JP2003290954A - すず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法およびレーザー重ね溶接用すず系めっき鋼板 - Google Patents
すず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法およびレーザー重ね溶接用すず系めっき鋼板Info
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Abstract
溶接時にめっき蒸気の発生による溶接不良の発生を低減
し、溶接部品質に優れたすず系めっき鋼板のレーザー重
ね溶接方法およびレーザー重ね溶接用すず系めっき鋼板
を提供する。 【解決手段】 すず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方
法において、重ね溶接部の隙間(X)、鋼板板厚
(Y)、重ね面の合計亜鉛付着量(Z)が X≧Z/
(8000×Y)、X≦0.35×Y、あるいはさらに
これらを満足する部分の長さの合計(L)がレーザー溶
接線長(A)に対して、L≧A×0.3 / Yを満足するよ
う重ね溶接部に隙間を設けることを特徴とするすず系め
っき鋼板のレーザー重ね溶接方法、およびそれに適した
レーザー重ね溶接用すず系めっき鋼板。
Description
のレーザー重ね溶接方法およびレーザー重ね溶接用すず
系めっき鋼板に関する。
電子部品基板等、幅広い分野で使用されているが、長期
間の防錆効果を確保する目的からは厚目付けのめっきが
有効である。例えば、腐食環境が厳しい自動車燃料タン
ク用のめっき鋼板としては、めっき付着量が30g/m
2 以上の厚目付けすず系めっき鋼板が使用されはじめて
いる。すず系めっき鋼板としては、実質的にSnおよび
不可避不純物からなる電気すずめっき鋼板、Ni−Sn
層およびSn−Zn層の2層からなるSn−Ni−Zn
合金電気めっき鋼板、Sn中にZnを5〜20%程度含有
する溶融すず合金めっき鋼板などがある。
性に優れており、各種の溶接法が適用されてきた。溶接
性としては溶接方法と密接な関係があるが、めっき付着
量の多いすず系めっき鋼板をレーザーで重ね溶接した場
合には、すず系めっき鋼板でも溶接性が劣る場合があ
る。ここでレーザー重ね溶接とは、2枚あるいはそれ以
上の鋼板を重ね、鋼板表面にほぼ垂直な方向からレーザ
ービームを照射してキーホール溶接する方法をいう。す
ず系めっき鋼板では、2枚の鋼板の間に存在するめっき
金属がレーザービームで加熱され、すずが溶融・気化し
て蒸発し、このすず蒸気の圧力によって溶融池の溶鋼が
吹き飛ばされて溶接欠陥(ピット)を生じたり、すず蒸
気が溶鋼中に閉じ込められて凝固することによるブロー
ホール、といった欠陥が発生する場合がある。
決する手段として、すず系めっき鋼板に対して提案され
た例はほとんど見当たらないが、Zn系めっき鋼板のレ
ーザー重ね溶接の場合には、例えば以下の技術が提案さ
れている。特開平4−231190号公報には、前処理
工程で予め亜鉛系めっきを加熱して除去した後にレーザ
ー重ね溶接する方法が開示されている。しかし、この方
法では、工程が2つ以上必要である上に、合わせ部の耐
食性に課題が生ずる、という難点がある。
めっき鋼板の重ね面にレーザーを吸収する材料を塗布し
ておく方法が開示されている。しかし、この方法におい
ても工程が2つ以上必要であり、生産性およびコストの
点で課題がある。特許第3139325号公報には、Z
n−Ni系合金めっき鋼板のめっき付着量と鋼板板厚と
の関係を限定することで、レーザー溶接における溶接欠
陥が少なく、かつ溶接部外観の優れたZn−Ni系合金
めっき鋼板が開示されている。しかし、この技術では例
えば板厚が0.6mmではめっき付着量を15g/m2
以下としなければならず、亜鉛系めっき鋼板の最大の機
能である耐食性が犠牲となり、厳しい腐食環境で長期間
使用される自動車の耐久性が確保できない、という難点
がある。
する課題は、生産性や防錆性能を犠牲にすることなく、
溶接欠陥が少なくかつ溶接部外観の優れたすず系めっき
鋼板のレーザー重ね溶接方法およびレーザー重ね溶接に
適したすず系めっき鋼板を提供することにある。
重ね溶接によるすず系めっき鋼板の溶接継ぎ手部につい
て、溶接欠陥を低減し、優れた溶接部外観と継ぎ手強度
を確保するための溶接方法およびそれに適した鋼板につ
いて、種々の検討と実験を続けた結果、ついに2枚の鋼
板の間の間隔を制御し、この隙間と鋼板板厚と鋼板間に
存在するすずの量との関係を特定の範囲に限定すること
で、溶接欠陥を低減し、優れた溶接部外観と継ぎ手強度
を確保できる溶接方法を見出した。
もので、その要旨とするところは以下の通りである。 (1)すず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接において、
重ね溶接部の隙間:X(mm)、鋼板板厚:Y(m
m)、重ね面の合計めっき付着量:Z(g/m2 )とす
るとき、 X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y を満足するよう重ね溶接部に隙間を設けることを特徴と
するすず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。
接において、重ね溶接部の隙間:X(mm)、鋼板板
厚:Y(mm)、重ね面の合計めっき付着量:Z(g/
m2 )とするとき、 X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y を基本的に満足し、X≧Z/(8000×Y)を満足し
ない部分の最大長さが3×Y(mm)以下であるよう重
ね溶接部に隙間を設けることを特徴とするすず系めっき
鋼板のレーザー重ね溶接方法。
接において、重ね溶接部の隙間:X(mm)、鋼板板
厚:Y(mm)、重ね面の合計めっき付着量:Z(g/
m2 )とするとき、 X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y を基本的に満足し、X≧Z/(8000×Y)を満足し
ない部分の最大長さが3×Y(mm)以下であり、 X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y を満足する部分の長さの合計L(mm)が、レーザー溶
接線長:A(mm)に対して、L≧A×0.3 /Yを満
足するよう重ね溶接部に隙間を設けることを特徴とする
すず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。
しくは両側の鋼板の、溶接線の一部以上に、スペーサ
ー、凹凸の一方または両方を付設することである前記
(1)ないし(3)のいずれかに記載のすず系めっき鋼
板のレーザー重ね溶接方法。 (5)隙間を設けるための手段が、片側もしくは両側の
鋼板の、溶接線の一部以上に、固体有機物を付設するこ
とである前記(1)ないし(3)のいずれかに記載のす
ず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。 (6)凹凸の一部以上が、溶接線に対して45〜90゜
の角度をなす溝を主体とする前記(4)に記載のすず系
めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。 (7)凹凸を、鋼板の製品形状へのプレス工程において
設けることを特徴とする前記(4)または(6)に記載
のすず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。
板板厚:Y(mm)、重ね面の合計めっき付着量:Z
(g/m2 )とするとき、 X≧Z/(8000×Y) を満足する部分の合計長さ:L(mm)が、レーザー溶
接線長:A(mm)に対して、 L≧A×0.3 /Y を満足するように、溶接線の一部以上に、スペーサー、
凹凸の一方または両方を有することを特徴とするレーザ
ー重ね溶接用すず系めっき鋼板。 (9)前記スペーサーが固体有機物からなる前記(8)
に記載のレーザー重ね溶接用すず系めっき鋼板。 (10)凹凸の一部以上が、溶接線に対して45〜90
゜の角度をなす溝である前記(8)に記載のレーザー重
ね溶接用すず系めっき鋼板である。
発明者らは、種々のめっき鋼板、具体的には、めっき種
としては溶融すずめっき鋼板、電気すずめっき鋼板、溶
融Sn−Zn合金めっき鋼板、Sn−Ni−Zn合金め
っき鋼板等のめっき鋼板で、めっき付着量としては片面
あたり10〜100g/m2、板厚としては0.3〜
2.3mmの鋼板を用い、種々の溶接条件でレーザー重
ね溶接実験を行ない、溶接部外観を調べた。
健全な溶接部を得るための条件は、2枚の鋼板の隙間と
鋼板板厚と重ね面のめっきの合計付着量の3者と非常に
密接な関係があること、2枚の鋼板の隙間をX(m
m)、鋼板板厚をY(mm)、重ね面のめっきの合計付
着量をZ(g/m2 )とした時、図1に示すように、X
≧Z/(8000×Y)を満足すると、鋼板の隙間X、
鋼板板厚Y、重ね面のめっきの合計付着量Zにかかわら
ず、溶接部外観が顕著に向上することを見出した。この
結果に基づいて、本発明では2枚の鋼板の隙間をX(m
m)、鋼板板厚をY(mm)、重ね面のめっきの合計付
着量をZ(g/m2 )との関係を X≧Z/(8000×Y) と規定した。
板のめっきの表面同士の間隔を意味し、めっきの表面に
他の材料、例えば有機フィルムを介在させることによっ
て、片側の鋼板のめっき表面ともう一方の鋼板のめっき
表面との間に隙間を設けた場合にも、あくまでもめっき
同士の表面の間隔を意味する。鋼板板厚Yは、2枚の鋼
板の板厚が同一である場合には片側の鋼板の板厚を意味
し、2枚の鋼板の板厚が異なる場合には薄い方の鋼板の
板厚を意味する。これは板厚の薄い鋼板の方がめっきが
自由表面に到達しやすいからである。
板の間に存在するめっきの量であって、片側の鋼板の内
面側表面にあるめっきの量ともう一方の鋼板の内面側表
面にあるめっきの量との合計量である。一方の鋼板がす
ず系めっき鋼板であり、もう一方の鋼板がめっきされて
いない鋼板である場合、一方あるいは両方の鋼板が片面
だけすず系めっきされた鋼板である場合、一方あるいは
両方の鋼板が差厚めっき鋼板(両面のめっき付着量が同
一ではない鋼板)では、重ね溶接で内面側になる面のめ
っき付着量の合計が重要であり、これら鋼板の組み合わ
せである場合も本発明に含まれることは言うまでも無
い。鋼板間の隙間Xが、X≦0.35×Yを満足すれ
ば、溶接部外観の良好な溶接部が得られるが、X>0.
35×Yでは、溶接条件をいかように制御しても健全な
溶接部を得ることは困難である。
溶接の溶接線の全長にわたって確保されていてももちろ
ん良いが、実用上は必ずしもその必要は無く、2枚の鋼
板の隙間をX(mm)、鋼板板厚をY(mm)、重ね面
のめっきの合計付着量をZ ((g/m2 )とした時、 X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y を満足する部分の長さの合計L(mm)がレーザー溶接
線長A(mm)に対して、L≧A×0.3 /Yを満足す
ると、全長で隙間が確保されているのと実質的に同等の
効果が得られる。
ビード形状が悪くなったり、スパッタ量が多くなる場合
があり、Lが小さくなるほど溶接部の外観が劣化する。
なお、重要なことはX≧Z/(8000×Y)を満足す
る部分の長さの合計Lを確保することであって、Xがさ
らに大きい部分があるからといって、隙間が必要以上に
大きくなる効果は小さく、ましてや大きな隙間がある場
合でも、LがA×0.3 /Yよりも小さくできるという
ことではない。2枚の鋼板間に隙間を設ける方法として
は特に限定されるものではなく、前述の条件を満足する
方法であればいずれも適用可能である。具体的には、下
記の方法が有効である。
して介在せしめ、溶接線に隙間を確保することは有効で
ある。この場合、溶接線をはさんで両側にスペーサーを
配置しても良く、片側に配置しても良く、また溶接線と
並んで全長に配置することは有効であるが、必ずしも全
長にわたって配置することは絶対条件ではなく、 X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y あるいは X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y を満足する部分の長さの合計L(mm)がレーザー溶接
線長A(mm)に対して、L≧A×0.3 /Yを満足す
るように配置すれば良い。
隙間とすることも有効である。この場合、固体有機物が
少なくとも溶接線に存在していれば良く、そのままレー
ザー溶接することで顕著な溶接性向上防止効果が得られ
る。固体有機物の種類は特に限定されるものではなく、
ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテ
ル、ポリオレフィン、ポリスチレン、などが代表的であ
り、これらの混合物であっても良い。2枚の鋼板の間に
固体有機物を介在せしめる方法は特に限定されるもので
はなく、固体有機物のフィルムを貼付する方法、固体有
機物を液体に分散して塗装する方法、など、対象物の形
状や構造、コストに応じて選定することができる。
ーザー重ね溶接時の隙間を付与する有効な手段である。
ここで、鋼板表面の構造を空間変調するとは、例えば鋼
板表面のテクスチャーを微視的および/または巨視的に
制御して所望のテクスチャーを得ることを意味する。こ
の場合にも X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y あるいはさらに L≧A×0.3 /Y を満足させることが必要であるのはもちろんである。
段階であっても良いし、鋼板を部品形状に成形する途中
の工程であっても良く、あるいは部品形状に成形した後
でレーザー重ね溶接する前であっても良く、いずれにし
ろレーザー重ね溶接するまでに行えばいずれも効果が発
揮される。鋼板の表面の全部または大部分を空間変調し
ても良く、あるいはレーザー重ね溶接する部分のみを空
間変調してもいずれでも良く、部品形状や鋼板の外観、
空間変調の方法に応じて選択すれば良い。
は、例えば、鋼板に付与したい表面構造を有する金型や
ロールを鋼板表面に押し付けて転写する手段、高エネル
ギー密度ビームで鋼板表面の金属を局部的に蒸発・除去
する手段、鋼板表面の金属を鋼板の幅および長手方向に
分布を持たせ、かつ板厚方向にも分布を持たせて機械的
に除去する手段、鋼板表面の金属をエッチングや電解な
どの化学的方法によって鋼板の幅および長手方向に分布
を持たせ、かつ板厚方向にも分布を持たせて除去する手
段、など、空間変調後のテクスチャーとコスト、生産性
に応じて種々の手段を用いることができる。
すずまたはすずを主体とする合金を鋼板表面(両面また
は片面)にめっきしたものであり、製法は工業的には溶
融めっき、電気めっきが主流であるが、蒸着めっきなど
他の製造方法であってももちろん構わない。また、めっ
き密着性や加工性などを向上する目的で、すずめっきに
先行して他の金属をプレ処理すること、めっき後に有
機、無機、あるいは有機+無機複合皮膜を付与するこ
と、などは、用途に応じて適用することができ、これら
前処理あるいは後処理を施したすず系めっき鋼板も本願
発明が対象とするものである。鋼板は通常自動車その他
の製品に使われる鋼板であればすべて本発明の対象であ
り、特に鋼板の組成・組織・強度・延性等を限定するも
のではない。
重ね溶接に供した。溶接はYAGレーザーで行い、出力
は3kWであった。隙間の付与方法として、Aは固形有
機物を利用し、具体的には溶接線に位置する部分に付与
すべき厚みを有するポリエステルフィルムを配置した上
で2枚の鋼板を重ねて固定して隙間を付与した。Bは片
側の鋼板を、幅0.1mm、深さ0.03mmで溶接線
とほぼ直角を成して交わる溝を、溶接線方向の間隔0.
2mmで付与した鋼板とし、もう一方の鋼板は通常の鋼
板として、前記鋼板の溝が合わせ面に位置するようにし
て2枚の鋼板を重ねることで隙間を付与した。このと
き、隙間の長さの合計は溶接線長の50%である。Cは
溶接線の両側に付与すべき厚みを有する金属箔をスペー
サーとして配置した上で2枚の鋼板を重ねて固定して隙
間を付与した。Dは、片側の鋼板を、幅0.15mm、
深さ0.025mmで溶接線とほぼ直角を成して交わる
溝を、溶接線方向の間隔1.0mmで付与した鋼板と
し、もう一方の鋼板は通常の鋼板として、前記鋼板の溝
が合わせ面に位置するようにして2枚の鋼板を重ねるこ
とで隙間を付与した。このとき、隙間の長さの合計は溶
接線長の15%である。
が良好であることがわかる。これに対して本発明の要件
を満足しない比較例では溶接部外観が不良である。
溶接方法およびすず系めっき鋼板は、健全で信頼性の高
いレーザー重ね溶接部を提供するものであり、自動車、
建築・住宅、等に広く適用することが可能で、産業の発
展に大きく寄与するものである。
×Y)値(ここでZは合わせ面に存在するめっき量の合
計付着量、Yは薄い方の鋼板の板厚)と溶接部外観の関
係を示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 すず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接に
おいて、重ね溶接部の隙間:X(mm)、鋼板板厚:Y
(mm)、重ね面の合計めっき付着量:Z (g/m2 )
とするとき、 X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y を満足するよう重ね溶接部に隙間を設けることを特徴と
するすず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。 - 【請求項2】 すず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接に
おいて、重ね溶接部の隙間:X(mm)、鋼板板厚:Y
(mm)、重ね面の合計めっき付着量:Z (g/m2 )
とするとき、 X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y を基本的に満足し、 X≧Z/(8000×Y) を満足しない部分の最大長さが3×Y(mm)以下であ
るよう重ね溶接部に隙間を設けることを特徴とするすず
系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。 - 【請求項3】 すず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接に
おいて、重ね溶接部の隙間:X(mm)、鋼板板厚:Y
(mm)、重ね面の合計めっき付着量:Z (g/m2 )
とするとき、 X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y を基本的に満足し、 X≧Z/(8000×Y) を満足しない部分の最大長さが3×Y(mm)以下であ
り、 X≧Z/(8000×Y) X≦0.35×Y を満足する部分の長さの合計L(mm)が、レーザー溶
接線長:A(mm)に対して、 L≧A×0.3 /Y を満足するよう重ね溶接部に隙間を設けることを特徴と
するすず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。 - 【請求項4】 隙間を設けるための手段が、片側もしく
は両側の鋼板の、溶接線の一部以上に、スペーサー、凹
凸の一方または両方を付設することである請求項1ない
し3のいずれか1項に記載のすず系めっき鋼板のレーザ
ー重ね溶接方法。 - 【請求項5】 隙間を設けるための手段が、片側もしく
は両側の鋼板の、溶接線の一部以上に、固体有機物を付
設することである請求項1ないし3のいずれか1項に記
載のすず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。 - 【請求項6】 凹凸の一部以上が、溶接線に対して45
〜90゜の角度をなす溝を主体とする請求項4に記載の
すず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。 - 【請求項7】 凹凸を、鋼板の製品形状へのプレス工程
において設けることを特徴とする請求項4または6に記
載のすず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法。 - 【請求項8】 重ね溶接部の隙間:X(mm)、鋼板板
厚:Y(mm)、重ね面の合計めっき付着量:Z (g/
m2 )とするとき、 X≧Z/(8000×Y) を満足する部分の合計長さ:L(mm)が、レーザー溶
接線長:A(mm)に対して、 L≧A×0.3 /Y を満足するように、溶接線の一部以上に、スペーサー、
凹凸の一方または両方を有することを特徴とするレーザ
ー重ね溶接用すず系めっき鋼板。 - 【請求項9】 前記スペーサーが固体有機物からなる請
求項8に記載のレーザー重ね溶接用すず系めっき鋼板。 - 【請求項10】 凹凸の一部以上が、溶接線に対して4
5〜90゜の角度をなす溝である請求項8に記載のレー
ザー重ね溶接用すず系めっき鋼板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002099606A JP2003290954A (ja) | 2002-04-02 | 2002-04-02 | すず系めっき鋼板のレーザー重ね溶接方法およびレーザー重ね溶接用すず系めっき鋼板 |
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ID=29240966
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005324235A (ja) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Nippon Steel Corp | めっき鋼板のヘリ継手レーザー溶接方法 |
US7693696B2 (en) | 2005-06-10 | 2010-04-06 | Chrysler Group Llc | System and methodology for zero-gap welding |
-
2002
- 2002-04-02 JP JP2002099606A patent/JP2003290954A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2005324235A (ja) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Nippon Steel Corp | めっき鋼板のヘリ継手レーザー溶接方法 |
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US8253062B2 (en) | 2005-06-10 | 2012-08-28 | Chrysler Group Llc | System and methodology for zero-gap welding |
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