JP2014018804A - 片側溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インダイレクトスポット溶接工程の後にレーザ溶接を行う方法で母材よりも低融点の被覆材により被覆された金属板をレーザ溶接する際に、金属板間の健全な接合部を安定して得ることが可能な片側溶接方法を提供する。
【解決手段】本発明の片側溶接方法は、２枚以上の金属板を重ね合わせた部材１に対し、前記部材の一方の面側に位置する金属板１１に、先端部が曲面形状であり、該曲面形状の曲率半径が３０〜１００ｍｍである溶接電極を加圧しながら押し当て、前記部材の他方の面側に給電端子を取り付け、前記溶接電極と前記給電端子との間で通電して前記部材のインダイレクトスポット溶接を行う工程と、前記インダイレクトスポット溶接により形成された前記部材のインダイレクトスポット溶接部１３Ａ又はその周囲に、前記部材１の一方の面側からレーザ光Ｌを照射して前記部材のレーザ溶接を行う工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、２枚以上の金属板を重ね合わせた部材に対し、片面側からインダイレクトスポット溶接を行い、引き続きレーザ溶接を行う片側溶接方法に関する。

２枚以上の金属板を重ね合わせた部材に対し、片面側からレーザ光を照射して金属板を溶融させて溶接する、レーザ溶接がある。特に近年、反射鏡の角度を変えることで溶接位置を瞬時に変化させることにより高速で溶接できるリモートレーザ溶接が自動車製造などにおいて広く用いられている。

亜鉛めっき鋼板を重ねた部材をレーザ溶接すると、亜鉛鍍金は母材よりも低融点であり約９００℃で蒸発を始め、被覆材蒸気としての亜鉛蒸気が亜鉛めっき鋼板間に発生する。そして、亜鉛蒸気が溶融金属を吹き飛ばす爆飛やスパッタが激しく発生し、溶接ビードにピットやブローホールが多発するなどの、好ましくない現象が生じることが知られている。この被覆材蒸気を逃すために、亜鉛めっき鋼板間に間隙を設けた場合、間隙が広すぎると溶け落ちが起こり、間隙が狭すぎると蒸気を十分に逃すことができず、ブローホール発生などの問題が生じてしまう。

そこで、亜鉛めっき鋼板などの、母材よりも低融点の被覆材により被覆された金属板同士を溶接する際に、金属板を重ねた部材に対して、予備工程を行った後にレーザ溶接を行う技術がある。

例えば、特許文献１には、亜鉛めっき鋼板をレーザ溶接する際に、亜鉛めっき鋼板の間に多孔質シートをあらかじめ挟み込むことで、亜鉛めっき鋼板間に微小な間隙を確保しつつ、レーザによる加熱で生じた亜鉛蒸気を多孔質シートの内部を通過させて外部へ逃す方法が開示されている。

また、特許文献２には、エネルギー密度の低い半導体レーザを第１のレーザ光として照射して余熱し、該予熱により溶融金属の爆飛が起こらない状態で亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ部の亜鉛めっきを蒸発除去し、その後にエネルギー密度の高い第２のレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接方法が開示されている。

また、特許文献３には、まず重ね合わせた亜鉛めっき鋼板に対して片側から抵抗溶接電極を押し当ててシリーズスポット溶接を行ない、鋼板間の板隙を無くし、亜鉛めっきの蒸発に起因する爆飛を抑えて、溶接領域の亜鉛めっきを蒸発除去する工程と、その後レーザ光をインフォーカス又はデフォーカス状態で照射し、亜鉛めっき除去領域をその周囲に徐々に広げるレーザ光照射工程と、レーザ光照射工程で亜鉛めっきを蒸発除去した領域の内縁に沿ってレーザ溶接を行なう工程と、を含むレーザ溶接方法が記載されている。

さらに、特許文献４には、１枚の薄板亜鉛めっき鋼板と、その片側表面に重ね合わせた２枚の厚板亜鉛めっき鋼板の計３枚の鋼板を溶接する場合に、ダイレクトスポット溶接の後にレーザ溶接を行う鋼板の重ね溶接方法が記載されている。先に行うスポット溶接工程により、厚板−厚板間に溶融凝固した部分であるナゲットを形成すると共に薄板−厚板間の亜鉛めっきを蒸発除去し、続いて亜鉛めっきを蒸発除去した領域にレーザ溶接を行うことで、亜鉛めっきの蒸発に起因する爆飛を抑えて、良好な溶接継手を得ることができる溶接方法が開示されている。

特開平４−２８８９８６号公報 特開２００３−９４１８４号公報 特開２００６−１１０５６５号公報 特開２０１０−２６４５０３号公報

特許文献１に記載の技術では亜鉛めっき鋼板間に多孔質シートを挟み込む工程と、該多孔質シートの材料費とがコスト増大要因となる。特許文献２に記載の技術では、重ね合わせた亜鉛めっき鋼板間に実質的に存在する間隙については何ら処理がなされていない。このため、レーザ照射される側の鋼板のめっきを蒸発除去する上では有効かもしれないが、他方の鋼板側のめっきを十分蒸発することはできず、安定的なレーザ溶接を実施できるとは考えにくい。

特許文献３に記載された技術では、シリーズスポット溶接工程において鋼板間の板隙をなくす効果と亜鉛めっき蒸発除去の効果の両方を挙げながら、続くレーザ光照射工程において再度めっきの蒸発除去を続けている。これは、シリーズスポット溶接では、重ね合わせた金属板に対し金属板の一方の面における互いに離隔した位置に２つの溶接電極を加圧押圧させて通電するため、電流は主に電極を押し当てた金属板に流れ、他方の金属板に流れる電流は小さくなり、金属板間で上手く発熱が生じず、溶融が不十分となるためである。つまり、シリーズスポット溶接は、レーザ溶接前の予備工程としては不十分である。

また、ダイレクトスポット溶接後にレーザ溶接を行う特許文献４に記載の技術では、溶接電極が金属板を重ね合わせた部材の両面を加圧押圧するため、例えば自動車製造などにおいては、十分なスペースがない場合や、閉断面構造で金属板を上下から挟むことができない場合も多く、ダイレクトスポット溶接は片面側からの溶接に比べると作業性や汎用性に劣る。

つまり、従来技術では、亜鉛めっき鋼板、アルミニウム合金めっき鋼板、亜鉛ニッケル系めっき鋼板のような母材よりも低融点の被覆材により被覆された金属板を重ね合わせた部材に対して、作業性や汎用性を確保しつつ、レーザ溶接により低コストで健全な接合部を安定的に得る片側溶接を実施することができない。

そこで、本発明者らは、金属板を重ねた部材に対してレーザ溶接を行う前の予備工程として、インダイレクトスポット溶接を先に行うことで、金属板間のレーザ溶接したい部位とその周辺において亜鉛めっきなどの被覆材を十分に蒸発除去すると共に金属板間の間隙を狭窄し、その後に、インダイレクトスポット溶接によって金属板間が溶接された部位であるインダイレクトスポット溶接部に対してレーザ溶接することで健全な接合部を安定して得ることができる片側溶接方法について、検討を行った。

ここで、インダイレクトスポット溶接とは、ＪＩＳ Ｚ ３００１に規定されるスポット溶接であり、２枚以上の金属板を重ね合わせた部材の一方の面側に位置する金属板に溶接電極を加圧しながら押し当て、他方の面側の溶接電極から離隔した部位に給電端子を取り付けて、溶接電極と給電端子との間を通電して溶接を行うことができる。そのため、重ね合わせた金属板に電極を加圧接触した部位で金属板間を通電する電流がシリーズスポット溶接と比較して大きくなるので、シリーズスポット溶接よりも金属板間の溶融を確実に行なうことができる。つまり、インダイレクトスポット溶接は、シリーズスポット溶接よりは、レーザ溶接前の予備工程として適していると考えられる。また、インダイレクトスポット溶接は、ダイレクトスポット溶接と異なり、片面側から溶接が行えるため作業性や汎用性も高い。

しかしながら、本発明者らの検討によると、インダイレクトスポット溶接部に対してレーザ照射してレーザ溶接を行う場合でも、インダイレクトスポット溶接工程で溶接電極を押圧することにより形成された金属板表面の溶接痕の形状に依存して、レーザ溶接が適切に行なえない場合があることが判明した。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、インダイレクトスポット溶接工程の後にレーザ溶接を行う方法で母材よりも低融点の被覆材により被覆された金属板をレーザ溶接する際に、金属板間の健全な接合部を安定して得ることが可能な片側溶接方法を提供することを目的とする。

さて、発明者らは、上述の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。

（１）レーザ溶接の品質を確保するには、加工部位である溶接面に対するレーザビーム照射角度を９０°±２０°程度の範囲に保つ必要があるため、顕著に凹んだ溶接痕にレーザ照射して、レーザ溶接を行うのは困難である。特に近年自動車製造に適用が進むリモートレーザ溶接方法のように反射鏡の角度を変えることで溶接位置を瞬時に変化させるレーザ溶接方法では、溶接位置により照射角度が変化していくため、溶接痕が顕著に凹んだ状態では満足な溶接品質を得ることができない。かかるレーザビーム照射角度を確保するためには、インダイレクトスポット溶接に用いる溶接電極の先端部は、曲面形状でその曲率は３０〜１００ｍｍでなければならない。

（２）上記形状の溶接電極を用いたインダイレクトスポット溶接は、顕著に凹んだ状態の溶接痕を形成しないうえ、同様な形状の溶接電極を用いたシリーズスポット溶接と比較すると、ナゲットを安定して得ることができ、金属板間の間隙をなくす効果と被覆材の蒸発除去の効果との両方を得ることもできる。

（３）さらに、インダイレクトスポット溶接は電極の加圧力、通電する電流に関して通電開始から通電終了までの時間帯を最初の時間帯である第１の時間帯ｔ_１と、次の時間帯である第２の時間帯ｔ_２とに区分し、第１の時間帯ｔ_１では、加圧力Ｆ_１で加圧し、かつ電流値Ｃ_１で通電し、第２の時間帯ｔ_２ではＦ_１よりも低い加圧力Ｆ_２で加圧し、かつＣ_１よりも高い電流値Ｃ_２で通電して溶接を行うことにより、上記（２）の効果をより効果的に得ることができる。

本発明は、上記の知見に立脚するものである。すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。

本発明の片側溶接方法は、
２枚以上の金属板を重ね合わせた部材に対し、
前記部材の一方の面側に位置する金属板に、先端部が曲面形状であり、該曲面形状の曲率半径が３０〜１００ｍｍである溶接電極を加圧しながら押し当て、
前記部材の他方の面側に位置する金属板の、前記溶接電極から離隔した部位に給電端子を取り付け、
前記溶接電極と前記給電端子との間で通電して前記部材のインダイレクトスポット溶接を行う工程と、
前記インダイレクトスポット溶接により形成された前記部材のインダイレクトスポット溶接部又は該インダイレクトスポット溶接部の周囲に、前記部材の一方の面側からレーザ光を照射して前記部材のレーザ溶接を行う工程と、
を有することを特徴とする。

また、本発明において、前記溶接電極を２００Ｎ〜２０００Ｎで加圧しながら押し当てることが好ましい。

また、本発明において、インダイレクトスポット溶接を行う工程では、
前記溶接電極の加圧力及び前記通電する電流値に関して、通電開始から通電終了までの時間帯を最初の時間帯である第１の時間帯ｔ_１と、次の時間帯である第２の時間帯ｔ_２とに区分し、
前記第１の時間帯ｔ_１では加圧力Ｆ_１で加圧し、かつ電流値Ｃ_１で通電し、
前記第２の時間帯ｔ_２では加圧力Ｆ_１よりも低い加圧力Ｆ_２で加圧し、かつ前記電流値Ｃ_１よりも高い前記電流値Ｃ_２で通電して溶接を行うことが好ましい。

また、本発明において、レーザ溶接は、
レーザビームをミラーにより反射させることにより、前記レーザビームを前記インダイレクトスポット溶接部又は前記インダイレクトスポット溶接部の周囲に誘導して溶接を行うリモートレーザ溶接であることも好ましい。

本発明の片側溶接方法によれば、インダイレクトスポット溶接に用いる溶接電極を所定の形状としたので、インダイレクトスポット溶接工程の後にレーザ溶接を行う方法で母材よりも低融点の被覆材により被覆された金属板をレーザ溶接する際に、金属板間の健全な接合部を安定して得ることが可能となった。

本発明の一実施形態に従う片側溶接方法におけるレーザ照射位置を示す図であり、（ａ）は溶接部の断面図であり、（ｂ）は溶接部の上面図である。 本発明の一実施形態に従う片側溶接方法における、インダイレクトスポット溶接工程を説明する図である。 本発明の一実施形態に従う片側溶接方法のインダイレクトスポット溶接工程を説明する図であって、（ａ）は通電時間と加圧力との関係の一例を示すグラフ、（ｂ）は通電時間と電流値との関係の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に従う片側溶接方法に用いる溶接電極２１の先端部形状である。

以下、図１〜図４を参照しつつ本発明の一実施形態を説明することにより、本発明をより詳細に説明する。

本発明の一実施形態に従う片側溶接方法は、２枚以上の金属板を重ね合わせた部材１（図１）に対し、後述のインダイレクトスポット溶接を行なう工程と、部材１のインダイレクトスポット溶接部１３Ａに対してレーザ光Ｌを照射してレーザ溶接を行う工程と、を有する。

（インダイレクトスポット溶接工程）
ここで、図２を用いて、本実施形態における上記インダイレクトスポット溶接工程を具体的に説明する。２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね合わせて、それぞれを上側鋼板１１と下側鋼板１２とする。上側鋼板１１と下側鋼板１２とを重ね合わせた部材１に対してインダイレクトスポット溶接を行なう。下側鋼板１２には支持構造２３が付帯し、これは下側鋼板１２とは別個の剛体構造あるいは下側鋼板１２自体の形状により剛性を付与した形態のどちらでもよい。支持構造２３の支持間隔長ｄは、例えば３００ｍｍ以下とすればよい。下側鋼板１２の溶接電極２１の反対側には中空２４が存在してもよい。部材１に対し、部材１の一方の面側に位置する金属板である上側鋼板１１に、先端部が曲面形状であり、該曲面形状の曲率半径が３０〜１００ｍｍである溶接電極２１を加圧しながら押し当てる。また、下側鋼板１２の、溶接電極２１から離隔した部位である支持構造２３の横部に、給電端子としてのアース電極２２を取り付ける。そして、溶接電極２１とアース電極２２との間で通電して部材１のインダイレクトスポット溶接を行う。

溶接電極２１の直下で上側鋼板１１及び下側鋼板１２の溶接された部位がインダイレクトスポット溶接部１３Ａである。この溶接部１３Ａは一般的に、中心部はナゲット（溶融凝固した部分）からなり、周辺部はコロナボンド（固相溶接されたリング状の部分）からなる。破線Ｐは、溶接時の通電経路をイメージしたものであり、通電経路において電気抵抗による発熱が生じ、インダイレクトスポット溶接部１３Ａが形成される。なお、溶接電極２１およびアース電極２２はインバータ直流式電流制御装置２６に接続されており、所望の電流波形で通電することができるようになっている。また、溶接電極２１に加圧力を与える加圧制御装置２５はサーボモータ駆動式であり、溶接中に所望の加圧力で加圧できるようになっている。

なお、アース電極２２の取り付け位置は、下側鋼板１２の溶接電極２１から離隔した部位であれば、図２の位置には限定されない。

ここで本発明の特徴的構成は、溶接電極２１の先端部が曲面形状であり、該曲面形状の曲率半径を３０ｍｍ〜１００ｍｍとする点にある。ここで、「溶接電極の先端部」とは、溶接電極の表面のうち、加圧押圧によって金属板の表面と接触しうる部位を意味する。溶接電極２１の先端部の曲率半径が３０ｍｍ未満だと、インダイレクトスポット溶接中に溶接電極２１が押し当たることにより形成される溶接痕が顕著に凹んだ形状となり、その結果、後にレーザ溶接を行なう際に溶接面に対するレーザビーム照射角度９０°±２０°を保つことができなくなる。そのため、レーザ溶接により亜鉛めっき鋼板間に健全な接合部を安定して形成することができない。また、溶接電極２１の先端部の曲率半径が１００ｍｍ超えであると、溶接電極２１と上側鋼板１１の接触面積が大きくなり過ぎ、抵抗発熱に十分な電流密度が得られないため、亜鉛めっきを蒸発除去する効果が十分に得られない。この場合もレーザ溶接により亜鉛めっき鋼板間に健全な接合部を安定して形成することができない。

（レーザ溶接工程）
次に、レーザ溶接工程について説明する。レーザ溶接工程では、インダイレクトスポット溶接部１３Ａに対してレーザ光を照射することにより鋼板間を溶融させ、上側鋼板１１と下側鋼板１２とを確実に溶接する。インダイレクトスポット溶接部１３Ａとその周囲は、インダイレクトスポット溶接工程によって亜鉛などの被覆材が除去された被覆材除去領域となっている。図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、インダイレクトスポット溶接部１３Ａに対して上側鋼板１１の面側からレーザ光Ｌを照射して部材１のレーザ溶接を行う。レーザ溶接によって、上側鋼板１１と下側鋼板１２とを繋ぐレーザ溶接部である溶接ビード１３Ｂが形成され、上側鋼板１１と下側鋼板１２とが確実に溶接される。なお、レーザ溶接は、インダイレクトスポット溶接部１３Ａの周囲に対して行っても良い。ここで、「インダイレクトスポット溶接部１３Ａの周囲」とは、インダイレクトスポット溶接部１３Ａの外側で亜鉛めっきなどの被覆材が十分に除去された領域を意味し、具体的には例えばコロナボンドのように固相溶接された部位に相当する。

ここで、インダイレクトスポット溶接部１３Ａに対して上側鋼板１１の面側からレーザ光を照射するためには、レーザ光Ｌはインダイレクトスポット溶接で形成される溶接痕を通過せざるを得ない。本実施形態によれば、インダイレクトスポット溶接に用いる溶接電極の先端部の曲率半径を３０ｍｍ以上とすることで、溶接痕が顕著に凹んだ形状となるのを回避できるので、その結果、溶接面に対するレーザビーム照射角度を９０°±２０°に保つことができる。そのため、レーザ溶接により亜鉛めっき鋼板間に健全な接合部を安定して形成することができる。

本実施形態によれば、亜鉛めっき鋼板などを重ね合わせた部材に対してレーザ溶接を行っても、亜鉛などの被覆材蒸気の発生に伴う爆飛などを抑制することができ、ピットやブローホールの発生を抑制することができる。また部材１の片側のみから溶接できるので、作業性が良く、汎用性も高い。

以下、溶接する金属板、インダイレクトスポット溶接、およびレーザ溶接の好適な態様について説明する。

本発明が対象とする金属板は亜鉛めっき鋼板に限定されず、インダイレクトスポット溶接やレーザ溶接を適用可能な任意の金属板を含む。ただし、亜鉛めっき鋼板を含め、例えばアルミニウム合金めっき鋼板、亜鉛ニッケル系めっき鋼板などの母材よりも低融点な被覆材により被覆された金属板の溶接に本発明を適用すれば、被覆材を蒸発除去できるため、本発明は有効である。また、上側鋼板２１及び下側鋼板２２など、本発明が対象とする金属板の厚みは０．５ｍｍ〜４．０ｍｍ程度とすることができる。

溶接電極２１やアース電極２２には任意の材料を用いれば良いが、例えば純銅、クロム銅合金などを用いることができる。図４に溶接電極２１の先端部の形状を示す。溶接電極２１の筒状部分と曲面からなる先端部分との境界部位での直径Ｃは、１０〜２５ｍｍとすることができる。

また、本発明では、インダイレクトスポット溶接は、溶接痕の顕著に凹んだ形状を抑制し、後にレーザ溶接を行なう際に溶接面に対するレーザビーム照射角度９０°±２０°を保つために、加圧力を２００Ｎ〜２０００Ｎとすることが好ましい。なお、通電時間及び加圧時間は０．０６ｓ〜０．６ｓ程度、通電する電流値を４．０ｋＡ〜１２．０ｋＡ程度とすればよい。

さらに本発明ではインダイレクトスポット溶接工程において、一定の加圧力及び電流値で溶接してもよいが、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶接電極の加圧力、通電する電流に関して通電開始から通電終了までの時間帯を最初の時間帯である第１の時間帯ｔ_１と、次の時間帯である第２の時間帯ｔ_２とに区分し、第１の時間帯ｔ_１では、加圧力Ｆ_１で加圧し、かつ電流値Ｃ_１で通電し、第２の時間帯ｔ_２ではＦ_１よりも低い加圧力Ｆ_２で加圧し、かつＣ_１よりも高い電流値Ｃ_２で通電して溶接を行ってもよい。かかる加圧力及び電流値は、インバータ直流式電流制御装置２７及びサーボモータ駆動式加圧制御装置２８を用いて制御することができる。

ここで、上述の第１および第２の時間帯ｔ_１，ｔ_２における通電時間はそれぞれ、ｔ_１：０．０２〜０．３０ｓ、ｔ_２：０．１０〜０．６０ｓ程度とすることが好ましい。また、各時間帯ｔ_１，ｔ_２における加圧力はそれぞれ、Ｆ_１：３００〜２０００Ｎ、Ｆ_２：１００〜１５００Ｎ程度、電流値はそれぞれＣ_１：２．０〜１０．０ｋＡ、Ｃ_２：２．５〜１２．０ｋＡ程度とすることができる。

上記のように、時間帯ｔ_１では比較的高い加圧力Ｆ_１，比較的低い電流Ｃ_１とすることで上側鋼板、下側鋼板に密着面を形成し、安定した通電経路を確保することができる。時間帯ｔ_２では、Ｆ_１よりも低い加圧力Ｆ_２で加圧し、かつＣ_１よりも高い電流Ｃ_２とすることにより、電極の鋼板への沈み込みを回避し、接触面積の増大を抑制しながら、高電流を通電することで、電極直下の鋼板間に集中した発熱部を形成することで、ナゲット形成を促進することができる。

加えて、加圧力を時間帯ｔ_２では時間帯ｔ_１の加圧力Ｆ_１よりも低い加圧力Ｆ_２で溶接を行うため、インダイレクトスポット溶接中に形成される溶接痕の凹み形状を、一定の加圧力、電流値でインダイレクトスポット溶接を行う場合よりもさらに小さくすることができる。

なお、加圧力Ｆに関しては、通電開始から時間帯ｔ_Ｆ１，ｔ_Ｆ２に区分し、加圧力Ｆ_２をＦ_１より低くする一方、電流値Ｃに関しては、時間帯ｔ_Ｆ１，ｔ_Ｆ２とは別に独立して、通電開始から時間帯ｔ_Ｃ１，ｔ_Ｃ２に区分し、電流値Ｃ_２をＣ_１より高くする方法とすることもでき、このように加圧力の変化、電流の変化を独立した時間帯で最適に行うことによって、より高い効果を得ることができる。

レーザ溶接は一般的なレーザ溶接に使用されるレーザ照射装置を用いて行えばよく、例えばＹＡＧレーザ、ファイバーレーザなどが使用可能である。ビーム中心径０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ程度、加工点出力０．５ｋＷ〜５．０ｋＷ程度、溶接速度２ｍ／ｍｉｎ〜８ｍ／ｍｉｎ程度でレーザ溶接を行う。

また、レーザ溶接の際のシールドガスとしては、公知のシールドガスを用いることができるが、窒素、炭酸ガス、アルゴン、ヘリウム、又は乾燥空気を用いることが好ましい。

レーザ溶接工程では、トーチヘッドを移動させてレーザビーム照射位置を変えて溶接する方法を用いることができるが、集光途中に配置したミラーを駆動して、レーザビームを走査して溶接するいわゆるリモートレーザ溶接を行うことが好ましい。この場合、レーザ溶接工程に要する時間を大幅に短縮することができる。また、リモートレーザ溶接は、ミラーの角度を変えることで溶接位置を瞬時に変化させるレーザ溶接方法であるが、溶接位置により溶接面に対する照射角度が変化していくため、表面が凹んだ形状の部位を溶接する際には、溶接可能な照射角度である９０°±２０°を確保することが困難となることがある。溶接可能照射角度を確保するためには、レーザ照射ヘッドを溶接部の近傍に移動する必要があるが、ヘッドの移動に時間を費やすことになり、リモートレーザの効果が得られない。そこで、顕著に凹んだ形状の溶接痕を回避することができるという本発明によれば、リモートレーザ溶接の効果をより有効に享受できる。

なお、レーザ溶接工程において図１（ｂ）に示すように、本実施形態の溶接ビード１３Ｂは、重ね合わせた金属板の溶接部を平面視したときに、インダイレクトスポット溶接部１３Ａの内縁に沿って円を描くように、レーザ溶接を行うことができる。上側鋼板１１に伝えるべき設計荷重を負担できる溶接ビード長さがあればよいので、溶接ビードは直線状でもよいが、溶接ビードを円環状に配置した方が荷重を伝える能力に方向性をなくすことができるのでより好ましい。かかる円環状に配置された溶接ビードはレーザビームを円環状に走査することで形成可能である。また、溶接ビード１３Ｂを形成する際に、溶接始端部１３Ｃと溶接終端部１３Ｄとを重ねてもよく、溶接始端部１３Ｃと溶接終端部１３Ｄとを離間させてもよい。

また、溶接ビード１３Ｂの深さ、すなわち溶け込み深さは、上側鋼板１１の板厚の少なくとも１．２倍以上となるように溶接条件を調整することが好ましい。溶け込み深さは別の鋼板でメルトランを行い、部分溶け込みでの溶け込み深さを測定して、予め溶接条件を決定することで決めればよい。なお、メルトランとは、鋼板を突き合わせずに、一枚板に対してレーザ光を照射して溶融することである。

次に、本発明の効果をさらに明確にするため、以下の実施例及び比較例を挙げるが、本発明は以下の実施例に何ら制限されるものではない。

板厚が０．７ｍｍであり、表１に示す化学成分になる引っ張り強さが２７０ＭＰａ以上であって、亜鉛目付け量が片側で４５ｇ／ｍ^２以上となる両面にめっきを施した溶融亜鉛めっき鋼板と、板厚が１．６ｍｍであり、同じく表１に示す化学成分になる亜鉛目付け量が片側で４５ｇ／ｍ^２以上となる両面にめっきを施した溶融亜鉛めっき鋼板とを用いて、本発明に従う片側溶接方法を実施した。

インダイレクトスポット溶接工程においては、前述の図２と同様の構成を用いた。上述の板厚が０．７ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を上側鋼板１１とし、板厚が１．６ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を下側鋼板１２とし、これらを重ね合わせた部材１に対してインダイレクトスポット溶接を行った。ここで、溶接電極２１はクロム銅合金を材質とし、電極の先端部は表２に示すように曲率半径８〜１２０ｍｍの一様な曲率を持つ形状とした。溶接電極２１の筒状部分と曲面からなる先端部分との境界部位での直径は、１６ｍｍとした。部材１を凹部の支持間隔長ｄが３０ｍｍの凹部を有する支持構造２３の上に配置し、下側鋼板１２における支持構造２３の横部に給電端子としてのアース電極２２を取付け、上側鋼板１１に対して上方から溶接電極２１で加圧し、溶接を行った。

上記インダイレクトスポット溶接工程の後に、レーザ溶接を行った。前述の図１（ｂ）と同様に、上側鋼板１１の面側からインダイレクトスポット溶接部１３Ａの内縁に沿って円を描くようにレーザ光Ｌを照射して、レーザ溶接工程を実施した。シールドガスはアルゴンガスを用い、このとき溶接始端部１３Ｃと溶接終端部１３Ｄが重なるようにして、レーザ溶接を行った。

ここで、上記インダイレクトスポット溶接工程及び上記レーザ溶接工程の溶接条件を表２に示す。

また、インダイレクトスポット溶接工程において、実施例１〜３及び比較例１〜３では一定の加圧力及び電流値でインダイレクトスポット溶接を行った。実施例４〜６及び比較例４〜６では、前述のように通電開始から終了までの時間を２つに区分し、溶接電極の加圧力及び電流値を変化させてインダイレクトスポット溶接を行った。

レーザ溶接工程でのレーザ照射では、集光途中に配置したミラーを駆動することにより、レーザビーム照射位置を移動して溶接するリモートレーザ溶接と、トーチヘッドを移動することによりレーザビーム照射位置を移動して溶接するトーチヘッド型レーザ溶接とを実施した。実施例１，４及び比較例１，４はリモートレーザ溶接を行い、その他はトーチヘッド型レーザ溶接を行った。ここで、表２における最大ビーム照射傾斜角度とは、上側鋼板１１の表面に対して、レーザビームの照射角度が垂直から傾斜した最大値を意味する。

レーザ溶接後の部材について、レーザ溶接による溶接ビードの外観を観察した。鋼板間に未溶融部分が生じたり、ピットの発生が観察されたりした場合、レーザ溶接で健全な接合部が得られていないことを意味する。さらに、ＪＩＳ Ｚ ３１３７に規定された溶接継手の十字引張試験法に準じて、十字引張試験を行い、同じく部材の溶接強度を評価した。プラグ破断は溶接強度が十分であることを意味し、部分プラグ破断又は界面破断の場合は溶接強度が劣ることを意味する。溶接ビードの外観の観察結果と、十字引張試験の結果を表３に示す。

表３に示したとおり、本発明に従う片側溶接方法に従う実施例１〜６は、いずれも良好なレーザ溶接試験結果と十字引張試験結果を得ることがでた。

これに対し、比較例１，２，４，５では、インダイレクトスポット溶接工程において、先端部の曲面の曲率半径が本発明の範囲より小さな溶接電極を用いたため、上側鋼板１１のインダイレクトスポット溶接痕が顕著に凹んだ形状となり、レーザビームの照射角度９０°±２０°の確保が部分的に困難となり、鋼板間に未溶融部分が生じた。また、比較３，６では、インダイレクトスポット溶接工程において、先端部の曲面の曲率半径が本発明の範囲より大きな溶接電極を用いたため、亜鉛めっきを蒸発除去する効果が十分に得られず、レーザ溶接工程においてピットが発生した。

また、十字引張試験の結果、比較例１〜６では、レーザ溶接で健全な接合部が得られなかったため、部分プラグ破断または界面破断となり、十分な溶接強度を得ることができなかった。

本発明によれば、インダイレクトスポット溶接工程の後にレーザ溶接を行う方法で母材よりも低融点の被覆材により被覆された金属板をレーザ溶接する際に、金属板間の健全な接合部を安定して得ることが可能な片側溶接方法を提供できる。

１ 部材
１１ 上側鋼板
１２ 下側鋼板
１３Ａ インダイレクトスポット溶接部
１３Ｂ 溶接ビード
１３Ｃ レーザ溶接始端部
１３Ｄ レーザ溶接終端部
２１ 溶接電極
２２ アース電極（給電端子）
２３ 支持構造
２４ 中空
２５ 加圧制御装置
２６ 電流制御装置
Ｌ レーザ光

Claims (4)

1. ２枚以上の金属板を重ね合わせた部材に対し、
   前記部材の一方の面側に位置する金属板に、先端部が曲面形状であり、該曲面形状の曲率半径が３０〜１００ｍｍである溶接電極を加圧しながら押し当て、
   前記部材の他方の面側に位置する金属板の、前記溶接電極から離隔した部位に給電端子を取り付け、
   前記溶接電極と前記給電端子との間で通電して前記部材のインダイレクトスポット溶接を行う工程と、
   前記インダイレクトスポット溶接により形成された前記部材のインダイレクトスポット溶接部又は該インダイレクトスポット溶接部の周囲に、前記部材の一方の面側からレーザ光を照射して前記部材のレーザ溶接を行う工程と、
   を有することを特徴とする片側溶接方法。
2. 前記溶接電極を２００Ｎ〜２０００Ｎで加圧しながら押し当てる請求項１に記載の片側溶接方法。
3. 前記インダイレクトスポット溶接を行う工程は、
   前記溶接電極の加圧力及び前記通電する電流値に関して、通電開始から通電終了までの時間帯を最初の時間帯である第１の時間帯ｔ_１と、次の時間帯である第２の時間帯ｔ_２とに区分し、
   前記第１の時間帯ｔ_１では加圧力Ｆ_１で加圧し、かつ電流値Ｃ_１で通電し、
   前記第２の時間帯ｔ_２では加圧力Ｆ_１よりも低い加圧力Ｆ_２で加圧し、かつ前記電流値Ｃ_１よりも高い前記電流値Ｃ_２で通電して溶接を行う請求項１または２に記載の片側溶接方法。
4. 前記レーザ溶接は、
   レーザビームをミラーにより反射させることにより、前記レーザビームを前記インダイレクトスポット溶接部又は前記インダイレクトスポット溶接部の周囲に誘導して溶接を行うリモートレーザ溶接である請求項１〜３のいずれか１項に記載の片側溶接方法。
   

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