JP2006095602A - 亜鉛めっき鋼部品の溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガルバニック被覆の蒸発を最低限に抑え、それによって溶接技術の適用を容易にするために、第１と第２の亜鉛めっき金属部品の間に合金化可能材料の層を迅速かつ容易に適用する改善された方法を提供する。
【解決手段】ガルバニック被覆１１を施された表面を有する第１の金属部品１０を用意するステップと、ある表面を有する第２の金属部品を用意するステップとを備える最初のステップを含む。ある材料１２を、第１の金属部品の表面に施されたガルバニック被覆の表面、または第２の金属部品の表面の少なくともいずれかの一部分の上に吹き付ける。第１と第２の金属部品の表面を重ね合わせの関係に配置し、溶接プロセスを実施して第１と第２の金属部品を一体に溶接する。溶接プロセス中、吹き付けられた材料がガルバニック被覆と反応してガルバニック被覆の蒸発を最低限に抑える。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、金属材料から形成され、腐食を最低限に抑え、または防止するためにガルバニック被覆（ｇａｌｖａｎｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ）などの１つまたは複数の被覆を施された部品を溶接する方法に関する。詳細には、本発明は、そのようなガルバニック被覆の蒸発を最低限に抑えることによって溶接プロセス（ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）の実施を容易にするために、第１と第２の亜鉛めっき金属部品（ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ ｍｅｔａｌｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の間に合金になり得る材料の層を迅速、容易に適用する改善された方法に関する。

従来の溶接技術は通例、車体とフレームの組立体の部品などの金属材料から形成された２つ以上の部品を永久接合するのに利用される。公知のように、従来の溶接技術では、２つの金属部材の局部的領域に熱を加え、それによって２つの部材の金属材料を合着させることが行われる。そのような溶接の実施では、圧力を掛けることも、掛けないこともあり、また、充填材を用いることも、用いないこともある。２つの金属部材の局部領域を加熱し、望みであれば充填材を供給するために、通常、移動可能な溶接具が使用される。

第１と第２の金属部品を一体に結合するのに通例用いられる従来の溶接技術の１つは、高エネルギー密度放射ビーム溶接（ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ）として知られている。高エネルギー密度放射ビーム溶接では、第１と第２の金属部品の重ね合わせ部分に向けてエネルギー・ビームを発射する溶接具を使用する。１つの公知のタイプの高エネルギー密度放射ビーム溶接では、第１および第２の金属部品を一体に接合するために、それらの１つまたは両方の上に強く収束した光エネルギーのビームを注ぐためのレーザ溶接機が使用される。別の公知のタイプの高エネルギー密度放射ビーム溶接では、第１と第２の金属部品を一体に接合するために、それらの１つまたは両方の上に電子の流れを注ぐための電子ビーム溶接機が使用される。両例とも、エネルギー・ビームが第１の金属部品を完全に貫通し、第２の金属部品を少なくとも部分的に貫通するのに十分なエネルギー密度で、かつ十分な時間、エネルギー・ビームを第１の金属部品の上面に向かって注ぐことができる。その結果、第１および第２の金属部品の隣接した部分が合着され、すなわち一体に永久接合される。

このような在来の溶接技術は従来満足に機能してきたが、それらの使用においてはいくつか欠点があり、特に、腐食を防止するためのガルバニック被覆が、両部品の１つまたは複数の表面に施されているときにそうである。ガルバナイジング（ｇａｌｖａｎｉｚｉｎｇ）は、腐食の発生を防止するために鋼鉄や他の金属製部品の表面に、通常、亜鉛またはその合金材料の被覆を施す公知のプロセスである。ガルバニーリング（ｇａｌｖａｎｎｅａｌｉｎｇ）はガルバナイジング処理の変形で、溶接性（ｗｅｌｄ−ａｂｉｌｉｔｙ）、塗装性（ｐａｉｎｔ−ａｂｉｌｉｔｙ）、および耐摩耗性（ａｂｒａｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を改善するために、被覆された鋼鉄を被覆処理の直後に加熱（通常、インダクション・コイルまたはガス・バーナを用いる）して、制御された稠密な鉄−亜鉛層を生成する。

第１と第２の金属部品が接触している面（ａｂｕｔｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅｓ）に施された１箇所または複数箇所のガルバニック被覆は、上記の高エネルギー密度放射ビーム溶接プロセス中のように、溶接プロセス中に過熱すると急激に蒸発し得ることが判明してきた。そのような急激な蒸発により、まずいことに、溶接領域を多孔質にし得るガスが急速に発生し得、それにより、第１と第２の金属部品間の接合部の品質に悪影響を及ぼす。

これが生じるのを最小限に抑え、または防止するために、溶接プロセスを開始する前に、第１と第２の金属部品が重なり合う部分の間に合金化可能材料（ａｌｌｏｙａｂｌｅ ｍｅｔａｒｉａｌ）の層を配置することが知られている。この合金化可能材料（例えば、銅またはニッケルから形成することができる）は溶接プロセス中に亜鉛と合金を作ることにより、ガスの急激で有害な発生、およびその結果の溶接の過度な多孔性（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を防止する。従来は、合金化可能材料は、合金化可能材料のホイル・シートなどの、薄い固形シートの材料の形で充当されてきた。合金化可能材料のホイル・シートを、溶接プロセスの開始前に第１と第２の金属部品の間に挿入する。効果的ではあるが、合金化可能材料のこの取り扱いおよび適用法は、殊に大量生産の環境下では、比較的時間を消費し、非効率であることが明らかになってきた。したがって、ガルバニック被覆の蒸発を最低限に抑え、それによって溶接技術の適用を容易にするために、第１と第２の亜鉛めっき金属部品の間に合金化可能材料の層を迅速かつ容易に適用する改善された方法が提供されることが望ましい。

本発明は、ガルバニック被覆の蒸発を最低限に抑え、それによって溶接技術の適用を容易にするために、第１と第２の亜鉛めっき金属部品の間に合金化可能材料の層を迅速かつ容易に適用する改善された方法に関する。

最初に第１と第２の金属部品を用意する。第１の部品はガルバニック被覆された表面を有し、第２の金属部品もある表面を有する。合金化可能材料などの材料を第１の金属部品の表面に施されたガルバニック被覆の表面、または第２の金属部品の表面の少なくともいずれかの一部分の上に吹き付ける。次いで、第１と第２の金属部品の表面を重ね合わせの関係に配置し、第１と第２の金属部品を一体に溶接するために溶接プロセスを実施する。溶接プロセス中、吹き付けられた材料がガルバニック被覆と反応して電解皮膜の蒸発を最低限に抑え、それにより、溶接の品質に悪影響を与える。

本発明の様々な目的および利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を添付図面に照らして読むことにより、当業者にとって明らかになろう。

ここで図面を参照すると、本発明の方法に従って使用される第１の金属部品１０が、図１に示されている。図示されている実施形態では、第１の金属部品１０は比較的薄い平面形状である。しかし、第１の金属部品１０は、望みのいかなる厚さ、または形状で形成してもよい。したがって、図示された第１の金属部品１０は、下記のように第２の部品に固定され得る（図３、４、および５参照）所望の第１の金属部品すべてを代表すると見なすべきである。第１の金属部品１０は、所望のいかなる金属材料から形成されてもよい。例えば、第１の金属部品１０は、鋼合金材料で形成されてもよい。

図２で最もよく分かるように、図示されている第１の金属部品１０は、一対の対向面１０ａを有する。従来のガルバニック被覆１１が、図示の第１の金属部品１０の対向面１０ａそれぞれに施されている。図示の実施形態では、ガルバニック被覆１１が第１の金属部品１０の両対向面１０ａの全域に亘って延在する。ただし、ガルバニック被覆１１は、第１の金属部品１０の対向する両面１０ａに、部分的に施されているだけでもよいことが理解されよう。さらに、所望であれば、ガルバニック被覆１１は、第１の金属部品１０の対向面１０ａの一方だけのある部分、またはその全面に施されていてもよいことが理解されよう。また、下記で明らかになるように、第１の金属部品１０は、ガルバニック被覆１１を施されていなくてもよい（この場合は、以下で明らかになるように、ガルバニック被覆１１は、第２の金属部品の対向面の一方または両方に施されていることになる）。ガルバニック被覆１１は、通常、亜鉛またはその合金で形成され、上記のように、ガルバナイジングまたはガルバニーリングによるなど、従来のプロセスによって第１の部品１０に施すことができる。

図１に示す本発明の方法の第１のステップでは、ある材料の層１２を、第１の部品１０の対向面１０ａの少なくとも一方に施された少なくとも１つのガルバニック被覆１１の少なくとも一部分に塗布する。層１２を生成するのに用いられる材料の詳細な成分については、以下に述べる。ただし、層１２を生成するのに用いられる材料は、第１の部品１０の表面への迅速かつ簡単な塗布が容易に行える形で供給されることが好ましい。好ましくは、層１２を形成するのに用いる材料は、第１の部品１０の表面に吹付け（ｓｐｒａｙｉｎｇ）によって塗布できる物理的な形で供給される。吹付けは、一般的に言えば、比較的少量の材料を第１の部品１０上にジェットのような形で差し向ける、さもなければ噴霧（ｓｐｒａｙ）または噴霧に似た形で散布する従来のプロセスである。吹付け（ｓｐｒａｙｉｎｇ）は、ジェット状の噴霧（ｊｅｔ−ｌｉｋｅ ｓｐｒａｙ）内に材料を連行するための空気またはガス状物質の使用を含んでも、含まなくてもよい。それを容易にするために、層１２を形成するのに用いる材料は、液体、粉、または粒子の状態など、容易に噴霧できる状態（ｒｅａｄｉｌｙ ｓｐｒａｙａｂｌｅ ｆｏｒｍ）で供給されることが好ましい。

吹付け装置（ｓｐｒａｙｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）１３を、第１の部品１０の表面上への材料の噴霧（ｓｐｒａｙ）１４を生成するために設けることができる。吹付け装置１３それ自体は当技術分野では在来のものであり、材料の噴霧１４を注いで第１の部品１０の表面に層１２を生成するためのいかなる所望の装置としても実現することができる。層１２を形成するのに用いる材料が液体の形で供給される場合には、吹付け装置１３は、液体材料を所定の、または所望の温度（例えば、吹き付けられる金属材料の溶融温度より高い温度）に維持するための過熱器（図示せず）を有することができる。例えば、吹付け装置１３は、プラズマ・アーク・スプレー（ｐｌａｓｍａ−ａｒｃ ｓｐｒａｙｉｎｇ）、フレーム・スプレー（ｆｌａｍｅ ｓｐｒａｙｉｎｇ）、エレクトリック・アーク・スプレー（ｅｌｅｃｔｒｉｃ−ａｒｃ ｓｐｒａｙｉｎｇ）など、通常のスプレー・プロセス（ｓｐｒａｙｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）を実施するのに使用することができる。所望であれば、吹付け装置１３は、第１の部品１０の表面に沿う所望の１つまたは複数の経路に沿って、所望の１つまたは複数の形状に材料層１２を塗布するように、従来の方式で作動することができる制御可能な吹付け出口（図示せず）を有することができる。

図３は、本発明の方法の第２のステップを示し、第２の金属部品２０が、図１および図２に示された第１の金属部品と重ね合わせの関係に配置されている。図示の実施例では、第２の金属部品２０は、比較的薄い平面形状である。ただし、第２の金属部品２０は、所望の厚さ、または形状を有するように形成することができる。したがって、図示の第２の金属部品２０は、下記のように第１の部品１０に固定され得る所望の第２の金属部品すべてを代表すると見なすべきである。第２の金属部品２０は、所望のいかなる金属材料から形成されてもよい。例えば、第１の金属部品１０のように、第２の金属部品２０もまた、鋼合金材料で形成されてもよい。図３に示されるように、第２の金属部品２０は、材料層１２が第１と第２の金属部品の間に配置されるように、第１の金属部品１０に隣接して、好ましくは接触して配置する。所望であれば、第２の金属部品２０は、第１の金属部品１０に施されているガルバニック被覆１１に加えて、またはその代わりに、ガルバニック被覆（図示せず）を施されていてもよい。

図４は本発明の方法の第３のステップを示し、第１と第２の金属部品１０と２０が、溶接具３０によって一体に溶接されている。溶接具３０は当技術分野では在来型であり、第１および第２の金属部品１０および２０の局部領域に熱を加えるように適合されており、その結果、第１と第２の金属部品１０と２０の金属母材が合着する。そのような溶接は、圧力を加えて実施しても、加えないで実施してもよく、また、充填金属を用いることを含んでも、含まなくてもよい。図示の溶接具３０は、通常、２つの金属部材の局所領域に熱を加え、所望であれば充填材を供給するのに用いられる。

溶接具（ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｏｏｌ）３０は、例えば、従来の高エネルギー密度放射ビーム溶接具でもよい。高エネルギー密度放射ビーム溶接には、第１と第２の金属部品１０と２０の重ね合わせ部分に向かってエネルギー・ビーム３０ａを放射する溶接具を使用することが含まれる。レーザ溶接機（ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｅｒ）は、第１および第２の金属部品１０および２０の一方または両方に、それらを一体に接合するために光エネルギーの高収束ビームを注ぐ。他方、電子ビーム溶接機（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｅｒ）は、第１および第２の金属部品１０および２０上に、それらを加熱、融合するために電子の流れを注ぐ。両方の場合とも、ビーム３０ａを、第２の金属部品２０を完全に貫通し、第１の金属部品１０を少なくとも部分的に貫通するのに十分なエネルギー密度で、かつ十分な時間、第２の金属部品２０の上面に向かって注いで、隣接部分を融合させ（図４および５の符号３１で示されるように）、それによって、一体に永久接合させる。

上記のように、第１および第２の金属部品１０および２０のどちらか（または両方）に施されたガルバニック被覆１１は、上記の高エネルギー密度放射ビーム溶接プロセスなどの溶接プロセス中に加熱されると急激に蒸発し得る。そのような急激な蒸発により、まずいことに、溶接領域を多孔質にし得るガスが急速に発生し得、それにより、第１と第２の金属部品間の接合部の品質に悪影響を及ぼす。これが起こるのを防止するために、材料層１２を、第１と第２の金属部品１０と２０の間に設ける。層１２を形成するのに用いる材料は、第１および第２の金属部品１０および２０のどちらか（または両方）に施されたガルバニック被覆１１の急激な蒸発を減少させ、または無くする材料として実現される。好ましくは、層１２を形成するのに用いられる材料は、溶接プロセス中にガルバニック被覆１１（例えば亜鉛）と共に合金を形成して、有害なガスの急激な発生と、その結果の溶接の過度な多孔性を防止する合金化可能材料（例えば銅やニッケルなど）である。したがって、溶接プロセスを実行すると、第１と第２の金属部品１０と２０の間の溶接領域３１は合金材領域３２を含み得る。

したがって、第１と第２の金属部品１０と２０の間の溶接工程を実施するのに溶接具３０が用いられる場合はいつでも、材料層１２が適用されるのが好ましいことが理解されよう。溶接プロセス中、通常、接具３０が、静止している第１および第２の金属部品１０および２０に対して移動して、溶接作業を実施する。ただし、第１および第２の金属部品１０および２０が、静止している溶接具３０に対して移動して溶接作業を実施することもできる。あるいは、望むなら、第１および第２の金属部品１０および２０と溶接具３０が互いに同時に相対移動して溶接作業を実施することもできる。

特許法の規定に従って、本発明の原理および実施の態様が、好ましい実施形態として説明され図示されてきた。しかし、本発明は、その精神および範囲を逸脱することなく、具体的に説明され図示された以外にも実施することができることが理解されるべきである。

合金化可能材料などの材料層が第１の金属部品に塗布されている、本発明による方法の第１のステップを示す斜視図である。 図１に示された第１の金属部品および合金化可能材料層の一部の拡大断面立面図である。 第２の金属部品が、図１および図２に示された第１の金属部品に対して重ね合わさった関係に配置されている、本発明による方法の第２のステップを示す斜視図である。 第１と第２の金属部品が溶接具によって一体に溶接されている、本発明による方法の第３のステップを示す斜視図である。 図４に示された溶接具によって第１と第２の金属部品の間に形成された溶接接合部の一部の拡大断面立面図である。

符合の説明

１０ 第１の金属部品
１０ａ 対向面
１１ ガルバニック被覆
１２ 材料層
１３ 吹付け装置
１４ 吹付け流
２０ 第２の金属部品
３０ 溶接具
３０ａ エネルギー・ビーム
３１ 溶接領域
３２ 合金材領域

Claims (9)

1. （ａ）被覆がその上に施された表面を有する第１の金属部品を用意するステップと、
   （ｂ）ある表面を有する第２の金属部品を用意するステップと、
   （ｃ）ある材料を、（１）第１の金属部品の前記表面に施された前記被覆、または（２）第２の金属部品の前記表面の少なくともどちらかの一部分に吹き付けるステップと、
   （ｄ）第１の金属部品と第２の金属部品の前記両表面を重ね合わせの関係に配置するステップと、
   （ｅ）第１の金属部品と第２の金属部品を一体に溶接し、それによって、前記吹き付けられた材料が溶接プロセス中に前記被覆と反応する溶接プロセスを実施するステップと
   を含む、第１の金属部品と第２の金属部品を一体に溶接する方法。
2. 前記ステップ（ａ）が、第１の金属部品にガルバニック被覆を施すことによって実施される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ステップ（ａ）が、第１の金属部品に亜鉛またはその合金で形成される被覆を施すことによって実施される、請求項２に記載の方法。
4. 前記ステップ（ａ）が、第１の金属部品を鋼合金材料で形成することによって実施される、請求項１に記載の方法。
5. 前記ステップ（ｂ）が、第２の金属部品を鋼合金材料で形成することによって実施される、請求項１に記載の方法。
6. 前記ステップ（ｃ）が、第１の金属部品の表面に施された被覆の少なくとも一部分に、ある材料を吹き付けることによって実施される、請求項１に記載の方法。
7. 前記ステップ（ｃ）が、溶接プロセス中に被覆と共に合金を形成する材料を吹き付けることによって実施される、請求項１に記載の方法。
8. 前記ステップ（ｃ）が、液体状、粉状、または微粒子状いずれかの材料を吹き付けることによって実施される、請求項１に記載の方法。
9. 前記ステップ（ｅ）が、高エネルギー密度放射ビーム溶接プロセス、レーザ溶接プロセス、または電子ビーム溶接プロセスのいずれかを行うことによって実施される、請求項１に記載の方法。

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