(57)【要約】【課題】  部材の輪郭全周にわたる円周溶接等に適用した場合でも、溶接ビードの部分等に低温割れが発生するのを防止できるようにする。【解決手段】  一側部材であるボス２０を、相手方部材となるウェブ１２の挿通穴部１２Ｃ内に挿通した状態で、レーザ溶接機２１をレーザ照射の開始点（点ＰA の位置）に配置する。そして、１周目のレーザビーム２２をボス２０の輪郭（半径Ｒの照射軌跡２３）に沿って１周する位置まで連続的に移動させる。次に、２周目のレーザ照射工程では、レーザ溶接機２１によるレーザビーム２２の照射を停止することなく、レーザビーム２２のパワーを１周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら照射軌跡２５に沿ってレーザ照射を行い、２周目の終了位置（例えば、点ＰE の位置）でレーザビーム２２の照射を停止する。【選択図】        図３
2007090402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形または非円形の輪郭を有した一側部材を相手方部材に全周にわたってレーザ溶接するレーザ溶接方法において、
前記一側部材の輪郭に沿ってレーザビームを１周するまで照射し、前記輪郭の全周にわたった溶接ビードを形成する１周目のレーザ照射工程と、
前記１周目に行ったレーザビームの照射を停止することなく、前記１周目の溶接ビードの位置よりも外側位置に沿ってレーザビームを照射する２周目のレーザ照射工程とを含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記２周目のレーザ照射工程では、前記レーザビームのパワーを前記１周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら前記溶接ビードの輪郭に沿ってレーザ照射を行い、２周目が終了したらレーザ照射を停止してなる請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記２周目のレーザ照射工程では、前記レーザビームを１周目のレーザ照射よりもデフォーカスしながら前記溶接ビードの輪郭に沿ってレーザ照射を行い、２周目が終了したらレーザ照射を停止してなる請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記２周目のレーザ照射工程では、前記溶接ビードが形成された部位のピーク温度をオーステナイト化変態点（Ａ1 )よりも低い温度に設定してなる請求項１，２または３に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記２周目のレーザ照射工程では、前記溶接ビードが形成された部位のピーク温度をマルテンサイト変態開始点（Ｍs )よりも高い温度に設定してなる請求項１，２または３に記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記２周目のレーザ照射工程では、前記溶接ビードが形成された部位のピーク温度をオーステナイト化変態点（Ａ1 )よりも低い温度で、かつマルテンサイト変態開始点（Ｍs )よりも高いピーク温度に設定してなる請求項１，２または３に記載のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば円形、四角形または三角形状の輪郭を有した部材を相手方の部材に全周にわたってレーザ溶接するのに好適に用いられるレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーザ発振器を用いてレーザビームを出射させ、このレーザビームを集光レンズ等で集束させることにより、溶接対象の部位に集束したレーザビームを照射して溶接ビードを形成し、溶接作業を行う構成としたレーザ溶接装置および溶接方法は知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
この種の従来技術によるレーザ溶接では、レーザビームのスポット径を小さく絞ることにより、溶接対象となる部材表面でのエネルギ密度を、例えばアーク溶接等に比較して１０〜１００倍程度まで増大させることができ、溶接ビードの幅を小さくして深い溶込みを得ることができる。
【０００４】
そして、このようなレーザ溶接は、エネルギ密度が高いので、高速溶接を実現できる上に、溶接対象（被溶接部材）への入熱量がアーク溶接に較べて極端に小さく、低歪みの溶接が可能となる。また、入熱量が少ないために、溶接金属部（溶接ビードの部分）が急熱、急冷されてマルテンサイト組織となり、非常に硬くなるという特質がある。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５２−１０３３５４号公報
【特許文献２】特開昭５４−７１０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来技術によるレーザ溶接を、例えば円形の輪郭を有する円形部材の溶接作業に適用した場合には、円形部材の全周に沿って行う所謂円周溶接に特有な問題として低温割れ等が発生するという問題がある。
【０００７】
即ち、円形部材を相手方部材に対し全周にわたってレーザ溶接（円周溶接）する場合に、円形部材は、相手方部材により外側から取囲まれて完全に拘束され、溶接時の熱影響による熱変形（膨脹または収縮）が規制されるため、これが原因となって低温割れ等が発生する。特に、レーザ溶接の溶接金属部（溶接ビードの部分）は、前述の如く急熱、急冷されてマルテンサイト組織となり、非常に硬くなるという特質があるために、溶接ビードの表面側には割れが発生し易い。
【０００８】
また、前述の如きレーザ溶接（円周溶接）を行う場合に、内側に位置する円形部材は、溶接による入熱を外側へと拡散することができないために温度上昇してしまい、溶接後の冷却速度が遅くなる傾向がある。これに対し、円形部材を取囲む外側の相手方部材は、溶接時の入熱を外側へと拡散することができるので、冷却速度も相対的に速くなる傾向がある。
【０００９】
このため、内側の円形部材と外側の相手方部材との間には、溶接後の冷却速度が不均一となって温度差が生じ易く、熱的な膨脹・収縮がアンバランスとなる。しかも、レーザ溶接の場合は、溶接ビードの部分が急熱、急冷されてマルテンサイト組織となり、非常に硬くなるという悪条件が重なるため、溶接ビード部にクラック（亀裂）が発生し易くなる。
【００１０】
また、円周溶接の場合は、溶接の開始位置と終了位置が一致するために、円形部材の輪郭（全周）にわたる温度分布が不均一となり、溶接変形も不均一になってしまう。そして、溶接ビードの部分に少しでも割れ（クラック）等が発生すると、これが起点となって溶接構造物全体の強度を低下させる原因になるという問題がある。
【００１１】
特に、従来技術（特許文献１，２）によるレーザ溶接は、溶接後のビード形状を再溶融によって整えることを目的としたもので、レーザパワーを連続的に変えるのではなく、レーザ照射の停止、再照射を断続的に行うものである。しかも、レーザ照射の狙い位置は、例えば１回目と２回目とで同一の照射位置となり、レーザ照射の狙い位置を変えることなく、再溶融させるものである。
【００１２】
このため、従来技術によるレーザ溶接を、例えば円形または非円形の輪郭を有する一側部材を相手方部材に対し全周にわたって溶接する全周溶接（円周溶接）作業に適用した場合には、前述したように所謂円周溶接等に特有な問題として溶接ビードの部分に割れ等が発生し易いという問題がある。
【００１３】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、例えば円周溶接等のように部材の輪郭全周にわたる溶接作業に適用した場合でも、溶接ビードの部分等に割れが発生するのを防止でき、信頼性を向上できるようにしたレーザ溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明は、円形または非円形の輪郭を有した一側部材を相手方部材に全周にわたってレーザ溶接するレーザ溶接方法に適用される。
【００１５】
そして、請求項１の発明による溶接方法の特徴は、前記一側部材の輪郭に沿ってレーザビームを１周するまで照射し、前記輪郭の全周にわたった溶接ビードを形成する１周目のレーザ照射工程と、前記１周目に行ったレーザビームの照射を停止することなく、前記１周目の溶接ビードの位置よりも外側位置に沿ってレーザビームを照射する２周目のレーザ照射工程とを含むことにある。
【００１６】
また、請求項２の発明によると、前記２周目のレーザ照射工程では、前記レーザビームのパワーを前記１周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら前記溶接ビードの輪郭に沿ってレーザ照射を行い、２周目が終了したらレーザ照射を停止するようにしている。
【００１７】
一方、請求項３の発明によると、前記２周目のレーザ照射工程では、前記レーザビームを１周目のレーザ照射よりもデフォーカスしながら前記溶接ビードの輪郭に沿ってレーザ照射を行い、２周目が終了したらレーザ照射を停止するようにしている。
【００１８】
また、請求項４の発明によると、前記２周目のレーザ照射工程では、前記溶接ビードが形成された部位のピーク温度をオーステナイト化変態点（Ａ1 )よりも低い温度に設定するようにしている。
【００１９】
また、請求項５の発明によると、前記２周目のレーザ照射工程では、前記溶接ビードが形成された部位のピーク温度をマルテンサイト変態開始点（Ｍs )よりも高い温度に設定するようにしている。
【００２０】
さらに、請求項６の発明によると、前記２周目のレーザ照射工程では、前記溶接ビードが形成された部位のピーク温度をオーステナイト化変態点（Ａ1 )よりも低い温度で、かつマルテンサイト変態開始点（Ｍs )よりも高いピーク温度に設定するようにしている。
【発明の効果】
【００２１】
上述の如く、請求項１に記載の発明によれば、１周目のレーザ照射工程では、一側部材の輪郭に沿ってレーザビームを１周する位置まで照射することにより、一側部材と相手方部材との間に前記輪郭の全周にわたった溶接ビードを形成することができ、その後にレーザビームの照射を停止することなく行う２周目のレーザ照射工程では、一側部材にレーザビームを照射することなく前記溶接ビードの位置よりも外側位置に沿ってレーザビームを照射することにより、溶接ビードの外側に位置する部位（相手方部材）を加熱し、相手方部材の温度を上昇させることができる。
【００２２】
この結果、一側部材と相手方部材との温度差を縮め、溶接ビードの内側と外側との温度分布を同等にでき、両者の冷却速度もほぼ等しくなるので、溶接ビードの部分に割れ等が発生するのを防止できる。即ち、従来のレーザ溶接方法では、溶接ビードの部分が急冷され、その組織がマルテンサイト化して割れ易い傾向にあった。しかし、本発明では、２周目のレーザ照射で溶接ビードの外側に位置する部位を再加熱することにより、溶接ビードの内側と外側との温度分布を同等にして、両者の冷却速度を遅くすることができる。このため、溶接ビードの部分は徐冷され、組織がマルテンサイト化するのを抑えることができ、溶接割れ等を防止して信頼性を向上することができる。
【００２３】
また、請求項２に記載の発明によると、２周目のレーザ照射工程では、レーザビームのパワーを１周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら溶接ビードの輪郭に沿ってレーザ照射を行い、２周目が終了したらレーザ照射を停止するため、溶接ビードの内側と外側とで温度分布をほぼ等しくできる上に、溶接ビードの周方向においても温度の均一化を図ることができ、冷却速度のばらつきを小さく抑えて割れ等の発生を防ぐことができる。そして、レーザビームのパワーを徐々に小さくするので、２周目のレーザ照射による入熱を減らすことができ、溶接歪み、変形を抑制することができる。
【００２４】
一方、請求項３に記載の発明によると、２周目のレーザ照射工程では、レーザビームを１周目のレーザ照射よりもデフォーカスしながら溶接ビードの輪郭に沿ってレーザ照射を行い、２周目が終了したらレーザ照射を停止するため、この場合でも、溶接ビードの内側と外側とで温度分布をほぼ等しくできる上に、溶接ビードの周方向においても温度の均一化を図ることができ、冷却速度のばらつきを小さく抑えることができる。そして、レーザビームをデフォーカスしながら照射を停止するので、２周目のレーザ照射による入熱を減らすことができると共に、材料全体の温度を均一化することができ、溶接割れ等の発生を防ぎ、溶接歪み、変形を抑制することができる。しかも、レーザビームのデフォーカスにより、例えば円周溶接の場合に問題となる溶接終端位置でのクレータ処理等を行う必要がなくなり、溶接作業の簡略化を図ることができる。
【００２５】
また、請求項４に記載の発明は、溶接ビードが形成された部位のピーク温度を２周目のレーザ照射工程でオーステナイト化変態点（Ａ1 )よりも低い温度に設定するので、２周目のレーザ照射工程では、所謂焼き戻しと同様な熱処理を行うことができ、内部応力の除去、硬さの抑制、割れ防止等を図り、溶接個所に強靭性を与えることができる。
【００２６】
また、請求項５に記載の発明は、２周目のレーザ照射工程において溶接ビードが形成された部位の温度を、マルテンサイト変態開始点（Ｍs )よりも高いピーク温度に設定するので、溶接ビードの部分を徐冷して、組織がマルテンサイト化するのを抑えることができ、溶接割れ等を防止して信頼性を向上することができる。
【００２７】
さらに、請求項６に記載の発明は、２周目のレーザ照射工程において溶接ビードが形成された部位のピーク温度を、オーステナイト化変態点（Ａ1 )よりも低い温度で、かつマルテンサイト変態開始点（Ｍs )よりも高いピーク温度に設定するので、溶接ビードの部分を徐冷して、組織がマルテンサイト化するのを抑えることができ、溶接割れ等を防止して信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態によるレーザ溶接方法を、その適用対象として建設機械（油圧ショベル）を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２９】
ここで、図１ないし図７は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は建設機械としての油圧ショベルで、該油圧ショベル１は、自走可能な装軌式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、上部旋回体３の前部側に俯仰動可能に設けられたオフセットブーム式の作業装置４とにより大略構成されている。
【００３０】
この場合、作業装置４は、上部旋回体３に俯仰動可能に取付けられたロアブーム５と、このロアブーム５の先端部に左，右方向に揺動可能に取付けられたアッパブーム６と、このアッパブーム６の先端部に左，右方向に揺動可能に取付けられたアームステー７と、このアームステー７に俯仰動可能に取付けられた後述のアーム１１と、このアーム１１の先端部に回動可能に取付けられた作業具としてのバケット８とにより大略構成されている。そして、ロアブーム５、アッパブーム６およびアーム１１は、建設機械用の作業腕を構成するものである。
【００３１】
また、オフセットブーム式の作業装置４にあっては、ロアブーム５の先端部とアームステー７との間にリンクロッド（図示せず）が左，右方向に回動可能に連結して設けられている。そして、このリンクロッドは、ロアブーム５、アッパブーム６、アームステー７と共に平行リンクを構成し、この平行リンクによってアーム１１とロアブーム５とが常に平行な状態を保持する構成となっている。
【００３２】
また、上部旋回体３とロアブーム５との間には、ブームシリンダ５Ａが設けられ、アームステー７とアーム１１との間には、アームシリンダ７Ａが設けられ、アーム１１とバケット８との間には、バケットリンク９，１０を介してバケットシリンダ８Ａが設けられている。
【００３３】
１１は油圧ショベル１の作業腕を構成する作業装置４のアームで、このアーム１１は、図２に示すように左，右のウェブ１２（一方のみ図示）と、上，下のフランジ１３，１４とからなる合計４枚の板材（鋼板）を用いて横断面が四角形状をなす閉断面の溶接構造体として形成されている。
【００３４】
ここで、左，右のウェブ１２には、長さ方向の一側（基端側）に斜めに傾斜したカット部１２Ａが形成され、このカット部１２Ａには、後述の補強板１７がレーザ溶接等の手段で接合される。また、ウェブ１２の他側（先端側）には、後述のボス１９が接合される半円形状の切欠き部１２Ｂと、後述のボス２０が挿通状態で接合される円形の挿通穴部１２Ｃとが設けられている。
【００３５】
そして、アーム１１の基端側（長さ方向の一側）には、後述の補強板１７を下側のフランジ１４との間で挟むように閉塞板１５が設けられ、この閉塞板１５は、アーム１１の一側を閉塞するため各ウェブ１２、上側のフランジ１３および補強板１７の端部に溶接により接合されている。
【００３６】
また、上側のフランジ１３と閉塞板１５との外側面には、シリンダブラケット１６が溶接により接合して設けられ、このシリンダブラケット１６には、図１に示す如くアームシリンダ７Ａの先端部がピン結合されると共に、バケットシリンダ８Ａの基端部がピン結合されるものである。
【００３７】
１７はアーム１１の基端側にボス１８を取付けるための補強板で、該補強板１７は、図２に示すように略三角形状の板材（鋼板）を用いて形成され、その周囲は、ウェブ１２のカット部１２Ａ、下側のフランジ１４、閉塞板１５およびボス１８の外周にそれぞれ溶接により接合されている。そして、このボス１８には、図１に示すアームステー７が回動可能にピン結合されるものである。
【００３８】
この場合、補強板１７は、ウェブ１２よりも厚肉の板材により形成され、アーム１１のウェブ１２、下側のフランジ１４および閉塞板１５に対するボス１８の接合強度等を高めると共に、下側のフランジ１４と閉塞板１５との間でボス１８を補強する機能を有するものである。
【００３９】
１９はアーム１１の先端（長さ方向の他側）に設けられた他のボスで、該ボス１９は、左，右のウェブ１２の切欠き部１２Ｂ、上，下のフランジ１３，１４の先端にそれぞれ溶接により固着されている。そして、ボス１９には、図１に示すバケット８が回動可能にピン結合されるものである。
【００４０】
２０はアーム１１の先端側に設けられた別のボスで、該ボス２０は、アーム１１内を左，右方向に貫通して延び、その両端側が左，右のウェブ１２の挿通穴部１２Ｃに後述のレーザ溶接により接合されるものである。そして、このボス２０には、図１に示すバケットリンク９の一側が回動可能にピン結合されるものである。
【００４１】
ここで、ボス２０は、例えば図３に示す如く中心線Ｏ−Ｏに対し半径Ｒの外径寸法をもった円筒状の筒体として形成され、円形の輪郭を有した一側部材を構成するものである。そして、このボス２０は、相手方部材となるウェブ１２の挿通穴部１２Ｃ内に図３に示す如く挿通した状態で、両者の間には後述のレーザビーム２２を用いた円周溶接が施される。これにより、ボス２０は、ウェブ１２の挿通穴部１２Ｃに全周にわたって接合されるものである。
【００４２】
２１は本実施の形態で用いたレーザ溶接機で、このレーザ溶接機２１は、レーザ発振器（図示せず）から出射されたレーザ光を、集光レンズ、反射鏡等の集光装置（図示せず）により微小な面積範囲に集光させつつ、この集光したレーザビーム２２を図３に示すように溶接対象物（ウェブ１２とボス２０との間）に向けて照射するものである。
【００４３】
また、レーザ溶接機２１は、ボス２０の外周側で後述の照射軌跡２３，２５に沿って移動され、１周目，２周目のレーザ照射工程を実行するものである。なお、ウェブ１２とボス２０との間のレーザ溶接部には、必要に応じてフィラワイヤ等の溶加材を供給する構成としてもよいものである。
【００４４】
本実施の形態によるレーザ溶接方法が適用される油圧ショベル１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００４５】
まず、例えば作業現場等で油圧ショベル１（車両）を路上走行するときには、下部走行体２を走行駆動することによって車両を前進または後進することができる。また、上部旋回体３を下部走行体２上で旋回駆動することにより、作業装置４の方向を適宜に変えることができる。
【００４６】
そして、オフセットブーム式の作業装置４により土砂等の掘削作業を行うときには、ブームシリンダ５Ａ、アームシリンダ７Ａおよびバケットシリンダ８Ａを伸縮させることにより、作業装置４のロアブーム５、アーム１１およびバケット８を作動させ、このバケット８によって掘削作業を行うことができる。
【００４７】
また、オフセットブーム式の作業装置４は、オフセットシリンダ（図示せず）を伸縮させることにより、ロアブーム５に対してアッパブーム６を左，右に回動することができ、アーム１１をロアブーム５に対し左，右に平行移動させた状態で、例えば側溝堀り作業等を容易に行うことができる。
【００４８】
さらに、図１に示すように作業装置４のロアブーム５を上方に大きく仰動し、アーム１１およびバケット８をロアブーム５側に折り畳むように回動した状態では、作業装置４全体を上部旋回体３の旋回半径内に収めることができ、狭い作業現場でも周囲の障害物等に接触することなく、土砂等の掘削作業を円滑に行うことができる。
【００４９】
次に、本実施の形態で採用したレーザ溶接方法について、アーム１１のウェブ１２とボス２０との溶接部（接合部位）を例に挙げ、図３ないし図７を参照して説明する。
【００５０】
まず、一側部材であるボス２０を、図３に示す如く相手方部材となるウェブ１２の挿通穴部１２Ｃ内に挿通した状態で、レーザ溶接機２１をレーザ照射の開始点（図３中の点ＰA ）に配置し、この点ＰA の位置でレーザ溶接機２１から真下に向けてレーザビーム２２を照射しつつ、このレーザビーム２２をボス２０の輪郭に沿って１周する位置まで連続的に移動させる（１周目のレーザ照射工程）。
【００５１】
この場合、レーザ溶接機２１のレーザビーム２２は、図３に示すように中心線Ｏ−Ｏの周囲で半径Ｒの照射軌跡２３に沿って点ＰA ，ＰB ，ＰC ，ＰD へと移動され、最後に点ＰA の位置に戻った段階で、ボス２０の輪郭（全周）にわたった円周溶接による溶接ビード２４を図４、図５に示す如く形成する。
【００５２】
ここで、点ＰB は、開始点である点ＰA から照射軌跡２３に沿って９０度だけ離間した位置にあり、点ＰC は、点ＰA から照射軌跡２３に沿って１８０度だけ離間した位置にあり、点ＰD は、点ＰA から照射軌跡２３に沿って２７０度だけ離間した位置にある。そして、レーザビーム２２が再び点ＰA の位置まで１周し、全周（３６０度）にわたる溶接ビード２４を形成した段階が、１周目のレーザ照射工程に相当するものである。
【００５３】
次に、２周目のレーザ照射工程では、レーザ溶接機２１によるレーザビーム２２の照射を停止することなく、レーザビーム２２のパワーを１周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら照射軌跡２５に沿ってレーザ照射を行い、２周目の終了位置（図３中の点ＰE ）でレーザビーム２２の照射を停止するものである。
【００５４】
この場合、２周目の照射軌跡２５は、１周目の照射軌跡２３よりも大なる円軌道を描くように、図４に示す溶接ビード２４の輪郭に沿って溶接ビード２４の位置よりも外側位置にレーザビーム２２を照射するものである。そして、２周目のレーザ照射工程では、レーザビーム２２のパワーを照射軌跡２５に沿って徐々に下げながら、終了位置となる点ＰE でレーザビーム２２の照射を停止する。
【００５５】
これにより、例えばレーザ照射の開始点である点ＰA の温度分布を調べてみると、点ＰA の位置における溶接ビード２４の温度は、図６中に示す特性線２６のように制御され、１周目のレーザ照射を開始した後に溶接ビード２４の照射位置が点ＰA から照射軌跡２３に沿って９０度の位置（例えば、図３中の点ＰB ）に達する間にオーステナイト化変態点（Ａ1 )よりも高い温度まで一旦は上昇する。
【００５６】
そして、溶接ビード２４の照射位置が２７０度の位置（図３中の点ＰD ）に達する間に、点ＰA の位置における溶接ビード２４の温度は、マルテンサイト変態開始点（Ｍs )に近付くように低下する。しかし、１周目のレーザ照射に続いて２周目のレーザ照射を行うことにより、溶接ビード２４の温度（点ＰA の位置における温度）は再び上昇し、ピーク温度Ｔ1 に達した後に徐々に温度が低下される。
【００５７】
この場合、２周目のレーザ照射では、レーザビーム２２のパワーを１周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら、レーザビーム２２を溶接ビード２４の位置よりも外側位置（図４に示す照射軌跡２５）に沿って照射するため、２周目のレーザ照射によって溶接ビード２４の温度（ピーク温度Ｔ1 ）を、オーステナイト化変態点（Ａ1 )よりも低い温度に設定することができる。
【００５８】
また、２周目のレーザ照射によって溶接ビード２４の温度（ピーク温度Ｔ1 ）を、マルテンサイト変態開始点（Ｍs )よりも高い温度に設定することができる。このため、ウェブ１２の挿通穴部１２Ｃとボス２０との間に形成する溶接ビード２４の組織がマルテンサイト化するのを抑えることができ、所謂低温割れ等の発生を防ぐことができる。
【００５９】
また、図４中に示す点ＰB ，ＰC ，ＰD の位置においても溶接ビード２４の温度を、図７中に示す特性線２７，２８，２９のように制御することができる。即ち、溶接ビード２４の温度は、点ＰB の位置で図７中に一点鎖線で示す特性線２７の如く制御され、点ＰC の位置では図７中に二点鎖線で示す特性線２８の如く制御され、点ＰD の位置では図７中に破線で示す特性線２９の如く制御される。
【００６０】
このように、２周目のレーザ照射では、レーザビーム２２のパワーを１周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら、レーザビーム２２を溶接ビード２４の位置よりも外側位置（図４に示す照射軌跡２５）に沿って照射するため、例えば点ＰB の位置において溶接ビード２４は、特性線２７の如く角度４５０度と５４０度の間でピーク温度Ｔ2 となり、このピーク温度Ｔ2 を、点ＰA のピーク温度Ｔ1 よりも低い温度（Ｔ2 ＜Ｔ1 ）に設定することができる。
【００６１】
また、点ＰC の位置において溶接ビード２４は、特性線２８の如く角度５４０度を少し過ぎた段階でピーク温度Ｔ3 となり、このピーク温度Ｔ3 を、点ＰA ，ＰB のピーク温度Ｔ1 ，Ｔ2 よりも低い温度（Ｔ3 ＜Ｔ2 ＜Ｔ1 ）に設定することができる。また、これらの点ＰB ，ＰC  の位置でのピーク温度Ｔ2 ，Ｔ3 を、マルテンサイト変態開始点（Ｍs )よりも高い温度に設定することができる。
【００６２】
そして、２周目のレーザ照射が、例えば角度５５０度の位置を過ぎ、レーザ照射を停止させる角度７２０度（図４中の点ＰE ）の位置となるまでの間には、点ＰA 〜ＰD にわたる溶接ビード２４の温度を、特性線２６〜２９に示す如くマルテンサイト変態開始点（Ｍs )よりも徐々に低い温度となるようにほぼ均一化して低下させ、ボス２０の全周にわたる溶接ビード２４の部分を徐々に冷却（徐冷）することができる。
【００６３】
かくして、本実施の形態によれば、１周目のレーザ照射工程において、半径Ｒの円筒部材からなるボス２０の輪郭（照射軌跡２３）に沿ってレーザビーム２２を１周する位置まで照射することにより、ウェブ１２の挿通穴部１２Ｃとボス２０との間に全周にわたった溶接ビード２４を形成することができる。
【００６４】
そして、この場合には、レーザ溶接機２１によるレーザビーム２２のスポット径を小さく絞ることにより、そのエネルギ密度をアーク溶接等に比較して１０〜１００倍程度まで増大させることができ、溶接ビード２４の幅を小さくして深い溶込みを得ることができるものである。
【００６５】
また、その後にレーザビーム２２の照射を停止することなく行う２周目のレーザ照射工程では、ボス２０にレーザビーム２２を照射することなく、溶接ビード２４の位置よりも外側位置となる照射軌跡２５に沿ってレーザビーム２２を照射することにより、溶接ビード２４の外側に位置する部位（ウェブ１２の挿通穴部１２Ａの周囲）を加熱でき、ウェブ１２側の温度を上昇させることができる。
【００６６】
しかも、２周目のレーザ照射工程では、レーザビーム２２のパワーを１周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら溶接ビード２４の輪郭に沿ってレーザ照射を行い、２周目の終了位置（点ＰE の位置）でレーザ照射を停止するため、ウェブ１２とボス２０との温度差を縮め、溶接ビード２４の内側と外側との温度分布を同等にできると共に、溶接ビード２４の周方向においても図７中の特性線２６，２７，２８，２９に示す如く温度の均一化を図ることができる。
【００６７】
即ち、従来のレーザ溶接方法では、溶接ビードの部分が急冷され、その組織がマルテンサイト化して割れ易い傾向にあった。しかし、本実施の形態では、溶接ビード２４の外側に位置する挿通穴部１２Ａの周囲を２周目のレーザ照射で再加熱することにより、溶接ビード２４の内側と外側との温度分布を同等にして、両者の冷却速度を遅くすることができる。
【００６８】
このため、溶接ビード２４の部分は徐冷され、組織がマルテンサイト化するのを抑えることができ、溶接ビード２４の部分に割れ等が発生するのを防止できる。そして、２周目のレーザ照射ではレーザビーム２２のパワーを徐々に小さくするので、溶接ビード２４の全周にわたって冷却速度にばらつきが生じるのを小さく抑えることができると共に、２周目のレーザ照射による入熱を減らすことができ、溶接歪み、変形を抑制することができ、割れ等の発生を防ぐことができる。
【００６９】
従って、本実施の形態によれば、ウェブ１２の挿通穴部１２Ｃとボス２０との間に全周にわたって溶接ビード２４を形成する所謂円周溶接においても、溶接ビード２４の途中部分等に割れが発生するのを防止でき、円周溶接の信頼性を向上することができる。
【００７０】
次に、図８は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７１】
しかし、本実施の形態の特徴は、２周目のレーザ照射工程において、レーザビーム３１を１周目のレーザ照射よりもデフォーカスしながら溶接ビード２４の位置よりも外側位置の照射軌跡３２に沿ってレーザ照射を行い、２周目の終了位置（図８中の点ＰE の位置）でレーザ照射を停止するようにしたことにある。
【００７２】
ここで、２周目のレーザ照射に用いるレーザビーム３１は、１周目のレーザ照射よりも徐々にデフォーカスされることによって、そのビーム径が点ＰA の近傍位置ではビーム径３１Ａとなり、点ＰB の近傍位置ではビーム径３１Ｂとなる。そして、点ＰC の近傍位置ではビーム径３１Ｃとなり、点ＰD の近傍位置ではビーム径３１Ｄとなり、さらに２周目の終了位置である点ＰE の位置ではビーム径３１Ｅとなる。
【００７３】
このように、２周目のレーザ照射に用いるレーザビーム３１は、照射軌跡３２に沿って徐々にデフォーカスされることにより、ビーム径３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅの順番で漸次大きくなるように制御されるものである。
【００７４】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができ、溶接ビード２４の内側と外側とで温度分布をほぼ等しくできる上に、溶接ビード２４の周方向においても温度の均一化を図ることができ、冷却速度のばらつきを小さく抑えることができる。
【００７５】
特に、本実施の形態では、２周目のレーザ照射に用いるレーザビーム３１を照射軌跡３２に沿って徐々にデフォーカスし、そのビーム径３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅを漸次大きくするので、２周目のレーザ照射による入熱を減らすことができると共に、材料全体の温度を均一化することができ、溶接割れ等の発生を防ぎ、溶接歪み、変形を抑制することができる。
【００７６】
しかも、レーザビーム３１のデフォーカスにより、例えば円周溶接の場合に問題となる溶接終端位置（例えば、点ＰA ，Ｅの位置）で、２重にレーザが照射されるためのクレータ処理等を特別に行う必要がなくなり、溶接作業の簡略化を図ることができる。
【００７７】
次に、図９は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７８】
しかし、本実施の形態の特徴は、アーム１１の基端側にボス１８を取付けるための補強板１７を、ウェブ１２のカット部１２Ａ、下側のフランジ１４、閉塞板１５およびボス１８の外周にそれぞれレーザ溶接により接合する構成としたことにある。
【００７９】
この場合、補強板１７は、溶接対象の一側部材となり、相手方部材は、ウェブ１２のカット部１２Ａ、下側のフランジ１４、閉塞板１５およびボス１８により構成されるものである。そして、補強板１７は、図９に示すように略三角形状の板材（鋼板）を用いて形成され、その周囲には、１周目のレーザ照射により直線状の溶接ビード部４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｄと円弧状の溶接ビード部４１Ｃとが形成されている。
【００８０】
即ち、直線状の溶接ビード部４１Ａは、ウェブ１２のカット部１２Ａと補強板１７との間を接合し、溶接ビード部４１Ｂは、下側のフランジ１４と補強板１７との間を接合するものである。また、円弧状の溶接ビード部４１Ｃは、ボス１８と補強板１７との間を円弧状に接合するものであり、直線状の溶接ビード部４１Ｄは、閉塞板１５と補強板１７との間を直線状に接合するものである。
【００８１】
ここで、１周目のレーザ照射工程では、図９中に矢印で示すように直線状の溶接ビード部４１Ａ，４１Ｂ、円弧状の溶接ビード部４１Ｃ、直線状の溶接ビード部４１Ｄの順番で、補強板１７の輪郭（周囲）にわたってレーザビーム（図示せず）を照射する。
【００８２】
そして、２周目のレーザ照射工程では、溶接ビード部４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄの外側となる位置に沿って、前述した第１または第２の実施の形態とほぼ同様にレーザビームを照射し、２周目の終了位置でレーザビームの照射を停止するものである。
【００８３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１，第２の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができ、例えば略三角形状をなす補強板１７の周囲を、ウェブ１２のカット部１２Ａ、下側のフランジ１４、ボス１８および閉塞板１５に対して全周にわたり接合することができる。
【００８４】
なお、前記第１の実施の形態では、円筒状のボス２０をウェブ１２の挿通穴部１２Ｃ内に円周溶接する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１０に示す第１の変形例のように、円形の一側部材５１を相手方部材５２にレーザ溶接する場合に適用してもよい。
【００８５】
また、例えば図１１に示す第２の変形例のように、四角形状をなす一側部材６１を相手方部材６２にレーザ溶接する場合等に適用してもよい。さらに、一側部材は、三角形、五角形、六角形または楕円形等の非円形状をなす部材であってもよいものである。
【００８６】
また、前記第１の実施の形態では、２周目のレーザ照射を点ＰE の位置（例えば、７２０度の位置）で停止する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば２周目のレーザ照射を点ＰE の位置よりも前，後にずらすようにし、開始点となる点Ａの位置から、例えば７００〜７５０度程度となる位置で２周目のレーザ照射を停止しても、溶接ビードに対する徐冷効果を発揮できるものである。そして、この点は前記第２，第３の実施の形態（変形例１，２）についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるレーザ溶接方法が適用される油圧ショベルを示す正面図である。
【図２】図１中のアームを拡大して示す正面図である。
【図３】図２中のウェブにボスをレーザ溶接する状態を示す斜視図である。
【図４】図３中のボスとウェブとの溶接部を拡大して示す正面図である。
【図５】ボスとウェブとの溶接部を図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた断面図である。
【図６】円周溶接による溶接ビードの温度分布を示す特性線図である。
【図７】円周溶接による溶接ビードの温度分布を周方向の複数箇所でそれぞれ示す特性線図である。
【図８】第２の実施の形態によるレーザビーム等を示す図４と同様位置での正面図である。
【図９】第３の実施の形態による補強板の溶接ビード部等を示す図２中の要部拡大図である。
【図１０】第１の変形例を示す図４に対応した位置での正面図である。
【図１１】第２の変形例を示す図４に対応した位置での正面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  油圧ショベル（建設機械）
４  作業装置
１１  アーム
１２  ウェブ（相手方部材）
１２Ｃ  挿通穴部
１３  上側のフランジ
１４  下側のフランジ
１５  閉塞板
１７  補強板（一側部材）
１８  ボス
２０  ボス（一側部材）
２１  レーザ溶接機
２２，３１  レーザビーム
２３，２５，３２  照射軌跡
２４  溶接ビード
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ  ビーム径
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ  溶接ビード部
５１，６１  一側部材
５２，６２  相手方部材
【図１】
2007090402.tif 000003
【図２】
2007090402.tif 000004
【図３】
2007090402.tif 000005
【図４】
2007090402.tif 000006
【図５】
2007090402.tif 000007
【図６】
2007090402.tif 000008
【図７】
2007090402.tif 000009
【図８】
2007090402.tif 000010
【図９】
2007090402.tif 000011
【図１０】
2007090402.tif 000012
【図１１】
2007090402.tif 000013