異材接合方法
【課題】鋼材とアルミニウム系材とを異材接合させた複合構造材の引張剪断強度を高く維持しつつ、ピール強度を高くすることができる異材接合方法を提供する。
【解決手段】ＣｓＦを２０乃至６０質量％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼板表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接する。
【解決手段】ＣｓＦを２０乃至６０質量％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼板表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接する異材接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の各種構造材等には、軽量化のために、その一部に、従来から使用されている鋼材に代えて、アルミニウム又はアルミニウム合金材（以下、総称してアルミニウム系材という）を使用した複合構造材が使用されている。
【０００３】
このような複合構造材は、鋼材とアルミニウム系材とを例えばＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、又はレーザ溶接等により接合して得られる（特許文献１乃至３）。
【０００４】
しかし、鋼材とアルミニウム系材とを溶接すると、アルミニウム系材と鋼材の接合界面にＦｅＡｌ３、Ｆｅ２Ａｌ５等の脆いＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が生成する。このような脆い金属間化合物が発生すると、アルミニウム系材と鋼材との間の接合強度が著しく低下する。このため、そのような金属間化合物の生成を抑制する技術が必要とされる。
【０００５】
そこで、特許文献１及び特許文献２には、溶加材中のＳｉ、Ｍｇ又はＭｎ等の成分を低くし、これによって鋼材とアルミニウム系材との接合強度を向上させた異材接合方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２４１４５号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１３５４５６号公報
【特許文献３】特開２００４−２２３５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１及び２に開示の異材接合方法により、鋼材とアルミ系材の界面に生じる金属間化合物の低減がある程度達成できるが、それでも、近時要求される高い接合強度としては、必ずしも十分なものとはいえない。特に、従来は、接合強度は一般的に接合部の剪断強度（接合後の材料の引張強度）により評価され、特許文献１においても、引張剪断強度により評価されている。ところが、実際の異材接合材が適用される構造体においては、鋼材とアルミニウム系材との間には剪断方向の引張剪断強度のみではなく、引き剥がし方向の力が作用することがある。このため、上記特許文献１及び２に開示された溶加材を使用するだけでは、引き剥がし方向の強度（ピール強度）が実用上不十分であるという問題点がある。即ち、アルミニウム系材と鋼材との異材接合材においては、アルミニウム系材同士又は鋼材同士のような同種の材料の接合に比べて、ピール強度が著しく低下する。
【０００８】
このように、特許文献１及び２に記載の異材接合方法においては、ある程度の引張剪断強度の向上はあるものの、ピール強度の向上が十分でなく、特にＧＡ鋼板等の亜鉛めっき鋼板及びめっきが無い所謂裸鋼板において、その傾向が大きく表れていた。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、鋼材とアルミニウム系材とを異材接合させた複合構造材の引張剪断強度を高く維持しつつ、ピール強度を高くすることができる異材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】
【００１０】
本発明に係る第１の異材接合方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、ＣｓＦを２０乃至６０質量％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼板表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る第２の異材接合方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を２．５乃至１０ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼板表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る第３の異材接合方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、ＣｓＦを２０乃至６０％、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を１．５乃至８ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼板表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする。
【００１３】
これらの第１乃至第３の異材接合方法において、前記溶融溶接は、例えば、ＭＩＧ溶接又はレーザ溶接である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アルミニウム系材と鋼材とを異材接合させた複合構造材の接合部に生じやすい脆い金属間化合物を低減することができるから、複合構造材の引張剪断強度を高く維持しつつ、ピール強度を著しく高くすることができる。また、本発明によれば、複合構造材の溶接部の強度、特に引張剪断強度を高く保ちつつ、ピール強度も高めることができるため、継手の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】鋼材とアルミニウム系材とをＭＩＧ溶接により重ね隅肉溶接する方法を示す断面図である。
【図２】鋼材とアルミニウム系材とをレーザ溶接により重ね隅肉溶接する方法を示す断面図である。
【図３】異材接合体の引張剪断強度試験を示す複式図である。
【図４】異材接合体のピール強度試験を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る溶加材について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、鋼材とアルミニウム系材とを、ＭＩＧ（ミグ）溶接により重ね隅肉溶接する方法を示す模式図である。
【００１７】
本発明の第１実施形態の異材接合方法においては、先ず、図１に示すように、板状の鋼材３の上に、板状のアルミニウム系材２を重ね、アルミニウム系材２の端部に形成された隅部４をＭＩＧ溶接により重ね隅肉溶接する。この場合に、トーチ７側にアルミニウム系材２を配置する。また、鋼材３とアルミニウム系材２とを重ねて重ね隅肉継手を形成する前に、鋼材３のアルミニウム系材２側の表面、即ち接合部側の表面に、フラックスを塗布する。塗布の方法は特に限定されないが、刷毛で塗ったり、ロールコーティング方式でコーティングしたり、スプレーにより噴射塗布してもよい。このフラックスを塗布する領域は、少なくとも、鋼材３とアルミニウム系材２との接合部（重ね隅肉継手の隅部４）の近傍の領域を含む。即ち、隅部４を構成するアルミニウム系材２の端部を中心として、鋼材３の露出した表面及びアルミニウム系材２が重なる鋼材３の重なり面の双方側に、２０乃至３０ｍｍ程度の範囲に、フラックスを塗布する。このフラックスは、溶融したアルミニウム合金がフラックスの塗布領域に拡がるという作用効果を奏する。
【００１８】
この鋼材３とアルミニウム系材２とを重ね合わせた後、溶加材としての溶接ワイヤ１をトーチ７から隅部４に向けて送給し、溶接ワイヤ１と被溶接材（アルミニウム系材２及び鋼材３）との間に交流アークを発生させる。溶接ワイヤ１は後述するようにアルミニウム系材からなるソリッドワイヤである。これにより、電極ワイヤである溶接ワイヤ１が陽極となるサイクルにおいては、アークのクリーニング作用によって鋼材３の表面の表面酸化膜が除去され、更にアーク熱により、アルミニウム系材２と鋼材３との隅部４が溶融する。そして、アークを発生させながらトーチを鋼材３とアルミニウム系材２との隅部４に向けアルミニウム系材２の端部に沿って移動させることにより、隅部４を重ね隅肉溶接する。
【００１９】
このように、本実施形態の異材接合方法においては、所定の組成のフラックスが所定量塗布された鋼材３の表面において、アークのクリーニング作用によって鋼材３の表面の酸化膜が除去され、フラックスがアーク熱により溶解し、更に、アルミニウム系材２、溶接ワイヤ１及び鋼材３の表面がアーク熱によって溶融して、得られた溶融金属が、溶融したフラックスの作用により、鋼材３の表面に充分に濡れ広がる。これにより、接合部が拡がるため、接合強度が高くなる。なお、鋼材３の表面が若干溶融することにより、金属間化合物が生成する。
【００２０】
図２は、鋼材とアルミニウム系材とを、レーザ溶接により重ね隅肉溶接する方法の実施形態を示す断面図である。このレーザ溶接においては、隅部４にレーザ光が照射され、アルミニウム系材からなる溶接ワイヤ１が、溶加材として、隅部４に向けて送給される。フラックスの塗布等の条件は、図１に示すＭＩＧ溶接と同様である。本実施形態においては、レーザ光により、溶加材としての溶接ワイヤ１及びアルミニウム系材２と、鋼材３の表面とが溶融し、また鋼材３の表面に塗布されたフラックスもレーザ光の照射により溶解する。これにより、溶融金属は、鋼材３の表面に濡れ拡がり、接合部が拡がり、高接合強度が得られる。
【００２１】
なお、レーザ溶接に際し、その種類は、ＣＯ２、ＹＡＧ、ファイバー、半導体の各種レーザを使用することができる。この場合、継手は、ＭＩＧ溶接の場合と同様に重ね継手とし、レーザ光はアルミニウム系材２側よりアルミニウム系材２の端部の隅部４を狙い、レーザ光を板幅方向に移動させて、レーザの加熱により生じる溶融池に進入するように、溶加材としての溶接ワイヤ１を供給する。
【００２２】
次に、本発明において使用するフラックスについて説明する。先ず、本発明の第１の異材接合方法にて使用するフラックスについて説明する。このフラックスは、ＣｓＦを２０乃至６０質量％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるものである。このフラックスを、単位面積当たりの塗布量を０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２として、接合部側の鋼材表面に塗布する。次に、フラックスの組成及び塗布量の数値限定理由について説明する。
【００２３】
「ＣｓＦ：２０乃至６０質量％」
フラックス中のＣｓＦは、溶接時にアルミニウム合金材と鋼材との間に高脆性の金属間化合物が生成することを抑制する。ＣｓＦの含有量が２０質量％未満では、この高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が小さく、６０質量％を超えると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が飽和すると共に、高価なセシウムの含有量が増加して製造コストが上昇する。よって、ＣｓＦの含有量は２０乃至６０質量％とする。
【００２４】
「塗布量：単位面積当たり０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２」
フラックスの塗布量が、単位面積当たり、０．５ｍｇ／ｃｍ２未満であると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が小さく、５ｍｇ／ｃｍ２を超えると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が飽和すると共に、高価なセシウムの使用量が増加して製造コストが上昇する。よって、フラックスの塗布量は、単位面積当たり、０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２とする。
【００２５】
本発明の第２の異材接合方法にて使用するフラックスは、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるものである。このフラックスを、単位面積当たりの塗布量を２．５乃至１０ｍｇ／ｃｍ２として、接合部側の鋼材表面に塗布する。次に、フラックスの組成及び塗布量の数値限定理由について説明する。
【００２６】
「Ａ１Ｆ３：７乃至１５質量％」
フラックス中のＡ１Ｆ３は、還元効果により酸化膜を除去すると共に、高い脆性の金属間化合物の生成を抑制する。ＡｌＦ３の含有量が７質量％未満では、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が小さく、１５質量％を超えると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が飽和する。よって、Ａ１Ｆ３の含有量は７乃至１５質量％とする。
【００２７】
「塗布量：単位面積当たり２．５乃至１０ｍｇ／ｃｍ２」
フラックスの塗布量が、単位面積当たり、２．５ｍｇ／ｃｍ２未満であると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が小さく、１０ｍｇ／ｃｍ２を超えると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が飽和する。よって、フラックスの塗布量は、単位面積当たり、２．５乃至１０ｍｇ／ｃｍ２とする。
【００２８】
本発明の第３の異材接合方法にて使用するフラックスは、ＣｓＦを２０乃至６０％、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるものである。このフラックスを、単位面積当たりの塗布量を１．５乃至８ｍｇ／ｃｍ２として、接合部側の鋼材表面に塗布する。
【００２９】
ＣｓＦ及びＡｌＦ３の組成限定理由は前述のとおりである。
【００３０】
「塗布量：１．５乃至８ｍｇ／ｃｍ２」
フラックスの塗布量が、単位面積当たり、１．５ｍｇ／ｃｍ２未満であると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が小さく、８ｍｇ／ｃｍ２を超えると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が飽和する。よって、フラックスの塗布量は、単位面積当たり、１．５乃至８ｍｇ／ｃｍ２とする。
【００３１】
「残部」
なお、上記各フラックス組成において、残部は実質的にＫＡｌＦからなるものであるが、これは、主成分として、ＫＡｌＦ系のフラックスを使用するという意味である。例えば、このようなＫＡｌＦ（フッ化カリウムアルミニウム）系のフラックスとしては、例えば、ＫＡｌＦ４を７５質量％、Ｋ３ＡｌＦ６を２５質量％含有するものがある。又は、これらのフッ化カリウムアルミニウム系化合物の一部を、Ｋ２ＡｌＦ６で置き換えたものもある。更に、ＫＦのように、Ａｌを含まない化合物も含まれる場合がある。よって、実質的にＫＡｌＦからなるフラックスとは、通常、９５％以上の化合物が、ＫとＡｌとＦとを含む化合物である場合において、その他の弗化物として、ＫＦ等を含む可能性があるものである。
【００３２】
次に、本発明にて使用する溶加材（溶接ワイヤ１）について説明する。本発明の第１乃至第３の異材接合方法にて使用する溶加材（溶接ワイヤ１）は、いずれも、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるソリッドワイヤである。
【００３３】
本発明においては、異材接合用溶加材中のＳｉ含有量を１．７５乃至２．１質量％と低く抑えているので、接合部に生成するＡｌ−Ｆｅ金属間化合物の低減効果を促進することができ、異材接合複合構造材の引張せん断強度及びピール強度の向上を図ることができる。また、Ｓｉの含有量を上記の範囲とすることで、鋼材表面に溶融した溶加材を効率よく広げることができ、接合部の引張せん断強度及びピール強度の双方を向上させることができる。
【００３４】
本発明に係る異材接合方法では、使用する異材接合用溶加材について、上述の成分に加えてＭｇ≦０．１質量％及び／又はＦｅ≦０．２質量％含有することができる。所定量のＭｇ及び／又はＦｅの添加により、異材接合部の強度向上を図ることができる。
【００３５】
以下、本発明にて使用する溶加材（溶接ワイヤ１）における数値限定理由について説明する。
【００３６】
「Ｓｉ含有量：１．７５乃至２．１質量％」
溶加材のＳｉは引張剪断強度を高めるものであり、Ｓｉの添加量が多くなると、継手の引張剪断強度が高くなる。その一方、Ｓｉ量の増加により、靭性が低下し、特にピール強度の低下が著しくなる。
【００３７】
Ｓｉの添加量が１．７５質量％未満では溶接金属部の硬度が不十分であり、引張剪断強度が不足する。一方、Ｓｉを溶加材中にあまり多く添加しすぎると、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物の成長抑制効果が低くなると共に、溶融金属が凝固した後の溶接金属部の延性が低くなり、結果的に一定の引張剪断強度があっても、ピール強度の低下が生じてしまう。
【００３８】
「溶加材中の不純物」
本発明に係る異材接合用溶加材は、不純物として、Ｍｇ≦０．１質量％、及び／又はＦｅ≦０．２質量％含むことができる。Ｍｇの含有により継手強度が向上するが、０．１質量％より多いと、溶接金属部の延性が低下し、ピール強度が大幅に低下する。また、Ｆｅは不純物として溶加材に含まれることがあるが、Ｆｅの含有量が０．２質量％より高いと、アルミニウム系材２と鋼材３との界面に存在するＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ三元合金が溶接加熱時に溶融金属部へ溶出することが阻害され、ピール強度が低下する。
【００３９】
本発明においては、異材接合用溶加材のＳｉ濃度が１．７５乃至２．０質量％であり更に、塗布するフラックスとその塗布量を適正な範囲としているため、金属間化合物の成形領域を有効に減少させ、且つ金属間化合物の厚さを減少させることができる。この結果、鋼材とアルミニウム系材との引張剪断強度が向上するのみでなく、ピール強度も大幅に向上させることができる。更に、本発明においては、ワイヤ形式をソリッドワイヤの形態とすることもできるため、溶接時に特段の配慮及び新規装置は不要であり、ＦＣＷに比べてワイヤの送給性に優れる。アルミニウム系材と鋼材とを、容易且つ生産性良く接合することができる。
【００４０】
鋼材３は、例えば、低炭素鋼、中炭素鋼又は低合金等を使用することができ、用途に応じて、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ又はＡｌ等の添加成分の組成を調整することができる。また、鋼材３の表裏面に、必要に応じてＧＡ等の亜鉛めっきからなる被覆層を形成してもよい。このような被覆鋼材は、例えば、鋼板の両面に溶融めっき又は溶射等により被覆層を形成した後、シャーリング等によって必要な部分を切り出すことにより製造される。
【００４１】
アルミニウム系材２は、ＪＩＳ ６０００系、５０００系、３０００系、７０００系、又は１０００系等のアルミニウム合金を適宜選択することができるが、接合体の強度の点からは、ＪＩＳ ６０００系のアルミニウム合金を使用することが望ましい。
【００４２】
なお、本実施形態の異材接合方法においては、被溶接材として、板状のアルミニウム系材２及び鋼材３を使用しているが、これらのアルミニウム系材２及び鋼材３の形状は、全体が板状でなくてもよく、相互に重ね合わされる部分が平面であればよく、種々の形状の形材及び鋳物等にも本発明を適用することができる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の異材接合方法の効果を示す実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。先ず、ＭＩＧ溶接の場合の実施例及び比較例について説明する。アルミニウム系材２としては、ＡＡ６０２２合金（ＪＩＳ Ａ６０００系合金）からなる板厚２．０ｍｍの板材（例えば、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）を使用した。また、鋼材３として、板厚１．４ｍｍ（例えば、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）の９８０Ｎ／ｍｍ級冷間圧延鋼板に溶融亜鉛メッキを施した亜鉛メッキ鋼材を使用した。なお、溶接対象の供試材としては、図３に示すように、板材のままのアルミニウム合金材２及び亜鉛メッキ鋼材３と、図４に示すように夫々板材端部から適長（アルミニウム系材２については板材端部から１０ｍｍ、亜鉛メッキ鋼材３については板材端部から６０ｍｍ）離隔した位置にて９０度曲げ加工した曲げ板材とを使用した。なお、図３は異材接合された継手の引張剪断強度試験を示す模式図、図４は異材接合された継手のピール（剥離）強度試験を示す模式図である。
【００４４】
これらのアルミニウム系材２及び亜鉛メッキ鋼材３を重ね合わせ、図１に示すように、アルミニウム合金材２をＭＩＧ（ミグ）トーチ側に配置し、重ね合わせ部の隅部４の周辺をシールドガス雰囲気とした。なお、シールドガスとしては、アルゴンガスを使用した。予め、亜鉛メッキ鋼材３の接合部側の表面、即ち、重ねあわせ面の表面にフラックスを塗布した。そして、重ね合わせ部の隅部４に実施例及び比較例の異材溶接用ソリッドワイヤ１（直径１．２ｍｍ）を供給して、ワイヤ１に通電し、重ね合わせＭＩＧ溶接を行った。重ね合わせ部の隅部４を溶接するミグ溶接機としては、直流パルス方式のミグ溶接電源（電流８０Ａ、電圧１５Ｖ）を使用し、溶接速度を０．５ｍ／分とした。
【００４５】
なお、溶接対象部材として平板材を使用する場合には、図３に示すように相互の部材の重ね合わせ部の長さが５０ｍｍとなるように、鋼材３とアルミニウム系材２を配置した。また、溶接対象部材として曲げ板材を使用する場合には、図４に示すように、鋼材３とアルミニウム系材２をそれらの曲げ位置が一致するように配置し、相互の部材の重ね合わせ部の長さが１０ｍｍとなるように配置した。
【００４６】
本実施例において使用した実施例及び比較例の異材溶接用ワイヤと、鋼材３の接合部側の表面に塗布するフラックスの組成、フラックスの塗布量を下記表１及び表２に示す。そして、これらの実施例及び比較例のワイヤとフラックスを使用して、図３に示す平板材及び図４に示す曲げ板材について、夫々重ね合わせ隅肉溶接を行った。そして、重ね合隅肉溶接した溶接部５の引張剪断強度及び剥離強度を測定した。
【００４７】
（引張剪断強度評価）
引張剪断強度評価については、図３に示す重ね合わせ溶接した板材を使用して行った。溶接後の板材をＪＩＳ Ｚ ２２０１−１９９８に規定されているＪＩＳ５号試験片に加工した。このとき、溶接部５が平行部の中央部となるように調整した。そして、引張試験機（島津製作所製、一軸試験機 ＲＳ−２）を使用して、各板材を図３の矢印方向に引っ張り試験し、溶接部５の引張剪断強度を測定した。各実施例及び比較例における溶接部５の引張剪断強度を下記表１及び表２に示す。
【００４８】
（剥離強度評価）
剥離強度評価については、図４に示す重ね合わせ溶接後の曲げ板材を使用して行った。溶接後の板材を幅２５ｍｍの短冊片に加工した。そして、引張試験機（島津製作所製、一輪試験機 ＲＳ−２）を使用して、各板材を図４の矢印方向に引っ張り試験し、溶接部５の剥離強度を測定した。各実施例及び比較例のソリッドワイヤ１を使用して溶接した場合について、溶接部５の剥離強度を表１及び表２にあわせて示す。
【００４９】
各実施例及び比較例の試験片について、引張剪断強度が３００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が２５［Ｎ／ｍｍ］以上の場合を◎、引張剪断強度が３００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が２０［Ｎ／ｍｍ］以上２５［Ｎ／ｍｍ］未満の場合を○、引張剪断強度が３００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が２０［Ｎ／ｍｍ］未満であったか、又は剥離強度が２０［Ｎ／ｍｍ］以上で引張剪断強度が３００［Ｎ／ｍｍ］未満であった場合を△、引張剪断強度が３００［Ｎ／ｍｍ］未満で剥離強度が２０［Ｎ／ｍｍ］未満であった場合を×と評価した。
【００５０】
この表１及び表２に示すように、本発明の実施例１乃至２２の場合は、評価が全て○又は◎であるのに対し、本発明の範囲から外れる比較例１乃至２０の場合は、評価が△又は×であった。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
次に、レーザ溶接による異材接合方法の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。アルミニウム系材２として、ＡＡ６０２２合金（ＪＩＳ Ａ ６０００系合金）からなる板厚１．０ｍｍの板材（例えば、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）を使用した。また、鋼材３として、板厚１．２ｍｍ（例えば、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）の９８０ＭＰａ級冷間圧延鋼板に溶融亜鉛メッキを施しが亜鉛メッキ鋼材を使用した。なお、溶接対象の供試材としては、図３に示すように、平板材のままのアルミニウム合金材２及び亜鉛メッキ鋼材３と、図４に示すように、夫々板材端部から適長（アルミニウム合金材２については板材端部から１０ｍｍ、亜鉛メッキ鋼材３については板材端部から６０ｍｍ）離隔した位置にて９０度曲げ加工した曲げ板材とを使用した。
【００５４】
そして、これらのアルミニウム合金材２及び亜鉛メッキ鋼材３を重ね合わせ、図２に示すように、アルミニウム合金材２をレーザ光側に配置し、重ね合わせ部の隅部４の周辺をシールドガス雰囲気とした。なお、シールドガスとしては、アルゴンガスを使用した。予め、亜鉛メッキ鋼材３の重ね合わせ面の表面にフラックスを塗布した。そして、重ね合わせ部の隅部４に実施例及び比較例の異材レーザ溶接用ワイヤ１（直径１．２ｍｍ）を供給しながらレーザ光を照射して、重ね合わせレーザ溶接を行った。重ね合わせ部の隅部４に照射するレーザとしては、連続発振方式のＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザ（レーザ出力４．０ｋＷ）を使用し、溶接速度を１．２ｍ／分とした。
【００５５】
なお、溶接対象部材として板材を使用する場合には、図３に示すように相互の部材の重ね合わせ部の長さが５０ｍｍとなるように配置した。また、溶接対象部材として曲げ板材を使用する場合には、図４に示すように各部材２、３の曲げ位置が一致するように配置し、各部材の重ね合わせ部の長さが１０ｍｍとなるように配置した。
【００５６】
本実施例において使用した実施例及び比較例の異材レーザ溶接用ワイヤ、フラックスの組成、フラックス量を下記表３及び表４に示す。そして、これらの実施例及び比較例のフラックス及びワイヤを使用して、図３に示す板材及び図４に示す曲げ板材について、夫々重ね合わせ溶接を行った。そして、重ね合わせ溶接した溶接部５の引張剪断強度及び剥離強度を測定した。
【００５７】
（引張剪断強度評価）
引張剪断強度評価試験の方法は、前述のＭＩＧ溶接の場合と同様である。溶接部５の引張剪断強度を下記表３及び表４に示す。
【００５８】
（剥離強度評価）
剥離強度評価試験の方法は、前述のＭＩＧ溶接の場合と同様である。溶接部５の剥離強度を下記表３及び４に合わせて示す。
【００５９】
各実施例及び比較例の試験片について、引張剪断強度が２００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が５０［Ｎ／ｍｍ］以上の場合を◎、引張剪断強度が２００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が４０［Ｎ／ｍｍ］以上５０［Ｎ／ｍｍ］未満の場合を○、引張剪断強度が２００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が４０［Ｎ／ｍｍ］未満であったか、又は剥離強度が５０［Ｎ／ｍｍ］以上で引張剪断強度が２００［Ｎ／ｍｍ］未満であった場合を△、引張剪断強度が２００［Ｎ／ｍｍ］未満で剥離強度が４０［Ｎ／ｍｍ］未満であった場合を×と評価した。
【００６０】
この表３及び表４に示すように、本発明の実施例１乃至２２の場合は、評価が全て○又は◎であるのに対し、本発明の範囲から外れる比較例１乃至２０の場合は、評価が△又は×であった。
【００６１】
【表３】
【００６２】
【表４】
【符号の説明】
【００６３】
１：溶接ワイヤ
２：アルミニウム系材
３：鋼材
４：隅部
５：溶接部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接する異材接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の各種構造材等には、軽量化のために、その一部に、従来から使用されている鋼材に代えて、アルミニウム又はアルミニウム合金材（以下、総称してアルミニウム系材という）を使用した複合構造材が使用されている。
【０００３】
このような複合構造材は、鋼材とアルミニウム系材とを例えばＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、又はレーザ溶接等により接合して得られる（特許文献１乃至３）。
【０００４】
しかし、鋼材とアルミニウム系材とを溶接すると、アルミニウム系材と鋼材の接合界面にＦｅＡｌ３、Ｆｅ２Ａｌ５等の脆いＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が生成する。このような脆い金属間化合物が発生すると、アルミニウム系材と鋼材との間の接合強度が著しく低下する。このため、そのような金属間化合物の生成を抑制する技術が必要とされる。
【０００５】
そこで、特許文献１及び特許文献２には、溶加材中のＳｉ、Ｍｇ又はＭｎ等の成分を低くし、これによって鋼材とアルミニウム系材との接合強度を向上させた異材接合方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２４１４５号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１３５４５６号公報
【特許文献３】特開２００４−２２３５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１及び２に開示の異材接合方法により、鋼材とアルミ系材の界面に生じる金属間化合物の低減がある程度達成できるが、それでも、近時要求される高い接合強度としては、必ずしも十分なものとはいえない。特に、従来は、接合強度は一般的に接合部の剪断強度（接合後の材料の引張強度）により評価され、特許文献１においても、引張剪断強度により評価されている。ところが、実際の異材接合材が適用される構造体においては、鋼材とアルミニウム系材との間には剪断方向の引張剪断強度のみではなく、引き剥がし方向の力が作用することがある。このため、上記特許文献１及び２に開示された溶加材を使用するだけでは、引き剥がし方向の強度（ピール強度）が実用上不十分であるという問題点がある。即ち、アルミニウム系材と鋼材との異材接合材においては、アルミニウム系材同士又は鋼材同士のような同種の材料の接合に比べて、ピール強度が著しく低下する。
【０００８】
このように、特許文献１及び２に記載の異材接合方法においては、ある程度の引張剪断強度の向上はあるものの、ピール強度の向上が十分でなく、特にＧＡ鋼板等の亜鉛めっき鋼板及びめっきが無い所謂裸鋼板において、その傾向が大きく表れていた。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、鋼材とアルミニウム系材とを異材接合させた複合構造材の引張剪断強度を高く維持しつつ、ピール強度を高くすることができる異材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】
【００１０】
本発明に係る第１の異材接合方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、ＣｓＦを２０乃至６０質量％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼板表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る第２の異材接合方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を２．５乃至１０ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼板表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る第３の異材接合方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、ＣｓＦを２０乃至６０％、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を１．５乃至８ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼板表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする。
【００１３】
これらの第１乃至第３の異材接合方法において、前記溶融溶接は、例えば、ＭＩＧ溶接又はレーザ溶接である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アルミニウム系材と鋼材とを異材接合させた複合構造材の接合部に生じやすい脆い金属間化合物を低減することができるから、複合構造材の引張剪断強度を高く維持しつつ、ピール強度を著しく高くすることができる。また、本発明によれば、複合構造材の溶接部の強度、特に引張剪断強度を高く保ちつつ、ピール強度も高めることができるため、継手の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】鋼材とアルミニウム系材とをＭＩＧ溶接により重ね隅肉溶接する方法を示す断面図である。
【図２】鋼材とアルミニウム系材とをレーザ溶接により重ね隅肉溶接する方法を示す断面図である。
【図３】異材接合体の引張剪断強度試験を示す複式図である。
【図４】異材接合体のピール強度試験を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る溶加材について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、鋼材とアルミニウム系材とを、ＭＩＧ（ミグ）溶接により重ね隅肉溶接する方法を示す模式図である。
【００１７】
本発明の第１実施形態の異材接合方法においては、先ず、図１に示すように、板状の鋼材３の上に、板状のアルミニウム系材２を重ね、アルミニウム系材２の端部に形成された隅部４をＭＩＧ溶接により重ね隅肉溶接する。この場合に、トーチ７側にアルミニウム系材２を配置する。また、鋼材３とアルミニウム系材２とを重ねて重ね隅肉継手を形成する前に、鋼材３のアルミニウム系材２側の表面、即ち接合部側の表面に、フラックスを塗布する。塗布の方法は特に限定されないが、刷毛で塗ったり、ロールコーティング方式でコーティングしたり、スプレーにより噴射塗布してもよい。このフラックスを塗布する領域は、少なくとも、鋼材３とアルミニウム系材２との接合部（重ね隅肉継手の隅部４）の近傍の領域を含む。即ち、隅部４を構成するアルミニウム系材２の端部を中心として、鋼材３の露出した表面及びアルミニウム系材２が重なる鋼材３の重なり面の双方側に、２０乃至３０ｍｍ程度の範囲に、フラックスを塗布する。このフラックスは、溶融したアルミニウム合金がフラックスの塗布領域に拡がるという作用効果を奏する。
【００１８】
この鋼材３とアルミニウム系材２とを重ね合わせた後、溶加材としての溶接ワイヤ１をトーチ７から隅部４に向けて送給し、溶接ワイヤ１と被溶接材（アルミニウム系材２及び鋼材３）との間に交流アークを発生させる。溶接ワイヤ１は後述するようにアルミニウム系材からなるソリッドワイヤである。これにより、電極ワイヤである溶接ワイヤ１が陽極となるサイクルにおいては、アークのクリーニング作用によって鋼材３の表面の表面酸化膜が除去され、更にアーク熱により、アルミニウム系材２と鋼材３との隅部４が溶融する。そして、アークを発生させながらトーチを鋼材３とアルミニウム系材２との隅部４に向けアルミニウム系材２の端部に沿って移動させることにより、隅部４を重ね隅肉溶接する。
【００１９】
このように、本実施形態の異材接合方法においては、所定の組成のフラックスが所定量塗布された鋼材３の表面において、アークのクリーニング作用によって鋼材３の表面の酸化膜が除去され、フラックスがアーク熱により溶解し、更に、アルミニウム系材２、溶接ワイヤ１及び鋼材３の表面がアーク熱によって溶融して、得られた溶融金属が、溶融したフラックスの作用により、鋼材３の表面に充分に濡れ広がる。これにより、接合部が拡がるため、接合強度が高くなる。なお、鋼材３の表面が若干溶融することにより、金属間化合物が生成する。
【００２０】
図２は、鋼材とアルミニウム系材とを、レーザ溶接により重ね隅肉溶接する方法の実施形態を示す断面図である。このレーザ溶接においては、隅部４にレーザ光が照射され、アルミニウム系材からなる溶接ワイヤ１が、溶加材として、隅部４に向けて送給される。フラックスの塗布等の条件は、図１に示すＭＩＧ溶接と同様である。本実施形態においては、レーザ光により、溶加材としての溶接ワイヤ１及びアルミニウム系材２と、鋼材３の表面とが溶融し、また鋼材３の表面に塗布されたフラックスもレーザ光の照射により溶解する。これにより、溶融金属は、鋼材３の表面に濡れ拡がり、接合部が拡がり、高接合強度が得られる。
【００２１】
なお、レーザ溶接に際し、その種類は、ＣＯ２、ＹＡＧ、ファイバー、半導体の各種レーザを使用することができる。この場合、継手は、ＭＩＧ溶接の場合と同様に重ね継手とし、レーザ光はアルミニウム系材２側よりアルミニウム系材２の端部の隅部４を狙い、レーザ光を板幅方向に移動させて、レーザの加熱により生じる溶融池に進入するように、溶加材としての溶接ワイヤ１を供給する。
【００２２】
次に、本発明において使用するフラックスについて説明する。先ず、本発明の第１の異材接合方法にて使用するフラックスについて説明する。このフラックスは、ＣｓＦを２０乃至６０質量％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるものである。このフラックスを、単位面積当たりの塗布量を０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２として、接合部側の鋼材表面に塗布する。次に、フラックスの組成及び塗布量の数値限定理由について説明する。
【００２３】
「ＣｓＦ：２０乃至６０質量％」
フラックス中のＣｓＦは、溶接時にアルミニウム合金材と鋼材との間に高脆性の金属間化合物が生成することを抑制する。ＣｓＦの含有量が２０質量％未満では、この高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が小さく、６０質量％を超えると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が飽和すると共に、高価なセシウムの含有量が増加して製造コストが上昇する。よって、ＣｓＦの含有量は２０乃至６０質量％とする。
【００２４】
「塗布量：単位面積当たり０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２」
フラックスの塗布量が、単位面積当たり、０．５ｍｇ／ｃｍ２未満であると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が小さく、５ｍｇ／ｃｍ２を超えると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が飽和すると共に、高価なセシウムの使用量が増加して製造コストが上昇する。よって、フラックスの塗布量は、単位面積当たり、０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２とする。
【００２５】
本発明の第２の異材接合方法にて使用するフラックスは、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるものである。このフラックスを、単位面積当たりの塗布量を２．５乃至１０ｍｇ／ｃｍ２として、接合部側の鋼材表面に塗布する。次に、フラックスの組成及び塗布量の数値限定理由について説明する。
【００２６】
「Ａ１Ｆ３：７乃至１５質量％」
フラックス中のＡ１Ｆ３は、還元効果により酸化膜を除去すると共に、高い脆性の金属間化合物の生成を抑制する。ＡｌＦ３の含有量が７質量％未満では、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が小さく、１５質量％を超えると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が飽和する。よって、Ａ１Ｆ３の含有量は７乃至１５質量％とする。
【００２７】
「塗布量：単位面積当たり２．５乃至１０ｍｇ／ｃｍ２」
フラックスの塗布量が、単位面積当たり、２．５ｍｇ／ｃｍ２未満であると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が小さく、１０ｍｇ／ｃｍ２を超えると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が飽和する。よって、フラックスの塗布量は、単位面積当たり、２．５乃至１０ｍｇ／ｃｍ２とする。
【００２８】
本発明の第３の異材接合方法にて使用するフラックスは、ＣｓＦを２０乃至６０％、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるものである。このフラックスを、単位面積当たりの塗布量を１．５乃至８ｍｇ／ｃｍ２として、接合部側の鋼材表面に塗布する。
【００２９】
ＣｓＦ及びＡｌＦ３の組成限定理由は前述のとおりである。
【００３０】
「塗布量：１．５乃至８ｍｇ／ｃｍ２」
フラックスの塗布量が、単位面積当たり、１．５ｍｇ／ｃｍ２未満であると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が小さく、８ｍｇ／ｃｍ２を超えると、高脆性の金属間化合物の生成抑制効果が飽和する。よって、フラックスの塗布量は、単位面積当たり、１．５乃至８ｍｇ／ｃｍ２とする。
【００３１】
「残部」
なお、上記各フラックス組成において、残部は実質的にＫＡｌＦからなるものであるが、これは、主成分として、ＫＡｌＦ系のフラックスを使用するという意味である。例えば、このようなＫＡｌＦ（フッ化カリウムアルミニウム）系のフラックスとしては、例えば、ＫＡｌＦ４を７５質量％、Ｋ３ＡｌＦ６を２５質量％含有するものがある。又は、これらのフッ化カリウムアルミニウム系化合物の一部を、Ｋ２ＡｌＦ６で置き換えたものもある。更に、ＫＦのように、Ａｌを含まない化合物も含まれる場合がある。よって、実質的にＫＡｌＦからなるフラックスとは、通常、９５％以上の化合物が、ＫとＡｌとＦとを含む化合物である場合において、その他の弗化物として、ＫＦ等を含む可能性があるものである。
【００３２】
次に、本発明にて使用する溶加材（溶接ワイヤ１）について説明する。本発明の第１乃至第３の異材接合方法にて使用する溶加材（溶接ワイヤ１）は、いずれも、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるソリッドワイヤである。
【００３３】
本発明においては、異材接合用溶加材中のＳｉ含有量を１．７５乃至２．１質量％と低く抑えているので、接合部に生成するＡｌ−Ｆｅ金属間化合物の低減効果を促進することができ、異材接合複合構造材の引張せん断強度及びピール強度の向上を図ることができる。また、Ｓｉの含有量を上記の範囲とすることで、鋼材表面に溶融した溶加材を効率よく広げることができ、接合部の引張せん断強度及びピール強度の双方を向上させることができる。
【００３４】
本発明に係る異材接合方法では、使用する異材接合用溶加材について、上述の成分に加えてＭｇ≦０．１質量％及び／又はＦｅ≦０．２質量％含有することができる。所定量のＭｇ及び／又はＦｅの添加により、異材接合部の強度向上を図ることができる。
【００３５】
以下、本発明にて使用する溶加材（溶接ワイヤ１）における数値限定理由について説明する。
【００３６】
「Ｓｉ含有量：１．７５乃至２．１質量％」
溶加材のＳｉは引張剪断強度を高めるものであり、Ｓｉの添加量が多くなると、継手の引張剪断強度が高くなる。その一方、Ｓｉ量の増加により、靭性が低下し、特にピール強度の低下が著しくなる。
【００３７】
Ｓｉの添加量が１．７５質量％未満では溶接金属部の硬度が不十分であり、引張剪断強度が不足する。一方、Ｓｉを溶加材中にあまり多く添加しすぎると、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物の成長抑制効果が低くなると共に、溶融金属が凝固した後の溶接金属部の延性が低くなり、結果的に一定の引張剪断強度があっても、ピール強度の低下が生じてしまう。
【００３８】
「溶加材中の不純物」
本発明に係る異材接合用溶加材は、不純物として、Ｍｇ≦０．１質量％、及び／又はＦｅ≦０．２質量％含むことができる。Ｍｇの含有により継手強度が向上するが、０．１質量％より多いと、溶接金属部の延性が低下し、ピール強度が大幅に低下する。また、Ｆｅは不純物として溶加材に含まれることがあるが、Ｆｅの含有量が０．２質量％より高いと、アルミニウム系材２と鋼材３との界面に存在するＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ三元合金が溶接加熱時に溶融金属部へ溶出することが阻害され、ピール強度が低下する。
【００３９】
本発明においては、異材接合用溶加材のＳｉ濃度が１．７５乃至２．０質量％であり更に、塗布するフラックスとその塗布量を適正な範囲としているため、金属間化合物の成形領域を有効に減少させ、且つ金属間化合物の厚さを減少させることができる。この結果、鋼材とアルミニウム系材との引張剪断強度が向上するのみでなく、ピール強度も大幅に向上させることができる。更に、本発明においては、ワイヤ形式をソリッドワイヤの形態とすることもできるため、溶接時に特段の配慮及び新規装置は不要であり、ＦＣＷに比べてワイヤの送給性に優れる。アルミニウム系材と鋼材とを、容易且つ生産性良く接合することができる。
【００４０】
鋼材３は、例えば、低炭素鋼、中炭素鋼又は低合金等を使用することができ、用途に応じて、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ又はＡｌ等の添加成分の組成を調整することができる。また、鋼材３の表裏面に、必要に応じてＧＡ等の亜鉛めっきからなる被覆層を形成してもよい。このような被覆鋼材は、例えば、鋼板の両面に溶融めっき又は溶射等により被覆層を形成した後、シャーリング等によって必要な部分を切り出すことにより製造される。
【００４１】
アルミニウム系材２は、ＪＩＳ ６０００系、５０００系、３０００系、７０００系、又は１０００系等のアルミニウム合金を適宜選択することができるが、接合体の強度の点からは、ＪＩＳ ６０００系のアルミニウム合金を使用することが望ましい。
【００４２】
なお、本実施形態の異材接合方法においては、被溶接材として、板状のアルミニウム系材２及び鋼材３を使用しているが、これらのアルミニウム系材２及び鋼材３の形状は、全体が板状でなくてもよく、相互に重ね合わされる部分が平面であればよく、種々の形状の形材及び鋳物等にも本発明を適用することができる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の異材接合方法の効果を示す実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。先ず、ＭＩＧ溶接の場合の実施例及び比較例について説明する。アルミニウム系材２としては、ＡＡ６０２２合金（ＪＩＳ Ａ６０００系合金）からなる板厚２．０ｍｍの板材（例えば、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）を使用した。また、鋼材３として、板厚１．４ｍｍ（例えば、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）の９８０Ｎ／ｍｍ級冷間圧延鋼板に溶融亜鉛メッキを施した亜鉛メッキ鋼材を使用した。なお、溶接対象の供試材としては、図３に示すように、板材のままのアルミニウム合金材２及び亜鉛メッキ鋼材３と、図４に示すように夫々板材端部から適長（アルミニウム系材２については板材端部から１０ｍｍ、亜鉛メッキ鋼材３については板材端部から６０ｍｍ）離隔した位置にて９０度曲げ加工した曲げ板材とを使用した。なお、図３は異材接合された継手の引張剪断強度試験を示す模式図、図４は異材接合された継手のピール（剥離）強度試験を示す模式図である。
【００４４】
これらのアルミニウム系材２及び亜鉛メッキ鋼材３を重ね合わせ、図１に示すように、アルミニウム合金材２をＭＩＧ（ミグ）トーチ側に配置し、重ね合わせ部の隅部４の周辺をシールドガス雰囲気とした。なお、シールドガスとしては、アルゴンガスを使用した。予め、亜鉛メッキ鋼材３の接合部側の表面、即ち、重ねあわせ面の表面にフラックスを塗布した。そして、重ね合わせ部の隅部４に実施例及び比較例の異材溶接用ソリッドワイヤ１（直径１．２ｍｍ）を供給して、ワイヤ１に通電し、重ね合わせＭＩＧ溶接を行った。重ね合わせ部の隅部４を溶接するミグ溶接機としては、直流パルス方式のミグ溶接電源（電流８０Ａ、電圧１５Ｖ）を使用し、溶接速度を０．５ｍ／分とした。
【００４５】
なお、溶接対象部材として平板材を使用する場合には、図３に示すように相互の部材の重ね合わせ部の長さが５０ｍｍとなるように、鋼材３とアルミニウム系材２を配置した。また、溶接対象部材として曲げ板材を使用する場合には、図４に示すように、鋼材３とアルミニウム系材２をそれらの曲げ位置が一致するように配置し、相互の部材の重ね合わせ部の長さが１０ｍｍとなるように配置した。
【００４６】
本実施例において使用した実施例及び比較例の異材溶接用ワイヤと、鋼材３の接合部側の表面に塗布するフラックスの組成、フラックスの塗布量を下記表１及び表２に示す。そして、これらの実施例及び比較例のワイヤとフラックスを使用して、図３に示す平板材及び図４に示す曲げ板材について、夫々重ね合わせ隅肉溶接を行った。そして、重ね合隅肉溶接した溶接部５の引張剪断強度及び剥離強度を測定した。
【００４７】
（引張剪断強度評価）
引張剪断強度評価については、図３に示す重ね合わせ溶接した板材を使用して行った。溶接後の板材をＪＩＳ Ｚ ２２０１−１９９８に規定されているＪＩＳ５号試験片に加工した。このとき、溶接部５が平行部の中央部となるように調整した。そして、引張試験機（島津製作所製、一軸試験機 ＲＳ−２）を使用して、各板材を図３の矢印方向に引っ張り試験し、溶接部５の引張剪断強度を測定した。各実施例及び比較例における溶接部５の引張剪断強度を下記表１及び表２に示す。
【００４８】
（剥離強度評価）
剥離強度評価については、図４に示す重ね合わせ溶接後の曲げ板材を使用して行った。溶接後の板材を幅２５ｍｍの短冊片に加工した。そして、引張試験機（島津製作所製、一輪試験機 ＲＳ−２）を使用して、各板材を図４の矢印方向に引っ張り試験し、溶接部５の剥離強度を測定した。各実施例及び比較例のソリッドワイヤ１を使用して溶接した場合について、溶接部５の剥離強度を表１及び表２にあわせて示す。
【００４９】
各実施例及び比較例の試験片について、引張剪断強度が３００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が２５［Ｎ／ｍｍ］以上の場合を◎、引張剪断強度が３００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が２０［Ｎ／ｍｍ］以上２５［Ｎ／ｍｍ］未満の場合を○、引張剪断強度が３００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が２０［Ｎ／ｍｍ］未満であったか、又は剥離強度が２０［Ｎ／ｍｍ］以上で引張剪断強度が３００［Ｎ／ｍｍ］未満であった場合を△、引張剪断強度が３００［Ｎ／ｍｍ］未満で剥離強度が２０［Ｎ／ｍｍ］未満であった場合を×と評価した。
【００５０】
この表１及び表２に示すように、本発明の実施例１乃至２２の場合は、評価が全て○又は◎であるのに対し、本発明の範囲から外れる比較例１乃至２０の場合は、評価が△又は×であった。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
次に、レーザ溶接による異材接合方法の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。アルミニウム系材２として、ＡＡ６０２２合金（ＪＩＳ Ａ ６０００系合金）からなる板厚１．０ｍｍの板材（例えば、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）を使用した。また、鋼材３として、板厚１．２ｍｍ（例えば、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）の９８０ＭＰａ級冷間圧延鋼板に溶融亜鉛メッキを施しが亜鉛メッキ鋼材を使用した。なお、溶接対象の供試材としては、図３に示すように、平板材のままのアルミニウム合金材２及び亜鉛メッキ鋼材３と、図４に示すように、夫々板材端部から適長（アルミニウム合金材２については板材端部から１０ｍｍ、亜鉛メッキ鋼材３については板材端部から６０ｍｍ）離隔した位置にて９０度曲げ加工した曲げ板材とを使用した。
【００５４】
そして、これらのアルミニウム合金材２及び亜鉛メッキ鋼材３を重ね合わせ、図２に示すように、アルミニウム合金材２をレーザ光側に配置し、重ね合わせ部の隅部４の周辺をシールドガス雰囲気とした。なお、シールドガスとしては、アルゴンガスを使用した。予め、亜鉛メッキ鋼材３の重ね合わせ面の表面にフラックスを塗布した。そして、重ね合わせ部の隅部４に実施例及び比較例の異材レーザ溶接用ワイヤ１（直径１．２ｍｍ）を供給しながらレーザ光を照射して、重ね合わせレーザ溶接を行った。重ね合わせ部の隅部４に照射するレーザとしては、連続発振方式のＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザ（レーザ出力４．０ｋＷ）を使用し、溶接速度を１．２ｍ／分とした。
【００５５】
なお、溶接対象部材として板材を使用する場合には、図３に示すように相互の部材の重ね合わせ部の長さが５０ｍｍとなるように配置した。また、溶接対象部材として曲げ板材を使用する場合には、図４に示すように各部材２、３の曲げ位置が一致するように配置し、各部材の重ね合わせ部の長さが１０ｍｍとなるように配置した。
【００５６】
本実施例において使用した実施例及び比較例の異材レーザ溶接用ワイヤ、フラックスの組成、フラックス量を下記表３及び表４に示す。そして、これらの実施例及び比較例のフラックス及びワイヤを使用して、図３に示す板材及び図４に示す曲げ板材について、夫々重ね合わせ溶接を行った。そして、重ね合わせ溶接した溶接部５の引張剪断強度及び剥離強度を測定した。
【００５７】
（引張剪断強度評価）
引張剪断強度評価試験の方法は、前述のＭＩＧ溶接の場合と同様である。溶接部５の引張剪断強度を下記表３及び表４に示す。
【００５８】
（剥離強度評価）
剥離強度評価試験の方法は、前述のＭＩＧ溶接の場合と同様である。溶接部５の剥離強度を下記表３及び４に合わせて示す。
【００５９】
各実施例及び比較例の試験片について、引張剪断強度が２００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が５０［Ｎ／ｍｍ］以上の場合を◎、引張剪断強度が２００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が４０［Ｎ／ｍｍ］以上５０［Ｎ／ｍｍ］未満の場合を○、引張剪断強度が２００［Ｎ／ｍｍ］以上で剥離強度が４０［Ｎ／ｍｍ］未満であったか、又は剥離強度が５０［Ｎ／ｍｍ］以上で引張剪断強度が２００［Ｎ／ｍｍ］未満であった場合を△、引張剪断強度が２００［Ｎ／ｍｍ］未満で剥離強度が４０［Ｎ／ｍｍ］未満であった場合を×と評価した。
【００６０】
この表３及び表４に示すように、本発明の実施例１乃至２２の場合は、評価が全て○又は◎であるのに対し、本発明の範囲から外れる比較例１乃至２０の場合は、評価が△又は×であった。
【００６１】
【表３】
【００６２】
【表４】
【符号の説明】
【００６３】
１：溶接ワイヤ
２：アルミニウム系材
３：鋼材
４：隅部
５：溶接部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、ＣｓＦを２０乃至６０質量％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼材表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする異材接合方法。
【請求項２】
アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を２．５乃至１０ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼材表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする異材接合方法。
【請求項３】
アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、ＣｓＦを２０乃至６０％、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を１．５乃至８ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼材表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする異材接合方法。
【請求項４】
前記溶融溶接が、ＭＩＧ溶接又はレーザ溶接であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の異材接合方法。
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、ＣｓＦを２０乃至６０質量％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を０．５乃至５ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼材表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする異材接合方法。
【請求項２】
アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を２．５乃至１０ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼材表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする異材接合方法。
【請求項３】
アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材との溶融異材接合方法において、ＣｓＦを２０乃至６０％、Ａ１Ｆ３を７乃至１５％含有し、残部が実質的にＫＡｌＦからなるフラックスを、単位面積当たりの塗布量を１．５乃至８ｍｇ／ｃｍ２として接合部側の鋼材表面に塗布し、Ｓｉ：１．７５乃至２．１質量％を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを供給しつつ、前記アルミニウム又はアルミニウム合金材と鋼材とを溶融溶接することを特徴とする異材接合方法。
【請求項４】
前記溶融溶接が、ＭＩＧ溶接又はレーザ溶接であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の異材接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−４５５８２（Ｐ２０１２−４５５８２Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９０４００（Ｐ２０１０−１９０４００）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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