(57)【要約】【課題】孔の発生を抑制しつつ、接合強度に優れた、異材接合方法を提供すること。【解決手段】第１部材と、前記第１部材よりも融点の高い板状の第２部材とを接合する異材接合方法であって、前記第１部材上に、前記第２部材を配置する工程と、前記第２部材側からレーザ光を照射してレーザ溶接する工程とを有し、前記レーザ溶接において、溶接ビード幅が前記第２部材の板厚と同等の幅となるように制御し、接合部において溶接ビードが断続的なパターンを有することを特徴とする、異材接合方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、前記第１部材よりも融点の高い板状の第２部材とを接合する異材接合方法であって、
前記第１部材上に、前記第２部材を配置する工程と、
前記第２部材側からレーザ光を照射してレーザ溶接する工程とを有し、
前記レーザ溶接において、溶接ビード幅が前記第２部材の板厚と同等の幅となるように制御し、接合部において溶接ビードが断続的なパターンを有することを特徴とする、異材接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異材接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの部材を重ね合わせて、スポット溶接する手法が知られている。スポット溶接の一つの手法として、抵抗スポット溶接が知られている。当該抵抗スポット溶接は、溶接対象となる２つの部材に電流を流し、接触面に発生する抵抗熱により金属を溶解して溶接する手法である。
当該抵抗スポット溶接は、融点の異なる部材を溶接することは困難であった。即ち、融点の低い部材の溶融温度では、融点の高い部材が溶融せずに接合できず、一方、融点の高い部材の溶融温度では、融点の低い部材の溶融が進みすぎて穴が開いてしまうという課題があった。
【０００３】
特許文献１には、融点の異なる材質からなる被溶接素材に対してレーザ光の光軸を融点の高い素材側に照射してこの素材の溶融熱により融点の低い側の素材を溶かして両被溶接素材を溶融接合する、異材の接合方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３６４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の手法は、融点の高い部材が持つ熱により、融点の低い側の素材を溶かすものである。従って、融点の高い素材から十分な熱を供給するため、融点の高い素材は十分な熱容量が必要である。
このため、特許文献１の手法では、融点の高い部材が薄い場合には十分な接合強度が得られにくかった。一方、接合強度を得るためにはスポット径を大きくする必要があり、スポット径を大きくした場合には、融点の高い部材に孔が生じやすいという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、孔の発生を抑制しつつ、接合強度に優れた、異材接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る異材接合方法は、
第１部材と、前記第１部材よりも融点の高い板状の第２部材とを接合する異材接合方法であって、
前記第１部材上に、前記第２部材を配置する工程と、
前記第２部材側からレーザ光を照射してレーザ溶接する工程とを有し、
前記レーザ溶接において、溶接ビード幅が前記第２部材の板厚と同等の幅となるように制御し、接合部において溶接ビードが断続的なパターンを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、孔の発生を抑制しつつ、接合強度に優れた、異材接合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の異材接合方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】図２は、レーザ加工機の構成の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明により得られる接合体の接合部の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】図４は、本発明により得られる接合体のレーザ光照射側から見た接合部の一例を示す模式的な図である。
【図５】図５は、溶接条件を設定する手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、図１を参照して、本発明に係る異材接合方法を説明する。図１は、本発明の異材接合方法の一例を示すフローチャートである。図１の例に示される異材接合方法は、まず被溶接部材である第１部材と、当該第１部材よりも融点の高い板状の第２部材とを準備する。次いで、前記第１部材の接合予定部上に、前記第２部材との接合部をあわせるように配置する（Ｓ１）。別途、後述する溶接条件を設定し（Ｓ２）、第２部材側からレーザ光を照射してレーザ溶接を行う（Ｓ３）。なお、Ｓ１とＳ２の順序は特に限定されず、溶接条件の設定を先に行ってから、第１部材上に第２部材を配置してもよい。
【００１１】
本発明の異材接合方法は、前記レーザ溶接において、溶接ビード幅が前記第２部材の板厚と同等の幅となるように制御することにより、第２部材が板厚の薄い部材であっても、孔を生じることを抑制しながら、接合強度に優れた溶接が可能となる。また、本発明の異材接合方法は、接合部において溶接ビードが断続的なパターンを有することにより、接合部の剛性と、ひずみ量のバランスを制御することができる。
【００１２】
第１部材及び第２部材は、少なくとも溶接部がレーザ溶接可能な金属部である。本発明においては、第１部材の金属部を構成する金属よりも、第２部材の金属部を構成する金属の融点が高ければよく、当該金属の材質は特に限定されない。当該金属としては、単体の金属であっても合金であってもよく、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス、インコネル等が挙げられる。一例として、第１部材の金属がアルミニウム、第２部材の金属が鉄、ステンレス、又はインコネルなどの組合せが挙げられる。
【００１３】
第１部材の形状は特に限定されず、板状に限られず、任意の形状のものを用いることができる。第１部材は、一例として、所定の形状に鋳造された鋳物などであってもよい。
第２部材の形状は、少なくとも接合部となる前記金属部が板状であればよく、他の部分は任意の形状であってよい。本発明において、板状部分の板厚は特に限定されないが、一例として、０．０５ｍｍ〜１ｍｍ、中でも０．１〜０．５ｍｍの範囲で適宜調整することができる。
【００１４】
図２を参照して、レーザ溶接方法について説明する。図２は、レーザ加工機の構成の一例を示す概略図である。図２の例では、第１部材１上に第２部材２が配置された後、当該第２部材側に、レーザヘッド３からレーザ光５を照射してレーザ溶接を行う。レーザヘッド３はスキャナを備えていてもよい。図２において制御部４は、レーザ発振器を含むものとし、レーザの発振、スキャナ、レーザヘッドなどの制御を行う。制御部４によりレーザヘッド３を制御して、レーザ走査を行う。
レーザは溶接用のレーザとして公知のものの中から適宜選択することができる。レーザの一例としてＣＯ２レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザなどが挙げられる。出力やレーザ光の集光性などの点からファイバレーザを用いることが好ましい。レーザ加工機のその他の構成は、従来公知のあらゆる構成から選択することができる。
【００１５】
図３及び図４を参照して、本発明の異材接合方法により形成される溶接部の溶接ビードについて説明する。図３は、本発明により得られる接合体の接合部の一例を示す模式的な断面図である。また図４は、本発明により得られる接合体のレーザ光照射側から見た接合部の一例を示す模式的な図である。図３の例に示されるように、溶接ビード６の溶接ビード幅７を第２部材２の板厚と同等に制御することにより、第２部材２側の金属が第１部材側に溶け込むことにより溶接することができる。このとき第１部材側の溶接幅８は、レーザ光のスポット径程度であることが好ましい。本発明において、溶接ビード幅７と第２部材の板厚が同等な範囲とは、一例として、溶接ビード幅が板厚の５０〜２００％の幅であり、好ましくは、７０〜１２０％の幅である。溶接ビード幅は、レーザ出力及び照射時間により制御することができる。レーザ光を高出力で短時間照射することにより、溶接ビード幅を狭く制御できる傾向にある。レーザ出力は、例えば１００〜５００Ｗの範囲で適宜調整することができる。また、溶接速度は、例えば１０〜１０００ｍｍ／ｓの範囲で適宜調整することができる。
【００１６】
また図４に示されるように本発明の異材接合方法により形成される溶接部の溶接ビードは、溶接間隔１０が設けられた断続的なパターンを有する。ビード長９及び溶接間隔１０は、溶接後の接合体の目的に応じて適宜調整すればよい。ビード長を長くすることにより溶接体が高い剛性を得ることができる。また、溶接間隔を大きくすることによりひずみを小さくすることができる。
例えば第２部材として歪ゲージを用いる場合には、ビード長及び溶接間隔を調整することにより、接合強度（耐久性）とひずみ出力（感度）とを所望のバランスに調整することができる。
【００１７】
次に図５を参照して、溶接条件の設定方法を説明する。図５は、溶接条件を設定する手順の一例を示すフローチャートである。図５の例に示される溶接条件の設定方法は、まず溶接対象となる第１部材及び第２部材と同等の試験用第１部材及び試験用第２部材を準備して配置する（Ｓ１１）。別途、仮溶接条件を設定し（Ｓ１２）、仮溶接条件により第２部材側からレーザ光を照射してレーザ溶接を行う（Ｓ１３）。溶接ビードを観察し、ビード幅が板厚と同等であれば、仮溶接条件を、溶接条件として設定することができる（Ｓ１４）。一方、ビード幅が板厚と同等でない場合には、仮溶接条件を変更して再度溶接条件の検討を行う。このようにして、溶接条件を決定することができる。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、これらの記載により本発明を制限するものではない。
【００１９】
［部材とレーザ加工機の構成］
第１部材としてアルミ製の鋳物を準備した。また、第２部材として、接合部がステンレス（ＳＵＳ３２１）で、板厚が０．１ｍｍの歪ゲージを準備した。
レーザ加工機の構成は、レーザ発振器として、シングルモードファイバレーザ（ＩＰＧ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ製  ＹＬＳ−２０００−ＳＭ）を用いた。
【００２０】
［実施例１］
実施例１では、溶接ビード幅が０．０７〜０．１ｍｍ幅となるようにレーザ出力と溶接速度を調整した。
前記第１部材上に、前記第２部材を配置し、前記第２部材側から、上記の溶接条件により、レーザ溶接を行い、溶接ビード幅が０．０７〜０．１ｍｍ幅の接合体を得た。
【００２１】
［比較例１］
比較例１では、当該溶接条件を変更した以外は、実施例１と同様にして、溶接ビード幅が０．３〜０．４ｍｍの接合体を得た。
【００２２】
上記実施例１及び比較例１で得られた接合体に対して、温度サイクル試験を行った。
比較例１は、常温から４００℃までの温度サイクル試験において、接合部の剥がれ生じ接合強度が不十分であった。
一方、実施例１では、常温から５００℃までの温度サイクル試験を行った場合であっても剥がれが生じず、優れた接合強度を有することが明らかとなった。
このように、本発明の異材接合方法によれば、板厚の薄い部材を用いた場合であっても、孔の発生を抑制しつつ、接合強度に優れた接合体が得られることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００２３】
１    第１部材
２    第２部材
３    レーザヘッド
４    制御部
５    レーザ光
６    溶接ビード
７    溶接ビード幅
８    溶接幅
９    溶接ビード長
１０  溶接間隔
１００  接合体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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