JP2003136262A - 差厚材のレーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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 【解決手段】 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おいて、レーザビーム１６を
溶接線１４に沿って移動させて照射するとき、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上下
に振動させる。そのとき、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にレーザビームが照射される位置であ
り、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１２のギャップ内の表面にレーザ
ビーム１６が照射される位置に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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１０
１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１０
７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、板厚の異なる材料を突き合わせ溶接する差
厚材のレーザ溶接方法において、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。

【００１８】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
る位置に設定することで特徴づけられる。

【００１９】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３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４の差厚材のレーザ溶接方法（請求項４
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４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５の差厚材のレーザ溶接方法（請求項５
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ることで特
徴づけられる。

【００２５】第５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
設定することで特徴づけられる。

【００２７】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７の差厚材のレーザ溶接方法（請求項７
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７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１
１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１
１の表面１５に垂直な方向から、溶接線１４の開始点１
８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１
９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１
４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】

【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１
０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１
９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２
５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

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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おいて、 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、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ることを特徴とする差厚材のレーザ
   溶接方法。
2. 【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
   １記載の差厚材のレーザ溶接方法。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 前記板厚の異なる材料のうちの少なくと
   も厚板材にドロスが付着している前記材料を用い、 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〜
   ３のいずれか１項に記載の差厚材のレーザ溶接方法。
5. 【請求項５】 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ることを特徴とする差厚材のレーザ
   溶接方法。
6. 【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
   ５記載の差厚材のレーザ溶接方法。
7. 【請求項７】 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５記載の差厚材のレーザ溶接方法。