JP2016153129A - めっき鋼板の重ね合わせ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローホール等の溶接欠陥を生じないめっき鋼板の重ね合わせ溶接方法を提供する。
【解決手段】一方の鋼板１１の溶接部位又は溶接部位近傍に溶融金属を付着させて微小凸部１２を形成し、この微小凸部１２を形成した鋼板１１に他方の鋼板１５を重ね合わせることにより、両鋼板１１，１５間に微小凸部１２による間隙１６を形成し、その状態で両鋼板１１，１５を溶接する。
【選択図】図４

Description

本発明はめっき鋼板の重ね合わせ溶接方法に関する。

亜鉛めっき鋼板のような鉄の融点よりも沸点がはるかに低い金属でめっきされた鋼板を重ね合わせ溶接した場合、溶接部にブローホール等の欠陥を生ずることが知られている。これは、重ね合わせ面のめっき層が溶接熱で一気に気化して両鋼板間のガス圧が高まり、そのめっき層の気化によって生じた蒸気が溶融池を経由して噴出することで生ずる欠陥である。蒸気が溶接部に内包されたときはブローホールとなり、蒸気が外部に噴出したときはピットとなる。そのため、めっき鋼板の重ね合わせ溶接では、めっき層の気化によって生ずる蒸気の抜け道を確保し、両鋼板間のガス圧を低下させることが重要になる。

この問題に対して、従来より、プレス成形によって溶接部位の近傍に凹凸を形成しためっき鋼板を使用することが知られている。その凹凸によって重ね合わされた両鋼板間に間隙を形成し、蒸気の抜け道を確保するというものである。

また、特許文献１には、亜鉛系めっき鋼板の重ね合わせ継手のレーザー溶接において、両鋼板の一方に断面円弧状の頂部を有する凸条を圧延ロールで形成し、この凸条によって両鋼板間に間隙を形成することが記載されている。凸条の断面を円弧状にすることによって、両鋼板の接触面積が小さくなり、両鋼板間の蒸気が排出されやすくなるというものである。

特開２００９−７２７９９号公報

ところで、めっき層が気化してなる蒸気の排出において、鋼板間に必要とする間隙は０．３ｍｍ程度（好ましくは０．５ｍｍ程度）あればよく、１ｍｍを超えるような大きな間隙を形成することは必ずしも要しない。

これに対して、プレス成形で鋼板に凹凸を形成する方法では、高強度の鋼板にあっては小さな凹凸を形成することが難しく、また、金型の摩耗という耐久性の問題もあり、凹凸高さも不安定になりやすい。さらに、プレス成形で間隙を形成するようにしても、スプリングバックによって鋼板が曲がるという問題がある。ロール成形の場合も、小さな凹凸を安定して形成することが難しい点ではプレス成形と同じである。そして、鋼板間の間隙が不必要に大きくならざるを得ないときは、当該溶接によって得るべき製品の設計の自由度や品質にも悪影響が出ることが懸念される。

加えて、プレス成形や圧延ロールで鋼板に凹凸を形成する方法では、その凹凸の位置や方向等が予め決められてしまうことから、鋼板の溶接位置によっては、必ずしも蒸気を排出するに最適な間隙が形成されるとは限らず、汎用性がない。

そこで、本発明は、ブローホール等の溶接欠陥のない健全な溶接部が得られる汎用性が高いめっき鋼板の重ね合わせ溶接方法を提供する。

本発明は、前記課題を解決するために、鋼板間に間隙を形成するために一方の鋼板に溶融金属を付着させて微小凸部を形成するようにした。

ここに開示するめっき鋼板の重ね合わせ溶接方法は、
重ね合わせ溶接されるめっき鋼板のうちの一方の鋼板の溶接部位又は溶接部位近傍に、溶融金属を付着させて微小凸部を形成する工程と、
前記一方の鋼板に他方の鋼板を重ね合わせることにより、当該両鋼板間に前記微小凸部による間隙を形成する工程と、
重ね合わされた前記両鋼板の溶接部位に溶接エネルギーを加え、前記鋼板のめっき層が前記両鋼板間において気化して生ずる蒸気を前記間隙から排出しながら、前記両鋼板を溶接する工程とを備えていることを特徴とする。

この溶接方法によれば、プレス成形等の機械加工ではなく、鋼板に溶融金属を付着させて微小凸部を形成するから、金型の耐久性や汎用性の欠如、鋼板の変形という問題を生ずることなく、めっき層が気化したときに、その蒸気を排出することができる微小間隙を鋼板間に形成することができる。特に、溶融金属の付着によって微小凸部を形成するから、その高さを例えば０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度に低く抑えることが容易である。すなわち、鋼板間の間隙を蒸気の排出に必要な最小限の大きさに抑えることができ、当該間隙確保のために製品設計の自由度や品質が低下することが避けられる。また、溶融金属の付着によって微小凸部を形成するから、当該両鋼板の溶接部位に応じた最適な場所に微小凸部を形成することができ、蒸気の排出を確実なものとして溶接欠陥をなくすことができる。

好ましい実施形態では、前記微小凸部を形成する工程では、アーク溶接装置を用い、溶接ワイヤを前進させながら該溶接ワイヤと前記一方の鋼板の間にアークを発生させて該溶接ワイヤを鋼板に移行させ、該溶接ワイヤを溶融池に接触させた後に、該溶接ワイヤを引き戻すことによって該溶接ワイヤを切断して前記微小凸部を形成し、
前記両鋼板を溶接する工程では、前記微小凸部を形成する工程で用いた前記アーク溶接装置によって当該溶接を行なう。

これによれば、溶接ワイヤが溶融池に接触すると（短絡）、アークが消え、溶接ワイヤの引き戻しによって短絡中の溶接ワイヤが切断されるため、鋼板に極微小凸部が形成される。微小凸部の大きさは、アーク電流、溶接ワイヤの線径等によって制御することができ、微小凸部の径を０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度に、高さを例えば０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下程度に低く抑える観点から、溶接ワイヤの線径は０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下程度することが好ましい。

そうして、当該実施形態によれば、アーク溶接装置を微小凸部の形成と鋼板の溶接に簡便に利用して、ブローホール等の溶接欠陥を招かずにめっき鋼板の重ね合わせ溶接を手際よく実施することができる。

また、好ましい実施形態では、前記微小突起を形成する工程では、前記両鋼板の溶接予定ライン上に又は溶接予定ラインに沿って前記微小凸部を所定の間隔で複数形成する。これにより、両鋼板間に蒸気排出用の間隙を確実に形成することができる。また、めっきが気化してなる蒸気の抜け道を微小凸部間に広く確保することができ、その蒸気の確実な排出に有利になる。

本発明によれば、一方の鋼板の溶接部位又は溶接部位近傍に溶融金属を付着させて微小凸部を形成し、この微小凸部を形成した鋼板に他方の鋼板を重ね合わせることにより、当該両鋼板間に前記微小凸部による間隙を形成して重ね合わせ溶接を行なうようにしたから、プレス成形等の機械加工のような金型の耐久性や汎用性の欠如、鋼板の変形という問題を生ずることなく、当該両鋼板の溶接部位に応じた最適な場所に微小凸部を形成して、前記蒸気の排出に適切な微小間隙を鋼板間に形成することができ、特に、その間隙を蒸気の排出に必要な最小限の大きさに抑えることができ、当該間隙確保のために製品設計の自由度や品質が低下することが避けられる。

実施形態１の複数の微小凸部を順次形成する状況を模式的に示す斜視図。 実施形態１の微小凸部の形成する手順を模式的に示す側面図。 実施形態１の隅肉溶接を行なっている状況を模式的に示す斜視図。 同隅肉溶接状況を模式的に示す断面図。 鋼板間隙の大きさとブローホール発生数の関係を示すグラフ図。 実施形態２の重ね合わせ溶接の手順を模式的に示す側面図。 実施形態３の重ね合わせ溶接の手順を模式的に示す側面図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

＜実施形態１＞
本実施形態はアーク溶接装置によってめっき鋼板の重ね合わせ溶接を行なうケースである。

図１に示すように、アーク溶接装置１は、コンタクトチップを有する溶接トーチ２と、溶接ワイヤ３の前進及び引き戻しを行なうワイヤ駆動装置４と、コンタクトチップに設定された溶接電流及び溶接電圧を供給する溶接用電源５と、溶接電圧に基いて溶接ワイヤ３が溶融池に接触した短絡状態か否かを検出する短絡検出手段６とを備えてなる。溶接トーチ２はトーチ移動機構（図示省略）に装着されている。トーチ移動機構としては例えばロボットアームが使用される。コンタクトチップには溶接ワイヤ３を挿通可能な貫通孔が設けられている。

次にめっき鋼板の重ね合わせ溶接方法を亜鉛系めっき鋼板の例で説明する。

[微小凸部の形成]
図１に示すように、重ね合わせ溶接されるめっき鋼板のうちの一方の鋼板１１の表面にその板面より突出した微小凸部（微小突起）１２を形成する。同図の符号Ｌは溶接予定ラインであり、複数の微小凸部１２を溶接予定ラインＬに沿って並ぶように所定間隔をおいて形成する。溶接予定ラインＬは、図３に示すように、重ね合わされた鋼板１１，１５の隅肉溶接ラインである。微小凸部１２の形成方法は次のとおりである。

図２（ａ）に示すように、ワイヤ駆動装置４によって溶接ワイヤ３を前進させながら、溶接電流を流して溶接ワイヤ３と鋼板１１の間にアーク１３を発生させ、溶接ワイヤ３を鋼板１１の表面に近づけつつ溶接電流を制御することで鋼板表面と溶接ワイヤ３の先端が溶融した状態を保つ。溶接ワイヤ３の前進を継続して、溶接ワイヤ３の先端が所望高さ以上まで溶融した時点で、図２（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ３の先端を溶融池１４に接触させる（短絡）。これにより、アーク１３が消えて溶融池１４が冷え始める。短絡が短絡検出手段６によって検出されたら、溶接ワイヤ３の前進を止め、溶接電流を止めた状態で、直ちに、図２（ｃ）に示すように、溶接ワイヤ３を引き戻す（後退させる）。この引き戻しによって、溶接ワイヤ３が切断され、鋼板１１の表面に微小凸部１２が形成される。

溶接ワイヤ３の線径は０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下程度とすることが好ましい。微小凸部１２は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度（特に１ｍｍ前後）に、高さは０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下程度（特に０．５ｍｍ前後）とすることが好ましい。

溶接トーチ２を溶接予定ラインＬに沿って移動させることにより、複数の微小凸部１２を鋼板１１の表面に所定間隔で形成していく。相隣る微小凸部１２の間隔は例えば５０ｍｍ前後とすることが好ましい。なお、溶接ラインが三次元的に湾曲している場合は、前記間隔を短くして、鋼板１１，１５同士が接触しないようにする。

[鋼板の重ね合わせ（間隙の形成）]
図３に示すように、一方のめっき鋼板１１に他方のめっき鋼板１５を重ね合わせる。これにより、図４に示すように、両鋼板１１，１５の相対する板面間に微小凸部１２によって間隙１６が形成される。間隙１６の大きさは、微小凸部１２の高さに対応して０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下程度となる。

[溶接]
図３に示すように、微小凸部１２の形成に使用したアーク溶接装置１を用いて、重ね合わされた両鋼板１１，１５の隅肉溶接を行なう。図４に示すように、両鋼板１１，１５の溶接部位（鋼板１１の表面と鋼板１５の端面がなす隅部）と溶接ワイヤ３の間にアーク１３を発生させて、前記溶接部位に溶接エネルギーを加え、溶接していく。同図の符号１９は溶接部を示す。

両鋼板１１，１５間には微小凸部１２によって間隙１６が形成されているから、溶接熱によって鋼板１１，１５のめっき層が気化して生ずる亜鉛蒸気は、矢符で示すように、間隙１６から両鋼板１１，１２の外側に向かって排出される。このため、両鋼板１１，１５間のガス圧が高くなることがなく、亜鉛蒸気が溶融池１７を経由して噴出すること、すなわち、ブローホールやピットが溶接部１８に生ずることが避けられる。

[微小凸部の高さについて]
図５は両鋼板１１，１５の間隙１６の大きさを変えたときのブローホール発生数をみたものである。間隙１６の大きさが０．３ｍｍ以上になると、ブローホール発生数が零になっており、これから、微小凸部１２の高さは０．３ｍｍ以上にすることが好ましいことがわかる。

但し、間隙１６が大きくなると、亜鉛蒸気の排出の面では有利になるものの、重ね合わせ溶接の溶接ワイヤ３の溶融量を多くする必要があり、それだけ、溶接電流が大きくなる、つまり、溶接入熱が大きくなり、鋼板１１，１５の溶け落ちの問題が出てくる。従って、微小凸部１２の高さは、板厚さにもよるが、１ｍｍ以下にすることが好ましい。

＜実施形態２＞
図６に示すように、本実施形態は溶接ワイヤ３を添加して行なうレーザー溶接に関する。

図６（ａ）に示すように、一方のめっき鋼板１１の表面の溶接部位にレーザーを照射して、その表面を溶融させる。そのレーザー２１を照射した状態で、図６（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ３を溶融池に送給し（前進させ）、直ちに、図６（ｃ）に示すように、溶接ワイヤ３を引き戻す。これにより、溶接ワイヤ３が切断されて微小凸部１２が形成される。図６（ａ）〜（ｃ）の操作を繰り返すことにより、鋼板１１の溶接予定ライン上に複数の微小凸部１２を所定間隔で形成する。

図６（ｄ）に示すように、めっき鋼板１１に他方のめっき鋼板１５を重ね合わせ、両鋼板１１，１５間に微小凸部１２による間隙１６を形成する。そうして、他方の鋼板１５の上からレーザー２１を鋼板１１まで届くように照射しながら、溶接ワイヤ３を鋼板１５の上に送給し、このレーザー照射位置及び溶接ワイヤ３の送給位置を溶接予定ライン上で移動させていくことにより、両鋼板１１，１５を溶接する。

本実施形態の場合も、両鋼板１１，１５間には微小凸部１２によって間隙１６が形成されているから、溶接熱によって鋼板１１，１５のめっき層が気化して生ずる亜鉛蒸気は間隙１６から両鋼板１１，１２の外側に向かって排出される。よって、亜鉛蒸気によってブローホールやピットが溶接部１８に生ずることが避けられる。

＜実施形態３＞
図７に示すように、本実施形態はレーザー・アークハイブリッド溶接に関する。

図７（ａ）に示すように、一方のめっき鋼板１１の表面の溶接部位にレーザーを照射するとともに、溶接ワイヤ３と鋼板１１の間にアーク１３を発生させながら溶接ワイヤ３を溶融池１４に送給して溶接ワイヤ３を鋼板１１に移行させる。図７（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ３の前進によって鋼板１１に短絡させた後、直ちに、図７（ｃ）に示すように、レーザーの照射を停止するとともに、溶接ワイヤ３を引き戻す。これにより、溶接ワイヤが切断されて微小凸部１２が形成される。図７（ａ）〜（ｃ）の操作を繰り返すことにより、鋼板１１の溶接予定ライン上に複数の微小凸部１２を所定間隔で形成する。

図７（ｄ）に示すように、めっき鋼板１１に他方のめっき鋼板１５を重ね合わせ、両鋼板１１，１５間に微小凸部１２による間隙１６を形成する。そうして、他方の鋼板１５の上からレーザー２１を鋼板１１まで届くように照射するとともに、溶接ワイヤ３と鋼板１１の間にアーク１３を発生させながら溶接ワイヤ３を鋼板１５の上に送給し、このレーザー照射位置及び溶接ワイヤ３の送給位置を溶接予定ライン上で移動させていくことにより、両鋼板１１，１５を溶接する。

本実施形態の場合も、両鋼板１１，１５間には微小凸部１２によって間隙１６が形成されているから、溶接熱によって鋼板１１，１５のめっき層が気化して生ずる亜鉛蒸気は間隙１６から両鋼板１１，１２の外側に向かって排出される。よって、亜鉛蒸気によってブローホールやピットが溶接部１８に生ずることが避けられる。

１ アーク溶接装置
２ 溶接トーチ
３ 溶接ワイヤ
１１ めっき鋼板
１２ 微小凸部
１３ アーク
１４ 溶融池
１５ めっき鋼板
１６ 間隙
１７ 溶融池

Claims (3)

1. 重ね合わせ溶接されるめっき鋼板のうちの一方の鋼板の溶接部位又は溶接部位近傍に、溶融金属を付着させて微小凸部を形成する工程と、
   前記一方の鋼板に他方の鋼板を重ね合わせることにより、当該両鋼板間に前記微小凸部による間隙を形成する工程と、
   重ね合わされた前記両鋼板の溶接部位に溶接エネルギーを加え、前記鋼板のめっき層が前記両鋼板間において気化して生ずる蒸気を前記間隙から排出しながら、前記両鋼板を溶接する工程とを備えていることを特徴とするめっき鋼板の重ね合わせ溶接方法。
2. 請求項１において、
   前記微小凸部を形成する工程では、アーク溶接装置を用い、溶接ワイヤを前進させながら該溶接ワイヤと前記一方の鋼板の間にアークを発生させて該溶接ワイヤを鋼板に移行させ、該溶接ワイヤを溶融池に接触させた後に、該溶接ワイヤを引き戻すことによって該溶接ワイヤを切断して前記微小凸部を形成し、
   前記両鋼板を溶接する工程では、前記微小凸部を形成する工程で用いた前記アーク溶接装置によって当該溶接を行なうことを特徴とするめっき鋼板の重ね合わせ溶接方法。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記微小突起を形成する工程では、前記両鋼板の溶接予定ライン上に又は溶接予定ラインに沿って前記微小凸部を所定の間隔で複数形成することを特徴とするめっき鋼板の重ね合わせ溶接方法。

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