(57)【要約】【課題】溶接部の強度の向上を図ることができるレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】互いに重ね合わされた複数の鋼板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３に対してレーザスクリューウェルディングによって溶接を行う際、これら複数の鋼板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を溶接する溶接工程の後、溶接部の溶接ナゲットＮの最外周部位Ｎ１に対して再入熱を行う再入熱工程を行う。この再入熱工程を行うことで軟化部が拡大することになり、溶接ナゲットＮ周辺部分の硬度を高めることができる。このため、溶接部の強度の向上を図ることができる。【選択図】図２
2018153851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに重ね合わされた複数の鋼板をレーザスクリューウェルディングによって溶接するレーザ溶接方法であって、
前記レーザスクリューウェルディングによって前記複数の鋼板を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程において生成された溶接部の溶接ナゲットの最外周部位に対して再入熱を行う再入熱工程とを行うことを特徴とするレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ溶接方法に係る。特に、本発明は、溶接部の強度の向上を図るための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の車体の製造工程にあっては、例えば高張力鋼板等の鋼板を重ね合わせ、その重ね合わせ部分を抵抗スポット溶接により接合することが一般的に行われている。
【０００３】
ところで、この抵抗スポット溶接では、溶接時に発生する熱により溶接ナゲット周囲の組織が焼き戻されることに起因して、母材より硬度が低い熱影響部（Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ；以下、ＨＡＺという）が形成される。このＨＡＺの軟化は、特に、引張強度が所定値以上となっている高張力鋼板の抵抗スポット溶接で著しい。
【０００４】
図４は、抵抗スポット溶接を行った際の母材引張強度と剥離強度との関係を示す実験結果である。この図４は、破線で示すものよりも実線で示すものの方が溶接ナゲット径が大きいものとなっている。この図４から明らかなように、母材引張強度が所定値以上の鋼板を使用した場合、母材引張強度が高いものであるほど剥離強度は低くなる。また、図５は、抵抗スポット溶接を行った際の母材引張強度と十字引張強度との関係を示す実験結果である。この図５でも、破線で示すものよりも実線で示すものの方が溶接ナゲット径が大きいものとなっている。この図５から明らかなように、母材引張強度が所定値以上の鋼板を使用した場合、母材引張強度が高いものであるほど十字引張強度は低くなる。
【０００５】
また、特許文献１には、熱処理した鋼板を重ね合わせて抵抗スポット溶接を行い、溶接部に高周波電流を流すことによって溶接ナゲットを焼戻しすることが開示されている。これにより、溶接部の延性・靭性を回復させ、溶接部が破断し難くなるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−５５３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている焼戻し処理を行ったとしても、剥離強度や十字引張強度を十分に高めるには限界がある。つまり、前述したように引張強度が所定値以上の高張力鋼板（例えば引張強度１．５ＧＰａ以上の高張力鋼板）を使用した場合には、母材引張強度が高いほど剥離強度および十字引張強度は低くなり、破断（脆性破壊）が懸念されることになる。言い替えると、これら強度を十分に確保するために使用可能な高張力鋼板の引張強度には制限がある。また、特許文献１に開示されているような焼戻し処理を行う場合には、溶接作業に要する時間が長くなってしまうため、生産性の面で実用的ではない。
【０００８】
本発明の発明者は、近年、抵抗スポット溶接に代えてまたは抵抗スポット溶接に加えて行われるレーザ溶接を利用した溶接方法に着目し、このレーザ溶接方法を改良することで前記ＨＡＺの硬度を高くすることについて考察した。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、溶接部の強度の向上を図ることができるレーザ溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、互いに重ね合わされた複数の鋼板をレーザスクリューウェルディングによって溶接するレーザ溶接方法を前提とする。そして、このレーザ溶接方法は、前記レーザスクリューウェルディングによって前記複数の鋼板を溶接する溶接工程と、該溶接工程において生成された溶接部の溶接ナゲットの最外周部位に対して再入熱を行う再入熱工程とを行うことを特徴とする。
【００１１】
この特定事項により、レーザスクリューウェルディングによる溶接工程の後に再入熱工程を行うことで溶接部の軟化部が外周側に拡大することになり、溶接ナゲット周辺部分の硬度を高めることができる。このため、溶接部の強度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、レーザスクリューウェルディングによる溶接工程の後、溶接部の溶接ナゲットの最外周部位に対して再入熱を行う再入熱工程を行うようにしている。これにより、軟化部が外周側に拡大することになり、溶接ナゲット周辺部分の硬度を高めることができる。その結果、溶接部の強度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係るレーザ溶接に使用されるレーザ溶接装置を示す概略構成図である。
【図２】溶接部の断面図である。
【図３】実施形態に係る溶接部および従来技術に係る溶接部それぞれにおける各箇所のビッカース硬さを表す図である。
【図４】抵抗スポット溶接を行った際の母材引張強度と剥離強度との関係を示す図である。
【図５】抵抗スポット溶接を行った際の母材引張強度と十字引張強度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車の車体の製造工程で使用されるレーザ溶接装置によるレーザ溶接方法として本発明を適用した場合について説明する。
【００１５】
−レーザ溶接装置の概略構成−
図１は、本実施形態に係るレーザ溶接に使用されるレーザ溶接装置１を示す概略構成図である。この図１に示すように、レーザ溶接装置１は、レーザ発振器２、スキャナヘッド３、溶接ロボット４、および、ロボットコントローラ５を備えている。
【００１６】
レーザ発振器２はレーザビームを生成する。この生成されたレーザビームは、光ファイバーケーブル２１を経てスキャナヘッド３に導かれる。レーザビームとしては、例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ等を用いることができる。
【００１７】
スキャナヘッド３は、光ファイバーケーブル２１を経て導かれたレーザビームを、ワークである鋼板（複数枚が重ね合わされた鋼板；被溶接物）Ｗに照射する（図１の一点鎖線を参照）。スキャナヘッド３の内部には図示しない複数のミラーが収容されている。これらミラーはそれぞれ１つの回動軸を中心に回動可能に構成されている。これらミラーによってレーザビームを走査し、鋼板Ｗの所定領域でレーザビームを走査するようになっている。これらミラーは例えばガルバノミラーを用いて構成することができる。
【００１８】
本実施形態に係るレーザ溶接方法はレーザスクリューウェルディング（以下、ＬＳＷという）である。つまり、鋼板Ｗの溶接部（溶接対象箇所）の中心位置の周囲の全周に亘ってレーザビームを走査していき、この溶接部を溶融させることで溶接を行うものとなっている（このＬＳＷの処理動作については後述する）。
【００１９】
また、本実施形態におけるＬＳＷは、前記鋼板Ｗの抵抗スポット溶接を行ったうえで、互いに隣り合う抵抗スポット溶接部同士の間の領域を溶接するものとして使用される。つまり、本実施形態に係るレーザ溶接方法によって製造される車体は、抵抗スポット溶接とＬＳＷとが組み合わされて複数の鋼板（車体パネル）Ｗが接合される構成となっている。
【００２０】
溶接ロボット４は、スキャナヘッド３を移動可能とするように構成されている。この溶接ロボット４は、多関節ロボットによって構成されている。具体的に、本実施形態のものでは、ベース台４１、ベース台４１の内部に収容された回転機構（図示省略）、関節４２，４３，４４、および、アーム４５，４６，４７を備えている。回転機構の回転動作および各関節４２，４３，４４におけるアーム４５，４６，４７の揺動動作により、スキャナヘッド３を任意の方向に移動することが可能となっている。
【００２１】
ロボットコントローラ５には、予めオフラインティーチングによって、溶接箇所に向けてスキャナヘッド３を移動させるための情報（各関節４２，４３，４４の回動角度量等の情報）が記憶されている。そして、車体製造ライン上の溶接工程まで車体が搬送されてきた際に、ロボットコントローラ５からの制御信号に従い、前記情報に基づいて溶接ロボット４が作動することで、各溶接箇所に対して順次ＬＳＷが行われていくことになる。
【００２２】
−再入熱工程−
本実施形態の特徴は、前述したＬＳＷ（鋼板Ｗの溶接部の中心位置の周囲の全周に亘ってレーザビームを走査することによる溶接）が行われた後に、このＬＳＷにおいて生成された溶接部の溶接ナゲットの最外周部位に対して再入熱を行う再入熱工程を行うことである。
【００２３】
図２は溶接部の断面図である。この図２に示すように本実施形態のものでは、３枚の鋼板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を重ね合わせ、これら鋼板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３をＬＳＷによって溶接する。この図２におけるＮは鋼板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の一部が溶融されて一体化された溶接ナゲットである。
【００２４】
再入熱工程では、前記ＬＳＷにおいて生成された溶接部の溶接ナゲットＮの最外周部位Ｎ１の全周に亘ってスキャナヘッド３からのレーザビームを走査することにより、この溶接ナゲットＮの最外周部位Ｎ１を周方向に亘って順次加熱していくことにより行われる。この再入熱工程における溶接ナゲットＮの最外周部位Ｎ１への入熱量は、この溶接ナゲットＮの最外周部位Ｎ１の焼きなまし処理による硬度が十分に高められる入熱量であって、且つこの溶接ナゲットＮの最外周部位Ｎ１の更に外周側に存在する組織の軟化を抑制することができる入熱量として、実験またはシミュレーションに基づいて設定されることになる。
【００２５】
図２において破線で示す矢印は前記ＬＳＷにおけるレーザビームの走査方向（鋼板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の溶接部の中心位置の周囲の全周に亘るレーザビームの走査方向）を示している。また、図２において実線で示す矢印は再入熱工程における熱の入射方向を示している。
【００２６】
このようにＬＳＷにおいて生成された溶接部の溶接ナゲットＮの最外周部位Ｎ１に対して再入熱を行う再入熱工程を行うことにより、ＬＳＷにおいて生成された溶接部の溶接ナゲットＮの最外周部位Ｎ１に存在していた軟化部が外周側に拡大することになり、この溶接ナゲットＮの最外周部位Ｎ１が焼きなまし処理されることで硬度が高められると共に、この溶接ナゲットＮの最外周部位Ｎ１の更に外周側に存在する組織にあっては、その焼戻し量が小さいことで結晶粒の成長および粗大化が抑制されて、この部分の軟化は抑制され、溶接部の全体に亘って十分な硬度が確保されることになる。
【００２７】
従来技術にあっては、引張強度が所定値以上の高張力鋼板（例えば引張強度１．５ＧＰａ以上の高張力鋼板）を使用した場合には、母材引張強度が高いほど剥離強度および十字引張強度は低くなり、破断（脆性破壊）が懸念されるものとなっていた。つまり、これら強度を十分に確保するために使用可能な高張力鋼板の引張強度には制限があった。これに対し、本実施形態によれば、溶接部の全体に亘って十分な硬度が確保されることになるため、引張強度が所定値以上の高張力鋼板を使用した場合であっても破断（脆性破壊）が懸念されることはない。つまり、剥離強度および十字引張強度を十分に確保するために使用可能な高張力鋼板の引張強度の範囲を拡大することができる。
【００２８】
また、ＬＳＷおよび再入熱工程は、共にスキャナヘッド３からのレーザビームの走査によって行うことができるため、溶接作業に要する時間が大幅に長くなってしまうことがなく、生産性の悪化を招くことがない。このため、実用性の高い溶接方法を実現できる。
【００２９】
−実験例−
次に、前記の効果を確認するために行った実験例について説明する。この実験は、前述した実施形態に係る溶接（ＬＳＷ＋再入熱工程）を行ったもの、従来技術として抵抗スポット溶接を行ったもの、および、同じく従来技術として前記再入熱工程を実施しないＬＳＷを行ったものそれぞれについて、溶接部の各箇所のビッカース硬さを測定することにより行った。
【００３０】
この実験結果を図３に示す。この図３は点Ｓが溶接部の中心位置を表し、左右両外側が溶接部の外周側となっている。また、この図３では、実線が前記実施形態に係る溶接（ＬＳＷ＋再入熱工程）を行ったものにおける溶接部の各箇所のビッカース硬さの測定結果である。また、破線は抵抗スポット溶接を行ったもの（従来技術）における溶接部の各箇所のビッカース硬さの測定結果である。また、一点鎖線は再入熱工程を実施しないＬＳＷを行ったもの（従来技術）における溶接部の各箇所のビッカース硬さの測定結果である。
【００３１】
この図３から明らかなように、従来技術のもの（破線および一点鎖線）では、溶接部の中心位置から所定距離を存したＨＡＺにおいて軟化が生じており、硬度が極端に低下している部分が存在していた（図３に二点鎖線の円で囲んだ領域Ｘを参照）。
【００３２】
これに対し、本実施形態のものでは、硬度が極端に低下している部分は存在しておらず、溶接部の全体に亘って略均一な硬度が得られていることが確認できた。
【００３３】
−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、前記実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
【００３４】
例えば、前記実施形態では、３枚の鋼板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３をＬＳＷによって溶接する場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、２枚の鋼板をＬＳＷによって溶接する場合や、４枚以上の鋼板をＬＳＷによって溶接する場合にも適用が可能である。
【００３５】
また、前記実施形態では、本発明に係るレーザ溶接方法を自動車の車体の製造工程で使用する場合について説明した。本発明はこれに限らず、その他の鋼板の溶接にも適用が可能である。
【００３６】
また、前記実施形態では、本発明に係るＬＳＷ（ＬＳＷ＋再入熱工程）を抵抗スポット溶接と組み合わせて鋼板Ｗを溶接する場合について説明した。本発明はこれに限らず、ＬＳＷ（ＬＳＷ＋再入熱工程）のみで鋼板Ｗを溶接する場合にも適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、自動車の車体をレーザスクリューウェルディングを利用して製造する際の溶接方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１          レーザ溶接装置
Ｗ１〜Ｗ３  鋼板
Ｎ          溶接ナゲット
Ｎ１        溶接ナゲットの最外周部位
【図１】
2018153851.tif 000003
【図２】
2018153851.tif 000004
【図３】
2018153851.tif 000005
【図４】
2018153851.tif 000006
【図５】
2018153851.tif 000007