JP2743708B2 - 亜鉛メッキ鋼板のレーザ溶接方法 - Google Patents

亜鉛メッキ鋼板のレーザ溶接方法

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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

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  • Laminated Bodies (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、亜鉛メッキ鋼板同士、
あるいは亜鉛メッキ鋼板と他の金属とを重ね溶接するレ
ーザ溶接法に関する。
【0002】
【従来の技術】亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接は抵抗溶接法
によるのが一般的である。例えば特公昭54−2621
3号公報に示すように、上下に配置された電極ローラに
それぞれワイヤ電極を巻き掛け、そのワイヤ電極間に亜
鉛メッキ鋼板の重ね部を通すことにより重ね部をシーム
抵抗溶接することができる。しかしながら、シーム抵抗
溶接法では電極ローラ等を被溶接材の両側に配置しなけ
ればならないので構造的に複雑になり、また一般的に溶
接部が直線でかつ平坦なものに限られる。したがって、
片面溶接や曲線・曲面の溶接には適していない。
【0003】一方、アーク溶接法によると、アーク熱に
よりメッキ層から多量の亜鉛蒸気が発生し、これが溶融
金属内に閉じ込められたりして、ビードにポロシティや
表面クレータ等の気孔(以下、これらの気孔をブローホ
ールという)を多数発生させビードの荒れがひどくなる
ことが知られている。
【0004】また、レーザ溶接法の場合でもこの現象を
減らすことは困難である。ビードの荒れの現象を図で説
明すると、図7に示すように、レーザ溶接ではレーザビ
ーム10によるキーホール溶接であるが、溶接時に、亜
鉛メッキ鋼板1,2の重ね部にあるメッキ層3,4から
低融点・低沸点の亜鉛が激しく蒸発するため、この亜鉛
蒸気5により溶融池6の溶けた鋼を吹き飛ばしたり、溶
鋼中に亜鉛蒸気が侵入したりして、ビード7に多数のブ
ローホール8を発生させることになる。したがって、レ
ーザ溶接法でも亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接はビードの欠
陥が多く、一般には適用できないものとされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
溶接法は溶融池を小さくできるのでブローホールの発生
を抑制するためには有効な溶接法であると考えられるこ
と、直線、曲線に関係なく溶接線形状を自由にでき、溶
接の制御性や操作性が優れていることなどから、亜鉛メ
ッキ鋼板の重ね溶接には最も適しているものと思われ
る。特に曲線・曲面溶接が多く、亜鉛メッキ鋼板を多量
に使用する自動車産業界ではその実用化に向けて期待が
大きい。
【0006】本発明は、このような要望に応えるべく開
発したものであり、レーザ溶接法による亜鉛メッキ鋼板
の重ね溶接において、上記のようなブローホールの発生
をできるだけ防止し、良好なビードを得ることを目的と
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、第一に、レー
ザ溶接法による亜鉛メッキ鋼板同士または亜鉛メッキ鋼
板と他の金属との重ね溶接において、亜鉛メッキ鋼板と
して、薄鋼板に亜鉛メッキ量を10g/m 2 〜120g
/m 2 施したものを用い、重ね部に厚さ10μm〜20
0μmの有機物の薄いインサート材を介在させてレーザ
溶接するものである。ここで、亜鉛メッキ鋼板には、電
気メッキによるもの及び溶融メッキによるものを含むも
のである。また、有機物製インサート材には高分子系及
びセルロース系のもの含むものである。 第二に、インサート材の片面または両面を接着する。 第三に、インサート材そのものを樹脂コーティングで形
成する。 第四に、亜鉛メッキ鋼板が2枚の鋼板の間に樹脂を挟ん
で一体構成された制振鋼板を含むものとする。
【0008】
【作用】本発明によりビードのブローホール発生が防止
されるメカニズムについて説明する。インサート材を構
成する有機物は亜鉛の融点420℃,沸点905℃に対
し融点、沸点が低いため、図1(a)に示すように、レ
ーザビーム10がインサート材11に到達する過程で、
まずインサート材11の樹脂が溶融し、メッキ層3,4
の亜鉛よりも低温で気化する。これに引き続いて亜鉛が
気化する際、その樹脂中の炭素の一部が図1(b)に矢
印aで示すように溶融池内に入り、一方樹脂の気化によ
りできた隙間にメッキ層3,4からの亜鉛蒸気の一部が
矢印bのように入るため(この作用を「隙間の効果」と
呼ぶ)、溶融池内に入る亜鉛蒸気が減少する。またこの
ように炭素を少量含有した溶鋼は粘性が低下するため、
亜鉛蒸気が表面から抜けやすく、溶鋼中に閉じ込められ
ることが少ないものと考えられる。ビード7の断面を観
察すると、図2に示すように継手金属の組成中に炭素1
2が固溶した状態になっていることが認められ、上記隙
間の効果と溶鋼の粘性低下の作用によりブローホールを
減少させるものと推定される。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 (1)亜鉛メッキ量について まず、本発明において、亜鉛メッキ量は亜鉛蒸発量に直
接影響を及ぼすものであるから、亜鉛メッキ量とブロー
ホール個数の関係について調べた。図3は横軸に亜鉛メ
ッキ量(g/m2 )を、縦軸にブローホール個数(個/
m)をとって示した実験結果である。実験は下記の条件
で行った。 レーザ条件:CO2 レーザ、出力3kw(一定)、連続
発振、シールドガス無し 材料:両面亜鉛メッキ鋼板(鋼板板厚0.2mm,0.8
mm,3.2mm) インサート材(セロハンテープ、テープ厚150μm) 溶接速度:1m/min 〜10m/min
【0010】鋼板板厚t=0.2mmの場合(図3(a)
参照)、亜鉛メッキ量や溶接速度が大となってもブロー
ホール数はおおむね少なく抑えられている。鋼板の板厚
が厚くなるにつれて(図3(b)、(c)参照)、溶鋼
量は多くなるので、ブローホール数も多くなる。したが
って、ブローホール数を減少させるためには亜鉛メッキ
量を少なくするか、溶接速度を遅くする必要がある。実
用上差し支えない程度のブローホール数を最大限n=3
0個/mとすれば、薄鋼板(4.5mm厚以下)に対する
通常の溶接速度(3m/min 以下)では亜鉛メッキ量の
上限を120g/m2 としてよいであろう。
【0011】(2)インサートの厚さについて 次に、有機物インサートの厚さ(μm)とブローホール
個数(個/m)の関係について調べた。図4に実験結果
を示す。実験は、上記材料と同様に鋼板板厚0.2mm,
0.8mm,3.2mmについて、レーザ出力3kw,亜鉛
メッキ量40g/m2 と一定にして行った。インサート
材にはセロハンテープを使用した。
【0012】図4の結果から、まず有機物インサートの
厚さがあまり薄いと、亜鉛蒸発量に比べて樹脂蒸発量が
少ないため前記隙間の効果が十分に発揮されない。この
ため、インサート材厚は10μm以上必要である。ま
た、インサート材厚がある程度厚くなると、ブローホー
ル数が溶接速度の増加とともに急増する傾向にある。こ
れは、溶接速度が速くなれば樹脂蒸気が溶鋼中を抜け出
る速度よりも溶鋼の冷却速度が速いためである。さら
に、鋼板板厚の増加にともない一層樹脂蒸気の脱出が困
難になり、ブローホール数が急増する。また、従来のよ
うにインサート材無しの場合、ブローホールが多発す
る。ブローホール数を上記と同じ基準n=30個/mと
すれば、インサート材厚の上限は200μmでよい。
【0013】図5は以上の結果を溶接速度v=7m/mi
n ,鋼板板厚t=0.8mmのものについて整理したもの
であり、横軸に亜鉛メッキ量、縦軸にブローホール数を
とり、インサート材厚ごとの変化を示すグラフである。
n=30個/m以下の場合、亜鉛メッキ量120g/m
2 以下、インサート材厚200μm以下が適当である。
また、n=30個/m以下の条件で、亜鉛メッキ量とイ
ンサート材厚の使用可能範囲を示すと、図6の斜線で示
すように矩形の範囲となる。なお、亜鉛メッキ鋼板とし
ての実用上の要求から亜鉛メッキ量の下限を10g/m
2 としたものである。
【0014】また、インサート材の取り付けに際して
は、片面または両面を接着するか、もしくは樹脂コーテ
ィングで形成するとよい。また、本発明はいわゆる制振
鋼板(2枚の鋼板の間に合成樹脂を挾んで複合化したも
の)にも適用することができる。
【0015】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、亜鉛メッ
キ鋼板と亜鉛メッキ鋼板の間、あるいは亜鉛メッキ鋼板
と普通鋼板との間に、有機物の薄いインサート材を
み、かつ、亜鉛メッキ量が10g/m 2 〜120g/m
2 、インサート材の厚さが10μm〜200μmの範囲
内のものを使用して、レーザ溶接するものであるから、
溶接時、亜鉛より低融点・低沸点の樹脂が最初に蒸発す
ることにより、その樹脂蒸発によりできた隙間に亜鉛蒸
気が入り、亜鉛蒸気の溶鋼中に入る量を実質的に減らす
とともに、溶鋼中に固溶した樹脂の炭素で溶鋼の粘性を
減少させる結果亜鉛蒸気の排出を良好にするため、ブロ
ーホールの発生がほとんどない良好なビードが得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によりブローホールの発生が防止される
メカニズムの説明図である。
【図2】本実施例におけるビードの断面図である。
【図3】亜鉛メッキ量とブローホール数の実験結果を示
すグラフである。
【図4】インサート材厚とブローホール数の実験結果を
示すグラフである。
【図5】亜鉛メッキ量とブローホール数とインサート材
厚の関係を示すグラフである。
【図6】ブローホール数n≦30の条件で亜鉛メッキ量
とインサート材厚の使用可能範囲を示す図である。
【図7】従来のレーザ溶接法によるブローホール発生状
況を示す説明図である。
【符号の説明】
1,2 亜鉛メッキ鋼板 3,4 メッキ層 7 ビード 10 レーザビーム 11 インサート材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−74793(JP,A) 特開 平3−165994(JP,A) 特開 平4−288986(JP,A) 特開 平4−279291(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ溶接法による亜鉛メッキ鋼板同士
    または亜鉛メッキ鋼板と他の金属との重ね溶接におい
    て、前記亜鉛メッキ鋼板として、薄鋼板に亜鉛メッキ量を1
    0g/m 2 〜120g/m 2 施したものを用い、 重ね部
    厚さ10μm〜200μmの有機物の薄いインサート
    材を介在させてレーザ溶接することを特徴とする亜鉛メ
    ッキ鋼板のレーザ溶接方法。
  2. 【請求項2】 前記インサート材の片面または両面を接
    着してなることを特徴とする請求項1記載の亜鉛メッキ
    鋼板のレーザ溶接方法。
  3. 【請求項3】 前記インサート材を前記重ね部にコーテ
    ィングで形成したことを特徴とする請求項1記載の亜鉛
    メッキ鋼板のレーザ溶接方法。
  4. 【請求項4】 2枚の亜鉛メッキ鋼板の間に樹脂を挟ん
    で形成される制振鋼板を含むことを特徴とする請求項1
    記載の亜鉛メッキ鋼板のレーザ溶接方法。
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