(57)【要約】【課題】  シーム溶接による予備加熱を効率よく行うことができると共にメッキ鋼板を溶接する場合でも、ブローホールやピットが発生しにくい溶接方法及び溶接装置を提供する。【解決手段】レーザ溶接機構（１０）とシーム溶接機構（２０）とを用い、少なくとも１つのメッキ鋼板を含む複数のワーク（１，２）を重ね合わせて溶接する。溶接に際し、シーム溶接機構（１０）により、複数のワークの溶接される接合面（３）と直交する方向に電流を供給してワークを予熱する。続いて、シーム溶接機構（１０）によりワークを予熱した後続いて、レーザ溶接機構により、前記接合面に沿うようにレーザビームを照射してレーザ溶接を行う。【選択図】  図１
2011025259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ溶接機構とシーム溶接機構とを用い、少なくとも１つのメッキ鋼板を含む複数のワークを重ね合わせて溶接する溶接方法であって、
シーム溶接機構により、複数のワークの溶接される接合面と直交する方向に電流を供給してワークを予熱する工程と、
前記シーム溶接機構によりワークを予熱した後続いて、レーザ溶接機構により、前記接合面に沿うようにレーザビームを照射してレーザ溶接を行う工程とを有することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接方法において、前記シーム溶接機構は、重ね合わされたワークに対して通電するための第１及び第２のローラ電極を有し、第１及び第２のローラ電極は前記複数のワークの接合面を挟むように配置され、
前記第１及び第２のローラ電極によりワークに対して加圧しながら前記接合面と直交する方向に電流を供給することを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
請求項１に記載の溶接方法において、前記シーム溶接機構は、重ね合わされたワークに対して通電するための第１及び第２の電極を有し、第１の電極は、複数のワークのうち最外側に位置する第１のワークの表面と接触するように配置したローラ電極として構成され、第２の電極は別の最外側に位置する第２のワークに電気的に接続され、
前記ローラ電極によりワークに対して加圧しながら接合面と直交する方向に沿って電流を供給することを特徴とする溶接方法。
【請求項４】
互いに連結されたレーザ溶接機構とシーム溶接機構とを有し、重ね合わされた複数のワークを溶接する溶接装置であって、
前記シーム溶接機構は、溶接電源と、溶接電源にそれぞれ接続され、複数のワークの溶接される接合面と直交する方向に電流を供給する第１及び第２の電極とを有し、
前記レーザ溶接機構は、前記複数のワークに向けて、ワークの接合面に沿う方向に進行するレーザビームを投射し、
前記シーム溶接機構によりワークが予熱された後、続いてレーザ溶接が行われるように構成したことを特徴とする溶接装置。
【請求項５】
請求項４に記載の溶接装置において、前記第１及び第２の電極として、前記重なり合った複数のワークを挟むように配置したローラ電極を用い、第１及び第２のローラ電極により前記複数のワークを加圧しながら前記接合面と直交する方向に電流を供給することを特徴とする溶接装置。
【請求項６】
請求項４に記載の溶接装置において、前記第１の電極として、前記複数のワークのうち最外側に位置する第１のワークの表面と接触するように配置したローラ電極を用い、前記第２の電極は別の最外側に位置する第２のワークに電気的に接続されていることを特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接機構とシーム溶接機構とを用いて重ね合わされた複数のワークを溶接する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接装置とシーム溶接装置とを組み合わせた溶接方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この既知の溶接方法では、溶接される２枚の鋼板は、溶接される端部分が互いに重なり合うように互いに平行に配置されている。シーム溶接装置の溶接電源に接続されている２個の電極ホィールは各鋼板上に互いに離間して配置され、溶接される接合部に電流が供給されている。レーザ溶接装置から照射されるレーザビームは、２枚の鋼板が重なり合う溶接面に対して垂直に入射している。そして、レーザビームにより形成されるレーザスポットは、２個の電極ホィールを結ぶ直線上に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５００１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ溶接装置とシーム溶接装置とが組み合わされた溶接方法では、シーム溶接により発生するジュール熱により溶接部分が予備加熱されるため、レーザ装置の出力パワーが比較的低くて済む利点がある。
【０００５】
しかしながら、上述したレーザ溶接装置とシーム溶接装置とが組み合わされた溶接装置では、シーム溶接装置の２個の電極ホィールは、重なり合った溶接部分から離れて位置するため、溶接される接合部以外の領域にも電流路が形成されてしまう。その結果、溶接部分以外の部分も抵抗加熱されることになり、予備加熱の効率が低くなる欠点があった。また、２枚の鋼板が重なり合う溶接される部分には、電極ホィールが配置されていないため、通電路全体の内部抵抗により発熱するため、シーム溶接による発熱効率が悪く熱歪みも発生する。
【０００６】
さらに、亜鉛メッキされた鋼板を溶接する場合、溶接部分から亜鉛の蒸気が発生し、溶接部分にブローホールやピットが形成され、溶接部分の強度が低下する不具合がある。この場合、上述した既知の溶接方法では、２個の電極ホィールを結ぶ直線上にレーザスポットが形成されるため、シーム溶接とレーザ溶接とが同時に行われ、気化した亜鉛の蒸気が接合部に滞留し、ブローホールが発生し易い欠点がある。
【０００７】
本発明の目的は、シーム溶接による予備加熱を効率よく行うことができる溶接方法及び溶接装置を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、シーム溶接による予備加熱を効率よく行うことができると共にメッキ鋼板を溶接する場合でも、ブローホールやピットが発生しにくい溶接方法及び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】
【０００８】
本発明による溶接方法は、レーザ溶接機構とシーム溶接機構とを用い、少なくとも１つのメッキ鋼板を含む複数のワークを重ね合わせて溶接する溶接方法であって、シーム溶接機構により、複数のワークの溶接される接合面と直交する方向に電流を供給してワークを予熱する工程と、前記シーム溶接機構によりワークを予熱した後続いて、レーザ溶接機構により、前記接合面に沿うようにレーザビームを照射してレーザ溶接を行う工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
前記シーム溶接機構としては、重ね合わされたワークの接合面を挟む第１及び第２のローラ電極とし、これらローラによってワークを加圧しながら通電して予熱する構成が好ましい。
【００１０】
また前記第１のローラ電極は重ね合わされたワークの最外側に位置する鋼板に当接し、他方の鋼板に当接する第２のローラ電極は接地する構成が考えられる。
【００１１】
本発明に係る溶接装置は、互いに連結されたレーザ溶接機構とシーム溶接機構とを有し、重ね合わされた複数のワークを溶接する溶接装置であって、
前記シーム溶接機構は、溶接電源と、溶接電源にそれぞれ接続され、複数のワークの溶接される接合面と直交する方向に電流を供給する第１及び第２の電極とを有し、前記レーザ溶接機構は、前記複数のワークに向けて、ワークの接合面に沿う方向に進行するレーザビームを投射し、前記シーム溶接機構によりワークが予熱された後、レーザ溶接が行われるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、シーム溶接機構による電流供給方向とレーザ溶接機構によるレーザビームの照射方向とが直交するように構成されているので、シーム溶接により加熱された接合部にレーザ光を入射させることができ、シーム溶接による予備加熱を効率よく行うことができる。
【００１３】
また、ワークの接合部に対してシーム溶接機構により予熱した後、所定の時間間隔が経過した後続いてレーザ溶接が行われるので、亜鉛メッキ鋼板から発生した亜鉛の蒸気が消散した後レーザ溶接が行われ、ブローホールやピットの形成が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による溶接装置の一例を示す図である。
【図２】ローラ電極とレーザスポットとの相対位置関係を示す図である。
【図３】本発明による溶接装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明による溶接装置の一例を示す図である。本例では、部分的に重なり合う２個のワーク１及び２を溶接する。溶接されるワークとしては亜鉛メッキされた鋼板を用いる。２つのワーク１及び２は、紙面と直交する方向に延在するＬ字状の断面形状を有する板状部材であり、Ｌ字形に折り曲げられたフランジ部１ａ及び２ａをそれぞれ有する。溶接に際し、２つのワークは、フランジ部１ａと２ａとが互いに重なり合うように位置決めされ、互いに重なり合うフランジ部は溶接される接合面３を形成する。
【００１６】
本発明による溶接装置は、シーム溶接機構１０及びレーザ溶接機構２０を有し、シーム溶接機構１０によりワークを予熱し、続いてレーザ溶接機構２０により溶接が行われる。
【００１７】
互いに連結されたシーム溶接機構１０とレーザ溶接機構２０とは、ロボット（図示せず）により紙面と直交する方向に連続的に移動し、その間にワークを溶接する。シーム溶接機構１０は、重なり合わされたワークのフランジ部１ａ及び２ａに電流を供給する第１及び第２のローラ電極１１ａ及び１１ｂを有する。ローラ電極１１ａ及び１１ｂは、ワーク１及び２の重なり合うフランジ部を挟むように配置される。
【００１８】
第１のローラ電極１１ａは、例えば絶縁性軸受を介して第１の支持部材１２ａに回転可能に支持する。また、第１のローラ電極１１ａは、第１の支持部材１２の内部を経て延在する電力供給線１３ａに接続され、電力供給線１３ａの他端は溶接電源１４の接続端子に接続する。同様に、第２のローラ電極１１ｂは、第２の支持部材１２ｂに回転可能に支持されると共に、第２の支持部材１２ｂの内部を経て延在する電力供給線１３ｂを介して溶接電源１４の他方の接続端子に接続される。
【００１９】
第１の支持部材１２ａは、イコライズ機能を有する圧力調整装置１５ａを介してアーム１６ａに連結され、アーム１６ａはロボット連結部材１７を介してロボット（図示せず）に連結する。同様に、第２の支持部材１２ｂも、圧力調整装置１５ｂを介してアーム１６ｂに連結され、アーム１６ｂはロボット連結部１７を介してロボットに連結する。
【００２０】
レーザ溶接装置２０は、レーザ光源として例えばＹＡＧレーザのようなレーザ発振器（図示せず）を有し、レーザ発振器から放出されたレーザ光を光ファイバ２１を介して照射光学系に入射させる。照射光学系は、鏡筒２２内に装着されたコリメータレンズ２３、全反射ミラー２４及び集束性レンズ２５を有し、レーザ光を集束性ビームとして接合面３の一端側に入射させる。照射光学系から出射したレーザビームは、２つのフランジ１ａ及び２ａにより形成される接合面に沿うように進行し、２つのフランジ部の接合面３にレーザスポットを形成する。
【００２１】
レーザ溶接装置２０の照射光学系は、連結部材２６を介してシーム溶接機構に連結する。尚、図面上、レーザスポットの形成位置と２個のローラ電極による加熱位置とが一致するように図示されているが、レーザ溶接装置２０は、シーム溶接機構１０に対して紙面と直交する方向に変位するように、すなわちシーム溶接が行われた後所定の時間経過後続いてレーザ溶接が行われるように配置されている。
【００２２】
溶接に際し、ロボットから圧力調整装置１５ａ及び１５ｂを介して２個のローラ電極１１ａ及び１１ｂに加圧力が作用し、ワークのフランジ部１ａ及び２ａはローラ電極により加圧された状態に維持される。また、溶接電源１４から２個のローラ電極を介して２つフランジ部が重なり合った接合面と直交する方向に溶接電流が供給され、抵抗加熱により接合面が加熱される。
【００２３】
また、ロボットの駆動により、シーム溶接機構１０及びレーザ溶接機構２０は、紙面と直交する方向（例えば、紙面の表面側から裏面側に向く方向）に連続的に移動する。さらに、レーザ溶接機構２０が動作し、シーム溶接が行われた後所定の時間経過後に、予熱された２個のフランジ部の接合面に向けてレーザビームが照射されて、レーザ溶接が行われる。
【００２４】
溶接される状態を図２に示す。図２は、重ね合わされた複数のワークをレーザビームの進行方向（図１の紙面内の左側から右側に向く方向）から見た図であり、ローラ電極とレーザスポット２７との相対位置関係を示す。溶接の開始に伴い、ローラ電極１１ａ及び１１ｂが２個のフランジ部１ａ及び２ａを加圧しながら接合面３と直交する方向に溶接電流を供給し、接合面及びその付近の領域を加熱しながら連続的に移動する。続いて所定の時間経過後に、シーム溶接機構により予熱された部位にレーザ溶接機構から放出されたレーザビームが入射し、レーザスポット２７が形成され、レーザ溶接が行われる。
【００２５】
尚、シーム溶接とレーザ溶接との間の時間間隔は、シーム溶接により発生した亜鉛の蒸気が接合部から消散する時間間隔に設定することが好ましい。すなわち、ワークとして亜鉛メッキ鋼板を用いる場合、シーム溶接により亜鉛の蒸気が発生する。この場合、シーム溶接とレーザ溶接との間に発生した蒸気が消散する適切な時間間隔が形成されれば、ブローホールやピットの形成が有効に防止される。
【００２６】
図３は本発明による溶接装置の第２の実施例を示す図である。尚、図１で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。本例では、溶接される第１のワークとして平板状の鋼板３０を用い、第２のワークとしてＬ字状のフランジ部が形成された板状の鋼板３１を用い、平板状の鋼板とＬ字状のフランジ部が形成された鋼板とを溶接する。
【００２７】
平板状鋼板３０とＬ字状鋼板３１のフランジ部３１ａとを重ね合わせて溶接される接合面３２を形成する。第１のワーク３０と当接するようにローラ電極１１ａを配置する。ローラ電極１１ａは支持部材１２ａ、圧力調整装置１５ａ、アーム１６ａ及びロボット連結部材１７を介してロボットに連結され、第１のワーク３０を加圧する。また、ローラ電極１１ａは、電流供給線を介して溶接電源の一方の端子に接続する。第２のワーク３１の下端は、電気的絶縁性のベース部材３３により支持する。第２のワーク３１には、通電用の電極として作用するブラシ３４を当接し、ブラシ３４は溶接電源１４の他方の端子に接続する。ブラシ３４は、ワーク３１に対して相対移動しても、ワーク３１との間において電気的接続状態に維持される。
【００２８】
ローラ電極１１ａとブラシローラ３４との間には、第１のワーク、接合面、フランジ部３１ａ及び第２のワーク３１を通る電流路が形成され、接合面３３と直交する方向に電流が供給され、シーム溶接機構により２つのワークの接合面及びその近傍が加熱される。このように、２つのワーク間に電流を供給する電極手段として、一方の電極をブラシ又はブラシローラで構成すれば、ワークの任意の位置に電極を配置することが可能になり、アクセス性が向上する。
【００２９】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、２枚の鋼板を溶接する例について説明したが、２枚以上のワークを溶接する場合にも本発明を適用することができる。また、ワークとして、メッキ鋼板だけでなく種々の金属材料のワークを溶接する場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１，２  ワーク
１ａ，２ａ  フランジ部
３  接合面
１０  シーム溶接機構
１１ａ，１１ｂ  ローラ電極
１２ａ  第１の支持部材
１２ｂ  第２の支持部材
１３ａ，１３ｂ  電力供給線
１４  溶接電源
１５ａ，１５ｂ  圧力調整装置
１６  アーム
１７  ロボット連結部
２０  レーザ溶接機構
２１  光ファイバ
２２  鏡筒
２３  コリメータレンズ
２４  全反射ミラー
２５  集光レンズ
【図１】
2011025259.tif 000003
【図２】
2011025259.tif 000004
【図３】
2011025259.tif 000005