(57)【要約】      （修正有）【課題】亜鉛メッキ鋼板を重ねてレーザ光を照射して溶接する場合にスパッタの発生を抑制する溶接方法を提供する。【解決手段】第１の鋼板と第２の鋼板を重ね、エネルギービームを走査方向に移動させながら前記第１の鋼板に照射し、第１の鋼板と第２の鋼板を溶接する。エネルギービームが第１の鋼板を貫通して第２の鋼板を照射し、第１の鋼板と第２の鋼板をまたぐ第１の溶融池を形成する。第１の溶融池の少なくとも一部が溶融状態を維持している間に、第１の溶融池を照射しないように前回の照射位置から距離Ｂだけ離れた位置をエネルギービームで照射し、第２の溶融池を形成するとともに、第１の溶融池と第２の溶融池とを接続する拡大された溶融部を形成する。第１の溶融池の第１の鋼板の表面における半幅をＡとしたとき、Ｂ＞２Ａである。【選択図】図３
2020015053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の鋼板と第２の鋼板を重ね、
エネルギービームを走査しながら前記第１の鋼板に照射し、前記エネルギービームの照射部を溶融させてキーホールを形成し、前記キーホールを照射する前記エネルギービームが前記第１の鋼板を貫通して前記第２の鋼板を照射し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板をまたぐ第１の溶融池を形成する第１工程と、
前記第１の溶融池の少なくとも一部が溶融状態を維持している間に、前記第１の溶融池を照射しないように前記第１工程における照射位置から距離Ｂだけ離れた位置をエネルギービームを走査しながら照射し、照射部を溶融させてキーホールを形成し、前記キーホールを照射する前記エネルギービームが前記第１の鋼板を貫通して前記第２の鋼板を照射し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板をまたぐ第２の溶融池を形成するとともに、前記第１の溶融池と前記第２の溶融池とを接続する拡大された溶融部を形成する第２工程と、を有し、
前記第１の溶融池の前記第１の鋼板の表面における半幅をＡとしたとき、
Ｂ＞２Ａである、
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記距離Ｂは、０．３ｍｍ以上、かつ３ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記第１の鋼板と前記第２の鋼板は亜鉛メッキ鋼板で、
前記第１の鋼板と前記第２の鋼板はシムを挟んで重ねられる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の溶接方法。
【請求項４】
第１の鋼板と第２の鋼板をラインに沿って溶接した溶接鋼板であって、
溶接部を前記ラインと直交する方向で切った断面において、
前記第２の鋼板には前記第１の鋼板と反対方向に伸びる複数のビード先端部が、互いに距離Ｂを隔てて形成されており、
前記第１の鋼板の表面のビード端部と、前記ビード端部にもっとも近い前記ビード先端部の、鋼板主面方向の距離をＡとしたとき、
Ｂ＞２Ａの関係を満たす、
ことを特徴とする溶接鋼板。
【請求項５】
前記距離Ｂは、０．３ｍｍ以上、かつ３ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項４に記載の溶接鋼板。
【請求項６】
前記第１の鋼板と前記第２の鋼板は亜鉛メッキ鋼板であり、
前記第１の鋼板と前記第２の鋼板はシムを挟んで重ねられている、
ことを特徴とする請求項４または５に記載の溶接鋼板。
【請求項７】
第１の鋼板と第２の鋼板を重ねて溶接する溶接装置であって、
エネルギービームを走査しながら前記第１の鋼板に照射し、前記エネルギービームの照射部を溶融させてキーホールを形成し、前記キーホールを照射する前記エネルギービームが前記第１の鋼板を貫通して前記第２の鋼板を照射し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板をまたぐ第１の溶融池を形成し、
前記第１の溶融池の少なくとも一部が溶融状態を維持している間に、前記第１の溶融池を照射しないように前回の走査における照射位置から距離Ｂだけ離れた位置をエネルギービームを走査しながら照射し、照射部を溶融させてキーホールを形成し、前記キーホールを照射する前記エネルギービームが前記第１の鋼板を貫通して前記第２の鋼板を照射し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板をまたぐ第２の溶融池を形成するとともに、前記第１の溶融池と前記第２の溶融池とを接続する拡大された溶融部を形成し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板を溶接するが、
前記第１の溶融池の前記第１の鋼板の表面における半幅をＡとしたとき、
Ｂ＞２Ａであるように前記エネルギービームを照射する、
ことを特徴とする溶接装置。
【請求項８】
前記距離Ｂは、０．３ｍｍ以上、かつ３ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項７に記載の溶接装置。
【請求項９】
前記第１の鋼板と前記第２の鋼板は亜鉛メッキ鋼板で、
前記第１の鋼板と前記第２の鋼板はシムを挟んで重ねられる、
ことを特徴とする請求項７または８に記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接方法、溶接装置、および溶接鋼板に関する。特に、重ね合わせた鋼板をレーザにより加熱して重ね合わせ溶接をする場合に、溶融金属の飛散によるスパッタの発生を低減するとともに溶接強度とエネルギー利用効率を向上する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機やプリンターをはじめとする多くの分野において、耐食性に優れためっき鋼板を重ね合わせて溶接した部品が用いられている。例えば、複写機やプリンターの枠体は、安価な亜鉛めっき鋼板等の被溶接材を重ね、又は突合せて、溶接で接合して形成する場合が多い。かかる場合には、他の溶接法と比べて入熱量が低く抑えられ、低歪みかつ高精度の高速溶接が可能なレーザ溶接が適用される場合が多い。
【０００３】
レーザ溶接では、被溶接材の表面にレーザビームを照射するが、照射されるパワー密度（単位面積あたりのレーザ出力）が一定以上になると、金属表面の温度が金属の沸点以上になり、金属蒸気がレーザ照射点から激しく蒸発し、一部はプラズマ化する。照射点ではその蒸発の反動力で溶融した金属の表面が凹み、凹みの中をレーザビームが反射を繰り返しながら伝播してゆく。すると、さらに凹みが深化してキーホールが形成され、深い溶融領域を短時間で形成できる。
【０００４】
レーザ光の照射点に形成されるキーホールからは高速の金属蒸気が噴き出しており、キーホールの周囲には溶融池と呼ばれる金属が溶融した領域が形成される。尚、溶融池は、自然界に存在するいわゆる池のような形状に限らず、レーザの照射条件によりさまざまな形状を取りえる。照射されたレーザ光の多くは、キーホール内を伝播して底面にまで到達してこの部分を加熱するため、被溶接材の内部において溶融金属の温度が最も高くなる。キーホール内部からの金属の蒸発量は多く、溶融金属には高い圧力がかかるため、溶融金属には対流が生じるが、対流は安定するとは限らず変動する場合がある。対流が変動すると、溶融金属の一部が高速蒸気の吹き出しに巻き込まれ、周囲に飛散する現象、すなわちスパッタが発生する場合がある。
【０００５】
また、溶接の強度を確保するために、固定点にレーザ光を照射して点溶接するのではなく、ラインに沿ってレーザ光を走査しながら照射して線状の溶接ビードを形成する場合が多いが、これによりさらにスパッタが発生しやすくなる場合がある。レーザ光照射位置の移動に伴って、キーホールの生成やキーホール周囲の溶融池の流動が不安定になるからである。特に、レーザ光走査方向の先端部分で溶けた溶融金属は、走査に追随して急速に生成されるキーホールからの高速蒸気の吹き出しに巻き込まれやすいため、スパッタが発生しやすくなる。また、キーホールが膨張と収縮を繰り返す等して溶融池の流動が不安定になると、酸化防止のためのシールドガスや空気が溶融金属に取り込まれて気泡が発生し、気泡がトラップされたまま凝固してポロシティを生じる場合もある。
【０００６】
また、特に亜鉛めっき鋼板を重ね合わせてレーザ溶接する場合には、重ねあわせ部の亜鉛めっきがレーザ加熱により気化して溶融金属を吹き飛ばすために、スパッタが発生する場合があった。
【０００７】
そこで、スパッタを抑制する試みとして、例えば特許文献１には、スキャナーを用いてレーザビームを高速で回転させながらビード形成方向に沿って螺旋状に走査する溶接方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１０７６６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１によれば、レーザビームを螺旋状に走査することにより、表面側の幅が広い溶融池を形成することができる。溶融池は、レーザビームの進行方向に対して回転しながら流動し、キーホールの開口部後方には凹みが生じる。これにより、キーホールの開口部を後方から塞ぐような溶融金属の流動が抑制され、開口部付近でレーザビームが溶融金属を直接照射することが起こらないため、スパッタを低減できることが記載されている。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、レーザビームを螺旋状に走査するため、走査軌道が交差する部分では、一旦形成された溶融池をレーザビームが再度照射することになり、局部的に急激な蒸発が発生して溶融金属を飛散させる場合があり得る。
【００１１】
また、レーザビームの螺旋状の走査にともない、被溶接材の各部は間欠的に加熱されるため、時間的に見ると各部の温度変動が複雑になり、溶融金属は不安定に流動する。螺旋走査に同期して振動する波動が溶融池に発生する可能性もあり、キーホールの周囲では、むしろ噴出する高速蒸気の吹き出しに巻き込まれ易くなる場合がある。
【００１２】
したがって、特許文献１に記載された方法では、スパッタの発生を、必ずしも十分に抑制できるわけではなかった。また、レーザビームが再度照射された部分は過度に加熱されることになり、エネルギーの利用効率が必ずしも良くはなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１の鋼板と第２の鋼板を重ね、エネルギービームを走査しながら前記第１の鋼板に照射し、前記エネルギービームの照射部を溶融させてキーホールを形成し、前記キーホールを照射する前記エネルギービームが前記第１の鋼板を貫通して前記第２の鋼板を照射し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板をまたぐ第１の溶融池を形成する第１工程と、前記第１の溶融池の少なくとも一部が溶融状態を維持している間に、前記第１の溶融池を照射しないように前記第１工程における照射位置から距離Ｂだけ離れた位置をエネルギービームを走査しながら照射し、照射部を溶融させてキーホールを形成し、前記キーホールを照射する前記エネルギービームが前記第１の鋼板を貫通して前記第２の鋼板を照射し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板をまたぐ第２の溶融池を形成するとともに、前記第１の溶融池と前記第２の溶融池とを接続する拡大された溶融部を形成する第２工程と、を有し、前記第１の溶融池の前記第１の鋼板の表面における半幅をＡとしたとき、Ｂ＞２Ａである、ことを特徴とする溶接方法である。
【００１４】
また、本発明は、第１の鋼板と第２の鋼板をラインに沿って溶接した溶接鋼板であって、溶接部を前記ラインと直交する方向で切った断面において、前記第２の鋼板には前記第１の鋼板と反対方向に伸びる複数のビード先端部が、互いに距離Ｂを隔てて形成されており、前記第１の鋼板の表面のビード端部と、前記ビード端部にもっとも近い前記ビード先端部の、鋼板主面方向の距離をＡとしたとき、Ｂ＞２Ａの関係を満たすことを特徴とする溶接鋼板である。
【００１５】
また、本発明は、第１の鋼板と第２の鋼板を重ねて溶接する溶接装置であって、エネルギービームを走査しながら前記第１の鋼板に照射し、前記エネルギービームの照射部を溶融させてキーホールを形成し、前記キーホールを照射する前記エネルギービームが前記第１の鋼板を貫通して前記第２の鋼板を照射し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板をまたぐ第１の溶融池を形成し、前記第１の溶融池の少なくとも一部が溶融状態を維持している間に、前記第１の溶融池を照射しないように前回の走査における照射位置から距離Ｂだけ離れた位置をエネルギービームを走査しながら照射し、照射部を溶融させてキーホールを形成し、前記キーホールを照射する前記エネルギービームが前記第１の鋼板を貫通して前記第２の鋼板を照射し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板をまたぐ第２の溶融池を形成するとともに、前記第１の溶融池と前記第２の溶融池とを接続する拡大された溶融部を形成し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板を溶接するが、前記第１の溶融池の前記第１の鋼板の表面における半幅をＡとしたとき、Ｂ＞２Ａであるように前記エネルギービームを照射する、ことを特徴とする溶接装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、レーザビームを複数回走査してビードを形成する際、レーザビームから投入する熱を有効に活用して幅広の溶融部を生成するため接合強度が高まり、溶接時のエネルギーの利用効率に優れる。また、キーホールの生成やキーホール周囲の溶融池の流動が安定になり、スパッタの発生を抑制することができ、特徴的な形状の溶接ビードを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の２枚の亜鉛メッキ鋼板の溶融状態を示す模式的な断面図。
【図２】（ａ）実施形態の第１工程を示す模式的な断面図。（ｂ）実施形態の第２工程を示す模式的な断面図。（ｃ）実施形態の拡大された溶融部を示す模式的な断面図。
【図３】実施形態の溶接ビードの断面形状を示す模式的な断面図。
【図４】実施例と比較例の評価結果をまとめた表。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態である溶接方法と溶接装置、および溶接鋼板について説明する。実施形態では、一例として複写機やプリンター製品等に用いられる枠体を、耐食性に優れためっき鋼板を重ね合わせて溶接して形成する。例えば、板厚１．０ｍｍの亜鉛メッキ鋼板を２枚用いて製造する重ね合わせ溶接枠である。
【００１９】
図１は、実施形態におけるレーザビームの照射方法と、被溶接物である２枚の亜鉛メッキ鋼板の溶融状態を示す模式的な断面図である。図１は、レーザ光の走査方向と直交する方向に沿って被照射部位を切った断面図であり、レーザ光は紙面の手前から奥の方向に走査される。図中の、１は第１の鋼板である前側鋼板、２は第２の鋼板である後側鋼板、３はレーザ光、４はキーホール、５は溶融池、６はスペーサであるシム、７は隙間、８は金属蒸気流である。前側鋼板１と後側鋼板２は、例えば亜鉛メッキ鋼板を用いる。
【００２０】
実施形態では、不図示のレーザ光源からエネルギービームとしてレーザ光３を照射するが、レーザ光源としては例えば、波長が１０７０〜１０８０［ｎｍ］のファイバーレーザを用いることができる。これ以外の、他の波長のレーザ光を使用してもよい。不図示のレーザ発振器からレーザ光を発生させ、ビームスキャナー及び集光レンズにより集光し、上記の亜鉛メッキ鋼板の重ね合わせ枠体表面にレーザ光３を照射する。ビームスキャナーではなく、ファイバーレーザを接続した光強度分布変換光学系を内蔵した集光光学系をロボットに取り付けて駆動し、枠体表面にレーザ光を照射しても良い。
【００２１】
レーザ光３の照射点では、温度の上昇に伴って表面の亜鉛が溶融・蒸発し、次いで基材である鋼板が溶融し蒸発する。レーザ光３の照射点の中心付近では、金属が蒸発し、蒸発の反力で溶融池が凹形状になって、キーホール４と呼ばれる孔が形成され、その周囲に溶融池５が広がる。レーザ光の照射に伴って、キーホール４が次第に深くなり前側の亜鉛メッキ鋼板を貫通し、重ね合わせ部の亜鉛も溶融・蒸発する。本実施形態では、２枚の亜鉛メッキ鋼板の間に、シム６などを用いて隙間７を設けることで、亜鉛蒸気をこの隙間７から逃がし、溶融した鋼板が吹き飛ばされてスパッタが発生することが無いようにしている。このようにして、キーホール４は前側鋼板１を貫通し、後側鋼板２に至る。この際には、前側鋼板１と後側鋼板２の間にも溶融池５が形成され、２枚の鋼板は溶接される。
【００２２】
線状のビードを形成して溶接強度を高めるために、レーザ光３は鋼板の表面を紙面の手前から奥の方向に線状の軌跡を描いて走査され、前側鋼板１と後側鋼板２には線状の溶接ビードが形成され溶接される。
この時、レーザ光のフルエンス（単位面積当たりの光強度）が高いほど短時間に深いキーホールが形成でき、レーザ光を高速に走査しても溶接が可能となるが、走査速度を高くするとキーホールの周囲に形成される溶融金属の量が減少する。このため、原理的には、キーホール４から噴出する高速の金属蒸気に溶融金属が巻き込まれて飛散することが起こりにくくなり、スパッタの発生量は減少すると考えられる。
【００２３】
しかし、現実には、限られた出力のレーザ発振器から高フルエンスのレーザ光を得るにはビーム径を小さく絞る必要があり、キーホール４および周辺の溶融金属で形成される溶接ビードの幅も通常は狭くなる。このため、鋼板の接合面積が小さくなり、接合強度が低下してしまう。接合強度を向上するためには、レーザ光の走査距離を伸ばして溶接ビードの長さを大きくすれば良いが、長さに応じて結局はスパッタの発生量も増加してしまう。
【００２４】
そこで、本実施形態では、まず図２（ａ）に示すように、紙面手前から奥に向かってレーザ光３をライン状に走査する第１工程を行う。レーザ光のフルエンスを高くして、例えば６［ｍｍ］の長さの溶接ビードを、数十［ｍｓｅｃ］以下の走査時間で形成する。形成した溶融池の大きさにもよるが、レーザ光の照射後に溶融池が冷却されて固まるまでには、数百［ｍｓｅｃ］以上の時間がある。
【００２５】
そこで、第１工程の後に、溶融部９の少なくとも一部がまだ溶融状態を維持している間に、図２（ｂ）に示すように、第１工程で形成した溶融部９には接しないが近接した位置を、紙面手前から奥に向かってレーザ光３でライン状に走査する。すなわち、第２工程として、第１工程における照射位置から距離Ｂ（図３参照）だけ離れた位置をレーザ光で照射する。溶融部９を照射してしまうと、溶融金属の温度が急上昇してスパッタが発生する原因になるので、溶融部９から所定の距離Ｂだけ離れた位置にレーザ光３を照射してゆく。
【００２６】
本実施形態では、適宜の距離Ｂだけ離れた位置をレーザ光３で照射することにより、溶融部９を形成するために第１工程で入射した熱を有効活用し、第２工程でキーホールの周囲に形成された溶融部１０を拡大することができる。
【００２７】
すなわち、図２（ｃ）に示すように、第１工程で形成した第１の溶融池である溶融池１１と、第２工程で形成した第２の溶融池である溶融池１２の間に、これらと一体化した拡大された溶融部１３を形成することができる。拡大された溶融部１３は、前側鋼板１と後側鋼板２にまたがって形成され、冷却されて固化した後は、接合部として機能する。高速加熱プロセスであるレーザ溶接の特質を利用し、離間した位置に独立した２ラインの溶接ビードを形成する場合と比較して、同じ投入熱量でも拡大された溶融部１３の分だけ大きな溶接ビードを形成するのである。尚、第２工程で照射する位置が第１工程の照射位置から離れすぎると、溶融池１１および溶融池１２と一体化した拡大された溶融部１３を形成することができず、２つの溶接ビードが互いに孤立してしまうので、適宜の距離だけ離すようにする。
【００２８】
すなわち、レーザ光の照射位置を離す距離は、０．３［ｍｍ］以上、かつ３［ｍｍ］以下が望ましい。０．３［ｍｍ］未満になると、後走査のレーザ光が前走査で形成された溶融池を照射したり挙動をしたりしてスパッタの発生が増加し、３［ｍｍ］を超えると拡大された溶融部がうまく形成されないからである。
【００２９】
ここで、比較のために特許文献１に記載されたレーザ溶接法を検討すると、特許文献１ではレーザを高速に螺旋状に走査して接合面積を広げ、溶接強度を増加していた。溶接時間を短くするためには溶融池が固まる前にレーザ光を重ねて照射する必要があるが、この場合、溶融池にレーザ光を直接照射することになり、溶融池にキーホールを作ることになってスパッタの発生量が増加する可能性があった。更に、レーザ光の照射が重なった箇所は溶接に必要な熱量を大幅に上回ることになり、エネルギー効率の低下や金属蒸発量やスパッタの増加やブローホールが拡大するなどの問題が生じる。上記の課題を改善する目的で、仮に溶融池が固まってからレーザ光を照射する場合には、溶融池が固まるまでに数百ｍｓｅｃ以上かかるため、溶接に要する時間が大幅に増加する。また、エネルギー効率も大幅に低下する。
【００３０】
これに対して、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す本実施形態の溶接方法では、第１工程で形成した溶融池にレーザ光を照射しないように所定距離だけ離間させ、第１工程で形成した溶融池が固まる前にレーザ光を照射することを特徴としている。この結果、溶融池をレーザ光で照射することによってスパッタの増大を招くことはない一方で、レーザ光による入熱を効率よく利用して溶融池を拡大させて接合面積を増やし、接合強度を増加することができる。この時レーザ光は高速に走査しているため、キーホール４から吹き出す蒸発ガスの量は小さく、スパッタの発生量を少なく抑えることが可能となる。
【００３１】
図３に、本実施形態の溶接法に基づいてレーザ溶接を行った亜鉛めっき鋼板の、冷却固化した後の溶接部の断面形状を示す。図２（ａ）〜図２（ｃ）では、レーザ光を２ライン走査した例を示したが、図３の例は３ライン走査して溶接ビード１７を形成して前側鋼板１と後側鋼板２を溶接したものである。
【００３２】
３つのラインに沿ってレーザ光を走査したことにより、後側鋼板２側に形成された溶接ビード中には、前側鋼板１と反対方向に伸びる３つの先端部が、ビード先端部１４、ビード先端部１５、ビード先端部１６として形成されている。ビード先端部１４とビード先端部１５の間、およびビード先端部１５とビード先端部１６の間には、図２（ｃ）で説明した拡大された溶融部１３が形成され、これらは溶接ビード１７として一体化している。
【００３３】
図示のように、溶接ビード１７の前側鋼板１における端部と後側鋼板２におけるビード先端部１４との鋼板主面方向の距離をＡとし、後側鋼板２におけるビード先端部１４とビード先端部１５の距離をＢとしたとき、Ｂ＞２Ａの関係を満たすことを特徴とする。また、図では表示していないが、反対側のビード端部からビード先端部１６までの距離をＡとし、ビード先端部１５とビード先端部１６の距離をＢとしたときにも、Ｂ＞２Ａの関係を満たしている。尚、Ａは溶接時の第１工程で形成した溶融池の前側鋼板１の表面における溶融部の半幅ということもでき、Ｂは第１工程におけるレーザ光の照射位置と第２工程における照射位置の距離だと言い換えることもできる。
【００３４】
ビード先端部を隔てる距離Ｂは、０．３［ｍｍ］以上、かつ３［ｍｍ］以下が望ましい。０．３［ｍｍ］未満になるとスパッタが増加し、３［ｍｍ］を超えると接合部のビード断面積が大きくならないからである。
【００３５】
本実施形態では亜鉛メッキ鋼板を例示したが、その他の金属や金属と樹脂の重ね合わせ溶接にも適用可能である。また、重ね合わせ溶接だけではなく、突き当て溶接にも適用可能である。
【００３６】
本実施形態では、時間を空けずに所定距離をおいてレーザ光を複数回走査して溶接するため、ビード端部からビード先端部１４までの距離をＡ、ビード先端部１４とビード先端部１５の距離をＢとしたとき、Ｂ＞２Ａの関係を満たすという特徴を有する。そして、スパッタの付着が少なく、投入する熱量のわりに大きな断面積の溶接ビードが形成され、接合強度が強く、溶接時間が短いという特徴を有する。
以下に、本実施形態の具体的な実施例と、比較例を、図を参照しながら説明する。
【００３７】
［実施例１］
本実施例のレーザ溶接では、板厚１［ｍｍ］の亜鉛めっき鋼板を０．３［ｍｍ］厚のシムを挟んでギャップを管理して２枚重ね合わせ、波長が１０７０［ｎｍ］のファイバーレーザを用いた。また、溶融金属の酸化を防止するために、シールドガスとして窒素を用いる。なお、シールドガスとしては、窒素に限定されるものでなく、Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）などの不活性ガス、またはこれら混合ガスを使用してもよい。
【００３８】
溶接条件として、レーザ発振器のレーザ出力を３０００［Ｗ］、ビーム径をφ０．１［ｍｍ］とし、パワー密度（単位面積当たりのレーザ出力）を１．０×１０７［Ｗ／ｃｍ２］とする。溶接速度すなわちレーザ光の走査速度を１２［ｍ／ｍｉｎ］、溶接ビードの長さは３［ｍｍ］とし、シールドガスの流量は、５．０［ｌ／ｍｉｎ］〜３０．０［ｌ／ｍｉｎ］の範囲で適宜設定することができる。
【００３９】
上記条件で、レーザ光を１．０［ｍｍ］の距離を離して平行に走査して重ね合わせた鋼板に照射し、接合体を得た。この接合体の溶接前後の質量変化からスパッタ量の測定を行った結果、実施例１におけるスパッタ量は約３．４［ｍｇ］であった。次に、得られた２つの鋼板からなる接合体について、溶接強度を評価するために引張せん断試験を実施した。引張せん断試験において、接合体の引張せん断強度は約４０２［ｋｇｆ］であった。
上記の溶接条件で実施した溶接ビード形状は、図３におけるＡが０．４［ｍｍ］、Ｂが１．０［ｍｍ］であり、Ｂ＞２Ａの関係を満たした。
【００４０】
［実施例２］
実施例２では、レーザ光を走査する際に離す距離を１．０［ｍｍ］から２．０［ｍｍ］に変更した以外は、実施例１と同様の条件で２枚の鋼板を接合した。このようにして形成された接合体についても、実施例１と同様にスパッタ量測定と引張せん断試験を実施した。スパッタ量は約３．７［ｍｇ］、引張せん断強度は約３７３［ｋｇｆ］であった。
上記の溶接条件による実施例２の溶接ビード形状は、図３におけるＡが０．４［ｍｍ］、Ｂが２．０［ｍｍ］であり、Ｂ＞２Ａの関係を満たした。
【００４１】
［比較例１］
比較例１では、レーザ光を走査する際に離す距離を６．０［ｍｍ］にした以外は、実施例１と同様の条件で２枚の鋼板を接合した。このようにして形成された接合体についても、実施例と同様にスパッタ量測定と引張せん断試験を実施した。スパッタ量は約３．６［ｍｇ］、接合体の引張せん断強度は約２９７［ｋｇｆ］であり、実施例と比較してスパッタ量は同等であるが、接合強度が弱いことがわかる。
【００４２】
比較例１のレーザ溶接では、レーザ光を２回走査する際に離す距離が大きいため、図２（ｃ）で説明した拡大された溶融部１３を形成することができず、２つの溶接ビードは一体化せず、溶接ビードの断面積の合計が実施例よりも小さかった。このため、接合強度が弱かった。
【００４３】
［実施例と比較例のまとめ］
図４に、実施例１、２と比較例１の、レーザ光の走査ピッチ、スパッタ量、接合強度、距離Ａ、距離Ｂをまとめて表に示す。
実施例１、２は、いずれも比較例１とスパッタ発生量は同程度だが、同じ出力のレーザを用いたにもかかわらず比較例１よりも接合強度が大きい。
【００４４】
すなわち、同じ投入エネルギーであれば比較例１よりも接合強度を大きくすることができ、同じ接合強度を実現するのであればスパッタ量および投入エネルギーを比較例１よりも小さくすることができる。
【００４５】
以上のように、本発明によれば、レーザ光を離間させて複数回走査して照射するが、前回の走査で形成された溶融池から所定距離をおいた位置を後の走査で照射することにより、前回の走査の余熱を用いて拡大された溶融部を形成する。これにより接合部の溶接ビードの断面積を大きくすることができ、投入エネルギーに対する溶接強度が強く、スパッタの発生量が少ない溶接を実現することができた。
【００４６】
［他の実施形態］
本発明の実施形態は、上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形や組み合わせが可能である。
例えば溶接する対象は亜鉛メッキ鋼板に限られるわけではなく、その他の金属や金属と樹脂の重ね合わせ溶接にも適用可能である。また、重ね合わせ溶接だけではなく、突き当て溶接にも適用可能である。
【００４７】
本実施形態の溶接装置では、ビーム径を小さく絞って照射する場合、シングルモードレーザを使用することが望ましいが、短時間で深いキーホールが形成できるフルエンスが得られれば良く、マルチモードレーザを使用することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・前側鋼板／２・・・後側鋼板／３・・・レーザ光／４・・・キーホール／５・・・溶融池／６・・・シム／７・・・隙間／８・・・金属蒸気流／９・・・第１工程で形成した溶融部／１０・・・第２工程で形成した溶融部／１１・・・第１工程で形成した溶融池／１２・・・第２工程で形成した溶融池／１３・・・拡大された溶融部／１４、１５、１６・・・ビード先端部／１７・・・溶接ビード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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