[发明专利]不同材料接合用药芯焊丝及不同材料接合方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁系材料和铝系材料的不同种类金属构件彼此的不同材料接合用药芯焊丝(FCW：Flux cored wire)及不同材料接合方法。本发明的技术在汽车、铁道车辆等运输领域，作为机械零件、建筑结构物等结构构件适合，尤其在汽车用结构物等的组装工序时需要。

背景技术

焊接通常将同种类的金属构件彼此进行接合。但是，如果能够适用于铁系材料(以下，简称钢材)和铝系材料(总称纯铝及铝合金，故以下简称为铝材料)这样不同种类的金属构件的接合(不同材料接头体)，则作为汽车等的结构材料，能够大大有助于使汽车等轻量化等。

但是，由于在将钢材和铝合金材进行焊接接合的情况下，在接合部容易生成脆的Fe-Al金属间化合物，所以得到具有一定可靠性的高强度的接合部(接合强度)非常困难。因此，目前为了进行这些不同种类接合体(不同种类金属构件)的结合，采用螺栓或铆接等的接合，但存在接合接头的可靠性、密封性、成本等的问题。

另一方面，为了使汽车车身等的构件轻量化，谋求钢材或铝合金材的高强度化，存在钢材使用高张力钢材(高强度钢)，铝合金材使用合金元素少且再循环性也优良的高强度的A6000系铝合金材的倾向。

因此，在不同材料彼此的焊接接合方面，接合对象也从目前的软钢和纯铝合金或A5000系铝合金等的目前的低强度的不同材料彼此的焊接接合向高张力钢材和6000系铝合金材的高强度的不同材料彼此的焊接接合变化。这些高强度的不同材料彼此的焊接接合在接合部生成脆的Fe-Al金属间化合物的条件不同。因而，为了得到具有高可靠性的高的接合强度，需要针对目前的低强度的不同材料彼此的焊接接合，对新的接合条件进行研究。

在将钢材和铝合金材的不同材料彼此进行接合的情况下，钢材与铝合金材比较，由于其熔点、电阻高，热传导率小，所以钢发热变多，首先熔化低熔点的铝，接着熔化钢材的表面。其结果是，在界面形成Fe-Al系的脆的金属间化合物层，故不能得到高的接合强度。

于是，一直以来对这些钢材和铝材的不同种类接合体的接合方法进行了反复研究、提案。例如，提案了一种在真空下进行轧制接合的方法(参照专利文献1)。提案了一种经由预先准备好的由铁系材料层及铝合金层组成的两层金属包层材料置进行缝焊焊接的方法(参照专利文献2)。提案了一种在高温下加压进行接合的方法(参照专利文献3)。提案了一种将Ti合金预先置于相互的接合面，通过HIP处理进行接合的方法(参照专利文献4及5)。提案了一种摩擦加压焊接的方法(参照专利文献6)。提案了一种在与铝接合的钢材表面镀铝合金，或将预先准备好的金属包层材料置于由钢材层及铝合金层组成的两层之间，然后进行电阻焊接的方法(参照专利文献7及8)。

但是，这些目前的技术分别存在以下的问题。例如，专利文献1～8中得到钢材和铝材的不同材料接合体的方法共同之处为能够在平板等比较简单的形状的构件彼此接合时利用，受构件形状的制约，在构件形状复杂的情况下不适用。因此适用范围窄、通用性差。另外，还存在因为接合部为点状的结构，故不能得到连续的接合部的问题。而且，无论哪种方法其工序均较复杂，因此存在不能确保质量的稳定性、接合成本高、缺乏实用性的问题。另外，现存的焊丝上不能够实施，必须组装用于实施上述各方法的新设备，故也存在设备成本提高的问题。

作为针对铁系材料和铝系材料的接合提案上述各种方法的背景之一，可以例举，当直接将铁系材料和铝系材料进行熔化接合时，在接合部生成脆弱的金属间化合物，容易产生裂纹。因此，包括使用焊丝进行接合的情况直接将铁系材料和铝系材料进行接合时，无论如何极力不使铁系材料中的铁和铝系材料中的铝熔化混合，确保熔化金属部的延展性，或无论如何不在铁系材料和铝系材料的界面附近生成脆弱的金属间化合物层，这点极其重要。

对此，还提案了一种通过电弧焊接，将钢材和铝材进行线或面接合的 方法(参照非专利文献1、2、3)。而且，为了确保完整的接合接头，还提案了一种通过MIG硬焊法直接将钢材和铝材进行接合的方法(参照专利文献9)。

在上述非专利文献1、2、3等的、通过电弧焊接对钢材和铝材进行接合的方法在进行接合的钢材一侧预先设置穴，用熔化铝材埋住该穴，由此控制为强度确保的影响因素的金属间化合物的成长方向，从而得到高的接合强度。但是，该非专利文献1、2、3中，在连续进行电弧焊接的情况下，在焊道上也容易产生裂纹，从而焊接接头的强度还有改善的余地。这个在专利文献9中也一样。

另外，还提案了一种在低温下进行硬焊，以使脆的Fe-Al金属间化合物不在接合部生成(参照专利文献10、11)。