JP5064827B2 - Fuel tank manufacturing method - Google Patents
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Description
この発明は、六価クロムフリーめっき鋼板からの自動車用などの燃料タンクの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a fuel tank for automobiles or the like from hexavalent chromium-free plated steel sheets.
環境汚染対策として自動車用などの燃料タンクの素材鋼板に対して六価クロムフリーの要求が出てきている。即ち、燃料タンクの素材としては鋼板に耐食性皮膜をめっきして使用されるが、めっき液として6価クロムを含むものが従来使用されていたが、めっき層からの6価クロムイオンの溶出による環境汚染の懸念からこれらのイオンの溶出を起こさない表面処理層を備えたものとして錫−亜鉛(Sn-Zn)めっき六価クロムフリーめっき鋼板等の六価クロムフリーめっき鋼板が注目されている。 As a measure against environmental pollution, there has been a demand for hexavalent chromium-free steel plates for fuel tanks for automobiles. That is, as a material for the fuel tank, a steel plate is used after being plated with a corrosion-resistant film, but a material containing hexavalent chromium as a plating solution has been used in the past, but the environment due to elution of hexavalent chromium ions from the plating layer is used. Due to the concern of contamination, hexavalent chromium-free plated steel sheets such as tin-zinc (Sn-Zn) -plated hexavalent chromium-free plated steel sheets have attracted attention as those having a surface treatment layer that does not cause elution of these ions.
燃料タンクは大抵めっき鋼板より絞り加工により上下のフランジ付半体を形成し、上下の半体のフランジ部を溶接により一体化している。溶接方法としてはシーム溶接によるものが従来最も一般的であったが、レーザ溶接によるものも提案されている。シーム溶接にあってもレーザ溶接にあっても溶接ビームは重ね合せフランジ部に沿って前進移動させるのが普通であった(特許文献1)。 The fuel tank is usually formed by drawing from the plated steel plate to form upper and lower flanged halves, and the upper and lower half halves are integrated by welding. As a welding method, seam welding has been most commonly used, but laser welding has also been proposed. In both seam welding and laser welding, the welding beam is usually moved forward along the overlapping flange portion (Patent Document 1).
従来は溶接ビームはフランジ部に沿って前進移動されることで、フランジ部に沿った溶接部を得ていた。溶接ビームは前進移動させるだけであるため、溶接部には溶接ビームによる入熱が一度あるだけで、入熱後は溶接部の温度は単調に減少するのみであり、凝固速度が速いため燃焼時に発生する亜鉛などのめっき材の燃焼により発生するガスが大気に放出されずビード内に残置されるため溶接欠陥となりめっき鋼板には適していなかった。そのため、素材としては特許文献1に記載のようにガス発生の問題のないステンレス材のような素材に限定されており、素材として高価なためコストアップにつながっていた。 Conventionally, the welding beam is moved forward along the flange portion to obtain a weld portion along the flange portion. Since the welding beam only moves forward, there is only one heat input by the welding beam at the weld, and after the heat input, the temperature of the weld only decreases monotonically, and the solidification rate is fast, so during the combustion Since the gas generated by the combustion of the plating material such as zinc generated is not released to the atmosphere but remains in the bead, it becomes a welding defect and is not suitable for a plated steel sheet. Therefore, the material is limited to a material such as a stainless material that does not have a problem of gas generation as described in Patent Document 1, and the material is expensive, leading to an increase in cost.
そこで、レーザビームを円運動させながら移動させ、これによりフランジ部に沿ったコイル状の溶接部が得られるようにしたものが提案されている(特許文献2)。円を描きながらの移動により、一度入熱部分が凝固前の再入熱(加熱)されることで凝固速度が遅くなるため、大気中へのガスの放出がされやすくなり、ブローホールやポロシティの発生の恐れが少なくなる。
溶接ビームを円運動させながら移動させることにより凝固速度が遅くなり、六価クロムフリーめっき鋼板からの燃料タンクであっても環境汚染への懸念の対策となるが、溶接ビームを円運動させて移動させると相対的に溶接経路が延長され、入りのエネルギ量が増大し、製造コストがその分悪化する問題がある。 Moving the welding beam in a circular motion slows the solidification rate, and even a fuel tank made of hexavalent chromium-free plated steel plate is a countermeasure against environmental pollution, but moves the welding beam in a circular motion. If it does, there will be a problem that the welding path is relatively extended, the amount of energy entering is increased, and the manufacturing cost is deteriorated accordingly.
この発明は六価クロムフリーめっき鋼板からの燃料タンクの製造に際し、溶接欠陥を抑えつつエネルギ効率を上げるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to increase energy efficiency while suppressing welding defects when manufacturing a fuel tank from a hexavalent chromium-free plated steel sheet.
この発明の燃料タンク製造方法においては、六価クロムフリーめっき鋼板を絞り加工に付し、絞りによる凹部の外周に沿ってフランジ部を形成した半体を一対形成し、この一対の半体を夫々の凹部が内面側で対面し、かつ夫々のフランジ部を対向当接せしめ、この対向当接されたフランジ部に沿って溶接するが、溶接時に溶接ビームは三角形を描きながらフランジ部に沿って移動されるが、フランジ部に沿った溶接ビームの移動軌跡は、フランジ部の幅方向にその一側部から他側部に向かう第1の直線状のラインと溶接ビームの移動方向における第1のラインの終端からフランジ部の前記他側部においてフランジ部の長手方向に一旦移動する直線状の第2のラインと、溶接ビームの移動方向における第2のラインの終端から斜め方向に第1のラインと交錯するようにフランジ部の幅方向における前記一側部に向け移動する直線状の第3のラインとからなる1単位の繰り返しにより構成される。
In the fuel tank manufacturing method of the present invention, a hexavalent chromium-free plated steel sheet is subjected to drawing, and a pair of halves each having a flange portion formed along the outer periphery of the recess formed by the drawing is formed. recess faces the inner surface side of, and opposition abutting the flange portion of the respective movement is welded along the flange portion which is the opposite abutment, welding beam along the flange drawing a triangle during welding Although that Ru is, the movement trajectory of the welding beam along the flange portion, the first line in the moving direction of the first straight line and the welding beam toward the other side from the one side in the width direction of the flange portion A linear second line that temporarily moves in the longitudinal direction of the flange portion on the other side of the flange portion from the terminal end of the flange portion, and a first oblique direction from the terminal end of the second line in the moving direction of the welding beam. Ru is constituted by one unit the repetition of which consists of a linear third line moving toward the one side in the width direction of the flange portion so as to intersect with the in.
ここに六価クロムフリーめっき鋼板としては錫−亜鉛(Sn-Zn) 六価クロムフリーめっき鋼板がある。しかしながら、この発明は錫−亜鉛めっき鋼板に限らず、他の六価クロムフリーめっき鋼板においても実現することができる。 Here, as the hexavalent chromium-free plated steel sheet, there is a tin-zinc (Sn-Zn) hexavalent chromium-free plated steel sheet. However, the present invention can be realized not only in the tin-zinc plated steel sheet but also in other hexavalent chromium-free plated steel sheets.
レーザビームは三角形を描きながらフランジ当接部に沿って移動されることから、溶接ビードは基本的には鋸歯状に形成されるが、隣接する三角形部では溶接ビードは溶接方向に対して一旦後退し折れ曲がる形状をなし、この部位において3角形の局部的ループをなしている。そのため、最初に入熱後に冷却した部分の凝固前の再入熱が得られ凝固速度が相対的に遅くなるため、錫−亜鉛めっき鋼板のような六価クロムフリーめっき鋼板の溶接であっても大気中へのガスの放出がされやすくなり、ブローホールやポロシティの発生の恐れが少なくなる。 Since the laser beam is moved along the flange contact portion while drawing a triangle, the weld bead is basically formed in a sawtooth shape, but in the adjacent triangle portion, the weld bead is temporarily retracted with respect to the welding direction. It has a bent shape and a triangular local loop at this site. Therefore, since re-entry heat before solidification of the part cooled after heat input first is obtained and the solidification rate becomes relatively slow, even in welding hexavalent chromium-free plated steel sheets such as tin-zinc plated steel sheets Gases are easily released into the atmosphere, and the risk of blowholes and porosity is reduced.
レーザビームの三角形の運動により凝固前の再入熱円運動と同様な溶接欠陥発生防止効果が奏されると共にレーザビームの移動長が円運動の場合と比較して相対的に短縮され、エネルギ効率を高めることができる。 The movement of the triangle of the laser beam provides the same weld defect prevention effect as the re-entry circular motion before solidification, and the movement length of the laser beam is relatively shortened compared to the circular motion, resulting in energy efficiency. Can be increased.
この発明の実施形態において、燃料タンクはSn-Zn(錫−亜鉛)めっき鋼板等の六価クロムフリーめっき鋼板にて形成される。Sn-Znめっき鋼板は0.7〜1.0mmといった厚みの冷延鋼板にSn-Zn合金めっきを施してなるもので、めっき層においてSnに対してZnが微細に分散するように共晶組成をなしている。めっき層中におけるSn, Znの重量比率は5〜10wt%である。 In the embodiment of the present invention, the fuel tank is formed of a hexavalent chromium-free plated steel plate such as a Sn—Zn (tin-zinc) plated steel plate. Sn-Zn-plated steel sheet is a cold-rolled steel sheet with a thickness of 0.7-1.0mm, plated with Sn-Zn alloy. Eutectic composition so that Zn is finely dispersed with respect to Sn in the plating layer. I am doing. The weight ratio of Sn and Zn in the plating layer is 5 to 10 wt%.
図1は燃料タンクの構造を模式的に示しており、上下の半体10, 12を備えている。半体10, 12はSn-Znめっき鋼板をプレス機によって絞る加工に付することにより窪ませ(窪み部を図2において10A, 12Aにて示す)、全外周に沿ってフランジ部10-1, 12-1(図2)を形成している。組み立て時に図2に示すように窪み部10A, 12Aは対向せしめられ、フランジ部10-1, 12-1は対向(レーザ溶接の場合は対向フランジ部10-1, 12-1間は微小の間隙に維持)せしめられ、この対向部の全周に沿って溶接が行われる。
FIG. 1 schematically shows the structure of a fuel tank, which includes upper and
半体10, 12を窪み部10A, 12Aが対向するようにフランジ部10-1, 12-1で対向させ、対向面に沿って溶接することにより燃料タンクの形状が呈せしめられるが、この実施形態では燃料タンクは側面に凹み形状部10´を有している。そのため、フランジ部10-1, 12-1の対向部で溶接ラインもこの凹み形状部10´では凹んでおり、シーム溶接の場合は電板輪が凹み形状部10´におけるフランジ部10-1, 12-1の対向部において干渉し、溶接不可能の懸念がある。そこで、図1の形状の燃料タンクの場合はレーザ溶接を採用することが好ましい。即ち、レーザビーム溶接ではCO2又はYAGレーザビームを熱源としており、レーザビームを図2の矢印fのように上面からフランジ部10-1, 12-1に当てられ、溶接部11が形成される。レーザ溶接の場合は、シーム溶接の場合における電板輪の場合のような機械的な干渉の懸念なく、燃料タンク側面の凹み形状部10´においてもフランジ部10-1, 12-1の対向部に沿って溶接ビームfを凹み形状部10´に干渉させることなく移動させることができる。そして、周知のようにレーザ溶接においては、溶接部間を微小間隙に維持することは必須であり、溶接方法としてレーザ溶接を採用した場合にあっては溶接部であるフランジ部10-1, 12-1間は厳密に所定間隙に維持しつつ溶接作業を行う必要がある。
The
この発明では図3に示すように溶接部位である、上下の燃料タンク半体10, 12における所定微小間隙にて対向配置されたフランジ部10-1, 12-1に沿ってレーザビームは三角形の軌跡を描きながら矢印のように移動される。即ち、レーザビームの運動は閉じた三角形運動と被溶接部に沿った直進運動との合成によって構成される。そのため、レーザビームの軌跡は図3及び図4に示すように基本的には鋸歯形状であるが、鋸歯形状における隣接する山形部の接続部はレーザビームが一端後退し再前進することで溶接済みの部位と交錯している。即ち、図4のPで示す領域について熱の出入りについて考察すると、ラインl1で入熱され、ラインl2で後退し、l1の入熱部は一端冷却するが、未凝固の内にラインl3で再入熱される。即ち、各溶接部位において、入熱後の凝固前の再入熱が得られ、凝固速度が相対的に遅くなるため、大気中へのガスの放出がされやすくなり、ブローホールやポロシティの発生の恐れが少なくなる。
In the present invention, as shown in FIG. 3, the laser beam has a triangular shape along flange portions 10-1 and 12-1 that are opposed to each other at a predetermined minute gap in the upper and lower
本発明の実施としてレーザ・アークハイブリッド溶接により溶接を行うこともできる。この場合は本発明の溶接ビームとはレーザビームとアークとを組み合わせたものをいう。図5はレーザ・アークハイブリッド溶接の概略構成を示し、22はレーザヘッドであり、内部にはレーザ光のための集光レンズ24が設けられ、レーザビーム26が被溶接面に直交方向で当てられる。他方、28はMIGトーチであり、そのアーク溶接ワイヤ30は、レーザビーム26に対して幾分傾斜して設けられ、この実施形態では矢印に示す溶接方向に対してレーザビーム26が最初に当てられ、それから微小距離遅れてアークビームが当てられるようになっている。しかしながら、この発明においてはアークを最初当て、それに後行してレーザビームを当てる方式も包含される。そして、被溶接面であるフランジ対向面上でのレーザヘッド及びMIGトーチの移動は図3と同様に三角形を描きながらフランジ部に沿って移動させる。そのため、レーザ・アークハイブリッドビームは三角形を描きながらフランジ部に沿って移動され、結果として、隣接する三角形部分が折り重なった鋸歯状の溶接部(図3及び図4)が得られ、入熱後の凝固前の再入熱が得られ凝固速度が相対的に遅くなるため、大気中へのガスの放出がされやすくなり、ブローホールやポロシティの発生の恐れが少なくなるという同等の効果が得られる。また、レーザ・アークハイブリッドビームの採用により被溶接部であるフランジ部10-1, 12-1を密着させても溶接欠陥が出難く、単純なレーザ溶接に対する利点となる。即ち、錫−亜鉛めっき鋼板を使用した場合、レーザ溶接では鋼板の重ね溶接の場合に鋼板間の隙間の厳密管理が必要であり、隙間が少しでも大きいと溶け落ちが生じ、密着させてしまうと、亜鉛の蒸発により溶接金属の吹き飛ばしや溶接金属に残置によるブローホールやポロシティの発生があり、溶接欠陥となりやすく、厳密な隙間管理が必要であった。これに対してレーザ・アークハイブリッドビームではそのような隙間管理が不必要で、密着させた状態でも溶接欠陥が出難く、溶接工程の歩留まりが高まり、効率化及び低コスト化を実現することができる。
As an embodiment of the present invention, welding can be performed by laser-arc hybrid welding. In this case, the welding beam of the present invention refers to a combination of a laser beam and an arc. FIG. 5 shows a schematic configuration of laser-arc hybrid welding, 22 is a laser head, a
10, 12…上下の半体
10A, 12A …窪み部
10-1, 12-1…フランジ部
22…レーザヘッド
24…集光レンズ
26…レーザビーム
28…MIGトーチ
30…アーク溶接ワイヤ
31, 32…電極輪
l1, l2, l3…溶接ライン
P…溶接部
10, 12 ... upper and lower half
10A, 12A ... depression
10-1, 12-1 ...
31, 32… Electrode wheel
l1, l2, l3 ... welding line P ... welded part
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