(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属製のワーク同士を溶接する際に、前記ワーク同士の一部を溶接領域として、該溶接領域に第１のレーザ光を照射することにより、前記溶接領域内のワークが溶融した溶融部を形成する第１のレーザ光照射工程と、
前記溶融部が凝固するまでの間、または、前記溶融部が凝固した凝固部が形成された後に、
前記溶融部または前記凝固部の中心部から外れた照射開始位置から該中心部に向かって該中心部の周りに第２のレーザ光が周回するように、または、前記溶融部または前記凝固部の中心部とその周りを含む照射開始領域から前記中心部に第２のレーザ光が集光するように、
前記第２のレーザ光を照射する第２のレーザ光照射工程と、を含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記第２のレーザ光照射工程は、前記溶融部が凝固するまでの間に行われるものであり、
前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部に向かう方向の凝固の進行に合わせて、前記溶融部に前記第２のレーザ光を照射することにより、前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部に向う方向の凝固の進行を遅らせることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記第２のレーザ光照射工程において、前記照射開始位置が、前記溶融部の周縁上にある、または、前記照射開始領域が、前記溶融部の周縁で囲われた領域であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記第２のレーザ光照射工程において、前記照射開始位置が、前記溶融部の周縁と前記溶融部の中心部との間にある、または、前記照射開始領域が、前記溶融部の周縁と前記溶融部の中心部との間に周縁が位置するような前記中心部を含んだ領域であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記第２のレーザ光照射工程において、前記凝固の進行に伴って、前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部まで柱状晶組織が成長するように、前記第２のレーザ光の照射を行うことを特徴とする請求項３または４に記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記第１のレーザ光照射工程後、前記第２のレーザ光照射前において、前記凝固の進行に伴って、前記溶融部の中心部を囲うように、前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部に向かって柱状晶組織が成長し、該柱状晶組織の成長から等軸晶組織の成長に変化した後に、前記第２のレーザ光照射工程を開始し、
該第２のレーザ光照射工程において、前記溶融部の中心部を囲うように前記等軸晶組織を残し、該等軸晶組織から前記溶融部の中心部まで柱状晶組織が成長するように、前記第２のレーザ光の照射を行うことを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
前記第２のレーザ光照射工程は、前記溶融部が凝固した前記凝固部に前記第２のレーザ光を照射して、前記凝固部を再溶融させるものであり、
前記第１のレーザ光の照射後の前記溶融部の中心部およびその近傍の領域が凝固するまでの冷却速度よりも、前記第２のレーザ光の照射により再溶融した凝固部の中心部およびその近傍の領域が凝固するまでの冷却速度の方が遅くなるように、
前記凝固部の中心部およびその近傍の領域の周縁上を、前記照射開始位置とする、または、前記凝固部の中心部およびその近傍の領域の周縁で囲われた領域を、前記照射開始領域として、前記第２のレーザ光を照射することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項８】
前記凝固部は、前記凝固部の中心部を含むように等軸晶組織が形成された等軸晶領域と、前記凝固部の周縁から前記等軸晶領域に向かって、前記等軸晶領域を囲うように柱状晶組織が形成された柱状晶領域とを含み、
前記等軸晶領域の等軸晶組織が柱状晶組織となるように、前記第２のレーザ光を照射することを特徴とする請求項７に記載のレーザ溶接方法。
【請求項９】
前記凝固部は、前記凝固部の中心部を含むように等軸晶組織が形成された等軸晶領域と、前記凝固部の周縁から前記等軸晶領域に向かって、前記等軸晶領域を囲うように柱状晶組織が形成された柱状晶領域とを含み、
前記等軸晶領域の等軸晶組織の一部が前記凝固部の中心部を囲い、かつ、前記等軸晶領域の残りの等軸晶組織が柱状晶組織となるように、前記等軸晶領域に前記第２のレーザ光を照射することを特徴とする請求項７に記載のレーザ溶接方法。
【請求項１０】
複数の金属製のワーク同士の一部をレーザ光で溶融して溶接した溶接部を備えた溶接構造であって、
前記溶接部は、前記溶接部の周縁から前記溶接部の中心部に向う方向に、前記溶接部の周縁から柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第１の柱状晶領域と、
前記第１の柱状晶領域から、前記溶接部の中心部を囲うように形成された等軸晶組織からなる等軸晶領域と、
該等軸晶領域から前記溶接部の中心部まで、前記溶接部の中心部に向かって、柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第２の柱状晶領域と備えることを特徴とする溶接構造。
【請求項１１】
複数の金属製のワーク同士の一部をレーザ光で溶融して溶接した溶接部を備えた溶接構造であって、
前記溶接部のレーザ光が照射された側の表面は、前記溶接部の周縁からに前記溶接部の中心部に向かって凹んだ主凹面と、該溶接部の中心部近傍において該主凹面からさらに凹んだ副凹面とをからなり、前記副凹面に対応する前記溶接部の裏面は、凹みを有しない、または、前記副凹面よりも浅い凹面となっていることを特徴する溶接構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光で複数のワーク同士を溶接するのに好適なレーザ溶接方法および溶接構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、たとえば二枚の金属板からなるワーク同士を、たとえば重ね合わせたり、突き合わせたりして、これらにレーザ光を照射してレーザ溶接することがなされている。レーザ溶接による信頼性および強度を高めるため、例えば、特許文献１には、複数の金属製のワーク同士を溶接する際に、ワークの表面の一部の領域を溶接領域として、溶接領域にレーザ光を照射するレーザ溶接方法の技術が提案されている。
【０００３】
この技術では、溶接領域の中心部の回りを周回するようにレーザ光を照射している（走査している）。これにより、広い範囲に均一な熱量を付与し、ワーク同士を溶融させることができる。このような結果、レーザ光により溶接された溶接部の信頼性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平３−８０５９６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の如く、レーザ光を照射することにより、ワーク同士の一部を溶融した場合には、溶融した溶融部（溶融池）は、溶融部の周縁の方がその中心部に比べて放熱され易いので、溶融部の周縁から凝固が始まって中心部に向かって溶融部の凝固が進行する。この際、溶融部の中心部の凝固が開始してから完全に凝固するまでの凝固速度（すなわち冷却速度）は、溶融部の周縁の凝固速度（冷却速度）よりも速い。
【０００６】
この結果、溶融部の中心部の凝固収縮に、中心部の液相流動が間に合わず、溶融部が凝固した溶接部（凝固部）の中心部またはその近傍を起点として、割れが発生しこれが伸展することがあった。この割れは、溶接部（凝固部）の中心部から延在することから、その破壊モードは予測し難い。特に、アルミニウム合金製のワークを用いた場合には、このような現象は顕著である。
【０００７】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワーク同士の一部の溶接部、すなわち溶融部が凝固した凝固部の割れを低減することができるレーザ溶接方法および溶接構造を提供することにある。
【０００８】
前記課題を解決すべく、本発明に係るレーザ溶接方法は、複数の金属製のワーク同士を溶接する際に、前記ワークの表面の一部の領域を溶接領域として、該溶接領域に第１のレーザ光を照射することにより、前記溶接領域内のワークが溶融した溶融部を形成する第１のレーザ光照射工程と、前記溶融部が凝固するまでの間、または、前記溶融部が凝固した凝固部が形成された後に、前記溶融部または前記凝固部の中心部から外れた照射開始位置から該中心部に向かって該中心部の周りに第２のレーザ光が周回するように、または、前記溶融部または前記凝固部の中心部とその周りを含む照射開始領域から前記中心部に第２のレーザ光が集光するように、前記第２のレーザ光を照射する第２のレーザ光照射工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、第１のレーザ光照射工程において、溶接領域に第１のレーザ光を照射することにより、溶接領域内のワークが溶融した溶融部（溶融池）を形成する。第２のレーザ光照射工程において、溶融部が凝固するまでの間に、第２のレーザ光を照射した場合には、溶融部の中心部から外れた照射開始位置から中心部に向かって中心部の周りに第２のレーザ光を周回させた際には、溶融部の中心部の凝固を遅らせることができる。同様に、溶融部の中心部とその周りを含む照射開始領域から中心部に第２のレーザ光を集光させた際にも、溶融部の中心部の凝固を遅らせることができる。これにより、溶融部の中心部の凝固収縮に合わせて液相流動するので、溶融部の中心部近傍の割れの発生を抑えることができる。
【００１０】
一方、第２のレーザ光照射工程において、溶融部が凝固した凝固部が形成された後に、凝固部の中心部から外れた照射開始位置から中心部に向かって中心部の周りに第２のレーザ光を周回させた際には、照射した部分が再溶融するので、凝固部の中心部から凝固部の周縁に向かって形成された割れを塞ぐことができる。同様に、凝固部の中心部とその周りを含む照射開始領域から中心部に第２のレーザ光を集光させた際にも、凝固部の中心部から凝固部の周縁に向かって形成された割れを塞ぐことができる。
【００１１】
ここで、本発明にいう「溶融部の中心部」とは、溶融部がその周縁から凝固が開始し、最後に凝固する部分のことをいい、「凝固部の中心部」とは、凝固する前の溶融部がその周縁から凝固が開始し、最後に凝固した部分をいう。
【００１２】
溶融部が凝固するまでの間に第２のレーザ光を照射する際には、第２のレーザ光は、溶融部の溶融している部分に照射されることになる。一方、溶融部が凝固した凝固部が形成された後、第２のレーザ光を照射する際には、第２のレーザ光は、溶融部が完全に凝固していることから、凝固している部分に照射されることになる。
【００１３】
ここで、溶融部が凝固するまでの間において第２のレーザ光照射工程を行う場合のより好ましい態様としては、前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部に向かう方向の凝固の進行に合わせて、前記溶融部に前記第２のレーザ光を照射することにより、前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部に向う方向の凝固の進行を遅らせる。
【００１４】
本態様によれば、第１のレーザ光を照射後、溶融部はその周縁から中心部に向かって凝固が進行するところ、溶融部に前記第２のレーザ光を照射することにより、溶融部が第２のレーザ光により入熱されて、溶融部の周縁から前記溶融部の中心部に向う方向の凝固の進行を遅らせることができる。これにより、溶融部の中心部の凝固収縮に合わせて液相流動し、溶融部の中心部近傍の割れの発生を抑えることができる。
【００１５】
ここで、好ましい第１の態様として、前記第２のレーザ光照射工程において、前記照射開始位置が、前記溶融部の周縁上にある。この場合には、上述した効果に加え、溶融部の周縁から溶融部の中心部まで、凝固速度（冷却速度）のバラつきを抑え、より均一な組織となるように凝固させることができる。同様に、照射開始領域が、前記溶融部の周縁で囲われた領域である場合にも、溶融部の周縁から溶融部の中心部までより均一な組織となるように凝固させることができる。
【００１６】
さらに、好ましい第２の態様として、前記第２のレーザ光照射工程において、前記照射開始位置が、前記溶融部の周縁と前記溶融部の中心部との間にある。この場合には、溶融部の少なくとも中心部とその周りの凝固の進行を遅らせることができる。これにより、上述した効果に加え、中心部とその周りの凝固速度（冷却速度）を、溶融部の周縁近傍の凝固速度（冷却速度）に近づけることができる。同様に、前記照射開始領域が、前記溶融部の周縁と前記溶融部の中心部との間に周縁が位置するような前記中心部を含んだ領域である場合にも、溶融部の周縁から溶融部の中心部までより均一な組織となるように凝固させることができる。
【００１７】
第１および第２の態様におけるより好ましい態様としては、前記第２のレーザ光照射工程において、前記凝固の進行に伴って、前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部まで柱状晶組織が成長するように、前記第２のレーザ光の照射を行う。いずれの態様の場合であっても、溶融部の周縁から溶融部の中心部までそれぞれの部分での凝固速度を近づけることができるので、溶融部が凝固した凝固部（溶接部）は、凝固部の周縁から凝固部の中心部まで、凝固部の周縁から凝固部の中心部に向う方向に柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる。このような結果、凝固部の柱状晶組織は、中心部を起点として割れが発生したとしても、凝固部の周縁から凝固部の中心部までの各柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。
【００１８】
第２の態様におけるより好ましい別の態様としては、前記第１のレーザ光照射工程後、前記第２のレーザ光照射前において、前記凝固の進行に伴って、前記溶融部の中心部を囲うように、前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部に向かって柱状晶組織が成長し、該柱状晶組織の成長から等軸晶組織の成長に変化した後に、前記第２のレーザ光照射工程を開始し、該第２のレーザ光照射工程において、前記溶融部の中心部を囲うように前記等軸晶組織を残し、該等軸晶組織から前記溶融部の中心部まで柱状晶組織が成長するように、前記第２のレーザ光の照射を行う。
【００１９】
この態様によれば、溶融部が凝固した凝固部（溶接部）は、凝固部の周縁から凝固部の中心部に向う方向に、凝固部の周縁から柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第１の柱状晶領域と、第１の柱状晶領域から、凝固部の中心部を囲うように形成された等軸晶組織からなる等軸晶領域と、等軸晶領域から凝固部の中心部まで、凝固部の中心部に向かって、柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第２の柱状晶領域と備えることになる。これにより、第２の柱状晶領域の柱状晶組織に、凝固時に中心部を起点とした割れが発生したとしても、柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。また、さらに割れが伸展したとしても、この割れは、等軸晶領域の等軸晶組織で止められる。このような結果、割れの伸展を抑えることができる。
【００２０】
また、上述した態様は、溶融部が凝固するまでの間に第２のレーザ光照射工程を行う場合を示したが、以下に溶融部が凝固した凝固部が形成された後に第２のレーザ光照射工程を行う場合の態様を述べる。
【００２１】
この態様のより好ましい態様としては、前記第２のレーザ光照射工程は、前記溶融部が凝固した前記凝固部に前記第２のレーザ光を照射して、前記凝固部を再溶融させるものであり、前記第１のレーザ光の照射後の前記溶融部の中心部およびその近傍の領域が凝固するまでの冷却速度よりも、前記第２のレーザ光の照射により再溶融した凝固部の中心部およびその近傍の領域が凝固するまでの冷却速度の方が遅くなるように、前記凝固部の中心部およびその近傍の領域の周縁上を、前記照射開始位置とする。この態様によれば、凝固部の中心部およびその近傍には、割れが発生しやすいところ、照射開位置から凝固部の中心部までが再溶融するので、凝固部の中心部およびその近傍に形成された割れを塞ぐことができる。
【００２２】
前記凝固部の中心部およびその近傍の領域の周縁で囲われた領域を、前記照射開始領域として、前記第２のレーザ光を照射しても、照射開始領域から照射した部分が再溶融するので、凝固部の中心部から凝固部の周縁に向かって形成された割れを塞ぐことができるので、同様の効果を期待することができる。
【００２３】
より好ましい態様としては、前記凝固部は、前記凝固部の中心部を含むように等軸晶組織が形成された等軸晶領域と、前記凝固部の周縁から前記等軸晶領域に向かって、前記等軸晶領域を囲うように柱状晶組織が形成された柱状晶領域とを含み、前記等軸晶領域の等軸晶組織が柱状晶組織となるように、前記第２のレーザ光を照射する。
【００２４】
この態様によれば、第２のレーザ光の照射により、凝固部の中心部を含むように等軸晶組織がすべて柱状晶組織となるので、凝固部は、凝固部の周縁から凝固部の中心部まで、凝固部の周縁から凝固部の中心部に向う方向に柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる。このような結果、凝固部の柱状晶組織は、中心部を起点として割れが発生したとしても、凝固部の周縁から凝固部の中心部までの各柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。
【００２５】
また、別のより好ましい態様としては、前記凝固部は、前記凝固部の中心部を含むように等軸晶組織が形成された等軸晶領域と、前記凝固部の周縁から前記等軸晶領域に向かって、前記等軸晶領域を囲うように柱状晶組織が形成された柱状晶領域とを含み、前記等軸晶領域の等軸晶組織の一部が前記凝固部の中心部を囲い、かつ、前記等軸晶領域の残りの等軸晶組織が柱状晶組織となるように、前記等軸晶領域に前記第２のレーザ光を照射する。
【００２６】
この態様によれば、凝固部（溶接部）は、凝固部の周縁から凝固部の中心部に向う方向に、凝固部の周縁から柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第１の柱状晶領域と、第１の柱状晶組織から、凝固部の中心部を囲うように形成された等軸晶組織からなる等軸晶領域と、等軸晶領域から凝固部の中心部まで、凝固部の中心部に向かって、柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第２の柱状晶領域と備えることになる。これにより、第２の柱状晶領域の柱状晶組織に、凝固時に中心部を起点とした割れが発生したとしても、柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。また、さらに割れが伸展したとしても、この割れは、等軸晶領域の等軸晶組織で止められる。このような結果、割れの伸展を抑えることができる。
【００２７】
本発明として、さらに、溶接構造も開示する。本発明に係る溶接構造は、複数の金属製のワーク同士の一部をレーザ光で溶融して溶接した溶接部を備えた溶接構造であって、前記溶接部は、前記溶接部の周縁から前記溶接部の中心部まで、前記溶接部の周縁から前記溶接部の中心部に向う方向に柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなることを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、溶接部は、溶接部の周縁から凝固部の中心部まで、溶接部の周縁から凝固部の中心部に向う方向に柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなるので、溶接部の柱状晶組織は、中心部を起点として割れが発生したとしても、溶接部の周縁から凝固部の中心部までの各柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。
【００２９】
また、本発明に係る別の溶接構造として、複数の金属製のワーク同士の一部をレーザ光で溶融して溶接した溶接部を備えた溶接構造であって、前記溶接部は、前記溶接部の周縁から前記溶接部の中心部に向う方向に、前記溶接部の周縁から柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第１の柱状晶領域と、前記第１の柱状晶領域から、前記溶接部の中心部を囲うように形成された等軸晶組織からなる等軸晶領域と、該等軸晶領域から前記溶接部の中心部まで、前記溶接部の中心部に向かって、柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第２の柱状晶領域と備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、溶接時に割れが発生しやすい第２の柱状晶領域の柱状晶組織を起点とした割れが発生したとしても、柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。また、さらに割れが伸展したとしても、この割れは、等軸晶領域の等軸晶組織で止められる。このような結果、割れの伸展を抑えることができる。
【００３１】
さらなる本発明として、本発明に係る溶接構造は、複数の金属製のワーク同士の一部をレーザ光で溶融して溶接した溶接部を備えた溶接構造であって、前記溶接部のレーザ光が照射された側の表面は、前記溶接部の周縁からに前記溶接部の中心部に向かって凹んだ主凹面と、該溶接部の中心部近傍において該主凹面からさらに凹んだ副凹面とをからなり、前記副凹面に対応する前記溶接部の裏面は、凹みを有しない、または、前記副凹面よりも浅い凹面となっていることを特徴とする。
【００３２】
本発明に係る溶接構造は、例えば、上述したレーザ光の溶接方法により溶接した場合には、このような表面形状が形成されることがある。通常の溶接方法では、レーザ光を照射した表面とは、反対側の裏面におおきな凹みができるところ、本発明の場合には、レーザ光を照射した側である表面に、溶接部の周縁からに溶接部の中心部に向かって凹んだ主凹面と、溶接部の中心部近傍において主凹面からさらに凹んだ副凹面が形成されるので溶接後にシーラなどにより、副凹面を補修することが簡単にできる。また、副凹面に対応する溶接部の裏面は凹みを有しない、または、副凹面よりも浅い凹面となっているので、水などが溜まり難く、その部分の腐食を低減することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、ワーク同士の一部の溶接部、すなわち溶融部が凝固した凝固部の割れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ溶接方法を行うためのレーザ溶接装置の一例を示した模式図であり、（ａ）は、側面方向の溶接状態を示した図であり、（ｂ）は、正面方向の溶接状態を示した図である。
【図２】第１の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第１のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ）〜（ｃ）に示す順で、第１のレーザ光をワークに照射することを示した図である。
【図３】図２に示す照射工程後、第２のレーザ光照射工程を行わず、溶融部を放冷した状態を示した模式図であり、（ａ）、（ｂ）に示す順で、溶融部が放冷されることを示した図である。
【図４】第１の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ）〜（ｄ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｅ）は、第２のレーザ光照射後の溶接部を示した図である。
【図５】第１の実施形態の変形例のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ）は、第２レーザ光の照射を説明するための図、（ｂ）〜（ｄ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｅ）は、第２のレーザ光照射後の溶接部を示した図である。
【図６】第２の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ），（ｂ）は溶融部の凝固の変化を示した図、（ｃ），（ｄ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｅ）は、第２のレーザ光照射後の溶接部を示した図である。
【図７】第２の実施形態の変形例のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ），（ｂ）は溶融部の凝固の変化を示した図、（ｃ），（ｄ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｅ）は、第２のレーザ光照射後の溶接部を示した図である。
【図８】、第３の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ）は、第１のレーザ光照射後の凝固部を示した図であり、（ｂ），（ｃ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｄ）は、第２のレーザ光照射後の凝固部を示した図である。
【図９】第３の実施形態の変形例のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ）は、第１のレーザ光照射後の凝固部を示した図であり、（ｂ），（ｃ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｄ）は、第２のレーザ光照射後の凝固部を示した図である。
【図１０】（ａ）は実施例１に係る溶接部の組織写真、（ｂ）は実施例２に係る溶接部の組織写真、（ｃ）は比較例に係る溶接部の組織写真。
【図１１】（ａ）は実施例１に係る溶接部の断面写真、（ｂ）は比較例に係る溶接部の断面写真。
【図１２】（ａ）は実施例１、実施例２、および比較例に係る溶接部の亀裂の最大長さ、（ｂ）は実施例１、実施例２、および比較例に係る溶接部の亀裂の総長さ。
【図１３】（ａ）は、溶接部にせん断荷重を作用させたときにおける、実施例２に係る溶接部の表面写真、（ｂ）は、溶接部にせん断荷重を作用させたときにおける、比較例に係る溶接部の亀裂の表面写真。
【図１４】（ａ）は、溶接部に引張荷重を作用させたときにおける、実施例２に係る溶接部の表面写真、（ｂ）は、溶接部に引張荷重を作用させたときにおける、比較例に係る溶接部の亀裂の表面写真。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明のいくつかの本実施形態に係るレーザ溶接方法を以下に示す。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ溶接方法を行うためのレーザ溶接装置の一例を示した模式図であり、（ａ）は、側面方向の溶接状態を示した図であり、（ｂ）は、正面方向の溶接状態を示した図である。
【００３６】
１．装置構成について
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置１００の全体構成を模式的に示した図であり、（ａ）は、側面方向の溶接状態を示した図であり、（ｂ）は、正面方向の溶接状態を示した図である。
【００３７】
図１に示すレーザ溶接装置は、主に、レーザ光照射部１を備えており、レーザ光照射部１は、溶接用レーザ光（第１および第２のレーザ光）Ｌ１，Ｌ２を、重ね合わされた若しくは僅かに離間して配置された二枚の金属製のワークＷ１、Ｗ２に対して、選択したレーザ光を照射する装置である。本実施形態では、重ね合わせにより二枚のワークＷ１、Ｗ２を溶接するが、この枚数が二枚に限定されるものではなく、例えば、２枚のワークを、以下に示す方法で、突合せ溶接、隅肉溶接してもよい。
【００３８】
また、ワークＷ１，Ｗ２の材料としては、アルミニウム合金，鋼（たとえば高炭素鋼）などの割れやすい材料が好ましく、これらの材料は、以下に示す溶接で柱状晶組織と等軸晶組織とが形成され易く、溶接部の中心部で割れが発生しやすいため、以下に示すレーザ溶接を行うことにより、このような点を解消することができる。
【００３９】
後述する第１および第２のレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、光学系である固定ミラー７および駆動ミラー８を順次反射し、二枚のワークＷ１、Ｗ２に対して照射される。ここで駆動ミラー８を駆動制御させることにより、駆動ミラー８に入射した第１のレーザ光Ｌ１の反射方向を制御し、所望の位置に第１および第２のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射し、これを例えば、図１（ｂ）に示すように予め設定された軌跡（例えば円状または螺旋状）に走査することができる。このようなレーザ溶接装置１００を用いて、以下に示す第１および第２のレーザ光照射工程を行う。
【００４０】
２．第１のレーザ光照射工程について
図２は、第１の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第１のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ）〜（ｃ）に示す順で、第１のレーザ光をワークに照射することを示した図である。
【００４１】
図２に示すように、第１のレーザ光照射工程では、２枚の金属製のワーク同士Ｗ１，Ｗ２を溶接する際に、ワーク同士の一部を溶接領域Ｐとして、溶接領域Ｐに第１のレーザ光Ｌ１を照射する。これにより、溶接領域Ｐ内のワークが溶融した溶融部Ｙを形成する。
【００４２】
具体的には、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、溶接領域Ｐの中心部の周りを第１のレーザ光Ｌ１が周回するように、第１のレーザ光Ｌ１を円周Ｒ１上に走査し、溶接領域Ｐの円周Ｒ１内のワークを溶解する。
【００４３】
次に、図２（ｂ）に示すように、溶接領域Ｐの中心部の周りを第１のレーザ光Ｌ１が周回するように、円周Ｒ１よりも半径の大きい、第１のレーザ光Ｌ１を円周Ｒ２上に走査し、溶接領域Ｐの円周Ｒ２近傍のワークを溶解する。
【００４４】
さらに、図２（ｃ）に示すように、溶接領域Ｐの中心部の周りを第１のレーザ光Ｌ１が周回するように、円周Ｒ２よりも半径の大きい、第１のレーザ光Ｌ１を円周Ｒ３上に走査し、溶接領域Ｐの円周Ｒ３近傍のワークを溶解する。このように、溶接領域Ｐの中心部から、溶接領域Ｐの周縁に向かって中心部の周りに第１のレーザ光Ｌ１を周回させて、その領域内の材料を第１のレーザ光Ｌ１により溶融させる。
【００４５】
これにより、形成された溶融部Ｙは、中心部の温度に比べて周縁の温度が高くなるため、周縁から中心部に第１のレーザ光Ｌ１を走査する場合に比べて、中心部の凝固速度を遅らせることができる。このようにして、中心部は周縁と同様に、徐々に凝固するため、溶接部が凝固した後の中心部近傍の割れを抑えることができる。
【００４６】
ここで、図２に示す照射工程後、後述する第２のレーザ光照射工程を行わず、溶融部を放冷した場合には、図３（ａ）に示すように、溶融部Ｙは、溶融部Ｙの周縁Ｓの方がその中心部Ｃに比べて放熱され易いので、溶融部Ｙの周縁Ｓから凝固が始まって中心部に向かって溶融部の凝固が進行する。
【００４７】
そして、図３（ｂ）に示すように、溶融部Ｙが凝固した凝固部Ｇは、凝固部Ｇの中心部Ｃを含むように等軸晶組織Ｇ２（等軸晶領域）が形成され、凝固部Ｇの周縁Ｓから等軸晶領域に向かって、等軸晶組織Ｇ２（等軸晶領域）を囲うように柱状晶組織（柱状晶領域）Ｇ１が形成される。
【００４８】
ここで、等軸晶組織、柱状晶組織の形成に拘らず、溶融部Ｙの中心部Ｃの凝固が開始してから完全に凝固するまでの凝固速度（すなわち冷却速度）は、溶融部Ｙの周縁Ｓの凝固速度（冷却速度）よりも速い。この結果、溶融部Ｙの中心部Ｃの凝固収縮に対して、中心部Ｃの液相流動が間に合わず、周方向に組織が引張られてしまい、凝固部Ｇの中心部またはその近傍を起点として、割れが発生しこれが伸展することがあった。
【００４９】
そこで、本実施形態では、以下に示す第２のレーザ光照射工程を行う。なお、本実施形態では、第１のレーザ光Ｌ１を走査することにより、溶融部（溶融池）Ｙを形成したが、図２（ｃ）に示すような、周縁を有した溶融部を形成することができるのであれば、その方法等は特に限定されない。
【００５０】
３．第２のレーザ光照射工程について
図４は、第１の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ）〜（ｄ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｅ）は、第２のレーザ光照射後の溶接部を示した図である。
【００５１】
本実施形態では、第２のレーザ光照射工程において、溶融部Ｙが凝固するまでの間に、第２のレーザ光Ｌ２を溶融部Ｙの溶融している部分に照射する。具体的には、溶融部Ｙの中心部Ｃから外れた照射開始位置から中心部Ｃに向かって中心部Ｃの周りに第２のレーザ光Ｌ２を周回させ、第２のレーザ光Ｌ２を中心部Ｃに収束させる。
【００５２】
より具体的には、図４（ａ）に示すように、本実施形態では、照射開始位置が、溶融部Ｙの周縁Ｓ上にあり、この位置から溶融部Ｙの周縁Ｓから溶融部Ｙの中心部Ｃに向かう方向の凝固の進行に合わせて、溶融部Ｙの周縁から溶融部Ｙの中心部Ｃまで柱状晶組織が成長するように、溶融部Ｙに第２のレーザ光Ｌ２を中心部Ｃ周りに周回させながら照射する。この場合、中心Ｃを中心として、徐々に半径の小さい同心円を描くように、第２のレーザ光Ｌ２を照射してもよく、中心に向かって螺旋状に第２のレーザ光Ｌ２を照射してもよい。
【００５３】
このようにして、第１のレーザ光を照射後、図３（ａ）で述べたように、溶融部Ｙはその周縁Ｓから中心部Ｃに向かって凝固が進行するところ、溶融部Ｙに第２のレーザ光Ｌ２を照射することにより、溶融部Ｙの周縁Ｓから溶融部Ｙの中心部Ｃに向う方向の凝固の進行を遅らせる。
【００５４】
このようにして、溶融部Ｙの周縁Ｓから溶融部Ｙの中心部Ｃまで、凝固速度（冷却速度）のバラつきを抑え、より均一な組織となるように凝固させることができる。本実施形態では、溶融部Ｙが凝固した凝固部Ｇは、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃまで、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃに向う方向に柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる（例えば後述する図１０（ａ）参照）。
【００５５】
このような結果、凝固部Ｇの柱状晶組織は、中心部Ｃを起点として割れが発生したとしても、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃまでの各柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。
【００５６】
図５は、第１の実施形態の変形例のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ）は、第２レーザ光の照射を説明するための図、（ｂ）〜（ｄ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｅ）は、第２のレーザ光照射後の溶接部を示した図である。
【００５７】
上述した実施形態では、第２のレーザ光Ｌ２を溶融部Ｙに走査したが、例えば、図５（ａ）に示すように、第２のレーザ光Ｌ２の焦点位置を調節することにより、ワークに対する第２のレーザ光Ｌ２の照射領域を調整してもよい。この場合には、第２のレーザ光Ｌ２の集光レンズを高速で移動することにより、照射領域（照射面積）を調整することができる。ここでは、位置Ｔ２（Ｔ２’）のディフォーカスの位置からＴ１のフォーカスの位置に、レーザ光強度が例えば一定となるようにその出力を調整しながら、照射する。
【００５８】
本実施形態では、溶融部Ｙと中心部Ｃとその周りを含む照射開始領域から中心部Ｃに第２のレーザ光Ｌ２が集光するように、第２のレーザ光Ｌ２を照射するものである。具体的には、図５（ｂ）に示すように、照射開始領域を、溶融部Ｙの周縁Ｓで囲われた領域とし、図５（ｂ）〜（ｄ）に示すように、溶融部Ｙの周縁Ｓから溶融部Ｙの中心部Ｃに向かう方向の凝固の進行に合わせて、溶融部Ｙに第２のレーザ光を集光することにより、溶融部Ｙの周縁から溶融部Ｙの中心部Ｃまで柱状晶組織が成長するように、溶融部Ｙの周縁Ｓから溶融部Ｙの中心部Ｃに向う方向の凝固の進行を遅らせる。このような結果、上述した場合と同様の効果が期待できる。
【００５９】
本実施形態およびその変形例では、溶融部Ｙの周縁から溶融部Ｙの中心部Ｃまで柱状晶組織が成長するように、第２のレーザ光Ｌ２を照射した。しかしながら、例えば、溶融部Ｙの周縁Ｓから溶融部Ｙの中心部Ｃに向う方向の凝固の進行を遅らせ、溶融部の中心部の凝固収縮に合わせて液相流動させることができるのであれば、中心部の割れの伸展が抑えられるため、凝固時の組織の成長に合わせて第２のレーザ光Ｌ２の照射を必ず行う必要はない。
【００６０】
〔第２実施形態〕
図６は、第２の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ），（ｂ）は溶融部の凝固の変化を示した図、（ｃ），（ｄ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｅ）は、第２のレーザ光照射後の溶接部を示した図である。
【００６１】
第２の実施形態が、第１実施形態と相違する点は、第２のレーザ光Ｌ２の照射開始位置とそのタイミングである。なお、第１実施形態とは、第２のレーザ光照射工程において、溶融部Ｙが凝固するまでの間に、第２のレーザ光Ｌ２を溶融部Ｙの溶融している部分に照射する点は、共通しており、第１の実施形態と共通する部分は、その詳細を省略する。
【００６２】
第２の実施形態では、第２のレーザ光照射工程において、照射開始位置が、溶融部Ｙの周縁Ｓと溶融部Ｙの中心部Ｃとの間にある（例えば図６（ｃ）参照）。ここで、本実施形態では、第１のレーザ光照射工程後（図２（ｃ）参照）から、前記第２のレーザ光照射前（図６（ｃ）参照）において、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、凝固の進行に伴って、溶融部Ｙの中心部Ｃを囲うように、溶融部Ｙの周縁Ｓから溶融部Ｙの中心部Ｃに向かって柱状晶組織Ｇ１を成長させる。この際、第２のレーザ光は照射していない。
【００６３】
次に、柱状晶組織Ｇ１の成長から等軸晶組織Ｇ２の成長に変化した後に、図６（ｃ）に示すように、第２のレーザ光照射工程を開始し、第２のレーザ光照射工程において、溶融部の中心部Ｃを囲うように等軸晶組織Ｇ２を残し、等軸晶組織Ｇ２から溶融部Ｙの中心部Ｃまで柱状晶組織が成長するように、第２のレーザ光Ｌ２の照射を行う。この場合、中心Ｃを中心として、徐々に半径の小さい同心円を描くように、第２のレーザ光Ｌ２を照射してもよく、中心に向かって螺旋状に第２のレーザ光Ｌ２を照射してもよい。
【００６４】
このようにして、図６（ｅ）および（後述する図１０（ｂ））に示すように、溶融部が凝固した凝固部（溶接部）Ｇは、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃに向う方向に、凝固部Ｇの周縁Ｓから柱状の結晶が延在した柱状晶組織Ｇ１からなる第１の柱状晶領域が形成される。さらに、第１の柱状晶領域（柱状晶組織Ｇ１）から凝固部Ｇの中心部Ｃを囲うように等軸晶組織Ｇ２からなる等軸晶領域が形成される。さらに、等軸晶領域（等軸晶組織Ｇ２）から凝固部Ｇの中心部Ｃまで、凝固部Ｇの中心部Ｃに向かって、柱状の結晶が延在した柱状晶組織Ｇ３からなる第２の柱状晶領域が形成される。
【００６５】
これにより、第２の柱状晶領域（柱状晶組織Ｇ３）の柱状晶組織に、凝固時に中心部Ｃを起点とした割れが発生したしても、柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。また、さらに割れが伸展したとしても、この割れは、等軸晶領域の等軸晶組織Ｇ２で止められる。このような結果、割れの伸展を抑えることができる。
【００６６】
ここで、第１の実施形態の変形例に示した如き、第２のレーザ光を用いてもよく、この場合には、照射開始領域が、溶融部Ｙの周縁Ｓと溶融部Ｙの中心部Ｃとの間に周縁が位置するような中心部Ｃを含んだ領域にすればよい。
【００６７】
図７は、第２の実施形態の変形例に係るレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ），（ｂ）は溶融部の凝固の変化を示した図、（ｃ），（ｄ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｅ）は、第２のレーザ光照射後の溶接部を示した図である。
【００６８】
この変形例では、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、第２のレーザ光照射工程において、等軸晶が形成される直前または等軸晶が形成されると同時に、凝固の進行に伴って、等軸晶を残さず、かつ、溶融部Ｙの周縁Ｓから溶融部Ｙの中心部Ｃまで柱状晶組織Ｇ１が成長するように、第２のレーザ光Ｌ２の照射を行っている。この結果、第１実施形態と同様の溶接部（凝固部Ｇ）を得ることができる。
【００６９】
溶融部Ｙの周縁Ｓから溶融部Ｙの中心部Ｃまで凝固速度を近づけることができるので、図７（ｅ）に示すように、溶融部Ｙが凝固した凝固部Ｇは、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃまで、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃに向う方向に柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる。このような結果、凝固部Ｇの柱状晶組織は、中心部Ｃを起点として割れが発生したとしても、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃまでの各柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。
【００７０】
〔第３実施形態〕
図８は、第３の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ）は、第１のレーザ光照射後の凝固部を示した図であり、（ｂ），（ｃ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｄ）は、第２のレーザ光照射後の凝固部を示した図である。
【００７１】
第３の実施形態が、第１および第２の実施形態と相違する点は、溶融部が凝固した後に、第２のレーザ光を照射する点である。本実施形態では、溶融部Ｙが凝固した凝固部Ｇが形成された後に（すなわち図３（ｂ），図８（ａ）参照）、凝固部Ｇの中心部Ｃから外れた照射開始位置から中心部Ｃに向かって中心部Ｃの周りに第２のレーザ光Ｌ２を周回するように、第２のレーザ光Ｌ２を照射する。これにより、照射した部分が再溶融するので、凝固部Ｇの中心部Ｃから凝固部Ｇの周縁Ｓに向かって形成された割れを塞ぐことができる。
【００７２】
より具体的には、第２のレーザ光照射工程は、凝固部Ｇに第２のレーザ光Ｌ２を照射して、凝固部Ｇを再溶融させるものであり、第１のレーザ光Ｌ１の照射後の溶融部Ｙの中心部Ｃおよびその近傍の領域が凝固するまでの冷却速度（図３（ｂ）に示す状態の冷却速度）よりも、第２のレーザ光Ｌ２の照射により再溶融した凝固部の中心部およびその近傍の領域が凝固するまでの冷却速度の方が遅くなるように、凝固部Ｇの中心部Ｃおよびその近傍の領域の周縁上を、照射開始位置とする。この際、冷却速度は、第２のレーザ光による強度を調整し、凝固部Ｇの入熱を調整する。また、第１実施形態と同様に、中心Ｃを中心として、徐々に半径の小さい同心円を描くように、第２のレーザ光Ｌ２を照射してもよく、中心に向かって螺旋状に第２のレーザ光Ｌ２を照射してもよい。
【００７３】
本実施形態では、上述した如く、凝固部Ｇは、凝固部Ｇの中心部を含むように等軸晶組織Ｇ２が形成された等軸晶領域と、凝固部Ｇの周縁Ｓから等軸晶領域に向かって、等軸晶領域を囲うように柱状晶組織Ｇ１が形成された柱状晶領域とを含でいる。そこで、図８（ｂ）に示すように、等軸晶領域の等軸晶組織Ｇ２の一部が凝固部Ｇの中心部を囲い、かつ、等軸晶領域の残りの等軸晶組織が柱状晶組織Ｇ３となるように、等軸晶領域に第２のレーザ光を照射し、再溶融させる（溶融部Ｙを形成する）。
【００７４】
このようにして、第２実施形態と同様に、溶融部が凝固した凝固部（溶接部）Ｇは、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃに向う方向に、凝固部Ｇの周縁Ｓから柱状の結晶が延在した柱状晶組織Ｇ１からなる第１の柱状晶領域が形成される。さらに、第１の柱状晶領域（柱状晶組織Ｇ１）から凝固部Ｇの中心部Ｃを囲うように等軸晶組織Ｇ２からなる等軸晶領域が形成される。さらに、等軸晶領域（等軸晶組織Ｇ２）から凝固部Ｇの中心部Ｃまで、凝固部Ｇの中心部Ｃに向かって、柱状の結晶が延在した柱状晶組織Ｇ３からなる第２の柱状晶領域が形成される。
【００７５】
これにより、第２の柱状晶領域（柱状晶組織Ｇ３）の柱状晶組織に、凝固時に中心部Ｃを起点とした割れが発生したしても、柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。また、さらに割れが伸展したとしても、この割れは、等軸晶領域の等軸晶組織Ｇ２で止められる。このような結果、割れの伸展を抑えることができる。
【００７６】
同様に、第１実施形態の変形例の如きレーザ光の照射方法を用いて、凝固部Ｇの中心部Ｃとその周りを含む照射開始領域（具体的には等軸晶領域の内側の領域）から凝固部Ｇの中心部Ｃに第２のレーザ光を集光させた際にも、凝固部Ｇの中心部Ｃから凝固部Ｇの周縁Ｓに向かって形成された割れを塞ぐことができる。
【００７７】
図９は、第３の実施形態の変形例のレーザ溶接方法に係る、第２のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、（ａ）は、第１のレーザ光照射後の凝固部を示した図であり、（ｂ），（ｃ）は、これらに示す順で、第２のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、（ｄ）は、第２のレーザ光照射後の凝固部を示した図である。
【００７８】
上述した実施形態では、等軸晶組織Ｇ２の一部を残すようにして、第２のレーザ光Ｌ２を照射したが、図９（ｂ），（ｃ）に示すように、等軸晶領域の等軸晶組織Ｇ２が柱状晶組織Ｇ１となるように、第２のレーザ光を照射してもよい。
【００７９】
これにより、得られた溶接構造は、凝固部（溶接部）Ｇの中心部Ｃを含むように等軸晶組織がすべて柱状晶組織となるので、凝固部Ｇは、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃまで、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃに向う方向に柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる。このような結果、凝固部Ｇの柱状晶組織Ｇ３は、中心部Ｃを起点として割れが発生したとしても、凝固部Ｇの周縁Ｓから凝固部Ｇの中心部Ｃまでの各柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができる。
【００８０】
なお、いずれの実施形態の場合であっても、第１および第２レーザ光により溶接された溶接部（凝固部Ｇ）を備えた溶接構造は、溶融部または凝固部の中心部により長くレーザ光が照射されることになる。これにより、いずれの実施形態の場合であっても、例えば図９（ｄ）に例示するように、凝固部Ｇのレーザ光が照射された側の表面に、凝固部Ｇの周縁Ｓからに溶接部の中心部に向かって凹んだ主凹面Ｆ１と、凝固部Ｇの中心部近傍において主凹面Ｆ１からさらに凹んだ副凹面Ｆ２とをからなり、副凹面Ｆ２に対応する凝固部Ｇの裏面は副凹面よりも浅い凹面Ｆ３となる。また、他の実施形態に示すように、副凹面Ｆ２に対応する凝固部Ｇの裏面は凹みを有しないものであってもよい（例えば図７（ｅ）参照）。
【００８１】
このような結果、レーザ光を照射した側である表面に、副凹面Ｆ２が形成されるので、溶接後にシーラなどにより、副凹面Ｆ２を補修することが簡単にできる。また、副凹面Ｆ２に対応する溶接部の裏面は凹みを有しない、または、副凹面よりも浅い凹面Ｆ３となっているので、水などが溜まり難く、その部分の腐食を低減することができる。
【実施例】
【００８２】
本発明に係る実施例を以下に説明する。
〔実施例１（図４相当）〕
厚さ１．２ｍｍ、１．０ｍｍの６０００系アルミニウム合金の板材（ワーク）を準備し、溶接径が、８ｍｍとなるように、第１のレーザ光を照射し、さらに、これらを第１実施形態に示す方法（図４に示す）で、溶融部の外周より徐々に内側に第２のレーザ光の走査軌跡を収束させて、溶融部を徐冷して凝固させ、溶接部を形成した。第１のレーザ光の出力は、２．５〜４．０ｋｗであり、第２のレーザ光の出力は、０．５〜１．５ｋｗの範囲である。同様に、ワークとなる板材をＬ字状に曲げて、図１４に示すように溶接した。
【００８３】
〔実施例２（図６参照）〕
実施例１と同じように、溶接した。実施例１と相違する点は、第２の実施形態に示す方法（図６）参照で、第１のレーザ光を照射後、一旦、溶融部の中心部が凝固する前、かつ等軸晶を形成する領域までレーザ光の照射を停止し続ける。等軸晶を形成後、再度レーザ光を当てて、それより内側の領域を徐冷し、溶融部を凝固させた（溶接部を形成した）点である。
【００８４】
〔比較例〕
実施例１と同じように、溶接した。実施例１と相違する点は、第２のレーザ光の照射を行っていない点である。
【００８５】
＜組織観察＞
実施例１、２および比較例に係る溶接部を電解研磨した後、顕微鏡観察を行った。図１０（ａ）は実施例１に係る溶接部の組織写真、（ｂ）は実施例２に係る溶接部の組織写真、（ｃ）は比較例に係る溶接部の組織写真である。
【００８６】
図１０（ａ）に示すように、実施例１の溶接部では、溶接部の周縁から溶接部の中心部まで、溶接部の周縁から溶接部の中心部に向う方向に柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなることがわかる。
【００８７】
図１０（ｂ）に示すように、実施例２の溶接部では、溶接部の周縁から溶接部の中心部に向う方向に、溶接部の周縁から柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第１の柱状晶領域が形成されていた。また、第１の柱状晶領域から、溶接部の中心部を囲うように形成された等軸晶組織からなる等軸晶領域が形成されていた。さらに、等軸晶領域から溶接部の中心部まで、溶接部の中心部に向かって、柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第２の柱状晶領域が形成されていた。
【００８８】
図１０（ｃ）に示すように、比較例の溶接部では、溶接部の中心部を含むように等軸晶組織が形成され、溶接部の周縁から等軸晶領域に向かって、等軸晶領域を囲うように柱状晶組織が形成されていた。
【００８９】
＜断面観察＞
実施例１および比較例に係る溶接部の断面を顕微鏡で観察した。図１１（ａ）は実施例１に係る溶接部の断面写真、（ｂ）は比較例に係る溶接部の断面写真である。
【００９０】
図１１（ａ）に示すように、実施例１の溶接部では、溶接部のレーザ光が照射された側の表面に、溶接部の周縁からに溶接部の中心部に向かって凹んだ主凹面Ｆ１と、溶接部の中心部近傍において主凹面Ｆ１からさらに凹んだ副凹面Ｆ２が形成されていた。また、副凹面Ｆ２に対応する凝固部Ｇの裏面は副凹面よりも浅い凹面Ｆ３となっていた。
【００９１】
図１１（ｂ）に示すように、比較例の溶接部では、溶接部のレーザ光が照射された側の表面に、溶接部の周縁からに溶接部の中心部に向かって凹んだ主凹面Ｆ１が形成されていたが、実施例１の如く、溶接部の中心部近傍において主凹面Ｆ１からさらに凹んだ副凹面Ｆ２はなかった。実施例１と相違し、副凹面Ｆ２に対応する凝固部Ｇの裏面は副凹面よりも深い凹面Ｆ３が形成されていた。
【００９２】
＜亀裂の観察＞
実施例１、２および比較例に係る溶接部に対する亀裂の最大長さと、割れの総長さを、それぞれサンプル数３個にして測定した。図１２（ａ）は実施例１、実施例２、および比較例に係る溶接部の亀裂の最大長さ、（ｂ）は実施例１、実施例２、および比較例に係る溶接部の亀裂の総長さである。
【００９３】
図１２（ａ），（ｂ）に示すように、実施例２、実施例１、比較例の順に、亀裂の最大長さも短く、亀裂の総長さも短かった。これは、実施例１の場合は、比較例に比べて、凝固部の周縁から凝固部の中心部柱状組織が形成され、この柱状組織の各柱状晶の成長は断続的であるので、割れの伸展を短くすることができたと考えられる。実施例２の場合には、実施例１および比較例１に比べて、第２の柱状晶領域の柱状晶組織に、凝固時に中心部を起点とした割れが発生したとしても、この割れは、等軸晶領域の等軸晶組織で止められたと考えられる
【００９４】
＜破壊形態の観察＞
実施例１および比較例に対して、溶接部にせん断荷重を作用させたときにおける表面の状態を観察した。図１３（ａ）は、溶接部にせん断荷重を作用させたときにおける、実施例２に係る溶接部の表面写真、（ｂ）は、溶接部にせん断荷重を作用させたときにおける、比較例に係る溶接部の亀裂の表面写真である。
【００９５】
実施例１および比較例に対して、溶接部に引張荷重を作用させたときにおける表面の状態を観察した。図１４（ａ）は、溶接部に引張荷重を作用させたときにおける、実施例２に係る溶接部の表面写真、（ｂ）は、溶接部に引張荷重を作用させたときにおける、比較例に係る溶接部の亀裂の表面写真である。
【００９６】
図１３（ａ），（ｂ）に示すように、実施例２の場合には、溶接部の周縁（境界部）に亀裂が発生したが、比較例の場合には、溶接部の中心部に亀裂が発生した。すなわち実施例２では、溶接により発生した割れから亀裂が発生することはなかった。
【００９７】
図１４（ｂ）に示すように、実施例２の場合には、亀裂の発生はなかった。比較例の場合には、溶接部の中心部に亀裂が発生していた。
【００９８】
以上、本発明の実施の形態を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９９】
１：レーザ光照射部、７：固定ミラー、８：駆動ミラー、１００：レーザ溶接装置、Ｃ：中心部、Ｇ：凝固部、Ｇ１：柱状晶組織、Ｇ２：等軸晶組織、Ｇ３：柱状晶組織、Ｌ１：第１のレーザ光、Ｌ２：第２のレーザ光、Ｐ：溶接領域、Ｓ：周縁、Ｗ１，Ｗ２：ワーク、Ｙ：溶融部
【図１】
0006032236.tif 000002
【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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