TW202346775A - 板材、接合體、板材之接合方法以及板材之製造方法 - Google Patents
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Abstract
為了提供足以抑制氣孔、燒穿等缺陷的發生且能順利進行雷射熔接而接合的板材，並提供使板材和被接合側板材接合而構成的接合體、板材之接合方法以及板材之製造方法。
與銅或銅合金所構成的被接合側的板材重疊並進行雷射熔接之銅或銅合金所構成的板材，係在被雷射光(L)照射的面，沿著雷射光的掃描方向隔著間隔賦予與雷射光的掃描方向交叉之複數個溝槽部。
Description
本發明係關於板材、接合體、板材之接合方法以及板材之製造方法。
當將例如銅合金板彼此接合來製作均溫板(vapor chamber)等散熱構件、電子零件等的情況，是藉由硬焊(brazing)或填隙(caulking)來將銅合金板彼此接合。然而，這些接合方法的生產性低，且設備費用高昂。相對於此，依據將銅合金板彼此進行雷射熔接之接合方法，可降低成本並獲得高生產性。
在專利文獻1揭示將一板狀構件和另一板狀構件進行熔接而構成的均溫板。在該均溫板，一板狀構件之熔融部的板厚是比另一板狀構件之熔融部的板厚更薄。
又在專利文獻2揭示，在互相重疊後之金屬構件之一方的表面，形成由雷射光的吸收率高且其斷裂強度比金屬材料更高的金屬材料所構成之表面層，從表面層上照射雷射光，藉此從表面層的表面到金屬構件的內部為止形成再凝固部，而將雙方的金屬構件接合。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2018/147283號
[專利文獻2]國際公開第2012/124255號
[發明所欲解決之問題]
雷射熔接，因為可高速進行熔接而具有高生產性，作為將板材彼此的間隙封填之接合方法越來越受到關注。
然而，散熱構件等所使用的銅或銅合金板，基於小型輕量化的觀點，例如要求薄型化成合計厚度0.3mm以下。又作為銅的特性，在固體狀態下雷射光的吸收率低，若成為熔融狀態則雷射光的吸收率急劇升高，這是已知的。因此，當藉由雷射熔接讓銅或銅合金板彼此接合的情況，熔池變得不穩定，容易產生氣孔(blow hole)等缺陷。特別是，在極薄板有產生燒穿(burn through)等缺陷的疑慮。
像專利文獻1那樣將薄板的銅或銅合金之板材彼此進行雷射熔接的情況僅將一部分的板厚增厚，或像專利文獻2那樣僅在雷射光之照射面形成表面層，仍不足以抑制氣孔、燒穿等缺陷的發生。而且，依專利文獻1的技術，因為將一方的板狀構件之熔融部的板厚增厚，會造成重量增加。又依專利文獻2的技術，要將表面層無法鍍敷的構件接合是困難的。
於是，本發明之目的是為了提供足以抑制氣孔、燒穿等缺陷的發生且能順利進行雷射熔接而接合的板材，並提供使板材和被接合側板材接合而構成的接合體、板材之接合方法以及板材之製造方法。
[解決問題之技術手段]
本發明採用下述構成。
(1)一種板材，係與銅或銅合金所構成的被接合側板材重疊並進行雷射熔接之銅或銅合金所構成的板材，
在被雷射光照射的面，沿著前述雷射光的掃描方向隔著間隔賦予與前述雷射光的掃描方向交叉之複數個溝槽部。
(2)一種接合體，係將(1)所記載的板材藉由沿著與前述溝槽部交叉的方向所形成的銲道來和前述被接合側板材接合。
(3)一種板材之接合方法，係將(1)所記載的板材與被接合側板材重疊，
沿著與形成於前述板材之複數個溝槽部交叉的方向照射前述雷射光來將前述板材和前述被接合側板材進行雷射熔接。
(4)一種板材之製造方法，係與銅或銅合金所構成的被接合側板材重疊並進行雷射熔接之銅或銅合金所構成的板材之製造方法，
在雷射熔接時被雷射光照射之被照射部，藉由雷射加工、輥軋加工或衝壓加工沿著前述雷射光的掃描方向隔著間隔賦予與前述雷射光的掃描方向交叉之複數個溝槽部。
[發明之效果]
依據本發明，足以抑制氣孔、燒穿等缺陷的發生並順利進行雷射熔接而將板材彼此接合。
以下，針對本發明的實施方式，參照圖式詳細地說明。
圖1係示意顯示將板材11和被接合側的板材13進行雷射熔接的樣子之立體圖。
本實施方式的板材11，是和作為其他板材之被接合側的板材(被接合側板材)13藉由雷射熔接進行接合。板材11,13彼此的一部分互相重疊，該重疊的部分成為被照射部15。而且，藉由雷射照射裝置100對該被照射部15照射雷射光L，而將板材11和被接合側的板材13進行雷射熔接。雷射光L照射在被照射部15之至少一部分的範圍，且不會超出被照射部15。
板材11,13是銅或銅合金所構成的板材。在銅合金的情況，作為銅(Cu)合金所含的成分，是錫(Sn)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鎂(Mg)或磷(P)等。作為板材11,13，是使用厚度0.10mm~1.0mm的薄板。又板材11,13的板厚可以是相等，也可以是任一方比另一方厚。
圖2係顯示形成於板材11之溝槽部21的俯視圖。圖3係顯示形成於板材11之溝槽部21之板材11的局部放大俯視圖。
如圖2及圖3所示般，在板材11的被照射部15之被雷射光L照射的面，沿著雷射光L的掃描方向A隔著間隔配置複數個溝槽部21。
各溝槽部21，寬度尺寸W為板材11的板厚之1倍~2倍，深度尺寸D為板材11的板厚之1/3以下，節距P為板材11的板厚之2倍~4倍。
作為用於雷射熔接而對被照射部15照射雷射光L的雷射照射裝置100，可例示具備有檢流計掃描器(galvanometer scanner)單元者。在具備有檢流計掃描器單元的雷射照射裝置100，是將來自光纖雷射振盪器的雷射由檢流計反射鏡(galvanometer mirror)反射，藉由透鏡聚光而朝向被照射部15照射。依據該雷射照射裝置100，藉由控制安裝於旋轉軸之檢流計反射鏡的角度，可將雷射光L高速且高精度地掃描。但雷射照射裝置100並不限定於此，也可以是其他方式的照射裝置。
接下來說明，本實施方式之將板材11和被接合側的板材13進行雷射熔接的接合方法。
(溝槽部的形成)
在板材11形成複數個溝槽部21。該溝槽部21是藉由雷射加工所形成的。具體而言，在被照射部15中，一邊讓雷射照射裝置100沿著掃描方向A移動一邊讓雷射光L擺動(wobbling)動作。藉此，使雷射光L周期性地迴旋並間歇地照射於被照射部15，而形成沿著掃描方向A隔著間隔配置之複數個溝槽部21。如此般，如果藉由雷射加工來在板材11形成溝槽部21，可將在溝槽部21加工後所實施之其和被接合側的板材13之雷射熔接一併進行，而能簡化製造工序。
溝槽部21，並不限定於基於雷射照射裝置100的雷射加工，也可以藉由輥軋加工或衝壓加工來形成。在藉由輥軋加工或衝壓加工來形成溝槽部21的情況，可挪用一般的生產線，而能抑制製造成本的增加。
(基於雷射熔接的接合)
接下來，讓形成有溝槽部21的板材11與被接合側的板材13重疊。而且，對與板材13重疊後之板材11的被照射部15，將來自雷射照射裝置100的雷射光L從被照射部15之一端15a朝向另一端15b掃描。藉此，如圖4所示般，沿著與板材11之複數個溝槽部21交叉的掃描方向A照射雷射光L，使板材11和板材13雷射熔接而形成銲道(bead)23。
若藉由雷射照射裝置100的雷射光L進行雷射熔接，在板材11和被接合側的板材13之接合部(被照射部15)中之雷射光L的照射部位會熔融，且從照射面側熔融到與雷射光L的照射側為相反側之被接合側的板材13之背面為止。該熔融部分被冷卻而進行凝固硬化，如圖5所示般，沿著與溝槽部21交叉的方向連續地形成銲道23。藉此，獲得使板材11和被接合側的板材13良好地接合而構成之接合體25。
以上，如所說明般，依據本構成的板材11，以與複數個溝槽部21交叉的方式照射雷射光L，藉此促進從具有溝槽部21之板厚較薄的部分之熱輸入(heat input)。藉此，可用低功率來形成熔池，足以抑制氣孔、燒穿等缺陷的產生並順利進行該板材和被接合側的板材13之雷射熔接。又在和被接合側的板材13進行雷射熔接時，可熔接的雷射光L之功率範圍擴大，而能夠將板材11和被接合側的板材13以高品質輕易地接合。
特別是在銅或銅合金，固體狀態下之雷射光的吸收率低到5%以下，若成為熔融狀態則急劇升高到數十%以上。因此，當一旦熔融，熔池變得不穩定，容易產生銲濺(spatter)、氣孔等缺陷，在薄板則容易產生燒穿。然而，若如上述般在板材11事先形成複數個溝槽部21，且以與溝槽部21交叉的方式照射雷射光，即可抑制急劇的熔融。亦即，在本構成，是沿著雷射光L的掃描方向A適度將厚度較薄的部分夾雜配置。如此，藉由熱傳導而從溝槽部21中的薄化部分開始熔融，朝向待形成之熔池的周圍進行熱傳導，結果使比雷射照射區域更廣的範圍被加熱。在熔融部分雖雷射光的能量吸收提高，但與朝向周圍的熱擴散相輔而可抑制急劇的熔融之進展。如此，縱使雷射光的功率較低仍可開始熔融，縱使功率較高，仍可藉由較早開始熔融後的部分之熱擴散來抑制發生過度的熱輸入。如此，能夠將可熔接的雷射光之功率範圍擴大。
而且，以使溝槽部21的寬度尺寸成為板厚的1倍~2倍、溝槽部21之深度尺寸D成為板厚的1/3以下、溝槽部21的節距成為板厚的2倍~4倍的方式最佳化，使上述效果變顯著。
如此般將板材11和被接合側的板材13進行雷射熔接，藉由沿著與溝槽部21交叉的方向形成之銲道23將板材11和被接合側的板材13高品質地接合而獲得接合體25。
又依據本構成的板材之接合方法，將板材11與被接合側的板材13重疊，沿著與複數個溝槽部21交叉的方向照射雷射光L，藉此可將板材11和被接合側的板材13在抑制燒穿的狀態下良好地接合。
再者，在製造被賦予複數個溝槽部21之板材11時，可將基於雷射加工之溝槽部21的形成及板材11和被接合側的板材13之雷射熔接一併實施，而能將製造工序簡化。又當藉由輥軋加工或衝壓加工來形成溝槽部21的情況，可挪用一般的輥軋或衝壓之生產線，而能降低製造成本來製造具有溝槽部21的銅或銅合金所構成的板材11。
又在上述構成例所例示的情況，雖是一邊讓雷射照射裝置100沿著掃描方向A移動一邊讓雷射光L進行擺動動作，藉此形成彎曲狀的複數個溝槽部21，但雷射光L的掃描形態可以是任意形態。例如圖6所示般，溝槽部21的形狀可以是直線狀。在將板材11和被接合側的板材13接合時，可沿著與直線狀的複數個溝槽部21交叉之掃描方向A照射雷射光L，藉此將板材11和被接合側的板材13進行雷射熔接。在此情況也是，足以抑制氣孔、燒穿等缺陷的發生，且能順利進行板材11和被接合側的板材13之雷射熔接。又在和被接合側的板材13進行雷射熔接時，可熔接之雷射光L的功率範圍擴大，而可輕易地實施雙方的熔接。
[實施例1]
將藉由雷射加工賦予了溝槽部21後的板材11重疊於被接合側的板材13並進行雷射熔接來製作接合體25，觀察所製作之接合體25中之熔接部位的表面、背面及剖面並進行評價。作為板材11及被接合側的板材13，是使用板厚0.15mm的銅合金板。
(溝槽部的形成)
圖7係形成有溝槽部21之板材11的影像。
如圖7所示般，在板材11形成有複數個溝槽部21。溝槽部21的雷射加工，是將雷射光的掃描模式(scan pattern)設為直徑1.6mm、頻率100Hz的圓形擺動，並在功率3kW、熔接速度7m/min的條件下進行。
(雷射熔接)
將賦予了溝槽部21後之板材11重疊於被接合側的板材13，在功率3kW、熔接速度10m/min的條件下進行雷射熔接。
(評價結果)
圖8A~圖8C係由板材11和板材13所接合成的接合體25之影像，圖8A是雷射光之照射側的影像，圖8B是與雷射光照射側為相反側的影像，圖8C是接合部位之剖面的影像。
如圖8A所示般，在雷射光L的照射側之板材11的表面，藉由雷射熔接而沿著與溝槽部21交叉的方向形成了直線狀的銲道23。又如圖8B所示般，在與雷射光L的照射側為相反側之被接合側的板材13之表面也是，形成了直線狀的銲道23，其銲道寬度在整個長度方向偏差很少而大致均一，也沒有發生燒穿的跡象。又如圖8C所示般，在板材11和被接合側的板材13之接合部位，形成有在整個板厚方向無偏頗地貫穿之銲道23。如此般，獲得了具有外觀及剖面都穩定的熔接部位之接合體25。
[實施例2]
對銅合金板所構成的板材P1,P2呈直線狀地照射雷射光。而且，觀察雷射光的照射部位之表面及背面，調查可熔接的雷射光之功率範圍。
圖9A及圖9B係照射了雷射光之裸露材料(bare material)所構成的板材Pb之背面側的影像，圖9A是雷射光所致之板材Pb的熔融不足之非貫穿狀態的影像，圖9B是在板材Pb產生了燒穿之狀態的影像。
作為雷射光的適當功率範圍之調查，是調查在雷射光的照射部位之背面處是否有非貫穿(參照圖9A)及燒穿(參照圖9B)，以不產生非貫穿及燒穿的功率作為可熔接的功率範圍。
＜板材＞
(實施例)
板材P1:以溝槽寬度190μm、節距420μm賦予了複數個直線狀的溝槽部N之板厚0.2mm的銅合金板
(比較例)
板材P2:由未賦予溝槽部之裸露材料所構成的板厚0.2mm的銅合金板
＜雷射光的照射條件＞
(實施例)
以掃描速度10m/min，沿著與複數個溝槽部N交叉的掃描方向呈直線地照射雷射光。
(比較例)
以掃描速度10m/min呈直線地照射雷射光。
＜評價結果＞
圖10係顯示實施例及比較例之雷射光的功率範圍之圖。
(實施例)
如圖10所示般，在實施例，在用2.0kW~2.6kW的範圍之功率照射雷射光時，不會產生非貫穿及燒穿。
圖11A及圖11B係用實施例的下限功率照射雷射光時之照射部位之外觀的影像，圖11A是雷射光的照射側之影像，圖11B是與雷射光的照射側為相反側的影像。
在實施例，在雷射功率2.0kW，如圖11A所示般，在雷射光的照射側形成了與複數個溝槽部N交叉之直線狀的銲道B，如圖11B所示般，在與雷射光的照射側為相反側形成了未產生氣孔、燒穿等缺陷之直線狀的銲道B。
(比較例)
如圖10所示般，在比較例，在用2.2kW~2.6kW的範圍之功率照射雷射光時，不會產生非貫穿及燒穿。
圖12A及圖12B係用比較例的下限功率照射雷射光時之照射部位之外觀的影像，圖12A是雷射光的照射側之影像，圖12B是與雷射光的照射側為相反側的影像。
在比較例，在雷射功率2.2kW，如圖12A所示般，在雷射光的照射側形成了直線狀的銲道B。又如圖12B所示般，在與雷射光的照射側為相反側形成了未產生氣孔、燒穿等缺陷之直線狀的銲道B。
如此般，藉由在被雷射光照射之板材的表面形成複數個溝槽部，且以與該等溝槽部交叉的方式照射雷射光，和未賦予溝槽部的情況相比，在雷射熔接時之雷射光可熔接的功率範圍擴大，而變得能夠輕易地接合。
如此般，本發明並不限定於上述實施方式，將實施方式的各構成互相組合，及根據說明書的記載以及周知技術而讓所屬技術領域具有通常知識者變更、應用，也是本發明的預定事項，而包含在要求保護的範圍。
如以上般，本說明書揭示了以下事項。
(1)一種板材，係與銅或銅合金所構成的被接合側板材重疊並進行雷射熔接之銅或銅合金所構成的板材，
在被雷射光照射的面，沿著前述雷射光的掃描方向隔著間隔賦予與前述雷射光的掃描方向交叉之複數個溝槽部。
依據該板材，以與複數個溝槽部交叉的方式照射雷射光，藉此促進從具有溝槽部之板厚較薄的部分之熱輸入。藉此，可用低功率來形成熔池，足以抑制氣孔、燒穿等缺陷的產生並順利進行該板材和被接合側的板材之雷射熔接。又在和被接合側的板材進行雷射熔接時，可熔接的雷射光之功率範圍擴大，而能夠輕易地接合。
(2)如(1)所記載的板材，前述溝槽部，寬度尺寸為板厚的1倍~2倍，深度尺寸為板厚的1/3以下，節距為板厚的2倍~4倍。
依據該板材，藉由將溝槽部的寬度尺寸、深度尺寸及節距最佳化，可沿著雷射光的掃描方向適度地配置厚度較大的部分。藉此，抑制藉由熱傳導而朝向具有溝槽部的薄化部分之過度的熱輸入，而能夠抑制將板材和被接合側板材熔接時的燒穿。
(3)一種接合體，係將(1)或(2)所記載的板材藉由沿著與前述溝槽部交叉的方向所形成的銲道來和前述被接合側板材接合。
依據該接合體，藉由沿著與溝槽部交叉的方向所形成的銲道，可獲得使板材和被接合側板材良好地接合而構成之接合體。
(4)一種板材之接合方法，係讓(1)或(2)所記載的板材與被接合側板材重疊，
沿著與形成於前述板材之複數個溝槽部交叉的方向照射前述雷射光來將前述板材和前述被接合側板材進行雷射熔接。
依據該板材之接合方法，將板材與被接合側板材重疊，並沿著與複數個溝槽部交叉的方向照射雷射光，藉此可將板材和被接合側板材在抑制燒穿的狀態下良好地接合。
(5)一種板材之製造方法，係與銅或銅合金所構成的被接合側板材重疊並進行雷射熔接之銅或銅合金所構成的板材之製造方法，
在雷射熔接時被雷射光照射之被照射部，藉由雷射加工、輥軋加工或衝壓加工沿著前述雷射光的掃描方向隔著間隔賦予與前述雷射光的掃描方向交叉之複數個溝槽部。
依據該板材之製造方法，在藉由雷射加工來形成溝槽部的情況，可將溝槽部的加工及其和被接合側板材的雷射熔接一併實施，而能將製造工序簡化。又在藉由輥軋加工或衝壓加工來形成溝槽部的情況，因為可挪用一般的生產線，能夠降低製造成本來製造具有溝槽部之銅或銅合金所構成的板材。
又本申請案係主張於2022年3月4日申請之日本專利申請案(特願2022-033611)的優先權，其內容以參照的方式援用於本申請案中。
11:板材
13:板材(被接合側板材)
15:被照射部
15a:一端
15b:另一端
21:溝槽部
23:銲道
25:接合體
100:雷射照射裝置
A:掃描方向
L:雷射光
P:節距
W:寬度尺寸
[圖1]係示意顯示將板材和被接合側的板材進行雷射熔接的樣子之立體圖。
[圖2]係顯示形成於板材的溝槽部之俯視圖。
[圖3]係顯示形成於板材的溝槽部之板材的局部放大俯視圖。
[圖4]係顯示將板材和被接合側的板材進行雷射熔接的樣子之俯視圖。
[圖5]係將板材和被接合側的板材進行雷射熔接而構成的接合體之俯視圖。
[圖6]係形成有其他形狀的溝槽部並進行雷射熔接而構成之接合體的一部分之俯視圖。
[圖7]係形成有溝槽部的板材之影像。
[圖8A]係由板材和被接合側的板材所接合成之接合體中之雷射光的照射側之影像。
[圖8B]係由板材和被接合側的板材所接合成之接合體中之與雷射光的照射側為相反側的影像。
[圖8C]係由板材和被接合側的板材所接合成之接合體中之接合部位的剖面之影像。
[圖9A]係雷射光所致之板材的熔融不足之非貫穿狀態之板材的背面側之影像。
[圖9B]係藉由雷射光產生了燒穿狀態之板材的背面側之影像。
[圖10]係顯示實施例及比較例之雷射光的適當功率範圍之圖。
[圖11A]係用實施例的下限功率照射雷射光之板材的照射側之影像。
[圖11B]係用實施例的下限功率照射雷射光之與板材的照射側為相反側的影像。
[圖12A]係用比較例的下限功率照射雷射光之板材的照射側之影像。
[圖12B]係用比較例的下限功率照射雷射光之與板材的照射側為相反側的影像。
11:板材
13:板材(被接合側板材)
15:被照射部
15a:一端
15b:另一端
21:溝槽部
23:銲道
25:接合體
100:雷射照射裝置
A:掃描方向
L:雷射光
Claims (5)
- 一種板材，係與銅或銅合金所構成的被接合側板材重疊並進行雷射熔接之銅或銅合金所構成的板材， 在被雷射光照射的面，沿著前述雷射光的掃描方向隔著間隔賦予與前述雷射光的掃描方向交叉之複數個溝槽部。
- 如請求項1所述之板材，其中， 前述溝槽部，寬度尺寸為板厚的1倍~2倍，深度尺寸為板厚的1/3以下，節距為板厚的2倍~4倍。
- 一種接合體，係將如請求項1或請求項2所述之板材藉由沿著與前述溝槽部交叉的方向所形成的銲道來和前述被接合側板材接合。
- 一種板材之接合方法，係將如請求項1或請求項2所述之板材與被接合側板材重疊， 沿著與形成於前述板材之複數個溝槽部交叉的方向照射前述雷射光來將前述板材和前述被接合側板材進行雷射熔接。
- 一種板材之製造方法，係與銅或銅合金所構成的被接合側板材重疊並進行雷射熔接之銅或銅合金所構成的板材之製造方法， 在雷射熔接時被雷射光照射之被照射部，藉由雷射加工、輥軋加工或衝壓加工沿著前述雷射光的掃描方向隔著間隔賦予與前述雷射光的掃描方向交叉之複數個溝槽部。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022033611A JP2023128922A (ja) | 2022-03-04 | 2022-03-04 | 板材、接合体、板材の接合方法及び板材の製造方法 |
| JP2022-033611 | 2022-03-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202346775A true TW202346775A (zh) | 2023-12-01 |
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|---|---|---|---|
| TW112107308A TW202346775A (zh) | 2022-03-04 | 2023-03-01 | 板材、接合體、板材之接合方法以及板材之製造方法 |
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| TW (1) | TW202346775A (zh) |
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| JP2012179631A (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-20 | Kobe Steel Ltd | 銅板のへり溶接方法 |
-
2022
- 2022-03-04 JP JP2022033611A patent/JP2023128922A/ja active Pending
-
2023
- 2023-02-20 WO PCT/JP2023/006083 patent/WO2023167045A1/ja unknown
- 2023-03-01 TW TW112107308A patent/TW202346775A/zh unknown
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| WO2023167045A1 (ja) | 2023-09-07 |
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