JP5800677B2 - 金属部材の接合方法 - Google Patents
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本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、接合強度を向上させることができる金属部材の接合方法を提供することを目的とする。
この構成によれば、FeAlSiが安定して形成されるのに十分な時間、混合溶融金属プールの温度をFeAlSiが析出する温度に保持することができ、FeAlSiの化合物(Si膜)を安定して形成し、脆弱なFe−Al系の金属間化合物の形成を抑制して、接合強度を向上させることができる。
この構成によれば、FeAlSiが安定して形成されるのに十分な時間、混合溶融金属プールの温度をFeAlSiが析出する温度に保持するとともに、混合溶融金属プールの温度をFe2Al5の凝固点より高い温度で維持する加熱をすることで、Si膜を安定して形成し、脆弱なFe−Al系の金属間化合物の形成を抑制して、接合強度を向上させることができる。
図1は、本発明の実施形態に係る金属部材の接合方法によりFe(鉄)系金属部材1と、Al(アルミニウム)系金属部材2と、を接合している状態を概略的に示した図である。Fe系金属部材1は、Fe母材に溶融亜鉛(Zn)めっきを施した金属部材であり、本実施形態では、Fe−Zn合金であるめっき層を有する合金化溶融亜鉛メッキ鋼板(GA鋼板)を用いている。Al系金属部材2は、アルミニウムを主成分とする合金であり、本実施形態では、6000系アルミニウム合金を用いている。
続いて、第3工程では、混合溶融金属プール4にブレーズビーム102が照射され、混合溶融金属プール4には、混合溶融金属プール4の温度をFe−Al−Siの化合物が形成される例えば1100℃〜1300℃程度の温度に加熱するエネルギーが注入される。先行レーザービーム100と、ブレーズビーム102と、の総和は、1.2〜1.4kWとなるように設定することが好ましい。本実施形態では、ブレーズビーム102は、集光径Φ3.0mm、レーザー出力0.4〜0.9kWで、図1に示した溶接方向に速度1m/minで移動する。
このように、先行レーザービーム100を、開先部13にろう材3を供給する前に照射し、開先部13の温度をFeの融点以上に加熱することで、Fe系金属部材1表面のめっき層を除去し、Fe母材の新生面を露出させることができる。さらに、母材Fe−母材Al間に溶融したFe、Al、及び、ろう材(ZnSi)3が混合する混合溶融金属プール4にブレーズビーム102を照射することで、Fe−Al−Si化合物の形成温度に維持する加熱を行い、Fe母材表面にSi膜を安定して形成することができる。
図6に示すように、ブレーズビーム102でろう材3を溶融させる程度の温度に加熱した場合には、反応界面の接合温度が低いため、図6(B)に示すように、Fe系金属部材1の、Fe−Zn合金であるめっき層から、400℃以下の低温で拡散が始まるFeが混合溶融金属プール4に拡散する。Alは660℃より高い温度で溶融するため、溶融したろう材と、Alとの混合溶融金属プール4にFeが拡散すると、Feが混合溶融金属プール4中のAlと反応し、接合部13には、図6(C)に示すように、脆弱なFe2Al5化合物層が形成される。そのため、接合部13の接合強度は、図5に示した、先行レーザービーム100と、これを追う、ブレーズビーム102と、を用いた接合方法の方が高くなる。
図7に示すように、ブレーズビーム102で、開先部13の温度をFe−Al−Si化合物の形成温度に加熱した場合には、Fe−Al−Si化合物層は形成され、Fe系金属部材1のめっき層からFeがろう材と、Alとの混合溶融金属プール4に拡散するのは抑制される。しかしながら、Fe−Al−Si化合物の形成温度では、Zn−Feめっき中のZnが溶融飛散している。残留したZnは、Fe母材表面でZnを固溶したαFe内に残存し、このαFe(Zn)の表面にFe−Al−Si化合物層が形成されるため、Fe−Al−Si化合物層は、図7(B)に示すように、安定して形成されない。また、αFe(Zn)の結晶格子面は、図7(C)に示すように、Fe母材と略同じであるが、厳密には、残留Zn分膨張しているため、図5(C)に示したFe母材表面にFe−Al−Si化合物層が形成された場合にくらべて不安定な状態となり、反応界面で格子構成が完全には一致しない。そのため、接合部13の接合強度は、図5に示した、先行レーザービーム100と、これを追う、ブレーズビーム102と、を用いた接合方法の方が高くなる。
2 Al系金属部材
3 ろう材
4 混合溶融金属プール
13 開先部(接合部)
100 先行レーザービーム
102 ブレーズビーム
Claims (3)
- レーザービームを熱源として用いて、Fe系金属部材と、Al系金属部材と、をZn、Si、および、不可避不純物からなるろう材により接合する金属部材の接合方法であって、
前記Fe系金属部材と、前記Al系金属部材と、の接合部を、前記Fe系金属部材の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービームを前記接合部に照射する第1工程と、
前記先行レーザービームによって前記Fe系金属部材の融点以上の温度に加熱された前記接合部に前記ろう材を供給する第2工程と、
前記先行レーザービームよりも小さなエネルギーを前記ろう材を供給した前記接合部に注入するブレーズビームを前記接合部に照射する第3工程と、を含むことを特徴とする金属部材の接合方法。 - 前記ブレーズビームは、前記先行レーザービームによって溶融した前記ろう材、前記Fe系金属部材、および、前記Al系金属部材からなる混合溶融金属プールの温度を、前記Fe系金属部材の融点温度より下であって、前記ろう材に含まれるSiと、溶融した前記Fe系金属部材および前記Al系金属部材と、の化合物が形成される温度に保持するエネルギーを前記接合部に注入することを特徴とする請求項1に記載の金属部材の接合方法。
- 前記ブレーズビームは、前記先行レーザービームによって溶融した前記ろう材、前記Fe系金属部材、および、前記Al系金属部材からなる前記混合溶融金属プールの温度を、1169度より高い温度で維持する加熱を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の金属部材の接合方法。
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