JP2023143843A - 重ねレーザ溶接継手、自動車車体用構造部材、及び重ねレーザ溶接継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接割れを抑制可能な重ねレーザ溶接継手、自動車車体用構造部材、及び重ねレーザ溶接継手の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る重ねレーザ溶接継手は、複数の金属板の隙間の厚さの合計値Ｇと、厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔが０～１５％であり、レーザ溶接部は、第一ビードと、第一ビードの終端に設けられた第二ビードとを有し、第二ビードは、第一ビードの両側に延在し、第二ビードの有効角度が、第一ビードの両側それぞれにおいて４０度以下であり、第二ビードの中心軸に沿った長さＬ２と、第二ビードの中心軸に対する幅Ｗ２との比率Ｌ２／Ｗ２が２．０以上であり、レーザ溶接部には、クレータが一つのみ存在し、クレータは、第二ビードに存在し、クレータ最深部は、第一ビードの両縁の延長線の間に存在する。【選択図】図１

Description

本発明は、重ねレーザ溶接継手、自動車車体用構造部材、及び重ねレーザ溶接継手の製造方法に関する。

重ね継手は、重ね合わせられた複数の金属板を溶接して得られる溶接継手である。重ね継手を製造するための溶接手段の一つにレーザ溶接がある。重ねレーザ溶接とは、重ね合わせた複数枚の金属板の片側表面にレーザビームを照射して、金属板を溶融凝固させることにより、これら金属板を接合する溶接のことである。

重ねレーザ溶接は、ハット形部材のフランジ部などの狭い領域を、高速に接合することが可能である。従来、重ねレーザ溶接継手の製造にあたっては、重ね合わせた複数枚の鋼板の表面にレーザビームを断続的に照射し、レーザビームを照射した部位の鋼板を溶融凝固させることにより、短い長さの直線状の接合部が連続的に列状に配列した溶接部を形成していた。

しかしながら、重ねレーザ溶接には、溶接ビードの終端にある最終凝固部で割れが生じやすいという問題がある。レーザ溶接においては、レーザの進行方向と反対の方向に、溶融金属の流れが生じる。そのため、レーザ溶接によって形成されたビードの終端部には、クレータと呼ばれる凹みが生じる。さらに、レーザ溶接の終了後には、ビードの終端部に引張応力が加えられる。レーザ溶接の終了後は、溶接部からその周辺への抜熱によって溶接部が急冷され、収縮するからである。クレータが形成されたビード終端部に引張応力が加えられることによって、ビード終端部は、ビードの延在方向に垂直に引き裂かれるように破断することがある。この場合、終端部の破断がビードに沿って進展し、ビード全体にわたって亀裂が形成されるおそれがある。

近年、機械構造部材の材料を高強度化する例が増えている。例えば自動車車体用部材、特に自動車の骨格部材となる構造部材では、車体の強度及び剛性の向上を目的として、例えば引張強さ１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板が適用される例が増えている。しかしながら、金属板の引張強さが大きくなるほど、レーザ溶接の終了後にビード終端部に加わる引張応力が大きくなり、ビード終端部の割れが生じるおそれが高まる。ビードに、その全長にわたる亀裂が発生すると、接合部のせん断強度及び剥離強度等の静的強度が低下し、さらに、疲労強度も著しく低下する。以上の事情により、高強度金属板においてビード終端部の割れを防止する技術が待望されている。

特許文献１には、複数の鋼板を重ね合わせた鋼板の片側表面にレーザビームを断続的に照射して、線状の第１接合部とその第１接合部に続いて直線状の後続接合部とが列状に配列した溶接部を形成する際、少なくとも、上記溶接部を構成する鋼板間の合計間隙Ｇを、溶接部を構成する鋼板の合計厚Ｔの０～１５％の範囲内とし、上記レーザビームを照射する溶接ヘッドの移動方向とレーザビームの走査方向を逆向きとすることにより、第１接合部の溶接始端部と該第１接合部に隣接した後続接合部の溶接終端部とが対向し、かつ、上記後続接合部同士の溶接始端部と溶接終端部とが対向するよう溶接部を形成するとともに、上記した接合部の各種寸法を適正範囲に制御することによって、接合部の溶接終端部の割れ発生がなく、剥離強度にも優れる重ねレーザ溶接継手とその製造方法およびその溶接継手を有する自動車車体用構造部材が開示されている。

特許文献２には、自動車の衝突の際の衝撃吸収特性に優れ、衝突エネルギーを確実かつ効果的に吸収することにより乗員の保護を図ることができる衝撃吸収部材が開示されている。これは、フランジを有する第１の部材及び第２の部材を接合するためのレーザー溶接ビードをフランジに有する筒体からなる衝撃吸収部材である。レーザー溶接ビードは、フランジの長手方向に離間して交互に複数形成される第１の領域と複数の第２の領域とにより構成され、第１の領域におけるフランジの幅方向への投影長さが、第２の領域におけるフランジの幅方向への投影長さよりも大きい。

特許文献３には、溶接ビードに応力集中することがなく、すなわち、溶接開始点・溶接終了点の強度不足や溶接欠陥に起因して熱影響部が連続破断することのない、接合強度の高い溶接構造物を提供すること。また、高エネルギビームにより溶接をする際に生じる溶接欠陥の影響を低減することが可能な溶接方法および溶接装置が開示されている。ここでは、二つの部材が重ね溶接により接合されてなる溶接構造物において、シングルパスで形成された溶接ビードのうち、始端部および終端部の少なくとも一方の溶接ビードを、中間部の溶接ビードに対して側方へ屈曲して形成する。

国際公開第２０２０／１９４６６９号 特開２００８－１６１９１１号公報 特開２００３－２９０９５１号公報

しかしながら、これらの技術によっても、特に高強度鋼板のレーザ溶接において割れを十分に抑制することは困難である。特許文献１の技術においては、Ｊ字形状を有する曲線状の接合部に沿って、割れが伝播するおそれがある。特許文献２の技術においては、レーザ溶接部を一対の第１の領域と、この間に形成された第２の領域とから構成されるものとしており、第１の領域が点状に形成されている場合やコの字状溶接または異形コの字状溶接の場合は、第２の領域に割れが伝播するおそれがある。一方、Ｉ字状溶接の場合は、これにより第２の領域の割れは抑制されると考えられる。しかしながら、第１の領域において、その延在方向に沿って亀裂が伝播するおそれがある。特許文献３の技術においては、レーザ溶接部を始端部、中間部、及び終端部から構成されるものとしており、これらがコの字状あるいは略コの字状の場合や付加溶接ビードが溶接ビードの溶接終了点からずらした位置に形成される場合は、溶接ビード（中間部）に割れが伝播あるは発生するおそれがある。一方、Ｉ字状溶接の場合は、これにより中間部の割れは抑制されると考えられる。しかしながら、始端部及び終端部において、その延在方向に沿って亀裂が伝播するおそれがある。

以上の事情に鑑みて、本発明は、溶接割れを抑制可能な重ねレーザ溶接継手、自動車車体用構造部材、及び重ねレーザ溶接継手の製造方法を提供することを課題とする。

本発明の要旨は以下の通りである。

（１）本発明の一態様に係る重ねレーザ溶接継手は、重ね合わされた複数の金属板と、複数の前記金属板を接合するレーザ溶接部と、を備える重ねレーザ溶接継手であって、複数の前記金属板の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の前記金属板の厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔが０～１５％であり、前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも片面において、前記レーザ溶接部は、複数の前記金属板を接合する第一ビードと、前記第一ビードの終端に設けられた第二ビードとを有し、前記第二ビードは、前記第一ビードの幅方向に垂直な中心軸に対して両側に延在し、前記第一ビードの前記中心軸と前記第二ビードの外縁との交点を通り且つ前記第一ビードの前記中心軸に垂直な仮想線と、前記第二ビードの幅方向に垂直な中心軸とのなす角度のうち小さい角度である第二ビードの有効角度が、前記第一ビードの前記両側それぞれにおいて４０度以下であり、前記第二ビードの前記中心軸に沿った長さＬ２と、前記第二ビードの前記中心軸に対する幅Ｗ２との比率Ｌ２／Ｗ２が２．０以上であり、前記レーザ溶接部には、クレータが一つのみ存在し、前記クレータは前記第二ビードに存在し、前記クレータの最深部は、前記第一ビードの両縁の延長線の間に存在する。
（２）上記（１）に記載の重ねレーザ溶接継手では、前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも前記片面において、前記第二ビードの前記中心軸に沿った長さＬ２が、前記第一ビードの中心軸に沿った長さＬ１未満であってもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の重ねレーザ溶接継手では、前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも前記片面において、前記第二ビードの前記中心軸に沿った長さＬ２が１２．０ｍｍ以下であってもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の重ねレーザ溶接継手では、前記第二ビードの溶け込み深さＤ２が、前記第一ビードの溶け込み深さＤ１未満であってもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の重ねレーザ溶接継手では、前記第一ビードの始端には、追加のビードを設けなくてもよい。
（６）上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の重ねレーザ溶接継手では、前記レーザ溶接部が、前記重ねレーザ溶接継手の前記片面のみに存在してもよい。
（７）上記（１）～（６）のいずれか一項に記載の重ねレーザ溶接継手では、複数の前記金属板が、複数の鋼板であり、複数の前記鋼板のうち１枚以上の化学組成が、Ｃ：０．０５～０．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．１～３．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１～５．５ｍａｓｓ％、及びＰ及びＳ：合計０．０３ｍａｓｓ％以下を含有してもよい。
（８）上記（１）～（７）のいずれか一項に記載の重ねレーザ溶接継手では、複数の前記金属板が、複数の鋼板であり、複数の前記鋼板のうち１枚以上の引張強さが９８０ＭＰａ以上であってもよい。
（９）上記（１）～（８）のいずれか一項に記載の重ねレーザ溶接継手は、重ね隅肉継手であってもよい。

（１０）本発明の別の態様に係る自動車車体用構造部材は、上記（１）～（９）のいずれか一項に記載の重ねレーザ溶接継手を備える。

（１１）本発明の別の態様に係る重ねレーザ溶接継手の製造方法は、重ね合わせられた複数の金属板に第一レーザ溶接をして、複数の前記金属板を接合する第一ビードを形成する工程と、前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも一方の表面の前記金属板に第二レーザ溶接をして、第二ビードを形成する工程とを備え、前記重ねレーザ溶接継手は、前記第一ビード及び前記第二ビードを有するレーザ溶接部を有し、複数の前記金属板の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の前記金属板の厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔを０～１５％とし、前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも片面において、前記第二ビードを、前記第一ビードの終端に設け、前記第二ビードを、前記第一ビードの幅方向に垂直な中心軸に対して両側に延在させ、前記第一ビードの前記中心軸と前記第二ビードの外縁との交点を通り且つ前記第一ビードの前記中心軸に垂直な仮想線と、前記第二ビードの幅方向に垂直な中心軸とのなす角度のうち小さい角度である第二ビードの有効角度を、前記第一ビードの前記両側それぞれにおいて４０度以下とし、前記第二ビードの前記中心軸に沿った長さＬ２と、前記第二ビードの前記中心軸に対する幅Ｗ２との比率Ｌ２／Ｗ２を２．０以上とし、前記レーザ溶接部には、クレータを一つのみ存在させ、前記クレータは前記第二ビードに存在させ、前記クレータの最深部を、前記第一ビードの両縁の延長線の間に存在させる。
（１２）上記（１１）に記載の重ねレーザ溶接継手の製造方法では、前記第一レーザ溶接の開始から、前記第二レーザ溶接の終了まで、レーザ照射を連続的に行ってもよい。
（１３）上記（１１）又は（１２）に記載の重ねレーザ溶接継手の製造方法では、前記第二レーザ溶接を、前記第一ビードの前記終端と前記第二ビードとが重なる箇所において終了させてもよい。
（１４）上記（１１）～（１３）に記載の重ねレーザ溶接継手の製造方法では、前記重ねレーザ溶接継手が重ね隅肉継手であってもよい。

本発明によれば、溶接割れを抑制可能な重ねレーザ溶接継手、自動車車体用構造部材、及び重ねレーザ溶接継手の製造方法を提供することができる。

レーザ溶接部がＴ字形状を有する、本発明の一実施形態に係る重ねレーザ溶接継手の平面図である。 レーザ溶接部がイの字形状を有する、同実施形態に係る重ねレーザ溶接継手の平面図である。 レーザ溶接部がＹ字形状を有する、同実施形態に係る重ねレーザ溶接継手の平面図である。 レーザ溶接部が直線状であり、有効角度が９０度である重ねレーザ溶接継手の平面図である。 第一ビード及び第二ビードが曲線である、同実施形態に係る重ねレーザ溶接継手の平面図である。 同実施形態に係る重ねレーザ溶接継手における第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘに垂直な断面図である。 同実施形態に係る重ねレーザ溶接継手における第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘに垂直な断面拡大図である。 同実施形態に係る重ねレーザ溶接継手における第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘに沿った断面図である。 同実施形態に係る重ねレーザ溶接継手における第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘに沿った断面図である。 従来の重ねレーザ溶接継手における、最終凝固部の凝固時の引張応力の模式図である。 同実施形態に係る重ねレーザ溶接継手における、最終凝固部の凝固時の引張応力の模式図である。 第一レーザ溶接及び第二レーザ溶接を連続的に行う、重ねレーザ溶接継手の製造方法の模式図である。 第一レーザ溶接及び第二レーザ溶接を断続的に行う、重ねレーザ溶接継手の製造方法の模式図である。 同実施形態の変形例である、Ｔ字形状のレーザ溶接部を有する重ね隅肉継手の平面図である。 同実施形態の変形例である重ね隅肉継手の第二ビードの中心軸の位置で板厚方向に切断した断面の断面図である。 Ｎｏ．５の比較例の重ねレーザ溶接継手の写真である。 Ｎｏ．１７の実施例の重ねレーザ溶接継手の写真である。 Ｎｏ．２６の実施例の重ねレーザ溶接継手の写真である。 Ｎｏ．４４の実施例の重ね隅肉継手の写真である。

＜重ねレーザ溶接継手１＞
本発明の一態様に係る重ねレーザ溶接継手１は、図１～図３に示されるように、重ね合わされた複数の金属板１１と、複数の金属板１１を接合するレーザ溶接部１２と、を備える。ここで、複数の金属板１１の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の金属板１１の厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔが０～１５％であり、重ねレーザ溶接継手１の少なくとも片面において、レーザ溶接部１２は、複数の金属板１１を接合する第一ビード１２１と、第一ビード１２１の終端に設けられた第二ビード１２２とを有し、第二ビード１２２は、第一ビード１２１の幅方向に垂直な中心軸１２１Ｘに対して両側に延在し、第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘと第二ビード１２２の外縁との交点Ｐを通り且つ第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘに垂直な仮想線ＶＬと、第二ビード１２２の幅方向に垂直な中心軸１２２Ｘとのなす角度のうち小さい角度である第二ビード１２２の有効角度θ１、θ２が、第一ビード１２１の両側それぞれにおいて４０度以下であり、第二ビード１２２の中心軸１２２Ｘに沿った長さＬ２と、第二ビード１２２の中心軸１２２Ｘに対する幅Ｗ２との比率Ｌ２／Ｗ２が２．０以上であり、レーザ溶接部１２には、クレータ１２０が一つのみ存在し、クレータ１２０は第二ビード１２２に存在し、クレータ１２０の最深部は、第一ビード１２１の両縁の延長線の間に存在する。以下、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１について詳細に説明する。

（金属板１１）
複数の金属板１１は、重ねレーザ溶接継手１の母材である。金属板１１の種類、厚さ、及び表面処理の有無は、レーザ溶接に適したものである限り、特に限定されない。金属板１１の枚数も特に限定されず、２枚以上の任意の枚数とすることができる。

複数の金属板１１の好適な一例は、複数の鋼板、及び複数のＡｌ板等である。また、鋼板とＡｌ板を組み合わせて、複数の金属板１１としてもよい。金属板１１を鋼板とする場合、この鋼板の化学組成は特に限定されず、重ねレーザ溶接継手１の用途に応じた好適な化学組成を適用することができる。例えば、複数の鋼板のうち１枚以上の化学組成が、Ｃ：０．０５～０．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．１～３．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１～５．５ｍａｓｓ％、及びＰ及びＳ：合計０．０３ｍａｓｓ％以下を含有してもよい。この場合、鋼板の化学成分の残部はＦｅおよび不純物を含んでもよい。このような化学組成を有する鋼板は、高い強度を有するので、重ねレーザ溶接継手１に優れた強度を付与することができる。なお、このような化学組成を有する鋼板に、通常の重ねレーザ溶接を実施すると、ビードの終端部において溶接割れが生じやすい。しかし本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１においては、後述する第二ビード１２２によって、溶接割れが抑制されている。

また、重ねレーザ溶接継手１の強度を高める観点からは、金属板１１の強度は高いほど好ましい。例えば、複数の金属板１１が複数の鋼板である場合、これら鋼板のうち１枚以上の引張強さが９８０ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ以上、又は１１００ＭＰａ以上であってもよい。鋼板の引張強さが高いほど、溶接後にビードの終端部に係る引張応力が大きくなるが、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１においては、後述する第二ビード１２２によって、引張応力が低減されている。

また、引張強さが９８０ＭＰａ以上の鋼板、即ち高強度鋼板は、重ねレーザ溶接継手１の最表面に配置されても良く、内側に配置されても良い。一般に、高強度鋼板はＣ含有量が大きく、溶接される鋼板を重ね合わせた板組のどこかに高強度鋼板が含まれていれば、溶接部のＣ含有量は高くなるので、溶接部の溶接割れは起こりやすくなる。しかしながら、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１においては、後述する第二ビード１２２等を利用することにより、高強度鋼板が含まれる板組においても溶接割れ防止効果を効果的に発現させることができる。なお、複数の金属板１１が複数の鋼板であり、且つ、これらのうち１枚以上が高強度鋼板である場合、後述する第二ビード１２２が高強度鋼板まで溶け込んでいることが好ましい。また、高強度鋼板において、後述する第一ビード１２１と第二ビード１２２との位置関係が満たされることが一層好ましい。一方、高強度鋼板と組み合わせられる引張強さ９８０ＭＰａ未満の鋼板のみに、第二ビード１２２が形成されていたとしても、後述する第一ビード１２１及び第二ビード１２２の位置関係が満たされている限り、ビード終端部における引張応力を緩和して、高強度鋼板における溶接割れを抑制する効果は十分に得られる。

金属板１１は、めっきされていても、非めっきでもよい。めっきの例として、ＧＩめっき、ＧＡめっき、ＥＧめっき、Ｚｎ－Ｎｉめっき、Ｚｎ－Ａｌめっき、Ｚｎ－Ｍｇめっき、及びＺｎ－Ｍｇ－Ａｌめっき等が挙げられる。金属板１１が亜鉛系ホットスタンプ鋼板の場合、Ｆｅ－Ｚｎ又はＦｅ－Ｚｎ－Ｎｉの固溶相の表層に、亜鉛酸化物が含まれていても良い。金属板１１がアルミ系ホットスタンプ鋼板の場合、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の複数の金属間化合物層が形成されていても良く、さらに、金属間化合物層の上にＺｎＯや黒色被膜が形成されていても良い。金属板１１が非めっきホットスタンプ鋼板の場合は、ホットスタンプ工程において発生するスケールを除去するために、これにショットブラストしたものを使用しても良い。

（複数の金属板１１の隙間Ｇ）
レーザ溶接においては、レーザの進行方向と反対の方向に、溶接金属の流れが生じる。そのため、レーザ溶接によって形成されるビードの終端部には、一般に、クレータ１２０と称される凹みが形成される。クレータ１２０は溶接割れの原因となるので、小さいほど好ましい。ここで、複数の金属板１１の間の隙間を小さくすることによって、クレータ１２０を小さくすることができる。以上の理由により、複数の金属板１１の間の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の金属板１１の厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔは、０～１５％の範囲内とされる。Ｇは、金属板１１の枚数が２枚である場合は、２枚の金属板１１の隙間の大きさであり、金属板１１の枚数が３枚以上である場合は、金属板１１同士の隙間の厚さの合計値である。例えば図６Ａに例示される重ねレーザ溶接継手１の断面図においては、Ｇは、隙間ｇ１と隙間ｇ２とを足した値であり、Ｔは、板厚ｔ１、ｔ２、及びｔ３の合計値である。Ｇ／Ｔは小さい程好ましく、１２％以下、１０％以下、または８％以下であってもよい。

金属板１１の間の隙間の大きさは、第一ビード１２１の断面において測定する。断面は、第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘと第二ビード１２２の外縁との交点Ｐを通り、且つ第一ビードの中心軸１２１Ｘに垂直な仮想線ＶＬに沿って切断した断面とする。この断面において、複数の金属板１１の間の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の金属板１１の厚さの合計値Ｔとを測定する。また、図６Ｂに示されるように、隙間の大きさは、断面における第一ビード１２１の両端において測定する。第一ビード１２１の左側における隙間の大きさｇｌと、右側における隙間の大きさｇｒとの平均値を、金属板１１同士の隙間の大きさとみなす。

（レーザ溶接部１２）
本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１においては、複数の金属板１１に、当該複数の金属板１１を接合する第一ビード１２１と、当該第一ビード１２１の終端に設けられた第二ビード１２２とを有するレーザ溶接部１２が形成されている。なお「ビード」とは一般的に、溶接によって盛り上がった部分を意味するが、本実施形態では、ビードの盛り上がり部を研磨などにより除去することによって形成されたビード痕についても「ビード」とみなす。ビードが平坦化されていても、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１の効果は損なわれない。複数の金属板１１同士の間隔、並びにビードの形状及び位置関係を最適化することによって、ビードの終端部における溶接割れを防止することができる。以下、図１等を参照しながら、ビードの形状及び位置関係について説明する。

なお、ビードの形状は、重ねレーザ溶接継手１の表面と裏面とで必ずしも一致しない。以下に説明されるビードの形状及び位置関係が、重ねレーザ溶接継手１の少なくとも片方の面において満たされていれば、溶接割れを抑制する効果が得られる。従って、以下に説明されるビードの形状及び位置関係が、少なくとも片方の面において後述の範囲内とされる継手は、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１とみなされる。以下に説明されるビードの形状及び位置関係が、重ねレーザ溶接継手１の両面において満たされていてもよい。また、特に断りが無い限り、以下に説明するビードの形状及び位置関係は、重ねレーザ溶接継手１の厚さ方向から重ねレーザ溶接継手１を平面視したときのものである。

（第一ビード１２１）
第一ビード１２１は、複数の金属板１１を接合する、線状に延在するレーザ溶接部１２である。第一ビード１２１の形状については、線状であれば、特に限定されない。第一ビード１２１は、直線や曲線でもよく、また、折れ曲がっていてもよい。例えば、第一ビード１２１は、Ｃ字状やＬ字状でもよい。

第一ビード１２１は、複数の金属板１１を接合するものであるので、第一ビード１２１を断面視すると、通常は、図７Ａ及び図７Ｂに例示されるように全ての金属板１１に跨るように板厚方向に延在している。ただし、第一ビード１２１が全ての金属板１１を貫通している必要はない。図７Ｂに例示されるように、第一ビード１２１が重ねレーザ溶接継手１の片面にのみ形成されていてもよい。あるいは、第一ビード１２１が重ね溶接継手に２以上含まれる場合、それぞれの第一ビード１２１が全ての金属板１１に跨るものでなくともよい場合がある。例えば、複数の金属板１１の一部を接合する第一ビード１２１を板組の一方の面に形成し、複数の金属板１１の残りを接合する第一ビード１２１を板組の他方の面に形成することにより、複数の金属板１１の全てを第一ビード１２１によって接合することができる。

（第一ビード１２１の長さＬ１）
第一ビード１２１の長さＬ１とは、第一ビード１２１の幅方向に垂直な中心軸１２１Ｘに沿って測定される長さである。言い換えると、第一ビード１２１の長さＬ１とは、第一ビード１２１の始端から第一ビード１２１の終端までの距離、又は、第一ビード１２１の始端から、第一ビード１２１の幅方向に垂直な中心軸１２１Ｘと第二ビード１２２との外縁の２つの交点のうち、第一ビード１２１の始端部１２１Ｓからより離れた交点までの距離を言う。
なお、図１等に示されるように、第一ビード１２１及び第二ビード１２２が重なる部分もＬ１に含める。以下、便宜的に、「第一ビード１２１の幅方向に垂直な中心軸１２１Ｘ」を、単に「第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘ」と称する場合がある。また、第一ビード１２１が、曲線や折線の場合、第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘも曲線や折線となる。

第一ビード１２１の長さＬ１は特に限定されないが、例えば１０～１００ｍｍとすることが好ましい。第一ビード１２１の長さＬ１を１０ｍｍ以上とすることにより、溶接割れを一層効果的に抑制することができる。溶接割れを一層抑制する観点から、第一ビード１２１の長さＬ１を１２ｍｍ以上、１５ｍｍ以上、又は２０ｍｍ以上としてもよい。一方、第一ビード１２１の長さＬ１を１００ｍｍ以下とすることにより、レーザ溶接に要する時間を短縮し、生産性を向上させることができる。第一ビード１２１の長さＬ１を９０ｍｍ以下、８０ｍｍ以下、又は７０ｍｍ以下としてもよい。

なお、被溶接材が大きい場合は、重ねレーザ溶接継手１に複数の第一ビード１２１を設けてもよい。この場合、複数の第一ビード１２１の終端部それぞれに、後述する第二ビード１２２を配置すればよい。ただし、重ねレーザ溶接継手１に含まれる全ての第一ビード１２１の終端部に、第二ビード１２２を配置する必要はない。溶接割れが特に懸念される箇所においてのみ、第二ビード１２２を形成してもよい。

（第二ビード１２２）
重ねレーザ溶接継手１は、第一ビード１２１の終端に設けられた第二ビード１２２を有する。第一ビード１２１の終端に第二ビード１２２が設けられているかは、クレータ１２０の位置から判断することができる。仮に、第一ビード１２１の始端に第二ビード１２２が設けられた場合、クレータ１２０は、第一ビード１２１の終端および第一ビード１２１の始端に設けられた第二ビード１２２に形成される。クレータ１２０が第二ビードのみに形成されていることが第一ビード１２１の終端に第二ビード１２２が設けられた証となる。

第二ビード１２２は、図１～図３に示されるように、第一ビード１２１の幅方向に垂直な中心軸１２１Ｘに対して両側に延在する形状を有している。第二ビード１２２は、第一ビード１２１の最終凝固部の延在方向を変更することにより、クレータ１２０での溶接割れＣを防ぐ効果を発揮する。

さらに、第二ビード１２２による溶接割れ防止効果を得るためには、少なくとも重ねレーザ溶接継手１の片面において、
（Ａ）第二ビード１２２の有効角度、
（Ｂ）第二ビード１２２のアスペクト比、及び
（Ｃ）第二ビード１２２に形成されるクレータ１２０の数及び位置
を制御する必要がある。これらの事項について、以下に詳細に説明する。

（Ａ 第二ビード１２２の有効角度θ１、θ２）
第二ビード１２２の有効角度θ１、θ２とは、第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘと第二ビード１２２の外縁との交点Ｐを通り、且つ第一ビードの中心軸１２１Ｘに垂直な仮想線ＶＬを基準として定義される角度である。具体的には、第二ビード１２２の有効角度θ１、θ２とは、当該仮想線ＶＬと、第二ビード１２２の幅方向に垂直な中心軸１２２Ｘとのなす角度のうち、小さい角度と定義される。ただし、例えば図１に示されるように、当該仮想線ＶＬと第二ビード１２２の幅方向に垂直な中心軸１２２Ｘとが平行の場合は、第二ビードの有効角度θ１、θ２を０°とする。以下、「第二ビード１２２の幅方向に垂直な中心軸１２２Ｘ」を、単に「第二ビード１２２の中心軸１２２Ｘ」と称する場合がある。

なお、上述のように、第二ビード１２２は第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘに対して両側に延在する。第二ビード１２２の有効角度θ１、θ２は、中心軸１２１Ｘの両側において一致しないことがある。本実施形態においては便宜上、第一ビード１２１の両側に延在する第二ビード１２２の有効角度を、θ１及びθ２と記述して区別する。図１～図３においては便宜上、紙面上側に突出する第二ビード１２２と第一ビード１２１とがなす角度をθ１と記載し、紙面下側に突出する第二ビード１２２と第一ビード１２１とがなす角度をθ２と記載している。しかしながら、θ１及びθ２は等価であるので、いずれの側の角度をθ１とみなしてもよい。

図４に例示される重ねレーザ溶接継手１では、第二ビード１２２の有効角度θ１及びθ２が９０°であり、第一ビード１２１及び第二ビード１２２は平行に形成されている。この場合、レーザ溶接部１２には、溶接割れＣが生じる。本発明者らの実験によれば、第二ビード１２２の有効角度θ１及びθ２を４０°以下にすることにより、溶接割れＣを十分に防止することができた。従って、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１において、第二ビード１２２の有効角度θ１及びθ２は、いずれも４０°以下とされる。θ１及びθ２は、好ましくは３５°以下、３０°以下、又は１５°以下である。θ１及びθ２が０°であってもよい。

一方、図１に例示される重ねレーザ溶接継手１では、第二ビード１２２は直線状に形成され、且つ、第一ビード１２１と直角に交わっている。このように、レーザ溶接部１２がＴ字形状を有する場合、θ１及びθ２はいずれも０°であり、図１ではθ１及びθ２の図示を省略している。

図２に例示される重ねレーザ溶接継手１では、第二ビード１２２は直線状に形成され、且つ、第一ビード１２１に対して斜めに交わっている。このように、レーザ溶接部１２がイの字形状又は逆イの字形状を有する場合でも、θ１及びθ２がいずれも０°以上４０°以下であれば、第二ビード１２２は溶接割れＣを防止する効果を発揮する。

図３に例示される重ねレーザ溶接継手１では、第二ビード１２２は折れ曲がって形成され、且つ、第一ビード１２１に対して紙面上下対称に交わっている。このように、レーザ溶接部１２がＹ字形状を有する場合でも、θ１及びθ２がいずれも０°以上４０°以下であれば、第二ビード１２２は溶接割れＣを防止する効果を発揮する。

図１～図３に例示される重ねレーザ溶接継手１のいずれも、θ１及びθ２が等しい値を有する。しかし当然のことながら、４０°以下の範囲内にある限り、θ１及びθ２が異なっていてもよい。また、図１～図３に例示される重ねレーザ溶接継手１のいずれも、第二ビード１２２は第一ビード１２１を起点として直線状に延在している。しかし当然のことながら、第二ビード１２２が曲線状であってもよい。この場合、図５に例示される重ねレーザ溶接継手１のように、第一ビードの中心軸１２１Ｘと第二ビードの中心軸１２２Ｘの交点Ｑと該交点から第二ビードの中心軸１２２Ｘに沿って１．０ｍｍ離れた点Ｒとを結ぶ直線と、仮想線ＶＬのなす角を第二ビード１２２の有効角度θ１及びθ２とする。ただし、第一ビード１２１が曲線の場合、第一ビードの中心軸１２１Ｘを第一ビード１２１から第二ビード１２２側へ延長する際は、仮想線ＶＬに直行する直線として延長する。

（Ｂ 第二ビード１２２のアスペクト比）
第二ビード１２２のアスペクト比とは、第二ビード１２２の、中心軸１２２Ｘに沿った長さＬ２と、第二ビード１２２の、中心軸１２２Ｘに対する幅Ｗ２との比率Ｌ２／Ｗ２と定義される。図５に示されるように第二ビード１２２が直線状でない場合も、長さＬ２は中心軸１２２Ｘに沿った第二ビード１２２の長さと定義される。Ｌ２は、第二ビード１２２の溶接線長さとおおむね一致すると考えられる。また、第二ビード１２２の幅Ｗ２が一様ではない場合は、第二ビード１２２の幅の最大値を、第二ビード１２２の幅Ｗ２とみなす。なお、第二ビード１２２と金属板１１との境界、及び第二ビード１２２と第一ビード１２１との境界は、目視で容易に特定できる。従って、第二ビード１２２の外縁を目視で特定することにより、Ｌ２及びＷ２を測定可能である。

第二ビード１２２のアスペクト比が小さすぎる場合、第二ビード１２２は、溶接割れＣを防止する効果を発揮することができない。例えば第二ビード１２２が略円形状であり、アスペクト比が１である場合、クレータ１２０の長軸方向を変更させることができない。本発明者らの実験結果によれば、第二ビード１２２のアスペクト比が２．０以上であれば、クレータ１２０の長軸方向を十分に変更させることができる。この場合、第二ビード１２２は、溶接割れＣを防止させることができる。第二ビード１２２のアスペクト比は、２．５以上、３．０以上、又は５．０以上であってもよい。

（Ｃ 第二ビード１２２に形成されるクレータ１２０の数及び位置）
クレータ１２０とは、レーザ溶接部１２の終端部に形成される凹みのことである。レーザ溶接においては、レーザＬＺの進行方向と反対の方向に、溶融金属の流れが生じる。そのため、レーザ溶接部１２の終端部、即ち最終凝固部においては溶融金属が不足し、凹みが形成される。図８Ａに示されるように、第一ビード１２１の幅方向、つまりは、クレータ１２０の幅方向に引張応力が加わることにより、溶接割れＣが生じる。

本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１においては、クレータ１２０の個数を１つにする必要がある。例えば、第一ビード１２１の終端部に形成されるクレータ１２０、及び第二ビード１２２に形成されるクレータ１２０の両方がレーザ溶接部１２に含まれる場合、割れの起点となりうる危険個所が２つとなり、溶接割れＣが生じるおそれが高まる。

さらに、クレータ１２０が、第二ビード１２２に存在し、クレータ１２０の最深部は、第一ビード１２１の両縁の延長線１２１Ｅの間に存在する必要がある。クレータ１２０の最深部が第一ビードの両縁の延長線１２１Ｅの間から外れ、第二ビード１２２の終端に形成される場合、第二ビード１２２に沿った溶接割れが生じる。クレータ１２０の位置を上述の通り制御することにより、第二ビード１２２は、溶接割れＣを防止させることができる。

本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１は、上述の特徴点を具備することにより、溶接割れを抑制することができる。本発明者らは、そのメカニズムを以下のように推定する。図８Ａは、第二ビード１２２が無い場合に、第一ビード１２１に加わる引張応力及び溶接割れＣの概念図である。第一ビード１２１の終端部には、クレータ１２０が形成される。また、レーザ溶接によって加熱された母材部が収縮することにより、第一ビード１２１の終端部に引張応力が加わる。この引張応力は、第一ビードの幅方向に大きく加わる。図８Ａに記載された矢印は、終端部に加わる引張応力を図示したものである。この引張応力によって、ビードの終端部が引き裂かれると、溶接割れＣが生じる。特に、クレータ１２０の長手方向に垂直に引張応力が加わると溶接割れＣが生じやすい。また、溶接割れＣは、第一ビード１２１の延在方向に沿って生じ、第一ビード１２１を伝播して成長する。

一方、図８Ｂは、第一ビード１２１の終端に第二ビード１２２を形成した場合の、引張応力の概念図である。第二ビード１２２が、上述の特徴点を具備して形成されている場合、溶接割れＣを抑制することができる。これは、第二ビード１２２によって、クレータ１２０の長手方向が変更されるからであると推定される。引張応力は、第一ビードの幅方向に大きく加わる。クレータ１２０の長手方向を変更することで、クレータ長手方向に垂直な方向に加わる引張応力を小さくすることができ、溶接割れＣを抑制することができる。ただし、第二ビード１２２が第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘに対して片側のみに延在する場合は、上述の効果を十分に得ることができない。

本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１は、上述の特徴点を具備することにより、溶接割れを抑制することができる。一方、第一ビード１２１及び第二ビード１２２の平面視での形状、及び溶け込み深さ等を最適化することにより、溶接割れを一層効果的に抑制することができる。以下に、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１の好ましい態様について説明する。

（第二ビード１２２の長さＬ２）
重ねレーザ溶接継手１の少なくとも片面において、第二ビード１２２の中心軸１２２Ｘに沿った長さＬ２が、第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘに沿った長さＬ１未満であることが好ましい。また、重ねレーザ溶接継手１の少なくとも片面において、第二ビード１２２の中心軸１２２Ｘに沿った長さＬ２が、１２．０ｍｍ以下、８．０ｍｍ以下、又は５．０ｍｍ以下であることが一層好ましい。これにより、クレータ１２０が第二ビード１２２の終端部に形成されることを一層抑制し、第二ビード１２２の溶接割れＣを一層効果的に抑制することができる。

（第一ビード１２１の溶け込み深さＤ１、及び第二ビード１２２の溶け込み深さＤ２） 第二ビード１２２は溶接割れの抑制のために設けられるものであり、複数の金属板１１の接合を目的とするものではない。従って、第二ビード１２２の溶け込み深さＤ２は小さくてもよい。例えば、第一ビード１２１及び第二ビード１２２が重なった部分の断面図である図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、第二ビード１２２の溶け込み深さＤ２が、第一ビード１２１の溶け込み深さＤ１未満であってもよい。一般に、レーザ溶接ビードの溶け込み深さは、レーザ溶接の際の入熱量に比例する。また、レーザ溶接部１２のクレータ１２０の深さは、レーザ溶接部１２の入熱量に比例する。ビードの溶け込み深さが小さく、入熱量が小さい程、クレータ１２０深さが小さい。従って、第一ビード１２１を形成する第一レーザ溶接時の出力に対する第二ビード１２２を形成する第二レーザ溶接時の出力の比である、レーザ出力比を小さくすることで、第二ビード１２２の溶け込み深さＤ２を第一ビード１２１の溶け込み深さＤ１よりも小さくし、第二ビード１２２とともに形成されるクレータ１２０の深さを小さくして、溶接割れを一層効果的に防止することができる。

図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、レーザ溶接部１２の第二ビード１２２が、重ねレーザ溶接継手１の片面のみに存在してもよい。上述の通り、第二ビード１２２の溶け込み深さＤ２を小さくするほど、第二ビード１２２の最終凝固部に生じるクレータ１２０の深さを小さくすることができるからである。また、図７Ｂに示されるように、第二ビード１２２の溶け込み深さＤ２を一層小さくして、第二ビード１２２が設けられた金属板１１の板厚未満となるようにしてもよい。即ち、第二ビード１２２によって貫通される金属板１１が０枚であってもよい。上述の通り、第二ビード１２２は、複数の金属板１１を接合する必要がないからである。

クレータ１２０を小さくできることから、第一ビード１２１の溶け込み深さＤ１は小さいことが好ましい。第一ビード１２１を形成する際の入熱を抑制することによって、クレータ１２０の影響を一層緩和することもできる。そのため、図７Ｂに示されるように、第一ビード１２１及び第二ビード１２２を含む、レーザ溶接部１２全体が、重ねレーザ溶接継手１の片面のみに存在してもよい。

溶け込み深さＤ１は、板隙Ｇと同様に、第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘと第二ビード１２２の外縁との交点Ｐを通り、且つ第一ビードの中心軸１２１Ｘに垂直な仮想線ＶＬに沿って切断した断面を、エッチングし、光学顕微鏡で観察することで測定すればよい。溶け込み深さＤ２は、第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘに沿って切断した断面を、同様に、エッチングし、光学顕微鏡で観察することで測定すればよい。

第一ビード１２１の終端部には第二ビード１２２が設けられるが、第一ビード１２１の始端部１２１Ｓの形状は特に限定されない。一般的に、レーザ溶接ビードの始端部にはクレータ１２０が生じない。そのため、レーザ溶接ビードの始端部は溶接割れの起点とはならない。製造効率を一層向上させるために、第一ビード１２１の始端部１２１Ｓは溶接したままの状態とし、追加のビードを設けないことが好ましい。

次に、本発明の別の態様に係る自動車車体用構造部材について説明する。本発明の別の態様に係る自動車車体用構造部材は、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手を含む。自動車車体用構造部材とは、例えば、Ａピラー、Ｂピラー、ルーフレール、サイドシル、フロアクロスメンバー、バンパー、クラッシュボックス、インパネリンフォース、シートフレーム、バッテリーケースである。これら部材のフランジ部などに、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手を適用することにより、生産性に優れ、且つ、溶接割れの発生が抑制された自動車車体用構造部材を得ることができる。

次に、本発明の別の態様に係る重ねレーザ溶接継手の製造方法について説明する。この製造方法によれば、上述した本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１を好適に製造することができる。ただし、以下に説明する製造方法以外の方法で得られた重ねレーザ溶接継手であっても、上述の要件を満たすのであれば、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１とみなされる。

本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手の製造方法は、
（Ｓ１）重ね合わせられた複数の金属板１１に第一レーザ溶接をして、複数の金属板１１を接合する第一ビード１２１を形成する工程と、
（Ｓ２）前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも一方の表面の前記金属板１１に第二レーザ溶接をして、第二ビード１２２を形成する工程と
を備える。これにより、重ねレーザ溶接継手１は、第一ビード１２１及び第二ビード１２２を有するレーザ溶接部１２を有する。ここで、複数の金属板１１の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の金属板１１の厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔを０～１５％とする。さらに、重ねレーザ溶接継手１の少なくとも片面において、第二ビード１２２を、第一ビード１２１の終端に設け、第二ビード１２２を、第一ビード１２１の幅方向に垂直な中心軸１２１Ｘに対して両側に延在させ、第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘと第二ビード１２２の外縁との交点Ｐを通り且つ第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘに垂直な仮想線ＶＬと、第二ビード１２２の幅方向に垂直な中心軸１２２Ｘとのなす角度のうち小さい角度である第二ビード１２２の有効角度θ１、θ２を、第一ビード１２１の両側それぞれにおいて４０度以下とし、第二ビード１２２の中心軸１２２Ｘに沿った長さＬ２と、第二ビード１２２の中心軸１２２Ｘに対する幅Ｗ２との比率Ｌ２／Ｗ２を２．０以上とし、レーザ溶接部１２には、クレータ１２０を一つのみ存在させ、クレータ１２０を第二ビード１２２に存在させ、クレータ１２０の最深部を、第一ビード１２１の両縁の延長線１２１Ｅの間に存在させる。

まず、複数の金属板１１に第一レーザ溶接をして、複数の金属板１１を接合する第一ビード１２１を形成する。その後、第一ビード１２１の終端に第二レーザ溶接をして、第二ビードを形成する。この際、複数の金属板１１の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の金属板１１の厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔ、第二ビード１２２の有効角度、第二ビード１２２のアスペクト比、及び第二ビード１２２に形成されるクレータ１２０の数及び位置を、上述の所定範囲内とする。その理由は、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１に関して説明した通りである。

第一レーザ溶接及び第二レーザ溶接は、図９Ａに示されるように連続的に行われてもよいし、図９Ｂに示されるように断続的に行われてもよい。具体的には、図９Ａに示される方法では、第一レーザ溶接の開始から第二レーザ溶接の終了まで、レーザＬＺ照射を連続的に行い、停止時間を設けない。一方、図９Ｂに示される方法では、第一ビード１２１の形成が完了した時点でレーザＬＺの照射を停止する。そしてレーザ照射軸ＬＸの先端を、第二ビード１２２の上端または下端に対応する狙い位置まで移動させてから、第二レーザ溶接を開始する。いずれの方法によっても、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手１を製造することができる。なお、図９Ｂに示される方法で継手を製造する場合においては、第一レーザ溶接を終了してから第二レーザ溶接を開始するまでの間に停止時間を設けてもよいが、作業効率の観点から、当該停止時間を６０秒以下、５０秒以下、３０秒以下、又は１０秒以下としてもよい。

レーザ溶接部１２の形状を上述の所定範囲内とするための方法は、特に限定されない。例えば第二ビード１２２の有効角度は、レーザＬＺ照射位置を制御することにより、容易に変更可能である。また、第二ビード１２２のアスペクト比は、例えばレーザ溶接における入熱量及び溶接速度等を介して、制御することができる。

レーザ溶接部１２にクレータ１２０を一つのみ存在させ、クレータ１２０を第二ビード１２２に存在させ、且つ、クレータ１２０の最深部を、第一ビード１２１の両縁の延長線１２１Ｅの間に存在させる手段は特に限定されない。例えば、第二ビード１２２を形成するための第二レーザ溶接の終了位置を制御することにより、クレータ１２０の数及び位置を制御することができる。具体的には、第一ビード１２１と第二ビード１２２とが重なる箇所において第二レーザ溶接を終了させることが好ましい。例えば、図９Ａ及び図９Ｂに示される第二レーザ溶接の例においては、所定形状の第二ビード１２２を形成した後で、第一ビード１２１と第二ビード１２２とが重なる箇所までレーザＬＺを戻している。これにより、第一ビード１２１と第二ビード１２２とが重なる箇所において第二レーザ溶接を終了させている。

第一ビード１２１と第二ビード１２２とが重なる箇所において第二レーザ溶接を終了させることにより、第二ビード１２２の最終凝固部が、第一ビード１２１と第二ビード１２２とが重なる箇所となる。その結果、第一ビード１２１の終端と第二ビード１２２とが重なる箇所にクレータ１２０が形成され、クレータ１２０の最深部が第一ビード１２１の両縁の延長線１２１Ｅの間に存在する。また、第一ビード１２１にクレータ１２０が形成されていたとしても、第一ビード１２１と第二ビード１２２とが重なる箇所において第二レーザ溶接を終了させることにより、第一ビード１２１のクレータ１２０を第二ビード１２２のクレータ１２０によって上書きして、クレータ１２０の数を１つにすることができる。

一方、第二レーザ溶接を、第一ビード１２１と第二ビード１２２とが重なる箇所以外で終了させてもよい。第一ビード１２１と第二ビード１２２とが重なる領域では蓄熱量が多いので、冷却及び凝固が遅延する。そのため、第二ビード１２２の長さＬ２が小さければ、具体的には、第二ビード１２２の長さＬ２が５ｍｍ以下であれば、第一ビード１２１と第二ビード１２２とが重なる領域が最終凝固部となり、ここにクレータ１２０が形成されることとなる。ただし、第二ビード１２２の長さＬ２が大きい、具体的には、第二ビード１２２の長さＬ２が５ｍｍ超の場合は、この限りではなく、クレータ１２０が第二ビード１２２の端部に形成されたり、当該領域及び第一ビード１２１と第二ビード１２２とが重なる領域の両方に形成されたりする。

なお、重ねレーザ溶接継手１に関して説明した好ましい態様を、重ねレーザ溶接継手１の製造方法に適用することもできる。

ここまで、実施形態を挙げて、重ねレーザ溶接継手、自動車車体用構造部材、及び重ねレーザ溶接継手の製造方法を説明した。ただし、本発明の技術的範囲は上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

＜重ねレーザ溶接継手（重ね隅肉継手）１Ａ＞
例えば、本実施形態に係る重ねレーザ溶接継手は、重ね隅肉継手であってもよい。重ね隅肉継手１Ａは、例えば、図１０に示すように、複数の金属板１１のうちの、最表層に配された金属板１１である第一の金属板１１Ａの端面と、第一の金属板１１Ａと重ね合わされた第二の金属板１１Ｂの表面とが、第一ビード１２１Ａにより接合されている。

重ね隅肉継手１Ａは、第一ビード１２１Ａが第一の金属板１１Ａの端面と、第二の金属板１１Ｂの表面と、を接合していること以外は、上述した重ねレーザ溶接継手１と基本的に同様である。したがって、重ね隅肉継手１Ａは、重ね合わされた複数の金属板１１と、複数の金属板１１を接合するレーザ溶接部と、を備える重ね隅肉継手であって、複数の金属板１１の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の金属板１１の厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔが０～１５％であり、重ね隅肉継手１Ａの少なくとも片面において、レーザ溶接部は、複数の金属板１１を接合する第一ビード１２１Ａと、第一ビード１２１Ａの終端に設けられた第二ビード１２２Ａとを有し、第二ビード１２２Ａは、第一ビード１２１Ａの幅方向に垂直な中心軸１２１ＡＸに対して両側に延在し、第一ビード１２１Ａの中心軸１２１ＡＸと第二ビード１２２Ａの外縁との交点Ｐを通り且つ第一ビード１２１Ａの中心軸１２１ＡＸに垂直な仮想線ＶＬと、第二ビード１２２Ａの幅方向に垂直な中心軸１２２ＡＸとのなす角度のうち小さい角度である第二ビードの有効角度が、第一ビード１２１Ａの両側それぞれにおいて４０度以下であり、第二ビード１２２Ａの中心軸１２２ＡＸに沿った長さＬ２と、第二ビード１２２Ａの中心軸１２２ＡＸに対する幅Ｗ２との比率Ｌ２／Ｗ２が２．０以上であり、レーザ溶接部には、クレータ１２０Ａが一つのみ存在し、クレータ１２０Ａは第二ビード１２２Ａに存在し、クレータ１２０Ａの最深部は、第一ビード１２１Ａの両縁の延長線１２１ＡＥの間に存在する。

（第一ビード１２１Ａ）
第一ビード１２１Ａは、複数の金属板１１のうちの、第一の金属板１１Ａの端面と、第二の金属板１１Ｂの表面と、が接合され、線状に延在する隅肉レーザ溶接部である。第一ビード１２１Ａの形状については、線状であれば、特に限定されない。第一ビード１２１Ａは、例えば、第一の金属板１１Ａの端面に沿った形状である。第一ビード１２１Ａは、複数の金属板１１のうちの、第一の金属板１１Ａの端面と、第二の金属板１１Ｂの表面とを少なくとも接合しているが、複数の金属板１１を接合するために、全ての金属板１１に跨るように板厚方向に延在していてもよい。また、第一ビード１２１Ａが全ての金属板１１を貫通している必要はなく、第一ビード１２１Ａが重ねレーザ溶接継手の片面にのみ形成されていてもよい。

重ね隅肉継手１Ａにおいても少なくとも重ね隅肉継手１Ａの片面において、（Ａ）第二ビード１２２Ａの有効角度、（Ｂ）第二ビード１２２のアスペクト比、及び（Ｃ）第二ビード１２２に形成されるクレータ１２０の数及び位置を制御することで、第二ビード１２２Ａによる溶接割れ防止効果を得ることができる。

（複数の金属板１１の隙間Ｇ）
重ね隅肉継手１Ａにおける金属板１１の間の隙間の大きさは、基本的には既に説明した方法と同様の方法で測定する。ただし、第一の金属板１１Ａと第二の金属板１１Ｂとの隙間の大きさは、図１１に示されるように、断面における第一の金属板１１Ａと第二の金属板１１Ｂとが重なった側の第一ビード１２１Ａの端部において測定する。

重ね隅肉継手１Ａの製造方法は、第一ビードを形成する工程において、複数の金属板１１のうちの最表面に配された第一の金属板１１Ａの端面と、第一の金属板１１Ａと重ね合わされた第二の金属板１１Ｂの表面と、を少なくとも接合する点で、レーザ溶接継手１の製造方法とは異なるが、他の工程はレーザ溶接継手１の製造方法と同様である。したがって、重ね隅肉継手１Ａの製造方法は、重ね合わせられた複数の金属板１１のうちの最表面に配された第一の金属板１１Ａの端面と、第一の金属板１１Ａと重ね合わされた第二の金属板１１Ｂの表面とに第一レーザ溶接をして、複数の金属板１０を接合する第一ビードを形成する工程と、第一の金属板１１Ａ及び第二の金属板１１Ｂに第二レーザ溶接をして、第二ビード１２２Ａを形成する工程とを備える。
重ね隅肉継手１Ａは、第一ビード１２１Ａ及び第二ビード１２２Ａを有するレーザ溶接部を有する。また、複数の金属板１１の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の金属板１１の厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔを０～１５％とする。重ね隅肉継手１Ａの少なくとも片面において、第二ビード１２２Ａを、第一ビード１２１Ａの終端に設け、第二ビード１２２Ａを、第一ビード１２１Ａの幅方向に垂直な中心軸１２１ＡＸに対して両側に延在させ、第一ビード１２１Ａの中心軸１２１ＡＸと第二ビード１２２Ａの外縁との交点Ｐを通り且つ第一ビード１２１Ａの中心軸１２１ＡＸに垂直な仮想線ＶＬと、第二ビード１２２Ａの幅方向に垂直な中心軸１２２ＡＸとのなす角度のうち小さい角度である第二ビード１２２Ａの有効角度を、第一ビード１２１Ａの両側それぞれにおいて４０度以下とし、第二ビード１２２Ａの中心軸１２２ＡＸに沿った長さＬ２と、第二ビード１２２Ａの中心軸１２２ＡＸに対する幅Ｗ２との比率Ｌ２／Ｗ２を２．０以上とし、レーザ溶接部には、クレータ１２０Ａを一つのみ存在させ、クレータ１２０Ａは第二ビード１２２Ａに存在させ、クレータ１２０Ａの最深部を、第一ビード１２１Ａの両縁の延長線１２１ＡＥの間に存在させる。

実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。

［実施例１］
表１に記載の引張強さ、板厚、及び成分を有する鋼板を２枚重ね合わせて、種々の条件でレーザ溶接して、第一ビードを形成した。表１に示す成分以外の化学成分は、Ｆｅ及び不純物である。また、一部の例においては、第二レーザ溶接を行って、第一ビードの終端部に第二ビードを形成した。第二ビードの中心軸に沿った長さＬ２が５．０ｍｍ超の場合には、第二ビードを形成した後で、第一ビードと第二ビードとが重なる箇所までレーザを戻し、第一ビードと第二ビードとが重なる箇所において第二レーザ溶接を終了させた。これにより得られた種々の重ねレーザ溶接継手における溶接割れの有無を確認した。レーザ溶接部の形状及び評価結果を表２に示す。表２において、発明範囲外の値には下線を付した。

なお、表２に記載された鋼板同士の隙間の大きさは、鋼板の間にスペーサーを挟むことによって制御した。表２に記載の「板隙Ｇ」は、第一ビード１２１の中心軸１２１Ｘと第二ビード１２２の外縁との交点Ｐを通り、且つ第一ビードの中心軸１２１Ｘに垂直な仮想線ＶＬに沿って切断した断面において測定された値である。測定方法は、上述の方法とした。

表２に記載の「溶接部形状」とは、重ねレーザ溶接継手を平面視したときの溶接部形状のことである。「直線」とは、例えば図４に示されるような、第一ビード及び第二ビードが同じ方向に延在する溶接部形状のことである。「Ｔ字」とは、例えば図１、図１２、及び図１３に示されるようなＴ形状のことである。なお、図１２はＮｏ．５の重ねレーザ溶接継手の写真であり、図１３はＮｏ．１７の重ねレーザ溶接継手の写真である。「Ｙ字」とは、第二ビード１２２が第一ビード１２１の始端部と反対の方向に傾いた形状のことであり、例えば図３及び図１４に示されるようなＹ形状のことである。なお、図１４はＮｏ．２６の重ねレーザ溶接継手の写真である。「イ字」とは、例えば図２に示されるようなイ形状のことである。「矢印」とは、第二ビード１２２が第一ビード１２１の始端部に向かって傾いた形状のことである。

表２に記載の「レーザ出力比」とは、第一レーザ溶接時のレーザ出力に対する、第二レーザ溶接時のレーザ出力の比である。

表２に記載の「貫通程度」とは、レーザ照射側と反対側における、第一ビードの状態を意味する。鋼板が第一ビードによって接合されているが、レーザ照射側と反対側の継手表面に第一ビードが形成されていない場合、この列に「部分」と記載し、鋼板が第一ビードによって接合されており、さらにレーザ照射側と反対側の継手表面に第一ビードが形成されている場合、この列に「完全」と記載した。

割れ評価は、同一条件で３つの試験片を作製し、これら試験片に生じた溶接割れの数を求めることによって評価した。

表２には、割れが生じなかった試験片の個数を分子として記載し、試験片の個数「３」を分母として記載した。全ての試験片で溶接割れが生じた例に関しては、耐溶接割れ性を「×」と評価し、全ての試験片で溶接割れが生じなかった例に関しては、耐溶接割れ性を「〇」と評価し、一部の試験片で溶接割れが生じた例に関しては、耐溶接割れ性を「△」と評価した。「〇」又は「△」と評価された例を、耐溶接割れ性に優れた例と評価した。

Ｎｏ．１及びＮｏ．２の比較例は、第二ビードが形成されていたものの、溶接部の形状が直線状であり、第二ビードの有効角度が不適切であった。そのため、Ｎｏ．１及びＮｏ．２の比較例では溶接割れを抑制することができなかった。

Ｎｏ．３～６の比較例は、第二ビードが形成されていたものの、第二ビードのアスペクト比Ｌ２／Ｗ２が不足していた。そのため、Ｎｏ．３～６の比較例では溶接割れを抑制することができなかった。

Ｎｏ．１１、１２、１５、１６、２１、及び２２の比較例は、板隙Ｇが０．６ｍｍであり、これら比較例のＧ／Ｔは１８．８％であった。そのため、Ｎｏ．１１、１２、１５、１６、２１、及び２２の比較例では溶接割れを抑制することができなかった。

Ｎｏ．２３、２４、２７、２８、３１、３２の比較例は、第二ビードの有効角度が不適切であった。そのため、これらの比較例では、第二ビードによる割れ抑制効果が得られず、溶接割れを抑制することができなかった。

一方、Ｌ２／Ｗ２、角度θ１、角度θ２、及びＧ／Ｔの全てが適切であった発明例は、「〇」又は「△」と評価され、耐溶接割れ性に優れた。

［実施例２］
表３に記載の引張強さ、板厚、及び成分を有する鋼板Ａ～Ｃを２枚重ね合わせて、最表層に配された第一の金属板の端面と、第一の金属板と重ね合わされた第二の金属板の表面と、を種々の条件でレーザ溶接して、第一ビードを形成した。表３に示す成分以外の化学成分は、Ｆｅ及び不純物である。また、一部の例においては、第二レーザ溶接を行って、第一ビードの終端部に第二ビードを形成した。第二ビードの中心軸に沿った長さＬ２が５．０ｍｍ超の場合には、第二ビードを形成した後で、第一ビードと第二ビードとが重なる箇所までレーザを戻し、第一ビードと第二ビードとが重なる箇所において第二レーザ溶接を終了させた。これにより得られた種々の重ねレーザ溶接継手における溶接割れの有無を確認した。レーザ溶接部の形状及び評価結果を表４に示す。表４において、発明範囲外の値には下線を付した。

なお、表４に記載された鋼板同士の隙間の大きさは、鋼板の間にスペーサーを挟むことによって制御した。表４に記載の「板隙Ｇ」は、第一ビードの中心軸と第二ビードの外縁との交点Ｐを通り、且つ第一ビードの中心軸に垂直な仮想線に沿って切断した断面において測定された値である。測定方法は、上述の方法とした。

表４に記載の「溶接部形状」における「Ｔ字」とは、例えば図１５に示されるようなＴ形状のことである。なお、図１５はＮｏ．４４の重ね隅肉溶接継手の写真であり、図１５における上板は第一の金属板に対応し、下板は第二の金属板に対応する。また、表４における、「直線」、「Ｙ字」、「イ字」、及び「矢印」は、第一の金属板及び第二の金属板に亘って形成された実施例１と同様の形状である。

表４中の「貫通程度」は、実施例１と同様の基準に従って記載した。また、割れ評価を、実施例１と同様の基準で評価した。

Ｎｏ．３５の比較例は、第二ビードが形成されていたものの、溶接部の形状が直線状であり、第二ビードの有効角度が不適切であった。また、第二ビードのアスペクト比Ｌ２／Ｗ２が不足していた。そのため、Ｎｏ．３５の比較例では溶接割れを抑制することができなかった。

Ｎｏ．３６及びＮｏ．３７の比較例は、第二ビードが形成されていたものの、第二ビードのアスペクト比Ｌ２／Ｗ２が不足していた。そのため、Ｎｏ．３６及びＮｏ．３７の比較例では溶接割れを抑制することができなかった。

Ｎｏ．４３、４５、及び４８の比較例は、板隙Ｇが０．６ｍｍであり、これら比較例のＧ／Ｔは１８．８％であった。そのため、Ｎｏ．４３、４５、及び４８の比較例では溶接割れを抑制することができなかった。

Ｎｏ．４９、５１、及び５３の比較例は、第二ビードの有効角度が不適切であった。そのため、これらの比較例では、第二ビードによる割れ抑制効果が得られず、溶接割れを抑制することができなかった。

一方、Ｌ２／Ｗ２、角度θ１、角度θ２、及びＧ／Ｔの全てが適切であった発明例は、鋼種Ａ～Ｃのいずれであっても「〇」又は「△」と評価され、耐溶接割れ性に優れた。

１ 重ねレーザ溶接継手
１Ａ 重ねレーザ溶接継手（重ね隅肉継手）
１１、１１Ａ、１１Ｂ 金属板
１２、１２Ａ レーザ溶接部
１２０、１２０Ａ クレータ
１２１、１２１Ａ 第一ビード
１２１Ｘ、１２１ＡＸ 第一ビードの中心軸
１２１Ｓ、１２１ＡＳ 第一ビードの始端部
１２１Ｅ、１２１ＡＥ 第一ビードの両縁の延長線
１２２、１２２Ａ 第二ビード
１２２Ｘ、１２２ＡＸ 第二ビードの中心軸
Ｐ 第一ビードの中心軸と第二ビードの外縁との交点
ＶＬ 交点Ｐを通り、且つ第一ビードの中心軸に垂直な仮想線
θ１、θ２ 第二ビードの有効角度
Ｌ１ 第一ビードの中心軸に沿った長さ
Ｌ２ 第二ビードの中心軸に沿った長さ
Ｗ１ 第一ビードの中心軸に対する幅
Ｗ２ 第二ビードの中心軸に対する幅
ＬＺ レーザ
ＬＸ レーザ照射軸
Ｍ レーザ照射手段
Ｃ 溶接割れ

Claims (14)

1. 重ね合わされた複数の金属板と、
   複数の前記金属板を接合するレーザ溶接部と、
   を備える重ねレーザ溶接継手であって、
   複数の前記金属板の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の前記金属板の厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔが０～１５％であり、
   前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも片面において、
   前記レーザ溶接部は、複数の前記金属板を接合する第一ビードと、前記第一ビードの終端に設けられた第二ビードとを有し、
   前記第二ビードは、前記第一ビードの幅方向に垂直な中心軸に対して両側に延在し、 前記第一ビードの前記中心軸と前記第二ビードの外縁との交点を通り且つ前記第一ビードの前記中心軸に垂直な仮想線と、前記第二ビードの幅方向に垂直な中心軸とのなす角度のうち小さい角度である第二ビードの有効角度が、前記第一ビードの前記両側それぞれにおいて４０度以下であり、
   前記第二ビードの前記中心軸に沿った長さＬ２と、前記第二ビードの前記中心軸に対する幅Ｗ２との比率Ｌ２／Ｗ２が２．０以上であり、
   前記レーザ溶接部には、クレータが一つのみ存在し、
   前記クレータは前記第二ビードに存在し、
   前記クレータの最深部は、前記第一ビードの両縁の延長線の間に存在する
   重ねレーザ溶接継手。
2. 前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも前記片面において、
   前記第二ビードの前記中心軸に沿った長さＬ２が、前記第一ビードの中心軸に沿った長さＬ１未満である
   ことを特徴とする請求項１に記載の重ねレーザ溶接継手。
3. 前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも前記片面において、
   前記第二ビードの前記中心軸に沿った長さＬ２が１２．０ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の重ねレーザ溶接継手。
4. 前記第二ビードの溶け込み深さＤ２が、前記第一ビードの溶け込み深さＤ１未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の重ねレーザ溶接継手。
5. 前記第一ビードの始端には、追加のビードを設けないことを特徴とする請求項１又は２に記載の重ねレーザ溶接継手。
6. 前記レーザ溶接部が、前記重ねレーザ溶接継手の前記片面のみに存在することを特徴とする請求項１又は２に記載の重ねレーザ溶接継手。
7. 複数の前記金属板が、複数の鋼板であり、
   複数の前記鋼板のうち１枚以上の化学組成が、
   Ｃ：０．０５～０．５ｍａｓｓ％、
   Ｓｉ：０．１～３．５ｍａｓｓ％、
   Ｍｎ：０．１～５．５ｍａｓｓ％、及び
   Ｐ及びＳ：合計０．０３ｍａｓｓ％以下
   を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の重ねレーザ溶接継手。
8. 複数の前記金属板が、複数の鋼板であり、
   複数の前記鋼板のうち１枚以上の引張強さが９８０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の重ねレーザ溶接継手。
9. 前記重ねレーザ溶接継手が、重ね隅肉継手である、請求項１又は２に記載の重ねレーザ溶接継手。
10. 請求項１又は２に記載の重ねレーザ溶接継手を備える自動車車体用構造部材。
11. 重ね合わせられた複数の金属板に第一レーザ溶接をして、複数の前記金属板を接合する第一ビードを形成する工程と、
    前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも一方の表面の前記金属板に第二レーザ溶接をして、第二ビードを形成する工程と
    を備える重ねレーザ溶接継手の製造方法であって、
    前記重ねレーザ溶接継手は、前記第一ビード及び前記第二ビードを有するレーザ溶接部を有し、
    複数の前記金属板の隙間の厚さの合計値Ｇと、複数の前記金属板の厚さの合計値Ｔとの比率Ｇ／Ｔを０～１５％とし、
    前記重ねレーザ溶接継手の少なくとも片面において、
    前記第二ビードを、前記第一ビードの終端に設け、
    前記第二ビードを、前記第一ビードの幅方向に垂直な中心軸に対して両側に延在させ、 前記第一ビードの前記中心軸と前記第二ビードの外縁との交点を通り且つ前記第一ビードの前記中心軸に垂直な仮想線と、前記第二ビードの幅方向に垂直な中心軸とのなす角度のうち小さい角度である第二ビードの有効角度を、前記第一ビードの前記両側それぞれにおいて４０度以下とし、
    前記第二ビードの前記中心軸に沿った長さＬ２と、前記第二ビードの前記中心軸に対する幅Ｗ２との比率Ｌ２／Ｗ２を２．０以上とし、
    前記レーザ溶接部には、クレータを一つのみ存在させ、
    前記クレータは前記第二ビードに存在させ、
    前記クレータの最深部を、前記第一ビードの両縁の延長線の間に存在させる
    重ねレーザ溶接継手の製造方法。
12. 前記第一レーザ溶接の開始から、前記第二レーザ溶接の終了まで、レーザ照射を連続的に行うことを特徴とする請求項１１に記載の重ねレーザ溶接継手の製造方法。
13. 前記第二レーザ溶接を、前記第一ビードの前記終端と前記第二ビードとが重なる箇所において終了させることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の重ねレーザ溶接継手の製造方法。
14. 前記重ねレーザ溶接継手が重ね隅肉継手である、請求項１１又は１２に記載の重ねレーザ溶接継手の製造方法。

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