JPH04270088A - アルミニウム材のレーザー溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、自動車車体等
のパネルの組み立てに適用され、とくにアルミニウムも
しくはアルミニウム合金よりなるアルミニウム材をレー
ザーによって溶接するのに利用されるアルミニウム材の
レーザー溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムもしくはアルミニウム合金
よりなるアルミニウム材を硫酸，蓚酸，クロム酸等の水
溶液系の電解液中で陽極酸化処理して酸化皮膜を形成す
る方法は、アルマイト処理として公知であり、航空機，
光学機器，建築材等の各種部品において広く用いられて
いる。

【０００３】例えば、建築材においては、陽極酸化処理
した上に電着塗装を施して用いられ、また、航空機にお
いては接着剤塗布用の下地処理として陽極酸化皮膜が形
成されている。

【０００４】一方、自動車等の車体用材料としては、こ
れまで鋼板が主に用いられてきており、アルミニウムは
一部の車では用いられているが、大量生産される場面で
は用いられていないというのが実状である。

【０００５】その理由は種々あげられるが、プレス成形
性や、溶接性によるところが大きい。そして、後者の溶
接性について言えば、アルミニウム材の電気抵抗が小さ
いことから、スポット溶接における発熱量が少なく、合
金成分の影響で溶接チップの寿命が短い、といった問題
があり、大量生産への適用という点においては別の接合
法の導入、あるいはそれとの併用といったことを考える
必要があるという問題を有していた。

【０００６】一方、ＣＯ２　レーザーは高出力と安定性
とにより、金属材料の切断・溶接等の用途に多用されて
きている。そして、そのレーザー光の波長は１０．６ミ
クロンと遠赤外の領域にあって、熱源としては効率が高
い。

【０００７】しかし、アルミニウム材はこの波長帯の光
に対しては反射率が高く、せっかくの熱源が有効に働か
ないため、板の面に対して浅い侵入角度から照射してみ
たり、吸収効率の高い材料をコーティングしたりするな
どといった工夫が行われてきている。

【０００８】しかしながら、こうしたことはいずれも作
業効率を落としたり、工数が余計にかかったりして、自
動車等の大量生産にとってはマイナスの効果を及ぼす。

【０００９】一方、アルミニウム材を車体に適用するに
当たっては、表面に生成する自然酸化皮膜により、接着
剤の耐久性を阻害したり、塗膜の二次密着力を低下させ
たりするなどの影響がでることが知られている。

【００１０】そのほかにも、塗装前処理工程におけるス
ラッジの除去の問題とか、電食などが鉄との混在系では
問題として顕在化する。

【００１１】このような問題に対する一つの解決策が表
面処理であり、自動車用としては主にクロメート処理が
用いられている。

【００１２】陽極酸化皮膜は、処理時間がかかること、
皮膜が硬くて脆く、加工に耐え得ないこと等の理由によ
り、従来は自動車用の対象にはなりにくかったが、近年
に至っては、高速処理，耐加工性の向上等皮膜性能の改
善が進んできており、使用できるようになってきている
。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、陽極酸
化皮膜は膜そのものの性能に加えて、処理後に放置して
おくと皮膜が空気中の水分を吸収して耐久性に劣る皮膜
に成長させていくという問題があった。

【００１４】その解決策の一つとして、ＤＯＰ等の油を
表面に塗布しておく方法が採用されているが、陽極酸化
処理によるアルマイト皮膜にあってはそのポア（空孔）
の中に油が残留すると塗膜の密着阻害を起こすという問
題があり、耐久性を要求される自動車車体等にあっては
使用に耐え得ないという問題があって、これらの問題を
解決することが課題となっていた。

【００１５】

【発明の目的】本発明は、上述した従来の課題にかんが
みてなされたもので、アルミニウム材を自動車車体等に
用いる場合において、前記アルミニウム材の溶接を良好
に行うことが可能であるようにすることを目的としてい
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるアルミニ
ウム材のレーザー溶接方法は、アルミニウムもしくはア
ルミニウム合金よりなるアルミニウム材をレーザー溶接
するにあたり、少なくともその溶接部にあらかじめ陽極
酸化処理によるアルマイト皮膜を形成しておき、さらに
前記アルマイト皮膜上には好ましくは極薄い有機皮膜を
形成してレーザー溶接する構成としたことを特徴として
おり、実施態様においては前記有機皮膜が、レーザー光
の波長域に吸収帯を有する顔料を含有している構成とし
、また、レーザー光源がＣＯ２　である構成としたこと
を特徴としている。

【００１７】ところで、アルミニウム材の表面にコーテ
ィングする有機皮膜は、レーザー溶接時に揮散してしま
うものであり、その意味からはない方が好ましい。

【００１８】しかしながら、次工程における塗装，接着
という工程に対し、アルマイト皮膜の経時安定性という
観点からは上記皮膜の存在が好ましい。また、この皮膜
に赤外線吸収材料を混合して被覆することにより、より
一層の溶接効率の向上を図るようになすことも可能であ
る。

【００１９】このようなコーティング皮膜の好ましい例
としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル
樹脂、フェノール樹脂等を塗料化して、ロールコート等
の方法で塗布することが挙げられる。この場合、塗装方
法としてはロールコートに限られるものではなく、一般
に広く用いられている電着塗装なども有力な手段である
。

【００２０】コーティングする有機皮膜の厚さについて
は、プレス成形時における割れや、溶接時の揮散による
影響、塗膜密着性の確保等の観点から決められるが、よ
り好ましくは０．１〜５ミクロン程度の範囲である。こ
の場合、０．１ミクロンより薄いとアルマイト皮膜の保
護効果が小さくなり、５ミクロン超過では有機物の揮散
による環境への影響や溶接効率の低下が起こる傾向とな
る。ただし、赤外線吸収材（カーボンブラック，アルミ
ナ粉等）を含有する場合には、さらに厚膜化することが
可能である。

【００２１】一方、酸化アルミニウム（Ａｌ２　Ｏ３　
）の赤外線に対する光学的特性については研究が進んで
おり、その吸収特性はよく知られている。そしてまた、
高純度のセラミックスでは１０ミクロン付近に吸収帯が
存在することが確かめられており、これはＣＯ２　レー
ザーの波長に対応している。

【００２２】これに対し、アルマイト皮膜にあっては、
純アルミナとは異なり、結晶性が低いこと、不純物とし
てＳＯ４　，ＰＯ４　イオンなどが含まれることなどの
ため、純アルミナと同じ吸収特性を期待すべくもないが
、我々の実験においては、無処理のアルミニウムに比べ
て、陽極酸化処理によるアルマイト皮膜を形成した素材
では発熱効率の向上がみとめられた。

【００２３】

【発明の作用】本発明に係わるアルミニウム材のレーザ
ー溶接方法では、アルミニウムもしくはアルミニウム合
金よりなるアルミニウム材をレーザー溶接するにあたり
、少なくともその溶接部にあらかじめ陽極酸化処理によ
るアルマイト皮膜を形成しておき、さらにその上により
好ましくは極薄い有機皮膜を形成してレーザー溶接する
ようにしているので、大きな溶融深さが得られると共に
気泡の少ない接合継手部が得られ、溶接強度が大きいも
のになるうえ、ビード幅およびビード形状が共に均一な
ものになることから、レーザー溶接後に表面に形成され
る塗膜との密着性が良好に確保されるようになり、また
、接着剤の接着強度も良好に確保されるようになるのに
加え、レーザー溶接の際における発熱効率の向上、なら
びに生産能率の向上が図られ、自動車のような大型構造
物の生産において好都合なものとなる。

【００２４】

【実施例】アルミニウム材として、ＪＩＳ　　Ａ　　５
０５２（展伸用アルミニウム合金），板厚２．０ｍｍよ
りなるアルミニウム板を用い、陽極酸化処理により表面
にあらかじめアルマイト皮膜を形成した。

【００２５】この陽極酸化処理の前処理として、アルカ
リ脱脂剤（ファインクリーナー３１５・・日本パーカラ
イジング製）で脱脂（６５０℃、浸漬、２分間）、流水
で十分洗浄したものを陽極酸化処理用の試料とした。

【００２６】陽極酸化処理液は、２５０ｇ／ｌのリン酸
水溶液を６５℃に加温し、白金板を陰極として２０Ａ／
ｄｍ２　の電流密度で２０秒間処理を行った。次いで、
処理液から取り出した後、流水で洗浄し、インン交換水
で洗浄した後風乾した。

【００２７】アルマイト皮膜上の有機皮膜の形成につい
ては、プレコート鋼板用の塗料（アクリル系、２６０℃
、３０秒焼付け）のクリアをアプリケータで乾燥して膜
厚が１ミクロンとなるように調節した。

【００２８】レーザー溶接の条件としては、マルチモー
ドＣＷ−ＣＯ２　レーザーを用い、出力３ｋＷ、焦点位
置−１ｍｍ、掃引速度３ｍ／ｍｉｎで行った。

【００２９】溶接供試材は、３枚重ねにしたもののうち
、レーザー光に曝される面のみにアルマイト皮膜が形成
されているものを用いた。

【００３０】また、比較材として無処理のアルミニウム
板を溶接に供した。

【００３１】試験結果を表１に示す。

【００３２】表１において、溶接性の評価は、溶融深さ
、気泡の有無、ビードの幅および形状の均一性、溶接強
度などについて、◎○△×で評価した。この場合、◎は
非常に良好であったこと、○は良好であったこと、△は
さほど良好とはいえなかったこと、×はあまり良くなか
ったことを示す。

【００３３】なお、溶接強度については、ダンベル形状
に加工した供試材を溶接して引っ張り試験を行うことに
より評価した。

【００３４】また、溶接部分の断面形状を模写した状況
を図１（本発明例），図２（比較例）に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１および図１（本発明例），図２（比較
例）に示すように、本発明の実施例によれば図１に示す
３枚重ねのアルミニウム板１，２，３に対してレーザー
溶接を行ったあとにおいて、溶融部分４が３枚目のアル
ミニウム板（パネル）３の内部にまで及んでいて溶融深
さが大きなものになっていると共に、気泡も小さなもの
となっており、ビードの幅および形状の均一性は良好な
ものとなっており、溶接強度は母材破壊であって溶接部
の強度が良好なものとなっていた。

【００３７】これに対して、比較例によれば、図２に示
す３枚重ねのアルミニウム板１１，１２，１３に対して
レーザー溶接を行ったあとにおいて、溶融部分１４が２
枚目のアルミニウム板（パネル）１２までとなっていて
溶融深さがさほど大きくないと共にかなり大きな気泡の
発生が認められ、ビードの幅の均一性はある程度良好で
あったもののビード形状の均一性はさほど良好なものと
はなっていなかった。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、レーザー溶接により接合するためにアルミニウムも
しくはアルミニウム合金よりなるアルミニウム材の少な
くとも溶接部にあらかじめ陽極酸化処理によるアルマイ
ト皮膜を形成しておき、さらにその上により好ましくは
極薄い有機皮膜を形成してレーザー溶接を行うようにし
ているので、ＣＯ２　等のレーザーによる発熱効率を向
上させてレーザーによるアルミニウム材の接合を良好に
行うことができるようになると共にアルミニウム材の接
合を効率よく行うことができるようになり、自動車のよ
うに多くの部品を組み付けてなる構造体における各部品
の待ち時間のばらつきによる材料の表面特性の変化の差
異を生じることがなくなり、溶接後の塗装や接着等に対
する品質の安定化を図ることが可能になるという著しく
優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明実施例によるアルミニウム材のレ
ーザー溶接方法において、溶接後の溶接部分の断面形状
を模写した状況を示す説明図（１０倍）である。

【図２】図２は比較例によるアルミニウム材のレーザー
溶接方法において、溶接後の溶接部分の断面形状を模写
した状況を示す説明図（１０倍）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルミニウムもしくはアルミニウム合
   金よりなるアルミニウム材をレーザー溶接するにあたり
   、少なくともその溶接部にあらかじめ陽極酸化処理によ
   るアルマイト皮膜を形成しておき、さらにその上に有機
   皮膜を形成することを特徴とするアルミニウム材のレー
   ザー溶接方法。