JP2002160082A - 亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法及び溶接結合薄板 - Google Patents
亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法及び溶接結合薄板Info
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- JP2002160082A JP2002160082A JP2000359517A JP2000359517A JP2002160082A JP 2002160082 A JP2002160082 A JP 2002160082A JP 2000359517 A JP2000359517 A JP 2000359517A JP 2000359517 A JP2000359517 A JP 2000359517A JP 2002160082 A JP2002160082 A JP 2002160082A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】レーザとアークを併用した溶接法による亜鉛系
めっき鋼板の重ね溶接において、重ねた亜鉛系めっき鋼
板の隙間がゼロでもブローホールの発生をできるだけ防
止し、良好なビードの得られる方法を提供すること。 【解決手段】溶接予定個所にＹＡＧレーザー照射で溶接
する工程と、この工程の後にガスメタルアーク溶接を行
う工程を備え、ガスメタルアーク溶接工程は、ガスメタ
ルアーク溶接後のビード幅が前記ＹＡＧレーザー照射の
溶接工程で形成されるビード幅の２．０倍以下の範囲と
する。
めっき鋼板の重ね溶接において、重ねた亜鉛系めっき鋼
板の隙間がゼロでもブローホールの発生をできるだけ防
止し、良好なビードの得られる方法を提供すること。 【解決手段】溶接予定個所にＹＡＧレーザー照射で溶接
する工程と、この工程の後にガスメタルアーク溶接を行
う工程を備え、ガスメタルアーク溶接工程は、ガスメタ
ルアーク溶接後のビード幅が前記ＹＡＧレーザー照射の
溶接工程で形成されるビード幅の２．０倍以下の範囲と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛系めっき鋼板
同士、あるいは亜鉛系めっき鋼板と他の金属板とを重ね
溶接する溶接法及び溶接結合薄板に関する。
同士、あるいは亜鉛系めっき鋼板と他の金属板とを重ね
溶接する溶接法及び溶接結合薄板に関する。
【０００２】
【従来の技術】亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接は抵抗溶接
法によるのが一般的である。例えば特公昭54-26213号公
報に示すように、上下に配置された電極ローラにそれぞ
れワイヤ電極を巻き掛け、そのワイヤ電極間に亜鉛系め
っき鋼板の重ね部を通すことによりシーム抵抗溶接する
ことができる。しかしながら、シーム抵抗溶接法では電
極ローラ等を被溶接材の両側に配置しなければならない
ので構造的に複雑になり、また一般的に溶接部が直線で
かつ平坦なものに限られる。したがって、片面溶接や曲
線・曲面の溶接には適していない。一方、アーク溶接法
によると、亜鉛の沸点が１１７８℃であり鉄の融点より
も低いため、アーク熱によりめっき層から多量の亜鉛蒸
気が発生し、これが溶融金属内に閉じ込められたりし
て、ビードにポロシティや表面クレータ等の気孔（以
下、これらの気孔をブローホールという）を多数発生さ
せビードの荒れがひどくなることが知られている。ま
た、レーザ溶接法の場合でもこの現象を減らすことは困
難である。ビードの荒れの現象を説明すると、レーザ溶
接ではレーザビームによるキーホール溶接であるが、溶
接時に、亜鉛系めっき鋼板の重ね部にあるめっき層から
低融点・低沸点の亜鉛が激しく蒸発するため、この亜鉛
蒸気により溶融池の溶けた鋼を吹き飛ばしたり、溶鋼中
に亜鉛蒸気が侵入したりして、ビードに多数のブローホ
ールを発生させることになる。したがって、レーザ溶接
法でも亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接はビードの欠陥が多
く、一般には適用できないものとされている。しかしな
がら、レーザ溶接法は入熱が小さいためブローホールの
発生を抑制するためには有効な溶接法であると考えられ
ること、直線、曲線に関係なく溶接線形状を自由にで
き、溶接の制御性が優れていることなどから、亜鉛系め
っき鋼板の重ね溶接には最も適しているものと思われ
る。特に曲線・曲面溶接が多く、亜鉛系めっき鋼板を多
量に使用する自動車産業界ではその実用化に向けて期待
が大きい。
法によるのが一般的である。例えば特公昭54-26213号公
報に示すように、上下に配置された電極ローラにそれぞ
れワイヤ電極を巻き掛け、そのワイヤ電極間に亜鉛系め
っき鋼板の重ね部を通すことによりシーム抵抗溶接する
ことができる。しかしながら、シーム抵抗溶接法では電
極ローラ等を被溶接材の両側に配置しなければならない
ので構造的に複雑になり、また一般的に溶接部が直線で
かつ平坦なものに限られる。したがって、片面溶接や曲
線・曲面の溶接には適していない。一方、アーク溶接法
によると、亜鉛の沸点が１１７８℃であり鉄の融点より
も低いため、アーク熱によりめっき層から多量の亜鉛蒸
気が発生し、これが溶融金属内に閉じ込められたりし
て、ビードにポロシティや表面クレータ等の気孔（以
下、これらの気孔をブローホールという）を多数発生さ
せビードの荒れがひどくなることが知られている。ま
た、レーザ溶接法の場合でもこの現象を減らすことは困
難である。ビードの荒れの現象を説明すると、レーザ溶
接ではレーザビームによるキーホール溶接であるが、溶
接時に、亜鉛系めっき鋼板の重ね部にあるめっき層から
低融点・低沸点の亜鉛が激しく蒸発するため、この亜鉛
蒸気により溶融池の溶けた鋼を吹き飛ばしたり、溶鋼中
に亜鉛蒸気が侵入したりして、ビードに多数のブローホ
ールを発生させることになる。したがって、レーザ溶接
法でも亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接はビードの欠陥が多
く、一般には適用できないものとされている。しかしな
がら、レーザ溶接法は入熱が小さいためブローホールの
発生を抑制するためには有効な溶接法であると考えられ
ること、直線、曲線に関係なく溶接線形状を自由にで
き、溶接の制御性が優れていることなどから、亜鉛系め
っき鋼板の重ね溶接には最も適しているものと思われ
る。特に曲線・曲面溶接が多く、亜鉛系めっき鋼板を多
量に使用する自動車産業界ではその実用化に向けて期待
が大きい。
【０００３】アーク溶接およびレーザ溶接においてブロ
ーホール等の溶接欠陥を抑制する方法として、例えば、
特公平６−００７９７８合公報に示すように複数枚重ね
あわせた鋼板に隙間を設けることが知られているが、安
定に隙間を設けることは困難であることや隙間を設ける
工程が必要であり、生産性およびコストの点でも実用的
でない。またレーザ溶接では過剰に隙間をあければ溶接
部のアンダーフィルを生じ、隙間が著しい場合には上下
の鋼板がつながらなくなる。
ーホール等の溶接欠陥を抑制する方法として、例えば、
特公平６−００７９７８合公報に示すように複数枚重ね
あわせた鋼板に隙間を設けることが知られているが、安
定に隙間を設けることは困難であることや隙間を設ける
工程が必要であり、生産性およびコストの点でも実用的
でない。またレーザ溶接では過剰に隙間をあければ溶接
部のアンダーフィルを生じ、隙間が著しい場合には上下
の鋼板がつながらなくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
要望に応えるべく開発したものであり、レーザとアーク
を併用した溶接法による亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接に
おいて、重ねた亜鉛系めっき鋼板の隙間がゼロでもブロ
ーホールの発生をできるだけ防止し、良好なビードを得
ることを目的とするものである。
要望に応えるべく開発したものであり、レーザとアーク
を併用した溶接法による亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接に
おいて、重ねた亜鉛系めっき鋼板の隙間がゼロでもブロ
ーホールの発生をできるだけ防止し、良好なビードを得
ることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、亜鉛系め
っき鋼板同士または亜鉛系めっき鋼板と他の金属板との
重ね溶接において、溶接予定個所にＹＡＧレーザー照射
で溶接する工程と、この工程の後にガスメタルアーク溶
接を行う工程を備え、ガスメタルアーク溶接工程は、ガ
スメタルアーク溶接後の重ね合わせた２枚の鋼板の間の
ビード幅が前記ＹＡＧレーザー照射の溶接工程で形成さ
れるビード幅の２．０倍以下の範囲であることを特徴と
する亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法。
っき鋼板同士または亜鉛系めっき鋼板と他の金属板との
重ね溶接において、溶接予定個所にＹＡＧレーザー照射
で溶接する工程と、この工程の後にガスメタルアーク溶
接を行う工程を備え、ガスメタルアーク溶接工程は、ガ
スメタルアーク溶接後の重ね合わせた２枚の鋼板の間の
ビード幅が前記ＹＡＧレーザー照射の溶接工程で形成さ
れるビード幅の２．０倍以下の範囲であることを特徴と
する亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法。
【０００６】第２の発明は、レーザ照射する工程は、レ
ーザの狙い位置が、ガスメタルアーク溶接の狙い位置よ
りも０ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範囲であることを特徴と
する第１の発明に記載する亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接
方法。
ーザの狙い位置が、ガスメタルアーク溶接の狙い位置よ
りも０ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範囲であることを特徴と
する第１の発明に記載する亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接
方法。
【０００７】第３の発明は、レーザ照射で溶接する工程
は、溶接部が重ねた鋼板を貫通するように、レーザ出力
が設定されることを特徴とする第１または第２の発明に
記載の亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法。
は、溶接部が重ねた鋼板を貫通するように、レーザ出力
が設定されることを特徴とする第１または第２の発明に
記載の亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法。
【０００８】第４の発明は、鋼板は板厚が０．６ｍｍ〜
３．２ｍｍ、めっき付着量が１０ｇ／ｍ2 〜１２０ｇ／
ｍ2 である第１〜第３の発明のいずれかに記載の亜鉛系
めっき鋼板の重ね溶接方法。
３．２ｍｍ、めっき付着量が１０ｇ／ｍ2 〜１２０ｇ／
ｍ2 である第１〜第３の発明のいずれかに記載の亜鉛系
めっき鋼板の重ね溶接方法。
【０００９】第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれ
かの方法で製造された溶接結合薄板。
かの方法で製造された溶接結合薄板。
【００１０】ここで、本発明の亜鉛系めっき鋼板とは、
亜鉛めっき鋼板に限らず、亜鉛ーアルミニウム合金めっ
き鋼板などのめっき鋼板を意味する。また、めっき付着
量は片面のめっき量を表わしている。
亜鉛めっき鋼板に限らず、亜鉛ーアルミニウム合金めっ
き鋼板などのめっき鋼板を意味する。また、めっき付着
量は片面のめっき量を表わしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接にお
いて、鋼板間の隙間がゼロの場合には、ブローホールが
多発する。発明者は、レーザ溶接とガスメタルアーク溶
接を複合化した溶接方法に関して、ブローホールを抑制
する技術を見出した。
いて、鋼板間の隙間がゼロの場合には、ブローホールが
多発する。発明者は、レーザ溶接とガスメタルアーク溶
接を複合化した溶接方法に関して、ブローホールを抑制
する技術を見出した。
【００１２】本発明により、ビードのブローホール発生
が防止されるメカニズムについて説明する。
が防止されるメカニズムについて説明する。
【００１３】請求項１に記載の発明によるとレーザ溶接
をガスメタルアーク溶接に先立ち行う。図１は、亜鉛め
っき２，２を施した２枚の鋼板４，４にＹＡＧレーザー
照射６による溶接と、この溶接後に溶接ワイヤ８を用い
たガスメタルアーク１０による溶接を行う方法を模式的
に示したもので、符号１２はビード、１４は溶融池、１
６はキーホール、１８は気泡（亜鉛蒸気）、２０は溶滴
を示す。レーザ溶接ではレーザビームの集光点のエネル
ギー密度が極めて高いため鋼板が瞬時に蒸発しその反発
力により溶融金属を押しのけてキーホール１６とよばれ
る深い穴が形成される。溶接時には亜鉛系めっき鋼板
４，４の重ね部にあるめっき層２から低融点・低沸点の
亜鉛が激しく蒸発するが、この亜鉛蒸気の大部分はキー
ホール１６をとおって外部に放出される。放出できなか
った一部の亜鉛蒸気は溶融金属中に気泡１８を作るが、
レーザ溶接に引き続きガスメタルアーク溶接を行うた
め、レーザ単独の溶接の場合とくらべて溶融池１４の凝
固までに時間が長く、溶融金属中に入った亜鉛蒸気は凝
固するまでの間に浮上、脱出することができる。また、
亜鉛蒸気により吹き飛ばされた溶融金属は、ワイヤ８か
らの溶融金属により補償できるためアンダーフィルにな
ることを防止できる。
をガスメタルアーク溶接に先立ち行う。図１は、亜鉛め
っき２，２を施した２枚の鋼板４，４にＹＡＧレーザー
照射６による溶接と、この溶接後に溶接ワイヤ８を用い
たガスメタルアーク１０による溶接を行う方法を模式的
に示したもので、符号１２はビード、１４は溶融池、１
６はキーホール、１８は気泡（亜鉛蒸気）、２０は溶滴
を示す。レーザ溶接ではレーザビームの集光点のエネル
ギー密度が極めて高いため鋼板が瞬時に蒸発しその反発
力により溶融金属を押しのけてキーホール１６とよばれ
る深い穴が形成される。溶接時には亜鉛系めっき鋼板
４，４の重ね部にあるめっき層２から低融点・低沸点の
亜鉛が激しく蒸発するが、この亜鉛蒸気の大部分はキー
ホール１６をとおって外部に放出される。放出できなか
った一部の亜鉛蒸気は溶融金属中に気泡１８を作るが、
レーザ溶接に引き続きガスメタルアーク溶接を行うた
め、レーザ単独の溶接の場合とくらべて溶融池１４の凝
固までに時間が長く、溶融金属中に入った亜鉛蒸気は凝
固するまでの間に浮上、脱出することができる。また、
亜鉛蒸気により吹き飛ばされた溶融金属は、ワイヤ８か
らの溶融金属により補償できるためアンダーフィルにな
ることを防止できる。
【００１４】また本発明では、溶接後のビード幅を、２
枚の板の間において、レーザ溶接のみで形成されるビー
ド幅の２倍以下と規定しているが、それは以下の理由に
よる。先行するレーザ溶接において亜鉛系めっき鋼板の
重ね部にあるめっき層は蒸発し亜鉛蒸気の大部分はキー
ホールより脱出するが、亜鉛が除去されるのは亜鉛の沸
点（１１７８℃）以上に加熱された場所だけであり、レ
ーザ溶接により形成されるビード幅の２倍程度の範囲で
ある。すなわち、図２、図３に示すようにビード１２が
形成されるのは鋼の融点（約１５００℃）以上になった
部分であり亜鉛の沸点（１１７８℃）以上になる部分は
ビード幅の２倍程度になる。後行するガスメタルアーク
溶接ではこの亜鉛が除去された範囲を溶接することによ
り亜鉛の蒸発を少なくしブローホールの少ない健全な溶
接部を得ることができる。ガスメタルアーク溶接後に形
成されるビード幅がレーザ溶接のみで形成されたビード
幅の２倍を超える場合にはビード幅が広くなるにしたが
いブローホールの発生が多くなる。
枚の板の間において、レーザ溶接のみで形成されるビー
ド幅の２倍以下と規定しているが、それは以下の理由に
よる。先行するレーザ溶接において亜鉛系めっき鋼板の
重ね部にあるめっき層は蒸発し亜鉛蒸気の大部分はキー
ホールより脱出するが、亜鉛が除去されるのは亜鉛の沸
点（１１７８℃）以上に加熱された場所だけであり、レ
ーザ溶接により形成されるビード幅の２倍程度の範囲で
ある。すなわち、図２、図３に示すようにビード１２が
形成されるのは鋼の融点（約１５００℃）以上になった
部分であり亜鉛の沸点（１１７８℃）以上になる部分は
ビード幅の２倍程度になる。後行するガスメタルアーク
溶接ではこの亜鉛が除去された範囲を溶接することによ
り亜鉛の蒸発を少なくしブローホールの少ない健全な溶
接部を得ることができる。ガスメタルアーク溶接後に形
成されるビード幅がレーザ溶接のみで形成されたビード
幅の２倍を超える場合にはビード幅が広くなるにしたが
いブローホールの発生が多くなる。
【００１５】また、本発明では、ＹＡＧレーザ照射後に
ガスメタルアーク溶接を行っている。ＹＡＧレーザの照
射点で鋼材は、溶融・蒸発する。この高温領域では、Ｙ
ＡＧレーザ照射により金属蒸気密度および金属イオン密
度が高いことに加えて、鋼材からの熱電子放出エネルギ
ー或いは鋼材への熱電子吸収エネルギーも大幅に低下す
るため、ここにアークを照射すれば容易にアークの陽極
点或いは陰極点になりやすく、アークの発生・維持が安
定化する。このためガスメタルアーク溶接が可能となる
溶接速度や溶接電流の範囲が広く、特に小入熱で高速の
溶接が可能となる。本発明ではレーザ溶接に引き続き行
われるガスメタルアーク溶接後に形成されるビード幅を
レーザ溶接のみで形成されたビード幅の２倍以下にする
ため、ガスメタルアーク溶接の入熱をレーザ溶接と同等
程度にする必要がある。また、ガスメタルアーク溶接の
溶接速度は当然のことながら先行するレーザ溶接の溶接
速度と同じでなければならない。ＹＡＧレーザ照射によ
るガスメタルアーク溶接の安定化効果により、このよう
な小入熱、高速の溶接が可能となる。
ガスメタルアーク溶接を行っている。ＹＡＧレーザの照
射点で鋼材は、溶融・蒸発する。この高温領域では、Ｙ
ＡＧレーザ照射により金属蒸気密度および金属イオン密
度が高いことに加えて、鋼材からの熱電子放出エネルギ
ー或いは鋼材への熱電子吸収エネルギーも大幅に低下す
るため、ここにアークを照射すれば容易にアークの陽極
点或いは陰極点になりやすく、アークの発生・維持が安
定化する。このためガスメタルアーク溶接が可能となる
溶接速度や溶接電流の範囲が広く、特に小入熱で高速の
溶接が可能となる。本発明ではレーザ溶接に引き続き行
われるガスメタルアーク溶接後に形成されるビード幅を
レーザ溶接のみで形成されたビード幅の２倍以下にする
ため、ガスメタルアーク溶接の入熱をレーザ溶接と同等
程度にする必要がある。また、ガスメタルアーク溶接の
溶接速度は当然のことながら先行するレーザ溶接の溶接
速度と同じでなければならない。ＹＡＧレーザ照射によ
るガスメタルアーク溶接の安定化効果により、このよう
な小入熱、高速の溶接が可能となる。
【００１６】また、本発明ではレーザをＹＡＧに限定し
ている。ＹＡＧレーザはアークにより発生するプラズマ
に吸収されないのでアーク中に照射することができる。
しかし、炭酸ガスレーザはアークにより発生するプラズ
マに吸収されるので、レーザ照射位置をアーク溶接位置
から離さなければならずレーザとアークの複合効果、す
なわちアークの安定化効果が得られない。
ている。ＹＡＧレーザはアークにより発生するプラズマ
に吸収されないのでアーク中に照射することができる。
しかし、炭酸ガスレーザはアークにより発生するプラズ
マに吸収されるので、レーザ照射位置をアーク溶接位置
から離さなければならずレーザとアークの複合効果、す
なわちアークの安定化効果が得られない。
【００１７】また本発明では、ガスメタルアーク溶接で
溶接用ワイヤを添加するため、鋼板に隙間が開いている
場合にもレーザ溶接単独と比べて隙間許容量を大幅に増
加させることができる。
溶接用ワイヤを添加するため、鋼板に隙間が開いている
場合にもレーザ溶接単独と比べて隙間許容量を大幅に増
加させることができる。
【００１８】請求項２に記載の発明によると、レーザの
狙い位置は、溶接線方向に対して、ガスメタルアーク溶
接の狙い位置よりも０〜３ｍｍ先行するように設定され
ている。レーザの狙い位置とガスメタルアーク溶接の狙
い位置の距離が、３ｍｍを越えて設定された場合には、
両者の距離が離れすぎているため、レーザビームにより
形成される溶融池とガスメタルアークにより形成される
溶融池とが分離してしまい、溶融金属中に入った亜鉛蒸
気の浮上、脱出が起こりにくくなりブローホールが多く
なる。
狙い位置は、溶接線方向に対して、ガスメタルアーク溶
接の狙い位置よりも０〜３ｍｍ先行するように設定され
ている。レーザの狙い位置とガスメタルアーク溶接の狙
い位置の距離が、３ｍｍを越えて設定された場合には、
両者の距離が離れすぎているため、レーザビームにより
形成される溶融池とガスメタルアークにより形成される
溶融池とが分離してしまい、溶融金属中に入った亜鉛蒸
気の浮上、脱出が起こりにくくなりブローホールが多く
なる。
【００１９】請求項３に記載の発明によると、レーザを
照射する工程と、この照射工程の後にガスメタルアーク
溶接を行う溶接法において、溶接部が重ねた鋼板を貫通
するようにレーザ出力設定されている。レーザ照射によ
り形成されるキーホールが鋼板を貫通すると裏側からも
亜鉛蒸気が排出されるため、キーホールが鋼板を貫通し
ていない場合と比較して、ブローホールは抑制される傾
向にある。
照射する工程と、この照射工程の後にガスメタルアーク
溶接を行う溶接法において、溶接部が重ねた鋼板を貫通
するようにレーザ出力設定されている。レーザ照射によ
り形成されるキーホールが鋼板を貫通すると裏側からも
亜鉛蒸気が排出されるため、キーホールが鋼板を貫通し
ていない場合と比較して、ブローホールは抑制される傾
向にある。
【００２０】請求項４に記載の発明によると、対象とす
る亜鉛系めっき鋼板は板厚が０．６ｍｍ〜３．２ｍｍの
薄鋼板である。工業レベルで使用されるレーザは、装置
コスト面からも高々５ｋＷ程度であるため、対象とする
亜鉛系めっき鋼板の板厚は、３．２ｍｍ以下が望まし
い。
る亜鉛系めっき鋼板は板厚が０．６ｍｍ〜３．２ｍｍの
薄鋼板である。工業レベルで使用されるレーザは、装置
コスト面からも高々５ｋＷ程度であるため、対象とする
亜鉛系めっき鋼板の板厚は、３．２ｍｍ以下が望まし
い。
【００２１】また、めっき付着量は少ないほうがブロー
ホールの発生量は少ないため望ましいが、めっき付着量
が４５ｇ／ｍ2 以下であれば、完全にブローホールを抑
制することができる。めっき付着量が４５ｇ／ｍ2 超え
で１２０ｇ／ｍ2 以下でも、若干ブローホールは発生す
るが継手強度およびシール特性等の性能面で、実用的に
問題ないレベルとなる。
ホールの発生量は少ないため望ましいが、めっき付着量
が４５ｇ／ｍ2 以下であれば、完全にブローホールを抑
制することができる。めっき付着量が４５ｇ／ｍ2 超え
で１２０ｇ／ｍ2 以下でも、若干ブローホールは発生す
るが継手強度およびシール特性等の性能面で、実用的に
問題ないレベルとなる。
【００２２】また、本発明のレーザ発振器は、溶接に用
いるため出力２００ワット以上、好適にはキロワットク
ラスの出力が必要である。光学系には、変向用反射ミラ
ーと数枚の正負の集束レンズを組合わせた光学系を備え
るものが好ましいが、レンズ系を用いずに凹面鏡と凸面
鏡の組み合わせだけでレーザ光を集束するようにしても
よい。
いるため出力２００ワット以上、好適にはキロワットク
ラスの出力が必要である。光学系には、変向用反射ミラ
ーと数枚の正負の集束レンズを組合わせた光学系を備え
るものが好ましいが、レンズ系を用いずに凹面鏡と凸面
鏡の組み合わせだけでレーザ光を集束するようにしても
よい。
【００２３】ガスメタルアーク溶接装置は、金属薄板の
溶接を対象とするため、溶接用ワイヤは直径１．２ｍｍ
以下の細径ワイヤを用いるのが望ましい。シールドガス
には、アークの安定性と溶接金属の酸化防止とを同時に
達成するために、アルゴンガス等の不活ガスを用いるこ
とが望ましいが、アルゴンガス中に炭酸ガスを１０〜１
００％範囲で混合させたガスおよびアルゴンガス中に水
素ガス或いはヘリウムガスを２〜２０％の範囲で混合さ
せたガスを用いることもできる。
溶接を対象とするため、溶接用ワイヤは直径１．２ｍｍ
以下の細径ワイヤを用いるのが望ましい。シールドガス
には、アークの安定性と溶接金属の酸化防止とを同時に
達成するために、アルゴンガス等の不活ガスを用いるこ
とが望ましいが、アルゴンガス中に炭酸ガスを１０〜１
００％範囲で混合させたガスおよびアルゴンガス中に水
素ガス或いはヘリウムガスを２〜２０％の範囲で混合さ
せたガスを用いることもできる。
【００２４】そして、これら方法で得られた請求項５に
記載の溶接結合薄板は、溶接ビードのブローホールがな
く、良好なビード幅の溶接部を有する。
記載の溶接結合薄板は、溶接ビードのブローホールがな
く、良好なビード幅の溶接部を有する。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２６】［実施例１］板厚がそれぞれ、０．８ｍ
ｍ、１．６ｍｍおよび２．６ｍｍの両面亜鉛めっき鋼板
を用いて、鋼板を２枚重ね、隙間をゼロにしてＹＡＧレ
ーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化し溶接を行っ
た。
ｍ、１．６ｍｍおよび２．６ｍｍの両面亜鉛めっき鋼板
を用いて、鋼板を２枚重ね、隙間をゼロにしてＹＡＧレ
ーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化し溶接を行っ
た。
【００２７】ＹＡＧレーザ出力は、重ね合わせた鋼板を
十分に貫通させることができる２ｋＷ以上に設定した。
すべての場合でレーザが重ねた鋼板を貫通する条件に設
定した。また、アーク電流は７０Ａから３００Ａの範囲
に変化させた。また、レーザの狙い位置とガスメタルア
ークの狙い位置との間隔は２ｍｍにして溶接を行った。
溶接条件を表１に示す。
十分に貫通させることができる２ｋＷ以上に設定した。
すべての場合でレーザが重ねた鋼板を貫通する条件に設
定した。また、アーク電流は７０Ａから３００Ａの範囲
に変化させた。また、レーザの狙い位置とガスメタルア
ークの狙い位置との間隔は２ｍｍにして溶接を行った。
溶接条件を表１に示す。
【００２８】またＹＡＧレーザ単独でのビード幅を調べ
るためガスメタルアークと複合せずにＹＡＧレーザのみ
の溶接もレーザー出力を変えておこなった（Ｎｏ．１，
６，１４，１９，２５）。いずれの材料もめっき付着量
が片面４５ｇ／ｍ2 の亜鉛めっき鋼板である。
るためガスメタルアークと複合せずにＹＡＧレーザのみ
の溶接もレーザー出力を変えておこなった（Ｎｏ．１，
６，１４，１９，２５）。いずれの材料もめっき付着量
が片面４５ｇ／ｍ2 の亜鉛めっき鋼板である。
【００２９】溶接部の品質評価は、以下のように行っ
た。まず、目視により溶接ビード表面のピット数をカウ
ントした。次いで、溶接ビード内に内在するブローホー
ルをＸ線透過試験により検出し、その個数をカウントし
た。
た。まず、目視により溶接ビード表面のピット数をカウ
ントした。次いで、溶接ビード内に内在するブローホー
ルをＸ線透過試験により検出し、その個数をカウントし
た。
【００３０】評価基準は、以下のように定義した。欠陥
個数は、溶接ビード１ｍ当りに発生しているブローホー
ルおよびピットの合計として表示している。溶接継手強
度面から実用上差し支えないブローホールとピットの合
計を最大限Ｎ＝３０個／ｍとして、欠陥個数Ｎが３０個
／ｍ以下を「○」とした。さらに、ブローホールとピッ
トの合計がＮ＝１０個／ｍ以下の場合を「◎」とした。
また、ブローホールとピットの合計が最大限Ｎ＝３０個
／ｍを超える場合には、溶接継手強度の低下をきたすた
め、品質評価結果を「×」とした。くわえて、ブローホ
ールおよびピット等の溶接欠陥が溶接部を貫通すると耐
食性が低下するため、１個でも貫通欠陥が存在する場合
も「×」とした。
個数は、溶接ビード１ｍ当りに発生しているブローホー
ルおよびピットの合計として表示している。溶接継手強
度面から実用上差し支えないブローホールとピットの合
計を最大限Ｎ＝３０個／ｍとして、欠陥個数Ｎが３０個
／ｍ以下を「○」とした。さらに、ブローホールとピッ
トの合計がＮ＝１０個／ｍ以下の場合を「◎」とした。
また、ブローホールとピットの合計が最大限Ｎ＝３０個
／ｍを超える場合には、溶接継手強度の低下をきたすた
め、品質評価結果を「×」とした。くわえて、ブローホ
ールおよびピット等の溶接欠陥が溶接部を貫通すると耐
食性が低下するため、１個でも貫通欠陥が存在する場合
も「×」とした。
【００３１】また、溶接部断面を光学顕微鏡を用いて観
察し、重ね合わせた２枚の鋼板の間のビード幅を測定し
た。
察し、重ね合わせた２枚の鋼板の間のビード幅を測定し
た。
【００３２】結果を第２表に示す。ＹＡＧレーザ溶接と
ガスメタルアーク溶接を複合化した溶接法ではビード幅
がレーザ単独の２倍以下の場合（Ｎｏ．２−４，７−１
０，１５−１７，２０−２３，２６，２７）には欠陥個
数が３０個／ｍ以下となり、品質は良好である。
ガスメタルアーク溶接を複合化した溶接法ではビード幅
がレーザ単独の２倍以下の場合（Ｎｏ．２−４，７−１
０，１５−１７，２０−２３，２６，２７）には欠陥個
数が３０個／ｍ以下となり、品質は良好である。
【００３３】一方、溶接ビード幅がレーザ単独の場合の
２倍を超えた場合（Ｎｏ．５，１１−１３，１８，２
４，２８，２９）にはブローホールの発生が多くなる。
２倍を超えた場合（Ｎｏ．５，１１−１３，１８，２
４，２８，２９）にはブローホールの発生が多くなる。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】［実施例２］板厚がそれぞれ、０．８ｍｍ
および１．６ｍｍの両面亜鉛めっき鋼板を用いて、鋼板
を２枚重ね、隙間をゼロにしてＹＡＧレーザ溶接とガス
メタルアーク溶接を複合化し溶接を行った。いずれの材
料もめっき付着量が片面４５ｇ／ｍ2 の亜鉛めっき鋼板
である。またＹＡＧレーザ単独でのビード幅を調べるた
めガスメタルアークと複合せずにＹＡＧレーザのみ溶接
もおこなった（Ｎｏ．３０，３５）。
および１．６ｍｍの両面亜鉛めっき鋼板を用いて、鋼板
を２枚重ね、隙間をゼロにしてＹＡＧレーザ溶接とガス
メタルアーク溶接を複合化し溶接を行った。いずれの材
料もめっき付着量が片面４５ｇ／ｍ2 の亜鉛めっき鋼板
である。またＹＡＧレーザ単独でのビード幅を調べるた
めガスメタルアークと複合せずにＹＡＧレーザのみ溶接
もおこなった（Ｎｏ．３０，３５）。
【００３７】ＹＡＧレーザ出力は、重ね合わせた鋼板を
十分に貫通させることができる２ｋＷ以上に設定し、す
べての場合でレーザが重ねた鋼板を貫通する条件に設定
した。また、レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙
い位置との間隔を０ｍｍから１０ｍｍまで変化させた。
十分に貫通させることができる２ｋＷ以上に設定し、す
べての場合でレーザが重ねた鋼板を貫通する条件に設定
した。また、レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙
い位置との間隔を０ｍｍから１０ｍｍまで変化させた。
【００３８】評価基準は、実施例１と同様におこなっ
た。結果を第３表に示す。レーザの狙い位置とガスメタ
ルアークの狙い位置との間隔が３ｍｍ以下の場合（Ｎ
ｏ，３１−３３，３６−３８）にはブローホールの数が
少なく好適である。３ｍｍを超えると（Ｎｏ．３４，３
９）ブローホールが多くなった。
た。結果を第３表に示す。レーザの狙い位置とガスメタ
ルアークの狙い位置との間隔が３ｍｍ以下の場合（Ｎ
ｏ，３１−３３，３６−３８）にはブローホールの数が
少なく好適である。３ｍｍを超えると（Ｎｏ．３４，３
９）ブローホールが多くなった。
【００３９】
【表３】
【００４０】［実施例３］板厚がそれぞれ、１．６およ
び２．３ｍｍの両面亜鉛めっき鋼板を用いて、鋼板を２
枚重ね、隙間をゼロにしてＹＡＧレーザ溶接とガスメタ
ルアーク溶接を複合化し溶接を行った。いずれの材料も
めっき付着量が片面４５ｇ／ｍ2 の亜鉛めっき鋼板であ
る。またＹＡＧレーザ単独でのビード幅を調べるためガ
スメタルアークと複合せずにＹＡＧレーザのみ溶接もレ
ーザー出力を変えておこなった（Ｎｏ，４０，４２，４
４，４６，４８）。
び２．３ｍｍの両面亜鉛めっき鋼板を用いて、鋼板を２
枚重ね、隙間をゼロにしてＹＡＧレーザ溶接とガスメタ
ルアーク溶接を複合化し溶接を行った。いずれの材料も
めっき付着量が片面４５ｇ／ｍ2 の亜鉛めっき鋼板であ
る。またＹＡＧレーザ単独でのビード幅を調べるためガ
スメタルアークと複合せずにＹＡＧレーザのみ溶接もレ
ーザー出力を変えておこなった（Ｎｏ，４０，４２，４
４，４６，４８）。
【００４１】ＹＡＧレーザ出力を変えてレーザが重ねた
鋼板を貫通する場合と貫通しない場合について調べた。
またレーザの狙い位置とアークの狙い位置との間隔は２
ｍｍとした。
鋼板を貫通する場合と貫通しない場合について調べた。
またレーザの狙い位置とアークの狙い位置との間隔は２
ｍｍとした。
【００４２】評価基準は、実施例１と同様におこなっ
た。結果を第４表に示す。レーザが重ねた鋼板を貫通し
た場合（Ｎｏ．４３，４９）には貫通しない場合（Ｎ
ｏ．４１，４７）に比べてブローホールの発生が少ない
ことがわかる。
た。結果を第４表に示す。レーザが重ねた鋼板を貫通し
た場合（Ｎｏ．４３，４９）には貫通しない場合（Ｎ
ｏ．４１，４７）に比べてブローホールの発生が少ない
ことがわかる。
【００４３】
【表４】
【００４４】［実施例４］板厚が１．６ｍｍの両面亜鉛
めっき鋼板を用いて、鋼板を２枚重ね、隙間をゼロにし
てＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化し
溶接を行った。鋼板のめっき付着量は片面４５，８０，
１２０，１５０ｇ／ｍ2 の４種類とした。またＹＡＧレ
ーザ単独でのビード幅を調べるためガスメタルアークと
複合せずにＹＡＧレーザのみ溶接もレーザー出力を変え
ておこなった（Ｎｏ．５０，５２，５４，５６）。レー
ザの狙い位置とアークの狙い位置との間隔は２ｍｍとし
た。
めっき鋼板を用いて、鋼板を２枚重ね、隙間をゼロにし
てＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化し
溶接を行った。鋼板のめっき付着量は片面４５，８０，
１２０，１５０ｇ／ｍ2 の４種類とした。またＹＡＧレ
ーザ単独でのビード幅を調べるためガスメタルアークと
複合せずにＹＡＧレーザのみ溶接もレーザー出力を変え
ておこなった（Ｎｏ．５０，５２，５４，５６）。レー
ザの狙い位置とアークの狙い位置との間隔は２ｍｍとし
た。
【００４５】評価基準は、実施例１と同様におこなっ
た。結果を第５表に示す。めっき付着量が増えるに従い
ブローホールの数がふえるが、めっき量が１２０ｇ／ｍ
2 以下の場合（Ｎｏ．５１，５３，５５）にはブローホ
ールが少なく特に好適である。
た。結果を第５表に示す。めっき付着量が増えるに従い
ブローホールの数がふえるが、めっき量が１２０ｇ／ｍ
2 以下の場合（Ｎｏ．５１，５３，５５）にはブローホ
ールが少なく特に好適である。
【００４６】
【表５】
【００４７】［実施例５］板厚が１．６ｍｍの両面亜鉛
めっき鋼板を用いて、鋼板を２枚重ね、隙間を０から
０．６ｍｍまで変えてＹＡＧレーザ溶接とガスメタルア
ーク溶接を複合化し溶接を行った。
めっき鋼板を用いて、鋼板を２枚重ね、隙間を０から
０．６ｍｍまで変えてＹＡＧレーザ溶接とガスメタルア
ーク溶接を複合化し溶接を行った。
【００４８】いずれの材料もめっき付着量が片面４５ｇ
／ｍ2 の亜鉛めっき鋼板である。またＹＡＧレーザ単独
でのビード幅を調べるためガスメタルアークと複合せず
にＹＡＧレーザのみ溶接もおこなった。レーザの狙い位
置とアークの狙い位置との間隔は２ｍｍとした。
／ｍ2 の亜鉛めっき鋼板である。またＹＡＧレーザ単独
でのビード幅を調べるためガスメタルアークと複合せず
にＹＡＧレーザのみ溶接もおこなった。レーザの狙い位
置とアークの狙い位置との間隔は２ｍｍとした。
【００４９】第６表に、溶接試験結果を示す。溶接試験
の評価は、以下のように行った。ブローホールが少なく
（３０個／ｍ以下）、継手強度が十分な溶接部が得られ
た場合を「○」とした。これに加えてブローホールが極
めて少ない（１０個／ｍ以下）の場合を「◎」とした。
ブローホールが多発して（３１個／ｍ以上）継手強度が
低下した場合を「×」とした。また、上側と下側の鋼板
がつながらない場合も、継手強度がゼロのため、「×」
とした。
の評価は、以下のように行った。ブローホールが少なく
（３０個／ｍ以下）、継手強度が十分な溶接部が得られ
た場合を「○」とした。これに加えてブローホールが極
めて少ない（１０個／ｍ以下）の場合を「◎」とした。
ブローホールが多発して（３１個／ｍ以上）継手強度が
低下した場合を「×」とした。また、上側と下側の鋼板
がつながらない場合も、継手強度がゼロのため、「×」
とした。
【００５０】レーザ単独溶接では、隙間が０の場合（Ｎ
ｏ．５８）には、ブローホールが多発して継手強度が低
下した。また隙間が０．２ｍｍの場合（Ｎｏ．６０）に
はブローホールがなく十分な継手強度が得られるが、
０．４ｍｍ以上になると上下の鋼板がつながらなくなる
（Ｎｏ．６２，６４）。これに対し本発明の溶接方法
（Ｎｏ．５９，６１，６３，６５）によれば隙間が０か
ら０．６ｍｍまでの範囲で良好な継手が得られる。
ｏ．５８）には、ブローホールが多発して継手強度が低
下した。また隙間が０．２ｍｍの場合（Ｎｏ．６０）に
はブローホールがなく十分な継手強度が得られるが、
０．４ｍｍ以上になると上下の鋼板がつながらなくなる
（Ｎｏ．６２，６４）。これに対し本発明の溶接方法
（Ｎｏ．５９，６１，６３，６５）によれば隙間が０か
ら０．６ｍｍまでの範囲で良好な継手が得られる。
【００５１】
【表６】
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば亜鉛系めっき鋼板の重ね
溶接において、鋼板の隙間が０でもブローホールによる
欠陥なしに溶接することができる上、若干の隙間が空い
ていても上下の鋼板がつながり、十分な継手強度を有す
るため、上下の鋼板の隙間を厳密に管理することなく溶
接することができる。さらには、溶接速度はレーザ単独
の溶接と同等である。このため自動車車体の組み立て溶
接などにおいて、亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接を高能率
で歩留まりよく行うことができ実用上、極めて有用な効
果を奏する。
溶接において、鋼板の隙間が０でもブローホールによる
欠陥なしに溶接することができる上、若干の隙間が空い
ていても上下の鋼板がつながり、十分な継手強度を有す
るため、上下の鋼板の隙間を厳密に管理することなく溶
接することができる。さらには、溶接速度はレーザ単独
の溶接と同等である。このため自動車車体の組み立て溶
接などにおいて、亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接を高能率
で歩留まりよく行うことができ実用上、極めて有用な効
果を奏する。
【図１】本発明における亜鉛めっき蒸気によるブローホ
ール発生を抑止する機構を説明する図。
ール発生を抑止する機構を説明する図。
【図２】先行するレーザ溶接により形成されるビードと
亜鉛めっきが除去される範囲との関係を示した図。
亜鉛めっきが除去される範囲との関係を示した図。
【図３】レーザ溶接単独により形成される溶接部の断面
と本願発明の溶接により形成される溶接部断面を示した
図。
と本願発明の溶接により形成される溶接部断面を示した
図。
２．．．亜鉛めっき ４．．．鋼板 ６．．．ＹＡＧレーザー照射 ８．．．溶接ワイヤ １０．．ガスメタルアーク １２．．ビード １４．．溶融池 １６．．キーホール １８．．気泡（亜鉛蒸気） ２０．．溶滴
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 9/173 Ｂ２３Ｋ 9/173 Ａ // Ｂ２３Ｋ 103:04 103:04 103:16 103:16 (72)発明者 吉武 明英 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB08 BB09 CC02 4E068 BF00 CA09 DA14 DB01 DB05 DB14 4E081 AA03 BA40 CA07 CA19 DA06 DA36
Claims (5)
- 【請求項１】 亜鉛系めっき鋼板同士または亜鉛系めっ
き鋼板と他の金属板との重ね溶接において、溶接予定個
所にＹＡＧレーザー照射で溶接する工程と、この工程の
後にガスメタルアーク溶接を行う工程を備え、ガスメタ
ルアーク溶接工程は、ガスメタルアーク溶接後の重ね合
わせた２枚の鋼板の間のビード幅が前記ＹＡＧレーザー
照射の溶接工程で形成されるビード幅の２．０倍以下の
範囲であることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の重ね溶
接方法。 - 【請求項２】 レーザ照射する工程は、レーザの狙い位
置が、ガスメタルアーク溶接の狙い位置よりも０ｍｍ以
上、３ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１
に記載する亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法。 - 【請求項３】 レーザ照射で溶接する工程は、溶接部が
重ねた鋼板を貫通するように、レーザ出力が設定される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の亜鉛
系めっき鋼板の重ね溶接方法。 - 【請求項４】 鋼板は板厚が０．６ｍｍ〜３．２ｍｍ、
めっき付着量が１０ｇ／ｍ2 〜１２０ｇ／ｍ2 である請
求項１〜３のいずれかに記載の亜鉛系めっき鋼板の重ね
溶接方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかの方法で製造さ
れた溶接結合薄板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000359517A JP3767375B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法及び溶接結合薄板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000359517A JP3767375B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法及び溶接結合薄板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002160082A true JP2002160082A (ja) | 2002-06-04 |
| JP3767375B2 JP3767375B2 (ja) | 2006-04-19 |
Family
ID=18831269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000359517A Expired - Fee Related JP3767375B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法及び溶接結合薄板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3767375B2 (ja) |
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-
2000
- 2000-11-27 JP JP2000359517A patent/JP3767375B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP3767375B2 (ja) | 2006-04-19 |
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