JPH11277266A - アルミメッキ鋼板からなるレ―ザ―溶接体及び溶接方法 - Google Patents

アルミメッキ鋼板からなるレ―ザ―溶接体及び溶接方法

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JPH11277266A
JPH11277266A JP11047648A JP4764899A JPH11277266A JP H11277266 A JPH11277266 A JP H11277266A JP 11047648 A JP11047648 A JP 11047648A JP 4764899 A JP4764899 A JP 4764899A JP H11277266 A JPH11277266 A JP H11277266A
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Hiroshi Mitsuyoshi
博司 光吉
Hironori Goto
博記 後藤
Yasuo Masuda
泰夫 増田
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    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミメッキ鋼板を溶接レーザービームを用
いて溶接する際に、十分な溶接強度を確保する。 【解決手段】 溶接部におけるAl成分の割合が0.6
5wt%以下である場合には、母材の引張り応力(27〜
28kgf/cm2)と同等の剥離破断応力が得られ、一方、
溶接部のAl成分の割合が0.65wt%以上の場合には、
母材の引張り応力より小さい剥離破断応力となることが
判明した。以上のようなことから、溶接部におけるAl
成分が引張り強度に関係し、溶接部におけるAl成分の
含有量が少なくなると接合強度が向上することが分る。
また、所定の接合強度を得るために溶接部におけるAl
成分の含有量を低く抑えるには、レーザー溶接機の移動
速度を遅くする等して単位面積当りのレーザービームの
熱量を大きくすることが有効であることが分る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両用燃料
タンクを溶接して製造する技術の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来からスクーター等のインナータンク
は、内面防錆の目的から一般的に錫−鉛メッキ鋼板のよ
うな素材や、亜鉛−ニッケルメッキ鋼板のような素材が
用いらている。ところが、鉛を用いたメッキは、現在、
公害問題で法規制の方向にあり、新たな素材による燃料
タンクが望まれることから、両面にアルミメッキが施さ
れた両面溶融アルミメッキ鋼板を使用し、この両面溶融
アルミメッキ鋼板を重ね合わせた接合部を溶接すること
で、内面防錆とともに外面防錆を簡略化するような方法
が考えられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料タ
ンクを構成する鋼板の溶接には従来から抵抗シーム溶接
が一般的であり、この抵抗シーム溶接を両面溶融アルミ
メッキ鋼板の溶接法として用いた場合、次のような不具
合がある。まず第1は、溶接時に表面のアルミメッキが
電極に付着するため、電極の整形を頻繁に行わなければ
ならない。第2は、表面にアルミメッキをしているため
熱伝導が良く、しかも導電性も良好なため、例えば普通
の鋼板の1.5倍〜2.0倍の大電流を流さなければ溶
接ができない。更に第3は、投入熱量が多く表面処理が
破壊される面積が大きいため、タンク内面の耐食性能が
低下する。
【0004】そこで、内面防錆、外面塗装等の工程を大
幅に省略しつつ溶接部の接合強度を向上させ、この際、
電極にアルミメッキが付着するような不具合を生じさせ
ず、しかも表面処理の破壊面積を最小限に抑えることが
できるような溶接技術が望まれる。
【0005】尚、電極にアルミメッキが付着しない溶接
技術として、レーザー(電子ビームを含む)溶接が考え
られる。しかしながら、単にレーザ溶接によって溶接し
ても、充分な溶接強度が得られない。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等はアルミメッ
キ鋼板の場合、溶接部の金属組成により強度が大きく変
化するという知見を得、これに基づいて本発明をなした
ものである。具体的には、アルミメッキ鋼板を通常の条
件下でレーザービームで溶接すると、溶接部の溶融金属
中にアルミニウムの偏析が生じ、この偏析に起因して溶
接強度が低下するという知見を得た。
【0007】即ち、請求項1に記載のレーザー溶接体
は、重ね合せた両面アルミメッキ鋼板をレーザービーム
で溶接する際に、前記溶接体の溶接部の溶融金属中のA
lの割合が0.65wt%以下となるようにした。
【0008】上記のように、溶接部の溶融金属中のAl
の割合を0.65wt%以下とするには、請求項2に記載
されるように、アルミメッキ鋼板とレーザービームとを
相対的に移動させながら溶接するにあたり、前記レーザ
ービームの相対的な移動速度を1.5m/min以下と
する。
【0009】移動速度を1.5m/min以下とするこ
とで、溶接部への入熱量が増加し、溶融金属中における
Al成分の偏析の発生が抑制される。そして、このよう
にすることで、溶接部の溶融金属中のAlの割合が0.
65wt%以下となる。因みに、Alの割合が0.65wt%
を超えると、溶接部の剥離破壊応力が、母材の引っ張り
応力よりも小さくなる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。ここで、図1は本発明に係
る製造方法で成形したアルミメッキ鋼板からなる燃料タ
ンクの一例を示す斜視図、図2は溶接方法の各種態様を
示す説明図である。
【0011】燃料タンク1はアルミメッキ鋼板をプレス
成形した上下一対の半殻体2、3のフランジ部2a、3
aを全周に亘ってレーザービームで溶接し、溶接部を気
密状に保持し、これら半殻体2、3の所定部には、給油
用口金4やステー等の小物部品がレーザー溶接又はロー
付け等で取り付けられている。
【0012】前記アルミメッキ鋼板は、例えばSA1E
60鋼、又はこのSA1E60鋼をクロメート処理した
SA1E60Y鋼の表裏面にアルミメッキ層を形成した
ものであり、前記SA1E60鋼、又はSA1E60Y
鋼は、炭素の他に精錬上の必要から加えられるSi、M
n、及び不純物としてのP、S等の成分を含んでいる。
因みに、Feの融点は1540℃、沸点は2750℃で
あり、Alの融点は660℃、沸点は2470℃であ
る。
【0013】以上のようなアルミメッキ鋼板からなる半
殻体2、3のフランジ部2a、3aを重ね合わせて溶接
する方法として、例えば図2に示すような各種方法を採
用することができる。すなわち、図2(A)はレーザー
の照射方向をフランジ面方向に対して略直角方向とし、
レーザー溶接機を周縁に沿って全周に亘って移動させな
がら溶接する方法であり、レーザー照射の位置ズレに強
い一方、溶接後、外観品質を保つため溶接ビード上面部
に防錆塗装を施す必要がある。
【0014】また、図2(B)はレーザー照射方向をフ
ランジ面と略平行にし、フランジ部2a、3a端部の接
合面端部に向けて照射しながら溶接機を周縁に沿って移
動させ全周を溶接する方法である。この方法は、レーザ
ー照射の位置ズレにさほど強くないが、溶接後、溶接ビ
ードの防錆塗装が不要であるという特性を有する。ま
た、図2(C)はフランジ部2a、3aの張出し幅を変
化させ、張出し幅の狭い方の接合端部に向けて斜め方向
からレーザー光を照射する方法であり、溶接ビードの防
錆塗装が必要になる反面、レーザー照射の位置ズレにや
や強いという特性を有する。
【0015】ところで、図2(A)に示す溶接方法を採
用する場合、フランジ部2a、3a同士を密着させてレ
ーザー溶接すると、接合強度が著しく低下することが分
った。また、この接合強度は、レーザー溶接機の移動速
度にも関係することが分った。すなわち本発明者らは、
図3に示すようなアルミメッキ鋼板製のテストピース
T、Tを使用し、両テストピースT、T間の隙間をスペ
ーサーSによって変化させレーザー溶接機の移動速度を
変化させながらレーザー溶接し、その後引張り試験を行
って接合強度を試験した結果、図4に示すような結果が
得られた。
【0016】ここで、隙間が0のときはクランパーCに
よる加圧力を変化させて試験し、また隙間の変化は、ス
ペーサーSの高さを変えることで変化させた。そして、
図4の横軸は隙間mm(隙間が0の時は加圧力kg/cm2)を
表わし、縦軸は剥離破断応力kgf/mm2を表わす。また、
△と■は、シーム溶接等と同等の移動速度のレーザー溶
接機で溶接した例を示し、△はレーザー溶接機の移動速
度が3.5m/minで、レーザー光の焦点が上方のテスト
ピースTの4mm上方に結ばれるようにして溶接したサン
プル例、■はレーザー溶接機の移動速度が4.0m/min
で、レーザー光の焦点が上方のテストピースTの上面に
結ばれるようにして溶接したサンプル例である。また、
◆はレーザー溶接機の速度を十分に遅くした場合のサン
プル例を示し、その移動速度が1.5m/minで、レーザ
ー光の焦点が上方のテストピースTの4mm上方に結ばれ
るようにして溶接した。
【0017】引張り試験は、図5(a)及び(b)に示
すように、L字状に屈曲した各短辺部を重合溶接した各
テストピースT,Tの各長辺部を反対方向(図5(b)
の矢印方向)に引張る方法で行った。この結果から、例
えば隙間が0の場合(加圧力が5kg/cm2)は、図4に示
すように、引張り試験における剥離破断応力は、△が5
〜10kgf/mm2、■についてはそれ以下(図示せず)で
あり、極めて脆弱であった。一方、◆は、加圧力が10
kg/cm2のとき、22〜27kgf/mm2であり、比較的大き
な剥離破断応力が得られた。これに対して、隙間を設け
た場合は、溶接機の移動速度及びレーザー光の焦点位置
に殆ど無関係に、母材破断応力に近い大きな剥離破断応
力であった。
【0018】以上の結果から、隙間を設けることで、ア
ルミメッキ鋼板に十分な接合強度が得られること、一
方、隙間を設けない場合には、レーザー溶接機の移動速
度を十分遅くする、すなわち、単位面積当りのレーザー
ビームの熱量を大きくすれば所定の接合強度が得られる
ことが分った。
【0019】そこで、本発明者らは溶接部yに含まれる
Al成分が引張り強度に関係するのではないかと考え、
溶接部中央(溶接金属中心部)のAl成分の含有量と剥
離破断応力との関係を調べた。その結果は図6に示す通
りである。図6は、図4と同様の条件下で隙間を変化さ
せてレーザー溶接して得られたテストピースTについ
て、図4の試験と同様の引張り試験を行って接合強度を
調べた結果を表わしたものである。そして、横軸が溶接
部におけるAl成分の含有量、また縦軸が剥離破壊破断
応力を示す。
【0020】図6に示す試験結果から、溶接部における
Al成分の割合が0.65wt%以下である場合には、母材
の引張り応力(27〜28kgf/cm2)と同等の剥離破断
応力が得られ、一方、溶接部のAl成分の割合が0.6
5wt%以上の場合には、母材の引張り応力より小さい剥
離破断応力となることが判明した。以上のようなことか
ら、溶接部におけるAl成分が引張り強度に関係し、溶
接部におけるAl成分の含有量が少なくなると接合強度
が向上することが分る。また、所定の接合強度を得るた
めに溶接部yにおけるAl成分の含有量を低く抑えるに
は、レーザー溶接機の移動速度を遅くする等して単位面
積当りのレーザービームの熱量を大きくすることが有効
であることが分る。
【0021】また、燃料タンク素材としてアルミメッキ
鋼板を使用すれば、溶接部はアルミの犠牲防食作用によ
って保護され、燃料タンクとして問題となる内面防食性
を大幅に向上させることができる。また、このアルミメ
ッキ鋼板をレーザー溶接するにあたり、ビーム幅が狭い
ため表面処理層が破壊される面積を最小限に抑えること
ができる。しかも、局所的に急速に熱を加えることがで
きるため高速溶接が可能である。
【0022】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
アルミメッキ鋼板からなる一対の半殻体をレーザービー
ム溶接にて接合して形成されるレーザー溶接体におい
て、溶接部の溶融金属中のAlの割合を0.65wt%以
下としたので、溶接強度を大幅に向上することができ
る。また、溶接速度を1.5m/min以下とし、溶接
部への入熱量を多くすることで、溶接金属中におけるA
l成分の偏析の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法で成形したアルミメッキ鋼板
からなる燃料タンクの一例を示す斜視図
【図2】溶接方法の各種態様を示す説明図で矢印方向は
レーザー照射方向
【図3】テストピースの溶接状態の説明図
【図4】接合強度を調べるため引張り試験を行った結果
のグラフで、横軸は隙間mm(隙間0の時は加圧力kg/c
m2)、縦軸は破断応力kgf/mm2
【図5】溶接部のAl成分量と剥離破断応力との関係を
示すグラフ
【図6】(a)は引張り試験用テストピースの正面図、
(b)は同テストピースの側面図
【符号の説明】
1…燃料タンク、2、3…半殻体、T…アルミメッキ鋼
板のテストピース。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重ね合せた両面アルミメッキ鋼板をレー
    ザービームで溶接した溶接体において、前記溶接体の溶
    接部の溶融金属中のAlの割合は0.65wt%以下であ
    ることを特徴とするアルミメッキ鋼板からなるレーザー
    溶接体。
  2. 【請求項2】 隙間なく重ね合せた両面アルミメッキ鋼
    板をレーザービームを相対的に移動させながら溶接する
    方法において、前記レーザービームの相対的な移動速度
    を1.5m/min以下とすることで、溶接部の溶融金
    属中のAlの割合を0.65wt%以下とすることを特徴
    とするアルミメッキ鋼板のレーザー溶接方法。
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