JP2007196256A - Laser beam welding apparatus and laser beam welding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法に関し、更に詳細には、隙間を隔てて対向する少なくとも2枚の板材に、対向方向の一方からレーザビームを照射して溶接接合するレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法に関する。 The present invention relates to a laser welding apparatus and a laser welding method. More specifically, the present invention relates to a laser welding apparatus and a laser that weld and join at least two plates facing each other with a laser beam irradiated from one side in the facing direction. It relates to a welding method.
自動車の車体パネルには防錆性が要求されるので、通常、亜鉛めっき鋼板が用いられている。近年、車体の剛性向上や軽量化を目的として、スポット溶接に代わりレーザ溶接が採用されている。 Since automobile body panels are required to have rust prevention properties, galvanized steel sheets are usually used. In recent years, laser welding has been adopted in place of spot welding for the purpose of improving the rigidity and weight of the vehicle body.
亜鉛の沸点(約900℃)は、鉄の融点(約1500℃)よりも低い。したがって、車体パネルのように2枚以上の亜鉛めっき鋼板を重ねてレーザ溶接する場合、亜鉛めっき層が急激に蒸発しガス化して溶融池を吹き飛ばすので、ポロシティや溶着不良などの溶接欠陥が生じ易い。 The boiling point of zinc (about 900 ° C.) is lower than the melting point of iron (about 1500 ° C.). Therefore, when two or more galvanized steel sheets are stacked and laser welded as in a vehicle body panel, the galvanized layer rapidly evaporates and gasifies to blow off the molten pool, so that welding defects such as porosity and poor welding are likely to occur. .
溶接ビードを通して亜鉛ガスの吹き出しを抑制するには、鋼板間に適正な隙間を設けて、この隙間を通して発生ガスを逃がすことが有効である。鋼板間の隙間量としては0.1mm〜0.5mm程度が好ましい。 In order to suppress the blowing of zinc gas through the weld bead, it is effective to provide an appropriate gap between the steel plates and let the generated gas escape through this gap. The gap between the steel plates is preferably about 0.1 mm to 0.5 mm.
従来、レーザ溶接する鋼板間に隙間を設定するには、例えば特許文献1のように、鋼板にエンボス加工により凹凸形状を付し、鋼板間に隙間を形成していた。この隙間を大きく設定し過ぎると鋼板が溶着しないため、ピンやローラなどの隙間矯正治具を用いて鋼板の突起と隙間を管理していた。
Conventionally, in order to set a gap between steel plates to be laser-welded, for example, as disclosed in
また、例えば特許文献2のように、鋼板にレーザ光を照射して溶融池を作り、そこにガスを吹き付けて溶融池の周りに溶融金属を押し出して環状凸部を形成することがなされていた。
しかし、特許文献1のエンボス加工による凸部形成においては、プレス加工によるエンボス高さのばらつきや、パネル単体精度のばらつきなどにより、接合に適正な隙間を確保することが難しく、結果として溶接品質が低下していた。また、上下型の凹凸の位置合わせが困難であり、0.1〜0.5mm程度の適正な凸部を作り出すことが難しい。特に、車体パネル等の鋼板の剛性が高いときには、適正な隙間を制御できず、凸部の寸法管理が難しい。
However, in the formation of convex portions by embossing in
また、ピンやローラなどの隙間矯正治具を採用しても適正な隙間を管理することは困難であった。特に、板組が3枚以上ある部位では、各鋼板間の隙間を確保するのが難しく、ポロシティや溶着不良などの溶接欠陥が発生し易い。 Moreover, even if a gap correction jig such as a pin or a roller is used, it is difficult to manage an appropriate gap. In particular, in a region where there are three or more plate assemblies, it is difficult to ensure a gap between the respective steel plates, and welding defects such as porosity and poor welding are likely to occur.
特許文献2のレーザスポットによる環状の凸部形成においては、凸部の形成もレーザ照射により行うため、加工費が増大する。また、1点ずつスポット照射して凸部を形成するので、加工時間が掛かってしまう。
In the formation of the annular convex portion by the laser spot of
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、その目的は、めっき処理された板材のレーザ溶接に必要な適正隙間を容易に確保することができ、溶接欠陥を防止することができるレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法を提供することにある。 The present invention was devised in view of the above circumstances, and its purpose is to easily secure an appropriate gap necessary for laser welding of a plated plate material and to prevent welding defects. An object of the present invention is to provide a laser welding apparatus and a laser welding method that can be used.
上記目的を達成するための本発明に係るレーザ溶接装置は、隙間を隔てて対向する少なくとも2枚の板材に、対向方向の一方からレーザビームを照射して溶接接合するレーザ溶接装置において、接合対象となる各板材に形成された挿入穴部が連通するよう板材を対向配置した状態で、対向する一方の板材の挿入穴部から隙間規制部を挿入し、他方の板材の対向面にその一部を突き当てることにより、対向する板材間の隙間を規制する隙間規制治具が備えられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser welding apparatus according to the present invention is a laser welding apparatus for irradiating and welding at least two plates facing each other with a laser beam from one side in a facing direction to each other. In a state where the plate materials are arranged so as to communicate with each other so that the insertion hole portions formed in the respective plate materials communicate with each other, the gap regulating portion is inserted from the insertion hole portion of one of the opposed plate materials, and a part thereof is placed on the opposite surface of the other plate material Is provided with a gap regulating jig for regulating the gap between the opposing plate members.
本発明によれば、挿入穴部が連通するよう板材を対向配置した状態で、対向する一方の板材の挿入穴部から隙間規制治具の隙間規制部を挿入し、他方の板材の対向面に隙間規制部の一部を突き当てることにより、対向する板材間の隙間を規制している。したがって、めっき処理された板材などのレーザ溶接に必要な適正隙間を容易に確保することができ、溶接欠陥を防止することができる。 According to the present invention, in a state where the plate materials are arranged to face each other so that the insertion hole portion communicates, the gap restriction portion of the gap restriction jig is inserted from the insertion hole portion of one of the opposed plate materials, and the other plate material is opposed to the opposite surface. The gap between the opposing plate members is regulated by abutting a part of the gap regulating part. Therefore, it is possible to easily secure an appropriate gap necessary for laser welding of a plated plate or the like, and to prevent welding defects.
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.
〔第1の実施形態〕
図1は、第1の実施形態のレーザ溶接装置を示す外観図である。図示するように、本実施形態のレーザ溶接装置1は、隙間を隔てて対向する少なくとも2枚の板材に、対向方向の一方からレーザビームLを照射して溶接接合する装置である。このレーザ溶接装置1には、屈曲及び回動可能な多間接のロボットアーム2が備えられており、このロボットアーム2の先端には集光装置10が備えられている。この集光装置10には、レーザ発振器(不図示)により励起、増幅されたレーザビームLを該集光装置10へと伝達するファイバケーブル3が接続されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an external view showing the laser welding apparatus of the first embodiment. As shown in the figure, the
集光装置10はレンズボックスであり、その外箱部11は中空円柱状を呈しており、その長手方向基端部(上端部)には該外箱部11内に臨ませてファイバケーブル3の先端が挿入されている。また、この外箱部内には、その長手方向に所定の間隔を隔てて一対のレンズホルダ(不図示)が配されている。例えば、一方のレンズホルダが固定ホルダとして構成され、該固定側レンズホルダにはコリメーションレンズ12が保持される。このコリメーションレンズ12は、上記レーザ発振器からファイバケーブル3を介して伝達されてきたレーザビームLaを入射して平行ビームLbを出射する光学系である。また、他方のレンズホルダは可動ホルダとして構成され、該可動側レンズホルダにはフォーカスレンズ13が保持される。このフォーカスレンズ13は、上記コリメーションレンズ12から出射された平行ビームLbを入射して出射側の光軸に集束ビームLcとして集束させる光学系であり、この集束ビームLcによって溶接接合を行う。なお、図1(B)において、Wは溶接部である。
The
なお、本実施形態では、他のレーザに比べて大きな出力が得られる固体レーザを用いることが好ましく、たとえば、ファイバケーブル3を介して伝達可能なYAGレーザ(Y3Al5O12)などを用いるが、これに限定されない。
In the present embodiment, it is preferable to use a solid-state laser that can obtain a larger output than other lasers. For example, a YAG laser (Y 3 Al 5 O 12 ) that can be transmitted via the
溶接対象となる板材としては、たとえば、自動車の車体パネルなどの鋼板が挙げられる。車体パネルはプレス成型品の2枚以上の鋼板により構成され、防錆性を確保するために亜鉛めっきが施されている。したがって、溶接熱によって蒸発する亜鉛ガスを逃がすために、対向する板材間に所定の隙間を隔てることが有効である。板材間の隙間量としては0.1mm〜0.5mm程度が好ましい。この隙間Sが0.5mmを超えると、溶接部が接合し難い。他方、隙間Sが0.1mm未満であると亜鉛ガスを逃がし難くなり、溶接ビードを通して亜鉛ガスが吹き出すため、隙間量を0.1mm〜0.5mmの範囲に管理することが好ましい。 Examples of the plate material to be welded include steel plates such as automobile body panels. The vehicle body panel is composed of two or more steel plates that are press-formed products, and is galvanized to ensure rust prevention. Therefore, in order to escape the zinc gas evaporated by the welding heat, it is effective to provide a predetermined gap between the opposing plate materials. The amount of gap between the plate materials is preferably about 0.1 mm to 0.5 mm. If the gap S exceeds 0.5 mm, the welded portion is difficult to join. On the other hand, if the gap S is less than 0.1 mm, it is difficult for the zinc gas to escape, and the zinc gas blows out through the weld bead. Therefore, it is preferable to manage the gap amount in the range of 0.1 mm to 0.5 mm.
第1の実施形態は、対向する2枚の板材21、22を溶接接合する態様であり、接合対象となる各板材21、22には挿入穴部31、32が形成されている。そして、本実施形態のレーザ溶接装置1には、対向する板材21、22間の隙間を規制する隙間規制治具40が備えられている。この隙間規制治具40は、上記挿入穴部31、32に挿入する隙間規制部41を備えている。すなわち、隙間規制治具40は、各板材21、22の挿入穴部31、32が連通するように板材21、22を対向させて配置した状態で、対向する一方の板材(下板)21の挿入穴部31から隙間規制部41を挿入し、他方の板材(上板)22の対向面22aにその一部を突き当てることにより、対向する板材21、22間の隙間を規制するようになっている。
1st Embodiment is an aspect which weld-joins the two board |
第1の実施形態では、隙間規制治具40はロケートピンを改造することにより形成されている。したがって、図1に示すように、対向する2枚の板材21、22を上下から挟み込む把持機構として直方体状のクランプ51が別個に備えられている。これに限るものではなく、自体に把持機構が備えられていてもよく、この場合には、クランプ51を改造して隙間規制治具40を構成してもよい。
In the first embodiment, the
図2は、図1(A)の一部を拡大して隙間規制治具40の外観形状を示す模式図である。図示するように、隙間規制治具40の挿入側には隙間規制部41が形成され、この隙間規制部41は、挿入方向へ向けて段階的に縮径した複数の段部60を有する段付き規制部として形成されている。第1の実施形態における隙間規制治具40では、段付き規制部41として第1段部(基部)61、第2段部62および第3段部63が形成されており、第1段部61の平面部を基準とした第2段部62の高さhは、たとえば、0.1〜0.5mm+t(t=下板の板厚)に設定されている。
FIG. 2 is a schematic view showing an external shape of the
図1および図2に示すように、板材21、22を対向させて配置した状態で、各板材21、22の挿入穴部31、32を貫通するように、隙間規制治具40の段付き規制部41を挿入する。したがって、下板21の挿入穴部31は第2段部62の径Dよりも若干大きく形成されており、上板22の挿入穴部32は第3段部63の径dよりも若干大きく形成されている。すなわち、各板材21、22の挿入穴部31、32に隙間規制治具40の段付き規制部41を挿入すると、上板22の挿入穴部32に第3段部63が挿入されるとともに、下板21の挿入穴部31に第2段部62が挿入される。これと同時に、上板22の対向面(下面)に第2段部62の平面部が当接されるとともに、下板21の非対向面(下面)に第1段部61の平面部が当接されることになる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the step regulation of the
このような挿入状態で隙間規制治具40を下板21に押し当て、クランプ51で下板21と上板22とを挟持することにより、板材21、22の板厚方向の位置が規制され、下板21と上板22との間には、上記第2段部62の高さhから下板の板厚tを差し引いた値(0.1〜0.5mm)の所望の隙間Sが確保される。また、下板21の面方向の位置は第2段部62の挿通により規制され、上板22の面方向の位置は第3段部63の挿通により規制されことになる。そして、本実施形態のレーザ溶接装置1は、上記隙間規制治具40によって隙間Sを規制した部位の近傍を溶接接合する。
In such an inserted state, the
このように第1の実施形態によれば、挿入穴部31,32が連通するよう板材21、22を対向配置した状態で、対向する一方の板材21の挿入穴部31から隙間規制治具40の隙間規制部41を挿入し、他方の板材22の対向面に隙間規制部41の一部(第2段部62)を突き当てることにより、対向する板材21、22間の隙間Sを規制している。したがって、亜鉛めっき鋼板などのレーザ溶接に必要な適正な隙間Sを容易に確保することができ、溶接欠陥を防止することができる。また、板材21、22として車体パネルを想定した場合に、パネルの単体精度に関係なく、隙間規制治具40によりパネル間の隙間Sを一定間隔に設定することができる。さらに、従来のように、プレス加工により凹凸形状を有するエンボス型を作成する必要がない。
As described above, according to the first embodiment, with the
〔第2の実施形態〕
図3は、第2の実施形態のレーザ溶接装置71を示す模式図である。図3では、集光装置を省略図示している。図示するように、第2の実施形態のレーザ溶接装置71は、基本的に第1の実施形態のレーザ溶接装置1と同様の構成を有するが、第2の実施形態のレーザ溶接装置71では、特に隙間規制治具40に板材吸着手段72が備えられている。この板材吸着手段72は、隙間規制治具40に内蔵してもよく、あるいは隙間規制治具側に別個の手段として備えていてもよいが、隙間規制治具側の板材21を該治具40の周囲において吸着することが好ましい。板材吸着手段72としては、たとえば、真空引き装置等のエアー吸引手段や、永久磁石や電磁石などが挙げられる。また、板材吸着手段72は、板材21、22を挟持するクランプに代えて設けてもよく、あるいはクランプと併用してもよい。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a
本実施形態のレーザ溶接装置71は、基本的に第1の実施形態のレーザ溶接装置1と同様の作用効果を奏するが、第2の実施形態では、隙間規制治具側からエアー吸引手段等の板材吸着手段72で下板22を吸着することにより、下板21を第1段部(基部)61の平面部に密着させて、下板所望の隙間Sを確保することができる。
The
〔第3の実施形態〕
図4は、第3の実施形態のレーザ溶接装置81を示す模式図である。図4では、集光装置を省略図示している。図示するように、第3の実施形態のレーザ溶接装置81は、第1の実施形態のレーザ溶接装置1と隙間規制治具40の形状が異なっている。第3の実施形態における隙間規制治具40は、その挿入側に挿入方向へ向けて段階的に縮径した2段の段部60を有する段付き規制部41が形成されている。すなわち、第3の実施形態における隙間規制治具40では、段付き規制部41として第1段部(基部)61および第2段部62が形成されており、第1段部61の平面部を基準とした第2段部62の高さhは、たとえば、0.1〜0.5mm+t(t=下板の板厚)に設定されている。この隙間規制治具40には上記第3段部63が形成されていないので、上板22を貫通することなく、第2段部62の平面部が上板22に当接する。したがって、上板22には上記挿入穴部32が形成されていない。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a
さらに、隙間規制治具40の直上において対向するように片側のクランプ83が設けられており、このクランプ83は上記隙間規制治具40とともに板材21、22を挟持するように昇降移動可能に装備されている。
Further, a clamp 83 on one side is provided so as to face directly above the
本実施形態のレーザ溶接装置81は、基本的に第1の実施形態のレーザ溶接装置1と同様の作用効果を奏するが、第3の実施形態では、隙間規制治具40が上板22を貫通しないので、外観を構成するパネルなどのように、上記挿入穴部32開けることができない部位への適用が可能である。
The
〔第4の実施形態〕
図5は、第4の実施形態のレーザ溶接装置91を示す模式図である。図5では、集光装置を省略図示している。図示するように、第4の実施形態では、隙間規制治具40の挿入側に位置する板材(下板)21の上記挿入穴部31の周囲にバーリング加工92が施されている。バーリング加工92により、下板21に形成された挿入穴部31の周囲の部分が対向板(上板)22へ向けて隆起している。
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a
なお、第4の実施形態のレーザ溶接装置91には、第1の実施形態と同形状の隙間規制治具40が備えられている。すなわち、隙間規制治具40の挿入側には、挿入方向へ向けて段階的に縮径した3段の段部60を有する段付き規制部41が形成され、この段付き規制部41は第1段部(基部)61、第2段部62および第3段部63を有している。第2段部62の高さhは、第1段部61の平面部を基準として、たとえば、0.1〜0.5mm+t(t=下板の板厚)に設定されている。
The
さらに、隙間規制治具40の直上において対向するように片側のクランプ93が設けられている。このクランプ93は、隙間規制治具40の第3段部63の周囲を囲むように上板22を押圧する有頭円筒体状の部材であり、上記隙間規制治具40とともに板材21、22を挟持するように昇降移動可能に装備されている。
Furthermore, a
本実施形態のレーザ溶接装置91は、基本的に第1の実施形態のレーザ溶接装置1と同様の作用効果を奏するが、第4の実施形態では、上記クランプ93等を用いて上板22を下板側へ押圧することにより、バーリング加工92した部分が塑性変形して下板21を隙間規制治具40の第1段部(基部)61の平面部に押さえ付け、当該下板21の位置を規制して、板材21、22間に所望の隙間Sを確保することができる。
The
〔第5の実施形態〕
図6は、第5の実施形態のレーザ溶接装置101を示す模式図である。図6では、集光装置を省略図示している。図示するように、第5の実施形態では、3枚の板材21、23、22を溶接接合する態様であり、隙間規制治具40の形状が第1の実施形態のレーザ溶接装置1と異なっている。すなわち、隙間規制治具40の挿入側には、隙間規制部41として、挿入方向へ向けて段階的に縮径した4段の段部60を有する段付き規制部が形成されている。この段付き規制部41は、第1段部(基部)61、第2段部62、第3段部63および第4段部64を有している。第2段部62の高さh1は、第1段部61の平面部を基準として、たとえば、0.1〜0.5mm+t(t=下板の板厚)に設定されている。また、第3段部63の高さh2は、第2段部62の平面部を基準として、たとえば、0.1〜0.5mm+t(t=下板の板厚)に設定されている。
[Fifth Embodiment]
FIG. 6 is a schematic diagram showing a
図6に示すように、3枚の板材21、23、22を対向させて配置した状態で、各板材21、23、22の挿入穴部31、33、32を貫通するように、隙間規制治具40の段付き規制部41を挿入する。したがって、下板21の挿入穴部31は第2段部62の径よりも若干大きく形成され、中板23の挿入穴部33は第3段部63の径よりも若干大きく形成されており、さらに上板22の挿入穴部32は第4段部64の径よりも若干大きく形成されている。すなわち、各板材21、23、22の挿入穴部31、33、32に隙間規制治具40の段付き規制部41を挿入すると、上板22の挿入穴部32に第4段部64が、中板23の挿入穴部33に第3段部63が、および下板21の挿入穴部31に第2段部62がそれぞれ挿入される。これと同時に、上板22の対向面(下面)に第3段部63の平面部が、中板23の下面に第2段部62の平面部が、および下板21の非対向面(下面)に第1段部61の平面部がそれぞれ当接されることになる。
As shown in FIG. 6, in a state where the three
なお、第5の実施形態では、隙間規制治具40の段付き規制部41を3段の段部60に形成し、第4段部64を設けずに第3段部63の平面部を上板22の対向面(下面)に当接させるように構成してもよい。また、第3および第4の実施形態のように、隙間規制治具40の直上に上板22を押圧するクランプを設けてもよい。さらに、第4の実施形態のように、下板21の挿入穴部31および中板23の挿入穴部33の周囲に、バーリング加工を施しても構わない。
In the fifth embodiment, the stepped restricting
本実施形態のレーザ溶接装置101は、基本的に第1の実施形態のレーザ溶接装置1と同様の作用効果を奏するが、第5の実施形態では、下板21の面方向の位置は第2段部62の挿通により規制され、中板22の面方向の位置は第3段部63の挿通により規制され、さらに上板22の面方向の位置は第4段部64の挿通により規制されことになる。また上記隙間規制治具40の挿入して下板21に押し当てることにより、また、必要に応じてクランプ等により上板22を押圧することにより、板材21、23、22の板厚方向の位置が規制され、下板21と中板23との間、中板23と上板22との間には所望の隙間Sを確保することができる。
The
〔第6の実施形態〕
図7は、第6の実施形態のレーザ溶接装置111を示す模式図である。図7では、集光装置を省略図示している。図示するように、第6の実施形態では、隙間規制治具40を上側クランプにより形成し、板材21、22の上方に昇降可能に設けられている。したがって、隙間規制治具40の隙間規制部41は下向きに設けられ、上板22にのみ挿入穴部32が形成されている。そして、降下する隙間規制治具40の挿入側に位置する板材(上板)22の挿入穴部32の周囲には、バーリング加工92が施されている。このバーリング加工92により、上板22に形成された挿入穴部32の周囲の部分が対向板(下板)21へ向けて突設している。
[Sixth Embodiment]
FIG. 7 is a schematic diagram showing a
この隙間規制治具40の挿入側(下部)には、隙間規制部41として、挿入方向へ向けて段階的に縮径した2段の段部60を有する段付き規制部が形成されている。この段付き規制部41は、第1段部(基部)61およびピン状の第2段部62を有している。第2段部62の高さhは、第1段部61の平面部を基準として、たとえば、0.1〜0.5mm+t(t=下板の板厚)に設定されている。なお、バーリング加工92が施された状態で、上板22の挿入穴部32は、第2段部62の径よりも若干大きく形成されている。
On the insertion side (lower part) of the
また、上記隙間規制治具40には、下方へ向けて突設したバーリング加工部を加熱する加熱手段102が備えられている。この加熱手段102は、たとえば、加熱コイルにより形成されており、本実施形態では、隙間規制治具40の本体の挿入側部分に内蔵されている。
Further, the
さらに、隙間規制治具40の直下において対向するように下側クランプ103が設けられており、このクランプ103は上記隙間規制治具40とともに板材21、22を挟持するように昇降移動可能に装備されている。
Further, a
次に、第6の実施形態における隙間制御の作用を説明する。 Next, the effect | action of the clearance control in 6th Embodiment is demonstrated.
図8は、挿入穴部32に挿入を開始した状態の隙間規制治具40を示す模式図である。図9は、挿入穴部32に挿入途中の状態の隙間規制治具40を示す模式図である。図10は、挿入穴部32に挿入を完了した状態の隙間規制治具40を示す模式図である。図8から図10では、集光装置を省略図示している。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the
まず、挿入穴部32は上板22の溶接部Wの近傍に形成され、該挿入穴部32の周囲にバーリング加工92が施される。図7に示した初期状態において、上記挿入穴部32を形成した上板22の上方に、上側クランプである隙間規制治具40を設定するとともに、該隙間規制治具40の直下に対向し、下板21を支持するように下側クランプ103を設定する。
First, the
図8に示すように、上板22の挿入穴部32に隙間規制治具40のピン状の第2段部62の挿入が開始される。図9に示すように、隙間規制治具40の第1段部(基部)の平面部が上板21の上面に当接して、バイリング加工部の基部が押されることにより、バーリング加工部が図8中破線で示すように塑性変形し始める。そのまま、隙間規制治具40を降下させると、バーリング加工部の塑性変形が進み、ついには図10に示すように、塑性変形したバーリング加工部が下板21の対向面(上面)に突き当たることにより、隙間Sが確保されることになる。すなわち、隙間量の制御は、隙間規制治具40の第2段部62の高さhにより制御される。
As shown in FIG. 8, the insertion of the pin-shaped
上板22の材料強度が高く、図9に示したような塑性変形が起こり難い場合には、隙間規制治具40に加熱手段102を内蔵しているので、上板22の挿入穴部32の周囲に形成したバーリング加工部を瞬間的に加熱することにより、上板22を構成する材料を軟化させて塑性変形を促進させることができる。したがって、加熱手段102による加熱によってバーリング加工部を下板21の対向面(上面)に容易に突き当てることができ、所望の隙間Sを確保することができる。
When the material strength of the
このように、上板22の挿入穴部32の周囲に形成したバーリング加工部が隙間規制治具40を挿入操作するだけで容易に塑性変形し、該バーリング加工部が下板21の上面に突き当たることにより隙間Sを制御するので、従来のエンボス加工のように上下の凹凸形状の位置合わせが不要である。
In this way, the burring portion formed around the
また、図11において、(A)は上板22にバーリング加工92を施した挿入穴部32を周期的に配した場合の斜視図であり、(B)はその断面図である。図示するように、上板21にバーリング加工92を施した挿入穴部32を周期的に、あるいは散点的に配置することにより、バーリング加工部がリブの働きをし、その近傍で行ったレーザ溶接部Wと相まって、更なる剛性の向上に繋がる。従来のエンボス加工により同じ効果を狙うと、エンボス加工部の先端において点溶接となる。これに対し第6の実施形態では、バーリング加工部が円環状に下板21に接触するので、点溶接よりも接触面積が大きく、更なる剛性の向上が期待できる。
11A is a perspective view in the case where the
なお、第6の実施形態では、上板22にバーリング加工92を施した挿入穴部32を形成し、上側クランプとしての隙間規制治具40を挿入穴部32に挿入して降下させているが、これに限るものではなく、第4の実施形態のように、下板21にバーリング加工92を施した挿入穴部を形成し、下側クランプとしての隙間規制治具40を挿入穴部に挿入して上昇させるように構成してもよい。
In the sixth embodiment, the
〔第7の実施形態〕
図12は、第7の実施形態のレーザ溶接装置121を示す模式図である。図13において、(A)は隙間規制治具40の平面図、(B)は隙間規制治具40の正面図である。図示するように、第7の実施形態では、隙間規制治具40の挿入側には、隙間規制部41として、挿入方向へ向けて段階的に縮径した3段の段部60を有する段付き規制部が形成されている。この段付き規制部41は、円形状の第1段部(基部)61、非真円形状の第2段部62および非真円形状の第3段部63を有している。第2段部62の高さh1は、第1段部61の平面部を基準として、たとえば、0.1〜0.5mm+t(t=下板の板厚)に設定されている(図14参照)。また、第3段部63の高さh2は、第2段部62の平面部を基準として、たとえば、0.1〜0.5mm+t(t=下板の板厚)に設定されている。すなわち、段付き規制部41の挿入段部である第2段部62および第3段部63は、楕円形状や長円形状等の非真円形状を有している。また、非真円形状の段部62、63の周縁部には、その縁部へ向けて順次拡径する逆テーパ部122が形成されている。
[Seventh Embodiment]
FIG. 12 is a schematic diagram showing a
第7の実施形態は、3枚の板材21、23、22を溶接接合する態様である。下板21には非真円形状の第2段部62が挿入される該段部62に対応する形状の挿入穴部31が形成され、この挿入穴部31は第2段部62の逆テーパ部122よりも若干大きく形成されている。また、中板23には非真円形状の第3段部63が挿入される該段部63に対応する形状の挿入穴部33が形成され、この挿入穴部33は第3段部63の逆テーパ部122よりも若干大きく形成されている。すなわち、下板21および中板23の挿入穴部31、33に隙間規制治具40の段付き規制部41を挿入すると、中板23の挿入穴部33に第3段部63が挿入されるとともに、下板21の挿入穴部31に第2段部62が挿入される。これと同時に、上板22の対向面(下面)に第3段部63の平面部が、中板23の下面に第2段部62の平面部が、および下板21の非対向面(下面)に第1段部61の平面部がそれぞれ当接されることになる。
The seventh embodiment is an aspect in which three
図14は、段付き規制部41の挿入段部の径と板材21、23の挿入穴部31、33の径の寸法記号を示す模式図である。図14に基づいて、段付き規制部41の挿入段部(第2段部および第3段部)の径と板材21、23の挿入穴部31、33の径との関係は以下のように設定する。
FIG. 14 is a schematic diagram showing dimension symbols for the diameter of the insertion step portion of the stepped restricting
すなわち、段付き規制部41の挿入段部の径と板材21、23の挿入穴部31、33の径との関係は、d0<D1、D1<d1<D2、D2<d2である。
That is, the relationship between the diameter of the insertion step portion of the stepped restricting
また、段付き規制部41の挿入段部の高さと板材21、23の板厚との関係は、t1+0.3<h1<t1+0.5、t2+0.3<h2<t2+0.5である。
In addition, the relationship between the height of the insertion step portion of the stepped restricting
さらに、隙間規制治具40の直上において対向するように上側クランプ123が設けられており、このクランプ123は上記隙間規制治具40とともに板材21、23、22を挟持するように昇降移動可能に装備されている。
Further, an
図15は、第7の実施形態のレーザ溶接装置121を車体パネルの溶接に応用する場合の溶接治具例を示す模式図である。図示例の車体パネルは下板21と上板22との2枚接合の態様であり、プレス加工された車体パネルが基台124上に起立させて設けられた複数のパネルセット治具125、126、127上に載置されている。これらパネルセット治具125、126、127は、車体パネルの形状に合わせて設計されている。車体パネルの下板21と上板22とが対向する部分には、下部に隙間規制治具40が昇降可能に配置され、その直上を押圧するように上側クランプ123が回動可能に配置されている。これら隙間規制治具40と上側クランプ123とで板材21、22を挟持する近傍にレーザビームLを集束させて溶接するようになっている。
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of a welding jig when the
次に、図16を用いて、第6の実施形態のレーザ溶接装置における作用を説明する。図16において、(A)は隙間規制治具40の挿入前の状態を示す模式図、(A)は隙間規制治具40の挿入後の状態を示す模式図、(C)は隙間規制治具40を回動させた状態を示す模式図である。
Next, the effect | action in the laser welding apparatus of 6th Embodiment is demonstrated using FIG. 16, (A) is a schematic diagram showing a state before insertion of the
まず、図15に示したパネルセット治具125、126、127などの上に各板材21、23、22が対向するように重ねて配置する。その際、下板21に形成した非真円形状の挿入穴部31と、中板23に形成した非真円形状の挿入穴部33とが連通するように、各板材21、23、22を対向させて配置する。そして、図16(A)に示すように、これら挿入穴部31、33の下部に隙間規制治具40を芯出し配置するとともに、その直上に対向するように上板22を押圧する上側クランプ123を配置する。
First, the
次に、図16(B)に示すように、隙間を隔てて重ね合わせた各板材21、23、22の挿入穴部31、33に隙間規制治具40の段付き規制部41を挿入する。挿入穴部31、33に挿入段部である第2段部62および第3段部63を挿入すると、中板23の挿入穴部33に第3段部63が挿入されるとともに、下板21の挿入穴部31に第2段部62が挿入される。これと同時に、上板22の対向面(下面)に第3段部63の平面部が、中板23の下面に第2段部62の平面部が、および下板21の非対向面(下面)に第1段部61の平面部がそれぞれ当接されることになる。なお、この状態において、上側クランプ123は、上板22の上面を押圧している。
Next, as shown in FIG. 16B, the stepped restricting
その後、図16(C)に示すように、たとえば、隙間規制治具40を右回りに回動させて、その第2段部62および第3段部63の上縁部の逆テーパ部122を板材21、23、22の間に食い込ませ、下板21と中板23との間、および中板23と上板22との間に所望の隙間Sを確保する。
Thereafter, as shown in FIG. 16C, for example, the
このように第7の実施形態のレーザ溶接装置121によれば、挿入穴部31、33に隙間規制治具40の第2段部62および第3段部63を挿入しただけでは、板材21、23、22の隙間Sを確実に確保できない場合に、非真円形状の第2段部62および第3段部63を回動させることで、逆テーパ部122が下板21と中板23との間、および中板23と上板22との間に食い込ませ、板材21、23、22を各段の段部61、62、63の平面部まで押し下げることで、所望の隙間Sを確実に発生させることができる。このように、3枚接合の板材21、23、22であっても、下板21と中板23との間、および中板23と上板22との間に確実に適正な隙間Sを確保することができるので、ポロシティの発生を抑えることができ、板材間の隙間が大きくなって未溶着が発生するのも防止することができる。
As described above, according to the
また、段部の段数を増加させれば、2枚や3枚に限らず4枚以上の板組みにも対応させることができる。 Further, if the number of steps of the step portion is increased, it is possible to cope with not only two or three plates but also four or more plate assemblies.
本発明に係るレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法は、亜鉛鋼板を採用する自動車の車体パネルの溶接接合に適するが、自動車の分野のみならず、めっき等の表面処理を施した板材の接合に広く適用することができる。 The laser welding apparatus and laser welding method according to the present invention are suitable for welding and joining car body panels of automobiles that employ galvanized steel plates, but are widely applied not only to the field of automobiles but also to joining of plate materials subjected to surface treatment such as plating. can do.
1 第1の実施形態のレーザ溶接装置、
2 ロボットアーム、
3 ファイバケーブル、
10 集光装置、
11 外箱部、
12 コリメーションレンズ、
13 フォーカスレンズ、
L(La、Lb、Lc) レーザビーム、
W 溶接部、
S 隙間、
21 板材(下板)、
22 板材(上板)、
23 板材(中板)、
31、32、33 挿入穴部、
40 隙間規制治具、
41 隙間規制部(段付き規制部)、
51 クランプ、
60 段部、
61 第1段部(基部)
62 第2段部、
63 第3段部、
64 第4段部、
h(h1、h2) 段部の高さ、
t(t1、t2) 板厚、
D 第2段部の径、
d 第3段部の径、
71 第2の実施形態のレーザ溶接装置、
72 板材吸着手段、
81 第3の実施形態のレーザ溶接装置、
83 クランプ、
91 第4の実施形態のレーザ溶接装置、
92 バーリング加工部、
101 第5の実施形態のレーザ溶接装置、
102 加熱手段、
103 下側クランプ、
111 第6の実施形態のレーザ溶接装置、
121 第7の実施形態のレーザ溶接装置、
122 逆テーパ部、
123 クランプ、
124 基台、
125、126、127 パネルセット治具。
1 Laser welding apparatus of 1st Embodiment,
2 Robot arm,
3 Fiber cable,
10 Concentrator,
11 Outer box part,
12 Collimation lens,
13 Focus lens,
L (La, Lb, Lc) laser beam,
W weld,
S gap,
21 Plate material (lower plate),
22 Plate material (upper plate),
23 Plate material (middle plate),
31, 32, 33 insertion hole,
40 Gap regulating jig,
41 Gap regulating part (stepped regulating part),
51 clamps,
60 steps,
61 First step (base)
62 second step,
63 Third stage,
64 Fourth step,
h (h1, h2) height of the step,
t (t1, t2) plate thickness,
D the diameter of the second step,
d the diameter of the third step,
71 The laser welding apparatus of the second embodiment,
72 Plate material adsorption means,
81. A laser welding apparatus according to the third embodiment,
83 clamps,
91. A laser welding apparatus according to the fourth embodiment,
92 burring section,
101. Laser welding apparatus of the fifth embodiment,
102 heating means,
103 Lower clamp,
111 Laser welding apparatus of 6th Embodiment,
121 A laser welding apparatus of a seventh embodiment,
122 reverse taper,
123 clamp,
124 base,
125, 126, 127 Panel setting jig.
Claims (13)
接合対象となる各板材に形成された挿入穴部が連通するよう板材を対向配置した状態で、対向する一方の板材の挿入穴部から隙間規制部を挿入し、他方の板材の対向面にその一部を突き当てることにより、対向する板材間の隙間を規制する隙間規制治具が備えられていることを特徴とするレーザ溶接装置。 In a laser welding apparatus that welds and joins at least two plates facing each other with a laser beam irradiated from one side in the facing direction, with a gap between them,
With the plate members facing each other so that the insertion hole portions formed in the respective plate materials to be joined communicate with each other, the gap restricting portion is inserted from the insertion hole portion of one of the opposite plate materials, and the gap is placed on the opposite surface of the other plate material. A laser welding apparatus comprising a gap regulating jig for regulating a gap between opposing plate members by abutting a part thereof.
接合する少なくとも2枚の板材に貫通する挿入穴部を形成し、該挿入穴部が連通するように板材を対向させ、対向する一方の板材の挿入穴部から隙間規制治具の隙間規制部を挿入して、他方の板材の対向面にその一部を突き当てることにより、対向する板間の隙間を規制することを特徴とするレーザ溶接方法。 In a laser welding method in which at least two plate members are opposed to each other with a gap and a laser beam is irradiated from one side in the facing direction to perform welding joining,
An insertion hole portion penetrating at least two plate materials to be joined is formed, the plate material is opposed so that the insertion hole portion communicates, and the gap restriction portion of the gap restriction jig is inserted from the insertion hole portion of one of the opposed plate materials. A laser welding method, characterized by restricting a gap between opposing plates by inserting and abutting a part thereof against the opposing surface of the other plate member.
前記非真円形状の段部を回転させて逆テーパ部を板材間に挿入することにより、板材間の隙間を設定することを特徴とする請求項10に記載のレーザ溶接方法。 Forming the insertion step portion of the stepped regulating portion into a non-circular shape, and forming a reverse taper portion at the peripheral edge of the non-circular step portion;
The laser welding method according to claim 10, wherein a gap between the plate materials is set by rotating the non-circular stepped portion and inserting a reverse tapered portion between the plate materials.
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