JP4299705B2 - ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー溶接方法に関し、特に、車両用の燃料タンクなどに用いられる耐食性に優れたＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接する方法に関する。

従来、自動車などの車両用燃料タンクに用いられる鋼板としては、燃料タンクの内外面の耐食性を向上させる目的で、Ｐｂめっき鋼板、Ｓｎ−Ｐｂ系めっき鋼板またはＺｎ−Ｎｉ系めっき鋼板などが多く用いられていた。しかしながら、近年、耐久性向上の観点から従来よりも耐食性が優れためっき鋼板の開発が望まれている。このような中で、本出願人は、燃料タンク用防錆鋼板として、耐食性に優れた特許文献１〜３などＳｎを主成分としたＳｎ系めっき鋼板、及び特許文献４などＰｂを主成分としたＰｂ系めっき鋼板を提案した。

一方、従来、上記めっき鋼板を用いて車両用燃料タンクを作成する場合には、当該めっき鋼板をプレス加工して互いに略面対称形状となるような一対の半殻体を作製し、一対の半殻体を構成する周縁フランジ同士を重ね合わせて、この重ね合わせ部をシーム溶接する方法が多く用いられてきた。

しかしながら、シーム溶接方法は、比較的大型の一対の回転電極を用いて溶接するため、半殻体の周縁フランジ部の長さを所定以上確保する必要があり、タンク容量拡大の妨げとなるだけでなく、半殻体の周縁フランジ部が内側に入り込むような負角整形をした半殻体の溶接は困難となる。

このような課題を解決するための溶接方法として、例えば、特許文献５には、一対の半殻体を構成する周縁フランジの重ね合わせ部をレーザー溶接する方法が開示されており、周縁フランジ長さの縮小や負角整形した半殻体のフランジ溶接も可能となり、それによりタンク容量の拡大が図れる。

この方法は、アルミめっき鋼板の重ね合わせ部の端部からやや内側の鋼板表面に対して、垂直な方向からレーザーを照射する際に、鋼板の重ね合わせ面に所定の間隙を設け、これにより溶接金属での鉄−アルミ金属間化合物の生成を抑制することで継ぎ手強度を向上するものである。

しかしながら、特許文献５に示されるような重ね合わせ部の表面に対して垂直な方向からレーザーを照射する場合には、レーザートーチや周辺機器などのレーザー装置と半殻体の干渉によりレーザー溶接の位置が制約され、周縁フランジ長さの縮小およびそれによるタンク容量の拡大には限界が生じる。

また、特許文献５に示される方法は、アルミめっき鋼板を溶接対象材とし重ね合わせレーザー溶接する場合の特有な課題を解決するための方法であり、上述の耐食性に優れたＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板を溶接対象物とし重ね合わせレーザー溶接するものではない。

本出願人は、先に特許文献１〜４などで提案した、耐食性に優れたＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板を溶接対象材としレーザー重ね合わせ溶接をする際に、特許文献５に示すように重ね合わせ端部からやや内側の鋼板表面に対して垂直な方向からレーザーを照射する場合には、かえって継ぎ手強度が低下することがあることを確認した。そして、この継ぎ手強度が低下の原因は、ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板を溶接対象材としレーザー重ね合わせ溶接をする場合に特有な現象として、ＳｎまたはＰｂ成分が溶接金属の最終凝固位置へ偏析することによることがわかった。

上述のように、自動車などの車両用燃料タンクの製造において、その耐久性向上とタンク容量拡大の観点から、より耐食性に優れためっき鋼板を用いて、周縁フランジ長さを極力短くし、負角整形したような半殻体でも良好な継ぎ手強度を維持しつつ溶接できる溶接方法の開発が望まれている。

特開平０８−２６９７３３号公報 特開平０８−３２５６９２号公報 特開２００２−３８２５０号公報 特開平８−２６９７３３号公報 特開平９−１５５５７５号公報 特開昭６２−２１２０８５号公報

上記の従来技術の実情を踏まえて、本発明は、ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板を重ね合わせてレーザー溶接する方法であって、フランジ長さが短く、かつ負角整形したような半殻体の周縁フランジを重ね合わせ溶接することを可能とし、かつ溶接金属部へのＳｎまたはＰｂ成分の偏析を抑制し、継ぎ手強度を向上することができる、ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するものであり、その要旨とするところは、以下のとおりである。

（１）ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板の重ね合わせ部の端面間に向けて、照射部におけるレーザー集光径が０．６ｍｍ以上のレーザーを照射し、前記端面に平均の溶接金属幅が０．５ｍｍ以上で、かつ、平均の溶接金属溶け込み深さが、前記重ね合わせ部の平均の全板厚に対して５０％以上の溶接金属を形成することを特徴とする、ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法。

（２）前記レーザー溶接において、溶接加工点の溶接進行方向に向かって後方側で、かつ少なくとも溶接金属の最終凝固位置を含む範囲の重ね合わせ部の上下を、重ね合わせ面に対して垂直な方向から加圧することを特徴とする、上記（１）に記載のＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法。

（３）前記加圧は、上下一対の加圧ローラーを、レーザーの溶接進行方向に向かって後方側に配置し、該加圧ローラーをレーザーと同一速度で移動させることにより行うことを特徴とする、上記（２）に記載のＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法。

（４）前記重ね合わせ部は、一対の半殻体の周縁フランジ部を重ねてなることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載のＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法。

（５）前記レーザーが２つのレーザービームからなり、各レーザービームの集光径Ｄ１、Ｄ２の中心が前記端面間の中心に対して相対する位置にあり、かつ前記端面間の中心から各レーザービーム集光径の中心までの距離Ｌ１、Ｌ２、および、各レーザービーム集光径Ｄ１、Ｄ２との関係が下記（１）式を満足することを特徴とする、上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法。
０．６≦Ｌ１＋Ｌ２＋（Ｄ１＋Ｄ２）／２＜１．５ ・・・（１）

本発明によれば、自動車などの車両用燃料タンクなどを製造する際に、耐食性に優れたＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板を用い、それを重ね合わせてレーザー溶接する際に、特に、燃料タンクの容量拡大を目的として、周縁フランジ長さを極力短くし、かつ負角整形したような半殻体のフランジ部を重ね合わせて溶接する際でも、Ｓｎ系めっき鋼板では溶接金属部へのＳｎ成分の偏析を、 Ｐｂ系めっき鋼板では溶接金属部へのＰｂ成分の偏析をそれぞれ抑制し、良好な継ぎ手強度を得ることができる。

したがって、本発明は、自動車などの車両用燃料タンクの耐久性を向上させるとともにその容量拡大も期待できるという顕著な効果をもたらすものであり社会的な貢献度は多大なものである。

以下に本発明について詳細に説明する。

先ず、本発明における溶接対象材をＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板とする。

ここで、Ｓｎ系めっき鋼板とは、Ｓｎを主成分としためっき層を表面に施した鋼板であり、本出願人が特許文献１〜３などで提案した、燃料タンク用防錆鋼板としての耐食性に優れたＳｎ−Ｚｎ系めっき鋼板が挙げられる。またＰｂ系めっき鋼板とは、Ｐｂを主成分としためっき層を表面に施した鋼板であり、本出願人が特許文献４などで提案した、燃料タンク用防錆鋼板としての耐食性に優れたＰｂ−Ｓｎ系めっき鋼板が挙げられる。

上記Ｓｎ−Ｚｎ系めっき鋼板またはＰｂ−Ｓｎ系めっき鋼板の鋼板表面に施されるＳｎ−Ｚｎ系めっき層またはＰｂ−Ｓｎ系めっき層の成分組成は、特に、限定するものではないが、例えば、以下のような成分系が該当する。

例えば、上記Ｓｎ−Ｚｎ系めっき層の組成としては、基本成分として、Ｓｎ：５０〜９９質量％、Ｚｎ：１〜５０質量％を含有し、さらに、必要に応じて選択的に、Ｍｇ：０．２〜８質量％、ＡＬ：０．０２〜５質量％、Ｃａ：０．１〜５質量％、Ｌｉ：０．１〜５質量％を１種または２種以上含有する成分系が挙げられる。

例えば、上記Ｐｂ−Ｓｎ系めっき層の組成としては、基本成分として、Ｐｂ：７０〜９７質量％、Ｓｎ：３〜３０質量％を含有する成分系が挙げられる。

また上記めっき鋼板の母材鋼板の成分組成も、特に限定するものではないが、例えば以下のような成分系が該当する。代表的な基本成分としては、Ｃ：０．０３０質量％、Ｓｉ：０．０９質量％、Ｍｎ：０．３０質量％、Ｐ：０．００８質量％、Ｓ：０．０１２質量％が挙げられる。

本発明は、これらＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板を溶接対象材として、これを重ね合わせてレーザー溶接する場合に特有な現象によって生じるＳｎまたはＰｂのめっき成分起因の継ぎ手強度低下を技術的課題とし、後述するような方法で解決するものである。

以下に本発明の技術思想と実施態様について説明する。

本発明者らは、特許文献５に示されるような方法、つまり、一対の半殻体を構成する周縁フランジの重ね合わせ部を、重ね合わせ面に対して垂直な方向からレーザー照射して溶接する方法では、レーザートーチや周辺機器などのレーザー装置と半殻体の干渉によりレーザー溶接の位置が制約され、例えば、周縁フランジ長さの縮小、負角整形した半殻体の溶接などよりタンク容量拡大を実現するのは困難であると考えた。

そこで、本発明では、例えば、図１で示すように半殻体１，２の周縁フランジ部１ａ，２ａの長さを極力短くし、かつ周縁フランジ部１ａ，２ａの形状が殻体内側に入り込むような負角整形をした半殻体１，２を溶接対象とした場合に、上記のレーザー装置と半殻体の干渉によるレーザー溶接位置の制約を解消するために、溶接時のレーザービーム３の照射方向を重ね合わせ部の端面間７に向かう方向とした。

なお、溶接時のレーザービーム３の照射方向を重ね合わせ部の端面間７に向かって照射して端面間７を溶接した継ぎ手を一般にヘリ継ぎ手（ＪＩＳ Ｚ ３００１）と言い、本発明においてこのレーザーによるヘリ継ぎ手の溶接をヘリ継ぎ手レーザー溶接と定義する。

ここで、重ね合わせ部の端面間７に向かう方向とは、鋼板の重ね合わせ面と平行な方向だけに限らず、重ね合わせ面に対して所定角度をなす方向も含まれる。

なお、レーザートーチ４などのレーザー装置と溶接対象材との干渉を少なくし、かつ所定継ぎ手強度を確保するための溶接金属の幅および溶け込み深さ（これらの定義については後で説明する。）を得るためには、レーザー照射方向は、重ね合わせ面に対する角度で、−３０°超〜＋３０°の範囲とするのがより好ましい。

このように本発明では、溶接時のレーザー照射方向を重ね合わせ部の端面間に向かう方向とするため、周縁フランジ長さが極力短く、かつ負角整形したような半殻体を溶接対象物として周縁フランジを重ね合わせレーザー溶接をする場合でも、レーザートーチなどのレーザー装置と半殻体は干渉することなく、良好な溶接を行うことが可能となる。

しかしながら、 ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板を上述のヘリ継ぎ手レーザー溶接する場合には、その溶接条件によって継ぎ手強度が著しく低下することがあることが確認された。

発明者は、この継ぎ手強度が低下する原因を調べるために以下のような試験をおこなった。

ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板から所定サイズ（０．８〜２．０ｍｍ×２０〜４０ｍｍ×１００〜１５０ｍｍ）の試験片５，６を切り出した後、プレス加工してその試験片の一端にフランジ５ａ、６ａを形成した。そして、図２に示すように、一対の試験片５，６のフランジ部５ａ、６ａを重ね合わせて、フランジ部の端面間７に向けて（図２中でＡで示す方向に）レーザー８を照射し、その端面間の溶接線（重ね合わせ面）７に沿って、図３で示す所定幅ｗおよび所定溶け込み深さｄを有する溶接金属９を形成し、重ね合せた端面間を接合した。種々の溶接条件を変えて作製した溶接継手について引張試験（図２に示すＢ，Ｃの方向に荷重を負荷した。）を実施し、引張最大荷重により継ぎ手強度を評価した。

図４は、溶接加工点（図２のフランジ端面間７におけるレーザー照射位置）のレーザー集光径と、平均の継ぎ手強度（引張試験における引張最大荷重）の関係を示すグラフである。また、図５は、平均の溶接金属幅と、平均の継ぎ手強度（引張試験における引張最大荷重）の関係を示すグラフである。なお、図４，５における平均の継ぎ手強度は、母材強度に対する平均の継ぎ手強度の強度比で示した。ちなみに、この試験では母材強度は３００ＭＰａであった。

ここで、溶接金属幅とは、図３に示される溶接金属９の板厚方向の幅ｗを意味し、溶接金属９の溶接線に対して垂直な断面の面積Ｓを溶け込み深さｄ（後で、定義する。）とからｗ＝Ｓ／ｄとして求められる。図５の平均の溶接金属幅は、溶接線に沿って３点測定された溶接金属幅の平均値を示す。

一般に、レーザー溶接は、特許文献６に示すように加工点でのレーザー集光径が０．０５〜２ｍｍと小さいビームを照射し、熱影響部を低減しつつ良好な溶け込み深さで溶接できることに特徴がある。この試験では、溶接金属におけるめっき成分の溶解量に影響を与えると思われるレーザー集光径を広い範囲で変化させるために、集光レンズ交換を変えることによりその集光径を調整した。

なお、図４、５は、何れも溶接速度は、４〜１０ｍ／ｍｉｎの範囲で、またレーザー出力は０．５〜４．５ｋｗの範囲で溶接をおこなった。

図４、５からレーザー集光径が０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍと増加するとともに、また溶接金属幅が増加するとともに、平均の継ぎ手強度が向上することがわかった。

また、溶接継ぎ手の溶接部における剥離破断面の観察結果から、レーザー集光径が０．４ｍｍで継ぎ手強度が低下した溶接継ぎ手の溶接部破断面には、図６に示すように複数の柱状晶の突起部が形成されており、これを起点に凝固割れが発生していた。また、例えばＳｎ系めっき鋼板の場合、継ぎ手溶接部のオージェによる破断面表層の成分分析の結果から、図７に示す通りスポット径が０．４ｍｍと小さい場合の溶接部の剥離破断面にはＳｎ成分の偏析度合がとくに大きいことがわかった。なお、図７におけるＳｎ偏析度は、集光径が０．４ｍｍを１とした場合の相対値で示した。

また、発明者らは、Ｐｂ系めっき鋼板でも同様な試験とおこないレーザー集光径とＰｂ偏析度の関係について同様な結果を確認している。

これらの結果から、溶接継ぎ手強度の著しい低下は、レーザー溶接時に鋼板表面に施された例えばＳｎ系めっき鋼板の場合はめっき層中のＳｎ成分が、 Ｐｂ系めっき鋼板の場合はめっき層中のＰｂ成分が溶接金属中に容易に排出された後、その凝固過程において柱状晶界面で偏析したためと考えられる。

一方、レーザー集光径が０．６ｍｍ以上または平均の溶接金属幅が０．５ｍｍ以上の場合では、溶接部剥離破断面のＳｎ成分の偏析度合および柱状晶の突起発生も抑制され、平均の継ぎ手強度の低下は抑制された。さらに、レーザー集光径が０．８ｍｍ以上の場合には、ヘリ継ぎ手溶接部の剥離破断面に図６で示したような柱状晶の突起部は全く認められず、より優れた継ぎ手強度が得られた。

これは、レーザー集光径の増加に伴って溶接金属の体積が増加し、 例えば、Ｓｎ系めっき鋼板の場合は相対的に溶接金属中のＳｎ濃度が低減することにより、溶接金属凝固時のＳｎ偏析およびそれに起因する凝固割れが抑制され、優れた継ぎ手強度が得られたものと考えられる。

以上の結果を踏まえて、Ｓｎ系めっき鋼板の場合は溶接金属凝固時のＳｎ偏析およびそれに起因する凝固割れを、Ｐｂ系めっき鋼板の場合は溶接金属凝固時のＰｂ偏析およびそれに起因する凝固割れをそれぞれ抑制し、優れた継ぎ手強度を得るために、本発明において、重ね合わせ部の端面間に向けて照射するレーザーの集光径を０．６ｍｍ以上、または平均の溶接金属幅を０．５ｍｍ以上とする。なお、優れた溶接継ぎ手強度をより安定して得るためには、重ね合わせ部の端面間におけるレーザー集光径を０．８ｍｍ以上とするのがより好ましい。

ここで、溶接金属幅とは、図３に示される溶接金属９の板厚方向の幅ｗを意味し、溶接金属９の溶接線に対して垂直な断面の面積Ｓを溶け込み深さｄ（後で、定義する。）とからｗ＝Ｓ／ｄとして求められ、平均の溶接金属幅は、溶接線に沿って複数点測定された溶接金属幅の平均値を示す。

なお、平均の溶接金属幅を算出するために、溶接線に沿って測定される測定点の個数は、特に、限定するものではないが、ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板をレーザー溶接する場合には、溶接位置によって溶接金属幅が変化しやすいので、少なくとも溶接線に沿って３点以上測定することがより好ましい。

さらに、発明者らは、上述と同様の溶接方法において、レーザー集光径が０．６ｍｍ以上、または溶接金属幅が０．５ｍｍ以上の場合における溶接継ぎ手の溶接部断面観察を行い、平均の溶接金属溶け込み深さと平均の継ぎ手強度の関係を調べた。その結果を図８に示す。なお、図８における平均の継ぎ手強度は、母材強度に対する平均の継ぎ手強度の強度比で示した。ちなみに、この試験では母材強度は３００ＭＰａであった。また、溶接金属の溶け込み深さは、フランジ重ね合わせ部の全板厚の平均に対する比率（％）で示した。

ここで、溶接金属の溶け込み深さとは、図３に示される溶接金属の幅方向中央部における高さ（深さ）と定義される。図８の平均の溶接金属溶け込み深さは、溶接線に沿って３点測定された溶接金属の溶け込み深さの平均値を示す。

図８に示すように、溶接金属の溶け込み深さは、フランジ重ね合わせ部の全板厚の平均に対する比率で５０％以上にすることにより平均の継ぎ手強度が向上する。

したがって、本発明において、充分な溶接継ぎ手強度を得るために、上記レーザー集光径または平均の溶接金属幅の規定とともに、平均の溶接金属溶け込み深さを、フランジ重ね合わせ部の全板厚の平均に対する比率で５０％以上、さらに好ましくは８０％以上とする。

なお、ここで、溶接金属溶け込み深さは、図３に示される溶接金属の幅方向中央部における高さ（深さ）と定義し、平均の溶接金属溶け込み深さとは、溶接線に沿って複数点測定された溶接金属の溶け込み深さの平均値を示す。また、平均の溶接金属溶け込み深さを算出するために、溶接線に沿って測定される測定点の個数は、特に、限定するものではないが、ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板をレーザー溶接する場合には、溶接位置によって溶接金属溶け込み深さが変化しやすいので、少なくとも溶接線に沿って３点以上測定することがより好ましい。

また、本発明においては、溶接金属の最終凝固域での収縮とその際の溶湯供給不足を原因として発生する凝固割れを抑制するために、レーザー溶接時に、少なくとも最終凝固位置を含む溶接後方側の範囲を、重ね合わせ面に垂直な方向から加圧することが好ましい。

図９は、レーザー溶接時に、溶接加工点後方を加圧した場合と、加圧しない場合のそれぞれにおける平均の継ぎ手強度を示す。なお、図９における平均の継ぎ手強度は、母材強度に対する平均の継ぎ手強度の強度比で示。ちなみに、この試験では母材強度は３００ＭＰａであった。

レーザー溶接時に、溶接加工点後方を加圧することにより平均の継ぎ手強度（引張試験における最大荷重）はさらに向上することがわかる。

レーザー溶接時に、重ね合わせ部の溶接加工点後方を加圧させる方法としては、図１０に示すように、上下一対の加圧ローラ１０、１１を、レーザービーム１２による溶接加工点（レーザー照射位置）１３の後方に配置し、かつ少なくとも溶接金属の最終凝固位置１４を含む範囲を含む範囲の重ね合わせ部の上下を、上記加圧ローラ１０、１１を用いて重ね合わせ面に垂直な方向（つまり、図１０における最終凝固位置１４を通り、かつ重ね合わせ面１５、１６と垂直な線１７に沿う方向）から加圧しながらレーザーと同期して方向Ｄに移動させることで行うことができる。

ここで、溶接金属の最終凝固位置とは、溶接後の溶接金属の冷却・凝固過程において溶接金属の温度が固相線近傍となり液相（溶融状態の溶接金属）が少なくなる位置（図１０における１４）、と定義し、通常、最終凝固位置では、固液界面を満たすための液相が十分でなく収縮で発生した割れ（凝固割れ）が残存しやすい個所として知られている。

上記の理由で、本発明では、溶接継ぎ手の強度をさらに向上させるために、重ね合わせ部の溶接加工点後方を加圧させるものとする。

なお、本発明において、上記加圧力は特に限定する必要はないが、割れを増長すると考える溶融凝固による熱膨張・収縮を軽減させるためには加圧力は大きい方が好ましく１０ＭＰａ以上とするのがより好ましい。

通常のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法では溶接材料を用いずに鋼板の重ね合わせ部の端面間を溶融させて接合を行うため、端面間の隙間は可能の限り小さくなるようにしてレーザー溶接することが好ましい。しかしながら、溶接継手に使用する鋼板厚み、鋼板強度、溶接構造物の形状、プレス加工精度などの諸条件によってＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板の重ね合わせ部の端面隙間を最小に維持することが困難な場合も想定される。

図１１にシングルビームレーザーで溶接する場合のＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板の重ね合わせ部の端面隙間と平均の継ぎ手強度との関係を示す。平均の継ぎ手強度は、端面間の隙間が無い（密着）か、０．１ｍｍより小さい場合には良好である。しかし、端面間の隙間が０．１ｍｍ以上大きくなると、端面間に向けてレーザーを照射し溶接する場合には、端面を溶融せずに隙間を通過するレーザービームが増えるため、十分な溶接金属幅が得られなくなり、溶接金属凝固時のＳｎ偏析に起因して継手強度が低下する。

本発明では、ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板の重ね合わせ部の端面間に向けてレーザーを照射し、該端面を溶接する際に、端面の隙間が０．１ｍｍ以上大きくなるような条件でも、十分な溶接金属の溶け込み深さと溶接金属幅を確保し、溶接金属凝固時のＳｎ偏析を抑制するために、図１２で示すように前記端面間に向けて照射するレーザーとして２つからなるレーザーを用いて以下の条件で溶接することが好ましい。

図１２は、鋼板の突合わせ部の端面間７に向けて照射するレーザーとして、２つのレーザービーム３１、３２を用いて溶接する場合の端面１８、１９における各レーザー集光径Ｄ１、Ｄ２の位置関係を示す模式図である。

本発明において、端面の隙間が０．１ｍｍ以上大きくなるような条件でも、安定して継ぎ手強度を向上するためには、端面間に向けて照射するレーザーとして、２つのレーザービーム３１、３２を用いる場合、各レーザービーム３１、３２の集光径Ｄ１、Ｄ２の中心が前記端面１８、１９間の中心に対して相対する位置にあり、かつ前記端面間の中心から各レーザービーム集光径の中心までの距離Ｌ１、Ｌ２、および、各レーザービーム集光径Ｄ１、Ｄ２との関係が下記（１）式を満足するような条件で溶接することが好ましい。
０．６≦Ｌ１＋Ｌ２＋（Ｄ１＋Ｄ２）／２＜１．５ ・・・（１）

また、レーザービーム３１とレーザービーム３２が溶接進行方向Ｄに対して先行及び後方の位置関係にある場合は、後行側のレーザービーム３１は、先行側のレーザービーム３２の溶接により形成された溶融金属が完全に凝固する前に溶接線上を通過することが好ましい。

図１３にＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板の重ね合わせ部の端面間に向けて２つのレーザービーム３１、３２を照射して溶接する場合のＬ１＋Ｌ２＋（Ｄ１＋Ｄ２）／２と平均の継ぎ手強度との関係を示す。なお、Ｌ１＋Ｌ２＋（Ｄ１＋Ｄ２）／２は、端面間の中心から各レーザービーム集光径の中心までの距離Ｌ１、Ｌ２、および、各レーザービーム集光径Ｄ１、Ｄ２から求められる値である。

また、平均の継ぎ手強度は、母材強度に対する平均の継ぎ手強度の強度比で示した。

また、この試験では母材強度は３００ＭＰａ、端面の隙間は無い（密着）及び０．３ｍｍ、照射部におけるレーザービーム３１の集光径Ｄ１とレーザービーム３２の集光径Ｄ２はともに０．３〜０．８ｍｍ、レーザービーム３１の集光径Ｄ１とレーザービーム３２の集光径Ｄ２との中心間隔Ｌ１−２を０．３〜１．４ｍｍ、端面間の中心から各レーザービーム集光径の中心までの距離Ｌ１、Ｌ２はともに０〜０．７ｍｍの条件で行った結果を示す。

図１３から、端面の隙間が無い（密着）場合かつ０．３ｍｍと大きい条件でも、端面間に向けて照射するレーザーとして２つのレーザービームを用い、Ｌ１＋Ｌ２＋（Ｄ１＋Ｄ２）／２を０．６ｍｍ以上１．５ｍｍ未満の範囲になるような条件で溶接することにより、良好な継ぎ手強度を確保することができる。

このような知見を基に、本発明において、端面間の中心から各レーザービーム集光径の中心までの距離Ｌ１、Ｌ２、および、各レーザービーム集光径Ｄ１，Ｄ２との関係を上記（１）式で規定することが好ましい。

以下に実施例を用いて本発明の効果を説明する。

表１（Ｓｎ−Ｚｎ系めっき鋼板におけるめっき層の成分組成）、表２（Ｓｎ−Ｚｎ系めっき鋼板における母材鋼板）の成分組成に示す成分組成のめつき層および母材鋼板からなるＳｎ−Ｚｎ系めっき鋼板を用いて、これをプレス成形して上下一対の周縁フランジ部を有する半殻体を作製した。そして、一対の半殻体の周縁フランジ部を重ね合わせた後、表３に示す条件で溶接をおこない、得られた溶接継ぎ手について、溶接部の断面観察により溶接金属中のＳｎ偏析状態を評価し、引張試験により継ぎ手強度（平均値）を評価した。その結果を表３に示す。

なお、引張試験は、１０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で行い、溶接部の断面観察は、研磨・腐食を行い顕微鏡にて行った。

溶接時のレーザー集光径は、集光レンズ交換により０．３〜０．８ｍｍの範囲で調整した。また、２つのレーザービームを得る場合は、ビーム分割用のプリズムを用いてレーザービームを２分割し、図１２に示すように鋼板重ね合わせ端面間の中心からの距離及び、２つのビームの中心間距離を調整した。レーザー溶接時のレーザー出力は、０．５〜４．５ｋＷの範囲で調整した。

また溶接加工点の後方を加圧する場合は、図１０に示すような上下一対のローラをレーザートーチ後方に配置し、これらのローラにより、少なくとも溶融後の最終凝固位置を含む周縁フランジ面に対して垂直な方向から１０ＭＰａ程度の加圧力で加圧しながら、当該加圧ローラをレーザービームと同じ速度で同期させて移動させた。

表３から、本発明範囲内の条件で溶接を行ったＮｏ．１〜９の発明例は、いずれも、優れた継ぎ手強度が得られた。

一方、本発明範囲を外れる条件で溶接を行ったＮｏ．１２〜１５の比較例は、いずれも、溶接継ぎ手の強度は低下した。

例えば、Ｎｏ．１２〜１４の比較例は、平均の溶接金属幅の条件が本発明で規定する条件からはずれるため、継ぎ手強度は低下した。

Ｎｏ．１５の比較例は、溶接金属の溶け込み深さの条件が本発明で規定する条件からはずれるため、継ぎ手強度は低下した。

半殻体の周縁フランジ部の重ね合わせレーザー溶接方法を説明するための図である。 切り出し試験片を用いた溶接継ぎ手を作成する方法を説明する図である。 溶接金属幅と溶接金属溶け込み深さを説明する図である。 レーザー集光径と平均の継ぎ手強度の関係を示すグラフである。 平均の溶接金属幅と平均の継ぎ手強度の関係を示すグラフである。 継ぎ手強度が著しく低下した破面を示す図である。 レーザー集光径とＳｎ偏析度の関係を示すグラフである。 平均の溶接金属溶け込み深さと平均の継ぎ手強度の関係を示すグラフである。 加圧ローラ配置有無と平均の継ぎ手強度の関係を示すグラフである。 加圧ローラーの配置を説明する図である。 ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板の重ね合わせ部の端面隙間と平均の継ぎ手強度との関係を示すグラフである。 ツインビームレーザー溶接時の端面における各レーザー集光径の位置関係を説明する図である。 ツインビームレーザー溶接時のＬ１＋Ｌ２＋（Ｄ１＋Ｄ２）／２と継ぎ手強度の関係を示すグラフである。

符号の説明

１、２：半殻体
１ａ、２ａ：半殻体の周縁フランジ部
３、３１、３２：レーザービーム
４：レーザートーチ
５、６：試験片
５ａ、６ａ：試験片のフランジ部
７：フランジの端面間
８：レーザービーム
９：溶接金属
１０、１１：加圧ローラ
１２：レーザービーム
１３：溶接加工点
１４：最終凝固位置
１５、１６：周縁フランジの重ね合わせ面
１７：溶接金属の最終凝固位置１４を通る重ね合わせ面１５、１６と垂直な線
１８、１９：周縁フランジ端面
Ａ：レーザー照射方向
Ｂ、Ｃ：引張試験の引張方向
Ｄ：溶接進行方向（周縁フランジに対する相対的な方向）
Ｄ１、Ｄ２：２つに分割された各レーザービームの集光径
Ｘ：レーザービーム進行方向
Ｙ：レーザービーム進行と垂直な方向
Ｌ１−２：２つのレーザービーム中心間距離
Ｌ１、Ｌ２：鋼板重ね合わせ端面間の中心から各レーザービーム集光径中心までの距離
Ｓ：溶接金属の溶接進行方向と垂直な断面の面積

Claims (5)

1. ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板の重ね合わせ部の端面間に向けて、照射部におけるレーザー集光径が０．６ｍｍ以上のレーザーを照射し、前記端面に平均の溶接金属幅が０．５ｍｍ以上で、かつ、平均の溶接金属溶け込み深さが、前記重ね合わせ部の平均の全板厚に対して５０％以上の溶接金属を形成することを特徴とする、ＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法。
2. 前記レーザー溶接において、溶接加工点の溶接進行方向に向かって後方側で、かつ少なくとも溶接金属の最終凝固位置を含む範囲の重ね合わせ部の上下を、重ね合わせ面に対して垂直な方向から加圧することを特徴とする、請求項１に記載のＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法。
3. 前記加圧は、上下一対の加圧ローラーを、レーザーの溶接進行方向に向かって後方側に配置し、該加圧ローラーをレーザーと同一速度で移動させることにより行うことを特徴とする、請求項２に記載のＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法。
4. 前記重ね合わせ部は、一対の半殻体の周縁フランジ部を重ねてなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法。
5. 前記レーザーが２つのレーザービームからなり、各レーザービームの集光径Ｄ１、Ｄ２の中心が前記端面間の中心に対して相対する位置にあり、かつ前記端面間の中心から各レーザービーム集光径の中心までの距離Ｌ１、Ｌ２、および、各レーザービーム集光径Ｄ１、Ｄ２との関係が下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＳｎまたはＰｂ系めっき鋼板のヘリ継ぎ手レーザー溶接方法。
   ０．６≦Ｌ１＋Ｌ２＋（Ｄ１＋Ｄ２）／２＜１．５ ・・・（１）

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