(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚が０．２ｍｍ以上、６．０ｍｍ未満で、亜鉛メッキ量を１０ｇ／ｍ2 〜１２０ｇ／ｍ2 とした上板の端部と下板とのコーナー部を溶接する重ね隅肉溶接において、溶接予定個所にレーザを照射する工程と、前記レーザの照射によって形成される溶融部及び蒸発部近傍にアークを照射してガスメタルアーク溶接を行う工程とを備え、レーザおよびガスメタルアークを照射する位置（Ｌ）は、上板端部を中心として溶接方向に対して垂直方向に−［（１／３）ｔ＋１］≦Ｌ≦＋［（１／３）ｔ＋１］（ただし、ｔ：上板板厚，ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする亜鉛メッキ鋼板の溶接方法。
【請求項２】
板厚が０．２ｍｍ以上、６．０ｍｍ未満で、亜鉛メッキ量を１０ｇ／ｍ2 〜１２０ｇ／ｍ2 とした上板の端部と下板とのコーナー部を溶接する重ね隅肉溶接において、溶接予定個所にレーザを照射する工程と、前記レーザの照射によって形成される溶融部及び蒸発部近傍にアークを照射してガスメタルアーク溶接を行う工程とを備え、レーザおよびガスメタルアークの照射角度は、溶接方向に垂直で鋼板面の法線方向に対して角度θ（ｄｅｇ．）を２．５ｔ≦θ≦１０ｔ（ただし、ｔ：上板板厚，ｍｍ）の範囲で、上板側に対して反対方向に傾斜させることを特徴とする亜鉛メッキ鋼板の溶接方法。
【請求項３】
レーザの狙い位置は、ガスメタルアーク溶接の狙い位置よりも溶接方向に対して前方に０ｍｍ以上、６ｍｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の亜鉛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、亜鉛めっき同士、或いは亜鉛めっき鋼板と他の金属とを重ね溶接、重ね隅肉溶接する溶接法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接又は重ね隅肉溶接は抵抗溶接法によるのが一般的である。例えば特公昭54-26213号公報に示すように、上下に配置された電極ローラにそれぞれワイヤ電極を巻き掛け、そのワイヤ電極間に亜鉛メッキ鋼板の重ね部を通すことにより重ね部をシーム抵抗溶接することができる。しかしながら、シーム抵抗溶接法では電極ローラ等を被溶接材の両側に配置しなければならないので構造的に複雑になり、また一般的に溶接部が直線でかつ平坦なものに限られる。したがって、片面溶接や曲線・曲面の溶接には適していない。
【０００３】
一方、片面溶接や曲線・曲面の溶接が可能な溶接法としてアーク溶接法があるが、この溶接法では、アーク熱によりメッキ層から多量の亜鉛蒸気が発生し、これが溶接金属内に閉じ込められて、ビードにポロシティや表面クレータ等の気孔（以下、これらの気孔をブローホールという）を多数発生させビードの荒れがひどくなることが知られている。
【０００４】
また、レーザ溶接法の場合でもこの現象を減らすことは困難である。ビードの荒れの現象を説明すると、レーザ溶接ではレーザビームによるキーホール溶接であるが、溶接時に、亜鉛メッキ鋼板の重ね部にあるメッキ層から低融点・低沸点の亜鉛が激しく蒸発するため、この亜鉛蒸気により溶融池の溶けた鋼を吹き飛ばしたり、溶鋼中に亜鉛蒸気が侵入したりして、ビードに多数のブローホールを発生させることになる。したがって、レーザ溶接法でも亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接、重ね隅肉溶接はビードの欠陥が多く、一般には適用できないものとされている。しかしながら、レーザ溶接法は溶融池を小さくできるのでブローホールの発生を抑制するためには有効な溶接法であると考えられること、直線、曲線に関係なく溶接線形状を自由にでき、溶接の制御性や操作性が優れていることなどから、亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接、重ね隅肉溶接には最も適しているものと思われる。特に曲線・曲面溶接が多く、亜鉛メッキ鋼板を多量に使用する自動車産業界ではその実用化に向けて期待が大きい。
【０００５】
アーク溶接およびレーザ溶接においてブローホール等の溶接欠陥を抑制する方法として、例えば、特公平6-007978号公報に開示されているように複数枚重ね合わせた鋼板に隙間を設けることが知られているが、安定に隙間を設けることは困難であることや隙間を設ける工程が必要であり、生産性およびコストの点でも実用的でない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような要望に応えるべく開発したものであり、レーザとアークを併用した溶接法による亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接、重ね隅肉溶接において、重ねた亜鉛メッキ鋼板の隙間がゼロでもブローホールの発生をできるだけ防止し、良好なビードを得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、第１に、板厚が０．２ｍｍ以上、６．０ｍｍ未満で、亜鉛メッキ量を１０ｇ／ｍ2 〜１２０ｇ／ｍ2 とした上板の端部と下板とのコーナー部を溶接する重ね隅肉溶接において、溶接予定個所にレーザを照射する工程と、前記レーザの照射によって形成される溶融部及び蒸発部近傍にアークを照射してガスメタルアーク溶接を行う工程とを備え、レーザおよびガスメタルアークを照射する位置（Ｌ）は、上板端部を中心として溶接方向に対して垂直方向に−［（１／３）ｔ＋１］≦Ｌ≦＋［（１／３）ｔ＋１］（ただし、ｔ：上板板厚，ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする亜鉛メッキ鋼板の溶接方法である。
【０００８】
第２に、板厚が０．２ｍｍ以上、６．０ｍｍ未満で、亜鉛メッキ量を１０ｇ／ｍ2 〜１２０ｇ／ｍ2 とした上板の端部と下板とのコーナー部を溶接する重ね隅肉溶接において、溶接予定個所にレーザを照射する工程と、前記レーザの照射によって形成される溶融部及び蒸発部近傍にアークを照射してガスメタルアーク溶接を行う工程とを備え、レーザおよびガスメタルアークの照射角度は、溶接方向に垂直で鋼板面の法線方向に対して角度θ（ｄｅｇ．）を２．５ｔ≦θ≦１０ｔ（ただし、ｔ：上板板厚，ｍｍ）の範囲で、上板側に対して反対方向に傾斜させることを特徴とする亜鉛メッキ鋼板の溶接方法である。
【０００９】
第３に、重ね隅肉溶接において、レーザの狙い位置は、ガスメタルアーク溶接の狙い位置よりも溶接方向に対して前方に０ｍｍ以上、６ｍｍ以下の範囲にあることを特徴とする亜鉛めっき鋼板の溶接方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
亜鉛めっき鋼板の重ね溶接、重ね隅肉溶接において、鋼板間の隙間がゼロの場合には、ブローホールが多発する。本発明者らは、レーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した溶接方法に関して、ブローホールを抑制する技術を見出した。
本発明により、ビードのブローホール発生が防止されるメカニズムについて説明する。
請求項１に記載の発明によると、レーザ溶接ではレーザビームによるキーホール溶接であるが、溶接時に、亜鉛メッキ鋼板の重ね部にあるメッキ層から低融点・低沸点の亜鉛が激しく蒸発するため、この亜鉛蒸気により溶融池の溶けた鋼を吹き飛ばしたり、溶鋼中に亜鉛蒸気が侵入したりして、ビードに多数のブローホールを発生させることになる。本発明における、レーザとアークとを併用する溶接法では、レーザビームの照射によって形成される溶融部及び蒸発部近傍にアークを照射すると、アーク放電がレーザ照射部に安定に発生して集中し高速溶接が可能となる。そのため、亜鉛メッキ鋼板の重ね隅肉溶接では、上板端部のみを溶接することができるようになり重ね部の亜鉛メッキ層を殆ど溶融させずに溶接することができる。
【００１４】
したがって、レーザとアークとを併用した場合には、レーザ溶接やアーク溶接のみに比べて亜鉛蒸気量を大幅に低減させることができる。これにより、亜鉛蒸気による溶融池の溶けた鋼の吹き飛ばしや、溶鋼中への亜鉛蒸気の侵入を防ぐことができるため、ビードに発生するブローホールを抑制することができる。くわえて、ガスメタルアーク溶接であることからワイヤが溶融して溶融池に溶融金属を供給するため、亜鉛蒸気により吹き飛ばされた溶融金属や、溶鋼中に亜鉛蒸気が侵入して形成されたブローホールは、ワイヤからの溶融金属により補償できるため溶接欠陥がさらに抑制できるものと推定される。
【００１５】
ここで対象とする亜鉛メッキ鋼板は板厚が０．２ｍｍ〜６．０ｍｍ未満の薄鋼板である。板厚が０．２ｍｍ未満の場合には、板厚が薄すぎて溶け落ち易いため板厚の下限は０．２ｍｍとする。工業レベルで使用されるレーザは、装置コスト面からも５ｋＷ程度であるため、対象とする亜鉛メッキ鋼板の板厚は０．６ｍｍ以上３．２ｍｍ以下が望ましいが、３．２ｍｍ超え６．０ｍｍ未満の板厚でも実用的に良好な性能の溶接ビードが得られる。
【００１６】
また、亜鉛メッキ量はその機能を発揮するためには１０ｇ／ｍ2 以上とする必要がある。他方ブローホールの発生量を考慮すると、亜鉛メッキ量は少ないほうが望ましいが、亜鉛メッキ量が６０ｇ／ｍ2 以下であれば、完全にブローホールを抑制することができる。亜鉛メッキ量が６０ｇ／ｍ2 超えで１２０ｇ／ｍ2 以下でも、若干ブローホールは発生するが継手強度およびシール特性等の性能面で、実用的に問題ないレベルとなる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によると、レーザ溶接ではレーザビームによるキーホール溶接であるが、溶接時に、亜鉛メッキ鋼板の重ね部にあるメッキ層から低融点・低沸点の亜鉛が激しく蒸発するため、この亜鉛蒸気により溶融池の溶けた鋼を吹き飛ばしたり、溶鋼中に亜鉛蒸気が侵入したりして、ビードに多数のブローホールを発生させることになる。本発明における、レーザとアークとを併用する溶接法では、レーザビームにより形成されるキーホール近傍にアークを照射することによりアーク放電がキーホール部に安定に集中して発生するため、アークを併用することによってレーザで形成されるキーホールより拡大する。従って、レーザとアークとを併用した場合には、キーホールから亜鉛蒸気の排出を容易にするとともに、キーホール内の亜鉛蒸気圧力を、レーザのみの場合に比べて大幅に低下させることができる。これにより、亜鉛蒸気による溶融池の溶けた鋼の吹き飛ばしや、溶鋼中への亜鉛蒸気の侵入を防ぐことができるため、ビードに発生するブローホールを抑制することができる。
【００１８】
くわえて、ガスメタルアーク溶接であることからワイヤが溶融して溶融池に溶融金属を供給するため、亜鉛蒸気により吹き飛ばされた溶融金属や、溶鋼中に亜鉛蒸気が侵入して形成されたブローホールは、ワイヤからの溶融金属により補償できるため溶接欠陥がさらに抑制できるものと推定される。
【００１９】
ここで対象とする亜鉛メッキ鋼板の板厚、亜鉛メッキ量を限定しているが、その理由は、請求項１の発明と同様である。
【００２０】
請求項３に記載の発明によると、重ね隅肉溶接、重ね溶接において、レーザの狙い位置は、溶接線方向に対して、ガスメタルアーク溶接の狙い位置よりも０〜６ｍｍ先行するように設定されている。レーザの狙い位置とガスメタルアーク溶接の狙い位置の距離が、６ｍｍを越えて設定された場合には、両者の距離が離れているため、実用上問題ないレベルであるが、レーザ照射による顕著なアークの安定化及び集中効果が期待できなくなる。また、レーザの狙い位置が、溶接線方向に対して垂直方向に、ガスメタルアーク溶接の狙い位置がずれた場合でも、プラスマイナス２ｍｍ以内に設定されていれば、レーザ照射による顕著なアークの安定化および集中効果が認められ、好適である。
【００２１】
請求項４に記載の発明によると、上板の端部と下板とを溶接する隅肉溶接において、レーザおよびガスメタルアーク溶接を照射する位置（Ｌ）は、上板端部を中心として溶接方向に対して垂直方向に−［（１／３）ｔ＋１］≦Ｌ≦＋［（１／３）ｔ＋１］（ただし、ｔ：上板板厚，ｍｍ）の範囲に設定されている。重ね隅肉溶接は、上板の端部と下板とを溶接することであるから上板を多量に溶融させる必要はない。レーザおよびガスメタルアーク溶接を照射する位置が、上板端部から上板側に［（１／３）ｔ＋１］ｍｍ（ただし、ｔ：上板板厚，ｍｍ）を超えると、実用上問題ないレベルであるが、重ね部にある亜鉛メッキ層の蒸発量が増加してブローホールが多数発生する。一方、上板端部から上板の反対側に［（１／３）ｔ＋１］ｍｍ（ただし、ｔ：上板板厚，ｍｍ）を超えると、実用上問題ないレベルであるが、接合部が上板端部から離れるため溶接継手強度が低下する。
【００２２】
請求項５に記載の発明によると、上板の端部と下板とを溶接する隅肉溶接において、レーザおよびガイメタルアーク溶接の照射角度は、溶接方向に垂直に鋼板面の法線方向に対して角度θ（ｄｅｇ．）を２．５ｔ≦θ≦１０ｔ（ただし、ｔ：上板板厚，ｍｍ）の範囲で、上板に対して反対方向に傾斜させるように設定されている。レーザおよびガスメタルアーク溶接の照射角度が、溶接方向に垂直に鋼板面の法線方向に対して２．５ｔ  ｄｅｇ．未満の場合には、実用上問題ないレベルであるが、溶接ビードのトウ角が３０度を超える急な角度になり疲労強度の低下やスラグ巻込み等の溶接欠陥を発生しやすくなる。一方、レーザおよびガスメタルアーク溶接の照射角度が、溶接方向に垂直に鋼板面の法線方向に対して１０ｔ  ｄｅｇ．を超える場合には、実用上問題ないレベルであるが、溶接ビードののど厚が不足するため疲労強度の低下はもとより静的継手強度も低下しやすくなる。
【００２３】
したがって、重ね隅肉溶接継手に欠陥が少なく、静的および疲労強度の優れた溶接ビードを確実に得るためには、レーザおよびガスメタルアーク溶接の照射角度は、溶接方向に垂直に鋼板面の法線方向に対して角度θ（ｄｅｇ．）を２．５ｔ≦θ≦１０ｔの範囲で上板に対して反対方向に傾斜させるように設定することが好適である。
【００２４】
請求項６に記載の発明によると、重ね溶接において、溶接部が重ねた鋼板を貫通するようにレーザ出力およびアーク電流が設定されている。レーザ照射により形成されるキーホール径が大きい程、亜鉛蒸気の排出が容易になるためブローホールは抑制される傾向にある。レーザ出力は、重ねられた複数の鋼板を貫通できるためレベルに設定するのが望ましいが、アークと複合化することによって溶接部が重ねられた鋼板を貫通するように、レーザ出力とアーク電流を設定することでもブローホールを確実に抑制できる。
【００２５】
また、本発明で使用するレーザ発振器は、溶接に用いるため出力２００ワット以上、好適にはキロワットクラスの出力が必要である。レーザの種類としては、レーザ光生成媒体としてＹＡＧロッドを用いてハロゲンランプ等でレーザ光を励起するタイプやもレーザダイオード（ＬＤ）でレーザ光を励起するタイプのＹＡＧレーザが好ましい。その他に炭酸ガスレーザ、スラブレーザ、ルビーレーザ、エキシマレーザ、半導体レーザ、その他のものを用いることができる。
【００２６】
光学系には、変向用反射ミラーと数枚の正負の集束レンズを組み合わせた光学系を備えるものが好ましいが、レンズ系を用いずに凹面鏡と凸面鏡の組み合わせだけでレーザ光を集束するようにしてもよい。
【００２７】
ガスメタルアーク溶接装置は、金属薄板の溶接を対象とするため、溶接用ワイヤは直径１．２ｍｍ以下の細径ワイヤを用いるのが望ましい。シールドガスには、アークの安定性と溶接金属の酸化防止とを同時に達成するために、アルゴンガス等の不活ガスを用いることが望ましいが、アルゴンガス中に炭酸ガスを１０〜１００％の範囲で混合させたガスおよびアルゴンガス中に水素ガス或いはヘリウムガスを２〜２０％の範囲で混合させたガスを用いることもできる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例（実施例１は重ね隅肉溶接、実施例２は重ね溶接）について説明する。
【００２９】
［実施例１−１］
板厚がそれぞれ、０．８ｍｍ，１．６ｍｍおよび３．２ｍｍの両面亜鉛メッキ鋼板を用いて、同じ板厚の材料を２枚重ねて隙間をゼロにして隅肉重ね溶接を行った。
【００３０】
溶接は、ＹＡＧレーザ溶接法、ガスメタルアーク溶接法およびＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法の３種類で行った。
【００３１】
ＹＡＧレーザ溶接及びガスメタルアーク溶接での、それぞれレーザ，アークの照射位置は、上板端部と下板とのコーナー部とし、照射角度は、溶接方向に垂直に鋼板面の法線方向に対して角度θ（ｄｅｇ．）を板厚に応じてθ＝５ｔ  ｄｅｇ．（ただし、ｔ：上板板厚，ｍｍ）として溶接を行った。
【００３２】
ＹＡＧレーザ溶接法およびＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した溶接法では、ＹＡＧレーザ出力は、２ｋＷ以上に設定した。また、アーク電流は１５０Ａから２５０Ａの範囲に変化させた。また、ＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法では、レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置との距離を２ｍｍにして、レーザおよびガスメタルアークする位置は上板端部と下板とのコーナー部とし、照射角度は、溶接方向に垂直に鋼板面の法線方向に対して角度θ（ｄｅｇ．）を板厚に応じてθ＝５ｔ  ｄｅｇ．（ただし、ｔ：上板板厚，ｍｍ）として溶接を行った。いずれの材料も亜鉛メッキ量が４５ｇ／ｍ2 の亜鉛メッキ鋼板である。
【００３３】
溶接部の品質評価は、以下のように行った。まず、目視により溶接ビード表面のピット数をカウントした。溶接ビード内に内在するブローホールは、Ｘ線透過試験により検出し、目視検査とＸ線透過試験によるブローホール個数の合計をカウントした。次いで、溶接継手の引張試験を行い、継手強度を評価した。
【００３４】
第１表および第２表は、ＹＡＧレーザ溶接およびガスメタルアーク溶接の実験結果を示す。また、第３表は、ＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法の実験結果を示す。評価基準は、以下のように定義した。欠陥個数は、溶接ビード１ｍ当りに発生しているブローホールおよびピットの合計として表示している。
【００３５】
溶接部に欠陥が発生すると耐食性が低下すると共に継手強度も低下する。溶接部の耐食性の観点から、良好な耐食性が得られる溶接部のブローホールとピットの合計を最大限Ｎ＝３０個／ｍとして、欠陥個数Ｎが３０個／ｍ以下を「○」とした。さらに、ブローホールとピットの合計がＮ＝１０個／ｍ以下の場合を「◎」とした。また、ブローホールとピットの合計が最大限Ｎ＝３０個／ｍを超えても，Ｎ＝５０個／ｍ未満の場合には、実用上問題ないレベルの耐食性と継手強度を有するため、これを「△」とした。一方、Ｎ＝５０個／ｍを超える場合には、耐食性が低下し、継手強度も低下するため、品質評価結果を「×」とした。加えて、ブローホールおよびピット等の溶接欠陥が溶接部を貫通すると耐食性が低下するため、１個でも貫通欠陥が存在する場合も「×」とした。また、引張試験において、母材で破断した場合を「◎」、「○」及び「△」とし、溶接部で破断した場合を「×」とした。
【００３６】
ＹＡＧレーザ溶接では、第１表に示すように、レーザ出力および溶接速度を広範囲に変化させても溶接欠陥が多発し、くわえて、引張試験において溶接部破断となり継手強度も不十分であり、溶接部の品質が良好となる溶接条件領域は存在しない。
【００３７】
また、ガスメタルアーク溶接でも、第２表に示すように、レーザ溶接と同等に、溶接部の品質が良好となる溶接条件領域は存在しない。これは、ガスメタルアーク溶接では、溶接速度が１ｍ／ｍｉｎ超えではアークが安定しないため、安定にアークが維持できない。そのため、亜鉛メッキ鋼板の重ね部が過大に溶融してしまい、多量の亜鉛蒸発量が生成されて、これがブローホール欠陥を誘発したものと考えられる。
【００３８】
一方、ＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法では、欠陥個数が３０個／ｍ以下となり、品質は良好である。
【００３９】
レーザ溶接では、溶接部に多数の欠陥が発生して、継手強度が劣ったが、レーザとガスメタルアークとを複合化することにより大幅に溶接欠陥が抑制されて、継手強度も良好になっている。これは、レーザ照射によって溶接欠陥は発生するが、レーザ照射後のガスメタルアーク溶接工程により、溶接ワイヤから溶融金属が溶接部に供給され、レーザ溶接工程で発生した溶接欠陥を埋めることができるため、欠陥抑制が低減したことが考えられる。くわえて、レーザとガスメタルアークとを複合化する本発明法は高速溶接が可能なため、亜鉛メッキ鋼板の重ね部の溶融領域がガスメタルアーク溶接法に比して、大幅に狭くなり亜鉛蒸発量が少ないことがブローホール欠陥の抑制を加速したものと考えられる。
【００４０】
以上の効果から、良好な品質の溶接部を得るためには、レーザを照射する工程と、レーザ照射工程の後にガスメタルアーク溶接を行う溶接法において、ブローホール等の溶接欠陥の少ない溶接部を得ることができる。
【００４１】
【表１】
0003767350.tif 000002
【００４２】
【表２】
0003767350.tif 000003
【００４３】
【表３】
0003767350.tif 000004
【００４４】
【表４】
0003767350.tif 000005
【００４５】
［実施例１−２］
レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置の溶接部品質に及ぼす影響を調査した。
【００４６】
板厚がそれぞれ、０．８ｍｍ，１．６ｍｍおよび３．２ｍｍの両面亜鉛メッキ鋼板を用いて、同じ板厚の材料を２枚重ねて隙間をゼロにして溶接を行った。溶接は、ＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法で行った。溶接条件は、レーザ狙い位置とガスメタルアーク溶接の狙い位置を０ｍｍから１０ｍまで変化させ、レーザ出力２〜４ｋＷ、アーク電流１００，１５０Ａおよび溶接速度１．２ｍ／ｍｉｎで行った。また、溶接継手の品質は、実施例１で実施した評価方法と同じ方法で行った。
【００４７】
第４表に溶接試験結果を示す。
【００４８】
レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置が８ｍｍを超えて設定された場合には、両者の距離が離れ過ぎているため、レーザ照射によるアークの安定化および集中効果が僅かに低下して、溶接欠陥の発生個所が増加するが、実用上問題ない程度である。
【００４９】
したがって、好ましくはレーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置の距離を０ｍｍ以上、８ｍｍ以下、より好ましくは６ｍｍ以下に設定することにより、健全な溶接部が確実に得られることが分かる。
【００５０】
レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置の距離を０ｍｍ以上、６ｍｍ以下に設定すると、レーザ照射によりアークの安定と集中効果がより顕在化するため、溶け込み深さの均一性が高まり、溶接欠陥が抑制されるため、レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置の距離を０ｍｍ以上、６ｍｍ以下に設定するのがより好ましい。
【００５１】
【表５】
0003767350.tif 000006
【００５２】
［実施例１−３］
板厚がそれぞれ、０．８ｍｍおよび３．２ｍｍの両面亜鉛メッキ鋼板を用いて、同じ板厚の材料を２枚重ねて隙間をゼロにして隅肉溶接を行った。いずれの材料も亜鉛メッキ量が４５ｇ／ｍ2 の亜鉛メッキ鋼板である。
【００５３】
溶接は、ＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法で行った。ＹＡＧレーザ出力は２ｋＷ以上に設定し、アーク電流は１００Ａおよび１５０Ａで行った。また、レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置は、溶接線方向に対してはレーザを２ｍｍ先行させて設定した。
【００５４】
また、レーザとガスメタルアークの照射位置と角度については、上板端部と下板とのコーナー部を中心として溶接方向に対して垂直方向のレーザおよびガスメタルアークの狙い位置（Ｌ）および溶接方向に垂直に鋼板面の法線方向に対するレーザおよびガスメタルアークの照射角度（θ）を変化させて溶接を行った。
第５表に、溶接試験結果を示す。
溶接方向に対して垂直方向のレーザおよびガスメタルアークの狙い位置（Ｌ）は、板厚が０．８ｍｍの場合には、上板端部と下板とのコーナー部を中心として、その両側に±１．２５ｍｍ以内では溶接部の品質が良好であり、±１．２５ｍｍを超える領域においても、溶接欠陥個所が３０個／ｍを超えるが５０個／ｍ以下であり、耐食性及び継手強度も実用上良好である。一方、板厚が３．２ｍｍの場合には、上板端部と下板とのコーナー部を中心として、その両側に±２．０ｍｍ以内では溶接部の品質が良好であり、±２．０ｍｍを超える領域でも溶接欠陥個所が３０個／ｍを超えるが５０個／ｍ以下であり、耐食性及び継手強度も実用上良好である。
【００５５】
ここで得られた限界値は、上板厚をｔ，ｍｍとすると［（１／３）ｔ＋１］ｍｍに相当する値である。すなわち、レーザ及びガスメタルアーク溶接を照射する位置は、上板端部と下板とのコーナー部を中心として、その両側±［（１／３）ｔ＋１］ｍｍ以上離れた場合でも、溶接部の耐食性及び継手強度も実用上問題ないレベルにあるが、±［（１／３）ｔ＋１］ｍｍ以内に設定することが好適である。
【００５６】
溶接方向に対して垂直方向のレーザおよびガスメタルアークの照射角度（θ）は、板厚が０．８ｍｍの場合には、照射角度が２ｄｅｇ．以上、８ｄｅｇ．以下の範囲では溶接部の品質が特に好適であるが、照射角度が２ｄｅｇ．未満、８ｄｅｇ．超えの範囲でも溶接部の耐食性及び継手強度も実用上問題ないレベルにある。
【００５７】
一方、板厚が３．２ｍｍの場合には、照射角度が１０ｄｅｇ．以上、３０ｄｅｇ．以下の範囲では溶接部の品質が特に良好であるが、照射角度が２ｄｅｇ．未満、８ｄｅｇ．超えの範囲でも溶接部の耐食性及び継手強度も実用上問題ないレベルにある。
【００５８】
したがって、重ね隅肉溶接継手に欠陥が少なく、静的および疲労強度の優れた溶接ビードを得るためには、レーザおよびガスメタルアーク溶接の照射角度は、重ね隅肉継手において、上板側の板厚をｔ，ｍｍとして、２．５ｔ≦θ≦１０ｔの範囲内に上板に対して反対方向に傾斜させるように設定することが特に好適である。
【００５９】
【表６】
0003767350.tif 000007
【００６０】
【表７】
0003767350.tif 000008
【００６１】
［実施例１−４］
亜鉛メッキ量は亜鉛蒸気に直接影響を及ぼすものであるから、亜鉛メッキ量と欠陥個数の関係について調べた。実験では、板厚はそれぞれ０．８ｍｍおよび３．２ｍｍ，亜鉛メッキ量は２０ｇ／ｍ2 から１２０ｇ／ｍ2 の両面亜鉛メッキ鋼板を用いて、同じ板厚の材料を２枚重ね隙間をゼロにして溶接を行った。溶接は、ＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明法溶接法で行った。溶接条件は、レーザの狙い位置とガスメタルアーク溶接の狙い位置を２ｍｍとして、レーザ出力３ｋＷ，アーク電流１００Ａ，１５０Ａおよび溶接速度１〜３ｍ／ｍｉｎの範囲で行った。また、溶接継手部の品質評価は、実施例１−１で実施した評価方法と同じ方法で行った。
第６表に、溶接試験結果を示す。
板厚組み合わせが０．８／０．８ｍｍの場合、亜鉛メッキ量が１２０ｇ／ｍ2 までは、欠陥個数は概ね少なく抑えられている。亜鉛メッキ量が６０ｇ／ｍ2 以下では、欠陥はほとんど発生していなく好適である。
板厚が厚い３．２ｍｍの場合には、欠陥個数は多くなるが、亜鉛メッキ量が１２０ｇ／ｍ2 までは欠陥個数は概ね少なく抑えられている。亜鉛めっき量が１５０ｇ／ｍ2の場合には、欠陥個数が５０個／ｍ2を超えて継手品質が低下する。  したがって、ブローホール数を減少させるためには亜鉛メッキ量を少なくする必要がある。実用上差し支えない程度のブローホール数を最大限５０個／ｍとすれば、亜鉛メッキ量の上限を１２０ｇ／ｍ2 として良い。
【００６２】
【表８】
0003767350.tif 000009
【００６３】
［実施例２−１］
以下、本発明の実施例について説明する。
【００６４】
板厚がそれぞれ、０．８ｍｍ，１．６ｍｍおよび３．２ｍｍの両面亜鉛メッキ鋼板を用いて、同じ板厚の材料を２枚重ねて隙間をゼロにして溶接を行った。
【００６５】
溶接は、ＹＡＧレーザ溶接法、ガスメタル溶接法およびＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法の３種類で行った。ＹＡＧレーザ溶接法およびＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した溶接法では、ＹＡＧレーザ出力は、上板を十分に貫通させることができる２ｋＷ以上に設定した。また、アーク電流は１５０Ａから２５０Ａの範囲に変化させた。また、ＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法では、レーザの狙い位置とガスメタルアークの位置を２ｍｍにして溶接を行った。
【００６６】
いずれの材料も亜鉛メッキ量が４５ｇ／ｍ2 の亜鉛メッキ鋼板である。
【００６７】
溶接部の品質評価は、以下のように行った。まず、目視により溶接ビード表面のピット数をカウントした。次いで、溶接ビード内に内在するブローホールをＸ線透過試験により検出し、その個数をカウントした。
【００６８】
第７表および第８表は、ＹＡＧレーザ溶接およびガスメタルアーク溶接の実験結果を示す。また、第９表は、ＹＡＧ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した溶接法の実験結果を示す。
【００６９】
評価基準は、以下のように定義した。継手強度が十分な溶接部が選られた場合の、ブローホールとピットの合計を最大限Ｎ＝３０個／ｍとして、欠陥個数Ｎが３０個／ｍ以下を「○」とした。さらに、ブローホールとピットの合計がＮ＝１０個／ｍ以下の場合を「◎」とした。また、ブローホールとピットの合計が最大限Ｎ＝３０個／ｍを超えても，Ｎ＝５０個／ｍ未満の場合には、実用上問題ないレベルの継手強度を有するため、これを「△」とした。一方、Ｎ＝５０個／ｍを超える場合には、継手強度の低下をきたすため、品質評価結果を「×」とした。加えて、ブローホールおよびピット等の溶接欠陥が溶接部を貫通すると耐食性が低下するため、１個でも貫通欠陥が存在する場合も「×」とした。
【００７０】
ＹＡＧレーザ溶接では、第７表に示すように、レーザ出力および溶接速度を広範囲に変化させても溶接欠陥が多発し、溶接部の品質が良好となる溶接条件領域は存在しない。
また、ガスメタルアーク溶接でも、第８表に示すように、レーザ溶接と同等に、溶接部の品質が良好となる溶接条件領域は存在しない。
一方、ＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法では、溶接条件を変化させても欠陥個数が５０個／ｍ以下となり、品質は良好である。
レーザを照射する工程とレーザ照射工程の後にガスメタルアーク溶接を行う溶接法において、溶接部が重ねた鋼板を貫通する場合には、欠陥個数が３０個／ｍ以下となるため、好ましくは溶接部が重ねた鋼板を貫通するようにレーザ出力及びアーク電流を設定する必要がある。ただし、溶接部が重ねた鋼板を貫通しない場合でも、欠陥個数は５０個／ｍ以下であり、実用上問題のないレベルの継手強度を有する。
【００７１】
レーザ溶接においては、溶接部に多数の欠陥が発生したが、レーザとガスメタルアークとを複合化することにより大幅に溶接欠陥が抑制されている。これは、レーザ照射によって形成されるキーホールサイズに比較して、レーザにアークを複合化することによってキーホールが拡大したことが示唆され、キーホール内の亜鉛の蒸気圧力が大幅に低減して、溶融金属の飛散が抑制されたためと考えられる。くわえて、レーザ照射行程後のガスメタルアーク溶接行程により、溶接ワイヤから溶融金属が溶接部に供給されるため、レーザ溶接工程で発生した溶接欠陥を埋めることができるため、さらなる欠陥抑制をもたらしたと考えられる。
【００７２】
【表９】
0003767350.tif 000010
【００７３】
【表１０】
0003767350.tif 000011
【００７４】
【表１１】
0003767350.tif 000012
【００７５】
【表１２】
0003767350.tif 000013
【００７６】
［実施例２−２］
レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置の溶接部品質に及ぼす影響を調査した。
【００７７】
板厚がそれぞれ、０．８ｍｍ，１．６ｍｍおよび３．２ｍｍの両面亜鉛メッキ鋼板を用いて、同じ板厚の材料を２枚重ねて隙間をゼロにして溶接を行った。溶接は、ＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法で行った。溶接条件は、レーザ狙い位置とガスメタルアーク溶接の狙い位置を０ｍｍから１０ｍまで変化させ、レーザ出力２〜４ｋＷ、アーク電流１００，１５０Ａおよび溶接速度１．２ｍ／ｍｉｎで行った。また、溶接継手の品質は、実施例２−１で実施した評価方法と同じ方法で行った。
【００７８】
第１０表に、溶接試験結果を示す。
【００７９】
レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置が８ｍｍを超えて設定された場合には、両者の距離が離れ過ぎているため、レーザ照射によるアークの安定化および集中効果が僅かに低下して、溶接欠陥の発生個数が増加するが、実用上問題のない程度である。
【００８０】
したがって、好ましくはレーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置の距離を０ｍｍ以上、８ｍｍ以下、より好ましくは６ｍｍ以下に設定することにより、健全な溶接部が確実に得られることが分かる。
【００８１】
レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置の距離を０ｍｍ以上、６ｍｍ以下に設定すると、レーザ照射によりアークの安定と集中効果がより顕在化するため、溶け込み深さの均一性が高まり、溶接欠陥が抑制されるため、レーザの狙い位置とガスメタルアークの狙い位置の距離を０ｍｍ以上、６ｍｍ以下に設定するのがより好ましい。
【００８２】
【表１３】
0003767350.tif 000014
【００８３】
［実施例２−３］
亜鉛メッキ量は亜鉛蒸気に直接影響を及ぼすものであるから、亜鉛メッキ量と欠陥個数の関係について調べた。実験では、板厚がそれぞれ、０．８ｍｍおよび３．２ｍｍ、亜鉛メッキ量は２０ｇ／ｍ2 から１２０ｇ／ｍ2 の両面亜鉛メッキ鋼板を用いて、同じ板厚の材料を２枚重ね隙間をゼロにして溶接を行った。溶接は、ＹＡＧレーザ溶接とガスメタルアーク溶接を複合化した本発明溶接法で行った。溶接条件は、レーザの狙い位置とガスメタルアーク溶接の狙い位置を２ｍｍとして、レーザ出力３ｋＷ，アーク電流１００Ａ，１５０Ａおよび溶接速度１〜３ｍ／ｍｉｎの範囲で行った。また、溶接継手部の品質評価は、実施例２−１で実施した評価方法と同じ方法で行った。第１１表に、溶接試験結果を示す。
【００８４】
板厚組み合わせが、０．８／０．８ｍｍの場合、亜鉛メッキ量が１２０ｇ／ｍ2 までは、欠陥個数は概ね少なく抑えられている。亜鉛メッキ量が６０ｇ／ｍ2 以下では、欠陥はほとんど発生していなく好適である。
【００８５】
板厚が厚い３．２ｍｍの場合には、欠陥個数は多くなるが、亜鉛メッキ量が１２０ｇ／ｍ2 までは、欠陥個数は概ね少なく抑えられている。
【００８６】
したがって、ブローホール数を減少させるためには亜鉛メッキ量を少なくする必要がある。実用上差し支えない程度のブローホール数を最大限３０個／ｍとすれば、亜鉛メッキ量の上限を１２０ｇ／ｍ2 として良い。
【００８７】
【表１４】
0003767350.tif 000015
【００８８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、亜鉛メッキ鋼板同士または亜鉛メッキ鋼板と他の金属との重ね隅肉溶接において、溶接予定個所にレーザを照射する工程と、レーザ照射工程の後にガスメタルアーク溶接を行う工程を備えた溶接方法であるため、亜鉛メッキ鋼板の重ね面からの亜鉛の蒸気を抑えることができ、くわえて、亜鉛蒸気に起因する溶接欠陥もワイヤからの溶融金属により補償できるため、溶接欠陥の発生を低く抑えることができる。また、重ね溶接においては、レーザ単独溶接に比較してキーホールを拡大でき、キーホールから亜鉛蒸気の排出を容易にし、加えて亜鉛蒸気の圧力を低減できるため、ブローホールの発生がほとんど無い良好なビードを得ることができる。