鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法及び鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手
【課題】鋼材端面の表面処理の有無に拘わらず、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るビードを鋼材の端面に沿って連続的に形成することのできる、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法を提供すること、また、そのような連続的なビードが形成されたＭＩＧ溶接継手を提供すること。
【解決手段】鋼材１２として、厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍ、且つＡｌ材１４の厚さの０．６〜０．８倍であるものを、溶接ワイヤ３０として、半径：ｒが０．４〜０．８ｍｍ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、鋼材１２が上になるように鋼材１２とＡｌ材１４とを重ね合わせて、０≦Ｌ／ｒ≦４を満たすように溶接ワイヤを配置した状態で、４．０≦Ｌ／ｒ＋（ｔ／α）×Ｖ≦６．０を満たすように溶接ワイヤを相対的に移動させる一方、所定の直流パルス電流を流して、鋼材端面に対してＭＩＧ溶接操作を施した。
【解決手段】鋼材１２として、厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍ、且つＡｌ材１４の厚さの０．６〜０．８倍であるものを、溶接ワイヤ３０として、半径：ｒが０．４〜０．８ｍｍ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、鋼材１２が上になるように鋼材１２とＡｌ材１４とを重ね合わせて、０≦Ｌ／ｒ≦４を満たすように溶接ワイヤを配置した状態で、４．０≦Ｌ／ｒ＋（ｔ／α）×Ｖ≦６．０を満たすように溶接ワイヤを相対的に移動させる一方、所定の直流パルス電流を流して、鋼材端面に対して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、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接継手の製造方法及び鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手に係り、特に、材質が異なる鋼材とアルミニウム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、かかる鋼材とアルミニウム材との接合は、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、強く要請されており、そこでは、その強固な接合が求められている。
【０００３】
このため、鋼材とアルミニウム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、溶融溶接法で鋼材とアルミニウム材とを溶接すると、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。
【０００５】
ところで、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、鋼材とアルミニウム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、鋼材とアルミニウム材とを、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。しかし、それらの文献においては、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、同一厚さの鋼材とアルミニウム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り、アルミニウム材の剛性が鋼材に比べて小さいところから、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るおそれがあった。
【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、そのような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。このため、鋼材表面の表面処理層（金属被覆層）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、強く望まれていたのである。
【０００８】
かかる状況下、本発明者等は、アルミニウム材と鋼材とを、アルミニウム材が上になるようにして上下に重ね合わせて、アルミニウム材の端面部位をＭＩＧ溶接する際に、アルミニウム材の材質や厚さ、鋼材の厚さ、溶接ワイヤの材質、その直径、溶接ワイヤの中心線の配設位置、１パルス当たりの溶滴数、パルス頻度等を所定の範囲となるように設定した特別な溶接条件を採用することによって、溶接時の入熱を適度に低くコントロールすることが可能となり、これによって、鋼材表面の表面処理層の有無に拘わらず、健全な接合部（溶接部）が形成されることを明らかにし、先に、特許出願を行った（特願２００７−４７７６６号及び特願２００７−４７７６７号）。而して、本発明者等が、アルミニウム材と鋼材の配置を入れ替えて、鋼材を上にして、メッキ等の表面処理（金属被覆処理）が施されていない鋼材の端面部位に対して、先の出願と同一の条件でＭＩＧ溶接を行ったところ、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨る連続的なビードを設けることができず、接合自体が不可能となる場合があることが判明した。詳細には、鋼材の端面部位に、途切れることなくビードを形成せしめることができず、ビードが途中で切れて不連続となり、鋼材のエッジ部（上面側角部）が露出したり、或いは、溶接ワイヤの溶滴が鋼材の端面で弾かれて、鋼材上にビードが形成されない場合があることが判明したのである。
【０００９】
【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】
【００１０】
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、その解決課題とするところは、鋼材とアルミニウム材とを、鋼材が上になるようにして上下に重ね合わせ、鋼材の端面部位にＭＩＧ溶接を施して、鋼材とアルミニウム材との重ね隅肉継手を製造する方法において、鋼材端面の表面処理の有無に拘わらず、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るビードを鋼材の端面に沿って連続的に形成することのできる、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法を提供することにあり、また、そのような連続的なビードが形成されたＭＩＧ溶接継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そして、本発明者等が、そのような課題の解決のために鋭意検討を重ねた結果、アルミニウム材を上にしてアルミニウム材の端面部位に対してＭＩＧ溶接を施した先の出願と同様に、入熱が適度に低くなるようにコントロールしつつ、更に、溶接ワイヤの半径や、溶接ワイヤの基点からの距離、鋼材の厚さ、溶接速度を組み合わせて構成される関係式が所定の範囲となるように設定することによって、鋼材端面の表面処理の有無に拘わらず、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るビードが鋼材の端面に沿って連続的に形成され得ること、また、そのようにして製造された鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手には、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るように、所定数の表面リップルが、形成されることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１２】
すなわち、本発明は、（ｉ）鋼材とアルミニウム材とを該鋼材が上になるようにして上下に重ね合わせ、かかる鋼材の端面部位に対してＭＩＧ溶接操作を施すことにより、それら鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造する方法であって、（ii）前記鋼材として、厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍで、且つ前記アルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であるものを用いると共に、（iii）溶接ワイヤとして、半径：ｒが０．４〜０．８ｍｍ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、（iv）かかる溶接ワイヤの中心線が、前記鋼材の端面における上面側角部を基点：０として、該基点：０から水平方向で該鋼材と前記アルミニウム材との重ね合わせ部とは反対側において４ｒの距離内に位置するように、該溶接ワイヤを配置した状態において、（ｖ）下記式（Ｉ）にて示されるＡが４．０〜６．０となるように、前記溶接ワイヤを前記鋼材の端面に沿って相対的に移動せしめると共に、（vi）前記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溶接操作を実施することを特徴とする鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法を、その要旨とするものである。
Ａ＝Ｌ／ｒ＋（ｔ／α）×Ｖ ・・・ （Ｉ）
［式中、Ｌは基点：０から溶接ワイヤの中心線までの距離（ｍｍ）、ｒは溶接ワイヤの半径（ｍｍ）、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）、αは係数（＝２１ｍｍ・ｃｍ／分）、及びＶは溶接速度（ｃｍ／分）である。］
【００１３】
なお、かかる本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法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。
【００１４】
また、本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造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、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。
【００１５】
さらに、本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法における望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。
【００１６】
加えて、本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法における他の望ましい態様の一つによれば、前記アルミニウム材として、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。
【００１７】
そして、本発明においては、鋼材とアルミニウム材とを重ね合わせ、かかる鋼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鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手であって、前記鋼材の厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍ、且つ前記アルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であると共に、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るように、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鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手をも、その要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法においては、鋼材として、厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍで、且つアルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であるものが用いられると共に、溶接ワイヤとして、半径：ｒが０．４〜０．８ｍｍである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、且つ基点から溶接ワイヤの中心線までの距離：Ｌが０〜４ｒとなるように溶接ワイヤが配置された状態で、上記式（Ｉ）で示されるＡが４．０〜６．０となるように、溶接ワイヤが鋼材の端面に沿って相対的に移動せしめられ、更に、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が流されているところから、それらの条件による効果が相俟って、鋼材端面の表面処理の有無に拘わらず、鋼材とアルミニウム材との溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るビードを、鋼材の端面に沿って連続的に形成することができるようになっているのである。つまり、本発明手法によれば、接合部の健全性が効果的に高められたＭＩＧ溶接継手を有利に製造することができる。
【００１９】
また、本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手にあっては、鋼材として、厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍであり、且つアルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であるものが用いられると共に、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るように、所定の表面リップルが、溶接長１ｃｍ当たり、５〜５０山において形成されているところから、溶接部に熱歪みによる変形が惹起されにくく、しかも溶接部の健全性が有利に高められ得ている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
先ず、図１及び図２には、本発明に従う鋼材とアルミニウム材の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鋼材１２と平板状のアルミニウム材１４とが、それぞれの端部部位において、鋼材１２が上方に位置するように、上下に重ね合わされた状態下で、鋼材１２の先端側の端面１６部位が、ＭＩＧ溶接手法にて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。
【００２２】
また、図１に示されるように、ここでは、鋼材１２とアルミニウム材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、鋼材１２の端面１６に沿って、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には、図２に示されるように、直交する２つの面、即ち、鋼材１２の端面１６とアルミニウム材１４の上面とを結合する断面略三角状のビードが、鋼材１２とアルミニウム材１４とに跨るようにして形成されている。
【００２３】
そして、そのようにして上下に重ね合わされた二枚の被溶接材（１２，１４）のうち、上方に配置された鋼材１２の材質としては、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、かかる鋼材の上下面には、必要に応じて、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（金属被覆処理）が施されていてもよい。なお、上下面に表面処理が施された鋼材であっても、その端面には、通常、表面処理層（金属被覆層）が設けられていないが、本発明においては、端面における表面処理層の有無を問わず、そのまま、使用することが可能である。
【００２４】
一方、下方に配置されたアルミニウム材１４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以上であるものが有利に用いられる。但し、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１４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。
【００２５】
また、それら鋼材１２やアルミニウム材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、少なくとも平板状であるものであればよく、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、被溶接部が平板状である板材や押出形材が有利に用いられる。
【００２６】
そして、本実施形態においては、アルミニウム材１４の上方に重ね合わされた鋼材１２の厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍの範囲内の厚さとされている。これは、鋼材１２の厚さ：ｔが、０．５０ｍｍに満たない場合には、鋼材１２が溶融しやすく、溶解量が多くなって、溶接部１８に脆弱な金属間化合物層が形成されるからであり、また、２．０ｍｍを超える場合には、鋼材１２が温まりにくく、温度の低い鋼材１２上に溶接ワイヤ（溶加材）の溶滴をのせることとなって、鋼材１２の端面１６が濡れず、溶滴が玉状となって弾かれるからである。
【００２７】
しかも、本実施形態においては、鋼材１２の厚さ：ｔが、アルミニウム材１４の厚さ：ｕの０．６〜０．８倍、即ち０．６ｕ〜０．８ｕとされている。言い換えると、アルミニウム材１４の厚さ：ｕが、鋼材１２の厚さ：ｔよりも大きくされ、鋼材１２の厚さ：ｔの１．２５〜約１．６７倍とされている。これにより、鋼材１２とアルミニウム材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１８に局所変形が生じ、破断するようなことが有利に防止され得るのである。つまり、鋼材１２の厚さ：ｔが、上記範囲を外れると、剛性の小さい方の被溶接材に応力が集中して、局部変形が生じ、剛性の小さい方の被溶接材が優先的に破断するようになる。なお、鋼材として、表面処理が施されたものを用いる場合には、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１２の厚さ：ｔとされる。
【００２８】
また、鋼材１２とアルミニウム材１４の重ね代：Ｗは、鋼材１２の厚さに応じて適宜に設定され得るものの、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、アルミニウム材１４の端面２２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、好ましくは、鋼材１２の厚さ：ｔが１ｍｍ以下の場合には、３ｍｍ以上とされ、また、鋼材１２の厚さ：ｔが１ｍｍを超える場合には、鋼材１２の厚さの３倍以上、即ち３ｔ以上とされることが望ましい。
【００２９】
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鋼材１２とアルミニウム材１４とが重ね合わされた状態下で、鋼材１２の端面１６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のビードが、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２４の強度が高く、以て、他の材質の溶接ワイヤを用いた場合に比べて、鋼材１２とアルミニウム材１４とが強固に溶接され得ると共に、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る。
【００３０】
しかも、本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０の溶接部１８には、鋼材１２とアルミニウム材１４とに跨るように、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山において連続的に形成されている。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、溶接部１８のビード表面に形成される鱗状の凹凸模様を意味している。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、表面リップルの測定位置を、鋼材１２の端面１６におけるアルミニウム材１４側角部（下面側角部２６）とアルミニウム材１４上の溶接金属２４の止端部２８との間の中央部Ｃ（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。この際、表面リップル数は、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。そして、このような表面リップルが、溶接長１ｃｍ当たり、５山に満たない場合は、ＭＩＧ溶接時に鋼材１２に接触した溶融金属の温度が高すぎたことを示し、このような場合には、高温の溶融金属によって鋼材１２が深く溶け込み、脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるため、十分な継手強度が得られない。一方、５０山を超える場合には、単位長さ当たりの入熱が過多となっている。
【００３１】
このように、本実施形態では、溶接部１８に、鋼材１２とアルミニウム材１４とに跨るように、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るところから、従来のものに比べて、溶接部１８の健全性が効果的に高められている。その結果、本実施形態に係るＭＩＧ溶接継手１０は、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、有利に用いられることとなる。
【００３２】
ところで、前述の如き、本実施形態に係る鋼材１２とアルミニウム材１４のＭＩＧ溶接継手１０は、例えば、以下の如き製造手法に従って、製造されることとなる。
【００３３】
すなわち、本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０を製造するには、先ず、図４に示されるように、上述の如き厚さを有する平板状の鋼材１２と平板状のアルミニウム材１４とが、それぞれの端部部位において、鋼材１２が上方に位置するように重ね合わされる。そして、その重ね合わせ状態が維持されて、鋼材１２とアルミニウム材１４とが相互に動くことがないように、必要に応じて、適当な拘束治具（図示せず）により、それら鋼材１２とアルミニウム材１４が固定される。そして、そのような固定状態下で、鋼材１２の端面１６部位に対して、後述の如き条件で、ＭＩＧ溶接操作が実施される。
【００３４】
具体的には、このＭＩＧ溶接操作の実施に際しては、溶接機として、消耗式の電極である溶接ワイヤ３０が、ノズル３２の先端開口部３４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３０が、図示しないワイヤ供給装置によって、ノズル３２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３０の消耗等によって、溶接ワイヤ３０が溶接部１８側（図４中、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３２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３６（図４中、二点鎖線で示す）が、溶接すべき部位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３０は、コンタクトチップ３８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。
【００３５】
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３０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３０の先端部と被溶接材（１２，１４）との間にアーク４０（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、鋼材１２の端面１６に沿って、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）を、相対的に移動せしめることにより、鋼材１２とアルミニウム材１４とのＭＩＧ溶接が進行せしめられることとなる。
【００３６】
この際、被溶接材（１２，１４）と溶接ワイヤ３０との間に発生したアーク４０によって、鋼材１２の端面１６部位が温められると共に、溶接ワイヤ３０が溶融し、溶接ワイヤ３０の溶滴４２が被溶接材上に移行し、この溶融アルミニウム（溶融金属）によって、鋼材１２とアルミニウム材１４とが溶接され、溶接金属２４からなるビードが溶接部１８に形成されることとなる。
【００３７】
そして、このようなＭＩＧ溶接操作において、溶接ワイヤ３０としては、上述のように、鋼材１２とアルミニウム材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、本実施形態において、かかる溶接ワイヤ３０の半径：ｒは、０．４〜０．８ｍｍとされる。これは、溶接ワイヤ３０の半径：ｒが上記範囲よりも小さくなると、電流密度が高くなってアーク４０が集中するために、アーク４０の集中部分で入熱が過多となって鋼材が深く溶け込み、金属間化合物からなる脆化層が厚く形成される一方、その半径：ｒが上記範囲よりも大きくなると、溶接ワイヤ３０を溶融せしめるために入熱を高くする必要があり、それによって、溶接ワイヤ３０の溶滴４２自体の温度も高くなって、溶接部１８に脆化層が厚く形成されるようになるからである。
【００３８】
また、かかるＭＩＧ溶接操作において、トーチ狙い位置、つまりノズル位置が、鋼材１２の端面１６から、水平方向（溶接方向に直交する方向、図４中、左右方向）に、あまりにも離れたところに設定されると、鋼材１２とアルミニウム材１４とに跨るビードが形成されず、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、本実施形態においては、溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘが、図４に示されるように、鋼材１２の端面１６における上面側角部２０を基点：０として、水平方向に、かかる基点：０から重ね合わせ部側（図４中、基点：０よりも左側）とは反対側（図４中、基点：０よりも右側）に４ｒの距離内に、常に位置するように、溶接ワイヤ３０（ノズル３２）が配置せしめられる。換言すれば、図４に示されるように、基点：０（上面側角部２０）から溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘまでの距離（Ｌ）が０〜４ｒ（０≦Ｌ≦４ｒ）となるように、溶接ワイヤ３０が配置せしめられる。ここにおいて、上記溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘとは、ノズル３２の先端開口部３４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。
【００３９】
なお、そのような溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘが、基点：０から重ね合わせ部側（図４中、左側）の位置に配置せしめられると、換言すれば、Ｌが０未満になると、アーク４０が鋼材１２に集中する。一方、Ｌが４を超えると、鋼材１２にアーク４０が届かなくなり、何れの場合も、上述の如き健全な溶接部１８を形成することができない。
【００４０】
一方、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）の上下方向における配設位置は、一般に、溶接機の電源特性や溶接ワイヤ３０の材質、半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３２の先端と上板（鋼材１２）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３６によるシールド性を高度に確保することが可能となる。
【００４１】
そして、上述の如き位置を保ったままで、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）が溶接方向（図４中、紙面に垂直な方向）に相対的に移動せしめられて、ＭＩＧ溶接が実施されることとなるが、本実施形態においては、下記式（Ｉ）にて示されるＡが４．０〜６．０（４．０≦Ａ≦６．０）となるように、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）が、鋼材１２の端面１６に沿って相対的に移動せしめられる。
Ａ＝Ｌ／ｒ＋（ｔ／α）×Ｖ ・・・ （Ｉ）
【００４２】
上記式（Ｉ）において、Ｌは、上述のように、基点：０から溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘまでの距離（ｍｍ）である。より具体的には、Ｌは、基点：０から、溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘと鋼材１２の上面１３の延長面１３′との交点：ｐまでの距離であり、ここでは、基点：０の位置を０ｍｍとして、鋼材１２とアルミニウム材１４との重ね合わせ部側（図４中、基点：０よりも左側）を負とする一方、重ね合わせ部とは反対側（図４中、基点：０よりも右側）を正とする。また、上記式（Ｉ）において、ｒは、溶接ワイヤ３０の半径（ｍｍ）を示し、上述のように、０．４ｍｍ≦ｒ≦０．８ｍｍとされる。そして、上記式（Ｉ）の第１項であるＬ／ｒは、溶接ワイヤ３０の半径：ｒに対して、溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘが鋼材１２の端からどの程度離れているかを示している。本実施形態では、上述のように、Ｌが０≦Ｌ≦４ｒを満たすように溶接ワイヤ３０（ノズル３２）が配置せしめられるところから、Ｌ／ｒは、０≦Ｌ／ｒ≦４の範囲とされ、溶接ワイヤ３０の半径：ｒが大きければ、上記距離：Ｌの上限を大きくすることができ、逆に溶接ワイヤ３０の半径：ｒが小さければ、上記距離：Ｌの上限は小さくなる。
【００４３】
また、上記式（Ｉ）において、ｔは、鋼材の厚さ（ｍｍ）を示し、上述のように、０．５０ｍｍ≦ｔ≦２．０ｍｍの範囲とされる。更に、αは、係数（ｍｍ・ｃｍ／分）であり、α＝２１ｍｍ・ｃｍ／分とされる。また、Ｖは、溶接速度（ｃｍ／分）を示しており、少なくとも０超（Ｖ＞０）とされる。そして、上記式（Ｉ）の第２項である（ｔ／α）×Ｖは、鋼材１２の厚さ：ｔと溶接速度：Ｖを掛け合わせたものとなっている。このように鋼材１２の厚さ：ｔと溶接速度：Ｖを掛け合わせる理由は、重ね合わされた鋼材１２とアルミニウム材１４との段差部、即ち鋼材１２の端面１６部位に、溶融金属を溜めて、健全な溶接部１８を形成するためには、溶接速度：Ｖが高速の場合は鋼材１２の厚み：ｔを薄くする必要がある一方、低速の場合は鋼材１２の厚み：ｔを大きくする必要があり、これらが反比例の関係にあるからである。
【００４４】
そして、上記式（Ｉ）の第１項と第２項を足し合わせたＡが、４．０≦Ａ≦６．０を満たすようにして、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）を、鋼材１２の端面１６に沿って相対的に移動せしめてＭＩＧ溶接を行うことによって、端面１６に沿って連続的に延びる健全な溶接部１８が形成されるようになる。なお、Ａが４．０に満たない場合には、入熱過多により母材に穴が開くおそれがあり、また、６．０を超えると、不連続ビードになる。
【００４５】
加えて、本実施形態のＭＩＧ溶接操作においては、溶接ワイヤ３０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。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、入熱が適度に低くコントロールされ、鋼材１２の溶込み、ひいては脆弱な金属間化合物の形成が有利に防止され得るようになっている。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３０の先端部と被溶接材との間に常にアーク４０が発生するように、印加する溶接電圧値や溶接ワイヤ３０の種類、半径等に応じて、適宜に調整される。
【００４６】
また、ＭＩＧ溶接操作において、パルス状に変化させた溶接電流を流す理由は、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３０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、溶滴４２が被溶接部位で効果的に濡れ広がりやすくなるからである。なお、交流の場合には、溶接ワイヤ３０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ないと共に、鋼材１２が十分に濡れず、健全な溶接部１８が得られなくなるからである。
【００４７】
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４２が溶接ワイヤ３０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から、上記クリーニング作用が効果的に発揮されて、鋼材１２の濡れ性が高められ、これによって、溶接ワイヤ３０の溶融金属が鋼材１２の端面１６部位で弾かれるようなことはなく、鋼材１２の端面１６が良好に濡れるようになる。また、入熱がコントロールされて、アルミニウム材１４の表面が適度に溶融せしめられる一方で、鋼材１２が深く溶け込むようなことが効果的に防止され得る。
【００４８】
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、溶接部１８に脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるようになる。
【００４９】
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、溶接部１８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１８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。
【００５０】
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、６０ｃｍ／分（＝１０ｍｍ／秒）の溶接速度：ＶでＭＩＧ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。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、６０ｃｍ／分の溶接速度では、パルス頻度が、溶接長１ｍｍ当たり２．８回とされる。
【００５１】
かくして、前述の如く、所定厚さの鋼材１２とアルミニウム材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３０を所定の位置に配置した状態で、上記式（Ｉ）にて示されるＡが４．０〜６．０となるように溶接ワイヤ３０を鋼材１２の端面１６に沿って相対的に移動させると共に、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溶接操作を実施することによって、鋼材１２とアルミニウム材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が製造されることとなる。そして、このようにして得られたＭＩＧ溶接継手１０にあっては、溶接時の入熱がコントロールされて、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、鋼材端面１６の表面処理の有無に拘わらず、溶融金属が鋼材１２の端面１６部位にビードとなって溜まるため、鋼材１２とアルミニウム材１４とに跨るビードが、鋼材１２の端面１６に沿って連続的に形成されることとなる。また、上述の如き条件を満たすようにＭＩＧ溶接操作を実施することで、溶接ワイヤ３０の先端部から被溶接材上に落ちた溶滴４２の形跡が、溶接部１８のビード表面に鱗状となって明瞭に残り、その結果として、スプレー移行の溶滴の数と略同程度の数の表面リップルが形成される。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、ＭＩＧ溶接継手１０には、溶接長１ｃｍ当たり、５〜５０山の表面リップルを有するビードが、鋼材とアルミニウム材とに跨るように、溶接部１８に連続的に形成されることとなる。
【００５２】
しかも、上述の条件でＭＩＧ溶接操作が施されることによって、鋼材１２の溶込みも有利に抑制され、鋼材１２の表面に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１８に熱歪みによる変形も発生しにくくなっている。
【００５３】
従って、上述の如き条件でＭＩＧ溶接操作を実施して、鋼材１２とアルミニウム材１４とのＭＩＧ溶接継手を製造すれば、不連続なビードが形成されたり、ビードが鋼材端面１６に形成されないようなことが有利に防止され、従来に比して健全性の高められたＭＩＧ溶接継手が有利に製造され得るようになる。
【００５４】
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。
【００５５】
例えば、上記の実施形態では、鋼材１２として、上面側角部２０及び下面側角部２６が直角（９０°）であるものが用いられていたが、図７に示されるように、鋼材１２の端部に開先加工が施されて、上面側角部２０′が鈍角及び下面側角部２６′が鋭角とされたものを用いて、ＭＩＧ溶接継手を製造することも、勿論可能である。なお、この図７及び後述の図８に示される実施形態に関しては、その理解を容易にするために、図１〜図５に示される前記実施形態と同様な構造とされた部位には、同一の符号を付した。
【００５６】
また、上記実施形態では、図４からも明らかなように、溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘが、鋼材１２の端面１６に対して平行になるようにノズル３２（溶接ワイヤ３０）が配置されていたが、図８に示されるように、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）を鋼材１２の端面１６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。この場合にも、上述のように、基点：０（上面側角部２０）から、溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘと鋼材１２の上面１３の延長面１３′との交点：ｐまでの距離（Ｌ）が、０≦Ｌ≦４ｒを満たすようにノズル３２（溶接ワイヤ３０）が配置されるのである。
【００５７】
さらに、図５では、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）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３０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３２（溶接ワイヤ３０）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。
【００５８】
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】
【００５９】
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、本発明は、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。
【００６０】
＜実施例１＞
先ず、下記表１に示されるように、鋼材（１２）として、厚さ（ｔ）：１．３ｍｍの溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＩ鋼板）を準備した。かかる鋼材（１２）の端面（１６）には、金属被覆層は設けられていなかった。一方、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９０ＭＰａ以上である、厚さ（ｕ）：１．６ｍｍの７０００系アルミニウム板材（７００３）を準備した。そして、それら鋼材（１２）とアルミニウム材（１４）とを、重ね代（Ｗ）が３ｔ以上となるように重ね合わせて固定した。
【００６１】
次いで、ＭＩＧ溶接機として、半径（ｒ）：０．４ｍｍの５０００系アルミニウム合金（５５５４）からなる溶接ワイヤ（３０）が装着された精密制御型ＭＩＧ溶接機を用い、溶接ワイヤ（３０）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（３２）を、溶接速度：６７ｃｍ／分（≒１１ｍｍ／ｓ）において、鋼材（１２）の端面（１６）部位に沿って相対移動せしめることにより、ＭＩＧ溶接を行って、実施例１に係るＭＩＧ溶接継手を製造した。
【００６２】
この際、下記表１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）：３．４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、鋼材（１２）の上面側角部（２０）に位置するように、即ち、Ｌ＝０ｍｍとなるように、ノズル（３２）を配置し、そのノズル位置を保った状態で、鋼材（１２）の端面（１６）部位に沿って相対移動せしめた。
【００６３】
その後、得られた実施例１に係るＭＩＧ溶接継手を用いて、その溶接部（１８）に形成されたビードの表面リップル数の測定を行うと共に、接合状態の評価を行い、得られた結果を下記表１に示した。
【００６４】
［表面リップル数の測定］
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。
【００６５】
［接合状態の評価］
また、接合状態の評価を、次の評価基準で評価した。
○：溶接部（１８）に、鋼材（１２）とアルミニウム材（１４）に跨るビードが連続的に形成されているもの
×：上記以外の、溶接部（１８）のビードが不連続なもの、若しくはビードが鋼材（１２）とアルミニウム材（１４）に跨るように形成されていないもの。
【００６６】
＜実施例２〜８３、比較例１〜８３＞
上記実施例１と同様に、鋼材（１２）とＡｌ材（１４）として、下記表１〜表６に示される板材を準備した。また、各Ａｌ材のＯ材における引張強度は、何れも９０ＭＰａ以上であった。そして、それらを、鋼材（１２）の厚さ（ｔ）が１ｍｍ以下の場合には、３ｍｍ以上の重ね代（Ｗ）、鋼材（１２）の厚さ（ｔ）が１ｍｍを超える場合には、３ｔ以上の重ね代（Ｗ）となるように、重ね合わせて固定した。
【００６７】
次いで、下記表１〜表６に示される半径（ｒ）と材質のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤ（３０）が装着されたＭＩＧ溶接機を用いて、溶接ワイヤ（３０）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（３２）を、下記表１〜表６に示される溶接速度（Ｖ）で、鋼材（１２）の端面（１６）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、実施例２〜８３及び比較例１〜８３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（３０）の中心線（Ｘ）の距離（Ｌ）や、溶接速度（Ｖ）、１パルス当たりの溶滴数、パルス頻度は、それぞれ、下記表１〜表６に示される条件を採用した。
【００６８】
そして、得られたＭＩＧ溶接継手を用いて、その溶接部（１８）に形成されたビードの表面リップル数の測定を行うと共に、接合状態の評価を行い、得られた結果を、下記表１〜表６に示した。
【００６９】
【表１】
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
【表４】
【００７３】
【表５】
【００７４】
【表６】
【００７５】
かかる表１〜３の結果から明らかなように、実施例１〜８３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、接合部の評価結果が、○となっており、鋼材端面にメッキ等の表面処理層（金属被覆層）の有無に拘わらず、鋼材とアルミニウム材とが良好に溶接されていることがわかる。
【００７６】
一方、表４〜６の結果から明らかなように、比較例１〜８３に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、何れも、接合部の評価結果が、×となっている。
【００７７】
また、実施例１〜８３及び、下記条件（１）〜（６）を満たす比較例について、「（ｔ／α）×Ｖ」に対して、「Ａ」をプロットした。そして、得られたグラフを、図９に示した。ここにおいて、「Ａ」をｙとし、「（ｔ／α）×Ｖ」をｘとして考えると、下記式（Ｉ）は、ｙ＝ｘ＋Ｌ／ｒとなり、傾きが１で、切片がＬ／ｒの直線となる。かかるＬ／ｒは、上述のように、０≦Ｌ／ｒ≦４の範囲とされる。更に、下記式（Ｉ）にて表されるＡは、４．０≦Ａ≦６．０の範囲とされる。従って、図９に示されるａ〜ｄの４つの線で囲まれた範囲が、本発明で規定される条件を満たすこととなる。
Ａ＝Ｌ／ｒ＋（ｔ／α）×Ｖ ・・・ （Ｉ）
条件（１） ０．５０ｍｍ≦ｔ≦２．０ｍｍ
（２） ０．６≦ｔ／ｕ≦０．８
（３） ０．４ｍｍ≦ｒ≦０．８ｍｍ
（４） Ｖ＞０ｃｍ／分
（５） １パルスの溶滴数：１
（６） パルス頻度：０．５〜５回／ｍｍ
【００７８】
図９のグラフからも明らかなように、○で示される実施例は、何れもａ〜ｄの４つの線で囲まれた範囲（図９中、斜線の範囲）にある一方、●で示される比較例は、その範囲から外れたところに存在していることがわかる。従って、上記条件（１）〜（６）を満たしていても、Ｌ／ｒが０〜４の範囲内にないもの及び上記式（Ｉ）にて示されるＡが４．０〜６．０の範囲にないものは、健全な溶接部が得られないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に従う鋼材とアルミニウム材の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】本発明手法に従って、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造する一工程を示す縦断面説明図であって、溶接されるべき鋼材とアルミニウム材を鋼材が上になるように互いに重ね合わせ、鋼材側からＭＩＧ溶接機のノズルを配置した状態を示している。
【図５】本発明手法に従って、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造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。
【図７】本発明手法に従って、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造する工程を示す縦断面説明図であって、溶接されるべき鋼材として、端面に開先加工が施されたものが採用されている。
【図８】本発明手法に従って、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造する工程を示す縦断面説明図であって、ＭＩＧ溶接機のノズルを鋼材の端面に対して傾けた状態で配置した状態を示している。
【図９】実施例において、上記式（Ｉ）の第２項である「（ｔ／α）×Ｖ」に対して、「Ａ」をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
１０ ＭＩＧ溶接継手 １２ 鋼材
１３ 上面 １３′延長面
１４ アルミニウム材 １６ 鋼材の端面
１８ 溶接部 ２０，２０′ 上面側角部
２２ アルミニウム材の端面 ２４ 溶接金属
２６，２６′ 下面側角部 ２８ 止端部
３０ 溶接ワイヤ ３２ ノズル
３４ 先端開口部 ３６ イナートガス
３８ コンタクトチップ ４０ アーク
４２ 溶滴
Ｘ，Ｘ′：溶接ワイヤの中心線 Ｙ：垂線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接継手の製造方法及び鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手に係り、特に、材質が異なる鋼材とアルミニウム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、かかる鋼材とアルミニウム材との接合は、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、強く要請されており、そこでは、その強固な接合が求められている。
【０００３】
このため、鋼材とアルミニウム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、溶融溶接法で鋼材とアルミニウム材とを溶接すると、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。
【０００５】
ところで、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、鋼材とアルミニウム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、鋼材とアルミニウム材とを、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。しかし、それらの文献においては、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、同一厚さの鋼材とアルミニウム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り、アルミニウム材の剛性が鋼材に比べて小さいところから、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るおそれがあった。
【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、そのような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。このため、鋼材表面の表面処理層（金属被覆層）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、強く望まれていたのである。
【０００８】
かかる状況下、本発明者等は、アルミニウム材と鋼材とを、アルミニウム材が上になるようにして上下に重ね合わせて、アルミニウム材の端面部位をＭＩＧ溶接する際に、アルミニウム材の材質や厚さ、鋼材の厚さ、溶接ワイヤの材質、その直径、溶接ワイヤの中心線の配設位置、１パルス当たりの溶滴数、パルス頻度等を所定の範囲となるように設定した特別な溶接条件を採用することによって、溶接時の入熱を適度に低くコントロールすることが可能となり、これによって、鋼材表面の表面処理層の有無に拘わらず、健全な接合部（溶接部）が形成されることを明らかにし、先に、特許出願を行った（特願２００７−４７７６６号及び特願２００７−４７７６７号）。而して、本発明者等が、アルミニウム材と鋼材の配置を入れ替えて、鋼材を上にして、メッキ等の表面処理（金属被覆処理）が施されていない鋼材の端面部位に対して、先の出願と同一の条件でＭＩＧ溶接を行ったところ、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨る連続的なビードを設けることができず、接合自体が不可能となる場合があることが判明した。詳細には、鋼材の端面部位に、途切れることなくビードを形成せしめることができず、ビードが途中で切れて不連続となり、鋼材のエッジ部（上面側角部）が露出したり、或いは、溶接ワイヤの溶滴が鋼材の端面で弾かれて、鋼材上にビードが形成されない場合があることが判明したのである。
【０００９】
【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】
【００１０】
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、その解決課題とするところは、鋼材とアルミニウム材とを、鋼材が上になるようにして上下に重ね合わせ、鋼材の端面部位にＭＩＧ溶接を施して、鋼材とアルミニウム材との重ね隅肉継手を製造する方法において、鋼材端面の表面処理の有無に拘わらず、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るビードを鋼材の端面に沿って連続的に形成することのできる、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法を提供することにあり、また、そのような連続的なビードが形成されたＭＩＧ溶接継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そして、本発明者等が、そのような課題の解決のために鋭意検討を重ねた結果、アルミニウム材を上にしてアルミニウム材の端面部位に対してＭＩＧ溶接を施した先の出願と同様に、入熱が適度に低くなるようにコントロールしつつ、更に、溶接ワイヤの半径や、溶接ワイヤの基点からの距離、鋼材の厚さ、溶接速度を組み合わせて構成される関係式が所定の範囲となるように設定することによって、鋼材端面の表面処理の有無に拘わらず、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るビードが鋼材の端面に沿って連続的に形成され得ること、また、そのようにして製造された鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手には、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るように、所定数の表面リップルが、形成されることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１２】
すなわち、本発明は、（ｉ）鋼材とアルミニウム材とを該鋼材が上になるようにして上下に重ね合わせ、かかる鋼材の端面部位に対してＭＩＧ溶接操作を施すことにより、それら鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造する方法であって、（ii）前記鋼材として、厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍで、且つ前記アルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であるものを用いると共に、（iii）溶接ワイヤとして、半径：ｒが０．４〜０．８ｍｍ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、（iv）かかる溶接ワイヤの中心線が、前記鋼材の端面における上面側角部を基点：０として、該基点：０から水平方向で該鋼材と前記アルミニウム材との重ね合わせ部とは反対側において４ｒの距離内に位置するように、該溶接ワイヤを配置した状態において、（ｖ）下記式（Ｉ）にて示されるＡが４．０〜６．０となるように、前記溶接ワイヤを前記鋼材の端面に沿って相対的に移動せしめると共に、（vi）前記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溶接操作を実施することを特徴とする鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法を、その要旨とするものである。
Ａ＝Ｌ／ｒ＋（ｔ／α）×Ｖ ・・・ （Ｉ）
［式中、Ｌは基点：０から溶接ワイヤの中心線までの距離（ｍｍ）、ｒは溶接ワイヤの半径（ｍｍ）、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）、αは係数（＝２１ｍｍ・ｃｍ／分）、及びＶは溶接速度（ｃｍ／分）である。］
【００１３】
なお、かかる本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法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。
【００１４】
また、本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造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、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。
【００１５】
さらに、本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法における望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。
【００１６】
加えて、本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法における他の望ましい態様の一つによれば、前記アルミニウム材として、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。
【００１７】
そして、本発明においては、鋼材とアルミニウム材とを重ね合わせ、かかる鋼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鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手であって、前記鋼材の厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍ、且つ前記アルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であると共に、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るように、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鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手をも、その要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法においては、鋼材として、厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍで、且つアルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であるものが用いられると共に、溶接ワイヤとして、半径：ｒが０．４〜０．８ｍｍである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、且つ基点から溶接ワイヤの中心線までの距離：Ｌが０〜４ｒとなるように溶接ワイヤが配置された状態で、上記式（Ｉ）で示されるＡが４．０〜６．０となるように、溶接ワイヤが鋼材の端面に沿って相対的に移動せしめられ、更に、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が流されているところから、それらの条件による効果が相俟って、鋼材端面の表面処理の有無に拘わらず、鋼材とアルミニウム材との溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るビードを、鋼材の端面に沿って連続的に形成することができるようになっているのである。つまり、本発明手法によれば、接合部の健全性が効果的に高められたＭＩＧ溶接継手を有利に製造することができる。
【００１９】
また、本発明に従う鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手にあっては、鋼材として、厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍであり、且つアルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であるものが用いられると共に、溶接部に、鋼材とアルミニウム材とに跨るように、所定の表面リップルが、溶接長１ｃｍ当たり、５〜５０山において形成されているところから、溶接部に熱歪みによる変形が惹起されにくく、しかも溶接部の健全性が有利に高められ得ている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
先ず、図１及び図２には、本発明に従う鋼材とアルミニウム材の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鋼材１２と平板状のアルミニウム材１４とが、それぞれの端部部位において、鋼材１２が上方に位置するように、上下に重ね合わされた状態下で、鋼材１２の先端側の端面１６部位が、ＭＩＧ溶接手法にて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。
【００２２】
また、図１に示されるように、ここでは、鋼材１２とアルミニウム材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、鋼材１２の端面１６に沿って、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には、図２に示されるように、直交する２つの面、即ち、鋼材１２の端面１６とアルミニウム材１４の上面とを結合する断面略三角状のビードが、鋼材１２とアルミニウム材１４とに跨るようにして形成されている。
【００２３】
そして、そのようにして上下に重ね合わされた二枚の被溶接材（１２，１４）のうち、上方に配置された鋼材１２の材質としては、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、かかる鋼材の上下面には、必要に応じて、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（金属被覆処理）が施されていてもよい。なお、上下面に表面処理が施された鋼材であっても、その端面には、通常、表面処理層（金属被覆層）が設けられていないが、本発明においては、端面における表面処理層の有無を問わず、そのまま、使用することが可能である。
【００２４】
一方、下方に配置されたアルミニウム材１４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以上であるものが有利に用いられる。但し、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１４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。
【００２５】
また、それら鋼材１２やアルミニウム材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、少なくとも平板状であるものであればよく、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、被溶接部が平板状である板材や押出形材が有利に用いられる。
【００２６】
そして、本実施形態においては、アルミニウム材１４の上方に重ね合わされた鋼材１２の厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍの範囲内の厚さとされている。これは、鋼材１２の厚さ：ｔが、０．５０ｍｍに満たない場合には、鋼材１２が溶融しやすく、溶解量が多くなって、溶接部１８に脆弱な金属間化合物層が形成されるからであり、また、２．０ｍｍを超える場合には、鋼材１２が温まりにくく、温度の低い鋼材１２上に溶接ワイヤ（溶加材）の溶滴をのせることとなって、鋼材１２の端面１６が濡れず、溶滴が玉状となって弾かれるからである。
【００２７】
しかも、本実施形態においては、鋼材１２の厚さ：ｔが、アルミニウム材１４の厚さ：ｕの０．６〜０．８倍、即ち０．６ｕ〜０．８ｕとされている。言い換えると、アルミニウム材１４の厚さ：ｕが、鋼材１２の厚さ：ｔよりも大きくされ、鋼材１２の厚さ：ｔの１．２５〜約１．６７倍とされている。これにより、鋼材１２とアルミニウム材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１８に局所変形が生じ、破断するようなことが有利に防止され得るのである。つまり、鋼材１２の厚さ：ｔが、上記範囲を外れると、剛性の小さい方の被溶接材に応力が集中して、局部変形が生じ、剛性の小さい方の被溶接材が優先的に破断するようになる。なお、鋼材として、表面処理が施されたものを用いる場合には、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１２の厚さ：ｔとされる。
【００２８】
また、鋼材１２とアルミニウム材１４の重ね代：Ｗは、鋼材１２の厚さに応じて適宜に設定され得るものの、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、アルミニウム材１４の端面２２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、好ましくは、鋼材１２の厚さ：ｔが１ｍｍ以下の場合には、３ｍｍ以上とされ、また、鋼材１２の厚さ：ｔが１ｍｍを超える場合には、鋼材１２の厚さの３倍以上、即ち３ｔ以上とされることが望ましい。
【００２９】
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鋼材１２とアルミニウム材１４とが重ね合わされた状態下で、鋼材１２の端面１６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のビードが、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２４の強度が高く、以て、他の材質の溶接ワイヤを用いた場合に比べて、鋼材１２とアルミニウム材１４とが強固に溶接され得ると共に、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る。
【００３０】
しかも、本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０の溶接部１８には、鋼材１２とアルミニウム材１４とに跨るように、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山において連続的に形成されている。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、溶接部１８のビード表面に形成される鱗状の凹凸模様を意味している。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、表面リップルの測定位置を、鋼材１２の端面１６におけるアルミニウム材１４側角部（下面側角部２６）とアルミニウム材１４上の溶接金属２４の止端部２８との間の中央部Ｃ（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。この際、表面リップル数は、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。そして、このような表面リップルが、溶接長１ｃｍ当たり、５山に満たない場合は、ＭＩＧ溶接時に鋼材１２に接触した溶融金属の温度が高すぎたことを示し、このような場合には、高温の溶融金属によって鋼材１２が深く溶け込み、脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるため、十分な継手強度が得られない。一方、５０山を超える場合には、単位長さ当たりの入熱が過多となっている。
【００３１】
このように、本実施形態では、溶接部１８に、鋼材１２とアルミニウム材１４とに跨るように、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るところから、従来のものに比べて、溶接部１８の健全性が効果的に高められている。その結果、本実施形態に係るＭＩＧ溶接継手１０は、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、有利に用いられることとなる。
【００３２】
ところで、前述の如き、本実施形態に係る鋼材１２とアルミニウム材１４のＭＩＧ溶接継手１０は、例えば、以下の如き製造手法に従って、製造されることとなる。
【００３３】
すなわち、本実施形態のＭＩＧ溶接継手１０を製造するには、先ず、図４に示されるように、上述の如き厚さを有する平板状の鋼材１２と平板状のアルミニウム材１４とが、それぞれの端部部位において、鋼材１２が上方に位置するように重ね合わされる。そして、その重ね合わせ状態が維持されて、鋼材１２とアルミニウム材１４とが相互に動くことがないように、必要に応じて、適当な拘束治具（図示せず）により、それら鋼材１２とアルミニウム材１４が固定される。そして、そのような固定状態下で、鋼材１２の端面１６部位に対して、後述の如き条件で、ＭＩＧ溶接操作が実施される。
【００３４】
具体的には、このＭＩＧ溶接操作の実施に際しては、溶接機として、消耗式の電極である溶接ワイヤ３０が、ノズル３２の先端開口部３４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３０が、図示しないワイヤ供給装置によって、ノズル３２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３０の消耗等によって、溶接ワイヤ３０が溶接部１８側（図４中、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３２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３６（図４中、二点鎖線で示す）が、溶接すべき部位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３０は、コンタクトチップ３８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。
【００３５】
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３０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３０の先端部と被溶接材（１２，１４）との間にアーク４０（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、鋼材１２の端面１６に沿って、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）を、相対的に移動せしめることにより、鋼材１２とアルミニウム材１４とのＭＩＧ溶接が進行せしめられることとなる。
【００３６】
この際、被溶接材（１２，１４）と溶接ワイヤ３０との間に発生したアーク４０によって、鋼材１２の端面１６部位が温められると共に、溶接ワイヤ３０が溶融し、溶接ワイヤ３０の溶滴４２が被溶接材上に移行し、この溶融アルミニウム（溶融金属）によって、鋼材１２とアルミニウム材１４とが溶接され、溶接金属２４からなるビードが溶接部１８に形成されることとなる。
【００３７】
そして、このようなＭＩＧ溶接操作において、溶接ワイヤ３０としては、上述のように、鋼材１２とアルミニウム材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、本実施形態において、かかる溶接ワイヤ３０の半径：ｒは、０．４〜０．８ｍｍとされる。これは、溶接ワイヤ３０の半径：ｒが上記範囲よりも小さくなると、電流密度が高くなってアーク４０が集中するために、アーク４０の集中部分で入熱が過多となって鋼材が深く溶け込み、金属間化合物からなる脆化層が厚く形成される一方、その半径：ｒが上記範囲よりも大きくなると、溶接ワイヤ３０を溶融せしめるために入熱を高くする必要があり、それによって、溶接ワイヤ３０の溶滴４２自体の温度も高くなって、溶接部１８に脆化層が厚く形成されるようになるからである。
【００３８】
また、かかるＭＩＧ溶接操作において、トーチ狙い位置、つまりノズル位置が、鋼材１２の端面１６から、水平方向（溶接方向に直交する方向、図４中、左右方向）に、あまりにも離れたところに設定されると、鋼材１２とアルミニウム材１４とに跨るビードが形成されず、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、本実施形態においては、溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘが、図４に示されるように、鋼材１２の端面１６における上面側角部２０を基点：０として、水平方向に、かかる基点：０から重ね合わせ部側（図４中、基点：０よりも左側）とは反対側（図４中、基点：０よりも右側）に４ｒの距離内に、常に位置するように、溶接ワイヤ３０（ノズル３２）が配置せしめられる。換言すれば、図４に示されるように、基点：０（上面側角部２０）から溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘまでの距離（Ｌ）が０〜４ｒ（０≦Ｌ≦４ｒ）となるように、溶接ワイヤ３０が配置せしめられる。ここにおいて、上記溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘとは、ノズル３２の先端開口部３４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。
【００３９】
なお、そのような溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘが、基点：０から重ね合わせ部側（図４中、左側）の位置に配置せしめられると、換言すれば、Ｌが０未満になると、アーク４０が鋼材１２に集中する。一方、Ｌが４を超えると、鋼材１２にアーク４０が届かなくなり、何れの場合も、上述の如き健全な溶接部１８を形成することができない。
【００４０】
一方、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）の上下方向における配設位置は、一般に、溶接機の電源特性や溶接ワイヤ３０の材質、半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３２の先端と上板（鋼材１２）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３６によるシールド性を高度に確保することが可能となる。
【００４１】
そして、上述の如き位置を保ったままで、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）が溶接方向（図４中、紙面に垂直な方向）に相対的に移動せしめられて、ＭＩＧ溶接が実施されることとなるが、本実施形態においては、下記式（Ｉ）にて示されるＡが４．０〜６．０（４．０≦Ａ≦６．０）となるように、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）が、鋼材１２の端面１６に沿って相対的に移動せしめられる。
Ａ＝Ｌ／ｒ＋（ｔ／α）×Ｖ ・・・ （Ｉ）
【００４２】
上記式（Ｉ）において、Ｌは、上述のように、基点：０から溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘまでの距離（ｍｍ）である。より具体的には、Ｌは、基点：０から、溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘと鋼材１２の上面１３の延長面１３′との交点：ｐまでの距離であり、ここでは、基点：０の位置を０ｍｍとして、鋼材１２とアルミニウム材１４との重ね合わせ部側（図４中、基点：０よりも左側）を負とする一方、重ね合わせ部とは反対側（図４中、基点：０よりも右側）を正とする。また、上記式（Ｉ）において、ｒは、溶接ワイヤ３０の半径（ｍｍ）を示し、上述のように、０．４ｍｍ≦ｒ≦０．８ｍｍとされる。そして、上記式（Ｉ）の第１項であるＬ／ｒは、溶接ワイヤ３０の半径：ｒに対して、溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘが鋼材１２の端からどの程度離れているかを示している。本実施形態では、上述のように、Ｌが０≦Ｌ≦４ｒを満たすように溶接ワイヤ３０（ノズル３２）が配置せしめられるところから、Ｌ／ｒは、０≦Ｌ／ｒ≦４の範囲とされ、溶接ワイヤ３０の半径：ｒが大きければ、上記距離：Ｌの上限を大きくすることができ、逆に溶接ワイヤ３０の半径：ｒが小さければ、上記距離：Ｌの上限は小さくなる。
【００４３】
また、上記式（Ｉ）において、ｔは、鋼材の厚さ（ｍｍ）を示し、上述のように、０．５０ｍｍ≦ｔ≦２．０ｍｍの範囲とされる。更に、αは、係数（ｍｍ・ｃｍ／分）であり、α＝２１ｍｍ・ｃｍ／分とされる。また、Ｖは、溶接速度（ｃｍ／分）を示しており、少なくとも０超（Ｖ＞０）とされる。そして、上記式（Ｉ）の第２項である（ｔ／α）×Ｖは、鋼材１２の厚さ：ｔと溶接速度：Ｖを掛け合わせたものとなっている。このように鋼材１２の厚さ：ｔと溶接速度：Ｖを掛け合わせる理由は、重ね合わされた鋼材１２とアルミニウム材１４との段差部、即ち鋼材１２の端面１６部位に、溶融金属を溜めて、健全な溶接部１８を形成するためには、溶接速度：Ｖが高速の場合は鋼材１２の厚み：ｔを薄くする必要がある一方、低速の場合は鋼材１２の厚み：ｔを大きくする必要があり、これらが反比例の関係にあるからである。
【００４４】
そして、上記式（Ｉ）の第１項と第２項を足し合わせたＡが、４．０≦Ａ≦６．０を満たすようにして、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）を、鋼材１２の端面１６に沿って相対的に移動せしめてＭＩＧ溶接を行うことによって、端面１６に沿って連続的に延びる健全な溶接部１８が形成されるようになる。なお、Ａが４．０に満たない場合には、入熱過多により母材に穴が開くおそれがあり、また、６．０を超えると、不連続ビードになる。
【００４５】
加えて、本実施形態のＭＩＧ溶接操作においては、溶接ワイヤ３０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。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、入熱が適度に低くコントロールされ、鋼材１２の溶込み、ひいては脆弱な金属間化合物の形成が有利に防止され得るようになっている。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３０の先端部と被溶接材との間に常にアーク４０が発生するように、印加する溶接電圧値や溶接ワイヤ３０の種類、半径等に応じて、適宜に調整される。
【００４６】
また、ＭＩＧ溶接操作において、パルス状に変化させた溶接電流を流す理由は、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３０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、溶滴４２が被溶接部位で効果的に濡れ広がりやすくなるからである。なお、交流の場合には、溶接ワイヤ３０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ないと共に、鋼材１２が十分に濡れず、健全な溶接部１８が得られなくなるからである。
【００４７】
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４２が溶接ワイヤ３０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から、上記クリーニング作用が効果的に発揮されて、鋼材１２の濡れ性が高められ、これによって、溶接ワイヤ３０の溶融金属が鋼材１２の端面１６部位で弾かれるようなことはなく、鋼材１２の端面１６が良好に濡れるようになる。また、入熱がコントロールされて、アルミニウム材１４の表面が適度に溶融せしめられる一方で、鋼材１２が深く溶け込むようなことが効果的に防止され得る。
【００４８】
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、溶接部１８に脆弱な金属間化合物層が厚く形成されるようになる。
【００４９】
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、溶接部１８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１８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。
【００５０】
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、６０ｃｍ／分（＝１０ｍｍ／秒）の溶接速度：ＶでＭＩＧ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。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、６０ｃｍ／分の溶接速度では、パルス頻度が、溶接長１ｍｍ当たり２．８回とされる。
【００５１】
かくして、前述の如く、所定厚さの鋼材１２とアルミニウム材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３０を所定の位置に配置した状態で、上記式（Ｉ）にて示されるＡが４．０〜６．０となるように溶接ワイヤ３０を鋼材１２の端面１６に沿って相対的に移動させると共に、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溶接操作を実施することによって、鋼材１２とアルミニウム材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が製造されることとなる。そして、このようにして得られたＭＩＧ溶接継手１０にあっては、溶接時の入熱がコントロールされて、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、鋼材端面１６の表面処理の有無に拘わらず、溶融金属が鋼材１２の端面１６部位にビードとなって溜まるため、鋼材１２とアルミニウム材１４とに跨るビードが、鋼材１２の端面１６に沿って連続的に形成されることとなる。また、上述の如き条件を満たすようにＭＩＧ溶接操作を実施することで、溶接ワイヤ３０の先端部から被溶接材上に落ちた溶滴４２の形跡が、溶接部１８のビード表面に鱗状となって明瞭に残り、その結果として、スプレー移行の溶滴の数と略同程度の数の表面リップルが形成される。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、ＭＩＧ溶接継手１０には、溶接長１ｃｍ当たり、５〜５０山の表面リップルを有するビードが、鋼材とアルミニウム材とに跨るように、溶接部１８に連続的に形成されることとなる。
【００５２】
しかも、上述の条件でＭＩＧ溶接操作が施されることによって、鋼材１２の溶込みも有利に抑制され、鋼材１２の表面に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１８に熱歪みによる変形も発生しにくくなっている。
【００５３】
従って、上述の如き条件でＭＩＧ溶接操作を実施して、鋼材１２とアルミニウム材１４とのＭＩＧ溶接継手を製造すれば、不連続なビードが形成されたり、ビードが鋼材端面１６に形成されないようなことが有利に防止され、従来に比して健全性の高められたＭＩＧ溶接継手が有利に製造され得るようになる。
【００５４】
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。
【００５５】
例えば、上記の実施形態では、鋼材１２として、上面側角部２０及び下面側角部２６が直角（９０°）であるものが用いられていたが、図７に示されるように、鋼材１２の端部に開先加工が施されて、上面側角部２０′が鈍角及び下面側角部２６′が鋭角とされたものを用いて、ＭＩＧ溶接継手を製造することも、勿論可能である。なお、この図７及び後述の図８に示される実施形態に関しては、その理解を容易にするために、図１〜図５に示される前記実施形態と同様な構造とされた部位には、同一の符号を付した。
【００５６】
また、上記実施形態では、図４からも明らかなように、溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘが、鋼材１２の端面１６に対して平行になるようにノズル３２（溶接ワイヤ３０）が配置されていたが、図８に示されるように、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）を鋼材１２の端面１６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。この場合にも、上述のように、基点：０（上面側角部２０）から、溶接ワイヤ３０の中心線：Ｘと鋼材１２の上面１３の延長面１３′との交点：ｐまでの距離（Ｌ）が、０≦Ｌ≦４ｒを満たすようにノズル３２（溶接ワイヤ３０）が配置されるのである。
【００５７】
さらに、図５では、ノズル３２（溶接ワイヤ３０）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３０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３２（溶接ワイヤ３０）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。
【００５８】
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】
【００５９】
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、本発明は、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。
【００６０】
＜実施例１＞
先ず、下記表１に示されるように、鋼材（１２）として、厚さ（ｔ）：１．３ｍｍの溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＩ鋼板）を準備した。かかる鋼材（１２）の端面（１６）には、金属被覆層は設けられていなかった。一方、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９０ＭＰａ以上である、厚さ（ｕ）：１．６ｍｍの７０００系アルミニウム板材（７００３）を準備した。そして、それら鋼材（１２）とアルミニウム材（１４）とを、重ね代（Ｗ）が３ｔ以上となるように重ね合わせて固定した。
【００６１】
次いで、ＭＩＧ溶接機として、半径（ｒ）：０．４ｍｍの５０００系アルミニウム合金（５５５４）からなる溶接ワイヤ（３０）が装着された精密制御型ＭＩＧ溶接機を用い、溶接ワイヤ（３０）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（３２）を、溶接速度：６７ｃｍ／分（≒１１ｍｍ／ｓ）において、鋼材（１２）の端面（１６）部位に沿って相対移動せしめることにより、ＭＩＧ溶接を行って、実施例１に係るＭＩＧ溶接継手を製造した。
【００６２】
この際、下記表１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）：３．４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、鋼材（１２）の上面側角部（２０）に位置するように、即ち、Ｌ＝０ｍｍとなるように、ノズル（３２）を配置し、そのノズル位置を保った状態で、鋼材（１２）の端面（１６）部位に沿って相対移動せしめた。
【００６３】
その後、得られた実施例１に係るＭＩＧ溶接継手を用いて、その溶接部（１８）に形成されたビードの表面リップル数の測定を行うと共に、接合状態の評価を行い、得られた結果を下記表１に示した。
【００６４】
［表面リップル数の測定］
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。
【００６５】
［接合状態の評価］
また、接合状態の評価を、次の評価基準で評価した。
○：溶接部（１８）に、鋼材（１２）とアルミニウム材（１４）に跨るビードが連続的に形成されているもの
×：上記以外の、溶接部（１８）のビードが不連続なもの、若しくはビードが鋼材（１２）とアルミニウム材（１４）に跨るように形成されていないもの。
【００６６】
＜実施例２〜８３、比較例１〜８３＞
上記実施例１と同様に、鋼材（１２）とＡｌ材（１４）として、下記表１〜表６に示される板材を準備した。また、各Ａｌ材のＯ材における引張強度は、何れも９０ＭＰａ以上であった。そして、それらを、鋼材（１２）の厚さ（ｔ）が１ｍｍ以下の場合には、３ｍｍ以上の重ね代（Ｗ）、鋼材（１２）の厚さ（ｔ）が１ｍｍを超える場合には、３ｔ以上の重ね代（Ｗ）となるように、重ね合わせて固定した。
【００６７】
次いで、下記表１〜表６に示される半径（ｒ）と材質のアルミニウム合金からなる溶接ワイヤ（３０）が装着されたＭＩＧ溶接機を用いて、溶接ワイヤ（３０）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（３２）を、下記表１〜表６に示される溶接速度（Ｖ）で、鋼材（１２）の端面（１６）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、実施例２〜８３及び比較例１〜８３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（３０）の中心線（Ｘ）の距離（Ｌ）や、溶接速度（Ｖ）、１パルス当たりの溶滴数、パルス頻度は、それぞれ、下記表１〜表６に示される条件を採用した。
【００６８】
そして、得られたＭＩＧ溶接継手を用いて、その溶接部（１８）に形成されたビードの表面リップル数の測定を行うと共に、接合状態の評価を行い、得られた結果を、下記表１〜表６に示した。
【００６９】
【表１】
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
【表４】
【００７３】
【表５】
【００７４】
【表６】
【００７５】
かかる表１〜３の結果から明らかなように、実施例１〜８３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、接合部の評価結果が、○となっており、鋼材端面にメッキ等の表面処理層（金属被覆層）の有無に拘わらず、鋼材とアルミニウム材とが良好に溶接されていることがわかる。
【００７６】
一方、表４〜６の結果から明らかなように、比較例１〜８３に係るＭＩＧ溶接継手にあっては、何れも、接合部の評価結果が、×となっている。
【００７７】
また、実施例１〜８３及び、下記条件（１）〜（６）を満たす比較例について、「（ｔ／α）×Ｖ」に対して、「Ａ」をプロットした。そして、得られたグラフを、図９に示した。ここにおいて、「Ａ」をｙとし、「（ｔ／α）×Ｖ」をｘとして考えると、下記式（Ｉ）は、ｙ＝ｘ＋Ｌ／ｒとなり、傾きが１で、切片がＬ／ｒの直線となる。かかるＬ／ｒは、上述のように、０≦Ｌ／ｒ≦４の範囲とされる。更に、下記式（Ｉ）にて表されるＡは、４．０≦Ａ≦６．０の範囲とされる。従って、図９に示されるａ〜ｄの４つの線で囲まれた範囲が、本発明で規定される条件を満たすこととなる。
Ａ＝Ｌ／ｒ＋（ｔ／α）×Ｖ ・・・ （Ｉ）
条件（１） ０．５０ｍｍ≦ｔ≦２．０ｍｍ
（２） ０．６≦ｔ／ｕ≦０．８
（３） ０．４ｍｍ≦ｒ≦０．８ｍｍ
（４） Ｖ＞０ｃｍ／分
（５） １パルスの溶滴数：１
（６） パルス頻度：０．５〜５回／ｍｍ
【００７８】
図９のグラフからも明らかなように、○で示される実施例は、何れもａ〜ｄの４つの線で囲まれた範囲（図９中、斜線の範囲）にある一方、●で示される比較例は、その範囲から外れたところに存在していることがわかる。従って、上記条件（１）〜（６）を満たしていても、Ｌ／ｒが０〜４の範囲内にないもの及び上記式（Ｉ）にて示されるＡが４．０〜６．０の範囲にないものは、健全な溶接部が得られないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に従う鋼材とアルミニウム材の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】本発明手法に従って、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造する一工程を示す縦断面説明図であって、溶接されるべき鋼材とアルミニウム材を鋼材が上になるように互いに重ね合わせ、鋼材側からＭＩＧ溶接機のノズルを配置した状態を示している。
【図５】本発明手法に従って、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造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。
【図７】本発明手法に従って、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造する工程を示す縦断面説明図であって、溶接されるべき鋼材として、端面に開先加工が施されたものが採用されている。
【図８】本発明手法に従って、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造する工程を示す縦断面説明図であって、ＭＩＧ溶接機のノズルを鋼材の端面に対して傾けた状態で配置した状態を示している。
【図９】実施例において、上記式（Ｉ）の第２項である「（ｔ／α）×Ｖ」に対して、「Ａ」をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
１０ ＭＩＧ溶接継手 １２ 鋼材
１３ 上面 １３′延長面
１４ アルミニウム材 １６ 鋼材の端面
１８ 溶接部 ２０，２０′ 上面側角部
２２ アルミニウム材の端面 ２４ 溶接金属
２６，２６′ 下面側角部 ２８ 止端部
３０ 溶接ワイヤ ３２ ノズル
３４ 先端開口部 ３６ イナートガス
３８ コンタクトチップ ４０ アーク
４２ 溶滴
Ｘ，Ｘ′：溶接ワイヤの中心線 Ｙ：垂線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材とアルミニウム材とを該鋼材が上になるようにして上下に重ね合わせ、かかる鋼材の端面部位に対してＭＩＧ溶接操作を施すことにより、それら鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造する方法であって、
前記鋼材として、厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍで、且つ前記アルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であるものを用いると共に、
溶接ワイヤとして、半径：ｒが０．４〜０．８ｍｍ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、前記鋼材の端面における上面側角部を基点：０として、該基点：０から水平方向で該鋼材と前記アルミニウム材との重ね合わせ部とは反対側において４ｒの距離内に位置するように、該溶接ワイヤを配置した状態において、
下記式（Ｉ）にて示されるＡが４．０〜６．０となるように、前記溶接ワイヤを前記鋼材の端面に沿って相対的に移動せしめると共に、
前記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溶接操作を実施することを特徴とする鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法。
Ａ＝Ｌ／ｒ＋（ｔ／α）×Ｖ ・・・ （Ｉ）
［式中、Ｌは基点：０から溶接ワイヤの中心線までの距離（ｍｍ）、ｒは溶接ワイヤの半径（ｍｍ）、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）、αは係数（＝２１ｍｍ・ｃｍ／分）、及びＶは溶接速度（ｃｍ／分）である。］
【請求項２】
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１に記載の鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法。
【請求項３】
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１又は請求項２に記載の鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法。
【請求項４】
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１乃至請求項３の何れか１項に記載の鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法。
【請求項５】
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１乃至請求項４の何れか１項に記載の鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法。
【請求項６】
鋼材とアルミニウム材とを重ね合わせ、かかる鋼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て、ＭＩＧ溶接を施して得られる、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手であって、
前記鋼材の厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍであり、且つ前記アルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であると共に、溶接部に、該鋼材と該アルミニウム材とに跨るように、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鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手。
【請求項１】
鋼材とアルミニウム材とを該鋼材が上になるようにして上下に重ね合わせ、かかる鋼材の端面部位に対してＭＩＧ溶接操作を施すことにより、それら鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手を製造する方法であって、
前記鋼材として、厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍで、且つ前記アルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であるものを用いると共に、
溶接ワイヤとして、半径：ｒが０．４〜０．８ｍｍ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、前記鋼材の端面における上面側角部を基点：０として、該基点：０から水平方向で該鋼材と前記アルミニウム材との重ね合わせ部とは反対側において４ｒの距離内に位置するように、該溶接ワイヤを配置した状態において、
下記式（Ｉ）にて示されるＡが４．０〜６．０となるように、前記溶接ワイヤを前記鋼材の端面に沿って相対的に移動せしめると共に、
前記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溶接操作を実施することを特徴とする鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法。
Ａ＝Ｌ／ｒ＋（ｔ／α）×Ｖ ・・・ （Ｉ）
［式中、Ｌは基点：０から溶接ワイヤの中心線までの距離（ｍｍ）、ｒは溶接ワイヤの半径（ｍｍ）、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）、αは係数（＝２１ｍｍ・ｃｍ／分）、及びＶは溶接速度（ｃｍ／分）である。］
【請求項２】
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１に記載の鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法。
【請求項３】
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１又は請求項２に記載の鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法。
【請求項４】
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１乃至請求項３の何れか１項に記載の鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法。
【請求項５】
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１乃至請求項４の何れか１項に記載の鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手の製造方法。
【請求項６】
鋼材とアルミニウム材とを重ね合わせ、かかる鋼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て、ＭＩＧ溶接を施して得られる、鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手であって、
前記鋼材の厚さ：ｔが、０．５０〜２．０ｍｍであり、且つ前記アルミニウム材の厚さの０．６〜０．８倍であると共に、溶接部に、該鋼材と該アルミニウム材とに跨るように、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鋼材とアルミニウム材のＭＩＧ溶接継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２６２１９８（Ｐ２００９−２６２１９８Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１４９６８（Ｐ２００８−１１４９６８）
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【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２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【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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