[发明专利]异种金属接合方法

说明书

本申请是国际申请号PCT/JP2012/055143、国家阶段申请号201280012117.0、申请日2012年2月29日、发明名称为“异种金属接合方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及利用使用了钨电极的直流TIG(Tungsten Inert Gas)焊接对铝合金材和钢材进行角焊的异种金属接合方法。需要说明的是，在本发明中所说的“铝合金材”是铝合金制的轧制板材(冷轧板等)、挤压型材或对其进行了成形加工的车身用等的各种构件、零件的总称。另外，在本发明中所说的“钢材”是冷轧钢材、型钢或对其进行了成形加工的车身用等的各种构件、零件的总称。

背景技术

近年来，提出了由以机动车为代表的输送用车辆排出的废气等所引起的全球变暖等针对地球环境的问题，作为其对策之一，研究通过机动车等车辆的轻量化来提高燃料消耗率。另一方面，若仅将车辆轻量化，则担心在机动车等发生碰撞事故的情况下成为较大事故的可能性变高。因此，也研究在轻量化的同时提高安全性。基于这样的理由，研究将轻量且能量吸收性优异的铝合金应用于以机动车为代表的输送用车辆的车身的一部分，近年来也开始实际应用。

但是，为了将铝合金应用于以机动车为代表的输送用车辆，需要进行有效利用铝合金的特性的结构设计。因而，除了全铝合金制的特殊的车辆之外，相对于构成车身的结构体的钢材局部地组装铝合金材。因此，钢材和铝合金材的异种金属接合技术是必须的。

然而，若仅利用焊接进行钢材和铝合金材的异种金属接合，则在钢材和铝合金材彼此的接合界面处生成高硬度且非常脆的Fe和Al的金属间化合物层(或反应层)。即，即使钢材和铝合金材在外表上彼此接合，也会由于在接合界面处生成的非常脆的Fe和Al的金属间化合物层(或反应层)而产生在接缝处无法获得足够的接合强度这样的问题。

在钢材和铝合金材的接合技术中采用焊接的情况下，产生上述那样的问题。因此，钢材和铝合金材的接合中也采用自冲铆接、使用了螺栓等固定器具的机械接合技术、使用粘接剂的接合技术。但是，这些接合技术存在接合作业繁杂、接合成本上升这样的课题，不能广泛应用。

当前情况下，构成以机动车为代表的输送用车辆的钢材等的接合中，广泛采用TIG焊接等的线接合、点接合等焊接技术。若能够将这些焊接技术应用于钢材和铝合金材的异种金属接合技术，则能够在工厂内的与钢材相同的生产线、工序下制造使用铝合金材的车辆，能够进一步促进接合作业的效率化。

在这些焊接技术中，TIG焊接是钢材彼此的接合等中最广泛采用的技术。但是，如上所述，在钢材和铝合金材的异种金属接合中担心生成Fe和Al的金属间化合物层这样的问题，因此，实际情况是TIG焊接不仅没有实际应用而且也几乎没有提案。

在这样的实际情况中，通过专利文献1提案出与利用TIG焊接进行的钢材和铝合金材的异种金属接合相关的技术。但是，该提案只不过是作为对接焊及搭接焊的一例而举出TIG焊接。即，在该提案中，焊接手段可以从激光、电子束、等离子弧、TIG、MIG及CO₂弧的组中选择。在该提案中，只不过记载焊接手段可以是TIG焊接。

专利文献2提案有以相对于焊接施工方向将钢材设为上侧、将铝合金材设为下侧的方式使钢材与铝合金材彼此重叠地焊接的异种金属接合方法。在该方法中，提案有在使铝合金材的焊接面位置比钢材的焊接面位置在焊接施工方向上向上侧突出的状态下沿着焊接线进行焊接。记载了利用该方法能改善钢材的焊接面的铝熔液的润湿性，能促进钢材的表面(焊接面)的氧化膜去除，能实现良好的接合。

另外，在该专利文献2中，也谋求使用在铝材外皮内部填充焊剂而成的药芯焊丝(FCW)的方案的TIG焊接。顺便一提，这样的异种金属接合所使用的FCW的组成以往被专利文献3等多次提出。但是，在这些专利文献2、3中，并未公开使用TIG焊接的铝合金材和钢材的具体的异种金属接合方法。

因此，本发明人重新实际实施利用TIG焊接对铝合金材和钢材进行接合的异种金属接合试验并确认了此时产生的问题点。具体而言，如图10所示，首先，使铝合金材11位于上侧，使铝合金材11的一端部重叠在钢材12上。然后，进行一边向由铝合金材11的端部11a和钢材12的表面形成的台阶部13供给药芯焊丝(FCW)7一边使用钨电极30对铝合金材11和钢材12进行角焊的异种金属接合试验。需要说明的是，TIG焊接利用铝合金材彼此的焊接通常所用的交流TIG焊接来进行。