(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱によりガスが発生する被覆層により表面処理されたワークを重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接方法において、前記ワークを押圧して継手隙間を調整するワーク押圧部材と、このワーク押圧部材を駆動する流体圧シリンダと、この流体圧シリンダに高圧流体と低圧流体とのいずれかを供給するよう切り替わる電磁切替弁とをそれぞれ備え、この電磁切替弁を、溶接開始時には前記ワーク押圧部材により高圧でワークを押圧する一方、その後低圧で前記ワーク押圧部材により前記ワークを押圧するよう切り替えるレーザ溶接方法であって、前記電磁切替弁の高圧側から低圧側への切替タイミングを、前記電磁切替弁を切り替えた時点から前記ワーク押圧部材のワークに対する押圧力が高圧から低圧に変化するまでのタイムラグの分だけ溶接開始時に対して前ないし溶接開始時までの間とすることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
高圧でのワーク押圧力は、継手隙間があらかじめ設定されている許容値以下となる圧力であり、低圧でのワーク押圧力は、前記高圧時にて一部が溶接された状態で前記継手隙間が前記許容値以下となる圧力であることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
ワークは、亜鉛メッキ鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加熱によりガスが発生する被覆層により表面処理されたワークを重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛メッキ鋼板を重ね継手でレーザ溶接を行う場合（例えば特開平１０−１５６５６６号公報参照）、継手隙間を許容値以下にするために、図７に示すように、ワーク押圧部材１によりワークＷを押圧した状態で、レーザ加工ヘッド３からレーザ光５をワークＷに照射して行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した亜鉛メッキ鋼板の重ね継手溶接では、母材が溶融する温度に達したときに、メッキされている亜鉛がガス化する。
【０００４】
ところが、亜鉛がガス化する際に、ワークＷを構成する板材相互が密着して継手隙間が「０」になっていると、ガス化した亜鉛が継手隙間から外部に放出されず、溶融池Ｍを吹き飛ばしてブローホールＢが発生し、溶接部の強度低下を招く。
【０００５】
そこで、この発明は、ブローホールの発生を抑制して溶接部の強度低下を防止することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、加熱によりガスが発生する被覆層により表面処理されたワークを重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接方法において、前記ワークを押圧して継手隙間を調整するワーク押圧部材と、このワーク押圧部材を駆動する流体圧シリンダと、この流体圧シリンダに高圧流体と低圧流体とのいずれかを供給するよう切り替わる電磁切替弁とをそれぞれ備え、この電磁切替弁を、溶接開始時には前記ワーク押圧部材により高圧でワークを押圧する一方、その後低圧で前記ワーク押圧部材により前記ワークを押圧するよう切り替えるレーザ溶接方法であって、前記電磁切替弁の高圧側から低圧側への切替タイミングを、前記電磁切替弁を切り替えた時点から前記ワーク押圧部材のワークに対する押圧力が高圧から低圧に変化するまでのタイムラグの分だけ溶接開始時に対して前ないし溶接開始時までの間とするものとしてある。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明のレーザ溶接方法において、高圧でのワーク押圧力は、継手隙間があらかじめ設定されている許容値以下となる圧力であり、低圧でのワーク押圧力は、前記高圧時にて一部が溶接された状態で前記継手隙間が前記許容値以下となる圧力としてある。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明のレーザ溶接方法において、ワークは、亜鉛メッキ鋼板としてある。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、溶接開始時にはワークに対する押圧力を高圧とし、その後はワークに対する押圧力を低圧となるようにしたため、溶接開始時には継手隙間が小さくなってアンダカットの発生を防止でき、その後は継手隙間が広がることで溶接時に発生するガスが効率よく外部に放出されてブローホールの発生を防止することができる。
また、電磁切替弁の高圧側から低圧側への切替タイミングを、電磁切替弁を切り替えた時点からワーク押圧部材のワークに対する押圧力が高圧から低圧に変化するまでのタイムラグの分だけ溶接開始時に対して前ないし溶接開始時までの間としたので、電磁弁切替後、ワークに対する押圧力が低圧に変化するまでにタイムラグがあっても、ワークに対する高圧での押圧状態がほぼ溶接開始時にて終了し、溶接開始時でのブローホール発生を確実に防止することができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、ワークに対する押圧力を高圧から低圧に切り替えてレーザ溶接を行う際に、継手隙間を許容値以下に抑えることができる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、溶接時に亜鉛メッキ鋼板から発生するガス化した亜鉛が、ワークに対する押圧力が高圧での溶接開始後、低圧となった状態で広がる方向の継手隙間から外部に放出され、ブローホールの発生を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は、この発明の実施の一形態を示すレーザ溶接装置の全体構成図である。ワークＷは、加熱によりガスが発生する、例えば亜鉛が表面処理としてメッキされている亜鉛メッキ鋼板（板厚：０．８ｍｍ）と、鋼板（ＳＰＣ、板厚：０．８ｍｍ）とを重ね合わせたもので、この２枚の鋼板をレーザ加工ヘッド７から照射されるレーザ光９により重ね継手溶接を行う。
【００２２】
レーザ加工ヘッド７に一端が接続される光ファイバ９の他端に設けられるレーザ発振器としては、ＹＡＧレーザを用い、加工点出力が２ｋＷ、溶接速度が２．０ｍ／ｍｉｎであり、図中で矢印Ａ方向にレーザ加工ヘッド７が移動しながら溶接を行う。
【００２３】
レーザ加工ヘッド７の下端側部には、ワークＷを図中で下方に押圧して、鋼板相互の継手隙間を許容値以下に抑えるためのワーク押圧部材としての押圧ピン１１が装着されている。押圧ピン１１の図１中で上下方向の先端（下端）位置１１ａは、レーザ光９によるワークＷに対する加工点Ｐとほぼ一致している。
【００２４】
上記したレーザ加工ヘッド７は、ロボット１３により保持されており、ロボット１３のヘッド保持具１５には、流体圧シリンダとしてエアシリンダ１７が装着され、エアシリンダ１７の下方に向けて延長されるピストンロッド１９の先端には、レーザ加工ヘッド７の側部に設けてある取付ブラケット２１に連結されている。すなわち、エアシリンダ１７の作動により、レーザ加工ヘッド７は下方に移動して押圧ピン１１によりワークＷを押圧することになる。
【００２５】
エアシリンダ１７には、流体供給系２３が接続されている。以下に、流体供給系２３の詳細を説明する。
【００２６】
エアシリンダ１７に一端が接続される配管２５の他端は、並列流路を構成する分岐配管２７および２９の一端がそれぞれ接続されている。一方の分岐配管２７には高圧用圧力調整器３１が、他方の分岐配管２９には低圧用圧力調整器３３がそれぞれ設けられている。分岐配管２７および２９の他端は、電磁切替弁３５に接続され、電磁切替弁３５には、図示しないエアポンプからエアが供給されるエア供給配管３７が接続されている。
【００２７】
電磁切替弁３５は、図１に示す高圧側切替位置Ｈでは、エア供給配管３７が高圧用圧力調整器３１側の分岐配管２７に接続され、低圧用圧力調整器３３側の分岐配管２９が第１の排気用配管３９に接続される。一方、図２に示す低圧側切替位置Ｌでは、電磁切替弁３５は、エア供給配管３７が低圧用圧力調整器３３側の分岐配管２９に接続され、高圧用圧力調整器３１側の分岐配管２７が、第２の排気用配管４１に接続される。
【００２８】
次に、上記したレーザ溶接装置の動作を説明する。図３は、レーザ光の照射、電磁切替弁位置およびワーク押圧力に関するタイムチャートである。まず、ロボット１３によりレーザ加工ヘッド７をワークＷの上方に移動させ、押圧ピン１１の先端位置１１ａがワークＷの表面にほぼ接触する状態とする。この状態で電磁切替弁３５を図１に示す高圧側切替位置Ｈとし、押圧ピン１１によるワークＷに対する押圧力を高圧ＰＨとする。このときの押圧力ＰＨは、少なくとも１５０Ｎであり、レーザ加工ヘッド７からのレーザ光９の照射はせずＯＦＦのままである。
【００２９】
そして、時間Ｔ１で電磁切替弁３５を、図２に示す低圧側切替位置Ｌとする。低圧側切替位置Ｌでの押圧ピン１１によるワークＷに対する押圧力ＰＬは、０＜ＰＬ≦３０Ｎである。この場合、電磁切替弁３５を高圧側切替位置Ｈから低圧側切替位置Ｌに切り替えた時点Ｔ１から、押圧ピン１１によるワークＷに対する押圧力が高圧のＰＨから低圧のＰＬに変化するまでは、０．０５秒程度のタイムラグｔがあり、時間Ｔ１から時間ｔ経過後の時間Ｔ２までは、押圧ピン１１は高圧ＰＨでワークＷを押圧している。そして、時間Ｔ２の時点でレーザ光９の照射を行いＯＮとする。
【００３０】
このレーザ光９の照射開始時（時間Ｔ２）には、ワークＷは高圧ＰＨで押圧されているので、継手隙間は許容値以下に抑えられ、したがってアンダカットの発生が防止される。その後、ワークＷに対する押圧ピン１１による押圧力は、徐々に低下してＰＬとなり、これにより継手隙間は広がる方向となるので、母材の溶融時にガス化した亜鉛は、この広がった継手隙間から外部に放出され、この結果ブローホールの発生が防止される。このようにして、アンダカットやブローホールなどの発生を防止できるので、溶接部の強度低下を防止することができる。
【００３１】
ワークＷの被溶接部位に対する溶接作業が終了したら、レーザ光９の照射をＯＦＦとした後に、電磁切替弁３５を図１に示す高圧側切替位置Ｈとし、これにより、押圧ピン１１によるワークＷに対する押圧力がＰＬから徐々に上昇し、ＰＨとなる。
【００３２】
図４は、横軸に示した低圧時でのワークＷに対する押圧力と、縦軸に示した電磁切替弁３５の高圧から低圧への切り替えタイミングとの関係において、アンダカットやブローホールなどが発生しないＯＫ領域を示している。これによれば、低圧時押圧力を３０Ｎ以下にするとともに、電磁切替弁３５の切替タイミングを、溶接開始時に対して０．０５秒前から溶接開始時までの間とすることで、アンダカットやブローホールなどを確実に防止することができる。
【００３３】
低圧時押圧力を０以下とすると、継手隙間が大きくなりすぎてアンダカットＵが発生し、同押圧力が高くなる例えば６０Ｎを越えると、継手隙間が小さくなりすぎてブローホールＢ１が発生する。また、電磁切替弁３５の高圧から低圧への切替タイミングをレーザ照射（溶接開始）後に設定すると、レーザ照射時からさらに押圧ピン１１による押圧力が低下するまでの間は、継手隙間が小さいままとなるので、ブローホールＢ２が発生する。
【００３４】
図５は、高圧時でのワークＷに対する押圧力と継手隙間との関係を示すもので、これによれば、継手隙間を許容値ｔｈ以下とし、かつアンダカットを発生させないためには、高圧時での押圧力を１５０Ｎ以上とする必要がある。図６は、高圧時でワークＷの端部が溶接された状態における、低圧時での押圧力と継手隙間との関係を示すもので、これによれば、継手隙間を許容値ｔｈ以下とし、かつブローホールを発生させないためには、低圧時での押圧力を３０Ｎ以下とする必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示すレーザ溶接装置の全体構成図である。
【図２】図１のレーザ溶接装置における電磁切替弁を低圧側に切り替えた状態を示す動作説明図である。
【図３】図１のレーザ溶接装置におけるレーザ光の照射、電磁切替弁位置およびワーク押圧力に関するタイムチャートである。
【図４】図１のレーザ溶接装置における低圧時押圧力と、電磁切替弁の高圧から低圧への切り替えタイミングとの相関図である。
【図５】図１のレーザ溶接装置における高圧時押圧力と継手隙間との相関図である。
【図６】図１のレーザ溶接装置における低圧時押圧力と継手隙間との相関図である。
【図７】従来例を示すレーザ溶接装置の全体構成図である。
【符号の説明】
Ｗ  ワーク
７  レーザ加工ヘッド
９  レーザ光
１１  押圧ピン（ワーク押圧部材）
１７  エアシリンダ（流体圧シリンダ）
２３  流体供給系
２７，２９  分岐配管（並列流路）
３１  高圧用圧力調整器
３３  低圧用圧力調整器
３５  電磁切替弁
【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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