JP2014205184A - 重ね溶接継手、燃料噴射弁およびレーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】深溶込み型レーザ溶接において、被溶接材における溶接割れの発生を防止することが可能な重ね溶接継手を提供する。
【解決手段】ノズルプレート１とノズル本体２とを重ね合わせ、ノズルプレート１側からレーザ光を照射してノズルプレート１とノズル本体２とを蒸発させることで深溶込み型溶接をし、溶接ビードの断面形状が、（ｉ）ノズルプレート１とノズル本体２の界面を形成する境界線４と、溶接ビード３Ａと境界線４との交点Ｐ１における溶接ビード３Ａの接線ＴＬ１とが成す角度を９０°より大きく、かつ、（ｉｉ）境界線４での溶接ビード３Ａの溶込み幅Ｌ１と、境界線４から溶接ビード３Ａの底部３ａまでの溶込み深さＤ１との比率Ｄ１／Ｌ１を１．０以下となるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の部材を重ねて接合した重ね溶接継手、この重ね溶接継手を備えた燃料噴射弁およびレーザ溶接方法に関する。

レーザ溶接は，熱源となるレーザ光のエネルギー密度が高いため、低歪み、高速度、高精度の溶接継手が得られることから各方面で使用されている。自動車分野においては、ステンレス鋼や炭素鋼などの鉄鋼材料や、アルミニウム合金や、ニッケル合金などの金属材料に対し、複数の被溶接材を重ねて溶接することが行われている。

ところで、図９に示すように、熱伝導型レーザ溶接では、被溶接材１０１と被溶接材１０２とを重ねて形成した継手において、被溶接材１０１側の表面からレーザ光１０４を照射すると、レーザ光１０４が被溶接材１０１，１０２に吸収され、レーザ光１０４が熱に変換されることで熱エネルギーが被溶接材１０１，１０２の内部まで伝導して被溶接材１０１，１０２を溶融する。この熱伝導型レーザ溶接では、溶融金属の温度が融点より少し高いが、金属が蒸発する温度よりは低いため、溶接現象が安定し、ポロシティやスパッターなどの溶接欠陥が生じ難くなっている。このように、溶込み深さＨ１００より溶接ビード１０３の溶接ビード幅Ｗ１００が広いタイプの溶接であるため、溶込み深さＨ１００を大きくすることができず、一般的に熱伝導型レーザ溶接は薄板部品に使用されることが多くなっている。しかし、燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）のような回転物の周溶接に熱伝導型レーザ溶接を適用した場合、溶接部に溶接割れが発生する問題があった。

そこで、このような溶接割れの発生を防止する方法として、例えば、特許文献１では、アシストガスの酸素ガス含有量を５〜５０容量％に調整して、溶接ビードの表面幅と複数部材の接合部（境界面）の幅との比率をほぼ１に近くにすることが提案されている。

特開平１０−８５９７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような熱伝導型レーザ溶接では、溶込み深さＨ１００より溶接ビード１０３の溶接ビード幅Ｗ１００が大きいため、厚板を溶接する場合十分な溶込み深さＨ１００を得られない問題がある。また、入熱を増加することや溶接速度を減らすことで溶込み深さＨ１００を増加できる可能性はあるが、溶接変形や割れなどの欠陥が生じ易くなる。さらに、燃料噴射弁などの精密中小製品では、溶接ビード幅Ｗ１００が制限されており、熱伝導型レーザ溶接を適用できない。

そこで、深溶込み型（キーホール型）のレーザ溶接方法を適用することにより、深い溶込み深さを得ることができる。図１０（ａ）は深溶込み型（キーホール型）のレーザ溶接の概要を示す図である。このレーザ溶接方法では、被溶接材１１１の表面に照射されたレーザ光１１４のパワー密度（単位面積当たりのレーザ出力）が１０^６Ｗ／ｃｍ^２以上になると、被溶接材１１１，１１２の金属表面の温度が金属の沸点以上になり、プラズマの発生と共に金属蒸気１１６がレーザ光１１４の照射点から激しく飛び出し、その金属蒸気１１６の反動力で溶融金属面が凹み、またレーザ光１１４がキーホール１１５で反射を繰り返しながら入射して、深く、細い深溶け込み型（キーホール型）レーザ溶接が行われる。このように熱伝導型レーザ溶接による溶接ビード１０３（図９参照）の形状に比べて、深溶け込み型レーザ溶接では、溶け込み深さＨ１０１を深くする溶接が可能で、溶接ビード幅Ｗ１０１より溶け込み深さＨ１０１が数倍以上大きくすることも可能である。

しかし、図１０（ｂ）に示すように、深溶込み型レーザ溶接の場合、溶接金属（溶接ビード１１３）と被溶接材１１１，１１２の境界面１１９との交差部Ｐ１００を起点として溶接金属（溶接ビード１１３）の内部まで、溶接割れ１１８が発生する。このような溶接割れ発生のメカニズムについて図１１を参照して以下に説明する。図１１は、被溶接材の境界面付近のデンドライト組織（樹枝状の組織）の成長方向および溶接部に与える応力分布の概要図である。

図１１に示すように、一般的に、溶接ビード１１３の溶接ビード幅Ｗ１０１（図１０（ａ）参照）より溶込み深さＨ１０１（図１０（ａ）参照）が深いタイプの溶接方法では、溶融金属の冷却凝固に伴う溶接金属の縦方向（深さ方向、図示上下方向）に引張応力σが発生する。また、被溶接材１１１，１１２の寸法と材質や、溶融した領域などの差異により、溶融金属の冷却過程において境界面１１９に沿う方向（図示左右方向）にせん断応力τも発生する。一般的に、溶接部の組織は固液相界面に対し垂直に成長するため、溶接部の界面１１７と被溶接材１１１，１１２の境界面１１９との角度が９０°の場合、凝固組織であるデンドライト１１０の成長方向が境界面１１９と平行になる。すなわち、デンドライト１１０の成長方向はせん断応力τと平行になり、引張応力σと垂直になる。その結果、デンドライト１１０の組織としては、溶接割れに対しての抵抗力が最も弱いデンドライト粒界に溶接割れ１１８が発生することになる。

本発明は、前記した従来技術の問題を解決するものであり、深溶込み型レーザ溶接において、被溶接材における溶接割れの発生を防止することが可能な重ね溶接継手、燃料噴射弁およびレーザ溶接方法を提供することを課題とする。

本発明は、２つの被溶接材を重ね合わせ、前記被溶接材の重ね面の一面側からレーザ光を照射してそれぞれの前記被溶接材を蒸発させることで深溶込み型溶接をし、溶接ビードの断面形状を、（ｉ）前記被溶接材の界面を形成する境界線と、前記溶接ビードと前記境界線との交点における前記溶接ビードの接線とが成す角度を９０°より大きくし、かつ、（ｉｉ）前記境界線での前記溶接ビードの溶込み幅Ｌと、前記境界線から前記溶接ビードの底部までの溶込み深さＤとの比率Ｄ／Ｌを１．０以下となるように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、深溶込み型レーザ溶接において、被溶接材における溶接割れの発生を防止することが可能な重ね溶接継手、燃料噴射弁およびレーザ溶接方法を提供できる。

本実施形態に係る重ね溶接継手を備えた燃料噴射弁を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は先端側から見た平面図である。 第１実施形態に係る重ね溶接継手を示す断面図である。 重ね溶接継手の強度試験方法を説明する図である。 溶接ビードの内部の組織構造を模式的に示す断面図である。 （ａ）は比較例１に係る溶接ビード断面形状、（ｂ）は比較例２に係る溶接ビード断面形状である。 第２実施形態に係る重ね溶接継手を示す断面図である。 溶融池の温度と表面張力との関係を示すグラフである。 本実施形態に係る効果を説明する図である。 熱伝導型レーザ溶接により形成される溶接ビードを示す断面図である。 深溶込み型（キーホール型）レーザ溶接の概要を示す断面図である。 従来の深溶込み型レーザ溶接での割れ発生のメカニズムを示す模式図である。

以下、本実施形態に係る重ね溶接継手について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係る重ね溶接継手は、例えば、自動車の内燃機関に使用される燃料噴射弁（インジェクタともいう）Ｆの噴射ノズルに適用することができる。図１は本実施形態に係る重ね溶接継手を備えた燃料噴射弁の噴射ノズルを示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は先端側から見た平面図である。

図１（ａ）に示すように、燃料噴射弁Ｆは、ノズルプレート１（被溶接材）とノズル本体２（被溶接材）とを、深溶込み型（キーホール型）レーザ溶接により接合したものである。なお、図１では、燃料噴射弁Ｆの先端部の噴射ノズルのみを図示しており、燃料噴射弁Ｆの他の部分である、ニードル、プランジャ、ソレノイドなどは、公知の技術によって構成されているものとして説明を省略する。

ノズルプレート１は、オーステナイト系ステンレス鋼などの材料で形成され、例えば板厚が０．３５ｍｍのものである。ノズル本体２は、マルテンサイト系ステンレス鋼などの材料で略筒状に形成されている。

また、ノズルプレート１は、燃料が噴射する噴射孔１ａを有する円板形状である。ノズル本体２は、その内部の連通路にニードル（弁体）が当接する弁座２ａを有し、先端中心部に前記噴射孔１ａと連通する連通孔２ｂが形成されている。

図１（ｂ）に示すように、ノズルプレート１には、ノズル本体２の連通孔２ｂに対応する位置に、複数の噴射孔１ａが形成されている。つまり、すべての噴射孔１ａは、連通孔２ｂの内側に位置するように形成されている。なお、この噴射孔１ａの個数は、４個に限定されるものではなく、３個以下であっても５個以上であってもよい。また、噴射孔１ａの形状は、円形に限定されるものではなく、楕円形、多角形、長孔形状、円弧形状など適宜変更することができる。また、噴射孔１ａの位置や径についても適宜変更することができる。

また、燃料噴射弁Ｆは、深溶込み型（キーホール型）レーザ溶接によって、ノズルプレート１とノズル本体２とを重ね合わせて、その重ね面のノズルプレート１側(一側)から、ノズルプレート１の周縁部（連通孔２ｂの周囲）に沿ってレーザ光を照射して周溶接（全周溶接、図１（ｂ）参照）を行うことで、重ね溶接継手１０Ａを備えるように構成したものである。このようにして周溶接することにより、ノズルプレート１とノズル本体２との境界面の隙間が封止されることにより、境界面から燃料が漏れ出るのを確実に防止できる。

この深溶込み型レーザ溶接では、例えば、波長が１０７０〜１０８０ｎｍのファイバーレーザを用いることができるが、他の波長のレーザ光を使用してもよい。また、図示しないレーザ発信器からレーザ光を発生させ、転送経路を経由し、集光レンズ（不図示）により集光し、燃料噴射弁Ｆのノズルプレート１の表面にレーザ光を照射する。

なお、本実施形態の深溶込み型レーザ溶接では、溶融金属の酸化を防止するために、シールドガスとして窒素を用いることができる。なお、シールドガスとしては、窒素に限定されるものでなく、Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）、ＣＯ_２、Ａｉｒまたはこれら混合ガスを使用してもよい。ちなみに、シールドガスにＡｉｒを所定量（例えば、５０質量％）含ませることにより、溶接部が冷却して凝固する際に発生する収縮力を低減できる。

溶接条件としては、例えば、レーザ出力を１００Ｗ〜６００Ｗ、溶接速度を４．０ｍｍ／ｓ〜１００ｍｍ／ｓ、ノズルプレート１の表面に照射されるレーザ光のスポット径を０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍで適宜設定することができる。なお、このレーザ溶接では、連続波、またはパルス波のいずれを使用してもよい。

図２は、第１実施形態に係る重ね溶接継手を示す断面図である。なお、図２は断面図を示すが、説明の便宜上、ハッチングの図示を省略している。第１実施形態では、前記したように、ノズルプレート１の表面に照射されたレーザ光１１４（図１０（ａ）参照）のパワー密度（単位面積当たりのレーザ出力）が例えば１０^６Ｗ／ｃｍ^２以上になることで、ノズルプレート１およびノズル本体２の金属表面の温度が金属の沸点以上になり、プラズマの発生と共に金属蒸気１１６（図１０（ａ）参照）がレーザ光１１４の照射点から激しく飛び出し、その金属蒸気１１６の反動力で溶融金属面が凹み、またレーザ光１１４がキーホール１１５（図１０（ａ）参照）で反射を繰り返しながら入射して、深く、細い溶接部を得ることができる。

図２に示すように、深溶け込み型（キーホール型）レーザ溶接により、溶接ビード３Ａを備えた重ね溶接継手１０Ａを得た。この重ね溶接継手１０Ａにおいて、例えば、ノズルプレート１の表面に形成される溶接ビード３Ａの断面形状の表面幅Ｗ１は、０．３５ｍｍであり、ノズルプレート１の表面から溶接ビード３Ａの底部３ａまでの全体の溶込み深さＨ１は、０．５ｍｍであった。また、ノズルプレート１とノズル本体２との境界を形成する境界線４（境界面）の深さ位置における溶接ビード３Ａの溶込み幅Ｌ１は、０．２ｍｍであった。また、前記したように、ノズルプレート１の厚みｔが０．３５ｍｍであり、境界線４（境界面）から溶接ビード３Ａの底部３ａまでの深さＤ１（境界面以下のノズル本体２側の溶込み深さ）は、０．１５ｍｍであった。

その結果、境界線４での溶接ビード３Ａの溶込み幅Ｌ１と、境界線４から溶接ビード３Ａの底部３ａまでの溶込み深さＤ１との比率Ｄ１／Ｌ１（比率Ｄ／Ｌ）は、０．７５であり、１．０以下であった。また、ノズルプレート１とノズル本体２との界面を形成する境界線４と、溶接ビード３Ａと境界線４との交点Ｐ１における溶接ビード３Ａの接線ＴＬ１とが成す角度θ１（角度θ）は、１１０°であり、９０°より大きかった。

このような溶接ビード３Ａ（溶接ビード断面形状）を有する重ね溶接継手１０Ａについて、顕微鏡で溶接部の組織および欠陥を観察した。その結果、溶接部に溶接割れ、ポロシティ、接合不良などの溶接欠陥は認められなかった。

また、重ね溶接継手１０Ａの強度試験を実施した結果、母材が破断したため、重ね溶接継手１０Ａの強度が母材より高いことが確認された。図３は、重ね溶接継手の強度試験方法を説明する図である。図３に示すように、重ね溶接継手１０Ａを備えた燃料噴射弁Ｆを固定した状態において、押圧ピンＰをノズル本体２の連通孔２ｂ（図１参照）から挿入して、押圧ピンＰをノズルプレート１に当接させ、押圧ピンＰに所定の荷重Ｆ１を与える。なお、押圧ピンＰに与える所定の荷重Ｆ１は、燃料噴射弁Ｆの燃料噴射圧力に耐えられる圧力に設定される。

図４は、溶接ビードの内部の組織構造を模式的に示す断面図である。ちなみに、溶接割れ（溶接欠陥）の発生原因のひとつは、図１１で説明したように、デンドライト１１０の成長方向が、せん断応力τと平行であり、かつ、引張応力σと垂直であるためである。そこで、第１実施形態では、図４に示すように、デンドライト１０の成長方向Ｒとせん断応力τとの角度を０°からある程度の角度、つまり境界線４と接線ＴＬ１とが成す角度θ１を９０°より大きく設定することにより、溶接割れに対して抵抗力が最も弱いデンドライト粒界の経路方向（デンドライト１０の成長方向Ｒ）がせん断応力τに対して斜めになり、溶接割れを発生し難くできる。

さらに、第１実施形態に係る重ね溶接継手１０Ａでは、境界線４での溶接ビード３Ａの溶込み幅Ｌ１と、境界線４から溶接ビード３Ａの底部３ａまでの溶込み深さＤ１との比率Ｄ１／Ｌ１が１．０以下に設定されている。このように比率Ｄ１／Ｌ１を１．０以下に設定する理由は、Ｄ１／Ｌ１が１．０を超える場合、溶接ビード３Ａ（溶接ビード断面形状）の縦方向（溶接ビード３Ａの深さ方向）に生じる引張応力σが大きくなり過ぎて、溶接ビード３Ａの接線ＴＬ１と境界線４との角度θ１を９０°より大きくしたとしても、溶接割れ発生の可能性が高くなるからである。

図５（ａ）は、比較例１に係る溶接ビード断面形状、図５（ｂ）は、比較例２に係る溶接ビード断面形状である。なお、実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図５（ａ）に示す比較例１としての重ね溶接継手１００Ａは、溶接ビード１０３Ａの断面形状が、境界線４と、溶接ビード１０３Ａと境界線４との交点Ｐ１０における溶接ビード１０３Ａの接線ＴＬ１０とが成す角度θ１０を９０°とした場合を図示している。なお、溶込み幅Ｌ１０と溶込み深さＤ１０（＝Ｈ１０−ｔ）との比率Ｄ１０／Ｌ１０については、１．０以下に設定されている。しかし、比率Ｄ１０／Ｌ１０が１．０以下に設定されている場合であっても、溶接ビード１０３Ａにおける角度θ１０が９０°に設定されていると、溶接ビード１０３Ａと境界線４との交点Ｐ１０から溶接ビード１０３Ａ（溶接金属）の内部まで溶接割れが発生する。これは、図１１で説明したように、角度θ１０が９０°の場合、デンドライト１１０の成長方向がせん断応力τと平行になり、引張応力σと垂直になるため、デンドライト１１０の組織としては、溶接割れに対しての抵抗力が最も弱いデンドライト粒界に溶接割れ１０８が発生する。

図５（ｂ）に示す比較例２としての重ね溶接継手１００Ｂは、溶接ビード１０３Ｂの断面形状が、溶込み幅Ｌ２０と溶込み深さＤ２０（＝Ｈ２０−ｔ）との比率Ｄ２０／Ｌ２０（比率Ｄ／Ｌ）を１．０より大きくした場合（Ｄ２０／Ｌ２０＞１）を図示している。なお、境界線４と、溶接ビード１０３Ｂと境界線４との交点Ｐ２０における溶接ビード１０３Ｂの接線ＴＬ２０とが成す角度θ２０を９０°より大きく設定している。しかし、角度θ２０が９０°より大きく設定されている場合であっても、溶接ビード１０３Ｂの断面形状における比率Ｄ２０／Ｌ２０が１．０より大きく設定されていると、溶接ビード１０３Ｂと境界線４との交点Ｐ２０から溶接ビード１０３Ｂ（溶接金属）の内部まで溶接割れが発生する。これは、前記したように、Ｄ２０／Ｌ２０が１．０を超える場合、溶接ビード３Ｂ（溶接ビード断面形状）の縦方向（溶接ビード３Ａの深さ方向）に生じる引張応力σが大きくなり過ぎるからである。

以上説明したように、第１実施形態に係る重ね溶接継手１０Ａによれば、溶接ビード３Ａの断面形状を、角度θ１を９０°より大きくし、かつ、比率Ｄ１／Ｌ１を１．０以下となるように構成することにより、深溶込み型レーザ溶接において、溶接割れの発生を防止することが可能になる。また、燃料噴射弁Ｆ（図１参照）に重ね溶接継手１０Ａを適用することにより、ノズルプレート１とノズル本体２とを溶接する際に溶接割れの発生を防止することが可能になる。

また、第１実施形態に係る重ね溶接継手１０Ａを燃料噴射弁（噴射ノズル）Ｆ（図１参照）に適用することにより、ノズルプレート１の噴射孔１ａの孔形状を適宜変更するだけで、多種類の燃料噴射弁Ｆを得ることが可能になる。例えば、燃料噴射弁Ｆは、車種、排気量などに応じて適宜変更することができる。

図６は、第２実施形態に係る重ね溶接継手を示す断面図である。なお、図６は断面図を示すが、説明の便宜上、ハッチングの図示を省略している。第２実施形態についても、図１０（ａ）で説明したように、ノズルプレート１の表面に照射されたレーザ光１１４のパワー密度（単位面積当たりのレーザ出力）が例えば１０^６Ｗ／ｃｍ^２以上になることで、ノズルプレート１およびノズル本体２の金属表面の温度が金属の沸点以上になり、プラズマの発生と共に金属蒸気１１６がレーザ光１１４の照射点から激しく飛び出し、その金属蒸気１１６の反動力で溶融金属面が凹み、またレーザ光１１４がキーホール１１５で反射を繰り返しながら入射して、深く、細い溶接部を得ることができる。

溶接条件としては、例えば、レーザ出力を１５０Ｗ〜８００Ｗ、溶接速度を４．０ｍｍ／ｓ〜１００ｍｍ／ｓ、ノズルプレート１の表面に照射されるレーザ光のスポット径を０．１５ｍｍ〜０．６ｍｍとした。なお、第２実施形態では、シールドガスを使用しなかった。また、連続波、またはパルス波いずれを使用してもよい。

ところで、シールドガスを使用しない深溶け込み型（キーホール型）レーザ溶接により、図６に示す溶接ビード３Ｂを有する重ね溶接継手１０Ｂを得た。例えば、ノズルプレート１の表面に形成される溶接ビード３Ｂの断面形状の表面幅Ｗ２は、０．３ｍｍであり、ノズルプレート１の表面から溶接ビード３Ｂの底部までの全溶込み深さＨ２は、０．４３ｍｍであった。また、ノズルプレート１とノズル本体２との境界を形成する境界線４（境界面）の深さ位置における溶接ビード３Ｂの溶込み幅Ｌ２は、０．２５ｍｍであった。また、ノズルプレート１の厚みｔが０．３５ｍｍであることから、境界線４（境界面）から溶接ビード３Ｂの底部３ａまでの深さＤ２（境界面以下のノズル本体２側の溶込み深さ）は、０．０８ｍｍであった。

その結果、境界線４での溶接ビード３Ｂの溶込み幅Ｌ２と、境界線４から溶接ビード３Ｂの底部３ａまでの溶込み深さＤ２との比率Ｄ２／Ｌ２（比率Ｄ／Ｌ）は、０．３２であり、１．０以下であった。また、ノズルプレート１とノズル本体２との界面を形成する境界線４と、溶接ビード３Ｂと境界線４との交点Ｐ２における溶接ビード３Ｂの接線ＴＬ２とが成す角度θ２（角度θ）は、１２０°であり、９０°より大きかった。

ところで、図６に示す断面形状の溶接ビード３Ｂが得られる理由について以下に説明する。第２実施形態に係る溶接ビード３Ｂは、シールドガスを使用しない場合、またはＦｅ（鉄）などの金属元素と酸化反応できるガス（例えば、酸素、ＣＯ_２）を含有するシールドガスを使用した結果得られるものである。すなわち、シールドガスを使用しない場合、前記のようなシールドガスを使用する場合には、適切な被溶接材を選択する必要があり、実施形態のように、鉄（Ｆｅ）を多く含むステンレス鋼などに適用することができる。

一般的に、シールドガス（窒素など）を使用した場合、図７のグラフＡ（実線）に示すように、溶融鉄（Ｆｅ）の表面張力は、温度Ｔの上昇とともに低下するため、溶融池の表面における湯流れ（金属の流れ）は、温度の高い中央部から温度の低い外周部に向かって流れることになり、その結果、溶接幅が広く形成される。これに対して、シールドガスに酸素やＣＯ_２を含有させると、溶融金属の酸素量が多くなり、図７のグラフＢ（破線）に示すように、溶融金属の表面張力は、グラフＡとは逆に、温度の上昇とともに増加する。その結果、溶融池の表面における湯流れが、温度が低い溶融池の外周から、温度の高い中央部に向かって流れることになる。このように、中央部に向かった湯流れの結果、溶融池の幅が狭くなり、凝固後形成される溶接ビード３Ｂの表面幅Ｗ２（図６参照）が、溶接ビード３Ａの表面幅Ｗ１（図２参照）よりも狭くなることになる。なお、シールドガスを使用しない場合においても、空気に含まれる酸素によって溶融金属の酸素量が多くなるので、前記と同様に、表面幅Ｗ２の狭い溶接ビード３Ｂが得られることになる。

このように、溶接ビード３Ｂを、シールドガスを使用することなく溶接し、またはノズルプレート１およびノズル本体２と酸化反応するガスを含むシールドガスを使用して溶接して得ることで、細い溶接ビード３Ｂを得ることができ、燃料噴射弁Ｆの噴射ノズルのような、溶接幅を広くできない部分の溶接に好適に適用できる。

このような溶接ビード３Ｂ（溶接ビード断面形状）を有する重ね溶接継手１０Ｂについて、第１実施形態と同様にして、顕微鏡で溶接部の組織および欠陥を観察した。その結果、溶接部に溶接割れ、ポロシティ、接合不良などの溶接欠陥が認められなかった。また、重ね溶接継手１０Ｂの強度試験を図３に示す方法により実施した結果、母材が破断したため、重ね溶接継手１０Ｂの強度が母材より高いことが確認された。

以上の結果を纏めたものを図８に示す。図８は、本実施形態に係る効果を説明する図である。なお、すべての溶接サンプルに対して、研磨とエッチングの作業を行った後、光学顕微鏡で観察して、溶接金属の内部において割れの有無を調べた。図８に記載の「割れ」は、溶接割れが確認されたことを示し、「良好」は、溶接割れが確認されなかったことを示し、「接合不良」は、ノズルプレート１とノズル本体２との接合ができていなかったことを示す。

図８に示すように、第１実施形態の重ね溶接継手１０Ａおよび第２実施形態の重ね溶接継手１０Ｂでは、Ｄ／Ｌ≦１．０、かつ、θ＞９０°の場合、溶接欠陥（溶接割れ）が発生することのない良好な溶接が行われることが確認された。なお、Ｄ／Ｌ＞１．０の場合には、溶接割れが発生し、θ＝９０°の場合にも、溶接割れが発生した。

重ね溶接継手１０Ａおよび重ね溶接継手１０Ｂでは、０．１＜Ｄ／Ｌ≦１．０、かつ、９０°＜θ≦１３０°に設定することが好ましい。なお、Ｄ／Ｌ≦０．１の場合には、接合不良が発生し、θ＞１３０°の場合には、溶接割れが発生した。なお、θが１３０°を超える場合には、一定の溶込み幅を担保するために、溶接ビードの表面幅が顕著に増加することになる。このように溶接ビードの表面幅と溶込み幅との差が大きい場合にも溶接ビードと境界線との交点から溶接ビードの内部に向けて溶接割れが発生する。なお、図６に示す、Ｄ／Ｌの下限値（＞０．１）およびθの上限値（≦１３０°）については、一例であり、本実施形態に限定されるものではなく、ノズルプレート１およびノズル本体２に使用される金属材料の種類、溶接条件などに応じて変動するものである。よって、Ｄ／Ｌの下限値については、接合不良が発生することない比率（値）に設定され、θの上限値については、溶接割れが発生することがない角度に設定される。

１ ノズルプレート（被溶接材）
２ ノズル本体（被溶接材）
３Ａ，３Ｂ 溶接ビード
３ａ 底部
４ 境界線
１０Ａ，１０Ｂ 重ね溶接継手
Ｄ１，Ｄ２ 溶込み深さ
Ｆ 燃料噴射弁
Ｌ１，Ｌ２ 溶込み幅
Ｐ１，Ｐ２ 交点
ＴＬ１，ＴＬ２ 接線
θ１，θ２ 角度

Claims (5)

1. ２つの被溶接材を重ね合わせ、前記被溶接材の重ね面の一面側からレーザ光を照射してそれぞれの前記被溶接材を蒸発させることで深溶込み型溶接をし、溶接ビードの断面形状を、
   （ｉ）前記被溶接材の界面を形成する境界線と、前記溶接ビードと前記境界線との交点における前記溶接ビードの接線とが成す角度を９０°より大きくし、かつ、
   （ｉｉ）前記境界線での前記溶接ビードの溶込み幅Ｌと、前記境界線から前記溶接ビードの底部までの溶込み深さＤとの比率Ｄ／Ｌを１．０以下となるように構成したことを特徴とする重ね溶接継手。
2. 前記溶接ビードは、シールドガスを使用することなく溶接、または前記被溶接材と酸化反応するガスを含むシールドガスを使用して溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の重ね溶接継手。
3. 燃料を噴射させる噴射ノズルを備えた燃料噴射弁であって、
   前記噴射ノズルは、
   噴射孔が形成されたノズルプレートと、
   前記ノズルプレートが重ねられ、前記噴射孔と連通する連通路を有するノズル本体と、を備え、
   前記ノズルプレートと前記ノズル本体とは、前記ノズルプレート側からレーザ光を照射することで請求項１又は請求項２に記載の重ね溶接継手を周溶接によって構成したことを特徴とする燃料噴射弁。
4. ２つの被溶接材を重ね合わせ、前記被溶接材の重ね面の一面側からレーザ光を照射してそれぞれの前記被溶接材を蒸発させることで深溶込み型溶接をし、溶接ビードの断面形状を、
   （ｉ）前記被溶接材の界面を形成する境界線と、前記溶接ビードと前記境界線との交点における前記溶接ビードの接線とが成す角度を９０°より大きくし、かつ、
   （ｉｉ）前記境界線での前記溶接ビードの溶込み幅Ｌと、前記境界線から前記溶接ビードの底部までの溶込み深さＤとの比率Ｄ／Ｌを１．０以下にすることを特徴とするレーザ溶接方法。
5. シールドガスを使用することなく溶接、または前記被溶接材と酸化反応するガスを含むシールドガスを使用して溶接することを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶接方法。