JP4017571B2

JP4017571B2 - 鋼板のレーザー溶接方法

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Publication number: JP4017571B2
Application number: JP2003270529A
Authority: JP
Inventors: 知章中井; 俊和亀井
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2007-12-05
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Description

本発明は、自動車の車体部品などに用いられる鋼板を、レーザ溶接によって突合せ溶接する方法、およびこの方法によって溶接された鋼板からなる複合板材に関する。

自動車の製造などには、板厚、材質などの特性が異なる複数の鋼板を突合せ溶接して一体化した複合板材（以下、テーラードブランク材という）をプレス成形する工法（以下、テーラードブランク工法という）が採用されている。この工法は、要求される強度や成形性などが部位により異なる部材を製造するのに用いられる。
テーラードブランク材を製造するにあたり、鋼板を突合せ溶接するには、レーザ溶接が多く用いられている。レーザ溶接には、通常、シールドガスとしてアルゴンガスが用いられる。

レーザ溶接方法としては、ＣＯ₂とＡｒとの混合ガスをシールドガスとして用いて帯状鋼板の端部を突合せ溶接する方法がある（特許文献１を参照）。
また、炭酸ガス１５〜２５％をアルゴンガス等の不活性ガスに混合したガスをアシストガスとして用いて、重ねた鋼材をレーザ溶接する方法も知られている（特許文献２を参照）。
また、酸素を０．５〜１０ｖｏｌ％含む、Ａｒ、Ｈｅ、あるいはＡｒ−Ｈｅ混合ガスをシールドガスとして用いて、鋼板をレーザ溶接する方法も知られている（特許文献３を参照）。
また、１〜１０％Ｏ_２を含むＡｒガス、１〜１０％Ｏ_２を含むＨｅガス、５〜５０％ＣＯ_２を含むＡｒガス、５〜５０％ＣＯ_２を含むＨｅガス、空気のうち１つを雰囲気ガスとしてレーザ溶接を行う方法も知られている（特許文献４を参照）。
また、シールドガスとして、ＣＯ₂、Ｏ₂、ＣＯ₂と他のガスとの混合ガス又はＯ₂と他のガスとの混合ガスを使用するレーザ溶接方法も知られている（特許文献５を参照）。
特開平０８−２７６２９０号公報特開平０６−３２８２７９号公報特許第３１７６７７８号公報特許第３３８３４４４号公報特許第２８４２９６７号公報

レーザ溶接では、ビーム直径が小さいため（通常０．５ｍｍ程度）、被溶接物に対し局所的に大きなエネルギーを加えることができる。このため、溶接ビード幅を狭くすることができ、しかも溶接速度を高くすることができる。
しかしながら、レーザ溶接では、溶接ビード幅が小さくなるため、鋼板の突合せ溶接を行う場合には、突合せ部における鋼板の隙間（ギャップ）が局所的に大きくなると、この部分において溶接が不充分となり、溶接部の強度や成形性が低下することがあった。特に大型の鋼板を用いる場合には上記隙間が生じやすく、溶接部の強度や成形性の低下が起こりやすいという問題があった。
また、レーザ溶接では、鋼板に対し局所的に大きなエネルギーが加えられ、かつ溶接速度が高くされるため、急熱急冷により溶接部の硬度が高くなり、その結果、溶接部の成形性が低下する問題があった。
また、板厚が異なる複数の鋼板からなるテーラードブランク材では、溶接金属が、厚板側から薄板側に向けて徐々に厚みを減じる形状となる。
鋼板に対する溶接金属外面の傾斜が急峻である場合には、プレス成形時に応力集中による割れが発生したり、厚板側のエッジ部によってプレス金型が損傷を受けることがあるため、溶接金属の傾斜を小さくすることが望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、その目的は以下の通りである。
（１）突合せ部における鋼板の隙間が大きい場合でも溶接不良を防ぐことができ、かつ溶接部の成形性を高めることができる溶接方法および複合板材の提供。
（２）板厚が異なる鋼板を突合せ溶接する場合に、溶接金属外面の傾斜角度を小さくすることができる溶接方法および複合板材の提供。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、板厚が異なる鋼板を、プレス成形に先だってレーザ溶接により突合せ溶接する方法であって、
シールドガスとして、アルゴンと１０〜４０ｖｏｌ％の炭酸ガスと１〜５ｖｏｌ％の酸素ガスとを含む混合ガスを用いることを特徴とする鋼板のレーザ溶接方法である。

本発明は、１０〜４０ｖｏｌ％の炭酸ガスと１〜５ｖｏｌ％の酸素ガスとを含む混合ガスを用いるので、次に示す効果を奏する。
（１）炭酸ガスを含むシールドガスを用いるので、不活性ガスのみからなるシールドガスを用いる場合に比べて、溶接時に溶け込みを増加させることができる。
このため、突合せ部における鋼板の隙間（ギャップ）が大きい場合でも、溶接不良を防ぎ、溶接部の機械的強度および成形性を高めることができる。
従って、溶接された鋼板をプレス成形する際に、溶接部が破損するのを防ぐことができる。また、要求される突合せ精度を緩和することができる。
（２）レーザ溶接では、狭い範囲に大きなエネルギーが加えられるため鋼板が急熱急冷されることから、溶接部の硬度が上昇し、溶接部の成形性が悪化しやすい。
本発明では、酸化性のガスである炭酸ガスを含むシールドガスを用いるので、溶接部の硬度を低くし、じん性を高め、成形性を向上させることができる。
従って、プレス成形時に溶接部が破損するのを防ぐことができる。
（３）炭酸ガスを含むシールドガスを用いるので、溶融金属を適度に酸化し、そのぬれ性と流動性を適切な範囲に抑えることができる。
このため、過剰な溶け込みにより溶接部が形状不良となるのを防ぐことができる。従って、溶接部の機械的強度および成形性を高めることができる。
（４）溶融金属を適度に酸化し、そのぬれ性と流動性を適切な範囲に抑えることができるため、板厚が異なる鋼板を突合せ溶接する場合に、鋼板に対する溶接金属外面の傾斜をゆるやかにすることができる。
従って、プレス成形時における溶接部の割れや、厚板側のエッジ部によるプレス金型の損傷を防ぐことができる。
（５）炭酸ガスを含むシールドガスを用いるので、溶接時にスパッタの発生を防ぐことができる。
従って、スパッタ付着によって溶接物の外観が悪化するのを防ぐことができる。またスパッタによってプレス成形用の金型が損傷を受けるのを防ぐことができる。
（６）溶け込みを増加させ溶接不良を防ぐことができるため、高出力レーザやハイブリッドレーザを用いる必要がなく、設備コストを抑えることができる。
（７）溶け込みを増加させ溶接不良を防ぐことができるため、溶接速度を高めることができる。従って、生産性向上が可能である。

本発明では、鋼板をレーザ溶接により突合せ溶接する。レーザ光源としては、汎用のＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザなどを用いることができる。溶接は、鋼板に向けて供給されたシールドガス雰囲気下で行われる。

本発明では、シールドガスとして、アルゴンと、１０〜４０ｖｏｌ％の炭酸ガスと、１〜５ｖｏｌ％の酸素とを含む混合ガスを用いる。
このシールドガスは、１０〜４０ｖｏｌ％の炭酸ガスと、１〜５ｖｏｌ％の酸素とを含み、残部がアルゴンからなる混合ガスとすることができる。

炭酸ガス濃度は、１５ｖｏｌ％以上または２０ｖｏｌ％以上としてもよい。炭酸ガス濃度は、３５ｖｏｌ％以下または３０ｖｏｌ％以下としてもよい。
酸素濃度は、１．５ｖｏｌ％以上または２ｖｏｌ％以上としてもよい。酸素濃度は、４．５ｖｏｌ％以下または４ｖｏｌ％以下としてもよい。

炭酸ガス濃度が上記範囲を下回ると、溶け込みが不充分となり、溶接部の強度や成形性が低下しやすくなる。また炭酸ガス濃度が上記範囲を越えると、ビードが不均一となりやすい。
酸素濃度は、上記範囲を下回ると溶け込みが不充分となり、溶接部の強度や成形性が低下しやすくなる。酸素濃度が上記範囲を越えると、溶接部の形状不良やスパッタ発生が起こりやすくなる。
なお、シールドガスには、他の成分、例えば不可避的な不純物が含まれていてもよい。

本発明の対象となる鋼板としては、亜鉛メッキ鋼板を挙げることができる。
本発明の溶接方法は、後工程においてプレス成形される鋼板、例えばテーラードブランク工法に用いられるテーラードブランク材に適用することができる。
テーラードブランク材とは、板厚または材質が異なる板材どうしを突合せ溶接して一体化した複合板材をいう。テーラードブランク工法とは、複数の板材からテーラードブランク材を製造し、これをプレス成形する工法をいう。
本発明は、特に、板厚が互いに異なる鋼板を突合せ溶接する差厚突合せ溶接に適用するのが好適である。
本発明は、自動車部品、例えば車体部品の製造に適用することができる。

本発明では、炭酸ガス１０〜４０ｖｏｌ％、酸素１〜５ｖｏｌ％を含む混合ガスを用いるので、次の効果を奏する。
（１）炭酸ガスを含むシールドガスを用いるので、不活性ガスのみからなるシールドガスを用いる場合に比べて、溶接時に溶け込みが増加し、深さ方向に幅が均一な溶け込み形状が得られる。
溶け込みが十分になるため、突合せ部における鋼板の隙間（ギャップ）が大きい場合でも、溶接不良を防ぎ、溶接部の機械的強度および成形性を高めることができる。
従って、溶接された鋼板をプレス成形する際に、溶接部が破損するのを防ぐことができる。また、要求される突合せ精度を緩和し、製造を容易にすることができる。

本発明は、テーラードブランク材の製造に適用するのが有用である。テーラードブランク材では大型の鋼板が用いられることが多いため、突合せ部において隙間が生じやすいが、本発明を適用することによって、溶接不良を確実に防ぎ、溶接部の強度および成形性を高めることができる。
上記混合ガスの使用によって、溶け込みが増加する理由については、次の推測が可能である。すなわち、酸化性ガスである炭酸ガスによって、溶接部が適度に酸化されるため、酸化熱が発生するとともに、レーザ光の吸収力が高められる。このため、溶接部が効率よく加熱され、溶け込みが増加すると考えられる。

（２）レーザ溶接では、狭い範囲に大きなエネルギーが加えられるため鋼板が急熱急冷されることから、溶接部の硬度が上昇し、溶接部の成形性が悪化しやすい。
本発明では、炭酸ガスを含むシールドガスを用いるので、炭酸ガスにより溶接部に酸化物を生成させ、硬度上昇の原因となるオーステナイト粒の成長を抑制することができる。
このため、溶接部の硬度を低くし、じん性を高め、成形性を向上させることができる。従って、プレス成形時に溶接部が破損するのを防ぐことができる。

（３）炭酸ガスを含むシールドガスを用いるので、溶融金属を適度に酸化し、そのぬれ性と流動性を適切な範囲に抑えることができる。
このため、過剰な溶け込みにより溶接部が形状不良となるのを防ぐことができる。従って、溶接部の機械的強度および成形性を高めることができる。
これに対し、酸素ガスと不活性ガスからなるシールドガスを用いる場合には、酸素の酸化力によって溶け込みが過剰となり、溶融金属の流動により溶接部形状が不安定となるおそれがある。

（４）溶融金属を適度に酸化し、そのぬれ性と流動性を適切な範囲に抑えることができるため、板厚が異なる鋼板を突合せ溶接する場合に、鋼板に対する溶接金属外面の傾斜をゆるやかにすることができる。
従って、プレス成形時における溶接部の割れや、厚板側のエッジ部によるプレス金型の損傷を防ぐことができる。
これに対し、酸素ガスと不活性ガスからなるシールドガスを用いる場合には、溶融金属の流動により、溶接金属外面の傾斜が急峻となることがある。

（５）炭酸ガスを含むシールドガスを用いるので、溶接時にスパッタの発生を防ぐことができる。
従って、スパッタ付着によって溶接物の外観が悪化するのを防ぐことができる。またスパッタによってプレス成形用の金型が損傷を受けるのを防ぐことができる。
これに対し、酸素ガスと不活性ガスからなるシールドガスを用いる場合には、酸化反応が激しくなり、スパッタが発生しやすい。
本発明は、スパッタ付着がなく表面平滑性が高い溶接物を得ることができるため、自動車部品製造に適用する場合に特に有用である。
（６）溶け込みを増加させ溶接不良を防ぐことができるため、レーザの出力が低い場合でも、溶接部に十分な機械的強度および成形性を与えることができる。
従って、高出力レーザやハイブリッドレーザを用いる必要がなく、設備コストを抑えることができる。
（７）溶け込みを増加させ溶接不良を防ぐことができるため、溶接速度を高めることができる。従って、生産性向上が可能である。

以下、試験例を示すが、この例の中には本発明の技術的範囲に含まれないものがあるが、比較のために示してある。
（試験１：裏ビード幅の測定）
（試験例１−１）
厚さが異なる２枚の両面亜鉛メッキ鋼板（目付け量４５ｇ／ｍ^２）（板厚はそれぞれ０．７ｍｍ、１．４ｍｍ）をレーザ溶接によって突合せ溶接した。溶接条件は以下の通りである。なお、以下、厚さ０．７ｍｍの鋼板を薄板といい、厚さ１．４ｍｍの鋼板を厚板ということがある。
鋼板の端面処理：レーザカット
使用レーザ：ＹＡＧレーザ
レーザ出力：２ｋＷ
溶接方法：下向き差厚突合せ溶接
狙いずれ量：０ｍｍ
溶接速度：３．０ｍ／ｍｉｎ
ギャップ（２枚の鋼板の隙間）：０ｍｍ
シールドガス：Ａｒ−ＣＯ_２混合ガス（またはＡｒ）
シールドガス流量：４０Ｌ／ｍｉｎ
ノズル（シールドガス供給用）：同軸型二重シールドノズル
裏ビード幅（平均値）を測定した結果を図１に示す。図中、添加ガス濃度はシールドガスの炭酸ガス濃度（ｘｖｏｌ％）を示す。

（試験例１−２）
シールドガスとして、Ａｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガス（またはＡｒ−Ｏ_２混合ガス）を用いて鋼板の突合せ溶接を行った。シールドガスの酸素濃度は５ｖｏｌ％とした。その他の条件は試験例１−１に準じた。
裏ビード幅を測定した結果を図１に示す。図中、添加ガス濃度は、シールドガスの酸素濃度（５ｖｏｌ％）と炭酸ガス濃度（ｙｖｏｌ％）の合計を示す。

（試験例１−３）
シールドガスとして、Ａｒ−Ｏ_２混合ガス（またはＡｒ）を用いて鋼板の突合せ溶接を行った。その他の条件は試験例１−１に準じた。
裏ビード幅を測定した結果を図１に示す。図中、添加ガス濃度はシールドガスの酸素濃度（ｘｖｏｌ％）を示す。

図１に示すように、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合には、炭酸ガス濃度が１０ｖｏｌ％以上であるときに十分な裏ビード幅（０．７ｍｍ以上）が得られた。
なお、いずれの試験例においても、裏ビードは長さ方向にとぎれることなく形成された。

（試験２：溶け込み形状の評価）
（試験例２）
シールドガスとしてＡｒ、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガス（ＣＯ_２濃度３０ｖｏｌ％）、またはＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガス（Ｏ_２濃度５ｖｏｌ％、ＣＯ_２濃度２０ｖｏｌ％）を用いて鋼板の突合せ溶接を行った。その他の条件は試験例１−１に準じた。
図２はＡｒを用いた場合の溶接部断面を示し、図３はＡｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合の溶接部断面を示し、図４はＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合の溶接部の断面を示す。

図２に示すように、Ａｒを用いた場合には、表ビード幅（上面側）に比べ、裏ビード幅（下面側）が狭くなった。
図３、４に示すように、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスまたはＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合には、表ビード幅（上面側）と裏ビード幅（下面側）との間に大きな差がなく、深さ方向に幅がほぼ均一な溶け込み形状が得られた。

（試験３：耐ギャップ性の評価）
（試験例３）
シールドガスとして、Ａｒ、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガス、Ａｒ−Ｏ_２混合ガス、またはＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用い、ギャップ（２枚の鋼板の隙間）を０〜０．３ｍｍとして鋼板の突合せ溶接を行い、裏ビードを確認した。狙いずれ量はギャップが０ｍｍの場合に０ｍｍとし、ギャップが０．１ｍｍ以上である場合に０．１ｍｍとした（厚板に対し、突合せ端面から０．１ｍｍずれた位置にレーザ光を照射）。その他の条件は試験例１−１に準じた。
結果を表１に示す。裏ビードが観察された場合を○と評価し、観察されなかった場合を×と評価した。

表１に示すように、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いる場合には、炭酸ガス濃度が２０ｖｏｌ％以上であるときに、優れた耐ギャップ性（０．２５ｍｍ以上のギャップで溶接可能）が得られた。

（試験４：溶接金属の厚さ測定）
（試験例４）
シールドガスとして、Ａｒ、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガス、Ａｒ−Ｏ_２混合ガス、またはＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガス（Ｏ_２濃度５ｖｏｌ％）を用い、ギャップを０．２５ｍｍとして鋼板の突合せ溶接を行った。狙いずれ量は０．１ｍｍとした。その他の条件は試験例１−１に準じた。
図５に示すように、溶接部の溶接金属の最小厚ｔを測定し、薄板の厚さＴ（０．７ｍｍ）に対する比率（ｔ／Ｔ）を算出した。
結果を図６に示す。図中、添加ガス濃度は、試験１と同様、Ａｒ以外の成分濃度である。溶接ができなかった場合の溶接金属厚比はゼロとした。

図６に示すように、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いる場合には、炭酸ガス濃度が２０ｖｏｌ％以上であるときに、溶接金属の厚さが十分な値（ｔ／Ｔが０．８以上）となった。

（試験５：溶接金属の硬さ測定）
（試験例５）
シールドガスとして、Ａｒ、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガス、Ａｒ−Ｏ_２混合ガス、またはＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガス（Ｏ_２濃度５ｖｏｌ％）を用いて鋼板の突合せ溶接を行い、溶接金属のビッカーズ硬さ（最高硬さ）を測定した。その他の条件は試験例１−１に準じた。
結果を図７に示す。図中、添加ガス濃度は、試験１と同様、Ａｒ以外の成分濃度である。
ビッカーズ硬さは、頂角１３６度のダイヤモンド四角鐘を試験片の表面に押圧し、できた凹みの表面積で、加えた荷重を除した値をいう。すなわち、ビッカーズ硬さＨｖ＝１．８５４４ｐ／ｄ（ｐ：押圧荷重（ｋｇ）、ｄ：凹みの対角線の長さの平均（ｍｍ））である。

図７に示すように、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いる場合には、炭酸ガス濃度が２０ｖｏｌ％以上であるときに、硬さを低い値（１７０以下）に抑えることができた。

（試験６：溶接部の傾斜の評価）
（試験例６）
シールドガスとしてＡｒ、Ａｒ−Ｏ_２混合ガス（Ｏ_２濃度１０ｖｏｌ％）、またはＡｒ−ＣＯ_２混合ガス（ＣＯ_２濃度３０ｖｏｌ％）を用いて鋼板の突合せ溶接を行った。その他の条件は試験例１−１に準じた。
厚板側から薄板側に向けて徐々に厚みを減じる形状となった溶接金属の外面（上面）の傾斜について評価した。
図８はＡｒを用いた場合の溶接部断面を示し、図９はＡｒ−Ｏ_２混合ガスを用いた場合の溶接部断面を示し、図１０はＡｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合の溶接部の断面を示す。

図８〜１０に示すように、Ａｒ−Ｏ_２混合ガスを用いた場合には、溶接金属外面の傾斜角度（最大傾斜角度）が非常に大きくなったのに対し、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合には、傾斜角度が比較的小さくなった。

（試験７：スパッタ発生の有無）
（試験例７）
シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ_２混合ガス（ＣＯ_２濃度３０ｖｏｌ％）、またはＡｒ−Ｏ_２混合ガス（Ｏ_２濃度１０ｖｏｌ％）を用いて鋼板の突合せ溶接を行った。その他の条件は試験例１−１に準じた。
溶接部を観察し、スパッタ発生の有無を確認した。
図１１は、溶接部の外観（表ビードおよび裏ビード）を示す。図において、水平方向に延びる溶接部より上方の部分が厚板であり、下方部分が薄板である。

図１１に示すように、Ａｒ−Ｏ_２混合ガスを用いた場合にはスパッタの発生が観察されたのに対し、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合には、スパッタ発生がほとんど見られなかった。

（試験８：ビードの均一性評価（１））
（試験例８）
シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ_２混合ガス（ＣＯ_２濃度３０ｖｏｌ％または７０ｖｏｌ％）を用いて鋼板の突合せ溶接を行い、表ビードの均一性について評価した。その他の条件は試験例１−１に準じた。
図１２は、溶接部の外観（表ビード）を示す。図において、水平方向に延びる溶接部より上方の部分が厚板であり、下方部分が薄板である。

図１２に示すように、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスの炭酸ガス濃度が３０ｖｏｌ％である場合には均一なビードが得られたが、炭酸ガス濃度が７０ｖｏｌ％である場合には、厚板側のエッジ部に欠けが見られ、ビードが不均一となった。

（試験９：ビードの均一性評価（２））
（試験例９）
シールドガスとしてＡｒ、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガス、またはＣＯ_２を用いて鋼板の突合せ溶接を行い、目視によって表ビードの均一性を評価した。その他の条件は試験例１−１に準じた。結果を表２に示す。

表２に示すように、炭酸ガス濃度を５０ｖｏｌ％以下とした場合には、優れたビード均一性が得られた。

（試験１０：裏ビード幅の測定）
（試験例１０）
シールドガスとしてＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガス（またはＡｒ−Ｏ_２混合ガス）を用いて鋼板の突合せ溶接を行った。シールドガスの酸素濃度は０．５〜２０ｖｏｌ％とした。その他の条件は試験例１−１に準じた。
裏ビード幅の測定結果を図１３に示す。図中、混合比はシールドガスの炭酸ガス濃度（ｘｖｏｌ％）を示す。

図１３に示すように、酸素濃度が０．５ｖｏｌ％または２ｖｏｌ％である場合には、炭酸ガス濃度を１０ｖｏｌ％以上とすると、裏ビード幅を十分な値（０．７ｍｍ以上）にすることができた。
また、酸素濃度が５ｖｏｌ％以上である場合には、炭酸ガス濃度によらず、裏ビード幅は十分な値（０．７ｍｍ以上）となった。

（試験１１：耐ギャップ性の評価）
（試験例１１）
シールドガスとしてＡｒ、Ａｒ−Ｏ_２混合ガス、またはＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用い、ギャップ（２枚の鋼板の隙間）を０〜０．３ｍｍとして鋼板の突合せ溶接を行い、裏ビードを確認した。狙いずれ量はギャップが０ｍｍの場合に０ｍｍとし、ギャップが０．１ｍｍ以上である場合に０．１ｍｍとした。その他の条件は試験例１−１に準じた。
結果を表３に示す。裏ビードが観察された場合を○と評価し、観察されなかった場合を×と評価した。

表３に示すように、酸素濃度が０．５ｖｏｌ％である場合には、炭酸ガス濃度が２０ｖｏｌ％以上であるときに、優れた耐ギャップ性（０．２５ｍｍ以上のギャップで溶接可能）が得られた。
酸素濃度が２ｖｏｌ％である場合には、炭酸ガス濃度が１０ｖｏｌ％以上であるときに、優れた耐ギャップ性が得られた。
酸素濃度が５ｖｏｌ％以上である場合には、炭酸ガス濃度によらず、優れた耐ギャップ性が得られた。

（試験１２：溶接金属の厚さ測定）
（試験例１２）
シールドガスとして、Ａｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガス（またはＡｒ−Ｏ_２混合ガス）を用い、ギャップを０．２５ｍｍとして鋼板の突合せ溶接を行った。狙いずれ量は０．１ｍｍとした。その他の条件は試験例１−１に準じた。溶接部の溶接金属の最小厚ｔを測定し、薄板の厚さＴ（０．７ｍｍ）に対する比率（ｔ／Ｔ）を算出した。
結果を図１４に示す。図中、混合比はシールドガスの炭酸ガス濃度（ｘｖｏｌ％）を示す。

図１４に示すように、酸素濃度が０．５ｖｏｌ％である場合には、炭酸ガス濃度を２０ｖｏｌ％以上とすると、溶接金属厚は十分な値（ｔ／Ｔが０．８以上）となった。
また、酸素濃度が２〜１０ｖｏｌ％である場合には、炭酸ガス濃度を１０ｖｏｌ％以上とすると、溶接金属厚は十分な値（ｔ／Ｔが０．８以上）となった。
また、酸素濃度が２０ｖｏｌ％である場合には、炭酸ガス濃度によらず、溶接金属厚は十分な値（ｔ／Ｔが０．８以上）となった。

（試験１３：溶接金属の硬さ測定）
（試験例１３）
シールドガスとして、Ａｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガス（またはＡｒ−Ｏ_２混合ガス）を用いて鋼板の突合せ溶接を行い、溶接金属のビッカーズ硬さ（最高硬さ）を測定した。その他の条件は試験例１−１に準じた。
結果を図１５に示す。図中、混合比はシールドガスの炭酸ガス濃度（ｘｖｏｌ％）を示す。

図１５に示すように、酸素濃度が０．５ｖｏｌ％である場合には、炭酸ガス濃度を１０ｖｏｌ％以上とすると、溶接金属の硬さを低い値（１７０以下）にすることができた。
酸素濃度が２ｖｏｌ％以上である場合には、炭酸ガス濃度によらず、溶接金属の硬さを低い値（１７０以下）にすることができた。

以上の試験結果を総合して表４〜９に示す。
表４は、主にＡｒ−ＣＯ_２混合ガスについての試験結果をまとめたものであり、表５〜９はＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスについての試験結果をまとめたものである。
表５〜９には、試験１０〜１３で用いたものと同様のＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用い、試験６〜９と同様にして溶接部傾斜、スパッタ発生の有無、ビードの均一性について評価した結果を併せて示す。

裏ビード幅（試験１、１０）に関しては、０．７ｍｍ以上であるものを○と評価した。
耐ギャップ性（試験３、１１）に関しては、裏ビードが観察された場合を○と評価した。
最小溶接金属厚比（試験４、１２）に関しては、０．８以上を○と評価した。
溶接部傾斜（試験６）に関しては、鋼板に対する溶接金属の外面（上面）の最大傾斜角度が、Ａｒを用いた場合（図８）とほぼ同等である場合を○と評価し、Ａｒを用いた場合の傾斜角度より著しく大きい場合を×と評価した。
スパッタ（試験７）に関しては、溶接部表面のスパッタの有無を確認し、スパッタ発生が見られない場合を○と評価し、スパッタ発生が見られる場合を×と評価した。
ビード均一性（試験８、９）に関しては、表ビード幅がほぼ均一である場合を○と評価した。
硬さ（試験５、１３）に関しては、１７０以下を○と評価した。
溶け込み形状（試験２）に関しては、深さ方向に幅がほぼ均一な溶け込み形状が得られた場合を○と評価した。

表４に示すように、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合には、炭酸ガス濃度が２０〜５０ｖｏｌ％である場合に、すべての評価項目において優れた結果が得られた。
表５に示すように、酸素濃度が１ｖｏｌ％未満であるＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合には、炭酸ガス濃度が２０〜５０ｖｏｌ％であるときに、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガス（炭酸ガス濃度２０〜５０ｖｏｌ％）とほぼ同等の優れた結果が得られた。
表６、７に示すように、炭酸ガス濃度１０〜４０ｖｏｌ％、酸素濃度１〜５ｖｏｌ％であるＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合には、すべての評価項目において優れた結果が得られた。
表８、９に示すように、酸素濃度が５ｖｏｌ％を越えるＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合には、いずれかの評価項目で劣る結果が得られた。

シールドガスの成分濃度と裏ビード幅との関係を示すグラフである。シールドガスとしてＡｒを用いた場合の溶接部断面を示す写真である。シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合の溶接部断面を示す写真である。シールドガスとしてＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合の溶接部断面を示す写真である。最小溶接金属厚の測定方法を示す模式図である。シールドガスの成分濃度と最小溶接金属厚比との関係を示すグラフである。シールドガスの成分濃度と溶接金属の硬さとの関係を示すグラフである。シールドガスとしてＡｒを用いた場合の溶接部断面を示す写真である。シールドガスとしてＡｒ−Ｏ_２混合ガスを用いた場合の溶接部断面を示す写真である。シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合の溶接部断面を示す写真である。シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ_２混合ガスまたはＡｒ−Ｏ_２混合ガスを用いた場合の溶接部の外観を示す写真である。シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合の溶接部の外観を示す写真である。シールドガスとしてＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合の成分濃度と裏ビード幅との関係を示すグラフである。シールドガスとしてＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合の成分濃度と最小溶接金属厚比との関係を示すグラフである。シールドガスとしてＡｒ−Ｏ_２−ＣＯ_２混合ガスを用いた場合の成分濃度と溶接金属の硬さとの関係を示すグラフである。

Claims

板厚が異なる鋼板を、プレス成形に先だってレーザ溶接により突合せ溶接する方法であって、
シールドガスとして、アルゴンと１０〜４０ｖｏｌ％の炭酸ガスと１〜５ｖｏｌ％の酸素ガスとを含む混合ガスを用いることを特徴とする鋼板のレーザ溶接方法。