(57)【要約】【課題】レーザ溶接中に、キャビテーション効果により気泡を破壊させてポロシティを消滅させ、微細結晶粒組織を持ち強度が向上した溶接部を製造する。【解決手段】レーザ溶接装置１０は、レーザビーム１２ａを出射するレーザ光照射ヘッド１２と、溶融池に対して直流磁場を付与可能な磁場付与手段１５と、溶融池に交流電場を付与可能な交流電場付与手段とを備える。レーザ溶接方法は、被溶接材１７にレーザビーム１２ａを照射して溶融池を形成し、溶融池に対して交流電流と直流磁場とを付与することでローレンツ力を発生させて溶接を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接材にレーザビームを照射して溶融池を形成し、前記溶融池に対して電流と磁場とを付与することでローレンツ力を発生させて溶接を行うレーザ溶接方法において、
前記電流は交流電流であり、前記磁場は直流磁場であることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記交流電流の周波数は１８０〜２５００Ｈｚの範囲から設定され、前記磁場の強さが３テスラ以上である請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記被溶接材がＡ１０００系アルミニウムである請求項１又は請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
被溶接材にレーザビームを照射して溶融池を形成するレーザ溶接装置であって、
レーザビームを出射するレーザ出射部と、
前記溶融池に対して直流磁場を付与可能な磁場付与手段と、
前記溶融池に交流電場を付与可能な交流電場付与手段と
を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項５】
前記交流電場を付与する交流電流の周波数は１８０〜２５００Ｈｚの範囲から設定され、前記磁場の強さが３テスラ以上である請求項４に記載のレーザ溶接装置。
【請求項６】
前記交流電場付与手段は、２００〜２０００Ｈｚの範囲から設定された周波数の交流電場を付与可能である請求項５に記載のレーザ溶接装置。
【請求項７】
前記交流電場付与手段は、８００〜２０００Ｈｚの範囲から設定された周波数の交流電場を付与可能である請求項５又は請求項６に記載のレーザ溶接装置。
【請求項８】
前記磁場付与手段は、５テスラ以上の直流磁場を付与可能である請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接は高溶接速度、低溶接歪みという点で優れた溶接方法であることは広く知られている。また、アーク溶接、レーザ溶接などの溶融溶接においては、溶融溶接部では凝固時に高温割れ、結晶粗大化、気孔発生などの冶金的課題を内在しており、使用材質によっては溶接部の強度や品質が大きく低下する等の問題があった。
【０００３】
従来、厚板を溶接する場合等に必要となる非貫通溶接においては溶接部内部に溶接欠陥（ブローホール）を招きやすいという問題や、ギャップ許容度が非常に小さいという問題を解決するレーザ溶接方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１のレーザ溶接方法は、レーザビームにより形成された被溶接材における溶融池に対して電流と磁場とを付与することでローレンツ力を発生させ、溶融池を攪拌する。溶融池を攪拌しながら溶接を行うことにより、キーホールの開口が安定し、溶接部内部へのガスのトラップが防止されてブローホールの防止が可能となるとしている。溶融池に磁場を付与する磁場付与手段として、電磁石と永久磁石とが挙げられている。
【０００４】
また、アーク溶接、レーザ溶接等の溶融溶接において、ビード形状制御や形状欠陥防止及び冶金的問題を解決する溶接方法が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２の溶接方法は、被溶接材に対向してエネルギー束を投入または照射して被溶接材に溶融池を形成し、エネルギー束または溶融池内に流れる電流と交差させる方向で直流磁界成分を含み交流的に変動する磁界を付与する。凝固結晶微細化の原因として、次のことが考えられるとしている。即ち、非対称電磁力により、溶融金属が板圧方向に強制流動させられ、板幅方向に成長しようとする樹枝状晶に直交する電磁力や強制流動力が作用し、先端部が折られて結晶の成長が抑制され、折られた微細結晶破片が溶融池内に分散し凝固の核として作用するため、結晶数が増加し、１個あたりの成長寸法が抑制される結果となる。また、脱ガス効果として、電磁力による上下振動により、溶湯に過飽和に吸収されているガス成分が強制的にパージされ、ブローホール防止などの効果が認められた。特に、上方向に振動時にはガスの浮力による上昇を加速するため、従来の磁気攪拌法よりも脱ガス効果は顕著であるとしている。
【０００５】
また、電池ケース用のＪＩＳＡ３０００系アルミニウム合金板をパルスレーザ溶接する際に、異常部（イレギュラービード）の発生を防止するためのアルミニウム合金が提案されている（特許文献３参照）。特許文献３では、被溶接材であるＪＩＳＡ３０００系アルミニウム合金の組成を調整することにより、パルスレーザ溶接する際に、異常部（イレギュラービード）の発生が防止されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８００８０号公報
【特許文献２】特開２００８−５５４４６号公報
【特許文献３】特開２０１２−８２５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２の方法は、物理的にポロシティを削減する方法（以下、物理的方法という）であり、特許文献３の方法は、化学的にポロシティを低減する方法（以下、化学的方法という）である。化学的方法では、ポロシティの低減はできても、ポロシティを消滅させることは非常に難しい。また、被溶接材の種類（組成）が変わると合金組成の調整が必要になる。
【０００８】
一方、物理的方法では、溶融状態の被溶接材に生じた気泡を物理的に破壊することによりポロシティを消滅させることが可能である。ところが、特許文献１のレーザ溶接方法では、溶融池を攪拌することによりキーホールの開口を安定化させて溶接部内部へのガスのトラップを防止することを図っている。即ち、溶融状態の被溶接材に生じた気泡を破壊するということは考慮されていない。また、磁場付与手段として、電磁石と永久磁石とが挙げられているが、永久磁石の磁場では磁場の強度が小さいため、溶融状態の被溶接材に生じた気泡を破壊するキャビテーション効果を生じさせることは難しく、キャビテーション効果は考慮されていないと考えられる。
【０００９】
また、特許文献２では、電磁力による上下振動により、溶湯に過飽和に吸収されているガス成分が強制的にパージされ、ブローホール防止などの効果が認められた。特に、上方向に振動時にはガスの浮力による上昇を加速するため、従来の磁気攪拌法よりも脱ガス効果は顕著であるとしている。したがって、特許文献２の場合も、溶融状態の被溶接材に生じた気泡を物理的に破壊するということは配慮されていない。
【００１０】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、レーザ溶接中に、キャビテーション効果により気泡を破壊させてポロシティを消滅させ、微細結晶粒組織を持ち強度が向上した溶接部を製造することができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するレーザ溶接方法は、被溶接材にレーザビームを照射して溶融池を形成し、前記溶融池に対して電流と磁場とを付与することでローレンツ力を発生させて溶接を行うレーザ溶接方法において、前記電流は交流電流であり、前記磁場は直流磁場であることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、レーザ溶接において、溶融状態になった被溶接材に対して電磁振動プロセス技術により被溶接材に直流磁場と交流電場とを同時に印加することにより、被溶接材に対して周期的なローレンツ力が生じ、被溶接材が交流電場と同じ周波数で振動する。そして、溶融状態の被溶接材に発生した気泡がキャビテーション効果により破壊され、溶融状態になった被溶接材の冷却過程における凝固中にポロシティを消滅させることが可能になる。したがって、レーザ溶接中に、キャビテーション効果により気泡を破壊させてポロシティを消滅させ、微細結晶粒組織を持ち強度が向上した溶接部を製造することができる。
【００１３】
前記交流電流の周波数は１８０〜２５００Ｈｚの範囲から設定され、前記磁場の強さが３テスラ以上であることが好ましい。レーザ溶接中に、キャビテーション効果を生じさせる適切な条件は、被溶接材の種類や厚さ等によって異なるが、この構成によれば、キャビテーション効果を発揮し易い。
【００１４】
前記被溶接材がＡ１０００系アルミニウムであることが好ましい。この構成によれば、加工性や熱伝導性、電気伝導性には特に優れている工業用の純アルミニウムのレーザ溶接において、良好な溶接部を得ることができる。
【００１５】
上記課題を解決するレーザ溶接装置は、被溶接材にレーザビームを照射して溶融池を形成するレーザ溶接装置であって、レーザビームを出射するレーザ出射部と、前記溶融池に対して直流磁場を付与可能な磁場付与手段と、前記溶融池に交流電場を付与可能な交流電場付与手段とを備える。
【００１６】
この構成によれば、レーザ溶接を行う際に、溶融状態になった被溶接材に対して、交流電場と、直流磁場を付与することが可能なため、前述のレーザ溶接方法を実施することができる。交流電場の周波数及び直流磁場の強さは、被溶接材の種類や厚さ等によって適切な条件が選択される。したがって、レーザ溶接中に、キャビテーション効果により気泡を破壊させてポロシティを消滅させ、微細結晶粒組織を持ち強度が向上した溶接部を製造することができる。
【００１７】
前記交流電場を付与する交流電流の周波数は１８０〜２５００Ｈｚの範囲から設定され、前記磁場の強さが３テスラ以上であることが好ましい。この構成によれば、溶融状態になった被溶接材に対してキャビテーション効果を発揮し易い。
【００１８】
前記交流電場付与手段は、２００〜２０００Ｈｚの範囲から設定された周波数の交流電場を付与可能であることが好ましい。この構成によれば、付与可能な交流周波数の範囲が１８０〜２５００Ｈｚの装置に比べて、キャビテーション効果を発揮し易い。
【００１９】
前記交流電場付与手段は、８００〜２０００Ｈｚの範囲から設定された周波数の交流電場を付与可能であることがより好ましい。この構成によれば、付与可能な交流周波数の範囲が２００〜２０００Ｈｚの装置に比べて、キャビテーション効果をより発揮し易い。
【００２０】
前記磁場付与手段は、５テスラ以上の直流磁場を付与可能であることが好ましい。この構成によれば、付与可能な磁場の強さが５テスラ未満の装置に比べてキャビテーション効果を発揮し易い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザ溶接中に、キャビテーション効果により気泡を破壊させてポロシティを消滅させ、微細結晶粒組織を持ち強度が向上した溶接部を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）はレーザ溶接装置の概略構成図、（ｂ）は磁場付与手段の構成図。
【図２】直流磁場、交流電流、ローレンツ力の関係を示す模式図。
【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はキャビテーション効果によるポロシティの破壊作用を説明する模式図。
【図４】温度と電磁振動印加のタイミングを示す図。
【図５】結晶粒径と振動周波数との関係を示す図。
【図６】結晶粒径と磁場強度との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置の一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、レーザ溶接装置１０は、レーザ発振器１１、レーザ光照射ヘッド１２、添加ワイヤトーチ１３、シールドガスノズル１４及び磁場付与手段１５を備えている。レーザ光照射ヘッド１２は、光ファイバー１６によりレーザ発振器１１と接続されている。なお、磁場付与手段１５については、一部のみ（磁極２１ａ，２１ｂのみ）図示している。
【００２４】
添加ワイヤトーチ１３は、溶接中における溶融池の上方に配設されている。添加ワイヤトーチ１３には、図示しないワイヤ供給装置から添加ワイヤ１３ａが連続供給され、これが上記溶融池に挿入される。また、添加ワイヤ１３ａは交流電源１８の一方の電極に接続され、交流電源１８の他方の電極に被溶接材１７が接続されるようになっている。添加ワイヤトーチ１３、添加ワイヤ１３ａ及び交流電源１８が、溶融池に交流電場を付与可能な交流電場付与手段を構成する。交流電源１８は、１８０〜２５００Ｈｚの範囲から設定された周波数の交流電場を付与可能に構成されている。即ち、交流電源１８は交流の出力周波数を所定の範囲で変更可能（調節可能）に構成されている。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、磁場付与手段１５は、励磁用電源１９及び電磁石２０を備えている。電磁石２０は、励磁用電源１９に接続された磁化コイル２０ａと、磁束を所定部へ誘導する鉄芯２１とにより構成されている。鉄芯２１は略Ｃ字状に形成され、対向する磁極２１ａ，２１ｂを備えている。励磁用電源１９は磁化コイル２０ａに直流を供給し、電磁石２０は対向する磁極２１ａ，２１ｂの一方から他方へ磁束が流れるように構成されている。即ち、磁場付与手段１５は、溶融状態になった被溶接材に対して直流磁場を付与することが可能である。なお、電磁石２０は、レーザ光照射ヘッド１２から照射されるレーザビーム１２ａの光路を妨げないように配置されており、例えば、磁極２１ａ，２１ｂの配置位置に対して斜め上方に磁化コイル２０ａが位置するように配置されている。
【００２６】
そして、両磁極２１ａ，２１ｂは、磁束の方向が、溶接時に被溶接材１７の溶融池の表面と平行に、かつ溶融池に流れる電流と直交する方向となるように配置されており、溶融池に対して直流磁場を付与可能になっている。磁場付与手段１５は、溶融池に対して３テスラ以上、好ましくは５テスラ以上の直流磁場を付与可能に構成されている。
【００２７】
シールドガスノズル１４は、レーザビーム１２ａに対して添加ワイヤトーチ１３と反対側に配設されている。シールドガスノズル１４にはＨｅガスボンベ２２が接続されており、溶接時にシールドガスノズル１４の先端よりＨｅガスが噴出されて溶接部をＨｅガスでシールド可能になっている。
【００２８】
被溶接材１７の溶接箇所を連続的に変更可能とするため、レーザ光照射ヘッド１２、添加ワイヤトーチ１３、シールドガスノズル１４及び電磁石２０は、被溶接材１７に対して相対移動可能に構成されている。この実施形態では、被溶接材１７が図示しない支持装置とともに図１（ａ）において紙面と垂直方向に移動されるようになっている。
【００２９】
次に前記のように構成されたレーザ溶接装置１０によるレーザ溶接方法を説明する。
レーザ発振器１１から発振されたレーザビーム１２ａは光ファイバー１６及びレーザ光照射ヘッド１２を介して被溶接材１７の被溶接部上に照射される。レーザビーム１２ａの照射により被溶接材１７は溶融されて、溶融池が形成される。そして、添加ワイヤトーチ１３により添加ワイヤ１３ａが溶融池に挿入され、溶融池に交流電流が流れる。交流電流は被溶接材１７の上面に沿って流れる。この状態で磁場付与手段１５により、被溶接材１７の表面と平行に、即ち溶融池の表面と平行に、かつ溶融池に流れる交流電流と直交する方向となるように直流磁場が付与される。図１（ａ）の場合、直流磁場の向きは図の左右方向になるため、交流電流は図の紙面と垂直方向に流れる。
【００３０】
すると、図２に模式的に示すように、電流の流れる方向と、直流磁場の方向とが水平面内で直交する状態となり、電場及び磁場の向きと直交する方向にローレンツ力Ｆが作用する。ローレンツ力Ｆの向きはフレミング左手の法則で決まり、磁場の方向は一定でも、電流が交流のため、ローレンツ力Ｆの向きが図２の矢印の方向において交流の周波数に合わせて交互に変化する。なお、図２では図示の都合上、直流磁場の方向を下向きに描いているが、前述したように、電流と磁束とは水平面内で直交するため、ローレンツ力Ｆの向きは図１（ａ）において上下方向になる。
【００３１】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、液状の被溶接材１７中に気泡３０が存在する状態で液相にローレンツ力Ｆが作用する場合、ローレンツ力Ｆの方向によって気泡３０に対する作用が異なり、図３（ａ）に示すように、気泡３０を膨張させる方向と、図３（ｂ）に示すように、気泡３０を圧縮させる方向のローレンツ力Ｆが交互に繰り返される。そして、キャビテーション効果が発生する状態でローレンツ力Ｆが作用すると、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、気泡３０が破裂する。気泡が破裂することにより、その衝撃で、結晶核となる部分が多数発生し、微細結晶粒組織を持ち、強度が向上した溶接部が製造される。
【００３２】
例えば、被溶接材１７として二次電池やキャパシタ等の蓄電装置のアルミニウム製のケースと、アルミニウム製の蓋との溶接を行う場合は、ケースと蓋とを当接させた状態で支持装置上に支持する。支持の状態は、ケースが有底四角筒状の場合は、ケースと蓋との当接部の溶接すべき箇所が図１（ａ）における紙面と垂直方向へ延びる状態にし、前述のようにレーザ溶接を行う。１つの側面に対する溶接が完了するたびに、残りの側面が順次レーザ光照射ヘッド１２と対向するように支持状態を変更し、４つの側面全てに対してレーザ溶接を行うことにより、ケースと蓋との溶接箇所に微細結晶粒組織を持ち、強度が向上した溶接部が製造される。
【００３３】
次にレーザ溶接における適切な電磁振動の印加条件を調べるため、ＪＩＳＡ１０００系アルミニウム合金を試料として、振動周波数及び磁場強度を種々変更してレーザ溶接試験を行った場合の振動周波数及び磁場強度の影響について説明する。
【００３４】
試料として、直径６ｍｍ、長さ５０ｍｍのＪＩＳＡ１０００系アルミニウム合金棒を使用し、一対の銅電極間に黒鉛電極を介在した状態で試料を挟持した。そして、銅電極間に所定周波数の交流を印加するとともに、超電導マグネットを電極より外側に配置して、試料をヒータで加熱した状態でレーザ溶接を行った。
【００３５】
固体状態の試料（被溶接材１７）にローレンツ力Ｆを作用させてもキャビテーション効果は発生しないため、溶接箇所の被溶接材１７が液相の状態で電磁振動を開始する。そして、電磁振動を開始後、溶接箇所の温度が液相線温度より低い温度になった後、電磁振動を終了するとともに被溶接材１７を急冷する。
【００３６】
詳述すると、図４に示すように、ヒータによる加熱により、試料の溶接箇所の温度を時間に対して一次関数的に上昇させる。液相線温度より充分に高い所定の最高温度に所定時間維持した後、溶接部の温度下降中の液相線温度より充分高い温度で電磁振動を開始する。その後、液相線温度より溶接部の温度が低下した状態において電磁振動を終了し、加熱を終了するとともに、急冷（例えば、冷却水を掛ける。）を行った。試料の温度は熱電対で測定した。
【００３７】
図４において、電磁振動終了時点を液相線温度と固相線温度との中間位置に図示しているが、５０％程度凝固した状態において電磁振動を終了することを示すのではなく、充分に液相線温度を過ぎた状態の時点を意味している。また、電磁振動終了と同時に冷却水を掛けているが、これは急冷することにより、溶融状態で結晶粒粗大化が進行することを防止するために行う。実際のレーザ溶接においても溶接箇所の温度はレーザ照射で急上昇し、レーザ照射がされなくなると急下降することに対応させている。
【００３８】
磁場強度を７テスラ一定の条件で、交流電流の周波数を５０〜７０００Ｈｚの範囲で変更して溶接試練を行った。また、交流電流の周波数を１０００Ｈｚで固定し、磁場強度を１〜１０テスラの範囲で変更して溶接試験を行った。溶接終了後、溶接部の結晶粒径を顕微鏡写真で計測した。また、溶接部を引き剥がし、目視によりボイドの数を数えた。
【００３９】
図５に振動周波数と結晶粒径の関係を示す。また、図６に結晶粒径の関係を示す。図５及び図６において、ｄｍａｘ（０．８）とは、粒度分布を累積分布で示した場合における累積８０％の粒径を意味し、この実施形態ではｄｍａｘ（０．８）を最大径と定義する。また、Ａｖｅｒａｇｅとは、粒度分布を累積分布で示した場合におけるｄｍａｘ（０．８）の値と、累積２０％の粒径との平均値である。
【００４０】
振動周波数に対する結晶粒径及びボイド数との関係を表１に示す。なお、ボイド数とは、溶接部長さ１４５ｍｍ中に存在したボイドの個数を意味する。また、結晶粒径は図５のＡｖｅｒａｇｅの値に相当する。
【００４１】
【表１】
2014121722.tif 000003
図５及び表１より、キャビテーション効果が効率良く発揮されるには適切な周波数が存在することが分かる。振動周波数が大きすぎると、液相のマクロ流動が弱くなり、結晶の微細化ができなくなると考えられる。
【００４２】
図６より、磁場強度が強い方がキャビテーション効果が効率良く発揮され、キャビテーション効果が効率良く発揮され易い振動周波数であっても、磁場強度が小さいと、例えば、３テスラ未満ではキャビテーション効果が発揮され難くなると考えられる。試験に使用した装置は最大磁場強度が１０テスラのため、試験データとしては磁場強度の最大値が１０テスラとなった。
【００４３】
表１より、磁場強度を７テスラに固定した状態では、振動周波数が１２０Ｈｚ以下の試料番号１，２及び振動周波数が５０００Ｈｚ以上の試料番号８，９では溶接部にボイドが確認された。しかし、振動周波数が２００〜２０００Ｈｚの範囲の試料番号３〜７においては溶接部にボイドが発生せず、良好な溶接部が得られたことを確認できる。
【００４４】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）レーザ溶接方法は、被溶接材１７にレーザビーム１２ａを照射して溶融池を形成し、溶融池に対して電流と磁場とを付与することでローレンツ力を発生させて溶接を行うレーザ溶接方法において、電流は交流電流であり、磁場は直流磁場である。そして、交流電流の周波数は１８０〜２５００Ｈｚの範囲から設定され、直流磁場の強さが３テスラ以上である。そのため、溶融状態の被溶接材１７に発生した気泡３０がキャビテーション効果により破壊され、ポロシティを消滅させることが可能になる。したがって、レーザ溶接中に、キャビテーション効果により気泡３０を破壊させてポロシティを消滅させ、微細結晶粒組織を持ち強度が向上した溶接部を製造することができる。
【００４５】
（２）被溶接材１７としてＡ１０００系アルミニウムを使用した場合に（１）の効果を得ることができる。したがって、加工性や熱伝導性、電気伝導性には特に優れている工業用の純アルミニウムのレーザ溶接において、良好な溶接部を得ることができる。
【００４６】
（３）レーザ溶接装置１０は、レーザビーム１２ａを出射するレーザ出射部（レーザ光照射ヘッド１２）と、溶融池に対して３テスラ以上の直流磁場を付与可能な磁場付与手段１５と、溶融池に１８０〜２５００Ｈｚの範囲から設定された周波数の交流電場を付与可能な交流電場付与手段（添加ワイヤトーチ１３、添加ワイヤ１３ａ及び交流電源１８）とを備える。そして、レーザ溶接を行う際に、被溶接材１７にレーザビーム１２ａを照射して溶融池を形成し、溶融状態になった被溶接材１７に対して、１８０〜２５００Ｈｚの範囲から設定された周波数の交流電場と、３テスラ以上の直流磁場を付与することが可能なため、前述のレーザ溶接方法を実施することができる。したがって、レーザ溶接中に、キャビテーション効果により気泡３０を破壊させてポロシティを消滅させ、微細結晶粒組織を持ち強度が向上した溶接部を製造することができる。被溶接材１７の種類や厚さ等によって、交流電場の適切な周波数が変わる場合があるが、交流電場付与手段は、１８０〜２５００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電場を付与可能なため、条件設定の自由度が大きくなる。
【００４７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  交流電場付与手段を、２００〜２０００Ｈｚの範囲から設定された周波数の交流電場を付与可能に構成してもよい。この場合、付与可能な交流周波数の範囲は、１８０〜２５００Ｈｚの範囲から設定される装置に比べて狭くなるが、キャビテーション効果を発揮し易くなる。
【００４８】
○  交流電場付与手段を、８００〜２０００Ｈｚの範囲から設定された周波数の交流電場を付与可能に構成してもよい。この場合、付与可能な交流周波数の範囲は２００〜２０００Ｈｚの範囲から設定される装置に比べて狭くなるが、キャビテーション効果をより発揮し易くなる。
【００４９】
○  交流電場付与手段は、レーザ溶接の際に、溶融状態になった被溶接材１７に対して、１８０〜２５００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電場を付与可能であればよく、周波数の変更範囲が狭い装置であってもよい。溶接可能な被溶接材１７の種類が１種類であれば、周波数の変更範囲が狭い装置であっても支障はない。
【００５０】
○  磁場付与手段１５を、５テスラ以上の直流磁場を付与可能に構成してもよい。この場合、付与可能な磁場の強さが５テスラ未満の装置に比べてキャビテーション効果を発揮し易い。
【００５１】
○  被溶接材１７は、Ａ１０００系アルミニウムに限らず、Ａ３０００系アルミニウム合金や他の金属、例えば、軟鋼等の鉄系金属であってもよい。
○  レーザ溶接方法は、被溶接材にレーザビームを照射して溶融池を形成し、前記溶融池に対して電流と磁場とを付与することでローレンツ力を発生させて溶接を行うレーザ溶接方法において、電流が交流電流であり、磁場が直流磁場であればよい。なぜならば、実施形態では、交流電流の周波数が１８０〜２５００Ｈｚの範囲から選択された周波数で、直流磁場の強さが３テスラ以上の条件で微細結晶粒組織を持ち強度が向上した溶接部を製造することができた。しかし、例えば、直流磁場の強さが１０テスラより大きな条件、あるいは交流電流の大きさを変更することにより、交流電流の周波数が１８０〜２５００Ｈｚの以外の条件においても、レーザ溶接中に、気泡３０を破壊させてポロシティを消滅させ、微細結晶粒組織を持ち強度が向上した溶接部を製造することが可能になると推測できる。
【００５２】
○  レーザ溶接装置１０は、被溶接材１７を支持する支持装置側を所定位置に固定して、レーザ光照射ヘッド１２、交流電場付与手段及び磁場付与手段１５側を移動可能にしてもよい。
【００５３】
○  レーザ溶接装置１０は、レーザ発振器１１で発生したレーザ光を、光ファイバー１６を使用せずに、集光光学系を介して被溶接材１７上に照射する構成であってもよい。
○  交流電場付与手段は、添加ワイヤトーチ１３及び添加ワイヤ１３ａ使用せず、交流電源１８の２つの電極に接続された２本の配線の一方を被溶接材１７の溶接ラインの一端側に接続し、他方を溶接ラインの他端側に接続する構成にしてもよい。なお、溶接ラインとは、溶接時に溶接ビードが直線状に延びる部分に対応する溶接箇所を意味する。例えば、溶接ビードが１本の直線として形成される場合はその両端と対応する位置に各配線が接続され、溶接ビードが屈折して複数の直線部から構成される場合は、各直線部の両端と対応する位置に、２本の配線の接続位置が順次変更される。溶接ビードが曲線状、例えば円弧状に形成される場合は、円弧を複数に分割して、ほぼ直線状になる部分の両端と対応する位置に、２本の配線の接続位置が順次変更される。
【００５４】
○  磁場付与手段１５を構成する電磁石２０として超電導マグネットを使用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
Ｆ…ローレンツ力、１０…レーザ溶接装置、１２…レーザ出射部としてのレーザ光照射ヘッド、１２ａ…レーザビーム、１５…磁場付与手段、１７…被溶接材、１３…交流電場付与手段を構成する添加ワイヤトーチ、１３ａ…同じく添加ワイヤ、１８…同じく交流電源。
【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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