JPH07232293A

JPH07232293A - レーザ装置及びレーザ溶接方法

Info

Publication number: JPH07232293A
Application number: JP6024655A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ishihara; 弘一石原; Shinji Iwata; 紳嗣岩田
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1994-02-23
Publication date: 1995-09-05

Abstract

(57)【要約】【目的】重ね合わせた亜鉛メッキ鋼板をレーザ溶接す
るに際し、ブローホール及びスラグの発生を同時に抑制
する。【構成】ノズル（２）からアルゴンガスを噴出すると
共に、亜鉛メッキ鋼板（3a）（3b）を挟むノズル側
（２）の空間及びその反対側の空間に噴出部（７）
（８）を設け、この噴出部（７）（８）から二酸化炭素
を含んだシールドガスを噴出させながら溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、亜鉛メッキ鋼板等の表
面処理鋼板をレーザビームによって溶接するためのレー
ザ装置及びレーザ溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車のボディ等には、防錆の観
点から亜鉛メッキ鋼板が多用されている。この亜鉛メッ
キ鋼板を重ね合わせてレーザ溶接する場合には、鋼板の
表面メッキ層（亜鉛）がレーザビームを照射した際に蒸
発し、多量のブローホールが形成される問題がある。こ
れは、亜鉛の沸点が母材（鉄）の融点に比べて低いた
め、レーザビームを照射すると、母材より先に亜鉛が瞬
間的に蒸発し、蒸発した亜鉛蒸気が溶融母材を吹き飛ば
す結果、ブローホールが形成されることによる。

【０００３】このような問題点に鑑み、従来では、図２
に示すように、重ね合わせた鋼板（11）（12）の間に数
百ミクロンの隙間（13）を持たせ、当該隙間（13）から
亜鉛蒸気を逃がすようにしている（但し、図面では隙間
（13）を誇張して描いている）。また、シールドガスと
して酸素を用いる提案もなされている（特開平4-333386
号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の生産設
備及び鋼板寸法等を考慮すると、図２に示すような狭隘
な隙間（13）を一定値に維持するのは極めて困難であ
る。

【０００５】一方、シールドガスとして酸素を用いれ
ば、亜鉛が酸素と化合して酸化亜鉛、あるいは過酸化亜
鉛となり、蒸気とならない。このため、ブローホールの
発生が抑制され、隙間を設けることなく鋼板同士を密着
させたまま溶接することが可能となる。

【０００６】ところが、この場合には酸素と鉄も化合す
るため、図３（ａ）（ｂ）に示すように、鋼板の表面に
多量の酸化鉄（スラグ）（14）が斑状に形成される問題
がある。このスラグ（14）は、鋼板表面から簡単に剥離
するため、スラグ（14）を確実に除去する工程等を付加
しないかぎり、例えば自動車外板の溶接工程に適用した
場合には、塗装後に塗膜がスラグと一緒に剥離するおそ
れがある。

【０００７】そこで、本発明は、ブローホール並びにス
ラグの発生を同時に抑制することのできるレーザ装置及
びレーザ溶接方法の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
本発明では、レーザビームをノズルから照射し、蒸発温
度が母材の融点より低い物体をコーティングしてなる表
面処理金属を、重ね合わせて溶接するレーザ装置に、二
酸化炭素ガスを噴出する噴出部を溶接箇所に向けて設け
ている。

【０００９】前記噴出部をノズルに連結してもよい。ま
た、表面処理金属を挟むノズル側の空間及びその反対側
の空間のうちの少なくとも何れか一方の空間に配置して
もよい。

【００１０】レーザビームをノズルから照射し、蒸発温
度が母材の融点より低い物体をコーティングしてなる表
面処理金属を、重ね合わせて溶接するレーザ溶接方法に
おいて、シールドガスとして二酸化炭素ガスを使用す
る。

【００１１】シールドガスの供給方法は特に問わない
が、例えばノズルから噴出させることができる。また、
表面処理金属を挟むノズル側の空間及びその反対側の空
間のうちの少なくとも何れか一方の空間から噴出させる
ことも可能である。

【００１２】前記二酸化炭素ガスに他のガスを含ませる
ことも可能である。この場合、他のガスに、アルゴン、
ヘリウム、窒素のうちの少なくとも一つを含ませるのが
望ましい。

【００１３】以上のレーザ装置及びレーザ溶接方法は、
表面処理金属が亜鉛メッキ鋼板である場合に特に好適で
ある。

【００１４】

【作用】本発明では、二酸化炭素ガスを噴出する噴出部
を溶接箇所に向けて設けているので、溶接作業中には溶
接箇所が二酸化炭素ガスで覆われる。これにより、溶接
箇所の周囲が酸化雰囲気となるので、亜鉛蒸気が酸化
し、酸化亜鉛や過酸化亜鉛となって固定化される。この
ため、ブローホールの発生が抑制される。その一方、二
酸化炭素の酸化性は酸素に比べて弱いため、スラグの発
生も抑制される。

【００１５】噴出部をノズルに連結したり、あるいは表
面処理金属を挟むノズル側の空間及びその反対側の空間
のうちの少なくとも何れか一方の空間に配置すれば、溶
接箇所をより確実に二酸化炭素ガスで覆うことができ
る。

【００１６】シールドガスとして二酸化炭素ガスを使用
した場合にも、同様に溶接箇所の周囲が酸化雰囲気で覆
われるため、ブローホールやスラグの発生を抑制でき
る。また、シールドガスをノズルから噴出させたり、表
面処理金属を挟むノズル側の空間及びその反対側の空間
のうちの少なくとも何れか一方の空間から噴出させれ
ば、溶接箇所をより確実にシールドガスで覆うことがで
きる。

【００１７】二酸化炭素ガスやシールドガスに、アルゴ
ン、ヘリウム、窒素のうちの少なくとも一つを含む他の
ガスを含ませれば、レーザビームの乱れ（屈折や乱反
射）を抑制することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１に基づいて説明
する。

【００１９】図１に本発明にかかるレーザ装置のノズル
付近の拡大断面図を示す。レンズ（図示省略）によって
集光されたレーザビーム（連続波・パルス波形を問わな
い）は、加工ヘッド（１）の中心部を通ってノズル
（２）の先端から出力され、密着状態で重ね合わせた亜
鉛メッキ鋼板（3a）（3b）に照射される。

【００２０】加工ヘッド（１）には、導入管（５）を介
してボンベ等の供給源（図示省略）から導入したシール
ドガスが供給される。そして、加工ヘッド（１）に供給
されたシールドガスは、加工ヘッド（１）の下部に取り
付けたノズル（２）の先端からノズル直下の溶接部
（６）に向けて噴射される。前記シールドガスは、レー
ザビームの乱れ（屈折や乱反射）を誘発しないガスであ
るのが望ましく、これに該当するものとして、例えばア
ルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス、あるいはこれら
の混合ガスを挙げることができる。

【００２１】亜鉛メッキ鋼板（3a）（3b）を挟むノズル
（２）側の空間及びその反対側の空間には、それぞれ溶
接箇所（６）を狙ってシールドガスの噴出部（７）
（８）が設けられる。この噴出部（７）（８）から供給
されるシールドガスは、二酸化炭素ガスである。ここで
いう二酸化炭素ガスとは、二酸化炭素を含むガスを意味
し、二酸化炭素のみからなるガスの他、二酸化炭素ガス
と、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等を混合し
た混合ガスもこれに含まれる。

【００２２】このように二酸化炭素ガスを噴出する噴出
部（７）（８）を、亜鉛メッキ鋼板（3a）（3b）を挟ん
で配置すれば、溶接箇所（６）の周囲が確実に二酸化炭
素で覆われる。レーザビームを照射すると、鉄が溶融す
ると共に亜鉛が気化するが、気化した亜鉛は二酸化炭素
中の酸素と化合し、酸化亜鉛や過酸化亜鉛となって固定
化される。このため、亜鉛蒸気が外部に爆発的に噴出す
ることはなく、ブローホールの発生が抑制される。その
一方、二酸化炭素の酸化性は酸素に比べて弱いため、酸
化鉄が生成されにくく、酸素を用いる場合に比べてスラ
グの発生量も少なくなる。一般にブローホールやスパッ
タ等の発生量は、二酸化炭素の供給量に反比例すると考
えられ、二酸化炭素が少ないとブローホール等の発生量
も増大し、二酸化炭素の量が多ければ減少する。

【００２３】実際に、ノズル（２）からの噴出量を5 l/
min、噴出部（７）（８）からの噴出量を20 l/min、溶
接速度を0.5m/minに設定し、亜鉛メッキ鋼板（3a）（3
b）として0.8ｔ60/60を用いてレーザ溶接を行なうと、
ブローホールやスラグがほとんど生じないことが確認で
きた。一方、このように溶接して得た試験片を引張り試
験にかけても、母材とほぼ同等の強度が得られることが
確認できた。

【００２４】なお、本実施例では、溶接材料として亜鉛
メッキ鋼板を例に挙げて説明したが、蒸発温度が母材の
融点より低い物体をコーティングしたものであれば、他
の表面処理金属にも適用できることはいうまでもない。
また、図１は、レーザ装置の一構造例を示すものであ
り、溶接箇所（６）に二酸化炭素ガスが供給されるので
あれば他の構造を採ることも可能である。従って、溶接
材料の材質や板厚、レーザ出力等の加工条件に応じて、
例えば噴出部（７）（８）の一方を省略したり、あるい
は、噴出部をノズル（２）に連結しても同様の効果が得
られる。

【００２５】

【発明の効果】このように本発明では、二酸化炭素ガス
を溶接箇所に向けて噴出する噴出部を設けているので、
ブローホール並びにスラグの発生量が同時に抑制され
る。従って、自動車の外板溶接に適用した場合にも、塗
装後にスラグと一緒に塗膜が剥離するおそれがなく、し
かも十分な強度を確保することができる。

【００２６】また、シールドガスとして二酸化炭素ガス
を使用しても同様の効果を得ることができる。

【００２７】噴出部をノズルに連結したり、あるいは、
表面処理金属を挟むノズル側の空間及びその反対側の空
間のうちの少なくとも何れか一方の空間に配置すれば、
溶接箇所をより確実にシールドガスで覆うことができ、
ブローホールやスラグの発生量をより低減させることが
できる。

【００２８】二酸化炭素ガスに、アルゴン、ヘリウム、
窒素のうち少なくとも一つを含ませれば、レーザビーム
の乱れ（屈折や乱反射）を抑制することができ、より良
好な溶接作業が行なえるようになる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるレーザ装置のノズル付近の拡大
断面図である。

【図２】従来の溶接方法を示す断面図である。

【図３】従来方法による溶接完了後の溶接箇所の平面図
（ａ）、及び（ａ）図中のＡ−Ａ線での断面図である
（ｂ）。

【符号の説明】

１加工ヘッド２ノズル 3a・3b 表面処理金属（亜鉛メッキ鋼板）５導入管６溶接箇所７噴出部８噴出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームをノズルから照射し、蒸発
温度が母材の融点より低い物体をコーティングしてなる
表面処理金属を、重ね合わせて溶接するレーザ装置にお
いて、二酸化炭素ガスを噴出する噴出部が溶接箇所に向
けて設けられていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】前記噴出部がノズルに連結されているこ
とを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】前記噴出部が、表面処理金属を挟むノズ
ル側の空間及びその反対側の空間のうちの少なくとも何
れか一方の空間に配置されていることを特徴とする請求
項１記載のレーザ装置。
【請求項４】前記二酸化炭素ガスに他のガスを含ませ
たことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項５】前記他のガスがアルゴン、ヘリウム、窒
素のうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴とす
る請求項４記載のレーザ装置。
【請求項６】前記表面処理金属が亜鉛メッキ鋼板であ
ることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項７】レーザビームをノズルから照射し、蒸発
温度が母材の融点より低い物体をコーティングしてなる
表面処理金属を、重ね合わせて溶接するレーザ溶接方法
において、シールドガスとして二酸化炭素ガスを使用す
ることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項８】前記シールドガスをノズルから噴出させ
ることを特徴とする請求項７記載のレーザ溶接方法。
【請求項９】前記シールドガスを、表面処理金属を挟
むノズル側の空間及びその反対側の空間のうちの少なく
とも何れか一方の空間から噴出させることを特徴とする
請求項７記載のレーザ溶接方法。
【請求項１０】前記前記二酸化炭素ガスに他のガスを
含ませたことを特徴とする請求項７記載のレーザ溶接方
法。
【請求項１１】前記他のガスがアルゴン、ヘリウム、
窒素のうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴と
する請求項10記載のレーザ溶接方法。
【請求項１２】前記表面処理金属が亜鉛メッキ鋼板で
あることを特徴とする請求項７記載のレーザ溶接方法。