JP3645042B2 - めっき鋼板とステンレス鋼板とのレーザ溶接方法 - Google Patents
めっき鋼板とステンレス鋼板とのレーザ溶接方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、耐食性に優れた下部構造をもつ鋼製ドア等として好適なめっき鋼板とステンレス鋼板との突合せ溶接体をレーザ溶接で得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼製のドアは、高強度で比較的安価であるため、集合住宅の玄関ドアやホテル，ビルの玄関，非常口等に多用されている。
従来では、亜鉛めっき鋼板を所定の幅に切断し、９０度又は１８０度の曲げ加工し、溶接組立て後に塗装することにより鋼製ドアの枠，扉等を製造している。
ドアの使用形態をみると、床面から２００ｍｍ程度までのドア下部は、人が通行する際に靴や運搬物が当ることにより疵が付き、表面の塗膜や下地のめっき層が剥れ易い。また、玄関や非常口等の屋外に面し雨水に曝される環境や、トイレ，食品工場等のように常に水がかかる箇所に使用されることもある。その結果、塗膜や下地のめっき層が剥離した部分では耐食性が低下しているため、比較的短時間で錆が発生し、補修や場合によってはドアの取替えが必要とされる。
【０００３】
ドア下部の発錆を防止するため、靴ズリと称されるドア枠の下枠部分にステンレス鋼が使用されることがある。縦枠についても、床面に近く耐食性向上が必要な部分にステンレス鋼を使用することもある。
ドア下部の材料として、予めステンレス鋼板とめっき鋼板とを溶接した鋼板を使用する場合、曲げ加工の際に溶接部に割れが発生し易い。そのため、それぞれの材料を曲げ加工した後で溶接する方法が採用されている。しかし、このような工法では、曲げ加工した部材が複雑な形状をもっていることから溶接に手数がかかる。しかも、安定した溶込みが得られ難く、強度面での信頼性に欠ける嫌いがある。また、溶接部の余盛りを削除する際にも、複雑形状のために手数がかかり、十分な平滑性が得られない。そのため、パテ等で補修する必要が生じ、生産性にも問題があった。更に、幅広の扉では、曲げ加工後に溶接するには設備面，生産性において問題が多く、実際面から曲げ加工−溶接の工法が採用されておらず、錆発生の問題が未解決である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者等は、溶接金属のＮｉ当量を規制するとき、溶接後に曲げ加工できる溶接部が得られることを見い出し、特願平８−１０３８８８号として出願した。提案した方法では、フィラーワイヤ，溶接芯線，溶接棒等の添加で溶接金属のＮｉ当量を−０．７×Ｃｒ当量＋２０以上に調節し、めっき鋼板とステンレス鋼板とをＴＩＧ溶接している。Ｎｉ当量の調整により、硬質で延性に乏しいマルテンサイト組織をもつ溶接金属の生成が抑制され、加工性に優れた溶接部が得られる。
しかし、溶接速度の遅いＴＩＧ溶接では、作業能率が低いばかりでなく、溶接部の熱歪みが大きくなる。そのため、溶接された板は、溶接部を境として長手方向や幅方向に反った変形を起こし易い。変形は、後続工程である研削時の作業精度及び作業能率を低下させる原因となる。また、フィラーワイヤ，溶接芯線，溶接棒等を添加することから、溶接金属のマスが大きくなりがちで、研削工程での研削量も大きく設定する必要があり、これによっても作業能率が低下する。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、被溶接材の炭素当量及び溶接金属の幅を規制することにより、硬質で脆いマルテンサイト組織の生成を抑え、研削量が大幅に削減され、加工性に富む溶接部を介してめっき鋼板とステンレス鋼板とを溶接することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その目的を達成するため、フィラーワイヤなしでめっき鋼板とステンレス鋼板とをレーザ溶接する際、Ｃeq＝％Ｃ＋％Ｍｎ／６＋％Ｓｉ／２４＋％Ｎｉ／２４＋％Ｃｒ／５＋％Ｍｏ／４で算出される原板の炭素当量Ｃeqが０．３％未満のめっき鋼板及びオーステナイト系ステンレス鋼板の端面相互を突き合わせ、めっき鋼板及びオーステナイト系ステンレス鋼板の厚い方の板厚をＴ，突合せ部に形成される溶接金属の幅をＷとするとき、Ｗ≦Ｔとなる入熱条件下でレーザ溶接することを特徴とする。溶接金属の幅Ｗは、好ましくはＷ≦２／３×Ｔに設定される。
Ｗ≦Ｔとなる入熱条件とは、たとえば板厚（Ｔ）１．６ｍｍではレーザ出力６００Ｗ（ＣＷ）以下，速度３０ｃｍ／分以上、板厚（Ｔ）２．３ｍｍではレーザ出力１５００Ｗ（ＣＷ）以下，速度３０ｃｍ／分以上となる。
【０００６】
【実施の形態】
本発明においては、オーステナイト系ステンレス鋼板とともに被溶接材として使用されるめっき鋼板の炭素当量を０．３％未満に抑えている。めっき鋼板の炭素当量が低いと、溶接時に母材から溶融金属に溶け込む炭素量が少なく、生成した溶接金属がマルテンサイト化しにくくなる。この傾向は、炭素当量０．３％未満で顕著に現れ、マルテンサイト組織をもたない溶接金属を安定して生成することが可能となる。炭素当量が０．３％以上になると、マルテンサイト組織が大量に析出し、溶接金属が硬質化して延性が乏しくなる。その結果、溶接後に曲げ加工したとき、溶接部に亀裂や破断が生じ易くなる。
【０００７】
また、溶接部を示す図１にみられるように、めっき鋼板１とステンレス鋼板２とを溶接する際に、厚い方の板厚をＴ，溶接金属３の表面における幅をＷとするとき、Ｗ≦Ｔ，好ましくはＷ≦２／３×Ｔとなるように入熱条件を制御する。この入熱条件の制御により溶接部の組織が吸熱・急冷され、δ−γ変態が抑制される。その結果、溶接金属３中のオーステナイト相率が増加し、溶接部の加工性が改善される。なかでも、Ｗ≦２／３×Ｔとすると、溶接後の肌荒れも防止され、表面性状の良好な溶接製品となる。
得られた溶接金属は、微細化された組織をもち、加工性も向上している。しかも、入熱条件が制御されたレーザ溶接を採用していることから、溶接時の熱歪みが小さく、溶接製品の長手方向や幅方向に反りが発生しにくくなる。このような優れた溶接部が形成される本発明の溶接方法は、前掲した鋼製ドアの枠や扉に限らず、溶接後に研削や曲げ加工が要求される自動車用部材，厨房品等を製造する場合にも適用される。
【０００８】
【実施例】
ステンレス鋼板としてＳＵＳ３０４を使用し、めっき鋼板としてＳＰＣＣ（低炭素鋼）を基板にした合金化溶融亜鉛めっき鋼板を使用した。これら鋼板をシャー切断し、Ｉ型開先を形成した。そして、シールドガスとしてＡｒを流量１０リットル／分で溶接部に流しながら表１に示す条件下でレーザ溶接した。なお、試験番号６は、溶接電流１２０ＡでＴＩＧ溶接した比較例である。
【０００９】
【００１０】
図２及び図３は、試験番号１で得られた溶接部のマクロ組織及びミクロ組織を示す。本発明で規定する条件下で形成された溶接部は、何れも図２，３と同様にδ−γ変態が抑制され微細なオーステナイト相が大量に析出している組織になっていた。得られた溶接部を曲げ試験に供し、９０度曲げ及び１８０度曲げで発生する割れの有無を調査した。調査結果を、溶接金属の幅Ｗ／板厚Ｔの比及びめっき鋼板１の炭素当量Ｃeqと併せて表２に示す。
表２から明らかなように、Ｗ／Ｔを１．０以下に、炭素当量をＣeq＜０．３０％以下に規制した本発明例では、何れの溶接部でも曲げ試験で割れ発生がなく良好な曲げ加工性を呈していた。また、溶接部の幅Ｗを板厚Ｔとの関係で狭くしていることから、必然的に鋼板１，２の表面から突出する溶接金属量が少なくなり、長手方向及び幅方向の反りが少ないことと相俟つて後続の研削工程で鋼板表面を平滑化するときの研削も大幅に軽減された。
これに対し、Ｗ／Ｔ≦１．０又はＣeq＜０．３０の条件を満足しない比較例では、１８０度曲げで溶接部に割れが発生した。また、Ｗ／Ｔ比が大きな試験番号５，６や炭素当量Ｃeqが多い試験番号８では、９０度曲げでも割れが発生した。
【００１１】
【００１２】
試験番号１〜１０では、厚いめっき鋼板１を薄いステンレス鋼板２にレーザ溶接した例を示した。しかし、厚い方向の板厚Ｔに対する溶接金属の幅Ｗの比Ｗ／Ｔを１．０以下に、炭素当量Ｃeqを０．２０％以下に維持する限り、薄いめっき鋼板１を厚いステンレス鋼板２にレーザ溶接しても、同様に曲げ加工性の良好な溶接部が形成された。
【００１３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、めっき鋼板とステンレス鋼板とを突合せレーザ溶接する際、原板の炭素当量をＣeq＜０．３％に、板厚に対する溶接金属の幅を１．０以下に規制することにより、マルテンサイト組織の生成を抑え、溶接金属を展延性に優れた微細オーステナイト組織にしている。そのため、溶接部の加工性が優れ、割れ発生のない溶接後曲げ加工が可能になる。したがって、曲げ加工した後の複雑な溶接を省略し、目標形状に容易に加工できる溶接製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 めっき鋼板とステンレス鋼板との間に形成された溶接部
【図２】 溶接部のマクロ金属組織を示す写真
【図３】 溶接部のミクロ金属組織を示す写真
【産業上の利用分野】
本発明は、耐食性に優れた下部構造をもつ鋼製ドア等として好適なめっき鋼板とステンレス鋼板との突合せ溶接体をレーザ溶接で得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼製のドアは、高強度で比較的安価であるため、集合住宅の玄関ドアやホテル，ビルの玄関，非常口等に多用されている。
従来では、亜鉛めっき鋼板を所定の幅に切断し、９０度又は１８０度の曲げ加工し、溶接組立て後に塗装することにより鋼製ドアの枠，扉等を製造している。
ドアの使用形態をみると、床面から２００ｍｍ程度までのドア下部は、人が通行する際に靴や運搬物が当ることにより疵が付き、表面の塗膜や下地のめっき層が剥れ易い。また、玄関や非常口等の屋外に面し雨水に曝される環境や、トイレ，食品工場等のように常に水がかかる箇所に使用されることもある。その結果、塗膜や下地のめっき層が剥離した部分では耐食性が低下しているため、比較的短時間で錆が発生し、補修や場合によってはドアの取替えが必要とされる。
【０００３】
ドア下部の発錆を防止するため、靴ズリと称されるドア枠の下枠部分にステンレス鋼が使用されることがある。縦枠についても、床面に近く耐食性向上が必要な部分にステンレス鋼を使用することもある。
ドア下部の材料として、予めステンレス鋼板とめっき鋼板とを溶接した鋼板を使用する場合、曲げ加工の際に溶接部に割れが発生し易い。そのため、それぞれの材料を曲げ加工した後で溶接する方法が採用されている。しかし、このような工法では、曲げ加工した部材が複雑な形状をもっていることから溶接に手数がかかる。しかも、安定した溶込みが得られ難く、強度面での信頼性に欠ける嫌いがある。また、溶接部の余盛りを削除する際にも、複雑形状のために手数がかかり、十分な平滑性が得られない。そのため、パテ等で補修する必要が生じ、生産性にも問題があった。更に、幅広の扉では、曲げ加工後に溶接するには設備面，生産性において問題が多く、実際面から曲げ加工−溶接の工法が採用されておらず、錆発生の問題が未解決である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者等は、溶接金属のＮｉ当量を規制するとき、溶接後に曲げ加工できる溶接部が得られることを見い出し、特願平８−１０３８８８号として出願した。提案した方法では、フィラーワイヤ，溶接芯線，溶接棒等の添加で溶接金属のＮｉ当量を−０．７×Ｃｒ当量＋２０以上に調節し、めっき鋼板とステンレス鋼板とをＴＩＧ溶接している。Ｎｉ当量の調整により、硬質で延性に乏しいマルテンサイト組織をもつ溶接金属の生成が抑制され、加工性に優れた溶接部が得られる。
しかし、溶接速度の遅いＴＩＧ溶接では、作業能率が低いばかりでなく、溶接部の熱歪みが大きくなる。そのため、溶接された板は、溶接部を境として長手方向や幅方向に反った変形を起こし易い。変形は、後続工程である研削時の作業精度及び作業能率を低下させる原因となる。また、フィラーワイヤ，溶接芯線，溶接棒等を添加することから、溶接金属のマスが大きくなりがちで、研削工程での研削量も大きく設定する必要があり、これによっても作業能率が低下する。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、被溶接材の炭素当量及び溶接金属の幅を規制することにより、硬質で脆いマルテンサイト組織の生成を抑え、研削量が大幅に削減され、加工性に富む溶接部を介してめっき鋼板とステンレス鋼板とを溶接することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その目的を達成するため、フィラーワイヤなしでめっき鋼板とステンレス鋼板とをレーザ溶接する際、Ｃeq＝％Ｃ＋％Ｍｎ／６＋％Ｓｉ／２４＋％Ｎｉ／２４＋％Ｃｒ／５＋％Ｍｏ／４で算出される原板の炭素当量Ｃeqが０．３％未満のめっき鋼板及びオーステナイト系ステンレス鋼板の端面相互を突き合わせ、めっき鋼板及びオーステナイト系ステンレス鋼板の厚い方の板厚をＴ，突合せ部に形成される溶接金属の幅をＷとするとき、Ｗ≦Ｔとなる入熱条件下でレーザ溶接することを特徴とする。溶接金属の幅Ｗは、好ましくはＷ≦２／３×Ｔに設定される。
Ｗ≦Ｔとなる入熱条件とは、たとえば板厚（Ｔ）１．６ｍｍではレーザ出力６００Ｗ（ＣＷ）以下，速度３０ｃｍ／分以上、板厚（Ｔ）２．３ｍｍではレーザ出力１５００Ｗ（ＣＷ）以下，速度３０ｃｍ／分以上となる。
【０００６】
【実施の形態】
本発明においては、オーステナイト系ステンレス鋼板とともに被溶接材として使用されるめっき鋼板の炭素当量を０．３％未満に抑えている。めっき鋼板の炭素当量が低いと、溶接時に母材から溶融金属に溶け込む炭素量が少なく、生成した溶接金属がマルテンサイト化しにくくなる。この傾向は、炭素当量０．３％未満で顕著に現れ、マルテンサイト組織をもたない溶接金属を安定して生成することが可能となる。炭素当量が０．３％以上になると、マルテンサイト組織が大量に析出し、溶接金属が硬質化して延性が乏しくなる。その結果、溶接後に曲げ加工したとき、溶接部に亀裂や破断が生じ易くなる。
【０００７】
また、溶接部を示す図１にみられるように、めっき鋼板１とステンレス鋼板２とを溶接する際に、厚い方の板厚をＴ，溶接金属３の表面における幅をＷとするとき、Ｗ≦Ｔ，好ましくはＷ≦２／３×Ｔとなるように入熱条件を制御する。この入熱条件の制御により溶接部の組織が吸熱・急冷され、δ−γ変態が抑制される。その結果、溶接金属３中のオーステナイト相率が増加し、溶接部の加工性が改善される。なかでも、Ｗ≦２／３×Ｔとすると、溶接後の肌荒れも防止され、表面性状の良好な溶接製品となる。
得られた溶接金属は、微細化された組織をもち、加工性も向上している。しかも、入熱条件が制御されたレーザ溶接を採用していることから、溶接時の熱歪みが小さく、溶接製品の長手方向や幅方向に反りが発生しにくくなる。このような優れた溶接部が形成される本発明の溶接方法は、前掲した鋼製ドアの枠や扉に限らず、溶接後に研削や曲げ加工が要求される自動車用部材，厨房品等を製造する場合にも適用される。
【０００８】
【実施例】
ステンレス鋼板としてＳＵＳ３０４を使用し、めっき鋼板としてＳＰＣＣ（低炭素鋼）を基板にした合金化溶融亜鉛めっき鋼板を使用した。これら鋼板をシャー切断し、Ｉ型開先を形成した。そして、シールドガスとしてＡｒを流量１０リットル／分で溶接部に流しながら表１に示す条件下でレーザ溶接した。なお、試験番号６は、溶接電流１２０ＡでＴＩＧ溶接した比較例である。
【０００９】
図２及び図３は、試験番号１で得られた溶接部のマクロ組織及びミクロ組織を示す。本発明で規定する条件下で形成された溶接部は、何れも図２，３と同様にδ−γ変態が抑制され微細なオーステナイト相が大量に析出している組織になっていた。得られた溶接部を曲げ試験に供し、９０度曲げ及び１８０度曲げで発生する割れの有無を調査した。調査結果を、溶接金属の幅Ｗ／板厚Ｔの比及びめっき鋼板１の炭素当量Ｃeqと併せて表２に示す。
表２から明らかなように、Ｗ／Ｔを１．０以下に、炭素当量をＣeq＜０．３０％以下に規制した本発明例では、何れの溶接部でも曲げ試験で割れ発生がなく良好な曲げ加工性を呈していた。また、溶接部の幅Ｗを板厚Ｔとの関係で狭くしていることから、必然的に鋼板１，２の表面から突出する溶接金属量が少なくなり、長手方向及び幅方向の反りが少ないことと相俟つて後続の研削工程で鋼板表面を平滑化するときの研削も大幅に軽減された。
これに対し、Ｗ／Ｔ≦１．０又はＣeq＜０．３０の条件を満足しない比較例では、１８０度曲げで溶接部に割れが発生した。また、Ｗ／Ｔ比が大きな試験番号５，６や炭素当量Ｃeqが多い試験番号８では、９０度曲げでも割れが発生した。
【００１１】
試験番号１〜１０では、厚いめっき鋼板１を薄いステンレス鋼板２にレーザ溶接した例を示した。しかし、厚い方向の板厚Ｔに対する溶接金属の幅Ｗの比Ｗ／Ｔを１．０以下に、炭素当量Ｃeqを０．２０％以下に維持する限り、薄いめっき鋼板１を厚いステンレス鋼板２にレーザ溶接しても、同様に曲げ加工性の良好な溶接部が形成された。
【００１３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、めっき鋼板とステンレス鋼板とを突合せレーザ溶接する際、原板の炭素当量をＣeq＜０．３％に、板厚に対する溶接金属の幅を１．０以下に規制することにより、マルテンサイト組織の生成を抑え、溶接金属を展延性に優れた微細オーステナイト組織にしている。そのため、溶接部の加工性が優れ、割れ発生のない溶接後曲げ加工が可能になる。したがって、曲げ加工した後の複雑な溶接を省略し、目標形状に容易に加工できる溶接製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 めっき鋼板とステンレス鋼板との間に形成された溶接部
【図２】 溶接部のマクロ金属組織を示す写真
【図３】 溶接部のミクロ金属組織を示す写真
Claims (1)
- フィラーワイヤなしでめっき鋼板とステンレス鋼板とをレーザ溶接する際、Ｃeq＝％Ｃ＋％Ｍｎ／６＋％Ｓｉ／２４＋％Ｎｉ／２４＋％Ｃｒ／５＋％Ｍｏ／４で算出される原板の炭素当量Ｃeqが０．３％未満のめっき鋼板及びオーステナイト系ステンレス鋼板の端面相互を突き合わせ、めっき鋼板及びオーステナイト系ステンレス鋼板の厚い方の板厚をＴ，突合せ部に形成される溶接金属の幅をＷとするとき、Ｗ≦Ｔとなる入熱条件下でレーザ溶接することを特徴とするめっき鋼板とステンレス鋼板とのレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22583496A JP3645042B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | めっき鋼板とステンレス鋼板とのレーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22583496A JP3645042B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | めっき鋼板とステンレス鋼板とのレーザ溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1052777A JPH1052777A (ja) | 1998-02-24 |
| JP3645042B2 true JP3645042B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=16835552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22583496A Expired - Fee Related JP3645042B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | めっき鋼板とステンレス鋼板とのレーザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3645042B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4889224B2 (ja) * | 2005-02-10 | 2012-03-07 | 日新製鋼株式会社 | テーラードブランク材の製造方法 |
| CN102717188B (zh) * | 2012-06-18 | 2015-05-27 | 首钢总公司 | 一种确定板带冷连轧生产中激光深熔焊焊接参数的方法 |
-
1996
- 1996-08-07 JP JP22583496A patent/JP3645042B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1052777A (ja) | 1998-02-24 |
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