(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接熱影響部で発生する軟化を抑制し、溶接継ぎ手強度を向上させることができる高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】全厚にわたって平均結晶粒径が４μｍ以下のフェライト組織を有する高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接法において、溶接直前に、冷却媒体、好ましくは液体窒素または液体ヘリウムを用いて、少なくともレーザ照射点近傍の鋼板表裏面の温度が−１００℃以下になるように冷却する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全厚にわたって平均結晶粒径が４μｍ以下のフェライト組織を有する高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接法において、溶接直前に、冷却媒体を用いて、少なくともレーザ照射点近傍の鋼板表裏面の温度が−１００℃以下になるように冷却することを特徴とする高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項２】
液体窒素、または、液体ヘリウムの何れかの冷却媒体を鋼板に接触させて前記冷却を行なうことを特徴とする請求項１に記載の高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記溶接時に少なくともレーザ照射点近傍に存在する前記冷却媒体の厚みを０．５ｍｍ未満に低減してレーザ溶接することを特徴とする請求項２に記載の高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項４】
少なくともレーザ照射点近傍に存在する冷却媒体に対してセンターシールドガスまたはエアーナイフガスを吹き付けると共にガスの流量あるいは圧力を調整して前記冷却媒体の厚みを低減することを特徴とする請求項３に記載の高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建材、自動車、家電などの分野に用いる高強度超細粒薄鋼のレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低燃費化やＣＯ２排出量低減を目的とした自動車の軽量化や安全対策のため、溶接性に優れかつ高強度の熱延鋼板を車体に使用する必要性が高まっている。一方、例えば、特許文献１〜４に開示される方法を利用し、熱延技術を駆使して、熱延鋼板の全厚にわたってフェライト組織の平均粒径が４μｍ以下、さらには、１〜３μｍ程度の超微細粒鋼板が実用化されつつある。
【０００３】
このような超微細粒鋼板は、溶接性を害する焼入れ性の高い合金元素を低減しても、結晶の細粒化効果により同一成分組成のフェライト＋パーライト鋼あるいはフェライト＋マルテンサイト鋼に比較して大幅な強度向上が図れる。
【０００４】
しかし、超微細粒鋼板は、加工あるいは熱処理、場合によってはメカニカルミリング等の冷間加工等を駆使して形成されたものであるが故に、本質的に熱的に不安定であり、一般に用いられるアーク溶接を行なうと、溶接熱影響部（以下、これをＨＡＺ：Heat Affected Zoneと略す）においては、超微細粒組織が消失あるいは変化し、特に、溶接融合線（フュージョンライン）近傍のＨＡＺ部の強度は、母材に比べて大幅に低下するというＨＡＺ軟化の問題が発生しやすい。
【０００５】
特に、超微細粒鋼板のＨＡＺ軟化は、２相（ＤＰ：Dual Phase）鋼板などに比べて、より高温側のフュージョンライン近傍のＡc1変態点以上で発生しやすいことが知られている。
【０００６】
超微細粒鋼板を溶接する際のＨＡＺ部の軟化を抑制する技術としては、例えば、特許文献５および６に開示されているように、アーク溶接に比べて低入熱で高い溶け込み深さが得られるレーザ溶接を適用し、ＨＡＺ部の幅を狭くする方法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、このようなＨＡＺ部の影響が比較的小さいようなレーザ方法を用いても、特に、板厚が５ｍｍ以下と薄く、全厚にわたって平均粒径が４μｍ以下のフェライト組織を有する高強度（引張強度が５９０ＭＰａ以上）超微細粒薄鋼板では、ＨＡＺ部の軟化を十分に抑制できず、充分な溶接継ぎ手強度が得られず、溶接部材に大きな力がかかったときに軟化部で破断や座屈が生じる問題があった。
【０００８】
この原因は、全厚にわたって細粒化された組織を有し、かつ、板厚の薄い鋼板では、ＨＡＺ部の軟化が全厚で生じ、それによる溶接継ぎ手強度の低下が著しいことためと考えられる。
【０００９】
また、本発明者らは、特許文献７により、ＨＴ値（ＨＡＺ軟化指数）が０．００７を超える高張力鋼板をレーザ溶接する際のＨＡＺ軟化を抑制するため、溶接中にレーザ照射で加熱される鋼板の昇温部を様々な手法で冷却する方法を提案した。
【００１０】
この発明技術は、マルテンサイト相などの硬質組織を含有する２相（ＤＰ）鋼板などに代表される、ＨＴ値（ＨＡＺ部軟化指標）が０．００７を超えるような比較的焼入れ元素が高い高強度鋼板を対象とするレーザ溶接法におけるＨＡＺ軟化抑制については、所定の効果が得られるものである。
【００１１】
しかし、本発明者らの検討の結果、上記ＨＴ値の範囲より低いような焼入れ元素が少ない、全厚にわたって平均粒径が４μｍ以下のフェライト組織からなる高強度超微細粒薄鋼板を対象としてレーザ溶接する際のＨＡＺ軟化を抑制する点においては、十分な効果が得られないことを確認した。
【００１２】
【特許文献１】特開平７−１２６７９７号公報
【特許文献２】特開平８−１９８８２９号公報
【特許文献３】特開平８−２９５９８２号公報
【特許文献４】特開平９−２０２９１９号公報
【特許文献５】特開昭２００１−1３１６７９号公報
【特許文献６】特開昭２００２−３９８４号公報
【特許文献７】特開平２００３−２９０９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記従来技術の問題点に鑑みて、本発明は、全厚にわたって平均粒径が４μｍ以下のフェライト組織を含む高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接において、ＨＡＺ部で発生するＨＡＺ部の軟化を抑制し、溶接継ぎ手強度を向上させることができる高強度超微細粒薄鋼板のレーザ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】
【００１４】
本発明は、上記課題と解決するものであり、その発明の要旨とするところは、以下の通りである。
【００１５】
（１）全厚にわたって平均結晶粒径が４μｍ以下のフェライト組織を有する高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接法において、溶接直前に、冷却媒体を用いて、少なくともレーザ照射点近傍の鋼板表裏面の温度が−１００℃以下になるように冷却することを特徴とする高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接方法。
【００１６】
（２）液体窒素、または、液体ヘリウムの何れかの冷却媒体を鋼板に接触させて前記冷却を行なうことを特徴とする上記（１）に記載の高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接方法。
【００１７】
（３）前記溶接時に少なくともレーザ照射点近傍に存在する前記冷却媒体の厚みを０．５ｍｍ未満に低減してレーザ溶接することを特徴とする上記（２）に記載の高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接方法。
【００１８】
（４）少なくともレーザ照射点近傍に存在する冷却媒体に対してセンターシールドガスまたはエアーナイフガスを吹き付けると共にガスの流量あるいは圧力を調整して前記冷却媒体の厚みを低減することを特徴とする上記（３）に記載の高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、全厚にわたって平均結晶粒径が４μｍ以下のフェライト組織を含む高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接法において、ＨＡＺ部の軟化を防止し、それにより、溶接継ぎ手強度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、全厚にわたって平均結晶粒径が４μｍ以下のフェライト組織を含む高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接法において、特に優れた効果を発揮する。
【００２１】
平均結晶粒径が４μｍ以下の超微細粒が全厚にわたって存在する鋼板は、それが表層または裏層の一部のみに存在する鋼板に比べて、ＨＡＺ部の軟化による溶接継ぎ手強度の低下の影響が大きくなる。
【００２２】
特に、板厚が５ｍｍ未満の薄鋼板においては、比較的ＨＡＺ部の影響が小さくなるレーザ溶接法を適用した場合でも、溶接施工においてＨＡＺ軟化部の幅を板厚に対して十分狭くすることが困難であるため、その軟化部が溶接継ぎ手に与える力学的な悪影響を充分に抑制することができない。
【００２３】
この傾向は、結晶粒の微細化により所要強度を維持する高強度超微細粒薄鋼板では、引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板をレーザ溶接する場合に顕著となる。
【００２４】
このような全厚にわたって平均結晶粒径が４μｍ以下のフェライト組織を有する引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度超微細粒薄鋼板の成分組成は、本発明において、特に限定する必要はないが、例えば、Ｃ：０．０４〜０．２質量％、Ｓｉ：０．０１〜１質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０．００１〜０．１質量％、Ｎ：０．００１〜０．０１質量％を含有し、Ｐ ：０．０２５質量％以下、Ｓ ：０．０１５質量％以下に制限し、残部が鉄および不可避不純物である鋼板を用いることができる。
【００２５】
エネルギー密度の高い溶接方法として、レーザ溶接の他に、プラズマ溶接や電子ビーム溶接も一般に知られている。レーザ溶接では、プラズマ溶接に比べ、比較的容易にビームスポット径を小さく絞ることにより少ない入熱量で深い溶け込みで溶接でき、その結果、溶接フュージョンライン近傍の熱影響部の幅を極少にできる。
【００２６】
また、レーザ溶接は、電子ビーム溶接のように真空を必要とせず、施工上の制約が少ない。以上の理由から本発明では、エネルギー密度の高い溶接方法の中でも、レーザ溶接が最も好ましい。
【００２７】
また、レーザ溶接における、レーザビームのスポット径は、１ｍｍ以下とするのが、より少ない入熱量で深い溶け込みを得るために、より好ましい。
【００２８】
本発明では、以上のように、全厚にわたって平均結晶粒径が４μｍ以下のフェライト組織を含む高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接法を前提とし、ＨＡＺ部の軟化をさらに抑制することで従来に比べて溶接継ぎ手強度を向上させるために、以下の条件を規定する必要がある。
【００２９】
本発明は、第１に、溶接直前に、冷却媒体を用いて、少なくともレーザ照射点近傍の鋼板表裏面の温度が−１００℃以下になるように冷却する。
【００３０】
本発明者らは、特許文献７により、レーザ溶接中に、レーザ照射で加熱、昇温された溶接ビード点近傍に高熱伝導率の冷却板を接触させると共に、冷却板中に冷却水、液体窒素などを流しながら強制冷却する方法を提案した。
【００３１】
この方法により、レーザ照射による鋼板の昇温部の表面を冷却させることにより、特定の鋼板のＨＡＺ部の軟化を抑制することができた。
【００３２】
しかし、本発明が対象とする、全厚にわたって平均粒径が４μｍ以下のフェライト組織からなる高強度超微細粒薄鋼板では、板厚中心部および溶接ビードの極近傍領域でのＨＡＺ部の軟化が顕著な問題となり、特許文献７の冷却方法では、ＨＡＺ部の軟化は充分に抑制できないことが判明した。
【００３３】
これは、特許文献７の冷却方法では、冷却板との接触部からの抜熱により昇温は冷却されるため、昇温部の表面は冷却されるものの、板厚中心部や冷却板が配置できない溶接ビード部の極近傍を十分に冷却することが困難であるためであると考えられる。
【００３４】
本発明は、上記従来の冷却方法の問題点を改善するために溶接前に、少なくともレーザ溶接時に昇温する鋼板表裏面を冷却し、レーザ溶接時に昇温部の温度がＨＡＺ部の軟化が生じない温度域、つまり、鋼板のＡc1変態温度未満に低下させることを技術思想としてなされたものである。
【００３５】
図１を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態の一例を示す概念図であり、溶接方向の前方から見た図である。
【００３６】
レーザ溶接は、鋼板１同士の突合せ部にレーザビーム２のレーザ照射点３を合わせ、そのレーザ照射点３を所定の溶接速度で移動させながら突合せ部を溶融し、溶接線４上に溶接ビードを形成することでなされる。ここでは、センターシールドガス５を用いている。
【００３７】
なお、溶接線４とは、レーザビームのスポット径の中心が移動する軌跡であり、溶接完了後に形成される溶接ビードの中心線に相当する。
【００３８】
本発明では、このレーザ溶接の直前に、冷却媒体を用いて、少なくともレーザ照射点近傍の鋼板表裏面の温度が−１００℃以下になるように冷却することを特徴とする。
【００３９】
これにより、高強度超微細粒薄鋼板をレーザ溶接する際にレーザ照射点を含む鋼板の昇温部における最高到達温度を低減し、その温度をＨＡＺ部軟化が発生しない温度まで低下することが可能となる。
【００４０】
ここで、レーザ照射点付近を含む鋼板の昇温部分とは、移動するレーザ照射点３、その後方の溶接線４上に形成される高温の溶接ビード、および、それからの熱流束によって加熱されるその周囲の熱影響部を含む部分である。
【００４１】
この鋼板の昇温部分のうち、レーザ照射点３付近が最も高温となり、溶接フュージョンラインを形成し、これが冷却凝固することで溶接ビードを形成する。
【００４２】
レーザ溶接時に、高強度超微細粒薄鋼板の細粒組織が消失、変化することにより軟化現象が最も顕著となるＨＡＺ部は、溶接フュージョンライン近傍の最高到達温度が鋼板のＡc1変態点−２０℃以上、Ａc3＋２０℃以下となる高温領域である。
【００４３】
なお、この高温領域は、通常のレーザ溶接では溶接線を中心として溶接ビード幅の約３倍の幅方向範囲に相当する。
【００４４】
したがって、本発明では、溶接直前に、冷却媒体を用いて、少なくとも上記高温領域に相当するレーザ照射点近傍の鋼板表裏面の温度が−１００℃以下になるように冷却する。
【００４５】
図２に、本発明法の冷却を実施した場合の高強度超微細粒薄鋼板のＨＡＺ部軟化領域の低減効果の概念図を示す。本発明法の効果を比較するために、通常のレーザ溶接、および、特許文献７の方法を適用した結果も示す。
【００４６】
本発明法では、液体窒素を用いて、溶接直前の鋼板表裏面の初期温度が−１００℃になるまで冷却した後、レーザ溶接を行ない、特許文献７の方法では、溶接中にレーザ照射点の近傍を液体窒素で強制冷却した銅製冷却板を接触させて冷却しながらレーザ溶接した。
【００４７】
横軸はフュージョンラインに対して垂直な方向での溶接フュージョンラインからの距離を示し、縦軸はレーザ溶接時の最高到達温度を示している。
【００４８】
なお、図中でハッチングした最高到達温度の範囲が、ＨＡＺ部の軟化が顕著に発生する温度領域であり、この温度領域は、高強度超微細粒薄鋼板の成分で決定される変態点に依存し、結晶粒径、強度によらない。
【００４９】
鋼板の板厚によって、溶接フュージョンラインからの距離と最高到達温度の関係が変わるため、ここでは横軸の目盛の記載を敢えて省略した。
【００５０】
図２に示されるように、本発明法の適用により、溶接直前の鋼板表裏面の初期温度が−１００℃になるまで冷却することにより、レーザ溶接時のＨＡＺ部の軟化範囲を、冷却しない通常のレーザ溶接や溶接中にレーザ照射部近傍を冷却板で冷却させる特許文献７の方法に比べて、大幅に減少させることが可能となる。
【００５１】
本発明者らは、板厚が１および４ｍｍの高強度超微細粒薄鋼板をレーザ溶接する際に本発明法を適用した場合には、特許文献７の方法を適用した場合と比較して、ＨＡＺ部の軟化範囲（溶接線に垂直な方向）が約８０％にまで減少できることを確認している。
【００５２】
本発明において、溶接直前に、少なくともレーザ照射点の近傍を−１００℃以下に冷却するために使用する冷却媒体としては、溶接時に引火や溶融部の酸化が生じない、不活性でかつ非酸化性の冷却媒体であれば特に限定する必要はないが、工業的に入手可能な観点からは、液体窒素（沸点：−１９５．８℃）、または、液体ヘリウム（沸点：−２６８．９℃）の何れかが好ましい。
【００５３】
液体窒素または液体ヘリウムの何れかを用いて冷却する場合には、これらの冷却媒体を鋼板表裏面に接触させた状態で、溶接直前の少なくともレーザ照射点近傍の鋼板表裏面の初期温度が−１００℃以下になるまで保持する方法が簡易である。
【００５４】
本発明では、上述したように、溶接直前に、冷却媒体を用いて、少なくともレーザ照射点近傍の鋼板表裏面の温度が−１００℃以下になるように冷却することにより、高強度超微細粒薄鋼板をレーザ溶接する際に、ＨＡＺ部の細粒組織の消失、変化による軟化の発生は十分に抑制できる。
【００５５】
また、本発明では、上述したようなレーザ溶接直前の冷却方法に加えて、溶接中の冷却方法を組み合わせて実施しても良く、この場合には、上述した本発明のレーザ照射点近傍の昇温部の最高到達温度をより確実に低減し、ＨＡＺ部の軟化を低減することが期待できる。
【００５６】
レーザ溶接中の冷却方法は、例えば、上述した液体窒素、液体ヘリウム等の冷却媒体を直接、鋼板に接触させる方法、あるいは、特許文献７に開示される溶接中にレーザ照射部近傍を冷却媒体で強制冷却した銅製冷却板を接触させて冷却する方法などが適用されるが、特に、冷却方法およびその条件については、限定する必要はない。
【００５７】
本発明は、第２に、溶接直前に、液体窒素、または、液体ヘリウムの何れかの冷却媒体を鋼板表裏面に接触させて、少なくともレーザ照射点近傍の鋼板表裏面の温度が−１００℃以下になるように冷却した後、引き続き、レーザ溶接中も前記冷却媒体で冷却する際に、少なくともレーザ照射点の鋼板表面に存在する前記冷却媒体の厚みを０．５ｍｍ未満に低減する。
【００５８】
レーザ溶接中に液体窒素、液体ヘリウム等の冷却媒体を鋼板表裏面に接触させて冷却する場合は、レーザ照射点に存在する冷却媒体の液面でレーザビームが屈折し、溶接部に照射されるレーザビームの集光が困難となり、溶接ビード形状の不良や、最悪の場合には溶接が困難となることがある。
【００５９】
特に、板厚が１ｍｍ程度以下と薄くかつ幅が狭い鋼板をレーザ溶接する場合には、液体窒素、液体ヘリウム等の冷却媒体が鋼板端部から鋼板表面を伝わってレーザ照射点近傍に回り込みやすく、レーザ照射点近傍が冷却媒体で浸漬した状態になる傾向があり、上記の問題が顕著となる。
【００６０】
これらの問題を防止するために、本発明では、レーザ溶接時に、少なくともレーザ照射点近傍に存在する前記冷却媒体の厚みを０．５ｍｍ未満に低減する。
【００６１】
冷却媒体の液面でのレーザビームの屈折による照射ビームの集光性は、使用するレーザ波長と冷却媒体の屈折率によりある程度左右されるが、工業的に適用されるレーザ溶接を用いる限り、上記冷却媒体の厚みを０．５ｍｍ未満に低減することにより、上記照射ビームの集光性の低下を抑制し、良好な溶接が可能となる。
【００６２】
例えば、ＹＡＧレーザビーム（波長約１．０６ｍｍ）が大気から冷却媒体へ侵入する際場合の屈折率は、冷却媒体が水の場合でも、液体窒素の場合も大凡１．３程度である。この程度の屈性率であれば、冷却媒体の厚みが１ｍｍ以下の場合、ビームの焦点はずし距離を１ｍｍ程度に調整することにより、集光点を鋼板表面に調整することが可能である。
【００６３】
しかしながら、この場合でも、冷却媒体の表面の凹凸により、レーザビームの屈折状態が安定しなくなるためビード形状の形成が不安定性になる。
【００６４】
このようなビームの屈折による溶接ビード形状の悪影響をなくすために、本発明では、溶接時の鋼板表裏面に存在する冷却媒体の厚みを０．５ｍｍ未満とした。さらには、０．３ｍｍ以下にするのがより好ましい。
【００６５】
本発明の第２の実施形態の模式図として、レーザ溶接時の溶接進行方向の前方側から見た場合のレーザ照射点およびその周辺部の拡大断面図を、図３ａおよび図３ｂに示す。
【００６６】
図３ａは、センターシールドガス５を用いてレーザ２照射点近傍に存在する冷却媒体の厚み９を０．５ｍｍ未満に低減する方法を示す。
【００６７】
通常、レーザ溶接時には、溶接部の酸化を防止することを目的として、Ａｒガスや窒素ガスなどをセンターシールドガス５としてレーザ照射点近傍に吹き付ける。
【００６８】
本発明では、このセンターシールドガス５の流量または圧力を調整することにより、少なくともレーザ２照射点近傍に存在する前記冷却媒体の厚み９を０．５ｍｍ未満に低減することができる。
【００６９】
センターシールドガス５の流量または圧力は、レーザ２照射点近傍に存在する前記冷却媒体の厚みに応じて調整すれば良く、特にその範囲を限定する必要はないが、好ましくは、ガス流量を２０〜４０標準（ｌ／ｍｉｎ）の範囲とするのが、良好なビード形状を得る点から好ましい。
【００７０】
また、図３ｂは、エアーナイフ７を用いた場合の方法を示す。
【００７１】
レーザ溶接時に水分等の蒸発ガスがレーザヘッドに入るのを防ぐことを目的としたエアーナイフガス７の吹き付けも、工業的に一般的に用いられる手法である。
【００７２】
エアーナイフガス７を用いる場合は、センターシールドガス５のように溶接中にレーザ２照射点近傍にガスを噴射することができないため、予め溶接前にガスの流量または圧力を調整して冷却媒体の厚みを制御し、溶接時の少なくともレーザ２照射点近傍に存在する前記冷却媒体の厚みが０．５ｍｍ未満になるようにする。
【００７３】
エアーナイフガス７の圧力は０．１〜１ＭＰａ、流量は５０（ｌ／ｍｉｎ）以上の範囲で調整することが好ましい。
【００７４】
例えば、冷却媒体に液体窒素などを用いた場合では、溶接前にエアーナイフガス７により冷却媒体の厚みを３ｍｍ程度まで低減すれば、短時間で容易に自然蒸発して、溶接時には、その厚みは０．５ｍｍ以下にすることができる。
【００７５】
エアーナイフガス７には、通常、不活性なアルゴン、ヘリウムまたは窒素を用いることが好ましい。
【実施例１】
【００７６】
板厚１ｍｍ（長さ２００ｍｍ、幅１００ｍｍ）で、全厚にわたる平均結晶粒径が０．５μｍ、１．３μｍ、あるいは３μｍ、と引張強度が５４０ＭＰａ、８８０ＭＰａ、あるいは１０００ＭＰａの超細粒薄鋼板をＹＡＧレーザを用いて幅方向に突合わせ溶接するに際し、溶接前に、予め表１に示す冷却媒体を鋼板に接触した状態で保持することにより、同表中の初期温度まで冷却した後、レーザ照射点（加工点）のレーザ出力が２．７５ｋＷ、溶接速度が６ｍ／ｍｉｎ、集光レンズの焦点距離が２００ｍｍ、焦点をジャストフォーカス（レーザビームの焦点はずし距離を０ｍｍ）の条件で溶接した。
【００７７】
なお、この実施例では、冷却媒体を鋼板全体に接触し保持することによって冷却後、溶接線に相当する部位から溶接線に垂直な方向へ１０ｍｍ離れた鋼板表裏面に取り付けた接触温度計により温度を計測し、鋼板表裏面の温度計測値の平均を鋼板表裏面の初期温度とした。
【００７８】
また、レーザ溶接は、鋼板表裏面の初期温度測定後３秒以内に開始し、溶接中の冷却媒体の厚みは、センターシールドガス（Ａｒ＝２５ｌ／ｍｉｎ）を用い約０ｍｍ（鋼板表裏面の冷却媒体を排除した状態）に調整した。
【００７９】
溶接後ＪＩＳ５号Ａを切り出し、この溶接継ぎ手試験片の引張試験を行い、溶接線と直角方向に引張荷重を付加した場合に、継ぎ手の母材部分で破断したものを「ＯＫ」（良好）、ＨＡＺ部（熱影響部）で破断したものを「ＮＧ」（不良）と評価した。
【００８０】
【表１】
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【００８１】
表１中、Ｎｏ．５〜１２は本発明例であり、溶接前に、冷却媒体として液体窒素、あるいは、液体ヘリウムを用いて、溶接直前の鋼板の初期温度が−１００℃以下の本発明範囲内になるように冷却したため、ＨＡＺ部の軟化は充分に低減し、その結果、継手引張試験の結果、母材で破断し、母材強度並みの十分な継手強度が得られた。
【００８２】
Ｎｏ．５〜１２の本発明例のうち、Ｎｏ．５とＮｏ．９、Ｎｏ．７とＮｏ．１０は、それぞれ、後者が溶接前のみ冷却し、前者が溶接前と溶接中の両方の冷却をおこなった発明例の関係にあるが、前者の溶接前と溶接中の両方の冷却を行なったほうが、よりＨＡＺ部の軟化域が低減することができた。
【００８３】
一方、表１中のＮｏ．１〜４は、本発明範囲の条件から外れた比較例を示す。
【００８４】
Ｎｏ．１は、通常のレーザ溶接であり、鋼板の冷却を一切行なわなかったため、比較例の中でも、特に、ＨＡＺ部の細粒組織の消失、変化によるＨＡＺ部の軟化が顕著に発生し、溶接継ぎ手の引張試験結果は、ＨＡＺ部で破断し、溶接継手強度は極めて低かった。
【００８５】
Ｎｏ．２は、鋼板裏面を氷水表面と直接接する（鋼板表面には氷水は無い）冷却方式で溶接直前の鋼板の初期温度が０℃になるように冷却し、かつ、溶接中も鋼板を氷水によって冷却した例である。
【００８６】
初期温度が本発明範囲から高く外れていたため、溶接時の昇温部の最高到達温度を充分に低下することはできず、ＨＡＺ部の細粒組織の消失、変化によるＨＡＺ部の軟化の発生を抑制できなかった。
【００８７】
その結果、溶接継ぎ手の引張試験結果は、ＨＡＺ部で破断し、溶接継手強度は低かった。
【００８８】
Ｎｏ．３は、ドライアイスを鋼板裏面に直接接触させて溶接直線の鋼板の初期温度が−５０℃になるまで冷却し、かつ、レーザ溶接中もドライアイスを接触した状態で冷却しながら溶接をした例である。
【００８９】
初期温度が本発明範囲から高く外れていたため、溶接時の昇温部の最高到達温度を充分に低下することはできず、ＨＡＺ部の細粒組織の消失、変化によるＨＡＺ部の軟化の発生を抑制できなかった。
【００９０】
その結果、溶接継ぎ手の引張試験結果は、ＨＡＺ部で破断し、溶接継手強度は低かった。
【００９１】
ＮＯ．４は、特許文献７で開示された冷却方法で、溶接前に冷却はせず、溶接中にレーザ照射点近傍の昇温部に液体窒素により強制冷却された銅製冷却板を接触して冷却しながら溶接した例である。
【００９２】
本発明で規定する溶接前に−１００℃以下に冷却していないため、溶接時の昇温部の最高到達温度を充分に低下することはできず、ＨＡＺ部の細粒組織の消失、変化によるＨＡＺ部の軟化の発生を十分に抑制できず、その結果、溶接継ぎ手の引張試験結果は、ＨＡＺ部で破断し、溶接継手強度は低かった。
【実施例２】
【００９３】
板厚が１ｍｍ、全厚にわたる平均結晶粒径が１．５μｍ、引張強度が８５０ＭＰａの超細粒薄鋼板をＹＡＧレーザを用いて突合わせ溶接するに際し、溶接前に、予め冷却媒体として液体窒素を用いて、溶接直前の鋼板表裏面の初期温度が−１５０℃になるように冷却し、その後、溶接時のレーザ照射点近傍に存在する液体窒素の厚みが表２に示す条件で、レーザ照射点（加工点）のレーザ出力が２．７５ｋＷ、溶接速度が６ｍ／ｍｉｎ、集光レンズの焦点距離が２００ｍｍで、表２に示すレーザビームの焦点はずし距離（ジャストフォーカスを基準点（０）とする）の条件で溶接した。
【００９４】
また、レーザ溶接は、鋼板表裏面の初期温度測定後３秒以内に開始し、センターシールドガスにより溶接中の冷却媒体の厚みを０〜１ｍｍと変化させた。
【００９５】
溶接後、ＪＩＳ５号Ａを切り出し、この溶接継ぎ手試験片の引張試験を行い、溶接線と直角方向に引張荷重を付加した場合に、継ぎ手の母材部分で破断したものを「ＯＫ」（良好）、ＨＡＺ部（熱影響部）で破断したものを「ＮＧ」（不良）と評価した。
【００９６】
また、溶接継ぎ手の目視による溶接ビード形状の外観評価を行い、溶接線全長に対し、１００％（全長にわたって）ビードが形成できたものを良好、１００（全長）未満のものを不良と評価した。したがって、上記継ぎ手強度は、ビード形状が不良な場合はビードが形成されている部位から継ぎ手引張試験用の試験片を採取し、継ぎ手強度を測定した結果とする。
【００９７】
【表２】
2005199297.tif 000004
【００９８】
表２中、Ｎｏ．１〜６は、本発明の規定範囲内の条件、つまり、液体窒素を用いて溶接直前の鋼板表裏面の初期温度が−１５０℃になるように冷却した発明例であり、ＨＡＺ部の軟化は充分に低減し、その結果、継手引張試験の結果、母材で破断し、母材強度並みの十分な継手強度が得られた。
【００９９】
これらの発明例の内で、Ｎｏ．１および２の発明例は、溶接中のレーザ照射点近傍に存在する液体窒素の厚みは、より好ましい範囲（０．５ｍｍ未満）である発明例であり、継手強度に加えて、溶接ビード形状も極めて良好であった。
【０１００】
一方、発明例の内で、液体窒素の厚みが好ましい範囲から外れたＮｏ ．３および４の発明例は、継手強度は極めて良好であったが、溶接ビード形状の一部に不良部が生じ、実用上問題ない範囲であるものの外観形状はやや不良であった。
【０１０１】
これに対して、Ｎｏ．５および６では、同じ液体窒素の厚みののままで、ビームの焦点はずし距離を０ｍｍ（ジャストフォーカス）から１ｍｍに変更してビーム集光を調整することにより溶接ビード形状を良好に改善することができた。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明によれば、前述したように、全厚にわたって平均結晶粒径が４μｍ以下のフェライト組織を含む高強度超微細粒薄鋼板のレーザ溶接法において、ＨＡＺ部の軟化を防止し、それにより、溶接継ぎ手強度の向上を図ることができる。
【０１０３】
したがって、本発明は、鉄鋼産業技術として利用可能性が大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施形態を示す概念図（溶接方向の前方から見た図）である。
【図２】本発明法と従来法によるＨＡＺ部軟化領域の低減効果を示す概念図である。
【図３】レーザ溶接時の溶接進行方向の前方側から見た場合のレーザ照射点およびその周辺部の拡大断面図であり、（ａ）がシールドガス、（ｂ）がエアーナイフガスにより冷却媒体の厚みを調整する場合の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１…鋼板
２…レーザビーム
３…レーザ照射点（加工点）
４…溶接線
６…冷却媒体
５…センターシールドガス
７…エアーナイフガス
８…初期の冷却媒体の厚み
９…レーザ照射点近傍の冷却媒体の厚み
【図１】
2005199297.tif 000005
【図２】
2005199297.tif 000006
【図３】
2005199297.tif 000007