JP2011045920A

JP2011045920A - 溶接方法

Info

Publication number: JP2011045920A
Application number: JP2009198078A
Authority: JP
Inventors: Jun Kitagawa; 純北川; Keiji Setoda; 啓志瀬戸田; Katsuya Matsumoto; 克也松本; Yusuke Muramatsu; 裕輔村松
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: JP5466903B2

Abstract

【課題】めっき材を溶接する際に、低コストでブローホールを低減できる溶接方法を提供すること。
【解決手段】めっき材Ｗ_１、Ｗ_２を溶接する溶接方法であって、プラズマアークＡにより溶融池Ｐを形成するとともに、この溶融池ＰのうちプラズマキーホールＰＫよりも溶接の進行方向側の領域に、めっき材Ｗ_１、Ｗ_２に対して略垂直にレーザＬを照射する。これにより、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールＬＫが形成される。したがって、レーザキーホールＬＫの熱によりめっきが気化すると、この気化しためっきは、レーザキーホールＬＫによって深くなる方向に押されるから、溶融池Ｐ内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。また、めっき材Ｗ_１、Ｗ_２を加工して突部を形成する必要がないので、低コストで溶接できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接方法に関する。詳しくは、めっき材を溶接する溶接方法に関する。

従来より、自動車の製造工程では、２枚の亜鉛めっき材をレーザ溶接することが行われている。
具体的には、２枚の亜鉛めっき材を重ねておき、この亜鉛めっき材にレーザを照射して、レーザの熱により溶接する（特許文献１参照）。

しかしながら、レーザ溶接で亜鉛めっき材を溶接しようとすると、鉄に比べて亜鉛の沸点が低いため、レーザの熱によりめっき材である亜鉛が気化し、この気化した亜鉛がビードの内部に留まって、ブローホールになる、という問題があった。

そこで、例えば、一方の亜鉛めっき材に複数の突部を形成し、この突部をスペーサとして亜鉛めっき材同士の間に隙間を形成し、この隙間から気化した亜鉛を逃がすことが行われる。

特開昭２００８−１６８３４９号公報

しかしながら、亜鉛めっき材に突部を形成すると、めっき材の加工にコストがかかるため、コストを低減することが要請されている。

本発明は、めっき材を溶接する際に、低コストでブローホールを低減できる溶接方法を提供することを目的とする。

本発明の溶接方法は、めっき材（例えば、後述のめっき材Ｗ_１、Ｗ_２）を溶接する溶接方法であって、プラズマアーク（例えば、後述のプラズマアークＡ）により溶融池（例えば、後述の溶融池Ｐ）を形成するとともに、当該溶融池のうちプラズマキーホール（例えば、後述のプラズマキーホールＰＫ）よりも溶接の進行方向側の領域にレーザ（例えば、後述のレーザＬ）を照射することを特徴とする。

移動するプラズマアークによる溶融池の内部では、溶融金属の対流が生じる。具体的には、この対流は、プラズマキーホールの前側からプラズマキーホールに向かって徐々に深くなる方向に流れて、その後、プラズマキーホールからこのプラズマキーホールの後方に向かって、徐々に浅くなる方向に流れている。
そこで、この発明によれば、溶融池のうちプラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の領域にレーザを照射した。
すると、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールが形成される。したがって、レーザキーホールの熱によりめっきが気化すると、この気化しためっきは、レーザキーホールによって深くなる方向に押されるから、溶融池内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。
また、めっき材を加工して突部を形成する必要がないので、低コストで溶接できる。

なお、プラズマキーホールの内部にレーザを照射した場合、気化しためっき材は、レーザキーホールにより深くなる方向に押されるにもかかわらず、プラズマキーホール内部の溶融金属の対流は、深くなる方向に流れていないため、対流に乗って後方に移動することが困難となる。よって、気化しためっき材が外部に排出されないうちに、溶融池の後端に到達し、ブローホールとなる。

ここで、特開昭６０−１４８６７０号公報には、本発明と同様な構成を有する溶接方法が示されている。すなわち、被溶接材に垂直にプラズマアークを発生させるとともに、このプラズマアークの後方から前方に向けて被溶接材に対して斜めに、溶融池よりも前方に向かってレーザを照射する。
しかしながら、この溶接方法をめっき材に適用すると、プラズマアークの後方から溶融池よりも前方に向けて斜めにレーザを照射するため、レーザキーホールは、プラズマキーホール外まで貫通してしまい、プラズマアークによる対流が生じていない部分に形成されることになる。すると、このレーザキーホールの熱によりめっきが気化しても、この気化しためっきが対流に乗らないので、気化しためっきがビードの裏に留まって、ブローホールとなってしまう。

この場合、前記溶融池内にワイヤ（例えば、後述のワイヤＷ）を挿入することが好ましい。

この発明によれば、溶融池内にワイヤを挿入したので、ワイヤを母材に溶かし込む熱量を確保できるので、良好な溶接となる。
これに対し、溶融池以外の場所にワイヤを挿入すると、ワイヤを溶かすための熱量が不足してしまい、ワイヤが十分に母材に溶け込まずに、溶接不良となりやすい。

この場合、前記ワイヤの先端が前記プラズマキーホールの内壁面に接するように、当該ワイヤを前記溶融池に挿入することが好ましい。

この発明によれば、ワイヤの先端がプラズマキーホールの内壁面に接するように、ワイヤを溶融池に挿入した。よって、ワイヤの溶滴がプラズマキーホールの内壁面を滑るように溶融池の内部に落下するので、ワイヤの溶滴がスパッタになるのを防止できるうえに、プラズマキーホールの熱により確実にワイヤを溶かすことができ、良好な溶接となる。
これに対し、プラズマキーホールの内部にワイヤを挿入すると、プラズマジェットによりワイヤの溶滴が吹き飛ばされたり、プラズマキーホールから気化しためっき材が蒸発しているため、この蒸気によりワイヤの溶滴が浮き上がったりして、スパッタの原因となるおそれがある。

本発明によれば、溶融池のうちプラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の領域にレーザを照射した。すると、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールが形成される。したがって、レーザキーホールの熱によりめっきが気化すると、この気化しためっきは、レーザキーホールによって深くなる方向に押されるから、溶融池内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。また、めっき材を加工して突部を形成する必要がないので、低コストで溶接できる。

本発明の一実施形態に係る溶接方法を説明するための図である。本発明の実施例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る溶接方法を説明するための図である。
本実施形態では、レーザ溶接装置１およびプラズマアーク溶接装置２を用いて、亜鉛めっき材Ｗ_１、Ｗ_２を重ねて溶接する。

まず、プラズマアーク溶接装置２によりプラズマアークＡを発生させる。プラズマアークＡは、溶接の進行方向の反対側に倒れる方向に傾いて、前進角がつけられている。プラズマアークＡを発生させると、このプラズマアークＡの周囲には、溶融池Ｐが形成される。この溶融池の中心部分は、プラズマキーホールＰＫとなっている。

また、プラズマアークＡによる溶融池ＰのうちプラズマキーホールＰＫよりも溶接の進行方向側の領域に、レーザ溶接装置１によりレーザＬを照射する。具体的には、レーザＬがめっき材Ｗ_１、Ｗ_２に対して略垂直になるようにする。すると、溶融池Ｐ内にレーザキーホールＬＫが形成される。
そして、溶融池Ｐ内にワイヤＷを挿入する。具体的には、ワイヤＷの先端がプラズマキーホールＰＫの後側の内壁面に接するようにする。

この状態で、レーザ溶接装置１、プラズマアーク溶接装置２、ワイヤＷを進行方向に移動する。

移動するプラズマアークによる溶融池の内部では、溶融金属の対流が生じる。具体的には、この対流は、図１中白抜き矢印で示すように、プラズマキーホールＰＫの前側からプラズマキーホールＰＫに向かって徐々に深くなる方向に流れて、その後、プラズマキーホールＰＫからこのプラズマキーホールＰＫの後方に向かって、徐々に浅くなる方向に流れている。

ここで、レーザキーホールＬＫの熱によりめっきである亜鉛が気化して、気化した亜鉛Ｚとなる。レーザキーホールＬＫは、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に形成されるため、この気化した亜鉛Ｚは、レーザキーホールＬＫによって深くなる方向に押されるから、図１中黒矢印で示すように、溶融池Ｐ内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。

［実施例］
以下、溶融池Ｐの３箇所にレーザを照射した場合について、スパッタ量や内部欠陥を評価した。
実験条件は、以下の通りである。
めっき材：ＪＡＣ５９０Ｒ（ｔ２．０）×ＪＡＣ５９０Ｒ（ｔ２．０）
レーザ出力：２．５ｋｗ
レーザ照射角度：０°（めっき材に対して垂直）
アーク極性：直流棒マイナス
プラズマ電流値：１００Ａ
プラズマ／シールドガス流量：１．０／１５ｌ／ｍｉｎ
ガス：Ａｒ
プラズマノズル径：φ２．０ｍｍ

以上の条件で、図２に示すように、レーザの照射位置をプラズマキーホールＰＫの前方の位置Ａとしたものを実施例１とし、レーザの照射位置をプラズマキーホールＰＫの中心Ｂとしたものを比較例１とし、レーザの照射位置をプラズマキーホールＰＫ内部で後寄りの位置Ｃとしたものを比較例２とした。
内部欠陥については、溶接部をＸ線撮影し、このＸ線写真により、目視で評価した。

その結果、実施例１では、スパッタが発生せず、内部欠陥も見られなかった。比較例１では、スパッタが少量発生したが、内部欠陥は見られなかった。比較例２では、スパッタが少量発生したうえに、内部欠陥も見られた。以上より、実施例１では、良好な溶接が得られることが判る。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）溶融池ＰのうちプラズマキーホールＰＫよりも溶接の進行方向側の領域に、めっき材Ｗ_１、Ｗ_２に対して略垂直にレーザＬを照射した。
すると、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールＬＫが形成される。したがって、レーザキーホールＬＫの熱により亜鉛が気化すると、この気化した亜鉛は、レーザキーホールＬＫによって深くなる方向に押されるから、溶融池Ｐ内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。

（２）溶融池Ｐ内にワイヤＷを挿入したので、ワイヤＷを母材に溶かし込む熱量を確保できるので、良好な溶接となる。

（３）ワイヤＷの先端がプラズマキーホールＰＫの内壁面に接するように、ワイヤＷを溶融池Ｐに挿入した。よって、ワイヤの溶滴がプラズマキーホールＰＫの内壁面を滑るように溶融池Ｐの内部に落下するので、ワイヤの溶滴がスパッタになるのを防止できるうえに、プラズマキーホールＰＫの熱により確実にワイヤ溶かすことができ、良好な溶接となる。

（４）ワイヤＷの先端がプラズマキーホールＰＫの後側の内壁面に接するように、ワイヤＷを溶融池Ｐに挿入した。よって、ワイヤＷの溶滴を溶融池Ｐの内部に確実に落とし込むことができる。ワイヤＷの先端がプラズマキーホールＰＫの前側の内壁面に接するように、ワイヤＷを溶融池Ｐに挿入すると、ワイヤＷの溶滴が飛ばされるおそれがある。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、レーザＬをめっき材Ｗ_１、Ｗ_２に対して略垂直になるように照射したが、これに限らない。すなわち、レーザを溶接の進行方向側に倒れる方向に傾けて、レーザに後退角をつけてもよい。このようにしても、溶融池内にレーザキーホールを形成できるため、本発明の効果を発揮できる。これに対し、レーザに前進角をつけると、溶融池内にレーザキーホールを形成できず、レーザキーホールにより気化した亜鉛が溶融池内の対流に乗りにくくなるため、ブローホールが発生するおそれがある。

本実施形態では、プラズマアークＡに前進角をつけたが、この前進角の大きさは適宜調整されてよい。これは、プラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の溶融池を確保するためである。これに対し、プラズマアークに後退角をつけると、プラズマアークの進行に対して亜鉛めっき材の溶融が遅れがちとなって、溶融池が後方に流れてしまい、プラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の溶融池を十分に確保できない。

Ａプラズマアーク
Ｐ溶融池
ＰＫプラズマキーホール
Ｌレーザ
Ｗワイヤ
Ｗ_１めっき材
Ｗ_２めっき材

Claims

めっき材同士を溶接する溶接方法であって、
プラズマアークにより溶融池を形成するとともに、当該溶融池のうちプラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の領域にレーザを照射することを特徴とする溶接方法。
請求項１に記載の溶接方法において、
前記溶融池内にワイヤを挿入することを特徴とする溶接方法。
請求項２に記載の溶接方法において、
前記ワイヤの先端が前記プラズマキーホールの内壁面に接するように、当該ワイヤを前記溶融池に挿入することを特徴とする溶接方法。