JP2010094730A - 溶接方法及びその方法で溶接された溶接構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接方法において、溶接部の溶接状態を目視で容易に外観検査できることである。
【解決手段】第一金属部材１０と第二金属部材１２とを重ね合わせて溶接する溶接方法であって、第一金属部材１０に開口を形成する開口形成工程と、第一金属部材１０に形成した開口を第二金属部材１２に重ね合わせて凹部１８を形成し、凹部１８に金属片を挿入して溶接予備基体１６を組み立てる溶接予備基体組立工程と、凹部１８をレーザ光を照射して加熱して、第一金属部材１０と、第二金属部材１２と、金属片と、を溶融凝固して接合する接合工程と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、溶接方法及びその方法で溶接された溶接構造体に係り、特に、第一金属部材と第二金属部材とを重ね合わせて溶接する溶接方法及びその方法で溶接された溶接構造体に関する。

複数の板材等を重ね合わせて溶接する方法として、一般的に、スポット溶接方法や、重ね合わせて連続で溶接する溶接方法が行われている。スポット溶接方法や重ね合わせ溶接方法は、２枚の金属部材を重ね合わせた後、鉛直方向上側に置かれた金属部材をレーザ光照射、ＴＩＧプラズマまたはＭＩＧプラズマ等のアーク加熱、抵抗発熱等で加熱して、鉛直方向上側に置かれた金属部材と、鉛直方向下側に置かれた金属部材とを溶融凝固させて接合する方法である。

特許文献１には、鋼板の重ねレーザ溶接方法が示され、複数の鋼板を重ね合わせ、最上段の鋼板の表面に対してレーザビームを照射し、最下段の鋼板裏面まで溶融しつつ溶接線に沿って溶接する溶接方法が記載されている。
特開２００８−１５５２２６号公報

ところで、上記の溶接方法では、鉛直方向上側に置かれた金属部材と、鉛直方向下側に置かれた金属部材と、を重ね合わせて溶接するため、鉛直方向上側に置かれた金属部材と、鉛直方向下側に置かれた金属部材との溶接部の接合状態を直接目視することができない。そのため、外観検査で溶接欠陥等を判断し難いという問題がある。

そこで、本発明の目的は、溶接部の接合状態を目視で容易に外観検査できる溶接方法及びその方法で溶接された溶接構造体を提供することである。

本発明に係る溶接方法は、第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせて溶接する溶接方法であって、前記第一金属部材に開口を形成する開口形成工程と、前記第一金属部材に形成した開口を前記第二金属部材に重ね合わせて凹部を形成し、前記凹部に金属片を挿入して溶接予備基体を組み立てる溶接予備基体組立工程と、前記凹部を加熱して、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、前記金属片と、を溶融凝固させて接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る溶接方法において、前記金属片は、前記第一金属部材を穴加工して前記開口を形成した後の被加工物の残材で形成されることが好ましい。

本発明に係る溶接方法において、前記金属片は、前記第一金属部材と少なくとも１つの接続部材で接続されていることが好ましい。

本発明に係る溶接方法は、第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせて溶接する溶接方法であって、前記第一金属部材に開口を形成する開口形成工程と、前記第二金属部材に、前記第一金属部材に形成された開口の内周面に当接して嵌合される突起を形成する突起形成工程と、前記第一金属部材に形成した前記開口の内周面に、前記第二金属部材に形成した前記突起を当接させて嵌合して凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てる溶接予備基体組立工程と、前記凹部を加熱して、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、前記突起と、を溶融凝固させて接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る溶接方法において、前記開口と、前記突起とは、パンチング加工で形成されることが好ましい。

本発明に係る溶接方法において、前記突起の高さは、前記第一金属部材の厚みより小さいことが好ましい。

本発明に係る溶接方法において、前記接合工程は、前記凹部にレーザ光を照射して加熱することが好ましい。

本発明に係る溶接方法は、第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせてレーザ光を照射して溶接する溶接方法であって、前記第一金属部材にレーザ光のビーム径より小さい少なくとも１つの開口を形成する開口形成工程と、前記第一金属部材に形成した前記開口を前記第二金属部材に重ね合わせて凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てる溶接予備基体組立工程と、前記凹部にレーザ光を照射して加熱し、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、を溶融凝固させて接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る溶接構造体は、第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせて溶接した溶接構造体であって、前記第一金属部材に開口を形成し、前記第一金属部材に形成した開口を前記第二金属部材に重ね合わせて凹部を形成し、前記凹部に金属片を挿入して溶接予備基体を組み立てて、前記凹部を加熱して、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、前記金属片と、を溶融凝固させて接合することを特徴とする。

本発明に係る溶接構造体は、第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせて溶接した溶接構造体であって、前記第一金属部材に開口を形成し、前記第二金属部材に、前記第一金属部材に形成された開口の内周面に当接して嵌合される突起を形成し、前記第一金属部材に形成した前記開口の内周面に、前記第二金属部材に形成した前記突起を当接させて嵌合して凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てて、前記凹部を加熱して、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、前記突起と、を溶融凝固させて接合することを特徴とする。

本発明に係る溶接構造体は、第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせてレーザ光を照射して溶接した溶接構造体であって、前記第一金属部材にレーザ光のビーム径より小さい少なくとも１つの開口を形成し、前記第一金属部材に形成した前記開口を前記第二金属部材に重ね合わせて凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てて、前記凹部にレーザ光を照射して加熱し、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、を溶融凝固させて接合することを特徴とする。

上記構成の溶接方法及びその方法で溶接された溶接構造体によれば、熱源側に位置する金属部材に開口を形成して溶接するので、溶接部の接合状態を目視で容易に外観検査することができる。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。溶接構造体の溶接方法は、第一金属部材に開口を形成する開口形成工程と、第一金属部材を第二金属部材に重ね合わせて溶接予備基体を組み立てる溶接予備基体組立工程と、第一金属部材と第二金属部材とを溶融凝固させて接合する接合工程と、を備えている。図１は、溶接で接合される第一金属部材１０と、第二金属部材１２と、の構成を示す平面図である。

開口形成工程は、第一金属部材に所定形状の開口１４を形成する工程である。第一金属部材１０と、第二金属部材１２とには、例えば、ステンレス鋼板や冷間圧延鋼板等の鋼板等が用いられる。鋼板の厚みは、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍである。勿論、第一金属部材１０と、第二金属部材１２とは、鋼板に限定されることはなく、例えば、アルミニウム板等でもよい。第一金属部材１０と第二金属部材１２とは、同じ材質で形成されることが好ましい。

第一金属部材１０には、例えば、幅方向に長穴状の開口１４が形成される。この長穴状の開口１４は、例えば、第一金属部材１０をレーザ加工等することにより形成される。開口１４の形状は、図１に示すように略長方形状の角穴に限定されることなく、略円形状の丸穴等でもよい。

溶接予備基体組立工程は、第一金属部材１０に形成した開口１４を第二金属部材１２に重ね合わせて凹部を形成し、凹部に金属片を挿入して溶接予備基体を組み立てる工程である。図２は、溶接予備基体１６の構成を示す図であり、図２（ａ）は、溶接予備基体１６の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ方向の断面図である。

まず、第一金属部材１０に形成された開口１４を第二金属部材１２に重ね合わせて配置することにより、凹部１８が形成される。凹部１８は、溝側面が第一金属部材１０で形成され、溝底面が第ニ金属部材１２で形成される。

次に、金属片２０が、凹部１８に挿入される。金属片２０を凹部１８に挿入するのは、金属片２０を溶接補助材として用いることにより第一金属部材１０と第二金属部材１２とを溶融凝固させるためである。金属片２０の厚みは、第一金属部材１０の厚みと同等またはより薄いことが好ましい。

金属片２０は、第一金属部材１０を穴加工して開口１４を形成した後の被加工物の残材で形成されることが好ましい。例えば、第一金属部材１０をレーザ加工等で長穴状に刳り抜いて開口１４を形成した場合には、金属片２０には、第一金属部材１０から刳り抜かれた長尺状のシート材が用いられる。第一金属部材１０に開口１４を形成した後の残材を金属片２０に用いることにより、新たに溶接棒や溶接粉末等の溶接補助材を使用する必要がないので溶接コストを低減することができる。また、第一金属部材１０に開口１４を形成した後の残材を金属片２０に用いることにより第一金属部材１０と金属片２０とは同じ材質であるので、第一金属部材１０と異なる材質の金属片２０を用いる場合よりもより容易に溶接することができる。

金属片２０は、凹部１８の略中央に配置されることが好ましい。金属片２０を凹部１８の一方の側面と、凹部１８の他方の側面とから略等しい距離に配置することにより、金属片２０を溶融させたときに、溶融金属を凹部１８の一方の側面と他方の側面とに略均等に流すことができる。

金属片２０は、第一金属部材１０と少なくとも１つの接続部材で接続されることが好ましい。金属片２０は、第一金属部材１０と少なくとも１つの接続部材で接続されることにより、凹部１８に挿入される金属片２０の位置を固定することができる。

図３は、金属片２０と、第一金属部材１０とを接続する接続部材２１〜２４を設けた溶接予備基体２５の構成を示す図であり、図３（ａ）は、溶接予備基体２５の構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ方向の断面図である。

接続部材２１〜２４は、例えば、図３（ａ）に示すように、長尺状に形成された金属片２０の長手側の一方に１箇所と、長手側の他方に１箇所と、短手側の一方に１箇所と、短手側の他方に１箇所と、合計４箇所に設けられることが好ましい。このように、金属片２０は、接続部材２１〜２４で凹部１８の略中央に位置するように固定されているので、金属片２０を溶融させた溶融金属を凹部１８の一方の側面と他方の側面とに略均等に流すことができる。勿論、他の条件次第では、接続部材の数は、４箇所に限定されることなく、接続部材の配置は、上記配置に限定されることはない。例えば、接続部材は、長尺状に形成された金属片２０の長手側の一方に３箇所と、長手側の他方に３箇所と、短手側の一方に１箇所と、短手側の他方に１箇所と、合計８箇所に設けられてもよい。

接続部材２１〜２４は、金属片２０と同じ材質で形成されることが好ましい。接続部材２１〜２４も金属片２０と同様に溶融凝固させるため、接続部材２１〜２４と金属片２０とが異なる材質であると、接続部材２１〜２４と金属片２０とをより均一に溶融凝固させることが難しくなるからである。

接続部材２１〜２４は、金属片２０と一体として形成された後、第一金属部材１０に接合されてもよいし、接続部材２１〜２４は、第一金属部材１０に開口１４を形成するときに開口１４と一体として形成された後、金属片２０に接合されてもよい。勿論、接続部材２１〜２４は、金属片２０及び第一金属部材１０と別体として形成され、金属片２０と第一金属部材１０とに各々接合されてもよい。

なお、接続部材２１〜２４と金属片２０とは、第一金属部材１０における開口１４の加工時に一体として形成されることが好ましい。接続部材２１〜２４と第一金属部材１０との接続作業及び接続部材２１〜２４と金属片２０との接続作業とを省略することができるからである。接続部材２１〜２４と金属片２０とを第一金属部材１０における開口１４の形成時に一体として形成する加工方法には、一般的な、レーザ加工装置等を使用したミクロジョイント加工等を用いることができる。

接合工程は、凹部１８を加熱することにより、第一金属部材１０と、第二金属部材１２と、金属片２０と、を溶融凝固して接合する工程である。凹部１８を加熱することにより、第一金属部材１０と、第二金属部材１２と、金属片２０とが溶融した溶融金属が凹部１８に充填されるので、第一金属部材１０と第二金属部材と１２が接合される。なお、金属片２０と第一金属部材１０とに接続部材２１〜２４が接続されている場合には、金属片２０と同様に接続部材２１〜２４も溶融される。

凹部１８を加熱する加熱手段には、レーザ光を熱源としたレーザ溶接装置を用いることが好ましい。図４は、レーザ光で凹部１８を照射している状態を示す断面図である。レーザ溶接装置のレーザヘッドからレーザ光を凹部１８に照射することにより、凹部１８に配置された金属片２０を溶融させることができる。レーザ溶接装置を用いることにより、レーザ光を凹部１８に細く深く照射できるので高精度な溶接を行うことができる。また、レーザ溶接装置を用いることにより、レーザ光を集光させて局所的に溶接することができるので、溶接部以外の部位の熱影響を抑えることができる。レーザ溶接装置には、例えば、ＹＡＧレーザや炭酸ガスレーザ等を用いたレーザ溶接装置が用いられる。なお、レーザ出力は、例えば、５００Ｗである。勿論、凹部１８を加熱する加熱手段には、アーク溶接装置や電子ビーム溶接装置等を用いてもよい。

図５は、第一金属部材１０と、第二金属部材１２と、を溶接した溶接構造体２６の断面図である。溶接構造体２６は、凹部１８を加熱することにより形成された溶接部２８を有している。溶接部２８の第一金属部材１０側は、凹部１８を加熱して溶融凝固させるため凹面状に形成される。

以上、上記構成の溶接方法によれば、第一金属部材に開口を形成し、第一金属部材に形成した開口を第二金属部材に重ね合わせて凹部を形成し、凹部に金属片を挿入して溶接予備基体を組み立てて、凹部を加熱して、第一金属部材と、第二金属部材と、金属片と、を溶融凝固させて接合するので、凹部に形成された溶接部の溶接状態を目視で容易に外観検査することができる。また、第一金属部材に開口を設けずに第二金属部材と重ね合わせて溶接する場合よりも、上記構成によれば金属片の周りに隙間が設けられているため、より小出力の熱源で第一金属部材と第二金属部材とを溶接することができる。それにより歪や焦げが抑えられ、溶接構造体の品質がより向上する。

上記構成の溶接方法によれば、金属片は、第一金属部材を穴加工して所定形状の開口を形成した後の被加工物の残材で形成されるので、溶接棒や溶接粉末を使用するより溶接コストを抑えることができる。

上記構成の溶接方法によれば、金属片は、第一金属部材と接続部材で接続されているので、金属片を凹部の所定位置に固定できる。

次に、本発明における他の実施の形態について図面を用いて説明する。

溶接構造体の溶接方法は、第一金属部材に開口を形成する開口形成工程と、第二金属部材に、第一金属部材に形成された開口に嵌合する突起を形成する突起形成工程と、第一金属部材に形成された開口を第二金属部材に形成された突起に嵌合させて溶接予備基体を組み立てる溶接予備基体組立工程と、凹部を加熱して、第一金属部材と、第二金属部材と、突起と、を溶融凝固させて接合する接合工程と、を備えている。

開口形成工程は、第一金属部材に所定形状の開口を形成する工程である。図６は、溶接で接合される第一金属部材３０の構成を示す図であり、図６（ａ）は、第一金属部材３０の構成を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＡ−Ａ方向の断面図である。

第一金属部材３０には、例えば、ステンレス鋼板や冷間圧延鋼板等の鋼板等が用いられる。鋼板の厚みは、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍである。勿論、第一金属部材３０は、鋼板に限定されることはなく、アルミニウム板等を用いてもよい。第一金属部材３０には、例えば、略円形状の開口３２が形成される。略円形状の開口３２は、例えば、タレットパンチングプレス等のパンチング加工機を用いたパンチング加工や、レーザ加工機等を用いたレーザ加工により第一金属部材３０に形成される。開口３２の径は、例えば、２ｍｍから３ｍｍである。開口３２の形状は、図６（ａ）に示すような略円形状の丸穴に限定されることなく、略正方形状や略長方形状等の角穴等でもよい。

突起形成工程は、第二金属部材に、第一金属部材３０に形成された開口３２の内周面に当接して嵌合される突起を形成する工程である。図７は、第一金属部材３０と接合される第二金属部材３４の構成を示す図であり、図７（ａ）は、第二金属部材３４の構成を示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ方向の断面図である。

第二金属部材３４には、例えば、ステンレス鋼板や冷間圧延鋼板等の鋼板等が用いられる。鋼板の厚みは、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍである。勿論、第ニ金属部材３４は、鋼板に限定されることはなく、アルミニウム板等を用いてもよい。第ニ金属部材３４は、第一金属部材３０と同じ材質で形成されることが好ましい。

突起３６は、第一金属部材３０に略円形状の開口３２が形成される場合には、略円筒状に形成されることが好ましい。また、突起３６は、第一金属部材３０に略角形状の開口３２が形成される場合には、略角筒状に形成されることが好ましい。

突起３６は、第一金属部材３０に形成される開口３２の内周面に当接するように形成される。第二金属部材３４に形成される突起３６を、第一金属部材３０に形成される開口３２の内周面に当接させて嵌合することにより、第一金属部材３０を第二金属部材３４に重ね合わせる際に容易に位置決めできるからである。また、第一金属部材３０と第二金属部材３４とを溶融凝固させるときに、突起３６も溶融して溶接補助材としての機能を有するからである。

突起３６は、パンチング加工で形成されることが好ましい。例えば、スポット溶接の位置決め等で用いられる位置決め用金型で第二金属部材３４をパンチング加工してバーリング形状にすることで、突起３６を第二金属部材３４と一体的に容易に形成することができる。例えば、位置決め用金型に略円筒型金型を用いることにより、円筒状突起を第二金属部材３４に形成できる。このような位置決め用金型としては、例えば、ＦＰ金型（フラットポジショニング金型）等が用いられる。このようなＦＰ金型等を用いることにより、パンチング加工したときに裏面の窪みが抑えられる。円筒状突起の形状は、例えば、外径２ｍｍ〜３ｍｍ、高さ０．２ｍｍ〜０．４ｍｍである。勿論、他の条件次第では、突起形成方法は、パンチング加工に限定されることはなく、突起３６を別体として形成し、第二金属部材３４に接合してもよい。

溶接予備基体組立工程は、第一金属部材３０に形成した開口３２の内周面に、第二金属部材３４に形成した突起３６を当接させて嵌合して凹部３８を形成し、溶接予備基体３９を組み立てる工程である。図８は、溶接予備基体３９の構成を示す図であり、図８（ａ）は、溶接予備基体３９の構成を示す平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＡ−Ａ方向の断面図である。

第一金属部材３０に形成した開口３２の内周面に、第二金属部材３４に形成した突起３６を当接させて嵌合して凹部３８を形成される。第一金属部材３０に形成された開口３２を、第二金属部材３４に形成された突起３６に嵌合させることにより、第一金属部材３０と第二金属部材３４との位置決めを容易に行うことができる。また、第一金属部材３０と第二金属部材３４との位置決めは、穴加工で形成された開口３２と、パンチング加工等で形成された突起３６と、の公差で決定されるので、より高精度に位置決めすることができる。

接合工程は、凹部３８を加熱して、第一金属部材３０と、第二金属部材３４と、突起３６と、を溶融凝固させて接合する工程である。凹部３８を加熱することにより、第一金属部材３０と、第二金属部材３４と、突起３６と、が溶融した溶融金属が凹部３８に充填されるので、第一金属部材３０と、第二金属部材３４と、が接合される。

凹部３８を加熱する加熱手段には、レーザ光を熱源としたレーザ溶接装置を用いることが好ましい。上述した図４に示すようなレーザ溶接装置を用いて凹部３８にレーザ光を照射することにより、第一金属部材３０と、第二金属部材３４と、突起３６と、を局所的に溶融凝固させることができる。凹部３８の径がレーザ光のビーム径より小さい場合には、１ショットでレーザ光照射してもよい。また、凹部３８の径がレーザ光のビーム径より大きい場合には、連続照射方法やパルス照射方法によりレーザ光照射することができる。勿論、凹部３８を加熱する加熱手段には、レーザ溶接装置に限定されることなく、アーク溶接装置や電子ビーム溶接装置等を用いてもよい。

図９は、第一金属部材３０と、第二金属部材３４とを溶接した溶接構造体４０の断面図である。溶接構造体４０は、凹部３８を加熱することにより形成された溶接部４２を有している。溶接部４２の第一金属部材３０側は、凹部３８を加熱して溶融接合させるため凹面状に形成される。

以上、上記構成の溶接方法によれば、第一金属部材に開口を形成し、第二金属部材に、第一金属部材に形成された開口の内周面に当接して嵌合される突起を形成し、第一金属部材に形成した開口の内周面に、第二金属部材に形成した突起を当接させて嵌合して凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てて、凹部を加熱して、第一金属部材と、第二金属部材と、突起と、を溶融凝固させて接合することにより、凹部に形成された溶接部の溶接状態を目視で容易に外観検査することができる。

上記構成の溶接方法によれば、第一金属部材と第二金属部材とを第一金属部材に形成された開口の内周面に、第二金属部材に形成した突起を当接させて嵌合することにより、従来行われているようなケガキ線を引いて位置決めするより第一金属部材と第二金属部材とをより容易に位置決めできる。

次に、本発明における別の実施の形態について図面を用いて説明する。

溶接構造体の溶接方法は、第一金属部材にレーザ光のビーム径より小さい少なくとも１つの開口を形成する開口形成工程と、第一金属部材に形成した開口を第二金属部材に重ね合わせて溶接予備基体を形成する溶接予備基体形成工程と、レーザ光を照射して第一金属部材と第二金属部材とを溶融凝固して接合する接合工程と、を備えている。

開口形成工程は、第一金属部材にレーザ光のビーム径より小さい少なくとも１つの開口を形成する工程である。図１０は、溶接で接合される第一金属部材５０と、第二金属部材５２と、の構成を示す平面図である。第一金属部材５０と第二金属部材５２とには、例えば、ステンレス鋼板や冷間圧延鋼板等の鋼板等が用いられる。鋼板の厚みは、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍである。勿論、第一金属部材５０と第二金属部材５２とは、鋼板に限定されることはなく、アルミニウム板等でもよい。第一金属部材５０と第二金属部材５２とは、同じ材質で形成されることが好ましい。

第一金属部材５０には、幅方向にレーザ光のビーム径より小さい径を有する少なくとも１つの開口５４が形成される。開口５４の大きさをレーザ光のビーム径より小さく形成することにより１ショットでレーザ光を照射することができるので、レーザ光を効率よく照射してレーザ熱量を抑制することができる。

開口５４は、例えば、タレットパンチングプレス等のパンチング加工機を用いたパンチング加工や、レーザ加工機等を用いたレーザ加工により第一金属部材５０に形成される。開口５４の形状は、図１０に示すような略円形状の丸穴に限定されることなく、略正方形や略長方形状等の角穴等でもよい。図１０に示す第一金属部材５０には、開口５４が４箇所に形成されているが、開口５４の数は、４箇所に限定されることはない。開口５４の径は、例えば、０．８ｍｍｍである。また、図１０に示す第一金属部材５０では、４つの開口５４は、略一列に形成されているが、略一列に限定されることなく、２列等の複数列に形成されてもよい。

溶接予備基体形成工程は、第一金属部材５０に形成した開口５４を第二金属部材５２に重ね合わせて凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てる工程である。図１１は、溶接予備基体５８の構成を示す図であり、図１１（ａ）は溶接予備基体５８の構成を示す平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）におけるＡ−Ａ方向の断面図である。開口５４を形成した第一金属部材５０と第二金属部材５２とを重ね合わせて配置することにより、凹部５６が形成される。凹部５６は、溝側面が第一金属部材５０で形成され、溝底面が第二金属部材５２で形成される。

接合工程は、凹部５６にレーザ光を照射して加熱し、第一金属部材５０と第二金属部材５２とを溶融凝固して接合する工程である。上述した図４に示すようなレーザ溶接装置を用いて凹部５６にレーザ光を照射することにより、第一金属部材５０と、第二金属部材５２とが溶融した溶融金属が凹部５６に充填されるので、第一金属部材５０と、第二金属部材５２とが接合される。

図１２は、凹部５６にレーザ光を照射している状態を示す詳細図である。凹部５６の径は、レーザ光のビーム径Ｄより小さく形成されているため、第一金属部材５０で形成される凹部５６の溝側面と、第二金属部材５２で形成される凹部５６の溝底面とに効率よくレーザ光を照射することができる。そのため、レーザ熱量を最小限にすることができる。また、レーザ光を凹部５６に照射することによりレーザ熱の拡散が抑制されるので、レーザ出力を効率よく利用できる。レーザ光のビーム径は、例えば、レーザ溶接装置に備えられる集光レンズ等で構成された集光光学系統等により調整することができる。例えば、凹部５６の径が０．８ｍｍである場合には、ビーム径が０．８ｍｍより大きくなるように調節される。なお、レーザ出力は、例えば、２．５ｋＷであり、レーザ照射時間は、例えば、２００ｍｓｅｃから５００ｍｓｅｃである。

図１３は、第一金属部材５０と第二金属部材５２とを溶融接合した溶接構造体６２の断面図である。溶接構造体６２は、凹部５６を加熱することにより形成された溶接部６４を有している。溶接部６４の第一金属部材５０側は、凹部５６を加熱して溶融接合させるため凹面状に形成される。

以上、上記構成の溶接方法によれば、第一金属部材にレーザ光のビーム径より小さい少なくとも１つの開口を形成し、第一金属部材に形成した開口を第二金属部材に重ね合わせて配置して凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てて、凹部にレーザ光を照射して加熱し、第一金属部材と、第二金属部材と、を溶融凝固して接合することにより、凹部に形成された溶接部の溶接状態を目視で容易に外観検査することができる。

上記構成の溶接方法によれば、第一金属部材に形成される開口をレーザ光のビーム径より小さく形成することにより、より少ないレーザ出力で溶融接合することができるので、溶接構造体の歪等を抑制することができる。

（実施例）
第一金属板と第二金属板とを重ね合わせてレーザスポット溶接することにより継手状の試験用供試体としての溶接構造体を作製した後、作製した溶接構造体を引張試験して溶接強度特性を評価した。

まず、実施例１〜９における溶接構造体の作製方法について説明する。図１４は、実施例１〜９における溶接構造体７０の構成を示す図であり、図１４（ａ）は、実施例１〜９における溶接構造体７０の構成を示す平面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）におけるＡ−Ａ方向の断面図である。なお、溶接構造体７０の寸法単位は、いずれもミリメートル（ｍｍ）である。

実施例１〜９における溶接構造体７０は、第一金属板７２にレーザ光のビーム径より小さい４つの開口を形成し、第一金属板７２に形成した開口を第二金属板７４に重ね合わせて凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てて、凹部にレーザ光を照射して、第一金属板７２と第二金属板７４とを溶融凝固させて接合して作製された。

実施例１〜６の溶接構造体７０には、第一金属板７２と第二金属板７４とに冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）を使用した。実施例７〜９の溶接構造体７０には、第一金属板７２と第二金属板７４とにステンレス鋼板（ＳＵＳ）を使用した。使用した冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）の板厚は１．２ｍｍであり、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）の板厚は１．０ｍｍである。第一金属板７２には、４個の丸穴を幅方向に略一列に穴加工して形成した。穴加工には、パンチング加工機を使用した。なお、丸穴の径は、２．０ｍｍとした。

次に、第一金属板７２に形成された開口を第二金属板７４に重ね合わせて配置することにより凹部を形成して溶接予備基体を組み立てて、溶接予備基体に設けられた４箇所の凹部にレーザ溶接装置でレーザ光を照射した。レーザ溶接装置のレーザヘッドを溶接予備基体に対して略垂直方向（９０度方向）に配置し、レーザ光をレーザ出力２．５ｋＷで凹部にスポット照射した。レーザ光のビーム径が凹部の幅より大きくなるようにレーザ溶接装置を調節した。

ここで、実施例１におけるレーザ光照射条件をＦ０でレーザ光照射時間２００ｍｓｅｃとし、実施例２におけるレーザ光照射条件をＦ５でレーザ光照射時間２００ｍｓｅｃとし、実施例３におけるレーザ光照射条件をＦ０でレーザ光照射時間３００ｍｓｅｃとし、実施例４におけるレーザ光照射条件をＦ５でレーザ光照射時間３００ｍｓｅｃとし、実施例５におけるレーザ光照射条件をＦ０でレーザ光照射時間５００ｍｓｅｃとし、実施例６におけるレーザ光照射条件をＦ５でレーザ光照射時間５００ｍｓｅｃとした。

ここで、レーザ光照射条件のＦ０は、レーザ光の焦点位置を第一金属板７２上面の位置とした場合であり、レーザ光照射条件のＦ５は、レーザ光の焦点位置が第一金属板７２上面より鉛直方向上方に５ｍｍ離れた位置とした場合である。なお、レーザ光照射条件のＦ０でレーザ光を照射した場合には、レーザ光照射条件のＦ５でレーザ光を照射した場合よりも、レーザ光のスポット径がより小さくなり、溶接予備基体の凹部により大きいエネルギが付与される。

また、実施例７におけるレーザ光照射条件をＦ０でレーザ光照射時間３００ｍｓｅｃとし、実施例８におけるレーザ光照射条件をＦ５でレーザ光照射時間３００ｍｓｅｃとし、実施例９におけるレーザ光照射条件をＦ５でレーザ光照射時間５００ｍｓｅｃとした。

次に、比較例１〜９における溶接構造体の作製方法について説明する。

比較例１〜９の溶接構造体には、第一金属板に丸穴を形成しないものを使用した。第一金属板を第二金属板に重ね合わせて配置して、レーザ光を照射して第一金属板と第二金属板とを溶融接合して作製した。なお、比較例１〜９の溶接構造体の形状は、図１４に示す形状と同じものを使用した。

比較例１〜６の溶接構造体には、第一金属板と第二金属板とに冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）を使用した。比較例７〜９の溶接構造体には、第一金属板と第二金属板とにステンレス鋼板（ＳＵＳ）を使用した。使用した冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）の板厚は１．２ｍｍであり、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）の板厚は１．０ｍｍである。

次に、第一金属板を第二金属板に重ね合わせて組み立てた後、重ね合わせ部の４箇所にレーザ溶接装置でレーザ光を照射し溶接した。レーザ溶接装置のレーザヘッドを重ね合わせ部に対して略垂直方向（９０度方向）に配置し、レーザ光をレーザ出力２．５ｋＷで照射してスポット溶接した。

ここで、比較例１におけるレーザ光照射条件をＦ０でレーザ光照射時間３００ｍｓｅｃとし、比較例２におけるレーザ光照射条件をＦ５でレーザ光照射時間２００ｍｓｅｃとし、比較例３におけるレーザ光照射条件をＦ０でレーザ光照射時間３００ｍｓｅｃとし、比較例４におけるレーザ光照射条件をＦ５でレーザ光照射時間３００ｍｓｅｃとし、比較例５におけるレーザ光照射条件をＦ０でレーザ光照射時間５００ｍｓｅｃとし、比較例６におけるレーザ光照射条件をＦ５でレーザ光照射時間５００ｍｓｅｃとした。

また、比較例７におけるレーザ光照射条件をＦ０でレーザ光照射時間２００ｍｓｅｃとし、比較例８におけるレーザ光照射条件をＦ５でレーザ光照射時間３００ｍｓｅｃとし、比較例９におけるレーザ光照射条件をＦ５でレーザ光照射時間５００ｍｓｅｃとした。

次に、実施例１〜９の溶接構造体と、比較例１〜９の溶接構造体とについて引張試験を行った。引張試験は、図１４に示すように、レーザスポット溶接された溶接点の配列方向に対して略直角方向に引張力を負荷して引張破断荷重を測定した。

図１５は、第一金属板と第二金属板とに冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）を用いた溶接構造体の引張試験結果を示すグラフである。図１５に示すように、横軸に溶接構造体の種類を取り、縦軸に引張破壊荷重を取り、各々溶接構造体の引張破壊荷重を棒グラフで示した。実施例１〜６の溶接構造体と、比較例１〜６の溶接構造体とを比較すると、同一のレーザ光照射条件では凹部を設けた実施例１〜６の溶接構造体のほうが凹部を設けない比較例１〜６の溶接構造体より引張破断荷重が大きく溶接強度特性が向上した。

図１６は、第一金属板と第二金属板とにステンレス鋼板（ＳＵＳ）を用いた溶接構造体の引張試験結果を示すグラフである。図１６に示すように、横軸に溶接構造体の種類を取り、縦軸に引張破壊荷重を取り、各々溶接構造体の引張破壊荷重を棒グラフで示した。

実施例７〜９の溶接構造体と、比較例７〜９の溶接構造体とを比較すると、同一のレーザ光照射条件では凹部を設けた実施例７〜９の溶接構造体のほうが凹部を設けない比較例７〜９の溶接構造体より引張破断荷重が大きく溶接強度特性が向上した。

本発明における実施の形態において、溶接で接合される第一金属部材と第二金属部材との構成を示す平面図である。 本発明における実施の形態において、溶接予備基体の構成を示す図である。 本発明における実施の形態において、金属片と第一金属部材とを接続する接続部材を設けた溶接予備基体の構成を示す図である。 本発明における実施の形態において、レーザ光で凹部を照射している状態を示す断面図である。 本発明における実施の形態において、第一金属部材と第二金属部材とを溶融接合した溶接構造体の断面図である。 本発明における他の実施の形態において、溶接で接合される第一金属部材の構成を示す図である。 本発明における他の実施の形態において、溶接で接合される第二金属部材の構成を示す図である。 本発明における他の実施の形態において、溶接予備基体の構成を示す図である。 本発明における他の実施の形態において、溶接された溶接構造体の構成を示す断面図である。 本発明における別の実施の形態において、溶接で接合される第一金属部材と第二金属部材とを示す図である。 本発明における別の実施の形態において、溶接予備基体の構成を示す図である。 本発明における別の実施の形態において、レーザ溶接装置を用いて凹部にレーザ光を照射している状態を示す図である。 本発明における別の実施の形態において、溶接した溶接構造体の構成を示す断面図である。 本発明における別の実施の形態において、溶接構造体の構成を示す平面図である。 本発明における別の実施の形態において、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）を用いた溶接構造体の引張試験結果を示すグラフである。 本発明における別の実施の形態において、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）を用いた溶接構造体の引張試験結果を示すグラフである。

符号の説明

１０、３０、５０ 第一金属部材
１２、３４、５２ 第二金属部材
１４、３２、５４ 開口
１６、２５、３９，５８ 溶接予備基体
１８、３８、５６ 凹部
２０ 金属片
２１〜２４ 接続部材
２６、４０、６２、７０ 溶接構造体
２８、４２、６４、７６ 溶接部
３６ 突起

Claims (11)

1. 第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせて溶接する溶接方法であって、
   前記第一金属部材に開口を形成する開口形成工程と、
   前記第一金属部材に形成した開口を前記第二金属部材に重ね合わせて凹部を形成し、前記凹部に金属片を挿入して溶接予備基体を組み立てる溶接予備基体組立工程と、
   前記凹部を加熱して、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、前記金属片と、を溶融凝固させて接合する接合工程と、
   を備えることを特徴とする溶接方法。
2. 請求項１に記載の溶接方法であって、
   前記金属片は、前記第一金属部材を穴加工して前記開口を形成した後の被加工物の残材で形成されることを特徴とする溶接方法。
3. 請求項１または２に記載の溶接方法であって、
   前記金属片は、前記第一金属部材と少なくとも１つの接続部材で接続されていることを特徴とする溶接方法。
4. 第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせて溶接する溶接方法であって、
   前記第一金属部材に開口を形成する開口形成工程と、
   前記第二金属部材に、前記第一金属部材に形成された開口の内周面に当接して嵌合される突起を形成する突起形成工程と、
   前記第一金属部材に形成した前記開口の内周面に、前記第二金属部材に形成した前記突起を当接させて嵌合して凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てる溶接予備基体組立工程と、
   前記凹部を加熱して、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、前記突起と、を溶融凝固させて接合する接合工程と、
   を備えることを特徴とする溶接方法。
5. 請求項４に記載の溶接方法であって、
   前記開口と、前記突起とは、パンチング加工で形成されることを特徴とする溶接方法。
6. 請求項４または５に記載の溶接方法であって、
   前記突起の高さは、前記第一金属部材の厚みより小さいことを特徴とする溶接方法。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の溶接方法であって、
   前記接合工程は、前記凹部にレーザ光を照射して加熱することを特徴とする溶接方法。
8. 第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせてレーザ光を照射して溶接する溶接方法であって、
   前記第一金属部材にレーザ光のビーム径より小さい少なくとも１つの開口を形成する開口形成工程と、
   前記第一金属部材に形成した前記開口を前記第二金属部材に重ね合わせて凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てる溶接予備基体組立工程と、
   前記凹部にレーザ光を照射して加熱し、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、を溶融凝固させて接合する接合工程と、
   を備えることを特徴とする溶接方法。
9. 第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせて溶接した溶接構造体であって、
   前記第一金属部材に開口を形成し、前記第一金属部材に形成した開口を前記第二金属部材に重ね合わせて凹部を形成し、前記凹部に金属片を挿入して溶接予備基体を組み立てて、前記凹部を加熱して、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、前記金属片と、を溶融凝固させて接合することを特徴とする溶接構造体。
10. 第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせて溶接した溶接構造体であって、
    前記第一金属部材に開口を形成し、前記第二金属部材に、前記第一金属部材に形成された開口の内周面に当接して嵌合される突起を形成し、前記第一金属部材に形成した前記開口の内周面に、前記第二金属部材に形成した前記突起を当接させて嵌合して凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てて、前記凹部を加熱して、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、前記突起と、を溶融凝固させて接合することを特徴とする溶接構造体。
11. 第一金属部材と、第二金属部材と、を重ね合わせてレーザ光を照射して溶接した溶接構造体であって、
    前記第一金属部材にレーザ光のビーム径より小さい少なくとも１つの開口を形成し、前記第一金属部材に形成した前記開口を前記第二金属部材に重ね合わせて凹部を形成し、溶接予備基体を組み立てて、前記凹部にレーザ光を照射して加熱し、前記第一金属部材と、前記第二金属部材と、を溶融凝固させて接合することを特徴とする溶接構造体。

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