(57)【要約】【課題】亜鉛メッキ鋼板の溶接に関し、低スパッタ及び低気孔を実現することが困難であった。【解決手段】表面処理が行われた部材を溶接する溶接方法であって、前記部材の表面処理を除去するためにプラズマ溶接を行う第１のステップと、前記第１のステップに続いてＧＭＡ溶接を行う第２のステップを備え、第２のステップのＧＭＡ溶接はパルスＧＭＡ溶接であり、パルスＧＭＡ溶接を行うことにより第１のステップのプラズマ溶接により発生するアークを揺動させて部材の表面処理を除去する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理が行われた部材を溶接する溶接方法であり、
前記部材の表面処理を除去するためにプラズマ溶接を行う第１のステップと、
前記第１のステップに続いてＧＭＡ溶接を行う第２のステップを備えた溶接方法であって、
前記第１のステップのプラズマ溶接により発生するアークを揺動させて前記部材の表面処理を除去する溶接方法。
【請求項２】
第２のステップのＧＭＡ溶接はパルスＧＭＡ溶接であり、前記パルスＧＭＡ溶接を行うことにより第１のステップのプラズマ溶接により発生するアークを揺動させる請求項１記載の溶接方法。
【請求項３】
表面処理が行われた２枚の部材の重ね合わせ部を溶接する溶接方法であって、第１のステップのプラズマ溶接により上板のみを溶融させることで、前記上板を溶融させる熱により前記２枚の部材の重なり合った部分の表面処理を除去する請求項１または２記載の溶接方法。
【請求項４】
表面処理が行われた部材は亜鉛メッキ鋼板である請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた部材の溶接において、スパッタ低減やブローホール低減やピット低減に効果を発揮する溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、亜鉛メッキ鋼板は、防錆や防食性に優れているため、自動車部品や建築用鉄骨部材等に用いられ、年々その需要は高まってきている。
【０００３】
しかしながら、亜鉛メッキ鋼板の使用には問題点もある。鋼板表面にメッキされている亜鉛は、鉄より融点が低い。そのため、亜鉛メッキ鋼板を溶接すると、その亜鉛が気化する。そして、亜鉛蒸気が溶融池及び溶融金属を通過し外部に拡散しようとする。溶融金属の凝固が速い場合、外部に亜鉛蒸気が拡散しきれず、溶接金属内や溶接金属表面にブローホールやピット（以下、気孔と呼ぶ）として残存する。これらは深刻な溶接欠陥につながる恐れもある。また、亜鉛蒸気はアークを乱し、多量のスパッタを発生させる原因でもあった。
【０００４】
亜鉛メッキ鋼板の溶接については、様々な手法により亜鉛蒸気の残留および突沸を防止し、気孔等の溶接欠陥の低減が行われている。例えば、亜鉛が気化する程度の通常より低い溶接電流領域のパルス電流を重畳したパルスＧＭＡ溶接による溶接を行い、これに続いて短絡移行溶接により溶接を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、図６に示すように、先行するパルスＧＭＡ溶接により亜鉛蒸気の拡散を促進させ、亜鉛メッキ鋼板表面層の亜鉛を除去するものである。しかし、これは、重ね合わせ溶接に対しては効果が低かった。
【０００５】
亜鉛メッキ鋼板の重ね合わせ溶接に関しては、鋼板の間に間隙を設けるようにして亜鉛蒸気を開放する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。また、溶接ワークを予め変形させておく方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、これらの方法は、実質上無駄な工程等を含むため、実用上実現が難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−９１４８号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４６８１号公報
【特許文献３】特開２００３−３１１４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の亜鉛めっき鋼板の溶接方法は、重ね合わせ溶接に対し効果が低いという課題や、実用上実現が難しいという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、様々な亜鉛めっき鋼板の溶接ワークに広く適用して、低スパッタや低気孔を実現する亜鉛めっき鋼板の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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の溶接方法は、表面処理が行われた部材を溶接する溶接方法であり、前記部材の表面処理を除去するためにプラズマ溶接を行う第１のステップと、前記第１のステップに続いてＧＭＡ溶接を行う第２のステップを備えた溶接方法であって、前記第１のステップのプラズマ溶接により発生するアークを揺動させて前記部材の表面処理を除去するものである。
【００１０】
また、本発明の溶接方法は、上記に加えて、第２のステップのＧＭＡ溶接はパルスＧＭＡ溶接であり、前記パルスＧＭＡ溶接を行うことにより第１のステップのプラズマ溶接により発生するアークを揺動させるものである。
【００１１】
また、本発明の溶接方法は、上記に加えて、表面処理が行われた２枚の部材の重ね合わせ部を溶接する溶接方法であって、第１のステップのプラズマ溶接により上板のみを溶融させることで、前記上板を溶融させる熱により前記２枚の部材の重なり合った部分の表面処理を除去するものである。
【００１２】
また、本発明の溶接方法は、上記に加えて、表面処理が行われた部材は亜鉛メッキ鋼板である。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、部材の表面処理を除去するためにプラズマ溶接を行う第１のステップと、第１のステップに続いてＧＭＡ溶接を行う第２のステップを備え、第２のステップのＧＭＡ溶接はパルスＧＭＡ溶接であり、パルスＧＭＡ溶接を行うことにより第１のステップのプラズマ溶接により発生するアークを揺動させて部材の表面処理を除去する。これにより、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた部材の溶接において、低スパッタや低気孔を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における溶接方法を行っている状態の概略を示す図
【図２】本発明の実施の形態２における電流と磁界の向きを示す図
【図３】本発明の実施の形態２におけるプラズマ溶接及びパルスＧＭＡ溶接のアークの関係を示す図
【図４】本発明の実施の形態３における２枚の亜鉛メッキ鋼板を重ね合わせた際に重なり合う部分を示す図
【図５】本発明の実施の形態３における２枚の亜鉛メッキ鋼板の重なり合った部分の表面処理の揮散方向を示す図
【図６】従来の溶接方法を行っている状態の概要を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における溶接方法を行っている状態の概略を示す図である。図１において、表面処理が行われた部材の一例として、第１の亜鉛メッキ鋼板３と第２の亜鉛メッキ鋼板４とが重ねられた状態を示している。そして、この第１の亜鉛メッキ鋼板３と第２の亜鉛メッキ鋼板４に対して、第１の溶接トーチ１と第２の溶接トーチ２を用いて溶接を行っている状態を示している。
【００１７】
ここで、第１の溶接トーチ１は、溶接進行方向に対して、第２の溶接トーチ２よりも先行して移動されるものである。第２の溶接トーチ２は、溶接進行方向に対して、第１の溶接トーチ１よりも後行して移動され、第１の溶接トーチ１に続いて溶接を行うものである。また、第１の溶接トーチ１は、プラズマ溶接を行うものである。第２の溶接トーチ２は、ＧＭＡ溶接、より詳しくは、パルスＧＭＡ溶接を行うものである。
【００１８】
図１において、第１の溶接トーチ１によるプラズマ溶接を行うことにより、第１の亜鉛メッキ鋼板３と第２の亜鉛メッキ鋼板４の溶接接合部を溶融する。これにより、第１の亜鉛メッキ鋼板３と第２の亜鉛メッキ鋼板４の表面にある亜鉛を揮散させる。なお、亜鉛は、スパッタの多量発生や気孔の発生の原因となる。
【００１９】
このようにすることで、第１の溶接トーチ１によるプラズマ溶接に続いて行う第２の溶接トーチ２によるパルスＧＭＡ溶接では、第１の亜鉛メッキ鋼板３と第２の亜鉛メッキ鋼板４の表面の亜鉛が少なくなった状態で溶接を行うことができる。従って、表面処理が行われていない鋼板を溶接する場合と近い状態で溶接を行うことができる。
【００２０】
なお、第１の溶接トーチ１を用いて行うプラズマ溶接は、表面処理である亜鉛を蒸発させることが可能な溶接条件で行えばよい。そして、この溶接条件は、例えば、溶接対象物に応じて予め実験等により求めておけばよい。
【００２１】
以上のように、本実施の形態１によれば、プラズマ溶接を先行させることによりスパッタの多量発生及び気孔の発生の原因である亜鉛を揮散させ、プラズマ溶接に続くパルスＧＭＡ溶接では鋼板表面の亜鉛が少ない状態で溶接することができ、スパッタ及び気孔の発生を減少させることができる。
【００２２】
なお、本実施の形態１において、第１の溶接トーチ１と第２の溶接トーチ２は、例えば、一般的に知られているタンデム溶接に用いられる溶接トーチのように、２つの溶接トーチの相対位置を固定した状態とし、産業用ロボットに取り付けて溶接を行うようにしても良い。あるいは、産業用ロボットを２台用い、一方の産業用ロボットに第１の溶接トーチ１を取り付け、他方の産業用ロボットに第２の溶接トーチ２を取り付け、２台の産業用ロボットを動作させて溶接を行うようにしてもよい。
【００２３】
（実施の形態２）
本実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、先行するプラズマ溶接のアークを、溶接方向に対して前後方向もしくは溶接方向に対して斜め前後方向に揺動させることにより、広範囲に、第１の亜鉛メッキ鋼板３や第２の亜鉛メッキ鋼板４の表面の亜鉛を揮散させるようにした点である。
【００２４】
図２は、本実施の形態２における、第１の溶接トーチ１によるプラズマ溶接及び第２の溶接トーチ２によるパルスＧＭＡ溶接の電流及び磁界の向きを示した図である。プラズマ溶接の第１の電流５の向きは、母材（亜鉛メッキ鋼板）から溶接トーチへ向かう方向である。これに対し、パルスＧＭＡ溶接の第２の電流６の向きは、溶接トーチから母材へ向かう方向である。そして、第１の電流５と第２の電流６の向きから磁界の向きがわかる。図２において、プラズマ溶接の第１の電流５による磁界の向きは、第１の磁界７で示される。パルスＧＭＡ溶接の第２の電流６による磁界の向きは、第２の磁界８で示される。第１の磁界７の方向と第２の磁界８の方向は、同方向を向いており、お互いに反発し合う状態になっていることがわかる。
【００２５】
図３は、パルスＧＭＡ溶接による第２のアーク１０が、プラズマ溶接による第１のアーク９に与える影響を示した図である。パルスＧＭＡ溶接は、電流が最も高いピーク電流と電流が最も低いベース電流が交互に入れ替わる溶接方法である。なお、プラズマ溶接用の第１の溶接トーチ１とパルスＧＭＡ溶接用の第２の溶接トーチ２との位置関係は、溶接方向に対し平行である。
【００２６】
図３（ａ）は、ピーク電流出力時で電流が高いときの状態を示している。図３（ａ）において、図２に示す第２の磁界８は強い状態であることから、第１の磁界７に与える影響は大きく、反発し合う性質により、第１のアーク９は第２のアーク１０から遠ざかる方向に向いている。
【００２７】
一方、図３（ｂ）は、ベース電流出力時で電流が低いときの状態を示している。図３（ｂ）において、図２に示す第２の磁界８は弱い状態であることから、第１の磁界７に与える影響は小さく、第１のアーク９は第２のアーク１０の影響をほとんど受けず、ほぼ垂直方向を向いたままである。
【００２８】
ピーク電流とベース電流が交互に入れ替わるパルスＧＭＡ溶接の影響を受け、プラズマ溶接による第１のアーク９は、溶接方向に対して前後に揺動し、揺動しない場合より広範囲に亜鉛メッキ鋼板の表面の亜鉛を揮散させることができる。
【００２９】
また、プラズマ溶接用の第１の溶接トーチ１とパルスＧＭＡ溶接用の第２の溶接トーチ２との位置関係を、溶接方向に対して平行から少しずらすようにしてもよい。このようにすることで、平行であった時は前後に揺動していたプラズマ溶接による第１のアーク９は、溶接方向に対し斜め前後方向に揺動するようになる。これにより、さらに広範囲に亜鉛メッキ鋼板の表面の亜鉛を揮散させることができ、前後方向に揺動する場合と比べ、亜鉛をより揮散させ易くすることができる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態２によれば、先行するプラズマ溶接の第１のアーク９を前後方向もしくは斜め前後方向に揺動させることにより、広範囲に亜鉛メッキ鋼板の表面の亜鉛を揮散させることができる。
【００３１】
（実施の形態３）
本実施の形態３において、実施の形態１や実施の形態２と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１や実施の形態２と異なる主な点は、亜鉛メッキ鋼板の重ね合わせ溶接（以下、重ね溶接と呼ぶ）において、第１の溶接トーチ１のプラズマ溶接により上板（第１の亜鉛メッキ鋼板３）を溶融させ、第１の亜鉛メッキ鋼板３と第２の亜鉛メッキ鋼板４との重なり合った部分の表面処理を除去するという点である。
【００３２】
図４は、２枚の亜鉛メッキ鋼板である第１の亜鉛メッキ鋼板３と第２の亜鉛メッキ鋼板４とを重ね合わせた際に、重なり合う部分をわかり易く示すための模式図である。図４において、色分けされた部分が、本実施の形態３において除去する亜鉛で表面処理された部分を示す。
【００３３】
図５は、２枚の亜鉛メッキ鋼板の重なり合った部分の、上板をプラズマ溶接した際の、亜鉛の揮散方向を示した図である。図５において、斜線部は、先行する第１の溶接トーチ１によるプラズマ溶接で上板である第１の亜鉛メッキ鋼板３を溶融した部分を示している。また、図５において、６本の矢印は、上板を溶融することにより亜鉛メッキ鋼板の重なり合った部分の亜鉛が揮散する方向を示している。
【００３４】
亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接において、図４の色分けされた部分の亜鉛が、スパッタの多量発生及び気孔の発生の原因であった。先行する第１の溶接トーチ１のプラズマ溶接により上板を溶融し、亜鉛メッキ鋼板の重なり合った部分に熱を与える。これにより、亜鉛メッキ鋼板の重なり合った部分の亜鉛の揮散を促す。このようにすることで、先行する第１の溶接トーチ１によるプラズマ溶接に続いて行われる第２の溶接トーチ２によるパルスＧＭＡ溶接では、鋼板表面の亜鉛が少ない状態で溶接することができ、表面処理されていない鋼板を溶接する場合と近い状態で溶接を行うことができる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態３によれば、亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接において、先行する第１の溶接トーチ１のプラズマ溶接により上板のみを溶融させ、亜鉛メッキ鋼板の重なり合った部分の表面処理を除去し、プラズマ溶接に続くパルスＧＭＡ溶接では、鋼板表面の亜鉛が少ない状態で溶接することができる。
【００３６】
なお、上板と下板の両方をプラズマ溶接により溶融させる場合、すなわち、亜鉛メッキ鋼板の重ね合わせ部分も含めてプラズマ溶接を行う場合、プラズマ溶接自体が、亜鉛メッキ鋼板の重ね合わせ部分から亜鉛が揮散することを多少なりとも阻害してしまう。しかし、本実施の形態３のように、プラズマ溶接により上板のみを溶融させるようにすることで、亜鉛メッキ鋼板の重ね合わせ部分にプラズマ溶接は行わないので、プラズマ溶接は、亜鉛メッキ鋼板の重ね合わせ部分から亜鉛が揮散することを阻害しない。従って、上板と下板の両方をプラズマ溶接により溶融させる場合と比べ、よりスパッタ及び気孔の発生を減少させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように本発明によれば、部材の表面処理を除去するためにプラズマ溶接を行う第１のステップと、第１のステップに続いてパルスＧＭＡ溶接を行う第２のステップを備え、亜鉛メッキ鋼板の溶接において低スパッタ及び低気孔を実現することができるので、表面処理が行われた部材を溶接する溶接方法として産業上有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１  第１の溶接トーチ
２  第２の溶接トーチ
３  第１の亜鉛メッキ鋼板
４  第２の亜鉛メッキ鋼板
５  第１の電流
６  第２の電流
７  第１の磁界
８  第２の磁界
９  第１のアーク
１０  第２のアーク
【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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