CN116940432A - 激光钎焊接合方法 - Google Patents

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Abstract

在对由钢板和铝系板材构成的喇叭管接头或搭接接头进行钎焊而制作的方法中，在对钢板与铝系板材的接合位置(接合点)的接合方向前方照射先行激光束而对接合预定位置进行预热、向上述接合位置(接合点)供给通电加热后的铝系的填充焊丝、并且对该填充焊丝的后方照射后行激光束而将填充焊丝熔融来进行钎焊时，将上述填充焊丝以相对于作为通过喇叭管接头的坡口中央的中心线且与接合方向垂直的线、或者相对于与搭接接头的下板面垂直的线向接合方向前方侧或后方侧在0°≤D≤19°的范围内倾斜的方式进给，由此制作没有焊道外观不良且具有充分的接头强度的由钢板和铝系板材构成的喇叭管接头或搭接接头。

Description

激光钎焊接合方法
技术领域
本发明涉及对钢板和铝系板材照射激光束而进行钎焊的激光钎焊接合方法，具体而言，涉及向钢板与铝系板材的会合部进给通电加热后的铝系填充焊丝(钎料)，并对该钎料照射激光束而使其熔融，由此制作喇叭管接头或搭接接头的激光钎焊接合方法。
背景技术
近年来，以汽车车身的轻量化为目的，铝系材料向车身板的局部的应用不断发展。在局部地使用铝系材料的情况下，必然需要与其他构件、例如钢板制的构件接合。但是，在对钢和铝系材料进行熔融接合的情况下，会生成铁-铝系的脆的金属间化合物而引起接合强度降低等问题。因此，提出了向钢与铝系材料之间供给填充材料(钎料)，并对该钎料照射激光束，使其加热熔融而进行钎焊(brazing)的所谓激光钎焊接合方法。
例如，在专利文献1中公开了一种激光钎焊方法，作为将钎料熔融的热源，使用能够精细地控制输入热量的激光束，将该激光束向加工点(接合点)照射，在向该加工点供给填充焊丝时，使熔融的焊丝与工件(母材)的浸润长度为规定量以上，并且，控制焊丝供给量使得在外观部分不产生隆起等，由此确保接头强度。
另外，在专利文献2中公开了一种激光钎焊方法，是将合金化熔融镀锌钢板和铝系板材利用配置在接合方向上的前后一对激光束进行搭接角焊接合的激光钎焊接合方法，其中，在激光钎焊之前，将在先的激光束向镀锌钢板的接合部位照射而去除镀层，紧接着将在后的激光束向去除了上述镀层的部分照射，将供给到该部分的钎料熔融，由此得到必要充分的接合强度。
另外，在专利文献3中公开了一种激光束接合方法，在钢板与铝系板材的激光束接合方法中，使用位于加工点的行进方向的前侧的先行光束和位于行进方向的后侧的后行光束，以向铝系材料部分的每单位面积的输入热量比向钢板的每单位面积的输入热量大的方式照射上述先行光束而进行预热，然后，将后行光束向钎料照射而使其熔融，由此抑制接合部的外观不良。
另外，在非专利文献1中公开了一种钢/铝异材接合技术，将通电加热后的药芯焊丝(FCW)作为前头，在其后方配置两个高输出半导体激光照射装置，其中的先行激光束的照射区域以焊丝前端部的稳定的熔融、开口为目的而形成为矩形光斑，后行激光束的照射区域以熔融池的稳定形成和焊丝的稳定熔融为目的而形成为圆形光斑，将两个光斑如图5所示那样组合进行照射。因此，在该方法中，能够将熔融镀锌(GI)钢板、合金化熔融镀锌(GA)钢板和不具有镀层的冷轧钢板(CR)这三种钢板与A5052Al合金板在激光输出5kW下以最快9m/min的施工速度、在激光输出4kW下以最快6m/min的施工速度，不产生缺陷地接合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－225784号公报
专利文献2：日本特开2007－075872号公报
专利文献3：日本特开2013－146737号公报
非专利文献
非特许文献1：高野、山本、筱崎、冲田、泽西、松田，「ホットワイヤ·レーザブレージング法による鋼/アルミニウム合金異材フレア継手の高速施工の検討－ホットワイヤ·レーザブレージング法を用いた鋼/アルミニウム合金異材接合技術の開発(第6報)－」(“利用热焊丝激光钎焊法进行的钢/铝合金异材喇叭管接头的高速施工的研究-使用热焊丝激光钎焊法的钢/铝合金异材接合技术的开发(第6报)-”)，焊接学会全国大会概要集，第107集(2020-9)，G-1-4
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在上述专利文献1所公开的激光钎焊方法中，用于接合的激光束仅为一条。因此，为了形成外观优异的钎焊焊道，需要用一条激光束将填充焊丝熔融，并进一步使熔融的焊丝与母材融合。但是，熔融的填充焊丝与母材的浸润性大幅受到母材的加热状态的影响，因此需要严格地调整激光束的照射位置和焦点位置，特别是在进行高速接合的情况下，存在难以兼顾良好的接头外观和必要的接头强度的问题。
另外，上述专利文献2所公开的激光钎焊接合方法是在利用先行激光束去除钢板的镀锌层后，利用后行激光束使填充焊丝熔融而进行钎焊的技术，但在该方法中，需要使利用先行激光束去除镀层的宽度比钎焊的宽度宽。但是，若为了照射大范围而使激光束散焦，则需要提高照射的激光束的能量，存在难以进行高速接合的问题。
另外，专利文献3所公开的激光钎焊接合方法虽然能够抑制焊道的外观不良，但由于仅利用后行的激光束进行填充焊丝的熔融，因此在熔融的填充焊丝与母材的浸润性不充分且无法将填充焊丝供给至对接部的较深的位置时，存在无法充分确保必要的浸润长度而有可能无法得到高的接头强度的问题。
另外，非专利文献1所公开的激光钎焊接合方法虽然能够进行高速接合，但如图5所示，在从上部照射激光束的结构上，填充焊丝的进给方向受到限制而填充焊丝的进给角度θ变小，因此为了将焊丝金属高效地向材料间(对接部)投入，需要提高填充焊丝的通电加热温度。此外，在将材料与焊丝重叠并从其上方照射激光束的结构上，由于激光的输入热量的一部分分配给焊丝的加热，因此还存在为了将焊丝加热到足够的温度而需要高输出的激光的问题。
本发明是鉴于现有技术中存在的上述问题而开发的，其目的在于提出一种激光钎焊接合方法，能够不引起焊道外观不良地制作由钢板和铝系板材构成的接合强度优异的喇叭管接头或搭接接头。
用于解决课题的技术方案
发明人们为了解决上述课题，着眼于上述非专利文献1所公开的喇叭管接头的接合方法反复进行了研究。其结果是，在上述方法中，在填充焊丝向接合部的进给角度θ小的情况下，认为在将填充焊丝高效地向喇叭管接头的构件间(对接部)进给方面存在极限，对解决该问题的手段进一步反复进行了研究。其结果是，想到了使焊丝的进给角度与非专利文献1不同，设为相对于接合方向大致垂直。由此，能够将填充焊丝高效地向对接部插入，能够进行高速施工，并且还能够期待放宽激光束照射位置的限制。但是，另一方面，明确了在增大填充焊丝的进给角度而设为与接合方向大致垂直的情况下，熔融金属球状化，焊道的外观受损，根据情况有可能成为接合缺陷。
因此，发明人们对即使在与接合部大致垂直地供给填充焊丝的情况下也能够不引起接合缺陷而稳定地形成接合部的条件进一步反复进行了研究。其结果是，发现将上述填充焊丝在喇叭管接头处以相对于作为通过喇叭管接头的坡口中央的中心线且与接合方向垂直的线向接合方向前方侧或后方侧在0°≤D≤19°的范围内倾斜的方式供给是有效的。而且，对单纯的搭接接头也进行了研究，发现与喇叭管接头同样，以相对于与搭接接头的下板面垂直的线向接合方向前方侧或后方侧在0°≤D≤19°的范围内倾斜的方式供给是有效的，由此完成了本发明。
基于上述见解的本发明提出一种激光钎焊接合方法，其特征在于，在由钢板和铝系板材构成的喇叭管接头的接合方法中，在向钢板与铝系板材的接合位置(接合点)的接合方向前方照射先行激光束而对接合预定位置进行预热、向上述接合位置(接合点)供给通电加热后的铝系的填充焊丝、并且向该填充焊丝的后方照射后行激光束而将填充焊丝熔融来进行钎焊时，将上述填充焊丝以相对于作为通过喇叭管接头的坡口中央的中心线且与接合方向垂直的线向接合方向前方侧或后方侧在0°≤D≤19°的范围内倾斜的方式进给。
另外，本发明提出一种激光钎焊接合方法，其特征在于，在由钢板和铝系板材构成的搭接接头的接合方法中，在向钢板与铝系板材的接合位置(接合点)的接合方向前方照射先行激光束而对接合预定位置进行预热、向上述接合位置(接合点)供给通电加热后的铝系的填充焊丝、并且向该填充焊丝的后方照射后行激光束而将填充焊丝熔融来进行钎焊时，将上述填充焊丝以相对于与搭接接头的下板面垂直的线向接合方向前方侧或后方侧在0°≤D≤19°的范围内倾斜的方式进给。
本发明的上述激光钎焊接合方法的特征在于，在将填充焊丝的直径设为d时，使上述先行激光束的照射范围的后行侧端与填充焊丝的后行侧端之间的距离L为满足下述(1)式的范围：
0≤L≤4×d…(1)。
另外，本发明的上述激光钎焊接合方法的特征在于，在将钢板与铝系板材的板厚之和设为T时，使上述先行激光束的照射范围的与接合方向成直角的方向的宽度W为满足下述(2)式的范围：
0.5×T≤W≤3×T…(2)。
另外，本发明的上述激光钎焊接合方法的特征在于，使上述先行激光束的照射范围为矩形，并且，使激光束的照射范围的接合方向长度A为在与上述照射范围的宽度W之间的关系中满足下述(3)式的范围：
W≤A≤10×W…(3)。
另外，应用本发明的上述激光钎焊接合方法的上述钢板的特征在于，是涂布有焊剂的钢板。
另外，本发明的上述激光钎焊接合方法所使用的上述填充焊丝的特征在于，是药芯焊丝。
另外，本发明的上述激光钎焊接合方法所使用的上述先行激光束的特征在于，是固体激光。
另外，本发明的上述激光钎焊接合方法的特征在于，上述钢板具有以锌为主成分的镀层，在利用上述先行激光束将上述镀层熔融了的状态下进行钎焊。
另外，本发明的上述激光钎焊接合方法的特征在于，在将填充焊丝的熔点设为Tm(K)时，对上述填充焊丝进行通电加热的温度Tf(K)为满足下述(4)式的范围：
0.5×Tm≤Tf≤Tm…(4)。
另外，本发明的上述激光钎焊接合方法的特征在于，在将填充焊丝的直径设为d时，使上述填充焊丝的先行侧端与后行激光束的照射范围的后行侧端之间的距离LB为满足下述(5)式的范围：
0≤LB≤3×d…(5)。
发明效果
根据本发明，在利用激光束对钢板与铝系板材的喇叭管接头或搭接接头进行钎焊而制作时，从接合方向前后的两个方向对接合位置照射激光束，利用先行的激光束以所需宽度对接合预定位置进行预热，然后向上述接合位置供给通电加热后的填充焊丝，因此能够不将后行的激光束直接向进给中的填充焊丝照射地将供给到接合位置后的填充焊丝熔融，进而能够进行高速的钎焊。这样，在本发明中，通过利用来自后方的激光束照射对进给到接合位置的填充焊丝进行加热、熔融来形成接合部。另外，本发明由于使填充焊丝的供给角度适当化，因此能够将填充焊丝供给至喇叭管接头或搭接接头的对接部的深处，由此能够稳定地得到外观优异的高强度的接合接头。另外，本发明由于使先行的激光束的照射范围与填充焊丝之间的距离为适当范围，因此能够将比填充焊丝的供给点靠前方的接合预定位置加热到适当温度，提高接头母材表面的浸润性，将钎料供给至对接部的间隙的深处，所以能够形成没有缺陷的钎料与母材金属的接合部。另外，本发明由于使先行激光束的照射范围的与接合方向成直角的方向的宽度相对于钢板与铝系板材的板厚之和为适当范围，因此能够确保良好的浸润性。另外，本发明由于形成为使先行激光束的照射范围的接合方向长度比照射范围的宽度长的矩形形状，因此能够抑制由先行激光束引起的急速加热而防止焊剂从涂布有焊剂的母材的剥离，提高母材与熔融焊丝之间的浸润性，进而能够得到外观优良的焊道，并且能够进行高速接合。另外，本发明在填充焊丝使用药芯焊丝的情况下，不事先在母材涂布焊剂，就能够得到外观优良的焊道，并且能够进行高速接合。另外，本发明在母材钢板使用锌系的镀层钢板的情况下，利用先行的激光束使镀层成为熔融状态，然后进行钎焊，由此不涂布焊剂就能够确保母材与熔融焊丝之间的浸润性，因此能够得到外观优良的焊道，并且能够进行高速接合。
附图说明
图1是说明本发明的激光钎焊接合方法的图，(a)是侧视图，(b)是俯视图。
图2是说明喇叭管接头的坡口中心线的图。
图3是说明在实施例中制作出的喇叭管接头的图。
图4是说明对喇叭管接头进行了拉伸试验时的断裂发生位置的图。
图5是说明非专利文献1的激光钎焊接合方法的图，(a)是侧视图，(b)是俯视图。
图6是说明在实施例中制作出的搭接接头的图。
图7是说明对搭接接头进行了拉伸试验时的断裂发生位置的图。
具体实施方式
本发明是涉及由作为异材的钢板和铝系板材构成的喇叭管接头或搭接接头的接合方法的技术。具体而言，与上述的非专利文献1的接合方法(参照图5)不同，如图1所示，是如下的接合技术：向钢板与铝系板材的接合位置(接合点)的接合方向前方照射先行激光束而对接合预定位置进行预热后，向上述接合位置(接合点)供给通电加热后的铝系的填充焊丝，并且向该填充焊丝的后方照射后行激光束而使填充焊丝熔融、凝固来进行钎焊。
而且，在本发明的上述接合方法中最重要的是，在喇叭管接头的情况下，将上述填充焊丝以相对于作为通过喇叭管接头的坡口中央的中心线且与接合方向垂直的线向接合方向前方侧或后方侧以0°≤D≤19°的倾斜角度D倾斜的方式进给，另外，在搭接接头的情况下，将上述填充焊丝以相对于与搭接接头的下板面垂直的线向接合方向前方侧或后方侧以0°≤D≤19°的倾斜角度D倾斜的方式进给。
在喇叭管接头的情况下，以将相对于作为通过喇叭管接头的坡口中央的中心线且与接合方向垂直的线(图1中所示的线V)的倾斜角度D设为向接合方向前方侧或后方侧处于0°≤D≤19°的范围的方式进给填充焊丝，从而能够将填充焊丝高效地向对接部插入，并且能够不将后行的激光束直接向填充焊丝照射地将填充焊丝熔融，因此能够进行高速的钎焊，进而能够稳定地得到外观优良、断裂强度高的喇叭管接头。另外，优选的倾斜角度D为0～15°的范围。
在此，通过上述喇叭管接头的坡口中央的中心线CL以如下方式求出。
图2是表示接合前的接头的剖面的图，(a)是对接的两个母材间没有错位(基准面没有交错)的情况下的喇叭管接头，(b)和(c)是在对接的母材之间设置台阶而对接的情况下的喇叭管接头。在任何情况下，都是在将对接的母材会合的点设为X，将从X观察近侧的母材的弯曲加工结束点设为Y，将对置的母材的与距离X-Y相同距离的点设为Z时，将通过XY的线A与通过XZ的线B所成的角的二等分线设为通过坡口中央的中心线CL。另外，在如(d)那样，对接的两个母材之间存在间隙的情况下，将两个母材最接近的位置设为X，并以同样的方式求出。
另外，在搭接接头的情况下也同样，将填充焊丝以相对于与搭接接头的下板面垂直的线(图1中所示的线V)向接合方向前方侧或后方侧以0°≤D≤19°的范围的倾斜角度D倾斜的方式进给，从而能够进行高速的钎焊，进而能够得到外观优良、断裂强度高的搭接接头。优选的倾斜角度D与喇叭管接头同样为0～15°的范围。
另外，本发明的激光钎焊接合方法优选为，除了如上述那样将先行/后行激光束的照射位置和进给的填充焊丝的倾斜角度D限制在适当范围之外，还使先行的激光束的照射范围的后行侧端与填充焊丝的后行侧端之间的距离L(参照图1的(b))为由下述(1)式规定的范围(包括先行激光束直接照射填充焊丝的情况在内)，
0≤L≤4×d…(1)。
在此，上述(1)式中的d是填充焊丝的直径。
通过将先行的激光束的照射范围的后行侧端与填充焊丝的后行侧端之间的距离L限制在上述(1)式的范围，能够将比填充焊丝的供给点靠前方的接合预定位置加热到适当温度，提高接头母材表面的浸润性，因此能够得到稳定的熔接。另外，也可以将先行激光束的照射范围与填充焊丝供给位置重叠，但如上所述，通过以稍微向前方离开的方式对接合预定位置进行加热，能够进一步提高基于热传导的加热效果，减少激光束的照射能量的损失。另一方面，如果使分离距离L过大，则反而不能得到上述的加热效果。更优选的L为0.1×d～2×d的范围。
另外，本发明的激光钎焊接合方法优选为，在将钢板与铝系板材的板厚之和设为T时，使上述的先行激光束的照射范围的与接合方向成直角的方向的宽度W处于由下述(2)式规定的范围内：
0.5×T≤W≤3×T…(2)。
上述(2)式中的W表示在确保钎焊金属(钎料)的浸润性方面所需的接合部的加热宽度，若过窄则浸润性不足，相反若过宽则有可能引起由能量分散导致的热损失、热变形等不良影响。更优选的照射宽度W为0.7×T～2×T的范围。进一步优选为1×T～2×T的范围。
另外，本发明的激光钎焊接合方法优选为，在满足上述条件的基础上，进一步地，使上述先行激光束的照射范围为矩形，并且，在将激光束的照射范围的接合方向长度设为A时，上述A为在与照射范围的宽度W之间的关系中满足下述(3)式的范围：
W≤A≤10×W…(3)
将先行激光束的照射范围的接合方向长度A限定在上述范围的理由是，若上述A比照射范围的宽度W小，则在进行高速接合、特别是2m/min以上的高速接合的情况下，在激光束的照射这样的短时间的加热中，母材的板厚方向的加热不足，母材的温度上升因所供给的焊丝的散热而变得不充分，有可能导致焊道外观的劣化、接头强度的降低。另一方面，若A超过W的10倍，则加热范围变得过宽，除了导致母材金属的软化、接合部以外的部分的镀层蒸发之外，还需要高输出的激光。更优选的A为W～5×W的范围，进一步优选为W～4×W的范围。
另外，本发明所使用的填充焊丝优选为，需要在供给到接合部之前通过通电加热进行加热，其加热温度Tf(K)根据接合条件而不同，但在将焊丝金属的熔点设为Tm(K)时，为满足下述(4)式的范围：
0.5×Tm≤Tf≤Tm…(4)。
这是因为，若填充焊丝的通电加热温度Tf低于0.5×Tm，则填充焊丝容易发生熔深不良，另一方面，若超过Tm，则由于过剩的输入热量，导致填充焊丝在供给前熔化。更优选的Tf为0.6×Tm～Tm的范围。
另外，本发明的激光钎焊接合方法优选为，在将填充焊丝的直径设为d时，使上述填充焊丝的先行侧端与后行激光束的照射范围的后行侧端之间的距离LB(参照图1的(b))为满足下述(5)式的范围：
0≤LB≤3×d…(5)
这是因为，在填充焊丝的先行侧端与后行激光束的照射范围的后行侧端之间的距离LB小于0的情况下，或者超过3×d的情况下，焊道形状变得不稳定。另外，所谓“小于0”，是指后行激光束的照射范围的后行侧端与填充焊丝的先行侧端相比位于接合方向侧。更优选的LB为0.1×d～2×d的范围。
另外，构成应用本发明的接合方法的喇叭管接头或搭接接头的钢板从进一步提高与钎焊金属的浸润性的观点出发，优选在钎焊前在接合部附近涂布焊剂的基础上进行接合。另外，从同样的观点出发，本发明的喇叭管接头或搭接接头的接合所使用的填充焊丝使用药芯焊丝(FCW)是有效的。另外，焊剂与钢板或填充焊丝的组合只要从确保浸润性的观点出发适当选择即可，例如也可以使用涂布有焊剂的实芯焊丝。
另外，本发明所使用的先行激光束优选为固体激光，以能够自如地控制加热区域的形状。通过使用固体激光所具有的上述轮廓的控制功能，能够高效地加热进深(对接部的开口部的深度)不同的喇叭管接头或搭接接头的侧面。另外，作为固体激光，可举出以光纤为放大介质的光纤激光、以半导体为介质的半导体激光等，但从确保浸润性的观点出发，只要能够得到必要的输出，其种类没有特别限定。
另外，关于后行激光束，从加热区域的形状控制的观点出发，优选为固体激光。其理由是，通过使用固体激光所具有的轮廓控制功能，能够控制焊道形状。
另外，在作为构成喇叭管接头或搭接接头的母材钢板而使用具有以锌为主成分的镀层的钢板的情况下，优选在利用先行激光束将镀层熔融的状态下进行钎焊。这是因为，熔融的镀层与焊剂同样，具有提高母材与熔融焊丝间的浸润性的效果，因此通过在镀层熔融的状态下进行钎焊，不仅能够稳定地得到外观优良的焊道，而且还具有即使是高速接合也能够稳定地得到高强度的接合接头的优点。
满足上述条件而制作出的喇叭管接头或搭接接头由于所供给的填充焊丝被供给至母材的对接部的深处，且熔融的填充金属与母材(钢板、铝系板材)的浸润性良好，因此成为高强度且外观也优异的接头。
实施例1
进行如下实验：对由表1所示的板厚、强度及锌系镀层的种类不同的各种钢板和Al合金构成的喇叭管接头，利用图1所示的本发明的接合方法和如图5所示的非专利文献1所记载的那样填充焊丝先行、两条激光束追随填充焊丝的接合方法进行激光钎焊接合。另外，作为Al合金，使用板厚为1.2mm的A5052(Al-Mg系合金)。另外，作为钎料的填充焊丝使用直径为1.2mm的Fe-Al激光钎焊用药芯焊丝(FCW)。
对于喇叭管接头，从上述材料切出短边150mm×长边400mm的试验片原材料，在距长边的一个端部20mm的位置沿着长边以90°进行弯曲加工而形成为L字形状，将L字的短边彼此如图2的(a)所示那样以L字的长边的板厚中心线相互一致的方式对接后，进行激光钎焊接合，形成长度300mm的接合部。
此时，填充焊丝的倾斜角度D(相对于作为通过喇叭管接头的坡口中央的中心线且与接合方向垂直的线V的角度)在本发明的方法中为0°、10°、15°、18°、19°和20°这六个水平，在现有技术的方法中为45°这一个水平。另外，对于激光钎焊接合所使用的激光，先行激光束、后行激光束均使用半导体激光，先行、后行激光束的输出在2～6kW的范围内适当设定。另外，先行激光束的照射范围为在接合方向上较长的矩形，接合方向的长度A为与接合方向成直角的方向的宽度W的3.2倍(恒定)。另外，后行激光束为在所有条件下均具有的照射范围的圆形，并以对焊丝的进给位置的紧后方进行加热的方式进行照射。另外，关于保护气体，将Ar气体以20L/min供给到焊丝供给部，并以40L/min供给到后行激光束照射部。另外，对于填充焊丝，将电流值设为275A(固定)并以相对于熔点Tm(K)成为0.5Tm～Tm的温度的方式进行通电加热，进给速度为17.5m/min。另外，关于其他的接合条件，汇总示于表2。
[表1]
对以上述方式得到的喇叭管接头进行以下的评价试验。
<外观评价>
对长度300mm的接合部的中央部200mm的范围进行目视检查，将没有接合缺陷而形成有平滑的焊道的情况评价为◎，将虽然没有接合缺陷但在小于焊道长度的20％的焊道观察到起伏等凹凸的情况评价为○，将虽然没有接合缺陷但在焊道长度的20％以上且小于50％的焊道确认到起伏等凹凸的情况评价为△，将有接合缺陷或在焊道长度的50％以上的焊道确认到起伏等凹凸的情况评价为×。
<接合接头强度>
从以上述方式得到的喇叭管接头，如图3所示那样从接合部的长度方向中央部切出宽度50mm的T字型的拉伸试验片，进行向图3中箭头所示的方向拉伸的拉伸试验，测定断裂强度，并将该断裂强度除以接合部长度(50mm)，求出接合部每单位长度的断裂强度。另外，在断裂强度的评价中，将上述接合部每单位长度的断裂强度相对于钢板的接合方向每单位长度的屈服强度为120％以上的情况评价为◎，将为100％以上且低于120％的情况评价为○，将为80％以上且低于100％的情况评价为△，将为低于80％的情况评价为×。
<断裂部位>
观察上述拉伸试验后的断裂面，如图4所示，将断裂面是在母材部(Al合金侧)断裂的断裂面的情况分类为A，在仅由钎焊后的金属与母材的剥离面构成的断裂面中，将剥离面在Al合金侧分类为B、在钢板侧分类为B’，在由钎焊后的金属的断裂面和钎焊后的金属与母材的剥离面构成的断裂面中，将断裂面在Al合金侧分类为C、在钢板侧分类为C’。另外，即使钎焊后的金属与母材的剥离面沿着母材的外表面，在剥离面确认到钎焊后的金属与母材的合金相的情况下，也判断为钎焊金属的断裂面。
[表2]
将上述评价的结果一并记载于表2。从该结果可以确认，对于在适合于本发明的条件下所接合的喇叭管接头，即使是高速接合，外观和接合强度也都优异。
另外，在上述实验中，作为填充焊丝使用了FCW，但通过另外进行的实验确认了即使在使用实芯焊丝的情况下，在表面涂布有焊剂的钢板中也能够得到与上述同样的结果。
实施例2
进行如下实验：对由表1所示的板厚、强度及锌系镀层的种类不同的各种钢板和Al合金板构成的图6所示的搭接角焊接头，利用图1所示的本发明的接合方法和如图5所示的非专利文献1所记载的那样填充焊丝先行、两条激光束追随填充焊丝的接合方法进行激光钎焊接合。另外，作为Al合金板，使用板厚为1.2mm的A5052(Al-Mg系合金)。另外，作为钎料的填充焊丝使用直径为1.2mm的Fe-Al激光钎焊用药芯焊丝(FCW)。
对于搭接角焊接头，从上述材料切出短边150mm×长边400mm的试验片原材料，如图6所示，以Al合金板成为钢板的上侧的方式使Al合金板与钢板的长边端部重叠10mm，进行激光钎焊接合，形成长度300mm的接合部。
此时，填充焊丝的倾斜角度D(相对于与搭接接头的下板面铅垂的线V的角度)在本发明的方法中为0°、10°、15°、18、19和20°这六个水平，在现有技术的方法中为45°这一个水平。另外，对于激光钎焊接合所使用的激光，先行激光束、后行激光束均使用半导体激光，先行、后行激光的输出在2～6kW的范围内适当设定。另外，先行激光束的照射范围为在接合方向上较长的矩形，接合方向的长度A为与接合方向成直角的方向的宽度W的3.2倍(恒定)。另外，后行激光束为在所有条件下均具有的照射范围的圆形，并以对焊丝的进给位置的紧后方进行加热的方式进行照射。另外，关于保护气体，将Ar气体以20L/min供给到焊丝供给部，并以40L/min供给到后行激光束照射部。另外，对于填充焊丝，将电流值设为275A(固定)并以相对于熔点Tm(K)成为0.5Tm～Tm的温度的方式进行通电加热，进给速度为17.5m/min。另外，关于其他的接合条件，汇总示于表3。
[表3]
对以上述方式得到的搭接角焊接头进行以下的评价试验。
<外观评价>
对长度300mm的接合部的中央部200mm的范围进行目视检查，将没有接合缺陷而形成有平滑的焊道的情况评价为◎，将虽然没有接合缺陷但在小于焊道长度的20％的焊道观察到起伏等凹凸的情况评价为○，将虽然没有接合缺陷但在焊道长度的20％以上且小于50％的焊道确认到起伏等凹凸的情况评价为△，将有接合缺陷或在焊道长度的50％以上的焊道确认到起伏等凹凸的情况评价为×。
<接合接头强度>
从以上述方式得到的搭接接头，如图6所示那样从接合部的长度方向中央部切出宽度50mm的拉伸试验片，进行向图6中箭头所示的方向拉伸的拉伸试验，测定断裂强度，并将该断裂强度除以接合部长度(50mm)，求出接合部每单位长度的断裂强度。另外，在断裂强度的评价中，将上述接合部每单位长度的断裂强度相对于钢板的接合方向每单位长度的屈服强度为120％以上的情况评价为◎，将为100％以上且低于120％的情况评价为○，将为80％以上且低于100％的情况评价为△，将为低于80％的情况评价为×。
<断裂部位>
观察上述拉伸试验后的断裂面，如图7所示，将断裂面是在母材部(Al合金侧)断裂的断裂面的情况分类为A，将是在钎焊后的金属的内部断裂的断裂面的情况分类为B，在由钎焊后的金属和母材的剥离面构成的断裂面中，将剥离面在Al合金侧分类为C、在钢板侧分类为C’。另外，即使钎焊后的金属与母材的剥离面沿着母材的外表面，在剥离面确认到钎焊后的金属与母材的合金相的情况下，也判断为钎焊金属的断裂面。
将上述评价的结果一并记载于表3。从该结果可以确认，对于在适合于本发明的条件下所接合的搭接接头，即使是高速接合，外观和接合强度也都优异。
另外，在上述实验中，作为填充焊丝使用了FCW，但通过另外进行的实验确认了即使在使用实芯焊丝的情况下，在表面涂布有焊剂的钢板中也能够得到与上述同样的结果。
产业上的可利用性
本发明的技术并不限定于Al合金板和钢板这样的异材彼此的钎焊，例如也能够广泛应用于对通电加热后的填充焊丝照射激光而使其熔融并附着、堆积于材料表面的规定位置的层叠造型的技术领域。具体而言，考虑应用于使熔融金属局部地附着于构件而增大厚度来提高构件的刚性的技术、使熔融的金属依次堆积而得到三维的立体造型物的3D打印机那样的技术。
标号说明
1：喇叭管接头
2：先行激光束
2’：先行激光束照射范围
3：后行激光束
3’：后行激光束照射范围
CL：通过坡口中央的中心线
V：作为通过喇叭管接头的坡口中央的中心线且与接合方向垂直的线、或者与搭接接头的下板面垂直的线
D：填充焊丝的倾斜角度
θ：填充焊丝的进给角度
A：先行激光束照射范围的接合方向长度
W：先行激光束照射范围的宽度
L：先行激光束照射范围的后行侧端与填充焊丝的后行侧端之间的距离
LB：后行激光束照射范围的后行侧端与填充焊丝的先行侧端之间的距离
d：填充焊丝的直径
St：钢板
Al：Al合金板
Br：钎焊部。

Claims (11)

1.一种激光钎焊接合方法，其特征在于，
在由钢板和铝系板材构成的喇叭管接头的接合方法中，在向钢板与铝系板材的接合位置(接合点)的接合方向前方照射先行激光束而对接合预定位置进行预热、向上述接合位置(接合点)供给通电加热后的铝系的填充焊丝、并且向该填充焊丝的后方照射后行激光束而将填充焊丝熔融来进行钎焊时，将上述填充焊丝以相对于作为通过喇叭管接头的坡口中央的中心线且与接合方向垂直的线向接合方向前方侧或后方侧在0°≤D≤19°的范围内倾斜的方式进给。
2.一种激光钎焊接合方法，其特征在于，
在由钢板和铝系板材构成的搭接接头的接合方法中，在向钢板与铝系板材的接合位置(接合点)的接合方向前方照射先行激光束而对接合预定位置进行预热、向上述接合位置(接合点)供给通电加热后的铝系的填充焊丝、并且向该填充焊丝的后方照射后行激光束而将填充焊丝熔融来进行钎焊时，将上述填充焊丝以相对于与搭接接头的下板面垂直的线向接合方向前方侧或后方侧在0°≤D≤19°的范围内倾斜的方式进给。
3.根据权利要求1或2所述的激光钎焊接合方法，其特征在于，
在将填充焊丝的直径设为d时，使上述先行激光束的照射范围的后行侧端与填充焊丝的后行侧端之间的距离L为满足下述(1)式的范围：
0≤L≤4×d…(1)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光钎焊接合方法，其特征在于，
在将钢板与铝系板材的板厚之和设为T时，使上述先行激光束的照射范围的与接合方向成直角的方向的宽度W为满足下述(2)式的范围：
0.5×T≤W≤3×T…(2)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光钎焊接合方法，其特征在于，
使上述先行激光束的照射范围为矩形，并且，使激光束的照射范围的接合方向长度A为在与上述照射范围的宽度W之间的关系中满足下述(3)式的范围：
W≤A≤10×W…(3)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光钎焊接合方法，其特征在于，
上述钢板是涂布有焊剂的钢板。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光钎焊接合方法，其特征在于，
上述填充焊丝是药芯焊丝。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光钎焊接合方法，其特征在于，
上述先行激光束是固体激光。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光钎焊接合方法，其特征在于，
上述钢板具有以锌为主成分的镀层，在利用上述先行激光束将上述镀层熔融了的状态下进行钎焊。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的激光钎焊接合方法，其特征在于，
在将填充焊丝的熔点设为Tm(K)时，对上述填充焊丝进行通电加热的温度Tf(K)为满足下述(4)式的范围：
0.5×Tm≤Tf≤Tm…(4)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的激光钎焊接合方法，其特征在于，
在将填充焊丝的直径设为d时，使上述填充焊丝的先行侧端与后行激光束的照射范围的后行侧端之间的距离LB为满足下述(5)式的范围：
0≤LB≤3×d…(5)。
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