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

2020 Fiscal Year Annual Research 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, 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, 准教授 (70610468)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: レーザ / 亜鉛めっき鋼板 / 重ね溶接

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、亜鉛めっき鋼板の重ね溶接において高速且つポロシティなどの欠陥を生じさせずに溶接する手法として、接合界面へのレーザ照射による超高効率な亜鉛めっきゼロギャップ重ね溶接を提案し検討を行った。本手法では、接合界面にレーザを直接照射するため、全てのエネルギーを溶接に使うことができることと、溶接直前に亜鉛めっき層を除去することで、間隙を設けることなく亜鉛めっき鋼板の高速重ね溶接が期待できる。
昨年度の研究結果から、レーザスポット径を大きくすることで接合界面の手前で亜鉛めっき層を除去しつつ鋼板母材を溶融させることが可能であり、ポロシティ等の欠陥を形成させずに亜鉛めっき鋼板をゼロギャップで重ね溶接可能なことが明らかになった。
本年度は、レーザをデフォーカスさせることなく接合させる直前でめっき層を除去したのち本溶接を行うことで、より高速度で高効率な溶接技術の確立を目的に、分岐DOEを用いた多点同時集光による超高効率な亜鉛めっきゼロギャップ重ね溶接技術の開発に取り組んだ。本研究では、DOEにより両亜鉛めっき鋼板表面のめっき層を除去するレーザと本溶接を行うレーザの3点に分岐したレーザ照射について検討を行った。分岐したそれぞれのレーザ出力を決定するために、レーザの照射角度とめっき除去可能なレーザ出力選定するための基礎的実験を行い光学系の設計・製作を行うとともに、種々の接合条件で溶接実験を行い、めっき除去と溶接性、組織および機械的強度特性について検討を行った。各種レーザ照射条件により接合実験を行った結果、レーザ出力6 kWで送り速度20 m/minと高速度で溶接が可能であるとともに、適切な条件範囲においてポロシティなどの欠陥がなく、引張せん断試験において母材から破断する高強度な継手を得ることができ、超高効率で高速度な亜鉛めっきゼロギャップ重ね溶接を達成することが可能であった。