(57)【要約】  本開示のレーザ溶接方法は、第１の工程と、第２の工程とを有する。第１の工程では、第１の加工物（１１ａ）の第１の端部を第２の加工物（１１ｂ）の第２の端部の上に重ねて角継手を形成するように配置する。第２の工程では、角継手を形成する第１の端部に上方からレーザ光（１０）を照射する。さらに、第１の工程において、第１の端部が第２の加工物（１１ｂ）に対して突出するように配置する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の加工物の第１の端部を第２の加工物の第２の端部の上に重ねて角継手を形成するように配置する第１の工程と、
前記角継手を形成する前記第１の端部に上方からレーザ光を照射する第２の工程と、を備え、
前記第１の工程において、前記第１の端部が前記第２の加工物に対して突出するように配置するレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記角継手における、前記第１の加工物と前記第２の加工物との間にはギャップが形成され、
前記第１の端部が前記第２の加工物に対して突出する体積は、前記ギャップの体積よりも大きい請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記第１の端部は、前記第１の加工物に対して、上方に曲げた形状である請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記第１の端部が前記第２の加工物に対して突出する距離は、前記第１の加工物の板厚の１／３以上１／２以下である請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記第１の加工物と前記第２の加工物とは、前記角継手の鉛直方向の下方において９０度の角度をなすように、左右対称な方向に配置され、
前記レーザ光は、前記角継手の鉛直方向の上方から照射される請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
第１の加工物の第１のヘリを第２の加工物の第２のヘリの隣に並べてヘリ継手を形成するように配置する第１の工程と、
前記ヘリ継手を形成する前記第１のヘリに上方からレーザ光を照射する第２の工程と、を備え、
前記第１の工程において、前記第１のヘリの端部は、前記第２のヘリの上方に突出するように配置するレーザ溶接方法。
【請求項７】
前記第２のヘリの上方に突出した前記第１のヘリの端部は、前記第１のヘリに対して３０度以上９０度以下の角度で折り曲げた形状である請求項６に記載のレーザ溶接方法。
【請求項８】
前記第２のヘリの上方に突出した前記第１のヘリの端部は、前記第１のヘリに対して９０度の角度で折り曲げた形状である請求項７に記載のレーザ溶接方法。
【請求項９】
前記ヘリ継手における、前記第１のヘリと前記第２のヘリとの間にはギャップが形成されている請求項６〜８のいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項１０】
前記第１のヘリの端部が前記第２のヘリの上方に突出する長さは、前記ギャップの距離と前記第２のヘリの厚さとを加えた長さである請求項９に記載のレーザ溶接方法。
【請求項１１】
前記第２の工程において、前記レーザ光をウィービングさせる請求項１〜１０のいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項１２】
前記第２の工程において、前記レーザ光をデフォーカスさせる請求項１から１１のいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、角継手やヘリ継手といった継手形状で２つの加工物を溶接するレーザ溶接方法に関し、特に、２つの加工物の間にギャップが存在する場合のレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
角継手やヘリ継手といった、２つの加工物の端面同士を沿わせた溶接継手は、一般的に、消耗電極式のアーク溶接によって加工されレーザ溶接には不向きである。その理由は、レーザ溶接では、２つの加工物の間のギャップを埋めるための溶融金属が供給されない。なお、フィラーワイヤを供給するレーザ溶接ではギャップを埋める溶融金属を供給できるが、フィラーワイヤおよびフィラーワイヤを供給するための設備が必要であり、また、フィラーワイヤの供給位置や供給量を制御する必要がある。これに対し、特許文献１には、フィラーワイヤを用いずに、ヘリ継手を溶接するレーザ溶接方法について記載されている。【０００３】
図１１は、従来のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物の側面図である。図１１の（ａ）に示すように、メッキ層１０１ａが形成された基板１０１の上に、メッキ層１０２ａが形成された蓋板１０２を配置する。このとき、基板１０１の端部から、蓋板１０２のフランジ１０２ｂの端部が突出するように配置される。そして、フランジ１０２ｂの突出した部分にレーザ溶接を行うことで、図１１の（ｂ）に示すように、基板１０１と蓋板１０２とをレーザ溶接する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５４−０５０４５０号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかし、従来のレーザ溶接方法は、２つの加工物を重ねたヘリ継手において、上の蓋板１０２の端部と下の基板１０１の端部とにレーザ光を真横から照射する。そして、上の蓋板１０２の突出した端部を溶融させ、溶融金属が重力によって垂れ下がることにより下の基板１０１と接合する。このため、溶融金属が基板１０１と蓋板１０２との間のギャップに十分に流れ込むことができず、接合が不十分となる。
【０００６】
本開示は、角継手やヘリ継手といった継手形状を形成する２つの加工物のギャップに溶融金属が十分に流入して接合強度を高めることができるレーザ溶接方法を提供する。
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示のレーザ溶接方法は、第１の工程と、第２の工程とを有する。第１の工程では、第１の加工物の第１の端部を第２の加工物の第２の端部の上に重ねて角継手を形成するように配置する。第２の工程では、角継手を形成する第１の端部に上方からレーザ光を照射する。さらに、第１の工程において、第１の端部が第２の加工物に対して突出するように配置する。
【０００８】
また、本開示の別のレーザ溶接方法は、第１の工程と第２の工程とを有する。第１の工程では、第１の加工物の第１のヘリを第２の加工物の第２のヘリの隣に並べてヘリ継手を形成するように配置する。第２の工程では、ヘリ継手を形成する第１のヘリに上方からレーザ光を照射する。さらに、第１の工程において、第１のヘリの端部は、第２のヘリの上方に突出するように配置する。
【０００９】
以上のように、本開示のレーザ溶接方法によれば、角継手やヘリ継手といった継手形状を形成する２つの加工物のギャップに溶融金属が十分に流入して接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１におけるレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物の側面図である。
【図３】図３は、実施の形態１の変形例１のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物の側面図である。
【図４】図４は、実施の形態１の変形例２のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物の側面図である。
【図５】図５は、実施の形態１のレーザ溶接方法における、ギャップに対する突出長さの適用範囲を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１のレーザ溶接方法における、ギャップに対する突出長さの適用範囲を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物の側面図である。
【図８】図８は、実施の形態２の変形例のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物の側面図である。
【図９】図９は、本開示において、レーザ光１０をウィービングさせたレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物の側面図である。
【図１０】図１０は、本開示において、レーザ光１０をデフォーカスさせたレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物の側面図である。
【図１１】従来のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態１）
図１〜図６を用いて、本開示の実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態におけるレーザ溶接装置１の概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物１１の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物１１の側面図である。図３は、本実施の形態の変形例１のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物１１の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物１１の側面図である。図４は、本実施の形態の変形例２のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物１１の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物１１の側面図である。図４および図５は、本実施の形態のレーザ溶接方法における、ギャップに対する突出長さの適用範囲を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、レーザ溶接装置１は、レーザ発振器２と、ロボット３と、ロボットコントローラ４と、レーザ照射ヘッド５と、伝送ファイバ６とを有する。さらに、ロボットコントローラ４は、溶接条件設定部７と、ロボット制御部８と、レーザ出力制御部９とを有する。ロボットコントローラ４は、レーザ発振器２のレーザ発振やロボット３の動作やレーザ照射ヘッド５の動作等を制御する。
【００１３】
レーザ発振器２は、出力したレーザ光を伝送ファイバ６に入射させる。伝送ファイバ６は、入射されたレーザ光をレーザ照射ヘッド５まで導く。レーザ照射ヘッド５は、伝送ファイバ６によって導かれたレーザ光１０を加工物１１に照射する。なお、本実施の形態では、接合する加工物１１ａおよび加工物１１ｂをまとめて加工物１１とする。
【００１４】
レーザ照射ヘッド５には、レーザ発振器２および伝送ファイバ６に依存したビーム径のレーザ光１０が伝送される。レーザ照射ヘッド５は、ロボット３の先端に取り付けられており、ロボット３の動作により移動される。レーザ照射ヘッド５としては、例えば、ガルバノミラーを用いたものがある。
【００１５】
ロボットコントローラ４は、溶接条件設定部７と、ロボット制御部８と、レーザ出力制御部９とを有する。溶接条件設定部７は、レーザ溶接の条件を設定し、他の構成要素への指令を行う。ロボット制御部８は、溶接条件設定部７からの指令に基づき、溶接条件設定部７で設定されたレーザ溶接の条件や予め教示された動作プログラム等に基づいて、ロボット３やレーザ照射ヘッド５の動作を制御する。レーザ出力制御部９は、溶接条件設定部７で設定されたレーザ溶接の条件に基づいて、レーザ発振器２によるレーザ出力を制御する。
【００１６】
レーザ溶接装置１は、レーザ照射ヘッド５の内部にある集光レンズ（図示せず）によって集束したレーザ光１０を、加工物１１ａおよび加工物１１ｂの継手部分に照射してレーザ溶接する。本実施の形態では、加工物１１ａと加工物１１ｂとは同じ材料であり、例えば、亜鉛めっき鋼板である。
【００１７】
次に、図２〜図５を用いて、本実施の形態におけるレーザ溶接方法について説明する。本実施の形態では、加工物１１の継手形状は角継手である。
【００１８】
図２の（ａ）に示すように、まず、加工物１１ａ（第１の加工物）の端部（第１の端部）を加工物１１ｂ（第２の加工物）の端部（第２の端部）の上に重ねて角継手を形成するように配置する。このとき、加工物１１ａの端部が加工物１１ｂに対して突出するように配置する。具体的には、加工物１１ａの端部が、加工物１１ｂの上面の延長線よりもさらに上に位置するように配置する。このときの、加工物１１ｂの上面の延長線から加工物１１ａの端までの長さを突出長さとする。また、加工物１１ａの端部のうち、加工物１１ｂの上面の延長線よりも突出している部分の体積を突出体積とする。
【００１９】
次に、加工物１１ａの端部に、上方からレーザ照射ヘッド５によってレーザ光１０を照射して加工物１１ａの端部を溶融し、図２の（ｂ）に示すように、加工物１１ａと加工物１１ｂとを角継手で接合する。また、加工物１１ｂの端部もレーザ光１０および溶融した加工物１１ａの熱により溶融されている。角継手から加工物１１ａが延びる方向を基準方向（０度）とすると、加工物１１ｂは基準方向から時計回りに９０度回転した方向に延びている。また、レーザ光１０は、基準方向から時計回りに２２５度回転した方向（反時計回りに１３５度回転した方向）から加工物１１ａに照射されている。
【００２０】
このときの溶融のメカニズムについてさらに具体的に説明する。加工物１１ａの端部にレーザ光１０を照射することで加工物１１ａの端部が溶融し、その溶融金属が自重で垂れ下がり、加工物１１ａと加工物１１９ｂとの間のギャップを充填する。これにより、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間にギャップがある場合でも、角継手の溶接箇所に穴が開くことなく、適切なレーザ溶接による接合を行うことができる。なお、加工物１１ａの端を加工物１１ｂの上面の延長線から突出させる突出体積は、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間のギャップを埋めることが可能な体積であることが好ましい。すなわち、加工物１１ａの端を加工物１１ｂの上面の延長線から突出させる突出体積は、ギャップの体積よりも大きいことが好ましい。ただし、加工物１１ｂの上面の延長線よりも下にある加工物１１ａの一部は溶融されるため、必ずしも、突出体積がギャップの体積より大きい必要はない。
【００２１】
また、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施の形態では、レーザ光１０の照射方向は鉛直方向下向きであり、加工物１１ａは角継手から右下約４５度の方向に延びるように、加工物１１ｂは角継手から左下約４５度の方向に延びるように配置している。すなわち、加工物１１ａと加工物１１ｂとは左右対称に配置されている。これに限らず、加工物１１ａの突出部がギャップの鉛直方向上側に位置するように、少しだけ時計回りに傾けても構わない。すなわち、加工物１１ａは角継手から右下約４５度の方向よりもさらに鉛直方向下向きの方向に延びるように、加工物１１ｂは角継手から左下約４５度の方向よりもさらに左向きに伸びるように配置しても構わない。これにより、加工物１１ａの突出部がよりギャップの真上に位置するようになり、溶融金属がギャップへ流れ込みやすくなる。また逆に、加工物１１ａの突出部がギャップの左側上方に位置するように、少しだけ反時計回りに傾けても構わない。すなわち、加工物１１ａは角継手から右下約４５度の方向よりもさらに右向きの方向に延びるように、加工物１１ｂは角継手から左下約４５度の方向よりもさらに鉛直方向下向きに伸びるように配置しても構わない。これにより、ギャップが大きくても、加工物１１ａの突出部の溶融金属は確実に加工物１１ｂと接触することができる。
【００２２】
（変形例１）
図３の（ａ）は、図２の（ａ）に示した加工物１１ａの端部を上方、すなわち、レーザ光１０の照射方向である鉛直方向下向きとは反対の鉛直方向上向きに折り曲げた、レーザ溶接前の状態を示している。このようにすることで、加工物１１ａの突出部がよりギャップの真上に位置するようになり、溶融金属がギャップへ流れ込みやすくなる。図３の（ｂ）に示すように、図２の（ｂ）の場合と同様、突出した加工物１１ａの端部にレーザ光１０を照射して溶融させ、溶融金属が自重で垂れ下がり、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間のギャップを充填する。これにより、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間にギャップがある場合でも、角継手の溶接箇所に穴が開くことなく、適切なレーザ溶接による接合を行うことができる。
【００２３】
（変形例２）
図４の（ａ）は、図２の（ａ）に示した加工物１１ａの端部を左側、すなわち、加工物１１ｂの方に折り曲げた、レーザ溶接前の状態を示している。このようにすることで、ギャップが大きくても、加工物１１ａの突出部の溶融金属は確実に加工物１１ｂと接触することができる。図４の（ｂ）に示すように、図２の（ｂ）の場合と同様、突出した加工物１１ａの端部にレーザ光１０を照射して溶融させ、溶融金属が自重で垂れ下がり、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間のギャップを充填する。これにより、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間にギャップがある場合でも、角継手の溶接箇所に穴が開くことなく、適切なレーザ溶接による接合を行うことができる。
【００２４】
（レーザ溶接方法の結果の検証）
なお、上記のような良好な溶接を行うためには、適正な溶接条件が必要である。その一例について、以下に説明する。
【００２５】
図５と図６は、図２の（ａ）および（ｂ）に示したレーザ溶接において、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間のギャップに対する、加工物１１ｂの上面の延長線から突出させる加工物１１ａの端の突出長さの適用範囲を示したものである。図５は、加工物１１ａおよび加工物１１ｂの板厚がともにｔ＝０．８ｍｍの場合である。図６は、加工物１１ａおよび加工物１１ｂの板厚がともにｔ＝１．２ｍｍの場合である。
【００２６】
図５および図６において、横軸は加工物１１ａと加工物１１ｂとの間のギャップの長さであり、縦軸は加工物１１ｂの上面の延長線から突出させる加工物１１ａの端の突出長さである。また、各条件におけるレーザ溶接の結果を丸（○）と黒三角（▲）と白三角（△）とバツ（×）の印で示している。なお、丸（○）はビードが良好であること、黒三角（▲）は凸ビードであること、白三角（△）は一部に穴あきが形成されていること、バツ（×）は、全体に穴あきが形成されていることをそれぞれ示している。
【００２７】
図５に示すように、突出長さが０．３ｍｍから０．４ｍｍでは、ギャップが０ｍｍから０．４ｍｍまでは、良好な結果（○）を得ることができる。なお、突出長さが０．１ｍｍから０．２ｍｍでは、ギャップを埋めるための溶融金属量が不足するため、ギャップが大きくなると、一部穴あき（△）や穴開き（×）が発生してしまう。また、突出長さが０．５ｍｍから０．７ｍｍでは、ギャップが小さいと溶融金属量が多すぎて凸ビード（▲）になり、ビード外観が悪くなり、ギャップが大きくなると、一部穴あき（△）や穴開き（×）が発生してしまう。
【００２８】
図６に示すように、突出長さが０．４ｍｍから０．６ｍｍでは、ギャップが０ｍｍから０．５ｍｍまでは、良好な結果（○）を得ることができる。なお、突出長さが０．１ｍｍから０．３ｍｍでは、ギャップを埋めるための溶融金属量が不足するため、一部穴あき（△）や穴開き（×）が発生してしまう。突出長さが０．７ｍｍ以上では、ギャップが小さいと溶融金属量が多すぎて凸ビード（▲）になり、ビード外観が悪くなり、ギャップが大きくなると、一部穴あき（△）が発生してしまう。
【００２９】
図５および図６により、突出長さを、突出させる加工物（本実施の形態では加工物１１ａ）の板厚の１／３〜１／２にすることで、広い範囲のギャップに対応できることがわかる。
【００３０】
（実施の形態２）
次に、図７および図８を用いて、実施の形態２におけるレーザ溶接方法について説明する。図７は、本実施の形態のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物１１の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物１１の側面図である。図８は、本実施の形態の変形例のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物１１の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物１１の側面図である。なお、本実施の形態においても、図１で示される、実施の形態１で用いたレーザ溶接装置１が用いられる。また、本実施の形態では、加工物１１の継手形状はヘリ継手である。
【００３１】
図７の（ａ）に示すように、まず、加工物１１ｃ（第１の加工物）のヘリ（第１のヘリ）を加工物１１ｄ（第２の加工物）のヘリ（第２のヘリ）に並べてヘリ継手を形成するように配置する。加工物１１ｃのヘリの端部は、加工物１１ｄに向かって約４５度で折り曲げられている。そして、加工物１１ｃのヘリの端部が、加工物１１ｄのヘリの上方に突出するように配置する。具体的には、加工物１１ｃのヘリの端部が、加工物１１ｄのヘリの側面の延長線よりも、さらに加工物１１ｄ側に位置するように配置する。このときの、加工物１１ｄのヘリの側面の延長線から加工物１１ｃのヘリの端までの長さを突出長さとする。また、加工物１１ｃのヘリの端部のうち、加工物１１ｄの側面の延長線よりも突出している部分の体積を突出体積とする。
【００３２】
次に、加工物１１ｃのヘリの端部に、上方からレーザ照射ヘッド５によってレーザ光１０を照射して加工物１１ｃのヘリの端部を溶融し、図７の（ｂ）に示すように、加工物１１ｃと加工物１１ｄとをヘリ継手で接合する。また、加工物１１ｄのヘリもレーザ光１０および溶融した加工物１１ｃのヘリの端部の熱により溶融されている。
【００３３】
実施の形態１と同様に、加工物１１ｃのヘリの端部にレーザ光１０を照射することで、加工物１１ｃのヘリの端部が溶融し、その溶融金属が自重で垂れ下がり、加工物１１ｃにヘリと加工物１１ｄのヘリとの間のギャップを充填する。これにより、加工物１１ｃのヘリと加工物１１ｄのヘリとの間にギャップがある場合でも、ヘリ継手の溶接箇所に穴が開くことなく、適切なレーザ溶接による接合を行うことができる。なお、加工物１１ｃのヘリの端を加工物１１ｃのヘリの側面の延長線から突出させる突出体積は、加工物１１ｃのヘリと加工物１１ｄのヘリとの間のギャップを埋め、かつ、適切な強度を得ることが可能な体積であることが好ましい。すなわち、加工物１１ｃのヘリの端を加工物１１ｄのヘリの側面の延長線から突出させる突出体積は、埋めようとするギャップの体積よりも大きいことが好ましい。ただし、加工物１１ｄのヘリの側面の延長線よりも右にある加工物１１ｃのヘリの一部は溶融されるため、必ずしも、突出体積が埋めようとするギャップの体積より大きい必要はない。
【００３４】
図７の（ａ）および（ｂ）に示すレーザ溶接において、加工物１１ｃと加工物１１ｄは、鉛直方向下向きであるレーザ光１０の照射方向に対して垂直な面（水平面）に載置されている。これに限らず、加工物１１ｃおよび加工物１１ｄが、左右のどちらかに傾いていても構わない。すなわち、加工物１１ｄが上がるような右下がりに傾いていても構わない。これにより、加工物１１ｃの突出部がよりギャップの真上に位置するようになり、溶融金属がギャップへ流れ込みやすくなる。また逆に、加工物１１ｄが下がるような左下がりに傾いていても構わない。これにより、ギャップが大きくても、加工物１１ｃのヘリの突出部の溶融金属は確実に加工物１１ｂのヘリと接触することができる。
【００３５】
なお、加工物１１ｃのヘリの端部の折り曲げ角度は、４５度に限らず、溶融金属が自重で垂れ下がることができる３０度以上であれば良く、折り曲げ角度の上限は、９０度とすればよい。
【００３６】
（変形例）
図８の（ａ）は、図６の（ａ）に示す加工物１１ｃのヘリの端部を、加工物１１ｄのヘリの側に９０度折り曲げた、レーザ溶接前の状態を示している。このようにすることで、ギャップが大きくても、加工物１１ｃのヘリの突出部の溶融金属は確実に加工物１１ｄのヘリと接触することができる。図８の（ｂ）に示すように、図７の（ｂ）の場合と同様、突出した加工物１１９ｃのヘリの端部にレーザ光１０を照射して溶融させ、溶融金属が自重で垂れ下がり、加工物１１ｃのヘリと加工物１１ｄのヘリとの間のギャップを充填する。これにより、加工物１１ｃのヘリと加工物１１ｄのヘリとの間にギャップがある場合でも、ヘリ継手の溶接箇所に穴が開くことなく、適切なレーザ溶接による接合を行うことができる。
【００３７】
なお、上記では、加工物１１ｃのヘリの端部の折り曲げ角度を３０度以上９０度以下としたが、変形例である９０度が最も安定して適切なレーザ溶接を行うことができる。
【００３８】
また、加工物１１ｃのヘリの端を加工物１１ｄのヘリの側面の延長線から突出させる突出長さは、加工物１１ｃのヘリと加工物１１ｄのヘリとの間のギャップの長さと加工物１１ｄのヘリの厚みとを加えた長さが適している。
【００３９】
加工物１１ｃのヘリの端部を折り曲げた形状とすることで、加工物１１ｃのヘリと加工物１１ｄのヘリとの間のギャップに対応可能であり、ギャップが大きい程効果が高い。
【００４０】
さらに、実施の形態１および実施の形態２の両方に対して、レーザ光１０の照射範囲を広げるレーザ溶接方法について、図９および図１０を用いて、説明する。図９は、本開示において、レーザ光１０をウィービングさせたレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物１１の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物１１の側面図である。図１０は、本開示において、レーザ光１０をデフォーカスさせたレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物１１の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物１１の側面図である。
【００４１】
例えば、実施の形態１に示した角継手において、加工物１１の板厚が厚い場合や、ギャップや位置ズレなどの溶接裕度が必要な場合には、図９の（ａ）および（ｂ）に示すように、レーザ光１０をウィービングさせながらレーザ溶接を行っても良い。あるいは、図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、レーザ光１０をデフォーカスし、レーザ光のビーム径を広げてレーザ溶接を行っても良い。さらには、ウィービングとデフォーカスを併用してレーザ溶接を行っても良い。これらのように、レーザ光１０の照射範囲を広げて加工物１１を広範囲に溶融することで、加工物１１の板厚が厚い場合や、ギャップや位置ズレなどの溶接裕度が必要な場合等でも、ビード外観が良好なレーザ溶接を行うことができる。
【００４２】
なお、実施の形態２で示したヘリ継手についても、実施の形態１で示した角継手の場合と同様に、レーザ光１０をウィービングさせる、あるいは、デフォーカス、あるいはウィービングとデフォーカスを併用してレーザ光１０のビーム径を広げることで、ビード外観が良好なレーザ溶接を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本開示のレーザ溶接方法によれば、角継手やヘリ継手といった継手形状を形成する２つの加工物のギャップに溶融金属が十分に流入して接合強度を高めることができ、産業上有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１  レーザ溶接装置
２  レーザ発振器
３  ロボット
４  ロボットコントローラ
５  レーザ照射ヘッド
６  伝送ファイバ
７  溶接条件設定部
８  ロボット制御部
９  レーザ出力制御部
１０  レーザ光
１１，１１ａ〜１１ｄ  加工物
１０１  基板
１０１ａ  メッキ層
１０２  蓋板
１０２ａ  メッキ層
１０２ｂ  フランジ
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月3日(2016.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
図１〜図６を用いて、本開示の実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態におけるレーザ溶接装置１の概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物１１の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物１１の側面図である。図３は、本実施の形態の変形例１のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物１１の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物１１の側面図である。図４は、本実施の形態の変形例２のレーザ溶接方法を示す側面図であり、（ａ）はレーザ溶接前の加工物１１の側面図であり、（ｂ）はレーザ溶接後の加工物１１の側面図である。図５および図６は、本実施の形態のレーザ溶接方法における、ギャップに対する突出長さの適用範囲を示す図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
このときの溶融のメカニズムについてさらに具体的に説明する。加工物１１ａの端部にレーザ光１０を照射することで加工物１１ａの端部が溶融し、その溶融金属が自重で垂れ下がり、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間のギャップを充填する。これにより、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間にギャップがある場合でも、角継手の溶接箇所に穴が開くことなく、適切なレーザ溶接による接合を行うことができる。なお、加工物１１ａの端を加工物１１ｂの上面の延長線から突出させる突出体積は、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間のギャップを埋めることが可能な体積であることが好ましい。すなわち、加工物１１ａの端を加工物１１ｂの上面の延長線から突出させる突出体積は、ギャップの体積よりも大きいことが好ましい。ただし、加工物１１ｂの上面の延長線よりも下にある加工物１１ａの一部は溶融されるため、必ずしも、突出体積がギャップの体積より大きい必要はない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図５と図６は、図２の（ａ）および（ｂ）に示したレーザ溶接において、加工物１１ａと加工物１１ｂとの間のギャップに対する、加工物１１ｂの上面の延長線から突出させる加工物１１ａの端の突出長さの適用範囲を示したものである。図５は、加工物１１ａおよび加工物１１ｂの板厚ｔがともに０．８ｍｍの場合である。図６は、加工物１１ａおよび加工物１１ｂの板厚ｔがともに１．２ｍｍの場合である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
実施の形態１と同様に、加工物１１ｃのヘリの端部にレーザ光１０を照射することで、加工物１１ｃのヘリの端部が溶融し、その溶融金属が自重で垂れ下がり、加工物１１ｃにヘリと加工物１１ｄのヘリとの間のギャップを充填する。これにより、加工物１１ｃのヘリと加工物１１ｄのヘリとの間にギャップがある場合でも、ヘリ継手の溶接箇所に穴が開くことなく、適切なレーザ溶接による接合を行うことができる。なお、加工物１１ｃのヘリの端を加工物１１ｄのヘリの側面の延長線から突出させる突出体積は、加工物１１ｃのヘリと加工物１１ｄのヘリとの間のギャップを埋め、かつ、適切な強度を得ることが可能な体積であることが好ましい。すなわち、加工物１１ｃのヘリの端を加工物１１ｄのヘリの側面の延長線から突出させる突出体積は、埋めようとするギャップの体積よりも大きいことが好ましい。ただし、加工物１１ｄのヘリの側面の延長線よりも右にある加工物１１ｃのヘリの一部は溶融されるため、必ずしも、突出体積が埋めようとするギャップの体積より大きい必要はない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図７の（ａ）および（ｂ）に示すレーザ溶接において、加工物１１ｃと加工物１１ｄは、鉛直方向下向きであるレーザ光１０の照射方向に対して垂直な面（水平面）に載置されている。これに限らず、加工物１１ｃおよび加工物１１ｄが、左右のどちらかに傾いていても構わない。すなわち、加工物１１ｄが上がるような右下がりに傾いていても構わない。これにより、加工物１１ｃの突出部がよりギャップの真上に位置するようになり、溶融金属がギャップへ流れ込みやすくなる。また逆に、加工物１１ｄが下がるような左下がりに傾いていても構わない。これにより、ギャップが大きくても、加工物１１ｃのヘリの突出部の溶融金属は確実に加工物１１ｄのヘリと接触することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
（変形例）
図８の（ａ）は、図７の（ａ）に示す加工物１１ｃのヘリの端部を、加工物１１ｄのヘリの側に９０度折り曲げた、レーザ溶接前の状態を示している。このようにすることで、ギャップが大きくても、加工物１１ｃのヘリの突出部の溶融金属は確実に加工物１１ｄのヘリと接触することができる。図８の（ｂ）に示すように、図７の（ｂ）の場合と同様、突出した加工物１１ｃのヘリの端部にレーザ光１０を照射して溶融させ、溶融金属が自重で垂れ下がり、加工物１１ｃのヘリと加工物１１ｄのヘリとの間のギャップを充填する。これにより、加工物１１ｃのヘリと加工物１１ｄのヘリとの間にギャップがある場合でも、ヘリ継手の溶接箇所に穴が開くことなく、適切なレーザ溶接による接合を行うことができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
第１の加工物と第２の加工物は左右対称になるように、ハの字状に配置され、前記第１の加工物の第１の端部を前記第２の加工物の第２の端部の上に重ねて角継手を形成するように配置する第１の工程と、
前記角継手を形成する前記第１の端部に鉛直方向の上方からレーザ光を照射して前記第１の加工物の第１の端部を溶融し、前記第２の加工物の前記第２の端部もレーザ光および溶融した第１の加工物の熱により溶融されて前記第１の加工物と前記第２の加工物を接合する第２の工程と、を備え、
前記第１の工程において、前記第１の端部が前記第２の加工物に対して突出するように配置するレーザ溶接方法。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記第１の端部は、前記第１の加工物に対して、上方で、レーザ光の照射方向とは反対の鉛直方向上向きに曲げた形状である請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記第１の加工物の前記第１の端部が前記第２の加工物に対して突出する距離は、前記第１の加工物と前記第２の加工物とのギャップが０．１ｍｍ未満の場合、前記第１の加工物の板厚の１／８以上、１／４以下が可能であり、また、前記ギャップが０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の場合、前記第１の加工物の板厚の１／６以上、１／４以下が可能である請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
前記第２のヘリの上方に突出した前記第１のヘリの端部は、前記第１のヘリに対して３０度以上４５度以下の角度で折り曲げた形状である請求項６に記載のレーザ溶接方法。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記第２のヘリの上方に突出した前記第１のヘリの端部は、前記第１のヘリに対して４５度の角度で折り曲げた形状である請求項７に記載のレーザ溶接方法。
【国際調査報告】
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