(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド板と、鋼板またはアルミニウム合金板とをシーム溶接するに当たり、前記クラッド板として、厚みが１．０〜２．０ｍｍ、かつ鋼層厚み：アルミニウム合金層厚みの層厚比が１：１〜１：２であるものを用い、鋼板またはアルミニウム合金板が前記クラッド板と同種の金属で接するように重ね、この重ね部分で、アルミニウム合金側に、先端曲率半径８０ｍｍ以上、かつ導電率９７％ＩＡＣＳ以上であるＲ型電極を配置し、鋼側に、先端曲率半径３０ｍｍ以下、かつ導電率６０〜８０％ＩＡＣＳであるＲ型電極を配置して、溶接することを特徴とする、異種金属板のシーム溶接方法。
【請求項２】
鋼板とアルミニウム合金板とを、鋼層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド板を介して、それぞれシーム溶接するに当たり、前記クラッド板として、厚みが１．０〜２．０ｍｍ、かつ鋼層厚み：アルミニウム合金層厚みの層厚比が１：１〜１：２であるものを用い、鋼板およびアルミニウム合金板が、前記クラッド板の同種金属とそれぞれ接するように重ね、かつ、それぞれの重ね部分が、板面方向の異なる位置となるようにし、そして、これらの重ね部分で、アルミニウム合金側に、先端曲率半径８０ｍｍ以上、かつ導電率９７％ＩＡＣＳ以上であるＲ型電極を配置し、鋼側に、先端曲率半径３０ｍｍ以下、かつ導電率６０〜８０％ＩＡＣＳであるＲ型電極を配置して、それぞれ溶接することを特徴とする、異種金属板のシーム溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、鉄道車両の組み立て工程、あるいは薄板コイルの表面処理ラインで鋼板とアルミニウム合金板を交互に通板する際に必要となる鋼板とアルミニウム合金板とのコイル接合工程などに適用しうる、異種金属板のシーム溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や鉄道車両を組み立てる工程や、薄板コイルの表面処理ラインで鋼板とアルミニウム合金板を交互に通板する工程などでは、鋼板とアルミニウム合金板のような異種金属の溶接が必要となる。
ところで、上記異種金属板の溶接方法について、鉄およびアルミニウムからなるクラッド板をインサート材に用い、鋼板とアルミニウム合金板とを抵抗スポット溶接する方法が、特開平４−55066 号公報、特開平４−127973号公報、特開平４−253578号公報、特開平７−80653 号公報、特開平７−136774号公報などに開示されている。
しかし、これらの方法は、そのほとんどが抵抗スポット溶接を対象としたものであり、シーム溶接についての具体的な実験例は示されていない。
なお、特開平４−55066 号公報、特開平４−127973号公報、特開平４−253578号公報においては、開示技術がシーム溶接にも適用可能であると記載されているものの、十分な継手強度を確保することができない。なぜなら、例えば、特開平４−55066 号公報には２ステップ通電を行うことにより継手強度が得られるとしているが、この２ステップ通電を、溶接位置を移動させつつ、連続して溶接を行うシーム溶接に適用することは不可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来から、アルミニウム合金板と鋼板の抵抗スポット溶接方法について数多くの提案がなされているが、これをそのままシーム溶接に適用しても、継手強度が不足するなど多くの問題があった。
そこで、本発明は、アルミニウム合金板と鋼板との間に、鋼層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド板を介在させて、十分に高い継手強度を得ることができるシーム溶接方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、この目的を達成するための要素技術として、鋼層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド板と、アルミニウム合金板または鋼板との接合で、十分に高い継手強度が得られるシーム溶接方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上掲の課題の解決に向けて、特に、シーム溶接に用いる電極の特性、寸法形状等について鋭意検討を加え、本発明を完成するに到った。その要旨は以下のとおりである。
【０００５】
（１）鋼層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド板と、鋼板またはアルミニウム合金板とをシーム溶接するに当たり、
前記クラッド板として、厚みが１．０〜２．０ｍｍ、かつ鋼層厚み：アルミニウム合金層厚みの層厚比が１：１〜１：２であるものを用い、鋼板またはアルミニウム合金板が前記クラッド板と同種の金属で接するように重ね、この重ね部分で、アルミニウム合金側に、先端曲率半径８０ｍｍ以上、かつ導電率９７％ＩＡＣＳ以上であるＲ型電極を配置し、鋼側に、先端曲率半径３０ｍｍ以下、かつ導電率６０〜８０％ＩＡＣＳであるＲ型電極を配置して、溶接することを特徴とする、異種金属板のシーム溶接方法。
【０００６】
（２）鋼板とアルミニウム合金板とを、鋼層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド板を介して、それぞれシーム溶接するに当たり、前記クラッド板として、厚みが１．０〜２．０ｍｍ、かつ鋼層厚み：アルミニウム合金層厚みの層厚比が１：１〜１：２であるものを用い、鋼板およびアルミニウム合金板が、前記クラッド板の同種金属とそれぞれ接するように重ね、かつ、それぞれの重ね部分が、板面方向の異なる位置となるようにし、そして、これらの重ね部分で、アルミニウム合金側に、先端曲率半径８０ｍｍ以上、かつ導電率９７％ＩＡＣＳ以上であるＲ型電極を配置し、鋼側に、先端曲率半径３０ｍｍ以下、かつ導電率６０〜８０％ＩＡＣＳであるＲ型電極を配置して、それぞれ溶接することを特徴とする、異種金属板のシーム溶接方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
発明者らは、アルミニウム合金板と鋼板との間に、鋼層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド板（以下を、単に「クラッド板」と略記する）を介在させることにより、高い継手強度でシーム溶接するためには、クラッド板とアルミニウム合金板とのシーム溶接継手（図１（ａ））、あるいはクラッド板と鋼板とのシーム溶接継手（図１（ｂ））が高い継手強度を有していることが必要であるとの考えのもと鋭意実験、検討を行った。
【０００８】
その結果、クラッド板のアルミニウム合金層と鋼層との層厚比を適正範囲に設定するとともに、シーム溶接電極の形状とその電気特性を、被溶接材料に対応して、適正に選択することが重要であることを見いだした。
また、この知見に基づき、図２に示すように、アルミニウム合金板と鋼板とをクラッド板を介して接合することにより、継手全体の強度を十分に確保できることを見い出した。
【０００９】
以下、本発明において、要旨構成を前記範囲に限定した理由について説明する。
クラッド板の厚みを、１．０〜２．０ｍｍとしたのは、板厚が１．０ｍｍよりも薄くなると、十分な大きさのナゲットが形成されないため継手強度が向上せず、２．０ｍｍより厚くなると、高い継手強度を得るためには、非常に高い電流を必要とするようになるからである。
次に、クラッド板の鋼層とアルミニウム合金層との層厚比を１：１〜１：２の範囲とした理由について述べる。すなわち、層厚比が１：１未満では、アルミニウム合金層の厚みが相対的に減少するので、アルミニウム合金板とクラッド板をシーム溶接する場合に形成されるナゲットの厚みおよび幅が小さくなり、継手の引張強度が劣化する。これは、継手の引張試験時の破断がアルミニウム合金側で生じるため、形成されるナゲットの大きさにより引張強度は左右されるためである。
一方、層厚比を１：２より大きくすると、アルミニウム合金層が相対的に厚くなるので、アルミニウム合金板とクラッド板の溶接の場合も、鋼板とクラツド材の溶接の場合も、ともに溶接時の冷却効果が大きくなって、発熱効果が減少するため、継手の引張強度が劣化する。さらに、鋼板とクラッド板の溶接に際しては、鋼板での発熱効果の減少およびナゲット厚みの減少も引き起こし、継手の引張強度をさらに劣化させる。
【００１０】
さて、アルミニウム合金板または鋼板とクラッド板とをシーム溶接により接合するに当たっては、それぞれ同種の金属が向かい合うように接触させて重ねることが必要である。すなわち、クラッド板とアルミニウム合金板を接合する場合には、クラッドのアルミニウム合金層とアルミニウム合金板とが向かい合うように、クラッド板と鋼板を接合する場合には、クラッドの鋼層と鋼板とが向かい合うように重ねる。このような重ね方を採用することによって、接合界面におけるFe−Al金属間化合物の過大な形成を伴わない健全な溶融部が得られる。
【００１１】
まず、アルミニウム合金板とこれと同種の金属であるクラッド板のアルミニウム側とを接触させて溶接する場合、鋼側すなわちこの場合クラッド板側に、電極先端曲率半径３０ｍｍ以下、かつ導電率８０％ＩＡＣＳ（Innternational Annealed Copper Standard 、純銅の導電率を１００としたときの導電性の割合を表す単位）以下であるＲ型電極を配置する必要がある。
この理由は、鋼側に電流を集中させて発熱量を高め、熱伝導によりアルミニウム合金側を加熱し、ナゲットの成長を促進させることにより継手強度を向上させるためである。ただし、電極の導電率を６０％ＩＡＣＳ未満にすると、鋼側の発熱量は増加するものの、電極中での抵抗発熱が大きくなりすぎ、鋼との溶着など作業性が劣化する。したがって、電極の導電率は、６０〜８０％ＩＡＣＳの範囲とする。
なお、シーム溶接におけるＲ型電極とは、図３に示すような、円盤形電極の円周部分先端が曲率Ｒをもつ形状の電極のことを意味する。そして、Ｒ型電極を採用することにより、溶接部の表面外観が良好、かつ、溶接中安定した加圧が可能になることにより、より良好な溶接継手が得られる。
【００１２】
また、アルミニウム合金側に先端曲率半径８０ｍｍ以上かつ導電率９７％ＩＡＣＳ以上であるＲ型電極を配置するのは、溶接電流を分散させ、アルミニウム合金表面における過大発熱による散り発生や板の変形により、継手強度が劣化するのを防止するためと、アルミニウム合金表面の溶融による電極へのアルミニウムの溶着および電極揖耗現象を抑制するためである。
【００１３】
上述した接合対象材と異なり、鋼板とクラッド板の鋼層側とを接触させて溶接する場合にも、上記理由と同様な理由のため、鋼側には先端曲率半径３０ｍｍ以下かつ導電率６０〜８０％ＩＡＣＳであるＲ型電極を配置し、またアルミニウム合金側すなわちこの場合クラッド板側には、先端曲率半径８０ｍｍ以上かつ導電率９７％ＩＡＣＳ以上であるＲ型電極を配置することが必要である。
【００１４】
なお、本発明で用いる、鋼板およびアルミニウム合金板の厚みは、とくに定めるものではないが、継手強度を十分に高く確保する上から、０．８〜２．０ｍｍの範囲であることが望ましい。また、本発明で用いるクラッド板は、圧延法、爆着法、拡散接合法などいずれの方法で製造されたもであっても良い。
ここに、アルミ合金としては、アルミに主にMgを添加したAl−Mg合金、主にSiおよびMgを添加したAl−Si−Mg合金などが挙げられる。
さらに、本発明で用いる電極の材料は、純鋼、あるいはAg、Zr、Crなどを添加した鋼合金であることが望ましい。
そして、シーム溶接条件のうち、溶接電流は、８．０〜１７．０ｋＡの範囲とすることが望ましい。というのは、電流が低すぎると継手強度が低下し、電流が高すぎると散りの発生や電極へのアルミニウムの溶着が生じるからである。溶接時間、溶接速度、溶接加圧力などの溶接諸条件は、平均板厚に合わせて一般的に採用されている条件であればよい。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例により、本発明の効果を具体的に説明する。
板厚０．８ｍｍの鋼板または板厚１．０ｍｍのアルミニウム合金板とクラッド板とを、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す組み合わせで重ね、この重ね部をパルセーション通電によるシーム溶接を行った。クラッド板、電極の実験条件は表１、表２に示すとおりである。なお、溶接加圧力は２．９ｋＮ、通電時間は６０ｍｓ、冷却時間は６０ｍｓ、溶接速度は１．０ｍ／ｍｉｎとした。また、溶接用電極は幅８ｍｍのＲ型電極を使用した。
【００１６】
【表１】
0003767147.tif 000002
【００１７】
【表２】
0003767147.tif 000003
【００１８】
溶接後の継手から、溶接長３０ｍｍとなる試験片を採取し、引張試験を行い、破断時の強度を求めた。継手強度が２５０ＭＰａ以上の場合に良好（○印）、それに満たない場合に不良（×印）として評価した。
得られた結果を、表１、表２に合わせて示す。これらの表から明らかなように、本発明の条件を満足する、試験No．１〜12の発明例では、いずれも良好な継手強度が得られた。これに対し、試験No．13〜21の比較例では、クラッド板の厚み、クラッド板の鋼層とアルミニウム合金層との層厚比、電極先端形状のいずれかが適正範囲からはずれているため、継手強度が２５０ＭＰａ未満となり、十分な強度に達しなかった。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アルミニウム合金板とクラッド板、あるいは鋼板とクラッド板とのシーム溶接において、十分な継手強度を得ることが可能になる。したがって、本発明によれば、アルミニウム合金板と鋼板とを、クラッド板を介することにより、十分な継手強度を有して接合することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シーム溶接における材料および電極の配置状態を示す、溶接方向からの断面図である。
【図２】アルミニウム合金板と鋼板とを、クラッド板を介して接合した状態を示す、溶接方向からの断面図である。
【図３】シーム溶接用電極の断面図である。
【符号の説明】
１  アルミニウム合金板
２  鋼板
３  アルミニウム合金層
４  鋼層
５  クラッド板
６  電極
７  シーム溶接部（ナゲット）
【図１】
0003767147.tif 000004
【図２】
0003767147.tif 000005
【図３】
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