專利名稱：鋼－鋁焊接材料和制造該鋼－鋁焊接材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼-鋁焊接材料，所述鋼-鋁焊接材料通過將鋼材和鋁材焊接在一起而形成，用以制造包括汽車和鐵路車輛的運(yùn)輸工具、機(jī)械部件和建筑結(jié)構(gòu)的部件，和一種鋼-鋁焊接材料制造方法。
背景技術(shù)：
通常，點(diǎn)焊用于將相同金屬的構(gòu)件焊接在一起。倘若可以通過點(diǎn)焊將分別不同的金屬的構(gòu)件，例如鋁構(gòu)件和鐵基構(gòu)件焊接在一起，那么點(diǎn)焊將會極大地有助于材料重量的減輕。在本發(fā)明書中，術(shù)語“鋁”用以指鋁和鋁合金并且術(shù)語“鋼”可以用以代替“鐵基”。
在將鋼材和鋁材焊接在一起時，在鋼材和鋁材的接合點(diǎn)可能產(chǎn)生脆性金屬間化合物，因此，形成可靠、極牢固的接合點(diǎn)，即具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)非常困難。因此，已經(jīng)使用螺釘和鉚釘將分別不同的金屬的構(gòu)件焊接在一起。然而，通過使用螺釘或鉚釘形成的接合點(diǎn)存在可靠性、氣密性和成本的問題。
已經(jīng)對制造焊接材料的點(diǎn)焊方法進(jìn)行了大量研究，所述焊接材料中每一個均通過將分別具有不同品質(zhì)的的材料焊接在一起而形成。在專利文件1、2、3和4中提出了在鋼材和鋁材之間插入鋁-鋼包覆材料或鋼墊的方法。在專利文件5、6和7中提出了在鋼材和鋁材之間用具有低熔點(diǎn)的金屬鍍覆鋼材或者插入具有低熔點(diǎn)的金屬片的方法。在專利文件8中提出的方法將絕緣粒子夾在鋼材和鋁材之間。在專利文件9中提出的方法在材料中形成了不規(guī)則處(irregularities)。在專利文件10中提出的方法在鋼板和鋁合金板之間的界面形成熔核使其通過極化效應(yīng)的作用向陽極即鋁合金板產(chǎn)生偏壓。
JP-A No.H6-63763[專利文件2]JP-A No.H7-178563[專利文件3]JP-A No.H4-55066[專利文件4]JP-A No.H7-328774[專利文件5]JP-A No.H4-251676[專利文件6]JP-A No.H7-24581[專利文件7]JP-A No.H4-143083[專利文件8]JP-A No.H5-228643[專利文件9]JP-A No.H9-174249[專利文件10]JP-A No.H5-111776發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問題那些以前提出的方法需要額外的處理如多層點(diǎn)焊處理和鍍覆處理代替簡單的點(diǎn)焊處理。因此，需要在現(xiàn)有的焊接線中添加額外的裝置，從而增加焊接成本。那些以前提出的方法對焊接條件有限制并且需要困難的作業(yè)。在那些方法中仍然存在許多問題，如以令人滿意的可重復(fù)性穩(wěn)定形成高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)的可能性和由焊接熱量輸入的增加產(chǎn)生的鋁材厚度的減小所導(dǎo)致的焊接強(qiáng)度的降低。
熔核裂開的抑制和熔核強(qiáng)度對于點(diǎn)焊是重要的要求。以前提出的方法沒有一個涉及熔核的裂開。
本發(fā)明是用以解決上述問題的，因此本發(fā)明的一個目的是提供這樣的鋼-鋁焊接材料，所述鋼-鋁焊接材料具有高焊接強(qiáng)度并且能夠在不使用任何額外的材料如包覆板和在不需要額外的處理的情況下通過點(diǎn)焊制造，并且還提供制造所述鋼-鋁焊接材料的點(diǎn)焊方法。本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的鋼-鋁焊接材料，所述鋼-鋁焊接材料含有具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)并且能夠通過點(diǎn)焊以令人滿意的可重復(fù)性穩(wěn)定地形成而不產(chǎn)生如增加鋁材厚度的減小量的問題，并且還提供制造所述鋼-鋁焊接材料的點(diǎn)焊方法。本發(fā)明的第三目的是提供不會導(dǎo)致熔核裂開的點(diǎn)焊方法。
解決問題的方法本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了研究并且得到了如下認(rèn)識，并基于得到的認(rèn)識完成了本發(fā)明。
通常，可以通過促進(jìn)熔核的形成實(shí)現(xiàn)通過點(diǎn)焊以高焊接強(qiáng)度將具有相同品質(zhì)的材料如鋼材或鋁材焊接在一起。已知熔核面積越大，焊接材料的抗拉剪切強(qiáng)度和橫向抗拉強(qiáng)度均越大。熔核面積依賴于熱量輸入；在熱量輸入越大或者焊接時間越長時，熔核面積越大。因此，通常通過在點(diǎn)焊過程中控制熱量輸入調(diào)整熔核的直徑，得到具有高焊接強(qiáng)度的焊接材料。因?yàn)槿绻纬删哂羞^大面積的熔核，則材料熔化到它的表面上并且產(chǎn)生飛濺，所以形成具有適當(dāng)面積的熔核是重要的。
在將鋼材和鋁材焊接在一起時，由于鋼材具有高于鋁材的熔點(diǎn)和電阻，在鋼材中產(chǎn)生的熱量大于在鋁材中產(chǎn)生的熱量。因此，具有低熔點(diǎn)的鋁材首先熔融，然后鋼材的表面熔融。因此，在鋼材和鋁材之間形成了脆性Al-Fe金屬間化合物。已知通過將鋼材和鋁材進(jìn)行點(diǎn)焊形成的金屬間化合物由兩層組成；即，在鋼材一側(cè)的Al5Fe2化合物層和在鋁材一側(cè)的包含作為主要組分的Al3Fe或Al19Fe4Si2Mn化合物層。這些金屬間化合物很脆，因此不能以高焊接強(qiáng)度將鋼材和鋁材焊接在一起。
如果鋁材熔化到它的表面上并且產(chǎn)生飛濺，則鋁材厚度減小并且不能形成具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)。鑒于需要高熱量輸入以形成具有適當(dāng)直徑的熔核而通過點(diǎn)焊以高焊接強(qiáng)度將鋼材和鋁材，即分別不同的金屬的材料焊接在一起，必須抑制在界面內(nèi)界面反應(yīng)層的形成，將鋼材的熔融深度限制到最低程度并且將飛濺的產(chǎn)生抑制到最低程度。
在短時間內(nèi)提供高焊接電流時，可以形成具有大面積的熔核并且可以抑制飛濺的產(chǎn)生。這種焊接方式可以抑制鋼材在界面內(nèi)的熔融、可以減小界面反應(yīng)層的厚度并且可以提高焊接強(qiáng)度。盡管可以形成具有大面積的熔核，但是如果長時間持續(xù)焊接，則由于飛濺，增加鋁材厚度的減少量。此外，鋼材在界面內(nèi)熔融大，形成厚的界面反應(yīng)層，因此焊接強(qiáng)度低。
在使用高焊接電流以增加電流密度時，某些鋼的鋼材產(chǎn)生明顯飛濺并且形成厚的界面反應(yīng)層。盡管焊接強(qiáng)度隨著焊接電流的增加而增加，但是對焊接強(qiáng)度的增加有限制。在將具有最大焊接強(qiáng)度的熔核進(jìn)行橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)時，在不高于1.0kN/點(diǎn)的試驗(yàn)力下發(fā)生界面斷裂并且鋁材沒有破碎。
與更薄的界面反應(yīng)層是適宜的常識不同，發(fā)現(xiàn)厚度在最適宜厚度范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層是適宜的，并且形成大面積的厚度在最適宜厚度范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層是重要的。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識到，需要調(diào)整在鋼材和鋁材之間的界面內(nèi)的界面反應(yīng)層的厚度和結(jié)構(gòu)以通過高焊接強(qiáng)度將鋼材和鋁材焊接在一起。
研究了界面反應(yīng)層的厚度對焊接強(qiáng)度的影響并發(fā)現(xiàn)即使界面反應(yīng)層由在鋼材一側(cè)的Al5Fe2化合物層和在鋁材一側(cè)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層組成，倘若Al5Fe2化合物層和Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層之間的厚度和面積關(guān)系滿足最適宜范圍內(nèi)的條件，焊接強(qiáng)度也高。本發(fā)明基于這樣的發(fā)現(xiàn)而完成。
更具體而言，發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)整在鋁材一側(cè)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層相對于Al5Fe2化合物層的厚度使其在最適宜厚度范圍內(nèi)并且大面積形成厚度在最適宜厚度范圍內(nèi)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層時，可以大大提高焊接強(qiáng)度。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)界面反應(yīng)層的組成依賴于鋼材和鋁材各自的品質(zhì)，并且研究了界面反應(yīng)層的組成對焊接強(qiáng)度的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)Mn和Si有助于界面反應(yīng)層強(qiáng)度的提高。發(fā)現(xiàn)鋼材的Mn含量和Si含量和鋁材的Si含量與焊接強(qiáng)度緊密相關(guān)，并且在相對于鋼材的Mn含量和Si含量以及鋁材的Si含量調(diào)整界面反應(yīng)層的Mn含量和Si含量時，通過點(diǎn)焊形成的界面反應(yīng)層的強(qiáng)度顯著增加。
本發(fā)明提供這樣的鋼-鋁焊接材料，所述鋼-鋁焊接材料通過點(diǎn)焊將厚度t1在0.3和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋼材和厚度t2在0.5和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋁材焊接在一起而形成，其中在點(diǎn)焊部分中形成的熔核具有在20t20.5和70t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的面積，并且每種熔核與厚度在0.5和10.5μm之間的范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層的部分相對應(yīng)的部分等于或大于10t20.5mm2。
在本發(fā)明的鋼-鋁焊接材料中，優(yōu)選界面反應(yīng)層包含在鋼材一側(cè)的Al5Fe2化合物層和在鋁材一側(cè)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層，并且對應(yīng)每個熔核的中心部分的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的部分具有沿著熔核的深度在0.5和10μm的范圍內(nèi)的平均厚度。優(yōu)選Al5Fe2化合物層具有沿著熔核深度在0.5和5μm之間的范圍內(nèi)的平均厚度的部分具有等于或大于10t20.5mm2的面積。優(yōu)選對應(yīng)熔核中心部分的Al5Fe2化合物層的部分具有沿著熔核深度在0.5和5μm的范圍內(nèi)的平均厚度。優(yōu)選在界面反應(yīng)層的厚度的中間部分具有1.5倍于鋼材的Mn含量以及1.1倍于鋁材和1.1倍于鋼材的Si含量。優(yōu)選鋼材具有在0.05和0.5％之間的范圍內(nèi)的C含量、在0.5和3％之間的范圍內(nèi)的Mn含量和在0.02和2.0％之間的范圍內(nèi)的Si含量，并且鋁材具有在0.4和2％之間的范圍內(nèi)的Si含量。
在根據(jù)本發(fā)明的鋼-鋁焊接材料中，通過鍍以厚度在3和15μm之間的范圍內(nèi)和熔點(diǎn)在350和950℃之間的范圍內(nèi)的Zn和/或Al膜，可以預(yù)先涂覆鋼材或鋁材的接合表面。
本發(fā)明提供這樣的制造鋼-鋁焊接材料的點(diǎn)焊方法，所述方法通過點(diǎn)焊將厚度t1在0.3和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋼材和厚度t2在0.5和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋁材焊接在一起，所述點(diǎn)焊使用這樣的電極頭，所述電極頭每一個均具有等于或大于7mm的直徑和等于或大于75mm的曲率半徑R的圓形端部，使用所述電極頭將在2t20.5和4t20.5kN之間的范圍內(nèi)的壓力施加到重疊的鋼材和鋁材上，并且在等于或小于100t20.5ms內(nèi)供應(yīng)在15t20.5和30t20.5kA之間的范圍內(nèi)的焊接電流。優(yōu)選每一個電極頭均具有等于或大于7mm的直徑和等于或大于120mm的曲率半徑R的圓形端部，使用所述電極頭將在2.5t20.5和4t20.5kN之間的范圍內(nèi)的壓力施加到重疊的鋼材和鋁材上，并且在等于或小于100t20.5ms內(nèi)供應(yīng)在18t20.5和30t20.5kA之間的范圍內(nèi)的焊接電流。
在通過鍍以厚度在3和15μm之間的范圍內(nèi)和熔點(diǎn)在350和950℃之間的范圍內(nèi)的Zn和/或Al膜，預(yù)先涂覆鋼材或鋁材的接合表面時，根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)焊方法使用這樣的電極頭，所述電極頭每一個均具有等于或大于7mm直徑和等于或大于75mm曲率半徑R的圓形端部，并且包括多種焊接處理，所述多種焊接處理包括焊接電流和/或焊接時間彼此不同的至少兩種點(diǎn)焊處理，所述兩種點(diǎn)焊處理之一是高電流點(diǎn)焊處理，所述高電流點(diǎn)焊處理使用所述電極頭將在2t20.5和4t20.5kN之間的范圍內(nèi)的壓力施加到重疊的鋼材和鋁材上，并且供應(yīng)在15t20.5和30t20.5kA之間的范圍內(nèi)的焊接電流，以形成面積在20t20.5和70t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的熔核；所述兩種點(diǎn)焊處理中的另一種是高電流點(diǎn)焊處理之后的低電流點(diǎn)焊處理，所述低電流點(diǎn)焊處理使用所述電極頭將在2t20.5和4t20.5kN之間范圍內(nèi)的壓力施加到重疊的鋼材和鋁材上，并且在100t20.5和1000t20.5ms之間的范圍內(nèi)的焊接時間內(nèi)供應(yīng)在t20.5和10t20.5kA之間范圍內(nèi)的焊接電流。
本發(fā)明提供這樣的制造鋼-鋁焊接材料的點(diǎn)焊方法，所述點(diǎn)焊方法通過點(diǎn)焊將厚度t1在0.3和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋼材和厚度t2在0.5和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋁材焊焊接在一起，其中電流供應(yīng)末尾的焊接電流低于在電流供應(yīng)起始的焊接電流。優(yōu)選控制在電流供應(yīng)末尾的焊接電流使得在鋁材中形成的熔核的溫度以等于或小于2500℃/s的平均冷卻速度從600℃下降至200℃，并且在焊接區(qū)域的截面中熔核的最小厚度滿足由式(1)表示的條件，(熔核的最小厚度)/(鋁材的厚度)≥0.3 ……(1)。
本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，在通過點(diǎn)焊形成鋼-鋁焊接材料時，在鋁材一側(cè)可以大面積地形成厚度在最適宜厚度范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層，并且可以形成具有大面積的熔核。因此，鋼-鋁焊接材料具有高焊接強(qiáng)度。因?yàn)檎{(diào)整了界面反應(yīng)層的Mn和Si含量，所以可以在不使用額外的材料和不需要額外處理的情況下通過點(diǎn)焊形成具有高焊接強(qiáng)度的鋼-鋁焊接材料。
附圖簡述[

圖1]圖1是在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案中鋼-鋁焊接結(jié)構(gòu)的截面圖；[圖2]圖2是在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案中鋼-鋁焊接結(jié)構(gòu)的截面圖；[圖3]圖3是幫助說明用于制造鋼-鋁焊接材料的點(diǎn)焊處理的圖；[圖4]圖4是在圖5中顯示的照片的代表性圖； 圖5是顯示在根據(jù)本發(fā)明的鋼-鋁焊接材料中焊接截面的焊接界面的截面結(jié)構(gòu)的照片；[圖6]圖6是代表性地顯示其中通過已知方法供應(yīng)電流的電流供應(yīng)模式的圖；[圖7]圖7是代表性地顯示以示于圖6中的電流供應(yīng)模式供應(yīng)電流時熔核溫度的變化的圖；[圖8]圖8是代表性地顯示其中通過根據(jù)本發(fā)明的方法供應(yīng)電流的電流供應(yīng)模式的圖；[圖9]圖9是代表性地顯示以示于圖8中的電流供應(yīng)模式供應(yīng)焊接電流時熔核溫度的變化的圖；[圖10]圖10是經(jīng)由實(shí)施例顯示的用于調(diào)整厚度比率的點(diǎn)焊條件的圖；[圖11]圖11(a)和11(b)分別是幫助說明測量熔核溫度的方法的俯視圖和側(cè)視圖；[圖12]圖12是顯示在實(shí)施例中溫度變化的圖；[圖13]圖13是實(shí)施例18(比較例)中的接合點(diǎn)的顯微照片；[圖14]圖14是本發(fā)明的實(shí)施例1中的接合點(diǎn)的顯微照片；[圖15]圖15是在實(shí)施例25(比較例)中的接合點(diǎn)的顯微照片；和[圖16]圖16是在本發(fā)明的實(shí)施例13中的接合點(diǎn)的顯微照片。
標(biāo)記1鋼材，2鋁合金板，3鋼-鋁焊接材料，4氧化物膜，5熔核，6界面反應(yīng)層，7和8電極和40沉積膜實(shí)施本發(fā)明的最佳方式鋼-鋁焊接材料圖1以截面圖顯示了在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中的鋼-鋁焊接材料。如圖1所示，鋼-鋁焊接結(jié)構(gòu)是通過點(diǎn)焊將鋼材1即鋼材和鋁材2即鋁合金板焊接在一起形成的。鋼材1的表面分別涂覆有氧化物膜4。熔核5具有通過點(diǎn)焊形成的焊接界面表面6即，界面反應(yīng)層。在圖1中的水平尺寸線指熔核5的直徑。在圖1中，t1指鋼材1的厚度，t2指鋁材2的厚度，并且Δt指在點(diǎn)焊后鋁材的保留部分的最小厚度。圖1顯示了具有通過抑制飛濺形成的含有適宜直徑的熔核的接合點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的焊接材料具有示于圖1中的接合點(diǎn)。
圖2以截面圖顯示了在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案中的鋼-鋁焊接結(jié)構(gòu)。示于圖2中的鋼-鋁焊接材料3是通過點(diǎn)焊將鋼材1即鋼材和鋁材2即鋁合金板焊接在一起形成的。除用沉積膜40預(yù)先涂覆示于圖2中的鋼材1的接合表面以外，示于圖2中的鋼-鋁焊接材料3與示于圖1中的鋼-鋁焊接材料3相同。可以至少在接合表面上，即鋼材和鋁材中任一個的一個表面上，或可以在接合表面和外表面，即鋼材和鋁材中任一個的兩個表面上形成沉積膜40。
將說明本發(fā)明的必要條件及其作用。
鋼材的厚度本發(fā)明的鋼-鋁焊接材料的鋼材必須具有在0.3和2.5mm之間的范圍內(nèi)的厚度t1。具有小于0.3mm的厚度t1的鋼材的強(qiáng)度和剛性對結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)材料是不足的。此外，在將壓力施加于其上以點(diǎn)焊時，這種過薄的鋼材變形大，易于損傷氧化物膜，從而促進(jìn)在鋼材和鋁材之間的反應(yīng)。因此，可能生成金屬間化合物。在鋼材具有大于2.5mm的厚度的情況下，使用不同的用于形成結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)材料的接合方法，因此無需通過點(diǎn)焊將這種材料焊接到另一種材料上。因此，鋼材的厚度t1無需大于2.5mm。
鋼材的抗拉強(qiáng)度對鋼材的形狀和品質(zhì)沒有特別限制。鋼材可以具有任何適當(dāng)?shù)男螤詈腿魏芜m當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)，如通常用于形成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼材、型鋼或鋼管。優(yōu)選鋼材具有等于或大于400Mpa的抗拉強(qiáng)度。通常大多數(shù)合金鋼具有低強(qiáng)度并且氧化物膜的大多數(shù)是鐵氧化物的氧化物膜。因此，F(xiàn)e和Al容易擴(kuò)散并且可能生成脆性金屬間氧化物。因此優(yōu)選鋼材具有高抗拉強(qiáng)度，適宜地等于或大于400Mpa的抗拉強(qiáng)度。
盡管本發(fā)明沒有在鋼材的組成上設(shè)置限制條件，但是優(yōu)選滿足前述強(qiáng)度條件的鋼材是高抗拉鋼材?？梢允褂贸鼵以外還選擇性地包含Cr、Mo、V和Ti的鋼以提供具有高硬化性和沉淀硬化性的鋼材。元素Cr、Mo和Nb提高硬化性和強(qiáng)度，元素V和Ti促進(jìn)沉淀硬化以提高強(qiáng)度。但是，如果鋼材包含具有過高含量的那些合金元素，則在焊接區(qū)域周圍的部分的韌性降低并且形成易于裂開的熔核。因此鋼材的鋼具有含有在0.05和0.5％(質(zhì)量百分比，除非另外聲明)之間的范圍內(nèi)的C含量、在0.5和3.0％之間的范圍內(nèi)的Mn含量、在0.02和2.0％之間的范圍內(nèi)的Si含量的基本組成。優(yōu)選在需要時鋼材的鋼選擇性包含一種或兩種或更多種包含Cr、Mo、Nb、V和Ti的元素，其中Cr含量在0至1％的范圍內(nèi)、Mo含量在0和0.2％的范圍內(nèi)、Nb含量在0和0.1％的范圍內(nèi)、V含量在0和0.1％的范圍內(nèi)并且Ti含量在0和0.1％的范圍內(nèi)。包含在鋼材中的其它元素是Fe和不可避免的雜質(zhì)。
元素Mn和Si分別將界面反應(yīng)層的Mn含量和Si含量增加至適宜的含量水平，并且增加焊接強(qiáng)度。據(jù)推測元素Mn和Si在焊接過程中熔融，阻礙Fe和Al在接合表面中的擴(kuò)散并且將脆性金屬間化合物的產(chǎn)生抑制到最低程度。以高M(jìn)n含量和高Si含量包含在涂覆鋼材表面的氧化物膜中的元素Mn和Si增強(qiáng)勢壘效應(yīng)，從而延緩在通過點(diǎn)焊熔融的熔化鋁和鋼材之間接觸。
鋼材上的氧化物膜優(yōu)選形成在鋼材上的氧化物膜4的Mn含量和Si含量分別是鋼材的基體金屬的Mn含量和Si含量的兩倍或兩倍以上。盡管沒有說明包含在氧化物膜中的Mn和Si的效果，但是形成在鋼材的表面上的氧化物膜具有延緩熔化鋁和鋼材之間接觸的勢壘效應(yīng)。據(jù)推測，氧化物膜的Mn含量和Si含量越高，氧化物膜的勢壘效應(yīng)越大。據(jù)推測，Mn和Si強(qiáng)化氧化物膜并且抑制焊接壓力導(dǎo)致的氧化物膜的斷裂。
據(jù)推測，在氧化物膜斷裂時，包含在氧化物膜中的Mn和Si熔化，并且熔化的Mn和Si阻礙Fe和Al在接合表面中的擴(kuò)散并且將脆性金屬間化合物的產(chǎn)生抑制到最低程度。
在氧化物膜的Mn含量和Si含量分別小于鋼材的Mn含量和Si含量的兩倍時，Mn和Si的前述作用不顯著，并且焊接強(qiáng)度提高作用不明顯。氧化物膜的Mn含量和Si含量分別依賴于鋼材的Mn含量和Si含量。鋼材具有高M(jìn)n的含量和Si含量以增加氧化物膜的Mn含量和Si含量是適宜的。然而，如果鋼材具有高的Mn含量和高的Si含量，那么在鋼材的焊接區(qū)域周圍的部分的韌性低并且形成易于裂開的熔核。優(yōu)選鋼材具有在1和2.5％的范圍內(nèi)的Mn含量和在0.5和1.5％的范圍內(nèi)的Si含量。
可以僅僅增加具有較低Mn含量和較低Si含量的鋼材的表面層的Mn含量和Si含量以形成具有高的Mn含量和高的Si含量的氧化物膜?？梢越?jīng)由鋼材截面的TEM-EDX分析確定氧化物膜的Mn含量和Si含量。
具有高的Mn含量和高的Si含量的氧化物膜的厚度可以在約幾十納米和約1微米之間的范圍內(nèi)，并且氧化物不必過厚。具有本發(fā)明規(guī)定的Mn含量和Si含量并且具有前述厚度的氧化物膜具有前述勢壘效應(yīng)。具有這種厚度和具有這種組成的氧化物膜對焊接不產(chǎn)生負(fù)面影響并且可以發(fā)揮前述勢壘效應(yīng)。通過比較簡單的用于調(diào)整在鋼材上的氧化物膜的組成的方法，在無需相當(dāng)大地改變鋼材和被焊接到鋼材上的材料的條件和方法的情況下，可以實(shí)現(xiàn)能夠形成具有高焊接強(qiáng)度的點(diǎn)焊。
鋁板對根據(jù)本發(fā)明的鋁材的合金和形狀沒有特別限制。鋁材可以選自通常使用的板、型鋼、鍛造材料和鑄造材料使其滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)件的必需性能。鋁材類似于鋼材具有高強(qiáng)度以抑制在點(diǎn)焊使用的焊接壓力下的變形是適宜的。最適宜的鋁材是通常用于形成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的A5000組和A6000組的那些。
包含在鋁材中的硅(Si)類似于包含在鋼材中的Si，將界面反應(yīng)層的Si含量增加至適宜的水平并且提高焊接強(qiáng)度。據(jù)推測，Si在焊接過程中熔融，阻礙Fe和Al的擴(kuò)散并且將脆性金屬間化合物的產(chǎn)生抑制到最低程度。因此，優(yōu)選鋁材具有在0.4和2％之間的范圍內(nèi)的Si含量。優(yōu)選這種適宜的鋁材選自A6000組的那些。
本發(fā)明使用的鋁材具有在0.5和2.5mm之間的范圍內(nèi)的厚度t2。如果鋁材的厚度t2低于0.5mm，那么由鋁材制成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度不足，不能形成具有適當(dāng)面積的熔核，鋁材易于熔化到它的表面上并且易于產(chǎn)生飛濺，從而不能形成具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)。因?yàn)榻雍戏椒ㄓ糜谛纬山Y(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)材料，所以沒有必要通過點(diǎn)焊將厚度大于2.5mm的鋁材焊接到另一種材料上。因此，鋁材的厚度t2沒有必要大于2.5mm。
熔核面積優(yōu)選通過點(diǎn)焊將鋁材和鋼材接合在一起，使得在示于圖1中的點(diǎn)焊部分中的熔核5的面積在20t20.5和70t20.5mm2之間的范圍內(nèi)。換句話說，必須選擇性地確定點(diǎn)焊條件，以形成具有在20t20.5和70t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的面積的熔核。
在通過點(diǎn)焊將具有厚度t的相同金屬的材料接合在一起時，公知常識是，從強(qiáng)度、操作效率和經(jīng)濟(jì)效益的觀點(diǎn)出發(fā)，具有20t0.5mm2級的面積的熔核5是最適宜的。本發(fā)明通過形成這樣的熔核的點(diǎn)焊將不同金屬的材料接合在一起，所述熔核的面積大于將不同金屬的材料接合在一起時形成的最適宜熔核的面積。進(jìn)行點(diǎn)焊以形成在被點(diǎn)焊的部分中形成的熔核5，所述熔核5可以具有在20t20.5和70t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的面積，其中t2是鋁材厚度。這種點(diǎn)焊可以形成具有足夠的焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)并且具有優(yōu)異的操作效率和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。在根據(jù)本發(fā)明將不同金屬的材料接合在一起時，熔核的最適宜直徑依賴于鋁材的厚度，并且鋼材的厚度對熔核的最適宜直徑的影響極小，可忽略不計(jì)。
低于20t20.5mm2、更嚴(yán)格低于30t20.5mm2的熔核面積過小并且焊接強(qiáng)度不足。大于70t20.5mm2的熔核面積提供足夠的焊接強(qiáng)度，但是易于產(chǎn)生飛濺并且大大降低鋁材的厚度。因此熔核面積在20t20.5和70t20.5mm2之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選在30t20.5和70t20.5mm2之間的范圍內(nèi)。
熔核面積的測量通過在鋼-鋁接合點(diǎn)中界面表面的面積的測量確定通過本發(fā)明形成的熔核面積。測量在鋼-鋁接合點(diǎn)中界面表面的面積的方法是從鋼-鋁接合點(diǎn)中的界面表面上剝離或切下鋁材并且分析鋁材的圖像以確定熔核面積。在熔核具有基本上環(huán)形的形狀時，可以切下鋼-鋁接合點(diǎn)，可以使用光學(xué)顯微鏡檢查鋼-鋁接合點(diǎn)的截面以測量在界面表面中的熔核的直徑，并且可以使用測量的直徑計(jì)算熔核面積。測量在界面表面中的熔核沿著至少兩個垂直方向的直徑。
界面反應(yīng)層的厚度在示于圖1中的熔核5上界面反應(yīng)層6的厚度在0.5和10.5μm之間的范圍內(nèi)的部分的面積等于或大于10t20.5mm2。根據(jù)焊接強(qiáng)度規(guī)定具有最適宜厚度的界面反應(yīng)層的面積。與常識相反，更薄的界面反應(yīng)層是適宜的，本發(fā)明形成厚度在最適宜厚度范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層。本發(fā)明的目的是一定形成界面反應(yīng)層而不是不形成它。本發(fā)明是基于在大面積內(nèi)形成厚度在最適宜厚度范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層的技術(shù)思想；即，在寬的范圍內(nèi)形成界面反應(yīng)層。
當(dāng)界面反應(yīng)層的厚度在0.5和10μm之間的范圍內(nèi)的部分的面積小于10t20.5mm2，更嚴(yán)格小于25t20.5mm2時，不能形成厚度在最適宜厚度范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層并且降低焊接強(qiáng)度。在界面反應(yīng)層的厚度小于0.5μm的部分中鋼-鋁擴(kuò)散不足并且焊接強(qiáng)度低。更厚的界面反應(yīng)層更脆。厚度大于10μm的部分特別脆并且焊接強(qiáng)度低。因而，界面反應(yīng)層的面積越大，接合點(diǎn)的焊接強(qiáng)度越低。因此，界面反應(yīng)層的厚度在0.5和10.5μm之間的范圍內(nèi)的部分的面積必須等于或大于10t20.5mm2，更嚴(yán)格地等于或大于25t20.5mm2。
類似于熔核面積，通過分析在鋼-鋁接合點(diǎn)的界面表面中的鋁材部分的圖像或者用SEM觀察在鋼-鋁接合點(diǎn)的界面表面中的鋁材的部分，確定界面反應(yīng)層的厚度。
形成界面反應(yīng)層的化合物優(yōu)選本發(fā)明規(guī)定在鋼-鋁焊接材料中即，在示于圖1中的焊接界面表面6的金屬間化合物。本發(fā)明規(guī)定的金屬間化合物示于圖4和圖5中，所述圖4和圖5顯示鋼-鋁焊接材料的接合點(diǎn)中焊接界面表面6的截面。圖4是顯示在示于圖4的鋼-鋁焊接材料中焊接區(qū)域的截面的照片的代表性圖。
如圖4所示，在焊接界面表面6中在鋼材一側(cè)形成Al5Fe2化合物層并且在鋁材一側(cè)形成Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn的粒狀或針狀化合物層。在圖4中，垂直尺寸l1是沿著這樣部分的熔核深度的平均厚度，所述部分對應(yīng)在鋁材一側(cè)形成的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的熔核中心部分，并且水平尺寸S1是在鋼-鋁焊接材料中接合點(diǎn)的在此厚度范圍內(nèi)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的部分的面積，即在水平面內(nèi)的面積。在圖4中，垂直尺寸l2是沿著這樣部分的熔核深度的平均厚度，所述部分對應(yīng)在鋼材一側(cè)形成的Al5Fe2化合物層的熔核中心部分，并且水平尺寸S2是在鋼-鋁焊接材料中接合點(diǎn)的在此厚度范圍內(nèi)的Al5Fe2化合物層的部分的面積即，在水平面內(nèi)的面積。
在鋁材一側(cè)的化合物層優(yōu)選沿著這樣部分的熔核深度的平均厚度11在0.5和10μm之間以提高焊接強(qiáng)度，所述部分對應(yīng)Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的熔核的中心部分。在本發(fā)明中術(shù)語“中心部分”指從熔核中心在±0.1mm之內(nèi)的部分。
Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層是在鋁材一側(cè)的金屬間化合物。如圖3和4所示，Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物是粒狀或者針狀的化合物。在熔核中心部分中化合物的顆粒大(化合物的針狀顆粒長)，并且顆粒的顆粒尺寸(針狀顆粒的長度)向熔核外圍(向圖3和4中的右側(cè)和左側(cè))逐漸降低?；衔镱w粒的密度在熔核外圍部分小并且化合物顆粒分散。Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的面積大于Al5Fe2化合物層的面積。
除上述形狀的作用以外，Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物還具有錨定作用。Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物增強(qiáng)Al5F2化合物層與鋁材的粘附并且提高焊接強(qiáng)度。在Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層過薄時，這些作用是不能得到的。在l1小于0.5μm時，錨定作用不足，Al5Fe2化合物層與鋁材的粘附不令人滿意，易于發(fā)生夾層斷裂并且斷裂表面是平坦和平滑的。根據(jù)本發(fā)明，沿著這樣部分的熔核深度的平均厚度l1等于或大于0.5μm，所述部分對應(yīng)Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的熔核的中心部分。
如果Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層生長至過大的厚度，那么各種化合物顆粒開始斷裂。當(dāng)l1大于10μm時，這種趨勢顯著。根據(jù)本發(fā)明，沿著這樣部分的熔核深度的平均厚度l1等于或小于10μm，所述部分對應(yīng)Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的熔核的中心部分。
在鋼材一側(cè)的化合物層根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選具有在0.5和5μm之間的范圍內(nèi)的平均厚度l2的Al5Fe2化合物層的部分的面積S2等于或大于10t20.5mm2、優(yōu)選等于或大于20t20.5mm2，另外滿足在鋁材一側(cè)的化合物層的那些條件，以提高焊接強(qiáng)度。優(yōu)選沿著這樣部分的熔核深度的平均厚度l2在0.5和5μm之間的范圍內(nèi)以提高焊接強(qiáng)度，所述部分對應(yīng)Al5Fe2化合物層的熔核的中心部分。
在鋼一側(cè)的化合物層和鋁一側(cè)的化合物之間的關(guān)系優(yōu)選除分別規(guī)定鋼一側(cè)的化合物層和鋁一側(cè)的化合物層的條件以外，還規(guī)定在鋼一側(cè)的化合物層和鋁一側(cè)的化合物層之間的關(guān)系以提高焊接強(qiáng)度。優(yōu)選在鋼-鋁焊接材料的焊接界面中形成Al5Fe2a的化合物層的平均厚度l2的部分中，形成平均厚度l2在0.5和10μm之間的范圍內(nèi)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層，厚度在所述厚度范圍內(nèi)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的部分的面積S1等于或大于15t20.5mm2，優(yōu)選等于或大于25t20.5mm2。
當(dāng)平均厚度在所述厚度范圍內(nèi)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的部分的面積S1更大時，焊接強(qiáng)度更高。當(dāng)面積S1小于15t20.5mm2并且強(qiáng)度相同時，很可能是熔核的接合點(diǎn)面積越大，足以使接合點(diǎn)斷裂的斷裂載荷(焊接強(qiáng)度)越低。當(dāng)熔核的接合面積小時，接合點(diǎn)易于在更低的載荷下斷裂。當(dāng)厚度在所述厚度范圍內(nèi)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的部分的面積S1等于或大于25t20.5mm2時，具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)(接合界面)足夠大，從而斷裂載荷大。因此，足以使接合界面斷裂的斷裂載荷遠(yuǎn)大于足以使鋁材斷裂的斷裂載荷，界面斷裂不發(fā)生并且鋁材斷裂。
從焊接強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，規(guī)定具有最適宜厚度的界面反應(yīng)層的面積以通過界面反應(yīng)層的最適宜厚度和最適宜面積控制在鋼材一側(cè)的化合物層和在鋁材一側(cè)的化合物層之間的關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明，與常識相反，更薄的界面反應(yīng)層是適宜的，界面反應(yīng)層是有意形成的。如上所述，本發(fā)明基于在大面積內(nèi)形成厚度在最適宜厚度范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層的技術(shù)思想；即，在寬的范圍內(nèi)形成界面反應(yīng)層。
焊接強(qiáng)度和斷裂形式根據(jù)本發(fā)明，在焊接強(qiáng)度高時，接合界面不斷裂并且接合點(diǎn)以插頭的形狀斷裂，即在Al3Fe化合物層外側(cè)的鋁材的部分?jǐn)嗔选Q句話說，這種接合點(diǎn)的斷裂形式顯示通過本發(fā)明形成的接合點(diǎn)具有高焊接強(qiáng)度。在焊接強(qiáng)度低時，接合界面斷裂，錨定的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層撕裂，并且Al5Fe2化合物層與Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層分開。這種接合點(diǎn)的斷裂形式顯示接合點(diǎn)具有低焊接強(qiáng)度。
控制焊接強(qiáng)度的因素將考察控制焊接強(qiáng)度的因素各自的影響。
Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度l1對焊接強(qiáng)度的提高具有最大的影響。Al3Fe化合物層的面積S2對焊接強(qiáng)度的提高具有大的影響，所述Al3Fe化合物層具有在0.5和5μm之間的最適宜范圍內(nèi)的平均厚度l2。
Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層具有在鋁材和Al5Fe2化合物層之間產(chǎn)生粘附的錨定作用，因此Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度l1有助于提高在熔核中心部分的焊接強(qiáng)度。如果僅僅調(diào)整Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度l1，在Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層與Al5Fe2化合物層之間的界面可能斷裂，因此足以使界面斷裂的斷裂載荷可能不是很大。具有在0.5和5μm之間的最適宜范圍內(nèi)的平均厚度l2的Al5Fe2化合物層的面積S2有助于確保在寬的范圍內(nèi)的穩(wěn)定的粘附，并具有提高足以使點(diǎn)焊的接合點(diǎn)斷裂的斷裂載荷的作用。不能通過僅調(diào)整Al5Fe2化合物層的面積S2穩(wěn)定強(qiáng)度并且強(qiáng)度在寬的范圍內(nèi)離散。除調(diào)整Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度l1以外，還調(diào)整Al5Fe2化合物層的面積S2，可以穩(wěn)妥地保證高焊接強(qiáng)度。
沿著在這樣部分的熔核深度的平均厚度l2與Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的面積S1有助于提高焊接強(qiáng)度，所述部分對應(yīng)Al5Fe2化合物層的熔核的中心部分，所述Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層具有在最適宜厚度范圍內(nèi)的平均厚度。然而這兩種因素對提高焊接強(qiáng)度的作用小。盡管這些因素對提高焊接強(qiáng)度的單個作用小，但是在除調(diào)整Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度l1和Al5Fe2化合物層的面積S2以外，還適當(dāng)?shù)卣{(diào)整這些因素時，這些因素對于形成具有最高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)是有效的。
測量金屬間化合物的方法通過EDX分析對通過HAADF-STEM(10,000×至20,000×)得到的接合點(diǎn)的截面的圖像進(jìn)行半定量分析，得到如圖5所示的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層和Al5Fe2化合物層的結(jié)構(gòu)的照片。換句話說，除非通過將在下面描述的HAADF-STEM方法檢查接合點(diǎn)的界面，否則可能難以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明規(guī)定的金屬間化合物的識別和金屬間層的厚度和面積的準(zhǔn)確測量。
測量在示于圖5的接合點(diǎn)的界面中在測量點(diǎn)1-1至1-24的部分的各自組成，并且以包含在這些部分中的Al、Fe、Si、Mn和Mg的原子百分比(原子％)識別金屬間化合物。經(jīng)確定如下部分是Al3Fe化合物的部分，所述部分具有在73和95原子％之間的Al含量、在5和25原子％之間的Fe含量和小于2原子％的Si含量。經(jīng)確定如下部分是Al19Fe4Si2Mn化合物的部分，所述部分具有在70和78原子％之間的Al含量、在10和30原子％之間的Fe含量和在2和15原子％之間的Si含量。經(jīng)確定如下部分是Al5Fe2化合物的部分，所述部分具有在60和73原子％之間的Al含量、在25和30原子％之間的Fe含量和小于2原子％的Si含量。
HAADF-STEM方法(高角度環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡方法)通過環(huán)形探測器連接經(jīng)高角度一側(cè)的彈性散射而散射的電子得到信號。HAADF-STEM圖像幾乎不受到衍射反差的影響，并且反差大致與原子數(shù)(Z)的平方成比例。通過HAAD-STEM方法得到的圖像是含有關(guān)于組成信息的二維圖像。HAAD-STEM方法可以準(zhǔn)確地檢測痕量元素，因此HAAD-STEM方法對于分析接合點(diǎn)的界面的微結(jié)構(gòu)是有效的。
更具體而言，將熔核中心部分的焊接材料切下以得到試樣，將試樣埋入樹脂使得可以觀察試樣的截面，并且通過拋光將該截面進(jìn)行鏡面精加工。用SIM粗略地測量在界面反應(yīng)層中化合物層各自的厚度。使用聚焦粒子束加工裝置(FB-2000A，Hitachi，Ltd.)通過FIB處理，將熔核中心部分、在假定為Al5Fe2化合物層的層的界面的內(nèi)側(cè)部分、在假定為Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的層的界面的內(nèi)側(cè)部分和在厚度大于化合物層的上限厚度的部分內(nèi)側(cè)和外側(cè)上的部分減薄至可以進(jìn)行TEM觀察的厚度，以獲得用于觀察和分析的試樣。使用場發(fā)射透射電子顯微鏡(10,000×至20,000×)(JEM-201F，JEOL)檢查試樣。加速電壓為200kV并且場為100μm。通過EDX點(diǎn)分析檢測顆粒和不同相，以鑒別Al5Fe2化合物層以及Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層。
通過以10μm的場在HAADF-STEM圖像中測量相同處的厚度確定沿著Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的深度的厚度(長度)。計(jì)算沿著Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn粒狀和針狀顆粒的深度的長度和平均長度。測量Al5Fe2化合物層的圖像的五個部分的厚度(長度)并計(jì)算平均厚度。測量所有試樣。在將圓頂形電極頭用于點(diǎn)焊時，兩種化合物層的各自厚度從中心部分向外圍部分降低。測量每種化合物層對應(yīng)厚度大于上限的部分的圓圈的直徑和對應(yīng)厚度低于下限的部分的圓圈的直徑，并且計(jì)算每種化合物層的在最適宜厚度范圍內(nèi)的部分的面積。
界面反應(yīng)層的組成優(yōu)選界面反應(yīng)層具有適宜的Mn含量和適宜的Si含量以提高焊接強(qiáng)度。界面反應(yīng)層的Mn含量和Si含量由該界面反應(yīng)層的厚度的中間部分的那些表示。優(yōu)選界面反應(yīng)層的中間部分具有等于或大于鋼材的1.5倍的Mn含量。
優(yōu)選界面反應(yīng)層的中間部分具有等于或大于鋁材的1.1倍和等于或大于鋼材的1.1倍的Si含量。
為了形成具有適宜的Mn含量和適宜的Si含量的界面反應(yīng)層，鋼材和鋁材必須具有最適宜的Mn含量和最適宜的Si含量，并且必須優(yōu)化用于點(diǎn)焊的焊接條件。實(shí)際的試驗(yàn)證實(shí)界面反應(yīng)層的Mn含量可以最大增加至鋼材的2.5倍，并且界面反應(yīng)層的Si含量可以最大增加至鋼材和鋁材的1.8倍。當(dāng)Mn含量和Si含量在得到的含量范圍以內(nèi)更高時，存在焊接強(qiáng)度更高的趨向。
通過焊接接合點(diǎn)的截面的TEM-EDX分析或者SIMS分析，經(jīng)過確定Mn和Si各自的二次離子強(qiáng)度，可以確定界面反應(yīng)層的Mn含量和Si含量。因?yàn)橛蒘IMS分析得到的數(shù)據(jù)的誤差小，推薦Mn和Si的二次離子強(qiáng)度的SIMS分析。通過使用由SIMS得到的在界面反應(yīng)層的中間部分中Mn和Si的二次離子強(qiáng)度數(shù)據(jù)以及鋁材和鋼材的Mn含量和Si含量的數(shù)據(jù)，計(jì)算界面反應(yīng)層的Mn含量與鋼材的Mn含量的比率、界面反應(yīng)層的Si含量與鋼材的Si含量的比率和界面反應(yīng)層的Si含量與鋁材的Si含量的比率。
鋁板厚度的減小量適宜的是將鋁材的點(diǎn)焊部分的厚度的減小量限制到最低的可能程度以形成具有足夠焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)。適宜地，作為標(biāo)準(zhǔn)，鋁材在焊接后的最小厚度Δt等于或大于厚度t2的50％。優(yōu)選最小厚度Δt等于或大于厚度t2的90％。通過使用光學(xué)顯微鏡或SEM觀察截面測量減小厚度，并且從鋁材的最初厚度t2減去測量的減小厚度，可以確定鋁材的最小厚度Δt。
沉積膜在將鋼材和鋁材焊接在一起之前，可以將鋁材或鋼材的接合表面涂以熔點(diǎn)在350℃和950℃之間的范圍內(nèi)的Zn和/或Al沉積膜。具有幾乎等于鋁材的熔點(diǎn)和最適宜厚度并且置于鋼材和鋁材之間的沉積膜可以控制形成鋼-鋁金屬間化合物的界面反應(yīng)層的時間，并且可以形成具有在0.5和10.5μm之間的適當(dāng)厚度的界面反應(yīng)層。如果沉積膜具有小于3μm的厚度或者沉積膜具有小于350℃的熔點(diǎn)，那么沉積膜熔融，在焊接初始階段排出，不能抑制脆性界面反應(yīng)層的形成。如果沉積膜具有大于15μm的厚度或者沉積膜具有高于950℃的熔點(diǎn)，那么需要大量的焊接熱量輸入以熔融并排出沉積膜。因此，沉積膜的厚度在3和15μm之間、優(yōu)選在5和10μm之間的范圍內(nèi)，并且沉積膜的熔點(diǎn)在350℃和950℃之間、優(yōu)選在400℃和900℃之間的范圍內(nèi)。最優(yōu)選沉積膜的熔點(diǎn)在不低于鋁的熔點(diǎn)溫度和900℃之間的范圍內(nèi)。
通過包括下列的方法確定沉積膜的厚度從被鍍材料上切下試樣，將試樣埋入樹脂，將試樣的截面拋光并且用SEM觀察試樣的拋光截面。優(yōu)選SEM的放大倍率是2,000×，并且計(jì)算三個點(diǎn)的測量厚度的平均值。
滿足前述條件的沉積膜在鋼一側(cè)形成該沉積膜時能夠賦予鋼材以耐腐蝕性，并且能夠容易地沉積在鋼材和鋁材上。優(yōu)選沉積膜由包含Zn和Al作為主要組分的材料制成。適宜地，沉積膜由包含含量等于或大于80％的Zn或Al或包含Zn和Al兩者的材料制成。
在用包含Zn和Al作為主要組分的沉積膜預(yù)先涂覆鋼材時，通過將鋼材加工形成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有提高的耐腐蝕性。通常，用涂覆材料的膜涂覆鋼材。即使涂層材料的膜被損壞時，因?yàn)榘诔练e膜中的Zn和Al優(yōu)先被腐蝕，鋼材即，基體金屬得到保護(hù)免受腐蝕。因?yàn)槌练e膜降低鋼材和鋁材之間的電位差，所以可以抑制由不同金屬之間的接觸產(chǎn)生的接觸腐蝕，這種接觸腐蝕在鋼-鋁焊接材料中是一個問題。
Al膜、Al-Zn膜、Zn膜和Zn-Fe膜是包含Zn或Al作為主要組分的沉積膜的實(shí)例。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選通過增加界面反應(yīng)層的Mn含量和Si含量抑制脆性金屬間化合物層的形成，并且優(yōu)選形成能夠防止界面反應(yīng)層易于裂開的金屬間化合物。為了實(shí)現(xiàn)這些目的，沉積膜包含Si和Mn似乎是有效的。在增加界面反應(yīng)層的Mn含量和Si含量是適宜的時候，包含Zn和Al作為主要組分的沉積膜必須包含等于或大于5質(zhì)量％的Si和Mn。然而，如果沉積膜包含過量Si和Mn，那么在熔核周圍的部分易于裂開。在沉積膜包含Mn時，這種趨勢特別明顯。因此，除Al-Si沉積膜以外，包含Zn和Al作為主要組分并且包含Mn和Si的沉積膜是實(shí)用的。換句話說，通過調(diào)整鋼材的Mn含量和鋁材的Si含量增加界面反應(yīng)層的Mn含量和Si含量是重要的。
從前述描述中知道根據(jù)本發(fā)明，推薦含有等于或大于88質(zhì)量％的Zn含量的沉積Zn膜作為包含Zn和Al作為主要組分的沉積膜。推薦用具有在8和12質(zhì)量％之間的范圍內(nèi)的Fe含量的沉積Zn膜涂覆鋼材表面。
具有涂以Zn含量等于或大于88質(zhì)量％的沉積Zn膜的表面的鋼材具有特別高的耐腐蝕性。可以容易地將沉積Zn膜的熔點(diǎn)控制在350℃和950℃之間的范圍內(nèi)。在Zn含量等于或大于88質(zhì)量％和Fe含量在8和12質(zhì)量％之間的范圍內(nèi)的沉積Zn膜熔融并排出之后，留下的鐵(Fe)與鋁材有效地反應(yīng)。因此，能夠在短時間內(nèi)控制界面反應(yīng)層的形成，并且可以形成最適宜厚度在0.5和10.5μm之間的范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層。自然，耐腐蝕性高并且可以抑制由在不同金屬之間的接觸產(chǎn)生的接觸腐蝕。
沉積膜還可以包含除前述元素以外的元素。應(yīng)選擇性確定所述額外的元素的種類和所述額外的元素各自的含量，使得沉積膜的熔點(diǎn)在本發(fā)明規(guī)定的范圍之內(nèi)，可以不降低沉積膜的耐腐蝕性并且不會產(chǎn)生導(dǎo)致熔核周圍的部分裂開的有缺陷的焊接。
本發(fā)明不對鍍覆鋼材或鋁材的鍍覆方法進(jìn)行任何限制。鍍覆方法可以是已知的濕鍍法或者已知的干鍍法。推薦電鍍法、熱浸法和包含熱浸步驟和其后的合金化步驟的鍍覆方法。推薦將電鍍法和鋅酸鹽轉(zhuǎn)化法用于將鋁材鍍Zn。
點(diǎn)焊圖3說明了經(jīng)由實(shí)施例制造鋼-鋁焊接材料的點(diǎn)焊方法。在圖3中顯示的是鋼材1、鋁合金板2、鋼-鋁焊接材料3、熔核5和電極7和8。
將描述根據(jù)本發(fā)明的用于形成鋼-鋁焊接材料的點(diǎn)焊條件。
焊接壓力為了形成具有較大的必需面積的熔核、形成具有必需面積的最適宜的界面反應(yīng)層并且將下列各項(xiàng)調(diào)整到在由本發(fā)明規(guī)定的相應(yīng)最適宜范圍內(nèi)的那些Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度l1、在熔核中心部分的Al5Fe2化合物層的部分的平均厚度l2、在最適宜厚度范圍內(nèi)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的部分的面積S1和Al5Fe2化合物層的面積S2，必須在點(diǎn)焊中使用較高焊接壓力。
更具體而言，焊接壓力在2t20.5和4t20.5kN之間的較高壓力范圍內(nèi)，其中t2是鋁材厚度。即使焊接壓力在壓力范圍之內(nèi)，其它焊接條件也控制前述化合物層的形成，并且化合物層的尺寸不是必然在由本發(fā)明規(guī)定的相應(yīng)最適宜范圍內(nèi)。因此，必須根據(jù)材料的品質(zhì)和其它焊接條件從在由本發(fā)明規(guī)定的較高壓力范圍內(nèi)的那些中選擇最適宜的焊接壓力。
在使用較高焊接壓力時，可以實(shí)現(xiàn)在鋼材和鋁材之間以及電極和材料之間穩(wěn)定的電接觸而不考慮電極頭的形狀，在熔核中的熔融金屬可以得到包圍熔核的未熔融部分的支持。因此，能夠形成具有較大的必需面積的熔核，可以形成具有必需面積的界面反應(yīng)層并且可以控制表面飛濺。
在使用小于2t20.5kN的低焊接壓力時，點(diǎn)焊不能發(fā)揮前述作用。在焊接壓力過低并且電極頭具有圓形端部時，電極頭在小的接觸面積內(nèi)與鋼材和鋁材接觸。因此，形成具有小面積的熔核，電流密度增加導(dǎo)致界面反應(yīng)層增加并且焊接強(qiáng)度降低。極可能在平均厚度l1內(nèi)不能形成Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層，并且極可能在平均厚度l2內(nèi)不能形成在Al5Fe2化合物層的熔核中心周圍±0.1mm的范圍內(nèi)的部分。
熔核面積隨著焊接壓力的增加而降低。在使用大于4t20.5kN的焊接壓力時，必須供應(yīng)超過最適宜焊接電流的高焊接電流以形成具有適宜面積的熔核。這種高焊接電流導(dǎo)致飛濺并且導(dǎo)致界面反應(yīng)層生長，從而降低焊接強(qiáng)度。鋁材變形大并且在焊接部分中形成大的凹疤，從而對鋼-鋁焊接材料的外觀產(chǎn)生負(fù)面效果。
焊接電流為了形成具有較大的必需面積的熔核、形成具有必需面積的最適宜的界面反應(yīng)層并且將下列各項(xiàng)調(diào)整到在由本發(fā)明規(guī)定的相應(yīng)最適宜范圍內(nèi)的那些Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度l1、在熔核中心部分中的Al5Fe2化合物層的部分的平均厚度l2、在最適宜厚度范圍內(nèi)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的部分的面積S1和Al5Fe2化合物層的面積S2，對于點(diǎn)焊必須在短時間內(nèi)提供較高焊接電流。
更具體而言，必須在小于100t20.5ms的短時間內(nèi)供應(yīng)在15t20.5和30t20.5kA之間的范圍內(nèi)的較高焊接電流。即使在此短時間內(nèi)供應(yīng)在此電流范圍內(nèi)的焊接電流，其它焊接條件也控制前述化合物層的形成，并且化合物層的尺寸不是必然在本發(fā)明規(guī)定的相應(yīng)最適宜范圍內(nèi)。因此，必須根據(jù)材料的品質(zhì)和其它焊接條件，從在本發(fā)明規(guī)定的較高電流范圍中和時間范圍內(nèi)的那些選擇最適宜的焊接電流和最適宜的焊接時間。
在短時間內(nèi)供應(yīng)較高焊接電流時，可以實(shí)現(xiàn)在鋼材和鋁材之間以及電極和材料之間穩(wěn)定的電接觸，在熔核中的熔融金屬可以得到包圍熔核的未熔融部分的支持。因此，可以形成具有較大的必需面積的熔核，可以形成具有必需面積的界面反應(yīng)層并且可以控制排出和表面飛濺。
低于15t20.5kA、更嚴(yán)格低于18t20.5kA的低焊接電流不能產(chǎn)生足以使熔核形成并生長的焊接熱量輸入，因此，不能形成具有較大面積的熔核并且不能形成具有必需面積的最適宜界面反應(yīng)層。極可能在平均厚度lX內(nèi)不能形成Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層，并且極可能在平均厚度l2內(nèi)不能形成在Al5Fe2化合物層的熔核中心周圍±0.1mm的范圍內(nèi)的部分。
為了供應(yīng)超過30t20.5kA的高焊接電流，需要額外的裝置，從而對作業(yè)和成本不利。因此焊接電流等于或小于30t20.5kA。因此，焊接電流在15t20.5和30t20.5kA、優(yōu)選18t20.5和30t20.5kA之間的范圍內(nèi)。
焊接時間焊接時間是100t20.5ms的較短時間，其中t2是鋁材厚度。盡管超過100t20.5ms的長焊接時間可以形成具有適宜直徑的熔核，但是這種長焊接時間導(dǎo)致飛濺和界面反應(yīng)層的生長，從而焊接強(qiáng)度低。為了控制界面反應(yīng)層，焊接時間等于或少于100t20.5ms，優(yōu)選在20t20.5和80t20.5ms之間的范圍內(nèi)?？紤]到材料品質(zhì)、焊接條件和焊接電流，必須選擇最適宜的焊接時間，使得可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明規(guī)定的化合物的最適宜控制。
電極形狀倘若可以形成具有前述面積的熔核以及界面反應(yīng)層，那么電極頭可以具有任何形狀。分別與鋼材和鋁材接觸的電極頭可以在形狀和尺寸方面彼此不同。適宜地，如圖3所示，與鋼材和鋁材接觸的兩個電極頭是具有圓形端部的圓頂形電極頭。每個電極頭的圓形端部的直徑和半徑R必須分別等于或大于7mm和等于或大于100mm，以實(shí)現(xiàn)既降低電流密度又增加熔核面積。在使用直流點(diǎn)焊時，分別與鋁材和鋼材接觸的電極各自的極性分別為正極和負(fù)極是適宜的。
通過使用具有直徑等于或大于7mm和半徑等于或大于120mm的圓形端部的電極頭，可以適當(dāng)?shù)丶葘?shí)現(xiàn)電流密度的減小又實(shí)現(xiàn)熔核面積的增加。在使用這種電極頭時，優(yōu)選的焊接壓力在2.5t20.5和4t20.5kN之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選的焊接電流在18t20.5和30t20.5kA之間的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選的焊接時間等于或少于100t20.5ms。
必須使這些最適宜的條件平衡好。例如，在增加電極頭的圓形端部的直徑和半徑R以減小電流密度時，為了形成具有最適宜厚度的界面反應(yīng)層而增加焊接電流。倘若另外的條件和以階梯模式供應(yīng)焊接電流對于形成具有適宜面積的熔核和形成具有最適宜厚度的界面反應(yīng)層沒有害處，那么可以將適于更低焊接電流的焊接條件加到前述焊接條件中并且可以以階梯模式供應(yīng)焊接電流。
已經(jīng)描述了用于在具有高焊接強(qiáng)度的鋼-鋁焊接材料中形成具有適宜面積的熔核和具有最適宜厚度的界面反應(yīng)層所必需的焊接條件。將描述在鋼材或鋁材的接合表面上形成厚度在3和15μm之間和熔點(diǎn)在350℃和950℃之間的Zn和/或Al沉積膜時，將鋼材和鋁材焊接在一起的點(diǎn)焊方法。
為了除防止沉積膜保留在界面反應(yīng)層中、形成具有必需面積的熔核和形成具有必需厚度的最適宜界面反應(yīng)層以外，還實(shí)現(xiàn)界面反應(yīng)層的形成的最適宜控制，在接合表面上形成沉積膜時，點(diǎn)焊條件的控制是重要的。
電極的形狀和焊接壓力具有前述作用和效果。
焊接電流和焊接時間優(yōu)選所選擇的點(diǎn)焊處理是形成具有必需面積的熔核和具有必需面積的最適宜界面反應(yīng)層的高電流點(diǎn)焊處理。所述高電流點(diǎn)焊處理控制熔核的裂開。當(dāng)有沉積膜時，最適宜焊接時間依賴于沉積膜的類型和厚度，因此不規(guī)定任何最適宜焊接時間。必須確定依賴于熔核直徑而不依賴于沉積膜的類型和厚度的焊接時間。焊接電流和熔核直徑的前述范圍是有效的。然而，高電流點(diǎn)焊處理不能完全熔化和排出沉積膜并且沉積膜的部分保留。因此，厚度在0.5和10.5μm之間的界面反應(yīng)層的部分的面積小并且所述面積不足以提供高強(qiáng)度。因此，高電流點(diǎn)焊處理之后需要低電流點(diǎn)焊處理以熔化和排出沉積膜。所述低電流點(diǎn)焊處理使用在2t20.5和4t20.5kN之間的范圍內(nèi)的焊接壓力，并且在100t20.5和1000t20.5ms之間的范圍內(nèi)的時間內(nèi)供應(yīng)在t20.5和10t20.5kA之間的范圍內(nèi)的電流。焊接壓力可以不同于前種處理使用的焊接壓力，但是必須在相同范圍內(nèi)。低于t20.5kA的焊接電流或100t20.5ms的焊接時間對于熔化和排出沉積層的作用不足。盡管超過10t20.5kA的焊接電流或者超過1000t20.5ms的焊接時間增加熔核直徑，但是這種焊接電流或者這種焊接時間促進(jìn)界面反應(yīng)層的形成并且降低厚度在0.5和10.5μm之間的界面反應(yīng)層的部分的面積。因此，包括至少兩種處理的多種處理滿足條件的控制范圍。
將描述主要目的是抑制鋼-鋁焊接材料的熔核的裂開的點(diǎn)焊方法，所述鋼-鋁焊接材料通過點(diǎn)焊將鋼材和鋁材焊接在一起而形成，并且意在用于熔核的裂開是一個問題的情況下。
通過用以開發(fā)將鋼材和鋁材點(diǎn)焊使通過點(diǎn)焊形成的熔核不裂開的點(diǎn)焊方法的研究，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在點(diǎn)焊循環(huán)的終期階段使用低于在點(diǎn)焊循環(huán)的初期階段的焊接電流的焊接電流非常有效地防止熔核的裂開。本發(fā)明的發(fā)明人基于所述發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)了最適宜焊接條件并且完成了本發(fā)明。將描述根據(jù)本發(fā)明的有效防止熔核裂開的焊接條件和這些焊接條件的作用。
當(dāng)點(diǎn)焊方法使用其中供應(yīng)如圖6所示的固定焊接電流的點(diǎn)焊循環(huán)，或者沒有顯示的其中在點(diǎn)焊循環(huán)的終期階段供應(yīng)高于在所述點(diǎn)焊循環(huán)的初期階段的焊接電流的焊接電流的點(diǎn)焊循環(huán)時，剛在終止電流供應(yīng)后，如圖7所示，熔核溫度急劇下降。據(jù)推測，在使用這種點(diǎn)焊循環(huán)時，在熔核中產(chǎn)生不能被熔核吸收的大的應(yīng)變并且熔核裂開。
當(dāng)點(diǎn)焊方法使用這樣的點(diǎn)焊循環(huán)，其中以圖8所示的兩階式改變焊接電流，其中在所述點(diǎn)焊循環(huán)的終期階段的焊接電流低于所述點(diǎn)焊循環(huán)的初期階段的焊接電流的時候，如圖9所示熔核逐漸冷卻。據(jù)推測，在熔核中產(chǎn)生可以被熔核吸收的小的熱應(yīng)變，從而可以抑制熔核的裂開。
本發(fā)明特征在于在點(diǎn)焊循環(huán)的終期階段供應(yīng)的焊接電流低于在點(diǎn)焊循環(huán)的初期階段供應(yīng)的焊接電流?？梢酝ㄟ^任何適合的方式實(shí)現(xiàn)這種供應(yīng)焊接電流的模式。例如，焊接電流供應(yīng)方法可以以圖8所示的兩階降低焊接電流或者另一種焊接電流供應(yīng)方法可以以三階連續(xù)降低焊接電流。從操作效率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選以如圖8所示的兩階電流供應(yīng)模式供應(yīng)焊接電流。
本發(fā)明的發(fā)明人研究了冷卻速率和熔核裂開之間的關(guān)系，從而找到確實(shí)可以抑制熔核裂開的冷卻速率范圍。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，將在鋁材一側(cè)通過焊接形成的熔核以等于或小于2500℃/s的冷卻速率從600℃冷卻至200℃是適宜的。因?yàn)榧词挂蕾囉谛纬射X材的鋁合金的類型，但形成在鋁材一側(cè)的熔核在約600℃和約500℃之間的范圍內(nèi)的溫度開始凝固并且在約200℃完全凝固，所以在此溫度范圍內(nèi)控制冷卻速率有效地抑制在凝固過程中熔核的裂開。盡管優(yōu)選冷卻速率等于或小于2000℃/s，但是從操作效率的觀點(diǎn)出發(fā)，冷卻速率的下限是約500℃/s。
本發(fā)明的發(fā)明人研究了供應(yīng)焊接電流的條件并且發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以至少兩階，即，在如圖8所示的兩階電流供應(yīng)模式中第一階段和第一狀態(tài)之后的第二階段供應(yīng)焊接電流用于接觸點(diǎn)焊時，控制焊接電流使得在第二階段供應(yīng)的焊接電流為在第一階段供應(yīng)的焊接電流的70％至10％是有效的。
如果在第二階段供應(yīng)的焊接電流大于在第一階段供應(yīng)的焊接電流的70％，那么不能展示本發(fā)明的效果，因?yàn)檫@種兩階電流供應(yīng)模式與常規(guī)的一階電流供應(yīng)模式幾乎沒有不同。優(yōu)選在第二階段供應(yīng)的焊接電流等于或小于在第一階段供應(yīng)的焊接電流的50％。如果在第二階段供應(yīng)的焊接電流小于在第一階段供應(yīng)的焊接電流的10％，那么熔核迅速冷卻并且在第二階段開始時在熔核中易于產(chǎn)生裂縫。因此，在第二階段供應(yīng)的焊接電流不小于在第一階段供應(yīng)的焊接電流的20％是適宜的。
盡管本發(fā)明對焊接電流和焊接時間沒有進(jìn)行進(jìn)一步限制，但是供應(yīng)焊接電流使其滿足下面的電流供應(yīng)條件是適宜的。當(dāng)電極頭具有直徑等于或大于6mm的圓形端部和半徑R小于75mm的圓形形狀時，通過在第一階段供應(yīng)等于或大于8kA(優(yōu)選等于或大于10kA)的焊接電流可以將鋁材熔融用于冶金焊接。如果焊接電流過高，那么鋁材過度熔融并且容易產(chǎn)生飛濺。適宜地，第一階段的焊接電流等于或低于18.0×t20.5kA，優(yōu)選等于或低于15.0×t20.5kA。適宜的是，用于第一階段的焊接電流，在電極頭具有直徑等于或大于6mm的圓形端部和半徑R等于或大于75mm并小于120mm的圓形形狀時，在15.0×t20.5和30.0×t20.5kA之間的范圍內(nèi)，或者在電極頭具有直徑等于或大于6mm的圓形端部和半徑R等于或大于120mm的圓形形狀時，在18.0×t20.5和30.0×t20.5kA之間的范圍內(nèi)。
當(dāng)電極頭具有直徑等于或大于6mm的圓形端部和半徑R小于75mm的圓形形狀時，可靠焊接所必需的適宜的第一階段的焊接時間等于或大于30ms，優(yōu)選等于或大于40ms。過長的焊接時間是不適宜的，因?yàn)槿绻附訒r間過長，那么在鋁材中產(chǎn)生飛濺并且形成易于裂開的厚度小的熔核。適宜地，第一階段的焊接時間等于或少于600ms。當(dāng)電極頭具有直徑等于或大于6mm的圓形端部和半徑R不小于75mm的圓形形狀時，在電極頭和板之間的接觸面積大并且易于產(chǎn)生飛濺。適宜地，第一階段的焊接時間等于或少于100×t20.5，優(yōu)選在20×t20.5和80×t20.5ms的范圍內(nèi)。
當(dāng)電極頭具有直徑等于或大于6mm的圓形端部和半徑R小于75mm的圓形形狀時，盡管依賴于焊接電流，但是用于可靠焊接的第一階段的適宜焊接壓力等于或大于1.0kN。當(dāng)焊接壓力過高時，易于產(chǎn)生飛濺。適宜的焊接壓力等于或小于1.4×I2×10-8kN，其中I是焊接電流(A)。當(dāng)電極頭具有直徑等于或大于6mm的圓形端部和半徑R等于或大于75mm并小于120mm的圓形形狀時，在電極頭和板之間的接觸面積大并且電流密度低。因此，必須使用在2.0×t20.5和4.0×t20.5kN之間的范圍內(nèi)的較高焊接壓力。當(dāng)電極頭具有直徑等于或大于6mm的圓形端部和半徑R不小于120mm的圓形形狀時，必須使用在2.5×t20.5和4.0×t20.5kN之間的范圍內(nèi)的焊接壓力。
除第二階段的焊接電流是第一階段的焊接電流的70％至10％以外，對于第二階段的電流供應(yīng)條件沒有特別限制。如果第二階段的焊接時間過短，那么不能充分降低冷卻速率并且熔核迅速冷卻。適宜的第二階段的焊接時間等于或大于50ms。因?yàn)槿绻诙A段的焊接時間過長，則易于產(chǎn)生飛濺，所以第二階段的焊接時間不長于600ms是適宜的。
盡管第二階段的焊接壓力沒有特別限制，但是用于可靠焊接的適宜的焊接壓力等于或大于1kN。如果焊接壓力過高，那么在第二階段產(chǎn)生類似于可能在第一階段產(chǎn)生的問題的問題。第二階段的焊接壓力等于或低于6kN是適宜的。
本發(fā)明的發(fā)明人研究了用于不同材料的焊接電流供應(yīng)條件。發(fā)現(xiàn)在相同焊接條件下焊接的不同鋁合金材料各自的焊接條件彼此幾乎沒有不同。發(fā)現(xiàn)一些在相同焊接條件下焊接的各自具有不同強(qiáng)度的鋼材具有依賴于強(qiáng)度的不同焊接條件。存在這樣的趨勢即，在被焊接到具有高強(qiáng)度的鋼材上的鋁材中形成的熔核薄并且易于裂開。據(jù)推測，這種趨勢是由包含在高強(qiáng)度鋼材中的大量合金元素的熱量產(chǎn)生的促進(jìn)和產(chǎn)生的鋁材的熔融和閃蒸所導(dǎo)致的。發(fā)現(xiàn)根據(jù)鋼材的強(qiáng)度水平調(diào)整焊接電流供應(yīng)條件是非常有效的，并且為了焊接具有更高強(qiáng)度的鋼材使用更少的電量是適宜的。下面將描述焊接電流供應(yīng)條件。
(I)鋼材的強(qiáng)度小于390MPa(I-1)電極頭的端部直徑等于或大于6mm，半徑R小于75mm。
第一階段的焊接條件焊接電流(I)等于或小于18.0×t20.5kA(t2指鋁材的厚度(mm))焊接壓力(F)等于或小于9.8×I2×10-9kN(I指電流(A))焊接時間等于或小于600ms第二階段的焊接條件焊接電流(I)2.0至6.0kA焊接壓力(F)0.5至2.5kN焊接時間50至600ms(I-2)電極頭的端部直徑等于或大于6mm，半徑R等于或大于75mm并且小于120mm第一階段的焊接條件焊接電流(I)15.0×t20.5至30.0×t20.5kA(t2指鋁材的厚度(mm))焊接壓力(F)2.0×t20.5至3.5×t20.5kN焊接時間等于或少于100×t2ms第二階段的焊接條件焊接電流(I)2.0至20.0kA焊接壓力(F)0.5至3.5kN焊接時間50至600ms(I-3)電極頭的端部直徑等于或大于6mm，半徑R等于或大于120mm第一階段的焊接條件焊接電流(I)15.0×t20.5至30.0×t20.5kA(t2指鋁材的厚度(mm))焊接壓力(F)2.5×t20.5至3.5×t20.5kN焊接時間等于或少于100×t2ms第二階段的焊接時間焊接電流(I)2.0至20.0kA焊接壓力(F)1.0至4.0kN焊接時間50至600ms(II)鋼材的強(qiáng)度等于或大于390并且小于890MPa(II-1)電極頭的端部直徑等于或大于6mm，半徑R小于75mm。
第一階段的焊接條件焊接電流(I)等于或小于18.0×t20.5kA(t2指鋁材的厚度(mm))焊接壓力(F)等于或小于1.2×I2×10-8kN(I指電流(A))焊接時間等于或少于400ms第二階段的焊接條件焊接電流(I)2.0至6.0kA焊接壓力(F)1.0至3.0kN焊接時間50至500ms(II-2)電極頭的端部直徑等于或大于6mm，半徑R等于或大于75mm并且小于120mm第一階段的焊接條件焊接電流(I)15.0×t20.5至30.0×t20.5kA(t2指鋁材的厚度(mm))焊接壓力(F)2.0×t20.5至4.0×t20.5kN焊接時間等于或小于100×t2ms第二階段的焊接條件焊接電流(I)2.0至20.0kA焊接壓力(F)0.5至3.5kN焊接時間50至600ms(II-3)電極頭的端部直徑等于或大于6mm，半徑R等于或大于120mm第一階段的焊接條件焊接電流(I)15.0×t20.5至30.0×t20.5kA(t2指鋁材的厚度(mm))
焊接壓力(F)2.0×t20.5至4.0×t20.5kN焊接時間等于或少于100×t2ms第二階段的焊接條件焊接電流(I)2.0至20.0kA焊接壓力(F)1.0至4.0kN焊接時間50至600ms(III)鋼材的強(qiáng)度大于890MPa(III-1)電極頭的端部直徑等于或大于6mm，半徑R小于75mm。
第一階段的焊接條件焊接電流(I)等于或小于18.0×t20.5kA(t2指鋁材的厚度(mm)焊接壓力(F)等于或小于1.4×I2×10-8kN(I指電流(A))焊接時間等于或小于150ms第二階段的焊接條件焊接電流(I)2.0至6.0kA焊接壓力(F)1.0至3.5kN焊接時間50至400ms(III-2)電極頭的端部直徑等于或小于6mm，半徑R等于或大于75mm并且小于120mm第一階段的焊接條件焊接電流(I)15.0×t20.5至30.0×t20.5kA(t2指鋁材的厚度(mm)焊接壓力(F)2.5×t20.5至4.0×t20.5kN焊接時間等于或少于100×t2ms第二階段的焊接條件焊接電流(I)2.0至20.0kA焊接壓力(F)0.5至3.5kN焊接時間50至600ms(III-3)電極頭的端部直徑等于或大于6mm，半徑R等于或大于120mm第一階段的焊接條件焊接電流(I)15.0×t20.5至30.0×t20.5kA(t2指鋁材的厚度(mm)焊接壓力(F)2.5×t20.5至4.0×t20.5kN焊接時間等于或少于100×t2ms第二階段的焊接條件焊接電流(I)2.0至20.0kA焊接壓力(F)1.0至4.0kN焊接時間50至600ms本發(fā)明特征在于，通過在焊接循環(huán)的終期階段供應(yīng)低于在焊接循環(huán)的初期階段供應(yīng)的焊接電流的焊接電流以使熔核逐漸冷卻，大大減少在熔核中的裂縫。發(fā)現(xiàn)為了確實(shí)控制熔核的裂開，既形成具有滿足式(1)的厚度的熔核又控制熔核冷卻的冷卻速率是有效的。
(熔核的最小厚度)/(鋁材的厚度)≥0.3 ……(1)當(dāng)熔核的厚度相對于鋁材的厚度過小時，即使熔核逐漸冷卻，熔核也不能令人滿意地吸收其中產(chǎn)生的熱應(yīng)變。因此，熔核容易像圖13所示那樣裂開。優(yōu)選熔核的厚度滿足不等式(熔核的最小厚度)/(鋁材的厚度)≥0.4?？刂坪附与娏骱秃附訒r間使其滿足經(jīng)由實(shí)施例從圖10所示的趨勢得到的式(2)并且滿足式(3)，有效地形成具有這樣的厚度的熔核，所述厚度與鋁材的厚度的比率不小于固定值。
假設(shè)電極頭的圓形端部具有等于或大于6mm的直徑和小于75mm的半徑R。
焊接電流和焊接時間在鋼材具有等于或大于390MPa并且小于890MPa的強(qiáng)度時滿足式(2)，或者在鋼材具有不小于890MPa的強(qiáng)度時滿足式(3)。
(焊接電流(kA))×(焊接時間(ms))≤4000……(2)(焊接電流(kA))×(焊接時間(ms))≤2000……(3)
本發(fā)明不對包含焊接電流的波形、電極的形狀和材料以及電壓的其它焊接條件進(jìn)行任何限制。其它焊接條件可以是普遍實(shí)用的。本發(fā)明的焊接方法可適用于制造焊接材料而不考慮鋼材和鋁材的類型和厚度。鐵基材料可以是例如純鐵材料、各種鋼板和鍍過的鋼板。鋁材可以是純鋁材料和國際合金標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的型號2000，3000，4000，5000，6000和7000的鋁合金板。
將根據(jù)其實(shí)施例描述本發(fā)明。本發(fā)明在其申請中并不受到如下的實(shí)施例的限制，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行符合本發(fā)明的前述和如下的要旨的改變和變更。
實(shí)施例1將具有示于表1中的化學(xué)組成(質(zhì)量％)的試驗(yàn)鋼熔融。將試驗(yàn)鋼板坯進(jìn)行軋制以得到1.2mm厚的鋼材。通過使用在約500℃和1000℃之間的溫度的連續(xù)退火處理將所述鋼材退火。通過水洗或油洗清洗已退火的鋼材。將已清洗的鋼材回火以得到等級980MPa的高抗拉強(qiáng)度鋼材。將可商購的A6022(型號6000)的厚度分別為0.1mm和1.6mm的鋁合金板用作試驗(yàn)鋁材。
將所述鋼材和所述鋁合金板切成具有橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)樣品形狀的試件，并且通過點(diǎn)焊將所述鋼材和鋁合金板試件焊接在一起，得到鋼-鋁焊接材料。將直流接觸點(diǎn)焊試驗(yàn)機(jī)用于點(diǎn)焊。結(jié)合鋁材各自的厚度t2選擇性地確定焊接壓力、焊接電流和焊接時間。將每個試樣的一個點(diǎn)在表2所示的焊接條件下焊接。使用Cu-Cr合金的圓頂形電極頭。電極頭的尺寸對于示于表3中的比較例是50mmR-12mmφ、對于示于表4中的比較例是150mmR-5mmφ、對于示于表5中的實(shí)施例和比較例是100mmR-12mmφ、對于示于表6中的實(shí)施例和比較例是150mmR-12mmφ、對于示于表7中的實(shí)施例和比較例是120mmR-7mmφ、對于示于表8中的實(shí)施例和比較例是120mmR-12mmφ。將正電極連接到鋁材上并且將負(fù)電極連接到鋼材上。正電極和負(fù)電極配置有具有相同形狀的電極頭。
將通過點(diǎn)焊形成的每個樣品的焊接部分的中心部分切下，將切下的樣品埋入樹脂，將切下的樣品的截面拋光并且在光學(xué)顯微鏡下觀察拋光截面。測量在所述截面中的熔核的直徑并且計(jì)算熔核面積。測量熔核的兩條垂直的直徑。將通過點(diǎn)焊形成的樣品的焊接部分的中心部分切下，將切下的樣品埋入樹脂，將切下樣品的截面拋光并且使用SEM觀察拋光截面以測量界面反應(yīng)層的厚度。當(dāng)界面反應(yīng)層的厚度等于或大于1μm時使用2000×的放大倍率，并且當(dāng)界面反應(yīng)層的厚度小于1μm時使用10000×的放大倍率。
對應(yīng)熔核5的中心部分的界面反應(yīng)層的部分具有最大厚度。界面反應(yīng)層的厚度從對應(yīng)熔核5的中心部分的部分向?qū)?yīng)熔核5的外圍部分的外圍部分降低。測量厚度等于或大于0.5μm的界面反應(yīng)層的部分的直徑和厚度超過10μm的界面反應(yīng)層的部分的直徑，并且計(jì)算這些部分各自的面積。測量熔核的兩條垂直直徑。
將樣品進(jìn)行橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)以測試焊接強(qiáng)度。與作為參考焊接強(qiáng)度的A6022-A6022焊接材料的1.0kN的焊接強(qiáng)度比較評價樣品的焊接強(qiáng)度。以雙圓標(biāo)記具有不低于1.5kN的焊接強(qiáng)度或具有在橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)過程中裂開的鋁材的樣品，以圓標(biāo)記具有在1.0和1.5kN之間的焊接強(qiáng)度的樣品，以三角形標(biāo)記具有在0.5和1.0kN之間的焊接強(qiáng)度的樣品和以交叉號標(biāo)記小于0.5kN的焊接強(qiáng)度的樣品。
因?yàn)榭估羟袕?qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果極大地依賴于試驗(yàn)條件，使用橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)以評價強(qiáng)度?？估羟袕?qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果的特性類似于橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果的特性。分別具有通過橫向抗拉剪切強(qiáng)度試驗(yàn)確定的焊接強(qiáng)度并以圓或雙圓標(biāo)記的樣品分別具有等于或大于2.5kN的高抗拉剪切強(qiáng)度。
表3至8顯示了通過將示于表1中的鋼材和A6022鋁材焊接在一起制造的鋼-鋁焊接材料的橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果。從分別用于示于表3至8中實(shí)施例和比較例的電極頭尺寸的比較知道，當(dāng)直徑和半徑R在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)增加時，鋼-鋁焊接材料的焊接強(qiáng)度增加。從用于示于表3至8中實(shí)施例和比較例的示于表2中的點(diǎn)焊條件的比較知道，在控制焊接壓力、焊接電流和焊接時間使其在本發(fā)明規(guī)定的相應(yīng)范圍內(nèi)時，熔核面積和厚度在0.5和10μm之間的最適宜厚度范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層的部分的面積大，從而焊接強(qiáng)度高。
表1

表2

表3(比較例，電極頭50mm R，12mm直徑)

表4(比較例，電極頭150mm R，5mm直徑)

表5(電極頭100mm R，12mm直徑)

表6(電極頭150mm R，12mm直徑)

實(shí)施例2將具有示于表1中的化學(xué)組成(質(zhì)量％)的試驗(yàn)鋼熔融。將試驗(yàn)鋼板坯進(jìn)行軋制以得到1.2mm厚的鋼材。通過使用在約500℃和1000℃之間的溫度的連續(xù)退火處理將所述鋼材退火。通過水洗或油洗清洗已退火的鋼材。將已清洗的鋼材回火以得到等級980MPa的高抗拉強(qiáng)度鋼材。將可商購的A6022(型號6000)的厚度分別為0.1mm(表10、11和12)和1.6mm(表12)的鋁合金板用作試驗(yàn)鋁材。將所述鋼板(鋼材)和所述鋁合金板(鋁材)切成在A3137，JIS中規(guī)定的橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)樣品形狀的試件，并且通過在示于表9中的焊接條件下點(diǎn)焊將所述鋼材和鋁合金板試件焊接在一起以得到鋼-鋁焊接材料。
將直流接觸點(diǎn)焊試驗(yàn)機(jī)用于點(diǎn)焊。預(yù)先測試包括焊接壓力、焊接電流和焊接時間的焊接條件與本發(fā)明規(guī)定的化合物的平均厚度和面積的控制之間的相互關(guān)系。結(jié)合鋁材各自的厚度t2選擇性確定焊接壓力、焊接電流和焊接時間。在示于表9中的焊接條件下焊接每個試樣的一個點(diǎn)。使用Cu-Cr合金的圓頂形電極頭。電極頭的尺寸對于示于表10中的比較例是50mmR-12mmφ、對于示于表11和12中的實(shí)施例和比較例是120mmR-12mmφ、對于示于表13中的實(shí)施例和比較例是150mmR-12mmφ。將正電極連接到鋁材上并且將負(fù)電極連接到鋼材上。正電極和負(fù)電極配置有具有相同形狀的電極頭。通過前述測量方法測量試樣各自的厚度在最適宜厚度范圍內(nèi)的界面反應(yīng)層的部分的厚度和面積。測量數(shù)據(jù)示于表10至13中。
將樣品進(jìn)行橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)以測試焊接強(qiáng)度。參考A2022-A2022焊接材料的1.0kN的焊接強(qiáng)度評價樣品的焊接強(qiáng)度。以雙圓標(biāo)記具有大于1.5kN的焊接強(qiáng)度或具有在橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)過程中斷裂的鋁材的樣品，以圓標(biāo)記具有在1.0和1.5kN之間的焊接強(qiáng)度的樣品，以三角形標(biāo)記具有在0.5和1.0kN之間的焊接強(qiáng)度的樣品和以交叉號標(biāo)記小于0.5kN的焊接強(qiáng)度的樣品。
表10至13顯示了這樣的鋼-鋁焊接材料的橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果，所述鋼-鋁焊接材料通過將示于表1中的鋼材和A6022鋁材焊接在一起而制造。從表10至13知道，根據(jù)本發(fā)明具有這樣的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的鋼-鋁焊接材料具有高焊接強(qiáng)度，所述Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層具有對應(yīng)熔核中心部分的部分并具有在0.5和10μm之間的范圍內(nèi)的平均厚度l1。與根據(jù)本發(fā)明的其它鋼-鋁焊接材料相比，根據(jù)本發(fā)明的通過如下方法形成的鋼-鋁焊接材料具有最高的焊接強(qiáng)度除控制Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度l1和Al5Fe2化合物層的面積S2以外，還控制對應(yīng)熔核中心部分的Al5Fe2化合物層的部分的平均厚度l2和厚度在最適宜厚度范圍內(nèi)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的部分的面積S1。這種焊接條件在表11至13中以E、F和G表示。在表10至13的比較例中，不滿足本發(fā)明的要求的鋼-鋁焊接材料具有低焊接強(qiáng)度。在示于表10至13的比較例中，鋼-鋁焊接材料各自的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度l1在最適宜厚度范圍以外。
在比較例中多種鋼-鋁焊接材料的熔核具有在被推薦的范圍以外的面積。例如，在示于表10的比較例中，鋼-鋁焊接材料的熔核具有在12t20.5和19t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的小面積，所述鋼-鋁焊接材料是通過使用50mmR-12mmφ電極頭焊接的；并且通過使用120mmR-12mmφ電極頭焊接的示于表11和12的比較例中的鋼-鋁焊接材料的熔核，和示于表13中的通過使用150mmR-12mmφ電極頭在焊接條件B下形成的鋼-鋁焊接材料的熔核具有在17t20.5和20t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的小面積。
在示于表11和12的比較例中，通過使用120mmR-12mmφ電極頭焊接的鋼-鋁焊接材料的熔核，和示于表13的通過使用150mmR-12mmφ電極頭在焊接條件C下形成的鋼-鋁焊接材料的熔核具有在72t20.5和89t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的大的面積。在實(shí)施例中所有鋼-鋁焊接材料的熔核具有在上述推薦范圍內(nèi)的面積。根據(jù)本發(fā)明的熔核面積為在20t20.5和70t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的面積是適宜的。盡管在示于表11和12的比較例中，通過使用120mmR-12mmφ電極頭焊接的鋼-鋁焊接材料的熔核，和示于表13的通過使用150mmR-12mmφ電極頭在焊接條件A下形成的鋼-鋁焊接材料的熔核具有在28t20.5和38t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的面積，并且具有基本上等于在實(shí)施例中在焊接條件D、E和G下形成的鋼-鋁焊接材料的熔核的直徑，在比較例中的那些鋼-鋁焊接材料具有低焊接強(qiáng)度。盡管熔核必須具有大于如上所述的某個臨界面積的面積，但是控制界面反應(yīng)層的厚度和結(jié)構(gòu)是更重要的。
在實(shí)施例和比較例中所有鋼-鋁焊接材料的鋁材具有類似的厚度減少量，并且鋁材的保留部分具有等于或大于其最初厚度的50％的最小厚度Δt。
表7(電極頭120mm R，7mm直徑)

表8(電極頭120mm R，12mm直徑)

表9

表10(電極頭50mm R，12mm直徑，厚度t21.0mm)

注解交叉號(×)表示未焊接情形表11(電極頭120mm R，12mm直徑，厚度t21.0mm)

實(shí)施例3將具有示于表14的化學(xué)組成(質(zhì)量％)的試驗(yàn)鋼熔融。將試驗(yàn)鋼板坯進(jìn)行軋制以得到1.2mm厚的鋼材。通過使用在800℃和900℃之間的溫度的連續(xù)退火處理將所述鋼材退火。通過水洗或油洗清洗已退火的鋼材。將已清洗的鋼材回火以將鋼材的強(qiáng)度調(diào)整到適宜的強(qiáng)度。將可商購的含0.05％Si且不含Mn的1mm厚的A1050鋁合金板和可商購的含1.10％Si和0.07％Mn的1mm厚的A6022鋁合金板用作試驗(yàn)鋁材。將所述鋼板(鋼材)和所述鋁合金板(鋁材)切成在A3137，JIS中規(guī)定的具有橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)樣品形狀的試件，并且通過點(diǎn)焊將所述鋼材和鋁合金板的試件焊接在一起以得到鋼-鋁焊接材料。
將直流接觸點(diǎn)焊試驗(yàn)機(jī)用于點(diǎn)焊。在示于表9的G和H的焊接條件下焊接每個試樣的一個點(diǎn)。使用Cu-Cr合金的圓頂形的120mmR-12mmφ電極頭。將正電極連接到鋁材上并且將負(fù)電極連接到鋼材上。
在點(diǎn)焊后保留的樣品的鋁材的部分具有等于或大于其最初厚度的50％的最小厚度。將通過點(diǎn)焊形成的每個樣品的焊接部分的中心部分切下，將切下樣品埋入樹脂，將切下樣品的截面拋光并且在光學(xué)顯微鏡下觀察所述拋光截面以確定最小厚度Δt。
類似于用于最小厚度測量的試樣，制備用于Si和Mn含量測量的試樣。經(jīng)由通過SIMS(ims5f，CAMECA)的二次離子強(qiáng)度的測量確定每種樣品的Si含量和Mn含量。使用具有8kV的能量的氧離子作為一次離子。用氧離子束轟擊包含在接合點(diǎn)中的界面的50μm2的小點(diǎn)，并檢測從樣品濺射的正二次離子，用于在垂直接合點(diǎn)界面的方向上Mn和Si的二次離子的線性分析。重復(fù)該測量三次。確定在界面反應(yīng)層的中心部分中Mn二次離子強(qiáng)度和Si二次離子強(qiáng)度分別與在鋁材和鋼材中Mn二次離子強(qiáng)度和Si二次離子強(qiáng)度的比率，分別作為Mn含量比率和Si含量比率。計(jì)算平均Mn含量比率和平均Si含量比率。
在表15和16中顯示了如下鋼-鋁焊接材料的橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果，所述鋼-鋁焊接材料通過將示于表14中的鋼材和上述鋁材點(diǎn)焊而得到。
從表15和16明顯看出，當(dāng)鋼材的抗拉強(qiáng)度小于400MPa時，接合點(diǎn)的焊接強(qiáng)度低，并且鋼材必須具有等于或大于400MPa，適宜地等于或大于500MPa的抗拉強(qiáng)度以形成分別具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)。當(dāng)鋼材具有低C含量、低Mn含量、低Si含量和類似示于表15和16中的軟鋼(SPCE)的低強(qiáng)度時，無論點(diǎn)焊條件如何，都不能形成具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)。
從表15和16中知道，當(dāng)厚度在0.5和10.5μm之間的界面反應(yīng)層的部分的面積在本發(fā)明規(guī)定的適宜的面積范圍以外時，即使鋼材具有足夠高的抗拉強(qiáng)度或即使鋼材具有前述適宜的組成，焊接強(qiáng)度也低。
從表15和16中還知道，當(dāng)熔核具有在適宜的范圍內(nèi)的直徑，厚度在0.5和10.5μm之間的界面反應(yīng)層的部分在適宜的面積范圍內(nèi)并且界面反應(yīng)層具有高M(jìn)n含量比率和高Si含量比率時，可以形成具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)。
當(dāng)鋁材具有類似示于表15和16的A1050鋁合金板的低Si含量時，無論點(diǎn)焊條件如何都不能增加接合點(diǎn)的焊接強(qiáng)度使其超過某一極限。
表12(電極頭120mm R，12mm直徑，厚度t21.6mm)

表13(電極頭150mm R，12mm直徑，厚度t21.0mm)

表14

實(shí)施例4將具有含C的化學(xué)組成(0.1C-2.3Mn-0.2Cr-0.32Mo)的試驗(yàn)鋼熔融。將試驗(yàn)鋼板坯進(jìn)行軋制以得到1.2mm厚的鋼材。通過使用在500℃和1000℃之間的溫度的連續(xù)退火處理將所述鋼材退火。通過水洗或油洗清洗已退火的鋼材。將已清洗的鋼材回火以將鋼材的強(qiáng)度調(diào)整至980MPa的適宜的強(qiáng)度。將可商購的1mm厚的A6022-T4鋁合金板用作試驗(yàn)鋁材，所述鋁合金板具有1.01質(zhì)量％的Si含量、0.07質(zhì)量％的Mn含量和0.6質(zhì)量％的Mg含量。
將鋼材鍍Zn。將鋼材浸入10％硫酸溶液5分鐘以進(jìn)行酸洗和活化。通過在如下鍍覆條件下不同的鍍覆處理鍍覆酸洗的鋼材。電鍍Zn處理使用pH3的Zn-鍍液，所述Zn-鍍液通過將400g/l的硫酸鋅、30g/l的硫酸鋁、15g/l的氯化鈉、30g/l的硼酸和硫酸混合而制備。將鋼材浸入鍍液中并且供應(yīng)20A/dm2的電流以將鋼材涂以10μm厚的Zn膜。Zn-10％Ni鍍覆處理使用通過將硫酸鎳和氯化鎳加入到電鍍Zn處理使用的鍍液中制備的鍍液。將鋼材浸入鍍液中并且供應(yīng)10A/dm2的電流，以將鋼材涂以10μm厚的Zn-10％Ni膜。通過將鋼材浸入瓦特浴(Watts bath)并且供應(yīng)10A/dm2的電流將在比較例中的鋼材鍍以10μm厚的Ni膜。
通過使用不同熔融金屬的熱浸處理將鋼材涂以10μm厚的Al膜、10μm厚的Al-9％Si膜、10μm厚的Zn-Fe膜(Fe含量5、8、10和15％)。Zn-10％Fe熱浸處理調(diào)整Fe含量和熔融金屬的溫度并且將溫度拉至形成厚度為1、3、10、15和20μm的膜。將鋁材鍍Zn。將鋁材浸入10％硝酸溶液30秒以進(jìn)行酸洗。將己酸洗的鋁材浸入包含500g/l的氫氧化鈉、100g/l的氧化鋅、1g/l的氯化鐵和10g/l的羅謝爾鹽的鍍浴中30秒，以進(jìn)行鋅酸鹽轉(zhuǎn)化。然后，通過電鍍處理將鋁材鍍以Zn(包含Zn合金)。將每種被鍍材料的樣品切下，將切下樣品埋入樹脂并拋光，在SEM下以2000×的放大倍率觀察樣品的拋光截面。測量樣品上三個點(diǎn)的厚度并計(jì)算平均厚度。將鋼板(鋼材)和鋁合金板(鋁材)切成在A3137，JIS中規(guī)定的橫向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)樣品形狀的試件，并且通過點(diǎn)焊將所述鋼板和鋁合金板的試件焊接在一起以得到鋼-鋁焊接材料。
通過使用示于表17中的焊接電流(kA)和焊接時間(ms)的三種焊接處理1、2和3進(jìn)行點(diǎn)焊。焊接每個樣品的一個點(diǎn)。焊接處理2和3分別是高電流處理和低電流處理。鍍覆處理1至3使用相同的焊接壓力。使用直流接觸點(diǎn)焊試驗(yàn)機(jī)。使用Cu-Cr合金的圓頂形120mmR-12mmφ電極頭。將正電極連接到鋁材上并且將負(fù)電極連接到鋼材上。根據(jù)熔核面積、厚度在0.5和10.5μm之間的界面反應(yīng)層的部分的面積、焊接強(qiáng)度和耐腐蝕性評價鋼-鋁焊接材料。測量結(jié)果示于表18中。
通過上述測量方法測量焊接強(qiáng)度。界面反應(yīng)層是通過EDX分析確定的Fe和Al的化合物層，所述Fe和Al的化合物層具有等于或大于1重量％的Fe和Al含量以及小于所述Fe和Al含量的Zn和Ni含量。將這樣的層認(rèn)作是沉積層并認(rèn)作不是界面反應(yīng)層，所述的層具有小于1重量％的Fe和Al含量以及高于所述Fe和Al含量中任一個的Zn和Ni含量。
通過上述方法評價鋼-鋁焊接材料各自的接合點(diǎn)的焊接強(qiáng)度。
通過將點(diǎn)焊形成的鋼-鋁焊接材料進(jìn)行耐腐蝕性試驗(yàn)得到示于表18中的耐腐蝕性試驗(yàn)的結(jié)果。通過磷酸鋅涂覆處理和模擬鋼-鋁焊接材料作為汽車部件等的性能的涂覆處理，處理鋼-鋁焊接材料。將每種鋼-鋁焊接材料通過堿去油處理去油，通過水洗處理清洗并且通過表面處理法用1％Surffine 5N-10(Nippon Paint Co.，Ltd.)的溶液處理30秒。然后，將鋼-鋁焊接材料浸入50℃的磷酸鋅浴液2分鐘，所述磷酸鋅浴液包含1.0g/l的鋅離子、1.0g/l的鎳離子、0.8g/l的錳離子、15.0g/l的磷酸離子、6.0g/l的硝酸離子和0.12g/l的亞硝酸離子并具有2.5pt的色調(diào)值、22pt的總酸度和用于磷酸鋅處理的在0.3和0.5pt之間的范圍內(nèi)的酸度。將通過磷酸鋅處理的鋼-鋁焊接材料涂以陽離子電沉積涂覆材料(Powertop V50，灰色，Nippon Paint Co.，Ltd.)，然后將被涂覆的鋼-鋁焊接材料在170℃烘焙25分鐘以形成30μm厚的涂膜。
將被涂覆的鋼-鋁焊接材料的樣品進(jìn)行組合腐蝕試驗(yàn)以評價鋼-鋁焊接材料的耐腐蝕性。所述組合腐蝕試驗(yàn)重復(fù)100次包含2小時的鹽水噴灑時間、2小時的干燥時間和2小時的潤濕時間的試驗(yàn)周期。將由此測試的鋼-鋁焊接材料的鋼材和鋁材在接合點(diǎn)分開并且測量在鋁材中腐蝕的最大深度。當(dāng)腐蝕的最大深度分別小于0.01mm、在0.01和0.1mm之間和等于或大于0.1mm時，以圓、三角形和交叉號表示鋼-鋁焊接材料的耐腐蝕性。
表19顯示了在通過各種鍍覆方法鍍覆鋼材和鋁材中任一個時鍍覆的條件對焊接強(qiáng)度的影響。更具體而言，表19顯示了焊接部分的條件和焊接強(qiáng)度，所述焊接部分通過將分別用不同鍍覆方法鍍覆的等級980Mpa高抗拉強(qiáng)度的鋼材和A6022鋁合金板通過在示于表17中的根據(jù)本發(fā)明的最適宜焊接條件I下焊接在一起而形成。
從關(guān)于示于表19的比較例中的鋼-鋁焊接材料的數(shù)據(jù)知道，除非將鋼材和鋁材中任一個進(jìn)行鍍覆，否則即使在最適宜焊接條件下焊接鋼材和鋁材，鋼-鋁焊接材料也具有低的焊接強(qiáng)度。在點(diǎn)焊前，將在本發(fā)明的實(shí)施例3、4、7至10和12至14中鋼-鋁焊接材料的鋼材或鋁材分別涂以Zn和/或Al的沉積膜，所述Zn和/或Al的沉積膜具有在3和15μm之間的厚度和350℃和950℃之間的熔點(diǎn)。這些鋼-鋁焊接材料中每一種含有較大面積的熔核、最適宜厚度的界面反應(yīng)層和具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)。這些鋼-鋁焊接材料中每一種的鋁材的保留部分較厚。這些鋼-鋁焊接材料中每一種的鋁材的厚度減少量小，從而表明抑制了飛濺。
將在比較例2、5、6、11、15和16中鋼-鋁焊接材料的鋼材或鋁材分別涂以Ni、Zn和/或Al沉積膜。然而，這些沉積膜的厚度和熔點(diǎn)在本發(fā)明規(guī)定的厚度和熔點(diǎn)范圍以外。盡管在比較例2、5、6和16中，在配置有分別具有過高熔點(diǎn)的沉積膜的鋼-鋁焊接材料中形成分別具有較大面積的熔核，但是即使通過在最適宜條件下點(diǎn)焊形成這些鋼-鋁焊接材料，在其中也幾乎不形成界面反應(yīng)層。因此，在這些比較例中鋼-鋁焊接材料的接合點(diǎn)分別具有極低的焊接強(qiáng)度，鋁材的保留部分分別具有較小的最小厚度并且這些鋼-鋁焊接材料中每一種的鋁材的厚度減少量較大。
類似于在比較例1中的鋼-鋁焊接材料，在比較例11中的鋼-鋁焊接材料在焊接強(qiáng)度和耐腐蝕性方面是不令人滿意的，所述在比較例11中的鋼-鋁焊接材料通過在最適宜條件下點(diǎn)焊而形成并且配置有過薄的沉積膜。盡管在比較例15中的配置有過厚的沉積膜的鋼-鋁焊接材料含有較大直徑的熔核，但是在該鋼-鋁焊接材中幾乎不形成界面反應(yīng)層，從而這種鋼-鋁焊接材料的接合點(diǎn)具有極低的焊接強(qiáng)度。這種鋼-鋁焊接材料的鋁材的保留部分較薄并且厚度減少量較大。
從如上所示的數(shù)據(jù)明顯看出，本發(fā)明能夠在不產(chǎn)生包括增加鋁材的厚度減少量的情況下，通過點(diǎn)焊將鋼材和鋁材焊接在一起以令人滿意的重復(fù)性形成含有具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)的鋼-鋁焊接材料。從如上所示數(shù)據(jù)知道包括沉積在本發(fā)明的鋼-鋁焊接材料的鋼材和鋁材上的沉積膜的熔點(diǎn)、組成和厚度的因素的臨界意義。
表18顯示了示于表17中的點(diǎn)焊條件A至I對焊接強(qiáng)度的影響。更具體而言，表18顯示了這樣的鋼-鋁焊接材料的焊接部分的條件和焊接強(qiáng)度，所述鋼-鋁焊接材料通過在示于表17中的焊接條件A至I下點(diǎn)焊將通過熱浸涂有10μm厚的Zn-10％Fe膜的鋼材和前述鋁材焊接在一起而形成。
從表18知道，通過在每個均包括高電流模式和低電流模式的最適宜焊接條件H和I下的點(diǎn)焊，可以形成具有高焊接強(qiáng)度的接合點(diǎn)。
表15焊接條件G

表16焊接條件H

表17

實(shí)施例5將示于表20中的鋼材和鋁材重疊并通過在示于表20中和下述焊接條件下點(diǎn)焊將其焊接在一起。通過在圖11中說明的測量方法測量在實(shí)施例1和18中的鋼-鋁焊接材料中形成的熔核的每一個在相對于厚度的中間部分的溫度，以確定所述熔核的受熱歷程。如圖11(b)所示在鋁材的接合表面中形成凹槽以在鋼材和鋁材之間插入熱電偶。如圖11(a)所示，將熱電偶插入穿過凹槽以將熱電偶放置在對應(yīng)將形成的熔核的中間部分的位置。然后通過點(diǎn)焊將鋼材和鋁材焊接在一起，同時測量熔核溫度。圖12顯示了在鋼-鋁焊接材料中形成的熔核每一個的測量溫度的變化。示于表21中的冷卻速率是在從600℃至200℃的冷卻過程中的平均冷卻速率。
焊接機(jī)單相整流型接觸點(diǎn)焊機(jī)電極的形狀正電極具有直徑6mm、以40mmR圓化的圓形端部的圓頂形1％Cr-Cu電極負(fù)電極具有直徑6mm、以40mmR圓化的圓形端部的圓頂形1％Cr-Cu電極圓頂球半徑8mm將由此形成的接合點(diǎn)的每一個切下并且觀察接合點(diǎn)的截面以測量在鋁材中形成的熔核的最小厚度。在光學(xué)顯微鏡下以25×的放大倍率觀察接合點(diǎn)的截面以觀察在熔核中是否形成了任何裂紋。檢查在實(shí)施例中每種鋼-鋁焊接材料的三個樣品。以交叉號標(biāo)記即使有一條裂紋的熔核，并且以圓標(biāo)記根本沒有任何裂紋的熔核。表22顯示了測量和檢查的結(jié)果。
表18

表19

表20


將示于表23中的鋼材和鋁材重疊并且通過在示于表24中和下述焊接條件下點(diǎn)焊將其焊接在一起。使用具有如下所示的形狀的電極頭。由此形成的焊接接合點(diǎn)的評價結(jié)果示于表25中。
焊接機(jī)單相整流型接觸點(diǎn)焊機(jī)電極的形狀正電極具有直徑7mm、以100mmR圓化的圓形端部的圓頂形1％Cr-Cu電極負(fù)電極具有直徑7mm、以100mmR圓化的圓形端部的圓頂形1％Cr-Cu電極圓頂球半徑8mm
表21

表22

表23


將示于表26中的鋼材和鋁材重疊并且通過在示于表27中和下述焊接條件下點(diǎn)焊將其焊接在一起。使用具有如下所示的形狀的電極頭。由此形成的焊接接合點(diǎn)的評價結(jié)果示于表28中。
焊接機(jī)單相整流型接觸點(diǎn)焊機(jī)電極的形狀正電極具有直徑7mm、以150mmR圓化的圓形端部的圓頂形1％Cr-Cu電極負(fù)電極具有直徑7mm、以150mmR圓化的圓形端部的圓頂形1％Cr-Cu電極圓頂球半徑8mm
表24

表25

表26


表27

表28

可以從表22至22知道如下事實(shí)。在通過滿足本發(fā)明規(guī)定的條件的焊接方法而形成的實(shí)施例1至17的鋼-鋁焊接材料的熔核中沒有發(fā)現(xiàn)任何裂紋。在通過不滿足規(guī)定條件的焊接方法而形成的比較例18至28的鋼-鋁焊接材料的熔核中發(fā)現(xiàn)裂紋。據(jù)推測，因?yàn)橛糜谛纬稍诒容^例18、22和26中的鋼-鋁焊接材料的焊接方法以單階段電流供應(yīng)模式供應(yīng)焊接電流并且用于形成在比較例19、21和24中的鋼-鋁焊接材料的焊接方法以兩階段電流供應(yīng)模式供應(yīng)焊接電流，所述兩階段電流供應(yīng)模式規(guī)定該兩階段電流供應(yīng)模式的第二階段的焊接電流高于其第一階段的焊接電流，沒有發(fā)揮本發(fā)明想要的效果并且在熔核中產(chǎn)生裂紋。
從關(guān)于在比較例20、25和28中的鋼-鋁焊接材料的數(shù)據(jù)中知道，形成最小厚度滿足由式(1)表示的條件的熔核對于控制熔核中裂紋的產(chǎn)生是有效的。從關(guān)于在比較例23和27的鋼-鋁焊接材料的數(shù)據(jù)中知道，以推薦的冷卻速率使鋼-鋁焊接材料冷卻并且形成最小厚度滿足由式(1)表示的條件對于控制熔核中裂紋的產(chǎn)生是有效的。
從表23至25明顯看出，因?yàn)槭褂帽景l(fā)明規(guī)定的焊接方法形成這些鋼-鋁焊接材料，在實(shí)施例29至35中的鋼-鋁焊接材料的熔核中沒有產(chǎn)生任何裂紋。在比較例36至42中的鋼-鋁焊接材料的熔核中產(chǎn)生裂紋，因?yàn)檫@些鋼-鋁焊接材料沒有滿足規(guī)定條件。從表26至28明顯看出，在實(shí)施例43至49的鋼-鋁焊接材料的熔核中沒有產(chǎn)生任何裂紋，因?yàn)槭褂帽景l(fā)明規(guī)定的焊接方法形成這些鋼-鋁焊接材料，而在比較例50至56的鋼-鋁焊接材料的熔核中產(chǎn)生裂紋，因?yàn)檫@些鋼-鋁焊接材料沒有滿足規(guī)定條件。
經(jīng)由實(shí)施例顯示了在根據(jù)本發(fā)明的鋼-鋁焊接材料中接合點(diǎn)的截面的顯微照片。從圖13所示以25×放大倍率拍攝的比較例18的鋼-鋁焊接材料中接合點(diǎn)的截面的顯微照片知道，形成在鋁材一側(cè)的熔核有裂紋。從圖14所示以25×放大倍率拍攝的實(shí)施例1的鋼-鋁焊接材料中接合點(diǎn)的截面的顯微照片知道，形成在鋁材一側(cè)的熔核沒有任何裂紋并且鋼材和鋁材是令人滿意地焊接在一起的。
圖15顯示了以25×放大倍率拍攝的比較例25的鋼-鋁焊接材料中接合點(diǎn)的截面的顯微照片。盡管以低冷卻速率使在比較例25的鋼-鋁焊接材料中形成的熔核冷卻，但是第一階段的焊接時間過長。因此，熔核很薄并且在熔核中形成裂紋。圖16顯示了以25×放大倍率用光學(xué)顯微鏡拍攝的實(shí)施例13的鋼-鋁焊接材料中接合點(diǎn)的截面的顯微照片?？刂瓢ê附訒r間的焊接條件使得在形成比較例13的鋼-鋁焊接材料中形成適當(dāng)厚度的熔核，從而在比較例13的鋼-鋁焊接材料的熔核中不產(chǎn)生任何裂紋。
權(quán)利要求
1.一種鋼-鋁焊接材料，所述鋼-鋁焊接材料通過點(diǎn)焊將具有在0.3和2.5mm之間的范圍內(nèi)的厚度t1的鋼材和具有在0.5和2.5mm之間的范圍內(nèi)的厚度t2的鋁材焊接在一起而形成，其特征在于，在被點(diǎn)焊的部分中形成的熔核具有在20t20.5和70t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的面積，并且每個熔核與界面反應(yīng)層的具有在0.5和10.5μm之間的范圍內(nèi)的厚度的部分相對應(yīng)的部分具有不小于10t20.5mm2的面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼-鋁焊接材料，其中所述界面反應(yīng)層包含在所述鋼材一側(cè)的Al5Fe2化合物層和在所述鋁材一側(cè)的Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層，并且與所述熔核的中心相對應(yīng)的所述Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的部分具有沿著所述熔核的深度在0.5和10μm之間的范圍內(nèi)的平均厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼-鋁焊接材料，其中所述Al5Fe2的化合物層具有沿著所述熔核的深度在0.5和5μm之間的范圍內(nèi)的平均厚度的部分具有等于或大于10t20.5mm2的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的鋼-鋁焊接材料，其中Al5Fe2化合物層與所述熔核的中心部分相對應(yīng)的部分具有沿著所述熔核的深度在0.5和5μm之間的范圍內(nèi)的平均厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的鋼-鋁焊接材料，其中在所述界面反應(yīng)層中，Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度在0.5和10μm之間的范圍內(nèi)的部分對應(yīng)于Al5Fe2化合物層的平均厚度在0.5和5μm之間的范圍內(nèi)的部分，并且所述Al3Fe和Al19Fe4Si2Mn化合物層的平均厚度在0.5和10μm之間的范圍內(nèi)的部分具有等于或大于15t20.5mm2的面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的鋼-鋁焊接材料，其中所述界面反應(yīng)層的厚度在0.5和10.5μm之間的范圍內(nèi)的部分具有等于或大于25t20.5mm2的面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的鋼-鋁焊接材料，其中相對于所述界面反應(yīng)層厚度的中間部分具有等于或大于所述鋼材的1.5倍的Mn含量和等于或大于所述鋁材的1.1倍并等于或大于所述鋼材的1.1倍的Si含量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的鋼-鋁焊接材料，其中所述鋼材具有在0.05和0.5％之間的范圍內(nèi)的C含量、在0.5和3％之間的范圍內(nèi)的Mn含量和在0.02和2.0％之間的范圍內(nèi)的Si含量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的鋼-鋁焊接材料，其中所述鋁材具有在0.4和2％之間的范圍內(nèi)的Si含量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的鋼-鋁焊接材料，其中在被點(diǎn)焊的部分中所述鋁材的保留部分具有等于或大于所述厚度t2的50％的最小厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的鋼-鋁焊接材料，其中將所述鋼材或所述鋁材的接合表面涂以Zn和/或Al的沉積膜，所述Zn和/或Al的沉積膜通過鍍覆而沉積，具有在3和15μm之間的范圍內(nèi)的厚度和在350℃和950℃之間的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。
12.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的鋼-鋁焊接材料的點(diǎn)焊方法，所述點(diǎn)焊方法通過點(diǎn)焊將厚度t1在0.3和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋼材和厚度t2在0.5和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋁材焊接在一起，其特征在于，使用每個具有直徑等于或大于7mm和曲率半徑R等于或大于75mm的圓形端部的電極頭，使用所述電極頭將在2t20.5和4t20.5kN之間的范圍內(nèi)的壓力施加到重疊的所述鋼材和所述鋁材上，并且在等于或少于100t20.5ms內(nèi)供應(yīng)在15t20.5和30t20.5kA之間的范圍內(nèi)的焊接電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的點(diǎn)焊方法，其中所述電極頭的每一個具有直徑等于或大于7mm和曲率半徑R等于或大于120mm的圓形端部，使用所述電極頭將在2.5t20.5和4t20.5kN之間的范圍內(nèi)的壓力施加到重疊的所述鋼材和所述鋁材上，并且在等于或少于100t20.5ms的時間內(nèi)供應(yīng)在18t20.5和30t20.5kA之間的范圍內(nèi)的焊接電流。
14.一種制造根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋼-鋁焊接材料的點(diǎn)焊方法，所述點(diǎn)焊方法將厚度t1在0.3和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋼材和厚度t2在0.5和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋁材焊接在一起，其特征在于，使用每個具有直徑等于或大于7mm和曲率半徑R等于或大于75mm的圓形端部的電極頭，并且包括多種焊接處理，所述多種焊接處理包括在焊接電流和/或焊接時間方面彼此不同的至少兩種點(diǎn)焊處理，所述兩種點(diǎn)焊處理之一是高電流焊接處理，所述高電流點(diǎn)焊處理使用所述電極頭將在2t20.5和4t20.5kN之間的范圍內(nèi)的壓力施加到重疊的所述鋼材和所述鋁材上，并且供應(yīng)在15t20.5和30t20.5kA之間的范圍內(nèi)的焊接電流，以形成面積在20t20.5和70t20.5mm2之間的范圍內(nèi)的熔核，并且所述兩種點(diǎn)焊處理中的另一種是所述高電流點(diǎn)焊處理之后的低電流點(diǎn)焊處理，所述低電流點(diǎn)焊處理使用所述電極頭將在2t20.5和4t20.5kN之間的范圍內(nèi)的壓力施加到重疊的所述鋼材和所述鋁材上，并且在100t20.5和1000t20.5ms之間的范圍內(nèi)的焊接時間內(nèi)供應(yīng)在t20.5和10t20.5kA之間的范圍內(nèi)的焊接電流。
15.一種制造鋼-鋁焊接材料的點(diǎn)焊方法，所述點(diǎn)焊方法將厚度t1在0.3和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋼材和厚度t2在0.5和2.5mm之間的范圍內(nèi)的鋁材焊接在一起，其特征在于，在電流供應(yīng)結(jié)束時的焊接電流低于在電流供應(yīng)開始時的焊接電流。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的點(diǎn)焊方法，其中控制所述在電流供應(yīng)結(jié)束時的焊接電流使得在所述鋁材中形成的熔核的溫度以等于或小于2500℃/s的平均冷卻速率從600℃降低至200℃，并且在焊接區(qū)域的截面中所述熔核的最小厚度滿足由式1表示的條件，(熔核的最小厚度)/(鋁材的厚度)≥0.3 ………(1)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供鋼－鋁焊接材料和為此具有高焊接強(qiáng)度的點(diǎn)焊方法。鋼－鋁焊接材料(3)包括具有預(yù)定寬度的鋼材(1)和鋁材(2)。確定被點(diǎn)焊部分的熔核(5)的面積與鋁材(2)的厚度的關(guān)系，并且限定熔核(5)與界面反應(yīng)層(6)的具有在0.5和10μm之間的范圍內(nèi)的厚度的部分相對應(yīng)的部分的面積與鋁材(2)的厚度的關(guān)系。
文檔編號B23K103/20GK1946506SQ20058001239
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月21日
發(fā)明者漆原亙, 武田實(shí)佳子, 松本克史, 加藤淳, 杉崎康昭, 井戶秀和 申請人:株式會社神戶制鋼所