(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムメッキ鋼板を重ね合わせてアルミニウムメッキ鋼板の母材を設ける工程と、この重ね合わせたアルミニウムメッキ鋼板のうちの一方のアルミニウムメッキ鋼板側からレーザビームを照射する工程と、このレーザビームを照射した部分に当該レーザビームによって溶融池を形成する工程と、この形成された溶融池にアルミニウム合金のフィラワイヤをその端部から強制的に供給する工程とを有し、これによって前記フィラワイヤと前記母材とによる合金部を形成することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記フィラワイヤがマグネシウムを含んだアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームのエネルギを用いて、金属の部分的強化や異種金属接合等を行うためのレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部分的強化のための従来のレーザ溶接方法は、次のようなものである。母材の金属の強化したい部分に、粉体状又はペースト状にした溶加材を塗り、レーザビームを照射する。異種金属接合のための従来のレーザ溶接方法、次のようなものである。異種金属同士を重ね合わせ、一方の金属側からレーザビームを照射する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者のレーザ溶接方法では、溶加材を粉体状又はペースト状にする工程が複雑である、粉体爆発の可能性がある、溶加材が飛散しやすいのでガスによるシーリングが困難である、溶加材の供給量制御が困難である、歩留りが悪い、残留物が発生する等の多くの不都合があった。後者のレーザ溶接方法では、接合部分で偏析が生じることにより強度が低下する等の不都合があった。
【０００４】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、溶加材の製造が容易かつ施工が容易であり、しかも接合部分での偏析を抑制することにより強度を向上させた、レーザ溶接方法及び装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、母材にレーザビームを照射して生じた溶融池に、フィラワイヤを供給したところ、フィラワイヤと母材とが極めて均一に混じり合うことを発見した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【０００６】
すなわち、本発明に係るレーザ溶接方法は、アルミニウムメッキ鋼板を重ね合わせてアルミニウムメッキ鋼板の母材を設ける工程と、この重ね合わせたアルミニウムメッキ鋼板のうちの一方のアルミニウムメッキ鋼板側からレーザビームを照射する工程と、このレーザビームを照射した部分に当該レーザビームによって溶融池を形成する工程と、この形成された溶融池にアルミニウム合金のフィラワイヤをその端部から強制的に供給する工程とを有し、これによって前記フィラワイヤと前記母材とによる合金部を形成することを特徴とする。
【０００７】
母材にフィラワイヤを置いてレーザビームを照射しても、通常の重ね溶接と変わりはなかった。これに対し、前述のように、溶融池に強制的にフィラワイヤを供給すると、フィラワイヤと母材とが均一に混じり合った。その理由は、溶融池に供給されたフィラワイヤが、蒸気金属の発散や溶融金属の対流によって極めて均一に分散したためと考えられる。以上のことは、本発明者が溶接現象の観測及び合金部の元素分析により明らかにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るレーザ溶接方法の第一実施形態を示す概略断面図である。図１〔１〕はレーザビーム照射時を示し、図１〔２〕はレーザビーム照射後を示す。以下、この図面に基づき説明する。
【０００９】
本実施形態のレーザ溶接方法は、アルミニウムメッキ鋼板の母材１０Ａ，１０Ｂにレーザビーム１２を照射し、これによって生じた溶融池１４にアルミニウム合金のフィラワイヤ１６を供給することにより、フィラワイヤ１６と母材１０Ａ，１０Ｂとの合金部１８を形成するものである。なお、溶融池１４として表示した部分には、図示しないが、蒸気金属やキーホール等が存在している。
【００１０】
アルミニウムメッキ鋼板１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ鋼板２０の表面及び裏面にアルミニウム２２がメッキされたものである。ただし、図面では、アルミニウム２２を便宜上厚く示している。アルミニウムメッキ鋼板１０Ａ，１０Ｂを重ね合わせ、アルミニウムメッキ鋼板１０Ａ側からレーザビーム１２を照射する。そして、照射された部分に生じた溶融池１４にフィラワイヤ１６を供給すると、合金部１８が形成される。
【００１１】
合金部１８では、フィラワイヤ１６と母材３０とが均一に混じり合った。その理由は、溶融池１４において、レーザビーム１２のエネルギによりフィラワイヤ１６及び母材３０の蒸気金属が発散したり溶融金属が対流したりすることにより、これらの金属が極めて均一に分散したためと考えられる。
【００１２】
図２は、図１のレーザ溶接方法によって形成された合金部断面を、Ｘ線マイクロアナライザによって元素分析した結果を示す写真である。以下、図１及び図２に基づき説明する。
【００１３】
アルミニウムメッキ鋼板１０Ａ，１０Ｂの厚さは0.85[mm]である。フィラワイヤ１６は、アルミニウムの他にマグネシウムも含んでいる。図２〔１〕はアルミニウムの場合を示し、図中の白い部分がアルミニウムである。図示のとおり、アルミニウムは極めて均一に分散していた。また、図示しないが、マグネシウムも同様に極めて均一に分散していた。図２〔２〕は鉄の場合を示し、図中の白い部分が鉄である。図示のとおり、鉄は極めて均一に分散していた。本実施形態によれば、通常の合金化方法では不可能な量のアルミニウムを、母材の鉄に均一に混ぜることができた。
【００１４】
図３は、本実施形態の比較例としての、従来のレーザ溶接方法を示す概略断面図である。図３〔１〕はレーザビーム照射時を示し、図３〔２〕はレーザビーム照射後を示す。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同一部分は同一符号を付すことにより重複説明を省略する。
【００１５】
アルミニウムメッキ鋼板１０Ａ，１０Ｂを重ね合わせ、アルミニウムメッキ鋼板１０Ａ側からレーザビーム１２を照射する。すると、照射された部分を中心にして溶融層２４、その外側に偏析層２６がそれぞれ形成される。偏析層２６は、主にアルミニウムメッキ成分からなる。しかしながら、溶融層２４は欠陥が多く、偏析層２６は固くかつ脆いため、接合強度はほとんどない。したがって、従来、アルミニウムメッキ鋼板のレーザ溶接は不可能と考えられていた。
【００１６】
図４は、本発明に係るレーザ溶接方法の第二実施形態を示す概略斜視図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００１７】
本実施形態のレーザ溶接方法は、アルミニウム合金の母材３０にレーザビーム１２を照射し、これによって生じた溶融池３２にフィラワイヤ３４を供給することにより、フィラワイヤ３４と母材３０との合金部３６を形成するものである。レーザビーム１２及びフィラワイヤ３４は共に矢印３８の方向へ進み、更にフィラワイヤ３４は矢印４０の方向へ送り込まれる。
【００１８】
フィラワイヤ３４は、鉄、ステンレス、チタン又は銅等である。これにより、合金部３６は、フィラワイヤ３４と母材３０とが均一に混じり合って、極めて緻密で強固な合金強化層となる。特に、母材３０としてアルミニウム合金、フィラワイヤ３４として銅を用いた場合は、母材３０の三倍以上の硬度を有する合金部３６が得られた。
【００１９】
例えばアルミニウム合金製のエンジン部品の摺動部分に、本実施形態を用いて合金強化層を形成することにより、耐磨耗性を向上できる。また、シリンダブロック、クランクケース、カムシャフト等に本実施形態を適用すれば、容易かつ短時間で、品質のよい合金強化層を形成できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ溶接方法によれば、母材にレーザビームを照射して生じた溶融池に、フィラワイヤを供給することにより、フィラワイヤと母材とが極めて均一に混じり合った合金部を形成できる。したがって、フィラワイヤという製造が容易で取り扱いやすい溶加材を用いることができるので、施工を容易化できる。しかも、偏析等の発生を抑制できるので、接合部分の強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るレーザ溶接方法の第一実施形態を示す概略断面図である。図１〔１〕はレーザビーム照射時を示し、図１〔２〕はレーザビーム照射後を示す。
【図２】  図１のレーザ溶接方法によって形成された合金部断面を、Ｘ線マイクロアナライザによって元素分析した結果を示す写真である。図２〔１〕はアルミニウムであり、図〔２〕は鉄である。
【図３】  第一実施形態の比較例としての、従来のレーザ溶接方法を示す概略断面図である。図３〔１〕はレーザビーム照射時を示し、図３〔２〕はレーザビーム照射後を示す。
【図４】  本発明に係るレーザ溶接方法の第二実施形態を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ，３０  母材
１２  レーザビーム
１４  溶融池
１６，３４  フィラワイヤ
１８，３６  合金部
【図１】
0003780706.tif 000002
【図２】
0003780706.tif 000003
【図３】
0003780706.tif 000004
【図４】
0003780706.tif 000005