(57)【要約】      （修正有）【課題】亜鉛メッキ鋼板を重ねて溶接する場合に、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】高エネルギービームの周囲を低エネルギーで囲んだビームを走査方向に走査しながら鋼板に照射し、第１の鋼板と第２の鋼板を溶接する。溶接部を走査方向と直交する方向で切った断面において、第１の鋼板と第２の鋼板の接合部における溶接ビードの幅をＡとし、溶接部を走査方向に沿って切った断面において、ビームの走査を終了する終了点において、接合部よりも第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ１とし、溶接部を走査方向に沿って切った断面において、ビームの走査を開始する開始点において、接合部よりも第１の鋼板の表面において外側に延在する部分の溶接ビード幅をＢ２としたとき、Ｂ１＞Ａ、かつＢ２＞Ａである【選択図】図２
2020015052.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、
高エネルギービームの周囲を低エネルギーで囲んだ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、
前記高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高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の鋼板を溶接するが、
前記走査方向と直交する方向の溶接部の断面において、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板の接合部における溶融部の幅をＣとし、前記第１の鋼板の表面における溶融部の幅をＤとしたとき、
Ｄ＞２Ｃである、
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
第１の鋼板と第２の鋼板を重ね、
高エネルギービームの周囲を低エネルギーで囲んだビームを走査方向に走査しながら前記第１の鋼板に照射し、
前記高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高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の鋼板を溶接するが、
溶接部を前記走査方向と直交する方向で切った断面において、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板の接合部における溶接ビードの幅をＡとし、
前記溶接部を前記走査方向に沿って切った断面において、前記ビームの走査を終了した終了点において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ１とし、
前記溶接部を前記走査方向に沿って切った断面において、前記ビームの走査を開始した開始点において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ２としたとき、
Ｂ１＞Ａ、かつＢ２＞Ａである、
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
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１の鋼板と前記第２の鋼板の接合部における溶接ビードの幅をＡとし、
前記溶接部を前記ラインに沿って切った断面において、前記ラインの一端において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ１とし、
前記溶接部を前記ラインに沿って切った断面において、前記ラインの他の一端において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ２としたとき、
Ｂ１＞Ａ、かつＢ２＞Ａである、
ことを特徴とする溶接鋼板。
【請求項４】
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、
高エネルギービームの周囲を低エネルギーで囲んだビームを走査方向に走査しながら前記第１の鋼板に照射し、
前記高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高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の鋼板を溶接するが、
溶接部を前記走査方向と直交する方向で切った断面において、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板の接合部における溶接ビードの幅をＡとし、
前記溶接部を前記走査方向に沿って切った断面において、前記ビームの走査を終了する終了点において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ１とし、
前記溶接部を前記走査方向に沿って切った断面において、前記ビームの走査を開始する開始点において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ２としたとき、
Ｂ１＞Ａ、かつＢ２＞Ａであるように前記ビームを照射する、
ことを特徴とする溶接装置。
【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）が所定以上になると、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溶接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。
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第１の鋼板と第２の鋼板を重ね、高エネルギービームの周囲を低エネルギーで囲んだ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、前記高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高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の鋼板を溶接するが、前記走査方向と直交する方向の溶接部の断面において、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板の接合部における溶融部の幅をＣとし、前記第１の鋼板の表面における溶融部の幅をＤとしたとき、Ｄ＞２Ｃである、ことを特徴とする溶接方法である。
【００１３】
また、本発明は、第１の鋼板と第２の鋼板を重ね、高エネルギービームの周囲を低エネルギーで囲んだビームを走査方向に走査しながら前記第１の鋼板に照射し、前記高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高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の鋼板を溶接するが、溶接部を前記走査方向と直交する方向で切った断面において、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板の接合部における溶接ビードの幅をＡとし、前記溶接部を前記走査方向に沿って切った断面において、前記ビームの走査を終了した終了点において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ１とし、前記溶接部を前記走査方向に沿って切った断面において、前記ビームの走査を開始した開始点において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ２としたとき、Ｂ１＞Ａ、かつＢ２＞Ａ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１の鋼板と前記第２の鋼板の接合部における溶接ビードの幅をＡとし、前記溶接部を前記ラインに沿って切った断面において、前記ラインの一端において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ１とし、前記溶接部を前記ラインに沿って切った断面において、前記ラインの他の一端において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ２としたとき、Ｂ１＞Ａ、かつＢ２＞Ａである、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、高エネルギービームの周囲を低エネルギーで囲んだビームを走査方向に走査しながら前記第１の鋼板に照射し、前記高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高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の鋼板を溶接するが、溶接部を前記走査方向と直交する方向で切った断面において、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板の接合部における溶接ビードの幅をＡとし、前記溶接部を前記走査方向に沿って切った断面において、前記ビームの走査を終了する終了点において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ１とし、前記溶接部を前記走査方向に沿って切った断面において、前記ビームの走査を開始する開始点において、前記接合部よりも前記第１の鋼板の表面において外側に延在する溶接ビードの幅をＢ２としたとき、Ｂ１＞Ａ、かつＢ２＞Ａであるように前記ビームを照射する、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、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】（ａ）実施形態の溶接中の鋼板を、レーザ光の走査方向に沿って切った模式的な断面図。（ｂ）実施形態の溶接中の鋼板を、レーザ光の走査方向と直交方向に沿って切った模式的な断面図。
【図２】（ａ）実施形態の溶接後の鋼板を、レーザ光の走査方向に沿って切った模式的な断面図。（ｂ）実施形態の溶接後の鋼板を、レーザ光の走査方向と直交方向に沿って切った模式的な断面図。
【図３】（ａ）比較例１の溶接中の鋼板を、レーザ光の走査方向に沿って切った模式的な断面図。（ｂ）比較例１の溶接中の鋼板を、レーザ光の走査方向と直交方向に沿って切った模式的な断面図。
【図４】実施例と比較例をまとめて示す表。
【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（ａ）および図１（ｂ）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（ａ）は、レーザ光の走査方向に沿って被照射部位を切った断面図で、図１（ｂ）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および６は溶融池、７はスペーサであるシム、８は隙間、９はレーザ走査方向、１０は金属蒸気流、１１は冷却して固化した溶接ビードである。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、レーザ光強度分布変換光学系を経由し、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の光強度の強い部分では、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７などを用いて隙間８を設けることで、亜鉛蒸気をこの隙間８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】
また、本実施形態のレーザ光３には、レーザ光強度分布変換光学系によって中心付近の高強度レーザ光とその周辺の低強度レーザ光に光強度分布が形成されており、キーホール４周辺の前側鋼板１表面に広い面積の溶融池６が形成されている。線状の溶接ビードを形成して溶接強度を高めるために、レーザ光３は鋼板の表面をレーザ走査方向９に沿って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１１が形成され溶接される。すなわち、高エネルギービームの周囲を低エネルギーで囲んだビームを走査方向に移動させながら鋼板に照射し、線状の溶接ビードを形成する。
【００２３】
図１に示す本実施形態では、キーホール４、および溶融池５を形成する中心のレーザ光３の照射径の２倍以上の広いエリアに、中心より低いパワー密度のレーザ光を照射しながらレーザ溶接を行う。本実施形態では、キーホール４の周辺部の前側鋼板１の表面を広く加熱して周辺部にも溶融池を形成し、溶融池がキーホールの開口を狭めようとする圧力を低減させることにより、キーホールの開口径を大きくする。大きな開口径が確保できるため、金属蒸気流１０の吹き出す圧力を低下させることができ、キーホール４の周辺部の溶融金属が蒸気流に巻き込まれて飛散することを抑制することができる。また、溶融池内においては、キーホール底面近傍の深い部分と表面近傍の浅い部分の温度差を小さくすることができ、対流が抑制されるため、それによってもスパッタを大幅に低減させることができる。
【００２４】
具体的には、前側鋼板１と後側鋼板２を接合する溶融部の幅をＣとし、前側鋼板１の表面における溶融部の幅をＤとしたとき、Ｄ＞２Ｃとなるような条件でレーザ光３を照射する。
低いパワー密度のレーザ光で高いパワー密度のレーザ光の周囲を囲みながら走査して照射する本実施形態によれは、前側鋼板１の被加熱部位は、レーザのパワー密度が徐々に高くなるようにレーザ光が照射されることになる。キーホールよりもレーザ走査方向９の前方に位置する部位は、予め低いパワー密度のレーザ光で予熱されるため、高いパワー密度のレーザ光のみを走査する場合と比較して、キーホールの前方に大きな溶融池が安定して生成される。後に実施例と比較例を示すが、高いパワー密度のレーザ光のみを走査して照射する場合に比べ、本実施形態はスパッタの発生を低減できる。高いパワー密度のレーザ光により急激に加熱されて小さな溶融池とキーホールが急激に成長する場合と比較すれば、本実施形態ではキーホール前方の溶融池が安定するため、追随するキーホールと干渉して蒸気流に巻き込まれるのが抑制されるからである。
【００２５】
本実施形態のレーザ溶接を行って溶接した亜鉛めっき鋼板について、図を参照しながら説明する。図２（ａ）は、レーザ光の走査方向に沿って溶接後の溶接鋼板を切断した断面図で、図２（ｂ）は、レーザ光の走査方向と直交する方向に沿って溶接後の溶接鋼板を切った断面図である。
【００２６】
図２（ｂ）のＡは、レーザ走査方向に対し直角方向に溶接部を切断した時の接合部の溶接ビードの幅である。図２（ａ）のＢ１は、レーザ走査の終了点、すなわちライン状溶接ビードの一端においてレーザ走査方向に沿って溶接部を切断した時の、接合部よりも外側に延在する溶接ビード部分の幅である。図２（ａ）のＢ２は、レーザ走査の開始点、すなわちライン状溶接ビードの他の一端においてレーザ走査方向に沿って溶接部を切断した時の、接合部よりも外側に延在する溶接ビード部分の幅である。
【００２７】
本実施形態では、中心より低いパワー密度のレーザ光で中心の高いパワー密度のレーザ光を囲みながらラインに沿って走査して溶接したため、溶接ビードの幅Ｂ１および幅Ｂ２がともに幅Ａよりも大きいという特徴を有する。すなわち、Ｂ１＞Ａ、かつＢ２＞Ａであり、スパッタの付着が少な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。
【００２８】
［実施例１］
本実施例の深溶込み型レーザ溶接では、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。
【００２９】
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φ０．５［ｍｍ］とし、ビームプロファイル変換光学系によって、周辺部のエネルギー密度を中央部よりも小さくする。具体的には、ビームスポット径０．２［ｍｍ］以内のパワー密度（単位面積当たりのレーザ出力）を２．０×１０６［Ｗ／ｃｍ２］とし、それより外周部のパワー密度を７．０×１０５［Ｗ／ｃｍ２］とする。溶接速度すなわちレーザ光の走査速度を５［ｍ／ｍｉｎ］、溶接ビード長さを６［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。
【００３０】
上記条件で、重ね合わせた鋼板にレーザビームを照射し、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、実施例におけるスパッタ量は約１．８［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３０９［ｋｇｆ］であった。
【００３１】
上記の溶接条件で実施した溶接ビード形状は、図２（ｂ）におけるＡが約１．２［ｍｍ］、図２（ａ）におけるＢ１が約１．５［ｍｍ］、Ｂ２が約１．４［ｍｍ］である。Ｂ１、Ｂ２は、いずれもＡ以上である。
【００３２】
［実施例２］
実施例２では、ビームスポット径０．２［ｍｍ］以内のパワー密度を１．７×１０６［Ｗ／ｃｍ２］、それより外周部のパワー密度を８．０×１０５［Ｗ／ｃｍ２］とした以外は、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１．９［ｍｇ］、引張せん断強度は約３１８［ｋｇｆ］であった。
【００３３】
上記の溶接条件による実施例２の溶接ビード形状は、図２（ｂ）におけるＡが約１．２［ｍｍ］、図２（ａ）におけるＢ１が約１．６［ｍｍ］、Ｂ２が約１．４［ｍｍ］である。Ｂ１、Ｂ２は、いずれもＡ以上である。
【００３４】
［実施例３］
実施例３では、ビーム径をφ２．０［ｍｍ］とし、ビームスポット径０．２［ｍｍ］以内のパワー密度を１．７×１０６［Ｗ／ｃｍ２］、それより外周部のパワー密度を２．０×１０５［Ｗ／ｃｍ２］とした。それ以外の点は、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２．１［ｍｇ］、引張せん断強度は約３０４［ｋｇｆ］であった。
【００３５】
上記の溶接条件による実施例３の溶接ビード形状は、図２（ｂ）におけるＡが約１．１［ｍｍ］、図２（ａ）におけるＢ１が約２．４［ｍｍ］、Ｂ２が約２．３［ｍｍ］である。Ｂ１、Ｂ２は、いずれもＡ以上である。
【００３６】
［比較例１］
比較例１では、ビームスポット径０．２［ｍｍ］以内のレーザ光のパワー密度を２．０×１０６［Ｗ／ｃｍ２］に均一にして照射し、その外周部にはパワー密度の小さなレーザ光を照射しない。レーザ光の照射条件以外は、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８．４［ｍｇ］、接合体の引張せん断強度は約３０６［ｋｇｆ］であった。
【００３７】
上記の溶接条件で作成した比較例１の溶接ビード形状は、図２（ｂ）におけるＡが約１．１［ｍｍ］、図２（ａ）におけるＢ１が約０．９［ｍｍ］、Ｂ２が約０．９［ｍｍ］である。Ｂ１、Ｂ２は、いずれもＡよりも小さい。
【００３８】
比較例１のレーザ溶接では、図３（ｂ）に示すように、走査方向と直交する方向の断面で見たとき、キーホール４および周囲に溶融池５が形成され、レーザ光３照射点近傍のプラズマに加熱されて表面の溶け込み幅がやや広くなる。しかし、接合部（貫通部）に対する表面の溶け込み幅の広がりは、実施例に比較すると小さい。
【００３９】
また、図３（ａ）に示すように、走査方向に沿った方向の断面で見たとき、レーザ光３の走査方向においてキーホールの前方の溶融部の幅が狭くなっている。また、キーホールの後方の溶融部の幅は、図３（ｂ）と同様の広がりであり、実施例に比較すると小さい。
【００４０】
比較例１では、レーザ溶接中にレーザ光３はキーホール４先端部に主に照射され、入熱が生じるため、キーホール４の先端付近の温度が高い。また、溶融池では、溶融金属が蒸発ガスの反力に押されて高温部から照射面に向かう対流が生じる。この結果、溶融金属の流れに乱れが生じ、溶融池表面では波立ちなども観察される。この時、一部の溶融金属がキーホール４から高速で吹き出す高速の金属蒸気流１０に巻き込まれ、スパッタが発生する。また、レーザ光３を走査する際に、走査方向に存在する溶融金属は一部が逃げ道を失って、キーホール４から吹き出す高速の金属蒸気流１０に巻き込まれて、スパッタが発生する。そして、形成された溶接ビードの幅Ｂ１と幅Ｂ２は、いずれも幅Ａよりも小さくなる。
【００４１】
［実施例と比較例のまとめ］
図４に、実施例１、２、３と比較例１の、レーザ光照射条件、スパッタ量、および接合強度を、表にまとめて示す。実施例１、２、３は、いずれも比較例１よりスパッタ発生量が少なく、同等以上の接合強度を実現していることがわかる。
【００４２】
以上のように、本発明によれば、中心のパワー密度が高いレーザにより深い溶け込みを形成して良好な接合強度を確保しつつ、その周辺をキーホールが生成されないようなパワー密度が低いレーザ光で加熱する。これにより、温度分布を低減して溶融池の対流の乱れを抑制し、溶融金属がキーホールから噴出する高速蒸気に巻き込まれて生じるスパッタを低減することができる。
【００４３】
［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。
【符号の説明】
【００４４】
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・・・溶融池／７・・・シム／８・・・隙間／９・・・レーザ走査方向／１０・・・金属蒸気流／１１・・・冷却して固化した溶接ビード／Ａ・・・レーザ走査方向に対し直角方向に切ってみた時の接合部の溶接ビードの幅／Ｂ１・・・レーザ走査の終了点においてレーザ走査方向に沿って切ってみた時の、接合部よりも外側に延在する溶接ビード部分の幅／Ｂ２・・・レーザ照射の開始点においてレーザ走査方向に沿って切ってみた時の、接合部よりも外側に延在する溶接ビード部分の幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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