TW201840410A - 雷射硬焊方法以及搭接接頭部件的製造方法 - Google Patents

Abstract

提供一種鋁合金與鋼板的雷射硬焊方法，可製造對鋁合金具有優越接合強度的搭接接頭部件。雷射硬焊方法包含形成硬焊部(9)的硬焊製程，該硬焊部將鍍熔融鋅系鋼板(1)及鋁合金(3)互相接合。該鍍熔融鋅系鋼板於鍍層(2)含有1.0-22.0質量%的鋁，每單面的鍍覆附著量為15-250g/m² 。

Description

雷射硬焊方法以及搭接接頭部件的製造方法

本發明係關於一種與鋁(Al)或鋁(Al)合金及鍍熔融鋅(Zn)系鋼板的雷射硬焊方法、以及基於該方法的搭接接頭部件之製造方法。

由於汽車車體的輕量化使得鋁及鋁合金(以下包含鋁總稱為鋁合金)的使用量增加。然而，若以既有的電弧熔接法等的熔融熔接法來接合鋁合金與鋼板，則具有於鋼板與焊珠間的介面上，脆弱的鐵鋁系(Fe-Al)金屬間化合物相成長變厚而導致接合強度降低之問題。

作為抑制鐵鋁系金屬間化合物相成長的方法，可舉例如專利文獻1-4當中，揭露了於合金化熔融鍍鋅鋼板、熔融鍍鋅鋼板、電鍍鋅鋼板的鋼中，規範碳(C)、矽(Si)、錳(Mn)的濃度之硬焊用鋼板。此硬焊用鋼板係在硬焊時由鋼中擴散碳、矽、錳至鐵鋁系金屬間化合物相中，抑制脆弱的鐵鋁系金屬間化合物相的成長而提高接合強度。

矽、錳有助於鋼板的高強度化而用於高張力鋼板。然而，熔融鍍鋅鋼板中，矽、錳在鍍前的還原加熱時，於鋼板表面濃化而成為氧化物，而鋼板與鍍槽的潤濕性受阻導致鍍覆不良。此外，合金化熔融鍍鋅鋼板中，矽、錳使鍍覆後的合金化處理時鋼板與鍍層之擴散受阻，而成為合金化反應延遲的原因。

在硬焊當中，鋼中的矽、錳於硬焊時在鋼板表面濃化而阻礙了硬焊材料與鋁合金的濕潤性。而其結果為，硬焊材料與鋁合金分離，產生凹穴及氣泡並成為焊珠外觀的惡化、焊珠的剝離以及接合強度降低的原因。因此，可添加矽、錳至鋼中的量受到限制。此外，由於上述方式為於鋼中添加矽、錳使鋼板的強度提高，因此可適用的鋼種限定為高張力鋼，無法用於一般的鋼板。

[專利文獻] [專利文獻1]日本特開2006-283110號公報(2006年10月19日公開) 　　[專利文獻2]日本特開2006-283111號公報(2006年10月19日公開) 　　[專利文獻3]日本特開2007-247024號公報(2007年9月27日公開) 　　[專利文獻4]日本特開2007-277717號公報(2007年10月25日公開) 　　[專利文獻5]日本特開2008-68290號公報(2008年3月27日公開) 　　[專利文獻6]日本特開2011-218424號公報(2011年11月4日公開)

[發明所欲解決之課題] 　　本發明之一目的為提供一技術，其於鋁合金及鋼板之硬焊中，藉由使用添加了鋁的鍍層之鍍熔融鋅系鋼板進行雷射硬焊，以製造外觀及接合強度優越的搭接接頭。

[解決課題之手段] 　　本發明人們努力研究之結果得到了新的見解，即「因於鍍層含有鋁的鍍熔融鋅系鋼板對硬焊材料、鋁合金具有優越的親和性，因此在硬焊鋁合金的情況下可得到良好焊珠外觀及接合強度。」，進而完成本發明。

即，本發明的一態樣的雷射硬焊方法特徵為：對於鍍層為含鋁1.0-22.0質量%的鍍熔融鋅系鋼板的板面，將作為接合對象板之鋁板或是鋁合金板與其疊合而進行雷射硬焊的雷射硬焊方法。其包含：硬焊製程，於該板面上形成硬焊部，該硬焊部將該接合對象板與該熔融鋅系鋼板互相接合。

[發明效果] 　　根據本發明的一態樣可提供一種雷射硬焊方法，該雷射硬焊方法可製造具焊珠外觀及接合強度優越的鋁合金與鋼板之搭接接頭部件。

以下說明本發明之實施型態。此外，以下記載為促使更為理解本發明旨趣，若無特別指定的情形下則不具有限定本發明之意義。此外，本案中「A-B」表示A以上B以下之意義。

[實施型態1] 　　目前已經有許多種硬焊時用於抑制鐵鋁系金屬間化合物相成長的方案。然而，這些方案尚存有上述成長的抑制效果欠佳、或是可適用的鍍鋼板的鋼種受限之狀況。於此情形下，本案發明人們致力研究，而其結果得到以下的新的發現。即，於鋅系鍍層添加鋁的鍍熔融鋅系鋼板具有對硬焊材料及鋁合金的優越親和性，因而可使後述焊珠寬度W變大，因此可增大焊珠的剪切剖面積。得到了一個新的見解，也就是藉此可防止鐵鋁系金屬間化合物相成長變厚、硬焊部的接合強度(剪斷強度)降低。本案發明人們進一步地基於此新發現而完成了本發明。以下詳述本發明的一實施型態。

[鍍熔融鋅系鋼板] 　　本發明的實施型態中的硬焊用鍍熔融鋅系鋼板為：鍍層以鋅為主成分、並含有1.0質量%以上、22.0質量%以下的鋁。一般來說，鋁合金的硬焊使用以鋁或鋅為主成分的硬焊材料。本發明的實施型態中的硬焊用鍍熔融鋅系鋼板於鍍層中包含：鋁合金、作為硬焊材料的主成分之鋅及鋁。因此，具有對鋁合金與硬焊材料的優越親和性，且在提升了濕潤性而獲得具有良好焊珠外觀的同時，焊珠寬度也變寬進而增加接合強度。

此效果以鋁濃度1質量%以上的設定而得，因此鋁濃度限定在1質量%以上。

另一方面，若鋁濃度超過22質量%，則鋅系鍍層的熔點提高、親和性降低。於此情形下，濕潤性變差，焊珠寬度成為不規則的焊道隆起(Humping bead)且焊珠外觀也變差。此外，焊珠的寬度變窄接合強度變弱。

鋅系鍍層中若添加了0.05-10.0質量%的鎂，則鋅系鍍層的熔點下降，對鋁合金、硬焊材料的親和性提升且具有優越的接合強度及優越的耐蝕性，因此為理想狀況。添加了鎂的情形下，會導致鋅鎂(Zn₁₁ Mg₂ )系相產生及成長，而此乃降低鍍層外觀及耐蝕性之原因。而為了抑制此狀況，較佳地，含有0.002-0.1質量%的鈦(Ti)以及0.001-0.05質量%的硼(B)。

此外，為了抑制在硬焊時的鐵鋁系金屬間化合物的成長，並提高接合強度，鋅系鍍層也可含有2.0質量%以下的矽。此外，鋅系鍍層亦可含有2.5質量%以下的鐵(Fe)。

上述內容可表示如下。即，本發明的實施型態中的硬焊用鍍熔融鋅系鋼板的鍍層，係以鋅為主成分，並含有1-22質量%的鋁、0.05-10.0質量%的鎂；且較佳地，更滿足下列群組中至少一條件： 0.002-0.1質量%的鈦、0.001-0.05質量%的硼、0-2.0質量%的矽、0-2.5質量%的鐵。

[鍍覆附著量] 　　本發明實施型態中的硬焊用鍍熔融鋅系鋼板，為了要得到與鋁合金、硬焊材料的良好潤濕性，每單面的鍍覆附著量在15g/m² 以上較有效果。此每單面的鍍覆附著量，亦可表示為該鍍熔融鋅系鋼板的硬焊部所形成的板面中的鍍覆附著量。此外，鍍覆附著量若少的話，則將不利於長期維持鍍面的耐蝕性以及犧牲性防蝕作用。因此，鍍覆附著量設定為15g/m² 以上。

另一方面，若每單面的鍍覆附著量超過了250g/m² ，則硬焊時鋅蒸氣的產生量增加，產生焊道隆起、凹穴及氣泡、焊珠外觀惡化，而接合強度也就跟著降低。因此，鍍覆附著量較佳設定為250g/m² 以下。

[鋁合金] 　　本發明中鋁合金並無特別限定。主要使用汽車車體的5000系、6000系的鋁合金或是其他的鋁合金亦可。例如可使用1000系、3000系、7000系的鋁合金。此外，本說明書中的鋁合金之意義也包含純鋁(容許包含雜質)在內。

此外，本說明書中，若無特別的記載，則鋁合金為板狀，鋁合金意指鋁合金板。而本發明的實施型態中，鋁板或是鋁合金板為雷射硬焊之對象物，可表示為接合對象板。

[焊珠寬度] 　　圖1為本發明一實施型態中，將硬焊用熔融鋅系鋼板與鋁合金進行硬焊後的搭接接頭部件的剖面之概略示意圖。搭接接頭為汽車車體中鋁合金與鋼板之硬焊中常用的接頭。

如圖1所示，本發明的實施型態中的搭接接頭部件為鋁合金3疊於鍍熔融鋅系鋼板1上，藉由硬焊形成焊珠4。該焊珠4亦可表示為藉硬焊而形成的硬焊部(硬焊接合部)。

使用於汽車車體的鋁合金3的板厚，可根據所要求的強度來進行適當的選擇。因此，本發明焊珠寬度W配合鋁合金3的板厚控制在下述公式(2)的範圍內。也就是說，當鋁合金3的需要相當強度而加厚板厚時，焊珠寬度W亦加寬且增加接合強度。

t≦W≦4t　・・・公式(2) (此處， W：硬焊部的焊珠寬度(mm) t：鋁合金的板厚(mm))。

例如，鋁合金3的板厚為2mm的情況下，若接合強度為4kN以上的話，則作為汽車車體在強度上可說是沒有問題。藉由使焊珠寬度W滿足公式(2)即使鐵鋁系金屬間化合物相5成長，也能夠具有優越的接合強度。然而，焊珠寬度W比鋁合金3的板厚t還要窄的話，接合強度就會變弱。相反地，當焊珠寬度W超過4t，則由於焊珠寬度變寬而必須加大熱輸入，而其結果，焊珠部周邊的鋅系鍍層2的蒸發區域變廣而造成耐蝕性降低。

[硬焊方法] 　　本發明的實施型態中的搭接接頭部件為使用雷射硬焊方法來進行硬焊。以下使用圖2及圖3，來說明本發明之實施型態中的雷射硬焊方法。

圖2為本發明一實施型態中雷射硬焊方法之概略示意圖，如圖2所示，鋁合金3疊合於鍍熔融鋅系鋼板1上，硬焊材料7接觸鋁合金3的端面6。硬焊材料7可為例如長條棒狀(圓柱形狀)、亦可為線體。此外，硬焊材料7亦可為例如板狀。另外，本發明中，硬焊材料7與鍍熔融鋅系鋼板1的板面間，其間隔d(mm)以滿足下述公式(1)方式配置。

0.2≦d≦t　・・・公式(1) (此處， t：鋁合金的板厚(mm)) 。

更詳細地說，該間隔d係鍍熔融鋅系鋼板1之板面，與硬焊材料7的表面(將硬焊材料7以長度方向作垂直裁切的剖面之外緣)之間的最短距離。此外，鍍熔融鋅系鋼板1的板面也可說是鋅系鍍層2的表面。硬焊材料7，係以硬焊材料7長度方向沿著鋁合金3的端面6且滿足該公式(1)的方式配置。

滿足公式(1)之硬焊材料7的配置方法並不限定於上述。例如，亦可使用支持硬焊材料7的支持部件(省略圖式)。然而，較佳為不使用固定劑（例如接著劑）來暫時固定硬焊材料7與鋁合金3的端面6之接觸部。此乃為了防止基於硬焊而形成的焊珠性質劣化。換言之，較佳地，硬焊材料7較佳為，以使其物理性地與鋁合金3的端面6接觸的方式(以產生由硬焊材料7對端面6的推壓力的方式)，而被支持。

若硬焊材料7離開鋁合金3的端面6，僅硬焊材料7熔融，鋁合金3未熔融。因此，硬焊材料7接觸鋁合金3的端面6。

鍍熔融鋅系鋼板1的鋅系鍍層2的主成分－鋅的沸點為907℃、鋁的融點為接近660℃。因此，在熔融鋁合金3及鋁系硬焊材料7時，若由於鋅系鍍層2的溫度超過鋅的沸點可能產生鋅蒸氣。若此鋅蒸氣大量地產生並從熔融之焊珠噴出，則會成為焊道隆起或是凹穴的原因而導致焊珠外觀變差。此外，鋅蒸氣被封在焊珠內的話會成為氣泡，導致接合面積降低而降低接合強度。

因此，本發明中如上述公式(1)所示，將硬焊材料7與鍍熔融鋅系鋼板1之板面的間隔d(mm)設置為0.2mm以上排出鋅蒸氣。間隔d的上限為鋁合金3的板厚t厚度，也就是d=t。本發明中d=t的情況如圖3所示，意指硬焊材料7與鋁合金3的邊角接觸的狀態。將間隔d設為鋁合金3板厚以上時，則硬焊材料7處於脫離鋁合金3的狀態，如前述般僅硬焊材料7熔融，鋁合金3未熔融。

硬焊方法以雷射硬焊法為理想方式。由於雷射為高能量密度，若使用在硬焊上則硬焊速度快，且可使焊珠附近的鋅系鍍層的蒸發區域變窄，並維持高耐蝕性。進一步地，由於雷射硬焊為局部加熱，因此可縮小熱應變。

接著使用圖4(a)、(b)來針對本實施型態之雷射硬焊方法進行更詳細的說明，如下所示。

圖4(a)為本實施型態中，硬焊材料往鋁合金(移動)的接觸位置之俯視圖。圖4(b)為圖4(a)中A-A線的箭頭方向視角剖面圖。

如圖4(a)、(b)所示般，鋁合金3疊合於鍍熔融鋅系鋼板1上，硬焊材料7以與鋁合金3之端面6接觸的方式配置。以此狀態雷射光8朝向硬焊材料7照射。藉由沿著硬焊材料7延伸方向來移動雷射光8的照射位置，形成將鍍熔融鋅系鋼板1與鋁合金3接合的焊珠4(參考圖1)。

[硬焊材料] 　　於本實施型態中，硬焊材料7的材質並無特殊限定。可使用一般的鋁合金用的鋁系硬焊材料或是鋅系硬焊材料。此外，也可為了抑制鐵鋁系金屬間化合物相之成長而於硬焊材料中添加矽。此外，為了改善潤濕性，亦可使用填充了助焊劑(flux)的助焊劑硬焊材料。

[雷射的目標位置] 　　雷射的目標位置為以硬焊材料7為目標而照射雷射光8。硬焊材料7在滿足上述公式(1)之關係的情形下並接觸鋁合金之端面。鋁合金3疊合於鍍熔融鋅系鋼板1上。藉此，若以硬焊材料7為目標而照射雷射光使硬焊材料7熔融的話，則不會是只有硬焊材料7熔融，而是硬焊材料7、鋁合金3之端面6，及鍍熔融鋅系鋼板1的鍍層2熔融，將鋁合金3與鍍熔融鋅系鋼板1給硬焊起來。而且，由於硬焊材料7滿足公式(1)的關係，因此確實地排出鋅蒸氣。因此，降低了因硬焊導致的焊道隆起或凹穴、氣泡等狀況的發生可能性。

[光束直徑] 　　雷射光8較佳為比一般的雷射熔接還要大的光束直徑。例如，雷射光8的光束直徑較佳為比硬焊材料7之直徑還大。即，以硬焊材料7的直徑為D1，以鋁合金3的板厚為t的情況下，較佳的雷射光8的光束直徑為設定在D1以上4t以下的範圍內。藉由以硬焊材料7為目標照射雷射光8，使得硬焊材料7的整體被加熱。藉此，使得硬焊材料7熔融的同時，鋁合金3之端面6與鍍熔融鋅系鋼板1的鍍層2熔融，將鋁合金3與鍍熔融鋅系鋼板1給硬焊起來。

此外，雷射光8較佳為朝硬焊材料7及鋁合金3之端面6雙方照射的光束直徑。即，雷射光8的光束直徑為，比硬焊材料7之直徑與鋁合金3的板厚(端面6的寬度)的合計長度還要大，且又以設定在(D1+t)以上、4t以下的範圍內為更佳。藉此，可加熱硬焊材料7與鋁合金3之端面6兩者，且可藉由雷射硬焊將硬焊部2所形成的部分整體性地加熱。其結果為可容易地由硬焊材料7與鍍熔融鋅系鋼板1之板面之間排出鋅蒸氣。此外，可緩和熱影響部產生的溫度梯度，故能縮小熱應變的發生。

(有益效果) 　　如上，藉由本發明一態樣之雷射硬焊方法，可製造焊珠外觀及接合強度優越的搭接接頭部件。

此外，一般來說鋼板與鋁合金有點焊的做法。與該點焊相比，本實施型態的雷射硬焊方法具有以下的優點。即，本雷射硬焊方法不同於使鋼板熔融而進行接合的熔接，只要使鍍層2與硬焊材料線7熔融即可，不需要將鍍熔融鋅系鋼板1的基底鋼板熔融。因此，接合上僅需少量的熱量即可。是以，可減少搭接接頭所產生的熱應變。也因此亦可減少例如點焊中所發生的翹曲等不良狀況。

根據本案的雷射硬焊方法，可連續地接合鍍熔融鋅系鋼板以及鋁合金。因此，以本案雷射硬焊方法製造的搭接接頭部件具有優越的密封性。例如汽車領域中，點焊後以密封材料(sealer)填充空隙，而藉由使用本案的雷射硬焊方法，可免去使用該密封材料之處理。

此外，本雷射硬焊方法中，可薄化於接合部形成的鐵鋁系金屬間化合物相，並且因為上述連續接合，可提高搭接接頭部件的接合強度。

另外，與使用電弧進行硬焊的情況等相比較下，本雷射硬焊方法可減少焊道隆起及飛濺的發生。

(實施例1-1) 　　以下基於實施例以及比較例來詳細說明本發明，但本發明並不被此些實施例限定。

準備板厚1.2mm、寬度200mm、長度100mm的鍍熔融鋅系鋼板，以及板厚2.0mm、寬度200mm、長度100mm的6000系鋁合金部件。然後，將鋁合金部件以長度方向偏移50mm疊合於鍍熔融鋅系鋼板上，使用雷射硬焊製作搭接接頭樣品。表1表示雷射硬焊條件。

[表1]

以目視觀察製作好的搭接接頭，調查是否有隆起以及凹穴。目視觀察後，進行X光穿透測試，調查是否有氣泡。X光穿透測試後，由搭接接頭樣品的中央部採集30mm的拉伸測試用樣品，進行拉伸速度3mm/min的拉伸測試。本發明當中，以拉伸測試中的最大負重為接合強度。若接合強度為4kN以上則作為汽車車體在強度上沒有問題。自採集拉伸測試樣品部分處的極靠近處，採集剖面觀察用樣品，使用顯微鏡作剖面觀察，以調查焊珠寬度W。

表2表示雷射硬焊法的調查結果。表2的焊珠外觀中，未發生隆起或凹穴的連續焊珠為○，有發生隆起或凹穴的情況為×。

表2的第1-13號所示之本發明範圍內的雷射硬焊實施例中，得到了未發生隆起且良好焊珠外觀的結果。此外，得到接合強度4kN以上之足以作為汽車車體的接合強度。

鍍層的鋁濃度在未滿本發明範圍的第14號比較例中，焊珠寬度W變窄為0.5mm，接合強度則強度不足為1.3kN。

鍍覆附著量超過本發明範圍的第15號比較例、以及鍍熔融鋅系鋼板與硬焊材料間隔d為0mm(硬焊材料接觸鍍熔融鋅系鋼板的狀態)的第16號比較例中，由於鋅蒸氣的影響，導致隆起、凹穴產生使得焊珠外觀明顯變差，產生氣泡。第15、16號比較例中由於焊珠外觀明顯變差的關係，因而未進行拉伸測試。

鍍熔融鋅系鋼板與硬焊材料之間隔d超過本發明範圍的第17號比較例當中，僅硬焊材料熔融，鋁合金並未熔融。因此，並未進行X光穿透測試、拉伸測試。

第18-20號比較例中焊珠寬度W未滿本發明範圍，接合強度為3.4kN以下，屬於接合強度不足。

[表2]

(實施例1-2) 　　進行1000系、3000系、5000系、6000系、7000系等種類的鋁合金與鍍熔融鋅系鋼板的雷射硬焊。將此些鋁合金的組成表示於表3。

[表3]

具體地說，準備板厚1.2mm、寬度200mm、長度100mm的鍍熔融鋅系鋼板，以及板厚1.0-3.0mm、寬度200mm、長度100mm的各種鋁合金部件。然後，將鋁合金部件以長度方向偏移50mm疊合於鍍熔融鋅系鋼板上，使用雷射硬焊製作搭接接頭樣品。雷射硬焊條件與前述表1相同。

將結果表示於表4。

[表4]

以表4的第21-35號所示的本發明範圍內進行雷射硬焊的實施例中，得到了未產生隆起及凹穴的良好焊珠外觀。此外，接合強度的部分，對應各種鋁合金的種類以及板厚，得到了足以作為汽車車體的接合強度。

[實施型態2] 　　關於本發明的其他實施型態，於下說明。此外，為方便說明，關於具有與上述實施型態中說明過的部件相同的作用的部件，標註相同的元件編號，不再重複說明。

以往，作為抑制鐵鋁系金屬間化合物相的成長而接合鋁合金與鋼板的方法，使用助焊劑硬焊法，其使用填充有以氟化物或氯化物為主成分的助焊劑的鋁合金線。會使用氟化物或氯化物的助焊劑，是因為藉由蝕刻作將鋼板表面的氧化物除去及活化，改善鋼板與熔融後的鋁合金及鋁合金線的潤濕性而得到良好的密著性。

例如專利文獻5中揭露了一種硬焊熔融鍍鋅鋼板與鋁合金的方法，其使用的線為於含矽1-13質量%的鋁合金線中添加了氟化鋁(AlF₃ )的助焊劑。根據此硬焊方法，藉著(i)基於助焊劑的鋼板表面的活化效果；(ii)基於鋁合金線中的矽與助焊劑中的氟化鋁之抑制鐵鋁系金屬間化合物相成長抑制效果可得良好的接合強度。

然而，若使用助焊劑線，則硬焊後助焊劑的殘渣殘留於焊珠部，不僅破壞外觀，還會成為促蝕因子而顯著地降低其耐蝕性。進一步地，於硬焊後進行塗佈的話，其塗佈性以及塗佈後的耐蝕性都明顯地降低。因此，若使用助焊劑線，則不僅是線的成本提高，還必須要有洗淨助焊劑的製程，更加地提高成本。

作為不使用助焊劑的無助焊劑硬焊方法，可舉例如專利文獻6中所記載的方法。專利文獻6當中記載先以雷射照射預定硬焊部分使氧化物蒸發，接著將硬焊材料作為消耗電極進行電弧硬焊的方法。此方法需要雷射加熱裝置與電弧熔接裝置，設備費高昂，硬焊成本亦高。

目前為止已有各種關於鋁合金及鋼板的硬焊方法，但是存在著必須於線添加助焊劑及除去助焊劑殘渣之問題；以及因併用雷射加熱裝置與電弧熔接裝置的高成本及高設備費問題。

本實施型態的目的為便宜地提供一種焊珠外觀、接合強度優越的搭接接頭部件。而此搭接接頭係藉由在鋁合金及鋼板的硬焊中，使用於鍍層含有鋁的鍍熔融鋅系鋼板來進行無助焊劑雷射硬焊而得。

本發明者致力研究，其結果得到了如下的嶄新發想。即，因於鋅系鍍層中含有鋁的鍍熔融鋅系鋼板具有對硬焊材料與鋁合金的良好潤濕性，因此得到了新的見解，即使不需要使用助焊劑亦可進行雷射硬焊、得到具有優越接合強度的搭接接頭。本案發明人們基於此新的見解而進一步地完成本發明。以下詳細敘述本發明的一實施型態。

[鍍熔融鋅系鋼板] 　　本實施型態中的進行無助焊劑雷射硬焊之鍍熔融鋅系鋼板與鋁合金部件的搭接接頭部件的製造方法中所使用的鍍熔融鋅系鋼板，其鍍層以鋅為主成分，並含有1.0質量%以上、22.0質量%以下的鋁。由於鍍熔融鋅系鋼板的鍍層含有鋁合金及作為硬焊材料主成分的鋁，因此鍍熔融鋅系鋼板的鍍層具有對鋁合金及硬焊材料的優越潤濕性。因此，即使不使用助焊劑也能得到良好的焊珠外觀，而同時由於焊珠寬度變寬，使得接合強度增加。此效果為鋁濃度1質量%以上之條件下而得，因此鋁濃度限定為1質量%以上。另一方面，若鋁濃度超過22質量%，則鋅系鍍層的熔點變高，潤濕性降低，焊珠寬度成為不規則的焊道隆起且焊珠外觀變差。此外，焊珠寬度變窄，導致接合強度變弱。

若以0.05-10.0質量%添加鎂至熔融鋅系鍍層，則鋅系鍍層的熔點降低，即使不使用助焊劑也能夠具有鋁合金及硬焊材料間潤濕性提升、優越的接合強度且耐蝕性良好之優點，因此為理想狀況。鍍層的部分，亦可包含0.002-0.1質量%的鈦或是0.001-0.05質量%的硼，以抑制當添加了鎂時，使鍍層外觀與耐蝕性變差的原因之鋅鎂(Zn₁₁ Mg₂ )系相的產生及成長。

進一步地，為了抑制硬焊時的脆弱的鐵鋁系金屬間化合物相的成長並提高接合強度，鋅系鍍層也可含有2.0質量%以下的矽。此外，鋅系鍍層亦可含有2.5質量%以下的鐵。

上述內容可如下表示。即，本發明之基於無助焊劑雷射硬焊的搭接接頭部件的製造方法當中所使用的鍍熔融鋅系鋼板層，係以鋅為主成分，包含1-22質量%的鋁。較佳地，還滿足由下述條件組成的群組中所選至少一者：0.05-10.0質量%的鎂、0.002-0.1質量%的鈦、0.001-0.05質量%的硼、0-2.0質量%的矽、0-2.5質量%的鐵。

[鋁合金] 　　有關於本實施型態的用於無助焊劑雷射硬焊的鋁合金，由於與前述實施型態1相同，因此於此省略其說明。

本實施型態的無助焊劑雷射硬焊方法，與前述實施型態1相同但在下述各點上不同。即，本實施型態中，使用無助焊劑線以作為硬焊材料線7(參考圖2、3)。即，本實施型態的無助焊劑雷射硬焊所使用的硬焊材料中，沒有添加助焊劑。

關於此無助焊劑硬焊材料，如下說明。

[硬焊材料] 　　本實施型態硬焊材料的組成亦可為由鋁構成。或者，硬焊材料亦可為除了鋁之外還含有由以下條件中選擇一者以上而組成的合金：0.2-15.0質量%的矽、0.03-2.0質量%的錳。添加矽或是錳的效果為抑制於焊珠部的鐵鋁系金屬間化合物相的成長。且本發明的硬焊材料，為了降低硬焊材料的熔點與黏性，提高硬焊材料與鋁合金及熔融鋅系的鍍鋼板的潤濕性，亦可包含質量0.3-7.0質量%的鎂。

本實施型態中的硬焊材料的形狀可為線體，舉例亦可為板狀。較佳地是其形狀為能在與鋁合金接觸的狀態、且可滿足下述公式(1)的方式下管控硬焊材料與鍍熔融鋅系鋼板的間隔d。

0.2≦d≦t　・・・公式(1) (於此， t：鋁合金的板厚(mm))。

[鍍覆附著量、焊珠寬度] 　　由於本實施型態的鍍熔融鋅系鋼板中的每單面的鍍覆附著量以及搭接接頭部件中焊珠寬度與前述實施型態1相同，因此於此省略其說明。

(有益效果) 　　基於本實施型態的無助焊劑雷射硬焊方法，除了與前述實施型態1所記載的雷射硬焊方法相同的效果之外，還具有以下功效。

即，鍍熔融鋅系鋼板的鍍層，由於含有鋁合金以及作為硬焊材料主成分之鋁，因此具有與鋁合金、硬焊材料的良好潤濕性。因此，即使不使用助焊劑也可得到良好的焊珠外觀，且焊珠寬度變寬，接合強度增加。

因此，不僅不需要添加助焊劑到硬焊材料中，也不需要硬焊後清除(洗淨)助焊劑殘渣的製程。此外，與併用雷射加熱裝置與電弧熔接裝置的既有方法相比，設備費低廉。因此，可以降低硬焊所需的成本費用。

(實施例2-1) 本實施型態中的實施例如下所示。

準備板厚1.2mm、寬度200mm、長度100mm的鍍熔融鋅系鋼板，以及板厚2.0mm、寬度200mm、長度100mm的6000系的鋁合金部件。然後，將鋁合金部件以長度方向偏移50mm疊合於鍍熔融鋅系鋼板上，進行無助焊劑的雷射硬焊，以製作搭接接頭樣品。表5表示雷射硬焊的條件。表6表示硬焊材料的詳細內容。

[表5]

[表6]

以目視觀察製作好的搭接接頭樣品，調查是否有隆起以及凹穴。目視觀察後，進行X光穿透測試，調查是否有氣泡。X光穿透測試後，由搭接接頭樣品的中央部採集30mm的拉伸測試用樣品，進行拉伸速度3mm/min的拉伸測試。本發明當中，以拉伸測試中的最大負重為接合強度。若接合強度為4kN以上則做為汽車車體在強度上沒有問題。焊珠寬度W的部分則由搭接接頭樣品中，從採集過拉伸測試樣品部分處之鄰旁部分，採集剖面觀察用樣品，使用顯微鏡作剖面觀察，以調查焊珠寬度W。

表7表示以無助焊劑雷射硬焊製作的搭接接頭樣品之調查結果。表7的焊珠外觀中，未發生隆起或凹穴的連續焊珠外觀為○，有發生隆起或凹穴的情況為×。

[表7]

表7的第36-48號所示本發明範圍內的無助焊劑雷射硬焊實施例中，得到了未發生隆起及凹穴且良好焊珠外觀的結果。此外，得到接合強度4kN以上，為足以作為汽車車體的接合強度。

鍍層的鋁濃度未滿本發明範圍的第49號比較例中，焊珠寬度W變窄為0.7mm；而接合強度為1.2kN，屬於接合強度不足。

鍍覆附著量超過本發明的第50號比較例及鍍熔融鋅系鋼板與硬焊材料間隔d為0mm(硬焊材料接著鍍熔融鋅系鋼板的狀態)的第51號比較例當中，基於鋅蒸氣的影響，使得隆起、凹穴產生，焊珠外觀明顯變差而產生氣泡。由於第50、51號的比較例中焊珠外觀顯著地變差，因此未進行拉伸測試。

鍍熔融鋅系鋼板與硬焊材料間隔d超過本發明範圍的第52號比較例中，僅硬焊材料熔融，鋁合金未熔融。因此，未進行X光穿透測試、拉伸測試。

第53-55號比較例中焊珠寬度W為未滿本發明範圍，接合強度為3.2kN以下，屬於接合強度不足。

(實施例2-2) 　　進行1000系、3000系、5000系、6000系、7000系等種類的鋁合金(參考表3)，與鍍熔融鋅系鋼板的無助焊劑雷射硬焊。

具體地，準備板厚1.2mm、寬度200mm、長度100mm的鍍熔融鋅系鋼板、板厚1.0-3.0mm、寬度200mm、長度100mm的各種鋁合金部件，然後，將鋁合金部件以長度方向偏移50mm疊合於鍍熔融鋅系鋼板上，使用無助焊劑雷射硬焊製作搭接接頭樣品。無助焊劑雷射硬焊條件為與表5相同的條件。

結果如表8所示。此外，使用表8中所示之組成的硬焊材料，以作為無助焊劑硬焊材料。

[表8]

以表8第56-70號所示於本發明範圍內經過無助焊劑雷射硬焊的實施例中，得到了未發生隆起、凹穴且具良好的焊珠外觀。此外，在接合強度上，得到了對應各種鋁合金種類及板厚，且足夠作為汽車車體的接合強度。

[實施型態3] 　　關於本發明的其他實施型態，使用圖5如下說明。此外，本實施型態中所說明的構成之外的構成部分，與前述實施型態1與實施型態2相同。此外，為方便說明，與已在上述實施型態中已說明過的部件相同的部件，標為相同的標號，不再重複其說明。

前述實施型態1、2當中，將硬焊材料7配置為沿著鋁合金3之端面6，以此狀態對硬焊材料7照射雷射光8。相對地，本實施型態中的不同點為：硬焊材料的前端與鋁合金3之端面6接觸，而同時一邊依序供給硬焊材料7一邊照射雷射光8。

圖5為本實施型態中雷射硬焊方法的俯視示意圖。如圖5所示，本實施型態中，硬焊材料17的前端接觸鋁合金3的端面6，雷射光8照射硬焊材料17的前端部。硬焊材料17的材質可與前述實施型態1、2所記載的硬焊材料7相同。此外，雷射光8的光束直徑，可與實施型態1所記載內容相同，較佳為比通常的雷射熔接還要大的光束直徑。

於本實施型態的雷射硬焊方法中，間隔d(mm)滿足下述公式(1)。

0.2≦d≦t　・・・公式(1) (此處， t：鋁合金的板厚(mm))。

具體來說，以硬焊材料17之前端的外緣，與鍍熔融鋅系鋼板1的彼此距離為最短的長度作為間隔d。硬焊材料17會隨著將鋁合金3與鍍熔融鋅系鋼板1硬焊形成硬焊部9而消耗，因此朝鋁合金3方向依序傳送。

此外，硬焊材料17接觸鋁合金3之端面6的位置(以下稱為接觸位置)及雷射光8的照射位置，係隨著硬焊的進行而一邊形成硬焊部9一邊移動。因應硬焊的速度，該接觸位置的移動速度以及硬焊材料17的傳送速度跟著調整。硬焊部9亦可表示為焊珠4(參考圖1)。

藉此，硬焊材料17並非事先配置並維持著，而是可一邊供給硬焊材料17一邊形成硬焊部9。因此，可提升作業空間的自由度，並且相對較容易做硬焊前的準備。其結果為可縮短作業時間。此外，還可調節用於形成硬焊部9的硬焊材料17的量。即，藉由調慢該接觸位置的移動速度、或是加快硬焊材料17的傳送速度，可使硬焊部9的容積變大。因此可提高鍍熔融鋅系鋼板1與鋁合金3的接合強度。

(總結) 　　如上，本發明的一態樣中的雷射硬焊方法為：對於鍍層為含鋁1.0-22.0質量%的鍍熔融鋅系鋼板的板面，將作為接合對象板之鋁板或是鋁合金板與其疊合而進行雷射硬焊的雷射硬焊方法。其包含：硬焊製程，於該板面上形成硬焊部，該硬焊部將該接合對象板與該鍍熔融鋅系鋼板互相接合。

此外，本發明的一態樣中的雷射硬焊方法為：較佳地，該硬焊製程中，將硬焊材料配置為接觸該接合對象板之端面，且以該硬焊材料與該板面的間隔d(mm)滿足下述公式(1)的方式，來形成該硬焊部。

0.2≦d≦t　・・・公式(1) (此處， t：該接合對象板的板厚(mm)) 。

此外，本發明的一態樣中的雷射硬焊方法較佳為，該硬焊製程中，於以該硬焊部延伸方向之垂直面將該硬焊部切下時的剖面中，於該板面上該硬焊部的焊珠寬度滿足下述公式(2)的方式，來形成該硬焊部。

t≦W≦4t　・・・公式(2) (此處， W：該硬焊部的焊珠寬度(mm) t：該接合對象板的板厚(mm)) 。

此外，本發明一態樣中的雷射硬焊方法可為，於該硬焊製程中，使用無助焊劑硬焊材料作為硬焊材料，進行無助焊劑雷射硬焊。

此外，本發明一態樣中的雷射硬焊方法為，該硬焊材料可為由鋁構成之組成；或是亦可為除鋁之外，還包含由下述條件組成的群組中所選至少一者：0.2-15.0質量%的矽、0.3-7.0質量%的鎂、0.03-2.0質量%的錳。

此外，本發明一態樣中的雷射硬焊方法可為，該鍍熔融鋅系鋼板的鍍層更含有0.05-10.0質量%的鎂。

此外，本發明一態樣中的雷射硬焊方法較佳為，該鍍熔融鋅系鋼板的該鍍層，較佳為更包含由下述條件組成的群組中所選一或二以上者：0.002-0.1質量%的鈦、0.001-0.05質量%的硼、0-2.0質量%的矽、0-2.5質量%的鐵。

此外，本發明一態樣中的雷射硬焊方法為，該鍍熔融鋅系鋼板的該板面上的鍍覆附著量為15-250g/m² 。

本發明一態樣中的搭接接頭部件的製造方法之特徵為：藉由上述雷射硬焊方法，將該鍍熔融鋅系鋼板、該接合對象板進行硬焊，以製造搭接接頭部件。

本發明一態樣中的搭接接頭部件之特徵為：對於鍍層為含鋁1.0-22.0質量%的鍍熔融鋅系鋼板板面，將作為接合對象板之鋁板或是鋁合金板與其疊合形成雷射硬焊部的搭接接頭部件，以符合下述條件之方式來形成該雷射硬焊部：於以該雷射硬焊部延伸方向之垂直面將該雷射硬焊部切下時的剖面中，位於該板面上的該雷射硬焊部的焊珠寬度滿足下述公式(2)。

t≦W≦4t　・・・公式(2) (此處， W：該雷射硬焊部的焊珠寬度(mm) t：該接合對象板的板厚(mm))。

此外，本發明一態樣中搭接接頭部件，較佳為：該鍍熔融鋅系鋼板的鍍層，更含有0.05-10.0質量%的鎂。

本發明並不被上述各實施型態所限定，請求項所示的範圍可作各種的變更，將不同的實施型態分別揭露的技術手段適當組合所得的實施型態，亦包含在本發明的技術範圍內。此外，亦可藉由將於各實施型態揭露的技術手段組合，以形成新的技術特徵。

1‧‧‧鍍熔融鋅系鋼板

2‧‧‧鋅系鍍層(鍍層)

3‧‧‧鋁合金

4‧‧‧焊珠(硬焊部)

5‧‧‧鐵鋁系金屬間化合物相

6‧‧‧鋁合金端面

7、17‧‧‧硬焊材料

8‧‧‧雷射光

9‧‧‧硬焊部

d‧‧‧間隔

W‧‧‧焊珠寬度

A-A‧‧‧剖面線

［圖1］本發明一實施型態中搭接接頭部件的剖面之概略示意圖。 ［圖2］本發明實施型態1中雷射硬焊方法中，往鋁合金(移動)的硬焊材料的接觸位置的一例之概略示意圖。 ［圖3］以該接觸位置為本發明的規定範圍上限時情形之概略示意圖。 ［圖4］(a)為本發明的實施型態1的雷射硬焊方法中，往鋁合金(移動)的硬焊材料的接處位置之俯視示意圖。(b)為圖4(a)中A-A線的箭頭方向視角剖面圖。 ［圖5］本發明實施型態3中雷射硬焊方法的俯視示意圖。

Claims (9)

1. 一種雷射硬焊方法，其特徵在於， 　　對於鍍層為含鋁1.0-22.0質量%的鍍熔融鋅系鋼板板面，將接合對象板之鋁板或是鋁合金板與其疊合進行雷射硬焊，且包含： 　　硬焊製程，於該板面上形成硬焊部，該硬焊部將該接合對象板與該鍍熔融鋅系鋼板互相接合。
2. 如請求項1所述之雷射硬焊方法，其特徵在於，於該硬焊製程中，將硬焊材料配置為接觸該接合對象板之端面，且以使該硬焊材料與該板面的間隔d(mm)滿足下述公式(1)的方式，來形成該硬焊部： 0.2≦d≦t　・・・公式(1) (此處， t：該接合對象板的板厚(mm))。
3. 如請求項1或2所述之雷射硬焊方法，其特徵在於，該硬焊製程中，於以該硬焊部延伸方向之垂直面將該硬焊部切下時的剖面中，以使該板面上該硬焊部的焊珠寬度滿足下述公式(2)的方式，來形成該硬焊部： t≦W≦4t　・・・公式(2) (此處， W：該硬焊部的焊珠寬度(mm) t：該接合對象板的板厚(mm))。
4. 如請求項1或2所述之雷射硬焊方法，其特徵在於，於該硬焊製程中，使用無助焊劑硬焊材料作為硬焊材料，進行無助焊劑雷射硬焊。
5. 如請求項4所述之雷射硬焊方法，其特徵在於，該硬焊材料為 由鋁構成之組成；或是 除鋁之外還包含由下述條件組成的群組中所選至少一者：0.2-15.0質量%的矽、0.3-7.0質量%的鎂、0.03-2.0質量%的錳。
6. 如請求項1或2所述之雷射硬焊方法，其特徵在於，該鍍熔融鋅系鋼板的該鍍層更含有0.05-10.0質量%的鎂。
7. 如請求項1或2所述之雷射硬焊方法，其特徵在於，該鍍熔融鋅系鋼板的該鍍層，更包含由下述條件組成的群組中所選一或二以上者：0.002-0.1質量%的鈦、0.001-0.05質量%的硼、0-2.0質量%的矽、0-2.5質量%的鐵。
8. 如請求項1或2所述之雷射硬焊方法，其特徵在於，該鍍熔融鋅系鋼板的該板面上的鍍覆附著量為15-250g/m² 。
9. 一種搭接接頭部件的製造方法，其特徵在於，藉由如請求項1至8任一項所述之雷射硬焊方法，將該鍍熔融鋅系鋼板、該接合對象板進行硬焊，以製造搭接接頭部件。