(57)【要約】【課題】表面処理を行わずに溶接体の美観を確保できるレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】突き合わせ端部１２の延在方向に沿って形成された溝部６、及び金属板１１の突き合わせ端部１２と相手の金属板２１の突き合わせ端部２２とを突き合わせた時に溝部６と略同一の断面形状となる切欠部Ａ１，Ａ２を有する主面１１ａ，２１ａを備える一対の金属板１１，２１を準備する準備工程と、一対の金属板１１，２１の突き合わせ端部１２，２２同士を互いに突き合わせ、切欠部Ａ１，Ａ２同士を結合してなる結合溝３１を突き合わせ部分８に形成する突合工程と、突き合わせ部分８にレーザビームＬを照射し、結合溝３１の底部３２に溶接部Ｃを形成する溶接工程と、を備えるレーザ溶接方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金属板同士をレーザビームの照射によって突き合わせ溶接するレーザ溶接方法であって、
突き合わせ端部の延在方向に沿って形成された溝部、及び前記突き合わせ端部と相手の金属板の突き合わせ端部とを突き合わせた時に前記溝部と略同一の断面形状となる切欠部を有する主面を備える前記一対の金属板を準備する準備工程と、
前記一対の金属板の前記突き合わせ端部同士を互いに突き合わせ、前記切欠部同士を結合してなる結合溝を突き合わせ部分に形成する突合工程と、
前記突き合わせ部分に前記レーザビームを照射し、前記結合溝の底部に溶接部を形成する溶接工程と、を備えるレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記溶接工程において、前記結合溝の前記底部から前記主面の反対面にかけて前記溶接部を形成する請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記結合溝の側面と底面とは滑らかに連続して形成されている請求項１又は２記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記結合溝の溝幅は、前記底部に向かって狭くなっており、
前記結合溝の断面形状は、略台形状に形成されている請求項１又は２記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記溶接工程において、前記レーザビームを出射するレーザヘッドを、前記溝部に沿って移動可能なガイド部材によってガイドする請求項１〜４のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記準備工程において、前記溝部が等間隔に複数形成された前記主面を有する前記一対の金属板を準備する請求項１〜５のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
前記準備工程において、前記溝部に交差する方向に別の溝部が等間隔に複数形成された前記主面を有する前記一対の金属板を準備する請求項６記載のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接の一種として、例えば金属板の突き合わせ端部をレーザビームの照射によって溶接する突き合わせ溶接がある。このような突き合わせ溶接では、溶接体の美観を確保する目的で、突き合わせ端部に形成された溶接部に研磨等の表面処理が施される場合がある。例えば特許文献１には、突き合わせ溶接によって形成された溶接部の盛り上がり部分を研削した後、圧延加工を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０５３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような表面処理を溶接部に施したとしても、溶接痕を完全に除去することは困難である。また、突き合わせ溶接した後に表面処理を実施するので、工程が複雑化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、表面処理を行わずに溶接体の美観を確保できるレーザ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】
【０００６】
上記課題の解決のため、本発明に係るレーザ溶接方法は、一対の金属板同士をレーザビームの照射によって突き合わせ溶接するレーザ溶接方法であって、突き合わせ端部の延在方向に沿って形成された溝部、及び突き合わせ端部と相手の金属板の突き合わせ端部とを突き合わせた時に溝部と略同一の断面形状となる切欠部を有する主面を備える一対の金属板を準備する準備工程と、一対の金属板の突き合わせ端部同士を互いに突き合わせ、切欠部同士を結合してなる結合溝を突き合わせ部分に形成する突合工程と、突き合わせ部分にレーザビームを照射し、結合溝の底部に溶接部を形成する溶接工程と、を備える。
【０００７】
このレーザ溶接方法では、突き合わせ端部の延在方向に沿って形成された溝部及び切欠部を有する主面を備える一対の金属板を準備する。ここで、切欠部は、一方の金属板の突き合わせ端部と相手の金属板の突き合わせ端部とを突き合わせた時に溝部と略同一の断面形状となる。そして、このレーザ溶接方法では、一対の金属板の突き合わせ端部同士を互いに突き合わせ、切欠部同士を結合してなる結合溝の底部に溶接部を形成している。これにより、一対の金属板の溶接体では、結合溝自体が他の溝部と同様の形状になると共に、溶接部が結合溝の底部に隠れることから、溶接部に表面処理を行わずに溶接体の美観を確保できる。
【０００８】
また、溶接工程において、結合溝の底部から主面の反対面にかけて溶接部を形成してもよい。これにより、溶接部を結合溝から露出させることなく一対の金属板同士を強固に接合できる。
【０００９】
また、結合溝の側面と底面とは滑らかに連続して形成されていてもよい。この場合、溶接部に局所的な応力が生じることを抑制できる。
【００１０】
また、結合溝の溝幅は、底部に向かって狭くなっており、結合溝の断面形状は、略台形状に形成されていてもよい。この場合、溶接部に局所的な応力が生じることを抑制できる。
【００１１】
また、溶接工程において、レーザビームを出射するレーザヘッドを、溝部に沿って移動可能なガイド部材によってガイドしてもよい。この場合、溝部を利用してレーザビームの照射位置を精度よくガイドできる。
【００１２】
また、準備工程において、溝部が等間隔に複数形成された主面を有する一対の金属板を準備してもよい。この場合、溝部によって生じる金属板への応力を分散できる。
【００１３】
また、準備工程において、溝部に交差する方向に別の溝部が等間隔に複数形成された主面を有する一対の金属板を準備してもよい。この場合、溝部によって生じる金属板への応力を一層効果的に分散できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、表面処理を行わずに溶接体の美観を確保できるレーザ溶接方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ溶接方法を適用して作製された鉄道車両用外板を説明する図である。
【図２】図１の外板の断面図である。
【図３】レーザ溶接方法を説明する図である。
【図４】変形例に係るレーザ溶接方法を説明する図である。
【図５】変形例に係る外板の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ溶接方法を適用して作製された鉄道車両用外板の一実施形態を示す平面図である。図１に示されるように、外板１は、鉄道車両の側構体の一部を構成する部材であり、例えば窓部となる開口部２と、吹き寄せ部３と、幕部４と、腰部５とを備える。外板１において、吹き寄せ部３、幕部４及び腰部５が一体化している。外板１は、略矩形状の一対の金属板１１，２１によって構成されており、一対の金属板１１，２１が溶接部Ｃによって接合されている。以下では、外板１の長手方向を方向Ｄ１とし、外板１の短手方向を方向Ｄ２として説明する。
【００１８】
外板１の主面１ａには、例えば格子状の溝が設けられている。具体的には、外板１の主面１ａには、方向Ｄ１に沿って延在する複数の直線状の溝部６が形成されていると共に、方向Ｄ２（又は溝部６に交差する方向）に沿って延在する複数の直線状の溝部７が形成されている。互いに隣接する溝部６の間の距離、及び互いに隣接する溝部７の間の距離の各々は、例えば５０ｍｍ以上であればよい。また、複数の溝部６は方向Ｄ２に沿って等間隔に形成されてもよく、複数の溝部７は方向Ｄ１に沿って等間隔に形成されてもよい。
【００１９】
一対の金属板１１，２１のそれぞれは、例えば長辺が約３４５０ｍｍ、短辺が約１１５０ｍｍ、厚さが約１．５ｍｍのステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０１Ｌ又はＳＵＳ３０４等）からなり、例えばレーザ切断やプレス加工等によって略矩形状に切り出された板である。金属板１１の中心部は例えば略矩形状に刳り抜かれた開口部２が形成されている。この開口部２は、例えば強化ガラス等を嵌め込むことによって鉄道車両の窓部を形成するために設けられている。方向Ｄ１において、開口部２の両側の領域は吹き寄せ部３となる。方向Ｄ２において、開口部２よりも上側は幕部４となる。また、開口部２よりも下側の領域、及び金属板２１は腰部５となる。
【００２０】
図２の（ａ）は、図１のＩＩａ−ＩＩａ線矢視部分断面図である。図２の（ｂ）は、図２の（ａ）における突き合わせ部分周辺の拡大断面図である。図２の（ａ），（ｂ）に示されるように、金属板１１（２１）の主面１１ａ（２１ａ）は、複数の溝部６を有している。溝部６は、金属板１１（２１）の主面１１ａ（２１ａ）から反対面１１ｂ（２１ｂ）側に向かって形成されている。溝部６の深さＨは、例えば約０．２ｍｍ〜０．５ｍｍであり、溝部６の幅Ｗは、例えば約１ｍｍである。溝部６は、主面１１ａ（２１ａ）に直交する方向に延在し、互いに対向する一対の側面６ａと、反対面１１ｂ（２１ｂ）に向かって凸状に丸みを帯びている底面６ｂとから構成されている。溝部６において、側面６ａと底面６ｂとは滑らかに連続して形成されている。なお、図１に示されるように、主面１１ａ（２１ａ）は、溝部６と同様の断面形状及び寸法を有しており、溝部６と交差する溝部７を有している。
【００２１】
外板１において、一対の金属板１１，２１を互いに突き合わせた部分である突き合わせ部分８には、溶接部Ｃが形成されている。この溶接部Ｃは、結合溝３１の底部３２に形成されており、一対の金属板１１，２１における主面１１ａ，２１ａの反対面１１ｂ，２１ｂから突出している。結合溝３１は、一対の金属板１１，２１における後述の切欠部同士を互いに突き合わせることによって形成される直線状の溝であり、溝部６と同様に方向Ｄ１に沿って延在している。結合溝３１の断面形状は溝部６の断面形状と略同一となっているため、結合溝３１の側面３１ａと底面３１ｂとは滑らかに連続して形成されている。
【００２２】
続いて、上述した外板１の形成方法の一例について図３を用いながら説明する。本実施形態におけるレーザ溶接工程では、例えば準備工程、突合工程、溶接工程、表面仕上げ工程が順番に行われる。
【００２３】
図３の（ａ）は、準備工程を説明する断面図である。図３の（ａ）に示されるように、準備工程において、溝部６及び切欠部Ａ１を有する主面１１ａを備える金属板１１と、溝部６及び切欠部Ａ２を有する主面２１ａを備える金属板２１とを準備する。切欠部Ａ１は、溝部６の延在方向（方向Ｄ１）に向かって延在する突き合わせ端部１２に沿って形成されている。同様に、切欠部Ａ２は、溝部６の延在方向（方向Ｄ１）に向かって延在する突き合わせ端部２２に沿って形成されている。切欠部Ａ１，Ａ２は、突き合わせ端部１２と、突き合わせ端部２２とを突き合わせた時に溝部６と略同一の断面形状となる部分である。具体的には、切欠部Ａ１は、溝部６における一方の側面６ａに対応する側面１２ａと、溝部６の底面６ｂのうち当該一方の側面６ａ側の略半分の部分に対応する底面１２ｂとを有しており、側面１２ａと底面１２ｂとは滑らかに連続して形成されている。また、切欠部Ａ２は、溝部６における他方の側面６ａに対応する側面２２ａと、溝部６の底面６ｂのうち当該他方の側面６ａ側の略半分の部分に対応する底面２２ｂとを有しており、側面２２ａと底面２２ｂとは滑らかに連続して形成されている。
【００２４】
続いて、金属板１１の突き合わせ端部１２と、金属板２１の突き合わせ端部２２とが互いに対向するように、金属板１１，２１を配置する。つまり、金属板１１の溝部６の延在方向と金属板２１の溝部６の延在方向とが平行になり、且つ、切欠部Ａ１，Ａ２が互いに対向するように、金属板１１，２１を配置する。なお、主面１１ａ，２１ａには、図１に示される溝部７が設けられている。
【００２５】
金属板１１，２１には、例えば切削加工を主面１１ａ，２１ａに施す、又はローラを用いた圧延処理と同時にエンボス加工を主面１１ａ，２１ａに施すことによって、溝部６及び切欠部Ａ１，Ａ２を形成する。これにより、図２の（ａ），（ｂ）に示されるように溝部６の側面６ａと底面６ｂとを滑らかに連続するように形成すると共に、突き合わせ端部１２，２２に切欠部Ａ１，Ａ２をそれぞれ形成する。
【００２６】
図３の（ｂ）は、突当工程を示す断面図である。図３の（ｂ）に示されるように、突当工程において、一対の金属板１１，２１の突き合わせ端部１２，２２同士を互いに突き合わせ、切欠部Ａ１，Ａ２同士を結合してなる結合溝３１を突き合わせ部分８に形成する。当該突当工程では、例えば一対の金属板１１，２１をそれぞれ移動させる突当装置等が用いられる。これにより、切欠部Ａ１，Ａ２同士を結合してなる結合溝３１の断面形状が、溝部６の断面形状と略同一形状になる。
【００２７】
図３の（ｃ）は、溶接工程を示す断面図である。図３の（ｃ）に示されるように、溶接工程において、金属板１１，２１の主面１１ａ，２１ａ側から突き合わせ部分８にレーザビームＬを照射し、結合溝３１の底部３２に溶接部Ｃを形成する。具体的には、溶接工程において、突き合わせ部分８における結合溝３１の底部３２から、金属板１１，２１の主面１１ａ，２１ａの反対面にかけて溶接部Ｃを形成する。これにより、一対の金属板１１，２１を互いに接合した溶接体４０を形成する。
【００２８】
溶接工程にて用いられるレーザは、例えばＹＡＧレーザ又はファイバレーザであり、出力は約４ｋＷである。また、レーザの走査速度は、例えば３．２ｍ／ｍｉｎであり、レーザの走査回数は１回である。アシストガスは、例えばアルゴンガスであり、約３０リットル／ｍｉｎで供給される。
【００２９】
溶接工程後に形成された溶接体４０の主面４０ａに対して、例えば表面仕上げ工程を行う。表面仕上げ工程としては、例えばＮＯ．２ブライト加工（２Ｂ加工）、ベルトグラインド加工（ＢＧ加工）、又はダルフィニッシュ加工（ＤＦ加工）等が挙げられる。２Ｂ加工は、溶接体４０の主面４０ａを酸で洗浄した後、溶接体４０の主面４０ａの一部を押しつぶす加工である。ＢＧ加工は、ベルトグラインダを用いて溶接体４０の主面４０ａを一方向に断続的に研磨する加工である。なお、ベルトグラインド（ＢＧ）の粒度は、例えば＃８０が望ましい。ＤＦ加工は、溶接体４０の主面４０ａを粗くし梨地状の光沢のない状態にする加工である。
【００３０】
以上説明したように、このレーザ溶接方法では、突き合わせ端部１２，２２の延在方向（方向Ｄ１）に沿って形成された溝部６及び切欠部Ａ１，Ａ２を有する主面１１ａ，２１ａを備える一対の金属板を準備する。ここで、切欠部Ａ１，Ａ２は、一方の金属板１１の突き合わせ端部１２と相手の金属板２１の突き合わせ端部２２とを突き合わせた時に溝部６と略同一の断面形状となる。そして、このレーザ溶接方法では、一対の金属板１１，２１の突き合わせ端部１２，２２同士を互いに突き合わせ、切欠部Ａ１，Ａ２同士を結合してなる結合溝３１の底部３２に溶接部Ｃを形成している。これにより、一対の金属板１１，２１の溶接体４０では、結合溝３１自体が溝部６と同様の形状になると共に、溶接部Ｃが結合溝３１の底部３２に隠れることから、溶接部Ｃに表面処理を行わずに溶接体４０の美観を確保できる。
【００３１】
また、溶接工程において、結合溝３１の底部３２から主面１１ａ，２１ａの反対面１１ｂ，２１ｂにかけて溶接部Ｃを形成してもよい。これにより、溶接部Ｃを結合溝３１から露出させることなく一対の金属板１１，２１同士を強固に接合できる。
【００３２】
また、結合溝３１の側面３１ａと底面３１ｂとは滑らかに連続して形成されていてもよい。この場合、溶接部Ｃに局所的な応力が生じることを抑制できる。
【００３３】
また、準備工程において、溝部６が等間隔に複数形成された主面１１ａ，２１ａを有する一対の金属板１１，２１を準備してもよい。この場合、金属板１１，２１に生じる応力を溝部６によって分散できる。
【００３４】
また、準備工程において、溝部６に交差する方向に別の溝部７が等間隔に複数形成された主面１１ａ，２１ａを有する一対の金属板１１，２１を準備してもよい。この場合、金属板１１，２１に生じる応力を溝部６，７によって一層効果的に分散できる。
【００３５】
図４は、変形例に係るレーザ溶接方法の一例を示す断面図である。図４に示されるように、一対のガイド部材５１，５２を有するレーザヘッド５０を用いて、突き合わせ部分８にレーザビームＬを出射し、溶接部Ｃを結合溝３１の底部３２に形成してもよい。ガイド部材５１は、レーザヘッド５０においてレーザビームＬを出射する出射面５０ａに設置され、支持部５３と、支持部５３の先端に軸支されるガイドローラ５４とを有している。ガイド部材５２は、出射面５０ａにおいてレーザビームＬを挟んでガイド部材５１と反対側に設置され、支持部５５と、支持部５５の先端に軸支されるガイドローラ５６とを有している。ガイドローラ５４は、金属板１１側の溝部６に当接するように配置され、ガイドローラ５６は、金属板２１側の溝部６に当接するように配置されている。これにより、溝部６を利用してレーザビームＬの照射位置を精度よくガイドできる。
【００３６】
本発明は、上記実施形態及び上記変形例に限られるものではない。例えば上記実施形態及び上記変形例では、結合溝３１の側面３１ａと底面３１ｂとは滑らかに連続して形成されているが、図５に示されるように、結合溝３１Ａの断面形状は、溝幅（側面３１ｃ同士の幅）が底面３１ｄに向かって狭くなっている略台形状でもよい。この場合であっても、溶接部Ｃ１に局所的な応力が生じることを抑制できる。溝部６Ａの断面形状は、結合溝３１Ａの断面形状と略同一であることが好ましい。また、溝部６の断面形状及び結合溝３１の断面形状は、例えば略円弧状であってもよい。
【００３７】
また、溶接体４０の主面４０ａには、必ずしも表面仕上げ工程を施さなくてもよい。また、外板１の主面１ａには、必ずしも溶接部Ｃに交差する方向に延在する溝部７を設けなくてもよい。
【００３８】
また、突き合わせ部分８の裏面側に平板形状又はハット形状の金属補強板を設けてもよい。金属補強板は、例えば抵抗スポット溶接またはレーザスポット溶接にて外板１の裏面に取り付けられる。突き合わせ部分８同士の間に形成される隙間が大きい場合、レーザビームＬの照射位置上に、フィラーワイヤーをセットし、溶融したフィラーワイヤーを添加することによって、溶接部を形成してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…外板、１ａ，１１ａ，２１ａ，４０ａ…主面、６，７…溝部、８…突き合わせ部分、１１，２１…金属板、１２，２２…突き合わせ端部、３１…結合溝、３１ａ，３１ｃ…側面、３１ｂ，３１ｄ…底面、３２…底部、４０…溶接体、５０…レーザヘッド、５１，５２…ガイド部材、Ｃ…溶接部、Ｄ１，Ｄ２…方向、Ｈ…深さ、Ｌ…レーザビーム、Ｗ…幅。
【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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