(57)【要約】【課題】簡単な構造で両溶接部分間の隙間を精度良く制御して、レーザ溶接を確実に行えるレーザ溶接装置の提供を図る。【解決手段】シルインナ１０の溶接部分１１とフロアパネル２０の溶接部分２１とを対峙させ、それら両溶接部分１１，２１をレーザ溶接装置１を用いて重ね溶接する際に、シルインナ１０に励磁手段１００を設けて、そのシルインナ１０の溶接部分１１を励磁してフロアパネル２０の溶接部分２１を引き付け、両溶接部分１１，２１間の隙間δを略一定に保持するようにしたので、レーザ溶接時の熱付加により両溶接部分１１，２１が残留応力等で互いに離れる方向に変形する場合に、励磁手段１００によって両溶接部分１１，２１間の隙間δを略一定に保持できるので、励磁手段１００を設けるという簡単な構造にして両溶接部分１１，２１間の隙間を精度良く制御してレーザ溶接を確実に行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１被溶接部材の溶接部分と第２被溶接部材の溶接部分とを対峙させ、これら第１及び第２被溶接部材のうち剛性の高い方の部材側からレーザを照射して溶接するレーザ溶接装置であって、
第１被溶接部材または第２被溶接部材のいずれか一方の溶接部分を励磁して他方の溶接部分を引き付け、両溶接部分間の隙間を略一定に保持する励磁手段を設けた
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ溶接装置であって、
前記励磁手段は、前記第１被溶接部材または前記第２被溶接部材のうち剛性の高い方の被溶接部材に設けられる
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ溶接装置であって、
前記励磁手段は、励磁する側の被溶接部材を位置決めするロケートピン内に電磁石を内蔵してなる
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ溶接装置であって、
互いに対峙する両溶接部分の自由端部間に、それら両溶接部分間の隙間が所定量に達した際に互いに当接する突起部を設けた
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のレーザ溶接装置であって、
レーザ溶接にアーク溶接を複合してハイブリッド化した
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項６】
第１被溶接部材の溶接部分と、その溶接部分に対峙する第２被溶接部材の溶接部分とをレーザ溶接により重ね溶接するにあたって、第１被溶接部材または第２被溶接部材のいずれか一方の溶接部分を励磁して、その磁力による他方の溶接部分の引き付け力と、溶接時の輻射熱で変形する他方の溶接部分の変形力との兼ね合いで両溶接部分間の隙間を略所定量に制御する
ことを特徴とするレーザ溶接時の隙間制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接装置およびレーザ溶接時に２つの被溶接部材間の隙間を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接は、レーザ光を熱源として金属に集光した状態で照射し、その金属を局部的に加熱・溶融した後に凝固させることによって接合するようになっており、近年では自動車の車体・部品の組立溶接にレーザ溶接が適用されつつあるが、あまり一般的とはいえない。
【０００３】
その理由の１つとして、レーザの重ね溶接では鋼板間の隙間を極めて厳密に管理する必要があり、一般にその隙間を０．１ｍｍ程度以下に管理している。
【０００４】
このため、従来では互いに重ね合わせた２枚の被溶接部材の上方から加圧ローラで押圧するとともに、磁石ローラによって下側の被溶接部材を上方に吸引することにより、２枚の被溶接部材が隙間の無い状態で重ね合わされるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−６６２６８号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、かかる従来のレーザ溶接装置では、加圧ローラおよび磁石ローラという２つのローラを設ける必要があるとともに、それら各ローラをそれぞれ所望の上下位置に移動させる加圧ローラ昇降装置や磁石ローラ昇降装置によって支持する必要があるため、レーザ溶接装置が大掛かりなものとなって設備コストが嵩んでしまう。
【０００６】
ところで、被溶接部材の溶接部分をローラやピン等で押圧できない状況がある。例えば、２つの被溶接部材の溶接部分をＬ字状に折曲して対峙させた場合は、それら対峙させた両溶接部分の先端部が自由端部となった状態でレーザ溶接することが余儀なくされる。
【０００７】
この場合は、レーザ溶接が非常にエネルギー密度の高い溶接方法であるため、溶込み幅が狭く、溶込み深さも深いという特徴があり、かつ、凝固速度が速いため、対峙させた両溶接部分が溶接時の熱によって両者間の隙間を一定に制御するのが甚だ難しくなってしまい、溶接部分が不完全になったり、場合によってはレーザ溶接ができなくなったりしてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、簡単な構造にして両溶接部分間の隙間を精度良く制御して、レーザ溶接を確実に行えるようにしたレーザ溶接装置およびレーザ溶接時の隙間制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１被溶接部材の溶接部分と第２被溶接部材の溶接部分とを対峙させ、これら第１及び第２被溶接部材のうち剛性の高い方の部材側からレーザを照射して溶接するレーザ溶接装置であって、第１被溶接部材または第２被溶接部材のいずれか一方の溶接部分を励磁して他方の溶接部分を引き付け、両溶接部分間の隙間を略一定に保持する励磁手段を設けたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、レーザ溶接時の熱付加により両溶接部分が残留応力等により互いに離れる方向に変形する場合に、励磁手段によって一方の溶接部分を励磁して他方の溶接部分を引き付けることにより、両溶接部分間の隙間を略一定に保持できるので、励磁手段を設けるという簡単な構造で両溶接部分間の隙間を精度良く制御してレーザ溶接を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００１２】
図１〜図３は本発明にかかるレーザ溶接装置の一実施形態を示し、図１はレーザ溶接装置の斜視図、図２は励磁手段の拡大断面図、図３は励磁手段を作動した状態のレーザ溶接装置の側面図である。
【００１３】
本実施形態のレーザ溶接装置１は、図１に示すように、自動車のフロアパネル２０と、そのフロアパネル２０の車幅方向両側に車両前後方向に延在して車体骨格を成すサイドシルの内側を形成するシルインナ１０との接合部分に、本発明の溶接技術を適用した例である。
【００１４】
即ち、本実施形態では、第１被溶接部材としての前記シルインナ１０の溶接部分１１と、第２被溶接部材としての前記フロアパネル２０の溶接部分２１とを対峙させ、それら両溶接部分１１，２１をレーザ溶接装置１を用いて溶接するようになっている。
【００１５】
前記シルインナ１０は断面コ字状に形成されるとともに、図外のシルアウタも同様に断面逆コ字状に形成され、それらシルインナ１０とシルアウタの両端同士を結合して閉断面の前記サイドシルが構成される。
【００１６】
前記フロアパネル２０は、それの車幅方向両側を立ち上げて前記溶接部分２１を形成し、その溶接部分２１が前記シルインナ１０の前記溶接部分１１となる車室内方側面に接合される。
【００１７】
本実施形態では、前記シルインナ１０の材質は、ＳＰ７８３−５９０（合金化溶融亜鉛メッキ鋼板，５９０ＭＰａ級ハイテン材）を用いてあるとともに、フロアパネル２０の材質は、ＳＰ７８１（合金化溶融亜鉛メッキ鋼板）を用いてあり、シルインナ１０の板厚を１．４ｍｍとするとともに、フロアパネル２０の板厚を１．０ｍｍとして、シルインナ１０をフロアパネル２０よりも厚肉に形成して、シルインナ１０の剛性がフロアパネル２０の剛性よりも高くなっている。
【００１８】
前記シルインナ１０の下側壁１２と前記フロアパネル２０のフロア面２２とは、レーザ溶接する際に基台３０上に載置されるが、載置面が狭くなる前記シルインナ１０の下側壁１２に位置決め穴１２ａを形成し、その位置決め穴１２ａを基台３０から突出するロケートピン３１に挿通して、そのロケートピン３１によりシルインナ１０を位置決めするとともに保持するようになっている。
【００１９】
前記レーザ溶接装置１は、図１に示すように、レーザー光Ｒを照射するレーザ溶接ヘッド２を備えており、このレーザ溶接ヘッド２は、レーザを発振する発振器と、この発振器で発振されたレーザを集光する光学系と、を備えて構成される。
【００２０】
そして、前記レーザ溶接ヘッド２を、互いに対峙した前記両溶接部分１１，２１のシルインナ１０側に所定間隔を設けて配置し、そのレーザ溶接ヘッド２から発振したレーザー光Ｒを、前記シルインナ１０の溶接部分１１の溶接ラインＬに沿って照射するようになっている。なお、レーザ溶接ヘッド２をフロアパネル２０側に配置することは、フロアパネル２０とレーザ溶接装置１との干渉が発生するため困難である。
【００２１】
ここで、本実施形態では、レーザ溶接（ＹＡＧレーザ）とアーク溶接とを複合した、いわゆるレーザ・アークハイブリッド溶接としている。つまり、前記レーザ溶接ヘッド２は、アークＡを飛ばすアークトーチ３とともにハイブリッド溶接ヘッド４が構成され、このハイブリッド溶接ヘッド４によりレーザ・アークハイブリッド溶接が可能となっている。
【００２２】
前記アークトーチ３の先端には、溶接ワイヤ５が繰り出されるように設けられ、その溶接ワイヤ５の先端が指向するアークＡの狙い位置は、前記レーザー光Ｒの照射点の溶接方向の後方（１〜３ｍｍ程度）としてある。
【００２３】
このとき、前記レーザ溶接には、ＹＡＧレーザ（出力３ＫＷ）が用いられるとともに、アーク溶接にはＭＩＧ溶接が用いられ、その条件としては電流値１４０Ａ，電圧値１８Ｖで直流パルスとし、シールドガス（ＣＯ２１０％＋Ａｒ９０％）の供給量は２０リットル／ｍｉｎとしてある。
【００２４】
また、本実施形態では、前記シルインナ１０に、一方の溶接部分となるそのシルインナ１０の溶接部分１１を励磁して、他方の溶接部分となるフロアパネル２０の溶接部分２１を引き付けて、両溶接部分１１，２１間の隙間δを略一定に保持する励磁手段１００を設けてある。
【００２５】
ここで、本実施形態のレーザ溶接時の隙間制御方法によれば、シルインナ１０の溶接部分１１と、その溶接部分１１に対峙するフロアパネル２０の溶接部分２１とをレーザ溶接（本実施形態ではレーザ・アークハイブリッド溶接）により重ね溶接するにあたって、シルインナ１０の溶接部分１１を励磁して、その磁力による他方の溶接部分２１の引き付け力と、溶接時の輻射熱で変形する他方の溶接部分２１の変形力との兼ね合いで両溶接部分１１，２１間の隙間δを略所定量（最大３ｍｍ）に制御するようにしてある。
【００２６】
また、前記励磁手段１００は、前記シルインナ１０と前記フロアパネル２０のうち剛性が高くなるシルインナ１０に設けてある。
【００２７】
さらに、前記励磁手段１００は、励磁する側の被溶接部材となる前記シルインナ１０を位置決めするロケートピン３１内に、図２に示すように、電磁石１０１を内蔵することにより構成してある。
【００２８】
即ち、前記ロケートピン３１は上端が閉塞された中空の円筒状に形成され、そのロケートピン３１の中空内にコイル１０１ａを巻回した前記電磁石１０１が収納されており、そのコイル１０１ａはこれに入力する電流値を制御する磁界発生装置１０２に接続される。
【００２９】
そして、前記ロケートピン３１は、シルインナ１０の下側壁１２に沿って所定間隔をもって複数配置されており、それらロケートピン３１内の電磁石１０１に電流を印加して励磁することにより、その磁界はシルインナ１０の溶接部分１１を励磁し、その溶接部分１１に他方の溶接部分２１を引き付ける磁力が発生する。
【００３０】
前記磁界発生装置１０２は、前記両溶接部分１１，２１間の隙間δの大きさに応じて前記電磁石１０１に出力する電流値を変化させ、隙間δが大きくなるに従って電流値を大きくして励磁力を大きくすることにより、他方の溶接部分２１の引き付け力を増大することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、図１に示すように互いに対峙する両溶接部分１１，２１の自由端部間、つまり上端部間に、それら両溶接部分１１，２１間の隙間δが所定量に達した際に互いに当接する突起部としての折曲部２３を設けてある。
【００３２】
つまり、前記折曲部２３は、フロアパネル２０の溶接部分２１の上端部をシルインナ１０の溶接部分１１方向に折曲して形成され、その折曲部２３の突出量Ｓを前記隙間δに対応させて予め所定量に設定してある。
【００３３】
従って、図３に示すように、前記励磁手段１００を励磁してフロアパネル２０の溶接部分２１をシルインナ１０の溶接部分１１に引き付けた際に、フロアパネル２０の溶接部分２１はシルインナ１０の溶接部分１１に当接して、それ以上の近接を阻止して前記隙間δを所定量に保持する。
【００３４】
以上の構成により本実施形態のレーザ溶接装置１およびレーザ溶接時の隙間制御方法によれば、シルインナ１０に、そのシルインナ１０の溶接部分１１を励磁してフロアパネル２０の溶接部分２１を引き付ける励磁手段１００を設けて、両溶接部分１１，２１間の隙間δを略一定に保持するようにしたので、レーザ溶接時の熱付加により両溶接部分１１，２１が残留応力等により互いに離れる方向に変形する場合に、励磁手段１００によって一方の溶接部分１１を励磁して他方の溶接部分２１を引き付けることにより、両溶接部分１１，２１間の隙間δを溶接に適した一定隙間量に保持できるので、励磁手段１００を設けるという簡単な構造にして両溶接部分１１，２１間の隙間を精度良く制御してレーザ溶接を確実に行うことができる。
【００３５】
また、前記励磁手段１００は、前記シルインナ１０と前記フロアパネル２０のうち剛性が高いシルインナ１０に設けられているので、励磁手段１００による励磁力で引き付けられる溶接部分２１は剛性が低いフロアパネル２０側であるため、励磁手段１００による隙間δの制御を効果的に行うことができる。
【００３６】
さらに、前記励磁手段１００は、前記シルインナ１０を位置決めするロケートピン３１内に電磁石１０１を内蔵することにより構成したので、既存のロケートピン３１を有効利用して励磁手段１００を構成できるため、構成の簡素化および装置全体の小型化を図ることができる。
【００３７】
さらにまた、互いに対峙する両溶接部分１１，２１の自由端部間に、溶接部分２１の先端部を折曲した折曲部２３を設けて、それら両溶接部分１１，２１間の隙間δが所定量に達した際に折曲部２３が相手側の溶接部分１１に当接するようにしたので、励磁手段１００を励磁した際に隙間δを常に一定に保持できるとともに、磁界発生装置１０２から出力する励磁手段１００の駆動電流の制御が容易になる。
【００３８】
また、本実施形態のレーザ溶接機１では、レーザ溶接にアーク溶接を複合してハイブリッド化して、レーザ溶接ヘッド２とアークトーチ３とを備えたハイブリッド溶接ヘッド４を構成したので、前記両溶接部分１１，２１間の隙間δの余裕度を大きくできるとともに、亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接においてもブローホールの発生を少なくすることができる。
【００３９】
このため、重ね溶接における隙間δの厳密な管理が必要で無くなるため実用化が容易となり、また、レーザ溶接と略同等の溶接速度を得ることができ、レーザ溶接法の高能率というメリットを享受できる。
【００４０】
なお、本発明は、前記実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態におけるレーザ溶接装置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態における励磁手段の拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における励磁手段を作動した状態のレーザ溶接装置の側面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  レーザ溶接装置
２  レーザ溶接ヘッド
３  アークトーチ
４  ハイブリッド溶接ヘッド
１０  シルインナ（第１被溶接部材）
１１  溶接部分
２０  フロアパネル（第２被溶接部材）
２１  溶接部分
２３  折曲部（突起部）
３１  ロケートピン
１００  励磁手段
１０１  電磁石
δ  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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