JP3901964B2

JP3901964B2 - Laser welding method of contact part with galvanized layer

Info

Publication number: JP3901964B2
Application number: JP2001246518A
Authority: JP
Inventors: 田弘文園; 山健二奥; 袋順一衣
Original assignee: 日鐵溶接工業株式会社
Priority date: 2001-08-15
Filing date: 2001-08-15
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: JP2003053566A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光による亜鉛メッキ鋼板の溶接に関し、特に、これに限定する意図ではないが、２鋼板の亜鉛メッキ層どうしの面当接部、あるいは、１鋼板の亜鉛メッキ層とそれに立てたもう１つの鋼板の亜鉛メッキ層とが直交する隅、のレーザ溶接に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛メッキ鋼板におけるレーザ溶接は高速・低歪溶接が可能なことから自動車用鋼板の溶接に広く使用されている。しかし、亜鉛メッキ鋼板の鋼基材の溶融温度が１５００°Ｃであるのに対し、亜鉛の溶融温度は約４００°Ｃと低い。このため溶接中に亜鉛が蒸発する。突合せ溶接の場合には、図５の（ａ）に示すような突合せ溶接においては、突合せ面が切断面であるので亜鉛メッキ層が存在しないため、比較的良好な溶接が可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、図５の（ｂ），（ｃ）および（ｄ）に示すような継手においては、亜鉛メツキ層が突合せ面あるいは交わりの隅に存在する。このような継手のレーザ溶接では下記のような問題が発生する。
・溶接時の亜鉛溶融蒸気圧のため、ピットが発生する，
・溶接強度を要求しない継手であっても、ピットのため外観が悪い，
・亜鉛メッキ層が厚い（目付量が多い）たとえば建材用亜鉛メッキ鋼板の場合には特にピットの発生が顕著である。
【０００４】
本発明は、溶接ビードの外観を良くすることを第１の目的とし、溶接部位近傍の亜鉛メッキ層と滑らかに連なる表面が滑らかな溶接ビードを形成することを第２の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）２つの合金化亜鉛メッキ鋼板のメッキ層の面を有するフレア継手当接部又は１つの合金化亜鉛メッキ鋼板のメッキ層と、該亜鉛メッキ層に端面が突き当てられたもう一つの合金化亜鉛メッキ鋼板のメッキ層との交わりである隅のＴ継手当接部をレーザ光で溶接するにおいて、レーザ溶接点又はその近傍の溶融プールに、シリコンブロンズ製のフィラーワイヤを供給することを特徴とする亜鉛メッキ層がある当接部のレーザ溶接方法。
【０００６】
これによればシリコンブロンズ製のフィラーワイヤが、溶融して基材鋼板のレーザによる溶着部のピットを埋め溶着部を覆う。基材鋼板の溶着凝固が終ってから、溶融した亜鉛と略同時に、フィラーワイヤ組成が凝固するので、フィラーワイヤ組成が表面部で近傍の亜鉛メッキ層と滑らかに連続して溶接部の表面が滑らかなビードとなり、溶接ビードの外観が良くなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（２）レーザ光はＹＡＧレーザである、上記（１）の亜鉛メッキ層がある当接部のレーザ溶接方法。
【０００８】
ＹＡＧレーザは比較的に可撓性が高い光ファイバによる伝送が可能であるので、ロボットアームあるいはその他の可動部材でＹＡＧレーザ照射ヘッドを支持して溶接狙い位置を容易に変更，調整あるいは制御することができ、カーブした当接面あるいは隅のレーザ溶接を容易に行うことができる。
【０００９】
【実施例】
図１に、本発明の実施例で使用したＹＡＧレーザヘッドの外観を示す。図示しないＹＡＧレーザ光源から図示しない光ファイバケーブルを通してＹＡＧレーザ光束６が、ＹＡＧレーザ照射ヘッド１２に導かれ、ヘッド１２内のレンズを通って収束して、ヘッド１２のノズルボディ１４に装着された銅チップ１６から焦点８に向けて出る。
【００１０】
ヘッド１２にはフレーム１８が固着されており、このフレーム１８に上下（ｚ）位置調節用のねじ棒２２が、その軸心を中心に回転自在に支持されている。ねじ棒２０と一体連続の摘み２２がフレーム１８の上方に突出している。
【００１１】
ねじ棒２０は、中継部材２４のナット部分にねじ結合してそれをｚ方向に貫通している。摘み２２を時計方向（ねじ込み方向）に廻すと、フレーム１８に対して中継部材２４が相対的に上向きに移動し、摘み２２を反時計方向（戻し方向）に廻すと、下向きに移動する。
【００１２】
ワイヤガイドホルダ２６は、ｘ，ｙ平面に投影すると略Ｕ型であり、Ｕの底辺に相当する部分をワイヤガイド３４が貫通している。Ｕの縦２辺に相当する板部の間の空間に中継部材２４の一部分が位置している。ホルダ２６にｘ位置調節用のねじ棒２８が、その軸心を中心に回転自在に支持されている。このねじ棒２８は、中継部材２４の雌ねじ穴にねじ結合し、それをｘ方向に貫通している。ねじ棒２８と平行なガイド棒３０の両端がホルダ２６に固定されている。このガイド棒３０は中継部材２４の横向きＵ型の開口をｘ方向に貫通している。ねじ棒２８を時計方向（ねじ込み方向）に廻すと、中継部材２４に対してホルダ２６が相対的に図１紙面の表から裏に向う方向に移動し、ねじ棒２８を反時計方向（戻し方向）に廻すと、図１紙面の裏から表に向う方向に移動する。
【００１３】
亜鉛に対して濡れ性がよく、基材鋼板の溶融温度より低く亜鉛の溶融温度に近いシリコンブロンズ製のフィラーワイヤ３８が、図示しないワイヤ送給装置から送りだされてワイヤガイド３４に送りこまれ、ワイヤガイド３４の下端のワイヤ送給チップ３６からチップ１６直下のレーザ焦点８の近傍に送り出される。この送りだしの狙い位置を、摘み２２（ねじ棒２０）を廻すことによりｚ方向（高さ方向）に調整することができ、また、ねじ棒２８を廻すことによりｘ方向（溶接線に直交する横方向）に調整することができる。なお、溶接対象材４０が固定で溶接線がｙ軸に平行な場合、ヘッド１２をｙ方向に駆動してレーザ６を照射し、しかも図示しないワイヤ送給装置でフィラーワイヤ３８をチップ１６の直下に連続的に送り込むことにより、溶接対象材４０を溶接する。
【００１４】
図２には、図１のヘッド１２の右側面を示す。レーザ６の焦点８は、溶接対象材である合金化溶融亜鉛メッキ鋼板４０ａ，４０ｂの表面（図２上で上面）の亜鉛メッキ層の当接上端位置から略１ｍｍ下方の位置、フィラーワイヤ３８の送り込み狙い位置は、焦点８直下の、焦点８から略０．５ｍｍ下方の位置、である。
【００１５】
図３には、図２に示す、亜鉛メッキ鋼板４０ａ，４０ｂを亜鉛メッキ層どうしを面当接した継手の、上述の位置関係を示す。図３上に示す４０ｃが、亜鉛メッキ鋼板４０ａ，４０ｂの表面の亜鉛メッキ層の当接上端位置である。
【００１６】
図４には、１つの合金化溶融亜鉛メッキ鋼板４０ａの表面の亜鉛メッキ層に、両面に亜鉛メッキ層があるもう１つの合金化溶融亜鉛メッキ鋼板４０ｂの切断端面を当てて立てた態様で、直交する２鋼板４０ａ，４０ｂの隅を隅肉溶接する態様を示す。この図４は、図２と同様な側面図である。この場合には、焦点８は２鋼板４０ａ，４０ｂの亜鉛メッキ層の交点（隅）から、ヘッド１２の中心軸（光軸）に沿う方向に略１ｍｍ基材鋼板に入り込んだ位置、フィラーワイヤ３８の送り込み狙い位置は、焦点８から更にヘッド１２の中心軸に沿う方向に略０．５ｍｍ基材鋼板側に入り込んだ位置、である。
【００１７】
上述の、図３（図２）に示す２鋼板の表面の亜鉛メッキ層が面当接した個所をレーザ溶接する、面当接部の溶接態様、および、図４に示す隅肉溶接態様のいずれでも、フィラーワイヤ３８は、レーザ溶接点又はその近傍の溶融プールに送りこまれて溶融して基材鋼板のレーザによる溶着部のピットを埋め溶着部を覆う。フィラーワイヤ３８の組成が、亜鉛に対して濡れ性がよく、基材鋼板の溶融温度より低く亜鉛の溶融温度に近いシリコンブロンズであるので、レーザ溶接点の基材鋼板が溶着凝固してから、亜鉛の凝固とほぼ同時にフィラーワイヤの溶融シリコンブロンズが凝固し、表面部で近傍の亜鉛メッキ層と滑らかに連続して滑らかな溶接ビードを形成する。
【００１８】
次の表１に、５態様の溶接条件と溶接結果を、実施例１〜５として示す。表１上の評価の列の二重丸は、表面にピットがなく近傍の亜鉛メッキ層と滑らかに連続して滑らかな溶接ビードが得られたことを意味する。
【００１９】
【表１】

【００２０】
なお、レーザヘッド（１２）を溶接線（面当接線又は隅）に倣わせる操作が容易なため、ＹＡＧレーザヘッドを用いたが、本発明はＣＯ_２レーザを用いても実施できる。たとえば、溶接線が直線などレーザヘッドの運行が簡単な場合あるいはレーザヘッドを固定し溶接対象材を移送する場合などには、ＣＯ_２レーザを用いても本発明を実施できる。
【００２１】
【発明の効果】
フィラーワイヤが、溶融して基材鋼板のレーザによる溶着部のピットを埋め溶着部を覆うので、溶接部の表面が滑らかなビードとなり、溶接ビードの外観が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するに用いたＹＡＧレーザヘッド１２の先端部の正面図である。
【図２】図１に示すＹＡＧレーザヘッド１２の右側面図であり、溶接対象材４０ａ，４０ｂは横断面を示す。
【図３】図１に示すＹＡＧレーザヘッド１２の最先端部を拡大して示す正面図であり、溶接対象材４０ａ，４０ｂはそれらの面当接部（溶接線）の縦断面を示す。
【図４】図１に示すＹＡＧレーザヘッド１２の、隅肉溶接態様での右側面図であり、溶接対象材４０ａ，４０ｂは横断面を示す。
【図５】亜鉛メッキ鋼板の溶接対象個所を示す横断面図であり、（ａ）は、鋼板切断面どうしの突合せ線が溶接線（溶接対象個所）である場合を、（ｂ）はともに直角に曲げた２つの亜鉛メッキ鋼板の表面の亜鉛メッキ層どうしの面突合せ（面当接）個所が溶接対象である場合を、（ｃ）は亜鉛メッキ鋼板の表面の亜鉛メッキ層にもう１つの亜鉛メッキ鋼板の切断端面を当てた隅肉溶接個所を、（ｄ）は平板状の亜鉛メッキ鋼板に直角に曲げた亜鉛メッキ鋼板の表面の亜鉛メッキ層どうしの面突合せ個所が溶接対象である場合の隅肉溶接個所を、それぞれ示す。
【符号の説明】
６：レーザ光束８：レーザ光の焦点
１０：フィラーワイヤ送給のレーザ溶接装置
１２：ＹＡＧレーザヘッド
１４：ノズルボディ１６：胴チップ
１８：フレーム２０：ねじ棒
２２：摘み２４：中継部材
２６：ワイヤガイドホルダ
２８：ねじ棒３０：ガイド棒
３４：ワイヤガイド３６：ワイヤ送給チップ
３８：フィラーワイヤ
４０（４０ａ，４０ｂ）：溶接対象材（合金化溶融亜鉛メッキ鋼板）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to welding of a galvanized steel sheet by laser light, and is not particularly intended to be limited to this, but the surface contact portion between two galvanized layers of two steel sheets, or a galvanized layer of one steel sheet and a stand for it. The present invention relates to laser welding of a corner where the galvanized layer of another steel plate is orthogonal.
[0002]
[Prior art]
Laser welding of galvanized steel sheets is widely used for welding of steel sheets for automobiles because high speed and low distortion welding is possible. However, the melting temperature of the steel substrate of the galvanized steel sheet is 1500 ° C., whereas the melting temperature of zinc is as low as about 400 ° C. For this reason, zinc evaporates during welding. In the case of butt welding, in butt welding as shown in FIG. 5 (a), since the butt surface is a cut surface, there is no galvanized layer, and therefore relatively good welding is possible.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, in the joint as shown in FIGS. 5B, 5C, and 5D, the zinc plating layer exists at the butt surface or the corner of the intersection. The following problems occur in laser welding of such a joint.
・ Pits are generated due to the zinc melt vapor pressure during welding.
-Even for joints that do not require welding strength, the appearance is poor due to pits.
・ In the case of a galvanized steel sheet for building materials having a thick galvanized layer (a large amount of basis weight), for example, pits are particularly prominent.
[0004]
The first object of the present invention is to improve the appearance of the weld bead, and the second object is to form a weld bead having a smooth surface continuously connected to the galvanized layer near the weld site.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
(1) Flare joint abutting portion having the surface of two alloyed galvanized steel sheets or one alloyed galvanized steel sheet and another alloy whose end face is abutted against the galvanized layer When welding the T joint contact portion at the corner which is the intersection with the plated layer of galvanized steel sheet with laser light, a filler wire made of silicon bronze is supplied to the laser welding point or a molten pool in the vicinity thereof The laser welding method of the contact part with a galvanized layer.
[0006]
According to this, the filler wire made of silicon bronze melts and fills the pits of the welded portion of the base steel plate by the laser to cover the welded portion . After finished weld solidification of the base material steel plate, the molten zinc at substantially the same time, since the filler wire composition is solidified, the surface of the filler wire composition is smoothly continuous with galvanized layer near the surface portion welds The bead becomes smooth and the appearance of the weld bead is improved.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
( 2 ) The laser welding method for a contact portion where the galvanized layer according to (1 ) above is a YAG laser.
[0008]
Since YAG lasers can be transmitted through a relatively flexible optical fiber, the welding target position can be easily changed, adjusted or controlled by supporting the YAG laser irradiation head with a robot arm or other movable member. Laser welding of a curved contact surface or corner can be easily performed.
[0009]
【Example】
FIG. 1 shows the appearance of a YAG laser head used in an embodiment of the present invention. A YAG laser beam 6 is guided from a YAG laser light source (not shown) through an optical fiber cable (not shown) to the YAG laser irradiation head 12, converges through a lens in the head 12, and is attached to the nozzle body 14 of the head 12. Exit from tip 16 toward focus 8.
[0010]
A frame 18 is fixed to the head 12, and a screw rod 22 for adjusting the vertical (z) position is supported on the frame 18 so as to be rotatable about its axis. A knob 22 integrally continuous with the screw rod 20 protrudes above the frame 18.
[0011]
The screw rod 20 is screwed to the nut portion of the relay member 24 and penetrates it in the z direction. When the knob 22 is turned in the clockwise direction (screwing direction), the relay member 24 moves relatively upward with respect to the frame 18, and when the knob 22 is turned in the counterclockwise direction (return direction), it moves downward.
[0012]
The wire guide holder 26 is substantially U-shaped when projected onto the x and y planes, and the wire guide 34 passes through a portion corresponding to the bottom side of U. A part of the relay member 24 is located in the space between the plate portions corresponding to the two vertical sides of U. A screw rod 28 for adjusting the x position is supported on the holder 26 so as to be rotatable about its axis. The screw rod 28 is screwed into the female screw hole of the relay member 24 and penetrates it in the x direction. Both ends of the guide rod 30 parallel to the screw rod 28 are fixed to the holder 26. The guide rod 30 penetrates the laterally U-shaped opening of the relay member 24 in the x direction. When the screw rod 28 is rotated in the clockwise direction (screwing direction), the holder 26 moves relative to the relay member 24 in the direction from the front to the back of FIG. 1, and the screw rod 28 is rotated counterclockwise (return direction). ), It moves in the direction from the back of the page of FIG.
[0013]
A filler wire 38 made of silicon bronze, which has good wettability with respect to zinc and is lower than the melting temperature of the base steel plate and close to the melting temperature of zinc, is fed from a wire feeding device (not shown) and fed into the wire guide 34, The wire is fed from the wire feed tip 36 at the lower end of the wire guide 34 to the vicinity of the laser focal point 8 immediately below the tip 16. The target position of the feed can be adjusted in the z direction (height direction) by turning the knob 22 (screw rod 20), and the x direction (horizontal direction perpendicular to the weld line) can be turned by turning the screw rod 28. Direction). When the material to be welded 40 is fixed and the weld line is parallel to the y-axis, the head 12 is driven in the y direction to irradiate the laser 6, and the filler wire 38 is directly below the chip 16 with a wire feeder (not shown). The material to be welded 40 is welded by continuously feeding into the welding.
[0014]
FIG. 2 shows the right side surface of the head 12 of FIG. The focal point 8 of the laser 6 is a position approximately 1 mm below the contact upper end position of the galvanized layer on the surface (upper surface in FIG. 2) of the alloyed hot-dip galvanized

steel plates

40a and 40b, which are materials to be welded. The feed target position is a position immediately below the focal point 8 and approximately 0.5 mm below the focal point 8.
[0015]
FIG. 3 shows the positional relationship of the joint shown in FIG. 2 in which the galvanized

steel plates

40a and 40b are in surface contact with each other. 40c shown in FIG. 3 is a contact upper end position of the galvanized layer on the surface of the galvanized

steel plates

40a and 40b.
[0016]
In FIG. 4, the galvanized layer on the surface of one alloyed hot-dip galvanized steel sheet 40 a is placed in a state where the cut end surface of another alloyed hot-dip galvanized steel sheet 40 b having a galvanized layer on both sides is applied, The aspect which fillet welds the corner of two

orthogonal steel plates

40a and 40b is shown. FIG. 4 is a side view similar to FIG. In this case, the focal point 8 is located at a position where it enters the base steel plate approximately 1 mm in the direction along the central axis (optical axis) of the head 12 from the intersection (corner) of the galvanized layers of the two

steel plates

40a and 40b, and the filler wire 38. The target position for feeding is a position that enters the base steel plate side from the focal point 8 in the direction along the central axis of the head 12 by about 0.5 mm.
[0017]
Any one of the welding mode of the surface contact portion and the fillet welding mode shown in FIG. 4 where the portion where the galvanized layer on the surface of the two steel plates shown in FIG. However, the filler wire 38 is fed into a laser welding point or a molten pool in the vicinity thereof and melts to fill the pits of the welded portion of the base steel plate by the laser and cover the welded portion. The filler wire 38 has good wettability to zinc and is silicon bronze that is lower than the melting temperature of the base steel plate and close to the melting temperature of zinc, so that the base steel plate at the laser welding point is welded and solidified. Almost simultaneously with the solidification of zinc, the molten silicon bronze of the filler wire is solidified, and a smooth weld bead is formed smoothly and continuously with the nearby galvanized layer on the surface.
[0018]
The following Table 1 shows the welding conditions and welding results of five modes as Examples 1 to 5. The double circle in the evaluation row on Table 1 means that there was no pit on the surface, and a smooth weld bead was obtained that was smoothly and continuously connected to the nearby galvanized layer.
[0019]
[Table 1]

[0020]
Although the YAG laser head is used because it is easy to make the laser head (12) follow the welding line (surface contact line or corner), the present invention can also be implemented using a CO ₂ laser. For example, when the operation of the laser head is simple, such as a welding line is straight, or when the laser head is fixed and the material to be welded is transferred, the present invention can also be implemented using a CO ₂ laser.
[0021]
【The invention's effect】
Since the filler wire melts and fills the pits of the welded portion of the base steel plate by the laser, the welded portion has a smooth bead and the appearance of the weld bead is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a front end portion of a YAG laser head 12 used for carrying out the present invention.
FIG. 2 is a right side view of the YAG laser head 12 shown in FIG. 1, and materials to be welded 40a and 40b are cross-sectional views.
FIG. 3 is an enlarged front view showing a forefront portion of the YAG laser head 12 shown in FIG. 1, and

welding target materials

40a and 40b show longitudinal sections of their surface contact portions (welding lines).
4 is a right side view of the YAG laser head 12 shown in FIG. 1 in a fillet welding mode, and the materials to be welded 40a and 40b are cross-sectional views.
FIG. 5 is a transverse cross-sectional view showing a portion to be welded of a galvanized steel sheet, where (a) shows a case where the butt line between the cut surfaces of the steel sheet is a weld line (part to be welded), and (b) shows a right angle (C) shows another zinc layer on the galvanized layer on the surface of the galvanized steel sheet. (D) is a case where the surface butt portion between the galvanized layers on the surface of the galvanized steel sheet bent at right angles to the flat galvanized steel sheet is the object to be welded. Each fillet weld location is shown.
[Explanation of symbols]
6: Laser beam 8: Laser beam focal point 10: Filler wire feed laser welding device 12: YAG laser head 14: Nozzle body 16: Body tip 18: Frame 20: Screw rod 22: Knob 24: Relay member 26: Wire Guide holder 28: Screw rod 30: Guide rod 34: Wire guide 36: Wire feed tip 38: Filler wire 40 (40a, 40b): Material to be welded (alloyed galvanized steel sheet)

Claims

Flare joint abutting part having two plating surfaces of alloyed galvanized steel sheet or plating layer of one alloyed galvanized steel sheet, and another alloyed galvanizing whose end face is abutted against the galvanized layer Zinc, characterized in that a filler wire made of silicon bronze is supplied to a laser welding point or a molten pool in the vicinity thereof when welding a T-joint contact portion at a corner which is an intersection with a plated layer of a steel plate with a laser beam A laser welding method for a contact portion having a plating layer.

Laser beam is a YAG laser, a laser welding method of the contact portion there is a galvanized layer of claim 1 Symbol placement.