JP2002239782A - Filler wire for laser welding wire feed for aluminum alloy, welding method for aluminum alloy, and welded member made of aluminum alloy - Google Patents
Filler wire for laser welding wire feed for aluminum alloy, welding method for aluminum alloy, and welded member made of aluminum alloyInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
の溶接技術に係わり、アルミニウム合金部材の溶接を行
うのに際して、高速溶接においてもポロシティの少ない
健全な溶接部を安定して得ることができるアルミニウム
合金溶接用フィラーワイヤと、このようなフィラーワイ
ヤによるアルミニウム合金製溶接部材、さらにはこのよ
うなフィラーワイヤを用いたアルミニウム合金の溶接方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for welding aluminum alloys. When welding aluminum alloy members, an aluminum alloy capable of stably obtaining a sound weld with low porosity even in high-speed welding. The present invention relates to a filler wire for welding, an aluminum alloy welding member using such a filler wire, and a method for welding an aluminum alloy using such a filler wire.
【０００２】[0002]
【発明が解決しようとする課題】自動車の燃費向上策と
しては、車両の軽量化が非常に有効な手段の一つである
ことから、これら車体および各種構成部材には、従来か
ら使用されている鉄系材料に代えてアルミニウム合金を
適用する試みが近年活発に行われるようになってきてい
る。As a measure for improving the fuel efficiency of an automobile, reduction of the weight of the vehicle is one of very effective means. Therefore, these vehicle bodies and various components are conventionally used. Attempts to apply an aluminum alloy instead of an iron-based material have been actively made in recent years.
【０００３】また、アルミニウム合金製車体のコスト低
減や生産性向上を目的に、車体を構成する部品、例えば
スペースフレームの継手やＢピラーなどに真空ダイカス
ト法で鋳造されたアルミニウム合金ダイカスト鋳物が使
用されはじめている。For the purpose of reducing the cost and improving the productivity of the aluminum alloy body, aluminum alloy die-casting products, which are cast by vacuum die-casting on parts constituting the body, such as joints of space frames and B pillars, are used. I'm starting.
【０００４】このようなアルミニウム合金製車体の接合
方法としては、例えばＭＩＧ溶接のようなアーク溶接，
レーザ溶接，リベットなどが適用されている。[0004] As a joining method of such an aluminum alloy body, for example, arc welding such as MIG welding,
Laser welding, rivets, etc. are applied.
【０００５】このとき、リベットのような機械的接合を
別にすれば、ＭＩＧ溶接やレーザ溶接などのように、高
密度エネルギを熱源として用いてアルミニウム合金部材
を溶接する場合、他の鉄系材料などと比較して気孔（ポ
ロシティ）が発生しやすく、気孔の存在によって継手部
の強度や延性が低下することになる。At this time, apart from mechanical joining such as rivets, when aluminum alloy members are welded using high-density energy as a heat source, such as MIG welding or laser welding, other iron-based materials are used. Porosity is more likely to occur than in the case of, and the presence of the pores lowers the strength and ductility of the joint.
【０００６】このような気孔の大部分は水素ガスに起因
したものであり、この原因の一つとして、アルミニウム
合金が溶融した状態では大きい水素溶解度を有している
にも拘らず、温度低下に伴ってその溶解度が減少するこ
とが挙げられる。さらに、アルミニウム合金ダイカスト
鋳物を溶接するに際しては、その製造方法の特性から鋳
物内部に多量の空気を巻込んでおり、この空気が溶接時
に放出されるため、押出し材や板材に比較して、より一
層気孔が発生しやすいことになる。[0006] Most of such pores are caused by hydrogen gas. One of the causes is that although the aluminum alloy has a high hydrogen solubility in a molten state, the temperature is lowered by the temperature drop. Accordingly, the solubility thereof is reduced. Furthermore, when welding an aluminum alloy die casting, a large amount of air is entrained inside the casting due to the characteristics of the manufacturing method, and this air is released at the time of welding, so it is more compared to extruded materials and sheet materials. Pores are more likely to be generated.
【０００７】このような気孔の発生を抑制するために、
従来では、溶接部の洗浄や、溶接速度やシールドガス流
量などといった溶接条件を最適化することによって対処
していた。また、とくにアルミニウム合金ダイカスト鋳
物の溶接に当っては、このような溶接条件の最適化のみ
では限界があるため、鋳物のガス含有量を厳しく規制す
る方法が採られていた。In order to suppress the generation of such pores,
Conventionally, this has been dealt with by optimizing welding conditions such as cleaning of a welded portion and a welding speed and a shield gas flow rate. In addition, particularly in the welding of aluminum alloy die castings, there is a limit in optimizing only such welding conditions, and a method of strictly controlling the gas content of the casting has been adopted.
【０００８】しかしながら、上記のような溶接条件の最
適化による方法では、溶接部の品質を優先する結果とし
て生産性が犠牲になることがあるという問題点がある。
また、ダイカスト鋳物の溶接に際して鋳物のガス含有量
を規制するには、鋳物の品質保証のために多くの工数と
コストがかかるという問題点があり、これら問題点の解
決がアルミニウム合金の溶接における課題となってい
た。[0008] However, the method based on the optimization of the welding conditions as described above has a problem that productivity may be sacrificed as a result of giving priority to the quality of the welded portion.
In addition, in controlling the gas content of the casting at the time of welding the die casting, there is a problem that it takes a lot of man-hours and costs to guarantee the quality of the casting, and solving these problems is a problem in welding aluminum alloys. It was.
【０００９】なお、上記のような気孔の発生は、ＭＩＧ
アークや電子ビームなどの高密度エネルギを熱源として
用いたアルミニウム合金の表面改質の場合にも同様に問
題となるものであって、このようなアルミニウム合金の
表面改質時の気孔発生を抑制するために用いる溶接材料
として、特開平６−３０４７８０号公報には、ナトリウ
ム５〜１０％，カリウム４０〜４５％，酸素５％以下，
硫黄５％以下，ふっ素５〜１０％，塩素３５〜４０％の
成分からなるフラックスを０．１〜８ｗｔ％の範囲で配
合した溶接用アルミニウムワイヤが記載されると共に、
特開平７−９６３９６号公報には、Ｃ２Ｃｌ６粉末を
０．０５〜２０ｗｔ％混合した溶接用アルミニウム溶加
材が提案されているが、アルミニウム合金、とりわけア
ルミニウム合金ダイカスト鋳物の溶接用フィラーワイヤ
において、このような気孔の低減効果を有するフィラー
ワイヤについては開示されていない。[0009] The generation of pores as described above is caused by MIG.
A similar problem arises in the case of surface modification of aluminum alloys using a high-density energy such as an arc or an electron beam as a heat source, which suppresses the generation of pores during the surface modification of such aluminum alloys. As welding materials used for this purpose, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-304780 discloses sodium 5-10%, potassium 40-45%, oxygen 5% or less.
An aluminum wire for welding is described in which a flux composed of components of 5% or less of sulfur, 5 to 10% of fluorine, and 35 to 40% of chlorine is blended in a range of 0.1 to 8% by weight.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-96396 proposes an aluminum filler metal for welding in which C 2 Cl 6 powder is mixed in an amount of 0.05 to 20 wt%, but filler wire for welding aluminum alloys, especially aluminum alloy die castings. Does not disclose a filler wire having such a pore-reducing effect.
【００１０】[0010]
【発明の目的】本発明は、従来のアルミニウム合金の溶
接における上記課題に鑑みてなされたものであって、ア
ルミニウム合金部材、とくにアルミニウム合金鋳物およ
びアルミニウム合金のダイカスト鋳物を溶接するに際し
ても、気孔の発生を抑制することができるアルミニウム
合金溶接給線用フィラーワイヤと、このようなフィラー
ワイヤを用いたアルミニウム合金の溶接方法、さらには
このようなフィラーワイヤを用いて溶接することによっ
て得られ、継手強度の低下が少ない健全な溶接部を備え
たアルミニウム合金製溶接部材を提供することを目的と
している。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the conventional welding of aluminum alloys. The present invention has been made in consideration of the above-described problems when welding aluminum alloy members, particularly aluminum alloy castings and aluminum alloy die castings. Filler wire for aluminum alloy welding feed wire that can suppress occurrence, welding method of aluminum alloy using such filler wire, and further obtained by welding using such filler wire, joint strength It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy welded member provided with a sound welded portion with a small decrease in cracking.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係わるアルミニ
ウム合金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤは、被溶接
材であるアルミニウム合金中の水素ガス含有量をＸｃｃ
／１００ｇＡｌ、フィラーワイヤ中に含有されるＡｌ−
Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有量を質量比でＹ％としたと
き、１．５Ｘ−１．５≦Ｙ≦２．０Ｘ、かつＹ＞０なる
条件を満たすように上記Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の
含有量が調整してある構成としたことを特徴としてお
り、本発明に係わるアルミニウム合金のレーザ溶接給線
用フィラーワイヤ実施の一形態として請求項２に係わる
フィラーワイヤにおいては、ベース材がＡｌ−Ｓｉ系材
料である構成としたことを特徴とし、同じく実施形態と
して請求項３に係わるフィラーワイヤにおいては、ベー
ス材がＡｌ−１０％Ｓｉ材、ＪＩＳ ４０４３材および
ＪＩＳ ４０４７材のうちのいずれか１種、あるいは２
種以上の混合材料である構成としたことを特徴とし、請
求項４に係わるフィラーワイヤにおいては、Ａｌ−Ｋ−
Ｆ系フラックス材がＫＡｌＦ４，Ｋ２ＡｌＦ５，Ｋ３Ａ
ｌＦ６，ＫＦとＡｌＦ３との混合物または共晶組成物、
およびフルオロアルミン酸カリウム錯体のうちのいずれ
か１種、あるいは２種以上の混合材料である構成とした
ことを特徴としており、アルミニウム合金のレーザ溶接
用フィラーワイヤにおけるこのような構成を前述した従
来の課題を解決するための手段としている。According to the present invention, a filler wire for laser welding of an aluminum alloy according to the present invention is characterized in that the hydrogen gas content in the aluminum alloy to be welded is Xcc.
/ 100gAl, Al- contained in filler wire
Assuming that the content of the KF-based flux material is Y% by mass ratio, the above Al-K-F-based material should satisfy the conditions of 1.5X-1.5 ≦ Y ≦ 2.0X and Y> 0. The filler wire according to claim 2 is characterized in that the content of the flux material is adjusted, and the filler wire according to claim 2 is one embodiment of the filler wire for laser welding wire feeding of the aluminum alloy according to the present invention. Is an Al—Si-based material, and in the filler wire according to the third embodiment, the base material is an Al-10% Si material, a JIS 4043 material, and a JIS 4047 material. Any one or 2
The filler wire according to claim 4, characterized in that it is a mixed material of at least one kind.
F type flux material is KAlF 4 , K 2 AlF 5 , K 3 A
mixture or eutectic composition of the lF 6, KF and AlF 3,
And a mixed material of at least one of potassium fluoroaluminate complexes, and a filler wire for laser welding of aluminum alloy, which has been described in the related art. It is a means to solve the problem.
【００１２】本発明に係わるアルミニウム合金の溶接方
法は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレー
ザ溶接給線用フィラーワイヤを用いる構成とし、実施形
態として請求項６に係わるアルミニウム合金の溶接方法
においては、被溶接材がＡｌ−Ｓｉ系合金あるいはＡｌ
−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である構成とし、請求項７に係わる
アルミニウム合金の溶接方法においては、被溶接材がア
ルミニウム合金鋳物あるいはアルミニウム合金ダイカス
ト鋳物である構成としたことを特徴としている。A method for welding an aluminum alloy according to the present invention uses the filler wire for laser welding feed wire according to any one of claims 1 to 4, and as an embodiment, the method for welding an aluminum alloy according to claim 6 is used. In the welding method, the material to be welded is an Al-Si alloy or Al
The method of welding an aluminum alloy according to claim 7 is characterized in that the material to be welded is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting.
【００１３】さらに、本発明に係わるアルミニウム合金
製溶接部材は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載のレーザ溶接給線用フィラーワイヤにより溶接されて
いる構成とし、当該アルミニウム合金製溶接部材の実施
形態として請求項９に係わる溶接部材においては、被溶
接材がアルミニウム合金鋳物あるいはアルミニウム合金
ダイカスト鋳物である構成とし、同じく請求項１０に係
わる溶接部材においては、溶接ビード部におけるポロシ
ティの面積率が１０％以下である構成とし、アルミニウ
ム合金製溶接部材におけるこのような構成を前述した従
来の課題を解決するための手段としたことを特徴として
いる。Further, the aluminum alloy welding member according to the present invention is configured to be welded by the filler wire for laser welding feeder according to any one of claims 1 to 4, and the aluminum alloy welding member is provided. According to a ninth aspect of the present invention, in the welding member according to the ninth aspect, the material to be welded is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting, and in the welding member according to the tenth aspect, the area ratio of porosity in the weld bead portion. Is not more than 10%, and such a structure in a welding member made of an aluminum alloy is characterized as a means for solving the above-mentioned conventional problem.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】本発明に係わるアルミニウム合金
のレーザ溶接給線用フィラーワイヤにおいては、ベース
材中に含まれたＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックスは、脱酸作用
と共に、ＫＦの優先蒸発による水素ガス分圧の低下作
用、および溶融金属の粘性低下によるガス抜けの向上作
用を発揮することから、溶接部の気孔発生が抑制される
ことになる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the filler wire for laser welding of aluminum alloy according to the present invention, the Al-K-F flux contained in the base material is not only deoxidized but also preferentially evaporated by KF. Since the effect of lowering the hydrogen gas partial pressure and the effect of improving gas escape due to the lowering of the viscosity of the molten metal are exhibited, generation of pores in the welded portion is suppressed.
【００１５】このような作用効果を有するＡｌ−Ｋ−Ｆ
系フラックス材の具体的成分としては、その種類におい
て特に限定されるものではないが、請求項４に記載して
いるように、一般式：ＫαＡｌＦα＋３（αは１以上の
整数）で表されるＫＡｌＦ４，Ｋ２ＡｌＦ５，Ｋ３Ａｌ
Ｆ６，ＫＦとＡｌＦ３との混合物または共晶組成物、お
よびフルオロアルミン酸カリウム錯体、などの弗化物系
化合物を用いることが可能である。なお、これら弗化物
系化合物は、単独で使用するばかりでなく、複数種類の
ものを混合して使用するようにしてもよい。Al-K-F having the above function and effect
The specific components of the system flux material are not particularly limited in their types, but as described in claim 4, represented by the general formula: K α AlF α + 3 (α is an integer of 1 or more). KAlF 4 , K 2 AlF 5 , K 3 Al
It is possible to use a fluoride compound such as F 6 , a mixture or eutectic composition of KF and AlF 3, and a potassium fluoroaluminate complex. In addition, these fluoride compounds may be used not only alone, but also by mixing a plurality of kinds.
【００１６】このとき、本発明に係わるアルミニウム合
金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤにおいては、請求
項１に記載しているように、被溶接材としてのアルミニ
ウム合金中の水素ガス含有量をＸｃｃ／１００ｇＡｌ、
フィラーワイヤ中に含有されるＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラック
ス材の含有量を質量比でＹ％としたとき、１．５Ｘ−
１．５≦Ｙ≦２．０Ｘ、かつＹ＞０なる条件を満たすよ
うにＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有量が調整された
ものであるから、Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の脱酸作
用、水素ガス分圧低下作用、ガス抜け向上作用によって
溶接部の気孔発生が抑制され、強度低下のない健全な溶
接部が得られることになる。このとき、上記１．５Ｘ−
１．５≦Ｙ≦２．０Ｘ、かつＹ＞０なる条件を外れて、
Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックスが含有された場合、すなわち
被溶接材であるアルミニウム合金中の水素ガス含有量に
対してフラックス量が相対的に少ない場合には、抜けき
れなかった水素ガスが溶接部に残存するためポロシティ
量が増加し、逆にアルミニウム合金中の水素ガス含有量
に対してフラックス量が相対的に多い場合には、余剰な
ＫＦ蒸気が溶接部に残存するために、ポロシティ量が増
加するといった現象が起こり、健全な溶接部が得られな
くなる。At this time, in the filler wire for laser welding feed of an aluminum alloy according to the present invention, the hydrogen gas content in the aluminum alloy as a material to be welded is Xcc / cm. 100 g Al,
When the content of the Al-K-F-based flux material contained in the filler wire is represented by Y% by mass ratio, 1.5X-
Since the content of the Al-KF-based flux material was adjusted so as to satisfy the conditions of 1.5 ≦ Y ≦ 2.0X and Y> 0, the removal of the Al-K-F-based flux material was prevented. The acid action, the hydrogen gas partial pressure lowering action, and the gas release improving action suppress the occurrence of porosity in the welded portion, and provide a sound welded portion without a decrease in strength. At this time, the above 1.5X-
Deviating from the condition of 1.5 ≦ Y ≦ 2.0X and Y> 0,
When the Al-K-F-based flux is contained, that is, when the flux amount is relatively small with respect to the hydrogen gas content in the aluminum alloy as the material to be welded, the hydrogen gas that cannot be completely removed is removed from the welding portion. In the case where the flux amount is relatively large with respect to the hydrogen gas content in the aluminum alloy, the excess KF vapor remains in the welded portion, so that the porosity amount increases. A phenomenon such as increase occurs, and a healthy weld cannot be obtained.
【００１７】このようなフラックス含有フィラーワイヤ
におけるベース材としては、Ａｌ合金系材料であればと
くに限定されるものではないが、Ａｌ−Ｍｇ系合金材料
に上記のようなフラックス成分を含有させた場合には、
ワイヤ中に存在するＭｇの蒸気とフラックス成分の蒸気
が反応して、フラックス成分の含有量を多くしないと気
孔の発生を抑制する効果が十分に得られなくなる可能性
があるため、請求項２に記載しているように、Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金材料を当該フィラーワイヤのベース材として用
いることが望ましい。このようなＡｌ−Ｓｉ系合金材料
としては、請求項３に記載しているように、Ａｌ−１０
％Ｓｉ材、ＪＩＳ ４０４３材およびＪＩＳ ４０４７
材を単独、あるいはこれらのうちの２種以上の材料を複
合的に使用することができる。The base material in such a flux-containing filler wire is not particularly limited as long as it is an Al alloy-based material, but when the above-mentioned flux component is contained in an Al-Mg-based alloy material. In
Since the vapor of Mg present in the wire reacts with the vapor of the flux component, the effect of suppressing the generation of pores may not be sufficiently obtained unless the content of the flux component is increased. As described, Al-S
It is desirable to use an i-based alloy material as a base material of the filler wire. As such an Al-Si alloy material, Al-10
% Si material, JIS 4043 material and JIS 4047
The materials can be used alone or in combination of two or more of these materials.
【００１８】本発明の請求項５に係わるアルミニウム合
金の溶接方法においては、本発明に係わるレーザ溶接給
線用フィラーワイヤを使用するようにしているので、ポ
ロシティが少なく、強度および延性に優れた健全な溶接
部が得られることになる。In the method for welding an aluminum alloy according to the fifth aspect of the present invention, since the filler wire for laser welding feed wire according to the present invention is used, the porosity is small and the soundness is excellent in strength and ductility. A good weld is obtained.
【００１９】このとき用いられる溶接用の熱源として
は、フィラーワイヤと共に溶接部を溶融して被溶接材料
を接合できるものであれば特に限定されず、アーク（Ｍ
ＩＧ溶接），電子ビーム，レーザビームなどを使用する
ことができるが、パワー密度が高く、極めて高速な溶接
が可能であることから、レーザを用いることが望まし
い。The welding heat source used at this time is not particularly limited as long as it can melt the welded portion together with the filler wire and join the material to be welded.
IG welding), an electron beam, a laser beam, or the like can be used, but it is desirable to use a laser because the power density is high and extremely high-speed welding is possible.
【００２０】また、被溶接材としては、請求項６に記載
しているように、Ａｌ−Ｓｉ系合金や、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓ
ｉ系合金であることが望ましい。これは、Ａｌ−Ｍｇ系
合金やＡｌ−Ｚｎ系合金などように、低沸点元素を含む
合金では、溶接中にスパッタが多発する傾向があり、健
全な溶接品質が得られないことがあることによる。Further, as the material to be welded, Al-Si based alloy or Al-Mg-S
Desirably, it is an i-based alloy. This is due to the fact that in alloys containing low-boiling elements, such as Al-Mg-based alloys and Al-Zn-based alloys, spatter tends to occur frequently during welding, and sound welding quality may not be obtained. .
【００２１】本発明に係わるアルミニウム合金の溶接方
法においては、被溶接材（溶接母材）として、アルミニ
ウム合金製部材であれば、押出し，圧延，プレス，鋳造
など、製造方法において特に限定されるものではない
が、その製造法の特徴によって内部に空気を多量に内在
しているために、ポロシティ対策が困難であった鋳物、
とりわけダイカスト材に本発明に係わるフィラーワイヤ
を適用することによって、溶接部のポロシティ低減に対
する作用効果が顕著なものとなる。したがって、請求項
７に記載しているように、被溶接材として、アルミニウ
ム合金鋳物あるいはアルミニウム合金ダイカスト鋳物を
用いることが効果の面から望ましい。もちろん、被溶接
材が鋳物以外の場合にも、ポロシティの少ないより健全
な溶接部が得られることは言うまでもない。In the method for welding an aluminum alloy according to the present invention, if the material to be welded (weld base material) is a member made of an aluminum alloy, it is not particularly limited in a manufacturing method such as extrusion, rolling, pressing, casting, etc. However, due to the characteristic of the manufacturing method, a large amount of air is present inside, so castings with porosity measures were difficult.
In particular, by applying the filler wire according to the present invention to the die casting material, the effect of reducing the porosity of the welded portion becomes remarkable. Therefore, as described in claim 7, it is desirable to use an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting as the material to be welded from the viewpoint of the effect. Of course, even when the material to be welded is other than a casting, a sounder weld with less porosity can be obtained.
【００２２】本発明の請求項８に係わるアルミニウム合
金製溶接部材は、本発明に係わるフィラーワイヤにより
溶接されているので、ポロシティの少ない健全な溶接部
を備え、強度および延性に優れたものとなり、請求項８
に係わるアルミニウム合金製溶接部材においては、被溶
接材がアルミニウム合金鋳物あるいはアルミニウム合金
ダイカスト鋳物であるから、上記したように、従来ポロ
シティ対策が困難であった鋳物やダイカスト材において
も顕著なポロシティ低減効果が得られることになる。Since the aluminum alloy welding member according to claim 8 of the present invention is welded by the filler wire according to the present invention, it has a sound weld with less porosity, and has excellent strength and ductility. Claim 8
In the aluminum alloy welding member according to the above, since the material to be welded is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting, as described above, a remarkable porosity reduction effect can be obtained even in castings and die castings, which had conventionally been difficult to prevent porosity. Is obtained.
【００２３】また、本発明に係わるアルミニウム合金製
溶接部材は、フィラーワイヤに含まれるフラックス材の
作用によって溶接部のポロシティの発生が抑制され、優
れた強度および延性が得られるものであるが、請求項１
０に記載しているように、ポロシティ発生量の目安とし
て、溶接ビード部におけるポロシティ面積率を１０％以
下に規制することにより、強度の低下防止効果を確実な
ものとして、溶接部材の強度がより優れたものとなる。
なお、ポロシティ面積率は、溶接ビード部におけるポロ
シティ体積率と等価であると考えることができる。In the aluminum alloy welding member according to the present invention, the porosity of the welded portion is suppressed by the action of the flux material contained in the filler wire, and excellent strength and ductility are obtained. Item 1
As described in No. 0, as a measure of the amount of porosity generated, by controlling the porosity area ratio in the weld bead portion to 10% or less, the effect of preventing a decrease in strength is ensured, and the strength of the welded member is increased. It will be excellent.
The porosity area ratio can be considered to be equivalent to the porosity volume ratio in the weld bead portion.
【００２４】[0024]
【発明の効果】本発明に係わるアルミニウム合金のレー
ザ溶接給線用フィラーワイヤは、アルミニウム合金（被
溶接材）中の水素ガス含有量をＸｃｃ／１００ｇＡｌ、
フィラーワイヤ中のＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有
量を質量比でＹ％としたとき、１．５Ｘ−１．５≦Ｙ≦
２．０Ｘ、かつＹ＞０なる条件を満たすようにＡｌ−Ｋ
−Ｆ系フラックス材の含有量が調整されているので、こ
のようなＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の脱酸作用、水素
ガス分圧低下作用、ガス抜け向上作用によって溶接部の
気孔発生を抑制することができ、強度低下のない健全な
溶接部を得ることができるという極めて優れた効果をも
たらすものである。The filler wire for aluminum alloy laser welding feed wire according to the present invention has a hydrogen gas content of Xcc / 100 g Al in an aluminum alloy (material to be welded).
When the content of the Al-K-F-based flux material in the filler wire is represented by Y% in mass ratio, 1.5X-1.5 ≦ Y ≦
2.0X and Al-K so as to satisfy the condition of Y> 0.
Since the content of the -F type flux material is adjusted, the generation of pores at the welded portion is suppressed by the deoxidizing action, the hydrogen gas partial pressure reducing action, and the gas release improving action of the Al-K-F type flux material. This provides an extremely excellent effect that a sound weld without a decrease in strength can be obtained.
【００２５】本発明に係わるアルミニウム合金のレーザ
溶接給線用フィラーワイヤ実施の一形態として、請求項
２に係わるフィラーワイヤおいては、例えば請求項３に
記載しているように、Ａｌ−１０％Ｓｉ材、ＪＩＳ ４
０４３材およびＪＩＳ ４０４７材のようなＡｌ−Ｓｉ
系合金材料をベース材として使用しているので、Ａｌ−
Ｍｇ系材料を使用した場合のようなフラックス成分の蒸
気とＭｇの蒸気との反応を防止することができ、フラッ
クス含有量を多くすることなくポロシティの発生を抑制
することができる。また、請求項４に係わるフィラーワ
イヤおいては、フラックス材としてＫＡｌＦ４，Ｋ２Ａ
ｌＦ５，Ｋ３ＡｌＦ６，ＫＦとＡｌＦ３との混合物また
は共晶組成物、およびフルオロアルミン酸カリウム錯体
のうちから選択されるＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材を含
有したものであるから、Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材に
よる上記効果を確実なものとすることができる。In one embodiment of the filler wire for laser welding of aluminum alloy according to the present invention, in the filler wire according to claim 2, for example, as described in claim 3, Al-10% Si material, JIS 4
Al-Si such as 043 material and JIS 4047 material
Since the base alloy material is used as the base material, Al-
The reaction between the vapor of the flux component and the vapor of Mg as in the case of using an Mg-based material can be prevented, and the generation of porosity can be suppressed without increasing the flux content. In the filler wire according to the fourth aspect , KAlF 4 , K 2 A is used as a flux material.
lF 5, K 3 AlF 6, a mixture of KF and AlF 3 or eutectic composition, and since those containing Al-KF-based flux material selected from among the fluoroaluminate potassium complexes, Al -The above-mentioned effect by the KF type flux material can be ensured.
【００２６】本発明の請求項５に係わるアルミニウム合
金の溶接方法においては、本発明に係わるアルミニウム
合金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤを使用するよう
にしているので、ポロシティが少なく、強度および延性
に優れた健全な溶接部を得ることができ、本発明に係わ
るアルミニウム合金の溶接方法の実施形態として、請求
項６に係わる溶接方法においては、被溶接材がＡｌ−Ｓ
ｉ系合金あるいはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であることか
ら、スパッタの発生を抑えることができ、良好な溶接品
質を得ることができ、さらに請求項７に係わる溶接方法
においては、被溶接材がアルミニウム合金鋳物あるいは
アルミニウム合金ダイカスト鋳物であることから、溶接
母材が本来的にポロシティが発生し易い材料の場合に
も、スパッタの発生を抑えることができ、良好な溶接品
質を得ることができるという極めて優れた効果がもたら
される。In the method for welding an aluminum alloy according to claim 5 of the present invention, since the filler wire for laser welding feed wire of the aluminum alloy according to the present invention is used, the porosity is small and the strength and ductility are reduced. An excellent sound weld can be obtained, and as an embodiment of the method for welding an aluminum alloy according to the present invention, in the welding method according to claim 6, the material to be welded is Al-S
Since it is an i-based alloy or an Al-Mg-Si-based alloy, generation of spatter can be suppressed, good welding quality can be obtained, and in the welding method according to claim 7, the material to be welded is Since it is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting, even if the welding base material is inherently susceptible to porosity, the generation of spatter can be suppressed and good welding quality can be obtained. Very good effects are achieved.
【００２７】本発明の請求項８に係わるアルミニウム合
金製溶接部材は、本発明に係わるアルミニウム合金のレ
ーザ溶接給線用フィラーワイヤを用いて溶接されている
ことから、その溶接部をポロシティの少ない健全なもの
として、強度および延性に優れたものとすることがで
き、本発明に係わるアルミニウム合金製溶接部材の一実
施形態として、請求項９に係わる溶接部材においては、
被溶接材がアルミニウム合金鋳物あるいはアルミニウム
合金ダイカスト鋳物であることから、ポロシティ発生が
顕著であって、従来から対策に苦慮していた鋳物、特に
ダイカスト材からなる溶接部材においても、その溶接品
質および強度を向上させることができ、請求項１０に係
わる溶接部材においては、溶接ビード部におけるポロシ
ティの面積率が１０％以下であることから、ポロシティ
による強度の低下を確実に防止することができ、溶接部
材の強度をより優れたものとすることができるという極
めて優れた効果がもたらされる。The aluminum alloy welding member according to claim 8 of the present invention is welded by using the aluminum alloy filler wire for laser welding feed of the aluminum alloy according to the present invention, so that the welded portion has low porosity and good soundness. In addition, as an embodiment of the aluminum alloy welding member according to the present invention, in the welding member according to claim 9, the strength and ductility can be excellent.
Since the material to be welded is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting, porosity is remarkable. In the welding member according to the tenth aspect, since the area ratio of porosity in the welding bead portion is 10% or less, a decrease in strength due to porosity can be reliably prevented, and the welding member can be improved. An extremely excellent effect that the strength of the steel sheet can be further improved is provided.
【００２８】[0028]
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいてより具体
的に説明する。The present invention will be described below in more detail with reference to examples.
【００２９】この実施例においては、被溶接材として、
Ａｌ−１１％Ｓｉ−０．５％Ｍｇ合金のダイカスト鋳造
材を使用した。In this embodiment, as the material to be welded,
A die-cast material of an Al-11% Si-0.5% Mg alloy was used.
【００３０】すなわち、まず上記組成の合金材料を７２
０℃の温度で溶解したのち、介在物の除去と脱ガスを目
的として、アルゴンガスによるバブリングを実施した。
同時に、共晶Ｓｉの改良処理を目的に、Ａｌ−１０％Ｓ
ｒ母合金を用いて、その添加量が５０ｐｐｍとなるよう
にＳｒを添加した。そして、型締め力３２０トンの真空
ダイカスト装置を使用し、金型に粉体離型材を塗布した
後、鋳造圧力：６０ＭＰａ、射出速度：３．５ｍ／ｓ、
溶湯温度：６８０℃の条件のもとで、図１に示すような
５０ｍｍ×１３０ｍｍ×２ｍｍｔの平板状部材にダイカ
ストした。That is, first, the alloy material having the above composition is
After melting at a temperature of 0 ° C., bubbling with argon gas was performed for the purpose of removing inclusions and degassing.
At the same time, for the purpose of improving the eutectic Si, Al-10% S
Sr was added using an r mother alloy so that the addition amount was 50 ppm. Then, using a vacuum die casting apparatus with a mold clamping force of 320 tons, after applying a powder release material to the mold, casting pressure: 60 MPa, injection speed: 3.5 m / s,
Under the condition of a molten metal temperature of 680 ° C., a die-casting was performed on a 50 mm × 130 mm × 2 mmt plate member as shown in FIG.
【００３１】次に、ダイカストにより得られた上記鋳造
部材に対して、５００℃に３時間保持したのち、室温の
水中に急令する溶体化処理を施し、その後、１７０℃に
２時間保持することによって人工時効処理を施し、大気
中で空冷して被溶接材Ｂとした。Next, the above-mentioned cast member obtained by die-casting is kept at 500 ° C. for 3 hours, then subjected to a solution heat treatment rapidly in water at room temperature, and then kept at 170 ° C. for 2 hours. And subjected to an artificial aging treatment, and air-cooled in the air to obtain a material B to be welded.
【００３２】一方、フィラーワイヤのベース材として
は、Ａｌ−１０％Ｓｉ合金材を使用し、このベース材用
合金粉末と、ＫＡｌＦ４，Ｋ２ＡｌＦ５，Ｋ３ＡｌＦ
６，およびＫＦとＡｌＦ３との混合物からなるフラック
ス材粉末とをそれぞれ混合した後、加圧することによっ
て圧粉体に成形固化した。次いで、この圧粉体を二次加
工し、１．２ｍｍ径のフィラーワイヤとした。このと
き、フラックス材含有量は、質量比で０％，０．５％，
１．０％および２．０％の４レベルとした。On the other hand, as a base material of the filler wire, an Al-10% Si alloy material is used, and the base material alloy powder, KAlF 4 , K 2 AlF 5 , and K 3 AlF are used.
6, and a flux material powder composed of a mixture of KF and AlF 3 were mixed with each other, and then pressurized to form and solidify into a green compact. Next, this green compact was subjected to secondary processing to obtain a filler wire having a diameter of 1.2 mm. At this time, the flux material content was 0%, 0.5%,
There were four levels, 1.0% and 2.0%.
【００３３】そして、溶接熱源としてＹＡＧレーザを用
い、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、出力３ｋＷ
と２ｋＷのレーザ光Ｌ１，Ｌ２をビーム間距離：０．６
ｍｍにセットして、上記により得られた被溶接材Ｂに照
射し、フィラーワイヤを供給しながら、図２（ａ）に示
すようにビードオン溶接を行った。なお、このときの溶
接速度は６ｍ／ｍｉｎであり、フィラーワイヤの供給速
度については、６．０ｍ／ｍｉｎとした。また、ダイカ
ストによって得られた被溶接材Ｂは、溶接に先立って、
ナイロンブラシによる表面研磨と、アルコールによる脱
脂処理を施して使用した。Then, a YAG laser was used as a welding heat source, and the output was 3 kW as shown in FIGS.
And 2 kW of laser beams L1 and L2 between the beams: 0.6
mm, the material B to be welded obtained as described above was irradiated, and bead-on welding was performed as shown in FIG. 2A while supplying a filler wire. The welding speed at this time was 6 m / min, and the supply speed of the filler wire was 6.0 m / min. Further, the material B to be welded obtained by die casting is, prior to welding,
The surface was polished with a nylon brush and degreased with alcohol before use.
【００３４】ビードオン溶接を行った被溶接材Ｂから、
図３に示す形状の引張試験片を切り出し、インストロン
型万能試験機を使用して、５ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で
引張試験を実施した。なお、引張試験片作成に際し、溶
接部の余盛りを板厚に合わせて切削除去した。また、引
張試験片を切り出した残材の部分から、溶接ビード部を
除去し、ランズレー法により鋳物中の水素ガス含有量を
測定した。引張試験を終了した試験片の破面について、
溶接部のポロシティ面積率を画像解析により測定した。
このときの測定面積は２５ｍｍ２である。From the material B to be welded on the bead-on welding,
A tensile test piece having the shape shown in FIG. 3 was cut out, and a tensile test was performed at a tensile speed of 5 mm / min using an Instron universal testing machine. In preparing the tensile test piece, the excess welded portion was cut and removed according to the thickness of the plate. Further, the weld bead portion was removed from the portion of the remaining material from which the tensile test piece was cut out, and the hydrogen gas content in the casting was measured by the Lansley method. Regarding the fracture surface of the specimen after the tensile test,
The porosity area ratio of the weld was measured by image analysis.
The measurement area at this time is 25 mm 2 .
【００３５】これら引張試験片破面におけるポロシティ
面積率の測定結果を、鋳物中の水素含有量および溶接に
用いたフィラーワイヤ中のＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス含
有量と併せて表１に示す。また、これらの結果に基づい
て、良好な溶接部（破面ポロシティ面積率：１０％以
下）を得るための鋳物（被溶接材）中の水素ガス含有量
と溶接に用いたフィラーワイヤ中のＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラ
ックス含有量の関係を検討した結果を図４に示す。これ
らの結果より、溶接部のポロシティ量を低減するという
観点でみると、被溶接材中の水素ガス含有量に対してポ
ロシティ低減のためのフィラーワイヤ中へのＡｌ−Ｋ−
Ｆ系フラックスの最適な添加量があることが判った。な
お、図４中において、○印は破面ポロシティ面積率が１
０％以下、×印は破面ポロシティ面積率が１０％を超え
るものを示す。Table 1 shows the measurement results of the porosity area ratios at the fractured surfaces of the tensile test pieces, together with the hydrogen content in the casting and the Al-K-F flux content in the filler wire used for welding. Further, based on these results, the hydrogen gas content in the casting (material to be welded) for obtaining a good welded portion (fraction porosity area ratio: 10% or less) and the Al content in the filler wire used for welding were determined. FIG. 4 shows the result of examining the relationship between the -KF type flux content. From these results, from the viewpoint of reducing the porosity of the weld, from the viewpoint of reducing the hydrogen gas content in the material to be welded, the Al-K-
It was found that there was an optimum addition amount of the F-based flux. In FIG. 4, a circle indicates that the porosity area ratio is 1
0% or less, crosses indicate those where the fracture surface porosity area ratio exceeds 10%.
【００３６】[0036]
【表１】 [Table 1]
【００３７】ここで、Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックスのフィ
ラーワイヤ中への添加による溶接部ポロシティの低減メ
カニズムとしては、脱酸作用の他にＫＦの優先蒸発によ
る水素ガス分圧の低下作用、および溶融金属の粘性低下
によるガス抜け向上作用が挙げられる。すなわち、被溶
接材中の水素ガス含有量に対してフラックス量が相対的
に少ない場合には、抜けきれなかった水素ガスが溶接部
に残存するためにポロシティ量が増加し、逆に被溶接材
中の水素ガス含有量に対してフラックス量が相対的に多
い場合には、余剰なＫＦ蒸気が溶接部に残存するために
ポロシティ量が増加するというメカニズムが考えられ
る。Here, as a mechanism for reducing the porosity of the welded portion by adding the Al-K-F-based flux to the filler wire, in addition to the deoxidizing effect, the hydrogen gas partial pressure reducing effect due to preferential evaporation of KF, and An effect of improving outgassing by lowering the viscosity of the molten metal is given. That is, when the flux amount is relatively small with respect to the hydrogen gas content in the material to be welded, the amount of porosity increases because the hydrogen gas that has not escaped remains in the welded portion, and conversely, the material to be welded If the flux amount is relatively large with respect to the hydrogen gas content in the medium, a mechanism is considered that the amount of porosity increases because excess KF vapor remains in the welded portion.
【図１】実施例において被溶接材に用いたダイカスト材
の形状・寸法を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing the shape and dimensions of a die casting material used as a material to be welded in an example.
【図２】（ａ）および（ｂ）は実施例における溶接要領
を示す概略図である。FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams showing a welding procedure in an embodiment.
【図３】実施例２の引張試験に用いた試験片の形状・寸
法を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the shape and dimensions of a test piece used for a tensile test of Example 2.
【図４】ポロシティ面積率におよぼす被溶接材中の水素
ガス含有量とフィラーワイヤ中のフラックス含有量との
関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a porosity area ratio and a hydrogen gas content in a material to be welded and a flux content in a filler wire.
Ｂ 被溶接材 B Welded material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 武典 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内 (72)発明者 津島 健次 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 坂元 宏規 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 BA06 DB04 4E084 AA17 CA16 DA09 GA19 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takenori Hashimoto 6,224, Kaiyamacho, Sakai-shi, Osaka Showa Aluminum Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Tsushima 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Hiroki Sakamoto 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Nissan Motor Co., Ltd. F-term (reference) 4E068 BA06 DB04 4E084 AA17 CA16 DA09 GA19
Claims (10)
ィラーワイヤにおいて、被溶接材であるアルミニウム合
金中の水素ガス含有量をＸｃｃ／１００ｇＡｌ、フィラ
ーワイヤ中に含有されるＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の
含有量を質量比でＹ％としたとき、１．５Ｘ−１．５≦
Ｙ≦２．０Ｘ、かつＹ＞０なる条件を満たすように上記
Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有量が調整してあるこ
とを特徴とするアルミニウム合金のレーザ溶接給線用フ
ィラーワイヤ。1. A filler wire for an aluminum alloy laser welding feed wire, wherein the hydrogen gas content in the aluminum alloy to be welded is Xcc / 100 g Al, and the Al-KF flux material contained in the filler wire. Is expressed as Y% by mass ratio, 1.5X−1.5 ≦
A filler wire for aluminum alloy laser welding feed, wherein the content of the Al-K-F flux material is adjusted so as to satisfy the conditions of Y ≦ 2.0X and Y> 0.
を特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金のレーザ
溶接給線用フィラーワイヤ。2. The filler wire according to claim 1, wherein the base material is an Al—Si-based material.
４０４３材およびＪＩＳ ４０４７材のうちのいずれ
か１種、あるいは２種以上の混合材料であることを特徴
とする請求項２記載のアルミニウム合金のレーザ溶接給
線用フィラーワイヤ。3. The base material is an Al-10% Si material, JIS
The filler wire for aluminum alloy laser welding feed according to claim 2, wherein the filler wire is any one of a 4043 material and a JIS 4047 material, or a mixed material of two or more thereof.
４，Ｋ２ＡｌＦ５，Ｋ３ＡｌＦ６，ＫＦとＡｌＦ３との
混合物または共晶組成物、およびフルオロアルミン酸カ
リウム錯体のうちのいずれか１種、あるいは２種以上の
混合材料であることを特徴とする請求項１ないし請求項
３のいずれかに記載のアルミニウム合金のレーザ溶接給
線用フィラーワイヤ。4. The method according to claim 1, wherein the Al-K-F flux material is KAlF.
4 , K 2 AlF 5 , K 3 AlF 6 , a mixture or eutectic composition of KF and AlF 3 , and a mixed material of two or more of potassium fluoroaluminate complex The filler wire for laser welding feed of an aluminum alloy according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
載のレーザ溶接給線用フィラーワイヤを用いることを特
徴とするアルミニウム合金の溶接方法。5. A method for welding an aluminum alloy, comprising using the filler wire for laser welding feed according to any one of claims 1 to 4.
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であることを特徴とする請求項５
記載のアルミニウム合金の溶接方法。6. The material to be welded is an Al—Si alloy or A
6. An 1-Mg-Si alloy.
The method for welding an aluminum alloy as described above.
はアルミニウム合金ダイカスト鋳物であることを特徴と
する請求項５または請求項６記載のアルミニウム合金の
溶接方法。7. The method for welding an aluminum alloy according to claim 5, wherein the material to be welded is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting.
載のレーザ溶接給線用フィラーワイヤにより溶接されて
いることを特徴とするアルミニウム合金製溶接部材。8. A welding member made of an aluminum alloy, which is welded by the filler wire for laser welding feed according to claim 1. Description:
はアルミニウム合金ダイカスト鋳物であることを特徴と
する請求項８記載のアルミニウム合金製溶接部材。9. The aluminum alloy welding member according to claim 8, wherein the material to be welded is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting.
積率が１０％以下であることを特徴とする請求項８また
は請求項９記載のアルミニウム合金製溶接部材。10. The aluminum alloy welding member according to claim 8, wherein an area ratio of porosity in the weld bead portion is 10% or less.
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- 2001-02-15 JP JP2001038092A patent/JP3847094B2/en not_active Expired - Fee Related
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