JP2008194730A - 燃料タンク製造方法及び燃料タンク - Google Patents

Abstract

【課題】六価クロムフリーめっき鋼板からの自動車用燃料タンクの製造に際し、接欠陥を抑えつつエネルギ効率を上げるようにする溶接方法の提供。
【解決手段】錫−亜鉛(Sn-Zn)めっき鋼板等の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せしめ、この対向されたフランジ部に沿ってレーザビームによって溶接するが、溶接時に溶接ビームは三角形を描きながら移動l1, l2, l3 され、鋸歯状の溶接部Ｐがフランジ部に沿って形成される。
【選択図】図４

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。

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。

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）。

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。

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。
特開２００３−２１０１２号公報 特許第３２３８９７７号公報

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。

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。

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せしめ、この対向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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図１は燃料タンクの概略斜視図である。 図２は燃料タンクのフランジ溶接部の断面図である。 図３はフランジ面にそった溶接ビームの移動軌跡を示す図である。 図４は溶接ビームの移動軌跡の部分拡大図である。 図５はレーザ・アークハイブリッド溶接の概略構成を示す図。

符号の説明

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

Claims (3)

1. 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せしめ、この対向されたフランジ部に沿って溶接し、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せることを特徴とする燃料タンク製造方法。
2. 六価クロムフリーめっき鋼板より絞り加工され、絞りによる凹部の外周に沿ってフランジ部を形成した一対の半体が夫々の凹部が内面側で対面するように夫々のフランジ部が対向せしめられ、この対向されたフランジ部に沿った溶接部を備え、溶接部は溶接ビームを当接フランジ部に沿って三角形を描きながら移動させることにより得られることを特徴とする燃料タンク。
3. 六価クロムフリーめっき鋼板より絞り加工され、絞りによる凹部の外周に沿ってフランジ部を形成した一対の半体が夫々の凹部が内面側で対面するように夫々のフランジ部が対向せしめられ、この当接されたフランジ部に沿った溶接部を備え、溶接部は隣接する山形部分がその接続部で折り重ねられた鋸歯形状をなす燃料タンク。

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