JPH05277772A - 熱処理型アルミニウム合金を含む溶接構造体 - Google Patents

熱処理型アルミニウム合金を含む溶接構造体

Info

Publication number
JPH05277772A
JPH05277772A JP4055959A JP5595992A JPH05277772A JP H05277772 A JPH05277772 A JP H05277772A JP 4055959 A JP4055959 A JP 4055959A JP 5595992 A JP5595992 A JP 5595992A JP H05277772 A JPH05277772 A JP H05277772A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alloy
heat treatment
aluminum alloy
treatment type
heat
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.)
Pending
Application number
JP4055959A
Other languages
English (en)
Inventor
Keizo Honda
啓三 本多
Yoshinobu Makino
吉延 牧野
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4055959A priority Critical patent/JPH05277772A/ja
Publication of JPH05277772A publication Critical patent/JPH05277772A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱処理型アルミニウム合金からなる溶接部品の
機械的強度が損なわれるのを最小に保ってレーザ溶接を
適用し得ること。 【構成】部材の一方は容器1であり、他方はその口を塞
ぐ閉塞部材2である。容器1は熱処理型のAl−Mg−
Si系合金A6061−Tからなり、閉塞部材2は非熱
処理型のAl−Mn系合金からなる。双方の部材の接合
部にはI型開先が形成され、これが突き合わせられてそ
こにレーザビームが照射される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は接合部材中にAl−Mg
−Si系合金、Al−Zn−Mg系合金あるいはAl−
Cu系合金などの熱処理型アルミニウム合金を含む溶接
構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】航空機、宇宙関連機器などには軽量材料
としてアルミニウム系材料が好んで使用される。このア
ルミニウム系材料からなる構造部品を溶接を用いて所望
の形状に仕上げる場合、特に精密度を要求される部品に
おいては溶接工程における入熱を抑制し、歪みを最小に
抑えることが求められ、レーザ溶接法の導入が検討され
ている。
【0003】ところで、一般に、アルミニウム系材料は
アルミニウム純金属のままでは機械的強度が極めて低い
ため、高強度を要求される部品には適さない。そこで、
多くの場合、各種の合金元素を添加して強度を向上させ
ることが行なわれ、こうした合金元素を含む高強度アル
ミニウム合金が機器の構造材料として選ばれる。
【0004】一般に、高強度アルミニウム合金は強度の
向上を果たすメカニズムの相違から熱処理型と非熱処理
型とに大別されている。非熱処理型の代表的なものはA
l−Mg系合金(#5000)、Al−Mn系合金(#
3000)である。非熱処理型はその名の通り熱処理操
作が加えられない材料で、O(オー)材料とも呼ばれ、
機械的強度も後記の熱処理操作を加えるものよりも低い
固有の値を呈する。
【0005】通常、この材料に溶接が行なわれても、入
熱の影響は受けず、材料の変質等は生じない。これに対
し、熱処理型アルミニウム合金にはAl−Cu系合金
(#2000)、Al−Mg−Si系合金(#600
0)、Al−Zn−Mg系合金(#7000)があり、
いずれも所定の溶体化処理によって金属マトリクス中の
合金成分固溶化した後、決められた時効熱処理操作で微
細折出物を生成させ、機械的強度を飛躍的に向上させる
ものである。たとえば、Al−Mg−Si系合金ではO
材で引張り強さ12.5 kgf/mm 2、耐力5.5 kgf/
mm 2であるものが、所定の熱処理操作を加えた後は、引
張り強さ31.5 kgf/mm2 耐力28.0kgf/mm 2
も向上する。したがって、より軽量で高強度の構造部品
が必要とされる場合にこの熱処理型の材料が選ばれるこ
とが多い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この熱処理
型アルミニウム合金に溶接が適用されると、入熱の悪影
響(軟化)が継手部分にもたらされる。このとき、熱処
理操作によって向上させた強度は失われ、元の材料強度
にまで低下してしまう。こうした例を図5に示してい
る。すなわち、図は2つの熱処理型アルミニウム合金製
の部材11、12を突き合わせたI型開先にレーザビー
ムを照射して溶接部13を形成したところを示してい
る。なお、部材11、12の材料はAl−Mg−Si合
金、A6061−T6である。
【0007】従来のアーク熱源であるティグ(TIG)
溶接あるいはミグ(MIG)溶接と異なり、高密度熱源
であるレーザビームを用いたレーザ溶接では相対的に投
与される熱が少なくてすみ、結果として変形の少ない良
好な外観の溶接部が得られる。硬さを測定した結果を図
6に示している。図から明らかなように、硬さ分布は溶
接金属が最も軟化している。
【0008】この材料を用いて通常TIG溶接で製作さ
れるサンプル容器をレーザ溶接により製作したときの断
面形状を図7に示している。容器14および蓋15共に
Al−Mg−Si合金、A6061−T6であり、I型
開先にレーザビームを照射して容器として仕上げられ
た。
【0009】サンプル容器を耐圧試験に供してどの程度
の圧力に絶えられるか測定すると、従来、TIG溶接で
Al−Si系の溶加剤を用いた場合に問題を生じなかっ
た圧力値150/kgf/cm 2を超えることができず、い
ずれのサンプル容器共100〜120kgf/cm 2で溶接
金属部から破断するという結果が示された。
【0010】すなわち、レーザ溶接をこうした熱処理型
アルミニウム合金を含む構造部品に適用するに当っては
機械的な強度が損なわれない適切な材料の組み合わせを
選ぶ必要がある。
【0011】そこで、本発明の目的は機械的強度が損な
われるのを最小に保ってレーザ溶接を適用し得る熱処理
型アルミニウム合金を含む溶接構造体を提供することに
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明による溶接構造体
はアルミニウム合金から選ばれた1種から構成される一
の部材と、アルミニウム合金あるいは工業用純Alから
選ばれた1種から構成される他の部材とを双方の接合面
を組み合わせ、レーザ溶接で接合するようにした溶接構
造体において、一の部材を熱処理型Al−Mg−Si系
合金、Al−Zn−Mg系合金あるいはAl−Cu系合
金のうちの1種から構成し、他の部材を非熱処理型Al
−Mn系合金、Al−Mg系合金あるいは工業用純Al
のうちの1種から構成し、双方の部材を組み合わせてそ
の接合部をレーザ溶接で接合するようにしたことを特徴
とするものである。
【0013】
【作用】双方の部材がレーザ溶接によって接合される。
このとき、一の部材は熱処理型アルミニウム合金であ
り、他の部材は非熱処理型アルミニウム合金であるの
で、双方が混合した溶接金属が得られる。このため、溶
接金属の硬さは熱処理型合金同士の溶接金属と比較して
大きく改善される。また、高密度エネルギ熱源であるレ
ーザを用いるので、熱処理型合金側に生成される軟化域
も広域にわたることがない。これにより、継手の機械的
強度はそれ程大きく損なわれず、満足な品質の溶接構造
体を得ることができる。
【0014】
【実施例】本発明の一実施例を図1および図2を参照し
て説明する。図1において、部材は一方が容器1であ
り、他方が容器1の口を塞ぐ閉塞部材2である。この双
方の部材が溶接部3によって接合される。ここで、容器
1はAl−Mg−Si系合金、A6061−T6からな
り、一方蓋2は非熱処理型のAl−Mn系合金からな
る。I型開先が突き合わせられ、そこにレーザビームが
照射されて溶接金属部3が形成される。
【0015】この溶接工程を図2を参照して詳しく説明
する。初めに、容器1と閉塞部材2とが開先を合わせて
組立てられ、回転装置に取付けられた治具を使用してレ
ーザビーム4がI型開先に向くように正確に芯出しされ
る。
【0016】次に、発振器5でつくられたレーザビーム
4がウインドウ6を通して放出され、これが集合レンズ
7で所望のパワー密度に絞られ、I型開先に対して照射
される。ここでの、レーザは、たとえばCO 2レーザが
好ましく、出力は4KW程度で充分である。このレーザ
ビーム照射時、導入口8を通してアルゴンガスなどの不
活性ガスをシールドガスとして供給する。このシールド
ガスはレーザ溶接中に集合レンズ7の下面が金属蒸気に
よって汚染されるのを防止する働きも兼ねている。
【0017】次に、回転装置の駆動部に動力を伝えて双
方の部材を容器1の軸心を中心として回転し、開先を移
動しつつ連続してレーザ溶接を施す。この開先の移動速
度は周速で2000mm/分とする。
【0018】上記手順により仕上げた容器について硬さ
分布を測定すると、図3(a)に示す結果が得られた。
比較のためのAl−Mg−Si系アルミニウム合金同士
の硬さ分布(b)と比べると、溶接金属の硬さはほぼA
l−Mn系アルミニウム合金母材に近いレベルに保た
れ、またAl−Mg−Si系アルミニウム合金側の最軟
質域も充分に狭くなっている。こうした硬さ分布の改善
は平板状の蓋2の材料を非熱処理型アルミニウム合金の
Al−Mn系に変えて塑性加工で仕上げたことによるも
のである。ちなみに、容器1の材料は押し出し成形加工
しに適したAl−Mg−Si系アルミニウム合金のまま
である。
【0019】上記手順によるものは硬さ分布が改善され
るのみならず、レーザ溶接によっているため、溶接時の
入熱の影響が及ぶ範囲が極く狭く、軟化域を最小に保つ
ことができ、幅1mmあるいはそれ以下とすることが可能
である。
【0020】したがって、圧力容器として求められる耐
圧性能を大きく向上させることができる。耐圧試験で測
定した値は180kgf /cm 2であった。また、破断位置
はAl−Mg−Si系アルミニウム合金母材側であっ
た。
【0021】表1は上記実施例の材料の組み合わせを含
むアルミニウム合金系材料の組み合わせによる図1と同
形状の部材1a、2aからなる部品の各種の試験結果を
示している。ここで、判定結果は〇印が可、×印が不可
である。
【0022】
【表1】
【0023】Al−Mg−Si系合金と同様に、Al、
Zn−Mg系合金およびAl−Cu系合金でも同種材料
の組み合わせから非熱処理型合金に代えることにより機
械的性質が改善されることが判った。また、工業用純ア
ルミニウムを用いた場合は評価法によって改善が認めら
れる場合と、不充分な場合とがあり、これを△印として
いる。いずれもレーザ出力は3〜8KW、速度は100
0〜5000mm/分である。
【0024】総合判定のための評価指標は硬さ測定にお
ける軟化域の大きさ、微小割れの発生率、気密性、継手
強度、耐圧力等であり、総合的に試験結果に基づいて判
定した。具体的にはBl、Clの如くAl−Zn−Mg
系合金同士、あるいはAl−Cu系合金同士の組み合わ
せからなる溶接部品の場合、各々溶接部の軟化、継手強
度不足から不可の判定となった。
【0025】ところが、図4に示される部品のように、
相対的に肉厚が薄く、高強度が要求される部材1aはそ
のまま熱処理型アルミニウム合金(たとえば、Al−Z
n−Mg系合金あるいはAl−Cu系合金)を用い、相
対的に肉厚の厚く、低強度の適用が可能な部材2a、2
bは非熱処理型合金(たとえば、Al−Mg系合金ある
いはAl−Mn系合金)に代えてレーザ出力3〜8K
W、速度1000〜5000mm/分にてレーザ溶接した
ところ、いずれも満足する品質の部品が得られた。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明は
一の部材を熱処理型Al−Mg−Si系合金、Al−Z
n−Mg系合金あるいはAl−Cu系合金のうちの1種
から構成し、他の部材を非熱処理型Al−Mn系合金、
Al−Mg系合金あるいは工業用純Alの1種から構成
し、双方の部材を組み合わせてその接合部をレーザ溶接
で接合するようにしたので、溶接金属は溶接したままで
所望の機械的強度を保つことができ、かつ溶接による軟
化域も小幅に維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱処理型アルミニウム合金を含む
溶接構造体の一実施例を示す断面図。
【図2】図1の溶接構造体のレーザ溶接工程を説明する
ための図。
【図3】本発明の溶接構造体の硬さ分布を示す線図。
【図4】本発明の他の実施例を示す断面図。
【図5】従来の溶接部品の一例を示す断面図。
【図6】従来の溶接部品における硬さ分布を示す線図。
【図7】従来の熱処理型アルミニウム合金を含む溶接構
造体を示す断面図。
【符号の説明】
1………容器、 1a、2a、2c…部材、 2………蓋、 3…………溶接金属部、 5…………発振器、 7…………集合レンズ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム合金から選ばれた1種から
    構成される一の部材と、アルミニウム合金あるいは工業
    用純Alから選ばれた1種から構成される他の部材とを
    双方の接合面を組み合わせ、レーザ溶接で接合するよう
    にした溶接構造体において、前記一の部材を熱処理型A
    l−Mg−Si系合金、Al−Zn−Mg系合金あるい
    はAl−Cu系合金のうちの1種から構成し、前記他の
    部材を非熱処理型Al−Mn系合金、Al−Mg系合金
    あるいは工業用純Alのうちの1種から構成し、双方の
    部材を組み合わせてその接合部をレーザ溶接で接合する
    ようにしたことを特徴とする熱処理型アルミニウム合金
    を含む溶接構造体。
JP4055959A 1992-03-16 1992-03-16 熱処理型アルミニウム合金を含む溶接構造体 Pending JPH05277772A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4055959A JPH05277772A (ja) 1992-03-16 1992-03-16 熱処理型アルミニウム合金を含む溶接構造体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4055959A JPH05277772A (ja) 1992-03-16 1992-03-16 熱処理型アルミニウム合金を含む溶接構造体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05277772A true JPH05277772A (ja) 1993-10-26

Family

ID=13013620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4055959A Pending JPH05277772A (ja) 1992-03-16 1992-03-16 熱処理型アルミニウム合金を含む溶接構造体

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05277772A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10230379A (ja) * 1997-02-20 1998-09-02 Kobe Steel Ltd アルミニウム合金製容器の製造方法
CN102712136A (zh) * 2010-01-12 2012-10-03 日本轻金属株式会社 铝合金部件和树脂部件的激光接合方法
JPWO2012153414A1 (ja) * 2011-05-12 2014-07-28 トヨタ自動車株式会社 冷却器および冷却器の製造方法
JP2020082100A (ja) * 2018-11-19 2020-06-04 昭和電工株式会社 冷却装置、構造物、溶接方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10230379A (ja) * 1997-02-20 1998-09-02 Kobe Steel Ltd アルミニウム合金製容器の製造方法
CN102712136A (zh) * 2010-01-12 2012-10-03 日本轻金属株式会社 铝合金部件和树脂部件的激光接合方法
JPWO2012153414A1 (ja) * 2011-05-12 2014-07-28 トヨタ自動車株式会社 冷却器および冷却器の製造方法
JP5716825B2 (ja) * 2011-05-12 2015-05-13 トヨタ自動車株式会社 冷却器および冷却器の製造方法
JP2020082100A (ja) * 2018-11-19 2020-06-04 昭和電工株式会社 冷却装置、構造物、溶接方法
CN111272003A (zh) * 2018-11-19 2020-06-12 昭和电工株式会社 冷却装置、结构物、焊接方法
CN111272003B (zh) * 2018-11-19 2024-09-20 株式会社力森诺科 冷却装置、结构物、焊接方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4725708A (en) Method for padding a copper type alloy material upon a base of aluminum type metal using laser beam oscillating transversely to its tracking direction
Hirose et al. CO 2 laser beam welding of 6061-T6 aluminum alloy thin plate
JPH05277772A (ja) 熱処理型アルミニウム合金を含む溶接構造体
Sekhar et al. Power beam welding of thick section nickel base superalloys
Rethmeier et al. MIG welding of magnesium alloys metallographic aspects
Cheng et al. Experimental investigation on the weldability and forming behavior of aluminum alloy tailor-welded blanks
Olabode Weldability of high strength aluminium alloys
Dittrich et al. Laser beam welding of hot crack sensitive Al-alloys without filler wire by intensity controlled dynamic beam oscillation
Kramer et al. Electron beam and Nd-YAG laser welding of niobium-1% zirconium and molybdenum-44.5% rhenium thin select material
Li et al. Effect of joint design on mechanical properties of AL7075 weldment
US5324914A (en) Method and apparatus for welding precipitation hardenable materials
Mäkikangas et al. Laser Welding of Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Manufactured 316L Stainless Steel Lap Joint
Naeem Welding of aluminium alloys with continuous wave Nd: YAG laser up to 5kW
JP7160090B2 (ja) 金属材料の複合溶接方法および金属材料の突合せ溶接部材
JP2645138B2 (ja) 高強度アルミニウム合金の溶接方法
Huber et al. Applications of high-power diode lasers for aluminum welding
Yamaoka et al. Study of aging treatment of Al‐Mg‐Si alloy laser welds. CO2 laser welding of Al‐Mg‐Si alloys (2nd report)
JP3182603B2 (ja) アルミニウム合金の接合方法及びアルミニウム合金製真空容器
Yamaoka et al. CO2 laser welding of aluminium A6063 alloy
Börner et al. Possibilities of improving weld seam quality in laser welding of aluminum die cast
Langford Plasma arc welding for large titanium aerospace structures
Miyazawa et al. Laser Welding of Thin Aluminum Sheet
JPH0224638B2 (ja)
Kralj et al. Laser welding of thin sheet heat-treatable steel
JPH03248776A (ja) アルミニウム合金クラッド材の溶接方法