JP6719348B2 - アルミニウム接合体の製造方法 - Google Patents

アルミニウム接合体の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6719348B2
JP6719348B2 JP2016180001A JP2016180001A JP6719348B2 JP 6719348 B2 JP6719348 B2 JP 6719348B2 JP 2016180001 A JP2016180001 A JP 2016180001A JP 2016180001 A JP2016180001 A JP 2016180001A JP 6719348 B2 JP6719348 B2 JP 6719348B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum
laser
welding
joined body
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016180001A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018043273A (ja
Inventor
拓朗 青木
拓朗 青木
松本 剛
松本  剛
智之 北村
智之 北村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2016180001A priority Critical patent/JP6719348B2/ja
Priority to CN201710463783.0A priority patent/CN107824964B/zh
Priority to US15/674,630 priority patent/US20180071866A1/en
Publication of JP2018043273A publication Critical patent/JP2018043273A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6719348B2 publication Critical patent/JP6719348B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • B23K26/22Spot welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046Automatically focusing the laser beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/60Preliminary treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10Aluminium or alloys thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Description

本発明は、アルミニウム接合体の製造方法に関する。
近年、自動車においては、燃費向上のため部材の軽量化が必須となっている。アルミニウム又はアルミニウム合金は軽量であり、比強度(単位重量当りの強度)が大きく軽量化コストも低いため、量産に適している。
ところで、レーザ溶接等のビーム溶接は、入熱量を低減しつつ深い溶け込みの接合部を形成できる。更に近年では、レーザビームをミラーにより走査させながら溶接する、いわゆるリモート溶接が普及されつつある。このようなリモート溶接では、レーザビームを円周状、らせん状(渦巻き状)、平行線状、ジグザク状等様々な形態での走査が可能である(例えば特許文献1参照)。
アルミニウム又はアルミニウム合金のような熱膨張係数の大きい材料においては、溶融部が急速に凝固するため割れが生じやすい。特に、点溶接(ビームスポット溶接)では、周方向に溶融部が引っ張られるため、より割れやすくなる。このため、溶融部の凝固速度を緩和するために、点状の溶融凝固部を形成した後で、その溶融凝固部の外周を囲んでレーザビームを走査させて溶融部の凝固速度を緩和することにより、割れを抑制する方法が知られている(例えば特許文献2参照)。
また、ビームスポット径を小さくしつつ、複数の照射領域へビームスポットの熱量を順次小さくしながらビーム照射して溶接することで、溶融凝固部の大きさのバラつきを抑え、割れを抑制する方法も知られている(例えば特許文献3参照)。
特開2011−173146号公報 特開2015−199097号公報 特開2015−221446号公報
しかしながら、接合部の強度確保の観点からビームスポット溶接は、ビームスポット径(溶融凝固部の平面視直径)が3mm以上あるのが好ましいが、スポット径が大きくなるにつれて割れが発生しやすくなる。アルミニウム又はアルミニウム合金は、熱膨張係数が大きいため、レーザビームの走査方法等の施工条件の調整だけでは割れの抑制が難しい。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、接合強度を確保するためのビームスポット径を確保しつつ、溶融凝固部の割れを低減できるアルミニウム接合体の製造方法を提供することにある。
本発明は下記構成からなる。
第1アルミニウム部材と、前記第1アルミニウム部材上に前記第1アルミニウム部材よりも導電率の高い第2アルミニウム部材を重ねて重ね継手を形成する工程と、前記第2アルミニウム部材側から高エネルギービームを照射して、前記重ね継手を貫通する溶融凝固部を形成するビーム溶接工程と、を有するアルミニウム接合体の製造方法。
本発明に係るアルミニウム接合体の製造方法によれば、接合強度を確保するためのビームスポット径を確保しつつ、溶融凝固部の割れを低減できる。
第1構成例のアルミニウム接合体の製造方法に用いられるレーザ溶接装置の全体構成図である。 図1に示したアルミニウム接合体をビーム照射方向で断面視した断面図である。 デフォーカスによるビーム照射部の模式図である。 同心円状のビーム走査によるビーム照射部の模式図である。 螺旋状のビーム走査によるビーム照射部の模式図である。 割れを生じた溶融凝固部の模式図である。 上板部材の導電率が高い場合の溶融凝固部の状態を断面図で示す説明図である。 下板部材の導電率が高い場合の溶融凝固部の状態を断面図で示す説明図である。 レーザスポット溶接により接合された重ね継手の斜視図である。 レーザ連続溶接により接合された重ね継手の斜視図である。 6022材と3003材を上下入れ替えた場合の割れ長さの変化を表すグラフである。 6022材とAl−1wt%Fe材を上下入れ替えた場合の割れ長さの変化を表すグラフである。 6022材を上板、クラッド材を下板とした場合の割れ長さを表すグラフである。 クラッド材を上板、6022材を下板とした場合の割れ長さを表すグラフである。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は第1構成例のアルミニウム接合体の製造方法に用いられるレーザ溶接装置の全体構成図である。
本構成のアルミニウム接合体の製造方法には、高エネルギービーム溶接を適用できる。高エネルギービーム溶接としては、レーザ溶接や電子ビーム溶接等が挙げられる。
レーザ溶接法には、焦点距離の長い集光光学系を用いて溶接するリモート溶接法がある。このリモート溶接法には、更にガルバノ・ミラーでレーザをスキャンするミラー・スキャン法と、ロボットの動作で焦点距離の長い溶接トーチを振って溶接するロボット・スキャン法がある。これらは、ワークに接近して溶接する通常のレーザ溶接と異なり、溶接トーチと溶接物との干渉に制限を受けることなく溶接できる利点がある。また、ミラー・スキャン法は、高速な多点溶接が可能となる。ロボット・スキャン法は、多点溶接の際のエアカット時間を大きく圧縮することがロボットの動作制御上困難となるが、リモート溶接を安価に実現できる利点がある。
本構成のアルミニウム接合体の製造方法においては、ミラー・スキャン法によるレーザ溶接装置11を用いてスポット溶接を行うレーザスポット溶接の場合を説明する。なお、レーザビームに代えて、電子ビームを用いた電子ビーム溶接であってもよい。
ミラー・スキャン法によるレーザ溶接装置11は、レーザ発振器13と、レーザ走査ヘッド15と、これらを制御する制御装置17と、を有する。レーザ走査ヘッド15は、凹レンズ19、集光レンズ21、アクチュエータ23、及びミラー25等で構成される。
レーザ発振器13は、制御装置17からの指令に基づいてレーザ光27を出力する。そのレーザ光27のエネルギ出力値は、制御装置17からの指令により調整可能となる。レーザ発振器13から出力されたレーザ光27は、凹レンズ19で拡大され、集光レンズ21で集光された後、ミラー25で反射されて、高エネルギービーム(レーザビーム29)として溶接予定箇所に照射される。レーザビーム29としては、CO2レーザ、YAGレーザ、ファイバーレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザ等の各種方式のものが使用可能である。
集光レンズ21は、アクチュエータ23により光軸方向に高速に移動可能に構成される。そして、レーザ光27の焦点距離は、集光レンズ21の光軸方向の移動により調整される。レーザ光27の焦点位置は、レーザ光27の照射面積(ビームスポット径)が最も小さくなり、レーザ光27のエネルギ密度が最も高くなる位置でもある。集光レンズ21のアクチュエータ23は、制御装置17に接続され、焦点距離が制御装置17により制御される。
したがって、レーザ溶接装置11は、レーザ走査ヘッド15のミラー25を傾斜させることにより、集光レンズ21から出力されるレーザ光27を、所望の焦点距離で高速且つ自在に照射できる。
図2は図1に示したアルミニウム接合体をビーム照射方向で断面視した断面図である。
上記のレーザ溶接装置11を用いて重ね継手を形成するアルミニウム接合体の製造方法は、重ね継手形成工程と、ビーム溶接工程と、を有する。重ね継手形成工程は、第1アルミニウム部材31と、第1アルミニウム部材上に第1アルミニウム部材31よりも「導電率」の高い第2アルミニウム部材33を重ねて重ね継手を形成する。ここでは、導電率をIACS(international annealed copper standard)として表している。
一般に、材料の導電率と熱伝導率との関係は、材料が金属である場合、電子数が多い程、電子熱伝導が大きくなることがウィーデマン・フランツの法則として知られている。導電率は、例えばアルミニウム(Al)、金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)の順で高くなる。熱伝導率も同様の順で高くなる。すなわち、導電率は熱伝達率に比例する。
導電率は、第1アルミニウム部材31の導電率をW1と、第2アルミニウム部材33の導電率をW2とした場合、例えばその差を7以上とすることが好ましい。
第1アルミニウム部材31及び第2アルミニウム部材33は、1000〜8000系のアルミニウム又はアルミニウム合金が使用可能である。機械的強度の点では5000系、6000系、7000系の合金が好適に用いられ、単層の材料だけでなく表面にアルミニウム(Al-Si系合金)のクラッド層を設けた構成としてもよい。
ビーム溶接工程は、下板の第1アルミニウム部材31に、上板の第2アルミニウム部材33を重ねた重ね継手のうち、導電率の高い第2アルミニウム部材側(上板側)からレーザビーム29を照射する。レーザビーム29は、重ね継手を貫通する溶融凝固部35を形成する。アルミニウム接合体の製造方法では、後述するように、上側に導電率の高い(すなわち熱伝導率の高い)材料を配置することで引張応力を低減できる。
溶接部におけるレーザビーム29のビーム径は0.3〜4.0mmとする。レーザビーム径は、入熱量やビームの走査方法によって適宜調整できる。レーザスポット溶接のビーム照射は、いわゆるキーホール型でもよいが、ビームの焦点を被溶接材の厚み方向にずらしてデフォーカスとしてもよい。また、ビームの走査方法は、後述するように、同心円状、渦巻き状等任意に設定することができる。
図3はデフォーカスによるビーム照射部の模式図である。
レーザスポット溶接は、レーザビームをデフォーカスさせて行うものであってもよい。デフォーカスビーム37は、図1に示すレーザ溶接装置11の制御装置17により、例えばアクチュエータ23の駆動により、集光レンズ21を光軸に沿う方向に移動させて実施できる。
図4は同心円状のビーム走査によるビーム照射部の模式図である。
また、レーザスポット溶接は、レーザビーム29を同心円状に複数回走査させて行うものであってもよい。レーザビーム29の同心円状走査は、最初にレーザビーム29を照射した初期照射範囲39の外周部に同心円のパターンで連続して照射する。レーザビーム29の同心円状走査は、図1に示すレーザ溶接装置11の制御装置17によるミラー25の傾斜駆動で実施できる。
図5は螺旋状のビーム走査によるビーム照射部の模式図である。
更に、レーザスポット溶接は、レーザビーム29を螺旋状に複数回走査させて行うものであってもよい。レーザビーム29の螺旋状走査は、溶接部の中心部から外周側に向けて渦巻き状に連続して照射する。レーザビーム29の螺旋状走査は、前述の同心円走査と同様に、ミラー25の傾斜駆動により実施できる。
次に、上記構成の作用を説明する。
図6は割れを生じた溶融凝固部の模式図である。
アルミニウム接合体の製造方法において、溶接熱源は移動熱源であり、それにより溶接部は熱サイクルを受ける。溶接部は、熱源が近付くにつれて温度が急激に上昇し、最高到達温度に達してから冷却する。この場合に生じる溶接部の割れ41は、冷却特性に大きく依存する。冷却特性の主なものは、一般的に冷却速度と、冷却時間であるが、本発明では、これに加えて溶接物の導電率(熱伝導率)にも着目している。
このアルミニウム接合体の製造方法によれば、第1アルミニウム部材上に、第1アルミニウム部材31よりも導電率の高い第2アルミニウム部材33を重ねて重ね継手を形成する。この状態で第2アルミニウム部材側からレーザビーム29を照射して、重ね継手を貫通する溶融凝固部35を形成する。この際、溶融池は、上板の第2アルミニウム部材33から下板の第1アルミニウム部材31にわたって形成される。この溶融池は、溶融部が凝固する際に、下板部分から徐々に凝固していくため、凝固割れが発生しにくくなる。
図7は上板部材の導電率が高い場合の溶融凝固部35の状態を断面図で示す説明図である。図中、Faは引張応力を示す。
上板の方が下板よりも導電率が高い場合、凝固が遅い下層部で発生した割れやひずみが、上層部に伝播しにくくなるため、割れ41が小さいか、生じなくなる。
図8は下板部材の導電率が高い場合の溶融凝固部35の状態を断面図で示す説明図である。図中、Fbは引張応力を示す。
下板の方が上板よりも導電率が高い場合、凝固が早いため下層部で発生した割れやひずみが、凝固が遅い上層部に伝播しやすい。その結果、上層部の割れ41は図7に示す場合より大きくなる。また、それぞれの場合の引張応力は、Fa<Fbの関係となる。
溶融凝固部35には、冷却後に収縮による引張応力が発生する。溶接部が溶接されると温度上昇により膨張し、その後の冷却により収縮が生じる。その際に、大きな引張応力が溶接部近傍から溶融凝固部35に作用する。本構成例によれば、溶融部が凝固する際に、下板部分から徐々に凝固が進むため、この引張応力が流動する溶融部に順次逃されて、溶融凝固部内に残留しにくくなる。
また、このアルミニウム接合体の製造方法によれば、目的とする溶融凝固部35の中心に初期溶融池を形成している。レーザスポット溶接では、この溶融池を中心に、レーザビーム29を同心円状又は螺旋状に複数回走査させる。これにより、溶融凝固部35を形成するために必要な大きさの溶融池を、初期溶融池から拡大して形成できる。また、レーザビーム29は、任意方向への走査が可能となるので、真円以外の長円や楕円等の溶融凝固部35も形成できる。
また、アルミニウム接合体の製造方法によれば、レーザビーム29をデフォーカスさせて、目的とする溶融凝固部35の中心に初期溶融池を形成している。デフォーカスビーム37は、照射面積が大きいため、レーザビーム29を走査せずに、溶融凝固部35を形成するために必要な所要面積の溶融池を一度に作ることができる。なお、レーザビーム29のエネルギ密度が少なくなることにより照射深さは浅くなるが、溶融金属量は、デフォーカスを行わない時と同等に確保できる。また、所望の照射深さは、例えばビーム照射時間により制御が可能となる。
次に、上記のアルミニウム接合体の製造方法の変形例を説明する。
(変形例1)
第1アルミニウム部材31及び第2アルミニウム部材33を調質のみが異なる同一組成の熱処理型のアルミニウム合金とした。
熱処理型のアルミニウム合金においては、溶体化処理により固溶していた元素が、時効処理により析出物として析出する。この析出物の状態により導電率の差が生じる。
そこで、同一材料である熱処理型のアルミニウム合金からなる板材を用い、それらに施す溶体化処理、時効処理の有無、又は溶体化処理、時効処理の加熱温度や保持時間等の熱処理条件を異ならせることにより、導電率に差を持たせる。その結果、同一のアルミニウム部材を用いた重ね継手であっても、固溶化処理や時効処理を選択的に施すことで、上板に導電率の高いアルミニウム部材を用い、下板に導電率の低いアルミニウム部材を用いた構成にでき、溶融凝固部35の割れ41を抑制することが可能となる。
(変形例2)
図9はレーザスポット溶接により接合された重ね継手の斜視図、図10はレーザ連続溶接により接合された重ね継手の斜視図である。
上記した溶融凝固部35は、図9に示すように、レーザスポット溶接で形成できるが、図10に示すように、レーザビーム29によるレーザ連続溶接で形成することもできる。
以上の通り、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
図11は6022材と3003材を上下入れ替えた場合の割れ長さの変化を表すグラフである。なお、以降に示す各棒グラフには、複数回の測定により求めた信頼限界も併せて示している。
(実験条件)
(a)板厚1.0mmの6022−T4材及び3003−0材を重ね溶接した。
(b)レーザ溶接は、レーザスポット径:3.5mm、レーザ出力:5.5kw、1秒間照射とした。
(c)レーザ装置は、YLS−6000−S4(IPG Photonics製)を用いた。
(d)導電率測定装置は、シグマテスタ(フェルスター社製)を用いた。
(e)レーザ照射側の割れ長さは、光学顕微鏡により測定した。
なお、(c)〜(e)については、第2、第3実施例も同様の条件で行った。
(結果)
各試料の割れ長さを図11に示す。上板が3003材で下板が6022材の重ね継手よりも、上板が6022材で下板が3003材の重ね継手の方が割れ長さが長くなった。
(考察)
上板が3003材で下板が6022材の重ね継手よりも、上板が6022材で下板が3003材の継手の方が割れ長さが長くなったのは、上板と下板の熱伝導率の違いが原因であると考えられる。熱伝導率は、6022材が約45%IACSであり、3003材が約47%IACSである。つまり、6022材よりも3003材の方が熱伝導率が高い。下板の方が上板よりも熱伝導率が低い場合、下板部分における溶融池幅が上板部分よりも小さくなると考えられる。そのため、上板が3003材で下板が6022材の重ね継手は、溶融部が凝固する際に、下板部分から徐々に凝固していくため、凝固割れが発生しにくくなったと考えられる。
図12は6022材とAl−1wt%Fe材を上下入れ替えた場合の割れ長さの変化を表すグラフである。
(実験条件)
(a)板厚1.0mmの6022−T4材及びAl−1wt%Fe材を重ね溶接した。
(b)レーザ照射は、レーザスポット径:3.5mm、レーザ出力:5.5kw、1秒間照射とした。
(結果)
各試料の割れ長さを図12に示す。上板がAl−1wt%Fe材で下板が6022材の継手よりも、上板が6022材で下板がAl−1wt%Fe材の継手の方が割れ長さが長くなった。
(考察)
上板がAl−1wt%Fe材で下板が6022材の重ね継手よりも、上板が6022材で下板がAl−1wt%Fe材の重ね継手の方が割れ長さが長くなったのは、上板と下板の熱伝導率の違いが原因であると考えられる。熱伝導率は、6020材が約45%IACS、Al−1wt%Fe材が約58%IACSである。つまり、6022材よりもAl−1wt%Fe材の方が熱伝導率が高い。下板の方が上板よりも熱伝導率が低い場合、下板部分における溶融池幅が上板部分よりも小さくなると考えられる。そのため、上板がAl−1wt%Fe材で下板が6022材の重ね継手は、溶融部が凝固する際に、下板部分から徐々に凝固していくため、凝固割れが発生しにくくなったと考えられる。
図13は6022材を上板、クラッド材を下板とした場合の割れ長さを表すグラフ、図14はクラッド材を上板、6022材を下板とした場合の割れ長さを表すグラフである。
(実験条件)
(a)板厚1.0mmの6022−T4材及びクラッド材を重ね溶接した。使用したクラッド材の一覧を表1に示す。クラッド材は、表1に示す心材組成を有し、残部がFe及び不可避不純物である。
(b)レーザ照射は、レーザスポット径:3.5mm、レーザ出力:505kw、1秒間照射とした。
Figure 0006719348
(結果)
各試料の割れ長さを図13、図14に示す。クラッド材皮材のSi濃度が高くなるほど割れ長さが短くなった。また、図13に示す上板が6022材で下板がクラッド材の重ね継手よりも、図14に示す上板がクラッド材で下板が6022材の重ね継手の方が割れ長さが長くなった。
(考察)
上板が6022材で下板がクラッド材の重ね継手よりも、上板がクラッド材で下板が6022材の重ね継手の方が割れ長さが長くなったのは、上板と下板の熱伝導率の違いが原因であると考えられる。熱伝導率は、クラッド材が40〜45%IACS、6022材が約45%IACSである。つまり、クラッド材よりも6022材の方が熱伝導率が高い。下板の方が上板よりも熱伝導率が低い場合、下板部分における溶融池幅が上板部分よりも小さくなると考えられる。そのため、上板が6022材で下板がクラッド材の重ね継手は、溶融部が凝固する際に、下板部分から徐々に凝固していくため、凝固割れが発生しにくくなったと考えられる。
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 第1アルミニウム部材と、前記第1アルミニウム部材上に前記第1アルミニウム部材よりも導電率の高い第2アルミニウム部材を重ねて重ね継手を形成する工程と、前記第2アルミニウム部材側から高エネルギービームを照射して、前記重ね継手を貫通する溶融凝固部を形成するビーム溶接工程と、を有するアルミニウム接合体の製造方法。
このアルミニウム接合体の製造方法によれば、第1アルミニウム部材上に、第1アルミニウム部材よりも導電率の高い第2アルミニウム部材を重ねて重ね継手を形成する。この状態で第2アルミニウム部材側から高エネルギービームを照射して、重ね継手を貫通する溶融凝固部を形成する。この際、溶融池は、上板の第2アルミニウム部材から下板の第1アルミニウム部材にわたって連続して形成される。この溶融池は、熱伝導率が低い下板の第1アルミニウム部材の方が、上板の第2アルミニウム部材よりも溶融池幅が小さくなると考えられ、その結果、溶融部が凝固する際に、下板部分から徐々に凝固して、凝固割れが発生しにくくなる。
(2) 前記溶融凝固部を、前記高エネルギービームによるスポット溶接で形成する(1)のアルミニウム接合体の製造方法。
このアルミニウム接合体の製造方法によれば、高エネルギービームにより溶融凝固部が形成される。高エネルギービームは、高エネルギ密度の集中熱源であるので、加工時に第2アルミニウム部材に与える熱影響を小さくでき、溶融凝固部近傍の変形も小さくできる。よって、小型且つ精密な重ね継手の形成が可能となる。
(3) 前記スポット溶接は、前記高エネルギービームを同心円状又は螺旋状に複数回走査させて行う(2)のアルミニウム接合体の製造方法。
このアルミニウム接合体の製造方法によれば、目的とする溶融凝固部の中心に初期溶融池を作る。スポット溶接は、この溶融池を中心に、高エネルギービームを同心円状又は螺旋状に複数回走査させることにより、溶融凝固部を形成するために必要な所要面積の溶融池を、初期溶融池を拡げて作ることができる。また、高エネルギービームは、任意方向への走査が可能となるので、真円以外の長円や楕円等の溶融凝固部を作ることが可能となる。
(4) 前記スポット溶接は、前記高エネルギービームをデフォーカスさせて行う(2)のアルミニウム接合体の製造方法。
このアルミニウム接合体の製造方法によれば、高エネルギービームをデフォーカスさせて、目的とする溶融凝固部の中心に初期溶融池を形成する。デフォーカスによる高エネルギービームは、照射面積を増減でき、これにより、スポット溶接は、高エネルギービームを走査せずに、溶融凝固部を形成するために必要な大きさの溶融池を一度に作ることができる。
(5) 前記溶融凝固部を、前記高エネルギービームによる連続溶接で形成する(1)のアルミニウム接合体の製造方法。
このアルミニウム接合体の製造方法によれば、第2アルミニウム部材に照射される高エネルギービームが、直線的に連続走査される。これにより、割れのない連続した溶融凝固部を形成できる。
29 レーザビーム(高エネルギービーム)
31 第1アルミニウム部材
33 第2アルミニウム部材
35 溶融凝固部

Claims (5)

  1. 第1アルミニウム部材と、前記第1アルミニウム部材上に前記第1アルミニウム部材よりも導電率の高い第2アルミニウム部材を重ねて重ね継手を形成する工程と、
    前記第2アルミニウム部材側から高エネルギービームを照射して、前記重ね継手を貫通する溶融凝固部を形成するビーム溶接工程と、
    を有するアルミニウム接合体の製造方法。
  2. 前記溶融凝固部を、前記高エネルギービームによるスポット溶接で形成する請求項1に記載のアルミニウム接合体の製造方法。
  3. 前記スポット溶接は、前記高エネルギービームを同心円状又は螺旋状に複数回走査させて行う請求項2に記載のアルミニウム接合体の製造方法。
  4. 前記スポット溶接は、前記高エネルギービームをデフォーカスさせて行う請求項2に記載のアルミニウム接合体の製造方法。
  5. 前記溶融凝固部を、前記高エネルギービームによる連続溶接で形成する請求項1に記載のアルミニウム接合体の製造方法。
JP2016180001A 2016-09-14 2016-09-14 アルミニウム接合体の製造方法 Active JP6719348B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016180001A JP6719348B2 (ja) 2016-09-14 2016-09-14 アルミニウム接合体の製造方法
CN201710463783.0A CN107824964B (zh) 2016-09-14 2017-06-19 铝接合体的制造方法
US15/674,630 US20180071866A1 (en) 2016-09-14 2017-08-11 Method for producing aluminum joined body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016180001A JP6719348B2 (ja) 2016-09-14 2016-09-14 アルミニウム接合体の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018043273A JP2018043273A (ja) 2018-03-22
JP6719348B2 true JP6719348B2 (ja) 2020-07-08

Family

ID=61559082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016180001A Active JP6719348B2 (ja) 2016-09-14 2016-09-14 アルミニウム接合体の製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20180071866A1 (ja)
JP (1) JP6719348B2 (ja)
CN (1) CN107824964B (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7063083B2 (ja) * 2018-04-25 2022-05-09 トヨタ自動車株式会社 レーザ溶接方法
JP7081324B2 (ja) * 2018-06-19 2022-06-07 トヨタ自動車株式会社 レーザ溶接方法および溶接構造体
CN115609151A (zh) * 2018-08-30 2023-01-17 罗姆股份有限公司 半导体装置
JP7017497B2 (ja) * 2018-10-19 2022-02-08 フタバ産業株式会社 溶接方法
JP6898287B2 (ja) * 2018-10-19 2021-07-07 フタバ産業株式会社 溶接方法
CN109967869A (zh) * 2019-04-08 2019-07-05 上海工程技术大学 一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法
CN113523568B (zh) * 2020-04-20 2024-04-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种铝或铝合金搭接激光点焊方法
US11471975B1 (en) * 2021-06-03 2022-10-18 Corelase Oy Spiral laser welding methods for joining metal

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3082468B2 (ja) * 1992-10-13 2000-08-28 日産自動車株式会社 アルミニウム合金のレーザ溶接方法
JPH08332582A (ja) * 1995-06-05 1996-12-17 Toshiba Corp レーザ溶接方法
JPH0910973A (ja) * 1995-06-28 1997-01-14 Isuzu Motors Ltd レーザ溶接方法
US20090223940A1 (en) * 2004-08-09 2009-09-10 Nec Corporation Different metallic thin plates welding method, bimetallic thin plates jointing element, electric device, and electric device assembly
JP4739063B2 (ja) * 2006-02-27 2011-08-03 トヨタ自動車株式会社 レーザ接合方法
CN101439451A (zh) * 2007-11-22 2009-05-27 苏州达方电子有限公司 焊接设备以及焊接方法
DE102009057997A1 (de) * 2009-12-11 2011-06-22 Daimler AG, 70327 Verfahren zum Verschweißen von zwei Metallbauteilen
JP5527526B2 (ja) * 2010-02-24 2014-06-18 マツダ株式会社 レーザ溶接方法
JP6148923B2 (ja) * 2013-07-24 2017-06-14 株式会社Uacj アルミニウム合金製バスバー
US9839971B2 (en) * 2013-09-20 2017-12-12 GM Global Technology Operations LLC Resistance spot welding steel and aluminum workpieces with hot welding electrode at aluminum workpiece
JP6518945B2 (ja) * 2014-01-10 2019-05-29 パナソニックIpマネジメント株式会社 レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置
JP6533642B2 (ja) * 2014-02-06 2019-06-19 株式会社神戸製鋼所 高エネルギービーム溶接用被接合部材及び接合体の製造方法
JP6032236B2 (ja) * 2014-04-08 2016-11-24 トヨタ自動車株式会社 レーザ溶接方法および溶接構造
JP6024707B2 (ja) * 2014-05-22 2016-11-16 トヨタ自動車株式会社 レーザ溶接方法
CN104985325B (zh) * 2015-08-12 2016-05-25 辽宁工业大学 一种紫铜与纯铝板材激光叠焊装置及方法
JP2017128758A (ja) * 2016-01-19 2017-07-27 株式会社Uacj 導電部材用アルミニウム合金板及びその製造方法並びに電気接続部品

Also Published As

Publication number Publication date
CN107824964A (zh) 2018-03-23
JP2018043273A (ja) 2018-03-22
CN107824964B (zh) 2019-10-01
US20180071866A1 (en) 2018-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6719348B2 (ja) アルミニウム接合体の製造方法
US10828720B2 (en) Foil-based additive manufacturing system and method
KR101974252B1 (ko) 레이저 용접 방법 및 용접 구조
WO2015159503A1 (ja) 異材金属接合体
Fortunato et al. Laser welding of thin copper and aluminum sheets: feasibility and challenges in continuous-wave welding of dissimilar metals
JP2008214704A (ja) アモルファス金属・金属ガラス接合体
Hajavifard et al. The effects of pulse shaping variation in laser spot-welding of aluminum
JP2006224134A (ja) 高エネルギビームによる異種金属の接合構造、接合方法及び接合装置
US9649727B2 (en) High speed laser cutting of amorphous metals
JP2020093272A (ja) レーザ溶接方法
WO2018089080A1 (en) Foil-based additive manufacturing system and method
CN106312315A (zh) 用于连接不同类型的板的方法
CN110666349A (zh) 激光焊接方法
JP2005279744A (ja) 高エネルギビームを用いた異種材料の突合せ接合方法
CN107073650B (zh) 激光焊接接头及其制造方法
JP6400916B2 (ja) 接合体の製造方法
Vollertsen Developments and trends in laser welding of sheet metal
JP3082468B2 (ja) アルミニウム合金のレーザ溶接方法
JP7319231B2 (ja) 異材接合構造体の製造方法
JP2002256335A (ja) レーザ照射による金属組織の微細化方法及び装置
Scherillo et al. On the microstructure analysis of FSW joints of aluminium components made via direct metal laser sintering
JP6954871B2 (ja) レーザー溶接構造、およびレーザー溶接方法
JP2020040106A (ja) 異材接合方法
JP6408824B2 (ja) 金属クラッド溶接材および金属クラッド溶接材の製造方法
WO2023157809A1 (ja) レーザ溶接方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181203

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191010

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191112

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200602

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200616

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6719348

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150