JP2022137725A - 溶接方法および溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接方法および溶接装置において、幅の広い安定した溶接ビードを形成する。【解決手段】レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材１１，１２同士を溶接接合する溶接方法および溶接装置であって、アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、かつアーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、レーザ照射を受けて予熱される予熱部４１ｂ，４２ｂを生じさせる。レーザ照射は、アーク溶接により形成される溶融池４６ａ，４６ａ１の幅方向両端部４６ａ２，４６ａ３に対して行われる。【選択図】図７

Description

本発明は、溶接方法および溶接装置に関する。

従来、ハイブリッドレーザアーク溶接において、加工物の接合面上を電気アークに先行して単一のレーザビームが走査されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第６１５９１４７号公報

ところで、加工物として熱伝導率が小さいチタン等の金属材料をアーク溶接する場合、溶接箇所に対して溶接進行方向に直交する幅方向では、溶接時の熱が伝わり難い。このため、溶融池が広がり難く、幅の狭い凸ビードが出来るとともに、溶接ワイヤの溶け込み量が増えてしまう。
上記従来技術は溶融池が広がりやすくするものであるが、加工物の接合面上を電気アークに先行して単一のレーザビームが走査されるので、やはりレーザビームによる入熱の範囲が前記幅方向に広がり難い。レーザ走査することで安定したビードは得ることができる。しかし、要求するビード幅と溶け込み深さを両立するのは難しいという課題がある。
そこで本発明は、溶接方法および溶接装置において、幅の広い安定した溶接ビードを形成することを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材（１１，１２）同士を溶接接合する溶接方法であって、前記アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、かつ前記アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、前記レーザ照射を受けて予熱された予熱部（４１ｂ，４２ｂ）を生じさせることを特徴とする溶接方法を提供する。

この構成によれば、溶接進行方向に先行するレーザ照射によって、アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置、例えばアーク溶接によって形成される溶融池における溶接進行方向の幅方向の両端部に、レーザ光を直接照射した予熱部を生じさせる。これにより、熱伝導率が小さい金属材料を溶接する場合にも、溶融池が幅方向に広がりやすくなり、安定した溶接ビードを形成することができる。

請求項２に記載した発明は、前記レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向両端部（４６ａ２，４６ａ３）に対して行われること特徴とする。
この構成によれば、溶融池の幅方向両端部への入熱量を多くすることができ、より安定した溶接ビードを形成することができる。

請求項３に記載した発明は、前記レーザ照射は、前記アーク溶接の溶接部の全体に入熱するように行われることを特徴とする。
この構成によれば、溶接ビード幅を広くすることができるとともに、少ないワイヤ使用量で要求されるビード幅を得ることができる。

請求項４に記載した発明は、前記レーザ照射は、ミラー（２７，３２）により照射方向を可変とするものであり、前記レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向一側の端部（４６ａ２）又は端部（４６ａ２）近傍から、前記幅方向の中央部（５１）を通過し、前記溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向他側の端部（４６ａ３）又は端部（４６ａ３）近傍までレーザ光が走査される第一経路（５７）と、前記溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向一側の端部（４６ａ２）又は端部（４６ａ２）近傍に沿ってレーザ光が走査される第二経路（５８）と、が設定され、前記第一経路（５７）の走査と前記第二経路（５８）の走査とを交互に繰り返しながら、前記アーク溶接が進行することを特徴とする。
この構成によれば、ミラーの設定により、複数のレーザ照射のうち、アーク陰極点となる幅方向中央部に走査されないレーザ照射（第二経路）も可能なので、アーク陰極点への入熱量が多くなり過ぎず、裏抜けを抑止することができる。

請求項５に記載した発明は、前記第一経路（５７）は、前記アーク溶接の進行方向に直交するように、前記幅方向に向けてレーザ光を走査し、前記第二経路（５８）は、前記アーク溶接の進行方向に沿うようにレーザ光を走査し、前記第一経路（５７）は、前記第二経路（５８）よりも照射経路長さが長いことを特徴とする。
この構成によれば、レーザ光が幅方向に走査される場合は、溶融池の幅方向一側の端部と、溶融池の幅方向他側の端部との間の距離のように長い距離を照射するため、レーザの照射経路を長くすることで、適切に入熱させることができる。

請求項６に記載した発明は、当該溶接方法は、金属薄板あるいは金属薄板構造物の突合せ溶接、重ね隅肉溶接、または突き合わせ溶接に適用されることを特徴とする。
この構成によれば、裏抜けの可能性が高い薄板材の溶接であっても、精度良く溶接をすることができる。

請求項７に記載した発明は、前記金属部材（１１，１２）の材質はチタンであることを特徴とする。
この構成によれば、熱伝導性が低く、溶接ワイヤ消費が多いチタンに対して、先行するレーザ照射による予熱によって、ビード幅を広くするとともに、凸ビードになり難くして溶接ワイヤ使用量を削減することができる。

請求項８に記載した発明は、レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材（１１，１２）同士を溶接接合する溶接装置であって、前記レーザ照射を行うレーザ照射部（６）と、前記アーク溶接を行うアーク溶接部（７）と、を備え、前記レーザ照射部（６）は、前記アーク溶接部（７）による前記アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、かつ前記アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、前記レーザ照射を受けて予熱された予熱部（４１ｂ，４２ｂ）を生じさせること特徴とする溶接装置を提供する。
この構成によれば、溶接進行方向に先行するレーザ照射によって、アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置、例えばアーク溶接によって形成される溶融池における溶接進行方向の幅方向の両端部に、レーザ光を直接照射した予熱部を生じさせる。これにより、熱伝導率が小さい金属材料を溶接する場合にも、溶融池が幅方向に広がりやすくなり、溶接ビードを安定させることができる。

請求項９に記載した発明は、前記レーザ照射部（６）は、レーザ光の照射位置をレーザ光照射面方向に可変させるガルバノミラー（２７，３２）を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、ガルバノミラーの作動により、レーザ照射方向を容易に可変させることができる。

請求項１０に記載した発明は、前記レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向一側の端部（４６ａ２）又は端部（４６ａ２）近傍から、前記幅方向の中央部（５１）を通過し、前記溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向他側の端部（４６ａ３）又は端部（４６ａ３）近傍までレーザ光が走査される第一経路（５７）と、前記溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向一側の端部（４６ａ２）又は端部（４６ａ２）近傍に沿ってレーザ光が走査される第二経路（５８）と、が設定され、前記レーザ照射部（６）は、レーザ光が前記第一経路（５７）を走査するときと、レーザ光が前記第二経路（５８）を走査するときとで、前記ガルバノミラー（２７，３２）によってレーザ光の照射方向を制御することを特徴とする。
この構成によれば、ガルバノミラーの設定により、複数のレーザ照射経路のうち、アーク陰極点となる幅方向中央部にレーザ光が走査されないレーザ照射も可能となり、溶接部に入熱量が多くなり過ぎることを抑止し、裏抜けを抑止することができる。

請求項１１に記載した発明は、前記アーク溶接のシールドガスの供給にガス供給具（７１）が用いられ、前記ガス供給具（７１）は、ガス供給口（７１ｈ）からガス放出口（７８）までのガス供給路（８２）をラビリンス構造とすること特徴とする。
この構成によれば、ラビリンス構造によってシールドガスが大気と混ざることを抑止し、良質なシールドガスを溶接部に提供することができる。

本発明によれば、レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材同士を溶接接合する溶接方法及び溶接装置において、溶接進行方向に先行するレーザ照射によって、アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置が予熱されて、安定した溶接ビードを形成することができる。

本発明の実施形態の溶接装置の斜視図である。 ガルバノスキャナユニットの説明図である。 金属部材へのレーザ照射およびアーク溶接の実施状態を示す斜視図である。 金属部材へのレーザ照射およびアーク溶接の実施状態を示す断面図である。 実施形態のレーザ照射による予熱の作用を示す断面図である。 比較例のレーザ照射による予熱の作用を示す断面図である。 金属部材へのレーザ照射およびアーク溶接の実施状態を示す平面図である。 レーザ光の走査ルート（設計上の軌跡）を示す作用説明図である。 レーザ光の走査ルート（実際の軌跡）を示す作用説明図である。 シールドガスを供給するガス供給具を示す第１斜視図である。 上記ガス供給具を示す第２斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
＜溶接装置＞
図１に示すように、溶接装置１は、基台２と、基台２に設置されたアーム型ロボット３と、アーム型ロボット３のアーム４に固定されたレーザ照射部６およびアーク溶接部７と、基台２上に設けられた作業盤８と、を備えている。
また、溶接装置１は、アーム型ロボット３、レーザ照射部６、アーク溶接部７の作動などを制御する制御装置（不図示）を備えている。溶接装置１は、上記したレーザ照射とアーク溶接とを併用して作業盤８上に固定された金属部材１１，１２同士を溶接接合する。

レーザ照射部６は、ガルバノスキャナユニット２１（図２参照）を用いた仮想ツインビーム型である。ガルバノスキャナユニット２１の説明は後述する。
アーク溶接部７は、シールドガスとして不活性ガス（例えばアルゴンガス）を用いたＭＩＧ溶接を行う部分である。アーク溶接部７は、溶接トーチ１５を備え、溶接トーチ１５の先端部からは電極である溶接ワイヤ１６が突出している。また、溶接トーチ１５の先端部には、シールドガスを吐出するノズル１７が設けられている。アークの周辺や溶接される金属部材１１，１２に出来る溶融池の周辺は、ノズル１７から供給されるシールドガスによって大気からシールドされる。

図２に示すように、ガルバノスキャナユニット２１は、レーザ照射部６（図１参照）に備えるレーザ発振器（不図示）から発振されたレーザ光を所定の方向へ導く第１ガルバノユニット２３および第２ガルバノユニット２４を備えている。
レーザ発振器と第１ガルバノユニット２３との間には、レーザ発振器から発したレーザ光を２つに分岐させる分岐ミラー（不図示）が設けられ、２つに分岐されたレーザ光４１，４２（図３参照）の一方のレーザ光４１が第１ガルバノユニット２３に届く。２つに分岐されたレーザ光４１，４２の他方のレーザ光４２は、別のガルバノスキャナユニット２１に送られる。

第１ガルバノユニット２３は、第１ガルバノモータ２６と、第１ガルバノモータ２６の回転軸２６ａに取り付けられたガルバノミラー２７と、を備えている。ガルバノミラー２７は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を第２ガルバノユニット２４側に反射させる。第１ガルバノモータ２６を作動させ、回転軸２６ａを矢印Ａの方向に回動させることで、ガルバノミラー２７を回動させ、レーザ光の第２ガルバノユニット２４側への反射角度を変更することが可能である。

第２ガルバノユニット２４は、第２ガルバノモータ３１と、第２ガルバノモータ３１の回転軸３１ａに取り付けられたガルバノミラー３２と、を備えている。ガルバノミラー３２は、第１ガルバノユニット２３のガルバノミラー２７で反射されたレーザ光４１を、被溶接物である金属部材１１（図１参照）側へ反射させる。第２ガルバノモータ３１を作動させ、回転軸３１ａを矢印Ｂの方向に回動させることで、ガルバノミラー３２を回動させ、レーザ光４１の金属部材１１側への反射角度を変更することが可能である。即ち、レーザ光４１の金属部材１１への照射位置を変更することが可能である。

第１ガルバノモータ２６の回転軸２６ａと、第２ガルバノモータ３１の回転軸３１ａとは、互いに直交しており、レーザ光４１の金属部材１１側への照射位置を細かく調整することが可能である。
ガルバノスキャナユニット２１は、第１ガルバノモータ２６および第２ガルバノモータ３１の作動を制御する制御部３４を備えている。制御部３４の指令によって、第１ガルバノモータ２６の回転軸２６ａおよび第２ガルバノモータ３１の回転軸３１ａの回動角度および回動方向が制御され、レーザ光４１の金属部材１１側への照射位置が設定される。

図３および図４は、金属部材１１，１２に、それぞれレーザ光４１，４２を照射するとともにアーク溶接（重ね継手溶接）中の状態を示している。図中矢印Ｆは、レーザ光４１，４２および溶接トーチ１５の進行方向（即ち、溶接進行方向）を示す。図中矢印Ｈは、溶接経路の幅方向を示す。前記幅方向は、溶接進行方向に直交する方向で、かつ溶接箇所におけるアーク溶接部７の先端部に対向する面に沿う方向を示す。前記幅方向は、溶接箇所が複数面を有する立体形状の場合等は、アーク溶接部７の先端部の軸方向と直交する方向でもよい。
レーザ光４１，４２および溶接トーチ１５は、一体に移動している。レーザ光４１，４２は、溶接トーチ１５よりも溶接進行方向に先行して移動している。

図４において、レーザ光４１，４２を照射する照射位置４１ａ，４２ａは、アーク溶接により形成された溶融池４６ａにおける溶接進行方向Ｆに直交する幅方向Ｈの両端部にあるものとする。レーザ光４１，４２は、アーク溶接よりも先行して移動しているので、実際には、レーザ光４１，４２が照射されている位置では、まだアーク溶接がなされていない。従って、溶融池４６ａは出来ていないが、結果的に、レーザ光４１，４２の照射位置４１ａ，４２ａが溶接ビード４３溶融池４６ａの幅方向の両端部となるように、レーザ光４１，４２の照射位置４１ａ，４２ａを設定している。この理由については、図５以降で説明する。図中符号４１ｂ，４２ｂは、各照射位置４１ａ，４２ａで金属材料が予熱されて生じる予熱部を示す。

図５に示す実施形態では、熱伝導率の小さい金属材料４６（例えば、チタンなど）をアーク溶接する場合には、主にアーク溶接時に金属材料４６に出来る溶融池４６ａが、溶接進行方向に対して直交する方向、即ち溶融池４６ａの幅方向に広く形成されるようにする。これには、アーク溶接部７の溶接トーチ１５よりも溶接進行方向に先行して移動するレーザ光４１，４２を、溶融池４６ａにおける溶接進行方向に直交する幅方向の両端部となる箇所に照射して、その箇所を予熱する。

レーザ光４１，４２で予熱することで、レーザ光４１，４２の照射開始後に主にアーク溶接によって出来る溶融池４６ａの幅をより広くすることができる。
この結果、アーク溶接終了後には、出来たビード４８の幅Ｗ１が広くなり、更に、ビード４８の溶け込み深さＤ１を浅くしつつ金属材料４６の表面４６ｂからの突出高さＰ１を低くすることができる。これにより、アーク溶接時の溶接ワイヤ１６の使用量を削減することができ、コストダウンを図ることができる。

図６に示す比較例は、熱伝導率の小さい金属材料４６の溶接をアーク溶接のみで行う場合を示す。この比較例では、アーク溶接の熱が周囲に伝わりにくいため、金属材料４６に出来る溶融池４６ｄが、幅方向に広くなりにくい。従って、アーク溶接終了後には、出来たビード４９の幅Ｗ２が幅Ｗ１（図５参照）よりも狭く、更に、ビード４９の溶け込み深さＤ２が溶け込み深さＤ１（図５参照）よりも深く、金属材料４６の表面４６ｂからの突出高さＰ２は、突出高さＰ１（図５参照）よりも高くなる。この結果として、アーク溶接時の溶接ワイヤ１６の使用量が多くなり、コストアップを招く。

以上の図５及び図６に示す通り、熱伝導率の小さい金属材料４６であっても、溶融池４６ａ，４６ｄの幅の両端部を予熱すれば、その部分の金属材料４６が溶融しやすくなるため、溶融池４６ａ，４６ｄの幅を広くすることができる。
また、溶融池４６ａ，４６ｄの幅が広くなれば、ビード４８，４９の溶け込み深さＤ１，Ｄ２を浅くすることができるとともに、表面４６ｂからの突出高さＰ１，Ｐ２も低くすることができる。このようなレーザ照射による予熱は、金属薄板あるいは金属薄板構造物の溶接に好適な方法である。

図７に示すように、レーザ光４１，４２の金属部材１１，１２への照射位置４１ａ，４２ａ（黒丸で示す部分である。）は、溶接部のほぼ中央に位置する金属部材１２の端面１２ａに対して、幅方向両側方にオフセットしている。レーザ光は、照射タイミングによっては、端面１２ａに対して対称または略対称な位置に配置されている。なお、図７で示す照射位置は、レーザ光が溶融池端部を照射するときの状態である。
また、アーク溶接のアーク陰極点（幅方向の中央部）５１（丸印で示す部分である。）は、金属部材１２の端面１２ａに一致する、又はほぼ一致するように端面１２ａに沿って移動する。
照射位置４１ａ，４２ａは、溶接進行方向でアーク溶接のアーク陰極点５１よりも先行して移動する。

照射位置４１ａ，４２ａは、アーク溶接により溶融池４６ａが形成された時点では、それ以後に形成される二点鎖線で示す溶融池４６ａ１における溶接進行方向に直交する幅方向の両端部４６ａ２，４６ａ３をそれぞれ照射する。このように、レーザ光４１，４２の照射位置４１ａ，４２ａは、溶融池４６ａの幅方向の両端部４６ａ２，４６ａ３の軌跡上を通過するように、金属部材１１，１２を予熱する。端部４６ａ２は、溶融池４６ａ１の幅方向一側の端部の一例に対応する。端部４６ａ３は、溶融池４６ａ１の幅方向他側の端部の一例に対応する。

レーザ光４１，４２により予熱される箇所、即ち予熱部４１ｂ，４２ｂは、レーザ照射で予め定めた温度（例えば母材の融点以上）に予熱される部位であり、例えば実施形態では、予熱部４１ｂ，４２ｂは、溶接部において互いに間隔を空けず接している。
このように、レーザ照射による予熱は、アーク溶接の溶接部の全体に入熱するように行われる。

次に、予熱部４１ｂ，４２ｂを形成するためのレーザ光４２の走査（レーザ走査）について説明する。このレーザ走査は、前述のガルバノミラー２７，３２によりレーザ照射方向を可変とすることでなされる。
図８Ａに示すように、金属部材１１に金属部材１２を重ねた溶接部において、レーザ照射は、溶融池４６ａの溶接進行方向に直交する幅方向一側の端部４６ａ２から（又は端部４６ａ２近傍から）、幅方向の中央部である端面１２ａを通過し、溶融池４６ａの前記幅方向他側の端部４６ａ３まで（又は端部４６ａ３近傍まで）、レーザ光４２が走査される。このレーザ光４２の走査経路を第一経路５７とする。図中の第一経路５７は、溶接進行方向上流側から順に符号５７ａ，５７ｂ、・・・（以下アルファベット順）で示す。前記「端部４６ａ２近傍」とは、例えば溶接幅が５ｍｍの場合は、端部４６ａ２から溶接幅方向の両側に０．５ｍｍ程度幅を含む範囲である。なお、溶接幅が広い場合は端部４６ａ２近傍の幅は広がるが、同程度の比率で広がるわけではない。前記「端部４６ａ３近傍」とは、例えば溶接幅が５ｍｍの場合は、端部４６ａ３から溶接幅方向の両側に０．５ｍｍ程度の幅を含む範囲である。なお、溶接幅が広い場合は端部４６ａ３近傍の幅は広がるが、同程度の比率で広がるわけではない。

第一経路５７は、設計上は、幅方向一側の端部４６ａ２から幅方向他側の端部４６ａ３まで、幅方向他側ほど溶接進行方向下流側に位置するように、溶接進行方向に直交する幅方向に対して傾斜した軌跡となる（図８Ａ参照）。レーザ照射部６は、アーク溶接部７とともに溶接進行方向下流側に移動しながらレーザ照射を行うので、レーザ照射部６から見た実際の第一経路５７は、溶接進行方向に直交する幅方向に沿う軌跡となる（図８Ｂ参照）。

レーザ光４２が幅方向他側の端部４６ａ３に至ると、レーザ照射を一旦止めて、照射位置を幅方向一側の端部４６ａ２に戻す。その後、溶融池４６ａの幅方向一側の端部４６ａ２又は端部４６ａ２近傍において溶接進行方向下流側に延びる直線上で、レーザ光４１が走査される。このレーザ光４１の走査経路を第二経路５８とする。図中の第二経路５８は、溶接進行方向上流側から順に符号５８ａ，５８ｂ、・・・（以下アルファベット順）で示す。第二経路５８における「端部４６ａ２近傍」も第一経路５７で述べた「端部４６ａ２近傍」と同程度の範囲である。レーザ光４２が第二経路５８の溶接進行方向下流側の先端に至ると、レーザ照射を一旦止めて、照射位置を幅方向一側の端部４６ａ２に戻す。

上記した第一経路５７のレーザ走査と第二経路５８のレーザ走査とを交互に繰り返しながら、溶融池４６ａの幅方向両端部に予熱部４１ｂ，４２ｂを形成しつつ、アーク溶接を進行させる。図においては、第一経路５７ａ、第二経路５８ａ、第一経路５７ｂ、第二経路５８ｂ、・・・（以下アルファベット順）の順にアーク溶接を進行させる。
第一経路５７は、第二経路５８よりもレーザ照射距離が長く、長い距離のレーザ照射によって溶接部周辺に適切な入熱が可能である。幅方向に長い第一経路５７のレーザ照射によって、幅方向他側の予熱部４２ｂは幅方向に長い形状（例えば楕円状）となる。予熱部４１ｂ，４２ｂは、溶接部の中央から幅方向一側にオフセットした位置で、互いに間隔を空けず接している。

図９および図１０に示すように、溶接対象として、例えば、自動二輪車用の燃料タンク６５、詳しくは、タンク本体６６の上部に給油口６７をレーザ照射とアーク溶接とを併用して溶接する場合、溶接部にシールドガスを供給するガス供給具７１が用いられる。
なお、図９および図１０では、ガス供給具７１の内部形状の理解を容易にするため、ガス供給具７１の一部を切断して示している。

タンク本体６６の上部に給油口６７を溶接する際、タンク本体６６には、給油口６７が仮固定され、給油口６７の上方に開口する開口部が蓋部材６８で塞がれる。ガス供給具７１は、例えば蓋部材６８に固定されている。
ガス供給具７１は、ドーナツ板状の天板７１ａと、天板７１ａの下面７１ｂに同心円状に形成された複数の円筒部７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆと、２つの円筒部７１ｄ，７１ｆの各下端を接続するテーパ状壁部７１ｇと、を一体に備えている。

天板７１ａには、周縁部に上下に貫通する複数の貫通孔７１ｈが開けられている。複数の円筒部７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆは、この順に給油口６７から外周側に離れるように配置されている。最も給油口６７に近い円筒部７１ｃは、蓋部材６８の外周面に外嵌している。
円筒部７１ｄ，７１ｅ，７１ｆは、この順に天板７１ａから下方への突出量が小さくなる。円筒部７１ｃ，７１ｄは、天板７１ａからの下方への突出量がほぼ同一である。

円筒部７１ｅは、下縁７１ｊがテーパ状壁部７１ｇから隔てて配置されている。テーパ状壁部７１ｇは、給油口６７から離れるにつれて次第に上方に位置するように形成されている。このように、テーパ状壁部７１ｇを形成することで、テーパ状壁部７１ｇとタンク本体６６との間に、溶接トーチ１５を楽に挿入可能な作業空間を形成することができる。

図１０を参照し、天板７１ａの複数の貫通孔（ガス供給口）７１ｈは、円筒部７１ｅ，７１ｆ間の筒状の空間７３に連通し、空間７３は、円筒部７１ｅとテーパ状壁部７１ｇとの隙間７４を介して円筒部７１ｄ，７１ｅ間の筒状の空間７６に連通している。
空間７６は、円筒部７１ｄの天板７１ａ側の付根部に形成された複数の通孔７１ｋを介して円筒部７１ｃ，７１ｄ間の円筒状の空間７７に連通している。空間７７は、下部に下方に開口する下部開口（ガス放出口）７８を備え、下部開口７８は、給油口６７のタンク本体６６への溶接予定部に臨むように形成されている。

上記した空間７３，７６，７７は、アーク溶接時のシールドガスが流れるガス通路８１を形成している。ガス通路８１の入口である複数の貫通孔７１ｈと、ガス通路８１と、ガス通路８１の出口である下部開口７８とは、ラビリンス構造のガス供給路８２を構成している。
複数の貫通孔７１ｈの少なくとも一つにシールドガス供給源（不図示）が接続され、ガス供給路８２にシールドガスが流されて、下部開口７８から溶接予定部にシールドガスを供給することができる。

このようなガス供給路８２を設けることで、ラビリンス構造によってシールドガスが大気と混ざることを抑止することができ、良質なシールドガスを溶接部に提供することができる。また、タンク本体６６と給油口６７との溶接部が円筒状であっても、溶接部の全体により均一にシールドガスを供給することができる。

以上説明したように、上記実施形態における溶接方法は、レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材１１，１２同士を溶接接合する溶接方法であって、アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、かつアーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、レーザ照射を受けて予熱される予熱部４１ｂ，４２ｂを生じさせる。

この構成によれば、溶接進行方向に先行するレーザ照射によって、アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置、例えばアーク溶接によって形成される溶融池４６ａ，４６ａ１における溶接進行方向の幅方向の両端部４６ａ２，４６ａ３に、レーザ光を直接照射した予熱部を生じさせる。これにより、熱伝導率が小さい金属材料を溶接する場合にも、溶融池４６ａ，４６ａ１が幅方向に広がりやすくなり、安定した溶接ビードを形成することができる。

また、上記溶接方法において、レーザ照射は、アーク溶接により形成される溶融池４６ａ，４６ａ１の幅方向両端部４６ａ２，４６ａ３に対して行われるので、溶融池４６ａ，４６ａ１の幅方向両端部４６ａ２，４６ａ３への入熱量を多くすることができ、より安定した溶接ビード４３を形成することができる。

また、上記溶接方法において、レーザ照射は、アーク溶接の溶接部の全体に入熱するように行われるので、溶接ビード幅を広くすることができるとともに、凸ビードになり難くして溶接ワイヤ使用量を削減することができる。

また、上記溶接方法において、レーザ照射は、ガルバノミラー２７，３２により照射方向を可変とするものであり、前記レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池４６ａ，４６ａ１の幅方向一側の端部４６ａ２から、幅方向の中央部（アーク陰極点５１）を通過し、溶融池４６ａ，４６ａ１の前記幅方向他側の端部４６ａ３までレーザ光が走査される第一経路５７と、溶融池４６ａ，４６ａ１の前記幅方向一側の端部４６ａ２に沿ってレーザ光が走査される第二経路５８と、が設定され、前記第一経路５７の走査と前記第二経路５８の走査とを交互に繰り返しながら、前記アーク溶接が進行するので、ガルバノミラー２７，３２の設定により、複数のレーザ照射のうち、アーク陰極点５１となる幅方向中央部に走査されないレーザ照射（第二経路５８）も可能なので、アーク陰極点５１への入熱量が多くなり過ぎず、裏抜けを抑止することができる。

また、上記溶接方法において、第一経路５７は、アーク溶接の進行方向に直交するように、幅方向に向けてレーザ光を走査し、第二経路５８は、アーク溶接の進行方向に沿うようにレーザ光を走査し、第一経路５７は、第二経路５８よりも照射経路長さが長いので、レーザ光が幅方向に走査される場合は、溶融池４６ａ，４６ａ１の幅方向一側の端部４６ａ２と溶融池４６ａ，４６ａ１の幅方向他側の端部４６ａ３との間のように長い距離を照射するため、レーザ光の照射距離を長くすることで、適切に入熱させることができる。

また、上記溶接方法において、当該溶接方法は、金属薄板あるいは金属薄板構造物の突合せ溶接、重ね隅肉溶接、または突き合わせ溶接に適用されるので、裏抜けの可能性が高い薄板材の溶接であっても、精度良く溶接をすることができる。

また、上記溶接方法において、金属部材１１，１２の材質はチタンであるので、熱伝導率が低く、溶接ワイヤ消費が多いチタンに対して、先行するレーザ照射による予熱によって、溶接ビード幅を広くするとともに、少ないワイヤ使用量で要求されるビード幅を得ることができる。

上記実施形態における溶接装置は、レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材１１，１２同士を溶接接合する溶接装置１であって、レーザ照射を行うレーザ照射部６と、アーク溶接を行うアーク溶接部７と、を備え、レーザ照射部６は、アーク溶接部７によるアーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、かつアーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、レーザ照射を受けて予熱された予熱部を生じさせる。

この構成によれば、上記同様、溶接進行方向に先行するレーザ照射によって、アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、レーザ光を直接照射した予熱部を生じさせるので、熱伝導率が小さい金属材料を溶接する場合にも、溶融池４６ａ，４６ａ１が幅方向に広がりやすくなり、安定した溶接ビードを形成することができる。

また、上記溶接装置において、レーザ照射部６は、レーザ光の照射位置をレーザ光照射面方向に可変させるガルバノミラー２７，３２を備えているので、ガルバノミラー２７，３２の作動により、レーザ光照射方向を容易に可変させることができる。

また、上記溶接装置において、レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池４６ａ，４６ａ１の幅方向一側の端部４６ａ２から、幅方向の中央部（アーク陰極点５１）を通過し、溶融池４６ａ，４６ａ１の幅方向他側の端部４６ａ３までレーザ光が走査される第一経路５７と、溶融池４６ａ，４６ａ１の幅方向一側の端部４６ａ２に沿ってレーザ光が走査される第二経路５８と、が設定され、レーザ照射部６は、レーザ光が第一経路５７を走査するときと、第二経路５８を走査するときとで、ガルバノミラー２７，３２によってレーザ光の照射方向を制御するので、ガルバノミラー２７，３２の設定により、複数のレーザ照射のうち、アーク陰極点５１となる幅方向中央部に走査されないレーザ照射も可能となり、溶接部に入熱量が多くなり過ぎることを抑止し、裏抜けを抑止することができる。

また、上記溶接装置において、アーク溶接のシールドガスの供給にガス供給具７１が用いられ、ガス供給具７１は、ガス供給口（貫通孔７１ｈ）からガス放出口（下部開口７８）までのガス供給路８２をラビリンス構造とするので、ラビリンス構造によってシールドガスが大気と混ざることを抑止し、良質なシールドガスを溶接部に提供することができる。

上記実施形態における構成は本発明の一例であり、実施形態の構成要素を周知の構成要素に置き換える等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１ 溶接装置
６ レーザ照射部
７ アーク溶接部
１１，１２ 金属部材
２７，３２ ガルバノミラー
４１ｂ，４２ｂ 予熱部
４６ａ，４６ａ１ 溶融池
４６ａ２ 端部（幅方向一側の端部）
４６ａ３ 端部（幅方向他側の端部）
５１ アーク陰極点（幅方向の中央部）
５７ 第一経路
５８ 第二経路
７１ ガス供給具
７１ｈ 貫通孔（ガス供給口）
７８ 下部開口（ガス放出口）
８２ ガス供給路

Claims (11)

1. レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材（１１，１２）同士を溶接接合する溶接方法であって、
   前記アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、かつ前記アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、前記レーザ照射を受けて予熱された予熱部（４１ｂ，４２ｂ）を生じさせることを特徴とする溶接方法。
2. 前記レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向両端部（４６ａ２，４６ａ３）に対して行われることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
3. 前記レーザ照射は、前記アーク溶接の溶接部の全体に入熱するように行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接方法。
4. 前記レーザ照射は、ミラー（２７，３２）により照射方向を可変とするものであり、
   前記レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向一側の端部（４６ａ２）又は端部（４６ａ２）近傍から、前記幅方向の中央部（５１）を通過し、前記溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向他側の端部（４６ａ３）又は端部（４６ａ３）近傍までレーザ光が走査される第一経路（５７）と、前記溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向一側の端部（４６ａ２）又は端部（４６ａ２）近傍に沿ってレーザ光が走査される第二経路（５８）と、が設定され、前記第一経路（５７）の走査と前記第二経路（５８）の走査とを交互に繰り返しながら、前記アーク溶接が進行することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の溶接方法。
5. 前記第一経路（５７）は、前記アーク溶接の進行方向に直交するように、前記幅方向に向けてレーザ光を走査し、
   前記第二経路（５８）は、前記アーク溶接の進行方向に沿うようにレーザ光を走査し、
   前記第一経路（５７）は、前記第二経路（５８）よりも照射経路長さが長いことを特徴とする請求項４に記載の溶接方法。
6. 当該溶接方法は、金属薄板あるいは金属薄板構造物の突合せ溶接、重ね隅肉溶接、または突き合わせ溶接に適用されることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の溶接方法。
7. 前記金属部材（１１，１２）の材質はチタンであることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の溶接方法。
8. レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材（１１，１２）同士を溶接接合する溶接装置であって、
   前記レーザ照射を行うレーザ照射部（６）と、前記アーク溶接を行うアーク溶接部（７）と、を備え、
   前記レーザ照射部（６）は、前記アーク溶接部（７）による前記アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、かつ前記アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、前記レーザ照射を受けて予熱された予熱部（４１ｂ，４２ｂ）を生じさせること特徴とする溶接装置。
9. 前記レーザ照射部（６）は、レーザ光の照射位置をレーザ光照射面方向に可変させるガルバノミラー（２７，３２）を備えていることを特徴とする請求項８に記載の溶接装置。
10. 前記レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向一側の端部（４６ａ２）又は端部（４６ａ２）近傍から、前記幅方向の中央部（５１）を通過し、前記溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向他側の端部（４６ａ３）又は端部（４６ａ３）近傍までレーザ光が走査される第一経路（５７）と、前記溶融池（４６ａ，４６ａ１）の前記幅方向一側の端部（４６ａ２）又は端部（４６ａ２）近傍に沿ってレーザ光が走査される第二経路（５８）と、が設定され、
    前記レーザ照射部（６）は、レーザ光が前記第一経路（５７）を走査するときと、レーザ光が前記第二経路（５８）を走査するときとで、前記ガルバノミラー（２７，３２）によってレーザ光の照射方向を制御することを特徴とする請求項９に記載の溶接装置。
11. 前記アーク溶接のシールドガスの供給にガス供給具（７１）が用いられ、
    前記ガス供給具（７１）は、ガス供給口（７１ｈ）からガス放出口（７８）までのガス供給路（８２）をラビリンス構造とすることを特徴とする請求項８から１０の何れか１項に記載の溶接装置。

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