JP2023169769A - レーザ溶接継手及びレーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ビードの終端領域の凹みが防止されるレーザ溶接継手及びレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】レーザ溶接継手Ｓ１は、第一経路Ｒ１に沿って形成された第一ビード１０と、第二経路Ｒ２に沿って形成された第二ビード２０と、を含む。ここで、第二ビード２０は、当該第二ビード２０の側方部２０Ｓが第一ビード１０の終端領域１０Ａと重なるように形成される。また、第二経路Ｒ２の始点は第一経路Ｒ１の終点と異なる位置である。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ溶接継手及びレーザ溶接方法に関する。

特許文献１には、溶接ビードの終端領域の凹みを低減するために、所定区間に亘る順方向のレーザ走査の終端で走査方向を反転させ、かつ順方向のレーザ走査と溶接ビードの一部が相互に重なるようにずらして逆方向のレーザ走査を行うレーザ溶接方法が開示されている。

特開２０１２－１３５７９４号公報

上記方法では、順方向のレーザ走査の終端で折り返すこととなる結果、当該終端での照射時間が長くなりやすい。そのため、当該終端での入熱が大きくなり、母材が過剰に溶けて、結局、溶接ビードの凹みが発生しまうおそれがある。

本発明は上記事実を考慮し、溶接ビードの終端領域の凹みが防止されるレーザ溶接継手及びレーザ溶接方法を提供することを目的とする。

第１の態様のレーザ溶接継手は、第一経路に沿って形成された第一ビードと、第二経路に沿って形成された第二ビードであって、当該第二ビードの側方部又は始端部が前記第一ビードの終端領域と重なるように形成され、かつ、前記第二経路の始点は前記第一経路の終点と異なる位置である前記第二ビードと、を含む。

この態様では、レーザ溶接継手は、第一経路に沿って形成された第一ビードと、第二経路に沿って形成された第二ビードと、を含む。
ここで、第二ビードは、当該第二ビードの側方部又は始端部が第一ビードの終端領域と重なるように形成される。レーザ照射による溶融金属は、走査方向に対して逆方向及び垂直な方向に流れる性質があるため、第二ビードをこのように形成することで、第一ビードの終端領域に形成された凹みを、第二ビードを形成する工程（第二照射工程）で流れる溶融金属で埋めることができる。
また、第二経路の始点は第一経路の終点と異なる位置である。つまり、第一経路の終点でレーザ照射を一旦停止し、第一経路の終点とは別の位置（第二経路の始点）からレーザ照射を再開するので、折返しによる過剰な入熱を抑制でき、それによる凹みの発生を抑制できる。

第２の態様のレーザ溶接継手は、第１の態様において、前記第二ビードは、前記第一ビードの終端領域に対して略垂直な方向に延び、前記第二ビードの始端部が、前記第一ビードの終端領域と重なる。

この態様では、第二ビードは、第一ビードの終端領域に対して略垂直な方向に延びる。そして、第二ビードの始端部が、第一ビードの終端領域と重なる。
溶融金属が流れる方向は、主として走査方向とは逆方向であるため、この態様によれば、効果的に穴埋めを行うことができる。
なお、ここでいう略垂直とは、９０度±１０度の範囲をいう。

第３の態様のレーザ溶接継手は、第１の態様において、前記第二ビードは、前記第一ビードの終端領域に対して略平行な方向に延び、前記第二ビードの側方部が、前記第一ビードの終端領域と重なる。

この態様では、第二ビードは、第一ビードの終端領域に対して略平行な方向に延びる。そして、第二ビードの側方部が、第一ビードの終端領域と重なる。
溶融金属は走査方向に対して垂直な方向にも流れるため、この態様によっても、穴埋めをすることができる。
なお、ここでいう略平行とは、０度±１０度の範囲をいう。

第４の態様のレーザ溶接継手は、第３の態様において、前記第二経路の走査方向は、前記第一経路の終点側へ向かう方向である。

この態様では、第二経路の走査方向は、第一経路の終点側へ向かう方向である。このため、第二経路の走査方向が第一経路の始点側へ向かう方向である態様と比較して、第一経路と第二経路の重なった部分の入熱状態を同等にできるため、当該重なった部分の溶接断面を同じにコントロールすることができる。

第５の態様のレーザ溶接継手は、第１～第４の何れかの態様において、前記第二ビードは、上板のみが溶融して下板が溶融しない条件で形成される。

この態様では、第二ビードは、上板のみが溶融して下板が溶融しない条件で形成される。このため、第二ビードを形成するためレーザ照射による溶け落ち等を防止できる。

第６の態様のレーザ溶接方法は、第一経路に沿ってレーザを照射し、第一ビードを形成する第一照射工程と、レーザを照射せずに、前記第一経路の終点から第二経路の始点まで照準を移動させる移動工程と、前記第二経路に沿ってレーザを照射し、第二ビードを形成する第二照射工程であって、当該第二照射工程による溶融金属の流れが前記第一ビードの終端領域に向かうように行われる前記第二照射工程と、を含む。

この態様のレーザ溶接方法によれば、第１の態様のレーザ溶接継手を製造することができる。

以上説明したように、本発明に係るレーザ溶接継手及びレーザ溶接方法では、溶接ビードの終端領域の凹みが防止される。

第１実施形態のレーザ溶接継手を示す平面図である。 第２実施形態のレーザ溶接継手を示す平面図である。 第二ビードの始端部、終端部及び側方部を説明するための図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接継手Ｓ１について説明する。

図１は、第１実施形態のレーザ溶接方法によって製造されたレーザ溶接継手Ｓ１を示す模式的な平面図（上板に垂直な方向から見た図）である。

レーザ溶接継手Ｓ１は、第一ビード１０と、第二ビード２０と、を備える。レーザ溶接継手Ｓ１は、例えば重ね継手であるが、Ｔ字貫通継手であってもよいし、他の継手であってもよい。

レーザ溶接方法は、第一照射工程と、移動工程と、第二照射工程と、を備える。

（第一照射工程）
第一照射工程は、第一経路Ｒ１に沿ってレーザを照射し、第一ビード１０を形成する工程である。
第一経路Ｒ１は、図示するように例えば直線状の経路であるが、これに限定されず、曲線状の経路であってもよい。第一照射工程でのレーザ照射は少なくとも上板を貫通する条件で行い、上板と下板とを接合する。

（移動工程）
移動工程は、レーザを照射せずに、第一経路Ｒ１の終点から第二経路Ｒ２の始点まで照準を移動させる工程である。なお、各図において第一経路Ｒ１及び第二経路Ｒ２を示す矢印のうち、黒丸部分が始点であり、アローヘッド部分が終点である。

本実施形態の移動工程は、幅方向移動工程と逆方向移動工程とから構成される。
幅方向移動工程は、照準を幅方向に移動させる工程である。ここでいう幅方向とは、第一ビード１０の終端領域１０Ａにおけるのビード幅方向を意味する。
逆方向移動工程は、照準を逆方向に移動させる工程である。ここでいう逆方向とは、第一ビード１０の終端領域１０Ａに沿う方向であって、第一照射工程における走査方向とは逆の方向を意味する。
本実施形態では、幅方向移動工程に次いで逆方向移動工程が行われる。但し、逆方向移動工程に次いで幅方向移動工程が行われてもよい。

（第二照射工程）
第二照射工程は、第二経路Ｒ２に沿ってレーザを照射し、第二ビード２０を形成する工程である。
本実施形態では、第二経路Ｒ２は、第一経路Ｒ１の終点付近に対して幅方向にズレた位置において、第一経路Ｒ１の終点付近と平行な経路である。レーザの照射による溶融金属は、走査方向に対して逆方向及び垂直な方向に流れる。このため、第二照射工程による溶融金属のうち走査方向に対して垂直な方向に流れる溶融金属により、第一ビード１０の終端領域１０Ａの凹みを埋めることができる。このような第二照射工程が行われた結果、図１に示すように、第二ビード２０の側方部２０Ｓ（図３参照）が、第一ビード１０の終端領域１０Ａと重なる状態となる。

第二経路Ｒ２の始点は、第一ビード１０の終端領域１０Ａに形成される凹み１５に対応する位置よりも遡った位置である。これにより、走査方向に対して垂直な方向に流れる溶融金属によって、凹み１５を適切に埋めることができる。なお、凹み１５の位置は、凹み１５が生じると予想される位置であってもよいし、センサ等により凹み１５を検知した位置であってもよい。

第二照射工程は、上板のみが溶融して下板が溶融しない条件で行われることが好ましい。第二照射工程は、第一ビード１０の終端領域１０Ａに形成される凹み１５を、当該第二照射工程による溶融金属の流れにより埋めることを主な目的とする工程だからである。

第二ビード２０は、第一ビード１０の終端領域１０Ａを処理するために形成するものなので、第二経路Ｒ２の長さは、第一経路Ｒ１よりも短い。第二経路Ｒ２の長さは、特に限定されないが、例えば２～３ｍｍである。

＜作用効果＞
次に、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態では、レーザ溶接継手Ｓ１は、第一経路Ｒ１に沿って形成された第一ビード１０と、第二経路Ｒ２に沿って形成された第二ビード２０と、を含む。
ここで、第二ビード２０は、当該第二ビード２０の側方部２０Ｓが第一ビード１０の終端領域１０Ａと重なるように形成される。レーザの照射による溶融金属は、走査方向に対して垂直な方向又は逆方向に流れる性質があるため、第二ビードをこのように形成することで、第一ビード１０の終端領域１０Ａに形成された凹み１５を第二照射工程により埋めることができる。
また、第二経路Ｒ２の始点は第一経路Ｒ１の終点と異なる位置である。つまり、第一経路Ｒ１の終点でレーザ照射を一旦停止し、第一経路Ｒ１の終点とは別の位置（第二経路Ｒ２の始点）からレーザ照射を再開するので、折返しによる過剰な入熱を抑制でき、それによる凹みの発生を抑制できる。

また、本実施形態では、第二ビード２０は、第一ビード１０の終端領域１０Ａに対して平行な方向に延びる。そして、第二ビード２０の側方部２０Ｓが、第一ビード１０の終端領域１０Ａと重なる。
溶融金属は走査方向に対して逆方向だけでなく垂直な方向にも流れるため、このように第二ビード２０を形成することで穴埋めをすることができる。

また、本実施形態では、第二経路Ｒ２の走査方向は、第一経路Ｒ１の終点側へ向かう方向である。このため、第二経路Ｒ２の走査方向が第一経路の始点側へ向かう方向である態様と比較して、第一経路Ｒ１と第二経路Ｒ２の重なった部分の入熱状態を同等にできるため、当該重なった部分の溶接断面を同じにコントロールすることができる。

また、本実施形態では、第二ビード２０は、上板のみが溶融して下板が溶融しない条件で形成される。このため、第二ビード２０を形成するためレーザ照射（第二照射工程でのレーザ照射）による溶け落ち等を防止できる。

〔第２実施形態〕
次に、図２を参照して、本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接継手Ｓ２について説明する。

図２は、第２実施形態のレーザ溶接方法によって製造されたレーザ溶接継手Ｓ２を示す模式的な平面図（上板に垂直な方向から見た図）である。

第２実施形態のレーザ溶接継手Ｓ２は、第１実施形態と同様に、第一ビード１０と第二ビード２０とを備えるが、主に第二ビード２０の構成が第１実施形態とは異なる。
第２実施形態のレーザ溶接方法は、第１実施形態と同様に、第一照射工程と、移動工程と、第二照射工程と、を備えるが、主に、第二照射工程において第１実施形態とは異なる。

第２実施形態では、第二照射工程における第二経路Ｒ２は、第一経路Ｒ１の終点付近に対して幅方向にズレた位置を始点とする経路であって、第一経路Ｒ１の終点付近と垂直な経路である。レーザの照射による溶融金属は、レーザの進行方向に対して逆方向及び垂直な方向に流れる。このため、第二照射工程による溶融金属のうち走査方向に対して逆方向に流れる溶融金属により、第一ビード１０の終端領域１０Ａの凹みを埋めることができる。このような第二照射工程が行われた結果、図１に示すように、第二ビード２０の始端部２０Ａ（図３参照）が、第一ビード１０の終端領域１０Ａと重なる状態となる。

第二経路Ｒ２の始点は、第一ビード１０の終端領域１０Ａに形成される凹み１５に対応する位置まで遡った位置である。これにより、走査方向に対して逆方向に流れる溶融金属によって、凹み１５を適切に埋めることができる。

＜作用効果＞
第２実施形態のレーザ溶接継手Ｓ２では、第二ビード２０は、第一ビード１０の終端領域１０Ａに対して垂直な方向に延びる。そして、第二ビードの始端部２０Ａが、第一ビードの終端領域１０Ａと重なる。
溶融金属が流れる方向は、主として走査方向とは逆方向であるため、第１実施形態と比較して、より効果的に穴埋めを行うことができる。

（補足説明）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態には限定されない。以下、念のため補足する。

上記実施形態では、レーザ溶接方法として、上板及び下板の２枚の板を接合する方法を説明した。しかし、本開示のレーザ溶接方法は、これに限定されず、３枚以上の板を接合する方法であってもよい。

上記実施形態では、移動工程が、幅方向移動工程と逆方向移動工程とから構成される例を説明した。しかし、本開示の移動工程は、これに限定されず、例えば幅方向かつ逆方向の斜め方向に照準を移動させる工程であってもよい。

上記第１実施形態では、第二照射工程の走査方向が、第一経路Ｒ１の終点側へ向かう方向である例を説明したが、本開示の第二照射工程の走査方向は、これとは逆方向であってもよい。つまり、第二経路Ｒ２の始点と終点とが逆の関係であってもよい。

なお、本発明のレーザ溶接方法により接合する板材の板厚は特に限定されない。但し、本発明によれば、溶接ビードの終端領域での凹みによる接合強度の低下を抑制することができるので、薄板同士（例えば板厚２.０ｍｍ以下、更に言うと板厚１．２ｍｍ以下）の溶接に用いることができる。

Ｓ１、Ｓ２ レーザ溶接継手
１０ 第一ビード
１０Ａ 終端領域
２０ 第二ビード
２０Ａ 始端部
２０Ｓ 側方部
Ｒ１ 第一経路
Ｒ２ 第二経路

Claims (6)

1. 第一経路に沿って形成された第一ビードと、
   第二経路に沿って形成された第二ビードであって、当該第二ビードの側方部又は始端部が前記第一ビードの終端領域と重なるように形成され、かつ、前記第二経路の始点は前記第一経路の終点と異なる位置である前記第二ビードと、
   を含むレーザ溶接継手。
2. 前記第二ビードは、前記第一ビードの終端領域に対して略垂直な方向に延び、
   前記第二ビードの始端部が、前記第一ビードの終端領域と重なる、
   請求項１に記載のレーザ溶接継手。
3. 前記第二ビードは、前記第一ビードの終端領域に対して略平行な方向に延び、
   前記第二ビードの側方部が、前記第一ビードの終端領域と重なる、
   請求項１に記載のレーザ溶接継手。
4. 前記第二経路の走査方向は、前記第一経路の終点側へ向かう方向である、
   請求項３に記載のレーザ溶接継手。
5. 前記第二ビードは、上板のみが溶融して下板が溶融しない条件で形成される、
   請求項１又は請求項２に記載のレーザ溶接継手。
6. 第一経路に沿ってレーザを照射し、第一ビードを形成する第一照射工程と、
   レーザを照射せずに、前記第一経路の終点から第二経路の始点まで照準を移動させる移動工程と、
   前記第二経路に沿ってレーザを照射し、第二ビードを形成する第二照射工程であって、当該第二照射工程による溶融金属の流れが前記第一ビードの終端領域に向かうように行われる前記第二照射工程と、
   を含むレーザ溶接方法。