JPH0615470A - Laser welding method for aluminum - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To realize deep penetration without generating a welding crack at the time of welding an aluminum material. CONSTITUTION:To aluminum materials 1a, 1b to be welded, welding groove is worked, and both the aluminum materials are opposed to each other. A welding groove part 5 is filled with Si powder 2 or to the part in the vicinity of the surface of the welding groove part 5 and between the opposed aluminum materials 1a, 1b, the Si powder 2 suspended in an organic solvent is applied. Processes for irradiating concentrically the Si powder 2 with a laser beam and welding the aluminum materials 1a, 1b by conduction heat from the Si powder 2 are executed successively.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムおよび／
またはアルミニウム合金（以下、アルミニウム材とい
う。）の形材同士、形材と板材あるいは板材同士を溶接
割れのないようにレーザ溶接し得るアルミニウムのレー
ザ溶接方法に関するものである。This invention relates to aluminum and / or
Further, the present invention relates to a laser welding method for aluminum which allows laser welding of aluminum alloy (hereinafter referred to as aluminum material) shape members, a shape member and a plate member, or a plate member without laser cracking.

【０００２】[0002]

【従来の技術】レーザ溶接は、高パワー密度ビームを使
用するので、少ない入熱で溶接でき、周辺部への熱影響
が少なく、溶接歪みが小さいこと、瞬時に溶融を生じさ
せるので、高速で溶接できること、また、ビーム照射位
置を精密に制御できるので、形状が複雑な部品でも簡単
に溶接できること等々の特長があり、すでに鉄鋼の溶接
において実用化されている。アルミニウムについては、
反射率が大きいためにレーザ溶接が難しいとされてきた
が、高出力レーザが開発されるにつれ、実用化の段階に
入ってきつつある。しかし、アルミニウムの場合、レー
ザビームが照射された溶接部に小さな溶融池ができ、熱
伝導性が良好であるために、これが急速に凝固し、収縮
割れ、すなわち溶接割れが生じ、溶接強度を損なう。し
たがって、この溶接割れを防止するために各種の対策が
講じられている。例えば、接合部にAl−Si合金フィラを
挟む方法、接合部にニッケルメッキを施す方法により、
それぞれSiとニッケルを溶接部に溶け込ませ、ともに溶
接部をじん性の高い共晶組織にして溶接割れ感受性を低
下させている。レーザ溶接においてこのフィラを使用可
能とするには、高出力としなければならないが、出力を
上げるにも限度がありまた上がったとしても、前記した
特長を犠牲にしなければならない。そこで、レーザ溶接
の特徴を維持しつつ、溶接割れを生じないアルミニウム
のレーザ溶接方法が望まれている。2. Description of the Related Art Laser welding uses a high power density beam, so that it can be welded with a small amount of heat input, has little heat effect on the peripheral portion, has a small welding strain, and causes instant melting, so that high speed welding is possible. It can be welded, and because the beam irradiation position can be precisely controlled, it has features such as easy welding even for parts with complicated shapes, and it has already been put to practical use in the welding of steel. For aluminum,
It has been said that laser welding is difficult because of its high reflectance, but as high-power lasers are developed, they are entering the stage of practical application. However, in the case of aluminum, a small weld pool is formed in the welded part irradiated with the laser beam, and due to its good thermal conductivity, it rapidly solidifies, shrinkage cracks, that is, weld cracking occurs, and the weld strength is impaired. . Therefore, various measures have been taken to prevent this weld cracking. For example, by a method of sandwiching an Al-Si alloy filler in the joint, a method of nickel-plating the joint,
Both Si and nickel are melted into the weld, and both have a eutectic structure with high toughness to reduce weld crack susceptibility. In order to be able to use this filler in laser welding, it has to have a high output, but even if the output is limited and increased, the above-mentioned features must be sacrificed. Therefore, there is a demand for a laser welding method for aluminum that does not cause welding cracks while maintaining the characteristics of laser welding.

【０００３】このような観点から、従来、図９の（ａ）
および（ｂ）の突合わせ溶接の例に示すように、溶接す
べきアルミニウム材１ａ，１ｂを対向させ、対接部の直
上、あるいは対接部間に、Ｓｉ粉末２を配置して、同図
の（ａ′）および（ｂ′）に示すように、このＳｉ粉末
２にレーザ発振器３からレーザビームを照射して、アル
ミニウム材１ａ，１ｂを溶接し、溶接部４を形成する方
法が行われている。また、図１０の（ａ）および（ｂ）
の隅肉溶接の例に示すように、溶接すべきアルミニウム
材１ａ，１ｂを対向させ、対接部の直上、あるいは対接
部間に、Ｓｉ粉末２を配置させた状態で、同図の
（ａ′）および（ｂ′）に示すように、このＳｉ粉末２
にレーザ発振器３からレーザビームを照射して、アウミ
ニウム材１ａ，１ｂを溶接し、溶接部４を形成するする
方法も行われている。さらに、図１１の（ａ）および
（ｂ）の重ね溶接の例に示すように、溶接すべきアルミ
ニウム材１ａ，１ｂを対向させ、溶接面、あるいは対接
部間に、Ｓｉ粉末２を配置させた状態で、同図の
（ａ′）および（ｂ′）に示すように、このＳｉ粉末２
にレーザ発振器３からレーザビームを照射して、アウミ
ニウム材１ａ，１ｂを溶接し、溶接部４を形成する方法
も行われている。From this point of view, conventionally, FIG.
As shown in the example of the butt welding of (1) and (2), the aluminum materials 1a and 1b to be welded are opposed to each other, and the Si powder 2 is arranged immediately above the contact portion or between the contact portions. As shown in (a ') and (b'), a method of irradiating the Si powder 2 with a laser beam from the laser oscillator 3 to weld the aluminum materials 1a and 1b to form the welded portion 4 is performed. ing. In addition, (a) and (b) of FIG.
As shown in the example of fillet welding, the aluminum materials 1a and 1b to be welded are opposed to each other, and the Si powder 2 is arranged immediately above the contact portion or between the contact portions. As shown in a ') and (b'), this Si powder 2
A method of irradiating a laser beam from the laser oscillator 3 to weld the aluminum materials 1a and 1b to form the welded portion 4 is also performed. Further, as shown in the example of the lap welding of FIGS. 11A and 11B, the aluminum materials 1a and 1b to be welded are opposed to each other, and the Si powder 2 is disposed on the welding surface or between the contact portions. In this state, as shown in (a ′) and (b ′) of FIG.
A method of forming a weld 4 by irradiating a laser beam from the laser oscillator 3 to weld the aluminum materials 1a and 1b is also used.

【０００４】このように、Ｓｉ粉末等を溶接すべきアル
ミニウム材の表面あるいは対接部間に配置し、レーザ光
の吸収率を高める手段自体は、従来公知のものである。
一般に、レーザの吸収率Ｘは、レーザが照射される金属
材料の電気抵抗率をω（μΩ・cm）とし、レーザの振動
数をνとした場合、 Ｘ＝（ων）^1/2 の関係があり、Ｓｉの電気抵抗は、アルミニウムのそれ
に比し十分に高いので、レーザの吸収率は極めて高い。
したがって、Ｓｉ粉末にレーザビームが照射されると、
レーザビームのエネルギーを吸収し、Ｓｉ粉末が加熱さ
れる。Ｓｉの融点は１４２０℃と高いのに対して、熱伝
導度が高く、融点が約６６０℃（純アルミニウムの場
合）と低いアルミニウムは、Ｓｉ粉末から熱を吸収し、
急速に溶解する。溶解したアルミニウムはＳｉ粉末に接
し、Ｓｉ粉末を拡散溶解しながらアルミニウムの融点を
下げ、アルミニウム材の内部に浸透し、溶接部を構成す
る。As described above, means for arranging the Si powder or the like on the surface of the aluminum material to be welded or between the contact portions to increase the absorption rate of the laser light is a conventionally known one.
In general, the absorption rate X of a laser has a relationship of X = (ων) ^1/2 where ω (μΩ · cm) is the electrical resistivity of a metal material irradiated with the laser and ν is the frequency of the laser. However, since the electric resistance of Si is sufficiently higher than that of aluminum, the absorption rate of the laser is extremely high.
Therefore, when the Si powder is irradiated with the laser beam,
The energy of the laser beam is absorbed and the Si powder is heated. While the melting point of Si is as high as 1420 ° C., aluminum having a high thermal conductivity and a low melting point of about 660 ° C. (in the case of pure aluminum) absorbs heat from the Si powder,
Dissolves rapidly. The molten aluminum comes into contact with the Si powder, lowers the melting point of the aluminum while diffusing and melting the Si powder, and penetrates into the aluminum material to form a welded portion.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の例で
は、Ｓｉ粉末がレーザビームのエネルギーを吸収して加
熱され、アルミニウム材がＳｉ粉末から熱を吸収して溶
解し、溶接されるものであるが、Ｓｉ粉末２を、溶接す
べきアルミニウム材１ａ，１ｂの溶接面、あるいは対接
部間に配置させてあるので、エネルギーの放出も多く、
アルミニウム材のＳｉ粉末と隣接する部分が、図９ない
し図１１に示す如く、一部しか溶融せず、表層部のみの
溶込みとなり、いわゆる深溶込みを得ることが難しい。
この溶込み深さを大きくするために、レーザの出力を上
げると、溶接後の急速凝固に原因してそれらの溶接ビー
ド部にクラックを生じる、いわゆる溶接割れを起こし、
溶接強度を損なうという問題がある。本発明は、従来技
術が内包するこれらの問題点を解決し、溶接割れを生じ
ることなく、深溶込みを実現し得るアルミニウムのレー
ザ溶接方法を提供することを目的とする。In the conventional example described above, the Si powder absorbs the energy of the laser beam and is heated, and the aluminum material absorbs the heat from the Si powder to melt and is welded. However, since the Si powder 2 is arranged on the welding surfaces of the aluminum materials 1a and 1b to be welded or between the contact portions, a large amount of energy is released,
As shown in FIGS. 9 to 11, a portion of the aluminum material adjacent to the Si powder melts only partially, and only the surface layer portion penetrates, so that it is difficult to obtain so-called deep penetration.
In order to increase this penetration depth, when the output of the laser is increased, cracks occur in those weld beads due to rapid solidification after welding, causing so-called weld cracking,
There is a problem of impairing the welding strength. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve these problems included in the conventional technique and to provide a laser welding method for aluminum capable of realizing deep penetration without causing weld cracking.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの具体的手段として、本発明は、溶接すべきアルミニ
ウム材に溶接開先加工を施し、両アルミニウム材を対向
させる工程、溶接開先部にＳｉ粉末を充填する工程、充
填されたＳｉ粉末にレーザビームを集中的に照射し、Ｓ
ｉ粉末からの伝導熱により前記アルミニウム材を溶接す
る工程を順次行うようにしたものである。また、本発明
は、溶接すべきアルミニウム材に溶接開先加工を施し、
両アルミニウム材を対向させる工程、溶接開先部の表面
近傍および前記対向させたアルミニウム材間に、有機溶
剤に懸濁させたＳｉ粉末を塗布する工程、前記有機溶剤
が気化した後Ｓｉ粉末にレーザビームを集中的に照射
し、Ｓｉ粉末からの伝導熱により前記アルミニウム材を
溶接する工程を順次行うようにしたものである。As a concrete means for achieving the above-mentioned object, the present invention provides a step of subjecting an aluminum material to be welded to a welding groove processing to make both aluminum materials face each other, and a welding groove. Step of filling Si powder into the portion, irradiating the filled Si powder with a laser beam intensively, and
The step of welding the aluminum material by conduction heat from the i powder is sequentially performed. Further, the present invention, by applying a welding groove processing to the aluminum material to be welded,
A step of facing both aluminum materials, a step of applying Si powder suspended in an organic solvent near the surface of the weld groove and between the facing aluminum materials, laser beam is applied to the Si powder after the organic solvent is vaporized The process of irradiating the beam in a concentrated manner and welding the aluminum material by conduction heat from the Si powder is sequentially performed.

【０００７】[0007]

【作用】上記の手段により、溶接されるべきアルミニウ
ム材は、レーザビームにより加熱されたＳｉ粉末からの
熱を吸収して、急速に溶解する。溶解したアルミニウム
は、溶接開先に充填し、または塗布したＳｉ粉末に接
し、Ｓｉ粉末を拡散溶解しながらアルミニウムの融点を
下げ、アルミニウム材の内部に浸透し、溶込み深さを大
きくする。By the above means, the aluminum material to be welded absorbs the heat from the Si powder heated by the laser beam and melts rapidly. The molten aluminum is brought into contact with the Si powder which is filled in or applied to the welding groove, and the melting point of aluminum is lowered while diffusing and melting the Si powder to penetrate into the aluminum material to increase the penetration depth.

【０００８】[0008]

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面について説明
する。図１ないし図３は、本発明のアルミニウムのレー
ザ溶接方法に関する第１の実施例について示し、図４な
いし図６は、本発明のアルミニウムのレーザ溶接方法に
関する第２の実施例について示すものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 3 show a first embodiment of the laser welding method for aluminum according to the present invention, and FIGS. 4 to 6 show a second embodiment of the laser welding method for aluminum according to the present invention. .

【０００９】まず、第１の実施例について説明する。図
１は、アルミニウム材１ａ，１ｂの端部同士を対向させ
て溶接する突合せ溶接の例で、同図（ａ）に示す如く、
アルミニウム材１ａ，１ｂには、あらかじめ溶接開先部
５が形成されるように、溶接開先加工が施され、その端
部同士を突合せる状態で対向させる。そして、この溶接
開先部５に、同図（ｂ）に示す如く，Ｓｉ粉末２を充填
する。次いで、同図（ｃ）に示す如く、充填されたＳｉ
粉末２に、レーザ発振器３からレーザビームを集中的に
照射し、Ｓｉ粉末からの伝導熱によりアルミニウム材１
ａ，１ｂを溶接し、溶接部４を形成するものである。First, the first embodiment will be described. FIG. 1 shows an example of butt welding in which the ends of the aluminum materials 1a and 1b are opposed to each other and welded. As shown in FIG.
The aluminum material 1a, 1b is subjected to welding groove processing so that the welding groove portion 5 is formed in advance, and the ends thereof are opposed to each other in a state of abutting each other. Then, the welding groove 5 is filled with Si powder 2 as shown in FIG. Then, as shown in FIG.
The powder 2 is intensively irradiated with the laser beam from the laser oscillator 3, and the aluminum material 1 is heated by the conduction heat from the Si powder.
The welding part 4 is formed by welding a and 1b.

【００１０】図２は、アルミニウム材１ａの端部と同１
ｂの一面を対向させて溶接する隅肉溶接の例で、同図
（ａ）に示す如く、アルミニウム材１ａには、あらかじ
め溶接開先部５が形成されるように溶接開先加工が施さ
れ、その端部とアルミニウム材１ｂの一面を対向させ
る。そして、この溶接開先部５に、同図（ｂ）に示す如
くＳｉ粉末２を充填する。次いで、同図（ｃ）に示す如
く、充填されたＳｉ粉末２に、レーザ発振器３からレー
ザビームを集中的に照射し、Ｓｉ粉末からの伝導熱によ
りアルミニウム材１ａ，１ｂを溶接し、溶接部４を形成
するものである。FIG. 2 shows an end portion of the aluminum material 1a.
In the example of fillet welding in which one surface of b is welded to face each other, as shown in FIG. 3A, the aluminum material 1a is preliminarily subjected to welding groove processing so that the welding groove portion 5 is formed. , The end portion and one surface of the aluminum material 1b are opposed to each other. Then, the welding groove portion 5 is filled with the Si powder 2 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 3C, the filled Si powder 2 is intensively irradiated with a laser beam from a laser oscillator 3, and the aluminum materials 1a and 1b are welded by the conduction heat from the Si powder to form a welded portion. 4 is formed.

【００１１】図３は、アルミニウム材１ａ，１ｂを重合
して溶接する重ね溶接の例で、同図（ａ）に示す如く、
アルミニウム材１ａには、あらかじめ溶接開先部５が形
成されるように溶接開先加工が施され、アルミニウム材
１ａ，１ｂを対向（重合）させる。そして、この溶接開
先部５に、同図（ｂ）に示す如く、Ｓｉ粉末２を充填す
る。次いで、同図（ｃ）に示す如く、充填されたＳｉ粉
末２に、レーザ発振器３からレーザビームを集中的に照
射し、Ｓｉ粉末２からの伝導熱によりアルミニウム材１
ａ，１ｂを溶接し、溶接部４を形成するものである。FIG. 3 shows an example of lap welding in which aluminum materials 1a and 1b are polymerized and welded, and as shown in FIG.
The aluminum material 1a is previously subjected to welding groove processing so that the welding groove portion 5 is formed, and the aluminum materials 1a and 1b are opposed (polymerized) to each other. Then, the welding groove portion 5 is filled with the Si powder 2 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3C, the filled Si powder 2 is intensively irradiated with a laser beam from a laser oscillator 3, and the aluminum material 1 is heated by conduction heat from the Si powder 2.
The welding part 4 is formed by welding a and 1b.

【００１２】上記の第１の実施例では、溶接開先部５に
充填したＳｉ粉末２に対し、レーザ発振器３からレーザ
ビームを集中的に照射し、Ｓｉ粉末２がレーザビームの
エネルギーを吸収して加熱される。そして、アルミニウ
ム材がＳｉ粉末から熱を吸収して溶解し、これがＳｉ粉
末に接し、Ｓｉ粉末を拡散溶解しながらアルミニウムの
融点を下げ、アルミニウム材の内部に浸透するので、十
分な溶込み深さが得られる。なお、前記溶接開先部に充
填するＳｉ粉末は、その粒径が１００μ以下のものを採
用すると、レーザビームのエネルギーの吸収率が良く、
有効である。In the first embodiment described above, the Si powder 2 filled in the welding groove 5 is intensively irradiated with the laser beam from the laser oscillator 3, and the Si powder 2 absorbs the energy of the laser beam. Is heated. Then, the aluminum material absorbs heat from the Si powder and melts, contacts the Si powder, lowers the melting point of aluminum while diffusing and melting the Si powder, and penetrates into the aluminum material, so that the penetration depth is sufficient. Is obtained. If the Si powder with which the welding groove portion is filled has a particle size of 100 μm or less, the absorption rate of energy of the laser beam is good,
It is valid.

【００１３】次に、第２の実施例について説明する。図
４は、アルミニウム材１ａ，１ｂの端部同士を対向させ
て溶接する突合せ溶接の例で、同図（ａ）に示す如く、
アルミニウム材１ａ，１ｂには、あらかじめ溶接開先部
５が形成されるように溶接開先加工が施され、その端部
同士を突合せる状態で対向させる。次いで、この溶接開
先部５の表面５′近傍および前記対向させたアルミニウ
ム材１ａ，１ｂ間に、同図（ｂ）に示す如く、有機溶剤
に懸濁させたＳｉ粉末２を、刷毛または吹付機で塗布す
る。有機溶剤としては、揮発性が高く、かつ、表面張力
が小さく、Ｓｉ粉末の分散効果が大きい溶剤である、例
えばアセトン、エチルアルコール、メチルアルコール、
ベンゼン、石油系溶剤等が用いられる。そして、前記有
機溶剤が気化した後、Ｓｉ粉末２に、同図（ｃ）に示す
如く、レーザ発振器３からレーザビームを集中的に照射
し、Ｓｉ粉末２からの伝導熱によりアルミニウム材１
ａ，１ｂを溶接し、溶接部４を形成するものである。Ｓ
ｉ粉末を前記した揮発性の高い有機溶剤中で懸濁させる
理由は、塗布後、有機物や水分が残存するのを防止する
ためであり、これらが残存していると、溶接部のブロー
ホールの発生の原因となるからである。Next, a second embodiment will be described. FIG. 4 shows an example of butt welding in which the ends of the aluminum materials 1a and 1b are opposed to each other and welded. As shown in FIG.
The aluminum materials 1a and 1b are preliminarily subjected to welding groove processing so that the welding groove portions 5 are formed, and the ends thereof are opposed to each other in a state of abutting each other. Then, Si powder 2 suspended in an organic solvent is brushed or sprayed near the surface 5'of the weld groove 5 and between the opposed aluminum materials 1a and 1b as shown in FIG. Apply with a machine. The organic solvent is a solvent having high volatility, low surface tension, and a large effect of dispersing Si powder, such as acetone, ethyl alcohol, methyl alcohol,
Benzene, petroleum solvent, etc. are used. After the organic solvent is vaporized, the Si powder 2 is intensively irradiated with a laser beam from the laser oscillator 3 as shown in FIG.
The welding part 4 is formed by welding a and 1b. S
The reason for suspending the i powder in the above-mentioned highly volatile organic solvent is to prevent the organic matter and water from remaining after the application. This is a cause of occurrence.

【００１４】図５は、アルミニウム材１ａの端部と同１
ｂの一面を対向させて溶接する隅肉溶接の例で、同図
（ａ）に示す如く、アルミニウム材１ａには、あらかじ
め溶接開先部５が形成されるように溶接開先加工が施さ
れ、その端部とアルミニウム材１ｂの一面を対向させ
る。そして、この溶接開先部５の表面５′近傍および前
記対向させたアルミニウム材１ａ，１ｂ間に、同図
（ｂ）に示す如く、有機溶剤に懸濁させたＳｉ粉末２を
塗布する。そして、前記有機溶剤が気化した後、Ｓｉ粉
末２に、同図（ｃ）に示す如く、レーザ発振器３からレ
ーザビームを集中的に照射し、Ｓｉ粉末２からの伝導熱
によりアルミニウム材１ａ，１ｂを溶接し、溶接部４を
形成するものである。FIG. 5 shows the end portion of the aluminum material 1a.
In the example of fillet welding in which one surface of b is welded to face each other, as shown in FIG. 3A, the aluminum material 1a is preliminarily subjected to welding groove processing so that the welding groove portion 5 is formed. , The end portion and one surface of the aluminum material 1b are opposed to each other. Then, as shown in FIG. 2B, Si powder 2 suspended in an organic solvent is applied near the surface 5'of the weld groove 5 and between the opposed aluminum materials 1a, 1b. After the organic solvent is vaporized, the Si powder 2 is intensively irradiated with a laser beam from a laser oscillator 3 as shown in FIG. Are welded to form the welded portion 4.

【００１５】図６は、アルミニウム材１ａ，１ｂを重合
して溶接する重ね溶接の例で、同図（ａ）に示す如く、
アルミニウム材１ａには、あらかじめ溶接開先部５が形
成されるように溶接開先加工が施され、アルミニウム材
１ａ，１ｂを対向（重合）させる。そして、この溶接開
先部５の表面５′近傍および前記対向させたアルミニウ
ム材１ａ，１ｂ間に、同図（ｂ）に示す如く、有機溶剤
に懸濁させたＳｉ粉末２を塗布する。そして、前記有機
溶剤が気化した後、Ｓｉ粉末２に、同図（ｃ）に示す如
く、レーザ発振器３からレーザビームを集中的に照射
し、Ｓｉ粉末２からの伝導熱によりアルミニウム材１
ａ，１ｂを溶接し、溶接部４を形成するものである。FIG. 6 shows an example of lap welding in which aluminum materials 1a and 1b are polymerized and welded, and as shown in FIG.
The aluminum material 1a is previously subjected to welding groove processing so that the welding groove portion 5 is formed, and the aluminum materials 1a and 1b are opposed (polymerized) to each other. Then, as shown in FIG. 2B, Si powder 2 suspended in an organic solvent is applied near the surface 5'of the weld groove 5 and between the opposed aluminum materials 1a, 1b. After the organic solvent is vaporized, the Si powder 2 is intensively irradiated with a laser beam from the laser oscillator 3 as shown in FIG.
The welding part 4 is formed by welding a and 1b.

【００１６】前記有機溶剤に懸濁させるＳｉ粉末は、そ
の粒径が１００μ以下のものを採用すると、粒子間に凝
集力があり、かつ、塗布後アルミニウム材との間に付着
力があり有効である。また、突合せ溶接においては、突
合せ部の間隙の精度を調整し得る効果があり、Ｓｉ粉末
の粒径を１０μ以下とした場合は、より有効である。If the Si powder to be suspended in the organic solvent has a particle size of 100 μm or less, it is effective because it has cohesive force between particles and has adhesive force with the aluminum material after coating. is there. Further, in the butt welding, there is an effect that the accuracy of the gap of the butt portion can be adjusted, and it is more effective when the particle size of the Si powder is 10 μm or less.

【００１７】本発明においては、溶接開先に配置させた
Ｓｉ粉末２に、レーザ発振器３からレーザビームを集中
的に照射するものであるが、特に第２の実施例において
は、溶接開先の形状により、これをより効率的にするこ
とができる。例えば、図７に示すように、溶接開先５の
形状を鋭角に形成した場合、開先中心線６と平行に入射
するレーザビームは、溶接開先５の表面５′に反射して
進むが、開先中心線６とのなす角度が広いと、開先中心
部に収束せずに、外部に放散することになる。溶接開先
５の角度、つまり開先中心線６とのなす角度αと、レー
ザビームの反射回数ｎとの関係は、α≦９０°／（２ｎ
−１）で表され、これを１８度以下の鋭角に設定すれ
ば、反射回数ｎは、３回以上となり、効率的な照射が行
えるものである。また、例えば、図８に示すように、溶
接開先５の形状を円弧状に形成したときは、開先中心線
６と平行に入射するレーザビームは、開先中心部に収束
することとなり、同様に効率的な照射が行えるものであ
る。In the present invention, the Si powder 2 placed in the welding groove is irradiated with the laser beam from the laser oscillator 3 in a concentrated manner. In particular, in the second embodiment, the welding groove is exposed. The shape can make this more efficient. For example, as shown in FIG. 7, when the welding groove 5 is formed in an acute angle, the laser beam incident parallel to the groove center line 6 is reflected on the surface 5 ′ of the welding groove 5 and advances. If the angle formed with the groove center line 6 is wide, the light does not converge on the groove center portion but is diffused to the outside. The relationship between the angle of the welding groove 5, that is, the angle α formed by the groove center line 6 and the number of laser beam reflections n is α ≦ 90 ° / (2n
-1), if this is set to an acute angle of 18 degrees or less, the number of reflections n becomes 3 or more, and efficient irradiation can be performed. Further, for example, as shown in FIG. 8, when the shape of the weld groove 5 is formed in an arc shape, the laser beam incident parallel to the groove center line 6 is converged on the groove center portion, Similarly, efficient irradiation can be performed.

【００１８】上記の第２の実施例では、溶接開先部５の
表面近傍および対向させたアルミニウム材１ａ，１ｂ間
に、有機溶剤に懸濁させたＳｉ粉末２を塗布し、有機溶
剤が気化した後、Ｓｉ粉末に対し、レーザ発振器３から
レーザビームを集中的に照射し、Ｓｉ粉末がレーザビー
ムのエネルギーを吸収して加熱される。そして、アルミ
ニウム材がＳｉ粉末から熱を吸収して溶解し、これがＳ
ｉ粉末に接し、Ｓｉ粉末を拡散溶解しながらアルミニウ
ムの融点を下げ、アルミニウム材の内部に浸透するの
で、十分な溶込み深さが得られる。In the second embodiment, the Si powder 2 suspended in the organic solvent is applied near the surface of the weld groove 5 and between the opposed aluminum materials 1a and 1b, and the organic solvent is vaporized. After that, the Si powder is intensively irradiated with the laser beam from the laser oscillator 3, and the Si powder absorbs the energy of the laser beam and is heated. Then, the aluminum material absorbs heat from the Si powder and melts, and this is S
The melting point of aluminum is lowered while diffusing and melting the Si powder while in contact with the i powder, and penetrates inside the aluminum material, so that a sufficient penetration depth can be obtained.

【００１９】溶接開先部に充填したＳｉ粉末にレーザビ
ームを照射する第１の実施例、および、溶接開先部の表
面近傍とアルミニウム材間に、有機溶剤に懸濁させたＳ
ｉ粉末を塗布し、有機溶剤の気化後、Ｓｉ粉末にレーザ
ビームを照射する第２の実施例のそれぞれについて、具
体的な実験を行い、測定された溶込み深さおよび破断強
さの数値を記録した。使用したアルミニウム板材は、Ａ
５０５２組成で、厚さ２〜４mmを使用し、レーザ溶接条
件は、溶接速度３m/min,シールドガスＡｒ２０l/min で
行った。実験は、図１，図４に示す突合せ溶接、図２，
図５に示す隅肉溶接、図３，図６に示す重ね溶接のそれ
ぞれについて行い、比較例としては、溶接開先を形成し
ない図９の突合せ溶接、図１０の隅肉溶接、図１１の重
ね溶接の場合（比較例１）と、溶接開先を形成せずＳｉ
粉末も配置しないそれぞれの場合（比較例２）について
行った。次の表にその結果を示す。A first embodiment of irradiating a laser beam on the Si powder filled in the welding groove, and S suspended in an organic solvent between the vicinity of the surface of the welding groove and the aluminum material.
A specific experiment was conducted for each of the second examples in which the i powder was applied and the organic solvent was vaporized, and then the Si powder was irradiated with the laser beam, and the numerical values of the measured penetration depth and fracture strength were calculated. Recorded. The aluminum plate used is A
The composition was 5052, and the thickness was 2 to 4 mm. The laser welding conditions were welding speed 3 m / min and shield gas Ar 20 l / min. The experiment was conducted by butt welding shown in FIGS.
The fillet welding shown in FIG. 5 and the lap welding shown in FIGS. 3 and 6 were carried out. As comparative examples, the butt welding shown in FIG. 9 without forming a welding groove, the fillet welding shown in FIG. 10, and the lap welding shown in FIG. In the case of welding (Comparative Example 1), Si was formed without forming a welding groove.
It carried out about each case (comparative example 2) which does not arrange powder. The following table shows the result.

【表１】 各溶接部の断面のミクロ組織を観察したところ、比較例
２の溶接部においては溶接割れが発見されたが、第１の
実施例および第２の実施例の溶接部では、溶接割れの発
生は皆無であった。[Table 1] When the microstructure of the cross section of each weld was observed, weld cracks were found in the welds of Comparative Example 2, but no weld cracks were found in the welds of the first and second examples. There was none.

【００２０】[0020]

【発明の効果】本発明に係るアルミニウム材のレーザ溶
接方法によれば、溶接されるべきアルミニウム材は、レ
ーザビームにより加熱されたＳｉ粉末からの熱を吸収し
て、急速に溶解する。溶解したアルミニウム材は、溶接
開先部のＳｉ粉末に接し、伝導熱により、Ｓｉ粉末を拡
散溶解しながらアルミニウムの融点を下げ、合金化して
アルミニウム材の内部に浸透し、溶込み深さを大きくす
る。このように深溶込みが得られることから、溶接部は
破断強さが大であり、アルミニウム材は強固に接合され
る。そして、この溶接部は凝固収縮が小さく、溶接割れ
を生じることがない。これはＳｉ粉末の作用によるもの
と考えられている。一般に、金属は液体から固体になる
とき密度が大きくなるところ、Ｓｉは逆に小さくなり、
したがってＳｉを含有する液体は、Ｓｉを含有しない場
合と比較して、液体から固体になるときの凝固収縮が小
さくなることによる。According to the laser welding method for an aluminum material of the present invention, the aluminum material to be welded absorbs heat from the Si powder heated by the laser beam and is rapidly melted. The molten aluminum material comes into contact with the Si powder in the weld groove, and the conductive heat diffuses and melts the Si powder to lower the melting point of aluminum and alloy it to penetrate into the aluminum material to increase the penetration depth. To do. Since deep penetration is obtained in this way, the fracture strength of the welded portion is high and the aluminum material is firmly joined. Further, this welded portion has a small solidification shrinkage and does not cause weld cracking. This is considered to be due to the action of Si powder. In general, when the density of metal increases from liquid to solid, Si decreases,
Therefore, the liquid containing Si has a smaller solidification shrinkage when it becomes a solid than the liquid does not contain Si.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第１
の実施例の突合せ溶接の例について示す各工程の説明図
である。1 (a), (b) and (c) are the first of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view of each step showing an example of butt welding of the embodiment of FIG.

【図２】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第１
の実施例の隅肉溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。2 (a), (b) and (c) are the first of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of each step showing an example of fillet welding in the example of FIG.

【図３】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第１
の実施例の重ね溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。3 (a), (b) and (c) are the first of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of each step showing an example of lap welding in the example of FIG.

【図４】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第２
の実施例の突合せ溶接の例について示す各工程の説明図
である。4 (a), (b) and (c) show the second aspect of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view of each step showing an example of butt welding of the embodiment of FIG.

【図５】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第２
の実施例の隅肉溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。5 (a), (b) and (c) show the second aspect of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of each step showing an example of fillet welding in the example of FIG.

【図６】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第２
の実施例の重ね溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。6 (a), (b) and (c) show the second aspect of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of each step showing an example of lap welding in the example of FIG.

【図７】本発明の溶接開先の形状の例を示す説明図であ
る。FIG. 7 is an explanatory view showing an example of the shape of a welding groove of the present invention.

【図８】本発明の溶接開先の形状の他の例を示す説明図
である。FIG. 8 is an explanatory view showing another example of the shape of the welding groove of the present invention.

【図９】（ａ），（ａ′）および（ｂ），（ｂ′）は、
従来の突合せ溶接の例について示す各工程の説明図であ
る。9 (a), (a ') and (b), (b') are:
It is explanatory drawing of each process shown about the example of the conventional butt welding.

【図１０】（ａ），（ａ′）および（ｂ），（ｂ′）
は、従来の隅肉溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。10 (a), (a ') and (b), (b').
[Fig. 4] is an explanatory diagram of each step showing an example of conventional fillet welding.

【図１１】（ａ），（ａ′）および（ｂ），（ｂ′）
は、従来の重ね溶接の例について示す各工程の説明図で
ある。11 (a), (a ') and (b), (b').
[Fig. 6] is an explanatory diagram of each step showing an example of conventional lap welding.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ａ，１ｂ アルミニウム材 ２ Ｓｉ粉末 ３ レーザ発振器 ４ 溶接部 ５ 溶接開先部 ５′ 開先表面 ６ 開先中心線 α 溶接開先の角度 1a, 1b Aluminum material 2 Si powder 3 Laser oscillator 4 Welded portion 5 Weld groove 5'Groove surface 6 Groove center line α Weld groove angle

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成３年８月７日[Submission date] August 7, 1991

【手続補正１】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】００１９[Correction target item name] 0019

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【００１９】溶接開先部に充填したＳｉ粉末にレーザビ
ームを照射する第１の実施例、および、溶接開先部の表
面近傍とアルミニウム材間に、有機溶剤に懸濁させたＳ
ｉ粉末を塗布し、有機溶剤の気化後、Ｓｉ粉末にレーザ
ビームを照射する第２の実施例のそれぞれについて、具
体的な実験を行い、測定された溶込み深さ〔単位：mm〕
および破断強さ（溶接単位長さ当りの強さ）〔単位：kg
・f/cm〕の数値を記録した。使用したアルミニウム板材
は、Ａ５０５２組成で、厚さ２〜４mmを使用し、レーザ
溶接条件は、溶接速度３m/min,シールドガスＡｒ２０l/
min で行った。実験は、図１，図４に示す突合せ溶接、
図２，図５に示す隅肉溶接、図３，図６に示す重ね溶接
のそれぞれについて行い、比較例としては、溶接開先を
形成しない図９の突合せ溶接、図１０の隅肉溶接、図１
１の重ね溶接の場合（比較例１）と、溶接開先を形成せ
ずＳｉ粉末も配置しないそれぞれの場合（比較例２）に
ついて行った。次の表にその結果を示す。 ─────────────────────────────────────────────────────
A first embodiment of irradiating a laser beam on the Si powder filled in the welding groove, and S suspended in an organic solvent between the vicinity of the surface of the welding groove and the aluminum material.
A specific experiment was conducted on each of the second examples in which i powder was applied and the organic solvent was vaporized, and then the Si powder was irradiated with a laser beam, and the measured penetration depth [unit: mm]
And breaking strength ( strength per welding unit length) [Unit: kg
・ F / cm] was recorded. The aluminum plate used had an A5052 composition and a thickness of 2 to 4 mm. Laser welding conditions were welding speed 3 m / min, shield gas Ar 20 l /
I went at min. The experiment was conducted by the butt welding shown in FIGS.
The fillet welding shown in FIGS. 2 and 5 and the lap welding shown in FIGS. 3 and 6 were performed. As comparative examples, the butt welding shown in FIG. 9 without forming a welding groove, the fillet welding shown in FIG. 1
The lap welding of No. 1 (Comparative Example 1) and the case where no welding groove was formed and no Si powder was arranged (Comparative Example 2) were performed. The following table shows the result. ─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成５年７月１５日[Submission date] July 15, 1993

【手続補正１】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図９[Correction target item name] Figure 9

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図９】（ａ−１），（ａ−２）および（ｂ−１），
（ｂ−２）は、従来の突合せ溶接の例について示す各工
程の説明図である。9 (a-1), (a-2) and (b-1),
(B-2) is explanatory drawing of each process shown about the example of the conventional butt welding.

【手続補正２】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図１０[Name of item to be corrected] Fig. 10

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図１０】（ａ−１），（ａ−２）および（ｂ−１），
（ｂ−２）は、従来の隅肉溶接の例について示す各工程
の説明図である。10 (a-1), (a-2) and (b-1),
(B-2) is explanatory drawing of each process shown about the example of the conventional fillet welding.

【手続補正３】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図１１[Name of item to be corrected] Figure 11

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図１１】（ａ−１），（ａ−２）および（ｂ−１），
（ｂ−２）は、従来の重ね溶接の例について示す各工程
の説明図である。11 (a-1), (a-2) and (b-1),
(B-2) is explanatory drawing of each process shown about the example of the conventional lap welding.

【手続補正４】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図９[Correction target item name] Figure 9

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図９】 [Figure 9]

【手続補正５】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図１０[Name of item to be corrected] Fig. 10

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図１０】 [Figure 10]

【手続補正６】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図１１[Name of item to be corrected] Figure 11

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図１１】 FIG. 11

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 功 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号株 式会社日軽技研内 (72)発明者 河原崎 幸生 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号株 式会社日軽技研内 (72)発明者 堀田 元司 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号株 式会社日軽技研内 (72)発明者 望月 浩行 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号株 式会社日軽技研内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Isao Miki 1-34-1 Kambara, Kambara-cho, Anbara-gun, Shizuoka Prefecture Nikki Giken Co., Ltd. (72) Inventor Yukio Kawarazaki 1-chome, Kambara-cho, Anbara-gun, Shizuoka 34-1 Stock Company Nikki Giken (72) Inventor Motoji Hotta 1-chome Kambara, Kambara-cho, Anbara-gun, Shizuoka Prefecture 34-1 Stock Company Nikki Giken (72) Incorporator Hiroyuki Mochizuki Kambara, Shizuoka-ken Machi Kambara 1-34-1 Stock Company Nipparu Giken Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 溶接すべきアルミニウム材に溶接開先加
工を施し、両アルミニウム材を対向させる工程、溶接開
先部にＳｉ粉末を充填する工程、充填されたＳｉ粉末に
レーザビームを集中的に照射し、Ｓｉ粉末からの伝導熱
により前記アルミニウム材を溶接する工程を順次行うこ
とを特徴とするアルミニウムのレーザ溶接方法。1. A step of subjecting an aluminum material to be welded to a welding groove process so that both aluminum materials are opposed to each other, a step of filling the welding groove portion with Si powder, and a laser beam focused on the filled Si powder. A laser welding method for aluminum, which comprises sequentially performing the steps of irradiating and welding the aluminum material by conduction heat from Si powder. 【請求項２】 溶接すべきアルミニウム材に溶接開先加
工を施し、両アルミニウム材を対向させる工程、溶接開
先部の表面近傍および前記対向させたアルミニウム材間
に、有機溶剤に懸濁させたＳｉ粉末を塗布する工程、前
記有機溶剤が気化した後Ｓｉ粉末にレーザビームを集中
的に照射し、Ｓｉ粉末からの伝導熱により前記アルミニ
ウム材を溶接する工程を順次行うことを特徴とするアル
ミニウムのレーザ溶接方法。2. A process of subjecting an aluminum material to be welded to a welding groove process to make both aluminum materials face each other, and suspending them in an organic solvent in the vicinity of the surface of the welding groove and between the facing aluminum materials. A step of applying Si powder, a step of irradiating the Si powder with a laser beam intensively after the organic solvent is vaporized, and a step of welding the aluminum material by conduction heat from the Si powder are sequentially performed. Laser welding method. 【請求項３】 Ｓｉ粉末の粒径が１００μ以下である請
求項１または請求項２に記載のアルミニウムのレーザ溶
接方法。3. The laser welding method for aluminum according to claim 1, wherein the grain size of the Si powder is 100 μm or less. 【請求項４】 溶接開先の形状を、開先中心線とのなす
角度が１８度以下の鋭角に形成したことを特徴とする請
求項２に記載のアルミニウムのレーザ溶接方法。4. The laser welding method for aluminum according to claim 2, wherein the shape of the weld groove is formed to be an acute angle of 18 degrees or less with the groove center line. 【請求項５】 溶接開先の形状を円弧状に形成したこと
を特徴とする請求項２に記載のアルミニウムのレーザ溶
接方法。5. The laser welding method for aluminum according to claim 2, wherein the shape of the welding groove is formed in an arc shape.