アルミニウムろうによる接合性の基礎的検討－レーザブレイジングによるアルミニウム合金と鉄鋼材料の異材接合（第1報）

摘要

アルミニウムは緻密で安定な表面酸化皮膜により優れた耐食性を有するとともに，比強度が高く，加工性やリサイクル性にも優れることから適用分野が拡大している．特に，近年では，地球環境の保全の観点から輸送機器の軽量化が重要な課題となり，輸送機器（特に，自動車）へのアルミニウムの適用が注目されている．これに伴い自動車の主要構成材料である鉄鋼とアルミニウムの接合技術の確立が必要不可欠となっている．しかしながら，アルミニウムと鉄鋼の異材接合においては，従来の溶融溶接法を用いると接合部に脆弱な金属間化合物が生成し，接合継手特性が大きく低下するなどの問題点があり，高い信頼性を有する接合技術の確立が望まれてきた．このような難溶融接合材に対する優れた接合方法のひとつとして，固相接合法が注目されており，高精度，高品質，高信頼性接合技術として，摩擦圧接や表面活性化手法を併用した拡散接合も確立·実用化されている．しかしながら，摩擦圧接では材料形状の制約や接合時の大きな塑性変形を伴い，拡散接合では接合面の前処理，接合条件の高度な制御や長時間の接合プロセスが必要とされるなど，コストや生産性の観点から，自動車などの大量生産品に適用するには，大きな問題を有する．これに対して，簡便でかつ高品質なアルミニウムと鉄鋼の接合プロセスとしてろう付法が挙げられる．低融点のろう材を用いることにより，接合部における脆性金属間化合物の生成を抑制できる効果も期待される．しかしながら，炉中ろう付では，薄肉·複雑形状の構造物を母材をほとんど溶融させることなく，すべての箇所を一度にろう付できる利点はあるものの，ろう付品質の制御·高信頼性化には問題点が残されている．一方，トーチろう付では，施工にあたり高度な熟練技能が必要などの問題点を内包している．近年，これらの問題を解決できる新たなろう付技術として，レーザを熱源に用いたレーザブレイジングが注目されている．レーザブレイジングの一般的な特徴としては，①溶接とろう付の中間的プロセス（ブレイズ溶接），②母材に対するぬれ性やエロージョンを高度に制御，③局部加熱，急熱／急冷による母材の材質劣化や変形抑制，④インプロセスモニタリングやリアルタイム制御可能，⑤ろう付品質の安定化，高信頼化の達成，などが挙げられる．溶接や切断などの熱加工用レーザとしては，これまでCO{sub}2レーザやYAGレーザが用いられてきたが，最近になって，高出力半導体レーザが開発·実用化された．半導体レーザは，波長が短く金属に対して高い吸収率を有することから，ろう付への適用に大きな可能性が期待される．そこで，本研究では，半導体レーザを用いてろう付あるいはブレイズ溶接を行う新たな半導体レーザブレイジング技術の開発を目的とした．本稿ではアルミニウムろうを用いたアルミニウム合金／鉄鋼材料の異材ろう付に対する半導体レーザの適用性に対して基礎的検討を行った結果について述べる．