JP2002103072A - アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法 - Google Patents
アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接に
おいて、めっき層中のアルミが溶接金属へ混入すること
による溶接部の引張強度の低下、およびフェライト粒の
粗大化による疲労強度の劣化を防止できるアルミめっき
鋼板の重ね合わせレーザ溶接を提供する 【解決手段】 アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶
接方法において、アシストガスとして、窒素ガスを５０
ｖｏｌ％以上含有し、その他のガスがアルゴンガス、ヘ
リウムガスまたは炭酸ガスのうちの少なくとも１種また
は２種以上である混合ガスを用いるアルミめっき鋼板の
重ね合わせレーザ溶接方法。
おいて、めっき層中のアルミが溶接金属へ混入すること
による溶接部の引張強度の低下、およびフェライト粒の
粗大化による疲労強度の劣化を防止できるアルミめっき
鋼板の重ね合わせレーザ溶接を提供する 【解決手段】 アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶
接方法において、アシストガスとして、窒素ガスを５０
ｖｏｌ％以上含有し、その他のガスがアルゴンガス、ヘ
リウムガスまたは炭酸ガスのうちの少なくとも１種また
は２種以上である混合ガスを用いるアルミめっき鋼板の
重ね合わせレーザ溶接方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や自動二輪
の部品、家電製品、産業機器等の製造における耐食性に
優れためっき鋼板の溶接方法に関し、詳しくは、アルミ
めっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法に関する。
の部品、家電製品、産業機器等の製造における耐食性に
優れためっき鋼板の溶接方法に関し、詳しくは、アルミ
めっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車や自動二輪の燃料タンク等
の防錆性が必要とされる部材として鉛めっき鋼板が用い
られてきたが、近年、環境問題の点からこれに代わる素
材としてアルミめっき鋼板が使用され、めっき層の劣化
が少ないレーザ溶接を用いて重ね合わせ溶接するように
なってきた。
の防錆性が必要とされる部材として鉛めっき鋼板が用い
られてきたが、近年、環境問題の点からこれに代わる素
材としてアルミめっき鋼板が使用され、めっき層の劣化
が少ないレーザ溶接を用いて重ね合わせ溶接するように
なってきた。
【０００３】従来、アルミめっき鋼板の重ね合わせレー
ザ溶接の溶接では、めっき層中のアルミが溶接金属中に
多量に混入してアルミの局部濃化部や鉄との金属間化合
物を形成し、溶接金属部の引張強度等の機械的特性を低
下させるという問題があった。
ザ溶接の溶接では、めっき層中のアルミが溶接金属中に
多量に混入してアルミの局部濃化部や鉄との金属間化合
物を形成し、溶接金属部の引張強度等の機械的特性を低
下させるという問題があった。
【０００４】この問題に対して、例えば、特開平９−１
５５５７５号公報では、アルミめっき鋼板のレーザ溶接
部の周囲の重ね合わせ部に隙間を設けてレーザ溶接し、
レーザ溶接時に先に溶融したアルミを逃がすことによっ
て良好なレーザ溶接部強度を得ようとする方法が開示さ
れている。
５５５７５号公報では、アルミめっき鋼板のレーザ溶接
部の周囲の重ね合わせ部に隙間を設けてレーザ溶接し、
レーザ溶接時に先に溶融したアルミを逃がすことによっ
て良好なレーザ溶接部強度を得ようとする方法が開示さ
れている。
【０００５】また、特開平１０−７１４８０号公報で
は、亜鉛やアルミ等のめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶
接する際に、レーザビームを２次元軌跡で特定の走査範
囲内で走査して、溶融金属を撹拌することによりレーザ
溶接部の溶接欠陥を抑制する方法が開示されている。
は、亜鉛やアルミ等のめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶
接する際に、レーザビームを２次元軌跡で特定の走査範
囲内で走査して、溶融金属を撹拌することによりレーザ
溶接部の溶接欠陥を抑制する方法が開示されている。
【０００６】特開平１０−２９６４７２号公報では、ア
ルミめっき鋼板を重ね合わせレーザ溶接する際に、酸素
を多量に含有させたシールドガスを用いることにより、
溶接時に溶融金属中の溶融アルミ、シリコン等の不要成
分を酸化物として、溶融部から排出させることにより、
接合部の強度を高める方法が開示されている。
ルミめっき鋼板を重ね合わせレーザ溶接する際に、酸素
を多量に含有させたシールドガスを用いることにより、
溶接時に溶融金属中の溶融アルミ、シリコン等の不要成
分を酸化物として、溶融部から排出させることにより、
接合部の強度を高める方法が開示されている。
【０００７】しかしながら、これらの従来方法では、レ
ーザ溶接時の溶接金属中のアルミの濃化を抑制して溶接
金属の引張強度を向上させることができるものの、溶接
金属が粗大なフェライト組織となり疲労強度が低下する
ことは抑制できない。例えば、振動がともなう環境で使
用される自動車及び自動二輪用燃料タンク等を製造する
際にアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接が適用さ
れる場合は、そのレーザ溶接継手部の疲労強度特性の向
上が要求される。
ーザ溶接時の溶接金属中のアルミの濃化を抑制して溶接
金属の引張強度を向上させることができるものの、溶接
金属が粗大なフェライト組織となり疲労強度が低下する
ことは抑制できない。例えば、振動がともなう環境で使
用される自動車及び自動二輪用燃料タンク等を製造する
際にアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接が適用さ
れる場合は、そのレーザ溶接継手部の疲労強度特性の向
上が要求される。
【０００８】また、特開平６−７９４８４号公報では、
少なくとも１つの材料が母材よりも低融点の物質からな
る被覆層を有する板材の重ね合わせ溶接において、アシ
ストガスとして不活性ガスまたは窒素ガスに、全体に対
する容積比が５〜３０％の酸素ガスを混合した混合ガス
を用いるレーザ溶接方法が記載されている。しかしなが
ら、この溶接方法は、実質的に亜鉛メッキ鋼板のレーザ
溶接を対象とするもので、アシストガス中に酸素ガスを
含有させることを特徴としている。つまり、アシストガ
ス中の酸素によりメッキ層を酸化、燃焼させてレーザビ
ーム照射部からの熱伝導で、メッキ層が気化して生じる
爆発的な現象を防止しようとするもので、レーザ溶接継
手部の引張強度及び疲労強度を向上させることを目的と
する技術でない。
少なくとも１つの材料が母材よりも低融点の物質からな
る被覆層を有する板材の重ね合わせ溶接において、アシ
ストガスとして不活性ガスまたは窒素ガスに、全体に対
する容積比が５〜３０％の酸素ガスを混合した混合ガス
を用いるレーザ溶接方法が記載されている。しかしなが
ら、この溶接方法は、実質的に亜鉛メッキ鋼板のレーザ
溶接を対象とするもので、アシストガス中に酸素ガスを
含有させることを特徴としている。つまり、アシストガ
ス中の酸素によりメッキ層を酸化、燃焼させてレーザビ
ーム照射部からの熱伝導で、メッキ層が気化して生じる
爆発的な現象を防止しようとするもので、レーザ溶接継
手部の引張強度及び疲労強度を向上させることを目的と
する技術でない。
【０００９】したがって、アルミめっき鋼板の重ね合わ
せレーザ溶接におけるレーザ溶接継手部の溶接金属の引
張強度とともに疲労強度特性を向上できるレーザ溶接技
術が望まれている。
せレーザ溶接におけるレーザ溶接継手部の溶接金属の引
張強度とともに疲労強度特性を向上できるレーザ溶接技
術が望まれている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術の問題
点に鑑みて、本発明は、アルミめっき鋼板の重ね合わせ
レーザ溶接において、めっき層中のアルミが溶接金属へ
混入することによる溶接部の引張強度の低下、及びフェ
ライト粒の粗大化による疲労強度の劣化を防止できるア
ルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接を提供すること
を目的とする。
点に鑑みて、本発明は、アルミめっき鋼板の重ね合わせ
レーザ溶接において、めっき層中のアルミが溶接金属へ
混入することによる溶接部の引張強度の低下、及びフェ
ライト粒の粗大化による疲労強度の劣化を防止できるア
ルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接を提供すること
を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するものであり、その要旨とするところは、以下の
通りである。
解決するものであり、その要旨とするところは、以下の
通りである。
【００１２】（１） アルミめっき鋼板の重ね合わせレ
ーザ溶接方法において、アシストガスとして、窒素ガス
を５０ｖｏｌ％以上含有し、その他のガスがアルゴンガ
ス、ヘリウムガスまたは炭酸ガスのうちの少なくとも１
種または２種以上である混合ガスを用いることを特徴と
するアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法。
ーザ溶接方法において、アシストガスとして、窒素ガス
を５０ｖｏｌ％以上含有し、その他のガスがアルゴンガ
ス、ヘリウムガスまたは炭酸ガスのうちの少なくとも１
種または２種以上である混合ガスを用いることを特徴と
するアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法。
【００１３】（２） 前記アルミめっき鋼板の重ね合わ
せレーザ溶接方法において、さらに、レーザビームを溶
接進行方向またはこれに直角な方向の１次元走査、ある
いは溶接進行方向及びこれに直角な方向の２次元走査を
させるとともに、その走査の範囲がレーザビームの集光
スポット径の０．５〜３倍となるように溶接進行方向に
レーザ溶接することを特徴とする上記（１）に記載のア
ルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法。
せレーザ溶接方法において、さらに、レーザビームを溶
接進行方向またはこれに直角な方向の１次元走査、ある
いは溶接進行方向及びこれに直角な方向の２次元走査を
させるとともに、その走査の範囲がレーザビームの集光
スポット径の０．５〜３倍となるように溶接進行方向に
レーザ溶接することを特徴とする上記（１）に記載のア
ルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法。
【００１４】（３） 前記アルミめっき鋼板の重ね合わ
せレーザ溶接方法において、さらに、溶接部の周囲のア
ルミめっき鋼板に板厚の０．１〜０．５倍の間隙を設け
ることを特徴とする上記（１）または（２）の何れかに
記載のアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法。
せレーザ溶接方法において、さらに、溶接部の周囲のア
ルミめっき鋼板に板厚の０．１〜０．５倍の間隙を設け
ることを特徴とする上記（１）または（２）の何れかに
記載のアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細について説明
する。
する。
【００１６】図１に、本発明のアルミめっき鋼板の重ね
合わせレーザ溶接を行う場合の実施形態の一例を示す。
また、図２に、本発明の別の実施形態の一例として、ア
ルミめっき鋼板を用いてタンクを作製する場合のフラン
ジ部の重ね合わせレーザ溶接を示す。
合わせレーザ溶接を行う場合の実施形態の一例を示す。
また、図２に、本発明の別の実施形態の一例として、ア
ルミめっき鋼板を用いてタンクを作製する場合のフラン
ジ部の重ね合わせレーザ溶接を示す。
【００１７】被溶接材である２枚のアルミめっき鋼板
１、２は、それらの一部が互いに密着または所定の間隙
８をもって重なり合った状態で拘束具３ａ、３ｂ及び４
ａ、４ｂにより拘束され、アルミめっき鋼板１、２の重
ね合わせ部は、レーザ照射トーチ６によってアシストガ
ス７を噴射しながらレーザビーム９の照射によって溶接
される。
１、２は、それらの一部が互いに密着または所定の間隙
８をもって重なり合った状態で拘束具３ａ、３ｂ及び４
ａ、４ｂにより拘束され、アルミめっき鋼板１、２の重
ね合わせ部は、レーザ照射トーチ６によってアシストガ
ス７を噴射しながらレーザビーム９の照射によって溶接
される。
【００１８】図１及び図２に示されるアシストガス７と
して、従来は、ＡｒまたはＨｅが一般的に用いられてい
た。また、上述のように特開平１０−２９６４７２号公
報等では、溶接部の強度低下を目的として酸素を多量に
含有させたアシストガスを用いることが知られている。
して、従来は、ＡｒまたはＨｅが一般的に用いられてい
た。また、上述のように特開平１０−２９６４７２号公
報等では、溶接部の強度低下を目的として酸素を多量に
含有させたアシストガスを用いることが知られている。
【００１９】これらの従来技術に対して、本発明の第一
の特徴は、アシストガスとして、窒素ガスを５０ｖｏｌ
％以上含有するガスを用いることにある。
の特徴は、アシストガスとして、窒素ガスを５０ｖｏｌ
％以上含有するガスを用いることにある。
【００２０】従来、窒素ガスは、非常に安価であるにも
関わらず、低炭素鋼板のレーザ溶接の場合にレーザによ
り解離または電離された窒素が溶鋼中に溶解してブロー
ホール欠陥を発生させるため、一般に利用されていなか
った。
関わらず、低炭素鋼板のレーザ溶接の場合にレーザによ
り解離または電離された窒素が溶鋼中に溶解してブロー
ホール欠陥を発生させるため、一般に利用されていなか
った。
【００２１】しかしながら、本発明者らの実験等による
検討の結果、アルミめっき鋼板のＣＯ2レーザまたはＹ
ＡＧレーザ等を用いた重ね合わせレーザ溶接において
は、窒素を多量に含有したアシストガスを用いることに
より、溶融金属のブローホール欠陥の問題がないばかり
か、従来のアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接時
の溶接金属へのアルミの混入による溶接部強度及び疲労
強度の低下を防止できることがわかった。
検討の結果、アルミめっき鋼板のＣＯ2レーザまたはＹ
ＡＧレーザ等を用いた重ね合わせレーザ溶接において
は、窒素を多量に含有したアシストガスを用いることに
より、溶融金属のブローホール欠陥の問題がないばかり
か、従来のアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接時
の溶接金属へのアルミの混入による溶接部強度及び疲労
強度の低下を防止できることがわかった。
【００２２】従来、表裏層にアルミめっき層をもつアル
ミめっき鋼板同士を密着して重ね合わせてレーザ溶接す
ると、めっき層中のアルミが溶接金属中で局部的に濃
化、または鉄との金属間化合物を形成して溶接部の引張
強度が低下することが知られている。また、発明者らの
実験結果によれば、溶接金属中に溶けたアルミは、Ａｌ
がフェライト生成元素であるために溶接金属を粗大なフ
ェライト粒とし溶接金属の疲労強度も低下させることが
わかった。
ミめっき鋼板同士を密着して重ね合わせてレーザ溶接す
ると、めっき層中のアルミが溶接金属中で局部的に濃
化、または鉄との金属間化合物を形成して溶接部の引張
強度が低下することが知られている。また、発明者らの
実験結果によれば、溶接金属中に溶けたアルミは、Ａｌ
がフェライト生成元素であるために溶接金属を粗大なフ
ェライト粒とし溶接金属の疲労強度も低下させることが
わかった。
【００２３】本発明のアルミめっき鋼板の重ね合わせレ
ーザ溶接において、窒素を多量に含有したアシストガス
を用いることにより、溶接金属の引張強度及び疲労強度
を向上することができる理由は、以下のように考えられ
る。
ーザ溶接において、窒素を多量に含有したアシストガス
を用いることにより、溶接金属の引張強度及び疲労強度
を向上することができる理由は、以下のように考えられ
る。
【００２４】窒素を多量に含有したガスを噴射させなが
らアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接を行うこと
により、溶鋼の流動性を改善してアルミの局部濃化を抑
制するとともに、溶融金属中に溶け込んだめっき層中の
アルミを、アシストガスから供給された窒素と反応させ
てアルミ窒化物とし、アルミのフェライト生成能力を失
わせ、結果的に溶接金属の引っ張り強度が向上したもの
と考えられる。また、溶鋼に多量に溶解した窒素はオー
ステナイト生成元素として働くことから溶接金属のフェ
ライト粒の生成と粗粒化を抑制することにより、結果的
に溶接金属の疲労強度が向上したものと考えられる。
らアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接を行うこと
により、溶鋼の流動性を改善してアルミの局部濃化を抑
制するとともに、溶融金属中に溶け込んだめっき層中の
アルミを、アシストガスから供給された窒素と反応させ
てアルミ窒化物とし、アルミのフェライト生成能力を失
わせ、結果的に溶接金属の引っ張り強度が向上したもの
と考えられる。また、溶鋼に多量に溶解した窒素はオー
ステナイト生成元素として働くことから溶接金属のフェ
ライト粒の生成と粗粒化を抑制することにより、結果的
に溶接金属の疲労強度が向上したものと考えられる。
【００２５】発明者らの実験結果等の検討結果から、以
上の溶接金属の引っ張り強度及び疲労強度の向上効果
は、アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接の際に用
いるアシストガス中の窒素ガス濃度が５０ｖｏｌ％以上
の場合に充分発揮されることがわかっている。
上の溶接金属の引っ張り強度及び疲労強度の向上効果
は、アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接の際に用
いるアシストガス中の窒素ガス濃度が５０ｖｏｌ％以上
の場合に充分発揮されることがわかっている。
【００２６】以上から、本発明では、アルミめっき鋼板
の重ね合わせレーザ溶接の際に用いるアシストガスとし
て、窒素ガスを５０ｖｏｌ％以上、好ましくは窒素ガス
を６５ｖｏｌ％以上含有し、その他のガスがアルゴンガ
ス、ヘリウムガスまたは炭酸ガスのうちの少なくとも１
種または２種以上である混合ガスを用いることが必要で
ある。アシストガス中の窒素濃度が５０ｖｏｌ％未満に
なると、上記の溶接金属の引っ張り強度及び疲労強度の
向上効果が充分に発揮されない。
の重ね合わせレーザ溶接の際に用いるアシストガスとし
て、窒素ガスを５０ｖｏｌ％以上、好ましくは窒素ガス
を６５ｖｏｌ％以上含有し、その他のガスがアルゴンガ
ス、ヘリウムガスまたは炭酸ガスのうちの少なくとも１
種または２種以上である混合ガスを用いることが必要で
ある。アシストガス中の窒素濃度が５０ｖｏｌ％未満に
なると、上記の溶接金属の引っ張り強度及び疲労強度の
向上効果が充分に発揮されない。
【００２７】また、本発明で使用するレーザ溶接時のア
シストガス中の窒素源として、空気を用いることができ
る。空気は、その組成として、通常、窒素が約８０ｖｏ
ｌ％含まれており、上記の本発明の窒素濃度範囲を満た
しており、空気をアシストガスとして用いることにより
上記の溶接金属の引っ張り強度及び溶接部強度の向上効
果が充分得られる。また、空気を、アルゴンガス、ヘリ
ウムガスまたは炭酸ガスのうちの少なくとも１種または
２種以上と混合してアシストガスとして用いる場合に
は、アシストガス中の窒素による上記の溶接金属の引っ
張り強度及び溶接部強度の向上効果を充分得るために、
アシストガス中の空気の含有量を７０ｖｏｌ％以上、好
ましくは８５ｖｏｌ％以上とする必要がある。
シストガス中の窒素源として、空気を用いることができ
る。空気は、その組成として、通常、窒素が約８０ｖｏ
ｌ％含まれており、上記の本発明の窒素濃度範囲を満た
しており、空気をアシストガスとして用いることにより
上記の溶接金属の引っ張り強度及び溶接部強度の向上効
果が充分得られる。また、空気を、アルゴンガス、ヘリ
ウムガスまたは炭酸ガスのうちの少なくとも１種または
２種以上と混合してアシストガスとして用いる場合に
は、アシストガス中の窒素による上記の溶接金属の引っ
張り強度及び溶接部強度の向上効果を充分得るために、
アシストガス中の空気の含有量を７０ｖｏｌ％以上、好
ましくは８５ｖｏｌ％以上とする必要がある。
【００２８】また、本発明では、上記の窒素ガスを５０
ｖｏｌ％以上含有するアシストガスを用いるとともに、
さらに、レーザビームを溶接進行方向またはこれに直角
な方向の１次元走査、あるいは溶接進行方向及びこれに
直角な方向の２次元走査させ、かつその走査の範囲がレ
ーザビームの集光スポット径の０．５〜３倍となるよう
に溶接進行方向にレーザ溶接するビームを走査しながら
アルミめっき鋼板をレーザ溶接することで溶接部の引っ
張り強度及び疲労強度をさらに向上できる。
ｖｏｌ％以上含有するアシストガスを用いるとともに、
さらに、レーザビームを溶接進行方向またはこれに直角
な方向の１次元走査、あるいは溶接進行方向及びこれに
直角な方向の２次元走査させ、かつその走査の範囲がレ
ーザビームの集光スポット径の０．５〜３倍となるよう
に溶接進行方向にレーザ溶接するビームを走査しながら
アルミめっき鋼板をレーザ溶接することで溶接部の引っ
張り強度及び疲労強度をさらに向上できる。
【００２９】これは、窒素ガスを５０ｖｏｌ％以上含有
するアシストガスを用いるとともに、溶接中にレーザビ
ームを走査することによって溶接金属の溶融池を撹拌す
ることによって、溶融金属中の溶融アルミの局部的濃化
を抑制し、溶融金属中の溶解アルミと溶解窒素とのアル
ミ窒化物の形成及びアルミ窒化物の分散化を促進すると
ともに、溶接金属組織の均質化を促進するためである。
するアシストガスを用いるとともに、溶接中にレーザビ
ームを走査することによって溶接金属の溶融池を撹拌す
ることによって、溶融金属中の溶融アルミの局部的濃化
を抑制し、溶融金属中の溶解アルミと溶解窒素とのアル
ミ窒化物の形成及びアルミ窒化物の分散化を促進すると
ともに、溶接金属組織の均質化を促進するためである。
【００３０】このような効果を充分得るためには、溶接
中のレーザビームの走査の範囲をレーザビームの集光ス
ポット径の０．５〜３倍とする必要があり、レーザビー
ムの集光スポット径の０．５倍未満では、溶融金属の撹
拌が不十分なためアルミの局部的濃化を充分に防止でき
ず、レーザビームの集光スポット径の３倍を超えると溶
接時にスパッタが飛散し、またレーザビームの貫通能力
が低下するので必要溶融深さが得られない。
中のレーザビームの走査の範囲をレーザビームの集光ス
ポット径の０．５〜３倍とする必要があり、レーザビー
ムの集光スポット径の０．５倍未満では、溶融金属の撹
拌が不十分なためアルミの局部的濃化を充分に防止でき
ず、レーザビームの集光スポット径の３倍を超えると溶
接時にスパッタが飛散し、またレーザビームの貫通能力
が低下するので必要溶融深さが得られない。
【００３１】レーザビームの走査方向は溶接進行方向に
対し直角または平行とし、そして走査法は等速往復運動
または単振動とすることができる。溶接進行方向に直角
かつ等速往復運動の１次元走査とする場合、ビームの中
心は図４のような軌跡を描くこととなる。また、レーザ
ビームの基準軸を中心とした円運動の２次元走査とする
場合、ビームの中心は図５のような軌跡を描くこととな
る。
対し直角または平行とし、そして走査法は等速往復運動
または単振動とすることができる。溶接進行方向に直角
かつ等速往復運動の１次元走査とする場合、ビームの中
心は図４のような軌跡を描くこととなる。また、レーザ
ビームの基準軸を中心とした円運動の２次元走査とする
場合、ビームの中心は図５のような軌跡を描くこととな
る。
【００３２】本発明では、上記の窒素ガスを５０ｖｏｌ
％以上含有するアシストガスを用いるとともに、さら
に、溶接部の周囲のアルミめっき鋼板に板厚の０．１〜
０．５倍の間隙を設けてレーザ溶接することで溶接部の
引っ張り強度及び疲労強度をさらに向上できる。
％以上含有するアシストガスを用いるとともに、さら
に、溶接部の周囲のアルミめっき鋼板に板厚の０．１〜
０．５倍の間隙を設けてレーザ溶接することで溶接部の
引っ張り強度及び疲労強度をさらに向上できる。
【００３３】これは、窒素ガスを５０ｖｏｌ％以上含有
するアシストガスを用いるとともに、溶接部の周囲のア
ルミめっき鋼板に板厚の０．１〜０．５倍の間隙を設け
てレーザ溶接することによって、前述の溶接金属中への
窒素溶解によるフェライト結晶粒の粗粒化の抑制ととも
に、低融点のアルミを間隙から逃がすことにより溶接金
属中のアルミの局部的濃化を効果的に抑制するためであ
る。
するアシストガスを用いるとともに、溶接部の周囲のア
ルミめっき鋼板に板厚の０．１〜０．５倍の間隙を設け
てレーザ溶接することによって、前述の溶接金属中への
窒素溶解によるフェライト結晶粒の粗粒化の抑制ととも
に、低融点のアルミを間隙から逃がすことにより溶接金
属中のアルミの局部的濃化を効果的に抑制するためであ
る。
【００３４】本発明において、溶接部の周囲のアルミめ
っき鋼板の隙間を板厚の０．１〜０．５倍としたのは、
０．１倍未満では、低融点のアルミを間隙から逃がして
溶接金属中のアルミの局部的濃化を抑制する充分な効果
を得られず、０．５倍を超えると、隙間への溶融金属の
流れ込みによるアンダービードの問題が生じるためであ
る。
っき鋼板の隙間を板厚の０．１〜０．５倍としたのは、
０．１倍未満では、低融点のアルミを間隙から逃がして
溶接金属中のアルミの局部的濃化を抑制する充分な効果
を得られず、０．５倍を超えると、隙間への溶融金属の
流れ込みによるアンダービードの問題が生じるためであ
る。
【００３５】
【実施例】以下に本発明の効果を以下の実施例により説
明する。
明する。
【００３６】図６に実機試験に用いた被接合材であるア
ルミめっき鋼板のレーザ溶接継手の平面図と側面図を示
す。図６に示した片面当たり目付量３０ｇｒ／ｍ2で両
面に溶融めっきされた板厚０．８ｍｍのアルミめっき鋼
板１、２の重ね合わせ部を表１または表２に示すシール
ドガス、重ね合わせ部の隙間８、レーザビームの走査条
件、溶接速度でＣＯ2レーザまたはＹＡＧレーザにより
溶接し、溶接継手の引っ張り強度及び疲労強度を評価し
た。
ルミめっき鋼板のレーザ溶接継手の平面図と側面図を示
す。図６に示した片面当たり目付量３０ｇｒ／ｍ2で両
面に溶融めっきされた板厚０．８ｍｍのアルミめっき鋼
板１、２の重ね合わせ部を表１または表２に示すシール
ドガス、重ね合わせ部の隙間８、レーザビームの走査条
件、溶接速度でＣＯ2レーザまたはＹＡＧレーザにより
溶接し、溶接継手の引っ張り強度及び疲労強度を評価し
た。
【００３７】なお、レーザ溶接条件としては、ＣＯ2レ
ーザの場合は、レーザ発振出力を５ｋＷ、溶接速度を３
ｍ／ｍｉｎとし、ＹＡＧレーザの場合は、レーザ発振出
力を３ｋＷ、溶接速度を２ｍ／ｍｉｎの一定条件とし
た。また、レーザビームの焦点距離は、レーザビームを
走査する場合は、２５０ｍｍ、走査しない場合は、２０
０ｍｍとした。
ーザの場合は、レーザ発振出力を５ｋＷ、溶接速度を３
ｍ／ｍｉｎとし、ＹＡＧレーザの場合は、レーザ発振出
力を３ｋＷ、溶接速度を２ｍ／ｍｉｎの一定条件とし
た。また、レーザビームの焦点距離は、レーザビームを
走査する場合は、２５０ｍｍ、走査しない場合は、２０
０ｍｍとした。
【００３８】ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザともにレーザ
ビームは、鋼板直上に集光し、その集光スポット径は約
０．５ｍｍであった。溶接ビード５が１０ｍｍ長の重ね
合わせ部の先端から５ｍｍの位置に形成されるように溶
接した。
ビームは、鋼板直上に集光し、その集光スポット径は約
０．５ｍｍであった。溶接ビード５が１０ｍｍ長の重ね
合わせ部の先端から５ｍｍの位置に形成されるように溶
接した。
【００３９】表１及び表２中に示された静的引張強度
は、母材強度の９０％以上のものを良好(○)、９０％未
満８０％以上をやや不良(△)、８０％以下を不良(×)と
して判定した。また、レーザ溶接継手の疲労試験は、荷
重比０(＝最低荷重／最高荷重)、周波数１Ｈｚの完全片
振りで行い、２万回振動したときの疲労強度を求めた。
は、母材強度の９０％以上のものを良好(○)、９０％未
満８０％以上をやや不良(△)、８０％以下を不良(×)と
して判定した。また、レーザ溶接継手の疲労試験は、荷
重比０(＝最低荷重／最高荷重)、周波数１Ｈｚの完全片
振りで行い、２万回振動したときの疲労強度を求めた。
【００４０】表１及び表２中に示された疲労強度は、シ
ールドガスとして純Ａｒを使用し、鋼板を隙間を設けず
に密着させて重ね合わせ溶接した場合のレーザ溶接継手
の２万回疲労強度を１．０とし、この疲労強度に対する
相対的な疲労強度を示す。
ールドガスとして純Ａｒを使用し、鋼板を隙間を設けず
に密着させて重ね合わせ溶接した場合のレーザ溶接継手
の２万回疲労強度を１．０とし、この疲労強度に対する
相対的な疲労強度を示す。
【００４１】表１は、ＣＯ2レーザを用いた場合のレー
ザ溶接継手の試験結果を示す。また、表２には、ＹＡＧ
レーザをを用いた場合のレーザ溶接継手の試験結果を示
す。
ザ溶接継手の試験結果を示す。また、表２には、ＹＡＧ
レーザをを用いた場合のレーザ溶接継手の試験結果を示
す。
【００４２】表１及び表２から、シールドガス、重ね合
わせ部の隙間、レーザビームの走査範囲が本発明の範囲
内である発明例（表１のＮｏ．４〜８、表２のＮｏ．７
〜１１）は、本発明の範囲から外れる比較例（表１のＮ
ｏ．１〜３、表２のＮｏ．１〜６）に比べて溶接金属の
静的引張強度及び疲労強度がともに優れたレーザ溶接継
手が得られた。
わせ部の隙間、レーザビームの走査範囲が本発明の範囲
内である発明例（表１のＮｏ．４〜８、表２のＮｏ．７
〜１１）は、本発明の範囲から外れる比較例（表１のＮ
ｏ．１〜３、表２のＮｏ．１〜６）に比べて溶接金属の
静的引張強度及び疲労強度がともに優れたレーザ溶接継
手が得られた。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
【発明の効果】本発明によれば、アルミめっき鋼板の重
ね合わせレーザ溶接において、溶接金属の静的引張強度
及び疲労強度をともに向上させることができ、自動車産
業上利するところ甚大である。
ね合わせレーザ溶接において、溶接金属の静的引張強度
及び疲労強度をともに向上させることができ、自動車産
業上利するところ甚大である。
【図１】本発明のアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ
溶接方法の実施形態の一例を示す模式図である。
溶接方法の実施形態の一例を示す模式図である。
【図２】本発明のアルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ
溶接方法の実施形態の一例を示す模式図である。
溶接方法の実施形態の一例を示す模式図である。
【図３】本発明のレーザビームの走査を行わない場合の
実施形態の一例を示す模式図である。
実施形態の一例を示す模式図である。
【図４】本発明のレーザビームの走査を行う場合の走査
パターンの実施形態の一例を示す模式図である。
パターンの実施形態の一例を示す模式図である。
【図５】本発明のレーザビームの走査を行う場合の走査
パターンの実施形態の一例を示す模式図である。
パターンの実施形態の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の溶接継手を示す図であり、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図である。
面図、（ｂ）は側面図である。
１、２ アルミめっき鋼板 ３、３ａ、３ｂ 拘束具 ４、４ａ、４ｂ 拘束具 ５ 溶接ビード(溶接部) ６ レーザ照射トーチ ７ アシストガス ８ 重ね合わせ部の間隙 ９ レーザビーム １０レーザビーム軌跡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 康信 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 田中 隆 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 小原 昌弘 大分市大字西ノ州１番地 新日本製鐵株式 会社大分製鐵所内 (72)発明者 近藤 正恒 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 CE02 DA14 DB01 DB15
Claims (3)
- 【請求項１】 アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶
接方法において、アシストガスとして、窒素ガスを５０
ｖｏｌ％以上含有し、その他のガスがアルゴンガス、ヘ
リウムガスまたは炭酸ガスのうちの少なくとも１種また
は２種以上である混合ガスを用いることを特徴とするア
ルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法。 - 【請求項２】 前記アルミめっき鋼板の重ね合わせレー
ザ溶接方法において、さらに、レーザビームを溶接進行
方向またはこれに直角な方向の１次元走査、あるいは溶
接進行方向及びこれに直角な方向の２次元走査をさせる
とともに、その走査の範囲がレーザビームの集光スポッ
ト径の０．５〜３倍となるように溶接進行方向にレーザ
溶接することを特徴とする請求項１に記載のアルミめっ
き鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法。 - 【請求項３】 前記アルミめっき鋼板の重ね合わせレー
ザ溶接方法において、さらに、溶接部の周囲のアルミめ
っき鋼板に板厚の０．１〜０．５倍の間隙を設けること
を特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の
アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000290996A JP3533450B2 (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000290996A JP3533450B2 (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002103072A true JP2002103072A (ja) | 2002-04-09 |
| JP3533450B2 JP3533450B2 (ja) | 2004-05-31 |
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ID=18774144
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000290996A Expired - Fee Related JP3533450B2 (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | アルミめっき鋼板の重ね合わせレーザ溶接方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3533450B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004017161A (ja) * | 2002-06-14 | 2004-01-22 | L'air Liquide Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procedes Georges Claude | ８ｋＷまでのレーザー溶接におけるヘリウム／窒素ガス混合物の使用 |
| JP2004017160A (ja) * | 2002-06-14 | 2004-01-22 | L'air Liquide Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procedes Georges Claude | １２ｋＷまでのレーザー溶接におけるヘリウム／窒素ガス混合物の使用 |
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| CN111347160A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-06-30 | 苏州大学 | 一种镀铝钢-铝合金的焊接方法 |
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-
2000
- 2000-09-25 JP JP2000290996A patent/JP3533450B2/ja not_active Expired - Fee Related
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