(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接中の金属板の回転変形により金属板の間のギャップが大きくなり、溶接不良が発生の可能性を軽減する方法を提供する。【解決手段】本発明に係る溶接方法は、金属板２０（２０ａ、２０ｂ）の２つの被接合部を突き合わせる突き合わせステップと、２つの被接合部が突き合せられた部分に沿って、金属板の溶接を開始する位置から溶接を終了する位置まで、２つの被接合部を順次溶接する溶接ステップと、を備えたものであり、溶接ステップは、２つの被接合部のうち一方の被接合部を含む金属板における溶接が行われている部分より溶接を終了する位置側を融点未満の温度で加熱することにより、一方の被接合部と加熱された位置とで温度差を生じさせることを含むものである。【選択図】図１
2020196030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の２つの被接合部を突き合わせる突き合わせステップと、
前記２つの被接合部が突き合せられた部分に沿って、前記金属板の溶接を開始する位置から溶接を終了する位置まで、前記２つの被接合部を順次溶接する溶接ステップと、を備え、
前記溶接ステップは、前記２つの被接合部のうち一方の前記被接合部を含む前記金属板における溶接が行われている部分より溶接を終了する位置側を融点未満の温度で加熱することにより、前記一方の被接合部と加熱された位置とで温度差を生じさせることを含む、
溶接方法。
【請求項２】
前記一方の被接合部を含む前記金属板を加熱する位置は、前記一方の被接合部から、突き合せられた他方の前記被接合部とは反対方向へ離れた位置である
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記金属板は、長方形または正方形の２つの金属板であり、
前記被接合部は、前記２つの金属板の端部に沿ってそれぞれ位置しており、
前記一方の被接合部を含む前記金属板を加熱する位置は、前記一方の被接合部よりも前記一方の被接合部とは反対側の前記金属板の端部に近い
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記金属板は、１つの金属板であり、２つの前記被接合部を備えており、
前記突き合わせステップは、前記２つの被接合部が突き合せられるように、前記金属板を変形させることを含む
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記溶接ステップは、溶接が行われた部分に不活性なシールドガスを吹き付けることを含む
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の溶接方法。
【請求項６】
金属板の２つの被接合部が突き合せられた部分に沿って移動し、前記金属板の溶接を開始する位置から溶接を終了する位置まで、前記２つの被接合部を順次溶接する溶接部と、
前記溶接部が溶接を行っている部分より溶接を終了する位置側で配置され、前記２つの被接合部のうち一方の前記被接合部を含む前記金属板を融点未満の温度で加熱することにより、前記一方の被接合部と加熱された位置とで温度差を生じさせる加熱部と、
を備えた溶接装置。
【請求項７】
タンクを構成するために用いられる金属板の２つの被接合部を突き合せる突き合わせステップと、
前記２つの被接合部が突き合せられた部分に沿って、前記金属板の溶接を開始する位置から溶接を終了する位置まで、前記２つの被接合部を順次溶接する溶接ステップと、
前記金属板の一部に、外部と前記タンクの内部を連通する開口を形成する穴あけステップと、を備え
前記溶接ステップは、前記２つの被接合部のうち一方の前記被接合部を含む前記金属板における溶接が行われている部分より溶接を終了する位置側を融点未満の温度で加熱することにより、前記一方の被接合部と加熱された位置とで温度差を生じさせることを含む
タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板を溶接する溶接方法、溶接装置に関する。また、本発明は、金属板を溶接しタンクを製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板の被接合部である端部同士を突き合わせて、端部同士を溶接する突き合わせ溶接の技術がある。突き合わせ溶接では、金属板の端部同士の間のギャップが大きいと、金属板の端部同士が十分に接合されず溶接不良が発生する。そのため、適切なギャップ管理が必要である。
【０００３】
下記の特許文献１では、ギャップを適切な範囲に抑えるために、金属板の端部に沿ってプレス加工を行い、端部を屈曲させ、屈曲した部分を被接合部として突き合わせて溶接することが行われている。この屈曲した部分は、金型に沿って成形されたものであるため、高い直線性が確保されている。そのため、下記の特許文献１の溶接方法では、屈曲した部分同士を突き合わせた際のギャップを小さくすることができ、溶接不良の発生を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６７４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、溶接中に金属板同士が離れる方向に変形する回転変形という現象があり、上記の特許文献１に記載された溶接方法であっても、回転変形が原因で、金属板の間の溶接ギャップが大きくなってしまう場合があり、溶接不良が発生するという問題があった。また、金属板を接合してタンクを製造する場合にも、同様に溶接不良が発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、金属板の回転変形に起因する溶接不良が発生する可能性を低減することができる溶接方法、溶接装置およびタンクの製造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】
本発明に係る溶接方法は、金属板の２つの被接合部を突き合わせる突き合わせステップと、２つの被接合部が突き合せられた部分に沿って、金属板の溶接を開始する位置から溶接を終了する位置まで、２つの被接合部を順次溶接する溶接ステップと、を備えたものであり、溶接ステップは、２つの被接合部のうち一方の被接合部を含む金属板における溶接が行われている部分より溶接を終了する位置側を融点未満の温度で加熱することにより、一方の被接合部と加熱された位置とで温度差を生じさせることを含むものである。
【０００８】
本発明に係る溶接装置は、金属板の２つの被接合部が突き合せられた部分に沿って移動し、金属板の溶接を開始する位置から溶接を終了する位置まで、２つの被接合部を順次溶接する溶接部と、溶接部が溶接を行っている部分より溶接を終了する位置側で配置され、２つの被接合部のうち一方の被接合部を含む金属板を融点未満の温度で加熱することにより、一方の被接合部と加熱された位置とで温度差を生じさせる加熱部と、を備えたものである。
【０００９】
本発明に係るタンクの製造方法は、タンクを構成するために用いられる金属板の２つの被接合部を突き合せる突き合わせステップと、２つの被接合部が突き合せられた部分に沿って、金属板の溶接を開始する位置から溶接を終了する位置まで、２つの被接合部を順次溶接する溶接ステップと、金属板の一部に、外部と前記タンクの内部を連通する開口を形成する穴あけステップと、を備えたものであり、溶接ステップは、２つの被接合部のうち一方の被接合部を含む金属板における溶接が行われている部分より溶接を終了する位置側を融点未満の温度で加熱することにより、一方の被接合部と加熱された位置とで温度差を生じさせることを含むものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る溶接方法、溶接装置およびタンクの製造方法は、金属板を加熱することによって、突き合せられた被接合部同士を近接させるように金属板を変形させることができる。よって、回転変形によって２つの金属板のギャップが開くことを抑制でき、溶接不良が発生する可能性を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る溶接装置の構成を示す概略図である。
【図２】溶接時に金属板に加わる力を示す図（比較例）である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る溶接装置で溶接を行った際の金属板に加わる力を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る溶接装置で一方の金属板を加熱した際の金属板に加わる力を示す図および金属板の温度分布を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る溶接装置の構成の変形例を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る溶接装置の構成の変形例を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る給湯器用タンクを構成する金属板を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。図中の同一の符号は、同一または相当する部分を表す。
【００１３】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る溶接装置１の構成について図１を用いて説明する。図１は、溶接装置１を用いて２つの金属板２０ａ、２０ｂの端部（被接合部）同士を接合している様子を示している。
溶接装置１は、端部を突き合わせて配置された２つの金属板２０ａ、２０ｂの端部同士を溶接するために、溶接用レーザ発振器２、溶接用レーザ伝搬光路３、および溶接用レーザヘッド４を備えており、金属板２０ａ、２０ｂをレーザ溶接により接合する。
溶接に用いるレーザは、例えばＹＡＧ（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｇａｒｎｅｔ）レーザであり、溶接用レーザ発振器２は、レーザ媒質としてＮｄ：ＹＡＧを封入したＹＡＧロッド、レーザ媒質を挟み込むように配置された２つの共振用ミラー、およびＹＡＧロッドに光を照射するフラッシュランプを備えている。
溶接用レーザ発振器２には、溶接用レーザ伝搬光路３の一端が接続されており、さらに、溶接用レーザ伝搬光路３の他端には溶接用レーザヘッド４が接続されている。溶接用レーザ伝搬光路３は、光ファイバで構成されており、溶接用レーザ発振器２の２つの共振用ミラーの間で共振し増幅されたレーザを溶接用レーザヘッド４へ伝搬する。
溶接用レーザヘッド４は、溶接用レーザ伝搬光路３によって伝搬されたレーザを集光するレンズを備えており、溶接用レーザ５を２つの金属板２０ａ、２０ｂの端部へ照射する。
【００１４】
溶接用レーザヘッド４は、図示しない駆動部によって移動可能であり、２つの金属板２０ａ、２０ｂの端部同士が突き合せられた部分に沿って、溶接を開始する位置から溶接を終了する位置まで移動し、その間、レーザを連続的にまたは断続的に照射し、２つの金属板２０ａ、２０ｂの端部を順次溶接していく。
図１に示した例では、金属板２０a、２０ｂは長方形の金属板であり、溶接を開始する位置は、２つの金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部と交差する一方の端部であり、溶接を終了する位置は、２つの金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部と交差する他方の端部である。溶接用レーザヘッド４は、図１の矢印Ａの方向へ移動していき、すでに溶接用レーザヘッド４が通過した位置には、溶接ビート２１が形成され、２つの金属板２０ａ、２０ｂが接合される。
なお、溶接用レーザヘッド４は、溶接部に相当する。
【００１５】
また、溶接装置１は、２つの金属板２０ａ、２０ｂをそれぞれ融点未満の温度で加熱するために、加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂ、加熱用レーザ伝搬光路７ａ、７ｂ、および加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂを備えており、レーザにより金属板２０ａ、２０ｂを加熱する。
加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂはそれぞれ、溶接用レーザ発振器２と同様の構成であるが、２つの金属板２０ａ、２０ｂをそれぞれ融点未満の温度で加熱するため、出力が溶接用レーザ発振器２よりも低い。
加熱用レーザ伝搬光路７ａ、７ｂはそれぞれ、溶接用レーザ伝搬光路３と同様の構成である。加熱用レーザ伝搬光路７ａは、加熱用レーザ発振器６ａと加熱用レーザヘッド８ａを接続しており、加熱用レーザ伝搬光路７ｂは、加熱用レーザ発振器６ｂと加熱用レーザヘッド８ｂを接続している。
加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂはそれぞれ、溶接用レーザヘッド４と同様の構成であり、加熱用レーザヘッド８ａは加熱用レーザ９ａを金属板２０ａへ照射し、加熱用レーザヘッド８ｂは加熱用レーザ９ｂを金属板２０ｂへ照射する。
【００１６】
加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂは、溶接用レーザヘッド４よりも進行方向前方に配置されている。また、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂは、図示しない駆動部によって移動可能であり、溶接用レーザヘッド４と同じ速度で進行方向に向かって移動する。言い換えれば、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂは、溶接用レーザヘッド４が溶接を行っている部分より溶接を終了する位置側に配置され移動していく。図１に示した例では、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂは、図１の矢印Ｂ、Ｃの方向へ移動していく。加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂはこのように構成されており、金属板２０ａ、２０ｂにおける溶接が行われている部分より溶接を終了する位置側を加熱する。
また、溶接用レーザヘッド４を進行方向側から見て、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂは、溶接用レーザヘッド４を挟むように金属板２０ａ、２０ｂ上に配置されている。すなわち、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂは、金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部よりも外側に配置されている。ここで、金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部側を内側とし、反対側の端部側を外側とする。加熱用レーザヘッド８ａはこのように構成されており、金属板２０ａにおける突き合せられた端部から、金属板２０ｂにおける突き合せられた端部とは反対方向へ離れた位置を加熱する。また、加熱用レーザヘッド８ｂは金属板２０ｂにおける突き合せられた端部から、金属板２０ａにおける突き合せられた端部とは反対方向へ離れた位置を加熱する。
加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂは、上記のように、金属板２０ａ、２０ｂにおける溶接が行われている部分より溶接を終了する位置側であり、かつ、金属板２０ａ、２０ｂにおける突き合せられた端部から離れた位置を加熱し、突き合せられた端部のうち、まだ溶接が行われていない端部と、加熱用レーザ９ａ、９ｂを照射して加熱している位置とで温度差を生じさせる。
なお、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂは、加熱部に相当する。
【００１７】
加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂはそれぞれ独立して加熱用レーザ９ａ、９ｂの出力を変更可能である。加熱用レーザ９ａ、９ｂの出力は、金属板２０ａ、２０ｂの配置状態の違いなどに伴う回転変形のしやすさによって変更することができる。回転変形しやすい金属板ほど出力を上げることで回転変形を抑制する。
【００１８】
ここで、実施の形態１では、金属板２０ａ、２０ｂは、同種の金属で構成され、厚みが略均一な長方形の金属板とする。また、金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部は、被接合部に相当する。なお、被接合部とは、金属板２０ａ、２０ｂのうち、溶接が行われる位置である。
【００１９】
以上のように構成された溶接装置１によって２つの金属板２０ａ、２０ｂの回転変形が抑制される理由を、図２から図４を用いて説明する。
図２は、加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂ、加熱用レーザ伝搬光路７ａ、７ｂ、および加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂを備えていない溶接装置（比較例）で、２つの金属板２０ａ、２０ｂの端部同士を溶接した際の様子を溶接用レーザの照射方向から見たものである。
溶接用レーザヘッド４０は、実施の形態１に係る溶接用レーザヘッド４と対応するものであり、２つの金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部に沿って図２中の矢印Ａの方向へ移動して順次溶接を行う。
溶接を開始する位置（図２では突き合せられた端部と交差する図中の下方側の端部）から順次溶接を行っていくと、まだ溶接されていない突き合せられた端部には、矢印Ｄおよび矢印Ｅの方向に力が加わる場合がある。そして、２つの金属板２０ａ、２０ｂは、互いに離れる方向に変形する。この現象を回転変形という。変形量が大きくなると、２つの金属板２０ａ、２０ｂの間のギャップが大きくなり、溶接不良が発生する可能性がある。
【００２０】
一方で、図３は、実施の形態１に係る溶接装置１で、２つの金属板２０ａ、２０ｂの端部同士を溶接した際の様子を溶接用レーザ５の照射方向から見たものである。
溶接装置１は、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂから照射される加熱用レーザ９ａ、９ｂで、溶接用レーザヘッド４の進行方向前方で、かつ、突き合せられた端部から離れた位置の金属板２０ａ、２０ｂを加熱している。金属板２０ａ、２０ｂを加熱すると、加熱している領域と突き合せられた端部とで温度差が生じ、熱応力によって矢印Ｆおよび矢印Ｇの方向に力が加わる。そして、２つの金属板２０ａ、２０ｂは、互いに近づく方向へ変形しようとする。この変形は、回転変形を生じさせる矢印Ｄおよび矢印Ｅの方向の力とは反対向きの力であり、回転変形を抑制する。そのため、実施の形態１に係る溶接装置１を用いて溶接を行った場合には、回転変形が抑制され、溶接不良が発生する可能性が低減される。
【００２１】
ここで、金属板２０ａ、２０ｂを加熱することによって金属板２０ａ、２０ｂに回転変形とは反対向きに変形しようとする力が発生する理由は、次のように考えられる。
図４（ａ）は、領域２２ａの内部が加熱用レーザ９ａによって加熱されている場合における金属板２０ａに生じる各種の力を示したものである。なお、金属板２０ｂは省略しているが、図中の左側に位置する。また、ここでは、金属板２０ａについて説明するが、金属板２０ｂにおいても同様である。
領域２２ａは、加熱されているため、膨張しようとして矢印Ｈで示される方向への力が発生する。一方、加熱されている領域２２ａより内側に位置する領域２３ａは、加熱されていないため、膨張しようとはせず、領域２２ａの膨張しようとする力（矢印Ｈ）に抗するように、反対向きの矢印Ｉで示される方向の力が発生する。そして、領域２２ａでは膨張する方向に力が発生し、領域２３ａでは収縮する方向に力が発生するため、金属板２０ａには、矢印Ｆに示される方向の力が発生し、金属板２０ｂへ近づく方向へ変形しようとする。この変形が回転変形を抑制するものである。
このような矢印Ｆで示される方向の力を発生させるためには、領域２２ａが膨張し、領域２３ａが膨張しないことが必要であり、突き合せられた端部と加熱されている領域２２ａとで温度差があることが必要である。したがって、加熱用レーザヘッド８ａで加熱する位置は、金属板２０ａのうち、突き合せられた端部から離れた位置である。
【００２２】
また、加熱される領域２２ａの領域２３ａとは反対側にも、加熱されていない領域２４ａがある。この領域２４ａでも、領域２３ａ同様に、収縮する方向（矢印Ｊ）に力が発生する。そのため、金属板２０ａのうち、領域２４ａが位置する側は、金属板２０ｂとは反対側に変形しようとする。すなわち、金属板２０ａは、その中央部分（領域２２ａ付近）が伸びて、両側へ変形すると考えられる。しかし、金属板２０ａが両側へ変形しようとすると、回転変形を抑制する方向への変形が抑えられてしまう可能性がある。そのため、加熱用レーザヘッド８ａで加熱する位置は、金属板２０ａのうち、突き合せられた端部より、その反対側、すなわち、突き合せられた端部と対向する金属板２０ａの端部に近い位置であるほうがよい。
加熱する位置を突き合せられた端部よりその反対側の端部に近い位置とすると、金属板２０ａのＴ−Ｔ’線における温度分布は図４（ｂ）のようになる。加熱を行っている領域２２ａは最も高い温度Ｔｍａｘとなり、その周辺の温度はＴｍａｘ以下となる。また、突き合せられた端部は、その反対側の端部よりも加熱している領域２２ａから遠いので、突き合せられた端部の温度Ｔｉｎは、反対側の端部の温度Ｔｏｕｔより低くなる。したがって、領域２２ａとの温度差は、金属板２０ｂ側の端部のほうが大きくなり、金属板２０ａが金属板２０ｂ側へ変形しようとする力のほうが、反対側へ変形しようとする力より大きくなる。よって、加熱する位置を突き合せられた端部よりその反対側の端部に近い位置とすることで、より確実に回転変形を抑制することができる。
【００２３】
次に、溶接装置１を用いて２つの金属板２０ａ、２０ｂを溶接する溶接方法について説明する。
（突き合わせステップ）
まず、２つの金属板２０ａ、２０ｂの端部（被接合部）を突き合わせて、溶接台（不図示）へ配置する。
（溶接ステップ）
次に、溶接用レーザヘッド４を２つの金属板２０ａ、２０ｂにおける溶接を開始する位置上に配置し、溶接用レーザ発振器２を稼働させ、金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部に溶接用レーザ５を照射する。そして、溶接用レーザヘッド４を金属板２０ａ、２０ｂの端部が突き合せられた部分に沿って溶接を終了する位置まで移動させて、２つの金属板２０ａ、２０ｂの端部同士を順次溶接する。
また、溶接を開始する前に、２つの金属板２０ａ、２０ｂにおける溶接を開始する位置よりも溶接を終了する位置側で、かつ、金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部よりも外側に、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂを配置する。すなわち、加熱用レーザヘッド８ａを金属板２０ａの突き合せられた端部から金属板２０ｂの端部とは反対方向へ離れた位置に配置する。加熱用レーザヘッド８ｂについても同様に金属板２０ｂ上に配置する。そして、溶接用レーザ発振器２を稼働させるのと同時に加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂを稼働させ、加熱用レーザ９ａ、９ｂを照射し、２つの金属板２０ａ、２０ｂをそれぞれ加熱する。その後、溶接用レーザヘッド４の動きと同期させて、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂを金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部と略平行に移動させ、金属板２０ａ、２０ｂにおける溶接が行われている部分より溶接を終了する位置側で、かつ突き合せられた端部から離れた位置を加熱し、突き合せられた端部と加熱された位置とで温度差を生じさせ、金属板２０ａ、２０ｂを金属板２０ａ、２０ｂが近接する方向へ変形させる。
なお、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂは、溶接が終了する前に、溶接を終了する位置側の金属板２０ａ、２０ｂの端部に到達してしまうが、到達後は、加熱用レーザ９ａ、９ｂの照射を停止する。
また、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂを配置する位置は、金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部より外側としたが、さらに、突き合せられた端部よりも反対側の端部（同じ金属板内で突き合せられた端部と対向する端部）に近い位置として、反対側の端部に近い位置を加熱するようにしてもよい。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る溶接方法および溶接装置１は、以上のように構成されており、次のような効果を奏する。
実施の形態１に係る溶接方法および溶接装置１は、２つの金属板２０ａ、２０ｂを加熱することにより、金属板２０ａ、２０ｂ同士を互いに近接する方向に変形させて、溶接を行う。よって、金属板２０ａ、２０ｂの回転変形を抑制することができ、回転変形に起因して溶接不良が発生する可能性を低減することができる。
【００２５】
加熱用レーザ９ａ、９ｂで加熱する位置に関して、溶接が行われている部分より溶接を開始する位置側を加熱しても、すでに金属板２０ａ、２０ｂは接合されてしまっているため、回転変形に抗する変形は発生しにくい。また、溶接が行われている部分は高温になっているため、加熱する領域との温度差が生じにくい。
実施の形態１に係る溶接方法および溶接装置１は、２つの金属板２０ａ、２０ｂのうち、溶接が行われている部分より溶接を終了する位置側を加熱している。そのため、金属板２０ａ、２０ｂの回転変形を効率的に抑制することが可能である。
【００２６】
実施の形態１に係る溶接方法および溶接装置１は、２つの金属板２０a、２０ｂの突き合せられた端部から離れた位置を加熱する。これにより、加熱された位置と突き合せられた端部との間で温度差が生じ、金属板２０a、２０ｂは、突き合せられた端部のほうへ屈曲するように変形する。よって、金属板２０ａ、２０ｂの回転変形を抑制することができ、回転変形に起因して溶接不良が発生する可能性を低減することができる。
【００２７】
実施の形態１に係る溶接方法および溶接装置１は、２つの金属板２０a、２０ｂの突き合せられた端部より反対側の端部に近い位置を加熱する。これにより、突き合せられた端部のほうへ屈曲する力のほうが、反対側の端部のほうへ屈曲する力より大きくなり、より突き合せられた端部のほうへ屈曲しやすくなる。よって、金属板２０ａ、２０ｂの回転変形を効率的に抑制することができ、回転変形に起因して溶接不良が発生する可能性を低減することができる。
【００２８】
実施の形態１に係る溶接方法および溶接装置１は、２つの金属板２０a、２０ｂそれぞれに対して、別の加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂを用いており、独立して出力を変更可能である。そのため、金属板２０a、２０ｂの一方だけを回転変形しないように固定できる場合など、一方の金属板をそれほど加熱する必要がない場合に、一方の金属板に対する加熱用レーザの出力を抑えることができ、金属板の熱による劣化を抑制することができる。また、加熱用レーザの出力を最適に調整できるため、製造コストを削減できる。
【００２９】
実施の形態１に係る溶接方法および溶接装置１は、金属板２０ａ、２０ｂを加熱することにより、互いに近づく方法へ変形させて溶接不良が発生する可能性を低減する。このような変形は、上述の通り、回転変形を抑制するために有効であるが、回転変形に限らず、金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられる端部の加工精度が低い場合に生じるギャップを低減する効果もある。よって、金属板２０ａ、２０ｂに対して高い加工精度は要求されず、製造コスト、工数を低減することができる、
また、熱源径の小さいレーザ溶接またはマイクロＴＩＧ溶接などでは、ギャップ管理が特に重要であるが、実施の形態１に係る溶接方法および溶接装置１は、このような熱源径の小さい溶接方法であっても、溶接不良が発生する可能性を低減することができる。
さらに、レーザ溶接は、高密度のエネルギーによって高速で溶接を行うことが可能であるが、溶接速度が速いほうが回転変形を生じやすいことが知られている。実施の形態１に係る溶接方法および溶接装置１は、回転変形を抑制することができるため、このような溶接速度が速い溶接方法においても、溶接不良が発生する可能性を低減することができる。
【００３０】
ここで、実施の形態１の溶接方法および溶接装置１の変形例および補足説明を行う。
実施の形態１では、金属板２０a、２０ｂは長方形であるとしたが、正方形であってもよい。また、突き合せられる端部とその反対側の端部は、直線状でなくてもよく、円弧状などの曲線であってもよい。このような場合であっても、突き合せられた端部から離れた位置を加熱用レーザ９ａ、９ｂで加熱することで、金属板を突き合せられた端部のほうへ変形させることができる。
【００３１】
実施の形態１では、２つの金属板２０a、２０ｂの両方を加熱用レーザ９ａ、９ｂで加熱していたが、加熱用レーザヘッドを１つにして、一方の金属板だけを加熱してもよい。加熱された一方の金属板が他方の金属板へ向かって変形するため、回転変形を抑制することができる。
【００３２】
実施の形態１では、２つの金属板２０a、２０ｂそれぞれに加熱用レーザ９ａ、９ｂを照射するために、溶接装置１は、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂを２つ備えていたが、照射する加熱用レーザを増やすために、さらに多くの加熱用レーザヘッドを備えていてもよい。また、加熱用レーザヘッドの数に合わせて、加熱用レーザ伝搬光路、加熱用レーザ発振器を追加してもよい。
【００３３】
実施の形態１では、加熱用レーザ９ａ、９ｂで加熱する位置を、突き合せられた端部から離れた位置、あるいは、反対側の端部に近い位置としている。これらの位置は、加熱用レーザ９ａ、９ｂの中心、すなわち、最も金属板２０ａ、２０ｂが加熱される点を基準に定める。
【００３４】
実施の形態１では、金属板２０ａ、２０ｂの突き合せられた端部を被接合部としていたが、金属板２０ａ、２０ｂの端部をそれぞれプレス加工などで屈曲させて、端部に沿って屈曲した部分を被接合部として、屈曲した部分（屈曲部）同士を突き合わせて溶接してもよい。
【００３５】
実施の形態１の溶接方法および溶接装置１は、レーザ溶接に関するものであるが、アーク溶接などの別の溶接方法に適用することができる。別の溶接方法であっても、回転変形は生じる可能性があり、実施の形態１の溶接方法および溶接装置１を用いることで、回転変形を抑制することができる。アーク溶接の場合、アークトーチが溶接部に相当する。
また、金属板２０ａ、２０ｂを加熱するために加熱用レーザ９ａ、９ｂを用いたが、加熱する方法についてもレーザでなくてもよく、加熱用アークトーチなどを用いてもよい。この場合、加熱用アークトーチが加熱部に相当する。
このように溶接用の熱源または加熱用の熱源にアークを用いると、アルミニウムなどのレーザに対して高反射率の材料であっても効率的に溶接、加熱を行うことができる。
【００３６】
実施の形態１では、金属板２０ａ、２０ｂは、同種の金属としたが、異種の金属であってもよい。この場合、金属板２０ａ、２０ｂは、回転変形の程度、または加熱による変形の程度が異なるため、同じ出力の加熱用レーザ９ａ、９ｂを用いる必要はなく、回転変形の程度または加熱による変形の程度に応じて、加熱用レーザ９ａ、９ｂの出力を調整してもよい。実施の形態１では、それぞれの金属板２０ａ、２０ｂを加熱するための加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂが別の発振器であるため、出力の調整は容易に行える。
【００３７】
実施の形態１では、加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂが別の発振器であるため、波長の異なるレーザを照射することができる。金属板２０ａ、２０ｂが異なる金属で構成される場合、金属によって加熱用レーザ９ａ、９ｂの反射率が異なる。加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂで波長の異なるレーザを照射することで、金属板２０ａ、２０ｂごとに反射率が低くなる波長のレーザを選択して照射することができる。
【００３８】
実施の形態１では、加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂは別の発振器としたが、図５に示すように、１つの加熱用レーザ発振器６０を用いるようにしてもよい。加熱用レーザ発振器６０には、加熱用レーザ伝搬光路７ａ、７ｂが接続されており、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂそれぞれにレーザを出力することができる。
【００３９】
図６に示されるように、実施の形態１の溶接装置１の構成に、シールドガス噴出器１０を追加してもよい。シールドガス噴出器１０は、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性なシールドガスを噴出するものであり、溶接用レーザヘッド４の進行方向後方側に噴出口が配置されるように、溶接用レーザヘッド４に固定されている。そして、シールドガス噴出器１０は、溶接ステップを行う際に、シールドガスを溶接が行われた部分に吹き付ける。これによって、溶接が行われた部分に酸化被膜などが形成されることによる金属板２０ａ、２０ｂの接合強度の低下を抑制できる。
【００４０】
実施の形態１では、加熱用レーザ９ａ、９ｂで金属板２０ａ、２０ｂの一部の領域を加熱している。加熱する温度は、金属板２０ａ、２０ｂが溶融してしまっては、熱応力が発生しないため、融点未満の温度である。また、加熱する領域の温度変化量が大きいほど、当該領域の膨張量は大きくなり、熱応力が大きくなるので、加熱する温度は高いほうが好ましい。加熱する温度が高いほうが端部との温度差が大きくなり、大きく変形するので、回転変形を抑制しやすい。
また、加熱する領域は広いほうが、突き合せられた端部に向かって変形する力が大きくなるので、加熱する領域は広いほうが好ましい。特に、突き合せられた端部と離れた位置から反対側の端部まで加熱することで、反対側の端部へ向かって変形する力は小さくなるので、突き合せられた端部とは離れた位置から反対側の端部までを加熱してもよい。
【００４１】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１、その変形例および補足説明で説明した構成、動作および効果と同様の部分については説明を省略し、異なる部分について以下に説明する。
実施の形態１では、２つの金属板２０ａ、２０ｂを突き合わせて溶接する溶接方法および溶接装置１について説明したが、実施の形態２では、１つの金属板を円筒状に変形させ、１つの金属板に含まれる一方の端部と他方の端部を突き合わせて溶接を行う溶接方法および溶接装置について説明する。また、実施の形態２では、金属板を溶接して給湯器用タンクを製造する方法について説明する。
【００４２】
図７は、実施の形態２で溶接する金属板２０ｃを示す概略図である。金属板２０ｃは、長方形または正方形の１つの金属板を板金加工などで湾曲させ、円筒状に成形したものである。１つの金属板は、一方の端部と他方の端部が近接しており、その間にはギャップ２５が形成されている。
なお、金属板２０ｃは、給湯器用タンクの側面を構成するための部材である。
【００４３】
金属板２０ｃは、次のように溶接され、給湯器用タンクが製造される。
（突き合わせステップ）
まず、１つの金属板を板金加工により変形させ、金属板の一方の端部と他方の端部を近接させて円筒状の金属板２０ｃを成形する。そして、円筒状の金属板２０ｃを溶接台に配置する。
（溶接ステップ）
次に、実施の形態１の溶接装置１を用いて、溶接用レーザヘッド４を金属板２０ｃにおける溶接を開始する位置上に配置し、溶接用レーザ発振器２を稼働させ、金属板２０ｃの突き合せられた端部に溶接用レーザ５を照射する。そして、溶接用レーザヘッド４を金属板２０ｃの突き合せられた端部に沿って溶接を終了する位置まで移動させて、金属板２０ｃの端部同士を順次溶接する。
なお、実施の形態２において、溶接を開始する位置は、円筒状の金属板２０ｃの軸方向に位置する端部であり、溶接を終了する位置は、円筒状の金属板２０ｃの軸方向に位置する反対側の端部である。すなわち、溶接は、円筒状の金属板２０ｃの軸方向に沿って行われる。
溶接を開始する前に、金属板２０ｃにおける溶接を開始する位置よりも溶接を終了する位置側であり、かつ、突き合せられた端部より外側に加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂを配置する。そして、溶接用レーザ発振器２を稼働させるのと同時に加熱用レーザ発振器６ａ、６ｂを稼働させ、加熱用レーザ９ａ、９ｂを照射する。その後、溶接用レーザヘッド４の動きと同期させて、加熱用レーザヘッド８ａ、８ｂを金属板２０ｃの突き合せられた端部（すなわちギャップ２５）と略平行に移動させ、金属板２０ｃにおける溶接が行われている部分より溶接を終了する位置側であり、かつ、突き合せられた端部より外側の位置を加熱し、突き合せられた端部と加熱された位置とで温度差を生じさせ、金属板２０ｃの突き合せられた端部同士を互いに近接する方向へ変形させる。
【００４４】
ここで、加熱用レーザ９ａ、９ｂを照射する位置は、実施の形態１同様、突き合せられた端部から離れた位置である。実施の形態１では、加熱用レーザ９ａ、９ｂを照射する位置を、突き合せられた端部より反対側の端部に近い位置とすることについても述べたが、実施の形態２の金属板２０ｃは１つの金属板なので、この例は考慮しなくてもよい。金属板２０ｃは、円筒状であるため、突き合せられた一方の端部とは反対方向へ向かう変形は、突き合せられた他方の端部側でも生じ、打ち消しあうからである。
【００４５】
また、給湯器用タンクを製造するため、引き続き、次のステップが行われる。
（組み立てステップ）
溶接された円筒状の金属板２０ｃは、軸方向両端が閉鎖されていないので、両端を閉鎖するために、２つの円形状の金属板をはめ込み、金属板２０ｃと接合する。接合方法は、溶接、接着材による接着など公知の方法で行う。
（穴あけステップ）
組み立てステップで形成された内部が中空の円筒状の部材に、タンク内に液体を流入させる、または液体を流出させるためのパイプを接続する開口を設ける。この開口は、タンクの内部と外部とを連通するものである。開口を設ける方法は、パンチ加工、レーザ加工などの公知の方法で行う。
以上のようにして、給湯器用タンクを製造する。
【００４６】
本発明の実施の形態２に係る溶接方法、溶接装置１および給湯器用タンクの製造方法は、以上のように構成されており、次のような効果を奏する。
実施の形態２に係る溶接方法、溶接装置１は、１つの金属板２０ｃを溶接する場合であっても、実施の形態１と同様の効果を奏する。
また、給湯器用タンクの製造方法は、回転変形を抑制して溶接不良が発生する可能性を低減することで、強度の高いタンクを製造することができる。
【００４７】
ここで、実施の形態２の溶接方法、溶接装置１および給湯器用タンクの製造方法の変形例および補足説明を行う。
実施の形態２では、２つの加熱用レーザ９ａ、９ｂを金属板２０ｃに照射していたが、１つの加熱用レーザを照射するようにしてもよい。金属板２０ｃは、円筒状であるため、突き合せられた一方の端部と他方の端部はつながっており、一か所を加熱するだけで、一方の端部と他方の端部両方を近接する方向に変形させることができる。
また、一か所だけ加熱する場合、加熱する位置は、一方および他方の端部から離れた位置にする必要はなく、いずれかの端部を加熱してもよい。加熱された端部には温度差が生じないため、変形は起こらないが、突き合せられた一方の端部と他方の端部はつながっているため、加熱されていない端部に向かって変形は生じるからである。
【００４８】
実施の形態２では、給湯器用タンクの製造方法について示したが、この製造方法を用いて、ガスタンクまたはオイルタンクなど、気体、液体、または固体を貯蔵または輸送するためのタンクを製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の溶接方法、溶接装置は、給湯器用タンクなどの金属板で構成される部材を製造するために利用することができる。また、本発明のタンクは、給湯器に用いるタンクとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  溶接装置、２  溶接用レーザ発振器、３  溶接用レーザ伝搬光路、４  溶接用レーザヘッド、５  溶接用レーザ、６  加熱用レーザ発振器、７  加熱用レーザ伝搬光路、８加熱用レーザヘッド、９  加熱用レーザ、１０  シールドガス噴出器、２０  金属板、２１  溶接ビート、２２〜２４  領域、４０  溶接用レーザヘッド（比較例）、６０  加熱用レーザ発振器
【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】
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