(57)【要約】  盛り上がり効果によって第１の構成要素の表面上に隆起を発生させるのに十分な速度で第１の構成要素の表面の一部分にわたってレーザビームを移動する段階と、第１及び第２の構成要素の対向する表面が第１の構成要素の表面上の隆起によって分離されるように第１及び第２の構成要素を並置する段階と、表面が隆起によって分離される領域内でレーザビームを走査することによって第１及び第２の構成要素をレーザ溶接する段階とを含む第１及び第２の構成要素をレーザ溶接する方法を提供する。隆起の高さは、レーザビームの走査速度を制御することによって制御することができる。【選択図】図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の構成要素をレーザ溶接する方法であって、
第１の構成要素の表面の一部分にわたって盛り上がり効果によって該第１の構成要素の該表面上に隆起を発生させるのに十分な速度でレーザビームを移動する段階と、
前記第１及び第２の構成要素の対向する表面が該第１の構成要素の該表面上の前記隆起によって分離されるように該第１及び第２の構成要素を並置する段階と、
前記表面が前記隆起によって分離される領域で前記レーザビームを走査することによって前記第１及び第２の構成要素をレーザ溶接する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１及び第２の構成要素は、金属又は金属合金で作られ、
前記第１及び第２の構成要素の少なくとも一方が、前記金属又は金属合金の融点よりも低い気化温度を有する材料で被覆される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の構成要素は、鋼から作られることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の構成要素は、亜鉛、酸化亜鉛、マグネシウム、及び酸化マグネシウムのうちの少なくとも１つで被覆されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記隆起は、前記レーザ溶接段階によって発生した溶接パターンに実質的に対応するパターンを作り出すことを特徴とする請求項１に記載の方法
【請求項６】
前記隆起は、前記レーザ溶接段階によって発生した溶接パターンとは異なるパターンを作り出すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記レーザビームは、リモートレーザ溶接ヘッドによって操作されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記レーザ溶接の段階の前に前記第１及び第２の構成要素を互いに締め付ける段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記レーザビームの走査速度を制御することによって前記隆起の高さを制御する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザビームの強度を制御することによって前記隆起の高さを制御する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記レーザビームの前記強度を制御する前記段階は、該レーザビームのレーザ電力及びビームスポットサイズを制御する段階を有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記隆起は、前記レーザビームの入射角を大きい角度に変えることができる時に生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記隆起の前記高さは、約０．１から約０．２ｍｍであることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記走査速度は、約６０から８０ｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
第１及び第２の構成要素をレーザ溶接する方法であって、
第１の構成要素の表面の一部分にわたって盛り上がり効果によって該第１の構成要素の該表面上に隆起を発生させるのに十分な速度でレーザビームを移動する段階と、
前記第１及び第２の構成要素の対向する表面が該第１の構成要素の該表面上の前記隆起によって分離されるように該第１及び第２の構成要素を並置する段階と、
前記表面が前記隆起によって分離される領域で前記レーザビームを走査することによって前記第１及び第２の構成要素をレーザ溶接する段階と、
前記レーザビームの走査速度を制御することによって前記隆起の高さを制御する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２の構成要素は、金属又は金属合金で作られ、
前記第１及び第２の構成要素の少なくとも一方が、前記金属又は金属合金の融点よりも低い気化温度を有する材料で被覆される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２の構成要素は、鋼から作られることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２の構成要素は、亜鉛、酸化亜鉛、マグネシウム、及び酸化マグネシウムのうちの少なくとも１つで被覆されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザビームの強度を制御することによって前記隆起の高さを制御する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記レーザビームの前記強度を制御する前記段階は、該レーザビームのレーザ電力及びビームスポットサイズを制御する段階を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にレーザ溶接の分野に関し、より詳細には、溶接される金属又は金属合金の融点よりも低い気化温度を有するコーティングを有する金属又は金属合金のレーザ溶接の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
リモートレーザビーム溶接は、加工物に対してレーザビームを操作かつ誘導するために処理ヘッド内でミラーを使用する。そのような処理により、高生産性で柔軟な生産ラインレイアウトが可能になり、従って、レーザ溶接生産の費用効率がより高くなる。より詳細には、自動車車体構成要素の溶接において、リモートレーザ溶接は、処理手順を大幅に簡略化する。そのような構成要素では重ね合わせ及び突き合わせ接合部が共通の接合構成である。有利な態様では、レーザビーム溶接技術の全入熱が低いので、構成要素に対する歪みが小さくなる。従って、リモートレーザビーム溶接は、より軽量かつよりコンパクトな自動車車体構造を生産するための溶接技術を提供する。
【０００３】
耐食性を改善するための自動車車体構成要素での亜鉛又は亜鉛合金被覆金属シートの使用の増加は、この種のシートを接合する満足できる溶接方法の需要を作り出している。レーザビーム溶接は、全入熱が低いので、シート上の亜鉛豊富なコーティングに対して発生する歪みが少ないという利点を有する。従って、レーザビーム溶接は、突き合わせ及び重ね合わせ接合構成におけるそのようなシート鋼の望ましい接合技術として評価されている。しかし、これらの材料の溶接に伴って、鋼の融点（〜１５５０℃）と比較して亜鉛の沸点（９０６℃）が低いために、重ね合わせ接合構成で問題が発生する。
【０００４】
シート間に接合クリアランスがない場合、溶接中の亜鉛蒸気は、溶けた溶融池を通ってしか逃げることができず、これは、典型的には、過度な溶接空隙又は溶接金属の完全な排除をもたらす。良質の溶接を行うために原則的にこの問題を避けるための２つの解決法、すなわち、（１）溶接中の亜鉛蒸気の通気チャンネルを作り出す、又は（２）溶接通過において亜鉛コーティングを除去することがある。これらの手法の両方は、付加的な技術の実現が必要である。レーザ溶接を実施するためにシート間に間隙を設け、かつ溶接スポットで亜鉛コーティングを除去するための多くの技術が開発されてきた。これらの手法は、典型的には、補助的な構成要素又はスペーサを使用する必要があり、間隙を作り出すか又はコーティングを除去するのに付加的な機器が必要であるので、生産ラインの維持が困難である。これは、有意な出費をもたらし、かつ生産時間を増大することになる。
【０００５】
シート間に小さい間隙を設けることは、亜鉛蒸気通気チャンネルを作り出すための最も実用的な技術であると証明されている。しかし、シート間に小さい間隙を維持することは、特に生産ラインでは難題になる可能性がある。
【０００６】
ＰＣＴ公開ＷＯ  ９９／０８８２９は、レーザディンプル技術によって接合シートの１つの上に隆起が発生する亜鉛被覆鋼板の従来のレーザビーム溶接の方法を開示している。レーザディンプルは、溶接位置に蒸気通気間隙を設けるためのディンプルを発生させる実現可能な技術であると証明されている。これは、溶接位置及び構成要素の形状によって制限されない柔軟な前処理である。これらの恩典にも関わらず、この前処理は、溶接処理に依然として生産コストを追加する。追加コストを最小にするために、レーザディンプル処理は、できるだけ速く行う必要がある。従って、このディンプル技術は、その制限された処理速度のためにリモートレーザビーム溶接処理に容易に適用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ  ９９／０８８２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
リモートレーザビーム溶接において間隙を発生させるための有効な解決法又は技術を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、上に詳細に説明した問題を克服することである。この目的に従って、本発明は、盛り上がり効果によって第１の構成要素の表面上に隆起を発生させるのに十分な速度で第１の構成要素の表面の一部分にわたってレーザビームを移動する段階と、第１及び第２の構成要素の対向する表面が第１の構成要素の表面上の隆起によって分離されるように第１及び第２の構成要素を並置する段階と、表面が隆起によって分離される領域内でレーザビームを走査することによって第１及び第２の構成要素をレーザ溶接する段階とを含む第１及び第２の構成要素をレーザ溶接する方法を提供する。
【００１０】
本発明の別の実施形態により、第１及び第２の構成要素は、鋼のような金属又は金属合金で作られ、第１及び第２の構成要素の少なくとも一方は、金属又は金属合金の融点よりも低い気化温度を有する材料で被覆される。低い気化温度を有するコーティングの例は、亜鉛、酸化亜鉛、マグネシウム、及び酸化マグネシウムであり、すなわち、これらのコーティングの気化温度は、金属又は金属合金の融点よりも低い。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態により、隆起は、レーザ溶接段階によって発生した溶接パターンに実質的に対応するパターンを作り出し、又は代替的に、隆起は、レーザ溶接段階によって発生した溶接パターンとは異なるパターンを作り出す。第１及び第２の構成要素のレーザ溶接段階は、第１及び第２の構成要素の表面が隆起によって分離された領域内でレーザビームを走査することによって実施することができる。隆起の発生の位置は、適切な通気チャンネルを提供するための適切な間隙サイズが溶接位置に存在する限り溶接の位置から離すことができる。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態により、レーザビームは、リモートレーザ溶接ヘッドによって操作される。
【００１３】
更に別の実施形態により、本発明の方法は、レーザ溶接の段階の前に第１及び第２の構成要素を互いに締め付ける段階を更に含む。
【００１４】
本発明により、レーザビームの走査速度を制御することによって又はレーザビームの強度を制御することによって隆起の高さを制御する方法が更に提供される。レーザビームの強度を制御する段階は、レーザビームのレーザ電力及びビームスポットサイズの制御を含む。
【００１５】
更に、隆起は、レーザビームの入射角を大きい角度に変えることができる時に生成される。
【００１６】
本発明の別の態様により、盛り上がり効果によって第１の構成要素の表面上に隆起を発生させるのに十分な速度で第１の構成要素の表面の一部分にわたってレーザビームを移動する段階と、第１及び第２の構成要素の対向する表面が第１の構成要素の表面上の隆起によって分離されるように第１及び第２の構成要素を並置する段階と、表面が隆起によって分離される領域内でレーザビームを走査することによって第１及び第２の構成要素をレーザ溶接する段階と、レーザビームの走査速度を制御することによって隆起の高さを制御する段階とを含む第１及び第２の構成要素をレーザ溶接する方法が更に提供される。
【００１７】
本発明のこの及び他の目的は、好ましい実施形態の以下の詳細説明からより完全に認めることができる。
【００１８】
ここで類似の番号が類似の要素を表す以下の図面と共に本発明の例示的実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によりレーザ重ね合わせ溶接された構成要素の重ね合わせ接合部の一部分の平面図である。
【図２ａ】本発明により溶接処理を実施する連続段階の概略図である。
【図２ｂ】本発明により溶接処理を実施する連続段階の概略図である。
【図３】（ａ）と（ｂ）は、盛り上がり効果による盛り上がりの発生を示す図２ａ及び２ｂに示すシートの一方の一部分の写真表示の図である。
【図４】図３に示す高速盛り上がり効果の写真表示の図である。
【図５】盛り上がり高さに対する走査速度の効果を明らかにする固定されたレーザビーム電力における盛り上がり高さ対走査速度のグラフィック表示の図である。
【図６】図１に示す溶接の断面の写真表示の図である。
【図７】図１に示す溶接の平面図の写真表示の図である。
【図８】複数の入射レーザビーム角度に対する盛り上がりの高さのグラフィック表示の図である。
【図９】レーザビームの傾斜角度が４０度の時の走査速度に対する盛り上がり高さの依存性のグラフィック表示の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態により、被覆された金属又は金属合金構成要素のリモートレーザビーム溶接の実用的で有効かつ柔軟な方法を提供する。鋼板のような金属又は金属合金構成要素は、例えば、マグネシウム、亜鉛、又は酸化亜鉛コーティングのような低気化温度を有するコーティングを用いて提供される。本明細書の関連では、低気化温度は、コーティングの気化温度が金属又は金属合金構成要素の融点よりも低いことを意味する。亜鉛コーティングは、例えば、自動車産業での鋼板の耐食性に対して特に有利である。
【００２１】
一般論として、リモートレーザビームは、リモートレーザ溶接が実行される前にシート間に制御可能な間隙を作り出すために高速で構成要素の１つを前処理する。これは、２つの構成要素が接合される時にコーティングによって発生する蒸気のための通気チャンネルを作り出すのに重ね合わせ溶接処理に対して特に有利である。
【００２２】
より詳細には、前処理中に、十分なビーム強度のレーザビームを用いた鋼板上での高速走査は、このシートの表面上に一連の盛り上がりを発生させる。これらの盛り上がり又は隆起は、シートの対向する表面を離間した関係に維持する。盛り上がりの高さ、従って、２つの構成要素間に維持される空間は、異なる材料の厚み、コーティング、及び構造体の要件に従って走査速度及び／又はレーザビームの強度を変えることによって制御することができる。すなわち、１つの溶接装置上で有効かつ費用効率の高い方法で溶接を完全に完成させることができる。そのような技術を用いて、リモートレーザ溶接により、あらゆる種類の溶接形状及び柔軟に変動する溶接位置での溶接が実施可能になる。
【００２３】
本発明の実施形態により、実際のレーザ溶接段階が実施される前にリモートレーザビームが前処理段階において高速で構成要素の１つの表面を走査する時に蒸気ガスを通気するための間隙を作り出す方法を開示する。強いレーザビームが高速で金属表面上を走査する時に盛り上がり効果が起こるというのがその原理である。盛り上がり効果は、レーザが生成したビーズの上方に一連の金属液滴又は隆起を形成する。表面上の隆起高さは、数十分の１ミリメートルまでに至る可能性があり、かつ走査速度及びレーザビームの強度を通じて変えるか又は制御することができる。直線状又は曲線状又はいくつかの位置でのこの一連の隆起は、通気チャンネルを作り出すためにスペーサの役割をする。レーザビームの前処理されたシート構成要素が別のシート構成要素と共に積み重ねられると、間隙が形成される。間隙は、レーザ溶接によって２つの構成要素が接合される領域又はその近くに設けられる。従って、レーザビーム溶接は、盛り上がり効果によって発生した隆起によって２つの構成要素が離間する領域内で実施することができ、この技術を用いて品質の良い溶接が得られる。
【００２４】
レーザ技術の進歩に伴って、高電力高ビーム品質レーザは、多くの産業用途に対して直ちに利用でき、益々費用効率が高くなっている。リモートレーザビーム溶接は、ファイバ送出レーザ技術を確実に利用するレーザ用途の１つである。高品質レーザビームは、小さい発散角を有し、そのために良好な集束機能を有し、かつ小さいコア径のファイバを通して送出することができる。従って、レーザビームは、処理ヘッドから遠い距離の加工物又は構成要素上に集束させることができ、依然として深い溶け込み溶接のための典型的な小さい焦点スポットを維持する。
【００２５】
リモート溶接ヘッドは、１対の走査ミラーを使用してレーザビームを加工物まで案内又は誘導する。ビームの移動が高度に動的なので、１つの溶接から別の溶接のビームの再位置決めに対してその位置の精度の妥協なしに極めて高速を達成することができる。更に、軸線間の協働運動により、レーザビームは、線形、円形、及びブラケットのような多くのパターンを発生させることができるようになる。従って、リモートレーザ溶接は、大きい２Ｄ又は３Ｄ作業範囲の重ね合わせ接合部の複数位置の溶接に好適である。
【００２６】
亜鉛被覆鋼板のレーザビーム重ね合わせ溶接は、しかし、簡単な処理ではない。対策が何も取られなければ、接合境界間のコーティング材料の気化が、溶接金属を接合部の外に押し出すことになって劣悪な溶接の原因になる。この問題を解決するために多くの技術が開発されている。これらの好結果の技術の主要な手法は、コーティング蒸気を溶接池の外へ通気することである。通気チャンネルは、典型的なデュアルビーム溶接における修正キーホール又は接合面の間の小さい間隙とすることができる。
【００２７】
通気蒸気に対する共通の有効な間隙は、シート材料及びコーティングの厚みに依存し、０．１から０．２ｍｍである。そのような間隙を生産環境で首尾一貫して作り出すことは難題である。構造的構成要素の場合、形成ダイ内に小さいディンプルを築くことができる。しかし、構成要素形状の複雑さに応じて、ダイ上のディンプルは、形成操作において材料の流れを邪魔する場合がある。更に、機械的なディンプルの摩滅が、ディンプル高さの一貫性を維持するための別の問題である。
【００２８】
レーザビーム溶接における盛り上がり効果は、特定溶接速度が材料、レーザビーム電力、及びビームスポットサイズの与えられた設定に対して超えた場合に始まる溶融プール不安定性の現象である。それは、溶接面上への周期的な液滴の形成によって特徴付けられる。従って、盛り上がり効果は、与えられたレーザビーム強度の処理速度に対して限界を設定する。ＣＯ2レーザビーム溶接の場合、１０ｍ／ｍｉｎほどの遅い溶接速度でそのような逆効果が観測される。
【００２９】
ファイバ送出レーザの場合、盛り上がり効果に対する速度限界がより高くなる傾向がある。しかし、レーザ電力の増大及びビーム品質の改善に伴って、盛り上がり限界を１０ｍ／ｍｉｎの速度まで下げることができる。与えられたレーザビーム電力において盛り上がり限界をより高い溶接速度まで推し進めることに対して、処理パラメータに対する盛り上がり効果の速度限界を見出すために様々な研究が行われている。
【００３０】
盛り上がりは、レーザビーム溶接に望ましくない効果であるが、それは、被覆金属又は金属合金構成要素のレーザビーム溶接、特に接合面の間に小さい間隙が望ましい重ね合わせ接合構成のための前処理として本発明に従って有利に使用することができる。溶接継ぎ目上の盛り上がり又は液滴は、重ね合わせ溶接のための適切な間隙をもたらすために適切な高さを有する。
【００３１】
盛り上がり効果を利用することにより、被覆金属又は金属合金構成要素のレーザビーム重ね合わせ溶接には、２段階の処理が必要になる。第１の段階は、レーザビームが接合構成要素の１つの溶接位置に沿って又はその近くに一連の盛り上がりを発生させる前処理である。盛り上がりが形成された後に、その上に別の構成要素が配置され、この対の構成要素が次に互いに締め付けられる。第２の段階は、レーザビームが指定された位置で望ましい溶接パターンを生成する実際の溶接処理である。
【００３２】
図１及び２ａを参照すると、破線によって示すように線形溶接１１によって１対の構成要素１０，１２が接続される。代替的に、非線形溶接又は溶接パターンを適用することができる。構成要素１０、１２の各々は、それぞれ対抗する向きの表面１３、１４及び１５、１６を有する鋼板である。それらの表面の各々は、例えば、腐食から保護するための亜鉛コーティング１８（図２ａ参照）のような低気化温度の材料で作られたコーティング１８を有する。
【００３３】
図２ａに示すように、溶接される構成要素の１つ、すなわち、亜鉛被覆鋼板構成要素１０は、構成要素を所定の位置に確実に保持する取付具（図示せず）内に配置される。リモート溶接ヘッド２０からのレーザビーム１９は、意図した溶接ライン又は溶接パターン１１の領域又はその近くで盛り上がり効果によって隆起１７を発生させるのに十分な速度で一連の隆起１７を発生させるためにシート１０の上面１３をいくつかの断面で走査する。この第１の前処理段階は、リモート溶接／走査ヘッド２０を使用して１秒足らずの間に行うことができる。
【００３４】
前処理では、エネルギ強度が十分に高いレーザビームが、接合領域の上方を極めて高速で走査する。レーザビームは、一連の短いセグメントの発射だけを必要とする。ビーム経路に沿って盛り上がり効果が起こる時に一連の盛り上がり又は液滴が発生する。表面上のこれらの隆起が自然のスペーサの役割をする。この前処理されたシートが別のシートと共に積み重ねられると、これらの隆起によって間隙が形成される。本発明の実施形態により、所定の溶接位置又はその近くに間隙が局在化される。溶接処理では、レーザビームは、これらの隆起又は近傍区域にわたって溶接することができる。このように形成された間隙は、溶接欠陥がない良質の溶接を提供するように亜鉛蒸気のための適切な通気チャンネルを提供することができる。
【００３５】
これらの隆起又は盛り上がりが形成された状態で、図２ａの段階２に示すように、レーザ前処理された構成要素の上に亜鉛被覆鋼板構成要素１２が配置され、そのために表面１５が表面１３の上に重なる。シート構成要素１０、１２は、次に、締め付けシステムのような取り付けデバイスによって所定位置に保持されるが、ここには示していない。従って、溶接されるこれらの２つのシート構成要素は、互いに保持されて何時でも溶接ができる。
【００３６】
隆起又は盛り上がり１７は、溶接される位置で亜鉛被覆鋼板構成要素１０、１２の部分的に重なる部分の対向する表面１３、１５の間に空隙２１を形成する。
【００３７】
溶接操作は、図２ｂに矢印Ａで示したように、鋼板構成要素１０、１２にレーザビーム１９を印加することによって達成することができる。溶接中に、亜鉛コーティングから放出された亜鉛蒸気２３は、溶接キーホールを囲む空隙２１内に流れることができる。従って、凝固溶接金属部２２内のブローホール又は溶接空隙が実質的に減少する。従って、得られる溶接部の品質は、十分なものである。
【００３８】
図３（ａ）及び（ｂ）は、同じ材料の重ね合わせ溶接を実施するのに使用されるレーザによって発生した高速盛り上がり効果のパターンを示している。盛り上がり効果によりレーザビームによって発生した通常の盛り上がりは、図４に示すようにセグメント状態の一連の盛り上がりから構成される。
【００３９】
良質の溶接を生成するための空隙サイズは、大部分の用途に対して０．１から０．２ｍｍの間である。しかし、望ましい又は理想的な間隙の幅は、材料厚み、コーティング厚み及び種類、及び実行可能な締め付け力次第である。高速盛り上がり効果を利用することにより、発生する隆起の高さは、レーザビームの走査速度を変更することによって制御することができる。
【００４０】
図５に示すように、盛り上がりの測定高さは、走査速度が２５から８０ｍ／ｍｉｎの範囲内で０．１から０．５ｍｍに変動する可能性がある。盛り上がりは、電力４ｋＷのレーザビームによって発生する。一般的に、０．５ｋＷ又はそれよりも高いレーザ電力は、高電力レーザと見なされる。
【００４１】
上述の線形継ぎ目溶接の実施形態で説明したように、亜鉛蒸気２３は、盛り上がりの周りの空隙２１内に逃げ、従って、接合シートの間の空間から通気することができる。上述の説明が線形溶接パターンを開示することに注意されたい。しかし、本発明により、盛り上がりが発生する位置又はその近くではどのような形状の溶接でも実施することができる。
【００４２】
第１及び第２の構成要素のレーザ溶接段階は、第１及び第２の構成要素の表面が隆起によって分離される領域内を走査することによって実施することができる。隆起の位置は、適切な通気チャンネルを提供する適切な間隙サイズが溶接位置に存在する限り、正確に溶接位置でなければならないことはない。更に、隆起によって作り出されるパターンは、適切な通気チャンネルを提供する適切な間隙サイズが溶接位置に存在する限り、溶接パターンと別にすることができる。
【００４３】
本発明により、走査ヘッドからのレーザビームが、隆起を作り出すためにそれが届く範囲のシート構成要素上のあらゆる位置を走査し、かつ第２の段階で実際の溶接を実施することができるので、盛り上がり効果を利用するスペーサの生成は、極めて速く、簡単で非常に柔軟である。更に、走査溶接ヘッドがロボットアーム上に装着されると、リモートレーザ溶接はまた、複雑な形状の構成要素にも適用することができる。
【００４４】
図６及び７は、本発明の処理を使用して生成された重ね合わせ溶接を示し、図６は、図１に示す溶接の断面の写真表示の図であり、図７は、図１に示す溶接の平面図の写真表示の図である。
【００４５】
図５を考慮すると、レーザ電力は４ｋＷに固定され、ビームが構成要素の上面上に集束される。図示のように、盛り上がり効果は、約２０ｍ／ｍｉｎの速度で起こる。盛り上がり効果の開始時には、盛り上がりの高さが比較的高く、すなわち、０．５ｍｍよりも高くなる可能性がある。走査速度の増加に伴って、盛り上がり高さが減少する。極めて高速では、溶接ビーズに沿った液滴が消える。この速度限界は、レーザ特定のものである。図５の作成に使用されたレーザでは、速度が約８０ｍ／ｍｉｎを超える時に盛り上がり効果がかろうじて見られる。
【００４６】
レーザビーム電力が３．５ｋＷに低下すると、このレーザの場合３０ｍ／ｍｉｎの速度で盛り上がり効果が起こる。この実験データは、盛り上がり効果の初期設定に対する溶接速度がレーザ電力の増加に伴って減少することを明らかにしている。レーザ電力が更に０．３ｋＷまで低下すると、盛り上がり効果はかろうじて発生する。４ｋＷの全レーザ電力では、５ｍｍにおいてレーザビームが脱焦された場合に３０ｍ／ｍｉｎの溶接速度で軽度の盛り上がりだけが発生する。従って、より高い電力のレーザビームは、盛り上がり効果の良好な制御性を与える。
【００４７】
リモートレーザビーム溶接では、入射ビームが材料の表面に対して常に垂直とは限らない。この理由のために、盛り上がり効果発生時のレーザビームの入射角の効果が調査される。図８は、複数の入射レーザビーム角度に対する盛り上がりの高さのグラフィック表示の図である。垂直状態に近い盛り上がりは、比較的大きい角度で発生したものよりも僅かに高い。図８から分るように、５０度の傾斜角では、レーザビームがレーザ重ね合わせ溶接の場合に依然適切な盛り上がりを生成する。
【００４８】
図９は、レーザビームの傾斜角が４０度の時の走査速度に対する盛り上がり高さの依存性のグラフィック表示の図である。これらの盛り上がりを発生させるためのレーザ電力は、４ｋＷである。望ましい高さを備えた盛り上がりを発生させるためのレーザビームの走査速度が主要な制御ファクタであることが図９から分る。
【００４９】
上述のように呈示した例により、良質の重ね合わせ溶接を行うために、溶接される構成要素の間に０．１〜０．２ｍｍサイズの間隙が必要である。図５、８、及び９から分るように、４ｋＷのレーザビームは、６０〜８０ｍ／ｍｉｎの走査速度で良質の重ね合わせ溶接のための適切な間隙を生成することができる。これらの結果は、４５０ｍｍの集束長を備えた０．６ｍｍのビームスポットサイズに適用することができる。他のレーザソースの場合、望ましい処理条件が少し異なることになる。
【００５０】
従って、盛り上がり効果は、レーザビームの走査速度が特定の限度を超える時に起こる。この限度は、レーザ電力とビームスポットサイズに依存する。盛り上がり効果が起こる時に、盛り上がりの高さは、走査速度に伴って変動する。上述の例の場合、０．１〜０．２ｍｍ高さの盛り上がりは、６０から８０ｍ／ｍｉｎの走査速度で発生させることができる。
【００５１】
盛り上がり効果は、低気化温度を有する材料で被覆したシートメタルのレーザビーム重ね合わせ溶接のための望ましい間隙を発生させるために前処理で有利に使用することができる。間隙サイズは、走査速度を変えることによって制御可能である。好ましい盛り上がり効果はまた、レーザビーム入射角が０から５０度で変動する時に生成することができる。前処理と重ね合わせ溶接の組合せは、高速走査が容易に達成されるリモートレーザビーム溶接の場合に好適である。
【００５２】
前処理が高速で実施されるので、完全な前処理を完了させるために１秒足らずの溶接時間だけが必要である。従って、盛り上がり効果を利用するリモートレーザビーム重ね合わせ溶接は、産業用途のために実用的な技術である。
【００５３】
更に、ＰＣＴ公開ＷＯ  ９９／０８８２９に開示するディンプル効果において、シート厚みの大部分、すなわち、約５０％よりも多くは、ディンプルを発生させるために溶融することに注意されたい。盛り上がり効果を使用する本発明により、構成要素の表面上の僅かな部分だけが溶融する。従って、本発明による処理は、あらゆる材料厚みの構成要素に適用することができる。更に、ＰＣＴ公開ＷＯ  ９９／０８８２９に開示するディンプル効果において、隆起の高さは制御できない。これまでに開示したように、本発明により、隆起の高さは、レーザビームの走査速度を制御することによって制御可能である。
【００５４】
以上の説明が本質的に例示であり、かつ本発明が本発明の範囲から逸脱することなくその修正、変更、及び均等物を含むことを認めるべきである。
【符号の説明】
【００５５】
１０、１２  構成要素
１７  隆起
１８  コーティング
１９  レーザビーム
２０  リモート溶接ヘッド
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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【国際調査報告】
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