JP2016121385A - Aluminum alloy sheet for case and case - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum alloy sheet for case capable of suppressing cracks by a laser weld and a case using the same.SOLUTION: An aluminum alloy sheet for case has a chemical composition consisting of Si: 2.0% or more and 11.0% or less (mass%, the same shall apply hereinafter), Fe: over 0% and 2.0% or less and the balance Al with inevitable impurities. The aluminum alloy sheet for case also has elongation of 8% or more. The aluminum alloy sheet for case has second phase particles containing Si and Fe in an Al matrix and equivalent circle diameter of the second phase particle is 17 μm or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数のアルミニウム合金部材をレーザ溶接により接合して作製されるケースに好適なケース用アルミニウム合金板に関する。   The present invention relates to a case aluminum alloy plate suitable for a case produced by joining a plurality of aluminum alloy members by laser welding.

例えば二次電池の外装や電子機器の筐体等には、複数のアルミニウム合金部材よりなるケースが用いられている。この種のケースは、内容物を収容した状態で複数のアルミニウム合金部材を溶接して形成する。そのため、アルミニウム合金部材を溶接した際に溶接継手が完全溶込みとなった場合には、溶接時の熱等が内容物に悪影響を及ぼすおそれがある。   For example, a case made of a plurality of aluminum alloy members is used for an exterior of a secondary battery, a casing of an electronic device, and the like. This type of case is formed by welding a plurality of aluminum alloy members in a state where the contents are accommodated. For this reason, when the welded joint becomes completely infiltrated when the aluminum alloy member is welded, there is a possibility that heat during welding may adversely affect the contents.

かかる問題を回避するため、通常、アルミニウム合金部材の溶接には、部分溶込みの実現が容易なレーザ溶接が多用されている。アルミニウム合金部材の溶接にレーザ溶接を採用することにより、溶接により生じる歪みを抑制できる、レーザ溶接部の位置精度を高くすることができる等のメリットを得ることも可能となる。   In order to avoid such a problem, usually, laser welding that facilitates partial penetration is often used for welding of aluminum alloy members. By adopting laser welding for welding of the aluminum alloy member, it is possible to obtain merits such as suppressing distortion caused by welding and increasing the positional accuracy of the laser welded portion.

従来、アルミニウム合金部材は、3000系アルミニウム合金や5000系アルミニウム合金等の、レーザ溶接が可能であり、かつ、強度の高いアルミニウム合金からなる板材より構成されている(例えば、特許文献1〜2)。アルミニウム合金部材を上記の材質より構成することにより、ケースの耐久性を向上させることができる。   Conventionally, an aluminum alloy member is made of a plate material made of a high strength aluminum alloy that can be laser welded, such as a 3000 series aluminum alloy or a 5000 series aluminum alloy (for example, Patent Documents 1 and 2). . The durability of the case can be improved by configuring the aluminum alloy member from the above material.

特開2012−82506号公報JP 2012-82506 A 特開2012−153982号公報JP 2012-153982 A

従来のアルミニウム合金部材は、アルミニウム合金の中で比較的高い融点を有する3000系アルミニウム合金や5000系アルミニウム合金を用いているため、出力の大きいレーザを用いてアルミニウム合金部材の溶接を行う必要がある。しかし、レーザ出力を大きくするとアルミニウム合金部材の溶融量が多くなるため、溶融金属が凝固する際の凝固収縮が大きくなり易い。そのため、3000系アルミニウム合金等からなる従来のケースは、レーザ溶接における割れ感受性が高く、溶接後にルート面上の溶融部と未溶融部との境界に割れが生じ易いという問題がある。   Since the conventional aluminum alloy member uses a 3000 series aluminum alloy or a 5000 series aluminum alloy having a relatively high melting point among the aluminum alloys, it is necessary to weld the aluminum alloy member using a laser having a large output. . However, when the laser output is increased, the amount of melting of the aluminum alloy member increases, so that the solidification shrinkage when the molten metal solidifies tends to increase. Therefore, the conventional case made of a 3000 series aluminum alloy or the like has a high susceptibility to cracking in laser welding, and there is a problem that cracks are likely to occur at the boundary between the melted part and the unmelted part on the root surface after welding.

かかる問題を回避するため、従来のケースにおいては、パルスレーザを用いて溶接を行うことにより、レーザ照射時のアルミニウム合金部材の溶融量を低減して割れの抑制を図っている。しかし、従来のケースは、溶接速度が速い場合には依然として割れの発生を抑制することが困難である。また、パルスレーザを用いたレーザ溶接は、レーザを間欠照射するという原理上の問題により、被溶接部の全長に亘って連続したレーザ溶接部を形成することが難しい。それ故、例えば電池ケース等のケースを密封する必要がある用途においては、溶接速度をより遅くして溶接を行わなければならない。   In order to avoid such a problem, in the conventional case, welding is performed using a pulsed laser, thereby reducing the melting amount of the aluminum alloy member during laser irradiation and suppressing cracking. However, in the conventional case, it is still difficult to suppress the occurrence of cracks when the welding speed is high. Further, in laser welding using a pulsed laser, it is difficult to form a laser welded part that is continuous over the entire length of the welded part due to the principle problem of intermittent laser irradiation. Therefore, in applications where it is necessary to seal a case such as a battery case, welding must be performed at a slower welding speed.

以上のように、従来のケースは、3000系アルミニウム合金や5000系アルミニウム合金の割れ感受性が高いため、溶接速度の高速化には限界がある。溶接速度をより高速化してケースの生産性を向上させるために、レーザ溶接を行う際に従来よりも割れにくいアルミニウム合金板が強く望まれていた。   As described above, the conventional case has a high cracking sensitivity of 3000 series aluminum alloys and 5000 series aluminum alloys, and thus there is a limit to increasing the welding speed. In order to increase the welding speed and improve the productivity of the case, there has been a strong demand for an aluminum alloy plate that is less susceptible to cracking when performing laser welding.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、レーザ溶接による割れを抑制できるケース用アルミニウム合金板及びそれを用いてなるケースを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide an aluminum alloy plate for a case that can suppress cracking due to laser welding, and a case using the same.

本発明者らは、鋭意検討の結果、ケースを構成するアルミニウム合金部材を、従来は溶加材やクラッド板の皮材として用いられているAl−Si系合金板から構成することにより、ケースに要求される機械的特性等を確保しつつ、レーザ溶接による割れを抑制できることを見出した。   As a result of intensive studies, the present inventors have made an aluminum alloy member constituting the case from an Al—Si based alloy plate conventionally used as a skin material for a filler material or a clad plate. It has been found that cracking due to laser welding can be suppressed while ensuring the required mechanical properties and the like.

即ち、本発明の一態様は、レーザ溶接性に優れたケース用アルミニウム合金板であって、
Si:2.0%以上11.0%以下(質量%、以下同じ)、Fe:0%超え2.0%以下を含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有し、
伸びが8%以上であり、
Alマトリクス中にSiまたはFeを含む第二相粒子が存在しており、
該第二相粒子の円相当径は17μm以下であることを特徴とするケース用アルミニウム合金板にある。
That is, one aspect of the present invention is an aluminum alloy plate for a case excellent in laser weldability,
Si: 2.0% or more and 11.0% or less (mass%, the same shall apply hereinafter), Fe: containing 0% to 2.0% or less, the balance having chemical components consisting of Al and inevitable impurities,
Elongation is 8% or more,
There are second phase particles containing Si or Fe in the Al matrix,
The equivalent circle diameter of the second phase particles is 17 μm or less.

本発明の他の態様は、少なくとも2つのアルミニウム合金部材と、これらを接合するレーザ溶接部とを有するケースであって、
上記アルミニウム合金部材の少なくとも1つが上記の態様のケース用アルミニウム合金板から構成されていることを特徴とするケースにある。
Another aspect of the present invention is a case having at least two aluminum alloy members and a laser welded portion for joining them.
At least one of the aluminum alloy members is composed of the case aluminum alloy plate according to the above aspect.

上記ケース用アルミニウム合金板(以下、適宜「アルミニウム板」という。)は、従来の3000系アルミニウム合金等に比べて融点が低いAl−Si系合金より構成されている。そのため、上記アルミニウム板は、従来より出力の低いレーザを用いて溶接を行うことができ、レーザ照射時のアルミニウム合金部材の溶融量を容易に低減することができる。さらに、上記アルミニウム板は、Al−Si系合金より構成されているため、3000系アルミニウム合金等に比べて凝固時の収縮率が小さい。これらの結果、上記アルミニウム板は、3000系アルミニウム合金等に比べて割れ感受性が低く、レーザ溶接後の割れを抑制することができる。   The case aluminum alloy plate (hereinafter referred to as “aluminum plate” as appropriate) is made of an Al—Si alloy having a lower melting point than that of a conventional 3000 series aluminum alloy or the like. Therefore, the aluminum plate can be welded using a laser having a lower output than before, and the melting amount of the aluminum alloy member during laser irradiation can be easily reduced. Furthermore, since the aluminum plate is made of an Al—Si alloy, the shrinkage rate during solidification is smaller than that of a 3000 aluminum alloy or the like. As a result, the aluminum plate is less susceptible to cracking than 3000 series aluminum alloys and the like, and can suppress cracking after laser welding.

また、上記アルミニウム板は、上記特定の範囲の円相当径を備えた上記第二相粒子を有している。これにより、溶融金属の突沸等に起因する溶接不良やレーザ溶接時の異常溶込みを抑制し、被溶接部の全長に亘って健全なレーザ溶接部を容易に形成することができる。   Moreover, the said aluminum plate has the said 2nd phase particle | grains provided with the circle | round | yen equivalent diameter of the said specific range. Thereby, the welding failure resulting from bumping of the molten metal or abnormal penetration during laser welding can be suppressed, and a sound laser welded portion can be easily formed over the entire length of the welded portion.

また、上記アルミニウム板は、上記特定の化学成分、上記特定の範囲の伸び及び上記特定の範囲の円相当径を備えた上記第二相粒子を有している。上記アルミニウム板は、これらを全て具備することにより、ケースに要求される機械的特性を比較的容易に満足することができる。即ち、上記アルミニウム板は、上記の構成を全て具備することにより、従来のAl−Si系合金のような溶加材やクラッド板の皮材としての使用ではなく、ケースの構造材としての使用が可能となったのである。   The aluminum plate includes the second phase particles having the specific chemical component, the elongation in the specific range, and the equivalent circle diameter in the specific range. By providing all of these, the aluminum plate can satisfy the mechanical properties required for the case relatively easily. In other words, the aluminum plate has all the above-described configurations, so that it can be used as a case structural material, not as a filler material such as a conventional Al-Si alloy or a cladding material of a clad plate. It became possible.

以上のように、上記アルミニウム板は、レーザ溶接による割れを抑制できると共に、ケースに要求される機械的特性を比較的容易に満足することができる。それ故、上記アルミニウム板は、ケースを構成するアルミニウム合金部材の材料として好適に用いることができる。   As described above, the aluminum plate can suppress cracking due to laser welding and can relatively easily satisfy the mechanical characteristics required for the case. Therefore, the said aluminum plate can be used suitably as a material of the aluminum alloy member which comprises a case.

上記ケースは、少なくとも2つのアルミニウム合金部材と、これらを接合するレーザ溶接部とを有しており、上記アルミニウム合金部材の少なくとも1つが上記の態様のケース用アルミニウム合金板から構成されている。それ故、上記ケースは、溶接速度の高速化が容易であり、生産性を容易に向上させることができる。   The case has at least two aluminum alloy members and a laser welded portion for joining them, and at least one of the aluminum alloy members is composed of the case aluminum alloy plate of the above aspect. Therefore, the case can easily increase the welding speed, and can easily improve the productivity.

実施例における、ケースの斜視図。The perspective view of the case in an Example. 実施例における、ケースに形成されたレーザ溶接部の一例を示す拡大平面図。The enlarged plan view which shows an example of the laser welding part formed in the case in an Example. 図2のIII−III線一部矢視断面図。FIG. 3 is a partial cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 図2のIV−IV線一部矢視断面図。FIG. 4 is a partial cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2. 実験例における、被溶接部に摩擦攪拌処理を施した供試材の平面図。The top view of the test material which gave the friction stirring process to the to-be-welded part in an experiment example. 実験例における、レーザ溶接部のビードの一例を示す拡大平面図。The enlarged plan view which shows an example of the bead of a laser welding part in an experiment example.

上記アルミニウム板について、以下に詳説する。   The aluminum plate will be described in detail below.

・Si(シリコン):2.0%以上11.0%以下
Siは、上記アルミニウム板の融点を低下させ、溶接に必要なエネルギーを低減する作用を有する。Siの含有量を上記特定の範囲とすることにより、従来よりも出力の低いレーザを用いて溶接を行うことができる。また、上記アルミニウム板にSiが含まれていることにより、レーザ照射により生じた溶融金属の凝固収縮を小さくすることができる。これらの結果、上記アルミニウム板の割れ感受性を低下させ、レーザ溶接後の割れを抑制することができる。
Si (silicon): 2.0% or more and 11.0% or less Si has a function of reducing the melting point of the aluminum plate and reducing energy required for welding. By setting the Si content within the above specific range, welding can be performed using a laser having a lower output than conventional. Further, since Si is contained in the aluminum plate, solidification shrinkage of the molten metal caused by laser irradiation can be reduced. As a result, it is possible to reduce the cracking sensitivity of the aluminum plate and suppress cracking after laser welding.

Siの含有量が2.0%未満の場合には、上記の作用が不十分となり、レーザ溶接後に割れが発生しやすくなる。一方、Siの含有量が11.0%を超える場合には、上記アルミニウム板の伸びが低下し、例えばプレス加工による絞り成形等の際に割れが発生しやすくなるおそれがある。レーザ溶接後の割れを抑制すると共にプレス加工における加工性を向上させるため、Siの含有量は2.0%以上11.0%以下とする。同様の観点から、Siの含有量を5.0%以上10.0%以下とすることが好ましい。   When the Si content is less than 2.0%, the above effect is insufficient, and cracking is likely to occur after laser welding. On the other hand, when the content of Si exceeds 11.0%, the elongation of the aluminum plate is lowered, and there is a risk that cracks are likely to occur during, for example, drawing by press working. In order to suppress cracking after laser welding and improve workability in press working, the Si content is set to 2.0% or more and 11.0% or less. From the same viewpoint, the Si content is preferably 5.0% or more and 10.0% or less.

Fe(鉄):0%超え2.0%以下
Feは、レーザを照射した際に上記アルミニウム板を溶融させやすくする作用を有する。Feの含有量を上記特定の範囲とすることにより従来よりも出力の低いレーザを用いて溶接を行い、レーザ照射により生じた溶融金属の凝固収縮を小さくすることができる。その結果、レーザ溶接後の割れを抑制することができる。
Fe (iron): more than 0% and not more than 2.0% Fe has an effect of facilitating melting of the aluminum plate when irradiated with a laser. By setting the Fe content within the above specific range, welding can be performed using a laser having a lower output than before, and solidification shrinkage of the molten metal caused by laser irradiation can be reduced. As a result, cracking after laser welding can be suppressed.

Feの含有量が2.0%を超える場合には、上記アルミニウム板の伸びが低下し、例えばプレス加工による絞り成形等の際に割れが発生しやすくなるおそれがある。それ故、レーザ溶接後の割れの抑制及び加工性の観点から、Feの含有量は0%超え2.0%以下とする。同様の観点から、Feの含有量を0%超え1.0%以下とすることが好ましい。   When the Fe content exceeds 2.0%, the elongation of the aluminum plate is lowered, and there is a risk that cracks are likely to occur during, for example, drawing by press working. Therefore, from the viewpoint of suppression of cracking after laser welding and workability, the Fe content is set to more than 0% and not more than 2.0%. From the same point of view, the Fe content is preferably set to more than 0% and 1.0% or less.

・Sr(ストロンチウム):0.005%以上0.1%以下
上記アルミニウム板は、更に、上記特定の範囲のSrを含んでいても良い。Srは、後述する第二相粒子のうち、Siを含む第二相粒子を微細化する作用を有している。それ故、上記特定の範囲のSrを含む上記アルミニウム板は、より優れたレーザ溶接性を有すると共に、より大きな伸びを有する。その結果、上記アルミニウム板はプレス加工における加工性がより向上し、例えば絞り成形等をより容易に行うことができる。
Sr (strontium): 0.005% or more and 0.1% or less The aluminum plate may further contain Sr in the specific range. Sr has the effect | action which refines | miniaturizes the 2nd phase particle containing Si among the 2nd phase particles mentioned later. Therefore, the aluminum plate containing Sr in the specific range has higher laser weldability and higher elongation. As a result, the workability of the aluminum plate is improved in press working, and for example, drawing or the like can be performed more easily.

Srの含有量が0.005%未満の場合には、上述の作用が不十分となり、レーザ溶接性及び伸びの向上効果を得ることが難しい。Srの含有量が0.1%を超える場合には、コストアップになる一方で、含有量に見合った効果を得ることが難しい。それ故、Srの含有量は0.005%以上0.1%以下であることが好ましく、0.01%以上0.05%以下であることがより好ましい。   When the Sr content is less than 0.005%, the above-described action becomes insufficient, and it is difficult to obtain the effect of improving laser weldability and elongation. When the Sr content exceeds 0.1%, the cost increases, but it is difficult to obtain an effect commensurate with the content. Therefore, the content of Sr is preferably 0.005% or more and 0.1% or less, and more preferably 0.01% or more and 0.05% or less.

・Mg(マグネシウム):2.0%以下
上記アルミニウム板は、更に、上記特定の範囲のMgを含んでいても良い。Mgは、上記アルミニウム板の強度を向上させる作用を有する。上記特定の範囲のMgを含有する上記アルミニウム板は、ケースに要求される強度をより容易に確保することができる。
Mg (magnesium): 2.0% or less The aluminum plate may further contain Mg in the specific range. Mg has the effect | action which improves the intensity | strength of the said aluminum plate. The said aluminum plate containing Mg of the said specific range can ensure the intensity | strength requested | required of a case more easily.

Mgの含有量が2.0%を超える場合には、上記アルミニウム板の成形性が低下するおそれがある。それ故、強度と成形性とを両立させる観点から、Mgの含有量を2.0%以下とすることが好ましい。   If the Mg content exceeds 2.0%, the formability of the aluminum plate may be reduced. Therefore, from the viewpoint of achieving both strength and formability, the Mg content is preferably 2.0% or less.

・第二相粒子
上記アルミニウム板は、Al(アルミニウム)マトリクス中に、SiまたはFeを含む第二相粒子を有している。Siを含む第二相粒子は、例えば、Si単体や、Al−Mg−Si系化合物及びAl−Fe−Si系化合物等のSiを含む金属間化合物から構成されている。また、Feを含む第二相粒子は、例えば、Al−Fe系化合物及びAl−Fe−Si系化合物等のFeを含む金属間化合物から構成されている。
Second Phase Particles The aluminum plate has second phase particles containing Si or Fe in an Al (aluminum) matrix. The second phase particles containing Si are composed of, for example, Si alone or an intermetallic compound containing Si such as an Al—Mg—Si compound and an Al—Fe—Si compound. Moreover, the second phase particles containing Fe are composed of, for example, an intermetallic compound containing Fe such as an Al—Fe based compound and an Al—Fe—Si based compound.

上記第二相粒子の円相当径は17μm以下である。第二相粒子の円相当径を上記特定の範囲に制御することにより、溶融金属の突沸等に起因する溶接不良やレーザ溶接時の異常溶込みを抑制し、被溶接部の全長に亘って健全なレーザ溶接部を容易に形成することができる。また、第二相粒子の円相当径を上記特定の範囲に制御することにより、上記アルミニウム板の伸びを容易に大きくすることができる。   The equivalent circle diameter of the second phase particles is 17 μm or less. By controlling the equivalent circle diameter of the second phase particles within the above specified range, welding failure due to bumping of molten metal and abnormal penetration during laser welding are suppressed, and the entire length of the welded part is sound. A simple laser weld can be formed easily. Further, the elongation of the aluminum plate can be easily increased by controlling the equivalent circle diameter of the second phase particles within the specific range.

17μmを超える円相当径を有する第二相粒子は、溶融金属の突沸や異常溶込みの原因となり得るため好ましくない。即ち、かかる第二相粒子にレーザ光が照射されて溶融金属が突沸した場合、溶融金属が飛散するおそれがある。その結果、レーザ溶接部が減肉する、レーザ溶接部に空隙等の欠陥が形成される等の問題が起き、溶接不良となるおそれがある。   Second-phase particles having an equivalent circle diameter exceeding 17 μm are not preferable because they can cause bumping of the molten metal and abnormal penetration. That is, when the second phase particles are irradiated with laser light and the molten metal bumps, the molten metal may be scattered. As a result, problems such as thinning of the laser welded portion and formation of defects such as voids in the laser welded portion may occur, resulting in poor welding.

また、上記の第二相粒子にレーザ光が照射されて異常溶込みが発生した場合、局所的にレーザ照射時の溶融量が多くなり、レーザ溶接部において局所的にビード幅が広がると共に溶込み深さが深くなる。そのため、場合によってはレーザ溶接部が局所的に完全溶込みとなり、ケースの内容物に悪影響を及ぼすおそれがある。   Also, when abnormal penetration occurs when the above-mentioned second phase particles are irradiated with laser light, the amount of melting during laser irradiation increases locally, and the bead width is locally expanded and penetration occurs at the laser weld. The depth gets deeper. Therefore, in some cases, the laser welded portion is completely penetrated locally, which may adversely affect the contents of the case.

また、上記の第二相粒子は、上記アルミニウム板の伸びを低下させる原因となり得る。それ故、かかる第二相粒子を含有するアルミニウム板は、例えばプレス加工による絞り成形等の際に割れが生じ易くなり、加工性が低下するおそれがある。   Moreover, said 2nd phase particle | grains can become the cause of reducing the elongation of the said aluminum plate. Therefore, the aluminum plate containing such second-phase particles is liable to be cracked during, for example, drawing by press working, and the workability may be reduced.

これらの問題を回避する観点から、第二相粒子の円相当径は17μm以下とし、12μm以下にすることが好ましい。第二相粒子は、通常、鋳造時の晶出物より構成されている。鋳造時に生じた晶出物の円相当径が17μm以下である場合には、晶出物そのものを上記第二相粒子とすることができる。それ故、この場合には、第二相粒子の円相当径を上記特定の範囲内に制御するための処理を別途行う必要はない。一方、17μmを超える円相当径を有する晶出物が鋳造時に生じた場合には、例えば、摩擦攪拌処理等の機械的方法を用いて当該晶出物を破砕することにより、円相当径が上記特定の範囲に制御された上記第二相粒子を得ることができる。   From the viewpoint of avoiding these problems, the equivalent-circle diameter of the second phase particles is preferably 17 μm or less and preferably 12 μm or less. The second phase particles are usually composed of a crystallized product during casting. In the case where the equivalent circle diameter of the crystallized product produced during casting is 17 μm or less, the crystallized product itself can be the second phase particles. Therefore, in this case, it is not necessary to separately perform a process for controlling the equivalent circle diameter of the second phase particles within the specific range. On the other hand, when a crystallized product having an equivalent circle diameter exceeding 17 μm is produced at the time of casting, for example, by crushing the crystallized product using a mechanical method such as friction stirring, the equivalent circle diameter is The said 2nd phase particle | grains controlled by the specific range can be obtained.

・伸び:8%以上
上記アルミニウム板は、上記特定の範囲の伸びを有している。これにより、例えばプレス加工における加工性を向上させることができ、絞り成形の後等に割れが発生することを抑制できる。それ故、上記アルミニウム板は、ケースを構成するアルミニウム合金部材の材料として好適に使用することができる。アルミニウム板の伸びが8%未満の場合には、プレス加工の際に割れが発生しやすくなる。
Elongation: 8% or more The aluminum plate has an elongation in the specific range. Thereby, the workability in, for example, press working can be improved, and the occurrence of cracks after drawing or the like can be suppressed. Therefore, the said aluminum plate can be used conveniently as a material of the aluminum alloy member which comprises a case. When the elongation of the aluminum plate is less than 8%, cracking is likely to occur during press working.

上記ケースは、レーザ溶接により互いに接合された少なくとも2つのアルミニウム合金部材を有している。上記ケースは、アルミニウム合金部材のうち少なくとも1つが上記アルミニウム板から構成されていればよく、全てのアルミニウム合金部材が上記アルミニウム板から構成されていてもよい。   The case has at least two aluminum alloy members joined together by laser welding. In the case, it is sufficient that at least one of the aluminum alloy members is made of the aluminum plate, and all the aluminum alloy members may be made of the aluminum plate.

上述したように、上記アルミニウム板は、従来は溶加材やクラッド板の皮材として用いられているAl−Si系合金より構成されているため、上記アルミニウム板とは異なる化学成分を有するアルミニウム合金材に対しても優れたレーザ溶接性を有する。それ故、強度の高い3000系アルミニウム合金板や5000系アルミニウム合金板から構成されたアルミニウム合金部材と、上記アルミニウム板からなるアルミニウム合金部材とをレーザ溶接により接合してケースを作製することが可能となる。そして、このように構成された上記ケースは、優れたレーザ溶接性を有する上記アルミニウム板と高い強度を有するアルミニウム合金板とを併用することにより、溶接後の割れを抑制しつつ、強度をより向上させることができる。   As described above, the aluminum plate is composed of an Al-Si alloy that is conventionally used as a skin material for a filler material or a clad plate, and thus has an aluminum alloy having a different chemical composition from the aluminum plate. Excellent laser weldability for materials. Therefore, it is possible to manufacture a case by joining a high-strength 3000 series aluminum alloy plate or 5000 series aluminum alloy plate with an aluminum alloy member made of the above aluminum plate by laser welding. Become. And, the case configured in this way further improves strength while suppressing cracking after welding by using the aluminum plate having excellent laser weldability and the aluminum alloy plate having high strength in combination. Can be made.

上記アルミニウム合金部材のレーザ溶接は、パルスレーザを用いて行っても良く、連続発振レーザを用いて行っても良い。3000系アルミニウム合金板等よりなる従来のケースは、レーザ溶接における割れ感受性が高いため、連続発振レーザを用いて溶接を行った場合に、溶接後の割れを防止することがほとんど不可能であった。   Laser welding of the aluminum alloy member may be performed using a pulse laser or a continuous wave laser. The conventional case made of a 3000 series aluminum alloy plate or the like has high cracking susceptibility in laser welding, so it was almost impossible to prevent cracking after welding when welding was performed using a continuous wave laser. .

これに対し、上記ケースは、割れ感受性の低い上記アルミニウム板よりなるアルミニウム合金部材を有しているため、連続発振レーザを用いて溶接を行った場合に、溶接後の割れを容易に抑制することができる。そして、連続発振レーザを用いて溶接を行うことにより、被溶接部の全長に亘って連続したレーザ溶接部を容易に形成することができる。それ故、上記ケースは、例えば電池ケース等のケースを密封する必要がある用途に好適に用いることができる。   On the other hand, since the case has an aluminum alloy member made of the aluminum plate having low cracking sensitivity, when welding is performed using a continuous wave laser, cracking after welding is easily suppressed. Can do. Then, by performing welding using a continuous wave laser, a laser welded portion that is continuous over the entire length of the welded portion can be easily formed. Therefore, the case can be suitably used for an application that needs to seal a case such as a battery case.

(実施例)
上記ケース用アルミニウム合金板を用いて作製したケースの例について、図を用いて説明する。図1に示すように、ケース1は本体2と蓋体3とを有しており、両者が接合された状態において略直方体状を呈している。本体2は、JIS A 3003合金板より構成されている。蓋体3は、Si:2.0%以上11.0%以下、Fe:0%超え2.0%以下を含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有し、伸びが8%以上であり、Alマトリクス中にSiまたはFeを含む第二相粒子が存在しており、第二相粒子の円相当径が17μm以下であるアルミニウム板より構成されている。本体2と蓋体3とは、レーザ溶接により接合されており、本体2と蓋体3との当接部(被接合部)にレーザ溶接部11が形成されている。以下、ケース1の詳細な構成について、作製手順と共に説明する。
(Example)
The example of the case produced using the said aluminum alloy plate for cases is demonstrated using figures. As shown in FIG. 1, the case 1 has a main body 2 and a lid 3, and has a substantially rectangular parallelepiped shape when both are joined. The main body 2 is composed of a JIS A 3003 alloy plate. The lid 3 contains Si: 2.0% or more and 11.0% or less, Fe: more than 0% and 2.0% or less, the remainder has a chemical component composed of Al and inevitable impurities, and the elongation is 8%. The second phase particles containing Si or Fe are present in the Al matrix, and the second phase particles are made of an aluminum plate having an equivalent circle diameter of 17 μm or less. The main body 2 and the lid 3 are joined by laser welding, and a laser welded portion 11 is formed at a contact portion (joined portion) between the main body 2 and the lid 3. Hereinafter, a detailed configuration of the case 1 will be described together with a manufacturing procedure.

蓋体3を構成するアルミニウム板は、上記特定の化学成分を有する鋳塊を作製した後、常法により鋳塊に均質化処理、熱間圧延及び冷間圧延を行って作製することができる。得られたアルミニウム板にプレス加工を行い、角型カップ状に成形することにより、蓋体3を得ることができる。   The aluminum plate constituting the lid 3 can be produced by producing an ingot having the specific chemical component and then homogenizing, hot rolling and cold rolling the ingot by a conventional method. The lid 3 can be obtained by pressing the obtained aluminum plate and forming it into a square cup shape.

本体2は、JIS A 3003合金板にプレス加工を行い、角型カップ状に成形することにより作製できる。本例の本体2及び蓋体3は、両者を組み合わせた際に、互いの開口端面21と開口端面31とが当接するように構成されている(図4参照)。   The main body 2 can be produced by pressing a JIS A 3003 alloy plate into a square cup shape. The main body 2 and the lid body 3 of this example are configured so that the opening end surface 21 and the opening end surface 31 abut each other when the two are combined (see FIG. 4).

次に、電池や電子機器等の内容物を本体2に収容した状態で、本体2と蓋体3とを組み合わせ、両者の開口端面21、31同士(図4参照)を突き当てる。この状態で、本体2と蓋体3との当接部に連続発振レーザを照射して本体2と蓋体3とを溶接し、レーザ溶接部11を形成する。以上により、図1に示すケース1を作製することができる。なお、連続発振レーザに替えてパルスレーザを用いて溶接を行うことも可能である。   Next, the main body 2 and the lid 3 are combined in a state in which contents such as a battery and an electronic device are accommodated in the main body 2, and the opening end surfaces 21 and 31 of the two (see FIG. 4) are brought into contact with each other. In this state, the contact portion between the main body 2 and the lid body 3 is irradiated with a continuous wave laser to weld the main body 2 and the lid body 3 to form a laser welded portion 11. As described above, the case 1 shown in FIG. 1 can be manufactured. It is also possible to perform welding using a pulsed laser instead of the continuous wave laser.

連続発振レーザを用いて溶接を行った場合のレーザ溶接部11の一例を図2〜図4に示す。本例においては、蓋体3を構成するアルミニウム板の融点が本体2を構成するJIS A 3003合金板の融点よりも低いため、レーザを照射した際に、本体2に比べて蓋体3の方がより溶融しやすい。それ故、図2及び図4に示すように、本体2側に形成されるレーザ溶接部11aは、蓋体3側に形成されるレーザ溶接部11bに比べて幅が狭くなる。   An example of the laser welding part 11 at the time of welding using a continuous wave laser is shown in FIGS. In this example, since the melting point of the aluminum plate constituting the lid 3 is lower than the melting point of the JIS A 3003 alloy plate constituting the main body 2, the lid 3 is more in comparison with the main body 2 when irradiated with a laser. Is easier to melt. Therefore, as shown in FIG.2 and FIG.4, the laser welding part 11a formed in the main body 2 side becomes narrow compared with the laser welding part 11b formed in the cover body 3 side.

本例のように、蓋体3をレーザ溶接性の高いアルミニウム板から構成することにより、部分溶込みにおける溶込み深さ及びビードの幅が均一なレーザ溶接部11を被接合部、即ち本体2と蓋体3との当接部の全長に亘って形成することができる。   By forming the lid 3 from an aluminum plate having high laser weldability as in this example, the laser welded portion 11 having a uniform penetration depth and a uniform bead width in the partial penetration can be obtained. And the cover 3 can be formed over the entire length of the contact portion.

(実験例)
本例は、化学成分等を種々変更したアルミニウム板を用いてレーザ溶接性の評価を行った例である。
(Experimental example)
In this example, laser weldability was evaluated using an aluminum plate having various chemical components and the like.

<供試材10の準備及び評価>
表1に示す化学成分を有するアルミニウム合金鋳塊を作製した後、常法により鋳塊に均質化処理、熱間圧延及び冷間圧延を行い、厚さ1.0mmの板材(供試材E1〜E13及びC1〜C13)を作製した。供試材E1〜E4、C1及びC7については、冷間圧延の後、図5に示すように、略長方形状を呈する供試材10の長辺101に沿って摩擦攪拌処理を行い、長辺101に沿った被溶接部102の晶出物を破砕した。摩擦攪拌処理は、ツールを750rpmで回転させつつ、800mm/minの速度で移動させることにより行った。なお、その他の供試材については、上記の摩擦攪拌処理を行わなかった。
<Preparation and evaluation of specimen 10>
After producing the aluminum alloy ingot having the chemical components shown in Table 1, the ingot is homogenized, hot-rolled and cold-rolled by a conventional method to obtain a plate material having a thickness of 1.0 mm (test materials E1 to E1). E13 and C1-C13) were prepared. For the specimens E1 to E4, C1 and C7, after cold rolling, as shown in FIG. 5, the friction stir processing is performed along the long side 101 of the specimen 10 having a substantially rectangular shape, The crystallized material of the welded portion 102 along 101 was crushed. The friction stir processing was performed by moving the tool at a speed of 800 mm / min while rotating the tool at 750 rpm. In addition, about the other test material, said friction stirring process was not performed.

次に、各供試材10の伸び及び第二相粒子の円相当径の測定を行った。供試材10の伸びは、JIS Z 2241に規定された試験方法に準じて引張試験を行うことにより測定した。各供試材10の伸びを表1に示す。   Next, the elongation of each test material 10 and the equivalent circle diameter of the second phase particles were measured. The elongation of the specimen 10 was measured by conducting a tensile test according to the test method specified in JIS Z 2241. Table 1 shows the elongation of each specimen 10.

第二相粒子の円相当径は、以下の方法により測定した。供試材10の表面にペーパー研磨及びバフ研磨を行った後、EPMA(電子プローブマイクロアナライザ)を用いて研磨後の表面を倍率400倍で観察した。表面観察は各供試材10について10箇所ずつ行い、それぞれの観察位置においてAl、Si、Fe及びMgの元素マッピング像を取得した。なお、倍率400倍で観察した際の元素マッピング像の視野サイズは50μm×50μmである。また、供試材E1〜E4、C1及びC7については、摩擦攪拌処理が施された被溶接部102(図5参照)内から観察位置を選択した。   The equivalent circle diameter of the second phase particles was measured by the following method. Paper polishing and buffing were performed on the surface of the test material 10, and then the polished surface was observed at 400 times magnification using EPMA (Electron Probe Microanalyzer). Surface observation was performed at 10 locations for each specimen 10 and element mapping images of Al, Si, Fe, and Mg were obtained at each observation position. The field size of the element mapping image when observed at a magnification of 400 times is 50 μm × 50 μm. Moreover, about the test materials E1-E4, C1, and C7, the observation position was selected from the to-be-welded part 102 (refer FIG. 5) to which the friction stirring process was performed.

次に、画像解析装置(NIRECO製LuzexIIIU)を用い、SiまたはFeの少なくとも一方を含む第二相粒子を10箇所の元素マッピング像から抽出した。次いで、抽出された全ての第二相粒子を、Siを含む粒子(以下、Si系粒子という。)またはFeを含む粒子(以下、Fe系粒子という。)のいずれかに分類すると共に、個々の粒子の円相当径を算出した。   Next, second phase particles containing at least one of Si or Fe were extracted from 10 element mapping images using an image analyzer (Luxex IIIU manufactured by NIRECO). Next, all the extracted second phase particles are classified into either particles containing Si (hereinafter referred to as Si-based particles) or particles containing Fe (hereinafter referred to as Fe-based particles), and The equivalent circle diameter of the particles was calculated.

なお、Al−Fe−Si系化合物等のSi及びFeの両方を含む第二相粒子については、Siの濃度がFeより高い場合にはSi系粒子に分類し、Feの濃度がSiより高い場合にはFe系粒子に分類した。また、個々の粒子の円相当径は、供試材10の表面に露出した粒子の面積と等しい面積を有する円の直径である。   In addition, about the 2nd phase particle | grains containing both Si and Fe, such as an Al-Fe-Si type compound, when the density | concentration of Si is higher than Fe, it classify | categorizes into Si type particle | grains, and the density | concentration of Fe is higher than Si Were classified as Fe-based particles. The equivalent circle diameter of each particle is a diameter of a circle having an area equal to the area of the particle exposed on the surface of the test material 10.

その後、画像解析の結果に基づいて、10箇所の視野に含まれるSi系粒子のうち最大の円相当径を有する粒子を決定した。同様に、10箇所の視野に含まれるFe系粒子のうち最大の円相当径を有する粒子を決定した。以上の解析により得られたSi系粒子の最大円相当径及びFe系粒子の最大円相当径を表1に示す。   Then, based on the result of image analysis, the particle | grains which have the largest equivalent circle diameter were determined among the Si type | system | group particles contained in ten visual fields. Similarly, the particle | grains which have the largest equivalent circle diameter among the Fe-type particle | grains contained in ten visual fields were determined. Table 1 shows the maximum equivalent circle diameter of the Si-based particles and the maximum equivalent circle diameter of the Fe-based particles obtained by the above analysis.

<相手材12の準備>
供試材10を溶接する相手材12として、JIS A 3003合金よりなる厚さ1.0mmの板材及びJIS A 5052合金よりなる厚さ1.0mmの板材を準備した。相手材の詳細な化学成分は以下の通りであった。
<Preparation of counterpart material 12>
As the mating material 12 to which the test material 10 is welded, a 1.0 mm thick plate material made of JIS A 3003 alloy and a 1.0 mm thick plate material made of JIS A 5052 alloy were prepared. The detailed chemical composition of the counterpart material was as follows.

・JIS A 3003合金板
Si:0.3%、Fe:0.35%、Cu:0.12%、Mn:1.3%、Zn:0.05%、Al:残部
・JIS A 5052合金板
Si:0.13%、Fe:0.2%、Cu:0.05%、Mn:0.05%、Mg:2.5%、Cr:0.25%、Zn:0.05%、Al:残部
JIS A 3003 alloy plate Si: 0.3%, Fe: 0.35%, Cu: 0.12%, Mn: 1.3%, Zn: 0.05%, Al: balance ・ JIS A 5052 alloy plate Si: 0.13%, Fe: 0.2%, Cu: 0.05%, Mn: 0.05%, Mg: 2.5%, Cr: 0.25%, Zn: 0.05%, Al : The rest

なお、供試材10と同様に引張試験を行ったところ、JIS A 3003合金板の伸びは40%であり、JIS A 5052合金板の伸びは30%であった。   In addition, when the tensile test was done like the test material 10, the elongation of the JIS A 3003 alloy plate was 40%, and the elongation of the JIS A 5052 alloy plate was 30%.

<レーザ溶接>
表2に示す組み合わせの通り供試材10及び相手材12を選択し、供試材10における被溶接部102の端面と相手材12の端面とを当接させた。次いで、供試材10及び相手材12の片面側から端面同士の当接部に沿って長さ200mmに亘って連続発振レーザを照射し、突合せ溶接を行った。使用したレーザの出力は1.2kWであり、照射スポットの移動速度は2m/minとした。また、本例においては、照射スポットの直径を50μm、100μm、300μm及び500μmの4段階に変更して溶接を行った。なお、表2における実験27及び28は、Al−Si系合金よりなる供試材E1〜E13、C1〜C13との比較のため、JIS A 3003合金板同士及びJIS A 5052合金板同士のレーザ溶接を行った例である。
<Laser welding>
The specimen 10 and the counterpart material 12 were selected as shown in Table 2, and the end surface of the welded portion 102 in the specimen 10 and the end surface of the counterpart material 12 were brought into contact with each other. Next, butt welding was performed by irradiating a continuous wave laser over a length of 200 mm along the contact portion between the end surfaces from one side of the specimen 10 and the counterpart material 12. The laser output used was 1.2 kW, and the irradiation spot moving speed was 2 m / min. In this example, the diameter of the irradiation spot was changed to four stages of 50 μm, 100 μm, 300 μm, and 500 μm, and welding was performed. Experiments 27 and 28 in Table 2 are laser welding of JIS A 3003 alloy plates and JIS A 5052 alloy plates for comparison with specimens E1 to E13 and C1 to C13 made of an Al—Si alloy. This is an example.

<レーザ溶接性の評価>
表2に示す実験1〜28の各々について、目視観察及び断面観察によりレーザ溶接性の評価を行った。
<Evaluation of laser weldability>
For each of Experiments 1 to 28 shown in Table 2, laser weldability was evaluated by visual observation and cross-sectional observation.

目視観察は、以下の手順により行った。まず、レーザ溶接部11のビード112の幅をレーザ溶接部11の全長に亘って測定し、その平均w1を算出した(図6参照)。次いで、ビード112の幅の平均w1よりも幅の広い幅広部113のそれぞれについて最大幅w2を測定した。そして、最大幅w2が平均w1に対して30%以上太くなっている幅広部113を1箇所以上有する場合に、レーザ溶接部11に異常溶込みが発生していると判定した。   Visual observation was performed according to the following procedure. First, the width of the bead 112 of the laser welded part 11 was measured over the entire length of the laser welded part 11, and the average w1 was calculated (see FIG. 6). Next, the maximum width w2 was measured for each of the wide portions 113 wider than the average width w1 of the beads 112. And it determined with abnormal penetration having occurred in laser welding part 11 when it has one or more wide portions 113 where maximum width w2 is 30% or more thicker than average w1.

表2に、4段階のスポット直径のそれぞれについて異常溶込みの有無を評価した結果を示す。なお、JIS A 3003合金板同士及びJIS A 5052合金板同士のレーザ溶接を行った実験27及び実験28は、割れの発生により供試材10と相手材12とを接合できなかったため、目視評価を行うことができなかった。   Table 2 shows the results of evaluating the presence or absence of abnormal penetration for each of the four stages of spot diameters. In addition, in Experiment 27 and Experiment 28 in which laser welding of JIS A 3003 alloy plates and JIS A 5052 alloy plates was performed, the specimen 10 and the counterpart material 12 could not be joined due to the occurrence of cracks. Could not do.

断面観察は以下の手順により行った。まず、溶接終了部から30mm以内の範囲において任意に3箇所の切断位置を選択し、レーザ溶接後の供試材10及び相手材12を、各切断位置で溶接方向と直角な方向に切断した。次いで、露出した断面に鏡面研磨を施した後、倍率200倍の金属顕微鏡を用いて観察した。その結果、1箇所以上の断面において割れが確認された場合に、割れが発生していると判定した。表2にその結果を示す。なお、断面観察には、スポット径が100μmのレーザにより溶接された供試材10及び相手材12を供した。   Cross-sectional observation was performed according to the following procedure. First, three cutting positions were arbitrarily selected within a range of 30 mm or less from the welding end portion, and the specimen 10 and the counterpart material 12 after laser welding were cut in a direction perpendicular to the welding direction at each cutting position. Next, the exposed cross section was subjected to mirror polishing, and then observed using a metal microscope having a magnification of 200 times. As a result, when a crack was confirmed in one or more cross sections, it was determined that a crack occurred. Table 2 shows the results. In addition, the specimen 10 and the counterpart material 12 which were welded with a laser having a spot diameter of 100 μm were used for cross-sectional observation.

Figure 2016121385
Figure 2016121385

Figure 2016121385
Figure 2016121385

表1及び表2より知られるように、化学成分及び第二相粒子の円相当径が上記特定の範囲である供試材E1〜E13は、JIS A 3003合金板及びA 5052合金板の両方に対して良好なレーザ溶接性を示し、割れの発生を抑制することができた。また、本例のレーザを用いた場合には、供試材E1〜E13は、少なくとも100μm以上のスポット径において異常溶込みの発生を抑制することができ、供試材の化学成分等によっては50μmのスポット径においても異常溶込みの発生を抑制することができた。これらの結果から、供試材E1〜E13は、レーザ溶接における割れや異常溶込みを抑制でき、レーザ溶接に好適であることが理解できる。また、供試材E1〜E13は、将来、レーザ溶接の精密化が要求され、レーザスポット径がより小さくなった場合に、かかる要求に比較的容易に対応可能であることが理解できる。   As is known from Tables 1 and 2, the test materials E1 to E13 in which the equivalent circle diameters of the chemical components and the second phase particles are in the specific range are included in both the JIS A 3003 alloy plate and the A 5052 alloy plate. On the other hand, good laser weldability was exhibited, and the occurrence of cracks could be suppressed. Further, when the laser of this example is used, the specimens E1 to E13 can suppress the occurrence of abnormal penetration at a spot diameter of at least 100 μm, and 50 μm depending on the chemical composition of the specimen. It was possible to suppress the occurrence of abnormal penetration even at the spot diameter. From these results, it can be understood that the test materials E1 to E13 can suppress cracks and abnormal penetration in laser welding and are suitable for laser welding. In addition, it can be understood that the specimens E1 to E13 can respond to such a request relatively easily when the laser welding is required to be refined in the future and the laser spot diameter becomes smaller.

1 ケース
11 レーザ溶接部
1 Case 11 Laser weld

Claims (4)

レーザ溶接性に優れたケース用アルミニウム合金板であって、
Si:2.0%以上11.0%以下(質量%、以下同じ)、Fe:0%超え2.0%以下を含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる化学成分を有し、
伸びが8%以上であり、
Alマトリクス中にSiまたはFeを含む第二相粒子が存在しており、
該第二相粒子の円相当径は17μm以下であることを特徴とするケース用アルミニウム合金板。
Aluminum alloy plate for cases with excellent laser weldability,
Si: 2.0% or more and 11.0% or less (mass%, the same shall apply hereinafter), Fe: containing 0% to 2.0% or less, the balance having chemical components consisting of Al and inevitable impurities,
Elongation is 8% or more,
There are second phase particles containing Si or Fe in the Al matrix,
The aluminum alloy plate for a case, wherein the equivalent circle diameter of the second phase particles is 17 µm or less.
上記ケース用アルミニウム合金板は、更に、Sr:0.005%以上0.1%以下を含んでいることを特徴とする請求項1に記載のケース用アルミニウム合金板。   The case aluminum alloy plate according to claim 1, wherein the case aluminum alloy plate further contains Sr: 0.005% to 0.1%. 上記ケース用アルミニウム合金板は、更に、Mg:2.0%以下を含んでいることを特徴とする請求項1または2に記載のケース用アルミニウム合金板。   The aluminum alloy plate for a case according to claim 1 or 2, wherein the aluminum alloy plate for a case further contains Mg: 2.0% or less. 少なくとも2つのアルミニウム合金部材と、これらを接合するレーザ溶接部とを有するケースであって、
上記アルミニウム合金部材の少なくとも1つが請求項1〜3のいずれか1項に記載のケース用アルミニウム合金板から構成されていることを特徴とするケース。
A case having at least two aluminum alloy members and a laser weld for joining them;
A case characterized in that at least one of the aluminum alloy members comprises the aluminum alloy plate for a case according to any one of claims 1 to 3.
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