(57)【要約】【課題】  従来の鋼と５０００系アルミニウム合金など鉄系合金部材とアルミニウム系合金部材の接合技術の背景に鑑み、これらの不利や問題点を全面的に解消し、同質部材同士の溶接と実質的に変わらない優れた接合強度と高い生産性などの利点を享受し得る異種金属接合体を提供する。【解決手段】  本発明に係る異種金属溶接接合体は、鉄系合金部材１とアルミニウム系合金部材２とが鉄系合金部材１側からの入熱により溶接された接合体であって、鉄系合金部材１において溶解凝固した鉄系合金溶解凝固部Ｂと、アルミ合金部材２に溶け込んで凝固した鉄系合金溶け込み凝固部Ａと、アルミニウム系合金部材２において溶解凝固したアルミニウム系合金溶解凝固部Ｇとが連続的に一体に構成されてなる溶接凝固部を有するとともに、鉄系合金溶け込み凝固部Ａがその表面に複数の突起Ｈを有することを特徴とする。【選択図】        図１
2006320954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系合金部材とアルミニウム系合金部材とが鉄系合金部材側からの入熱により溶接された異種金属溶接接合体であって、前記鉄系合金部材において溶解凝固した鉄系合金溶解凝固部と、前記アルミ合金部材に溶け込んで凝固した鉄系合金溶け込み凝固部と、前記アルミニウム系合金部材において溶解凝固したアルミニウム系合金溶解凝固部とが順次連続して一体に構成されてなる溶接凝固部を有するとともに、前記鉄系合金溶け込み凝固部がその表面に複数の突起を有することを特徴とする異種金属溶接接合体。
【請求項２】
前記突起の高さが１０〜１５０μｍである請求項１に記載の異種金属溶接接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄系合金部材とアルミニウム系合金部材とを溶接により接合して得られる接合体に関し、特にその溶接部の接合強度に優れた異種金属溶接接合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境改善のためコストパフォーマンスのある自動車の軽量化による燃費改善とリサイクル性が強く求められている。
【０００３】
アルミニウム（以下、「アルミ」と略称することがある。）の比重は鋼の比重７．８に対して２．７と小さく、耐食性、リサイクル性に優れ、比強度が鋼の２倍程度と高く、押出工法により複雑な形状の素材を経済的に得られることなどの特徴を有しており、自動車の軽量化に望ましい金属である。反面、アルミは鋼に比べて縦弾性係数が約１／３、強度が１／２以下と小さく、熱伝導性が良く（熱伝導率で約３倍）、凝固収縮率が大きいため溶接が鋼より難しく、鋼より材料コストが高いなど車の素材として使用し難い面も有している。
【０００４】
したがって、鋼とアルミの各々の利点を活かしたハイブリッド化ができれば、自動車が求めているニーズにマッチした対応できることになる。
【０００５】
このハイブリッド化を可能にするためには接合特性に優れた接合技術が必須になる。
【０００６】
ところが、鉄系合金とアルミ系合金とを溶解して直接接合すると脆い金属間化合物を生成し、そのために十分な接合強度が得られず、実用化が極めて難しかった。このため、マグネシウムを含む５０００系のアルミ合金が使用し難いロウ付け法・摩擦圧接法、あるいは部材同士を機械的に接合するため、接合材の形状、生産性、接合付帯設備などに制約がつくメカニカル接合法、使用対象部材の制約が大きいインサート材接合法が実用化されてきた。
【０００７】
しかしこれらの接合法はいずれも以下のような不利や問題を有しており、その制約が多く、そのため鋼とアルミの各々の特徴を活かしたハイブリッド化がなかなか進展できなかった。
【０００８】
（メカニカル接合法）
ボルト接合、リベット接合、ネジ接合、メカニカルクリンチ、ヘミング、メカニカル成形接合など、部材同士を機械的に接合する方法である。しかし、この方法は、接合部品の形状制約、接合精度、生産性、および汎用性などの面で同質材料（鋼同士など）の溶接より一般的に劣る。
【０００９】
（ロウ付け法）
部材同士を媒介となるロウ材を溶かして接合する方法である。この方法は鋼とアルミの接合法としても提案（特許文献１など）されてはいるが、フラックスにより鋼、アルミの酸化皮膜を除去し、母材を溶解することなく、両金属の活性面とロウ材とで適切な化合物を生成することが必要になる。この適切な化合物を得るためロウ材の材料、接合品の材質・形状、接合強度、接合品質の信頼性に制約が付される。したがって、接合の作業性、生産性、汎用性はやはり、同質材料（鋼同士など）の溶接より一般的に不利を伴う。
【００１０】
（摩擦圧接法）
部材同士を加圧しながら回転させ、その際の摺動に伴う摩擦熱を利用した固相接合である。しかし、この方法は加圧回転が必要なことから接合部品に形状制約があり、接合で生じるバリの処理が必要なこと、ビード溶接のような長手方向の溶接が難しいことやＭｇ含有アルミ合金（５０００系）の場合は酸化物（ＭｇＯ）の発生により溶接が困難になるなど作業性、汎用性、生産性の面でやはり同質材料（鋼同士など）の溶接より一般的に劣る。
【００１１】
（インサート材接合法）
部材同士間にクラッド材をインサートしてスポット溶接などによって接合する方法である。しかし、この方法はクラッド材のインサートに伴う部品形状に制約が付されることと、作業性に劣ることおよびコスト面の課題を有し、やはり同質材料（鋼同士など）の溶接より一般的に劣るものである。
【特許文献１】特開平５−１１１７５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述した従来の鋼と５０００系アルミニウム合金など鉄系合金部材とアルミニウム系合金部材との接合技術の背景に鑑み、これらの不利や問題点を全面的に解消し、同質部材同士の溶接と実質的に変わらない優れた接合強度と高い生産性などの利点を享受し得る画期的な異種金属接合体ならびにその接合技術の開発と実用化をその課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明はこのような課題の解決のために完成されたものであって、その要旨とする特徴は以下のとおりである。
【００１４】
（１）鉄系合金部材とアルミニウム系合金部材とが鉄系合金部材側からの入熱により溶接された異種金属溶接接合体であって、前記鉄系合金部材において溶解凝固した鉄系合金溶解凝固部と、前記アルミ合金部材に溶け込んで凝固した鉄系合金溶け込み凝固部と、前記アルミニウム系合金部材において溶解凝固したアルミニウム系合金溶解凝固部とが連続的に一体に構成されてなる溶接凝固部を有するとともに、前記鉄系合金溶け込み凝固部がその表面に複数の突起を有することを特徴とする異種金属溶接接合体。
【００１５】
（２）前記突起の高さが１０〜１５０μｍである請求項１に記載の異種金属溶接接合体。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、優れた接合強度を備えた鉄系合金部材とアルミ系合金部材の異種金属接合体を提供することができる。この溶接法は鉄系合金とアルミ系合金とが直接接合できるため高い生産性を実現でき、かつ強度部材用の５０００系アルミ合金の接合も可能になることより、適用対象部材が拡がり、かつ接合部材強度の向上に繋がる。このように本発明はこの種技術分野における実用性の面で顕著な効果を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明者は鋼などを素材とする鉄系合金部材と５０００系アルミ合金を素材とするアルミ系合金部材の接合について、従来から困難とされてきた溶接法を見直し、実現の可能性があるかどうかを改めて試みることにした。そこで、各種の溶接実験、検討を進めた結果、レーザ溶接などの入熱密度ならびにアスペクト比の高い溶接法を利用して、鉄系合金部材側から入熱して、主としてアルミ系合金部材側から急速に抜熱、冷却することで接合部を急冷凝固させることにより、両部材の接合部を鉄にアルミが過飽和に固溶した過飽和固溶体組織として接合強度を高めることができることを確認し、先に特許出願（特願２００４−２１３４２６）を行った。
【００１８】
さらに継続して実験を行い、これらの結果を総合的に解析したところ、鉄系合金部材側から入熱により溶解し、アルミ系合金部材側からの抜熱、急冷により凝固した鉄系合金部材の領域における鉄系合金の溶解凝固部（鉄系合金溶解凝固部）と、鉄系合金部材の領域で同様に溶解したのちアルミ系合金部材の領域に溶け込んで同様に凝固した鉄系合金の溶け込み凝固部（鉄系合金溶け込み凝固部）とによって構成された溶接凝固部（鉄系合金溶接凝固部）のマクロな凝固プロフィールがその接合強度や品質に重要な影響を与えることを解明し、別途特許出願を行った（特願２００４−３２４０２７）。
【００１９】
そして、上記実験結果についてさらに詳細な解析を行ったところ、上記マクロな凝固プロフィールのみならず、鉄系合金溶け込み凝固部表面のミクロな凝固プロフィールもその接合強度の向上に重要な役割を担っていることが分かった。
【００２０】
さらには、溶解した鉄系合金がアルミ系合金部材に溶け込んで凝固し鉄系合金溶け込み凝固部を形成する際に、その近傍のアルミ系合金も溶解し凝固してアルミニウム系合金凝固部を形成するが、このアルミニウム系合金凝固部がアルミ系合金部材側からの抜熱、急冷により微細化した結晶粒からなる組織を有することが、上述した鉄にアルミが過飽和に固溶した過飽和固溶体組織や鉄系合金溶接凝固部のマクロおよびミクロ凝固プロフィールともあいまって接合体の接合強度や品質に重要な影響を与えることを解明し、本発明を完成させるに至った。
【００２１】
図１に本願発明に係る溶接接合体の模式的な断面図を示している。同図（ａ）は溶接接合体の全体断面図であり、（ｂ）は接合部近傍を拡大した部分断面図である。ここにおいて、１は鉄系合金部材、２はアルミ系合金部材であり、３は両部材の接合面である。この鉄系合金部材１とアルミ系合金部材２にかけてワインカップ状を呈した部分は、本接合体の溶接により溶解、再凝固して形成された溶接凝固部（以下、単に「凝固部」と略称することがある。）を示している。
【００２２】
この溶接凝固部は、鉄系合金部材１の領域において鉄系合金がそのまま溶解、凝固したカップ部に相当する鉄系合金溶解凝固部Ｂと、鉄系合金部材１の領域で溶解した鉄系合金がその後にアルミ系合金部材２の領域に溶け込んで凝固した把持部に相当する砲弾状の鉄系合金溶け込み凝固部Ａと、上記溶解した鉄系合金が侵入したことによりいったん溶解しその後凝固した、上記砲弾状の鉄系合金溶け込み凝固部Ａを包み込むアルミニウム系溶解凝固部Ｇとが、接合面３を貫通し、順次連続した状態で一体的に形成されたものである。
【００２３】
そして、鉄系合金溶け込み凝固部Ａはその表面に複数の突起Ｈを有し、これらの突起Ｈはアルミ系溶解凝固部Ｇに食い込んでいる。
【００２４】
鉄系合金溶解凝固部Ｂは実質的に鉄系合金の固溶体相であり、鉄系合金溶け込み凝固部Ａは鉄系合金にアルミ系合金のアルミが５〜４０％過飽和に固溶した過飽和固溶体相となっており、アルミの固溶量はアルミ系合金部材との境界面近傍で急激に高くなっている。そして、アルミニウム系合金溶解凝固部Ｇは実質的にアルミ系合金である。いずれも、ＥＰＭＡの面分析、ＡＥＳ分析の結果などにより確認されている。鉄系合金溶け込み凝固部Ａとアルミニウム系溶解凝固部Ｇとは鉄系合金部材１とアルミ系合金部材２との実際の溶接接合部となり、その高い接合強度を維持する上で重要な役割を担っている。この接合部には接合強度を著しく低下させる原因となる脆い金属間化合物は実質的に存在しないか、または非常に少ない。この事実もＡＥＳ分析で確かめられている。
【００２５】
また、アルミニウム系合金溶解凝固部Ｇを介して砲弾状にアルミ系合金部材２に食い込んだ鉄系合金溶接接合部（Ａ＋Ｂ）は砲弾状部分全体の１次アンカー効果と、さらにこの砲弾状部の外面（鉄系合金溶け込み凝固部Ａの表面）に形成された複数の突起Ｈからなる微細な凹凸部がアルミニウム系合金溶解凝固部Ｇを介してアルミ系合金部材２の内面に食い込んで生じた２次アンカー効果の両方の作用によりその接合強度が一層高められている。
【００２６】
上記２次アンカー効果を効果的に発揮させるため、鉄系合金溶け込み凝固部Ａ表面のミクロな凝固プロファイルを以下のようにすると良い（図１（ｂ）参照）。
【００２７】
すなわち、突起Ｈの高さｈは、小さすぎると２次アンカー効果が十分に発揮できず、逆に大き過ぎると鉄系合金の溶解量が増加しすぎて冷却速度が低下しアルミ系合金溶解凝固部Ｇの組織の微細化が阻害されるとともにアルミ熱影響部が拡大し却って強度が低下するおそれが高まるため、１０〜１５０μｍ、さらには２０〜１００μｍとするのが好ましい。
【００２８】
また、突起Ｈの幅ｄは、特に限定されないが、その高さｈの０．２〜５倍、さらには０．５〜２倍程度とするのが好ましい。
【００２９】
また、鉄系合金溶け込み凝固部Ａ表面における突起Ｈの個数は、特に限定されないが、接合部断面上において鉄系合金溶け込み凝固部Ａ表面１ｍｍ当たり４〜５０個程度とするのが好ましい。
【００３０】
また、上記１次アンカー効果を効果的に発揮させるため、溶接凝固部のマクロな凝固プロファイルは以下のようにすると良い（図１（ａ）参照）。
【００３１】
すなわち、鉄系合金溶解凝固部Ｂの断面積Ｓ２が鉄系合金溶け込み凝固部Ａの断面積Ｓ１の２．５〜１４倍であること、すなわち、Ｓ２／Ｓ１＝２．５〜１４の関係を満たすことが望ましい。
【００３２】
このＳ２／Ｓ１が２.５未満の条件になると、入熱が不足し、鉄系合金部材１およびアルミ系合金部材２における必要な鉄系合金の溶解量とアルミ系合金に対する溶け込み量を十分に確保できず、鉄系合金にアルミ系合金のアルミが５〜４０％過飽和に固溶した過飽和固溶体相の急冷凝固組織からなる砲弾状の溶け込み凝固部Ａの形成が不十分となりやすい。その結果、鉄系合金部材１とアルミ系合金部材２との接合が不能（未接合）となったり、接合不良が生じ、十分な接合強度を得ることができなくなるおそれが高まる。
【００３３】
いっぽう、Ｓ２／Ｓ１が１４を超える条件では、入熱過剰な状態であり、アルミ系合金部材２における鉄系合金（鋼）の溶解幅（表面幅）及び溶解量が大きくなり過ぎて、このため過剰な金属蒸気の発生により、突沸現象が生じるなどしてアルミ系合金に対する溶け込み量が不安定となり、やはり前記砲弾状の溶け込み凝固部Ａを十分に形成させることができなくなるおそれが高まる。
【００３４】
また、上記条件に加え、鉄系合金溶解凝固部Ｂの表面幅（溶解幅）Ｄが１.９〜２.８ｍｍであることが好ましい。
【００３５】
このＤが１.９ｍｍ未満の発生するケースは２つある。そのひとつは入熱が不足し、アルミ系合金部材２側に食い込ませて接合強度を得るための十分な溶け込み凝固部Ａを形成する鉄系合金の溶湯量を十分に確保できないケースである。この場合、鉄系合金溶湯量が少ないため、鉄系合金とアルミの接合界面の長さが短く、鋼の凝固収縮によって接合界面が剥離し易くなるとともに鉄系合金の食い込みによるアンカー効果が得られにくくなる。もうひとつのケースは単位面積当りの入熱量が過剰な場合である。この場合は過剰な金属蒸気の発生によりキーホールを開放型に維持しにくく、突沸異常や気泡巻き込みが頻発するおそれが高まる。また入熱面の鉄系合金（鋼）の溶解幅（表面幅）が狭いため、アルミ系合金部材２側に食い込んだ溶け込み凝固部Ａの体積減少に伴う凹み異常が発生しやすくなる。
【００３６】
いっぽう、Ｄが２.８ｍｍを越えるケースは入熱が過剰で、アルミ系合金部材２側に食い込む鉄系合金溶湯量が多過ぎて、冷却速度が遅くなり、安定して鉄系合金にアルミ系合金のアルミが５〜４０％過飽和に固溶した過飽和固溶体相を主体とする急冷凝固組織が得にくくなる。前記砲弾状の溶け込み凝固部Ａの１次および２次アンカー効果により、接合強度は得られるが入熱過剰による突沸異常や気泡巻き込み不良、凝固後の凹み異常、溶融鉄の凝固速度が遅くなるため鉄系合金とアルミとの界面における組織が熱影響を受けて強度が低下するなど接合品質が悪化するおそれが高まる。
【００３７】
さらに、鉄系合金溶け込み凝固部Ａの深さＥが０.２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３８】
鉄系合金の溶け込み深さが小さくなれば、鉄系合金とアルミ系合金の接合界面の長さが短くなり、アルミ系合金による抜熱効果の減少による接合部組織の強度劣化と鋼凝固収縮応力による接合界面の剥離が生じる。特に鋼のような鉄系合金とアルミ系合金とではその融点差が１０００℃程度と著しいため、鋼が凝固してからアルミが凝固を終えるまで時間がかかれば、接合界面に脆化層を生じ、接合部剥離が多発する。したがって、鋼の溶け込み深さが０．２ｍｍ未満では接合部剥離が発生しやすくなる。
【００３９】
また、アルミニウム系溶解凝固部Ｇが微細組織で構成されることにより、さらに具体的には粒径３μｍ以下の結晶粒で構成されることで最大限の接合強度と耐食性を確保することができる。
【００４０】
すなわち、アルミニウム系溶解凝固部Ｇの結晶粒を３μｍ以下とすることにより、当該部位の材料特性（強度および耐食性）が母材であるアルミ系合金部材２の１．５倍以上に向上する（伊藤清文：「ＪＲＣＭ  ＲＥＰＯＲＴ／アルミニウム系スーパーメタルの研究開発（終了報告）」，ＪＲＣＭ  ＮＥＷＳ，Ｎｏ．１９０，２００２年８月，ｐ．２〜３参照）。この結果、上記鉄系合金溶接接合部（Ａ＋Ｂ）による１次アンカー効果および突起Ｈによる２次アンカー効果とあいまって接合強度をより高めるとともに、異種材料間で発生しやすい電食反応にも耐えうる耐食性を確保できる。
【００４１】
さらに、アルミニウム系溶解凝固部Ｇの厚みは３０〜１００μｍとするのが好ましい。３０μｍ未満では接合部を引き剥がそうとする力が働いたときに砲弾状の鉄系合金溶接接合部（Ａ＋Ｂ）を支持する力が不足するおそれが高くなり、いっぽう、１００μｍを超えるとアルミ系合金の溶解量が増えてアルミ系合金部材２中の熱影響部が拡大して母材強度が低下するおそれが高くなるためである。
【００４２】
次に本発明接合体の製作に際しての好ましい溶接条件などについて述べる。
【００４３】
まず、溶接方法としては炭酸ガスレーザ溶接、ＹＡＧレーザ溶接などのレーザ溶接法を採用することが有利である。このレーザ溶接法はアーク溶接法などと異なり、入熱密度（１０6Ｗ／ｃｍ2以上）が非常に高く、アスペクト比（溶け込み深さ／溶け込み幅）が極めて高い溶接ビードが得られる特徴がある。したがって、鉄系合金とアルミ系合金の接合部の溶け込み幅を小さくした状態で溶解接合に十分な入熱を瞬時に行うことができるため、入熱後の冷却が急速（冷却速度：１０3Ｋ／ｓ以上）に進行し（「自己冷却」と呼ばれる。）、接合部を急冷凝固させることができ、これにより接合部において、鉄系合金側で０．１μｍ〜１０μｍ程度の微細な急冷凝固組織でかつ過飽和固溶体相を得るとともに、アルミ系合金側で３μｍ以下の微細な急冷凝固組織を得ることができるのである。ちなみに、冷却速度をさらに上昇させて１０4Ｋ／ｓ程度以上とすると、金属組織はアモルファス化する可能性が高くなり、さらに接合強度の上昇、耐腐食性の向上が期待できる。
【００４４】
また、このレーザ溶接によって鉄系合金部材１とアルミ系合金部材２を溶接する場合は、その入熱を、熱反射の少なく、アルミより比重が大きくその自重をうまく利用して溶湯を食い込ませて上記鉄系合金溶け込み凝固部を容易に形成することが可能な、鉄系合金側から行うことが良い。
【００４５】
十分な接合強度が得られるレーザ溶接条件は基本的には高エネルギー密度で鉄側から安定的に入熱し、比較的広い溶解幅を確保しながら溶解した十分の量の鉄を短時間にアルミ側に適量砲弾状に食い込ませ、これにより前述した１次と２次の両方のアンカー効果を発揮する図１の鉄系合金溶け込み凝固部Ａの形成を可能にすることである。この条件を満たすために、図２に示すように、まず、鉄系合金部材（１）側からレーザ光（Ｒ）を照射して入熱を行い、溶融鉄（Ｍ）の内側に生成されたキーホール（Ｋ）内に金属蒸気（Ｖ）が封じ込められないようにし、この蒸気（Ｖ）による突沸を防ぐことが必要になる。また溶融鉄（Ｍ）が飛び散らないよう入熱を調整する必要がある。溶融鉄（Ｍ）がアルミ合金部材（２）に差し込むことにより凝固後鉄側表面に引けによる凹みが発生しやすい。凝固表面の過度な凹み発生を防ぐためには、入熱は溶接深さ方向だけでなく、凝固時に入熱周辺から溶融鉄（Ｍ）量を補充するため、幅方向にも行う必要がある。この幅方向の入熱はキーホール（Ｋ）生成に伴って得られる金属蒸気（Ｖ）を鉄表面上すなわちキーホール（Ｋ）の上方近傍でプラズマ発光させて、ここに発生したプラズマ雲（Ｐ）を継続的に維持させることが重要となる。なお、金属蒸気（Ｖ）をより発散させやすくするため、レーザ溶接に代えて、鉄系合金部材（１）表面を加熱する別の入熱手段を備えたレーザ・アークハイブリッド溶接を採用するのも有力な方法である。ハイブリッド溶接を用いれば上記溶融鉄（Ｍ）量の補充がより効率的に行われるので上記鉄側表面の凹み発生をさらに緩和する効果も得られる。
【００４６】
そして、さらに優れた接合強度を得るために、接合部の冷却速度を１０3Ｋ／ｓ以上に高めて、自己冷却によりアルミ系合金溶解凝固部Ｇを３μｍ以下の結晶粒からなる微細組織にする必要がある。接合部の冷却速度を高める手段としては、溶接速度の上昇、接合部材の質量増加による抜熱量の増加等の手段がある。しかしながら、溶接速度を上昇させるには単位時間当たりの入熱量を増加する必要があり上記溶融鉄（Ｍ）の突沸等の問題が生じるおそれがある。また、鉄系合金部材の質量を増加させるために例えばその厚みを増すと鉄系合金部材を貫通させるために溶接速度を低下させる必要があるので、却って冷却速度が低下する可能性が高く、厚みの代わりに幅や長さを増加させても鉄系合金は熱伝導率がそれほど高くないので十分な冷却速度が得られない。したがって、鉄系合金部材よりも熱伝導度が格段に高いアルミ系合金部材の質量を増加させる（すなわち、厚み、幅、長さのいずれか１つ以上を増加させる）のが最も効果的である。
【００４７】
炭酸ガスレーザ溶接を用いて本発明接合体を製作する具体的な溶接条件としては、入熱の出力を７００〜７７５Ｗとし、溶接速度を３７５〜４００ｍｍ／分とすることが推奨される。
【００４８】
以下に、鋼とアルミの良好な溶解接合品質が得られる本発明を実施例に基づいて詳述する。
【実施例】
【００４９】
ステンレス管（ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６Ｌ）にアルミ棒またはアルミ管（Ａ３００３，Ａ５０５２）を圧入したサンプルをレーザ溶接機（松下溶接システム社製ＹＢ−Ｌ１５０Ａ８，ノズル径φ４またはφ５、溶接速度：４００ｍｍ／分、出力形態：ＣＷ）を用いてステンレスパイプ側からレーザを照射し、溶接接合した。そしてこれらステンレス−アルミ接合体の接合強度および接合品質ならびにアルミ系合金溶解凝固部の結晶粒径および厚みを調査した結果を表１に示す。なお、接合強度および接合品質の評価基準は下記のとおりである。
【００５０】
［接合強度］
◎：母材破断、○：継ぎ手効率７５％以上、△：継ぎ手効率２０％以上、７５％未満、×：未接合または継ぎ手効率２０％未満。
【００５１】
［接合品質］
◎：接合界面が連続した特異組織からなり、かつ気泡欠陥、凹み異常、引け異常がないもの、○：接合界面が連続した特異組織からなるが、微小な気泡、凹み、引けの欠陥を有するもの、△：部分的に接合界面が特異組織からなるもの、×：未接合または接合界面が脆い化合物からなるもの。
【００５２】
表１の実験結果から、鉄系合金溶解凝固部表面に複数の突起を有する実施例（Ｎｏ．１〜５、１１、１２、１５、１６）については、Ｎｏ．５を除いて接合界面が良好で、引張試験においてすべて母材破断に至っており、優れた接合強度と接合品質を有していることが分かる。また、Ｎｏ．５は母材破断するほどの接合強度は得られていないものの、溶接が簡単にできることを考慮すればスポット溶接には適するものである。
【００５３】
いっぽう、未接合等のため突起の有無の観察が不能または不実施であった比較例（Ｎｏ．６〜１０、１３，１４，１７）においてはそのほとんどが接合強度および接合品質ともに不良な結果を示した。
【００５４】
以下に、接合強度および接合品質とも良好であった実施例２の溶接接合体について、接合部をＥＰＭＡでＡｌ面分析した結果を示す。
【００５５】
図３に示すように、マクロ的に見て砲弾状の鉄系合金溶解凝固部がアルミ部材に食い込むとともに、この鉄系合金溶解凝固部の表面には数十μｍ〜１００μｍ程度の高さの突起が多数存在し、ミクロ的に見てもこれら多数の突起がアルミ部材に食い込み、接合強度をより高めているのが分かる。
【表１】
2006320954.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る溶接接合体の模式的な断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は接合部近傍の拡大部分断面図である。
【図２】本発明におけるレーザ溶接による鉄系合金部材とアルミ系合金部材の接合時の状態を示す模式図である。
【図３】実施例における接合部のＥＰＭＡ面分析によるＡｌ分布を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１：鉄系合金部材  ２：アルミニウム系合金部材  ３：接合面
Ａ：鉄系合金溶け込み凝固部  Ｂ：鉄系合金溶解凝固部
Ｃ：鉄系合金溶け込み表面幅  Ｄ：鉄系合金溶解凝固部の表面幅
Ｅ：鉄系合金溶け込み凝固部の深さ  Ｆ：鉄系合金部材の板厚
Ｇ：アルミニウム系合金溶解凝固部  Ｈ：突起
Ｒ：レーザ光  Ｍ：溶融鉄  Ｋ：キーホール  Ｖ：金属蒸気
Ｐ：プラズマ雲
ｈ：突起の高さ  ｄ：突起の幅
【図１】
2006320954.tif 000004
【図２】
2006320954.tif 000005
【図３】
2006320954.tif 000006