JP2002144066A - アルミメッキ鋼板の溶接方法 - Google Patents

アルミメッキ鋼板の溶接方法

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JP2002144066A
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Kenji Makihara
賢治 牧原
Hironori Goto
博記 後藤
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストの増大等を招くことなく、溶接強度を
アップさせるアルミメッキ鋼板の溶接方法を提供する。 【解決手段】 アルミメッキ鋼板を溶接するに際し、溶
接する二つの面のうち、少なくとも一方の面を所定範囲
に亘り加熱溶融して再凝固部uを形成し、この再凝固部
uにおいて、例えばレーザ溶接をする。この場合、矢印
b方向からレーザビームを照射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミメッキ鋼板の
溶接方法に関し、例えばアルミメッキ鋼板を素材とする
車両用燃料タンクの製造に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】アルミメッキ鋼板の溶接方法として、特
許第2918829号公報に記載されたものがある。こ
の溶接方法は、一対の半殻体をフランジ部で重ね合わ
せ、フランジ部をレーザビームにて接合する燃料タンク
の製造方法に適用されたものであり、一対の半殻体を表
裏両面がアルミメッキされた鋼板で構成し、これら一対
の半殻体のフランジ部の一方に段付きを設けることでフ
ランジ部を重ね合わせた状態で隙間を形成し、この隙間
に溶接部に生じるAl成分を含有する不要成分を逃しな
がら溶接するというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たアルミメッキ鋼板の溶接方法には、一対の半殻体のフ
ランジ部の一方に不要成分を逃すための段付きを設ける
必要があるので、その分、半殻体を成型する成型用金型
が複雑になるという問題点がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係るアルミメッキ鋼板の溶接方法は、第1入熱
工程とこの後に行われる第2入熱工程からなり、第1入
熱工程では前記2枚のアルミメッキ鋼板のうちの一方の
溶接予定個所に沿って母材が融け落ちずに表面のアルミ
メッキ層が除去される程度に入熱して凹凸(反りも含
む)を有する再凝固部を形成し、第2入熱工程では前記
一方のアルミメッキ鋼板に形成された再凝固部を他方の
アルミメッキ鋼板に重ねて前記凹凸による隙間を形成し
た状態で前記第1入熱工程よりも大きい熱量を溶接予定
個所に供給して溶接するようにした。
【0005】また、本願の別態様に係るアルミメッキ鋼
板の溶接方法では、第1入熱工程で2枚のアルミメッキ
鋼板の両方に凹凸(反りも含む)を有する再凝固部を形
成し、第2入熱工程の際にはこれら再凝固部同士を重ね
て前記凹凸による隙間を形成した状態で溶接を行うよう
にした。
【0006】上記構成とすることで、第2入熱工程にお
ける溶接の際に生じる不要成分は隙間に逃がすことがで
き、溶接強度を高めることができる。
【0007】前記第1入熱工程における入熱手段として
は溶接機のアークまたはビームが適当であり、また前記
第2入熱工程における入熱手段としてはレーザビーム、
シーム溶接などが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。ここで、図1は本発明方法
によって製造したアルミメッキ鋼板製燃料タンクを示す
斜視図、図2はレーザ溶接の説明図、図3(a)は引張
り試験用試験部材の正面図、(b)は同試験部材の側面
図、図4(a)は試験条件(1)の試験部材の断面図、
(b)は同(2)の試験部材の断面図、(c)は同
(3)の試験部材の断面図 、図5は引っ張り強度試験
結果を示すグラフ、図6(a)は試験条件(1)の試験
部材における溶接箇所の断面を示す顕微鏡写真、(b)
は同(2)の試験部材における溶接箇所の断面を示す顕
微鏡写真、(c)は同(3)の試験部材における溶接箇
所の断面を示す顕微鏡写真である。
【0009】燃料タンク1は、図1に示すように、アル
ミメッキ鋼板をプレス成形した上下一対の半殻体2、3
のフランジ部2a、3aを全周に亘ってレーザビームで
溶接し、溶接部を気密状に保持し、これら半殻体2、3
の所定部には、給油用口金4やステー等の小物部品がレ
ーザ溶接又はロー付け等で取り付けられている。
【0010】前記アルミメッキ鋼板は、例えばSA1E
60鋼、又はこのSA1E60鋼をクロメート処理した
SA1E60Y鋼の表裏面にアルミメッキ層を形成した
ものであり、前記SA1E60鋼、又はSA1E60Y
鋼は、炭素の他に精錬上の必要から加えられるSi、M
n、及び不純物としてのP、S等の成分を含んでいる。
【0011】以上のようなアルミメッキ鋼板からなる半
殻体2、3のフランジ部2a、3aを重ね合わせて溶接
する方法について説明する。
【0012】先ず、図2(a)に示すように、フランジ
2a又は3aの合わせ面のうちいずれか一方の面の溶接
予定個所に沿って第1入熱工程を施す。この第1入熱工
程は母材(M)が融け落ちずに表面のアルミメッキ層
(m)が除去される程度に入熱する。この入熱によって
アルミメッキ層(m)が所定幅w分だけ除去され、この
部分の母材(M)が一部溶融し、この溶融した母材が再
凝固して凹凸を有する再凝固部uが形成される。また、
この再凝固部uにおいては熱による反りも生じる。
【0013】前記再凝固部uにおいてはアルミメッキ層
のアルミが高融点の酸化アルミに変化するため、後の第
2入熱工程においてレーザ溶接する際にアルミの気化量
が低減する。そして、たとえ気化しても前記凹凸が形成
された隙間にAl成分を含有する不要成分が逃げるの
で、溶接部へ溶接強度に悪影響を及ぼすアルミニウムの
析出量が少なくなり溶接強度が高まる。尚、前記所定幅
wは、溶接に用いるレーザビームの幅の数倍程度とす
る。
【0014】第1入熱工程において、アルミメッキ層
(m)と母材(M)の一部を溶融し再凝固させるには、
TIG溶接のアークをフランジ2a(又は3a)の合わ
せ面の全周に亘って所定速度で移動させながら飛ばす。
TIG溶接のアークは幅狭に設定することができるの
で、アルミメッキ層が破壊される面積を最小限に抑える
ことができる。従って、燃料タンク1の内面を含むほと
んどの面の耐食性を劣化させないで済む。
【0015】次に、図2(b)に示すように、フランジ
2a、3aを重ね合わせる。この状態で、再凝固部uに
は凹凸が形成されているとともに反りが生じているの
で、両者の間に隙間が形成される。
【0016】この後、第2入熱工程を施す。第2入熱工
程ではレーザビームを矢印b方向から再凝固部uの中心
に照射し周縁に沿って全周に亘って移動させながら溶接
する。溶接時、鋼板と表面の酸化アルミニウムが溶融す
ることになるが、酸化アルミニウムであるので溶融に伴
うアルミニウムの気化量が少なくなり、たとえ気化して
も前記凹凸が形成された隙間にAl成分を含有する不要
成分が逃げるので、溶接部へ溶接強度に悪影響を及ぼす
アルミニウムの析出量が少なくなり、一層高い溶接強度
が確保される。なお、この第2入熱工程においては、レ
ーザ溶接に替えて、フランジの板厚方向に加圧力を加え
る抵抗シーム溶接としてもよい。
【0017】図2(c)は別実施例を示す図であり、こ
の図に示すように、両方のフランジ2a、3aに第1入
熱工程を施し、これらを重ね合わせた状態で第2入熱工
程を施すようにしてもよい。なお、第1入熱工程では、
TIG溶接のアークに替えて、レーザビームを出力を弱
めて照射するようにしてもよい。
【0018】上述したアルミメッキ鋼板の溶接強度につ
いて強度試験を行ったのでその結果を説明する。なお、
強度試験は、図3(a)及び(b)に示すような試験部
材4を用いて行った。試験部材4は、L字状に屈曲した
各テストピースT,Tの各短辺部を重ね合わせて短辺の
全幅Twに亘って溶接したものであり、各テストピース
T,Tの各長辺部を反対方向(図3(b)の矢印方向)
に引っ張る方法で行った。
【0019】試験部材4の溶接条件は、次に示す(1)
〜(3)である。なお、溶接条件の異なる3種類の試験
部材4をそれぞれ2個用意した。 (1)一切の処理を施さず、矢印方向からレーザビーム
を照射して短辺の全幅Twに亘ってレーザ溶接をする
(図4(a)に示す)。 (2)一方のテストピースTの短辺の合わせ面全幅Tw
について、TIG溶接のアークによってアルミメッキ層
と鋼板の一部を溶融し再凝固箇所uを形成したのち、矢
印方向からレーザビームを照射して短辺の全幅Twに亘
ってレーザ溶接をする(図4(b)に示す)。 (3)双方のテストピースT,Tの短辺の合わせ面全幅
Twについて、TIG溶接のアークによってアルミメッ
キ層と鋼板の一部を溶融し再凝固箇所u、を形成した
のち、矢印方向からレーザビームを照射して短辺の全幅
Twに亘ってレーザ溶接をする(図4(c)に示す)。
【0020】試験結果を表1と、図5に示す。
【表1】
【0021】表1において、送り速度m/minは、レーザ
溶接機のビームの送り速度、T/P幅mmはテストピース
の短辺の全幅(Tw)、引張り荷重kNは溶接部破断時の
引張り荷重、破断応力kgf/mm2 は破断時の溶接部の応
力、破断状態における泣き別れとは溶接部が剥がれた状
態を示し、母材破断は溶接部が剥がれるのではなく母材
が破断した状態を示す。
【0022】図5は表1の測定結果をグラフ化したもの
である。図5の縦軸は、破断応力kgf/mm2 を示し、横軸
はレーザ溶接機のビーム送り速度m/minを示す。●印は
溶接条件(2)で溶接した試験部材4の測定結果を示
し、◆印は溶接条件(3)で溶接した試験部材4の測定
結果を示し、■印は溶接条件(1)で溶接した試験部材
4の測定結果を示す。
【0023】表1、図5から明らかなように、溶接条件
(2)で溶接した試験部材4の破断強度は約30kgf/mm
2 であり、溶接条件(1)、(2)、(3)で溶接した
試験部材4中で最も大きいことがわかる。特に溶接条件
(1)で溶接した試験部材4に比べると、レーザ溶接の
ビーム送り速度に拘わらず、ほぼ2倍の破断強度が得ら
れている。また、溶接条件(3)で溶接した試験部材4
の破断強度は、溶接条件(2)で溶接した試験部材4の
破断強度より幾分劣るものの、溶接条件(1)で溶接し
た試験部材4の破断強度に比較すれば約1.5倍大き
い。これらのデータは、アルミメッキ層と鋼板の一部を
加熱溶融し再凝固させる工程が破断強度の増大に大きく
貢献することを裏付けている。
【0024】参考のために、レーザ溶接によるビーム送
り速度を4m/minとしたときの溶接部の断面の顕微鏡写
真を、溶接条件(1)、(2)、(3)で溶接した試験
部材4のそれぞれについて示しておく。図6(a)は溶
接条件(1)で溶接した試験部材4を、図6(b)は溶
接条件(2)で溶接した試験部材4を、図6(c)は溶
接条件(3)で溶接した試験部材4をそれぞれ示す。
(b)と(c)の接合部の幅はそれほど違わずアルミニ
ウムの析出量も少ないが、(a)の接合部の幅は
(b)、(c)の接合部の幅に比べ約半分程度しかない
上にアルミニウムが析出しており、溶接条件(1)で溶
接した試験部材4の破断強度が低いのを裏付けている。
【0025】なお、上述の実施の形態においては、溶接
対象物が燃料タンク1であるので、燃料漏れを防止する
ためにフランジ2a,3aの全周に亘って隙間なくレー
ザ溶接又は抵抗シーム溶接を施したが、単に溶接されて
いればよいものについては、レーザ溶接又は抵抗溶接を
スポット的に施してもよい。
【0026】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
アルミメッキ鋼板を重ね合わせて溶接する際に、接合強
度を低下せしめる原因となる不要成分を逃がす隙間を、
リスト型などによる成形工程で成形せず、比較的少ない
熱量を供給する第1入熱工程でアルミメッキ層が除去さ
れ凹凸部を有する再凝固部を形成し、この再凝固部を他
方のアルミメッキ鋼板を重ねることで前記隙間を形成す
るようにしたので、簡単な工程で逃がし用の隙間を形成
することができる。
【0027】また、第1入熱工程をTIG溶接のアーク
などを用いるようにすれば、複雑形状品の溶接であって
も簡単に且つ任意の形状に沿って逃がし用の隙間を形成
することができる。
【0028】そして、第2入熱工程をレーザ溶接とすれ
ば、局所的に急速に熱を加えることができるので高速溶
接が可能となる。また、抵抗溶接によって溶接すれば、
高価なレーザ溶接装置を廃止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の溶接方法を適用したアルミメッキ鋼板
からなる燃料タンクを示す斜視図
【図2】(a)は第1入熱工程を説明した図(b)は第
2入熱工程を説明した図(c)は別実施例を示す(b)
と同様の図
【図3】(a)は試験部材の正面図、(b)は試験部材
の側面図
【図4】(a)は試験条件(1)の試験部材の断面図、
(b)は同(2)の試験部材の断面図、(c)は同
(3)の試験部材の断面図
【図5】引っ張り強度試験結果を示すグラフ
【図6】(a)は試験条件(1)の試験部材における溶
接箇所の断面を示す顕微鏡写真(b)は同(2)の試験
部材における溶接箇所の断面を示す顕微鏡写真(c)は
同(3)の試験部材における溶接箇所の断面を示す顕微
鏡写真
【符号の説明】
1…燃料タンク、2、3…半殻体、2a,3a…フラン
ジ、4…試験部材、T…アルミメッキ鋼板のテストピー
ス、u…再凝固部、w…再凝固部の幅。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23K 9/167 B23K 9/167 A 9/23 9/23 K // B23K 103:04 103:04 103:16 103:16

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面にアルミメッキが施された2枚の鋼
    板を重ね合わせて溶接する方法において、この溶接方法
    は、第1入熱工程と第2入熱工程からなり、第1入熱工
    程では前記2枚のアルミメッキ鋼板のうちの一方の溶接
    予定個所に沿って母材が融け落ちずに表面のアルミメッ
    キ層が除去される程度に入熱して凹凸を有する再凝固部
    を形成し、第2入熱工程では前記一方のアルミメッキ鋼
    板に形成された再凝固部を他方のアルミメッキ鋼板に重
    ねて前記凹凸による隙間を形成した状態で前記第1入熱
    工程よりも大きい熱量を溶接予定個所に供給して溶接す
    ることを特徴とするアルミメッキ鋼板の溶接方法。
  2. 【請求項2】 表面にアルミメッキが施された2枚の鋼
    板を重ね合わせて溶接する方法において、この溶接方法
    は、第1入熱工程と第2入熱工程からなり、第1入熱工
    程では前記2枚のアルミメッキ鋼板の両方の溶接予定個
    所に沿って母材が融け落ちずに表面のアルミメッキ層が
    除去される程度に入熱して凹凸を有する再凝固部を形成
    し、第2入熱工程では前記一方のアルミメッキ鋼板に形
    成された再凝固部同士を重ねて前記凹凸による隙間を形
    成した状態で前記第1入熱工程よりも大きい熱量を溶接
    予定個所に供給して溶接するようにしたことを特徴とす
    るアルミメッキ鋼板の溶接方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載のアルミ
    メッキ鋼板の溶接方法において、前記第1入熱工程にお
    ける入熱を溶接機のアークまたはビームで行い、前記第
    2入熱工程における入熱をレーザビームで行うことを特
    徴とするアルミメッキ鋼板の溶接方法。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2に記載のアルミ
    メッキ鋼板の溶接方法において、前記第1入熱工程にお
    ける入熱を溶接機のアークまたはビームで行い、前記第
    2入熱工程における入熱をシーム溶接で行うことを特徴
    とするアルミメッキ鋼板の溶接方法。
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