説明

溶接方法

【課題】めっき材を溶接する際に、低コストでブローホールを低減できる溶接方法を提供すること。
【解決手段】めっき材W、Wを溶接する溶接方法であって、プラズマアークAにより溶融池Pを形成するとともに、この溶融池PのうちプラズマキーホールPKよりも溶接の進行方向側の領域に、めっき材W、Wに対して略垂直にレーザLを照射する。これにより、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールLKが形成される。したがって、レーザキーホールLKの熱によりめっきが気化すると、この気化しためっきは、レーザキーホールLKによって深くなる方向に押されるから、溶融池P内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。また、めっき材W、Wを加工して突部を形成する必要がないので、低コストで溶接できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接方法に関する。詳しくは、めっき材を溶接する溶接方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、自動車の製造工程では、2枚の亜鉛めっき材をレーザ溶接することが行われている。
具体的には、2枚の亜鉛めっき材を重ねておき、この亜鉛めっき材にレーザを照射して、レーザの熱により溶接する(特許文献1参照)。
【0003】
しかしながら、レーザ溶接で亜鉛めっき材を溶接しようとすると、鉄に比べて亜鉛の沸点が低いため、レーザの熱によりめっき材である亜鉛が気化し、この気化した亜鉛がビードの内部に留まって、ブローホールになる、という問題があった。
【0004】
そこで、例えば、一方の亜鉛めっき材に複数の突部を形成し、この突部をスペーサとして亜鉛めっき材同士の間に隙間を形成し、この隙間から気化した亜鉛を逃がすことが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭2008−168349号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、亜鉛めっき材に突部を形成すると、めっき材の加工にコストがかかるため、コストを低減することが要請されている。
【0007】
本発明は、めっき材を溶接する際に、低コストでブローホールを低減できる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】
【0008】
本発明の溶接方法は、めっき材(例えば、後述のめっき材W、W)を溶接する溶接方法であって、プラズマアーク(例えば、後述のプラズマアークA)により溶融池(例えば、後述の溶融池P)を形成するとともに、当該溶融池のうちプラズマキーホール(例えば、後述のプラズマキーホールPK)よりも溶接の進行方向側の領域にレーザ(例えば、後述のレーザL)を照射することを特徴とする。
【0009】
移動するプラズマアークによる溶融池の内部では、溶融金属の対流が生じる。具体的には、この対流は、プラズマキーホールの前側からプラズマキーホールに向かって徐々に深くなる方向に流れて、その後、プラズマキーホールからこのプラズマキーホールの後方に向かって、徐々に浅くなる方向に流れている。
そこで、この発明によれば、溶融池のうちプラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の領域にレーザを照射した。
すると、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールが形成される。したがって、レーザキーホールの熱によりめっきが気化すると、この気化しためっきは、レーザキーホールによって深くなる方向に押されるから、溶融池内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。
また、めっき材を加工して突部を形成する必要がないので、低コストで溶接できる。
【0010】
なお、プラズマキーホールの内部にレーザを照射した場合、気化しためっき材は、レーザキーホールにより深くなる方向に押されるにもかかわらず、プラズマキーホール内部の溶融金属の対流は、深くなる方向に流れていないため、対流に乗って後方に移動することが困難となる。よって、気化しためっき材が外部に排出されないうちに、溶融池の後端に到達し、ブローホールとなる。
【0011】
ここで、特開昭60−148670号公報には、本発明と同様な構成を有する溶接方法が示されている。すなわち、被溶接材に垂直にプラズマアークを発生させるとともに、このプラズマアークの後方から前方に向けて被溶接材に対して斜めに、溶融池よりも前方に向かってレーザを照射する。
しかしながら、この溶接方法をめっき材に適用すると、プラズマアークの後方から溶融池よりも前方に向けて斜めにレーザを照射するため、レーザキーホールは、プラズマキーホール外まで貫通してしまい、プラズマアークによる対流が生じていない部分に形成されることになる。すると、このレーザキーホールの熱によりめっきが気化しても、この気化しためっきが対流に乗らないので、気化しためっきがビードの裏に留まって、ブローホールとなってしまう。
【0012】
この場合、前記溶融池内にワイヤ(例えば、後述のワイヤW)を挿入することが好ましい。
【0013】
この発明によれば、溶融池内にワイヤを挿入したので、ワイヤを母材に溶かし込む熱量を確保できるので、良好な溶接となる。
これに対し、溶融池以外の場所にワイヤを挿入すると、ワイヤを溶かすための熱量が不足してしまい、ワイヤが十分に母材に溶け込まずに、溶接不良となりやすい。
【0014】
この場合、前記ワイヤの先端が前記プラズマキーホールの内壁面に接するように、当該ワイヤを前記溶融池に挿入することが好ましい。
【0015】
この発明によれば、ワイヤの先端がプラズマキーホールの内壁面に接するように、ワイヤを溶融池に挿入した。よって、ワイヤの溶滴がプラズマキーホールの内壁面を滑るように溶融池の内部に落下するので、ワイヤの溶滴がスパッタになるのを防止できるうえに、プラズマキーホールの熱により確実にワイヤを溶かすことができ、良好な溶接となる。
これに対し、プラズマキーホールの内部にワイヤを挿入すると、プラズマジェットによりワイヤの溶滴が吹き飛ばされたり、プラズマキーホールから気化しためっき材が蒸発しているため、この蒸気によりワイヤの溶滴が浮き上がったりして、スパッタの原因となるおそれがある。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、溶融池のうちプラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の領域にレーザを照射した。すると、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールが形成される。したがって、レーザキーホールの熱によりめっきが気化すると、この気化しためっきは、レーザキーホールによって深くなる方向に押されるから、溶融池内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。また、めっき材を加工して突部を形成する必要がないので、低コストで溶接できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の一実施形態に係る溶接方法を説明するための図である。
【図2】本発明の実施例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る溶接方法を説明するための図である。
本実施形態では、レーザ溶接装置1およびプラズマアーク溶接装置2を用いて、亜鉛めっき材W、Wを重ねて溶接する。
【0019】
まず、プラズマアーク溶接装置2によりプラズマアークAを発生させる。プラズマアークAは、溶接の進行方向の反対側に倒れる方向に傾いて、前進角がつけられている。プラズマアークAを発生させると、このプラズマアークAの周囲には、溶融池Pが形成される。この溶融池の中心部分は、プラズマキーホールPKとなっている。
【0020】
また、プラズマアークAによる溶融池PのうちプラズマキーホールPKよりも溶接の進行方向側の領域に、レーザ溶接装置1によりレーザLを照射する。具体的には、レーザLがめっき材W、Wに対して略垂直になるようにする。すると、溶融池P内にレーザキーホールLKが形成される。
そして、溶融池P内にワイヤWを挿入する。具体的には、ワイヤWの先端がプラズマキーホールPKの後側の内壁面に接するようにする。
【0021】
この状態で、レーザ溶接装置1、プラズマアーク溶接装置2、ワイヤWを進行方向に移動する。
【0022】
移動するプラズマアークによる溶融池の内部では、溶融金属の対流が生じる。具体的には、この対流は、図1中白抜き矢印で示すように、プラズマキーホールPKの前側からプラズマキーホールPKに向かって徐々に深くなる方向に流れて、その後、プラズマキーホールPKからこのプラズマキーホールPKの後方に向かって、徐々に浅くなる方向に流れている。
【0023】
ここで、レーザキーホールLKの熱によりめっきである亜鉛が気化して、気化した亜鉛Zとなる。レーザキーホールLKは、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に形成されるため、この気化した亜鉛Zは、レーザキーホールLKによって深くなる方向に押されるから、図1中黒矢印で示すように、溶融池P内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。
【0024】
[実施例]
以下、溶融池Pの3箇所にレーザを照射した場合について、スパッタ量や内部欠陥を評価した。
実験条件は、以下の通りである。
めっき材:JAC590R(t2.0)×JAC590R(t2.0)
レーザ出力:2.5kw
レーザ照射角度:0°(めっき材に対して垂直)
アーク極性:直流棒マイナス
プラズマ電流値:100A
プラズマ/シールドガス流量:1.0/15l/min
ガス:Ar
プラズマノズル径:φ2.0mm
【0025】
以上の条件で、図2に示すように、レーザの照射位置をプラズマキーホールPKの前方の位置Aとしたものを実施例1とし、レーザの照射位置をプラズマキーホールPKの中心Bとしたものを比較例1とし、レーザの照射位置をプラズマキーホールPK内部で後寄りの位置Cとしたものを比較例2とした。
内部欠陥については、溶接部をX線撮影し、このX線写真により、目視で評価した。
【0026】
その結果、実施例1では、スパッタが発生せず、内部欠陥も見られなかった。比較例1では、スパッタが少量発生したが、内部欠陥は見られなかった。比較例2では、スパッタが少量発生したうえに、内部欠陥も見られた。以上より、実施例1では、良好な溶接が得られることが判る。
【0027】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)溶融池PのうちプラズマキーホールPKよりも溶接の進行方向側の領域に、めっき材W、Wに対して略垂直にレーザLを照射した。
すると、徐々に深くなる方向に流れる対流の近傍に、レーザキーホールLKが形成される。したがって、レーザキーホールLKの熱により亜鉛が気化すると、この気化した亜鉛は、レーザキーホールLKによって深くなる方向に押されるから、溶融池P内の対流に乗って後方に流れて、外部に排出される。よって、ブローホールが発生するのを防止できる。
【0028】
(2)溶融池P内にワイヤWを挿入したので、ワイヤWを母材に溶かし込む熱量を確保できるので、良好な溶接となる。
【0029】
(3)ワイヤWの先端がプラズマキーホールPKの内壁面に接するように、ワイヤWを溶融池Pに挿入した。よって、ワイヤの溶滴がプラズマキーホールPKの内壁面を滑るように溶融池Pの内部に落下するので、ワイヤの溶滴がスパッタになるのを防止できるうえに、プラズマキーホールPKの熱により確実にワイヤ溶かすことができ、良好な溶接となる。
【0030】
(4)ワイヤWの先端がプラズマキーホールPKの後側の内壁面に接するように、ワイヤWを溶融池Pに挿入した。よって、ワイヤWの溶滴を溶融池Pの内部に確実に落とし込むことができる。ワイヤWの先端がプラズマキーホールPKの前側の内壁面に接するように、ワイヤWを溶融池Pに挿入すると、ワイヤWの溶滴が飛ばされるおそれがある。
【0031】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、レーザLをめっき材W、Wに対して略垂直になるように照射したが、これに限らない。すなわち、レーザを溶接の進行方向側に倒れる方向に傾けて、レーザに後退角をつけてもよい。このようにしても、溶融池内にレーザキーホールを形成できるため、本発明の効果を発揮できる。これに対し、レーザに前進角をつけると、溶融池内にレーザキーホールを形成できず、レーザキーホールにより気化した亜鉛が溶融池内の対流に乗りにくくなるため、ブローホールが発生するおそれがある。
【0032】
本実施形態では、プラズマアークAに前進角をつけたが、この前進角の大きさは適宜調整されてよい。これは、プラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の溶融池を確保するためである。これに対し、プラズマアークに後退角をつけると、プラズマアークの進行に対して亜鉛めっき材の溶融が遅れがちとなって、溶融池が後方に流れてしまい、プラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の溶融池を十分に確保できない。
【符号の説明】
【0033】
A プラズマアーク
P 溶融池
PK プラズマキーホール
L レーザ
W ワイヤ
めっき材
めっき材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
めっき材同士を溶接する溶接方法であって、
プラズマアークにより溶融池を形成するとともに、当該溶融池のうちプラズマキーホールよりも溶接の進行方向側の領域にレーザを照射することを特徴とする溶接方法。
【請求項2】
請求項1に記載の溶接方法において、
前記溶融池内にワイヤを挿入することを特徴とする溶接方法。
【請求項3】
請求項2に記載の溶接方法において、
前記ワイヤの先端が前記プラズマキーホールの内壁面に接するように、当該ワイヤを前記溶融池に挿入することを特徴とする溶接方法。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2011−45920(P2011−45920A)
【公開日】平成23年3月10日(2011.3.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−198078(P2009−198078)
【出願日】平成21年8月28日(2009.8.28)
【出願人】(000005326)本田技研工業株式会社 (23,863)
【Fターム(参考)】