JP2020055010A - ステンレス箔の溶接方法および溶接構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
G≦1t・・・(1)
1t≦W≦10t・・・(2)
ここで、tは前記第1のステンレス箔の厚さである。
G≦1t・・・(1)
1t≦W≦10t・・・(2)
ここで、tは前記第1のステンレス箔の厚さである。
以下に、本発明の一実施形態における、ステンレス箔同士を重ね合わせてレーザ溶接する溶接方法について説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上B以下」を意味する。本出願における各図面に記載した構成の形状および寸法(長さ、奥行き、幅等)は、実際の形状および寸法を必ずしも反映させたものではなく、図面の明瞭化および簡略化のために適宜変更している。
上記ステンレス箔2a・2bは、通常のステンレス鋼板よりも板厚が薄いことから、シワが非常に生じ易く、かつ熱歪みの影響を大きく受ける。そして、ステンレス箔が変形することによって溶接部に穴があく等の溶接不良が発生し易い。従来、このようなステンレス箔2a・2bを重ね合わせてレーザ溶接することによって、溶接部3を安定的に形成すること、特に長距離にわたって安定的に形成することは困難であった。
本実施形態におけるステンレス箔の溶接方法について、図3を用いて以下に説明する。図3は、本実施形態におけるステンレス箔の溶接方法に用いられるレーザ溶接装置の一例を示す図である。
G≦1t・・・(1)
ここで、tは前記第1のステンレス箔の厚さである。
1t≦W≦10t・・・(2)
ここで、Wは、溶接部の延伸方向に対して垂直な方向の幅であって、ステンレス箔10aの表面における溶接部の幅である。
ステンレス箔10a・10bはフェライト系ステンレス鋼であってもよく、その他のステンレス鋼種であってもよい。ステンレス箔10a・10bは、強度および成形加工性の観点から、SUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。該オーステナイト系ステンレス鋼は、熱膨張係数が比較的大きいため熱歪の影響を大きく受ける。本溶接方法によれば、そのようなオーステナイト系ステンレス鋼のステンレス箔同士についても、安定してレーザ溶接を行うことができる。
レーザビームLB1が照射されたステンレス箔10aは、レーザビームLB1によって溶融したステンレス箔10a(ステンレス箔10aのレーザビームLB1によって溶融した部分を溶融金属と称する)が、重力によって垂下することによりステンレス箔10bと接触する。次に、レーザビームLB1の照射による熱が、溶融金属を介してステンレス箔10bに伝播してステンレス箔10aおよびステンレス箔10bが融合する。その後、急冷されて、凝固収縮することにより溶接される。そのため、板間隙間の大きさに比べ溶融金属の量が少ない場合では、溶融金属がステンレス箔10bと接触する前にステンレス箔10aから溶け落ち、穴あきの要因となる。
溶接構造体1について、図1および図4の(a)を用いて以下に説明する。図4の(a)は、溶接部3が延びる方向(溶接部3の延伸方向)に垂直な面で切ったときの断面を拡大して示す断面図である。
上記実施の形態におけるステンレス箔の溶接方法では、レーザを照射する箇所のステンレス箔は2枚の構成となっていた。しかし、本発明の一態様におけるステンレス箔の溶接方法は、これに限定されない。本発明の一態様におけるステンレス箔の溶接方法は、2層のステンレス箔により構成された重ね合わせ部に適用することができる。
ステンレス箔として、寸法165mm×220mm、板厚20、40、60、80、100μmのSUS304のBA材を用いた。
(実施例1)
溶接前の板間隙間を変えてレーザ溶接を行った試験(図2参照)の結果について、図4を用いて説明する。図4は、溶接部の断面が観察可能となるように処理を行った観察用試料について、光学顕微鏡を用いて上記断面を観察した様子について示す模式図である。図4の(a)〜(c)は、板厚が40μmのステンレス箔10aおよびステンレス箔10bを用いて、それぞれ板間隙間G1が10μm、80μm、40μmの場合の結果について示す図である。また、図4の(d)は、板厚が400μmのステンレス箔18aおよびステンレス箔18bを用いて、板間隙間G1が120μmの場合の参考例の結果について示す図である。ここで、図4に示す断面は、レーザ溶接部が延びる方向(延伸方向)に垂直な面で切ったときの断面である。なお、図4で網掛けを施した部位は、ステンレス箔の内、レーザ溶接により溶融した部位である。
一方で、図4の(b)に示すように、板間隙間G1を80μm(ステンレス箔10aの板厚tの板間隙間に対する板厚比2.0t)として試験した結果、ステンレス箔10aが溶け落ち、レーザ溶接部を形成することができなかった。これは、板間隙間G1が溶融金属の延展できる範囲を超えたため、溶融金属が溶け落ちたと考えられる。つまり、図4の(c)に示すようなレーザ溶接部16bとステンレス箔10aの表面S1との境界を示す境界点17a・17bにて溶融金属を支えきれず、溶け落ちると推察される。
また、板厚が400μmのステンレス箔18aおよびステンレス箔18bを用いた場合の参考例では、図4の(d)に示すように、レーザ溶接により穴あきが発生した。この場合、板間隙間G1は120μmであり、ステンレス箔18aの板厚tの板間隙間に対する板厚比は0.3tとなっている。この参考例では、板厚が400μmと厚いためステンレス箔の熱容量が大きい。そのため、レーザ溶接時に溶融状態が比較的長く続き、溶融金属が垂れてしまって穴あきが生じる。
図4の(a)に示す実施例と図4の(d)に示す参考例とを比較すると、板厚比が同程度であっても、板厚が小さい場合は溶け落ちが生じることなく健全な溶接部を形成することができ、その一方で、板厚400μmの厚いステンレス箔の場合は穴あきが生じ得ることがわかる。
(実施例2)
前述したレーザ溶接装置(図3参照)を用いてレーザ溶接することにより溶接部を形成した。レーザビームLB2は、焦点位置をステンレス箔10aの表面とし、レーザスポット径はφ30、100、200μm、レーザ出力は300W以下とした。溶接速度は最大12.5m/minとした。板押え間距離は2.5mmとした。
(実施例3)
また、本発明例との比較のために、板厚tが400μmの参考例について、板間隙間がさらに小さい場合におけるレーザ溶接部の穴あきの有無を調査する試験を行った。具体的には、溶接幅Wが3.5tの条件にて板間隙間を110μm〜200μm、すなわち板厚比0.28t〜0.5tとした場合について試験した。結果を表3に示す。
袋状に3辺をレーザ溶接した溶接構造体1(図1参照)を作成し、外観検査にて問題の無かった(穴あきが生じなかった)試料を供試材とした。供試材の内部に赤色浸透液を充填し、漏れの発生の有無を調べた。その結果、外観観察で問題のなかった供試材は、1時間経過後も漏れが発生せず、溶接部が気密性を有していることが確認された。
2a、2b、10a、10a・10b、10b、18a、18b ステンレス箔
3 溶接部
11 支持台
12a 上側板押え治具
12b 下側板押え治具
13 シム板
14a、14b 溝
15a、16a レーザ溶接部
17a、17b 境界点
23、24 板押えローラ
25 弾性体
LB1、LB2 レーザビーム
S1 ステンレス箔10aの表面
t 板厚
W1 溶接幅
Claims (4)
- ステンレス箔の重ね合わせ部をレーザ照射することにより溶接するステンレス箔の溶接方法であって、
前記重ね合わせ部を構成する2層のステンレス箔のうち、レーザが照射される側のステンレス箔を第1のステンレス箔とし、他方のステンレス箔を第2のステンレス箔とすると、
前記第1のステンレス箔と前記第2のステンレス箔との板間隙間Gが下記式(1)を満足し、かつ、
前記レーザの照射によって形成されるレーザ溶接部の延伸方向に対して垂直な方向の幅であって、前記第1のステンレス箔の表面における前記レーザ溶接部の幅Wが下記式(2)を満足する様にレーザ溶接することを特徴とする溶接方法。
G≦1t・・・(1)
1t≦W≦10t・・・(2)
(ここで、
t:前記第1のステンレス箔の厚さ) - 前記第1および第2のステンレス箔は、板厚が20μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の溶接方法。
- ステンレス箔の重ね合わせ部がレーザ溶接された溶接部を備える溶接構造体であって、
前記重ね合わせ部を構成する2層のステンレス箔のうち、レーザを照射された側のステンレス箔を第1のステンレス箔とし、他方のステンレス箔を第2のステンレス箔とすると、
前記溶接部は、該溶接部の延伸方向に垂直な面で切ったときの断面において、
該溶接部の近傍における前記第1のステンレス箔と前記第2のステンレス箔との板間隙間Gが下記式(1)を満足するとともに、
前記溶接部の前記延伸方向に対して垂直な方向の幅であって、前記第1のステンレス箔の表面における前記溶接部の幅Wが下記式(2)を満足するように形成されていることを特徴とする溶接構造体。
G≦1t・・・(1)
1t≦W≦10t・・・(2)
(ここで、
t:前記第1のステンレス箔の厚さ) - 前記第1および第2のステンレス箔は、板厚が20μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項3に記載の溶接構造体。
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