(57)【要約】【課題】十分な溶接強度及び密閉性を確保しつつ安定した溶接品質を得ると共に、溶接後の被加工物の撓みを抑制する。【解決手段】加工点が溶接予定領域Ｒの一端側に位置するようにワーク１０Ａ，１０Ｂを移動させ、レーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して照射し、第１スポット溶接部Ｗ１を形成する。続いて、レーザビームの照射を一旦停止し、加工点が溶接予定領域Ｒの他端側に位置するようにワーク１０Ａ，１０Ｂを移動させ、レーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して照射し、直近の第１スポット溶接部Ｗ１に重ならない第２スポット溶接部Ｗ２を形成する。そして、このようなレーザビーム照射を繰り返すことで、溶接予定領域Ｒに沿ってスポット溶接部が互いに連結して成る連続溶接部Ｗを形成する。【選択図】図１
2008213005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被加工物の溶接予定領域を互いに当接し、当該溶接予定領域に沿ってレーザビームを照射することにより、前記被加工物の前記溶接予定領域に沿って溶接部を形成するレーザ溶接方法であって、
前記溶接予定領域に複数のスポット溶接部を順次に形成し、前記スポット溶接部を互いに連結して成る連続溶接部を形成する工程を含み、
前記連続溶接部を形成する工程においては、
直近に形成したスポット溶接部に重ならないように、次のスポット溶接部を形成する工程を含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記連続溶接部を形成する工程においては、
直近に形成したスポット溶接部、及び当該直近に形成したスポット溶接部の前に形成したスポット溶接部の双方に重ならないように、次のスポット溶接部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法
【請求項３】
前記連続溶接部を形成する工程においては、
既に形成した複数のスポット溶接部の中点に次のスポット溶接部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記連続溶接部を形成する工程においては、
互いに離間する第１及び第２スポット溶接部を形成する工程と、
前記第１及び第２スポット溶接部のそれぞれに対し連結するように、交互に連結スポット溶接部を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記連続溶接部を形成する工程においては、
前記溶接予定領域においてレーザビームを照射する始点側から終点側に向かって順次に複数のスポット溶接部を形成するパターンを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１〜４記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記スポット溶接部は、被加工物においてレーザビームが照射される一端と反対側の他端に露出しない非貫通スポット溶接部であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項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、レーザビームを照射することにより、被加工物の溶接予定領域に沿って複数のスポット溶接部を順次に形成するレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ溶接方法として、複数の被加工物を重ね合せ、レーザビームを移動しながら連続的に照射することにより、これらの被加工物を溶接するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３２９４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したようなレーザ溶接方法では、レーザビームを溶接予定領域に沿って順次に連続的に照射することから、以下の問題がある。すなわち、レーザビームによる畜熱のため、溶接開始位置と溶接終了位置とで被加工物の溶け込みが異なってしまい、溶接品質が不安定になる。また、レーザビームによる熱歪みが蓄積し易く、溶接開始位置と溶接終了位置とで被加工物が大きく撓んでしまう。
【０００４】
さらに、近年、上述したようなレーザ溶接方法においては、十分な被加工物の溶接強度及び密閉性が強く望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は、十分な溶接強度及び密閉性を確保しつつ安定した溶接品質を得ることができると共に、溶接後の被加工物の撓みを抑制することが可能なレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ溶接方法は、複数の被加工物の溶接予定領域を互いに当接し、当該溶接予定領域に沿ってレーザビームを照射することにより、被加工物の溶接予定領域に沿って溶接部を形成するレーザ溶接方法であって、溶接予定領域に複数のスポット溶接部を順次に形成し、スポット溶接部を互いに連結して成る連続溶接部を形成する工程を含み、連続溶接部を形成する工程においては、直近に形成したスポット溶接部に重ならないように、次のスポット溶接部を形成する工程を含むことを特徴とする。
【０００７】
このレーザ溶接方法では、直近に形成したスポット溶接部に重ならないように次のスポット溶接部を形成する工程を含むため、直近に形成したスポット溶接部を形成する際のレーザビームによる畜熱が次のスポット溶接部へ及ぼす影響を抑制でき、これらのスポット溶接部において被加工物の溶け込みが互いに異なることを抑制でき、安定した溶接品質を得ることが可能となる。さらに、このように、直近に形成したスポット溶接部に重ならないように次のスポット溶接部を形成する工程を含むため、直近に形成したスポット溶接部を形成する際のレーザビームによる熱歪みが蓄積されるのを抑制でき、溶接後の被加工物の撓みを抑制することが可能となる。加えて、スポット溶接部を互いに連結して成る連続溶接部を形成するため、十分な被加工物の溶接強度及び密閉性を確保することができる。
【０００８】
ここで、前記連続溶接部を形成する工程においては、直近に形成したスポット溶接部、及び当該直近に形成したスポット溶接部の前に形成したスポット溶接部の双方に重ならないように、次のスポット溶接部を形成する工程を含むことが好ましい。この場合、直近に形成したスポット溶接部及び当該直近に形成したスポット溶接部の前に形成したスポット溶接部の双方を形成する際のレーザビームによる畜熱が次のスポット溶接部へ及ぼす影響を抑制できると共に、これらの双方を形成する際のレーザビームによる熱歪みが蓄積されるのを抑制できる。従って、十分な溶接強度及び密閉性を確保しつつ一層安定した溶接品質を得ることができると共に、溶接後の被加工物の撓みを一層抑制することが可能となる。
【０００９】
また、連続溶接部を形成する工程においては、既に形成した複数のスポット溶接部の中点に次のスポット溶接部を形成する工程を含むことが好ましい。
【００１０】
また、連続溶接部を形成する工程においては、互いに離間する第１及び第２スポット溶接部を形成する工程と、第１及び第２スポット溶接部のそれぞれに対し連結するように、交互に連結スポット溶接部を形成する工程と、を含むことが好ましい。
【００１１】
また、連続溶接部を形成する工程においては、溶接予定領域においてレーザビームを照射する始点側から終点側に向かって順次に複数のスポット溶接部を形成するパターンを複数回繰り返すことが好ましい。この場合、レーザビームを溶接予定領域に沿って走査する回数や距離を低減することができる。
【００１２】
また、スポット溶接部は、被加工物においてレーザビームが照射される一端と反対側の他端に露出しない非貫通スポット溶接部であることが好ましい。これにより、スポット溶接部が被加工物の他端に露出する貫通スポット溶接部である場合に比して、被加工物への入熱を低減することできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、十分な溶接強度及び密閉性を確保しつつ安定した溶接品質を得ることができると共に、溶接後の被加工物の撓みを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、本実施形態において、「上」、「下」等の語は、図面に示される状態に基づいており、便宜的なものである。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置を示す概略図である。図１に示すように、レーザ溶接装置１は、例えば鉄道車両構体に用いる外板パネルと骨部材と（以下、これらを「ワーク（被加工部材）１０Ａ，１０Ｂ」と称す）を重ね溶接するためのものであり、ここでは、互いに重ねられたワーク１０Ａ，１０Ｂにワーク１０Ａ側からレーザビームを照射して、ワーク１０Ａ，１０Ｂを互いに溶接するための連続溶接部Ｗを形成する。なお、以下の説明では、ワーク１０Ａ，１０Ｂにおいて照射方向から見た略中央部分に直線状の連続溶接部Ｗを形成する場合について例示する。
【００１６】
このレーザ溶接装置１は、送り装置２１と、ワーク固定装置２２と、レーザ照射装置２３と、ガス供給装置２４とを備えている。これらの各装置２１〜２４は、上位の制御部（図示しない）に接続され、この制御部から出力される動作指示情報に従って、各動作を自動で実行する。
【００１７】
送り装置２１は、ワーク１０Ａ，１０Ｂへのレーザビームの照射位置を走査させる装置であり、ワーク１０Ａ，１０Ｂを載置可能な可動ステージ（駆動手段）２５を有している。この送り装置２１は、制御部から走査開始を指示する旨の動作指示情報を受け取ると、可動ステージ２５を溶接予定領域Ｒに沿って走査（移動）させる。これにより、可動ステージ２５に載置されたワーク１０Ａ，１０Ｂは、溶接予定領域Ｒに沿って、レーザ照射装置２３によるレーザビームの照射位置に対して相対的に移動する。つまり、送り装置２１は、レーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して相対移動させる。この送り装置２１の可動ステージ２５には、制御装置（制御手段）１４が接続されている。
【００１８】
ワーク固定装置２２は、ワーク１０Ａ，１０Ｂを可動ステージ２５に固定する装置であり、長尺の押さえ板２６ａを有する加圧治具２６を複数（ここでは２つ）有している。このワーク固定装置２２は、制御部から動作開始を指示する動作指示情報を受け取ると、可動ステージ２５に載置されたワーク１０Ａ，１０Ｂの上方から長尺の加圧治具２６を下降させる。そして、長尺の押さえ板２６ａによって、溶接予定領域Ｒを挟んだワーク１０Ａ，１０Ｂの両端部分を可動ステージ２５に押し付けることにより、溶接予定領域Ｒ近傍のワーク１０Ａ，１０Ｂの密着性を向上させる。
【００１９】
レーザ照射装置２３は、ワーク１０Ａ，１０Ｂの溶接予定領域Ｒに対して断続的にレーザビームを照射する装置であり、ワーク１０Ａ，１０Ｂの上方に配置されるレーザヘッド（レーザ光源）２７を有している。レーザ照射装置２３は、制御部から照射開始を指示する動作指示情報を受け取ると、レーザヘッド２７の先端から、ＹＡＧレーザを出射する。このレーザ照射装置２３のレーザヘッド２７には、制御装置１４が接続されている。
【００２０】
制御装置１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成され、ＲＯＭに保持されるソフトウエアをＣＰＵで実行することにより、レーザヘッド２７及び可動ステージ２５の駆動を制御する。
【００２１】
図１に戻り、ガス供給装置２４は、ワーク１０Ａ，１０Ｂの溶接予定領域Ｒに対してアシストガスを供給する装置であり、ワーク１０Ａ，１０Ｂに対して約４５度傾斜するように配置された供給ノズル２８を有している。ガス供給装置２４は、レーザ照射装置２３の動作中に制御部から供給開始を指示する動作指示情報を受け取ると、所定の供給量でレーザビームの照射位置にアシストガスを供給する。アシストガスとしては、ワーク１０Ａ，１０Ｂの酸化防止及びスパッタ防止等を目的として、ヘリウムガス又はアルゴンガス等が用いられる。
【００２２】
次に、説明したレーザ溶接装置１の動作について説明する。まず、ワーク１０Ａ，１０Ｂを可動ステージ２５に重ねて載置し、上方から加圧治具２６を下降させてワーク１０Ａ，１０Ｂを可動ステージ２５に固定する。続いて、制御部からワーク固定装置２２、レーザ照射装置２３、送り装置２１、及びガス供給装置２４の各装置に動作指示情報を出力し、レーザ照射、ワーク送り、及びアシストガスの供給を開始する。そして、ワーク１０Ａの上面１１側からレーザビームを溶接予定領域Ｒに沿って断続的に照射し、これに併せて、ワーク１０Ａ，１０Ｂを溶接予定領域Ｒに沿って複数回走査する（レーザビーム照射）。これにより、上面視において略円形のスポット溶接部が溶接予定領域Ｒに沿って互いに連結して成る連続溶接部Ｗを形成する。
【００２３】
ここで、上述したレーザビーム照射について、詳細に説明する。まず、レーザビームの照射位置（加工点）が溶接予定領域Ｒの一端側の溶接開始位置に位置するように、制御装置１４により可動ステージ２５を走査してワーク１０Ａ，１０Ｂを移動させる。そして、レーザヘッド２７からレーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して照射し、加工点にてワーク１０Ａ，１０Ｂを溶融・蒸発し、平面形状が略円形の第１スポット溶接部Ｗ１を形成する（図２（ａ）参照）。このとき、制御装置１４によりレーザ出力や照射時間等のレーザ特性が制御され、第１スポット溶接部Ｗ１はワーク１０Ｂの下面１２に露出しない非貫通（以下、単に「非貫通」という）のものとなっている。
【００２４】
続いて、レーザビームの照射を一旦停止し、加工点が溶接予定領域Ｒの他端側に位置するように、制御装置１４により可動ステージ２５を走査してワーク１０Ａ，１０Ｂを移動させた後、レーザヘッド２７からレーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して照射し、第１スポット溶接部Ｗ１に離間し且つ非貫通の第２スポット溶接部Ｗ２を形成する（図２（ｂ）参照）。つまり、直近に形成した第１スポット溶接部Ｗ１に重ならないように、第２スポット溶接部Ｗ２を形成する。
【００２５】
続いて、レーザビームの照射を再び一旦停止し、加工点が溶接予定領域Ｒの中央に位置するように、制御装置１４により可動ステージ２５を走査してワーク１０Ａ，１０Ｂを移動させた後、レーザヘッド２７からレーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して照射し、第１及び第２スポット溶接部Ｗ１，Ｗ２に離間し且つ非貫通の第３スポット溶接部Ｗ３を形成する（図３（ａ）参照）。つまり、直近に形成した第２スポット溶接部Ｗ２、及び当該直近に形成した第２スポット溶接部Ｗ２の前に形成した第１スポット溶接部Ｗ１の双方に重ならないように、スポット溶接部Ｗ３を形成する。
【００２６】
続いて、レーザビームの照射を再び一旦停止し、加工点が溶接予定領域Ｒにおいて第１溶接部Ｗ１と第３溶接部Ｗ３との間に位置するように、制御装置１４により可動ステージ２５を走査してワーク１０Ａ，１０Ｂを移動させた後、レーザヘッド２７からレーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して照射し、非貫通の第４スポット溶接部Ｗ４を第１溶接部Ｗ１と第３溶接部Ｗ３との間に形成する（図３（ｂ）参照）。その後、レーザビームの照射を再び一旦停止し、加工点が溶接予定領域Ｒにおいて第２溶接部Ｗ２と第３溶接部Ｗ３との間に位置するように、制御装置１４により可動ステージ２５を走査してワーク１０Ａ，１０Ｂを移動させた後、レーザヘッド２７からレーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して照射し、非貫通の第５スポット溶接部Ｗ５を第２溶接部Ｗ２と第３溶接部Ｗ３との間に形成する（図４（ａ）参照）。
【００２７】
そして、このようなレーザビーム照射（すなわち、既に形成した複数のスポット溶接部の中点に次のスポット溶接部を形成するようなレーザビーム照射）を繰り返すことにより、スポット溶接部を溶接予定領域Ｒに沿って連結して成る連続溶接部Ｗを形成する（図４（ｂ）参照）。つまり、連続溶接部Ｗは、溶接予定領域Ｒにおいて、レーザビームの断続的（離散的）な照射により時間差をもって形成されたスポット状のスポット溶接部が、溶接予定領域Ｒに沿って重ね合わされ連続化されて形成されることとなる。この溶接部Ｗは、図５に示すように、ワーク１０Ａの上面１１にて、円形状が連続する波状（パルストレイン状）となっている。
【００２８】
或いは、上述したレーザビーム照射についての他の例として、まず、溶接予定領域Ｒの一端側に第１スポット溶接部Ｗ１を形成し（図６（ａ）参照）、他端側に第２スポット溶接部Ｗ２を形成する（図６（ｂ）参照）。続いて、第１スポット溶接部Ｗ１にのみ重なるように当該第１スポット溶接部Ｗ１の内側（図示右側）に第３スポット溶接部Ｗ３を形成する（図７（ａ）参照）。続いて、第２スポット溶接部Ｗ２にのみ重なるように当該第２スポット溶接部Ｗ２の内側（図示左側）に第４スポット溶接部Ｗ４を形成する（図７（ｂ）参照）。そして、このようなレーザビーム照射を繰り返すことにより、スポット溶接部を溶接予定領域Ｒに沿って連結して成る連続溶接部Ｗを形成する場合もある。つまり、溶接予定領域Ｒの外側から内側に順次にスポット溶接部を形成するように、具体的には、互いに離間する第１及び第２スポット溶接部Ｗ１，Ｗ２を形成し、第１及び第２スポット溶接部Ｗ１，Ｗ２のそれぞれに対し連結するように、交互に連結スポット溶接部を形成し、連続溶接部Ｗを形成する場合がある。
【００２９】
或いはまた、上述したレーザビーム照射のさらに他の例として、まず、溶接予定領域Ｒの一端側から他端側に向けて複数のスポット溶接部を互いに重ならないように順次に形成する。続いて、これら順次に形成された複数のスポット溶接部のそれぞれの他端側に重なるように、溶接予定領域Ｒの一端側から他端側に向けて複数のスポット溶接部を再び順次に形成する。そして、このようなレーザビーム照射を繰り返すことにより、スポット溶接部を溶接予定領域Ｒに沿って連結して成る連続溶接部Ｗを形成する場合もある。つまり、溶接予定領域Ｒにおいてレーザビームを照射する始点側（一端側）から終点側（他端側）に向かって順次に複数のスポット溶接部を形成するパターンを複数回繰り返す場合がある。この場合、上記のように、始点側から終点側に向かって順次に複数のスポット溶接部を形成するため、可動ステージ２５の走査回数及び走査距離を低減しタクトタイムを低減することができる。
【００３０】
或いはまた、上述したレーザビーム照射のさらに他の例として、まず、溶接予定領域Ｒの中央に位置する第１スポット溶接部Ｗ１を形成し、溶接予定領域Ｒの一端側に位置し且つ第１スポット溶接部Ｗ１に重ならないように第２スポット溶接部Ｗ２を形成し、溶接予定領域Ｒの他端側に位置し且つ第１スポット溶接部Ｗ１に重ならないように第３スポット溶接部Ｗ３を形成する。続いて、第１及び第２スポット溶接部Ｗ１，Ｗ２の間に第４スポット溶接部Ｗ４を形成し、第１及び第３スポット溶接部Ｗ１，Ｗ３の間に第５スポット溶接部Ｗ５を形成する。そして、このようなレーザビーム照射を繰り返すことにより、スポット溶接部を溶接予定領域Ｒに沿って連結して成る連続溶接部Ｗを形成する場合もある。つまり、溶接予定領域Ｒの内側から外側に順次にスポット溶接部を形成するようにして、連続溶接部Ｗを形成する場合がある。
【００３１】
以上、本実施形態によれば、直近に形成した第１スポット溶接部Ｗ１に重ならないように次の第２スポット溶接部Ｗ２を形成するため、直近に形成した第１スポット溶接部Ｗ１を形成する際のレーザビームによる畜熱が次の第２スポット溶接部Ｗ２へ及ぼす影響を抑制でき、これらのスポット溶接部Ｗ１及びＷ２においてワーク１０Ａ，１０Ｂの溶け込みが互いに異なることを抑制でき、安定した溶接品質を得ることが可能となる。
【００３２】
さらに、このように、直近に形成したスポット溶接部Ｗ１に重ならないように次のスポット溶接部Ｗ２を形成するため、直近に形成したスポット溶接部Ｗ１を形成する際のレーザビームによる熱歪みが蓄積されるのを抑制でき、溶接後のワーク１０Ａ，１０Ｂの撓みを抑制することが可能となる。加えて、スポット溶接部を互いに連結して成る連続溶接部Ｗを形成するため、十分なワーク１０Ａ，１０Ｂの溶接強度及び密閉性を確保することができる。
【００３３】
ここで、第３スポット溶接部Ｗ３においては、直近に形成した第２スポット溶接部Ｗ２、及び当該第２スポット溶接部Ｗ２の前に形成したスポット溶接部Ｗ１の双方に重ならないように形成されるため、第１及び２スポット溶接部Ｗ１，Ｗ２の双方を形成する際のレーザビームによる畜熱が、スポット溶接部Ｗ３へ及ぼす影響を抑制できると共に、第１及び２スポット溶接部Ｗ１，Ｗ２の双方を形成する際のレーザビームによる熱歪みが蓄積されるのを抑制できる。従って、十分な溶接強度及び密閉性を確保しつつ一層安定した溶接品質を得ることができると共に、溶接後のワーク１０Ａ，１０Ｂの撓みを一層抑制することが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態では、上述したように、スポット溶接部がワーク１０Ｂの下面１２に露出しない非貫通スポット溶接部であるため、スポット溶接部が下面１２に露出する貫通スポット溶接部である場合に比して、ワーク１０Ａ，１０Ｂへの入熱を低減することできる。
【００３５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
例えば、上記実施形態では、可動ステージ２５を走査してレーザビームをワーク１０Ａ，１０Ｂに対して相対移動させたが、レーザ照射装置を移動してレーザビームをワークに対して相対移動してもよい。また、上記実施形態では、ワーク１０Ａ，１０Ｂを互いに重ね合わせて溶接する重ね溶接を行ったが、ワーク１０Ａ，１０Ｂを互いに突き合わせて溶接する突合せ溶接を行ってもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、照射方向視において直線状の溶接部Ｗを形成したが、曲線状の溶接部であってもよく、矩形や円形のものであっても勿論よい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置を示す概略図である。
【図２】レーザビーム照射を説明するための加工予定領域に沿った側断面概略図である。
【図３】レーザビーム照射を説明するための図２の続きを示す図である。
【図４】レーザビーム照射を説明するための図３の続きを示す図である。
【図５】溶接後のワークの上面図である。
【図６】レーザビーム照射の他の例を説明するための加工予定領域に沿った側断面概略図である。
【図７】レーザビーム照射の他の例を説明するための図６の続きを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…レーザ溶接装置、１０Ａ，１０Ｂ…ワーク（被加工物）、１４…制御装置（制御手段）、２５…可動ステージ（駆動手段）、２７…レーザヘッド（レーザ光源）、Ｒ…溶接予定領域、Ｗ…連続溶接部、Ｗ１…第１スポット溶接部（溶接部）、Ｗ２…第２スポット溶接部（溶接部）、Ｗ３…第３スポット溶接部（溶接部）、Ｗ４…第４スポット溶接部（溶接部）、Ｗ５…第５スポット溶接部（溶接部）。
【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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