JP2003003226A - パルスレーザー溶接性に優れたアルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 航空機、車輌、電気電子機器部品等に使用さ
れるパルスレーザー溶接性に優れたアルミニウム合金板
およびその製造方法を提供する。 【構成】 合金組成がSi：0.１０〜0.６０wt％、Fe：0.
２５〜0.５５wt％、Cu：0.１０〜0.３５wt％、Mn：0.９
〜1.５wt％、Mg：0.２５〜0.６５wt％を含有し、残部Al
および不可避的不純物からなり、該合金組成のうち、S
i、Fe、CuおよびMgの合計値が1.５wt％以下とするパル
スレーザー溶接性に優れたアルミニウム合金板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機、車輌、電気電
子機器部品等に使用されるパルスレーザー溶接性に優れ
たアルミニウム合金板およびその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムは軽量で加工性も良好なと
ころから航空機、車輌、電気電子機器部品等に使用され
ている。一方レーザー溶接は高精度、高速度であるので
前記部品の結合に使用されている。例えば電気電子機器
部品の表示部、モーター等の電源に使用されている電池
ケースは、アルミニウム合金板を所定形状に加工後、電
池用部材が組み込まれ最終的に蓋部体が該ケースにレー
ザー溶接されて密閉型の電池とされる。このような密閉
型電池のケースには、アルミニウム合金規格の内比較的
強度の高いＪＩＳ Ａ３００３合金（Al−Mn系合金）や
これにMgを添加したさらに強度の高い高強度アルミニウ
ム合金が提案（特開２０００−３３６４４８号公報）さ
れている。

【０００３】ところで、アルミニウムは熱伝導性が高い
ためにレーザー溶接においては通常発熱量の高い連続溶
接が用いられている。しかし被溶接材の板厚さが薄い場
合は、熱発生量が低くしかも入熱量のコントロールしや
すいパルスレーザー溶接が採用されることがある。

【０００４】図１はパルスレーザー溶接を説明する模式
図で、１は突き合せ部２を形成した被接合板で、３はパ
ルスレーザー光で該パルスレーザー光３はレンズ４を通
過して焦点５を結び、板１の突き合せ部２上に至る。こ
のパルスレーザー光３の収斂したエネルギーで突き合せ
部２を溶解するもので、６は溶接部であり、ｈは溶接深
さを示す。板１とパルスレーザー装置８との相対的移動
によって溶解の位置を変える。溶解の位置を移動するこ
とによって溶接部６が連続し板１、１が接合されること
は図示の如くである。

【０００５】高強度アルミニウム合金板をパルスレーザ
ー溶接法で溶接すると、溶接部に図３に示すような微細
な割れ７が発生し易いので、１サイクルのパルス波形の
ピーク値が順次低くなるようにして入熱をコントロール
する等の工夫をして実施される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは高強度アル
ミニウム合金板のある種元素の総量を制限すると、格別
な工夫をしなくてもパルスレーザー溶接法で溶接する場
合に溶接部に微細な割れが発生しなくなることを発見し
て本発明を完成した。即ち本発明は高強度アルミニウム
合金板をパルスレーザー溶接法で溶接しても、割れ発生
のし難いアルミニウム合金板および成形性のよいアルミ
ニウム合金板の製造方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、合金組成
がSi：0.１０〜0.６０wt％、Fe：0.２５〜0.５５wt％、
Cu：0.１０〜0.３５wt％、Mn：0.９〜1.５wt％、Mg：0.
２５〜0.６５wt％を含有し、残部Alおよび不可避的不純
物からなり、該合金組成のうち、Si、Fe、CuおよびMgの
合計値が1.５wt％以下であることを特徴とするパルスレ
ーザー溶接性に優れたアルミニウム合金板である。この
ような構成とすることにより、高強度板であると共にパ
ルスレーザー溶接しても溶接部に微細な割れが発生しな
い。

【０００８】また、第２の発明は、更にCr：0.３５wt％
以下、Zr：0.２５wt％以下、Ti：0.２０wt％以下および
Ｂ：0.０２wt％以下の１種以上を含有することにより前
記の効果に加えて、板の結晶粒を微細化して板の成形性
を高め、製品の肌荒れを防止することができる。

【０００９】更に第３の発明は、前記したような組成の
アルミニウム合金溶湯を鋳造して鋳塊とし、該鋳塊を５
５０℃以上の温度で均質化処理した後、熱間圧延、冷間
圧延し、次いで溶体化焼入処理し、次いで圧下率１０〜
５５％の冷間圧延を施すことを特徴とするパルスレーザ
ー溶接性に優れたアルミニウム合金板の製造方法であ
る。このような構成とすることにより、パルスレーザー
溶接しても溶接部に微細な割れが発生しない成形性の良
好なアルミニウム合金板を容易に得ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】先ず、本発明における組成とその
限定理由について説明すると、以下の如くである。Si：
0.１０〜0.６０wt％、Fe：0.２５〜0.５５wt％、Cu：0.
１０〜0.３５wt％、Mn：0.９〜1.５wt％、Mg：0.２５〜
0.６５wt％、即ち、Si、Fe、CuおよびMnは強度付与のた
めに添加するものであって、下限値未満ではその効果が
少なく、上限値を超えると成形性が低下する。特にSi、
CuおよびMgは板が溶体化焼入処理を施された場合は、成
形加工後の使用中の加熱で時効硬化し、製品の変形や膨
れ等が防止できる効果を有する。

【００１１】Si、Fe、CuおよびMgの合計値が1.５wt％以
下であって、Si、Fe、CuおよびMgの合計値を規制するの
はパルスレーザー溶接で割れ発生を防止するためであ
る。上限値を超えるとパルスレーザー溶接で割れが発生
する。好ましくは1.４以下である。Cr：0.３５wt％以
下、Zr：0.２５wt％以下、Ti：0.２０wt％以下および
Ｂ：0.０２wt％以下の１種以上であって、Cr、Zr、Tiお
よびＢの１種以上を前記組成に更に含有させると、板の
結晶粒を微細化して成形性を高め、成形品の肌荒れを防
止する。

【００１２】不可避的不純物は原料地金および返り材等
から混入する管理外のもので、例えばCrの0.０５wt％以
下、Zrの0.０５wt％以下、Tiの0.０１wt％以下、Ｂの0.
０００５wt％以下、Znの0.１５wt％以下は不可避的不純
物である。

【００１３】次に板の製造方法について説明すると、前
記したような組成の溶湯の溶製は常法による。溶湯は水
冷鋳型を用いる半連続鋳造法で鋳造して鋳塊を得る。得
られた鋳塊は必要により面削した後鋳造歪を解消するた
めに５５０℃以上の温度で２時間以上保持して均質化処
理する。５５０℃の温度未満で２時間未満の保持では十
分な均質化効果が得られない。均質化処理した鋳塊はつ
いで熱間圧延後冷間圧延する。

【００１４】上記した冷間圧延後５００℃以上の温度を
１分以下通過させた後水焼入して溶体化焼入処理する。
５００℃未満の温度では十分な溶体化焼入効果が得られ
ない。次いで調質を目的として圧下率１０〜５５％の冷
間圧延し本発明の板とする。１０％未満では深絞り成形
加工で伸びが高く深絞りができない。また５５％を超え
ると延性が低く金型肩部で割れを発生し易く好ましくな
い。

【００１５】このようにして得られた板は種々の製品に
成形加工されるが、各種容器のうち例えば板厚さで0.６
mm、厚横高で５×２５×５０の電池ケースを製造する場
合は、板を十数工程で絞り加工およびしごき加工を加え
てケースとし、電池として組み立てた後蓋部体を合わ
せ、合わせ部をパルスレーザー溶接する。

【００１６】パルスレーザー溶接された前記ケースは、
特別な熱処理を施さずに使用できるが、使用中の自然昇
温、もしくは該溶接後に４０〜１７０℃の温度に加熱処
理を施すことによって時効硬化し、更に高強度とするこ
とができ、安定した状態で使用することもできる。

【００１７】次に本発明におけるアルミニウム合金板を
用いてパルスレーザー溶接する例を説明すると、例えば
板と板を突合せ固定し大気中、もしくは必要に応じてア
シストガスとしてアルゴン等の不活性ガスを用いて溶接
する。溶接条件は板の厚さによって一様ではないが、パ
ルス時間、出力、焦点はずし距離、溶接速度等を適宜変
化させ溶接する。厚さが0.５〜２mm程度の場合は、１パ
ルスの時間を短くして例えば0.３〜５ms、出力を低くし
て例えば1.５〜６ジュール／パルス、焦点はずし距離を
少なくして例えば−５〜＋１０mm、溶接速度0.８〜1.５
ｍ／分の範囲を目安として適宜採用することができる。

【００１８】本発明によるものの具体的な実施例につい
て説明すると以下の如くである。

【実施例１】アルミニウム合金溶湯を溶製し、半連続鋳
造法で厚さ５３０mmのスラブを鋳造した。各スラブの組
成は後述する表１に示す。次に該スラブを面削後５９０
℃の温度に５時間保持して均質化処理を施した。均質化
処理終了後均質化温度で熱間圧延開始し、終了温度４０
０℃で厚さ６mmの熱延板とした。次いで冷間圧延４パス
で0.９mmの冷延板とした。次いで厚さ0.９mmの冷延板を
５２０℃の温度に数秒保持後水焼入れする中間焼鈍に相
当する溶体化焼入れを施した。溶体化焼入れ後更に冷間
圧延して厚さ0.６mmの圧延板とした。

【００１９】

【表１】

【００２０】このようにして製板した板を突合せ固定し
て図１に示す位置をパルスレーザー溶接した条件は以下
に示す如くである。 〔パルスレーザー溶接〕 溶接速度 1.２ｍ／分 １パルスの時間 0.５ms 出力 溶接深さが0.３mmに成るように調節 焦点はずし距離 溶接幅が１mmに成るように調節 周波数 １００Hz このようにして溶接した溶接個所を、２０倍拡大して目
視検査し割れの有無を調査した。結果を厚さ0.６mmの圧
延板の強度と共に次の表２に示す。図２は本発明例の割
れの無い代表的な溶接個所を示す試験番号２の溶接個所
のスケッチ図である。また図３は比較例の割れの発生し
た代表的な溶接個所を示す試験番号１１の溶接個所のス
ケッチ図であって、溶接割れ７が発生している。

【００２１】

【表２】

【００２２】なお前述の如く製板した板に絞りとしごき
加工を加えて深絞り成形し、厚さ内のり５mm×横内のり
１５mm×高さ外のり５０mmの有底容器を製作したとこ
ろ、成形性および肌は良好であった。

【００２３】

【実施例２】前記した実施例１と同じ条件で熱間圧延ま
でされた合金符号Ｂの板を、次いで各種の板厚さに冷間
圧延し、実施例１と同じ条件で溶体化焼入処理し、次い
で冷間圧延して板厚さを0.６mmとした。この板について
実施例１と同じ条件で深絞り成形して有底容器を製作し
た。成形性の加工状態を後述する表３に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】表３の結果から、溶体化処理後の冷間圧延
率を適正値とすることによって、深絞り成形性に優れる
ことが判る。

【００２６】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明のアルミニウム
合金板はパルスレーザー溶接性に優れているから、溶接
に際して格別な工夫を要せずに接合でき、割れ発生の無
い信頼に足る製品を製造できる効果を有する。また本発
明のアルミニウム合金板の製造方法は、深絞り成形加工
に適した板を製造でき、しかも溶体化焼入処理工程が入
っているので成形された製品を焼戻し処理することによ
って時効硬化でき、強度の高い状態で使用できる効果を
有する製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】パルスレーザー溶接の概要を示した斜面図であ
る。

【図２】本発明による割れのない代表的な溶接個所の態
様を示した斜面図である。

【図３】比較例として割れの発生した態様を示した図２
と同様な斜面図である。

【符号の説明】

１ 板 ２ 突き合わせ部 ３ パルスレーザー光 ４ レンズ ５ 焦点 ６ 溶接部 ７ 溶接割れ ８ パルスレーザー装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８２ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８２ ６８３ ６８３ ６８５ ６８５Ｚ ６８６ ６８６Ａ ６９４ ６９４Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合金組成がSi：0.１０〜0.６０wt％、F
   e：0.２５〜0.５５wt％、Cu：0.１０〜0.３５wt％、M
   n：0.９〜1.５wt％、Mg：0.２５〜0.６５wt％を含有
   し、残部Alおよび不可避的不純物からなり、該合金組成
   のうち、Si、Fe、CuおよびMgの合計値が1.５wt％以下で
   あることを特徴とするパルスレーザー溶接性に優れたア
   ルミニウム合金板。
2. 【請求項２】 Cr：0.３５wt％以下、Zr：0.２５wt％以
   下、Ti：0.２０wt％以下およびＢ：0.０２wt％以下の１
   種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のパ
   ルスレーザー溶接性に優れたアルミニウム合金板。
3. 【請求項３】 請求項１および２のいずれかに記載の組
   成のアルミニウム合金溶湯を鋳造して鋳塊とし、該鋳塊
   を５５０℃以上の温度で均質化処理した後、熱間圧延、
   冷間圧延し、次いで溶体化焼入処理し、次いで圧下率１
   ０〜５５％の冷間圧延を施すことを特徴とするパルスレ
   ーザー溶接性に優れたアルミニウム合金板の製造方法。