JP2016047552A5 - レーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を用いて接合対象となる部材を溶接するレーザ溶接方法に関する。

本発明は、このような実情に鑑みなされたものであって、その目的は、突合せ部分が接合対象となる部材同士であれ、突合せとなる溶接部分を適切に溶接することのできるレーザ溶接方法を提供することにある。

このレーザ溶接方法によれば、接合対象となる部材同士の溶接が適切になされる。

（第１の実施形態）
図１〜５に従って、レーザ溶接方法を具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、容器１０は、容器本体１１の内側表面と、蓋体１２の外側表面とが突合わされた溶接対象部分である突合せ部１４が、レーザ溶接装置１３から出射されるレーザ光３０によってレーザ溶接されて作成される。突合せ部１４は、容器１０の上部外表面である溶接対象帯１５を形成し、溶接対象帯１５において、容器本体１１と蓋体１２との間の境界に沿って延びる方向を「長さ方向」、同境界に直交する方向を「幅方向」とする。

従来、レーザ光の照射方向に直交する断面領域におけるエネルギー強度Ｐの強度分布（プロファイル）の種類として、トップハット型とガウシアン型とがよく知られている。トップハット型は、例えば、図２の強度分布に示すように、レーザ光３０の照射方向に直交する断面におけるエネルギー強度Ｐの分布が矩形分布型であるものであり、一方、ガウシアン型は、エネルギー強度Ｐの分布が正規分布型であるものである。トップハット型とガウシアン型との違いについて詳述する。バックグラウンドレベルよりも有意に大きいレーザ光の強度を有する照射領域の径を照射径Φ１とする。例えば、有意に大きいレーザ光の強度を有する照射領域とは、レーザ光の最大強度の１％以上の出力が照射される領域である。また、レーザ光の最大強度を最大値Ｍとするとき、照射強度の値が０．９Ｍとなる部分の径を０．９Ｍ部分強度照射径ΦＱとする。つまり、０．９Ｍ部分強度照射径ΦＱは、レーザ光の最大値Ｍの１０％以上の強度が照射される領域の径である。これらに基づき、トップハット型及びガウシアン型は、照射径Φ１と０．９Ｍ部分強度照射径ΦＱとの比で定義することができる。本実施形態では、トップハット型の強度分布を下記の式（１）の関係式を満たすレーザ光の強度分布とする。また、ガウシアン型の強度分布を下記の式（２）の関係式を満たすレーザ光の強度分布とする。

図２に示すように、レーザ溶接の際、溶接対象部には照射径３０Ｄのレーザ光３０が照射される。照射径３０Ｄは、レーザ光３０が溶接対象に照射されたとき形成される円形状の範囲の直径であり、角部２１ｂｅの厚み２１Ｄよりも大きい値に設定されている。そしてレーザ光３０は、溶接対象帯１５の幅方向において、角部２１ｂｅの厚み２０Ｄの全範囲をその照射径３０Ｄに含めるように照射される。また、レーザ光３０の照射方向には、低融点層２１の周側面部２１ｂが容器１０の外表面１２ａから蓋体１２の板厚Ｗ２に対応する深さまで確保されている。なお、レーザ光３０の照射方向に対して確保されることが
好ましい低融点層２１の容器１０表面からの長さは、０．２ｍｍ以上かつ２．０ｍｍ以下である。換言すると、レーザ光３０が照射される位置から突合せ部１４の容器本体１１と蓋体１２の基材２０との間に低融点層２１の長さが０．２ｍｍ以上確保される。本実施形態では、前記０．２ｍｍ以上の長さは、溶接対象帯１５に直交する深さ方向であって、レーザ光３０が進行する方向に確保される。なお、容器１０表面からの低融点層２１の長さは、蓋体１２の板厚Ｗ２以下が好ましい。より好ましくは、容器１０の表面からの低融点層２１の長さは０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下である。

以上説明したように、本実施形態の容器の製造に用いられるレーザ溶接方法によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）突合せ部１４では低融点層２１が溶融することによってこの溶融した低融点層２１の周囲の金属部材の加熱が促進される。これにより、溶融した低融点層２１の周囲の金属部材同士が適切に溶接されるようになる。また、レーザ光３０が照射されると、金属部材の金属材料よりも低い温度で溶融する低融点層２１が先に溶融し、その溶融した部分が突合せ部１４の溶接においてキーホール３１として作用する。よって、形成されるキーホール３１を通じてレーザ光３０が突合せ部１４の奧まで届き、溶接深さの確保が容易にもなる。さらに、突合せ部１４には、低融点層２１の金属と金属部材の金属材料とからなる合金が形成されるようにもなる。

以上説明したように、本実施形態の容器の製造に用いられるレーザ溶接方法によれば、上記第１の実施形態で記載した効果（１）〜（７）に加えて、以下に列記するような効果が得られるようになる。

Claims (6)

1. ２つの金属部材の突合せ部にレーザ光を照射してそれら金属部材の溶接を行うレーザ溶接方法であって、
   アルミニウムを主成分とする金属材料からなる前記２つの金属部材の少なくとも一方がその金属材料の融点よりも融点の低いすずを主成分とする金属膜からなる低融点層を表面に有する金属部材であるとともに、前記低融点層は、厚みが１０μｍ以上かつ１００μｍ以下であって、この低融点層を挟んで前記２つの金属部材を突合せる工程と、
   それら突合せた金属部材の前記低融点層を含む範囲に、レーザ溶接装置から１．５〜３．０ｋＷ（キロワット）で出力され、照射径が０．３〜０．６ｍｍであるとともに強度分布がトップハット型である前記レーザ光を照射する工程と、を含み、
   前記照射する工程では、前記レーザ光が照射される位置から前記突合せた金属部材の間に前記低融点層が長さ０．２ｍｍ以上である部分を含んでいる前記レーザ光が照射される位置を含んで前記２つの金属部材に前記レーザ光を同時に照射する
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 前記アルミニウムと、前記アルミニウム及び前記すずの合金とを前記レーザ光で溶接された部分の透過画像において識別することで前記溶接された範囲を識別する工程をさらに含む
   請求項１に記載のレーザ溶接方法。
3. ２つの金属部材の突合せ部にレーザ光を照射してそれら金属部材の溶接を行うレーザ溶接方法であって、
   アルミニウムを主成分とする金属材料からなる前記２つの金属部材の少なくとも一方がその金属材料の融点よりも融点の低いすずを主成分とする金属膜からなる低融点層を表面に有する金属部材であり、この低融点層を挟んで前記２つの金属部材を突合せる工程と、
   それら突合せた金属部材の前記低融点層を含む範囲に前記レーザ光を照射する工程と、
   前記アルミニウムと、前記アルミニウム及び前記すずの合金とを前記レーザ光で溶接された部分の透過画像において識別することで前記溶接された範囲を識別する工程とを含む
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
4. 容器のレーザ溶接方法であって、
   前記容器の２つの金属部材の突合せ部を請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法によってレーザ溶接することで、前記２つの金属部材の少なくとも一方が、前記レーザ溶接された突合せ部の延長部分に前記低融点層を備え、前記レーザ溶接による溶接部には、前記アルミニウムの成分と前記すずの成分とを含んで構成された合金が含まれるようにする
   レーザ溶接方法。
5. 容器のレーザ溶接方法であって、
   ２つの金属部材の突合せ部がレーザ溶接された前記容器は、前記金属部材からなる容器本体と、前記金属部材からなりかつ貫通孔が形成された蓋体と、前記貫通孔を塞ぐ金属からなる封止部材と、を有する容器であって、
   前記蓋体は、その表面に前記低融点層を備え、
   前記レーザ溶接を請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法で行うことによって、前記蓋体と前記容器本体との突合せ部、及び、前記貫通孔及び前記貫通孔の周囲の少なくとも一方と前記封止部材との突合せ部に、前記アルミニウムの成分と前記すずの成分とを含んで構成された合金からなる溶接部を形成する
   レーザ溶接方法。
6. 前記レーザ光で溶接された溶接部には、前記アルミニウムの成分と前記すずの成分とを含んで構成された合金が含まれ、前記溶接部は、前記２つの金属部材の突合せ部がレーザ溶接された容器表面における当該溶接部の溶接線に直交する方向の長さが０．６ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下となる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。