(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二以上の部材を重ね合わせ、その重ね合わせ方向に高エネルギビームを照射して重ね溶接する際に、中間部の溶接予定線に沿って移動可能な回動軸と、当該回動軸を回動させたときに円弧形状の溶接ビードが形成されるように前記回動軸に取り付けられた照射ヘッドとを備えた溶接装置を使用して、始端部の溶接ビードを中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲させる溶接方法であって、
中間部の溶接予定線の側方に位置する溶接開始点から溶接を開始し、前記回動軸を回転させつつ、前記回動軸を前記溶接予定線に沿って移動させて前記溶接開始点から前記中間部の始点に至る始端部を溶接した後に、前記中間部と終端部とを溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
二以上の部材を重ね合わせ、その重ね合わせ方向に高エネルギビームを照射して重ね溶接する際に、中間部の溶接予定線に沿って移動可能な回動軸と、当該回動軸を回動させたときに円弧形状の溶接ビードが形成されるように前記回動軸に取り付けられた照射ヘッドとを備えた溶接装置を使用して、終端部の溶接ビードを中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲させる溶接方法であって、
始端部と中間部とを溶接した後に、前記回動軸を回転させつつ、前記回動軸を前記溶接予定線に沿って移動させて前記中間部の終点から前記中間部の溶接ビードの側方に位置する溶接終了点に至る終端部を溶接し、当該溶接終了点で溶接を終了することを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
二以上の部材を重ね合わせ、その重ね合わせ方向に高エネルギビームを照射して重ね溶接する際に、中間部の溶接予定線に沿って移動可能な回動軸と、当該回動軸を回動させたときに円弧形状の溶接ビードが形成されるように前記回動軸に取り付けられた照射ヘッドとを備えた溶接装置を使用して、始端部および終端部の溶接ビードを中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲させる溶接方法であって、
中間部の溶接予定線の側方に位置する溶接開始点から溶接を開始し、前記回動軸を回転させつつ、前記回動軸を前記溶接予定線に沿って後進移動させて前記溶接開始点から前記中間部の始点に至る始端部を溶接する工程と、
前記回動軸の回転を停止させた状態で前記回動軸を前記溶接予定線に沿って前進移動させて、前記中間部の始点から終点までを溶接する工程と、
前記回動軸を前記始端部のときとは反対方向に回転させつつ、前記回動軸を前記溶接予定線に沿って前進移動させて前記中間部の終点から前記中間部の溶接ビードの側方に位置する溶接終了点に至る終端部を溶接する工程と、を含むことを特徴とする溶接方法。
【請求項４】
始端部および終端部の少なくとも一方の溶接ビードを、中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲させるための溶接装置であって、
前記中間部の溶接予定線に沿って移動可能な回動軸と、
高エネルギビームを照射する照射ヘッドと、
前記回動軸の回転速度と回転角度とを制御するとともに、前記回動軸の前記中間部方向の移動速度と移動量とを制御する制御手段を備え、
前記照射ヘッドは、これから照射される高エネルギビームの光軸が前記回動軸に対して所定の角度で傾斜するように前記回動軸に取り付けられており、前記回動軸を回転させたときに円軌道を描くことを特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重ね溶接がなされた溶接構造物に関し、また、高エネルギビームによる溶接方法およびその溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームや電子ビームなどの高エネルギビームによる溶接は、母材への入熱が低く抑えられるため被溶接部における剛性の低下も少なく、また、抵抗溶接やアーク溶接に比べて高速、かつ、高精度である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高エネルギビームは、ビームの照射を開始する時点や終了する時点では入熱制御が難しいため、その出力が不安定になることがあり、したがって、高エネルギビームによって形成された溶接ビードのうち、その溶接開始点・溶接終了点にはクレータなどの溶接欠陥が生じている可能性がある。
【０００４】
また、高エネルギビーム溶接によると、溶接ビードの幅を狭くできるが、その幅の狭さが構造上の弱点になることもある。例えば、図９に示すように、高エネルギビームにより重ね溶接がなされた溶接構造物に、軸方向の圧縮力Ｐ１が作用すると、図１０（ａ）に示すように、部材の合わせ面を溶接線方向に引き剥がすような引剥力Ｈ１（ピール方向の力）が発生するが、この引剥力Ｈ１は溶接ビードＷの断面に集中する（図１０（ｂ）参照）。そして、溶接ビードＷの断面積が小さいが故に、溶接ビードＷの断面には、大きな応力が発生することになる。特に、溶接開始点Ｗ１・溶接終了点Ｗ２に応力が集中すると、この部位に溶接欠陥がなくても、熱影響部が連続破断する恐れもある。なお、溶接線と直交する方向の圧縮力Ｐ２が溶接構造物へ作用した場合（図９参照）には、接合部の合わせ面を引き剥がすような引剥力Ｈ２（図１０（ｃ）参照）は、溶接ビードＷ全体に分散して作用する（図１０（ｄ）参照）ので、溶接開始点Ｗ１・溶接終了点Ｗ２から熱影響部が連続破断することはない。また、通常の荷重に対しては、溶接開始点Ｗ１・溶接終了点Ｗ２における溶接欠陥を考慮した上で溶接長さを決定するので問題はない。
【０００５】
また、溶接開始点・溶接終了点の強度および溶接欠陥を補う目的で、この位置にリベットを打ち込むこともあるが、この場合には、加工工程が増えるため、作業効率の低下を招く。
【０００６】
そこで、本発明は、溶接ビードに応力集中することがなく、すなわち、溶接開始点・溶接終了点の強度不足や溶接欠陥に起因して熱影響部が連続破断することがない接合強度の高い溶接構造物を提供することを課題とし、また、高エネルギビームにより溶接をする際に生じる溶接欠陥の影響を低減することが可能な溶接方法および溶接装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、請求項１の溶接方法は、二以上の部材を重ね合わせ、その重ね合わせ方向に高エネルギビームを照射して重ね溶接する際に、中間部の溶接予定線に沿って移動可能な回動軸と、当該回動軸を回動させたときに円弧形状の溶接ビードが形成されるように前記回動軸に取り付けられた照射ヘッドとを備えた溶接装置を使用して、始端部の溶接ビードを中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲させる溶接方法であって、中間部の溶接予定線の側方に位置する溶接開始点から溶接を開始し、前記回動軸を回転させつつ、前記回動軸を前記溶接予定線に沿って移動させて前記溶接開始点から前記中間部の始点に至る始端部を溶接した後に、前記中間部と終端部とを溶接することを特徴とする。
【０００８】
かかる溶接方法によると、中間部の溶接予定線の側方に位置する溶接開始点から溶接を開始するので、中間部の溶接ビードに溶接欠陥が生じることはない。また、始端部の溶接ビードが、中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲して形成されるので、接合強度の高い溶接構造物を得ることができる。
【０００９】
請求項２の溶接方法は、二以上の部材を重ね合わせ、その重ね合わせ方向に高エネルギビームを照射して重ね溶接する際に、中間部の溶接予定線に沿って移動可能な回動軸と、当該回動軸を回動させたときに円弧形状の溶接ビードが形成されるように前記回動軸に取り付けられた照射ヘッドとを備えた溶接装置を使用して、終端部の溶接ビードを中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲させる溶接方法であって、始端部と中間部とを溶接した後に、前記回動軸を回転させつつ、前記回動軸を前記溶接予定線に沿って移動させて前記中間部の終点から前記中間部の溶接ビードの側方に位置する溶接終了点に至る終端部を溶接し、当該溶接終了点で溶接を終了することを特徴とする。
【００１０】
かかる溶接方法によると、中間部の溶接ビードの側方に位置する溶接終了点で溶接を終了するので、中間部の溶接ビードに溶接欠陥が生じることはない。また、終端部の溶接ビードが、中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲して形成されるので、接合強度の高い溶接構造物を得ることができる。
【００１１】
請求項３の溶接方法は、二以上の部材を重ね合わせ、その重ね合わせ方向に高エネルギビームを照射して重ね溶接する際に、中間部の溶接予定線に沿って移動可能な回動軸と、当該回動軸を回動させたときに円弧形状の溶接ビードが形成されるように前記回動軸に取り付けられた照射ヘッドとを備えた溶接装置を使用して、始端部および終端部の溶接ビードを中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲させる溶接方法であって、中間部の溶接予定線の側方に位置する溶接開始点から溶接を開始し、前記回動軸を回転させつつ、前記回動軸を前記溶接予定線に沿って後進移動させて前記溶接開始点から前記中間部の始点に至る始端部を溶接する工程と、前記回動軸の回転を停止させた状態で前記回動軸を前記溶接予定線に沿って前進移動させて、前記中間部の始点から終点までを溶接する工程と、前記回動軸を前記始端部のときとは反対方向に回転させつつ、前記回動軸を前記溶接予定線に沿って前進移動させて前記中間部の終点から前記中間部の溶接ビードの側方に位置する溶接終了点に至る終端部を溶接する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の溶接装置は、始端部および終端部の少なくとも一方の溶接ビードを、中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲させるための溶接装置であって、前記中間部の溶接予定線に沿って移動可能な回動軸と、高エネルギビームを照射する照射ヘッドと、前記回動軸の回転速度と回転角度とを制御するとともに、前記回動軸の前記中間部方向の移動速度と移動量とを制御する制御手段を備え、前記照射ヘッドは、これから照射される高エネルギビームの光軸が前記回動軸に対して所定の角度で傾斜するように前記回動軸に取り付けられており、前記回動軸を回転させたときに円軌道を描くことを特徴とする。
【００１３】
かかる溶接装置によると、溶接予定線上を溶接するだけでなく、溶接予定線の始点もしくは終点において、溶接方向を溶接予定線の側方へ屈曲させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の溶接構造物の一例を示す斜視図である。図示の溶接構造物Ｋは、アルミニウム合金製であり、断面ハット形状の二つの部材Ｋ１，Ｋ２を重ね溶接により接合したものである。すなわち、部材Ｋ１のフランジｆ１と部材Ｋ２のフランジｆ２とを重ね合わせるとともに、その重ね合わせ方向に部材Ｋ１側から高エネルギビームを照射し、フランジｆ１，ｆ２を断続的に溶接することで溶接構造物Ｋが形成される。
【００１６】
溶接ビード１は、それぞれシングルパスで形成され、始端部２および終端部４の溶接ビードが、中間部３の溶接ビードに対して側方へ屈曲して形成されている。本実施形態では、始端部２および終端部４の溶接ビードが中間部３の溶接ビードに対して直交する方向へ屈曲し、平面視コ字形状である。また、溶接開始点Ａは、始端部２に含まれ、溶接終了点Ｄは終端部４に含まれる。
【００１７】
溶接ビード１が前記のように形成されると、溶接構造物Ｋに軸方向の圧縮力Ｐ１が作用して、図４に示すように、部材Ｋ１，Ｋ２の合わせ面を中間部３の溶接ビード方向へ引き剥がすような引剥力Ｈ１が発生しても、引剥力Ｈ１は始端部２もしくは終端部４の溶接ビードに分散して作用する。また、溶接構造物Ｋに軸直角方向の圧縮力Ｐ２が作用して、部材Ｋ１，Ｋ２の合わせ面を中間部の溶接ビードと直交する方向へ引き剥がすような引剥力が発生しても、引剥力Ｈ２は中間部３の溶接ビードに分散して作用する。
【００１８】
したがって、溶接構造物Ｋにどのような方向から圧縮力が作用しても、応力集中や溶接欠陥が懸念される溶接開始点Ａもしくは溶接終了点Ｄのみに引剥力Ｈ１，Ｈ２が集中することはないので、溶接開始点Ａもしくは溶接終了点Ｄに起因して熱影響部が連続破断することがない。
【００１９】
また、本実施形態の溶接ビード１は、始端部２および終端部４の溶接ビードが中間部３の溶接ビードに対して直交する方向へ屈曲しているが、これに限定されることはなく、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、始端部２と終端部４とが中間部３の溶接ビードもしくはその延長線の側方へ屈曲して形成されていれば、必ずしも直交する必要はなく、また、図２（ｄ）に示すように、始端部２および終端部４が円弧形状に形成されていてもよい。すなわち、中間部３の溶接ビードの端部に、当該溶接ビードの側方へ向かう付加溶接ビード（始端部２、終端部４）が形成されていればよい。溶接ビード１の平面形状は、作用する荷重の大きさや方向、さらには、フランジの幅などを考慮して適宜設定すればよい。また、図示は省略するが、始端部２および終端部４の一方だけが中間部３の溶接ビードの側方へ屈曲するものであってもよい。
【００２０】
また、溶接ビードはシングルパスで形成されている必要はなく、図３（ａ）に示すように、溶接ビード５の端部に、溶接ビード５の側方へ向かう付加溶接ビード６，７を、溶接ビード５とは別個に形成してもよい。なお、図３（ａ）に示す実施形態では、付加溶接ビード６，７を溶接ビード５の溶接開始点Ａ・溶接終了点Ｄに重なるように形成しているが、これに限定されることはなく、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、溶接開始点Ａ・溶接終了点Ｄからずらした位置に形成してもよい。また、溶接ビード５によると、溶接長が同じであれば、図２（ａ）〜（ｄ）に示す溶接ビード１に比べて、応力に対する抵抗力が大きい。
【００２１】
次に、溶接ビード１を形成することのできる溶接装置について説明する。
【００２２】
図５は、溶接装置のうち、レーザ照射ヘッドの部分を模式的に示したものである。本実施形態の溶接装置１０は、回動軸１２に取り付けられたレーザ照射ヘッド１１と、回動軸１２の回動速度と回転角度とを制御する図示しない制御手段を備えている。また、回動軸１２は、図示しない溶接ロボットなどに取り付けられ、中間部３の溶接予定線Ｌに沿って移動可能である。その他、レーザ光の照射位置に合わせて部材Ｋ１，Ｋ２を押え付ける加圧ローラなどは、公知のレーザ溶接装置と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２３】
レーザ照射ヘッド１１は、レーザ光の光軸１１ａが回動軸１２に対して所定の角度を成して取り付けられており、回動軸１２を回動させると、溶接ビードを円弧形状に形成することができる。すなわち、レーザ照射ヘッド１１から照射されるレーザ光の焦点Ｆは、部材Ｋ１の表面に円軌道を描く。
【００２４】
制御手段は、回動軸１２の回転速度と回転角度とを制御するとともに、回動軸１２の中間部３方向の移動速度と移動量とを制御し、レーザ照射ヘッド１１から照射されるレーザ光の焦点Ｆを円軌道で移動させつつ、その中心点（回動軸１２）を溶接予定線Ｌに沿って移動させる。
【００２５】ここで、溶接装置１０の作動させて溶接ビード１を形成する方法について説明する説明する（適宜図５参照）。
【００２６】
まず、回動軸１２が部材Ｋ１の表面に対して垂直になるように溶接装置１０の位置を調整し、図６（ａ）に示すように、レーザ光の焦点を中間部３の溶接予定線Ｌの側方に位置する溶接開始点Ａに合わせて溶接を開始する。すなわち、焦点を１２時の方向かつ溶接開始点Ａに合わせて溶接を開始する（Ｓ１）。
【００２７】
次に、図６（ｂ）に示すように、回動軸１２を左回りに回転させつつ、回転軸１２を中間部３の溶接予定線Ｌに沿って後進移動させ、溶接開始点Ａから中間部３の始点Ｂに至る直線状の始端部２を溶接する（Ｓ２）。
【００２８】
中間部３の始点Ｂまで溶接したら（図６（ｃ）参照）、回動軸１２の回転を止めるとともに、回動軸１２を溶接予定線Ｌに沿って前進移動させ、中間部の始点Ｂから終点Ｃまでを溶接する（図６（ｄ）参照）。すなわち、焦点が９時の方向になった時点で回動軸１２の回転を停止させ、かつ、回動軸１２を後進移動から前進移動に切り替え（Ｓ３）、焦点を９時の方向にしたまま終点Ｃまで回動軸１２を前進移動させる（Ｓ４）。なお、「前進移動」とは、始点Ｂ側から終点Ｃ側へ向かって移動することであり、「後進移動」とは、終点Ｃ側から始点Ｂ側へ向かって移動することである。
【００２９】
中間部３の終点Ｃまで溶接したら、回動軸１２を右回りに回転させつつ、回動軸１２を中間部３の溶接ビードに沿って前進移動させ（Ｓ５）、中間部３の終点Ｃから中間部３の溶接ビードの側方に位置する溶接終了点Ｄに至る直線状の終端部４を溶接し、溶接終了点Ｄで溶接を終了する（図６（ｅ）（ｆ）参照）。すなわち、焦点が１２時の方向になったときに回動軸１２の回転を停止し、かつ、レーザの照射を停止する（Ｓ６）。
【００３０】
このように、中間部３の溶接予定線Ｌの側方に位置する溶接開始点Ａから溶接を開始するとともに、中間部３の終点Ｃで溶接を終了せずに、中間部３の溶接ビードの側方に位置する溶接終了点Ｄで溶接を終了するので、中間部３の始点Ｂと終点Ｃに溶接欠陥が生じることはない。また、加圧ローラごと円弧動作をさせる構成ではないので、部材Ｋ１のたて壁に加圧ローラが干渉することもない。
【００３１】
なお、回動軸１２の回転角度と回転速度、および回動軸１２の中間部３方向の移動速度と移動量を調節することによって、図２（ｂ）（ｃ）に示すような形状に溶接ビードを形成することもできる。また、図７に示すように、溶接開始点Ａおよび溶接終了点Ｄにおいて、回動軸１２を中間部３方向に移動させずに、回動軸１２だけを回転させれば、図２（ｄ）のような円弧形状の始端部２および終端部４を形成できる。
【００３２】
図８（ａ）は、自動車の車体のうち、ドア開口部を構成する部品に前記のような溶接ビード１を形成したものである。車体を構成する部品は、図８（ｂ）に示すセンターピラー２０の断面図のように、二以上の部材を重ね合わせて形成されることが多い。溶接ビード１を形成すれば、溶接の熱影響部が脆性的に破断することがないので、衝撃力が作用する車体を構成する部品に好適である。また、車体を構成する部品には、ルーフレール２１、フロントピラー２２、リアピアー２３、サイドシル２４などがある。なお、図示の実施形態では、車体のうちサイドメンバのみを図示しているが、これに限定されることはなく、様々な部品に適用できることはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の溶接方法および溶接装置によれば、高エネルギビームにより溶接をする際に生じる溶接欠陥の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の溶接構造物を示す斜視図である。
【図２】  溶接ビードの平面形状の例を示す平面図である。
【図３】  溶接ビードの平面形状の他の例を示す平面図である。
【図４】  溶接構造物に引剥力が作用した状態を示す図である。
【図５】  （ａ）は本発明の溶接装置を示す概略上面図、（ｂ）は同じく側面図である。
【図６】  溶接方法の手順を説明する概略上面図である。
【図７】  他の溶接方法の手順を説明する概略上面図である。
【図８】  本発明の溶接構造物の例を示す斜視図である。
【図９】  従来の溶接構造物を示す斜視図である。
【図１０】  接合部の剥離を説明する図である。
【符号の説明】
Ｋ      溶接構造物
Ｋ１，Ｋ２    部材
ｆ１，ｆ２    フランジ
１      溶接ビード
２      始端部
３      中間部
４      終端部
Ａ      溶接開始点
Ｂ      中間部の始点
Ｃ      中間部の終点
Ｄ      溶接終了点
１１    レーザ照射ヘッド
１２    回動軸
Ｌ      溶接予定線
Ｆ      焦点
Ｐ１，Ｐ２    圧縮力
Ｈ１，Ｈ２    引剥力
【図１】
0003763525.tif 000002
【図２】
0003763525.tif 000003
【図３】
0003763525.tif 000004
【図４】
0003763525.tif 000005
【図５】
0003763525.tif 000006
【図６】
0003763525.tif 000007
【図７】
0003763525.tif 000008
【図８】
0003763525.tif 000009
【図９】
0003763525.tif 000010
【図１０】
0003763525.tif 000011