JPH0615470A - アルミニウムのレーザ溶接方法 - Google Patents
アルミニウムのレーザ溶接方法Info
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- JPH0615470A JPH0615470A JP3179635A JP17963591A JPH0615470A JP H0615470 A JPH0615470 A JP H0615470A JP 3179635 A JP3179635 A JP 3179635A JP 17963591 A JP17963591 A JP 17963591A JP H0615470 A JPH0615470 A JP H0615470A
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- powder
- aluminum
- laser
- groove
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】アルミニウム材の溶接を行うにあたり、溶接割
れを生じることなく、深溶込みを実現し得るアルミニウ
ムのレーザ溶接方法を提供する。 【構成】溶接すべきアルミニウム材に溶接開先加工を施
し、両アルミニウム材を対向させる工程、溶接開先部に
Si粉末を充填し、または、溶接開先部の表面近傍およ
び前記対向させたアルミニウム材間に、有機溶剤に懸濁
させたSi粉末を塗布する工程、Si粉末にレーザビー
ムを集中的に照射し、Si粉末からの伝導熱により前記
アルミニウム材を溶接する工程を順次行うことを特徴と
するアルミニウムのレーザ溶接方法。
れを生じることなく、深溶込みを実現し得るアルミニウ
ムのレーザ溶接方法を提供する。 【構成】溶接すべきアルミニウム材に溶接開先加工を施
し、両アルミニウム材を対向させる工程、溶接開先部に
Si粉末を充填し、または、溶接開先部の表面近傍およ
び前記対向させたアルミニウム材間に、有機溶剤に懸濁
させたSi粉末を塗布する工程、Si粉末にレーザビー
ムを集中的に照射し、Si粉末からの伝導熱により前記
アルミニウム材を溶接する工程を順次行うことを特徴と
するアルミニウムのレーザ溶接方法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムおよび/
またはアルミニウム合金(以下、アルミニウム材とい
う。)の形材同士、形材と板材あるいは板材同士を溶接
割れのないようにレーザ溶接し得るアルミニウムのレー
ザ溶接方法に関するものである。
またはアルミニウム合金(以下、アルミニウム材とい
う。)の形材同士、形材と板材あるいは板材同士を溶接
割れのないようにレーザ溶接し得るアルミニウムのレー
ザ溶接方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザ溶接は、高パワー密度ビームを使
用するので、少ない入熱で溶接でき、周辺部への熱影響
が少なく、溶接歪みが小さいこと、瞬時に溶融を生じさ
せるので、高速で溶接できること、また、ビーム照射位
置を精密に制御できるので、形状が複雑な部品でも簡単
に溶接できること等々の特長があり、すでに鉄鋼の溶接
において実用化されている。アルミニウムについては、
反射率が大きいためにレーザ溶接が難しいとされてきた
が、高出力レーザが開発されるにつれ、実用化の段階に
入ってきつつある。しかし、アルミニウムの場合、レー
ザビームが照射された溶接部に小さな溶融池ができ、熱
伝導性が良好であるために、これが急速に凝固し、収縮
割れ、すなわち溶接割れが生じ、溶接強度を損なう。し
たがって、この溶接割れを防止するために各種の対策が
講じられている。例えば、接合部にAl−Si合金フィラを
挟む方法、接合部にニッケルメッキを施す方法により、
それぞれSiとニッケルを溶接部に溶け込ませ、ともに溶
接部をじん性の高い共晶組織にして溶接割れ感受性を低
下させている。レーザ溶接においてこのフィラを使用可
能とするには、高出力としなければならないが、出力を
上げるにも限度がありまた上がったとしても、前記した
特長を犠牲にしなければならない。そこで、レーザ溶接
の特徴を維持しつつ、溶接割れを生じないアルミニウム
のレーザ溶接方法が望まれている。
用するので、少ない入熱で溶接でき、周辺部への熱影響
が少なく、溶接歪みが小さいこと、瞬時に溶融を生じさ
せるので、高速で溶接できること、また、ビーム照射位
置を精密に制御できるので、形状が複雑な部品でも簡単
に溶接できること等々の特長があり、すでに鉄鋼の溶接
において実用化されている。アルミニウムについては、
反射率が大きいためにレーザ溶接が難しいとされてきた
が、高出力レーザが開発されるにつれ、実用化の段階に
入ってきつつある。しかし、アルミニウムの場合、レー
ザビームが照射された溶接部に小さな溶融池ができ、熱
伝導性が良好であるために、これが急速に凝固し、収縮
割れ、すなわち溶接割れが生じ、溶接強度を損なう。し
たがって、この溶接割れを防止するために各種の対策が
講じられている。例えば、接合部にAl−Si合金フィラを
挟む方法、接合部にニッケルメッキを施す方法により、
それぞれSiとニッケルを溶接部に溶け込ませ、ともに溶
接部をじん性の高い共晶組織にして溶接割れ感受性を低
下させている。レーザ溶接においてこのフィラを使用可
能とするには、高出力としなければならないが、出力を
上げるにも限度がありまた上がったとしても、前記した
特長を犠牲にしなければならない。そこで、レーザ溶接
の特徴を維持しつつ、溶接割れを生じないアルミニウム
のレーザ溶接方法が望まれている。
【0003】このような観点から、従来、図9の(a)
および(b)の突合わせ溶接の例に示すように、溶接す
べきアルミニウム材1a,1bを対向させ、対接部の直
上、あるいは対接部間に、Si粉末2を配置して、同図
の(a′)および(b′)に示すように、このSi粉末
2にレーザ発振器3からレーザビームを照射して、アル
ミニウム材1a,1bを溶接し、溶接部4を形成する方
法が行われている。また、図10の(a)および(b)
の隅肉溶接の例に示すように、溶接すべきアルミニウム
材1a,1bを対向させ、対接部の直上、あるいは対接
部間に、Si粉末2を配置させた状態で、同図の
(a′)および(b′)に示すように、このSi粉末2
にレーザ発振器3からレーザビームを照射して、アウミ
ニウム材1a,1bを溶接し、溶接部4を形成するする
方法も行われている。さらに、図11の(a)および
(b)の重ね溶接の例に示すように、溶接すべきアルミ
ニウム材1a,1bを対向させ、溶接面、あるいは対接
部間に、Si粉末2を配置させた状態で、同図の
(a′)および(b′)に示すように、このSi粉末2
にレーザ発振器3からレーザビームを照射して、アウミ
ニウム材1a,1bを溶接し、溶接部4を形成する方法
も行われている。
および(b)の突合わせ溶接の例に示すように、溶接す
べきアルミニウム材1a,1bを対向させ、対接部の直
上、あるいは対接部間に、Si粉末2を配置して、同図
の(a′)および(b′)に示すように、このSi粉末
2にレーザ発振器3からレーザビームを照射して、アル
ミニウム材1a,1bを溶接し、溶接部4を形成する方
法が行われている。また、図10の(a)および(b)
の隅肉溶接の例に示すように、溶接すべきアルミニウム
材1a,1bを対向させ、対接部の直上、あるいは対接
部間に、Si粉末2を配置させた状態で、同図の
(a′)および(b′)に示すように、このSi粉末2
にレーザ発振器3からレーザビームを照射して、アウミ
ニウム材1a,1bを溶接し、溶接部4を形成するする
方法も行われている。さらに、図11の(a)および
(b)の重ね溶接の例に示すように、溶接すべきアルミ
ニウム材1a,1bを対向させ、溶接面、あるいは対接
部間に、Si粉末2を配置させた状態で、同図の
(a′)および(b′)に示すように、このSi粉末2
にレーザ発振器3からレーザビームを照射して、アウミ
ニウム材1a,1bを溶接し、溶接部4を形成する方法
も行われている。
【0004】このように、Si粉末等を溶接すべきアル
ミニウム材の表面あるいは対接部間に配置し、レーザ光
の吸収率を高める手段自体は、従来公知のものである。
一般に、レーザの吸収率Xは、レーザが照射される金属
材料の電気抵抗率をω(μΩ・cm)とし、レーザの振動
数をνとした場合、 X=(ων)1/2 の関係があり、Siの電気抵抗は、アルミニウムのそれ
に比し十分に高いので、レーザの吸収率は極めて高い。
したがって、Si粉末にレーザビームが照射されると、
レーザビームのエネルギーを吸収し、Si粉末が加熱さ
れる。Siの融点は1420℃と高いのに対して、熱伝
導度が高く、融点が約660℃(純アルミニウムの場
合)と低いアルミニウムは、Si粉末から熱を吸収し、
急速に溶解する。溶解したアルミニウムはSi粉末に接
し、Si粉末を拡散溶解しながらアルミニウムの融点を
下げ、アルミニウム材の内部に浸透し、溶接部を構成す
る。
ミニウム材の表面あるいは対接部間に配置し、レーザ光
の吸収率を高める手段自体は、従来公知のものである。
一般に、レーザの吸収率Xは、レーザが照射される金属
材料の電気抵抗率をω(μΩ・cm)とし、レーザの振動
数をνとした場合、 X=(ων)1/2 の関係があり、Siの電気抵抗は、アルミニウムのそれ
に比し十分に高いので、レーザの吸収率は極めて高い。
したがって、Si粉末にレーザビームが照射されると、
レーザビームのエネルギーを吸収し、Si粉末が加熱さ
れる。Siの融点は1420℃と高いのに対して、熱伝
導度が高く、融点が約660℃(純アルミニウムの場
合)と低いアルミニウムは、Si粉末から熱を吸収し、
急速に溶解する。溶解したアルミニウムはSi粉末に接
し、Si粉末を拡散溶解しながらアルミニウムの融点を
下げ、アルミニウム材の内部に浸透し、溶接部を構成す
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の例で
は、Si粉末がレーザビームのエネルギーを吸収して加
熱され、アルミニウム材がSi粉末から熱を吸収して溶
解し、溶接されるものであるが、Si粉末2を、溶接す
べきアルミニウム材1a,1bの溶接面、あるいは対接
部間に配置させてあるので、エネルギーの放出も多く、
アルミニウム材のSi粉末と隣接する部分が、図9ない
し図11に示す如く、一部しか溶融せず、表層部のみの
溶込みとなり、いわゆる深溶込みを得ることが難しい。
この溶込み深さを大きくするために、レーザの出力を上
げると、溶接後の急速凝固に原因してそれらの溶接ビー
ド部にクラックを生じる、いわゆる溶接割れを起こし、
溶接強度を損なうという問題がある。本発明は、従来技
術が内包するこれらの問題点を解決し、溶接割れを生じ
ることなく、深溶込みを実現し得るアルミニウムのレー
ザ溶接方法を提供することを目的とする。
は、Si粉末がレーザビームのエネルギーを吸収して加
熱され、アルミニウム材がSi粉末から熱を吸収して溶
解し、溶接されるものであるが、Si粉末2を、溶接す
べきアルミニウム材1a,1bの溶接面、あるいは対接
部間に配置させてあるので、エネルギーの放出も多く、
アルミニウム材のSi粉末と隣接する部分が、図9ない
し図11に示す如く、一部しか溶融せず、表層部のみの
溶込みとなり、いわゆる深溶込みを得ることが難しい。
この溶込み深さを大きくするために、レーザの出力を上
げると、溶接後の急速凝固に原因してそれらの溶接ビー
ド部にクラックを生じる、いわゆる溶接割れを起こし、
溶接強度を損なうという問題がある。本発明は、従来技
術が内包するこれらの問題点を解決し、溶接割れを生じ
ることなく、深溶込みを実現し得るアルミニウムのレー
ザ溶接方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの具体的手段として、本発明は、溶接すべきアルミニ
ウム材に溶接開先加工を施し、両アルミニウム材を対向
させる工程、溶接開先部にSi粉末を充填する工程、充
填されたSi粉末にレーザビームを集中的に照射し、S
i粉末からの伝導熱により前記アルミニウム材を溶接す
る工程を順次行うようにしたものである。また、本発明
は、溶接すべきアルミニウム材に溶接開先加工を施し、
両アルミニウム材を対向させる工程、溶接開先部の表面
近傍および前記対向させたアルミニウム材間に、有機溶
剤に懸濁させたSi粉末を塗布する工程、前記有機溶剤
が気化した後Si粉末にレーザビームを集中的に照射
し、Si粉末からの伝導熱により前記アルミニウム材を
溶接する工程を順次行うようにしたものである。
めの具体的手段として、本発明は、溶接すべきアルミニ
ウム材に溶接開先加工を施し、両アルミニウム材を対向
させる工程、溶接開先部にSi粉末を充填する工程、充
填されたSi粉末にレーザビームを集中的に照射し、S
i粉末からの伝導熱により前記アルミニウム材を溶接す
る工程を順次行うようにしたものである。また、本発明
は、溶接すべきアルミニウム材に溶接開先加工を施し、
両アルミニウム材を対向させる工程、溶接開先部の表面
近傍および前記対向させたアルミニウム材間に、有機溶
剤に懸濁させたSi粉末を塗布する工程、前記有機溶剤
が気化した後Si粉末にレーザビームを集中的に照射
し、Si粉末からの伝導熱により前記アルミニウム材を
溶接する工程を順次行うようにしたものである。
【0007】
【作用】上記の手段により、溶接されるべきアルミニウ
ム材は、レーザビームにより加熱されたSi粉末からの
熱を吸収して、急速に溶解する。溶解したアルミニウム
は、溶接開先に充填し、または塗布したSi粉末に接
し、Si粉末を拡散溶解しながらアルミニウムの融点を
下げ、アルミニウム材の内部に浸透し、溶込み深さを大
きくする。
ム材は、レーザビームにより加熱されたSi粉末からの
熱を吸収して、急速に溶解する。溶解したアルミニウム
は、溶接開先に充填し、または塗布したSi粉末に接
し、Si粉末を拡散溶解しながらアルミニウムの融点を
下げ、アルミニウム材の内部に浸透し、溶込み深さを大
きくする。
【0008】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面について説明
する。図1ないし図3は、本発明のアルミニウムのレー
ザ溶接方法に関する第1の実施例について示し、図4な
いし図6は、本発明のアルミニウムのレーザ溶接方法に
関する第2の実施例について示すものである。
する。図1ないし図3は、本発明のアルミニウムのレー
ザ溶接方法に関する第1の実施例について示し、図4な
いし図6は、本発明のアルミニウムのレーザ溶接方法に
関する第2の実施例について示すものである。
【0009】まず、第1の実施例について説明する。図
1は、アルミニウム材1a,1bの端部同士を対向させ
て溶接する突合せ溶接の例で、同図(a)に示す如く、
アルミニウム材1a,1bには、あらかじめ溶接開先部
5が形成されるように、溶接開先加工が施され、その端
部同士を突合せる状態で対向させる。そして、この溶接
開先部5に、同図(b)に示す如く,Si粉末2を充填
する。次いで、同図(c)に示す如く、充填されたSi
粉末2に、レーザ発振器3からレーザビームを集中的に
照射し、Si粉末からの伝導熱によりアルミニウム材1
a,1bを溶接し、溶接部4を形成するものである。
1は、アルミニウム材1a,1bの端部同士を対向させ
て溶接する突合せ溶接の例で、同図(a)に示す如く、
アルミニウム材1a,1bには、あらかじめ溶接開先部
5が形成されるように、溶接開先加工が施され、その端
部同士を突合せる状態で対向させる。そして、この溶接
開先部5に、同図(b)に示す如く,Si粉末2を充填
する。次いで、同図(c)に示す如く、充填されたSi
粉末2に、レーザ発振器3からレーザビームを集中的に
照射し、Si粉末からの伝導熱によりアルミニウム材1
a,1bを溶接し、溶接部4を形成するものである。
【0010】図2は、アルミニウム材1aの端部と同1
bの一面を対向させて溶接する隅肉溶接の例で、同図
(a)に示す如く、アルミニウム材1aには、あらかじ
め溶接開先部5が形成されるように溶接開先加工が施さ
れ、その端部とアルミニウム材1bの一面を対向させ
る。そして、この溶接開先部5に、同図(b)に示す如
くSi粉末2を充填する。次いで、同図(c)に示す如
く、充填されたSi粉末2に、レーザ発振器3からレー
ザビームを集中的に照射し、Si粉末からの伝導熱によ
りアルミニウム材1a,1bを溶接し、溶接部4を形成
するものである。
bの一面を対向させて溶接する隅肉溶接の例で、同図
(a)に示す如く、アルミニウム材1aには、あらかじ
め溶接開先部5が形成されるように溶接開先加工が施さ
れ、その端部とアルミニウム材1bの一面を対向させ
る。そして、この溶接開先部5に、同図(b)に示す如
くSi粉末2を充填する。次いで、同図(c)に示す如
く、充填されたSi粉末2に、レーザ発振器3からレー
ザビームを集中的に照射し、Si粉末からの伝導熱によ
りアルミニウム材1a,1bを溶接し、溶接部4を形成
するものである。
【0011】図3は、アルミニウム材1a,1bを重合
して溶接する重ね溶接の例で、同図(a)に示す如く、
アルミニウム材1aには、あらかじめ溶接開先部5が形
成されるように溶接開先加工が施され、アルミニウム材
1a,1bを対向(重合)させる。そして、この溶接開
先部5に、同図(b)に示す如く、Si粉末2を充填す
る。次いで、同図(c)に示す如く、充填されたSi粉
末2に、レーザ発振器3からレーザビームを集中的に照
射し、Si粉末2からの伝導熱によりアルミニウム材1
a,1bを溶接し、溶接部4を形成するものである。
して溶接する重ね溶接の例で、同図(a)に示す如く、
アルミニウム材1aには、あらかじめ溶接開先部5が形
成されるように溶接開先加工が施され、アルミニウム材
1a,1bを対向(重合)させる。そして、この溶接開
先部5に、同図(b)に示す如く、Si粉末2を充填す
る。次いで、同図(c)に示す如く、充填されたSi粉
末2に、レーザ発振器3からレーザビームを集中的に照
射し、Si粉末2からの伝導熱によりアルミニウム材1
a,1bを溶接し、溶接部4を形成するものである。
【0012】上記の第1の実施例では、溶接開先部5に
充填したSi粉末2に対し、レーザ発振器3からレーザ
ビームを集中的に照射し、Si粉末2がレーザビームの
エネルギーを吸収して加熱される。そして、アルミニウ
ム材がSi粉末から熱を吸収して溶解し、これがSi粉
末に接し、Si粉末を拡散溶解しながらアルミニウムの
融点を下げ、アルミニウム材の内部に浸透するので、十
分な溶込み深さが得られる。なお、前記溶接開先部に充
填するSi粉末は、その粒径が100μ以下のものを採
用すると、レーザビームのエネルギーの吸収率が良く、
有効である。
充填したSi粉末2に対し、レーザ発振器3からレーザ
ビームを集中的に照射し、Si粉末2がレーザビームの
エネルギーを吸収して加熱される。そして、アルミニウ
ム材がSi粉末から熱を吸収して溶解し、これがSi粉
末に接し、Si粉末を拡散溶解しながらアルミニウムの
融点を下げ、アルミニウム材の内部に浸透するので、十
分な溶込み深さが得られる。なお、前記溶接開先部に充
填するSi粉末は、その粒径が100μ以下のものを採
用すると、レーザビームのエネルギーの吸収率が良く、
有効である。
【0013】次に、第2の実施例について説明する。図
4は、アルミニウム材1a,1bの端部同士を対向させ
て溶接する突合せ溶接の例で、同図(a)に示す如く、
アルミニウム材1a,1bには、あらかじめ溶接開先部
5が形成されるように溶接開先加工が施され、その端部
同士を突合せる状態で対向させる。次いで、この溶接開
先部5の表面5′近傍および前記対向させたアルミニウ
ム材1a,1b間に、同図(b)に示す如く、有機溶剤
に懸濁させたSi粉末2を、刷毛または吹付機で塗布す
る。有機溶剤としては、揮発性が高く、かつ、表面張力
が小さく、Si粉末の分散効果が大きい溶剤である、例
えばアセトン、エチルアルコール、メチルアルコール、
ベンゼン、石油系溶剤等が用いられる。そして、前記有
機溶剤が気化した後、Si粉末2に、同図(c)に示す
如く、レーザ発振器3からレーザビームを集中的に照射
し、Si粉末2からの伝導熱によりアルミニウム材1
a,1bを溶接し、溶接部4を形成するものである。S
i粉末を前記した揮発性の高い有機溶剤中で懸濁させる
理由は、塗布後、有機物や水分が残存するのを防止する
ためであり、これらが残存していると、溶接部のブロー
ホールの発生の原因となるからである。
4は、アルミニウム材1a,1bの端部同士を対向させ
て溶接する突合せ溶接の例で、同図(a)に示す如く、
アルミニウム材1a,1bには、あらかじめ溶接開先部
5が形成されるように溶接開先加工が施され、その端部
同士を突合せる状態で対向させる。次いで、この溶接開
先部5の表面5′近傍および前記対向させたアルミニウ
ム材1a,1b間に、同図(b)に示す如く、有機溶剤
に懸濁させたSi粉末2を、刷毛または吹付機で塗布す
る。有機溶剤としては、揮発性が高く、かつ、表面張力
が小さく、Si粉末の分散効果が大きい溶剤である、例
えばアセトン、エチルアルコール、メチルアルコール、
ベンゼン、石油系溶剤等が用いられる。そして、前記有
機溶剤が気化した後、Si粉末2に、同図(c)に示す
如く、レーザ発振器3からレーザビームを集中的に照射
し、Si粉末2からの伝導熱によりアルミニウム材1
a,1bを溶接し、溶接部4を形成するものである。S
i粉末を前記した揮発性の高い有機溶剤中で懸濁させる
理由は、塗布後、有機物や水分が残存するのを防止する
ためであり、これらが残存していると、溶接部のブロー
ホールの発生の原因となるからである。
【0014】図5は、アルミニウム材1aの端部と同1
bの一面を対向させて溶接する隅肉溶接の例で、同図
(a)に示す如く、アルミニウム材1aには、あらかじ
め溶接開先部5が形成されるように溶接開先加工が施さ
れ、その端部とアルミニウム材1bの一面を対向させ
る。そして、この溶接開先部5の表面5′近傍および前
記対向させたアルミニウム材1a,1b間に、同図
(b)に示す如く、有機溶剤に懸濁させたSi粉末2を
塗布する。そして、前記有機溶剤が気化した後、Si粉
末2に、同図(c)に示す如く、レーザ発振器3からレ
ーザビームを集中的に照射し、Si粉末2からの伝導熱
によりアルミニウム材1a,1bを溶接し、溶接部4を
形成するものである。
bの一面を対向させて溶接する隅肉溶接の例で、同図
(a)に示す如く、アルミニウム材1aには、あらかじ
め溶接開先部5が形成されるように溶接開先加工が施さ
れ、その端部とアルミニウム材1bの一面を対向させ
る。そして、この溶接開先部5の表面5′近傍および前
記対向させたアルミニウム材1a,1b間に、同図
(b)に示す如く、有機溶剤に懸濁させたSi粉末2を
塗布する。そして、前記有機溶剤が気化した後、Si粉
末2に、同図(c)に示す如く、レーザ発振器3からレ
ーザビームを集中的に照射し、Si粉末2からの伝導熱
によりアルミニウム材1a,1bを溶接し、溶接部4を
形成するものである。
【0015】図6は、アルミニウム材1a,1bを重合
して溶接する重ね溶接の例で、同図(a)に示す如く、
アルミニウム材1aには、あらかじめ溶接開先部5が形
成されるように溶接開先加工が施され、アルミニウム材
1a,1bを対向(重合)させる。そして、この溶接開
先部5の表面5′近傍および前記対向させたアルミニウ
ム材1a,1b間に、同図(b)に示す如く、有機溶剤
に懸濁させたSi粉末2を塗布する。そして、前記有機
溶剤が気化した後、Si粉末2に、同図(c)に示す如
く、レーザ発振器3からレーザビームを集中的に照射
し、Si粉末2からの伝導熱によりアルミニウム材1
a,1bを溶接し、溶接部4を形成するものである。
して溶接する重ね溶接の例で、同図(a)に示す如く、
アルミニウム材1aには、あらかじめ溶接開先部5が形
成されるように溶接開先加工が施され、アルミニウム材
1a,1bを対向(重合)させる。そして、この溶接開
先部5の表面5′近傍および前記対向させたアルミニウ
ム材1a,1b間に、同図(b)に示す如く、有機溶剤
に懸濁させたSi粉末2を塗布する。そして、前記有機
溶剤が気化した後、Si粉末2に、同図(c)に示す如
く、レーザ発振器3からレーザビームを集中的に照射
し、Si粉末2からの伝導熱によりアルミニウム材1
a,1bを溶接し、溶接部4を形成するものである。
【0016】前記有機溶剤に懸濁させるSi粉末は、そ
の粒径が100μ以下のものを採用すると、粒子間に凝
集力があり、かつ、塗布後アルミニウム材との間に付着
力があり有効である。また、突合せ溶接においては、突
合せ部の間隙の精度を調整し得る効果があり、Si粉末
の粒径を10μ以下とした場合は、より有効である。
の粒径が100μ以下のものを採用すると、粒子間に凝
集力があり、かつ、塗布後アルミニウム材との間に付着
力があり有効である。また、突合せ溶接においては、突
合せ部の間隙の精度を調整し得る効果があり、Si粉末
の粒径を10μ以下とした場合は、より有効である。
【0017】本発明においては、溶接開先に配置させた
Si粉末2に、レーザ発振器3からレーザビームを集中
的に照射するものであるが、特に第2の実施例において
は、溶接開先の形状により、これをより効率的にするこ
とができる。例えば、図7に示すように、溶接開先5の
形状を鋭角に形成した場合、開先中心線6と平行に入射
するレーザビームは、溶接開先5の表面5′に反射して
進むが、開先中心線6とのなす角度が広いと、開先中心
部に収束せずに、外部に放散することになる。溶接開先
5の角度、つまり開先中心線6とのなす角度αと、レー
ザビームの反射回数nとの関係は、α≦90°/(2n
−1)で表され、これを18度以下の鋭角に設定すれ
ば、反射回数nは、3回以上となり、効率的な照射が行
えるものである。また、例えば、図8に示すように、溶
接開先5の形状を円弧状に形成したときは、開先中心線
6と平行に入射するレーザビームは、開先中心部に収束
することとなり、同様に効率的な照射が行えるものであ
る。
Si粉末2に、レーザ発振器3からレーザビームを集中
的に照射するものであるが、特に第2の実施例において
は、溶接開先の形状により、これをより効率的にするこ
とができる。例えば、図7に示すように、溶接開先5の
形状を鋭角に形成した場合、開先中心線6と平行に入射
するレーザビームは、溶接開先5の表面5′に反射して
進むが、開先中心線6とのなす角度が広いと、開先中心
部に収束せずに、外部に放散することになる。溶接開先
5の角度、つまり開先中心線6とのなす角度αと、レー
ザビームの反射回数nとの関係は、α≦90°/(2n
−1)で表され、これを18度以下の鋭角に設定すれ
ば、反射回数nは、3回以上となり、効率的な照射が行
えるものである。また、例えば、図8に示すように、溶
接開先5の形状を円弧状に形成したときは、開先中心線
6と平行に入射するレーザビームは、開先中心部に収束
することとなり、同様に効率的な照射が行えるものであ
る。
【0018】上記の第2の実施例では、溶接開先部5の
表面近傍および対向させたアルミニウム材1a,1b間
に、有機溶剤に懸濁させたSi粉末2を塗布し、有機溶
剤が気化した後、Si粉末に対し、レーザ発振器3から
レーザビームを集中的に照射し、Si粉末がレーザビー
ムのエネルギーを吸収して加熱される。そして、アルミ
ニウム材がSi粉末から熱を吸収して溶解し、これがS
i粉末に接し、Si粉末を拡散溶解しながらアルミニウ
ムの融点を下げ、アルミニウム材の内部に浸透するの
で、十分な溶込み深さが得られる。
表面近傍および対向させたアルミニウム材1a,1b間
に、有機溶剤に懸濁させたSi粉末2を塗布し、有機溶
剤が気化した後、Si粉末に対し、レーザ発振器3から
レーザビームを集中的に照射し、Si粉末がレーザビー
ムのエネルギーを吸収して加熱される。そして、アルミ
ニウム材がSi粉末から熱を吸収して溶解し、これがS
i粉末に接し、Si粉末を拡散溶解しながらアルミニウ
ムの融点を下げ、アルミニウム材の内部に浸透するの
で、十分な溶込み深さが得られる。
【0019】溶接開先部に充填したSi粉末にレーザビ
ームを照射する第1の実施例、および、溶接開先部の表
面近傍とアルミニウム材間に、有機溶剤に懸濁させたS
i粉末を塗布し、有機溶剤の気化後、Si粉末にレーザ
ビームを照射する第2の実施例のそれぞれについて、具
体的な実験を行い、測定された溶込み深さおよび破断強
さの数値を記録した。使用したアルミニウム板材は、A
5052組成で、厚さ2〜4mmを使用し、レーザ溶接条
件は、溶接速度3m/min,シールドガスAr20l/min で
行った。実験は、図1,図4に示す突合せ溶接、図2,
図5に示す隅肉溶接、図3,図6に示す重ね溶接のそれ
ぞれについて行い、比較例としては、溶接開先を形成し
ない図9の突合せ溶接、図10の隅肉溶接、図11の重
ね溶接の場合(比較例1)と、溶接開先を形成せずSi
粉末も配置しないそれぞれの場合(比較例2)について
行った。次の表にその結果を示す。
ームを照射する第1の実施例、および、溶接開先部の表
面近傍とアルミニウム材間に、有機溶剤に懸濁させたS
i粉末を塗布し、有機溶剤の気化後、Si粉末にレーザ
ビームを照射する第2の実施例のそれぞれについて、具
体的な実験を行い、測定された溶込み深さおよび破断強
さの数値を記録した。使用したアルミニウム板材は、A
5052組成で、厚さ2〜4mmを使用し、レーザ溶接条
件は、溶接速度3m/min,シールドガスAr20l/min で
行った。実験は、図1,図4に示す突合せ溶接、図2,
図5に示す隅肉溶接、図3,図6に示す重ね溶接のそれ
ぞれについて行い、比較例としては、溶接開先を形成し
ない図9の突合せ溶接、図10の隅肉溶接、図11の重
ね溶接の場合(比較例1)と、溶接開先を形成せずSi
粉末も配置しないそれぞれの場合(比較例2)について
行った。次の表にその結果を示す。
【表1】 各溶接部の断面のミクロ組織を観察したところ、比較例
2の溶接部においては溶接割れが発見されたが、第1の
実施例および第2の実施例の溶接部では、溶接割れの発
生は皆無であった。
2の溶接部においては溶接割れが発見されたが、第1の
実施例および第2の実施例の溶接部では、溶接割れの発
生は皆無であった。
【0020】
【発明の効果】本発明に係るアルミニウム材のレーザ溶
接方法によれば、溶接されるべきアルミニウム材は、レ
ーザビームにより加熱されたSi粉末からの熱を吸収し
て、急速に溶解する。溶解したアルミニウム材は、溶接
開先部のSi粉末に接し、伝導熱により、Si粉末を拡
散溶解しながらアルミニウムの融点を下げ、合金化して
アルミニウム材の内部に浸透し、溶込み深さを大きくす
る。このように深溶込みが得られることから、溶接部は
破断強さが大であり、アルミニウム材は強固に接合され
る。そして、この溶接部は凝固収縮が小さく、溶接割れ
を生じることがない。これはSi粉末の作用によるもの
と考えられている。一般に、金属は液体から固体になる
とき密度が大きくなるところ、Siは逆に小さくなり、
したがってSiを含有する液体は、Siを含有しない場
合と比較して、液体から固体になるときの凝固収縮が小
さくなることによる。
接方法によれば、溶接されるべきアルミニウム材は、レ
ーザビームにより加熱されたSi粉末からの熱を吸収し
て、急速に溶解する。溶解したアルミニウム材は、溶接
開先部のSi粉末に接し、伝導熱により、Si粉末を拡
散溶解しながらアルミニウムの融点を下げ、合金化して
アルミニウム材の内部に浸透し、溶込み深さを大きくす
る。このように深溶込みが得られることから、溶接部は
破断強さが大であり、アルミニウム材は強固に接合され
る。そして、この溶接部は凝固収縮が小さく、溶接割れ
を生じることがない。これはSi粉末の作用によるもの
と考えられている。一般に、金属は液体から固体になる
とき密度が大きくなるところ、Siは逆に小さくなり、
したがってSiを含有する液体は、Siを含有しない場
合と比較して、液体から固体になるときの凝固収縮が小
さくなることによる。
【図1】(a),(b)および(c)は、本発明の第1
の実施例の突合せ溶接の例について示す各工程の説明図
である。
の実施例の突合せ溶接の例について示す各工程の説明図
である。
【図2】(a),(b)および(c)は、本発明の第1
の実施例の隅肉溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
の実施例の隅肉溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
【図3】(a),(b)および(c)は、本発明の第1
の実施例の重ね溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
の実施例の重ね溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
【図4】(a),(b)および(c)は、本発明の第2
の実施例の突合せ溶接の例について示す各工程の説明図
である。
の実施例の突合せ溶接の例について示す各工程の説明図
である。
【図5】(a),(b)および(c)は、本発明の第2
の実施例の隅肉溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
の実施例の隅肉溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
【図6】(a),(b)および(c)は、本発明の第2
の実施例の重ね溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
の実施例の重ね溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
【図7】本発明の溶接開先の形状の例を示す説明図であ
る。
る。
【図8】本発明の溶接開先の形状の他の例を示す説明図
である。
である。
【図9】(a),(a′)および(b),(b′)は、
従来の突合せ溶接の例について示す各工程の説明図であ
る。
従来の突合せ溶接の例について示す各工程の説明図であ
る。
【図10】(a),(a′)および(b),(b′)
は、従来の隅肉溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
は、従来の隅肉溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
【図11】(a),(a′)および(b),(b′)
は、従来の重ね溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
は、従来の重ね溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。
1a,1b アルミニウム材 2 Si粉末 3 レーザ発振器 4 溶接部 5 溶接開先部 5′ 開先表面 6 開先中心線 α 溶接開先の角度
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年8月7日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】溶接開先部に充填したSi粉末にレーザビ
ームを照射する第1の実施例、および、溶接開先部の表
面近傍とアルミニウム材間に、有機溶剤に懸濁させたS
i粉末を塗布し、有機溶剤の気化後、Si粉末にレーザ
ビームを照射する第2の実施例のそれぞれについて、具
体的な実験を行い、測定された溶込み深さ〔単位:mm〕
および破断強さ(溶接単位長さ当りの強さ)〔単位:kg
・f/cm〕の数値を記録した。使用したアルミニウム板材
は、A5052組成で、厚さ2〜4mmを使用し、レーザ
溶接条件は、溶接速度3m/min,シールドガスAr20l/
min で行った。実験は、図1,図4に示す突合せ溶接、
図2,図5に示す隅肉溶接、図3,図6に示す重ね溶接
のそれぞれについて行い、比較例としては、溶接開先を
形成しない図9の突合せ溶接、図10の隅肉溶接、図1
1の重ね溶接の場合(比較例1)と、溶接開先を形成せ
ずSi粉末も配置しないそれぞれの場合(比較例2)に
ついて行った。次の表にその結果を示す。 ─────────────────────────────────────────────────────
ームを照射する第1の実施例、および、溶接開先部の表
面近傍とアルミニウム材間に、有機溶剤に懸濁させたS
i粉末を塗布し、有機溶剤の気化後、Si粉末にレーザ
ビームを照射する第2の実施例のそれぞれについて、具
体的な実験を行い、測定された溶込み深さ〔単位:mm〕
および破断強さ(溶接単位長さ当りの強さ)〔単位:kg
・f/cm〕の数値を記録した。使用したアルミニウム板材
は、A5052組成で、厚さ2〜4mmを使用し、レーザ
溶接条件は、溶接速度3m/min,シールドガスAr20l/
min で行った。実験は、図1,図4に示す突合せ溶接、
図2,図5に示す隅肉溶接、図3,図6に示す重ね溶接
のそれぞれについて行い、比較例としては、溶接開先を
形成しない図9の突合せ溶接、図10の隅肉溶接、図1
1の重ね溶接の場合(比較例1)と、溶接開先を形成せ
ずSi粉末も配置しないそれぞれの場合(比較例2)に
ついて行った。次の表にその結果を示す。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年7月15日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図9
【補正方法】変更
【補正内容】
【図9】(a−1),(a−2)および(b−1),
(b−2)は、従来の突合せ溶接の例について示す各工
程の説明図である。
(b−2)は、従来の突合せ溶接の例について示す各工
程の説明図である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図10
【補正方法】変更
【補正内容】
【図10】(a−1),(a−2)および(b−1),
(b−2)は、従来の隅肉溶接の例について示す各工程
の説明図である。
(b−2)は、従来の隅肉溶接の例について示す各工程
の説明図である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図11
【補正方法】変更
【補正内容】
【図11】(a−1),(a−2)および(b−1),
(b−2)は、従来の重ね溶接の例について示す各工程
の説明図である。
(b−2)は、従来の重ね溶接の例について示す各工程
の説明図である。
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図9
【補正方法】変更
【補正内容】
【図9】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図10
【補正方法】変更
【補正内容】
【図10】
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図11
【補正方法】変更
【補正内容】
【図11】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 功 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号株 式会社日軽技研内 (72)発明者 河原崎 幸生 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号株 式会社日軽技研内 (72)発明者 堀田 元司 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号株 式会社日軽技研内 (72)発明者 望月 浩行 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号株 式会社日軽技研内
Claims (5)
- 【請求項1】 溶接すべきアルミニウム材に溶接開先加
工を施し、両アルミニウム材を対向させる工程、溶接開
先部にSi粉末を充填する工程、充填されたSi粉末に
レーザビームを集中的に照射し、Si粉末からの伝導熱
により前記アルミニウム材を溶接する工程を順次行うこ
とを特徴とするアルミニウムのレーザ溶接方法。 - 【請求項2】 溶接すべきアルミニウム材に溶接開先加
工を施し、両アルミニウム材を対向させる工程、溶接開
先部の表面近傍および前記対向させたアルミニウム材間
に、有機溶剤に懸濁させたSi粉末を塗布する工程、前
記有機溶剤が気化した後Si粉末にレーザビームを集中
的に照射し、Si粉末からの伝導熱により前記アルミニ
ウム材を溶接する工程を順次行うことを特徴とするアル
ミニウムのレーザ溶接方法。 - 【請求項3】 Si粉末の粒径が100μ以下である請
求項1または請求項2に記載のアルミニウムのレーザ溶
接方法。 - 【請求項4】 溶接開先の形状を、開先中心線とのなす
角度が18度以下の鋭角に形成したことを特徴とする請
求項2に記載のアルミニウムのレーザ溶接方法。 - 【請求項5】 溶接開先の形状を円弧状に形成したこと
を特徴とする請求項2に記載のアルミニウムのレーザ溶
接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3179635A JPH0615470A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | アルミニウムのレーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3179635A JPH0615470A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | アルミニウムのレーザ溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0615470A true JPH0615470A (ja) | 1994-01-25 |
Family
ID=16069215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3179635A Pending JPH0615470A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | アルミニウムのレーザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0615470A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0916443A1 (en) * | 1997-11-18 | 1999-05-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotating member and rotating shaft member, fixing roller, cylindrical member, and cylinder of image forming apparatus, cylindrical member welding method, rotating shaft member manufacturing method, and method of manufacturing developing sleeve of image forming apparatus |
| JP2008137023A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd | レーザ溶接用接合継手および接合体 |
| US8240544B2 (en) * | 2005-08-02 | 2012-08-14 | Linde Aktiengesellschaft | Introduction of nanoparticles |
| CN116060764A (zh) * | 2021-11-01 | 2023-05-05 | 通快(中国)有限公司 | 用于电池的集流体的激光焊接方法和相应的电池 |
| CN119870713A (zh) * | 2025-02-06 | 2025-04-25 | 广东省科学院中乌焊接研究所 | 一种铝合金焊接方法 |
-
1991
- 1991-07-19 JP JP3179635A patent/JPH0615470A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0916443A1 (en) * | 1997-11-18 | 1999-05-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotating member and rotating shaft member, fixing roller, cylindrical member, and cylinder of image forming apparatus, cylindrical member welding method, rotating shaft member manufacturing method, and method of manufacturing developing sleeve of image forming apparatus |
| US8240544B2 (en) * | 2005-08-02 | 2012-08-14 | Linde Aktiengesellschaft | Introduction of nanoparticles |
| JP2008137023A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd | レーザ溶接用接合継手および接合体 |
| CN116060764A (zh) * | 2021-11-01 | 2023-05-05 | 通快(中国)有限公司 | 用于电池的集流体的激光焊接方法和相应的电池 |
| CN119870713A (zh) * | 2025-02-06 | 2025-04-25 | 广东省科学院中乌焊接研究所 | 一种铝合金焊接方法 |
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