JP6896889B2 - 溶接構造、および金属片付き配線基板 - Google Patents

溶接構造、および金属片付き配線基板 Download PDF

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Description

本発明は、溶接構造、および金属片付き配線基板に関する。
本願は、２０１７年１２月２８日に、日本に出願された特願２０１７−２５３５４１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来から、特許文献１に示されるように、第１金属部材と第２金属部材とを重ねあわせて、両部材の界面にレーザー光を照射する溶接方法が知られている。溶接後は、第１金属部材と第２金属部材とが固定されるとともに、電気的に接続される。
日本国特開平１０−３３４９５６号公報
この種の溶接方法では、接合強度および電気抵抗の面で改善の余地があった。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、溶接構造における接合強度を向上させ、電気抵抗を低減させることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る溶接構造は、互いに重ねられ、かつ溶接された第１金属部材および第２金属部材を備え、前記第１金属部材は穴を有し、前記第２金属部材は、熱によって溶融した後、再び凝固した部分であるナゲット部を有し、前記第１金属部材における前記穴の周縁部が前記ナゲット部を覆っており、前記穴を通して前記ナゲット部の一部が露出している。
ここで、前記第１金属部材と前記第２金属部材が重ねられた上下方向に沿う断面視において、前記第２金属部材における前記ナゲット部と非溶融部との境界に、前記上下方向における第１金属部材側に向けて凸の突状界面が含まれていてもよい。
本発明の第２の態様に係る金属片付き配線基板は、配線パターンと、該配線パターンを挟む基材およびカバーレイと、を有するフレキシブルプリント基板と、前記配線パターンに溶接された金属片と、を備え、前記配線パターンは穴を有し、前記金属片は、熱によって溶融した後、再び凝固した部分であるナゲット部を有し、前記配線パターンにおける前記穴の周縁部が前記ナゲット部を覆っており、前記穴を通して前記ナゲット部の一部が露出している。
本発明の第３の態様に係る溶接方法は、主成分が銅であり穴が形成された第１金属部材を、主成分がアルミニウムである第２金属部材の上面に重ねる準備工程と、前記穴の近傍に上方からレーザー光を照射して前記第１金属部材と前記第２金属部材とを溶接する照射工程と、を有し、上面視において、前記照射工程における前記レーザー光の軌跡が、前記穴を跨ぐ渦巻き状である。
本発明の第４の態様に係る溶接方法は、穴が形成された第１金属部材を第２金属部材の上面に重ねる準備工程と、前記第１金属部材および前記第２金属部材を治具によって固定する固定工程と、前記治具に形成された治具穴を通して、前記穴の近傍に上方からレーザー光を照射して前記第１金属部材と前記第２金属部材とを溶接する照射工程と、を有し、上面視において、前記照射工程における前記レーザー光の軌跡が、前記穴の外側に位置する第１点から前記穴の内側に位置する第２点に至る環状であり、前記穴の直径をＤ１と表し、前記治具穴の直径をＤ２と表し、前記穴の中心軸線と前記第１点との間の距離をＲ１と表し、前記中心軸線と前記第２点との間の距離をＲ２と表すとき、０＜Ｒ２＜Ｄ１÷２＜Ｒ１＜Ｄ２÷２を満たす。
第４の態様に係る溶接方法において、前記第１金属部材の主成分が銅であり、第２金属部材の主成分がアルミニウムであり、上面視において、前記軌跡が渦巻き状であってもよい。
本発明の上記態様によれば、溶接構造における接合強度を向上させ、電気抵抗を低減させることができる。
本実施形態に係る溶接方法を説明する概略図である。 図１Ａに続く工程を説明する図である。 図１Ｂに続く工程を説明する図である。 図１Ｃに続く工程を説明する図である。 図１ＣのII方向矢視図である。 本実施形態に係る溶接構造の断面図である。 本実施形態に係る金属片付き配線基板の上面図である。 図４ＡのIV-IV断面矢視図である。 接合強度の試験方法を説明する図である。
以下、本実施形態に係る溶接方法、溶接構造、および金属片付き配線基板について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
（方向定義）
本実施形態では、図１Ａに示すような薄膜状の第１金属部材１１を、第２金属部材２０に溶接するための溶接方法などについて説明する。第１金属部材１１は、第２金属部材２０の表面（上面）に重ねられている。以下では、第１金属部材１１と第２金属部材２０とが重ねられた方向を上下方向という。また、上下方向に沿って、第１金属部材１１側を上方といい、第２金属部材２０側を下方という。
また、第１金属部材１１における後述の穴１１ａの中心を通り、上下方向に沿う直線を、中心軸線Ｃという（図２、図３参照）。上下方向から見た平面視において、中心軸線Ｃに交差する方向を径方向という。
第１金属部材１１は、薄膜状に形成されている。第２金属部材２０の形状は、特に限定されないが、膜状、板状、ブロック状などであってもよい。第１金属部材１１および第２金属部材２０の材質は互いに異なっている。第１金属部材１１の融点は、第２金属部材２０の融点よりも高いことが好ましい。第１金属部材１１は、例えば銅を主成分とする金属（銅合金）により形成されている。第２金属部材２０は、例えばアルミニウムを主成分とする金属（アルミニウム合金）により形成されている。
（溶接方法）
図１Ａ〜図１Ｄは、本実施形態に係る溶接方法の説明図であり、上下方向に沿う断面を示している。第１金属部材１１と第２金属部材２０とを溶接する場合、まず図１Ａに示すように、第２金属部材２０の上面に第１金属部材１１を重ねる（準備工程）。このとき、第１金属部材１１には、予め穴１１ａを形成しておく。穴１１ａの形状は、円形または略円形であることが好ましい。本実施形態では、穴１１ａの内径（直径）を、穴直径Ｄ１と表す。穴直径Ｄ１は、例えば０．５ｍｍ程度である。
次に、図１Ｂに示すように、治具３１、３２によって、第１金属部材１１および第２金属部材２０を固定する（固定工程）。より詳しくは、上側治具３１および下側治具３２によって、第１金属部材１１および第２金属部材２０を上下方向で挟む。上側治具３１には、治具穴３１ａが形成されている。本実施形態では、治具穴３１ａの内径（直径）を、治具穴直径Ｄ２と表す。治具穴直径Ｄ２は、例えば１ｍｍであり、穴直径Ｄ１よりも大きい。上側治具３１の第１金属部材１１に対する位置は、治具穴３１ａと穴１１ａとの中心が平面視で略一致するように定められる。上側治具３１および下側治具３２が、所定の圧力で第１金属部材１１および第２金属部材２０を挟持することで、各部材の相対的な位置が固定される。
次に、図１Ｃに示すように、溶接用のレーザー装置３３からレーザー光Ｌを下方に向けて出射させ、穴１１ａの近傍に照射する（照射工程）。レーザー光Ｌは、上側治具３１の治具穴３１ａを通じて、第１金属部材１１または第２金属部材２０に照射される。このとき、レーザー光Ｌの照射位置は、図２に示すような所定の軌跡Ｔを描くように移動する。
図２は、図１ＣのII方向矢視図である。図２の破線は、レーザー光Ｌの軌跡Ｔを示している。本実施形態における軌跡Ｔは、上面視において、穴１１ａの径方向外側に位置する第１点Ｘ１から始まって穴１１ａの径方向内側に位置する第２点Ｘ２で終わる、穴１１ａと略同心の渦巻き状である。以下、渦巻き状である軌跡Ｔのピッチを、ピッチＰと表す。また、上面視において、穴１１ａの中心軸線Ｃと第１点Ｘ１との間の距離を外半径Ｒ１と表し、中心軸線Ｃと第２点Ｘ２との間の距離を内半径Ｒ２と表す。軌跡Ｔは、内周の直径が２×Ｒ２で外周の直径が２×Ｒ１の略環状であるということもできる。なお、穴直径Ｄ１、治具穴径Ｄ２、外半径Ｒ１、および内半径Ｒ２は、以下の数式（１）を満たすように設定される。
０＜Ｒ２＜Ｄ１÷２＜Ｒ１＜Ｄ２÷２ …（１）
レーザー光Ｌを照射することで、第１金属部材１１および第２金属部材２０が部分的に溶融する。これにより、図１Ｄに示すように、第２金属部材２０には非溶融部２１とナゲット部（溶融部）２２との境界が現れる。また、第１金属部材１１と第２金属部材２０との界面には、共晶部Ａが形成される。ここで非溶融部２１とは、第２金属部材２０のうち、レーザー光Ｌの熱によって溶融しなかった部分である。ナゲット部２２とは、第２金属部材２０のうち、レーザー光Ｌの熱によって溶融した後、再び凝固した部分である。共晶部Ａとは、第１金属部材１１および第２金属部材２０が溶融して混ざり合い、共晶状態で凝固した部分である。非溶融部２１、ナゲット部２２、および共晶部Ａの形状は、溶接を行ったあと、例えば当該部分を切断したり、Ｘ線撮影を行なったりすることで、確認することができる。
（溶接構造）
次に、上記溶接方法によって得られる溶接構造１について、図３を用いて説明する。図３は、図１Ｄにおけるナゲット部２２周辺の拡大図である。図３に示すように、ナゲット部２２と非溶融部２１との界面には、上方に向けて凸の突状界面２１ａが含まれている。突状界面２１ａは、ナゲット部２２の径方向における中央部に位置している。これは、先述の通り、レーザー光Ｌの軌跡Ｔが上面視で略環状であることによる。より詳しくは、図２における中心軸線Ｃの近傍にはレーザー光Ｌが照射されないため、第２金属部材２０のうち中心軸線Ｃに近い部分ほど熱が与えられず溶融しない。また、レーザー光Ｌは上方から照射されるため、第２金属部材２０のうち下方に位置する部分ほど熱が伝わらず溶融しない。従って、図３に示すような突状界面２１ａが形成される。
このような突状界面２１ａが形成されることで、非溶融部２１とナゲット部２２との界面で剥離が生じにくくなり、接合強度を高めることができる。さらに、ナゲット部２２は、部分的に第１金属部材１１の穴１１ａの径方向内側に入り込み、穴１１ａに嵌合された形状となっている。これにより、第１金属部材１１と第２金属部材２０との接合強度をより高めることができる。
ナゲット部２２の一部は、穴１１ａを通して露出している。また、ナゲット部２２は、部分的に第１金属部材１１の下方に入り込んでいる。換言すると、第１金属部材１１における穴１１ａの周縁部は、ナゲット部２２を上方から覆っている。本実施形態では、第１金属部材１１のうちナゲット部２２を覆っている部分をオーバーラップ部１１ｂという。オーバーラップ部１１ｂが形成されるのは、第１金属部材１１の融点が第２金属部材２０の融点よりも高いことによる。より詳しくは、図２に示すようにレーザー光Ｌが第１金属部材１１に照射されると、第１金属部材１１の温度が上昇するが、その熱が伝わることで第２金属部材２０の温度も上昇する。そして、融点の低い第２金属部材２０が第１金属部材１１よりも早く溶融するため、第１金属部材１１が固体のまま、その下方に位置する第２金属部材２０が液体となる。液体となった第２金属部材２０が凝固することで、オーバーラップ部１１ｂがナゲット部２２を覆った状態となる。
このように、オーバーラップ部１１ｂが形成されることで、第１金属部材１１と第２金属部材２０とが溶接される界面の面積が大きくなり、溶接強度をより高めることができる。
なお、溶接後の穴１１ａの内径（以降、溶接後穴直径Ｄ１’という）は、穴直径Ｄ１よりも大きくなっている。これは、第１金属部材１１のうち穴１１ａ近傍の部分が溶融し、第２金属部材２０と混ざり合って、共晶部Ａを形成するためである。共晶部Ａは、穴１１ａの内周面およびオーバーラップ部１１ｂの下面にわたって形成される。共晶部Ａは、脆く、強度が低いため、薄いことが好ましい。本実施形態では、上記した寸法Ｐ、Ｒ１、Ｒ２、Ｄ１などを調整することで、共晶部Ａの厚さを容易に制御することができる。
（金属片付き配線基板）
本実施形態の溶接構造１は、例えば図４Ａ、図４Ｂに示すような金属片付き配線基板２に適用することができる。金属片付き配線基板２は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed circuit）１０と、金属片（第２金属部材）２０とを備えている。
図４Ｂに示すように、フレキシブルプリント基板１０は、配線パターン（第１金属部材）１１と、この配線パターン１１を挟む基材１３およびカバーレイ１２と、を備えている。図４Ａ、図４Ｂの例では、カバーレイ１２および基材１３に矩形の開口１２ａ、１３ａが設けられている。そして、これらの開口１２ａ、１３ａを通じて配線パターン１１が露出している。配線パターン１１のうち、開口１２ａ、１３ａを通じて露出している部分には、複数の穴１１ａが形成されている。また、当該露出している部分は下方に向けて撓むとともに、基材１３の開口１３ａを通じて金属片２０の上面に重ねられている。
上記のように配線パターン１１と金属片２０とを部分的に重ねて、図１Ａ〜図１Ｄに示す接合方法を用いることで、配線パターン１１と金属片２０とを溶接し、これらを電気的に接続することができる。また、複数の穴１１ａの周辺でそれぞれ溶接を行うことで、接合強度を高め、電気抵抗を小さくすることができる。
次に、穴１１ａの有無が接合強度および電気抵抗に及ぼす影響について、実施例を用いて説明する。
本実施例では、図１Ａ〜図１Ｄに示す接合方法を用いて、図４Ａに示すような金属片付き配線基板２を作製した。ただし、一部のサンプルでは、溶接前に第１金属部材（配線パターン）１１に穴１１ａを形成しなかった。下記表１の「穴なし」は、溶接前に穴１１ａが形成されていないサンプルを示している。下記表１の「穴あり」は、溶接前に穴１１ａが形成されているサンプルを示している。
Figure 0006896889
本実施例では、レーザー光Ｌの軌跡Ｔを、図２に示すような螺旋状とした。軌跡Ｔの始点は、穴１１ａの径方向外側に位置する第１点Ｘ１であり、終点は穴１１ａの径方向内側に位置する第２点Ｘ２である。つまり、軌跡Ｔは、穴１１ａの外側から内側に向かう螺旋状とした。レーザー光Ｌの軌跡Ｔは、ピッチＰが０．０４ｍｍ、外半径Ｒ１が０．３７５ｍｍ、内半径Ｒ２が０．１５５ｍｍである。レーザー装置３３として、最大出力が３００Ｗのファイバーレーザを用いた。軌跡Ｔを描く移動にはガルバノスキャナを使用した。
表１のレーザ出力は、上記最大出力に対する比率を示しており、本実施例では７０％〜８０％とした。レーザー光Ｌが軌跡Ｔを描くときの走査速度は、６００ｍｍ／ｓとした。治具穴径Ｄ２は、１ｍｍである。第１金属部材１１は、厚さが０．０３５ｍｍの銅箔である。「穴あり」サンプルでは、図４Ａに示すような配置の計１０個の穴１１ａを、第１金属部材１１に形成した。それぞれの穴直径Ｄ１は、０．５ｍｍである。第２金属部材２０は、厚さが１ｍｍのアルミニウム板（Ａ１０５０）である。なお、「穴なし」のサンプルにおける条件は、穴１１ａが形成されていないことを除き、「穴あり」のサンプルにおける条件と同様である。
上記条件では、穴ありのサンプルにおける溶接後穴直径Ｄ１’（図３参照）が０．８５〜０．９ｍｍとなった。
（抵抗値）
表１に示す「抵抗値」は、各サンプルについて、図４Ａに示す点Ｐ１と点Ｐ２との間の電気抵抗を測定した結果である。点Ｐ１と点Ｐ２との間の間隔は１０ｍｍとした。
表１に示すように、穴なしのサンプルでは抵抗値の平均が０．３５ｍΩであり、穴ありのサンプルでは抵抗値の平均が０．２３ｍΩとなった。このように、穴１１ａを予め形成することで、電気抵抗を約３４％低減することができた。
（接合強度）
表１に示す「接合強度」は、各サンプルについて、図５に示すような引張り試験機を用いて接合強度を測定した結果である。より詳しくは、フレキシブルプリント基板１０を第１クランプＫ１で挟持し、金属片２０を第２クランプＫ２で挟持する。そして、第１クランプＫ１と第２クランプＫ２とを１０ｍｍ／分の速度で離間させたときの、引っ張り力の最大値を、接合強度として記録した。
表１に示すように、穴なしのサンプルでは接合強度の平均が２．７６ｋｇｆであり、穴ありのサンプルでは接合強度の平均が３．４７ｋｇｆとなった。このように、穴１１ａを予め形成することで、接合強度を約２６％向上させることができた。これは、穴１１ａを予め形成することで、図３に示すような溶接構造が得られ、第１金属部材１１と第２金属部材２０との間、若しくはナゲット部２２と非溶融部２１との間で、剥離が生じにくくなったためであると考えられる。
以上説明したように、本実施形態の溶接方法によれば、穴１１ａが形成された第１金属部材１１を第２金属部材２０の上面に重ねる準備工程と、穴１１ａの近傍に上方からレーザー光Ｌを照射して第１金属部材１１と第２金属部材２０とを溶接する照射工程と、を有している。そして上面視において、照射工程におけるレーザー光Ｌの軌跡Ｔが、穴１１ａの外側に位置する第１点Ｘ１から穴１１ａの内側に位置する第２点Ｘ２に至る（穴１１ａを跨ぐ）環状である。これにより、図３に示すような溶接構造１が得られる。
そして溶接構造１では、穴１１ａの周縁部が、第２金属部材２０のナゲット部２２を覆っている。これにより、第１金属部材１１と第２金属部材２０とが接合される界面の面積が増えて、接合強度を向上させることができる。また、実施例に示したように、第１金属部材１１と第２金属部材２０との間の電気抵抗を低減させることができる。
また、図３に示すように上下方向に沿う断面視において、第２金属部材２０におけるナゲット部２２と非溶融部２１との境界に、上方に向けて凸の突状界面２１ａが含まれている。これにより、非溶融部２１とナゲット部２２との間で剥離が生じることが抑えられ、接合強度をより確実に高めることができる。
また、第１金属部材１１の融点が第２金属部材２０の融点より高いことで、第１金属部材１１よりも第２金属部材２０が早く溶融するため、第１金属部材１１のオーバーラップ部１１ｂが形成されやすくなる。
また、レーザー光Ｌの軌跡Ｔが、上面視で渦巻き状であることで、溶接のパラメータであるＰ、Ｒ１、Ｒ２、Ｄ１などを調整することで、共晶部Ａの厚さを容易に制御することができる。
また、上述のような溶接方法または溶接構造１を、金属片付き配線基板２に適用することで、配線パターン１１と金属片２０との接合強度を高め、かつ配線パターン１１と金属片２０との間の電気抵抗を低減することができる。
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態の溶接方法および溶接構造１は、金属片付き配線基板２以外の用途に用いてもよい。
また、レーザー光Ｌの軌跡Ｔを、穴１１ａの径方向内側（第２点Ｘ２）から径方向外側（第１点Ｘ１）へと向かわせてもよい。
また、軌跡Ｔは、例えば中心軸線Ｃを中心とした放射状にすることで、全体として略環状となっていてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
１…溶接構造 ２…金属片付き配線基板 １０…フレキシブルプリント基板 １１…第１金属部材（配線パターン） １１ａ…穴 １２…カバーレイ １３…基材 ２０…第２金属部材（金属片） ２２…ナゲット部 ２１ａ…突状界面

Claims (3)

  1. 互いに重ねられ、かつ溶接された第１金属部材および第２金属部材を備え、
    前記第１金属部材は穴を有し、
    前記第２金属部材は、レーザー光の熱によって溶融した前記第２金属部材の一部が、再び凝固した部分であるナゲット部を有し、
    前記第１金属部材における前記穴の周縁部が前記ナゲット部を覆っており、
    前記穴を通して前記ナゲット部の一部が露出している、溶接構造。
  2. 前記第１金属部材と前記第２金属部材が重ねられた上下方向に沿う断面視において、前記第２金属部材における前記ナゲット部と非溶融部との境界に、前記上下方向における第１金属部材側に向けて凸の突状界面が含まれている、請求項１に記載の溶接構造。
  3. 配線パターンと、該配線パターンを挟む基材およびカバーレイと、を有するフレキシブルプリント基板と、
    前記配線パターンに溶接された金属片と、を備え、
    前記配線パターンは穴を有し、
    前記金属片は、レーザー光の熱によって溶融した前記金属片の一部が、再び凝固した部分であるナゲット部を有し、
    前記配線パターンにおける前記穴の周縁部が前記ナゲット部を覆っており、
    前記穴を通して前記ナゲット部の一部が露出している、金属片付き配線基板。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021111966A1 (ja) * 2019-12-05 2021-06-10
CN114346601B (zh) * 2021-12-28 2023-01-31 富联裕展科技(深圳)有限公司 复合材料结构以及复合材料结构的加工方法
CN118616910B (zh) * 2024-08-09 2024-10-25 北京金橙子科技股份有限公司 一种对环形图案的交叉填充方法及存储介质

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6057430B2 (ja) * 1980-11-29 1985-12-14 松下電工株式会社 レ−ザビ−ムによる溶接方法
US5306891A (en) * 1992-04-02 1994-04-26 Motorola, Inc. Laser welding process for attaching metal to ceramic substrate
JPH08332582A (ja) * 1995-06-05 1996-12-17 Toshiba Corp レーザ溶接方法
JPH10334956A (ja) 1997-05-28 1998-12-18 Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho:Kk レーザ溶接構造
JP3343066B2 (ja) 1997-11-04 2002-11-11 株式会社オートネットワーク技術研究所 バスバーのレーザ溶接構造
JP2005123419A (ja) 2003-10-17 2005-05-12 Tohoku Pioneer Corp 配線基板、配線パターンの形成方法、有機ｅｌパネル
JP2005347143A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Fujikura Ltd コネクタ
JP2007265962A (ja) * 2006-02-28 2007-10-11 Hitachi Ltd レーザ溶接方法，コントロールユニットの製造方法、及び車両用コントロールユニット
JP5118862B2 (ja) * 2007-03-05 2013-01-16 トヨタ自動車株式会社 レーザ接合方法
JP5248344B2 (ja) 2009-01-20 2013-07-31 本田技研工業株式会社 レーザ溶接方法
WO2012164839A1 (ja) * 2011-05-30 2012-12-06 パナソニック株式会社 レーザ接合部品およびその製造方法
JP5932323B2 (ja) * 2011-12-19 2016-06-08 株式会社東芝 二次電池及び二次電池の製造方法
CN102896398A (zh) * 2012-10-10 2013-01-30 上海交通大学 基于cmt的铝合金电弧点焊方法及焊接系统
CN104968483B (zh) 2013-02-05 2017-03-08 株式会社日立制作所 激光接合装置及激光接合方法
KR101785229B1 (ko) 2013-07-31 2017-10-12 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 아크 스폿 용접 조인트의 제조 방법
CN105899323B (zh) 2014-01-10 2018-02-16 松下知识产权经营株式会社 激光焊接方法以及激光焊接装置
US10286491B2 (en) * 2014-02-25 2019-05-14 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Laser welding method
CN105855706B (zh) 2015-02-09 2018-02-13 司浦爱激光技术英国有限公司 激光焊缝
GB201502149D0 (en) 2015-02-09 2015-03-25 Spi Lasers Uk Ltd Apparatus and method for laser welding
JP6149887B2 (ja) 2015-04-03 2017-06-21 トヨタ自動車株式会社 溶接方法
US10118249B2 (en) 2015-10-15 2018-11-06 GM Global Technology Operations LLC Laser beam welding with a spiral weld path having a first order of continuity

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