(57)【要約】【課題】溶接ビードにアンダーフィルが生じることを抑制可能なレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】板状ワークのレーザ溶接方法であって、被溶接部材に対して溶接すべきワークＷに傾斜面部を形成する工程と、ワークＷの前記傾斜面のレーザ切断を行って、当該ワークの接合平面５の一側に、鋭角の突出縁７を形成する工程と、前記ワークの接合平面５を被溶接部材１の突合せ面３に突合せ、前記突出縁７を前記被溶接部材１の一側面から突出した状態に配置する工程と、前記突出縁７にレーザ光を照射して、前記ワークＷと前記被溶接部材１とをレーザ溶接する工程、の各工程を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状ワークのレーザ溶接方法であって、
（ａ）溶接すべきワークに傾斜面部を形成する工程、
（ｂ）ワークの前記傾斜面部のレーザ切断を行って、当該ワークの接合平面の一側に、鋭角の突出縁を形成する工程、
（ｃ）前記ワークの接合平面を被溶接部材の突合せ面に突合せ、前記突出縁を前記被溶接部材の一側面から突出した状態に配置する工程、
（ｄ）前記突出縁にレーザ光を照射して、前記ワークと前記被溶接部材とをレーザ溶接する工程、
の各工程を備えていることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
板状ワークのレーザ溶接方法であって、
（ａ）溶接すべきワークを当該ワークの幅方向又は板厚方向から圧縮して、当該ワークの一部に、板厚をより厚くする方向の突条部を形成する工程、
（ｂ）前記突条部に沿ってレーザ切断を行って当該ワークの接合平面の一側に突出縁を形成する工程、
（ｃ）前記ワークの接合平面を被溶接部材の突合せ面に突合せ、前記突出縁を前記被溶接部材の一側面から突出した状態又は前記突出縁を前記被溶接部材の一側面から突出しない状態に配置する工程、
（ｄ）前記突出縁にレーザ光を照射して、前記ワークと前記被溶接部材とをレーザ溶接する工程、
の各工程を備えていることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ溶接方法において、前記レーザ光の焦点位置は、前記被溶接部材の表面とし、かつレーザ光のねらい位置は、前記突出縁の位置とすることを特徴とするレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状のワークのレーザ溶接方法に係り、さらに詳細には、ワークの突合せ溶接部にアンダーフィルが生じることを抑制することのできるレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、板状のワークの、例えばＩ型突合せ継手などのレーザ溶接を行う場合、溶接ビードの幅が小さく、母材（ワーク）に対する熱影響範囲が小さいものである。上述のように、溶接ビードの幅が小さいものであるから、すなわちレーザ溶接時における金属の溶融量が少ないのである。そして、レーザ溶接時には、スパッタが発生する。したがって、ワークの突合せ間隙（クリアランス）を埋めるための溶融金属が少なくなり、溶接ビードの上面にアンダーフィル（窪み）を生じることがある。
【０００３】
前記アンダーフィルの発生を防止するために、例えばワイヤ送給装置を使用することがある。この場合、構成が複雑になる。そこで、板状のワークの端面の両側縁部に肉盛部（突出縁）を形成する加工を行った後に、ワークの突合せ溶接を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−７１７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載の構成は、外周面の中央部に、断面形状が三角形状の環状の突部を備えたローラにおける前記突部を、板状のワークの切断端面に加圧する。そして、切断端面を押潰し乍ら転動することによって、切断端面の両側縁部に肉盛（突出縁）を形成する構成である。したがって、ワークの切断端面を突合せると、両側に肉盛が突出した形態となる。よって、前記肉盛部へレーザ光を照射してワークのレーザ溶接を行うと、前記肉盛部の溶融金属が、ワークの突合せ面の間隙を埋めることとなり、溶接ビードの上面にアンダーフィルを生じることが抑制されることになる。
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の構成は、ローラに備えた環状の突部をワークの端面に押圧し、端面を押し潰すことによって両側縁部に肉盛を形成するものであるから、ワークが薄板になると、前記肉盛の形成加工が難しいものである。また、ローラにおける環状の突部をワーク端面に押圧し押し潰して肉盛を形成するものであるから、ワーク端面の板厚方向の中央部には、前記突部の跡として幅方向に長い窪みを生じることになる。
【０００７】
したがって、ワーク端面を突合せてレーザ溶接を行う場合、突合せ継手における継合せ面のクリアランスのみならず、ワーク端面の突合せ部に形成される幅方向の前記窪みをも、溶融金属で埋める必要がある。すなわち、前記ワーク端面の突合せは、平面同士を突合せる構成でないので、前記肉盛を大きく突出形成する必要があり、ワーク端面（突合せ端面）の加工が厄介なものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、板状ワークのレーザ溶接方法であって、
（ａ）溶接すべきワークに傾斜面部を形成する工程、
（ｂ）ワークの前記傾斜面部のレーザ切断を行って、当該ワークの接合平面の一側に、鋭角の突出縁を形成する工程、
（ｃ）前記ワークの接合平面を被溶接部材の突合せ面に突合せ、前記突出縁を前記被溶接部材の一側面から突出した状態に配置する工程、
（ｄ）前記突出縁にレーザ光を照射して、前記ワークと前記被溶接部材とをレーザ溶接する工程、
の各工程を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、板状ワークのレーザ溶接方法であって、
（ａ）溶接すべきワークを当該ワークの幅方向又は板厚方向から圧縮して、当該ワークの一部に、板厚をより厚くする方向の突条部を形成する工程、
（ｂ）前記突条部に沿ってレーザ切断を行って当該ワークの接合平面の一側に突出縁を形成する工程、
（ｃ）前記ワークの接合平面を被溶接部材の突合せ面に突合せ、前記突出縁を前記被溶接部材の一側面から突出した状態又は前記突出縁を前記被溶接部材の一側面から突出しない状態に配置する工程、
（ｄ）前記突出縁にレーザ光を照射して、前記ワークと前記被溶接部材とをレーザ溶接する工程、
の各工程を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
そして、前記レーザ溶接方法において、前記レーザ光の焦点位置は、前記被溶接部材の表面とし、かつレーザ光のねらい位置は、前記突出縁の位置とすることが好ましいものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、板状のワークのレーザ溶接を行う際、ワークの突合せ面（接合平面）の一側に突出縁を容易に形成することができると共に、前記突合せ面を容易に平面に加工することができるものである。そして、レーザ溶接後には、溶接ビードの表面にアンダーフィルが生じることを抑制できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ溶接を行う場合の、溶接継手（突合せ継手）の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレーザ溶接を行う場合の、溶接継手（突合せ継手）の構成を示す説明図である。
【図３】図１に示したワークの溶接継手を形成する場合の説明図である。
【図４】図２に示したワークの溶接継手を形成する場合の説明図である。
【図５】溶接継手がＴ字継手の場合を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１を参照するに、図１（Ａ）には、紙面に対して垂直方向に長い被溶接部材としての母材１が例示してある。そして、この母材（被溶接部材）１に対して溶接すべきワークＷには、前記母材１の突合せ面３に接合する接合平面５が形成してある。前記ワークＷの接合平面５の一側（上側）には、前記接合平面５の全長に亘って突出縁７が形成してある。この突出縁７がワークＷの上面ＷＵから突出した形状は、断面形状が三角形状であって、先端縁７Ｅは鋭角に形成してある。前記ワークＷの接合平面５は、レーザ切断加工によって形成してあって、一般的なシャー切断の場合に比較してダレ面がなく、良好な平滑面に形成してある。
【００１４】
前記突出縁７は、母材１の突合せ面３とワークＷの接合面５とを接合してレーザ溶接を行う際に、溶接ビードの上面に生じる傾向にあるアンダーフィル（窪み）を補う体積（容積）を有するものである。ところで、母材１の突合せ面３とワークＷの接合平面５との間のギャップＧは、ワークＷを切断したときの切断精度の影響を受けるものであり、例えばシャーによって剪断すると、ギャップＧが大きくなるので、シャーによる剪断面をそのまま接合平面として使用することは好ましくないものである。なお、前記ギャップＧは０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１５】
前記母材１とワークＷとのレーザ溶接を行うには、治具（図示省略）を用いて、母材１の突合せ面３にワークＷの接合平面５を突合せると共に、母材１の上面１ＵとワークＷの上面ＷＵとが一致するように位置決めする。そして、前記レーザ溶接を行う際のレーザ光ＬＢのねらい位置（レーザ光の照射位置）は、前記母材１の突合せ面３とワークＷの接合平面５とを接合した接合位置又は上記接合位置から、例えば０〜０．５ｍｍの範囲で僅かにワークＷ側へ偏倚した片寄り位置とする。そして、レーザ光ＬＢの焦点位置Ｐは、母材１の上面１Ｕの位置又は上面１Ｕから僅かに下側の位置（母材１の内部の位置）として、レーザ溶接を行う。
【００１６】
上述のように、レーザ光ＬＢを照射して母材１とワークＷとのレーザ溶接を行うと、ワークＷの突出縁７がレーザ光ＬＢによって溶融される。また、レーザ光ＬＢの照射によって、母材１の突合せ面３とワークＷの接合平面５との接合部が溶融されると共に、スパッタを発生する。そして、溶融した金属は、母材１の突合せ面３とワークＷの接合平面５との間の微少なギャップＧを埋めるように流れる。
【００１７】
したがって、母材１とワークＷとを溶接した溶接ビードの上面に窪み（アンダーフィル）を生じる傾向にある。しかし、上記レーザ溶接においては、ワークＷの上面ＷＵから突出した状態にある突出縁７が溶融されて流れるので、前記アンダーフィルを埋めることになる。よって、溶接ビードの上面にアンダーフィルが生じることを防止できるものである。
【００１８】
ところで、前述のごとくレーザ溶接を行う際、レーザ光ＬＢのねらい位置を、母材１とワークＷとの接合位置又は上記接合位置からワークＷ側へ僅かに偏倚した位置であり、かつレーザ光ＬＢの焦点位置Ｐが母材１の上面１Ｕ又は上面１Ｕから僅かに下側の位置であることにより、前記突出縁７全体を溶融することができると共に、深い溶込みを得ることができ、良好なレーザ溶接を行い得るものである。
【００１９】
図１（Ｂ）は、同一形状に形成したワークＷの接合平面５を互に突合せ接合してレーザ溶接を行う場合の継手構成である。この場合、レーザ光ＬＢのねらい位置は、両ワークＷの突出縁７を均等に溶融すべく、各ワークＷを接合した接合平面５の位置である。そして、レーザ光ＬＢの焦点位置Ｐは、ワークＷの上面ＷＵ又は上面より僅かに下側の位置である。この場合においても、ビード上面にアンダーフィルが生じることを防止できるものである。
【００２０】
図２（Ａ），（Ｂ）は、ワークＷにおける接合平面５の両側に突出縁７を形成した場合を示すもので、前述した実施形態における構成と同一機能を奏する構成要素には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。
【００２１】
ところで、図１に示した前記ワークＷは、次のようにして製作されるものである。すなわち、図３に示すように、傾斜面９の両側に平面１１を備えた上下の金型１３Ｕ，１３Ｌの間にワークＷを挟圧して、ワークＷに傾斜面部１５を形成する。そして、ワークＷを上下の金型１３Ｕ，１３Ｌの間から取り出した後、ワークＷの平面部１７に対して垂直方向のレーザ光ＬＢを前記傾斜面部１５に照射して、傾斜面部１５のレーザ切断加工を行う。上述のように、傾斜面部１５のレーザ切断加工を行うと、ワークＷに突出縁７が形成されるものである。
【００２２】
上記説明から既に理解されるように、ワークＷの折曲げ位置１８から前記レーザ光ＬＢによる切断位置を種々調節することにより、前記突出縁７の突出高さ（レーザ溶接時に溶融すべき体積）を種々調節できるものである。したがって、ワークＷの板厚、材質に対応して、前記折曲げ位置１８からレーザ光ＬＢの照射位置（切断位置）のデータをデータベース化しておくことにより、突出縁７を常に適正な突出高さ（突出体積）に保持して切断できることになる。換言すれば、ワークＷのレーザ溶接を行う場合、溶接ビードにアンダーフィルを生じることなく常に良好なレーザ溶接を行うことができるものである。
【００２３】
ところで、ワークＷのレーザ溶接を行うに際し、ワークＷに突出縁７を形成するために、ワークＷに傾斜面部１５を形成し、この傾斜面部１５をレーザ切断するものであるから、上下の金型１３Ｕ，１３Ｌとしては、図３（Ｂ）に示すように、ワークＷの一端側に傾斜面部１５を形成するための傾斜面９，９を備えた構成とすることができる。すなわち、ワークＷの傾斜面部１５の幅寸法を小さく抑えて無駄を少なくすることができる。
【００２４】
図４は、図２に示したワークＷのように、接合平面５の両側に突出縁７を備えたワークを形成する場合に使用する上下の金型１９Ｕ，１９Ｌの形態を例示するものである。図４に示すように、上下の金型１９Ｕ，１９Ｌの互に対向面には、断面形状がほぼ半円形状の膨張凹部２１が形成してある。上記金型１９Ｕ，１９Ｌにおいて、図４（Ａ）に示す構成においては並列して備えた膨張凹部２１の間には、上下の金型１９Ｕ，１９ＬでもってワークＷを挟み込むとき、ワークＷを強固に押圧する押圧突出部２３が上下に対向して備えられている。
【００２５】
上記構成において、上下の金型１９Ｕ，１９ＬでもってワークＷを挟み込むとき、先ず、押圧突出部２３でもってワークＷを板厚方向に強力に加圧（圧縮）するので、ワークＷの加圧された部分の金属は、両側の膨張凹部２１側へ流動する。上述のように、上下の金型１９Ｕ，１９ＬでもってワークＷの中央部を強固に加圧した状態にあるとき、ワークＷをワークＷの幅方向（矢印Ａ方向）に加圧すると、ワークＷの膨張凹部２１に対応した部分に膨らみを生じ、膨張凹部２１の内側形状に対応した膨出部２５を形成することになる。すなわち、ワークＷの一部には、ワークＷの板厚をより厚くする方向の突条部（膨出部２５）が形成されることになる。なお、前記押圧突出部２３による板厚方向の加圧に起因して流動される金属によって膨出部２５が充分に形成される場合には、矢印Ａ方向の加圧を省略することができるものである。
【００２６】
上述のように、ワークＷに膨出部２５を形成した後、ワークＷを上下の金型１９Ｕ，１９Ｌから取り出し、前記膨出部２５にレーザ光ＬＢを照射してレーザ切断を行うことにより、図２に示したごときワークＷが得られるものである。なお、ワークＷの一部に膨出部２５を形成する構成としては、図４（Ｂ）に示すように、ワークＷを上下の金型１９Ｕ，１９Ｌでもって挟持した状態において、ワークＷの端部を矢印Ａ方向に加圧することも可能である。
【００２７】
前述のように、ワークＷに膨出部２５を形成した後、前記膨出部２５をレーザ切断するに際し、レーザ切断位置を図４において左右方向に調節することにより、ワークＷから突出した突出縁７の体積（容積）を調節することができるものである。したがって、ワークＷの板厚、材質に対応して、前記膨出部２５の膨出端（膨出部２５とワークＷの平面の接続部）２５Ｅからレーザ切断位置までのデータをデータベース化しておくことにより、ワークＷにおける接合平面５の両側の突出縁７の突出量（突出体積）を調節することができる。よって、ワークＷのレーザ溶接を行うときに、溶接ビードにアンダーフィルが生じることを抑制できるものである。
【００２８】
図５は、母材１とワークＷとの溶接継手の構成をＴ字継手とした場合の構成を示すもので、前述した実施形態の構成と同一機能を奏する構成要素には、同一符号を付して重複した説明は省略する。この構成においては、ワークＷの突出縁７は母材（溶接部材）１の一側面から突出した状態、又は前記突出縁７を母材１の一側面から突出しない状態、すなわち、図５に示したごとく、ワークＷの接合平面５が母材１の突合せ面３に全面的に接触した状態の構成とすることが可能である。この場合、レーザ光ＬＢのねらい位置は、突出縁７の先端付近であって、母材１の突合せ面３及びワークＷの上面ＷＵに対して傾斜した方向からレーザ光ＬＢを照射する。そして、焦点位置は母材１の突合せ面３付近とすることが望ましい。
【００２９】
以上のごとき説明から理解されるように、本実施形態によれば、ワークＷの接合平面５の一側又は両側に突出縁７を形成する場合、ワークＷに形成した傾斜面部１５又は膨出部２５をレーザ切断することによって形成するものである。したがって、ワークＷの接合平面５はレーザ切断された切断面となるものである。よって、ワークＷをシャーによって切断（剪断）する場合に比較して精度のよい切断面とすることができる。
【００３０】
また、前述したように、ワークＷの傾斜面部１５又は膨出部２５のレーザ切断を行うとき、レーザ切断位置を調節することにより、ワークＷの接合平面（レーザ切断面）の側部に残る突出縁７の大きさ（体積）を調節することができる。換言すれば、ワークＷのレーザ溶接を行うと、溶接ビードに生じる傾向にあるアンダーフィルの発生を抑制してレーザ溶接を行うことができることとなり、常に品質のよいレーザ溶接が可能になるものである。
【００３１】
ところで、図３に示したように、ワークＷに傾斜面部１５を形成することや、図４に示したように、ワークＷに膨出部２５を形成することは、例えばパンチプレスによって行うことが可能である。したがって、突出縁７を備えたワークＷの加工は、例えばレーザ・パンチ複合加工機によって行うことができるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１  被溶接部材（母材）
３  突合せ面
５  接合平面
７  突出縁
９  傾斜面
１３Ｕ，１３Ｌ  金型
１８  折曲げ位置
１９Ｕ，１９Ｌ  金型
２３  押圧突出部
２５  膨出部
【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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