Development of high-efficiency zero-gap lap welding for zinc-coated steel sheet by laser irradiation to joining interface

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04738
• Research Institution: Anan National College of Technology
• Principal Investigator: 西本 浩司 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 准教授 (40501169)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西野 精一 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (00218174) ; 安田 武司 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 講師 (70610468)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: レーザ / 亜鉛めっき / 重ね溶接

Outline of Annual Research Achievements

従来法による亜鉛めっき鋼板のレーザ重ね溶接は，スパッタやポロシティなどの欠陥が形成されやすく良好な継手を得ることが困難である．本研究では，接合界面に直接レーザを照射し，溶接不良の原因となる接合界面のめっき層を溶接前に除去することで，スパッタ低減およびポロシティなどの欠陥を生じさせることなく，健全な継手が得られる条件を明らかにすることを目的とした．
本年度は，レーザ出力，送り速度，ローラ荷重，レーザ照射位置およびレーザ焦点はずし距離などを種々変化させて実験を行い，溶接前のめっき除去と溶接性について検討した．供試材として，合金化溶融亜鉛めっき鋼板（40×1000×0.7t mm）を用い，レーザには最大出力4 kwのファイバレーザを用いた．供試材は1対のローラ間に送り込まれ，張合わせ面を60°に開口し，合わせ面に200 μmのスポット径で集光した．実験条件は，レーザ出力1～4 kW，溶接速度10～100 m/min，焦点はずし距離JF～+30 mmおよびローラ圧接荷重200～400 kgfと変化させて実験を行った．
レーザ出力4 kWで100 m/min以上の高速度で溶接可能な条件範囲を明らかにした．また，亜鉛めっきの事前除去にはデフォーカスが有効であり，レーザスポット径を広げ圧接直前でめっきを除去しつつ接合界面のみを溶融し接合することで，溶接欠陥を抑制しつつ高速度に接合できることがわかった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

従来の溶接法では困難な，接合界面を直接加熱・溶融可能な溶接法により，溶接前にめっき層を除去することで，スパッタ発生の低減およびポロシティ等の欠陥が少なく高速度で溶接が可能な条件範囲を明らかにすることができており，当初予定通りにおおむね順調に進展していると考えている．

Strategy for Future Research Activity

今後は，各種レーザ照射条件が及ぼす接合部への影響について検討するとともに，高速度ビデオカメラ等を用いて，接合部のめっき除去および溶接現象を観察し，接合機構について明らかにしていく．また，より高速度で高効率な溶接技術確立のために，接合界面へのレーザ照射のあり方について検討を行う．

Causes of Carryover

購入物品等の購入金額を当初予定より若干抑えることができたため，わずかに次年度使用額が生じた。試験片材料費等として繰り越した費用を使用する．