JPH0596392A - 亜鉛メツキ鋼のレーザー溶接法 - Google Patents

亜鉛メツキ鋼のレーザー溶接法

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JPH0596392A JP4089634A JP8963492A JPH0596392A JP H0596392 A JPH0596392 A JP H0596392A JP 4089634 A JP4089634 A JP 4089634A JP 8963492 A JP8963492 A JP 8963492A JP H0596392 A JPH0596392 A JP H0596392A
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トーマス・ジエームス・ヒルマン
G M Ali Hyder
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 亜鉛メッキ鋼シ−ト材を連続レ−ザ−ビ−ム
溶接し、多孔度の低い溶着ナゲット（３０）を形成す
る。 【構成】 内部に隠れた亜鉛被覆結合表面領域（２０，
２２）を有する亜鉛メッキ鋼シート部材（１０，１２）
を、該部材（１０，１２）の一方の表面（１８）に隣接
して生成される酸素に富んだ領域内で溶接する連続レー
ザービーム溶接法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用な分野】本発明は一般に、請求項１の前
提部分に記載されたように、内部に隠れた亜鉛被覆表面
をもつ、重ね合わされた亜鉛メッキシート状鋼部材の連
続レーザービーム溶接法に関する。
【０００２】本発明は、亜鉛メッキ鋼シート部材の連続
レーザービーム溶接法に関し、更に詳しくは、包囲ガス
の存在下に実施される、このような亜鉛メッキ鋼レーザ
ー溶接法に関する。
【従来の技術】
【０００３】一般のレーザー溶接法においては、金属部
材は，結合表面を並置して結合して、例えば重ね継ぎ手
（lap-joint）を形成し、そして外側表面に連続レーザ
ービームを走査して、結合表面で該部材を溶融および融
合する。結合表面に集中して熱を発生する電気抵抗溶接
法のような他の溶接法とは対照的に、レーザー溶接法は
照射された表面から二つの接触表面下にわたる帯域を加
熱して、両部材内に溶融金属の溜りを生じさせ、その溜
りは固化により、二つのシート部材を接合する溶接ナゲ
ットを形成する。溶融表面の酸化を最小にするために、
被照射表面を、ヘリウムのような不活性包囲ガスを用い
て保護することが今まで一般に行われていた。
【０００４】一般に亜鉛メッキ鋼シートは、腐食防止を
高めるために金属亜鉛板で被覆された低炭素鋼心部から
なる。重ね継ぎ手等のために配置されたこのような２枚
の亜鉛メッキ鋼シートのレーザー溶接中に問題が生じる
ことが見出された。この問題は、溶接が不活性ガス雰囲
気下で行なわれても空気中で行われても生じる。この問
題とは、形成される溶接トラックが多孔性で脆く、弱い
ということである。
【０００５】この問題は、鋼を融解するのに必要な温度
より低い温度で、プレス合体された結合表面での亜鉛被
膜が蒸発するために生じるものと思われる。入射レーザ
ービームを受ける外側表面においては、亜鉛蒸気は該ビ
ームのエネルギーによって簡単に大気中に追い出される
ので、溶接部の質に影響を及ぼさない。しかしながら、
下の折り重なった結合表面での加熱された該被膜から発
生する亜鉛蒸気は、溶融鋼内に捕捉される。ガスは溶融
金属内を流通しようとし、そして溶接跡から溶融金属を
追い出すので、溶接金属ナゲットに孔を発生させ、そし
て接合部を弱くする。
【０００６】本発明による亜鉛被覆結合表面領域を有す
る亜鉛メッキ鋼シート部材のレーザー溶接法は、曝露領
域（１８）のレーザー照射中に、該領域を酸素に富んだ
ガスで包囲することを特徴とする。
【０００７】本発明者等は、亜鉛メッキ鋼部材を酸素に
富んだ包囲ガスの存在下でレーザーー溶接する方法が、
亜鉛蒸気による多孔性および溶接ナゲット内の不規則な
切れ目を著しく減少させることを発見した。このこと
は、酸素と亜鉛蒸気との反応で固体の酸化亜鉛が生成
し、該酸化亜鉛が溶着金属全体に害なく分散されるため
である。また、酸素の存在により良い影響を受ける溶融
溜りの表面張力にも基因し、該張力は蒸気の追放を最小
にするのに役立つ。酸素に富んだ包囲ガスを使用した、
実質的に孔のない溶接ナゲットの形成は、不活性包囲ガ
スを用いて、あるいは空気を用いてさえも形成される多
孔性ナゲットとは著しく対照的である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、少なくとも一方の部材が隠れた亜鉛メッキ結合表面
をもつ重ね合わされた鋼シート部材を結合する、改良さ
れたレーザー溶接法を提供して該部材間の接合部の高強
度の実質的に孔のない溶接ナゲットを生成することであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】広い観点において、本発
明は、腐食を防ぐために亜鉛メッキで被覆された亜鉛メ
ッキ鋼シート部材を、酸素に富んだ包囲ガスの存在下に
て連続レーザー溶接する方法に関し、該ほういガスは溶
接中に形成される溶接ナゲットの内部の多孔度を低減す
る。本発明の方法は、下記の工程を含む。
【００１０】(1) 亜鉛被覆部材を、その結合表面領域が
密接に接触するように配置し、(2) 上側の亜鉛被覆部材
の外側表面をレーザー照射に曝露して、該部材を結合表
面領域にて加熱、溶融および融合し、一方、レーザー照
射中に該レーザー照射領域を酸素に富んだガスで包囲し
て、形成される溶着ナゲット生成物の多孔度を低減す
る。
【００１１】酸素に富んだ環境中でのかかるレーザー溶
接により、強い、実質的に孔のない溶接トラックが生成
する。何故、酸素に富んだ環境中でのレーザー溶接がか
かる優れた溶着部を生じるか、の理由は本発明者に明ら
かでないが、それは亜鉛蒸気と酸素との反応および／ま
たは溶接溜りからの亜鉛蒸気の排除を最少にする、溶接
溜りの表面張力の改良によるものと思われる。本発明を
更に、添付図面を参照して例示する。
【００１２】
【実施例】下記は本発明の詳細な記載である。好ましい
態様において、本発明は、亜鉛メッキシート鋼部材１０
および１２の二つの表面亜鉛メッキ鋼シート部材間に高
度一体化溶接接合部を生成するのに用いられる（図１参
照）。
【００１３】部材１０および１２は重ね継ぎ手用に配置
された別々の部品でもよく、あるいは、例えば管の製造
におけるように曲げ或は他の加工を受けた一つの部品内
の違う部分でもよい。部材１０および１２はそれぞれ、
低炭素鋼心部１４および１６を含み、そしてそれらの両
面上に金属亜鉛被覆１８，２０，２２および２４を有す
る。部材１０および１２はそれぞれ厚さが約０.８８９m
m（０.０３５インチ）であり、一方亜鉛メッキ被膜層１
８，２０，２２および２４はそれぞれ厚さが約０.１２
７mm（０.００５インチ）である。
【００１４】部材１０および１２は、重ね溶着に適する
ように、重ね合って並置された位置にあるように示され
ている。溶接実験は、市販の例えば３kw定格出力を有す
る。型ＲＦ８２５で表示される米国、ロフィンーシナー
ル（Rofin-Sinal)社の連続波二酸化炭素レーザー装置
（図示なし）を用いて実施した。レーザー装置は、組み
合わされた被加工物の上に適切に配置され、表面上を移
動できるようにされているので、連続または非連続の溶
接トラックを生成することができる。該装置は１９０.
５mm（７.５インチ）焦点長さの放物線状鏡２６により
焦点を合わされたレーザービーム２８を発生する。ビー
ム２８は部材１０の亜鉛被覆上側表面１８上に向けら
れ、該部材１０は鏡２６の焦点が部材１０の上側表面１
８から約１.５２４mm（０．０６インチ）下方となるよ
うに置かれている。高エネルギーレーザービーム２８は
直径が約０．２５４mm（０．０１インチ）である。焦点
が上側シート部材１０より下に位置しかつ下側シート部
材１２中に約３分の２入っていることに注意されたい。
【００１５】酸素ガスのタンクまたはその他の適当な源
（図示されていない）が設けられる。酸素は源からレー
ザービーム溶接部位に管により導入され、該管の端部が
図１で管３２として示されている。このように、管３２
は溶接部位に酸素を注ぐ。酸素注入部位は周囲環境と比
べて酸素に富む。溶接部位での正確な酸素濃度は測定し
なかったが、空気中の酸素含有量濃度よりも高いことが
知られている。何故なら、この酸素高温度の実施法によ
り製造した溶接部は、同じレーザー装置および同じ亜鉛
メッキ鋼被加工物を用いて空気中で製造した溶接部より
も著しく優れておりかつ多孔度が低かったからである。
接合する被加工物、レーザービーム２８および酸素供給
管３２の間に相対的運動が起きるように準備される。適
切な溶接トラックが得られる限り、一方または両者を動
かしてもよい。
【００１６】一般に、好ましい実施においては、溶接さ
れる表面上をレーザービーム２８が移動するに従って、
管３２を該ビーム２８の直ぐあとに追従させる。
【００１７】従って、溶接作業中、ビーム２８は図１お
よび図２に示される矢印３４の方向に進行する。好まし
くは入射ビームは上側の被加工物部材１０に実質的な垂
直に維持されるので、溶接領域はビームの十分なエネル
ギーをより良く吸収する。ビーム２８の強度および進行
速度は、ビーム２８が表面を十分に加熱して、被膜１８
の上部から部材１０および被膜２０および２２をかなり
貫通して、第２の部材１２中にはほぼ３分の２の深さま
で伸びた溶接ナゲットが生成するように調節される。
【００１８】溶接ナゲット３０を形成する溶融金属は図
１においてはかなり大きく見えるが、この例において実
際には極めて狭く、約１.５９mm（１／１６インチ) 幅
である。溶接トラックの幅はレーザービームの幅および
エネルギー、並びにその移動速度に依存する。従って、
レーザービームにより生成する溶融金属の溜りは、レー
ザービームが移動した後、周囲の鋼シートの質量によ
り、急速に冷却されそして凝固する。しかしながら、以
下に示されるように、溶接部位に酸素に富んだ雰囲気が
あるため、得られる溶接ナゲットは実質的に改良され
る。
【００１９】図１を参照すると、部材１０および亜鉛被
膜２０，２２並びに第２の部材１２の間に形成された溶
接接合部３０が示される。
【００２０】図２を参照すると、溶接接合部３０′の拡
大写真が示される。該接合部は十分に凝固し、そして実
質的に孔、クレーターまたは割れ目がないように見え
る。レーザービームの移動方向は、図２において認知し
うる凝固の重なりの跡で示されるのでこれを知ることが
できる。図２に描かれた例は、１２７４．２６dm3/時
（４５ＳＣＦＨ）の割合で供給される酸素に富んだ空気
を用い、そしてレーザーを２.２８６ｍ/ 分（９０ＩＰ
Ｍ）の速度で移動した、許容される溶接部を示す。
【００２１】図３および４は、包囲ガスとしてそれぞれ
ヘリウムおよび空気を使用した、典型的な溶接接合部３
０″および３０″′の拡大写真を示す。図２の溶接条件
と同様に、ガスの流速は１２７４．２６dm3/時（４５Ｓ
ＣＦＨ），そしてレーザー速度は２．２８６ｍ/ 分（９
０ＩＰＭ）であった。孔４０″および４０″′、そして
クレータ４１″および４１″′がそれぞれ図３および４
に示される。このように、これらの比較溶接実験におい
て、溶接表面は、ある場合は（図３）ヘリウムを使用
し、他の場合は（図４）空気を使用し、そして、最後の
場合（図２）は酸素を使用する以外は、同じガス運動を
経験した。
【００２２】本発明をある態様に関して記載したが、当
業者は本発明の他の形体を容易に適合させることができ
ることが理解されよう。従って、本発明の範囲は特許請
求の範囲によってのみ限定されるものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従ってレーザー溶接された亜鉛メッ
キ鋼部材の重ね継ぎ手の部分断面、部分模式的な、幾分
拡大した図である。
【図２】 本発明に従って、酸素に富んだ包囲ガスを使
用して溶接した、レーザー溶接接合亜鉛メッキ鋼部材の
溶接ナゲットトラックの上表面（即ち、レーザービーム
入射表面）の２５倍顕微鏡写真である。
【図３】 保護ガスとしてヘリウムを使用する以外は図
２の溶接部と同様の、亜鉛メッキ鋼部材間のレーザー溶
接表面の２５倍顕微鏡写真である。
【図４】 空気中で溶接する以外は図２の溶接部と同様
の亜鉛メッキ鋼部材間のレーザー溶接表面の２５倍顕微
鏡写真である。
【符号の説明】
１０ 亜鉛メッキ鋼部材 １２ 亜鉛メッキ鋼部材 １４ 低炭素鋼心部 １６ 低炭素鋼心部 １８ 金属亜鉛被膜 ２０ 金属亜鉛被膜 ２２ 金属亜鉛被膜 ２４ 金属亜鉛被膜 ２６ 鏡 ２８ レーザービーム ３０ 溶接接合部（ナゲット） ３０′ 溶接接合部（ナゲット） ３０″ 溶接接合部（ナゲット） ３０″′溶接接合部（ナゲット） ３２ 管 ３４ 矢印（レーザービームの進行方法） ４０″ 孔 ４０″′孔 ４１″ クレーター ４１″′クレーター

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 亜鉛被覆結合表面領域（２０，２２）を
    有する亜鉛メッキ鋼シート部材（１０，１２）のレーザ
    ー溶接法であって、該部材（１０，１２）を、その結合
    表面領域（２０，２２）が密接に接触し、かつ該部材
    （１０，１２）の一方の，該結合領域（２０，２２）と
    反対側の外側表面領域（１８）をレーザー照射に曝露す
    るように配置し，そしてレーザービーム（２８）を曝露
    領域（１８）上に向けて、該部材（１０，１２）を該結
    合表面領域（２０，２２）にて、一緒に加熱および融合
    して、該部材（１０，１２）を接合する溶接ナゲット
    （３０）を形成する工程を含むレーザー溶接法におい
    て、該溶接法が、曝露領域（１８）のレーザー照射中
    に、該曝露領域（１８）を酸素に富んだガスで包囲し
    て、生成する溶接ナゲット（３０）中の多孔度を減少さ
    せることを特徴とする上記の溶接法。
  2. 【請求項２】 溶接される表面領域（１８）に、該領域
    （１８）の上方の管（３２）によって供給される酸素ガ
    スを注ぎ、そして上記のレーザービーム（２８）を酸素
    ガス注入表面（１８）上に向けて、該注入表面（１８）
    から結合領域（２０，２２）に延びる上記部材（１０，
    １２）の帯域を加熱する、請求項１に記載の亜鉛メッキ
    鋼シート部材（１０，１２）のレーザー溶接法。
  3. 【請求項３】 酸素を供給する管（３２）およびレーザ
    ービーム（２８）が、該部材（１０，１２）の溶接工程
    中に一緒に縦一列に並んで移動する、請求項２に記載の
    亜鉛メッキ鋼シート部材（１０，１２）のレーザー溶接
    法。
JP4089634A 1991-03-14 1992-03-13 亜鉛メツキ鋼のレーザー溶接法 Pending JPH0596392A (ja)

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US07/669,569 US5142119A (en) 1991-03-14 1991-03-14 Laser welding of galvanized steel

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