、アルミニウム材と鋼材が良好に溶接され、健全な溶接部が形成され得るのである。
【００２７】
従って、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法によれば、入熱が低くコントロールされることとなって、アルミニウム材は十分に溶融せしめられる一方で、鋼材の溶込みは可及的に防止され、接合界面に、脆弱な金属間化合物層が形成されるようなことが効果的に防止されると共に、アルミニウム材と鋼材との剛性の違いに起因する局所変形等の発生も防止され、これらによって、溶接部の健全性が効果的に高められ、得られる溶接継手が接合界面で破断乃至は剥離するようなことが有利に防止され得ることとなるのである。
【００２８】
また、かかる本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法の好ましい態様に従って、前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるもの、より好ましくは、５０００系、６０００系、及び７０００系のアルミニウム合金材のうちの何れかを使用すれば、溶接継手の引張時における破断応力をより一層高めることができる。
【００２９】
さらに、本発明に従うＭＩＧ溶接方法の別の好ましい態様の一つに従って、前記鋼材として、表面処理の施されていない軟鋼、炭素鋼、高張力鋼、及びステンレス鋼のうちの何れかを用いた場合であっても、本発明手法によれば、鋼材の溶込みは極めて浅く、優れた継手強度を有する溶接継手を得ることができるのである。要するに、本発明によれば、鋼材表面に、メッキ等の表面処理層が形成されていなくても、アルミニウム材と鋼材とが、優れた溶接品質をもって溶接され得るのである。
【００３０】
加えて、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法における望ましい態様の一つに従って、前記鋼材として、溶融亜鉛メッキ鋼、合金化溶融亜鉛メッキ鋼、アルミニウム合金メッキ鋼、及び電気亜鉛メッキ鋼のうちの何れかを用いた場合には、表面処理層の存在によって、アークや溶融金属が直に鋼に接触するようなことがなく、その結果として、鋼材の溶込みがより一層有利に防止され、脆弱な金属間化合物層が更に形成され難くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００３２】
先ず、図１及び図２には、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の一例が、それぞれ、その斜視図及び縦断面図において、概略的に示されている。かかる図１及び図２に示されるように、ＭＩＧ溶接継手１０は、互いに異なる厚さを有する平板状のアルミニウム材１２と平板状の鋼材１４とが、それぞれの端部部位において、アルミニウム材１２が上方に位置するように、重ね合わされた状態下で、アルミニウム材１２の端面１６（図２において、一点鎖線で示す）部位が、ＭＩＧ溶接（重ね隅肉溶接）されて、溶接部１８が形成されることにより、一体化せしめられて、構成されている。
【００３３】
また、図１に示されるように、ここでは、アルミニウム材１２と鋼材１４とが、重ね合わせ部の全長に亘って溶接されており、それによって、溶接部１８が、アルミニウム材１２の端面１６に沿って、全長に連続して延びるように形成されている。また、かかる溶接部１８は、図２に示されるように、直交する２つの面、即ち、アルミニウム材１２の端面１６と鋼材１４の上面とを結合する略三角状の断面形状となっている。
【００３４】
そして、そのようにして上下方向に重ね合わされた二枚の被溶接材のうち、上側に位置せしめられたアルミニウム材１２の材質としては、アルミニウム又はアルミニウム合金であれば、特に制限されるものではなく、目的とする継手に要求される特性等に応じて適宜に選択されるものの、好ましくは、Ｏ材（ＪＩＳ Ｈ ０００１で規定される質別記号がＯであるアルミニウム材であって、焼なましによって最も軟らかい状態となったもの）とした場合における引張強度が、９０ＭＰａ以上であるものが用いられる。ただし、ＭＩＧ溶接が施されるアルミニウム材の質別は、何等Ｏ材に限られるものではなく、Ｏ、Ｈ、Ｔ等の各質別を有するものを用いることができる。また、ここで、引張強度とは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定される「金属材料引張試験方法」に準拠して測定される強度を指し、かかる引張強度が９０ＭＰａに満たない場合には、溶接部１８に脆弱な金属間化合物層が形成されずに溶接部１８の強度の低下が抑制され得たとしても、母材であるアルミニウム材１２で破断し易くなってしまうのである。これは、強度が高くなるように調質されたアルミニウム材（例えば、Ｈ材）を用いたとしても、溶接により、溶接部近傍の熱影響部（溶融はしないが、熱の影響を受ける部位）が、一般に、Ｏ材と同程度の強度となることに起因するものである。なお、そのようなアルミニウム材の材質の中でも、特に、ＪＩＳ呼称の合金番号にて、５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）、６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）、７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）のアルミニウム合金にあっては、自動車の車体パネルや化粧パネル等の建材などの構造体材料として適していると共に、優れた強度を有し、溶融溶接性が高いところから、より一層好適に採用されることとなる。
【００３５】
一方、下側に位置せしめられた鋼材１４の材質にあっても、特に制限されるものではなく、目的とする継手に要求される特性等に応じて適宜に選択され得るのであり、例えば、軟鋼や、炭素鋼、高張力鋼、ステンレス鋼等を挙げることができる。また、かかる鋼材には、溶融亜鉛メッキ（ＧＩ）や、合金化溶融亜鉛メッキ（ＧＡ）、アルミニウム合金メッキ、電気亜鉛メッキ等、従来から公知の亜鉛又は亜鉛合金、アルミニウム又はアルミニウム合金による表面処理が施されていても、或いは施されていなくても良いのであるが、表面処理が施された鋼材を用いる場合には、鋼材表面に形成された表面処理層の存在によって、アークや溶融金属が直に鋼に接触するようなことがなく、その結果、鋼材の溶込みが極めて効果的に防止され、アルミニウムと鋼が冶金的に反応して生成される脆弱な金属間化合物層がより一層形成されにくくなる。
【００３６】
また、それらアルミニウム材１２や鋼材１４の形状は、平板状に何等限定されるものではなく、ＭＩＧ溶接操作が施される重ね合わせ部が、少なくとも平板状乃至は面板状であるものであれば良く、圧延や押出、鍛造等の公知の手法にて製作された各種の形状のものが、何れも、採用されることとなる。一般には、被溶接部が平板状乃至は面板状である板材や押出材、押出形材が有利に用いられる。
【００３７】
そして、本実施形態においては、入熱を低くコントロールし得るように、鋼材１４の上方に重ね合わされたアルミニウム材１２の厚さ：Ｐが、０．５〜２．０ｍｍの範囲内の厚さとされている。これは、ＭＩＧ溶接時に必要とされる入熱がアルミニウム材１２の厚さに依存し、アルミニウム材の厚さ：Ｐが、２．０ｍｍを超える場合には、アルミニウム材１２の端面部位を溶融させるために、高い入熱が必要となり、それによって、アルミニウム材１２に比して溶融温度が高い鋼材１４もアークの熱によって溶融して溶け込み、アルミニウム材１２と鋼材１４との溶接部において、脆弱な金属間化合物が厚く形成され易くなって、継手強度が低下してしまうからであり、また、０．５ｍｍに満たない場合には、アルミニウム材の耐荷重が低くなりすぎて、構造材として用いることが実用的ではなくなると共に、ＭＩＧ溶接時に、アルミニウム材１２の溶接部から熱が逃げにくく蓄熱しやすくなるために、アルミニウム材１２が溶融しやすくなって、ＭＩＧ溶接継手１０の寸法精度が低下するからである。
【００３８】
また、本実施形態においては、アルミニウム材１２の下方に重ね合わされた鋼材１４の厚さ：Ｑが、０．３〜１．６ｍｍとされ、アルミニウム材１２よりも所定寸法薄い厚さとされているのである。具体的には、アルミニウム材１２の厚さ：Ｐに対する比：Ｑ／Ｐが、０．６〜０．８を満足するような厚さとされているのである。これにより、アルミニウム材１２と鋼材１４の剛性が適度に揃えられ、以て、溶接後の凝固収縮時において、熱歪みによる応力が集中して溶接部に局所変形が生じて、不完全部が発生するようなことが有利に防止され得るのである。つまり、アルミニウム材１２の厚さ：Ｐに対する鋼材１４の厚さ：Ｑの比（Ｑ／Ｐ）が、上記範囲を外れる場合には、溶接部１８に、局部変形が生じ、不完全部が発生するようになるのである。なお、鋼材１４として、上述せる如き表面処理が施された鋼材を用いる場合には、実用的な観点から、表面処理前の裸の鋼材の厚さと表面処理層の厚さとを加えた厚さが、鋼材の厚さ：Ｑとされる。
【００３９】
また、アルミニウム材１２と鋼材１４の重ね代：Ｗは、アルミニウム材１２の厚さに応じて適宜に設定され得るものの、好ましくは、アルミニウム材１２の厚さ：Ｐが、１ｍｍ以下の場合には、３ｍｍ以上とされ、また、アルミニウム材１２の厚さ：Ｐが、１ｍｍを超える場合には、アルミニウム材１２の厚さの３倍以上の厚さ、即ち、３Ｐ以上とされることが望ましい。なぜなら、重ね代：Ｗが小さくなりすぎると、溶接部１８に加えられた熱が、鋼材１４の端面２０まで伝わり、その熱が逃げないで、反射熱となって溶接部１８に加わるようになるため、入熱が過多となって、脆弱な金属間化合物層が厚く形成され、それによって、継手強度が低下せしめられるようになるからである。
【００４０】
而して、このような本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０は、前述せる如く、互いに異なる厚さを有するアルミニウム材１２と鋼材１４とが重ね合わされた状態下で、アルミニウム材１２の端面部位がＭＩＧ溶接されて、一体化せしめられてなるものであるが、ここでは、特に、溶接部１８が、ロウ材やフラックスを用いることなく、４０００系（Ａｌ−Ｓｉ系）又は５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤ（溶加材）を用いたＭＩＧ溶接によって、形成されているのである。このため、溶接金属１９の強度が高く、以て、アルミニウム材１２と鋼材１４とが強固に溶接され、ＭＩＧ溶接継手１０の継手強度が、高度に確保され得ていると共に、スラグの除去作業や大がかりな設備が不要となり、ロウやフラックス入りワイヤ等を使用する場合に比べて、コストが低く抑えられているのである。
【００４１】
しかも、本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０の溶接部１８には、１０μｍ以上の高低差を有する表面リップルが、溶接長１ｃｍ当たり、好ましくは５〜５０山において、形成されている。ここにおいて、表面リップルとは、図１及び図３に示されるように、ビード部（溶接部１８）に形成される鱗状の凹凸模様を意味する。そして、本発明においては、かかる表面リップル数を、次のように溶接方向に測定する。即ち、測定位置を、アルミニウム材１２の端面１６における鋼材側角部２２と鋼材１４上の溶接金属止端部２４との間の中央部Ａ（図３中、太線部分）と定め、コントレーサー等の測定装置を用いて、溶接方向（図３中、左右方向）の凹凸形状を測定する。そして、１つの山部（凸部）とそれに隣接する２つの谷部（凹部）との高低差のうちの何れか一方が、１０μｍ以上となる場合に、その山部を１山として数え、溶接長１ｃｍ当たりの表面リップル数を算出するのである。この際、表面リップル数は、当然のことながら、溶接非定常部を除き、溶接状態が安定した溶接定常部における表面リップル数を求めるものとする。
【００４２】
かくして、上述のようにして測定される表面リップルの数が、溶接長１ｃｍ当たり、５山に満たないということは、即ち、ＭＩＧ溶接時に鋼材１４に接触する溶融金属の温度が高いことに相当する。このような場合には、高温の溶融金属によって鋼材１４が深く溶け込み、溶接金属１９と鋼材１４との界面に、脆弱な金属間化合物層が厚く形成され、十分な継手強度が確保されないおそれがある。一方、５０山を超える場合にも、単位長さ当たりの入熱が過多となり、接合界面に脆弱な金属間化合物層が厚く形成されて、十分な継手強度が確保されないおそれがある。
【００４３】
このように、本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０にあっては、上述の如き特徴的な構成を有していることで、ＭＩＧ溶接時における入熱が低くコントロールされ得ているのであり、それによって、健全な溶接部１８の健全性が高められ得て、優れた継手強度を実現し得るようになっているのである。従って、かかるＭＩＧ溶接継手１０は、優れた継手強度を有しているところから、自動車の車体パネルや、ブラケットの接合、化粧パネル等の建材等に、有利に用いられるのである。
【００４４】
ところで、前述の如き、本実施形態に係るアルミニウム材１２と鋼材１４のＭＩＧ溶接継手１０は、例えば、以下に示す如き特別なＭＩＧ溶接方法に従って、アルミニウム材１２と鋼材１４とを溶接することにより得られるのである。
【００４５】
すなわち、本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０を得るには、先ず、図４に示されるように、上述の如き厚さ（Ｐ及びＱ）をそれぞれ有する平板状のアルミニウム材１２と平板状の鋼材１４とが、それぞれの端部部位において、アルミニウム材１２が上方に位置するように重ね合わされ、その重ね合わせ状態が維持されて、相対的に移動することがないように、好ましくは、適当な拘束治具（図示せず）により、固定される。そして、そのような固定状態下で、アルミニウム材１２の端面部位に対して、従来では実施されていない条件で、ＭＩＧ溶接操作が、実施されることとなる。
【００４６】
具体的には、このＭＩＧ溶接操作の実施に際しては、消耗式の電極である溶接ワイヤ２６が、ノズル２８の先端開口部３０から所定長さにおいて突出せしめられた、従来と同様なＭＩＧ溶接機が用いられる。かかるＭＩＧ溶接機においては、溶接ワイヤ２６が、図示しないワイヤ供給装置によって、ノズル２８に対して軸方向に独立して移動せしめられるようになっており、溶接ワイヤ２６の消耗等によって、溶接ワイヤ２６が溶接部側（下方）に供給され得る。また、溶融金属を大気から遮断するために、ノズル２８内からは、アーク溶接時に、アルゴンガスやヘリウムガス、ネオンガス等の不活性ガスの１種又は２種以上を組み合わせた混合ガスからなるイナートガス３２（図４中、二点鎖線で示す）が、溶接部に対して吹き付けられるようになっている。更に、溶接ワイヤ２６は、コンタクトチップ３４を通じて、図示しない溶接電源装置の＋極側に接続され、＋極（陽極）とされている一方、被溶接材（１２，１４）が−極側に接続され、−極（陰極）とされている。
【００４７】
そして、図示しない溶接電源装置を作動させて、溶接ワイヤ２６と被溶接材（１２，１４）との間に所定の電流及び電圧を印加することによって、そのような溶接ワイヤ２６の先端と被溶接材との間にアーク３６（図４中、一点鎖線で示す）を発生させる一方、図５に示されるように、アルミニウム材１２の端面１６に沿って、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）を、一般に、７〜１３ｍｍ／ｓ程度の速度で、相対的に移動せしめることにより、アルミニウム材１２と鋼材１４とのＭＩＧ溶接が進行せしめられる。
【００４８】
この際、被溶接材（１２，１４）と溶接ワイヤ２６との間に発生したアーク３６によって、アルミニウム材１２の端面部位が溶融せしめられると共に、溶接ワイヤ２６も溶融して、その溶滴３８が被溶接材上に移行し、これらの溶融アルミニウム（溶融金属）によって、アルミニウム材１２と鋼材１４とが溶接され、溶接金属１９からなる溶接部１８（ビード部）が形成されることとなる。
【００４９】
そして、このようなＭＩＧ溶接操作において、溶接ワイヤ２６としては、上述せる如く、アルミニウム材１２と鋼材１４とを強固に接合すべく、４０００系（Ａｌ−Ｓｉ系）又は５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）のアルミニウム合金材料を用いて形成されたソリッドワイヤが、用いられる。また、溶接ワイヤ２６の直径：Ｌが小さくなり過ぎると、溶接ワイヤ２６の供給が困難となる一方、その直径：Ｌが大きくなり過ぎると、溶接ワイヤ２６を溶融せしめるために、大きな電流が必要となり、それによって、入熱が高くなり、アルミニウム材１２と鋼材１４との界面反応で金属間化合物が形成されやすくなって、脆弱な接合界面となるところから、かかる溶接ワイヤ２６としては、その直径：Ｌが、０．８〜１．６ｍｍであるものが採用される。
【００５０】
また、かかるＭＩＧ溶接操作において、トーチ狙い位置（ノズル位置）が、アルミニウム材１２の端面１６から、水平方向（図４中、左右方向）に、あまりにも離れたところであると、図２に示される如き断面形状を有する健全な溶接部１８が形成され得なくなる。それ故、本溶接操作においては、溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘが、図４に示されるように、アルミニウム材１２の端面１６における鋼材側角部２２を基点：Ｏとして、Ｏ点から、重ね合わせ部側（図４中、Ｏ点よりも左側）にＬの距離と、その反対側（図４中、Ｏ点よりも右側）に２Ｌの距離の間の範囲内に常に位置するように、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）が配置せしめられ、そのような位置を保ったままで、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）が、アルミニウム材１２の端面１６に沿って相対的に移動せしめられる。ここで、上記溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘとは、ノズル２８の先端開口部３０から突出した部分における溶接ワイヤの中心線を意味する。
【００５１】
なお、そのような溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘが、基点から重ね合わせ部側にＬを超える位置に配置せしめられると、上方に配置されたアルミニウム材１２を溶融せしめるために高い入熱が必要となって、脆弱な金属間化合物層が厚く形成される一方、重ね合わせ部側とは反対側に２Ｌを超える位置に配置せしめられると、上方に重ね合わされたアルミニウム材１２にアーク３６が届かず、アルミニウム材１２の端面１６を溶融することができなくなったり、或いは、アルミニウム材１２との重ね合わせ部に溶接部１８（ビード部）を形成させるために、ビード幅が広くなるように電流や電圧を調整しなければならなくなって、これにより、入熱が過多となり、脆弱な金属間化合物層が厚く形成されてしまうようになるのである。
【００５２】
一方、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）の上下方向における配置位置は、一般に、溶接機の電源特性や溶接ワイヤ２６の材質、直径等に応じて適宜に設定され得るものの、好ましくは、ノズル２８の先端と上板（アルミニウム材）表面との間隔が、３〜１７ｍｍ程度、より好ましくは３〜１２ｍｍ程度となるように、配置されることが望ましく、これによって、イナートガス３２によるシールド性を高度に確保することが可能となる。
【００５３】
加えて、本実施形態のＭＩＧ溶接操作においては、特に、溶接ワイヤ２６に対して、１パルス１溶滴のスプレー移行となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となる、直流の溶接パルス電流（図６参照）が流されるのであり、このような直流パルス電流を流すことによって、母材表面の酸化膜を除去するクリーニング作用（清浄作用）が発揮され得て、溶接性が向上せしめられると共に、入熱が低くコントロールされ、鋼材１４の溶込みが有利に防止され得るようになっているのである。なお、そのような直流の溶接パルス電流を採用するに際し、そのパルス形状（波形）やピーク電流値、ベース電流値等は、溶接ワイヤ２６の先端部と被溶接材との間に常にアーク３６が発生するように、印加する溶接電圧値や溶接ワイヤ２６の種類、直径等に応じて、適宜に調整され得る。
【００５４】
また、本操作において、パルス状に変化させたパルス電流を流す理由は、パルスの無い直流の場合には平均溶接電流値が高くなって母材への入熱が過多となるところから、低い平均溶接電流値で規則的な溶滴移行を安定的に行わせて、入熱を低くコントロールし、必要以上に余分な熱を被溶接材に加えないようにするためである。また、交流パルス電流ではなく、直流パルス電流とするのは、溶接ワイヤ２６を常に＋極とすることで、常に、被溶接材に対してクリーニング作用が発揮されて、被溶接部位が清浄な金属面（新生面）とされ、溶融したアルミニウムが被溶接部で効果的に濡れ広がるようになって、健全な溶接部１８が形成され得るからである。なお、交流の場合には、溶接ワイヤ２６が＋極から−極に入れ替わったタイミングにおいて、クリーニング作用が発揮されず、これによって、溶接部１８に欠陥が発生しやすくなってしまうおそれがある。加えて、溶滴移行の中でも、臨界電流値以上の電流で発生するスプレー移行とするのは、臨界電流値以下の電流で発生するグロビュール移行では、入熱が低くなりすぎ、被溶接材に十分な熱が加わらず、アルミニウム材１２が十分に溶融され得ないと共に、鋼板１４表面が十分に濡れず、健全な溶接部１８が得られなくなるおそれがあるからである。
【００５５】
しかも、ここでは、そのようなスプレー移行となる直流の溶接パルス電流が、上述せるように、１回のパルスで１つの溶滴３８が溶接ワイヤ２６の先端部から規則的に離脱するスプレー移行状態となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となるように、調整されているところに大きな特徴があり、このような直流の溶接パルス電流を流すことによって、上記クリーニング作用が効果的に発揮されて、鋼材１４表面の濡れ性が高められ、これによって、アルミニウム材１２や溶接ワイヤ２６の溶融金属が鋼材１４表面ではじかれて鋼材１４表面上を転がることなく、良好に濡れ広がると共に、入熱がコントロールされて、アルミニウム材１２の端面部位が十分に溶融せしめられる一方で、鋼材１４表面が溶け込むようなことが効果的に防止され得て、欠陥のない健全な溶接部１８が形成され、その結果として、接合界面での破断乃至は剥離が有利に防止され得るようになっている。
【００５６】
なお、１パルスで１溶滴のスプレー移行とならない場合、具体的には、数パルスで１溶滴の場合には、連続的なビードが得られず、不完全部が発生するのであり、また、１パルスで数溶滴の場合は、パルス電流密度が高くなって、入熱が過多となり、これによって、接合界面に脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるようになる。従って、１パルスで１溶滴のスプレー移行とならない場合は、何れも、溶接部において破断乃至は剥離しやすくなるのである。
【００５７】
また一方、上述せる如きパルス頻度が０．５回／ｍｍ未満の場合には、上記数パルスで１溶滴の場合と同様に、連続ビードが得られず、健全な溶接部１８が得られなくなるのであり、パルス頻度が５回／ｍｍを超える場合には、被溶接材への入熱が過多となって、接合界面に脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるようになり、何れの場合も、溶接部において、破断乃至は剥離しやすくなる。なお、かかるパルス頻度（回／ｍｍ）は、溶接速度（ｍｍ／ｓ）に応じてパルス周波数（回／ｓ）を変化させることによって、或いはその反対に、パルス周波数に応じて溶接速度を変化させることによって、適宜に調整され得るのであり、溶接速度が速い場合には、パルス周波数を多くし、溶接速度が遅い場合には、パルス周波数を少なくすることによって、パルス頻度を、上述せる如き範囲に調整することができるのである。
【００５８】
ここにおいて、図６には、直流の溶接パルス電流波形の一例が、それに対応する電圧波形と共に、上下方向に並べて示されているのであるが、このような直流の溶接パルス電流を流しつつ、例えば、１０ｍｍ／秒の速度で溶接を行うことによって、上述せる如き１パルス１溶滴のスプレー移行が有利に実現され得るのである。また、かかる図６においては、１秒間当たり、２８個のピークがあるところから、溶接速度：１０ｍｍ／秒では、パルス頻度が、溶接長１ｍｍ当たり２．８回とされるのである。
【００５９】
かくして、前述の如く、所定厚さのアルミニウム材１２と鋼材１４とを重ね合わせ、４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤ２６を所定の位置に配置した状態で、１パルス１溶滴のスプレー移行となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となる直流の溶接パルス電流を流して、アルミニウム材１２の端面１６に沿って、ＭＩＧ溶接操作を実施することによって、アルミニウム材１２と鋼材１４とがアーク溶接されて、一体化され、目的とするＭＩＧ溶接継手１０が得られる。そして、この得られたＭＩＧ溶接継手１０は、前述せるように、鋼材１４の溶込みが有利に抑制され、鋼材表面の表面処理層の有無に拘わらず、鋼材１４の溶込み深さが、鋼材１４の厚さ：Ｑの０〜５％程度とされ、接合界面に金属間化合物層が厚く形成されるようなことが防止されていると共に、溶接部１８に熱歪みによる変形が発生しにくくなっているところから、溶接部１８の健全性が有利に高められ得ているのである。
【００６０】
しかも、上述のような条件でＭＩＧ溶接操作が施されることによって、溶融金属の温度が高くなりすぎるようなことが有利に防止され得て、溶接ワイヤ２６の先端部から被溶接材上に落ちた溶滴３８の形跡が消えることなく鱗状となって明確に残り、その結果として、溶接部１８（ビード部）に、スプレー移行の溶滴の数と略一致する数の表面リップルが、形成されるようになる。つまり、本ＭＩＧ溶接操作においては、１パルス１溶滴、且つ０．５〜５回／ｍｍのパルス頻度となるようにＭＩＧ溶接操作を実施しているところから、これによって初めて、溶接部１８（ビード部）に、従来の接合手法では得られない数の表面リップル、即ち、溶接長１ｃｍ当たり、５〜５０山の表面リップルが形成されるようになる。
【００６１】
従って、このような特別なＭＩＧ溶接手法を採用して、アルミニウム材１２と鋼材１４とを溶接すれば、溶接部の健全性が高められ、優れた溶接品質を有するＭＩＧ溶接継手を、極めて有利に得ることが可能となるのである。
【００６２】
以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。
【００６３】
例えば、上記の実施形態では、アルミニウム材１２として、鋼材側角部２２が直角（９０°）であるものが用いられていたが、アルミニウム材１２の端部に開先加工が施されて、鋼材側角部２２が鋭角とされたものに対しても、本発明のＭＩＧ溶接手法を適用することは、勿論可能である。
【００６４】
また、上例では、図４からも明らかなように、溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘが、アルミニウム材１２の端面に対して平行になっていたが、ノズル２８を端面に対して傾けて、ＭＩＧ溶接操作を実施することも可能である。このような場合にあっても、上述せるように、溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘが、鋼材側角部：Ｏから、重ね合わせ部側にＬの距離と、その反対側に２Ｌの距離の間の範囲内に位置するように、より具体的には、中心線：Ｘと、鋼材１４の上面との交点が、そのような範囲内に位置するように、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）が配置されるのである。
【００６５】
また、図５では、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）が、水平方向に直角に交差する方向（図５中、上下方向）に延びる垂線：Ｙと、溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘとのなす角θの大きさが、５°以下の範囲となるように、進行方向に向かって傾いた姿勢とされて、ＭＩＧ溶接が行われている状態が示されているが、進行方向に対するノズル２８（溶接ワイヤ２６）の傾斜角度は、従来のＭＩＧ溶接と同様に、適宜に設定され得るものである。
【００６６】
その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施されるものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。
【実施例】
【００６７】
以下に、本発明の実施例を幾つか示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。
【００６８】
＜試験例１＞
先ず、下記表１に示されるように、アルミニウム材（Ａｌ材）として、そのＯ材における引張強度が３１０ＭＰａである、厚さ（Ｐ）：１．５ｍｍの５０００系アルミニウム板材（５４５６，Ｈ材）を準備する一方、鋼材（１４）として、厚さ（Ｑ）：１．０５ｍｍの合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＡ鋼板）を準備した。そして、それらアルミニウム材（１２）と鋼材（１４）とを、重ね代（Ｗ）が５ｍｍとなるように重ね合わせて固定した。なお、Ａｌ材のＯ材引張強度は、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定される板状試験片（５号）を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して測定した。
【００６９】
次いで、ＭＩＧ溶接機として、直径（Ｌ）：０．８ｍｍの５０００系アルミニウム合金（５５５４）からなる溶接ワイヤ（２６）が装着された精密制御型ＭＩＧ溶接機を用い、溶接ワイヤ（２６）が＋極、被溶接材が−極となるように、溶接電源装置に接続した後、被溶接材との間にアークを発生させ、ＭＩＧ溶接機のノズル（２８）を、溶接速度：１０ｍｍ／ｓにおいて、アルミニウム材（１２）の端部部位に沿って相対移動せしめることにより、ＭＩＧ溶接を行い、試験例１に係るＭＩＧ溶接継手を得た。
【００７０】
具体的には、下記表２に示されるように、１パルス当たりの溶滴数：１、溶接長１ｍｍ当たりのパルス数（パルス頻度）：０．５回のスプレー移行となるように、直流の溶接パルス電流を流す一方、溶接ワイヤの中心線（Ｘ）が、アルミニウム材（１２）の鋼材側角部（２２）から、重ね合わせ部側に０．８ｍｍの距離のところに位置するように、ノズル（２８）を配置し、そのノズル位置を保った状態で、アルミニウム材（１２）の端部部位に沿って相対移動せしめることにより、ＭＩＧ溶接を行った。
【００７１】
その後、上述のようにして得られた試験例１に係るＭＩＧ溶接継手を用いて、以下の表面リップル数の測定と引張試験（引張せん断試験）を行った。
【００７２】
すなわち、表面リップル数の測定は、コントレーサー（株式会社ミツトヨ製ＣＶ−３１００）を用いて、溶接定常部の形状を測定し、１つの山部とそれに隣接する２つの谷部（凹部）との高低差のうちの何れか一方が、１０μｍ以上となる場合に、その山部を１山として数えて、溶接長１ｃｍ当たりの表面リップル数を求めた。その結果、実施例１に係るＭＩＧ溶接継手の表面リップル数は、６山であった。
【００７３】
一方、溶接継手の引張試験（引張せん断試験）は、前述せる如きＯ材の引張試験と同様に、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて行った。具体的には、試験片として、ツカミ部の幅：３０ｍｍ、平行部の幅：２５ｍｍ、肩部の半径（Ｒ）：３０ｍｍ、標点距離：５０ｍｍであるものを作製し、かかる試験片に伸び計を取り付け、かかる伸び計が１ｍｍを示すまでは、引張試験機のクロスヘッドスピードを５ｍｍ／秒とし、それ以降は、クロスヘッドスピードを５０ｍｍ／分として、試験片が破断するまで引張した。そして、得られた最大荷重から、以下の算術式を用いて、継手の最大応力と継手効率を求めた。その結果、実施例１に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、継手の最大応力（破断応力）：３１０ＭＰａ、継手効率：１００％であった。
継手の最大応力（ＭＰａ）＝（継手の最大荷重／Ａｌ材の断面積）
継手効率（％）＝（継手の最大応力／Ａｌ材のＯ材における引張強度）×１００
【００７４】
また、かかる引張せん断試験における結果を、次の評価基準で評価したところ、実施例１に係るＭＩＧ溶接継手は、◎となった。
◎：下記（１）〜（３）の条件を全て満たすもの
○：下記（３）の条件のみを満たさないもの
△：下記（２）の条件を満たさないもの
×：下記（１）の条件を満たさないもの
条件（１）継手効率が５０％以上である
（２）溶接部（接合界面）ではなく、Ａｌ材の母材部側で破断する
（３）継手の最大応力が７０ＭＰａ以上である
【００７５】
＜試験例２〜３４＞
上記試験例１と同様に、Ａｌ材（１２）と鋼材（１４）として、下記表１に示される材質や厚さ、Ｏ材強度を有する板材を準備し、それらを、下記表１に示される重ね代（Ｗ）となるように、重ね合わせて固定した。なお、Ａｌ材の質別は、１０００系及び５０００系のアルミニウム材についてはＨであるものを、６０００系及び７０００系のアルミニウム材についてはＴであるものを用いた。
【００７６】
次いで、下記表１に示される直径（Ｌ）と材質のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤ（２６）が装着されたＭＩＧ溶接機を用いて、溶接ワイヤ（２６）側が＋極となるように電流・電圧を印加して、被溶接材との間にスプレー移行となるアークを発生させ、ＭＩＧ溶接機のノズル（２８）を、溶接速度：１０ｍｍ／ｓで、アルミニウム材（１２）の端部部位に沿って相対移動せしめることにより、ＭＩＧ溶接を行い、試験例２〜３４に係るＭＩＧ溶接継手を得た。なお、かかるＭＩＧ溶接操作において、溶接ワイヤの中心線（Ｘ）の位置や、１パルス当たりの溶滴数、パルス頻度は、それぞれ、下記表２に示される条件を採用した。
【００７７】
その後、上述のようにして得られた試験例２〜３４に係るＭＩＧ溶接継手を用いて、上述せる如き表面リップル数の測定と引張せん断試験を行い、得られた結果を、下記表２に併せて示した。
【００７８】
【表１】
【００７９】
【表２】
【００８０】
かかる表２の結果から明らかなように、試験例１〜２２に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、溶接長１ｃｍ当たりの表面リップル数が５〜５０山の範囲内とされていると共に、引張試験の評価結果が、◎となっており、アルミニウム材と鋼材とが極めて良好に溶接されていることがわかる。また、試験例２３に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、アルミニウム材として、Ｏ材における引張強度が９０ＭＰａに満たない１０００系のアルミニウム板材が用いられているところから、破断応力が劣っているものの、破断は母材で起こり、ＭＩＧ溶接による接合が良好に行われていることがわかる。
【００８１】
さらに、試験例２４〜２９に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、表２に示される溶接条件（Ｘの位置、１パルスの溶滴数、パルス頻度）の何れかが前述せる如き範囲から外れ、接合界面で破断乃至は剥離が惹起されたものの、継手効率が５０％以上を満たしており、引張試験の評価結果が△となっている。
【００８２】
一方、試験例３０〜３４に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、鋼材として、アルミニウム材の厚さに対する鋼材の厚さの比（Ｑ／Ｐ）が、０．６〜０．８の範囲外であるものが用いられていたり、或いは、アルミニウム材の厚さが、０．５〜２．０ｍｍの範囲外であるものが用いられていたり、或いは、溶接ワイヤとして、１０００系のアルミニウムからなるものが用いられているところから、何れも、継手効率が２０％と、かなり低い値となっている。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の一例を示す斜視説明図である。
【図２】図１におけるII−II断面説明図である。
【図３】図１における平面説明図である。
【図４】本発明に従うＭＩＧ溶接手法に従って、アルミニウム材と鋼材とをＭＩＧ溶接する一工程を示す縦断面説明図であって、溶接されるべきアルミニウム材と鋼材を互いに重ね合わせ、かかる重ね合わせ部に、アルミニウム材側からＭＩＧ溶接機のノズルを配置した状態を示している。
【図５】本発明に従うＭＩＧ溶接手法に従って、アルミニウム材と鋼材とをＭＩＧ溶接する一工程を示す斜視説明図であって、溶接ワイヤから溶滴が移行する状態を示している。
【図６】本発明に従うＭＩＧ溶接手法において採用される直流の溶接パルス電流と電圧の波形の一例を示す説明図であって、直流パルス電流の波形を上方に示す一方、かかる溶接電流に対応する電圧の波形を下方に並べて示した。
【符号の説明】
【００８４】
１０ ＭＩＧ溶接継手 １２ アルミニウム材
１４ 鋼材 １６，２０ 端面
１８ 溶接部 １９ 溶接金属
２２ 鋼材側角部 ２４ 溶接金属止端部
２６ 溶接ワイヤ ２８ ノズル
３０ 先端開口部 ３２ イナートガス
３４ コンタクトチップ ３６ アーク
３８ 溶滴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム材と鋼材のＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接継手及びＭＩＧ溶接方法に係り、特に、材質が異なるアルミニウム材と鋼材の板状部同士を重ね合わせて、その重ね合わせ部分をＭＩＧ溶接する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保護や省エネルギーの観点から、自動車の排出する有害ガスや二酸化炭素の発生の抑制、燃費の向上等が、要請されている。そして、そのような要請に応えるためには、自動車の軽量化が最も有効であるところから、ボデー部材や各種の部品において、鋼材からアルミニウム材への材質の転換が、盛んに検討されている。しかしながら、自動車を構成するボデー部材や各種部品の材料の全てをアルミニウム材料にすることは、コスト的にも困難であり、このため、アルミニウム材を用いる場合においては、鋼とアルミニウムとの異種金属間の接合、所謂ハイブリッド接合が避けられず、この異種金属接合が、重要な課題となっている。また、かかるアルミニウム材と鋼材との接合は、上述せる如き自動車に代表される輸送機の分野のみならず、家電製品、建材等の構造物等、各種の分野においても、要請され、そこでは、その強固な接合が求められている。
【０００３】
このため、アルミニウム材と鋼材との接合においては、充分な接合強度を確保するために、かしめやリベット接合、ボルト接合等の機械的接合が検討されてきているのであるが、この機械的接合であっても、接合の作業性や接合部の信頼性、接合コスト等の点において、多かれ少なかれ、何等かの問題を内在している。
【０００４】
また、従来より金属材の接合において一般的に用いられているアーク溶接等の溶融溶接法にあっては、生産性の飛躍的な向上を期待し得るのであるが、溶融溶接法でアルミニウム材と鋼材とを溶接すると、溶接時の入熱が高くなり過ぎて、溶融したアルミニウムと鋼が冶金的に反応し、それらの接合界面に、脆くて硬い金属間化合物（Ｆｅ2Ａｌ5、ＦｅＡｌ3 等）が厚く形成され、そこから亀裂が入り易くなって、実用化レベルの継手強度が得られないといった問題があった。それ故、アルミニウム材と鋼材とを溶融溶接することは、極めて困難なことであったのである。
【０００５】
なお、特許文献１〜７には、アーク溶接の一種であるＭＩＧ溶接法によって、アルミニウム材と鋼材の異種金属を溶接する種々の手法が提案されている。しかしながら、特許文献１においては、銅合金又はＮｉ合金のワイヤを用いて、アルミニウム材と鋼材とを、ＭＩＧロウ付け法にて直接溶接しているところから、溶接コストが高くなると共に、十分な溶接強度が得られているとは言い難く、改善の余地を有するものであった。また、特許文献２においては、フッ化セシウム、フッ化アルミニウム、フッ化カリウム及び酸化アルミニウムを少なくとも成分として含むフラックスを、アルミニウム材で被覆したフラックス入りワイヤが、溶加材として用いられ、脆弱な厚い金属間化合物層の形成が抑制されているのであるが、フラックスが、溶接部にスラグとなって表面に残り、このため、表面を覆うスラグを除去する作業が必要となって、生産性に劣ると共に、製品コストが高くなるといった問題を内在している。
【０００６】
また、特許文献３〜７には、溶接ワイヤとして、ロウ材やフラックス入りワイヤではなく、アルミニウム合金製のソリッドワイヤが採用されているものの、アルミニウム材の厚みと鋼材の厚みとの関係が何等検討されておらず、同一厚さのアルミニウム材と鋼材とが溶接されたり、アルミニウム材よりも厚い鋼材が用いられて、溶接されている。このため、入熱が低くなるようにコントロールしても、両材の剛性が大きく異なるところから、つまり、アルミニウム材の剛性に比べて鋼材の剛性が高い（同一厚さの場合、鋼材：Ａｌ材＝約３：１の剛性比）ところから、これに起因して、溶接後の凝固収縮時において、熱歪みによる応力が集中して、溶接部に局所変形が生じ、以て、不完全部が発生し、十分な継手強度を確保することができないおそれがあった。
【０００７】
さらに、かかる特許文献３〜７においては、鋼材として、亜鉛又は亜鉛合金メッキ、アルミニウム又はアルミニウム合金メッキが施された表面処理鋼材が用いられており、表面処理の施されていない鋼材を、アルミニウム材とＭＩＧ溶接法にて溶接する手法については、何等明らかにされていない。従って、鋼材表面の表面処理層の有無に拘わらず、アルミニウム材と鋼材の接合部が健全となり、十分な継手強度を確保することのできる接合方法が、望まれているのである。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２１１２７０号公報
【特許文献２】特開２００３−３３８６５号公報
【特許文献３】特開２００４−２２３５４８号公報
【特許文献４】特開２００６−８８１７４号公報
【特許文献５】特開２００６−１１６５９９号公報
【特許文献６】特開２００６−２２４１４５号公報
【特許文献７】特開２００６−２２４１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その第一の課題とするところは、溶接部の健全性が高められ、優れた継手強度を有するアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手を提供することにあり、また第二の課題とするところは、材質が異なるアルミニウム材と鋼材とを重ね合わせて、それらをＭＩＧ溶接する際に、入熱が低くなるようにコントロールして、溶接部の健全性を効果的に高め得るアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、本発明にあっては、上記した第一の課題の解決のために、アルミニウム材と鋼材とを重ね合わせ、かかるアルミニウム材の端面部位に対して、４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤを用いたＭＩＧ溶接が施されてなるアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手であって、前記アルミニウム材の厚さ：Ｐが、０．５〜２．０ｍｍであると共に、前記鋼材の厚さ：Ｑが、０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満足することを特徴とするアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手を、その要旨とするものである。
【００１１】
なお、かかる本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の好ましい態様の一つによれば、前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるものが用いられる。
【００１２】
また、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の別の好ましい態様の一つによれば、前記アルミニウム材と前記鋼材との溶接部に、１０μｍ以上の高低差を有する表面リップルが、溶接長１ｃｍ当たり、５〜５０山において形成されている。
【００１３】
そして、本発明においては、上記した第二の課題の解決のために、（Ａ）アルミニウム材と鋼材とを重ね合わせ、かかるアルミニウム材の端面部位に対してＭＩＧ溶接操作を施すことにより、それらアルミニウム材と鋼材とをＭＩＧ溶接する方法であって、（Ｂ）前記アルミニウム材として、厚さ：Ｐが０．５〜２．０ｍｍであるものを用い、且つ前記鋼材として、厚さ：Ｑが０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満たすものを用いると共に、（Ｃ）溶接ワイヤとして、直径：Ｌが０．８〜１．６ｍｍである４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなるものを用い、（Ｄ）かかる溶接ワイヤの中心線が、前記アルミニウム材の端面における鋼材側角部を基点として、該基点より前記アルミニウム材と前記鋼材との重ね合わせ部側にＬの距離と該基点より該重ね合わせ部とは反対側に２Ｌの距離との間に位置するように、該溶接ワイヤを配置した状態において、（Ｅ）該溶接ワイヤに対して、１パルス１溶滴のスプレー移行となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となる直流の溶接パルス電流を流して、前記アルミニウム材の端面に沿って、ＭＩＧ溶接操作を実施することを特徴とするアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法をも、その要旨とするものである。
【００１４】
なお、かかる本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法の好ましい態様によれば、前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるものが用いられ、更に好ましくは、５０００系、６０００系、及び７０００系のアルミニウム合金材のうちの何れかが用いられる。
【００１５】
また、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法における別の好ましい態様の一つによれば、前記鋼材として、表面処理の施されていない軟鋼、炭素鋼、高張力鋼、及びステンレス鋼のうちの何れかが用いられる。
【００１６】
さらに、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法における望ましい態様の一つによれば、前記鋼材として、溶融亜鉛メッキ鋼、合金化溶融亜鉛メッキ鋼、アルミニウム合金メッキ鋼、及び電気亜鉛メッキ鋼のうちの何れかが用いられる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手にあっては、アルミニウム材と鋼材とが重ね合わされ、その重ね合わされたアルミニウム材の厚さ：Ｐが、０．５〜２．０ｍｍとされているところから、アルミニウム材の端面をアークで溶融させるために必要とされる入熱を低く抑えることができ、その結果、アルミニウム材と鋼材との接合界面に、脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるようなことが有利に防止され得ているのである。また、重ね合わされた鋼材の厚さ：Ｑが、０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満足しているところから、換言すれば、重ね合わされたアルミニウム材の厚さ：Ｐに対する鋼材の厚さ：Ｑの比（Ｑ／Ｐ）が、０．６〜０．８を満足しているところから、アルミニウム材と鋼材の剛性が適度に揃えられ、以て、溶接後の凝固収縮時において、熱歪みによる応力が集中して、溶接部に局所変形を惹起せしめ、そこに不完全部が発生してしまうようなことが効果的に防止されている。
【００１８】
しかも、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手にあっては、アルミニウム材と鋼材とを重ね合わせ、その重ね合わされたアルミニウム材の端面部位に対して、アルミニウム合金からなる溶接ワイヤを用いたＭＩＧ溶接が施されているところから、スラグの除去作業や大がかりな設備が不要となり、ロウやフラックス入りワイヤ等を使用する場合に比べて、生産性が向上し、製品コストを低くすることができるといったメリットも享受され得る。
【００１９】
加えて、溶接ワイヤを構成するアルミニウム合金として、４０００系又は５０００系のものが用いられているところから、溶接金属の強度が高くなり、以て、アルミニウム材と鋼材とを強固に溶接することができるのである。
【００２０】
従って、本発明のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手にあっては、接合界面に金属間化合物層が厚く形成されるようなことが防止され、且つ溶接部に熱歪みによる変形が発生しにくくなっているところから、溶接部の健全性が有利に高められ得ていると共に、溶接部の溶接金属によって、アルミニウム材と鋼材が強固に溶接されているのである。その結果、本発明に従うＭＩＧ溶接継手にあっては、継手強度の指標となる継手効率（継手母材となるアルミニウム材の引張による破断強度に対する継手部材の引張による破断強度の割合）が、高度に確保され得るのである。
【００２１】
また、かかる本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の好ましい態様の一つに従って、前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるものを使用すれば、溶接継手の引張時における破断応力をより一層高めることができる。
【００２２】
さらに、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の別の好ましい態様の一つに従って、前記アルミニウム材と前記鋼材との溶接部に、１０μｍ以上の高低差を有する表面リップルが、溶接長（溶接方向の長さ）１ｃｍ当たり、５〜５０山において形成される場合には、ＭＩＧ溶接時の入熱が過多とならず低くコントロールされており、このため、溶接時に、溶融金属の温度が高くなりすぎることに起因して生じる鋼材の融け込みが、可及的に防止され得て、より一層優れた継手強度が実現され得るのである。
【００２３】
一方、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法によれば、アルミニウム材と鋼材とが重ね合わされ、その重ね合わされたアルミニウム材の厚さ：Ｐが、０．５〜２．０ｍｍとされていると共に、重ね合わされた鋼材の厚さ：Ｑが、０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満足しているところから、上述せるように、アルミニウム材と鋼材との接合界面に、脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるようなことが効果的に防止され得ると共に、溶接部に局所変形が生じて、不完全部が発生するようなことも有利に防止され得ることとなるのである。
【００２４】
また、本発明に従うＭＩＧ溶接方法においては、溶接ワイヤとして、４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなるものが用いられているところから、上述せるように、溶接金属の強度が高度に確保され、アルミニウム材と鋼材とをより一層強固に溶接することができるのである。
【００２５】
更に、本発明手法においては、かかる溶接ワイヤとして、その直径：Ｌが、０．８〜１．６ｍｍであるものが用いられているところから、かかる溶接ワイヤを溶融せしめるために必要とされる溶接電流が過大となるようなことが有利に防止され得る。加えて、溶接ワイヤの中心線が、アルミニウム材の端面近傍の所定距離の範囲、即ち、アルミニウム材の端面における鋼材側角部を基点として、かかる基点から重ね合わせ部側にＬの距離とその反対側に２Ｌの距離の間の範囲に位置するように、溶接ワイヤが配置されるところから、目的とする被溶接部位（アルミニウム材の端面付近）に対してアークを発生することができ、以て、かかるアルミニウム材の端面部位を、入熱を高くすることなく、効率的に溶融せしめることが可能となり、これによって、アルミニウム材と鋼材とを良好な溶接品質をもって溶接し得るのである。
【００２６】
加えて、本発明手法においては、特に、かかる溶接ワイヤに対して、１パルス１溶滴のスプレー移行となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となる直流の溶接パルス電流を流して、ＭＩＧ溶接操作を実施しているところから、入熱が必要以上に高くなることなく、低くコントロールされるのである。このため、鋼材に比べて融点の低いアルミニウム材は効率的に溶融せしめられて、溶融不足による不完全部の発生が防止され得る一方で、鋼材の溶込みは有利に抑制され、接合界面に金属間化合物層が厚く形成されることが防止され得る。また、交流ではなく、直流の溶接パルス電流が採用されているところから、溶接ワイヤが常に＋極（陽極）とされ、これにて、被溶接材表面の酸化膜を除去するクリーニング作用（清浄作用）が十分に発揮されて、溶融したアルミニウムが、鋼材表面で弾かれることなく良好に濡れ広がるようになって、アルミニウム材と鋼材が良好に溶接され、健全な溶接部が形成され得るのである。
【００２７】
従って、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法によれば、入熱が低くコントロールされることとなって、アルミニウム材は十分に溶融せしめられる一方で、鋼材の溶込みは可及的に防止され、接合界面に、脆弱な金属間化合物層が形成されるようなことが効果的に防止されると共に、アルミニウム材と鋼材との剛性の違いに起因する局所変形等の発生も防止され、これらによって、溶接部の健全性が効果的に高められ、得られる溶接継手が接合界面で破断乃至は剥離するようなことが有利に防止され得ることとなるのである。
【００２８】
また、かかる本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法の好ましい態様に従って、前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるもの、より好ましくは、５０００系、６０００系、及び７０００系のアルミニウム合金材のうちの何れかを使用すれば、溶接継手の引張時における破断応力をより一層高めることができる。
【００２９】
さらに、本発明に従うＭＩＧ溶接方法の別の好ましい態様の一つに従って、前記鋼材として、表面処理の施されていない軟鋼、炭素鋼、高張力鋼、及びステンレス鋼のうちの何れかを用いた場合であっても、本発明手法によれば、鋼材の溶込みは極めて浅く、優れた継手強度を有する溶接継手を得ることができるのである。要するに、本発明によれば、鋼材表面に、メッキ等の表面処理層が形成されていなくても、アルミニウム材と鋼材とが、優れた溶接品質をもって溶接され得るのである。
【００３０】
加えて、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法における望ましい態様の一つに従って、前記鋼材として、溶融亜鉛メッキ鋼、合金化溶融亜鉛メッキ鋼、アルミニウム合金メッキ鋼、及び電気亜鉛メッキ鋼のうちの何れかを用いた場合には、表面処理層の存在によって、アークや溶融金属が直に鋼に接触するようなことがなく、その結果として、鋼材の溶込みがより一層有利に防止され、脆弱な金属間化合物層が更に形成され難くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００３２】
先ず、図１及び図２には、本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の一例が、それぞれ、その斜視図及び縦断面図において、概略的に示されている。かかる図１及び図２に示されるように、ＭＩＧ溶接継手１０は、互いに異なる厚さを有する平板状のアルミニウム材１２と平板状の鋼材１４とが、それぞれの端部部位において、アルミニウム材１２が上方に位置するように、重ね合わされた状態下で、アルミニウム材１２の端面１６（図２において、一点鎖線で示す）部位が、ＭＩＧ溶接（重ね隅肉溶接）されて、溶接部１８が形成されることにより、一体化せしめられて、構成されている。
【００３３】
また、図１に示されるように、ここでは、アルミニウム材１２と鋼材１４とが、重ね合わせ部の全長に亘って溶接されており、それによって、溶接部１８が、アルミニウム材１２の端面１６に沿って、全長に連続して延びるように形成されている。また、かかる溶接部１８は、図２に示されるように、直交する２つの面、即ち、アルミニウム材１２の端面１６と鋼材１４の上面とを結合する略三角状の断面形状となっている。
【００３４】
そして、そのようにして上下方向に重ね合わされた二枚の被溶接材のうち、上側に位置せしめられたアルミニウム材１２の材質としては、アルミニウム又はアルミニウム合金であれば、特に制限されるものではなく、目的とする継手に要求される特性等に応じて適宜に選択されるものの、好ましくは、Ｏ材（ＪＩＳ Ｈ ０００１で規定される質別記号がＯであるアルミニウム材であって、焼なましによって最も軟らかい状態となったもの）とした場合における引張強度が、９０ＭＰａ以上であるものが用いられる。ただし、ＭＩＧ溶接が施されるアルミニウム材の質別は、何等Ｏ材に限られるものではなく、Ｏ、Ｈ、Ｔ等の各質別を有するものを用いることができる。また、ここで、引張強度とは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定される「金属材料引張試験方法」に準拠して測定される強度を指し、かかる引張強度が９０ＭＰａに満たない場合には、溶接部１８に脆弱な金属間化合物層が形成されずに溶接部１８の強度の低下が抑制され得たとしても、母材であるアルミニウム材１２で破断し易くなってしまうのである。これは、強度が高くなるように調質されたアルミニウム材（例えば、Ｈ材）を用いたとしても、溶接により、溶接部近傍の熱影響部（溶融はしないが、熱の影響を受ける部位）が、一般に、Ｏ材と同程度の強度となることに起因するものである。なお、そのようなアルミニウム材の材質の中でも、特に、ＪＩＳ呼称の合金番号にて、５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）、６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）、７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）のアルミニウム合金にあっては、自動車の車体パネルや化粧パネル等の建材などの構造体材料として適していると共に、優れた強度を有し、溶融溶接性が高いところから、より一層好適に採用されることとなる。
【００３５】
一方、下側に位置せしめられた鋼材１４の材質にあっても、特に制限されるものではなく、目的とする継手に要求される特性等に応じて適宜に選択され得るのであり、例えば、軟鋼や、炭素鋼、高張力鋼、ステンレス鋼等を挙げることができる。また、かかる鋼材には、溶融亜鉛メッキ（ＧＩ）や、合金化溶融亜鉛メッキ（ＧＡ）、アルミニウム合金メッキ、電気亜鉛メッキ等、従来から公知の亜鉛又は亜鉛合金、アルミニウム又はアルミニウム合金による表面処理が施されていても、或いは施されていなくても良いのであるが、表面処理が施された鋼材を用いる場合には、鋼材表面に形成された表面処理層の存在によって、アークや溶融金属が直に鋼に接触するようなことがなく、その結果、鋼材の溶込みが極めて効果的に防止され、アルミニウムと鋼が冶金的に反応して生成される脆弱な金属間化合物層がより一層形成されにくくなる。
【００３６】
また、それらアルミニウム材１２や鋼材１４の形状は、平板状に何等限定されるものではなく、ＭＩＧ溶接操作が施される重ね合わせ部が、少なくとも平板状乃至は面板状であるものであれば良く、圧延や押出、鍛造等の公知の手法にて製作された各種の形状のものが、何れも、採用されることとなる。一般には、被溶接部が平板状乃至は面板状である板材や押出材、押出形材が有利に用いられる。
【００３７】
そして、本実施形態においては、入熱を低くコントロールし得るように、鋼材１４の上方に重ね合わされたアルミニウム材１２の厚さ：Ｐが、０．５〜２．０ｍｍの範囲内の厚さとされている。これは、ＭＩＧ溶接時に必要とされる入熱がアルミニウム材１２の厚さに依存し、アルミニウム材の厚さ：Ｐが、２．０ｍｍを超える場合には、アルミニウム材１２の端面部位を溶融させるために、高い入熱が必要となり、それによって、アルミニウム材１２に比して溶融温度が高い鋼材１４もアークの熱によって溶融して溶け込み、アルミニウム材１２と鋼材１４との溶接部において、脆弱な金属間化合物が厚く形成され易くなって、継手強度が低下してしまうからであり、また、０．５ｍｍに満たない場合には、アルミニウム材の耐荷重が低くなりすぎて、構造材として用いることが実用的ではなくなると共に、ＭＩＧ溶接時に、アルミニウム材１２の溶接部から熱が逃げにくく蓄熱しやすくなるために、アルミニウム材１２が溶融しやすくなって、ＭＩＧ溶接継手１０の寸法精度が低下するからである。
【００３８】
また、本実施形態においては、アルミニウム材１２の下方に重ね合わされた鋼材１４の厚さ：Ｑが、０．３〜１．６ｍｍとされ、アルミニウム材１２よりも所定寸法薄い厚さとされているのである。具体的には、アルミニウム材１２の厚さ：Ｐに対する比：Ｑ／Ｐが、０．６〜０．８を満足するような厚さとされているのである。これにより、アルミニウム材１２と鋼材１４の剛性が適度に揃えられ、以て、溶接後の凝固収縮時において、熱歪みによる応力が集中して溶接部に局所変形が生じて、不完全部が発生するようなことが有利に防止され得るのである。つまり、アルミニウム材１２の厚さ：Ｐに対する鋼材１４の厚さ：Ｑの比（Ｑ／Ｐ）が、上記範囲を外れる場合には、溶接部１８に、局部変形が生じ、不完全部が発生するようになるのである。なお、鋼材１４として、上述せる如き表面処理が施された鋼材を用いる場合には、実用的な観点から、表面処理前の裸の鋼材の厚さと表面処理層の厚さとを加えた厚さが、鋼材の厚さ：Ｑとされる。
【００３９】
また、アルミニウム材１２と鋼材１４の重ね代：Ｗは、アルミニウム材１２の厚さに応じて適宜に設定され得るものの、好ましくは、アルミニウム材１２の厚さ：Ｐが、１ｍｍ以下の場合には、３ｍｍ以上とされ、また、アルミニウム材１２の厚さ：Ｐが、１ｍｍを超える場合には、アルミニウム材１２の厚さの３倍以上の厚さ、即ち、３Ｐ以上とされることが望ましい。なぜなら、重ね代：Ｗが小さくなりすぎると、溶接部１８に加えられた熱が、鋼材１４の端面２０まで伝わり、その熱が逃げないで、反射熱となって溶接部１８に加わるようになるため、入熱が過多となって、脆弱な金属間化合物層が厚く形成され、それによって、継手強度が低下せしめられるようになるからである。
【００４０】
而して、このような本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０は、前述せる如く、互いに異なる厚さを有するアルミニウム材１２と鋼材１４とが重ね合わされた状態下で、アルミニウム材１２の端面部位がＭＩＧ溶接されて、一体化せしめられてなるものであるが、ここでは、特に、溶接部１８が、ロウ材やフラックスを用いることなく、４０００系（Ａｌ−Ｓｉ系）又は５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤ（溶加材）を用いたＭＩＧ溶接によって、形成されているのである。このため、溶接金属１９の強度が高く、以て、アルミニウム材１２と鋼材１４とが強固に溶接され、ＭＩＧ溶接継手１０の継手強度が、高度に確保され得ていると共に、スラグの除去作業や大がかりな設備が不要となり、ロウやフラックス入りワイヤ等を使用する場合に比べて、コストが低く抑えられているのである。
【００４１】
しかも、本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０の溶接部１８には、１０μｍ以上の高低差を有する表面リップルが、溶接長１ｃｍ当たり、好ましくは５〜５０山において、形成されている。ここにおいて、表面リップルとは、図１及び図３に示されるように、ビード部（溶接部１８）に形成される鱗状の凹凸模様を意味する。そして、本発明においては、かかる表面リップル数を、次のように溶接方向に測定する。即ち、測定位置を、アルミニウム材１２の端面１６における鋼材側角部２２と鋼材１４上の溶接金属止端部２４との間の中央部Ａ（図３中、太線部分）と定め、コントレーサー等の測定装置を用いて、溶接方向（図３中、左右方向）の凹凸形状を測定する。そして、１つの山部（凸部）とそれに隣接する２つの谷部（凹部）との高低差のうちの何れか一方が、１０μｍ以上となる場合に、その山部を１山として数え、溶接長１ｃｍ当たりの表面リップル数を算出するのである。この際、表面リップル数は、当然のことながら、溶接非定常部を除き、溶接状態が安定した溶接定常部における表面リップル数を求めるものとする。
【００４２】
かくして、上述のようにして測定される表面リップルの数が、溶接長１ｃｍ当たり、５山に満たないということは、即ち、ＭＩＧ溶接時に鋼材１４に接触する溶融金属の温度が高いことに相当する。このような場合には、高温の溶融金属によって鋼材１４が深く溶け込み、溶接金属１９と鋼材１４との界面に、脆弱な金属間化合物層が厚く形成され、十分な継手強度が確保されないおそれがある。一方、５０山を超える場合にも、単位長さ当たりの入熱が過多となり、接合界面に脆弱な金属間化合物層が厚く形成されて、十分な継手強度が確保されないおそれがある。
【００４３】
このように、本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０にあっては、上述の如き特徴的な構成を有していることで、ＭＩＧ溶接時における入熱が低くコントロールされ得ているのであり、それによって、健全な溶接部１８の健全性が高められ得て、優れた継手強度を実現し得るようになっているのである。従って、かかるＭＩＧ溶接継手１０は、優れた継手強度を有しているところから、自動車の車体パネルや、ブラケットの接合、化粧パネル等の建材等に、有利に用いられるのである。
【００４４】
ところで、前述の如き、本実施形態に係るアルミニウム材１２と鋼材１４のＭＩＧ溶接継手１０は、例えば、以下に示す如き特別なＭＩＧ溶接方法に従って、アルミニウム材１２と鋼材１４とを溶接することにより得られるのである。
【００４５】
すなわち、本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０を得るには、先ず、図４に示されるように、上述の如き厚さ（Ｐ及びＱ）をそれぞれ有する平板状のアルミニウム材１２と平板状の鋼材１４とが、それぞれの端部部位において、アルミニウム材１２が上方に位置するように重ね合わされ、その重ね合わせ状態が維持されて、相対的に移動することがないように、好ましくは、適当な拘束治具（図示せず）により、固定される。そして、そのような固定状態下で、アルミニウム材１２の端面部位に対して、従来では実施されていない条件で、ＭＩＧ溶接操作が、実施されることとなる。
【００４６】
具体的には、このＭＩＧ溶接操作の実施に際しては、消耗式の電極である溶接ワイヤ２６が、ノズル２８の先端開口部３０から所定長さにおいて突出せしめられた、従来と同様なＭＩＧ溶接機が用いられる。かかるＭＩＧ溶接機においては、溶接ワイヤ２６が、図示しないワイヤ供給装置によって、ノズル２８に対して軸方向に独立して移動せしめられるようになっており、溶接ワイヤ２６の消耗等によって、溶接ワイヤ２６が溶接部側（下方）に供給され得る。また、溶融金属を大気から遮断するために、ノズル２８内からは、アーク溶接時に、アルゴンガスやヘリウムガス、ネオンガス等の不活性ガスの１種又は２種以上を組み合わせた混合ガスからなるイナートガス３２（図４中、二点鎖線で示す）が、溶接部に対して吹き付けられるようになっている。更に、溶接ワイヤ２６は、コンタクトチップ３４を通じて、図示しない溶接電源装置の＋極側に接続され、＋極（陽極）とされている一方、被溶接材（１２，１４）が−極側に接続され、−極（陰極）とされている。
【００４７】
そして、図示しない溶接電源装置を作動させて、溶接ワイヤ２６と被溶接材（１２，１４）との間に所定の電流及び電圧を印加することによって、そのような溶接ワイヤ２６の先端と被溶接材との間にアーク３６（図４中、一点鎖線で示す）を発生させる一方、図５に示されるように、アルミニウム材１２の端面１６に沿って、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）を、一般に、７〜１３ｍｍ／ｓ程度の速度で、相対的に移動せしめることにより、アルミニウム材１２と鋼材１４とのＭＩＧ溶接が進行せしめられる。
【００４８】
この際、被溶接材（１２，１４）と溶接ワイヤ２６との間に発生したアーク３６によって、アルミニウム材１２の端面部位が溶融せしめられると共に、溶接ワイヤ２６も溶融して、その溶滴３８が被溶接材上に移行し、これらの溶融アルミニウム（溶融金属）によって、アルミニウム材１２と鋼材１４とが溶接され、溶接金属１９からなる溶接部１８（ビード部）が形成されることとなる。
【００４９】
そして、このようなＭＩＧ溶接操作において、溶接ワイヤ２６としては、上述せる如く、アルミニウム材１２と鋼材１４とを強固に接合すべく、４０００系（Ａｌ−Ｓｉ系）又は５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）のアルミニウム合金材料を用いて形成されたソリッドワイヤが、用いられる。また、溶接ワイヤ２６の直径：Ｌが小さくなり過ぎると、溶接ワイヤ２６の供給が困難となる一方、その直径：Ｌが大きくなり過ぎると、溶接ワイヤ２６を溶融せしめるために、大きな電流が必要となり、それによって、入熱が高くなり、アルミニウム材１２と鋼材１４との界面反応で金属間化合物が形成されやすくなって、脆弱な接合界面となるところから、かかる溶接ワイヤ２６としては、その直径：Ｌが、０．８〜１．６ｍｍであるものが採用される。
【００５０】
また、かかるＭＩＧ溶接操作において、トーチ狙い位置（ノズル位置）が、アルミニウム材１２の端面１６から、水平方向（図４中、左右方向）に、あまりにも離れたところであると、図２に示される如き断面形状を有する健全な溶接部１８が形成され得なくなる。それ故、本溶接操作においては、溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘが、図４に示されるように、アルミニウム材１２の端面１６における鋼材側角部２２を基点：Ｏとして、Ｏ点から、重ね合わせ部側（図４中、Ｏ点よりも左側）にＬの距離と、その反対側（図４中、Ｏ点よりも右側）に２Ｌの距離の間の範囲内に常に位置するように、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）が配置せしめられ、そのような位置を保ったままで、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）が、アルミニウム材１２の端面１６に沿って相対的に移動せしめられる。ここで、上記溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘとは、ノズル２８の先端開口部３０から突出した部分における溶接ワイヤの中心線を意味する。
【００５１】
なお、そのような溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘが、基点から重ね合わせ部側にＬを超える位置に配置せしめられると、上方に配置されたアルミニウム材１２を溶融せしめるために高い入熱が必要となって、脆弱な金属間化合物層が厚く形成される一方、重ね合わせ部側とは反対側に２Ｌを超える位置に配置せしめられると、上方に重ね合わされたアルミニウム材１２にアーク３６が届かず、アルミニウム材１２の端面１６を溶融することができなくなったり、或いは、アルミニウム材１２との重ね合わせ部に溶接部１８（ビード部）を形成させるために、ビード幅が広くなるように電流や電圧を調整しなければならなくなって、これにより、入熱が過多となり、脆弱な金属間化合物層が厚く形成されてしまうようになるのである。
【００５２】
一方、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）の上下方向における配置位置は、一般に、溶接機の電源特性や溶接ワイヤ２６の材質、直径等に応じて適宜に設定され得るものの、好ましくは、ノズル２８の先端と上板（アルミニウム材）表面との間隔が、３〜１７ｍｍ程度、より好ましくは３〜１２ｍｍ程度となるように、配置されることが望ましく、これによって、イナートガス３２によるシールド性を高度に確保することが可能となる。
【００５３】
加えて、本実施形態のＭＩＧ溶接操作においては、特に、溶接ワイヤ２６に対して、１パルス１溶滴のスプレー移行となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となる、直流の溶接パルス電流（図６参照）が流されるのであり、このような直流パルス電流を流すことによって、母材表面の酸化膜を除去するクリーニング作用（清浄作用）が発揮され得て、溶接性が向上せしめられると共に、入熱が低くコントロールされ、鋼材１４の溶込みが有利に防止され得るようになっているのである。なお、そのような直流の溶接パルス電流を採用するに際し、そのパルス形状（波形）やピーク電流値、ベース電流値等は、溶接ワイヤ２６の先端部と被溶接材との間に常にアーク３６が発生するように、印加する溶接電圧値や溶接ワイヤ２６の種類、直径等に応じて、適宜に調整され得る。
【００５４】
また、本操作において、パルス状に変化させたパルス電流を流す理由は、パルスの無い直流の場合には平均溶接電流値が高くなって母材への入熱が過多となるところから、低い平均溶接電流値で規則的な溶滴移行を安定的に行わせて、入熱を低くコントロールし、必要以上に余分な熱を被溶接材に加えないようにするためである。また、交流パルス電流ではなく、直流パルス電流とするのは、溶接ワイヤ２６を常に＋極とすることで、常に、被溶接材に対してクリーニング作用が発揮されて、被溶接部位が清浄な金属面（新生面）とされ、溶融したアルミニウムが被溶接部で効果的に濡れ広がるようになって、健全な溶接部１８が形成され得るからである。なお、交流の場合には、溶接ワイヤ２６が＋極から−極に入れ替わったタイミングにおいて、クリーニング作用が発揮されず、これによって、溶接部１８に欠陥が発生しやすくなってしまうおそれがある。加えて、溶滴移行の中でも、臨界電流値以上の電流で発生するスプレー移行とするのは、臨界電流値以下の電流で発生するグロビュール移行では、入熱が低くなりすぎ、被溶接材に十分な熱が加わらず、アルミニウム材１２が十分に溶融され得ないと共に、鋼板１４表面が十分に濡れず、健全な溶接部１８が得られなくなるおそれがあるからである。
【００５５】
しかも、ここでは、そのようなスプレー移行となる直流の溶接パルス電流が、上述せるように、１回のパルスで１つの溶滴３８が溶接ワイヤ２６の先端部から規則的に離脱するスプレー移行状態となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となるように、調整されているところに大きな特徴があり、このような直流の溶接パルス電流を流すことによって、上記クリーニング作用が効果的に発揮されて、鋼材１４表面の濡れ性が高められ、これによって、アルミニウム材１２や溶接ワイヤ２６の溶融金属が鋼材１４表面ではじかれて鋼材１４表面上を転がることなく、良好に濡れ広がると共に、入熱がコントロールされて、アルミニウム材１２の端面部位が十分に溶融せしめられる一方で、鋼材１４表面が溶け込むようなことが効果的に防止され得て、欠陥のない健全な溶接部１８が形成され、その結果として、接合界面での破断乃至は剥離が有利に防止され得るようになっている。
【００５６】
なお、１パルスで１溶滴のスプレー移行とならない場合、具体的には、数パルスで１溶滴の場合には、連続的なビードが得られず、不完全部が発生するのであり、また、１パルスで数溶滴の場合は、パルス電流密度が高くなって、入熱が過多となり、これによって、接合界面に脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるようになる。従って、１パルスで１溶滴のスプレー移行とならない場合は、何れも、溶接部において破断乃至は剥離しやすくなるのである。
【００５７】
また一方、上述せる如きパルス頻度が０．５回／ｍｍ未満の場合には、上記数パルスで１溶滴の場合と同様に、連続ビードが得られず、健全な溶接部１８が得られなくなるのであり、パルス頻度が５回／ｍｍを超える場合には、被溶接材への入熱が過多となって、接合界面に脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるようになり、何れの場合も、溶接部において、破断乃至は剥離しやすくなる。なお、かかるパルス頻度（回／ｍｍ）は、溶接速度（ｍｍ／ｓ）に応じてパルス周波数（回／ｓ）を変化させることによって、或いはその反対に、パルス周波数に応じて溶接速度を変化させることによって、適宜に調整され得るのであり、溶接速度が速い場合には、パルス周波数を多くし、溶接速度が遅い場合には、パルス周波数を少なくすることによって、パルス頻度を、上述せる如き範囲に調整することができるのである。
【００５８】
ここにおいて、図６には、直流の溶接パルス電流波形の一例が、それに対応する電圧波形と共に、上下方向に並べて示されているのであるが、このような直流の溶接パルス電流を流しつつ、例えば、１０ｍｍ／秒の速度で溶接を行うことによって、上述せる如き１パルス１溶滴のスプレー移行が有利に実現され得るのである。また、かかる図６においては、１秒間当たり、２８個のピークがあるところから、溶接速度：１０ｍｍ／秒では、パルス頻度が、溶接長１ｍｍ当たり２．８回とされるのである。
【００５９】
かくして、前述の如く、所定厚さのアルミニウム材１２と鋼材１４とを重ね合わせ、４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤ２６を所定の位置に配置した状態で、１パルス１溶滴のスプレー移行となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となる直流の溶接パルス電流を流して、アルミニウム材１２の端面１６に沿って、ＭＩＧ溶接操作を実施することによって、アルミニウム材１２と鋼材１４とがアーク溶接されて、一体化され、目的とするＭＩＧ溶接継手１０が得られる。そして、この得られたＭＩＧ溶接継手１０は、前述せるように、鋼材１４の溶込みが有利に抑制され、鋼材表面の表面処理層の有無に拘わらず、鋼材１４の溶込み深さが、鋼材１４の厚さ：Ｑの０〜５％程度とされ、接合界面に金属間化合物層が厚く形成されるようなことが防止されていると共に、溶接部１８に熱歪みによる変形が発生しにくくなっているところから、溶接部１８の健全性が有利に高められ得ているのである。
【００６０】
しかも、上述のような条件でＭＩＧ溶接操作が施されることによって、溶融金属の温度が高くなりすぎるようなことが有利に防止され得て、溶接ワイヤ２６の先端部から被溶接材上に落ちた溶滴３８の形跡が消えることなく鱗状となって明確に残り、その結果として、溶接部１８（ビード部）に、スプレー移行の溶滴の数と略一致する数の表面リップルが、形成されるようになる。つまり、本ＭＩＧ溶接操作においては、１パルス１溶滴、且つ０．５〜５回／ｍｍのパルス頻度となるようにＭＩＧ溶接操作を実施しているところから、これによって初めて、溶接部１８（ビード部）に、従来の接合手法では得られない数の表面リップル、即ち、溶接長１ｃｍ当たり、５〜５０山の表面リップルが形成されるようになる。
【００６１】
従って、このような特別なＭＩＧ溶接手法を採用して、アルミニウム材１２と鋼材１４とを溶接すれば、溶接部の健全性が高められ、優れた溶接品質を有するＭＩＧ溶接継手を、極めて有利に得ることが可能となるのである。
【００６２】
以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。
【００６３】
例えば、上記の実施形態では、アルミニウム材１２として、鋼材側角部２２が直角（９０°）であるものが用いられていたが、アルミニウム材１２の端部に開先加工が施されて、鋼材側角部２２が鋭角とされたものに対しても、本発明のＭＩＧ溶接手法を適用することは、勿論可能である。
【００６４】
また、上例では、図４からも明らかなように、溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘが、アルミニウム材１２の端面に対して平行になっていたが、ノズル２８を端面に対して傾けて、ＭＩＧ溶接操作を実施することも可能である。このような場合にあっても、上述せるように、溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘが、鋼材側角部：Ｏから、重ね合わせ部側にＬの距離と、その反対側に２Ｌの距離の間の範囲内に位置するように、より具体的には、中心線：Ｘと、鋼材１４の上面との交点が、そのような範囲内に位置するように、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）が配置されるのである。
【００６５】
また、図５では、ノズル２８（溶接ワイヤ２６）が、水平方向に直角に交差する方向（図５中、上下方向）に延びる垂線：Ｙと、溶接ワイヤ２６の中心線：Ｘとのなす角θの大きさが、５°以下の範囲となるように、進行方向に向かって傾いた姿勢とされて、ＭＩＧ溶接が行われている状態が示されているが、進行方向に対するノズル２８（溶接ワイヤ２６）の傾斜角度は、従来のＭＩＧ溶接と同様に、適宜に設定され得るものである。
【００６６】
その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施されるものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。
【実施例】
【００６７】
以下に、本発明の実施例を幾つか示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。
【００６８】
＜試験例１＞
先ず、下記表１に示されるように、アルミニウム材（Ａｌ材）として、そのＯ材における引張強度が３１０ＭＰａである、厚さ（Ｐ）：１．５ｍｍの５０００系アルミニウム板材（５４５６，Ｈ材）を準備する一方、鋼材（１４）として、厚さ（Ｑ）：１．０５ｍｍの合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＡ鋼板）を準備した。そして、それらアルミニウム材（１２）と鋼材（１４）とを、重ね代（Ｗ）が５ｍｍとなるように重ね合わせて固定した。なお、Ａｌ材のＯ材引張強度は、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定される板状試験片（５号）を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して測定した。
【００６９】
次いで、ＭＩＧ溶接機として、直径（Ｌ）：０．８ｍｍの５０００系アルミニウム合金（５５５４）からなる溶接ワイヤ（２６）が装着された精密制御型ＭＩＧ溶接機を用い、溶接ワイヤ（２６）が＋極、被溶接材が−極となるように、溶接電源装置に接続した後、被溶接材との間にアークを発生させ、ＭＩＧ溶接機のノズル（２８）を、溶接速度：１０ｍｍ／ｓにおいて、アルミニウム材（１２）の端部部位に沿って相対移動せしめることにより、ＭＩＧ溶接を行い、試験例１に係るＭＩＧ溶接継手を得た。
【００７０】
具体的には、下記表２に示されるように、１パルス当たりの溶滴数：１、溶接長１ｍｍ当たりのパルス数（パルス頻度）：０．５回のスプレー移行となるように、直流の溶接パルス電流を流す一方、溶接ワイヤの中心線（Ｘ）が、アルミニウム材（１２）の鋼材側角部（２２）から、重ね合わせ部側に０．８ｍｍの距離のところに位置するように、ノズル（２８）を配置し、そのノズル位置を保った状態で、アルミニウム材（１２）の端部部位に沿って相対移動せしめることにより、ＭＩＧ溶接を行った。
【００７１】
その後、上述のようにして得られた試験例１に係るＭＩＧ溶接継手を用いて、以下の表面リップル数の測定と引張試験（引張せん断試験）を行った。
【００７２】
すなわち、表面リップル数の測定は、コントレーサー（株式会社ミツトヨ製ＣＶ−３１００）を用いて、溶接定常部の形状を測定し、１つの山部とそれに隣接する２つの谷部（凹部）との高低差のうちの何れか一方が、１０μｍ以上となる場合に、その山部を１山として数えて、溶接長１ｃｍ当たりの表面リップル数を求めた。その結果、実施例１に係るＭＩＧ溶接継手の表面リップル数は、６山であった。
【００７３】
一方、溶接継手の引張試験（引張せん断試験）は、前述せる如きＯ材の引張試験と同様に、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて行った。具体的には、試験片として、ツカミ部の幅：３０ｍｍ、平行部の幅：２５ｍｍ、肩部の半径（Ｒ）：３０ｍｍ、標点距離：５０ｍｍであるものを作製し、かかる試験片に伸び計を取り付け、かかる伸び計が１ｍｍを示すまでは、引張試験機のクロスヘッドスピードを５ｍｍ／秒とし、それ以降は、クロスヘッドスピードを５０ｍｍ／分として、試験片が破断するまで引張した。そして、得られた最大荷重から、以下の算術式を用いて、継手の最大応力と継手効率を求めた。その結果、実施例１に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、継手の最大応力（破断応力）：３１０ＭＰａ、継手効率：１００％であった。
継手の最大応力（ＭＰａ）＝（継手の最大荷重／Ａｌ材の断面積）
継手効率（％）＝（継手の最大応力／Ａｌ材のＯ材における引張強度）×１００
【００７４】
また、かかる引張せん断試験における結果を、次の評価基準で評価したところ、実施例１に係るＭＩＧ溶接継手は、◎となった。
◎：下記（１）〜（３）の条件を全て満たすもの
○：下記（３）の条件のみを満たさないもの
△：下記（２）の条件を満たさないもの
×：下記（１）の条件を満たさないもの
条件（１）継手効率が５０％以上である
（２）溶接部（接合界面）ではなく、Ａｌ材の母材部側で破断する
（３）継手の最大応力が７０ＭＰａ以上である
【００７５】
＜試験例２〜３４＞
上記試験例１と同様に、Ａｌ材（１２）と鋼材（１４）として、下記表１に示される材質や厚さ、Ｏ材強度を有する板材を準備し、それらを、下記表１に示される重ね代（Ｗ）となるように、重ね合わせて固定した。なお、Ａｌ材の質別は、１０００系及び５０００系のアルミニウム材についてはＨであるものを、６０００系及び７０００系のアルミニウム材についてはＴであるものを用いた。
【００７６】
次いで、下記表１に示される直径（Ｌ）と材質のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤ（２６）が装着されたＭＩＧ溶接機を用いて、溶接ワイヤ（２６）側が＋極となるように電流・電圧を印加して、被溶接材との間にスプレー移行となるアークを発生させ、ＭＩＧ溶接機のノズル（２８）を、溶接速度：１０ｍｍ／ｓで、アルミニウム材（１２）の端部部位に沿って相対移動せしめることにより、ＭＩＧ溶接を行い、試験例２〜３４に係るＭＩＧ溶接継手を得た。なお、かかるＭＩＧ溶接操作において、溶接ワイヤの中心線（Ｘ）の位置や、１パルス当たりの溶滴数、パルス頻度は、それぞれ、下記表２に示される条件を採用した。
【００７７】
その後、上述のようにして得られた試験例２〜３４に係るＭＩＧ溶接継手を用いて、上述せる如き表面リップル数の測定と引張せん断試験を行い、得られた結果を、下記表２に併せて示した。
【００７８】
【表１】
【００７９】
【表２】
【００８０】
かかる表２の結果から明らかなように、試験例１〜２２に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、溶接長１ｃｍ当たりの表面リップル数が５〜５０山の範囲内とされていると共に、引張試験の評価結果が、◎となっており、アルミニウム材と鋼材とが極めて良好に溶接されていることがわかる。また、試験例２３に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、アルミニウム材として、Ｏ材における引張強度が９０ＭＰａに満たない１０００系のアルミニウム板材が用いられているところから、破断応力が劣っているものの、破断は母材で起こり、ＭＩＧ溶接による接合が良好に行われていることがわかる。
【００８１】
さらに、試験例２４〜２９に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、表２に示される溶接条件（Ｘの位置、１パルスの溶滴数、パルス頻度）の何れかが前述せる如き範囲から外れ、接合界面で破断乃至は剥離が惹起されたものの、継手効率が５０％以上を満たしており、引張試験の評価結果が△となっている。
【００８２】
一方、試験例３０〜３４に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、鋼材として、アルミニウム材の厚さに対する鋼材の厚さの比（Ｑ／Ｐ）が、０．６〜０．８の範囲外であるものが用いられていたり、或いは、アルミニウム材の厚さが、０．５〜２．０ｍｍの範囲外であるものが用いられていたり、或いは、溶接ワイヤとして、１０００系のアルミニウムからなるものが用いられているところから、何れも、継手効率が２０％と、かなり低い値となっている。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に従うアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手の一例を示す斜視説明図である。
【図２】図１におけるII−II断面説明図である。
【図３】図１における平面説明図である。
【図４】本発明に従うＭＩＧ溶接手法に従って、アルミニウム材と鋼材とをＭＩＧ溶接する一工程を示す縦断面説明図であって、溶接されるべきアルミニウム材と鋼材を互いに重ね合わせ、かかる重ね合わせ部に、アルミニウム材側からＭＩＧ溶接機のノズルを配置した状態を示している。
【図５】本発明に従うＭＩＧ溶接手法に従って、アルミニウム材と鋼材とをＭＩＧ溶接する一工程を示す斜視説明図であって、溶接ワイヤから溶滴が移行する状態を示している。
【図６】本発明に従うＭＩＧ溶接手法において採用される直流の溶接パルス電流と電圧の波形の一例を示す説明図であって、直流パルス電流の波形を上方に示す一方、かかる溶接電流に対応する電圧の波形を下方に並べて示した。
【符号の説明】
【００８４】
１０ ＭＩＧ溶接継手 １２ アルミニウム材
１４ 鋼材 １６，２０ 端面
１８ 溶接部 １９ 溶接金属
２２ 鋼材側角部 ２４ 溶接金属止端部
２６ 溶接ワイヤ ２８ ノズル
３０ 先端開口部 ３２ イナートガス
３４ コンタクトチップ ３６ アーク
３８ 溶滴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム材と鋼材とを重ね合わせ、かかるアルミニウム材の端面部位に対して、４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤを用いたＭＩＧ溶接が施されてなるアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手であって、
前記アルミニウム材の厚さ：Ｐが、０．５〜２．０ｍｍであると共に、前記鋼材の厚さ：Ｑが、０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満足することを特徴とするアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手。
【請求項２】
前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるものを用いたことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手。
【請求項３】
前記アルミニウム材と前記鋼材との溶接部に、１０μｍ以上の高低差を有する表面リップルが、溶接長１ｃｍ当たり、５〜５０山において形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手。
【請求項４】
アルミニウム材と鋼材とを重ね合わせ、かかるアルミニウム材の端面部位に対してＭＩＧ溶接操作を施すことにより、それらアルミニウム材と鋼材とをＭＩＧ溶接する方法であって、
前記アルミニウム材として、厚さ：Ｐが０．５〜２．０ｍｍであるものを用い、且つ前記鋼材として、厚さ：Ｑが０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満たすものを用いると共に、
溶接ワイヤとして、直径：Ｌが０．８〜１．６ｍｍである４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなるものを用い、
かかる溶接ワイヤの中心線が、前記アルミニウム材の端面における鋼材側角部を基点として、該基点より前記アルミニウム材と前記鋼材との重ね合わせ部側にＬの距離と該基点より該重ね合わせ部とは反対側に２Ｌの距離との間に位置するように、該溶接ワイヤを配置した状態において、
該溶接ワイヤに対して、１パルス１溶滴のスプレー移行となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となる直流の溶接パルス電流を流して、前記アルミニウム材の端面に沿って、ＭＩＧ溶接操作を実施することを特徴とするアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法。
【請求項５】
前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるものを用いることを特徴とする請求項４記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法。
【請求項６】
前記アルミニウム材が、５０００系、６０００系、及び７０００系のアルミニウム合金材のうちの何れかであることを特徴とする請求項４又は請求項５記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法。
【請求項７】
前記鋼材が、表面処理の施されていない軟鋼、炭素鋼、高張力鋼、及びステンレス鋼のうちの何れかであることを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れか１項に記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法。
【請求項８】
前記鋼材が、溶融亜鉛メッキ鋼、合金化溶融亜鉛メッキ鋼、アルミニウム合金メッキ鋼、及び電気亜鉛メッキ鋼のうちの何れかであることを特徴とする請求項４乃至請求項７の何れか１項に記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法。
【請求項１】
アルミニウム材と鋼材とを重ね合わせ、かかるアルミニウム材の端面部位に対して、４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤを用いたＭＩＧ溶接が施されてなるアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手であって、
前記アルミニウム材の厚さ：Ｐが、０．５〜２．０ｍｍであると共に、前記鋼材の厚さ：Ｑが、０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満足することを特徴とするアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手。
【請求項２】
前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるものを用いたことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手。
【請求項３】
前記アルミニウム材と前記鋼材との溶接部に、１０μｍ以上の高低差を有する表面リップルが、溶接長１ｃｍ当たり、５〜５０山において形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接継手。
【請求項４】
アルミニウム材と鋼材とを重ね合わせ、かかるアルミニウム材の端面部位に対してＭＩＧ溶接操作を施すことにより、それらアルミニウム材と鋼材とをＭＩＧ溶接する方法であって、
前記アルミニウム材として、厚さ：Ｐが０．５〜２．０ｍｍであるものを用い、且つ前記鋼材として、厚さ：Ｑが０．６≦Ｑ／Ｐ≦０．８を満たすものを用いると共に、
溶接ワイヤとして、直径：Ｌが０．８〜１．６ｍｍである４０００系又は５０００系のアルミニウム合金からなるものを用い、
かかる溶接ワイヤの中心線が、前記アルミニウム材の端面における鋼材側角部を基点として、該基点より前記アルミニウム材と前記鋼材との重ね合わせ部側にＬの距離と該基点より該重ね合わせ部とは反対側に２Ｌの距離との間に位置するように、該溶接ワイヤを配置した状態において、
該溶接ワイヤに対して、１パルス１溶滴のスプレー移行となり、且つパルス頻度が溶接長１ｍｍ当たり０．５〜５回となる直流の溶接パルス電流を流して、前記アルミニウム材の端面に沿って、ＭＩＧ溶接操作を実施することを特徴とするアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法。
【請求項５】
前記アルミニウム材として、そのＯ材における引張強度が９０ＭＰａ以上であるものを用いることを特徴とする請求項４記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法。
【請求項６】
前記アルミニウム材が、５０００系、６０００系、及び７０００系のアルミニウム合金材のうちの何れかであることを特徴とする請求項４又は請求項５記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法。
【請求項７】
前記鋼材が、表面処理の施されていない軟鋼、炭素鋼、高張力鋼、及びステンレス鋼のうちの何れかであることを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れか１項に記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法。
【請求項８】
前記鋼材が、溶融亜鉛メッキ鋼、合金化溶融亜鉛メッキ鋼、アルミニウム合金メッキ鋼、及び電気亜鉛メッキ鋼のうちの何れかであることを特徴とする請求項４乃至請求項７の何れか１項に記載のアルミニウム材と鋼材のＭＩＧ溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２０７２２７（Ｐ２００８−２０７２２７Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４７７６７（Ｐ２００７−４７７６７）
【出願日】平成１９年２月２７日（２００７．２．２７）
【出願人】（０００００２２７７）住友軽金属工業株式会社 (552)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２７日（２００７．２．２７）
【出願人】（０００００２２７７）住友軽金属工業株式会社 (552)
【Ｆターム（参考）】
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