金属部材の接合方法
【課題】接合強度を向上させることができる金属部材の接合方法を提供する。
【解決手段】レーザービームを熱源として用いて、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、をＺｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなるろう材３により接合する金属部材の接合方法であって、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、の接合部１３を、Ｆｅ系金属部材１の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービーム１００を接合部１３に照射した後に、先行レーザービーム１００よりも小さなエネルギーをろう材３を供給した接合部１３に注入するブレーズビーム１０２を接合部１３に照射する。
【解決手段】レーザービームを熱源として用いて、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、をＺｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなるろう材３により接合する金属部材の接合方法であって、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、の接合部１３を、Ｆｅ系金属部材１の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービーム１００を接合部１３に照射した後に、先行レーザービーム１００よりも小さなエネルギーをろう材３を供給した接合部１３に注入するブレーズビーム１０２を接合部１３に照射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材の接合方法に係り、特に、Ｆｅ系金属部材と、Ａｌ系金属部材と、レーザービームを熱源として用いてろう付により接合する金属部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｆｅ（鉄）系金属部材と、Ａｌ（アルミニウム）系金属部材と、を接合する場合には、これらの金属部材間にろう材を介在させ、このろう材を、レーザービーム等によってエネルギーを注入して溶かし、ろう付によりこれらの異種金属部材を接合している。ろう材としては、融点が低く、母材との共晶組織を容易に形成することができるＺｎ（亜鉛）系のろう材、特に、Ｚｎ−Ａｌ系ろう材が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７４０８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、Ｆｅ系金属部材（鋼板）と、共晶融解したＡｌ系金属部材を含むＺｎ−Ａｌ系ろう材による接合部の境界部では、Ｆｅ系金属部材からＦｅ（鉄）が混合溶融金属プールに拡散し、Ｆｅ−Ａｌ系の金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）が形成されてしまう場合がある。Ｆｅ−Ａｌ系の金属間化合物は、脆弱であるため、Ｆｅ−Ａｌ系の金属間化合物層が金属部材の接合部に形成された場合、接合部の強度が低下する要因となっていた。そのため、Ｚｎ−Ｓｉ系のろう材を用いて、Ｆｅ系金属部材と、接合部と、の境界部にＳｉ（シリコン）膜を形成し、Ｆｅ系金属部材からＦｅが混合溶融プールへ拡散するのを防止することで、Ｆｅ−Ａｌ系の金属間化合物層の形成を防止することが考えられている。しかしながら、Ｆｅ系金属部材の表面には、例えばＧＡ鋼板や、ＧＩ鋼板、のようにＺｎめっき（溶融亜鉛めっき）が施されており、Ｓｉ膜が形成される温度帯では、これらのめっき材料は溶融し凝固していないため、Ｓｉ膜を、Ｆｅ系金属部材と、接合部と、の境界部に安定して形成するのは容易ではなかった。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、接合強度を向上させることができる金属部材の接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、レーザービームを熱源として用いて、Ｆｅ系金属部材と、Ａｌ系金属部材と、をＺｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなるろう材により接合する金属部材の接合方法であって、前記Ｆｅ系金属部材と、前記Ａｌ系金属部材と、の接合部を、前記Ｆｅ系金属部材の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービームを前記接合部に照射した後に、前記先行レーザービームよりも小さなエネルギーを前記ろう材を供給した前記接合部に注入するブレーズビームを前記接合部に照射することを特徴とする。
この構成によれば、先行レーザービームによってＦｅ系金属部材表面のめっき層を除去し、Ｆｅ系金属部材の新生面を露出させるとともに、ブレーズビームにより、接合部の温度を高温保持した状態で除冷することができるため、露出したＦｅ系金属部材の新生面に、Ｆｅの次に個体析出するＦｅＡｌＳｉの化合物（Ｓｉ膜）を安定して形成することができ、脆弱なＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制して、接合強度を向上させることができる。
【０００６】
また、本発明は、上記の金属部材の接合方法において、前記ブレーズビームは、前記先行レーザービームによって溶融した前記ろう材、前記Ｆｅ系金属部材、および、前記Ａｌ系金属部材からなる混合溶融金属プールの温度を、前記Ｆｅ系金属部材の融点温度より下であって、前記ろう材に含まれるＳｉと、溶融した前記Ｆｅ系金属部材および前記Ａｌ系金属部材と、の化合物が形成される温度に保持するエネルギーを前記接合部に注入することを特徴とする。
この構成によれば、ＦｅＡｌＳｉが安定して形成されるのに十分な時間、混合溶融金属プールの温度をＦｅＡｌＳｉが析出する温度に保持することができ、ＦｅＡｌＳｉの化合物（Ｓｉ膜）を安定して形成し、脆弱なＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制して、接合強度を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明は、上記の金属部材の接合方法において、前記ブレーズビームは、前記先行レーザービームによって溶融した前記ろう材、前記Ｆｅ系金属部材、および、前記Ａｌ系金属部材からなる前記混合溶融金属プールの温度を、１１６９度より高い温度で維持する加熱を行うことを特徴とする。
この構成によれば、ＦｅＡｌＳｉが安定して形成されるのに十分な時間、混合溶融金属プールの温度をＦｅＡｌＳｉが析出する温度に保持するとともに、混合溶融金属プールの温度をＦｅ２Ａｌ５の凝固点より高い温度で維持する加熱をすることで、Ｓｉ膜を安定して形成し、脆弱なＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制して、接合強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザービームを熱源として用いて、Ｆｅ系金属部材と、Ａｌ系金属部材と、をＺｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなるろう材により接合する金属部材の接合方法であって、Ｆｅ系金属部材と、Ａｌ系金属部材と、の接合部を、前記Ｆｅ系金属部材の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービームを前記接合部に照射した後に、前記先行レーザービームよりも小さなエネルギーを前記ろう材を供給した前記接合部に注入するブレーズビームを前記接合部に照射するため、先行レーザービームによってＦｅ系金属部材表面のめっき層を除去し、Ｆｅ系金属部材の新生面を露出させて、ブレーズビームにより、接合部の温度を高温保持した状態で除冷することができ、露出したＦｅ系金属部材の新生面に、Ｆｅの次に個体析出するＦｅＡｌＳｉの化合物（Ｓｉ膜）を安定して形成することができ、脆弱なＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制して、接合強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る金属部材の接合方法により金属部材を接合している状態を概略的に示した斜視図である。
【図２】ろう付加工システムの構成を示す図である。
【図３】金属部材の接合方法の工程を示した図である。
【図４】Ｆｅ系部材のＦｅ母材表面の温度履歴を示す図である。
【図５】先行レーザービームと、ブレーズビームとを照射した場合の接合部の温度履歴と、各部材の反応界面の状態の関係を示す図である。
【図６】Ｓｉ膜形成温度より低い温度に接合部を熱するブレーズビームを接合部に照射した場合の接合部の温度履歴と、各部材の反応界面の状態の関係を示す図である。
【図７】Ｓｉ膜形成温度内の温度に接合部を熱するブレーズビームを接合部に照射した場合の接合部の温度履歴と、各部材の反応界面の状態の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る金属部材の接合方法によりＦｅ（鉄）系金属部材１と、Ａｌ（アルミニウム）系金属部材２と、を接合している状態を概略的に示した図である。Ｆｅ系金属部材１は、Ｆｅ母材に溶融亜鉛（Ｚｎ）めっきを施した金属部材であり、本実施形態では、Ｆｅ−Ｚｎ合金であるめっき層を有する合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＡ鋼板）を用いている。Ａｌ系金属部材２は、アルミニウムを主成分とする合金であり、本実施形態では、６０００系アルミニウム合金を用いている。
【００１１】
本実施形態に係る金属部材の接合方法は、例えば図１に示すように、曲げ加工が施されたＦｅ系金属部材１、及び、Ａｌ系金属部材２の曲げ部１１，１２でできた開先部（接合部）１３をろう材３を用いて、レーザービームを熱源とし、フレア継手で溶接する際等に好適に用いることができる。本実施形態では、Ｆｅ系金属部材１としては、板厚１ｍｍの合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（ＪＡＣ２７０）を用い、Ａｌ系金属部材２としては、板厚１．２ｍｍのアルミニウム合金（Ａ６０２２−Ｔ４）を用いた。ろう材３は、Ｚｎを主体とし、０．２５〜２．５重量％のＳｉ（シリコン）、および、不可避不純物を含有したＺｎ−Ｓｉ系ろう材である。ろう材３は、ワイヤ状に形成されて、ワイヤガイド１０１を通じて送出され、開先部１３の中心部に供給される。
【００１２】
図２は、本発明の実施形態に係るろう付加工システム１０の構成を概略的に示す図である。図２に示すように、ろう付加工システム１０は、先行レーザービーム１００と、先行レーザービーム１００が照射された後に、照射されるブレーズビーム１０２と、の２つのレーザービームを接合部１３に照射する。ろう付加工システム１０は、先行レーザービーム１００の光源である先行レーザービーム用レーザー光源２１と、ブレーズビーム１０２の光源であるブレーズビーム用レーザー光源２２と、を備える。先行レーザービーム用レーザー光源２１、ブレーズビーム用レーザー光源２２から出力されるレーザー光は、走査用反射鏡２３，２４でそれぞれ図１に示した溶接方向に開先部１３上を走査される。
【００１３】
また、ろう付加工システム１０は、先行レーザービーム用レーザー光源２１、ブレーズビーム用レーザー光源２２、及び、走査用反射鏡２３，２４を制御する制御装置２５を備える。制御装置２５は、先行レーザービーム用レーザー光源２１、及び、ブレーズビーム用レーザー光源２２からの出力を制御するとともに、先行レーザービーム１００と、ブレーズビーム１０２と、の走査速度を制御し、先行レーザービーム１００と、ブレーズビーム１０２と、の間に、所定の照射時間間隔をあけて、それぞれ所定のエネルギーを開先部１３に注入する。なお、本実施形態では、先行レーザービーム用レーザー光源２１、及び、ブレーズビーム用レーザー光源２２には、ＹＡＧレーザーを用いる。また、レーザーの種類は、ＹＡＧレーザーに限らず、高出力半導体レーザー（ＬＤレーザー）等でも良い。
【００１４】
図３は、ろう付加工システム１０を用いて、ろう付により金属部材を接合する工程を示した図である。本実施形態の金属部材の接合方法では、第１工程として、開先部１３には、ろう材３に先行して、図１、図２、及び、図３に示すように、まず、先行レーザービーム１００が照射される。先行レーザービーム１００は、開先部１３に、Ｆｅ系金属部材１、及び、Ａｌ系金属部材２の表面をＦｅ系金属部材１の融点（１５３５℃）以上の温度、例えば、１６００℃以上、に加熱するエネルギーを注入する。なお、本実施形態では、先行レーザービーム１００は、集光径Φ３.０ｍｍ、レーザー出力０．５〜０．８ｋＷで、図１に示した溶接方向に速度１．０ｍ／ｍｉｎで移動しながら、開先部１３にエネルギーを注入する。この構成によれば、先行レーザービーム１００によって、開先部１３の温度をＦｅ系金属部材１の融点以上の温度に加熱することで、Ｆｅ系金属部材１表面の融点の低いめっき層は蒸発し、除去される。これによって、Ｆｅ系金属部材１の表面には、新生面が露出する。
【００１５】
次に、第２工程では、Ｆｅ系金属部材１の融点以上の温度に加熱された開先部１３の中心部に、ろう材３が供給される。なお、本実施形態では、ろう材３は、送出速度３．２ｍ／ｍｉｎで開先部１３に供給される。ろう材３が供給されると、開先部１３には、母材Ｆｅ−母材Ａｌ間に溶融したＦｅ、Ａｌ、及び、ろう材（ＺｎＳｉ）３が混合する混合溶融金属プール４が形成される。
続いて、第３工程では、混合溶融金属プール４にブレーズビーム１０２が照射され、混合溶融金属プール４には、混合溶融金属プール４の温度をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉの化合物が形成される例えば１１００℃〜１３００℃程度の温度に加熱するエネルギーが注入される。先行レーザービーム１００と、ブレーズビーム１０２と、の総和は、１．２〜１．４ｋＷとなるように設定することが好ましい。本実施形態では、ブレーズビーム１０２は、集光径Φ３.０ｍｍ、レーザー出力０．４〜０．９ｋＷで、図１に示した溶接方向に速度１ｍ／ｍｉｎで移動する。
【００１６】
図４は、Ｆｅ系部材のＦｅ母材表面の温度履歴を示す図であり、開先部１３に形成された混合溶融金属プール４の温度履歴を示す。先行レーザービーム１００の照射の後、Ｆｅ系金属部材１のＦｅ母材表面は、図４に示すように、高温保持した状態で除冷され、混合溶融金属プール４の温度は、徐々に下がる。混合溶融金属プール４の温度が１５３５℃以下、つまりＦｅの凝固点以下まで下がると、Ｆｅは、結晶格子の安定したＦｅ系金属部材１のＦｅ母材（固相）表面で個体析出する。混合溶融金属プール４の除冷が進み、混合溶融金属プール４の温度が１１００℃〜１３００℃程度の間では、Ｆｅの次に個体析出する、つまり、Ｆｅの次に凝固点が高いＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物が形成される。
【００１７】
続いて、第３工程では、先行レーザービーム１００を追って、ブレーズビーム１０２が開先部１３に照射される。ブレーズビーム１０２は、先行レーザービーム１００によって開先部１３に注入されたエネルギーによって熱せられた混合溶融金属プール４の温度が、脆弱な金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）の形成温度（１１６９℃以下）まで下がる前に、開先部１３に形成された混合溶融金属プール４に、先行レーザービーム１００よりも小さなエネルギーを注入する。ブレーズビーム１０２は、混合溶融金属プール４の温度を、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度（凝固温度）に維持する加熱を行う。Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物は、図５（Ｃ）に示すように、結晶格子面間隔がＦｅ系金属部材１のＦｅ母材と等しい。これにより、結晶格子の安定したＦｅ系金属部材１のＦｅ母材表面には、図５（Ｂ）に示すように、個体析出したＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層（Ｓｉ膜）が安定して形成される。この構成によれば、混合溶融金属プール４の温度は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度まで除冷された後に、ブレーズビーム１０２によって、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度（１１００℃〜１３００℃程度の間）に、Ｆｅ母材表面にＳｉ膜が安定して形成されるのに十分な時間維持される。
【００１８】
次に、第４工程で、図３、図４に示すように、接合部１３の冷却（レーザービームの照射を終了する）が行われて、残りの混合溶融金属プール４が凝固する。
このように、先行レーザービーム１００を、開先部１３にろう材３を供給する前に照射し、開先部１３の温度をＦｅの融点以上に加熱することで、Ｆｅ系金属部材１表面のめっき層を除去し、Ｆｅ母材の新生面を露出させることができる。さらに、母材Ｆｅ−母材Ａｌ間に溶融したＦｅ、Ａｌ、及び、ろう材（ＺｎＳｉ）３が混合する混合溶融金属プール４にブレーズビーム１０２を照射することで、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度に維持する加熱を行い、Ｆｅ母材表面にＳｉ膜を安定して形成することができる。
【００１９】
この構成によれば、Ｆｅ系金属部材１のＦｅ母材表面に結晶格子面間隔の等しいＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層を安定して形成することができ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層によって、Ｆｅ母材からＦｅが混合溶融金属プール４に拡散するのを防止することができ、よって、接合部１３に脆弱な金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）の形成が抑制される。このため、接合部１３の接合強度を向上させることができる。
【００２０】
図６（Ａ）は、ＺｎＳｉ系のろう材３を用いて、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、をブレーズビーム１０２を熱源としてろう付により接合する際に、先行レーザービーム１００を照射せずに、ブレーズビーム１０２でろう材３を溶融させる程度の温度に加熱するエネルギーを注入した場合のＦｅ系金属部材１のＦｅ母材表面の温度履歴を示した図である。なお、この図６（Ａ）は、ブレーズビーム１０２の条件を集光径Φ１．８ｍｍ、レーザー出力１．３ｋＷに設定した場合の例を示す図である。
図６に示すように、ブレーズビーム１０２でろう材３を溶融させる程度の温度に加熱した場合には、反応界面の接合温度が低いため、図６（Ｂ）に示すように、Ｆｅ系金属部材１の、Ｆｅ−Ｚｎ合金であるめっき層から、４００℃以下の低温で拡散が始まるＦｅが混合溶融金属プール４に拡散する。Ａｌは６６０℃より高い温度で溶融するため、溶融したろう材と、Ａｌとの混合溶融金属プール４にＦｅが拡散すると、Ｆｅが混合溶融金属プール４中のＡｌと反応し、接合部１３には、図６（Ｃ）に示すように、脆弱なＦｅ２Ａｌ５化合物層が形成される。そのため、接合部１３の接合強度は、図５に示した、先行レーザービーム１００と、これを追う、ブレーズビーム１０２と、を用いた接合方法の方が高くなる。
【００２１】
また、図７（Ａ）は、ＺｎＳｉ系のろう材３を用いて、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、をブレーズビーム１０２を熱源としてろう付により接合する際に、先行レーザービーム１００を照射せずに、ブレーズビーム１０２で開先部１３の温度をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度に加熱するエネルギーを注入した場合のＦｅ系金属部材１のＦｅ母材表面の温度履歴を示した図である。なお、この図７（Ａ）は、ブレーズビーム１０２の条件を集光径Φ１．８ｍｍ、レーザー出力１．４ｋＷに設定した場合の例を示す図である。
図７に示すように、ブレーズビーム１０２で、開先部１３の温度をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度に加熱した場合には、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層は形成され、Ｆｅ系金属部材１のめっき層からＦｅがろう材と、Ａｌとの混合溶融金属プール４に拡散するのは抑制される。しかしながら、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度では、Ｚｎ−Ｆｅめっき中のＺｎが溶融飛散している。残留したＺｎは、Ｆｅ母材表面でＺｎを固溶したαＦｅ内に残存し、このαＦｅ（Ｚｎ）の表面にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層が形成されるため、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層は、図７（Ｂ）に示すように、安定して形成されない。また、αＦｅ（Ｚｎ）の結晶格子面は、図７（Ｃ）に示すように、Ｆｅ母材と略同じであるが、厳密には、残留Ｚｎ分膨張しているため、図５（Ｃ）に示したＦｅ母材表面にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層が形成された場合にくらべて不安定な状態となり、反応界面で格子構成が完全には一致しない。そのため、接合部１３の接合強度は、図５に示した、先行レーザービーム１００と、これを追う、ブレーズビーム１０２と、を用いた接合方法の方が高くなる。
【００２２】
また、図示は省略したが、ＺｎＳｉ系のろう材３を用いて、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２とを、Ｆｅ系金属部材１の表面をＦｅの溶融温度以上に熱する先行レーザービーム１００を熱源としてろう付により接合した場合には、Ｆｅ系金属部材１の表面のめっき層は除去することができるが、混合溶融金属プール４の温度がＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度となる時間が短いため、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層が十分に形成されない。そのため、接合部１３の接合強度は、図５に示した、先行レーザービーム１００と、これを追う、ブレーズビーム１０２と、を用いた接合方法の方が高くなる。
【００２３】
以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、レーザービームを熱源として用いて、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、をＳｉを含むろう材３により接合する金属部材の接合方法であって、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、の接合部１３を、Ｆｅ系金属部材１の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービーム１００を接合部１３に照射した後に、先行レーザービーム１００よりも小さなエネルギーをろう材３を供給した接合部１３に注入するブレーズビーム１０２を接合部１３に照射する。これにより、ろう材３を接合部１３に供給するのに先行して、Ｆｅ系金属部材１の表面のめっき層を除去し、Ｆｅ母材の新生面を露出させることができ、さらに、ブレーズビーム１０２で、母材Ｆｅ−母材Ａｌ間に溶融したＦｅ、Ａｌ、及び、ろう材３が混合する混合溶融金属プール４を加熱して、接合部１３に脆弱な金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）が形成されるのを抑制することができるため、母材Ｆｅ表面に母材Ｆｅと格子構造が一致するＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層を形成することができ、接合部１３の接合強度を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明を適用した実施形態によれば、ブレーズビーム１０２は、先行レーザービーム１００によって溶融したろう材３、Ｆｅ系金属部材１、および、Ａｌ系金属部材２からなる混合溶融金属プール４の温度を、Ｆｅ系金属部材１の融点温度より下であって、ろう材３に含まれるＳｉと、溶融したＦｅ系金属部材１およびＡｌ系金属部材２と、の化合物が形成される温度に保持するエネルギーを接合部１３に注入する。これにより、混合溶融金属プール４の温度をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度に維持する加熱をすることができ、結晶格子の安定したＦｅ系金属部材１のＦｅ母材表面にＦＳｉ膜を安定して形成することができる。よって、Ｆｅ母材からＦｅが混合溶融金属プール４に拡散するのをＳｉ膜で防止することができ、接合部１３に脆弱な金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）が形成されるのを抑制することができ、接合部１３の接合強度を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明を適用した実施形態によれば、ブレーズビーム１０２は、先行レーザービーム１００によって溶融したろう材３、Ｆｅ系金属部材１、および、Ａｌ系金属部材２からなる混合溶融金属プール４の温度を、１１６９度より高い温度で維持する加熱を行う。これにより、混合溶融金属プール４の温度をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度に維持する加熱をすることができるとともに、混合溶融金属プール４の温度を脆弱な金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）の形成温度より高い温度に維持することができるため、脆弱な金属間化合物層の形成を抑制し、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層を安定して形成することができるため、接合部１３の接合強度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１ Ｆｅ系金属部材
２ Ａｌ系金属部材
３ ろう材
４ 混合溶融金属プール
１３ 開先部（接合部）
１００ 先行レーザービーム
１０２ ブレーズビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材の接合方法に係り、特に、Ｆｅ系金属部材と、Ａｌ系金属部材と、レーザービームを熱源として用いてろう付により接合する金属部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｆｅ（鉄）系金属部材と、Ａｌ（アルミニウム）系金属部材と、を接合する場合には、これらの金属部材間にろう材を介在させ、このろう材を、レーザービーム等によってエネルギーを注入して溶かし、ろう付によりこれらの異種金属部材を接合している。ろう材としては、融点が低く、母材との共晶組織を容易に形成することができるＺｎ（亜鉛）系のろう材、特に、Ｚｎ−Ａｌ系ろう材が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７４０８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、Ｆｅ系金属部材（鋼板）と、共晶融解したＡｌ系金属部材を含むＺｎ−Ａｌ系ろう材による接合部の境界部では、Ｆｅ系金属部材からＦｅ（鉄）が混合溶融金属プールに拡散し、Ｆｅ−Ａｌ系の金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）が形成されてしまう場合がある。Ｆｅ−Ａｌ系の金属間化合物は、脆弱であるため、Ｆｅ−Ａｌ系の金属間化合物層が金属部材の接合部に形成された場合、接合部の強度が低下する要因となっていた。そのため、Ｚｎ−Ｓｉ系のろう材を用いて、Ｆｅ系金属部材と、接合部と、の境界部にＳｉ（シリコン）膜を形成し、Ｆｅ系金属部材からＦｅが混合溶融プールへ拡散するのを防止することで、Ｆｅ−Ａｌ系の金属間化合物層の形成を防止することが考えられている。しかしながら、Ｆｅ系金属部材の表面には、例えばＧＡ鋼板や、ＧＩ鋼板、のようにＺｎめっき（溶融亜鉛めっき）が施されており、Ｓｉ膜が形成される温度帯では、これらのめっき材料は溶融し凝固していないため、Ｓｉ膜を、Ｆｅ系金属部材と、接合部と、の境界部に安定して形成するのは容易ではなかった。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、接合強度を向上させることができる金属部材の接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、レーザービームを熱源として用いて、Ｆｅ系金属部材と、Ａｌ系金属部材と、をＺｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなるろう材により接合する金属部材の接合方法であって、前記Ｆｅ系金属部材と、前記Ａｌ系金属部材と、の接合部を、前記Ｆｅ系金属部材の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービームを前記接合部に照射した後に、前記先行レーザービームよりも小さなエネルギーを前記ろう材を供給した前記接合部に注入するブレーズビームを前記接合部に照射することを特徴とする。
この構成によれば、先行レーザービームによってＦｅ系金属部材表面のめっき層を除去し、Ｆｅ系金属部材の新生面を露出させるとともに、ブレーズビームにより、接合部の温度を高温保持した状態で除冷することができるため、露出したＦｅ系金属部材の新生面に、Ｆｅの次に個体析出するＦｅＡｌＳｉの化合物（Ｓｉ膜）を安定して形成することができ、脆弱なＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制して、接合強度を向上させることができる。
【０００６】
また、本発明は、上記の金属部材の接合方法において、前記ブレーズビームは、前記先行レーザービームによって溶融した前記ろう材、前記Ｆｅ系金属部材、および、前記Ａｌ系金属部材からなる混合溶融金属プールの温度を、前記Ｆｅ系金属部材の融点温度より下であって、前記ろう材に含まれるＳｉと、溶融した前記Ｆｅ系金属部材および前記Ａｌ系金属部材と、の化合物が形成される温度に保持するエネルギーを前記接合部に注入することを特徴とする。
この構成によれば、ＦｅＡｌＳｉが安定して形成されるのに十分な時間、混合溶融金属プールの温度をＦｅＡｌＳｉが析出する温度に保持することができ、ＦｅＡｌＳｉの化合物（Ｓｉ膜）を安定して形成し、脆弱なＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制して、接合強度を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明は、上記の金属部材の接合方法において、前記ブレーズビームは、前記先行レーザービームによって溶融した前記ろう材、前記Ｆｅ系金属部材、および、前記Ａｌ系金属部材からなる前記混合溶融金属プールの温度を、１１６９度より高い温度で維持する加熱を行うことを特徴とする。
この構成によれば、ＦｅＡｌＳｉが安定して形成されるのに十分な時間、混合溶融金属プールの温度をＦｅＡｌＳｉが析出する温度に保持するとともに、混合溶融金属プールの温度をＦｅ２Ａｌ５の凝固点より高い温度で維持する加熱をすることで、Ｓｉ膜を安定して形成し、脆弱なＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制して、接合強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザービームを熱源として用いて、Ｆｅ系金属部材と、Ａｌ系金属部材と、をＺｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなるろう材により接合する金属部材の接合方法であって、Ｆｅ系金属部材と、Ａｌ系金属部材と、の接合部を、前記Ｆｅ系金属部材の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービームを前記接合部に照射した後に、前記先行レーザービームよりも小さなエネルギーを前記ろう材を供給した前記接合部に注入するブレーズビームを前記接合部に照射するため、先行レーザービームによってＦｅ系金属部材表面のめっき層を除去し、Ｆｅ系金属部材の新生面を露出させて、ブレーズビームにより、接合部の温度を高温保持した状態で除冷することができ、露出したＦｅ系金属部材の新生面に、Ｆｅの次に個体析出するＦｅＡｌＳｉの化合物（Ｓｉ膜）を安定して形成することができ、脆弱なＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制して、接合強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る金属部材の接合方法により金属部材を接合している状態を概略的に示した斜視図である。
【図２】ろう付加工システムの構成を示す図である。
【図３】金属部材の接合方法の工程を示した図である。
【図４】Ｆｅ系部材のＦｅ母材表面の温度履歴を示す図である。
【図５】先行レーザービームと、ブレーズビームとを照射した場合の接合部の温度履歴と、各部材の反応界面の状態の関係を示す図である。
【図６】Ｓｉ膜形成温度より低い温度に接合部を熱するブレーズビームを接合部に照射した場合の接合部の温度履歴と、各部材の反応界面の状態の関係を示す図である。
【図７】Ｓｉ膜形成温度内の温度に接合部を熱するブレーズビームを接合部に照射した場合の接合部の温度履歴と、各部材の反応界面の状態の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る金属部材の接合方法によりＦｅ（鉄）系金属部材１と、Ａｌ（アルミニウム）系金属部材２と、を接合している状態を概略的に示した図である。Ｆｅ系金属部材１は、Ｆｅ母材に溶融亜鉛（Ｚｎ）めっきを施した金属部材であり、本実施形態では、Ｆｅ−Ｚｎ合金であるめっき層を有する合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＡ鋼板）を用いている。Ａｌ系金属部材２は、アルミニウムを主成分とする合金であり、本実施形態では、６０００系アルミニウム合金を用いている。
【００１１】
本実施形態に係る金属部材の接合方法は、例えば図１に示すように、曲げ加工が施されたＦｅ系金属部材１、及び、Ａｌ系金属部材２の曲げ部１１，１２でできた開先部（接合部）１３をろう材３を用いて、レーザービームを熱源とし、フレア継手で溶接する際等に好適に用いることができる。本実施形態では、Ｆｅ系金属部材１としては、板厚１ｍｍの合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（ＪＡＣ２７０）を用い、Ａｌ系金属部材２としては、板厚１．２ｍｍのアルミニウム合金（Ａ６０２２−Ｔ４）を用いた。ろう材３は、Ｚｎを主体とし、０．２５〜２．５重量％のＳｉ（シリコン）、および、不可避不純物を含有したＺｎ−Ｓｉ系ろう材である。ろう材３は、ワイヤ状に形成されて、ワイヤガイド１０１を通じて送出され、開先部１３の中心部に供給される。
【００１２】
図２は、本発明の実施形態に係るろう付加工システム１０の構成を概略的に示す図である。図２に示すように、ろう付加工システム１０は、先行レーザービーム１００と、先行レーザービーム１００が照射された後に、照射されるブレーズビーム１０２と、の２つのレーザービームを接合部１３に照射する。ろう付加工システム１０は、先行レーザービーム１００の光源である先行レーザービーム用レーザー光源２１と、ブレーズビーム１０２の光源であるブレーズビーム用レーザー光源２２と、を備える。先行レーザービーム用レーザー光源２１、ブレーズビーム用レーザー光源２２から出力されるレーザー光は、走査用反射鏡２３，２４でそれぞれ図１に示した溶接方向に開先部１３上を走査される。
【００１３】
また、ろう付加工システム１０は、先行レーザービーム用レーザー光源２１、ブレーズビーム用レーザー光源２２、及び、走査用反射鏡２３，２４を制御する制御装置２５を備える。制御装置２５は、先行レーザービーム用レーザー光源２１、及び、ブレーズビーム用レーザー光源２２からの出力を制御するとともに、先行レーザービーム１００と、ブレーズビーム１０２と、の走査速度を制御し、先行レーザービーム１００と、ブレーズビーム１０２と、の間に、所定の照射時間間隔をあけて、それぞれ所定のエネルギーを開先部１３に注入する。なお、本実施形態では、先行レーザービーム用レーザー光源２１、及び、ブレーズビーム用レーザー光源２２には、ＹＡＧレーザーを用いる。また、レーザーの種類は、ＹＡＧレーザーに限らず、高出力半導体レーザー（ＬＤレーザー）等でも良い。
【００１４】
図３は、ろう付加工システム１０を用いて、ろう付により金属部材を接合する工程を示した図である。本実施形態の金属部材の接合方法では、第１工程として、開先部１３には、ろう材３に先行して、図１、図２、及び、図３に示すように、まず、先行レーザービーム１００が照射される。先行レーザービーム１００は、開先部１３に、Ｆｅ系金属部材１、及び、Ａｌ系金属部材２の表面をＦｅ系金属部材１の融点（１５３５℃）以上の温度、例えば、１６００℃以上、に加熱するエネルギーを注入する。なお、本実施形態では、先行レーザービーム１００は、集光径Φ３.０ｍｍ、レーザー出力０．５〜０．８ｋＷで、図１に示した溶接方向に速度１．０ｍ／ｍｉｎで移動しながら、開先部１３にエネルギーを注入する。この構成によれば、先行レーザービーム１００によって、開先部１３の温度をＦｅ系金属部材１の融点以上の温度に加熱することで、Ｆｅ系金属部材１表面の融点の低いめっき層は蒸発し、除去される。これによって、Ｆｅ系金属部材１の表面には、新生面が露出する。
【００１５】
次に、第２工程では、Ｆｅ系金属部材１の融点以上の温度に加熱された開先部１３の中心部に、ろう材３が供給される。なお、本実施形態では、ろう材３は、送出速度３．２ｍ／ｍｉｎで開先部１３に供給される。ろう材３が供給されると、開先部１３には、母材Ｆｅ−母材Ａｌ間に溶融したＦｅ、Ａｌ、及び、ろう材（ＺｎＳｉ）３が混合する混合溶融金属プール４が形成される。
続いて、第３工程では、混合溶融金属プール４にブレーズビーム１０２が照射され、混合溶融金属プール４には、混合溶融金属プール４の温度をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉの化合物が形成される例えば１１００℃〜１３００℃程度の温度に加熱するエネルギーが注入される。先行レーザービーム１００と、ブレーズビーム１０２と、の総和は、１．２〜１．４ｋＷとなるように設定することが好ましい。本実施形態では、ブレーズビーム１０２は、集光径Φ３.０ｍｍ、レーザー出力０．４〜０．９ｋＷで、図１に示した溶接方向に速度１ｍ／ｍｉｎで移動する。
【００１６】
図４は、Ｆｅ系部材のＦｅ母材表面の温度履歴を示す図であり、開先部１３に形成された混合溶融金属プール４の温度履歴を示す。先行レーザービーム１００の照射の後、Ｆｅ系金属部材１のＦｅ母材表面は、図４に示すように、高温保持した状態で除冷され、混合溶融金属プール４の温度は、徐々に下がる。混合溶融金属プール４の温度が１５３５℃以下、つまりＦｅの凝固点以下まで下がると、Ｆｅは、結晶格子の安定したＦｅ系金属部材１のＦｅ母材（固相）表面で個体析出する。混合溶融金属プール４の除冷が進み、混合溶融金属プール４の温度が１１００℃〜１３００℃程度の間では、Ｆｅの次に個体析出する、つまり、Ｆｅの次に凝固点が高いＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物が形成される。
【００１７】
続いて、第３工程では、先行レーザービーム１００を追って、ブレーズビーム１０２が開先部１３に照射される。ブレーズビーム１０２は、先行レーザービーム１００によって開先部１３に注入されたエネルギーによって熱せられた混合溶融金属プール４の温度が、脆弱な金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）の形成温度（１１６９℃以下）まで下がる前に、開先部１３に形成された混合溶融金属プール４に、先行レーザービーム１００よりも小さなエネルギーを注入する。ブレーズビーム１０２は、混合溶融金属プール４の温度を、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度（凝固温度）に維持する加熱を行う。Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物は、図５（Ｃ）に示すように、結晶格子面間隔がＦｅ系金属部材１のＦｅ母材と等しい。これにより、結晶格子の安定したＦｅ系金属部材１のＦｅ母材表面には、図５（Ｂ）に示すように、個体析出したＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層（Ｓｉ膜）が安定して形成される。この構成によれば、混合溶融金属プール４の温度は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度まで除冷された後に、ブレーズビーム１０２によって、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度（１１００℃〜１３００℃程度の間）に、Ｆｅ母材表面にＳｉ膜が安定して形成されるのに十分な時間維持される。
【００１８】
次に、第４工程で、図３、図４に示すように、接合部１３の冷却（レーザービームの照射を終了する）が行われて、残りの混合溶融金属プール４が凝固する。
このように、先行レーザービーム１００を、開先部１３にろう材３を供給する前に照射し、開先部１３の温度をＦｅの融点以上に加熱することで、Ｆｅ系金属部材１表面のめっき層を除去し、Ｆｅ母材の新生面を露出させることができる。さらに、母材Ｆｅ−母材Ａｌ間に溶融したＦｅ、Ａｌ、及び、ろう材（ＺｎＳｉ）３が混合する混合溶融金属プール４にブレーズビーム１０２を照射することで、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度に維持する加熱を行い、Ｆｅ母材表面にＳｉ膜を安定して形成することができる。
【００１９】
この構成によれば、Ｆｅ系金属部材１のＦｅ母材表面に結晶格子面間隔の等しいＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層を安定して形成することができ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層によって、Ｆｅ母材からＦｅが混合溶融金属プール４に拡散するのを防止することができ、よって、接合部１３に脆弱な金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）の形成が抑制される。このため、接合部１３の接合強度を向上させることができる。
【００２０】
図６（Ａ）は、ＺｎＳｉ系のろう材３を用いて、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、をブレーズビーム１０２を熱源としてろう付により接合する際に、先行レーザービーム１００を照射せずに、ブレーズビーム１０２でろう材３を溶融させる程度の温度に加熱するエネルギーを注入した場合のＦｅ系金属部材１のＦｅ母材表面の温度履歴を示した図である。なお、この図６（Ａ）は、ブレーズビーム１０２の条件を集光径Φ１．８ｍｍ、レーザー出力１．３ｋＷに設定した場合の例を示す図である。
図６に示すように、ブレーズビーム１０２でろう材３を溶融させる程度の温度に加熱した場合には、反応界面の接合温度が低いため、図６（Ｂ）に示すように、Ｆｅ系金属部材１の、Ｆｅ−Ｚｎ合金であるめっき層から、４００℃以下の低温で拡散が始まるＦｅが混合溶融金属プール４に拡散する。Ａｌは６６０℃より高い温度で溶融するため、溶融したろう材と、Ａｌとの混合溶融金属プール４にＦｅが拡散すると、Ｆｅが混合溶融金属プール４中のＡｌと反応し、接合部１３には、図６（Ｃ）に示すように、脆弱なＦｅ２Ａｌ５化合物層が形成される。そのため、接合部１３の接合強度は、図５に示した、先行レーザービーム１００と、これを追う、ブレーズビーム１０２と、を用いた接合方法の方が高くなる。
【００２１】
また、図７（Ａ）は、ＺｎＳｉ系のろう材３を用いて、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、をブレーズビーム１０２を熱源としてろう付により接合する際に、先行レーザービーム１００を照射せずに、ブレーズビーム１０２で開先部１３の温度をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度に加熱するエネルギーを注入した場合のＦｅ系金属部材１のＦｅ母材表面の温度履歴を示した図である。なお、この図７（Ａ）は、ブレーズビーム１０２の条件を集光径Φ１．８ｍｍ、レーザー出力１．４ｋＷに設定した場合の例を示す図である。
図７に示すように、ブレーズビーム１０２で、開先部１３の温度をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度に加熱した場合には、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層は形成され、Ｆｅ系金属部材１のめっき層からＦｅがろう材と、Ａｌとの混合溶融金属プール４に拡散するのは抑制される。しかしながら、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度では、Ｚｎ−Ｆｅめっき中のＺｎが溶融飛散している。残留したＺｎは、Ｆｅ母材表面でＺｎを固溶したαＦｅ内に残存し、このαＦｅ（Ｚｎ）の表面にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層が形成されるため、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層は、図７（Ｂ）に示すように、安定して形成されない。また、αＦｅ（Ｚｎ）の結晶格子面は、図７（Ｃ）に示すように、Ｆｅ母材と略同じであるが、厳密には、残留Ｚｎ分膨張しているため、図５（Ｃ）に示したＦｅ母材表面にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層が形成された場合にくらべて不安定な状態となり、反応界面で格子構成が完全には一致しない。そのため、接合部１３の接合強度は、図５に示した、先行レーザービーム１００と、これを追う、ブレーズビーム１０２と、を用いた接合方法の方が高くなる。
【００２２】
また、図示は省略したが、ＺｎＳｉ系のろう材３を用いて、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２とを、Ｆｅ系金属部材１の表面をＦｅの溶融温度以上に熱する先行レーザービーム１００を熱源としてろう付により接合した場合には、Ｆｅ系金属部材１の表面のめっき層は除去することができるが、混合溶融金属プール４の温度がＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度となる時間が短いため、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層が十分に形成されない。そのため、接合部１３の接合強度は、図５に示した、先行レーザービーム１００と、これを追う、ブレーズビーム１０２と、を用いた接合方法の方が高くなる。
【００２３】
以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、レーザービームを熱源として用いて、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、をＳｉを含むろう材３により接合する金属部材の接合方法であって、Ｆｅ系金属部材１と、Ａｌ系金属部材２と、の接合部１３を、Ｆｅ系金属部材１の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービーム１００を接合部１３に照射した後に、先行レーザービーム１００よりも小さなエネルギーをろう材３を供給した接合部１３に注入するブレーズビーム１０２を接合部１３に照射する。これにより、ろう材３を接合部１３に供給するのに先行して、Ｆｅ系金属部材１の表面のめっき層を除去し、Ｆｅ母材の新生面を露出させることができ、さらに、ブレーズビーム１０２で、母材Ｆｅ−母材Ａｌ間に溶融したＦｅ、Ａｌ、及び、ろう材３が混合する混合溶融金属プール４を加熱して、接合部１３に脆弱な金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）が形成されるのを抑制することができるため、母材Ｆｅ表面に母材Ｆｅと格子構造が一致するＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層を形成することができ、接合部１３の接合強度を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明を適用した実施形態によれば、ブレーズビーム１０２は、先行レーザービーム１００によって溶融したろう材３、Ｆｅ系金属部材１、および、Ａｌ系金属部材２からなる混合溶融金属プール４の温度を、Ｆｅ系金属部材１の融点温度より下であって、ろう材３に含まれるＳｉと、溶融したＦｅ系金属部材１およびＡｌ系金属部材２と、の化合物が形成される温度に保持するエネルギーを接合部１３に注入する。これにより、混合溶融金属プール４の温度をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度に維持する加熱をすることができ、結晶格子の安定したＦｅ系金属部材１のＦｅ母材表面にＦＳｉ膜を安定して形成することができる。よって、Ｆｅ母材からＦｅが混合溶融金属プール４に拡散するのをＳｉ膜で防止することができ、接合部１３に脆弱な金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）が形成されるのを抑制することができ、接合部１３の接合強度を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明を適用した実施形態によれば、ブレーズビーム１０２は、先行レーザービーム１００によって溶融したろう材３、Ｆｅ系金属部材１、および、Ａｌ系金属部材２からなる混合溶融金属プール４の温度を、１１６９度より高い温度で維持する加熱を行う。これにより、混合溶融金属プール４の温度をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物の形成温度に維持する加熱をすることができるとともに、混合溶融金属プール４の温度を脆弱な金属間化合物層（Ｆｅ２Ａｌ５）の形成温度より高い温度に維持することができるため、脆弱な金属間化合物層の形成を抑制し、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ化合物層を安定して形成することができるため、接合部１３の接合強度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１ Ｆｅ系金属部材
２ Ａｌ系金属部材
３ ろう材
４ 混合溶融金属プール
１３ 開先部（接合部）
１００ 先行レーザービーム
１０２ ブレーズビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームを熱源として用いて、Ｆｅ系金属部材と、Ａｌ系金属部材と、をＺｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなるろう材により接合する金属部材の接合方法であって、
前記Ｆｅ系金属部材と、前記Ａｌ系金属部材と、の接合部を、前記Ｆｅ系金属部材の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービームを前記接合部に照射した後に、
前記先行レーザービームよりも小さなエネルギーを前記ろう材を供給した前記接合部に注入するブレーズビームを前記接合部に照射することを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項２】
前記ブレーズビームは、前記先行レーザービームによって溶融した前記ろう材、前記Ｆｅ系金属部材、および、前記Ａｌ系金属部材からなる混合溶融金属プールの温度を、前記Ｆｅ系金属部材の融点温度より下であって、前記ろう材に含まれるＳｉと、溶融した前記Ｆｅ系金属部材および前記Ａｌ系金属部材と、の化合物が形成される温度に保持するエネルギーを前記接合部に注入することを特徴とする請求項１に記載の金属部材の接合方法。
【請求項３】
前記ブレーズビームは、前記先行レーザービームによって溶融した前記ろう材、前記Ｆｅ系金属部材、および、前記Ａｌ系金属部材からなる前記混合溶融金属プールの温度を、１１６９度より高い温度で維持する加熱を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の金属部材の接合方法。
【請求項１】
レーザービームを熱源として用いて、Ｆｅ系金属部材と、Ａｌ系金属部材と、をＺｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなるろう材により接合する金属部材の接合方法であって、
前記Ｆｅ系金属部材と、前記Ａｌ系金属部材と、の接合部を、前記Ｆｅ系金属部材の融点以上に熱するエネルギーを注入する先行レーザービームを前記接合部に照射した後に、
前記先行レーザービームよりも小さなエネルギーを前記ろう材を供給した前記接合部に注入するブレーズビームを前記接合部に照射することを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項２】
前記ブレーズビームは、前記先行レーザービームによって溶融した前記ろう材、前記Ｆｅ系金属部材、および、前記Ａｌ系金属部材からなる混合溶融金属プールの温度を、前記Ｆｅ系金属部材の融点温度より下であって、前記ろう材に含まれるＳｉと、溶融した前記Ｆｅ系金属部材および前記Ａｌ系金属部材と、の化合物が形成される温度に保持するエネルギーを前記接合部に注入することを特徴とする請求項１に記載の金属部材の接合方法。
【請求項３】
前記ブレーズビームは、前記先行レーザービームによって溶融した前記ろう材、前記Ｆｅ系金属部材、および、前記Ａｌ系金属部材からなる前記混合溶融金属プールの温度を、１１６９度より高い温度で維持する加熱を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の金属部材の接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９１０８９（Ｐ２０１３−９１０８９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５６２８（Ｐ２０１１−２３５６２８）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
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