(57)【要約】【課題】溶接される金属の融点より低沸点の金属よりなる中間層を有する金属材の溶接において溶接不良が生じないレーザー溶接方法を提供すること。【解決手段】本発明のレーザー溶接方法は、シールドガスとともにレーザー光を照射して溶接するレーザー溶接方法であって、シールドガスが、シールドガス全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなり、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスがレーザー光により積層体が溶融した溶融池でありかつシールドガスが供給された外側に供給されていることを特徴とする。また、本発明のレーザー溶接装置は、本発明のレーザー溶接方法が実施可能な装置であり、溶接時にスパッタの発生が抑えられて、気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる。本発明のレーザー溶接は、メッキ鋼板等の表面に被膜が形成された金属材料を当接した状態で溶接できるため、高い溶接強度で溶接できる。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層した状態の複数の金属材と、複数の該金属材の間にもうけられた該金属材より低沸点の金属よりなる中間層と、からなる積層体にシールドガスとともにレーザー光を照射して溶接するレーザー溶接方法であって、
該シールドガスが、該シールドガス全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなり、
全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスが該レーザー光により該積層体が溶融した溶融池でありかつ該シールドガスが供給された外側に供給されていることを特徴とするレーザー溶接方法。
【請求項２】
前記レーザー光が前記積層体の表面を走査する請求項記載のレーザー溶接方法。
【請求項３】
前記酸化性ガスは、前記レーザー光の走査方向の後方に供給される請求項２記載のレーザー溶接方法。
【請求項４】
前記中間層は、前記金属材の表面に形成された被膜よりなる請求項１記載のレーザー溶接方法。
【請求項５】
前記金属材が鋼板よりなりかつ前記被膜が亜鉛メッキ被膜よりなる亜鉛メッキ鋼板である請求項４記載のレーザー溶接方法。
【請求項６】
被加工物に照射されるレーザー光を発する発光手段と、
全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなるシールドガスを該レーザー光が該被加工物に照射されて形成されたキーホールを囲包するように供給するシールドガス供給手段と、
全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素と、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスを該被加工物の溶融池でありかつ該シールドガスが供給された外側に供給する酸化性ガス供給手段と、
を有することを特徴とするレーザー溶接装置。
【請求項７】
前記レーザー光が照射される前記被加工物の位置が移動する請求項６記載のレーザー溶接装置。
【請求項８】
前記酸化性ガスは、前記レーザー光が走査した後方に供給される請求項７記載のレーザー溶接装置。
【請求項９】
前記シールドガス供給手段は、前記シールドガスを発生するシールドガス発生手段と、該シールドガス発生手段からの該シールドガスを吹き出して所定の位置に供給するシールドガス吹き出し口と、を有する請求項６記載のレーザー溶接装置。
【請求項１０】
前記酸化性ガス供給手段は、前記酸化性ガスを発生する酸化性ガス発生手段と、該酸化性ガス発生手段からの該酸化性ガスを吹き出して所定の位置に供給する酸化性ガス吹き出し口と、を有する請求項６記載のレーザー溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の金属材を溶接するレーザー溶接方法およびレーザー溶接方法を用いたレーザー溶接装置に関し、詳しくは、溶接時に溶融池からのスパッタの飛散が抑えられたレーザー溶接方法およびレーザー溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、亜鉛メッキ鋼板等を積層させた状態で溶接して接合する重ね溶接においてレーザー溶接が用いられるようになってきている。
【０００３】
レーザー溶接は、加熱源としてレーザー光線を用いて溶接を行う溶接方法である。鋼板の重ね溶接において加熱源としてのレーザー光を照射すると、レーザー光が少なくとも上方に位置する鋼板を貫通して下側に位置する鋼板とともにレーザー光が照射されて形成したキーホールの近傍が溶融する。キーホールは、レーザー光の膨大な熱エネルギーにより、直接照射された部分が瞬時に蒸発して生じる。そして、二枚の鋼板の溶融液が混合した後に凝固することで、二枚の鋼板が積層した状態で溶接される。
【０００４】
しかしながら、表面に母材より低沸点の材質よりなる被膜を有する亜鉛メッキ鋼板などの板材の重ね溶接においては、不斉ビード等の問題を引き起こしていた。
【０００５】
亜鉛メッキ鋼板においては、鋼板の表面に鋼板より低沸点の亜鉛メッキ被膜が形成されている。二枚の亜鉛メッキ鋼板を重ね合わせると、表面から亜鉛メッキ被膜、鋼板、亜鉛メッキ被膜、亜鉛メッキ被膜、鋼板、亜鉛メッキ被膜が積層した状態となる。この重ね合わされた亜鉛メッキ鋼板の表面にレーザー光を照射すると、レーザー光が照射された部分において重ね合わされた二枚の亜鉛メッキ鋼板が厚さ方向に溶融する。この溶融により二枚の鋼板の溶融液が混合しその後の凝固により二枚の亜鉛メッキ鋼板が重ね溶接されるが、二枚の鋼板が溶融した状態においては二枚の鋼板に挟まれた亜鉛メッキ被膜も同様に溶融している。そして、亜鉛メッキ被膜は沸点（亜鉛メッキに使用されるＺｎの沸点は約９０６℃）が鋼板の融点（母材であるＦｅの融点は約１５００℃）より低く、鋼板の溶融液中で亜鉛メッキ被膜がガス化し、溶融池の表面から溶融液を吹き飛ばしながらガスが吹き出す。このガスの吹き出しにより、不斉ビードが発生していた。また、ガスが溶融液中に気泡として残留するという問題もあった。
【０００６】
不斉ビードを解消することを目的として、溶接される亜鉛メッキ鋼板の間にすき間をもうける方法がある（たとえば、特許文献１、２参照。）。
【０００７】
特許文献１には、「２枚の防錆鋼板の重ねレーザ溶接方法であって、先端に凸形状部を有するポンチの前記凸形状部により一方の鋼板の一面に圧印加工を施して、該一面の圧印部周囲に環状の盛り上り部および／または他面に山状の盛り上り部を形成し、一方の鋼板と他方の鋼板を前記盛り上り部による隙間をもたせて重ね合せ、重ね合せ部にレーザ溶接を施す、重ねレーザ溶接方法」が開示されている。
【０００８】
そして、特許文献２には、「表面処理が施された板材を重ね合わせて溶接するレーザ溶接方法において、前記板材の間隔を所定間隔に規制して溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。」が開示されている。
【０００９】
亜鉛メッキ鋼板の間にすき間をもうけると、溶接時に発生したガスは、このすき間から逃げるようになる。このため、良好なビードが得られるようになる効果を有する。
【００１０】
亜鉛メッキ鋼板の間にすき間をもうけて行うレーザー溶接においては、溶接される亜鉛メッキ鋼板の溶融液間に隙間が生じるため、良好な溶接品質を得るために亜鉛メッキ鋼板の隙間を０．１〜０．４ｍｍに保持する必要があった。しかしながら、亜鉛メッキ鋼板の隙間をこの範囲内に規制することは困難であった。すなわち、実際の重ね溶接が施される亜鉛メッキ鋼板はプレス成形等の成形が施されているため、隙間を規制することが困難となっていた。
【００１１】
重ね溶接において溶接不良の発生を抑える別の方法としてシールドガスを酸素に富んだガスを用いる方法がある（たとえば、特許文献３参照。）。
【００１２】
特許文献３には、「亜鉛被覆結合表面領域を有する亜鉛メッキ鋼シート部材のレーザー溶接法であって、該部材を、その結合表面領域が密接に接触し、かつ該部材の一方の，該結合領域と反対側の外側表面領域をレーザー照射に曝露するように配置し，そしてレーザービームを曝露領域上に向けて、該部材を該結合表面領域にて、一緒に加熱および融合して、該部材を接合する溶接ナゲットを形成する工程を含むレーザー溶接法において、該溶接法が、曝露領域のレーザー照射中に、該曝露領域を酸素に富んだガスで包囲して、生成する溶接ナゲット中の多孔度を減少させることを特徴とする上記の溶接法。」が開示されている。
【００１３】
シールドガス中の酸素濃度が上昇すると、溶融液と酸素とが反応を生じ、その反応熱により溶融液の温度が上昇する。溶融液の温度の上昇は溶融液の粘性の低下を引き起こし、溶融液中のガスの溶融池からの吹き出しが容易となる。
【００１４】
しかしながら、酸素濃度の高いシールドガスを用いると、照射されたレーザー光により生じるキーホールの周囲からガスが吹き出していく。このとき、多くのスパッタが発生飛散する。このスパッタの飛散により生じた溶融池の溶融液量の不足分は周囲の亜鉛メッキ鋼板が溶融して埋められるため溶接後の見かけは良好であるが、溶融液がスパッタとして飛散しているため、ビードの断面において欠肉が発生して溶接強度が低下するという問題があった。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−１６２３８７号公報
【特許文献２】
特開平１１−２７７２６４号公報
【特許文献３】
特開平５−９６３９２号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、溶接される金属の融点より低沸点の金属よりなる中間層を有する金属材の溶接において溶接不良が生じないレーザー溶接方法を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明者はキーホールの近傍の溶融液の粘性は高く、その外周部の溶融液の粘性は低くすることで、スパッタの発生が抑えられたレーザー溶接方法となることを見出した。
【００１８】
すなわち、本発明のレーザー溶接方法は、積層した状態の複数の金属材と、複数の金属材の間にもうけられた金属材より低沸点の金属よりなる中間層と、からなる積層体にシールドガスとともにレーザー光を照射して溶接するレーザー溶接方法であって、シールドガスが、シールドガス全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなり、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスがレーザー光により積層体が溶融した溶融池でありかつシールドガスが供給された外側に供給されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明のレーザー溶接方法は、低沸点の中間層を有する金属材の溶接を行っても、溶接時にスパッタの発生が抑えられ、さらに気泡の残留も抑えられたレーザー溶接を行うことができる。本発明のレーザー溶接は、メッキ鋼板等の表面に被膜が形成された金属材料を当接した状態で溶接できるため、高い溶接強度で溶接できる。
【００２０】
また、本発明のレーザー溶接装置は、本発明のレーザー溶接方法を用いる装置である。
【００２１】
すなわち、本発明のレーザー溶接装置は、被加工物に照射されるレーザー光を発する発光手段と、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなるシールドガスをレーザー光が被加工物に照射されて形成されたキーホールを囲包するように供給するシールドガス供給手段と、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素と、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスを被加工物の溶融池でありかつシールドガスが供給された外側に供給する酸化性ガス供給手段と、を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明のレーザー溶接装置は、溶接時にスパッタの発生および気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる。さらに、本発明のレーザー溶接装置は、メッキ鋼板等の表面に被膜が形成された金属材料を当接した状態で溶接できるため、高い溶接強度で溶接できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（レーザー溶接方法）
本発明のレーザー溶接方法は、積層した状態の複数の金属材と、複数の金属材の間にもうけられた金属材より低沸点の金属よりなる中間層と、からなる積層体にシールドガスとともにレーザー光を照射して溶接するレーザー溶接方法である。すなわち、本発明のレーザー溶接方法は、それぞれの間に中間層を介して積層した状態の複数の金属材を重ね溶接できる。
【００２４】
また、本発明のレーザー溶接方法は、溶接される金属材の厚さはレーザー光を照射されたときに溶融できる厚さであれば特に限定されるものではない。また、溶接される金属材は、板状を有することが好ましい。
【００２５】
本発明のレーザー溶接方法においては、金属材の数は特に限定されない。すなわち、溶接される金属材が二層だけでなく、三層以上であってもよい。
【００２６】
シールドガスが、シールドガス全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなる。シールドガスは、レーザー光が照射された照射部に形成されたキーホールを囲包するように供給されるガスである。そして、シールドガス中の酸素量が３０ｖｏｌ％未満となることで、キーホール近傍においての溶融池を形成する溶融液の粘度の低下が抑えられ、スパッタの飛散が抑えられる。なお、シールドガス中の酸素ガス濃度が３０ｖｏｌ％以上となると、スパッタの飛散が生じるようになる。
【００２７】
シールドガスを構成する不活性ガスとは、従来のレーザー溶接においてシールドガスとして用いられているガスを用いることができる。たとえば、アルゴンガスをあげることができる。
【００２８】
本発明のレーザー溶接方法は、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスがレーザー光により積層体が溶融した溶融池でありかつシールドガスが供給された外側に供給されている。酸化性ガスがシールドガスの外側の溶融池に供給されることで、酸化性ガスが供給された部分において溶融液の粘度が低下する。この粘度の低下した部分から中間層のガスが吹き出す。この結果、溶融池の溶融液中からガスが排出され、溶接不良が生じなくなる。
【００２９】
酸化性ガスに含まれる酸素ガスが３０ｖｏｌ％未満となると、溶融液の粘度の低下が十分でなくなり、ガスの排出が不十分となる。そして、結果として、溶接不良が生じるようになる。
【００３０】
レーザー光が積層体の表面を走査することが好ましい。すなわち、レーザー光を走査することで、線状にレーザー溶接を行うことができ、溶接部の長さを長くすることができる。このことは、溶接強度を増加させる。なお、レーザー光が走査されるときには、シールドガスおよび酸化性ガスが吹き付けられる位置がレーザー光の走査と同様に移動する。
【００３１】
酸化性ガスは、レーザー光の走査方向の後方に供給されることが好ましい。すなわち、酸化性ガスが走査方向の後方に供給されることで、レーザー光が走査された溶接において溶融池からのガスの吹き出しを生じさせることができる。
【００３２】
中間層は、金属材の表面に形成された被膜よりなる。すなわち、本発明のレーザー溶接方法は、表面に被膜が形成された金属材の溶接に用いることができる。
【００３３】
なお、中間層は、積層した状態にある二枚の金属材のうちの一方の表面に形成された被膜であっても、積層した状態にある二つの金属材のうちの両者の表面に形成された被膜であっても、どちらでもよい。すなわち、本発明のレーザー溶接方法は、表面に被膜が形成された金属材と被膜が形成されていない金属材の溶接および表面に被膜が形成された金属材同士の溶接に用いることができる。
【００３４】
中間層が積層した状態にある二枚の金属材のうちの両者の表面に形成された被膜であるときに、中間層を構成する二層の被膜は、溶接時にガス化して溶融液から排出されるため、同種の金属であっても異種の金属であってもどちらでもよい。
【００３５】
本発明は、金属材が鋼板よりなりかつ被膜が亜鉛メッキ被膜よりなる亜鉛メッキ鋼板に使用可能である。すなわち、本発明のレーザー溶接方法は、亜鉛メッキ鋼板の溶接に効果を発揮できる。
【００３６】
本発明のレーザー溶接方法は、溶接される金属材の間にすき間をもうけることなく、溶接時にスパッタの発生および気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる効果を有する。
【００３７】
（レーザー溶接装置）
本発明のレーザー溶接装置は、発光手段と、シールドガス供給手段と、酸化性ガス供給手段と、を有する。
【００３８】
発光手段は、被加工物に照射されるレーザー光を発する。すなわち、発光手段は、レーザー溶接において被加工物を溶融させるための加熱源となるレーザー光を照射するための装置である。本発明のレーザー溶接装置において発光手段は特に限定されるものではなく、従来のレーザー溶接装置に用いられているレーザー溶接トーチを用いることができる。
【００３９】
シールドガス供給手段は、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなるシールドガスをレーザー光が被加工物に照射されて形成されたキーホールを囲包するように供給する。すなわち、シールドガス供給手段は、キーホールを囲包するように酸素量が規制されたシールドガスを供給する装置である。シールドガス中の酸素量が３０ｖｏｌ％未満となることで、キーホール近傍においての溶融池を形成する溶融液の粘度の低下が抑えられ、スパッタの飛散が抑えられる。なお、シールドガス中の酸素ガス濃度が３０ｖｏｌ％以上となると、スパッタの飛散が生じるようになる。
【００４０】
シールドガスを構成する不活性ガスとは、従来のレーザー溶接においてシールドガスとして用いられているガスを用いることができる。たとえば、アルゴンガスをあげることができる。
【００４１】
酸化性ガス供給手段は、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素と、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスを被加工物の溶融池でありかつシールドガスが供給された外側に供給する。すなわち酸化性ガス供給手段は、酸化性ガスを被加工物の溶融池でありかつシールドガスが供給された外側に供給する装置である。酸化性ガスがシールドガスの外側の溶融池に供給されることで、酸化性ガスが供給された部分において溶融液の粘度が低下する。この粘度の低下した部分からは中間層のガスが排出されやすくなる。この結果、溶融池の溶融液中からガスが排出され、溶接不良が生じなくなる。
【００４２】
酸化性ガスに含まれる酸素ガスが３０ｖｏｌ％未満となると、溶融液の粘度の低下が十分でなくなり、ガスの排出が不十分となる。そして、結果として、溶接不良が生じるようになる。
【００４３】
レーザー光が照射される被加工物の位置が移動することが好ましい。すなわち、本発明のレーザー溶接装置において、レーザー光が照射される位置が移動することは、レーザー光が被加工物の表面を走査されることを示す。レーザー光が走査することで、本発明のレーザー溶接装置は、線状に溶接できることを示す。
【００４４】
レーザー光が照射される被加工物の位置の移動は、発光手段および／または被加工物を変位させることにより行うことができる。すなわち、本発明のレーザー溶接装置は、発光手段および／または被加工物を相対的に変位させる移送手段を有することが好ましい。
【００４５】
酸化性ガスは、前記レーザー光が走査した後方に供給されることが好ましい。酸化性ガスが走査方向の後方に供給されることで、レーザー光が走査された溶接において溶融池からガスを排出させることができる。
【００４６】
シールドガス供給手段および酸化性ガス供給手段は、シールドガスあるいは酸化性ガスを発生するガス発生手段と、ガス発生手段からのガスを吹き出して所定の位置に供給する吹き出し口と、を有することが好ましい。すなわち、ガス発生手段により所望の組成の各ガスを発生し、発生した各ガスのそれぞれが吹き出しグチから所定の位置に供給される。
【００４７】
シールドガス供給手段は、シールドガスを発生するシールドガス発生手段と、シールドガス発生手段からのシールドガスを吹き出して所定の位置に供給するシールドガス吹き出し口と、を有することが好ましい。
【００４８】
酸化性ガス供給手段は、酸化性ガスを発生する酸化性ガス発生手段と、酸化性ガス発生手段からの酸化性ガスを吹き出して所定の位置に供給する酸化性ガス吹き出し口と、を有することが好ましい。
【００４９】
ガス発生手段は、所望の組成を有するガスを発生させることができる装置であれば特に限定されない。たとえば、酸素ガスボンベおよび不活性ガスボンベを有し、両ガスボンベからのガスを混合して供給する装置をあげることができる。
【００５０】
吹き出し口を有することで、吹き出し口の向きを調節することで、所望の位置に各ガスを供給できるようになる。吹き出し口は、特に限定されるものではなく、従来のレーザー溶接装置においてシールドガスの供給に用いられた吹き出し口を用いることができる。
【００５１】
シールドガス吹き出し口は、発光手段に一体に形成されたことが好ましい。シールドガス吹き出し口が発光手段に一体に形成されることで、シールドガスの溶融池への供給を簡単に行うことができるようになる。また、シールドガス吹き出し口は、発光手段に一体に形成されることで、装置の構成が簡単になる。
【００５２】
シールドガス吹き出し口近傍においてシールドガスの流路がレーザー光と平行に形成されることが好ましい。シールドガスの流路がレーザー光と平行に形成されることで、レーザー光の光線と平行にシールドガスを吹き出すことができる。さらに好ましくは、レーザー光の光線と同一軸でシールドガスを流す同軸ガスシールドによりシールドガスが供給されることが好ましい。
【００５３】
酸化性ガス吹き出し口は、発光手段に一体に一体に形成されたことが好ましい。吹き出し口が発光手段に一体に形成されることで、溶融池の所望に位置への酸化性ガスの供給が容易になる。たとえば、レーザー光が走査するレーザー溶接を行うときに、吹き出し口を走査方向の後方側にもうけることで、走査方向の後方の溶融池に酸化性ガスを供給できるようになる。吹き出し口近傍において酸化性ガスの流路がレーザー光と平行に形成されることで、レーザー光の光線と平行に酸化性ガスを吹き出すことができる。
【００５４】
本発明のレーザー溶接装置において、溶接に用いられるレーザー光は、溶接される溶接材にエネルギーを付与できるレーザー光であれば特に限定されない。たとえば、ガラス：ネオジム３＋レーザー、ＹＡＧ：ネオジム３＋レーザー、ルビーレーザー、ヘリウム−ネオンレーザー、クリプトンレーザー、アルゴンレーザー、Ｈ２レーザー、Ｎ２レーザー、半導体レーザー等のレーザー光をあげることができる。より好ましいレーザーとしては、ＹＡＧ：ネオジム３＋レーザーや半導体レーザーをあげることができる。
【００５５】
本発明のレーザー溶接装置は、上述のレーザー溶接方法を用いてレーザー溶接を行うレーザー溶接装置であり、溶接される金属材の間にすき間をもうけることなく、溶接時にスパッタの発生および気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる効果を有する。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００５７】
本発明の実施例としてレーザー溶接装置を製作し、実際にレーザー溶接を行った。
【００５８】
（実施例１）
（レーザー溶接装置）
図１に断面が示されたレーザー溶接トーチを有するレーザー溶接装置を製作した。
【００５９】
レーザー溶接トーチ１は、レーザー光を発する発光部（図示せず）と、内部をレーザー光およびシールドガスが流れる発光部に一体に形成された略中空筒状を有するガスノズル２と、ガスノズル２の基端部側の側壁面で内部と外部とを連通するシールドガス流路２１を介してガスノズル１の内部にシールドガスを供給するシールドガス供給装置（図示せず）と、開口部がガスノズル２の先端面に開口しかつガスノズルを形成する壁部の内部に形成された酸化性ガス流路２２と、酸化性ガス流路の他方の開口部に連通するガス流路２２に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給装置（図示せず）と、を有する。
【００６０】
発光部は、最大出力が６ｋＷのＹＡＧレーザー光を発生する。また、発光部は、レーザー光の焦点を調節できる。発光部は、ガスノズルの軸心の中空部でありかつ基端部側にもうけられている。また、発光部は、発せられるレーザー光がガスノズル２の軸心を透過するように配されている。
【００６１】
ガスノズル２は、基端部から先端部にすすむにつれて内径が縮径している。この縮径によりシールドガスをキーホールの近傍に供給できる。
【００６２】
シールドガス供給装置は、アルゴンガスボンベと、酸素ガスボンベと、を有し、両ガスボンベからのガスを任意の混合比で混合させてシールドガス流路２１に供給する。シールドガス流路２１に供給されたシールドガスは、ガスノズル２の軸心部の中空部を通過してガスノズル２の先端部からガスノズル２の軸方向に吹き出す。
【００６３】
酸化性ガス供給装置は、アルゴンガスボンベと、酸素ガスボンベと、を有し、両ガスボンベからのガスを任意の混合比で混合させて酸化性ガス流路２２に供給する。酸化性ガス流路２２の酸化性ガス供給装置と接続されていない端部は、ガスノズル２の先端面に開口している。また、酸化性ガス流路２２の開口部は、ガスノズル２の端面に複数もうけられている。複数の開口部は、略筒状の端面に半周にわたってもうけられている。酸化性ガス供給装置から酸化性ガス流路２２に供給された酸化性ガスは、ガスノズル２の端面からシールドガスの外周にそって吹き出す。
【００６４】
本実施例のレーザー溶接装置は、レーザー光が走査して溶接を行うレーザー溶接に用いる。レーザー光が走査するレーザー溶接においては、酸化性ガス供給装置に連通した酸化性ガス流路２２の開口部がレーザー光の走査方向の後方側に配列した状態で用いられる。
【００６５】
本実施例のレーザー溶接装置のレーザー溶接トーチは、溶接の加熱源となるレーザー光、シールドガスおよび酸化性ガスをひとつのレーザー溶接トーチから発することができる。レーザー光の照射位置ならびにシールドガスおよび酸化性ガスの噴出方向を一定にすることができる。また、レーザー溶接トーチがこれらの機能を一体に有しているため、レーザー溶接装置における溶接部の近傍の構成が簡易となり、レーザー溶接装置の取り扱いが容易となる。
【００６６】
（レーザー溶接）
板厚０．８ｍｍの合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（表裏両面メッキ、片面あたり亜鉛目付量：４５ｇ／ｃｍ２）を二枚積層させて本実施例のレーザー溶接装置を用いてレーザー溶接を行った。積層した状態での亜鉛メッキ鋼板は、お互いの表面が密着している。
【００６７】
本実施例のレーザー溶接においては、シールドガスに１００％アルゴンガスを用い、酸化性ガスに１００の酸素ガスを用いた。
【００６８】
また、レーザー溶接は、レーザーの出力が２．５ｋＷ、レーザー光の走査速度が２ｍ／ｍｉｎで行われた。また、レーザー溶接時に供給されるシールドガスの流速は２０ｌ／ｍｉｎで、酸化性ガスの流速は１０ｌ／ｍｉｎであった。なお、不活性ガス中の酸素ガスの割合については、混合される酸素ガスの量がおよそ３０％で溶融池の特性が大きく変わることが別の実験で確認されている。
【００６９】
（比較例１）
比較例１として、アルゴンガスよりなるシールドガスのみを用いてレーザー溶接を行った。
【００７０】
具体的には、実施例１のレーザー溶接装置を用いて、酸化性ガスおよびシールドガス中の酸素ガスを供給しない状態で、実施例１において溶接された亜鉛メッキ鋼板にレーザー溶接を行った。なお、本比較例は、シールドガス以外は、実施例１と同様の条件によりレーザー溶接が行われた。
【００７１】
（比較例２）
比較例２として、酸素ガスよりなるシールドガスのみを用いてレーザー溶接を行った。
【００７２】
具体的には、実施例１のレーザー溶接装置を用いて、酸化性ガスおよびシールドガス中のアルゴンガスを供給しない状態で、実施例１において溶接された亜鉛メッキ鋼板にレーザー溶接を行った。なお、本比較例は、シールドガス以外は、実施例１と同様の条件によりレーザー溶接が行われた。
【００７３】
（評価）
実施例１および比較例１、２のレーザー溶接により溶接された亜鉛メッキ鋼板の溶接後の溶接断面を撮影し、示した。
【００７４】
実施例１の溶接断面を図２に、比較例１の溶接断面を図３に、比較例２の溶接断面を図４に示した。
【００７５】
実施例１のレーザー溶接においては、シールドガスによりキーホール周囲のスパッタの発生が大幅に抑制され、溶融池の飛散が生じていない。その結果として、良好なビードが形成されていることが図２より確認できる。すなわち、実施例１のレーザー溶接は、溶接される鋼板の間に低沸点の金属よりなる亜鉛メッキ被膜を有していても、亜鉛メッキのガスによる溶接不良を生じさせることなく溶接できた。
【００７６】
比較例１のレーザー溶接においては、レーザー溶接中に溶融池全体からスパッタが飛散していることが確認された。すなわち、本比較例においては溶融池の粘度が高く、溶融池の内部で発生した亜鉛ガスが溶融池から吹き出すときに溶融液を飛散させるためである。そして、スパッタにより、溶接後の断面には大きな欠陥が生じることが図３より確認できる。
【００７７】
比較例２のレーザー溶接においては、キーホール後方の溶融池全体から細かいスパッタが飛散していることが確認された。また、本比較例において形成された溶融池は実施例１および比較例１と比較してかなり大きくなっている。すなわち、本比較例においては、シールドガスとして酸素ガスを用いており、酸素ガスの作用により溶融池の溶融液の温度が上昇するとともに粘度が低下している。溶融液が高温になることで、凝固するまでの時間が長時間となるため溶融池が大きくなる。そして、溶融池の溶融液の粘度が低下することで、発生したガスが溶融液中で溜まって気泡が大きくなる前に溶融液から吹き出す。このため、細かいスパッタが多量に発生する。そして、スパッタにより多量の溶融液が飛散することで、溶接後のビードには溶融金属の欠肉が図４より確認できる。
【００７８】
以上のことから、本発明のレーザー溶接装置により本発明のレーザー要せてょうほうを用いてレーザー溶接を行った実施例１は、従来のレーザー溶接では溶接不良が発生した重ね合わせ溶接を溶接不良を発生させることなく行うことができる。
【００７９】
（実施例２）
実施例２として、図５にその断面が示されたレーザ−溶接トーチを有するレーザー溶接装置を作成した。本実施例のレーザー溶接トーチ１は、実施例１のレーザー溶接装置のレーザー溶接トーチの変形形態である。
【００８０】
具体的には、酸化性ガス流路２３がガスノズル２と別体でもうけられた以外は、実施例１に示されたレーザー溶接トーチと同様の構成である。酸化性ガス流路２３の開口部は、長方形状に形成されている。そして、この開口部は、レーザー光の走査方向の後方側に位置している。開口部から吹き出す酸化性ガスは、レーザー光により溶融した溶融池でありかつシールドガスの外周部に供給されるように開口部がもうけられている。
【００８１】
本実施例においても実施例１と同様にレーザー溶接を行ったところ、溶接不良を生じることなく、溶接を行うことができた。
【００８２】
（実施例３）
実施例３として、図６にその断面が示されたレーザ−溶接トーチを有するレーザー溶接装置を作成した。本実施例のレーザー溶接トーチ１は、実施例１および２のレーザー溶接装置のレーザー溶接トーチの変形形態である。
【００８３】
具体的には、シールドガス流路２４がガスノズル２と別体でもうけられた以外は、実施例２に示されたレーザー溶接トーチと同様の構成である。シールドガス流路２４の開口部は、長方形状に形成されている。そして、この開口部は、レーザー光の走査方向の前方側に位置している。開口部から吹き出すシールドガスは、レーザー光が照射されたキーホールの近傍に供給される。
【００８４】
本実施例においても実施例１と同様にレーザー溶接を行ったところ、溶接不良を生じることなく、溶接を行うことができた。
【００８５】
（実施例４）
実施例４として、図７にその断面が示されたレーザ−溶接トーチを有するレーザー溶接装置を作成した。本実施例のレーザー溶接トーチ１は、実施例１〜３のレーザー溶接装置のレーザー溶接トーチの変形形態である。
【００８６】
具体的には、酸化性ガス流路２５がガスノズルと別体でもうけられかつ開口部がレーザー光の走査方向の前方に側に位置した以外は、実施例２に示されたレーザー溶接トーチと同様の構成である。酸化性ガス流路２５の開口部は、長方形状に形成されている。開口部から吹き出す酸化性ガスは、溶融池に向けて発せられる。なお、本実施例においては、溶融池に向けて酸化性ガスが供給されたとしても、シールドガスがレーザー光とと同軸で吹き付けられているため、キーホールの近傍には酸化性ガスは供給されなくなっている。
【００８７】
本実施例においても実施例１と同様にレーザー溶接を行ったところ、溶接不良を生じることなく、溶接を行うことができた。
【００８８】
実施例２〜４より、実施例１の変形形態によるレーザー溶接装置を用いて亜鉛メッキ鋼板の溶接を行っても溶接不良を生じさせることなく、溶接を行うことができる。
【００８９】
【発明の効果】
本発明のレーザー溶接方法は、低沸点の中間層を有する金属材の溶接を行っても、溶接時にスパッタの発生が抑えられることで、気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる。本発明のレーザー溶接は、メッキ鋼板等の表面に被膜が形成された金属材料を当接した状態で溶接できるため、高い溶接強度で溶接できる。
【００９０】
また、本発明のレーザー溶接装置は、本発明のレーザー溶接方法を用いてレーザー溶接を行うことができる。すなわち、溶接時にスパッタの発生および気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のレーザー溶接トーチの構成を示した図である。
【図２】実施例１においてレーザー溶接された溶接部の断面の写真である。
【図３】比較例１においてレーザー溶接された溶接部の断面の写真である。
【図４】比較例２においてレーザー溶接された溶接部の断面の写真である。
【図５】実施例２のレーザー溶接トーチの構成を示した図である。
【図６】実施例３のレーザー溶接トーチの構成を示した図である。
【図７】実施例４のレーザー溶接トーチの構成を示した図である。
【符号の説明】
１…レーザー溶接用トーチ　　２…ガスノズル
２１、２４…シールドガス流路
２２、２３、２５…酸化性ガス流路
【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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