(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に重ね合わされた状態で対向する面の間に隙間が生じた平板状の二枚の金属板のレーザー溶接方法であって、
上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して相対的に移動させることにより、上側の金属板のレーザー光被照射部位を溶融させて上下に貫通する溶融穴部を形成させると共に、これらの溶融金属が前記溶融穴部に貯留されてなる溶融池を前記溶融穴部の溶接経路後方に形成する溶融工程と、
フィラーワイヤを前記溶融池の熱を受けたときに溶融可能なように予め加熱するフィラーワイヤ加熱工程と、
該フィラーワイヤ加熱工程で加熱されたフィラーワイヤを、端部が前記溶融池に接触するように前記レーザー光被照射部位よりも後方の位置から供給するフィラーワイヤ供給工程とを有し、
該フィラーワイヤの端部が前記溶融池に接触したときに生成される溶融金属により、前記溶融池内に存在する溶融金属の前記隙間を越えた下方への垂下を促進させると共に、
前記フィラーワイヤとして、脱酸素剤を含むワイヤを用い、
前記フィラーワイヤ供給工程において、前記レーザー光中心と前記フィラーワイヤの中心線との交差位置が上側の金属板よりも下方となるように、前記フィラーワイヤを供給することを特徴とするレーザー溶接方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載のレーザー溶接方法において、
前記フィラーワイヤ供給工程では、前記フィラーワイヤを、端部が前記溶融池における前記溶融穴部の後方近傍部位に接触するように供給することを特徴とするレーザー溶接方法。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２に記載のレーザー溶接方法において、
前記フィラーワイヤ供給工程では、前記フィラーワイヤを、端部側が前記溶接経路に沿いかつ前下がりに傾斜した状態で前記溶融池に接触するように供給することを特徴とするレーザー溶接方法。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー溶接方法において、
前記フィラーワイヤ供給工程において、
前記溶融池における溶融金属の対流状態は、前記溶融池の上面側では前記溶融穴部側から溶接方向後方に向かい、前記溶融池の後端近傍において下降し、前記溶融池の下面側では前方に向かい、且つ、前記溶融池の前端近傍において上昇する対流状態となることを特徴とするレーザー溶接方法。
【請求項５】
上下に重ね合わされた状態で対向する面の間に隙間が生じた平板状の二枚の金属板のレーザー溶接装置であって、
上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して相対的に移動させることにより、上側の金属板のレーザー光被照射部位を溶融させて上下に貫通する溶融穴部を形成させると共に、これらの溶融金属が前記溶融穴部に貯留されてなる溶融池を前記溶融穴部の溶接経路後方に形成する溶融手段と、
フィラーワイヤを前記溶融池の熱を受けたときに溶融可能なように予め加熱するフィラーワイヤ加熱手段と、
該フィラーワイヤ加熱手段で加熱されたフィラーワイヤを端部が前記溶融池に接触するように前記レーザー光被照射部位よりも後方の位置から供給するフィラーワイヤ供給手段とを有し、
該フィラーワイヤの端部が前記溶融池に接触したときに生成される溶融金属により、前記溶融池内に存在する溶融金属の前記隙間を越えた下方への垂下を促進させるように構成すると共に、
前記フィラーワイヤは、脱酸素剤を含むワイヤであり、
前記フィラーワイヤ供給手段は、前記レーザー光中心と前記フィラーワイヤの中心線との交差位置が上側の金属板よりも下方となるように、前記フィラーワイヤを供給することを特徴とするレーザー溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下に重ね合わされた平板状の二枚の金属板のレーザー溶接方法及びレーザー溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、上下に重ね合わされた平板状の二枚の金属板の溶接方法として、レーザー溶接が利用されつつある。このレーザー溶接は、二枚の金属板の上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して移動させることにより、上下の金属板のレーザー光被照射部位を溶融させて線状の溶接ビードを形成させるものである。
【０００３】
その場合に、二枚の金属板における対向する面は一般に完全な平面ではないので、二枚の金属板間には隙間が生じると共に、その隙間の大きさも溶接経路上において一様でなく、その結果、例えば隙間が大きい箇所において上側金属板の溶融金属が隙間を越えて下側金属板に接触する状態まで垂下せず、上下の金属板が連結されない溶接不良を生じることがあった。
【０００４】
この問題に対処可能な技術として、特許文献１には、レーザー光の被照射部位にその移動に端部が追随するようにフィラーワイヤを供給することにより、金属板だけでなくフィラーワイヤを溶融させて、すなわち溶融金属を増加させて、該溶融金属が隙間を越えて下側金属板に接触する状態まで垂下しやすくし、これにより上下の金属板が連結されない溶接不良を防止するようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５９２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記特許文献１に記載のもののようにフィラーワイヤをレーザー光で溶融させるように構成した場合、例えばフィラーワイヤの溶融にレーザーのエネルギーが消費されて上側の金属板の溶融が不十分になり、その結果、フィラーワイヤ及び上側金属板の溶融金属が下方へ垂下できず、上下の金属板が溶融金属により連結されない場合があった。
【０００７】
この問題に対し、本願出願人は、先の出願（特願２００９−８１７５５号（本願出願日現在、出願公開未））において、フィラーワイヤを溶融池の熱を受けたときに溶融可能なように加熱するフィラーワイヤ加熱工程と、該フィラーワイヤ加熱工程で加熱されたフィラーワイヤを、端部が溶融池に接触するようにレーザー光被照射部位よりも後方の位置から供給するフィラーワイヤ供給工程とを有し、該フィラーワイヤの端部が溶融池に接触したときに生成される溶融金属により、溶融池内に存在する溶融金属の前記隙間を越えた下方への垂下を促進させるレーザー溶接方法を提案したところである。
【０００８】
そして、このような構成を採用したことにより、フィラーワイヤを供給してユーザー溶接を行う場合に、上側の金属板の溶融が不十分になるのを防止し、もって上下の金属板を良好に連結させることを可能としたものである。
【０００９】
しかし、本願出願人は、隙間の状況等によっては、フィラーワイヤが良好に溶融しても、上下の金属板の連結が十分に行われない場合があることを発見した。
【００１０】
そこで、本発明は、先の出願のような構成を採用した場合に、上下の金属板の連結が十分に行われないことを抑制し、もってレーザー溶接性能を一層向上させることが可能なレーザー溶接方法及びレーザー溶接装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【００１２】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、上下に重ね合わされた状態で対向する面の間に隙間が生じた平板状の二枚の金属板のレーザー溶接方法であって、上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して相対的に移動させることにより、上側の金属板のレーザー光被照射部位を溶融させて上下に貫通する溶融穴部を形成させると共に、これらの溶融金属が前記溶融穴部に貯留されてなる溶融池を前記溶融穴部の溶接経路後方に形成する溶融工程と、フィラーワイヤを前記溶融池の熱を受けたときに溶融可能なように予め加熱するフィラーワイヤ加熱工程と、該フィラーワイヤ加熱工程で加熱されたフィラーワイヤを、端部が前記溶融池に接触するように前記レーザー光被照射部位よりも後方の位置から供給するフィラーワイヤ供給工程とを有し、該フィラーワイヤの端部が前記溶融池に接触したときに生成される溶融金属により、前記溶融池内に存在する溶融金属の前記隙間を越えた下方への垂下を促進させると共に、前記フィラーワイヤとして、脱酸素剤を含むワイヤを用い、前記フィラーワイヤ供給工程において、前記レーザー光中心と前記フィラーワイヤの中心線との交差位置が上側の金属板よりも下方となるように、前記フィラーワイヤを供給することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のレーザー溶接方法において、前記フィラーワイヤ供給工程では、前記フィラーワイヤを、端部が前記溶融池における前記溶融穴部の後方近傍部位に接触するように供給することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載のレーザー溶接方法において、前記フィラーワイヤ供給工程では、前記フィラーワイヤを、端部側が前記溶接経路に沿いかつ前下がりに傾斜した状態で前記溶融池に接触するように供給することを特徴とする。さらに、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー溶接方法において、前記フィラーワイヤ供給工程において、前記溶融池における溶融金属の対流状態は、前記溶融池の上面側では前記溶融穴部側から溶接方向後方に向かい、前記溶融池の後端近傍において下降し、前記溶融池の下面側では前方に向かい、且つ、前記溶融池の前端近傍において上昇する対流状態となることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、上下に重ね合わされた状態で対向する面の間に隙間が生じた平板状の二枚の金属板のレーザー溶接装置であって、上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して相対的に移動させることにより、上側の金属板のレーザー光被照射部位を溶融させて上下に貫通する溶融穴部を形成させると共に、これらの溶融金属が前記溶融穴部に貯留されてなる溶融池を前記溶融穴部の溶接経路後方に形成する溶融手段と、フィラーワイヤを前記溶融池の熱を受けたときに溶融可能なように予め加熱するフィラーワイヤ加熱手段と、該フィラーワイヤ加熱手段で加熱されたフィラーワイヤを端部が前記溶融池に接触するように前記レーザー光被照射部位よりも後方の位置から供給するフィラーワイヤ供給手段とを有し、該フィラーワイヤの端部が前記溶融池に接触したときに生成される溶融金属により、前記溶融池内に存在する溶融金属の前記隙間を越えた下方への垂下を促進させるように構成すると共に、前記フィラーワイヤは、脱酸素剤を含むワイヤであり、前記フィラーワイヤ供給手段は、前記レーザー光中心と前記フィラーワイヤの中心線との交差位置が上側の金属板よりも下方となるように、前記フィラーワイヤを供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
次に、本発明の効果について説明する。
【００１７】
まず、請求項１に記載の発明によれば、上下に重ね合わされた状態で対向する面の間に隙間が生じた平板状の二枚の金属板のうちの上側の金属板表面に向けてレーザー光が照射されつつ該レーザー光が所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して相対的に移動し、これにより、上側の金属板のレーザー光被照射部位が溶融して上下に貫通する溶融穴部が形成されると共に、これらの溶融金属が前記溶融穴部に貯留されてなる溶融池が溶接経路後方に形成される。
【００１８】
その場合に、本発明においては、フィラーワイヤは、前記溶融池の熱を受けたときに溶融するように予め加熱された状態でレーザー光被照射部位の後方から端部が前記溶融池に接触するように供給されることにより、レーザー光でなく溶融池との接触により溶融することとなる。したがって、レーザー光のエネルギーが、フィラーワイヤの溶融に消費されずに専ら金属板の溶融に利用されることとなって、上側の金属板の溶融穴部の形成が安定することとなる。つまり、上側の金属板及びフィラーワイヤの溶融金属を下側金属板側へ垂下可能とさせるための構造が安定して形成されることとなる。しかも、溶融池との接触により生成されたフィラーワイヤの溶融金属によりもともと溶融池内に存在していた溶融金属が下方に押しやられることとなるので、溶融池の溶融金属の前記隙間を越えた下方への垂下が促進され、もって上下の金属板が良好に連結されることとなる。
【００１９】
ところで、解決しようとする課題の欄において説明したように、本願発明者は、上述のような構成を採用した場合でも、例えば金属板間の隙間の状況等によっては、前記溶融穴部等の形成や下の金属板の連結が不安定となる場合があることを発見した。この原因を究明するために種々検討、実験等を行ったところ、溶融金属に含まれる酸素の濃度が所定濃度よりも高い場合に、溶融池内の溶融金属の対流状態が所望の状態とは異なる状態に変化し、その結果、溶融穴部の形成等に影響を与えて、上下の金属板の連結が不安定となることがわかった。
【００２０】
そこで、本発明においては、前記フィラーワイヤとして、脱酸素剤を含むワイヤを用い、溶融池中の溶融金属中の酸素濃度を所定濃度よりも低い状態に維持させる。これにより、溶融池内の溶融金属の対流状態が所望の状態とは異なる状態に変化するのが防止される。すなわち、溶融穴部の形成等に影響を与えるのが抑制され、上下の金属板の連結が安定することとなる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記フィラーワイヤを端部が前記溶融池における前記溶融穴部の後方近傍部位に接触するように供給するから、ワイヤが溶融池の中でも特に高温な溶融金属に接触することとなる。したがって、該ワイヤの端部が良好に溶融することとなる。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明によれば、前記フィラーワイヤ供給工程では、前記フィラーワイヤは、端部側が前記溶接経路に沿いかつ前下がりに傾斜した状態で前記溶融池に接触するように供給されるから、何等かの原因によりフィラーワイヤの端部が溶融池において溶融しなかった場合には、該端部はレーザー光の被照射部位に達し、レーザー光の照射により溶融されることとなる。すなわち、万一フィラーワイヤの端部が溶融池において溶融しなかった場合でも、フィラーワイヤが溶融しないのが防止されることとなる。さらに、請求項４に記載の発明によれば、溶融池内で所望の対流状態が実現されることで、上下の金属板の連結が安定する。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明によれば、レーザー溶接装置において請求項１に記載の作用、効果が得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザー溶接装置の外観斜視図である。
【図２】二枚の金属板の溶接部の断面写真である。
【図３】レーザー溶接中における金属板のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す斜視図である。
【図４】（ａ）：レーザー溶接中における金属板のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す平面図である。（ｂ）：（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。
【図５】（ａ）：図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）：図４（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）：図４（ｂ）のＤ−Ｄ断面図、（ｄ）：図４（ｂ）のＥ−Ｅ断面図、（ｅ）：図４（ｂ）のＦ−Ｆ断面図、（ｆ）：図４（ｂ）のＧ−Ｇ断面図である。
【図６】図４（ｂ）において対流状態が通常でないときを表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に係るレーザー溶接方法、及びレーザー溶接装置について説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係るレーザー溶接装置１の外観斜視図である。このレーザー溶接装置１は、レーザー光ＬＢ（レーザービ  ーム）を発生するレーザーヘッド２と、該レーザーヘッド２からのレーザー光被照射位Ｌの後方にフィラーワイヤＸを供給するフィラーワイヤ供給装置３と、レーザーヘッド２及びフィラーワイヤ供給装置３を支持すると共にワークＷに対して移動させる移動装置４とを有している。なお、ワークＷとしては、互いに逆方向に膨らんでフランジ同士が上下に重ね合わされた断面ハット状の金属板Ｗ１，Ｗ２を一例として示している。金属板Ｗ１，Ｗ２のフランジは複数のクランプ５…５により把持されているが、金属板Ｗ１，Ｗ２の精度上、対向する面の間には隙間Ｚが生じている箇所が存在する。
【００２７】
レーザーヘッド２は、例えばＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー等の高出力レーザーを利用して構成されていると共に、レーザー出力が可変とされている。レーザー光の焦点位置は可変であるが、本実施の形態においては上側金属板Ｗ１の上面に設定されている。
【００２８】
フィラーワイヤ供給装置３は、レーザー光ＬＢの被照射部位Ｌの近傍に配置されたワイヤ供給ノズル１１と、フィラーワイヤＸが巻回されたワイヤロール１２と、モータ（図示せず）により駆動され、該ワイヤロール１２からフィラーワイヤＸを繰り出す繰り出しローラ１３と、該繰り出しローラ１３とワイヤ供給ノズル１１との間に設けられ、前記繰り出しローラ１３により繰り出されたフィラーワイヤＸを前記ノズル１１まで誘導するチューブ１４とを有している。モータは、回転速度の制御が可能なサーボモータにより構成され、これにより、被溶接部位へのワイヤＸの供給量が調整可能になっている。
【００２９】
移動装置４は、前記レーザーヘッド２及びフィラーワイヤ供給装置３が取り付けられた支持部材２１と、該支持部材２１の下端部に取り付けられた台状部材２２と、工場床等に配設され、前記台状部材２２を摺動可能に支持するレール部材２３と、前記台状部材２２をレール部材２３に沿って移動させる移動機構（図示せず）とを有している。このように移動させる移動機構は公知のものにより種々構成可能であり詳しい説明は省略するが、駆動源は回転速度の制御が可能なサーボモータ（図示せず）により構成され、これによりレーザーヘッド１１及びフィラーワイヤ供給装置３のワークＷに対する移動速度が調整可能になっている。
【００３０】
また、レーザー溶接装置１は、フィラーワイヤＸを所定温度に加熱するフィラーワイヤ加熱装置６を有している。このフィラーワイヤ加熱装置６は、フィラーワイヤＸに通電することにより、該ワイヤＸに生じるジュール熱で該ワイヤＸを加熱するものであり、加熱電源装置３１と、該加熱電源装置３１と前記ワイヤ供給ノズル１１とを接続するノズル接続ケーブル３２と、該加熱電源装置３１と前記複数のクランプ５…５の一つとを接続するクランプ接続ケーブル３３とを有し、加熱電源装置３１から流れる電流が、ノズル接続ケーブル３２、ノズル１１、フィラーワイヤＸ、金属板Ｗ１，Ｗ２、クランプ５、クランプ接続ケーブル３３を介して加熱電源装置３１に戻るようになっている。なお、逆回りに電流が流れるように構成してももちろんよい。ここで、前記所定温度は、フィラーワイヤＸの端部が後述する溶融池ＷＹに接触したときに該溶融池ＷＹ（溶融金属Ｗｙ）の熱を受けて溶融する温度に設定されている。フィラーワイヤＸを所定温度に加熱するための電流値については実験等を行って導けばよい。
【００３１】
また、本実施の形態においては、フィラーワイヤＸとして、脱酸素剤を含むフラックスワイヤが利用されている。
【００３２】
図２は、隙間Ｚが生じた二枚の金属板Ｗ１，Ｗ２をフィラーワイヤＸを供給しながら溶接した場合に、良好な溶接強度が得られたワークについての幅方向断面写真（一例）である。この写真からわかるように、二枚の金属板Ｗ１，Ｗ２は溶融金属Ｗｙが固化して形成されたビードＷＢを介して連結される。また、このビードＷＢの幅方向左右には、上下の金属板Ｗ１，Ｗ２のそれぞれに金属組織変化が生じた熱影響部ＷＣ１，ＷＣ２（ビードＷＢの左右において白っぽく変色している間の部分）が存在している。なお、図３は、一例であり、上下の金属板Ｗ１，Ｗ２の板厚がそれぞれ１．６ｍｍ、隙間Ｚが１．３ｍｍのものである。
【００３３】
ここで、このような構造は、レーザー光ＬＢにより溶融された上側の金属板Ｗ１及びフィラーワイヤＸの溶融金属が、下側金属板Ｗ２まで垂下して上下の金属板Ｗ１，Ｗ２を連結し、この溶融金属が冷却、固化してビードＷＢを形成することにより形成される。また、熱影響部ＷＣ１，ＷＣ２は、溶融金属の熱が金属板Ｗ１，Ｗ２の幅方向に伝達されることにより形成される。
【００３４】
ところで、本願発明者の知見によれば、発明が解決しようとする課題の欄において説明したように、フィラーワイヤをレーザー光で溶融させるように構成した場合、フィラーワイヤの溶融にレーザーのエネルギーが消費されて例えば上側の金属板の溶融が不十分になり、その結果、フィラーワイヤの溶融金属も下方へ垂下できず、上下の金属板が溶融金属により良好に連結されない場合がある。そこで、本実施の形態においては、フィラーワイヤをレーザー光で溶融させるのでなく、以下のような方法により溶融させるようにしている。
【００３５】
まず、図３により溶接方法の概要について説明すると、上下に重ね合わされた状態で対向する面の間に隙間Ｚが生じた平板状の二枚の金属板Ｗ１，Ｗ２のうちの上側の金属板Ｗ１表面に向けてレーザー光ＬＢを照射しつつ該レーザー光ＬＢを溶接経路Ｒに沿ってこれら二枚の金属Ｗ１，Ｗ２板に対して相対的に移動させる。これにより、上側の金属板Ｗ１のレーザー光被照射部位Ｌを溶融させて上下に貫通する溶融穴部ＷＫを形成すると共に、これらの溶融金属が先に形成された溶融穴部に貯留されてなる溶融池ＷＹを溶接経路Ｒ後方に形成させる。そして、溶融池ＷＹの熱を受けたときに溶融するように予め加熱されたフィラーワイヤＸを、端部が前記溶融池ＷＹにおける溶融穴部ＷＫの後方近傍部位（該部位の具体的な位置については後述する）に接触するように該溶融池ＷＹの後方から供給して、フィラーワイヤＸの端部を溶融させて溶融池ＷＹに溶融金属を追加供給する。
【００３６】
図４、図５を参照しつつ詳しく説明すると、まず、図４（ａ），（ｂ）、図５（ａ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光ＬＢの中心ＬＢｃの前方近傍では、上側の金属板Ｗ１におけるレーザー光中心ＬＢｃ近傍の金属が溶融され、溶融金属Ｗｙが生成されている。また、溶融金属Ｗｙの周囲には、該溶融金属Ｗｙから伝達される熱により金属組織変化が生じた熱影響部ＷＣ１が生じている。ＷＫは、レーザー光ＬＢにより金属がプラズマ状態となり、その圧力により溶融金属Ｗｙを周囲に押しやって形成された溶融穴部（キーホール）であり、この図にはその前部があらわれている。
【００３７】
図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃ位置においては、溶融穴部ＷＫは上側の金属板Ｗ１を貫通して下側の金属板Ｗ２に達している。そして、下側の金属板Ｗ２においても、レーザー光中心ＬＢｃ近傍の金属が溶融され、溶融金属Ｗｙが生成されている。上側の金属板Ｗ１の溶融金属Ｗｙは重力により下側金属板Ｗ２側へ垂下し始めている。下側金属板Ｗ２の溶融金属Ｗｙの周囲に熱影響部ＷＣ２が生じている。
【００３８】
図４（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃの後方近傍では、上側金属板Ｗ１の溶融金属Ｗｙが重力によりさらに下方へ垂下しているものの、溶融金属Ｗｙには表面張力により塊化作用が生じているので、上側金属板Ｗ１と下側金属板Ｗ２とが連結されるに至っていない。
【００３９】
図４（ｂ）、図５（ｄ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃよりも後方位置においては、溶融金属Ｗｙが、先に形成されていた溶融穴部に貯留されることにより溶融池ＷＹが形成されている。
【００４０】
また、この図４（ｂ）、図５（ｄ）に示すように、本実施の形態においては、前述のように溶融池ＷＹの熱とで溶融するように加熱されたフィラーワイヤＸが、溶融池ＷＹの後方からその端部が該溶融池ＷＹにおける溶融穴部ＷＫの後方近傍部位に接触するように供給され、該ワイヤＸの端部が溶融して溶融金属Ｗｙ′が生成される。そして、この新たに生成された溶融金属Ｗｙ′が溶融池ＷＹ内に供給されることにより、もとから存在していた溶融池ＷＹ内の溶融金属Ｗｙが下方に押しやられて、該溶融金属Ｗｙの隙間Ｚを越えた下方への垂下が促進され、上側の金属板Ｗ１と下側の金属板Ｗ２とが溶融金属Ｗｙ，Ｗｙ′により連結されることとなる。そして、図４（ｂ）、図５（ｅ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃよりもさらに後方位置においては、溶融池ＷＹの溶融金属Ｗｙが下側から固化し始め、図５（ｆ）に示すように、さらに後方においては、溶融池ＷＹの溶融金属が上から下まで全て固化し、図２に示すような断面の被溶接部が形成されることとなる。
【００４１】
ここで、フィラーワイヤＸの供給条件等について詳しく説明すると、図３、図４（ａ），（ｂ）に示すように、該フィラーワイヤＸは、矢印β（図４（ｂ）に記載）で示すように、端部側が溶接経路Ｒに沿いかつ前下がりに傾斜した状態で溶融池ＷＹに接触するように供給される。より詳しくは、フィラーワイヤＸにおける上側金属板Ｗ１の上面と交差する部位の前端位置が、レーザー光中心ＬＢｃから溶接経路Ｒ後方の距離Ｄｘの位置となるように供給される。この距離Ｄｘは、（１）フィラーワイヤＸの端部側が上側金属板Ｗ１の上面位置においてレーザー光ＬＢの照射を受けず、かつ（２）溶融穴部ＷＫの後端位置が溶接中に多少変動した場合でも溶融池ＷＹ内にフィラーワイヤＸの端部が接触し、さらに（３）レーザー光中心ＬＢｃからできるだけ近いという３条件を満たす距離に設定される。なお、この位置が、溶融池ＷＹにおける溶融穴部ＷＫの後方近傍部位を規定する位置である。本実施の形態においては、距離Ｄｘは、例えばレーザー光ＬＢのビーム径の２倍の距離に設定されている。
【００４２】
以上のような構成によれば、フィラーワイヤＸは、溶融池ＷＹの熱を受けたときに溶融するように加熱された状態でレーザー光被照射部位Ｌの後方から端部が前記溶融池ＷＹに接触するように供給されることにより、レーザー光ＬＢでなく溶融池ＷＹとの接触により溶融することとなる。したがって、レーザー光ＬＢのエネルギーが、フィラーワイヤＸの溶融に消費されずに専ら金属板の溶融に利用されることとなって、上側の金属板Ｗ１の溶融穴部ＷＫの形成が安定することとなる。つまり、上側の金属板Ｗ１及びフィラーワイヤＸの溶融金属Ｗｙ（Ｗｙ′）を下側金属板Ｗ２側へ垂下可能とさせるための構造が安定して形成されることとなる。しかも、溶融池ＷＹとの接触により生成されたフィラーワイヤＸの溶融金属Ｗｙ′により、もともと溶融池ＷＹ内に存在していた溶融金属Ｗｙが下方に押しやられる。つまり、溶融金属Ｗｙの隙間Ｚを越えた下方への垂下が促進され、上下の金属板Ｗ１，Ｗ２が安定して良好に連結されることとなる。この溶融金属Ｗｙの下方への垂下の促進の現象は、溶融金属Ｗｙがコーキング材のように隙間Ｚに注入されてこれを満たすように移動するというように理解することもできる。また、このとき、溶融池ＷＹ内では、矢印γで示すように溶融金属Ｗｙ，Ｗｙ′が混ざり合って対流が生じているものと考えられ、これによっても溶融金属Ｗｙ，Ｗｙ′の下方への垂下が促進される。
【００４３】
ところで、本願発明者は、解決しようとする課題において説明したように、前述のような構成とした場合でも、溶融穴部等の形成や上下の金属板の連結が不安定となる場合があることを発見した。この原因について種々検討、実験したところ、溶融金属に含まれる酸素の濃度が影響することがわかった。特に、溶融金属中の酸素濃度が所定濃度よりも高い場合に、溶融池内の溶融金属の対流状態が所望の状態とは異なる状態に変化し、その結果、溶融穴部の消失等、その形成に影響を与えて、上下の金属板の連結が不安定となることがわかった。
【００４４】
具体的にこの対流状態の変化について説明すると、図４（ｂ）は、正常な対流状態（所望の対流状態）のときを示している。この図４（ｂ）に示すように、正常な対流状態においては、溶融池ＷＹ内に存在していた溶融金属Ｗｙ、及びフィラーワイヤＸの溶融により新たに供給される溶融金属Ｗｙ′は混ざり合って、溶融池ＷＹの上面側において、溶融穴部ＷＫ側から溶接方向後方に向かい、溶融池ＷＹの後端近傍において下降し、下面側において前方に向かい、前端近傍において上昇する対流を生じているものと推定される。一方、正常な対流状態でないときは、図６に矢印δで示すように、図４（ｂ）の矢印γで示す向きとは逆向きの対流が生じているものと推定される。
【００４５】
この推定の根拠は以下の通りである。レーザー溶接中、溶融池ＷＹを上方から動画により撮像した。溶融池ＷＹの上面には、溶融金属Ｗｙ，Ｗｙ′の一部が酸化して微細な粒状となった物質が浮遊することがあり、その動きを観察した。すると、溶融穴部ＷＫが消失等することなく上下の金属板Ｗ１，Ｗ２の連結が良好であったときには、粒状物質は溶融池ＷＹの上面において溶接方向後方に向かって移動した。一方、溶融穴部ＷＫが消失しあるいは小さくなって、上下の金属板Ｗ１，Ｗ２の連結が不十分であったときには、粒状物質は溶融池ＷＹの上面において溶接方向前方に向かって移動した。この観測結果から、溶融池ＷＹ内には対流が生じ、かつ対流の状態が変化しているものと考えられる。
【００４６】
この対流状態の変化は、溶融金属Ｗｙ，Ｗｙ′が混ざり合って一体となった溶融金属Ｗｙ″に含まれる酸素の濃度変化により生じるものと推測される。すなわち、溶融金属Ｗｙ″中の酸素濃度と表面張力との関係として、溶融金属Ｗｙ″中の酸素濃度が所定濃度よりも高い場合には、溶融金属Ｗｙ″の温度が高い部分の方が表面張力が大きくなり、溶融金属Ｗｙ″中の酸素濃度が所定濃度よりも低い場合には、溶融金属Ｗｙ″の温度が高い部分の方が表面張力が小さくなるという関係がある。また、溶融池ＷＹ内の溶融金属Ｗｙ″の温度は、溶接方向においては溶融穴部ＷＫ付近が最も高く後方ほど低くなる。また、金属板Ｗ１，Ｗ２の厚さ方向においては、上板Ｗ１の上面側が高く、下板Ｗ２の下面側が低くなる。このような温度分布と酸素濃度とを考慮すると、酸素濃度に応じて、前述したように対流が変化することとなる。
【００４７】
そこで、本実施の形態においては、フィラーワイヤＸとして脱酸素剤を含むワイヤを用いる。脱酸素剤は、例えばシリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）である。これらは、酸素に対する親和力が鉄（Ｆｅ）よりも大きく、溶融池ＷＹ内の高温の溶融金属Ｗｙ″（主として鉄（Ｆｅ））が凝固するまでの間に溶融金属Ｗｙ″に含まれる酸素と結合する。これにより、溶融金属Ｗｙ″中の酸素が金属酸化物として分離され、溶融金属Ｗｙ″中の酸素の濃度が所定濃度よりも低い状態に維持される。したがって、溶融池ＷＹ内の溶融金属Ｗｙ″の対流状態が所望の状態（図４（ｂ））とは異なる状態（図６）に変化するのが防止される。そして、溶融穴部ＷＫの消失等が発生するのが抑制され、上下の金属板Ｗ１，Ｗ２の連結が安定することとなる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、フィラーワイヤＸをその端部が前記溶融池ＷＹにおける前記溶融穴部ＷＫの後方近傍部位に接触するように供給するから、フィラーワイヤＸが溶融池ＷＹの中でも特に高温な部分に接触することとなる。したがって、該ワイヤＸの端部が良好に溶融することとなる。
【００４９】
ところで、距離Ｄｘを前述のように規定した場合、溶融穴部ＷＫの後端が大きく後退した場合、溶融池ＷＹにフィラーワイヤＸの端部が接触しなくなって、溶融池ＷＹとの熱を受けたときに該ワイヤＸの端部の溶融が不可能となるが、本実施の形態においては、フィラーワイヤＸは、端部側が溶接経路Ｒに沿いかつ前下がりに傾斜した状態で溶融池ＷＹに接触するように供給されるから、ワイヤＸの端部が溶融池ＷＹにおいて溶融されなかった場合には、端部はレーザー光ＬＢの被照射部位Ｌに達し、レーザー光ＬＢの照射により溶融されることとなる。すなわち、万一フィラーワイヤＸの端部が溶融池ＷＹにおいて溶融しなかった場合でも、フィラーワイヤＸが溶融しないのが防止されることとなる。なお、図４（ｂ）に示すように、レーザー光中心ＬＢｃとフィラーワイヤＸの中心線Ｘｃとの交差位置を、上側の金属板Ｗ１よりも下方となるように設定しておけば、レーザー光ＬＢにより、上側の金属板Ｗ１の溶融を良好に行いつつフィラーワイヤＸの溶融を行うことができる。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、フィラーワイヤＸを溶接経路Ｒに沿うようにかつ前下がりに傾斜させた状態でその端部を溶融池ＷＹに接触させるようにしたが、請求項１、２、４に記載の発明は、レーザー光ＬＢの被照射部位Ｌの後方において、溶接経路Ｒの側方から溶融池ＷＹに接触させる場合を含む。また、３枚以上の金属板の溶接であっても、そのうちの２枚が接着されているか又は極めて小さい隙を有して接合されている場合には、この２枚と他の１枚による２枚の金属板の溶接として本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、フィラーワイヤを利用してレーザー溶接を行う場合に、上側の金属板の溶融が不十分になるのを防止し、もって上下の金属板を良好に連結させることができる。したがって、自動車産業の他、二枚の金属板の溶接が必要となる産業において広く利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００５２】
１        レーザー溶接装置（溶融手段）
３        フィラーワイヤ供給装置（フィラーワイヤ供給手段）
６        フィラーワイヤ加熱装置（フィラーワイヤ加熱手段）
Ｌ        レーザー光被照射部位
ＬＢ      レーザー光
Ｒ        溶接経路
Ｘ        フィラーワイヤ
Ｗ１      上側の金属板
Ｗ２      下側の金属板
ＷＫ      溶融穴部
ＷＹ      溶融池
Ｗｙ      溶融金属
Ｚ        隙間
【図１】
0005521415.tif 000002
【図３】
0005521415.tif 000003
【図４】
0005521415.tif 000004
【図５】
0005521415.tif 000005
【図６】
0005521415.tif 000006
【図２】
0005521415.tif 000007