JP2002219590A - 亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法 - Google Patents
亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶
接時に亜鉛蒸気の発生による溶融金属のスパッタやブロ
ーホールの発生を低減し、溶接ビード形状および品質に
優れた楕円レーザービームと再加熱用ビ−ムを用いる亜
鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法を提供する。 【解決手段】 亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法
において、照射位置でのビーム形状が溶接線に平行な長
径（Ｄ1Pa）とそれに垂直な短径（Ｄ1Pe）を有する楕円
であり、該長径（Ｄ1Pa）と短径（Ｄ1Pe）が下記（１）
式の関係を満足し、かつエネルギー密度が０．７ＭＷ／
ｃｍ2以上であるレーザービームを用いて溶接すること
を特徴とする溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ね
レーザー溶接方法。 １．２≦Ｄ1Pa／Ｄ1Pe≦２．５
・ ・ ・（１） 但し、 Ｄ1Pa：レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ1Pe：レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）
接時に亜鉛蒸気の発生による溶融金属のスパッタやブロ
ーホールの発生を低減し、溶接ビード形状および品質に
優れた楕円レーザービームと再加熱用ビ−ムを用いる亜
鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法を提供する。 【解決手段】 亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法
において、照射位置でのビーム形状が溶接線に平行な長
径（Ｄ1Pa）とそれに垂直な短径（Ｄ1Pe）を有する楕円
であり、該長径（Ｄ1Pa）と短径（Ｄ1Pe）が下記（１）
式の関係を満足し、かつエネルギー密度が０．７ＭＷ／
ｃｍ2以上であるレーザービームを用いて溶接すること
を特徴とする溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ね
レーザー溶接方法。 １．２≦Ｄ1Pa／Ｄ1Pe≦２．５
・ ・ ・（１） 但し、 Ｄ1Pa：レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ1Pe：レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に自動車用の外
板などに用いられる亜鉛メッキ鋼板の重ねレーザー溶接
方法に関し、詳しくは溶接時の亜鉛めっき蒸気の発生に
よる溶融金属の爆飛や溶接部欠陥の発生を低減するため
に１つあるいは少なくとも２つのレーザービームを用い
る亜鉛メッキ鋼板の重ねレーザー溶接方法に関する。
板などに用いられる亜鉛メッキ鋼板の重ねレーザー溶接
方法に関し、詳しくは溶接時の亜鉛めっき蒸気の発生に
よる溶融金属の爆飛や溶接部欠陥の発生を低減するため
に１つあるいは少なくとも２つのレーザービームを用い
る亜鉛メッキ鋼板の重ねレーザー溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に自動車の車体、足廻り部材などの
構造部材として鋼板表面に亜鉛めっきを施した耐食性に
優れた亜鉛を主成分とするめっき鋼板が多く用いられて
いる。また、車体や自動車の構造体を組み立てる際に
は、通常、鋼板を所望の形状にプレス成形後、その鋼板
の一部の重ね合わせて部をレーザーで溶接する重ねレー
ザー溶接が多用されている。
構造部材として鋼板表面に亜鉛めっきを施した耐食性に
優れた亜鉛を主成分とするめっき鋼板が多く用いられて
いる。また、車体や自動車の構造体を組み立てる際に
は、通常、鋼板を所望の形状にプレス成形後、その鋼板
の一部の重ね合わせて部をレーザーで溶接する重ねレー
ザー溶接が多用されている。
【０００３】亜鉛めっき鋼板をレーザーにより重ね溶接
する場合、鋼板表面の亜鉛は鋼板母材に比べ沸点が低い
ため、鋼板溶融直前あるいは溶融中に鋼板表面の亜鉛が
蒸発して亜鉛蒸気を発生し、溶融金属中に全部または一
部残留することによりブローホールまたはピットなどの
溶接欠陥となったり、特に鋼板重ね合わせ部が密着され
た状態で溶接した場合には、溶融金属中に吹き出した亜
鉛蒸気の圧力により溶融金属を爆飛させることがあり、
何れも溶接ビード形状、継ぎ手特性などの溶接品質を劣
化させる。
する場合、鋼板表面の亜鉛は鋼板母材に比べ沸点が低い
ため、鋼板溶融直前あるいは溶融中に鋼板表面の亜鉛が
蒸発して亜鉛蒸気を発生し、溶融金属中に全部または一
部残留することによりブローホールまたはピットなどの
溶接欠陥となったり、特に鋼板重ね合わせ部が密着され
た状態で溶接した場合には、溶融金属中に吹き出した亜
鉛蒸気の圧力により溶融金属を爆飛させることがあり、
何れも溶接ビード形状、継ぎ手特性などの溶接品質を劣
化させる。
【０００４】この問題を解決するため、例えば、特開平
０４−２８８９８６号公報にあるようにスペーサーなど
を用いて亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ部に所定の隙間を
設けて、溶接時に発生する亜鉛蒸気を溶融金属の周囲の
隙間から逃がす方法が従来から知られている。しかしな
がら、このような溶接時に鋼板重ね合わせ部に所定の間
隙を保持する方法は、自動車用構造部品などの複雑形状
および剛性の高いプレス成形材を重ね合わせ溶接する場
合に、溶接時に常に所定の隙間を保持することが非常に
困難であり、必然的に重ね合わせ部が密着またはその隙
間が非常に狭くなる部位が発生し、その部位にブローホ
ール等の溶接欠陥や最悪時では溶接時に溶融金属の爆飛
が発生するという問題が生ずる。
０４−２８８９８６号公報にあるようにスペーサーなど
を用いて亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ部に所定の隙間を
設けて、溶接時に発生する亜鉛蒸気を溶融金属の周囲の
隙間から逃がす方法が従来から知られている。しかしな
がら、このような溶接時に鋼板重ね合わせ部に所定の間
隙を保持する方法は、自動車用構造部品などの複雑形状
および剛性の高いプレス成形材を重ね合わせ溶接する場
合に、溶接時に常に所定の隙間を保持することが非常に
困難であり、必然的に重ね合わせ部が密着またはその隙
間が非常に狭くなる部位が発生し、その部位にブローホ
ール等の溶接欠陥や最悪時では溶接時に溶融金属の爆飛
が発生するという問題が生ずる。
【０００５】亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ部が密着また
はその隙間が非常に狭い状態で重ねレーザー溶接した際
に、亜鉛蒸気起因のブローホールなどの溶接欠陥を防止
する方法として、例えば、予熱用レーザーとしてビーム
径が大きくかつエネルギー密度の低いダイオードレーザ
ーと、溶接用レーザーとして炭酸ガスレーザーとを組み
合わせて溶接する方法（Ｆｒａｎｈｏｆｅｒ発表、ＡＬ
ＡＷ ２０００、Ｍａｒｃｈ １４−１５、２００
０）、１台のレーザー発振器から出力されたレーザービ
ームをビーム径とエネルギー密度の異なる２つのビーム
に分割してそれらを同心円上に重畳して同時に照射した
り、エネルギー密度の異なる２つのビームに分割してそ
れらを溶接線方向の前後に配置しながら照射することに
より、低エネルギー密度のビームで亜鉛めっきを蒸発さ
せ、高エネルギー密度のビームで溶接する方法（特開平
０４−２３１１９０号公報）が従来から提案されてい
る。
はその隙間が非常に狭い状態で重ねレーザー溶接した際
に、亜鉛蒸気起因のブローホールなどの溶接欠陥を防止
する方法として、例えば、予熱用レーザーとしてビーム
径が大きくかつエネルギー密度の低いダイオードレーザ
ーと、溶接用レーザーとして炭酸ガスレーザーとを組み
合わせて溶接する方法（Ｆｒａｎｈｏｆｅｒ発表、ＡＬ
ＡＷ ２０００、Ｍａｒｃｈ １４−１５、２００
０）、１台のレーザー発振器から出力されたレーザービ
ームをビーム径とエネルギー密度の異なる２つのビーム
に分割してそれらを同心円上に重畳して同時に照射した
り、エネルギー密度の異なる２つのビームに分割してそ
れらを溶接線方向の前後に配置しながら照射することに
より、低エネルギー密度のビームで亜鉛めっきを蒸発さ
せ、高エネルギー密度のビームで溶接する方法（特開平
０４−２３１１９０号公報）が従来から提案されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
２つのレーザービームを用いた重ねレーザー溶接方法に
は以下のような問題点があった。即ち、前者（Ｆｒａｎ
ｈｏｆｅｒ発表、ＡＬＡＷ ２０００、Ｍａｒｃｈ １
４−１５、２０００）のダイオードレーザーと炭酸ガス
レーザーを組み合わせて用いる方法は、２台のレーザー
発振器のために溶接機のレーザーヘッドが大きくなり実
用的でない。また、後者（特開平０４−２３１１９０号
公報）の１台のレーザー発振器からのレーザービームを
分割して低エネルギー密度のビーム照射により亜鉛めっ
き鋼板表裏面の亜鉛を蒸発・離散し、その領域を高エネ
ルギー密度のビーム照射により溶接する方法は、低エネ
ルギー密度のビーム照射により亜鉛の蒸発・離散を安定
しておこなうことは難しく、亜鉛蒸気起因の溶接部欠陥
および溶融金属の爆飛の発生を実用レベルで完全になく
すことは不可能であった。
２つのレーザービームを用いた重ねレーザー溶接方法に
は以下のような問題点があった。即ち、前者（Ｆｒａｎ
ｈｏｆｅｒ発表、ＡＬＡＷ ２０００、Ｍａｒｃｈ １
４−１５、２０００）のダイオードレーザーと炭酸ガス
レーザーを組み合わせて用いる方法は、２台のレーザー
発振器のために溶接機のレーザーヘッドが大きくなり実
用的でない。また、後者（特開平０４−２３１１９０号
公報）の１台のレーザー発振器からのレーザービームを
分割して低エネルギー密度のビーム照射により亜鉛めっ
き鋼板表裏面の亜鉛を蒸発・離散し、その領域を高エネ
ルギー密度のビーム照射により溶接する方法は、低エネ
ルギー密度のビーム照射により亜鉛の蒸発・離散を安定
しておこなうことは難しく、亜鉛蒸気起因の溶接部欠陥
および溶融金属の爆飛の発生を実用レベルで完全になく
すことは不可能であった。
【０００７】特に後者の方法は、当該特許公開公報の記
載内容から、亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ部に隙間がな
い（密着状態）か、隙間が非常に狭い場合でも、低エネ
ルギー密度のビーム照射により亜鉛めっき鋼板の表裏層
の亜鉛を蒸発させ、それにより形成される亜鉛めっき層
厚みに相当する間隙または最初から存在した非常に狭い
間隙から離散させることを前提とするものであるが、本
発明者らの実験によれば、一方のレーザービーム照射に
よる亜鉛の蒸発後、亜鉛ガスを非常に狭い間隙を通して
大気へ逃がすことは困難であり、逃げきれず残留した亜
鉛ガスが他方のレーザービームによる溶接時に溶融金属
中に混入して溶接欠陥および溶融金属の爆飛の発生の原
因となることが判った。
載内容から、亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ部に隙間がな
い（密着状態）か、隙間が非常に狭い場合でも、低エネ
ルギー密度のビーム照射により亜鉛めっき鋼板の表裏層
の亜鉛を蒸発させ、それにより形成される亜鉛めっき層
厚みに相当する間隙または最初から存在した非常に狭い
間隙から離散させることを前提とするものであるが、本
発明者らの実験によれば、一方のレーザービーム照射に
よる亜鉛の蒸発後、亜鉛ガスを非常に狭い間隙を通して
大気へ逃がすことは困難であり、逃げきれず残留した亜
鉛ガスが他方のレーザービームによる溶接時に溶融金属
中に混入して溶接欠陥および溶融金属の爆飛の発生の原
因となることが判った。
【０００８】本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み
て、亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接時に亜鉛蒸気の
発生による溶融金属の爆飛や溶接部欠陥の発生を低減
し、溶接ビード形状および品質に優れた１つあるいは少
なくとも２つのレーザービームを用いる亜鉛めっき鋼板
の重ねレーザー溶接方法を提供することを目的とする。
て、亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接時に亜鉛蒸気の
発生による溶融金属の爆飛や溶接部欠陥の発生を低減
し、溶接ビード形状および品質に優れた１つあるいは少
なくとも２つのレーザービームを用いる亜鉛めっき鋼板
の重ねレーザー溶接方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するものであり、その要旨とするところは、以下の通り
である。
するものであり、その要旨とするところは、以下の通り
である。
【００１０】（１） 亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶
接方法において、照射位置でのビーム形状が溶接線に平
行な長径（Ｄ1Pa）とそれに垂直な短径（Ｄ1Pe）を有す
る楕円であり、該長径（Ｄ1Pa）と短径（Ｄ1Pe）が下記
（１）式の関係を満足し、かつエネルギー密度が０．７
ＭＷ／ｃｍ2以上であるレーザービームを用いて溶接す
ることを特徴とする溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板
の重ねレーザー溶接方法。 １．２≦Ｄ1Pa／Ｄ1Pe≦２．５ ・ ・ ・（１） 但し、 Ｄ1Pa：レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ1Pe：レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）
接方法において、照射位置でのビーム形状が溶接線に平
行な長径（Ｄ1Pa）とそれに垂直な短径（Ｄ1Pe）を有す
る楕円であり、該長径（Ｄ1Pa）と短径（Ｄ1Pe）が下記
（１）式の関係を満足し、かつエネルギー密度が０．７
ＭＷ／ｃｍ2以上であるレーザービームを用いて溶接す
ることを特徴とする溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板
の重ねレーザー溶接方法。 １．２≦Ｄ1Pa／Ｄ1Pe≦２．５ ・ ・ ・（１） 但し、 Ｄ1Pa：レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ1Pe：レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）
【００１１】（２） 前記レーザービームの波長が１．
１（μｍ）以下であることを特徴とする上記（１）項に
記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザ
ー溶接方法。
１（μｍ）以下であることを特徴とする上記（１）項に
記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザ
ー溶接方法。
【００１２】（３） 前記レーザービームを第１レーザ
ービームとして溶接した後、引き続き、第２レーザービ
ームにより加熱することを特徴とする上記（１）または
（２）項の何れかに記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっ
き鋼板の重ねレーザー溶接方法。
ービームとして溶接した後、引き続き、第２レーザービ
ームにより加熱することを特徴とする上記（１）または
（２）項の何れかに記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっ
き鋼板の重ねレーザー溶接方法。
【００１３】（４） 前記第１レーザービームの平均エ
ネルギー密度（Ｅ1）および第２レーザービームの平均
エネルギー密度（Ｅ2）が下記（２）式を満足し、第１
レーザービームの短径（Ｄ1Pe）および第２レーザービ
ームの短径（Ｄ2Pe）が下記（３）式を満足し、かつ第
１レーザービームと第２レーザービームのビーム中心間
の距離（ＬPa）が下記（４）式を満足するように調整す
ることを特徴とする上記（３）項に記載の溶接部欠陥の
少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法。 ｔ1／（ｔ2＋ｔ1）≦Ｅ2／Ｅ1 ・ ・ ・（２） ０．８≦Ｄ2Pe／Ｄ1Pe≦１．２ ・ ・ ・（３） ０．５Ｄ1Pe＋１．５Ｄ2Pe≦ＬPa ・ ・ ・（４） 但し、 ｔ1：上側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 ｔ2：下側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 Ｅ1：第１レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｅ2：第２レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｄ1Pe：第１レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ2Pe：第２レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ1Pa：第１レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ2Pa：第２レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 ＬPa：第１レーザービームと第２レーザービームのビー
ム中心間の距離（ｍｍ）
ネルギー密度（Ｅ1）および第２レーザービームの平均
エネルギー密度（Ｅ2）が下記（２）式を満足し、第１
レーザービームの短径（Ｄ1Pe）および第２レーザービ
ームの短径（Ｄ2Pe）が下記（３）式を満足し、かつ第
１レーザービームと第２レーザービームのビーム中心間
の距離（ＬPa）が下記（４）式を満足するように調整す
ることを特徴とする上記（３）項に記載の溶接部欠陥の
少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法。 ｔ1／（ｔ2＋ｔ1）≦Ｅ2／Ｅ1 ・ ・ ・（２） ０．８≦Ｄ2Pe／Ｄ1Pe≦１．２ ・ ・ ・（３） ０．５Ｄ1Pe＋１．５Ｄ2Pe≦ＬPa ・ ・ ・（４） 但し、 ｔ1：上側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 ｔ2：下側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 Ｅ1：第１レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｅ2：第２レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｄ1Pe：第１レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ2Pe：第２レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ1Pa：第１レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ2Pa：第２レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 ＬPa：第１レーザービームと第２レーザービームのビー
ム中心間の距離（ｍｍ）
【００１４】（５） 前記第１レーザービームおよび前
記第２レーザービームは、１台のレーザー発振器から出
力されたレーザービームを２分割してなることを特徴と
する上記（３）または（４）項の何れかに記載の溶接部
欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法。
記第２レーザービームは、１台のレーザー発振器から出
力されたレーザービームを２分割してなることを特徴と
する上記（３）または（４）項の何れかに記載の溶接部
欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法。
【００１５】（６） 前記レーザービームを第１レーザ
ービームとして溶接した後、引き続き、溶接線を挟んで
互いに線対象となる溶接部の位置を第２レーザービーム
および第３レーザービームにより同時に再加熱すること
を特徴とする上記（１）または（２）項の何れかに記載
の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶
接方法。
ービームとして溶接した後、引き続き、溶接線を挟んで
互いに線対象となる溶接部の位置を第２レーザービーム
および第３レーザービームにより同時に再加熱すること
を特徴とする上記（１）または（２）項の何れかに記載
の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶
接方法。
【００１６】（７） 前記第１レーザービームの平均エ
ネルギー密度（Ｅ1）、第２レーザービームの平均エネ
ルギー密度（Ｅ2）および第３レーザービームの平均エ
ネルギー密度（Ｅ3）が下記（５）式を満足し、第１レ
ーザービームの短径（Ｄ1Pe）、第２レーザービームの
短径（Ｄ2Pe）、第３レーザービームの短径（Ｄ3Pe）お
よび第２レーザービームと第３レーザービームのビーム
中心間距離（ＬPe）が下記（６）式を満足し、かつ第１
レーザービームと第２レーザービームおよび第３レーザ
ービームとの各ビーム中心間の溶接方向距離（ＬPa）が
下記（７）式を満足するように調整することを特徴とす
る上記（６）項に記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき
鋼板の重ねレーザー溶接方法。 ｔ1／（ｔ2＋ｔ1）≦Ｅ2／Ｅ1 、Ｅ2＝Ｅ3 ・ ・ ・（５） ０．８≦（Ｄ2Pe＋ＬPe)／Ｄ1Pe≦１．２ 、Ｄ2Pe＝Ｄ3Pe ・ ・ ・（６） ０．５Ｄ1Pa＋１．５Ｄ2Pa≦ＬPa 、Ｄ2Pa＝Ｄ3Pa ・ ・ ・（７） 但し、 ｔ1：上側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 ｔ2：下側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 Ｅ1：第１レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｅ2：第２レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｅ3：第３レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｄ1Pe：第１レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ2Pe：第２レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ3Pe：第３レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ1Pa：第１レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ2Pa：第２レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ3Pa：第３レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 ＬPa：第１レーザービームと第２レーザービームおよび
第３レーザービームとの各ビーム中心間の溶接方向距離
（ｍｍ）、 ＬPe：第２レーザービームと第３レーザービームとのビ
ーム中心間の距離（ｍｍ）
ネルギー密度（Ｅ1）、第２レーザービームの平均エネ
ルギー密度（Ｅ2）および第３レーザービームの平均エ
ネルギー密度（Ｅ3）が下記（５）式を満足し、第１レ
ーザービームの短径（Ｄ1Pe）、第２レーザービームの
短径（Ｄ2Pe）、第３レーザービームの短径（Ｄ3Pe）お
よび第２レーザービームと第３レーザービームのビーム
中心間距離（ＬPe）が下記（６）式を満足し、かつ第１
レーザービームと第２レーザービームおよび第３レーザ
ービームとの各ビーム中心間の溶接方向距離（ＬPa）が
下記（７）式を満足するように調整することを特徴とす
る上記（６）項に記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき
鋼板の重ねレーザー溶接方法。 ｔ1／（ｔ2＋ｔ1）≦Ｅ2／Ｅ1 、Ｅ2＝Ｅ3 ・ ・ ・（５） ０．８≦（Ｄ2Pe＋ＬPe)／Ｄ1Pe≦１．２ 、Ｄ2Pe＝Ｄ3Pe ・ ・ ・（６） ０．５Ｄ1Pa＋１．５Ｄ2Pa≦ＬPa 、Ｄ2Pa＝Ｄ3Pa ・ ・ ・（７） 但し、 ｔ1：上側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 ｔ2：下側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 Ｅ1：第１レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｅ2：第２レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｅ3：第３レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｄ1Pe：第１レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ2Pe：第２レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ3Pe：第３レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ1Pa：第１レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ2Pa：第２レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ3Pa：第３レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 ＬPa：第１レーザービームと第２レーザービームおよび
第３レーザービームとの各ビーム中心間の溶接方向距離
（ｍｍ）、 ＬPe：第２レーザービームと第３レーザービームとのビ
ーム中心間の距離（ｍｍ）
【００１７】（８） 前記第１レーザービーム、前記第
２レーザービームおよび前記第３レーザービームは、１
台のレーザー発振器から出力されたレーザービームを３
分割してなることを特徴とする上記（６）または（７）
項に記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレ
ーザー溶接方法。
２レーザービームおよび前記第３レーザービームは、１
台のレーザー発振器から出力されたレーザービームを３
分割してなることを特徴とする上記（６）または（７）
項に記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレ
ーザー溶接方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細を説明する。
【００１９】本発明者らは、レーザービーム用いて亜鉛
めっき鋼板の重ね溶接を行う際に、溶接時の亜鉛蒸気起
因の溶融金属の爆飛および溶接部欠陥の発生を実用レベ
ルで問題がない程度までに低減できる方法を鋭意検討し
た。
めっき鋼板の重ね溶接を行う際に、溶接時の亜鉛蒸気起
因の溶融金属の爆飛および溶接部欠陥の発生を実用レベ
ルで問題がない程度までに低減できる方法を鋭意検討し
た。
【００２０】先ず、発明者らは、レーザービーム用いて
亜鉛めっき鋼板の重ね溶接を行う際に発生する亜鉛蒸気
起因の溶融金属の爆飛（スパッタリング）および溶接部
欠陥の原因が、キーホール（レーザー溶接初期に鋼板板
厚方向に形成される貫通孔）前方の鋼板重ね合わせ部近
傍の亜鉛が溶融・蒸発して生成した亜鉛蒸気が、キーホ
ールを通して外部に十分排出できないために溶融プール
内部の亜鉛蒸気圧力が上昇し、キーホール後方の溶融プ
ールを吹き飛ばしたり（爆飛またはスパッタリングと称
されている）、溶融プール中に残存するためであると考
え、亜鉛蒸気とキーホールの生成条件の関係について検
討を行った。
亜鉛めっき鋼板の重ね溶接を行う際に発生する亜鉛蒸気
起因の溶融金属の爆飛（スパッタリング）および溶接部
欠陥の原因が、キーホール（レーザー溶接初期に鋼板板
厚方向に形成される貫通孔）前方の鋼板重ね合わせ部近
傍の亜鉛が溶融・蒸発して生成した亜鉛蒸気が、キーホ
ールを通して外部に十分排出できないために溶融プール
内部の亜鉛蒸気圧力が上昇し、キーホール後方の溶融プ
ールを吹き飛ばしたり（爆飛またはスパッタリングと称
されている）、溶融プール中に残存するためであると考
え、亜鉛蒸気とキーホールの生成条件の関係について検
討を行った。
【００２１】レーザーによる亜鉛めっき鋼板の重ね溶接
時に鋼板亜鉛めっき層での亜鉛の溶融速度（ｖZn：ｇ／
ｍｉｎ）は、溶接速度（ｖe）、照射位置でのレーザー
ビームの溶接線に対して垂直な方向のビーム直径（Ｄ
1Pe）、亜鉛密度（ρ）および亜鉛めっき厚み（ｔ）に
よって下記（８）式のように示される。 ｖZn＝Ａ・ρ・ｖe・Ｄ1Pe・ｔ ・ ・ ・（８） 但し、Ａ：比例定数
時に鋼板亜鉛めっき層での亜鉛の溶融速度（ｖZn：ｇ／
ｍｉｎ）は、溶接速度（ｖe）、照射位置でのレーザー
ビームの溶接線に対して垂直な方向のビーム直径（Ｄ
1Pe）、亜鉛密度（ρ）および亜鉛めっき厚み（ｔ）に
よって下記（８）式のように示される。 ｖZn＝Ａ・ρ・ｖe・Ｄ1Pe・ｔ ・ ・ ・（８） 但し、Ａ：比例定数
【００２２】なお、レーザー溶接時の溶融プールは非常
に高温（約２０００Ｋ）であるために、亜鉛は溶融後、
瞬時にして沸点まで昇温され亜鉛蒸発が生成されると考
えられるが、この際の亜鉛蒸発の生成速度（Ｖ）は、
（９）式のように概算される。 Ｖ＝（ｖZn・Ｒ・Ｔ）／（Ｐ・ＭZn） ＝（Ａ・ρ・ｖe・Ｄ1Pe・ｔ・Ｒ・Ｔ）／（Ｐ・ＭZn） ・ ・ ・（９） 但し、 ＭZn：亜鉛の原子量、 Ｒ：気体定数、 Ｔ：溶融プール内の温度（約２０００Ｋ）、 Ｐ：キーホールの内部圧力（約１気圧)
に高温（約２０００Ｋ）であるために、亜鉛は溶融後、
瞬時にして沸点まで昇温され亜鉛蒸発が生成されると考
えられるが、この際の亜鉛蒸発の生成速度（Ｖ）は、
（９）式のように概算される。 Ｖ＝（ｖZn・Ｒ・Ｔ）／（Ｐ・ＭZn） ＝（Ａ・ρ・ｖe・Ｄ1Pe・ｔ・Ｒ・Ｔ）／（Ｐ・ＭZn） ・ ・ ・（９） 但し、 ＭZn：亜鉛の原子量、 Ｒ：気体定数、 Ｔ：溶融プール内の温度（約２０００Ｋ）、 Ｐ：キーホールの内部圧力（約１気圧)
【００２３】上記の生成速度（Ｖ）で生成した亜鉛蒸発
をレーザー溶接時に形成されるキーホールを通じて外部
に排出させる場合の亜鉛蒸発の排出速度（Ｖex）は、キ
ーホールの鋼板面に平行な断面積で律速されると考えら
れ、この断面積は、照射位置でのレーザービーム形状に
依存するため、亜鉛蒸発の排出速度（Ｖex）は下記（１
０）式のように表記できる。 Ｖex＝Ｂ・π・Ｄ1Pa・Ｄ1Pe ・ ・ ・（１０） 但し、 Ｂ：比例定数、 Ｄ1Pa：照射位置でのレーザービームの溶接線に平行な
方向のビーム直径（ｍｍ）、 Ｄ1Pe：照射位置でのレーザービームの溶接線に対して
垂直な方向のビーム直径（ｍｍ）
をレーザー溶接時に形成されるキーホールを通じて外部
に排出させる場合の亜鉛蒸発の排出速度（Ｖex）は、キ
ーホールの鋼板面に平行な断面積で律速されると考えら
れ、この断面積は、照射位置でのレーザービーム形状に
依存するため、亜鉛蒸発の排出速度（Ｖex）は下記（１
０）式のように表記できる。 Ｖex＝Ｂ・π・Ｄ1Pa・Ｄ1Pe ・ ・ ・（１０） 但し、 Ｂ：比例定数、 Ｄ1Pa：照射位置でのレーザービームの溶接線に平行な
方向のビーム直径（ｍｍ）、 Ｄ1Pe：照射位置でのレーザービームの溶接線に対して
垂直な方向のビーム直径（ｍｍ）
【００２４】以上の通り、キーホールからの亜鉛蒸発の
排出速度（Ｖex）は、レーザービームの断面積が律速と
なるため、レーザービームの溶接線に平行な方向のビー
ム直径（ｍｍ）および垂直な方向のビーム直径（ｍｍ）
の両方に依存するが、亜鉛蒸発の生成速度（Ｖ）は、レ
ーザービームの溶接線に対して垂直な方向のビーム直径
（ｍｍ）のみに依存する。
排出速度（Ｖex）は、レーザービームの断面積が律速と
なるため、レーザービームの溶接線に平行な方向のビー
ム直径（ｍｍ）および垂直な方向のビーム直径（ｍｍ）
の両方に依存するが、亜鉛蒸発の生成速度（Ｖ）は、レ
ーザービームの溶接線に対して垂直な方向のビーム直径
（ｍｍ）のみに依存する。
【００２５】しかしながら、通常のレーザー溶接に用い
るレーザービームの断面形状は円形であるため、そのビ
ーム直径を拡大すると、キーホール断面積の増大により
亜鉛蒸発の排出速度（Ｖex）は増加するが、それと同時
に亜鉛蒸発の生成速度（Ｖ）も増加するためキーホール
からの亜鉛蒸発の排出効率は向上しないだけでなく、そ
のビーム直径の拡大に伴ってエネルギー密度が低下し良
好なレーザー溶接を可能とするためのキーホール形成が
困難になる。
るレーザービームの断面形状は円形であるため、そのビ
ーム直径を拡大すると、キーホール断面積の増大により
亜鉛蒸発の排出速度（Ｖex）は増加するが、それと同時
に亜鉛蒸発の生成速度（Ｖ）も増加するためキーホール
からの亜鉛蒸発の排出効率は向上しないだけでなく、そ
のビーム直径の拡大に伴ってエネルギー密度が低下し良
好なレーザー溶接を可能とするためのキーホール形成が
困難になる。
【００２６】そこで、発明者らは、照射位置において溶
接線に垂直な方向のビーム直径に比べて溶接線に平行な
方向のビーム直径が大きい楕円のビーム形状を有するレ
ーザービームを用いてレーザー溶接することにより、良
好なレーザー溶接を可能とするキーホール形成に必要な
エネルギー密度（ビーム断面積に反比例）を確保しつ
つ、亜鉛蒸気の生成速度（Ｖ）（溶接線に垂直な方向の
ビーム直径に比例）に比べてキーホールからの亜鉛蒸気
の排出速度（Ｖex）（ビーム断面積に比例）を相対的に
向上させ、それによりレーザー溶接時の溶融金属の爆飛
（スパッタリング）およびブローホール、ピット等の溶
接欠陥を抑制する方法を見出した。
接線に垂直な方向のビーム直径に比べて溶接線に平行な
方向のビーム直径が大きい楕円のビーム形状を有するレ
ーザービームを用いてレーザー溶接することにより、良
好なレーザー溶接を可能とするキーホール形成に必要な
エネルギー密度（ビーム断面積に反比例）を確保しつ
つ、亜鉛蒸気の生成速度（Ｖ）（溶接線に垂直な方向の
ビーム直径に比例）に比べてキーホールからの亜鉛蒸気
の排出速度（Ｖex）（ビーム断面積に比例）を相対的に
向上させ、それによりレーザー溶接時の溶融金属の爆飛
（スパッタリング）およびブローホール、ピット等の溶
接欠陥を抑制する方法を見出した。
【００２７】さらに、本発明者らは、上記の溶接方法に
おいて亜鉛蒸気が排出されずにその一部または全部が溶
融金属中に残存したまま凝固したブローホール、ピット
等の溶接欠陥を低減するためには、上記レーザービーム
（第１レーザービーム）による溶接後、引き続き、その
溶接部を低エネルギー密度の第２のレーザービームによ
り加熱する方法を用いることが有効であることが判っ
た。
おいて亜鉛蒸気が排出されずにその一部または全部が溶
融金属中に残存したまま凝固したブローホール、ピット
等の溶接欠陥を低減するためには、上記レーザービーム
（第１レーザービーム）による溶接後、引き続き、その
溶接部を低エネルギー密度の第２のレーザービームによ
り加熱する方法を用いることが有効であることが判っ
た。
【００２８】本発明は、これらの知見に基づいてなされ
たものであり、その詳細を図１を用いて説明する。
たものであり、その詳細を図１を用いて説明する。
【００２９】図１は、本発明の溶接方法の模式図であ
る。
る。
【００３０】図１に示すように、本発明では、溶接方向
１９にレーザービーム７を照射することにより上側亜鉛
めっき鋼板１および下側亜鉛めっき鋼板２を加熱溶融し
ながら溶接をおこなう。この際、上側亜鉛めっき鋼板１
および下側亜鉛めっき鋼板２のそれぞれの表裏面に存在
する亜鉛めっき層３、４、５、６は、レーザービーム７
によって加熱・溶融され瞬時に亜鉛蒸気９を発生する。
また、レーザービーム７の照射直後、つまり溶接初期に
は、上側亜鉛めっき鋼板１および下側亜鉛めっき鋼板２
の溶融金属部を貫通したキーホール８が形成され、その
大きさが亜鉛蒸気９の発生量に対して十分であれば、キ
ーホール８前方の上側亜鉛めっき鋼板１の裏層亜鉛めっ
き層４および下側亜鉛めっき鋼板２の表層亜鉛めっき層
５から発生した亜鉛蒸気９の大部分は、キーホール８を
通じて上側の亜鉛めっき鋼板１の上方１０または下側の
亜鉛めっき鋼板２の下方１１から外に排出され、亜鉛蒸
気９の圧力上昇よりキーホール後方の溶融プール１２を
吹き飛ばしたり（爆飛またはスパッタリングと称す）、
亜鉛蒸気９の一部または全部が溶融金属中に残存したま
ま凝固してブローホール、ピット等の溶接欠陥１４は減
少する。
１９にレーザービーム７を照射することにより上側亜鉛
めっき鋼板１および下側亜鉛めっき鋼板２を加熱溶融し
ながら溶接をおこなう。この際、上側亜鉛めっき鋼板１
および下側亜鉛めっき鋼板２のそれぞれの表裏面に存在
する亜鉛めっき層３、４、５、６は、レーザービーム７
によって加熱・溶融され瞬時に亜鉛蒸気９を発生する。
また、レーザービーム７の照射直後、つまり溶接初期に
は、上側亜鉛めっき鋼板１および下側亜鉛めっき鋼板２
の溶融金属部を貫通したキーホール８が形成され、その
大きさが亜鉛蒸気９の発生量に対して十分であれば、キ
ーホール８前方の上側亜鉛めっき鋼板１の裏層亜鉛めっ
き層４および下側亜鉛めっき鋼板２の表層亜鉛めっき層
５から発生した亜鉛蒸気９の大部分は、キーホール８を
通じて上側の亜鉛めっき鋼板１の上方１０または下側の
亜鉛めっき鋼板２の下方１１から外に排出され、亜鉛蒸
気９の圧力上昇よりキーホール後方の溶融プール１２を
吹き飛ばしたり（爆飛またはスパッタリングと称す）、
亜鉛蒸気９の一部または全部が溶融金属中に残存したま
ま凝固してブローホール、ピット等の溶接欠陥１４は減
少する。
【００３１】本発明は、良好なレーザー溶接を可能とす
るキーホール形成に必要なエネルギー密度（ビーム断面
積に反比例）を確保しつつ、亜鉛蒸気の生成速度（溶接
線に垂直な方向のビーム直径に比例）に比べてキーホー
ルからの亜鉛蒸気の排出速度（ビーム断面積に比例）を
相対的に向上させ、それによりレーザー溶接時の溶融金
属の爆飛（スパッタリング）およびブローホール、ピッ
ト等の溶接欠陥を抑制するために、照射位置でのビーム
形状が溶接線に平行な長径（Ｄ1Pa）とそれに垂直な短
径（Ｄ1Pe）を有する楕円であり、この長径（Ｄ1Pa）と
短径（Ｄ1Pe）が下記（１）式の関係を満足し、かつエ
ネルギー密度が０．７ＭＷ／ｃｍ2以上であるレーザー
ビームを用いて溶接することを特徴とする。 １．２≦Ｄ1Pa／Ｄ1Pe≦２．５ ・ ・ ・（１） 但し、 Ｄ1Pa：レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ1Pe：レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）
るキーホール形成に必要なエネルギー密度（ビーム断面
積に反比例）を確保しつつ、亜鉛蒸気の生成速度（溶接
線に垂直な方向のビーム直径に比例）に比べてキーホー
ルからの亜鉛蒸気の排出速度（ビーム断面積に比例）を
相対的に向上させ、それによりレーザー溶接時の溶融金
属の爆飛（スパッタリング）およびブローホール、ピッ
ト等の溶接欠陥を抑制するために、照射位置でのビーム
形状が溶接線に平行な長径（Ｄ1Pa）とそれに垂直な短
径（Ｄ1Pe）を有する楕円であり、この長径（Ｄ1Pa）と
短径（Ｄ1Pe）が下記（１）式の関係を満足し、かつエ
ネルギー密度が０．７ＭＷ／ｃｍ2以上であるレーザー
ビームを用いて溶接することを特徴とする。 １．２≦Ｄ1Pa／Ｄ1Pe≦２．５ ・ ・ ・（１） 但し、 Ｄ1Pa：レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ1Pe：レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）
【００３２】なお、ここで、ビーム径はレーザービーム
の総パワーの８６％を占める楕円領域と定義する。
の総パワーの８６％を占める楕円領域と定義する。
【００３３】また、このようなビーム形状が楕円のレー
ザービームは、通常のビーム形状が円形のレーザービー
ムをシリンダーレンズなどを用いて変形させることで達
成できる。
ザービームは、通常のビーム形状が円形のレーザービー
ムをシリンダーレンズなどを用いて変形させることで達
成できる。
【００３４】本発明では、良好なレーザー溶接を可能と
するキーホールを形成するために、レーザーエネルギー
密度（ビーム断面積に反比例）を０．７ＭＷ／ｃｍ2以
上とすることが必要であるとともに、以下の理由でレー
ザービームの楕円の長径と短径との比Ｄ1Pa／Ｄ1Peを
１．２から２．５の範囲とする必要がある。
するキーホールを形成するために、レーザーエネルギー
密度（ビーム断面積に反比例）を０．７ＭＷ／ｃｍ2以
上とすることが必要であるとともに、以下の理由でレー
ザービームの楕円の長径と短径との比Ｄ1Pa／Ｄ1Peを
１．２から２．５の範囲とする必要がある。
【００３５】図４にレーザービームの楕円の長径と短径
との比Ｄ1Pa／Ｄ1Peと、溶接時の溶融金属の爆飛量（ス
パッタ量）との関係を示す。Ｄ1Peは０．６μｍ一定と
している（ランプ励起ＹＡＧの場合最小値は０．５μ
ｍ、半導体励起ＹＡＧの場合は０．３ｍｍが最小値)。
との比Ｄ1Pa／Ｄ1Peと、溶接時の溶融金属の爆飛量（ス
パッタ量）との関係を示す。Ｄ1Peは０．６μｍ一定と
している（ランプ励起ＹＡＧの場合最小値は０．５μ
ｍ、半導体励起ＹＡＧの場合は０．３ｍｍが最小値)。
【００３６】ここで、溶融金属の爆飛量は、溶接ビード
の単位溶融金属量あたりの爆飛量（爆飛による欠損した
質量）の割合（％）であると定義する。
の単位溶融金属量あたりの爆飛量（爆飛による欠損した
質量）の割合（％）であると定義する。
【００３７】図４に示すようにレーザービームの楕円の
長径と短径との比Ｄ1Pa／Ｄ1Peが１．２未満となると、
亜鉛蒸気の生成速度（溶接線に垂直な方向のビーム直径
Ｄ1P eに比例）に比べてキーホールからの亜鉛蒸気の排
出速度（ビーム断面積に比例）を相対的に向上できない
ため、レーザー溶接時の溶融金属の爆飛（スパッタリン
グ）を低減することができない。一方、レーザービーム
の楕円の長径と短径との比Ｄ1Pa／Ｄ1Peが２．５を超え
ると、レーザーエネルギー（ＭＷ）自体を大きくしなけ
れば、鋼板を貫通する良好なキーホールの形成が困難と
なるため、亜鉛蒸気をキーホールから良好に排出できな
くなり、レーザー溶接時の溶融金属の爆飛（スパッタリ
ング）を低減することができない。
長径と短径との比Ｄ1Pa／Ｄ1Peが１．２未満となると、
亜鉛蒸気の生成速度（溶接線に垂直な方向のビーム直径
Ｄ1P eに比例）に比べてキーホールからの亜鉛蒸気の排
出速度（ビーム断面積に比例）を相対的に向上できない
ため、レーザー溶接時の溶融金属の爆飛（スパッタリン
グ）を低減することができない。一方、レーザービーム
の楕円の長径と短径との比Ｄ1Pa／Ｄ1Peが２．５を超え
ると、レーザーエネルギー（ＭＷ）自体を大きくしなけ
れば、鋼板を貫通する良好なキーホールの形成が困難と
なるため、亜鉛蒸気をキーホールから良好に排出できな
くなり、レーザー溶接時の溶融金属の爆飛（スパッタリ
ング）を低減することができない。
【００３８】また、レーザーエネルギー（ＭＷ）自体を
大きくすると経済性の観点から好ましくない。
大きくすると経済性の観点から好ましくない。
【００３９】また、Ｄ1Paが５ｍｍを超えると、曲線の
溶接が困難となるので曲線の溶接を行う場合には、Ｄ
1Paを５ｍｍ以下にすることが好ましい。
溶接が困難となるので曲線の溶接を行う場合には、Ｄ
1Paを５ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００４０】また、波長が１．１（μｍ）を超えるよう
な長い波長（例えば、炭酸ガスレーザーなど）のレーザ
ービームは、溶接ビード形状や溶け込み深さが、溶接速
度に対して敏感に変化する領域があるため、キーホール
形成等の適正な溶接条件を得るための制御範囲が狭く、
制御性が難しい。従って、本発明では、キーホール形成
等の適正な溶接条件におけるレーザー発振器の制御性お
よび安定性の観点からレーザービームの波長を１．１
（μｍ）以下とする。
な長い波長（例えば、炭酸ガスレーザーなど）のレーザ
ービームは、溶接ビード形状や溶け込み深さが、溶接速
度に対して敏感に変化する領域があるため、キーホール
形成等の適正な溶接条件を得るための制御範囲が狭く、
制御性が難しい。従って、本発明では、キーホール形成
等の適正な溶接条件におけるレーザー発振器の制御性お
よび安定性の観点からレーザービームの波長を１．１
（μｍ）以下とする。
【００４１】なお、本発明の波長が１．１（μｍ）以下
のレーザービームとしては、例えば、ＹＡＧレーザー
（波長＝１．０６μｍ）や半導体レーザー（波長＝０．
８μｍ）等のレーザー発振器からのレーザービームが挙
げられるが、本発明では、これらのレーザー発振器から
のレーザービームに限定されるものではない。
のレーザービームとしては、例えば、ＹＡＧレーザー
（波長＝１．０６μｍ）や半導体レーザー（波長＝０．
８μｍ）等のレーザー発振器からのレーザービームが挙
げられるが、本発明では、これらのレーザー発振器から
のレーザービームに限定されるものではない。
【００４２】以上のように、本発明では、レーザーによ
り亜鉛めっき鋼板を重ね溶接する際に、良好なキーホー
ルを形成するために、レーザーエネルギー密度（ビーム
断面積に反比例）を０．７ＭＷ／ｃｍ2以上とするとと
もに、亜鉛蒸気の生成速度（溶接線に垂直な方向のビー
ム直径に比例）に比べてキーホールからの亜鉛蒸気の排
出速度（ビーム断面積に比例）を相対的に向上させるた
めに、照射位置でのビーム形状を溶接線に平行な長径
（Ｄ1Pa）とそれに垂直な短径（Ｄ1Pe）を有する楕円と
し、かつこの楕円の長径と短径との比Ｄ1Pa／Ｄ1Peを
１．２から２．５の範囲とすることより、亜鉛めっき鋼
板の重ね合わせ部が密着している（隙間がない）状態で
溶接した場合にも溶接時の溶融金属の爆飛量（スパッタ
リング）を従来に比べて大幅に低減できる。
り亜鉛めっき鋼板を重ね溶接する際に、良好なキーホー
ルを形成するために、レーザーエネルギー密度（ビーム
断面積に反比例）を０．７ＭＷ／ｃｍ2以上とするとと
もに、亜鉛蒸気の生成速度（溶接線に垂直な方向のビー
ム直径に比例）に比べてキーホールからの亜鉛蒸気の排
出速度（ビーム断面積に比例）を相対的に向上させるた
めに、照射位置でのビーム形状を溶接線に平行な長径
（Ｄ1Pa）とそれに垂直な短径（Ｄ1Pe）を有する楕円と
し、かつこの楕円の長径と短径との比Ｄ1Pa／Ｄ1Peを
１．２から２．５の範囲とすることより、亜鉛めっき鋼
板の重ね合わせ部が密着している（隙間がない）状態で
溶接した場合にも溶接時の溶融金属の爆飛量（スパッタ
リング）を従来に比べて大幅に低減できる。
【００４３】さらに、本発明では、図１に示すようにレ
ーザービーム７の溶接時に溶融プール１２（溶融金属）
の周囲の熱影響部の表層亜鉛めっき層中の亜鉛が蒸発し
た後、その亜鉛蒸気１３が溶融金属中に混入して凝固す
ることで形成される溶接ビード１５中のブローホール１
４やピット等のポロシティ（溶接欠陥）の発生を防止す
るために、前述のようにレーザービーム７（第１レーザ
ービーム）により溶接した後、引き続き、低エネルギー
密度の第２のレーザービーム１６により溶接線上の溶融
・凝固前または凝固後の溶接部を加熱して溶融金属中ま
たは凝固後の溶接ビード１５中のブローホール１４やピ
ットを熱拡散したり、ビームホール１７の形成により溶
接部内部に残存する亜鉛蒸気を離散ルート１８より外部
に排出して、溶接ビード１５中の欠陥の低減および表面
形状の平滑化を行う。
ーザービーム７の溶接時に溶融プール１２（溶融金属）
の周囲の熱影響部の表層亜鉛めっき層中の亜鉛が蒸発し
た後、その亜鉛蒸気１３が溶融金属中に混入して凝固す
ることで形成される溶接ビード１５中のブローホール１
４やピット等のポロシティ（溶接欠陥）の発生を防止す
るために、前述のようにレーザービーム７（第１レーザ
ービーム）により溶接した後、引き続き、低エネルギー
密度の第２のレーザービーム１６により溶接線上の溶融
・凝固前または凝固後の溶接部を加熱して溶融金属中ま
たは凝固後の溶接ビード１５中のブローホール１４やピ
ットを熱拡散したり、ビームホール１７の形成により溶
接部内部に残存する亜鉛蒸気を離散ルート１８より外部
に排出して、溶接ビード１５中の欠陥の低減および表面
形状の平滑化を行う。
【００４４】このようなレーザービーム７の単独溶接時
に、溶融プール周囲の亜鉛めっき層から発生する亜鉛蒸
気が起因するブローホールやピットなどのポロシティ
（溶接欠陥）は、上下の板部境界から溶接ビード中心軸
（溶接部断面を見た場合のビードの左右対称軸）に向か
ったブローホールとして残留しやすい。
に、溶融プール周囲の亜鉛めっき層から発生する亜鉛蒸
気が起因するブローホールやピットなどのポロシティ
（溶接欠陥）は、上下の板部境界から溶接ビード中心軸
（溶接部断面を見た場合のビードの左右対称軸）に向か
ったブローホールとして残留しやすい。
【００４５】このようなポロシティ（溶接欠陥）を低減
させるための方法して、発明者らは、以下の２つの手法
が効果的であることを見いだした。
させるための方法して、発明者らは、以下の２つの手法
が効果的であることを見いだした。
【００４６】第１番目の手法として、先述した楕円レー
ザービーム（以下、第１レーザービーム）の後方にブロ
ーホール減少用のレーザービーム(以下、第２レーザー
ビーム)を配置することである。これはブローホールを
含む溶融プールあるいは溶接部に凝固完了部にビームを
照射し、ブローホールの亜鉛を排出させるためのレーザ
ービームである。
ザービーム（以下、第１レーザービーム）の後方にブロ
ーホール減少用のレーザービーム(以下、第２レーザー
ビーム)を配置することである。これはブローホールを
含む溶融プールあるいは溶接部に凝固完了部にビームを
照射し、ブローホールの亜鉛を排出させるためのレーザ
ービームである。
【００４７】この時、第１レーザービームの平均エネル
ギー密度（Ｅ1）は少なくともキーホールを形成する以
上のエネルギー密度が必要であり、第２レーザービーム
の平均エネルギー密度（Ｅ2）は少なくとも第１レーザ
ービームによる溶接後に残存したブローホール近傍を溶
融可能な値が必要である。つまり、両レーザービームに
よる溶け込み深さは、それぞれ、上側および下側鋼板分
の板厚（ｔ2＋ｔ1）、下側鋼板分の板厚ｔ1以上必要以
上ということになる。従って、第１レーザービームと第
２レーザービームのエネルギー密度比（Ｅ2／Ｅ1）は、
ｔ1／（ｔ2＋ｔ 1）以上にする必要がある。また、その
エネルギー密度（Ｅ2／Ｅ1）の上限は特に限定する必要
がないが、大きくなる程経済性が悪いため好ましくな
い。
ギー密度（Ｅ1）は少なくともキーホールを形成する以
上のエネルギー密度が必要であり、第２レーザービーム
の平均エネルギー密度（Ｅ2）は少なくとも第１レーザ
ービームによる溶接後に残存したブローホール近傍を溶
融可能な値が必要である。つまり、両レーザービームに
よる溶け込み深さは、それぞれ、上側および下側鋼板分
の板厚（ｔ2＋ｔ1）、下側鋼板分の板厚ｔ1以上必要以
上ということになる。従って、第１レーザービームと第
２レーザービームのエネルギー密度比（Ｅ2／Ｅ1）は、
ｔ1／（ｔ2＋ｔ 1）以上にする必要がある。また、その
エネルギー密度（Ｅ2／Ｅ1）の上限は特に限定する必要
がないが、大きくなる程経済性が悪いため好ましくな
い。
【００４８】図５に第２レーザービームと第１レーザー
ビームのそれぞれの溶接線に垂直な方向のビーム直径の
比Ｄ2Pe／Ｄ1Peとブローホール生成量との関係を示す。
ビームのそれぞれの溶接線に垂直な方向のビーム直径の
比Ｄ2Pe／Ｄ1Peとブローホール生成量との関係を示す。
【００４９】Ｄ2Pe／Ｄ1Peが０．８未満になると、第１
レーザービームの溶接後に残存したブローホール部を十
分に加熱溶融できず、一方、Ｄ2Pe／Ｄ1Peが１．２を超
えると、第２レーザービーム自体によって新たに亜鉛蒸
気を生成しブローホール生成の原因となり、何れの場合
もブローホールの生成を十分に抑制することはできな
い。従って、第２レーザービームの溶接線に垂直な方向
のビーム直径Ｄ2Peは、第１レーザービームの溶接後に
残存したブローホール部近傍を十分溶融し、かつ第２レ
ーザービームによる新たな亜鉛蒸気の生成を抑えるため
に０．８Ｄ1Pe以上、１．２Ｄ1Pe以下にする必要があ
る。
レーザービームの溶接後に残存したブローホール部を十
分に加熱溶融できず、一方、Ｄ2Pe／Ｄ1Peが１．２を超
えると、第２レーザービーム自体によって新たに亜鉛蒸
気を生成しブローホール生成の原因となり、何れの場合
もブローホールの生成を十分に抑制することはできな
い。従って、第２レーザービームの溶接線に垂直な方向
のビーム直径Ｄ2Peは、第１レーザービームの溶接後に
残存したブローホール部近傍を十分溶融し、かつ第２レ
ーザービームによる新たな亜鉛蒸気の生成を抑えるため
に０．８Ｄ1Pe以上、１．２Ｄ1Pe以下にする必要があ
る。
【００５０】さらに、第１および第２の両レーザービー
ムの中心間距離（ＬPa）も重要な因子である。第２レー
ザービームは第１レーザービームによって形成されるキ
ーホール後方の溶融または凝固金属部を加熱または、溶
融する必要がある。そのため、その両レーザービームの
中心間距離ＬPaは０．５Ｄ1Pa＋１．５Ｄ2Pa以上にしな
くてはならない。また、ＬPaが長すぎると、曲線の溶接
をおこなう場合にその溶接が不可能となるため、曲線溶
接をおこなう場合には、ＬPaは３＋３Ｄ1Pa以下にする
ことが好ましい。
ムの中心間距離（ＬPa）も重要な因子である。第２レー
ザービームは第１レーザービームによって形成されるキ
ーホール後方の溶融または凝固金属部を加熱または、溶
融する必要がある。そのため、その両レーザービームの
中心間距離ＬPaは０．５Ｄ1Pa＋１．５Ｄ2Pa以上にしな
くてはならない。また、ＬPaが長すぎると、曲線の溶接
をおこなう場合にその溶接が不可能となるため、曲線溶
接をおこなう場合には、ＬPaは３＋３Ｄ1Pa以下にする
ことが好ましい。
【００５１】上記第１番目の手法は第１レーザービーム
の後方に１つだけ第２レーザービームを配置する方法で
あり、簡便な装置を用いられるが、ブローホールは溶接
ビードの両端近傍に多く発生するため、第２レーザービ
ームのパワーを必ずしも有効に用いることができない。
そこで第２番目の手法として、レーザーヘッドの構造は
前方法よりも複雑になるが第２レーザービームを第２、
第３レーザービームに分割し、これらのビームを溶接ビ
ードの両端近傍を同時に加熱するように溶接線を挟んで
互いに線対称となるようにレーザービームを照射し、第
２レーザービームののパワーを有効利用する手法を見い
だした。
の後方に１つだけ第２レーザービームを配置する方法で
あり、簡便な装置を用いられるが、ブローホールは溶接
ビードの両端近傍に多く発生するため、第２レーザービ
ームのパワーを必ずしも有効に用いることができない。
そこで第２番目の手法として、レーザーヘッドの構造は
前方法よりも複雑になるが第２レーザービームを第２、
第３レーザービームに分割し、これらのビームを溶接ビ
ードの両端近傍を同時に加熱するように溶接線を挟んで
互いに線対称となるようにレーザービームを照射し、第
２レーザービームののパワーを有効利用する手法を見い
だした。
【００５２】即ち、前記した第１レーザービームに後続
させて、溶接線を挟んで線対称な位置に、同一なビーム
形状およびエネルギー密度を有する２つの第２レーザー
ビームと第３レーザービームを照射することにより、溶
接部中のブローホールを含む溶融プールあるいは凝固金
属部中の、ブローホール原因となる亜鉛蒸気を排出させ
るのである。
させて、溶接線を挟んで線対称な位置に、同一なビーム
形状およびエネルギー密度を有する２つの第２レーザー
ビームと第３レーザービームを照射することにより、溶
接部中のブローホールを含む溶融プールあるいは凝固金
属部中の、ブローホール原因となる亜鉛蒸気を排出させ
るのである。
【００５３】第２および第３レーザービームは同一のビ
ーム形状およびエネルギー密度を有し、溶接線に対して
線対称に配置するため、以下第２および第３レーザービ
ームを後続レーザービームという。
ーム形状およびエネルギー密度を有し、溶接線に対して
線対称に配置するため、以下第２および第３レーザービ
ームを後続レーザービームという。
【００５４】また、以下に示すＥbはＥ2またはＥ3を、
ＤbPaはＤ2PaまたはＤ3Paを、そしてＤbPeはＤ2Peまた
はＤ3Peをそれぞれ示す。
ＤbPaはＤ2PaまたはＤ3Paを、そしてＤbPeはＤ2Peまた
はＤ3Peをそれぞれ示す。
【００５５】第１レーザービームと後続レーザービーム
のパワー密度比（Ｅb／Ｅ1）は、第１レーザービームに
よる溶接後に残存したブローホール近傍を溶融するため
にｔ 1／（ｔ2＋ｔ1）以上にする必要がある。
のパワー密度比（Ｅb／Ｅ1）は、第１レーザービームに
よる溶接後に残存したブローホール近傍を溶融するため
にｔ 1／（ｔ2＋ｔ1）以上にする必要がある。
【００５６】また、第１レーザービームによる溶接ビー
ド幅の中心線（図３中の４６）とエッジの距離（Ｈ1：
図３中の４９）、この中心線（図３中の４６）と後続ビ
ームによる溶接ビードのエッジの距離（Ｈ2：図３中の
５０）はそれぞれ式（１２）、（１３）で表せる。 Ｈ1＝α（Ｄ1Pe／２） ・ ・ ・（１２） Ｈ2＝α{（ＤbPe／２）＋（ＬPe／２）｝ ・ ・ ・（１３） 但し、 ＬPe：後続レーザービームである第２および第３レーザ
ービームの中心間距離
ド幅の中心線（図３中の４６）とエッジの距離（Ｈ1：
図３中の４９）、この中心線（図３中の４６）と後続ビ
ームによる溶接ビードのエッジの距離（Ｈ2：図３中の
５０）はそれぞれ式（１２）、（１３）で表せる。 Ｈ1＝α（Ｄ1Pe／２） ・ ・ ・（１２） Ｈ2＝α{（ＤbPe／２）＋（ＬPe／２）｝ ・ ・ ・（１３） 但し、 ＬPe：後続レーザービームである第２および第３レーザ
ービームの中心間距離
【００５７】ブローホール近傍を十分に加熱溶融するた
めには、Ｈ2とＨ1の比Ｈ2／Ｈ1が０．８以上に、また、
後続レーザービームによる新たな亜鉛蒸気の生成を抑え
るためには、Ｈ2／Ｈ1は１．２以下にする必要がある。
従って、（１２）、（１３）式より、（１４）式の関係
を満たす必要がある。 ０．８≦（ＤbPe＋ＬPe）／Ｄ1Pe≦１．２ ・ ・ ・（１４）
めには、Ｈ2とＨ1の比Ｈ2／Ｈ1が０．８以上に、また、
後続レーザービームによる新たな亜鉛蒸気の生成を抑え
るためには、Ｈ2／Ｈ1は１．２以下にする必要がある。
従って、（１２）、（１３）式より、（１４）式の関係
を満たす必要がある。 ０．８≦（ＤbPe＋ＬPe）／Ｄ1Pe≦１．２ ・ ・ ・（１４）
【００５８】さらに、下記（１５）式に示すように、第
１および後続の両レーザービームの中心間距離（ＬPa）
は第１レーザービームによって形成されるキーホール後
方の溶融または凝固金属部を加熱または溶融してブロー
ホールの低減をさせるために０．５Ｄ1Pa＋１．５Ｄ2Pa
以上にする必要がある。また、曲線の溶接を可能とする
ためには両ビームの中心間距離（ＬPa）は３＋３Ｄ1Pa
以下にすることが好ましい。 ０．５Ｄ1Pa＋１．５ＤbPa≦ＬPa ・ ・ ・（１５）
１および後続の両レーザービームの中心間距離（ＬPa）
は第１レーザービームによって形成されるキーホール後
方の溶融または凝固金属部を加熱または溶融してブロー
ホールの低減をさせるために０．５Ｄ1Pa＋１．５Ｄ2Pa
以上にする必要がある。また、曲線の溶接を可能とする
ためには両ビームの中心間距離（ＬPa）は３＋３Ｄ1Pa
以下にすることが好ましい。 ０．５Ｄ1Pa＋１．５ＤbPa≦ＬPa ・ ・ ・（１５）
【００５９】
【実施例】以下の実施例により、本発明の効果を説明す
る。
る。
【００６０】(実施例１)５ｋＷのＹＡＧレーザーを２台
用いた場合の実験に用いた鋼板表面でのビームの形状・
配置を図２に示す（いずれも焦点位置は鋼材表面、溶接
速度は５ｍ／ｍｉｎ）。
用いた場合の実験に用いた鋼板表面でのビームの形状・
配置を図２に示す（いずれも焦点位置は鋼材表面、溶接
速度は５ｍ／ｍｉｎ）。
【００６１】溶接方向２０に対し、第１レーザービーム
２１と第２レーザービーム２２を配置する。第１ビーム
はシリンダーレンズ２３で溶接方向２８の焦点距離を拡
大し、集光レンズ２４で、鋼材表面２５ａに集光する。
第２ビーム２２は集光レンズ２６で同じく２７ａに集光
する。２つのレンズの位置関係２９を拡大すると第１ビ
ームは２５ｂに、第２ビームは２７ｂに相当する。
２１と第２レーザービーム２２を配置する。第１ビーム
はシリンダーレンズ２３で溶接方向２８の焦点距離を拡
大し、集光レンズ２４で、鋼材表面２５ａに集光する。
第２ビーム２２は集光レンズ２６で同じく２７ａに集光
する。２つのレンズの位置関係２９を拡大すると第１ビ
ームは２５ｂに、第２ビームは２７ｂに相当する。
【００６２】この時、第１ビームの溶接方向と平行およ
び垂直方向の直径をそれぞれ３０（Ｄ1Pa）、３１（Ｄ
1pe）、第２ビームの溶接方向と平行および垂直方向の
直径をそれぞれ３２（Ｄ2Pa）、３３（Ｄ2Pe）、そして
両ビームの中心間の距離３４（ＬPa）としてＹＡＧレー
ザーによる亜鉛めっき鋼板（板厚＝０．８ｍｍ×２枚、
目付け量６０ｇ／ｍｍ2）の重ね溶接（板間のギャップ
はゼロ）の場合の結果を表１に示す。
び垂直方向の直径をそれぞれ３０（Ｄ1Pa）、３１（Ｄ
1pe）、第２ビームの溶接方向と平行および垂直方向の
直径をそれぞれ３２（Ｄ2Pa）、３３（Ｄ2Pe）、そして
両ビームの中心間の距離３４（ＬPa）としてＹＡＧレー
ザーによる亜鉛めっき鋼板（板厚＝０．８ｍｍ×２枚、
目付け量６０ｇ／ｍｍ2）の重ね溶接（板間のギャップ
はゼロ）の場合の結果を表１に示す。
【００６３】この表中、スパッタ量は、溶接ビードの単
位溶融金属量あたりの重量ロスの割合で評価し、５０％
以上を「大」、１０％以上５０％未満を「中」、１０％
未満を「小」と３段階で評価した。また、ブローホール
は単位溶接線（溶接ビード中央部を通る線）長さあたり
のブローホール長さ（ブローホールが溶接線を分断する
線分の長さ）の割合で評価し、５０％以上を「大」、１
０％以上３０％未満を「中」、１０％未満を「小」と３
段階で評価した。加えて、溶接中、キーホールの形成の
可否や曲線溶接の可否によって評価した。
位溶融金属量あたりの重量ロスの割合で評価し、５０％
以上を「大」、１０％以上５０％未満を「中」、１０％
未満を「小」と３段階で評価した。また、ブローホール
は単位溶接線（溶接ビード中央部を通る線）長さあたり
のブローホール長さ（ブローホールが溶接線を分断する
線分の長さ）の割合で評価し、５０％以上を「大」、１
０％以上３０％未満を「中」、１０％未満を「小」と３
段階で評価した。加えて、溶接中、キーホールの形成の
可否や曲線溶接の可否によって評価した。
【００６４】
【表１】
【００６５】この表より従来技術であるシングルビーム
を用いた場合、長焦点レンズを用いてビーム径を変えて
もスパッタは「中」以上であることが判る。さらにシリ
ンドリカルレンズを用いて第１ビームを楕円にした場
合、本発明の請求範囲の条件でスパッタ量が減少してい
ることが判る。ただ、スパッタは低減できても第２ビー
ムがないとブローホールは依然として多く残留してい
る。そのため本発明の請求範囲で第２ビームを重畳させ
ることによりブローホールが抑制できることが判る。
を用いた場合、長焦点レンズを用いてビーム径を変えて
もスパッタは「中」以上であることが判る。さらにシリ
ンドリカルレンズを用いて第１ビームを楕円にした場
合、本発明の請求範囲の条件でスパッタ量が減少してい
ることが判る。ただ、スパッタは低減できても第２ビー
ムがないとブローホールは依然として多く残留してい
る。そのため本発明の請求範囲で第２ビームを重畳させ
ることによりブローホールが抑制できることが判る。
【００６６】(実施例２)５ｋＷのＹＡＧレーザーを１台
用い、ビームを３分割した場合の実験に用いた鋼板表面
でのビームの形状・配置を図３に示す（いずれも焦点位
置は鋼材表面、溶接速度は３ｍ／ｍｉｎ）。
用い、ビームを３分割した場合の実験に用いた鋼板表面
でのビームの形状・配置を図３に示す（いずれも焦点位
置は鋼材表面、溶接速度は３ｍ／ｍｉｎ）。
【００６７】レーザービーム３５の両側をプリズム３６
ａ、３６ｂで部分的に偏向し、中央部のビームはシリン
ダーレンズ３７で集光距離を変える。これらのビームを
集光レンズ３８で鋼材表面に集光する。中央部のシリン
ダーを通ったビームは楕円状の第１ビームスポット３９
ａを、プリズムを経由した２つのビームは、第２ビーム
スポット４０ａと第３ビームスポット４１ｂとなる。こ
れらビームの位置関係４２を拡大すると、第１ビームス
ポット３９ｂ、第２ビームスポット４０ｂ、第３ビーム
スポット４１ｂとなる。第２、第３ビームを併せて後続
ビームとする。５１は溶接方向である。この２つの後続
ビームは溶接中心４６に対し、線対称の位置にある。ま
た、第１ビームの溶接方向と平行および垂直方向の直径
をそれぞれ４２（Ｄ1Pa）、４３（Ｄ1Pe）、後続ビーム
の溶接方向と平行および垂直方向の直径をそれぞれ４４
（ＤbPa）、４５（ＤbPe）、そして第１ビームと後続ビ
ームのビームの中心の溶接平行方向の距離４７
（ＬbPa）、後続ビーム中心間の溶接方向と垂直方向の
距離４８（Ｌbpe）：溶接中心線４６を挟んで後続ビー
ムは線対称に配置しているため、この中心線と第２と第
３とのビーム中心間の距離はＬbPe／２に相当する。こ
の際、第１ビームによる溶接ビード幅の中心線とエッジ
の距離４９、この中心線と後続するビームによる溶接ビ
ードのエッジの距離を図中のように定義する。
ａ、３６ｂで部分的に偏向し、中央部のビームはシリン
ダーレンズ３７で集光距離を変える。これらのビームを
集光レンズ３８で鋼材表面に集光する。中央部のシリン
ダーを通ったビームは楕円状の第１ビームスポット３９
ａを、プリズムを経由した２つのビームは、第２ビーム
スポット４０ａと第３ビームスポット４１ｂとなる。こ
れらビームの位置関係４２を拡大すると、第１ビームス
ポット３９ｂ、第２ビームスポット４０ｂ、第３ビーム
スポット４１ｂとなる。第２、第３ビームを併せて後続
ビームとする。５１は溶接方向である。この２つの後続
ビームは溶接中心４６に対し、線対称の位置にある。ま
た、第１ビームの溶接方向と平行および垂直方向の直径
をそれぞれ４２（Ｄ1Pa）、４３（Ｄ1Pe）、後続ビーム
の溶接方向と平行および垂直方向の直径をそれぞれ４４
（ＤbPa）、４５（ＤbPe）、そして第１ビームと後続ビ
ームのビームの中心の溶接平行方向の距離４７
（ＬbPa）、後続ビーム中心間の溶接方向と垂直方向の
距離４８（Ｌbpe）：溶接中心線４６を挟んで後続ビー
ムは線対称に配置しているため、この中心線と第２と第
３とのビーム中心間の距離はＬbPe／２に相当する。こ
の際、第１ビームによる溶接ビード幅の中心線とエッジ
の距離４９、この中心線と後続するビームによる溶接ビ
ードのエッジの距離を図中のように定義する。
【００６８】こうしたビームを用いたＹＡＧレーザーに
よる亜鉛めっき鋼板（板厚＝０．８ｍｍ×２枚。目付け
量は６０ｇ／ｍ2）の重ね溶接（板間のギャップはゼ
ロ）の場合の結果を表２に示す。
よる亜鉛めっき鋼板（板厚＝０．８ｍｍ×２枚。目付け
量は６０ｇ／ｍ2）の重ね溶接（板間のギャップはゼ
ロ）の場合の結果を表２に示す。
【００６９】この表中、評価基準の定義は表１と同一で
ある。この表より、本発明の請求範囲で、スパッタ量１
０％未満、ブローホール量１０％未満で、かつ曲折溶接
が可能であることが判る。
ある。この表より、本発明の請求範囲で、スパッタ量１
０％未満、ブローホール量１０％未満で、かつ曲折溶接
が可能であることが判る。
【００７０】
【表２】
【００７１】
【発明の効果】本発明によれば、亜鉛めっき鋼板の重ね
レーザー溶接において、溶接時に重ねあわせ部が密着し
た状態で溶接しなくてはならない場合でも、従来に比べ
て大幅に溶融金属のスパッタおよびブローホールを低減
できるとともに、溶接継ぎ手特性を向上させることがで
き、特に自動車産業分野においては利するところ大であ
る。
レーザー溶接において、溶接時に重ねあわせ部が密着し
た状態で溶接しなくてはならない場合でも、従来に比べ
て大幅に溶融金属のスパッタおよびブローホールを低減
できるとともに、溶接継ぎ手特性を向上させることがで
き、特に自動車産業分野においては利するところ大であ
る。
【図１】本発明の亜鉛めっき鋼板の重ね溶接方法におけ
るスパッタおよびブローホール解消のメカニズムを説明
するための概念図である。
るスパッタおよびブローホール解消のメカニズムを説明
するための概念図である。
【図２】第１レーザービーム(楕円)と第２レーザービー
ムの配置の関係を示す図である。
ムの配置の関係を示す図である。
【図３】第１レーザービーム(楕円)と後続レーザービー
ムの配置の関係を示す図である。
ムの配置の関係を示す図である。
【図４】レーザービーム（楕円）の長径と短径の比（Ｄ
1Pa／Ｄ2Pa）と溶融金属のスパッタ量との関係を示す図
である。
1Pa／Ｄ2Pa）と溶融金属のスパッタ量との関係を示す図
である。
【図５】第２レーザービームと第１レーザービームのそ
れぞれの溶接線に垂直な方向のビーム直径の比Ｄ2Pe／
Ｄ1Peとブローホール生成量との関係を示す図である。
れぞれの溶接線に垂直な方向のビーム直径の比Ｄ2Pe／
Ｄ1Peとブローホール生成量との関係を示す図である。
１ 上側亜鉛めっき鋼板 ２ 下側亜鉛めっき鋼板 ３ 上側亜鉛めっき鋼板の表層亜鉛めっき層 ４ 上側亜鉛めっき鋼板の裏層亜鉛めっき層 ５ 下側亜鉛めっき鋼板の表層亜鉛めっき層 ６ 下側亜鉛めっき鋼板の裏層亜鉛めっき層 ７ 第１レーザビーム(楕円) ８ 第１レーザービームによるキーホール ９ キーホール先方より発生した亜鉛蒸気 １０ 亜鉛蒸気の上方離散ルート １１ 亜鉛蒸気の下方離散ルート １２ 溶融プール １３ 溶接ビード脇から発生した亜鉛蒸気 １４ １３により形成したブローホール １５ 溶接ビード １６ 第２レーザービーム １７ 第２レーザービームによるビームホールまたはキ
ーホール １８ １４ブローホール中の亜鉛蒸気の離散ルート １９ 溶接方向 ２０ 溶接方向 ２１ 第１レーザービーム ２２ 第２レーザービーム ２３ シリンダーレンズ ２４ 集光レンズ ２５ａ、２５ｂ 第１レーザービームスポット ２６ 集光レンズ ２７ａ、２７ｂ 第２レーザービームスポット ２８ 溶接方向 ２９ 第１ビームスポットと第２ビームスポットの位置
関係 ３０ 第１レーザービームの進行方向と平行方向の直径
（Ｄ1Pa） ３１ 第１レーザービームの進行方向と垂直方向の直径
（Ｄ1Pe） ３２ 第２レーザービームの進行方向と平行方向の直径
（Ｄ2Pa） ３３ 第２レーザービームの進行方向と垂直方向の直径
（Ｄ2Pe） ３４ 第１レーザービーム中心と第２レーザービーム中
心との距離（ＬPa） ３５ レーザービーム ３６ａ、３６ｂ プリズム ３７ シリンダーレンズ ３８ 集光レンズ ３９ａ、３９ｂ 第１レーザービームスポット ４０ａ、４０ｂ 第２レーザービームスポット ４１ａ、４１ｂ 第３レーザービームスポット ４２ 第１レーザービームの進行方向と平行方向の直径
（Ｄ1Pa） ４３ 第１レーザービームの進行方向と垂直方向の直径
（Ｄ1Pe） ４４ 後続レーザービームの進行方向と平行方向の直径
（ＤbPa） ４５ 後続レーザービームの進行方向と垂直方向の直径
（ＤbPe） ４６ 溶接中心線 ４７ 第１レーザービーム中心と後続レーザービーム中
心との溶接方向と平行方向の距離（ＬbPa） ４８ 後続レーザービーム中心間の溶接方向と垂直方向
の距離（ＬbPe）溶接中心線に対して線対称に配置 ４９ 第１ビームによる溶接ビード幅の中心線とエッジ
の距離 ５０ 第１ビームによる溶接ビード幅の中心線と後続す
るビームによる溶接ビードのエッジの距離 ５１ 溶接方向
ーホール １８ １４ブローホール中の亜鉛蒸気の離散ルート １９ 溶接方向 ２０ 溶接方向 ２１ 第１レーザービーム ２２ 第２レーザービーム ２３ シリンダーレンズ ２４ 集光レンズ ２５ａ、２５ｂ 第１レーザービームスポット ２６ 集光レンズ ２７ａ、２７ｂ 第２レーザービームスポット ２８ 溶接方向 ２９ 第１ビームスポットと第２ビームスポットの位置
関係 ３０ 第１レーザービームの進行方向と平行方向の直径
（Ｄ1Pa） ３１ 第１レーザービームの進行方向と垂直方向の直径
（Ｄ1Pe） ３２ 第２レーザービームの進行方向と平行方向の直径
（Ｄ2Pa） ３３ 第２レーザービームの進行方向と垂直方向の直径
（Ｄ2Pe） ３４ 第１レーザービーム中心と第２レーザービーム中
心との距離（ＬPa） ３５ レーザービーム ３６ａ、３６ｂ プリズム ３７ シリンダーレンズ ３８ 集光レンズ ３９ａ、３９ｂ 第１レーザービームスポット ４０ａ、４０ｂ 第２レーザービームスポット ４１ａ、４１ｂ 第３レーザービームスポット ４２ 第１レーザービームの進行方向と平行方向の直径
（Ｄ1Pa） ４３ 第１レーザービームの進行方向と垂直方向の直径
（Ｄ1Pe） ４４ 後続レーザービームの進行方向と平行方向の直径
（ＤbPa） ４５ 後続レーザービームの進行方向と垂直方向の直径
（ＤbPe） ４６ 溶接中心線 ４７ 第１レーザービーム中心と後続レーザービーム中
心との溶接方向と平行方向の距離（ＬbPa） ４８ 後続レーザービーム中心間の溶接方向と垂直方向
の距離（ＬbPe）溶接中心線に対して線対称に配置 ４９ 第１ビームによる溶接ビード幅の中心線とエッジ
の距離 ５０ 第１ビームによる溶接ビード幅の中心線と後続す
るビームによる溶接ビードのエッジの距離 ５１ 溶接方向
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 103:16 Ｂ２３Ｋ 103:16 (72)発明者 宮崎 康信 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 田中 隆 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E068 AA05 AJ04 BF00 CA02 CD03 DA14 DB01 DB15
Claims (8)
- 【請求項１】 亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法
において、照射位置でのビーム形状が溶接線に平行な長
径（Ｄ1Pa）とそれに垂直な短径（Ｄ1Pe）を有する楕円
であり、該長径（Ｄ1Pa）と短径（Ｄ1Pe）が下記（１）
式の関係を満足し、かつエネルギー密度が０．７ＭＷ／
ｃｍ2以上であるレーザービームを用いて溶接すること
を特徴とする溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ね
レーザー溶接方法。 １．２≦Ｄ1Pa／Ｄ1Pe≦２．５ ・ ・ ・（１） 但し、 Ｄ1Pa：レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ1Pe：レーザービームの楕円の短径（ｍｍ） - 【請求項２】 前記レーザービームの波長が１．１（μ
ｍ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の溶接
部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方
法。 - 【請求項３】 前記レーザービームを第１レーザービー
ムとして溶接した後、引き続き、第２レーザービームに
より加熱することを特徴とする請求項１または請求項２
の何れかに記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の
重ねレーザー溶接方法。 - 【請求項４】 前記第１レーザービームの平均エネルギ
ー密度（Ｅ1）および第２レーザービームの平均エネル
ギー密度（Ｅ2）が下記（２）式を満足し、第１レーザ
ービームの短径（Ｄ1Pe）および第２レーザービームの
短径（Ｄ2Pe）が下記（３）式を満足し、かつ第１レー
ザービームと第２レーザービームのビーム中心間の距離
（ＬPa）が下記（４）式を満足するように調整すること
を特徴とする請求項３に記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛
めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法。 ｔ1／（ｔ2＋ｔ1）≦Ｅ2／Ｅ1 ・ ・ ・（２） ０．８≦Ｄ2Pe／Ｄ1Pe≦１．２ ・ ・ ・（３） ０．５Ｄ1Pe＋１．５Ｄ2Pe≦ＬPa ・ ・ ・（４） 但し、 ｔ1：上側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 ｔ2：下側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 Ｅ1：第１レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｅ2：第２レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｄ1Pe：第１レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ2Pe：第２レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ1Pa：第１レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ2Pa：第２レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 ＬPa：第１レーザービームと第２レーザービームのビー
ム中心間の距離（ｍｍ） - 【請求項５】 前記第１レーザービームおよび前記第２
レーザービームは、１台のレーザー発振器から出力され
たレーザービームを２分割してなることを特徴とする請
求項３または請求項４の何れかに記載の溶接部欠陥の少
ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法。 - 【請求項６】 前記レーザービームを第１レーザービー
ムとして溶接した後、引き続き、溶接線を挟んで互いに
線対象となる溶接部の位置を第２レーザービームおよび
第３レーザービームにより同時に再加熱することを特徴
とする請求項１または請求項２の何れかに記載の溶接部
欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法。 - 【請求項７】 前記第１レーザービームの平均エネルギ
ー密度（Ｅ1）、第２レーザービームの平均エネルギー
密度（Ｅ2）および第３レーザービームの平均エネルギ
ー密度（Ｅ3）が下記（５）式を満足し、第１レーザー
ビームの短径（Ｄ1Pe）、第２レーザービームの短径
（Ｄ2Pe）、第３レーザービームの短径（Ｄ3Pe）および
第２レーザービームと第３レーザービームのビーム中心
間距離（ＬPa）が下記（６）式を満足し、かつ第１レー
ザービームと第２レーザービームおよび第３レーザービ
ームとの各ビーム中心間の溶接方向距離（ＬPa）が下記
（７）式を満足するように調整することを特徴とする請
求項６に記載の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重
ねレーザー溶接方法。 ｔ1／（ｔ2＋ｔ1）≦Ｅ2／Ｅ1 、Ｅ2＝Ｅ3 ・ ・ ・（５） ０．８≦（Ｄ2Pe＋ＬPe)／Ｄ1Pe≦１．２ 、Ｄ2Pe＝Ｄ3Pe ・ ・ ・（６） ０．５Ｄ1Pa＋１．５Ｄ2Pa≦ＬPa 、Ｄ2Pa＝Ｄ3Pa ・ ・ ・（７） 但し、 ｔ1：上側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 ｔ2：下側の亜鉛めっき鋼板の厚み（ｍｍ）、 Ｅ1：第１レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｅ2：第２レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｅ3：第３レーザービームの平均エネルギー密度（ｋＷ
／ｍｍ2）、 Ｄ1Pe：第１レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ2Pe：第２レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ3Pe：第３レーザービームの楕円の短径（ｍｍ）、 Ｄ1Pa：第１レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ2Pa：第２レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 Ｄ3Pa：第３レーザービームの楕円の長径（ｍｍ）、 ＬPa：第１レーザービームと第２レーザービームおよび
第３レーザービームとの各ビーム中心間の溶接方向距離
（ｍｍ）、 ＬPe：第２レーザービームと第３レーザービームとのビ
ーム中心間の距離（ｍｍ） - 【請求項８】 前記第１レーザービーム、前記第２レー
ザービームおよび前記第３レーザービームは、１台のレ
ーザー発振器から出力されたレーザービームを３分割し
てなることを特徴とする請求項６または請求項７に記載
の溶接部欠陥の少ない亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶
接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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