(57)【要約】【課題】高強度薄鋼板の重ね継手をレーザ溶接により作製する場合に、小入熱の細いビードでも溶接金属での破断を防止し、安定した強度が得られる、高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手およびその製造方法を提供する。【解決手段】引張強さが４４０ＭＰａ級以上の高強度薄鋼板１、２をレーザ溶接してなるレーザ重ね溶接継手であって、被溶接部材１、２の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部４の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上であり、レーザ溶接部４の溶接幅）の板厚に対する比率が０．８以上２以下であり、レーザ溶接部４の始端部の隣接領域および終端部の隣接領域の両方に、レーザ溶接部４の長手方向と直交する方向に沿う開口長さがレーザ溶接部４を中心に溶接幅の８割以上の長さを有する板厚貫通開口部９が設けられている高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手を採用する。【選択図】図９
2010158717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張強さが４４０ＭＰａ級以上の高強度薄鋼板をレーザ溶接してなるレーザ重ね溶接継手であって、
被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上であり、
前記レーザ溶接部の溶接幅（Ｗｂ）の板厚（ｔ）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上２以下であり、
前記レーザ溶接部の始端部の隣接領域および終端部の隣接領域の両方に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の８割以上の長さを有する板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。
ただし、前記溶接幅（Ｗｂ）は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のＲ止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
【請求項２】
前記レーザ溶接部が、連続した一つの溶接ビードから構成され、前記溶接ビードの始端部及び終端部にそれぞれ前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。
ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記溶接ビードの長手方向に沿って、前記溶接ビードのＲ止まりから前記溶接ビードの最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記溶接ビードを中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
【請求項３】
前記レーザ溶接部が、前記被溶接部材の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビードから構成され、各溶接ビードのビード長さの合計が前記溶接長さ（Ｌｂ）とされ、前記複数の溶接ビードの各始端部及び各終端部の一部または全部に前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。
ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記の各溶接ビードの長手方向に沿って、前記の各溶接ビードのＲ止まりから前記の各溶接ビードの最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記の各溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記の各溶接ビードを中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
【請求項４】
前記レーザ溶接部が、前記被溶接部材の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビードから構成され、各溶接ビードのビード長さの合計が前記溶接長さ（Ｌｂ）とされ、前記複数の溶接ビードのうち、前記レーザ溶接部の前記始端部及び前記終端部に相当する位置に前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。
ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記の各溶接ビードの長手方向に沿って、前記の各溶接ビードのＲ止まりから前記の各溶接ビードの最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記の各溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記の各溶接ビードを中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手を製造する方法であって、
レーザ溶接部の形成に先立ち、前記隣接領域に相当する位置に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の８割以上の長さを有する板厚貫通開口部を設ける工程と、
被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上、かつレーザ溶接部の溶接幅（Ｗｂ）の板厚（ｔ）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上２以下となるように、前記レーザ溶接部を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手の製造方法。
ただし、前記溶接幅（Ｗｂ）は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のＲ止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手を製造する方法であって、
被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上、かつレーザ溶接部の溶接幅（Ｗｂ）の板厚（ｔ）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上２以下となるように、前記レーザ溶接部を形成する工程と、
前記レーザ溶接部の始端部の隣接領域および終端部の隣接領域の両方に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の８割以上の長さを有する板厚貫通開口部を設ける工程と、を具備してなることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手の製造方法。
ただし、前記溶接幅（Ｗｂ）は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のＲ止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費の改善や安全性の向上といった要求に対応するため、引張強さが４４０ＭＰａ級以上の高強度の薄鋼板が自動車車体に多く使用されるようになっており、レーザ溶接を用いてこれらの鋼板を溶接することが求められている。さらに、高強度薄鋼板を重ね合わせて溶接する方法において、安定した接合部強度が得られるレーザ溶接方法が望まれている。
【０００３】
レーザ溶接は、レーザ光を熱源とするため、ＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas arc welding）やＭＩＧ溶接（Metal Inert Gas arc welding）などのアーク溶接に比べて入熱量の制御が確実かつ容易である。このため、溶接速度やレーザビームの照射出力、さらにはシールドガス流量などの溶接条件を適切に設定することによって熱変形を小さくできる。また、レーザ溶接は、片側から溶接できることから自動車の車体など複雑な部材の組付溶接に好適である。
【０００４】
実際、レーザ溶接は、自動車製造業や電気機器製造業その他の分野において、薄鋼板を成形加工した部材の溶接に多く採用されている。また、これに関連して、溶接継手強度に優れた重ね継手のレーザ溶接方法が多数提案されている。
例えば、特許文献１では、被溶接部材の重ね継手をレーザ溶接する方法において、良好な継手強度を得るため、被溶接部材の幅Ｗｓに対するレーザ溶接部の溶接長Ｌｂの比率Ｌｂ／Ｗｓによって、レーザ溶接部の溶接幅Ｗｂの板厚ｔに対する比率Ｗｂ／ｔを規定した発明が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、薄鋼板の重ね継手溶接において、溶接予定箇所にＹＡＧレーザを照射する工程と、その後にガスメタルアーク溶接を行う工程を備え、溶接ビードの幅Ｗが所定の式を満足するようにレーザ出力、アーク電流、溶接速度を調節する重ね溶接法が開示されている。
【０００６】
ところで、生産コストを抑制する観点から、被溶接部材の全幅に渡って溶接せずに必要な強度を得るだけの必要最小限の溶接長しか溶接しない場合や、さらに、接合部材の固定方法によっては溶接長を被溶接部材の幅より小さくせざるを得ない場合は十分あり得ることである。ところが、本発明者らの実験によれば、高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手において、溶接長を全幅未満とする場合は、溶接長に比例した継手強度の向上が必ずしも達成されないことが判明した。
【０００７】
具体的には、引張強さが４４０ＭＰａ級以上の高強度の鋼板（被溶接部材）をレーザー溶接した後、引張試験で溶接強度を測定すると、被溶接部材の幅Ｗｓに対するレーザ溶接部の溶接長Ｌｂの比率Ｌｂ／Ｗｓが０．６の時に、溶接強度がばらつく結果となった。このときの破断形態としては、溶接金属でせん断破断する場合と鋼板熱影響部で破断する場合の二通りの形態があった。また、Ｌｂ／Ｗｓが０．６超０．８以下の範囲では、単位溶接長さ当たりの溶接強度が、Ｌｂ／Ｗｓが０．６以下の場合に比べて低下していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−０７９３８７号公報
【特許文献２】特開２００２−１４４０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
溶接強度のばらつきの原因や、単位溶接長さ当たりの溶接強度の低下の原因を、本発明者らが追及したところ、引張応力によって溶接ビードの始端部及び終端部に応力（あるいは歪み）が集中し、この応力（あるいは歪み）によって溶接金属のせん断破断が引き起こされ、溶接強度のばらつきや溶接強度の低下に至ることが見出された。
【００１０】
本発明者らによる上記の知見を鑑みて、溶接金属でのせん断破断を防止して継手強度を高めるには、特許文献１に記載の発明に従って、溶接速度を遅くするなどして入熱を増加させ溶接幅を広くすれば、溶接ビードの始端部及び終端部とに歪みが集中することがなく、良好な継手が得られる。しかし、この場合は、薄鋼板の熱変形が大きくなり、レーザ溶接の利点を損なうだけでなく、溶接時間が長くなり生産コストがかさむ問題があった。
また、特許文献２に記載されたレーザとアークを用いて、必要な溶接幅を得る溶接方法では、レーザ単独溶接時に比べ入熱の絶対量が増加するため、薄鋼板に対しては熱変形が大きくなるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、従来の問題点を有利に解決して、高強度薄鋼板の重ね継手をレーザ溶接により作製する場合に、小入熱の細いビードでも溶接金属での破断を防止し、安定した強度が得られる、高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手およびそ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】
【００１２】
本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
引張強さが４４０ＭＰａ級以上の高強度薄鋼板をレーザ溶接してなるレーザ重ね溶接継手であって、被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上であり、前記レーザ溶接部の溶接幅（Ｗｂ）の板厚（ｔ）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上２以下であり、前記レーザ溶接部の始端部の隣接領域および終端部の隣接領域の両方に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の８割以上の長さを有する板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。  ただし、前記溶接幅（Ｗｂ）は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のＲ止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
前記レーザ溶接部が、連続した一つの溶接ビードから構成され、前記溶接ビードの始端部及び終端部にそれぞれ前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする（１）に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。  ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記溶接ビードの長手方向に沿って、前記溶接ビードのＲ止まりから前記溶接ビードの最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記溶接ビードを中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
前記レーザ溶接部が、前記被溶接部材の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビードから構成され、各溶接ビードのビード長さの合計が前記溶接長さ（Ｌｂ）とされ、前記複数の溶接ビードの各始端部及び各終端部の一部または全部に前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする（１）に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。  ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記の各溶接ビードの長手方向に沿って、前記の各溶接ビードのＲ止まりから前記の各溶接ビードの最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記の各溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記の各溶接ビードを中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
前記レーザ溶接部が、前記被溶接部材の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビードから構成され、各溶接ビードのビード長さの合計が前記溶接長さ（Ｌｂ）とされ、前記複数の溶接ビードのうち、前記レーザ溶接部の前記始端部及び前記終端部に相当する位置に前記隣接領域が設けられるとともに、前記の各隣接領域に前記板厚貫通開口部が設けられていることを特徴とする（１）に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手。  ただし、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、前記の各溶接ビードの長手方向に沿って、前記の各溶接ビードのＲ止まりから前記の各溶接ビードの最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記の各溶接ビードの長手方向と直交する方向に沿って、前記の各溶接ビードを中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手を製造する方法であって、レーザ溶接部の形成に先立ち、前記隣接領域に相当する位置に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の８割以上の長さを有する板厚貫通開口部を設ける工程と、被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上、かつレーザ溶接部の溶接幅（Ｗｂ）の板厚（ｔ）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上２以下となるように、前記レーザ溶接部を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手の製造方法。  ただし、前記溶接幅（Ｗｂ）は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のＲ止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手を製造する方法であって、被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上、かつレーザ溶接部の溶接幅（Ｗｂ）の板厚（ｔ）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上２以下となるように、前記レーザ溶接部を形成する工程と、前記レーザ溶接部の始端部の隣接領域および終端部の隣接領域の両方に、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿う開口長さが前記レーザ溶接部を中心に溶接幅の８割以上の長さを有する板厚貫通開口部を設ける工程と、を具備してなることを特徴とする高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手の製造方法。  ただし、前記溶接幅（Ｗｂ）は、高強度薄鋼板の重ね合わせ面における溶接幅であり、前記隣接領域は、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた長方形の領域であって、前記一辺は、前記レーザ溶接部の長手方向に沿って、前記レーザ溶接部のＲ止まりから前記レーザ溶接部の最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、前記レーザ溶接部の長手方向と直交する方向に沿って、前記レーザ溶接部を中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小入熱の細いビードでも始端部および終端部の隣接領域に板厚貫通開口部を設けることで、破断形態を、溶接金属のせん断破断から、強度低下の起きにくい溶接熱影響部の破断に移行させることができ、溶接金属のせん断破断を防止し、溶接強度に優れた重ね溶接継手を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明のレーザ重ね溶接継手を示す平面模式図である。
【図２】図２は、従来のレーザ重ね溶接継手における溶接部の溶接長Ｌｂと継手強度との関係を示すグラフである。
【図３】図３（Ａ）は、従来のレーザ重ね溶接継手における溶接ビード表面の始端部または終端部を示す拡大平面模式図であり、図３（Ｂ）は、（Ａ）のＣ１−Ｃ２線に沿う断面模式図であって、溶接金属の形状および溶接金属でのせん断破断時に生じる破断箇所を説明する図である。
【図４】図４（Ａ−１）は、板厚貫通開口部を設ける前のレーザ重ね溶接継手における溶接ビード表面の始端部または終端部を示す拡大平面模式図であり、図４（Ａ−２）は、本発明のレーザ重ね溶接継手における溶接ビード表面の始端部または終端部を示す拡大平面模式図であり、図４（Ｂ）は、（Ａ−２）のＤ１−Ｄ２線に沿う断面模式図であって、溶接金属の形状および熱影響部でのプラグ破断時に生じる破断箇所を説明する図である。
【図５】図５は、従来のレーザ重ね継手の引張試験時における変形を示す図であって、（Ａ）は溶接ビード延長上に生じる変形を示す図であり、（Ｂ）は溶接ビードを中心とした回転変形を示す図であり、（Ｃ）は回転変形の結果生じる面外変形を示す図である。
【図６】図６は、継手引張時に鋼板間の溶接金属に生じる、重ね合わせ面に対して平行なせん断応力成分を示す図である。
【図７】図７は、継手引張時に生じる、重ね合わせ面に対して垂直な、板厚方向のせん断応力成分を示す図である。
【図８】図８は、本発明のレーザ重ね溶接継手における隣接領域を説明する図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態であるレーザ重ね溶接継手を示す平面模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施形態であるレーザ重ね溶接継手のレーザ溶接部近傍を示す断面模式図である。
【図１１】図１１は、溶接ビードの始端部及び終端部の決定方法を説明する図であって、（Ａ）は溶接ビードの断面模式図であり、（Ｂ）は下側の鋼板に形成された溶接ビードを示す平面模式図である。
【図１２】図１２は、溶接ビードの溶接幅の決定方法を説明する図であって、溶接ビードを示す断面模式図である。
【図１３】図１３は、本発明のレーザ重ね溶接継手における板厚貫通開口部の一例を示す平面模式図である。
【図１４】図１４は、本発明のレーザ重ね溶接継手における板厚貫通開口部の別の例を示す平面模式図である。
【図１５】図１５は、本発明のレーザ重ね溶接継手における板厚貫通開口部の更に別の例を示す平面模式図である。
【図１６】図１６は、本発明のレーザ重ね溶接継手における板厚貫通開口部の他の例を示す平面模式図である。
【図１７】図１７は、本発明のレーザ重ね溶接継手における板厚貫通開口部の更に他の例を示す平面模式図である。
【図１８】図１８は、本発明のレーザ重ね溶接継手における板厚貫通開口部の別の例を示す平面模式図である。
【図１９】図１９は、レーザ重ね溶接継手の継ぎ手強度と溶接幅／板厚（Ｗｂ／ｔ）との関係を示すグラフである。
【図２０】図２０は、本発明の第２の実施形態であるレーザ重ね溶接継手の一例を示す平面模式図である。
【図２１】図２１は、本発明の第２の実施形態であるレーザ重ね溶接継手の別の例を示す平面模式図である。
【図２２】図２２は、本発明の第３の実施形態であるレーザ重ね溶接継手を示す平面模式図である。
【図２３】図２３は、実施例における貫通孔の形成位置を説明する平面模式図である。
【図２４】図２４は、実施例における貫通孔の形成位置を説明する平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
生産コストを抑制する観点から、被溶接部材の全幅に渡って溶接せずに必要な強度を得るだけの必要最小限の溶接長さしか溶接しない場合や、さらに、接合部材の固定方法によっては溶接長さを被溶接部材の幅より小さくせざるを得ない場合がある。ところが、本発明者らの実験によれば、高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手において、溶接長を被溶接部材の全幅未満とした場合に、溶接長さに比例した継手強度の向上が必ずしも達成されないことが判明した。以下に、本発明者らの上記実験について説明する。
【００１６】
調査した鋼板は、引張強さが５９０ＭＰａ級で、板厚１．２ｍｍ、幅６０ｍｍ、長さ１８５ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき鋼板とした。これを２枚、重ね代６０ｍｍで重ね合わせ、試験片の全幅Ｗｓ（被溶接部材の幅）に対し溶接長Ｌｂを１２ｍｍ（被溶接部材の幅Ｗｓの２０％）、２４ｍｍ（同４０％）、３６ｍｍ（同６０％）、４８ｍｍ（同８０％）、６０ｍｍ（同１００％）と変えて溶接して、図１に示すようなレーザ重ね溶接継手の試験片を得た。図１において、符号１及び２が引張強さ５９０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板であり、符号３が重ね合わせ部であり、符号４がレーザ溶接部である。
【００１７】
レーザ溶接条件は、溶接ビード幅狙い１．２ｍｍ、ビームウエスト０．６ｍｍ、加工点出力４ｋＷ、焦点はずし距離０ｍｍ、溶接速度３ｍ／分とし、ノズル径φ５ｍｍのノズルより、シールドガスとして流量２０Ｌ／分のＡｒガスを同軸センターシールド（裏面シールドなし）で供給した。なお、溶接に際し、２枚の鋼板１、２間には合金化溶融亜鉛めっき鋼板の溶接時に発生する亜鉛蒸気を逃がすため、板厚０．１ｍｍの金属箔をレーザ溶接部と重ならないよう挿入した。
【００１８】
レーザ溶接部４の強度を評価するため、図１に示すように、溶接ビードと直角方向（符号５の方向）に引っ張る引張試験を行い、レーザ溶接部４が破断する際の最大荷重を調べ、これを継手強度（ｋＮ）とした。引張速度は１０ｍｍ／分、チャック間距離は２４０ｍｍとした。
【００１９】
実験の結果、図２に示すように、溶接長ＬｂをＷｓ全幅未満とする場合は、溶接長Ｌｂに比例した継手強度の向上が必ずしも達成されないことが判明した。図２中の点線は、溶接長Ｌｂが被溶接部材の幅Ｗｓの２０％及び４０％の場合のプロットを結んだ直線である。この直線に対応する継手強度を溶接長Ｌｂに比例した継手強度としている。図２に示すように、特に溶接長が３６ｍｍ（被溶接部材の幅の６０％）の場合は、継手強度のばらつきが大きく、かつ図２中の点線より低い継手強度になっていた。そこで、破断形態を調査したところ、重ね合わせ面に対して平行な、鋼板界面の溶接金属でのせん断破断（図中Ｓと表記。）と、重ね合わせ面に対して垂直な、鋼板熱影響部でのプラグ破断（図中Ｐと表記。）の２種類が現れていた。せん断破断Ｓは、図３の重ね合わせ部分の断面模式図（図３（Ｂ））に示すように、鋼板界面の溶接金属４ａが符号１０に示す線で破断したものであり、プラグ破断Ｐは、図４の重ね合わせ部分の平面模式図（図４（Ａ−１））及び断面模式図（図４（Ｂ））に示すように、鋼板１の熱影響部が符号１１に示す線で破断したものである。符号１０はせん断破断時の破断箇所を示し、１１はプラグ破断時の破断箇所を示している。
【００２０】
図２に示すように、せん断破断Ｓの場合は、鋼板熱影響部でのプラグ破断Ｐに比べて継手強度が低下していた。さらに、溶接長Ｌｂが４８ｍｍ（試験片幅の８０％）の場合には、溶接長Ｌｂから期待される継手強度に比べて実際の継手強度が大幅に低下していたことから、その破断形態を調査したところ、破断形態はすべて溶接金属でのせん断破断Ｓであることが判明した。
【００２１】
溶接長Ｌｂが被溶接部材の幅Ｗｓの６０％、８０％と長くなり、せん断破断Ｓが起きた場合に、継手強度が、溶接長Ｌｂから期待される強度より低下する主な原因および、６０％の場合にせん断破断Ｓとプラグ破断Ｐに分かれる理由について調べるため、引張試験時における試験片の変形について調べた結果を図５に示す。
【００２２】
引張試験時には、載荷される鋼板１、２の板厚中心が左右でずれているため、溶接金属４ａを中心とした回転モーメントが生じ、図５（Ｂ）に示すような、鋼板１、２の板厚中心が揃うような回転変形Ｍ１が生じる。しかし、それと同時にレーザ溶接部４の延長上では、回転変形Ｍ１の中心となる溶接金属４ａがないために、図５（Ａ）及び図５（Ｃ）のような面外への曲げ変形Ｍ２が生じる。上記のような曲げ変形Ｍ２が進むと、レーザ溶接部の始端部および終端部には、図５（Ａ）に示す曲げ変形Ｍ２に伴い、図６に示すような重ね合わせ面に対して平行なせん断応力成分７が鋼板間の溶接金属４ａに大きく働く。また、このような始端部及び終端部へのせん断応力は応力集中となり、溶接長Ｌｂが長くなるほど、継手強度およびそれに伴う変形が大きくなるため顕著となる。したがって、溶接長Ｌｂが６０％、８０％と長くなった場合には、溶接金属４ａが均一に荷重を負担しないため、期待される強度よりも低下するという結果になると考えられる。
【００２３】
また、溶接長Ｌｂが６０％の場合にせん断破断Ｓとプラグ破断Ｐに分かれる理由を引張試験時の荷重-変位曲線（S-Sカーブ）より調べたところ、２つのカーブ形状はほぼ同じであったことから、プラグ破断Ｐはせん断破断Ｓが生じず、そのまま回転変形が進んだ場合に生じていることが分かった。すなわち、せん断破断Ｓが生じず変形が進んだ場合には、図７に示すように、重ね合わせ面に対して垂直な、板厚方向のせん断応力成分８が大きくなり、溶接部４を剥離させる方向に荷重が働くため、プラグ破断になると考えられる。
【００２４】
また、せん断破断Ｓとプラグ破断Ｐに分かれるのを助長する要因として、引張試験機に固定された試験片が板幅方向に均一に引っ張られるとは限らないことが考えられる。すなわち、荷重のバランスが溶接ビードのどちらか一方に偏った場合には、始端部と終端部どちらか一方に作用する応力集中が大きくなるため、せん断破断Ｓとなり、荷重が偏らない場合には、変形が十分進み、プラグ破断Ｐになると考えられる。
【００２５】
（第１の実施形態）
以上の知見を踏まえて、本発明の第１の実施形態は、高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手およびその製造方法に関し、引張強さが４４０ＭＰａ級以上で、被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上であって、レーザ溶接部の溶接幅（Ｗｂ）の板厚（t）に対する比率（Wb/t）が０．８以上、２以下である高強度薄鋼板の重ね溶接継手をレーザ溶接により作製する場合、図８に示すように、レーザ溶接部４の始端部の隣接領域Ａ内および終端部の隣接領域Ａ内の両方に、レーザ溶接部４の長手方向と直交する方向に沿う開口長さがレーザ溶接部４を中心に溶接幅（Ｗｂ）の８割（０．８Ｗｂ）以上の長さを有する板厚貫通開口部を設けるようにする。
【００２６】
本実施形態におけるレーザ溶接部４は、図９に示すように、始端部から終端部に至る連続した一つの溶接ビード４ｂから構成されるものである。溶接ビード４ｂの始端部及び終端部にそれぞれ隣接領域Ａが設けられるとともに、各隣接領域Ａに板厚貫通開口部９が設けられている。板厚貫通開口部９は、重ね合わせた鋼板１、２を貫通する貫通孔である。
【００２７】
ここで、板厚（t）の鋼板１、２のレーザ溶接部４の部材幅（Ｗｓ）及び溶接長さ（Ｌｂ）は、図９に示す通りであり、溶接幅（Ｗｂ）は、図１０に示すように、鋼板１、２の重ね合わせ面における溶融、凝固した溶接金属の幅であって、鋼板１及び２の間の溶接金属４ａの溶接幅のうち、幅が小さい方を指す。また、隣接領域Ａは、図８に示すように、鋼板間の溶接幅が短い方の溶接ビード４ｂにおいて、一辺Ａ１とこの一辺Ａ１に直交する他辺Ａ２とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、一辺Ａ１は、レーザ溶接部４の長手方向に沿って、レーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）のＲ止まり（Ｒ−ｅｎｄ）からレーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）の最端部４ｃよりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、他辺Ａ２は、レーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）の長手方向と直交する方向に沿って、レーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）を中心に溶接幅（Ｗｂ）の８割の長さ（０．８Ｗｂ）とするものである。
【００２８】
レーザ重ね溶接継手を作製する工程は、板厚貫通開口部９を設ける工程とレーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）を作製する工程の２つからなり、どちらを先に行うかに関して特に制約はない。板厚貫通開口部９を設けた後、レーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）を作製する順序で継手を作製する場合には、例えばプレス打抜き加工等により板厚貫通開口部９を開けた後、２つの板厚貫通開口部９の中心間を結ぶレーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）をレーザ溶接により形成すればよい。
【００２９】
また、順序として、レーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）を作製した後、板厚貫通開口部９を設ける場合には、鋼板１表面に形成された溶接ビード４ｂの両端に、レーザによる穴開け加工等により板厚貫通開口部９を設ければよい。
【００３０】
板厚貫通開口部９を設ける手段に関しては、これをプレス打抜き加工やレーザによる穴開け加工に限定するものではなく、機械的に直接接触し切削するドリルやフライスによる穴開け加工のほか、高圧の水を用いたウォータージェットによる加工、高圧の水とレーザを用いた水ジェット誘導レーザによる穴開け加工等が挙げられる。
【００３１】
レーザ溶接により溶接ビード４ｂを作製する際の加工点の出力および溶接速度に関しては、２枚の薄鋼板１、２間を接続する溶接ビード４ｂ（レーザ溶接部４）を形成するのに必要な大きさであればよい。
【００３２】
また、板厚貫通開口部９の形状や切断面の表面粗さについては、特にこれを制約するものではないが、先に板厚貫通開口部９を作製し、その後に溶接する場合には、溶接時に板厚貫通開口部９が塞がれるのを避けるため、溶接ビード４ｂの溶接幅Ｗｂを直径とする円以上の領域を有する板厚貫通開口部９を設けることが好ましい。板厚貫通開口部９の上限に関しては特に制約するものではないが、部材そのものを大きく減少させるような貫通孔は実用的ではなく、また、構造物を作製する場合においては構造物の強度が低下するため好ましくない。
【００３３】
また、図１１に示すように、隣接領域Ａおよび隣接領域Ａを決定するのに必要な溶接ビード４ｂの始端部及び終端部（図１１における符号ｉ１と符号ｉ２）と溶接幅Ｗｂは、鋼板１及び２の重ね合わせ面における溶接ビード４ｂの形状が元となるが、一般に、これを外観から精度良く知ることは困難である。
【００３４】
しかしながら、レーザで鋼板１，２の重ね溶接をする場合、溶接する際の上側の鋼板１の表面あるいは下側の鋼板２の裏面における溶接幅は、鋼板１、２間の溶接幅より大きくなる傾向が見られる。また、上側の鋼板１の表面あるいは下側の鋼板２の裏面に形成される溶接ビードの始端部及び終端部も、鋼板１、２間に形成される始端部および終端部よりも外側に広がる傾向となる。
【００３５】
そこで、板厚貫通開口部９を設けることによって応力集中を確実に緩和するには、図１１（Ａ）に示すように、上側の鋼板１の表面に形成された溶接ビードの始端部ｉ３から終端部ｉ４までの長さと、下側の鋼板２の溶接のビードの始端部ｉ５から終端部ｉ６までの長さを比較し、各溶接ビードのうち長さが短い方の溶接ビードの始端部ｉ５および終端部ｉ６の位置を、厳密な始端部位置ｉ１と終端部位置ｉ２の代替とすればよい。なお、図１１の矢印１２は、溶接方向を示している。
また、溶接幅Ｗｂについては、図１２に示すように、上側の鋼板１の表面の溶接幅（Wb-upper）と下側の鋼板２の溶接幅(Wb-lower)のうち、幅が広い方で代替し、隣接領域Ａを決定すれば良い。
【００３６】
上記のように決めた場合、始端部と終端部の位置ずれを最小に抑えることができるが、溶接幅Ｗｂと隣接領域Ａについては誤差が生じるため、板厚貫通開口部９については、より好ましくは、溶接ビード４ｂと直角方向に、上記のようにして決めた溶接幅以上の長さ（０．８Ｗｂ）で、板厚貫通開口部９を設けるのが望ましい。
【００３７】
本発明者らは、まず、種々の板厚の鋼板の部材幅（Ｗｓ）のすべて、または、その一部（Ｌｂ）を種々の溶接幅（Ｗｂ）でレーザ溶接を行い、レーザ溶接部４の溶接幅（Ｗｂ）、溶接長さ(Ｌｂ)等の溶接条件と得られた溶接継手に図９に示す矢印５の方向に引張荷重が働いた場合の接合継手強度及び破断形態の関係を詳細に調べた。
【００３８】
その結果、引張強さが４４０ＭＰａ級以上で、被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部４の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上であって、レーザ溶接部４の溶接幅（Ｗｂ）の板厚（t）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上、２以下である高強度薄鋼板の重ね溶接継手に、図１３〜図１８に示すような、隣接領域Ａ内において、溶接ビード４ｂと直角方向に溶接ビード４ｂを中心に溶接幅（Ｗｂ）の８割を占める領域を含み、その領域以上の大きさの板厚貫通開口部９を設けた場合には、溶接金属４ａでのせん断破断を防止し、プラグ破断Ｐにできることがわかった。
【００３９】
ここで、図１３〜図１８について詳細に説明する。
図１３に示す板厚貫通開口部９は、平面視略長方形であり、この長方形を構成する長辺が、溶接ビード４ｂの長手方向と直交する方向に沿って延在しており、更に板厚貫通開口部９の４つの角部が平面視曲線になっている。板厚貫通開口部９を区画する一方の長辺は、隣接領域Ａを区画する他辺Ａ２のうち溶接ビード４ｂのＲ止まり（Ｒ−ｅｎｄ）側の辺Ａ２に隣接している。また、図１３に示す板厚貫通開口部９は、溶接ビード４ｂの長手方向と直交する方向に沿う長さが、溶接ビード４ｂの溶接幅Ｗｂの１．５倍の長さ（１．５Ｗｂ）となっている。
【００４０】
次に、図１４に示す板厚貫通開口部９は、平面視略長方形であり、この長方形を構成する長辺が、溶接ビード４ｂの長手方向と直交する方向に沿って延在している。この板厚貫通開口部９を区画する一方の長辺は、隣接領域Ａを構成する他辺Ａ２のうち溶接ビード４ｂのＲ止まり（Ｒ−ｅｎｄ）に接する辺とは反対側の辺Ａ２に隣接している。また、図１４に示す板厚貫通開口部９は、溶接ビード４ｂの長手方向と直交する方向に沿う長さが、溶接ビード４ｂの溶接幅Ｗｂと同じ長さ（Ｗｂ）となっている。
【００４１】
次に、図１５に示す板厚貫通開口部９は、平面視略円形であり、隣接領域Ａのほぼ中央に配置されている。また、図１５に示す板厚貫通開口部９は、溶接ビード４ｂの長手方向と直交する方向に沿う長さが、溶接ビード４ｂの溶接幅Ｗｂと同じ長さ（Ｗｂ）になっている。図１５に示す板厚貫通開口部９は平面視略円形であるから、溶接ビード４ｂの長手方向と直交する方向に沿う長さが、板厚貫通開口部９の直径に相当するものとなる。
【００４２】
次に、図１６に示す板厚貫通開口部９は、平面視略円形であり、隣接領域Ａのほぼ中央に配置されている。また、図１６に示す板厚貫通開口部９は、溶接ビード４ｂの長手方向と直交する方向に沿う長さが、溶接ビード４ｂの溶接幅Ｗｂの０．８倍の長さ（０．８Ｗｂ）となっている。図１６に示す板厚貫通開口部９は平面視略円形であるから、図１５と同様に、溶接ビード４ｂの長手方向と直交する方向に沿う長さが、板厚貫通開口部９の直径に相当する。
【００４３】
次に、図１７に示す板厚貫通開口部９は、平面視略長方形であり、長方形を構成する長辺が溶接ビード４ｂの長手方向に対して傾斜している。また、この板厚貫通開口部９は、隣接領域Ａのほぼ中央に配置されている。また、図１７に示す板厚貫通開口部９は、溶接ビード４ｂの長手方向と直交する方向に沿う長さが、溶接ビード４ｂの溶接幅Ｗｂの１．３倍の長さ（１．３Ｗｂ）となっている。
【００４４】
次に、図１８に示す板厚貫通開口部９は、平面視略長方形であり、長方形を構成する長辺が溶接ビード４ｂの長手方向に対して傾斜している。また、この板厚貫通開口部９は、隣接領域Ａの中央よりもＲ止まり寄り（Ｒ−ｅｎｄ）に配置されている。また、図１８に示す板厚貫通開口部９は、溶接ビード４ｂの長手方向と直交する方向に沿う長さが、溶接ビード４ｂの溶接幅Ｗｂと同じ長さ（Ｗｂ）となっている。
【００４５】
このように、本発明に係る板厚貫通部９は、少なくとも一部が隣接領域Ａ内に配置され、かつ開口長さがレーザ溶接部４を中心に溶接幅Ｗｂの８割（０．８Ｗｂ）以上の長さを有するものであればよい。また、図１３、１４、１５、１７、１８に示すように、板厚貫通部９の一部が隣接領域Ａからはみ出ていてもよい。
【００４６】
図１９に示すように、溶接幅Ｗｂの板厚Ｔに対する比率（Ｗｂ／ｔ））を横軸にとり、板厚貫通開口部９を作製しない従来技術の溶接継手と本実施形態の溶接継手とを比べると、溶接長Ｌｂを一定としたときには、同じ継手強度を得るのに、従来の溶接ビードより細いビードで実現でき、また、入熱量および熱変形を低く抑えられることが判明した。
【００４７】
しかし、被溶接部材（鋼板１、２）の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部４の長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６未満の場合で、かつ、継手の引張試験の結果が溶接金属でのせん断破断時となる場合に、板厚貫通開口部９を請求項に記載の条件を満たすように形成させても、プラグ破断には移行しなかった。
【００４８】
また、被溶接部材（鋼板１、２）の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部４の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上であり、かつ、レーザ溶接部４の溶接幅（Ｗｂ）の板厚（t）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上、２以下であるが、板厚貫通開口部９を請求項に記載の条件を満たさずに作製した場合も、プラグ破断に移行しなかった。
【００４９】
（Ｗｂ／ｔ）の値の下限を０．８とし、上限を２に限定した理由は、被溶接部材（鋼板１、２）の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部の長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上であっても、（Ｗｂ／ｔ）の値が０．８を下回るとプラグ破断にはならず、重ね合わせ面からせん断破断してしまうからであり、また、（Ｗｂ／ｔ）の上限である２を上回ると、入熱が大き過ぎ、溶接変形が大きくなるからである。
【００５０】
また、鋼板１，２の引張強さを４４０ＭＰａ級以上に限定した理由は、４４０ＭＰａ級を下回る場合、被溶接部材（鋼板１，２）の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部４の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）を種々変えて作製した継手の継手強度が、溶接長Ｌｂに比例した強度から極端に低下することがなかったためである。これは、４４０ＭＰａ級を下回る鋼板では、伸びが大きいため、溶接ビード４ｂの始端部及び終端部に応力集中が生じるようなことが起こっても、そこに局所的な伸びが生じるため、溶接ビード４ｂに対し均一に荷重が負担されるようになり、結果として、溶接ビード４ｂの始端部及び終端部における応力集中が緩和されるためである。
【００５１】
更に、鋼板１，２の引張強さの上限を設定しなかった理由は、引張強さが高い場合でも、板厚（ｔ）を薄くし、被溶接部材の幅（Ｗｓ）に対するレーザ溶接部４の溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上、かつ、レーザ溶接部４の溶接幅（Ｗｂ）の板厚（t）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上、２以下であれば、継手強度が溶接長に比例した強度から極端に低下してしまうためである。
【００５２】
板厚貫通開口部９を、隣接領域Ａ内において、レーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）と直角方向にレーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）を中心に溶接幅（Ｗｂ）の８割の長さ（０．８Ｗｂ）を占める領域を含み、その領域以上の大きさとする理由、および、隣接領域ＡをＲ止まり（Ｒ−ｅｎｄ）までとする理由は、継手の引張時において、応力集中が生じる箇所が、図８に示すレーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）の始端部および終端部のＲ止まり（Ｒ−ｅｎｄ）であり、上記に記載の位置に板厚貫通開口部９を設けることで、Ｒ止まり（Ｒ−ｅｎｄ）への、溶接金属をせん断破断させる向きの応力集中を緩和できるからである。Ｒ止まり（Ｒ−ｅｎｄ）に応力が集中する理由は、引張試験時の重ね継ぎ手を途中で除荷し、き裂の起点および発生状況の観察結果から、回転変形と同時に生じる面外変形の際に、溶接ビード４ｂの始端部および終端部を中心に変形が進むためであると考えられる。また、板厚貫通開口部９を設けることで応力集中を緩和できる理由は、回転変形と同時に進む面外変形の際に、溶接ビード４ｂの始終端が周りの板と分離しているため、変形時の力が伝わらないためであることが分かった。
【００５３】
また、隣接領域Ａの一辺Ａ１を、レーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）方向に、レーザ溶接部４（溶接ビード４ｂ）のＲ止まり（Ｒ−ｅｎｄ）からビードの最端部４ｃ＋板厚（t）までとする理由は、溶接ビード４ｂの最端部４ｃ＋板厚ｔを超える外側の位置に貫通開口部９を設けると、溶接ビード４ｂの最端部４ｃと貫通開口部９との距離が大きくなり、回転変形と同時に進む面外変形の際に、力が溶接ビード４ｂの始終端に伝わってしまい、応力集中の緩和効果が見られないためである。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態のレーザ重ね溶接継手によれば、図１３〜図１８に示すように、溶接ビード４ｂの両端に板厚貫通開口部９を有しているため、面外変形に伴い生じる、溶接ビード４ｂの始端部および終端部への応力集中を緩和することができる。
その結果、小入熱の細いビードでも図３に示すような鋼板界面の溶接金属でのせん断破断Ｓを防止し、図４に示すように、板厚方向にき裂が進行する熱影響部での破断に移行させることができ、継手強度が、溶接長に比例した強度から極端に低下することのない、また、板幅方向に均一でない荷重がかかった場合でも、継手強度の安定した重ね継手が実現できる。このような本発明によれば、自動車工業や電気機器工業その他の分野において多用される、薄鋼板成形加工部材のレーザ溶接継手の品質向上、および、レーザ溶接継手の適用範囲拡大をもたらす等、その産業上の効果は計り知れないものになる。
【００５５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手は、レーザ溶接部が複数の溶接ビードから構成され、各溶接ビードの両端の一部または全部に板厚貫通開口部が設けられたものである。なお、本実施形態の構成要素のうち、第１の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、説明を省略する。
【００５６】
即ち、本実施形態のレーザ重ね溶接継手の一例は、図２０に示すように、レーザ溶接部１４が、被溶接部材（鋼板１，２）の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビード１４ｂから構成されており、複数の溶接ビード１４ｂの各始端部及び各終端部の一部に隣接領域が設けられ、各隣接領域に板厚貫通開口部９が設けられて構成されている。図２０に示す例では、複数の溶接ビード１４ｂからなるレーザ溶接部１４の両端１４Ａ、１４Ｂには必ず板厚貫通開口部９が設けられている。
【００５７】
また、本実施形態のレーザ重ね溶接継手の別の例では、図２１に示すように、レーザ溶接部１４が、被溶接部材（鋼板１，２）の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビード１４ｂから構成されており、複数の溶接ビード１４ｂの各始端部及び各終端部の全部に隣接領域が設けられ、各隣接領域に板厚貫通開口部９が設けられている。
【００５８】
図２０及び図２１に示す鋼板１、２は、第１の実施形態と同様に、引張り強さが４４０ＭＰａ以上の高強度薄鋼板である。
また、図２０及び図２１においては、各溶接ビード１４ｂのビード長さの合計（Ｌｂ１＋Ｌｂ２）が溶接長さ（Ｌｂ）とされており、被溶接部材（鋼板１、２）の幅（Ｗｓ）に対する溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上とされており、溶接幅（Ｗｂ）の板厚（ｔ）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上２以下とされている。これら数値範囲の限定理由は、第１の実施形態の場合と同様である。
【００５９】
また、始端部及び終端部に設ける隣接領域は、第１の実施形態と同様に、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、溶接ビード１４ｂの長手方向に沿って、溶接ビード１４ｂのＲ止まりから溶接ビード１４ｂの最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、溶接ビード１４ｂの長手方向と直交する方向に沿って、溶接ビード１４ｂを中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
【００６０】
更に、第１の実施形態と同様に、板厚貫通開口部９は、重ね合わせた鋼板１，２を貫通する貫通孔であり、溶接ビード１４ｂの長手方向と直交する方向に沿う開口長さが溶接ビード１４ｂを中心に溶接幅の８割以上の長さを有するものであればよく、具体的には図１３〜図１８に示したものでよい。
【００６１】
隣り合う溶接ビード１４ｂの間においても、鋼板１、２を引張った際に、こぶのような凸形の面外変形が生じるため、図２０および図２１に示すように、各溶接ビード１４ｂの両端に存在するそれぞれの隣接領域に対し、必要に応じて、数個およびすべての箇所に板厚貫通部９を設けることが望ましい。
【００６２】
各溶接ビード１４ｂの始端部及び終端部の一部または全部に板厚貫通開口部９を設けることで、鋼板１，２を引っ張った際の面外変形に伴い生じる応力が各溶接ビード１４ｂの始端部及び終端部に集中するおそれがなく、鋼板界面の溶接金属でのせん断破断Ｓを防止し、板厚方向にき裂が進行する熱影響部での破断に移行させることができる。これにより、継手強度が、溶接長に比例した強度から極端に低下することのない、また、板幅方向に均一でない荷重がかかった場合でも、継手強度の安定した重ね継手が実現できる。
【００６３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態の高強度薄鋼板のレーザ重ね溶接継手は、レーザ溶接部２４が複数の溶接ビード２４ｂからなる。また、複数の溶接ビード２４ｂのうち、レーザ溶接部２４の始端部及び終端部に相当する位置にのみ隣接領域が設けられ、各隣接領域に板厚貫通開口部９が設けられている。なお、本実施形態の構成要素のうち、第１の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、説明を省略する。
【００６４】
即ち、本実施形態のレーザ重ね溶接継手の一例は、図２２に示すように、レーザ溶接部２４が、被溶接部材（鋼板１，２）の幅方向に沿って間欠的に形成された複数の溶接ビード２４ｂから構成されており、複数の溶接ビード２４ｂのうち、レーザ溶接部２４の始端部２４Ａ及び終端部２４Ｂに対応する位置に隣接領域が設けられ、各隣接領域に板厚貫通開口部９が設けられて構成されている。
【００６５】
図２２に示す鋼板１、２は、第１の実施形態と同様に、引張り強さが４４０ＭＰａ以上の高強度薄鋼板である。
また、図２２においては、各溶接ビード２４ｂのビード長さの合計（Ｌｂ１＋Ｌｂ２）が溶接長さ（Ｌｂ）とされており、被溶接部材（鋼板１、２）の幅（Ｗｓ）に対する溶接長さ（Ｌｂ）の比率（Ｌｂ／Ｗｓ）が０．６以上とされており、溶接幅（Ｗｂ）の板厚（ｔ）に対する比率（Ｗｂ／ｔ）が０．８以上２以下とされている。これら数値範囲の限定理由は、第１の実施形態の場合と同様である。
【００６６】
また、隣接領域は、第１の実施形態と同様に、一辺とこの一辺に直交する他辺とによって囲まれた平面視長方形の領域であって、前記一辺は、溶接ビード２４ｂの長手方向に沿って、溶接ビード２４ｂのＲ止まりから溶接ビード２４ｂの最端部よりも板厚（t）分だけはみ出た位置に至るまで延在するものであり、前記他辺は、溶接ビード２４ｂの長手方向と直交する方向に沿って、溶接ビード２４ｂを中心に前記溶接幅の８割の長さとするものである。
【００６７】
更に、第１の実施形態と同様に、板厚貫通開口部９は、重ね合わせた鋼板１，２を貫通する貫通孔であり、溶接ビード２４ｂの長手方向と直交する方向に沿う開口長さが溶接ビード２４ｂを中心に溶接幅の８割以上の長さを有するものであればよく、具体的には図１３〜図１８に示したものでよい。
【００６８】
レーザ溶接部２４の始端部２４Ａ及び終端部２４Ｂに対応する位置に板厚貫通開口部９を設けることで、鋼板１，２を引っ張った際の面外変形に伴い生じる応力が各溶接ビード２４ｂの始端部及び終端部に集中するおそれがなく、鋼板界面の溶接金属でのせん断破断Ｓを防止し、板厚方向にき裂が進行する熱影響部での破断に移行させることができる。これにより、継手強度が、溶接長に比例した強度から極端に低下することのない、また、板幅方向に均一でない荷重がかかった場合でも、継手強度の安定した重ね継手が実現できる。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
引張強さが５９０ＭＰａで、板厚が０．８ｍｍ、１．２ｍｍ、２．０ｍｍの３種類の合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用意し、これらをそれぞれ重ね合わせてレーザ溶接を行い、図９に示すような重ね継手を製造した。図９中、符号１および符号２は引張強さが５９０ＭＰａの合金化溶融亜鉛めっき鋼板であり、符号３は重ね合わせ部であり、符号４はレーザ溶接部である。試験片幅Ｗｓは６０ｍｍとし、試験片長さは１８５ｍｍとした。
【００７０】
溶接順序は、先に板厚貫通開口部９（貫通孔）を設けた後に溶接ビード４ｂを形成する工程（切断先）と、先に溶接ビード４ｂを形成した後に貫通孔９を設ける工程（溶接先）の２種類とした。図２３に示すように、直径１ｍｍから５ｍｍまでの異なる大きさの貫通孔９を設けた。貫通孔９は、試験片の全幅に対し、溶接ビードの長さＬｂが、貫通孔９の大きさにかかわらず一定に保たれるように貫通孔の中心位置を調整した。
【００７１】
また、レーザ溶接の際には、鋼板２枚を重ね代６０ｍｍで重ね合わせ、２枚の板間には合金化溶融亜鉛めっき鋼板の溶接時に発生する亜鉛蒸気を逃がすため、板厚０．１ｍｍの鋼板をレーザ溶接部と重ならないよう挿入した。
【００７２】
レーザ溶接はＹＡＧレーザを使用し、加工点出力４ｋＷ、焦点はずし距離０ｍｍ、ビームウエスト０．６ｍｍ、また、溶接速度を変えて鋼板１および鋼板２の間の溶接幅を調整した。この時、溶接幅Ｗｂと板厚ｔの比（Ｗｂ/ｔ）は、０．６〜１．４であり、溶接長Ｌｂと試験片幅Ｗｓの比（Ｌｂ/Ｗｓ）は０．６〜０．８であった。シールドガスに関しては、ノズル径φ５ｍｍのノズルより、流量２０Ｌ／ｍｉｎのＡｒガスを同軸センターシールド（裏面シールドなし）で供給した。
【００７３】
レーザ溶接部４の強度健全性を確かめるため、被溶接部材（鋼板１、２）に引張速度１０ｍｍ/ｍｉｎ、チャック間距離２４０ｍｍで、重ね合わせ面に平行なせん断方向に荷重を付加し、引張試験を行い、溶接継手の破断形態を調べた。その結果を表１に示す。
【００７４】
表１に示すように、溶接長Ｌｂが３６ｍｍで、溶接ビードの始端部及び終端部に貫通孔を設けなかった場合は、溶接金属でのせん断破断が発生し、継手強度のばらつきが生じ、溶接長Ｌｂに相当するだけの強度が得られない場合もあった。一方、本発明例による継手は、いずれの貫通孔の径においても、常に溶接熱影響部での破断が生じ、溶接長Ｌｂに相当するだけの継手強度が得られた。
また、溶接長Ｌｂが４８ｍｍの場合には、本発明による継手の強度は、貫通孔を設けなかった比較例の継手の強度をすべて上回っており、継手強度が極端に低くなるような場合もなく、常に熱影響部での破断を生じた。
【００７５】
本発明例の重ね継手の構造は、溶接ビードの両端に貫通孔を設けることにより応力集中の緩和を可能にしているので、溶接ビードと貫通孔の作製順序を逆にした場合、すなわち、溶接した後に貫通穴を開けた場合にも実施例と同様の効果が得られることがわかった。
【００７６】
【表１】
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【００７７】
次に、上記と同様の鋼板と溶接条件により、図９に示すような溶接ビード４ｂを作製した後、貫通孔９を設ける順序で引張試験片を作製した。
【００７８】
貫通孔９を開ける際、図２４に示すように、溶接ビード４ｂの最端部４ｃから板厚分だけずれた位置を原点Ｏとし、溶接ビード４ｂの長手方向にＸ軸をとって、直径ｄ＝１ｍｍの貫通孔９の中心Ｍを種々の位置にとった。図２４は、溶接ビード４ｂと貫通孔９の相対的な位置関係を示す図である。図２４（Ａ）は貫通孔９の中心Ｍが原点Ｏよりも溶接ビード４ｂ寄りにｄｍｍに位置するもの（−ｄｍｍと表示する）、図２４（Ｂ）は貫通孔９の中心Ｍが原点Ｏにあるもの（０ｍｍと表示する）、図２４（Ｃ）は貫通孔９の中心Ｍが原点Ｏよりも溶接ビード４ｂから離れる方向にｄ／２ｍｍずれた位置するもの（ｄ／２ｍｍと表示する）である。
このような溶接継手について引張試験を行い、溶接継手の破断形態を調べた結果を表２に示す。
【００７９】
【表２】
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【００８０】
表２より、溶接長Ｌｂが３６ｍｍ、４８ｍｍの場合とも、貫通孔９の中心Ｍが−ｄｍｍ、−ｄ／２ｍｍ、０ｍｍの位置にあり、本発明の範囲内の位置に貫通孔９が存在する場合には、いずれも常に溶接熱影響部での破断が生じ、溶接長に相当するだけの継手強度が得られた。
【００８１】
しかし、貫通孔９の中心Ｍがｄ／２ｍｍの位置にある場合には、溶接幅Ｗｂと板厚ｔの比（Ｗｂ/ｔ）が、０．９〜１．４であり、溶接長Ｌｂと試験片幅Ｗｓの比（Ｌｂ/Ｗｓ）が０．６〜０．８であっても、貫通孔９の位置が本発明の範囲にないため、溶接金属でのせん断破断が発生し、溶接長に相当するだけの強度が得られなかった。
【００８２】
さらに、表３には、図２２に示すように、２本の溶接ビードからなるレーザ溶接部を備えた試験片について、レーザ溶接部の始端部及び終端部に対応する位置にのみ貫通孔を有する場合（表３：両端のみ貫通孔）と、各溶接ビードの両端すべてに貫通孔を有する場合（表３：全部貫通孔）と、貫通孔を全く設けない場合（貫通孔なし）について、引張試験を行った結果を示す。
【００８３】
【表３】
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【００８４】
表３に示すように、本発明の範囲内であり、レーザ溶接部の始端部及び終端部に対応する位置にのみ貫通孔を有する場合と、各溶接ビードの両端すべてに貫通孔を有する場合とでは、常に溶接熱影響部での破断が生じ、溶接長に相当するだけの継手強度が得られた。
一方、貫通孔を全く有しない比較例では、いずれも常に金属内での破断が生じ、溶接長に相当するだけの継手強度が得られなかった。
【００８５】
さらに、引張強さが５９０ＭＰａおよび９８０ＭＰａの合金化溶融亜鉛めっき鋼板で、試験片幅Ｗｓが５００ｍｍ、試験片長さが１５２０ｍｍの大きな試験片を用意し、鋼板２枚を重ね代３０ｍｍで重ね合わせ、溶接ビードの本数が５本以上からなるレーザ溶接部を備えた重ね継手を作製した。この時、溶融幅Ｗｂと板厚ｔの比（Ｗｂ/ｔ）は、０．８〜１．４、総溶接長ΣＬｂと試験片幅Ｗｓの比（ΣＬｂ/Ｗｓ）は０．６〜０．８とした。
表４に、各溶接ビードの両端全てに図２１と同様の形態の貫通穴を設けた場合（表４：全部貫通穴）と、貫通穴を全く設けない場合（表４：穴なし）について引張試験を行った結果を示す。なお、表４において、各ビード長（Ｌｂ１、Ｌｂ２、…）は、溶接ビード１本当たりの溶接長であり、総溶接長ΣＬｂは各ビード長の合計長さ（Ｌｂ１＋Ｌｂ２＋…）である。
【００８６】
【表４】
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【００８７】
表４に示すように、本発明の範囲内であり、各溶接ビードの両端すべてに貫通穴を有する場合は、常に溶接熱影響部での破断が生じたのに対し、貫通穴を全く有しない比較例では、常に金属内での破断が生じ、溶接熱影響部での破断に比べ継手強度は低下した。
【符号の説明】
【００８８】
１、２…鋼板（高強度薄鋼板（被溶接部材））、３…重ね合わせ部、４、１４、２４…レーザ溶接部、４ａ…溶接金属、４ｂ、１４ｂ、２４ｂ…溶接ビード、９…板厚貫通開口部、Ａ…隣接領域、Ａ１…一辺、Ａ２他辺、Ｌｂ…溶接長、Ｌｂ１、Ｌｂ２…溶接ビードの溶接長、Ｒ-end…始端部または終端部におけるＲ止まり、ｔ…板厚、Ｗｂ…溶接幅、Ｗｓ…被溶接部材の幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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