JP2021122829A - Laser joining method and junction structure - Google Patents

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Abstract

To provide a laser joining method for joining a first joint material made of a stainless-steel material to a second joint material made of a zinc alloy material using a laser beam.SOLUTION: A laser joining method includes: a first step of arranging a second joint material on a first surface of a first joint material so as to expose a part of the first surface to an outside; a second step of melting a part of the second joint material by emitting a laser beam to the second joint material from an opposite side to the first joint material in an end part of the second joint material and a first region including a part of the first surface which is exposed to the outside from the end part; and a third step of joining the partially melted second joint material to the first joint material of which first surface is heated by a laser beam.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明はレーザー接合方法及び接合構造体に関する。 The present invention relates to a laser bonding method and a bonding structure.

下記特許文献1には、異種金属同士をレーザーで接合する技術が開示されている。 Patent Document 1 below discloses a technique for joining dissimilar metals with a laser.

特開2001−252777号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-252777

しかしながら、上記特許文献1のレーザー接合方法は、例えば、互いの融点が大きく異なる亜鉛合金材料とステンレス材料とを溶融させて接合する際、ステンレスを溶融させる温度まで加熱すると亜鉛合金が揮発してしまうため、亜鉛合金材料およびステンレス材料をレーザーで溶融させて接合できないという問題があった。 However, in the laser bonding method of Patent Document 1, for example, when a zinc alloy material having a significantly different melting point from each other and a stainless steel material are melted and bonded, the zinc alloy volatilizes when heated to a temperature at which the stainless steel is melted. Therefore, there is a problem that the zinc alloy material and the stainless steel material cannot be melted by a laser and joined.

本発明は、上記事情に鑑みて、亜鉛合金材料およびステンレス材料を接合可能なレーザー接合方法及び接合構造体を提供することを目的の一つとする。 In view of the above circumstances, one of the objects of the present invention is to provide a laser bonding method and a bonding structure capable of bonding a zinc alloy material and a stainless steel material.

本発明の第1の態様によれば、ステンレス材料からなる第1接合材と亜鉛合金材料からなる第2接合材とをレーザーを用いて接合する方法であって、第1接合材の第1面上に、前記第1面の一部を露出させるように第2接合材を配置する第1工程と、前記第2接合材の端部と前記端部から露出する前記第1面の一部とを含む第1領域に、前記第2接合材の前記第1接合材と反対側からレーザーを照射することで前記第2接合材の一部を溶融させる第2工程と、一部が溶融した前記第2接合材と、前記レーザーによって前記第1面が加熱された前記第1接合材とを接合する第3工程と、を備えることを特徴とするレーザー接合方法が提供される。 According to the first aspect of the present invention, it is a method of joining a first joining material made of a stainless steel material and a second joining material made of a zinc alloy material by using a laser, and the first surface of the first joining material. A first step of arranging a second joining material so as to expose a part of the first surface, and an end portion of the second joining material and a part of the first surface exposed from the end portion. The second step of melting a part of the second joining material by irradiating the first region including the second joining material with a laser from the side opposite to the first joining material, and the said that a part of the second joining material is melted. Provided is a laser joining method comprising a third step of joining the second joining material and the first joining material whose first surface is heated by the laser.

本発明の第2の態様によれば、ステンレス材料からなる第1接合材の第1面上に、前記第1面の一部を露出させるように、亜鉛合金材料からなる第2接合材を接合した接合構造体であって、前記第1接合材および前記第2接合材は、上記第1の態様のレーザー接合方法により接合されている接合構造体が提供される。 According to the second aspect of the present invention, a second bonding material made of a zinc alloy material is bonded onto the first surface of the first bonding material made of a stainless steel material so as to expose a part of the first surface. Provided is a bonded structure in which the first bonding material and the second bonding material are bonded by the laser bonding method of the first aspect.

本発明の一つの態様によれば、亜鉛合金材料およびステンレス材料を接合可能なレーザー接合方法及び接合構造体を提供できる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a laser bonding method and a bonding structure capable of bonding a zinc alloy material and a stainless steel material.

図1は接合装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a joining device. 図2はレーザー接合方法の手順の一部を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a part of the procedure of the laser joining method. 図3はレーザー接合方法の手順の一部を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a part of the procedure of the laser joining method. 図4は接合構造体の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the joined structure.

以下の説明においては、各図に適宜示すZ軸と平行な方向を上下方向と呼び、X軸と平行な方向を前後方向と呼び、Y軸と平行な方向を左右方向と呼ぶ。前後方向および左右方向は、互いに直交し、かつ、上下方向と直交する方向である。上下方向のうちZ軸の正の側を上側とし、上下方向のうちZ軸の負の側を下側とする。前後方向のうちX軸の正の側を前側とし、前後方向のうちX軸の負の側を後側とする。左右方向のうちY軸の正の側を右側とし、左右方向のうちY軸の負の側を左側とする。 In the following description, the direction parallel to the Z axis shown in each figure is referred to as a vertical direction, the direction parallel to the X axis is referred to as a front-back direction, and the direction parallel to the Y axis is referred to as a left-right direction. The front-back direction and the left-right direction are orthogonal to each other and orthogonal to the vertical direction. The positive side of the Z-axis in the vertical direction is the upper side, and the negative side of the Z-axis in the vertical direction is the lower side. The positive side of the X-axis in the front-rear direction is the front side, and the negative side of the X-axis in the front-rear direction is the rear side. The positive side of the Y-axis in the left-right direction is the right side, and the negative side of the Y-axis in the left-right direction is the left side.

なお、本実施形態において、上下方向、前後方向、および左右方向等は、単に各部の配置関係等を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。 In the present embodiment, the vertical direction, the front-rear direction, the horizontal direction, etc. are names for simply explaining the arrangement relationship of each part, and the actual arrangement relationship, etc. are the arrangement relationships, etc. indicated by these names. The arrangement relationship may be other than the above.

図1は本実施形態のレーザー接合方法に用いられる接合装置の構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態の接合装置100は、チャンバー1と、保持部2と、レーザー照射部3と、ガス供給部4と、を備える。チャンバー1は、レーザー接合を行う作業空間を閉塞する。保持部2は、チャンバー1内において、レーザー接合を行う対象物10を保持する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a joining device used in the laser joining method of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the joining device 100 of the present embodiment includes a chamber 1, a holding unit 2, a laser irradiation unit 3, and a gas supply unit 4. The chamber 1 closes the work space for laser bonding. The holding unit 2 holds the object 10 to be laser-bonded in the chamber 1.

保持部2は、ベース部2aと、ベース部2aとの間で対象物10を上側から挟み込むことで拘束する押さえ板2bと、を含む。ベース部2aおよび押さえ板2bは、例えば、銅などの放熱性に優れた金属で構成される。保持部2は、レーザー接合時に対象物10を冷却する冷却部材としても機能する。 The holding portion 2 includes a pressing plate 2b that restrains the object 10 by sandwiching the object 10 from above between the base portion 2a and the base portion 2a. The base portion 2a and the pressing plate 2b are made of a metal having excellent heat dissipation, such as copper. The holding portion 2 also functions as a cooling member that cools the object 10 at the time of laser joining.

レーザー照射部3は、対象物に対して所定のレーザーLを照射する。レーザー照射部3はYAGレーザーを発光するレーザー発光部3aと、レーザー発光部3aから発光したレーザーを収束させる光学レンズ3bと、を含む。レーザー照射部3は、光学レンズ3bをアクチュエータ(図示略)により移動させることでレーザーの収束位置を変化させることができる。 The laser irradiation unit 3 irradiates an object with a predetermined laser L. The laser irradiation unit 3 includes a laser light emitting unit 3a that emits a YAG laser and an optical lens 3b that converges the laser emitted from the laser light emitting unit 3a. The laser irradiation unit 3 can change the convergence position of the laser by moving the optical lens 3b by an actuator (not shown).

ガス供給部4は、例えば、窒素やアルゴンガスなどの不活性ガスGをチャンバー1内に供給することでチャンバー1内を不活性雰囲気に保持する。本実施形態の接合装置100は、チャンバー1内を不活性雰囲気に保持することで、洗浄な環境下で対象物10をレーザー接合することで接合信頼性を向上させることができる。 The gas supply unit 4 keeps the inside of the chamber 1 in an inert atmosphere by supplying the inert gas G such as nitrogen or argon gas into the chamber 1. By keeping the inside of the chamber 1 in an inert atmosphere, the joining device 100 of the present embodiment can improve the joining reliability by laser joining the object 10 in a cleaning environment.

本実施形態の接合装置100によって接合される対象物10は、ステンレス材料からなる第1接合材11と亜鉛合金材料からなる第2接合材12とを積層した積層体である。第1接合材11を構成するステンレス材料としてはオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)を用い、第2接合材12を構成する亜鉛合金材料としては亜鉛ダイキャスト材料(ZDC2)を用いた。 The object 10 to be joined by the joining device 100 of the present embodiment is a laminate in which a first joining material 11 made of a stainless steel material and a second joining material 12 made of a zinc alloy material are laminated. Austenitic stainless steel (SUS304) was used as the stainless steel material constituting the first bonding material 11, and a zinc die-cast material (ZDC2) was used as the zinc alloy material constituting the second bonding material 12.

本実施形態においては、レーザー接合する対象物10を構成する第1接合材11および第2接合材12がそれぞれ板状とする場合について説明する。なお、第1接合材11および第2接合材12の形状は、特に限定されない。 In the present embodiment, a case where the first bonding material 11 and the second bonding material 12 constituting the object 10 to be laser-bonded have a plate shape will be described. The shapes of the first joining material 11 and the second joining material 12 are not particularly limited.

ここで、第1接合材11を構成するSUS304の融点は約1370度であり、第2接合材12を構成するZDC2の融点は約470度である。すなわち、第1接合材11および第2接合材12の融点の差は約900度である。
従来、このように融点の大きく異なる異種材料同士をレーザーで溶融させて接合することはできなかった。これは、融点の高いSUS304を溶融させる温度まで加熱した場合、ZDC2が揮発してしまい、両材料をそれぞれ溶融させた状態とすることができないためである。
Here, the melting point of SUS304 constituting the first bonding material 11 is about 1370 degrees, and the melting point of ZDC2 constituting the second bonding material 12 is about 470 degrees. That is, the difference in melting point between the first bonding material 11 and the second bonding material 12 is about 900 degrees.
Conventionally, it has not been possible to melt and join dissimilar materials having greatly different melting points with a laser. This is because when the SUS304 having a high melting point is heated to a temperature at which it is melted, ZDC2 is volatilized and both materials cannot be in a melted state.

これに対して本実施形態の接合装置100は、後述のように、融点の大きく異なる異種材料である第1接合材11(SUS304)と第2接合材12(ZDC2)とを接合することができる。 On the other hand, the joining device 100 of the present embodiment can join the first joining material 11 (SUS304) and the second joining material 12 (ZDC2), which are different materials having significantly different melting points, as described later. ..

図2は、本実施形態の接合装置100を用いたレーザー接合方法の手順の一部を示すフローチャートである。図3はレーザー接合方法の手順の一部を示す図である。図3は接合装置100のチャンバー1内を拡大した図である。図4は本実施形態のレーザー接合方法により接合された接合構造体の構成を示す図である。 FIG. 2 is a flowchart showing a part of the procedure of the laser joining method using the joining device 100 of the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a part of the procedure of the laser joining method. FIG. 3 is an enlarged view of the inside of the chamber 1 of the joining device 100. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a bonded structure bonded by the laser bonding method of the present embodiment.

図2に示すように、本実施形態の接合装置100を用いたレーザー接合方法は、配置工程(第1工程)S1と、溶融工程(第2工程)S2と、接合工程(第3工程)S3と、を含む。本実施形態の接合装置100は、配置工程S1、溶融工程S2および接合工程S3をチャンバー1内で行う。すなわち、本実施形態のレーザー接合方法において、配置工程S1、溶融工程S2および接合工程S3は、チャンバー1内の不活性雰囲気でそれぞれ行われる。 As shown in FIG. 2, the laser joining method using the joining device 100 of the present embodiment includes an arrangement step (first step) S1, a melting step (second step) S2, and a joining step (third step) S3. And, including. In the joining device 100 of the present embodiment, the arrangement step S1, the melting step S2, and the joining step S3 are performed in the chamber 1. That is, in the laser joining method of the present embodiment, the placement step S1, the melting step S2, and the joining step S3 are performed in an inert atmosphere in the chamber 1, respectively.

配置工程S1は、図1に示したように接合装置100のチャンバー1内にレーザー接合の対象物10を配置する工程である。溶融工程S2は、第2接合材12にレーザーを照射することで第2接合材12の一部を溶融させる工程である。接合工程S3は、一部が溶融する第2接合材12と、レーザーによって第1面11aが加熱された第1接合材11とを接合する工程である。 The arrangement step S1 is a step of arranging the object 10 for laser bonding in the chamber 1 of the bonding device 100 as shown in FIG. The melting step S2 is a step of melting a part of the second bonding material 12 by irradiating the second bonding material 12 with a laser. The joining step S3 is a step of joining the second joining material 12 whose part is melted and the first joining material 11 whose first surface 11a is heated by a laser.

具体的に配置工程S1では、図3に示すように、第1接合材11の第1面11a上に、第1面11aの一部を露出させるように第2接合材12を配置した対象物10を保持部2によってチャンバー1内に保持する。 Specifically, in the arrangement step S1, as shown in FIG. 3, an object in which the second bonding material 12 is arranged on the first surface 11a of the first bonding material 11 so as to expose a part of the first surface 11a. 10 is held in the chamber 1 by the holding portion 2.

本実施形態の配置工程S1では、第2接合材12が第1接合材11の上側に位置した状態となるように対象物10をチャンバー1内に配置する。保持部2は、ベース部2aおよび押さえ板2b間に対象物10を挟み込むことで加圧した状態で保持する。すなわち、第1接合材11および第2接合材12は上下方向において加圧された状態で保持される。 In the arranging step S1 of the present embodiment, the object 10 is arranged in the chamber 1 so that the second joining member 12 is located above the first joining member 11. The holding portion 2 holds the object 10 in a pressurized state by sandwiching the object 10 between the base portion 2a and the pressing plate 2b. That is, the first joining material 11 and the second joining material 12 are held in a state of being pressurized in the vertical direction.

本実施形態の接合装置100では、配置工程S1に加えて、溶融工程S2および接合工程S3の間においても対象物10を保持部2によって加圧した状態で保持する。すなわち、本実施形態のレーザー接合方法において、配置工程S1、溶融工程S2および接合工程S3では、第1接合材11および第2接合材12を加圧した状態で保持する。 In the joining device 100 of the present embodiment, in addition to the arranging step S1, the object 10 is held in a state of being pressurized by the holding portion 2 during the melting step S2 and the joining step S3. That is, in the laser joining method of the present embodiment, in the arrangement step S1, the melting step S2, and the joining step S3, the first joining material 11 and the second joining material 12 are held in a pressurized state.

本実施形態の接合装置100は、溶融工程S2において、図3に示すように、レーザー照射部3は、第2接合材12の端部15と端部15から露出する第1面11aの一部とを含む光照射領域(第1領域)SAにレーザーLを照射することで第2接合材12の一部を溶融させる。本実施形態において、レーザー照射部3は、第2接合材12の第1接合材11と反対側、すなわち上側から下側に向かってレーザーLを照射する。 In the joining device 100 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, in the melting step S2, the laser irradiation unit 3 is a part of the end portion 15 of the second bonding material 12 and a part of the first surface 11a exposed from the end portion 15. A part of the second bonding material 12 is melted by irradiating the light irradiation region (first region) SA including the above with the laser L. In the present embodiment, the laser irradiation unit 3 irradiates the laser L from the side opposite to the first bonding material 11 of the second bonding material 12, that is, from the upper side to the lower side.

溶融工程S2において、光照射領域SAに照射されるレーザーLの光軸L1が第2接合材12の端部15上に位置するように、レーザー照射を行う。すなわち、溶融工程S2において、レーザー照射部3は、光照射領域SAに含まれる第2接合材12の割合が光照射領域SA内に含まれる第1面11aの割合よりも大きくするように、レーザー照射を行う。 In the melting step S2, laser irradiation is performed so that the optical axis L1 of the laser L irradiated to the light irradiation region SA is located on the end portion 15 of the second bonding material 12. That is, in the melting step S2, the laser irradiation unit 3 lasers so that the ratio of the second bonding material 12 contained in the light irradiation region SA is larger than the ratio of the first surface 11a contained in the light irradiation region SA. Irradiate.

本実施形態において、レーザー照射部3は、光照射領域SAに含まれる第2接合材12(端部15)の割合が光照射領域SA内に含まれる第1面11aの割合よりも大きくするように、レーザーLの照射位置およびレーザーLの照射スポットの大きさを調整する。 In the present embodiment, in the laser irradiation unit 3, the ratio of the second bonding material 12 (end portion 15) included in the light irradiation region SA is made larger than the ratio of the first surface 11a included in the light irradiation region SA. In addition, the irradiation position of the laser L and the size of the irradiation spot of the laser L are adjusted.

このようにして本実施形態のレーザー照射部3から照射されたレーザーLは、第1面11aの照射面積よりも第2接合材12の端部15の照射面積の方が大きくなる。 In the laser L irradiated from the laser irradiation unit 3 of the present embodiment in this way, the irradiation area of the end portion 15 of the second bonding material 12 is larger than the irradiation area of the first surface 11a.

本実施形態において、レーザー照射部3は、レーザー発光部3aからパルス発振でレーザーLを発光する。すなわち、溶融工程S2では、レーザーLをパルス状に照射する。本実施形態において、レーザー照射部3からパルス状に照射されるレーザーLのパワーは例えば0.7kWに設定され、1パルス時間は5μ秒に設定される。このようにレーザーLをパルス状に照射することで、レーザーLのエネルギーを第2接合材12の厚さ方向下側に伝わりやすくすることができる。 In the present embodiment, the laser irradiation unit 3 emits the laser L from the laser light emitting unit 3a by pulse oscillation. That is, in the melting step S2, the laser L is irradiated in a pulse shape. In the present embodiment, the power of the laser L radiated in a pulse shape from the laser irradiation unit 3 is set to, for example, 0.7 kW, and one pulse time is set to 5 μsec. By irradiating the laser L in a pulse shape in this way, the energy of the laser L can be easily transmitted to the lower side in the thickness direction of the second bonding material 12.

溶融工程S2において、レーザー照射部3は、第2接合材12の厚さの半分よりも第1面11a側でレーザーLを収束させるように、レーザー照射を行う。ここで、ここで、レーザーLのエネルギーは焦点部分が最も高くなる。 In the melting step S2, the laser irradiation unit 3 performs laser irradiation so that the laser L is converged on the first surface 11a side of the thickness of the second bonding material 12. Here, the energy of the laser L has the highest focal point.

本実施形態のレーザー照射部3は、第1接合材11の第1面11a上にレーザーLを収束させるように、レーザー照射を行っている。これにより、レーザーLは第1面11a上に焦点Laを結ぶ。上述のようにレーザーLのエネルギーは焦点Laが最も高くなるため、レーザーLが照射された第2接合材12の端部15の温度は、レーザーLの焦点Laが位置する第1面11aの近傍が最も高くなる。このとき、第2接合材12の端部15のうち第1接合材11の第1面11aに接触する部分、すなわち、第2接合材12の下面12aの一部が溶融されて溶融部13を生成する。このように溶融工程S2によって、第2接合材12の一部を溶融させた溶融部13が生成される。 The laser irradiation unit 3 of the present embodiment performs laser irradiation so that the laser L is converged on the first surface 11a of the first bonding material 11. As a result, the laser L connects the focal point La on the first surface 11a. As described above, since the energy of the laser L has the highest focal point La, the temperature of the end portion 15 of the second bonding material 12 irradiated with the laser L is in the vicinity of the first surface 11a where the focal point La of the laser L is located. Is the highest. At this time, a portion of the end portion 15 of the second joining material 12 that comes into contact with the first surface 11a of the first joining material 11, that is, a part of the lower surface 12a of the second joining material 12 is melted to form the molten portion 13. Generate. In this way, the melting step S2 produces a molten portion 13 in which a part of the second bonding material 12 is melted.

本実施形態において、レーザー照射部3は、最もエネルギーが高くなる焦点La部分において第2接合材12を溶融可能となるようにレーザーLのパワーを設定している。これにより、第2接合材12のうち焦点Laの近傍部分、すなわち、第1面11aの近傍部分を選択的に溶融させて溶融部13を生成できる。 In the present embodiment, the laser irradiation unit 3 sets the power of the laser L so that the second bonding material 12 can be melted at the focal point La portion where the energy is highest. As a result, the portion near the focal point La, that is, the portion near the first surface 11a of the second bonding material 12 can be selectively melted to generate the molten portion 13.

また、本実施形態において、光照射領域SA内に位置する第1接合材11の第1面11aは、第1面11a上で焦点Laを結ぶレーザーLによって効率良く加熱される。本実施形態のレーザー接合方法では、溶融工程S2において、レーザーLによって第1面11aを加熱する。なお、上述のように第1接合材11の融点は第2接合材12の融点よりも十分高いため、第1接合材11の第1面11aが溶融することはない。 Further, in the present embodiment, the first surface 11a of the first bonding material 11 located in the light irradiation region SA is efficiently heated by the laser L connecting the focal points La on the first surface 11a. In the laser bonding method of the present embodiment, the first surface 11a is heated by the laser L in the melting step S2. As described above, since the melting point of the first joining material 11 is sufficiently higher than the melting point of the second joining material 12, the first surface 11a of the first joining material 11 does not melt.

また、本実施形態のレーザー照射部3は、対象物10に対して上側から下側に向かってレーザーLを照射している。具体的にレーザー照射部3は、第1接合材11の第1面11aに対して垂直方向(Z軸方向)からレーザーLを照射する。この構成によれば、対象物10の表面、すなわち、第2接合材12の表面12bでレーザーLを反射され難くすることができる。よって、レーザーLが第2接合材12の厚さ方向下側に効率良く入射するので、第2接合材12の端部15をレーザーLで効率良く加熱できる。すなわち、本実施形態のレーザー接合方法によれば、溶融工程S2において、レーザーLの熱を効率良く利用して第2接合材12を溶融させることができる。 Further, the laser irradiation unit 3 of the present embodiment irradiates the object 10 with the laser L from the upper side to the lower side. Specifically, the laser irradiation unit 3 irradiates the laser L from the direction perpendicular to the first surface 11a of the first bonding material 11 (Z-axis direction). According to this configuration, it is possible to make it difficult for the laser L to be reflected by the surface of the object 10, that is, the surface 12b of the second bonding material 12. Therefore, since the laser L is efficiently incident on the lower side in the thickness direction of the second joining material 12, the end portion 15 of the second joining material 12 can be efficiently heated by the laser L. That is, according to the laser bonding method of the present embodiment, in the melting step S2, the heat of the laser L can be efficiently used to melt the second bonding material 12.

本実施形態のレーザー接合方法において、溶融工程S2の間、第1接合材11および第2接合材12は保持部2によって加圧された状態で保持されることで、第1接合材11の第1面11aと第2接合材12の下面12aとは密着した状態で保持される。これにより、第2接合材12の下面12aに生じた溶融部13は第1接合材11の第1面11aに良好に密着する。 In the laser joining method of the present embodiment, during the melting step S2, the first joining material 11 and the second joining material 12 are held in a state of being pressurized by the holding portion 2, so that the first joining material 11 is held. The first surface 11a and the lower surface 12a of the second joining member 12 are held in close contact with each other. As a result, the molten portion 13 formed on the lower surface 12a of the second joining material 12 adheres well to the first surface 11a of the first joining material 11.

接合工程S3では、第1接合材11の第1面11aと第2接合材12の下面12aとを密着させた状態で保持し、レーザー照射部3からのレーザー照射を停止する。これにより、溶融部13は温度低下に伴って固化し、第1接合材11の第1面11aと第2接合材12とを接合する接合層14を生成する。 In the joining step S3, the first surface 11a of the first joining material 11 and the lower surface 12a of the second joining material 12 are held in close contact with each other, and the laser irradiation from the laser irradiation unit 3 is stopped. As a result, the molten portion 13 solidifies as the temperature decreases, and forms a bonding layer 14 that joins the first surface 11a of the first bonding material 11 and the second bonding material 12.

本実施形態のレーザー接合方法では、接合工程S3を行う際、光照射領域SA内に位置する第1面11aの温度を予め上昇させている。具体的に第1面11aのうち溶融部13に近接する部分の温度は溶融部13と略等しい温度となっている。すなわち、本実施形態のレーザー接合方法では、接合工程S3を行う際、溶融部13に近接する第1面11aの温度と溶融部13の融点との温度差を小さくした状態とすることができる。 In the laser bonding method of the present embodiment, when the bonding step S3 is performed, the temperature of the first surface 11a located in the light irradiation region SA is raised in advance. Specifically, the temperature of the portion of the first surface 11a close to the melting portion 13 is substantially equal to that of the melting portion 13. That is, in the laser joining method of the present embodiment, when the joining step S3 is performed, the temperature difference between the temperature of the first surface 11a close to the melting portion 13 and the melting point of the melting portion 13 can be reduced.

本発明者らは、接合工程S3を行う際、溶融部13に近接する第1面11aと溶融部13との温度差が比較的大きいと、溶融部13が固化して生成された接合層14と第1面11aとの密着性が低くなるとの知見を得た。 When the joining step S3 is performed, the present inventors have a joining layer 14 formed by solidifying the melting portion 13 when the temperature difference between the first surface 11a close to the melting portion 13 and the melting portion 13 is relatively large. It was found that the adhesion between the surface and the first surface 11a is lowered.

これに対して本実施形態のレーザー接合方法では、溶融部13に近接する第1面11aをレーザーLで直接加熱することで、第1接合材11の第1面11aと第2接合材12の溶融部13との温度差を小さくした状態で接合工程S3を行うことができる。これにより、第1接合材11および第2接合材12間を接合する接合層14の接合信頼性が向上する。 On the other hand, in the laser bonding method of the present embodiment, the first surface 11a and the second bonding material 12 of the first bonding material 11 are heated by directly heating the first surface 11a close to the molten portion 13 with the laser L. The joining step S3 can be performed in a state where the temperature difference from the melting portion 13 is reduced. As a result, the joining reliability of the joining layer 14 that joins the first joining member 11 and the second joining member 12 is improved.

また、本実施形態のレーザー接合方法において、上述の溶融部13が生成される際にガスが発生する。このようなガスとしては、例えば、溶融した第2接合材12から発生するガスや、第2接合材12を構成する亜鉛材料中に含まれるガス等がある。 Further, in the laser bonding method of the present embodiment, gas is generated when the above-mentioned molten portion 13 is generated. Examples of such a gas include a gas generated from the molten second bonding material 12, a gas contained in the zinc material constituting the second bonding material 12, and the like.

本実施形態のレーザー接合方法では、溶融工程S2において、レーザーLが照射される光照射領域SA内において、第1接合材11の第1面11aの一部を第2接合材12の端部15から露出させた状態としている。そのため、本実施形態のレーザー接合方法によれば、溶融部13の生成時に発生した上記ガスを第1面11aと第2接合材12の端部15との隙間から逃がすことができる。これにより、第1接合材11と第2接合材12とを接合する接合層14に残留するガスを低減できるので、接合層14による第1接合材11および第2接合材12の接合信頼性をより向上させることができる。 In the laser bonding method of the present embodiment, in the melting step S2, a part of the first surface 11a of the first bonding material 11 is formed on the end portion 15 of the second bonding material 12 in the light irradiation region SA irradiated with the laser L. It is in a state of being exposed from. Therefore, according to the laser joining method of the present embodiment, the gas generated at the time of forming the molten portion 13 can be released from the gap between the first surface 11a and the end portion 15 of the second joining member 12. As a result, the gas remaining in the joining layer 14 that joins the first joining material 11 and the second joining material 12 can be reduced, so that the joining reliability of the first joining material 11 and the second joining material 12 by the joining layer 14 can be improved. It can be improved further.

このように本実施形態のレーザー接合方法によれば、接合工程S3によって、図4に示すように、第1接合材11および第2接合材12間を接合層14で接合した接合構造体20を得ることができる。この接合構造体20は、接合層14によって第1接合材11および第2接合材12間の接合信頼性が高いため、信頼性に優れた接合構造体を提供できる。 As described above, according to the laser joining method of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the joining structure 20 in which the first joining member 11 and the second joining member 12 are joined by the joining layer 14 is formed by the joining step S3. Obtainable. Since the joint structure 20 has high joint reliability between the first joint material 11 and the second joint material 12 due to the joint layer 14, it is possible to provide a joint structure having excellent reliability.

以上のように本実施形態のレーザー接合方法によれば、大きく融点の異なる第1接合材11および第2接合材12をレーザー接合で接合した接合構造体20を生成できる。本実施形態の接合構造体20は、ステンレス材料からなる第1接合材11と亜鉛合金材料からなる第2接合材12とをレーザー接合して構成されるため、安価な接合構造体が提供される。 As described above, according to the laser bonding method of the present embodiment, it is possible to generate a bonding structure 20 in which the first bonding material 11 and the second bonding material 12 having significantly different melting points are bonded by laser bonding. Since the bonding structure 20 of the present embodiment is formed by laser bonding a first bonding material 11 made of a stainless steel material and a second bonding material 12 made of a zinc alloy material, an inexpensive bonding structure is provided. ..

以上、本明細書において説明した構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。 As described above, the configurations described in the present specification can be appropriately combined within a range that does not contradict each other.

例えば、上記実施形態において、レーザー照射部3は、対象物10に対して上下方向からレーザーLを照射する場合を例に挙げたが、レーザーLの照射方向は特に限定されない。すなわち、レーザー照射部3は、斜め上方からレーザーLを照射してもよい。 For example, in the above embodiment, the laser irradiation unit 3 irradiates the object 10 with the laser L from the vertical direction as an example, but the irradiation direction of the laser L is not particularly limited. That is, the laser irradiation unit 3 may irradiate the laser L from diagonally above.

11…第1接合材、11a…第1面、12…第2接合材、15…端部、20…接合構造体、L…レーザー、S1…配置工程(第1工程)、S2…溶融工程(第2工程)、S3…接合工程(第3工程)、SA…光照射領域(第1領域)。 11 ... 1st bonding material, 11a ... 1st surface, 12 ... 2nd bonding material, 15 ... end, 20 ... bonding structure, L ... laser, S1 ... placement process (1st process), S2 ... melting process ( Second step), S3 ... Joining step (third step), SA ... Light irradiation region (first region).

Claims (10)

ステンレス材料からなる第1接合材と亜鉛合金材料からなる第2接合材とをレーザーを用いて接合する方法であって、
第1接合材の第1面上に、前記第1面の一部を露出させるように第2接合材を配置する第1工程と、
前記第2接合材の端部と前記端部から露出する前記第1面の一部とを含む第1領域に、前記第2接合材の前記第1接合材と反対側からレーザーを照射することで前記第2接合材の一部を溶融させる第2工程と、
一部が溶融した前記第2接合材と、前記レーザーによって前記第1面が加熱された前記第1接合材とを接合する第3工程と、を備える
ことを特徴とするレーザー接合方法。
It is a method of joining a first joining material made of a stainless steel material and a second joining material made of a zinc alloy material using a laser.
The first step of arranging the second joining material on the first surface of the first joining material so as to expose a part of the first surface, and
Irradiating the first region including the end portion of the second joining material and a part of the first surface exposed from the end portion with a laser from the side opposite to the first joining material of the second joining material. In the second step of melting a part of the second bonding material in
A laser joining method comprising a third step of joining the second joining material, which is partially melted, and the first joining material whose first surface is heated by the laser.
前記第2工程では、前記第1領域に含まれる前記第2接合材の割合を前記第1領域内に含まれる前記第1面の割合よりも大きくするように、レーザー照射を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザー接合方法。
The second step is characterized in that laser irradiation is performed so that the ratio of the second bonding material contained in the first region is larger than the ratio of the first surface contained in the first region. The laser bonding method according to claim 1.
前記第2工程では、前記第1接合材の前記第1面に対して垂直方向からレーザー照射を行う
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のレーザー接合方法。
The laser joining method according to claim 1 or 2, wherein in the second step, laser irradiation is performed from a direction perpendicular to the first surface of the first joining material.
前記第2工程では、前記第2接合材の厚さの半分よりも前記第1面側で前記レーザーを収束させるように、レーザー照射を行う
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のレーザー接合方法。
Any of claims 1 to 3, wherein in the second step, laser irradiation is performed so that the laser is converged on the first surface side of the thickness of the second bonding material. The laser bonding method according to the first paragraph.
前記第2工程では、前記第1接合材の前記第1面上に前記レーザーを収束させるように、レーザー照射を行う
ことを特徴とする請求項4に記載のレーザー接合方法。
The laser joining method according to claim 4, wherein in the second step, laser irradiation is performed so that the laser is converged on the first surface of the first joining material.
前記第2工程では、前記レーザーをパルス状に照射する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のレーザー接合方法。
The laser joining method according to any one of claims 1 to 5, wherein in the second step, the laser is irradiated in a pulse shape.
前記第1工程から前記第3工程において、前記第1接合材および前記第2接合材を加圧した状態で保持する
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のレーザー接合方法。
The invention according to any one of claims 1 to 6, wherein in the first step to the third step, the first joining material and the second joining material are held in a pressurized state. Laser bonding method.
前記レーザーとしてYAGレーザーを用いる
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のレーザー接合方法。
The laser bonding method according to any one of claims 1 to 7, wherein a YAG laser is used as the laser.
前記第1工程から前記第3工程は、不活性雰囲気で行われる
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のレーザー接合方法。
The laser bonding method according to any one of claims 1 to 8, wherein the first step to the third step are performed in an inert atmosphere.
ステンレス材料からなる第1接合材の第1面上に、前記第1面の一部を露出させるように、亜鉛合金材料からなる第2接合材を接合した接合構造体であって、
前記第1接合材および前記第2接合材は、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のレーザー接合方法により接合されている
ことを特徴とする接合構造体。
A bonding structure in which a second bonding material made of a zinc alloy material is bonded so as to expose a part of the first surface on the first surface of the first bonding material made of a stainless steel material.
A bonding structure characterized in that the first bonding material and the second bonding material are bonded by the laser bonding method according to any one of claims 1 to 9.
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JPS5992188A (en) * 1982-11-15 1984-05-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Joining method of low melting material and high melting material
JP4326492B2 (en) * 2005-03-31 2009-09-09 株式会社神戸製鋼所 Dissimilar materials joining method using laser welding
JP4931506B2 (en) * 2006-07-21 2012-05-16 株式会社神戸製鋼所 Dissimilar material joining method
JP5466632B2 (en) * 2010-12-28 2014-04-09 株式会社神戸製鋼所 Dissimilar material joining method
JP5847209B2 (en) * 2014-01-21 2016-01-20 株式会社神戸製鋼所 Dissimilar metal joined body and manufacturing method of dissimilar metal joined body
JP6686651B2 (en) * 2016-04-12 2020-04-22 株式会社ジェイテクト Method for joining metal members and joining device

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