(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材に、この第１の部材よりも低融点の第２の部材を接合するに際し、少なくともこの第２の部材より高硬度で且つ高融点の金属粉末を、両部材間に置き、電極で両部材を加圧し、通電し、前記金属粉末のくさび若しくはかすがい作用で両部材を結合することを特徴とした異種部材の抵抗溶接方法。
【請求項２】
前記第１の部材がＦｅ系材であり、前記第２の部材がＡｌ系材であることを特徴とした請求項１記載の異種部材の抵抗溶接方法。
【請求項３】
前記金属粉末は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ及びこれらを基にした合金であることを特徴とした請求項１又は請求項２記載の異種部材の抵抗溶接方法。
【請求項４】
前記金属粉末の平均粒径をＧ、前記第１・第２の部材のうち低硬度の方の部材の厚さをＴとしたとき、比（Ｇ／Ｔ）が下記▲１▼に示す範囲にあることを特徴とした請求項１、請求項２又は請求項３記載の異種部材の抵抗溶接方法。
０．１５≦（Ｇ／Ｔ）≦０．６０・・・▲１▼
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は異種部材の抵抗溶接方法、特にアルミニウム合金と鉄系合金との接合に適した方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
異種金属同士の接合技術には、例えば▲１▼特開平５−１１１７７８号公報「異種金属の抵抗溶接方法」や▲２▼特開平６−６３７６２号公報「異種金属接合用材料」が知られている。
【０００３】
前記▲１▼は、同公報の図１において、アルミニウム１と非アルミニウム２との間に、インサート材３を介在させ、このインサート材３はアルミニウム３ａに非アルミニウム３ｂを接合したものしたものであり、クラッド材の全厚を２ｍｍ以内とし、クラッド材におけるアルミニウム比率を適度な値とすることにより、少ない電流で溶接ができたというものである。
前記▲２▼も、同公報の図１において、鋼板４とアルミニウム５との間に、インサート材３を介在させ、このインサート材３を鉄屑１とアルミニウム層２との複合材としたことを特徴とし、上記▲１▼と同様に少ない電流で溶接ができたというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記▲１▼，▲２▼ともに母材間にインサート材を介在させるため、そのインサート材を別に製造しなければならないこと、及び母材同士を接合する際にインサート材が正しい位置に保持されているかを十分に注意する必要がある。
その結果、溶接コストの高騰を招き、溶接作業も面倒なものとなり、作業者の負担は大きくなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、異種部材の抵抗溶接を研究する中で、両母材間に、粒状の金属粉末を介在させることで、この金属粉末が「くさび」効果を発揮することを見出し、このくさび作用により満足すべき接合が得られるという製法を確立するに成功した。
具体的には、第１の部材に、この第１の部材よりも低融点の第２の部材を接合するに際し、少なくともこの第２の部材より高硬度で且つ高融点の金属粉末を、両部材間に置き、電極で両部材を加圧し、通電し、金属粉末のくさび若しくはかすがい作用で両部材を結合するという異種部材の抵抗溶接方法である。
【０００６】
第１の部材がＦｅ系材であり、第２の部材がＡｌ系材であっても差支えない。
【０００７】
前記金属粉末は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ及びこれらを基にした合金である。
【０００８】
前記金属粉末の平均粒径をＧ、前記第１・第２の部材のうち低硬度の方の部材の厚さをＴとしたとき、比（Ｇ／Ｔ）が次の範囲にあることが望ましい。
０．１５≦（Ｇ／Ｔ）≦０．６０
【０００９】
【作用】
図１（ａ），（ｂ）は本発明方法の原理図である。
（ａ）にて、第１の部材（Ｆｅ系被溶接材）１に第２の部材（Ａｌ系被溶接材）２を抵抗溶接するに際し、これら第１・２の部材１，２の少なくとも一方より高硬度で且つ高融点の金属粉末３を、両部材１，２間に置き、電極５，６で両部材を加圧しながら電流を流す。
（ｂ）にて、ジュール熱で加熱されて軟化した第２の部材２に金属粉末３がめり込む。即ち、溶融軟化したＡｌ系材が金属粉末３の上半部を包み込むような形態の接合形態であり、金属粉末３は全部が溶融してはいないことに特徴がある。なぜなら、本発明では、Ａｌ系材より高融点の金属粉末３を使用するからである。（ｂ）では金属粉末３が「くさび」若しくは「かすがい」となって部材１，２を結合していることを示す。
【００１０】
図２は本発明の金属粉末の種類と融点との関係を示すグラフであり、横軸は融点（℃）、縦軸は各種の金属粉末と比較のためのＳＰＣＣ及びＡ５１８２である。ＳＰＣＣはＪＩＣＧ３１４１で規定される冷間圧延鋼板、Ａ５１８２は５０００系Ａｌ−Ｍｇ合金である。
融点で比較すると、ＳＰＣＣは１５００℃弱、Ａ５１８２は５８０℃強である。これに対して、Ｚｒ（ジルコニウム）は約１８５０℃、Ｔｉ（チタン）は約１６７０℃、Ｎｉ（ニッケル）は約１４５０℃、Ｍｏ（モリブデン）は約２６００℃、Ｆｅ（鉄）は約１５３０℃、Ｃｒ（クロム）は約１８７０℃、Ｃｏ（コバルト）は約１５００℃と、いずれのＡｌ系材よりは十分に高融点である。
従って、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏで前記金属粉末３を形成すれば、インサート粉末を溶かさずに、アルミニウム材のみを溶かすことが可能となる。
【００１１】
図３は本発明の金属粉末の種類と硬度との関係を示すグラフであり、横軸は硬度（ｍＨｖ，荷重３００ｇによるマイクロビッカース）、縦軸は各種の金属粉末と比較のためのＳＰＣＣ及びＡ５１８２である。
硬度で比較すると、ＳＰＣＣとＡ５１８２はともに約８０強程度である。これに対して、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏは全て１４０を超えているので相対的に高硬度であると言える。
従って、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏで前記金属粉末３を形成すれば、Ａｌ系材に良好に食い込むことになる。
【００１２】
図４（ａ），（ｂ）は本発明の評価に係る試験方法の説明図である。
（ａ）は「引張り剪断試験」の原理図であり、引張り試験機によって、第１の部材１と第２の部材２とを互いに逆向きに引張り、溶接部８で破断（剪断破壊）したときの引張り力（ｋｇｆ）を記録する。
（ｂ）は「Ｕ字引張り試験」の原理図であり、溶接部８が谷底位置となるようにして第１の部材１及び第２の部材２をＵ字形に曲げる（又は、Ｕ字形に成形した第１・第２の部材１，２同士を溶接する。）。
そして互いに逆向きに引張り力を掛けて、溶接部８で破断（引張り破壊）したときの引張り力（ｋｇｆ）を記録する。
【００１３】
なお、金属粉末はエポキシ樹脂等の液状樹脂と混合したものを、被溶接面に塗布すると良い。取扱が容易で、膜厚の管理が容易であるからである。
また、後述するが、金属粉末の平均粒径が２０μｍ未満であると、粉末が小さ過ぎて溶融Ａｌに溶融してしまい、目的の強度が得られない。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１５】
【表１】
0003628371.tif 000002
【００１６】
実施例１，２，３及び比較例１；
表１の４行目に示す通り、金属粉末を、実施例１では１００〜２００μｍのＴｉアトマイズ粉、実施例２では１００〜２００μｍのＦｅアトマイズ粉、実施例３では１００〜２００μｍのＦｅ電解粉を使用する。また、比較例１では金属粉末を使用しなかった。
その他の条件は共通であり、Ｆｅ系材を０．７ｍｍ厚さのＳＰＣＣ、Ａｌ系材を１．０ｍｍ厚さのＡ５１８２、金属粉末のためのバインダをエポキシ系液状樹脂として２０ｗｔ％を混合した。そして、スポット溶接を実施するべく、インバータ式溶接機にて１６ｋＡを１０ｃｙｃｌｅの条件で通電した。
【００１７】
サンプルを前記図４（ａ），（ｂ）の要領で強度試験を実施した。
実施例１は、▲１▼引張り剪断強度が２６０ｋｇｆ、▲２▼Ｕ字引張り強度が８０ｋｇｆであり、両者の比（▲２▼／▲１▼）は０．３１であった。
実施例２は、▲１▼引張り剪断強度が２４５ｋｇｆ、▲２▼Ｕ字引張り強度が９０ｋｇｆであり、両者の比（▲２▼／▲１▼）は０．３７であった。
実施例３は、▲１▼引張り剪断強度が２５０ｋｇｆ、▲２▼Ｕ字引張り強度が６５ｋｇｆであり、両者の比（▲２▼／▲１▼）は０．２６であった。
これに対して比較例１は、▲１▼引張り剪断強度が２４０ｋｇｆであったが、▲２▼Ｕ字引張り強度は僅か１５ｋｇｆに留まり、両者の比（▲２▼／▲１▼）は０．０６３と大きく０．１を下回った。
比較例１は引張り方向によって強度が著しく異なるため実施例１〜３に比較して使用法が限定されるので評価は「×」である。
【００１８】
次に金属粉末の粒径を調べた。
実施例４，５，６及び比較例２，３，４；
【００１９】
【表２】
0003628371.tif 000003
【００２０】
表２の５行目に示す通り、金属粉末の平均粒径を、実施例４では１５０μｍ、、実施例５では３００μｍ、実施例６では６００μｍ、そして比較例２では２７μｍ、比較例３では７５μｍ、比較例４では１０００μｍとした。
その他の条件は共通であり、Ｆｅ系材を０．７ｍｍ厚さのＳＰＣＣ、Ａｌ系材を１．０ｍｍ厚さのＡ５１８２、金属粉末はＦｅ電解粉、金属粉末のためのバインダをエポキシ系液状樹脂として２０ｗｔ％を混合した。そして、スポット溶接を実施するべく、インバータ式溶接機にて１６ｋＡを１０ｃｙｃｌｅの条件で通電した。
【００２１】
サンプルを前記図４（ｂ）の要領で強度試験を実施した。
実施例４はＵ字引張り強度が８０ｋｇｆ、実施例５はＵ字引張り強度が９０ｋｇｆ、実施例６はＵ字引張り強度が５５ｋｇｆであり、大きな強度を得た。
比較例２はＵ字引張り強度が１５ｋｇｆ、比較例３はＵ字引張り強度が３８ｋｇｆ、比較例４はＵ字引張り強度が１０ｋｇｆであり、強度は小さい。
【００２２】
金属粉末の平均粒径をＧ、前記第１・第２の部材のうち低硬度の方の部材の厚さをＴとしたとき、比（Ｇ／Ｔ）を調べる。
実施例４は平均粒径Ｇは１５０μｍであり、低硬度の方の部材はＡ５１８２で、その厚さＴは１．０ｍｍ（１０００μｍ）である。従って、Ｇ／Ｔは０．１５となる。
実施例５は平均粒径Ｇは３００μｍであり、低硬度の方の部材はＡ５１８２で、その厚さＴは１．０ｍｍ（１０００μｍ）である。従って、Ｇ／Ｔは０．３０となる。
実施例６は平均粒径Ｇは６００μｍであり、低硬度の方の部材はＡ５１８２で、その厚さＴは１．０ｍｍ（１０００μｍ）である。従って、Ｇ／Ｔは０．６０となる。
従って、好適なＧ／Ｔは０．１５〜０．６の範囲にあることが分かった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の抵抗溶接方法は、第１の部材に、この第１の部材よりも低融点の第２の部材を接合するに際し、少なくともこの第２の部材より高硬度で且つ高融点の金属粉末を、両部材間に置き、電極で両部材を加圧し、通電することで、金属粉末にくさび若しくはかすがい効果を発揮させることができるので、接合強度を高めることができる。しかも、従来の様にクラッド材を準備する必要が無いので、低コストで容易に溶接がなせる。
【００２４】
請求項２の抵抗溶接方法は、第１の部材がＦｅ系材であり、第２の部材がＡｌ系材であるから、炭素鋼とアルミニウム材とを組合わせて車体やフレームを製造する産業（例えば自動車産業）に有益である。
【００２５】
請求項３の抵抗溶接方法は、金属粉末を、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ及びこれらを基にした合金としたので、金属粉末の種類選定の自由度が増し、製造上好都合である。
【００２６】
請求項４の抵抗溶接方法は、金属粉末の平均粒径をＧ、第１・第２の部材のうち低硬度の方の部材の厚さをＴとしたとき、０．１５≦（Ｇ／Ｔ）≦０．６０の範囲から金属粉末の平均粒径選択すればすみ、金属粉末の粒径決定が容易となり、製造担当者の負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の原理図
【図２】本発明の金属粉末の種類と融点との関係を示すグラフ
【図３】本発明の金属粉末の種類と硬度との関係を示すグラフ
【図４】本発明の評価に係る試験方法の説明図
【符号の説明】
１…第１の部材、２…第２の部材、３…金属粉末。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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