被覆鋼板の重ね溶融溶接方法
【課題】面倒かつ困難な隙間管理をすることなく、溶接時に被覆鋼板間の被覆材料がガス化することに起因するブローホール等の溶接欠陥を抑制する。
【解決手段】Ｚｎめっき鋼板１の重ね溶融溶接方法において、低融点溶加材としてのＣｕ系溶加材４を溶融池７中に混入させる。これにより、溶融池７内の外周域であって両鋼板１、１間のＺｎめっき層２、２に接する部位における温度をＺｎの沸点以下とする。この溶融池７の最外周に接するＺｎめっき層のＺｎは溶融するのみで沸騰することがない。このため、両鋼板１、１間のＺｎめっき層２がガス化して発生するガス量を低減させて、溶融池７内に侵入するガス量を低減させることができる。また、溶融池７が素早く凝固して形成された溶接部６が溶融池７内のＺｎ蒸気の行く手を阻むため、Ｚｎ蒸気が溶融池７内に滞留することなく溶融池７を素早く抜け出る。
【解決手段】Ｚｎめっき鋼板１の重ね溶融溶接方法において、低融点溶加材としてのＣｕ系溶加材４を溶融池７中に混入させる。これにより、溶融池７内の外周域であって両鋼板１、１間のＺｎめっき層２、２に接する部位における温度をＺｎの沸点以下とする。この溶融池７の最外周に接するＺｎめっき層のＺｎは溶融するのみで沸騰することがない。このため、両鋼板１、１間のＺｎめっき層２がガス化して発生するガス量を低減させて、溶融池７内に侵入するガス量を低減させることができる。また、溶融池７が素早く凝固して形成された溶接部６が溶融池７内のＺｎ蒸気の行く手を阻むため、Ｚｎ蒸気が溶融池７内に滞留することなく溶融池７を素早く抜け出る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被覆鋼板の重ね溶融溶接方法に関し、詳しくは母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板同士を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶融、凝固させて両被覆鋼板の母材同士を一体的に接合する被覆鋼板の重ね溶融溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｚｎメッキ鋼板を重ね溶融溶接する場合、母材の表面にＺｎめっき層が形成された２枚のＺｎめっき鋼板を重ね合わせ、この重ね合わせ部の所定部位にレーザ熱やアーク熱等を付与することにより両母材を溶融して溶融池とし、この溶融池を冷却、凝固させて両母材を一体的に接合する。
【０００３】
ところで、Ｚｎめっき鋼板においては、母材としての鋼板の融点よりもＺｎめっき層のＺｎの沸点の方が低い。このように母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなる被覆層が該母材表面に形成された被覆鋼板同士を重ね溶融溶接する場合、以下に示すような問題がある。
【０００４】
すなわち、上記したような被覆鋼板を重ね溶融溶接する場合、溶接時にＺｎめっき鋼板の母材が溶融したときにはＺｎめっき層のＺｎはガス化してＺｎ蒸気となっている。そして、重ね合わせられたＺｎめっき鋼板間のＺｎがガス化すると、この板間のＺｎ蒸気が、溶融池内に閉じ込められて残存したり、溶融池内で高圧となって溶融池から噴出して溶融母材を飛散させたりする。このため、上記したような被覆鋼板を重ね溶融溶接すると、板間のＺｎがガス化することによるブローホール等の溶接欠陥が問題となる。
【０００５】
例えば、Ｚｎめっき鋼板の重ねレーザ溶接では、図１１に示されるように、母材８１の表面にＺｎめっき層８２が形成された２枚のＺｎめっき鋼板８０、８０を重ね合わせ、この重ね合わせ部の所定部位にレーザ光９０を照射してレーザ熱で母材８１を溶融して溶融池９１とし、この溶融池９１を冷却、凝固させて溶接部９２として両母材８１、８１を一体的に接合する。このとき、Ｚｎめっき鋼板８０、８０間のＺｎがガス化し、このＺｎ蒸気が溶融池９１内に侵入して留まることにより、そのまま溶接部９２内にＺｎ蒸気が残存してブローホール９３となったり、溶融池９１内で高圧となったＺｎ蒸気９４が溶融母材を吹き飛ばしてスパッタ９５を発生させたりする。
【０００６】
このようなＺｎ蒸気によるブローホール等の溶接欠陥に対しては、重ね合わせた両Ｚｎめっき鋼板間に適度の微小隙間を形成し、この微小隙間からＺｎ蒸気を逃がして脱気することが有効であり、重ね合わせた両Ｚｎめっき鋼板間にガス逃がし用の微小隙間を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この特許文献１に開示された技術では、プレス成形によりＺｎめっき鋼板の一面に凸部を設けることにより、重ね合わせた両Ｚｎめっき鋼板間にガス逃がし用の微小隙間を形成している。このため、レーザ溶接時に両Ｚｎめっき鋼板間で発生したＺｎ蒸気を両Ｚｎめっき鋼板間の微小隙間から逃がすことにより、溶融池を通しての高圧ガス噴出等を抑えることができる。
【０００８】
また、ブローホール等の溶接欠陥の原因となる、外部へ逸出するＺｎ蒸気量を減少させる技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
この特許文献２に開示された技術では、重ね合わせたＺｎめっき鋼板の間にＮｉ−Ｐ系、Ｓｎ又はＳｎ−Ｐｂ系の金属箔を挟んだ状態で重ねレーザ溶接することにより、レーザ溶接時に板間のＺｎめっき層から発生したＺｎ蒸気とＮｉ−Ｐ系等の金属とで化合物を形成させ、この化合物を溶融池の溶鋼中に固溶させている。こうして、外部へ逸出するＺｎ蒸発量を減少させることにより、ブローホールの発生を抑制している。
【００１０】
さらに、酸素を所定量含むアシストガスを溶接部に噴出しながらレーザ溶接する技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
この特許文献３に開示された技術では、Ｚｎめっき層を酸素ガス成分により酸化、燃焼させることにより、レーザビーム照射部からの熱伝導でＺｎが気化して生じる爆発的な現象を抑えるとともに、キーホールの入り口部を酸化反応により広げてＺｎ蒸気を外部に抜け易くしている。こうしてＺｎ蒸気によるブローホールの発生を抑制している。
【特許文献１】特開２００１−１６２３８７号公報（第３−５頁、第２図）
【特許文献２】特開平５−３１８１５５号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】特開平６−７９４８４号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、プレス成形等によりＺｎめっき鋼板の一面に凸部を設けることによりガス逃がし用の微小隙間を形成する前記従来技術では、微小隙間の大きさの管理が面倒かつ困難である。
【００１３】
すなわち、微小隙間が大きすぎると溶融した母材同士がつながらずに分離してしまう一方、微小隙間が小さすぎるとＺｎ蒸気の脱気が不十分となって前記ブローホール等の溶接欠陥が発生することになるため、微小隙間の大きさを０．１〜０．４ｍｍ程度の範囲に管理する必要があるが、プレス成形機の型摩耗や成形精度等を考慮すると、微小隙間の大きさを高精度に管理することは面倒かつ困難である。
【００１４】
また、前記特許文献２に開示された技術は、重ね合わせたＺｎめっき鋼板間で発生したＺｎ蒸気とＮｉ−Ｐ系等の金属とを反応させて化合物を形成し、この化合物を溶融池の母材に固溶させることで外部へ逸出するＺｎ蒸発量を減少させるものであり、Ｚｎ等の被覆材料の蒸発自体を抑制しようとする本発明とは技術的思想が異なる。
【００１５】
さらに、前記特許文献３に開示された技術では、溶融池内で酸化発熱反応が起こることから、溶融池の温度が上昇して溶融池の範囲が増大するとともに溶融池の粘度が低下し、それにより溶融池内のキーホール近傍でＺｎ蒸気が噴出し細かいスパッタが発生し易くなる。
【００１６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、面倒かつ困難な隙間管理をすることなく、溶接時に被覆鋼板間の被覆材料がガス化することに起因するブローホール等の溶接欠陥を抑制することを解決すべき技術課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、溶接時の現象を可視化観察により捉えることにより上記ブローホール等の溶接欠陥の発生メカニズムに基づく対策を検討した結果、重ね合わせた被覆鋼板間の被覆材料が接する溶融池の温度を低下させるとともに溶融池の容積を低減させることにより、板間の被覆材料がガス化することに起因するブローホール等の溶接欠陥を効果的に抑制できることを発見し、本発明を完成させた。
【００１８】
すなわち、上記課題を解決する本発明の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法は、母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板同士を重ね合わせる重ね合わせ工程と、重ね合わされた該被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して略水平方向に移動する所定の熱源を該板面の一方から供給することにより該重ね合わせ部の所定部位を加熱して両該母材が溶融した溶融池とし、該溶融池を冷却、凝固させることにより両該被覆鋼板の該母材同士を一体的に接合する接合工程とを備え、前記接合工程で、前記溶融池内の外周域であって両前記被覆鋼板間の前記被覆層に接する部位における温度が前記被覆材料の沸点以下となるように、前記母材よりも融点の低い低融点材料よりなる低融点溶加材を前記熱源の供給側から前記所定部位に供給しつつ該熱源により該低融点溶加材を加熱して溶融した該低融点溶加材を該溶融池に添加することを特徴とするものである。
【００１９】
ここに、前記「両母材が溶融し」とは、加熱部位において、重ね合わされた一方の被覆鋼板の母材全体が溶融し、かつ、他方の被覆鋼板の母材全体又は母材の一部が溶融していることを意味する。
【００２０】
好適な態様において、前記熱源は高エネルギ密度熱源であり、前記接合工程で、該高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位の前記母材及び前記低融点溶加材を加熱して溶融させる。
【００２１】
好適な態様において、前記高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位にキーホールが形成され、該キーホールよりも該高エネルギ密度熱源の移動方向後方側の前記溶融池に前記低融点溶加材を添加する。
【００２２】
好適な態様において、前記高エネルギ密度熱源はレーザである。
【００２３】
好適な態様において、前記熱源はレーザ及びアークであり、前記接合工程で、前記所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、アーク熱により前記低融点溶加材を溶融させる。
【００２４】
好適な態様において、前記低融点溶加材はフィラーワイヤの形態で供給される。
【００２５】
好適な態様において、前記低融点溶加材は粉末の形態で供給される。
【００２６】
好適な態様において、前記フィラーワイヤを消耗電極としてアークを発生させアーク熱により該フィラーワイヤを溶融させる。
【００２７】
好適な態様において、前記低融点溶加材はＣｕを３５％以上含有するＣｕ系溶加材である。
【００２８】
ここに、前記「％」は「質量％」を意味する。また、以下の説明において、単に「％」と記載されているものは全て「質量％」を意味する。
【００２９】
好適な態様において、前記低融点溶加材はＮｉをベースとし融点が１２００℃以下のＮｉ系溶加材である。
【００３０】
好適な態様において、前記低融点溶加材はＡｇをベースとするＡｇ系溶加材である。
【００３１】
好適な態様において、前記被覆層はＺｎめっき層であり、前記被覆鋼板はＺｎめっき鋼板である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法は、母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板の重ね溶融溶接方法であって、重ね合わせ工程と、接合工程とを備えている。
【００３３】
前記重ね合わせ工程では、母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板同士を重ね合わせる。このとき、重ね合わせた両被覆鋼板間の隙間管理を厳密に行う必要がなく、０〜０．８ｍｍ程度の隙間とすることができる。
【００３４】
前記被覆鋼板における母材の種類は特に限定されない。また、前記被覆層を構成する被覆材料の種類は、母材の融点よりも低い沸点をもつものであれば特に限定されない。前記被覆鋼板としては、前記被覆層がＺｎめっき層であるＺｎめっき鋼板を好ましい態様として挙げることができる。なお、被覆層としてのめっき層の目付量は特に限定されなず、また、めっき方法は溶融めっきでも電気めっきでもいずれでもよい。
【００３５】
前記接合工程では、重ね合わされた被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して略水平方向に移動する所定の熱源を該板面の一方から供給することにより、該重ね合わせ部の所定部位を加熱して両母材が溶融した溶融池とし、この溶融池を冷却、凝固させることにより両被覆鋼板の母材同士を一体的に接合する。
【００３６】
そして、本発明の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法における接合工程では、溶融池内の外周域であって両被覆鋼板間の被覆層に接する部位における温度が被覆材料の沸点以下となるように、母材よりも融点の低い低融点材料よりなる低融点溶加材を熱源の供給側から前記所定部位に供給しつつ該熱源により該低融点溶加材を加熱して溶融した該低融点溶加材を該溶融池に添加する。これにより、重ね合わせ部の被覆鋼板間の被覆層に接する溶融池の最外周が被覆材料の沸点以下となるため、この溶融池の最外周に接する被覆層の被覆材料は溶融するのみで沸騰することがない。このため、重ね合わせ部の板間に在る被覆層の被覆材料がガス化して発生するガス量を低減させて、溶融池内に侵入するガス量を低減させることができる。
【００３７】
また、低融点溶加材が溶融池に添加されて溶融池の温度が低下すれば、その溶融池の凝固速度が高まり、溶融池が素早く凝固する。このため、溶融溶接時に被覆鋼板の母材が溶融して形成された溶融池は素早く凝固する。こうして溶融池が素早く凝固すれば、その凝固部分が溶融池内のガスの行く手を阻むことになる。また、ガスが滞留又は移動しうる溶融池容積も減少し、結果的に溶融池内で滞留又は移動するガス量が減少する。このため、被覆鋼板間の被覆層の被覆材料がガス化して発生したガスは、溶融池内に滞留することなく、その大部分が加熱による溶融直後の溶融池を素早く抜け出る。したがって、溶融池内にガスが閉じ込められて残留したり、溶融池内でガスが高圧となって母材を飛散させながら溶融池から噴出したりすることを抑えることができる。
【００３８】
さらに、溶融池が素早く凝固したり溶融池容積が減少したりすれば、溶融池からの熱伝達により発生するガス量を低減させることができる。
【００３９】
したがって、本発明の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法によれば、被覆鋼板間で発生するガスに起因するブローホール等の溶接欠陥を効果的に抑えることが可能となる。
【００４０】
また、前記溶融池に前記低融点溶加材を供給しながら溶融溶接することから、被覆鋼板間で発生するガスによるブローホール等の溶接欠陥を抑えるべく、重ね合わせる両鋼板間の隙間管理を厳密に行う必要がなくなり、作業が容易となる。すなわち、本発明方法によれば、仮に両被覆鋼板間の隙間を零にした場合であっても、板間で発生するガスブローホール等の溶接欠陥を効果的に抑えることができる。また、前記低融点溶加材の供給により前記溶融池を補充することができるので、仮に両被覆鋼板間の隙間を０．４ｍｍを超える程度（例えば、０．４〜０．８ｍｍ程度）に大きくした場合でも、前記低融点溶加材による補充分だけ隙間を埋めることが可能となり、溶接部に溶け落ちが発生したり溶融池同士が分離したりすることによる溶接不良を防ぐことができる。
【００４１】
ここに、前記低融点溶加材の形態は特に限定されず、例えば粉末状であってもよいし、ワイヤ状であってもよい。ただし、粉末状とした場合、溶融池の幅が狭いことや供給途中で粉末が飛散すること等により、材料歩留りが低下し、また、溶融池に対する供給量の制御が必ずしも容易ではない。そこで、前記低融点溶加材はワイヤ状とすることが好ましい。フィラーワイヤ等のワイヤ状のものであれば、粉末と比べて取り扱いが容易で供給途中で飛散することもないので、溶融池等に対して確実かつ容易に送給することができ、またその送給量の制御も容易となる。また、材料歩留りが低下することもない。
【００４２】
また、溶融池に前記低融点溶加材を添加する際は、重ね合わされた被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して略水平方向に移動する所定の熱源を該板面の一方から供給して所定部位を加熱するときに、該熱源の供給側から該所定部位に低融点溶加材を供給する。こうすることで、熱源で被覆鋼板の所定部位を加熱して溶融池にする際に、該熱源により低融点溶加材を確実に加熱して溶融させることができるとともに、溶融した低融点溶加材を溶融池の母材と均等に混合させて溶融池の温度を確実に低下させることが可能となる。
【００４３】
なお、高エネルギ密度熱源を利用する場合（後述する）、前記低融点溶加材は、前記所定部位への高エネルギ密度熱源の照射に先行させて被覆鋼板の所定部位（レーザ等の高エネルギ密度熱源が照射されて溶接部となる溶接線上）に予め配置しておいてもよいし、高エネルギ密度熱源の照射点（溶接点）又はその近傍（高エネルギ密度熱源の移動方向前方側又は後方側等の近傍）にレーザ光の照射とほぼ同時に供給してもよい。高エネルギ密度熱源の照射点（溶接点）やその近傍の溶融池等に対して低融点溶加材をどの方向から供給するかについても、高エネルギ密度熱源の後方（高エネルギ密度熱源の移動方向後方）、前方（高エネルギ密度熱源の移動方向前方）及び側方等のいずれでもよいが、その作用を考慮すると後述するとおり後方から供給するのが望ましい。
【００４４】
さらに、前記接合工程で、重ね合わせ部の所定部位（溶接後に溶接部となる部位）を加熱して両母材を溶融させる熱源としては、加熱部位において、重ね合わされた一方の被覆鋼板の母材全体を溶融させ、かつ、他方の被覆鋼板の母材全体又は母材の一部を溶融させることのできるものであれば特に限定されず、レーザや電子ビーム等の高エネルギ密度熱源や、プラズマ、ＭＩＧやＣＯ2 等のアーク熱源を利用することができる。ただし、高速かつ低歪み溶接を実現しやすい高エネルギ密度熱源を利用することが好ましく、特に溶接線形状の自由度が高く、溶接の操作性や制御性が優れているレーザを利用することが好ましい。なお、用いるレーザ光の種類やレーザ溶接の条件は特に限定されず、被覆鋼板の種類や厚さ等に応じて適宜設定することができる。ＹＡＧレーザやＣＯ2 レーザ等を好適に用いることができる。また、レーザ等の高エネルギ密度熱源を利用した接合工程では、被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して高エネルギ密度熱源を略水平方向に所定速度で移動させながら同板面に対して略垂直方向（重ね合わせ方向）から所定出力の高エネルギ密度熱源を照射する。高エネルギ密度熱源が照射された部分は重ね合わされた被覆鋼板の両母材が溶融して溶融池となる。
【００４５】
本発明の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法は、前記熱源として高エネルギ密度熱源を利用し、前記接合工程で、該高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位の前記母材及び前記低融点溶加材を加熱して溶融させることが好ましい。
【００４６】
高エネルギ密度熱源が照射された照射点にはキーホール（細くて深い穴）が形成される。このキーホール内部の温度は数千℃に達しており、キーホールの周囲に溶融池が形成され、この溶融池の最外周における温度は溶融金属の融点（凝固点）である。高エネルギ密度熱源が照射されたてキーホールが形成された部分に在った被覆材料が沸騰して発生したガスの大部分はそのキーホールを通って外部に放出されると考えられる。また、キーホールよりも高エネルギ密度熱源の移動方向前方に形成された溶融池部分に在った被覆層や該溶融池部分に接触する被覆層の被覆材料が沸騰して発生したガスは、その後高エネルギ密度熱源が照射されることによりその溶融池部分にキーホールが形成されるので、そのキーホールを通って外部に放出されると考えられる。ところが、キーホールよりも高エネルギ密度熱源の移動方向後方や移動方向側方に形成された溶融池部分に接触する被覆層の被覆材料が沸騰して発生したガスは、そのキーホールから抜けきれずに該溶融池内部に入り込み、大気中に噴出する際に溶融池を飛散させると考えられる。
【００４７】
この点、本発明の被覆鋼板の溶融溶接方法では、前述のとおり、溶融池の外周域（最外周）であって板間の被覆層が接する部位における温度が被覆材料の沸点以下とされることから、溶融池に接触する被覆層の被覆材料が溶融池からの熱伝達により沸騰してガス化することを防止することができる。このため、キーホールよりも高エネルギ密度熱源の移動方向後方や移動方向側方に形成された溶融池部分に接触する被覆層の被覆材料が沸騰してガス化することを防止することができる。したがって、被覆鋼板間で発生して溶融池内部に入り込むガス量を低減させることが可能となる。
【００４８】
ここに、高エネルギ密度熱源の照射により形成するキーホールとしては、被覆鋼板間で発生したガスをキーホールを介して外部へより逃がし易くする観点より、両母材を板厚方向に貫通していることが好ましい。
【００４９】
また、高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位にキーホールを形成した場合には、このキーホールよりも高エネルギ密度熱源の移動方向後方の溶融池部分に低融点溶加材を添加することが好ましい。上述のとおり、キーホールよりも高エネルギ密度熱源の移動方向後方の溶融池部分に、キーホールの側方等で発生したガスが入り込みやすいことから、この移動方向後方の溶融池部分に直接低融点溶加材を添加することにより、低融点溶加材と母材とをより均一に混合させて溶融池の温度をより確実に低下させるのに有利となる。
【００５０】
さらに、レーザ熱で母材を溶融させるレーザ溶接を利用する場合は、前記接合工程で、前記所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、アーク熱により前記低融点溶加材を溶融させることが好ましい。
【００５１】
特に、前記低融点溶加材としてワイヤ状のもの（フィラーワイヤ）を採用した場合は、前記接合工程で、前記重ね合わせ部の所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、前記低融点溶加材（フィラーワイヤ）を消耗電極としてアークを発生させアーク熱により該低融点溶加材（フィラーワイヤ）を溶融させることが好ましい。
【００５２】
レーザ溶接におけるレーザ光の照射点（溶接点）は極めて小さく、溶融池の幅も狭いため、フィラーワイヤ等の低融点溶加材の供給位置のズレ等により、低融点溶加材をレーザ熱や溶融池の熱によって確実に溶融させることが困難となる。この点、前記重ね合わせ部の所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、いわゆるアーク溶接を併用し、アーク熱により前記低融点溶加材を溶融させれば、低融点溶加材の供給位置にズレ等があったとしても、低融点溶加材を確実に溶融させて前記溶融池に混入させることができる。特に、前記フィラーワイヤを消耗電極とするアーク溶接によれば、その作業も容易となり、溶融池に対して確実かつ容易に供給することができる。したがって、低融点溶加材により前記溶融池の温度を確実に低下させることができ、ブローホール等の溶接欠陥を効果的に抑制することが可能となる。また、アーク熱により低融点溶加材を溶融させれば、低融点溶加材の溶融にレーザ熱の一部が使われることがないため、その分レーザ出力を抑えることができ、より低コストで溶接することが可能となる。
【００５３】
そして、アーク溶接を併用する場合は、低融点溶加材の供給位置にズレ等があってもアーク熱により低融点溶加材を溶融させることができるので、低融点溶加材の供給操作の向上を図ることが可能となる。
【００５４】
前記アーク溶接におけるアークの種類や条件としては、前記低融点溶加材を溶融させることができれば特に限定されず、ＭＩＧアーク、プラズマアークやＴＩＧアーク等を適宜用いることができる。
【００５５】
さらに、前記低融点溶加材はＣｕを３５％以上含有するＣｕ系溶加材であることが好ましい。このＣｕを３５％以上含有する低融点のＣｕ系溶加材は、被覆鋼板の母材の溶融池中に混入されて溶融池の温度を低下させることにより、溶融池内の外周域であって両被覆鋼板間の被覆層に接する部位における温度を被覆材料の沸点以下にするとともに、溶融池の凝固速度を高めて、溶融池を素早く凝固させる。
【００５６】
前記Ｃｕ系溶加材におけるＣｕ以外の成分は、被覆鋼板の母材の溶融池に混入されてもこの母材に対して強度面や割れ等の品質面等で悪影響を及ぼさないものであれば特に限定されない。例えば、Ｃｕを３５％以上含有し、残部がＮｉよりなるＣｕ−Ｎｉ系合金、残部がＳｉよりなるＣｕ−Ｓｉ系合金又は残部がＦｅよりなるＣｕ−Ｆｅ系合金等を好適に用いることができる。また、これらの合金の二種以上を同時に用いてもよい。例えば、Ｃｕ−Ｎｉ系合金よりなるＣｕ系溶加材と、Ｃｕ−Ｓｉ系合金よりなるＣｕ系溶加材とを同時に用いてもよい。Ｃｕ系溶加材の具体例としては、例えばＣｕ−３Ｓｉ合金（融点１０８０℃）やＣｕ−０．３Ｆｅ−０．００５Ａｌ−３．４Ｓｉ−０．３Ｍｎ（融点１０８０℃）を挙げることができる。
【００５７】
前記Ｃｕ系溶加材におけるＣｕ含有量が３５％未満になると、溶融池の温度を十分に低下させることが困難となる。一方、Ｃｕ系溶加材におけるＣｕ含有量の上限は特になく、Ｃｕ含有量が１００％であってもよい。
【００５８】
また、前記低融点溶加材の他の態様としては、Ａｌ合金よりなるＡｌ系溶加材の他に、融点が１２００℃以下のろう付け用材料、例えばＮｉをベースとする（合金成分のうちでＮｉが最も組成比が大きい）Ｎｉ合金よりなり融点が１２００℃以下のＮｉ系溶加材、Ａｇをベースとする（合金成分のうちでＡｇが最も組成比が大きい）Ａｇ合金よりなるＡｇ系溶加材、Ａｌをベースとする（合金成分のうちでＡｌが最も組成比が大きい）Ａｌ合金よりなるＡｌ系溶加材を用いることができる。Ａｌ系溶加材の具体例としては、例えばＡｌ−０．４Ｆｅ−０．１Ｃｕ−１２Ｓｉ−０．１Ｍｎ合金（融点５８０℃）を挙げることができる。Ｎｉ系溶加材の具体例としては、例えばＮｉ−１４．０Ｃｒ−３．０Ｂ−４．５Ｆｅ−４．５Ｓｉ−０．７Ｃ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−１、融点１０３８℃）、Ｎｉ−７．０Ｃｒ−３．１Ｂ−３．０Ｆｅ−４．５Ｓｉ−０．０６Ｃ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−２、融点９９９℃）、Ｎｉ−３．１Ｂ−４．５Ｓｉ−０．０６Ｃ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−３、融点１０３８℃）、Ｎｉ−１．９Ｂ−３．５Ｓｉ−０．０６Ｃ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−４、融点１０６５℃）、Ｎｉ−１９．０Ｃｒ−１０．２Ｓｉ−０．０６Ｃ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−５、融点１１３５℃）やＮｉ−０．０６Ｃ−１１．０Ｐ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−６、融点９２５℃）を挙げることができる。Ａｇ系溶加材の具体例としては、Ａｇ−１５Ｃｕ−１６Ｚｎ−２４Ｃｄ合金（ＢＡｇ−１、融点６２０℃）、Ａｇ−２６Ｃｕ−２１Ｚｎ−１８Ｃｄ合金（ＢＡｇ−２、融点７００℃）、Ａｇ−１５．５Ｃｕ−１５．５Ｚｎ−１６Ｃｄ−３Ｎｉ合金（ＢＡｇ−３、融点６９０℃）、Ａｇ−３４Ｃｕ−１６Ｚｎ（ＢＡｇ−６、融点７７５℃）、Ａｇ−２２Ｃｕ−１７Ｚｎ−５Ｓｎ合金（ＢＡｇ−７、融点６５０℃）やＡｇ−２８Ｃｕ合金（ＢＡｇ−８、融点７８０℃）を挙げることができる。
【００５９】
なお、溶融池の母材とより均一に混合させるという観点からは、前記Ｃｕ系溶加材、前記Ｎｉ系溶加材や前記Ａｇ系溶加材を用いることが好ましい。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６１】
［第１実施例］
本実施例は、レーザ熱によりＺｎめっき鋼板の母材及びＣｕ系溶加材を溶融させるレーザ溶接を利用して、Ｚｎめっき鋼板を重ね溶融溶接するものである。
【００６２】
（実施例１）
Ｚｎめっき鋼板として、母材１の表裏両面にＺｎめっき層２を形成してなる（Ｚｎ目付量は片面当たり４５ｇ／ｍ2 ）板厚ｔ＝０．８ｍｍの溶融化亜鉛めっき鋼板（ＳＣＧＡ２７０−４５／４５）３を準備した。
【００６３】
一方、低融点溶加材としてのＣｕ系溶加材として、Ｃｕを９６％含有し、Ｓｉを３重量％含有するＣｕ−Ｓｉ系合金からなるＣｕ系フィラーワイヤ（外径φ＝１．２ｍｍ）４を準備した。
【００６４】
＜重ね合わせ工程＞
前記Ｚｎめっき鋼板３を２枚重ね合わせた。このとき、両Ｚｎめっき鋼板３、３間の隙間は零とした。
【００６５】
＜接合工程＞
そして、両Ｚｎめっき鋼板３、３の重ね合わせ部の板面に対してレーザ光の光源（図示せず）を略水平方向（図１のＡ矢印方向）に所定速度で移動させながら、同板面に対して略垂直方向（重ね合わせ方向）から所定出力のレーザ光５をレーザ溶接後に溶接部６となる所定部位（所定の溶接線上）に照射し、レーザ光５が照射された加熱部において、重ね合わされた両Ｚｎめっき鋼板３、３の両母材１、１の全体が溶融した溶融池７を形成した。このとき、上記所定部位に、レーザ光５の移動方向後方から前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４を所定の供給量で連続的に供給しながら、該所定部位にレーザ光５を照射した。こうして、レーザ光５の照射により両母材１、１及びＣｕ系フィラーワイヤ４をほぼ同時に加熱、溶融し、形成された溶融池７に前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４を溶融状態で連続的に供給しながらレーザ溶接をすることにより、両Ｚｎめっき鋼板３、３を重ねレーザ溶接した。このときの溶接条件は以下のとおりである。
【００６６】
レーザ光：ＹＡＧレーザ
レーザ出力：３．０ｋＷ
溶接速度：２．０ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤの供給速度：３．０ｍ／ｍｉｎ
なお、この接合工程では、前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４は溶融状態で前記溶融池７に添加されて、溶融池７の母材溶融金属とＣｕ系フィラーワイヤ４の溶融金属とが混合した。
【００６７】
また、この接合工程では、レーザ光の照射により照射点に形成されたキーホールが両母材１、１を板厚方向に貫通するような条件でレーザ溶接した。
【００６８】
この接合工程におけるレーザ溶接の様子を図１の模式断面図に示し、また、このレーザ溶接中における溶融池等の高速度ビデオ画像を図２の写真に示す。この写真に示されるように、溶融池７の容積が小さく、また、Ｚｎ蒸気がキーホール８から外部に排出されており、溶融池７内に入り込んだり、そのまま溶接部（溶融池７が凝固した部分）６内に残存したりするＺｎ蒸気がほとんどないことがわかる。
【００６９】
また、溶接後の溶接部の断面観察を電子顕微鏡により行った。その電子顕微鏡写真を図３に示す。なお、図３（ａ）の左右両側よりも濃い灰色となった中央部分が、溶融池７が凝固した溶接部６である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の四角で囲った部分を拡大した電子顕微鏡写真であり、図３（ｂ）の点線Ｐが上記溶接部６（レーザ溶接時の溶融池７）の最外周を示し、この点線Ｐよりも左側の部分が上記溶接部６である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の四角で囲った部分を拡大した電子顕微鏡写真である。図３（ｃ）からわかるように、溶接部６近傍のＺｎめっき層２、２にはＺｎの溶融跡のみが観察された。これにより、レーザ溶接時には、溶融池７の外周域（最外周）であって両前Ｚｎめっき鋼板３、３間のＺｎめっき層２、２に接する部位における温度がＺｎの沸点以下とされて、この溶融池７近傍のＺｎめっき層２、２は沸騰することなく溶融のみしたことが確認できる。
【００７０】
さらに、レーザ溶接中における溶融池表面の温度をサーモグラフィーで観察したところ、溶融池表面の温度は８００℃程度であると推測される。
【００７１】
（比較例１）
前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４の代わりに、Ｆｅ系合金よりなるＦｅ系フィラーワイヤ（外径φ＝１．２ｍｍ）を用いること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【００７２】
この比較例１のレーザ溶接中における溶融池等の高速度ビデオ画像を図４に示すように、溶融池容積が大きく、また、キーホールから外部に排出しきれないＺｎ蒸気が溶融池内に多く入り込み、溶融池を吹き飛ばしたり、溶接部内にそのまま残存したりしていることがわかる。
【００７３】
また、レーザ溶接中における溶融池表面の温度をサーモグラフィーで観察したところ、上記点線Ｐ部分に相当する溶融池表面の温度は１６００℃程度であると推測される。
【００７４】
（比較例２）
溶融池に前記Ｃｕ系フィラーワイヤを供給しないこと以外は、前記実施例１と同様にして、２枚のＺｎめっき鋼板３、３を重ねレーザ溶接した。
【００７５】
この比較例２について、前記実施例１と同様にして、溶接後の溶接部の断面観察を電子顕微鏡により行った。その電子顕微鏡写真を図５に示す。なお、図５（ａ）の左右両側よりも濃い灰色となった中央部分が、溶融池７が凝固した溶接部６である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の四角で囲った部分を拡大した電子顕微鏡写真であり、図５（ｂ）の点線Ｐが上記溶接部６（レーザ溶接時の溶融池７）の最外周を示し、この点線Ｐよりも左側の部分が上記溶接部６である。図５（ｂ）からわかるように、溶接部６近傍のＺｎめっき層２、２にはＺｎが沸騰してガス化した後に再凝固した粉末が観察された。これにより、レーザ溶接時には、溶融池７近傍のＺｎめっき層２、２が沸騰したことが確認できる。
【００７６】
また、レーザ溶接中における溶融池表面の温度をサーモグラフィーで観察したところ、上記点線Ｐ部分に相当する溶融池表面の温度は１３００℃程度であると推測される。
【００７７】
（重量減少量による評価）
前記実施例１並びに前記比較例１及び２において、溶接前重量から溶接後重量を引いた重量減少量（溶接長１００ｍｍ当たり）を、下記（ａ）式により求めて、重ねレーザ溶接の良否を評価した。その結果を表１に示す。
【００７８】
重量減少量（ｇ／１００ｍｍ）＝｛溶接前重量（ｇ）＋フィラーワイヤの添加重量（ｇ）−溶接後重量（ｇ）｝×１００（ｍｍ）／溶接長（ｍｍ） …（ｃ）
なお、前記溶接前重量とは、重ねレーザ溶接する前の２枚のＺｎめっき鋼板３、３の総重量のことであり、前記溶接後重量とは、２枚のＺｎめっき鋼板３、３を重ねレーザ溶接した後の総重量のことであり、フィラーワイヤの添加重量とは、重ねレーザ溶接する際に溶融池７中に添加されたフィラーワイヤの重量のことである。
【００７９】
ここに、前記重量減少量の値が小さいほど、溶融池７からスパッタ等として飛散する母材金属量が少なく、したがってブローホール等の溶接欠陥の少ない良好な溶接が行われたことを意味する。
【００８０】
なお、表１において、前記実施例１はＮｏ．１に対応し、前記比較例１、２はＮｏ．２、３にそれぞれ対応する。
【００８１】
【表１】
【００８２】
表１から明らかなように、Ｃｕ系フィラーワイヤ４を溶融池７に供給しながらレーザ溶接したＮｏ．１の前記実施例１では、重量減少量が０．１５ｇ／１００ｍｍと小さく、ブローホール等の溶接欠陥の少ない良好な溶接が行われていた。なお、本発明者の調査により、この重量減少量が０．１８ｇ／１００ｍｍ以下であれば、少量のブローホール等の欠陥が多少認められるが、実用上問題ないことがわかっている。
【００８３】
これに対し、Ｆｅ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接したＮｏ．２の比較例１では、重量減少量が０．２７ｇ／１００ｍｍと多く、ブローホール等の溶接欠陥が極めて多く発生した。
【００８４】
（フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係）
前記実施例１及び前記比較例１において、フィラーワイヤの供給速度を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を調べた。その結果を図６に示す。
【００８５】
図６から明らかなように、Ｃｕ系フィラーワイヤ４を溶融池７に供給しながらレーザ溶接したＮｏ．１の前記実施例１では、Ｃｕ系フィラーワイヤ４の供給速度が０．５ｍ／ｍｉｎのときに重量減少量が０．２ｇ／１００ｍｍとなり、そして、供給速度が１ｍ／ｍｉｎ以上では重量減少量がほぼ一定値（０．１５ｇ／１００ｍｍ）を示した。これにより、Ｃｕ系フィラーワイヤ４の供給速度は１ｍ／ｍｉｎ以上とすることが好ましいことがわかる。
【００８６】
これに対し、Ｆｅ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接したＮｏ．２の比較例１では、Ｆｅ系フィラーワイヤの供給速度に関わらず、重量減少量がほとんど変化しなかった。これはＦｅ系フィラーワイヤを添加しても、添加したフィラー重量分が飛散していることを示している。
【００８７】
（実施例２）
前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４として、Ｃｕを９６％含有し、残部がＮｉよりなるＣｕ−Ｎｉ系合金からなるＣｕ系フィラーワイヤ（外径φ＝１．２ｍｍ）４を用いること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【００８８】
（Ｃｕ系フィラーワイヤ中のＣｕ含有量とブローホール発生数との関係）
前記実施例２において、Ｃｕ系フィラーワイヤ４中のＣｕ含有量を種々変更することにより、Ｃｕ系フィラーワイヤ４中のＣｕ含有量と溶接長１００ｍｍ当たりのブローホール発生数との関係を調べた。その結果を図７に示す。
【００８９】
なお、ブローホール発生数（個／１００ｍｍ）は、溶接後のサンプルをＸ線を用いて観察することにより調べた。
【００９０】
図７から明らかなように、Ｃｕ系フィラーワイヤ４中のＣｕ含有量が３５％以上になると、ブローホール発生数がほとんど零となった。
【００９１】
これに対し、Ｃｕ含有量が２０％のＣｕ系フィラーワイヤ４を用いたとき、及びＣｕ含有量が０％でＮｉのみからなるＮｉフィラーワイヤを用いたときは、ブローホール発生数が５０（個／１００ｍｍ）以上となった。
【００９２】
これにより、Ｃｕ系フィラーワイヤ４中のＣｕ含有量を３５％以上にすると、効果的にブローホールの発生を防止できることがわかる。
【００９３】
（実施例３）
前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４として、Ｃｕ−Ｓｉ系合金（Ｃｕ−０．３Ｆｅ−０．００５Ａｌ−３．４Ｓｉ−１．３Ｍｎ）よりなるものを用いるとともに、レーザ出力を３．５ｋＷにすること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【００９４】
（実施例４）
低融点溶加材として、Ａｌ合金（Ａｌ−０．４Ｆｅ−０．１Ｃｕ−１２Ｓｉ−０．１Ｍｎ）よりなるＡｌ系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を３．５ｋＷにすること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【００９５】
（比較例３）
前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４の代わりに、Ｆｅ系合金（Ｆｅ−０．３５Ｓｉ−１．５２Ｍｎ）よりなるＦｅ系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を３．５ｋＷにすること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【００９６】
（フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係）
前記実施例３及び４並びに前記比較例３において、フィラーワイヤの供給速度を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を調べた。その結果を図８に示す。
【００９７】
図８から明らかなように、Ｃｕ系フィラーワイヤ４を溶融池７に供給しながらレーザ溶接した前記実施例３及びＡｌ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接した前記実施例４では、フィラーワイヤの供給速度が１ｍ／ｍｉｎ以上になると重量減少量が０．１５ｇ／１００ｍｍ程度以下となったのに対し、Ｆｅ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接した前記比較例３では、Ｆｅ系フィラーワイヤの供給速度に関わらず、重量減少量が０．３ｇ／１００ｍｍ以下に低下することはなかった。
【００９８】
（フィラーワイヤの供給速度と見掛け温度との関係）
前記実施例３及び前記比較例３において、フィラーワイヤの供給速度（ワイヤ添加量）を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度（ワイヤ添加量）と見掛け温度との関係を調べた。その結果を図９に示す。なお、見掛け温度とは、レーザ溶接中のサーモグラフィでの観察結果から、キーホールから５ｍｍ後方（レーザ光の移動方向後方）の位置における温度を推測したものである。
【００９９】
図９から明らかなように、Ｃｕ系フィラーワイヤ４を供給する前記実施例３では、Ｃｕ系フィラーワイヤ４の供給速度が１ｍ／ｍｉｎ以上になると、キーホールから５ｍｍ後方の見掛け温度が、Ｚｎの沸点（１１７８℃）よりも低い約１１００℃以下になることがわかる。
【０１００】
これに対し、Ｆｅ系フィラーワイヤを供給する前記比較例３では、Ｆｅ系フィラーワイヤの供給速度に関わらず、上記見掛け温度がＺｎの沸点（１１７８℃）よりも低い温度に低下することはなかった。
【０１０１】
（実施例５）
低融点溶加材として、Ｎｉ合金（Ｎｉ−７．０Ｃｒ−３．１Ｂ−３．０Ｆｅ−４．５Ｓｉ合金、融点９９９℃）よりなるＮｉ系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を３．５ｋＷにすること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【０１０２】
（実施例６）
低融点溶加材として、Ａｇ合金（Ａｇ−２８Ｃｕ、融点７８０℃）よりなるＡｇ系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を３．５ｋＷにすること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【０１０３】
（フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係）
前記実施例５及び６において、フィラーワイヤの供給速度を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を調べた。その結果を図１０に示す。
【０１０４】
図１０から明らかなように、融点が１２００℃以下のＮｉ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接した前記実施例５及びＡｇ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接した前記実施例６では、フィラーワイヤの供給速度が１ｍ／ｍｉｎ以上になると重量減少量が０．１５ｇ／１００ｍｍ程度以下となった。
【０１０５】
［第２実施例］
（実施例７）
本実施例は、主にレーザ熱によりＺｎめっき鋼板３、３の母材１、１を溶融させるレーザ溶接と、Ｃｕ系溶加材としての前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４を消耗電極としてアークを発生させアーク熱により、該Ｃｕ系フィラーワイヤ４を溶融させるアーク溶接とを併用したものである。
【０１０６】
前記実施例１と同様のＺｎめっき鋼板３、３及びＣｕ系フィラーワイヤ４を準備した。
【０１０７】
＜重ね合わせ工程＞
前記Ｚｎめっき鋼板３、３を２枚重ね合わせた。このとき、両Ｚｎめっき鋼板３、３間の隙間は零とした。
【０１０８】
＜接合工程＞
そして、両Ｚｎめっき鋼板３、３の重ね合わせ部の板面に対してレーザ光５の光源を略水平方向に所定速度で移動させながら、同板面に対して略垂直方向（重ね合わせ方向）から所定出力のレーザ光５をレーザ溶接後に溶接部６となる所定の溶接線上に照射し、レーザ光５が照射された加熱部において、重ね合わされた両Ｚｎめっき鋼板３、３の両母材１、１の全体が溶融した溶融池７を形成した。このとき、形成された溶融池に対して、レーザ光５の移動方向後方から前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４を所定の供給量で連続的に供給しながら、ＭＩＧアークにより、両Ｚｎめっき鋼板を重ねレーザ溶接した。このときの溶接条件は以下のとおりである。
【０１０９】
レーザ光：ＹＡＧレーザ
レーザ出力：２．５ｋＷ
溶接速度：２．０ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤの供給速度：３．０ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤの供給位置：レーザ光の照射点から３ｍｍ後方に離れた位置
アーク電流：１００Ａ
アーク電圧：２０Ｖ
なお、この接合工程では、アーク熱により前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４が完全に溶融するとともに一方の前記Ｚｎめっき鋼板３の母材表面が部分的に溶融し、かつ、レーザ熱により前記両Ｚｎめっき鋼板３、３の両母材１、１が完全に溶融することにより、両母材１、１が溶融した溶融池７に前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４が溶融状態で混入される。
【０１１０】
このため、仮にＣｕ系フィラーワイヤ４の供給位置にズレ等があったとしても、Ｃｕ系フィラーワイヤ４を確実に溶融させて前記溶融池７に混入させることができ、Ｃｕ系フィラーワイヤ４により前記溶融池７の凝固速度を確実に高めることが可能となる。したがって、本実施例によっても、前記実施例１と同程度以上に、ブローホール等の溶接欠陥を効果的に抑制することできる。
【０１１１】
また、アーク熱によりＣｕ系フィラーワイヤ４を溶融させているので、Ｃｕ系フィラーワイヤの溶融にレーザ熱の一部が使われることがない分、レーザ出力を抑えることができ、より低コストで溶接することが可能となる。
【０１１２】
（その他の実施例）
前述の実施例では、レーザ熱によりＺｎめっき鋼板の母材を溶融させる例について説明したが、他の高エネルギ密度熱源やプラズマアーク等を利用したアーク熱によってＺｎめっき鋼板の母材を溶融させる他の溶融溶接方法であっても、本発明を適用することが可能である。
【０１１３】
また、前述の実施例では、加熱部において、重ね合わされた両Ｚｎめっき鋼板の両母材の全体を溶融させて溶融池を形成するとともに、両母材を貫通するキーホールとする、いわゆる裏波溶接の例について説明したが、重ね合わされた両Ｚｎめっき鋼板のうちの一方の母材全体を溶融させ、かつ、他方の母材の一部（重ね合わせ面側の一部）を部分的に溶融させて溶融池を形成する場合にも、本発明を適用することが可能である。
【０１１４】
さらに、前述の実施例では、Ｃｕ系溶加材としてＣｕ系フィラーワイヤを用いる例について説明したが、粉末状のＣｕ系溶加材を用いた場合も溶融池の凝固速度を高めてブローホール等を効果的に抑制することが可能である。
【０１１５】
また、前述の実施例では、Ｚｎめっき鋼板に適用する例について説明したが、母材融点よりも低い沸点をもつ被覆層が母材表面に形成された他の被覆鋼板にも、本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施例１に係り、接合工程でレーザ溶接する様子を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例１のレーザ溶接中における溶融池等を示す高速度ビデオ画像の写真である。
【図３】実施例１についてレーザ溶接後の溶接部の断面を示す電子顕微鏡写真であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の四角で囲った部分を拡大した電子顕微鏡写真、図３（ｃ）は図３（ｂ）の四角で囲った部分を拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４】比較例１のレーザ溶接中における溶融池等を示す高速度ビデオ画像の写真である。
【図５】比較例１についてレーザ溶接後の溶接部の断面を示す電子顕微鏡写真であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の四角で囲った部分を拡大した倍の電子顕微鏡写真である。
【図６】実施例１及び比較例１について、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を示す線図である。
【図７】Ｃｕ系フィラーワイヤ中のＣｕ含有量とブローホール発生数との関係を示す図である。
【図８】実施例３及び４並びに比較例３について、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を示す線図である。
【図９】実施例３及び比較例３について、フィラーワイヤの供給速度（ワイヤ添加量）と見掛け温度との関係を示す線図である。
【図１０】実施例５及び６について、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を示す線図である。
【図１１】従来例に係り、レーザ溶接する様子を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１…母材 ２…Ｚｎめっき層（被覆層）
３…Ｚｎめっき鋼板（被覆鋼板）
４…Ｃｕ系フィラーワイヤ（低融点溶加材）
５…レーザ光（高エネルギ密度熱源）
６…溶接部 ７…溶融池
８…キーホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は被覆鋼板の重ね溶融溶接方法に関し、詳しくは母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板同士を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶融、凝固させて両被覆鋼板の母材同士を一体的に接合する被覆鋼板の重ね溶融溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｚｎメッキ鋼板を重ね溶融溶接する場合、母材の表面にＺｎめっき層が形成された２枚のＺｎめっき鋼板を重ね合わせ、この重ね合わせ部の所定部位にレーザ熱やアーク熱等を付与することにより両母材を溶融して溶融池とし、この溶融池を冷却、凝固させて両母材を一体的に接合する。
【０００３】
ところで、Ｚｎめっき鋼板においては、母材としての鋼板の融点よりもＺｎめっき層のＺｎの沸点の方が低い。このように母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなる被覆層が該母材表面に形成された被覆鋼板同士を重ね溶融溶接する場合、以下に示すような問題がある。
【０００４】
すなわち、上記したような被覆鋼板を重ね溶融溶接する場合、溶接時にＺｎめっき鋼板の母材が溶融したときにはＺｎめっき層のＺｎはガス化してＺｎ蒸気となっている。そして、重ね合わせられたＺｎめっき鋼板間のＺｎがガス化すると、この板間のＺｎ蒸気が、溶融池内に閉じ込められて残存したり、溶融池内で高圧となって溶融池から噴出して溶融母材を飛散させたりする。このため、上記したような被覆鋼板を重ね溶融溶接すると、板間のＺｎがガス化することによるブローホール等の溶接欠陥が問題となる。
【０００５】
例えば、Ｚｎめっき鋼板の重ねレーザ溶接では、図１１に示されるように、母材８１の表面にＺｎめっき層８２が形成された２枚のＺｎめっき鋼板８０、８０を重ね合わせ、この重ね合わせ部の所定部位にレーザ光９０を照射してレーザ熱で母材８１を溶融して溶融池９１とし、この溶融池９１を冷却、凝固させて溶接部９２として両母材８１、８１を一体的に接合する。このとき、Ｚｎめっき鋼板８０、８０間のＺｎがガス化し、このＺｎ蒸気が溶融池９１内に侵入して留まることにより、そのまま溶接部９２内にＺｎ蒸気が残存してブローホール９３となったり、溶融池９１内で高圧となったＺｎ蒸気９４が溶融母材を吹き飛ばしてスパッタ９５を発生させたりする。
【０００６】
このようなＺｎ蒸気によるブローホール等の溶接欠陥に対しては、重ね合わせた両Ｚｎめっき鋼板間に適度の微小隙間を形成し、この微小隙間からＺｎ蒸気を逃がして脱気することが有効であり、重ね合わせた両Ｚｎめっき鋼板間にガス逃がし用の微小隙間を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この特許文献１に開示された技術では、プレス成形によりＺｎめっき鋼板の一面に凸部を設けることにより、重ね合わせた両Ｚｎめっき鋼板間にガス逃がし用の微小隙間を形成している。このため、レーザ溶接時に両Ｚｎめっき鋼板間で発生したＺｎ蒸気を両Ｚｎめっき鋼板間の微小隙間から逃がすことにより、溶融池を通しての高圧ガス噴出等を抑えることができる。
【０００８】
また、ブローホール等の溶接欠陥の原因となる、外部へ逸出するＺｎ蒸気量を減少させる技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
この特許文献２に開示された技術では、重ね合わせたＺｎめっき鋼板の間にＮｉ−Ｐ系、Ｓｎ又はＳｎ−Ｐｂ系の金属箔を挟んだ状態で重ねレーザ溶接することにより、レーザ溶接時に板間のＺｎめっき層から発生したＺｎ蒸気とＮｉ−Ｐ系等の金属とで化合物を形成させ、この化合物を溶融池の溶鋼中に固溶させている。こうして、外部へ逸出するＺｎ蒸発量を減少させることにより、ブローホールの発生を抑制している。
【００１０】
さらに、酸素を所定量含むアシストガスを溶接部に噴出しながらレーザ溶接する技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
この特許文献３に開示された技術では、Ｚｎめっき層を酸素ガス成分により酸化、燃焼させることにより、レーザビーム照射部からの熱伝導でＺｎが気化して生じる爆発的な現象を抑えるとともに、キーホールの入り口部を酸化反応により広げてＺｎ蒸気を外部に抜け易くしている。こうしてＺｎ蒸気によるブローホールの発生を抑制している。
【特許文献１】特開２００１−１６２３８７号公報（第３−５頁、第２図）
【特許文献２】特開平５−３１８１５５号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】特開平６−７９４８４号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、プレス成形等によりＺｎめっき鋼板の一面に凸部を設けることによりガス逃がし用の微小隙間を形成する前記従来技術では、微小隙間の大きさの管理が面倒かつ困難である。
【００１３】
すなわち、微小隙間が大きすぎると溶融した母材同士がつながらずに分離してしまう一方、微小隙間が小さすぎるとＺｎ蒸気の脱気が不十分となって前記ブローホール等の溶接欠陥が発生することになるため、微小隙間の大きさを０．１〜０．４ｍｍ程度の範囲に管理する必要があるが、プレス成形機の型摩耗や成形精度等を考慮すると、微小隙間の大きさを高精度に管理することは面倒かつ困難である。
【００１４】
また、前記特許文献２に開示された技術は、重ね合わせたＺｎめっき鋼板間で発生したＺｎ蒸気とＮｉ−Ｐ系等の金属とを反応させて化合物を形成し、この化合物を溶融池の母材に固溶させることで外部へ逸出するＺｎ蒸発量を減少させるものであり、Ｚｎ等の被覆材料の蒸発自体を抑制しようとする本発明とは技術的思想が異なる。
【００１５】
さらに、前記特許文献３に開示された技術では、溶融池内で酸化発熱反応が起こることから、溶融池の温度が上昇して溶融池の範囲が増大するとともに溶融池の粘度が低下し、それにより溶融池内のキーホール近傍でＺｎ蒸気が噴出し細かいスパッタが発生し易くなる。
【００１６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、面倒かつ困難な隙間管理をすることなく、溶接時に被覆鋼板間の被覆材料がガス化することに起因するブローホール等の溶接欠陥を抑制することを解決すべき技術課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、溶接時の現象を可視化観察により捉えることにより上記ブローホール等の溶接欠陥の発生メカニズムに基づく対策を検討した結果、重ね合わせた被覆鋼板間の被覆材料が接する溶融池の温度を低下させるとともに溶融池の容積を低減させることにより、板間の被覆材料がガス化することに起因するブローホール等の溶接欠陥を効果的に抑制できることを発見し、本発明を完成させた。
【００１８】
すなわち、上記課題を解決する本発明の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法は、母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板同士を重ね合わせる重ね合わせ工程と、重ね合わされた該被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して略水平方向に移動する所定の熱源を該板面の一方から供給することにより該重ね合わせ部の所定部位を加熱して両該母材が溶融した溶融池とし、該溶融池を冷却、凝固させることにより両該被覆鋼板の該母材同士を一体的に接合する接合工程とを備え、前記接合工程で、前記溶融池内の外周域であって両前記被覆鋼板間の前記被覆層に接する部位における温度が前記被覆材料の沸点以下となるように、前記母材よりも融点の低い低融点材料よりなる低融点溶加材を前記熱源の供給側から前記所定部位に供給しつつ該熱源により該低融点溶加材を加熱して溶融した該低融点溶加材を該溶融池に添加することを特徴とするものである。
【００１９】
ここに、前記「両母材が溶融し」とは、加熱部位において、重ね合わされた一方の被覆鋼板の母材全体が溶融し、かつ、他方の被覆鋼板の母材全体又は母材の一部が溶融していることを意味する。
【００２０】
好適な態様において、前記熱源は高エネルギ密度熱源であり、前記接合工程で、該高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位の前記母材及び前記低融点溶加材を加熱して溶融させる。
【００２１】
好適な態様において、前記高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位にキーホールが形成され、該キーホールよりも該高エネルギ密度熱源の移動方向後方側の前記溶融池に前記低融点溶加材を添加する。
【００２２】
好適な態様において、前記高エネルギ密度熱源はレーザである。
【００２３】
好適な態様において、前記熱源はレーザ及びアークであり、前記接合工程で、前記所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、アーク熱により前記低融点溶加材を溶融させる。
【００２４】
好適な態様において、前記低融点溶加材はフィラーワイヤの形態で供給される。
【００２５】
好適な態様において、前記低融点溶加材は粉末の形態で供給される。
【００２６】
好適な態様において、前記フィラーワイヤを消耗電極としてアークを発生させアーク熱により該フィラーワイヤを溶融させる。
【００２７】
好適な態様において、前記低融点溶加材はＣｕを３５％以上含有するＣｕ系溶加材である。
【００２８】
ここに、前記「％」は「質量％」を意味する。また、以下の説明において、単に「％」と記載されているものは全て「質量％」を意味する。
【００２９】
好適な態様において、前記低融点溶加材はＮｉをベースとし融点が１２００℃以下のＮｉ系溶加材である。
【００３０】
好適な態様において、前記低融点溶加材はＡｇをベースとするＡｇ系溶加材である。
【００３１】
好適な態様において、前記被覆層はＺｎめっき層であり、前記被覆鋼板はＺｎめっき鋼板である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法は、母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板の重ね溶融溶接方法であって、重ね合わせ工程と、接合工程とを備えている。
【００３３】
前記重ね合わせ工程では、母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板同士を重ね合わせる。このとき、重ね合わせた両被覆鋼板間の隙間管理を厳密に行う必要がなく、０〜０．８ｍｍ程度の隙間とすることができる。
【００３４】
前記被覆鋼板における母材の種類は特に限定されない。また、前記被覆層を構成する被覆材料の種類は、母材の融点よりも低い沸点をもつものであれば特に限定されない。前記被覆鋼板としては、前記被覆層がＺｎめっき層であるＺｎめっき鋼板を好ましい態様として挙げることができる。なお、被覆層としてのめっき層の目付量は特に限定されなず、また、めっき方法は溶融めっきでも電気めっきでもいずれでもよい。
【００３５】
前記接合工程では、重ね合わされた被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して略水平方向に移動する所定の熱源を該板面の一方から供給することにより、該重ね合わせ部の所定部位を加熱して両母材が溶融した溶融池とし、この溶融池を冷却、凝固させることにより両被覆鋼板の母材同士を一体的に接合する。
【００３６】
そして、本発明の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法における接合工程では、溶融池内の外周域であって両被覆鋼板間の被覆層に接する部位における温度が被覆材料の沸点以下となるように、母材よりも融点の低い低融点材料よりなる低融点溶加材を熱源の供給側から前記所定部位に供給しつつ該熱源により該低融点溶加材を加熱して溶融した該低融点溶加材を該溶融池に添加する。これにより、重ね合わせ部の被覆鋼板間の被覆層に接する溶融池の最外周が被覆材料の沸点以下となるため、この溶融池の最外周に接する被覆層の被覆材料は溶融するのみで沸騰することがない。このため、重ね合わせ部の板間に在る被覆層の被覆材料がガス化して発生するガス量を低減させて、溶融池内に侵入するガス量を低減させることができる。
【００３７】
また、低融点溶加材が溶融池に添加されて溶融池の温度が低下すれば、その溶融池の凝固速度が高まり、溶融池が素早く凝固する。このため、溶融溶接時に被覆鋼板の母材が溶融して形成された溶融池は素早く凝固する。こうして溶融池が素早く凝固すれば、その凝固部分が溶融池内のガスの行く手を阻むことになる。また、ガスが滞留又は移動しうる溶融池容積も減少し、結果的に溶融池内で滞留又は移動するガス量が減少する。このため、被覆鋼板間の被覆層の被覆材料がガス化して発生したガスは、溶融池内に滞留することなく、その大部分が加熱による溶融直後の溶融池を素早く抜け出る。したがって、溶融池内にガスが閉じ込められて残留したり、溶融池内でガスが高圧となって母材を飛散させながら溶融池から噴出したりすることを抑えることができる。
【００３８】
さらに、溶融池が素早く凝固したり溶融池容積が減少したりすれば、溶融池からの熱伝達により発生するガス量を低減させることができる。
【００３９】
したがって、本発明の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法によれば、被覆鋼板間で発生するガスに起因するブローホール等の溶接欠陥を効果的に抑えることが可能となる。
【００４０】
また、前記溶融池に前記低融点溶加材を供給しながら溶融溶接することから、被覆鋼板間で発生するガスによるブローホール等の溶接欠陥を抑えるべく、重ね合わせる両鋼板間の隙間管理を厳密に行う必要がなくなり、作業が容易となる。すなわち、本発明方法によれば、仮に両被覆鋼板間の隙間を零にした場合であっても、板間で発生するガスブローホール等の溶接欠陥を効果的に抑えることができる。また、前記低融点溶加材の供給により前記溶融池を補充することができるので、仮に両被覆鋼板間の隙間を０．４ｍｍを超える程度（例えば、０．４〜０．８ｍｍ程度）に大きくした場合でも、前記低融点溶加材による補充分だけ隙間を埋めることが可能となり、溶接部に溶け落ちが発生したり溶融池同士が分離したりすることによる溶接不良を防ぐことができる。
【００４１】
ここに、前記低融点溶加材の形態は特に限定されず、例えば粉末状であってもよいし、ワイヤ状であってもよい。ただし、粉末状とした場合、溶融池の幅が狭いことや供給途中で粉末が飛散すること等により、材料歩留りが低下し、また、溶融池に対する供給量の制御が必ずしも容易ではない。そこで、前記低融点溶加材はワイヤ状とすることが好ましい。フィラーワイヤ等のワイヤ状のものであれば、粉末と比べて取り扱いが容易で供給途中で飛散することもないので、溶融池等に対して確実かつ容易に送給することができ、またその送給量の制御も容易となる。また、材料歩留りが低下することもない。
【００４２】
また、溶融池に前記低融点溶加材を添加する際は、重ね合わされた被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して略水平方向に移動する所定の熱源を該板面の一方から供給して所定部位を加熱するときに、該熱源の供給側から該所定部位に低融点溶加材を供給する。こうすることで、熱源で被覆鋼板の所定部位を加熱して溶融池にする際に、該熱源により低融点溶加材を確実に加熱して溶融させることができるとともに、溶融した低融点溶加材を溶融池の母材と均等に混合させて溶融池の温度を確実に低下させることが可能となる。
【００４３】
なお、高エネルギ密度熱源を利用する場合（後述する）、前記低融点溶加材は、前記所定部位への高エネルギ密度熱源の照射に先行させて被覆鋼板の所定部位（レーザ等の高エネルギ密度熱源が照射されて溶接部となる溶接線上）に予め配置しておいてもよいし、高エネルギ密度熱源の照射点（溶接点）又はその近傍（高エネルギ密度熱源の移動方向前方側又は後方側等の近傍）にレーザ光の照射とほぼ同時に供給してもよい。高エネルギ密度熱源の照射点（溶接点）やその近傍の溶融池等に対して低融点溶加材をどの方向から供給するかについても、高エネルギ密度熱源の後方（高エネルギ密度熱源の移動方向後方）、前方（高エネルギ密度熱源の移動方向前方）及び側方等のいずれでもよいが、その作用を考慮すると後述するとおり後方から供給するのが望ましい。
【００４４】
さらに、前記接合工程で、重ね合わせ部の所定部位（溶接後に溶接部となる部位）を加熱して両母材を溶融させる熱源としては、加熱部位において、重ね合わされた一方の被覆鋼板の母材全体を溶融させ、かつ、他方の被覆鋼板の母材全体又は母材の一部を溶融させることのできるものであれば特に限定されず、レーザや電子ビーム等の高エネルギ密度熱源や、プラズマ、ＭＩＧやＣＯ2 等のアーク熱源を利用することができる。ただし、高速かつ低歪み溶接を実現しやすい高エネルギ密度熱源を利用することが好ましく、特に溶接線形状の自由度が高く、溶接の操作性や制御性が優れているレーザを利用することが好ましい。なお、用いるレーザ光の種類やレーザ溶接の条件は特に限定されず、被覆鋼板の種類や厚さ等に応じて適宜設定することができる。ＹＡＧレーザやＣＯ2 レーザ等を好適に用いることができる。また、レーザ等の高エネルギ密度熱源を利用した接合工程では、被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して高エネルギ密度熱源を略水平方向に所定速度で移動させながら同板面に対して略垂直方向（重ね合わせ方向）から所定出力の高エネルギ密度熱源を照射する。高エネルギ密度熱源が照射された部分は重ね合わされた被覆鋼板の両母材が溶融して溶融池となる。
【００４５】
本発明の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法は、前記熱源として高エネルギ密度熱源を利用し、前記接合工程で、該高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位の前記母材及び前記低融点溶加材を加熱して溶融させることが好ましい。
【００４６】
高エネルギ密度熱源が照射された照射点にはキーホール（細くて深い穴）が形成される。このキーホール内部の温度は数千℃に達しており、キーホールの周囲に溶融池が形成され、この溶融池の最外周における温度は溶融金属の融点（凝固点）である。高エネルギ密度熱源が照射されたてキーホールが形成された部分に在った被覆材料が沸騰して発生したガスの大部分はそのキーホールを通って外部に放出されると考えられる。また、キーホールよりも高エネルギ密度熱源の移動方向前方に形成された溶融池部分に在った被覆層や該溶融池部分に接触する被覆層の被覆材料が沸騰して発生したガスは、その後高エネルギ密度熱源が照射されることによりその溶融池部分にキーホールが形成されるので、そのキーホールを通って外部に放出されると考えられる。ところが、キーホールよりも高エネルギ密度熱源の移動方向後方や移動方向側方に形成された溶融池部分に接触する被覆層の被覆材料が沸騰して発生したガスは、そのキーホールから抜けきれずに該溶融池内部に入り込み、大気中に噴出する際に溶融池を飛散させると考えられる。
【００４７】
この点、本発明の被覆鋼板の溶融溶接方法では、前述のとおり、溶融池の外周域（最外周）であって板間の被覆層が接する部位における温度が被覆材料の沸点以下とされることから、溶融池に接触する被覆層の被覆材料が溶融池からの熱伝達により沸騰してガス化することを防止することができる。このため、キーホールよりも高エネルギ密度熱源の移動方向後方や移動方向側方に形成された溶融池部分に接触する被覆層の被覆材料が沸騰してガス化することを防止することができる。したがって、被覆鋼板間で発生して溶融池内部に入り込むガス量を低減させることが可能となる。
【００４８】
ここに、高エネルギ密度熱源の照射により形成するキーホールとしては、被覆鋼板間で発生したガスをキーホールを介して外部へより逃がし易くする観点より、両母材を板厚方向に貫通していることが好ましい。
【００４９】
また、高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位にキーホールを形成した場合には、このキーホールよりも高エネルギ密度熱源の移動方向後方の溶融池部分に低融点溶加材を添加することが好ましい。上述のとおり、キーホールよりも高エネルギ密度熱源の移動方向後方の溶融池部分に、キーホールの側方等で発生したガスが入り込みやすいことから、この移動方向後方の溶融池部分に直接低融点溶加材を添加することにより、低融点溶加材と母材とをより均一に混合させて溶融池の温度をより確実に低下させるのに有利となる。
【００５０】
さらに、レーザ熱で母材を溶融させるレーザ溶接を利用する場合は、前記接合工程で、前記所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、アーク熱により前記低融点溶加材を溶融させることが好ましい。
【００５１】
特に、前記低融点溶加材としてワイヤ状のもの（フィラーワイヤ）を採用した場合は、前記接合工程で、前記重ね合わせ部の所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、前記低融点溶加材（フィラーワイヤ）を消耗電極としてアークを発生させアーク熱により該低融点溶加材（フィラーワイヤ）を溶融させることが好ましい。
【００５２】
レーザ溶接におけるレーザ光の照射点（溶接点）は極めて小さく、溶融池の幅も狭いため、フィラーワイヤ等の低融点溶加材の供給位置のズレ等により、低融点溶加材をレーザ熱や溶融池の熱によって確実に溶融させることが困難となる。この点、前記重ね合わせ部の所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、いわゆるアーク溶接を併用し、アーク熱により前記低融点溶加材を溶融させれば、低融点溶加材の供給位置にズレ等があったとしても、低融点溶加材を確実に溶融させて前記溶融池に混入させることができる。特に、前記フィラーワイヤを消耗電極とするアーク溶接によれば、その作業も容易となり、溶融池に対して確実かつ容易に供給することができる。したがって、低融点溶加材により前記溶融池の温度を確実に低下させることができ、ブローホール等の溶接欠陥を効果的に抑制することが可能となる。また、アーク熱により低融点溶加材を溶融させれば、低融点溶加材の溶融にレーザ熱の一部が使われることがないため、その分レーザ出力を抑えることができ、より低コストで溶接することが可能となる。
【００５３】
そして、アーク溶接を併用する場合は、低融点溶加材の供給位置にズレ等があってもアーク熱により低融点溶加材を溶融させることができるので、低融点溶加材の供給操作の向上を図ることが可能となる。
【００５４】
前記アーク溶接におけるアークの種類や条件としては、前記低融点溶加材を溶融させることができれば特に限定されず、ＭＩＧアーク、プラズマアークやＴＩＧアーク等を適宜用いることができる。
【００５５】
さらに、前記低融点溶加材はＣｕを３５％以上含有するＣｕ系溶加材であることが好ましい。このＣｕを３５％以上含有する低融点のＣｕ系溶加材は、被覆鋼板の母材の溶融池中に混入されて溶融池の温度を低下させることにより、溶融池内の外周域であって両被覆鋼板間の被覆層に接する部位における温度を被覆材料の沸点以下にするとともに、溶融池の凝固速度を高めて、溶融池を素早く凝固させる。
【００５６】
前記Ｃｕ系溶加材におけるＣｕ以外の成分は、被覆鋼板の母材の溶融池に混入されてもこの母材に対して強度面や割れ等の品質面等で悪影響を及ぼさないものであれば特に限定されない。例えば、Ｃｕを３５％以上含有し、残部がＮｉよりなるＣｕ−Ｎｉ系合金、残部がＳｉよりなるＣｕ−Ｓｉ系合金又は残部がＦｅよりなるＣｕ−Ｆｅ系合金等を好適に用いることができる。また、これらの合金の二種以上を同時に用いてもよい。例えば、Ｃｕ−Ｎｉ系合金よりなるＣｕ系溶加材と、Ｃｕ−Ｓｉ系合金よりなるＣｕ系溶加材とを同時に用いてもよい。Ｃｕ系溶加材の具体例としては、例えばＣｕ−３Ｓｉ合金（融点１０８０℃）やＣｕ−０．３Ｆｅ−０．００５Ａｌ−３．４Ｓｉ−０．３Ｍｎ（融点１０８０℃）を挙げることができる。
【００５７】
前記Ｃｕ系溶加材におけるＣｕ含有量が３５％未満になると、溶融池の温度を十分に低下させることが困難となる。一方、Ｃｕ系溶加材におけるＣｕ含有量の上限は特になく、Ｃｕ含有量が１００％であってもよい。
【００５８】
また、前記低融点溶加材の他の態様としては、Ａｌ合金よりなるＡｌ系溶加材の他に、融点が１２００℃以下のろう付け用材料、例えばＮｉをベースとする（合金成分のうちでＮｉが最も組成比が大きい）Ｎｉ合金よりなり融点が１２００℃以下のＮｉ系溶加材、Ａｇをベースとする（合金成分のうちでＡｇが最も組成比が大きい）Ａｇ合金よりなるＡｇ系溶加材、Ａｌをベースとする（合金成分のうちでＡｌが最も組成比が大きい）Ａｌ合金よりなるＡｌ系溶加材を用いることができる。Ａｌ系溶加材の具体例としては、例えばＡｌ−０．４Ｆｅ−０．１Ｃｕ−１２Ｓｉ−０．１Ｍｎ合金（融点５８０℃）を挙げることができる。Ｎｉ系溶加材の具体例としては、例えばＮｉ−１４．０Ｃｒ−３．０Ｂ−４．５Ｆｅ−４．５Ｓｉ−０．７Ｃ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−１、融点１０３８℃）、Ｎｉ−７．０Ｃｒ−３．１Ｂ−３．０Ｆｅ−４．５Ｓｉ−０．０６Ｃ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−２、融点９９９℃）、Ｎｉ−３．１Ｂ−４．５Ｓｉ−０．０６Ｃ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−３、融点１０３８℃）、Ｎｉ−１．９Ｂ−３．５Ｓｉ−０．０６Ｃ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−４、融点１０６５℃）、Ｎｉ−１９．０Ｃｒ−１０．２Ｓｉ−０．０６Ｃ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−５、融点１１３５℃）やＮｉ−０．０６Ｃ−１１．０Ｐ合金（ニクロブレーズＢＮｉ−６、融点９２５℃）を挙げることができる。Ａｇ系溶加材の具体例としては、Ａｇ−１５Ｃｕ−１６Ｚｎ−２４Ｃｄ合金（ＢＡｇ−１、融点６２０℃）、Ａｇ−２６Ｃｕ−２１Ｚｎ−１８Ｃｄ合金（ＢＡｇ−２、融点７００℃）、Ａｇ−１５．５Ｃｕ−１５．５Ｚｎ−１６Ｃｄ−３Ｎｉ合金（ＢＡｇ−３、融点６９０℃）、Ａｇ−３４Ｃｕ−１６Ｚｎ（ＢＡｇ−６、融点７７５℃）、Ａｇ−２２Ｃｕ−１７Ｚｎ−５Ｓｎ合金（ＢＡｇ−７、融点６５０℃）やＡｇ−２８Ｃｕ合金（ＢＡｇ−８、融点７８０℃）を挙げることができる。
【００５９】
なお、溶融池の母材とより均一に混合させるという観点からは、前記Ｃｕ系溶加材、前記Ｎｉ系溶加材や前記Ａｇ系溶加材を用いることが好ましい。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６１】
［第１実施例］
本実施例は、レーザ熱によりＺｎめっき鋼板の母材及びＣｕ系溶加材を溶融させるレーザ溶接を利用して、Ｚｎめっき鋼板を重ね溶融溶接するものである。
【００６２】
（実施例１）
Ｚｎめっき鋼板として、母材１の表裏両面にＺｎめっき層２を形成してなる（Ｚｎ目付量は片面当たり４５ｇ／ｍ2 ）板厚ｔ＝０．８ｍｍの溶融化亜鉛めっき鋼板（ＳＣＧＡ２７０−４５／４５）３を準備した。
【００６３】
一方、低融点溶加材としてのＣｕ系溶加材として、Ｃｕを９６％含有し、Ｓｉを３重量％含有するＣｕ−Ｓｉ系合金からなるＣｕ系フィラーワイヤ（外径φ＝１．２ｍｍ）４を準備した。
【００６４】
＜重ね合わせ工程＞
前記Ｚｎめっき鋼板３を２枚重ね合わせた。このとき、両Ｚｎめっき鋼板３、３間の隙間は零とした。
【００６５】
＜接合工程＞
そして、両Ｚｎめっき鋼板３、３の重ね合わせ部の板面に対してレーザ光の光源（図示せず）を略水平方向（図１のＡ矢印方向）に所定速度で移動させながら、同板面に対して略垂直方向（重ね合わせ方向）から所定出力のレーザ光５をレーザ溶接後に溶接部６となる所定部位（所定の溶接線上）に照射し、レーザ光５が照射された加熱部において、重ね合わされた両Ｚｎめっき鋼板３、３の両母材１、１の全体が溶融した溶融池７を形成した。このとき、上記所定部位に、レーザ光５の移動方向後方から前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４を所定の供給量で連続的に供給しながら、該所定部位にレーザ光５を照射した。こうして、レーザ光５の照射により両母材１、１及びＣｕ系フィラーワイヤ４をほぼ同時に加熱、溶融し、形成された溶融池７に前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４を溶融状態で連続的に供給しながらレーザ溶接をすることにより、両Ｚｎめっき鋼板３、３を重ねレーザ溶接した。このときの溶接条件は以下のとおりである。
【００６６】
レーザ光：ＹＡＧレーザ
レーザ出力：３．０ｋＷ
溶接速度：２．０ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤの供給速度：３．０ｍ／ｍｉｎ
なお、この接合工程では、前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４は溶融状態で前記溶融池７に添加されて、溶融池７の母材溶融金属とＣｕ系フィラーワイヤ４の溶融金属とが混合した。
【００６７】
また、この接合工程では、レーザ光の照射により照射点に形成されたキーホールが両母材１、１を板厚方向に貫通するような条件でレーザ溶接した。
【００６８】
この接合工程におけるレーザ溶接の様子を図１の模式断面図に示し、また、このレーザ溶接中における溶融池等の高速度ビデオ画像を図２の写真に示す。この写真に示されるように、溶融池７の容積が小さく、また、Ｚｎ蒸気がキーホール８から外部に排出されており、溶融池７内に入り込んだり、そのまま溶接部（溶融池７が凝固した部分）６内に残存したりするＺｎ蒸気がほとんどないことがわかる。
【００６９】
また、溶接後の溶接部の断面観察を電子顕微鏡により行った。その電子顕微鏡写真を図３に示す。なお、図３（ａ）の左右両側よりも濃い灰色となった中央部分が、溶融池７が凝固した溶接部６である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の四角で囲った部分を拡大した電子顕微鏡写真であり、図３（ｂ）の点線Ｐが上記溶接部６（レーザ溶接時の溶融池７）の最外周を示し、この点線Ｐよりも左側の部分が上記溶接部６である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の四角で囲った部分を拡大した電子顕微鏡写真である。図３（ｃ）からわかるように、溶接部６近傍のＺｎめっき層２、２にはＺｎの溶融跡のみが観察された。これにより、レーザ溶接時には、溶融池７の外周域（最外周）であって両前Ｚｎめっき鋼板３、３間のＺｎめっき層２、２に接する部位における温度がＺｎの沸点以下とされて、この溶融池７近傍のＺｎめっき層２、２は沸騰することなく溶融のみしたことが確認できる。
【００７０】
さらに、レーザ溶接中における溶融池表面の温度をサーモグラフィーで観察したところ、溶融池表面の温度は８００℃程度であると推測される。
【００７１】
（比較例１）
前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４の代わりに、Ｆｅ系合金よりなるＦｅ系フィラーワイヤ（外径φ＝１．２ｍｍ）を用いること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【００７２】
この比較例１のレーザ溶接中における溶融池等の高速度ビデオ画像を図４に示すように、溶融池容積が大きく、また、キーホールから外部に排出しきれないＺｎ蒸気が溶融池内に多く入り込み、溶融池を吹き飛ばしたり、溶接部内にそのまま残存したりしていることがわかる。
【００７３】
また、レーザ溶接中における溶融池表面の温度をサーモグラフィーで観察したところ、上記点線Ｐ部分に相当する溶融池表面の温度は１６００℃程度であると推測される。
【００７４】
（比較例２）
溶融池に前記Ｃｕ系フィラーワイヤを供給しないこと以外は、前記実施例１と同様にして、２枚のＺｎめっき鋼板３、３を重ねレーザ溶接した。
【００７５】
この比較例２について、前記実施例１と同様にして、溶接後の溶接部の断面観察を電子顕微鏡により行った。その電子顕微鏡写真を図５に示す。なお、図５（ａ）の左右両側よりも濃い灰色となった中央部分が、溶融池７が凝固した溶接部６である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の四角で囲った部分を拡大した電子顕微鏡写真であり、図５（ｂ）の点線Ｐが上記溶接部６（レーザ溶接時の溶融池７）の最外周を示し、この点線Ｐよりも左側の部分が上記溶接部６である。図５（ｂ）からわかるように、溶接部６近傍のＺｎめっき層２、２にはＺｎが沸騰してガス化した後に再凝固した粉末が観察された。これにより、レーザ溶接時には、溶融池７近傍のＺｎめっき層２、２が沸騰したことが確認できる。
【００７６】
また、レーザ溶接中における溶融池表面の温度をサーモグラフィーで観察したところ、上記点線Ｐ部分に相当する溶融池表面の温度は１３００℃程度であると推測される。
【００７７】
（重量減少量による評価）
前記実施例１並びに前記比較例１及び２において、溶接前重量から溶接後重量を引いた重量減少量（溶接長１００ｍｍ当たり）を、下記（ａ）式により求めて、重ねレーザ溶接の良否を評価した。その結果を表１に示す。
【００７８】
重量減少量（ｇ／１００ｍｍ）＝｛溶接前重量（ｇ）＋フィラーワイヤの添加重量（ｇ）−溶接後重量（ｇ）｝×１００（ｍｍ）／溶接長（ｍｍ） …（ｃ）
なお、前記溶接前重量とは、重ねレーザ溶接する前の２枚のＺｎめっき鋼板３、３の総重量のことであり、前記溶接後重量とは、２枚のＺｎめっき鋼板３、３を重ねレーザ溶接した後の総重量のことであり、フィラーワイヤの添加重量とは、重ねレーザ溶接する際に溶融池７中に添加されたフィラーワイヤの重量のことである。
【００７９】
ここに、前記重量減少量の値が小さいほど、溶融池７からスパッタ等として飛散する母材金属量が少なく、したがってブローホール等の溶接欠陥の少ない良好な溶接が行われたことを意味する。
【００８０】
なお、表１において、前記実施例１はＮｏ．１に対応し、前記比較例１、２はＮｏ．２、３にそれぞれ対応する。
【００８１】
【表１】
【００８２】
表１から明らかなように、Ｃｕ系フィラーワイヤ４を溶融池７に供給しながらレーザ溶接したＮｏ．１の前記実施例１では、重量減少量が０．１５ｇ／１００ｍｍと小さく、ブローホール等の溶接欠陥の少ない良好な溶接が行われていた。なお、本発明者の調査により、この重量減少量が０．１８ｇ／１００ｍｍ以下であれば、少量のブローホール等の欠陥が多少認められるが、実用上問題ないことがわかっている。
【００８３】
これに対し、Ｆｅ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接したＮｏ．２の比較例１では、重量減少量が０．２７ｇ／１００ｍｍと多く、ブローホール等の溶接欠陥が極めて多く発生した。
【００８４】
（フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係）
前記実施例１及び前記比較例１において、フィラーワイヤの供給速度を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を調べた。その結果を図６に示す。
【００８５】
図６から明らかなように、Ｃｕ系フィラーワイヤ４を溶融池７に供給しながらレーザ溶接したＮｏ．１の前記実施例１では、Ｃｕ系フィラーワイヤ４の供給速度が０．５ｍ／ｍｉｎのときに重量減少量が０．２ｇ／１００ｍｍとなり、そして、供給速度が１ｍ／ｍｉｎ以上では重量減少量がほぼ一定値（０．１５ｇ／１００ｍｍ）を示した。これにより、Ｃｕ系フィラーワイヤ４の供給速度は１ｍ／ｍｉｎ以上とすることが好ましいことがわかる。
【００８６】
これに対し、Ｆｅ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接したＮｏ．２の比較例１では、Ｆｅ系フィラーワイヤの供給速度に関わらず、重量減少量がほとんど変化しなかった。これはＦｅ系フィラーワイヤを添加しても、添加したフィラー重量分が飛散していることを示している。
【００８７】
（実施例２）
前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４として、Ｃｕを９６％含有し、残部がＮｉよりなるＣｕ−Ｎｉ系合金からなるＣｕ系フィラーワイヤ（外径φ＝１．２ｍｍ）４を用いること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【００８８】
（Ｃｕ系フィラーワイヤ中のＣｕ含有量とブローホール発生数との関係）
前記実施例２において、Ｃｕ系フィラーワイヤ４中のＣｕ含有量を種々変更することにより、Ｃｕ系フィラーワイヤ４中のＣｕ含有量と溶接長１００ｍｍ当たりのブローホール発生数との関係を調べた。その結果を図７に示す。
【００８９】
なお、ブローホール発生数（個／１００ｍｍ）は、溶接後のサンプルをＸ線を用いて観察することにより調べた。
【００９０】
図７から明らかなように、Ｃｕ系フィラーワイヤ４中のＣｕ含有量が３５％以上になると、ブローホール発生数がほとんど零となった。
【００９１】
これに対し、Ｃｕ含有量が２０％のＣｕ系フィラーワイヤ４を用いたとき、及びＣｕ含有量が０％でＮｉのみからなるＮｉフィラーワイヤを用いたときは、ブローホール発生数が５０（個／１００ｍｍ）以上となった。
【００９２】
これにより、Ｃｕ系フィラーワイヤ４中のＣｕ含有量を３５％以上にすると、効果的にブローホールの発生を防止できることがわかる。
【００９３】
（実施例３）
前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４として、Ｃｕ−Ｓｉ系合金（Ｃｕ−０．３Ｆｅ−０．００５Ａｌ−３．４Ｓｉ−１．３Ｍｎ）よりなるものを用いるとともに、レーザ出力を３．５ｋＷにすること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【００９４】
（実施例４）
低融点溶加材として、Ａｌ合金（Ａｌ−０．４Ｆｅ−０．１Ｃｕ−１２Ｓｉ−０．１Ｍｎ）よりなるＡｌ系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を３．５ｋＷにすること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【００９５】
（比較例３）
前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４の代わりに、Ｆｅ系合金（Ｆｅ−０．３５Ｓｉ−１．５２Ｍｎ）よりなるＦｅ系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を３．５ｋＷにすること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【００９６】
（フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係）
前記実施例３及び４並びに前記比較例３において、フィラーワイヤの供給速度を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を調べた。その結果を図８に示す。
【００９７】
図８から明らかなように、Ｃｕ系フィラーワイヤ４を溶融池７に供給しながらレーザ溶接した前記実施例３及びＡｌ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接した前記実施例４では、フィラーワイヤの供給速度が１ｍ／ｍｉｎ以上になると重量減少量が０．１５ｇ／１００ｍｍ程度以下となったのに対し、Ｆｅ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接した前記比較例３では、Ｆｅ系フィラーワイヤの供給速度に関わらず、重量減少量が０．３ｇ／１００ｍｍ以下に低下することはなかった。
【００９８】
（フィラーワイヤの供給速度と見掛け温度との関係）
前記実施例３及び前記比較例３において、フィラーワイヤの供給速度（ワイヤ添加量）を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度（ワイヤ添加量）と見掛け温度との関係を調べた。その結果を図９に示す。なお、見掛け温度とは、レーザ溶接中のサーモグラフィでの観察結果から、キーホールから５ｍｍ後方（レーザ光の移動方向後方）の位置における温度を推測したものである。
【００９９】
図９から明らかなように、Ｃｕ系フィラーワイヤ４を供給する前記実施例３では、Ｃｕ系フィラーワイヤ４の供給速度が１ｍ／ｍｉｎ以上になると、キーホールから５ｍｍ後方の見掛け温度が、Ｚｎの沸点（１１７８℃）よりも低い約１１００℃以下になることがわかる。
【０１００】
これに対し、Ｆｅ系フィラーワイヤを供給する前記比較例３では、Ｆｅ系フィラーワイヤの供給速度に関わらず、上記見掛け温度がＺｎの沸点（１１７８℃）よりも低い温度に低下することはなかった。
【０１０１】
（実施例５）
低融点溶加材として、Ｎｉ合金（Ｎｉ−７．０Ｃｒ−３．１Ｂ−３．０Ｆｅ−４．５Ｓｉ合金、融点９９９℃）よりなるＮｉ系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を３．５ｋＷにすること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【０１０２】
（実施例６）
低融点溶加材として、Ａｇ合金（Ａｇ−２８Ｃｕ、融点７８０℃）よりなるＡｇ系フィラーワイヤを用いるとともに、レーザ出力を３．５ｋＷにすること以外は、前記実施例１と同様にして、Ｚｎめっき鋼板３、３の重ねレーザ溶接を行った。
【０１０３】
（フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係）
前記実施例５及び６において、フィラーワイヤの供給速度を種々変更することにより、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を調べた。その結果を図１０に示す。
【０１０４】
図１０から明らかなように、融点が１２００℃以下のＮｉ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接した前記実施例５及びＡｇ系フィラーワイヤを溶融池７に供給しながらレーザ溶接した前記実施例６では、フィラーワイヤの供給速度が１ｍ／ｍｉｎ以上になると重量減少量が０．１５ｇ／１００ｍｍ程度以下となった。
【０１０５】
［第２実施例］
（実施例７）
本実施例は、主にレーザ熱によりＺｎめっき鋼板３、３の母材１、１を溶融させるレーザ溶接と、Ｃｕ系溶加材としての前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４を消耗電極としてアークを発生させアーク熱により、該Ｃｕ系フィラーワイヤ４を溶融させるアーク溶接とを併用したものである。
【０１０６】
前記実施例１と同様のＺｎめっき鋼板３、３及びＣｕ系フィラーワイヤ４を準備した。
【０１０７】
＜重ね合わせ工程＞
前記Ｚｎめっき鋼板３、３を２枚重ね合わせた。このとき、両Ｚｎめっき鋼板３、３間の隙間は零とした。
【０１０８】
＜接合工程＞
そして、両Ｚｎめっき鋼板３、３の重ね合わせ部の板面に対してレーザ光５の光源を略水平方向に所定速度で移動させながら、同板面に対して略垂直方向（重ね合わせ方向）から所定出力のレーザ光５をレーザ溶接後に溶接部６となる所定の溶接線上に照射し、レーザ光５が照射された加熱部において、重ね合わされた両Ｚｎめっき鋼板３、３の両母材１、１の全体が溶融した溶融池７を形成した。このとき、形成された溶融池に対して、レーザ光５の移動方向後方から前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４を所定の供給量で連続的に供給しながら、ＭＩＧアークにより、両Ｚｎめっき鋼板を重ねレーザ溶接した。このときの溶接条件は以下のとおりである。
【０１０９】
レーザ光：ＹＡＧレーザ
レーザ出力：２．５ｋＷ
溶接速度：２．０ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤの供給速度：３．０ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤの供給位置：レーザ光の照射点から３ｍｍ後方に離れた位置
アーク電流：１００Ａ
アーク電圧：２０Ｖ
なお、この接合工程では、アーク熱により前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４が完全に溶融するとともに一方の前記Ｚｎめっき鋼板３の母材表面が部分的に溶融し、かつ、レーザ熱により前記両Ｚｎめっき鋼板３、３の両母材１、１が完全に溶融することにより、両母材１、１が溶融した溶融池７に前記Ｃｕ系フィラーワイヤ４が溶融状態で混入される。
【０１１０】
このため、仮にＣｕ系フィラーワイヤ４の供給位置にズレ等があったとしても、Ｃｕ系フィラーワイヤ４を確実に溶融させて前記溶融池７に混入させることができ、Ｃｕ系フィラーワイヤ４により前記溶融池７の凝固速度を確実に高めることが可能となる。したがって、本実施例によっても、前記実施例１と同程度以上に、ブローホール等の溶接欠陥を効果的に抑制することできる。
【０１１１】
また、アーク熱によりＣｕ系フィラーワイヤ４を溶融させているので、Ｃｕ系フィラーワイヤの溶融にレーザ熱の一部が使われることがない分、レーザ出力を抑えることができ、より低コストで溶接することが可能となる。
【０１１２】
（その他の実施例）
前述の実施例では、レーザ熱によりＺｎめっき鋼板の母材を溶融させる例について説明したが、他の高エネルギ密度熱源やプラズマアーク等を利用したアーク熱によってＺｎめっき鋼板の母材を溶融させる他の溶融溶接方法であっても、本発明を適用することが可能である。
【０１１３】
また、前述の実施例では、加熱部において、重ね合わされた両Ｚｎめっき鋼板の両母材の全体を溶融させて溶融池を形成するとともに、両母材を貫通するキーホールとする、いわゆる裏波溶接の例について説明したが、重ね合わされた両Ｚｎめっき鋼板のうちの一方の母材全体を溶融させ、かつ、他方の母材の一部（重ね合わせ面側の一部）を部分的に溶融させて溶融池を形成する場合にも、本発明を適用することが可能である。
【０１１４】
さらに、前述の実施例では、Ｃｕ系溶加材としてＣｕ系フィラーワイヤを用いる例について説明したが、粉末状のＣｕ系溶加材を用いた場合も溶融池の凝固速度を高めてブローホール等を効果的に抑制することが可能である。
【０１１５】
また、前述の実施例では、Ｚｎめっき鋼板に適用する例について説明したが、母材融点よりも低い沸点をもつ被覆層が母材表面に形成された他の被覆鋼板にも、本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施例１に係り、接合工程でレーザ溶接する様子を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例１のレーザ溶接中における溶融池等を示す高速度ビデオ画像の写真である。
【図３】実施例１についてレーザ溶接後の溶接部の断面を示す電子顕微鏡写真であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の四角で囲った部分を拡大した電子顕微鏡写真、図３（ｃ）は図３（ｂ）の四角で囲った部分を拡大した電子顕微鏡写真である。
【図４】比較例１のレーザ溶接中における溶融池等を示す高速度ビデオ画像の写真である。
【図５】比較例１についてレーザ溶接後の溶接部の断面を示す電子顕微鏡写真であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の四角で囲った部分を拡大した倍の電子顕微鏡写真である。
【図６】実施例１及び比較例１について、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を示す線図である。
【図７】Ｃｕ系フィラーワイヤ中のＣｕ含有量とブローホール発生数との関係を示す図である。
【図８】実施例３及び４並びに比較例３について、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を示す線図である。
【図９】実施例３及び比較例３について、フィラーワイヤの供給速度（ワイヤ添加量）と見掛け温度との関係を示す線図である。
【図１０】実施例５及び６について、フィラーワイヤの供給速度と重量減少量との関係を示す線図である。
【図１１】従来例に係り、レーザ溶接する様子を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１…母材 ２…Ｚｎめっき層（被覆層）
３…Ｚｎめっき鋼板（被覆鋼板）
４…Ｃｕ系フィラーワイヤ（低融点溶加材）
５…レーザ光（高エネルギ密度熱源）
６…溶接部 ７…溶融池
８…キーホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板同士を重ね合わせる重ね合わせ工程と、重ね合わされた該被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して略水平方向に移動する所定の熱源を該板面の一方から供給することにより該重ね合わせ部の所定部位を加熱して両該母材が溶融した溶融池とし、該溶融池を冷却、凝固させることにより両該被覆鋼板の該母材同士を一体的に接合する接合工程とを備え、
前記接合工程で、前記溶融池内の外周域であって両前記被覆鋼板間の前記被覆層に接する部位における温度が前記被覆材料の沸点以下となるように、前記母材よりも融点の低い低融点材料よりなる低融点溶加材を前記熱源の供給側から前記所定部位に供給しつつ該熱源により該低融点溶加材を加熱して溶融した該低融点溶加材を該溶融池に添加することを特徴とする被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項２】
前記熱源は高エネルギ密度熱源であり、前記接合工程で、該高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位の前記母材及び前記低融点溶加材を加熱して溶融させることを特徴とする請求項１記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項３】
前記高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位にキーホールが形成され、該キーホールよりも該高エネルギ密度熱源の移動方向後方側の前記溶融池に前記低融点溶加材を添加することを特徴とする請求項２記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項４】
前記高エネルギ密度熱源はレーザであることを特徴とする請求項２又は３記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項５】
前記熱源はレーザ及びアークであり、前記接合工程で、前記所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、アーク熱により前記低融点溶加材を溶融させることを特徴とする請求項１又は３記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項６】
前記低融点溶加材はフィラーワイヤの形態で供給されることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項７】
前記低融点溶加材は粉末の形態で供給されることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項８】
前記フィラーワイヤを消耗電極としてアークを発生させアーク熱により該フィラーワイヤを溶融させることを特徴とする請求項５又は６記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項９】
前記低融点溶加材はＣｕを３５％以上含有するＣｕ系溶加材であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項１０】
前記低融点溶加材はＮｉをベースとし融点が１２００℃以下のＮｉ系溶加材であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項１１】
前記低融点溶加材はＡｇをベースとするＡｇ系溶加材であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項１２】
前記被覆層はＺｎめっき層であり、前記被覆鋼板はＺｎめっき鋼板であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１１記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項１】
母材と該母材の融点よりも低い沸点をもつ被覆材料よりなり該母材表面に形成された被覆層とからなる被覆鋼板同士を重ね合わせる重ね合わせ工程と、重ね合わされた該被覆鋼板の重ね合わせ部の板面に対して略水平方向に移動する所定の熱源を該板面の一方から供給することにより該重ね合わせ部の所定部位を加熱して両該母材が溶融した溶融池とし、該溶融池を冷却、凝固させることにより両該被覆鋼板の該母材同士を一体的に接合する接合工程とを備え、
前記接合工程で、前記溶融池内の外周域であって両前記被覆鋼板間の前記被覆層に接する部位における温度が前記被覆材料の沸点以下となるように、前記母材よりも融点の低い低融点材料よりなる低融点溶加材を前記熱源の供給側から前記所定部位に供給しつつ該熱源により該低融点溶加材を加熱して溶融した該低融点溶加材を該溶融池に添加することを特徴とする被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項２】
前記熱源は高エネルギ密度熱源であり、前記接合工程で、該高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位の前記母材及び前記低融点溶加材を加熱して溶融させることを特徴とする請求項１記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項３】
前記高エネルギ密度熱源の照射により前記所定部位にキーホールが形成され、該キーホールよりも該高エネルギ密度熱源の移動方向後方側の前記溶融池に前記低融点溶加材を添加することを特徴とする請求項２記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項４】
前記高エネルギ密度熱源はレーザであることを特徴とする請求項２又は３記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項５】
前記熱源はレーザ及びアークであり、前記接合工程で、前記所定部位にレーザ光を照射して主にレーザ熱により両前記母材を溶融させるとともに、アーク熱により前記低融点溶加材を溶融させることを特徴とする請求項１又は３記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項６】
前記低融点溶加材はフィラーワイヤの形態で供給されることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項７】
前記低融点溶加材は粉末の形態で供給されることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項８】
前記フィラーワイヤを消耗電極としてアークを発生させアーク熱により該フィラーワイヤを溶融させることを特徴とする請求項５又は６記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項９】
前記低融点溶加材はＣｕを３５％以上含有するＣｕ系溶加材であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項１０】
前記低融点溶加材はＮｉをベースとし融点が１２００℃以下のＮｉ系溶加材であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項１１】
前記低融点溶加材はＡｇをベースとするＡｇ系溶加材であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【請求項１２】
前記被覆層はＺｎめっき層であり、前記被覆鋼板はＺｎめっき鋼板であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１１記載の被覆鋼板の重ね溶融溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−９２４（Ｐ２００６−９２４Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１４５１８（Ｐ２００４−２１４５１８）
【出願日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]