JP4344221B2

JP4344221B2 - 亜鉛めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法および重ね溶接した亜鉛めっき鋼板の溶接継手

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Publication number: JP4344221B2
Application number: JP2003386358A
Authority: JP
Inventors: 弘二平野; 敦史杉橋; 直也浜田; 明博宮坂
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-11-17
Also published as: JP2005144504A

Description

本発明は自動車外板などに用いられる亜鉛めっき鋼板を、レーザ光の照射により重ね溶接する技術に関する。

自動車ボデーの製造ラインなどでは、２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね溶接する工程がある。この溶接工程では従来スポット溶接が多用されていたが、スポット溶接では２枚の亜鉛めっき鋼板の溶接部であるスポット部の強度的信頼性が低いという問題があった。そのため、上記スポット部の数を増加させたり、補強部材を入れるなどの対策がなされていたが、生産性やコストの点で問題があった。近年、レーザ溶接などの高速溶接装置を用いた連続溶接への移行が図られつつある。

一般に、レーザ溶接は、高速溶接ができ、また、溶接品質も良好であるという点で優れた方法とされている。ところが、亜鉛めっき鋼板の重ね溶接においては、鋼板表面にめっきされた亜鉛の沸点が母材に比べて低いため、鋼板溶融直前あるいは溶融中に２枚の鋼板にはさまれた部分で亜鉛が蒸気となり、溶融部に取り残されて気泡（ブローホールやピット）となったり、圧力によって周りの溶融金属を吹き飛ばす爆飛現象を生じることがある。いずれも溶接ビード形状、継手の強度特性などの溶接品質を劣化させる要因となるため、安定して良好な連続ビードを得ることが困難である。

この問題を解決するために、種々の検討がなされてきた。その一つに、溶接前に被溶接部の亜鉛を除去する方法がある。例えば（特許文献１）には、レーザ光をエネルギー密度の低い集光レーザ光とエネルギー密度の高い集光レーザ光に分割し、前者で鋼板の重ね合せ部位を照射して亜鉛めっきを蒸発・離散させ、後者で鋼板を溶接・接合する方法が開示されている。また、（特許文献２）には、鋼板に照射するレーザ光の出力を制御して、ピークの低いパルスのレーザ光と、ピークの高いパルスのレーザ光とを溶接部位に交互に照射し、前者により亜鉛めっき層を除去し、後者により鋼板の溶接を行なう方法が開示されている。

また、パルスレーザを利用する方法としては、パルス動作の周波数およびデューティを所定の範囲に設定することによって、レーザ光照射による鋼板の溶融部である溶融池を連続保持して、良好な溶接ビードを得ようとする方法が例えば（特許文献３）に開示されている。

一方、亜鉛めっき鋼板間に適当な隙間を形成し、溶接時に発生する亜鉛蒸気を溶接部から逃がすことを可能にすることにより、良好な重ね溶接が行なえることは良く知られているところであり、隙間を形成する方法として、さまざまな検討がなされている。例えば（特許文献４）には、亜鉛めっき鋼板間に適当な隙間を形成できるように、予め塑性加工を施す方法が開示されている。また、亜鉛めっき鋼板間に別の部材を挿入して隙間を得る方法も検討されており、例えば（特許文献５）には鋼板間に紙を挟みこむ溶接方法が、（特許文献６）には鋼板間に多孔質のスペーサを挿入して溶接する方法が開示されている。さらに（特許文献７）には、レーザ光照射側の亜鉛めっき鋼板のみを重ね溶接位置より所定の距離離れた位置において溶融させて、２枚の亜鉛めっき鋼板の間に隙間を形成し、その後重ね溶接する方法が開示されている。
特開平０４−２３１１９０号公報特開平０４−２５１６８４号公報特開平０９−１０８８７２号公報特開昭６１−２７１８９号公報特開平０５−２７９２９１号公報特開平０６−２８８９８６号公報特許第３１１５４５６号公報

しかしながら、上述した従来の方法にはそれぞれに問題点があった。すなわち、（特許文献１）、（特許文献２）にて開示された方法では、２枚の亜鉛めっき鋼板間に十分な隙間がない場合には、亜鉛の蒸発・離散を安定性良く行なうことは難しく、亜鉛蒸気起因の溶接部欠陥および溶融金属の爆飛の発生を実用レベルで十分に無くすことは不可能であった。また（特許文献３）に開示された方法は、高いパワー密度を有するパルスレーザ光を溶接部に照射するときに、母材金属の瞬間的蒸発圧力により形成される空洞（キーホール）をパルス制御により安定に保持しようとするものである。しかしながら、キーホールの時間挙動は未だよく解明されていない不確定な部分があるため、溶接する鋼板性状の微妙な変化などによりパルス光照射条件の狙いが外れ易く、生産現場で長時間安定して重ね溶接することが難しかった。

また（特許文献４）にて開示された方法のように、被溶接材である亜鉛めっき鋼板に予め塑性加工を施し、亜鉛めっき鋼板間に適当な隙間を形成する方法は、プレス加工など溶接前の加工工程が１つ増えてしまう。また（特許文献５）や（特許文献６）に開示された方法のような亜鉛めっき鋼板間に紙や多孔質材などを挿入する方法では、鋼板間に挟み込んだ部材が保水材となって、亜鉛めっきが損傷を受けた溶接部近傍の腐食が加速されることがある。一方、（特許文献７）の方法では、溶接時にレーザ光照射側の鋼板を拘束しないため、鋼板の熱変形が生じ爆飛抑制に必要な隙間高さを維持することが困難である。また溶接時に隙間高さが変動すると、最適入熱条件が変化することでハンピングが発生し、安定した溶接ビードを得ることができないという問題がある。

本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、亜鉛めっき鋼板の重ねレーザ溶接において、亜鉛蒸気の発生による溶融金属の爆飛や溶接部欠陥の発生を低減し、かつ、溶接ビード形状および品質に優れた、亜鉛めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法および重ね溶接した亜鉛めっき鋼板の溶接継手を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために、重ねレーザ溶接のレーザ照射方法および被溶接材の亜鉛めっき鋼板の保持方法を鋭意検討した結果本発明に至った。すなわち、本発明は、
（１）レーザを用いて２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね溶接する溶接方法において、予め一方の前記亜鉛めっき鋼板１の一端のみを拘束具を用いて拘束し、該亜鉛めっき鋼板１の溶接部を挟んでその両側にあって該溶接部から２ｍｍ以上隔たった領域にある略平行な２本の線に沿って予備成形用レーザ光を照射して、該予備成形用レーザ光照射側に該亜鉛めっき鋼板１を該２本の線に沿って屈曲させた後、該亜鉛めっき鋼板１の予備成形用レーザ光照射側に亜鉛めっき鋼板２を重ね合せ、これら２枚の鋼板の前記２本の線に挟まれた領域の両側を拘束したうえで、亜鉛めっき鋼板１を屈曲させたことで生じる２枚の鋼板の間の隙間発生部分に亜鉛めっき鋼板２側から溶接用レーザ光を照射して、前記２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね溶接することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の重ね溶接方法。
（２）レーザを用いて２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね溶接する溶接方法において、予め一方の前記亜鉛めっき鋼板２の一端のみを拘束具を用いて拘束し、該亜鉛めっき鋼板２上の溶接部近傍に溶接部を挟んでその両側にあって該溶接部から２ｍｍ以上隔たった領域にある略平行な２本の線に沿って予備成形用レーザ光を照射して、該亜鉛めっき鋼板２を該２本の線に沿って該予備成形用レーザ光照射側に屈曲させた後、該亜鉛めっき鋼板２の予備成形レーザ光照射側の反対側に亜鉛めっき鋼板１を重ね合せ、これら２枚の鋼板の前記２本の線に挟まれた領域の両側を拘束し、亜鉛めっき鋼板２を湾曲させたことで生じる２枚の鋼板の隙間発生部分に亜鉛めっき鋼板２側から溶接用レーザ光を照射して、前記２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね溶接することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の重ね溶接方法。
（３）２枚の亜鉛めっき鋼板の重ね溶接継手において、予め一方の前記亜鉛めっき鋼板１の一端のみを拘束具を用いて拘束した状態で該亜鉛めっき鋼板１の溶接部を挟んでその両側にあって該溶接部から２ｍｍ以上隔たった領域にある略平行な２本の線に沿って予備成形用レーザ光を照射して、該予備成形用レーザ光照射側に該亜鉛めっき鋼板１を該２本の線に沿って屈曲させた後、該亜鉛めっき鋼板１の予備成形用レーザ光照射側に亜鉛めっき鋼板２を重ね合せ、これら２枚の鋼板の前記２本の線に挟まれた領域の両側を拘束したうえで、亜鉛めっき鋼板１を屈曲させたことで生じる２枚の鋼板の間の隙間発生部分に亜鉛めっき鋼板２側から溶接用レーザ光を照射して、又は予め一方の前記亜鉛めっき鋼板２の一端のみを拘束具を用いて拘束し、該亜鉛めっき鋼板２上の溶接部近傍に溶接部を挟んでその両側にあって該溶接部から２ｍｍ以上隔たった領域にある略平行な２本の線に沿って予備成形用レーザ光を照射して、該亜鉛めっき鋼板２を該２本の線に沿って該予備成形用レーザ光照射側に屈曲させた後、該亜鉛めっき鋼板２の予備成形レーザ光照射側の反対側に亜鉛めっき鋼板１を重ね合せ、これら２枚の鋼板の前記２本の線に挟まれた領域の両側を拘束し、亜鉛めっき鋼板２を湾曲させたことで生じる２枚の鋼板の隙間発生部分に亜鉛めっき鋼板２側から溶接用レーザ光を照射して形成された、前記鋼板の外表面でかつ重ねレーザ溶接ビードを挟んでその両側にあって該溶接部から２ｍｍ以上隔たった領域に該重ねレーザ溶接ビードに略平行で、その幅が溶接ビード幅未満のレーザ光照射痕を有することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の重ね溶接継手。
である。

本発明の方法では、亜鉛めっき鋼板の重ねレーザ溶接において、２枚の鋼板を溶接する前に、一方の鋼板に予備成形用レーザ光を１回または複数回照射して、該亜鉛めっき鋼板を該レーザ光照射側に屈曲させる。一方の鋼板を屈曲させることで、２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね合せた際に、２枚の鋼板の間に隙間が得られる。また、２枚の鋼板の溶接部の両側を拘束するため、安定して十分な大きさの隙間が得られる。このため、溶接用レーザ光を照射し溶接を行なう際に、亜鉛蒸気の発生による溶融金属の爆飛や溶接部欠陥の発生を低減することができる。したがって、溶接ビード形状および品質に優れた亜鉛めっき鋼板の重ね溶接継手を得ることができる。

本発明の本旨とするところをより詳らかとするため、以下、添付の図面に基づき説明を行なう。
図１（ａ）および図１（ｂ）は本発明を用いて亜鉛めっき鋼板をレーザ溶接する場合の断面図である。まず、亜鉛めっき鋼板１上の溶接する部分７に予備成形用レーザ光を照射走査する。図１（ａ）および図１（ｂ）においてレーザ光の走査方向は紙面に垂直な向きである。この照射によって鋼板１は、照射位置７を中心に予備成型用レーザ光が照射される側に屈曲する。

このメカニズムは以下のように説明される。レーザ光照射により、照射位置７付近の板の温度が上昇するが、その上昇幅は鋼板の表面に近いほど大きい。したがって、板厚方向に温度差が生じる。このため、図１（ａ）に示すように鋼板１の一端をのみを拘束具３ａ、３ｂを用いて拘束し、端部５は自由に変位できるようにしておくと、レーザ光照射側の表面には圧縮応力がはたらき、裏面には引張応力がはたらく。この結果、鋼板１に塑性変形が生じる。レーザ光照射後、板厚方向の温度差がなくなっても、レーザ光照射側の表面には圧縮ひずみが、裏面には引張ひずみが残留する。このようにして、照射位置７にレーザ光が照射された鋼板１は、図１（ａ）に破線で示すように、照射位置７を中心にレーザ光６が照射される側に屈曲する。

ところで、レーザ光６を照射した側に鋼板１を屈曲させることは、レーザ光照射により鋼板を溶融させることによっても実現できる。このメカニズムは以下のように説明される。レーザ光を鋼板に照射することにより生じる溶融部の大きさは、図４に示すようにレーザ光を照射した側ほど大きくなる。このとき、溶融金属の凝固、冷却過程で溶融金属に体積収縮が生じるが、上記のような溶融部１１の構造からレーザ光照射側の収縮が大きく、反対側にいくほど収縮は小さくなる。したがって、鋼板は溶融部のビードを中心にレーザ光照射側に屈曲する。また、溶融部はレーザ光照射側の溶融幅を広くするほど、また反対側の溶融幅を狭くするほどこの屈曲角を大きくすることができる。ただし、レーザ光のパワーおよび走査速度は、鋼板の溶融が貫通しない程度に設定しなければならない。一般的に、鋼板を溶融させる方法は、前記した溶融させずに温度差を利用して屈曲させる方法よりも大きな屈曲角を得ることができ、２枚の鋼板を重ね合せた際に大きな隙間を得るのに有利である。

前記の予備成形用レーザ光照射によって鋼板１を該レーザ光照射側に屈曲させた後、図１（ｂ）に示すように、亜鉛めっき鋼板２を予備成形用レーザ光照射側から重ね合せ、２枚の亜鉛めっき鋼板を拘束具３、４によって拘束し、亜鉛めっき鋼板２側から溶接用レーザ光を照射することで重ね溶接を行なう。予備成形用レーザ光を照射し鋼板１を屈曲させたことにより、２枚の亜鉛めっき鋼板の間には図１（ｂ）に示すような三角形状の断面をもつ隙間９が生じる。また２枚の鋼板の溶接部の両側を拘束するために安定した高さの隙間を得ることができる。２枚の鋼板の重ね部分から溶接時に発生する亜鉛蒸気は、この隙間９から逃げることが可能なため、溶融金属の爆飛を抑制し、良好な溶接を行なうことができる。

また、図２（ａ）、図２（ｂ）に一例を示すように、亜鉛めっき鋼板１に複数本の予備成型用レーザ光６ａ、６ｂを照射し、鋼板１を該複数本の線に沿って屈曲させた後、鋼板２を該レーザ光照射側から重ねて拘束することで生じる隙間部分に、鋼板２側から溶接用レーザ光６を照射することにより溶接を行なうこともできる。この方法は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した方法と比べると、次の点で優れている。すなわち、亜鉛めっき鋼板１の屈曲角に加えて複数の曲げ位置の間隔を変えられるため、隙間９の高さおよび体積を、より広範囲にかつ安定した状態で制御することが可能となり、亜鉛蒸気による爆飛の低減を確実に行なうことができる。

上述段落［００１６］の方法によると、片側の亜鉛めっき鋼板１の重ね合せ面において、重ねレーザ溶接ビードを挟んだ両側に、該ビードにほぼ平行な複数の予備成形レーザ光照射痕を有する重ね溶接継手が得られる。

また、一方の亜鉛めっき鋼板に予備成形用レーザ光を照射し、該亜鉛めっき鋼板を屈曲させたのち、該鋼板側から溶接用レーザ光を照射することにより重ね溶接を行なうことも可能である。図３（ａ）および図３（ｂ）は２本の予備成形用レーザ光を用いる場合の例を示す断面図である。まず図３（ａ）に示すように、溶接する２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね、亜鉛めっき鋼板２の端部１０が自由に変位できる状態で２本の予備成形用レーザ光を照射する。尚、図１の方法と同様に、レーザ光の走査方向は図３においても紙面に垂直な向きである。段落［００１３］および［００１４］に記したメカニズムにより、予備成形用レーザ光を照射した亜鉛めっき鋼板２は、図３（ａ）に示すようにレーザ光照射位置の２ヵ所で屈曲する。その後２枚の亜鉛めっき鋼板を拘束すると、図３（ｂ）に示すように、亜鉛めっき鋼板２の予備成形用レーザ光照射位置間が予備成形用レーザ光を照射した２ヵ所を支点として湾曲し、２枚の鋼板の間に隙間９が生じる。この部分に亜鉛めっき鋼板２側から溶接用レーザ光を照射することで重ね溶接を行なう。隙間９に亜鉛蒸気が逃げることが可能なため、溶融金属の爆飛を抑制し、良好な溶接を行なうことができる。

上述段落［００１８］の方法によると、片側の亜鉛めっき鋼板２の外表面において、重ねレーザ溶接ビードを挟んだ両側に、該ビードにほぼ平行な複数の予備成形レーザ光照射痕を有する重ね溶接継手が得られる。

この方法は、図１および図２に示した方法と比べると、次の点で優れている。すなわち、予備成型用レーザ光を照射し屈曲させる処理から２枚の鋼板を重ね溶接する処理に移る際に、図１および図２に示した方法では、亜鉛めっき鋼板２を別の場所から持ってきて重ねる処理が必要になるのに対して、図３に示した方法では、２枚の鋼板を拘束するだけでよく、屈曲させる処理と溶接処理の間の時間をより短くすることが可能である。

前記の図１、図２、図３に示した方法はいずれも、予備成形用レーザ光、溶接用レーザ光の２種類のレーザ光照射走査が必要になる。いずれの照射についても、（Ａ）片方の亜鉛めっき鋼板を屈曲させる、もしくは（Ｂ）２枚の亜鉛めっき鋼板を溶接する、という目的が達成されるようなパワーおよび走査速度に設定して行なう。この２種類の目的のためには、必ずしも異なる種類のレーザ光を用いる必要はなく、１種類のレーザ光をパワーまたは走査速度を変えて用いてもよい。さらに、１本のレーザ光を２つのビームに分割して用いてもよい。例えば、図２、図３に示した方法では、１本のレーザ光を２つのビームに分割して用いれば、２ヵ所の予備成型用レーザ光照射を同時に行なうことが可能である。

また、予備成形用レーザ光、溶接用レーザ光の照射はいずれも、必ずしも走査方向に連続的に行なう必要はない。例えば図５に示すように、一定の間隔を空けながら破線状にレーザ光を照射することによっても前記（Ａ）や（Ｂ）の目的は達せられる。

なお、２枚の亜鉛めっき鋼板をレーザ重ね溶接する際に必要な２枚の鋼板間の隙間高さは、５０μｍ〜２００μｍ程度といわれている。この隙間高さを確保するためには一定の屈曲角が必要となる。屈曲角を大きくするためには段落［００１４］に記したように、溶融を伴うレーザ光照射が有利である。さらに、同じ場所を複数回照射することによっても屈曲角を大きくすることができる。また、十分な隙間高さが得られている場合は、溶接用レーザ光を照射する際に、隙間の中心位置、すなわち隙間高さが最大となる位置を走査する必要はない。ただし、溶接用レーザ光照射中に、亜鉛蒸気が逃げることが可能な隙間を確保するためには、隙間の端の方を照射することは避けるべきである。

以下、本発明を実施例で説明する。
図６（ａ）および図６（ｂ）は本発明の一実施例を示す平面図である。それぞれの図は、図１（ａ）および図１（ｂ）と対応した平面図である。各図中１、２は厚さ１ｍｍ、亜鉛目付け量３０ｇ／ｍ^２の亜鉛めっき鋼板である。まず、図１（ａ）および図６（ａ）に示すように予備成型用レーザ光を照射する鋼板１の一端を拘束具３に固定した。この状態で、点線で示した位置７に沿って炭酸ガスレーザ光を照射した。レーザ光のパワーは２ｋＷ、走査速度は１０ｍ／分としたところ、鋼板１は照射位置７に沿って１°屈曲した。このとき、照射位置７上に溶融は見られなかった。次に、鋼板１上に鋼板２を予備成型用レーザ光照射側から重ね合せ、図１（ｂ）および図６（ｂ）に示すように拘束した。このとき、２枚の鋼板間の隙間高さは８の鎖線の下で測定したところ５０μｍであった。その後、鋼板２側から鎖線８に沿って、前記の炭酸ガスレーザ光を溶接用レーザ光として再び照射し、２枚の鋼板を溶接した。このとき、パワーは６ｋＷ、走査速度は５ｍ／分であった。この結果、溶接後の鋼板表裏面７の位置に１本のレーザ光照射による溶融ビードが形成された溶接欠陥のない良好な重ね継手鋼板が得られた（図７）。

段落［００２４］で述べたのと同様の方法で、厚さ１ｍｍ、亜鉛目付け量６０ｇ／ｍ^２の亜鉛めっき鋼板に対して溶接を実施した。しかし、この場合は前記１°の屈曲では、亜鉛蒸気蒸発による爆飛を完全に抑えることはできず溶接欠陥が発生した。これは、亜鉛目付け量６０ｇ／ｍ^２に対し、２枚の鋼板間の隙間が狭すぎたためである。そこで鋼板１の屈曲角を増大させるために、点線で示した位置７に沿って予備成型用レーザ光を照射する条件のみをパワー２ｋＷ、走査速度５ｍ／分に変更して溶接を実施した。その結果、予備成型用レーザ光照射後、鋼板１は照射位置７に沿って２°屈曲した。このとき照射位置７上には溶融が見られた（この時、裏面は非溶融のハーフペネ状態であった）。また２枚の鋼板を重ね合せた後の隙間は、鎖線８の下で測定したところ１００μｍであった。その後、鎖線８に沿ってパワー６ｋＷ、走査速度５ｍ／分の条件で溶接を行なったところ、鋼板表裏面７の位置に１本のレーザ光照射による溶融ビードが形成された溶接欠陥のない良好な重ね継手鋼板が得られた。このように亜鉛目付け量が多い場合には、亜鉛蒸気を逃がす空間を大きくするために、予備成型用レーザ光照射走査部分に溶融を生じさせて大きな屈曲角を得ることで良好な溶接をすることが可能である。

図８（ａ）および図８（ｂ）は本発明の別の実施例を示す平面図である。それぞれの図は、図２（ａ）および図２（ｂ）と対応した平面図である。各図中１、２は厚さ１ｍｍ、亜鉛目付け量６０ｇ／ｍ^２の亜鉛めっき鋼板である。まず、図２（ａ）および図８（ａ）に示すように鋼板１の一端を拘束具３を用いて固定した。この状態で鋼板１の７ａ、次いで７ｂに沿って炭酸ガスレーザ光を予備成型用レーザ光として照射した。パワーは２ｋＷ、走査速度は１０ｍ／分としたところ、鋼板１は照射位置７ａ、７ｂに沿ってそれぞれ１°ずつ屈曲した。尚、本実施例では、照射位置７ａと７ｂの間隔は６ｍｍとした。次に鋼板１、２を、図２（ｂ）および図８（ｂ）に示すように拘束した。このとき、２枚の鋼板間の隙間は、鎖線８の下で測定したところ５０μｍであった。その後、鋼板２側から鎖線８に沿って、前記の炭酸ガスレーザ光を溶接用レーザ光として再び照射し、２枚の鋼板を溶接した。このとき、パワーは６ｋＷ、走査速度は５ｍ／分であった。この結果、溶接欠陥のない良好な溶接重ね継手鋼板が得られた。図９に示すように、この溶接継手の表面には８の位置に１本の貫通溶融ビードが形成され、片方の鋼板２の外表面には、８の位置にある溶融ビードの両側にある７ａ、７ｂの位置に予備成形用レーザ光照射痕が残っていた。段落［００２５］に記したように、亜鉛目付け量６０ｇ／ｍ^２の亜鉛めっき鋼板の重ね溶接について、鋼板１の位置７に沿って１°屈曲させるだけでは溶接欠陥が発生した。しかし、本方法のように予備成型用レーザ光照射位置を２ヵ所にすると、それぞれの屈曲角は変化しなくても亜鉛蒸気が逃げる隙間体積が増加するため、爆飛を抑え溶接欠陥をなくすことができる。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は本発明の別の実施例を示す溶接部の平面図である。それぞれの図は断面図、図３（ａ）および図３（ｂ）と対応している。各図中１、２は厚さ１ｍｍ、亜鉛目付け量１００ｇ／ｍ^２の亜鉛めっき鋼板であり、段落［００２５］、［００２６］で述べた例よりもさらに亜鉛目付け量が多くなっている。まず、図３（ａ）および図１０（ａ）に示すように鋼板１、２のそれぞれの一端を拘束具３を用いて固定した。この状態で鋼板２の７ａ、次いで７ｂに沿って炭酸ガスレーザ光を予備成型用レーザ光として照射した。パワーは２ｋＷ、走査速度は５ｍ／分としたところ、鋼板２は照射位置７ａ、７ｂに沿ってそれぞれ２°ずつ屈曲した。このとき照射位置７ａ、７ｂ上に溶融が見られた。尚、本実施例では、照射位置７ａと７ｂの間隔は６ｍｍとした。次に鋼板１、２を、図３（ｂ）および図１０（ｂ）に示すように拘束した。このとき、２枚の鋼板間の隙間は、鎖線８の下で測定したところ１００μｍであった。その後、鋼板２側から鎖線８に沿って、前記の炭酸ガスレーザ光を溶接用レーザ光として再び照射し、２枚の鋼板を溶接した。このとき、パワーは６ｋＷ、走査速度は５ｍ／分であった。この結果、溶接欠陥のない良好な溶接重ね継手鋼板が得られた。図１１に示すように、この溶接継手の表面には８の位置に１本の貫通溶融ビードが形成され、片方の鋼板２の外表面には、８の位置にある溶融ビードの両側にある７ａ、７ｂの位置に溶融を伴う予備成形用レーザ光照射痕が残っていた。尚、この厚さ１ｍｍ、亜鉛目付け量１００ｇ／ｍ^２の亜鉛めっき鋼板の重ね溶接を段落［００２５］で述べた方法で行なったが、爆飛が原因の溶接欠陥が発生した。段落［００２５］に述べた１ヵ所で屈曲させる方法で得られた隙間高さ１００μｍは、照射位置７ａ、７ｂの２ヵ所で屈曲させることを特徴とする本方法で得られた高さと同じであったが、本方法の方が２枚の鋼板間にできる隙間９の体積は大きくなる。この点が爆飛を抑え溶接欠陥をなくすのに有効に働いたといえる。

尚、段落［００２６］、［００２７］に記した実施例では照射位置７ａと８、８と７ｂの間隔はそれぞれ３ｍｍとした。一般的に、レーザ光照射部・溶接部は表面の亜鉛が蒸発し防錆・防食効果が失われる。ただし１ヵ所のレーザ光照射で亜鉛の蒸発する幅は１ｍｍ程度であり、この程度の幅であれば周辺の亜鉛によって防錆・防食効果は維持される。本方法でこの効果を維持するためには、鋼板２上の７ａ、７ｂおよび８にレーザ光照射後も各照射部分の間に適当な量の亜鉛が存在するようにすればよい。したがって照射位置７ａと８、８と７ｂの間隔はそれぞれ２ｍｍ以上とするのが好ましい。

ところで、段落［００２６］、［００２７］で述べた方法では、６ａ、６ｂの順に予備成型用レーザ光を照射した。照射点７ｂにレーザ光を照射する際には、すでに７ａに沿った屈曲が生じているため、レーザ光照射点７ｂは元の位置より上方にΔｈの位置ずれを生じた。しかし、２本のレーザ光照射位置７ａ、７ｂの間隔は前述のように６ｍｍであり、したがってΔｈは０．２ｍｍ程度であった。段落［００２６］、［００２７］のいずれの実施例においても、レーザ光６ｂは焦点距離１００ｍｍ程度のレンズで集光したので、焦点深度は±０．３ｍｍ程度あり、Δｈの位置ずれが問題になることはなかった。もちろん、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように予め焦点位置をΔｈだけずらしてレーザ光６ｂを照射すると、より安定した加工結果を得ることができる。また本実施例のように、照射位置７ａ、７ｂの順に照射する際のΔｈの位置ずれが問題にならない場合は、照射位置７ａ、７ｂへの照射を２つのレーザ光を用いて同時に行なうことも可能となる。

（ａ）は本発明の予備成形レーザ光照射の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に引き続いて行う本発明の溶接用レーザ光照射を示す断面図である。（ａ）は本発明の予備成形レーザ光照射の他の例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に引き続いて行う本発明の溶接用レーザ光照射を示す断面図である。（ａ）は本発明の予備成形レーザ光照射の更に別の例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に引き続いて行う本発明の溶接用レーザ光照射を示す断面図である。レーザ光を鋼板に照射したときの溶融部の断面図である。レーザ光照射部の平面図である。図１に基づき行った本発明の実施例を示すもので、（ａ）は予備成形レーザ光照射時の平面図、（ｂ）は溶接用レーザ光照射時の平面図である。図６の本発明の実施例により得られた重ね溶接継手を示す図である。図２に基づき行った本発明の実施例を示すもので、（ａ）は予備成形レーザ光照射時の平面図、（ｂ）は溶接用レーザ光照射時の平面図である。図８の本発明の実施例により得られた重ね溶接継手を示す図である。図３に基づき行った本発明の実施例を示すもので、（ａ）は予備成形レーザ光照射時の平面図、（ｂ）は溶接用レーザ光照射時の平面図である。図１０の本発明の実施例により得られた重ね溶接継手を示す図である。

符号の説明

１、２…亜鉛めっき鋼板
３、４…拘束具
５、１０…端部
６…レーザ光
７、８…レーザ光の照射位置
９…隙間
１１…溶融部

Claims

レーザを用いて２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね溶接する溶接方法において、予め一方の前記亜鉛めっき鋼板１の一端のみを拘束具を用いて拘束し、該亜鉛めっき鋼板１の溶接部を挟んでその両側にあって該溶接部から２ｍｍ以上隔たった領域にある略平行な２本の線に沿って予備成形用レーザ光を照射して、該予備成形用レーザ光照射側に該亜鉛めっき鋼板１を該２本の線に沿って屈曲させた後、該亜鉛めっき鋼板１の予備成形用レーザ光照射側に亜鉛めっき鋼板２を重ね合せ、これら２枚の鋼板の前記２本の線に挟まれた領域の両側を拘束したうえで、亜鉛めっき鋼板１を屈曲させたことで生じる２枚の鋼板の間の隙間発生部分に亜鉛めっき鋼板２側から溶接用レーザ光を照射して、前記２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね溶接することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の重ね溶接方法。
レーザを用いて２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね溶接する溶接方法において、予め一方の前記亜鉛めっき鋼板２の一端のみを拘束具を用いて拘束し、該亜鉛めっき鋼板２上の溶接部近傍に溶接部を挟んでその両側にあって該溶接部から２ｍｍ以上隔たった領域にある略平行な２本の線に沿って予備成形用レーザ光を照射して、該亜鉛めっき鋼板２を該２本の線に沿って該予備成形用レーザ光照射側に屈曲させた後、該亜鉛めっき鋼板２の予備成形レーザ光照射側の反対側に亜鉛めっき鋼板１を重ね合せ、これら２枚の鋼板の前記２本の線に挟まれた領域の両側を拘束し、亜鉛めっき鋼板２を湾曲させたことで生じる２枚の鋼板の隙間発生部分に亜鉛めっき鋼板２側から溶接用レーザ光を照射して、前記２枚の亜鉛めっき鋼板を重ね溶接することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の重ね溶接方法。
２枚の亜鉛めっき鋼板の重ね溶接継手において、予め一方の前記亜鉛めっき鋼板１の一端のみを拘束具を用いて拘束した状態で該亜鉛めっき鋼板１の溶接部を挟んでその両側にあって該溶接部から２ｍｍ以上隔たった領域にある略平行な２本の線に沿って予備成形用レーザ光を照射して、該予備成形用レーザ光照射側に該亜鉛めっき鋼板１を該２本の線に沿って屈曲させた後、該亜鉛めっき鋼板１の予備成形用レーザ光照射側に亜鉛めっき鋼板２を重ね合せ、これら２枚の鋼板の前記２本の線に挟まれた領域の両側を拘束したうえで、亜鉛めっき鋼板１を屈曲させたことで生じる２枚の鋼板の間の隙間発生部分に亜鉛めっき鋼板２側から溶接用レーザ光を照射して、又は予め一方の前記亜鉛めっき鋼板２の一端のみを拘束具を用いて拘束し、該亜鉛めっき鋼板２上の溶接部近傍に溶接部を挟んでその両側にあって該溶接部から２ｍｍ以上隔たった領域にある略平行な２本の線に沿って予備成形用レーザ光を照射して、該亜鉛めっき鋼板２を該２本の線に沿って該予備成形用レーザ光照射側に屈曲させた後、該亜鉛めっき鋼板２の予備成形レーザ光照射側の反対側に亜鉛めっき鋼板１を重ね合せ、これら２枚の鋼板の前記２本の線に挟まれた領域の両側を拘束し、亜鉛めっき鋼板２を湾曲させたことで生じる２枚の鋼板の隙間発生部分に亜鉛めっき鋼板２側から溶接用レーザ光を照射して形成された、前記鋼板の外表面でかつ重ねレーザ溶接ビードを挟んでその両側にあって該溶接部から２ｍｍ以上隔たった領域に該重ねレーザ溶接ビードに略平行で、その幅が溶接ビード幅未満のレーザ光照射痕を有することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の重ね溶接継手。