(57)【要約】【課題】非常に大きな溶込みが得られ、熱影響幅が低く、十分な溶接強さを確保することができるマグネシウム合金の溶接材とその製造方法、鉄道車両の構体及び交通輸送手段の構体を提供する。【解決手段】外板３は、構体２の車外側の板部分を構成する部材である。外板３は、カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶接材であり、このマグネシウム合金がレーザ溶接法によって溶接されている。外板３は、素材特性としての難燃性を確保するために製造時にマグネシウムにカルシウムが添加されている。外板３は、マグネシウム合金を突合せた状態でレーザ溶接された突合せ継手部を備えている。外板３は、レーザ溶接によって端部同士（接合面同士）が接合されて構体２に組み込まれる。外板３は、Mg-Al-Zn-Ca合金をレーザ出力3〜4kW、溶接速度1.6〜3.0m/minの溶接条件で溶接されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムを含有するマグネシウム合金を溶接した溶接材であって、
前記マグネシウム合金は、レーザ溶接法によって溶接されていること、
を特徴とするマグネシウム合金の溶接材。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネシウム合金の溶接材において、
前記マグネシウム合金を突合せた状態でレーザ溶接された突合せ継手部を備えること、
を特徴とするマグネシウム合金の溶接材。
【請求項３】
請求項１に記載のマグネシウム合金の溶接材において、
前記マグネシウム合金を重ね合わせた状態でレーザ溶接された重ね継手部を備えること、
を特徴とするマグネシウム合金の溶接材。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のマグネシウム合金の溶接材において、
前記マグネシウム合金は、Mg-Al-Zn-Ca合金であること、
を特徴とするマグネシウム合金の溶接材。
【請求項５】
カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶接材の製造方法であって、
前記マグネシウム合金をレーザ溶接法によって溶接する溶接工程を含むこと、
を特徴とするマグネシウム合金の溶接材の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のマグネシウム合金の溶接材の製造方法において、
前記溶接工程は、前記マグネシウム合金を突合せた状態でレーザ溶接して突合せ継手部によって接合する工程を含むこと、
を特徴とするマグネシウム合金の溶接材の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載のマグネシウム合金の溶接材の製造方法において、
前記溶接工程は、前記マグネシウム合金を重ね合わせた状態でレーザ溶接して重ね継手部によって接合する工程を含むこと、
を特徴とするマグネシウム合金の溶接材の製造方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のマグネシウム合金の溶接材の製造方法において、
前記溶接工程は、Mg-Al-Zn-Ca合金をレーザ溶接法によって溶接する工程を含むこと、
を特徴とするマグネシウム合金の溶接材の製造方法。
【請求項９】
請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載のマグネシウム合金の溶接材の製造方法において、
前記溶接工程は、Mg-Al-Zn-Ca合金をレーザ出力3〜4kW、溶接速度1.6〜3.0m/minの溶接条件で溶接する工程を含むこと、
を特徴とするグネシウム合金の溶接材の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマグネシウム合金の溶接材を備える鉄道車両の構体。
【請求項１１】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマグネシウム合金の溶接材を備える交通輸送手段の構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カルシウムを含有するマグネシウム合金を溶接した溶接材とその製造方法、鉄道車両の構体及び交通輸送手段の構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両の構体では、押し出し性、中強度、溶接性に優れ、比重が軽いアルミニウム合金が軽量化の高まりとともに使用が進んでいる。鉄道車両の構体では、アルミニウム合金製車両の構体重量をさらに軽量化するために、アルミニウム合金よりも軽量な金属材料であるマグネシウム合金の適用が検討されている。従来のマグネシウム合金は、所定の配向性を満たし、アルミニウムを5.0〜12.0質量％含有する（例えば、特許文献１参照）。このような従来のマグネシウム合金では、肉厚で機械的特性に優れ、耐食性及び耐肌荒れ性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2012-172255号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在の鉄道車両では、溶接組立であるために溶接技術が必要になるが、アーク溶接では軟化が著しくなる。一方、摩擦撹拌接合では溶接の継手部分の検討がアーク溶接よりも難しい。それに対して熱影響の少ないレーザ溶接の適用が考えられるが、難燃性マグネシウム合金に対するレーザ溶接の適用事例がない。
【０００５】
この発明の課題は、非常に大きな溶込みが得られ、熱影響幅が低く、十分な溶接強さを確保することができるマグネシウム合金の溶接材とその製造方法、鉄道車両の構体及び交通輸送手段の構体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図５に示すように、カルシウムを含有するマグネシウム合金を溶接した溶接材であって、前記マグネシウム合金は、レーザ溶接法によって溶接されていることを特徴とするマグネシウム合金の溶接材（３）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のマグネシウム合金の溶接材において、図２に示すように、前記マグネシウム合金を突合せた状態でレーザ溶接された突合せ継手部を備えることを特徴とするマグネシウム合金の溶接材である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１に記載のマグネシウム合金の溶接材において、図６に示すように、前記マグネシウム合金を重ね合わせた状態でレーザ溶接された重ね継手部を備えることを特徴とするマグネシウム合金の溶接材である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のマグネシウム合金の溶接材において、前記マグネシウム合金は、Mg-Al-Zn-Ca合金であることを特徴とするマグネシウム合金の溶接材である。
【００１０】
請求項５の発明は、図４及び図５に示すように、カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶接材の製造方法であって、前記マグネシウム合金をレーザ溶接法によって溶接する溶接工程（＃１５０）を含むことを特徴とするマグネシウム合金の溶接材（３）の製造方法（＃１００）である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項５に記載のマグネシウム合金の溶接材の製造方法において、図２に示すように、前記溶接工程は、前記マグネシウム合金を突合せた状態でレーザ溶接して突合せ継手部によって接合する工程を含むことを特徴とするマグネシウム合金の溶接材の製造方法である。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項５に記載のマグネシウム合金の溶接材の製造方法において、図６に示すように、前記溶接工程は、前記マグネシウム合金を重ね合わせた状態でレーザ溶接して重ね継手部によって接合する工程を含むことを特徴とするマグネシウム合金の溶接材の製造方法である。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のマグネシウム合金の溶接材の製造方法において、前記溶接工程は、Mg-Al-Zn-Ca合金をレーザ溶接法によって溶接する工程を含むことを特徴とするマグネシウム合金の溶接材の製造方法である。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載のマグネシウム合金の溶接材の製造方法において、前記溶接工程は、Mg-Al-Zn-Ca合金をレーザ出力3〜4kW、溶接速度1.6〜3.0m/minの溶接条件で溶接する工程を含むことを特徴とするグネシウム合金の溶接材の製造方法である。
【００１５】
請求項１０の発明は、図１に示すように、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマグネシウム合金の溶接材（３）を備える鉄道車両（１）の構体（２）である。
【００１６】
請求項１１の発明は、図１に示すように、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマグネシウム合金の溶接材（３）を備える交通輸送手段(１）の構体(２）である。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によると、非常に大きな溶込みが得られ、熱影響幅が低く、十分な溶接強さを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の第１実施形態に係るマグネシウム合金の溶接材を備える交通輸送手段の構体の一部を破断して示す斜視図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係るマグネシウム合金の溶接材の断面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係るマグネシウム合金の溶接材の外板と骨組とを組み合わせた状態を示す外観図であり、（Ａ)は平面図であり、（Ｂ)は正面図であり、（Ｃ)は側面図であり、（Ｄ)は(Ａ)のIII-IIID線で切断した状態を示す断面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係るマグネシウム合金の溶接材の製造方法の工程図である。
【図５】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の溶接材の製造に使用される溶接装置を模式的に示す構成図である。
【図６】この発明の第２実施形態に係るマグネシウム合金の溶接材の断面図である。
【図７】この発明の実施例に係るマグネシウム合金の溶接材のレーザ光の発振方式を変化させた場合の溶接部の断面の写真であり、（Ａ）は発振方式が連続波の場合の写真であり、（Ｂ）は発振方式が準連続波の場合の写真である。
【図８】この発明の実施例に係るマグネシウム合金の溶接材のレーザ出力を変化させた場合の溶接部の断面の写真であり、（Ａ）はレーザ出力が4kWの場合の写真であり、（Ｂ）はレーザ出力が3kWの場合の写真である。
【図９】この発明の実施例に係るマグネシウム合金の溶接材の照射痕幅とデフォーカス量との関係を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施例に係るマグネシウム合金の溶接材の照射痕の測定結果を示す写真であり、（Ａ）はレーザ出力3kW、溶接速度1.75m/min及びデフォーカス量2.5mmの場合の照射痕の写真であり、（Ｂ）はレーザ出力3kW、溶接速度1.75m/min及びデフォーカス量7.5mmの場合の照射痕の写真であり、（Ｃ）はレーザ出力4.0kW、溶接速度3.50m/min及びデフォーカス量0mmの場合の照射痕の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
(第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１に示す交通輸送手段１は、電車又は気動車などの鉄道車両である。構体２は、交通輸送手段１の主構造である。構体２は、図１に示すように、乗客又は貨物などの重量を支持し車体の床部分又は台枠を構成する床構え２ａと、この床構え２ａの両縁に固定され車体の側面部分を構成する一対の側構え２ｂ，２ｃと、この一対の側構え２ｂ，２ｃの上縁に固定され車体の屋根部分を構成する屋根構え２ｄと、車両の両端部分を構成する図示しない妻構えなどを備えている。構体２は、図１〜図３に示す外板３と、図１及び図３に示す骨組４などから構成されている。構体２は、骨組４の一部を外板３と一体化させることによって骨組４の簡素化及び製造工程の簡略化を実現するとともに、軽量かつ低コストの構造を実現したシングルスキン構体である。
【００２０】
図１〜図３に示す外板３は、構体２の車外側の板部分を構成する部材である。外板３は、図１に示す構体２の側構え２ｂ，２ｃ部分を主として構成する。図１〜図３に示す外板３は、カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶接材であり、このマグネシウム合金がレーザ溶接法によって溶接されている。外板３は、素材特性としての難燃性を確保するために製造時にマグネシウムにカルシウムが添加されている難燃性マグネシウム合金である。外板３は、例えば、押出法によってリブ付形材に成形されており、マグネシウム合金を突合せた状態でレーザ溶接された突合せ継手部を備えている。外板３は、図３（Ｂ）に示すように、断面形状がＴ字状のＴリブ形材に成形されている。外板３は、図２及び図３に示す板状部３ａと、図３に示すリブ部３ｂと、図２及び図３に示す開先部３ｃと、接合部３ｄなどを備えている。外板３は、板状部３ａ、リブ部３ｂ及び開先部３ｃが一体に成形されている。
【００２１】
図２及び図３に示す板状部３ａは、外板３の本体を構成する部分である。板状部３ａは、互いに平行な平坦な表面を備えている。図３に示すリブ部３ｂは、板状部３ａに剛性を付与する部分である。リブ部３ｂは、板状部３ａの一方の表面から突出してこの板状部３ａと一体に形成されている。リブ部３ｂは、外板３の内側表面となる側の板状部３ａの表面に形成されている。図２及び図３に示す開先部３ｃは、板状部３ａ同士を溶接するためにこの板状部３ａの溶接面に形成する平坦面である。開先部３ｃは、板状部３ａの長さ方向の両縁部に形成されたＩ形開先であり、板状部３ａと一体に形成されている。接合部３ｄは、板状部３ａ同士を接合した部分である。接合部３ｄは、板状部３ａの端部同士を開先部３ｃで突き合せて溶接し形成された継手部（溶接継手）である。接合部３ｄは、板状部３ａの長さ方向と直交する方向に間隔をあけて形成されている。
【００２２】
図１〜図３に示す外板３は、厚さが10mmを超えると軽量化を図ることができず、2mmを下回ると強度が不足するため、厚さを2mm以上10mm以下にすることが好ましい。外板３は、レーザ溶接によって端部同士（接合面同士）が接合されて構体２に組み込まれる。
【００２３】
マグネシウム合金は、例えば、アルミニウム、亜鉛及びカルシウムを含有し残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるMg-Al-Zn-Ca合金、又はアルミニウム、マンガン及びカルシウムを含有し残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるMg-Al-Mn-Ca合金が好ましく、Mg-Al-Zn-Ca合金が特に好ましい。このようなマグネシウム合金としては、AZX311(Mg-3Al-Zn-Ca)、AMX602(Mg-6Al-Mn-2Ca)、AZX611(Mg-6Al-Zn-Ca)、AZX612(Mg-6Al-Zn-2Ca) 又はAZX911(Mg-9Al-Zn-Ca)が好ましい。マグネシウム合金は、カルシウムの含有量が0.5mass%未満であると十分な難燃性の効果を発揮することができず、2.5mass%を超えると難燃性が飽和し圧延等の加工が困難になるため、カルシウムを0.5mass%以上2.5mass%以下含有することが好ましい。
【００２４】
マグネシウム合金は、アルミニウムの含有量が2.0mass%未満であると強度が低下し、10.0mass%を超えると金属間化合物の量が増加して加工性が低下するため、アルミニウムを2.0mass%以上10.0mass%以下含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、亜鉛の含有量が0.1mass%未満であると耐食性、鋳造性、塑性加工性が低下し、1.5mass%を超えるとアーク溶接性が悪くなる他、耐食性や鋳造性に効果が少なくなるため、亜鉛を0.1mass%以上1.5mass%以下含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、マンガンの含有量が0.1mass%未満であると耐食性と鋳造性が悪くなり、1.5mass%を超えると加工性が低下するため、マンガンを0.1mass%以上1.5mass%以下含有することが好ましい。
【００２５】
難燃性マグネシウム合金は、不可避的不純物としてケイ素、鉄、銅及びニッケルを含有する。難燃性マグネシウム合金は、ケイ素の含有量が0.1mass%を超えると不純物として強度に影響を及ぼすため、ケイ素を0.01mass%以上0.1mass%以下含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、鉄及び銅の含有量がそれぞれ0.002mass%以上であると耐食性の問題があるため、鉄及び銅をそれぞれ0.002mass%未満含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、ニッケルの含有量が0.002mass%以上になると耐食性及び溶接性の問題があるため、ニッケルの含有量を0.002mass%未満含有することが好ましい。
【００２６】
図１及び図３に示す骨組４は、外板３と組み合わせて構体２を構成する形材である。骨組４は、図１に示すように、外板３と直交するように外板３の内側（車内側）に配置されており、図１及び図３に示すように外板３の長さ方向に所定の間隔をあけて配置されている。骨組４は、図３に示すように、外板３のリブ部３ｂが貫通するようにこの骨組４の両縁部を切り欠いた切欠部４ａを備えている。骨組４は、断面形状が略Ｕ字状の凹凸に形成されている。骨組４は、切欠部４ａに外板３のリブ部３ｂを貫通させた状態で、この骨組４とこの外板３とを隅肉溶接することによってこの外板３と接合されている。骨組４は、例えば、外板３と同様の難燃性マグネシウム合金を押出法によって成形した押出形材、又は難燃性マグネシウム合金をプレス成形法によって成形した形材である。骨組４には、この骨組４の上端面に内装材などが取り付けられる。
【００２７】
次に、この発明の第１実施形態に係るマグネシウム合金の溶接材の製造方法について説明する。
図４に示す製造方法＃１００は、カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶接材を製造する方法である。製造方法＃１００は、図４に示すように、加熱溶解工程＃１１０と、鋳造工程＃１２０と、均質化工程＃１３０と、圧延加工工程＃１４０と、溶接工程＃１５０などを含む。
【００２８】
加熱溶解工程＃１１０は、マグネシウム合金とカルシウムとを加熱溶解する工程である。加熱溶解工程＃１１０では、Mg-Al-Zn系のマグネシウム合金とカルシウムとを真空又はアルゴンガス雰囲気化で600〜750℃の範囲内で加熱溶解する。
【００２９】
鋳造工程＃１２０は、マグネシウム合金の溶融金属を鋳造する工程である。鋳造工程＃１２０では、加熱溶解工程＃１１０後のマグネシウム合金の溶融金属を塑性加工するために、所定の形状及び寸法のマグネシウム合金の鋳塊（金属塊）に鋳造した後に、このマグネシウム合金の鋳塊を分塊圧延して正方形又は丸型断面の小型のマグネシウム合金の鋼片（鋳造ビレット）に加工する。鋳造工程＃１２０では、加熱溶解工程＃１１０後のマグネシウム合金の溶融金属を温度883K以上950K以下、冷却速度750℃/sで鋳造して圧延用材料を製造する。
【００３０】
均質化処理工程＃１３０は、マグネシウム合金を均質化処理する工程である。均質化処理工程＃１３０では、マグネシウム合金の金属材料の合金元素がこの金属材料中に均質に分布するように、この金属材料を所定の温度に加熱して一定時間保持される。均質化処理工程＃１３０では、鍛造工程＃１２０後のマグネシウム合金のビレットを、均質加熱（均質化処理）により熱処理する。均質化処理工程＃１３０では、マグネシウム合金の鋼片の均質加熱温度が300℃未満であると均質不十分の問題があり、400℃を超えると結晶粒粗大化の問題があるため、均質加熱温度を300℃以上400℃以下で均質化処理することが好ましい。また、均質化処理工程＃１３０では、マグネシウム合金の鋼片の均質加熱時間が5時間未満であると均質不十分及び合金元素の偏析の問題があり、10時間を超えると結晶粒粗大化の問題があるため、均質加熱温度を5時間以上10時間以下で均質化処理することが好ましい。
【００３１】
圧延加工工程＃１４０は、マグネシウム合金を圧延加工する工程である。圧延加工工程＃１４０では、均質化処理工程＃１３０後の難燃性マグネシウム合金の鋼片を圧延機によって所定の形状寸法の形材に圧延加工して素形材を製造する。圧延加工工程＃１４０では、難燃性マグネシウム合金の圧延温度が200℃未満であると圧延時に割れが発生し、350℃を超えると結晶粒が再結晶化して柔らかくなるため、圧延温度を200℃以上350℃以下で圧延加工することが好ましい。また、圧延加工工程＃１４０では、難燃性マグネシウム合金の圧下率が60%未満であると欠陥が発生し、80%を超えると割れが発生するため、圧下率を60%以上80%以下で圧延加工することが好ましい。
【００３２】
図５に示す溶接装置５は、被溶接材をレーザ溶接法によって溶接する装置である。溶接装置５は、レーザ光Ｌを熱源としてこのレーザ光Ｌを集光した状態で被溶接材に照射し、この被溶接材を局部的に溶融及び凝固させることによって接合するレーザ溶接機である。溶接装置５は、気体レーザ、固体レーザ、は導体レーザまたは液体レーザなどのレーザ光Ｌを照射するレーザ発振器５ａと、このレーザ発振器５ａから照射されるレーザ光Ｌを所定のビームサイズで溶接部に集光する集光レンズ５ｂと、レーザ発振器５ａ及び集光レンズ５ｂを保持するヘッド部５ｃと、このヘッド部５ｃを駆動する駆動部５ｄと、溶接金属部の酸化を防止するアルゴン、ヘリウム又は窒素などのアシストガス（シールドガス）Ｇを供給するガス供給部５ｅなどを備えている。溶接装置５は、マグネシウム合金の外板３の開先部３ｃにレーザ光Ｌを集光させて外板３を接合部３ｄで溶接するとともに、接合部３ｄの酸化を防止するためにアシストガスＧを接合部３ｄに噴射する。
【００３３】
図４に示す溶接工程＃１５０は、マグネシウム合金をレーザ溶接法によって溶接する工程である。溶接工程＃１５０では、図５に示すように、マグネシウム合金を突合せた状態でレーザ溶接して突合せ継手部によって接合する。溶接工程＃１５０では、Mg-Al-Zn-Ca合金をレーザ溶接法によって溶接する。溶接工程＃１５０では、被溶接材である外板３の開先部３ｃに沿ってヘッド部５ｃを駆動部５ｄが移動させることによって、外板３同士を接合部３ｄで溶接する。溶接工程＃１５０では、連続波又は準連続波（パルス波）によってレーザ光を照射する。溶接工程＃１５０では、レーザ出力3kW未満であると欠陥発生の問題があり、レーザ出力が4kWを超えると溶け落ちの問題があるため、レーザ出力を2kW以上3kW以下で溶接することが好ましい。溶接工程＃１５０では、溶接速度が1.6m/min未満であると溶込み不足の問題があり、溶接速度が3.0m/minを超えると焼き付きの問題があるため、溶接速度を1.6m/min以上3.0m/min以下で溶接することが好ましい。
【００３４】
この発明の実施形態に係るマグネシウム合金の溶接材とその製造方法には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、マグネシウム合金がレーザ溶接法によって溶接されている。また、この実施形態では、溶接工程＃１５０においてマグネシウム合金をレーザ溶接法によって溶接する。このため、非常に大きな溶込みを得ることができるとともに、熱影響幅が低く、十分な溶接強さを確保することができ健全な溶接をすることができる。また、マグネシウム合金をレーザ溶接法によって溶接した溶接材によって鉄道車両の構体２を製造し、鉄道車両の軽量化を図ることができる。
【００３５】
(2) この実施形態では、マグネシウム合金を突合せた状態でレーザ溶接された突合せ継手部を備えている。また、この実施形態では、溶接工程＃１５０においてマグネシウム合金を突合せた状態でレーザ溶接して突合せ継手部によって接合する。このため、簡単な溶接方法によってマグネシウム合金を溶接することができる。
【００３６】
(3) この実施形態では、マグネシウム合金がMg-Al-Zn-Ca合金である。また、この実施形態では、溶接工程＃１５０においてMg-Al-Zn-Ca合金をレーザ溶接法によって溶接する。このため、従来のアルミニウム合金に比べて難燃性を向上させることができる。
【００３７】
(4) この実施形態では、Mg-Al-Zn-Ca合金をレーザ出力3〜4kW、溶接速度1.6〜3.0m/minの溶接条件で溶接工程＃１５０において溶接する。このため、難燃性マグネシウム合金を安定した溶込み深さで溶接することができる。
【００３８】
（第２実施形態）
以下では、図１〜図５に示す部分及び工程と同一の部分及び同一の工程については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図６に示す外板３は、マグネシウム合金を重ね合わせた状態でレーザ溶接された重ね継手部を備えている。接合部３ｄは、板状部３ａの表面同士を重ね合わせて溶接し形成された継手部（溶接継手）である。接合部３ｄは、板状部３ａの長さ方向と直交する方向に間隔をあけて形成されている。図４に示す溶接工程＃１５０では、マグネシウム合金を重ね合わせた状態でレーザ溶接して重ね継手部によって接合する。この第２実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
【実施例】
【００３９】
次に、この発明の実施例について説明する。
【００４０】
【表１】
2019000869.tif 000003
【００４１】
表１は、実施例に係るマグネシウム合金の溶接材の組成である。表１に示す単位は、質量パーセントである。表１に示すマグネシウム合金は、カルシウムを添加したMg-Al-Zn-Ca系のマグネシウム合金(AZX611(Mg-6Al-Zn-Ca))の板材である。溶接材は、板厚が3.0mmの試験材を作製した。溶接条件は、半導体レーザ（ビームサイズ：0.5×3.5mm）、ガス噴射：ノズル角度を水平から約35°、レーザの前進角：20°、雰囲気：準アルゴンガスを使用、及びガス流量：15L/minである。
【００４２】
マグネシウム合金を電気炉によって加熱し、マグネシウム合金を溶融させた後にカルシウムを1.01mass%添加して、鋳造温度950℃及び冷却速度750℃/sで鋳造し、縦150mm、横100mm及び厚さ5mmのビレットを作製した。次に、このビレットを350℃で5時間の均質加熱（均質化処理）をした。次に、材料温度573K、ロール温度523K、ロール速度10m/min及び１パス当たりの圧下量1mm(1mm/min)で２パス通過させる圧延加工条件で均質化処理後のビレットを圧延し、縦190mm、横110mm及び厚さ3mmの圧延材を作製した。
【００４３】
（発振方式の検討）
【００４４】
【表２】
2019000869.tif 000004
【００４５】
先ず、マグネシウム合金の試験材をレーザ溶接する場合のレーザ光の発振方式について検討した。表２に示す溶接条件で２枚の圧延材を突合せた状態で溶接した。ここで、表２に示すレーザ出力は、レーザ光のピーク出力であり、ガス流量(L/min)は一定であり、熱量(J/min)は計算値である。その結果、発振方式が連続波（CW）及び準連続波（パルス波(QCW))のいずれの場合についても、溶接ビードは終端付近で凹む傾向があるが熱影響の幅の狭い溶接部が形成されており、図７（Ｂ）に示すように準連続波の場合には、図７（Ａ）に示すように連続波の場合に比べて溶込み深さが安定することが確認された。
【００４６】
（レーザ出力及び溶接速度の検討）
【００４７】
【表３】
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【００４８】
レーザ光の発振方式が準連続の場合には溶込み深さが安定したため、準連続波によるレーザ出力及び溶接速度を検討した。表３に示す溶接条件でガス流量を一定でレーザ出力を変化させて、マグネシウム合金の試験材を突合せ溶接した。その結果、図６（Ａ）に示すように、レーザ出力4kWの場合には凹凸の大きいビード形状が形成され、図８（Ｂ）に示すようにレーザ出力3kWの場合には細かい鱗状のビード形状が形成された。図８（Ａ）に示すように、レーザ出力4kWの場合には十分な溶込みが得られた。図８（Ｂ）に示すように、レーザ出力3kWの場合にはレーザ出力4kWの場合に比べてアンダーカットやアンダーフィルは小さいが、レーザ出力4kWの場合に比べて溶込みが浅く深さが4mm未満であった。ここで、アンダーカットとは、母材が掘られて溶着金属が満たされずに溝となって残存する溶接欠陥の一種である。アンダーフィルとは、溶接部が母材の表面よりも低くなる溶接欠陥の一種である。このため、マグネシウム合金の試験材の厚さ及び要求される溶込み深さに応じてレーザ出力を3kW以上4kW以下に設定することによって、十分な溶込み深さを実現し最適な溶接を実施可能なことが確認された。
【００４９】
（溶込み深さと発振方式との関係）
【００５０】
【表４】
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【００５１】
【表５】
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【００５２】
次に、レーザ波形の発振方式の違いによる溶込みの影響を確認した。表４に示す溶接条件で発振方式が連続波及び準連続波の場合に、レーザ出力を固定し溶接速度を変化させて溶接したときの溶込み深さを測定した。その結果、表５に示すように、連続波及び準連続波のいずれの場合についても、溶込み深さに大きな差は認められなかった。ここで、表５に示す溶込み深さは、公称板厚6mm−(最大＋最小)/2である。このため、連続波及び準連続波のいずれの場合についても、溶接速度を選定することによって十分な溶接深さを得ることができることが確認された。
【００５３】
（アンダーフィルとでフォーカス量との関係）
【００５４】
【表６】
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【００５５】
次に、レーザ溶接後の溶接部のアンダーフィルとデフォーカス量との関係を確認した。表６に示す溶接条件でレーザ出力、溶接速度及びデフォーカス量を変化させて、マグネシウム合金の試験材を溶接した。ここで、デフォーカス量とは、溶接材の表面からレーザ光の焦点位置までの距離である。図９に示す縦軸は、照射痕幅(mm)であり、横軸はデフォーカス量(mm)である。表６に示すレーザ出力3kW以上4kW以下であって溶接速度1.6m/min以上3.0m/min以下の溶接条件では全ての試験材について良好な溶接が実施できることが確認された。一方、溶接速度1.60mm/min未満の場合には、溶込み深さが浅く十分な接合が得られなかった。また、溶接速度3.00m/minを超える溶接速度3.50m/minの場合には、図１０（Ｃ）に示すようにアンダーフィルが大きすぎる他、図中矢印で示す箇所に亀裂などの欠陥の発生が認められた。図９に示す照射痕幅は、溶接線方向◆及びこの溶接線方向と直交する直交方向□についてそれぞれ測定した。図９に示すように、溶接線方向の幅は、デフォーカス量7.5mm付近で飽和した。その結果、図１０（Ｂ）に示すように、デフォーカス量7.5mmにおいてアンダーフィルが低減された。デフォーカス量が増えるに従って溶接に必要な溶接速度が低下し、溶接速度1.75m/minで最も裏波が安定した。このため、レーザ出力3kW以上4kW以下及び溶接速度1.6m/min以上3.0m/min以下であって、デフォーカス量が0以上7.5以下の溶接条件で良好な溶接が実施できることが確認された。
【００５６】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、鉄道車両にマグネシウム合金の溶接材を適用した場合を例に挙げて説明したが、自動車、船舶、航空機又は飛翔体などの他の交通輸送手段についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、鉄道車両の構体２にマグネシウム合金の溶接材を適用する場合を例に挙げて説明したが、鉄道車両の床材、パンタグラフカバー又は台車塞ぎ板などについてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、構体２がシングルスキン構体である場合を例に挙げて説明したが、外板３によって形成された車外面板と室内面板とをトラス又はリブによって結合したダブルスキン構体である場合についても、この発明を適用することができる。
【００５７】
(2) この実施形態では、接合部３ｄが突合せ継手部又は重ね合わせ継手部である場合を例に挙げて説明したが、Ｌ型継手部、Ｌ型隅肉継手部、Ｔ型貫通継手部、Ｔ型隅肉継手部、重ね隅肉継手部又は重ね突合せ継手部などについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、溶接装置５のヘッド部５ｃからアシストガスＧを噴射する場合を例に挙げて説明したが、ヘッド部５ｃとは別部材であるガスノズルから所定の角度でアシストガスＧを噴射する場合についてもこの発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  交通輸送手段（鉄道車両）
２  構体
３  外板（溶接材）
３ａ  板状部
３ｂ  リブ部
３ｃ  開先部
３ｄ  接合部
４  骨組
４ａ  切欠部
５  溶接装置
５ａ  レーザ発振器
５ｂ  集光レンズ
５ｃ  ヘッド部
５ｄ  駆動部
５ｅ  ガス供給部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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