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JP7047543B2 - Joined structure and its manufacturing method - Google Patents

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JP7047543B2 JP2018068892A JP2018068892A JP7047543B2 JP 7047543 B2 JP7047543 B2 JP 7047543B2 JP 2018068892 A JP2018068892 A JP 2018068892A JP 2018068892 A JP2018068892 A JP 2018068892A JP 7047543 B2 JP7047543 B2 JP 7047543B2
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Description

本発明は、抵抗スポット溶接により異材接合された接合構造体およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a joint structure in which dissimilar materials are joined by resistance spot welding and a method for manufacturing the same.

アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系材料(以下、アルミニウム材と称する)は、軽量かつ耐食性に優れていることから、種々の分野で使用されている。例えば、自動車分野では、車体軽量化のためにアルミニウム材が車体の構造材として使用されることがある。 Aluminum-based materials such as aluminum and aluminum alloys (hereinafter referred to as aluminum materials) are used in various fields because they are lightweight and have excellent corrosion resistance. For example, in the automobile field, an aluminum material may be used as a structural material of a vehicle body in order to reduce the weight of the vehicle body.

アルミニウム材は、製造コスト、生産性等の観点から、車体の一部のみに使用される場合があり、例えば強度があまり必要でない部分(ルーフ等)に使用される。この場合、車体の一部を構成するアルミニウム材と、他の部分を構成する鋼材とを互いに異材接合することを要する。 From the viewpoint of manufacturing cost, productivity, etc., the aluminum material may be used only for a part of the vehicle body, for example, for a part (roof, etc.) where strength is not so required. In this case, it is necessary to join the aluminum material that constitutes a part of the vehicle body and the steel material that constitutes the other part to each other as different materials.

一般に、異材接合に用いられる各種の方法の中で、抵抗スポット溶接法は、機械的結合法に比べて、接合部の軽量化ができる、生産性が高い、等の利点を有している。しかし、通常、アルミニウム材と鋼材とを単純にスポット溶接すると、それらの接合界面に脆弱な金属間化合物が生成することにより継手強度が低下し得るという問題がある。 In general, among various methods used for joining dissimilar materials, the resistance spot welding method has advantages such as weight reduction of the joint portion and high productivity as compared with the mechanical joining method. However, usually, when the aluminum material and the steel material are simply spot welded, there is a problem that the joint strength may be lowered due to the formation of a fragile intermetallic compound at the bonding interface between the aluminum material and the steel material.

特許文献1には、板厚の異なる複数の鋼板の接合強度を高めるスポット溶接方法が記載されている。この方法では、互いに材質の異なる電極を用いてスポット溶接を行い、鋼板同士の界面付近にナゲットを形成することにより接合強度を高めている。 Patent Document 1 describes a spot welding method for increasing the joining strength of a plurality of steel plates having different plate thicknesses. In this method, spot welding is performed using electrodes made of different materials, and a nugget is formed near the interface between the steel plates to increase the joint strength.

特開2013-173155号公報(2013年9月5日発行)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-173155 (issued on September 5, 2013)

しかしながら、一般に、アルミニウム材は種々の理由から鋼に比べてスポット溶接することが難しい材料であるため、特許文献1に記載の方法をアルミニウム材と鋼材とのスポット溶接にそのまま適用することはできない。 However, in general, since aluminum material is a material that is more difficult to spot weld than steel for various reasons, the method described in Patent Document 1 cannot be directly applied to spot welding between aluminum material and steel material.

ところで、スポット溶接の方式としては、単相交流方式が広く用いられている。一方で、アルミニウム材をスポット溶接する場合、大きな溶接電流を要することから、単相交流方式が用いられることは少ない。 By the way, as a spot welding method, a single-phase alternating current method is widely used. On the other hand, when spot welding an aluminum material, a large welding current is required, so that the single-phase alternating current method is rarely used.

単相交流方式にてアルミニウム材と鋼材とをスポット溶接することにより接合構造体を製造することができれば、製造コストを低減し得る。これは、設備が比較的安価であるとともに、既存の設備を使用できるためである。 If a bonded structure can be manufactured by spot welding an aluminum material and a steel material by a single-phase AC method, the manufacturing cost can be reduced. This is because the equipment is relatively inexpensive and existing equipment can be used.

このような接合構造体の接合強度を高くするためには、アルミニウム材が溶融してなる溶融ナゲット(以下、アルミニウム材の溶融ナゲットと称することがある)を大きくすることを要する。スポット溶接時の溶接電流を大きくすると、入熱が増大することによりアルミニウム材の溶融ナゲットを大きくすることができる。その一方で、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達することがあり、この場合、接合構造体の耐食性が低下する。 In order to increase the bonding strength of such a bonded structure, it is necessary to increase the molten nugget formed by melting the aluminum material (hereinafter, may be referred to as a molten nugget of the aluminum material). When the welding current at the time of spot welding is increased, the heat input increases, so that the molten nugget of the aluminum material can be increased. On the other hand, the molten nugget of the aluminum material may reach the surface layer of the aluminum material, and in this case, the corrosion resistance of the bonded structure is lowered.

本発明の一態様は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、アルミニウム材と鋼材とが単相交流方式の抵抗スポット溶接法により異材接合された接合構造体であって、耐食性に優れる接合構造体を提供することにある。 One aspect of the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and is a joint structure in which an aluminum material and a steel material are joined to each other by a single-phase alternating current resistance spot welding method, and the corrosion resistance is improved. The purpose is to provide an excellent joint structure.

本発明の一態様における接合構造体は、アルミニウム材と溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接することにより接合された接合構造体であって、前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板との境界部にアルミニウムの溶融ナゲットが形成されており、前記アルミニウム材の前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と対向する側の面とは反対側の面を第1表面とし、前記溶融ナゲットの外縁部と、前記アルミニウム材の第1表面との間の最短距離が0.01mm以上であることを特徴としている。 The bonded structure according to one aspect of the present invention is a bonded structure bonded by spot welding an aluminum material and a molten aluminum-based plated steel plate, and is a boundary portion between the aluminum material and the molten aluminum-based plated steel plate. A molten aluminum nugget is formed in the first surface, and the surface of the aluminum material opposite to the surface of the molten aluminum-based plated steel plate facing the surface thereof is used as the first surface, and the outer edge portion of the molten nugget and the aluminum material are used. The shortest distance from the first surface of the aluminum is 0.01 mm or more.

また、本発明の一態様における接合構造体は、前記アルミニウム材および前記溶融アルミニウム系めっき鋼板が、鋼材に対してこの順に積層されてスポット溶接されることにより、前記鋼材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と前記アルミニウム材とが接合されており、前記溶融ナゲットを第1ナゲットとし、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と前記鋼材との境界部に形成されるナゲットを第2ナゲットとすると、前記第2ナゲットのナゲット径に対する前記第1ナゲットのナゲット径の比が1.1以上2.0以下であることが好ましい。 Further, in the joint structure according to one aspect of the present invention, the aluminum material and the molten aluminum-based plated steel plate are laminated on the steel material in this order and spot welded, whereby the steel material and the molten aluminum-based plated steel plate are spot-welded. And the aluminum material are joined, the molten nugget is the first nugget, and the nugget formed at the boundary between the molten aluminum-based plated steel plate and the steel material is the second nugget. It is preferable that the ratio of the nugget diameter of the first nugget to the nugget diameter is 1.1 or more and 2.0 or less.

本発明の一態様における接合構造体の製造方法は、アルミニウム材と溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接するスポット溶接工程を含む接合構造体の製造方法であって、前記アルミニウム材の、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と対向する側の面とは反対側の面を第1表面とし、前記スポット溶接工程では、電極の加圧力が1.4kN以上4.9kN以下であり、溶接電流と通電時間との積で表される値が54以上240以下の範囲内であり、前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板との境界部に形成される溶融ナゲットの外縁部と、前記アルミニウム材の第1表面との間の最短距離が0.01mm以上となるように、単相交流方式にて、前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接することを特徴としている。 The method for manufacturing a bonded structure according to one aspect of the present invention is a method for manufacturing a bonded structure including a spot welding step of spot welding an aluminum material and a molten aluminum-based plated steel plate, and the molten aluminum of the aluminum material. The surface opposite to the surface facing the system-plated steel plate is used as the first surface, and in the spot welding step, the pressing force of the electrode is 1.4 kN or more and 4.9 kN or less, and the welding current and the energization time are The value represented by the product is in the range of 54 or more and 240 or less, the outer edge portion of the molten nugget formed at the boundary portion between the aluminum material and the molten aluminum-based plated steel plate, and the first surface of the aluminum material. It is characterized in that the aluminum material and the molten aluminum-based plated steel plate are spot-welded by a single-phase AC method so that the shortest distance between them is 0.01 mm or more.

また、発明の一態様における接合構造体の製造方法は、前記スポット溶接工程にて形成される前記接合構造体の十字引張試験の測定結果として、接合強度が0.8kN以上であることが好ましい。 Further, in the method for manufacturing a joint structure according to one aspect of the invention, it is preferable that the joint strength is 0.8 kN or more as a measurement result of a cross tensile test of the joint structure formed in the spot welding step.

アルミニウム材と鋼材とが単相交流方式の抵抗スポット溶接法により異材接合された接合構造体であって、耐食性に優れる接合構造体を提供することができる。 It is possible to provide a joint structure in which an aluminum material and a steel material are joined by a resistance spot welding method of a single-phase alternating current method, and which is excellent in corrosion resistance.

本発明の実施形態1における接合構造体の製造に用いられる単相交流方式のスポット溶接機の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the single-phase alternating current type spot welder used for manufacturing the junction structure in Embodiment 1 of this invention. 上記スポット溶接機が備える電極の形状を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the shape of the electrode provided in the said spot welder. 図1に示した断面図における溶融アルミニウム系めっき鋼板の基材鋼板とアルミめっき層との界面近傍を拡大して示す図である。FIG. 3 is an enlarged view showing the vicinity of the interface between the base steel plate of the hot-dip aluminum-based plated steel sheet and the aluminum-plated layer in the cross-sectional view shown in FIG. 本発明の実施形態1における接合構造体の接合部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the joint part of the joint structure in Embodiment 1 of this invention. 上記接合構造体をアルミニウム材の側から見た場合の、該アルミニウム材を省略して模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the case which the said joint structure is seen from the side of an aluminum material, omitting the aluminum material. 上記接合構造体における残存Al厚さを測定する方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of measuring the residual Al thickness in the said joint structure. 本発明の実施形態2における接合構造体の接合部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the joint part of the joint structure in Embodiment 2 of this invention. 上記接合構造体における残存Al厚さを測定する方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of measuring the residual Al thickness in the said joint structure. 本発明の実施形態3における接合構造体の接合部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the joint part of the joint structure in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4における接合構造体の接合部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the joint part of the joint structure in Embodiment 4 of this invention. 実施例における十字引張試験について説明するための模式図であって、(a)は接合構造体の平面図であり、(b)は接合構造体の断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating the cross tension test in an Example, (a) is a plan view of a joined structure, and (b) is a sectional view of a joined structure.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上(Aを含みかつAより大きい)B以下(Bを含みかつBより小さい)」を意味する。本出願における各図面に記載した構成の形状および寸法(長さ、奥行き、幅等)は、実際の形状および寸法を必ずしも反映させたものではなく、図面の明瞭化および簡略化のために適宜変更している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description is intended to better understand the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified. Further, unless otherwise specified in the present specification, "A to B" representing a numerical range means "A or more (including A and larger than A) and B or less (including B and smaller than B)". The shapes and dimensions (length, depth, width, etc.) of the configurations described in each drawing in this application do not necessarily reflect the actual shapes and dimensions, and are appropriately modified for the sake of clarity and simplification of the drawings. are doing.

本発明の実施の形態における接合構造体は、例えば、自動車分野における車体のルーフパネルとルーフサイド部とを接合して形成される車両用部品である。ただし、本発明の接合構造体としては必ずしもこれに限定されない。本発明は、単相交流方式の抵抗スポット溶接法によりアルミニウム材と鋼材とを異材接合することに需要がある用途の接合構造体に適宜適用することができる。 The joint structure according to the embodiment of the present invention is, for example, a vehicle component formed by joining a roof panel and a roof side portion of a vehicle body in the field of automobiles. However, the joint structure of the present invention is not necessarily limited to this. The present invention can be appropriately applied to a joint structure for which there is a demand for joining different materials of an aluminum material and a steel material by a single-phase alternating current resistance spot welding method.

なお、以下では、説明の簡略化のために、接合構造体における、スポット溶接により形成される1つの接合部に着目して説明する。しかし、接合部を複数個備える接合構造体も本発明の範疇に含まれることは勿論である。 In the following, for the sake of simplification of the description, one joint portion formed by spot welding in the joint structure will be described. However, it goes without saying that a joint structure having a plurality of joint portions is also included in the scope of the present invention.

また、溶融アルミニウム系めっき鋼板は、基材鋼板の表面にめっき層が形成されたものであることから、本明細書において鋼材の一種として扱うことがある。 Further, since the molten aluminum-based plated steel sheet has a plated layer formed on the surface of the base steel sheet, it may be treated as a kind of steel material in the present specification.

<本発明の知見>
従来、自動車分野では、前述のようにルーフ等へのアルミニウム材の使用が推進されている。一方で、アルミニウム材と鋼材とを単純にスポット溶接すると、接合界面に脆弱なFe-Al二元合金層が生じる。該Fe-Al二元合金層の部分での剥離が生じることにより、接合構造体の接合強度が低下するという問題がある。
<Findings of the present invention>
Conventionally, in the field of automobiles, the use of aluminum materials for roofs and the like has been promoted as described above. On the other hand, when the aluminum material and the steel material are simply spot welded, a fragile Fe—Al binary alloy layer is formed at the bonding interface. There is a problem that the bonding strength of the bonded structure is lowered due to the peeling at the portion of the Fe—Al binary alloy layer.

これまで、アルミニウム材と溶融アルミニウムめっき鋼板とを接合した接合構造体に関する技術が報告されている(特許第4280671号公報等を参照)。この種の従来技術では、接合界面におけるFe-Al二元合金層の生成を抑制して接合構造体の接合強度を高めることを主な目的としている。そのため、スポット溶接の際に、溶接部への入熱が過大となって、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達することにより接合構造体の耐食性が低下する可能性がある。 So far, techniques relating to a joint structure in which an aluminum material and a hot-dip aluminum-plated steel sheet are joined have been reported (see Patent No. 4280671 and the like). The main purpose of this type of conventional technique is to suppress the formation of an Fe—Al binary alloy layer at the bonding interface and increase the bonding strength of the bonding structure. Therefore, during spot welding, the heat input to the welded portion becomes excessive, and the molten nugget of the aluminum material reaches the surface layer of the aluminum material, which may reduce the corrosion resistance of the bonded structure.

本発明者らは、鋭意検討を行い、アルミニウム材と鋼材とを単相交流方式の抵抗スポット溶接法により異材接合するにあたって、耐食性を維持しつつ接合強度に優れる接合構造体を製造することを試みた。そして、接合構造体としてどのような構造となっていれば耐食性および接合強度に優れる接合構造体が得られるのかという条件を見出し、本発明を実現するに至った。 The present inventors have conducted diligent studies and attempted to manufacture a bonded structure having excellent bonding strength while maintaining corrosion resistance when joining dissimilar materials by a single-phase AC resistance spot welding method. rice field. Then, they have found a condition as to what kind of structure the joint structure should have to obtain a joint structure having excellent corrosion resistance and joint strength, and have realized the present invention.

〔実施形態1〕
本発明の一実施形態について図1~図5に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.

本実施形態では、本発明の接合構造体の一例としての、アルミニウム材と溶融アルミニウムめっき鋼板とを接合した接合構造体(以下、2枚組の接合構造体と称することがある)について説明する。 In the present embodiment, as an example of the joint structure of the present invention, a joint structure in which an aluminum material and a hot-dip aluminum plated steel plate are joined (hereinafter, may be referred to as a two-disc joint structure) will be described.

始めに、図1および図2を用いて、本実施形態の接合構造体の製造に用いられるスポット溶接機について説明する。図1は、本実施形態における接合構造体1A(図3参照)の製造に用いられる単相交流方式のスポット溶接機100の構成を示す概略図である。図2は、スポット溶接機100が備える電極120を示す概略図である。 First, a spot welder used for manufacturing the joint structure of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a single-phase AC type spot welder 100 used for manufacturing the joint structure 1A (see FIG. 3) in the present embodiment. FIG. 2 is a schematic view showing an electrode 120 included in the spot welder 100.

なお、スポット溶接機100が備える各部材は、以下に格別に記載することを除いて、公知の機器を使用することができる。そのため、図1および図2では、記載の冗長化を避けるために、スポット溶接機100および電極120の各部の図示を適宜省略している。図示および説明を省略する部材は、公知のものと同様であると理解されてよい。 As each member included in the spot welder 100, known equipment can be used except as specifically described below. Therefore, in FIGS. 1 and 2, in order to avoid the redundancy of the description, the illustration of each part of the spot welder 100 and the electrode 120 is appropriately omitted. It may be understood that the members for which illustration and description are omitted are the same as those known.

(スポット溶接機)
図1に示すように、スポット溶接機100は、溶接制御装置110、および該溶接制御装置110と通電可能に接続された一対の電極120を備えている。溶接制御装置110は、単相交流式電源111と制御部112とを備えている。
(Spot welder)
As shown in FIG. 1, the spot welder 100 includes a welding control device 110 and a pair of electrodes 120 electrically connected to the welding control device 110. The welding control device 110 includes a single-phase AC power supply 111 and a control unit 112.

一対の電極120の間に、溶融アルミニウム系めっき鋼板30およびアルミニウム材10を重ねて配置する。電極120を用いてこれらの板材に通電して抵抗スポット溶接することにより接合構造体1A(図3参照)が形成される。 The hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 and the aluminum material 10 are placed on top of each other between the pair of electrodes 120. The joint structure 1A (see FIG. 3) is formed by energizing these plate materials using the electrodes 120 and performing resistance spot welding.

スポット溶接機100は、例えばアーム(図示省略)にて電極120が支持されており、電極120を溶融アルミニウム系めっき鋼板30またはアルミニウム材10に押圧するための電極加圧機構(図示省略)を備えている。 The spot welder 100 has, for example, an electrode 120 supported by an arm (not shown), and includes an electrode pressurizing mechanism (not shown) for pressing the electrode 120 against the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 or the aluminum material 10. ing.

単相交流式電源111は、例えば商用の3相電源のうちの1相がサイリスタを介して溶接トランスに接続されて形成されたものであって、電極120に電力を供給する。 The single-phase AC power supply 111 is formed by connecting one phase of, for example, a commercial three-phase power supply to a welding transformer via a thyristor, and supplies electric power to the electrode 120.

制御部112は、ユーザが設定した溶接条件に基づいて、スポット溶接機100の各部を統括的に制御する。制御部112は、例えば、電極の加圧力、加圧時間、電流、通電時間、等を制御することにより、溶融アルミニウム系めっき鋼板30とアルミニウム材10とのスポット溶接を制御する。 The control unit 112 comprehensively controls each unit of the spot welder 100 based on the welding conditions set by the user. The control unit 112 controls spot welding between the molten aluminum-based plated steel sheet 30 and the aluminum material 10 by controlling, for example, the pressing force, pressurizing time, current, energizing time, and the like of the electrodes.

(電極)
本実施形態のスポット溶接機100が備える電極120の形状について、図2を用いて概略的に説明する。図2は、電極120の形状を示す概略図である。
(electrode)
The shape of the electrode 120 included in the spot welder 100 of the present embodiment will be schematically described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic view showing the shape of the electrode 120.

図2に示すように、電極120は、DR(ドーム・ラジアス)形の電極チップである。DR形の電極チップとは、D形の電極チップ(電極先端が曲面であって該曲面の曲率半径が電極外径の1/2)の先端に、ラジアス形状(上記曲面よりも大きい曲率半径の曲面)が形成されたものである。DR形の電極チップは、チップドレッサ(電極研磨用工具)による整形性が良好であり、自動車産業で広く使用されている。 As shown in FIG. 2, the electrode 120 is a DR (dome radius) shaped electrode chip. A DR-type electrode tip is a radius-shaped (a radius of curvature larger than the above-mentioned curved surface) at the tip of a D-shaped electrode tip (the tip of the electrode is a curved surface and the radius of curvature of the curved surface is 1/2 of the outer diameter of the electrode). A curved surface) is formed. The DR type electrode tip has good shapeability by a tip dresser (tool for polishing electrodes) and is widely used in the automobile industry.

電極120は、胴体部の外径D1が16mmである。電極120の先端部は先端径D2が6mmであり、曲率半径が40mmの曲面となっている。また、電極120の胴体部と上記先端部との間である肩部の表面は曲率半径が8mmの曲面となっている。 The electrode 120 has an outer diameter D1 of the body portion of 16 mm. The tip of the electrode 120 is a curved surface having a tip diameter D2 of 6 mm and a radius of curvature of 40 mm. Further, the surface of the shoulder portion between the body portion and the tip portion of the electrode 120 is a curved surface having a radius of curvature of 8 mm.

電極120の材質は、0.4質量%~1.2質量%のCrを含有するクロム銅合金(Cr-Cu合金)である。上記クロム銅合金は、1質量%程度のCrを含有するものであってもよく、例えば0.8質量%~1.1質量%のCrを含有するものであってもよい。 The material of the electrode 120 is a chromium copper alloy (Cr—Cu alloy) containing 0.4% by mass to 1.2% by mass of Cr. The chromium-copper alloy may contain about 1% by mass of Cr, or may contain, for example, 0.8% by mass to 1.1% by mass of Cr.

なお、電極120は、DR形の電極チップであれば、上記の寸法および材質に限定されない。電極120の外径D1は16mmに限定されず、先端部の形状に応じて適宜設計された外径となっていてもよい。電極120の先端部の先端径D2は5mm~7mmであることが好ましい。また、電極120の先端部の曲率半径、および上記肩部の表面の曲率半径については特に限定されず、外径D1および先端部の先端径D2の値に応じて適宜設計された値となっていてよい。 The electrode 120 is not limited to the above dimensions and materials as long as it is a DR type electrode tip. The outer diameter D1 of the electrode 120 is not limited to 16 mm, and may have an outer diameter appropriately designed according to the shape of the tip portion. The tip diameter D2 of the tip of the electrode 120 is preferably 5 mm to 7 mm. Further, the radius of curvature of the tip of the electrode 120 and the radius of curvature of the surface of the shoulder are not particularly limited, and are appropriately designed according to the values of the outer diameter D1 and the tip diameter D2 of the tip. It's okay.

(アルミニウム材)
本明細書において、アルミニウム材との用語は、純アルミニウム(但し不可避不純物を含有することを許容する)およびアルミニウム合金の両方を含む意味で用いる。
(Aluminum material)
As used herein, the term aluminum material is used to include both pure aluminum (although it is permissible to contain unavoidable impurities) and aluminum alloys.

アルミニウム材10は、展伸材であればよく、材質は特に限定されない。アルミニウム材10として種々のアルミニウム合金を用いることができる。例えば、1000系、3000系、5000系、6000系、7000系の各種のアルミニウム合金を用いてよい。 The aluminum material 10 may be a wrought material, and the material is not particularly limited. Various aluminum alloys can be used as the aluminum material 10. For example, various aluminum alloys of 1000 series, 3000 series, 5000 series, 6000 series, and 7000 series may be used.

アルミニウム材10は、耐食性、加工性、等を考慮してFe濃度が1.0質量%以下であることが好ましい。また、アルミニウム材10は、1.0質量%前後のSiおよび0.01~1.5質量%のMgを添加するとともに時効処理等の熱処理によって微細なMgSiが析出していることが好ましい。この場合、アルミニウム材10の強度が向上する。この観点から、Si含有量の下限を0.1質量%に設定することが好ましい。また、1.5~6.0質量%のMgを添加すると、固溶強化によって高い強度が得られる。 The aluminum material 10 preferably has an Fe concentration of 1.0% by mass or less in consideration of corrosion resistance, processability, and the like. Further, it is preferable that the aluminum material 10 is added with Si of about 1.0% by mass and Mg of 0.01 to 1.5% by mass, and fine Mg 2 Si is precipitated by heat treatment such as aging treatment. .. In this case, the strength of the aluminum material 10 is improved. From this viewpoint, it is preferable to set the lower limit of the Si content to 0.1% by mass. Further, when 1.5 to 6.0% by mass of Mg is added, high strength can be obtained by strengthening the solid solution.

一方で、アルミニウム材10は、6.0質量%を超える過剰量のMgが含まれるとスポット溶接時に欠陥が発生しやすくなる。また、3.0質量%を超える過剰量のSiが含まれるとアルミニウム材10の内部に粗大な析出物または晶出物が生成して接合強度が低下する場合がある。よって、アルミニウム材10は、Mg濃度が0.01~6.0質量%、Si濃度が3.0質量%以下となっていることが好ましい。 On the other hand, if the aluminum material 10 contains an excess amount of Mg exceeding 6.0% by mass, defects are likely to occur during spot welding. Further, if an excess amount of Si exceeding 3.0% by mass is contained, coarse precipitates or crystallized substances may be generated inside the aluminum material 10 to reduce the bonding strength. Therefore, it is preferable that the aluminum material 10 has a Mg concentration of 0.01 to 6.0% by mass and a Si concentration of 3.0% by mass or less.

アルミニウム材10は、例えば、アルミニウム合金6022であってよい。アルミニウム合金6022は、質量%で、Si:0.90%以上1.20%以下、Fe:0.20%以下、Cu:0.05%以下、Mn:0.04%以上0.12%以下、Cr:0.05%以下、Zn:0.05%以下、Mg:0.45%以上0.70%以下、Ti:0.05%以下、を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなる組成である。 The aluminum material 10 may be, for example, an aluminum alloy 6022. In terms of mass%, the aluminum alloy 6022 contains Si: 0.90% or more and 1.20% or less, Fe: 0.20% or less, Cu: 0.05% or less, Mn: 0.04% or more and 0.12% or less. , Cr: 0.05% or less, Zn: 0.05% or less, Mg: 0.45% or more and 0.70% or less, Ti: 0.05% or less, and the balance consists of Al and unavoidable impurities. The composition.

また、アルミニウム材10は、例えば、アルミニウム合金5052であってよい。アルミニウム合金5052は、質量%で、Si:0.25%以下、Fe:0.4%以下、Cu:0.1%以下、Mn:0.1%以下、Cr:0.15%以上0.35%以下、Zn:0.1%以下、Mg:2.2%以上2.8%以下、を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなる組成である。 Further, the aluminum material 10 may be, for example, an aluminum alloy 5052. The aluminum alloy 5052 has Si: 0.25% or less, Fe: 0.4% or less, Cu: 0.1% or less, Mn: 0.1% or less, Cr: 0.15% or more and 0. It contains 35% or less, Zn: 0.1% or less, Mg: 2.2% or more and 2.8% or less, and the balance is composed of Al and unavoidable impurities.

アルミニウム材10の板厚は、アルミニウム材10として求められる強度に応じて適宜設定されてよく、特に限定されないが、例えば、0.6mm~1.4mmであってよい。一般に、自動車のルーフパネルにアルミニウム材を使用する場合、この程度の板厚となる。また、アルミニウム材10の板厚は、0.8mm~1.3mmであってもよく、1.0mm~1.3mmであってもよい。 The plate thickness of the aluminum material 10 may be appropriately set according to the strength required for the aluminum material 10, and is not particularly limited, but may be, for example, 0.6 mm to 1.4 mm. Generally, when an aluminum material is used for the roof panel of an automobile, the plate thickness is about this level. Further, the plate thickness of the aluminum material 10 may be 0.8 mm to 1.3 mm or 1.0 mm to 1.3 mm.

(溶融アルミニウム系めっき鋼板)
溶融アルミニウム系めっき鋼板30について、図1および図3を用いて説明する。図3は、図1に示した断面図の一部(A1)の拡大図である。
(Fused aluminum-based plated steel sheet)
The hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 will be described with reference to FIGS. 1 and 3. FIG. 3 is an enlarged view of a part (A1) of the cross-sectional view shown in FIG.

図1および図3に示すように、溶融アルミニウム系めっき鋼板30は、基材鋼板(下地鋼)31と、基材鋼板31の表面に形成されたアルミめっき層32と、を含む。また、アルミめっき層32は、基材鋼板31とアルミめっき層32との界面部に形成された、合金層33を含む。そして、合金層33は、該合金層33と基材鋼板31との界面に形成された、窒素濃縮層(以下、N濃縮層と称する)34を含む。 As shown in FIGS. 1 and 3, the molten aluminum-based plated steel sheet 30 includes a base steel plate (base steel) 31 and an aluminum plating layer 32 formed on the surface of the base steel plate 31. Further, the aluminum plating layer 32 includes an alloy layer 33 formed at an interface between the base steel plate 31 and the aluminum plating layer 32. The alloy layer 33 includes a nitrogen-enriched layer (hereinafter referred to as N-enriched layer) 34 formed at the interface between the alloy layer 33 and the base steel plate 31.

基材鋼板31としては、低炭素鋼、中炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、等を用いることができる。用途に応じてSi、Mn、Cr、Ni、等を添加した鋼種が使用されてもよい。また、本実施形態における基材鋼板31は、25ppm以上200ppm以下のNが添加されている。これにより、めっき後に特定条件下で加熱処理を施すと、基材鋼板31と合金層33との界面部にN濃縮層34が生成する。この特定条件としては、例えば、520℃の温度にて6時間保持する熱処理が挙げられる。 As the base steel plate 31, low carbon steel, medium carbon steel, low alloy steel, stainless steel, or the like can be used. Depending on the application, a steel grade to which Si, Mn, Cr, Ni, etc. are added may be used. Further, N of 25 ppm or more and 200 ppm or less is added to the base steel sheet 31 in the present embodiment. As a result, when heat treatment is performed under specific conditions after plating, an N-concentrated layer 34 is formed at the interface between the base steel plate 31 and the alloy layer 33. Examples of this specific condition include a heat treatment of holding at a temperature of 520 ° C. for 6 hours.

N濃縮層34は、基材鋼板31の表面部に形成された厚みが非常に薄い層であって、例えば厚さ5nm程度の層である。N濃縮層34は、基材鋼板31よりもNが濃化しており(Nが濃縮されており)、例えば3.0原子%以上のNを含む。N濃縮層34は、AlおよびFeの相互拡散を抑制する。N濃縮層34によるFe-Alの相互拡散抑制作用は、めっき後の加熱処理条件を一定にすると、基材鋼板31のN含有量が多くなるほど向上する。しかし、基材鋼板31が200ppmを超える過剰量のNを含む場合、基材鋼板31自体の製造性が低下する。 The N-concentrated layer 34 is a very thin layer formed on the surface portion of the base steel plate 31, for example, a layer having a thickness of about 5 nm. The N-concentrated layer 34 is richer in N than the base steel sheet 31 (N is concentrated), and contains, for example, 3.0 atomic% or more of N. The N-concentrated layer 34 suppresses the mutual diffusion of Al and Fe. The effect of suppressing the mutual diffusion of Fe—Al by the N-concentrated layer 34 is improved as the N content of the base steel sheet 31 increases when the heat treatment conditions after plating are kept constant. However, when the base steel plate 31 contains an excess amount of N exceeding 200 ppm, the manufacturability of the base steel plate 31 itself is lowered.

また、溶融アルミニウム系めっき鋼板30は、以下のようにして製造される。すなわち、アルミニウムを主成分とする溶融アルミニウム系めっき浴に基材鋼板31を浸漬および通過させる。これにより、基材鋼板31の表面にアルミめっき層32を形成する。アルミめっき層32の厚みは、例えば、溶融アルミニウム系めっき浴から引上げ直後の鋼帯にワイピングガスを吹き付け、めっき付着量を制御することによって調整される。アルミめっき層32の厚さは、5μm以上70μm以下の範囲内にすることにより、溶融アルミニウム系めっき鋼板30の加工性を良好なものとすることができる。 Further, the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 is manufactured as follows. That is, the base steel sheet 31 is immersed and passed through a hot-dip aluminum-based plating bath containing aluminum as a main component. As a result, the aluminum plating layer 32 is formed on the surface of the base steel plate 31. The thickness of the aluminum plating layer 32 is adjusted, for example, by spraying a wiping gas from the molten aluminum-based plating bath onto the steel strip immediately after being pulled up to control the amount of plating adhesion. By setting the thickness of the aluminum-plated layer 32 within the range of 5 μm or more and 70 μm or less, the workability of the molten aluminum-based plated steel sheet 30 can be improved.

また、アルミめっき層32の組成は、上記溶融アルミニウム系めっき浴の組成と同様となる。よって、上記溶融アルミニウム系めっき浴の組成を調整することにより、アルミめっき層32の組成を調整することができる。 Further, the composition of the aluminum plating layer 32 is the same as the composition of the molten aluminum-based plating bath. Therefore, the composition of the aluminum plating layer 32 can be adjusted by adjusting the composition of the molten aluminum-based plating bath.

本実施形態におけるアルミめっき層32は、3質量%以上12質量%以下のSi、および0.5質量%以上5質量%以下のFeを含有するアルミニウム層(なお、不可避的不純物を含有することを許容する)である。アルミめっき層32が過剰量のSiを含む場合、溶融アルミニウム系めっき鋼板30の加工性が損なわれ得る。そのため、Si濃度の上限を12質量%に規制している。 The aluminum plating layer 32 in the present embodiment contains an aluminum layer containing 3% by mass or more and 12% by mass or less of Si and 0.5% by mass or more and 5% by mass or less of Fe (note that it contains unavoidable impurities). Tolerate). When the aluminum plating layer 32 contains an excessive amount of Si, the workability of the molten aluminum-based plated steel sheet 30 may be impaired. Therefore, the upper limit of the Si concentration is limited to 12% by mass.

合金層33にFe-Al-Si三元合金層を生成させることにより、接合構造体1Aの接合強度が向上し得る。Fe-Al-Si三元合金層を十分に生成させるためには、アルミめっき浴浸漬時に、基材鋼板31から溶融Alに溶出するFe,Si量だけでは不足である。そのため、アルミめっき層32のFe,Si含有量を高めることにより、アルミめっき層32から接合界面にFe,Siを補給する。特に、拡散係数の大きなSiに関しては、アルミめっき層32のSi含有量を3質量%以上と高く設定する。これにより、Fe-Al-Si三元合金層の生成に必要なSi量を確保する。 By forming the Fe—Al—Si ternary alloy layer on the alloy layer 33, the bonding strength of the bonding structure 1A can be improved. In order to sufficiently generate the Fe—Al—Si ternary alloy layer, the amount of Fe and Si eluted from the base steel sheet 31 into the molten Al during immersion in the aluminum plating bath is insufficient. Therefore, by increasing the Fe and Si contents of the aluminum plating layer 32, Fe and Si are replenished from the aluminum plating layer 32 to the joining interface. In particular, for Si having a large diffusion coefficient, the Si content of the aluminum plating layer 32 is set as high as 3% by mass or more. This secures the amount of Si required to form the Fe—Al—Si ternary alloy layer.

上記のようにアルミめっき層32の組成を調整することによれば、Fe-Al-Si三元合金層の生成を促進させるばかりでなく、スポット溶接時に生じる溶融AlのFe,Si濃度を高くするという作用も生じる。Fe,Si濃度が高い溶融Alを急冷することにより形成されたナゲットは、Fe,Siの固溶強化の効果および急冷効果によって硬質化する。そのため、接合構造体1Aの継手強度を高めることができる。そして、脆弱なFe-Al二元合金層の生成が抑えられることにより、信頼性の高い継手強度をもつ接合構造体1Aが得られる。 By adjusting the composition of the aluminum plating layer 32 as described above, not only the formation of the Fe—Al—Si ternary alloy layer is promoted, but also the Fe and Si concentrations of the molten Al generated during spot welding are increased. The action also occurs. The nugget formed by quenching the molten Al having a high concentration of Fe and Si is hardened by the effect of strengthening the solid solution of Fe and Si and the effect of quenching. Therefore, the joint strength of the joint structure 1A can be increased. Then, by suppressing the formation of a fragile Fe—Al binary alloy layer, a joint structure 1A having a highly reliable joint strength can be obtained.

なお、上述のアルミめっき層32の組成は、基材鋼板31とアルミめっき層32との界面に形成される合金層33を含まない領域の組成である。 The composition of the aluminum plating layer 32 described above is a composition of a region not including the alloy layer 33 formed at the interface between the base steel plate 31 and the aluminum plating layer 32.

接合構造体1Aのさらなる特性(スポット溶接に関する特性とは別の特性)の向上を要する場合、Fe-Alの相互拡散反応に大きな影響を及ぼさないTi,Sr,B,Cr,Mn,Zn等の元素をアルミめっき層32に適宜含ませることができる。 When it is necessary to further improve the characteristics of the bonded structure 1A (characteristics different from those related to spot welding), Ti, Sr, B, Cr, Mn, Zn, etc., which do not significantly affect the mutual diffusion reaction of Fe—Al, etc. The element can be appropriately contained in the aluminum plating layer 32.

(接合構造体)
本実施形態の接合構造体1Aは、上述のように各板材が積層した状態にて、スポット溶接機100を用いてアルミニウム材10および溶融アルミニウム系めっき鋼板30をスポット溶接することにより形成される。接合構造体1Aの接合部2Aについて、図4および図5を用いて説明する。図4は、本実施形態における接合構造体1Aの接合部2Aを模式的に示す断面図である。図5は、接合構造体1Aをアルミニウム材10の側から見た場合の、アルミニウム材10を省略して模式的に示す平面図である。なお、図4では、基材鋼板31の一方の板面を省略して示している。
(Joint structure)
The joint structure 1A of the present embodiment is formed by spot welding the aluminum material 10 and the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 using a spot welder 100 in a state where the plate materials are laminated as described above. The joint portion 2A of the joint structure 1A will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the joint portion 2A of the joint structure 1A in the present embodiment. FIG. 5 is a plan view schematically showing the joint structure 1A when the aluminum material 10 is viewed from the side of the aluminum material 10 by omitting the aluminum material 10. In FIG. 4, one plate surface of the base steel plate 31 is omitted.

図4に示すように、接合構造体1Aの接合部2Aには、溶融Alナゲット51が形成されている。溶融Alナゲット51は、アルミニウム材10と溶融アルミニウム系めっき鋼板30とを接合する。図4に示す断面図において、溶融Alナゲット51は、アルミニウム材10と溶融アルミニウム系めっき鋼板30との境界の近傍に形成されたアルミニウムの溶融ナゲットであり、アルミニウム材10の内部に向かって盛り上がった(上に凸の)略扇状に形成されている。 As shown in FIG. 4, a molten Al nugget 51 is formed in the joint portion 2A of the joint structure 1A. The molten Al nugget 51 joins the aluminum material 10 and the molten aluminum-based plated steel sheet 30. In the cross-sectional view shown in FIG. 4, the molten Al nugget 51 is a molten aluminum nugget formed in the vicinity of the boundary between the aluminum material 10 and the molten aluminum-based plated steel sheet 30, and rises toward the inside of the aluminum material 10. It is formed in a substantially fan shape (convex upward).

また、アルミニウム材10は、加圧力によって電極120がアルミニウム材10に食い込むことによって表面に窪みが生じている。アルミニウム材10の表面における窪みが生じている部分を電極押圧面(第1表面)11とする。換言すれば、電極押圧面11は、接合部2Aにおける、アルミニウム材10の溶融アルミニウム系めっき鋼板30と対向する側の面とは反対側の面である。 Further, the surface of the aluminum material 10 is dented because the electrode 120 bites into the aluminum material 10 due to the pressing force. The portion of the surface of the aluminum material 10 where the dent is formed is referred to as the electrode pressing surface (first surface) 11. In other words, the electrode pressing surface 11 is a surface of the joint portion 2A opposite to the surface of the aluminum material 10 facing the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30.

また、図4に示すように、接合構造体1Aは、溶融Alナゲット51と基材鋼板31との界面に強入熱領域(中央領域)70が形成されている。強入熱領域70は、図5に示すように、接合構造体1Aをアルミニウム材10の側から透視した場合に、溶融Alナゲット51の中央部に形成されている。図5に示す中心点51Aは、スポット溶接時における一対の電極120の通電の中心部である。 Further, as shown in FIG. 4, in the bonded structure 1A, a strong heat input region (central region) 70 is formed at the interface between the molten Al nugget 51 and the base steel plate 31. As shown in FIG. 5, the strong heat input region 70 is formed in the central portion of the molten Al nugget 51 when the bonded structure 1A is seen through from the side of the aluminum material 10. The center point 51A shown in FIG. 5 is the center of energization of the pair of electrodes 120 during spot welding.

そして、接合構造体1Aは、溶融Alナゲット51の外縁部と基材鋼板31との界面に弱入熱領域(外周領域)80が形成されており、弱入熱領域80と強入熱領域70との間に中間領域60が形成されている。 In the bonded structure 1A, a weak heat input region (outer peripheral region) 80 is formed at the interface between the outer edge portion of the molten Al nugget 51 and the base steel plate 31, and the weak heat input region 80 and the strong heat input region 70 are formed. An intermediate region 60 is formed between the two.

中心点51Aを基準として説明すれば、図5に示すように、溶融Alナゲット51は、中心点51Aから円状に拡がって形成されている。溶融Alナゲット51と基材鋼板31との界面において、中心点51Aを含む或る程度の範囲を有する領域が強入熱領域70であり、その外側に中間領域60および弱入熱領域80がこの順に存在している。 Explaining with reference to the center point 51A, as shown in FIG. 5, the molten Al nugget 51 is formed so as to extend in a circle from the center point 51A. At the interface between the molten Al nugget 51 and the base steel plate 31, a region having a certain range including the center point 51A is a strong heat input region 70, and an intermediate region 60 and a weak heat input region 80 are located outside the region. It exists in order.

(溶融Alナゲット)
溶融Alナゲット51は、以下のようにして形成される。すなわち、電極120(図1参照)を用いて通電することにより、アルミニウム材10と溶融アルミニウム系めっき鋼板30との境界面が抵抗加熱される。それによりアルミニウムが溶融する。溶融したアルミニウムが凝固することにより、溶融Alナゲット51が形成する。それゆえ、溶融Alナゲット51は、主にアルミニウムからなり、アルミニウム材10およびアルミめっき層32の組成の影響を受ける。
(Melted Al Nugget)
The molten Al nugget 51 is formed as follows. That is, by energizing using the electrode 120 (see FIG. 1), the boundary surface between the aluminum material 10 and the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 is resistance-heated. This melts the aluminum. The molten aluminum solidifies to form the molten Al nugget 51. Therefore, the molten Al nugget 51 is mainly made of aluminum and is affected by the composition of the aluminum material 10 and the aluminum plating layer 32.

また、溶融Alナゲット51のFe,Si濃度は、アルミめっき層32の厚さ,溶接電流,通電時間,電極形状の組合せに応じて変化し得る。溶融Alナゲット51へのFe,Si供給源となるアルミめっき層32が厚いほど、溶融Alナゲット51のFe,Si濃度が上昇する。 Further, the Fe and Si concentrations of the molten Al nugget 51 can change depending on the combination of the thickness of the aluminum plating layer 32, the welding current, the energization time, and the electrode shape. The thicker the aluminum plating layer 32 that is the source of Fe and Si to the molten Al nugget 51, the higher the Fe and Si concentrations of the molten Al nugget 51.

例えば、先端部が径6mm、曲率半径40mmの曲面となっている1%クロム銅合金チップを用いて、溶接電流:12.5kA、通電時間:12サイクルの条件でスポット溶接する場合を考える。この場合、アルミめっき層32の膜厚が5μm以上であれば、溶融Alナゲット51の平均Fe,Si濃度がアルミニウム材10のFe,Si含有量よりもいずれも0.1質量%以上高くなる。その結果、溶融Alナゲット51が硬質化して、接合構造体1Aの接合強度が向上する。 For example, consider a case where spot welding is performed under the conditions of a welding current of 12.5 kA and an energization time of 12 cycles using a 1% chrome copper alloy chip having a curved tip having a diameter of 6 mm and a radius of curvature of 40 mm. In this case, if the film thickness of the aluminum plating layer 32 is 5 μm or more, the average Fe and Si concentrations of the molten Al nugget 51 are 0.1% by mass or more higher than the Fe and Si contents of the aluminum material 10. As a result, the molten Al nugget 51 is hardened, and the joining strength of the joining structure 1A is improved.

溶融Alナゲット51のナゲット径は、以下のように測定することができる。すなわち、接合構造体1Aにおける溶融Alナゲット51の大きさ(周囲の物質との境界)は、例えば、図4に示すような断面を撮像した電子顕微鏡写真を用いて視覚的に規定することができる。溶融Alナゲット51と合金層33との境界における一端から他端までの幅をナゲット径W1とする。 The nugget diameter of the molten Al nugget 51 can be measured as follows. That is, the size of the molten Al nugget 51 (boundary with surrounding substances) in the bonded structure 1A can be visually defined by using, for example, an electron micrograph of a cross section as shown in FIG. .. The width from one end to the other end at the boundary between the molten Al nugget 51 and the alloy layer 33 is defined as the nugget diameter W1.

1対の電極120(図1参照)の互いの中心軸の延長線を電極中心線とすると、スポット溶接時には、上記接合界面における、上記電極中心線との距離が近い位置ほど入熱が高い傾向にある。弱入熱領域80は、当該電極中心線から遠い位置であり、スポット溶接時の入熱が小さい箇所である。一方で、強入熱領域70は、スポット溶接時の入熱が大きい箇所である。中間領域60は、弱入熱領域80における入熱と強入熱領域70における入熱との間の量の入熱を受けた箇所である。 Assuming that the extension lines of the mutual center axes of the pair of electrodes 120 (see FIG. 1) are the electrode center lines, the heat input tends to be higher at the position of the bonding interface where the distance from the electrode center lines is shorter during spot welding. It is in. The weak heat input region 80 is a position far from the electrode center line and is a place where heat input during spot welding is small. On the other hand, the strong heat input region 70 is a place where heat input during spot welding is large. The intermediate region 60 is a portion that has received an amount of heat input between the heat input in the weak heat input region 80 and the heat input in the strong heat input region 70.

(強入熱領域)
強入熱領域70では、比較的高い温度にて加熱されることによってアルミニウム材10およびアルミめっき層32が溶融するとともに、合金層33のN濃縮層34も溶融して各種元素が相互拡散することにより、基材鋼板31が溶け込む。その結果、アルミニウム材10に比較してFe濃度が高くなった溶融Alナゲット51が形成される。
(Strong heat input area)
In the strong heat input region 70, the aluminum material 10 and the aluminum plating layer 32 are melted by being heated at a relatively high temperature, and the N concentrated layer 34 of the alloy layer 33 is also melted and various elements are mutually diffused. As a result, the base steel plate 31 melts. As a result, the molten Al nugget 51 having a higher Fe concentration than that of the aluminum material 10 is formed.

Feの濃化によって溶融Alナゲット51が硬質化するものの、継手強度を低下させる脆弱なFe-Al二元合金層が接合界面に生じやすくなる。すなわち、スポット溶接時に溶融Alが急冷され溶融Alナゲット51となるとき、強入熱領域70では、溶融AlからFeが接合界面に再析出し、脆弱なFe-Al二元合金層が生成する。 Although the molten Al nugget 51 is hardened by the concentration of Fe, a fragile Fe—Al binary alloy layer that lowers the joint strength is likely to occur at the joint interface. That is, when the molten Al is rapidly cooled to become the molten Al nugget 51 during spot welding, Fe is reprecipitated from the molten Al to the bonding interface in the strong heat input region 70, and a fragile Fe—Al binary alloy layer is formed.

したがって、強入熱領域70は、主にFe-Al系金属間化合物が形成されている。ただし、アルミニウム材10および溶融アルミニウム系めっき鋼板30の組成から供給された各種の元素を含むこと、並びに、それら元素により形成された合金を含むことが許容される。本明細書において、「主にFe-Al系金属間化合物が形成されている」とは、例えば、ナノプローブ電子線解析およびエネルギー分散型X線分析(EDX)を用いて強入熱領域70を分析した場合に、Fe-Al系金属間化合物の存在割合が最も多いことを示すデータが得られることを意味する。 Therefore, the Fe-Al-based intermetallic compound is mainly formed in the strong heat input region 70. However, it is permissible to include various elements supplied from the composition of the aluminum material 10 and the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30, and to include an alloy formed by these elements. In the present specification, "mainly Fe-Al intermetallic compounds are formed" means that the intense heat input region 70 is defined by using, for example, nanoprobe electron beam analysis and energy dispersive X-ray analysis (EDX). This means that when analyzed, data showing that the abundance ratio of Fe-Al intermetallic compounds is the highest can be obtained.

(弱入熱領域)
一方で、弱入熱領域80は、スポット溶接時に、強入熱領域70よりも比較的低温ではあるが加熱される領域である。これにより、弱入熱領域80では、合金層33(Fe-Al-Si三元合金層)からFeおよびSiが多少溶解するとともに、Fe-Al系金属間化合物が生成する。弱入熱領域80は、主にFe-Al-Si系金属間化合物が形成されている。本明細書において、「主にFe-Al-Si系金属間化合物が形成されている」とは、強入熱領域70について上述したことと同様に、Fe-Al-Si系金属間化合物の存在割合が最も多いことを示すデータが得られることを意味する。
(Weak heat input area)
On the other hand, the weak heat input region 80 is a region that is heated at a relatively lower temperature than the strong heat input region 70 during spot welding. As a result, in the weak heat input region 80, Fe and Si are slightly dissolved from the alloy layer 33 (Fe—Al—Si ternary alloy layer), and an Fe—Al intermetallic compound is generated. In the weak heat input region 80, Fe-Al-Si-based intermetallic compounds are mainly formed. In the present specification, "mainly the Fe-Al-Si-based intermetallic compound is formed" means the presence of the Fe-Al-Si-based intermetallic compound as described above for the strong heat input region 70. It means that the data showing that the ratio is the highest is obtained.

弱入熱領域80は、溶融Alナゲット51の端部から0.2mm程度の幅の領域に形成される。この領域の幅は、溶融Alナゲット51のナゲット径W1が変化しても、あまり変動しない。 The weak heat input region 80 is formed in a region having a width of about 0.2 mm from the end portion of the molten Al nugget 51. The width of this region does not change much even if the nugget diameter W1 of the molten Al nugget 51 changes.

(中間領域)
中間領域60では、スポット溶接時に、合金層33(Fe-Al-Si三元合金層)は溶融する一方でN濃縮層34が残存する程度の入熱となっている。そのため、中間領域60は、Fe-Al-Si系金属間化合物とN濃縮層34とが混在している。本明細書において、「Fe-Al-Si系金属間化合物とN濃縮層34とが混在している」とは、中間領域60を分析した場合に、Fe-Al-Si系金属間化合物およびN濃縮層34の存在を示すデータ(例えば、Fe、Al、Si、およびNの存在を検出したデータ)が得られるとともに、以下のようなデータが得られることを意味している。すなわち、中間領域60において、溶融Alナゲット51側にFeがほぼ検出されず、Fe-Al系金属間化合物が生成していないことを示すデータが得られることを意味している。分析手段は、極微小領域の分析を行うことができればよく特に限定されないが、例えばナノプローブ電子線解析およびEDXを用いることができる。
(Intermediate region)
In the intermediate region 60, during spot welding, the alloy layer 33 (Fe—Al—Si ternary alloy layer) is melted, but the heat input is such that the N concentrated layer 34 remains. Therefore, in the intermediate region 60, the Fe—Al—Si-based intermetallic compound and the N-enriched layer 34 are mixed. In the present specification, "the Fe-Al-Si-based intermetallic compound and the N-concentrated layer 34 are mixed" means that the Fe-Al-Si-based intermetallic compound and N are analyzed when the intermediate region 60 is analyzed. It means that data indicating the presence of the concentrated layer 34 (for example, data in which the presence of Fe, Al, Si, and N is detected) can be obtained, and the following data can be obtained. That is, it means that Fe is hardly detected on the molten Al nugget 51 side in the intermediate region 60, and data indicating that the Fe-Al intermetallic compound is not generated can be obtained. The analysis means is not particularly limited as long as it can analyze a very small region, and for example, nanoprobe electron beam analysis and EDX can be used.

この中間領域60は、例えば、接合構造体1Aにアルミニウム材10を引きはがすような力が加えられた場合に、溶融Alナゲット51の外周部である弱入熱領域80の方から進展する亀裂を停止させるように働く。これにより、アルミニウム材10に更なる力を加えた場合、接合構造体1Aは、シャー破断ではなくボタン破断となりやすい。つまり、中間領域60が接合強度を増大させるように働くことにより、溶融Alナゲット51は高い接合強度を有する。 This intermediate region 60 has, for example, cracks extending from the weak heat input region 80, which is the outer peripheral portion of the molten Al nugget 51, when a force for peeling off the aluminum material 10 is applied to the joint structure 1A. Work to stop. As a result, when a further force is applied to the aluminum material 10, the joint structure 1A tends to break the button instead of breaking the shear. That is, the molten Al nugget 51 has a high bonding strength because the intermediate region 60 works to increase the bonding strength.

(残存Al厚さ)
図6は、接合構造体1Aにおける残存Al厚さを測定する方法について説明するための図である。
(Remaining Al thickness)
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of measuring the residual Al thickness in the bonded structure 1A.

図6に示すように、本実施形態の接合構造体1Aは、溶融Alナゲット51の上部にアルミニウム材10が残存している。溶融Alナゲット51の外縁部と、アルミニウム材10の電極押圧面11との間の最短距離を残存Al厚さL1とする。本実施形態の接合構造体1Aは、残存Al厚さL1が0.01mm以上である。 As shown in FIG. 6, in the joint structure 1A of the present embodiment, the aluminum material 10 remains on the upper portion of the molten Al nugget 51. The shortest distance between the outer edge of the molten Al nugget 51 and the electrode pressing surface 11 of the aluminum material 10 is defined as the remaining Al thickness L1. The bonded structure 1A of the present embodiment has a residual Al thickness L1 of 0.01 mm or more.

ここで、電極押圧面11の位置(接合構造体1Aの厚さ方向における位置)は、アルミニウム材10の表面から窪んだ深さに応じて変化し得る。この深さは、スポット溶接時の加圧力および入熱(溶接電流の大きさおよび通電時間等)の影響を受ける。また、スポット溶接時の加圧力は、アルミニウム材10と溶融アルミニウム系めっき鋼板30との密着性(ミクロな接触面積)に関わることから、通電の電流密度にも関わる。そのため、溶融Alナゲット51の高さも、スポット溶接時の加圧力および入熱の影響を受ける。そして、アルミニウム材10の板厚および種類、並びに溶融アルミニウム系めっき鋼板30の板厚および種類によっても、溶接条件と、電極押圧面11の位置および溶融Alナゲット51の高さと、の関係は変化する。 Here, the position of the electrode pressing surface 11 (position in the thickness direction of the joint structure 1A) may change depending on the depth recessed from the surface of the aluminum material 10. This depth is affected by the applied pressure and heat input (magnitude of welding current, energization time, etc.) during spot welding. Further, since the pressing force at the time of spot welding is related to the adhesion (micro contact area) between the aluminum material 10 and the molten aluminum-based plated steel sheet 30, it is also related to the current density of energization. Therefore, the height of the molten Al nugget 51 is also affected by the pressing force and heat input during spot welding. The relationship between the welding conditions, the position of the electrode pressing surface 11, and the height of the molten Al nugget 51 changes depending on the plate thickness and type of the aluminum material 10 and the plate thickness and type of the molten aluminum-based plated steel sheet 30. ..

それゆえ、(i)接合部の接合強度を高くしつつ(例えば十字引張試験をした場合の接合強度が0.8kN以上)、(ii)残存Al厚さL1を0.01mm以上とする、という両者の条件を満たすことは容易ではない。 Therefore, (i) the joint strength of the joint portion is increased (for example, the joint strength in a cross tensile test is 0.8 kN or more), and (ii) the residual Al thickness L1 is 0.01 mm or more. It is not easy to meet both conditions.

本実施形態の接合構造体1Aは、以下のような製造方法により実現される。 The joint structure 1A of the present embodiment is realized by the following manufacturing method.

(接合構造体の製造方法)
本実施形態における接合構造体1Aの製造方法は、アルミニウム材10と溶融アルミニウム系めっき鋼板30とを、単相交流方式のスポット溶接機100を用いてスポット溶接するスポット溶接工程を含む。
(Manufacturing method of joint structure)
The method for manufacturing the bonded structure 1A in the present embodiment includes a spot welding step of spot welding the aluminum material 10 and the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 using a single-phase AC spot welder 100.

(スポット溶接工程)
スポット溶接における入熱は、溶接電流と通電時間との積によって調節することができる。ここで、スポット溶接における通電時間の1サイクルとは、スポット溶接機100に接続している商用電源の電源周波数から決まる時間となる。商用電源は、50Hzの電源周波数であってよく、60Hzの電源周波数であってもよい。また、その他の電源周波数であってもよい。電源周波数の違いに応じて溶接電流を調節することにより、入熱を制御することができる。
(Spot welding process)
The heat input in spot welding can be adjusted by the product of the welding current and the energization time. Here, one cycle of the energization time in spot welding is a time determined by the power frequency of the commercial power source connected to the spot welder 100. The commercial power supply may have a power frequency of 50 Hz or may have a power frequency of 60 Hz. Further, it may be another power frequency. Heat input can be controlled by adjusting the welding current according to the difference in power supply frequency.

上記スポット溶接工程では、電極120の加圧力が1.4kN以上4.9kN以下であり、溶接電流と通電時間との積で表される値が54以上240以下の範囲内となるように制御される。そして、残存Al厚さL1が本発明の範囲内となるように、アルミニウム材10と溶融アルミニウム系めっき鋼板30とを単相交流方式にてスポット溶接する。 In the spot welding step, the pressing force of the electrode 120 is controlled to be 1.4 kN or more and 4.9 kN or less, and the value represented by the product of the welding current and the energization time is controlled to be within the range of 54 or more and 240 or less. To. Then, the aluminum material 10 and the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 are spot-welded by a single-phase AC method so that the residual Al thickness L1 is within the range of the present invention.

電極120の加圧力および溶接電流と通電時間との積で表される値(すなわち入熱)は、残存Al厚さL1の値に複雑に作用する。例えば、残存Al厚さL1を0.01mm以上とするために適切な入熱の値は、各種の条件に応じて変化する。 The value expressed by the product of the pressing force of the electrode 120 and the welding current and the energization time (that is, heat input) has a complicated effect on the value of the residual Al thickness L1. For example, the value of heat input suitable for setting the residual Al thickness L1 to 0.01 mm or more varies depending on various conditions.

電極120の加圧力が1.4kN以上4.9kN以下の範囲内において、溶接電流と通電時間との積で表される値が54よりも小さい場合、残存Al厚さL1は大きくなる一方で、溶融Alナゲット51のナゲット径W1が小さくなりすぎ、充分な接合強度が得られない。また、溶接電流と通電時間との積で表される値が240よりも大きい場合、溶融Alナゲット51のナゲット径W1を大きくすることができる一方で、入熱が過大となり、溶融Alナゲット51が電極押圧面11に到達してしまう。 When the pressing force of the electrode 120 is in the range of 1.4 kN or more and 4.9 kN or less and the value represented by the product of the welding current and the energization time is smaller than 54, the residual Al thickness L1 becomes large while the remaining Al thickness L1 becomes large. The nugget diameter W1 of the molten Al nugget 51 becomes too small, and sufficient bonding strength cannot be obtained. Further, when the value represented by the product of the welding current and the energization time is larger than 240, the nugget diameter W1 of the molten Al nugget 51 can be increased, but the heat input becomes excessive and the molten Al nugget 51 becomes. It reaches the electrode pressing surface 11.

上記スポット溶接工程では、60Hzの電源周波数の商用電源を用いる場合、初期加圧は、例えば35サイクルであり、ホールドは24サイクルである。初期加圧は、10サイクル以上であってよく、ホールドは、5サイクル以上であってよい。ホールドとは、電極120に通電後に、電極120を冷却しつつ該電極120を用いて被溶接材を加圧する鍛造加圧のことを意味している。 In the spot welding process, when a commercial power source having a power frequency of 60 Hz is used, the initial pressurization is, for example, 35 cycles, and the hold is 24 cycles. The initial pressurization may be 10 cycles or more, and the hold may be 5 cycles or more. The hold means forging pressurization in which the electrode 120 is energized and then the material to be welded is pressed by using the electrode 120 while cooling the electrode 120.

また、本実施形態の製造方法では、電極として前述のようなDR形の電極120(図2参照)を用いている。このような電極を用いるとともに、上述の条件にてスポット溶接を行う。このような本実施形態の製造方法によれば、アルミニウム材の板厚および材質、溶融アルミニウム系めっき鋼板の板厚、等が変化しても、残存Al厚さL1を0.01mm以上とすることができ、耐食性に優れた接合構造体1Aを製造することができる。そして、接合構造体1Aの接合強度を高くすることができ、例えば、十字引張試験の測定結果として0.8kN以上の接合強度を有する接合構造体を製造することができる。このような高い接合強度は、接合構造体1Aのナゲット径W1を大きくするとともに接合部2Aに特定の領域(中間領域60)が形成されることにより得られる効果である。 Further, in the manufacturing method of the present embodiment, the DR type electrode 120 (see FIG. 2) as described above is used as the electrode. While using such an electrode, spot welding is performed under the above-mentioned conditions. According to the manufacturing method of the present embodiment, the residual Al thickness L1 is 0.01 mm or more even if the plate thickness and material of the aluminum material, the plate thickness of the hot-dip aluminum-based plated steel sheet, etc. change. It is possible to manufacture a bonded structure 1A having excellent corrosion resistance. Then, the joint strength of the joint structure 1A can be increased, and for example, a joint structure having a joint strength of 0.8 kN or more can be manufactured as a measurement result of a cross tensile test. Such high joint strength is an effect obtained by increasing the nugget diameter W1 of the joint structure 1A and forming a specific region (intermediate region 60) in the joint portion 2A.

〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 2]
Other embodiments of the present invention will be described below. For convenience of explanation, the same reference numerals are given to the members having the same functions as the members described in the above-described embodiment, and the description thereof will not be repeated.

前記実施形態1では、2枚組の接合構造体について説明した。これに対して、本実施形態では、上述のアルミニウム材10および溶融アルミニウム系めっき鋼板30に加えて鋼材を含む、3枚組の接合構造体について説明する。なお、3枚組の接合構造体に限定されず、4枚組以上の接合構造体についても本発明の範疇に含まれる。本明細書において、溶融アルミニウム系めっき鋼板30における基材鋼板の板厚と、複数枚の鋼材のそれぞれの板厚と、を合計して得られる値を接合構造体における鋼材総板厚と称する。本発明の一態様における接合構造体は、鋼材総板厚の上限が4.3mmである。接合構造体は、鋼材総板厚が4.3mm以下となる範囲内であれば鋼材の枚数は特に限定されない。なお、鋼材総板厚が4.3mmを超えると、溶融アルミニウム系めっき鋼板30とその下の鋼材との間のナゲットが生成され難くなる。この場合、十字引張試験をすると、溶融アルミニウム系めっき鋼板30と鋼材との界面部分で破断し易く、0.8kN以上の十字引張強度が得られなくなる傾向にある。 In the first embodiment, a two-disc joint structure has been described. On the other hand, in the present embodiment, a three-sheet joint structure including a steel material in addition to the above-mentioned aluminum material 10 and the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 will be described. It should be noted that the joint structure is not limited to a 3-disc set, and a 4-disc or more joined structure is also included in the scope of the present invention. In the present specification, the value obtained by totaling the plate thickness of the base steel plate in the molten aluminum-based plated steel plate 30 and the plate thickness of each of the plurality of steel materials is referred to as the total plate thickness of the steel material in the bonded structure. In the joint structure according to one aspect of the present invention, the upper limit of the total plate thickness of the steel material is 4.3 mm. The number of steel materials in the joint structure is not particularly limited as long as the total thickness of the steel materials is within the range of 4.3 mm or less. If the total thickness of the steel material exceeds 4.3 mm, it becomes difficult to generate a nugget between the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 and the steel material under the molten aluminum-based plated steel sheet 30. In this case, when the cross tensile test is performed, it is easy to break at the interface portion between the molten aluminum-based plated steel sheet 30 and the steel material, and there is a tendency that a cross tensile strength of 0.8 kN or more cannot be obtained.

例えば、車両用部品を製造する場合、アルミニウム材と複数枚の鋼材とを溶接することを要する場合がある。アルミニウム材は、固有抵抗が低く熱伝導率が高いことから、比較的大きな溶接電流にて短時間に溶接することを要する。 For example, when manufacturing a vehicle part, it may be necessary to weld an aluminum material and a plurality of steel materials. Since the aluminum material has low intrinsic resistance and high thermal conductivity, it is necessary to weld it in a short time with a relatively large welding current.

本実施形態の接合構造体は、アルミニウム材と溶融アルミニウム系めっき鋼板とにさらに加えて鋼材を積層して、それらを単相交流方式にてスポット溶接することにより異材接合された接合構造体である。単相交流方式のスポット溶接機を用いて、このような接合構造体を製造することについては、過去の実績がなく何ら知見が無かった。ましてや、鋼材が複数枚である場合については全く未知であった。 The joint structure of the present embodiment is a joint structure in which different materials are joined by laminating a steel material in addition to an aluminum material and a hot-dip aluminum-based plated steel sheet and spot welding them by a single-phase AC method. .. There was no past record and no knowledge about the production of such a bonded structure using a single-phase AC spot welder. Furthermore, it was completely unknown when there were multiple steel materials.

(接合構造体)
本実施形態の接合構造体1Bおよび接合部2Bについて、図7および図8を用いて説明する。図7は、本発明の実施形態2における接合構造体1Bの接合部2Bを模式的に示す断面図である。図8は、接合構造体1Bにおける残存Al厚さL1を測定する方法について説明するための図である。
(Joint structure)
The joint structure 1B and the joint portion 2B of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a joint portion 2B of the joint structure 1B according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram for explaining a method of measuring the residual Al thickness L1 in the bonded structure 1B.

本実施形態における接合構造体1Bは、鋼材20に対して、溶融アルミニウム系めっき鋼板30およびアルミニウム材10がこの順に積層されてスポット溶接されることにより製造される。 The bonded structure 1B in the present embodiment is manufactured by laminating a hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 and an aluminum material 10 on a steel material 20 in this order and spot welding them.

(鋼材)
例えば自動車分野では、適材適所に材料の強度を変更して車体が組み立てられており、一般的な材料強度を有するSPC270級よりも高い強度のSPC440級やSPC590級が使用されていることがある。鋼材20の鋼種および板厚は、鋼材20として求められる強度に応じて適宜設定されてよく、特に限定されない。
(Steel material)
For example, in the field of automobiles, the vehicle body is assembled by changing the strength of the material in the right place, and SPC440 class or SPC590 class having higher strength than SPC270 class having general material strength may be used. The steel type and plate thickness of the steel material 20 may be appropriately set according to the strength required for the steel material 20, and are not particularly limited.

鋼材20は、一般冷延鋼板、特殊冷延鋼板、高強度鋼板、熱延鋼板、等であってよく、めっき鋼板であってもよい。鋼材20は、例えば、SPC270C、SPC270D、SPC440、SPC590、合金化亜鉛めっき鋼板(GA鋼板)、等であってもよい。鋼材20の板厚は、例えば、0.8mm~1.4mmの範囲内である。 The steel material 20 may be a general cold-rolled steel plate, a special cold-rolled steel plate, a high-strength steel plate, a hot-rolled steel plate, or the like, or may be a plated steel plate. The steel material 20 may be, for example, SPC270C, SPC270D, SPC440, SPC590, an alloyed galvanized steel sheet (GA steel sheet), or the like. The plate thickness of the steel material 20 is, for example, in the range of 0.8 mm to 1.4 mm.

(接合部)
図7に示すように、接合構造体1Bの接合部2Bには、溶融Alナゲット(第1ナゲット)51と、溶融アルミニウム系めっき鋼板30と鋼材20とを接合する下部ナゲット(第2ナゲット)52とが形成されている。図7に示す断面図において、下部ナゲット52は、溶融アルミニウム系めっき鋼板30および鋼材20との境界部に形成されており、それらの両方に拡がる楕円状に形成されている。
(Joint part)
As shown in FIG. 7, the joint portion 2B of the joint structure 1B has a lower nugget (second nugget) 52 that joins the molten Al nugget (first nugget) 51, the molten aluminum-based plated steel sheet 30, and the steel material 20. And are formed. In the cross-sectional view shown in FIG. 7, the lower nugget 52 is formed at the boundary between the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 and the steel material 20, and is formed in an elliptical shape extending over both of them.

下部ナゲット52は、通電によって溶融アルミニウム系めっき鋼板30と鋼材20との境界面が抵抗加熱され、Feの融点まで昇温することにより溶融した鉄が凝固することにより形成される。 The lower nugget 52 is formed by resistance-heating the interface between the molten aluminum-based plated steel sheet 30 and the steel material 20 by energization and solidifying the molten iron by raising the temperature to the melting point of Fe.

3枚組の接合構造体1Bについて、溶融Alナゲット51および下部ナゲット52の両方を所望の接合強度を満たすように形成することは容易ではない。これは、鉄とアルミニウムとの融点の違いに起因して、スポット溶接時における2つのナゲットの挙動が異なるためである。 It is not easy to form both the molten Al nugget 51 and the lower nugget 52 so as to satisfy the desired bonding strength for the three-disc bonded structure 1B. This is because the behavior of the two nuggets during spot welding is different due to the difference in melting point between iron and aluminum.

本発明者らは、鋭意検討の結果、3枚組の接合構造体1Bが高い接合強度を有するために、接合部2Bに求められる以下の要件を見出した。 As a result of diligent studies, the present inventors have found the following requirements required for the joint portion 2B in order for the three-disc joint structure 1B to have high joint strength.

すなわち、本実施形態の接合構造体1Bは、下部ナゲット52のナゲット径W2に対する溶融Alナゲット51のナゲット径W1の比(W1/W2の比)が、1.1以上2.0以下となっている。ここで、下部ナゲット52の楕円形状における長軸の長さを下部ナゲット径W2とする。 That is, in the bonded structure 1B of the present embodiment, the ratio of the nugget diameter W1 of the molten Al nugget 51 (ratio of W1 / W2) to the nugget diameter W2 of the lower nugget 52 is 1.1 or more and 2.0 or less. There is. Here, the length of the long axis in the elliptical shape of the lower nugget 52 is defined as the lower nugget diameter W2.

下部ナゲット52のナゲット径W2は、前述の溶融Alナゲット51のナゲット径W1と同様に測定することができる。すなわち、接合構造体1Bにおける下部ナゲット52の大きさ(周囲の物質との境界)は、例えば、図7に示すような断面を撮像した電子顕微鏡写真を用いて視覚的に規定することができる。 The nugget diameter W2 of the lower nugget 52 can be measured in the same manner as the nugget diameter W1 of the molten Al nugget 51 described above. That is, the size of the lower nugget 52 (boundary with surrounding substances) in the bonded structure 1B can be visually defined by using, for example, an electron micrograph of a cross section as shown in FIG. 7.

なお、下部ナゲット52は、図7に示すような楕円形状であるとは限らない。そのため、下部ナゲット52の下部ナゲット径W2は、より詳細には以下のように定義される。すなわち、下部ナゲット径W2は、溶融アルミニウム系めっき鋼板30と鋼材20とが当接する界面上における、下部ナゲット52と溶融アルミニウム系めっき鋼板30の表面との境界の一方から他方までの長さである。 The lower nugget 52 does not always have an elliptical shape as shown in FIG. 7. Therefore, the lower nugget diameter W2 of the lower nugget 52 is defined in more detail as follows. That is, the lower nugget diameter W2 is the length from one to the other of the boundary between the lower nugget 52 and the surface of the molten aluminum-based plated steel sheet 30 on the interface where the molten aluminum-based plated steel sheet 30 and the steel material 20 abut. ..

上記W1/W2の比が1.1未満の場合、スポット溶接時の入熱が大きいことによって溶融Alナゲット51のナゲット径W1が大きくなりすぎ、アルミニウム材10が大きく減肉する。そのため、十字引張試験の測定結果として0.8kN未満の接合強度を有する接合構造体となり得る。つまり、スポット溶接時の入熱を大きくすると、ナゲット径W1が大きくなる一方でアルミニウム材10が減肉することにより、電極押圧面11の部分にてアルミニウム材10が破断し易くなる。 When the ratio of W1 / W2 is less than 1.1, the nugget diameter W1 of the molten Al nugget 51 becomes too large due to the large heat input during spot welding, and the aluminum material 10 is greatly reduced in wall thickness. Therefore, as a result of the measurement of the cross tensile test, a joint structure having a joint strength of less than 0.8 kN can be obtained. That is, when the heat input during spot welding is increased, the nugget diameter W1 is increased while the aluminum material 10 is thinned, so that the aluminum material 10 is likely to break at the portion of the electrode pressing surface 11.

他方、上記比が2.0を超える場合、スポット溶接時の入熱が小さく、下部ナゲット52のナゲット径が十分に大きくならない。そのため、接合構造体は、十字引張試験において下部ナゲット52の部分で破断しやすく接合強度が0.8kN未満となり得る。 On the other hand, when the above ratio exceeds 2.0, the heat input during spot welding is small, and the nugget diameter of the lower nugget 52 is not sufficiently large. Therefore, the joint structure is liable to break at the portion of the lower nugget 52 in the cross tensile test, and the joint strength may be less than 0.8 kN.

また、図8に示すように、本実施形態の接合構造体1Bは、溶融Alナゲット51の上部にアルミニウム材10が残存している。溶融Alナゲット51の外縁部と、アルミニウム材10の電極押圧面11との間の最短距離を残存Al厚さL1とする。本実施形態の接合構造体1Aは、残存Al厚さL1が0.01mm以上である。 Further, as shown in FIG. 8, in the joint structure 1B of the present embodiment, the aluminum material 10 remains on the upper portion of the molten Al nugget 51. The shortest distance between the outer edge of the molten Al nugget 51 and the electrode pressing surface 11 of the aluminum material 10 is defined as the remaining Al thickness L1. The bonded structure 1A of the present embodiment has a residual Al thickness L1 of 0.01 mm or more.

(接合構造体の製造方法)
本実施形態における接合構造体1Bの製造方法は、鋼材20に対して、溶融アルミニウム系めっき鋼板30およびアルミニウム材10がこの順に積層して、単相交流方式のスポット溶接機100を用いてスポット溶接するスポット溶接工程を含む。
(Manufacturing method of joint structure)
In the method for manufacturing the joint structure 1B in the present embodiment, the molten aluminum-based plated steel plate 30 and the aluminum material 10 are laminated in this order on the steel material 20, and spot welded using a single-phase AC type spot welder 100. Includes a spot welding process.

上記スポット溶接工程では、電極120の加圧力が1.4kN以上4.9kN以下であり、溶接電流と通電時間との積で表される値が54以上240以下の範囲内となるように制御される。そして、残存Al厚さL1が本発明の範囲内となるように、アルミニウム材10と溶融アルミニウム系めっき鋼板30とを単相交流方式にてスポット溶接する。 In the spot welding step, the pressing force of the electrode 120 is controlled to be 1.4 kN or more and 4.9 kN or less, and the value represented by the product of the welding current and the energization time is controlled to be within the range of 54 or more and 240 or less. To. Then, the aluminum material 10 and the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 are spot-welded by a single-phase AC method so that the residual Al thickness L1 is within the range of the present invention.

これにより、3枚組の接合構造体1Bにおいても、残存Al厚さL1を0.01mm以上とすることができ、耐食性に優れた接合構造体を製造することができる。そして、接合構造体1Bの接合強度を高くすることができ、例えば、十字引張試験の測定結果として0.8kN以上の接合強度を有する接合構造体を製造することができる。 As a result, even in the three-disc bonded structure 1B, the residual Al thickness L1 can be 0.01 mm or more, and a bonded structure having excellent corrosion resistance can be manufactured. Then, the joint strength of the joint structure 1B can be increased, and for example, a joint structure having a joint strength of 0.8 kN or more can be manufactured as a measurement result of a cross tensile test.

〔実施形態3〕
本発明の他の実施形態について、図9を用いて以下に説明する。なお、本実施形態にて説明すること以外の構成は、前記実施形態1および実施形態2と同じである。図9は、本実施形態における接合構造体1Cの接合部2Cを模式的に示す断面図である。
[Embodiment 3]
Other embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. The configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first and second embodiments. FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the joint portion 2C of the joint structure 1C in the present embodiment.

前記実施形態2では、3枚組の接合構造体1Bについて説明した。これに対して、本実施形態の接合構造体1Cは、鋼材20に加えて鋼材21を含む、4枚組の接合構造体となっている。 In the second embodiment, the three-disc joint structure 1B has been described. On the other hand, the joint structure 1C of the present embodiment is a four-disc joint structure including the steel material 21 in addition to the steel material 20.

図9に示すように、本実施形態の接合構造体1Cは、鋼材21と鋼材20と溶融アルミニウム系めっき鋼板30とアルミニウム材10とが、この順に重ね合わせて積層され、各板材が積層した状態にて単相交流方式のスポット溶接機100を用いてスポット溶接することにより形成される。 As shown in FIG. 9, in the joint structure 1C of the present embodiment, the steel material 21, the steel material 20, the hot-dip aluminum-based plated steel plate 30, and the aluminum material 10 are laminated in this order, and the plate materials are laminated. It is formed by spot welding using a single-phase AC type spot welder 100.

鋼材21と鋼材20とは、互いに同じ鋼種であってもよく、互いに異なる鋼種であってもよい。また、互いに同じ板厚であってもよく、互いに異なる板厚であってもよい。鋼材21の板厚は、例えば、0.8mm~1.4mmの範囲内である。 The steel material 21 and the steel material 20 may be of the same steel type or different from each other. Further, the plate thickness may be the same as each other, or the plate thickness may be different from each other. The plate thickness of the steel material 21 is, for example, in the range of 0.8 mm to 1.4 mm.

接合構造体1Cの接合部2Cは、鋼材21、鋼材20、および溶融アルミニウム系めっき鋼板30に拡がる下部ナゲット55が形成されている。 The joint portion 2C of the joint structure 1C is formed with a lower nugget 55 extending over a steel material 21, a steel material 20, and a hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30.

この場合、溶融アルミニウム系めっき鋼板30と鋼材20とが当接する界面上における、下部ナゲット55と溶融アルミニウム系めっき鋼板30の表面との境界の一方から他方までの長さをナゲット径(第1鋼ナゲット径)W2とする。また、鋼材20と鋼材21とが当接する界面上における、下部ナゲット55と鋼材20(または鋼材21)の表面との境界の一方から他方までの長さを第2鋼ナゲット径W3とする。 In this case, the length from one to the other of the boundary between the lower nugget 55 and the surface of the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 on the interface where the hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 and the steel material 20 abut is the nugget diameter (first steel). Nugget diameter) W2. Further, the length from one to the other of the boundary between the lower nugget 55 and the surface of the steel material 20 (or the steel material 21) on the interface where the steel material 20 and the steel material 21 abut is defined as the second steel nugget diameter W3.

本実施形態の接合構造体1Cは、W1/W2の比が1.1~2.0となっている。第2鋼ナゲット径W3の長さは、接合構造体1Cの接合強度に対する影響が小さい。また、接合構造体1Cは、溶融Alナゲット51と基材鋼板31との接合界面に中間領域60が形成されている。 In the bonded structure 1C of the present embodiment, the ratio of W1 / W2 is 1.1 to 2.0. The length of the second steel nugget diameter W3 has a small influence on the joining strength of the joining structure 1C. Further, in the joint structure 1C, an intermediate region 60 is formed at the joint interface between the molten Al nugget 51 and the base steel plate 31.

残存Al厚さL1が本発明の範囲内となるように、鋼材21と鋼材20と溶融アルミニウム系めっき鋼板30とアルミニウム材10とを単相交流方式にてスポット溶接する。 The steel material 21, the steel material 20, the molten aluminum-based plated steel sheet 30, and the aluminum material 10 are spot-welded by a single-phase AC method so that the residual Al thickness L1 is within the range of the present invention.

これにより、4枚組の接合構造体1Cにおいても、残存Al厚さL1を0.01mm以上とすることができ、耐食性に優れた接合構造体を製造することができる。そして、例えば、十字引張試験の測定結果として0.8kN以上の接合強度を有する接合構造体1Cを製造することができる。 As a result, even in the 4-disc bonded structure 1C, the residual Al thickness L1 can be 0.01 mm or more, and a bonded structure having excellent corrosion resistance can be manufactured. Then, for example, the joint structure 1C having a joint strength of 0.8 kN or more can be manufactured as a measurement result of the cross tensile test.

〔実施形態4〕
本発明の他の実施形態について、図10を用いて以下に説明する。なお、本実施形態にて説明すること以外の構成は、前記実施形態1~3と同じである。図10は、本実施形態における接合構造体1Dの接合部2Dを模式的に示す断面図である。
[Embodiment 4]
Other embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. The configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first to third embodiments. FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the joint portion 2D of the joint structure 1D in the present embodiment.

前記実施形態3では、4枚組の接合構造体1Cについて説明した。これに対して、本実施形態の接合構造体1Dは、鋼材20および鋼材21に加えて鋼材22を含む、5枚組の接合構造体となっている。 In the third embodiment, the four-disc joint structure 1C has been described. On the other hand, the joint structure 1D of the present embodiment is a 5-disc joint structure including the steel material 22 in addition to the steel material 20 and the steel material 21.

図10に示すように、接合構造体1Dは、鋼材22、鋼材21、鋼材20、溶融アルミニウム系めっき鋼板30、およびアルミニウム材10が、この順に重ね合わせて積層され、各板材が積層した状態にて単相交流方式のスポット溶接機100を用いてスポット溶接することにより形成される。 As shown in FIG. 10, in the joint structure 1D, the steel material 22, the steel material 21, the steel material 20, the hot-dip aluminum-based plated steel plate 30, and the aluminum material 10 are laminated in this order, and each plate material is laminated. It is formed by spot welding using a single-phase AC type spot welder 100.

鋼材22、鋼材21、および鋼材20は、それぞれが同じ鋼種であってもよく、それぞれ異なる鋼種であってもよい。また、それぞれが同じ板厚であってもよく、それぞれ異なる板厚であってもよい。鋼材22の板厚は、例えば、0.8mm~1.4mmの範囲内である。 The steel material 22, the steel material 21, and the steel material 20 may each have the same steel grade or may have different steel grades. Further, each may have the same plate thickness, or may have different plate thicknesses. The plate thickness of the steel material 22 is, for example, in the range of 0.8 mm to 1.4 mm.

接合構造体1Dの接合部2Dは、鋼材22、鋼材21、鋼材20、および溶融アルミニウム系めっき鋼板30に拡がる下部ナゲット58が形成されている。鋼材21と鋼材22とが当接する界面上における、下部ナゲット58と鋼材21(または鋼材22)の表面との境界の一方から他方までの長さを第3鋼ナゲット径W4とする。 The joint portion 2D of the joint structure 1D is formed with a lower nugget 58 extending over a steel material 22, a steel material 21, a steel material 20, and a hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30. The length from one to the other of the boundary between the lower nugget 58 and the surface of the steel material 21 (or the steel material 22) on the interface where the steel material 21 and the steel material 22 abut is defined as the third steel nugget diameter W4.

接合構造体1Dは、W1/W2の比が1.1~2.0となっている。第2鋼ナゲット径W3および第3鋼ナゲット径W4の長さは、接合構造体1Dの接合強度に対する影響が小さい。また、接合構造体1Dは、溶融Alナゲット51と基材鋼板31との接合界面に中間領域60が形成されている。 The joint structure 1D has a ratio of W1 / W2 of 1.1 to 2.0. The lengths of the second steel nugget diameter W3 and the third steel nugget diameter W4 have a small influence on the joint strength of the joint structure 1D. Further, in the joint structure 1D, an intermediate region 60 is formed at the joint interface between the molten Al nugget 51 and the base steel plate 31.

残存Al厚さL1が本発明の範囲内となるように、鋼材22と鋼材21と鋼材20と溶融アルミニウム系めっき鋼板30とアルミニウム材10とを単相交流方式にてスポット溶接する。 The steel material 22, the steel material 21, the steel material 20, the molten aluminum-based plated steel sheet 30, and the aluminum material 10 are spot-welded by a single-phase AC method so that the residual Al thickness L1 is within the range of the present invention.

これにより、5枚組の接合構造体1Dにおいても、残存Al厚さL1を0.01mm以上とすることができ、耐食性に優れた接合構造体を製造することができる。そして、例えば、十字引張試験の測定結果として0.8kN以上の接合強度を有する接合構造体1Dを製造することができる。 As a result, even in the 5-disc bonded structure 1D, the residual Al thickness L1 can be 0.01 mm or more, and a bonded structure having excellent corrosion resistance can be manufactured. Then, for example, the joint structure 1D having a joint strength of 0.8 kN or more can be manufactured as a measurement result of the cross tensile test.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

以下、実施例および比較例により、本発明の接合構造体についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定するものではない。 Hereinafter, the bonded structure of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

〔スポット溶接機〕
以下に示す例では、前述のスポット溶接機100を用いてスポット溶接を行った。初期加圧は35サイクル、ホールドは24サイクルとした。商用電源として、60Hzの電源周波数のものを用いた。電極120として、φ16mmDR、先端R40mm、先端径6mmのDR形の電極チップ(図2参照)を用いた。
[Spot welder]
In the example shown below, spot welding was performed using the above-mentioned spot welder 100. The initial pressurization was 35 cycles and the hold was 24 cycles. As a commercial power source, a power source with a power frequency of 60 Hz was used. As the electrode 120, a DR type electrode tip (see FIG. 2) having a φ16 mm DR, a tip R40 mm, and a tip diameter of 6 mm was used.

〔十字引張試験〕
図11は、十字引張試験について説明するための模式図であって、(a)は接合構造体の平面図であり、(b)は接合構造体の断面図である。ここでは、4枚組の接合構造体について示している。
[Cross Tensile Test]
11A and 11B are schematic views for explaining a cross tensile test, where FIG. 11A is a plan view of the joint structure and FIG. 11B is a cross-sectional view of the joint structure. Here, a 4-disc joint structure is shown.

図11の(a)および(b)に示すように、鋼材21および鋼材20を積層するとともに、その上に溶融アルミニウム系めっき鋼板30およびアルミニウム材10をこの順に積層する。アルミニウム材10として、幅W10が50mm、長さL10が150mmのものを用いている。また、溶融アルミニウム系めっき鋼板30、鋼材20、および鋼材21も同様に、50mm×150mmのものを用いている。 As shown in FIGS. 11A and 11B, the steel material 21 and the steel material 20 are laminated, and the molten aluminum-based plated steel sheet 30 and the aluminum material 10 are laminated in this order. As the aluminum material 10, a material having a width W10 of 50 mm and a length L10 of 150 mm is used. Further, the molten aluminum-based plated steel sheet 30, the steel material 20, and the steel material 21 are similarly 50 mm × 150 mm.

溶融アルミニウム系めっき鋼板30とアルミニウム材10とは互いに十字になるように積層する。そして、溶接点3に電極をあててスポット溶接する。これにより、接合構造体を形成する。 The hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 and the aluminum material 10 are laminated so as to form a cross. Then, an electrode is applied to the welding point 3 and spot welding is performed. As a result, a joint structure is formed.

接合構造体のアルミニウム材10に上方向の力を与えるとともに、溶融アルミニウム系めっき鋼板30に下方向の力を与えることにより、十字引張試験を行う。これにより、十字引張強度(kN)を評価した。十字引張強度が0.8kN以上を合格と判定し、○評価とした。十字引張試験は、JIS Z 3137に準拠して行った。 A cross tensile test is performed by applying an upward force to the aluminum material 10 of the bonded structure and a downward force to the molten aluminum-based plated steel sheet 30. Thereby, the cross tensile strength (kN) was evaluated. A cross tensile strength of 0.8 kN or more was judged to be acceptable, and was evaluated as ◯. The cross tensile test was performed in accordance with JIS Z 3137.

〔断面観察〕
製造した接合構造体のそれぞれを、溶接部の中心が観察できるようエポキシ樹脂に埋め込み、研磨処理を行った。研磨処理後、3%NaOH水溶液でエッチングを行い、次いで3%の硝酸を溶かしたエタノールで更にエッチングを行った。これにより、溶接部におけるナゲット径の測定を可能にした。光学顕微鏡を用いて断面観察することにより、アルミニウム溶融ナゲットおよび鋼材溶融ナゲットのナゲット径、並びに残存Al厚さL1を測定した。
[Cross section observation]
Each of the manufactured joint structures was embedded in an epoxy resin so that the center of the welded portion could be observed, and polished. After the polishing treatment, etching was performed with a 3% NaOH aqueous solution, and then further etching was performed with ethanol in which 3% nitric acid was dissolved. This made it possible to measure the nugget diameter at the weld. By observing the cross section using an optical microscope, the nugget diameters of the molten aluminum nugget and the molten steel nugget, and the residual Al thickness L1 were measured.

〔耐食性〕
製造した接合構造体のそれぞれについて、JIS Z2371:2000に規定される、塩水噴霧試験(SST)を行い、白錆発生時間を測定した。以下の基準で接合構造体の耐食性を評価し、○評価を合格と判定した。
[Corrosion resistance]
For each of the manufactured bonded structures, a salt spray test (SST) specified in JIS Z2371: 2000 was performed, and the white rust generation time was measured. The corrosion resistance of the bonded structure was evaluated according to the following criteria, and the ○ evaluation was judged to be acceptable.

○:10時間で白錆発生無し
×:10時間で白錆発生有り。
◯: No white rust occurred in 10 hours ×: White rust occurred in 10 hours.

(実施例1:2枚組)
板厚1.0mmのアルミニウム合金6022または板厚1.0mm若しくは3.0mmのアルミニウム合金5052(アルミニウム材)と、板厚0.5mm、1.0mm、または1.6mmの溶融アルミニウム系めっき鋼板と、を積層して、下記表1または表2に示す条件にてスポット溶接した。そして、各試料について、断面観察、十字引張試験、および塩水噴霧試験を行った。
(Example 1: 2-disc set)
Aluminum alloy 6022 with a plate thickness of 1.0 mm or aluminum alloy 5052 (aluminum material) with a plate thickness of 1.0 mm or 3.0 mm, and hot-dip aluminum-based plated steel plates with a plate thickness of 0.5 mm, 1.0 mm, or 1.6 mm. , And spot welded under the conditions shown in Table 1 or Table 2 below. Then, a cross-section observation, a cross tensile test, and a salt spray test were performed on each sample.

溶融アルミニウム系めっき鋼板として、前述の溶融アルミニウム系めっき鋼板30を用いた。そのため、基材鋼板中に所定量のNを含有しており、溶融アルミニウム系めっき鋼板は、N濃縮層を含む。このことは、以下の他の実施例の説明においても同様である。 As the hot-dip aluminum-based plated steel sheet, the above-mentioned hot-dip aluminum-based plated steel sheet 30 was used. Therefore, the base steel sheet contains a predetermined amount of N, and the hot-dip aluminum-based plated steel sheet contains an N-concentrated layer. This also applies to the description of the other examples below.

アルミニウム材としてアルミニウム合金6022を用いた場合の結果を表1に示す。なお、下表1に記載のAl溶融ナゲット径は、図4を用いて上述した溶融Alナゲット51のナゲット径W1に対応し、溶融Alナゲット最上部からアルミニウム合金の表層までの距離は、残存Al厚さL1に対応している。このことは以下の他の実施例の説明においても同様である。 Table 1 shows the results when the aluminum alloy 6022 was used as the aluminum material. The Al molten nugget diameter shown in Table 1 below corresponds to the nugget diameter W1 of the molten Al nugget 51 described above using FIG. 4, and the distance from the top of the molten Al nugget to the surface layer of the aluminum alloy is the remaining Al. It corresponds to the thickness L1. This also applies to the description of the other examples below.

Figure 0007047543000001
Figure 0007047543000001

表1のNo.1~6に示すように、残存Al厚さL1が本発明の範囲内の実施例の接合構造体は、優れた耐食性を示すとともに、優れた十字引張強度を示した。 No. in Table 1 As shown in 1 to 6, the bonded structure of the example in which the residual Al thickness L1 was within the range of the present invention showed excellent corrosion resistance and excellent cross tensile strength.

これに対し、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達している比較例No.7~9では、十字引張強度に優れているが、耐食性に劣る。 On the other hand, Comparative Example No. in which the molten nugget of the aluminum material reached the surface layer of the aluminum material. In 7 to 9, the cross tensile strength is excellent, but the corrosion resistance is inferior.

また、アルミニウム材としてアルミニウム合金5052を用いた場合の結果を表2に示す。 Table 2 shows the results when the aluminum alloy 5052 was used as the aluminum material.

Figure 0007047543000002
Figure 0007047543000002

表2のNo.11~14に示すように、残存Al厚さL1が本発明の範囲内の実施例の接合構造体は、優れた耐食性を示すとともに、優れた十字引張強度を示した。 No. in Table 2 As shown in 11 to 14, the bonded structure of the example in which the residual Al thickness L1 was within the range of the present invention showed excellent corrosion resistance and excellent cross tensile strength.

これに対し、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達している比較例No.15、16では、十字引張強度に優れているが、耐食性に劣る。 On the other hand, Comparative Example No. in which the molten nugget of the aluminum material reached the surface layer of the aluminum material. In 15 and 16, the cross tensile strength is excellent, but the corrosion resistance is inferior.

また、実施例No.14および比較例No.16から、以下のことがわかる。すなわち、アルミニウム材の板厚が3mmと厚い場合であっても、スポット溶接時の入熱が特定の値よりも高くなると、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達し、耐食性が低下し得る。 In addition, Example No. 14 and Comparative Example No. From 16, the following can be seen. That is, even when the plate thickness of the aluminum material is as thick as 3 mm, when the heat input during spot welding becomes higher than a specific value, the molten nugget of the aluminum material reaches the surface layer of the aluminum material, and the corrosion resistance is lowered. obtain.

(実施例2:3枚組)
板厚1.2mmのアルミニウム合金(アルミニウム材)と、板厚0.5mmの溶融アルミニウム系めっき鋼板と、板厚0.8mm~1.4mmの各種の鋼種の鋼材とを積層して、下記表3に示す条件にてスポット溶接した。鋼板総板厚は1.3mm~1.9mmとした。なお、下表3に記載の鋼材溶融ナゲット径は、下部ナゲット52のナゲット径W2に対応している。アルミニウム材としてアルミニウム合金6022を用いた。
(Example 2: 3-disc set)
The following table is made by laminating an aluminum alloy (aluminum material) with a plate thickness of 1.2 mm, a hot-dip aluminum-based plated steel plate with a plate thickness of 0.5 mm, and steel materials of various steel types with a plate thickness of 0.8 mm to 1.4 mm. Spot welding was performed under the conditions shown in 3. The total thickness of the steel plate was 1.3 mm to 1.9 mm. The steel molten nugget diameter shown in Table 3 below corresponds to the nugget diameter W2 of the lower nugget 52. An aluminum alloy 6022 was used as the aluminum material.

Figure 0007047543000003
Figure 0007047543000003

表3のNo.21~34に示すように、残存Al厚さL1が本発明の範囲内の実施例の接合構造体は、優れた耐食性を示すとともに、優れた十字引張強度を示した。 No. in Table 3 As shown in 21 to 34, the bonded structure of the example in which the residual Al thickness L1 was within the range of the present invention showed excellent corrosion resistance and excellent cross tensile strength.

これに対し、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達している比較例No.35、36では、十字引張強度に優れているが、耐食性に劣る。 On the other hand, Comparative Example No. in which the molten nugget of the aluminum material reached the surface layer of the aluminum material. In 35 and 36, the cross tensile strength is excellent, but the corrosion resistance is inferior.

(実施例3:4枚組)
板厚1.2mmのアルミニウム合金(アルミニウム材)と、板厚0.5mmの溶融アルミニウム系めっき鋼板と、板厚0.8mmのGA鋼板(第1の鋼材)と、板厚1.0mmの各種の鋼種の第2の鋼材とを積層して、下記表4に示す条件にてスポット溶接した。鋼板総板厚は2.3mmとした。アルミニウム材としてアルミニウム合金6022を用いた。
(Example 3: 4-disc set)
Aluminum alloy (aluminum material) with a plate thickness of 1.2 mm, hot-dip aluminum-based plated steel plate with a plate thickness of 0.5 mm, GA steel plate with a plate thickness of 0.8 mm (first steel material), and various types with a plate thickness of 1.0 mm. The second steel material of the steel type of No. 1 was laminated and spot welded under the conditions shown in Table 4 below. The total thickness of the steel plate was 2.3 mm. An aluminum alloy 6022 was used as the aluminum material.

4枚組の接合構造体では、(i)溶融Alナゲットの径と、(ii)溶融アルミニウム系めっき鋼板と該鋼板に隣接する鋼材との間における鋼材溶融ナゲットの径(前述のナゲット径W2に相当)と、を用いてナゲット径の比を算出した。 In the 4-disc bonded structure, (i) the diameter of the molten Al nugget and (ii) the diameter of the molten steel nugget between the molten aluminum-based plated steel sheet and the steel material adjacent to the steel sheet (to the above-mentioned nugget diameter W2). The ratio of the nugget diameter was calculated using (equivalent) and.

Figure 0007047543000004
Figure 0007047543000004

表4のNo.41~44に示すように、残存Al厚さL1およびナゲット径の比が本発明の範囲内の実施例の接合構造体は、優れた耐食性を示すとともに、優れた十字引張強度を示した。 No. in Table 4 As shown in 41 to 44, the bonded structures of Examples in which the ratio of the residual Al thickness L1 to the nugget diameter was within the range of the present invention showed excellent corrosion resistance and excellent cross tensile strength.

(実施例4:5枚組)
板厚1.2mmのアルミニウム合金(アルミニウム材)と、板厚0.5mmの溶融アルミニウム系めっき鋼板と、3枚の鋼材とを積層して、下記表5に示す条件にてスポット溶接した。上記3枚の鋼材は、板厚0.8mmまたは1.4mmの各種の鋼種の第1の鋼材、板厚1.0mmの各種の鋼種の第2の鋼材、および板厚1.0mmまたは1.4mmの各種の鋼種の第3の鋼材である。鋼板総板厚は3.3mmまたは4.3mmとした。アルミニウム材としてアルミニウム合金6022を用いた。
(Example 4: 5-disc set)
An aluminum alloy (aluminum material) having a plate thickness of 1.2 mm, a hot-dip aluminum-based plated steel plate having a plate thickness of 0.5 mm, and three steel materials were laminated and spot-welded under the conditions shown in Table 5 below. The three steel materials include a first steel material of various steel grades having a plate thickness of 0.8 mm or 1.4 mm, a second steel material of various steel grades having a plate thickness of 1.0 mm, and a plate thickness of 1.0 mm or 1. It is a third steel material of various steel types of 4 mm. The total thickness of the steel plate was 3.3 mm or 4.3 mm. An aluminum alloy 6022 was used as the aluminum material.

5枚組の接合構造体の場合も、4枚組の場合と同様に、(i)溶融Alナゲットの径と、(ii)溶融アルミニウム系めっき鋼板と該鋼板に隣接する鋼材との間に形成される鋼材溶融ナゲットの径(前述のナゲット径W2に相当)と、を用いてナゲット径の比を算出した。 In the case of a 5-disc bonded structure, as in the case of a 4-disc set, it is formed between (i) the diameter of the molten Al nugget and (ii) the molten aluminum-based plated steel sheet and the steel material adjacent to the steel sheet. The ratio of the nugget diameter was calculated using the diameter of the molten steel nugget (corresponding to the above-mentioned nugget diameter W2).

Figure 0007047543000005
Figure 0007047543000005

表5のNo.51~56に示すように、残存Al厚さL1およびナゲット径の比が本発明の範囲内の実施例の接合構造体は、優れた耐食性を示すとともに、優れた十字引張強度を示した。 No. in Table 5 As shown in 51 to 56, the bonded structures of Examples in which the ratio of the residual Al thickness L1 to the nugget diameter was within the range of the present invention showed excellent corrosion resistance and excellent cross tensile strength.

1A~1D 接合構造体
2A~2D 接合部
10 アルミニウム材
11 電極押圧面(第1表面)
20 鋼材
30 溶融アルミニウム系めっき鋼板
31 基材鋼板(下地鋼)
34 N濃縮層
51 溶融Alナゲット(第1ナゲット)
52 下部ナゲット(第2ナゲット)
120 電極
1A to 1D Joint structure 2A to 2D Joint part 10 Aluminum material 11 Electrode pressing surface (first surface)
20 Steel material 30 Hot-dip aluminum-based plated steel sheet 31 Base steel sheet (base steel)
34 N Concentrated Layer 51 Fused Al Nugget (1st Nugget)
52 Lower nugget (second nugget)
120 electrodes

Claims (4)

アルミニウム材と溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接することにより接合された接合構造体であって、
前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板との境界部にアルミニウムの溶融ナゲットが形成されており、
前記アルミニウム材の前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と対向する側の面とは反対側の面を第1表面とし、
前記溶融ナゲットの外縁部と、前記アルミニウム材の第1表面との間の最短距離が0.01mm以上であり、
前記溶融アルミニウム系めっき鋼板は、25ppm以上200ppm以下のNを含む鋼板を下地鋼としており、かつ該下地鋼と溶融アルミニウムめっき層との界面にN:3.0原子%以上のN濃縮層が形成されており、
前記溶融ナゲットと前記溶融アルミニウム系めっき鋼板の下地鋼との接合界面における、中央の領域を中央領域とし、最外周部分の領域を外周領域とし、前記中央領域と前記外周領域との間の領域を中間領域とすると、
前記中央領域は、主にFe-Al系金属間化合物が形成されており、
前記外周領域は、主にFe-Al-Si系金属間化合物が形成されており、
前記中間領域は、Fe-Al-Si系金属間化合物と前記N濃縮層とが混在していることを特徴とする接合構造体。
It is a joint structure that is joined by spot welding an aluminum material and a hot-dip aluminum-based plated steel sheet.
A molten aluminum nugget is formed at the boundary between the aluminum material and the molten aluminum-based plated steel sheet.
The surface of the aluminum material opposite to the surface of the hot-dip aluminum-based plated steel sheet facing the hot-dip aluminum-based plated steel sheet is designated as the first surface.
The shortest distance between the outer edge of the molten nugget and the first surface of the aluminum material is 0.01 mm or more .
The hot-dip aluminum-based plated steel sheet is made of a steel sheet containing N of 25 ppm or more and 200 ppm or less as a base steel, and an N-concentrated layer of N: 3.0 atomic% or more is formed at the interface between the base steel and the hot-dip aluminum plated layer. Has been
At the joint interface between the molten nugget and the base steel of the molten aluminum-based plated steel sheet, the central region is defined as the central region, the outermost peripheral region is defined as the outer peripheral region, and the region between the central region and the outer peripheral region is defined as the outer peripheral region. As an intermediate region,
Fe-Al-based intermetallic compounds are mainly formed in the central region.
Fe-Al-Si-based intermetallic compounds are mainly formed in the outer peripheral region.
The intermediate region is a bonded structure characterized in that a Fe—Al—Si-based intermetallic compound and the N-concentrated layer are mixed .
前記溶融アルミニウム系めっき鋼板および前記アルミニウム材が、鋼材に対してこの順に積層されてスポット溶接されることにより、前記鋼材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と前記アルミニウム材とが接合されており、
前記溶融ナゲットを第1ナゲットとし、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と前記鋼材との境界部に形成されるナゲットを第2ナゲットとすると、
前記第2ナゲットのナゲット径に対する前記第1ナゲットのナゲット径の比が1.1以上2.0以下であることを特徴とする請求項1に記載の接合構造体。
The hot-dip aluminum-based plated steel sheet and the aluminum material are laminated on the steel material in this order and spot-welded to join the steel material, the hot-dip aluminum-based plated steel sheet, and the aluminum material.
It is assumed that the molten nugget is the first nugget and the nugget formed at the boundary between the molten aluminum-based plated steel sheet and the steel material is the second nugget.
The bonded structure according to claim 1, wherein the ratio of the nugget diameter of the first nugget to the nugget diameter of the second nugget is 1.1 or more and 2.0 or less.
アルミニウム材と溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接するスポット溶接工程を含む接合構造体の製造方法であって、
前記アルミニウム材の、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と対向する側の面とは反対側の面を第1表面とし、
前記溶融アルミニウム系めっき鋼板は、25ppm以上200ppm以下のNを含む鋼板を下地鋼としており、かつ該下地鋼と溶融アルミニウムめっき層との界面にN:3.0原子%以上のN濃縮層が形成されており、
前記スポット溶接工程では、
電極の加圧力が1.4kN以上4.9kN以下であり、溶接電流(kA)と通電時間(サイクル)との積で表される値が54以上240以下の範囲内であり、前記通電時間の1サイクルとは、前記スポット溶接工程で使用するスポット溶接機に接続している商用電源の電源周波数から決まる時間であり、
(i)前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板との境界部に形成される溶融ナゲットの外縁部と、前記アルミニウム材の第1表面との間の最短距離が0.01mm以上となるとともに、
(ii)前記溶融ナゲットと前記溶融アルミニウム系めっき鋼板の下地鋼との接合界面における、中央の領域を中央領域とし、最外周部分の領域を外周領域とし、前記中央領域と前記外周領域との間の領域を中間領域とすると、
前記中央領域は、主にFe-Al系金属間化合物が形成され、
前記外周領域は、主にFe-Al-Si系金属間化合物が形成され、
前記中間領域は、Fe-Al-Si系金属間化合物と前記N濃縮層とが混在するように、
単相交流方式にて、前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接することを特徴とする接合構造体の製造方法。
A method for manufacturing a bonded structure including a spot welding step of spot welding an aluminum material and a hot-dip aluminum-based galvanized steel sheet.
The surface of the aluminum material opposite to the surface facing the hot-dip aluminum-based plated steel sheet is designated as the first surface.
The hot-dip aluminum-based plated steel sheet is made of a steel sheet containing N of 25 ppm or more and 200 ppm or less as a base steel, and an N-concentrated layer of N: 3.0 atomic% or more is formed at the interface between the base steel and the hot-dip aluminum plated layer. Has been
In the spot welding process,
The pressing force of the electrode is 1.4 kN or more and 4.9 kN or less, and the value represented by the product of the welding current (kA) and the energization time (cycle) is within the range of 54 or more and 240 or less . One cycle is a time determined from the power frequency of the commercial power supply connected to the spot welder used in the spot welding process.
(I) The shortest distance between the outer edge of the molten nugget formed at the boundary between the aluminum material and the molten aluminum-based plated steel sheet and the first surface of the aluminum material is 0.01 mm or more, and the minimum distance is 0.01 mm or more .
(Ii) At the joint interface between the molten nugget and the base steel of the molten aluminum-based plated steel sheet, the central region is the central region, the outermost peripheral region is the outer peripheral region, and between the central region and the outer peripheral region. If the area of is the intermediate area,
Fe-Al intermetallic compounds are mainly formed in the central region.
Fe-Al-Si-based intermetallic compounds are mainly formed in the outer peripheral region.
In the intermediate region, the Fe-Al-Si intermetallic compound and the N-concentrated layer are mixed so as to be mixed.
A method for manufacturing a bonded structure, which comprises spot welding the aluminum material and the hot-dip aluminum-based plated steel sheet by a single-phase alternating current method.
前記スポット溶接工程にて形成される前記接合構造体の十字引張試験の測定結果として、接合強度が0.8kN以上であることを特徴とする請求項3に記載の接合構造体の製造方法。 The method for manufacturing a joint structure according to claim 3, wherein the joint strength is 0.8 kN or more as a measurement result of a cross tensile test of the joint structure formed in the spot welding step.
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