(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接すべき二枚の表面処理鋼板の一方に微細固体粒子を付着させた後、該一方の表面処理鋼板に前記微細固体粒子を介して他方の表面処理鋼板を重ね合せ、しかる後、前記重ね合せ部をレーザ溶接する表面処理鋼板のレーザ溶接方法において、前記一方の表面処理鋼板上に前記微細固体粒子を供給すると共にレーザビームを照射し、該微細固体粒子を該表面処理鋼板に溶着することを特徴とする表面処理鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項２】
微細固体粒子を、レーザトーチ内の粉体通路を経て供給することを特徴とする請求項１に記載の表面処理鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項３】
二枚の表面処理鋼板を微細固体粒子を介して重ね合せた後、二枚の表面処理鋼板にクランプ力を加えることを特徴とする請求項１または２に記載の表面処理鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項４】
微細固体粒子として、ショットピーニング用金属粒子を用いることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の表面処理鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項５】
表面処理鋼板が、めっき鋼板であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の表面処理鋼板のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面処理鋼板を重ね溶接するレーザ溶接方法に係り、特にめっき鋼板の重ね溶接に向けて好適なレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、亜鉛めっき鋼板やアルミニウムめっき鋼板を重ね合せてレーザ溶接する場合は、重ね合せ面の密着性がよく隙間が全くないと、レーザビームの熱でめっき成分が蒸発し、この蒸発めっき成分の気体の逃げ場がないため、ブローホール等の溶接欠陥が生じることになる。
そこで従来、上記しためっき鋼板をレーザ溶接する場合は、一般には溶接すべき二枚のめっき鋼板の少なくとも一方に突起あるいは凹部を形成して、これら突起あるいは凹部により両者の重ね合せ部に微小間隙（100〜300μｍ程度）を形成し、この微小間隙を通して、めっき成分の蒸発により生じたガスを逃がすようにしていた（例えば、特開平１０−２１６９７４号公報、特開２０００−１６２３８８号公報、特公平６−７３７５５号公報等）。しかし、前記した対策によれば、通常プレス加工により突起あるいは凹部を形成するようにしているため、それらの高さまたは深さに寸法的なバラツキが生じ易く、前記微小間隙が小さすぎる場合はガス抜きが不十分となり、逆に大き過ぎる場合は溶融金属の溶落ちが生じ、所望の溶接品質を安定して確保することは困難である、という問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、例えば、特開平８−１４１７６１号公報には、溶接すべき二枚のめっき鋼板の一方の面にビーズ状間隙材を溶媒に混入した間隙材溶媒を塗布し、この間隙材溶媒を介して二枚のめっき鋼板を重ね合せた後、自然乾燥または強制乾燥により溶媒を蒸発させ、残ったビーズ状間隙材により鋼板間に微小間隙を形成するレーザ溶接方法が記載されている。この方法によれば、ビーズ状間隙材として適当大きさのものを選択することで、鋼板間に所望の間隙を確保することができ、溶接品質の安定向上に寄与するものとなる。
【０００４】
しかしながら、この公報に記載のレーザ溶接方法によれば、ビーズ状間隙材を溶媒に混入した間隙材溶媒を用いるようにしているため、溶媒を蒸発させる乾燥工程が不可欠となり、この乾燥工程に多くの時間を要して生産性が犠牲になり、その上、コスト負担も増大する、という問題があった。
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、乾燥状態の微細固体粒子を直接間隙材として用いることを可能にし、もって乾燥工程などの特別の後処理を不要にして生産性の向上並びに製造コストの低減に寄与する表面処理鋼板のレーザ溶接方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、溶接すべき二枚の表面処理鋼板の一方に微細固体粒子を付着させた後、該一方の表面処理鋼板に前記微細固体粒子を介して他方の表面処理鋼板を重ね合せ、しかる後、前記重ね合せ部をレーザ溶接する表面処理鋼板のレーザ溶接方法において、前記一方の表面処理鋼板上に前記微細固体粒子を供給すると共にレーザビームを照射し、該微細固体粒子を該表面処理鋼板に溶着することを特徴とする。
このように行う表面処理鋼板のレーザ溶接方法においては、予め一方の表面処理鋼板に微細固体粒子を付着させるので、二枚の鋼板を重ね合せた後に、乾燥などの特別の後処理を行う必要はなくなる。また、微細固体粒子をレーザビームを利用して溶着するので、容易かつ確実に微細固体粒子を表面処理鋼板に付着させることができる。
本発明において、上記微細固体粒子を表面処理鋼板に付着させる場合は、レーザビームの光路の周りに粉体通路を備えたレーザトーチを用いることで、該レーザトーチ内の粉体通路を経て微細固体粒子を円滑に供給することができる。
本発明は、二枚の表面処理鋼板を微細固体粒子を介して重ね合せた後、二枚の表面処理鋼板に適当なクランプ力を加えるようにしてもよいもので、この場合は、微細固体粒子同士の重なりが崩壊してその分散度がよくなると共に、一部大きめの粒子が鋼板に食込み、二枚の鋼板間により正確に所望の間隙を確保することができる。
本発明において、上記微細固体粒子の種類は任意であるが、比較的安価に入手可能であることから、ショットピーニング用金属粒子を用いるのが望ましい。この場合、金属粒子としては、溶接すべき表面処理鋼板の母材と融合し易くしかも品質的な悪影響を及ぼさない材料を選択するのが望ましい。
本発明はまた、上記表面処理鋼板の種類を問うものではないが、比較的低温度で蒸発する金属を含むめっき層を有するめっき鋼板を選択する場合は、ブローホールの発生を抑えることができるので、特に有用となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
図１〜３は、本発明に係るレーザ溶接方法を順を追って示したものである。本実施の形態は、比較的低温度で蒸発する金属を含むめっき層を有するめっき鋼板、例えば亜鉛めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、ニッケル−亜鉛めっき鋼板等をレーザ溶接しようとするもので、図中、１、２は、両面にめっき層１ａ、２ａを有するめっき鋼板（表面処理鋼板）を示している。
【０００７】
レーザ溶接に際しては、先ず、溶接すべき二枚のめっき鋼板１、２のうち、一方のめっき鋼板１の片面に、図１に示すように、その溶接線に沿って、後に詳述するレーザトーチ１０（図４）を利用して微細固体粒子３を溶着させる。微細固体粒子３としては、ここではショットピーニング用スチールビーズを用いており、その大きさは、平均粒径１３０μｍ程度となっている。
【０００８】
次に、図２に示すように、上記微細固体粒子３を溶着させた一方のめっき鋼板１に対し、他方のめっき鋼板２を重ね合せ、両者をクランプユニット４、４によりクランプする。この時、微細固体粒子３は一方のめっき鋼板１上に溶着されているので、該めっき鋼板１を適当にハンドリングし、あるいはこれに他方のめっき鋼板２を衝撃的に重ね合わせても、該微細固体粒子３は移動せず、したがってこの二枚のめっき鋼板１、２の重ね合せ作業に特別の注意は要しない。また、クランプユニット４によるクランプ力を適当な大きさとすることにより、微細固体粒子３同士の重なりが崩壊してその分散度がよくなると共に、一部、大きめの粒子３がめっき鋼板１または２に食込み、この結果、二枚のめっき鋼板１と２間には、微細固体粒子３の平均粒径に相当する所望の間隙δが確保される。
【０００９】
上記準備完了後、図３に示すように、二枚のめっき鋼板１と２との重ね合せ部に図示を略するレーザトーチからレーザビームＢを照射し、該レーザトーチを溶接線に沿って一定の速度で移動させる。この場合、レーザトーチを位置固定してめっき鋼板１、２を移動させてもよいことはもちろんである。すると、レーザビームＢによる照射部位が加熱されて溶融し、溶接金属（溶接ビード）５が二枚のめっき鋼板１と２との微小間隙δを貫通して形成され、二枚のめっき鋼板１と２とは相互に重ねレーザ溶接される。この時、溶接線上に存在する各めっき鋼板１、２のめっき層１ａ、１ｂの成分（亜鉛、アルミニウム等）が、レーザビームＢの熱で蒸発するが、この蒸発により生じたガスは、二枚のめっき鋼板１と２との間の微小間隙δを通して外部へ排出され、したがって溶接金属５中にブローホールが形成されることはない。また、溶接線上に存在する微細固体粒子３が溶接金属５中に溶け込むので、溶接金属５の体積（ボリューム）が増加し、その分、引けは小さくなり、溶け落ちの危険も少なくなる。さらに、この微細固体粒子３として、ここではスチールビーズを用いているので、溶接すべき表面処理鋼板１、２の母材と融合し易く、しかも品質的な悪影響を及ぼすこともない。
【００１０】
ここで、一方のめっき鋼板１に微細固体粒子３を溶着するためのレーザトーチ１０は、図４によく示されるように、レーザビームＢ´の光路１１の周りに粉体通路１２を配設した二重ノズル構造となっている。このレーザトーチ１０は、肉盛用（クラッド用）として、例えば、シリンダヘッドのバルブシート部の肉盛加工に多用されており、ここでは、前記粉体通路１２に前記微細固体粒子３を定量供給するようにする。本実施の形態においては、光路１１から出射するレーザビームＢ´の強度およびレーザトーチ１０の移動速度を適宜大きさに設定すると共に、粉体通路１２に供給する微細固体粒子３の供給量を適当に設定することで、めっき鋼板１上に微細固体粒子３が分散して溶着されるようになる。この場合、例えば図５に示すように、レーザビームＢ´の形状（パターン）をだ円形に設定して、その長径Ｄが溶接線に直交するようにレーザトーチ１０を移動させることで、溶接線に沿って、前記溶接ビード５（図３）の幅よりも十分に広い幅をもって帯状に微細固体粒子３を分散溶着させることができる。
【００１１】
なお、上記微細固体粒子３を表面処理鋼板１にレーザビームにより溶着させる方法としては、予め表面処理鋼板１の上面に溶接線に沿って微細固体粒子を撒布し、汎用のレーザトーチを用いて溶着する方法を採用することができる。
また、上記微細固体粒子３の種類も任意であり、上記したスチールビーズに代えて他の金属ビーズまたは非金属（セラミック）ビーズを用いることができる。ただし、この微細固体粒子３の選択に際しては、溶接すべき表面処理鋼板の母材と融合し易くしかも品質的な悪影響を及ぼさない材料を選択する必要がある。
さらに、本発明は、適用する表面処理鋼板の種類を問うものではなく、上記した各種めっき鋼板１、２以外にも、各種塗装またはコーティングを施した塗装またはコーティング鋼板にも適用可能である。
【００１２】
【実施例】
溶接すべき二枚のめっき鋼板１、２として、板厚０.８ｍｍのアルミニウムめっき鋼板を選択すると共に、微細固体粒子３として、平均粒子径１３０μｍのスチールビーズ（福田金属箔粉工業社製、ＢＰＣ０８０）を選択し、前記図４に示した二重ノズル構造のレーザトーチ１０を用い、ＹＡＧレーザによりレーザ肉盛を行い、一方のめっき鋼板１の面に前記微細固体粒子３を帯状に溶着させた。このレーザ肉盛は、図５に示したようにレーザビームＢ´を、長径Ｄ＝６.５ｍｍ、短径ｄ＝２ｍｍのだ円形状に設定し、レーザ強度＝１.５ｋＷ、トーチ送り速度＝１ｍ／ｍｉｎ、焦点外し量＝１０ｍｍ、微細固体粒子３の供給量＝０.５ｇ／ｓｅｃの条件で行い、溶着後、めっき鋼板１の表面状態を顕微鏡的に観察した。
そして、このようにして微細固体粒子３を一方のめっき鋼板１に溶着した後、図２に示したようにこれに他方のめっき鋼板２を重ね合せ、両者をクランプユニット４、４により加圧力４９０Ｐａでクランプし、その後、汎用のレーザトーチを用いて、レーザ強度＝３ｋＷ、トーチ送り速度＝５ｍ／ｍｉｎの条件でレーザ溶接を行い、溶接後、溶接部の状態を顕微鏡的に観察した。
【００１３】
図６は、上記レーザ肉盛を行った後の表面処理鋼板１の表面状態を示したもので、表面処理鋼板１上には、微細固体粒子３が適度に分散した状態で溶着されている。
図７は、レーザ溶接後の溶接部の状態を示したもので、二枚のめっき鋼板１と２との相互間に形成された溶接金属５の内部にはブローホール等の溶接欠陥は認められず、しかも、溶接金属５のボリュームは十分となっている。また、二枚のめっき鋼板１と２との間の、溶接金属５の近傍には微細固体粒子３がそのまま粒子状で存在しており、溶接中を通じて二枚のめっき鋼板１と２の間の微小間隙が維持されたことが明らかである。
【００１４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る表面処理鋼板のレーザ溶接によれば、乾燥状態の微細固体粒子を一方の表面処理鋼板に供給してレーザビームにより溶着させた後、これに他方の表面処理鋼板を重ね合せてレーザ溶接を行うので、微細固体粒子を溶着させた後は、乾燥工程などの特別の後処理が不要になり、生産性の向上並びに製造コストの低減を達成できる。また、レーザビームを利用して容易かつ確実に微細固体粒子を表面処理鋼板に付着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ溶接方法の初期工程を示したもので、一方の表面処理鋼板に対する微細固体粒子の付着状態を示す模式図である。
【図２】本発明に係るレーザ溶接方法の中間工程を示したもので、二枚の表面処理鋼板の重ね合せ状態を示す模式図である。
【図３】本発明に係るレーザ溶接方法の最終工程を示したもので、レーザ溶接後の溶接部の状態を示す模式図である。
【図４】本発明の初期工程で用いるレーザトーチと該レーザトーチによるレーザ肉盛の実施状態を示す模式図である。
【図５】レーザ肉盛の実施に際して設定したレーザビームの形状の一例を示す模式図である。
【図６】レーザ肉盛により微細固体粒子を溶着させた表面処理鋼板の表面状態を示す顕微鏡写真である。
【図７】レーザ溶接後の溶接部の状態を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１、２    めっき鋼板（表面処理鋼板）
１ａ、２ａ    めっき層
４    クランプユニット
５    溶接金属（溶接ビード）
１０  二重ノズル構造のレーザトーチ
１１  レーザビームの光路
１２  粉体通路
【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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