(57)【要約】【課題】高強度薄板の重ね隅肉継手に好適なレーザブレージング法を提供する。【解決手段】引張り強さ３９０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度薄鋼板の重ね隅肉継手をろう材として銅合金製ワイヤを使用し、希釈率が１０〜４０％となるように近赤外光あるいは遠赤外光の波長のレーザを用いて、レーザブレージングする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう材として銅合金製ワイヤを使用する，引張り強さ３９０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度薄鋼板の重ね隅肉継手のレーザブレージング法であって，溶着金属の希釈率が１０〜４０％となるように鋼板を溶融させることを特徴とするレーザブレージング方法。
【請求項２】
レーザが近赤外光あるいは遠赤外光の波長のレーザであることを特徴とする請求項１記載のレーザブレージング法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザブレージング法に関し、特に薄鋼板の重ね隅肉継手に用いて好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
被接合材料を溶融させずに，被接合材料よりも低い融点を有するろう材を介して接合を行うブレージングは電子部品、自動車などに広く用いられ、その熱源には，炉加熱，ガス炎，アークまたはレーザなど様々なものが使用されている。
【０００３】
これらのうち、レーザブレージングは，ろう付に要する入熱が小さくて熱歪が発生しにくく部材の精度が保持され，見栄えの良い継手を効率的に作製することができるため自動車車体のような薄鋼板からなる構造部材の重ね隅肉継手の接合に用いられる。
【０００４】
図２は重ね隅肉継手のレーザブレージングを説明する模式図で，下板２に接した上板１のエッジ部にろう材ワイヤ３を供給し，ろう材ワイヤ３のワイヤ径よりも大きなスポット径のレーザビーム４によってろう材ワイヤ３、上板１のエッジ部，下板２の表面を照射，加熱し，ワイヤ供給点とレーザビーム４を同時に移動させることによってろう付けを行う。
【０００５】
一般的に、鋼板のレーザブレージングの場合，銅合金がろう材としてよく使用されるが、銅合金製の溶着金属は鋼板と比較して強度が低く，特に高強度鋼板の継手では軟質の溶着部で継手が形成され、ろう材溶着部そのものが破断することで継手の強度が決定される、いわゆるアンダーマッチング継手となる。
【０００６】
そのため、自動車車体の重ね隅肉継手のレーザブレージングに関しては、その接合強度、更には外観向上を目的に種々の提案がなされている。
【０００７】
特許文献１には、重ね隅肉継手における上板と下板の間に、一定の隙間を設け、溶融したろう材が当該隙間に入り込むことによって接合面積を増大させることが記載されている。
【０００８】
特許文献２は、ビードの肉盛を大きくすることなく、互いに重ね合わせた一対の部材相互間の接合強度を高めるレーザブレージング加工方法およびその装置に関し、重ね隅肉継手の上板と下板の間に隙間確保用ローラを挿入して隙間を設け、溶融ろう材を入り込ませてぬれ面積を拡大させることが記載されている。
【０００９】
また、特許文献３は、多関節ロボットに加工ヘッドと称されるレーザ出射装置を取り付けて曲げ部をレーザブレージングする方法に関し、曲げ部での加工点の移動速度に応じて溶融材料の供給量を調整し、外観部分に盛り上がりなどが発生しないようにすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−５９００９号公報
【特許文献２】特開２００６−１７５４８１号公報
【特許文献３】特許第３５５５６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、自動車車体用鋼板の高強度化は著しく、引張り強さ３９０Ｎ／ｍｍ２以上の鋼板をレーザブレージングして得られる重ね隅肉継手で母材破断が要求されている。
【００１１】
ＪＩＳＺ３３４１ＹＣｕＳｉＢ相当のけい素青銅製ワイヤをろう材として使用したレーザブレージングでは，板厚０．７〜１．０ｍｍ，引張強さ２７０Ｎ／ｍｍ２の軟鋼板の重ね隅肉継手において，母材破断となる継手を得ることが可能であるが、同じワイヤをろう材として使用して適正なブレージングを行っても，引張り強さ３９０Ｎ／ｍｍ２以上の鋼板による継手の引張せん断試験では溶着部が破断し，母材よりも低強度となる。
【００１２】
また、特許文献１は、Ｃｕ−３％Ｓｉ−１％Ｍｎ組成の銅合金製ワイヤをろう材として使用し適正に隙間を設けても，２７０ＭＰａ級の上板が母材破断する程度の強度が得られることを示しているに過ぎず，引張り強さ３９０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度鋼板を対象とするものではない。
【００１３】
高強度鋼板との組合せで継手強度を向上するには，溶着部の強度を高めることが有効であるが，より強度の高いろう材は総じて融点が高くなり，ろう付の作業性が低下する。
【００１４】
銅合金をろう材として用いる場合でも，Ａｌ，Ｎｉ等の合金元素を添加することで溶着部の強度を上げることが可能であるが，合金添加量を増加するとろう材の融点が高くなりろう材を溶融させにくくなるほか，鋼板との濡れ性を低下させることになり，ろう付作業性の低下を招く。
【００１５】
また，合金を添加することによってろう材の製造コストが著しく上昇し，経済的に不利益となることも無視できない。
【００１６】
そこで、本発明は、高価なろう材を用いることなく、引張り強さ３９０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度鋼板による重ね隅肉継手で、母材破断が得られるレーザブレージング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】
【００１７】
発明者らは，上記課題の解決に向けて鋭意研究を重ね，以下の知見を得た。
（１）銅合金製のろう材が溶融して形成される溶着金属にＦｅが混入するとＦｅが銅合金の強化元素として働き，溶着金属中でＣｕ−Ｆｅ合金を形成し，溶着金属の強度を向上させる。
（２）溶着金属にＦｅを混入させるためには、レーザビームの照射条件を調整し，上板および下板鋼板を少量溶融させることが有効である。
（３）鋼板を溶融させることで，鋼板の熱的損傷および熱歪が小さいという本来のレーザブレージングの利点が失われることが懸念されるが，接合速度の速いレーザブレージングにおいては，鋼板を少量溶融させた場合においてもその熱影響は小さく，鋼板溶融量を調整することで熱的損傷および熱歪の発生を抑制することが可能である。
【００１８】
本発明は得られた知見を基に更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１．ろう材として銅合金製ワイヤを使用する，引張り強さ３９０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度薄鋼板の重ね隅肉継手のレーザブレージング法であって，溶着金属の希釈率が１０〜４０％となるように鋼板を溶融させることを特徴とするレーザブレージング方法。
２．レーザが近赤外光あるいは遠赤外光の波長のレーザであることを特徴とする１記載のレーザブレージング法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、引張り強さ３９０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度薄鋼板を母材とする重ね隅肉継手にろう材として安価で作業性の良い、低融点の銅合金ワイヤを使用しても、継手引張試験で母材破断が得られ、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、重ね隅肉継手の溶着金属の希釈率が１０〜４０％となるようにレーザによりろう材とともに鋼板の一部を溶融させることを特徴とする。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例に係る重ね隅肉継手のレーザブレージング法を説明する図で、上板１と下板２で重ね隅肉継手を構成し、隅肉部にレーザを照射して、ワイヤ状のろう材（図では省略）と上板１および下板２の一部を溶融させて、希釈率が１０〜４０％となる溶着金属５を形成する。
【００２２】
希釈率は、継手断面において溶着金属５の面積ｃ、上板１が溶融した溶融部１１の面積ａ、下板２が溶融した溶融部２１の面積ｂとした場合、（ａ＋ｂ）／（ａ＋ｂ＋ｃ）×１００（％）で求められ、ろう材成分が鋼板（上板１と下板２）成分によって希釈された度合を示す。本発明では希釈率の適正範囲を１０〜４０％とする。
【００２３】
希釈率が１０％未満では、溶着金属中のＦｅ量が不足して合金化が十分でなく溶着金属の強度が溶着金属破断を防止できるほど上昇しない。一方、４０％を超えると溶着金属の強度向上効果が飽和し、且つ鋼板の熱影響部および熱歪が増大し、レーザブレージングの利点が失われ、更に、過剰な希釈によりFe-Cu金属間化合物を多量に生成し、溶着金属の割れあるいは強度低下の原因となるので、１０％〜４０％とする。
【００２４】
尚、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ，炭酸ガスレーザ等の近赤外光あるいは遠赤外光の波長のレーザの場合，鋼よりも銅の反射率が高く，銅合金ワイヤを溶融させる条件では，母材となる鋼板のレーザ照射部は銅合金ワイヤの融点を超える温度に加熱され、鋼板を溶融させて希釈率を調整するのに好ましい。
【実施例】
【００２５】
下板に板厚１．２ｍｍ×幅１５０ｍｍ×長さ３００ｍｍ，引張強さ３９０Ｎ／ｍｍ２級の冷延鋼板，上板に板厚０．７ｍｍ×幅１５０ｍｍ×長さ３００ｍｍ，引張強さ３９０Ｎ／ｍｍ２級の冷延鋼板を使用し，線径１．２ｍｍの銅合金ワイヤ（Ｃｕ−３．５％Ｓｉ−１％Ｍｎ，ＪＩＳ  Ｚ  ３３４１  ＹＣｕＳｉＢ相当）をろう材として，重ね代１５ｍｍの重ね隅肉継手のレーザブレージングを行った。
【００２６】
レーザは，Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用し，ビームスポット径を１．８ｍｍとしてレーザ照射を行い，レーザ出力，接合速度を種々変化させて継手を作製した。なお，ここでは，各継手のろう材溶着量が等しくなるよう，ろう材ワイヤの供給速度と接合速度の比率を一定にした。
【００２７】
継手の評価は，希釈率測定，溶着金属硬さ試験および引張せん断試験によって行った。希釈率は接合部の断面観察により求め，溶着金属硬さはビッカース硬さ試験機を用いて溶着金属断面の硬さを荷重9.8N（1kgf）にて５点試験した平均値を求めた。引張せん断試験は幅４０ｍｍの引張試験片を用い、引張せん断強度と破断位置を求めた。結果を表１に示す。
【００２８】
本発明の実施例であるＮｏ．１〜４の継手では，希釈率が１０〜４０％の適正範囲となっているためHV160を超える硬さの高強度の溶着金属が得られ，引張せん断試験において上板母材部での破断となり，１１ｋＮ以上（上板断面積による応力換算で４００Ｎ／ｍｍ２以上）と高い継手強度が得られた。
【００２９】
一方，比較例では，Ｎｏ．５〜７が，希釈率１０％未満であるため溶着金属強度が母材強度に比べて低くなり，溶着金属部で破断し，継手強度は１０ｋＮ未満であった。
【００３０】
また，比較例Ｎｏ．８では，希釈率が４０％を超え，溶着金属強度の向上により高い継手強度が得られたものの，ブレージング後の継手において下板レーザ照射部裏側の酸化，継手の縦曲がりおよび角変形が発生し，レーザ照射による熱影響，熱歪が顕著に現れた。
【００３１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明例。
【図２】レーザブレージング法を説明する図。
【符号の説明】
【００３３】
１    上板
２    下板
３    ろう材
４    レーザ
１１、２１    溶融部
【図１】
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【図２】
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