(57)【要約】  第１の部材（１）の側面と第２の部材（２）の下面とを重ねたＴ継手を形成し、第２の部材（２）の下面とは反対側の上面からレーザ光を照射して第１の部材（１）と第２の部材（２）とをレーザ溶接すると共に、レーザ光をウィービングさせながら第１の部材の側面に沿う方向に移動させることで、溶込みを浅くしてビード幅を広くすることができ、ねらい位置ズレに対する裕度を向上する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材の側面と第２の部材の下面とを重ねたＴ継手を形成する継手形成工程と、  前記第２の部材の前記下面とは反対側の上面からレーザ光を照射して前記第１の部材と前記第２の部材とをレーザ溶接する溶接工程と、を備え、  前記溶接工程では、前記レーザ光をウィービングさせながら前記第１の部材の前記側面に沿う方向に移動させるレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記レーザ光の前記ウィービングの幅と前記レーザ光のスポット径との和は、前記第１の部材の厚みの０．４倍より大きく１．５倍より小さい請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記レーザ光の前記ウィービングは、直線によるジグザグ状である請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記レーザ光の前記ウィービングは、曲線による波状である請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記レーザ光の前記ウィービングは、らせん状である請求項１または２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、被溶接材にレーザ光を照射して２つの被溶接材を接合するレーザ溶接に関し、特に、レーザ光の位置ズレや２つの被溶接材のギャップに対する裕度を向上したレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  特許文献１に記載された従来のレーザ溶接方法を、図４を用いて説明する。【０００３】  従来のレーザ溶接方法では、図４に示すように、下面に凸部１０２を有する上板１０１と、側面に凹部１０４を有する下板１０３とをＴ継手となるように重ね合わせてレーザ溶接を行う。このとき、上板１０１の凸部１０２が下板１０３の凹部１０４に収まるように重ね合わせる。そして、レーザビーム１０５を上板１０１の上面側から上板１０１を貫通するように照射する。これにより、溶融金属が上板１０１を貫通して下板１０３に達し、上板１０１と下板１０３とを接合部１０６によって接合できる。【０００４】  また、下板１０３は凹部１０４を有するため、上板１０１と下板１０３との間に隙間があっても、溶融金属が凹部１０４に受け止められるため、溶融金属が外部に流出することがない。これにより、上板１０１と下板１０３とを確実に接合できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２０３２８６号公報
【発明の概要】
【０００６】  しかし、従来のレーザ溶接方法では、レーザビーム１０５が位置ズレを起こすと、下板１０３にレーザビーム１０５を照射できず、上板１０１の溶け落ちが発生する。また、上板１０１の下面に凸部１０２を形成する必要があるとともに、下板１０３の側面に凹部１０４を形成する必要がある。さらに、下板１０３には凹部１０４を形成するだけの厚みが必要となる。このため、凸部１０２や凹部１０４を形成する工数が必要となる上に、下板１０３の厚みが制約される。本開示は、Ｔ継手に当接させた面とは反対側の面からレーザ光を照射して溶接を行うレーザ溶接方法に関し、レーザ光の位置ズレに対する裕度を向上した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、継手形成工程と、溶接工程とを有する。継手形成工程では、第１の部材の側面と第２の部材の下面とを重ねたＴ継手を形成する。溶接工程では、第２の部材の下面とは反対側の上面からレーザ光を照射して第１の部材と第２の部材とをレーザ溶接する。さらに、溶接工程では、レーザ光をウィービングさせながら第１の部材の側面に沿う方向に移動させる。
【０００８】  本開示によれば、レーザ光をウィービングさせながら第２の部材に照射することで、溶込みを浅くしてビード幅を広くすることができ、ねらい位置ズレに対する裕度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の実施の形態におけるレーザ溶接方法の状態を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の実施の形態におけるレーザ溶接後の状態を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の実施の形態におけるジグザグ状のウィービングを示す平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の実施の形態における波状のウィービングを示す平面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本開示の実施の形態におけるらせん状のウィービングを示す平面図である。
【図３】図３は、本開示の実施の形態におけるさまざまな溶接パラメータでの溶接結果を示す図である。
【図４】図４は、従来のレーザ溶接方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  （実施の形態）  本実施の形態のレーザ溶接方法について、図１Ａ〜図３を用いて説明する。図１Ａは、本実施の形態におけるレーザ溶接方法の状態を示す断面図である。図１Ｂは、本実施の形態におけるレーザ溶接後の状態を示す断面図である。図２Ａは、本実施の形態におけるジグザグ状のウィービングを示す平面図である。図２Ｂは、本実施の形態における波状のウィービングを示す平面図である。図２Ｃは、本実施の形態におけるらせん状のウィービングを示す平面図である。図３は、本実施の形態におけるさまざまな溶接パラメータでの溶接結果を示す図である。
【００１１】  本実施の形態のレーザ溶接方法は、図１Ａに示すように、厚さＴ１の第１の板１（第１の部材）の側面を第２の板２（第２の部材）の下面に当接させたＴ継手を溶接する。第２の板２の、第１の板１を当接させた面とは反対側の面（上面）からレーザ光３を照射する。なお、図１Ａでは、第２の板２の上面に垂直な方向からレーザ光３を照射する。そして、レーザ光３を、ウィービング幅４となるようにウィービングさせながら、第１の板１の側面が伸びる方向（紙面に垂直な方向）に沿って移動させて溶接を行う。これにより、図１Ｂに示すように、ビード幅６と溶け込み深さ７の溶融部５が形成されて第１の板１と第２の板２とが溶接される。このとき、図１Ａは、レーザ光３を紙面の左右方向にウィービングをさせながら、レーザ光３を紙面に垂直な方向へ移動させていく例を示している。
【００１２】  なお、ウィービング幅４とは、レーザ光３のスポットの中心がウィービングする幅のことである。また、レーザ光３のスポットの直径を「スポット径」とする。
【００１３】  このように、レーザ溶接を行う際にレーザ光３をウィービングさせることで、図１Ｂに示すように、レーザ光３をウィービングさせない場合よりも溶融部５のビード幅６が広がる。また、レーザ光３の照射面積が増加するため、単位面積当たりの入熱が減少し、溶融部５の溶け込み深さ７が浅くなる。これにより、ウィービングさせない従来技術（図４参照）に比べ、溶融部５の溶け込み深さ７が浅く溶融部５のビード幅６が広くなるので、レーザ光３の位置ズレの裕度が向上する。また、溶融部５のビード幅６が広くなるので溶融金属量が増加するため、第１の板１と第２の板２との間のギャップを埋め、ギャップに対する裕度も向上する。
【００１４】  次に、図２Ａ〜図２Ｃを用いて、ウィービングの形状について説明する。図２Ａに示すように、一定の速度でレーザ光３を進行方向に移動させるとともに、一定の速度で進行方向と垂直な方向にレーザ光３を往復させることで、直線によるジグザグ状のウィービングを行うことができる。また、図２Ｂに示すように、一定の速度でレーザ光３を進行方向に移動させるとともに、ウィービング幅４の端部で減速するように、進行方向と垂直な方向にレーザ光３を往復させることで、曲線による波状のウィービングを行うことができる。また、図２Ｃに示すように、一定の速度でレーザ光３を進行方向に移動させるとともに、レーザ光３を回転させることで、らせん状のウィービングを行うことができる。図２Ａ〜図２Ｃでは、ウィービング幅４が第１の板１の厚さＴ１よりも大きい例を示しているが、ウィービング幅４は第１の板１の厚さＴ１と同じでも構わなく、また、第１の板１の厚さＴ１よりも小さくても構わない。
【００１５】  なお、溶融部５の溶け込み深さ７およびビード幅６は、ウィービング幅４やレーザ光３の先端のスポット径の影響を受ける。すなわち、ウィービング幅４が大きい程、もしくは、スポット径が大きい程、レーザ光３の照射範囲が増加する。このため、溶融部５のビード幅６が増加し、第２の板２への入熱が低くなり、溶融部５の溶け込み深さ７は浅くなる。レーザ光３のスポット径、ウィービング幅４、ウィービング幅４の中心と第１の板１の側面の中心とのズレなどによる溶接結果について、図３を用いて説明する。
【００１６】  図３は、レーザ光３のさまざまなウィービング幅４、レーザ光３のさまざまなスポット径、ウィービング幅４の中心と第１の板１の側面の中心とのさまざまなズレで溶接を行った結果を示した表である。図３において、レーザ光３のウィービング幅４とスポット径との和を求めている。レーザ光３のウィービング幅４はレーザ光３のスポットの中心のウィービング幅であるため、レーザ光３のウィービング幅４とスポット径との和はレーザ光３の照射範囲の幅を示すものとなる。なお、図３の溶接結果は全て、第１の板１の厚さＴ１を１．６ｍｍ、第２の板２の厚さを１．６ｍｍ、溶接速度（レーザ光３が第１の板１の側面方向に移動する速度）を１．０ｍ／分、レーザ出力を２ｋＷで溶接を行った結果である。
【００１７】  まず、ウィービング幅４が０ｍｍ、すなわち、ウィービングを行わない従来技術について説明する。ウィービング無し（ウィービング幅０ｍｍ）、スポット径０．６ｍｍとして溶接した場合、第１の板１の側面の中心からのレーザ光３のズレが０．０ｍｍおよび０．３ｍｍでは良好な溶接結果が得られた。しかし、第１の板１の側面の中心からのレーザ光３のズレが０．４ｍｍでは第２の板２の溶け落ちが発生した。第１の板１の厚さＴ１は１．６ｍｍであるため、レーザ光３は第１の板１に照射されているにもかかわらず、溶け落ちが発生したことになる。これは、レーザ光３をウィービングさせていないため、レーザ光３が過剰に第１の板１を溶融したからである。
【００１８】  次に、ウィービング幅４が０．３ｍｍ、スポット径０．４ｍｍとして溶接した場合、第１の板１の側面の中心からのレーザ光３のズレが０．０ｍｍ〜０．８ｍｍでは良好な溶接結果が得られた。しかし、第１の板１の側面の中心からのレーザ光３のズレが０．９ｍｍでは第２の板２の溶け落ちが発生した。第１の板１の厚さＴ１は１．６ｍｍであるため、レーザ光３は第１の板１から外れたため、溶け落ちが発生したことになる。すなわち、レーザ光３をウィービングさせていれば、レーザ光３のウィービングの中心が第１の板１の端部となるまでは溶接ができることを示している。
【００１９】  次に、ウィービング幅４が１．０ｍｍ、スポット径０．６ｍｍとして溶接した場合、第１の板１の側面の中心からのレーザ光３のズレが０．０ｍｍ〜０．８ｍｍでは良好な溶接結果が得られた。しかし、第１の板１の側面の中心からのレーザ光３のズレが０．９ｍｍでは第２の板２の溶落ちが発生した。これも同様に、第１の板１の厚さＴ１は１．６ｍｍであるため、レーザ光３は第１の板１から外れて、溶け落ちが発生したことになる。すなわち、レーザ光３をウィービングさせていれば、レーザ光３のウィービングの中心が第１の板１の端部となるまでは溶接ができることを示している。
【００２０】  次に、ウィービング幅４が１．５ｍｍ、スポット径０．８ｍｍとして溶接した場合、第１の板１の側面の中心からのレーザ光３のズレが０．０ｍｍ〜０．８ｍｍでは良好な溶接結果が得られた。しかし、第１の板１の側面の中心からのレーザ光３のズレが０．９ｍｍでは第２の板２の溶け込み不足が発生した。すなわち、レーザ光３が第１の板１から外れてはいるものの、溶け落ちではなく溶け込み不足が起きている。これは、レーザ光３のウィービングの中心が第１の板１の端部となる場合まで第１の板１を溶融し、溶接ができることを示している。そして、レーザ光３のウィービングの中心が第１の板１の端部から外れると、第１の板１を溶融できないことを示している。
【００２１】  最後に、ウィービング幅４が１．５ｍｍ、スポット径１．０ｍｍとして溶接した場合、第１の板１の側面の中心からのレーザ光３のズレが０．０ｍｍでも溶け込み不足が発生することを確認した。これは、ウィービング幅４とスポット径との和が大きくなりすぎて、溶融部５の溶け込み深さ７が不十分であることを示している。
【００２２】  以上の結果より、ウィービング幅４とスポット径の和が０．７ｍｍ〜２．３ｍｍであれば、第１の板１の端部までウィービングの中心がずれても溶接ができることがわかる。すなわち、ウィービングを行わない場合のウィービングの中心のズレが０．３ｍｍまでしか許容されなかったのに対して、ウィービングを行えば、ウィービングの中心のズレが０．８ｍｍまで許容される。すなわち、ウィービングを行えば、レーザ光３のウィービングのズレの裕度は２倍以上に向上することがわかる。また、第１の板１の厚みＴ１が１．６ｍｍだったことから、ウィービング幅４とスポット径の和は、第１の板の厚みの０．４倍（０．６４ｍｍ）よりは大きく、１．５倍（２．４ｍｍ）よりは小さいと、適切な溶接が行えることがわかる。
【００２３】  なお、第１の板１の側面の中心からのズレが大き過ぎれば、上記関係を満たしていても良好な溶接はできない。すなわち、第１の板１の厚みの半分を超えるズレが生じると、良好な溶接は実現できない。
【００２４】  以上のように、本実施の形態のレーザ溶接方法によれば、レーザ光３をウィービングしながら照射することで、溶融部５の溶け込み７を浅くし、溶融部５のビード幅６を広くすることができる。従って、被溶接材に対するレーザ光３の位置ズレや、被溶接材のギャップに対する裕度が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００２５】  本開示は、Ｔ継手の溶接において、レーザ光の位置ズレに対する裕度を向上することができ、Ｔ継手をレーザ溶接するレーザ溶接方法として産業上有用である。
【符号の説明】
【００２６】１  第１の板２  第２の板３  レーザ光４  ウィービング幅５  溶融部６  ビード幅７  溶け込み深さ１０１  上板１０２  凸部１０３  下板１０４  凹部１０５  レーザビーム１０６  接合部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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