JP3847094B2 - Aluminum alloy filler wire for laser welding supply, aluminum alloy welding method, and aluminum alloy welded member - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金の溶接技術に係わり、アルミニウム合金部材の溶接を行うのに際して、高速溶接においてもポロシティの少ない健全な溶接部を安定して得ることができるアルミニウム合金溶接用フィラーワイヤと、このようなフィラーワイヤによるアルミニウム合金製溶接部材、さらにはこのようなフィラーワイヤを用いたアルミニウム合金の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
自動車の燃費向上策としては、車両の軽量化が非常に有効な手段の一つであることから、これら車体および各種構成部材には、従来から使用されている鉄系材料に代えてアルミニウム合金を適用する試みが近年活発に行われるようになってきている。
【０００３】
また、アルミニウム合金製車体のコスト低減や生産性向上を目的に、車体を構成する部品、例えばスペースフレームの継手やＢピラーなどに真空ダイカスト法で鋳造されたアルミニウム合金ダイカスト鋳物が使用されはじめている。
【０００４】
このようなアルミニウム合金製車体の接合方法としては、例えばＭＩＧ溶接のようなアーク溶接，レーザ溶接，リベットなどが適用されている。
【０００５】
このとき、リベットのような機械的接合を別にすれば、ＭＩＧ溶接やレーザ溶接などのように、高密度エネルギを熱源として用いてアルミニウム合金部材を溶接する場合、他の鉄系材料などと比較して気孔（ポロシティ）が発生しやすく、気孔の存在によって継手部の強度や延性が低下することになる。
【０００６】
このような気孔の大部分は水素ガスに起因したものであり、この原因の一つとして、アルミニウム合金が溶融した状態では大きい水素溶解度を有しているにも拘らず、温度低下に伴ってその溶解度が減少することが挙げられる。さらに、アルミニウム合金ダイカスト鋳物を溶接するに際しては、その製造方法の特性から鋳物内部に多量の空気を巻込んでおり、この空気が溶接時に放出されるため、押出し材や板材に比較して、より一層気孔が発生しやすいことになる。
【０００７】
このような気孔の発生を抑制するために、従来では、溶接部の洗浄や、溶接速度やシールドガス流量などといった溶接条件を最適化することによって対処していた。また、とくにアルミニウム合金ダイカスト鋳物の溶接に当っては、このような溶接条件の最適化のみでは限界があるため、鋳物のガス含有量を厳しく規制する方法が採られていた。
【０００８】
しかしながら、上記のような溶接条件の最適化による方法では、溶接部の品質を優先する結果として生産性が犠牲になることがあるという問題点がある。また、ダイカスト鋳物の溶接に際して鋳物のガス含有量を規制するには、鋳物の品質保証のために多くの工数とコストがかかるという問題点があり、これら問題点の解決がアルミニウム合金の溶接における課題となっていた。
【０００９】
なお、上記のような気孔の発生は、ＭＩＧアークや電子ビームなどの高密度エネルギを熱源として用いたアルミニウム合金の表面改質の場合にも同様に問題となるものであって、このようなアルミニウム合金の表面改質時の気孔発生を抑制するために用いる溶接材料として、特開平６−３０４７８０号公報には、ナトリウム５〜１０％，カリウム４０〜４５％，酸素５％以下，硫黄５％以下，ふっ素５〜１０％，塩素３５〜４０％の成分からなるフラックスを０．１〜８ｗｔ％の範囲で配合した溶接用アルミニウムワイヤが記載されると共に、特開平７−９６３９６号公報には、Ｃ２Ｃｌ６粉末を０．０５〜２０ｗｔ％混合した溶接用アルミニウム溶加材が提案されているが、アルミニウム合金、とりわけアルミニウム合金ダイカスト鋳物の溶接用フィラーワイヤにおいて、このような気孔の低減効果を有するフィラーワイヤについては開示されていない。
【００１０】
【発明の目的】
本発明は、従来のアルミニウム合金の溶接における上記課題に鑑みてなされたものであって、アルミニウム合金部材、とくにアルミニウム合金鋳物およびアルミニウム合金のダイカスト鋳物を溶接するに際しても、気孔の発生を抑制することができるアルミニウム合金溶接給線用フィラーワイヤと、このようなフィラーワイヤを用いたアルミニウム合金の溶接方法、さらにはこのようなフィラーワイヤを用いて溶接することによって得られ、継手強度の低下が少ない健全な溶接部を備えたアルミニウム合金製溶接部材を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるアルミニウム合金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤは、被溶接材であるアルミニウム合金中の水素ガス含有量をＸｃｃ／１００ｇＡｌ、フィラーワイヤ中に含有されるＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有量を質量比でＹ％としたとき、図４に示すグラフ中の太線で囲んだ範囲内となるように、上記Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有量が調整してある構成、あるいはＹ＝０．５のとき０．８１≦Ｘ≦１．０５、Ｙ＝１．０のとき０．７８≦Ｘ≦１．４５、Ｙ＝２．０のとき１．３８≦Ｘ≦１．６７なる条件を満たすように、上記Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有量が調整してある構成としたことを特徴としており、本発明に係わるアルミニウム合金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤ実施の一形態として請求項３に係わるフィラーワイヤにおいては、ベース材がＡｌ−Ｓｉ系材料である構成としたことを特徴とし、同じく実施形態として請求項４に係わるフィラーワイヤにおいては、ベース材がＡｌ−１０％Ｓｉ材、ＪＩＳ ４０４３材およびＪＩＳ ４０４７材のうちのいずれか１種、あるいは２種以上の混合材料である構成としたことを特徴とし、請求項５に係わるフィラーワイヤにおいては、Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材がＫＡｌＦ４，Ｋ２ＡｌＦ５，Ｋ３ＡｌＦ６，ＫＦとＡｌＦ３との混合物または共晶組成物、およびフルオロアルミン酸カリウム錯体のうちのいずれか１種、あるいは２種以上の混合材料である構成としたことを特徴としており、アルミニウム合金のレーザ溶接用フィラーワイヤにおけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１２】
本発明に係わるアルミニウム合金の溶接方法は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のレーザ溶接給線用フィラーワイヤを用いる構成とし、実施形態として請求項７に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては、被溶接材がＡｌ−Ｓｉ系合金あるいはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である構成とし、請求項８に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては、被溶接材がアルミニウム合金鋳物あるいはアルミニウム合金ダイカスト鋳物である構成としたことを特徴としている。
【００１３】
さらに、本発明に係わるアルミニウム合金製溶接部材は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のレーザ溶接給線用フィラーワイヤにより溶接されている構成とし、当該アルミニウム合金製溶接部材の実施形態として請求項１０に係わる溶接部材においては、被溶接材がアルミニウム合金鋳物あるいはアルミニウム合金ダイカスト鋳物である構成とし、同じく請求項１１に係わる溶接部材においては、溶接ビード部におけるポロシティの面積率が１０％以下である構成とし、アルミニウム合金製溶接部材におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係わるアルミニウム合金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤにおいては、ベース材中に含まれたＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックスは、脱酸作用と共に、ＫＦの優先蒸発による水素ガス分圧の低下作用、および溶融金属の粘性低下によるガス抜けの向上作用を発揮することから、溶接部の気孔発生が抑制されることになる。
【００１５】
このような作用効果を有するＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の具体的成分としては、その種類において特に限定されるものではないが、請求項４に記載しているように、一般式：ＫαＡｌＦα＋３（αは１以上の整数）で表されるＫＡｌＦ４，Ｋ２ＡｌＦ５，Ｋ３ＡｌＦ６，ＫＦとＡｌＦ３との混合物または共晶組成物、およびフルオロアルミン酸カリウム錯体、などの弗化物系化合物を用いることが可能である。なお、これら弗化物系化合物は、単独で使用するばかりでなく、複数種類のものを混合して使用するようにしてもよい。
【００１６】
このとき、本発明に係わるアルミニウム合金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤにおいては、請求項１に記載しているように、被溶接材としてのアルミニウム合金中の水素ガス含有量をＸｃｃ／１００ｇＡｌ、フィラーワイヤ中に含有されるＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有量を質量比でＹ％としたとき、図４に示すグラフにおける太線内の範囲、すなわち、Ｘ，Ｙの関係式で示すと、０．５≦Ｙ≦２．０、Ｙ≧−（５０／３）Ｘ＋１４、Ｙ≧（５／４）Ｘ−１３／１６、Ｙ≧（５０／１１）Ｘ−１２３／２２、Ｙ≦（５／３）Ｘ−３／１０の範囲内となるようにＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有量が調整されたものであるから、Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の脱酸作用、水素ガス分圧低下作用、ガス抜け向上作用によって溶接部の気孔発生が抑制され、強度低下のない健全な溶接部が得られることになる。
このとき、上記範囲を外れて、Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックスが含有された場合、被溶接材であるアルミニウム合金中の水素ガス含有量に対してフラックス量が相対的に少ないと、抜けきれなかった水素ガスが溶接部に残存するためポロシティ量が増加し、逆にアルミニウム合金中の水素ガス含有量に対してフラックス量が相対的に多くなると、余剰なＫＦ蒸気が溶接部に残存するために、ポロシティ量が増加するといった現象が起こり、健全な溶接部が得られなくなる。
【００１７】
このようなフラックス含有フィラーワイヤにおけるベース材としては、Ａｌ合金系材料であればとくに限定されるものではないが、Ａｌ−Ｍｇ系合金材料に上記のようなフラックス成分を含有させた場合には、ワイヤ中に存在するＭｇの蒸気とフラックス成分の蒸気が反応して、フラックス成分の含有量を多くしないと気孔の発生を抑制する効果が十分に得られなくなる可能性があるため、請求項３に記載しているように、Ａｌ−Ｓｉ系合金材料を当該フィラーワイヤのベース材として用いることが望ましい。このようなＡｌ−Ｓｉ系合金材料としては、請求項４に記載しているように、Ａｌ−１０％Ｓｉ材、ＪＩＳ ４０４３材およびＪＩＳ ４０４７材を単独、あるいはこれらのうちの２種以上の材料を複合的に使用することができる。
【００１８】
本発明の請求項６に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては、本発明に係わるレーザ溶接給線用フィラーワイヤを使用するようにしているので、ポロシティが少なく、強度および延性に優れた健全な溶接部が得られることになる。
【００１９】
このとき用いられる溶接用の熱源としては、フィラーワイヤと共に溶接部を溶融して被溶接材料を接合できるものであれば特に限定されず、アーク（ＭＩＧ溶接），電子ビーム，レーザビームなどを使用することができるが、パワー密度が高く、極めて高速な溶接が可能であることから、レーザを用いることが望ましい。
【００２０】
また、被溶接材としては、請求項７に記載しているように、Ａｌ−Ｓｉ系合金や、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であることが望ましい。これは、Ａｌ−Ｍｇ系合金やＡｌ−Ｚｎ系合金などように、低沸点元素を含む合金では、溶接中にスパッタが多発する傾向があり、健全な溶接品質が得られないことがあることによる。
【００２１】
本発明に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては、被溶接材（溶接母材）として、アルミニウム合金製部材であれば、押出し，圧延，プレス，鋳造など、製造方法において特に限定されるものではないが、その製造法の特徴によって内部に空気を多量に内在しているために、ポロシティ対策が困難であった鋳物、とりわけダイカスト材に本発明に係わるフィラーワイヤを適用することによって、溶接部のポロシティ低減に対する作用効果が顕著なものとなる。したがって、請求項８に記載しているように、被溶接材として、アルミニウム合金鋳物あるいはアルミニウム合金ダイカスト鋳物を用いることが効果の面から望ましい。もちろん、被溶接材が鋳物以外の場合にも、ポロシティの少ないより健全な溶接部が得られることは言うまでもない。
【００２２】
本発明の請求項９に係わるアルミニウム合金製溶接部材は、本発明に係わるフィラーワイヤにより溶接されているので、ポロシティの少ない健全な溶接部を備え、強度および延性に優れたものとなり、請求項１０に係わるアルミニウム合金製溶接部材においては、被溶接材がアルミニウム合金鋳物あるいはアルミニウム合金ダイカスト鋳物であるから、上記したように、従来ポロシティ対策が困難であった鋳物やダイカスト材においても顕著なポロシティ低減効果が得られることになる。
【００２３】
また、本発明に係わるアルミニウム合金製溶接部材は、フィラーワイヤに含まれるフラックス材の作用によって溶接部のポロシティの発生が抑制され、優れた強度および延性が得られるものであるが、請求項１１に記載しているように、ポロシティ発生量の目安として、溶接ビード部におけるポロシティ面積率を１０％以下に規制することにより、強度の低下防止効果を確実なものとして、溶接部材の強度がより優れたものとなる。なお、ポロシティ面積率は、溶接ビード部におけるポロシティ体積率と等価であると考えることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係わるアルミニウム合金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤは、アルミニウム合金（被溶接材）中の水素ガス含有量をＸｃｃ／１００ｇＡｌ、フィラーワイヤ中のＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有量を質量比でＹ％としたとき、図４の太線内の領域、すなわち、０．５≦Ｙ≦２．０、Ｙ≧−（５０／３）Ｘ＋１４、Ｙ≧（５／４）Ｘ−１３／１６、Ｙ≧（５０／１１）Ｘ−１２３／２２、Ｙ≦（５／３）Ｘ−３／１０の範囲内となるようにＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の含有量が調整されているので、このようなＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材の脱酸作用、水素ガス分圧低下作用、ガス抜け向上作用によって溶接部の気孔発生を抑制することができ、強度低下のない健全な溶接部を得ることができるという極めて優れた効果をもたらすものである。
【００２５】
本発明に係わるアルミニウム合金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤ実施の一形態として、請求項３に係わるフィラーワイヤおいては、例えば請求項４に記載しているように、Ａｌ−１０％Ｓｉ材、ＪＩＳ ４０４３材およびＪＩＳ ４０４７材のようなＡｌ−Ｓｉ系合金材料をベース材として使用しているので、Ａｌ−Ｍｇ系材料を使用した場合のようなフラックス成分の蒸気とＭｇの蒸気との反応を防止することができ、フラックス含有量を多くすることなくポロシティの発生を抑制することができる。また、請求項５に係わるフィラーワイヤおいては、フラックス材としてＫＡｌＦ４，Ｋ２ＡｌＦ５，Ｋ３ＡｌＦ６，ＫＦとＡｌＦ３との混合物または共晶組成物、およびフルオロアルミン酸カリウム錯体のうちから選択されるＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材を含有したものであるから、Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス材による上記効果を確実なものとすることができる。
【００２６】
本発明の請求項６に係わるアルミニウム合金の溶接方法においては、本発明に係わるアルミニウム合金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤを使用するようにしているので、ポロシティが少なく、強度および延性に優れた健全な溶接部を得ることができ、本発明に係わるアルミニウム合金の溶接方法の実施形態として、請求項７に係わる溶接方法においては、被溶接材がＡｌ−Ｓｉ系合金あるいはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であることから、スパッタの発生を抑えることができ、良好な溶接品質を得ることができ、さらに請求項８に係わる溶接方法においては、被溶接材がアルミニウム合金鋳物あるいはアルミニウム合金ダイカスト鋳物であることから、溶接母材が本来的にポロシティが発生し易い材料の場合にも、スパッタの発生を抑えることができ、良好な溶接品質を得ることができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００２７】
本発明の請求項９に係わるアルミニウム合金製溶接部材は、本発明に係わるアルミニウム合金のレーザ溶接給線用フィラーワイヤを用いて溶接されていることから、その溶接部をポロシティの少ない健全なものとして、強度および延性に優れたものとすることができ、本発明に係わるアルミニウム合金製溶接部材の一実施形態として、請求項１０に係わる溶接部材においては、被溶接材がアルミニウム合金鋳物あるいはアルミニウム合金ダイカスト鋳物であることから、ポロシティ発生が顕著であって、従来から対策に苦慮していた鋳物、特にダイカスト材からなる溶接部材においても、その溶接品質および強度を向上させることができ、請求項１１に係わる溶接部材においては、溶接ビード部におけるポロシティの面積率が１０％以下であることから、ポロシティによる強度の低下を確実に防止することができ、溶接部材の強度をより優れたものとすることができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００２８】
【実施例】
以下に、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明する。
【００２９】
この実施例においては、被溶接材として、Ａｌ−１１％Ｓｉ−０．５％Ｍｇ合金のダイカスト鋳造材を使用した。
【００３０】
すなわち、まず上記組成の合金材料を７２０℃の温度で溶解したのち、介在物の除去と脱ガスを目的として、アルゴンガスによるバブリングを実施した。同時に、共晶Ｓｉの改良処理を目的に、Ａｌ−１０％Ｓｒ母合金を用いて、その添加量が５０ｐｐｍとなるようにＳｒを添加した。そして、型締め力３２０トンの真空ダイカスト装置を使用し、金型に粉体離型材を塗布した後、鋳造圧力：６０ＭＰａ、射出速度：３．５ｍ／ｓ、溶湯温度：６８０℃の条件のもとで、図１に示すような５０ｍｍ×１３０ｍｍ×２ｍｍｔの平板状部材にダイカストした。
【００３１】
次に、ダイカストにより得られた上記鋳造部材に対して、５００℃に３時間保持したのち、室温の水中に急令する溶体化処理を施し、その後、１７０℃に２時間保持することによって人工時効処理を施し、大気中で空冷して被溶接材Ｂとした。
【００３２】
一方、フィラーワイヤのベース材としては、Ａｌ−１０％Ｓｉ合金材を使用し、このベース材用合金粉末と、ＫＡｌＦ４，Ｋ２ＡｌＦ５，Ｋ３ＡｌＦ６，およびＫＦとＡｌＦ３との混合物からなるフラックス材粉末とをそれぞれ混合した後、加圧することによって圧粉体に成形固化した。次いで、この圧粉体を二次加工し、１．２ｍｍ径のフィラーワイヤとした。このとき、フラックス材含有量は、質量比で０％，０．５％，１．０％および２．０％の４レベルとした。
【００３３】
そして、溶接熱源としてＹＡＧレーザを用い、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、出力３ｋＷと２ｋＷのレーザ光Ｌ１，Ｌ２をビーム間距離：０．６ｍｍにセットして、上記により得られた被溶接材Ｂに照射し、フィラーワイヤを供給しながら、図２（ａ）に示すようにビードオン溶接を行った。なお、このときの溶接速度は６ｍ／ｍｉｎであり、フィラーワイヤの供給速度については、６．０ｍ／ｍｉｎとした。また、ダイカストによって得られた被溶接材Ｂは、溶接に先立って、ナイロンブラシによる表面研磨と、アルコールによる脱脂処理を施して使用した。
【００３４】
ビードオン溶接を行った被溶接材Ｂから、図３に示す形状の引張試験片を切り出し、インストロン型万能試験機を使用して、５ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引張試験を実施した。なお、引張試験片作成に際し、溶接部の余盛りを板厚に合わせて切削除去した。また、引張試験片を切り出した残材の部分から、溶接ビード部を除去し、ランズレー法により鋳物中の水素ガス含有量を測定した。引張試験を終了した試験片の破面について、溶接部のポロシティ面積率を画像解析により測定した。このときの測定面積は２５ｍｍ２である。
【００３５】
これら引張試験片破面におけるポロシティ面積率の測定結果を、鋳物中の水素含有量および溶接に用いたフィラーワイヤ中のＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス含有量と併せて表１に示す。また、これらの結果に基づいて、良好な溶接部（破面ポロシティ面積率：１０％以下）を得るための鋳物（被溶接材）中の水素ガス含有量と溶接に用いたフィラーワイヤ中のＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックス含有量の関係を検討した結果を図４に示す。これらの結果より、溶接部のポロシティ量を低減するという観点でみると、被溶接材中の水素ガス含有量に対してポロシティ低減のためのフィラーワイヤ中へのＡｌ−Ｋ−Ｆ系フラックスの最適な添加量があることが判った。なお、図４中において、○印は破面ポロシティ面積率が１０％以下、×印は破面ポロシティ面積率が１０％を超えるものを示す。
【００３６】
【表１】
ここで、Ａｌ−Ｋ−Ｆ系フラックスのフィラーワイヤ中への添加による溶接部ポロシティの低減メカニズムとしては、脱酸作用の他にＫＦの優先蒸発による水素ガス分圧の低下作用、および溶融金属の粘性低下によるガス抜け向上作用が挙げられる。すなわち、被溶接材中の水素ガス含有量に対してフラックス量が相対的に少ない場合には、抜けきれなかった水素ガスが溶接部に残存するためにポロシティ量が増加し、逆に被溶接材中の水素ガス含有量に対してフラックス量が相対的に多い場合には、余剰なＫＦ蒸気が溶接部に残存するためにポロシティ量が増加するというメカニズムが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例において被溶接材に用いたダイカスト材の形状・寸法を示す平面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は実施例における溶接要領を示す概略図である。
【図３】実施例２の引張試験に用いた試験片の形状・寸法を示す平面図である。
【図４】ポロシティ面積率におよぼす被溶接材中の水素ガス含有量とフィラーワイヤ中のフラックス含有量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｂ 被溶接材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an aluminum alloy welding technique, and when performing welding of an aluminum alloy member, an aluminum alloy welding filler wire capable of stably obtaining a sound weld with low porosity even in high-speed welding, and this The present invention relates to an aluminum alloy welded member using such a filler wire, and further to a method for welding an aluminum alloy using such a filler wire.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
As a measure for improving the fuel efficiency of automobiles, reducing the weight of the vehicle is one of the most effective means. Therefore, instead of the conventional iron-based materials, aluminum alloys are used for these vehicle bodies and various components. In recent years, attempts to apply have been actively made.
[0003]
Also, for the purpose of reducing the cost and improving the productivity of an aluminum alloy vehicle body, aluminum alloy die castings cast by the vacuum die casting method on parts constituting the vehicle body, such as joints of space frames and B pillars, are beginning to be used.
[0004]
For example, arc welding such as MIG welding, laser welding, rivets, or the like is applied as a joining method for such aluminum alloy vehicle bodies.
[0005]
At this time, apart from mechanical joining such as rivets, when welding aluminum alloy members using high-density energy as a heat source, such as MIG welding and laser welding, compared with other iron-based materials. Porosity is easily generated, and the strength and ductility of the joint portion are lowered due to the presence of the pores.
[0006]
Most of these pores are attributed to hydrogen gas, and one of the causes is that although the aluminum alloy has a high hydrogen solubility in the molten state, the porosity decreases as the temperature decreases. A decrease in solubility is mentioned. Furthermore, when welding aluminum alloy die cast castings, a large amount of air is entrained inside the casting due to the characteristics of its manufacturing method, and since this air is released during welding, compared to extruded materials and plate materials, More pores are likely to occur.
[0007]
In order to suppress the generation of such pores, conventionally, measures have been taken by optimizing welding conditions such as cleaning of the welded portion, welding speed, shield gas flow rate, and the like. Further, particularly in the welding of aluminum alloy die castings, there is a limit to only optimization of such welding conditions, so a method of strictly regulating the gas content of the casting has been adopted.
[0008]
However, the above-described method by optimizing the welding conditions has a problem that productivity may be sacrificed as a result of giving priority to the quality of the welded portion. In addition, there is a problem that it takes a lot of man-hours and costs for quality assurance of castings to regulate the gas content of castings when welding die castings, and solving these problems is a problem in welding aluminum alloys. It was.
[0009]
The generation of pores as described above is also a problem in the case of surface modification of an aluminum alloy using high-density energy such as an MIG arc or electron beam as a heat source. As a welding material used for suppressing the generation of pores during surface modification of the alloy, Japanese Patent Laid-Open No. 6-304780 discloses sodium 5 to 10%, potassium 40 to 45%, oxygen 5% or less, sulfur 5% or less. An aluminum wire for welding in which a flux comprising components of 5 to 10% fluorine, 35 to 40% chlorine is blended in a range of 0.1 to 8 wt% is described, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-96396 discloses C Although 2 Cl 6 powder welding aluminum filler material obtained by mixing 0.05～20Wt% has been proposed, aluminum alloys, especially aluminum alloy die castings In welding filler wire, it does not disclose a filler wire having a reduced effect of such pores.
[0010]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above problems in conventional welding of aluminum alloys, and suppresses the generation of pores when welding aluminum alloy members, particularly aluminum alloy castings and aluminum alloy die castings. Can be obtained by welding a filler wire for an aluminum alloy welding supply line, a method for welding an aluminum alloy using such a filler wire, and further welding using such a filler wire, and a decrease in joint strength is low It aims at providing the welding member made from an aluminum alloy provided with the various welding part.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The filler wire for laser welding supply of an aluminum alloy according to the present invention is an X-C / 100 g Al hydrogen gas content in an aluminum alloy that is a material to be welded, and an Al—K—F-based flux material contained in the filler wire. When the content is Y% by mass, the content of the Al—K—F-based flux material is adjusted so that it is within the range surrounded by the thick line in the graph shown in FIG. 4, or 0.81 ≦ X ≦ 1.05 when Y = 0.5, 0.78 ≦ X ≦ 1.45 when Y = 1.0, 1.38 ≦ X ≦ 1.67 when Y = 2.0 The content of the Al—K—F-based flux material is adjusted so as to satisfy the following condition. One of the implementations of the filler wire for laser welding supply of an aluminum alloy according to the present invention. According to claim 3 as a form The filler wire is characterized in that the base material is an Al—Si-based material. Similarly, in the filler wire according to claim 4, the base material is an Al-10% Si material, JIS 4043 material, and The filler wire according to claim 5 is characterized in that any one of JIS 4047 materials or a mixed material of two or more materials is used. In the filler wire according to claim 5, the Al—K—F system flux material is KAlF 4 , K 2 AlF 5, K 3 AlF 6, a mixture of KF and AlF 3 or eutectic composition, and any one of fluoroaluminate potassium complex, or that has a structure which is a mixture of two or more materials Such a configuration of aluminum alloy laser welding filler wire solves the above-mentioned conventional problems. And a means for.
[0012]
The aluminum alloy welding method according to the present invention is configured to use the filler wire for laser welding supply according to any one of claims 1 to 5, and as an embodiment, in the aluminum alloy welding method according to claim 7 The material to be welded is an Al-Si alloy or an Al-Mg-Si alloy, and in the aluminum alloy welding method according to claim 8, the material to be welded is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting. It is characterized by having a certain configuration.
[0013]
Furthermore, the aluminum alloy welding member according to the present invention is welded by the filler wire for laser welding supply according to any one of claims 1 to 5, and an embodiment of the aluminum alloy welding member is provided. In the welding member according to claim 10, the material to be welded is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die-casting casting. Similarly, in the welding member according to claim 11, the area ratio of porosity in the weld bead portion is 10%. The following structure is used, and such a structure in the aluminum alloy welded member is a means for solving the above-described conventional problems.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the filler wire for laser welding supply of aluminum alloy according to the present invention, the Al—K—F system flux contained in the base material has a deoxidizing action and an action of reducing the hydrogen gas partial pressure by the preferential evaporation of KF. And, since the effect of improving the gas escape due to the decrease in the viscosity of the molten metal is exhibited, the generation of pores in the welded portion is suppressed.
[0015]
The specific component of the Al—K—F-based flux material having such an effect is not particularly limited in its kind, but as described in claim 4, the general formula: K α Fluorine such as KAlF 4 , K 2 AlF 5 , K 3 AlF 6 , a mixture or eutectic composition of KF and AlF 3 represented by AlF α + 3 (α is an integer of 1 or more), and potassium fluoroaluminate complex It is possible to use compound compounds. In addition, these fluoride compounds may be used not only alone but also in a mixture of a plurality of types.
[0016]
At this time, in the filler wire for laser welding supply of aluminum alloy according to the present invention, as described in claim 1, the hydrogen gas content in the aluminum alloy as the material to be welded is Xcc / 100 g Al, filler When the content of the Al—K—F-based flux material contained in the wire is Y% by mass ratio, the range within the bold line in the graph shown in FIG. 4, that is, the relational expression of X and Y, 0.5 ≦ Y ≦ 2.0, Y ≧ − (50/3) X + 14, Y ≧ (5/4) X−13 / 16, Y ≧ (50/11) X-123 / 22, Y ≦ (5 / 3) Since the content of the Al—K—F system flux material is adjusted to be within the range of X-3 / 10, the deoxidation action of the Al—K—F system flux material, hydrogen gas Pore of welded part due to partial pressure lowering action and outgassing improvement action Raw is suppressed, so that the sound weld with no reduction in strength can be obtained.
At this time, when an Al—K—F flux is included outside the above range, the flux cannot be completely removed if the flux amount is relatively small with respect to the hydrogen gas content in the aluminum alloy as the welded material. As the hydrogen gas remains in the weld, the amount of porosity increases, and conversely, if the amount of flux increases relative to the hydrogen gas content in the aluminum alloy, excess KF vapor remains in the weld. As a result, a phenomenon occurs in which the amount of porosity increases, and a sound weld cannot be obtained.
[0017]
The base material in such a flux-containing filler wire is not particularly limited as long as it is an Al alloy material, but when the above flux component is contained in an Al-Mg alloy material, Since the Mg vapor present in the wire reacts with the vapor of the flux component and the content of the flux component is not increased, the effect of suppressing the generation of pores may not be sufficiently obtained. As described, it is desirable to use an Al—Si based alloy material as the base material of the filler wire. As such an Al—Si based alloy material, as described in claim 4, an Al-10% Si material, a JIS 4043 material and a JIS 4047 material are used alone, or two or more of these materials are used. Can be used in combination.
[0018]
In the aluminum alloy welding method according to claim 6 of the present invention, since the filler wire for laser welding supply according to the present invention is used, a sound welded portion with less porosity and excellent strength and ductility. Will be obtained.
[0019]
The welding heat source used at this time is not particularly limited as long as the welded portion can be melted together with the filler wire to join the materials to be welded, and arc (MIG welding), electron beam, laser beam, or the like is used. However, it is desirable to use a laser because the power density is high and welding at a very high speed is possible.
[0020]
Further, as described in claim 7, the material to be welded is preferably an Al—Si based alloy or an Al—Mg—Si based alloy. This is because an alloy containing a low-boiling element, such as an Al—Mg alloy or an Al—Zn alloy, tends to generate spatter frequently during welding, and sound welding quality may not be obtained. .
[0021]
In the aluminum alloy welding method according to the present invention, as long as the material to be welded (welding base material) is an aluminum alloy member, the manufacturing method such as extrusion, rolling, pressing and casting is not particularly limited. The porosity of welds is reduced by applying the filler wire according to the present invention to castings, especially die-casting materials, which are difficult to prevent porosity due to the large amount of air inside due to the characteristics of the manufacturing method. The effect on is remarkable. Therefore, as described in claim 8, it is desirable from the viewpoint of the effect that an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting is used as the material to be welded. Of course, it is needless to say that even when the material to be welded is other than a casting, a more sound welded portion with less porosity can be obtained.
[0022]
Since the aluminum alloy welded member according to claim 9 of the present invention is welded by the filler wire according to the present invention, the welded member is provided with a sound welded portion with low porosity and excellent in strength and ductility. In the aluminum alloy welded member, the welded material is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting, and as described above, a significant porosity reduction effect can be achieved even in castings and die castings for which measures for porosity have been difficult. Will be obtained.
[0023]
Moreover, the aluminum alloy welded member according to the present invention is one in which the generation of porosity in the welded portion is suppressed by the action of the flux material contained in the filler wire, and excellent strength and ductility are obtained. As described, by restricting the porosity area ratio in the weld bead portion to 10% or less as a measure of the amount of porosity generated, the strength reduction effect is ensured and the strength of the welded member is more excellent It will be a thing. The porosity area ratio can be considered to be equivalent to the porosity volume ratio in the weld bead portion.
[0024]
【The invention's effect】
The filler wire for laser welding supply of aluminum alloy according to the present invention has a hydrogen gas content in the aluminum alloy (material to be welded) of Xcc / 100 g Al, and a content of the Al—K—F system flux material in the filler wire. When the mass ratio is Y%, the area within the thick line in FIG. 4, that is, 0.5 ≦ Y ≦ 2.0, Y ≧ − (50/3) X + 14, Y ≧ (5/4) X−13 / 16, Y ≧ (50/11) X-123 / 22, Y ≦ (5/3) X-3 / 10 The content of the Al—K—F-based flux material is adjusted to be in the range. Therefore, it is possible to suppress the generation of pores in the welded portion by such a deoxidizing action, a hydrogen gas partial pressure reducing action, and an outgassing improving action of such an Al—K—F-based flux material, and a sound welded part with no strength reduction. It has an excellent effect that can be obtained It is intended.
[0025]
As an embodiment of the filler wire for laser welding supply of aluminum alloy according to the present invention, in the filler wire according to claim 3, for example, as described in claim 4, Al-10% Si material, Since Al-Si based alloy materials such as JIS 4043 and JIS 4047 are used as the base material, the reaction between the vapor of the flux component and the vapor of Mg as in the case of using the Al-Mg based material is performed. It is possible to prevent the occurrence of porosity without increasing the flux content. In the filler wire according to claim 5, among the flux materials, KAlF 4 , K 2 AlF 5 , K 3 AlF 6 , a mixture or eutectic composition of KF and AlF 3 , and potassium fluoroaluminate complex Since the Al—K—F based flux material selected from the above is included, the above-mentioned effect by the Al—K—F based flux material can be ensured.
[0026]
In the aluminum alloy welding method according to claim 6 of the present invention, since the filler wire for laser welding supply of aluminum alloy according to the present invention is used, the porosity is low, and the soundness is excellent in strength and ductility. As an embodiment of the aluminum alloy welding method according to the present invention, in the welding method according to claim 7, the material to be welded is an Al-Si alloy or an Al-Mg-Si alloy. Therefore, the occurrence of spatter can be suppressed, good welding quality can be obtained, and in the welding method according to claim 8, the material to be welded is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die casting. Therefore, even if the weld base material is inherently prone to porosity, suppress spatter. Can results in extremely excellent effect that it is possible to obtain good welding quality.
[0027]
Since the welded member made of aluminum alloy according to claim 9 of the present invention is welded using the filler wire for laser welding supply of the aluminum alloy according to the present invention, the welded portion is considered to be healthy with low porosity. As an embodiment of the aluminum alloy welded member according to the present invention, in the welded member according to claim 10, the material to be welded is an aluminum alloy casting or an aluminum alloy die cast. Since it is a casting, the occurrence of porosity is prominent, and it is possible to improve the welding quality and strength of a casting, particularly a welded member made of a die-cast material, which has been difficult to take countermeasures. In the welded member concerned, the area ratio of porosity in the weld bead portion is 10% or less. Since, it is possible to reliably prevent a reduction in strength due to porosity, leading to extremely excellent effect that it is possible to improve further the strength of the welded members.
[0028]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples.
[0029]
In this embodiment, an Al-11% Si-0.5% Mg alloy die cast material was used as the material to be welded.
[0030]
That is, first, an alloy material having the above composition was melted at a temperature of 720 ° C., and then bubbling with argon gas was performed for the purpose of removing inclusions and degassing. At the same time, for the purpose of improving the eutectic Si, Sr was added using an Al-10% Sr master alloy so that the amount added was 50 ppm. Then, using a vacuum die casting apparatus having a clamping force of 320 tons and applying a powder release material to the mold, the conditions of casting pressure: 60 MPa, injection speed: 3.5 m / s, molten metal temperature: 680 ° C. And die-cast into a flat plate member of 50 mm × 130 mm × 2 mmt as shown in FIG.
[0031]
Next, the cast member obtained by die casting is kept at 500 ° C. for 3 hours, and then subjected to a solution treatment in which it is suddenly submerged in water at room temperature, and then kept at 170 ° C. for 2 hours to artificially age. It processed and air-cooled in air | atmosphere, and was set as the to-be-welded material B.
[0032]
On the other hand, as the base material of the filler wire, an Al-10% Si alloy material is used, and this base material alloy powder is mixed with KAlF 4 , K 2 AlF 5 , K 3 AlF 6 , and a mixture of KF and AlF 3. Each of the resulting flux material powders was mixed and then pressed to form and solidify into a green compact. Next, this green compact was secondarily processed to obtain a filler wire having a diameter of 1.2 mm. At this time, the flux material content was set to 4 levels of 0%, 0.5%, 1.0% and 2.0% by mass ratio.
[0033]
Then, using a YAG laser as a welding heat source, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), laser beams L1 and L2 with outputs of 3 kW and 2 kW are set at an inter-beam distance of 0.6 mm and obtained as described above. The welded material B was irradiated and bead-on welding was performed as shown in FIG. 2A while supplying filler wire. In addition, the welding speed at this time was 6 m / min, and the supply speed of the filler wire was 6.0 m / min. Further, the material to be welded B obtained by die casting was used after surface polishing with a nylon brush and degreasing treatment with alcohol prior to welding.
[0034]
A tensile test piece having the shape shown in FIG. 3 was cut out from the workpiece B subjected to bead-on welding, and a tensile test was performed at a tensile speed of 5 mm / min using an Instron universal testing machine. It should be noted that when creating the tensile test piece, the surplus of the welded portion was removed by cutting according to the plate thickness. Moreover, the weld bead part was removed from the part of the residual material which cut out the tensile test piece, and the hydrogen gas content in a casting was measured by the Lansley method. About the fracture surface of the test piece which finished the tensile test, the porosity area ratio of the welded part was measured by image analysis. The measurement area at this time is 25 mm 2 .
[0035]
The measurement results of the porosity area ratio on the fracture surface of these tensile test pieces are shown in Table 1 together with the hydrogen content in the casting and the Al—K—F-based flux content in the filler wire used for welding. Moreover, based on these results, the hydrogen gas content in the casting (material to be welded) for obtaining a good weld (fracture surface porosity area ratio: 10% or less) and Al in the filler wire used for welding. FIG. 4 shows the result of studying the relationship of the content of the —K—F flux. From these results, from the viewpoint of reducing the amount of porosity of the welded portion, the optimum of the Al—K—F system flux in the filler wire for reducing the porosity with respect to the hydrogen gas content in the welded material It was found that there was a large amount added. In FIG. 4, ◯ indicates that the fracture surface porosity area ratio is 10% or less, and X indicates that the fracture surface porosity area ratio exceeds 10%.
[0036]
[Table 1]
Here, as a mechanism for reducing the porosity of the weld zone by adding the Al—K—F based flux into the filler wire, in addition to the deoxidizing action, the action of lowering the hydrogen gas partial pressure by the preferential evaporation of KF, and the molten metal An effect of improving outgassing due to a decrease in viscosity can be mentioned. That is, when the amount of flux is relatively small with respect to the hydrogen gas content in the work piece, the amount of porosity increases because the hydrogen gas that could not be removed remains in the weld, and conversely the work piece When the flux amount is relatively large with respect to the hydrogen gas content therein, a mechanism that the amount of porosity increases because excess KF vapor remains in the welded portion can be considered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing the shape and dimensions of a die-cast material used as a material to be welded in an example.
FIGS. 2A and 2B are schematic views showing a welding procedure in Examples.
3 is a plan view showing the shape and dimensions of a test piece used in a tensile test of Example 2. FIG.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the content of hydrogen gas in a material to be welded and the flux content in a filler wire on the porosity area ratio.
[Explanation of symbols]
B Welded material
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