JP2017006954A

JP2017006954A - レーザ溶接方法及びレーザ溶接機

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Publication number: JP2017006954A
Application number: JP2015125308A
Authority: JP
Inventors: 直樹河田; Naoki Kawada; 正側垣; Tadashi Sobagaki; 翔太遠藤; Shota Endo; 正皓吉澤; Masaaki Yoshizawa
Original assignee: Japan Transport Engineering Co
Current assignee: Japan Transport Engineering Co
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-06-23
Also published as: JP6678402B2

Abstract

【課題】良好な作業性でワークを水密に溶接できるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供する。【解決手段】このレーザ溶接方法は、出入口枠（第１のワーク）１２の車両外側面（主面）１４ａに外板１３の端部１６を重ね合わせる配置工程と、ハンドトーチ型のレーザ溶接機１を用い、出入口枠１２の車両外側面１４ａと外板１３の端部１６側の端面１６ａとに重ね合わせ部分Ｐに沿って連続的なレーザ溶接部Ｗ２を形成する溶接工程と、を備え、溶接工程において、出入口枠１２の車両外側面１４ａに接する第１面２３と、外板１３の端面１６ａに接する第２面２４とによって構成される凸状部２１を有する第１のコンタクトチップ７Ａをレーザ溶接機１のトーチ部４に適用して車両外側面１４ａと端面１６ａとのレーザ溶接を行う。【選択図】図５

Description

本発明は、レーザ溶接方法及びレーザ溶接機に関する。

ステンレス鋼製の鉄道車両構体の形成には、主に抵抗スポット溶接が用いられてきた。鉄道車両構体における溶接箇所としては、例えば外板と出入口枠との溶接が挙げられる。出入口枠は、車両のドアなどが配置される部分であり、雨などが車両内に入り込まないように水密性が要求される。抵抗スポット溶接では、溶接部自体によってワークの水密性を確保することが難しいため、溶接個所に対応して樹脂シールを配置して水密性の確保が行われていた。しかしながら、樹脂シールは劣化が早く、水密性の維持のためのメンテナンスが不可欠となる。

このような問題に対し、近年では、溶接部自体によってワークの水密性を確保可能な技術としてレーザ溶接が着目されている。例えば特許文献１に記載の鉄道車両用構体では、外板の端部の外面側に出入口枠の端部を重ね合わせ、出入口枠の端部と外板の主面とをレーザ溶接によって連続溶接している。

特開２００７−１１２３４３号公報

現状、レーザ溶接を行うに当たっては、溶接予定線に沿って自動でレーザ光を走査する溶接機が用いられている。しかしながら、自動溶接では、上述した外板と出入口枠との溶接のように立体的なワーク同士を溶接する場合に、レーザ光の倣い性（溶接予定線への沿わせ易さ）を確保しにくいという問題がある。自動溶接においてレーザ光の倣い性を確保するためには、ワークの形状に応じた複数点のティーチング（コンピュータへの加工座標の入力）がその都度必要となるため、溶接の作業性の向上が課題となっている。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、良好な作業性でワークを水密に溶接できるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明の一側面に係るレーザ溶接方法は、第１のワークの主面に第２のワークの端部を重ね合わせる配置工程と、ハンドトーチ型のレーザ溶接機を用い、第１のワークの主面と第２のワークの端部側の端面とに重ね合わせ部分に沿って連続的なレーザ溶接部を形成する溶接工程と、を備え、溶接工程において、第１のワークの主面に接する第１面と、第２のワークの端面に接する第２面とによって構成される凸状部を有する第１のコンタクトチップをレーザ溶接機のトーチ部に適用して主面と端面とのレーザ溶接を行う。

このレーザ溶接方法では、ハンドトーチ型のレーザ溶接機を用いて第１のワークの主面と第２のワークの端面とをレーザ溶接する。レーザ溶接によって連続的なレーザ溶接部を第１のワークの主面と第２のワークの端部側の端面とに形成することにより、ワークの水密性を十分に確保できる。また、このレーザ溶接方法では、ハンドトーチ型のレーザ溶接機を用いることで、自動溶接の場合とは異なり、レーザ光の倣い性を確保するための複雑なティーチング作業が不要となり、溶接の作業性を向上できる。トーチ部を把持して手作業でレーザ溶接を行うにあたり、トーチ部に適用される第１のコンタクトチップの第１面が第１のワークの主面に接し、第２面が第２のワークの端面に接する。このため、第１のワークの主面及び第２のワークの端面がガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを抑制できる。したがって、レーザ光の倣い性が損なわれることも回避される。

また、第１のコンタクトチップには、第１面と第２面とがなす角部に切欠部が更に形成されていてもよい。この場合、第２のワークの端面にバリなどが存在している場合でも、切欠部によって第１のコンタクトチップへのバリの衝突を避けることで、手動でのトーチ部の走査を好適に実施できる。

また、第１のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されていてもよい。この場合、例えばワークにアースを取り付けることで、通電の有無によるレーザ溶接機のインターロック機能を実現できる。これにより、レーザ溶接作業の安全性を向上できる。

また、第２のワークの端部の面取り加工を行う加工工程を更に備え、加工工程において、第２のワークの主面に接する第１面、及び第２のワークの端面に接する第２面によって構成される凹状部を有する第２のコンタクトチップをレーザ溶接機のトーチ部に適用して端部の面取り加工を行ってもよい。この面取り加工では、トーチ部に適用した第２のコンタクトチップの第１面が第２のワークの主面に接し、第２面が第２のワークの端面に接する。このため、第２のワークの主面及び端面がガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを抑制できる。

また、第２のコンタクトチップは、第１のワークの主面に接する第３面を更に有していてもよい。この場合、第１のワークの主面が更にガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを一層確実に抑制できる。

また、第２のコンタクトチップには、第１面と第２面とがなす隅部に切欠部が更に形成されていてもよい。この場合、第２のワークの端面にバリなどが存在している場合でも、切欠部によって第２のコンタクトチップへのバリの衝突を避けることで、トーチ部の走査を好適に実施できる。

また、第２のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されていてもよい。この場合、例えばワークにアースを取り付けることで、通電の有無によるレーザ溶接機のインターロック機構を実現できる。これにより、レーザ溶接作業の安全性を向上できる。

また、溶接工程において、レーザ溶接機からパルスレーザを照射させてレーザ溶接部を形成してもよい。ＣＷレーザを用いる場合、溶接の途中でトーチ部の走査を止めると、止めた位置でワークに孔が開いてしまうことが考えられる。これに対し、パルスレーザを用いる場合、溶接の途中でトーチ部の走査を止めた場合でも、止めた位置でワークに孔が開いてしまうことが防止され、その位置からレーザ溶接を再開できる。

また、第１のワークは、鉄道車両構体における開口部を保持する枠部材であると共に、第２のワークは、鉄道車両構体における外板であり、配置工程において、枠部材の車両外側面に外板を重ね合わせてもよい。このようなワークの接合体を鉄道車両構体に適用する場合、鉄道車両の側構体に出入口枠の厚さ分の張り出しが生じることがなく、良好な外観を形成できる。

また、本発明の一側面に係るレーザ溶接機は、第１のワークの主面と第２のワークの端部との重ね合わせ部分に沿って連続的なレーザ溶接部を形成するハンドトーチ型のレーザ溶接機であって、第１のワークの主面に接する第１面と、第２のワークの端面に接する第２面とによって構成される凸状部を有する第１のコンタクトチップを取り付け可能なトーチ部を備える。

このレーザ溶接機では、連続的なレーザ溶接部を第１のワークの主面と第２のワークの端部側の端面との重ね合わせ部分に形成することにより、当該重ね合わせ部分においてワークの水密性を十分に確保できる。また、このレーザ溶接機では、自動溶接の場合とは異なり、レーザ光の倣い性を確保するための複雑なティーチング作業が不要となり、溶接の作業性を向上できる。トーチ部を把持して手作業でレーザ溶接を行うにあたり、トーチ部に適用される第１のコンタクトチップの第１面が第１のワークの主面に接し、第２面が第２のワークの端面に接する。このため、第１のワークの主面及び第２のワークの端面がガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを抑制できる。したがって、レーザ光の倣い性が損なわれることも回避される。

また、第１のコンタクトチップには、第１面と第２面とがなす角部に切欠部が更に形成されていてもよい。この場合、第２のワークの端面にバリなどが存在している場合でも、切欠部によって第１のコンタクトチップへのバリの衝突を避けることで、トーチ部の走査を好適に実施できる。

また、第１のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されていてもよい。この場合、例えばワークにアースを取り付けることで、通電の有無によるレーザ溶接機のインターロック機構を実現できる。これにより、レーザ溶接作業の安全性を向上できる。

また、トーチ部は、第２のワークの主面に接する第１面、及び第２のワークの端面に接する第２面によって構成される凹状部を有する第２のコンタクトチップを取り付け可能となっていてもよい。第２のコンタクトチップを用いた面取り加工では、トーチ部に適用した第２のコンタクトチップの第１面が第２のワークの主面に接し、第２面が第２のワークの端面に接する。このため、第２のワークの主面及び端面がガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを抑制できる。

本発明によれば、良好な作業性でワークを水密に溶接できる。

本発明に係るレーザ溶接機の一実施形態を示す概略正面図である。図１に示したレーザ溶接機を用いて形成される接合体の一例を示す断面図である。図２に示した接合体を製造するレーザ溶接方法における配置工程の一例を示す断面図である。溶接工程でレーザ溶接機に適用する第１のコンタクトチップの一例を示す図である。溶接工程の一例を示す断面図である。加工工程でレーザ溶接機に適用する第２のコンタクトチップの一例を示す図である。加工工程の一例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係るレーザ溶接機の一実施形態を示す概略正面図である。同図に示すように、レーザ溶接機１は、ワーク同士を所定の溶接予定線に沿ってレーザ溶接する装置として構成されている。レーザ溶接機１は、いわゆるハンドトーチ型のレーザ溶接機であり、例えばファイバレーザ発振器を内蔵する箱状の本体部２と、本体部２から延びる可撓性のケーブル３の先端に設けられたトーチ部４とを備えている。

本体部２は、ＣＰＵ、メモリ、通信インタフェイス、ハードディスク等を備えたコンピュータシステムを内蔵し、レーザ発振条件等の制御を行う部分である。本体部２の上面側には、ディスプレイ５が設置されている。ディスプレイ５には、レーザ光の出力値やパルス幅などの諸条件の設定値、レーザ発振器の実温度・実出力値などが表示されるようになっている。また、本体部２の底面側には、キャスター６が設けられており、レーザ溶接機１が移動自在となっている。

トーチ部４は、ファイバレーザ発振器からのレーザ光を外部に出射する部分である。トーチ部４は、レーザ溶接を行う作業者が把持しやすい外径の略円筒状をなしている。トーチ部４の周面には、滑り止めや保護ガラスなどが設けられている。トーチ部４の先端には、コンタクトチップ７が着脱自在に取り付けられる。コンタクトチップ７は、中空の筒状部材であり、トーチ部４を通ったレーザ光は、コンタクトチップ７の先端から外部に出射する。レーザ溶接機１では、溶接対象や用途に応じて、先端形状の異なるコンタクトチップ７が用意されている。

レーザ溶接機１には、保護メガネ（不図示）が付属している。保護メガネの左右のレンズには、トーチ部４から出射するレーザ光に対応する波長の光をカットする機能が付加されている。このような保護メガネを装着することにより、レーザ溶接の際にレーザ光（若しくはその反射光）が作業者の目に直接入射してしまうことを防止でき、レーザ溶接時における作業者の安全性の向上が図られる。また、レーザ溶接機１には、インターロック機構のためのアースが設けられていることが好ましい。

図２は、レーザ溶接機を用いて形成される接合体の一例を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態で例示する接合体１１は、ステンレス鋼製の鉄道車両の出入口枠（第１のワーク）１２を外板（第２のワーク）１３に溶接してなる接合体である。

出入口枠１２は、鉄道車両の側構体に設けられるドアの配置空間を形成する枠部材である。出入口枠１２は、例えば厚さ１．０ｍｍ〜６．０ｍｍ程度のステンレス鋼によって形成されている。出入口枠１２の一端側は平坦部１４となっており、他端側は平坦部１４から折れ曲がる折曲部１５となっている。また、外板１３は、鉄道車両の側構体の外郭部分を形成する平板部材である。外板１３は、例えば厚さ１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度のステンレス鋼によって形成されている。外板１３は、例えば出入口枠１２よりも薄いが、厚さの大小関係に特に制限はない。外板１３と出入口枠１２とが等厚であってもよい。

接合体１１は、折曲部１５の折れ曲がり方向が車内側を向くように、鉄道車両構体に適用される。本実施形態では、出入口枠１２における平坦部１４の車両外側面（主面）１４ａに対して外板１３の端部１６が重ね合されている。出入口枠１２と外板１３との重ね合わせ部分Ｐには、レーザ溶接又は抵抗スポット溶接が施されており、当該重ね合わせ部分Ｐの延在方向（ここでは図２の奥行方向）に沿って所定の間隔でスポット溶接部Ｗ１が形成されている。

また、出入口枠１２の車両外側面１４ａと外板１３における端部１６側の端面１６ａとには、レーザ溶接による隅肉溶接が施されており、重ね合わせ部分Ｐの延在方向に沿って連続的なレーザ溶接部Ｗ２が形成されている。このような連続的なレーザ溶接部Ｗ２の形成により、出入口枠１２と外板１３とが強固かつ水密に接合されている。

外板１３における端部１６の車両外側の角部１６ｂには、面取り加工が施されている。接合体１１では、出入口枠１２の車両外側に外板１３が重ね合されており、外板１３の車両外側に出入口枠１２が重ね合される場合と比較すると、鉄道車両の側構体に出入口枠１２の厚さ分の張り出しが生じることがなく、良好な外観を形成できる。一方、出入口枠１２の近傍に外板１３の端部１６が位置しているため、接合体１１を側構体に適用した鉄道車両では、乗客等が外板１３の端部１６に触れる可能性がある。したがって、外板１３の角部１６ｂを面取り加工によってＲ形状としておくことが好適である。

続いて、上述した接合体１１の製造工程について説明する。

接合体１１を製造するにあたっては、図３に示すように、まず、出入口枠１２及び外板１３を用意し、出入口枠１２の車両外側面１４ａに外板１３の端部１６を重ね合わせる（配置工程）。次に、抵抗スポット溶接機などを用い、出入口枠１２と外板１３との重ね合わせ部分Ｐにスポット溶接部Ｗ１を形成する。

スポット溶接部Ｗ１の形成の後、出入口枠１２の車両外側面１４ａと外板１３の端部１６側の端面１６ａとの重ね合わせ部分Ｐに沿って連続的なレーザ溶接部Ｗ２を形成する（溶接工程）。図４は、溶接工程でレーザ溶接機に適用する第１のコンタクトチップ７Ａの一例を示す図である。同図に示すように、第１のコンタクトチップ７Ａは、例えば導電性材料によって形成され、中空の円筒状をなしている。第１のコンタクトチップ７Ａを形成する導電性材料は、ワークに傷を発生させない観点から、ワークの形成材料よりも硬度が低い材料であることが好適である。このような導電性材料としては、例えば銅、銅合金、導電性カーボンなどが挙げられる。

第１のコンタクトチップ７Ａは、ワークに対して所定の傾斜角をもって接触するように設計されている。ここでは、出入口枠１２及び外板１３に対し、第１のコンタクトチップ７Ａが４５°傾斜して接触するように設計されている。また、第１のコンタクトチップ７Ａは、トーチ部４の先端に取り付けられた状態において、第１のコンタクトチップ７Ａの中心軸Ｌ１とレーザ溶接機１の本体部２から導光されるレーザ光の光軸とが略一致するように設計されている。

第１のコンタクトチップ７Ａの先端側には、凸状部２１と、切欠部２２とが設けられている。凸状部２１は、レーザ溶接の際にワークに接触する部分である。凸状部２１は、出入口枠１２の車両外側面１４ａに接する第１面２３と、外板１３の端面１６ａに接する第２面２４とによって構成されている。第１面２３と第２面２４とは、第１のコンタクトチップ７Ａの先端において略直角をなしている。第１面２３と第２面２４とがなす角部２５は、第１のコンタクトチップ７Ａの中心軸Ｌ１上に位置している。この角部２５には、Ｒ形状の切欠部２６が設けられている。

切欠部２２は、レーザ溶接の際にワークから発生する溶接ヒュームを第１のコンタクトチップ７Ａの外部に放出する部分である。溶接ヒュームとは、溶接時にワークの表面で発生した金属蒸気が空気中で凝固した粉塵である。切欠部２２は、第１のコンタクトチップ７Ａの周面の一部を第２面２４に連続して矩形に切り欠くことによって形成されている。切欠部２２により、凸状部２１をワークに接触させた状態においても凸状部２１の近傍の内部空間が外部に露出し、溶接ヒュームの放出経路が形成される。

溶接工程では、図５に示すように、上記の第１のコンタクトチップ７Ａをトーチ部４の先端に取り付ける。そして、トーチ部４を出入口枠１２及び外板１３に対して４５°程度傾けて把持し、第１のコンタクトチップ７Ａにおける凸状部２１の第１面２３を出入口枠１２の車両外側面１４ａに接触させると共に、第２面２４を外板１３の端面１６ａに接触させる。第１のコンタクトチップ７Ａの切欠部２６は、出入口枠１２の車両外側面１４ａと外板１３の端面１６ａとがなす隅部に対向する。

この状態で、トーチ部４からレーザ光を照射し、トーチ部４を出入口枠１２の車両外側面１４ａと外板１３の端部１６との重ね合わせ部分Ｐに沿って手動で走査していくことにより、重ね合わせ部分Ｐに沿って連続的なレーザ溶接部Ｗ２を形成する。これにより、出入口枠１２の車両外側面１４ａと外板１３の端面１６ａとが隅肉溶接され、レーザ溶接部Ｗ２によって出入口枠１２と外板１３とが水密かつ強固に接合される。

なお、溶接工程においては、レーザ溶接機１のアースを出入口枠１２又は外板１３に対して接続しておくことが好ましい。この場合、第１のコンタクトチップ７Ａが銅又は導電性カーボンなどの導電性材料によって形成されているので、トーチ部４、ワーク、アースを介した回路の通電状態に基づいて、レーザ溶接機１のインターロック機構を実現できる。例えば、第１のコンタクトチップ７Ａがワークに接触しておらず、回路の通電状態がオフとなっている場合に、レーザ溶接機１からのレーザ光の出射を禁止することで、作業の安全性を担保できる。

レーザ溶接部Ｗ２の形成の後、外板１３の端部１６の面取り加工を行う（加工工程）。図６は、溶接工程でレーザ溶接機に適用する第２のコンタクトチップ７Ｂの一例を示す図である。同図に示すように、第２のコンタクトチップ７Ｂは、第１のコンタクトチップ７Ａと同様に、例えば銅、銅合金、導電性カーボンなどの導電性材料によって形成され、中空の円筒状をなしている。

第２のコンタクトチップ７Ｂは、ワークに対して所定の傾斜角をもって接触するように設計されている。ここでは、出入口枠１２及び外板１３に対し第２のコンタクトチップ７Ｂが４５°傾斜して接触するように設計されている。また、第２のコンタクトチップ７Ｂは、トーチ部４の先端に取り付けられた状態において、第２のコンタクトチップ７Ｂの中心軸Ｌ２とレーザ溶接機１の本体部２から導光されるレーザ光の光軸とが略一致するように設計されている。

第２のコンタクトチップ７Ｂの先端側には、凹状部３１と、切欠部３２とが設けられている。凹状部３１は、レーザ溶接の際にワークに接触する部分である。凹状部３１は、外板１３の車両外側面（主面）１６ｃに接する第１面３３と、外板１３の端面１６ａに接する第２面３４とによって構成されている。第１面３３と第２面３４とは、第２のコンタクトチップ７Ｂの先端において略直角をなしている。第１面３３と第２面３４とがなす隅部３５は、第２のコンタクトチップ７Ｂの中心軸Ｌ２上に位置している。この隅部３５には、Ｒ形状の切欠部３６が設けられている。

切欠部３２は、第１のコンタクトチップ７Ａの切欠部２２と同様に、レーザ溶接の際にワークから発生する溶接ヒュームを第２のコンタクトチップ７Ｂの外部に放出する部分である。切欠部３２は、第２のコンタクトチップ７Ｂの周面の一部を第１面３３に連続して矩形に切り欠くことによって形成されている。切欠部３２により、凹状部３１をワークに接触させた状態においても凹状部３１の近傍の内部空間が外部に露出し、溶接ヒュームの放出経路が形成される。

また、第２のコンタクトチップ７Ｂの先端側には、出入口枠１２の車両外側面１４ａに接する第３面３７が設けられている。第３面３７は、第２面３４に連続して切欠部３２の反対側に形成されている。第２面３４と第３面３７とは、第２のコンタクトチップ７Ｂの先端において略直角をなしている。第２面３４と第３面３７とがなす角部３８は、第２のコンタクトチップ７Ｂの中心軸Ｌ２に対し、切欠部３２の反対側にずれて位置している。

加工工程では、図７に示すように、上記の第２のコンタクトチップ７Ｂをトーチ部４の先端に取り付ける。そして、トーチ部４を出入口枠１２及び外板１３に対して４５°程度傾けて把持し、第２のコンタクトチップ７Ｂにおける凹状部３１の第１面３３を外板１３の車両外側面１６ｃに接触させると共に、第２面３４を外板１３の端面１６ａに接触させる。また、第２のコンタクトチップ７Ｂの第３面３７を出入口枠１２の車両外側面１４ａに接触させる。第２のコンタクトチップ７Ｂの切欠部３６は、外板１３の端部１６の角部１６ｂに対向する。

この状態で、トーチ部４からレーザ光を照射し、トーチ部４を出入口枠１２の車両外側面１４ａと外板１３の端部１６との重ね合わせ部分Ｐに沿って手動で走査していくことにより、外板１３の端部１６の角部１６ｂをＲ状に加工する。角部１６ｂの面取り加工により、角部１６ｂ及びその近傍に生じていたバリ等も同時に除去される。以上の工程により、図２に示した接合体１１が得られる。

なお、加工工程においても、レーザ溶接機１のアースを出入口枠１２又は外板１３に対して接続しておくことが好ましい。第２のコンタクトチップ７Ｂも銅、銅合金、導電性カーボンなどの導電性材料によって形成されているので、トーチ部４、ワーク、アースを介した回路の通電状態に基づいて、レーザ溶接機１のインターロック機構を実現できる。

上述の工程では、外板１３に出入口枠１２を重ねわせる配置工程の後、レーザ溶接部Ｗ２を形成する溶接工程の前に、出入口枠１２と外板１３とをスポット溶接部Ｗ１によって接合している。外板１３の厚さに比べて出入口枠１２の厚さが大きい場合、レーザ溶接のみでは溶接強度の確保に必要な入熱量が過剰になることが考えられる。したがって、スポット溶接部Ｗ１によって出入口枠１２と外板１３の溶接強度を十分に確保した上で、水密性確保のためのレーザ溶接を組み合わせることで、レーザ溶接時のワークへの入熱量を抑えることができる。

本実施形態では、溶接工程において、レーザ溶接機１からパルスレーザを出射してレーザ溶接部Ｗ２を形成する。レーザ溶接の条件は、例えばパルス幅１０ｍｓ〜３０ｍｓ、周波数１０Ｈｚ〜３０Ｈｚ、入熱量１０Ｊ〜３０Ｊ程度である。レーザ溶接部Ｗ２は、個々のナゲットをオーバーラップさせることによって形成してもよい。また、加工工程においては、レーザ溶接機１からＣＷレーザを出射して面取り加工を行う。この場合のＣＷレーザの出力は、例えば２００Ｗ〜２５０Ｗ程度である。

以上説明したように、このレーザ溶接方法では、ハンドトーチ型のレーザ溶接機１を用いて出入口枠１２の車両外側面１４ａと外板１３の端面１６ａとをレーザによって隅肉溶接する。レーザ溶接によって連続的なレーザ溶接部Ｗ２を出入口枠１２の車両外側面１４ａと外板１３の端面１６ａとに形成することにより、接合体１１の水密性を十分に確保できる。また、このレーザ溶接方法では、ハンドトーチ型のレーザ溶接機１を用いることで、自動溶接の場合とは異なり、レーザ光の倣い性を確保するための複雑なティーチング作業が不要となり、溶接の作業性を向上できる。

本実施形態では、溶接工程において、トーチ部４を把持して手作業でレーザ溶接を行うにあたり、トーチ部４に適用される第１のコンタクトチップ７Ａの第１面２３が出入口枠１２の車両外側面１４ａに接し、第２面２４が外板１３の端面１６ａに接する。このため、出入口枠１２の車両外側面１４ａ及び外板１３の端面１６ａがガイドとなり、トーチ部４を把持する手元のぶれを抑制できる。したがって、レーザ光の倣い性が損なわれることも回避される。

また、本実施形態では、溶接工程において、レーザ溶接機１からパルスレーザを照射させてレーザ溶接部Ｗ２を形成する。溶接工程でＣＷレーザを用いる場合、溶接の途中でトーチ部４の走査を止めると、止めた位置でワークに孔が開いてしまうことが考えられる。これに対し、パルスレーザを用いる場合、溶接の途中でトーチ部４の走査を止めた場合でも、止めた位置でワークに孔が開いてしまうことが防止され、その位置からレーザ溶接を再開できる。したがって、溶接の作業性を一層向上できる。

また、本実施形態では、加工工程において、トーチ部４に適用される第２のコンタクトチップ７Ｂの第１面３３が外板１３の車両外側面１６ｃに接し、第２面３４が外板１３の端面１６ａに接し、第３面３７が出入口枠１２の車両外側面１４ａに接する。このため、出入口枠１２の車両外側面１４ａ、外板１３の端面１６ａ及び車両外側面１６ｃがガイドとなり、トーチ部４を把持する手元のぶれを抑制できる。なお、第２のコンタクトチップ７Ｂの第３面３７は、必ずしも出入口枠１２の車両外側面１４ａに接していなくてもよい。この場合でも、第１面３３が外板１３の車両外側面１６ｃに接し、第２面３４が外板１３の端面１６ａに接することで、第２のコンタクトチップ７Ｂのガイド機能が十分に奏される。

また、本実施形態では、第１のコンタクトチップ７Ａにおいて、第１面２３と第２面２４とがなす角部２５にＲ状の切欠部２６が形成されている。同様に、第２のコンタクトチップ７Ｂにおいて、第１面３３と第２面３４とがなす隅部３５にＲ状の切欠部３６が形成されている。このような切欠部２６，３６の形成により、外板１３の端面１６ａ（特に角部）にバリなどが存在している場合でも、切欠部２６，３６によって第１のコンタクトチップ７Ａ及び第２のコンタクトチップ７Ｂへのバリの衝突を避けることで、手動でのトーチ部４の走査を好適に実施できる。

また、本実施形態では、第１のコンタクトチップ７Ａ及び第２のコンタクトチップ７Ｂが導電性材料によって形成されている。これにより、例えばワークにアースを取り付けることで、通電の有無によるレーザ溶接機１のインターロック機能を実現できる。これにより、レーザ溶接作業の安全性を向上できる。また、ワークよりも硬度の低い導電性材料を選択することで、ワークに傷が発生することも抑制される。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、第１のワークとして出入口枠１２を例示したが、第１のワークは、鉄道車両構体における開口部を保持する他の枠部材であってもよい。このような枠部材としては、例えば窓枠や幌枠などが挙げられる。また、第２のワークは、外板に限られない。本発明は、第１のワークと第２のワークとの隅肉溶接に広く適用可能である。また、本発明は、アルミニウム合金製の鉄道車両構体に用いられるワーク、マグネシウム合金製の鉄道車両構体のワークなどにも適用可能である。

さらに、上記実施形態では、出入口枠１２及び外板１３に対し、第１のコンタクトチップ７Ａ及び第２のコンタクトチップ７Ｂが４５°傾斜するように凸状部２１及び凹状部３１が設計されているが、当該傾斜角が４５°〜７５°となる範囲で凸状部２１及び凹状部３１が設計されていてもよい。いずれの傾斜角の場合においても、第１のコンタクトチップ７Ａ及び第２のコンタクトチップ７Ｂは、トーチ部４に対して同軸に取り付けられることが好ましい。

１…レーザ溶接機、４…トーチ部、７Ａ…第１のコンタクトチップ、７Ｂ…第２のコンタクトチップ、１２…出入口枠（第１のワーク）、１３…外板（第２のワーク）、１４ａ…車両外側面（主面）、１６…端部、１６ａ…端面、１６ｂ…角部、１６ｃ…車両外側面（主面）、２１…凸状部、２３…第１面、２４…第２面、２５…角部、２６…切欠部、３１…凹状部、３３…第１面、３４…第２面、３５…隅部、３６…切欠部、３７…第３面、Ｐ…重ね合わせ部分、Ｗ２…レーザ溶接部。

Claims

第１のワークの主面に第２のワークの端部を重ね合わせる配置工程と、
ハンドトーチ型のレーザ溶接機を用い、前記第１のワークの前記主面と前記第２のワークの前記端部側の端面とに重ね合わせ部分に沿って連続的なレーザ溶接部を形成する溶接工程と、を備え、
前記溶接工程において、前記第１のワークの主面に接する第１面と、前記第２のワークの前記端面に接する第２面とによって構成される凸状部を有する第１のコンタクトチップを前記レーザ溶接機のトーチ部に適用して前記主面と前記端面とのレーザ溶接を行うレーザ溶接方法。
前記第１のコンタクトチップには、前記第１面と前記第２面とがなす角部に切欠部が更に形成されている請求項１記載のレーザ溶接方法。
前記第１のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されている請求項１又は２記載のレーザ溶接方法。
前記第２のワークの端部の面取り加工を行う加工工程を更に備え、
前記加工工程において、前記第２のワークの主面に接する第１面、及び前記第２のワークの前記端面に接する第２面によって構成される凹状部を有する第２のコンタクトチップを前記レーザ溶接機のトーチ部に適用して前記端部の面取り加工を行う請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
前記第２のコンタクトチップは、前記第１のワークの主面に接する第３面を更に有している請求項４記載のレーザ溶接方法。
前記第２のコンタクトチップには、前記第１面と前記第２面とがなす隅部に切欠部が更に形成されている請求項４又は５記載のレーザ溶接方法。
前記第２のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されている請求項４〜６のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
前記溶接工程において、前記レーザ溶接機からパルスレーザを照射させて前記レーザ溶接部を形成する請求項１〜７のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
前記第１のワークは、鉄道車両構体における開口部を保持する枠部材であると共に、前記第２のワークは、鉄道車両構体における外板であり、
前記配置工程において、前記枠部材の車両外側面に前記外板を重ね合わせる請求項１〜８のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
第１のワークの主面と第２のワークの端部との重ね合わせ部分に沿って連続的なレーザ溶接部を形成するハンドトーチ型のレーザ溶接機であって、
前記第１のワークの主面に接する第１面と、前記第２のワークの前記端部側の端面に接する第２面とによって構成される凸状部を有する第１のコンタクトチップを取り付け可能なトーチ部を備えたレーザ溶接機。
前記第１のコンタクトチップには、前記第１面と前記第２面とがなす角部に切欠部が更に形成されている請求項１０記載のレーザ溶接機。
前記第１のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されている請求項１０又は１１記載のレーザ溶接機。
前記トーチ部は、前記第２のワークの主面に接する第１面、及び前記第２のワークの前記端面に接する第２面によって構成される凹状部を有する第２のコンタクトチップを取り付け可能となっている請求項１０〜１２のいずれか一項記載のレーザ溶接機。
前記第２のコンタクトチップは、前記第１のワークの主面に接する第３面を更に有している請求項１３記載のレーザ溶接機。
前記第２のコンタクトチップには、前記第１面と前記第２面とがなす隅部に切欠部が更に形成されている請求項１３又は１４記載のレーザ溶接機。
前記第２のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されている請求項１３〜１５のいずれか一項記載のレーザ溶接機。