(57)【要約】【課題】めっき鋼板のレーザ溶接に際して、蒸発金属の排出のための隙間を容易に確保できる方法を提供する。【解決手段】溶接対象となる鋼板製の一方のフランジ部４とめっき鋼板製の他方のフランジ部５とを重ね合わせたときに両者の間に最大浮上量Ｘの隙間が発生するように、一方のフランジ部４の先端部を、溶接位置Ｗに近接する部分を折り曲げ基部６ａとして予め斜状に折り曲げて斜状片６を形成する。フランジ部４，５同士を重ね合わせた状態で折り曲げ基部６ａを支点として斜状片６をフランジ部５に密着させて保持することにより、溶接位置Ｗにおいてフランジ部４，５同士の間にＧなる大きさの隙間８を発生させる。この隙間８の発生状態のもとで溶接位置ＷにレーザビームＬｂを照射して溶接する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二枚目がめっき鋼板である複数枚の鋼板を重ね合わせてレーザ溶接を施す方法において、
溶接対象となる複数枚の鋼板同士を重ね合わせたときに一枚目と二枚目の鋼板同士の間に隙間が発生するように、その一枚目あるいは二枚目の鋼板の一部を溶接位置に近接する部分を折り曲げ基部として予め斜状に折り曲げておき、
鋼板同士を重ね合わせた状態で折り曲げ基部を支点として斜状部を他方の鋼板に密着させて保持することにより、溶接位置において一枚目と二枚目の鋼板同士の間に隙間を発生させ、
この隙間発生状態のもとで溶接位置にレーザ溶接を施すことを特徴とするめっき鋼板の溶接方法。
【請求項２】
上記折り曲げによる斜状部の最大浮上量は、その斜状部が形成される鋼板自体の板厚をｔとしたときに０．６ｔ〜１．２５ｔの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のめっき鋼板の溶接方法。
【請求項３】
斜状部を他方の鋼板に密着させて保持する手段は、機械的加圧拘束手段もしくはスポット溶接であることを特徴とする請求項１または２に記載のめっき鋼板の溶接方法。
【請求項４】
少なくとも二枚目がめっき鋼板である複数枚の鋼板を重ね合わせた上で二枚目以外の鋼板側からレーザビームを照射してレーザ溶接を施す方法であって、
溶接対象となる複数枚の鋼板同士を重ね合わせたときに少なくとも二枚目のめっき鋼板とそれに直接接触することになる鋼板の端末部同士が口開き状態となって両者の間に隙間が発生するように、少なくともいずれか一方の鋼板の端末部を予め折り曲げておき、
溶接時には、上記端末部の長手方向でその折り曲げ状態を局部的に矯正することにより端末部同士を相互に密着させ、その矯正部分を溶接位置としてレーザビームを照射して溶接を施すことを特徴とするめっき鋼板の溶接方法。
【請求項５】
上記折り曲げ状態の矯正部分を端末部の長手方向で連続的に移動させるとともに、端末部とレーザビームをその端末部の長手方向で相対移動させながら溶接を施すことを特徴とする請求項４に記載のめっき鋼板の溶接方法。
【請求項６】
上記折り曲げ状態の矯正は端末部同士を挟持する一対の加圧ローラにて行い、レーザビームを照射するレーザ溶接ヘッドとその加圧ローラを端末部の長手方向に沿って一体的に相対移動させることを特徴とする請求項５に記載のめっき鋼板の溶接方法。
【請求項７】
鋼板は予め三次元形状に成形された自動車の車体パネルであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のめっき鋼板の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はめっき鋼板の溶接方法に関し、より詳しくは少なくとも二枚目がめっき鋼板である複数枚の鋼板を重ね合わせてレーザ溶接を施す方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二枚以上の鋼板を重ね合わせてレーザ溶接を施す場合、鋼板自体がめっき鋼板であると溶接時の熱により鋼板表面のめっき層が蒸発して気体（金属蒸気）となり、そのまま溶接ビード内に気泡（ブローホール）となって残ることから溶接部の強度低下が危惧される。その対策として、溶接対象となる鋼板同士が完全密着していなければブローホールの発生は抑制できるとの知見のもとに、金属蒸気を外部へ排出するための誘導路となる隙間を鋼板同士の間に確保するようにした技術が特許文献１〜３等で提案されている。すなわち、特許文献１〜３等では、溶接対象となる鋼板同士の間に積極的に隙間を確保するために一方の鋼板に予め突起部を形成するようにしている。なお、特許文献１〜３以外にも特開昭６１−２７１８９号公報および特公平４−１３０７７号公報に類似技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６２３８８号公報  （図２）
【０００４】
【特許文献２】
特開平１０−２１６９７４号公報  （図２）
【０００５】
【特許文献３】
特開平１０−１９３１４９号公報  （図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１〜３に代表されるような従来の技術では、鋼板同士の間に確保される誘導路としての隙間は突起部の高さ寸法に依存することから、突起部の加工のために余分な工数が必要となるだけでなく、突起部の高さ寸法を厳格に管理する必要があり、コストアップが余儀なくされる。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、より簡易な方法で従来技術と同等の機能が得られるようにしためっき鋼板の溶接方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、少なくとも二枚目がめっき鋼板である複数枚の鋼板を重ね合わせてレーザ溶接を施す方法において、溶接対象となる複数枚の鋼板同士を重ね合わせたときに一枚目と二枚目の鋼板同士の間に隙間が発生するように、その一枚目あるいは二枚目の鋼板の一部を溶接位置に近接する部分を折り曲げ基部として予め斜状に折り曲げておき、鋼板同士を重ね合わせた状態で折り曲げ基部を支点として斜状部を他方の鋼板に密着させて保持することにより、溶接位置において一枚目と二枚目の鋼板同士の間に隙間を発生させ、この隙間発生状態のもとで溶接位置にレーザ溶接を施すことを特徴とする。
【０００９】
上記のめっき鋼板の表面に形成されるめっき層の代表的なものとしては、例えば亜鉛、ニッケル亜鉛合金、鉛、アルミニウム等の低融点金属のほか合金を挙げることができる。
【００１０】
また、上記の溶接対象となる鋼板は、請求項７に記載のように例えば予め三次元形状に成形された自動車の車体パネル等とし、所定の三次元形状に成形する際に斜状部までも同時に成形するものとすれば、その斜状部だけのための特別な加工は一切必要としないことになる。
【００１１】
さらに、上記折り曲げによる斜状部の最大浮上量は、その斜状部が形成される鋼板自体の板厚をｔとしたときに０．６ｔ〜１．２５ｔ程度の範囲に設定するものとし、同時に、斜状部を二枚目の鋼板に密着させて保持する手段は、機械的加圧拘束手段もしくはスポット溶接であることが望ましい。
【００１２】
したがって、請求項１に記載の発明では、鋼板同士を重ね合わせた状態で折り曲げ基部を支点として斜状部を他方の鋼板に密着させて保持すると、その反力で斜状部以外の部分が浮き上がって溶接位置において一枚目と二枚目の鋼板同士の間に隙間を発生させる。この隙間発生状態のもとで溶接位置として例えば斜状部の密着部に近接する位置を狙ってレーザ溶接を施すと、溶接時の熱で気化しためっき層の金属蒸気が上記隙間を通って外部に排出される。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、予め形成した斜状部を相手側となるめっき鋼板に密着させて保持するだけで鋼板同士の間にはめっき層の金属蒸気を排出するための隙間が確保されることから、加工工数の削減とコストダウンを図ることができる効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜５は本発明の好ましい第１の実施の形態を示し、図１，２から明らかなように自動車の車体Ｂのルーフパネル１とボディサイドアウタパネル２との接合部に適用した場合の例を示している。なお、この第１の実施の形態は請求項１〜３および請求項７に記載の発明に対応している。
【００１５】
図１，２に示すように、インナパネル３ａとアウタパネル３ｂとからなるルーフサイドレール３の外側において予め所定の三次元形状に絞り成形されたルーフパネル１とボディサイドアウタパネル２のフランジ部４，５同士がフランジ部４を上側にして重ね合わされ、その重ね合わせ部位である溶接部Ｗに連続的にレーザ溶接が施される。
【００１６】
図３は図２のＭ部を拡大した図であり、同図（Ａ）に示すようにルーフパネル１は通常の鋼板製のものであるのに対してボディサイドアウタパネル２はめっき鋼板製のものとされ、ルーフパネル１側のフランジ部４の先端を予め折り曲げ基部６ａから折り曲げて斜状部としての斜状片６を予め形成しておく。これにより、双方のフランジ部４，５同士を重ね合わせたときには、ルーフパネル１側のフランジ部４は相手側のフランジ部５に対して最大浮上量Ｘのもとで浮き上がりを生じることになる。なお、斜状片６はルーフパネル１を三次元形状に絞り成形する際に同時成形するものとする。
【００１７】
フランジ部４，５同士のレーザ溶接に先立って、同図（Ｂ），（Ｃ）に示すように機械的加圧拘束手段である加圧ピン７にて斜状片６を加圧拘束し、その斜状片６を相手側のフランジ部５に対して密着させて保持する。機械的加圧拘束手段としては、斜状片６を相手側となるフランジ部５に密着させた状態を自己保持できる機能があれば十分であり、上記の加圧ピン７のほか加圧ローラやクランプ機構を用いてもよく、さらに斜状片６と相手側となるフランジ部５とをスポット溶接にて仮止めするようにしてもよい。
【００１８】
この斜状片６の加圧拘束によって同図（Ｃ）に示すように斜状片６が相手側のフランジ部５に密着するのと同時に、逆に斜状片６の折り曲げ基部６ａを支点としてフランジ部４のうち斜状片６以外の部分が浮き上がりを生じて双方のフランジ部４，５同士の間にＧなる大きさの隙間８が確保される。
【００１９】
この状態で、斜状片６の折り曲げ基部６ａに可及的に近い溶接位置ＷにレーザビームＬｂを照射してレーザ溶接を施す。すなわち、図４に拡大して示すように、双方のフランジ部４，５同士の間に大きさＧの隙間８が確保されたままで溶接ビード９をもってレーザ溶接が施されることになる。溶接時の熱の影響でめっき鋼板であるフランジ部５側の表面のめっき層が気化して金属蒸気となるが、その金属蒸気は隙間８を通して外部に排出される。これにより溶接ビード９でのブローホールの発生等が抑制される。
【００２０】
ここで、自動車の車体パネルとして多用される鋼板すなわち板厚が０．８ｍｍ〜１．２ｍｍ程度の鋼板の場合、双方のフランジ部４，５同士の間に形成される隙間８の大きさＧが５０μｍ〜０．３ｍｍ程度であればレーザ溶接時におけるブローホールやアンダーカットが発生しないとされ、同時にその上限値（０．３ｍｍ）はフランジ部４の板厚をｔとしたときに０．３ｍｍ≒０．３〜０．４ｔの関係にあるとされている。
【００２１】
本発明者が例えば隙間８の大きさとしてＧ＝０．３ｍｍを得るのに必要なフランジ部４における斜状片６の最大浮上量Ｘを板厚ｔ＝０．８ｍｍとｔ＝１．２ｍｍの場合について求めたところ、図５のような結果を得た。すなわち、隙間８の大きさＧをＧ＝０．３ｍｍ、斜状片６の最大浮上量をＸ、斜状片６の板厚をｔとしたとき、Ｘ＝１．２５ｔの関係を得た。したがって、斜状片６の最大浮上量Ｘとして０．６ｔ〜１．２５ｔの範囲内に設定すれば隙間８の大きさＧが５０μｍ〜０．３ｍｍとなることが判明した。
【００２２】
このように本実施の形態によれば、フランジ部４の先端を最大浮上量Ｘのもとで斜状片６として予め折り曲げておく一方、レーザ溶接に先立ってその斜状片６を相手側のフランジ部５に密着させることにより、その斜状片６とは反対側の部分にＧなる大きさの隙間８を発生させることができることから、ブローホールやアンダーカットの発生を未然に防止して安定したレーザ溶接が行えることになる。
【００２３】
図６以下の図面は本発明の第２の実施の形態を示す図で、図２に示したものとほぼ同様のルーフサイドレール１０を構成することになるインナパネル１１とアウタパネル１２の溶接接合部に適用した場合の例を示している。なお、この第２の実施の形態は請求項４〜７に記載の発明に対応している。
【００２４】
図６の（Ａ），（Ｂ）に示すように、ルーフサイドレール１０は予め所定の三次元形状に成形したインナパネル１１とアウタパネル１２の各端末部のフランジ部１１ａ，１２ａ同士および１１ｂ，１２ｂ同士を突き合わせた上で溶接部Ｗに溶接を施すことにより閉断面形状のものとして形成される。この場合、例えばアウタパネル１２が通常の鋼板製のものであるのに対してインナパネル１１がめっき鋼板製のものであると、例えば一方のフランジ部１１ａ，１２ａ同士を密着させたままでその溶接部（接合部）Ｗに連続的にレーザ溶接を施すと、先に述べたようにその溶接ビード部にめっき層の蒸発によるブローホールの発生等が危惧される。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、図７に示すようにインナパネル１１とアウタパネル１２のフランジ部１１ｃ，１２ｃのそれぞれについて、両者を突き合わせた（重ね合わせた）ときにフランジ部１１ｃ，１２ｃ同士の間に隙間１３が発生するように予め折り曲げておく一方、実際の溶接時には図９，１０に示すようにその折り曲げ状態を矯正してそれまでの隙間１３がなくなるように密着させた上でその部分にレーザ溶接を施すようにしたものである。
【００２６】
溶接作業そのものは、図８，９に示すように溶接ロボット１４のアーム１５先端に装着したレーザ溶接ヘッド１６にて行うものとし、フランジ部１１ｃ，１２ｃ同士を突き合わせた上で一方のフランジ部１２ｃ側から溶接部Ｗ（図６参照）にレーザビームＬｂを照射しながらそれらのフランジ部１１ｃ，１２ｃとレーザ溶接ヘッド１６をフランジ部１１ｃ，１２ｃの長手方向で相対移動させる。すなわち、フランジ部１１ｃ，１２ｃ側を固定側としてそのフランジ部１１ｃ，１２ｃの長手方向に沿ってレーザ溶接ヘッド１６を連続移動させながらレーザ溶接を施すものとする。
【００２７】
より詳しくは、図７に示すようにインナパネル１１およびアウタパネル１２のフランジ部１１ｃ，１２ｃ同士を突き合わせたときには、両者が互いに浮き上がりつつ口開き状態となってその両者の間に隙間１３が生じるように、各フランジ部１１ｃ，１２ｃを所定の曲率をもって互いに離反する方向に円弧状に折り曲げておくものとする。なお、これらの折り曲げはフランジ部１１ｃ，１２ｃそのものを曲折成形する際に同時に成形するものとする。また、各フランジ部１１ｃ，１２ｃを所定の曲率をもって円弧状に折り曲げるのに代えて、各フランジ部１１ｃ，１２ｃをその根元部から図３の（Ａ）のように斜状に折り曲げてもよい。
【００２８】
一方、上記レーザ溶接ヘッド１６が装着されたブラケット１７には矯正手段として一対の加圧ローラ１８，１９を対向配置してある。これらの加圧ローラ１８，１９は、図９，１０に示すようにフランジ部１１ｃ，１２ｃ同士を加圧挟持することにより、先の折り曲げ状態を矯正しつつそれまで存在していた隙間１３（図７参照）を解消してそのフランジ部１１ｃ，１２ｃ同士を密着させるためのものであり、一方の加圧ローラ１８がブラケット１７に対し定位置式のものとして回転自在に装着されているのに対して、もう一方の加圧ローラ１９は可動式のものとしてスイングアーム２０の先端に回転自在に装着されている。スイングアーム２０はヒンジピン２１を介してブラケット１７に揺動可能に支持されているとともに、スイングアーム２０の他端にはクランプシリンダ（エアシリンダもしくは油圧シリンダ）２２のピストンロッドがヒンジピン２３を介して連結されている。これにより、クランプシリンダ２２が伸長動作すれば図９に示すように双方の加圧ローラ１８，１９同士が接近してフランジ部１１ｃ，１２ｃを加圧挟持することになる。
【００２９】
ここで、図９において加圧ローラ１８，１９を矢印Ｄ方向方向から見た場合には、図１１から明らかなように双方の加圧ローラ１８，１９による加圧位置（矯正位置）２４とレーザビームＬｂの照射位置とはほぼ一致するように設定されている。
【００３０】
したがって、この第２の実施の形態によれば、図９に示すように一対の加圧ローラ１８，１９にてフランジ部１１ｃ，１２ｃを加圧挟持した上で、一方のフランジ部１２ｃ側からレーザビームＬｂを照射しつつレーザ溶接ヘッド１６を溶接ロボット１４自体の自律動作にてフランジ部１１ｃ，１２ｃに沿ってその長手方向に移動させることにより、常に加圧ローラ１８，１９による加圧位置すなわち矯正位置２４を追いかけるようにしてレーザ照射部である溶接部Ｗに連続的にレーザ溶接が施されることにになる。
【００３１】
この場合、先に述べたようにフランジ部１１ｃ，１２ｃ同士を一対の加圧ローラ１８，１９にて加圧挟持することにより、それまでの各フランジ部１１ｃ，１２ｃの折り曲げ状態が矯正されて両者の間に存在していた隙間１３（図７参照）も解消され、結果的には図１０に示すようにそのフランジ部１１ｃ，１２ｃ同士が密着したままで溶接接合されることになる。
【００３２】
その一方、図１１から明らかなように上記のような形態で連続的にレーザ溶接を施したとしても、一対の加圧ローラ１８，１９による加圧位置すなわちフランジ部１１ｃ，１２ｃの矯正位置２４の前方側（溶接方向前方側）には矯正位置２４に隣接して未矯正のフランジ部１１ｃ，１２ｃ同士によって常に隙間１３が確保されていることになる。
【００３３】
したがって、矯正位置２４においてフランジ部１１ｃ，１２ｃ同士を隙間なく密着させた状態で溶接を施した場合に、溶接時の熱の影響でめっき鋼板であるフランジ部１１ｃ側の表面のめっき層が気化して金属蒸気が発生したとしても、その金属蒸気は溶接ビード内に封じ込まれることなく矯正位置２４に隣接している隙間１３を通して外部に排出される。これにより溶接ビードでのブローホールの発生等が抑制されることになる。
【００３４】
このように本実施の形態によれば、第１の実施の形態と異なりフランジ部１１ｃ，１２ｃ同士を密着させた上でレーザ溶接を施すことを前提としつつも、めっき層が気化することによって発生した金属蒸気を確実に外部に逃がすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車の車体の一例を示す斜視図。
【図２】図１のａ−ａ線に沿う拡大断面図。
【図３】本発明の好ましい第１の実施の形態として図２のＭ部を拡大した図で、同部位でのレーザ溶接の手順を示す説明図。
【図４】図３の（Ｃ）の拡大図。
【図５】図３に示した隙間の大きさＧと斜状片の最大浮上量Ｘとの関係を示す特性図。
【図６】溶接対象となる自動車の車体パネルの別の例を示す図で、（Ａ）はルーフサイドレールの要部斜視図、（Ｂ）は同図（Ａ）の拡大断面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態として、図６のルーフサイドレールとなるべきインナパネルとアウタパネルの突き合わせ状態を示す断面図。
【図８】図６に示したルーフサイドレールとレーザ溶接ヘッドおよび矯正手段である加圧ローラとの溶接前の相互関係を示す説明図。
【図９】図８の構成のもとでの実際の溶接時の説明図。
【図１０】図９のＱ部拡大図。
【図１１】図９のＤ方向矢視図。
【符号の説明】
１…ルーフパネル（鋼板）
２…ボディサイドアウタパネル（めっき鋼板）
４，５…フランジ部
６…斜状片（斜状部）
６ａ…折り曲げ基部
７…加圧ピン（機械的加圧拘束手段）
８…隙間
９…溶接ビード
１０…ルーフサイドレール（車体パネル）
１１…インナパネル
１１ｃ…フランジ部（端末部）
１２…アウタパネル
１２ｃ…フランジ部（端末部）
１３…隙間
１６…レーザ溶接ヘッド
１８，１９…加圧ローラ（矯正手段）
２４…矯正位置
Ｇ…隙間の大きさ
Ｌｂ…レーザビーム
Ｗ…溶接部
Ｘ…斜状片の最大浮上量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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