JP2008137012A - Laser beam welding method and laser beam welding system for surface treated steel sheet - Google Patents
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本発明は、表面処理鋼板のレーザ溶接方法とそれに用いるレーザ溶接システムに関し、特に合金化溶融亜鉛めっき鋼板等のめっき鋼板が下側となるような板組のもとでレーザ溶接を施すにあたり、めっき層の蒸発による二次的不具合を防止するべく溶接母材間に所定の隙間を確保した状態で溶接を施すようにした表面処理鋼板のレーザ溶接方法とそれに用いるレーザ溶接システムに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser welding method for a surface-treated steel sheet and a laser welding system used therefor, and in particular, when performing laser welding under a plate set such that a plated steel sheet such as an alloyed hot-dip galvanized steel sheet is on the lower side, plating is performed. The present invention relates to a laser welding method for a surface-treated steel sheet in which welding is performed in a state in which a predetermined gap is secured between weld base materials in order to prevent secondary problems due to evaporation of layers, and a laser welding system used therefor.
二枚以上の母材を重ね合わせた上でいわゆる重ね継手の形態でレーザ溶接を施す場合、少なくとも下側となる母材が例えば亜鉛めっき鋼板であると溶接時の熱でめっき層が蒸発して気体(亜鉛蒸気)となり、これが溶接ビード内に気泡(ポロシティ)となって残り、結果として溶接強度が低下することになる。なお、この現象は、亜鉛の融点が420℃程度で、鉄の融点1535℃に比べて著しく低いことが原因であるとされている。 When laser welding is performed in the form of a so-called lap joint after stacking two or more base materials, if the base material that is at least the lower side is, for example, a galvanized steel sheet, the plating layer evaporates due to heat during welding. This becomes gas (zinc vapor), which remains as bubbles in the weld bead, resulting in a decrease in welding strength. This phenomenon is attributed to the fact that the melting point of zinc is about 420 ° C., which is significantly lower than the melting point of iron, 1535 ° C.
この対策として、溶接母材間に物理的隙間を設けて、溶接中に発生した気泡を積極的に外部に排出することが有効であるが、上記隙間が大きすぎると逆に母材同士の溶着が阻害されることになるため、例えば特許文献1に記載のように溶接母材同士の重合部にスチールビーズ等の微細固体粒子を溶着固定等の手段にて介在させて、その状態で微細固体粒子を含む母材同士を上下から加圧することで溶接母材間の隙間の大きさを管理することが行われている。そして、その加圧状態をもって公知の方法でレーザビームを照射して溶接を施すことになる。
しかしながら、上記のように溶接母材間にスチールビーズ等の微細固体粒子を挟み込む方法では、溶接母材間に均一な隙間を確保することが反面、微細固体粒子を溶接母材に確実に固定することが困難であり、適用可能な溶接母材の形状に制約がある。 However, in the method of sandwiching fine solid particles such as steel beads between the welded base materials as described above, it is possible to ensure a uniform gap between the welded base materials, but securely fix the fine solid particles to the welded base material. This is difficult, and the shape of the applicable weld base material is limited.
より詳しくは、特許文献1に記載の技術では、溶接母材上に散布した微細固体粒子をレーザビームの照射にて溶着するようにしているものであるが、微細固体粒子そのものが転がりやすいために微細固体粒子の付着性または定着性が悪く、例えば溶接母材が傾斜部や所定の曲率を有した複雑な三次元形状の車体パネル等である場合には、微細固体粒子を散布してから溶着するまでの間に微細固体粒子が転がり、必要な部位に必要な量の微細固体粒子をとどめておくことが難しく、十分な効果を期待することができない。
More specifically, in the technique described in
例えば微細固体粒子の付着量または定着量が少ないと母材同士の間に必要な大きさの隙間を確保することができずになおもポロシティが発生するほか、微細固体粒子の付着量または定着量が多すぎると溶接ビードに穴あき、凹凸等の欠陥が発生して、必要な溶接強度を確保することができなくなる。 For example, if the amount of fine solid particles adhering or fixing is small, a gap of the required size cannot be secured between the base materials, and porosity still occurs, and the amount of fine solid particles adhering or fixing If the amount is too large, the weld bead will be perforated and defects such as irregularities will occur, making it impossible to ensure the required welding strength.
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、転がりやすい微細固体粒子に代えて低融点固形物を用いることで、上記従来技術の持つ不具合を解決しようとするものである。すなわち、本発明は溶接母材間に所定の隙間を確保するための間隙材として低融点固形物を用いることで、それ自体の溶接母材に対する付着性または定着性を改善し、複雑形状のパネルの溶接にも容易に適用することができるようにしたレーザ溶接方法とレーザ溶接システムを提供するものである。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and intends to solve the above-mentioned problems of the prior art by using a low-melting-point solid material instead of the fine solid particles that are easy to roll. That is, the present invention uses a low-melting-point solid material as a gap material for securing a predetermined gap between weld base materials, thereby improving the adhesion or fixability to the weld base material itself, and a panel having a complicated shape The present invention provides a laser welding method and a laser welding system that can be easily applied to the welding of a laser beam.
本発明は、表面処理鋼板が下側となるようにその表面処理鋼板を含む少なくとも二枚の母材同士を重ね合わせた上で重ね継手の形態でレーザ溶接を施す方法であって、いずれか一方の母材の接合面に、溶接時の熱的影響で溶融可能な低融点固形物が溶融したものを塗布して固化させ、母材同士を重ね合わせてその母材同士の間に低融点固形物を挟み込むことにより所定の隙間を確保した状態でレーザ溶接を施すことを特徴とする。 The present invention is a method of performing laser welding in the form of a lap joint after superposing at least two base materials including the surface-treated steel sheet so that the surface-treated steel sheet is on the lower side. Apply a solid melted low melting point solid that can be melted due to the thermal effect during welding to the joint surface of the base metal, solidify the base materials, and overlap the base materials with each other. Laser welding is performed in a state where a predetermined gap is secured by sandwiching an object.
本発明によれば、いずれか一方の母材の接合面に低融点固形物が溶融したものを塗布して固化させることで定着保持させるようにしているので、母材の形状を問わず間隙材として機能することになる低融点固形物の定着保持性が良く、必要な部位に必要な量の低融点固形物をとどめておくことができることから、その低融点固形物による溶接母材間の隙間確保が確実に行え、ポロシティの発生や溶接強度不足の発生を未然に防止して溶接品質が向上する。 According to the present invention, since the low melting point solid is melted on the joining surface of any one of the base materials and solidified by being solidified, the gap material is used regardless of the shape of the base material. The low-melting-point solid that will function as a good fixing retention and can retain the required amount of the low-melting-point solid in the required part, so the gap between the welded base metal due to the low-melting solid Securement can be ensured, and it is possible to prevent the occurrence of porosity and insufficient welding strength and improve the welding quality.
また、低融点固形物が溶接時の熱的影響で溶け出して拡がり、母材同士の隙間を埋めることになるので、溶接によりめっき層等の表面処理層が剥離または薄くなった場合でもその部分を溶け出した低融点固形物が覆うことで防錆性能が回復し、防錆性の向上に寄与できる。 In addition, since the low melting point solid material melts and spreads due to the thermal effect during welding and fills the gaps between the base materials, even if the surface treatment layer such as the plating layer is peeled or thinned by welding The low-melting-point solid material that melts out rust covers the rust-proof performance and can contribute to the improvement of the rust-proof property.
図1以下の図面は本発明に係るレーザ溶接方法のより具体的な実施の形態を示しており、特に図1はそのレーザ溶接に供される溶接システム全体の概略を示している。 1 and the following drawings show a more specific embodiment of the laser welding method according to the present invention, and in particular, FIG. 1 shows an outline of the whole welding system used for the laser welding.
ここでは、表面処理鋼板であるところの例えば合金化溶融亜鉛めっき鋼板を母材として二枚の母材W1,W2同士を重ね継手の形態で連続的に溶接する場合を示しており、実際の溶接に先立って二枚の母材W1,W2同士の間に微小隙間を確保する手段に特徴がある。 Here, a case where two base materials W1 and W2 are continuously welded in the form of a lap joint using, for example, an alloyed hot-dip galvanized steel plate as a base material, which is a surface-treated steel plate, is shown. Prior to this, there is a feature in means for securing a minute gap between the two base materials W1, W2.
そして、母材W1,W2同士を重ね合わせた状態で直線状の溶接線Lwに沿って連続溶接を施すことを前提とした場合、下側の母材W1に上側の母材W2を重ね合わせる前に、その下側の母材W1上に、母材W1,W2同士に間に所定の隙間G(図2参照)を確保するための間隙材として低融点固形物1を付着または定着保持させる。より具体的には、図2に示すように、下側の母材W1上において溶接線Lwの両側近傍の複数箇所にその溶接線Lwをはさんで互いに対向するように低融点固形物1を点状に付着または定着保持させる。
And when it presupposes performing continuous welding along the linear welding line Lw in the state which piled up base materials W1 and W2, before superposing upper base material W2 on lower base material W1 On the lower base material W1, the low-melting-point
ここで使用する低融点固形物1としては、溶接時の伝導熱で溶融して液体となる一方で常温では固体となるような融点が80℃以下の低融点固体材料、例えばろう材やパラフィンワックス等とする。
The low-melting-point
低融点固形物1を下側の母材W1上に付着または定着保持させる手段としては、図1に示すように低融点固形物1を溶融状態としたもの(ここでは、低融点固形物の溶融液1aと称する)を保温機能付きのタンク2に貯留しておく一方、塗布手段として機能するシーリングロボット3には塗布ガン4を持たせて、タンク2から定量供給される低融点固形物の溶融液1aをそのシーリングロボット3の自律動作により下側の母材W1上に点状に塗布する。そして、低融点固形物の溶融液1aを塗布したならば所定時間そのまま放置し、低融点固形物の溶融液1aが固化または凝固して低融点固形物1と化するのを待つ。この低融点固形物1は、下側の母材W1上にて固化または凝固する過程で強固に固定されて定着保持されることから、例えば下側の母材W1が複雑な三次元形状を呈していたとしても、その母材W1上での低融点固形物1の移動を未然に防止して、溶接までの間、所定の位置に低融点固形物1を安定してとどめておくことができる。
As a means for attaching or fixing and holding the low melting point solid 1 on the lower base material W1, the low melting point solid 1 is melted as shown in FIG. 1 (here, the low melting point solid is melted). (Referred to as liquid 1a) is stored in a
ここで、低融点固形物1の配置位置としては、溶接による母材W1,W2の溶融の影響を直接受けることなく、且つ溶接により発生した伝導熱で溶け始める温度(先に述べたように、低融点固形物1の融点を80℃以下としているので、ここでは温度は100℃以下)まで上昇する位置が望ましい。本発明者が種々実験を行った結果では、図3に示すように溶接線Lwたる溶接ビードBeからの距離mとしておおよそm=5mm以内の範囲が好ましいことが判明した。なお、同図における符号Pは溶接に伴う熱的影響で母材W1,W2の表面のめっき層が剥離または薄くなる範囲を示している。 Here, the arrangement position of the low melting point solid 1 is not directly affected by the melting of the base materials W1 and W2 by welding, and starts to melt by the conduction heat generated by welding (as described above, Since the melting point of the low-melting-point solid 1 is 80 ° C. or lower, the position where the temperature rises to 100 ° C. or lower is desirable here. As a result of various experiments conducted by the present inventor, it has been found that a range of approximately m = 5 mm or less is preferable as the distance m from the weld bead Be as the weld line Lw as shown in FIG. In addition, the code | symbol P in the figure has shown the range from which the plating layer of the surface of base material W1, W2 peels or becomes thin with the thermal influence accompanying welding.
また、低融点固形物1による母材W1,W2同士の間の隙間Gの量を正確且つ容易に制御するためには、低融点固形物1に例えばガラスビーズのほか、酸化チタンやアルミナ等のいわゆる無機酸化物の微小固体粒子を予め混ぜ合わせておくのが望ましい。この場合、低融点固形物1に混ぜる微小固体粒子の融点は低融点固形物1のそれよりも高いものとする。また、低融点固形物1の塗布膜厚を例えば100〜200μm程度としたならば、それに混ぜ合わせるガラスビーズや酸化チタン等の微小固体粒子の粒径は50〜100μm程度とするのが望ましい。 In addition, in order to accurately and easily control the amount of the gap G between the base materials W1, W2 due to the low melting point solid 1, the low melting point solid 1 may be made of, for example, glass beads, titanium oxide, alumina or the like. It is desirable to mix so-called inorganic oxide fine solid particles in advance. In this case, the melting point of the fine solid particles mixed in the low melting point solid 1 is higher than that of the low melting point solid 1. Moreover, if the coating film thickness of the low melting point solid 1 is set to about 100 to 200 μm, for example, it is desirable that the particle size of the fine solid particles such as glass beads and titanium oxide to be mixed is about 50 to 100 μm.
こうして下側の母材W1上に点状に低融点固形物1を定着保持させたならば、それらの上から上側の母材W2を重ね合わせて、二枚の母材W1,W2同士の間に複数の点状の低融点固形物1を介在させる。この時、上側の母材W2を重ね合わせたとしても複数の低融点固形物1は不動であり、上下の母材W1,W2同士の間に介在して、低融点固形物1の塗布厚に相当する所定の隙間Gが上下の母材W1,W2間に確保されることになる。
When the low melting point
この状態で、図2に示すように、母材W1,W2とレーザ加工ヘッド7とを相対移動させて(図2での相対移動方向は紙面と直交方向)、例えば母材W1,W2側を固定側としたならばレーザ加工ヘッド7を溶接線Lwに沿って所定速度で連続的に移動させて、上側の母材W2側よりレーザビーム8を照射することにより母材W1,W2同士を溶接する。より具体的には、図1に示すように、レーザ溶接手段たる溶接ロボット5のアーム6先端に持たせたレーザ加工ヘッド7を溶接線Lwに沿って連続的に移動させることにより母材W1,W2同士を溶接する。なお、必要に応じて溶接線Lwの近傍を図示外のクランプ手段にて加圧拘束したり、あるいはレーザ加工ヘッド7に予め付帯させてある加圧ピンや加圧ローラにて溶接線Lwの近傍を加圧拘束するものとする。
In this state, as shown in FIG. 2, the base materials W1 and W2 and the
この場合において、溶接対象となる母材W1,W2同士が合金化溶融亜鉛めっき鋼板であるため、溶接部での母材W1,W2自体の溶融に伴いその母材W1,W2の表面のめっき層が蒸発してガス(亜鉛蒸気)が発生することは周知のとおりであるが、これらのガスは母材W1,W2同士の間に予め確保されている隙間Gを通して外部にスムーズに排出されることから、溶接ビードBe(図3参照)にポロシティや未溶着等の不具合が発生することはない。 In this case, since the base materials W1 and W2 to be welded are alloyed hot-dip galvanized steel plates, the plating layers on the surfaces of the base materials W1 and W2 are melted as the base materials W1 and W2 themselves melt at the welded portion. As is well known, gas (zinc vapor) is generated by evaporation of these gases, but these gases are smoothly discharged to the outside through a gap G secured in advance between the base materials W1 and W2. Therefore, defects such as porosity and non-welding do not occur in the weld bead Be (see FIG. 3).
その一方、溶接の開始点や終了点(溶接ビードBeの始終端部)では溶接状態が不安定となり、溶接不良や穴あき等の不具合が発生しやすいことが知られており、特に溶接線Lwに変化をつけた場合や溶接線Lwが短い場合(例えば溶接線Lwの長さが30mm以下となった場合)にはその傾向が一段と顕著となる。 On the other hand, it is known that the welding state becomes unstable at the start and end points of welding (the start and end portions of the weld bead Be), and problems such as poor welding and perforation are likely to occur. When the welding line Lw is changed or when the welding line Lw is short (for example, when the length of the welding line Lw is 30 mm or less), the tendency becomes more remarkable.
本実施の形態では、溶接に伴って発生する熱(伝導熱)の影響で溶接線Lwたる溶接ビードBeの周辺が温められるため、それまで母材W1,W2同士の間に隙間Gを確保するための間隙材として機能していた低融点固形物1が溶け出して上記隙間Gに拡がることで当該隙間Gを埋めることとなり、結果的に母材W1,W2同士の密着性が向上することになる。
In the present embodiment, since the periphery of the weld bead Be, which is the weld line Lw, is warmed by the influence of heat (conduction heat) generated during welding, a gap G is secured between the base materials W1 and W2 until then. The low-melting-point
その上、低融点固形物1が溶け出して上記隙間Gに拡がることで、とかく溶接不良を起こしやすい溶接線Lw(溶接ビードBe)の始終端部をも覆うことから、例えば一旦は穴あき等が発生した場合でも溶け出した低融点固形物1が穴埋めをする役目をすることになる。さらに、母材W1,W2同士の接合面において上記のように溶接時の熱的影響を受けた部分では、めっき層が薄くなったり剥離したりして防錆性能が低下することになる(図3に符号Pを付した部分)。その一方、上記のように溶け出した低融点固形物1がめっき層が薄くなったり剥離した部分Pを覆うことになるため、防錆性能が回復し、防錆性能を低下をもたらさないで済むことになる。
In addition, since the low-melting-point
ここで、本発明者はポロシティの発生防止の観点から溶接線Lwに対する低融点固形物1の最適な配置を実験によって求めてみた。 Here, the present inventor tried to find the optimal arrangement of the low-melting-point solid 1 with respect to the weld line Lw from the viewpoint of preventing the occurrence of porosity.
母材は板厚が1.0mmの合金化溶融亜鉛めっき鋼板(SP783)とし、二枚の母材を重ね継手の形態でレーザ溶接を行った。使用したレーザはYAGレーザで出力3.6kWとし、溶接速度は5m/minとした。 The base material was an alloyed hot-dip galvanized steel sheet (SP783) with a plate thickness of 1.0 mm, and the two base materials were laser welded in the form of a lap joint. The laser used was a YAG laser with an output of 3.6 kW and a welding speed of 5 m / min.
図4の(A)のパターン(1)に示すように、直線型の溶接線Lw(溶接ビードBe)の場合であって、且つその溶接線Lwの長さが10mm以下の場合には、溶接線Lwの延長線上においてその始終両端部に低融点固形物1を配置するか、または溶接線Lwをはさんで対称に配置するとポロシティの発生がないことが判明した。
As shown in the pattern (1) in FIG. 4A, in the case of a linear weld line Lw (weld bead Be) and the length of the weld line Lw is 10 mm or less, welding is performed. It has been found that no porosity is generated when the low-melting-
一方、直線型の溶接線Lwの場合であって、且つその溶接線Lwが長さが10mm〜30mm程度と長くなった場合には、図4の(A)のパターン(2)に示すように、溶接線Lwの延長線上の始終両端部に加えて、長手方向中央部に溶接線Lwをはさんで対称に低融点固形物1を配置するとポロシティの発生がないことが判明した。なお、溶接線Lwの長さが30mm以上に一段と長くなる場合には、10〜15mmのスパンで対称配置の低融点固形物1の数を増やすことで対処する。また、図4の(A)にパターン(2)として示した低融点固形物1の配置は、パターン(1)のように溶接線Lwの長さが10mm以下の場合にも適用可能である。
On the other hand, in the case of the linear weld line Lw and the length of the weld line Lw is as long as about 10 mm to 30 mm, as shown in a pattern (2) in FIG. It has been found that when the low melting point solid 1 is placed symmetrically across the weld line Lw at the center in the longitudinal direction in addition to the both ends of the weld line Lw on the extended line, no porosity is generated. In addition, when the length of the welding line Lw becomes longer to 30 mm or more, it copes with increasing the number of the low melting point
一方、同図の(B)に示すように、溶接線Lwがφ8〜10mm程度のO型あるにはC字型の場合には、溶接線Lwのサークルの中央部に低融点固形物1を配置するとポロシティの発生がないことが判明した。さらに、溶接線Lwのサークル径がさらに大きい場合には、同図(B)の右端に示すように、サークルの中央部に加えて始終端部にも低融点固形物1を配置すると、ポロシティの発生防止の上で有効であることが判明した。
On the other hand, as shown in (B) of the figure, when the weld line Lw is O-shaped with a diameter of about 8 to 10 mm or C-shaped, the low-melting-point
また、同図の(C)に示すように、溶接線Lwがφ4〜5mm程度の不完全サークルを二つつなぎ合わせたようないわゆるS字型の場合には、各サークルの中央部に低融点固形物1を配置するか、または各サークルの中央部の配置に加えて溶接線Lwの始終端部に低融点固形物1を配置するとポロシティの発生がないことが判明した。
Also, as shown in (C) of the figure, in the case of a so-called S-shape in which two incomplete circles having a weld line Lw of about 4 to 5 mm are connected, a low melting point is formed at the center of each circle. It has been found that when the
なお、上記実施の形態では、母材W1,W2が共に合金化溶融亜鉛めっき鋼板である場合の板組について説明したが、少なくとも下側の母材W1がめっき鋼板等の表面処理鋼板でさえあれば他の板組の溶接にも本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the plate assembly in which the base materials W1 and W2 are both alloyed hot-dip galvanized steel plates has been described. However, at least the lower base material W1 may be a surface-treated steel plate such as a plated steel plate. For example, the present invention can be applied to welding other plate sets.
1…低融点固形物
3…シーリングロボット(塗布手段)
4…塗布ガン
5…溶接ロボット
7…レーザ加工ヘッド
8…レーザビーム
Be…溶接ビード
G…隙間
Lw…溶接線
W1…母材(合金化溶融亜鉛めっき鋼板)
W2…母材(合金化溶融亜鉛めっき鋼板)
1 ... Low melting point solid 3 ... Sealing robot (coating means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ...
W2 ... Base material (alloyed hot-dip galvanized steel sheet)
Claims (6)
いずれか一方の母材の接合面に、溶接時の熱的影響で溶融可能な低融点固形物が溶融したものを塗布して固化させ、
母材同士を重ね合わせてその母材同士の間に低融点固形物を挟み込むことにより所定の隙間を確保した状態でレーザ溶接を施すことを特徴とする表面処理鋼板のレーザ溶接方法。 A method of performing laser welding in the form of a lap joint after overlapping at least two base materials including the surface-treated steel sheet so that the surface-treated steel sheet is on the lower side,
Apply and solidify the melted low melting point solid that can be melted by the thermal effect during welding on the joint surface of either one of the base materials,
A laser welding method for a surface-treated steel sheet, characterized in that laser welding is performed in a state in which a predetermined gap is secured by superposing base materials and sandwiching a low melting point solid material between the base materials.
下側となる母材の上に低融点固形物が溶融したものを塗布する塗布手段と、低融点固形物が固化した後に下側の母材の上に上側となる母材を重ね合わせた状態で当該上側の母材側よりレーザビームを照射してレーザ溶接を施すレーザ溶接手段と、を備えていて、
上記レーザ溶接手段は、上下の母材同士の間に低融点固形物の厚みに相当する隙間が確保されている状態で予め設定されている溶接線に沿ってレーザ溶接を施すものであることを特徴とするレーザ溶接システム。 A laser welding system used for the laser welding method according to claim 1,
A state in which the upper base material is overlaid on the lower base material after the low melting point solid has solidified after the low melting point solid material is applied on the lower base material. And laser welding means for performing laser welding by irradiating a laser beam from the upper base metal side,
The laser welding means performs laser welding along a preset welding line in a state where a gap corresponding to the thickness of the low melting point solid is secured between the upper and lower base materials. A featured laser welding system.
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