JP3780706B2 - Laser welding method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームのエネルギを用いて、金属の部分的強化や異種金属接合等を行うためのレーザ溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
部分的強化のための従来のレーザ溶接方法は、次のようなものである。母材の金属の強化したい部分に、粉体状又はペースト状にした溶加材を塗り、レーザビームを照射する。異種金属接合のための従来のレーザ溶接方法、次のようなものである。異種金属同士を重ね合わせ、一方の金属側からレーザビームを照射する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者のレーザ溶接方法では、溶加材を粉体状又はペースト状にする工程が複雑である、粉体爆発の可能性がある、溶加材が飛散しやすいのでガスによるシーリングが困難である、溶加材の供給量制御が困難である、歩留りが悪い、残留物が発生する等の多くの不都合があった。後者のレーザ溶接方法では、接合部分で偏析が生じることにより強度が低下する等の不都合があった。
【0004】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、溶加材の製造が容易かつ施工が容易であり、しかも接合部分での偏析を抑制することにより強度を向上させた、レーザ溶接方法及び装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、母材にレーザビームを照射して生じた溶融池に、フィラワイヤを供給したところ、フィラワイヤと母材とが極めて均一に混じり合うことを発見した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【0006】
すなわち、本発明に係るレーザ溶接方法は、アルミニウムメッキ鋼板を重ね合わせてアルミニウムメッキ鋼板の母材を設ける工程と、この重ね合わせたアルミニウムメッキ鋼板のうちの一方のアルミニウムメッキ鋼板側からレーザビームを照射する工程と、このレーザビームを照射した部分に当該レーザビームによって溶融池を形成する工程と、この形成された溶融池にアルミニウム合金のフィラワイヤをその端部から強制的に供給する工程とを有し、これによって前記フィラワイヤと前記母材とによる合金部を形成することを特徴とする。
【0007】
母材にフィラワイヤを置いてレーザビームを照射しても、通常の重ね溶接と変わりはなかった。これに対し、前述のように、溶融池に強制的にフィラワイヤを供給すると、フィラワイヤと母材とが均一に混じり合った。その理由は、溶融池に供給されたフィラワイヤが、蒸気金属の発散や溶融金属の対流によって極めて均一に分散したためと考えられる。以上のことは、本発明者が溶接現象の観測及び合金部の元素分析により明らかにした。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係るレーザ溶接方法の第一実施形態を示す概略断面図である。図1〔1〕はレーザビーム照射時を示し、図1〔2〕はレーザビーム照射後を示す。以下、この図面に基づき説明する。
【0009】
本実施形態のレーザ溶接方法は、アルミニウムメッキ鋼板の母材10A,10Bにレーザビーム12を照射し、これによって生じた溶融池14にアルミニウム合金のフィラワイヤ16を供給することにより、フィラワイヤ16と母材10A,10Bとの合金部18を形成するものである。なお、溶融池14として表示した部分には、図示しないが、蒸気金属やキーホール等が存在している。
【0010】
アルミニウムメッキ鋼板10A,10Bは、それぞれ鋼板20の表面及び裏面にアルミニウム22がメッキされたものである。ただし、図面では、アルミニウム22を便宜上厚く示している。アルミニウムメッキ鋼板10A,10Bを重ね合わせ、アルミニウムメッキ鋼板10A側からレーザビーム12を照射する。そして、照射された部分に生じた溶融池14にフィラワイヤ16を供給すると、合金部18が形成される。
【0011】
合金部18では、フィラワイヤ16と母材30とが均一に混じり合った。その理由は、溶融池14において、レーザビーム12のエネルギによりフィラワイヤ16及び母材30の蒸気金属が発散したり溶融金属が対流したりすることにより、これらの金属が極めて均一に分散したためと考えられる。
【0012】
図2は、図1のレーザ溶接方法によって形成された合金部断面を、X線マイクロアナライザによって元素分析した結果を示す写真である。以下、図1及び図2に基づき説明する。
【0013】
アルミニウムメッキ鋼板10A,10Bの厚さは0.85[mm]である。フィラワイヤ16は、アルミニウムの他にマグネシウムも含んでいる。図2〔1〕はアルミニウムの場合を示し、図中の白い部分がアルミニウムである。図示のとおり、アルミニウムは極めて均一に分散していた。また、図示しないが、マグネシウムも同様に極めて均一に分散していた。図2〔2〕は鉄の場合を示し、図中の白い部分が鉄である。図示のとおり、鉄は極めて均一に分散していた。本実施形態によれば、通常の合金化方法では不可能な量のアルミニウムを、母材の鉄に均一に混ぜることができた。
【0014】
図3は、本実施形態の比較例としての、従来のレーザ溶接方法を示す概略断面図である。図3〔1〕はレーザビーム照射時を示し、図3〔2〕はレーザビーム照射後を示す。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図1と同一部分は同一符号を付すことにより重複説明を省略する。
【0015】
アルミニウムメッキ鋼板10A,10Bを重ね合わせ、アルミニウムメッキ鋼板10A側からレーザビーム12を照射する。すると、照射された部分を中心にして溶融層24、その外側に偏析層26がそれぞれ形成される。偏析層26は、主にアルミニウムメッキ成分からなる。しかしながら、溶融層24は欠陥が多く、偏析層26は固くかつ脆いため、接合強度はほとんどない。したがって、従来、アルミニウムメッキ鋼板のレーザ溶接は不可能と考えられていた。
【0016】
図4は、本発明に係るレーザ溶接方法の第二実施形態を示す概略斜視図である。以下、この図面に基づき説明する。
【0017】
本実施形態のレーザ溶接方法は、アルミニウム合金の母材30にレーザビーム12を照射し、これによって生じた溶融池32にフィラワイヤ34を供給することにより、フィラワイヤ34と母材30との合金部36を形成するものである。レーザビーム12及びフィラワイヤ34は共に矢印38の方向へ進み、更にフィラワイヤ34は矢印40の方向へ送り込まれる。
【0018】
フィラワイヤ34は、鉄、ステンレス、チタン又は銅等である。これにより、合金部36は、フィラワイヤ34と母材30とが均一に混じり合って、極めて緻密で強固な合金強化層となる。特に、母材30としてアルミニウム合金、フィラワイヤ34として銅を用いた場合は、母材30の三倍以上の硬度を有する合金部36が得られた。
【0019】
例えばアルミニウム合金製のエンジン部品の摺動部分に、本実施形態を用いて合金強化層を形成することにより、耐磨耗性を向上できる。また、シリンダブロック、クランクケース、カムシャフト等に本実施形態を適用すれば、容易かつ短時間で、品質のよい合金強化層を形成できる。
【0020】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ溶接方法によれば、母材にレーザビームを照射して生じた溶融池に、フィラワイヤを供給することにより、フィラワイヤと母材とが極めて均一に混じり合った合金部を形成できる。したがって、フィラワイヤという製造が容易で取り扱いやすい溶加材を用いることができるので、施工を容易化できる。しかも、偏析等の発生を抑制できるので、接合部分の強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るレーザ溶接方法の第一実施形態を示す概略断面図である。図1〔1〕はレーザビーム照射時を示し、図1〔2〕はレーザビーム照射後を示す。
【図2】 図1のレーザ溶接方法によって形成された合金部断面を、X線マイクロアナライザによって元素分析した結果を示す写真である。図2〔1〕はアルミニウムであり、図〔2〕は鉄である。
【図3】 第一実施形態の比較例としての、従来のレーザ溶接方法を示す概略断面図である。図3〔1〕はレーザビーム照射時を示し、図3〔2〕はレーザビーム照射後を示す。
【図4】 本発明に係るレーザ溶接方法の第二実施形態を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
10A,10B,30 母材
12 レーザビーム
14 溶融池
16,34 フィラワイヤ
18,36 合金部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser welding method for performing partial strengthening of metals, joining of dissimilar metals, and the like by using energy of a laser beam.
[0002]
[Prior art]
A conventional laser welding method for partial strengthening is as follows. A filler material in the form of powder or paste is applied to the portion of the base metal to be reinforced and irradiated with a laser beam. A conventional laser welding method for dissimilar metal joining is as follows. Dissimilar metals are overlapped, and a laser beam is irradiated from one metal side.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the former laser welding method, the process of making the filler material into powder or paste is complicated, there is a possibility of powder explosion, and the filler material is likely to be scattered, so it is difficult to seal with gas. There are many inconveniences such as difficulty in controlling the supply amount of filler metal, poor yield, and generation of residue. In the latter laser welding method, there is a disadvantage that the strength is reduced due to segregation at the joint.
[0004]
OBJECT OF THE INVENTION
Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser welding method and apparatus in which the filler material is easy to manufacture and is easy to construct, and has improved strength by suppressing segregation at the joint. .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
When the filler wire is supplied to the molten pool generated by irradiating the base material with the laser beam, the inventor has found that the filler wire and the base material are extremely uniformly mixed. The present invention has been made based on this finding.
[0006]
That is, the laser welding method according to the present invention includes a step of superposing aluminum plated steel plates to provide a base material of the aluminum plated steel plate, and irradiating a laser beam from one aluminum plated steel plate side of the superposed aluminum plated steel plates. A step of forming a molten pool by the laser beam at a portion irradiated with the laser beam, and a step of forcibly supplying an aluminum alloy filler wire from the end of the molten pool to the formed molten pool. Thus, an alloy part is formed by the filler wire and the base material .
[0007]
Even when a filler wire was placed on the base metal and irradiated with a laser beam, it was no different from normal lap welding. On the other hand, as described above, when the filler wire is forcibly supplied to the molten pool, the filler wire and the base material are uniformly mixed. The reason is considered to be that the filler wire supplied to the molten pool is very uniformly dispersed by the divergence of the vapor metal and the convection of the molten metal. The above has been clarified by the present inventor through observation of the welding phenomenon and elemental analysis of the alloy part.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a laser welding method according to the present invention. 1 [1] shows the time of laser beam irradiation, and FIG. 1 [2] shows the state after laser beam irradiation. Hereinafter, description will be given based on this drawing.
[0009]
The laser welding method of this embodiment irradiates the
[0010]
Aluminum plated
[0011]
In the alloy part 18, the filler wire 16 and the
[0012]
FIG. 2 is a photograph showing the result of elemental analysis of the cross section of the alloy part formed by the laser welding method of FIG. 1 using an X-ray microanalyzer. Hereinafter, description will be given based on FIG. 1 and FIG.
[0013]
The thickness of the aluminum plated
[0014]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a conventional laser welding method as a comparative example of the present embodiment. 3 [1] shows the time of laser beam irradiation, and FIG. 3 [2] shows the state after laser beam irradiation. Hereinafter, description will be given based on this drawing. However, the same parts as those in FIG.
[0015]
The aluminum plated
[0016]
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a second embodiment of the laser welding method according to the present invention. Hereinafter, description will be given based on this drawing.
[0017]
In the laser welding method of the present embodiment, an aluminum
[0018]
The
[0019]
For example, the wear resistance can be improved by forming an alloy reinforcing layer on the sliding portion of an engine component made of aluminum alloy using the present embodiment. Moreover, if this embodiment is applied to a cylinder block, a crankcase, a camshaft, etc., a quality alloy strengthening layer can be formed easily and in a short time.
[0020]
【The invention's effect】
According to the laser welding method of the present invention, by supplying a filler wire to a molten pool generated by irradiating a preform with a laser beam, an alloy portion in which the filler wire and the preform are mixed extremely uniformly can be formed. . Accordingly, a filler material that is easy to manufacture and easy to handle, such as filler wire, can be used, so that the construction can be facilitated. And since generation | occurrence | production of segregation etc. can be suppressed, the intensity | strength of a junction part can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a laser welding method according to the present invention. 1 [1] shows the time of laser beam irradiation, and FIG. 1 [2] shows the state after laser beam irradiation.
2 is a photograph showing the result of elemental analysis of the cross section of the alloy part formed by the laser welding method of FIG. 1 using an X-ray microanalyzer. FIG. 2 [1] is aluminum and FIG. 2 is iron.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a conventional laser welding method as a comparative example of the first embodiment. 3 [1] shows the time of laser beam irradiation, and FIG. 3 [2] shows the state after laser beam irradiation.
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a second embodiment of the laser welding method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10A, 10B, 30
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