JP2000176664A - アルミニウム合金部材のレ―ザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 斜め方向からレーザビームを照射した場合で
も、レーザビームを反射させることなく、レーザエネル
ギーを溶接部に十分に吸収させることができ、融合不良
を防止して十分な継手強度を備えた溶接継手を高能率に
得ることができるアルミニウム合金部材のレーザ溶接方
法を提供する。 【解決手段】 例えば、重ね溶接に際して、レーザビー
ム照射側のアルミニウム合金部材１の表面に溶接線に沿
って、加工点におけるレーザビーム径をｄ、前記アルミ
ニウム合金部材１の溶接部における板厚をｔとすると
き、深さａがｄ／２〜ｔ／３、底部角度θが８５°〜９
５°の大きさのＶ形溝３を設け、溶加材を供給しながら
２０°以内のビーム照射角αでＶ形溝の中央部にレーザ
ビームＢを照射して溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いたア
ルミニウム合金の溶接技術に係わり、さらに詳しくはア
ルミニウム合金の板材，プレス材，押出し成形材，鋳物
等からなるアルミニウム合金部材の突き合わせおよび重
ね溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金を機械構造部品、例え
ば、自動車の構造部材として使用するに際して溶接を行
う場合、レーザ溶接を適用すると、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ
溶接と比較して高速の溶接が可能であり、溶接施工時間
の短縮や熱歪みの低減といった効果が得られる。

【０００３】ところが、特に自動車用部品のように、３
次元的形状を有する部材を溶接するに際しては、図１０
（ａ）および（ｂ）に示すように、レーザビームＢの集
光途中における被溶接部材１，２とビームＢの干渉や、
部材同士の位置関係によってレーザ照射ヘッドを溶接ラ
インの真上に持ってくることができず、図１０（ｃ）に
示すように、ビーム照射角αを設けてレーザビームＢを
溶接面に対して斜めに照射することによって溶接しなけ
ればならない場合が多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム合金においては材料特性として、スチール材など
と比較して光の反射率が高いためにレーザビームの一部
が溶接面で反射することによって、溶接母材に吸収され
るエネルギーが減少することから、溶け込み深さが浅く
なり、特に、ビーム照射角αを設けてレーザビームを照
射する上記のような重ね溶接においては十分な溶接幅を
確保することができなくなって、所期の継手強度を得る
ことが困難になるという問題点があった。また、重ね溶
接だけでなく突き合わせ溶接においてビームを傾けるこ
となく溶接した場合にも、溶接母材に吸収されるエネル
ギーが減少することから、スチール材に較べて溶け込み
深さが浅くなり、溶接速度を低くせざるを得ないという
同様の問題点があり、このような問題の解決がレーザに
よる従来のアルミニウム合金部材の溶接における課題と
なっていた。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、従来のアルミニウム合金部材
のレーザ溶接における上記課題に着目してなされたもの
であって、鉛直方向からはもとより、斜め方向からレー
ザビームを照射したときでも、十分な溶け込みを得るこ
とができ、溶接速度を低下させることなく、高い継手強
度を得ることができるアルミニウム合金部材のレーザ溶
接方法、とりわけ突き合わせ溶接および重ね溶接方法を
提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
るアルミニウム合金部材のレーザ溶接方法は、２以上の
アルミニウム合金部材を重ね合わせ、または突き合わせ
て上方からレーザビームを照射し溶接するに際し、レー
ザビームが照射されるアルミニウム合金部材の表面に溶
接線に沿ってＶ形溝を設け、溶加材を供給しながら前記
Ｖ形溝の中央部にレーザビームを照射して溶接する構成
としており、アルミニウム合金部材のレーザ溶接方法に
おけるこのような構成を前述した従来の課題を解決する
ための手段としたことを特徴としている。

【０００７】本発明の請求項２に係わるアルミニウム合
金部材のレーザ溶接方法においては、２以上のアルミニ
ウム合金部材を突き合わせて溶接するに際し、突き合わ
せ部の上面角部に面取り、またはアールを設けることに
よってＶ形溝を形成する構成としたことを特徴としてお
り、このときに突き合わせ部の上面角部に形成する面取
りの大きさＣとしては、請求項３に記載しているよう
に、加工点におけるレーザビーム径をｄとし、アルミニ
ウム合金部材の板厚をｔとするとき、ｄ／２≦Ｃ≦ｔ／
２の範囲とすることが望ましく、同様に突き合わせ部の
上面角部に形成するアールの大きさＲについては、請求
項４に記載しているように、ｄ／２≦Ｒ≦ｔ／２の範囲
とすることが望ましい。

【０００８】本発明の請求項５に係わるアルミニウム合
金部材のレーザ溶接方法においては、板厚方向に重ね合
わせた２以上のアルミニウム合金部材の一方の側から溶
接面に斜め方向からレーザビームを照射してこれらアル
ミニウム合金部材を重ね溶接するに際し、レーザビーム
照射側のアルミニウム合金部材の表面に溶接線に沿って
Ｖ形溝を設け、溶加材を供給しながら前記Ｖ形溝の中央
部にレーザビームを照射して溶接する構成としたことを
特徴としており、このときのレーザビームの照射角度
や、レーザビーム照射側のアルミニウム合金部材に設け
るＶ形溝の大きさとしては、請求項６に記載しているよ
うに、ビーム照射角αを２０°以下とし、加工点におけ
るレーザビーム径をｄ、レーザビーム照射側のアルミニ
ウム合金部材の溶接部における板厚をｔとするとき、Ｖ
形溝の深さａをｄ／２≦ａ≦ｔ／３、底部角度θを８５
°≦θ≦９５°とすることが望ましい。

【０００９】本発明に係わるレーザ溶接方法に適用され
るアルミニウム合金部材としては、請求項７に記載して
いるように、アルミニウム合金板材のプレス成形品を用
いることができ、プレス成形時にコイニング加工を施す
ことによってＶ形溝を設けるようにすることができる。
また、請求項８に記載しているように、アルミニウム合
金部材としてアルミニウム合金の押出し成形品を用いる
ことができ、押出し成形時にＶ形溝や面取り、アール形
状を設けるようにすることができる。

【００１０】また、本発明に係わるアルミニウム合金部
材のレーザ溶接方法においては、溶加材として、請求項
９に記載しているようにフィラーワイヤを使用すること
ができ、このフィラーワイヤを溶接進行方向の前方側か
ら供給するようになすことができる。

【００１１】さらに、本発明の請求項１０に係わるアル
ミニウム合金部材のレーザ溶接方法においては、レーザ
照射ヘッドに連結したローラあるいはピンなどの押圧部
材を前記Ｖ形溝内に挿入し所定の角度および距離を保持
した状態でレーザ照射ヘッドに先行させ、アルミニウム
合金部材を押圧して互いに密着させると共に、レーザ照
射ヘッドをＶ形溝に沿って移動させてレーザービームを
当該Ｖ形溝の中央に導くようにすることができ、この場
合、ローラあるいはピンなどの押圧部材におけるＶ形溝
内への挿入部分の寸法については、請求項１１に記載し
ているように、溝深さの半分以下とすることが望まし
い。

【００１２】そして、請求項１２に係わるアルミニウム
合金部材のレーザ溶接方法においては、アルミニウム合
金部材の溶接部における板厚ｔが０．６〜３．０ｍｍの
範囲である構成としたことを特徴としている。

【００１３】

【発明の作用】本発明に係わるアルミニウム合金部材の
レーザ溶接方法においては、アルミニウム合金部材を突
き合わせ溶接、あるいは重ね溶接するに際し、溶接線に
沿ってＶ形溝を形成し、このＶ形溝の中央部にレーザビ
ームを照射するようにしているので、レーザビームの一
部が溝中央部で吸収されることなく反射したとしても、
反射光が溝の相対向する壁面に当たり、溝内で反射を繰
り返すことからレーザビームの吸収率が高まり、溶接部
の溶け込みが深いものとなる。そのため、溶接速度を速
くしたとしても融合不良や溶接界面における溶接幅不足
が生じることがなくなり、生産性を損なうことなく十分
な強度を備えたアルミニウム合金の溶接継手が得られる
ことになる。また、溶接に際して溶加材を使用している
ので、Ｖ形溝があっても溶接金属量が不足することがな
く、アンダーカットなどの溶接不良が生じることもな
い。

【００１４】本発明に係わるアルミニウム合金部材のレ
ーザ溶接方法においては、請求項２に記載しているよう
に、突き合わせ溶接に際して、突き合わせ部の上面角部
に面取り、またはアールを設けることによってＶ形溝を
形成するようになすことができ、このとき上面角部に形
成する面取りの大きさＣ、およびアールの大きさＲにつ
いては、請求項３および請求項４に記載しているよう
に、それぞれｄ／２≦Ｃ≦ｔ／２、およびｄ／２≦Ｒ≦
ｔ／２（ｄ：加工点におけるレーザビーム径、ｔ：アル
ミニウム合金部材の板厚）の範囲内とすることが望まし
い。

【００１５】これは、面取りの大きさＣ、あるいはアー
ルの大きさＲが、それぞれｄ／２、すなわち加工点にお
けるレーザビーム径の半分に満たない場合には、反射率
が高くなって溶け込みが浅くなり、逆にｔ／２、すなわ
ち合金部材の板厚の半分を超えた場合には、溶融金属量
が不足気味となって継手強度が不足する傾向があること
による。

【００１６】本発明に係わるアルミニウム合金部材のレ
ーザ溶接方法においては、請求項５に記載しているよう
に、例えば部材とビームの干渉を避けるために、レーザ
ビームを斜め方向から溶接部に照射してアルミニウム合
金部材を重ね溶接するに際し、溶接線に沿ってＶ形溝を
形成し、このＶ形溝の中央部にレーザビームを照射する
ようにしているので、斜め方向から照射されたレーザビ
ームの一部が溝中央部で吸収されることなく反射したと
しても、反射光が溝の相対向する壁面に当たり、溝内で
反射を繰り返すことからレーザビームの吸収率が高ま
り、溶接部の溶け込みが深いものとなる。さらに、レー
ザビームが相対向する壁面で反射しあって溶接母材が溶
融することから、レーザビームが斜め方向から照射され
ているにも拘らず、溶接ビードがほぼ垂直方向（板厚方
向）に形成されるため、アルミニウム合金部材の溶接界
面において、十分な継手強度を得るに足る溶接幅が確保
されることになる。また、溶接に際して溶加材を使用し
ているので、Ｖ形溝があっても溶接金属量が不足するこ
とがなく、アンダーカットなどの溶接不良が生じること
もない。

【００１７】このとき、レーザビームの照射角度やＶ形
溝の大きさについては、請求項５に記載しているよう
に、ビーム照射角αを２０°以下とし、加工点における
レーザビーム径がｄ、レーザビーム照射側のアルミニウ
ム合金部材の溶接部における板厚がｔであるとき、Ｖ形
溝の深さａをｄ／２〜ｔ／３の範囲、底部角度θを８５
°〜９５°の範囲とすることが望ましい。

【００１８】これは、ビーム照射角αが２０°を超える
と、溶け込み深さが浅くなる傾向があることによる。ま
た、Ｖ形溝の深さａがｄ／２、すなわち加工点における
レーザビーム径の半分に満たない場合には、反射率が高
くて溶け込みが浅くなり、逆にＶ形溝の深さａがｔ／
３、すなわちレーザビーム照射側部材の板厚の３分の１
を超えた場合には、アンダーカットとなって、継手強度
が不足する傾向が認められることによる。さらに、Ｖ形
溝の底部角度θが８５°に満たない場合には、とくにビ
ーム照射角αが大きくなった時にビームが十分に溝中央
に入らなく、溶け込み不足となって、十分な継手強度が
得られなくなり、底部角度θが９５°を超えた場合に
は、溝内における反射回数が少なくなってレーザビーム
の吸収量が減少し、十分な溶け込み形状が得難くなる傾
向があることによる。

【００１９】本発明に係わるアルミニウム合金部材のレ
ーザ溶接方法の実施態様として請求項７に係わる溶接方
法においては、被溶接部材としてアルミニウム合金板材
のプレス成形品を用い、プレス成形時にコイニング加工
を施すことによってＶ形溝を設けるようにしており、同
じく実施態様として請求項８に係わる溶接方法において
は、被溶接部材としてアルミニウム合金の押出し成形品
を用い、押出し成形時にＶ形溝を設けるようにしている
ので、例えば機械切削などによって部材の成形後にＶ形
溝を形成する場合に較べて、溝の加工工数およびコスト
が大幅に削減されることになる。

【００２０】また、実施態様として請求項９に係わるア
ルミニウム合金部材のレーザ溶接方法においては、溶加
材としてフィラーワイヤを使用し、このフィラーワイヤ
を溶接進行方向の前方側から供給するようにしているこ
とから、溶加材がぶれることなくレーザビームの焦点位
置に安定して供給されるようになり、溶接品質が安定し
た良好なものとなる。

【００２１】さらに実施態様として請求項１０に係わる
アルミニウム合金部材のレーザ溶接方法においては、レ
ーザ照射ヘッドに連結したローラあるいはピンなどの押
圧部材をＶ形溝内に挿入した状態でレーザ照射ヘッドに
先行して移動させることによって、アルミニウム合金部
材を互いに密着させると共に、レーザ照射ヘッドをＶ形
溝に沿って案内してレーザビームを溝中央に導くように
なっているので、極めて単純な機構によってレーザビー
ムの位置ずれが防止され、焦点距離が安定に保持される
ことから、溶接品質がより安定したさらに良好なものと
なる。この場合、使用するローラあるいはピンなどの押
圧部材の先端部がＶ形溝の底部に達すると、その加圧力
によってレーザビームの照射される部分が変形する可能
性がないとは言えないため、変形による溶接品質の変動
を抑える観点から押圧部材のＶ形溝内への挿入部分の寸
法については、請求項１１に記載しているように、溝深
さ（すなわち、重ね溶接の場合にはａ、突き合わせ溶接
の場合には面取りの大きさＣあるいはアールの大きさ
Ｒ）の半分以下とすることが望ましい。

【００２２】なお、本発明に係わるレーザ溶接方法に適
用されるアルミニウム合金部材の板厚としては、施工頻
度の観点、および外観不良や溶け込み不足などを防止
し、溶接品質を確保する観点から、請求項１２に記載し
ているように、アルミニウム合金部材の溶接部における
板厚ｔが０．６〜３．０ｍｍの範囲とすることが望まし
い。すなわち、板厚ｔが０．６ｍｍ未満の場合には部品
としての実質的な強度が得られず、板厚ｔが逆に３．０
ｍｍを超えた場合には溶接継手としての十分な溶け込み
を得ることが難しくなる傾向がある。

【００２３】また、本発明に係わるアルミニウム合金部
材のレーザ溶接方法において照射されるレーザービーム
については、シングルビームのみに限定されず、図９に
示すように複数のレーザビームＢを溶接進行方向に沿っ
た方向に並列させた状態でＶ形溝３に照射するようにし
てもよく、この場合にも溶加材１３を溶接進行方向の前
方側から供給することが望ましい。

【００２４】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わるアルミニウム
合金部材のレーザ溶接方法は、アルミニウム合金部材を
突き合わせ溶接または重ね溶接するに際し、アルミニウ
ム合金部材の表面に溶接線に沿ってＶ形溝を設け、溶加
材を供給しながらＶ形溝の中央部にレーザビームを照射
して溶接するようになすものであるから、上方から照射
されたレーザビームがＶ形溝の相対向する壁面に当たっ
て溝内で反射を繰り返すことから、レーザビームの溶接
部への吸収率が高まり、溶け込み深さの大きい溶接部を
得ることができ、所定の溶け込み深さを得るための溶接
速度を高速化することができるようになり、生産効率の
大幅な向上を図ることができるという極めて優れた効果
をもたらすものである。

【００２５】本発明に係わるアルミニウム合金部材のレ
ーザ溶接方法の実施態様として請求項２に係わる突き合
わせ溶接方法においては、突き合わせるアルミニウム合
金部材の上面角部に面取り、またはアールを設けること
によりＶ形溝を形成するようにしており、とくに請求項
３、または請求項４に係わる溶接方法においては、加工
点におけるレーザビーム径がｄ、レーザビームが照射さ
れるアルミニウム合金部材の溶接部における板厚がｔで
あるとき、面取りの大きさＣ、あるいはアールの大きさ
Ｒを２／ｄ〜ｔ／２の範囲としているので、溶接品質が
より安定したものとなり、上記効果をより確実なものと
することができる。

【００２６】また本発明の請求項５に係わるアルミニウ
ム合金部材のレーザ溶接方法は、溶接面に斜め方向から
レーザビームを照射してアルミニウム合金部材を重ね溶
接するに際し、アルミニウム合金部材の表面に溶接線に
沿ってＶ形溝を設け、溶加材を供給しながらＶ形溝の中
央部にレーザビームを照射して溶接するようになすもの
であるから、斜め方向から照射されたレーザビームがＶ
形溝の相対向する壁面に当たって、溝内で反射を繰り返
すことからレーザビームの吸収率が高まり、溶け込み深
さの大きい溶接部を得ることができ、十分な継手強度を
確保することができるという極めて優れた効果をもたら
すものである。

【００２７】本発明に係わるアルミニウム合金部材のレ
ーザ溶接方法の実施態様として請求項６に係わる重ね溶
接方法は、ビーム照射角αを２０°以下とし、加工点に
おけるレーザビーム径がｄ、レーザビーム照射側のアル
ミニウム合金部材の溶接部における板厚がｔであると
き、Ｖ形溝の深さａをｄ／２〜ｔ／３の範囲、底部角度
θを８５°〜９５°の範囲としたものであるから、溶接
品質がより安定したものとなり、上記効果をより確実な
ものとすることができる。また、実施態様として請求項
７に係わるアルミニウム合金部材のレーザ溶接方法にお
いては、被溶接部材としてプレス成形時にコイニング加
工を施すことによってＶ形溝を形成したアルミニウム合
金板材のプレス成形品を用いるようにしているので、加
工工数およびコストを大幅に削減することができ、同じ
く実施態様として請求項８に係わる溶接方法において
は、被溶接部材として押出し成形時にＶ形溝を形成した
アルミニウム合金の押出し成形品を用るようにしている
ので、同様に加工工数およびコストが大幅を大幅に削減
することができ、このような溶接製品を安価に提供する
ことができるという効果がもたらされる。

【００２８】さらに実施態様として請求項９に係わるア
ルミニウム合金部材のレーザ溶接方法においては、溶加
材としてフィラーワイヤを使用し、このフィラーワイヤ
を溶接進行方向の前方側から供給するようにしているの
で、溶加材の供給が容易で、レーザビームの焦点位置に
溶加材を安定に供給することができ、安定した品質の溶
接部を得ることができる。また、請求項１０に係わるア
ルミニウム合金部材のレーザ溶接方法においては、レー
ザ照射ヘッドに連結したローラあるいはピンなどの押圧
部材を用いて、アルミニウム合金部材同士を密着させる
と共に、レーザ照射ヘッドをガイドしてレーザビームを
溝中央に導くようにしているので、単純な機構でありな
がらレーザビームの位置ずれや焦点距離の変動をを有効
に防止することができ、溶接品質をより安定したさらに
良好なものとすることができ、さらに実施態様として請
求項１１に係わる溶接方法においては、この場合に使用
する押圧部材のＶ形溝内への挿入寸法を溝深さの半分以
下としているので、溝底部の変形に起因する溶接品質の
変動、劣化を有効に防止することができ、請求項１２に
係わるアルミニウム合金部材のレーザ溶接方法において
は、アルミニウム合金部材の溶接部における板厚ｔを
０．６〜３．０ｍｍの範囲としていることから、外観不
良や溶け込み不足などが発生する可能性が極めて少な
く、さらに安定した品質の溶接継手を得ことができると
いうさらに優れた効果がもたらされる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体
的に説明する。

【００３０】実施例１ まず、被溶接部材として板厚ｔ＝２．０ｍｍのアルミニ
ウム合金部材（板材）１および２を用意し、図１に示す
ように、レーザビーム照射側のアルミニウム合金部材１
の表面に底部角度θ＝９０°、溝深さａ＝０．４ｍｍ
（後述するレーザビームの加工点におけるビーム径ｄに
一致させてある）のＶ形溝３を溶接線に沿って形成し
た。そして、アルミニウム合金部材１および２を密着さ
せた状態で、１．２ｍｍ径の共金系フィラーワイヤを
４．５ｍ／ｍｉｎの速度で前記Ｖ形溝３内に供給しなが
ら、加工点におけるビーム径ｄ＝０．４ｍｍ、出力５ｋ
ＷのレーザビームＢを照射角α＝２０°でＶ形溝３の中
央部に照射し、４．５ｍ／ｍｉｎの溶接速度で重ね溶接
を実施した。このとき、比較のためにＶ形溝を形成して
いないアルミニウム合金部材１´および２´についても
同様の溶接条件のもとに重ね溶接を実施した。

【００３１】このようにして得られた溶接ビードの断面
形状は、図２に示すとおりで、Ｖ形溝を形成することな
く溶接を行った場合（従来方法）には、図２（ａ）に示
すように、溶接金属が板厚方向に対して傾いた断面形状
をなし、十分な溶け込み深さが得られていないのに対
し、本発明に係わる溶接方法に基づいて、アルミニウム
合金部材１の表面にＶ形溝３を設けたうえで溶接を行っ
た場合には、図２（ｂ）に示すように、斜め方向からレ
ーザビームＢが照射したにも拘らず、溶接金属断面が被
溶接部材表面に対してほぼ垂直な形状を有し、溶け込み
が深く、アルミニウム合金部材１および２の界面におけ
る溶接幅Ｗも広くなっていることが確認された。

【００３２】図３は、上記により得られた溶接継手の継
手引張り試験結果を示すグラフであって、Ｖ形溝を形成
することなく溶接を行った場合には、十分な溶接幅Ｗが
得られないために、所期の継手強度が得られないのに対
し、本発明方法に基づいてアルミニウム合金部材１の表
面にＶ形溝３を設けたうえで溶接を行った場合には、十
分な溶け込み深さが得られ、部材界面における溶接幅Ｗ
が広くなるため、極めて高い継手強度が得られることが
確認された。また、Ｖ形溝を形成せずに溶接する場合に
溶接速度を遅くすることによる影響を調査したが、溶接
速度を遅くしても部材界面の溶接幅Ｗがあまり増加しな
いことから、継手強度がほとんど改善されないことが判
明した。

【００３３】実施例２ 上記同様のアルミニウム合金部材１（ｔ＝２．０ｍｍ）
のレーザビーム照射側表面に、底部角度θが８０°〜１
００°、溝深さａが０（溝なし）〜０．８ｍｍ（２ｔ／
５に相当）の範囲にそれぞれ変化させたＶ形溝３を溶接
線に沿って形成し、図１に示すようにアルミニウム合金
部材１および２を密着させた状態で、上記実施例と同じ
溶接条件のもとに、ビーム照射角αを０°（溶接面に垂
直）および２０°として重ねレーザ溶接を実施したの
ち、得られた溶接継手の継手強度を測定した。各条件の
溶接繰り返し数を３回として、その結果を図４に示す。

【００３４】図において、繰り返し３回とも目標の継手
強度が得られた場合を○、繰り返し３回のうちに目標継
手強度に達しなかったものがある場合を▲、ビーム照射
角αが０°（垂直）では問題がないものの、ビーム照射
角αが２０°では目標強度が得られない場合を■、繰り
返し３回とも目標の継手強度が得られなかった場合を×
として評価した。

【００３５】この結果から、ビーム照射角αを２０°ま
で傾斜させた場合でも、Ｖ形溝の深さａについては、レ
ーザビームの加工点におけるビーム径ｄおよびレーザビ
ーム照射側のアルミニウム合金部材１の板厚ｔに対し
て、ｄ／２〜ｔ／３の範囲、Ｖ形溝の底部角度θについ
ては、８５°〜９５°の範囲において所期の継手強度が
得られることが確認された。

【００３６】実施例３ 図５は、本発明に係わるアルミニウム合金部材の重ねレ
ーザ溶接方法の一実施例として、レーザビーム照射側の
アルミニウム合金部材１の表面に形成したＶ形溝３の中
に挿入した押圧部材によってアルミニウム合金部材１お
よび２を密着させると共に、レーザ照射ヘッドをＶ形溝
３に沿って案内してレーザビームをＶ形溝３の中央部に
導く要領を説明するものである。

【００３７】図において、レーザ照射ヘッド１０には、
剛体からなるアーム１１を介して押圧部材としてのロー
ラ１２が溶接方向の前方側に連結されており、レーザ照
射ヘッド１０に対して所定の角度および距離を保持して
いる。また、溶加材としてのフィラーワイヤ１３は、レ
ーザ照射ヘッド１０とローラ１２の間に配設されたノズ
ル１４を介して、溶接方向の前方側からＶ形溝３内に連
続的に供給されるようになっている。

【００３８】このようなレーザ照射ヘッド１０は、ロボ
ットアームあるいはＮＣ加工機に取付けられ、ローラ１
２がその先端部１２ａ（図６参照）Ｖ形溝３内に挿入さ
れた状態でアルミニウム合金部材１に押し付けられ、こ
の状態で溶接が進行する。

【００３９】したがって、アルミニウム合金部材１およ
び２の変形が矯正され、両部材１，２が互いに密着した
状態に溶接されると共に、レーザ照射ヘッド１０がＶ形
溝３内のローラ１２に追随して移動することから、レー
ザビームＢが位置ずれすることなく常にＶ形溝３の中央
部に導かれ、焦点距離を安定に保持することができるの
で、溶接品質を安定化させることができる。

【００４０】図６は、前記ローラ１２の先端部１２ａの
形状の例を示すものであって、先端面が平らな台形断面
（図６（ｂ））、あるいは先端面が曲面を有する台形と
円形断面を組み合わせた形状とすることができる。

【００４１】この先端部１２ａの突出寸法ｂについて
は、大きすぎるとＶ形溝３の底部、すなわちレーザビー
ムＢの照射部分が変形することがあるので望ましくな
い。許容限度を求めるために、突出寸法ｂの異なるロー
ラ１２を用いて溶接を繰り返した結果、突出寸法ｂが溝
深さａの１／２を超えると、部分的に溶接が不安定にな
る現象が観察され、当該部分においては溶接金属の溶け
込み深さが浅くなることが確認された。

【００４２】なお、この実施例においては、押圧部材と
してローラ１２を使用した例を示したが、本発明の溶接
方法においてはローラのみに限定されず、例えばピン状
のものを用いることも可能である。

【００４３】実施例４ 被溶接部材として板厚ｔ＝２．０ｍｍのアルミニウム合
金部材１および２を用意し、図７（ａ）に示すように、
これらアルミニウム合金部材１および２の上面角部を面
取りしたうえで、これらを突き合わせることにより、溶
接線に沿ってＶ形溝３を形成した。このとき、面取りの
大きさＣを０〜１．０ｍｍの範囲で変化させた。

【００４４】そして、溶接速度Ｖを７．０〜１１．０ｍ
／分、１．２ｍｍ径のフィラーワイヤの送給速度Ｖｗを
溶接速度Ｖの０．６〜１．２倍の範囲で変化させて、加
工点におけるビーム径ｄ＝０．４ｍｍ、出力５ｋＷのレ
ーザビームを照射することによって上記アルミニウム合
金部材１および２の突き合わせ溶接を行い、溶接金属の
溶け込み形状について調査した。

【００４５】図８は、その結果として、溶接金属が溶接
部を貫通するための臨界的な溶接速度とフィラー送給率
（Ｖｗ／Ｖ）の関係を面取りの大きさＣについて整理し
たものであって、面取りの大きさＣを示す各線の図中上
方側の領域では溶接金属が溶接部を貫通せず（非貫通
域）、下方側の領域では貫通する（貫通域）ことを示し
ている。

【００４６】この図から明らかなように、面取りの大き
さＣ＝０ｍｍ、すなわちＶ形溝３を形成することなく溶
接を行った場合（従来方法）には、フィラーワイヤの送
給速度Ｖｗが溶接速度Ｖの１．２倍の時に溶接速度Ｖが
６．５ｍ／分で貫通しなくなったのに対し、面取りの大
きさＣを大きくするに従って貫通する溶接速度が速くな
り、Ｃ＝１．０ｍｍでは９．５ｍｍにまで達した。ま
た、フィラー送給率が低い場合も同様な傾向が認めら
れ、面取りを設けてＶ形溝３を形成することによって、
貫通溶接を行うための溶接速度を大幅に向上させること
ができることが確認された。なお、貫通した溶接継手を
引っ張り試験した結果、面取りの大きさＣが１．０ｍｍ
を超えた場合には、Ｖ形溝３が大きくなりすぎて、溶接
部にアンダーカットが生じることから、継手強度が低下
する傾向が確認された。

【００４７】また、図７（ｂ）に示すように、アルミニ
ウム合金部材１および２の上面角部にアールを設けてＶ
形溝３を形成した場合においても、上記と同様の効果が
認められ、貫通溶接となる溶接速度は、面取りを行った
場合と同様の結果となり、Ｖ形溝を形成するためにアル
ミニウム合金部材に設ける面取りやアールの大きさは、
それぞれｄ／２≦Ｃ≦ｔ／２，ｄ／２≦Ｒ≦ｔ／２の範
囲とした場合に溶接速度を速める効果が大きいことが確
認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ） 本発明に係わるアルミニウム合金部材
のレーザ溶接方法の実施例として重ね溶接要領を説明す
る溶接部の概略断面図である。 （ｂ） 図１（ａ）に示したＶ形溝の形状を詳細に説明
する要部拡大説明図である。

【図２】（ａ）および（ｂ）は本発明に基づいてアルミ
ニウム合金部材を重ね溶接した場合の溶接ビード形状を
Ｖ形溝を形成することなく溶接した従来方法による溶接
ビード形状と比較して示す断面図である。

【図３】本発明に基づいて形成した重ね溶接継手と従来
方法による重ね溶接継手の継手強度を比較して示すグラ
フである。

【図４】重ね溶接継手の継手強度におよぼすＶ形溝の深
さと底部角度の影響を示すグラフである。

【図５】本発明に係わるアルミニウム合金部材のレーザ
溶接方法の実施例として、Ｖ形溝中に挿入した押圧部材
によってアルミニウム合金部材を密着させると共にレー
ザ照射ヘッドを溶接線に沿ってガイドする要領を示す斜
視図である。

【図６】（ａ）および（ｂ）は図５に示した押圧部材の
形状例を示す断面図である。

【図７】（ａ） アルミニウム合金部材の突き合わせ溶
接に際して部材の上面角部を面取りすることによって形
成されたＶ形溝を示す概略断面図である。 （ｂ） アルミニウム合金部材の突き合わせ溶接に際し
て部材の上面角部にアールを設けることによって形成さ
れたＶ形溝を示す概略断面図である。

【図８】本発明に基づいてアルミニウム合金部材を突き
合わせ溶接した場合に、貫通溶接となるための臨界的な
溶接速度とフィラー送給率との関係を面取りの大きさに
ついて示すグラフである。

【図９】本発明に係わるアルミニウム合金部材のレーザ
溶接方法の一実施形態として、複数のレーザビームを用
いて溶接する要領を示す斜視図である。

【図１０】（ａ）ないし（ｃ）は重ねレーザ溶接方法に
おいてレーザビームを傾斜させる必要性を説明する斜視
図および断面図である。

【符号の説明】

Ｂ レーザビーム １ アルミニウム合金部材（レーザビーム照射側） ２ アルミニウム合金部材 ３ Ｖ形溝 １０ レーザ照射ヘッド １２ ローラ（押圧部材） １２ａ 先端部（溝内への挿入部分） １３ フィラーワイヤ（溶加材）

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２以上のアルミニウム合金部材を重ね合
   わせ、または突き合わせて上方からレーザビームを照射
   し溶接するに際し、レーザビームが照射されるアルミニ
   ウム合金部材の表面に溶接線に沿ってＶ形溝を設け、溶
   加材を供給しながら前記Ｖ形溝の中央部にレーザビーム
   を照射して溶接することを特徴とするアルミニウム合金
   部材のレーザ溶接方法。
2. 【請求項２】 ２以上のアルミニウム合金部材を突き合
   わせて溶接するに際し、突き合わせ部の上面角部に面取
   り、またはアールを設けることによってＶ形溝を形成す
   ることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金部
   材のレーザ溶接方法。
3. 【請求項３】 突き合わせ部の上面角部に設ける面取り
   の大きさＣは、加工点におけるレーザビーム径をｄ、ア
   ルミニウム合金部材の板厚をｔとするとき、ｄ／２≦Ｃ
   ≦ｔ／２の範囲にあることを特徴とする請求項２記載の
   アルミニウム合金部材のレーザ溶接方法。
4. 【請求項４】 突き合わせ部の上面角部に設けるアール
   の大きさＲは、加工点におけるレーザビーム径をｄ、ア
   ルミニウム合金部材の板厚をｔとするとき、ｄ／２≦Ｒ
   ≦ｔ／２の範囲にあることを特徴とする請求項２記載の
   アルミニウム合金部材のレーザ溶接方法。
5. 【請求項５】 板厚方向に重ね合わせた２以上のアルミ
   ニウム合金部材の一方の側から溶接面に斜め方向からレ
   ーザビームを照射してこれらアルミニウム合金部材を重
   ね溶接するに際し、レーザビーム照射側のアルミニウム
   合金部材の表面に溶接線に沿ってＶ形溝を設け、溶加材
   を供給しながら前記Ｖ形溝の中央部にレーザビームを照
   射して溶接することを特徴とする請求項１記載のアルミ
   ニウム合金部材のレーザ溶接方法。
6. 【請求項６】 レーザビームの照射角αが２０°以下で
   あると共に、加工点におけるレーザビーム径をｄ、レー
   ザビーム照射側のアルミニウム合金部材の溶接部におけ
   る板厚をｔとするとき、前記Ｖ形溝の深さａがｄ／２≦
   ａ≦ｔ／３、底部角度θが８５°≦θ≦９５°であるこ
   とを特徴とする請求項５記載のアルミニウム合金部材の
   レーザ溶接方法。
7. 【請求項７】 アルミニウム合金部材がプレス成形品で
   あって、プレス成形時にコイニング加工を施すことによ
   ってＶ形溝を設けることを特徴とする請求項１ないし請
   求項６のいずれかに記載のアルミニウム合金部材のレー
   ザ溶接方法。
8. 【請求項８】 アルミニウム合金部材が押出し成形品で
   あって、押出し成形時にＶ形溝を設けることを特徴とす
   る請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアルミニ
   ウム合金部材のレーザ溶接方法。
9. 【請求項９】 溶加材としてフィラーワイヤを使用し、
   該フィラーワイヤを溶接進行方向の前方側から供給する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに
   記載のアルミニウム合金部材のレーザ溶接方法。
10. 【請求項１０】 レーザ照射ヘッドに連結したローラあ
    るいはピンなどの押圧部材を前記Ｖ形溝内に挿入し所定
    の角度および距離を保持した状態でレーザ照射ヘッドに
    先行させ、アルミニウム合金部材を押圧して互いに密着
    させると共に、レーザ照射ヘッドをＶ形溝に沿って移動
    させてレーザービームを当該Ｖ形溝の中央に導くことを
    特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の
    アルミニウム合金部材のレーザ溶接方法。
11. 【請求項１１】 ローラあるいはピンなどの押圧部材に
    おける前記Ｖ形溝内への挿入部分の寸法が溝深さの半分
    以下であることを特徴とする請求項１０記載のアルミニ
    ウム合金部材のレーザ溶接方法。
12. 【請求項１２】 アルミニウム合金部材の溶接部におけ
    る板厚ｔが０．６〜３．０ｍｍの範囲であることを特徴
    とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のア
    ルミニウム合金部材のレーザ溶接方法。