CN107813048A

CN107813048A - 铝接合体的制造方法

Info

Publication number: CN107813048A
Application number: CN201710463488.5A
Authority: CN
Inventors: 青木拓朗; 松本刚
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2037-06-19
Also published as: CN107813048B; US10478919B2; JP6719345B2; JP2018043263A; US20180071867A1

Abstract

提供一种能够一边抑制激光焊接时的线能量和黑渍(スマット)的发生，一边得到高接头强度的铝接合体的制造方法。其具有如下工序：由第一铝构件(10)和第二铝构件(20)形成卷边对接接头的工序；一边向卷边对接接头的坡口部，供给以质量％计含有Mg：1.0～3.0％、Mn：0.50～1.0％、Cr：0.05～0.20％、Ti：0.05～0.20％，余量由铝和不可避免的杂质构成的铝合金的填充材(40)，一边对卷边对接接头的坡口部照射光束直径为0.8～3.5mm的激光束(50)而进行激光焊接的工序。

Description

铝接合体的制造方法

技术领域

本发明涉及铝接合体的制造方法，更详细地说，是涉及主要用于汽车的顶盖、车门和挡泥板等的铝结构构件的铝接合体的制造方法。

背景技术

通常，汽车的顶盖构件等通过点接合被紧固。因此，从美观的观点出发，一般会进行用车顶装饰条覆盖点焊痕迹这样的措施。另一方面，为了省略这样的车顶装饰条，对于顶盖构件与其周边构件不进行点焊接合(点接合)，而是利用激光对其连续接合这样的方法也得到研究。

一般来说，作为用于铝材的焊接的填充材，可使用Si含量多的Al－Si系合金(JIS4043、4047所规定的Al－Si系合金)、Mg含量多的Al－Mg系合金(JIS5356、5556、5183所规定的Al－Mg系合金)。

可是，顶盖、车门和挡泥板等所使用的铝材，其板厚薄至1mm左右，容易发生热应变。因此，为了利用激光对铝材连续地接合，除了恰当地选定填充材以外，还需要研究激光束的照射条件。

专利文献1中公开，使用填充材，并且使用2条激光束，调整各激光束的照射条件对铝材进行焊接。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】美国专利申请公开第2016/0114428号

关于汽车构件所使用的铝材(被焊接材)，为了确保结构体的强度，通用的是Al－Mg系合金(5000系合金)、Al－Mg－Si系合金(6000系合金)等大量含有Mg的铝合金。另外，针对于这些被焊接材，从填充材的流动性(润湿扩展性)的观点，多适合使用的是大量含有Si的由JIS4047或JIS4043规定的Al－Si系合金作为激光焊接的填充材。

然而，由JIS4043、4047规定的Al－Si系合金中，降低用于熔化填充材和被焊接材料的线能量存在限度。

另一方面，通过使用JIS5556和JIS5356等所规定的Al－Mg系合金作为填充材，能够使激光焊接时的能量输入量(线能量)降低，并且使焊接接头的强度提高。但是，Mg量高的填充材存在这样的难点，即，在激光焊接时由氧化皮膜构成的所谓黑渍会附着在焊道表面。

该黑渍会对涂装皮膜的密接性等造成影响，因此必须除去，但在其进入到焊道的凹凸部分的状态下，不要说通过研磨等，即使是通过酸洗和碱清洗这样的化学处理、溶剂的擦拭也难以除去。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种制造方法，其能够一边抑制激光焊接时的线能量和黑渍的发生，一边得到高接头强度的铝接合体。

本发明的上述目的，可通过下述的构成达成。

(1)一种铝接合体的制造方法，其特征在于，具有如下工序：

以第一铝构件和第二铝构件形成卷边对接接头的工序；和

一边向所述第一铝构件和所述第二铝构件的所述卷边对接接头的坡口部，供给如下的铝合金的填充材，一边对所述坡口部照射光束直径为0.8～3.5mm的激光束而进行激光焊接的工序，所述铝合金的填充材以质量％计含有

Mg：1.0～3.0％、

Mn：0.50～1.0％、

Cr：0.05～0.20％、

Ti：0.05～0.20％，且

余量由铝和不可避免的杂质构成。

(2)根据(1)所述的铝接合体的制造方法，其特征在于，所述激光束的光束直径为2.0～3.0mm。

根据本发明的铝接合体的制造方法，通过一边向第一铝构件和第二铝构件的卷边对接接头的坡口部，供给以质量％计含有Mg：1.0～3.0％、Mn：0.50～1.0％、Cr：0.05～0.20％、Ti：0.05～0.20％，且余量由铝和不可避免的杂质构成的铝合金的填充材，一边对坡口部照射光束直径为0.8～3.5mm的激光束而进行激光焊接，能够一边抑制激光焊接时的线能量和黑渍的发生，一边得到接头强度高的铝接合体。

附图说明

图1是与要部放大图一起来表示本发明的一个实施方式的铝接合体的制造方法的立体图。

图2A是例示本发明的卷边对接接头的、沿图1的A－A线的剖面图。

图2B是例示与图2A不同的卷边对接接头的、相当于图2A的剖面图。

图2C是例示与图2A不同的卷边对接接头的、相当于图2A的剖面图。

图2D是例示与图2A不同的卷边对接接头的、相当于图2A的剖面图。

图3A是表示实施例1的焊缝部的俯视的照片的图。

图3B是表示比较例2的焊缝部的俯视的照片的图。

图3C是表示比较例3的焊缝部的俯视的照片的图。

具体实施方式

以下，对于本发明的铝接合体的制造方法的一个实施方式进行说明。

在本实施方式中，如图1和图2A所示，由第一铝构件(以下，也称为第一构件)10的弯曲部11，和第二铝构件(以下，也称为第二构件)20的弯曲部21形成卷边对接接头，向该卷边对接接头的坡口部，一边供给以下所示的铝合金的填充材40，一边照射激光束50而进行激光焊接，形成接合部(焊接接头)30，由此，制造铝接合体1。图1和图2A中，符号41表示焊道，符号X表示焊接方向。

还有，所谓卷边对接接头，是指由被焊接构件的圆弧和圆弧，或圆弧和直线形成的坡口形状的接头。例如，作为构成可适用本发明的制造方法的卷边对接接头的铝接合体1，不限于图2A所示的，也可以是图2B～图2D所示那样的断面形状。

例如，接合部30中，可以如图2A和图2B所示，使第一构件10的弯曲部11形成为钝角，第二构件20的弯曲部21形成为锐角，也可以如图2C和图2D所示，任意弯曲部11、21都形成为直角。

另外，在接合部30中，可以如图2A和图2C所示，在第一构件10与第二构件20之间有高低差，也可以如图2B和图2D所示，没有高低差。

以下，对于本实施方式所适用的第一和第二铝构件10、20，和填充材40的材质，以及激光束的光束直径按顺序进行说明。

＜第一铝构件和第二铝构件＞

作为第一铝构件10和第二铝构件20，均能够应用1000系～8000系的铝或铝合金。特别是从强度这一点出发，第一铝构件10和第二铝构件20能够适合使用5000系、6000系、7000系的铝或铝合金，不仅可以为单层的材料，也可以为在表面设有铝(Al-Si系合金)的包覆层的构成。

＜铝合金填充材＞

铝合金的填充材40的组成中，以质量％计含有

Mg：1.0～3.0％

Mn：0.50～1.0％

Cr：0.05～0.20％

Ti：0.05～0.20％，

余量由铝和不可避免的杂质构成。上述质量％是相对于填充材整体的质量％。各个元素的质量％的特定理由如下。

＜Mg＞

Mg有助于接合部30的强度提高。另外，因为Mg会在较低的温度下蒸发，所以用低的线能量就能够加深熔深量。

若Mg比1.0％低，则得不到既定的接头强度，焊缝41的形成所需要的线能量也变大。或者，还容易发生作为填充材40的焊丝在送给中发生纵弯曲这样的缺点。另一方面，若Mg高于3.0％，则由于焊接时的热致使氧化物(黑渍)容易发生。

因此，Mg的含量为1.0～3.0％。

＜Mn＞

Mn与Mg同样，是有助于接合部30的强度的元素。若为了抑制氧化皮膜的发生量而使Mg的含量降低，则接合部30的接头强度降低。因此，既定量含有Mn，能够保持需要的接头强度。

从减小线能量、保持接头强度的观点出发，Mn的含量为0.50～1.0％。若Mn的含量比0.50％低，则接头强度不足。另一方面，即使含有Mn高于1.0％，提高接头强度的效果也会处于饱和状态而变小。

因此，Mn的含量为0.50～1.0％。

＜Cr、Ti＞

Cr、Ti分别有助于焊缝41的金属组织的微细化，防止焊缝41的开裂。

若Cr、Ti的含量分别比0.05％低，则无法充分取得微细化的效果。另一方面，即使Cr、Ti的含量分别比0.20％高，微细化的效果也是饱和。

因此，Cr、Ti的含量分别为0.05～0.20％。

＜不可避免的杂质＞

能够在不阻碍本发明的效果的范围内，使填充材40含有杂质。作为杂质的种类，能够为Si：0.25％以下、Fe：0.40％以下、Cu：0.10％以下、Zn：0.25％以下，其他的元素为0.05％以下，合计0.15％以下。

另外，作为填充材40的焊丝的直径，根据接合部30的形状还有焊接条件，能够在0.8～2.0mm的范围适宜选定。

＜激光束的光束直径＞

卷边对接接头坡口部的激光束50的光束直径为0.8～3.5mm。若使激光的输出功率固定，并缩小光束直径，则能量密度变大，因此熔深深度增加。若使光束直径比0.8mm小，则在汽车的顶盖等所使用的这种厚度0.8～1.5mm的薄的被焊接材的情况下，会发生光束容易贯通被焊接材这样的问题。另一方面，若使卷边对接接头坡口部的激光束50的光束直径比3.5mm大，则光束在大范围被照射，因此线能量变大。

因此，卷边对接接头坡口部的激光束50的光束直径为0.8～3.5mm。优选使光束直径为2.0～3.0mm。若是如此，则能够进一步提高线能量与接头强度的平衡。

还有，上述能量密度(I：W/mm²)，如下式，由激光的输出功率(P：W)除以光束面积(A＝光束直径×π/4：mm²)的值表示。

I＝P/A＝P/πr²(r＝光束直径/2)

该能量密度是与激光焊接部的熔深深度和焊道外观有作用的参数。总之，若能量密度大(即，光束面积小，或激光的输出功率大)，则形成深熔深，焊道外观变差。另外，若能量密度小(即，光束面积大，或激光的输出功率小)，则成为浅熔深或不可熔地进行光反射，焊道外观变漂亮。

另外，可根据焊缝41的宽度，在0.8～3.5mm的范围内适宜选择激光束50的光束直径。

例如，光束直径超过3.5mm时，若不增加线能量则无法熔化，因此结果是需要大的激光输出功率。因此，这种情况下，使焊缝41的宽度也可以增加而高于不必接合的部分，即高于焊缝41的上表面，与接合没有关系的母材区域的部分会熔化，会存在因热影响致使强度降低和大的热应变发生的可能性。

激光束焊接的光束照射可以是所谓的小孔型，也可以是使光束的焦点在被焊接材的厚度方向上移位而散焦。

作为激光束50，能够使用纤维激光、盘形激光、半导体激光、YAG激光、CO₂激光等的各种方式。

如上述，本实施方式的制造方法，具有如下工序：由第一铝构件10，和第二铝构件20形成卷边对接接头的工序；和一边向第一铝构件10和第二铝构件20的卷边对接接头的坡口部，供给以质量％计含有Mg：1.0～3.0％、Mn：0.50～1.0％、Cr：0.05～0.20％、Ti：0.05～0.20％，余量由铝和不可避免的杂质构成的铝合金的填充材40，一边对卷边对接接头的坡口部照射光束直径为0.8～3.5mm的激光束50而进行激光焊接的工序。由此，能够一边抑制激光焊接时的线能量和黑渍的发生，减少热应变，同时又得到接头强度高、焊道外观漂亮的铝接合体1。

还有，本发明不受上述实施方式限定，在不脱离本发明的要旨的范围可以适宜进行变更、改良等。

【实施例】

以下，制作多个(实施例1～3和比较例1～6)的接合供试体，对于各接合供试体，如后述，就焊道部外观、接头强度、线能量进行评价。

＜接合供试体的制造＞

第一铝构件10和第二铝构件20均使用由JIS6022规定的相当于Al－Mg－Si系铝合金的铝合金制，宽100mm、板厚1.2mm的构件。然后，由第一铝构件10和第二铝构件20的弯曲部11、21，如图1和图2A所示，形成卷边对接接头。

接着，一边向卷边对接接头的坡口部(接缝部)供给填充材40(实芯焊丝)，一边通过激光焊接使第一铝构件10和第二铝构件20与填充材40熔融并形成焊缝41，构成接合部30。激光焊接条件如下述。

(试验条件)

激光焊接机：纤维激光器IPG社制(YLS－6000)

激光束的移动速度(＝接合速度)：3.0m/分钟

激光束的光束直径：参照表1的实施例1～3和比较例1～6

激光束输出功率：以能量密度一定的方式符合光束直径而在3～8kW的范围进行调整

填充材的组成：参照表1的实施例1～3和比较例1～6

填充材焊丝的送给速度：4.0m/分钟

填充材焊丝的直径：1.6mm

【表1】

关于如以上方式得到的实施例1～3和比较例1～6，如以下这样，就焊道部外观、接头强度、线能量进行评价。其结果显示在表2中。

＜焊道部外观＞

目视观察焊接后的接合供试体外观。没有黑渍的(即没有变色部的)为良好(○)，有变色部的为不良(×)。

＜接头强度＞

关于接头强度，是以10mm的宽度切断接合体，用拉伸试验机拉伸而进行评价。在母材部分断裂的为良好(○)，在焊道部断裂的为不良(×)。

＜线能量＞

线能量通过得到一定的焊缝尺寸(熔深深度)的焊接机的设定输出功率来评价。线能量在4.0kW以下的为良好(◎)，高于4.0kW～4.5kW的为尚可(○)，高于4.5kW的为不良(×)。

【表2】

	焊道部外观	接头强度	线能量
				实施例1	○	○	◎
实施例2	○	○	○
				实施例3	○	○	○
比较例1	×	×	◎
				比较例2	○	○	×
比较例3	×	○	◎
				比较例4	○	×	○
比较例5	×	○	○
				比较例6	○	○	×

以下，对于涉及实施例1～3和比较例1～6的试验结果进行说明。还有，图3A表示实施例1的焊缝部的俯视放大照片，图3B表示比较例2的焊缝部俯视放大照片，图3C表示比较例3的焊缝部的俯视放大照片。

在比较例1中，虽然线能量良好，但是填充材40的Mg的含有率多达4.5％，因此黑渍S大量发生，外观不良。另外，接头强度也不良。

在比较例2中，如图3B所见，焊道部外观良好，接头强度也良好。但是，因为填充材40不含Mg，所以线能量变高，不良。

在比较例3中，虽然接头强度、线能量良好，但是填充材的Mg的含有率多达4.7％，因此如图3C所见，黑渍S大量发生，外观不良。

在比较例4中，焊道部外观良好，线能量尚可，但是填充材的Mn的含有率低至0.3％，因此接头强度不良。

在比较例5中，填充材的Mg、Mn、Cr、Ti的含有率在本申请发明的范围，但激光束直径小。这种情况下，接头强度良好，线能量尚可，但焊道部外观不良。

在比较例6中，填充材的Mg、Mn、Cr、Ti的含有率在本申请发明的范围，但激光束直径大。这种情况下，焊道部外观、接头强度均良好，但线能量大而不良。

另一方面，如表1、表2所示，填充材的Mg、Mn、Cr、Ti的含有率，和激光束直径在本申请发明的范围的实施例1～3中，焊道部外观、接头强度均良好，线能量也在良好或允许范围。

【符号说明】

10 第一铝构件

20 第二铝构件

30 接合部(焊接接头)

40 填充材

50 激光束

Claims

1.一种铝接合体的制造方法，其特征在于，具有如下工序：

由第一铝构件和第二铝构件形成卷边对接接头的工序；和

一边向所述第一铝构件和所述第二铝构件的所述卷边对接接头的坡口部供给如下的铝合金的填充材，一边对所述坡口部照射光束直径为0.8～3.5mm的激光束而进行激光焊接的工序，

所述铝合金的填充材以质量％计含有

Mg：1.0～3.0％、

Mn：0.50～1.0％、

Cr：0.05～0.20％、

Ti：0.05～0.20％，

且余量由铝和不可避免的杂质构成。

2.根据权利要求1所述的铝接合体的制造方法，其特征在于，所述激光束的光束直径为2.0～3.0mm。