【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、アルミニウム合
金薄板をレーザ溶接により突合せ溶接するアルミニウム
合金板のレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、アルミニウム合金のレー
ザ溶接施工を行う場合、一般には溶湯近傍に酸化防止及
びレーザ誘起プラズマ除去のために、シールドガスを使
用している。アルミニウム合金のレーザ溶接時のシール
ド方法には、サイドガスシールド、センターガスシール
ド、またはシールドボックス等がある。そして、シール
ドガスの種類としては、アルゴンガス、ヘリウムガス、
窒素ガス又はこれらのガスを組み合わせて使用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来のレーザ溶接方法においては、シールド性が悪い
溶接部位の場合、及び溶接速度が上昇した場合等におい
ては、溶接金属部のシールド性が不良となり、溶接部が
不安定になるとともに、アンダーカットなどの溶接欠陥
等が多発し、継手性能を著しく低下させる場合があっ
た。
【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、アルミニウム合金板のレーザ溶接に際し、
シールド性が劣化した場合又はシールドガスがない場合
においても、健全な突合せ溶接継手性能を得ることがで
きるアルミニウム合金板のレーザ溶接方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム合金板のレーザ溶接方法は、アルミニウム合金薄板を
突合せ、シールドガスフリーで、その突合せ部をＹＡＧ
レーザを使用したレーザ溶接法により溶接し、Ｍｇ含有
量が１．０質量％以下、Ｓｉの含有量が０．２質量％以
上の溶接金属部を作製することを特徴とする。
【０００６】本発明においては、被溶接材の品種と、溶
加材の品種とを適切に組み合わせ、溶接部のＭｇ含有量
及びＳｉ含有量を規定したので、シールドガスを使用し
ないか、又は、溶接速度が上昇した場合のように実質的
にシールドガスがない雰囲気中においても、安定したビ
ードを形成することができ、健全な継手性能を得ること
ができると共に、継手効率が向上する。健全な継手性能
とは、引張試験時の破断位置が溶接金属部で起こらず、
母材又は溶接熱による母材軟化部で生じることをいう。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
添付の図面を参照して具体的に説明する。
【０００８】上記課題を解決するための本発明は、溶接
金属部での酸化による溶接部の乱れを極力低減させるた
めに、アルミニウム合金板のレーザ溶接施工の手段とし
て、次のような選択肢をとる。先ず、レーザ熱源の選択
では、レーザ溶接特有のレーザ誘起プラズマによる影響
が少ないＹＡＧレーザを選択して、雰囲気ガスが電離す
ること等により溶接金属部の酸化性を高めないようにす
る。
【０００９】また、溶接中の溶接金属部において、低融
点・低沸点でかつ酸化性の高いＭｇが多く含まれると、
Ｍｇの酸化によって溶接部の乱れが起きてしまうため、
Ｍｇの含有量を１．０質量％以下に制限する。
【００１０】また、シールドガスフリー環境において溶
接金属部の流動性を確保するためには、溶接金属部に
０．２質量％以上のＳｉが含有される必要がある。
【００１１】溶接金属部の含有量を調整するためには、
被溶接材料中のＭｇ、Ｓｉを上記組成に制限することで
実現できる。例えば、Ｓｉを含みＭｇ含有量が少ない６
０００系合金、Ｍｇ含有量が少ない３０００系合金等が
使用できる。
【００１２】また、溶接の際に溶加材を用いる場合に
は、被溶接材と溶加材とが溶融し形成された溶接金属部
の含有量が上記範囲であれば良い。例えば、溶加材にＭ
ｇが少ないＪＩＳ４３４６合金等を使用し、被溶接材に
６０００系合金を選択することで溶接金属部のＭｇ、Ｓ
ｉ含有量を上述の範囲に調整することができる。
【００１３】以上のような溶接条件因子の組合わせを最
適化することにより、アルミニウム合金板のレーザ溶接
に際し、シールド性が劣化した場合は又はシールドガス
がない場合においても、レーザ溶接により、健全な突合
せ溶接継手性能を得ることができる。
【００１４】
【実施例】以下、ＹＡＧレーザ溶接におけるシールドガ
スフリーの効果を検証するために、本発明の実施例方法
と、本発明の範囲から外れる比較例方法より、ＹＡＧレ
ーザ溶接した試験結果について説明する。図１（ａ）は
本発明のようにシールドガスがない場合、図１（ｂ）は
シールドガスを使用した場合における溶接方法を示す。
被溶接材であるアルミニウム合金の薄板４を突合せ、こ
の突合せ部をレーザビーム１により溶接して溶接金属部
３を形成する。この場合に、図１（ａ）はシールドガス
を使用せずに、５ｋｇｆ／ｃｍ２程度の流量で溶接線に
平行に空気を流して所謂エアカーテン１０を形成する。
一方、図１（ｂ）はレーザビーム１の周囲から溶接部に
向けてＡｒガス等のシールドガス１１を２７リットル／
分で流す。これらの溶接方法において、下記表１に示す
条件でレーザ溶接を行った。なお、シールドガス有りの
条件は、ＹＡＧレーザ光に対して同軸のセンターシール
ドガス方式であり、２７リットル／分の流速でＡｒシー
ルドガスを供給することにより、溶接部をシールドす
る。
【００１５】
【表１】
【００１６】被溶接材料としてのアルミニウム合金板の
突合せ継手の作製には、下記表２に示す材料を使用し、
板厚が２．０ｍｍの突合せ継手である。
【００１７】
【表２】
【００１８】また、溶接金属部３に添加する溶加材は、
一般的なＡ５３５６（Ａｌ−５．０Ｍｇ）、Ａ４０４３
（Ａｌ−５．０Ｓｉ）、Ａ４０４７（Ａｌ−１２．０Ｓ
ｉ）を使用し、シールドガスの有無が突合せ溶接継手性
能におよぼす影響を調査した。
【００１９】図２（ａ）、（ｂ）は、各種被溶接材料及
び溶加材を使用してシールドガスなしの条件下で作製し
た溶接部断面形状を示す金属顕微鏡写真である。図２
（ａ）は健全な溶接部、図２（ｂ）はアンダーカット欠
陥の代表例を示す。このようなアンダーカット欠陥の有
無を溶接部外観より判定し、アンダーカット欠陥が認め
られたものを×、認められなかったものを○として判定
した。その結果を下記表２に示す。
【００２０】被溶接材料が５０５２、５１８２のような
５０００系アルミニウム合金の場合には、溶加材をＡ５
３５６、Ａ４０４３、Ａ４０４７と変化させても、突合
せ継手の溶接金属部にはアンダーカットを代表とする溶
接欠陥が存在していることが確認できる。また、被溶接
材料が１１００、３００４、６Ｎ０１の場合には、溶加
材がＡ５３５６のときにのみ上述と同様の溶接欠陥が存
在するが、溶加材がＡ４０４３、Ａ４０４７の場合に
は、アンダーカットのない滑らかな余盛形状となること
が確認できた。
【００２１】シールドガスありの条件でレーザ溶接施工
を実施した場合には、上述したアンダーカット欠陥は一
切認められない。
【００２２】一方、シールドガスフリー環境では、溶加
材にＭｇ含有量が高いＡ５３５６を使用した全ての場合
において、アンダーカット欠陥が生じた。また、溶加材
をＡ４０４３、Ａ４０４７と変化させた場合には、Ａ３
００４、Ａ５０５２、Ａ５１８２のようにＭｇ含有量が
１．０重量％以上のアルミニウム合金を溶接した場合、
溶接表面が乱れアンダーカット欠陥が生じた。Ａ１１０
０は、Ｍｇ含有量が１.０重量％以下であるが、Ｓｉ含
有量が低いため、わずかではあるがアンダーカット欠陥
が生じた。Ａ６０６３、Ａ６Ｎ０１においてはＭｇ含有
量を１．０重量％以下、Ｓｉ含有量を０．２重量％以上
に調整できたためシールドガスフリー環境においてもア
ンダーカット欠陥のない良好な溶接部を形成できた。
【００２３】以上により、アルミニウム合金は、溶加材
を最適に選択することにより、レーザ溶接中のシールド
フリー環境中においても健全な溶接部を形成できること
がわかった。
【００２４】
【表３】
【００２５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
アルミニウム合金板の突合せ継手においてレーザ熱源と
してＹＡＧレーザを使用し、Ｍｇ含有量が１．０質量％
以下、Ｓｉの含有量が０．２質量％以上の溶接金属部を
作製したので、シールドガスが無くても極めて健全な溶
接継手が得られるという効果を奏する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser welding method for an aluminum alloy plate in which an aluminum alloy thin plate is butt welded by laser welding. 2. Description of the Related Art As is well known, when performing laser welding of an aluminum alloy, a shield gas is generally used in the vicinity of the molten metal for preventing oxidation and removing laser-induced plasma. As a shielding method at the time of laser welding of an aluminum alloy, there are a side gas shield, a center gas shield, a shield box, and the like. And as a kind of shielding gas, argon gas, helium gas,
Nitrogen gas or a combination of these gases is used. However, in these conventional laser welding methods, the shielding property of the weld metal part is obtained in the case of a welded part with poor shielding property or when the welding speed is increased. In some cases, the welded portion becomes unstable, weld defects such as undercuts frequently occur, and the joint performance is significantly deteriorated. The present invention has been made in view of the above problems, and in laser welding of an aluminum alloy plate,
It is an object of the present invention to provide a laser welding method for an aluminum alloy plate capable of obtaining sound butt-welded joint performance even when the shielding performance is deteriorated or when there is no shielding gas. The laser welding method for an aluminum alloy plate according to the present invention is a method in which an aluminum alloy thin plate is butted and shield gas free, and the butted portion is YAG.
Welding is performed by a laser welding method using a laser to produce a weld metal part having an Mg content of 1.0% by mass or less and an Si content of 0.2% by mass or more. In the present invention, the welding material and the filler material are appropriately combined and the Mg content and Si content of the weld are defined, so that no shielding gas is used, or Even in an atmosphere where there is substantially no shielding gas as in the case where the welding speed is increased, a stable bead can be formed, sound joint performance can be obtained, and joint efficiency is improved. Sound joint performance means that the fracture position during the tensile test does not occur in the weld metal part,
It occurs at the base material or the base material softened part caused by welding heat. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below.
Specific description will be given with reference to the accompanying drawings. In order to reduce the disturbance of the weld due to oxidation at the weld metal part, the present invention for solving the above-mentioned problems takes the following options as means for laser welding of the aluminum alloy plate. . First, in the selection of the laser heat source, a YAG laser that is less affected by laser-induced plasma unique to laser welding is selected so as not to increase the oxidizability of the weld metal part by ionizing the atmospheric gas. If the weld metal part being welded contains a large amount of Mg having a low melting point, a low boiling point, and a high oxidizing property,
Because the disorder of the weld occurs due to the oxidation of Mg,
The Mg content is limited to 1.0% by mass or less. In order to ensure the fluidity of the weld metal part in a shield gas-free environment, it is necessary that the weld metal part contains 0.2% by mass or more of Si. In order to adjust the content of the weld metal part,
This can be realized by limiting Mg and Si in the material to be welded to the above composition. For example, Si is included and Mg content is low 6
000 series alloys, 3000 series alloys with low Mg content, and the like can be used. When a filler material is used during welding, the content of the weld metal portion formed by melting the welded material and the filler material may be in the above range. For example, M
Use JIS4346 alloy with low g and select 6000 series alloy as the material to be welded.
i content can be adjusted to the above-mentioned range. By optimizing the combination of the welding condition factors as described above, when laser welding of an aluminum alloy plate is performed, even if the shielding performance is deteriorated or there is no shielding gas, the laser welding ensures a sound condition. Butt weld joint performance can be obtained. EXAMPLES In order to verify the effect of shield gas free in YAG laser welding, the test results of YAG laser welding from the method of the embodiment of the present invention and the comparative method outside the scope of the present invention will be described below. explain. FIG. 1A shows a welding method when there is no shield gas as in the present invention, and FIG. 1B shows a welding method when shield gas is used.
The aluminum alloy thin plate 4 that is the material to be welded is butted and the butted portion is welded by the laser beam 1 to form the weld metal portion 3. In this case, in FIG. 1A, a so-called air curtain 10 is formed by flowing air parallel to the welding line at a flow rate of about 5 kgf / cm 2 without using a shielding gas.
On the other hand, FIG. 1B shows that 27 liters of shielding gas 11 such as Ar gas is directed from the periphery of the laser beam 1 toward the weld.
Run in minutes. In these welding methods, laser welding was performed under the conditions shown in Table 1 below. The condition with the shield gas is a center shield gas system coaxial with the YAG laser beam, and the welded portion is shielded by supplying Ar shield gas at a flow rate of 27 liters / minute. [Table 1] The materials shown in Table 2 below were used for the production of butt joints of aluminum alloy plates as materials to be welded.
It is a butt joint with a plate thickness of 2.0 mm. [Table 2] The filler material added to the weld metal part 3 is:
General A5356 (Al-5.0Mg), A4043
(Al-5.0Si), A4047 (Al-12.0S
Using i), the effect of the presence or absence of shielding gas on the butt weld joint performance was investigated. FIGS. 2 (a) and 2 (b) are metallographic micrographs showing the cross-sectional shapes of the welds prepared using various weld materials and filler materials under the condition without shield gas. FIG.
(A) shows a healthy weld, and FIG. 2 (b) shows a typical example of an undercut defect. The presence or absence of such an undercut defect was determined from the appearance of the welded portion, and the case where the undercut defect was recognized was determined as x, and the case where it was not recognized was determined as ◯. The results are shown in Table 2 below. When the material to be welded is a 5000 series aluminum alloy such as 5052 and 5182, the filler material is A5.
Even if it is changed to 356, A4043, and A4047, it can be confirmed that a weld defect represented by an undercut exists in the weld metal portion of the butt joint. In addition, when the material to be welded is 1100, 3004, and 6N01, the same welding defects as above exist only when the filler material is A5356, but when the filler material is A4043 and A4047, the undercut It was confirmed that a smooth surfacing shape without a gap was obtained. When laser welding is performed under conditions with a shielding gas, the above-described undercut defects are not recognized at all. On the other hand, in the shield gas free environment, undercut defects occurred in all cases where A5356 having a high Mg content was used as the filler material. When the filler material is changed to A4043 and A4047, A3
When welding an aluminum alloy having a Mg content of 1.0% by weight or more, such as 004, A5052, and A5182,
The weld surface was disturbed, resulting in undercut defects. A110
In 0, the Mg content was 1.0% by weight or less, but because of the low Si content, slight undercut defects occurred. In A6063 and A6N01, the Mg content was adjusted to 1.0% by weight or less, and the Si content was adjusted to 0.2% by weight or more, so that a good weld without undercut defects could be formed even in a shield gas-free environment. From the above, it has been found that the aluminum alloy can form a sound welded part even in a shield-free environment during laser welding by optimally selecting the filler material. [Table 3] As described above in detail, according to the present invention,
YAG laser is used as the laser heat source in the butt joint of aluminum alloy plate, and Mg content is 1.0 mass%
Hereinafter, since a weld metal part having a Si content of 0.2% by mass or more was produced, there is an effect that an extremely sound welded joint can be obtained without a shielding gas.
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）はシールドガスがある場合と、
シールドガスがない場合の溶接方法を示す図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、各種被溶接材料及び溶
加材を使用してシールドガスなしの条件下で作製した溶
接部断面形状を示す金属顕微鏡写真であり、図２（ａ）
は健全な溶接部、図２（ｂ）はアンダーカット欠陥の代
表例を示す。
【符号の説明】
１：レーザビーム
３：溶接金属部
４：被溶接材
１０：エアカーテン
１１：シールドガスBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 (a) and (b) show the case where there is a shielding gas;
It is a figure which shows the welding method when there is no shielding gas. 2 (a) and 2 (b) are metallographic micrographs showing cross-sectional shapes of welds prepared using various welded materials and filler metals under conditions without a shielding gas. (A)
Indicates a healthy weld, and FIG. 2B shows a typical example of an undercut defect. [Description of Symbols] 1: Laser beam 3: Weld metal part 4: Material to be welded 10: Air curtain 11: Shield gas