JP7110907B2 - 異種金属部材の重ね溶接方法 - Google Patents
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Description
上述の通り、特許文献1に開示された溶接方法では、高融点の銅板上に重ねた低融点のアルミニウム板上からレーザビームを照射する。そのため、キーホール溶接を行って、アルミニウム板を貫通するレーザビームにより銅板を溶融させる必要がある。
第1の金属部材と前記第1の金属部材よりも高融点の第2の金属部材とを重ね合わせてレーザ溶接する異種金属部材の重ね溶接方法であって、
前記第1の金属部材上に前記第2の金属部材を重ね合わせ、前記第2の金属部材の上方から熱伝導溶接用のレーザビームを照射して、前記第2の金属部材のみが溶融した溶融池を形成し、
前記溶融池が第1の金属部材に接触し、前記第1の金属部材が前記溶融池に溶融した後、当該溶融池が凝固することによって、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが溶接されるものである。
このような構成により、第1及び第2の金属部材が共に溶融した後の溶融池の撹拌を抑制し、金属間化合物の生成、成長を抑制することができる。その結果、金属間化合物による溶接部の初期割れを抑制することができる。
このような構成により、レーザビームを照射している間、溶融池が第1の金属部材に接触し難くなるため、第1及び第2の金属部材が共に溶融した後の溶融池の撹拌をさらに抑制することができる。
このような構成により、より確実に第1及び第2の金属部材が共に溶融した後の溶融池の撹拌を抑制し、金属間化合物による溶接部の初期割れを抑制することができる。
<溶接された積層金属箔の構成>
まず、図1、図5を参照して、第1の実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法を用いて溶接された重ね溶接継手について説明する。
図1は、第1の実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法を用いて溶接された重ね溶接継手の平面図である。図5は、第1の実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法を示す断面図であると共に、図1のV-V断面図である。図1、図5に示すように、重ね溶接継手は、溶接部30によって溶接された金属部材10、20から構成されている。
なお、図1に示した金属部材10、20は、いずれもx軸方向に延設された平面視矩形状の単純な金属板であるが、重ね溶接可能であれば形状は何ら限定されない。例えば、金属部材20は平面視において円形状であってもよい。
なお、溶接部30は、金属部材20のx軸正方向側外縁に、y軸方向に並んで複数設けられていてもよい。
次に、図2~図5を参照して、本実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法について説明する。図2~図5は、第1の実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法を示す断面図である。本実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法は、融点の異なる異種金属部材を重ね合わせてレーザ溶接する異種金属部材の重ね溶接方法である。
金属部材10と金属部材20との融点の差は、例えば300℃以上である。なお、純銅の融点は1084℃、純アルミニウムの融点は660℃である。
例えば、銅からなる溶融池30aがアルミニウムからなる金属部材10に接触すると、金属部材10が溶融池30aに溶融した後、溶融池30aが凝固して溶接部30が形成される。
まず、実施例1に係る異種金属部材の重ね溶接方法の試験条件について説明する。全サンプル1~5について、厚さ1.5mmのアルミニウム板(JIS規格A1050)上に厚さ0.5mmの銅板(JIS規格C1100)を重ね合わせ、銅板の上方から下記条件でレーザビームを照射して、両者を溶接した。ここで、図2~図5に示したような隙間Gを設けた。
E[J]=P[W]×t[s]=P[W]×L[mm]/v[mm/s]・・・(1)
図6は、溶接部の断面及び表面での金属間化合物の面積率と溶接部の初期割れの有無との関係を示すグラフである。横軸は断面での金属間化合物の面積率[%]、縦軸は表面での金属間化合物の面積率[%]を示す。図6において実施例に係るサンプル1~4は黒丸印で示し、比較例に係るサンプル5は白丸印で示した。各データ点にはサンプル番号が付されている。図7は、サンプル1~5における溶接部の断面ミクロ組織写真である。なお、図7に示したミクロ組織写真は、実際にはカラー写真である。
次に、実施例2に係る異種金属部材の重ね溶接方法の試験条件について説明する。実施例1と同様に、各サンプルについて、厚さ1.5mmのアルミニウム板(JIS規格A1050)上に厚さ0.5mmの銅板(JIS規格C1100)を重ね合わせ、銅板の上方から下記条件でレーザビームを照射して、両者を溶接した。ここで、図2~図5に示したような隙間Gを設けた。
図8は、照射エネルギ及び凝固時間と溶接部の初期割れの有無との関係を示すグラフである。横軸は照射エネルギ[J]、縦軸は溶接部の凝固時間[ms]を示す。図8において、走査速度が60.0mm/sのデータ点を菱形印、走査速度が79.8mm/sのデータ点を四角印、走査速度が106.1mm/sのデータ点を三角印で示した。他方、割れが発生しなかった実施例に係るデータ点は黒塗りで表示し、割れが発生した比較例に係るデータ点は白抜きで表示した。また、図8には実施例1に係るサンプル1~5のデータも黒丸印及び白丸印で併せて示した。サンプル1~5のデータ点にはサンプル番号が付されている。
図8に示した結果から、例えば、レーザビームの照射エネルギに対する凝固時間が0.2[ms/J]以下となる条件で、レーザビームを照射すると、初期割れを効果的に抑制することができることが分かった。
30 溶接部
30a 溶融池
G 隙間
IMC 金属間化合物
LB レーザビーム
Claims (3)
- 第1の金属部材と前記第1の金属部材よりも高融点の第2の金属部材とを重ね合わせてレーザ溶接する異種金属部材の重ね溶接方法であって、
前記第1の金属部材上に前記第2の金属部材を重ね合わせ、前記第2の金属部材の上方から熱伝導溶接用のレーザビームを照射して、前記第2の金属部材のみが溶融した溶融池を形成し、
前記溶融池が第1の金属部材に接触し、前記第1の金属部材が前記溶融池に溶融した後、当該溶融池が凝固することによって、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが溶接され、
前記レーザビームを照射する前に、前記第1の金属部材上に前記第2の金属部材を重ね合わせた際、前記レーザビームを照射する箇所において、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材との間に隙間が設けられている、
異種金属部材の重ね溶接方法。 - 前記第1の金属部材がアルミニウムを主成分とする金属材料からなり、
前記第2の金属部材が銅を主成分とする金属材料からなる、
請求項1に記載の異種金属部材の重ね溶接方法。 - 前記レーザビームの照射を終了した時点から前記溶融池の凝固が完了するまでの時間[ms]が、前記レーザビームの照射エネルギ[J]に対して、0.2[ms/J]以下となる条件で、前記レーザビームを照射する、
請求項2に記載の異種金属部材の重ね溶接方法。
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