(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき材同士を溶接するプラズマアーク溶接方法であって、
プラズマアークにより溶融池を形成するとともに、当該溶融池のうちプラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の領域の前記溶融池内に略垂直にレーザを照射し、前記プラズマアークにより形成された前記溶融池内にレーザキーホールを形成することで前記レーザキーホールの熱により気化しためっきが、移動するプラズマアークによる溶融池の内部で生じている溶融金属の対流に乗って後方に流れて外部に排出するとともに、
ワイヤの先端が前記プラズマキーホールの後ろ側の内壁面に接するように、当該ワイヤを前記溶融池に挿入することを特徴とする溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接方法に関する。詳しくは、めっき材を溶接する溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車の製造工程では、２枚の亜鉛めっき材をレーザ溶接することが行われている。
具体的には、２枚の亜鉛めっき材を重ねておき、この亜鉛めっき材にレーザを照射して、レーザの熱により溶接する（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、レーザ溶接で亜鉛めっき材を溶接しようとすると、鉄に比べて亜鉛の沸点が低いため、レーザの熱によりめっき材である亜鉛が気化し、この気化した亜鉛がビードの内部に留まって、ブローホールになる、という問題があった。
【０００４】
そこで、例えば、一方の亜鉛めっき材に複数の突部を形成し、この突部をスペーサとして亜鉛めっき材同士の間に隙間を形成し、この隙間から気化した亜鉛を逃がすことが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭２００８−１６８３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、亜鉛めっき材に突部を形成すると、めっき材の加工にコストがかかるため、コストを低減することが要請されている。
【０００７】
本発明は、めっき材を溶接する際に、低コストでブローホールを低減できる溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の溶接方法は、めっき材（例えば、後述のめっき材Ｗ１、Ｗ２）を溶接する溶接方法であって、プラズマアーク（例えば、後述のプラズマアークＡ）により溶融池（例えば、後述の溶融池Ｐ）を形成するとともに、当該溶融池のうちプラズマキーホール（例えば、後述のプラズマキーホールＰＫ）よりも溶接の進行方向側の領域にレーザ（例えば、後述のレーザＬ）を照射することを特徴とする。
【０００９】
移動するプラズマアークによる溶融池の内部では、溶融金属の対流が生じる。具体的には、この対流は、プラズマキーホールの前側からプラズマキーホールに向かって徐々に深くなる方向に流れて、その後、プラズマキーホールからこのプラズマキーホールの後方に向かって、徐々に浅くなる方向に流れている。
そこで、この発明によれば、溶融池のうちプラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の領域にレーザを照射した。
すると、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールが形成される。したがって、レーザキーホールの熱によりめっきが気化すると、この気化しためっきは、レーザキーホールによって深くなる方向に押されるから、溶融池内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。
また、めっき材を加工して突部を形成する必要がないので、低コストで溶接できる。
【００１０】
なお、プラズマキーホールの内部にレーザを照射した場合、気化しためっき材は、レーザキーホールにより深くなる方向に押されるにもかかわらず、プラズマキーホール内部の溶融金属の対流は、深くなる方向に流れていないため、対流に乗って後方に移動することが困難となる。よって、気化しためっき材が外部に排出されないうちに、溶融池の後端に到達し、ブローホールとなる。
【００１１】
ここで、特開昭６０−１４８６７０号公報には、本発明と同様な構成を有する溶接方法が示されている。すなわち、被溶接材に垂直にプラズマアークを発生させるとともに、このプラズマアークの後方から前方に向けて被溶接材に対して斜めに、溶融池よりも前方に向かってレーザを照射する。
しかしながら、この溶接方法をめっき材に適用すると、プラズマアークの後方から溶融池よりも前方に向けて斜めにレーザを照射するため、レーザキーホールは、プラズマキーホール外まで貫通してしまい、プラズマアークによる対流が生じていない部分に形成されることになる。すると、このレーザキーホールの熱によりめっきが気化しても、この気化しためっきが対流に乗らないので、気化しためっきがビードの裏に留まって、ブローホールとなってしまう。
【００１２】
この場合、前記溶融池内にワイヤ（例えば、後述のワイヤＷ）を挿入することが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、溶融池内にワイヤを挿入したので、ワイヤを母材に溶かし込む熱量を確保できるので、良好な溶接となる。
これに対し、溶融池以外の場所にワイヤを挿入すると、ワイヤを溶かすための熱量が不足してしまい、ワイヤが十分に母材に溶け込まずに、溶接不良となりやすい。
【００１４】
この場合、前記ワイヤの先端が前記プラズマキーホールの内壁面に接するように、当該ワイヤを前記溶融池に挿入することが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、ワイヤの先端がプラズマキーホールの内壁面に接するように、ワイヤを溶融池に挿入した。よって、ワイヤの溶滴がプラズマキーホールの内壁面を滑るように溶融池の内部に落下するので、ワイヤの溶滴がスパッタになるのを防止できるうえに、プラズマキーホールの熱により確実にワイヤを溶かすことができ、良好な溶接となる。
これに対し、プラズマキーホールの内部にワイヤを挿入すると、プラズマジェットによりワイヤの溶滴が吹き飛ばされたり、プラズマキーホールから気化しためっき材が蒸発しているため、この蒸気によりワイヤの溶滴が浮き上がったりして、スパッタの原因となるおそれがある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、溶融池のうちプラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の領域にレーザを照射した。すると、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールが形成される。したがって、レーザキーホールの熱によりめっきが気化すると、この気化しためっきは、レーザキーホールによって深くなる方向に押されるから、溶融池内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。また、めっき材を加工して突部を形成する必要がないので、低コストで溶接できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶接方法を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る溶接方法を説明するための図である。
本実施形態では、レーザ溶接装置１およびプラズマアーク溶接装置２を用いて、亜鉛めっき材Ｗ１、Ｗ２を重ねて溶接する。
【００１９】
まず、プラズマアーク溶接装置２によりプラズマアークＡを発生させる。プラズマアークＡは、溶接の進行方向の反対側に倒れる方向に傾いて、前進角がつけられている。プラズマアークＡを発生させると、このプラズマアークＡの周囲には、溶融池Ｐが形成される。この溶融池の中心部分は、プラズマキーホールＰＫとなっている。
【００２０】
また、プラズマアークＡによる溶融池ＰのうちプラズマキーホールＰＫよりも溶接の進行方向側の領域に、レーザ溶接装置１によりレーザＬを照射する。具体的には、レーザＬがめっき材Ｗ１、Ｗ２に対して略垂直になるようにする。すると、溶融池Ｐ内にレーザキーホールＬＫが形成される。
そして、溶融池Ｐ内にワイヤＷを挿入する。具体的には、ワイヤＷの先端がプラズマキーホールＰＫの後側の内壁面に接するようにする。
【００２１】
この状態で、レーザ溶接装置１、プラズマアーク溶接装置２、ワイヤＷを進行方向に移動する。
【００２２】
移動するプラズマアークによる溶融池の内部では、溶融金属の対流が生じる。具体的には、この対流は、図１中白抜き矢印で示すように、プラズマキーホールＰＫの前側からプラズマキーホールＰＫに向かって徐々に深くなる方向に流れて、その後、プラズマキーホールＰＫからこのプラズマキーホールＰＫの後方に向かって、徐々に浅くなる方向に流れている。
【００２３】
ここで、レーザキーホールＬＫの熱によりめっきである亜鉛が気化して、気化した亜鉛Ｚとなる。レーザキーホールＬＫは、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に形成されるため、この気化した亜鉛Ｚは、レーザキーホールＬＫによって深くなる方向に押されるから、図１中黒矢印で示すように、溶融池Ｐ内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。
【００２４】
［実施例］
以下、溶融池Ｐの３箇所にレーザを照射した場合について、スパッタ量や内部欠陥を評価した。
実験条件は、以下の通りである。
めっき材：ＪＡＣ５９０Ｒ（ｔ２．０）×ＪＡＣ５９０Ｒ（ｔ２．０）
レーザ出力：２．５ｋｗ
レーザ照射角度：０°（めっき材に対して垂直）
アーク極性：直流棒マイナス
プラズマ電流値：１００Ａ
プラズマ／シールドガス流量：１．０／１５ｌ／ｍｉｎ
ガス：Ａｒ
プラズマノズル径：φ２．０ｍｍ
【００２５】
以上の条件で、図２に示すように、レーザの照射位置をプラズマキーホールＰＫの前方の位置Ａとしたものを実施例１とし、レーザの照射位置をプラズマキーホールＰＫの中心Ｂとしたものを比較例１とし、レーザの照射位置をプラズマキーホールＰＫ内部で後寄りの位置Ｃとしたものを比較例２とした。
内部欠陥については、溶接部をＸ線撮影し、このＸ線写真により、目視で評価した。
【００２６】
その結果、実施例１では、スパッタが発生せず、内部欠陥も見られなかった。比較例１では、スパッタが少量発生したが、内部欠陥は見られなかった。比較例２では、スパッタが少量発生したうえに、内部欠陥も見られた。以上より、実施例１では、良好な溶接が得られることが判る。
【００２７】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）溶融池ＰのうちプラズマキーホールＰＫよりも溶接の進行方向側の領域に、めっき材Ｗ１、Ｗ２に対して略垂直にレーザＬを照射した。
すると、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールＬＫが形成される。したがって、レーザキーホールＬＫの熱により亜鉛が気化すると、この気化した亜鉛は、レーザキーホールＬＫによって深くなる方向に押されるから、溶融池Ｐ内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。
【００２８】
（２）溶融池Ｐ内にワイヤＷを挿入したので、ワイヤＷを母材に溶かし込む熱量を確保できるので、良好な溶接となる。
【００２９】
（３）ワイヤＷの先端がプラズマキーホールＰＫの内壁面に接するように、ワイヤＷを溶融池Ｐに挿入した。よって、ワイヤの溶滴がプラズマキーホールＰＫの内壁面を滑るように溶融池Ｐの内部に落下するので、ワイヤの溶滴がスパッタになるのを防止できるうえに、プラズマキーホールＰＫの熱により確実にワイヤ溶かすことができ、良好な溶接となる。
【００３０】
（４）ワイヤＷの先端がプラズマキーホールＰＫの後側の内壁面に接するように、ワイヤＷを溶融池Ｐに挿入した。よって、ワイヤＷの溶滴を溶融池Ｐの内部に確実に落とし込むことができる。ワイヤＷの先端がプラズマキーホールＰＫの前側の内壁面に接するように、ワイヤＷを溶融池Ｐに挿入すると、ワイヤＷの溶滴が飛ばされるおそれがある。
【００３１】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、レーザＬをめっき材Ｗ１、Ｗ２に対して略垂直になるように照射したが、これに限らない。すなわち、レーザを溶接の進行方向側に倒れる方向に傾けて、レーザに後退角をつけてもよい。このようにしても、溶融池内にレーザキーホールを形成できるため、本発明の効果を発揮できる。これに対し、レーザに前進角をつけると、溶融池内にレーザキーホールを形成できず、レーザキーホールにより気化した亜鉛が溶融池内の対流に乗りにくくなるため、ブローホールが発生するおそれがある。
【００３２】
本実施形態では、プラズマアークＡに前進角をつけたが、この前進角の大きさは適宜調整されてよい。これは、プラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の溶融池を確保するためである。これに対し、プラズマアークに後退角をつけると、プラズマアークの進行に対して亜鉛めっき材の溶融が遅れがちとなって、溶融池が後方に流れてしまい、プラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の溶融池を十分に確保できない。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ      プラズマアーク
Ｐ      溶融池
ＰＫ    プラズマキーホール
Ｌ      レーザ
Ｗ      ワイヤ
Ｗ１    めっき材
Ｗ２    めっき材
【図１】
0005466903.tif 000002
【図２】
0005466903.tif 000003