JP3029392B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents

レーザ溶接方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接機から
被溶接物にレーザビームを照射して前記被溶接物を重ね
合わせ溶接するためのレーザ溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えば、自動車車体等の平板
材(被溶接物)を重ね合わせ溶接する際に、スポット溶
接が多用されている。この種のスポット溶接では、生産
タクトタイムの関係から、被溶接物に必要な全溶接点を
1工程で溶接することができず、仮止め工程と増打ち工
程とに分けて溶接する方法が行われている。
【0003】ところで、スポット溶接では、被溶接物の
板厚や溶接点の間隔による分流が溶接品質に大きく影響
してしまい、また、短時間に大電流を通電することによ
り電極チップの寿命が短く、該電極チップの交換を頻繁
に行う必要がある。さらに、過電流や被溶接物の密着不
良によるスパッタの飛散が発生し、溶接強度が低下する
という問題がある。
【0004】上記の問題に鑑み、近年、スポット溶接に
代わって、溶接のための入熱をレーザビームの照射によ
り直接行うレーザ溶接が採用されている。ところが、ス
ポット溶接では、溶接ガン自体が加圧機能を有している
のに対し、レーザ溶接では、非接触溶接であるために独
自にクランプ機能を有していない。このため、スポット
溶接では、被溶接物をクランプして全溶接点の一部を仮
止め溶接した後、この被溶接物を位置決めするだけでよ
く、専用クランプ機構を用いることなく増打ち溶接を行
うことができるものの、レーザ溶接では、増打ち溶接工
程にも、被溶接物間のギャップを押さえるためにクラン
プ機構が必要になる。従って、被溶接物の種類毎に専用
のクランプ機構を用意しなければならず、設備コストが
増大してしまうという不具合がある。
【0005】そこで、特開平4−94886号公報に開
示されているように、少なくとも一方が中空筒状に形成
された一対の挟持体により複数の被溶接物を挟持し、前
記中空筒状の一方の挟持体にレーザ光を導通し、該レー
ザ光を前記被溶接物に集光して溶接を行うレーザ溶接装
置が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、レーザ光の光路長が一定であるために基
台が接地されており、レーザ溶接装置を被溶接物に対し
て移動させることができない。これにより、複数の溶接
点を有する被溶接物の溶接作業に好適に対応することが
できないという問題が指摘されている。
【0007】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、仮止め溶接後に新たにクランプ機構を用いること
なく補強溶接をすることができ、設備費の高騰を容易に
回避することが可能なレーザ溶接方法を提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、被溶接物を所定の加圧力で位置決めク
ランプした状態で、該被溶接物の溶接点に所定値以上の
密着力を得るための仮止め溶接ビードが一工程で形成さ
れる。その際、所定のタクトタイムで全溶接点を仮止め
溶接することができるとともに、所望の仮止め打点強度
を確保し得る仮止め溶接ビード形状が設定される。
【0009】このため、仮止め溶接工程後に補強溶接を
行う際、被溶接物を位置決めするだけでよく、補強溶接
工程専用のクランプ機構が不要になる。従って、構成が
簡素化し、設備費が高騰することを容易に阻止すること
が可能になる。また、仮止め溶接ビードと補強溶接ビー
ドとが、それぞれの方向や形態を異にしており、さらに
各溶接点毎の総ビード面積が一定の値に設定される。こ
れにより、高品質な溶接工程を安定して遂行することが
できる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
レーザ溶接方法を実施するためのレーザ溶接装置10の
概略構成図であり、図2は、このレーザ溶接装置10の
概略側面図である。レーザ溶接装置10は、光路上にシ
ャッター11を有したレーザ発振器12と、直交座標系
3軸方向(X軸、Y軸およびZ軸方向)に移動自在なロ
ボット14と、このロボット14の先端部に装着される
とともに、前記レーザ発振器12から出力されたレーザ
ビーム12aを導入し前記レーザビーム12aを被溶接
物Wに集束させるためのレーザ溶接ヘッド16とを備え
る。
【0011】ロボット14は、X軸方向に延在するレー
ル18に沿って進退自在に構成されており、このロボッ
ト14の手首部20に装着されたレーザ溶接ヘッド16
は、X軸、Y軸およびZ軸方向に移動自在である。ロボ
ット14には、レーザ発振器12から出力されるレーザ
ビーム12aを水平方向から鉛直上方向に光路変更を行
う第1反射鏡22と、この第1反射鏡22によって鉛直
上方向に反射された前記レーザビーム12aを水平方向
に反射させてレーザ溶接ヘッド16に導く第2反射鏡2
4とが配設される。
【0012】図3に示すように、レーザ溶接装置10
は、仮止め溶接ステーション30と補強溶接ステーショ
ン32とにそれぞれ配置されている。仮止め溶接ステー
ション30には、二枚一組の被溶接物Wを所定の加圧力
で位置決めクランプするための複数のクランプ手段36
a〜36cが設けられる。補強溶接ステーション32に
は、仮止め溶接処理が施された被溶接物Wを位置決めす
るための位置決め治具38a、38bが配設される。
【0013】このように構成されるレーザ溶接装置10
の動作について、本実施形態に係るレーザ溶接方法との
関連で、以下に説明する。先ず、所定のタクトタイムで
被溶接物Wの全溶接点を仮止め溶接するとともに、所望
の仮止め打点強度を確保し得る仮止め溶接ビード形状を
設定する。具体的には、板厚が0.7mmの二枚の母材
である被溶接物Wを用い、この被溶接物Wが10点の溶
接点40a〜40jを有するとともに、前記被溶接物W
の各溶接点40a〜40jに必要な総ビード長L(図4
A参照)が15〜20mmであり、タクトタイムの関係
から溶接時間が5秒間である。
【0014】ここで、レーザ溶接ヘッド16の打点間移
動時間が0.3秒であると、15〜20mmの溶接ビー
ドの形成に必要な時間が0.5秒であるため、全溶接点
40a〜40jを1工程で溶接することができない。一
方、被溶接物W間の密着状態を確保することが可能な仮
止め打点強度を得るために必要な仮止め溶接ビード42
の長さL1(図4B参照)は、2〜3mm程度である。
【0015】そこで、仮止め溶接ビード42の長さL1
を5mmに設定すると、この仮止め溶接ビード42の溶
接にかかる時間が0.2秒となり、1工程(5秒間)で
全溶接点40a〜40jを溶接することができる。従っ
て、仮止め溶接ビード42の長さL1を5mmに設定
し、この仮止め溶接ビード42に交差する方向に長尺な
補強溶接ビード44の長さL2(図4C参照)を10〜
15mmに設定することにより、各溶接点40a〜40
jに必要な総ビード長Lが一定に維持される。
【0016】上記のように、仮止め溶接工程と補強溶接
工程の条件が設定された後、被溶接物Wが仮止め溶接ス
テーション30に配置され、クランプ手段36a〜36
cを介して前記被溶接物Wが所定の加圧力で位置決めク
ランプされる。そこで、ロボット14の手首部20に装
着されているレーザ溶接ヘッド16が、X軸、Y軸およ
びZ軸方向に選択的に移動され、このレーザ溶接ヘッド
16が被溶接物Wの所定の溶接部位に対応して配置され
る。
【0017】次いで、シャッター11が開放されると、
レーザ発振器12から出力されたレーザビーム12a
は、ロボット14に設けられている第1反射鏡22に導
入され、この第1反射鏡22で鉛直上方向に導かれた
後、第2反射鏡24を介してレーザ溶接ヘッド16に導
入される。レーザ溶接ヘッド16に導入されたレーザビ
ーム12aは、クランプ手段36a〜36cにより位置
決めクランプされている被溶接物Wの溶接点40aに照
射され、この溶接点40aに仮止め溶接ビード42が形
成される。
【0018】さらに、レーザ溶接ヘッド16が所定距離
だけ移動して溶接点40bに対応して配置され、この溶
接点40bにレーザビーム12aが照射されて前記溶接
点40bに仮止め溶接ビード42が形成される。そし
て、溶接点40c〜40jに対して上記の動作が順次行
われることにより、全溶接点40a〜40jに仮止め溶
接ビード42が形成されることになる(図3参照)。
【0019】仮止め溶接工程が終了した後、被溶接物W
が仮止め溶接ステーション30から補強溶接ステーショ
ン32に搬送され、位置決め治具38a、38bを介し
て位置決めされる。この補強溶接ステーション32で
は、仮止め溶接ステーション30と同様に、レーザ溶接
装置10を介して各溶接点40a〜40jに順次レーザ
ビーム12aが照射され、仮止め溶接ビード42に交差
する方向に補強溶接ビード44が形成される(図3参
照)。
【0020】この場合、本実施形態では、所定の溶接タ
クトタイム(例えば、5秒間)で被溶接物Wに必要な全
溶接点40a〜40jに仮止め溶接ビード42が形成さ
れるとともに、この仮止め溶接ビード42により前記被
溶接物Wの密着強度を確保することができる。このた
め、仮止め溶接ステーション30にのみクランプ手段3
6a〜36cを配置すればよく、補強溶接ステーション
32に専用のクランプ機構を設ける必要がない。従っ
て、被溶接物Wの溶接工程に必要とされる設備の全体構
成が簡素化され、該設備費が高騰することを容易に阻止
することが可能になるという効果が得られる。
【0021】なお、本実施形態では、図3に示すよう
に、仮止め溶接ビード42と補強溶接ビード44とが互
いに十字状に直交するように形成されているが、これに
限定されるものではなく、図5〜図8に示す種々の方向
および形態に変更することができる。すなわち、図5で
は、仮止め溶接ビード42aが傾斜して補強溶接ビード
44aに交差する状態、図6では、仮止め溶接ビード4
2bと補強溶接ビード44bとが互いにX字状に直交す
る状態、図7では、仮止め溶接ビード42cを囲繞する
ように円形状の補強溶接ビード44cが形成された状
態、さらに図8では、仮止め溶接ビード42dに対して
補強溶接ビード44dが鋸歯状に設けられた状態を示し
ている。
【0022】このように、仮止め溶接ビード42、42
a〜42dと補強溶接ビード44、44a〜44dとが
それぞれ方向や形態を異にして形成されているが、いず
れの場合にも、各溶接点40a〜40j毎の総ビード面
積が一定の値になるように設定される。これにより、高
品質な溶接工程を安定して遂行することができるという
利点が得られる。
【0023】
【発明の効果】本発明に係るレーザ溶接方法では、被溶
接物を所定の加圧力で位置決めクランプした状態で、該
被溶接物の溶接点に所定値以上の密着力を得るための仮
止め溶接ビードが一工程で形成されるため、仮止め溶接
工程後に補強溶接を行う際、前記被溶接物を位置決めす
るだけでよく、補強溶接工程専用のクランプ機構が不要
になる。従って、設備全体の構成が簡素化し、設備費が
高騰することを容易に阻止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るレーザ溶接方法を実施
するためのレーザ溶接装置の概略構成図である。
【図2】前記レーザ溶接装置の側面説明図である。
【図3】前記レーザ溶接方法の説明図である。
【図4】前記レーザ溶接方法における溶接ビードの説明
図であり、図4Aは、総ビード長の説明図、図4Bは、
仮止め溶接ビードの説明図、図4Cは、補強溶接ビード
の説明図である。
【図5】図3とは方向の異なる仮止め溶接ビードと補強
溶接ビードの説明図である。
【図6】図3とはさらに方向の異なる仮止め溶接ビード
と補強溶接ビードの説明図である。
【図7】図3とは形態の異なる補強溶接ビードと仮止め
溶接ビードの説明図である。
【図8】図3とはさらに形態の異なる補強溶接ビードと
仮止め溶接ビードの説明図である。
【符号の説明】
10…レーザ溶接装置 12…レー
ザ発振器 12a…レーザビーム 14…ロボ
ット 16…レーザ溶接ヘッド 30…仮止
め溶接ステーション 32…補強溶接ステーション 36a〜3
6c…クランプ手段 38a、38b…位置決め治具 40a〜4
0j…溶接点 42、42a〜42d…仮止め溶接ビード 44、44a〜44d…補強溶接ビード W…被溶接
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/18 B23K 9/235

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ溶接機から被溶接物にレーザビーム
    を照射して前記被溶接物を重ね合わせ溶接するためのレ
    ーザ溶接方法であって、 前記被溶接物を所定の加圧力で位置決めクランプした状
    態で、該被溶接物の溶接点に所定値以上の密着力を得る
    ための仮止め溶接ビードを形成する仮止め溶接工程と、 前記仮止め溶接工程後に前記被溶接物を位置決めし、各
    溶接点に補強溶接ビードを形成する補強溶接工程と、 を有することを特徴とするレーザ溶接方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のレーザ溶接方法において、
    前記補強溶接工程では、前記仮止め溶接ビードが形成さ
    れた各溶接点に、該仮止め溶接ビードと異なる方向に補
    強溶接ビードを形成することを特徴とするレーザ溶接方
    法。
  3. 【請求項3】請求項1記載のレーザ溶接方法において、
    前記補強溶接工程では、前記仮止め溶接ビードと形態の
    異なる補強溶接ビードを形成することを特徴とするレー
    ザ溶接方法。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれか1項に記載のレー
    ザ溶接方法において、前記仮止め溶接ビードの面積と前
    記補強溶接ビードの面積の和は、一定の値に設定される
    ことを特徴とするレーザ溶接方法。
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