JP2006315029A - レーザー溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 接合強度に優れ、かつ溶接速度も速いレーザー溶接を行うことができるレーザー溶接方法を提供すること。
【解決手段】 ２以上の部材をレーザービームの重ね溶接により接合するレーザー溶接方法において、レーザービームの軌跡を折れ線状とし、このレーザービームにより形成される溶接ビードを折れ線状の部分の隣接部同士で互いに重なり合わせて一体的なビードとするようにした。また、レーザービームを、レーザービーム発射装置からミラーを反射して被溶接部材に照射する形式とし、前記ミラー角度を調整することによりレーザービームの軌跡を折れ線状とすれば簡単な構造の装置とすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接合強度に優れ、かつ溶接速度も速いレーザー溶接を行うことができるレーザー溶接方法に関するものである。

例えば、自動車の車体や足回り部材やシートフレーム等の組立工程において、二つの金属部材を重ね接合するのに溶接処理することが普通に行われている。また、最近では従来のアーク溶接の置換工法としてレーザー溶接も採用されるようになってきた。しかしながら、レーザー溶接の場合は溶接強度を溶接長さに依存しているため、アーク溶接に比べて溶接長さが長くなるという現象があり、被溶接部材の形状に制限が課せられるという問題点があった。

そこで、図５に示されるように、母材２１に対し被溶接部材２２を溶接する場合に、溶接開始点と当接終了点をＣ字状に折り曲げることで、フランジ部２３における溶接長さを短くし、かつ溶接強度も確保するようにしたレーザー溶接方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。なお、２０はレーザービーム、２４は反射ミラーである。

しかしながら、図５に示されるものではフランジ部２３における溶接長さが短くなるうえに、Ｃ字状の折り曲げ部によりある程度まで溶接強度を向上させることができるという利点が認められるものの、ワンパス溶接でありアーク溶接と同等の溶接強度を得るには至っていないという問題点があった。
特開２００３−１４５２８５号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、溶接部の長さを短くしてもアーク溶接と同等の接合強度を確保することができるレーザー溶接方法を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明のレーザー溶接方法は、２以上の部材をレーザービームの重ね溶接により接合するレーザー溶接方法において、レーザービームの軌跡を折れ線状とし、このレーザービームにより形成される溶接ビードを折れ線状の部分の隣接部同士で互いに重なり合わせて一体的なビードとすることを特徴とするものである。
また、レーザービームを、レーザービーム発射装置からミラーを反射して被溶接部材に照射する形式とし、前記ミラー角度を調整することによりレーザービームの軌跡を折れ線状とするものを請求項２に係る発明とする。

本発明は、レーザービームの軌跡を折れ線状とし、このレーザービームにより形成される溶接ビードを折れ線状の部分の隣接部同士で互いに重なり合わせて一体的なビードとすることにより溶接部の長さを短くでき、この結果、被溶接部材の溶接面を確保するためのフランジ部や平面部を小さくすることができる。よって、被溶接部材の形状の制約を少なくすることができる。また、レーザービームの軌跡を折れ線状としたことにより互いに隣接する溶接部同士の熱が影響し合い、溶接速度を速くしても十分な溶け込みを確保して優れた接合強度を実現することができるものである。
また、レーザービームを、レーザービーム発射装置からミラーを反射して被溶接部材に照射する形式とし、前記ミラー角度を調整することによりレーザービームの軌跡を折れ線状とする場合は、レーザービームの軌跡の変化を簡単な機構で実現できることとなる。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい形態を示す。
図１は本発明の溶接方法を実施するための装置の一例を示す斜視図、図２は本発明の溶接方法に係るレーザービームの軌跡のパターン例を示す説明図である。また図１において、１は集光レンズ、２は溶接装置本体、３はレーザー発振機、４はミラーであり、Ｗはシートフレーム等の自動車用部品に使用されている高ハイテン鋼材からなる被溶接部材である。

本発明では、２以上の部材をレーザービームの重ね溶接により接合するレーザー溶接方法において、レーザービームの軌跡を折れ線状とし、このレーザービームにより形成される溶接ビードを折れ線状の部分の隣接部同士で互いに重なり合わせて一体的なビードとするものである。
即ち、レーザー溶接では従来ワンパス溶接であり、この場合には十分な溶接強度を確保する必要性から長手方向に十分な長さを取る必要があり、また被溶接部材の溶け込みを確保するため溶接速度を抑える必要があったのに対し、本発明ではレーザービームの軌跡を折れ線状とし、このレーザービームにより形成される溶接ビードを折れ線状の部分の隣接部同士で互いに重なり合わせて一体的なビード６とすることで十分な溶接強度の確保を達成できることを見出し、本発明に至ったのである。

レーザービームの軌跡を折れ線状とする具体例としては、例えば図２に示されるように、（ａ）溶接の長手方向に対してジグザグ状（あるいはＳ字状でもよい）の折れ線５を形成する、（ｂ）溶接の長手方向に進め、次いで後退させた後、再び長手方向に進めて折れ線５を形成する、（ｃ）前記ｂのパターンを繰り返して折れ線５を形成する等、様々な形態を採用することができる。

このようにレーザービームの軌跡を折れ線状とすることにより、溶接ビードが重なりながら形成されるため、最初のビードが溶かし込み不足であっても次のビードで溶かし込まれることとなり、隣接した溶接ビードが重なり合って一体的なビードとなるのである。この結果、レーザー溶接であっても溶接長さを短くすることが可能となり、しかもビードの溶け込み不足もなく十分な溶接強度を確保できることとなる。
なお、図３は従来例の溶接ビードを示すものであるが、溶接長さを短くすることができるものの、ビードの溶け込み不足を防止する必要性から溶接速度を抑える必要があり、作業性に劣るという問題点を有している。

また、図１に示すような装置においては、レーザービームをレーザービーム発射装置からミラー４を反射して被溶接部材Ｗに照射する形式とし、前記ミラー角度を調整することによりレーザービームの軌跡を任意の形状の折れ線状とすることができる。この場合は、ミラー角度の調整手段を付加するのみの簡単な構造の装置で目的を達成ることができる。

高ハイテン鋼材（９８０材、５９０材）からなる被溶接部材を、図１に示す装置により、ＣＯ_２レーザー（発振機：スラブ型ＣＯ_２ 4.5kW）を用いてレーザー溶接した。図４に示すパターンのレーザービームの軌跡とし、その場合の溶接強度および溶接速度と溶接時間を測定した。
この結果、図４に示されるように、実施例のものはいずれもアーク溶接（比較例３）と同じ溶接長さ（１５ｍｍ）であるにもかかわらず、同等若しくはそれ以上の溶接強度を有することができた。
なお、比較例として、レーザービームの軌跡が溶接開始点および溶接終了点で鉤状に屈曲しているものの場合（比較例１と比較例２）を示すが、いずれもアーク溶接と同等の溶接強度を確保することができなかった。特に、９８０材等のハイテン材を溶接した際には、溶接強度がアーク溶接に対して低下している。
それに対して、本発明ではハイテン材においても十分な溶接強度が確保できている。レーザービームの軌跡を折れ線状とし、このレーザービームにより形成される溶接ビードを折れ線状の部分の隣接部同士で互いに重なり合わせて一体的なビードとしたため、溶け込み性が向上したことが要因と考えられる。よって、本発明の溶接方法はハイテン材の溶接に対してより有利である。
溶接速度が実施例１〜４と比較例１〜２で異なるのは、実施例１〜４では隣接したビードが重なりビードとなり溶接速度を速くしても十分な溶け込みが確保できるからであり、それに対して比較例１〜２は重なりビードとなっていないため、溶接速度を遅くしないと十分な溶け込みが確保できないからである。このことからも、本発明の溶接方法が溶け込み性を向上していることが裏付けられる。

以上の説明からも明らかなように、本発明は２以上の部材をレーザービームの重ね溶接により接合するレーザー溶接方法において、レーザービームの軌跡を折れ線状とし、このレーザービームにより形成される溶接ビードを折れ線状の部分の隣接部同士で互いに重なり合わせて一体的なビードとすることにより、溶接部の長さを短くしても十分な溶接強度を確保することができ、これによりフランジ部等の溶接部分を小さくできて部品の軽量化を図ることができることとなる。

本発明の溶接方法を実施するための装置の一例を示す斜視図である。 本発明のレーザービームの軌跡パターンを示す説明図である。 従来例のレーザービームの軌跡パターンを示す説明図である。 レーザービームの軌跡と溶接強度の関係を示すグラフである。 従来例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 集光レンズ
２ 溶接装置本体
３ レーザー発振機
４ ミラー
５ 折れ線
６ 一体的なビード
Ｗ 被溶接部材

Claims (2)

1. ２以上の部材をレーザービームの重ね溶接により接合するレーザー溶接方法において、レーザービームの軌跡を折れ線状とし、このレーザービームにより形成される溶接ビードを折れ線状の部分の隣接部同士で互いに重なり合わせて一体的なビードとすることを特徴とするレーザー溶接方法。
2. レーザービームを、レーザービーム発射装置からミラーを反射して被溶接部材に照射する形式とし、前記ミラー角度を調整することによりレーザービームの軌跡を折れ線状とする請求項１に記載のレーザー溶接方法。
   

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