JP3099605B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents

レーザ溶接方法

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JP3099605B2 JP05246296A JP24629693A JP3099605B2 JP 3099605 B2 JP3099605 B2 JP 3099605B2 JP 05246296 A JP05246296 A JP 05246296A JP 24629693 A JP24629693 A JP 24629693A JP 3099605 B2 JP3099605 B2 JP 3099605B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被溶接物の重ね部にレ
ーザを照射して溶接するレーザ溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車部品のアルミニウム化が進
む中で、例えばボンネットをアルミニウム合金で製作す
る試みがなされている。この場合、アウタパネルとイン
ナパネルとを周縁のヘミング加工部で溶接する必要があ
るが、鋼板に対するような汎用のスポット溶接を用いた
のでは、加圧力によって溶接部が大きく変形し、その使
用は断念せざるを得ないようになる。一方、スポット溶
接に代わるものとしてMIG溶接あるいはTIG溶接の
利用が考えられるが、この場合は、鉄系材料に比べて熱
伝導率や熱膨張率がきわめて大きいというアルミニウム
系材料の特性のため、凝固収縮量の増大や熱影響部の拡
大が避けられず、溶着部の周りに大きな引張り応力が発
生して面歪みが大きく表われ、その手直しが避けられな
いようになる。
【0003】そこで最近、アルミニウム系材料に対する
レーザ溶接の適用が注目され、上記ボンネットをレーザ
溶接により製作する試みが一部でなされている(例えば
「NIKKEL MECHANICAL 」1993.5.3 P 16〜20,日経BP
社参照)。このレーザ溶接方法は、レーザとしてYAG
レーザを用い、これを光ファイバーによりロボット先端
のレーザトーチ(図示略)に導き、図10に示すよう
に、ボンネット(被溶接物)1を構成するアウタパネル
1aとインナパネル1bとの重ね部(こゝではヘミング
加工部)2の上に設定した溶接計画線Lに沿って前記レ
ーザトーチを移動させ、レーザを断続的に照射して所定
長さ(10〜20mm程度)の連続溶着部3を所定のピッチで
断続的に形成していくものである。なお、レーザとして
YAGレーザを用いているのは、CO2 レーザと比較し
て、反射率の高いアルミニウム系材料に対する吸収率が
高いこと、発振波長が1.06μmと小さくて石英(SiO2
にほとんど吸収されず、光ファイバーによるフレキシブ
ルな伝送が可能であること、パルス発振出力で大きなピ
ーク出力が得られることなどの理由による。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記レ
ーザ溶接によれば、部分的とはいえ連続溶接を行って連
続溶着部3を形成していくため、連続溶着部3の凝固収
縮量およびその周辺の熱影響部の熱収縮量が比較的大き
くなり、MIG溶接あるいはTIG溶接の場合に比して
程度は小さいものの、連続溶着部3の周りに比較的大き
な引張り応力が発生し、局部的な面歪みの発生が避けら
れないという問題があった。
【0005】本発明は、上記従来の問題を解決すること
を課題としてなされたもので、その目的とするところ
は、連続溶着部の周りおよび一般部における面歪みの発
生を大幅に抑制できるレーザ溶接方法を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第1の発明は、被溶接物の重ね部の上に設定した溶
接計画線に沿って断続的にレーザを照射して所定長さの
連続溶着部を断続的に形成していくレーザ溶接方法にお
いて、前記被溶接物の、前記連続溶着部の周りに対応す
る部分に、溶接により発生する応力を解放するための逃
げ部を予め形成するようにしたことを特徴とする。
【0007】また、第2の発明は、被溶接物の重ね部の
上に設定した溶接計画線に沿って断続的にレーザを照射
して所定長さの連続溶着部を断続的に形成していくレー
ザ溶接方法において、前記連続溶着部の相互間では、下
側の被溶接物まで溶け込みが達しない出力でレーザを照
射するようにしたことを特徴とする。
【0008】さらに、第3の発明は、被溶接物のヘミン
グ加工部の上に設定した溶接計画線に沿って断続的にレ
ーザを照射して所定長さの連続溶着部を断続的に形成し
ていくレーザ溶接方法において、予め被溶接物に形成さ
れたヘミングフランジ部とコーナ湾曲部との交線上また
は該交線に近接する部位に前記溶接計画線を設定するよ
うにしたことを特徴とする。
【0009】
【作用】上記のように構成したレーザ溶接方法において
は、第1の発明では、連続溶着部の周りの逃げ部により
引張り応力が解放され、また第2の発明では、連続溶着
部の周りに発生する引張り応力が連続溶着部の相互間で
発生する引張り応力により減殺され、さらに第3発明で
は、溶接部位が高剛性となって変形抵抗が高まり、何れ
も面歪みの発生が著しく低減されるか、皆無となる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面にもとづい
て説明する。
【0011】図1および図2は、本発明の第1実施例を
示したものである。なお、以下の実施例は前記アルミニ
ウム合金製のボンネット(被溶接物)1のヘミング加工
部2を対象になされたもので、以下の図において前出図
10に示した部分と同一部分には同一符号を付すことと
する。本第1実施例の特徴とするところは、ボンネット
1を構成するアウタパネル1aのヘミングフランジ部
(後にヘミング加工部2となる)10に、予めその端縁に
対してV字形に開く切欠き11を多数形成し、これら切欠
き11のうちの各一対を連続溶着部3の前・後端に近接す
る部位に対応する部位に位置させ、ヘミング加工後、そ
のヘミング加工部2上の溶接計画線Lに沿って、図3に
示す溶接装置13を用いてレーザ溶接を行い、各一対の切
欠き11の間に連続溶着部3を形成するようにした点にあ
る。
【0012】こゝで、溶接装置13は、被溶接物1を位置
決め載置するワーク受台14と、ワーク受台14に隣接して
設置された多軸のロボット15とを備え、ロボット15の手
首部15aには集光光学系を内蔵するレーザトーチ16が取
付けられている。レーザトーチ16には、別途設置したY
AGレーザ発信機17から光ファイバー18を介してパルス
発振のYAGレーザが伝送されるようになっている。19
はロボット制御装置であり、ロボット15は、このロボッ
ト制御装置19の指示に従って動作し、その手首部15aに
支持したレーザトーチ16を被溶接物1のヘミング加工部
2の板面に指向させかつ溶接計画線Lに沿って所定の速
度で移動させる。なお、YAGレーザ発信機17の平均出
力は500 〜700 Wとなっている。
【0013】上記溶接装置13によりレーザ溶接を行うに
は、先ずワーク受台14上に被溶接物1をセットし、教示
操作盤(図示略)を操作して被溶接物1のヘミング加工
部2上の溶接計画線Lに沿う動作軌跡をロボット制御装
置19に記憶させる。次に、ロボット制御装置19を起動さ
せると共に、レーザ発信機17を起動させると、レーザト
ーチ16がロボット制御装置19に予め記憶された教示内容
に従って溶接計画線L上を所定の速度で移動し、これと
同時にレーザトーチ16からはパルス発振のYAGレーザ
が所定のタイミングで連続的に(一例として15〜20
発)出射される。これにより被溶接物1のヘミング加工
部2上には、一対の切欠き11の間に位置して所定長さ
(一例として10〜20mm)の連続溶着部3が断続的に
形成されるようになる。
【0014】ところで、上記溶接に際しては、連続溶着
部3の凝固収縮およびその周辺の熱影響部の熱収縮によ
り連続溶着部3の周りに比較的大きな引張り応力が発生
し、従来であれば、この引張り応力により連続溶着部3
の周りおよび一般部に大きな局部的な面歪みが発生して
いた。しかしながら、本第1実施例によれば、連続溶着
部3の前・後方向の切欠き11が前記引張り応力を解放す
る逃げ部として機能し、この結果、前記局部的な面歪み
の発生は著しく低減されるか、皆無となる。
【0015】なお、上記切欠き11として設けた逃げ部
は、例えば図4に示すような種々の形状とすることがで
きる。すなわち、同図(a)は連続溶着部3の前・後端
に近接する部位に設けたスリット11aを、同図(b)は
前記切欠き11と同様の態様で設けたスリット11bを、同
図(c)は連続溶着部3の一側に沿うように設けたスリ
ット11cを、、同図(d)は連続溶着部3の一側と両端
とを囲むように設けたスリット11dをそれぞれ示し、こ
れらは何れも前記切欠き11に代わる逃げ部として機能す
る。また、同図(e)はヘミングフランジ部10を部分的
に延長してこの延長部10aに連続溶着部3を形成し、該
延長部10aの両側方の切除部11eを逃げ部として機能さ
せた例を示している。
【0016】図5および図6は、本発明の第2実施例を
示したものである。本第2実施例の特徴とするところ
は、溶接計画線L上をレーザトーチ(16)を移動させる
際、連続溶着部3の相互間でもレーザを照射するように
した点にある。この場合、連続溶着部3の相互間ではヘ
ミング加工部2のインナパネル1bまで溶け込みが到達
しない出力でレーザ照射は行い、これにより連続溶着部
3の相互間には深さの浅いビード20が形成される。本第
2実施例によれば、前記ビード20の周りにも引張り応力
が発生するので、連続溶着部の周りに発生する引張り応
力がこのビード20の周りの引張り応力により減殺され、
面歪みの発生は著しく抑制されるか、皆無となる。
【0017】図7乃至図9は、本発明の第3実施例を示
したものである。本第3実施例の特徴とするところは、
予めアウタパネル1aに形成されたヘミングフランジ部
10とコーナ湾曲部21との交線S上または該交線Sに近接
する部位に前記溶接計画線L,L´を設定した点にあ
る。一般にヘミング加工においては、ヘミングフランジ
部10の曲げ成形性を改善するため、図8に示すようにヘ
ミングフランジ部10と一般部22との間にコーナ湾曲部21
を形成するようにしている。本第3実施例は、へヘミン
グ加工工程で形成されたヘミングフランジ部10とコーナ
湾曲部21との交線Sを利用してレーザ溶接を行うように
したもので、該交線Sの部分は剛性が高くなっているの
で、この交線S上またはその近辺を溶接することによ
り、連続溶着部3の周りに発生する引張り応力に対する
変形抵抗が高まり、面歪みの発生は著しく抑制される。
こゝで、交線S上に近接する部位を溶接する場合は、該
交線Sから2〜3mm程度離れた部位に溶接計画線L´を
設定するのが望ましい(図9)。
【0018】なお、上記複数の実施例において、アルミ
ニウム合金製ボンネットの製作に適用した場合を示した
が、本発明の適用対象は任意であり、歪みの発生し易い
材料、例えば薄鋼板、銅系材料、マグネシウム系材料等
を対象にし得ることはもちろんである。また、上記実施
例においてヘミング加工部2の溶接に適用した場合を示
したが、本発明の適用部位はこれに限定されず、種々の
部品の重ね溶接に適用できる。
【0019】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かゝるレーザ溶接方法によれば、連続溶着部の周りに発
生する引張り応力を解放または減殺し、あるいは該引張
り応力に耐えるように溶接部位を特定して、面歪みの発
生を抑制することを可能としたので、面歪みの発生し易
い材料および部品の溶接に向けて好適となる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す斜視図である。
【図2】図1のA−A矢視線に沿う断面図である。
【図3】本発明で用いる溶接装置の一例を模式的に示す
斜視図である。
【図4】本発明の第1実施例の変形例を示す斜視図であ
る。
【図5】本発明の第2実施例を示す斜視図である。
【図6】図5のB−B矢視線に沿う断面図である。
【図7】本発明の第3実施例を示す斜視図である。
【図8】第3実施例で用いる被溶接物の素材形状を示す
側面図である。
【図9】図7のC−C矢視線に沿う断面図である。
【図10】従来のレーザ溶接方法の溶接状態を示す斜視
図である。
【符号の説明】 1 被溶接物 3 連続溶着部 10 ヘミングフランジ部 11 スリット(逃げ部) 20 ビード L 溶接計画線 S 交差線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安松 智 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 中村 尚範 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−312284(JP,A) 実開 平1−124062(JP,U) 実開 平4−43484(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/42

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被溶接物の重ね部の上に設定した溶接計
    画線に沿って断続的にレーザを照射して所定長さの連続
    溶着部を断続的に形成していくレーザ溶接方法におい
    て、前記被溶接物の、前記連続溶着部の周りに対応する
    部分に、溶接により発生する応力を解放するための逃げ
    部を予め形成したことを特徴とするレーザ溶接方法。
  2. 【請求項2】 被溶接物の重ね部の上に設定した溶接計
    画線に沿って断続的にレーザを照射して所定長さの連続
    溶着部を断続的に形成していくレーザ溶接方法におい
    て、前記連続溶着部の相互間では、下側の被溶接物まで
    溶け込みが達しない出力でレーザを照射することを特徴
    とするレーザ溶接方法。
  3. 【請求項3】 被溶接物のヘミング加工部の上に設定し
    た溶接計画線に沿って断続的にレーザを照射して所定長
    さの連続溶着部を断続的に形成していくレーザ溶接方法
    において、予め被溶接物に形成されたヘミングフランジ
    部とコーナ湾曲部との交線上または該交線に近接する部
    位に前記溶接計画線を設定することを特徴とするレーザ
    溶接方法。
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