(57)【要約】【課題】シールガスを使用することなく酸化皮膜を減少し得るレーザ溶接技術に関し、シールガスの使用によって生じるコストアップおよび溶接作業の作業効率の低下を防止し得るレーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および溶接部材を提供する。【解決手段】レーザ溶接方法は、シールガスを使用せずにレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、鋼板３００、３１０の溶接軌跡に沿ってレーザを照射することによって鋼板を溶融させて溶接部を形成する第１の照射工程と、第１の照射工程において鋼板に付与された熱量より小さい熱量を付与するレーザを溶接部に対して照射し、溶接部に形成された酸化皮膜を減少させる第２の照射工程と、を有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールガスを使用せずにレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、
溶接部材の溶接軌跡に沿ってレーザを照射することによって前記溶接部材を溶融させて溶接部を形成する第１の照射工程と、
前記第１の照射工程において前記溶接部材に付与された熱量より小さい熱量を付与するレーザを前記溶接部に対して照射し、前記溶接部に形成された酸化皮膜を減少させる第２の照射工程と、を有するレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記レーザは、光学スキャナによって前記溶接軌跡に沿って走査される請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記第１の照射工程は、複数の前記溶接部を形成し、
前記第２の照射工程は、前記複数の溶接部のうち前記酸化皮膜が形成された溶接部から順にレーザを照射する請求項１または請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記第２の照射工程において前記溶接部に付与する熱量の調整は、レーザの出力エネルギーを一定にした状態で調整する調整手段によって行われる請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記調整手段は、前記第２のレーザの走査速度を変化させてなる請求項４に記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記調整手段は、前記第２のレーザをデフォーカスさせてなる請求項４に記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
前記第２の照射工程の後、前記第２の照射工程において付与した熱量を超えない熱量を付与するレーザをさらに照射することによって、残存した前記酸化皮膜を減少させる第３の照射工程を有する請求項１〜６に記載のレーザ溶接方法。
【請求項８】
シールガスを使用せずにレーザ溶接を行うレーザ溶接装置であって、
溶接部材を溶融させて溶接部を形成するレーザを照射した後、前記溶接部に形成された酸化皮膜を減少させるために前記溶接部材に付与された熱量より小さい熱量を前記溶接部に対して付与するレーザの照射を行うレーザ加工ヘッドを有するレーザ溶接装置。
【請求項９】
シールガスを使用せずにレーザ溶接された溶接部材であって、
溶接部材の溶接軌跡に沿って照射されたレーザによって前記溶接部材が溶融した溶接部が形成され、前記溶接部材に付与された熱量より小さい熱量を付与するレーザが前記溶接部に対して照射されることによって前記溶接部に形成された酸化皮膜が減少された溶接部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および溶接部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接方法は、レーザを照射することによって溶接部材が溶融した溶接部を形成させている。溶接部は周囲の酸素を取り込みつつ冷却する。溶接部が取り込んだ酸素によって溶接部の表面部分には酸化皮膜が形成される。酸化皮膜が形成されることによって溶接後に塗布される塗膜の密着性が低減し、製品の外観品質の低下が生じる。
【０００３】
酸化皮膜が形成されることを防止するために、例えば、溶接部材にシールガスを吹き付けながらレーザ溶接を行う方法が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２１２６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の方法にあっては、シールガスの使用やシールガスを吹き付けるための設備投資によって溶接作業の経済性が低下するとともにシールガスの吹き付け作業に伴う溶接作業の煩雑化が生じる。
【０００５】
本発明は、シールガスを使用することなく酸化皮膜を減少し得るレーザ溶接技術に関し、シールガスの使用によって生じるコストアップおよび溶接作業の作業効率の低下を防止し得るレーザ溶接方法、レーザ溶接装置、および溶接部材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】
【０００６】
本発明は、シールガスを使用せずにレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、
溶接部材の溶接軌跡に沿ってレーザを照射することによって前記溶接部材を溶融させて溶接部を形成する第１の照射工程と、
前記第１の照射工程において前記溶接部材に付与された熱量より小さい熱量を付与するレーザを前記溶接部に対して照射し、前記溶接部に形成された酸化皮膜を減少させる第２の照射工程と、を有するレーザ溶接方法である。
【０００７】
また、本発明は、シールガスを使用せずにレーザ溶接を行うレーザ溶接装置であって、
溶接部材を溶融させて溶接部を形成するレーザを照射した後、前記溶接部に形成された酸化皮膜を減少させるために前記溶接部材に付与された熱量より小さい熱量を前記溶接部に対して付与するレーザの照射を行うレーザ加工ヘッドを有するレーザ溶接装置である。
【０００８】
さらに、本発明は、シールガスを使用せずにレーザ溶接された溶接部材であって、
溶接部材の溶接軌跡に沿って照射されたレーザによって前記溶接部材が溶融した溶接部が形成され、前記溶接部材に付与された熱量より小さい熱量を付与するレーザが前記溶接部に対して照射されることによって前記溶接部に形成された酸化皮膜が減少された溶接部材である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シールガスを使用することなく酸化皮膜を減少し得るレーザ溶接技術をもって、シールガスの使用によって生じるコストアップおよび溶接作業の作業効率の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、図１〜図６を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るレーザ溶接装置２００を簡略化して示す図である。図２は、レーザ溶接装置のレーザ加工ヘッド２２０を拡大して示す図である。図３は、制御装置２３０および制御装置２３０によるレーザ溶接装置２００の制御手順を説明するための図である。図４および図５はそれぞれ、本実施形態のレーザ溶接方法を説明するための斜視図とともにレーザ照射後における溶接部３３０の断面を示す図である。なお、理解の容易のため、酸化皮膜は誇張して図示してある。
【００１２】
本実施形態にあっては、２枚の鋼板３００、３１０の溶接に本発明のレーザ溶接方法を適用している。
【００１３】
本実施形態における塗膜とは、例えば、溶接作業後に溶接部材に塗布される車両用の塗料などが挙げられる。
【００１４】
図１〜５を参照して、本実施形態のレーザ溶接装置２００を概説すれば、レーザ溶接装置２００は、シールガスを使用せずにレーザ溶接を行うレーザ溶接装置であって、鋼板３００、３１０（溶接部材に相当する）を溶融させて溶接部３３０を形成するレーザＬ１を照射した後、溶接部３３０に形成された酸化皮膜３４０を減少させるために鋼板３００、３１０に付与された熱量より小さい熱量を溶接部３３０に対して付与するレーザＬ２の照射を行うレーザ加工ヘッド２２０を有している。さらに、レーザ溶接装置２００は、レーザを出力するレーザ発振器２５０と、レーザ発振器２５０から出力されたレーザをレーザ加工ヘッド２２０へ伝達する光ファイバ２４０と、先端部に設けられたレーザ加工ヘッド２２０を移動させるロボット２１０と、レーザ溶接装置２００の各種の動作制御を行う制御装置２３０（調整手段に相当する）と、を有している。レーザ加工ヘッド２２０は、光ファイバ２４０から伝達されたレーザを任意の方向へ走査する光学スキャナ装置１４０（光学スキャナに相当する）を備えている。溶接部３３０を形成するためのレーザＬ１および酸化皮膜３４０を減少させるためのレーザＬ２はそれぞれ、光学スキャナ装置１４０によって定められた溶接軌跡３２０に沿って走査される。
【００１５】
第２の照射工程において、レーザが溶接部３３０に付与する熱量の調整は、レーザの出力エネルギーを一定にした状態で調整する調整手段によって行われる。調整手段は、レーザの走査速度を変化させる方法やレーザをデフォーカスして照射する方法によって、鋼板３００、３１０に付与する熱量を調整する。調整手段は、制御装置２３０による光学スキャナ装置１４０の動作制御によって実現される。以下、詳述する。
【００１６】
図１を参照して、ロボット２１０は、溶接箇所に応じてレーザ加工ヘッド２２０を様々な方向へと移動させる。任意の溶接箇所にレーザが照射された後、ロボット２１０は次工程においてレーザが照射される溶接箇所近傍にレーザ加工ヘッド２２０を移動させる。レーザ加工ヘッド２２０の移動およびレーザ加工ヘッド２２０によるレーザ照射を繰り返して溶接作業が進行する。
【００１７】
レーザ発振器２５０は、レーザの出力エネルギーや照射タイミングを制御するレーザ発振器制御部２３４と、レーザを発振するレーザ発振部２５２、とを有している（図３をも参照）。照射されるレーザには例えば、ＹＡＧレーザや炭酸ガスレーザなどが用いられる。
【００１８】
図２を参照して、光学スキャナ装置１４０は、光ファイバ２４０から伝達されたレーザの焦点を定めるレンズ１４４と、回転駆動自在な駆動軸１４２を備えるモータ１４３と、入射されたレーザを照射位置へと反射する反射面を備えた光学ミラー１４１と、を有している。モータ１４３には、例えば、一般的な光学スキャナ装置に用いられるガルバノモータ等と比較して出力トルクの小さいサーボモータが用いられる。
【００１９】
レンズ１４４は、光ファイバケーブル２４０から伝達されたレーザの焦点位置を調整する。レーザの出力エネルギーを一定にした状態でレーザをデフォーカスして照射することによって、レーザ照射によって付与する熱量を調整することができる。レーザをデフォーカスして照射した場合には、レーザ径が拡大されるため、デフォーカスさせずに照射した場合と比較し、レーザを広範囲に照射することが可能となる。
【００２０】
制御装置２３０からの制御信号４５０に従って駆動軸１４２および駆動軸１４２に連結された光学ミラー１４１が回転する。光学ミラー１４１はモータ１４３が回転駆動することによって、高速回転を行うことが可能となっている。光学ミラー１４１の回転角度を制御することによって、鋼板３００、３１０上における任意の溶接軌跡に沿ってレーザが走査される。
【００２１】
光学ミラー１４１の回転速度を制御することによって、レーザの走査速度を調整することが可能になっている。レーザの出力エネルギーを一定にした状態で走査速度のみを変更させることによって、レーザ照射によって鋼板３００、３１０に付与する熱量を調整することができる。
【００２２】
溶接部は、例えば、線形形状や円形形状の溶接軌跡に沿って形成することができる。溶接開始点と溶接終了点が重ならない溶接軌跡に沿って溶接部を形成することもできる。
【００２３】
レーザをデフォーカスさせて照射する方法には、回折光学素子を用いる方法を利用することもできる。光学スキャナ装置内に回折光学素子を設けることによって、容易にレーザをデフォーカスさせて照射することが可能になる。
【００２４】
次に図３を参照して、制御装置２３０および制御装置２３０によるレーザ溶接装置２０
０の制御手順について説明する。
【００２５】
制御装置２３０は、各制御部を統合して制御する集合制御部２３１と、ロボット２１０の移動制御を行うロボット制御部２３２と、レーザ加工ヘッド２２０の動作制御を行うレーザ加工ヘッド制御部２３３と、を有している。
【００２６】
集合制御部２３１は、設定された溶接条件に応じてロボット２１０を移動させる移動制御指令４１０および各制御部を制御するための溶接条件指令４２０をロボット制御部２３２に送信する。ロボット制御部２３２は、移動制御指令４１０に従って移動制御信号４５２をロボット２１０へ送信する。ロボット２１０は移動動作によって、レーザ加工ヘッド２２０を移動させる。ロボット制御部２３２は、レーザ加工ヘッド２２０を移動させるとともに溶接条件指令４２０に基づいて動作制御指令４３０をレーザ加工ヘッド制御部２３３へ送信する。
【００２７】
ロボット制御部２３２は、レーザ加工ヘッド２２０の位置検出機能を備えており、移動させたレーザ加工ヘッド２２０の位置情報４６０を逐次、集合制御部２３１へ送信する。溶接作業の際、集合制御部２３１は位置情報４６０に基づいてレーザ加工ヘッド２２０の配置を修正する移動制御指令４１０をロボット制御部２３２に送信する。
【００２８】
レーザ加工ヘッド制御部２３３は、ロボット制御部２３２から送信された動作制御指令４３０に従って動作制御信号４５３をレーザ加工ヘッド２２０へ送信する。動作制御信号４５３に従ってレーザ加工ヘッド２２０内に設けられた光学スキャナ装置１４０の動作が制御される。
【００２９】
溶接作業の際、レーザ加工ヘッド２２０の動作情報４７０は集合制御部２３１に送信される。集合制御部２３１は、動作情報４７０に基づいた動作制御指令４３０をレーザ加工ヘッド制御部２３３へ送信し、レーザの走査速度および溶接軌跡を調整する。
【００３０】
レーザ加工ヘッド制御部２３３は、動作制御指令４３０に基づいてレーザ発振器制御部２３４へ出力制御指令４４０を送信する。レーザ発振器制御部２３４は、出力制御指令４４０に応じたレーザ発振指令信号４５４をレーザ発振部２５２に送信する。レーザ発振部２５２は、レーザ発振指令信号４５４に従ってレーザを出力する。出力されたレーザは、光ファイバ２４０を介して、レーザ加工ヘッド２２０から照射される。
【００３１】
溶接の際、集合制御部２３１がレーザ発振器制御部２３４に対して出力制御指令４４０を直接送信することによって、レーザの出力を調整させることも可能になっている。
【００３２】
次に作用について説明する。
【００３３】
図４を参照して、鋼板３００、３１０上の溶接軌跡３２０に沿ってレーザＬ１を照射することによって、鋼板３００、３１０を溶融させて溶接部３３０を形成する第１の照射工程を行う。溶接は、溶接開始点３２１および溶接終了点３２２が連続してなる線形形状の溶接軌跡３２０に沿って行われる。なお、図４および図５において、第１の照射工程におけるレーザＬ１の照射を実線で示し、第２の照射工程におけるレーザＬ２の照射を破線で示す。以下、各図において、厚さ寸法ｔ１（断面図中における上下方向の寸法）は、第１の照射工程後における酸化皮膜３４０の厚さ寸法を示し、厚さ寸法ｔ２は、レーザ照射によって減少された酸化皮膜３４０の厚さ寸法を示す。
【００３４】
第１の照射工程では、レーザＬ１の出力エネルギーを一定にした状態でレーザ照射を行う。レーザＬ１は、鋼板３００、３１０を溶融することが可能な熱量、つまり、一般的なレーザ溶接において溶接部材に付与する熱量と同程度の熱量を付与する。
【００３５】
レーザＬ１が照射された鋼板３００、３１０は、溶融し、溶接軌跡３２０に沿って溶接部３３０を形成する。光学スキャナ装置１４０を用いてレーザＬ１を走査しているため、溶接軌跡３２０が複雑な形状を有している場合であっても容易に、かつ、正確に溶接軌跡３２０に沿ってレーザＬ１を照射することができる。
【００３６】
第１の照射工程後、溶接部３３０は周囲の酸素を取り込みつつ徐々に冷却されて凝固する。溶接部３３０が取り込んだ酸素によって酸化皮膜３４０が形成される。レーザＬ１の照射後、酸化皮膜３４０は時間の経過とともに溶接部３３０の表面部分を覆うようにして成長する。溶接部３３０の凝固とともに酸化皮膜３４０の成長も次第に止まる。
【００３７】
溶接部３３０が取り込む酸素の量は、溶接部３３０が凝固するまでに要する時間に比例して増加する。一方、鋼板３００、３１０に付与される単位体積当たりの熱量が多いほど、溶接部３３０が凝固するまでに多くの時間が必要となる。レーザＬ１が付与する熱量の増加に伴って、溶接部３３０は、酸化皮膜３４０を成長させる温度域により長い時間保持されることになる。その結果、酸化皮膜３４０は、より大きな厚さ寸法ｔ１に形成される。
【００３８】
図５を参照して、次に、酸化皮膜３４０が形成された状態で鋼板３００、３１０に付与された熱量より小さい熱量を付与するレーザＬ２を溶接部３３０に対して照射し、溶接部３３０に形成された酸化皮膜３４０を減少させる第２の照射工程を行う。第２の照射工程は、第１の照射工程と同様に溶接開始点３２１から溶接終了点３２２に至る溶接軌跡３２０に沿ってレーザＬ２を照射する。
【００３９】
第２の照射工程にあっては、第１の照射工程において形成された溶接部３３０が凝固し、酸化皮膜３４０の成長が止まった状態でレーザＬ２を照射する。
【００４０】
ここで、凝固された溶接部全体が溶融する熱量を付与した場合には、溶接部が周囲の酸素を取り込み始め、再び酸化皮膜の成長が開始されてしまう。その結果、効率的に酸化皮膜を減少させることが困難になる。
【００４１】
そこで、第２の照射工程では、「第１の照射工程において溶接部材に付与された熱量より小さい熱量」として、酸化皮膜３４０を溶融するのに十分であり、かつ、溶接部３３０全体が溶融することのない熱量を溶接部３３０に付与する。溶接部３３０には、酸化皮膜３４０を溶融させる熱量のみが付与されるため、酸化皮膜３４０が再び成長する温度域に保持される時間が極めて短くなる。第２の照射工程後、酸化皮膜３４０が再び成長を開始する前に溶接部３３０は凝固する。
【００４２】
第２の照射工程によって酸化皮膜３４０は溶融し、酸素が周囲へ放出される。酸化皮膜３４０の酸素の放出によって酸化皮膜３４０が減少する。
【００４３】
第２の照射工程を行うことによって、シールガスを使用せずに溶接部３３０に形成された酸化皮膜３４０を減少させることができる。酸化皮膜３４０が減少するため、溶接後に塗布される塗膜の密着性が低減することを防止でき、製品の外観品質の低下を防止することができる。シールガスの使用によって生じるコストアップおよび溶接作業の作業効率の低下を防止することができる。
【００４４】
第２の照射工程にあっては、第１の照射工程とレーザの出力条件を一定にし、レーザＬ２の走査速度のみを速めることによって、溶接部３３０に付与する熱量を調整する。溶接部３３０に付与する熱量を容易に調整することができ、レーザＬ２の出力エネルギーの制御作業を簡略化することができる。さらに、第２の照射工程におけるレーザＬ２の走査速度を速めることができるため、第２の照射工程を行なう場合であっても、溶接作業の作業効率の低下を最小に抑えることができる。
【００４５】
第２の照射工程においても光学スキャナ装置１４０を用いてレーザＬ２を走査しているため、第１の照射工程で走査された溶接軌跡３２０に沿って容易に、かつ、正確にレーザＬ２を照射することができ、酸化皮膜３４０を効率的に減少させることができる。さらに、光学スキャナ装置１４０を用いることによって、第１の照射工程終了後、ロボット２１０を移動させずに第２の照射工程を行うことができ、溶接作業に要する時間を短縮することができる。
【００４６】
溶接作業の際、光学ミラー１４１を回転させつつレーザ加工ヘッド２２０を移動させてレーザを照射することも可能である。なお、レーザ照射によって付与する熱量は、レーザの出力エネルギーを直接変更させて調整することも可能である。
【００４７】
（変形例）
図６を参照して、第２の照射工程においてレーザＬ２の出力エネルギーを一定にした状態でレーザＬ２をデフォーカスして照射することによって、溶接部３３０に付与する熱量を調整することができる。レーザＬ２の出力エネルギーの制御を簡略化することができ、溶接作業の作業効率を高めることができる。さらに、レーザ径が拡大されるため、デフォーカスさせずに照射した場合と比較してレーザを広範囲に照射することができ、溶接部３３０周辺に拡大して形成された酸化皮膜３４０を効率的に減少させることができる。
【００４８】
上述したように、本実施形態のレーザ溶接方法は、シールガスを使用せずにレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、鋼板３００、３１０の溶接軌跡３２０に沿ってレーザＬ１を照射することによって、鋼板３００、３１０を溶融させて溶接部３３０を形成する第１の照射工程と、第１の照射工程において鋼板３００、３１０に付与された熱量より小さい熱量を付与するレーザＬ２を溶接部３３０に対して照射し、溶接部３３０に形成された酸化皮膜３４０を減少させる第２の照射工程と、を有しており、第２の照射工程を行うことによって、シールガスを使用せずに酸化皮膜３４０を減少させることができる。酸化皮膜３４０が減少するため、溶接後に塗布される塗膜の密着性が低減することを防止でき、製品の外観品質が低下することを防止できる。シールガスの使用によって生じるコストアップおよび溶接作業の作業効率の低下を防止することができる。
【００４９】
光学スキャナ装置１４０を用いてレーザを走査しているため、溶接軌跡３２０が複雑な形状を有している場合であっても容易に、かつ、正確に溶接軌跡３２０に沿ってレーザを照射することができる。第２の照射工程において、第１の照射工程で走査された溶接軌跡３２０に沿って容易に、かつ、正確にレーザＬ２を照射することができ、酸化皮膜３４０を効率的に減少させることができる。さらに、光学スキャナ装置１４０を用いることによって第１の照射工程終了後、ロボット２１０を移動させずに第２の照射工程を行うことができ、溶接作業に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
調整手段は、レーザの出力エネルギーを一定にした状態で溶接部３３０に付与する熱量を容易に調整することができる。そのため、レーザの出力エネルギーの制御を簡略化することができ、第２の照射工程における作業効率を高めることができる。
【００５１】
レーザの出力エネルギーを一定にした状態でレーザの走査速度のみを速めることによって、溶接部３３０に付与する熱量を容易に調整することができ、レーザの出力エネルギーの制御を簡略化することができる。さらに、第２の照射工程におけるレーザＬ２の走査速度を速めることができるため、第２の照射工程を行なう場合であっても、溶接作業の作業効率の低下を最小に抑えることができる。
【００５２】
レーザの出力エネルギーを一定にした状態でレーザをデフォーカスして照射することによって、溶接部３３０に付与する熱量を容易に調整することができ、レーザの出力エネルギーの制御を簡略化することができる。さらに、第２の照射工程においてレーザＬ２をデフォーカスして照射した場合には、レーザ径が拡大されるため、デフォーカスさせずに照射した場合と比較して広範囲にレーザを照射することができる。そのため、溶接部３３０周辺に拡大して形成された酸化皮膜３４０を効率的に減少させることができる。
【００５３】
シールガスを使用せずにレーザ溶接された鋼板３００、３１０であって、鋼板３００、３１０の溶接軌跡３２０に沿って照射されたレーザＬ１によって、鋼板３００、３１０が溶融した溶接部３３０が形成され、鋼板３００、３１０に付与された熱量より小さい熱量を付与するレーザＬ２が溶接部３３０に対して照射されることによって、溶接部３３０に形成された酸化皮膜３４０を減少させることができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態におけるレーザ溶接方法を説明するための斜視図である。図１〜６に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は一部省略する。
【００５５】
第２の実施形態におけるレーザ溶接方法は、第１の照射工程においてそれぞれが独立している複数の溶接部３３６を形成する。各溶接部３３１〜３３５は、溶接開始点３２１から溶接終了点３２２に至る円形形状の溶接軌跡３２０に沿って形成される。
【００５６】
図示例にあっては、レーザ加工ヘッド２２０を停止した状態において、レーザを照射することが可能な範囲にある照射領域３５０に第１〜第５の溶接部３３１〜３３５を形成している。
【００５７】
第１の照射工程では、最初に第１の溶接部３３１を形成し、順に第２の溶接部３３２〜第５の溶接部３３５を形成する。各溶接部３３１〜３３５が形成された順番に従って、酸化皮膜３４０がそれぞれ形成される。
【００５８】
第２の照射工程では、第１の照射工程で形成された複数の溶接部３３６のうち、酸化皮膜３４０が形成された順に、つまり、溶接部３３１〜３３５の順にレーザを照射する。
【００５９】
第２の照射工程は、第２の照射工程において付与する熱量によって、酸化皮膜の成長が開始されることを防ぐために、溶接部３３０が冷却して凝固された状態で行われるのが望ましい。そのため、第１の照射工程の後、第２の照射工程を開始する際、溶接部３３０の冷却を待つ待機時間が必要となる場合がある。
【００６０】
本実施形態にあっては、第５の溶接部３３５が形成された後に、第１の溶接部３３１に対して第２の照射工程を行うため、溶接部が冷却するまでの待機時間を短縮することができる。そのため、第２の照射工程を行う場合であっても、溶接作業の作業効率の低下をより抑えることができる。
【００６１】
第２の照射工程の後、他の溶接領域３６０近傍へレーザ加工ヘッド２２０を移動させて、同様の手順によって溶接作業を行う。
【００６２】
光学スキャナ装置１４０を用いてレーザを走査しているため、溶接領域３５０内においては、レーザ加工ヘッド２２０を移動させずに光学ミラー１４１の簡易な操作によって第１の照射工程、および第２の照射工程を行うことができる。そのため、複数の溶接部３３６を形成する場合であっても溶接作業の作業効率が低下することを防止できる。
【００６３】
（第３の実施形態）
図８〜１０は、第３の実施形態におけるレーザ溶接方法を説明するための斜視図とともに溶接部３３０の断面を示す図である。図１〜７に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は一部省略する。
【００６４】
第３の実施形態におけるレーザ溶接方法は、第２の照射工程の後、第２の照射工程において付与した熱量を超えない熱量を付与するレーザをさらに照射することによって、残存した酸化皮膜を減少させる第３の照射工程を有している。
【００６５】
円形形状の溶接軌跡に沿って溶接を行う場合にあっては、溶接部の内周近傍部分では、外周近傍部分よりも熱が放出され難くなっており、溶接部から内周近傍部分に拡大した酸化皮膜の拡大部が形成されることがある。拡大部は、溶接軌跡に沿ってレーザを照射する第２の照射工程によっては減少されず、溶接部近傍に残存し、塗膜の密着性を低減させる。
【００６６】
そこで、第３の実施形態にあっては、レーザを照射して残存した酸化皮膜を減少させる第３の照射工程をさらに行う。
【００６７】
第３の実施形態においては、溶接開始点３２１から溶接終了点３２２に至る円形形状の溶接軌跡３２０に沿って第１の照射工程、および第２の照射工程を行う。第３の照射工程は、溶接部３３０の内周近傍部分に沿う溶接軌跡３２０ａに沿ってレーザを照射する。なお、図８〜１０において、第１の照射工程におけるレーザＬ１の照射を実線で示し、第２の照射工程におけるレーザＬ２の照射を破線で示し、第３の照射工程におけるレーザＬ３の照射を一点鎖線で示す。
【００６８】
図８を参照して、第１の照射工程の後、溶接部３３０の内周近傍部には、酸化皮膜の拡大部３４１が形成される。
【００６９】
図９を参照して、第２の照射工程において、溶接軌跡３２０に沿ってレーザＬ２を照射する。溶接軌跡３２０上に形成された酸化皮膜３４０は、レーザＬ２の照射によって減少されるが、酸化皮膜の拡大部３４１は減少されず、残存した状態となる。
【００７０】
図１０を参照して、残存した酸化皮膜３４１に対してレーザＬ３を照射する第３の照射工程を行う。第３の照射工程にあっては、「第２の照射工程において付与した熱量を超えない熱量」として、残存した酸化皮膜３４１を減少させることができ、かつ、溶接部３３０全体および鋼板３００、３１０が溶融しない熱量を付与する。第３の照射工程において、照射されたレーザＬ３によって、残存した酸化皮膜が減少する。
【００７１】
第２の照射工程の後、さらに第３の照射工程を行うことによって、第２の照射工程において減少されずに残存した酸化皮膜の拡大部３４１を減少させることができ、溶接後に塗布される塗膜の密着性が低減することをより防止することができる。
【００７２】
線形形状の溶接軌跡に沿って溶接を行った後、残存した酸化皮膜を減少させるために第３の照射工程を行うことも可能である。
【００７３】
第２の照射工程によって減少されずに溶接部上に残存した酸化皮膜を減少させるために、第１の照射工程および第２の照射工程と同じ溶接軌跡に沿って、さらに第３の照射工程を行うことも可能である。
【００７４】
残存した酸化皮膜を減少させるための照射工程の回数は特に限定されるものではない。例えば、第３の照射工程の後、さらに残存した酸化皮膜を減少させるための第４、第５の照射工程を行うことも可能である。
【００７５】
溶接部材には鋼板を用いているが、これに限定されるものではなく、その他の溶接部材の溶接に本発明のレーザ溶接方法を適用することも可能である。
【００７６】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施形態を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００７７】
レーザ溶接装置には、各実施例におけるレーザ出力、レーザの走査速度、溶接軌跡を予め教示した。レーザ溶接は、重ね合わせられた状態にある板厚１．４ｍｍ、０．６５ｍｍの軟鋼板３００、３１０に対して行った。
【００７８】
図１１（Ａ）における（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第１および第２の照射工程における溶接条件を示す。図１１（Ｂ）は、実施例における溶接軌跡３２０を示す。光学スキャナ装置１４０を制御して溶接開始点３２１から溶接終了点３２２に至る線形形状の溶接軌跡３２０に沿ってレーザを照射した。
【００７９】
実施例では、レーザ発振器２５０に入力するレーザの出力エネルギーを一定にした状態で第１の照射工程におけるレーザＬ１の照射速度に対して、第２の照射工程におけるレーザＬ２の速度を速めて溶接を行った。レーザの走査速度の変化によって、鋼板３００、３１０に付与する単位体積当たりの熱量を調整した。
【００８０】
第１の照射工程は、以下の条件で行った。
【００８１】
（１）レーザ発振器に入力したレーザの出力エネルギー３６００Ｗ
（２）レーザＬ１の走査速度７０ｍｍ／ｓ
溶接開始点３２１から溶接終了点３２２に沿ってレーザＬ１を照射し、溶接部３３０を形成した。
【００８２】
次に、第１の照射工程の後、再び溶接開始点３２１から溶接終了点３２２に向けて第２の照射工程を行った。
【００８３】
第２の照射工程は、以下の条件で行った。
【００８４】
（１）レーザ発振器に入力したレーザの出力エネルギー３６００Ｗ
（２）レーザＬ２の走査速度６００ｍｍ／ｓ
第２の照射工程では、第１の照射工程とレーザＬ２の出力エネルギーを一定にし、レーザＬ２の走査速度を速めて照射した。そのため、レーザＬ２が付与する単位体積当たりの熱量は、第１の照射工程と比較して低減され、溶接部３３０全体を溶融させずに酸化皮膜３４０を溶融し、減少させることが可能となった。
【００８５】
上記の実施例とともに第２の照射工程におけるレーザＬ２の走査速度を２５０ｍｍ／ｓ〜５０００ｍｍ／ｓまで変化させてレーザ溶接を実施した。なお、その他の溶接条件は上記の実施例と同様である。以下、第２の照射工程におけるレーザＬ２が付与する熱量と第２の照射工程後における酸化皮膜の厚さ寸法との関係を説明する。
【００８６】
図１２は、第２の照射工程におけるレーザＬ２の走査速度と第２の照射工程後における酸化皮膜の厚さ寸法ｔ２との関係を示している。図中において、第１の照射工程（レーザＬ１の走査速度７０ｍｍ／ｓ）後における酸化皮膜の厚さ寸法を比較して示す。酸化皮膜の厚さ寸法は、溶接部３３０の断面に沿ってレーザの照射後に計測した。
【００８７】
図１３は、第２の照射工程におけるレーザＬ２の走査速度と第２の照射工程後における酸化皮膜３４０の減少率との関係を示している。
【００８８】
図１２および図１３を参照して、第２の照射工程におけるレーザＬ２の走査速度の増加に伴って酸化皮膜の厚さ寸法が減少することを確認できる。第２の照射工程においてレーザＬ２が６００ｍｍ／ｓ以上の速度で走査された場合、酸化皮膜の厚さ寸法の減少率はほぼ一定となる。
【００８９】
第２の照射工程を行うことによって酸化皮膜の厚さ寸法が大幅に減少することを確認できる。
【００９０】
第１の照射工程後、溶接部３３０の温度は、鉄の融点である３０００℃以上まで上昇する。第２の照射工程においてレーザＬ２を３００ｍｍ／ｓの速度で走査すると、溶接部３３０の温度は２０００℃〜３０００℃程度まで上昇する。そのため、第２の照射工程によって酸化皮膜３４０を減少させるとともに付与された熱量によって酸化皮膜３４０の成長が生じ得る。
【００９１】
一方、第２の照射工程においてレーザＬ２を６００ｍｍ／ｓ以上の速度で走査した場合、溶接部３３０の温度は１６６０℃〜２０００℃程度まで上昇する。レーザＬ２を３００ｍｍ／ｓの速度で走査した場合と比較して、溶接部３３０の温度上昇を抑制することができ、第２の照射工程によって酸化皮膜３４０が成長することを防止できる。そのため、酸化皮膜３４０をより効率的に減少させることが可能となる。
【００９２】
酸化皮膜を減少させるために十分な熱量を付与することが可能な範囲内において、レーザの走査速度を速めることによって、第２の照射工程を行なう場合であっても溶接作業の作業効率の低下を最小に抑えることができる。
【００９３】
（実施例２）
以下、本発明の第３の実施形態を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００９４】
レーザ溶接装置には、各実施例におけるレーザ出力、レーザの走査速度、溶接軌跡を予め教示した。レーザ溶接は、重ね合わせられた状態にある板厚１．４ｍｍ、０．６５ｍｍの軟鋼板３００、３１０に対して行った。
【００９５】
図１４における（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、第１〜第３の照射工程における溶接条件を示す。図１５における（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、第１〜第３の照射工程における溶接軌跡３２０とともに溶接部３３０を示す。
【００９６】
第１の照射工程は、以下の条件で行った。
【００９７】
（１）レーザ発振器に入力したレーザの出力エネルギー３６００Ｗ
（２）レーザＬ１の走査速度７０ｍｍ／ｓ
（３）６．５ｍｍの内径を有する円形形状の溶接軌跡３２０を描くようにレーザＬ１を照射した。
【００９８】
第２の照射工程は、以下の条件で行った。
【００９９】
（１）レーザ発振器に入力したレーザの出力エネルギー３６００Ｗ
（２）レーザＬ２の走査速度６００ｍｍ／ｓ
（３）第１の照射工程によって形成した溶接部３３０に沿ってレーザＬ２を照射した。
【０１００】
第３の照射工程は、以下の条件で行った。
【０１０１】
（１）レーザ発振器に入力したレーザの出力エネルギー３６００Ｗ
（２）レーザＬ３の走査速度６００ｍｍ／ｓ
（３）６．０ｍｍの内径を有する円形形状の溶接軌跡３２０を描くようにレーザＬ３を照射した。
【０１０２】
以上のような溶接条件に従って第１〜第３の照射工程を行った。溶接部に形成された酸化皮膜および第２の照射工程によって減少されずに残存した酸化皮膜の拡大部を減少させることができ、より塗膜の密着性が低減することを防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本実施形態に係るレーザ溶接装置を簡略化して示す図である。
【図２】レーザ溶接装置のレーザ加工ヘッドを拡大して示す図である。
【図３】制御装置および制御装置によるレーザ溶接装置の制御手順を説明するための図である。
【図４】図４（Ａ）は、第１の実施形態におけるレーザ溶接方法を説明するための斜視図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）における４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】図５（Ａ）は、第１の実施形態におけるレーザ溶接方法を説明するための斜視図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、第１の実施形態の変形例におけるレーザ溶接方法を説明するための斜視図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）における６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】第２の実施形態におけるレーザ溶接方法を説明するための斜視図である。
【図８】図８（Ａ）は、第３の実施形態におけるレーザ溶接方法を説明するための斜視図、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）における８Ｂ−８Ｂ線に沿う断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、第３の実施形態におけるレーザ溶接方法を説明するための斜視図、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）における９Ｂ−９Ｂ線に沿う断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、第３の実施形態におけるレーザ溶接方法を説明するための斜視図、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）における１０Ｂ−１０Ｂ線に沿う断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、実施例１における第１および第２の照射工程における溶接条件を示す図、図１１（Ｂ）は、実施例１における溶接軌跡を示す図である。
【図１２】第２の照射工程におけるレーザの走査速度と第２の照射工程後における酸化皮膜の厚さ寸法との関係を示す図である。
【図１３】第２の照射工程におけるレーザの走査速度と第２の照射工程後における酸化皮膜の減少率との関係を示す図である。
【図１４】実施例２における溶接条件を示す図である。
【図１５】実施例２における溶接軌跡を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１４０  光学スキャナ装置（光学スキャナ）、
１４１  光学ミラー、
１４２  駆動軸、
１４３  モータ、
１４４  レンズ、
２００  レーザ溶接装置、
２１０  ロボット、
２２０  レーザ加工ヘッド、
２３０  制御装置（調整手段）、
２３１  集合制御部、
２３２  ロボット制御部、
２３３  レーザ加工ヘッド制御部、
２３４  レーザ発振器制御部、
２４０  光ファイバ、
２５０  レーザ発振器、
２５２  レーザ発振部、
３００、３１０  鋼板（溶接部材）、
３２０、３２０ａ  溶接軌跡、
３２１  溶接開始点、
３２２  溶接終了点、
３３０  溶接部、
３３１、３３２、３３３、３３４、３３５  第１〜第５の溶接部（溶接部）、
３３６  複数の溶接部、
３４０  酸化皮膜、
３４１  酸化皮膜の拡大部（残存した酸化皮膜）、
３５０、３６０  溶接領域、
４１０  移動制御指令、
４２０  溶接条件指令、
４３０  動作制御指令、
４４０  出力制御指令、
４５０  制御信号、
４５２  移動制御信号、
４５３  動作制御信号、
４５４  レーザ発振指令信号、
４６０  位置情報、
４７０  動作情報、
ｔ１、ｔ２  酸化皮膜の厚さ寸法、
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  レーザ。
【図１】
2010046674.tif 000003
【図２】
2010046674.tif 000004
【図３】
2010046674.tif 000005
【図４】
2010046674.tif 000006
【図５】
2010046674.tif 000007
【図６】
2010046674.tif 000008
【図７】
2010046674.tif 000009
【図８】
2010046674.tif 000010
【図９】
2010046674.tif 000011
【図１０】
2010046674.tif 000012
【図１１】
2010046674.tif 000013
【図１２】
2010046674.tif 000014
【図１３】
2010046674.tif 000015
【図１４】
2010046674.tif 000016
【図１５】
2010046674.tif 000017