JP2005028388A

JP2005028388A - 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

Info

Publication number: JP2005028388A
Application number: JP2003194316A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kodama; 真二児玉; Yasunobu Miyazaki; 康信宮崎; Akihiro Miyasaka; 明博宮坂; Ikuro Yamaoka; 育郎山岡
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】自動車の外板などに用いられる亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法において、自動車の外板などの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それに起因する溶接部欠陥の発生を抑制す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合わせ部をレーザービームを用いて溶接する亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法において、ワイヤー内部に酸化物を含有し、かつ該酸化物の充填率が３％超〜１５％であるフィラーワイヤーを送給しつつ溶接し、好ましくは、前記酸化物として、酸化鉄、酸化すず、酸化銅、または酸化ビスマスの何れか１種の酸化物を用い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。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車の外板などに用いられる亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法に関し、特に、自動車の外板などの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それに起因する溶接部欠陥の発生を抑制する亜鉛めっき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用されている。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、その鋼板の一部を重ね合わせてレーザーで溶接する重ねレーザー溶接を採用することが最も一般的である。
【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て沸点が低いため、鋼板溶融直前或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ことになる。
【０００４】
この問題を解決するため、例えば、特許文献１では、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す方法が従来から知られている。しかしながら、上述した溶接時に鋼板重ね合わせ部に所定の隙間を設け、保持する方法は、自動車用構造部品などの複雑な形状および剛性の高いプレス成形材を重ね合わせて溶接する場合には、溶接時に常に所定の隙間を保持することは非常に困難である。このため、重ね合わせ部の隙間が非常に狭くなる場合には、その部位にブローホール等の溶接欠陥が発生する。一方、重ね合わせ部の隙間が非常に広くなる場合も、重ね合わせ部の上板と下板の溶融部が分離したり、溶融金属が下板側に陥没する等の溶接不良が生じる。
【０００５】
これらの問題を解決する方法として、特許文献２では、脱酸材を含有するフラックス入りワイヤを溶加材として用いることによって健全な溶接継ぎ手を得る方法が知られている。この特許文献２に開示された方法では、重ね合わせ部の隙間が広い場合はフィラーワイヤによって供給される金属で隙間を埋めることが可能となり、また隙間が狭い場合は脱酸フラックスで溶融金属の粘性およびスラグの発生を調整することでピットやブローホールの発生を抑制することができるとされている。しかしながら、本発明者らの検討では、脱酸材を含有するフラックス入りワイヤの効果において、めっき鋼板重ね合わせ部の隙間が無い完全密着の状態では多量のスパッタが発生し欠陥抑制効果が確認されなかった。レーザ溶接のようなエネルギー密度の高い熱源で溶接すると、めっき金属は瞬時に蒸気となり極めて高い圧力が発生する。めっき重ね合わせ部に隙間が存在しない場合は、蒸気の逃げ道が無いため、溶鋼の粘性が多少変化してもめっき金属による高い蒸気圧により溶融金属がスパッタとして吹き飛ばされてしまったと考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−２８８９８６号公報
【特許文献２】
特開平３−２３０８８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、主として自動車の外板などに用いられる亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法において、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レーザー溶接しても健全な溶接継ぎ手を得ることができ、また、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それに起因する溶接部欠陥の発生を抑制するための亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法を提供するものである。
【０００８】
【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ためになされたもので、その要旨は、亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ部をレーザービームを用いて溶接する亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法において、ワイヤー内部に酸化物を含有し、かつ該酸化物の充填率が３％超〜１５％であるフィラーワイヤーを送給しつつ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で、好ましくは、前記酸化物として、酸化鉄、酸化すず、酸化銅、または酸化ビスマスの何れか１種の酸化物を用い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、である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、溶鋼の粘性および表面張力に着目し、亜鉛めっき鋼板の重ね溶接性向上策を検討した。溶鋼の粘性および表面張力を変えるには溶鋼の酸素量が重要な要素となる。すなわち、脱酸材の添加により溶鋼の酸素量が少ない場合は粘性および表面張力が高くなり、逆に溶鋼に酸化物を添加することにより粘性および表面張力を下げることができる。上述の特許文献２に開示された脱酸材を含有するフラックス入りワイヤを溶加材として用いる方法では、溶接部の溶鋼の粘性および表面張力を高めることにより、めっき蒸気の成長を抑制し、気孔欠陥の低減が期待できるが、本発明者らの検討では、レーザなどの高エネルギー密度の熱源で溶接する際に、めっき金属が瞬時に高圧の蒸気が発生する際に起きやすい溶融金属の爆飛またはスパッタの発明を抑制するためには、この方法では十分な結果を得ることができなかった。そこで、溶鋼の粘性および表面張力低下によるめっき蒸気の排出促進の効果を期待して、フィラーワイヤから酸化物の添加を検討した。図１に示すように、フィラーワイヤ１の内部に、酸化物２として、酸化鉄、酸化すず、酸化銅、または酸化ビスマスの何れか１種の酸化物２を充填した。特に、本発明においては、これらの中から最も反応性の高い酸化鉄を選択し、溶接性を調査した。ここで、前記酸化物としての酸化鉄の充填率をフィラーワイヤ１の断面積の比率で、約３〜１５％の範囲の充填率で充填した。併せて、ＴｉＯなどのスラグ材と共にＡｌ等の脱酸材を含む市販のフラックス入りワイヤを使用してレーザー溶接性を比較評価した。
【００１０】
図２に、溶接継ぎ手の引張試験結果を示す。酸化鉄を充填したフィラーワイヤはその充填率が３％を超えると改善が見られ、７％以上ではほぼ母材同等の強度となるが、１５％以上の脱酸材を充填したフィラーワイヤは何れの充填率でも改善効果を見ることができなかった。従って、本発発明では、上記脱酸材の充填率をフィラーワイヤの断面積で３％超〜１５％とする。また、より安定した効果をえるためには、その充填率を５％〜１５％とするのが好ましい。特に改善効果が著しい範囲は１０〜１５％である。また、酸化鉄以外の酸化物の効果を検証するために、安全で入手容易な酸化物として、酸化すず、酸化銅、および酸化ビスマスを充填したフィラーワイヤを用いた溶接継ぎ手の引張試験を行ったが何れも酸化鉄と同等の効果が得られた。
【００１１】
【実施例】
板厚：０．８ｍｍ、亜鉛付着量：６０ｇ／ｍ^２の亜鉛めっき鋼板を重ね合わせ、ＨＡＡＳ社製の最大出力４ｋＷのＹＡＧレーザー発振器（波長：１．０６μｍ）を用い、出力４ｋＷ、溶接速度３ｍｐｍで重ねレーザー溶接を行った。フィラーワイヤは外径：１．２ｍｍφとし、酸化物２として酸化鉄（鉄粉）を図１に示すように、フィラーワイヤ１のほぼ中心内部に３〜１５％の充填率で充填した。なお、酸化物として、酸化鉄の他にも、酸化すず、酸化銅、酸化タングステン、酸化ビスマス等も評価した。フィラーワイヤの外皮部分の成分組成は、Ｃ：０．０４％，Ｓｉ：０．０１％，Ｍｎ：０．２４％，Ｐ：０．０２％，Ｓ：０．０１％とした。重ねレーザー溶接方法としては、図３に示すように、重ね溶接する亜鉛めっき鋼板３，４を上下に重ねあわせ、鋼板幅方向両端５，６を拘束し、板幅中央部を鋼板長手方向にレーザービーム７をレンズ１０で集光して上方から照射してレーザー溶接した。レーザー溶接部８の加工点９の前方からフィラーワイヤ１を加工点９を目指して送給した。また、溶接線の両サイド１０ｍｍの位置を拘束することによって重ね合わせ部が密着した状態、および金属箔を挟むことによって所定隙間の開いた状態に固定し溶接を行った。被溶接亜鉛めっき鋼板間に隙間のない状態でレーザー溶接を行った場合の引張試験結果を表１に示した。また、被溶接亜鉛めっき鋼板間に隙間を開けた状態でレーザー溶接を行った場合の引張試験結果を表２に示した。表１および表２から分かるように、フィラーワイヤに５〜１５％の充填率で酸化物を充填した本発明によるフィラーワイヤは、従来の比較例として挙げたような充填率が低いものや、従来のソリッドワイヤ、或いは溶接ワイヤを用いることのない単なるレーザー溶接に比較し、母材に対する引張り強さ、溶接部外観が何れも優れた結果を示していることが分かる。
【００１２】
【表１】

【００１３】
【表２】

【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、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、溶接時に重ね合わせ部が密着した状態で溶接しなければならない場合でも、従来の重ねレーザー溶接に比較して大幅に溶融金属の爆飛および溶接欠陥（ポロシティ）を低減できると共に、溶接継ぎ手強度などの機械的特性を向上させることができ、特に自動車の外板などに用いられる亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法に多いに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の重ねレーザー溶接方法に用いるフィラーワイヤの模式図である。
【図２】本発明の重ねレーザー溶接方法に用いるフィラーワイヤにおける酸化物の充填率と母材に対する引張強さの比との関係を示す図である。
【図３】本発明の重ねレーザー溶接方法の模式図である。
【符号の説明】
１…フィラーワイヤ
２…酸化物
３…亜鉛めっき鋼板（上）
４…亜鉛めっき鋼板（下）
５…鋼板幅方向両端
６…鋼板幅方向両端
７…レーザービーム
８…溶接部
９…加工点
１０…レンズ

Claims

亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ部をレーザービームを用いて溶接する亜鉛めっき鋼板の重ねレーザー溶接方法において、ワイヤー内部に酸化物を含有し、かつ該酸化物の充填率が３％超〜１５％であるフィラーワイヤーを送給しつつ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。
前記酸化物として、酸化鉄、酸化すず、酸化銅、または酸化ビスマスの何れか１種を用いることを特徴とする請求項１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。