JP4437538B2 - 被覆鋼板の重ね溶融溶接方法 - Google Patents
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Description
本実施例は、レーザ熱によりZnめっき鋼板の母材及びCu系溶加材を溶融させるレーザ溶接を利用して、Znめっき鋼板を重ね溶融溶接するものである。
Znめっき鋼板として、母材1の表裏両面にZnめっき層2を形成してなる(Zn目付量は片面当たり45g/m2 )板厚t=0.8mmの溶融化亜鉛めっき鋼板(SCGA270−45/45)3を準備した。
前記Znめっき鋼板3を2枚重ね合わせた。このとき、両Znめっき鋼板3、3間の隙間は零とした。
そして、両Znめっき鋼板3、3の重ね合わせ部の板面に対してレーザ光の光源(図示せず)を略水平方向(図1のA矢印方向)に所定速度で移動させながら、同板面に対して略垂直方向(重ね合わせ方向)から所定出力のレーザ光5をレーザ溶接後に溶接部6となる所定部位(所定の溶接線上)に照射し、レーザ光5が照射された加熱部において、重ね合わされた両Znめっき鋼板3、3の両母材1、1の全体が溶融した溶融池7を形成した。このとき、上記所定部位に、レーザ光5の移動方向後方から前記Cu系フィラーワイヤ4を所定の供給量で連続的に供給しながら、該所定部位にレーザ光5を照射した。こうして、レーザ光5の照射により両母材1、1及びCu系フィラーワイヤ4をほぼ同時に加熱、溶融し、形成された溶融池7に前記Cu系フィラーワイヤ4を溶融状態で連続的に供給しながらレーザ溶接をすることにより、両Znめっき鋼板3、3を重ねレーザ溶接した。このときの溶接条件は以下のとおりである。
レーザ出力:3.0kW
溶接速度:2.0m/min
フィラーワイヤの供給速度:3.0m/min
なお、この接合工程では、前記Cu系フィラーワイヤ4は溶融状態で前記溶融池7に添加されて、溶融池7の母材溶融金属とCu系フィラーワイヤ4の溶融金属とが混合した。
前記Cu系フィラーワイヤ4の代わりに、Fe系合金よりなるFe系フィラーワイヤ(外径φ=1.2mm)を用いること以外は、前記実施例1と同様にして、Znめっき鋼板3、3の重ねレーザ溶接を行った。
溶融池に前記Cu系フィラーワイヤを供給しないこと以外は、前記実施例1と同様にして、2枚のZnめっき鋼板3、3を重ねレーザ溶接した。
前記実施例1並びに前記比較例1及び2において、溶接前重量から溶接後重量を引いた重量減少量(溶接長100mm当たり)を、下記(a)式により求めて、重ねレーザ溶接の良否を評価した。その結果を表1に示す。
なお、前記溶接前重量とは、重ねレーザ溶接する前の2枚のZnめっき鋼板3、3の総重量のことであり、前記溶接後重量とは、2枚のZnめっき鋼板3、3を重ねレーザ溶接した後の総重量のことであり、フィラーワイヤの添加重量とは、重ねレーザ溶接する際に溶融池7中に添加されたフィラーワイヤの重量のことである。
前記実施例1及び前記比較例1において、フィラーワイヤの供給速度を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を調べた。その結果を図6に示す。
前記Cu系フィラーワイヤ4として、Cuを96%含有し、残部がNiよりなるCu−Ni系合金からなるCu系フィラーワイヤ(外径φ=1.2mm)4を用いること以外は、前記実施例1と同様にして、Znめっき鋼板3、3の重ねレーザ溶接を行った。
前記実施例2において、Cu系フィラーワイヤ4中のCu含有量を種々変更することにより、Cu系フィラーワイヤ4中のCu含有量と溶接長100mm当たりのブローホール発生数との関係を調べた。その結果を図7に示す。
前記Cu系フィラーワイヤ4として、Cu−Si系合金(Cu−0.3Fe−0.005Al−3.4Si−1.3Mn)よりなるものを用いるとともに、レーザ出力を3.5kWにすること以外は、前記実施例1と同様にして、Znめっき鋼板3、3の重ねレーザ溶接を行った。
低融点溶加材として、Al合金(Al−0.4Fe−0.1Cu−12Si−0.1Mn)よりなるAl系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を3.5kWにすること以外は、前記実施例1と同様にして、Znめっき鋼板3、3の重ねレーザ溶接を行った。
前記Cu系フィラーワイヤ4の代わりに、Fe系合金(Fe−0.35Si−1.52Mn)よりなるFe系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を3.5kWにすること以外は、前記実施例1と同様にして、Znめっき鋼板3、3の重ねレーザ溶接を行った。
前記実施例3及び4並びに前記比較例3において、フィラーワイヤの供給速度を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を調べた。その結果を図8に示す。
前記実施例3及び前記比較例3において、フィラーワイヤの供給速度(ワイヤ添加量)を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度(ワイヤ添加量)と見掛け温度との関係を調べた。その結果を図9に示す。なお、見掛け温度とは、レーザ溶接中のサーモグラフィでの観察結果から、キーホールから5mm後方(レーザ光の移動方向後方)の位置における温度を推測したものである。
低融点溶加材として、Ni合金(Ni−7.0Cr−3.1B−3.0Fe−4.5Si合金、融点999℃)よりなるNi系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を3.5kWにすること以外は、前記実施例1と同様にして、Znめっき鋼板3、3の重ねレーザ溶接を行った。
低融点溶加材として、Ag合金(Ag−28Cu、融点780℃)よりなるAg系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を3.5kWにすること以外は、前記実施例1と同様にして、Znめっき鋼板3、3の重ねレーザ溶接を行った。
前記実施例5及び6において、フィラーワイヤの供給速度を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を調べた。その結果を図10に示す。
(実施例7)
本実施例は、主にレーザ熱によりZnめっき鋼板3、3の母材1、1を溶融させるレーザ溶接と、Cu系溶加材としての前記Cu系フィラーワイヤ4を消耗電極としてアークを発生させアーク熱により、該Cu系フィラーワイヤ4を溶融させるアーク溶接とを併用したものである。
前記Znめっき鋼板3、3を2枚重ね合わせた。このとき、両Znめっき鋼板3、3間の隙間は零とした。
そして、両Znめっき鋼板3、3の重ね合わせ部の板面に対してレーザ光5の光源を略水平方向に所定速度で移動させながら、同板面に対して略垂直方向(重ね合わせ方向)から所定出力のレーザ光5をレーザ溶接後に溶接部6となる所定の溶接線上に照射し、レーザ光5が照射された加熱部において、重ね合わされた両Znめっき鋼板3、3の両母材1、1の全体が溶融した溶融池7を形成した。このとき、形成された溶融池に対して、レーザ光5の移動方向後方から前記Cu系フィラーワイヤ4を所定の供給量で連続的に供給しながら、MIGアークにより、両Znめっき鋼板を重ねレーザ溶接した。このときの溶接条件は以下のとおりである。
レーザ出力:2.5kW
溶接速度:2.0m/min
フィラーワイヤの供給速度:3.0m/min
フィラーワイヤの供給位置:レーザ光の照射点から3mm後方に離れた位置
アーク電流:100A
アーク電圧:20V
なお、この接合工程では、アーク熱により前記Cu系フィラーワイヤ4が完全に溶融するとともに一方の前記Znめっき鋼板3の母材表面が部分的に溶融し、かつ、レーザ熱により前記両Znめっき鋼板3、3の両母材1、1が完全に溶融することにより、両母材1、1が溶融した溶融池7に前記Cu系フィラーワイヤ4が溶融状態で混入される。
前述の実施例では、レーザ熱によりZnめっき鋼板の母材を溶融させる例について説明したが、他の高エネルギ密度熱源やプラズマアーク等を利用したアーク熱によってZnめっき鋼板の母材を溶融させる他の溶融溶接方法であっても、本発明を適用することが可能である。
3…Znめっき鋼板(被覆鋼板)
4…Cu系フィラーワイヤ(低融点溶加材)
5…レーザ光(高エネルギ密度熱源)
6…溶接部 7…溶融池
8…キーホール
Claims (12)
- 母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板同士を重ね合わせる重ね合わせ工程と、重ね合わされた該被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して略水平方向に移動する所定の熱源を該板面の一方から供給することにより該重ね合わせ部の所定部位を加熱して両該母材が溶融した溶融池とし、該溶融池を冷却、凝固させることにより両該被覆鋼板の該母材同士を一体的に接合する接合工程とを備え、
前記接合工程で、前記溶融池内の外周域であって両前記被覆鋼板間の前記被覆層に接する部位のうちの少なくとも前記熱源の移動方向後方における温度が前記被覆材料の沸点以下となるように、前記母材よりも融点の低い低融点材料よりなる低融点溶加材を該熱源の供給側から前記所定部位に供給しつつ該熱源により該低融点溶加材を加熱して溶融した該低融点溶加材を該溶融池に添加することを特徴とする被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。 - 前記熱源は高エネルギ密度熱源であり、前記接合工程で、該高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位の前記母材及び前記低融点溶加材を加熱して溶融させることを特徴とする請求項1記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位にキーホールが形成され、該キーホールよりも該高エネルギ密度熱源の移動方向後方側の前記溶融池に前記低融点溶加材を添加することを特徴とする請求項2記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記高エネルギ密度熱源はレーザであることを特徴とする請求項2又は3記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記熱源はレーザ及びアークであり、前記接合工程で、前記所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、アーク熱により前記低融点溶加材を溶融させることを特徴とする請求項1又は3記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記低融点溶加材はフィラーワイヤの形態で供給されることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記低融点溶加材は粉末の形態で供給されることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記フィラーワイヤを消耗電極としてアークを発生させアーク熱により該フィラーワイヤを溶融させることを特徴とする請求項5又は6記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記低融点溶加材はCuを35%以上含有するCu系溶加材であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記低融点溶加材はNiをベースとし融点が1200℃以下のNi系溶加材であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記低融点溶加材はAgをベースとするAg系溶加材であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
- 前記被覆層はZnめっき層であり、前記被覆鋼板はZnめっき鋼板であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10又は11記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
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