特開 2024-32078 異種金属部材の重ね溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024032078

(43)【公開日】2024-03-12

(54)【発明の名称】異種金属部材の重ね溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/323 20140101AFI20240305BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20240305BHJP

   B23K 26/322 20140101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

B23K26/323

B23K26/21 G

B23K26/322

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135518

(22)【出願日】2022-08-29

(71)【出願人】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】長藤 圭介

(72)【発明者】

【氏名】大河原 崚

(72)【発明者】

【氏名】松田 和也

(72)【発明者】

【氏名】中尾 政之

(72)【発明者】

【氏名】垣内 栄作

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA87

4E168BA88

4E168BA89

4E168DA32

4E168DA40

(57)【要約】

【課題】溶接部におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制し、溶接部のせん断強度の低下を抑制可能な異種金属部材の重ね溶接方法を提供すること。
【解決手段】表面にニッケルめっき膜１１が形成された銅を主成分とする第１の金属部材１０のニッケルめっき膜１１上に、アルミニウムを主成分とする第２の金属部材２０を重ね合わせ、第２の金属部材２０の上方からレーザビームＬＢを照射する異種金属部材の重ね溶接方法である。レーザビームＬＢの照射によって第２の金属部材２０が溶融した溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１には到達するが、第１の金属部材１０には到達しないように、レーザビームＬＢの照射エネルギ密度を設定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面にニッケルめっき膜が形成された銅を主成分とする第１の金属部材の前記ニッケルめっき膜上に、アルミニウムを主成分とする第２の金属部材を重ね合わせ、前記第２の金属部材の上方からレーザビームを照射する異種金属部材の重ね溶接方法であって、
前記レーザビームの照射によって前記第２の金属部材が溶融した溶融池が、前記ニッケルめっき膜には到達するが、前記第１の金属部材には到達しないように、前記レーザビームの照射エネルギ密度を設定する、
異種金属部材の重ね溶接方法。

【請求項2】

前記ニッケルめっき膜が、無電解ニッケルめっき膜である、
請求項１に記載の異種金属部材の重ね溶接方法。

【請求項3】

前記レーザビームが、熱伝導型溶接用レーザビームである、
請求項１又は２に記載の異種金属部材の重ね溶接方法。

【請求項4】

前記照射エネルギ密度を設定する前に、
前記第１の金属部材に形成された前記ニッケルめっき膜上に、前記第２の金属部材を重ね合わせ、前記第２の金属部材の上方からレーザビームを照射した際の熱伝導解析シミュレーションを実施し、
前記熱伝導解析シミュレーションの結果に基づいて、前記第２の金属部材と前記ニッケルめっき膜との界面における温度は前記ニッケルめっき膜の融点よりも高く、前記第１の金属部材と前記ニッケルめっき膜との界面における温度は前記ニッケルめっき膜の融点よりも低くなるように、設定する前記照射エネルギ密度を決定する、
請求項１又は２に記載の異種金属部材の重ね溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は異種金属部材の重ね溶接方法に関し、特にレーザビームを照射して異種金属部材を溶接する異種金属部材の重ね溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、二次電池、キャパシタ（コンデンサ）等では、アルミニウムやその合金からなる端子や電極等と、銅やその合金からなる端子や電極等を電気的に接続するために溶接する場合がある。このような異種金属部材の溶接では、溶接部に硬くて脆いＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物（ＩＭＣ：Intermetallic Compound）が形成され、溶接部のせん断強度が低下する問題が発生し得る。

【0003】

特許文献１には、表面にニッケルめっき膜が形成された銅板上にアルミニウム板を載置して、アルミニウム板上からレーザビームを照射する異種金属部材の重ね溶接方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－２１１９８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

発明者らは、異種金属部材の重ね溶接方法に関し、以下の問題点を見出した。
表面にニッケルめっき膜が形成された銅板上にアルミニウム板を載置して、アルミニウム板上からレーザビームを照射した場合でも、溶接部にＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物が形成され、溶接部のせん断強度が低下する問題は発生し得る。なお、Ｃｕ－Ａｌ系の金属間化合物ＩＭＣとしては、主にＣｕ_９Ａｌ_４、ＣｕＡｌ、ＣｕＡｌ_２が知られており、いずれも硬くて脆い。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、溶接部におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制し、溶接部のせん断強度の低下を抑制可能な異種金属部材の重ね溶接方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る異種金属部材の重ね溶接方法は、
表面にニッケルめっき膜が形成された銅を主成分とする第１の金属部材の前記ニッケルめっき膜上に、アルミニウムを主成分とする第２の金属部材を重ね合わせ、前記第２の金属部材の上方からレーザビームを照射する異種金属部材の重ね溶接方法であって、
前記レーザビームの照射によって前記第２の金属部材が溶融した溶融池が、前記ニッケルめっき膜には到達するが、前記第１の金属部材には到達しないように、前記レーザビームの照射エネルギ密度を設定するものである。

【0008】

本発明の一態様に係る異種金属部材の重ね溶接方法では、レーザビームの照射によってアルミニウムを主成分とする第２の金属部材が溶融した溶融池が、ニッケルめっき膜には到達するが、銅を主成分とする第１の金属部材には到達しないように、レーザビームの照射エネルギ密度を設定する。
このような構成により、溶接部におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制し、溶接部のせん断強度の低下を抑制できる。

【0009】

前記ニッケルめっき膜が、無電解ニッケルめっき膜でもよい。ニッケルめっき膜の融点が銅の融点よりも低いため、溶接部におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成をより抑制できる。

【0010】

前記レーザビームが、熱伝導型溶接用レーザビームでもよい。溶融池が広く浅く形成されるため、溶接部におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制し易い。

【0011】

前記照射エネルギ密度を設定する前に、前記第１の金属部材に形成された前記ニッケルめっき膜上に、前記第２の金属部材を重ね合わせ、前記第２の金属部材の上方からレーザビームを照射した際の熱伝導解析シミュレーションを実施し、前記熱伝導解析シミュレーションの結果に基づいて、前記第２の金属部材と前記ニッケルめっき膜との界面における温度は前記ニッケルめっき膜の融点よりも高く、前記第１の金属部材と前記ニッケルめっき膜との界面における温度は前記ニッケルめっき膜の融点よりも低くなるように、設定する前記照射エネルギ密度を決定してもよい。熱伝導解析シミュレーションを実施することによって、実際に溶接する際に設定する照射エネルギ密度を効率良く決定できる。

【発明の効果】

【0012】

本発明により、溶接部におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制し、溶接部のせん断強度の低下を抑制可能な異種金属部材の重ね溶接方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法及び当該溶接方法を用いて溶接された重ね溶接継手を示す断面図である。

【図2】レーザビームＬＢの照射エネルギ密度の決定方法を示すフローチャートである。

【図3】照射エネルギ密度が異なる２種類の試験片における溶接部の断面観察結果を示す。

【図4】溶接した試験片の形状を示す模式的斜視図である。

【図5】複数の照射エネルギ密度において断面観察結果と熱伝導解析結果とが適合した例を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

【0015】

（第１の実施形態）
＜重ね溶接継手の構成＞
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法を用いて溶接された重ね溶接継手について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法及び当該溶接方法を用いて溶接された重ね溶接継手を示す断面図である。より詳細には、図１の上側は、第１の実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法を示す断面図であり、図１の下側は、当該溶接方法を用いて溶接された重ね溶接継手を示す断面図である。

【0016】

なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

【0017】

図１の下側に示すように、重ね溶接継手は、溶接部３０によって溶接された金属部材１０、２０から構成されている。金属部材１０、２０は、例えば、二次電池、キャパシタ（コンデンサ）等における端子や電極等の部材である。

【0018】

金属部材１０は、銅（Ｃｕ）を主成分とする金属材料からなり、例えば板状部材である。なお、純銅の融点は１０８５℃である。
金属部材１０の表面には、ニッケル（Ｎｉ）めっき膜１１が形成されている。ニッケルめっき膜１１は、例えば無電解めっき膜である。なお、無電解ニッケルめっき膜１１は、例えば１０質量％程度のリン（Ｐ）を含有するため、その融点は８９０℃程度であり、純ニッケルの融点（１４５５℃）よりも大幅に低い。無電解ニッケルめっき膜の融点は、銅の融点よりも低いため、溶接部におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成をより抑制できる。
金属部材２０は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属材料からなり、例えば板状部材である。なお、純アルミニウムの融点は６６０℃である。

【0019】

図１の上側に示すように、本実施形態に係る溶接方法では、アルミニウムを主成分とする低融点の金属部材２０の上方から熱伝導溶接用のレーザビームＬＢを照射して、金属部材２０が溶融した溶融池３０ａを形成する。この溶融池３０ａが、金属部材１０上に形成されたニッケルめっき膜１１に接触し、ニッケルめっき膜１１が溶融する。

【0020】

ここで、図１の上側に示すように、レーザビームＬＢの照射によって金属部材２０が溶融した溶融池３０ａは、ニッケルめっき膜１１には到達するが、金属部材１０には到達しない。
そして、図１の下側に示すように、溶融池３０ａが凝固することによって、溶接部３０が形成され、金属部材１０と金属部材２０とが溶接される。

【0021】

上述の通り、アルミニウムを主成分とする溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１には到達するが、銅を主成分とする金属部材１０には到達しない。そのため、溶接部３０とニッケルめっき膜１１との界面近傍には、Ｎｉ－Ａｌ系金属間化合物が形成され、Ｃｕ－Ａｌ系の金属間化合物は形成されない。
すなわち、本実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法を用いて溶接された重ね溶接継手では、溶接部３０におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成が抑制され、溶接部３０のせん断強度の低下も抑制される。

【0022】

＜異種金属部材の重ね溶接方法＞
次に、図１を参照して、本実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法について説明する。本実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法は、銅を主成分とする金属部材１０上にアルミニウムを主成分とする金属部材２０を重ね合わせてレーザ溶接する異種金属部材の重ね溶接方法である。

【0023】

まず、レーザビームＬＢを照射する前に、銅を主成分とする金属部材（第１の金属部材）１０上に、アルミニウムを主成分とする金属部材（第２の金属部材）２０を重ね合わせる。ここで、金属部材１０の表面には、ニッケルめっき膜１１が形成されており、当該ニッケルめっき膜１１上に金属部材２０を重ね合わせる。

【0024】

次に、図１の上側に示すように、金属部材２０の上方から熱伝導溶接用のレーザビームＬＢを照射する。図１に示すように、レーザビームＬＢを照射することによって、アルミニウムを主成分とする金属部材２０が溶融した溶融池３０ａが形成される。

【0025】

ここで、熱伝導型溶接用のレーザビームＬＢとは、キーホールが形成されない程度の比較的低いエネルギ密度を有するレーザビームＬＢである。
一般的に、照射エネルギ密度Ｅ［Ｊ／ｍｍ^２］は、レーザ出力Ｐ［Ｗ］、走査速度ｖ_ｓ［ｍｍ／ｓ］、スポット径ｄ_ｓ［ｍｍ］を用いて、次式（１）により表すことができる。
Ｅ＝Ｐ／（ｖ_ｓ×ｄ_ｓ）・・・式（１）
そのため、照射エネルギ密度Ｅは、レーザ出力Ｐを大きくするか、走査速度ｖ_ｓを遅くするか、スポット径ｄ_ｓを小さくすることによって、大きくなる。

【0026】

次に、図１の上側に示すように、この溶融池３０ａが、金属部材１０上に形成されたニッケルめっき膜１１に接触することによって、ニッケルめっき膜１１が溶融する。ここで、レーザビームＬＢの照射によって金属部材２０が溶融した溶融池３０ａは、ニッケルめっき膜１１には到達するが、金属部材１０には到達しない。

【0027】

すなわち、溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１には到達するが、金属部材１０には到達しないように、レーザビームＬＢの照射エネルギ密度を設定する。換言すると、ニッケルめっき膜１１と金属部材２０との界面の温度は、ニッケルめっき膜１１の融点より高く、ニッケルめっき膜１１と金属部材１０との界面の温度は、ニッケルめっき膜１１の融点より低くなるように、レーザビームＬＢの照射エネルギ密度を設定する。

【0028】

ここで、熱伝導型溶接用のレーザビームＬＢを使用することによって、溶融池が広く浅く形成されるため、このように制御し易くなる。すなわち、熱伝導型溶接用のレーザビームＬＢを使用することによって、溶接部におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成を抑制し易くなる。

【0029】

最後に、図１の下側に示すように、溶融池３０ａが凝固することによって、溶接部３０が形成され、金属部材１０と金属部材２０とが溶接される。
上述の通り、アルミニウムを主成分とする溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１には到達するが、銅を主成分とする金属部材１０には到達しない。そのため、溶接部３０とニッケルめっき膜１１との界面近傍には、Ｎｉ－Ａｌ系金属間化合物が形成され、Ｃｕ－Ａｌ系の金属間化合物は形成されない。すなわち、溶接部３０におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成が抑制され、溶接部３０のせん断強度の低下も抑制される。

【0030】

以上に説明した通り、本実施形態に係る溶接方法では、金属部材２０が溶融した溶融池３０ａが、金属部材１０上に形成されたニッケルめっき膜１１に接触することによって、ニッケルめっき膜１１が溶融し、金属部材１０と金属部材２０とが溶接される。ここで、アルミニウムを主成分とする溶融池３０ａは、ニッケルめっき膜１１には到達するが、銅を主成分とする金属部材１０には到達しない。そのため、本実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法を用いることによって、溶接部３０におけるＣｕ－Ａｌ系の金属間化合物の形成が抑制され、溶接部３０のせん断強度の低下も抑制される。

【0031】

＜照射エネルギ密度の決定方法＞
次に、図２を参照して、レーザビームＬＢの照射エネルギ密度の決定方法について説明する。図２は、レーザビームＬＢの照射エネルギ密度の決定方法を示すフローチャートである。

【0032】

まず、図２に示すように、銅板（金属部材１０）の試験片に形成されたニッケルめっき膜１１上に、アルミニウム板（金属部材２０）の試験片を重ね合わせ、レーザビームＬＢを照射して、試験的に溶接した上、溶接部の断面を観察する（ステップＳＴ１）。例えば、仮設定した複数の照射エネルギ密度で溶接された各試験片の溶接部の断面について、走査型電子顕微鏡を用いた組織観察と共に、エネルギ分散型Ｘ線分光法を用いた元素分析を行う。

【0033】

ここで、図３を参照し、試験片における溶接部の断面観察結果の一例について説明する。図３は、照射エネルギ密度が異なる２種類の試験片における溶接部の断面観察結果を示す。具体的には、式（１）における走査速度ｖ_ｓを変化させることによって、照射エネルギ密度Ｅを変化させた。図３には、走査速度ｖ_ｓ＝７ｍｍ／ｓ及び走査速度ｖ_ｓ＝５ｍｍ／ｓの場合のＡｌ、Ｎｉ、Ｃｕの元素マッピング分析結果（上段）と元素ライン分析結果（下段）とが示されている。

【0034】

なお、式（１）から分かるように、図３の左側に示す走査速度ｖ_ｓ＝７ｍｍ／ｓの場合よりも図３の右側に示す走査速度ｖ_ｓ＝５ｍｍ／ｓの場合の方が、照射エネルギ密度Ｅは大きい。
また、図３の下段に示すライン分析箇所は、図３の上段に示すマッピング分析結果おいて、白抜き矢印で示されている。図３の下段に示すライン分析結果のグラフにおいて、横軸は距離（μｍ）、縦軸は各元素の濃度（質量％）を示している。

【0035】

式（１）を構成するパラメータについては、レーザ出力Ｐ＝５００Ｗ、スポット径ｄ_ｓ＝０．１５ｍｍで共通である。
ここで、図４は、溶接した試験片の形状を示す模式的斜視図である。図４に示すように、銅板（金属部材１０）の試験片の厚さｔ１０＝１．０ｍｍ、ニッケルめっき膜１１の厚さｔ１１＝１０μｍ、アルミニウム板（金属部材２０）の試験片の厚さｔ２０＝０．３ｍｍで共通である。
なお、後述するように、図４に示した試験片を用いて引張試験を行い、溶接部３０のせん断強度を測定した。

【0036】

図３の左側に示すように、走査速度ｖ_ｓ＝７ｍｍ／ｓの場合、上段に示すマッピング分析結果から、溶融池３０ａ（すなわち凝固後の溶接部３０）が、ニッケルめっき膜１１を貫通せず、銅板（金属部材１０）には到達していないことが分かる。下段に示すライン分析結果から、Ｎｉ－Ａｌ系金属間化合物が形成されているため、溶融池３０ａがニッケルめっき膜１１には到達していることが分かる。また、溶融池３０ａが、銅板（金属部材１０）に到達していないため、Ｃｕ－Ａｌ系金属間化合物は形成されていない。

【0037】

他方、図３の右側に示すように、走査速度ｖ_ｓ＝５ｍｍ／ｓの場合、上段に示すマッピング分析結果から、溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１を貫通し、銅板（金属部材１０）に到達していることが分かる。下段に示すライン分析結果から、ニッケルめっき膜１１が消失すると共に、Ｃｕ－Ａｌ系金属間化合物が形成されていることが分かる。

【0038】

図２に戻って説明を続ける。
図２に示すように、金属部材１０の試験片に形成されたニッケルめっき膜１１上に、金属部材２０の試験片を重ね合わせ、レーザビームＬＢを照射した際の熱伝導解析シミュレーションを実施する（ステップＳＴ２）。例えば、ニッケルめっき膜１１付き金属部材１０の試験片及び金属部材２０の試験片をモデル化すると共に、各部材について熱伝導率等の材料定数を設定する。そして、レーザ吸収率を適宜設定し、ステップＳＴ１において仮設定した複数の照射エネルギ密度でレーザビームＬＢを照射した際の熱伝導解析シミュレーションを実施する。

【0039】

当該熱伝導解析シミュレーションに用いる解析手法としては、特に限定されないが、例えば非定常熱伝導三次元モデルを挙げることができる。また、当該熱伝導解析シミュレーションには、例えば市販の熱伝導解析プログラムを使用できる。市販の熱伝導解析プログラムとしては、例えばＡｂａｑｕｓ（登録商標）を挙げることができる。

【0040】

次に、図２に示すように、各照射エネルギ密度におけるステップＳＴ１での溶接部の断面観察結果とステップＳＴ２での熱伝導解析結果とが、適合しているか否か判定する（ステップＳＴ３）。

【0041】

溶接部の断面観察結果と熱伝導解析結果とが、適合していないと判定した場合（ステップＳＴ３ＮＯ）、ステップＳＴ２に戻り、レーザ吸収率を再設定し、熱伝導解析シミュレーションを再度実施する。すなわち、溶接部の断面観察結果と熱伝導解析結果とが、適合していると判定するまで、ステップＳＴ２を繰り返す。

【0042】

ここで、図５を参照し、適切なレーザ吸収率を設定することによって、断面観察結果と熱伝導解析結果とが適合した例について説明する。図５は、複数の照射エネルギ密度において断面観察結果と熱伝導解析結果とが適合した例を示す表である。図５に示す例では、式（１）における走査速度ｖ_ｓを変化させることによって、照射エネルギ密度Ｅを変化させた。

【0043】

図５には、図３に示した走査速度ｖ_ｓ＝７ｍｍ／ｓ及び走査速度ｖ_ｓ＝５ｍｍ／ｓの場合に加え、走査速度ｖ_ｓ＝９ｍｍ／ｓ及び走査速度ｖ_ｓ＝３ｍｍ／ｓの場合のＡｌ、Ｎｉ、Ｃｕの元素マッピング分析結果（上段）と熱伝導解析結果（下段）とが示されている。図５の下段に示す熱伝導解析結果では、Ｃｕ融点１０８５℃以上の領域、無電解Ｎｉめっき膜融点８９０℃以上（１０８５℃未満）の領域、Ａｌ融点６６０℃以上（８９０℃未満）の領域に色分けされている。

【0044】

式（１）から分かるように、図５において走査速度ｖ_ｓが小さい程、照射エネルギ密度は大きい。
上述の通り、式（１）を構成するパラメータについては、レーザ出力Ｐ＝５００Ｗ、スポット径ｄ_ｓ＝０．１５ｍｍで共通である。また、図４に示すように、銅板（金属部材１０）の試験片の厚さｔ１０＝１．０ｍｍ、ニッケルめっき膜１１の厚さｔ１１＝１０μｍ、アルミニウム板（金属部材２０）の試験片の厚さｔ２０＝０．３ｍｍで共通である。

【0045】

なお、図５に示した走査速度ｖ_ｓ＝７ｍｍ／ｓ及び走査速度ｖ_ｓ＝５ｍｍ／ｓの場合の元素マッピング分析結果（上段）は、図３に示したものと共通である。
なお、図５の最下段には、図４に示した試験片を用いた引張試験によって得られた溶接部３０のせん断強度τ［ＭＰａ］も示されている。溶接部３０のせん断強度τ［ＭＰａ］については後述する。

【0046】

図５に示すように、走査速度ｖ_ｓ＝９ｍｍ／ｓ及びｖ_ｓ＝７ｍｍ／ｓの場合、上段に示すマッピング分析結果から、溶融池３０ａ（すなわち凝固後の溶接部３０）が、ニッケルめっき膜１１を貫通せず、銅板（金属部材１０）には到達していないことが分かる。下段に示す熱伝導解析結果から、アルミニウム板（金属部材２０）とニッケルめっき膜１１との界面における温度はニッケルめっき膜１１の融点よりも高くなっていることが分かる。他方、銅板（金属部材１０）とニッケルめっき膜１１との界面における温度はニッケルめっき膜１１の融点よりも低くなっていることが分かる。

【0047】

他方、図５に示すように、走査速度ｖ_ｓ＝５ｍｍ／ｓ及びｖ_ｓ＝３ｍｍ／ｓの場合、上段に示すマッピング分析結果から、溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１を貫通し、銅板に到達していることが分かる。下段に示す熱伝導解析結果から、銅板（金属部材１０）とニッケルめっき膜１１との界面における温度もニッケルめっき膜１１の融点以上になっていることが分かる。
このように、適切なレーザ吸収率を設定した熱伝導解析シミュレーションによって、溶融池３０ａ（すなわち凝固後の溶接部３０）の状態を精度良く予測できる。

【0048】

図２に戻って説明を続ける。
図２に示すように、溶接部の断面観察結果と熱伝導解析結果とが、適合していると判定した場合（ステップＳＴ３ＹＥＳ）、熱伝導解析におけるレーザ吸収率を現在設定されているレーザ吸収率に決定し、照射エネルギ密度を最大値に設定する（ステップＳＴ４）。照射エネルギ密度の最大値は、例えば、溶接に用いるレーザ照射装置が発揮できる照射エネルギ密度の最大値である。

【0049】

そして、熱伝導解析シミュレーションを実施し（ステップＳＴ５）、熱伝導解析結果において、金属部材１０とニッケルめっき膜１１との界面における温度が、ニッケルめっき膜１１の融点未満か否か判定する（ステップＳＴ６）。

【0050】

金属部材１０とニッケルめっき膜１１との界面における温度が、ニッケルめっき膜１１の融点以上である場合（ステップＳＴ６ＮＯ）、図１に示す溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１を貫通し、金属部材１０に到達することを意味する。そのため、照射エネルギ密度を下げ（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ５に戻り、再度熱伝導解析シミュレーションを実施する。

【0051】

他方、金属部材１０とニッケルめっき膜１１との界面における温度が、ニッケルめっき膜１１の融点未満である場合（ステップＳＴ６ＹＥＳ）、図１に示す溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１を貫通せずに、金属部材１０に到達しないことを意味する。そのため、溶接する際に設定する照射エネルギ密度を、熱伝導解析シミュレーションにおいて現在設定されている照射エネルギ密度に決定する（ステップＳＴ８）。

【0052】

なお、金属部材２０とニッケルめっき膜１１との界面における温度は、図１に示す溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１に到達するように、ニッケルめっき膜１１の融点よりも高い必要がある。

【0053】

このように、本実施形態に係る異種金属部材の重ね溶接方法では、熱伝導解析シミュレーションの結果に基づいて、溶接する際に設定する照射エネルギ密度を決定する。具体的には、金属部材２０とニッケルめっき膜１１との界面における温度はニッケルめっき膜１１の融点よりも高く、金属部材１０とニッケルめっき膜１１との界面における温度はニッケルめっき膜１１の融点よりも低くなるように、照射エネルギ密度を決定する。

【0054】

＜溶接部３０のせん断強度＞
次に、図５を参照して、溶接部３０のせん断強度τの測定結果について説明する。
図５の最下段に示すように、走査速度ｖ_ｓ＝９ｍｍ／ｓの場合、溶接部３０のせん断強度τは、１０２ＭＰａであった。マッピング分析結果に示すように、溶融池３０ａ（すなわち凝固後の溶接部３０）が、ニッケルめっき膜１１を貫通せず、銅板には到達していない。
図５には示されていないが、走査速度ｖ_ｓ＝８ｍｍ／ｓの場合、溶接部３０のせん断強度τは、１１２ＭＰａであった。

【0055】

図５の最下段に示すように、走査速度ｖ_ｓ＝７ｍｍ／ｓの場合、溶接部３０のせん断強度τは、１２２ＭＰａであった。マッピング分析結果に示すように、溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１を貫通せず、銅板には到達していない。
図５には示されていないが、走査速度ｖ_ｓ＝６ｍｍ／ｓの場合、溶接部３０のせん断強度τは、１０７ＭＰａであった。なお、走査速度ｖ_ｓ＝６ｍｍ／ｓの場合のせん断強度τはバラツキが大きく、溶融池３０ａがニッケルめっき膜１１を貫通している虞がある。

【0056】

図５の最下段に示すように、走査速度ｖ_ｓ＝５ｍｍ／ｓ及びｖ_ｓ＝３ｍｍ／ｓの場合、溶接部３０のせん断強度τは、測定できなかった。

【0057】

図５及び上記に示す溶接部３０のせん断強度τの測定結果から、溶融池３０ａが、ニッケルめっき膜１１には到達するが、第１の金属部材１０には到達しないように、照射エネルギ密度を設定することによって、優れたせん断強度τが得られることが分かった。
また、溶融池３０ａがニッケルめっき膜１１には到達するが第１の金属部材１０には到達しない照射エネルギ密度の範囲内（走査速度ｖ_ｓ＝７～９ｍｍ／ｓ）では、照射エネルギ密度が大きい程、高いせん断強度τが得られた。具体的には、走査速度ｖ_ｓ＝７ｍｍ／ｓの場合に、溶接部３０のせん断強度τがピーク値１２２ＭＰａを示した。

【0058】

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0059】

１０ 金属部材（銅板）
１１ ニッケルめっき膜
２０ 金属部材（アルミニウム板）
３０ 溶接部
３０ａ 溶融池
ＬＢ レーザビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】