JP4185638B2 - めっき鋼板のレーザ溶接方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき鋼板のレーザ溶接方法に関し、一層詳細には、外観品質の優れた溶接部を得ることが可能なめっき鋼板のレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛めっき鋼板に対してレーザ溶接を行う際に、ワーク間の亜鉛層がレーザビームの熱によって蒸発・飛散して、溶接部の外観品質の劣化が生じることがある。
【０００３】
このような外観品質の劣化の発生を防ぐためには、ワーク間に適正な隙間を設けた状態で溶接を行う手法が考えられるが、大型のワークに対して溶接を行う場合には、適正な隙間を設けることが困難な部分が生じ得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の不都合を解決するためになされたものであり、大型のワークに対しても適用することができ、外観品質に優れた溶接部を得ることが可能なめっき鋼板のレーザ溶接方法を提供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、めっき鋼板を含む少なくとも２枚の互いに重ね合わされた板材にレーザビームを照射して溶接処理を施すための、めっき鋼板のレーザ溶接方法において、前記レーザビームの焦点位置を前記互いに重ね合わされた板材中またはこれら板材の近傍位置に合わせてこれら板材を溶接する第１の溶接工程と、レーザ溶接装置を構成するスキャンヘッドを前記板材に対して変位させることにより、前記レーザビームの焦点位置を前記互いに重ね合わされた板材から離れる方向に所定距離だけずらして前記第１の溶接工程時に比して広範囲にレーザビームを照射し、これら板材を再溶接するとともに前記第１の溶接工程時に形成された穴を埋め戻す第２の溶接工程とを含んでいる（請求項１記載の発明）。
【０００６】
このため、第２の溶接工程においては、第１の溶接工程で得られた溶接部に存在していた穴、突起等が埋め戻され、従って、外観品質に優れた溶接部を得ることができる。
【０００７】
この場合、前記第２の溶接工程における前記レーザビームの焦点位置を、前記第１の溶接工程における焦点位置から後退させるようにしてもよい（請求項２記載の発明）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１Ａ〜図１Ｄは、１組の板材としてのめっき鋼板１０ａ、１０ｂをレーザ溶接する作業の工程を示している。
【００１０】
なお、この実施の形態が適用されるワークとしてのめっき鋼板１０ａ、１０ｂは、例えば、図２に示すように、自動車のドア部Ｄにおける前方側の、窓枠Ｗが取り付けられる部分の近傍部分（図２中、破線で囲まれた部分）、すなわち、溶接が施される部分が外部に露呈する部分を構成するものである。
【００１１】
図１Ａに示すように、めっき鋼板１０ａ、１０ｂは、それぞれ、基材としての鋼板１２ａ、１２ｂと、これら鋼板１２ａ、１２ｂの両面部にそれぞれ形成されためっき層１４ａ、１４ｂを備えている。この場合、めっき層１４ａ、１４ｂを形成する材料としては、亜鉛、ニッケル亜鉛合金、鉛、アルミニウム等の低沸点金属や合金等を採用することができる。また、この実施の形態においては、鋼板１２ａ、１２ｂに塗布された樹脂系塗料、樹脂系接着剤等についても、めっき層１４ａ、１４ｂと同様に考慮することができる。
【００１２】
めっき鋼板１０ａ、１０ｂの、特に、溶接を施そうとする部分は、互いに重ね合わされている。この場合、めっき鋼板１０ａ、１０ｂの間には、隙間は設けられていない。
【００１３】
図１Ａに示すように、めっき鋼板１０ａ、１０ｂにレーザビームＬを照射すると、このレーザビームＬによって、めっき鋼板１０ａ、１０ｂが溶融される（第１の溶接工程）。この場合、レーザビームＬの焦点位置ｆ１は、重ね合わされためっき鋼板１０ａ、１０ｂ中、または、めっき鋼板１０ａ、１０ｂの近傍位置に合わされている。
【００１４】
また、レーザビームＬの照射方向は、めっき鋼板１０ａ、１０ｂに対する垂直方向としてもよく、該垂直方向から所定の角度だけ傾斜した方向としてもよい。
【００１５】
図１Ｂに示すように、レーザビームＬの照射によって溶融した金属が凝固して１次溶接部２０が形成されると、この１次溶接部２０によってめっき鋼板１０ａ、１０ｂが繋がれた状態となる。すなわち、１次溶接部２０によってめっき鋼板１０ａ、１０ｂが結合される。
【００１６】
ところで、レーザビームＬによってめっき鋼板１０ａ、１０ｂが溶融された際に、めっき層１４ａ、１４ｂを形成する亜鉛等の蒸発に伴って、溶融した金属が飛び散る現象が起こる場合がある。このため、図１Ｂに示すように、１次溶接部２０には、溶融した金属が飛散した後の穴（ブローホール）２２や、飛散した金属が付着して形成された突起２４等が存在する場合がある。
【００１７】
この場合、図３Ａに示すように、溶接されためっき鋼板１０ａ、１０ｂにおいては、１次溶接部２０の外観品質が劣るおそれがある。
【００１８】
そこで、図１Ｃに示すように、レーザビームＬの焦点位置ｆ２を、レーザビームＬの照射方向に沿って、図１Ａの焦点位置ｆ１から所定の後退距離Ｙ｛例えば、Ｙ＝５〜１５ｍｍ：ただし、集光ミラーとして、焦点距離が７．５ｉｎ（１９．０５ｃｍ）の放物面ミラーを用いた場合｝だけ後退（デフォーカス）させて、レーザビームＬを再照射する（第２の溶接工程）。このとき、めっき鋼板１０ａ、１０ｂにおいては、レーザビームＬの焦点位置ｆ２がめっき鋼板１０ａ、１０ｂから離れることとなるため、図１Ｂに示す１次溶接部２０の幅よりも広い範囲（２点鎖線で示す）が再溶融される。
【００１９】
なお、図１Ａの焦点位置ｆ１から前進する方向に焦点位置を変位させるようにしてもよい。
【００２０】
このようなレーザビームＬの焦点位置ｆ１、ｆ２の変位作業は、例えば、レーザ溶接装置を構成する図示しないスキャンヘッドの位置を、めっき鋼板１０ａ、１０ｂに対して変位させることによって行われる。
【００２１】
なお、第１の溶接工程が行われてから第２の溶接工程を行うまでの時間間隔は、任意に設定することができる。
【００２２】
再溶融された金属が凝固すると、図１Ｄに示すように、穴２２（図１Ｂ参照）が埋め戻され、かつ、突起２４（図１Ｂ参照）が均された２次溶接部３０が形成される。すなわち、この２次溶接部３０においては、該２次溶接部３０の周縁部にエッジ等が存在しない（または、エッジが丸められた）、滑らかな表面形状が得られる。
【００２３】
この場合、図３Ｂに示すように、溶接されためっき鋼板１０ａ、１０ｂにおいては、優れた外観品質の２次溶接部３０が得られる。
【００２４】
また、図４に示すように、２次溶接部３０（図１Ｄ参照）における溶接強度Ｐ２は、１次溶接部２０（図１Ｂ参照）における溶接強度Ｐ１に比べて、例えば、１ｋＮ程度上昇している。
【００２５】
なお、図４中の文字「１ ＰＡＳＳ」は、第１の溶接工程を表し、文字「２ ＰＡＳＳ」は、第２の溶接工程を表している。また、記号「■」、「◆」、「▲」は、それぞれ、溶接強度Ｐ１、Ｐ２の最大値、平均値、最小値を表している。
【００２６】
また、図４に示すデータを取得する際には、レーザ溶接装置として出力が約２．７３ｋＷのＣＯ2レーザ溶接装置を採用し、加工条件は、センタシールド：Ａｒ ２０ｌ／ｍｉｎ、ビード長：３０ｍｍ、速度（第１の溶接工程）：１．６ｍ／ｍｉｎ、速度（第２の溶接工程）：２．０ｍ／ｍｉｎ、後退距離Ｙ：１５ｍｍに設定した。
【００２７】
なお、この実施の形態では、溶接されるめっき鋼板１０ａ、１０ｂを２枚としているが、３枚以上のめっき鋼板を溶接する際にも、この実施の形態を適用することができる。
【００２８】
このように、この実施の形態においては、第１の溶接工程において、めっき鋼板１０ａ、１０ｂにレーザビームＬを照射して溶接を施した後に、第２の溶接工程において、レーザビームＬの焦点位置をｆ１からｆ２に後退させて再溶接を施すようにしている。このため、第２の溶接工程で得られた２次溶接部３０においては、第１の溶接工程で得られた１次溶接部２０に存在していた穴２２、突起２４等が埋め戻される。従って、外観品質に優れた２次溶接部３０を得ることができる。
【００２９】
また、１次溶接部２０に存在していた穴２２、突起２４等が埋め戻されるため、強度に優れた２次溶接部３０を得ることができる。
【００３０】
さらに、この実施の形態は、大型のワークに対しても適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係るめっき鋼板のレーザ溶接方法によれば、重ね合わされた板材の溶接は、第１の溶接工程および第２の溶接工程による２段階で行われ、第２の溶接工程においては、レーザビームの焦点位置を第１の溶接工程における位置から後退させるようにしている。このため、第２の溶接工程においては、第１の溶接工程で溶接部に生じていた穴等が埋め戻され、外観品質に優れた溶接部が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ〜図１Ｄは、１組のめっき鋼板をレーザ溶接する作業を示す断面図である。
【図２】この実施の形態が適用されるワークとしての自動車のドア部を示す平面図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、溶接部の外観を示す平面図である。
【図４】溶接部における溶接強度を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ａ、１０ｂ…めっき鋼板 １２ａ、１２ｂ…鋼板
１４ａ、１４ｂ…めっき層 ２０…１次溶接部
２２…穴 ２４…突起
３０…２次溶接部 Ｌ…レーザビーム
ｆ１、ｆ２…焦点位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき鋼板のレーザ溶接方法に関し、一層詳細には、外観品質の優れた溶接部を得ることが可能なめっき鋼板のレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛めっき鋼板に対してレーザ溶接を行う際に、ワーク間の亜鉛層がレーザビームの熱によって蒸発・飛散して、溶接部の外観品質の劣化が生じることがある。
【０００３】
このような外観品質の劣化の発生を防ぐためには、ワーク間に適正な隙間を設けた状態で溶接を行う手法が考えられるが、大型のワークに対して溶接を行う場合には、適正な隙間を設けることが困難な部分が生じ得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の不都合を解決するためになされたものであり、大型のワークに対しても適用することができ、外観品質に優れた溶接部を得ることが可能なめっき鋼板のレーザ溶接方法を提供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、めっき鋼板を含む少なくとも２枚の互いに重ね合わされた板材にレーザビームを照射して溶接処理を施すための、めっき鋼板のレーザ溶接方法において、前記レーザビームの焦点位置を前記互いに重ね合わされた板材中またはこれら板材の近傍位置に合わせてこれら板材を溶接する第１の溶接工程と、レーザ溶接装置を構成するスキャンヘッドを前記板材に対して変位させることにより、前記レーザビームの焦点位置を前記互いに重ね合わされた板材から離れる方向に所定距離だけずらして前記第１の溶接工程時に比して広範囲にレーザビームを照射し、これら板材を再溶接するとともに前記第１の溶接工程時に形成された穴を埋め戻す第２の溶接工程とを含んでいる（請求項１記載の発明）。
【０００６】
このため、第２の溶接工程においては、第１の溶接工程で得られた溶接部に存在していた穴、突起等が埋め戻され、従って、外観品質に優れた溶接部を得ることができる。
【０００７】
この場合、前記第２の溶接工程における前記レーザビームの焦点位置を、前記第１の溶接工程における焦点位置から後退させるようにしてもよい（請求項２記載の発明）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１Ａ〜図１Ｄは、１組の板材としてのめっき鋼板１０ａ、１０ｂをレーザ溶接する作業の工程を示している。
【００１０】
なお、この実施の形態が適用されるワークとしてのめっき鋼板１０ａ、１０ｂは、例えば、図２に示すように、自動車のドア部Ｄにおける前方側の、窓枠Ｗが取り付けられる部分の近傍部分（図２中、破線で囲まれた部分）、すなわち、溶接が施される部分が外部に露呈する部分を構成するものである。
【００１１】
図１Ａに示すように、めっき鋼板１０ａ、１０ｂは、それぞれ、基材としての鋼板１２ａ、１２ｂと、これら鋼板１２ａ、１２ｂの両面部にそれぞれ形成されためっき層１４ａ、１４ｂを備えている。この場合、めっき層１４ａ、１４ｂを形成する材料としては、亜鉛、ニッケル亜鉛合金、鉛、アルミニウム等の低沸点金属や合金等を採用することができる。また、この実施の形態においては、鋼板１２ａ、１２ｂに塗布された樹脂系塗料、樹脂系接着剤等についても、めっき層１４ａ、１４ｂと同様に考慮することができる。
【００１２】
めっき鋼板１０ａ、１０ｂの、特に、溶接を施そうとする部分は、互いに重ね合わされている。この場合、めっき鋼板１０ａ、１０ｂの間には、隙間は設けられていない。
【００１３】
図１Ａに示すように、めっき鋼板１０ａ、１０ｂにレーザビームＬを照射すると、このレーザビームＬによって、めっき鋼板１０ａ、１０ｂが溶融される（第１の溶接工程）。この場合、レーザビームＬの焦点位置ｆ１は、重ね合わされためっき鋼板１０ａ、１０ｂ中、または、めっき鋼板１０ａ、１０ｂの近傍位置に合わされている。
【００１４】
また、レーザビームＬの照射方向は、めっき鋼板１０ａ、１０ｂに対する垂直方向としてもよく、該垂直方向から所定の角度だけ傾斜した方向としてもよい。
【００１５】
図１Ｂに示すように、レーザビームＬの照射によって溶融した金属が凝固して１次溶接部２０が形成されると、この１次溶接部２０によってめっき鋼板１０ａ、１０ｂが繋がれた状態となる。すなわち、１次溶接部２０によってめっき鋼板１０ａ、１０ｂが結合される。
【００１６】
ところで、レーザビームＬによってめっき鋼板１０ａ、１０ｂが溶融された際に、めっき層１４ａ、１４ｂを形成する亜鉛等の蒸発に伴って、溶融した金属が飛び散る現象が起こる場合がある。このため、図１Ｂに示すように、１次溶接部２０には、溶融した金属が飛散した後の穴（ブローホール）２２や、飛散した金属が付着して形成された突起２４等が存在する場合がある。
【００１７】
この場合、図３Ａに示すように、溶接されためっき鋼板１０ａ、１０ｂにおいては、１次溶接部２０の外観品質が劣るおそれがある。
【００１８】
そこで、図１Ｃに示すように、レーザビームＬの焦点位置ｆ２を、レーザビームＬの照射方向に沿って、図１Ａの焦点位置ｆ１から所定の後退距離Ｙ｛例えば、Ｙ＝５〜１５ｍｍ：ただし、集光ミラーとして、焦点距離が７．５ｉｎ（１９．０５ｃｍ）の放物面ミラーを用いた場合｝だけ後退（デフォーカス）させて、レーザビームＬを再照射する（第２の溶接工程）。このとき、めっき鋼板１０ａ、１０ｂにおいては、レーザビームＬの焦点位置ｆ２がめっき鋼板１０ａ、１０ｂから離れることとなるため、図１Ｂに示す１次溶接部２０の幅よりも広い範囲（２点鎖線で示す）が再溶融される。
【００１９】
なお、図１Ａの焦点位置ｆ１から前進する方向に焦点位置を変位させるようにしてもよい。
【００２０】
このようなレーザビームＬの焦点位置ｆ１、ｆ２の変位作業は、例えば、レーザ溶接装置を構成する図示しないスキャンヘッドの位置を、めっき鋼板１０ａ、１０ｂに対して変位させることによって行われる。
【００２１】
なお、第１の溶接工程が行われてから第２の溶接工程を行うまでの時間間隔は、任意に設定することができる。
【００２２】
再溶融された金属が凝固すると、図１Ｄに示すように、穴２２（図１Ｂ参照）が埋め戻され、かつ、突起２４（図１Ｂ参照）が均された２次溶接部３０が形成される。すなわち、この２次溶接部３０においては、該２次溶接部３０の周縁部にエッジ等が存在しない（または、エッジが丸められた）、滑らかな表面形状が得られる。
【００２３】
この場合、図３Ｂに示すように、溶接されためっき鋼板１０ａ、１０ｂにおいては、優れた外観品質の２次溶接部３０が得られる。
【００２４】
また、図４に示すように、２次溶接部３０（図１Ｄ参照）における溶接強度Ｐ２は、１次溶接部２０（図１Ｂ参照）における溶接強度Ｐ１に比べて、例えば、１ｋＮ程度上昇している。
【００２５】
なお、図４中の文字「１ ＰＡＳＳ」は、第１の溶接工程を表し、文字「２ ＰＡＳＳ」は、第２の溶接工程を表している。また、記号「■」、「◆」、「▲」は、それぞれ、溶接強度Ｐ１、Ｐ２の最大値、平均値、最小値を表している。
【００２６】
また、図４に示すデータを取得する際には、レーザ溶接装置として出力が約２．７３ｋＷのＣＯ2レーザ溶接装置を採用し、加工条件は、センタシールド：Ａｒ ２０ｌ／ｍｉｎ、ビード長：３０ｍｍ、速度（第１の溶接工程）：１．６ｍ／ｍｉｎ、速度（第２の溶接工程）：２．０ｍ／ｍｉｎ、後退距離Ｙ：１５ｍｍに設定した。
【００２７】
なお、この実施の形態では、溶接されるめっき鋼板１０ａ、１０ｂを２枚としているが、３枚以上のめっき鋼板を溶接する際にも、この実施の形態を適用することができる。
【００２８】
このように、この実施の形態においては、第１の溶接工程において、めっき鋼板１０ａ、１０ｂにレーザビームＬを照射して溶接を施した後に、第２の溶接工程において、レーザビームＬの焦点位置をｆ１からｆ２に後退させて再溶接を施すようにしている。このため、第２の溶接工程で得られた２次溶接部３０においては、第１の溶接工程で得られた１次溶接部２０に存在していた穴２２、突起２４等が埋め戻される。従って、外観品質に優れた２次溶接部３０を得ることができる。
【００２９】
また、１次溶接部２０に存在していた穴２２、突起２４等が埋め戻されるため、強度に優れた２次溶接部３０を得ることができる。
【００３０】
さらに、この実施の形態は、大型のワークに対しても適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係るめっき鋼板のレーザ溶接方法によれば、重ね合わされた板材の溶接は、第１の溶接工程および第２の溶接工程による２段階で行われ、第２の溶接工程においては、レーザビームの焦点位置を第１の溶接工程における位置から後退させるようにしている。このため、第２の溶接工程においては、第１の溶接工程で溶接部に生じていた穴等が埋め戻され、外観品質に優れた溶接部が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ〜図１Ｄは、１組のめっき鋼板をレーザ溶接する作業を示す断面図である。
【図２】この実施の形態が適用されるワークとしての自動車のドア部を示す平面図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、溶接部の外観を示す平面図である。
【図４】溶接部における溶接強度を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ａ、１０ｂ…めっき鋼板 １２ａ、１２ｂ…鋼板
１４ａ、１４ｂ…めっき層 ２０…１次溶接部
２２…穴 ２４…突起
３０…２次溶接部 Ｌ…レーザビーム
ｆ１、ｆ２…焦点位置
Claims (2)
- めっき鋼板を含む少なくとも２枚の互いに重ね合わされた板材にレーザビームを照射して溶接処理を施すための、めっき鋼板のレーザ溶接方法において、
前記レーザビームの焦点位置を前記互いに重ね合わされた板材中またはこれら板材の近傍位置に合わせてこれら板材を溶接する第１の溶接工程と、
レーザ溶接装置を構成するスキャンヘッドを前記板材に対して変位させることにより、前記レーザビームの焦点位置を前記互いに重ね合わされた板材から離れる方向に所定距離だけずらして前記第１の溶接工程時に比して広範囲にレーザビームを照射し、これら板材を再溶接するとともに前記第１の溶接工程時に形成された穴を埋め戻す第２の溶接工程と、
を含むことを特徴とするめっき鋼板のレーザ溶接方法。 - 請求項１記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法において、
前記第２の溶接工程における前記レーザビームの焦点位置は、前記第１の溶接工程における焦点位置から後退されていることを特徴とするめっき鋼板のレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34858499A JP4185638B2 (ja) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | めっき鋼板のレーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34858499A JP4185638B2 (ja) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | めっき鋼板のレーザ溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001162389A JP2001162389A (ja) | 2001-06-19 |
| JP4185638B2 true JP4185638B2 (ja) | 2008-11-26 |
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ID=18398007
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| JP5196128B2 (ja) * | 2007-12-19 | 2013-05-15 | マツダ株式会社 | レーザ溶接方法 |
| JP4612076B2 (ja) * | 2008-04-24 | 2011-01-12 | 東亜工業株式会社 | 金属メッキ板のレーザー溶接方法 |
| JP5630373B2 (ja) * | 2011-05-19 | 2014-11-26 | 新日鐵住金株式会社 | 耐遅れ破壊特性に優れた鋼板溶接部の製造方法およびその溶接部を有する鋼構造物 |
-
1999
- 1999-12-08 JP JP34858499A patent/JP4185638B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2001162389A (ja) | 2001-06-19 |
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