(57)【要約】【課題】  各種板厚・強度の金属薄板に対してマッシュローラを交換することなく，最小の圧下力で金属薄板端部に塑性変形を生じさせることができる装置及び方法を提供する。【解決手段】  レーザにより金属薄板を突合せ溶接する装置であって、レーザトーチの前方で金属薄板への投影面において金属薄板の端面から０〜２ｍｍの位置にマッシュローラを配置し，前記マッシュローラは先端ｒが４〜８ｍｍで、前記金属薄板の進行方向に対するマッシュローラの回転軸の角度は変更可能であり、金属薄板を介してマッシュローラの反対側に下部ローラを配置することを特徴とする金属薄板のレーザ突合せ溶接装置。【選択図】        図２
2006102785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザにより金属薄板を突合せ溶接する装置であって、レーザトーチの前方で金属薄板への投影面において前記金属薄板の端面から０〜２ｍｍの位置にマッシュローラを配置し，前記マッシュローラは先端ｒが４〜８ｍｍで、前記金属薄板の進行方向に対するマッシュローラの回転軸の角度は変更可能であり、金属薄板を介してマッシュローラの反対側に下部ローラを配置することを特徴とする金属薄板のレーザ突合せ溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置を用いて、金属薄板の進行方向に対するマッシュローラの回転軸の角度を変更して、一方の金属薄板の端面から０〜２ｍｍの位置をマッシュローラにより塑性変形させて板厚を減少させた後，レーザにより金属薄板を突合せ溶接することを特徴とする金属薄板のレーザ突合せ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次加工用素材に供される金属薄板のレーザ突合せ溶接装置及び溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属薄板のレーザ突合せ溶接において、正確な位置決めをし、良好なシーム品質を得るために、薄板端部に塑性変形を与えて突合せギャップを最小とする方法及び装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている発明によれば、金属薄板の正確な裁断と位置決めを不要にし、迅速にレーザ溶接を実施することができる。
【特許文献１】特開平６−１５４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された発明は、塑性変形させる手段としてマッシュローラを使用しているが、矩形に近い断面を有しているため、鋼板との接触面積が大きくなり、効果的な塑性変形が困難であり、大型の設備を必要とする。また、マッシュローラの回転軸と溶接の進行方向のなす角度が９０度のため、板厚、強度が変更した場合に、最適な塑性変形量を確保することも困難である。
【０００４】
本発明は、各種板厚・強度の金属薄板に対してマッシュローラを交換することなく，最小の圧下力で金属薄板端部に塑性変形を生じさせることができる溶接装置及び溶接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】
【０００５】
係る課題を解決するため、本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）レーザにより金属薄板を突合せ溶接する装置であって、レーザトーチの前方で金属薄板への投影面において前記金属薄板の端面から０〜２ｍｍの位置にマッシュローラを配置し，前記マッシュローラは先端ｒが４〜８ｍｍで、前記金属薄板の進行方向に対するマッシュローラの回転軸の角度は変更可能であり、金属薄板を介してマッシュローラの反対側に下部ローラを配置することを特徴とする金属薄板のレーザ突合せ溶接装置。
（２）前記（１）記載の装置を用いて、金属薄板の進行方向に対するマッシュローラの回転軸の角度を変更して、一方の金属薄板の端面から０〜２ｍｍの位置をマッシュローラにより塑性変形させて板厚を減少させた後，レーザにより金属薄板を突合せ溶接することを特徴とする金属薄板のレーザ突合せ溶接方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、１回の溶接内においても、２回以上の溶接間においても、各種板厚及び／又は引張強さの異なる金属薄板に対してマッシュローラを交換することなく，最小の圧下力で金属薄板端部に塑性変形を生じさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。塑性変形しづらい高張力鋼板などの金属薄板に対して，先端に最適な円弧形状を付与したマッシュローラで端部を圧下することにより，容易に塑性変形を生じさせ，突合せた薄板間のギャップを埋めることができる。
【０００８】
本発明の装置を用いた溶接方法の概念図を図１に示す。本発明は、レーザトーチ２の前方にマッシュローラ５を配置し，金属薄板の進行方向Ａに対するマッシュローラ５の回転軸２１の角度θが変更可能であり(図３，４参照)、マッシュローラ５により、金属薄板１を塑性変性させた後、突合せ溶接することを特徴とする。
【０００９】
本発明の装置例を図２に示す。レーザトーチ(図示せず)の前方で、金属薄板１を把持するクランプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、金属薄板１への投影面（図４参照）において溶接ビード４の中心線から０〜２ｍｍの位置にマッシュローラ５を配置し，マッシュローラ５は先端ｒが４〜８ｍｍで、金属薄板１の進行方向（紙面に対し奥向き）に対するマッシュローラ５の回転軸２１（図３、４参照）の角度θは変更可能であり、金属薄板１を介してマッシュローラ５の反対側に下部ローラ６を配置することを特徴とする。
【００１０】
本発明の限定理由は以下のとおりである。
（１）レーザトーチの前方で金属薄板への投影面において金属薄板の端面から０〜２ｍｍの位置にマッシュローラを配置する理由：
金属薄板の端面とは突合せ溶接部に係る金属薄板の端面Ｂをいい、その端面から０〜２ｍｍとは、図４に示すように、金属薄板の端面からマッシュローラ中心までの距離Χが０〜２ｍｍまでの範囲内にあることをいう。
上記のうち、距離Ｘが０ｍｍより小さくなるとマッシュローラが金属薄板の端面から外れて圧下不能となり、距離Χが２ｍｍを超えるとマッシュローラにより圧下しても金属薄板の塑性変形部位が金属薄板の端部に及ばなくなるので、上記の範囲に限定する。好ましくは距離Χが０．５〜１．５ｍｍである。
【００１１】
（２）マッシュローラの先端ｒを４〜８ｍｍとする理由：
マッシュローラの先端ｒが４ｍｍより小さいとマッシュローラによって金属薄板を圧下しても板厚方向の塑性変形が主となり金属薄板間のギャップを埋めることができない。
８ｍｍより大きいとマッシュローラの圧下により金属薄板間のギャップを埋める方向の塑性変形が主となるが、圧下に要する荷重が増大するので、上記の範囲に限定する。
好ましくは５〜６ｍｍである。
【００１２】
（３）金属薄板の進行方向に対するマッシュローラの回転軸の角度を変更可能とする理由：
マッシュローラの回転軸とは、図４に示す回転中心軸２１をいい、金属薄板の進行方向に対するその回転軸の角度とは、図４に示すθをいう。
この角度θが図４に示すように変更可能であると、図５に示すように、マッシュローラ進行方向から見た投影上の、マッシュローラと金属薄板の接触円弧が可変となり、単一のマッシュローラで種々の強度・板厚の金属薄板を容易に塑性変形を生じさせ，突合せた金属薄板間のギャップを埋めることができる。また、マッシュローラの回転軸が金属薄板の進行方向に対して角度θを持っていると、マッシュローラによって金属薄板間のギャップを埋める方向に金属薄板の材料を流動させる効果が大きくなり、より容易に金属薄板間のギャップを埋めることが可能となる。
【００１３】
マッシュローラ先端曲率：ｒ、マッシュローラ半径：Ｒとすると、投影上の接触円弧は、式１で表される楕円の円弧となる。
ｘ２＊［１／ｒ２＋｛ｓｉｎθ／（Ｒ＊ｃｏｓθ）｝２］＋ｙ２／ｒ２＝１  …（式１）
金属薄板の進行方向に対するマッシュローラの回転軸が傾いていない場合、すなわちθ＝０の場合は式１が式２となり、接触円弧の曲率はｒとなる。
ｘ２＋ｙ２＝ｒ２  …（式２）
【００１４】
尚、マッシュローラの回転軸の変更は、金属薄板の投影面において、マッシュローラの回転軸を中心として回転自在でもいいし、マッシュローラの端部を中心に変更自在でもいい。変更するための手段は特に限定せず、公知の機械的手段、油圧手段、電気手段等を用いればよい。
【実施例１】
【００１５】
先端ｒ６ｍｍのマッシュローラを用いて、表１に示す強度・板厚の異なる材料を対象として板厚の厚い側の金属薄板を塑性変形させ、レーザにより突合せ溶接を行った。
金属薄板１：鋼板、板厚１．６ｍｍ、引張強さ７８０［ＭＰａ］
金属薄板２：鋼板、板厚１．２ｍｍ、引張強さ７８０［ＭＰａ］
レーザ出力：８［ｋＷ］
圧下位置：金属薄板１の端面より１．５ｍｍ
金属薄板間ギャップ条件：初期ギャップ０．３ｍｍ
塑性変形後のギャップ目標０ｍｍ
マッシュローラ：直径：２９０ｍｍ、材質：工具鋼圧下力３０ｋＮにて金属薄板を塑性変形させ、ギャップの変化・溶接品質を確認した。
金属薄板の進行方向に対するマッシュローラの回転軸の角度を５、１０度に変更した。変更方法は位置決め用モータにより行なった。
その結果、最小の圧下力で薄板間ギャップを最小化でき、良好なシーム品質を得ることができた。
【実施例２】
【００１６】
比較例として、金属薄板の進行方向に対するマッシュローラの回転軸の角度を０度に固定して(マッシュローラの回転方向と金属薄板の進行方向が平行)、その他の条件は実施例１と同様にして、突合せ溶接を行った。表1に示すように、圧下力３０ｋＮではギャップを０ｍｍとすることはできず、圧下力５０ｋＮにてようやく最終ギャップを０ｍｍとすることができた。
【００１７】
【表１】
2006102785.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】金属薄板のレーザ突合せ溶接プロセスの模式鳥瞰図である。
【図２】２枚の金属薄板の突合せ溶接付近におけるマッシュローラ部の垂直断面図である。
【図３】金属薄板の進行方向に対して，マッシュローラ回転軸角度を変更した場合の正面図である。
【図４】金属薄板の進行方向に対して，マッシュローラ回転軸角度を変更した場合の平面図である。
【図５】金属薄板の進行方向に対して，マッシュローラ回転軸角度を変更した場合の投影上の先端円弧半径変化を示したものである。
【符号の説明】
【００１９】
１  金属薄板
２  レーザトーチ
３  レーザビーム
４  溶接ビード
５  マッシュローラ
６  下部ローラ
７  ギャップ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  クランプ
１１  ローラ保持具
１２  フレーム
１３  マッシュローラ圧下機構・軸調整機構
１５  ローラ保持具
２１  マッシュローラの回転軸
Ａ    金属薄板の進行方法
Ｂ    金属薄板の端面
θ    金属薄板の進行方向に対するマッシュローラの回転軸の角度
Ｘ    金属薄板端面とマッシュローラ中心の距離
ｒ    マッシュローラ先端曲率
【図１】
2006102785.tif 000004
【図２】
2006102785.tif 000005
【図３】
2006102785.tif 000006
【図４】
2006102785.tif 000007
【図５】
2006102785.tif 000008