JP2004098122A - レーザー溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】強度の低下を招くことなく、母材と取付部材とを重ね溶接できるレーザー溶接方法を得る。
【解決手段】溶接はレーザー溶接で、溶接開始点１２から溶接終了点１４に至る溶接軌跡１６に沿ってレーザービームをフランジ部４に照射して溶接する。また、溶接軌跡１６が溶接終了点１４に至るまでに折り返され、かつ、溶接開始点１２と溶接終了点１４とが重なることなく、母材１と取付部材２とに加わる外力による応力集中が生じない箇所を溶接終了点１４とした。溶接軌跡１６は、略Ｃ字状で、折返した後に、更に、溶接終了点１４に生じるクレータよりも長い溶接軌跡を設けて溶接終了点１４とした。
【選択図】 図１
【解決手段】溶接はレーザー溶接で、溶接開始点１２から溶接終了点１４に至る溶接軌跡１６に沿ってレーザービームをフランジ部４に照射して溶接する。また、溶接軌跡１６が溶接終了点１４に至るまでに折り返され、かつ、溶接開始点１２と溶接終了点１４とが重なることなく、母材１と取付部材２とに加わる外力による応力集中が生じない箇所を溶接終了点１４とした。溶接軌跡１６は、略Ｃ字状で、折返した後に、更に、溶接終了点１４に生じるクレータよりも長い溶接軌跡を設けて溶接終了点１４とした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、母材に取付部材を溶接するレーザー溶接方法、特に、自動車に用いられ、インストルメントパネル等が取り付けられるリインホースメントのパイプと取付部材とを溶接するレーザー溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、母材と取付部材とを重ね溶接する際に、レーザー溶接方法が用いられている。例えば、図４（イ）に示すように、パイプを用いた母材１００に取付部材１０２を溶接する際には、取付部材１０２に母材１００の外周形状に応じた円弧状のフランジ部１０４を形成している。このフランジ部１０４の上から溶接開始点１０６から溶接終了点１０８に至る溶接軌跡１１０に応じてレーザービームを照射して重ね溶接している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザー溶接では溶接棒を用いることなく、母材を溶かしながら溶接していく。その為、こうした従来の方法では、直前の溶接箇所が固まる際に、溶接終了点での溶けた母材が直前の溶接箇所に引っ張られてクレータ１１２が生じる。
【０００４】
母材１００と取付部材１０２との間に外力が加わった際に、溶接終了点１０８では、クレータ１１２が生じているために、疲労強度が低下し、甚だしい場合にはクレータ１１２から破損してしまう場合があるという問題があった。
本発明の課題は、強度の低下を招くことなく、母材と取付部材とを重ね溶接できるレーザー溶接方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
母材に取付部材のフランジ部を重ねて、前記フランジ部を前記母材に溶接する溶接方法において、
前記溶接はレーザー溶接で、溶接開始点から溶接終了点に至る溶接軌跡に沿ってレーザービームを前記フランジ部に照射して溶接し、また、前記溶接軌跡が前記溶接終了点に至るまでに折り返され、かつ、前記溶接開始点と前記溶接終了点とが重なることなく、前記母材と前記取付部材とに加わる外力による応力集中が生じない箇所を前記溶接終了点としたことを特徴とするレーザー溶接方法がそれである。
【０００６】
前記溶接軌跡は、略Ｃ字状で、折返した後に、更に、前記溶接終了点に生じるクレータよりも長い溶接軌跡を設けて前記溶接終了点としてもよい。あるいは、前記溶接軌跡は、外側の前記溶接開始点から内側の前記溶接終了点に至る１周以上のスパイラル状で、かつ、前記溶接軌跡が１周した後に、更に、前記溶接終了点に生じるクレータよりも長い溶接軌跡を設けてから前記溶接終了点としてもよい。また、前記母材はパイプで、前記フランジ部は前記パイプの外周形状に応じて円弧状に形成されていてもよい。更に、自動車のインストルメントパネル用リインホースメントに用いられる前記母材と前記取付部材であってもよい。前記レーザー溶接は、長焦点のレーザービームをミラーにより反射して前記溶接軌跡に沿って誘導するリモートレーザー溶接であってもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１はパイプを用いた母材で、本実施形態では母材１の直径が３８．１ｍｍで、肉厚が１．０ｍｍのパイプであり、自動車のインストルメントパネル等が取り付けられるリインホースメントに用いられる。母材１に溶接される取付部材２には、母材１の外周の曲面形状に応じて、円弧状のフランジ部４が形成されている。
【０００８】
本実施形態では、取付部材２の板厚には、母材１よりも厚い１．６ｍｍのものが用いられており、フランジ部４がプレス成形等により曲げ成形されて、フランジ部４を母材１の外周に密着した状態で重ねることができるように構成されている。
【０００９】
本実施形態では、レーザー溶接に、リモートレーザー溶接が用いられており、図２に示すように、溶接用レーザー発振器６からは焦点距離が６００〜１０００ｍｍの長焦点のレーザービーム８が発振され、ミラー１０に照射されたレーザービーム８はフランジ部４に誘導されるように構成されている。
【００１０】
ミラー１０は角度を変更可能で、角度を変えることにより、レーザービーム８の誘導方向を、母材１の周方向に沿って、また、母材１の軸方向に沿って変えることができる。従って、レーザービーム８の照射位置を平面上で移動させることができるが、本実施形態のように、直径３８．１ｍｍのパイプの曲面に誘導する場合、レーザービーム８の角度が２０度を越えると、エネルギーの拡散が大きくなり、それ以上の角度では溶接ができなくなる。本実施形態では、直径３８．１ｍｍのパイプの曲面上では、周方向には最大で１５ｍｍ程度の溶接長が限界である。
【００１１】
本実施形態では、図４（イ）に示すように、レーザービーム８による溶接開始点１２から溶接終了点１４に至る溶接軌跡１６を、ループ状とし、かつ、溶接開始点１２と溶接終了点１４とが重ならない、略Ｃ字状としている。溶接開始点１２と溶接終了点１４とを重ねないのは、重ねると溶融して孔が開く場合があるからである。
【００１２】
この溶接軌跡１６は、溶接開始点１２からレーザー溶接が開始され、溶接開始点１２から母材１の円周方向に向かう溶接軌跡１６は、半円弧状の折返し部１６ａで折り返されて円周方向を逆方向に向い、所定長さの直線部１６ｂが形成された後、再び半円弧状の折返し部１６ｃで逆方向に折り返されて直線部１６ｄが形成され、溶接開始点１２から所定距離離れた溶接終了点１４でレーザー溶接を終了する。
【００１３】
また、その際、母材１と取付部材２とに加わる外力による応力集中が生じない箇所に溶接終了点１４が設けられている。本実施形態の場合、図１に矢印で示すように、取付部材２に外力が加わり、母材１の軸方向の廻りのモーメントが生じる。
【００１４】
これにより、溶接軌跡１６の半円弧状の両折返し部１６ａ，１６ｃに応力が集中する。即ち、一方の折返し部１６ａを支点として他方の折返し部１６ｃを母材１から引き剥すような引張力が作用する。逆に、他方の折返し部１６ｃを支点として一方の折返し部１６ａを引き剥すような引張力が交互に繰り返し作用する。
【００１５】
溶接終了点１４はこのような折返し部１６ｃに設けることなく、他方の折返し部１６ｃから更に溶接終了点１４に生じるクレータよりも長い直線部１６ｄを設けてから、溶接終了点１４となるようにしている。よって、溶接終了点１４には応力集中が生じない。即ち、母材１と取付部材２との間に外力が繰り返し加わっても、適正な溶接が行われている折返し部１６ａ，１６ｃに作用するので、疲労強度の低下を招くことなく、母材１と取付部材２とを重ね溶接できる。
【００１６】
尚、クレータの長さは、母材１及び取付部材２の材質や溶接条件等によって変わるので、予め実験等により直線部１６ｄの長さを決めるようにするとよい。また、折返し部１６ａ，１６ｃは、円弧に限らず、矩形であってもよく、あるいは、折返し部１６ａ，１６ｃ、直線部１６ｂ，１６ｄによる溶接軌跡１６が楕円状のものでもよい。
【００１７】
また、溶接軌跡１６は、略Ｃ字状である場合に限らず、図３（ロ）に示すように、スパイラル状の溶接軌跡１８であってもよい。この溶接軌跡１８は、溶接開始点２０を外側とし、溶接開始点２０から内側の溶接終了点２２に至る溶接軌跡１８である。
【００１８】
この溶接軌跡１８は、溶接開始点２０から半円弧状の折返し部１８ａで折り返されて円周方向を逆方向に向い、所定長さの直線部１８ｂが形成された後、再び半円弧状の折返し部１８ｃで逆方向に折り返されて直線部１８ｄが形成される。直線部１８ｄが形成された後、半円弧状の折返し部１８ｅで折り返されて、溶接開始点２０の内側に折返し部１８ｅが形成される。
【００１９】
折返し部１８ｅが形成された後、溶接終了点２２に生じるクレータよりも長い直線部１８ｆを設けてから、溶接終了点２２となるようにしている。これにより、溶接軌跡１８は、１周した後に、更に、溶接終了点２２に生じるクレータよりも長い直線部１８ｆを設けてから、溶接終了点２２としている。
【００２０】
よって、溶接終了点２２には応力集中が生じない。即ち、母材１と取付部材２との間に外力が繰り返し加わっても、適正な溶接が行われている折返し部１８ａ，１８ｃに作用するので、疲労強度の低下を招くことなく、母材１と取付部材２とを重ね溶接できる。
【００２１】
尚、溶接終了点２２は、折返し部１８ｅにあってもよく、その際、溶接終了点２２に生じるクレータの長さに応じた折返し部１８ｅが確保されればよく、溶接終了点２２が溶接開始点２０よりもスパイラル状の溶接軌跡１８の内側にあるように、１周以上の溶接軌跡１８が形成されればよい。
【００２２】
また、溶接軌跡１８は、直線部１８ｂ，１８ｄ，１８ｆを設けるとこなく、円弧状の折返し部１８ａ，１８ｃ，１８ｅにより形成し、最後の折返し部１８ｅに溶接終了点２２を設けてもよい。あるいは、直線部１８ｂ，１８ｄ，１８ｆも円弧状とした楕円状の溶接軌跡１８であってもよい。
【００２３】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明のレーザー溶接方法によると、強度の低下を招くことなく、母材と取付部材とを重ね溶接できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのレーザー溶接方法を示す概略斜視図である。
【図２】本実施形態のリモートレーザー溶接の説明図である。
【図３】本実施形態の溶接軌跡の説明図である。
【図４】従来の溶接を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１，１００…母材 ２，１０２…取付部材
４，１０４…フランジ部 ６…溶接用レーザー発振器
８…レーザービーム １０…ミラー
１２，２０，１０６…溶接開始点
１４，２２，１０８…溶接終了点
１６，１８，１１０…溶接軌跡
１６ａ，１６ｃ，１８ａ，１８ｃ，１８ｅ…折返し部
１６ｂ，１６ｄ，１８ｂ，１８ｄ，１８ｆ…直線部
１１２…クレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、母材に取付部材を溶接するレーザー溶接方法、特に、自動車に用いられ、インストルメントパネル等が取り付けられるリインホースメントのパイプと取付部材とを溶接するレーザー溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、母材と取付部材とを重ね溶接する際に、レーザー溶接方法が用いられている。例えば、図４（イ）に示すように、パイプを用いた母材１００に取付部材１０２を溶接する際には、取付部材１０２に母材１００の外周形状に応じた円弧状のフランジ部１０４を形成している。このフランジ部１０４の上から溶接開始点１０６から溶接終了点１０８に至る溶接軌跡１１０に応じてレーザービームを照射して重ね溶接している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザー溶接では溶接棒を用いることなく、母材を溶かしながら溶接していく。その為、こうした従来の方法では、直前の溶接箇所が固まる際に、溶接終了点での溶けた母材が直前の溶接箇所に引っ張られてクレータ１１２が生じる。
【０００４】
母材１００と取付部材１０２との間に外力が加わった際に、溶接終了点１０８では、クレータ１１２が生じているために、疲労強度が低下し、甚だしい場合にはクレータ１１２から破損してしまう場合があるという問題があった。
本発明の課題は、強度の低下を招くことなく、母材と取付部材とを重ね溶接できるレーザー溶接方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
母材に取付部材のフランジ部を重ねて、前記フランジ部を前記母材に溶接する溶接方法において、
前記溶接はレーザー溶接で、溶接開始点から溶接終了点に至る溶接軌跡に沿ってレーザービームを前記フランジ部に照射して溶接し、また、前記溶接軌跡が前記溶接終了点に至るまでに折り返され、かつ、前記溶接開始点と前記溶接終了点とが重なることなく、前記母材と前記取付部材とに加わる外力による応力集中が生じない箇所を前記溶接終了点としたことを特徴とするレーザー溶接方法がそれである。
【０００６】
前記溶接軌跡は、略Ｃ字状で、折返した後に、更に、前記溶接終了点に生じるクレータよりも長い溶接軌跡を設けて前記溶接終了点としてもよい。あるいは、前記溶接軌跡は、外側の前記溶接開始点から内側の前記溶接終了点に至る１周以上のスパイラル状で、かつ、前記溶接軌跡が１周した後に、更に、前記溶接終了点に生じるクレータよりも長い溶接軌跡を設けてから前記溶接終了点としてもよい。また、前記母材はパイプで、前記フランジ部は前記パイプの外周形状に応じて円弧状に形成されていてもよい。更に、自動車のインストルメントパネル用リインホースメントに用いられる前記母材と前記取付部材であってもよい。前記レーザー溶接は、長焦点のレーザービームをミラーにより反射して前記溶接軌跡に沿って誘導するリモートレーザー溶接であってもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１はパイプを用いた母材で、本実施形態では母材１の直径が３８．１ｍｍで、肉厚が１．０ｍｍのパイプであり、自動車のインストルメントパネル等が取り付けられるリインホースメントに用いられる。母材１に溶接される取付部材２には、母材１の外周の曲面形状に応じて、円弧状のフランジ部４が形成されている。
【０００８】
本実施形態では、取付部材２の板厚には、母材１よりも厚い１．６ｍｍのものが用いられており、フランジ部４がプレス成形等により曲げ成形されて、フランジ部４を母材１の外周に密着した状態で重ねることができるように構成されている。
【０００９】
本実施形態では、レーザー溶接に、リモートレーザー溶接が用いられており、図２に示すように、溶接用レーザー発振器６からは焦点距離が６００〜１０００ｍｍの長焦点のレーザービーム８が発振され、ミラー１０に照射されたレーザービーム８はフランジ部４に誘導されるように構成されている。
【００１０】
ミラー１０は角度を変更可能で、角度を変えることにより、レーザービーム８の誘導方向を、母材１の周方向に沿って、また、母材１の軸方向に沿って変えることができる。従って、レーザービーム８の照射位置を平面上で移動させることができるが、本実施形態のように、直径３８．１ｍｍのパイプの曲面に誘導する場合、レーザービーム８の角度が２０度を越えると、エネルギーの拡散が大きくなり、それ以上の角度では溶接ができなくなる。本実施形態では、直径３８．１ｍｍのパイプの曲面上では、周方向には最大で１５ｍｍ程度の溶接長が限界である。
【００１１】
本実施形態では、図４（イ）に示すように、レーザービーム８による溶接開始点１２から溶接終了点１４に至る溶接軌跡１６を、ループ状とし、かつ、溶接開始点１２と溶接終了点１４とが重ならない、略Ｃ字状としている。溶接開始点１２と溶接終了点１４とを重ねないのは、重ねると溶融して孔が開く場合があるからである。
【００１２】
この溶接軌跡１６は、溶接開始点１２からレーザー溶接が開始され、溶接開始点１２から母材１の円周方向に向かう溶接軌跡１６は、半円弧状の折返し部１６ａで折り返されて円周方向を逆方向に向い、所定長さの直線部１６ｂが形成された後、再び半円弧状の折返し部１６ｃで逆方向に折り返されて直線部１６ｄが形成され、溶接開始点１２から所定距離離れた溶接終了点１４でレーザー溶接を終了する。
【００１３】
また、その際、母材１と取付部材２とに加わる外力による応力集中が生じない箇所に溶接終了点１４が設けられている。本実施形態の場合、図１に矢印で示すように、取付部材２に外力が加わり、母材１の軸方向の廻りのモーメントが生じる。
【００１４】
これにより、溶接軌跡１６の半円弧状の両折返し部１６ａ，１６ｃに応力が集中する。即ち、一方の折返し部１６ａを支点として他方の折返し部１６ｃを母材１から引き剥すような引張力が作用する。逆に、他方の折返し部１６ｃを支点として一方の折返し部１６ａを引き剥すような引張力が交互に繰り返し作用する。
【００１５】
溶接終了点１４はこのような折返し部１６ｃに設けることなく、他方の折返し部１６ｃから更に溶接終了点１４に生じるクレータよりも長い直線部１６ｄを設けてから、溶接終了点１４となるようにしている。よって、溶接終了点１４には応力集中が生じない。即ち、母材１と取付部材２との間に外力が繰り返し加わっても、適正な溶接が行われている折返し部１６ａ，１６ｃに作用するので、疲労強度の低下を招くことなく、母材１と取付部材２とを重ね溶接できる。
【００１６】
尚、クレータの長さは、母材１及び取付部材２の材質や溶接条件等によって変わるので、予め実験等により直線部１６ｄの長さを決めるようにするとよい。また、折返し部１６ａ，１６ｃは、円弧に限らず、矩形であってもよく、あるいは、折返し部１６ａ，１６ｃ、直線部１６ｂ，１６ｄによる溶接軌跡１６が楕円状のものでもよい。
【００１７】
また、溶接軌跡１６は、略Ｃ字状である場合に限らず、図３（ロ）に示すように、スパイラル状の溶接軌跡１８であってもよい。この溶接軌跡１８は、溶接開始点２０を外側とし、溶接開始点２０から内側の溶接終了点２２に至る溶接軌跡１８である。
【００１８】
この溶接軌跡１８は、溶接開始点２０から半円弧状の折返し部１８ａで折り返されて円周方向を逆方向に向い、所定長さの直線部１８ｂが形成された後、再び半円弧状の折返し部１８ｃで逆方向に折り返されて直線部１８ｄが形成される。直線部１８ｄが形成された後、半円弧状の折返し部１８ｅで折り返されて、溶接開始点２０の内側に折返し部１８ｅが形成される。
【００１９】
折返し部１８ｅが形成された後、溶接終了点２２に生じるクレータよりも長い直線部１８ｆを設けてから、溶接終了点２２となるようにしている。これにより、溶接軌跡１８は、１周した後に、更に、溶接終了点２２に生じるクレータよりも長い直線部１８ｆを設けてから、溶接終了点２２としている。
【００２０】
よって、溶接終了点２２には応力集中が生じない。即ち、母材１と取付部材２との間に外力が繰り返し加わっても、適正な溶接が行われている折返し部１８ａ，１８ｃに作用するので、疲労強度の低下を招くことなく、母材１と取付部材２とを重ね溶接できる。
【００２１】
尚、溶接終了点２２は、折返し部１８ｅにあってもよく、その際、溶接終了点２２に生じるクレータの長さに応じた折返し部１８ｅが確保されればよく、溶接終了点２２が溶接開始点２０よりもスパイラル状の溶接軌跡１８の内側にあるように、１周以上の溶接軌跡１８が形成されればよい。
【００２２】
また、溶接軌跡１８は、直線部１８ｂ，１８ｄ，１８ｆを設けるとこなく、円弧状の折返し部１８ａ，１８ｃ，１８ｅにより形成し、最後の折返し部１８ｅに溶接終了点２２を設けてもよい。あるいは、直線部１８ｂ，１８ｄ，１８ｆも円弧状とした楕円状の溶接軌跡１８であってもよい。
【００２３】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明のレーザー溶接方法によると、強度の低下を招くことなく、母材と取付部材とを重ね溶接できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのレーザー溶接方法を示す概略斜視図である。
【図２】本実施形態のリモートレーザー溶接の説明図である。
【図３】本実施形態の溶接軌跡の説明図である。
【図４】従来の溶接を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１，１００…母材 ２，１０２…取付部材
４，１０４…フランジ部 ６…溶接用レーザー発振器
８…レーザービーム １０…ミラー
１２，２０，１０６…溶接開始点
１４，２２，１０８…溶接終了点
１６，１８，１１０…溶接軌跡
１６ａ，１６ｃ，１８ａ，１８ｃ，１８ｅ…折返し部
１６ｂ，１６ｄ，１８ｂ，１８ｄ，１８ｆ…直線部
１１２…クレータ
Claims (6)
- 母材に取付部材のフランジ部を重ねて、前記フランジ部を前記母材に溶接する溶接方法において、
前記溶接はレーザー溶接で、溶接開始点から溶接終了点に至る溶接軌跡に沿ってレーザービームを前記フランジ部に照射して溶接し、また、前記溶接軌跡が前記溶接終了点に至るまでに折り返され、かつ、前記溶接開始点と前記溶接終了点とが重なることなく、前記母材と前記取付部材とに加わる外力による応力集中が生じない箇所を前記溶接終了点としたことを特徴とするレーザー溶接方法。 - 前記溶接軌跡は、略Ｃ字状で、折返した後に、更に、前記溶接終了点に生じるクレータよりも長い溶接軌跡を設けて前記溶接終了点としたことを特徴とする請求項１記載のレーザー溶接方法。
- 前記溶接軌跡は、外側の前記溶接開始点から内側の前記溶接終了点に至る１周以上のスパイラル状で、かつ、前記溶接軌跡が１周した後に、更に、前記溶接終了点に生じるクレータよりも長い溶接軌跡を設けてから前記溶接終了点としたことを特徴とする請求項１記載のレーザー溶接方法。
- 前記母材はパイプで、前記フランジ部は前記パイプの外周形状に応じて円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３記載のレーザー溶接方法。
- 自動車のインストルメントパネル用リインホースメントに用いられる前記母材と前記取付部材であることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載のレーザー溶接方法。
- 前記レーザー溶接は、長焦点のレーザービームをミラーにより反射して前記溶接軌跡に沿って誘導するリモートレーザー溶接であることを特徴とする請求項１ないし請求項５記載のレーザー溶接方法。
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