JPH0525596B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、少なくとも片面が亜鉛メツキされた
複数の亜鉛メツキ鋼板または鋼帯同士をレーザビ
ームにより突き合わせ溶接して、より幅の広い亜
鉛メツキ鋼板または鋼帯を製造する方法に関す
る。

〔従来の技術〕

亜鉛メツキ鋼板の二次加工業界で、深絞りによ
る鋼板成形等の個々の目的に応じて必要となる鋼
板の幅は、既存の亜鉛メツキプラントで処理でき
る幅より大きいことがある。その場合には、２枚
以上の鋼板を突き合わせ溶接して継ぎ足さざるを
得ない。このような鋼板を従来の突き合わせ溶接
により製造した場合には、溶接シーム（溶接接合
部）の後処理が必要になる。その理由は、溶接シ
ームが鋼板面と同一面にならないため深絞り等の
二次加工には適さない上、溶接シームに耐食性が
ないことである。また、従来方法では溶接シーム
の厚さが不均一になることも問題である。このよ
うにして製造された鋼板を直接に深絞りあるいは
プレス加工すると、成形用工具が損傷したり、必
要な精度の成形が行えなかつたりするという問題
が生ずる。

亜鉛メツキ鋼板を突き合わせ溶接する公知方法
の一つにおいては、溶加材（溶接ワイヤ）を補給
しながら行う電子ビーム溶接によつて溶接シーム
が形成される。二次加工に適した品質を得るため
には、研削によつて溶接シームの厚さを均す（周
囲の鋼板面と平坦化する）必要がある。また、電
子ビーム溶接は溶接温度が高いため、耐食皮膜を
成す亜鉛が蒸発してしまい、溶接シーム部だけで
なくそれに隣接した比較的広い範囲の耐食性も損
なわれる。そこで、溶接完了後に、溶接シーム部
のみでなく亜鉛メツキ皮膜が失われた広い範囲に
も耐食被覆を施す必要がある。このような処置は
単に便宜的なものに過ぎず、表面（片面あるいは
両面）全体に耐食性があり且つ深絞り加工に適し
た鋼板という二次加工業界の要請に十分答えるも
のではない。

また、レーザビームにより亜鉛メツキ鋼板また
は鋼帯を突き合わせ溶接する方法が知られてお
り、この方法においては、板面に対してほぼ直角
な切断面同士を意図的にある間隔を置いて向かい
合わせることによつて、溶加材（溶接ワイヤ）が
溶融して入り込む開先間隔が均等になるようにし
た（欧州公開特許公報第EP−A0098306号および
第EP−A0117、751号参照）。この方法は、電子
ビームによる突き合わせ溶接に比べると、レーザ
ビームを用いたことにより照射精度が高くなると
いう特徴がある。そして、この照射精度が高いこ
とを利用して、溶接ワイヤ（直径が溶接継手より
大きくても小さくても良い）だけに直接にレーザ
ビームを照射するようにした。その結果、溶接用
素板としての鋼板は溶融した溶接ワイヤの溶接熱
だけで溶解される。しかしこの方法は、耐食皮膜
を失つた溶接シームが比較的広い幅で且つ盛り上
がつて形成され、これを機械加工して鋼板面と均
さなければならず、また最終的には耐食処理を施
す必要があるという欠点があつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、２枚以上の亜鉛メツキ鋼板または鋼
帯を突き合わせ溶接することにより、より広い幅
を有し、表面が平坦で深絞り性が優れ且つ溶接シ
ーム部にも耐食性がある亜鉛メツキ鋼板または鋼
帯を、大きなコスト上昇なしに製造する方法を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、本発明によれば、少なくとも片
面が亜鉛メツキされた複数の亜鉛メツキ鋼板また
は鋼帯同士をレーザビームにより突き合わせ溶接
して、より幅の広い亜鉛メツキ鋼板または鋼帯を
製造する方法において、 出発材料板としての亜鉛メツキ鋼板または鋼帯
を切断して溶接用素板を用意する際に、切断面に
不可避的に存在する波状凹凸の高さが0.04mm以下
となり該切断面同士を突き合わせた際に極めて小
さな穴としての間〓しか残らないように且つ板面
にほぼ直角に切断し、 該素板同士を該切断面で突き合わせて保持し、 該突き合わせられた両切断面間の該間〓とその
両側の非常に狭い素板端部帯域とから成る接合用
帯域に、該接合用帯域を包含するだけの大きさは
あるが0.2mmは超えない直径の焦点スポツトを有
するレーザビームを照射することにより、該素板
端部帯域において、該素板の表面の亜鉛メツキ皮
膜を蒸発させて除去した後に該素板の鋼を溶融さ
せて該間〓を充填させ、溶加材を用いずに該素板
同士を溶接することを特徴とする深絞り性の優れ
た亜鉛メツキ鋼板または鋼帯の製造方法によつて
達成される。

〔作用〕

第３図ａに、両面（または片面）を亜鉛メツキ
された亜鉛メツキ鋼板または鋼帯から必要寸法に
切断された２枚の溶接用素板３０Ａおよび３０Ｂ
を、その切断面３１Ａおよび３１Ｂで突き合わせ
て保持した状態を示す（同図は素板の板面方向か
ら見た平面図である）。この切断面３１Ａおよび
３１Ｂは、一般に厳密な意味で平滑とはなり得
ず、図示のようにある程度の波状の凹凸ができる
ことは避けられない。

本発明においては、切断面３１Ａおよび３１Ｂ
に不可避的に存在する波上凹凸の高さ（隣合う山
と谷の高低差）が0.04mm以下となり切断面３１Ａ
と３１Ｂとを突き合わせた際に両切断面３１Ａと
３１Ｂとの間に極めて小さい穴としての間〓３２
しか残らないように切断を行う。

切断面をこのように規定したのは、突き合わせ
られた切断面３１Ａと３１Ｂとの間の間〓３２の
幅を、下記(1)および(2)を満足するように十分に狭
くするためである。

(1) 溶加材（溶接ワイヤ）を供給することなく、
突き合わせ帯域をその両側の素板端部帯域から
の溶鋼により充填して鋼板面と溶接シームとを
ほぼ平坦化でき、深絞り性を劣化させるような
薄くて弱い部分が生じないようにする。

(2) 亜鉛メツキ皮膜を失つた溶接シームの幅を、
その両側にある亜鉛メツキ皮膜からの長範囲の
耐食作用により耐食性を付与され得る狭い幅に
する。

また、上記切断面３１Ａおよび３１Ｂを、溶接
用素板３０Ａおよび３０Ｂの板面（第３図ａの紙
面に相当する面）にほぼ直角とする理由は次のと
おりである。

第３図ｂに示すようにレーザビームが照射され
ると、素板端部帯域３３Ａおよび３３Ｂ内の照射
側表面の亜鉛皮膜３６Ｐは、レーザビームが直接
当たり急速に蒸発し除去される。その間に、素板
３０Ａおよび３０Ｂの地金である鋼部分３７の昇
温も急速に進行し、亜鉛の沸点に達すると、照射
側とは反対側の素板表面にある亜鉛皮膜３６Ｑが
蒸発し除去される。鋼３７は融点（Fe：1536℃）
が亜鉛の沸点（Zn：906℃）よりも遥に高いの
で、裏面側の亜鉛皮膜３６Ｑが蒸発する時点で
は、その下地となつている鋼部分はまだ固体状態
に維持されている。このようにして表裏の亜鉛皮
膜３６Ｐおよび３６Ｑが完全に蒸発除去されてか
ら、鋼部分３７の融解が開始する。これにより、
メツキ皮膜からの亜鉛混入の無い溶接シームを形
成することができる。

この作用効果は、切断面を素板面にほぼ直角に
することによつて得られるのである。切断面を素
板面に対して実質的に傾斜させ、開先がＶ字状に
なるようにすると、低エネルギーのレーザビーム
周縁部が照射側素板面の低融点の亜鉛皮膜に当た
つてこれを融解すると同時に、高エネルギーのレ
ーザビーム芯部が直接に鋼地金に当たつてこれを
融解するため、溶接シーム中に亜鉛が混入してし
まい、溶接シームが弱くなり、成形特に深絞り中
の引張、圧縮および曲げ応力に耐えることができ
ず、良好な深絞り性が得られない。

レーザビームの焦点スポツトの大きさは、下記
の理由により限定した。

突き合わせられた切断面３１Ａと３１Ｂとの間
の間〓３２を、溶加材を用いずに充填するため
に、間〓３２にはその両側から素板の地金３７が
融解して供給される必要がある。したがつて、レ
ーザビームＬの焦点スポツトＳは、上記の間〓３
２とその両側の素板端部帯域３３Ａおよび３３Ｂ
とから成る接合用帯域３４を包含するだけの大き
さを有することが必要である。一方、レーザビー
ム照射により亜鉛皮膜が蒸発除去される帯域の幅
は、その両側の亜鉛皮膜残留領域からの長範囲の
耐食作用によつて耐食性を確保できる範囲内に抑
制する必要がある。そのためには、レーザビーム
の焦点スポツトの直径を最大でも0.2mmを超えな
い範囲に限定する必要がある。

例えば、切断面の波状凹凸の高さが本発明の規
定範囲の上限である0.04mmの場合、間〓３２の幅
は最大となり0.08mm（＝0.04×２）になる。この
場合に、焦点スポツトの直径Ｄが本発明の規定範
囲の上限値0.2mmであるレーザビームを用いると、
間〓３２の両側の素板端部帯域３３Ａおよび３３
Ｂに均等にレーザビームが当たるとすると、両端
部帯域３３Ａおよび３３Ｂは0.06mm（＝（0.2−
0.08）／２）づつがレーザビーム照射される。

レーザビーム照射を受けた端部帯域３３Ａおよ
び３３Ｂでは、既に説明したように素板表面の亜
鉛皮膜３６Ｐおよび３６Ｑが蒸発除去された後
に、素板地金である鋼が融解して間〓３２を充填
する。

レーザビーム照射を受けて亜鉛皮膜が蒸発除去
され鋼地金が融解する素板端部帯域の幅は、溶鋼
による間〓充填によりできるだけ平坦な（素板に
対して肉厚減少の少ない）溶接シームが形成され
るように且つ亜鉛皮膜の無い溶接シームの幅が長
範囲耐食作用が有効となる範囲内で、個々のケー
スに応じて設定すべきである。

本発明によれば、溶接したままの状態で溶接シ
ームが既に鋼板面とほぼ平坦化されているのみで
なく耐食性をも有している。したがつて、溶接後
の再加工によつて溶接シームを平坦化する工程も
不要であるし、その後で溶接シームに耐食性を付
与する工程も不要である。

本発明に従つた切断面を突き合わせた際に極め
て小さな穴として残存する間〓の充填に必要な量
の鋼は、間〓に隣接した素板端部帯域から供給さ
れるが、溶接素板とする亜鉛メツキ鋼板（鋼帯）
の厚さは、通常は間〓の少なくとも10倍程度はあ
るので、溶接シームは素板に対してほとんど厚さ
減少はなく、溶接シームを素板に対してほぼ平坦
にすることができる。したがつて、従来は溶接シ
ームを平坦化するために必要であつた機械的な再
加工せずに、直接に深絞りあるいはプレス加工す
ることができる。また、亜鉛皮膜の無い溶接シー
ムが非常に狭いので、隣接領域からの長範囲耐食
作用が有効に働くため、全面が亜鉛皮膜で被覆さ
れた鋼板と比較しても、耐食性について実際上の
不利は全く無い。

本発明による亜鉛メツキ鋼板（鋼帯）製造業界
の利点は、コストの上昇を抑えながら、現有の亜
鉛メツキ設備でメツキ処理した鋼板（鋼帯）を用
いて、溶接シーム部分の強度および耐食性を損な
うことなく、数倍の幅を有する鋼板（鋼帯）を製
造できることである。

本発明の一実施態様においては、素板端部帯域
の亜鉛皮膜に対するレーザビームの熱影響をでき
るだけ小さく抑えるために、溶接用素板を溶接線
の両側で冷却する。この冷却は、例えば冷却ガス
の吹きつけによつて行うことができる。特に効果
的な冷却方法は、素板の溶接対象長さ全体にわた
つて、例えば銅のような熱伝導の良い材料で作つ
た締付治具で締め付けることであり、適宜この治
具の内部に冷却媒体を循環させて治具自体も冷却
することである。素板表面を効果的に冷却し同時
に素板の平坦性を十分に確保するためには、溶接
部から５〜10mm程度の距離の素板部位を締付治具
によつて締め付けると良い。これによつて、素板
の鋼がレーザビーム焦点スポツトの範囲内のみで
溶融し、溶融した鋼はレーザビーム焦点スポツト
から外れると直ちに凝固する。

溶接継手となる部分からの溶鋼流出を防止する
必要があるので、素板の下面を良く冷却すること
は特に重要である。流出を効果的に防止できる方
法は、締付治具の素板下面側部分を特に強冷却す
ることである。

溶接用素板の下面側の締付治具としては、溶接
継手となる部分を跨ぐ形の深い溝を有し、この溝
の中に不活性なガスを吹き込むことによつて、溶
接線を不活性なガスの雰囲気下に維持できるよう
にした治具を用いることが有利である。このよう
にすることは、溶接用素板の高温になる部分の酸
化を防止するだけでなく、素板下面の冷却を補助
する作用もある。更に、溝内に供給される不活性
ガスを加圧しておけば、前記のような溶鋼流出を
抑制する作用を得られる。

本発明の溶接方法は、厚さの等しい素板同士の
溶接にも、厚さの異なる素板同士の溶接にも適用
できる。素板同士の厚さが異なる場合、特に素板
厚さが0.5〜3.0mmの場合には、溶接中の相対位置
を次のようにすると良い。すなわち、レーザビー
ム照射側の素板面（前面）またはその反対側の素
板面（背面）をほぼ一平面状になるように保持
し、且つ／または厚い方の素板の切断面隣接部分
の余肉を面取りすることによつて厚さを減少させ
る。

〔実施例〕

第１図に示した典型的な実施例においては、突
き合わせ溶接される亜鉛メツキ鋼板１および２
は、基盤１７に嵌め込み固定された支持台３の平
らな支持面４上に、切断面で突き合わせた状態に
保持されている。図では、両方の鋼板１および２
の突き合わせられた切断面を共通の符号７で示し
てある。切断面７は鋼板１および２の板面にほぼ
直角になつている。支持台３には、支持面４側が
開口した溝５が設けられている。溝５は、図の紙
面に垂直に延びた切断面７に沿う細長い形をして
おり、突き合わせられた切断面７を跨ぐ形になつ
ている。鋼板１および２はそれぞれ締付治具８お
よび９によつて支持台３に押し付けられて固定さ
れている。支持台３および締付治具８，９には、
冷却媒体が流れるための穴１０〜１３が設けてあ
る。上部の開口が鋼板１および２によつて塞がれ
た状態の細長い溝５の中に導入された不活性なガ
スによつて、治具および鋼板の冷却と鋼板下面の
加圧とを行う。

次に、第３図も併せて参照すると、突き合わせ
られた切断面７（第３図では３１Ａおよび３１
Ｂ）に沿つた接合用帯域（第３図の３４）にレー
ザビーム１５（第３図ではＬ）を照射するレーザ
ガン１４は、接合用帯域３４に沿つて移動できる
ようになつている。レーザビーム１５（または
Ｌ）は焦点スポツトＳの直径Ｄを最大で0.2mmに
してある。この焦点スポツトＳは、第３図のよう
に、その中心を接合用帯域３４の幅の中央に照準
合わせしてある。

切断面７を含む接合用帯域３４に沿つて移動す
る際のレーザガン１４の移動速度およびレーザビ
ーム１５から接合用帯域３４の鋼板端部帯域（第
３図の３３Ａおよび３３Ｂ）に供給される溶接エ
ネルギーは、特に鋼板１および２の厚さに応じて
設定する必要がある。一例として、厚さ0.8mmの
亜鉛メツキ鋼板１および２を用い、水冷された銅
製締付治具８および９から突き合わせ帯７の中心
までの距離を３mmにした場合、レーザビームの焦
点スポツト直径が本発明の規定範囲である0.2mm
以下であれば、レーザガンの移動速度を２ｍ／
minにすると良好な結果が得られる。この場合に
鋼板端部帯域３３Ａおよび３３Ｂに供給されるエ
ネルギーは約375J／cmである。

このようにして得られた溶接シームには耐食性
および機械的性質（伸び、強さ）のいずれの観点
でも劣化は無く、鋼板は溶接シーム部分で何ら問
題を生ずることなく深絞り等の成形を行うことが
できる。

第２図に示した典型的な実施例は、支持台３が
一体ではなく左右２つの部分に別れた形になつて
いるおり、細長い溝５の横断面が下方に広い漏斗
状になつている点が第１図の例とは異なる。溝５
の断面形状をこのようにすることによつて、スプ
ラツシユが溶接シームの方へ飛散するのを防止で
きる。左右の支持台部分はそれぞれ基盤１７にネ
ジ留めされている。このように支持台３を左右に
分離した形にしたのは、溝５の断面を下方が広い
漏斗状にするにあたつて、支持台３の作製を容易
にするためである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の方法にしたが
つて突き合わせ溶接を行つている状態を示す横断
面図であり、第３図は２枚の溶接用素板の突き合
わせ部分における切断面およびその近傍とレーザ
ビームの焦点スポツトとを拡大して示すａ素板の
板面方向から見た平面図およびｂ焦点スポツトの
直径を含む線Ａ−Ａに沿つた横断面図である。 １，２……溶接される亜鉛メツキ鋼板、３……
支持台、４……支持台３の平坦な支持面、５……
溶接シームを跨ぎこれにそつて延びた細長い溝、
７……鋼板１および２の各切断面、８，９……締
付治具、１０，１１……支持台３に設けられた冷
却媒体の通る穴、１２，１３……締付治具８，９
に設けられた冷却媒体の通る穴、１４……レーザ
ガン、１５……レーザビーム、１７……支持台３
を保持している基盤、３０Ａ，３０Ｂ……溶接用
素板、３１Ａ，３１Ｂ……素板３０Ａ，３０Ｂの
各切断面、３２……切断面３１Ａと３１Ｂとの間
に残る間〓、３３Ａ，３３Ｂ……レーザビーム照
射を受ける素板３０Ａおよび３０Ｂの端部帯域、
３４……間〓３２とその両側の素板端部帯域とか
ら成る接合用帯域、３６Ｐ……レーザビーム照射
を直接受ける側の素板表面の亜鉛メツキ皮膜、３
６Ｑ……３６Ｐとは反対側の素板表面の亜鉛メツ
キ皮膜、３７……素板３０Ａおよび３０Ｂの鋼地
金部分、Ｌ……レーザビーム、Ｓ……レーザビー
ムＬの焦点スポツト、Ｄ……焦点スポツトＳの直
径。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも片面が亜鉛メツキされた複数の亜
   鉛メツキ鋼板または鋼帯同士をレーザビームによ
   り突き合わせ溶接して、より幅の広い亜鉛メツキ
   鋼板または鋼帯を製造する方法において、 出発材料板としての亜鉛メツキ鋼板または鋼帯
   を切断して溶接用素板３０Ａ，３０Ｂを用意する
   際に、切断面３１Ａ，３１Ｂに不可避的に存在す
   る波状凹凸の高さが0.04mm以下となり該切断面３
   １Ａ，３１Ｂ同士を突き合わせた際に極めて小さ
   な穴としての間〓３２しか残らないように且つ板
   面にほぼ直角に切断し、 該素板３０Ａ，３０Ｂ同士を該切断面３１Ａ，
   ３１Ｂで突き合わせて保持し、 該突き合わせられた両切断面３１Ａ，３１Ｂ間
   の該間〓３２とその両側の非常に狭い素板端部帯
   域３３Ａ，３３Ｂとから成る接合用帯域３４に、
   該接合用帯域３４を包含するだけの大きさはある
   が0.2mmは超えない直径Ｄの焦点スポツトＳを有
   するレーザビームＬを照射することにより、該素
   板端部帯域３３Ａ，３３Ｂにおいて、該素板３０
   Ａ，３０Ｂの表面の亜鉛メツキ皮膜３６Ｐ，３６
   Ｑを蒸発させて除去した後に該素板３０Ａ，３０
   Ｂの鋼３７を溶融させて該間〓３２を充填させ、
   溶加材を用いずに該素板３０Ａ，３０Ｂ同士を溶
   接することを特徴とする深絞り性の優れた亜鉛メ
   ツキ鋼板または鋼帯の製造方法。 ２ 前記レーザビーム照射による溶接中に、前記
   用接溶素板３０Ａ，３０Ｂを、溶接線の両側全長
   にわたつて、溶接の熱影響を受ける帯域の幅が１
   mm未満になるように冷却することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記レーザビーム照射による溶接中に、前記
   溶接用素板３０Ａ，３０Ｂをその両面から冷却す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項に記載の方法。 ４ 前記レーザビーム照射による溶接中に、該レ
   ーザビーム照射を受ける側とは反対側の前記素板
   ３０Ａ，３０Ｂの表面を溶接線を含む領域につい
   て保護ガス雰囲気下に維持することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
   １項に記載の方法。 ５ 前記レーザビーム照射による溶接中に、該レ
   ーザビーム照射を受ける側とは反対側の前記素板
   ３０Ａ，３０Ｂの表面を溶接線を含む領域につい
   てガスで加圧することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の
   方法。 ６ 前記レーザビーム照射による溶接中に、前記
   溶接用素板３０Ａ，３０Ｂを、溶接線のすぐ近く
   に配置された冷却された締付け治具で所定位置に
   保持することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   から第５項までのいずれか１項に記載の方法。