(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板に照射する鋼板表面でのレーザビームを溶接線に沿って溶接進行方向前側の前ビーム、中央ビーム、溶接進行方向後側の後ビームの３つに分割し、前ビームスポットと中央ビームスポットの中心間距離及び中央ビームスポットと後ビームスポットの中心間距離を、それぞれ分割前の元ビームの焦点位置でのスポット直径の０．５倍から１．７５倍の範囲とし、前ビームのパワーを前ビーム単独照射時の溶け込み深さが鋼板１枚目の厚さ２５％以上であって鋼板全体を貫通しない範囲のパワーとし、中央ビームのパワーを前ビームと合わせて鋼板全体を貫通できる程度のパワーとし、後ビームのパワーを中央ビームのパワーの０．１倍から１．０倍の範囲とすることを特徴とするめっき鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項２】
前ビームの光軸と中央ビームの光軸が交差しない場合であって、該交差しない両ビームのビームスポット中心間距離が分割前の元ビームの焦点位置でのスポット直径の０．５倍から１．２５倍の範囲である場合に、ビームの焦点位置を鋼板表面より鋼板内部にレンズから焦点位置までの距離の０．５％〜２．５％入った位置に配置することを特徴とする請求項１に記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前ビームの光軸と中央ビームの光軸が交差しない場合であって、該交差しない両ビームのビームスポット中心間距離が分割前の元ビームの焦点位置でのスポット直径の１．２５倍から１．７５倍の範囲である場合に、ビームの焦点位置を鋼板表面より鋼板外側にレンズから焦点位置までの距離の０．５％〜２．５％の位置に配置することを特徴とする請求項１に記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前ビームの光軸と中央ビームの光軸が交差する場合であって、該交差する両ビームのビームスポット中心間距離が分割前の元ビームの焦点位置でのスポット直径の０．５倍から１．２５倍の範囲である場合に、ビームの焦点位置を鋼板表面より鋼板外側にレンズから焦点位置までの距離の０．５％〜２．５％の位置に配置することを特徴とする請求項１に記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前ビームの光軸と中央ビームの光軸が交差する場合であって、該交差する両ビームのビームスポット中心間距離が分割前の元ビームの焦点位置でのスポット直径の１．２５倍から１．７５倍の範囲である場合に、ビームの焦点位置を鋼板表面より鋼板内部にレンズから焦点位置までの距離の０．５％〜２．５％入った位置に配置することを特徴とする請求項１に記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項６】
溶接方向前側のビームであって全体パワーのうち７０％〜３０％に相当する、前ビームの一部若しくは全部のみ、又は前ビームの全部並びに中央ビームの前方側一部若しくは全部のビームを前側のビームといい、それ以外のビームを後側のビームといい、前側のビームに属するビームの焦点位置を前側のビーム焦点位置とし、後側のビームに属するビームの焦点位置を後側のビーム焦点位置とし、当該前側のビーム焦点位置を、後側のビーム焦点位置に比較してレンズから焦点位置までの距離の０．５％〜４．５％ずらした位置に配置することを特徴とする請求項１に記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項７】
溶接方向前側のビームであって全体パワーのうち７０％〜３０％に相当する、前ビームの一部若しくは全部のみ、又は前ビームの全部並びに中央ビームの前方側一部若しくは全部のビームを前側のビームといい、それ以外のビームを後側のビームといい、前側のビームに属するビームの焦点位置を前側のビーム焦点位置とし、後側のビームに属するビームの焦点位置を後側のビーム焦点位置とし、当該前側のビーム焦点位置を、後側のビーム焦点位置に比較して、請求項２〜５に記載された焦点位置外し方向に更にレンズから焦点位置までの距離の１％〜２％ずらした位置に配置することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
【請求項８】
鋼板のレーザ照射点に向けて、ガスの吹き出し口の単位面積あたり３．０〜１．２リットル／分・ｍｍ2の流量範囲でガスを吹き付けることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき鋼板のレーザ溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に自動車の車体、足廻り部材などの構造部材また燃料タンクなどの部品材として、鋼板表面に亜鉛系の合金やスズ系の合金などのめっきを施しためっき鋼板が用いられ、耐食性の向上を図っている。車体や自動車の構造体を組み立てる際には、多く重ね合わせ溶接により２枚ないし３枚以上の鋼板を、めっき鋼板とめっきされていない冷延鋼板を種々組合わせて溶接接合する方法がとられている。溶接方法としては、重ね合わせためっき鋼板にレーザビームを照射して鋼板を溶融・接合するレーザ溶接方法が採用されるようになっている。
【０００３】
めっき鋼板を重ね合わせてレーザ溶接を行うに際し、重ね合わせためっき鋼板にレーザビームを照射すると、照射部の鋼板が溶融して溶融池が形成される。例えば亜鉛系の合金がめっきされた鋼板の場合、表面被覆された亜鉛が低沸点金属であるため、高エネルギーのレーザビーム照射によって鋼板重ね合わせ部めっき層の亜鉛が蒸発する。この亜鉛蒸気が溶融池に残留することによってブローホールやピットなどの溶接欠陥となったり、特に鋼板重ね合わせ部が密着された状態で溶接した場合には、溶融金属中に吹き出した亜鉛蒸気の圧力により溶融金属を爆飛させることがあり、いずれも溶接ビード形状、継ぎ手特性などの溶接品質を劣化させる。
【０００４】
亜鉛蒸気が溶融池を通過することなく外部に逃げることを可能にするため、亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ部付近に予めポンチを打ち込んで、重ねた亜鉛めっき鋼板の間に小間隔を設けたり、あるいは特開平４−２８８９８６号公報に開示されているように２枚の亜鉛めっき鋼板の間に可燃性多孔質材からなる薄いシートを介在させた状態でレーザビームを照射させて溶接を行い、レーザビーム照射によって発生する亜鉛蒸気を鋼板間の隙間から逃がす方法が知られている。しかし、このような溶接時に鋼板重ね合わせ部に所定の間隔を保持する方法は、自動車用構造部品などの複雑形状および剛性の高いプレス成型品を重ね合わせ溶接する場合には、溶接時に常に所定の間隔を保持することは非常に困難であり、必然的に重ね合わせ部が密着またはその間隔が非常に狭くなる部位が発生し、その部位にブローホールなどの溶接欠陥や最悪の場合には溶接時に溶融金属の爆飛が発生するという問題が生じる。また、溶接部の両側において重ね合わせた鋼板間に隙間が存在すると、溶接部の機械的強度を十分に保持できない場合がある。
【０００５】
亜鉛めっき鋼板を密着してレーザ溶接する方法として、亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ部位における溶接しようとする経路と同じ経路に沿って、まず弱いレーザ光を照射し、亜鉛めっきだけを蒸発、離散させる処理を行い、ついで同経路に強いレーザ光を照射して鋼材を溶融、結合させる２段階のレーザ照射を行う方法が知られている。さらに、特開平４−２３１１９０号公報には、レーザ発振器から導入したレーザ光を光学的集光手段によって分離し、エネルギー密度の高い集光レーザ光とエネルギー密度の低い集光レーザ光とを同時形成し、エネルギー密度の低い集光レーザ光による亜鉛めっきの蒸発、離散の直後にエネルギー密度の高い前者のレーザ光により鋼板の溶融接合を行う方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
亜鉛めっき鋼板を密着して重ね合わせた上で低エネルギーのレーザ光を照射した場合、レーザビームの照射後に発生した亜鉛蒸気を鋼板間の狭い間隔を通して大気中に逃がすことは困難であり、逃げ切れず残留した亜鉛蒸気が、鋼板を溶融するための高エネルギーのレーザ光照射時に溶融池中に混入し、溶接欠陥および溶融金属の爆飛の原因となることがわかった。
【０００７】
さらに、弱いレーザ光と強いレーザ光を同時形成させる方法においては、めっき鋼板間に１０μｍ〜２０μｍ程度の微小な隙間が形成された場合に、両鋼板が熱的に絶縁され、レーザが直接照射されない鋼板での亜鉛めっきの蒸発離散が十分行われず、溶接欠陥を回避することは困難であるという問題を有する。
【０００８】
本発明は、めっき鋼板のレーザ溶接方法であって、鋼板を密着して溶接を行うことが可能であり、レーザ溶接時にめっき成分の蒸気発生による溶融金属の爆飛や溶接部欠陥の発生を防止し、溶接ビード形状および品質に優れた溶接方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）鋼板に照射する鋼板表面でのレーザビーム１を溶接線３９に沿って溶接進行方向９前側の前ビーム３、中央ビーム４、溶接進行方向後側の後ビーム５の３つに分割し、前ビームスポット２３と中央ビームスポット２４の中心間距離３５及び中央ビームスポット２４と後ビームスポット２５の中心間距離３６を、それぞれ分割前の元ビームの焦点位置でのスポット直径の０．５倍から１．７５倍の範囲とし、前ビーム３のパワーを前ビーム単独照射時の溶け込み深さが鋼板１枚目の厚さ２５％以上であって鋼板全体を貫通しない範囲のパワーとし、中央ビーム４のパワーを前ビームと合わせて鋼板全体を貫通できる程度のパワーとし、後ビーム５のパワーを中央ビーム４のパワーの０．１倍から１．０倍の範囲とすることを特徴とするめっき鋼板のレーザ溶接方法。
（２）前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸が交差しない場合であって、該交差しない両ビームのビームスポット中心間距離が分割前の元ビームの焦点位置でのスポット直径の０．５倍から１．２５倍の範囲である場合に、ビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板内部にレンズから焦点位置までの距離の０．５％〜２．５％入った位置に配置することを特徴とする上記（１）に記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
（３）前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸が交差しない場合であって、該交差しない両ビームのビームスポット中心間距離が分割前の元ビームの焦点位置でのスポット直径の１．２５倍から１．７５倍の範囲である場合に、ビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板外側にレンズから焦点位置までの距離の０．５％〜２．５％の位置に配置することを特徴とする上記（１）に記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
（４）前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸が交差する場合であって、該交差する両ビームのビームスポット中心間距離が分割前の元ビームの焦点位置でのスポット直径の０．５倍から１．２５倍の範囲である場合に、ビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板外側にレンズから焦点位置までの距離の０．５％〜２．５％の位置に配置することを特徴とする上記（１）に記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
（５）前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸が交差する場合であって、該交差する両ビームのビームスポット中心間距離が分割前の元ビームの焦点位置でのスポット直径の１．２５倍から１．７５倍の範囲である場合に、ビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板内部にレンズから焦点位置までの距離の０．５％〜２．５％入った位置に配置することを特徴とする上記（１）に記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
（６）溶接方向前側のビームであって全体パワーのうち７０％〜３０％に相当する、前ビームの一部若しくは全部のみ、又は前ビームの全部並びに中央ビームの前方側一部若しくは全部のビームを前側のビームといい、それ以外のビームを後側のビームといい、前側のビームに属するビームの焦点位置を前側のビーム焦点位置２６ａとし、後側のビームに属するビームの焦点位置を後側のビーム焦点位置２６ｂとし、当該前側のビーム焦点位置２６ａを、後側のビーム焦点位置２６ｂに比較してレンズから焦点位置までの距離の０．５％〜４．５％ずらした位置に配置することを特徴とする上記（１）に記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
（７）溶接方向前側のビームであって全体パワーのうち７０％〜３０％に相当する、前ビームの一部若しくは全部のみ、又は前ビームの全部並びに中央ビームの前方側一部若しくは全部のビームを前側のビームといい、それ以外のビームを後側のビームといい、前側のビームに属するビームの焦点位置を前側のビーム焦点位置２６ａとし、後側のビームに属するビームの焦点位置を後側のビーム焦点位置２６ｂとし、当該前側のビーム焦点位置２６ａを、後側のビーム焦点位置２６ｂに比較して、上記（２）〜（５）に記載された焦点位置外し方向に更にレンズから焦点位置までの距離の１％〜２％ずらした位置に配置することを特徴とする上記（２）乃至（５）のいずれかに記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
（８）鋼板のレーザ照射点に向けて、ガスの吹き出し口１８の単位面積あたり３．０〜１．２リットル／分・ｍｍ2の流量範囲でガスを吹き付けることを特徴とする上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のめっき鋼板のレーザ溶接方法。
【００１０】
ここにおいて、元ビームスポット２１のスポット直径とは、ビームを分割しない状態でのビームウェスト位置（いわゆる焦点位置２６）での８６％強度直径をいう。ビームプロファイラーを用いて測定することができる。また、ビームスポット間の中心間距離については、同じく焦点位置２６における両ビームスポットの中心間距離をいう。前ビームスポット２３と中央ビームスポット２４との中心間距離３５、中央ビームスポット２４と後ビームスポット２５との中心間距離３６を定めることができる（図７）。
【００１１】
各ビーム単独照射時のとけ込み深さとは、レーザビームを溶接線に直角に分割し、かつ各ビームスポットの中心間距離が元ビームスポット直径の２倍以上の距離となるように分割し、溶接時と同じ速度でレーザビームを進行させたときの各ビームによる溶け込み深さによって定義することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
鋼板２の溶接部にレーザビームを照射すると、照射部位の鋼板２が溶融して溶融池７が形成され、さらに溶融池７は蒸気圧によって押し下げられビーム照射位置にビームホール６が形成される。レーザビーム１が溶接進行方向９に移動するのに伴い、溶融池７及びビームホール６も移動し、レーザビームの後方において溶融池７が凝固し、溶接ビード８が形成される（図１２（ａ））。
【００１３】
亜鉛めっき鋼板を重ね合わせてレーザ溶接を行う場合、溶接進行方向９の前方の鋼板重ね合わせ部３２の亜鉛めっき層が蒸発し、ビームホール中に亜鉛蒸気３０のプルームとして噴出する。従来においては、図１２（ｂ）に示すように、亜鉛蒸気３０が主にレーザビーム進行方向前方から鋼板に平行に噴出し、ビームホール６を横断してレーザビーム進行方向後方の溶融池７に侵入していた。溶融池に侵入した亜鉛蒸気の気泡３１は、そのまま溶融池７に取り込まれたまま凝固が完了すれば溶接部のブローホール欠陥の原因となり、亜鉛蒸気気泡３１が溶融金属を伴って鋼板表面から噴出すれば、溶融金属の爆飛となり、重大な溶接欠陥となっていた。
【００１４】
本発明は、図１に示すように、溶接進行方向９前方のビームホール形状に傾斜を設けることにより、鋼板重ね合わせ部３２から噴出するめっき金属蒸気３０の噴出方向を斜め上方方向に変更することが可能であり、さらに溶接進行方向後方のビームホール形状にも傾斜を設けるか又はビームホール形状を後方に拡大することにより、斜め上方に噴出するめっき金属蒸気３０が溶融池７に侵入せずに系外に排出できることを見出した点に最大の特徴がある。
【００１５】
本発明においては、図２、図３、図７に示すように、まず鋼板２に照射するレーザビームを溶接線３９に沿って溶接進行方向９前側の前ビーム３、中央ビーム４、溶接進行方向後側の後ビーム５の３つに分割する。中央ビーム４はビームホール６を形成するためのビームであって、中央ビーム４のパワーを前ビーム３のパワーと合わせて鋼板全体を貫通する程度のパワーとする。
【００１６】
前ビーム３は、中央ビーム４との連携によってレーザビーム進行方向前方のビームホールに傾斜を持たせるためのビームであり、前ビーム３のパワーを前ビーム単独照射時の溶け込み深さが鋼板１枚目（２ａ）の厚さ２５％以上であって鋼板２全体を貫通しない範囲のパワーとする。前ビームスポットと中央ビームスポットの中心間距離３５を元ビームのスポット直径の０．５倍から１．５倍の範囲の近い距離に配置するので、前ビーム３のパワーによってビームホール６は上方に行くほど進行方向前方に広くなる傾斜を有する形状を形成し（図１）、その結果進行方向前方から噴出するめっき金属蒸気３０の噴出方向は斜め上方の方向に向かうこととなる。
【００１７】
後ビーム５は、中央ビーム４との連携によって進行方向後方のビームホール形状にも傾斜を設け、あるいはビームホール形状を後方に拡大するためのビームであり、後ビーム５のパワーを中央ビーム４のパワーの０．１倍から１．０倍の範囲とする。中央ビームスポットと後ビームスポットの中心間距離３６を元ビームのスポット直径の０．５倍から１．５倍の範囲の近い距離に配置するので、後ビーム５のパワーが十分に高ければビームホール６が後ビーム５の位置まで拡大することとなり、また後ビーム５のパワーが低い範囲であれば、進行方向後方のビームホール形状を上方に行くほど広がる傾斜を設けることができる。これにより、鋼板重ね合わせ部３２から噴出して斜め上方に向かうめっき金属蒸気３０は、進行方向後方の溶融池７に侵入することなく、鋼板表面から系外に排出される。
【００１８】
前ビーム３のパワーを前ビーム単独照射時の溶け込み深さが鋼板１枚目の厚さ２５％以上であって鋼板全体を貫通しない範囲のパワーとするのは、この範囲であれば中央ビーム４と共同してビームホール形状を上方に行くほど進行方向前方に広くなる傾斜を有する形状とすることができ、その結果進行方向前方から噴出するめっき金属蒸気３０の噴出方向は斜め上方の方向に向かわせることができるからである。前ビーム単独照射時の溶け込み深さが鋼板１枚目の厚さ２５％未満であると、鋼板重ね合わせ部３２を含めた範囲のビームホール形状を傾斜形状にすることができず、また前ビーム単独照射時の溶け込み深さが鋼板全体を貫通する程度であると、ビームホール形状がビーム進行方向前方に拡大するのみで傾斜形状とすることができない。前ビーム３のパワーを最も深い位置にあるめっき層まで貫通するパワーの８０〜１２０％とするとより好ましい。
【００１９】
前ビームスポットと中央ビームスポットの中心間距離３５を元ビームのスポット直径の０．５倍から１．７５倍の範囲とするのは、この範囲であれば中央ビーム４と共同してビームホール形状を上方に行くほど進行方向前方に広くなる傾斜を有する形状とすることができ、その結果進行方向前方から噴出するめっき金属蒸気プルームの噴出方向は斜め上方の方向に向かわせることができるからである。両ビームスポットの中心間距離３５が元ビームのスポット直径の０．５倍未満であると、ビームを分割した効果を十分に発揮することができない。また、両ビームスポットの中心間距離３５が元ビームのスポット直径の１．７５倍を超えると、前ビーム３によるビームホールと中央ビーム４によるビームホールが分離してしまい、両ビームが共同して良好な形状のビームホールを形成することができない。両ビームスポットの中心間距離３５は、元ビームスポット直径の０．７５〜１．５倍であるとより好ましい。
【００２０】
中央ビーム４のパワーを、前ビーム３のパワー以上であって、前ビーム３が元ビームのスポット直径の０．５倍から１．７５倍の位置に配置された場合に、前ビーム３のパワーと合わせて鋼板全体を十分貫通できる程度のパワーとする。中央ビーム４のパワーが後ビーム５のパワーも借りなければ鋼板全体を貫通できない程度のパワーであると、ビームホールが不安定となり、めっき金属蒸気の排出がスムーズに行われない。また、中央ビーム４は原理的にはいくら強くても良いが、強すぎてもエネルギーの無駄となり、不経済である。望ましくは、中央ビーム単独で鋼板全体をちょうど貫通できる程度のパワー（０．８倍から１．５倍の範囲）とすると良い。
【００２１】
後ビーム５のパワーを中央ビーム４のパワーの０．１倍から１．０倍の範囲とする。中央ビーム４のパワーの０．１倍以上とすれば、進行方向後方のビームホール形状を上方に行くほど広がる傾斜を設けることができ、めっき金属蒸気３０は進行方向後方の溶融池６に侵入することなく、鋼板表面から系外に排出される。また、後ビーム５のパワーが十分に高ければビームホール６が後ビーム５の位置まで拡大することとなり、後ビーム５のパワーを中央ビーム４のパワーの１．０倍を超えたパワーとすると、ビームホール形状をビーム進行方向へ傾斜した形状とすることができず、めっき金属蒸気の排除が良好に行えない。後ビーム５のパワーを中央ビームパワーの０．２倍〜０．５倍とするとより好ましい。
【００２２】
後ビームスポットと中央ビームスポットの中心間距離３６を元ビームのスポット直径の０．５倍から１．５倍の範囲とするのは、この範囲であれば中央ビーム５と共同して進行方向後方のビームホール形状を制御して噴出蒸気プルームを系外に排出することが可能になるからである。両ビームスポットの中心間距離３６が元ビームのスポット直径の０．５倍未満であると、ビームを分割した効果を十分に発揮することができない。また、両ビームスポットの中心間距離が元ビームのスポット直径の１．５倍を超えると、後ビーム５によるビームホールと中央ビーム４によるビームホールが分離してしまい、両ビームが共同して良好な形状のビームホールを形成することができない。両ビームスポットの中心間距離３６は、元ビームスポット直径の０．７５倍〜１．５倍であるとより好ましい。
【００２３】
レーザビームを３つのビームに分割する方法としては、図２、図３に示すように、２つのプリズム１３を光学系に配置することによって行うことができる。図２に示すように、前ビーム３と中央ビーム４、中央ビーム４と後ビーム５が交差しないように分割した場合、進行方向前方に配置したプリズム１３ａを通過したビームが前ビーム３を形成し、進行方向後方に配置したプリズム１３ｂを通過したビームが後ビーム５を形成する。逆に、図３に示すように、前ビーム３と中央ビーム４、中央ビーム４と後ビーム５が交差するように分割した場合、進行方向前方に配置したプリズム１３ｃを通過したビームが後ビーム５を形成し、進行方向後方に配置したプリズム１３ｄを通過したビームが前ビーム３を形成する。プリズムのみを用いてビームを分割した場合、分割後の各ビームの焦点位置２６は分割前と基本的には変わらない。分割した各ビームスポット（２３、２４、２５）の焦点位置でのスポット直径は、元ビームスポット２１のスポット直径とほぼ等しい直径となる（図７）が、鋼板の加工能力で比較すると、少なく配分された前又は後のビームは、中央ビームより小さなビームスポットとして働き、めっき金属蒸気の噴出を助ける。
【００２４】
ビーム分割を行わない通常のレーザ溶接においては、ビームの焦点位置２６と鋼板表面２９との位置関係を焦点距離の１％の範囲で外すことが行われる。本発明のビームを３つに分割するレーザ溶接においても、焦点位置を上記通常のレーザ溶接と同様の焦点位置として溶接を行うことができる。
【００２５】
本発明においてはさらに、焦点位置２６を鋼板表面位置２９から外すことにより、鋼板にあたるビームに強度分布が形成され、これによってビームホール６は上方の開口部が広く底のなだらかな形状に形成することができ、めっき金属蒸気３０が溶融池７に当たらずに安定して系外に排出されるのを助ける。ただし、焦点位置２６を鋼板表面位置２９からいずれの方向にどれだけ外すかについては、ビームの分割の仕方によって下記のようにより好適な範囲を定めることができる。なお、ビームの焦点位置を鋼板表面位置から外す本発明の場合においても、各ビームのパワーの決定に際しては、上記本発明（１）の場合と同様の方法を用いてビームの焦点位置２６を鋼板表面位置２９に合わせて決定する。以下の説明において、鋼板表面位置２９と焦点位置２６が異なる場合において、鋼板表面位置２９に現れるビームスポットの符号には末尾に「ｏ」を付することとし、焦点位置２６におけるビームスポットと区別する。
【００２６】
図８（ａ）においては、前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸、中央ビーム４の光軸と後ビーム５の光軸が交差しない場合であって、交差しない両ビームのビームスポット中心間距離（３５、３６）が元ビームスポット２１のスポット直径の０．５倍から１．２５倍の範囲である。この場合に、鋼板表面位置２９を焦点位置よりレンズに近い位置２７に配置し、それによってビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板内部に焦点距離の０．５％〜２．５％入った位置に配置するとより好ましい結果を得ることができる。ビームが交差せず、焦点位置におけるビームスポット中心間距離（３５、３６）がスポット直径の０．５倍から１．２５倍の範囲である場合、レンズからの距離がビーム焦点位置よりも遠い位置２８においては、図８（ｄ）に示すように両ビームの距離が近接しすぎて本発明の良好なビームホール形状を形成しづらくなる。それに対し、レンズからの距離がビーム焦点位置よりも近い位置２７においては、図８（ｂ）に示すように両ビームの距離が適度に離れ、本発明の良好なビームホール形状を形成しやすくなる。更に、焦点を外すことで、鋼板表面でのビームには適度な強度分布が形成され、本発明の良好なビームホールの形成を助ける。ビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板内部に焦点距離の０．５％〜２．５％入った位置に配置する理由は、この範囲であれば良好なビームホール形状を形成することができるからである。０．５％未満では焦点位置をずらした効果を発揮することができず、２．５％を超えるとビームの貫通能力を失われてしまうと共に、各ビームスポット間の距離が大きくなり過ぎ、ビームホールが分割されて、本発明の良好なビームスポットが形成しづらくなるからである。１．０％〜２．０％とするとより好ましい。
【００２７】
図８（ｅ）においては、前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸、中央ビーム４の光軸と後ビーム５の光軸が交差しない場合であって、交差しない両ビームのビームスポット中心間距離（３５、３６）が元ビームスポット２１のスポット直径の１．２５倍から１．７５倍の範囲である。この場合に、鋼板表面位置２９を焦点位置よりレンズから遠い位置２８に配置し、それによってビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板外側に焦点距離の０．５％〜２．５％の位置に配置するとより好ましい結果を得ることができる。ビームが交差せず、焦点位置におけるビームスポット中心間距離（３５、３６）がスポット直径の１．２５倍から１．７５場合の範囲である場合、レンズからの距離がビーム焦点位置よりも近い位置２７においては、図８（ｆ）に示すように両ビームの距離が離れすぎて本発明の良好なビームホール形状を形成しづらくなる。それに対し、レンズからの距離がビーム焦点位置よりも遠い位置２８においては、両ビームの距離が適度に離れ、本発明の良好なビームホール形状を形成しやすくなる。ビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板外側に焦点距離の０．５％〜２．５％の位置に配置する理由は、０．５％未満では焦点位置をずらした効果を発揮することができず、２．５％を超えるとビームの貫通能力が失われてしまうとともに、各ビームスポット間の距離が長くなり過ぎ、本発明の良好なビームスポットが形成されないからである。１．０％〜２．０％とするとより好ましい。
【００２８】
なお、前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸が交差しない上記本発明は、中央ビーム４の光軸と後ビーム５の光軸が交差する場合にも適用することができる。この場合、中央ビーム４と中央ビームと交差しない前ビーム３の間のスポット中心間距離が０．５倍から１．２５倍の範囲にある場合には、中央ビームと中央ビームと交差する後ビーム間のスポット中心間距離を１．２５倍から１．７５倍の範囲に、中央ビームと中央ビームと交差しない前ビーム間のスポット中心間距離が１．２５倍から１．７５倍の範囲にある場合には、中央ビームと中央ビームと交差する後ビーム間のスポット中心間距離を０．５倍から１．２５倍の範囲とすることで最も好ましい結果を得ることができる。
【００２９】
図９（ａ）においては、前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸、中央ビーム４の光軸と後ビーム５の光軸が交差する場合であって、交差する両ビームのビームスポット中心間距離が元ビームのスポット直径の０．５倍から１．２５倍の範囲である。この場合に、鋼板表面位置２９を焦点位置よりレンズから遠い位置２８に配置し、それによってビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板外側に焦点距離の０．５％〜２．５％の位置に配置するとより好ましい結果を得ることができる。ビームが交差し、焦点位置２６におけるビームスポット中心間距離（３５、３６）が元ビームスポット２１のスポット直径の０．５倍から１．２５倍の範囲である場合、レンズからの距離がビーム焦点位置よりも近い位置２７においては、図９（ｂ）に示すように両ビームの距離が近接しすぎて本発明の良好なビームホール形状を形成しづらくなる。それに対し、レンズからの距離がビーム焦点位置よりも遠い位置２８においては、図９（ｄ）に示すように両ビームの距離が適度に離れ、本発明の良好なビームホール形状を形成しやすくなる。ビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板外側に焦点距離の０．５％〜２．５％の位置に配置する理由は前記発明と同様である。１．０％〜２．０％とするとより好ましい。
【００３０】
図９（ｅ）においては、前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸、中央ビーム４の光軸と後ビーム５の光軸が交差する場合であって、交差する両ビームのビームスポット中心間距離（３５、３６）が元ビームスポット２１のスポット直径の１．２５倍から１．７５倍の範囲である。この場合に、鋼板表面位置２９を焦点位置よりレンズに近い位置２７に配置し、それによってビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板内部に焦点距離の０．５％〜２．５％入った位置に配置するとより好ましい結果を得ることができる。ビームが交差し、焦点位置におけるビームスポット中心間距離（３５、３６）が元ビームスポット２１のスポット直径の１．２５倍から１．７５倍の範囲である場合、レンズからの距離がビーム焦点位置よりも遠い位置２８においては、図９（ｈ）に示すように両ビームの距離が離れすぎて本発明の良好なビームホール形状を形成しづらくなる。それに対し、レンズからの距離がビーム焦点位置よりも近い位置２７においては、図９（ｆ）に示すように両ビームの距離が適度に離れ、本発明の良好なビームホール形状を形成しやすくなる。ビームの焦点位置２６を鋼板表面２９より鋼板内部に焦点距離の０．５％〜２．５％入った位置に配置する理由は前記発明と同様である。１．０％〜２．０％とするとより好ましい。
【００３１】
なお、前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸が交差する上記本発明は、中央ビーム４の光軸と後ビーム５の光軸が交差しない場合にも適用することができるが、中央ビーム４と中央ビームと交差する前ビーム３の間のスポット中心間距離が０．５倍から１．２５倍の範囲にある場合には、中央ビームと中央ビームと交差しない後ビーム間のスポット中心間距離を１．２５倍から１．７５倍の範囲に、中央ビームと中央ビームと交差する前ビーム間のスポット中心間距離が１．２５倍から１．７５倍の範囲にある場合には、中央ビームと中央ビームと交差しない後ビーム間のスポット中心間距離を０．５倍から１．２５倍の範囲とすることで最も好ましい結果を得ることができる。
【００３２】
以上に説明した本発明においては、前ビーム３、中央ビーム４、後ビーム５の焦点位置２６がほぼ同一位置である。このような場合、本発明の良好なビームホール形状を形成するために焦点位置２６を鋼板表面位置２９からずらすに際しては、表面より外側にずらす場合も内部にずらす場合も、焦点距離の２．５％を超えてずらした場合には、ビーム全体の貫通能力が失われてしまう場合があるので好ましくない。一方、上記焦点位置をずらす本発明においては、図４、図１０に示すように、溶接方向前側のビームであって全体パワーのうち７０％〜３０％に相当する部分のビームについては、当該前側部分のビーム焦点位置を、後側のビーム焦点位置に比較して、焦点距離の１％〜２％ずらした位置に配置することにより、より好ましい結果を得ることができる。
【００３３】
上記本発明において、溶接方向前側のビームであって全体パワーのうち７０％〜３０％に相当する部分とは、前ビームの一部または全部のみ、あるいは前ビームの全部及び中央ビームの前方側一部又は全部が相当する。図４、図１０に示す例においては、前ビーム３及び中央ビームの一部４ａが前側のビームである。前側のビームと後側のビームの焦点位置をずらす方法としては、ビーム系の前側部分のみまたは後側部分のみに部分焦点外しレンズ１４を挿入することによって行うことができる。図４にあるように、溶接方向前側のみに部分凹レンズ１４を挿入した場合には、該挿入した前側のビーム焦点位置２６ａを挿入していない後側ビーム焦点位置２６ｂに比較してレンズから離れる方向にずらすことができる。前側のみに部分凸レンズを挿入する方法、後側のみに部分凹レンズまたは部分凸レンズを挿入する方法を採用することによって、それぞれ焦点位置を所定の方向に外すことができる。
【００３４】
ビーム全体としては焦点外しを行っていない場合においては、後側のビーム焦点位置２６ｂは焦点外しを行わずに鋼板表面位置とする。そして、前側のビーム焦点位置２６ａを、鋼板表面から焦点距離の０．５％〜４．５％ずらした位置に配置する。焦点位置２６ａのずらし量が０．５％未満では焦点外しを行った効果を発揮することができず、４．５％を超えるとビームの貫通能力が失われてしまうからである。
【００３５】
この場合、前側のビーム焦点位置をずらす方向は以下のようにすると好ましい。即ち、前ビームの光軸と中央ビームの光軸が交差しない場合であって、該交差しない両ビームのビームスポット中心間距離が元ビームのスポット直径の１．２５倍以下である場合は前側のビームの焦点位置を鋼板表面より鋼板内部に入った位置に配置し、１．２５倍以上である場合は前側のビームの焦点位置を鋼板表面より鋼板外側の位置に配置する。前ビームの光軸と中央ビームの光軸が交差する場合であって、該交差する両ビームのビームスポット中心間距離が元ビームのスポット直径の１．２５倍以下である場合は、前側のビームの焦点位置を鋼板表面より鋼板外側の位置に配置し、１．２５倍以上である場合は前側のビームの焦点位置を鋼板表面より鋼板内部に入った位置に配置する。理由は、上記（２）〜（５）の発明と同様である。
【００３６】
本発明の上記（２）〜（５）のようにビーム全体として焦点外しを行っている場合においては、後側のビーム焦点位置２６ｂが上記（２）〜（５）発明における焦点外しを行った焦点位置に配置される。そして、前側部分のビーム焦点位置２６ａを、後側のビーム焦点位置２６ｂに比較して、前ビームと後ビームの各光軸が交差する、しない、また前ビームと後ビームのスポット間距離の大きさに応じて上記各発明に指示された方向に、後側のビームと相対的にさらに焦点距離の１％〜２％ずらした位置に配置する。
【００３７】
この場合、焦点位置をずらす距離としては、後側のビームについては、前記焦点位置を鋼板表面からずらす発明と同様、鋼板表面から外側に最大２．５％、または鋼板表面から内部に最大２．５％とする。前側のビーム焦点位置については、後側の焦点距離より相対的に１％〜２％ずらした位置に配置する。焦点位置ずらし増加量３８が１％未満ではずらし量を増加した効果を発揮することができず、２％を超えるとビームの貫通能力が失われてしまうからである。
【００３８】
溶接部の酸化防止や集光レンズへの溶接部からの飛散物付着防止のため、シールドガス４０として不活性ガス等を使用することができる。シールドガスの吹き付け方法としては、図５に示すように、レーザビームのビーム範囲外側を取り囲むように配置したセンターシールドノズル１６を準備し、該センターシールドノズル上方からシールドガス４０を供給し、溶接部に面したノズル先端の吹き出し口１８からシールドガスを溶接部に吹き付ける方法や、図６に示すように、レーザビームの斜め前方あるいは斜め後方あるいは斜め側方に設けたサイドシールドノズル１７からシールドガス１８を供給する方法、その他通常用いられる種々のシールドガスノズル形状、ガス供給方法を採用することができる。図６に示す例においては、保護ガラス１５と溶接部との間にエア４１を吹き付けてエアナイフ４２を形成し、これによって保護ガラス１５への汚れ付着を防止している。
【００３９】
本発明において、鋼板のレーザ照射点に向けて、ガスの吹き出し口１８の単位面積あたり３．０〜１．２リットル／分・ｍｍ2の流量範囲でガスを吹き付けることとすると好ましい。溶接部にガスを吹き付けることにより、溶融池表面の溶鋼の揺動を抑え、溶接ビードの形成を助けているものと考えられる。流量範囲をガスの吹き出し口の単位面積あたり３．０〜１．２リットル／分・ｍｍ2とする理由は、ガスの流量が３．０リットル／分・ｍｍ2より多いと、ガスの動圧で溶鋼を凹ませてしまい、良好な溶接ビードの形成を妨げてしまうからであり、１．２リットル／分・ｍｍ2未満の流量では、ガスによる溶接欠陥制御の効果が得られないからである。
【００４０】
本発明は、鋼板の重ね溶接、重ね隅肉溶接において最大の効果を発揮することができる。そのほか、めっき鋼板に縦壁となる鋼板を隅肉溶接する場合にも用いることができる。この場合も、重ね溶接や重ね隅肉溶接の場合と同様、めっき金属蒸気がめっき鋼板と縦壁を構成する鋼板エッジの間で形成されて、溶接欠陥を発生させる。こうした隅肉溶接の場合に本発明を適用しようとする場合には、前ビームのパワーを縦壁の板厚の２５％以上貫通し、板厚全体を貫通しない程度のパワーとし、中央ビームのパワーは、前ビームのパワー以上であって、前ビームが元ビームのスポット直径の０．５倍から１．７５倍に配置された場合に、前ビームのパワーと合わせて鋼板全体を十分貫通できるパワーとすればよい。
【００４１】
重ね溶接、重ね隅肉溶接において、重ね合わせる鋼板枚数は２枚以上であり、重ね枚数２枚において最も効果を発揮する。重ね枚数が３枚あるいはそれ以上の場合、前ビームの出力の下限を高めに設定することで良好な溶接が可能となる。即ち、３枚重ねの場合には、前ビームの出力の下限を１枚目の鋼板が貫通する程度とすればよい。
【００４２】
本発明を適用するめっき鋼板のめっき種類においては、亜鉛系合金めっきのほかすず系合金めっきにおいて使用することができる。すずの沸点は、鉄の沸点に対し、それほど低いわけではないが、それでも亜鉛系合金と同様、溶接欠陥の原因となるが、本発明を適用することによって良好な溶接品質を得ることができる。
【００４３】
鋼板の厚さや強度、めっきの有無が種々にまたがる場合には、鋼板の重ね方に留意することも重要である。即ち、めっき鋼板は、重ね合わせたときのめっき層が、よりレーザの照射側に近くなるように配置する。その他、一般的な重ね方としてはレーザを照射する側にはより薄い、低強度材を配置する。めっき層がよりレーザの照射側に近くなるように配置することで、めっき金属蒸気をビームホールより円滑に排除することが可能である。また、レーザ溶接のために鋼板を押しつけて、鋼板間にあまり大きな隙間が形成されないようにする必要があるが、そのためには、レーザを照射する側にはより薄い、低強度材を配置すると、レーザを照射するのとは反対側の厚手、高強度材が鋼板を押しつける反力を担ってくれるからである。
【００４４】
レーザの種類としては、溶接加工用に利用できるレーザ光源であれば種類を問わないが、望ましくは、波長が１．０６μｍのＮｄ−ＹＡＧレーザやより波長の短い半導体レーザを用いることが好ましい。これは光の吸収率が高い短波長レーザの方が、好ましいビームホール形状を作るパワー分配の余裕度が高いためである。
【００４５】
レーザの出力としては、鋼板全体の厚み１ｍｍあたり加工点で１．５ｋＷ以上の出力を確保することが好ましい。これは、低出力レーザで溶接速度を下げることで貫通能力を確保している場合、熱影響部が広がりやすい結果、めっき層の損傷範囲が広くなり、鋼板間から排除しなければならないめっき金属の量が増えてしまうからである。同様の理由で、溶接速度という観点からは、１ｍ／ｍｉｎ以上を確保することが望ましい。
【００４６】
元ビームのスポット直径は、小さいほどより低出力でより高速の溶接が可能であるが、溶接ビードが細くなる結果、溶接部の継手強度を確保することができなくなる。従って、元ビームのスポット直径としては０．３ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００４７】
ビームを分割する光学素子としては、透過光学部品であるプリズムの他、反射光学部品（鏡）を用いても良ければ、炭酸ガスレーザを用いて本発明を適用する場合に経済的である。
【００４８】
【実施例】
板厚０．８ｍｍの亜鉛めっき鋼板を２枚ないし３枚重ね合わせて重ね溶接を行うに際し、本発明を適用した。レーザ溶接のレーザ発振器としてとしてＹＡＧレーザを用い、コア径０．６ｍｍの光ファイバによってビームを伝送し、光ファイバ１０の先端から放出したレーザビーム１を焦点距離１５０ｍｍのコリメータレンズ１１によって平行光とし、次いで焦点距離１５０ｍｍの集光レンズ１２によって集光し、鋼板２の重ね溶接を行う（図５、図６）。加工点でのレーザ合計出力は４ｋＷである。焦点位置２６での元ビームスポット２１のスポット径は０．６ｍｍ（一部０．５ｍｍ）であり、溶接速度は２．５ｍ／ｍｉｎ（一部１．５〜４ｍ／ｍｉｎ）である。シールドガス供給方法としては、センターシールドノズル１６又はサイドシールドノズル１７を用い、シールドガス種は窒素（一部アルゴン、ヘリウム）を用いた。
【００４９】
本発明のレーザビーム３分割方法としては、プリズム１３によるビーム分割を行い、後側ビームに比較して前側ビームの焦点位置をずらす方法としては、前側のみに部分焦点外しレンズ１４を用いることによって行った（図２〜図４）。プリズム１３のカバー位置設定に際しては、プリズム差し込み量調節ネジ２０を調節することによってプリズム位置を修正する。
【００５０】
【表１】
0004102092.tif 000002
【００５１】
【表２】
0004102092.tif 000003
【００５２】
製造条件及び製造結果を表１、表２に示す。シールドガスにおいて、センターシールドノズル１６使用を「センター」と、サイドシールドノズル１７使用を「サイド」と記載している。「分割方法」欄において、前ビーム３の光軸と中央ビーム４の光軸、中央ビーム４の光軸と後ビーム５の光軸をともに交差しない場合を「交差無し」、ともに交差する場合を「交差有り」と表示している。前ビーム、後ビームの中央ビームとの間隔は、元ビームスポット直径との比によって表示している。前ビーム単独での貫通能力は、１枚の鋼板（板厚０．８ｍｍ）の厚さに対する溶け込み深さ比で記載している。中央ビーム焦点位置、前側ビーム焦点外しにおける焦点位置については、焦点距離に対する百分率で表示し、プラスは焦点位置が鋼板表面より外側に位置し、マイナスは焦点位置が鋼板表面より内部に位置している場合である。部分焦点外しレンズ１４によって焦点位置をずらした場合の前側ビーム量は、「焦点外しビーム量」として全体パワーに対する百分率で表示している。
【００５３】
溶接品質は、継手効率と外観品質によって評価した。継手効率は、剪断試験にて、母材強度に対する継手の破断強度を百分率で示す。継手効率１００％とは、母材部で破断したか、あるいは継手で破断したが母材破断と同等の継手強度を有していた場合を示す。外観品質については、めっきされていない冷延鋼板と同等の溶接ビード外観を有しているものを「優」、溶接ビード中央部に若干のピットがある程度のものを「良」、溶接金属が飛散し、溶接ビードが鋼板表面より陥没しているものを「劣」とした。
【００５４】
表１、２において、Ｎｏ．１〜１４が本発明例、Ｎｏ．１５〜２３は比較例である。比較例のうち、Ｎｏ．２１〜２３はビーム分割を行っていない例、Ｎｏ．１５〜２０はビーム分割を行っているがその条件が本発明範囲を外れる例である。
【００５５】
本発明例Ｎｏ．１〜６は、いずれも交差なしでビーム分割を行った例であり、Ｎｏ．１、２は焦点位置をいずれも鋼板表面とし、Ｎｏ．３、４は焦点位置を鋼板表面から内部にずらし、Ｎｏ．５、６は鋼板表面から外側にずらした例である。本発明例Ｎｏ．７は交差有りで焦点位置を鋼板外側にずらし、Ｎｏ．８は交差有りで焦点位置を鋼板内部にずらした例である。Ｎｏ．９、１０、１２〜１４は部分焦点外しレンズを用いた例である。Ｎｏ．９、１２、１３においては前側ビーム位置に部分凹レンズを挿入することにより、Ｎｏ．１０、１４においては前側ビーム位置に部分凸レンズを挿入することにより、それぞれ後側に対して前側ビーム焦点位置をずらしている。Ｎｏ．１１〜１４はさらにシールドガス量を増量した例であり、Ｎｏ．１４はさらに鋼板の重ね枚数を３枚として溶接を行った例である。
【００５６】
本発明例はいずれも良好な継手効率及び外観品質を有しており、特にＮｏ．１２〜１４は良好な外観品質を得ることができた。
【００５７】
比較例Ｎｏ．２１〜２３は、ビーム分割を行わなかった例であり、継手効率、外観品質ともに不良であった。
【００５８】
比較例Ｎｏ．１５〜２０はビーム分割を行ったものの、Ｎｏ．１５は前ビーム３のパワーが強すぎ、Ｎｏ．１６は前ビーム３のパワーが弱すぎ、Ｎｏ．１７は前ビームと中央ビームの間隔３５が開きすぎるとともに前ビーム３のパワーが強すぎ、Ｎｏ．１８は後ビーム５のパワーが強すぎ、Ｎｏ．１９は後ビーム５のパワーが弱すぎ、Ｎｏ．２０は後ビームと中央ビームの間隔３６が広すぎ、いずれも継手効率と外観品質の一方または両方が不良であった。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、めっき鋼板のレーザ溶接方法であって、鋼板に照射するレーザビームを溶接線に沿って溶接進行方向前側の前ビーム、中央ビーム、溶接進行方向後側の後ビームの３つに分割し、それぞれ適度なビームパワーとビーム間隔を設定することにより、鋼板重ね合わせ部から噴出するめっき金属蒸気の噴出方向を斜め上方方向に変更することが可能であり、斜め上方に噴出するめっき金属蒸気プルームが溶融池に侵入せずに系外に排出できる。これにより、鋼板を密着して溶接を行うことが可能であり、レーザ溶接時にめっき成分の蒸気発生による溶融金属の爆飛や溶接部欠陥の発生を防止し、溶接ビード形状および品質に優れた溶接を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接部の状況を示す斜視断面図である。
【図２】本発明のビームを３分割したレーザ溶接について説明する概略図である。
【図３】本発明のビームを３分割したレーザ溶接について説明する概略図である。
【図４】本発明のビームを３分割したレーザ溶接について説明する概略図である。
【図５】本発明のレーザ溶接装置の概略図である。
【図６】本発明のレーザ溶接装置の概略図である。
【図７】レーザ焦点位置の状況を示す図であり、（ａ）はビーム分割を行わない元ビームを示す図、（ｂ）は（ａ）における元ビームスポット、（ｃ）はビームを３つに分割した状況を示す図、（ｄ）は（ｃ）におけるビームスポットを示す図である。
【図８】３分割したビームが交差しない場合におけるレーザ焦点位置付近の状況を示す図であり、（ａ）はビームスポット間距離が短い場合を示し、（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれ（ａ）における焦点位置よりレンズに近い位置、焦点位置、焦点位置よりレンズから遠い位置におけるビームスポット状況を示し、（ｅ）はビームスポット間距離が長い場合を示し、（ｆ）（ｇ）（ｈ）はそれぞれ（ｅ）における焦点位置よりレンズに近い位置、焦点位置、焦点位置よりレンズから遠い位置におけるビームスポット状況を示す。
【図９】３分割したビームが交差する場合におけるレーザ焦点位置付近の状況を示す図であり、（ａ）はビームスポット間距離が短い場合を示し、（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれ（ａ）における焦点位置よりレンズに近い位置、焦点位置、焦点位置よりレンズから遠い位置におけるビームスポット状況を示し、（ｅ）はビームスポット間距離が長い場合を示し、（ｆ）（ｇ）（ｈ）はそれぞれ（ｅ）における焦点位置よりレンズに近い位置、焦点位置、焦点位置よりレンズから遠い位置におけるビームスポット状況を示す。
【図１０】部分焦点外しレンズを用いた場合について、（ａ）はレーザ焦点位置付近の状況を示す図であり、（ｂ）は鋼板表面位置におけるビームスポット状況を示す図である。
【図１１】従来のビームを分割しないレーザ溶接について説明する概略図である。
【図１２】従来の溶接部の状況を示す斜視断面図であり、（ａ）は定常溶接時、（ｂ）はめっき金属蒸気噴出時の状況を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザビーム
２  鋼板
３  前ビーム
４  中央ビーム
５  後ビーム
６  ビームホール
７  溶融池
８  溶接ビード
９  溶接進行方向
１０  光ファイバ
１１  コリメータレンズ
１２  集光レンズ
１３  ウェッジプリズム
１４  部分焦点外しレンズ
１５  保護ガラス
１６  センターシールドノズル
１７  サイドシールドノズル
１８  吹き出し口
２０  プリズム差し込み量調節ネジ
２１  元ビームスポット
２３  前ビームスポット
２４  中央ビームスポット
２５  後ビームスポット
２６  焦点位置
２７  焦点位置よりレンズに近い位置
２８  焦点位置よりレンズから遠い位置
２９  鋼板表面位置
３０  めっき金属蒸気
３１  めっき金属気泡
３２  鋼板重ね合わせ部
３５  前ビームスポットと中央ビームスポットの中心間距離
３６  中央ビームスポットと後ビームスポットの中心間距離
３８  焦点位置ずらし増加量
３９  溶接線
４０  シールドガス
４１  エア
４２  エアナイフ
【図１】
0004102092.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004102092.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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