鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手
【課題】板厚が比較的小さな鋼板を含む複数の鋼板を、高い接合強度で重ね溶接する鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手を提供する。
【解決手段】表面側鋼板１ａと、表面側鋼板１ａよりも板厚が大きい高板厚鋼板１ｂ、１ｃとを、表面側鋼板１ａが表面側に配置するように重ね合わせた状態で、鋼板１ａ〜１ｃを板厚方向から加圧しながらスポット溶接することにより、鋼板１ａ〜１ｃにスポット溶接部５を設けるスポット溶接工程と、スポット溶接部５または前記スポット溶接部５の周囲にレーザ光Ｌを照射して、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとをレーザ溶接するレーザ溶接工程と、を具備してなる鋼板の重ね溶接方法を採用する。
【解決手段】表面側鋼板１ａと、表面側鋼板１ａよりも板厚が大きい高板厚鋼板１ｂ、１ｃとを、表面側鋼板１ａが表面側に配置するように重ね合わせた状態で、鋼板１ａ〜１ｃを板厚方向から加圧しながらスポット溶接することにより、鋼板１ａ〜１ｃにスポット溶接部５を設けるスポット溶接工程と、スポット溶接部５または前記スポット溶接部５の周囲にレーザ光Ｌを照射して、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとをレーザ溶接するレーザ溶接工程と、を具備してなる鋼板の重ね溶接方法を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手に関し、特に、レーザ溶接とスポット溶接を併用した鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車分野では、低燃費化あるいはＣＯ2の排出量削減を目的とした車体の軽量化を図る手段として、車体や部品などへの高強度鋼板の採用が進められている。また、自動車車体の衝突安全性の向上を図る手段として、車体を構成する外板パネルと内板の間にリインフォースメントを挟み込んだ構造が採用されている。このような構造においては、３枚以上の鋼板を重ねて溶接することが必要とされる。例えば、車体の外側に板厚が１ｍｍ以下の薄鋼板からなるパネルを配置し、内側に板厚がそれぞれ１ｍｍ超のリインフォースメントとメンバー乃至は内板とを配置し、パネルとリインフォースメントとメンバー乃至は内板とが組み合わされた板組をスポット溶接する必要が生じる。
【０００３】
ところでスポット溶接法では、複数枚の鋼板を重ね合わせて溶接した場合に、総板厚方向のほぼ中心部分にナゲットが形成されるという性質がある。このため、板厚１ｍｍ以下の鋼板を外板パネルとし、この外板パネルにリインフォースメント及び内板を重ねてスポット溶接を実施すると、リインフォースメントとメンバー乃至は内板との間にはナゲットが形成される一方で、外板パネルにはナゲットが形成されず、リインフォースメント及び内板と外板パネルとを一体に溶接できない問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、２枚以上の厚板と薄板とを重ね合わせてスポット溶接を実施する際に、薄板側に先端の曲率半径が比較的小さな電極を配置するとともに、加圧力を二段階で高くしながらスポット溶接を行う技術が開示されている。この特許文献１では、第一段の溶接における加圧力よりも第二段の溶接における加圧力を高くすることで、薄板と厚板との間の電流密度を高くして有効にナゲットを形成させている。
【０００５】
また、車体の溶接は、スポット溶接法に限らず、レーザ溶接法を用いる場合もある。レーザ溶接法は、高エネルギービームを用いた溶接方法であり、スポット溶接と比較して長い部位を高速で連続溶接可能であり、車体の溶接方法として有効である。しかし、亜鉛めっき鋼板の重ねレーザ溶接では、低沸点の亜鉛が瞬時に蒸発して溶融池を吹き上げてしまうため、良好な連続ビードを得ることが困難である。また、鋼板間の隙間が大きくなりすぎると良好な溶接が得られない。このような問題に対して特許文献２では、亜鉛めっき鋼板を重ねレーザ溶接する際に、亜鉛めっき鋼板同士の間に多孔質シートを挟み込むことで、亜鉛めっき鋼板間に微小な隙間を確保しつつ、レーザによる加熱で生じた亜鉛蒸気を多孔質シートの内部を通過させて外部に逃がす方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、３枚以上の鋼板を重ね合わせてスポット溶接する方法が開示されている。この特許文献３では、３枚以上の鋼板のうち溶接電極に接する最薄の鋼板の重ね面に、リン酸塩処理被膜、クロメート処理被膜、有機被膜または無機被膜を形成し、その接触抵抗値が５０〜５００ｍΩとなるように板組する。この状態でスポット溶接することで、電極で最も冷却されやすい薄板にナゲットを形成している。
【０００７】
また、特許文献４には、低融点の被覆材で被覆された被接合部材と母材とを重ね合わせてレーザ溶接する方法が開示されている。この特許文献４では、片側からシリーズ溶接を行って溶接領域の被覆材を蒸発除去し、次いで、溶接領域にレーザ光を照射して溶接領域及びその周辺から被覆材を蒸発除去し、次いで、溶接領域内をレーザ溶接する方法が開示されている。
【０００８】
更に、特許文献５では、重ねレーザ溶接する際に、溶接動作と並行して溶接直後のビード形状を測定し、その測定結果に応じてフィラーワイヤーの供給量等の溶接条件を制御することによって、鋼板間の隙間が変動しても良好な溶接ビードを得る方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−５５８９８号公報
【特許文献２】特開平４−２８８９８６号公報
【特許文献３】特開２００８−１６１８７８号公報
【特許文献４】特開２００６−１１０５６５号公報
【特許文献５】特開２００６−１３６９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に記載の技術では、薄板側に熱を集中させるため、特に薄板側の電極の損耗が激しく、連続的に溶接可能な打点数が少なくなり、頻繁な電極のドレッシングが必要となって作業性に劣る問題があった。
また、特許文献２に記載の技術では、多孔質シートを挿入する工程が必要となって工程が煩雑になる問題があった。また、溶接工程の後段の塗装工程において、鋼板間に残存した多孔質シートによって、鋼板間へ塗料の付き周りが阻害されてしまう問題があった。
更に、特許文献３に記載の技術では、薄板に特殊な表面処理を施した鋼板が必要となることから、汎用性に欠けるという課題があった。
更に、特許文献４に記載の技術では、例えばレーザ光を照射して亜鉛めっきからなる被覆材を除去する際に、鋼板間に加圧力を印加しない状態でレーザ光を照射するので、レーザ光の照射で亜鉛を蒸発させても、亜鉛の蒸気がその場に留まることが多く、亜鉛めっきを完全に除去できず、溶接強度がばらつく虞があった。
更に、特許文献５に記載の技術では、溶接直後のビード形状を測定する手段と、その測定結果に応じてフィラーワイヤーの供給量等の溶接条件を調整する手段が必要になり、装置が大がかりになる問題があった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、板厚が比較的小さな鋼板を含む複数の鋼板を重ね溶接する場合に、高い接合強度で重ね溶接できる鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手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】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決すべく、以下の構成を採用する。
（１） ２以上の鋼板を重ねて溶接する鋼板の重ね溶接方法であって、２以上の前記鋼板には、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい１以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記１以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚）を５以上とし、前記表面側鋼板を表面側に配置するように前記２以上の鋼板を重ね合わせた状態で、前記２以上の鋼板を板厚方向から加圧しながらスポット溶接することにより、少なくとも前記１以上の高板厚鋼板にスポット溶接部を設けるスポット溶接工程と、前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲にレーザ光を照射して、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とをレーザ溶接するレーザ溶接工程と、を具備してなることを特徴とする鋼板の重ね溶接方法。
（２） 前記レーザ溶接工程において、前記スポット溶接部に重なるように円環状の溶接ビードを形成することを特徴とする（１）に記載の鋼板の重ね溶接方法。
（３） 前記レーザ溶接工程において、前記スポット溶接部の周囲に、前記スポット溶接部を囲む円環状の溶接ビードを形成することを特徴とする（１）に記載の鋼板の重ね溶接方法。
（４） 前記溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を離間させることを特徴とする（３）に記載の鋼板の重ね溶接方法。
（５） 前記溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さとすることを特徴とする（１）乃至（４）の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。
（６） １枚の前記表面側鋼板と２枚の前記高板厚鋼板とを、前記表面側鋼板が表面側に配置されるように重ね合わせた状態で、前記スポット溶接工程において、前記２枚の高板厚鋼板にスポット溶接部を形成するととともに、前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とを圧接し、前記レーザ溶接工程において、圧接状態の前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とをレーザ溶接することを特徴とする（１）乃至（５）の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。
（７） ２以上の鋼板が重ねられて溶接された鋼板の重ね溶接継手であって、前記２以上の鋼板には、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい１以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記１以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚）が５以上とされ、前記表面側鋼板が表面側に配置された状態で前記２以上の鋼板が重ね合わされ、少なくとも前記１以上の高板厚鋼板に、ナゲットを含むスポット溶接部が設けられるとともに、前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲に、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とを溶接する溶接ビードが設けられていることを特徴とする鋼板の重ね溶接継手。
（８） 前記溶接ビードが、前記スポット溶接部に重なって円環状に設けられていることを特徴とする（７）に記載の鋼板の重ね溶接継手。
（９） 前記溶接ビードが、前記スポット溶接部の周囲において前記スポット溶接部を囲むように円環状に設けられていることを特徴とする（７）に記載の鋼板の重ね溶接継手。
（１０） 前記溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部とが離間されていることを特徴とする（９）に記載の鋼板の重ね溶接継手。
（１１） 前記溶接ビードの深さが、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さであることを特徴とする（７）乃至（１０）の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。
（１２） １枚の前記表面側鋼板と２枚の前記高板厚鋼板とが、前記表面側鋼板を表面側に配置した状態で重ね合わされ、少なくとも前記スポット溶接部によって前記２枚の高板厚鋼板が溶接されているとともに、少なくとも前記溶接ビードによって前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とが溶接されていることを特徴とする（７）乃至（１１）の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、スポット溶接工程と、レーザ溶接工程を順次行うことで、２以上の鋼板のうち、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板との間にスポット溶接部が形成されない場合であっても、レーザ溶接によって表面側鋼板と高板厚鋼板とを溶接するので、表面側鋼板を含む２以上の鋼板を確実に重ね溶接することができる。また、スポット溶接部の周囲をレーザ溶接する場合には、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とのギャップが一定の範囲に管理された状態でレーザ溶接を実施することが可能となり、レーザ溶接を安定して行うことができ、表面側鋼板を含む２以上の鋼板を確実に重ね溶接することができる。
また、全ての鋼板に渡ってスポット溶接部を設ける必要がないので、スポット溶接工程における溶接電流及び電流印加時間を少なくすることができ、スポット溶接の連続打点性を向上できる。
【００１４】
また、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、スポット溶接部にレーザ溶接ビードを形成するので、表面側鋼板が薄くても、表面側鋼板が高板厚鋼板に圧接されているので鋼板間の隙間に影響されることなく良好なレーザ溶接ビードを形成することができる。レーザ溶接ビードは、直線とすることもできるが、スポット溶接部に重なるように円環状のレーザ溶接ビードを形成することで、溶接部位の占める面積を小さくすることができ、外観に優れた重ね溶接継手を形成できる。また、スポット溶接部に重なるように溶接ビードを形成することで、溶接強度を高めることができる。
更に、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、スポット溶接部の周囲に、スポット溶接部を囲む円環状のレーザ溶接ビードを形成するので、スポット溶接部と溶接ビードとが離間され、設計通りの溶接強度を発現できる。
更にまた、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、溶接ビードの形成時に、鋼板が過熱されることによって発生した鋼板由来の金属蒸気が、溶融ビードとスポット溶接部との間に充満されるおそれがあるところ、溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を離間させることで、金属蒸気を逃がすことができ、安定してレーザ溶接を行うことができる。
また、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さとすることで、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とを確実に溶接できる。また、溶接ビードの深さを表面側鋼板の板厚の１．２倍程度とすることで、小さな発振器でレーザ溶接工程を実現でき、初期設備コストを低減できる。
【００１５】
次に、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、２以上の鋼板間にスポット溶接部が設けられるとともに、スポット溶接部またはスポット溶接部の周囲に、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とを溶接する溶接ビードが設けられるので、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板との間にスポット溶接部が形成されない場合であっても、表面側鋼板を含む２以上の鋼板を確実に重ね溶接することができる。
【００１６】
また、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、スポット溶接部にレーザ溶接ビードを形成するので、表面側鋼板が薄くても、表面側鋼板が高板厚鋼板に圧接されているので鋼板間の隙間に影響されることなく良好なレーザ溶接ビードを形成することができる。レーザ溶接ビードは、直線とすることもできるが、スポット溶接部に重なる円環状のレーザ溶接ビードを設けることで、溶接部位が占める面積を小さくすることができ、重ね溶接継手の外観を向上できる。また、スポット溶接部に重なる円環状の溶接ビードを設けることで、溶接強度を高めることができる。
更に、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、スポット溶接部の周囲に、スポット溶接部を囲む円環状のレーザ溶接ビードを設けることにより、スポット溶接部と溶接ビードとが離間されるので、設計通りの溶接強度を発現できる。
更にまた、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、レーザ溶接ビードの始端部と終端部を離間させることで、レーザ溶接に伴う金属蒸気を逃がすことができ、安定した溶接ビードを形成することができる。
また、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さとすることで、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とを確実に溶接できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する工程図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する図であって、点溶接工程を示す工程図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する図であって、点溶接工程を示す工程図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する図であって、レーザ溶接工程を示す工程図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する図であって、レーザ溶接工程後の表面側鋼板を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する工程図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する図であって、レーザ溶接工程後の表面側鋼板を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
「第１の実施形態」
以下、本発明の第１の実施形態である鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手について、図面を参照して説明する。
本実施形態の鋼板の重ね溶接方法は、２以上の鋼板を重ね合わせて仮組みする準備工程と、２以上の鋼板を板厚方向から加圧しながらスポット溶接するスポット溶接工程と、レーザ溶接工程とから概略構成されている。
【００１９】
先ず準備工程では、図１に示すように、２以上の鋼板１を重ね合わせて仮組みする。重ね溶接の対象となる鋼板１の枚数は、２以上であればよく、好ましくは２〜４であり、最も好ましくは３である。
【００２０】
本発明を好適に適用することが可能な形態は、２以上の鋼板１のうち、最小の板厚となる鋼板を表面側鋼板１ａとして配される場合である。ここで表面側とは、2以上の鋼板１が重ね合わされたときに、最も外側に配置され、かつレーザ溶接が可能な側のことをいう。
表面側鋼板１ａ以外の鋼板としては、板厚が表面側鋼板１ａより大きな１または２以上の高板厚鋼板を用いることができる。本実施形態では、２枚の高板厚鋼板１ｂ、１ｃを用いる。表面側鋼板１ａの板厚は、０．３〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。また、高板厚鋼板１ｂ、１ｃの板厚は０．８ｍｍ〜５ｍｍ程度の範囲であればよい。尚、高板厚鋼板とは、表面側鋼板よりも板厚が大きい鋼板を意味する用語であり、所謂厚板と同義ではない。
【００２１】
更に、表面側鋼板１ａ及び高板厚鋼板１ｂ、１ｃの合計板厚に対する表面側鋼板１ａの板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚（以下、板厚比という））は、５以上とすることが好ましい。
板厚比が５未満であれば、総板厚に対する表面側鋼板１ａの板厚の占める割合が十分大きくなり、この場合は通常のスポット溶接で重ね溶接することが可能なので、あえて本発明に係る重ね溶接方法を用いる必要はない。板厚比が５未満でも本発明に係る重ね溶接方法は適用可能だが、レーザ溶接を行う点で経済的に不利になる。
また、板厚比の上限については特に制限はないが、板厚比の上限は板厚比が１０を超える組み合わせについては、適用例があまり見あたらないので、板厚比の上限を１０とする。
【００２２】
鋼板１ａ〜１ｃの積層順序は、図１に示すように、高板厚鋼板１ｃの上に別の高板厚鋼板１ｂを重ね合わせ、更にその上に表面側鋼板１ａを重ね合わせることが望ましい。尚、鋼板１の積層順序は、前記の順序と逆の順序でも良い。要するに表面側鋼板１ａが表側に配置されていればよい。なお、各鋼板１ａ〜１ｃは比較的平坦であるものの、多少の反りがあるので、相互に重ねた各鋼板１ａ〜１ｃの間には隙間が存在する。また、各鋼板１ａ〜１ｃが事前に成形加工されている場合には、各鋼板１ａ〜１ｃに成形加工に伴う歪みが生じているので、この場合にも各鋼板１ａ〜１ｃの間には多少の隙間が存在することになる。
【００２３】
本実施形態の重ね溶接方法では、鋼板１ａ〜１ｃの品種には特に制限はない。尚、通常のレーザ溶接においては、亜鉛等の低沸点金属がめっきされためっき鋼板をレーザ溶接する際に、めっき成分を構成する低沸点金属が蒸気となって溶鋼をスパッタとして飛散させ、溶接を阻害する場合があるが、本実施形態の重ね溶接法では何ら問題なくめっき鋼板を用いることができ、例えば亜鉛めっき鋼板であっても好適に用いることができる。
【００２４】
次に、スポット溶接工程では、図２に示すように、鋼板１ａ〜１ｃに対してその板厚方向から溶接電極２ａ、２ｂを押し当てる。本実施形態では、図２に示すようにダイレクトスポット溶接が好適に適用される。溶接電極２ａ、２ｂによって板厚方向に押圧されることで、鋼板１ａ〜１ｃが密着せしめられる。
【００２５】
次に、図３に示すように、溶接電極２ａ、２ｂから溶接電流を印加してスポット溶接を行う。スポット溶接することで、高板厚鋼板１ｂ、１ｃの間にナゲット３が形成される。
また、ナゲット３の周囲には、高板厚鋼板１ｂ、１ｃの母材金属が固相圧接されたコロナボンド部４が形成される。このように、重ね溶接の対象となる鋼板１には、ナゲット３とコロナボンド部４とを含むスポット溶接部５が形成される。
また、コロナボンド部４は高板厚鋼板１ｂの一面まで広がり、先の密着部分１ｄにおいて表面側鋼板１ａとが固相溶接される。
この固相溶接の強度は比較的弱いものであるが、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂを仮止めするには十分な強度になる。
このとき、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの圧接部分１ｄの周囲には、表面側鋼板１ａの塑性流動に伴って板の浮き上がり現象（以下、シートセパレーション現象という）が起こる。このシートセパレーション現象によって、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの間にギャップＧ１が設けられる。ギャップＧは比較的均一なギャップになるので、レーザ溶接をする際の溶接条件の安定化に寄与することになる。尚、シートセパレーション現象は、塑性流動のみならず、溶接電流の通電に伴う板体積の熱膨張分が鋼板間に膨出されることにより助長される。
【００２６】
また、スポット溶接部５の周囲であって、高板厚鋼板１ｂ、１ｃの間にはギャップＧ２が形成される。ギャップＧ１、Ｇ２は、前述のシートセパレーション現象によって形成される。即ち、ギャップＧ１は、溶接電極２ａ、２ｂの押圧による主に表面側鋼板１ａの塑性流動と、溶接電流の通電に伴う板体積の熱膨張分の膨出とによって形成される。このギャップＧ１は、スポット溶接部５の周囲にレーザ溶接する場合のギャップとなる。尚、ギャップＧ１は、溶接電極の先端の曲率半径Ｒ、溶接電極による加圧力、または通電条件によって制御可能である。
【００２７】
スポット溶接の溶接条件には特に制限はなく、少なくとも高板厚鋼板１ｂ、１ｃをスポット溶接することが可能な条件であればよい。例えば、溶接電極２ａ、２ｂの先端直径を６〜８ｍｍの範囲とし、溶接電極２ａ、２ｂの先端の曲率半径Ｒを例えば４０ｍｍとし、溶接電極２ａ、２ｂによる加圧力を３〜５ｋＮの範囲とし、溶接電流の電流値を７〜９ｋＡの範囲とし、通電時間を１２／５０〜３０／５０秒の範囲とすればよい。溶接条件は例示した条件に限らず、鋼板１の品種や板厚等に応じて適宜決定すればよい。
【００２８】
次に、図４及び図５に示すように、スポット溶接部５に対して表面側鋼板１ａ側からレーザ光Ｌを照射してレーザ溶接を行う。レーザ溶接によって、高板厚鋼板１ｂと表面側鋼板１ａとに渡る溶接ビード６が形成され、高板厚鋼板１ｂと表面側鋼板１ａとが溶接される。図４及び図５に示すように、本実施形態の溶接ビード６は、鋼板１を平面視したときにスポット溶接部５の内側、即ちコロナボンド部４の内側の領域に形成する。表面側鋼板１ａが高板厚鋼板に伝えるべき設計荷重を負担できる溶接ビード長さがあれば良いので、溶接ビード６は直線状でよいが、溶接ビード６を円環状に配置すれば荷重を伝える能力に方向性をなくすことができるので好ましい。レーザ光Ｌを円環状に走査することで、溶接ビード６を円環状に形成可能である。また、溶接ビード６を形成する際に、溶接始端部６ａと溶接終端部６ｂとを重ねてもよく、溶接始端部６ａと溶接終端部６ｂを離間させてもよい。さらには、表面側鋼板１ａが高板厚鋼板に伝えるべき設計荷重を負担できる溶接ビード長さがあれば良いので、溶接ビード６は、１／２円であっても１つあるいは複数個の１／ｎ円であっても良い。図５では、溶接始端部６ａと溶接終端部６ｂとを重ねて溶接した例である。
【００２９】
また、図５に示すように、溶接ビード６を円環状に配置する場合、円環状の溶接ビード６の中心位置Ｏと溶接ビード６の幅方向中心線Ｂとの最短距離を溶接ビード６の半径ｒ１とし、更に半径ｒ１の２倍を溶接ビード６の直径Ｒ１としたとき、溶接ビード６の直径Ｒ１は２ｍｍ以上とすることが好ましい。
直径Ｒ１が２ｍｍ未満になると、円環状の溶接ビード６の内側まで熱伝導で溶融し、凝固割れが生じやすくなるので好ましくない。
また、溶接ビード６の直径Ｒ１は、コロナボンド部４の外周径Ｒ２よりも１ｍｍ程度短い値がよい。これは、溶接ビード６がコロナボンド部４の外側に形成させないための制限である。溶接ビード６をコロナボンド部４の外側に形成させる場合は、後に述べるように溶接始端部６ａと溶接終端部６ｂとを離間させる必要がある。尚、幅方向中心線Ｂは、溶接ビード６を形成する際のレーザ光Ｌの軌跡に対応する。
【００３０】
コロナボンド部４の外周径Ｒ２は、事前にスポット溶接だけを行った継手から、断面検鏡、あるいは軟鋼であればピール試験により決定する必要がある。この作業は、高板厚鋼板１ｂ、１ｃ同士の溶接が適切に行われているのかどうか確認し、スポット溶接条件を決定するためにも必要な作業である。
また、コロナボンド部４の外周径Ｒ２は、図４に示すように板厚方向に沿って一定ではなく、高板厚鋼板１ｂ、１ｃの間において最大となり、そこから離れるに従って徐々に小さくなっている。この場合のコロナボンド部４の外周径Ｒ２は、高板厚鋼板１ｂの表面側鋼板１側の面におけるコロナボンド部４の外周径を採用すればよい。
【００３１】
また、溶接ビード６の深さｄ（溶け込み深さ）は、表面側鋼板１aの板厚の少なくとも１．２倍以上の溶け込み深さが得られるように溶接条件を調整する。溶け込み深さｄは、別の鋼板でメルトランを行い、部分溶け込みでの溶け込み深さを測定して、予め溶接条件を決定することで決めればよい。
【００３２】
また、レーザ溶接工程では、表面側鋼板１ａ側からレーザ光Ｌを照射することが好ましい。高板厚鋼板１ｃ側からレーザ光を照射することも可能であるが、この場合はレーザ光による金属溶融部を表面側鋼板１ａまで到達させる必要があり、大きなレーザ出力が必要になる。即ち、高板厚鋼板１ｃ側からレーザ光を照射する場合、全板厚を貫通溶接できる溶接条件を選定する必要があり、レーザ溶接設備が大がかりなものになってしまう。
【００３３】
また、レーザ溶接では、集光途中に配置した鏡を駆動して、レーザビームを走査して溶接することもできる。この場合、レーザ溶接工程に要する時間を大幅に短縮することができる。
更にレーザ溶接の際のシールドガスとしては、窒素、炭酸ガス、アルゴン、ヘリウム、乾燥空気を用いることが好ましい。特に、窒素または炭酸ガスを用いることで、レーザ光Ｌの照射を表面側鋼板１ａ側から行う非貫通溶接時において、溶接ビード６における気孔の発生を抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態の重ね溶接方法は、一例として、自動車製造工程における車体の溶接工程に適用される。車体の溶接などの流れ作業では、被溶接体の位置決め及びクランプを実施した後、再位置決め、再クランプを行うことなく、スポット溶接工程及びレーザ溶接工程を続けて実施することが好ましい。より好ましくは、スポット溶接を行ったステーションと同じステーションでレーザ溶接を行うか、あるいは、スポット溶接を行ったステーションに近いステーションでレーザ溶接を行う。本実施形態の重ね溶接方法を適用したいスポット溶接の後に、他のスポット溶接の打点数が増加すると、被溶接体に僅かながらも歪みが生じ、レーザ溶接位置の再位置決めが必要となるためである。同じステーションあるいは次のステーションであれば、スポット溶接を行った位置情報を基準にして、レーザ溶接を行うことができる。
【００３５】
このようにして、図４及び図５に示す重ね溶接継手が得られる。図４及び図５に示す重ね溶接継手は、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲の板厚を有する表面側鋼板１ａと、板厚が表面側鋼板１ａより大きな２つの高板厚鋼板１ｂ、１ｃを重ね溶接した継手である。表面側鋼板１ａ及び高板厚鋼板１ｂ、１ｃの合計板厚に対する表面側鋼板１ａの板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚）は５以上とされている。そして、表面側鋼板１ａが表面側に配置された状態で各鋼板１ａ〜１ｂが重ね合わされている。また、高板厚鋼板１ｂ、１ｃに渡って、抵抗点溶接によるナゲット３が設けられている。ナゲット３の周辺には、固相接合状態となったコロナボンド部４が形成され、コロナボンド部４とナゲット３とが一体になってスポット溶接部５が形成されている。また、スポット溶接部５の上には、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとに渡ってレーザ溶接による溶接ビード６が設けられている。このように、本実施形態の重ね溶接継手は、高板厚鋼板１ｂ、１ｃ同士を溶接するスポット溶接部５と、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとを溶接する溶接ビード６とから構成されている。また、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの接合部分には、圧接部１ｅが設けられており、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとが圧接された状態になっている。この圧接部１ｅも重ね溶接継手に含まれる。
また、本実施形態の重ね溶接継手においては、溶接ビード６の底部がナゲット３に侵入しており、溶接ビード６とスポット溶接部５とが一体になっている。
【００３６】
溶接ビード６は、スポット溶接部５に重なって円環状に設けられている。この溶接ビード６は、高板厚鋼板１ｂ、１ｃのコロナボンド部４の内側の領域に設けられている。溶接ビード６の直径は、２ｍｍ以上であることが好ましく、コロナボンド部４の外周径よりも１ｍｍ小さな径とすることが好ましい。更に、溶接ビード６の深さは、表面側鋼板１ａの板厚の１．２倍以上の深さであることが好ましい。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の重ね溶接方法によれば、スポット溶接工程と、レーザ溶接工程を順次行うことで、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの間にスポット溶接によるナゲットが形成されない場合であっても、レーザ溶接によって表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとを溶接するので、表面側鋼板１ａを含む２以上の鋼板１ａ〜１ｃを確実に重ね溶接することができる。
また、全ての鋼板１ａ〜１ｃに渡ってスポット溶接部を設ける必要がないので、スポット溶接工程における溶接電流及び電流印加時間を少なくすることができ、スポット溶接の連続打点性を向上できる。
また、コロナボンド部４の内側に円環状の溶接ビード６を形成することで、溶接部位の占める面積を小さくすることができ、外観に優れた重ね溶接継手を形成できる。また、コロナボンド部４の内側に円環状の溶接ビード６を形成することで、溶接ビード６の底部がナゲット３に侵入し、溶接ビード６とスポット溶接部５とが一体になるので、溶接強度を高めることができる。
また、溶接ビード６の深さを、表面側鋼板１ａの板厚の１．２倍以上の深さとすることで、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとを確実に溶接できる。また、溶接ビード６の深さを表面側鋼板１ａの板厚の１．２倍程度とすることで、小さな発振器でレーザ溶接工程を実現でき、初期設備コストを低減できる。
【００３８】
また、鋼板１ａ〜１ｃとして亜鉛めっき鋼板を用いた場合は、スポット溶接時の溶接熱によって亜鉛が蒸気となって飛散するので、スポット溶接部５の直上の圧接部分１ｄには亜鉛がほとんど残存しなくなる。本実施形態では、スポット溶接部５に重なるようにレーザ溶接による溶融ビード６を形成するので、レーザ溶接の際の溶融池が亜鉛の蒸気によって飛散する現象を回避できる。
【００３９】
次に、本実施形態の鋼板の重ね溶接継手によれば、高板厚鋼板１ｂ、１ｃに渡ってナゲット３を含むスポット溶接部５が設けられるとともに、スポット溶接部５に、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとを溶接する溶接ビード６が設けられるので、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの間にナゲット３が形成されない場合であっても、溶接ビード６によって表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとが溶接されるので、表面側鋼板１ａを含む２以上の鋼板１ａ〜１ｃを確実に重ね溶接できる。
また、溶接ビード６の底部がナゲット３に侵入して、溶接ビード６とスポット溶接部５とが一体になるので、溶接強度を高めることができる。
【００４０】
「第２の実施形態」
次に、本発明の第２の実施形態である鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手について、図面を参照して説明する。
本実施形態の重ね溶接方法は、レーザ溶接による溶接ビードを形成する際に、コロナボンド部の外側に溶接ビードを形成する点において第１の実施形態と異なっている。
【００４１】
即ち、図６に示すように、本実施形態では、スポット溶接部５に表面側鋼板１ａ側からレーザ光Ｌを照射してレーザ溶接を行う。レーザ溶接によって、表面側鋼板１ａに隣接する高板厚鋼板１ｂと表面側鋼板１ａとに渡って溶接ビード１６が形成され、高板厚鋼板１ｂと表面側鋼板１ａとが溶接される。本実施形態では、鋼板１を平面視したときにスポット溶接部５の外側、即ちコロナボンド部４の外側に、スポット溶接部５を囲むように溶接ビード１６を形成する。溶接ビード１６は円環状に形成することが好ましいが、必ずしも全円または全円に近くする必要はなく、例えば１／２円など、１つあるいは複数個の１／ｎ円であっても良い。表面側鋼板１ａが高板厚鋼板に伝えるべき設計荷重を負担できる溶接ビード長さがあれば良いからである。図６に示す例では、スポット溶接用の溶接電極を待避させた状態でレーザ溶接しているが、溶接電極を鋼板１に当接させたままでレーザ溶接を行ってもよい。溶接電極を当接させたままとすることで、レーザ溶接中でもスポット溶接部５を溶接電極によって冷却することができ、スポット溶接部５を過熱することがない。
【００４２】
コロナボンド部４の外側では、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの間にギャップＧ１が設けられている。このギャップＧ１は、スポット溶接工程において生じたシートセパレーション現象によるギャップである。このギャップＧ１は、コロナボンド部４の外周に沿ってほぼ一定の大きさになっている。このため、溶融ビード１６をコロナボンド部４の外周に沿って円環状に設ける場合に、ギャップが常に一定になるので、溶接条件が変動せず、安定したレーザ溶接が可能になる。尚、ギャップＧ１は、溶接電極の先端の曲率半径Ｒ、溶接電極による加圧力、または通電条件によって制御可能である。
【００４３】
また、鋼板１ａ〜１ｃとして亜鉛めっき鋼板を用いた場合には、スポット溶接部５の形成に伴う溶接熱の影響によって、スポット溶接部５の近傍の亜鉛めっきが溶融、蒸気化する。溶融、蒸気化した亜鉛は、ギャップＧ１、Ｇ２に放出されるが、本実施形態においてレーザ溶接を施工する箇所には、シートセパレーションが形成されているので安定したレーザ溶接が可能である。
【００４４】
また、本実施形態における溶接ビード１６は、その溶接始端部１６ａと溶接終端部１６ｂとを離間させる必要がある。これは、スポット溶接部５を囲むように溶接ビード１６を形成することに起因する。表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂは、スポット溶接部５の近傍にある圧接部１ｅを介して圧接されている。溶接ビード１６は、この圧接部１ｅを囲むように形成するが、その際、溶接ビード１６、表面側鋼板１ａ、高板厚鋼板１ｂ及び圧接部１ｅに囲まれた空間Ｓが形成される。仮に、溶接始端部１６ａと溶接終端部１６ｂとを重ねてしまうと、この空間Ｓが完全に密閉された空間になる。レーザ溶接工程では、レーザ光によって各鋼板１ａ、１ｂの母材金属を溶融させながら溶接が進行するが、この際に発生した金属蒸気が空間Ｓにも満たされる。鋼板１ａ〜１ｃとして亜鉛めっき鋼板を用いた場合には、発生する金属蒸気に亜鉛蒸気も含まれる。このような状況で溶接ビード１６の溶接始端部１６ａと溶接終端部１６ｂとを重ねて空間Ｓを完全に密閉すると、空間Ｓに取り残された金属蒸気によって空間Ｓ内の内圧が高まり、溶接ビード１６の終端部を形成する際に溶鋼を飛散させて穴を開けてしまう。従って、溶接ビード１６をスポット溶接部５の外側に円環状に形成する場合には、溶接始端部１６ａと溶接終端部１６ｂとを離間させて、金属蒸気の逃げ口を設けておくことが好ましい。これにより、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの溶接強度が低下する恐れがない。
【００４５】
また、円環状の溶接ビード１６の中心位置Ｏと溶接ビード１６の幅方向中心線Ｂとの最短距離を溶接ビード１６の半径ｒ２とし、半径ｒ２の２倍数を溶接ビード１６の直径Ｒ３としたとき、溶接ビード１６の直径Ｒ３は、コロナボンド部４の外周径Ｒ２と同一かそれ以上にすればよい。また、溶接ビード１６の直径Ｒ３の上限は１６ｍｍ以下にすればよい。溶接ビード１６の直径Ｒ３をこれ以上大きくしても、対象とする表面側鋼板１ａの溶接にとって強度上のメリットがない。また、通常のスポット溶接の溶接電極の直径が１６ｍｍであり、この直径範囲内であれば、何の障害もなくレーザ溶接を行うことができるが、これを超える直径の溶接をレーザで行う場合、他の部材やジグと干渉してレーザ光を照射できないことが発生しかねず、レーザ溶接のために治工具の工夫が必要となりかねない。
【００４６】
また、溶接ビード１６の深さｄ（溶け込み深さ）は、第１の実施形態と同様に、表面側鋼板１aの板厚の少なくとも１．２倍以上の溶け込み深さが得られるように溶接条件を調整すればよい。
【００４７】
また、レーザ溶接では、表面側鋼板１ａ側からレーザ光Ｌを照射することが好ましいが、第１の実施形態と同様に、高板厚鋼板１ｃ側からレーザ光を照射してレーザ溶接を行うことも可能である。
更にレーザ溶接の際のシールドガスとしては、窒素、炭酸ガス、アルゴン、ヘリウム、乾燥空気を用いることが好ましい。特に、窒素または炭酸ガスを用いることで、レーザ光Ｌの照射を表面側鋼板１ａ側から行う非貫通溶接時において、溶接ビード１６における気孔の発生を抑制できる。
【００４８】
このようにして、図６及び図７に示す重ね溶接継手が得られる。図６及び図７に示す重ね溶接継手は、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲であって最小の板厚を有する表面側鋼板１ａと、板厚が表面側鋼板１ａより大きな２つの高板厚鋼板１ｂ、１ｃを重ね溶接した継手である。この重ね継手では、高板厚鋼板１ｂ、１ｃに渡ってナゲット３が設けられる。ナゲット３の周辺には、固相圧接状態のコロナボンド部４が形成される。そして、コロナボンド部４とナゲット３とが一体になってスポット溶接部５が形成されている。また、スポット溶接部５の上には、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとに渡ってレーザ溶接による溶接ビード１６が設けられている。このように、本実施形態の重ね溶接継手は、高板厚鋼板１ｂ、１ｃ同士を溶接するスポット溶接部５と、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとを溶接する溶接ビード１６とから構成されている。また、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの接合部分には、圧接部１ｅが設けられており、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとが圧接された状態になっている。この圧接部１ｅも重ね溶接継手に含まれる。
【００４９】
溶接ビード１６は、スポット溶接部５を囲むように円環状に設けられている。この溶接ビード１６は、高板厚鋼板１ｂ、１ｃのコロナボンド部４の外側に設けられている。溶接ビード１６の直径は、コロナボンド部４の外周径と同一かそれ以上であることが好ましく、また、１６ｍｍ以下にすることが好ましい。更に、溶接ビード１６の深さｄは、表面側鋼板１ａの板厚の１．２倍以上の深さであることが好ましい。
また、スポット溶接部５の周囲に円環状の溶接ビード１６が設けられることで、スポット溶接部５と溶接ビード１６とが常に離間した状態になる。
【００５０】
本実施形態の重ね溶接方法によれば、第１の実施形態の重ね溶接方法と同様な効果の他に、下記の効果が得られる。
即ち、本実施形態の重ね溶接方法によれば、スポット溶接部５の周囲にレーザ溶接を施すので、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとのギャップＧ１が一定の範囲に管理された状態でレーザ溶接を実施でき、レーザ溶接を安定して行うことができ、表面側鋼板１ａを含む鋼板１を確実に重ね溶接できる。このギャップＧ１は、溶接電極の先端の曲率半径Ｒ、溶接電極による加圧力、または通電条件によって制御可能なので、ギャップＧ１が大きすぎてレーザ溶接が不可能となる事態は避けられる。また、ギャップＧ１が安定するので、従来のように必要量のフィラーを送給するという複雑な機構が不要となる。
【００５１】
また、スポット溶接部５と溶接ビード１６とが離間されるので、スポット溶接、レーザ溶接のそれぞれにおいて設計通りの溶接強度を発現させることができる。また、鋼板１として亜鉛めっき鋼板を用いた場合においても、シートセパレーションによって隙間が形成されている部分をレーザ溶接するので、レーザ溶接を安定して行うことができる。
【００５２】
また、レーザ溶接ビード１６の形成時に、鋼板１に由来する金属蒸気が溶融ビード１６と圧接部との間の空間Ｓに充満するおそれがあるところ、溶接ビード１６の始端部１６ａと終端部１６ｂを離間させることで、充満した金属蒸気を逃がすことができ、安定してレーザ溶接を行うことができる。
【００５３】
また、本実施形態の鋼板の重ね溶接継手によれば、スポット溶接部５の周囲に、スポット溶接部５を囲む円環状の溶接ビード１６を設けることで、スポット溶接部５と溶接ビード１６とが相互に離間されるので、スポット溶接部５及び溶接ビード１６のそれぞれについて、設計通りの溶接強度を発現できる。
【００５４】
更に、溶接始端部１６ａと溶接終端部１６ｂを重ねずに離間させることで、溶接始端部１６ａが再加熱されることがなく、溶接割れを未然に防止できる。
【００５５】
なお、本発明では、板厚比が５．０を超える3枚以上の重ね溶接であっても、最小の板厚の鋼板を高板厚鋼板間に挟み込むことができる場合には、容易にスポット溶接が可能となるので、本発明の適用対象とはならない。
【実施例】
【００５６】
表１に示す各種の鋼板を用意し、表面側鋼板、２枚目の高板厚鋼板、３枚目の高板厚鋼板、４枚目の高板厚鋼板の順に重ね合わせてＡ〜Ｈの板組とした。次に、これらの鋼板を板厚方向から加圧しながら、表２に示す条件でスポット溶接を行った。スポット溶接時のスクイズ時間は２５サイクルに固定した。次に、スポット溶接部、スポット溶接部の外周上、またはスポット溶接部の周囲に向けて、表面側鋼板の側からレーザ光を照射して、表２に示す条件でレーザ溶接を行った。このようにして、重ね溶接継手を製造した。
得られた重ね溶接継手について、レーザ溶接による溶接ビードの外観を観察した。また、ＪＩＳ Ｚ ３１３７に規定された溶接継手の十字引張試験法に準じて、十字引張試験を行った。また、十字引張試験では、鋼板の重ね枚数が３枚の場合は、表面側鋼板と２枚目の高板厚鋼板の間で引っ張った。また、鋼板の重ね枚数が４枚の場合は、表面側鋼板と2枚目の高板厚鋼板の間で引っ張った。溶接ビードの外観の観察結果と、十字引張試験の結果を表３に示す。なお、鋼板の重ね枚数が３枚の場合の、２枚目の高板厚鋼板と３枚目の高板厚鋼板との間の引張試験、およびで鋼板の重ね枚数が４枚の場合の、各高板厚鋼板間の引張試験では、良好な継手強度が得られた。
【００５７】
尚、表１における鋼種表記は、日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳ Ａ ２００１（２００８）およびＪＦＳ Ａ ３０１１（２００８）によるものである。また、表２の「４ｍｍナゲット」「３．５ｍｍナゲット」とは、表面側鋼板と２枚目の高板厚鋼板に渡って、直径４ｍｍ、３．５ｍｍのナゲットが形成されたという意味である。また、表２の終始端処理の欄において、「重ね」は溶接始端部と溶接終端部を重ねた例であり、例えば３０°非溶接とは、溶接ビードの中心位置における角度３０°の領域に溶接ビードを形成しないという意味である。また、表２の溶接位置の欄において、「圧接部」とはスポット溶接部に重ねるように溶接ビードを形成した例であり（図４に示す例）、「圧接部外周上」とは、スポット溶接部のコロナボンド部の外周上に溶接ビードを形成した例であり、「シートセパレーション部」とはスポット溶接部の周囲にスポット溶接部を囲むように溶接ビードを形成した例である（図６に示す例）。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
【表３】
【００６１】
表１〜３に示すように、試験例１では、表面側鋼板の厚みが０．２ｍｍと薄すぎたので、圧接状態であってもプラグ破断となり良好な強度を発揮したためレーザ溶接を行う必要がなかった。
また、試験例５では、表面側鋼板の厚みが１．２ｍｍと厚く、表面側鋼板にもナゲットが形成された。この例では、レーザ溶接を行う必要がなかった。
また、試験例６では、板厚比が４．７と低く、表面側鋼板にもナゲットが形成された。この例では、レーザ溶接を行う必要がなかった。
試験例８は、試験例７の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、界面破断となりまた十分な継手強度が得られなかった。
試験例１０は、試験例９の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、界面破断となりまた十分な継手強度が得られなかった。
試験例２１は、スポット溶接部のコロナボンド部の外周上に溶接ビードを形成しており、本発明では始終端を重ねずに隙間（非溶接部）を設けるべきところ、あえて溶接した例であり、終端にピット（溶鋼の飛散による溶接ビードの穴あき）が発生し、継手強度に影響を与えてしまった例である。
試験例２５では、スポット溶接部の周囲に溶接ビードを設けたが、溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を重ねたため、溶接ビードの溶接始端部付近にピットが発生し、外観不良となり、継手強度を低下させてしまった。
試験例２７は、試験例２６の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、部分的に界面破断となり、また十分な継手強度が得られなかった。
試験例２９は、試験例２８の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、界面破断となり、また十分な継手強度が得られなかった。
【符号の説明】
【００６２】
１…鋼板、１ａ…表面側鋼板、１ｂ…高板厚鋼板、３…ナゲット、４…コロナボンド部、５…スポット溶接部、６、１６…溶接ビード、６ａ、１６ａ…溶接始端部、６ｂ、１６ｂ…溶接終端部、ｄ…溶接ビードの深さ、Ｌ…レーザ光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手に関し、特に、レーザ溶接とスポット溶接を併用した鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車分野では、低燃費化あるいはＣＯ2の排出量削減を目的とした車体の軽量化を図る手段として、車体や部品などへの高強度鋼板の採用が進められている。また、自動車車体の衝突安全性の向上を図る手段として、車体を構成する外板パネルと内板の間にリインフォースメントを挟み込んだ構造が採用されている。このような構造においては、３枚以上の鋼板を重ねて溶接することが必要とされる。例えば、車体の外側に板厚が１ｍｍ以下の薄鋼板からなるパネルを配置し、内側に板厚がそれぞれ１ｍｍ超のリインフォースメントとメンバー乃至は内板とを配置し、パネルとリインフォースメントとメンバー乃至は内板とが組み合わされた板組をスポット溶接する必要が生じる。
【０００３】
ところでスポット溶接法では、複数枚の鋼板を重ね合わせて溶接した場合に、総板厚方向のほぼ中心部分にナゲットが形成されるという性質がある。このため、板厚１ｍｍ以下の鋼板を外板パネルとし、この外板パネルにリインフォースメント及び内板を重ねてスポット溶接を実施すると、リインフォースメントとメンバー乃至は内板との間にはナゲットが形成される一方で、外板パネルにはナゲットが形成されず、リインフォースメント及び内板と外板パネルとを一体に溶接できない問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、２枚以上の厚板と薄板とを重ね合わせてスポット溶接を実施する際に、薄板側に先端の曲率半径が比較的小さな電極を配置するとともに、加圧力を二段階で高くしながらスポット溶接を行う技術が開示されている。この特許文献１では、第一段の溶接における加圧力よりも第二段の溶接における加圧力を高くすることで、薄板と厚板との間の電流密度を高くして有効にナゲットを形成させている。
【０００５】
また、車体の溶接は、スポット溶接法に限らず、レーザ溶接法を用いる場合もある。レーザ溶接法は、高エネルギービームを用いた溶接方法であり、スポット溶接と比較して長い部位を高速で連続溶接可能であり、車体の溶接方法として有効である。しかし、亜鉛めっき鋼板の重ねレーザ溶接では、低沸点の亜鉛が瞬時に蒸発して溶融池を吹き上げてしまうため、良好な連続ビードを得ることが困難である。また、鋼板間の隙間が大きくなりすぎると良好な溶接が得られない。このような問題に対して特許文献２では、亜鉛めっき鋼板を重ねレーザ溶接する際に、亜鉛めっき鋼板同士の間に多孔質シートを挟み込むことで、亜鉛めっき鋼板間に微小な隙間を確保しつつ、レーザによる加熱で生じた亜鉛蒸気を多孔質シートの内部を通過させて外部に逃がす方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、３枚以上の鋼板を重ね合わせてスポット溶接する方法が開示されている。この特許文献３では、３枚以上の鋼板のうち溶接電極に接する最薄の鋼板の重ね面に、リン酸塩処理被膜、クロメート処理被膜、有機被膜または無機被膜を形成し、その接触抵抗値が５０〜５００ｍΩとなるように板組する。この状態でスポット溶接することで、電極で最も冷却されやすい薄板にナゲットを形成している。
【０００７】
また、特許文献４には、低融点の被覆材で被覆された被接合部材と母材とを重ね合わせてレーザ溶接する方法が開示されている。この特許文献４では、片側からシリーズ溶接を行って溶接領域の被覆材を蒸発除去し、次いで、溶接領域にレーザ光を照射して溶接領域及びその周辺から被覆材を蒸発除去し、次いで、溶接領域内をレーザ溶接する方法が開示されている。
【０００８】
更に、特許文献５では、重ねレーザ溶接する際に、溶接動作と並行して溶接直後のビード形状を測定し、その測定結果に応じてフィラーワイヤーの供給量等の溶接条件を制御することによって、鋼板間の隙間が変動しても良好な溶接ビードを得る方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−５５８９８号公報
【特許文献２】特開平４−２８８９８６号公報
【特許文献３】特開２００８−１６１８７８号公報
【特許文献４】特開２００６−１１０５６５号公報
【特許文献５】特開２００６−１３６９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に記載の技術では、薄板側に熱を集中させるため、特に薄板側の電極の損耗が激しく、連続的に溶接可能な打点数が少なくなり、頻繁な電極のドレッシングが必要となって作業性に劣る問題があった。
また、特許文献２に記載の技術では、多孔質シートを挿入する工程が必要となって工程が煩雑になる問題があった。また、溶接工程の後段の塗装工程において、鋼板間に残存した多孔質シートによって、鋼板間へ塗料の付き周りが阻害されてしまう問題があった。
更に、特許文献３に記載の技術では、薄板に特殊な表面処理を施した鋼板が必要となることから、汎用性に欠けるという課題があった。
更に、特許文献４に記載の技術では、例えばレーザ光を照射して亜鉛めっきからなる被覆材を除去する際に、鋼板間に加圧力を印加しない状態でレーザ光を照射するので、レーザ光の照射で亜鉛を蒸発させても、亜鉛の蒸気がその場に留まることが多く、亜鉛めっきを完全に除去できず、溶接強度がばらつく虞があった。
更に、特許文献５に記載の技術では、溶接直後のビード形状を測定する手段と、その測定結果に応じてフィラーワイヤーの供給量等の溶接条件を調整する手段が必要になり、装置が大がかりになる問題があった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、板厚が比較的小さな鋼板を含む複数の鋼板を重ね溶接する場合に、高い接合強度で重ね溶接できる鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手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】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決すべく、以下の構成を採用する。
（１） ２以上の鋼板を重ねて溶接する鋼板の重ね溶接方法であって、２以上の前記鋼板には、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい１以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記１以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚）を５以上とし、前記表面側鋼板を表面側に配置するように前記２以上の鋼板を重ね合わせた状態で、前記２以上の鋼板を板厚方向から加圧しながらスポット溶接することにより、少なくとも前記１以上の高板厚鋼板にスポット溶接部を設けるスポット溶接工程と、前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲にレーザ光を照射して、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とをレーザ溶接するレーザ溶接工程と、を具備してなることを特徴とする鋼板の重ね溶接方法。
（２） 前記レーザ溶接工程において、前記スポット溶接部に重なるように円環状の溶接ビードを形成することを特徴とする（１）に記載の鋼板の重ね溶接方法。
（３） 前記レーザ溶接工程において、前記スポット溶接部の周囲に、前記スポット溶接部を囲む円環状の溶接ビードを形成することを特徴とする（１）に記載の鋼板の重ね溶接方法。
（４） 前記溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を離間させることを特徴とする（３）に記載の鋼板の重ね溶接方法。
（５） 前記溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さとすることを特徴とする（１）乃至（４）の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。
（６） １枚の前記表面側鋼板と２枚の前記高板厚鋼板とを、前記表面側鋼板が表面側に配置されるように重ね合わせた状態で、前記スポット溶接工程において、前記２枚の高板厚鋼板にスポット溶接部を形成するととともに、前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とを圧接し、前記レーザ溶接工程において、圧接状態の前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とをレーザ溶接することを特徴とする（１）乃至（５）の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。
（７） ２以上の鋼板が重ねられて溶接された鋼板の重ね溶接継手であって、前記２以上の鋼板には、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい１以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記１以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚）が５以上とされ、前記表面側鋼板が表面側に配置された状態で前記２以上の鋼板が重ね合わされ、少なくとも前記１以上の高板厚鋼板に、ナゲットを含むスポット溶接部が設けられるとともに、前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲に、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とを溶接する溶接ビードが設けられていることを特徴とする鋼板の重ね溶接継手。
（８） 前記溶接ビードが、前記スポット溶接部に重なって円環状に設けられていることを特徴とする（７）に記載の鋼板の重ね溶接継手。
（９） 前記溶接ビードが、前記スポット溶接部の周囲において前記スポット溶接部を囲むように円環状に設けられていることを特徴とする（７）に記載の鋼板の重ね溶接継手。
（１０） 前記溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部とが離間されていることを特徴とする（９）に記載の鋼板の重ね溶接継手。
（１１） 前記溶接ビードの深さが、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さであることを特徴とする（７）乃至（１０）の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。
（１２） １枚の前記表面側鋼板と２枚の前記高板厚鋼板とが、前記表面側鋼板を表面側に配置した状態で重ね合わされ、少なくとも前記スポット溶接部によって前記２枚の高板厚鋼板が溶接されているとともに、少なくとも前記溶接ビードによって前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とが溶接されていることを特徴とする（７）乃至（１１）の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、スポット溶接工程と、レーザ溶接工程を順次行うことで、２以上の鋼板のうち、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板との間にスポット溶接部が形成されない場合であっても、レーザ溶接によって表面側鋼板と高板厚鋼板とを溶接するので、表面側鋼板を含む２以上の鋼板を確実に重ね溶接することができる。また、スポット溶接部の周囲をレーザ溶接する場合には、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とのギャップが一定の範囲に管理された状態でレーザ溶接を実施することが可能となり、レーザ溶接を安定して行うことができ、表面側鋼板を含む２以上の鋼板を確実に重ね溶接することができる。
また、全ての鋼板に渡ってスポット溶接部を設ける必要がないので、スポット溶接工程における溶接電流及び電流印加時間を少なくすることができ、スポット溶接の連続打点性を向上できる。
【００１４】
また、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、スポット溶接部にレーザ溶接ビードを形成するので、表面側鋼板が薄くても、表面側鋼板が高板厚鋼板に圧接されているので鋼板間の隙間に影響されることなく良好なレーザ溶接ビードを形成することができる。レーザ溶接ビードは、直線とすることもできるが、スポット溶接部に重なるように円環状のレーザ溶接ビードを形成することで、溶接部位の占める面積を小さくすることができ、外観に優れた重ね溶接継手を形成できる。また、スポット溶接部に重なるように溶接ビードを形成することで、溶接強度を高めることができる。
更に、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、スポット溶接部の周囲に、スポット溶接部を囲む円環状のレーザ溶接ビードを形成するので、スポット溶接部と溶接ビードとが離間され、設計通りの溶接強度を発現できる。
更にまた、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、溶接ビードの形成時に、鋼板が過熱されることによって発生した鋼板由来の金属蒸気が、溶融ビードとスポット溶接部との間に充満されるおそれがあるところ、溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を離間させることで、金属蒸気を逃がすことができ、安定してレーザ溶接を行うことができる。
また、本発明の鋼板の重ね溶接方法によれば、溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さとすることで、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とを確実に溶接できる。また、溶接ビードの深さを表面側鋼板の板厚の１．２倍程度とすることで、小さな発振器でレーザ溶接工程を実現でき、初期設備コストを低減できる。
【００１５】
次に、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、２以上の鋼板間にスポット溶接部が設けられるとともに、スポット溶接部またはスポット溶接部の周囲に、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とを溶接する溶接ビードが設けられるので、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板との間にスポット溶接部が形成されない場合であっても、表面側鋼板を含む２以上の鋼板を確実に重ね溶接することができる。
【００１６】
また、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、スポット溶接部にレーザ溶接ビードを形成するので、表面側鋼板が薄くても、表面側鋼板が高板厚鋼板に圧接されているので鋼板間の隙間に影響されることなく良好なレーザ溶接ビードを形成することができる。レーザ溶接ビードは、直線とすることもできるが、スポット溶接部に重なる円環状のレーザ溶接ビードを設けることで、溶接部位が占める面積を小さくすることができ、重ね溶接継手の外観を向上できる。また、スポット溶接部に重なる円環状の溶接ビードを設けることで、溶接強度を高めることができる。
更に、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、スポット溶接部の周囲に、スポット溶接部を囲む円環状のレーザ溶接ビードを設けることにより、スポット溶接部と溶接ビードとが離間されるので、設計通りの溶接強度を発現できる。
更にまた、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、レーザ溶接ビードの始端部と終端部を離間させることで、レーザ溶接に伴う金属蒸気を逃がすことができ、安定した溶接ビードを形成することができる。
また、本発明の鋼板の重ね溶接継手によれば、溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さとすることで、表面側鋼板に隣接する高板厚鋼板と表面側鋼板とを確実に溶接できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する工程図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する図であって、点溶接工程を示す工程図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する図であって、点溶接工程を示す工程図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する図であって、レーザ溶接工程を示す工程図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する図であって、レーザ溶接工程後の表面側鋼板を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する工程図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態である鋼板の重ね溶接方法を説明する図であって、レーザ溶接工程後の表面側鋼板を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
「第１の実施形態」
以下、本発明の第１の実施形態である鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手について、図面を参照して説明する。
本実施形態の鋼板の重ね溶接方法は、２以上の鋼板を重ね合わせて仮組みする準備工程と、２以上の鋼板を板厚方向から加圧しながらスポット溶接するスポット溶接工程と、レーザ溶接工程とから概略構成されている。
【００１９】
先ず準備工程では、図１に示すように、２以上の鋼板１を重ね合わせて仮組みする。重ね溶接の対象となる鋼板１の枚数は、２以上であればよく、好ましくは２〜４であり、最も好ましくは３である。
【００２０】
本発明を好適に適用することが可能な形態は、２以上の鋼板１のうち、最小の板厚となる鋼板を表面側鋼板１ａとして配される場合である。ここで表面側とは、2以上の鋼板１が重ね合わされたときに、最も外側に配置され、かつレーザ溶接が可能な側のことをいう。
表面側鋼板１ａ以外の鋼板としては、板厚が表面側鋼板１ａより大きな１または２以上の高板厚鋼板を用いることができる。本実施形態では、２枚の高板厚鋼板１ｂ、１ｃを用いる。表面側鋼板１ａの板厚は、０．３〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。また、高板厚鋼板１ｂ、１ｃの板厚は０．８ｍｍ〜５ｍｍ程度の範囲であればよい。尚、高板厚鋼板とは、表面側鋼板よりも板厚が大きい鋼板を意味する用語であり、所謂厚板と同義ではない。
【００２１】
更に、表面側鋼板１ａ及び高板厚鋼板１ｂ、１ｃの合計板厚に対する表面側鋼板１ａの板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚（以下、板厚比という））は、５以上とすることが好ましい。
板厚比が５未満であれば、総板厚に対する表面側鋼板１ａの板厚の占める割合が十分大きくなり、この場合は通常のスポット溶接で重ね溶接することが可能なので、あえて本発明に係る重ね溶接方法を用いる必要はない。板厚比が５未満でも本発明に係る重ね溶接方法は適用可能だが、レーザ溶接を行う点で経済的に不利になる。
また、板厚比の上限については特に制限はないが、板厚比の上限は板厚比が１０を超える組み合わせについては、適用例があまり見あたらないので、板厚比の上限を１０とする。
【００２２】
鋼板１ａ〜１ｃの積層順序は、図１に示すように、高板厚鋼板１ｃの上に別の高板厚鋼板１ｂを重ね合わせ、更にその上に表面側鋼板１ａを重ね合わせることが望ましい。尚、鋼板１の積層順序は、前記の順序と逆の順序でも良い。要するに表面側鋼板１ａが表側に配置されていればよい。なお、各鋼板１ａ〜１ｃは比較的平坦であるものの、多少の反りがあるので、相互に重ねた各鋼板１ａ〜１ｃの間には隙間が存在する。また、各鋼板１ａ〜１ｃが事前に成形加工されている場合には、各鋼板１ａ〜１ｃに成形加工に伴う歪みが生じているので、この場合にも各鋼板１ａ〜１ｃの間には多少の隙間が存在することになる。
【００２３】
本実施形態の重ね溶接方法では、鋼板１ａ〜１ｃの品種には特に制限はない。尚、通常のレーザ溶接においては、亜鉛等の低沸点金属がめっきされためっき鋼板をレーザ溶接する際に、めっき成分を構成する低沸点金属が蒸気となって溶鋼をスパッタとして飛散させ、溶接を阻害する場合があるが、本実施形態の重ね溶接法では何ら問題なくめっき鋼板を用いることができ、例えば亜鉛めっき鋼板であっても好適に用いることができる。
【００２４】
次に、スポット溶接工程では、図２に示すように、鋼板１ａ〜１ｃに対してその板厚方向から溶接電極２ａ、２ｂを押し当てる。本実施形態では、図２に示すようにダイレクトスポット溶接が好適に適用される。溶接電極２ａ、２ｂによって板厚方向に押圧されることで、鋼板１ａ〜１ｃが密着せしめられる。
【００２５】
次に、図３に示すように、溶接電極２ａ、２ｂから溶接電流を印加してスポット溶接を行う。スポット溶接することで、高板厚鋼板１ｂ、１ｃの間にナゲット３が形成される。
また、ナゲット３の周囲には、高板厚鋼板１ｂ、１ｃの母材金属が固相圧接されたコロナボンド部４が形成される。このように、重ね溶接の対象となる鋼板１には、ナゲット３とコロナボンド部４とを含むスポット溶接部５が形成される。
また、コロナボンド部４は高板厚鋼板１ｂの一面まで広がり、先の密着部分１ｄにおいて表面側鋼板１ａとが固相溶接される。
この固相溶接の強度は比較的弱いものであるが、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂを仮止めするには十分な強度になる。
このとき、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの圧接部分１ｄの周囲には、表面側鋼板１ａの塑性流動に伴って板の浮き上がり現象（以下、シートセパレーション現象という）が起こる。このシートセパレーション現象によって、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの間にギャップＧ１が設けられる。ギャップＧは比較的均一なギャップになるので、レーザ溶接をする際の溶接条件の安定化に寄与することになる。尚、シートセパレーション現象は、塑性流動のみならず、溶接電流の通電に伴う板体積の熱膨張分が鋼板間に膨出されることにより助長される。
【００２６】
また、スポット溶接部５の周囲であって、高板厚鋼板１ｂ、１ｃの間にはギャップＧ２が形成される。ギャップＧ１、Ｇ２は、前述のシートセパレーション現象によって形成される。即ち、ギャップＧ１は、溶接電極２ａ、２ｂの押圧による主に表面側鋼板１ａの塑性流動と、溶接電流の通電に伴う板体積の熱膨張分の膨出とによって形成される。このギャップＧ１は、スポット溶接部５の周囲にレーザ溶接する場合のギャップとなる。尚、ギャップＧ１は、溶接電極の先端の曲率半径Ｒ、溶接電極による加圧力、または通電条件によって制御可能である。
【００２７】
スポット溶接の溶接条件には特に制限はなく、少なくとも高板厚鋼板１ｂ、１ｃをスポット溶接することが可能な条件であればよい。例えば、溶接電極２ａ、２ｂの先端直径を６〜８ｍｍの範囲とし、溶接電極２ａ、２ｂの先端の曲率半径Ｒを例えば４０ｍｍとし、溶接電極２ａ、２ｂによる加圧力を３〜５ｋＮの範囲とし、溶接電流の電流値を７〜９ｋＡの範囲とし、通電時間を１２／５０〜３０／５０秒の範囲とすればよい。溶接条件は例示した条件に限らず、鋼板１の品種や板厚等に応じて適宜決定すればよい。
【００２８】
次に、図４及び図５に示すように、スポット溶接部５に対して表面側鋼板１ａ側からレーザ光Ｌを照射してレーザ溶接を行う。レーザ溶接によって、高板厚鋼板１ｂと表面側鋼板１ａとに渡る溶接ビード６が形成され、高板厚鋼板１ｂと表面側鋼板１ａとが溶接される。図４及び図５に示すように、本実施形態の溶接ビード６は、鋼板１を平面視したときにスポット溶接部５の内側、即ちコロナボンド部４の内側の領域に形成する。表面側鋼板１ａが高板厚鋼板に伝えるべき設計荷重を負担できる溶接ビード長さがあれば良いので、溶接ビード６は直線状でよいが、溶接ビード６を円環状に配置すれば荷重を伝える能力に方向性をなくすことができるので好ましい。レーザ光Ｌを円環状に走査することで、溶接ビード６を円環状に形成可能である。また、溶接ビード６を形成する際に、溶接始端部６ａと溶接終端部６ｂとを重ねてもよく、溶接始端部６ａと溶接終端部６ｂを離間させてもよい。さらには、表面側鋼板１ａが高板厚鋼板に伝えるべき設計荷重を負担できる溶接ビード長さがあれば良いので、溶接ビード６は、１／２円であっても１つあるいは複数個の１／ｎ円であっても良い。図５では、溶接始端部６ａと溶接終端部６ｂとを重ねて溶接した例である。
【００２９】
また、図５に示すように、溶接ビード６を円環状に配置する場合、円環状の溶接ビード６の中心位置Ｏと溶接ビード６の幅方向中心線Ｂとの最短距離を溶接ビード６の半径ｒ１とし、更に半径ｒ１の２倍を溶接ビード６の直径Ｒ１としたとき、溶接ビード６の直径Ｒ１は２ｍｍ以上とすることが好ましい。
直径Ｒ１が２ｍｍ未満になると、円環状の溶接ビード６の内側まで熱伝導で溶融し、凝固割れが生じやすくなるので好ましくない。
また、溶接ビード６の直径Ｒ１は、コロナボンド部４の外周径Ｒ２よりも１ｍｍ程度短い値がよい。これは、溶接ビード６がコロナボンド部４の外側に形成させないための制限である。溶接ビード６をコロナボンド部４の外側に形成させる場合は、後に述べるように溶接始端部６ａと溶接終端部６ｂとを離間させる必要がある。尚、幅方向中心線Ｂは、溶接ビード６を形成する際のレーザ光Ｌの軌跡に対応する。
【００３０】
コロナボンド部４の外周径Ｒ２は、事前にスポット溶接だけを行った継手から、断面検鏡、あるいは軟鋼であればピール試験により決定する必要がある。この作業は、高板厚鋼板１ｂ、１ｃ同士の溶接が適切に行われているのかどうか確認し、スポット溶接条件を決定するためにも必要な作業である。
また、コロナボンド部４の外周径Ｒ２は、図４に示すように板厚方向に沿って一定ではなく、高板厚鋼板１ｂ、１ｃの間において最大となり、そこから離れるに従って徐々に小さくなっている。この場合のコロナボンド部４の外周径Ｒ２は、高板厚鋼板１ｂの表面側鋼板１側の面におけるコロナボンド部４の外周径を採用すればよい。
【００３１】
また、溶接ビード６の深さｄ（溶け込み深さ）は、表面側鋼板１aの板厚の少なくとも１．２倍以上の溶け込み深さが得られるように溶接条件を調整する。溶け込み深さｄは、別の鋼板でメルトランを行い、部分溶け込みでの溶け込み深さを測定して、予め溶接条件を決定することで決めればよい。
【００３２】
また、レーザ溶接工程では、表面側鋼板１ａ側からレーザ光Ｌを照射することが好ましい。高板厚鋼板１ｃ側からレーザ光を照射することも可能であるが、この場合はレーザ光による金属溶融部を表面側鋼板１ａまで到達させる必要があり、大きなレーザ出力が必要になる。即ち、高板厚鋼板１ｃ側からレーザ光を照射する場合、全板厚を貫通溶接できる溶接条件を選定する必要があり、レーザ溶接設備が大がかりなものになってしまう。
【００３３】
また、レーザ溶接では、集光途中に配置した鏡を駆動して、レーザビームを走査して溶接することもできる。この場合、レーザ溶接工程に要する時間を大幅に短縮することができる。
更にレーザ溶接の際のシールドガスとしては、窒素、炭酸ガス、アルゴン、ヘリウム、乾燥空気を用いることが好ましい。特に、窒素または炭酸ガスを用いることで、レーザ光Ｌの照射を表面側鋼板１ａ側から行う非貫通溶接時において、溶接ビード６における気孔の発生を抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態の重ね溶接方法は、一例として、自動車製造工程における車体の溶接工程に適用される。車体の溶接などの流れ作業では、被溶接体の位置決め及びクランプを実施した後、再位置決め、再クランプを行うことなく、スポット溶接工程及びレーザ溶接工程を続けて実施することが好ましい。より好ましくは、スポット溶接を行ったステーションと同じステーションでレーザ溶接を行うか、あるいは、スポット溶接を行ったステーションに近いステーションでレーザ溶接を行う。本実施形態の重ね溶接方法を適用したいスポット溶接の後に、他のスポット溶接の打点数が増加すると、被溶接体に僅かながらも歪みが生じ、レーザ溶接位置の再位置決めが必要となるためである。同じステーションあるいは次のステーションであれば、スポット溶接を行った位置情報を基準にして、レーザ溶接を行うことができる。
【００３５】
このようにして、図４及び図５に示す重ね溶接継手が得られる。図４及び図５に示す重ね溶接継手は、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲の板厚を有する表面側鋼板１ａと、板厚が表面側鋼板１ａより大きな２つの高板厚鋼板１ｂ、１ｃを重ね溶接した継手である。表面側鋼板１ａ及び高板厚鋼板１ｂ、１ｃの合計板厚に対する表面側鋼板１ａの板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚）は５以上とされている。そして、表面側鋼板１ａが表面側に配置された状態で各鋼板１ａ〜１ｂが重ね合わされている。また、高板厚鋼板１ｂ、１ｃに渡って、抵抗点溶接によるナゲット３が設けられている。ナゲット３の周辺には、固相接合状態となったコロナボンド部４が形成され、コロナボンド部４とナゲット３とが一体になってスポット溶接部５が形成されている。また、スポット溶接部５の上には、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとに渡ってレーザ溶接による溶接ビード６が設けられている。このように、本実施形態の重ね溶接継手は、高板厚鋼板１ｂ、１ｃ同士を溶接するスポット溶接部５と、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとを溶接する溶接ビード６とから構成されている。また、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの接合部分には、圧接部１ｅが設けられており、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとが圧接された状態になっている。この圧接部１ｅも重ね溶接継手に含まれる。
また、本実施形態の重ね溶接継手においては、溶接ビード６の底部がナゲット３に侵入しており、溶接ビード６とスポット溶接部５とが一体になっている。
【００３６】
溶接ビード６は、スポット溶接部５に重なって円環状に設けられている。この溶接ビード６は、高板厚鋼板１ｂ、１ｃのコロナボンド部４の内側の領域に設けられている。溶接ビード６の直径は、２ｍｍ以上であることが好ましく、コロナボンド部４の外周径よりも１ｍｍ小さな径とすることが好ましい。更に、溶接ビード６の深さは、表面側鋼板１ａの板厚の１．２倍以上の深さであることが好ましい。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の重ね溶接方法によれば、スポット溶接工程と、レーザ溶接工程を順次行うことで、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの間にスポット溶接によるナゲットが形成されない場合であっても、レーザ溶接によって表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとを溶接するので、表面側鋼板１ａを含む２以上の鋼板１ａ〜１ｃを確実に重ね溶接することができる。
また、全ての鋼板１ａ〜１ｃに渡ってスポット溶接部を設ける必要がないので、スポット溶接工程における溶接電流及び電流印加時間を少なくすることができ、スポット溶接の連続打点性を向上できる。
また、コロナボンド部４の内側に円環状の溶接ビード６を形成することで、溶接部位の占める面積を小さくすることができ、外観に優れた重ね溶接継手を形成できる。また、コロナボンド部４の内側に円環状の溶接ビード６を形成することで、溶接ビード６の底部がナゲット３に侵入し、溶接ビード６とスポット溶接部５とが一体になるので、溶接強度を高めることができる。
また、溶接ビード６の深さを、表面側鋼板１ａの板厚の１．２倍以上の深さとすることで、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとを確実に溶接できる。また、溶接ビード６の深さを表面側鋼板１ａの板厚の１．２倍程度とすることで、小さな発振器でレーザ溶接工程を実現でき、初期設備コストを低減できる。
【００３８】
また、鋼板１ａ〜１ｃとして亜鉛めっき鋼板を用いた場合は、スポット溶接時の溶接熱によって亜鉛が蒸気となって飛散するので、スポット溶接部５の直上の圧接部分１ｄには亜鉛がほとんど残存しなくなる。本実施形態では、スポット溶接部５に重なるようにレーザ溶接による溶融ビード６を形成するので、レーザ溶接の際の溶融池が亜鉛の蒸気によって飛散する現象を回避できる。
【００３９】
次に、本実施形態の鋼板の重ね溶接継手によれば、高板厚鋼板１ｂ、１ｃに渡ってナゲット３を含むスポット溶接部５が設けられるとともに、スポット溶接部５に、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとを溶接する溶接ビード６が設けられるので、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの間にナゲット３が形成されない場合であっても、溶接ビード６によって表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとが溶接されるので、表面側鋼板１ａを含む２以上の鋼板１ａ〜１ｃを確実に重ね溶接できる。
また、溶接ビード６の底部がナゲット３に侵入して、溶接ビード６とスポット溶接部５とが一体になるので、溶接強度を高めることができる。
【００４０】
「第２の実施形態」
次に、本発明の第２の実施形態である鋼板の重ね溶接方法及び鋼板の重ね溶接継手について、図面を参照して説明する。
本実施形態の重ね溶接方法は、レーザ溶接による溶接ビードを形成する際に、コロナボンド部の外側に溶接ビードを形成する点において第１の実施形態と異なっている。
【００４１】
即ち、図６に示すように、本実施形態では、スポット溶接部５に表面側鋼板１ａ側からレーザ光Ｌを照射してレーザ溶接を行う。レーザ溶接によって、表面側鋼板１ａに隣接する高板厚鋼板１ｂと表面側鋼板１ａとに渡って溶接ビード１６が形成され、高板厚鋼板１ｂと表面側鋼板１ａとが溶接される。本実施形態では、鋼板１を平面視したときにスポット溶接部５の外側、即ちコロナボンド部４の外側に、スポット溶接部５を囲むように溶接ビード１６を形成する。溶接ビード１６は円環状に形成することが好ましいが、必ずしも全円または全円に近くする必要はなく、例えば１／２円など、１つあるいは複数個の１／ｎ円であっても良い。表面側鋼板１ａが高板厚鋼板に伝えるべき設計荷重を負担できる溶接ビード長さがあれば良いからである。図６に示す例では、スポット溶接用の溶接電極を待避させた状態でレーザ溶接しているが、溶接電極を鋼板１に当接させたままでレーザ溶接を行ってもよい。溶接電極を当接させたままとすることで、レーザ溶接中でもスポット溶接部５を溶接電極によって冷却することができ、スポット溶接部５を過熱することがない。
【００４２】
コロナボンド部４の外側では、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの間にギャップＧ１が設けられている。このギャップＧ１は、スポット溶接工程において生じたシートセパレーション現象によるギャップである。このギャップＧ１は、コロナボンド部４の外周に沿ってほぼ一定の大きさになっている。このため、溶融ビード１６をコロナボンド部４の外周に沿って円環状に設ける場合に、ギャップが常に一定になるので、溶接条件が変動せず、安定したレーザ溶接が可能になる。尚、ギャップＧ１は、溶接電極の先端の曲率半径Ｒ、溶接電極による加圧力、または通電条件によって制御可能である。
【００４３】
また、鋼板１ａ〜１ｃとして亜鉛めっき鋼板を用いた場合には、スポット溶接部５の形成に伴う溶接熱の影響によって、スポット溶接部５の近傍の亜鉛めっきが溶融、蒸気化する。溶融、蒸気化した亜鉛は、ギャップＧ１、Ｇ２に放出されるが、本実施形態においてレーザ溶接を施工する箇所には、シートセパレーションが形成されているので安定したレーザ溶接が可能である。
【００４４】
また、本実施形態における溶接ビード１６は、その溶接始端部１６ａと溶接終端部１６ｂとを離間させる必要がある。これは、スポット溶接部５を囲むように溶接ビード１６を形成することに起因する。表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂは、スポット溶接部５の近傍にある圧接部１ｅを介して圧接されている。溶接ビード１６は、この圧接部１ｅを囲むように形成するが、その際、溶接ビード１６、表面側鋼板１ａ、高板厚鋼板１ｂ及び圧接部１ｅに囲まれた空間Ｓが形成される。仮に、溶接始端部１６ａと溶接終端部１６ｂとを重ねてしまうと、この空間Ｓが完全に密閉された空間になる。レーザ溶接工程では、レーザ光によって各鋼板１ａ、１ｂの母材金属を溶融させながら溶接が進行するが、この際に発生した金属蒸気が空間Ｓにも満たされる。鋼板１ａ〜１ｃとして亜鉛めっき鋼板を用いた場合には、発生する金属蒸気に亜鉛蒸気も含まれる。このような状況で溶接ビード１６の溶接始端部１６ａと溶接終端部１６ｂとを重ねて空間Ｓを完全に密閉すると、空間Ｓに取り残された金属蒸気によって空間Ｓ内の内圧が高まり、溶接ビード１６の終端部を形成する際に溶鋼を飛散させて穴を開けてしまう。従って、溶接ビード１６をスポット溶接部５の外側に円環状に形成する場合には、溶接始端部１６ａと溶接終端部１６ｂとを離間させて、金属蒸気の逃げ口を設けておくことが好ましい。これにより、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの溶接強度が低下する恐れがない。
【００４５】
また、円環状の溶接ビード１６の中心位置Ｏと溶接ビード１６の幅方向中心線Ｂとの最短距離を溶接ビード１６の半径ｒ２とし、半径ｒ２の２倍数を溶接ビード１６の直径Ｒ３としたとき、溶接ビード１６の直径Ｒ３は、コロナボンド部４の外周径Ｒ２と同一かそれ以上にすればよい。また、溶接ビード１６の直径Ｒ３の上限は１６ｍｍ以下にすればよい。溶接ビード１６の直径Ｒ３をこれ以上大きくしても、対象とする表面側鋼板１ａの溶接にとって強度上のメリットがない。また、通常のスポット溶接の溶接電極の直径が１６ｍｍであり、この直径範囲内であれば、何の障害もなくレーザ溶接を行うことができるが、これを超える直径の溶接をレーザで行う場合、他の部材やジグと干渉してレーザ光を照射できないことが発生しかねず、レーザ溶接のために治工具の工夫が必要となりかねない。
【００４６】
また、溶接ビード１６の深さｄ（溶け込み深さ）は、第１の実施形態と同様に、表面側鋼板１aの板厚の少なくとも１．２倍以上の溶け込み深さが得られるように溶接条件を調整すればよい。
【００４７】
また、レーザ溶接では、表面側鋼板１ａ側からレーザ光Ｌを照射することが好ましいが、第１の実施形態と同様に、高板厚鋼板１ｃ側からレーザ光を照射してレーザ溶接を行うことも可能である。
更にレーザ溶接の際のシールドガスとしては、窒素、炭酸ガス、アルゴン、ヘリウム、乾燥空気を用いることが好ましい。特に、窒素または炭酸ガスを用いることで、レーザ光Ｌの照射を表面側鋼板１ａ側から行う非貫通溶接時において、溶接ビード１６における気孔の発生を抑制できる。
【００４８】
このようにして、図６及び図７に示す重ね溶接継手が得られる。図６及び図７に示す重ね溶接継手は、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲であって最小の板厚を有する表面側鋼板１ａと、板厚が表面側鋼板１ａより大きな２つの高板厚鋼板１ｂ、１ｃを重ね溶接した継手である。この重ね継手では、高板厚鋼板１ｂ、１ｃに渡ってナゲット３が設けられる。ナゲット３の周辺には、固相圧接状態のコロナボンド部４が形成される。そして、コロナボンド部４とナゲット３とが一体になってスポット溶接部５が形成されている。また、スポット溶接部５の上には、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとに渡ってレーザ溶接による溶接ビード１６が設けられている。このように、本実施形態の重ね溶接継手は、高板厚鋼板１ｂ、１ｃ同士を溶接するスポット溶接部５と、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとを溶接する溶接ビード１６とから構成されている。また、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとの接合部分には、圧接部１ｅが設けられており、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとが圧接された状態になっている。この圧接部１ｅも重ね溶接継手に含まれる。
【００４９】
溶接ビード１６は、スポット溶接部５を囲むように円環状に設けられている。この溶接ビード１６は、高板厚鋼板１ｂ、１ｃのコロナボンド部４の外側に設けられている。溶接ビード１６の直径は、コロナボンド部４の外周径と同一かそれ以上であることが好ましく、また、１６ｍｍ以下にすることが好ましい。更に、溶接ビード１６の深さｄは、表面側鋼板１ａの板厚の１．２倍以上の深さであることが好ましい。
また、スポット溶接部５の周囲に円環状の溶接ビード１６が設けられることで、スポット溶接部５と溶接ビード１６とが常に離間した状態になる。
【００５０】
本実施形態の重ね溶接方法によれば、第１の実施形態の重ね溶接方法と同様な効果の他に、下記の効果が得られる。
即ち、本実施形態の重ね溶接方法によれば、スポット溶接部５の周囲にレーザ溶接を施すので、表面側鋼板１ａと高板厚鋼板１ｂとのギャップＧ１が一定の範囲に管理された状態でレーザ溶接を実施でき、レーザ溶接を安定して行うことができ、表面側鋼板１ａを含む鋼板１を確実に重ね溶接できる。このギャップＧ１は、溶接電極の先端の曲率半径Ｒ、溶接電極による加圧力、または通電条件によって制御可能なので、ギャップＧ１が大きすぎてレーザ溶接が不可能となる事態は避けられる。また、ギャップＧ１が安定するので、従来のように必要量のフィラーを送給するという複雑な機構が不要となる。
【００５１】
また、スポット溶接部５と溶接ビード１６とが離間されるので、スポット溶接、レーザ溶接のそれぞれにおいて設計通りの溶接強度を発現させることができる。また、鋼板１として亜鉛めっき鋼板を用いた場合においても、シートセパレーションによって隙間が形成されている部分をレーザ溶接するので、レーザ溶接を安定して行うことができる。
【００５２】
また、レーザ溶接ビード１６の形成時に、鋼板１に由来する金属蒸気が溶融ビード１６と圧接部との間の空間Ｓに充満するおそれがあるところ、溶接ビード１６の始端部１６ａと終端部１６ｂを離間させることで、充満した金属蒸気を逃がすことができ、安定してレーザ溶接を行うことができる。
【００５３】
また、本実施形態の鋼板の重ね溶接継手によれば、スポット溶接部５の周囲に、スポット溶接部５を囲む円環状の溶接ビード１６を設けることで、スポット溶接部５と溶接ビード１６とが相互に離間されるので、スポット溶接部５及び溶接ビード１６のそれぞれについて、設計通りの溶接強度を発現できる。
【００５４】
更に、溶接始端部１６ａと溶接終端部１６ｂを重ねずに離間させることで、溶接始端部１６ａが再加熱されることがなく、溶接割れを未然に防止できる。
【００５５】
なお、本発明では、板厚比が５．０を超える3枚以上の重ね溶接であっても、最小の板厚の鋼板を高板厚鋼板間に挟み込むことができる場合には、容易にスポット溶接が可能となるので、本発明の適用対象とはならない。
【実施例】
【００５６】
表１に示す各種の鋼板を用意し、表面側鋼板、２枚目の高板厚鋼板、３枚目の高板厚鋼板、４枚目の高板厚鋼板の順に重ね合わせてＡ〜Ｈの板組とした。次に、これらの鋼板を板厚方向から加圧しながら、表２に示す条件でスポット溶接を行った。スポット溶接時のスクイズ時間は２５サイクルに固定した。次に、スポット溶接部、スポット溶接部の外周上、またはスポット溶接部の周囲に向けて、表面側鋼板の側からレーザ光を照射して、表２に示す条件でレーザ溶接を行った。このようにして、重ね溶接継手を製造した。
得られた重ね溶接継手について、レーザ溶接による溶接ビードの外観を観察した。また、ＪＩＳ Ｚ ３１３７に規定された溶接継手の十字引張試験法に準じて、十字引張試験を行った。また、十字引張試験では、鋼板の重ね枚数が３枚の場合は、表面側鋼板と２枚目の高板厚鋼板の間で引っ張った。また、鋼板の重ね枚数が４枚の場合は、表面側鋼板と2枚目の高板厚鋼板の間で引っ張った。溶接ビードの外観の観察結果と、十字引張試験の結果を表３に示す。なお、鋼板の重ね枚数が３枚の場合の、２枚目の高板厚鋼板と３枚目の高板厚鋼板との間の引張試験、およびで鋼板の重ね枚数が４枚の場合の、各高板厚鋼板間の引張試験では、良好な継手強度が得られた。
【００５７】
尚、表１における鋼種表記は、日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳ Ａ ２００１（２００８）およびＪＦＳ Ａ ３０１１（２００８）によるものである。また、表２の「４ｍｍナゲット」「３．５ｍｍナゲット」とは、表面側鋼板と２枚目の高板厚鋼板に渡って、直径４ｍｍ、３．５ｍｍのナゲットが形成されたという意味である。また、表２の終始端処理の欄において、「重ね」は溶接始端部と溶接終端部を重ねた例であり、例えば３０°非溶接とは、溶接ビードの中心位置における角度３０°の領域に溶接ビードを形成しないという意味である。また、表２の溶接位置の欄において、「圧接部」とはスポット溶接部に重ねるように溶接ビードを形成した例であり（図４に示す例）、「圧接部外周上」とは、スポット溶接部のコロナボンド部の外周上に溶接ビードを形成した例であり、「シートセパレーション部」とはスポット溶接部の周囲にスポット溶接部を囲むように溶接ビードを形成した例である（図６に示す例）。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
【表３】
【００６１】
表１〜３に示すように、試験例１では、表面側鋼板の厚みが０．２ｍｍと薄すぎたので、圧接状態であってもプラグ破断となり良好な強度を発揮したためレーザ溶接を行う必要がなかった。
また、試験例５では、表面側鋼板の厚みが１．２ｍｍと厚く、表面側鋼板にもナゲットが形成された。この例では、レーザ溶接を行う必要がなかった。
また、試験例６では、板厚比が４．７と低く、表面側鋼板にもナゲットが形成された。この例では、レーザ溶接を行う必要がなかった。
試験例８は、試験例７の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、界面破断となりまた十分な継手強度が得られなかった。
試験例１０は、試験例９の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、界面破断となりまた十分な継手強度が得られなかった。
試験例２１は、スポット溶接部のコロナボンド部の外周上に溶接ビードを形成しており、本発明では始終端を重ねずに隙間（非溶接部）を設けるべきところ、あえて溶接した例であり、終端にピット（溶鋼の飛散による溶接ビードの穴あき）が発生し、継手強度に影響を与えてしまった例である。
試験例２５では、スポット溶接部の周囲に溶接ビードを設けたが、溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を重ねたため、溶接ビードの溶接始端部付近にピットが発生し、外観不良となり、継手強度を低下させてしまった。
試験例２７は、試験例２６の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、部分的に界面破断となり、また十分な継手強度が得られなかった。
試験例２９は、試験例２８の比較としてレーザ溶接を適用しなかったもので、界面破断となり、また十分な継手強度が得られなかった。
【符号の説明】
【００６２】
１…鋼板、１ａ…表面側鋼板、１ｂ…高板厚鋼板、３…ナゲット、４…コロナボンド部、５…スポット溶接部、６、１６…溶接ビード、６ａ、１６ａ…溶接始端部、６ｂ、１６ｂ…溶接終端部、ｄ…溶接ビードの深さ、Ｌ…レーザ光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の鋼板を重ねて溶接する鋼板の重ね溶接方法であって、
２以上の前記鋼板には、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい１以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記１以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚）を５以上とし、前記表面側鋼板を表面側に配置するように前記２以上の鋼板を重ね合わせた状態で、
前記２以上の鋼板を板厚方向から加圧しながらスポット溶接することにより、少なくとも前記１以上の高板厚鋼板にスポット溶接部を設けるスポット溶接工程と、
前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲にレーザ光を照射して、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とをレーザ溶接するレーザ溶接工程と、
を具備してなることを特徴とする鋼板の重ね溶接方法。
【請求項２】
前記レーザ溶接工程において、前記スポット溶接部に重なるように円環状の溶接ビードを形成することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の重ね溶接方法。
【請求項３】
前記レーザ溶接工程において、前記スポット溶接部の周囲に、前記スポット溶接部を囲む円環状の溶接ビードを形成することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の重ね溶接方法。
【請求項４】
前記溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を離間させることを特徴とする請求項３に記載の鋼板の重ね溶接方法。
【請求項５】
前記溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さとすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。
【請求項６】
１枚の前記表面側鋼板と２枚の前記高板厚鋼板とを、前記表面側鋼板が表面側に配置されるように重ね合わせた状態で、
前記スポット溶接工程において、前記２枚の高板厚鋼板にスポット溶接部を形成するととともに、前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とを圧接し、
前記レーザ溶接工程において、圧接状態の前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とをレーザ溶接することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。
【請求項７】
２以上の鋼板が重ねられて溶接された鋼板の重ね溶接継手であって、
前記２以上の鋼板には、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい１以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記１以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚）が５以上とされ、前記表面側鋼板が表面側に配置された状態で前記２以上の鋼板が重ね合わされ、
少なくとも前記１以上の高板厚鋼板に、ナゲットを含むスポット溶接部が設けられるとともに、
前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲に、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とを溶接する溶接ビードが設けられていることを特徴とする鋼板の重ね溶接継手。
【請求項８】
前記溶接ビードが、前記スポット溶接部に重なって円環状に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【請求項９】
前記溶接ビードが、前記スポット溶接部の周囲において前記スポット溶接部を囲むように円環状に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【請求項１０】
前記溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部とが離間されていることを特徴とする請求項９に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【請求項１１】
前記溶接ビードの深さが、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さであることを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【請求項１２】
１枚の前記表面側鋼板と２枚の前記高板厚鋼板とが、前記表面側鋼板を表面側に配置した状態で重ね合わされ、
少なくとも前記スポット溶接部によって前記２枚の高板厚鋼板が溶接されているとともに、少なくとも前記溶接ビードによって前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とが溶接されていることを特徴とする請求項７乃至請求項１１の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【請求項１】
２以上の鋼板を重ねて溶接する鋼板の重ね溶接方法であって、
２以上の前記鋼板には、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい１以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記１以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚）を５以上とし、前記表面側鋼板を表面側に配置するように前記２以上の鋼板を重ね合わせた状態で、
前記２以上の鋼板を板厚方向から加圧しながらスポット溶接することにより、少なくとも前記１以上の高板厚鋼板にスポット溶接部を設けるスポット溶接工程と、
前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲にレーザ光を照射して、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とをレーザ溶接するレーザ溶接工程と、
を具備してなることを特徴とする鋼板の重ね溶接方法。
【請求項２】
前記レーザ溶接工程において、前記スポット溶接部に重なるように円環状の溶接ビードを形成することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の重ね溶接方法。
【請求項３】
前記レーザ溶接工程において、前記スポット溶接部の周囲に、前記スポット溶接部を囲む円環状の溶接ビードを形成することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の重ね溶接方法。
【請求項４】
前記溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部を離間させることを特徴とする請求項３に記載の鋼板の重ね溶接方法。
【請求項５】
前記溶接ビードの深さを、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さとすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。
【請求項６】
１枚の前記表面側鋼板と２枚の前記高板厚鋼板とを、前記表面側鋼板が表面側に配置されるように重ね合わせた状態で、
前記スポット溶接工程において、前記２枚の高板厚鋼板にスポット溶接部を形成するととともに、前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とを圧接し、
前記レーザ溶接工程において、圧接状態の前記表面側鋼板と前記高板厚鋼板とをレーザ溶接することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接方法。
【請求項７】
２以上の鋼板が重ねられて溶接された鋼板の重ね溶接継手であって、
前記２以上の鋼板には、板厚が０．３〜１ｍｍの範囲の表面側鋼板と、前記表面側鋼板よりも板厚が大きい１以上の高板厚鋼板とが含まれ、前記表面側鋼板及び前記１以上の高板厚鋼板の合計板厚に対する前記表面側鋼板の板厚の比（合計板厚／表面側鋼板の板厚）が５以上とされ、前記表面側鋼板が表面側に配置された状態で前記２以上の鋼板が重ね合わされ、
少なくとも前記１以上の高板厚鋼板に、ナゲットを含むスポット溶接部が設けられるとともに、
前記スポット溶接部または前記スポット溶接部の周囲に、前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とを溶接する溶接ビードが設けられていることを特徴とする鋼板の重ね溶接継手。
【請求項８】
前記溶接ビードが、前記スポット溶接部に重なって円環状に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【請求項９】
前記溶接ビードが、前記スポット溶接部の周囲において前記スポット溶接部を囲むように円環状に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【請求項１０】
前記溶接ビードの溶接始端部と溶接終端部とが離間されていることを特徴とする請求項９に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【請求項１１】
前記溶接ビードの深さが、前記表面側鋼板の板厚の１．２倍以上の深さであることを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【請求項１２】
１枚の前記表面側鋼板と２枚の前記高板厚鋼板とが、前記表面側鋼板を表面側に配置した状態で重ね合わされ、
少なくとも前記スポット溶接部によって前記２枚の高板厚鋼板が溶接されているとともに、少なくとも前記溶接ビードによって前記表面側鋼板に隣接する前記高板厚鋼板と前記表面側鋼板とが溶接されていることを特徴とする請求項７乃至請求項１１の何れか一項に記載の鋼板の重ね溶接継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２６４５０３（Ｐ２０１０−２６４５０３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２００９５（Ｐ２００９−１２００９５）
【出願日】平成２１年５月１８日（２００９．５．１８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１８日（２００９．５．１８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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