[发明专利]异种材料接合用电弧焊接法

说明书

本发明提供一种异种材料接合用电弧焊接法，其使用廉价的电弧焊接设备，能够以牢固且可靠性高的品质接合铝合金或镁合金与钢的异种材料，并且能够无限制地适用于开放截面结构和闭合截面结构。异种材料焊接接头(1)具备铝合金或镁合金制的上板(10)、与上板(10)电弧焊接的钢制的下板(20)、以及钢制的接合辅助构件(30)。接合辅助构件(30)具有带有大径部(32)和小径部(31)的带阶梯的外形形状，形成贯通大径部(32)和小径部(31)的中空部(33)。接合辅助构件(30)被压入通过将上板(10)穿孔而形成的孔(11)，中空部(33)被Fe合金或Ni合金的焊接金属(40)填充。

技术领域

本发明涉及一种异种材料接合用电弧焊接法。

背景技术

对于以机动车为代表的输送设备，以如下各种抑制为目的而通常要求行驶燃油效率的提高：(a)作为有限资源的石油燃料消费，(b)伴随燃烧而产生的作为地球温暖化气体的CO₂，(c)行驶成本。作为其方案，除了利用电驱动等动力系技术的改善以外，车身重量的轻量化也是改善对策之一。在轻量化中，由将当前的作为主要材料的钢置换为轻量原材料即铝合金、镁合金、碳纤维等的方案。但是，如果全部置换成这些轻量原材料，则有导致高成本化、强度不足这样的课题，作为解决对策，使钢与轻量原材料尽其用地加以组合，被称为所谓的多种材料的设计方法受到注目。

在钢与上述轻量原材料的组合中，必然会出现对它们进行接合的部位。可知钢之间、铝合金之间和镁合金之间的焊接容易，但在异种材料中却极其困难。其理由在于，在钢与铝或者镁的熔融混合部会生成性质极脆的金属间化合物(IMC)，在拉伸、冲击这样的外部应力下，熔融混合部容易破坏。因此，电阻点焊法、电弧焊接法这样的焊接法不能在异种材料接合中采用，通常使用其他接合法。钢与碳纤维的接合，由于后者不是金属，因此也不能使用焊接。

作为现有的异种材料接合技术的例子，可列举在钢原材料与轻量原材料这双方设置贯通孔，用螺栓和螺母从上下进行约束的方案。另外，作为另一例，已知有施加强大的压力从单侧插入铆接构件，利用铆接效果进行约束的方案(例如，参照专利文献1)。

并且，作为另一例，提出有如下方案，即将钢制的接合构件作为冲头压入到铝合金原材料中，暂时约束冲孔和接合构件，接着使之与钢原材料重叠，用铜电极从上下两方夹持，瞬间性地施加压力和高电流而对钢原材料与接合构件进行电阻焊(例如，参照专利文献2)。

另外，作为另一例，还开发出使用摩擦搅拌接合工具直接接合铝合金与钢的原材料彼此的方案(例如，参照专利文献3)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002－174219号公报

专利文献2：日本特开2009－285678号公报

专利文献3：日本专利第5044128号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，利用螺栓和螺母的接合法，在钢原材料与轻量原材料构成闭合截面结构的情况下(参照图39A)，不能放入螺母而不能适用。另外，在可适用的开放截面结构的接头的情况下(参照图39B、图39C)，也有拧紧螺母需要时间而效率差这样的课题。

另外，专利文献1所记载的接合法是比较容易的方法，但在钢的强度高的情况下，由不能插入的问题，并且，由于接合强度依赖于摩擦力和铆接构件的刚性，因此存在得不到高接合强度这样的问题。另外，在插入时需要从正、反两侧用夹具压入，因此也有不能适用于闭合截面结构这样的课题。

并且，专利文献2所记载的接合法，也不能适用于闭合截面结构，另外，电阻焊法有设备非常昂贵这样的课题。