JP2005169410A - 差厚材のレーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 板厚の異なる厚板材と薄板材とを突合せて両者間を確実に溶接する。
【解決手段】 厚板材２３の段差面２３Ｃと薄板材２２の切断面２２Ａとが交差する交差部２４に溶加材２５の先端を突当て、この溶加材２５の先端にレーザビーム３２を照射する。これにより、例えば溶加材２５の先端に巻きぐせが残っている場合でも、この巻きぐせを交差部２４への突当て力によって矯正することができる。これにより、溶加材２５の先端部を薄板材２２と厚板材２３との間の適正な位置に安定して配置することができ、溶加材２５、薄板材２２、厚板材２３を充分に溶融させることにより、薄板材２２と厚板材２３とを強固に溶接することができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、板厚が異なる平板状の薄板材と厚板材との間をレーザ溶接によって接合するのに好適に用いられる差厚材のレーザ溶接方法に関する。

一般に、自動車の車体（シャーシ）等を形成するために用いられる鋼板材として、板厚が異なる平板状の薄板材と厚板材とを、幅方向に交互に並べて接合してなる差厚材が知られている。

そして、上述の如き差厚材を形成するため、従来では、薄板材と厚板材とを幅方向に突合せた状態で、これら薄板材と厚板材との間にフィラワイヤ等の細長い線状の溶加材を供給しながら、この溶加材にレーザビームを照射するレーザ溶接方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−３１４１６３号公報

このレーザ溶接方法は、溶加材供給装置によってドラムから連続的に巻出された溶加材を、薄板材と厚板材との突合せ面の上端部に供給し、集光装置を用いて極めて微小な面積範囲に集光させたレーザビームをこの溶加材に照射することにより、これら溶加材、薄板材、厚板材を溶融させるもので、薄板材と厚板材との間に深い溶込みをもった溶接部を形成し、両者間を強固に接合することができる。

ところで、上述した従来技術では、溶加材供給装置のドラムから巻出される溶加材に巻きぐせによる曲がり等が生じるのを矯正するため、溶加材供給装置に矯正装置を設ける構成としている。

このため、従来技術では、溶加材供給装置全体が大型化してしまい、その構造も複雑化してコストが増大するという問題がある。

一方、上述の如き矯正装置を廃止した場合には、溶加材の巻きぐせにより該溶加材の先端が薄板材と厚板材との間から離間してしまうことがあり、この場合には、レーザビームの集光位置から溶加材が外れてしまい、該溶加材を溶融させることができなくなるため、溶接不良を招くという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、板厚の異なる薄板材と厚板材とを突合せて両者を確実に溶接することができるようにした差厚材のレーザ溶接方法を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため請求項１の発明に係る差厚材のレーザ溶接方法は、板厚が異なる薄板材と厚板材とを互いに突合せ、前記厚板材のうち前記薄板材との突合せ面から突出した段差面と前記薄板材とが交差する交差部に溶加材の先端を突当てつつ、該溶加材の先端にレーザビームを照射して前記薄板材と厚板材とを溶接することにある。

請求項２の発明は、薄板材と厚板材とは、切断加工によって形成される傾斜面を含んだ切断面を互いに突合せることにある。

請求項３の発明は、薄板材と厚板材とは、レーザ切断、プラズマ切断、またはガス切断による切断面を突合せ面として用いることにある。

請求項４の発明は、厚板材の段差面は、レーザビームの集光角度に対し１／２以上の傾斜角度をもった傾斜面として形成したことにある。

請求項５の発明は、薄板材と厚板材のうち少なくとも一方の板材には、交差部に沿って延び溶加材の先端が挿入される溶加材挿入部を設け、該溶加材挿入部に挿入された溶加材の先端に向けてレーザビームを照射することにある。

請求項６の発明は、溶加材挿入部は、薄板材のうち厚板材との突合せ面に設けられた溝により構成したことにある。

請求項７の発明は、溶加材挿入部は、薄板材の突合せ面に設けた傾斜面と厚板材の突合せ面に設けた傾斜面との間に形成されるＶ溝により構成したことにある。

請求項８の発明は、板厚が異なる薄板材と厚板材とを互いに突合せ、これら薄板材と厚板材との間にレーザビームを照射して両者を溶接する差厚材のレーザ溶接方法において、薄板材と厚板材とは、切断加工によって形成される傾斜面を含んだ切断面を互いに突合せ、厚板材のうち薄板材との突合せ面から突出した段差面と薄板材とが交差する交差部の近傍位置で厚板材の段差面にレーザビームを照射することにある。

請求項９の発明は、板厚が異なる薄板材と厚板材とを互いに突合せ、これら薄板材と厚板材との間にレーザビームを照射して両者を溶接する差厚材のレーザ溶接方法において、厚板材には、薄板材に突合される突合せ面と、該突合せ面からレーザビームの集光角度に対し１／２以上の傾斜角度をもって傾斜する傾斜面とを形成し、厚板材の傾斜面と薄板材とが交差する交差部に前記傾斜面側からレーザビームを照射することにある。

請求項１の発明によれば、厚板材のうち薄板材との突合せ面から突出した段差面と薄板材とが交差する交差部に溶加材の先端を突当てることにより、例えば溶加材の先端部に巻きぐせが残っている場合でも、この巻きぐせを前記交差部への突当て力によって矯正し、溶加材の先端を薄板材と厚板材との間に安定して配置することができる。このため、溶加材の先端にレーザビームを確実に照射し、溶加材、薄板材、厚板材を適正に溶融させることができ、薄板材と厚板材とを強固に溶接することができる。また、溶加材を供給する溶加材供給装置に、溶加材の巻きぐせを矯正するための矯正装置を設ける必要がなく、溶加材供給装置を小型化してレーザ溶接の作業性を高めることができる。

請求項２の発明によれば、切断加工時に傾斜面を含んで形成された薄板材の切断面と、切断加工時に傾斜面を含んで形成された厚板材の切断面とを突合わせるだけで、厚板材の段差面と薄板材との間に開先状の交差部を形成することができる。このため、交差部に溶加材の先端を突当てることにより、溶加材の曲がりを矯正しつつ該溶加材の先端を薄板材と厚板材との間の適正な位置に配置することができる。また、交差部に突当てた溶加材の先端にレーザビームを集光させるときに、レーザビームが厚板材の端縁部に干渉するのを防止することができ、溶加材、薄板材、厚板材を充分に溶融させることができる。しかも、薄板材の切断面と厚板材の切断面とに機械加工を施す必要がないので、この分、レーザ溶接時の工数を削減することができる。

請求項３の発明によれば、薄板材と厚板材とをレーザ切断、プラズマ切断、またはガス切断によって切断したときに、その切断面に傾斜面（通常、「だれ」と呼ばれる面）が形成されるので、これら各傾斜面を対面させて薄板材と厚板材とを突合せるだけで、厚板材の段差面と薄板材との間に開先状の交差部を形成することができる。

請求項４の発明によれば、厚板材の段差面を、レーザビームの集光角度に対し１／２以上の傾斜角度をもった傾斜面として形成したので、厚板材の段差面と薄板材との交差部に溶加材を突当て、この溶加材の先端にレーザビームを集光させるときに、レーザビームが厚板材の端縁部に干渉するのを確実に防止することができ、溶加材、薄板材、厚板材を充分に溶融させることができる。

請求項５の発明によれば、薄板材と厚板材のうち少なくとも一方の板材に、交差部に沿って延び溶加材の先端が挿入される溶加材挿入部を設けたので、この溶加材挿入部内で溶加材の巻きぐせ等による曲がりを矯正することができ、溶加材の先端に対しレーザビームを安定して照射することができる。

請求項６の発明によれば、溶加材挿入部を、薄板材のうち厚板材との突合せ面に設けられた溝によって構成したので、溶加材の曲がりを溝内で矯正することにより、溶加材の先端にレーザビームを確実に照射することができる。

請求項７の発明によれば、溶加材挿入部を、薄板材の突合せ面に設けた傾斜面と厚板材の突合せ面に設けた傾斜面との間に形成されるＶ溝によって構成したので、溶加材の曲がりをこのＶ溝内で矯正することができる。

請求項８の発明によれば、切断加工時に傾斜面を含んで形成された薄板材の切断面と、切断加工時に傾斜面を含んで形成された厚板材の切断面とを突合わせるだけで、厚板材の段差面と薄板材との間に開先状の交差部を形成することができる。これにより、この交差部の近傍位置で厚板材の段差面にレーザビームを照射するときに、このレーザビームが厚板材の端縁部に干渉するのを防止することができ、薄板材と厚板材とを充分に溶融させることができる。また、薄板材の切断面と厚板材の切断面とに機械加工を施す必要がないので、この分、レーザ溶接時の工数を削減することができる。

請求項９の発明によれば、厚板材には、薄板材に突合わされる突合せ面と、該突合せ面からレーザビームの集光角度に対し１／２以上の傾斜角度をもって傾斜する傾斜面とを形成したので、厚板材の傾斜面と薄板材とが交差する交差部に前記傾斜面側からレーザビームを集光させるときに、このレーザビームが厚板材の端縁部に干渉するのを防止することができ、薄板材と厚板材とを充分に溶融させることができる。

以下、本発明に係る差厚材のレーザ溶接方法の実施の形態を、油圧ショベル用の作業腕を形成するための差厚材に用いた場合を例に挙げ、図１ないし図１７を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１ないし図１０は本発明の第１の実施の形態を示している。

図中、１は建設機械としての油圧ショベルで、該油圧ショベル１は、自走可能な装軌式の走行体２と、この走行体２上に旋回可能に搭載された旋回体３と、この旋回体３の前部側に俯仰動可能に設けられたオフセットブーム式の作業装置４とにより大略構成されている。

ここで、作業装置４は、旋回体３に俯仰動可能に取付けられたロアブーム５と、このロアブーム５の先端部に左，右方向に揺動可能に取付けられたアッパブーム６と、このアッパブーム６の先端部に左，右方向に揺動可能に取付けられたアームステー７と、このアームステー７に俯仰動可能に取付けられた後述のアーム１１と、このアーム１１の先端部に回動可能に取付けられた作業具としてのバケット８とにより大略構成されている。そして、ロアブーム５、アッパブーム６およびアーム１１は、建設機械用の作業腕を構成するものである。

また、オフセットブーム式の作業装置４にあっては、ロアブーム５の先端部とアームステー７との間にリンクロッド（図示せず）が左，右方向に回動可能に連結して設けられている。そして、このリンクロッドは、ロアブーム５、アッパブーム６、アームステー７と共に平行リンクを構成し、この平行リンクによってアーム１１とロアブーム５とが常に平行な状態を保持する構成となっている。

また、旋回体３とロアブーム５との間にはブームシリンダ５Ａが設けられ、アームステー７とアーム１１との間にはアームシリンダ７Ａが設けられ、アーム１１とバケット８との間には、バケットリンク９を介してバケットシリンダ８Ａが設けられている。

１１は油圧ショベル１の作業腕を構成する作業装置４のアームで、このアーム１１は、図２ないし図３に示すように、後述の主要部１５と、主要部１５の基端側（長さ方向の一側）に設けられた基端側ボス取付部１２と、主要部１５の先端側（長さ方向の他側）に設けられた先端側ボス取付部１３と、基端側ボス取付部１２の近傍に設けられたシリンダブラケット１４とにより大略構成されている。

そして、基端側ボス取付部１２には、アームステー７がピン結合されるボス部１２Ａが設けられ、先端側ボス取付部１３には、バケットリンク９がピン結合されるボス部１３Ａと、バケット８がピン結合されるボス部１３Ｂとが設けられている。また、シリンダブラケット１４には、アームシリンダ７Ａの先端部がピン結合されると共に、バケットシリンダ８Ａの基端部がピン結合される構成となっている。

１５はアーム１１の本体部分を構成する主要部で、該主要部１５は、図３および図４に示すように、ほぼコ字状の横断面形状をなし下端側が開口端となった枠体１６と、この枠体１６の開口端を施蓋する蓋体１７とにより、四角形の横断面形状をもった中空な角筒体として形成されている。

そして、枠体１６は、その上面を構成する薄板状の平面部１６Ａと、平面部１６Ａを挟んでＬ型に折曲げられた厚板状の左，右の折曲面部１６Ｂ，１６Ｂと、各折曲面部１６Ｂから下方に延びる薄板状の左，右の平面部１６Ｃ，１６Ｃと、各平面部１６Ｃの下端部に位置する厚板状の左，右の平面部１６Ｄ，１６Ｄとにより構成されている。

一方、蓋体１７は、薄板状の平面部１７Ａと、平面部１７Ａを挟む厚板状の左，右の平面部１７Ｂ，１７Ｂとにより構成されている。そして、蓋体１７を構成する左，右の平面部１７Ｂの両端部を、枠体１６を構成する左，右の平面部１６Ｄの内側面に溶接によって固着することにより、枠体１６と蓋体１７とからなるアーム１１の主要部１５が形成されている。

そして、上述したアーム１１の主要部１５を構成する枠体１６は、後述する差厚材２１をコ字状に折曲げることにより形成されるもので、以下、この差厚材２１について説明する。

２１は枠体１６を形成するための素材となる差厚材で、この差厚材２１は、図５および図６に示すように、長手方向に延びる複数枚の薄板材２２，２２，…と、同じく長手方向に延びる複数枚の厚板材２３，２３，…とからなり、これら各薄板材２２と各厚板材２３とを、後述するレーザ溶接によって幅方向に交互に接合することにより、１枚の板材として形成されている。そして、差厚材２１を構成する左，右の厚板材２３，２３に対し、図５中に点線で示すように、薄板材２２との接合線と平行な折曲線Ａの位置で幅方向に折曲げ加工を施すことにより、図３および図４に示すコ字状の枠体１６が形成されるものである。

次に、差厚材２１を構成する薄板材２２と厚板材２３とを接合するためのレーザ溶接方法について、図７ないし図１０を参照しつつ詳細に説明する。

図中、２２は薄板材で、該薄板材２２は、例えば平板状の薄鋼板をレーザ切断、プラズマ切断、またはガス切断等の手段を用いて切断（溶断）することにより、長手方向に延びる平板状に形成されている。ここで、薄板材２２のうち厚板材２３と対面する端面は、図９に示すように、切断加工時の「だれ」と呼ばれる傾斜面を含んだ切断面２２Ａとなっている。これにより、薄板材２２の切断面２２Ａは、その下端側から上端側（後述するレーザ溶接機３１側）に向けて、厚板材２３から徐々に離間するように湾曲しつつ鉛直方向に対して傾斜している。そして、切断面２２Ａのうち厚板材２３の後述する突合せ面２３Ｂと突合される面（当接する面）が、薄板材２２の突合せ面２２Ｂとなっている。

２３は薄板材２２に接合される厚板材で、該厚板材２３は、例えば平板状の厚鋼板をレーザ切断、プラズマ切断、またはガス切断等の手段を用いて切断することにより、長手方向に延びる平板状に形成されている。ここで、厚板材２３のうち薄板材２２と対面する端面は、図９に示すように、切断加工時の「だれ」と呼ばれる傾斜面を含んだ切断面２３Ａとなっている。これにより、厚板材２３の切断面２３Ａは、その下端側から上端側（後述するレーザ溶接機３１側）に向けて、薄板材２２から徐々に離間するように湾曲しつつ鉛直方向に対して傾斜している。そして、切断面２３Ａのうち薄板材２２の突合せ面２２Ａに突合される面が、厚板材２３の突合せ面２３Ｂとなり、切断面２３Ａのうち薄板材２２の突合せ面２２Ｂから上方に突出する面が、厚板材２３の段差面２３Ｃとなっている。

２４は厚板材２３の段差面２３Ｃと薄板材２２の切断面２２Ａとが交差する交差部で、この交差部２４は、互いに突合わされた薄板材２２の突合せ面２２Ｂと厚板材２３の突合せ面２３Ｂに沿って長手方向に延び、上方に向けて開いた開先状をなしている。そして、この交差部２４は、後述する溶加材２５の先端が突当てられることにより、この溶加材２５の先端を案内するものである。

２５は薄板材２２と厚板材２３との間の交差部２４に供給される溶加材で、該溶加材２５は、通常、フィラワイヤ等と呼ばれる直径１．２ｍｍ程度の細長い線状の金属材料からなっている。そして、溶加材２５は、後述する溶加材供給装置２６によって薄板材２２と厚板材２３との間の交差部２４に連続的に供給され、後述するレーザ溶接機３１からのレーザビーム３２が照射されるものである。

２６は溶加材２５を連続的に供給する溶加材供給装置で、該溶加材供給装置２６は、図８に示すように、ケーシング２７と、該ケーシング２７内に回転可能に設けられ溶加材２５が巻回されたドラム２８と、ドラム２８から巻出された溶加材２５の先端を薄板材２２と厚板材２３との間の交差部２４に向けて案内する筒状のガイド部材２９と、ドラム２８とガイド部材２９との間に位置してケーシング２７内に設けられ、ドラム２８から溶加材２５を巻出す複数のローラ３０とにより大略構成されている。

３１はレーザ溶接機で、該レーザ溶接機３１は、レーザ発生器（図示せず）から放射されたレーザ光を、レンズ、反射鏡等の集光装置（図示せず）によって極めて微小な面積範囲に集光させ、この集光したレーザビーム３２を溶接対象物に向けて照射するものである。そして、レーザ溶接機３１は、薄板材２２と厚板材２３との間の交差部２４の上方に配置され、該交差部２４に突き当てられた溶加材２５の先端に向けてレーザビーム３２を照射する。ここで、図９に示すように、レーザ溶接機３１から出力されたレーザビーム３２が溶加材２５の先端に集光するときの集光角度をθとすると、この集光角度θは、例えばθ＝１５°となっている。

そして、図７に示すように、レーザ溶接機３１と溶加材供給装置２６とは、薄板材２２と厚板材２３との間に形成された交差部２４に沿ってその長手方向に一体的に移動する構成となっている。

次に、レーザ溶接機３１を用いて薄板材２２と厚板材２３との間を溶接する場合には、まず、図９に示すように、薄板材２２の突合せ面２２Ｂと厚板材２３の突合せ面２３Ａとを突合わせる。これにより、厚板材２３の切断面２３Ａのうち薄板材２２の突合せ面２２Ｂから突出した部位は、両者の板厚差に応じた段差面２３Ｃとなり、この厚板材２３の段差面２３Ｃと薄板材２２の切断面２２Ａとの間には、上方に向けて開いた開先状の交差部２４が形成される。

そして、図８に示すように、溶加材供給装置２６のドラム２８から溶加材２５を巻出し、この溶加材２５を薄板材２２と厚板材２３との間に形成された交差部２４に供給する。このとき、溶加材２５の先端を交差部２４に突き当てることにより、例えば溶加材２５の先端部に巻きぐせ等による曲がりがある場合でも、この溶加材２５の曲がりを、交差部２４への突当て力によって矯正することができる。これにより、溶加材２５の先端を、薄板材２２の突合せ面２２Ｂと厚板材２３の突合せ面２３Ｂとのほぼ真上となる適正な位置に配置することができる。

この状態で、レーザ溶接機３１からのレーザビーム３２を、厚板材２３の段差面２３Ｃ側から溶加材２５の先端に照射する。この場合、薄板材２２と厚板材２３との間の交差部２４は開先状となっているので、レーザビーム３２は、厚板材２３の上端縁部等に干渉することなく溶加材２５の先端に確実に集光することができる。これにより、溶加材２５、薄板材２２、厚板材２３を充分に溶融させ、薄板材２２と厚板材２３との間に深い溶込みをもった溶接部３３を形成することができる。

かくして、本実施の形態によれば、厚板材２３の段差面２３Ｃと薄板材２２の切断面２２Ａとが交差する交差部２４に溶加材２５の先端を突当てることにより、例えば溶加材２５の先端部に巻きぐせが残っている場合でも、この巻きぐせを交差部２４への突当て力によって矯正することができる。これにより、溶加材２５の先端を薄板材２２と厚板材２３との間の適正な位置に安定して配置することができ、溶加材２５、薄板材２２、厚板材２３を充分に溶融させることにより、薄板材２２と厚板材２３とを強固に溶接することができる。しかも、溶加材供給装置２６に、溶加材２５の巻きぐせを矯正するための矯正装置を設ける必要がなく、溶加材供給装置２６を小型化してレーザ溶接の作業性を高めることができる。

また、厚板材２３の段差面２３Ｃと薄板材２２の切断面２２Ａとの交差部２４は、上方に開いた開先状となっているので、該交差部２４に突当てた溶加材２５の先端にレーザビーム３２を集光させるときに、レーザビーム３２が厚板材２３の端縁部に干渉するのを防止することができ、溶加材２５、薄板材２２、厚板材２３を充分に溶融させることができる。

しかも、薄板材２２を切断加工したときの切断面２２Ａと、厚板材２３を切断加工したときの切断面２３Ａとをそのまま突合わせた状態でレーザ溶接を行なうことができるので、薄板材２２の切断面２２Ａと厚板材２３の切断面２３Ａとに機械加工を施す必要がなく、この分、レーザ溶接時の工数を削減することができる。

次に、図１１は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、厚板材の段差面を、レーザビームの集光角度に対し１／２以上の傾斜角度をもった傾斜面として形成したことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

図中、４１は本実施の形態に用いた薄板材で、該薄板材４１のうち後述の厚板材４２と対面する端面は、例えば機械加工を施すことにより、鉛直方向に延びる平坦な突合せ面４１Ａとなっている。

４２は本実施の形態に用いた厚板材で、該厚板材４２のうち薄板材４１と対面する端面は、例えば機械加工を施すことにより、鉛直方向に延びる平坦な突合せ面４２Ａと、該突合せ面４２Ａの上端側から斜め上向きに延びる平坦な傾斜面４２Ｂとからなり、該傾斜面４２Ｂは、突合せ面４２Ａの上端側から上方に向けて薄板材４１から徐々に離間するように直線的に傾斜している。そして、薄板材４１の突合せ面４１Ａと厚板材４２の突合せ面４２Ａとを突合せたときには、厚板材４２の傾斜面４２Ｂが薄板材４１の上面４１Ｂから上方に突出し、この厚板材４２の傾斜面４２Ｂは、薄板材４１と厚板材４２との間の段差面となっている。

ここで、傾斜面４２Ｂの鉛直方向に対する傾斜角度をαとし、レーザ溶接機３１から照射されるレーザビーム３２の集光角度θすると、傾斜面４２Ｂの傾斜角度αは、レーザビーム３２の集光角度θの１／２以上に設定されている（α≧θ／２）。

４３は厚板材４２の傾斜面（段差面）４２Ｂと薄板材４１の上面４１Ｂとが交差する交差部で、この交差部４３は、薄板材４１の突合せ面４１Ａと厚板材４２の突合せ面４２Ａに沿って長手方向に延び、上方に向けて開いた開先状をなしている。そして、この交差部４３は、溶加材２５の先端が突当てられることにより、この溶加材２５の先端を案内するものである。

次に、レーザ溶接機３１を用いて薄板材４１と厚板材４２との間を溶接する場合には、まず、薄板材４１の突合せ面４１Ａと厚板材４２の突合せ面４２Ａとを突合わせる。そして、厚板材４２の傾斜面４２Ｂと薄板材４１の上面４１Ｂとが交差する交差部４３に、溶加材２５の先端を突当てた状態で、この溶加材２５の先端にレーザ溶接機３１からのレーザビーム３２を照射する。これにより、溶加材２５、薄板材４１、厚板材４２が溶融し、薄板材４１と厚板材４２との間に深い溶込みをもった溶接部を形成することができる。

この場合、厚板材４２の傾斜面４２Ｂは、レーザビーム３２の集光角度θの１／２以上の傾斜角度αを有している。このため、レーザ溶接機３１からのレーザビーム３２は、厚板材４２の上端縁部等に干渉することなく、厚板材４２の傾斜面４２Ｂに突当てた溶加材２５の先端に確実に集光することができる。

この結果、レーザ溶接機３１からのレーザビーム３２によって、溶加材２５、薄板材４１、厚板材４２を適正に溶融させることにより、薄板材４１と厚板材４２との間を確実に溶接することができる。

次に、図１２および図１３は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、薄板材のうち厚板材との突合せ面に、溶加材の先端が挿入される溝を設けたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

図中、５１は本実施の形態に用いた薄板材で、該薄板材５１のうち後述の厚板材５２と対面する端面は、例えば機械加工を施すことにより、鉛直方向に延びる平坦な突合せ面５１Ａとなっている。

５２は本実施の形態に用いた厚板材で、該厚板材５２のうち薄板材５１と対面する端面は、例えば機械加工を施すことにより、鉛直方向に延びる平坦面となり、薄板材５１の突合せ面５１Ａに突合される突合せ面５２Ａと、薄板材５１の突合せ面５１Ａから上方に突出した段差面５２Ｂとからなっている。

５３は薄板材５１の突合せ面５１Ａに形成された溶加材挿入部としての溝で、該溝５３は、薄板材５１の突合せ面５１Ａの上端縁部（角隅部）をほぼ直角に切欠くことにより形成され、薄板材５１の突合せ面５１Ａと厚板材５２の突合せ面５２Ａに沿って長手方向に延びている。ここで、溝５３の幅寸法と深さ寸法は、それぞれ溶加材２５の直径よりも僅かに大きく設定され、溶加材２５の先端は溝５３内に摺動可能に挿入されるようになっている。

５４は厚板材５２の段差面５２Ｂと薄板材５１の突合せ面５１Ａとが交差する交差部で、この交差部５４は、溝５３内に挿入された溶加材２５の先端が突当てられるものである。

そして、薄板材５１と厚板材５２との間に形成された溝５３内に溶加材２５の先端を挿入し、この溶加材２５の先端を薄板材５１と厚板材５２との交差部５４に突当てることにより、溶加材２５の曲がりぐせを矯正することができ、該溝５３内に配置された溶加材２５の先端に対し、レーザビーム３２を確実に集光させることができるようになっている。

かくして、本実施の形態によれば、薄板材５１の突合せ面５１Ａに、厚板材５２の段差面５２Ｂと薄板材５１の突合せ面５１Ａとの間に交差部５４に沿って延びる溝５３を形成している。このため、溶加材２５の先端を溝５３内に挿入すると共に交差部５４に突当てることにより、溶加材２５の曲がりを矯正することができ、この矯正された溶加材２５の先端にレーザ溶接機３１からのレーザビーム３２を確実に集光させることができる。

従って、レーザ溶接機３１からのレーザビーム３２によって溶加材２５、薄板材５１、厚板材５２を充分に溶融させることにより、薄板材５１と厚板材５２との間に深い溶込みをもった溶接部５５を形成することができ、薄板材５１と厚板材５２との間を確実に溶接することができる。

次に、図１４は本発明の第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、薄板材の突合せ面に設けた傾斜面と厚板材の突合せ面に設けた傾斜面との間に、溶加材の先端が挿入されるＶ溝を形成したことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

図中、６１は本実施の形態に用いた薄板材で、該薄板材６１のうち後述の厚板材６２と対面する端面は、例えば機械加工を施すことにより、鉛直方向に延びる平坦な突合せ面６１Ａと、該突合せ面６１Ａの上端側から斜め上向きに延びる平坦な傾斜面６１Ｂとからなっている。

６２は本実施の形態に用いた厚板材で、該厚板材６２のうち薄板材６１と対面する端面は、例えば機械加工を施すことにより、鉛直方向に延びる平坦な突合せ面６２Ａと、該突合せ面６２Ａの上端側から斜め上向きに延びる平坦な傾斜面６２Ｂとからなっている。

そして、厚板材６２の突合せ面６２Ａは、薄板材６１の突合せ面６１Ａに突合され、厚板材６２の傾斜面６２Ｂは、薄板材６１の突合せ面６１Ａから上方に突出した段差面となっている。

６３は厚板材６２の傾斜面（段差面）６２Ｂと薄板材６１の傾斜面６１Ｂとが交差する交差部で、この交差部６３は、薄板材６１の突合せ面６１Ａと厚板材６２の突合せ面６２Ａに沿って長手方向に延びている。

６４は薄板材６１の傾斜面６１Ｂと厚板材６２の傾斜面６２Ｂとの間に形成された溶加材挿入部としてのＶ溝で、該Ｖ溝６４は、上方（レーザ溶接機３１側）に開いたＶ字状をなし、薄板材６１と厚板材６２との交差部６３に沿って長手方向に延びている。ここで、Ｖ溝６４の幅寸法と深さ寸法は、それぞれ溶加材２５の直径よりも僅かに大きく設定され、溶加材２５の先端は、Ｖ溝６４内に摺動可能に挿入されるようになっている。

そして、Ｖ溝６４内に溶加材２５の先端を挿入し、この溶加材２５の先端を薄板材６１と厚板材６２との交差部６３に突当てることにより、該溶加材２５の曲がりぐせを確実に矯正し、該Ｖ溝６４内に配置された溶加材２５の先端に対し、レーザビーム３２を確実に集光させることができるようになっている。

かくして、本実施の形態によれば、薄板材６１に設けた傾斜面６１Ｂと厚板材６２に設けた傾斜面６２Ｂとの間にＶ溝６４を形成し、溶加材２５の先端をＶ溝６４内に挿入すると共に薄板材６１と厚板材６２との交差部６３に突当てることにより、溶加材２５の曲がりを矯正し、矯正された溶加材２５の先端にレーザ溶接機３１からのレーザビーム３２を確実に集光させることができる。

次に、図１５および図１６は本発明の第５の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、薄板材の切断面と厚板材の切断面とを互いに突合せた状態で、溶加材を用いることなく薄板材と厚板材とをレーザビームによって溶接することにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

図中、７１は本実施の形態に用いた薄板材で、該薄板材７１は、例えば平板状の薄鋼板をレーザ切断、プラズマ切断、またはガス切断等の手段を用いて切断（溶断）することにより、長手方向に延びる平板状に形成されている。ここで、薄板材７１のうち後述の厚板材７２と対面する端面は、図１６に示すように、切断加工時の「だれ」と呼ばれる傾斜面を含んだ切断面７１Ａとなっている。これにより、薄板材７１の切断面７１Ａは、その下端側から上端側（レーザ溶接機３１側）に向けて、厚板材７２から徐々に離間するように湾曲しつつ鉛直方向に対して傾斜している。そして、切断面７１Ａのうち厚板材７２の後述する突合せ面７２Ｂと突合される面が、薄板材７１の突合せ面７１Ｂとなっている。

７２は本実施の形態に用いた厚板材で、該厚板材７２は、例えば平板状の厚鋼板をレーザ切断、プラズマ切断、またはガス切断等の手段を用いて切断することにより、長手方向に延びる平板状に形成されている。ここで、厚板材７２のうち薄板材７１と対面する端面は、図１６に示すように、切断加工時の「だれ」と呼ばれる傾斜面を含んだ切断面７２Ａとなっている。これにより、厚板材７２の切断面７２Ａは、その下端側から上端側（レーザ溶接機３１側）に向けて、薄板材７１から徐々に離間するように湾曲しつつ鉛直方向に対して傾斜している。そして、切断面７２Ａのうち薄板材７１の突合せ面７１Ｂに突合される面が、厚板材７２の突合せ面７２Ｂとなり、切断面７２Ａのうち薄板材７１の突合せ面７１Ｂから上方に突出する面が、厚板材７２の段差面７２Ｃとなっている。

７３は厚板材７２の段差面７２Ｃと薄板材７１の切断面７１Ａとが交差する交差部で、この交差部７３は、互いに突合わされた薄板材７１の突合せ面７１Ｂと厚板材７２の突合せ面７２Ｂに沿って長手方向に延び、上方に向けて開いた開先状をなしている。そして、厚板材７２の段差面７２Ｃのうち交差部７３の近傍部位に、レーザ溶接機３１からのレーザビーム３２が照射されるようになっている。

次に、レーザ溶接機３１を用いて薄板材７１と厚板材７２とを溶接する場合には、まず、薄板材７１の突合せ面７１Ｂと厚板材７２の突合せ面７２Ｂとを突合わせる。これにより、厚板材７２の切断面７２Ａのうち薄板材７１の突合せ面７１Ｂから突出した部位は、両者の板厚差に応じた段差面７２Ｃとなり、この厚板材７２の段差面７２Ｃと薄板材７１の切断面７１Ａとの間には、上方に向けて開いた開先状の交差部７３が形成される。

そして、レーザ溶接機３１から出力されたレーザビーム３２を、厚板材７２の段差面７２Ｃのうち交差部７３の近傍部位に照射する。この場合、薄板材７１と厚板材７２との交差部７３は、上方に開いた開先状となっているので、レーザビーム３２は、厚板材７２の上端縁部等に干渉することなく、該厚板材７２の段差面７２Ｃに集光することができる。これにより、厚板材７２と薄板材７１とを充分に溶融させることができ、薄板材７１と厚板材７２との間に深い溶込みをもった溶接部７４を形成することができる。

かくして、本実施の形態によれば、切断加工時に傾斜面を含んで形成された薄板材７１の切断面７１Ａと、切断加工時に傾斜面を含んで形成された厚板材７２の切断面７２Ａとを突合わせるだけで、厚板材７２の段差面７２Ｃと薄板材７１の切断面７２Ａとの間に開先状の交差部７３を形成することができる。これにより、この交差部７３の近傍位置で厚板材７２の段差面７２Ｃにレーザビーム３２を照射するときに、このレーザビーム３２が厚板材７２の端縁部に干渉するのを防止することができ、薄板材７１と厚板材７２とを充分に溶融させることができる。

しかも、薄板材７１を切断加工したときの切断面７１Ａと、厚板材７２を切断加工したときの切断面７２Ａとをそのまま突合わせた状態でレーザ溶接を行なうことができるので、薄板材７１の切断面７１Ａと厚板材７２の切断面７２Ａとに機械加工を施す必要がなく、この分、レーザ溶接時の工数を削減することができる。

次に、図１７は本発明の第６の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、厚板材に、薄板材に突合わされる突合せ面と、レーザビームの集光角度の１／２以上の傾斜角度をもった傾斜面とを形成したことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

図中、８１は本実施の形態に用いた薄板材で、該薄板材８１のうち後述の厚板材８２と対面する端面は、例えば機械加工を施すことにより、鉛直方向に延びる平坦な突合せ面８１Ａとなっている。

８２は本実施の形態に用いた厚板材で、該厚板材８２のうち薄板材８１と対面する端面は、例えば機械加工を施すことにより、鉛直方向に延びる平坦な突合せ面８２Ａと、該突合せ面８２Ａの上端側から斜め上向きに延びる平坦な傾斜面８２Ｂとからなり、該傾斜面８２Ｂは、突合せ面８２Ａの上端側から上方に向けて薄板材８１から徐々に離間するように直線的に傾斜している。そして、薄板材８１の突合せ面８１Ａと厚板材８２の突合せ面８２Ａとを突合せたときには、厚板材８２の傾斜面８２Ｂが薄板材８１の上面８１Ｂから上方に突出し、この厚板材８２の傾斜面８２Ｂは、薄板材８１と厚板材８２との間の段差面となっている。

ここで、傾斜面８２Ｂの鉛直方向に対する傾斜角度をβとし、レーザ溶接機３１から照射されるレーザビーム３２の集光角度θすると、傾斜面８２Ｂの傾斜角度βは、レーザビーム３２の集光角度θの１／２以上に設定されている（β≧θ／２）。

８３は厚板材８２の傾斜面（段差面）８２Ｂと薄板材８１の上面８１Ｂとが交差する交差部で、この交差部８３は、薄板材８１の突合せ面８１Ａと厚板材８２の突合せ面８２Ａに沿って長手方向に延び、上方に向けて開いた開先状をなしている。そして、この交差部８３には、レーザ溶接機３１からのレーザビーム３２が照射されるようになっている。

次に、レーザ溶接機３１を用いて薄板材８１と厚板材８２との間を溶接する場合には、まず、薄板材８１の突合せ面８１Ａと厚板材８２の突合せ面８２Ａとを突合わせる。そして、厚板材８２の傾斜面８２Ｂと薄板材８１の上面８１Ｂとの交差部８３に、厚板材８２の傾斜面８２Ｂ側からレーザビーム３２を照射する。これにより、薄板材８１と厚板材８２とを同時に溶融させ、薄板材８１と厚板材８２との間に深い溶込みをもった溶接部を形成することができる。

この場合、厚板材８２の傾斜面８２Ｂは、レーザビーム３２の集光角度θの１／２以上の傾斜角度βを有している。このため、レーザ溶接機３１からのレーザビーム３２は、厚板材８２の上端縁部等に干渉することなく、薄板材８１と厚板材８２との交差部８３に適正に集光することができる。これにより、薄板材８１と厚板材８２とを充分に溶融させることができ、薄板材８１と厚板材８２との間を強固に溶接することができる。

なお、上述した第２の実施の形態では、厚板材４２の端面を、機械加工を施した平坦な突合せ面４２Ａと傾斜面４２Ｂとにより形成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば突合せ面を切断面のままとし、傾斜面４２Ｂのみに機械加工を施すようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、油圧ショベル１のアーム１１の素材となる差厚材２１を形成する場合を例に挙げて説明している。しかし、本発明はこれに限らず、例えばロアブーム５、アッパブーム６等の他の作業腕の素材となる差厚材も、上述の如きレーザ溶接方法を用いて形成することができる。

さらに、本発明は油圧ショベルに限らず、例えば油圧クレーン、ホイールローダ、浚渫船等の建設機械に用いられる差厚材にも広く適用することができる。

本発明に係るレーザ溶接方法を用いて形成された差厚材からなるアームを備えた油圧ショベルを示す正面図である。 アームを単体で示す正面図である。 アームの主要部を図２中の矢示III−III方向からみた横断面図である。 アームの主要部を構成する枠体と蓋体とを分割して示す横断面図である。 アームを構成する枠体の素材となる差厚材を示す展開図である。 差厚材を図５中の矢示VI−VI方向からみた拡大断面図である。 本発明に係るレーザ溶接方法の第１の実施の形態に用いる薄板材、厚板材、レーザ溶接機、溶加材等を示す斜視図である。 図７中の薄板材、厚板材、溶加材、溶加材供給装置等を示す平面図である。 薄板材と厚板材との交差部に突当てた溶加材にレーザビームを照射した状態を示す断面図である。 薄板材と厚板材との間に形成された溶接部を示す断面図である。 第２の実施の形態において薄板材と厚板材との交差部に突当てた溶加材にレーザビームを照射した状態を示す断面図である。 第３の実施の形態に用いる薄板材、厚板材、溝、レーザ溶接機、溶加材等を示す斜視図である。 薄板材と厚板材との間の溝内に挿入した溶加材にレーザビームを照射した状態を示す断面図である。 第４の実施の形態において薄板材と厚板材との間のＶ溝内に挿入した溶加材にレーザビームを照射した状態を示す断面図である。 第５の実施の形態に用いる薄板材、厚板材、レーザ溶接機等を示す斜視図である。 厚板材の段差面にレーザビームを照射した状態を示す断面図である。 第６の実施の形態において薄板材と厚板材との交差部にレーザビームを照射した状態を示す断面図である。

符号の説明

２２，４１，５１，６１，７１，８１ 薄板材
２３，４２，５２，６２，７２，８２ 厚板材
２２Ａ，２３Ａ，７１Ａ，７２Ａ 切断面
２２Ｂ，２３Ｂ，４１Ａ，４２Ａ，５１Ａ，５２Ａ，６１Ａ，６２Ａ，７１Ｂ，７２Ｂ，８１Ａ，８２Ａ 突合せ面
２３Ｃ，５２Ｂ，７２Ｃ 段差面
４２Ｂ，６１Ｂ，６２Ｂ，８２Ｂ 傾斜面
２４，４３，５４，６３，７３，８３ 交差部
２５ 溶加材
３１ レーザ溶接機
３２ レーザビーム
５３ 溝（溶加材挿入部）
６４ Ｖ溝（溶加材挿入部）

Claims (9)

1. 板厚が異なる薄板材と厚板材とを互いに突合せ、前記厚板材のうち前記薄板材との突合せ面から突出した段差面と前記薄板材とが交差する交差部に溶加材の先端を突当てつつ、該溶加材の先端にレーザビームを照射して前記薄板材と厚板材とを溶接してなる差厚材のレーザ溶接方法。
2. 前記薄板材と厚板材とは、切断加工によって形成される傾斜面を含んだ切断面を互いに突合せてなる請求項１に記載の差厚材のレーザ溶接方法。
3. 前記薄板材と厚板材とは、レーザ切断、プラズマ切断、またはガス切断による切断面を前記突合せ面として用いてなる請求項１または２に記載の差厚材のレーザ溶接方法。
4. 前記厚板材の段差面は、前記レーザビームの集光角度に対し１／２以上の傾斜角度をもった傾斜面として形成してなる請求項１，２または３に記載の差厚材のレーザ溶接方法。
5. 前記薄板材と厚板材のうち少なくとも一方の板材には、前記交差部に沿って延び前記溶加材の先端が挿入される溶加材挿入部を設け、該溶加材挿入部に挿入された溶加材の先端に向けて前記レーザビームを照射してなる請求項１に記載の差厚材のレーザ溶接方法。
6. 前記溶加材挿入部は、前記薄板材のうち前記厚板材との突合せ面に設けられた溝により構成してなる請求項５に記載の差厚材のレーザ溶接方法。
7. 前記溶加材挿入部は、前記薄板材の突合せ面に設けた傾斜面と前記厚板材の突合せ面に設けた傾斜面との間に形成されるＶ溝により構成してなる請求項５に記載の差厚材のレーザ溶接方法。
8. 板厚が異なる薄板材と厚板材とを互いに突合せ、これら薄板材と厚板材との間にレーザビームを照射して両者を溶接する差厚材のレーザ溶接方法において、
   前記薄板材と厚板材とは、切断加工によって形成される傾斜面を含んだ切断面を互いに突合せ、前記厚板材のうち前記薄板材との突合せ面から突出した段差面と前記薄板材とが交差する交差部の近傍位置で前記厚板材の段差面に前記レーザビームを照射することを特徴とする差厚材のレーザ溶接方法。
9. 板厚が異なる薄板材と厚板材とを互いに突合せ、これら薄板材と厚板材との間にレーザビームを照射して両者を溶接する差厚材のレーザ溶接方法において、
   前記厚板材には、前記薄板材に突合される突合せ面と、該突合せ面から前記レーザビームの集光角度に対し１／２以上の傾斜角度をもって傾斜する傾斜面とを形成し、前記厚板材の傾斜面と前記薄板材とが交差する交差部に前記傾斜面側からレーザビームを照射することを特徴とする差厚材のレーザ溶接方法。

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