(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
突き合わせ溶接によって接合すべき端面が厚さ 0.1〜20μｍの亜鉛または亜鉛合金層からなることを特徴とする直流バット溶接性に優れたホイールリム用アルミニウム合金板。
【請求項２】
突き合わせ溶接によって接合すべき端面を塩基性めっき溶液に浸漬して予め亜鉛または亜鉛合金の置換めっき層を形成することを特徴とする請求項１の直流バット溶接性に優れたホイールリム用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項３】
突き合わせ溶接によって接合すべき端面が厚さ 0.1〜20μｍの亜鉛または亜鉛合金の置換めっき層からなるアルミニウム合金板を円筒状に成形加工し、前記端面を突き合わせて直流バット溶接することを特徴とするホイールリムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接後の成形加工性に優れた自動車等のホイールリム用アルミニウム合金板、その製造方法およびそのアルミニウム合金板を用いたホイールリムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車においては低燃費で高性能なものとするため軽量化の要請が強く、アルミニウム合金材料が各所に採用され、ホイールも鋼板からアルミニウム合金板に変更されつつある。
【０００３】
自動車用ホイールとしては、量産性に優れた２ピースホイールが多く製造されている。これは、リムとディスクを別々に製作したのち、接合によって一体化して製造される。
【０００４】
図４は、２ピースホイールリムの製造工程を示す図である。リムは、同図に示すように板材を円筒状に成形した後、両端を突き合わせ、フラッシュバット溶接法で接合した後、接合部に発生した「バリ」をトリミングしてスピニング加工またはリングロール加工法で成形され、製造される。上記のフラッシュバット溶接にかえて、最近では溶接能率および作業性に優れた直流バット溶接法（以下、「ＤＣバット溶接法」と記載する）が用いられている。
【０００５】
アルミニウム合金板は、鉄鋼に比べ固有電気抵抗が約2/7 倍、熱伝導率が約３倍であることからＤＣバット溶接したとき、接合部を高温にすることが難しく、健全な接合部が得られない。例えば、電流密度が低いと冷接が発生し、逆に高いと入熱量が過大となり、フレア加工およびロール成形加工で割れが発生する。即ち、溶接時の適正電流密度の範囲が狭い。また、加圧力が低いと撃音が発生し融合不良が生じ、加圧力が高いと座屈が生じ、いずれも接合不良となる。
【０００６】
これを解消するため特開平4-365831号公報には、特定のアルミニウム合金を用い、電流密度とスクイズ加圧力とをある範囲に設定し、必要に応じて更に15kgf/mm2 以下のアップセット圧力を付加しながら溶接する、いわゆる２段加圧方式のＤＣバット溶接法が提案されている。しかし、アップセット量を多く必要としており、歩留りの点で問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにＤＣバット溶接性に優れたアルミニウム合金は、いろいろ提案されているが、まだ種々の問題がある。また、ＤＣバット溶接法は、接合部を突き合わせて通電し、接合部の接触抵抗によって、発熱・溶融させアップセット加圧して溶接継手を得る方法である。しかし、5000系および6000系のアルミニウム合金を用いたＤＣバット溶接で溶接不良をなくすためには、アップセット量を板厚の４倍以上とする必要があった。
【０００８】
アップセット量が大きくなると、溶接時に溶融したアルミニウムが押し出され、これが溶接電極の先端に付着したり、特に連続製造時には電極と板材の間に巻き込まれ、スパークが発生し溶接欠陥を引き起こす。また、押し出されたバリ高さが大きくなりトリミングに時間がかかるとともに、歩留りを低下させる。したがって、電極の交換または研磨する頻度が鋼板の場合に比べて高くなる。これを解決するためには、アップセット量を板厚の３倍以下に抑えることのできるアルミニウム合金板の提供を期待されている。
【０００９】
本発明の目的は、溶接後の成形加工性に優れ、溶接時のアップセット量を板厚の３倍以下にすることができるアルミニウム合金板を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、アップセット量を種々変えてＤＣバット溶接した5000系アルミニウム合金板の接合部の調査を行った。その結果、アップセット量が板厚の３倍未満では、Al系またはMg系の酸化物が接合部に存在し、成形加工性を低下させていることを見出した。一方、接合すべき端面を、たとえば塩基性亜鉛系置換めっき浴で予め置換めっきしておけば、溶接後の接合部の酸化物が著しく減少することを確認した。
【００１１】
本発明は上記の確認を基に完成され、その要旨は、図１に示す下記▲１▼のアルミニウム合金板、ならびに下記▲２▼に示すその合金板の製造方法および▲３▼に示すその合金板を用いたホイールリムの製造方法にある。
【００１２】
▲１▼突き合わせ溶接によって接合すべき端面が厚さ 0.1〜20μｍの亜鉛または亜鉛合金層(2) からなる直流バット溶接性に優れたホイールリム用アルミニウム合金板(1) 。
【００１３】
▲２▼突き合わせ溶接によって接合すべき端面を塩基性めっき溶液に浸漬して予め亜鉛または亜鉛合金の置換めっき層を形成する上記▲１▼の直流バット溶接性に優れたホイールリム用アルミニウム合金板の製造方法。
【００１４】
▲３▼突き合わせ溶接によって接合すべき端面が厚さ 0.1〜20μｍの亜鉛または亜鉛合金の置換めっき層からなるアルミニウム合金板を円筒状に成形加工し、端面を突き合わせて直流バット溶接するホイールリムの製造方法。
【００１５】
図１は、本発明のホイールリム用アルミニウム合金板を示す図である。２つの端面が亜鉛または亜鉛合金層２からなるアルミニウム合金板１である。
【００１６】
ここで、「板の端面が亜鉛または亜鉛合金層からなる」とは、板の端面およびその端面から長手方向に板厚のおよそ 1.3倍以下であれば板表面に亜鉛または亜鉛合金層が存在してもよいことを意味する。板表面に存在するこの層は、ＤＣバット溶接によって排出され、さらにトリマーで完全に除去される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の対象となるアルミニウム合金の種類には特に制約はないが、自動車用ホイールリムの素材としては、5000系および6000系が主体である。
【００１８】
アルミニウム合金板の端面に塩基性亜鉛系置換めっき浴で亜鉛または亜鉛合金をめっきすると、アルミニウム合金板の端面に存在する酸化物を排除できる。その理由は、次のように考えられる。AlとMgは両性金属であり、塩基性めっき溶液中で酸化物が溶解して除去される。更に、純Alと液中の亜鉛または亜鉛合金とが置換反応を起こし、金属−金属結合による強固なめっき層が形成される。金属結合されためっき層を有するアルミニウム合金板を溶接すれば、アップセット量を板厚の３倍以下としても、成形加工するとき割れが発生しない。
【００１９】
亜鉛あるいは亜鉛系合金層を付与する方法は、酸化物を除去できる方法であればよく、特に限定はされないが、塩基性亜鉛系合金置換めっき、電気めっき、溶融めっきなどが挙げられる。
【００２０】
亜鉛系合金には、亜鉛とニッケル、コバルト、鉄、マンガンなどとの合金が挙げられる。
【００２１】
亜鉛または亜鉛合金のめっき層には、めっきすることによって酸化膜を除去した板端面を再び酸化させない保護皮膜としての効果もある。しかし、0.1 μｍ未満では溶接されるまでにアルミニウムが酸化され、接合部に酸化物を巻き込むことがある。また、20μｍを超えると接合部に亜鉛が溶け込み、接合後の成形加工性が低下する。したがって、亜鉛または亜鉛合金層の付着量は 0.1〜20μｍとした。
【００２２】
アルミニウム合金板の種類は、前述したように特に制約はないが、5000系（Al-Mg 系）6000系（Al-Mg-Si系）の成分系に適用するとその効果は大きい。特に、現在ホイールリム用材料として実用化されている5000系合金板に対して本発明を適用すると、３倍以下のアップセット量で安定製造が可能となり、かつ連続製造時に電極に付着するアルミニウム合金の破片も少なくなり、電極交換頻度が著しく低下する。
【００２３】
次に、本発明を実施例によって説明する。
【００２４】
【実施例】
（供試材およびめっき方法）
従来からホイールリム材として用いられている表１に示すアルミニウム合金（ＡはＪＩＳ  ５４５４相当、Ｂは同じく６０６１合金相当）を溶製し、通常の圧延方法によって板厚が３mmおよび５mmの２種類の板を製作した。これから幅160 mm、長さ585 mmの試験材を切り出し、160 mmの幅を有する２つの端面に、表２に示す順序で亜鉛系の置換めっきを施した。電気めっき、溶融めっきは亜鉛置換めっき（0.01μｍ）を施した上に行い、それらの処理条件を表３および表４に示した。
【００２５】
【表１】
0003785420.tif 000002
【００２６】
【表２】
0003785420.tif 000003
【００２７】
【表３】
0003785420.tif 000004
【００２８】
【表４】
0003785420.tif 000005
【００２９】
めっき付着量の調整は、表５に示すように温度と反応時間を変えて行った。付着量は、蛍光Ｘ線分析法による亜鉛量から計算により求めた。その結果を表５に示した。なお、合金めっき（Zn-Fe 、Zn-Ni 、Zn-Co ）の合金成分の含有量は、Feの場合２％、Niの場合10％、Coの場合１％とした。
【００３０】
【表５】
0003785420.tif 000006
【００３１】
（溶接法および溶接性評価方法）
上記で得られた試験材を、めっき層が突き合わされるように円筒状に曲げ加工した後、ＤＣバット溶接を行った。
【００３２】
図２は、この実施例に用いた２段加圧方式のＤＣバット溶接の溶接条件を説明する図である。第１段加圧力P1を２kgf/mm2 、第２段加圧力P2を20kgf/mm2 、電流Ｉを120 A/mm2 とし、アップセット量は電極の移動量で調整した。なお、初期電極間隔は板厚５mmの場合には25mm、板厚３mmの場合には18mmとした。溶接は、電極の移動量制御で行い、第１段加圧力から第２段加圧力への切替えタイミングは 0.5〜3.0 mmの間で調整した。それぞれの溶接条件を表５に示した。
【００３３】
ここで「移動量制御で行う」とは、電流と加圧力を電極の移動量がある設定値に達したときに変化させる方式であり、溶接継手部の品質が安定する方法である。
【００３４】
溶接後の試験材から溶接部を中心として幅方向に溶接部が存在する幅160 mm、長さ200 mmの試験片を切り出し、曲げ試験に供した。曲げ試験は、曲げ半径を板厚さに等しくして180 °の曲げを行い、溶接部の割れ発生率を求めた。
【００３５】
図３は、溶接部の曲げ試験における割れ発生率の測定方法を示す図である。割れ(C1,C2,C3,C4) は目視で測定し、割れ総長さ(C1+C2+C3+C4) を幅Ｗで除した値の 100倍（百分率）を割れ発生率とした。それらの結果を表３に示した。180 °曲げ試験は、溶接後のホイールリムの成形加工を考慮した最も厳しい評価法であり、これで割れが発生しなければホイールリムの成形加工時に割れが発生することはほとんど無い。
【００３６】
表５の結果から、亜鉛または亜鉛合金系のめっきを施した発明例のNo.1〜10は、めっき層の付着量が 0.1〜19.0μｍ以下であり、電極移動量（アップセット量）が板厚の 3.0〜2.7 倍のＤＣバット溶接を行った場合でも、曲げ試験で割れの発生はなかった。
【００３７】
これに対し、比較例のNo.11 〜13は、端面にめっき層のない材料であり、電極移動量が板厚の４倍未満では割れが発生した。
【００３８】
No.14 〜17は、いずれも端面のめっき層が薄い（0.01〜0.08μｍ）ため、電極移動量が板厚の３倍以下では割れが発生した。
【００３９】
No.18 〜21は、いずれも端面のめっき層が厚すぎる（25〜50μｍ）ため、電極移動量が板厚の３倍では割れが発生した。割れ部をＥＰＭＡ（エレクトロン・プローブ・マイクロ・アナライザー）を用いて調べたところ11％のZnが検出された。
【００４０】
以上、説明したように本発明のアルミニウム合金板は、ＤＣバット溶接後の曲げ試験で割れの発生はなく、溶接後の加工性に優れたものである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のアルミニウム合金板は、その端面が亜鉛または亜鉛合金層からなるので、小さなアップセット量でＤＣバット溶接しても成形加工性に優れ、自動車用ホイールリムの素材として好適である。アップセット量が小さいということは、トリミング加工を軽減するとともに、歩留り向上などの経済的効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホイールリム用アルミニウム合金板を示す図である。
【図２】実施例に用いた２段加圧方式のＤＣバット溶接の溶接条件を説明する図である。
【図３】溶接部の曲げ試験における割れ発生率の測定方法を示す図である。
【図４】２ピースホイールリムの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１．アルミニウム合金板
２．亜鉛または亜鉛合金層
【図１】
0003785420.tif 000007
【図２】
0003785420.tif 000008
【図３】
0003785420.tif 000009
【図４】
0003785420.tif 000010