(57)【要約】【課題】安定したアークを発生し、良好なビード外観を得ることができる異材接合体の製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム合金材と鋼材とで継手を形成する工程と、前記アルミニウム合金材と前記鋼材との溶接位置に溶加材を供給しつつ、非消耗電極を備える溶接トーチからアークを発生させてＴＩＧ溶接を行う工程と、を有し、前記非消耗電極を直流電源の負極に接続すると共に前記溶加材を前記直流電源の正極に接続して通電し、前記ＴＩＧ溶接を行い、異材接合体を製造する。この異材接合体の製造方法では、前記溶接トーチが備えるガスノズルを前記直流電源の正極に接続してもよく、また、前記アルミニウム合金材を前記直流電源の正極に接続してもよい。【選択図】図２
2016016413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金材と鋼材とで継手を形成する工程と、
前記アルミニウム合金材と前記鋼材との溶接位置に溶加材を供給しつつ、非消耗電極を備える溶接トーチからアークを発生させてＴＩＧ溶接を行う工程と、を有し、
前記非消耗電極を直流電源の負極に接続すると共に前記溶加材を前記直流電源の正極に接続して通電し、前記ＴＩＧ溶接を行う異材接合体の製造方法。
【請求項２】
前記溶接トーチは、ガスノズルを備え、
該ガスノズルを前記直流電源の正極に接続して前記ＴＩＧ溶接を行う請求項１に記載の異材接合体の製造方法。
【請求項３】
前記アルミニウム合金材を前記直流電源の正極に接続して前記ＴＩＧ溶接を行う請求項１又は２に記載の異材接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異材接合体の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、アルミニウム合金材と鋼材とで継手を形成し、ＴＩＧ溶接を行うことでアルミニウム合金材と鋼材とを接合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、鉄道、船舶及び航空機などの輸送機器の構造体や建築構造体において、環境負荷低減や燃費低減の観点から、軽量化が求められている。一方、自動車の車体などにおいては衝突時の安全性を高めることも追求されており、軽量化と併せて安全性を高めることも検討されている。このため、自動車の車体構造などに対しては、鋼材に加えて、軽量でエネルギー吸収性にも優れたアルミニウム合金材を部分的に適用することが種々検討されている。
【０００３】
アルミニウム合金材と鋼材との異材接合を溶接により行う場合、アルミニウム合金材と鋼材との互いの接合界面において、高硬度で非常に脆いＦｅとＡｌとの金属間化合物層の生成が起こり、これが原因で十分な接合強度が得られないことがある。
【０００４】
そのような実情の中、例えば特許文献１には、「アルミニウム合金材を鋼材上に重ねた継手を形成し、前記アルミニウム合金材を正極として、フラックスコアードワイヤを用いて、直流ＴＩＧ溶接にて線接合する異材接合方法」に関する技術が開示されている。この特許文献１に開示された技術では、ＴＩＧ溶接に用いるタングステン電極の形状、及び溶接時における向きを特定のものとすることにより、高い接合強度などを得ようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８３５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、アルミニウム合金材と鋼材とで継手を形成してＴＩＧ溶接する際に、ＴＩＧ溶接に用いる溶接トーチから発生されるアークがぶれたり、ふらついたりして、安定しないという問題が生じることを見出した。そして、本発明者らは、このような不安定なアークが発生するＴＩＧ溶接により、アルミニウム合金材と鋼材とを接合すると、良好なビード外観を得ることができないとの知見を得た。
【０００７】
そこで本発明は、安定したアークを発生し、良好なビード外観を得ることができる異材接合体の製造方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、アルミニウム合金材と鋼材とで継手を形成する工程と、前記アルミニウム合金材と前記鋼材との溶接位置に溶加材を供給しつつ、非消耗電極を備える溶接トーチからアークを発生させてＴＩＧ溶接を行う工程と、を有し、前記非消耗電極を直流電源の負極に接続すると共に前記溶加材を前記直流電源の正極に接続して通電し、前記ＴＩＧ溶接を行う異材接合体の製造方法を提供する。
前記溶接トーチは、ガスノズルを備え、該ガスノズルを前記直流電源の正極に接続して前記ＴＩＧ溶接を行ってもよい。
前記アルミニウム合金材を前記直流電源の正極に接続して前記ＴＩＧ溶接を行ってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、安定したアークを発生し、良好なビード外観を得られる異材接合体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る異材接合体の製造方法を説明するためのフローチャート図である。
【図２】本発明の実施形態に係る異材接合体の製造方法を説明するための一構成例を示す図である。
【図３Ａ】アルミニウム合金材と鋼材との継手形状の一構成例を説明するための図であり、アルミニウム合金材と鋼材とをＴＩＧ溶接により接合した異材接合体を上方から視た平面図である。
【図３Ｂ】アルミニウム合金材と鋼材との継手形状の一構成例を説明するための図であり、アルミニウム合金材と鋼材とをＴＩＧ溶接により接合した異材接合体を図３Ａ中のブロック矢印Ａ方向から視た側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る異材接合体の製造方法において採用し得る、溶加材の配置を説明するための図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る異材接合体の製造方法において採用し得る、非消耗電極（溶接トーチ）の前進角を説明するための図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る異材接合体の製造方法において採用し得る、非消耗電極（溶接トーチ）のベベル角を説明するための図である。
【図６Ａ】実施例及び比較例で用いたアルミニウム合金材及び鋼材の形状及び寸法、並びにそれらの継手形状を説明するための図であり、アルミニウム合金材と鋼材とをＴＩＧ溶接により接合した異材接合体を上方から視た平面図である。
【図６Ｂ】実施例及び比較例で用いたアルミニウム合金材及び鋼材の形状及び寸法、並びにそれらの継手形状を説明するための図であり、アルミニウム合金材と鋼材とをＴＩＧ溶接により接合した異材接合体を図６Ａ中のブロック矢印Ａ方向から視た側面図である。
【図７】実施例１で製造した異材接合体のビード外観を撮影した図面代用写真である。
【図８】実施例２で製造した異材接合体のビード外観を撮影した図面代用写真である。
【図９】実施例２で製造した異材接合体の接合部の断面を撮影した図面代用写真である。
【図１０】比較例１による製造物のビード外観を撮影した図面代用写真である。
【図１１】溶接トーチから発生されるアークが安定しない状態を説明するための図である。
【図１２】図１１に示すような不安定なアークにより、アルミニウム合金材と鋼材とのＴＩＧ溶接を行った際の異材接合体のビード外観の一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず本発明者らが本発明を完成するに至るまでの概略過程を図１１及び図１２を参照しながら説明する。図１１は、ＴＩＧ溶接に用いられる溶接トーチ５から発生されるアーク７ａが安定しない状態を説明するための図であり、図１２は、図１１に示すような不安定なアーク７ａにより、アルミニウム合金材２と鋼材３とのＴＩＧ溶接を行った際の異材接合体１ａのビード外観の一例を表す図である。
【００１２】
本発明者らは、図１１に示すように、アルミニウム合金材２と鋼材３とをＴＩＧ溶接する際に、ＴＩＧ溶接に用いる非消耗電極５１及びガスノズル５２を備える溶接トーチ５から発生されるアーク７ａがぶれたり、ふらついたりして、安定しない問題が生じることを見出した。この不安定なアーク７ａの発生は、アルミニウム合金材２及び鋼材３という異種金属の溶接であるということに起因して起こるものと考えられる。
そして、本発明者らは、このような不安定なアーク７ａが発生するＴＩＧ溶接により、アルミニウム合金材２と鋼材３とを接合すると、図１２に示すように、ビードが広がったり、ずれたりして、良好なビード外観を得ることができず、更には良好な接合強度を得ることができないとの知見を得た。
【００１３】
そこで、本発明者らは、不安定なアーク７ａが発生するという問題を解消するために、ＴＩＧ溶接の溶接姿勢、溶加材の配置、及び電流の大きさなどの種々の溶接条件を変更するなど鋭意研究し、試行錯誤を重ねた。その結果、本発明者らは、従来の技術常識では、直流電源に接続することのなかった溶加材を、直流電源の正極に接続することで、意外にも、溶接トーチから発生するアークが安定することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明の異材接合体の製造方法は、アルミニウム合金材と鋼材とで継手を形成する工程と、アルミニウム合金材と鋼材との溶接位置に溶加材を供給しつつ、非消耗電極を備える溶接トーチからアークを発生させてＴＩＧ溶接を行う工程と、を有し、非消耗電極を直流電源の負極に接続すると共に溶加材を直流電源の正極に接続して通電し、ＴＩＧ溶接を行うものである。
【００１５】
以下に本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態の説明で用いる図面において、同一の構成部については同一の符号を付して説明を省略することがある。
【００１６】
本発明の実施形態に係る異材接合体１の製造方法（異材接合方法）では、アルミニウム合金材２と鋼材３とで継手を形成し、非消耗電極５１を備える溶接トーチ５及び溶加材６を用いたＴＩＧ溶接を行い、アルミニウム合金材２と鋼材３とが接合した異材接合体１を製造する。なお、以下では、アルミニウム合金材２及び鋼材３をまとめて被溶接材２、３と称することがある。
【００１７】
図１は、本実施形態の異材接合体１の製造方法を説明するためのフローチャート図である。図２は、その異材接合体１の製造方法を説明するための一構成例を示した図である。図３は、アルミニウム合金材２と鋼材３との継手形状の一構成例を説明するための図であり、アルミニウム合金材２と鋼材３とをＴＩＧ溶接により接合した異材接合体１を示す図である。図３Ａはその異材接合体１を上方から視た平面図、図３Ｂはその異材接合体１を図３Ａ中のブロック矢印Ａ方向から視た側面図である。以下、図面を参照しながら本実施形態の異材接合体１の製造方法を説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の異材接合体１の製造方法では、アルミニウム合金材２と鋼材３とで継手を形成する工程（以下、「継手形成工程」と称することがある。）Ｓ１と、アルミニウム合金材２と鋼材３とを接合するＴＩＧ溶接を行う工程（以下、「ＴＩＧ溶接工程」と称することがある。）Ｓ２と、を有する。
【００１９】
［継手形成工程］
継手形成工程Ｓ１では、アルミニウム合金材２と鋼材３とを組み合わせて、溶接される継手を形成する。本実施形態の異材接合体１の製造方法では、ＴＩＧ溶接の際に安定したアーク７を発生させることで良好なビード外観を得ようとする方法であることから、継手形状は特に限定されない。
【００２０】
その継手形状としては、例えば、突合せ継手、重ね継手、すみ肉継手、Ｔ継手、十字継手、角継手、へり継手、当て金継手、フレア継手、スカーフ継手、せぎり継手などが挙げられる。図３Ａ及び図３Ｂでは、いわゆるフレア継手のように、それぞれ屈曲したアルミニウム合金材２及び鋼材３を用い、それらの曲げかどの外面側同士を段差を設けて合わせてできた開先形状の溶接をする継手の例を示している。
【００２１】
（被溶接材）
被溶接材として用いられるアルミニウム合金材２としては、強度、成形、耐食性など適用する車体構造などの要求特性に応じて、ＪＩＳ又はＡＡ規格で規定される３０００系、５０００系、６０００系、７０００系などのアルミニウム合金を用いることができる。但し、自動車などの車体軽量化の要求に対するアルミニウム合金材２の薄肉化という観点からは、これらアルミニウム合金材２の中でも、高強度で且つ成形性にも優れたアルミニウム合金材２を用いることが好ましい。
【００２２】
また、アルミニウム合金材２の成分組成中のＳｉとＭｇの質量比（Ｓｉ／Ｍｇ）が１以上で、Ｍｇ含有量に対しＳｉが過剰に含有されている６Ｎ０１、６０１６、６１１１、６０２２などのＳｉ過剰型の６０００系アルミニウム合金材２を用いることが好ましい。これらの６０００系アルミニウム合金材２を用いた溶接後の継手は、１６０〜１８０℃の低温で且つ１０〜５０分程度の短時間の人工時効処理を施すことにより、溶接熱影響によって一旦低下した強度や伸びを回復することも可能である。なお、アルミニウム合金材２は、冷間圧延や熱間押出後に、溶体化処理及び焼き入れ処理（質別記号Ｔ４）やその後の時効処理（質別記号Ｔ６）、過時効処理（質別記号Ｔ７）が施されたものでもよい。
【００２３】
被溶接材として用いられる鋼材３としては、軟鋼、高張力鋼（ハイテン）、ステンレス鋼の冷延鋼板など、種々の鋼板又は形鋼を用いることができる。また、鋼材３は、これらの素材を所定形状に成形加工した部材及び部品（例えば車体用部材）などであってもよい。
【００２４】
アルミニウム合金材２及び鋼材３は、図２及び図３では、曲げかどを有する屈曲した板状を例示したが、この形状に限定されず、平板状であってもよい。また、アルミニウム合金材２及び鋼材３は、所定形状に成形加工した部材及び部品（例えば車体部材）などであってもよい。
アルミニウム合金材２及び鋼材３の板状の部位の厚さは、それぞれ特に限定されない。本実施形態の製造方法により得られる異材接合体１が適用される用途において必要な強度や剛性を確保する観点から、アルミニウム合金材２の板状の部位の厚さは、０．５ｍｍ以上が好ましく、０．７ｍｍ以上がより好ましく、１ｍｍ以上がさらに好ましい。同様に鋼材３の厚さは、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上がより好ましく、０．５ｍｍ以上がさらに好ましい。また、ＴＩＧ溶接を容易に行う観点から、アルミニウム合金材２及び鋼材３の板状の部位の厚さは、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましい。
【００２５】
［ＴＩＧ溶接工程］
ＴＩＧ溶接工程Ｓ２では、アルミニウム合金材２と鋼材３との溶接位置に溶加材６を供給しつつ、非消耗電極５１を備える溶接トーチ５からアーク７を発生させて、アルミニウム合金材２と鋼材３とのＴＩＧ溶接を行う。この際、溶接トーチ５から発生されるアーク７がもたらす熱によって、被溶接材２、３及び溶加材６が溶融し、それら溶融金属４１（図２参照）が被溶接材２、３の継手部分（溶接位置）に設けられて、その後凝固することで溶接金属４（図３参照）が形成され、アルミニウム合金材２と鋼材３とが接合される。
【００２６】
（溶加材）
ＴＩＧ溶接に用いる溶加材６は特に限定されないが、溶加材６として、フラックスコアードワイヤ（以下、「ＦＣＷ」と称することがある。）を使用することが好ましい。このＦＣＷとしては、従来から使用されている、アルミニウム合金材２と鋼材３との異材接合用の市販のＦＣＷを用いることができる。このようなＦＣＷは、フラックスが、例えばＳｉを含有するＡ４０４７やＡ４０４３などのアルミニウム合金製の管状の皮材に芯材として充填されている。
【００２７】
このＦＣＷの線径としては、高効率の全自動溶接又は半自動溶接として汎用されている、φ０．８〜１．８ｍｍ程度の細径のＦＣＷを用いることができる。また、フラックスの組成は、特に限定されず、例えば、フッ素化合物、酸化物（酸化アルミニウム等）、及びアルミニウム合金粉末などを含む組成のフラックスを用いることができる。
【００２８】
（溶接トーチ）
ＴＩＧ溶接に用いる溶接トーチ５は、図２に示すように、非消耗電極５１を備える。この非消耗電極５１として、タングステン電極が用いられる。タングステン電極の電極材料としては、ＪＩＳ Ｚ ３２３３で規定されているような、純タングステン、酸化トリウム入りタングステン、酸化ランタン入りタングステン及び酸化セリウム入りタングステン、並びに酸化イットリウム入りタングステン及び酸化ジルコニウム入りタングステンなどを用いることができる。
【００２９】
また、溶接トーチ５は、一般的にＴＩＧ溶接で用いられる溶接トーチと同様に、図２に示すように、ガスノズル５２を備えていてもよい。ガスノズル５２の内部には上記非消耗電極５１が配置される。ガスノズル５２内にはアルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガスが供給され、ＴＩＧ溶接の際にはその不活性ガスがガスノズル５２の開口部５２１からシールドガスとして噴出される（図２中のガスノズル５２内に示される矢印参照）。
【００３０】
（直流電源）
本実施形態では、非消耗電極５１等に電流を流す電源として、直流電源８を使用する。直流電源８を用いた直流ＴＩＧ溶接により、一般的にアルミニウム合金材の溶接に用いられている交流電源を使用する場合に比べて、アルミニウム合金材２の溶融範囲を減少させることができる。これにより、効率的にＴＩＧ溶接を行うことが可能となり、また、良好なビード外観の形成に寄与することができる。
【００３１】
（直流電源への接続）
本実施形態の異材接合体１の製造方法では、非消耗電極５１を直流電源８の負極８１に接続すると共に、溶加材６を直流電源８の正極８２に接続して通電し、ＴＩＧ溶接を行う。非消耗電極５１及び溶加材６に直流電源８による電流が流れることにより、溶接トーチ５から安定したアーク７を発生させることが可能となる。この安定したアーク７により、アルミニウム合金材２と鋼材３との溶接が行われることで、良好なビード外観を得ることが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態の異材接合体１の製造方法では、溶接トーチ５が備えるガスノズル５２を必ずしも直流電源８に接続することを要しないが、図２に示すように、直流電源８の正極８２にガスノズル５２を接続することが好ましい。ガスノズル５２を直流電源８の正極８２に接続することで、溶接トーチ５から発生されるアーク７の広がりを抑えて絞り込むことが可能となる。この絞り込まれたアーク７により、アルミニウム合金材２の溶融範囲が減少することで、効率的にＴＩＧ溶接を行うことが可能となり、また、良好なビード外観の形成に寄与することができる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、被溶接材であるアルミニウム合金材２は必ずしも直流電源８に接続することを要しないが、図２に示すように、直流電源８の正極８２にアルミニウム合金材２を接続することが好ましい。アルミニウム合金材２を直流電源８の正極８２に接続することで、アーク７がアルミニウム合金材２に向けてより集中することが可能となる。なお、図示しないが、被溶接材である鋼材３を直流電源８の正極８２に接続してもよい。
【００３４】
ＴＩＧ溶接を行う際に通電する電流（溶接電流）の大きさ、溶接速度、及びシールドガスの流量などは特に限定されず、被溶接材２、３の材質及び厚さ、開先形状、継手形状、溶加材の材質及び径、非消耗電極の材質及び電極径などに応じて、適宜設定することができる。例えば、溶接電流は３０〜１００Ａの範囲で設定可能であり、５０〜１００Ａが好ましい。また、自動溶接機でＴＩＧ溶接を行う場合、溶接速度は２００〜１０００ｍｍ／ｍｉｎの範囲で設定可能であり、好ましくは３００〜６００ｍｍ／ｍｉｎである。作動ガス、シールドガス及びバックシールドガスの種類としては好適にはアルゴンガスやヘリウムガスが用いられ、シールドガスには数％程度の水素ガスが含まれていてもよい。前記作動ガスの流量は例えば０．３〜１．５Ｌ／ｍｉｎ、前記シールドガスの流量は例えば５〜４０Ｌ／ｍｉｎ、前記バックシールドガスの流量は例えば１〜１０Ｌ／ｍｉｎの範囲で設定することが可能である。
【００３５】
ＴＩＧ溶接における溶加材６の送給位置は特に限定されないが、溶接進行方向側から供給することが好ましい。また、溶加材６の送給位置は、例えば、図４に示すように、非消耗電極５１及び溶加材６が同一平面となる方向からみた場合の非消耗電極５１（溶接トーチ５）の中心軸の延長線と溶加材６の先端位置との距離ｄが、好ましくは１〜１０ｍｍ程度、より好ましくは２〜８ｍｍ程度となるように溶加材６の送給位置を設定することができる。溶加材６の供給角度は特に限定されないが、例えば、図４に示すように、非消耗電極５１（溶接トーチ５）及び溶加材６が同一平面となる方向からみた場合の非消耗電極５１（溶接トーチ５）の中心軸に対する垂線と溶加材６の中心軸との角度θ１が、好ましくは５〜４０°、より好ましくは１０〜３０°となるように溶加材６を供給することができる。
【００３６】
ＴＩＧ溶接を行うにあたり、図５Ａに示すように、溶接方向（図５Ａ中のブロック矢印Ｂ参照）に対して、非消耗電極５１には、前進角θ２を設けることが好ましい。この前進角θ２は、溶接ラインＷＬが左右方向となるように被溶接材Ｍの側面側からみた場合における溶接ラインＷＬに対する垂線と非消耗電極５１の中心軸とのなす角度で表される。この前進角θ２を設ける場合には、良好なアークを発生させると共にスパッタの発生を抑える観点から、前進角θ２を好ましくは５〜４０°、より好ましくは１０〜３０°に設定する。
【００３７】
また、ＴＩＧ溶接を行うにあたり、非消耗電極５１には、図５Ｂに示すように、ベベル角θ３を設けることが好ましい。この角度θ３は、被溶接材Ｍを上面からみた平面視において、溶接ラインＷＬと非消耗電極５１の中心軸の投影線とのなす角度で表される。このベベル角θ３を設ける場合には、良好なアークを発生させると共にスパッタの発生を抑える観点から、ベベル角θ３を好ましくは１０〜４５°、より好ましくは１５〜４０°に設定する。
【００３８】
以上詳述した本実施形態の異材接合体１の製造方法によれば、アルミニウム合金材２と鋼材３との直流ＴＩＧ溶接において、その溶接に用いる非消耗電極５１を直流電源８の負極８１に接続すると共に溶加材６を直流電源８の正極８２に接続して通電し、ＴＩＧ溶接を行うため、安定したアーク７を発生することができる（図２参照）。そして、本実施形態の異材接合体１の製造方法は、安定なアーク７によって、良好なビード外観が形成される異材接合体１を得ることが可能となる（図３参照）。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。まず、実施例及び比較例で用いた材料、装置、及び溶接条件について説明する。なお、以下の実施例及び比較例において、前述の実施形態の説明に使用した図面を参照する構成部については括弧書きにて図面中の符号を付している。
【００４０】
［被溶接材］
図６Ａ及び図６Ｂは、実施例及び比較例で用いたアルミニウム合金材２０及び鋼材３０の形状及び寸法、並びにそれらの継手形状を説明するための図である。
アルミニウム合金材２０として、６０００系アルミニウム合金材であるＡＡ６０２２の板厚１．２ｍｍのアルミニウム合金板２０を用いた。鋼材３０として、冷間圧延鋼板であるＳＰＣ２７０の板厚０．７ｍｍの鋼板３０を用いた。アルミニウム合金板２０と鋼板３０は、図６Ａ及び図６Ｂに示す寸法で、屈曲した形状のものを用いた。また、同図に示すように、溶接継手の形状は、アルミニウム合金板２０及び鋼板３０のそれぞれの曲げかどの外側面同士を段差を設けて合わせてできた開先形状の溶接をする継手とした。
【００４１】
［溶加材］
溶加材（６）として、線径が１．２ｍｍのフラックスコアードワイヤ（ＦＣＷ）を用いた。このＦＣＷとして、Ｓｉが２．３質量％、Ｔｉが０．２質量％、及び残部が実質的にＡｌからなるアルミニウム合金の皮材に、ＡｌＦ３が１０質量％及び残部が実質的にＫＡｌＦ系からなるフラックスを充填率１０％にて含有するＦＣＷを用いた。
【００４２】
［溶接装置］
上記アルミニウム合金板２０と上記鋼板３０とのＴＩＧ溶接にはＦｒｏｎｉｕｓ社製の移行アーク型プラズマ溶接機（溶接用電源：Ｆｒｏｎｉｕｓ社製のＭＷ／ＴＴ  ５０００、プラズマモジュール：Ｆｒｏｎｉｕｓ社製のＰｌａｓｍａ Ｍｏｄｕｌｅ １０）を用い、溶接トーチ（５）を６軸多関節ロボットで駆動する自動溶接でＴＩＧ溶接を行った。
【００４３】
［溶接条件］
実施例及び比較例で行ったＴＩＧ溶接は、以下の表１に示す範囲の条件にて行った。
【００４４】
【表１】
2016016413.tif 000003
【００４５】
また、実施例及び比較例で行ったＴＩＧ溶接は、溶加材（６）の送給位置として、図４に示すθ１を２０°、ｄを５ｍｍとして、溶接トーチ（５）の傾きとして、図５Ａに示す前進角θ２を２５°、図５Ｂに示すベベル角θ３を３０°として行った。
【００４６】
（実施例１）
実施例１では、溶接トーチ（５）の非消耗電極（５１）を直流電源（８）の負極（８１）に接続すると共に、溶接トーチ（５）のガスノズル（５２）及び溶加材（６）を直流電源（８）の正極（８２）に接続して通電し、アルミニウム合金材２０及び鋼材３０は直流電源（８）に接続せずに、ＴＩＧ溶接を行った。
この際のＴＩＧ溶接条件は、作動ガスの流量を０．３ｍＬ／ｍｉｎ、溶接電流を７０Ａ、及びＦＣＷの送給速度を２．０ｍ／ｍｉｎに設定し、また、溶接速度を４００〜１０００ｍｍ／ｍｉｎの範囲に収まるように制御した。
実施例１のＴＩＧ溶接では、溶接トーチ（５）から発生するアーク（７）が安定していたことが確認された。また、実施例１で製造した異材接合体１０のビード外観を撮影した図面代用写真を図７に示す。図７に示されているように、実施例１で製造した異材接合体１０では、外観が良好なビードが形成されていた。
【００４７】
（実施例２）
実施例２では、溶接トーチ（５）の非消耗電極（５１）を直流電源（８）の負極（８１）に接続すると共に、溶接トーチ（５）のガスノズル（５２）、溶加材（６）及びアルミニウム合金材２０を直流電源（８）の正極（８２）に接続して通電し、鋼材３０は直流電源（８）に接続せずに、ＴＩＧ溶接を行った。
この際のＴＩＧ溶接条件は、作動ガスの流量を０．３ｍＬ／ｍｉｎ、溶接電流を８０Ａ、溶接速度を４００ｍｍ／ｍｉｎ、ＦＣＷの送給速度を３．５ｍ／ｍｉｎに設定した。
実施例２におけるＴＩＧ溶接では、溶接トーチ（５）から発生するアーク（７）が安定していたことが確認された。また、図８に実施例２で製造した異材接合体１０のビード外観を撮影した図面代用写真を示し、図９に当該異材接合体１０の溶接金属４０の断面を撮影した図面代用写真を示す。図８に示されているように、実施例２で製造した異材接合体１０では、外観が良好なビードが形成されており、図９に示されているように、アルミニウム合金材２０と鋼材３０との継手形状による溝に溶接金属４０が入り込んで接合されていることが確認された。なお、図９は、図６Ａに示すように、断面観察用の１５ｍｍ×２０ｍｍの試験片ＴＰ１を採取して撮影されたものである。
【００４８】
（比較例１）
比較例１では、溶接トーチ（５）の非消耗電極（５１）を直流電源（８）の負極（８１）に接続すると共に、溶接トーチ（５）のガスノズル（５２）及びアルミニウム合金材２０を直流電源（８）の正極（８２）に接続して通電し、溶加材（６）及び鋼材３０は直流電源（８）に接続せずに、ＴＩＧ溶接を行った。
この際のＴＩＧ溶接条件は、作動ガスの流量を０．５ｍＬ／ｍｉｎ、及び溶接速度を６００ｍｍ／ｍｉｎに設定し、溶接電流を９０〜１００Ａの範囲、及びＦＣＷの送給速度を１．２〜２．０ｍ／ｍｉｎの範囲にに収まるように制御した。
比較例１におけるＴＩＧ溶接では、溶接トーチ（５）から不安定なアーク（７ａ）が発生していたことが確認された。また、比較例１による製造物のビード外観を撮影した図面代用写真を図１０に示す。図１０に示されているように、比較例１では、良好なビードが形成できず、アルミニウム合金材２０と鋼材３０とがほとんど接合していない状態であった。
【００４９】
良好な外観のビードが形成された実施例１及び２の異材接合体１０について、図６Ａに示すように、引張試験用の幅２０ｍｍ×長さ１００ｍｍの試験片ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４を採取し、当該試験片の長さ方向に引張を行う引張試験（ｎ＝３）を行った。その３回の測定結果の平均値を評価結果とし、その結果を表２に示す。なお、各試験片ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４の幅寸法は上記の通り２０ｍｍ目安で採取したが、採取した際の影響により、表２に示す通り、各試験片の幅は１９ｍｍであったため、その値を破断力の算出において用いた。
【００５０】
【表２】
2016016413.tif 000004
【００５１】
以上の結果から、ＴＩＧ溶接に用いる非消耗電極を直流電源の負極に接続し、かつ溶接トーチのガスノズル及び溶加材を直流電源の正極に接続して通電し、アルミニウム合金材と鋼材とをＴＩＧ溶接することにより、安定したアークを発生できることが確認された。また、これにより、良好なビード外観を有し、接合強度の高い異材接合体が得られることが示唆された。
【符号の説明】
【００５２】
１  異材接合体
２  アルミニウム合金材
３  鋼材
４  溶接金属
４１  溶融金属
５  溶接トーチ
５１  非消耗電極
５２  ガスノズル
６  溶加材
７  アーク
８  直流電源
８１  負極
８２  正極
【図１】
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【図２】
2016016413.tif 000006
【図３Ａ】
2016016413.tif 000007
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
2016016413.tif 000010
【図５Ｂ】
2016016413.tif 000011
【図６Ａ】
2016016413.tif 000012
【図６Ｂ】
2016016413.tif 000013
【図１１】
2016016413.tif 000014
【図１２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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