镀锌钢板的摩擦接合方法及接合结构体

本发明涉及对镀锌钢板进行固相接合的摩擦接合方法以及由该摩擦接合方法得到的接合结构体。

背景技术：

1、钢铁材料具有优异的强度和延展性，并且廉价，因此被用于各种工业制品。另一方面，由于存在容易腐蚀的缺点，因此在腐蚀环境下使用对材料表面实施了锌镀敷的熔融镀锌钢板。

2、然而，若对镀锌钢板进行焊接，则与钢的熔点相比沸点低的锌成为锌蒸气，有时难以实现良好的焊接状态。具体而言，存在因锌蒸气而在焊道形成气孔等的情况、电弧的形成状态变得不稳定、飞溅的发生变多的情况等。

3、进而，在熔融焊接时，表面的镀锌气化而镀锌钢板的表面状态发生变化，因此耐腐蚀性劣化。另外，还存在由于锌混入焊接部而导致接头的机械性质、可靠性降低的问题。

4、与此相对，例如，在专利文献1(日本特开2016-179483号公报)中公开了一种镀锌钢板的焊接方法，其具备：准备镀锌钢板的工序；利用保护气体进行保护并且在镀锌钢板与焊丝之间形成电弧而对镀锌钢板和焊丝进行加热使其熔融，形成熔池的工序；以及使熔池凝固的工序，保护气体是包含二氧化碳和氩气且余量由不可避免的杂质构成的混合气体，焊丝的直径为0.9mm以下，保护气体中包含的二氧化碳为4体积％以上且10体积％以下，或者焊丝的直径为超过0.9mm且为1.0mm以下，保护气体中包含的二氧化碳为4体积％以上且6体积％以下。

5、在上述专利文献1所记载的镀锌钢板的焊接方法中，通过使对镀锌钢板的焊接状态造成的影响大的保护气体所含的二氧化碳的比例和焊丝的直径最优化，从而能够提供能够实现良好的焊接状态的镀锌钢板的焊接方法。

6、另外，在专利文献2(日本特开2015-167981号公报)中，公开了一种镀锌钢板的焊接方法，其是通过mag焊接法焊接镀锌钢板的方法，其特征在于，作为焊丝，使用降低熔池的粘度的低粘性实芯焊丝，并且作为保护气体，使用氧气13～18容量％、二氧化碳5～15容量％、剩余部分由氩气构成的3种混合气体。

7、在上述专利文献2所记载的镀锌钢板的焊接方法中，通过使用能够降低熔池的粘性的低粘性实芯焊丝来代替在对镀锌钢板进行mag焊接时通常使用的高粘性焊丝，由此能够使焊接时产生的锌蒸气容易从熔池脱离，通过使用氩气(ar)、二氧化碳(co2)以及氧气(o2)的三元系作为使用该低粘性实芯焊丝进行mag焊接时的最佳的保护气体组成，并将它们设为规定的配合比，从而能够再现性良好地得到不降低焊接金属的机械强度而抑制在焊接部中产生气孔、凹坑等的效果。

8、现有技术文献

9、专利文献

10、专利文献1：日本特开2016-179483号公报

11、专利文献2：日本特开2015-167981号公报

技术实现思路

1、发明想要解决的技术问题

2、然而，在上述专利文献1及专利文献2所公开的镀锌钢板的焊接方法中，焊接部的锌镀层完全气化，因此无法得到被良好的锌镀层覆盖的焊接部。另外，由于气化的锌不可避免地混入焊接部，因此极难抑制由该混入引起的接合部的机械性质等的降低。

3、鉴于以上那样的现有技术中的问题点，本发明的目的在于提供一种能够有效地抑制锌向接合部的混入，并且能够得到被锌镀层覆盖的接合部的镀锌钢板的接合方法、以及通过该接合方法得到的接合结构体。

4、用于解决技术问题的手段

5、本发明人为了实现上述目的，对镀锌钢板的接合方法反复进行了深入研究，结果发现，对镀锌钢板的接合应用线性摩擦接合和摩擦压接等摩擦接合方法，并通过从接合界面排出毛刺来防止锌混入接合部等是极其有效的，从而完成了本发明。

6、即，本发明提供一种摩擦接合方法，具有：第一工序，使一个构件与另一个构件抵接而形成被接合界面；第二工序，在对所述被接合界面大致垂直地施加压力的状态下，使所述一个构件和所述另一个构件在同一轨迹上反复滑动，并从所述被接合界面排出毛刺；和第三工序，停止所述滑动而形成接合面，其中，将所述一个构件以及所述另一个构件的至少一方设为镀锌钢板，通过所述毛刺的排出，抑制镀锌成分向所述接合面的混入。

7、在本发明的摩擦接合方法中，能够使用从被接合界面排出毛刺的线性摩擦接合及摩擦压接等的原理，以下，以线性摩擦接合为代表进行详述。

8、图1表示摩擦接合方法(线性摩擦接合)中的状况的示意图。线性摩擦接合是以使被接合材料彼此以线性运动摩擦时产生的摩擦热作为主要热源的固相接合。通过将因升温而软化的材料从被接合界面作为毛刺排出，从而除去形成于被接合界面的氧化覆膜，使新生面彼此抵接，由此能够得到接合部。

9、在此，毛刺最初从被接合界面排出的是与滑动的方向大致垂直的方向，但之后接着从大致平行方向排出，最终从接合界面的四周排出毛刺。即，即使在接合中产生了镀锌的蒸发或熔融的情况下，也能够有效地抑制该镀锌成分向接合部的混入。特别是在对镀锌钢板进行线性摩擦接合的情况下，通过在与板厚垂直的方向上进行线性滑动，从而能够从占据接合部表面的大部分的长边迅速地排出毛刺，能够极其有效地抑制镀锌成分向接合部的混入。

10、另外，本发明人详细观察镀锌钢板的线性摩擦接合部，结果发现，形成于钢板的表面的锌镀层追随适度软化的毛刺而变形和/或移动，因此明确了线性摩擦接合部被锌镀层覆盖至毛刺的根部。即，通过使用线性摩擦接合，从而不仅能够抑制锌混入接合部，而且能够用锌镀层充分覆盖接合部的表面。

11、应用本发明的摩擦接合方法的镀锌钢板的种类、大小和形状只要不损害本发明的效果就没有特别限定，可以使用以往公知的各种镀锌钢板。

12、在本发明的摩擦接合方法中，优选将所述压力设定为期望的接合温度下的所述镀锌钢板的屈服应力以上，并使所述接合温度为锌的沸点以下。在线性摩擦接合及摩擦压接中，能够以接合压力准确地决定接合温度，但通过使该接合温度为锌的沸点以下，从而能够抑制形成于钢板的表面的锌镀层的变化。在此，在本发明中，“接合温度”是指“第二工序中的被接合界面的所希望的最高到达温度”。

13、另外，在本发明的摩擦接合方法中，优选使所述接合温度为镀锌的熔点以下。通过使接合温度为镀锌的熔点以下，从而能够更有效地抑制形成于钢板的表面的锌镀层的变化。

14、另外，在本发明的摩擦接合方法中，优选使所述接合温度为所述镀锌钢板的a1点以下。通过使接合温度为镀锌钢板的a1点以下，从而不仅接合温度可靠地成为锌的沸点以下，还能够抑制钢板的软化或脆化。钢由于相变而形成脆的马氏体，存在接合困难的情况以及接合部脆化的情况。与此相对，通过使接合温度为a1点以下，不发生相变，因此能够完全抑制脆的马氏体的形成。而且，通过接合温度的降低，能够抑制热影响部中的软化。

15、在此，若增加线性摩擦接合(摩擦压接)的施加压力，则该摩擦热增加，但软化后的材料成为毛刺而连续地排出，因此通过施加于软化的材料的压力(排出毛刺的力)来决定“接合温度”。即，在将施加压力设定得较高的情况下，能够将更高的强度(屈服强度高的状态)的被接合材料作为毛刺排出。在此，“屈服强度更高的状态”是指“更低温的状态”，因此“接合温度”因施加压力的增加而降低。屈服强度与温度的关系根据材料而大致恒定，因此与使用了摩擦热的情况相比，能够极其准确地控制接合温度。

16、进而，在本发明的摩擦接合方法中，优选上述镀锌钢板的拉伸强度为340mpa以上。本发明的摩擦接合方法是固相接合法，即使是拉伸强度高的钢板，也能够得到具有高强度和优异的可靠性的接合部。另外，为了有效地抑制镀锌的混入，将接合温度设定为较低的值，因此即使是高张力钢板，也能够表现出抑制了热影响部的软化的良好的接头特性。

17、另外，本发明还提供一种接合结构体，其特征在于，具有一个构件和另一个构件经由摩擦接合界面成为一体的摩擦接合部，所述一个构件和所述另一个构件中的至少一方为镀锌钢板，镀锌成分不混入所述摩擦接合部。镀锌钢板的形状或大小没有特别限定，广泛包含板材、口字构件(棱柱)、コ字构件以及管材等。

18、在此，“镀锌成分不混入线性摩擦接合部”例如可以通过对接合部的截面进行使用了sem-eds的元素分析来确认。在此，sem-eds测定的方法没有特别限定，可以在以往公知的各种装置和测定条件下进行。更具体而言，只要相对于接合部截面获取元素测绘(elementmapping)，确认存在于接合部的表面的来源于锌镀层的元素是否混入到接合部的内部即可。允许的进入接合部的镀锌成分的含量也依赖于成为基材的钢材，但只要是不影响该钢材的强度的程度即可，例如，作为接合部中的平均值，优选设为小于1.0质量％，接合部中的最大值也优选设为小于1.0质量％。摩擦接合部的接头效率优选为90％以上，更优选为95％以上，最优选为100％。

19、另外，在本发明的接合结构体中，优选在所述摩擦接合界面的外缘形成毛刺，并且所述摩擦接合部的表面被锌镀层覆盖至所述毛刺的根部。通过将摩擦接合部的表面被锌镀层覆盖到毛刺的根部，从而能够实现耐腐蚀性优异的接合部。

20、发明效果

21、根据本发明，能够提供一种能够有效地抑制锌向接合部的混入，并且能够得到被锌镀层覆盖的接合部的镀锌钢板的接合方法、以及通过该接合方法得到的接合结构体。