JP3596326B2 - Welding method of aluminum alloy - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームや電子ビームなどの高エネルギビームを用いたアルミニウム合金の溶接技術に係わり、さらに詳しくは、アルミニウムの板材,押出し材、あるいはアルミニウム鋳物などの溶接に際して、加工エネルギを高くしても溶接プロセスを安定に維持することができ、溶け込み量の深い溶接ビードを得ることが可能なアルミニウム合金の溶接方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術および課題】
例えば、アルミニウム合金を自動車の構造部材として使用する場合、これら部材の製造や組立てに際して、溶接のエネルギ源としてレーザビームや電子ビームなどの高エネルギビームを適用すると、MIG溶接やTIG溶接と比較して高速で溶接することができ、溶接時間の短縮や熱歪みの低減が可能になるという効果が期待できる。
【0003】
しかしながら、アルミニウム合金は、鋼材などに比べて熱伝導率や反射率が高いために、溶接に際して加工エネルギを高くしないことには、深い溶け込み量が得られず、十分な継手強度を得ることが難しい。
【0004】
ところが、ただ単に加工エネルギを高くすると、溶け込み量は深くなるものの、溶接プロセスが不安定となってスパッタが発生したり、溶接ビード中に気孔が残ったりすることから、安定した継手強度を得ることができないという問題点があり、このような問題点を解決することがこのような高エネルギビームによるアルミニウム合金の溶接における課題となっていた。
【0005】
なお、例えば特開平10−137965号公報などには、複数のビームを用いて溶接する方法や装置が開示されているが、これらは加工点におけるビームを複数にするための装置であったり、ビームを複数にすることにより複数の加工を同時に行う方法であったりして、溶接プロセスの安定化に対する考慮はなされていない。
【0006】
【発明の目的】
本発明は、従来の高エネルギビームによるアルミニウム合金の溶接技術における上記課題に着目してなされたものであって、溶接プロセスを安定に維持しながら加工エネルギを高めることができ、溶接部の溶け込み量を深くして高い継手強度を安定して得ることができるアルミニウム合金の溶接方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題の解決を目的として高エネルギビームの照射条件に付いて種々検討を重ねた結果、高エネルギビームを2つあるいはそれ以上に分割すると共に、ビーム間の距離を所定範囲に保持することによって、ビームの相互干渉を防止して溶接プロセスを安定にし、ビーム同士の相乗作用によって溶け込み量を増加させることができることを見出すに至った。
【0008】
本発明は、このような知見に基づくものであって、本発明の請求項1に係わるアルミニウム合金の溶接方法は、アルミニウム合金に複数の同径高エネルギビームを照射してアルミニウム合金を溶接するに際し、複数の高エネルギビームのうちの最も近接するビーム間の加工点における距離をwとし、前記両ビームの加工点におけるビーム径をそれぞれdとするとき、両者の比w/dを1.5〜2.6の範囲として溶接する構成とし、アルミニウム合金の溶接方法におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【0009】
本発明によるアルミニウム合金の溶接方法の実施態様として請求項2に係わる溶接方法においては、前記両ビームが溶接進行方向に略平行方向に並列するときには、ビーム間距離wとビーム径dの比w/dを1.5〜2.3の範囲とし、両ビームが溶接進行方向に略直交方向に並列するときには、前記比w/dを1.5〜2.6の範囲とする構成とし、同じく実施態様として請求項3に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては前記高エネルギビームのパワー密度をそれぞれ20000W/mm2 以上とする構成とし、請求項4に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては高エネルギビームがレーザビームである構成とし、請求項5に係わるアルミニウム合金の溶接方法においてはレーザビームがYAGレーザビームである構成としたことを特徴としている。
【0010】
また、実施態様として請求項6に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては、複数のレーザ発振器から発振されたレーザビームを複数の光ファイバを介してそれぞれ伝送することによって複数のレーザビームを形成する構成とし、請求項7に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては、1台のレーザ発振器から発振され1本の光ファイバを介して伝送されたレーザビームを溶接ヘッド内に設けられたプリズム光学系により分岐することによって複数のレーザビームを形成する構成とし、さらに実施態様として請求項8に係わる溶接方法においてはアルミニウム合金がマグネシウムや亜鉛などの低沸点元素を含有する合金である構成とし、請求項9に係わる溶接方法においては、溶接継手が重ね溶接継手であると共に、高エネルギビームを照射する側の板厚が0.6mm〜3.0mmの範囲である構成としたことを特徴としており、アルミニウム合金の溶接方法におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明に係わるアルミニウム合金の溶接方法は、レーザビームや電子ビームなどの高エネルギビームをアルミニウム合金に照射するに際して、複数のビーム、例えば図1(a)に示すように2つのビームB1 ,B2 を照射すると共に、これら両ビームB1 ,B2 間の距離wを所定範囲、すなわち図1(b)に示すように加工点における両ビームB1 ,B2 のビームスポットS1 ,S2 の径dの1.5倍から2.6倍に範囲に保持することにより、溶接プロセスの安定化と溶け込み量の増加とを両立させたものであって、両ビームB1 ,B2 間の距離wとビーム径dの比w/dが1.5に満たない場合には、ビーム同士の位置関係が相対的に狭まり、大きなパワー密度のシングルビーム溶接したときの現象に近いものとなって、溶融金属部に巻き込まれたシールドガスの排出が困難となったり、溶融金属内で蒸発した金属ガスが激しく活動して、溶接ビード内に空孔として残ったり、溶接ビード表面を乱したりする結果、溶接部の強度が低下する。一方、前記比w/dが2.6を超えた場合には、ビーム同士の位置関係が相対的に広がり過ぎて、それぞれの影響力が弱まるために、十分な溶け込み量が得られないことから溶接部の強度が低下することになる。
【0012】
ビーム同士の配列方向としては、特に限定されないが、請求項2に記載しているように、両ビームB1 ,B2 が溶接進行方向に対して平行、あるいはほぼ平行な方向に並列しているとき(図2(a)参照)には、ビーム間距離wとビーム径dの比w/dを1.5〜2.3の範囲とし、両ビームB1 ,B2 が溶接進行方向に対して直交、あるいはほぼ直交する方向に並列しているとき(図2(b)参照)には、前記ビーム間距離wとビーム径dの比w/dを1.5〜2.6の範囲として溶接することが、溶け込み量を増して溶接部の強度の向上効果をより確実にする観点から望ましい。
【0013】
なお、本発明に係わる溶接方法は、高エネルギビームが2つの場合のみならず、図3(a)ないし(e)に示すように、ビーム数が3,4、あるいはそれ以上の場合にも適用することができ、この場合には、これらのビームのうちの最も近接したビームB1 およびB2 間の位置関係(w/d)を上記範囲とすることによって同様の作用効果を得ることができる。
【0014】
また、本発明に係わる溶接方法における高エネルギビームのパワー密度としては、請求項3に記載しているように、20000W/mm2 以上とすることが望ましい。すなわち、被溶接材に照射される高エネルギビームのそれぞれのパワー密度が20000W/mm2 に満たない場合には、深い溶け込み量が安定して得られなくなる傾向があることによる。なお、この場合、必ずしも複数のビームのパワー密度を等しくする必要はない。
【0015】
本発明に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては、大気中における減衰や広がりがなく、簡単な光学系によって任意の位置に集光できることから、請求項4に記載しているように高エネルギビームとしてレーザビームを用いることが望ましく、さらに消費電力が少なく装置の小型化が可能であると共に、光ファイバが使用できて取扱いが容易であることから、請求項4に記載しているように、YAGレーザを適用することが望ましい。
【0016】
また、高エネルギビームとしてレーザビーム、とりわけYAGレーザを使用した場合には、例えば図4(a)に示すように、複数のレーザ発振器(図では2台)から発振されたレーザビームB1 ,B2 を複数の光ファイバ2a,2bを介して溶接ヘッド3にそれぞれ伝送し、溶接ヘッド3に備えたコリメーションレンズ4およびフォーカシングレンズ5からなる光学系を用いて加工点にビームスポットS1 ,S2 として集光することにより、複数のレーザビームB1 ,B2 を被溶接物に照射することができる。さらには、図4(b)に示すように、1台のレーザ発振器から発振されたレーザビームBを1本の光ファイバ2を介して溶接ヘッド3に伝送し、溶接ヘッド3内のコリメーションレンズ4によって平行ビームとしたのち、半円状のプリズムレンズ6によってビームBを分割し、さらにフォーカシングレンズ5に用いて加工点上にビームスポットS1 ,S2 として集光することにより、複数のレーザビームB1 ,B2 を被溶接物に照射することができる。この場合、プリズムレンズ6の位置をフォーカシングレンズ5に近付けたり、遠ざけたりすることによってビーム間距離wを制御することができる。
【0017】
本発明に係わるアルミニウム合金の溶接方法は、請求項8に記載しているように、添加元素としてマグネシウムや亜鉛などようにアルミニウムより低い沸点を有する元素を含むアルミニウム合金、具体的には、JISに規定される合金番号5000系、あるいは7000系合金などに適用した場合に、その特徴をより有効に活かすことができる。すなわち、このような低沸点元素を含む材料の高エネルギビーム溶接においては、溶融金属内で蒸発したこれらのガスが溶接プロセスを不安定にするばかりでなく、溶接ビード中に気孔として残存して強度低下を引起すことから、従来のシングルビームによる溶接では、高エネルギを投入して深い溶け込み量を得ることが極めて困難であったが、本発明に係わる溶接方法を適用することによって、このような低沸点元素を含むアルミニウム合金においても溶接プロセスを安定に保持することができ、深い溶け込み量の溶接ビードが得られることになる。
【0018】
本発明に係わるアルミニウム合金の溶接方法を、例えば重ね溶接に適用する場合の被溶接材の板厚については、請求項9に記載しているように、0.6mm〜3.0mmの範囲が好適である。すなわち、被溶接材が0.6mm未満の板厚の場合には、本発明の溶接方法を適用するまでもなく、従来のシングルビーム溶接によって安定した溶接と十分な溶け込みを得ることができ、3.0mmを超えた板厚の被溶接材の場合には、十分な継手強度を得るためには上下板材の境界ぶにおける溶接ビードの溶け込み幅が3.0mm以上必要となることから、熱伝導率の高いアルミニウム合金においてこれだけの溶接幅を得るためには、エネルギの無駄が大きくなり、高エネルギビーム溶接を重ね溶接に適用するメリットが少なくなることによる。
【0019】
【発明の効果】
本発明の請求項1に係わるアルミニウム合金の溶接方法は、被溶接材に複数の同径高エネルギビームを照射するに際して、加工点における最も近接したビーム間の距離wとビーム径dとの比w/dを1.5〜2.6の範囲として溶接するようにしているので、トータルの加工エネルギが高いにも拘らず溶接プロセスを安定に維持することができ、溶接部の溶け込み量が深くなって高い継手強度を安定して得ることができるという極めて優れた効果をもたらすものである。
【0020】
本発明によるアルミニウム合金の溶接方法の実施態様として請求項2に係わる溶接方法においては、最も近接した両ビームが溶接進行方向に略平行方向に並列するときには、ビーム間距離wとビーム径dの比w/dを1.5〜2.3の範囲とし、略直交方向に並列するときには、比w/dを1.5〜2.6の範囲として溶接するようにしているので、溶け込み量を増して溶接部の強度をより確実に向上させることができ、同じく実施態様として請求項3に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては高エネルギビームのパワー密度をそれぞれ20000W/mm2 以上としているので、深い溶け込み量を安定して得ることができ、請求項4に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては高エネルギビームとしてレーザビームを使用するようにしているので、光学系によって任意の位置に容易に集光することができ、さらに請求項5に係わる溶接方法においてはレーザビームとしてとくにYAGレーザビームを用いるようにしているので、消費電力が少なく小型の装置が使用できると共に、光ファイバが使用できることから極めて容易に取り扱うことができるという優れた効果がもたらされる。
【0021】
また、請求項6に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては、複数のレーザビームを複数のレーザ発振器から発振されたレーザビームを複数の光ファイバを介してそれぞれ伝送することによって得るようにしているので、パワー密度やビーム径、ビーム間距離などの調整の自由度を高くすることができ、請求項7に係わる溶接方法においては、複数のレーザビームを1台のレーザ発振器から発振されたレーザビームを1本の光ファイバを介して溶接ヘッドに伝送し、溶接ヘッド内のプリズム光学系により複数に分岐することによって得るようにしているので、溶接装置のコストを低減することができ、請求項8に係わる溶接方法においてはアルミニウム合金がマグネシウムや亜鉛などの低沸点元素を含有する合金であるので、本発明の溶接方法の特徴を活かして従来の方法では溶接が難しかった材料への高エネルギビーム溶接の適用を可能にすることができ、請求項9に係わる溶接方法においては、本発明に係わる溶接方法を重ね溶接に適用するに際して、高エネルギビームを照射する側の板厚を0.6mm〜3.0mmの範囲としたものであるから、高エネルギビームによるアルミニウム合金の重ね溶接におけるメリットを最大限に引き出し、コストパーフォーマンスを高めることができるというさらに優れた効果がもたらされる。
【0022】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
【0023】
板厚2.0mmのアルミニウム合金A5182−O材(4.5%Mg−0.3%Mn)P1 ,P2 を2枚重ね合わせ、高エネルギビームとして2つのレーザビームB1 ,B2 を上方から照射することによって上記アルミニウム合金P1 ,P2 を重ね溶接し、得られた溶接継手の継手強度に及ぼすビーム間距離wとビーム径dの比w/dの影響について調査した。
【0024】
すなわち、図1(a)はその溶接状況を示すものであって、図4(a)にも示すように、図外のYAGレーザ発振器2台から発振されたレーザビームB1 ,B2 をそれぞれ2本の光ファイバ2a,2bを介して溶接ヘッド3内に導き、溶接ヘッド3内に備えた光学系(コリメーションレンズ4,フォーカシングレンズ5)によって被溶接材P1 ,P2 上の加工点にビームスポットS1 ,S2 として集光させることにより溶接を行った。
【0025】
このとき、YAGレーザ発振器からのレーザ出力については、それぞれ2kW(合計4kW)とし、ビーム径dについては、0.3mm(約28000W/mm2 )と0.35mm(約20800W/mm2 )の2水準とした。溶接速度については、両ビームB1 ,B2 を最も接近させたとき(w=0.36mm)に、重ね合わせた2枚のアルミニウム合金材P1 ,P2 を貫通する溶接速度をあらかじめ求め、この溶接速度3.5m/minに固定した。
【0026】
そして、図2(a)に示したように、2つのビームB1 ,B2 が溶接進行方向に対してほぼ平行に並んだ直列ビームの場合と、図2(b)に示したように、2つのビームB1 ,B2 が溶接進行方向に対してほぼ直行する方向に並んだ並行ビームの場合のそれぞれについて、ビーム間距離wを種々変化させたときの継手強度との関係について比較検討した。
【0027】
図5は、この結果を示すものであって、ビーム間距離wとビーム径dの比w/dが小さい場合には、溶接プロセスが不安定となって、溶接ビードの表側および裏側の外観の乱れと、溶接ビードに空孔が観察され、そのため継手強度も若干低いものとなった。
【0028】
一方、上記比w/dが大きい場合には、溶け込み深さが浅くなり、とくに両ビームB1 ,B2 を溶接進行方向に配した場合(直列ビーム)に、その傾向が顕著となって継手強度が大幅に低下する結果となった。そして、継手強度を確保するためのw/dの適性範囲としては、ビーム径dが0.3mm,0.35mm、いずれの場合も、直列ビームでは1.5〜2.3、並行ビームでは1.5〜2.6となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a) 本発明に係わるアルミニウムの溶接方法における溶接状況の一例を示す斜視図である。
(b) 図1(a)におけるビーム間距離とビーム径の関係を説明する拡大図である。
【図2】(a)および(b)は両ビームの配列方向のバリエーションを示す概略説明図である。
【図3】(a)ないし(e)はビーム数および各ビーム配置例のバリエーションを示す概略説明図である。
【図4】(a) 本発明に係わるアルミニウムの溶接方法における複数ビームの形成方法の一例を示す説明図である。
(a) 本発明に係わるアルミニウムの溶接方法における複数ビームの形成方法の他の例を示す説明図である。
【図5】本発明に係わるアルミニウムの溶接方法における継手強度に及ぼすビーム間距離とビーム径の比(w/d)の影響を示すグラフである。
【符号の説明】
2,2a,2b 光ファイバ
3 溶接ヘッド
B,B1 ,B2 レーザビーム(高エネルギビーム)
P1 ,P2 被溶接材(アルミニウム合金)
w ビーム間距離
d ビーム径[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an aluminum alloy welding technique using a high energy beam such as a laser beam or an electron beam. More specifically, the present invention increases the processing energy when welding an aluminum plate, extruded material, or aluminum casting. Further, the present invention relates to an aluminum alloy welding method capable of stably maintaining the welding process and obtaining a weld bead having a deep penetration amount.
[0002]
[Prior art and problems]
For example, when an aluminum alloy is used as a structural member of an automobile, a high energy beam such as a laser beam or an electron beam is applied as a welding energy source when manufacturing or assembling these members, compared with MIG welding or TIG welding. It is possible to perform welding at high speed, and it can be expected that the welding time can be shortened and thermal distortion can be reduced.
[0003]
However, since aluminum alloys have higher thermal conductivity and reflectance than steel materials and the like, it is difficult to obtain a sufficient joint strength because a deep penetration amount cannot be obtained without increasing the processing energy during welding. .
[0004]
However, simply increasing the processing energy increases the amount of penetration, but the welding process becomes unstable and spatter occurs and pores remain in the weld bead, so that stable joint strength can be obtained. However, it has been a problem in the welding of aluminum alloys with such a high energy beam to solve such a problem.
[0005]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-137965 discloses a method and apparatus for welding using a plurality of beams, but these are apparatuses for making a plurality of beams at a processing point, There are no considerations regarding stabilization of the welding process, such as a method of performing a plurality of processes at the same time by making a plurality of processes.
[0006]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems in conventional aluminum alloy welding technology using a high-energy beam, and can increase the processing energy while maintaining a stable welding process. It is an object of the present invention to provide a method for welding an aluminum alloy that can deepen the depth and stably obtain high joint strength.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have made various studies on the irradiation conditions of the high energy beam for the purpose of solving the above problems, and as a result, the high energy beam is divided into two or more and the distance between the beams is within a predetermined range. It was found that, by holding, the welding process is stabilized by preventing mutual interference of the beams, and the amount of penetration can be increased by the synergistic action of the beams.
[0008]
Upon this invention, be based on such findings, the welding method of an aluminum alloy according to
[0009]
In the welding method according to
[0010]
In the aluminum alloy welding method according to claim 6 as an embodiment, a plurality of laser beams are formed by transmitting laser beams oscillated from a plurality of laser oscillators through a plurality of optical fibers, respectively. In the aluminum alloy welding method according to claim 7, the laser beam oscillated from one laser oscillator and transmitted through one optical fiber is branched by a prism optical system provided in the welding head. In the welding method according to claim 8, the aluminum alloy is an alloy containing a low-boiling element such as magnesium or zinc, and the welding according to claim 9 is used. In the method, the weld joint is a lap weld joint and a high energy beam. The plate thickness on the side to be irradiated is in the range of 0.6 mm to 3.0 mm, and such a configuration in the aluminum alloy welding method is a means for solving the conventional problems described above. It is said.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the aluminum alloy welding method according to the present invention, when an aluminum alloy is irradiated with a high energy beam such as a laser beam or an electron beam, a plurality of beams, for example, two beams B1 and B2 as shown in FIG. While irradiating, the distance w between the two beams B1 and B2 is within a predetermined range, that is, 1.5 times the diameter d of the beam spots S1 and S2 of the two beams B1 and B2 at the processing point as shown in FIG. To 2.6 times the range, it is possible to achieve both the stabilization of the welding process and the increase of the penetration amount, and the ratio w / the distance w between the beams B1 and B2 to the beam diameter d When d is less than 1.5, the positional relationship between the beams is relatively narrow, which is close to the phenomenon when single beam welding with a large power density is performed. As a result, it becomes difficult to discharge the shield gas caught in the part, the metal gas evaporated in the molten metal is vigorously activated, and remains as a void in the weld bead or disturbs the surface of the weld bead. The strength of the part decreases. On the other hand, when the ratio w / d exceeds 2.6, the positional relationship between the beams is excessively widened, and the influence of each beam is weakened, so that a sufficient amount of penetration cannot be obtained. The strength of the weld will be reduced.
[0012]
The arrangement direction of the beams is not particularly limited. However, as described in
[0013]
The welding method according to the present invention is applicable not only when there are two high energy beams, but also when the number of beams is 3, 4 or more as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (e). In this case, the same effect can be obtained by setting the positional relationship (w / d) between the closest beams B1 and B2 of these beams to the above range.
[0014]
The power density of the high energy beam in the welding method according to the present invention is preferably 20000 W / mm 2 or more as described in
[0015]
In the welding method of the aluminum alloy according to the present invention, there is no attenuation or spread in the atmosphere, and the laser beam can be focused at an arbitrary position by a simple optical system. It is desirable to use a YAG laser as described in
[0016]
When a laser beam, particularly a YAG laser, is used as the high energy beam, as shown in FIG. 4A, for example, laser beams B1 and B2 oscillated from a plurality of laser oscillators (two in the figure) are used. Each beam is transmitted to the
[0017]
The aluminum alloy welding method according to the present invention includes, as described in claim 8, an aluminum alloy containing an element having a lower boiling point than aluminum, such as magnesium and zinc, as an additive element, specifically JIS When applied to the specified alloy number 5000 series or 7000 series alloy, the characteristics can be utilized more effectively. That is, in high energy beam welding of materials containing such low-boiling elements, these gases evaporated in the molten metal not only destabilize the welding process but also remain as pores in the weld bead. In the conventional single beam welding, it is extremely difficult to obtain a deep penetration amount by applying high energy. However, by applying the welding method according to the present invention, it is difficult to obtain a deep penetration. Even in an aluminum alloy containing a low-boiling element, the welding process can be stably maintained, and a weld bead having a deep penetration amount can be obtained.
[0018]
The thickness of the material to be welded when the aluminum alloy welding method according to the present invention is applied to, for example, lap welding is preferably in the range of 0.6 mm to 3.0 mm as described in claim 9. It is. That is, when the material to be welded has a thickness of less than 0.6 mm, stable welding and sufficient penetration can be obtained by conventional single beam welding without applying the welding method of the present invention. In the case of a material to be welded with a thickness exceeding 0.0 mm, the weld bead penetration width at the boundary between the upper and lower plate materials is required to be 3.0 mm or more in order to obtain sufficient joint strength. In order to obtain such a welding width in a high aluminum alloy, energy is wasted, and the merit of applying high energy beam welding to lap welding is reduced.
[0019]
【The invention's effect】
Welding method of an aluminum alloy according to
[0020]
In the welding method according to
[0021]
Further, in the aluminum alloy welding method according to claim 6, since a plurality of laser beams are obtained by transmitting laser beams oscillated from a plurality of laser oscillators through a plurality of optical fibers, respectively. The degree of freedom of adjustment of power density, beam diameter, inter-beam distance, etc. can be increased. In the welding method according to claim 7, a plurality of laser beams are emitted from a single laser oscillator. According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to reduce the cost of the welding apparatus by transmitting to the welding head via the optical fiber of the book and branching into a plurality by the prism optical system in the welding head. In the welding method, the aluminum alloy is an alloy containing a low-boiling element such as magnesium or zinc. Taking advantage of the characteristics of the method, it is possible to apply high energy beam welding to a material that was difficult to weld by the conventional method. In the welding method according to claim 9, the welding method according to the present invention is overlapped. Since the plate thickness on the side irradiated with the high energy beam is in the range of 0.6 mm to 3.0 mm, the advantages of lap welding of aluminum alloy using the high energy beam are maximized and the cost is reduced. An even better effect is that performance can be increased.
[0022]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples.
[0023]
Two aluminum alloy A5182-O materials (4.5% Mg-0.3% Mn) P1 and P2 having a plate thickness of 2.0 mm are superposed and irradiated with two laser beams B1 and B2 as high energy beams from above. Thus, the aluminum alloys P1 and P2 were lap welded, and the influence of the ratio w / d between the beam distance w and the beam diameter d on the joint strength of the obtained welded joint was investigated.
[0024]
That is, FIG. 1 (a) shows the welding situation, and as shown in FIG. 4 (a), two laser beams B1 and B2 oscillated from two YAG laser oscillators outside the figure are respectively provided. Are introduced into the
[0025]
At this time, the laser output from the YAG laser oscillator is 2 kW (4 kW in total), and the beam diameter d is 2 (0.3 mm (about 28000 W / mm 2 ) and 0.35 mm (about 20800 W / mm 2 )). Standard level. As for the welding speed, when the beams B1 and B2 are brought closest to each other (w = 0.36 mm), the welding speed penetrating the two aluminum alloy materials P1 and P2 that have been superposed is obtained in advance. Fixed at 5 m / min.
[0026]
As shown in FIG. 2 (a), two beams B1 and B2 are a series beam in which the two beams B1 and B2 are arranged substantially parallel to the welding progress direction, and as shown in FIG. For each of the parallel beams in which the beams B1 and B2 are arranged in a direction almost perpendicular to the welding progress direction, the relationship with the joint strength when the inter-beam distance w is variously changed is examined.
[0027]
FIG. 5 shows this result. When the ratio w / d between the inter-beam distance w and the beam diameter d is small, the welding process becomes unstable, and the appearance of the front and back sides of the weld bead is reduced. Disturbances and vacancies were observed in the weld bead, which resulted in a slightly lower joint strength.
[0028]
On the other hand, when the ratio w / d is large, the penetration depth becomes shallow. In particular, when both beams B1 and B2 are arranged in the welding progress direction (series beam), the tendency becomes remarkable and the joint strength is reduced. The result was a significant drop. The suitable range of w / d for securing the joint strength is that the beam diameter d is 0.3 mm and 0.35 mm, and in either case, the serial beam is 1.5 to 2.3, and the parallel beam is 1 .5 to 2.6.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing an example of a welding situation in an aluminum welding method according to the present invention.
(B) It is an enlarged view explaining the relationship between the distance between beams in FIG. 1 (a), and a beam diameter.
FIGS. 2A and 2B are schematic explanatory views showing variations in the arrangement direction of both beams. FIG.
FIGS. 3A to 3E are schematic explanatory views showing variations in the number of beams and examples of beam arrangements.
FIG. 4A is an explanatory view showing an example of a method of forming a plurality of beams in the aluminum welding method according to the present invention.
(A) It is explanatory drawing which shows the other example of the formation method of the multiple beam in the aluminum welding method concerning this invention.
FIG. 5 is a graph showing the influence of the ratio between beam distance and beam diameter (w / d) on the joint strength in the aluminum welding method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2, 2a,
P1, P2 Welding material (aluminum alloy)
w Distance between beams d Beam diameter
Claims (9)
複数の高エネルギビームのうちの最も近接するビーム間の加工点における距離をwとし、前記両ビームの加工点におけるビーム径をそれぞれdとするとき、両者の比w/dを1.5〜2.6の範囲として溶接することを特徴とするアルミニウム合金の溶接方法。Upon the aluminum alloy is irradiated with a plurality of the same diameter and high energy beam for welding aluminum alloy,
When the distance at the processing point between the closest beams of the plurality of high energy beams is w and the beam diameter at the processing point of both the beams is d, the ratio w / d of both is 1.5-2. .6 welding method of aluminum alloy, characterized by welding in the range of
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