JP4374526B2 - Method and apparatus for joining different materials - Google Patents
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本発明は、異なる2種類の材料を重ね合わせて接合するのに用いられる異種材料の接合方法及び接合装置に関するものである。 The present invention relates to a bonding method and a bonding apparatus for different materials used for overlapping and bonding two different kinds of materials.
異なる2種類の材料を接合する場合、同種類の材料を接合する場合と同様に両方の材料を溶融させてしまうと、脆弱な金属間化合物が生成されてしまい、十分な継手強度を得ることができない。 When two different types of materials are joined, if both materials are melted in the same manner as when joining the same type of materials, a brittle intermetallic compound is produced, and sufficient joint strength can be obtained. Can not.
そこで、溶接条件をコントロールして接合界面において一方の材料のみを溶融させ、材料の拡散を利用して接合するようになすと、金属間化合物層の厚さを薄くすることができ、両方の材料を溶融させた場合よりも接合部分の単位面積当たりの強度を高くすることができる。 Therefore, by controlling the welding conditions and melting only one material at the joint interface and joining using the diffusion of the material, the thickness of the intermetallic compound layer can be reduced. It is possible to increase the strength per unit area of the joined portion as compared with the case of melting.
レーザ等の高エネルギビームは、溶接条件を細かくコントロールし易いことから、一方の材料だけを溶かしたいような場合に適しており、従来において、異なる2種類の材料を高エネルギビームで重ね接合する際には、脆い金属間化合物の生成を抑制するために、単に高エネルギビームの加工条件を制御して、一方の材料のみを溶融させることによって材料を拡散させて接合する工法がとられていた。 A high energy beam such as a laser is suitable for the case where only one of the materials is desired to be melted because it is easy to finely control the welding conditions. Conventionally, when two kinds of different materials are joined together by a high energy beam. In order to suppress the formation of brittle intermetallic compounds, a method has been adopted in which the material is diffused and bonded by simply controlling the processing conditions of the high energy beam and melting only one of the materials.
ところが、上記した継手強度に影響を及ぼす金属間化合物層の厚さは、接合部分の温度及び圧力によって変化し、良好に拡散を行わせるためには接合界面での圧力が必要であり、熱源にレーザ等の高エネルギビームを用いた場合には、温度をコントロールすることはできるものの圧力をコントロールすることができない。 However, the thickness of the intermetallic compound layer that affects the joint strength described above varies depending on the temperature and pressure of the joint portion, and in order to achieve good diffusion, pressure at the joint interface is necessary, and the heat source When a high energy beam such as a laser is used, the temperature can be controlled but the pressure cannot be controlled.
接合部分に加圧せずに高エネルギビームを照射して接合を行うと、良好な拡散が行われるビーム照射条件範囲が非常に狭く、また、接合界面において温度及び圧力が良好な条件となる部分の面積も狭いため、接合幅も狭くなり、このように高エネルギビームでの溶接は非接触溶接となることから、スポット溶接のように接合部分に適切な圧力をかけることができず、その結果、十分な継手強度が得られなかった。 When bonding is performed by irradiating a high energy beam without applying pressure to the bonding part, the beam irradiation condition range in which good diffusion is performed is very narrow, and the part where the temperature and pressure are favorable at the bonding interface Since the area of the joint is also narrow, the joint width is also narrowed, and welding with a high-energy beam is non-contact welding, so that appropriate pressure cannot be applied to the joint as in spot welding. A sufficient joint strength could not be obtained.
また、従来の材料全体を固定するだけのような治具を用いた場合、例えば、車体のパネルのような三次元形状の材料の接合に際しては、材料界面に適切な圧力をかけることができず、特に、材料の形状精度が悪くて材料間に隙間が生じているような場合には、一方の材料からの熱で他方の材料を溶融させることもできないとういう問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。 In addition, when using a conventional jig that only fixes the entire material, for example, when joining a three-dimensional material such as a vehicle body panel, an appropriate pressure cannot be applied to the material interface. In particular, when the shape accuracy of the material is poor and there is a gap between the materials, there is a problem that the other material cannot be melted by the heat from one material. It has been a conventional problem to be solved.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、異なる2種類の材料の接合界面において材料の拡散に適した圧力条件とすることができるうえ、適切な条件範囲の面積を広げることができ、その結果、継手強度の向上を実現することが可能である異種材料の接合方法及び接合装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and can be set to a pressure condition suitable for material diffusion at a bonding interface between two different types of materials, and an area within an appropriate condition range. An object of the present invention is to provide a bonding method and a bonding apparatus for different materials, which can be widened and, as a result, can improve the joint strength.
本発明に係る異種材料の接合方法は、互いに融点が異なる2種類の材料を重ね合わせて接合するに際して、少なくとも両材料の接合部分に圧力を加えて互いに密着させつつ高エネルギビームを高融点材料側から照射して、接合界面において高融点材料を溶融しない範囲で高温に熱し、高融点材料からの熱伝導により低融点材料のみを溶融させて接合する内容としたものであり、上記高エネルギビームの照射位置に対する加圧位置を、接合界面における圧力と温度とが、低融点材料が金属間化合物の生成を伴わずに拡散する圧力及び温度となるように設定していることを特徴としている。
本発明に係る異種材料の接合装置は、互いに融点が異なる2種類の材料を重ね合わせて接合するものであり、高エネルギビームを集光して高融点材料側から照射する加工ヘッドと、この加工ヘッドから高エネルギビームを高融点材料側から照射する段階で上記2種類の材料の接合部分に圧力を加えて互いに密着させる加圧手段とを備え、上記高エネルギビームの照射位置に対する加圧手段による加圧位置を、接合界面における圧力と温度とが、低融点材料が金属間化合物の生成を伴わずに拡散する圧力P及び温度Tとなるように設定していることを特徴としている。
In the bonding method of different materials according to the present invention, when two kinds of materials having different melting points are bonded to each other, a high energy beam is applied to the high melting point material side while applying pressure to at least the bonding portions of the two materials to bring them into close contact with each other. The high-melting-point material is heated to a high temperature in a range where the high-melting-point material is not melted at the joining interface, and only the low-melting-point material is melted and joined by heat conduction from the high-melting-point material. The pressurizing position with respect to the irradiation position is characterized in that the pressure and temperature at the bonding interface are set to be the pressure and temperature at which the low melting point material diffuses without the formation of an intermetallic compound.
A bonding apparatus for different materials according to the present invention is a device for bonding two types of materials having different melting points to each other, condensing a high energy beam and irradiating from the high melting point material side, and this processing A pressurizing unit that applies pressure to the joint portion of the two types of materials and in close contact with each other at the stage of irradiating the high energy beam from the high melting point material side from the head. The pressurizing position is characterized in that the pressure and temperature at the bonding interface are set to a pressure P and a temperature T at which the low melting point material diffuses without generating an intermetallic compound.
本発明によれば、互いに融点が異なる2種類の材料を重ね合わせて接合するに際して、接合界面が材料の拡散に適した圧力条件となり、加えて、適切な条件範囲の面積が広がることから、単位面積当たりの強度を向上させることができるとともに、接合幅を広げることができ、従って、継手強度を大幅に向上させることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、高エネルギビームの照射位置に対する加圧位置を、接合界面における圧力と温度とが、低融点材料が金属間化合物の生成を伴わずに拡散する圧力P及び温度Tとなるように設定していることにより、加圧位置において拡散が効率よく行われて単位面積当たりの強度が向上し、さらに拡散において温度の適切な範囲の面積及び圧力の適切な範囲の面積がいずれも広がって接合範囲が広がることから、継手強度を向上させることができる。
According to the present invention, when two types of materials having different melting points are bonded to each other, the bonding interface becomes a pressure condition suitable for the diffusion of the material, and in addition, the area of the appropriate condition range is expanded. The strength per area can be improved, and the joint width can be widened. Therefore, a very excellent effect that the joint strength can be greatly improved is brought about.
In addition, the pressurizing position with respect to the irradiation position of the high energy beam is set so that the pressure and temperature at the bonding interface are the pressure P and temperature T at which the low melting point material diffuses without the generation of the intermetallic compound. As a result, the diffusion is efficiently performed at the pressurization position and the strength per unit area is improved, and the area of the appropriate range of the temperature and the area of the appropriate range of the pressure are both expanded in the diffusion. Since it spreads, joint strength can be improved.
本発明の異種材料の接合方法において、高融点材料及び低融点材料のうちの少なくとも高エネルギビームを照射する高融点材料側から加圧する構成を採用することができ、この場合には、溶融点を加圧しながら接合することができるため、継手強度を向上させることができ、高融点材料及び低融点材料を両側から加圧するようになせば、低融点材料に剛性がない場合でも接合部分を加圧することができるため、高融点材料側から加圧する場合と同様に継手強度を向上させることができる。 In the bonding method of different materials according to the present invention, it is possible to employ a configuration in which pressure is applied from the high melting point material side that irradiates at least the high energy beam of the high melting point material and the low melting point material. The joint strength can be improved because it can be joined while pressurizing, and if the high melting point material and the low melting point material are pressurized from both sides, the joining part is pressurized even if the low melting point material is not rigid. Therefore, joint strength can be improved as in the case of pressurization from the high melting point material side.
また、本発明の異種材料の接合方法において、高エネルギビームの進行方向の少なくとも後方を加圧する構成とすることができ、この場合には、材料が溶融している位置を加圧しながら接合することができるので、継手強度を高めることが可能である。 Further, in the bonding method of different materials of the present invention, it is possible to adopt a configuration in which at least the rear of the traveling direction of the high energy beam is pressurized, and in this case, the bonding is performed while pressing the position where the material is melted. Therefore, it is possible to increase the joint strength.
さらに、本発明の異種材料の接合方法では、加圧位置において異なる2種類の材料を高い強度で接合させる温度条件とするべく高エネルギビームの照射位置と加圧位置との距離を設定している構成とすることが可能であり、この構成を採用すると、加圧位置において拡散が効率よく行われて単位面積当たりの強度が向上し、さらに拡散において温度の適切な範囲の面積及び圧力の適切な範囲の面積がいずれも広がって接合範囲が広がることから、継手強度を向上させることができる。 Furthermore, in the bonding method of different materials according to the present invention, the distance between the irradiation position of the high energy beam and the pressing position is set so as to obtain a temperature condition for bonding two different materials with high strength at the pressing position. When this configuration is adopted, diffusion is efficiently performed at the pressurizing position, the strength per unit area is improved, and furthermore, in the diffusion, an area in an appropriate range of temperature and an appropriate pressure The joint area can be improved because the area of the range is expanded and the joining range is expanded.
さらにまた、本発明の異種材料の接合方法において、高エネルギビームを集光する加工ヘッドと一体に設置したローラを用いて加圧する構成を採用することができるほか、高エネルギビームを集光する加工ヘッドと一体に設置したピンを用いて加圧する構成を採用することができ、この場合には、高エネルギビームが通過した直後の部位を連続的に追従して加圧接合することができ、この際、常に高エネルギビームの照射位置から一定距離をおいた部位を押さえながら溶接することができるため、継手強度の向上を実現することが可能であり、加えて、三次元形状のワークにも対応することができる。 Furthermore, in the bonding method of different materials according to the present invention, it is possible to adopt a configuration in which pressure is applied using a roller installed integrally with a processing head for condensing a high energy beam, and processing for condensing a high energy beam. It is possible to employ a configuration in which pressure is applied using a pin installed integrally with the head. In this case, the portion immediately after the high energy beam has passed can be continuously followed by pressure bonding. At this time, it is possible to improve the strength of the joint because it is possible to always weld while holding a part at a certain distance from the irradiation position of the high energy beam. can do.
一方、本発明の異種材料の接合装置において、高エネルギビームを集光して高融点材料側から照射する加工ヘッドと、この加工ヘッドから高エネルギビームを高融点材料側から照射する段階で少なくとも異なる2種類の材料の接合部分に圧力を加えて互いに密着させる加圧手段を備えている構成とすることができ、異なる2種類の材料を重ね合わせて接合するに際して、加圧手段によって少なくとも両材料の接合部分に圧力を加えて互いに密着させ、この状態で加工ヘッドから高エネルギビームを高融点材料に向けて照射して、接合界面において高融点材料を溶融しない範囲で高温に熱し、高融点材料からの熱伝導により低融点材料のみを溶融させて接合するようになすと、接合界面が材料の拡散に適した圧力条件となり、加えて、適切な条件範囲の面積が広がることから、単位面積当たりの強度を向上させることができると共に、接合幅を広げることができ、したがって、継手強度を大幅に向上させることが可能になる。 On the other hand, in the dissimilar material bonding apparatus according to the present invention, at least the processing head for condensing a high energy beam and irradiating it from the high melting point material side differs from the processing head at the stage of irradiating the high energy beam from the high melting point material side. It can be configured to include a pressurizing unit that applies pressure to the joining portion of two kinds of materials to closely adhere to each other. When two different types of materials are overlapped and joined, In this state, a high energy beam is irradiated toward the high melting point material from the processing head, and heated to a high temperature without melting the high melting point material at the bonding interface. If only the low melting point material is melted and bonded by heat conduction, the bonding interface becomes a pressure condition suitable for the diffusion of the material, and in addition, an appropriate condition is applied. Since the range area is widened, it is possible to improve the strength per unit area, it is possible to widen the bonding width, therefore, it is possible to significantly improve the joint strength.
また、本発明の異種材料の接合装置において、加圧手段を高融点材料及び低融点材料のうちの少なくとも高融点材料側に設けて、高融点材料側から加圧する構成を採用することができ、この場合には、溶融点を加圧しながら接合することができるため、継手強度を向上させることができ、加圧手段を高融点材料及び低融点材料の両側に設けて、高融点材料及び低融点材料を両側から加圧するようになせば、低融点材料に剛性がない場合でも接合部分を加圧することができるため、高融点材料側から加圧する場合と同様に継手強度を向上させることができる。 Further, in the bonding apparatus for dissimilar materials of the present invention, it is possible to employ a configuration in which a pressurizing means is provided on at least the high melting point material side of the high melting point material and the low melting point material, and pressure is applied from the high melting point material side, In this case, since it is possible to join while pressurizing the melting point, it is possible to improve the joint strength, the pressurizing means is provided on both sides of the high melting point material and the low melting point material, the high melting point material and the low melting point If the material is pressurized from both sides, the joint portion can be pressurized even when the low melting point material is not rigid, so that the joint strength can be improved as in the case of pressing from the high melting point material side.
さらに、本発明の異種材料の接合装置において、加圧手段を高エネルギビームの進行方向の少なくとも後方に設けて、高エネルギビームの進行方向の後方を加圧する構成とすることができ、この場合には、材料が溶融している位置を加圧しながら接合することができることから、継手強度を高めることが可能である。 Furthermore, in the bonding apparatus for different materials according to the present invention, the pressurizing means may be provided at least rearward in the traveling direction of the high energy beam to pressurize the rearward in the traveling direction of the high energy beam. Since it can join, pressurizing the position where the material is melted, it is possible to increase the joint strength.
さらにまた、本発明の異種材料の接合装置では、加圧位置において異なる2種類の材料を高い強度で接合させる温度条件とするべく加工ヘッドによる高エネルギビームの照射位置と加圧手段による加圧位置との距離を設定している構成とすることが可能であり、この構成を採用すると、加圧位置において拡散が効率よく行われて単位面積当たりの強度が向上し、さらに拡散において温度の適切な範囲の面積及び圧力の適切な範囲の面積がいずれも広がって接合範囲が広がることから、継手強度を向上させることができる。 Furthermore, in the bonding apparatus for dissimilar materials according to the present invention, the irradiation position of the high energy beam by the processing head and the pressing position by the pressurizing means so as to obtain a temperature condition for bonding two different kinds of materials with high strength at the pressing position. If this configuration is adopted, diffusion is efficiently performed at the pressurizing position, the strength per unit area is improved, and the temperature is appropriately adjusted in the diffusion. Since both the area of the range and the area of the appropriate range of pressure are expanded and the joining range is expanded, the joint strength can be improved.
さらにまた、本発明の異種材料の接合装置において、高エネルギビームを集光する加工ヘッドと一体に設置したローラを加圧手段として、このローラを用いて加圧する構成を採用することができるほか、高エネルギビームを集光する加工ヘッドと一体に設置したピンを加圧手段として、このピンを用いて加圧する構成を採用することができ、この場合には、高エネルギビームが通過した直後の部位を連続的に追従して加圧接合することができ、この際、常に高エネルギビームの照射位置から一定距離をおいた部位を押さえながら溶接することができるため、継手強度の向上を実現することが可能であり、加えて、三次元形状のワークにも対応することができる。 Furthermore, in the bonding apparatus for dissimilar materials of the present invention, a roller installed integrally with a processing head for condensing a high energy beam can be used as a pressing means, and a configuration in which pressure is applied using this roller can be adopted. A pin installed integrally with a processing head for condensing a high energy beam can be used as a pressurizing means, and a configuration in which pressure is applied using this pin can be adopted. In this case, the portion immediately after the high energy beam passes In this case, it is possible to weld while pressing a part that is always a certain distance from the irradiation position of the high energy beam, so that the joint strength can be improved. In addition, it is possible to deal with a three-dimensional workpiece.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example.
[実施例1]
図1に示すように、この実施例における異種材料の接合装置1は、高エネルギビームBを集光して高融点材料11側から照射する加工ヘッド2と、この加工ヘッド2から高エネルギビームBを高融点材料11に向けて照射する段階で異なる2種類の材料11,12の接合部分に圧力を加えて互いに密着させるローラ(加圧手段)3を備えており、このローラ3は、エアシリンダを内蔵したガイド4を介して加工ヘッド2に昇降可能に取付けてあって、ガイド4のエアシリンダに送給するエアの圧力を調節することにより、ローラ3による加圧力をコントロールするようにしている。
[Example 1]
As shown in FIG. 1, the dissimilar
この場合、加工ヘッド2の進行方向とは反対側にローラ3を一体で設けてあるので、高エネルギビームBの移動に追従してローラ3を移動させることができる、すなわち、常に高エネルギビームBから一定距離だけ離れた後方部位で材料11,12を加圧しながら移動させることが可能であり、材料が2次元形状ではなく、例えば、車体のような3次元形状の場合も追従させることができる。特に、下側の材料に剛性がある場合は、例えば、図2に示すように、車体のボディサイドアウタ22にルーフ21を重ね合わせて接合するような場合は、材料の一方側から押圧するローラ又はピンが有効であり、一方側からのアクセスのみで接合が可能である。
In this case, since the
この実施例では、異なる2種類の材料11,12、すなわち、板厚tが1.0mmの高融点材料としての鋼板(SPCC)11と板厚tが1.0mmの低融点材料としてのアルミニウム(A5052)12とを重ね寸法20mm幅で重ね合わせて、上記異種材料の接合装置1を用いて以下の要領で接合した。
In this embodiment, two different types of
まず、加工ヘッド2の進行方向とは反対側に位置するローラ3によって両材料11,12の接合部分に圧力を加えて互いに密着させる。
First, pressure is applied to the joint portions of the two
次いで、加工ヘッド2の後方においてローラ3で両材料11,12の接合部分を押えながら、加工ヘッド2から高エネルギビームとしてのYAGレーザBをレーザ出力1.5kW,溶接速度2.5m/minで重なり部分の中央に対して照射して、接合界面において鋼板11を溶融しない範囲で高温に熱し、鋼板11からの熱伝導によりアルミニウム12のみを溶融させて接合した。
Next, the YAG laser B as a high energy beam is applied from the
そこで、接合した鋼板11及びアルミニウム12の接合部分に対して、せん断力がかかる方向に力をかけてせん断引張り試験を行ったところ、強度は約4000N(接合幅40mm)であり非常に高い値であった。これは溶融部界面に圧力がかかることにより、拡散が効率的に行われたためである。
Therefore, when a shear tensile test was performed on the joined portion of the joined
図3に材料の溶融状態と界面の温度を示す。レーザビームBが照射されるとアルミニウム12側のみが溶融し、上記したようにレーザビームBが通った直後のアルミニウム12が溶融している部分をローラ3で加圧する。図5に示すように,接合界面に圧力を加えない場合、良好な拡散が行われる温度範囲(斜線で示す部分)が非常にせまいが、圧力を加えると良好な拡散が行われる温度範囲が広がる。斜線部分より上側の条件では、金属間化合物が生成されて接合強度が低くなり、一方、斜線部分よりも下側の条件では、拡散が生じないために接合することができない。
FIG. 3 shows the molten state of the material and the interface temperature. When the laser beam B is irradiated, only the
このため、良好な拡散が行われる条件の圧力P及び温度Tとなるような位置にローラ3の加圧点を設定することが重要である。材料界面での温度分布は図3に示すようになっているが、温度Tとなる位置を圧力Pで加圧することによって良好な拡散が行われ、接合強度を上げることができる。
For this reason, it is important to set the pressure point of the
また、接合幅方向の温度分布は、図4に示すように、ビーム照射位置中心が最も高く中心から離れるにしたがって低くなる。接合界面に圧力をかけると、良好な拡散が行われる温度範囲が広がることから、圧力を加えない条件よりも圧力を加えた条件のほうが接合幅方向で見た場合でも良好に拡散が行われている範囲が広くなるため、接合幅が広くなり、したがって、継手強度を向上させることができる。 Further, as shown in FIG. 4, the temperature distribution in the bonding width direction is highest at the center of the beam irradiation position and decreases as the distance from the center increases. When pressure is applied to the bonding interface, the temperature range in which good diffusion is performed is widened, so that even when the pressure is applied in the bonding width direction, the diffusion is performed better than when no pressure is applied. Since the range which becomes large becomes wide, joining width becomes wide and, therefore, joint strength can be improved.
ローラ3の最適な加圧点は、材料や溶接条件によって異なるが、ビームBのより近傍をローラ3で押さえる必要がある場合には、ローラ3の断面形状を工夫することによって対応することができる。例えば、加圧すべき位置がレーザビームBと近く、このレーザビームBとローラ3が干渉してしまうような場合には、図6に示すように、幅方向中央部分33aの径を小さくしたローラ33を用いることで、レーザビームBとローラ33の干渉を避けながら、良好な拡散を行うことができる位置を加圧することが可能になる。
The optimum pressure point of the
[実施例2]
図7は、本発明の他の実施例を示しており、図7に部分的に示すように、この実施例が先の実施例と相違するところは、ローラ3を両材料11,12の接合部分の両面に1個ずつ配置し、これらのローラ3,3同士で両材料11,12を挟み込んで圧力をかけるようにした点にある。
[Example 2]
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. As shown in part in FIG. 7, this embodiment differs from the previous embodiment in that the
この場合、レーザビームB側に位置する上側のローラ3は、加工ヘッド2(図1参照)に直接取り付けてあり、実施例1のローラ3のように昇降しないものとなっている。一方、レーザビームBとは反対側に位置する下側のローラ3は、実施例1のローラ3と同様に加工ヘッド2に対してガイド4(図1参照)を介して設置してあり、レーザビームBに向かう方向の力(図示上向きの力)がかかるように設定してある。
In this case, the
したがって、この実施例では、下側のローラ3を上側のローラ3に引き寄せるように移動させて、両材料11,12の接合部分を両ローラ3,3で挟み込んで加圧するようになすことによって、下側材料に剛性が無い場合や、フランジを接合する場合にも対応することができる。
Therefore, in this embodiment, the
[実施例3]
図8は、本発明のさらに他の実施例を示しており、図8に部分的に示すように、この実施例が先の実施例と相違するところは、ローラ3をレーザビームBの前後に1個ずつ配置すると共に、ビーム照射位置の裏側近傍にローラ3を配置し、これらの3個のローラ3で上記実施例2と同様に両材料11,12を挟み込んで圧力をかけるようにした点にある。
[Example 3]
FIG. 8 shows still another embodiment of the present invention. As shown in part in FIG. 8, this embodiment is different from the previous embodiment in that the
このようなローラ3の配置にすることによって、実施例2と比べてよりビーム照射位置中心に近い部位を押さえることが可能であり、レーザビームBに近い位置を加圧する必要がある場合に好適である。
By arranging the
[比較例]
次に、図9に示すように、板厚tが1.0mmの高融点材料としての鋼板(SPCC)11と板厚tが1.0mmの低融点材料としてのアルミニウム(A5052)12とを重ね寸法20mm幅で重ね合わせ、YAGレーザビームBをレーザ出力1.5kW,加工速度2.5m/minで鋼板11側から重なり部分の中央に対して照射して接合した。
[Comparative example]
Next, as shown in FIG. 9, a steel plate (SPCC) 11 as a high melting point material having a plate thickness t of 1.0 mm and aluminum (A5052) 12 as a low melting point material having a plate thickness t of 1.0 mm are stacked. The YAG laser beam B was overlapped with a width of 20 mm, and the YAG laser beam B was irradiated to the center of the overlapping portion from the
この際、鋼板11側が溶融せずにアルミニウム12のみが溶融するような温度分布とするべく溶接条件を設定したが、材料が拡散して接合が可能となる溶接条件範囲は非常に狭かった。
At this time, the welding conditions were set so that the temperature distribution was such that only the
そこで、この比較例において接合した鋼板11及びアルミニウム12の接合部分に対して、せん断力がかかる方向に力をかけてせん断引張り試験を行ったところ、強度は約2000N(接合幅40mm)であった。つまり、実施例1と比べて比較例の強度は非常に低かった。これは、溶融部界面に圧力がかかっておらず、拡散が効率的に行われないためであり、したがって、実施例1の異種材料の接合方法及び接合装置を用いることで、継手強度の大幅な向上を実現できることが実証できた。
Therefore, when a shear tensile test was performed on the bonded portion of the
1 異種材料の接合装置
2 加工ヘッド
3 ローラ(加圧手段)
11 高融点材料
12 低融点材料
B レーザビーム(高エネルギビーム)
DESCRIPTION OF
11 High
Claims (10)
上記高エネルギビームの照射位置に対する加圧位置を、接合界面における圧力と温度とが、低融点材料が金属間化合物の生成を伴わずに拡散する圧力P及び温度Tとなるように設定していることを特徴とする異種材料の接合方法。 When two types of materials having different melting points are overlapped and bonded, a high energy beam is irradiated from the high melting point material side while applying pressure to at least the bonding portions of the two materials to bring them into close contact with each other. In a joining method of dissimilar materials that are heated to a high temperature without melting, and only the low melting point material is melted and joined by heat conduction from the high melting point material,
The pressurizing position with respect to the irradiation position of the high energy beam is set so that the pressure and temperature at the bonding interface are the pressure P and the temperature T at which the low melting point material diffuses without generation of an intermetallic compound . A method for joining different materials.
高エネルギビームを集光して高融点材料側から照射する加工ヘッドと、
この加工ヘッドから高エネルギビームを高融点材料側から照射する段階で上記2種類の材料の接合部分に圧力を加えて互いに密着させる加圧手段とを備え、
上記高エネルギビームの照射位置に対する加圧手段による加圧位置を、接合界面における圧力と温度とが、低融点材料が金属間化合物の生成を伴わずに拡散する圧力P及び温度Tとなるように設定していることを特徴とする異種材料の接合装置。 In a bonding apparatus of different materials that overlap and bond two kinds of materials having different melting points,
A processing head for condensing a high energy beam and irradiating it from the high melting point material side;
A pressurizing unit that applies pressure to the joint portion of the two types of materials and irradiates the high energy beam from the processing head from the high melting point material side;
The pressure position by the pressurizing means with respect to the irradiation position of the high energy beam is set so that the pressure and temperature at the bonding interface become the pressure P and the temperature T at which the low melting point material diffuses without generation of the intermetallic compound. An apparatus for joining different types of materials, characterized in that it is set.
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