JP2005297026A - 金属板材のレーザー溶接方法及びレーザー溶接用金属板材 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、亜鉛系めっき鋼板を含む金属板材を重ね溶接するレーザー溶接方法において、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レーザー重ね溶接方法及びレーザー重ね溶接に適した金属板材を提供する。
【解決手段】 少なくとも亜鉛系めっき鋼板を含む金属板材を重ね溶接するレーザー溶接方法であって、少なくとも一つの金属板材に、溶接線に垂直な断面の形状が、合わせ面側に凹みのあるクランク形状であり、その凹みの溶接線上の最小深さ：Ｘａ（ｍｍ）、最大深さ：Ｘｂ（ｍｍ）、薄い方の金属板板厚：Ｙａ（ｍｍ）、照射面側の金属板板厚：Ｙｂ（ｍｍ）、重ね面の合計亜鉛付着量：Ｚ（ｇ／ｍ²）とするとき、
Ｘａ≧Ｚ／（４８００×Ｙａ）
Ｘｂ≦０．３５×Ｙｂ
とし、かつそのクランク形状の周辺における曲折が合わせ面側に凸となる角度である金属板材のレーザー溶接方法、及び、これに用いる金属板材及び溶接構造体である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、亜鉛系めっき鋼板を含む金属板材のレーザー重ね溶接方法及びレーザー重ね溶接用金属板材に関する。

一般に、亜鉛系めっき鋼板は、自動車、家電、建材等、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。特に、腐食環境が厳しい自動車用のめっき鋼板としては、めっき付着量４０ｇ／ｍ²以上の厚目付け亜鉛系めっき鋼板が広く使用されている。亜鉛系めっきとしては、Ｚｎ中に微量のＡｌやその他不可避不純物を含有する純亜鉛系の溶融亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ中にＦｅを５〜２０％程度含有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板、実質的にＺｎ及び不可避不純物からなる電気亜鉛めっき鋼板、が主流である。

しかし、これらの亜鉛系めっき鋼板は、総じて溶接性が劣るという難点がある。溶接性は、溶接方法と密接な関係があるが、レーザー重ね溶接においても、亜鉛系めっき鋼板は溶接性が劣るという課題がある。ここで、レーザー重ね溶接とは、２枚あるいはそれ以上の金属板を重ね、金属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。亜鉛系めっき鋼板を含む金属板のレーザー重ね溶接では、２枚の金属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、亜鉛が溶融・気化して蒸発し、この亜鉛蒸気の圧力によって、溶融池の溶融金属がスパッタとして吹き飛ばされて、ビードを貫通する欠陥（ピット）を生じたり、亜鉛蒸気が溶融金属中に閉じ込められて凝固することによる、ブローホールを生じたり、といった欠陥が多発する。従って、亜鉛系めっき鋼板を含む金属板材を高品質にレーザー重ね溶接することは困難であった。

かかるレーザー重ね溶接における課題を解決する手段として、例えば、以下の技術が提案されている。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｛特開平４−３２１１９０号公報（特許文献１）参照｝。亜鉛系めっきが存在しなければ本課題は生じないので、効果としては有効であるが、この方法では、工程が２つ以上必要であり、生産性及びコストの点で課題がある。予め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｛特開平３−１６５９９４号公報（特許文献２）参照｝。この方法においても、工程が２つ以上必要である。

Ｚｎ−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｛特許第３１３９３２５号公報（特許文献３）参照｝。これは、溶接部に悪影響を及ぼす亜鉛の量に下限があり、それ以下に亜鉛量を制限するという点では妥当であるが、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等では耐久性が確保できない、という難点がある。

一方、レーザー溶接される鋼板の間に隙間を設けることにより、蒸発する亜鉛を逃がして良好な溶接性を得る方法も、いくつか報告されている（特許文献４〜８参照）。しかし、これらはいずれも、溶接される鋼板の間の鋼板上に凸部を設けることにより、鋼板間に隙間を確保する方法である。隙間の最小値を凸部の高さにより制御するのであるが、凸部では、鋼板が接触するので、実際には設定した凸部より離れた個所を溶接しなければならない。そのため、折角凸部を制御良く設定出来ても、押さえ方や板の変形により、実際の隙間の大きさは、本来設定したかった大きさと変わってしまう可能性がある。また、元々、金属板に微小な凸部を成形するのは、凹部を成形するより困難である。

鋼板の隙間を制御するレーザー溶接方法として、鋼板のどちらか一方に、溶接線に沿った溝状のガス抜き部を形成してから、溶接する方法が開示されている｛特開平４−３２７３８５号公報（特許文献９）参照｝。この方法はガス抜き部以外を密着させることで、設定した隙間量を制御できる点は優れているが、ガス抜き部を予定する溶接線に沿って形成する方法、及び、その形成したガス抜き部に沿って実際にレーザー溶接する方法に困難があり、例えば、複雑な部品形状の周囲を複雑な曲線の溶接線を持って溶接するような場合、そのガス抜き部形成及びそのガス抜き部に沿った溶接のいずれにも、加工上や制御上の困難があり、実現できてもコスト高になる、生産性が悪くなると言う問題点があった。

特開平４−３２１１９０号公報 特開平３−１６５９９４号公報 特許第３１３９３２５号公報 特開平７−１５５９７４号公報 特開２００１−１６２３９１号公報 特開２００１−１６２３８７号公報 特開２００１−１６２３８８号公報 特許２５７１９７６号公報 特開平４−３２７３８５号公報

本発明が解決しようとする課題は、亜鉛系めっき鋼板を含む金属板材を重ね溶接するレーザー溶接方法において、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レーザー重ね溶接方法及びレーザー重ね溶接に適した金属板材を提供することにある。

本発明者らは、レーザー重ね溶接による亜鉛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及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、簡便で低コストな方法で鋼板間の隙間を制御し、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。

本発明は、こうした知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板である金属板材同士を重ね溶接するレーザー溶接方法であって、該金属板材の一方の金属板材に屈曲部を形成し、重ね合わされる金属板材の間に該屈曲部による隙間を保持して、該屈曲部に沿ってレーザー溶接する際に、該屈曲部の溶接線に垂直な断面の形状が、合わせ面側に凹みのあるクランク形状であり、その凹みの溶接線上の最小深さをＸａ（ｍｍ）、最大深さをＸｂ（ｍｍ）、前記金属板材の薄い方の板厚をＹａ（ｍｍ）、レーザー照射面側の金属板板厚をＹｂ（ｍｍ）、重ね面の合計亜鉛付着量をＺ（ｇ／ｍ²）とするとき、
Ｘａ≧Ｚ／（４８００×Ｙａ）
Ｘｂ≦０．３５×Ｙｂ
の条件を満足し、かつそのクランク形状の周辺における曲折が合わせ面側に凸となる角度とすることを特徴とする金属板材のレーザー溶接方法。

（２）亜鉛系めっき鋼板を含む金属板材の重ねレーザー溶接に供される金属板材であって、重ね合わせた時にレーザー溶接される部分の金属板材の間に隙間を保持するための屈曲部が形成されており、該屈曲部の溶接線に垂直な断面の形状が、合わせ面側に凹みのあるクランク形状で、その凹みの中心線上の最小深さ：Ｘａ（ｍｍ）、最大深さ：Ｘｂ（ｍｍ）とするとき、
Ｘａ≧０．０５
Ｘｂ≦０．２
であり、かつそのクランク形状の周辺における曲折が合わせ面側に凸となる角度であることを特徴とするレーザー溶接用金属板材。

（３）少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板である金属板材同士を重ね溶接したレーザー溶接構造体であって、該金属板材の一方の金属板材に屈曲部が形成されており、重ね合わされた金属板材の間に該屈曲部による隙間を有し、該屈曲部の溶接線に垂直な断面の形状が、合わせ面側に凹みのあるクランク形状であり、溶接後のクランク形状の両側の側壁から計算される溶接線上の凹み深さが、その最小深さをＸａ（ｍｍ）、最大深さをＸｂ（ｍｍ）、前記金属板材の薄い方の板厚をＹａ（ｍｍ）、レーザー照射面側の金属板板厚をＹｂ（ｍｍ）、重ね面の合計亜鉛付着量をＺ（ｇ／ｍ²）とするとき、
Ｘａ≧Ｚ／（４８００×Ｙａ）
Ｘｂ≦０．３５×Ｙｂ
の条件を満足し、かつそのクランク形状の周辺における曲折が合わせ面側に凸となる角度であることを特徴とするレーザー溶接構造体である。

本発明のレーザー溶接方法及びレーザー溶接用金属板材は、低コストかつ生産性良く、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る。これは自動車、建築・住宅、家電等に広く適用することが可能で、高効率な溶接方法と、溶接部の高い信頼性を両立することにより産業の発展に大きく寄与するものである。

以下、本発明を詳細に説明する。
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、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎめっき鋼板、Ｚｎ−Ｎｉ合金電気めっき鋼板、Ｚｎ−Ｆｅ合金電気めっき鋼板等の亜鉛系めっき鋼板で、めっき付着量としては、片面あたり２０〜８０ｇ／ｍ²、板厚としては、０．７〜２．３ｍｍ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い、溶接部外観とスパッタ発生量を調べた。ここで、スパッタ発生量は、溶接前後の試験片質量の減少量として求めたものであり、レーザー重ね溶接によって蒸発した金属や溶接線以外の部分に飛散した金属の量の合計に相当する。

スパッタ発生量が増加するのに従って、溶接部に存在する金属量が減少し、溶接継ぎ手の信頼性が低下するが、発明者らが別途調べた結果では、スパッタ発生量が溶接部溶融金属量のおよそ２０％以下であれば、溶接継ぎ手部の継ぎ手強度は母材とほぼ同等であり、この範囲であれば継ぎ手の信頼性が確保できると考えられる。溶接部が全く健全な場合でも、母材及びめっきの一部が蒸発するので、試験片質量の減少量は０にはならない。

数多くの実験結果について整理した結果、健全な溶接部を得るための条件は、２枚の鋼板の重ね合わせ面での「隙間」と「鋼板板厚」と重ね合わせ面での亜鉛の「合計付着量」の３者と非常に密接な関係があることを明らかにした。特に、健全な溶接部を得るために重要な条件は、従来から言われているようなめっき層全体の付着量ではなく、めっき層中の亜鉛の合計付着量が非常に重要であること、さらに、同じ板厚の２枚の鋼板の重ね合わせ面の隙間をＸ（ｍｍ）、鋼板板厚をＹ（ｍｍ）、重ね合わせ面の亜鉛の合計付着量をＺ（ｇ／ｍ²）とした時、Ｘ≧Ｚ／（４８００×Ｙ） … （１）
を満足すると、図１及び図２に示すように、溶接部外観が顕著に向上し、スパッタ発生量が格段に低減できることを見出した。

なお、異なる厚さの鋼板を同様に溶接する場合には、薄い方の鋼板板厚をＹとすれば同じ結果が得られた。一方、隙間が開きすぎると、溶接金属が不足し、溶け落ち不良が生ずる。これに対しては、同様に、同じ板厚の２枚の鋼板の重ね合わせ面の隙間をＸ（ｍｍ）、照射面側の鋼板板厚をＹ（ｍｍ）とした時、Ｘ≦０．３５×Ｙ … （２）
を満足すれば、溶け落ち不良が生じないことを見いだした。なお、亜鉛めっき鋼板と、アルミニウム板や銅板等の他の金属板との接合においても、式（１）及び式（２）の関係は変わらなかった。

このように、重ね合わせ面に一定の隙間を設けることが、亜鉛めっき鋼板を含む金属板のレーザー重ね溶接には重要であるが、金属板間に一定の隙間を確保することは、例えば、工場のラインで、ロボットにより部品をレーザー溶接して行くような場合には難しい。そこで、本発明者らは、図３にその模式図を示すように、金属板の断面形状に、合わせ面側に凹みとなるような微小なクランク形状を与え、このクランク形状の凹み部で金属板間に一定の隙間を実現することを発明した。図３〜５の模式図では、クランク形状を強調するために誇張しているが、実際にはその凹みは金属板の厚みよりも小さい。

金属板の断面に微小なクランク形状を与えるには、例えば、凸部を持つ金型と凹部を持つ金型で挟んでプレス加工すればよく、容易にかつ再現性良く一定のクランク形状をもったレーザー溶接用のめっき鋼板を成型できる。ただし、後述の実施例でも紹介するように、クランクの凹部の深さは、０．１ｍｍオーダーの微小なものであるため、前記の凸金型と凹金型におけるクリアランスは最小限にする必要がある。クリアランスを大きく取りすぎると、全体として弾性変形範囲になってしまい、成形ができなくなる。具体的には、実施例の中では、凹部の深さの半分から倍程度のクリアランスを採用すると良い。ここで、クリアランスとは、凸金型の凸部幅と凹金型の凹部幅の差から、成形する板厚を引いた値を示す。

クランク形状が形成された金属板を、溶接時にクランク形状の周囲が密着するよう保持すれば、クランクの凹みにより一定の隙間を保持できるため、制御された隙間量の実現が非常に容易である。特に、クランク形状周囲の曲折を合わせ面側に凸にすると、部材を溶接のために押しつけた時に、クランク部近傍が必ず最初に接触するので、溶接部には一定の隙間を確保しながら、かつ溶け落ちる様な過大な隙間を生じることが無くなる（図４参照）。

このクランク形状周辺の曲折は、どんなに微小でも合わせ面側に凸でありさえすれば、最初に溶接部周辺が接触する状況を実現できるが、明確に凸にしておきたい場合には、図８で示した角度１１を０．１°以上に設定して成型をすれば良い。ただし、２°以上の大きな角度設定は、通常隙間が過大になり過ぎるので好ましくない。逆に、クランク周辺の曲折が、合わせ面側に凹であると（図５参照）、設定したい隙間以上に隙間が開く可能性があり、溶け落ちによる溶接部不良が発生し易くなるため、望ましくない。

クランク断面周囲において合わせ面側に凸の曲折を成型するには、クランク断面を成型する凹凸の金型自体に設定した角度を付けておいて成型する方法も考えられる（図６参照）が、金型の凹側の深さを凸側の高さより大きくすれば、凹凸の周囲の面が接触した時点で凹みの底で板が拘束されず、弾性的な歪みを保持しており、これが成型終了時にクランクの側面を開く方向にスプリングバックして合わせ面側に凸となる角度を実現する事ができる（図７参照）。なお、図６（ａ）、図７（ａ）はプレス前、図６（ｂ）、図７（ｂ）はプレス中、図６（ｃ）、図７（ｃ）はプレス後をそれぞれ示す。

このような効果を得るためには、金型の凹側深さの値が凸側高さの値より５０μｍ以上と十分に大きければ、十分にスプリングバックが生じて、好ましい角度を成形できるが、凹深さの値はどんなに深くても、材料の形状はほぼ凸高さで決まるため、その上限は特になく、金型製造上、精度の要らない安価な加工法を適用できる。

クランク成形部のサイズは、凹み部の深さに関しては、前述の板間の亜鉛合計量と金属板材の薄い方の板厚により定まる必要最小隙間量より深く、かつ、溶け落ちないようにレーザー照射面側の板厚の３５％以下の浅さとする必要がある。そのため、凹み部の溶接線上の最小深さ：Ｘａ（ｍｍ）及び最大深さ：Ｘｂ（ｍｍ）を、薄い方の金属板板厚：Ｙａ（ｍｍ）、照射面側の金属板板厚：Ｙｂ（ｍｍ）、重ね面の合計亜鉛付着量：Ｚ（ｇ／ｍ²）に対して、
Ｘａ≧Ｚ／（４８００×Ｙａ） … （３）
Ｘｂ≦０．３５×Ｙｂ … （４）
となるように成形、管理する。

相手の鋼板が明らかでない時は、それぞれの値を
Ｘａ≧０．０５ … （５）
Ｘｂ≦０．２ … （６）
となるように成形、管理すれば、ほとんどの場合をカバーできる。相手の鋼板が明らかでない時は、溶接される部分も明らかでないこともあるので、この場合は、溶接線を凹み部の中心線と仮定して、中心線における凹み部の最小深さをＸａ、最大深さをＸｂとすれば良い。このようなクランク形状においては、その中心線を溶接することで、安定して最大の効果が期待できるからである。

ここで、凹み部の中心線とは、断面のクランク形状の４つの屈曲点を台形の頂点と考え、両端の屈曲点を結ぶ線を底辺としたときの底辺の中心を、クランク形状の延長方向に連続させた線であり、その深さは、底辺の中心を通り底辺に垂直な線で計測される深さとする。図９に、一断面例における深さの定義を模式図で示した。図９のように、左右非対称のクランク形状であっても本発明の範疇であり、その場合の深さは、溶接線が決められていれば、その部位においての深さを、溶接線が決められていなければ、図９の如く凹み部の中心の深さとする。

現実のプレス品では、屈曲部は純粋に幾何学的な頂点にはならないが、前後の板厚中心あるいは板表面を直線と近似して、その延長線の交点を屈曲点と定義すれば、屈曲点が求められ、４つの屈曲点から凹み部の深さを決定できる。溶接後の溶接構造体では、溶接時の熱影響により若干の板変形が生じている可能性があるが、前述と同様に、屈曲している部分の近傍の平面部から延長線を延ばして屈曲点を定義すれば、溶接ビード周辺の歪みにとらわれずに、凹み部の深さが推定可能である。すなわち、溶接後のクランク形状の両側の側壁から計算される溶接線上の凹みの深さを、図１０で示したように、溶接ビードの両側に残されるクランク形状の側壁の左右合計４つの屈曲点より、幾何学的に求めた深さと定義すればよい。

さらに具体的には、４つの屈曲点を最初と最後の屈曲点がＸ軸上にあり、中間の二つの屈曲点がＹの値で正の側にあるように座標軸を取って、最初から４つの屈曲点をそれぞれ、（Ａ，０）、（Ｃ，Ｄ）、（Ｅ，Ｆ）、（Ｂ，Ｏ）の座標とし、溶接中心線を（Ｇ，Ｏ）を通るＹ軸に平行な直線とする。ここで、Ａ＞Ｂと座標を取る。この時、「溶接後のクランク形状の両側の側壁から計算される溶接線上の凹み深さ」をＨとすると、Ｈは次式で計算できる。
Ｈ＝｛Ｄ×（Ｅ−Ｇ）＋Ｆ×（Ｇ−Ｃ）／（Ｅ−Ｃ）｝
式にはＡ、Ｂの値が現れないが、これは座標軸をそのように取ったためである。

凹み部の幅に関しては、溶接ビードの倍程度の大きさがあれば効果があることを見いだしており、これより広くする必要がある。溶接する板材が十分な強度があり、溶接時の押さえ等による変形が無視できるならば、形状として問題がない限り、その幅には特に制限を設けないが、軟鋼の薄板等で、変形が無視できない場合は、せいぜい１０ｍｍ幅程度にしておくと良い。

金属板材のクランク形状は、レーザー溶接前に形成されていれば良く、特に形成時期を限定するものではない。例えば、金属板段階であっても良いし、金属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、いずれも効果が発揮される。ただし、実用上は、プレス加工を受ける部材であれば、プレス時に同時に加工しておくのが効率的である。

本発明が対象とする亜鉛系めっき鋼板は、亜鉛又は亜鉛を主体とする合金を鋼板表面（両面又は片面）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、蒸着めっき等の他の製造方法であっても、もちろん構わない。亜鉛系めっき鋼板の鋼板母材は、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。

なお、本発明の溶接方法においては、上記めっき鋼板のめっき面が、重ね合わせ部の重ね合わせ面側に少なくとも存在するものである。また、亜鉛系めっき鋼板とレーザー溶接する相手材は、亜鉛系めっき鋼板である必要はなく、めっきのない鋼板や他の金属板であっても良い。また、前述のクランク形状は、必ずしも亜鉛系めっき鋼板に設ける必要はなく、 重ね合わせをする相手材の金属板に設けてあっても良い。その目的が適正な隙間の保持にあるからである。

図４に、本発明の断面クランク形状を模式図で示す。図４は、１枚の金属板に成形したクランク形状折れ曲がりを溶接線に直交する断面で表示した図であるが、その形状の特徴を強調するため、凹みの大きさについては誇張して表示している。実際にはこの凹みの深さが、式（３）式（４）に規定された深さとなる。本発明のレーザー溶接性に及ぼす効果を明らかにするため、表１に示す金属板に、表１に示すクランク形状を成形し、レーザー重ね溶接に供した。なお、表１におけるめっき付着量は、片面当たりのめっき層全体の量であるので、重ね合わせ面に存在するめっき中の亜鉛の量としては、上板、下板それぞれの付着量に、それぞれの亜鉛含有率を乗じて、足し併せた量となる。なお、Ｎｏ．１１及びＮｏ．１４の実施例におけるめっき無しの板材はアルミ板であり、それ以外は全て鋼板である。

クランク幅は全て５ｍｍとした。クランク形状周辺の曲折角度は溶接前の試験体の形状測定により、図８における角度１１を測定した。図８で、１１のように、合わせ面側、クランク形状の凹部側に凸の場合を正とし、１２のように、クランク形状の凹部側に凹の場合を負とした。溶接はＹＡＧレーザーで行い、出力は２ｋＷであった。溶接速度は２．５ｍ／分であった。溶接線の位置はクランク幅の中心から両側に２ｍｍずつの計４ｍｍ幅に収まるように管理して、レーザービームを照射した。ビード幅はほぼ１ｍｍであった。金属板は、表１に示す組み合わせで、２枚重ね合わせ、ビード中心から両側に６ｍｍずつ離れた部分で、隙間無く密着するように保持した。

スパッタ発生量は、溶接前後の試験体全体の質量変化を測定し、溶接線長さ５０ｍｍ当たりの質量変化に換算して表示した。ここで、溶接後に溶接部以外の金属板表面に付着したスパッタを残したままで試験片質量を測定すると、スパッタ発生量に誤差を生ずるので、これらのスパッタを除去してから、溶接後の試験片質量を測定した。
溶接部外観は、目視により、下記基準で評価した。
○ :ビード全線に渡って外観が良好
× :一部あるいは大部分でビード形状が悪い

表１から、本発明例は、いずれも溶接部外観が良好であり、スパッタ発生量が非常に少ないことがわかる。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り、スパッタ発生量が非常に多いか、あるいは、溶け落ちにより陥没して、健全な溶接部を形成できなかった。

２枚の鋼板間の隙間ＸとＺ／（４８００×Ｙ）値（ここで、Ｚは合わせ面に存在する亜鉛量の合計付着量、Ｙは薄い方の鋼板の板厚）と、スパッタ発生量の関係図 ２枚の鋼板の間の隙間ＸとＺ／（４８００×Ｙ）値（ここで、Ｚは合わせ面に存在する亜鉛量の合計付着量、Ｙは薄い方の鋼板の板厚）と、溶接部外観の関係図 本発明によるレーザー溶接法の模式図 本発明の溶接用金属板の重ね合わせ部の溶接線に対して垂直な断面の模式図 本発明の溶接方法と異なる、クランク形状の周辺の曲折が合わせ面側に凹の角度となっている場合の重ね合わせ部の、溶接線に対して垂直な断面の模式図 本発明の溶接用金属板の成形方法の一つで、クランク部の周辺の曲折を金型形状の転写により成形する方法の模式図 本発明の溶接用金属板の成形方法の一つで、クランク部の周辺の曲折を凹金型の深さによる非拘束部のスプリングバックにより成形する方法の模式図 本発明におけるクランク部の周辺の曲折角度の取り方と、正負を示す図 クランク形状における深さの定義を示す断面模式図 本発明方法によるレーザー溶接後の構造体の溶接部断面模式図である。

符号の説明

１ 上板
２ 下板
３ 亜鉛系めっき層
４ 屈曲部;断面クランク形状部
５ 隙間
６ 溶接用レーザービーム
７ 溶接ビード
８ 凹金型
９ 凸金型
１０ 金属板
１１ クランク形状周辺の曲折角度（＞０°）
１２ クランク形状周辺の曲折角度（＜０°）
１３ クランク形状の深さ
１４ 屈曲点
１５ 金属板厚の中心線
１６ 溶接ビード

特許出願人 新日本製鉄株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１

Claims (3)

1. 少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板である金属板材同士を重ね溶接するレーザー溶接方法であって、該金属板材の一方の金属板材に屈曲部を形成し、重ね合わされる金属板材の間に該屈曲部による隙間を保持して、該屈曲部に沿ってレーザー溶接する際に、該屈曲部の溶接線に垂直な断面の形状が、合わせ面側に凹みのあるクランク形状であり、その凹みの溶接線上の最小深さをＸａ（ｍｍ）、最大深さをＸｂ（ｍｍ）、前記金属板材の薄い方の板厚をＹａ（ｍｍ）、レーザー照射面側の金属板板厚をＹｂ（ｍｍ）、重ね面の合計亜鉛付着量をＺ（ｇ／ｍ²）とするとき、
   Ｘａ≧Ｚ／（４８００×Ｙａ）
   Ｘｂ≦０．３５×Ｙｂ
   の条件を満足し、かつ、そのクランク形状の周辺における曲折が合わせ面側に凸となる角度とすることを特徴とする金属板材のレーザー溶接方法。
2. 亜鉛系めっき鋼板を含む金属板材の重ねレーザー溶接に供される金属板材であって、重ね合わせた時にレーザー溶接される部分の金属板材の間に隙間を保持するための屈曲部が形成されており、該屈曲部の溶接線に垂直な断面の形状が、合わせ面側に凹みのあるクランク形状で、その凹みの中心線上の最小深さ：Ｘａ（ｍｍ）、最大深さ：Ｘｂ（ｍｍ）とするとき、
   Ｘａ≧０．０５
   Ｘｂ≦０．２
   であり、かつそのクランク形状の周辺における曲折が合わせ面側に凸となる角度であることを特徴とするレーザー溶接用金属板材。
3. 少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板である金属板材同士を重ね溶接したレーザー溶接構造体であって、該金属板材の一方の金属板材に屈曲部が形成されており、重ね合わされた金属板材の間に該屈曲部による隙間を有し、該屈曲部の溶接線に垂直な断面の形状が、合わせ面側に凹みのあるクランク形状であり、溶接後のクランク形状の両側の側壁から計算される溶接線上の凹み深さが、その最小深さをＸａ（ｍｍ）、最大深さをＸｂ（ｍｍ）、前記金属板材の薄い方の板厚をＹａ（ｍｍ）、レーザー照射面側の金属板板厚をＹｂ（ｍｍ）、重ね面の合計亜鉛付着量をＺ（ｇ／ｍ²）とするとき、
   Ｘａ≧Ｚ／（４８００×Ｙａ）
   Ｘｂ≦０．３５×Ｙｂ
   の条件を満足し、かつそのクランク形状の周辺における曲折が合わせ面側に凸となる角度であることを特徴とするレーザー溶接構造体。

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