專利名稱：異材接合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼板和鋁合金板通過(guò)點(diǎn)焊進(jìn)行的異材接合方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，針對(duì)廢氣等造成的地球環(huán)境問題，追求汽車等的運(yùn)輸設(shè)備的車體的輕量化帶來(lái)的燃油效率的提高。另外，為了盡可能不阻礙該輕量化，也追求提高汽車的車體碰撞時(shí)的安全性。為此，對(duì)于汽車的車體構(gòu)造，特別是輕量而能量吸收性也優(yōu)異的鋁合金板的應(yīng)用得到各種研究。在此，本發(fā)明所說(shuō)的鋁合金板，是鋁合金的熱軋板、冷軋板等的壓延板的總稱。另外，所謂鋼板意思是冷軋鋼板，但以下僅稱為鋼板。例如，汽車的引擎罩、擋泥板、車門、車頂、后備箱蓋等的面板結(jié)構(gòu)體的外部面板(外板)和內(nèi)部面板(內(nèi)板)等的面板中，Al-Mg-Si系的AA至JIS6000系(以下，僅稱為6000系)和Al-Mg系的AA至JIS5000系(以下，僅稱為5000系)等的鋁合金板的使用得到研究。但是，將鋁合金應(yīng)用到車體時(shí)，需要發(fā)揮出鋁合金的特性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求高強(qiáng)度鋼板和鋁合金板使用上的量材適用。為此，需要使鋼和鋁合金混在的車體構(gòu)造成立，相互組合的鋼和鋁合金的接合技術(shù)成為必須。即，使鋼板和鋁合金板組合時(shí)，也必然地存在Fe-Al的異材接合(鐵ー招的異種金屬構(gòu)件之間的接合)的必要性。但是，作為通過(guò)焊接進(jìn)行該Fe-Al異材接合時(shí)的問題點(diǎn)在于，在彼此的接合界面，生成高硬度并非常脆的Fe和Al的金屬間化合物層(以下，也稱為反應(yīng)層)。因此，即使外觀上互相被接合，由于本化合物層的生成，導(dǎo)致由焊接進(jìn)行的Fe-Al異材接合中，異材接合體大多得不到充分的接合強(qiáng)度。反映出的是，一直以來(lái)，在這些異材接合體(異種金屬構(gòu)件之間的接合體)的接合中，不僅使用焊接，自沖鉚釘和鏍栓這樣的機(jī)械的接合和使用了粘接劑的接合也得到實(shí)用化。但是，存在接合作業(yè)的煩復(fù)和接合成本上升等的實(shí)用上的問題。因此，通常的汽車的車體的接合中通用的、有效率的點(diǎn)焊進(jìn)行異材接合歷來(lái)都得至IJ研究。例如，提出有在鋁合金板和鋼板之間插入鋁ー鋼包覆材的方法。另外還提出有，在鋼板側(cè)鍍覆或插入熔點(diǎn)低的金屬的方法。此外，也提出有在鋁合金板與鋼板之間夾隔絕緣體粒子的方法，以及預(yù)先使構(gòu)件帶有凹凸的方法等。此外還提出，在除去鋁合金板的不均勻的氧化膜之后，在大氣中加熱而形成均勻的氧化膜，在鋁表面的接觸電阻提高的狀態(tài)下，將鋁ー鋼這兩層雙層鋼板用于插入材而進(jìn)行點(diǎn)焊的方法。另ー方面，已知在原材的鋼板側(cè)，為了鋼板的高強(qiáng)度化而添加S1、Mn、Al等的元素，以其控制在鋼板表面生成的含有S1、Mn、Al等的氧化物的厚度，而使鍍鋅等的表面被覆和鋼板的密接性和鋼板彼此的點(diǎn)焊性提高(參照專利文獻(xiàn)I)。但是，在這些現(xiàn)有技術(shù)中，在通常的汽車的車體的接合所通用的、有效率的點(diǎn)焊進(jìn)行的接合條件中，得不到充分的接合強(qiáng)度。換言之，就是用于得到接合強(qiáng)度的點(diǎn)焊條件必然煩復(fù)，沒有實(shí)用性。
對(duì)此，特別是著眼于作為汽車車體用而通用的6000系鋁合金板等，和抗拉強(qiáng)度為450MPa以上的高強(qiáng)度鋼板(高強(qiáng)度材)的異材接合體的點(diǎn)焊的技術(shù)也提出有各種。例如，在專利文獻(xiàn)2、3中提出，將鋼板兩張以上重合或?qū)摪鍔A在鋁合金板間，以此形式對(duì)于板厚限制在3mm以下的鋼板和鋁合金板進(jìn)行點(diǎn)焊。在專利文獻(xiàn)4中提出，規(guī)定點(diǎn)焊部的焊核面積和界面反應(yīng)層的厚度而使接合強(qiáng)度提高。另外，在專利文獻(xiàn)5、6中提出，分別詳細(xì)規(guī)定焊接界面中，鋼板側(cè)與鋁合金板側(cè)的各生成化合物的組成和厚度、面積等，從而使接合強(qiáng)度提高。另外，在專利文獻(xiàn)7 9中提出，在特定組成的高強(qiáng)度鋼板中，使鋼板表面生成Mn、Si的特定組成的新的外部氧化物層和內(nèi)部氧化物，著眼于異材接合體的高接合強(qiáng)度。此外，從點(diǎn)焊條件的側(cè)出發(fā)，也分別提出有電極形狀(參照專利文獻(xiàn)10、11)和大電流短時(shí)間條件(參照專利文獻(xiàn)12)、焊接電流的脈沖控制(參照專利文獻(xiàn)13、14參照)
坐寸o先行技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開2002-294487號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2007-144473號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特開2007-283313號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本特開2006-167801號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5:日本特開2006-289452號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6:日本特開2007-260777號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7:日本特開2006-336070號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)8:日本特開2009-299138號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)9:日本特開2009-299139號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)10:日本特開平11-342477號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)11:日本特開2008-200678號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)12:日本專利第3941001號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)13:日本專利第4425159號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)14:日本特開2006-224127號(hào)公報(bào)因此，這些現(xiàn)有技術(shù)所公開的點(diǎn)焊條件之中，冷軋鋼板和鋁合金板的焊接中，若著眼于焊接電流，則與鋼板之間的點(diǎn)焊比較，多數(shù)情況是使用高焊接電流。這是由于鋁合金之間的點(diǎn)焊所需要的(被使用的)焊接電流本來(lái)就高。因此現(xiàn)狀是，在6000系鋁合金板等和高強(qiáng)度鋼板的異材接合體中，為了得到接合強(qiáng)度，不得不使用鋁合金之間的點(diǎn)焊中所使用的這種高焊接電流。但是，若是如此，點(diǎn)焊時(shí)的焊接電流高，則不僅在鋼板ー鋁合金板界面發(fā)生鋁的噴濺(チリ)，而且在鋼板表面與電極之間，也有發(fā)生噴濺的情況。在鋼板ー招合金板的點(diǎn)焊中，通過(guò)合適的焊接條件抑制脆弱的金屬間化合物的生成，和確保其面積寬闊而確保接合強(qiáng)度。因此，若引起從鋼板表面發(fā)生的噴濺，則噴濺發(fā)生帶走線能量，得不到充分的接合強(qiáng)度。另外，焊接中中因?yàn)閲姙R(火花)四射，施工環(huán)境也不良。
這樣的噴濺發(fā)生，其原因是鋼板表面和電極之間的接觸電阻造成的放熱。因此，作為對(duì)其加以抑制的方法，認(rèn)為有以下3個(gè)方法，但分別有所述問題。(I)降低焊接電流:脫離所述高焊接電流條件(合適的焊接條件)，得不到接合強(qiáng)度的可能性變大。(2)提高加壓カ:鋁從鋼板一招合金板的界面的噴濺發(fā)生増大。(3)減小電極的前端R，抑制接觸面積(提高接觸面壓，降低接觸電阻):因?yàn)楹负酥睆阶冃?，所以點(diǎn)焊打點(diǎn)的每ー個(gè)點(diǎn)的強(qiáng)度降低。如果，能夠抑制從鋼板表面發(fā)生的噴濺，并且焊接電流也能夠盡可能變小，則可期待電極壽命的延長(zhǎng)，并可期待也有助于生產(chǎn)率提高。但是，對(duì)于抑制從鋼板表面發(fā)生的噴濺，并且盡可能減小焊接電流有效的點(diǎn)焊方法的提出，如前述，實(shí)際情況是至今還沒有。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的問題點(diǎn)而形成，其目的在于，提供一種能夠改善點(diǎn)焊條件，抑制從鋼板表面發(fā)生的噴濺，并且也能夠盡可能減小焊接電流，能夠得到具有高接合強(qiáng)度的異材接合部的點(diǎn)焊方法。用于達(dá)成該目的的本發(fā)明的要g是，通過(guò)點(diǎn)焊對(duì)于冷軋鋼板和鋁合金板進(jìn)行異材接合的方法，其特征在于，使接合的冷軋鋼板的板厚ts為0.3 3.0mm,使接合的鋁合金板的板厚ta為0.3 4.0mm,在此基礎(chǔ)上,在電極間加壓カ:2.5 4.5kN、電極間電流Iw:14 26kA、通電時(shí)間Tw:鋼板板厚(ts)每Imm為200msec以下的各條件下,在進(jìn)行點(diǎn)焊而形成焊核之前，對(duì)于與雙方的板接觸的電極，以電極間加壓カ:2.5 4.5kN、電極間電流Ib:6 12kA、通電時(shí)間Tb:鋼板板厚(ts)姆Imm為200msec以下的、不會(huì)在鋼板與電極間使噴濺發(fā)生，并且不會(huì)使鋁合金板側(cè)熔融的條件，預(yù)先進(jìn)行前通電，之后I秒以內(nèi)進(jìn)行所述點(diǎn)焊時(shí)，這些點(diǎn)焊和前通電的條件，進(jìn)ー步滿足由所述各通電條件和所述各板厚決定的下述關(guān)系式。關(guān)系式:20^ (Ib2 X Tb+Iw2X Tw) X ts/ta ^ 55 (kA2 sec)本發(fā)明者們，對(duì)于鋼板ー鋁合金板的點(diǎn)焊時(shí)，抑制從鋼板表面發(fā)生的噴濺的方法進(jìn)行研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在點(diǎn)焊的正式焊接之前，通過(guò)用于該正式焊接而設(shè)的電極，進(jìn)行“前通電”，即預(yù)先向鋼板接通比較低的電流，這對(duì)于抑制噴濺的發(fā)生有效。通過(guò)該前通電，能夠提高鋼板的溫度而使變形阻抗降低，而且，利用電極的加壓力，能夠減小鋼板與電極的接觸部的凹凸，鋼板與電極的接觸狀態(tài)得到改善。于是，據(jù)此，實(shí)質(zhì)上能夠使鋼板和電極的接觸面積增大，抑制鋼板表面和電極之間的接觸電阻，減少鋼板一電極間的放熱，能夠抑制從鋼板表面發(fā)生的噴濺。另外，若使用該前通電，不僅能夠抑制所述的鋼板表面一電極間的噴濺發(fā)生，而且能夠預(yù)熱鋼板，因此也能夠期待點(diǎn)焊正式焊接一方的電流減小效果。

S卩，根據(jù)本發(fā)明，能夠得到高接合強(qiáng)度的異材接合部(焊接接頭)，并且能夠提高點(diǎn)焊正式焊接狀態(tài)(焊接效率)。
具體實(shí)施方式
以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。前通電:在本發(fā)明中，在點(diǎn)焊正式焊接之前，以在鋼板與電極間不便噴濺發(fā)生，并且不會(huì)使鋁合金板側(cè)熔融的條件，預(yù)先進(jìn)行前通電。該前通電條件為如下條件:對(duì)于與雙方的板接觸的電極，電極間加壓カ:2.5 4.5kN、電極間電流Ib:6 12kA、通電時(shí)間Tb:鋼板板厚(ts)甸 Imm 為 200msec 以下。為了抑制從鋼板表面發(fā)生的噴濺，有效的是減小電極與鋼板的接觸電阻。決定該接觸電阻的因素是加壓力、表面性狀、接觸面積。若通過(guò)電極對(duì)于鋼板進(jìn)行加壓，加在電極與鋼板之間存在微小的接觸部和非接觸部，實(shí)質(zhì)上只在接觸的部分流通電流，發(fā)生放熱。如果能夠増大該實(shí)質(zhì)的接觸面積，則接觸電阻相対性地變小，從而能夠抑制放熱，能夠抑制從鋼板表面發(fā)生的噴濺。反之，如果非接觸部變大，則接觸電阻相対性地變大，放熱增大，從鋼板表面發(fā)生的噴濺量變多。若増大電極的加壓力，則從鋼板表面發(fā)生的噴濺之所以得到抑制，就是基于這ー機(jī)理。但是，若加大電極的加壓力，則這次會(huì)存在來(lái)自鋼板一鋁板的界面的噴濺發(fā)生變大等缺點(diǎn)，因此增大該加壓力有限度。另外，還考慮使鋼板表面與電極的表面平滑，以增大接觸面積的方法，但只要是使用軋制鋼板，使表面粗糙度良好到一定程度以上就有困難。另夕卜，若電極發(fā)生形狀不良和金屬的熔合，則進(jìn)行修整，但為了進(jìn)行高效率的修整而過(guò)度減小修整時(shí)的最終粗糙度并不是上策。相對(duì)于此，如所述，根據(jù)前通電，鋼板被預(yù)熱，鋼板溫度提高，變形阻抗被降低。因此，在電極的加壓下，能夠減小鋼板與電極的接觸部的凹凸，鋼板與電極的接觸狀態(tài)得到改善。因此，能夠增大所述鋼板與電極的實(shí)質(zhì)的接觸面積，能夠減小鋼板表面與電極之間的接觸電阻，能夠減少鋼板ー電極間的放熱量，能夠抑制從鋼板表面發(fā)生的噴濺。另外，通過(guò)由前通電進(jìn)行的鋼板的預(yù)熱，也有減小點(diǎn)焊正式焊接一方的電流的效果。還有，在該前通電時(shí)，在鋼板ー招板間也發(fā)生放熱。但是，若利用該放熱使鋁熔融，則在點(diǎn)焊的正式焊接時(shí)，不能期望由鋼板ー鋁板間的接觸電阻帶來(lái)的放熱，因?yàn)橹挥袖摪鍝碛械碾娮柽M(jìn)行放熱，所以溫度不提高，效率差。另外，因?yàn)槿廴诘匿X和鋼板的接觸時(shí)間變長(zhǎng)，所以容易促進(jìn)脆的金屬間化合物相的形成。此外，由于電極的加壓カ導(dǎo)致鋁板的噴濺發(fā)生變大。前通電的電極間電流Ib:因此，存在通過(guò)前通電而用于不使鋁熔融的電流范圍(上限)，前通電的電極間電流Ib為12kA以下。另ー方面，若前通電時(shí)的電流過(guò)小，則不能有效地加熱鋼板，因此變形阻抗降低，不能改善鋼板與電極的接觸狀態(tài)。另外，也考慮到一般性的點(diǎn)焊機(jī)的電流控制范圍，前通電的電極間電流Ib為6kA以上。因此，前通電的電極間電流Ib的范圍為6 12kA。前通電的通電時(shí)間Tb:前通電的時(shí)間，對(duì)于鋼板表面一電極間的噴濺發(fā)生不會(huì)造成巨大的影響，通電可以是瞬間的，通電時(shí)間的下限未設(shè)。但是，若通電時(shí)間長(zhǎng)，則會(huì)過(guò)度預(yù)熱鋼板/鋁，存在過(guò)厚地形成脆的金屬間化合物相的可能性，另外焊接時(shí)間變長(zhǎng)，效率變差。因此，通電時(shí)間Tb，根據(jù)與鋼板板厚ts的關(guān)系,成為鋼板板厚(ts)每Imm在200msec以下的條件。前通電的電極間加壓カ:
前通電的電極間加壓カ與點(diǎn)焊的正式焊接時(shí)相同，為2.5 4.5kN的范圍。若該電極間加壓カ過(guò)小，則即使經(jīng)過(guò)前通電，也不能減小鋼板與電極的接觸部的凹凸，不能改善鋼板與電極的接觸狀態(tài)。因此，不能增大所述的鋼板和電極的實(shí)質(zhì)的接觸面積，不能減小鋼板表面與電極之間的接觸電阻，不能減少鋼板一電極間的放熱量，不能抑制從鋼板表面發(fā)生的噴濺。另ー方面，若電極間加壓カ過(guò)高，則從焊接時(shí)的鋼板一招板的界面發(fā)生的噴濺變大，因此不當(dāng)。另外也需要考慮普通的點(diǎn)焊機(jī)的加壓カ的范圍(加壓能力)。點(diǎn)焊條件:點(diǎn)焊正式焊接在該前通電后，時(shí)間上沒有延遲地(連續(xù))。另外，前通電和點(diǎn)焊正式焊接即使空出間隔，其時(shí)間也為I秒鐘以下。若前通電和點(diǎn)焊正式焊接空出間隔，則鋼板被冷卻，預(yù)熱鋼板前通電的效果受損。另外，焊接時(shí)間變得過(guò)長(zhǎng)，沒有效率。本發(fā)明中，用于形成焊核的點(diǎn)焊正式焊接(正式通電)條件，是為了取得冷軋鋼板和鋁合金板的薄板的異材接合接頭的高接合強(qiáng)度而設(shè)定。即，其是在點(diǎn)焊正式焊接中，為了使冶金的接合所需要的最小限度厚度的Fe和Al的反應(yīng)層適當(dāng)?shù)卦诮雍喜啃纬?，從而得到高接合?qiáng)度而設(shè)定。為此，作為點(diǎn)焊的每個(gè)焊接處的必要的條件，首先，使接合的冷軋鋼板的板厚ts為0.3 3.0mm,使接合的招合金板的板厚ta為0.3 4.0mm其。板厚分別過(guò)厚或過(guò)薄時(shí)，不符合規(guī)定的點(diǎn)焊條件，另外，點(diǎn)焊的應(yīng)用本身也困難而不適合。以該板厚范圍為前提，以點(diǎn)焊的電極間加壓カ:2.5 4.5kN、電極間電流Iw:14 26kA、通電時(shí)間Tw:鋼板板厚(ts)每Imm為200msec以下的各條件,進(jìn)行點(diǎn)焊而形成焊核。脫離這些條件時(shí)，出干與所述前通電的關(guān)系，也不適合點(diǎn)焊，得不到高接合強(qiáng)度。因此，所述板厚條件雖然自明，但也有前通電的板厚條件。因此，在本發(fā)明條件的點(diǎn)焊中，也包括所述前通電，能夠使用相同的通用的點(diǎn)焊裝置，不需要更換所述前通電和焊接裝置，或組合不同的焊接裝置。另外，所述前通電和點(diǎn)焊正式焊接，在相同的電極位置實(shí)施。還有，不需要使用焊劑，但也可以根據(jù)需要使用。在此，所述冶金的接合所需要并且最小限度的Fe和Al的反應(yīng)層的厚度的目標(biāo)為，接合界面的反應(yīng)層的焊核深度方向(鋼板的板厚方向)的平均厚度，優(yōu)選為0.1 20 ii m，更優(yōu)選控制在I 20 y m的范圍。還有，在以報(bào)的說(shuō)明中，將這樣的厚度的反應(yīng)層稱為“最佳厚度反應(yīng)層”。在鋼板和鋁合金板的焊接接合界面，作為反應(yīng)層，在鋼板側(cè)具有層狀的Al-Fe系化合物層，在鋁合金板側(cè)具有粒狀或針狀的Al-Fe系化合物和Al-Fe-S1-Mn系化合物混合的層。若這些脆的反應(yīng)層在焊核深度方向的平均厚度過(guò)厚，則接合強(qiáng)度顯著降低。另ー方面，若反應(yīng)層在焊核深度方向的平均厚度過(guò)薄，則冶金的接合不充分，得不到充分的接合強(qiáng)度。因此，F(xiàn)e和Al的反應(yīng)層的厚度，優(yōu)選處于前述的平均厚度的范圍。脫離前述的電極間加壓力、電極間電流、通電時(shí)間等的點(diǎn)焊條件時(shí)，點(diǎn)焊不適當(dāng)，不能在接合部恰當(dāng)?shù)匦纬蛇@些冶金的接合所需要的最小限度厚度的Fe和Al的反應(yīng)層，得不到高接合強(qiáng)度。例如，若所述電極間加壓カ過(guò)低，則鋼板和鋁合金板的接觸點(diǎn)少，因此點(diǎn)焊時(shí)的界面反應(yīng)變得不均勻，得不到上述最佳厚反應(yīng)層。另ー方面，若所述電極間加壓カ過(guò)高，則點(diǎn)焊時(shí)熔化部從焊核飛散，因此接合強(qiáng)度不足。所述焊接電流過(guò)低，或焊接時(shí)間過(guò)短，點(diǎn)焊時(shí)的界面反應(yīng)也不足，即使焊核充分地形成，也不能成為上述最佳厚度反應(yīng)層，因此接合強(qiáng)度仍然不足。另ー方面，在所述焊接電流過(guò)高或過(guò)長(zhǎng)的大電流、長(zhǎng)時(shí)間的點(diǎn)焊中，界面反應(yīng)過(guò)度進(jìn)行，反而不能成為上述最佳厚度反應(yīng)層，因此接合強(qiáng)度不足。點(diǎn)焊和如通電的關(guān)系:在本發(fā)明中，由于接合部經(jīng)過(guò)前通電而被預(yù)先加熱，所以點(diǎn)焊的正式焊接條件的選定需要考慮該前通電條件而決定。在焊接條件的選定中，一般是考慮焊接時(shí)的線能量，但是在點(diǎn)焊中，因?yàn)楹附訒r(shí)的電壓變動(dòng)，所以正確地把握線能量困難。另外，在鋼和鋁中，因?yàn)殡娮杪屎蜔醾鲗?dǎo)不同，所以需要考慮在實(shí)質(zhì)上有助于焊接的線能量。材料和加壓カ一定的情況下，可知點(diǎn)焊正式焊接時(shí)的線能量與(焊接電流)2X通電時(shí)間成正比。另外還可知，在點(diǎn)焊正式焊接中，首先初期由接觸電阻放熱，其次由材料的電阻放熱。但是，鋁的電阻率在鋼的1/5以下，鋁的熱傳導(dǎo)率為鋼的5倍左右，因此這些異材接合時(shí)，鋁對(duì)于電阻放熱幾乎沒有幫助，倒不如說(shuō)具有通過(guò)熱傳導(dǎo)奪取鋼所發(fā)生的熱量的作用。因此，在點(diǎn)焊正式焊接時(shí)的焊接條件的設(shè)定時(shí)，應(yīng)該考慮有助于放熱的鋼的板厚，和奪走放熱的鋁的板厚。因此，進(jìn)行基于I2XTXts/ta(1:焊接電流，T:通電時(shí)間，ts:鋼板厚，ta:鋁板厚)的線能量的考慮吋，作為符合前通電+點(diǎn)焊正式焊接的最佳條件，可知需要以下的關(guān)系式成立。點(diǎn)焊和前通電的關(guān)系式:此關(guān)系式為，20< (Ib2 X Tb+Iw2 X Tw) X ts/ta ^ 55 (kA2 sec) 其中，在此，Ib:前通電電流，Tb:`前通電通電時(shí)間，Iw:點(diǎn)焊電流，Tw:點(diǎn)焊通電時(shí)間，ts:鋼板板厚，ta:鋁合金板的板厚。因此，在本發(fā)明中，不僅要滿足為了達(dá)成高接合強(qiáng)度和焊接效率，所述的點(diǎn)焊正式焊接和前通電的各自的個(gè)別的條件，而且彼此的各通電條件，也要基干與所述各板厚的關(guān)系，進(jìn)ー步滿足上述關(guān)系式。換言之，即使?jié)M足點(diǎn)焊正式焊接和前通電的各自的個(gè)別的條件，若彼此的各通電條件沒有進(jìn)ー步滿足上述關(guān)系式，則仍不能達(dá)成高接合強(qiáng)度和焊接效率。根據(jù)本發(fā)明，不是預(yù)先改善作為焊接原材的鋼板側(cè)和鋁合金板側(cè)，而是能夠通過(guò)對(duì)點(diǎn)焊?jìng)?cè)附加(采用)前通電而進(jìn)行的最小的改善，防止噴濺發(fā)生，從而得到具有高接合強(qiáng)度的異材接合部。因此，對(duì)鋼板和鋁合金板側(cè)的性質(zhì)(特性)沒有影響，不會(huì)使鋼板和鋁合金板的制造成本上升，能夠得到基于點(diǎn)焊的具有高接合強(qiáng)度的異材接合部。鋼板的化學(xué)成分組成:以下，對(duì)于本發(fā)明作為接合的對(duì)象的冷軋鋼板的成分組成進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明中，優(yōu)選以含有S1、Mn等的、抗拉強(qiáng)度為450MPa以上的高強(qiáng)度鋼板(高強(qiáng)度)作為主要対象。因此，關(guān)于冷軋鋼板的成分組成，優(yōu)選為如下組成:以規(guī)定量含有S1、Mn等為前提，以質(zhì)量％計(jì)分別含有c:0.01 0.30%,S1:0.1 3.00%,Mn:0.1 3.00%，優(yōu)選余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。另外，除此之外，也可以是還含有Al:0.002 0.1%，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成。另外也可以為如下組成:除了此Al以外，或取代Al，還含有 Nb:0.005 0.10%, T1:0.005 0.10%, Zr:0.005 0.10%, Cr:0.05 3.00%,Mo:0.01 3.00%, Cu:0.01 3.00%, N1:0.01 3.00%的ー種或兩種以上，余量由 Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。在此，作為鋼板的雜質(zhì)的P、S、N等，因?yàn)槭逛摪宓捻g性和延展性或接合強(qiáng)度等的諸特性降低，所以分別限制為P:0.10%以下(含0% )，S:0.05%以下(含0% )，N:300ppm以下(含0%)。還有，本發(fā)明中的化學(xué)成分的単位(各元素的含量)，包含鋁合金在內(nèi)，全部是質(zhì)量％。鋼板的各成分元素的限定理由如下。C:C是強(qiáng)度上升所需要的元素，但含量低于0.01 %吋，不能確保鋼板的強(qiáng)度，另外若超過(guò)0.30%，則冷加工性降低。因此，C含量為0.01 0.30%的范圍。Si:Si不會(huì)使鋼板的延展性劣化，作為可以確保必要的強(qiáng)度的元素也很重要，因此需要0.1%以上的含量。另ー方面，若含有超過(guò)3.00%，則延展性劣化。因此，從該理由出發(fā)，Si含量也為0.1 3.00%的范圍。Mn:Mn作為用于確保鋼板的強(qiáng)度和韌性的元素也是必要而不可或欠的，含量低于0.1%時(shí)，得不到該效果。另ー方面，若含量超過(guò)3.00%，則強(qiáng)度顯著上升，冷加工困難。因此，Mn含量從這一理由，也有0.1 3.00%。Al:Al作為熔鋼的脫氧元素，捕捉固溶氧，并且防止氣孔的發(fā)生，是用于提高鋼的韌性上也是有效的元素。Al含量低于0.002%時(shí)，得不到此充分的效果，另一方面，若超過(guò)
0.1%,則反而使焊接性劣化，或由于氧化鋁系夾氧物的增加致使鋼的韌性劣化。因此，Al含量為0.002 0.1 %的范圍。Nb、T1、Zr、Cr、Mo、Cu、Ni 的ー種或兩種以上:含有Nb、T1、Zr、Cr、Mo、Cu、NI的ー種或兩種以上，均有助于鋼的高強(qiáng)度化和高韌性化。其中，T1、Nb、Zr在鋼中作為碳氮化物析出而提高強(qiáng)度，使鋼的顯微組織微細(xì)化，使強(qiáng)度、韌性等提高。但是，若大量使之含有，則使韌性大幅劣化。因此，選擇性地使之含有吋，為 Nb:0.005 0.10%, T1:0.005 0.10%,Zr:0.005 0.10%的各范圍。另外，其中，Cr、Mo、Cu、Ni使鋼的淬火性提高，使強(qiáng)度提高。但是，若大量使之含有，則使鋼的韌性大幅劣化。因此，使之含有時(shí)，為Cr:0.05 3.00%,Mo:0.01 3.00%、Cu:0.01 3.00%,N1:0.01 3.00%的范圍。鋼板的強(qiáng)度:在本發(fā)明中，從汽車構(gòu)件等的用途出發(fā)，以抗拉強(qiáng)度為450MPa以上的高強(qiáng)度鋼板(高強(qiáng)度)作為主要対象。與其相比，低強(qiáng)度鋼中，一般低合金鋼多，氧化皮膜大體上是鐵氧化物，因此Fe和Al的擴(kuò)散容易，容易形成脆的反應(yīng)層。另外，因?yàn)殇摪宓膹?qiáng)度不足，所以在點(diǎn)焊時(shí)的電極觸頭進(jìn)行的加壓下，鋼板的變形變大，氧化皮膜容易被破壞，因此與鋁的反應(yīng)被異常促進(jìn)，脆的金屬間化合物容易形成。鋁合金板:本發(fā)明中作為接合對(duì)象的鋁合金板，為Al-Mg-Si系的AA至JIS規(guī)格的6000系鋁合金板。該合金材對(duì)應(yīng)汽車車體的各部分用途，沒有特別限定形狀，適宜選擇所述通用的板材、形材、鍛造材、鋳造材等。但是，關(guān)于鋁合金板的強(qiáng)度，也與上述鋼板的情況ー樣，為了抑制因點(diǎn)焊時(shí)的加壓造成的變形而期望是高的一方。作為汽車車體面板用等，要求有優(yōu)異的擠壓成形性和BH性(烘烤硬化性)、強(qiáng)度、焊接性、耐腐蝕性等的諸特性。為了滿足這樣的要求，作為6000系鋁合金板的組成，優(yōu)選以質(zhì)量％計(jì)分別含有Mg:0.1 1.2%,S1:0.1 1.5%,Cu:0.001 1.0%,Fe:0.01 0.4、Mn:0.01 1.0，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的6000系鋁合金。另外，為了使BH性更優(yōu)異，優(yōu)選為Si和Mg的質(zhì)量比Si/Mg為I以上這樣的過(guò)剩Si型的6000系鋁合金板。此外，除了所述各優(yōu)選的組成以外，也可以選擇性地含有Cr:0.001 0.2%、Zr:
0.001 0.2%的ー種或ニ種合計(jì)量為0.30%以下，或也可以含有Zn:0.001 0.25%,Ti:
0.001 0.10%的ー種或ニ種。也可以在0.01 0.5%的范圍含有Li。除此以外的其他的元素，基本上是雜質(zhì)，為遵循AA至JIS規(guī)格等的各雜質(zhì)水平的含量(允許量)。但是，從再循環(huán)的觀點(diǎn)出發(fā)，作為熔化材，不僅有高純度Al錠，以6000系合金和其他的鋁合金廢料、低純度Al錠等為熔化原料而大量使用時(shí)，雜質(zhì)元素混入的可能性高。而且，將這些雜質(zhì)元素降低至例如檢測(cè)界限以下，自身成本提高，需要允許一定程度的含有。因此，其他的元素允許在分別遵循AA至JIS規(guī)格等的允許量的范圍內(nèi)含有。上述6000系鋁合金中，各元素的含有意義如下。S1:Si與Mg—起，在固溶強(qiáng)化和涂裝烘烤處理等的所述低溫下的人工時(shí)效處理時(shí)，形成有助于強(qiáng)度提高的時(shí)效析出物，發(fā)揮時(shí)效硬化能力，是用于得到例如ISOMPa以上的所需強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度)的必須的元素。若含量不足，則得不到這樣的效果，若含量過(guò)多，則擠壓成形性和彎曲加工性等的成形性顯著降低，此外焊接性也受到很大阻礙。Mg =Mg也是在固溶強(qiáng)化和涂裝烘烤處理等的所述人工時(shí)效處理時(shí)，與Si —起形成有助于強(qiáng)度提高的時(shí)效析出物，發(fā)揮時(shí)效硬化能力，是用于作為面板而得到所述必要抗拉強(qiáng)度的必須的元素。若含量不足，則得不到這樣的效果，若含量過(guò)多，則擠壓成形性和彎曲加工性等的成形性顯著降低。Cu:Cu在比較低溫短時(shí)間的人工時(shí)效處理的條件下，具有促進(jìn)鋁合金板組織向晶粒內(nèi)的有助于強(qiáng)度提高的時(shí)效析出物的形成的效果。另外，固溶的Cu也有使成形性提高的效果。若含量不足，則得不到這樣的效果，若含量過(guò)多，則使耐腐蝕性和焊接性顯著劣化。Fe =Fe發(fā)揮著與Mn、Cr、Zr等相同的作用，生成分散粒子(分散相)，妨礙再結(jié)晶后的晶界移動(dòng)，防止晶粒的粗大化，并且具有使晶粒微細(xì)化的效果。若含量不足，則得不到這樣的效果，若含量過(guò)多，則容易生成粗大的結(jié)晶物，使斷裂韌性和疲勞特性等劣化。Mn =Mn具有的效果是，在均熱化熱處理時(shí)生成分散粒子(分散相)，妨礙再結(jié)晶后的晶界移動(dòng)，因此具有能夠得到微細(xì)的晶粒的效果。鋁合金組織的晶粒越微細(xì)，擠壓成形性和卷加加工性越提高。若含量不足，則得不到這樣的效果，若含量過(guò)多，則使機(jī)械的性質(zhì)降低。另外彎曲加工性等的成形性降低。Zn:Zn除了通過(guò)固溶強(qiáng)化而有助于強(qiáng)度的提高以外，在時(shí)效處理時(shí)，還具有顯著促進(jìn)最終制品的時(shí)效硬化的效果。若含量不足，則得不到這樣的效果，若含量過(guò)多，則應(yīng)カ腐蝕裂紋和晶界腐蝕的敏感性顯著提高,使耐腐蝕性和耐久性降低。Ti =Ti使鑄塊的晶粒微細(xì)化，具有使壓出材組織成為微細(xì)的晶粒的效果。若含量不足，則得不到這樣的效果，若含量過(guò)多，則形成粗大的結(jié)晶析出物，成為使作為增強(qiáng)材的所述彎曲壓壞性和耐腐蝕性等的要求特性，以及壓出材的彎曲加工性等降低的原因。
Cr、Zr:Cr、Zr過(guò)渡元素與Mn同樣，生成由Al-Cr系、Al-Zr系等的金屬間化合物構(gòu)成的分散粒子(分散相)，在用于防止晶粒的粗大化上有效。若含量不足，則得不到這樣的效果，若含量過(guò)多，則形成粗大的結(jié)晶析出物，若含量過(guò)多，則使作為增強(qiáng)材的所述彎曲壓壞性和耐腐蝕性等的要求特性，以及機(jī)械的性質(zhì)降低。另外彎曲加工性等的成形性降低。(鋼板和鋁合金板的厚度)鋼板和鋁合金板被焊接的部分的厚度(板厚)，并不只是根據(jù)從所述點(diǎn)焊出發(fā)的設(shè)計(jì)出發(fā)，也根據(jù)汽車構(gòu)件等的應(yīng)用構(gòu)件的必要強(qiáng)度和鋼性等的設(shè)計(jì)條件選擇択乃至決定。若假定為汽車構(gòu)件等，則實(shí)用上從冷軋鋼板的(焊接的部分的)厚度t為0.3
3.0mm中選擇。鋼板的厚度過(guò)薄時(shí)，不能確保作為汽車構(gòu)件的必要的強(qiáng)度和剛性而不恰當(dāng)。另外，除此之外，例如，利用點(diǎn)焊時(shí)，因?yàn)樵谟呻姌O觸頭進(jìn)行的加壓下，鋼板的變形大，氧化皮膜容易被破壞，所以與鋁的反應(yīng)被促迸。其結(jié)果是，容易形成脆的金屬間化合物。另一方面，鋼板的厚度過(guò)厚時(shí)，點(diǎn)焊接合本身有困難。鋁合金板的(焊接的部分的)厚度t，若同樣假定為汽車構(gòu)件等，則從0.3 4.0mm的范圍選擇。鋁合金板的厚度過(guò)薄時(shí)，作為汽車構(gòu)件的強(qiáng)度不足而不恰當(dāng)，除此之外，理不到焊核直徑，熔融容易到達(dá)至鋁合金板兩表面，容易噴濺，因此存在得不到高接合強(qiáng)度的可能性。另ー方面，鋁合金板的厚度過(guò)厚時(shí)，與所述鋼板的板厚的情況同樣，焊接接合自身有困難。實(shí)施例以下記述本發(fā)明的實(shí)施例。前通電試驗(yàn): 首先，對(duì)于所述前通電的沒有從鋼板發(fā)生噴濺和鋁沒有在鋼板ー鋁板間的熔融的、特別是通電電流的有效范圍進(jìn)行驗(yàn)證。其結(jié)果顯示在表3中。焊接試驗(yàn)，是使表I所示的成分組成的、板厚ts為1.4mm的980MPa級(jí)高強(qiáng)度冷軋鋼板，和表2所示的各成分組成的、板厚ta為1.2mm, 0.2%抗拉強(qiáng)度為250MPa的6000系鋁合金冷軋板加以重合。然后，以表3所示的焊接條件，模擬前通電，進(jìn)行不使用焊劑的一段通電的點(diǎn)焊，對(duì)于有無(wú)從鋼板發(fā)生的噴濺和鋁有無(wú)在鋼板ー招板間的熔融進(jìn)行確認(rèn)。電極由Cu-Cr合金構(gòu)成的R型的半球型的電極，以正極為鋁合金板，以負(fù)極為鋼板。由表3可知，關(guān)于前通電的電極間電流，以電極間加壓力:2.5 4.5kN、通電時(shí)間Tb:鋼板板厚(ts)每Imm為200msec以下為前提，電極間電流Ib在12kA以下是有效的范圍。即，在電極間電流Ib規(guī)定的上限值的12kA下，什么加壓力(不論加壓力)，都不會(huì)使鋼板和電極間發(fā)生噴濺，并且不會(huì)使鋁合金板側(cè)熔融。但是，若將電極間電流Ib増大到比其大的14 ISkA等，則在加壓力作用下，在鋼板和電極間發(fā)生噴濺，或鋁合金板側(cè)熔融。例如，加壓カ増大到4.5kN等而抑制了噴濺發(fā)生的情況下，16kA吋，也會(huì)確認(rèn)到鋁板在鋼板ー鋁板界面的發(fā)生熔融。雖然考慮到會(huì)因鋼板的種類和表面性狀而存在差異，但對(duì)其抑制的效果的再現(xiàn)性和確實(shí)性受損。因此，證實(shí)了將前通電的電極間電流Ib的上限規(guī)定為12kA的意義。另ー方面，由表3可知，前通電時(shí)的電流Ib達(dá)到8kA，什么樣的加壓カ(不論加壓力)都不會(huì)使鋼板與電極間發(fā)生噴濺，并且不會(huì)使鋁合金板側(cè)熔融。如所述，若前通電時(shí)的電流Ib過(guò)小，則不能有效地加熱鋼板，因此無(wú)法使變形阻抗降低，不能改善鋼板與電極的接觸狀態(tài)。因此，根據(jù)該前通電時(shí)的電流IbSkA的數(shù)據(jù)，也考慮到普通的點(diǎn)焊機(jī)的電流控制范圍，前通電的電極間電流Ib的下限規(guī)定為6kA，而其意義得到證明。點(diǎn)焊試驗(yàn):將前通電與正式焊接的條件進(jìn)行各種變更，進(jìn)行點(diǎn)焊，對(duì)于鋼板ー電極間的噴濺發(fā)生、電極的消耗和接合強(qiáng)度進(jìn)行確認(rèn)。其結(jié)果顯示在表4中。鋼板與鋁合金板使用與用于前通電的相同的，與表1、2的成分組成相同的強(qiáng)度級(jí)別的，對(duì)于雙方的板厚進(jìn)行種種改變。將其加工成JISA3137記述的十字拉伸試驗(yàn)片形狀并使之重合，不使用焊劑，使用相同的焊接機(jī)，前通電，點(diǎn)焊，形成焊核而進(jìn)行異材接合，制作焊接接頭(異材接合接頭)。在此，以下記述各例的共通的焊接條件。鋼板和鋁合金板，均加工成所述十字拉伸試驗(yàn)片形狀(50mm寬X 150mm長(zhǎng)的大小)，彼此重合之后,在重合的中央部設(shè)置電極并加壓，進(jìn)行前通電后，在此狀態(tài)下，時(shí)間上無(wú)延遲(連續(xù))地進(jìn)行點(diǎn)焊正式焊接。在此前通電和點(diǎn)焊中，使用相同的單層整流式電阻點(diǎn)焊機(jī)(容量90KVA)，以表4所示的加壓力、焊接電流、焊接時(shí)間的條件，進(jìn)行各5點(diǎn)的前通電和點(diǎn)焊。電極也是前通電和點(diǎn)焊均相同，使用由Cu-Cr合金構(gòu)成的電極前端擁有曲率半徑R的半球型的電極，以正極為鋁合金板，以負(fù)極為鋼板。噴濺發(fā)生或電極的消耗評(píng)價(jià):鋼板ー電極間的噴濺發(fā)生或電極的消耗的評(píng)價(jià)，分別以目視進(jìn)行。所述點(diǎn)焊的5點(diǎn)各自均未發(fā)生鋼板一電極間的噴濺的例子評(píng)價(jià)為〇，在1、2點(diǎn)發(fā)生了噴濺，但通過(guò)焊接條件的變更能夠改善的評(píng)價(jià)為A，大體上全部的例子中都發(fā)生劇烈噴濺，變更焊接條件也不能改善的評(píng)價(jià)為X。另外，只評(píng)價(jià)電極的消耗，在成倍的10點(diǎn)，進(jìn)行前通電和點(diǎn)焊，點(diǎn)焊后沒有產(chǎn)生電極的消耗的評(píng)價(jià)為〇，作為消耗的開端的“粘著(かじり)”出現(xiàn)的評(píng)價(jià)為A，明確發(fā)生消耗的評(píng)價(jià)為X。剝離強(qiáng)度(接合強(qiáng)度):
以拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)于這些制作的各異材接合接頭進(jìn)行十字拉伸試驗(yàn)，求得剝離強(qiáng)度(最大載荷)。這些結(jié)果也顯示在表4中。剝離強(qiáng)度以A6022鋁合金板之間的點(diǎn)焊的接頭的接合強(qiáng)度(實(shí)際結(jié)果)=1.0kN作為參考，如果是1.5kN以上，則為◎，如果是1.0kN以上，則為〇，如果是0.7 LOkN的，則為A，如果低于0.7kN，則為X。如表4所表明的，發(fā)明例的異材接合接頭，分別以適當(dāng)?shù)臈l件，進(jìn)行前通電和正式通電的點(diǎn)焊。即，不僅分別滿足點(diǎn)焊正式焊接和前通電的各自的條件，而且其彼此的各通電條件還滿足上述關(guān)系式。其結(jié)果是，發(fā)明例能夠進(jìn)行焊接而不存在鋼板ー電極間的噴濺發(fā)生或電極的消耗，發(fā)明例的異材接合接頭具有優(yōu)異的接合強(qiáng)度(剝離強(qiáng)度)。另ー方面，如表4表明的，比較例的異材接合接頭，正式通電和前通電的條件不當(dāng)。其結(jié)果是，電極間的噴濺發(fā)生或電極的消耗產(chǎn)生，點(diǎn)焊正式焊接狀態(tài)(焊接效率)降低，或異材接合接頭的接合強(qiáng)度差，或這兩者均發(fā)生。比較例1、2沒有進(jìn)行前通電，本質(zhì)上就是現(xiàn)有的點(diǎn)焊。因此，點(diǎn)焊正式焊接狀態(tài)降低，異材接合接頭的接合強(qiáng)度也差。比較例3、12是正式通電(點(diǎn)焊正式焊接)的電流過(guò)小。因此，點(diǎn)焊正式焊接狀態(tài)雖然良好，但異材接合接頭的接合強(qiáng)度差。
比較例5、11是前通電的通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此，點(diǎn)焊正式焊接狀態(tài)雖然良好，但異材接合接頭的接合強(qiáng)度差。比較例15、20是正式通電(點(diǎn)焊正式焊接)的電流過(guò)高。因此，點(diǎn)焊正式焊接狀態(tài)降低，異材接合接頭的接合強(qiáng)度也由于該電流的大小而變差。比較例7、8、10、19、22，雖然點(diǎn)焊正式焊接和前通電分別滿足各自的條件，但彼此的各通電條件不滿足上述關(guān)系式。因此，點(diǎn)焊正式焊接狀態(tài)雖然良好，但異材接合接頭的接合強(qiáng)度差。因此，若與所述發(fā)明例的情況放在一起看，則證明，即使點(diǎn)焊正式焊接和前通電分別滿足各自的條件，若沒有使彼此的各通電條件進(jìn)ー步滿足上述關(guān)系式，則仍不能使高接合強(qiáng)度和良好焊接狀態(tài)并立。表I
權(quán)利要求
1.種異材接合方法，其特征在干，是通過(guò)點(diǎn)焊對(duì)冷軋鋼板和鋁合金板進(jìn)行異材接合的方法，其中，使被接合的冷軋鋼板的板厚ts為0.3 3.0mm，并使被接合的鋁合金板的板厚ta為0.3 4.0mm,在此基礎(chǔ)上,在以電極間加壓力:2.5 4.5kN、電極間電流Iw: 14 26kA、通電時(shí)間Tw:鋼板板厚(ts)姆Imm為200msec以下的各條件下進(jìn)行點(diǎn)焊而形成焊核之前，對(duì)于與雙方的板接觸的電極，以電極間加壓力:2.5 4.5kN、電極間電流Ib:6 12kA、通電時(shí)間Tb:鋼板板厚(ts)每Imm為200msec以下的、不會(huì)在鋼板與電極間使噴派發(fā)生并且不會(huì)使鋁合金板側(cè)熔融的條件預(yù)先進(jìn)行前通電，在其后I秒以內(nèi)進(jìn)行所述點(diǎn)焊吋，這些點(diǎn)焊和前通電的條 件還滿足由所述各通電條件和所述各板厚決定的下述關(guān)系式，關(guān)系式:20 ^ (Ib2X Tb+Iw2 X Tw) X ts/ta ^ 55 (kA2 sec)。
全文摘要
本發(fā)明中在對(duì)于冷軋鋼板和鋁合金板進(jìn)行點(diǎn)焊時(shí)，使接合的冷軋鋼板的板厚ts和鋁合金板的板厚ta為特定的范圍，并且以在鋼板與電極間不使噴濺發(fā)生，并且不使鋁合金板側(cè)熔融的條件，預(yù)先進(jìn)行前通電，其后進(jìn)行點(diǎn)焊正式焊接，并且，使這些點(diǎn)焊正式焊接和前通電的焊接條件，進(jìn)一步滿足以各通電條件和各板厚決定的關(guān)系式。由此，能夠抑制從鋼板表面發(fā)生噴濺，并且也能夠盡可能減小焊接電流，能夠得到具有高接合強(qiáng)度的異材接合部。
文檔編號(hào)B23K103/20GK103097070SQ20118004354
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者杵淵雅男, 畠英雄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所