(57)【要約】【課題】  接合強度の高いスポット溶接をなしうる、鋼材とアルミニウム材との接合体及びそのスポット溶接法を提供することを目的とする。【解決手段】  鋼材１とアルミニウム材２とをスポット溶接にて接合した異材接合体３であって、鋼材１の引張強度が400MPa以上で、かつ板厚t1が0.3 〜2.5mmの範囲であるとともに、鋼材１表面の酸化皮膜４中に含まれるMnとSiとの各量が、この鋼材１中に含まれるMnとSiとの各量に比して、各々2 倍以上濃化しており、アルミニウム材２の板厚t2が0.5 〜2.5mm の範囲であって、スポット溶接におけるナゲット５の径が、前記板厚t2との関係で、4 ×t20 .5〜7 ×t20.5 の範囲であることとする。【選択図】        図１
2005152958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材とアルミニウム材とをスポット溶接にて接合した異材接合体であって、前記鋼材の引張強度が400MPa以上で、かつ板厚t1が0.3 〜2.5mm の範囲であるとともに、鋼材表面の酸化皮膜中に含まれるMnとSiとの各量が、この鋼材中に含まれるMnとSiとの各量に比して、各々2倍以上濃化しており、前記アルミニウム材の板厚t2が0.5 〜2.5mm の範囲であって、前記スポット溶接におけるナゲット径が、前記板厚t2との関係で、4 ×t20.5 〜7 ×t20.5 の範囲であることを特徴とする鋼材とアルミニウム材との異材接合体。
【請求項２】
前記スポット溶接部におけるアルミニウム材の最小残存板厚が、前記元の板厚t2の50%以上である請求項１に記載の鋼材とアルミニウム材との異材接合体。
【請求項３】
請求項１または２の鋼材とアルミニウム材との異材接合体のスポット溶接方法であって、アルミニウム材の板厚t2との関係で、ナゲット径が4 ×t20.5 〜7 ×t20.5 の範囲となるように、10kA以上の電流を100 ×t2msec以下流すことを特徴とする鋼材とアルミニウム材との異材接合体のスポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、鉄道車両などの輸送分野、機械部品、建築構造物等の構造部材などとして好適な、鋼材とアルミニウム材との異材接合体と、異材接合体の接合に必要な接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接は、一般には同種の金属部材同士を接合するが、例えば鉄系材料（以下、単に鋼材と言う）とアルミニウム系材料（純アルミニウムおよびアルミニウム合金を総称したもので、以下、単にアルミニウム材と言う）という異種の金属部材の接合( 異材接合体) に適用することができれば、軽量化等に著しく寄与することができる。
【０００３】
しかし、鋼材とアルミニウム材とを接合する場合、接合部に脆い金属間化合物が生成しやすいために信頼性のある高強度を有する接合部( 接合強度) を得ることは非常に困難であった。したがって、従来では、これら異種接合体（異種金属部材）の接合にはボルトやリベット等による接合がなされているが、接合継手の信頼性、気密性、コスト等の問題がある。
【０００４】
そこで、従来より、これら異種接合体のスポット溶接法について多くの検討がなされてきている。例えば、アルミニウム材と鋼材の間に、アルミニウム−鋼クラッド材をインサートする方法が提案されている（特許文献１、２参照）。また、鋼材側に 融点の低い金属をめっきしたり、インサートしたりする方 法が提案されている（特許文献３、４、５参照）。更に、アルミニウム材と鋼材の間に絶縁体粒子を挟む方法（特許文献６参照）や、部材に予め凹凸を付ける方法（特許文献７参照）なども提案されている。
【特許文献１】特開平６−６３７６３号公報
【特許文献２】特開平７−１７８５６３号公報
【特許文献３】特開平４−２５１６７６号公報
【特許文献４】特開平７−２４５８１号公報
【特許文献５】特開平４−１４３８３号公報
【特許文献６】特開平５−２２８６４３号公報
【特許文献７】特開平９−１７４２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらいずれの方法も、単なるスポット溶接ではなく、多層でのスポット溶接やめっきや加工など別の工程が必要であり、現状の溶接ラインに新たな設備を組み入れなければならない問題があり、溶接コストも高くなる。また、溶接条件が著しく限定されるなど作業上の問題も多い。
【０００６】
また、これらいずれの方法も、素材である鋼材側やアルミニウム材の因子の影響を考慮しておらず、スポット溶接条件を改善しても、素材の種類や、素材側の因子のばらつきによって、接合強度には大きな差異が生じるため、再現性に乏しいという大きな問題もある。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、上記したクラッド材などの他の材料を新たに用いることなく、また、新たな別工程を必要とすることなく、接合強度の高いスポット溶接をなしうる、鋼材とアルミニウム材との接合体及びそのスポット溶接法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための、本発明における鋼材とアルミニウム材との異材接合体の要旨は、鋼材とアルミニウム材とをスポット溶接にて接合した異材接合体であって、前記鋼材の引張強度が400MPa以上で、かつ板厚t1が0.3 〜2.5mm の範囲であるとともに、鋼材表面の酸化皮膜中に含まれるMnとSiとの各量が、この鋼材中に含まれるMnとSiとの各量に比して、各々2倍以上濃化しており、前記アルミ ニウム材の板厚t2が0.5 〜2.5mm の範囲であって、前記スポット溶接におけるナゲット径が、前記板厚t2との関係で、4 ×t20.5 〜7 ×t20.5 の範囲であることとする。
【０００９】
また、上記目的を達成するための、本発明における鋼材とアルミニウム材との異材接合体のスポット溶接方法の要旨は、上記アルミニウム材との異材接合体のスポット溶接方法であって、アルミニウム材の板厚t2との関係で、ナゲット径が4×t20.5〜7×t20.5の範囲となるように、10kA以上の電流を100×t2msec以下流 すこととする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明者らは、上記従来技術の問題点を解決するために、スポット溶接による異材接合の際の、素材条件の影響、特に、鋼材の強度や酸化皮膜に着目して鋭意研究を重ねた。その結果、スポット溶接において、鋼材の表面の酸化皮膜と接合強度とに密接な関係があること、すなわち、溶融したアルミニウムと接触する、鋼材の表面の酸化皮膜の組成乃至性状を制御すれば、スポット溶接における接合強度が向上することを知見した。
【００１１】
即ち、スポット溶接における加圧によっても、鋼材の変形が小さく、酸化皮膜が容易に破壊されないことが、異材接合の際の接合強度の向上に有効であることを見出した。そして、このスポット溶接における加圧によって、鋼材の変形が小さく、酸化皮膜が破壊されない手段として、本発明では、鋼材の高強度化と、鋼材の酸化皮膜中にMnやSiを濃化させることを選択した。
【００１２】
更に、鋼材とアルミニウム材との異材接合体のスポット溶接方法について、一般に、高い接合強度にてスポット溶接するには、ナゲットの形成を促進すれば良い。ナゲット径が大きいほど剪断強度および十字引張強度ともに高くなることが知られている。また、ナゲット径は入熱量と関係があり、電流量が高いほど、時間が長いほど大きくなる。このため、一般的には、入熱量にてナゲット径を制御することによって接合強度の高い接合体を得る。勿論、ナゲット径が大きくなりすぎると、被溶接材料の表面まで溶融が達してチリができるため  、適正なナゲット径を得ることが重要となる。
【００１３】
しかしながら、鋼材とアルミニウム材との異材を接合する場合、鋼はアルミニウムと比較して融点、電気抵抗が高く、熱伝導率が小さいため、鋼材側の発熱が大きくなり、まず低融点のアルミニウムが溶融する。次に鋼材の表面が溶融し、結果として界面にて、Al-Fe系の脆い金属間化合物層が形成するため、高い接合強度は得られない。
【００１４】
更に、アルミニウム材表面まで溶融が達してチリができると、アルミニウム材の減肉量が増大し、高い接合強度が得られない。すなわち、高い接合強度を得るためには、ある程度のナゲット径を形成する高い入熱量を加えることは必要であるが、それに反して接合界面にて鋼材の溶融を最小限に抑制し、かつチリの発生を最小量に抑える必要がある。また、それに加えて、界面に形成する金属間化合物層の脆化を抑制できれば更に良い。
【００１５】
このため、鋼材とアルミニウム材との異材を接合する場合、スポット溶接条件については、高電流で短時間の溶接とすることが、大きいナゲット径を得つつ、チリの発生を抑制できることを知見した。また、このような効果に加え、接合界面での鋼材の溶融を抑えることができ、その結果、界面反応層を薄くすることができ、接合強度が高くなることも知見した。逆に、長時間の溶接とすると、大きいナゲット径は得られるが、チリの発生によりアルミニウム材の減肉量が大きい。さらに、接合界面にて鋼材の溶融が大きくなって、界面反応層も厚くなるため、接合強度が低い。
【００１６】
以上のように、本発明は、スポット溶接による異材接合の際の、素材条件である鋼材の強度と酸化皮膜を制御して、接合強度を向上させる。また、スポット溶接条件については、高電流で短時間の溶接として、接合強度を向上させる。この結果、鋼材とアルミニウム材との異種接合体において、前記従来技術のような、他の材料を新たに用いることなく、また、新たな別工程を必要とすることなく、接合強度の高いスポット溶接をなしうる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（異種接合体）
図１に本発明で規定する異種接合体を断面図で示す。図１において、３が鋼材( 鋼板) １とアルミニウム材(アルミニウム合金板)２とをスポット溶接にて接合した異材接合体である。４は鋼材１表面の酸化皮膜である。５はスポット溶接における界面反応層６を有するナゲットで、図中に水平方向に矢印で示すナゲット径を有する。t1は鋼材の板厚、t2はアルミニウム材２の板厚、Δtはスポット溶接による接合後のアルミニウム材の最小残存板厚を示す。この図１は、後述する実施例における発明例のように、ナゲット径を確保しつつ、チリの発生を抑制してアルミニウム材の最小残存板厚を保持し、さらに鋼材の溶融を最小限に抑えた接合状態を示している。
【００１８】
以下に、本発明の各要件の限定理由と、その作用について説明する。
（鋼材の引張強度）
本発明においては、使用する鋼材の形状や材料を特に限定するものではなく、構造部材に汎用される、あるいは構造部材用途から選択される、鋼板、鋼形材、鋼管などの適宜の形状、材料が使用可能である。ただ、鋼材の引張強度が400MPa以上であり、板厚t1が0.3 〜2.5mm であることが必要である。
【００１９】
鋼材の強度について、引張強度が400MPa未満の場合、スポット溶接による加圧によって鋼材の変形（板厚方向）が大きく、酸化皮膜が容易に破壊される。このため、前記した通り、溶融アルミニウムとの反応が促進される。その結果、脆い金属間化合物が形成しやすくなる。
【００２０】
また、軟鋼では一般に低合金鋼が多く、酸化皮膜が鉄酸化物からなるため、FeとAlの拡散が容易となり、脆い金属間化合物が形成しやすい。このためにも引張強度が400MPa以上であることが必要であり、望ましくは500MPa以上であると良い。
【００２１】
本発明では、鋼材の成分を限定するものではないが、上記鋼材の強度を得るためには高張力鋼（ハイテン）であることが好ましい。また、鋼の成分的には、焼き入れ性を高め、析出硬化させるために、Cの他に、Cr、Mo、Nb、V、Tiなどを選択的に含有する鋼も適用できる。Cr、Mo、Nbは焼き入れ性を高めて強度を向上させ、V、Tiは析出硬化によって強度を向上させる。しかしながら、これら元素の多量添加は、溶接部周辺の靭性を低下させ、ナゲット割れが生じやすくなる。このため、鋼の成分として、基本的には、質量% で、C ：0.05〜0.5%、Mn:1〜2.5%、Si:0.5〜1.5%を含み、更に、Cr：0 〜1%、Mo：0 〜0.2%、Nb：0 〜0.1%、V ：0 〜0.1%、Ti：0 〜0.1%の一種または二種以上を、必要により選択的に含有させることが好ましい。そして、これら鋼材の残部組成は、Feおよび不可避的不純物からなることが好ましい。
（鋼材の板厚）
本発明では、鋼材の板厚t1が0.3 〜2.5mm である接合体であることが必要である。鋼材の板厚t1が0.3mm 未満の場合、前記した構造部材や構造材料として必要な強度や剛性を確保できず不適正である。また、それに加えて、スポット溶接による加圧によって、鋼材の変形が大きく、酸化皮膜が容易に破壊されるため、アルミニウムとの反応が促進される。その結果、金属間化合物が形成しやすくなる。一方、2.5mm を越える場合は、前記した構造部材や構造材料としては、他の接合手段が採用されるため、スポット溶接を行って接合する必要性が少ない。このため、鋼材の板厚t1を2.5mm を超えて厚くする必要性はない。
（鋼材の酸化皮膜）
鋼材表面の酸化皮膜4中のMn、Siの各含有量は、母材鋼材中のMn、Si各含有量に対して、各々2倍以上に濃化していることが必要である。
【００２２】
これら酸化皮膜中のMn、Siの作用は定かではないが、鋼材表面の酸化皮膜には、元々、溶融アルミニウムと鋼材との接触を遅らせるバリアー効果がある。ここで、酸化皮膜中にMnやSiが濃化するほど、この酸化皮膜のバリアー効果が著しく大きくなるものと推察される。即ち、MnやSiは酸化皮膜を強固にし、スポット溶接の加圧による、破壊を抑制していると推考される。
【００２３】
更に、酸化皮膜中のこれらMn、Siは、酸化皮膜自体が破壊された後も溶融して、接合界面において、FeとAlの拡散を妨害し、脆い金属間化合物の形成を最小限に抑える効果もあると推考される。
【００２４】
酸化皮膜中のMn、Siの各含有量が、鋼材のMn、Siの各含有量の各々２倍未満の濃化では、これらの効果が少なくなり、接合強度を高めることができない。酸化皮膜中のMn、Si量は、鋼材中のMn、Si量に依存する。この点、酸化皮膜中のMn、Si濃化の効果を高めるためには、酸化皮膜中のMn、Si濃化量が高いほど良く、そのためには、鋼材中にMn、Siが多く含まれるほどよい。しかし、一方で、鋼材中のMn、Siの多量の含有( 添加) は、溶接部周辺の鋼材靭性を低下させて、ナゲット割れが生じやすくなる。このために、鋼材のMnについては1 〜2.5%の範囲の含有 が好ましく、Siについては0.5 〜1.5%の範囲の含有が好ましい。
【００２５】
なお、酸化皮膜中のMn、Si濃化量を高めるために、鋼材中のMn、Si量は低く抑えて、鋼材表面のみに、MnやSiを濃化させたりしても良い。                              
【００２６】
酸化皮膜中のMn、Si濃化の程度は、鋼材断面からのTEM-EDX 分析によって分析が可能である。本発明では、酸化皮膜中の酸素を除いたMn、Siの成分比を換算し、もとの鋼材中のMn、Si成分比との比較によって、Mn、Siの濃化の程度を計算するものとする。                
【００２７】
一般に、鋼材は圧延時、連続焼鈍されるが、その際、酸化皮膜の形成をなるべく抑制するように条件を設定されている。また、酸化皮膜が形成しても、通常は、続く酸洗工程により除去される。本発明では、鋼材の製造条件を限定するものではないが、例えば、800 〜900 ℃にて焼鈍後、水冷を行うことによって、MnやSiを濃化した酸化皮膜を形成できる。また、更に酸洗を行わないか、もしくは酸洗しても酸化皮膜を完全には除去しないことによって、本発明で規定したMnやSiを濃化させた酸化皮膜の鋼材が得られる。この他、MnやSiの濃化の程度を制御するには、前記した通り、元の鋼材中のMn、Si含有量にもよるが、前記焼鈍温度や時間、あるいは雰囲気などを制御することによっても可能である。
【００２８】
MnやSiを濃化した酸化皮膜の膜厚は数十nm〜1 μm 程度で良く、極端に酸化皮膜を厚くせずとも良い。本発明で規定したMnやSiを濃化させた酸化皮膜であれば、この程度の膜厚で、上記バリアー効果を得ることができる。また、これらの厚さ、成分の酸化皮膜であれば、溶接に悪影響を及ぼさず、上記バリアー効果を得ることができる。この点が、鋼材側の酸化皮膜の制御という比較的簡単な操作によって、鋼材側や溶接側のこれまでの条件や方法を大きく変えずに、接合強度の高いスポット溶接をなしうる、本発明の効果でもある。
【００２９】
(アルミニウム材) 
本発明で用いるアルミニウム材は、その合金の種類や形状を特に限定するものではなく、各構造用部材としての要求特性に応じて、汎用されている板材、形材、鍛造材、鋳造材などが適宜選択される。ただ、アルミニウム材の強度についても、上記鋼材の場合と同様に、スポット溶接時の加圧による変形を抑えるために高い方が望ましい。この点、アルミニウム合金の中でも強度が高く、この種構造用部材として汎用されている、A5000 系、A6000 系などの使用が最適である。
【００３０】
ただ、本発明で使用するこれらアルミニウム材の板厚t2は0.5 〜2.5mm の範囲とする。アルミニウム材の板厚t2が0.5mm 未満の場合、構造材料としての強度が不 足して不適切であるのに加え、ナゲット径が得られず、アルミニウム材料表面まで溶融が達しやすくチリができやすいため、高い接合強度が得られない。一方、アルミニウム材の板厚t2が2.5mm を越える場合は、前記した鋼材の板厚の場合と 同様に、構造部材や構造材料としては他の接合手段が採用されるため、スポット溶接を行って接合する必要性が少ない。このため、アルミニウム材の板厚t2を2.5mm を超えて厚くする必要性はない。
【００３１】
(ナゲット径) 
スポット溶接におけるナゲット径は、アルミニウム材の板厚t2との関係で、4 ×t20.5 〜7×t20.5 の範囲となるようにスポット接合する。言い換えると、ナゲット径が4 ×t20.5 〜7 ×t20.5 の範囲となるようにスポット溶接条件を選定することが必要である。         
【００３２】
従来から、同種の金属材料をスポット溶接する際には、金属材料t に対して、5 ×t0.5とすることが強度的にも作業性からみても、経済性からみても最適であるとされている。しかし、本発明のような異種金属材料同士の接合については報告が無い。この点、本発明者らは、スポット溶接におけるナゲット径が、アルミニウム材の板厚t2との関係で、4 ×t20.5 〜7 ×t20.5 の範囲であると十分な接合強度が得られ、さらに作業性、経済性ともに優れることを、新たに明らかにした。
即ち、本発明のような異種金属材料同士の接合の場合、最適ナゲット径は、アルミニウム材の板厚に依存しており、鋼材の板厚の影響は無視できるほど小さい。また、同種の金属材料のスポット溶接時の最適ナゲット径よりも大きい方に広く最適範囲が存在する。
【００３３】
ここで、ナゲット径が4 ×t20.5 未満では、ナゲット径が小さく、接合強度が不十分である。また、ナゲット径が7 ×t20.5 を越えると、ナゲット径は接合強度を得るのに十分であるが、チリが発生しやすく、アルミニウム材の減肉量が多いため、逆に接合強度が低下する。即ち、ナゲット径は4 ×t20.5 〜7 ×t20.5 の範囲とする必要があり、好ましくは5 ×t20.5 〜7 ×t20.5 の範囲とするのが良い。
【００３４】
(アルミニウム材の減肉量) 
上記した通り、接合強度を確保する意味で、スポット溶接による接合後のアルミニウム材の減肉量できるだけ小さく、最小残存板厚Δt が元厚t2の50% 以上であることが望ましい。より望ましくは最小残存板厚Δt が元厚t2の90% 以上であることが良い。このアルミニウム材の最小残存板厚Δt は、断面より光学顕微鏡またはSEM にて観察し、板厚減肉長さを測定し、元の板厚との差を取って求める。
【００３５】
(スポット溶接) 
図２に異種接合体を得るためのスポット溶接の一態様を例示する。図2 において、１は鋼板、２はアルミニウム合金板、３は異種接合体、５はナゲット、７と８は電極である。
【００３６】
スポット溶接条件としては、ナゲット径が上記規定範囲となるように、調整した10kA以上の電流を、アルミニウム材の板厚t2との関係で、100 ×t2msec以下流すことが必要である。
【００３７】
前記した通り、高電流で短時間のスポット溶接が、ナゲット径の確保、チリの低減、界面反応層の低減をいずれも満たす。10kA未満の低電流の場合、ナゲッ  トが形成、成長するのに十分な入熱量が得られない。ナゲット径を本発明の規定範囲内に保持するには、10kA以上に電流量を大きく増加することが必要である。また、100 ×t2msecを超える長時間の場合、ナゲット径は確保できるが、チリの発生や界面反応層の成長をもたらすため、接合強度が低くなる。
【００３８】
なお、通常の同種金属での溶接と同様に、接合される鋼材やアルミニウム材の板厚の増加に伴って、上記各範囲内で、通電時間のみならず、電流量も増加させることが好ましい。
【００３９】
スポット溶接時の加圧力については、特に規定するものではないが、異種材料間、電極と材料間の電気的接触を安定化し、ナゲット内の溶融金属をナゲット周辺の未溶融部で支え、さらにチリの発生を抑制するために、ある程度高い加圧力を必要とする。ただし、加圧力を増加するとナゲット径が小さくなる傾向にあるので、それに伴って電流量を増加する必要がある。
【００４０】
スポット溶接の電極形状については、特に規定するものではないが、特にアルミニウム材側の電極８については、Ｒの大きいＲ型形状の電極が、通電初期の電流効率を上げるために望ましい。鋼材側の電極７はドーム型などのＲ型でもＦ型でも構わないが、同様にＲの大きい方が望ましい。また、極性についても規定するものではないが、直流スポット溶接を用いる場合は、アルミニウム材側を陽極とし、鋼材側を陰極とする方が望ましい。
【００４１】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより、下記実施例によって制限を受けるものではなく、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例１】
【００４２】
表１に示す化学成分（質量％）を含有する供試鋼を溶製し、1.2mm の板厚となるまで圧延を行い、薄鋼板を得た。連続焼鈍においては、500 〜1000℃の焼鈍後、油洗または水洗を行い、その後焼き戻しにより各供試鋼の目標強度に調整した。その後、硫酸中での酸洗時間を変え、酸化皮膜の厚みと酸化皮膜中のMn、Si濃化度とを制御した。
【００４３】
焼鈍温度と酸洗時間については、予め、断面からのTEM-EDX により、酸化皮膜中のMn、Si濃化度を調査し、濃化度が1.0 、1.5 、2.0 、3.0 となるように調節した。
【００４４】
酸化皮膜中のMn、Si濃化度は、酸化皮膜部のEDXによる定量分析を３点実施し、酸素のみを除いてMn、Siの成分比を再換算し、もとの鋼材のMn、Si成分比との比を計算し、平均化した。なお、本実施例では、Mn、Siは両者同程度に濃化し、特に片方のみが濃化することは無かった。また、アルミニウム材については板厚1mmの市販のA6022アルミニウム合金板を用いた。
【００４５】
これら鋼板( 鋼材) とアルミニウム合金板( アルミニウム材) とをJIS A 3137記載の十字引張試験片形状に加工した上で、スポット溶接を行い、異種接合体を作成した。
【００４６】
スポット溶接には、直流抵抗溶接試験機を用い、加圧力1.5kN とし、表２で示す溶接電流、時間にて一点の溶接を行った。Cu-Cr 合金からなるドーム型の電極を用い、陽極をアルミニウム材、陰極を鋼材とした。
【００４７】
アルミニウム材の最小残存板厚の評価は、スポット溶接後のサンプルを、溶接部の中央にて切断し、樹脂に埋め込み、研磨をし、光学顕微鏡を用い、板厚を３点測定し、平均化して求めた。
【００４８】
ナゲット径の評価は、十字引張試験後の異種接合体のサンプルを用い、JIS A 3137記載の方法を用いて鋼材側にて測定した。なお、本実施例では鋼材の酸化皮膜の差異によっては、ナゲット径、アルミニウム材の最小残存板厚はほとんど変化しなかった。
【００４９】
接合強度の評価としては、異種接合体の十字引張試験を実施した。十字引張試験は、A6022材同士の接合強度＝1.0kN を基準にして、0.9kN 以上であれば◎、0.7 〜0.9kN であれば○、0.5〜0.7kN であれば△、0.5kN未満であれば×とした。
【００５０】
なお、本実施例にて、接合強度の評価に十字引張試験を用いたのは、十字引張試験の方が、試験条件間での差異が大きかったためである。スポット溶接部は接合面に対して垂直方向の接合強度の方が、接合面に対して水平方向の接合強度に比して、強度が弱い。このため、接合面に対して水平方向に引っ張る剪断引張試験結果が良くても、接合面に対して垂直方向に引っ張る十字引張試験の結果が良いとは限らない。一方、十字引張試験の結果が良ければ、剪断引張試験結果の方も良いと言える。本実施例にても、剪断引張試験してみた結果は、上記十字引張試験結果と合致しており、十字引張試験にて○、◎の評価を得たものは、いずれも2.5kN 以上の高い剪断強度であった。
【００５１】
表1 の各鋼種とA6022 材とのスポット溶接後の異種接合体の十字引張試験結果を表３〜６に示す。
【００５２】
表３〜６より、鋼材の引張強度が400MPa未満では接合強度が劣り、鋼材の引張強度が400MPa以上、望ましくは500MPa以上あると、接合強度が高くなることがわかる。また、鋼材表面に有している酸化皮膜中のMn、Si量が2倍以上に濃 化すると接合強度が高くなり、この濃化度が2倍未満では、接合強度が劣ることがわかる。更に、ナゲット径が4 ×t20.5 〜7 ×t20.5 であると、接合強度が高くなることがわかる。そして、アルミニウム材の最小残存板厚が元厚の50% 以上であると、接合強度が更に高くなることもわかる。
【００５３】
そして、接合強度が高くなるようなスポット溶接条件は、電流値が10kA以上であり、接合時間が100 ×t2msec以下（実施例ではアルミ材の板厚が1mm であるから、接合時間は100msec以下）であることが望ましいことがわかる。
【００５４】
したがって、これらの実施例の結果から、本発明で規定する各要件の臨界的な意義が分かる。
【００５５】
【表１】
2005152958.tif 000003
【００５６】
【表２】
2005152958.tif 000004
【００５７】
【表３】
2005152958.tif 000005
【００５８】
【表４】
2005152958.tif 000006
【００５９】
【表５】
2005152958.tif 000007
【００６０】
【表６】
2005152958.tif 000008
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、クラッド材などの他材料を入れることなく、また別工程を入れることなく、更に、鋼材側やアルミニウム材側、あるいはスポット溶接側条件を大きく変えることなく、接合強度の高いスポット溶接をなしうる、鋼材とアルミニウム材との異種接合体を提供できる。このような接合体は、自動車、鉄道車両などの輸送分野、機械部品、建築構造物等における各種構造部材として大変有用に適用できる。したがって、本発明は鋼材とアルミニウムとの異種接合体の用途を大きく拡大するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の異種接合体を示す断面図である。
【図２】異種接合体を得るためのスポット溶接の態様を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：鋼板、２：アルミニウム合金板、３：異種接合体、４：酸化皮膜、
５：ナゲット、６：界面反応層、７、８：電極  
【図１】
2005152958.tif 000009
【図２】
2005152958.tif 000010