(57)【要約】【課題】溶接を実施する設備の大型化を抑制しつつ、突合せ部分に段差を有する一対の３次元構造体同士を精度良く溶接可能な突合せ溶接方法を提供する。【解決手段】一対の３次元構造体同士１ａ、１ｂを突合せ溶接する、突合せ溶接方法であって、一対の３次元構造体１ａ、１ｂの突合せ部分Ａ、Ｂの段差をスキャンする工程（ステップＳ１）と、一対の３次元構造体１ａ、１ｂのうち少なくとも一方にレーザー発振器２を用いてフォーミング用レーザー６ｂを照射して突合せ部分Ａ、Ｂの段差を小さくする工程（ステップＳ２）と、段差が小さくされた突合せ部分Ａ、Ｂにレーザー発振器２を用いて溶接用レーザー６ｃを照射して突合せ溶接する工程（ステップＳ３）と、を備える、突合せ溶接方法。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の３次元構造体同士を突合せ溶接する、突合せ溶接方法であって、
前記一対の３次元構造体の突合せ部分の段差をスキャンする工程と、
前記一対の３次元構造体のうち少なくとも一方にレーザー発振器を用いてフォーミング用レーザーを照射して前記突合せ部分の段差を小さくする工程と、
段差が小さくされた前記突合せ部分に前記レーザー発振器を用いて溶接用レーザーを照射して突合せ溶接する工程と、を備える、
突合せ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突合せ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の３次元構造体同士を溶接する方法として、突合せ溶接が知られている。
例えば特許文献１には、突合せ部分に段差を有する一対の３次元構造体同士を突合せ溶接する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３７２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、突合せ溶接方法に関し、下記の課題を見出した。
特許文献１に開示されている技術では、突合せ部分の板面に対して斜めにレーザーを照射することによって、段差そのものを溶融して突合せ溶接している。しかしながら、突合せ部分の段差が大きい場合、段差そのものを溶融して溶接すると、溶接精度が低下する虞がある。
【０００５】
突合せ部分の段差が大きい場合、３次元構造体にレーザーフォーミングを施すことによって突合せ部分の段差を小さくする方法が考えられる。しかしながら、溶接用レーザーを発振するレーザー発振器とは別途に、フォーミング用レーザーを発振するレーザー発振器を用意する必要がある。したがって、溶接に必要な設備が大型化する。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、溶接を実施する設備の大型化を抑制しつつ、突合せ部分に段差を有する一対の３次元構造体同士を精度良く溶接可能な突合せ溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための一態様は、一対の３次元構造体同士を突合せ溶接する、突合せ溶接方法であって、前記一対の３次元構造体の突合せ部分の段差をスキャンする工程と、前記一対の３次元構造体のうち少なくとも一方にレーザー発振器を用いてフォーミング用レーザーを照射して前記突合せ部分の段差を小さくする工程と、段差が小さくされた前記突合せ部分に前記レーザー発振器を用いて溶接用レーザーを照射して突合せ溶接する工程と、を備える。
【０００８】
本発明に係る突合せ溶接方法は、一対の３次元構造体の突合せ部分の段差をスキャンする工程と、一対の３次元構造体のうち少なくとも一方にレーザー発振器を用いてフォーミング用レーザーを照射して突合せ部分の段差を小さくする工程と、段差が小さくされた突合せ部分にレーザー発振器を用いて溶接用レーザーを照射して突合せ溶接する工程と、を備える。共通のレーザー発振器を用いてフォーミング用レーザー及び溶接用レーザーを照射可能であるため、溶接を実施する設備の大型化を抑制することができる。さらに、段差が小さくされた突合せ部分に溶接用レーザーを照射して溶接しているため、突合せ部分に段差を有する一対の３次元構造体同士を精度良く溶接することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、溶接を実施する設備の大型化を抑制しつつ、突合せ部分に段差を有する一対の３次元構造体同士を精度良く溶接可能な突合せ溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る突合せ溶接装置の全体図である。
【図２】本実施の形態に係る突合せ溶接方法を示すフローチャートである。
【図３】フォーミングを行う前における、一対の３次元構造体の断面図である。
【図４】フォーミングを行った後における、一対の３次元構造体の断面図である。
【図５】段差のスキャンを行う際における、突合せ溶接装置の全体図である。
【図６】フォーミングを行う際における、突合せ溶接装置の全体図である。
【図７】突合せ溶接を行う際における、突合せ溶接装置の全体図である。
【図８】細いビードでフォーミングを行った、３次元構造体の一部拡大断面図である。
【図９】太いビードでフォーミングを行った、３次元構造体の一部拡大断面図である。
【図１０】実施例１〜２における、フォーミングの結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１２】
まず、図１を参照して、本実施の形態に係る突合せ溶接方法を実施する装置（本実施の形態に係る突合せ溶接装置）の構成について説明する。図１に示すように、突合せ溶接装置１は、レーザー発振器２、レーザースキャナー３、トラッキングセンサー４、及びロボット５を備える。なお、図１には、突合せ溶接装置１に加えて、一対の３次元構造体１ａ、１ｂを図示している。
【００１３】
レーザー発振器２は、レーザーを発振する。レーザー発振器２は、図１に示すように、レーザースキャナー３に接続されている。レーザー発振器２から発振されたレーザーは、レーザースキャナー３から一対の３次元構造体１ａ、１ｂに照射される。レーザースキャナー３は、ロボット５の先端部に取り付けられている。
【００１４】
ロボット５は、先端部を上下方向及び水平方向に動かすことができる。ロボット５を動作させることによって、レーザースキャナー３を所望の方向に動かすことができる。ロボット５の先端部には、レーザースキャナー３に加えて、トラッキングセンサー４が取り付けられている。トラッキングセンサー４は、図５に示すラインレーザー６ａを一対の３次元構造体１ａ、１ｂに照射することができる。
【００１５】
次に、図１〜７を参照して、本実施の形態に係る突合せ溶接方法について説明する。図２は、本実施の形態に係る突合せ溶接方法を示すフローチャートである。図３は、フォーミングを行う前における、一対の３次元構造体の断面図である。図４は、フォーミングを行った後における、一対の３次元構造体の断面図である。図５は、段差のスキャンを行う際における、突合せ溶接装置の全体図である。図６は、フォーミングを行う際における、突合せ溶接装置の全体図である。図７は、突合せ溶接を行う際における、突合せ溶接装置の全体図である。
【００１６】
一対の３次元構造体１ａ、１ｂは、本実施の形態に係る突合せ溶接方法によって溶接される構造体である。一対の３次元構造体１ａ、１ｂは、図３に示すように、向かい合って配置される。一対の３次元構造体は、互いに向かって突出して突合せ部分を形成する突出部を有する。図３に示すように、一対の３次元構造体１ａ、１ｂは、例えば、それぞれ断面コ字状の構造体である。具体的には、３次元構造体１ａは、板状部と、当該板状部の向かい合う辺から３次元構造体１ｂに向かって突出する一対の側面（突出部）と、を備える。３次元構造体１ｂは、板状部と、当該板状部の向かい合う辺から３次元構造体１ａに向かって突出する一対の突出部と、を備える。
【００１７】
図３に示す例では、一対の３次元構造体１ａ、１ｂが有する突出部は、突合せ部分Ａ、Ｂを形成する。以下、突合せ部分Ａから突合せ部分Ｂに向かう方向を、一対の３次元構造体１ａ、１ｂが有する板状部の幅方向と称することがある。３次元構造体１ａの突合せ部分Ａを形成する突出部と、３次元構造体１ａの板状部と、の接続部分に形成された角部を稜線部１１ａとする。３次元構造体１ａの突合せ部分Ｂを形成する突出部と、３次元構造体１ａの板状部と、の接続部分に形成された角部を稜線部１２ａとする。
【００１８】
３次元構造体１ｂの突合せ部分Ａを形成する突出部と、３次元構造体の板状部と、の接続部分に形成された角部を稜線部１１ｂとする。３次元構造体１ｂの突合せ部分Ｂを形成する突出部と、３次元構造体１ｂの板状部と、の接続部分に形成された角部を稜線部１２ｂとする。
【００１９】
本実施の形態に係る突合せ溶接方法では、まず、段差をスキャンする工程（ステップＳ１）を行う。一対の３次元構造体１ａ、１ｂは、図３に示すように、各々の歪みによって、突合せ部分Ａ、Ｂに段差が生じていることがある。そこで、段差をスキャンする工程（ステップＳ１）では、トラッキングセンサー４を用いて突合せ部分Ａ、Ｂの段差をスキャンする。
【００２０】
段差をスキャンする工程（ステップＳ１）では、ラインレーザー６ａを突合せ部分Ａ、Ｂに照射し、トラッキングセンサー４において段差をスキャンする。ラインレーザー６ａは、図５に示すように、トラッキングセンサー４から照射される。トラッキングセンサー４は、突合せ部分Ａ、Ｂに照射されたラインレーザー６ａの歪みを検出することによって、突合せ部分Ａ、Ｂの段差をスキャンする。
【００２１】
次に、段差を小さくする工程（ステップＳ２）を行う。段差を小さくする工程（ステップＳ２）では、図６に示すように、一対の３次元構造体１ａ、１ｂの少なくとも一方にフォーミング用レーザー６ｂを照射してフォーミングし、突合せ部分Ａ、Ｂの段差を小さくする。具体的には、例えば、稜線部１１ａにフォーミング用レーザー６ｂを照射して、３次元構造体１ａの突合せ部分Ａ側の突出部の延びる方向を変えることによって、突合せ部分Ａにおける段差を小さくする。
【００２２】
図３に示す点線は、歪みが生じていない状態の３次元構造体１ａの形状を示す。図３に示す例は、３次元構造体１ａに形成された２つの突出部が互いに離れるように歪んでいる。そこで、段差を小さくする工程（ステップＳ２）において、稜線部１１ａ、１２ａにフォーミング用レーザー６ｂを照射して、突合せ部分Ａ、Ｂの段差を小さくする。３次元構造体１ｂをフォーミングする場合には、稜線部１１ｂ、１２ｂにフォーミング用レーザー６ｂを照射して、図４に示すように、突合せ部分Ａ、Ｂの段差を小さくする。
【００２３】
フォーミング用レーザー６ｂは、レーザー発振器２から発振されてレーザースキャナー３から稜線部１１ａ等に照射される。詳細は後述するが、フォーミング用レーザー６ｂは、稜線部１１ａ等に沿ってウォブリングされつつ照射される。また、フォーミング用レーザー６ｂは、デフォーカスされた状態で稜線部１１ａ等に沿って照射されてもよい。
【００２４】
図３に示す例では、３次元構造体１ａに形成された２つの突出部が互いに離れるように歪んでいる場合について説明した。しかしながら、３次元構造体１ａに形成された２つの突出部が互いに近づくように歪んでいる場合であっても、段差を小さくする工程（ステップＳ２）において、稜線部１１ａ、１２ａにフォーミング用レーザー６ｂを照射して、突合せ部分Ａ、Ｂの段差を小さくする。
【００２５】
次に、突合せ溶接する工程（ステップＳ３）を行う。突合せ溶接する工程（ステップＳ３）では、図７に示すように、ステップＳ２において段差が小さくされた突合せ部分Ａ、Ｂに溶接用レーザー６ｃを照射して突合せ溶接する。したがって、突合せ部分に段差を有する一対の３次元構造体同士を精度良く溶接することができる。溶接用レーザー６ｃは、レーザー発振器２から発振されてレーザースキャナー３から突合せ部分Ａ、Ｂに照射される。溶接用レーザー６ｃは、フォーミング用レーザー６ｂに比較して、焦点径が小さく、かつ、出力が大きい。
【００２６】
本実施の形態に係る突合せ溶接方法では、同一のレーザー発振器及び同一のレーザースキャナーを用いて、段差を小さくする工程（ステップＳ２）と突合せ溶接する工程（ステップＳ３）とを行う。したがって、別途のレーザー発振器及び別途のレーザースキャナーを用意する必要がない。そのため、本実施の形態に係る突合せ溶接方法は、溶接コストが安く、かつ、小さなスペースで実施可能である。つまり、本実施の形態に係る突合せ溶接方法は、溶接を実施する設備の大型化を抑制することができる。
【００２７】
本実施の形態に係る突合せ溶接方法では、突合せ溶接を行っているため、一対の３次元構造体１ａ、１ｂの突合せ部分Ａ、Ｂにフランジを形成する必要がない。そのため、一対の３次元構造体１ａ、１ｂの板状部の幅をフランジの幅分大きな寸法とすることができる。したがって、一対の３次元構造体１ａ、１ｂの幅方向の寸法を大きくすることなく、一対の３次元構造体１ａ、１ｂを突き合わせて形成される空間の断面積を大きくすることができる。一対の３次元構造体１ａ、１ｂを突き合わせて形成される空間の断面積を大きくすると、断面２次モーメントが増加するため、一対の３次元構造体１ａ、１ｂの剛性が向上する。そのため、一対の３次元構造体１ａ、１ｂに補強材を設ける必要がない。
【００２８】
次に、図８及び図９を参照して、段差を小さくする工程（ステップＳ２）について、さらに詳しく説明する。図８は、細いビードでフォーミングを行った、３次元構造体の一部拡大断面図である。図９は、太いビードでフォーミングを行った、３次元構造体の一部拡大断面図である。図８及び図９において、点線矢印は、フォーミング用レーザー６ｂのビード幅を示す。
【００２９】
図８に示すように、フォーミング用レーザー６ｂを細いビードで稜線部１１ａに沿って照射すると、稜線部１１ａの一部が溶融する。稜線部１１ａの溶融した部分は、冷却されて固化する際に収縮する。そのため、３次元構造体１ａの稜線部１１ａの近傍は、レーザー照射面側に向かって縮むように変形する。
【００３０】
図９に示すように、フォーミング用レーザー６ｂを太いビードで稜線部１１ａに沿って照射すると、細いビードで照射した際に比較して、稜線部１１ａの広い範囲が溶融する。稜線部１１ａの広い範囲が溶融すると、３次元構造体１ａの稜線部１１ａの近傍は、レーザー照射面ではない面側に向かって折れるように変形する。
【００３１】
このように、フォーミング用レーザー６ｂのビード幅を調節することによって、一対の３次元構造体１ａ、１ｂに形成された突起部の変形方向を制御することができる。フォーミング用レーザー６ｂのビード幅は、フォーミング用レーザー６ｂのウォブリング幅を調節する、又は、フォーミング用レーザー６ｂのデフォーカスを調節することによって、調節可能である。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本発明を制限するものではない。
【００３３】
［実施例１］
＜サンプル＞
板状部材を断面く字状になるように折り曲げて、サンプルとして使用した。折り曲げ部分の角度は、３°であった。
【００３４】
（フォーミング実験）
サンプルの折り曲げ部分の稜線に沿ってフォーミング用レーザーを照射した。実施例１におけるフォーミング用レーザーのウォブリング幅は、４ｍｍであった。すなわち、実施例１におけるビード幅は４ｍｍであった。
【００３５】
［実施例２］
実施例２では、フォーミング用レーザーのウォブリング幅を７ｍｍとし、それ以外は実施例１と同様にしてフォーミング実験を行った。
【００３６】
実施例１〜２におけるフォーミング実験の結果を図１０に示す。図１０に示すように、実施例１では、フォーミングによって、レーザー照射面側に向かって１．９°折り曲げ部分が変形した。実施例２では、フォーミングによって、レーザーが照射されていない面に向かって１．５°折り曲げ部分が変形した。このことから、フォーミング用レーザーのビード幅を調節することによって、レーザー照射部分近傍の変形方向を制御可能であることが確認された。
【００３７】
以上で説明した本実施の形態に係る発明により、溶接を実施する設備の大型化を抑制しつつ、突合せ部分に段差を有する一対の３次元構造体同士を精度良く溶接可能な突合せ溶接方法を提供することができる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  溶接装置
１ａ、１ｂ  一対の３次元構造体
２  レーザー発振器
３  レーザースキャナー
４  トラッキングセンサー
５  ロボット
６ａ  ラインレーザー
６ｂ  フォーミング用レーザー
６ｃ  溶接用レーザー
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ  稜線部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020131220.tif 000009
【図８】
2020131220.tif 000010
【図９】
2020131220.tif 000011
【図１０】
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