(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚板材と薄板材を突き合わせ、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するとき、前記レーザビームのフォーカス位置を板厚方向に上下に振動させて溶接する差厚材のレーザ溶接方法において、
前記薄板材に対する前記厚板材の突き合わせ面で、前記薄板材の厚み部分に対してはみ出た段差部分としてエッジ部が形成され、
前記レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は、前記厚板材における前記突き合わせ面のギャップ部の容積と等しいかそれ以上の体積を有する前記エッジ部を溶融させることが可能になるように前記厚板材の上面より上方の、前記エッジ部に前記レーザビームが照射される位置であり、
前記振幅の範囲の下端はキーホール溶接が可能になるように前記突き合わせ面のギャップ内の表面に前記レーザビームが照射される位置に設定することを特徴とする差厚材のレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記レーザビームのフォーカス位置の上下振動の周期は、
前記レーザビームを前記溶接線に沿って移動させて照射するときに、
前記エッジ部が前記レーザビームにより前記溶接線に渡って完全に溶融し、
前記ギャップ部が前記エッジ部が溶融したことにより生じた溶融物により前記溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔であることを特徴とする請求項１記載の差厚材のレーザ溶接方法。
【請求項３】
少なくとも前記厚板材にドロスが付着している材料を用い、
前記ドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置してレーザ溶接を行うことを特徴とする請求項１または２記載の差厚材のレーザ溶接方法。
【請求項４】
差厚材の突合わせ面の切断方法にレーザ切断、プラズマ切断、ガス切断を用い、
前記切断方法によって切断した厚板材に生じるドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置して、前記レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するとき、前記レーザビームのフォーカス位置を材料の板厚方向に上下に振動させ、
前記レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は前記厚板材の上面より上方に位置することを特徴とする差厚材のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は厚板材のドロスを溶融させることが可能になるように前記厚板材の上面より上方の、前記ドロスに前記レーザビームが照射される位置であり、
前記振幅の範囲の下端はキーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面に前記レーザビームが照射される位置に設定することを特徴とする請求項４記載の差厚材のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記レーザビームのフォーカス位置の上下振動の周期は、
前記レーザビームを前記溶接線に沿って移動させて照射するときに、
前記ドロスが前記レーザビームにより前記溶接線に渡って完全に溶融し、
前記ギャップ部が、前記ギャップ部の容積と等しいかそれ以上の体積の前記厚板材の前記エッジ部と共にドロスが溶融したことにより生じた溶融物により前記溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔であることを特徴とする請求項４または５記載の差厚材のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、差厚材のレーザ溶接方法に関し、特に、板厚の異なる材料を突き合わせ溶接する差厚材のレーザ溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ溶接は、概ね出力１ｋＷ当たり約１ｍｍの溶け込みが得られ、高パワー密度であるためレーザビームを照射した材料表面で蒸発が起こり、その蒸発反力により溶融池内にキーホールと呼ばれる幅が狭く溶込みの深い溶込みが得られる。
【０００３】
図１２は、レーザ溶接を行っているときの板材の断面図である。板材１００にレーザビーム１０１を照射しながら、矢印１０２の方向にレーザビーム１０１を移動させることにより、レーザビーム１０１が照射された板材１００が溶け込み、溶融金属１０３が形成され、その溶融金属１０３の先端のレーザビーム１０１の照射部にキーホール１０４が形成される。このキーホール１０４が形成されながら、レーザビーム１０１は、矢印１０２の方向に移動させることにより板材１００は溶接される。このように行われるレーザ溶接は、アーク溶接と比べ高速で低歪みといったことを特徴とする溶接方法である。
【０００４】
近年、そのレーザ溶接を用い、自動車メーカを中心にテーラードブランクとよばれる工法が行われている。テーラードブランク工法とは、板厚や材質の異なる複数の素材を１枚の大きな素材にレーザ溶接し、剛性、強度、成形性などの特性を必要な部位に最適配置する工法である。テーラードブランク工法により、コスト低減が図れ、高剛性でかつ軽量化した構造物が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらレーザ溶接を行うための熱源であるレーザビームは、集光径が小さく、そのスポット径はφ０．６ｍｍ程度である。よって溶接を行う際の部材の精度は厳しく、突合わせ面のギャップが０．６ｍｍを越えると、材料を溶融することなくレーザが裏側に貫通してしまう。
【０００６】
図１３は、差厚材をレーザ溶接するときの突き合わせ面の様子を示す斜視図である。厚板材１０５と薄板材１０６が突き合わせたとき、突き合わせ面１０７には、部分的にギャップが生じ、レーザビームの広がった部分の径よりも大きな幅を持つギャップ１０８が生じることがある。
【０００７】
図１４は、溶接を行うときの突き合わせ面のギャップが大きい位置にレーザビームが照射されているときの様子を示す断面図である。突き合わされた厚板材１０５と薄板材１０６の突き合わせ面１０７にレーザビーム１０１の広がった部分の径より大きな幅のギャップ１０８が存在しているとき、レーザビーム１０１は、厚板材１０５の突き合わせ面での表面１０９と薄板材の突き合わせ面での表面１１０のどちらにもレーザビーム１０１は照射されず、そのため、厚板材１０５と薄板材１０６のどちらも溶融することができない。
【０００８】
突き合わせ面でのギャップは、量産を行うときには、生じやすいものであるため、生産ラインへの導入を考えた場合、突き合わせ面でのギャップがある程度大きくても溶接が可能となるようにする必要がある。すなわち、ギャップ裕度の拡大が必須なものとなる。
【０００９】
ギャップ裕度の拡大方法として従来の技術の代表例として、（１）ギャップを埋めるだけのフィラーワイヤを添加することによってギャップ裕度の向上を図るフィラー溶接、（２）レーザビームを溶接線と直角方向にウィービングさせることによってギャップ裕度の向上を図る方法とがある。
【００１０】
フィラーワイヤをレーザ溶接と同時に添加しギャップを埋めるフィラー溶接は、広く一般的に用いられている方法である。ギャップがある場合でも、フィラーの添加量を制御することにより良好なビードを形成することが可能である。
【００１１】
しかしながらフィラー溶接では、フィラー送給装置が必要であり、また技術的な問題としてワイヤの曲がり等の原因によるねらい位置精度が厳しい、方向性があることから曲線に追従させることが難しいといった問題がある。
【００１２】
レーザビームを溶接線と直角方向にウィービングさせることによりレーザ単独でギャップ裕度を向上させる方法は、特開平８−２５７７７３号公報に開示してある方法である。この方法は、レーザビームの光軸を差厚材の突合わせ面に対し厚板側(差厚材のうち相対的に板厚の厚い方を厚板材とする)に傾斜させ、レーザビームを溶接線と直角方向にウィービングさせ、厚板材を溶融させることによってギャップ裕度の向上を目的とするものである。
【００１３】
しかしながら、この方法では板厚差が大きい場合には，レーザが厚板材を溶融した後、薄板も溶融することが困難になる可能性がある。また、被溶接材の薄板材の板厚が厚い場合は、レーザを斜めに照射するために突合わせ面の裏側へレーザビームが届かずに未溶着部が生ずる可能性があり、構造物を製作する上で強度上問題となる。
【００１４】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、レーザで差厚材の突合わせ溶接を行う際にギャップの有無に関係なく良好な溶接断面を得るための差厚材のレーザ溶接方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る差厚材のレーザ溶接方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１６】
第１の差厚材のレーザ溶接方法（請求項１に対応）は、板厚の異なる材料すなわち厚板材と薄板材を突き合わせ、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するとき、レーザビームのフォーカス位置を板厚方向に上下に振動させて溶接する差厚材のレーザ溶接方法において、薄板材に対する厚板材の突き合わせ面で、薄板材の厚み部分に対してはみ出た段差部分としてエッジ部が形成され、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は、厚板材における突き合わせ面のギャップ部の容積と等しいかそれ以上の体積のエッジ部を溶融させることが可能になるように厚板材の上面より上方の、エッジ部にレーザビームが照射される位置であり、振幅の範囲の下端はキーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面にレーザビームが照射される位置に設定することで特徴づけられる。
【００１７】
第１の差厚材のレーザ溶接方法によれば、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するとき、レーザビームのフォーカス位置を材料の板厚方向に上下に振動させるため、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が上方にあるときは、厚板材の上部がレーザビームにより加熱され、溶融し、その溶融物が突き合わせ面のギャップに流れ込み、また、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が下方にあるときは、突き合わせ面のギャップでの表面全体が加熱されるため、ギャップに流れ込んだ溶融物が確実にギャップ内を埋め込み、良好な溶接を行うことができる。
【００１９】
また、第１の差厚材のレーザ溶接方法によれば、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は厚板材のエッジ部を溶融させることが可能になるようにエッジ部にレーザビームが照射される位置であり、振幅の範囲の下端はキーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面にレーザビームが照射される位置に設定するため、レーザビームのフォーカス位置が上方のときには、厚板材のエッジ部が確実に溶融され、レーザビームのフォーカス位置が下方のときには、キーホール溶接が可能である位置であるので、突き合わせ面内が確実に加熱され、その加熱効果により厚板材から流れ込んだ溶融物がギャップを埋め込み良好な溶接を行うことができる。
【００２０】
第２の差厚材のレーザ溶接方法（請求項２に対応）は、上記の方法において、好ましくは、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の周期は、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するときに、エッジ部がレーザビームにより溶接線に渡って完全に溶融し、ギャップ部がエッジ部が溶融したことにより生じた溶融物により溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔であることで特徴づけられる。
【００２１】
第２の差厚材のレーザ溶接方法によれば、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の周期が、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するときに、エッジ部がレーザビームにより溶接線に渡って完全に溶融し、ギャップ部がエッジ部が溶融したことにより生じた溶融物により溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔であるため、レーザビームを溶接線に沿って移動させるとき、突き合わせ面に生じているギャップをすべて確実に厚板材のエッジ部の溶融物で埋めることができ、良好な溶接を行うことができる。
【００２２】
第３の差厚材のレーザ溶接方法（請求項３に対応）は、上記の方法において、好ましくは板厚の異なる材料のうちの厚板材にドロスが付着している材料を用い、ドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置してレーザ溶接を行うことで特徴づけられる。
【００２３】
第３の差厚材のレーザ溶接方法によれば、板厚の異なる材料のうちの厚板材にドロスが付着している材料を用い、ドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置してレーザ溶接を行うため、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が上方にあるときは、厚板材の上部のエッジ部と共にドロスがレーザビームにより加熱され、溶融し、その溶融物が突き合わせ面のギャップに流れ込み、また、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が下方にあるときは、突き合わせ面のギャップでの表面全体が加熱されるため、ギャップに流れ込んだ溶融物が確実にギャップ内を埋め込み、良好な溶接を行うことができる。
【００２４】
第４の差厚材のレーザ溶接方法（請求項４に対応）は、差厚材の突合わせ面の切断方法にレーザ切断、プラズマ切断、ガス切断を用い、切断方法によって切断した厚板材に生じるドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置して、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するとき、レーザビームのフォーカス位置を材料の板厚方向に上下に振動させ、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は厚板材の上面より上方に位置することで特徴づけられる。
【００２５】
第４の差厚材のレーザ溶接方法によれば、差厚材の突合わせ面の切断方法にレーザ切断、プラズマ切断、ガス切断を用い、切断方法によって切断した厚板材に生じるドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置して、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するとき、レーザビームのフォーカス位置を材料の板厚方向に上下に振動させるため、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が上方にあるときは、厚板材の上部のエッジ部と共にドロスがレーザビームにより加熱され、溶融し、その溶融物が突き合わせ面のギャップに流れ込み、また、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が下方にあるときは、突き合わせ面のギャップでの表面全体が加熱されるため、ギャップに流れ込んだ溶融物が確実にギャップ内を埋め込み、良好な溶接を行うことができる。
【００２６】
第５の差厚材のレーザ溶接方法（請求項５に対応）は、上記の方法において、好ましくはレーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は厚板材のドロスを溶融させることが可能になるように厚板材の上面より上方の、ドロスにレーザビームが照射される位置であり、振幅の範囲の下端はキーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面にレーザ光が照射される位置に設定することで特徴づけられる。
【００２７】
第５の差厚材のレーザ溶接方法によれば、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の振幅の範囲の上端は厚板材のドロスを溶融させることが可能になるようにドロスにレーザビームが照射される位置であり、振幅の範囲の下端はキーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面にレーザ光が照射される位置に設定するため、レーザビームのフォーカス位置が上方のときには、厚板材のエッジ部とともにドロスが確実に溶融され、レーザビームのフォーカス位置が下方のときには、キーホール溶接が可能である位置であるので、突き合わせ面内が確実に加熱され、その加熱効果により厚板材から流れ込んだ溶融物がギャップを埋め込み良好な溶接を行うことができる。
【００２８】
第６の差厚材のレーザ溶接方法（請求項６に対応）は、上記の方法において、好ましくはレーザビームのフォーカス位置の上下振動の周期は、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するときに、ドロスがレーザビームにより溶接線に渡って完全に溶融し、ギャップ部が、ギャップ部の容積と等しいかそれ以上の体積の厚板材のエッジ部とともにドロスが溶融したことにより生じた溶融物により溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔であることで特徴づけられる。
【００２９】
第６の差厚材のレーザ溶接方法によれば、レーザビームのフォーカス位置の上下振動の周期は、レーザビームを溶接線に沿って移動させて照射するときに、ドロスがレーザビームにより溶接線に渡って完全に溶融し、ギャップ部がエッジ部と共にドロスが溶融したことにより生じた溶融物により溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔であるため、レーザビームを溶接線に沿って移動させるとき、突き合わせ面に生じているギャップをすべて確実に厚板材のエッジ部とドロスの溶融物で埋めることができ、良好な溶接を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３１】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る差厚材のレーザ溶接方法を示すためのレーザ溶接を行うときの様子を示した斜視図である。厚板材１０と薄板材１１が突き合わされており、突き合わせ面１２には、部分的にギャップが生じ、レーザビームの広がった部分の径よりも大きな幅を持つギャップ１３が生じている。溶接線１４は、突き合わせ面１２と薄板材１１の表面１５が交差することによって形成される線分である。
【００３３】
このように突き合わせた差厚材をレーザ溶接するときのレーザビームの照射方法について説明する。まず、図示しないレーザ溶接装置からのレーザビーム１６を突き合わせた厚板材１０の表面１７と薄板材１１の表面１５に垂直な方向から、溶接線１４の開始点１８に照射する。
【００３４】
このとき、レーザ出力を厚板材１０を溶融可能であり、薄板材１１も少なくとも厚板材１０の溶融物が薄板材１１に良好に接合することが可能になるように加熱できる程度に設定する。また、レーザビーム１６のフォーカス位置１９は、厚板材のエッジ部２０を溶融させることが可能になるようにエッジ部２０にレーザビーム１６が照射される位置に固定する。
【００３５】
次に、レーザビーム１６を溶接線１４に沿って常に厚板材１０の表面１７と薄板材１１の表面１５に垂直な方向から照射すると共に、レーザビーム１６のフォーカス位置１９を厚板材１０と薄板材１１の板厚方向に上下に振動させながら移動させる。そのときのレーザビーム１６のフォーカス位置１９の軌跡を図１のＦで示す。
【００３６】
このレーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下振動の振幅の範囲の上端ＦＵは、厚板材１０のエッジ部２０を溶融させることが可能になるようにエッジ部２０にレーザビーム１６が照射される位置である。
【００３７】
図２は、そのときの、レーザビーム１６と厚板材１０と薄板材１１との配置を示す断面図である。レーザビーム１６は、上下振動の振幅の範囲の上端ＦＵのフォーカス位置からビーム径が拡がり、厚板材１０のエッジ部２０に照射される。
【００３８】
また、このレーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下振動の振幅の範囲の下端ＦＤは、キーホール溶接が可能になるように突き合わせ面のギャップ内の表面にレーザビーム１６が照射される位置である。
【００３９】
図３は、そのときの、レーザビーム１６と厚板材１０と薄板材１１との配置を示す断面図である。レーザビーム１６は、上下振動の振幅の範囲の下端ＦＤのフォーカス位置が薄板材の表面１５付近にあるため、厚板材１０と薄板材１１の突き合わせ面１２のギャップ内の表面が大きな光強度で照射される。
【００４０】
また、レーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下振動の周期は、レーザビーム１６を溶接線１４に沿って移動させるときに、エッジ部２０がレーザビーム１６により溶接線１４に渡って完全に溶融し、ギャップ部がエッジ部２０が溶融したことにより生じた溶融物により溶接線１４に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔に設定する。
【００４１】
レーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下の振動は、図示しないレーザ溶接装置のレーザビーム集光用のレンズを上下に振動させることにより行ったり、また、レーザ溶接装置のレーザビームを反射し、集光するための凹面鏡を上下に振動させることにより行う。
【００４２】
このようにして、レーザビーム１６を溶接線１４に沿って、開始点１８から終了点２１まで移動させることにより、差厚材の溶接がなされる。
【００４３】
次に、本実施形態に係るレーザ溶接方法でレーザ溶接を行うときの作用について、図１〜図７を用いて説明する。
【００４４】
レーザビーム１６を溶接線１４に沿って開始点１８から終了点２１まで移動するとき、図１で示したように、レーザビーム１６のフォーカス位置１９は上下振動しながら、軌跡Ｆを描くように変動する。レーザビーム１６のフォーカス位置１９が図２で示す上端ＦＵ以下の上方にあるときは、厚板材１０のエッジ部２０がレーザビーム１６により融点以上に加熱され、それにより、溶融する。レーザビーム１６のフォーカス位置１９が図３で示す下端ＦＤ以上の下方にあるときは、キーホール溶接可能な位置であり、突き合わせ面１２内が加熱される。
【００４５】
レーザビーム１６により溶融されたエッジ部２０からの溶融金属は、突き合わせ面１２のギャップ内に流れ込む（図４と図５）。このとき、エッジ部２０が溶融される前に、レーザビーム１６のフォーカス位置１９が下方にあるときに（図６）、加熱された突き合わせ面１２の温度が上昇しているために、エッジ部２０から流れ込んだ溶融金属が突き合わせ面１２で良好に接合し、良好な溶接部２２を形成する。
【００４６】
レーザ溶接においては、単に厚板材のエッジ部を溶融するためにフォーカス位置を上方に設定しただけで溶接を行った場合、突合わせ面でのパワー密度が小さいために突合わせ部が加熱されずレーザ照射によって溶融した溶融金属は突合わせ面に流れ込んだだけで壁面との間に融合不良を起こす可能性がある。また、材料の裏側まで溶融できない可能性がある。
【００４７】
しかしながら、本実施形態では、レーザビーム１６のフォーカス位置１９を上下振動させることにより、レーザビーム１６により突き合わせ面１２を加熱し、加熱された突き合わせ面１２の温度が上昇することにより、エッジ部２０から流れ込んだ溶融金属が突き合わせ面で良好に接合し、良好な溶接部を形成することができる。
【００４８】
さらに本実施形態では、レーザを上下に振動させていることから、上端ＦＵにレーザフォーカス位置１９がきた場合に図５に示すように薄板材の表面１５も加熱されることにより、薄板材の濡れ性が向上する。そのため溶融金属のビード２３が凸型でなく、図５と図６に示すようになだらかなビード形状となる。このため本発明では、ギャップ裕度の拡大だけでなく溶接部の応力集中低減効果につながり、溶接後のＧ仕上げ等の後工程低減効果も得られる。
【００４９】
このように、レーザビーム１６のフォーカス位置１９が上下に振動することにより、突き合わせ面１２のギャップをエッジ部２０を溶融した溶融物で埋めながら接合し、それと共に、溶接線に沿って移動させるために、開始点１８から終了点２１まで、良好で完全にギャップを埋めた状態の溶接をすることができる。なお、溶接の送り速度やレーザビームの上下振動の周波数等は、使用するレーザの出力、レーザビームの拡散角θ（後述）や溶接材の板厚等により最適なものに設定する。
【００５０】
なお、本実施形態では、レーザビーム１６のフォーカス位置１９を材料の板厚方向に振動させるために、レーザ溶接装置の集光レンズを上下振動させたり、凹面鏡を上下振動させることによって行うように説明したが、レーザ溶接装置外のレーザビーム出射位置に振動する集光レンズを設けるようにしても良い。また、レーザ溶接装置からのレーザビーム１６は、固定状態にし、溶接する材料をレーザビーム１６のフォーカス位置１９に対して、相対的に上下に振動させるようにしても良い。
【００５１】
次に、突き合わせ面のギャップの幅の許容範囲について、図７を用いて説明する。図７は、突き合わせ面にレーザビームが照射されているときの状態を示す断面図である。本発明のレーザ溶接方法では、厚板材１０のエッジ部２０が溶融した溶融物により、ギャップを埋め込むようにするため、理想的には、エッジ部の体積とギャップ部の容積が等しくなることが条件となる。すなわち、突き合わせ面のギャップの許容範囲は、厚板材のエッジ部分を含む、断面積Ｓと同等となる。そこで、このギャップＧの許容範囲は、レーザデフォーカス量ｄ、材料の板厚Ｔ、ｔ、レーザ拡散角θに起因する。ここで式（１）に示す関係式が成り立つ。
【００５２】
【数１】
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【００５３】
このような、許容範囲内のギャップ幅を持つ突き合わせ面に対して、本発明のレーザ溶接方法を適用することにより、良好な溶接を行うことができる。
【００５４】
従来レーザ溶接を行う場合、レーザのスポット径がφ０．６ｍｍ程度と微小であることから突合わせ面での材料精度の向上を目的とし、突合せ面に機械加工を施している。この機械加工も材料精度が、突き合わせ面で生じるギャップが許容範囲内になるようにすれば、良好なレーザ溶接を行うことができる。
【００５５】
また、本実施形態のレーザ溶接方法を適用する場合、接合しようとする材料の突合せ面の切断方法については、レーザ切断、プラズマ切断、ガス切断等々の切断方法が望ましい。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る差厚材のレーザ溶接方法について説明する。レーザ切断等々の切断方法により切断した材料には、図８に示すように切断面２４の外側にドロス２５と呼ばれる溶融金属が付着する。ガス切断・プラズマ切断についても同様の溶融物が切断面２４の外側に付着する。このドロス２５を活用する。
【００５７】
本発明の第２の実施形態に係る差厚材のレーザ溶接方法を用いてレーザ溶接を行うときの様子は、図１で示されるものと同様である。厚板材１０には、ドロスが付着したものを用い、ドロスの付着している端面をレーザビーム照射側に位置して、薄板材１１と突き合わされる。
【００５８】
また、このように突き合わせた差厚材をレーザ溶接するときのレーザビームの照射方法は、レーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下振動の振幅の範囲の上端ＦＵを、厚板材１０のエッジ部２０とともにドロス２５を溶融させることが可能になるようにエッジ部２０とドロス２５にレーザビーム１６が照射される位置とし、また、レーザビーム１６のフォーカス位置１９の上下振動の周期を、レーザビーム１６を溶接線１４に沿って移動させるときに、エッジ部２０とドロス２５がレーザビーム１６により溶接線１４に渡って完全に溶融し、ギャップ部がエッジ部２０とドロス２５が溶融したことにより生じた溶融物により溶接線に渡って完全に塞ぐことができるような時間間隔に設定する以外は、第１の実施形態と同様である。
【００５９】
次に、本実施形態に係るレーザ溶接方法でレーザ溶接を行うときの作用について、図１〜図１１を用いて説明する。
【００６０】
レーザビーム１６を溶接線に沿って開始点から終了点まで移動するとき、図１で示したように、レーザビーム１６のフォーカス位置１９は上下振動しながら、軌跡Ｆを描くように変動する。レーザビーム１６のフォーカス位置１９が図９で示す上端以下の上方にあるときは、厚板材のエッジ部とともにドロス２５がレーザビーム１６により融点以上に加熱され、それにより、溶融する。レーザビーム１６のフォーカス位置１９が図１０で示す下端以上の下方にあるときは、キーホール溶接可能な位置であり、突き合わせ面内が加熱される。
【００６１】
レーザビーム１６により溶融されたエッジ部とドロス２５からの溶融金属は、突き合わせ部のギャップ内に流れ込む。このとき、エッジ部とドロス２５が溶融される前に、レーザビーム１６のフォーカス位置１９が下方にあるときに、加熱された突き合わせ面の温度が上昇しているために、エッジ部とドロス２５から流れ込んだ溶融金属が突き合わせ面で良好に接合し、良好な溶接部を形成する。
【００６２】
このように、溶接時には、図９と図１０に示すように厚板材のドロス付着側をレーザ照射側に位置することにより、厚板側のエッジとドロスを溶融すると同時にその溶融物を溶融・接合する事により溶融体積が増加し、ギャップ部を埋める溶融体積を稼ぐことが可能になる。
【００６３】
また図１１に示すように厚板材はドロス２５側をレーザ照射側に薄板材はドロス２６側をレーザ照射と反対側にそれぞれ上下反対にセットする。レーザ切断・プラズマ切断によって得られた切断面には、わずかではあるがレーザの拡散角およびプラズマの角度分だけテーパがかかっている。そのテーパを利用することにより板厚方向のギャップ裕度が向上するといったメリットも生ずる。
【００６４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００６５】
レーザビームの上下振動するフォーカス位置が上方にあるときは、厚板材の上部がレーザビームにより加熱され、溶融し、その溶融物が突き合わせ面のギャップに流れ込み、また、レーザビームの上下振動するフォーカス位置が下方にあるときは、突き合わせ面のギャップでの表面全体が加熱されるため、ギャップに流れ込んだ溶融物が確実にギャップ内を埋め込み、良好な溶接を行うことができる。また、それにより、差厚材の溶接についてギャップ裕度の向上がはかれ良好なレーザ溶接が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る差厚材のレーザ溶接方法を示すためのレーザ溶接を行うときの様子を示した斜視図である。
【図２】レーザビームと厚板材と薄板材との配置を示す断面図である。
【図３】レーザビームと厚板材と薄板材との配置を示す断面図である。
【図４】レーザビームにより溶融されたエッジ部からの溶融金属が突き合わせ面のギャップ内に流れ込んだ様子を示す断面図である。
【図５】レーザビームのフォーカス位置が上方にあるときのレーザビームにより溶融されたエッジ部からの溶融金属が突き合わせ面のギャップ内に流れ込んだ様子を示す断面図である。
【図６】レーザビームのフォーカス位置が下方にあるときのレーザビームにより溶融されたエッジ部からの溶融金属が突き合わせ面のギャップ内に流れ込んだ様子を示す断面図である。
【図７】突き合わせ面にレーザビームが照射されているときの状態を示す断面図である。
【図８】レーザ切断時の断面形状を示す断面図である。
【図９】レーザビームと厚板材と薄板材との配置を示す断面図である。
【図１０】レーザビームと厚板材と薄板材との配置を示す断面図である。
【図１１】レーザビームと厚板材と薄板材との配置を示す断面図である。
【図１２】レーザ溶接を行っているときの板材の断面図である。
【図１３】差厚材をレーザ溶接するときの突き合わせ面の様子を示す斜視図である。
【図１４】溶接を行うときの突き合わせ面のギャップが大きい位置にレーザビームが照射されているときの様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１０          厚板材
１１          薄板材
１２          突き合わせ面
１３          ギャップ
１４          溶接線
１５          表面
１６          レーザビーム
１７          表面
１８          開始点
１９          フォーカス位置
２０          エッジ部
【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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【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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