JP3115733B2 - レーザシーム溶接の入熱制御方法 - Google Patents

レーザシーム溶接の入熱制御方法

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JP3115733B2 JP05102430A JP10243093A JP3115733B2 JP 3115733 B2 JP3115733 B2 JP 3115733B2 JP 05102430 A JP05102430 A JP 05102430A JP 10243093 A JP10243093 A JP 10243093A JP 3115733 B2 JP3115733 B2 JP 3115733B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車ボディの溶接組
立に適用するYAGレーザ等によるレーザシーム溶接の
入熱制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車ボディの溶接組立工程で
は、抵抗溶接(スポット溶接)に替えてYAGレーザや
CO2レーザ等によってレーザ溶接することが図7に示
すように特定の部位、例えばドア、フード、トランクリ
ッドやフェンダなどのヘミング加工部100で行われて
いる。また、スポット溶接をレーザ溶接に代替する場
合、5〜20mm程度のビードを断続的に形成したり、
ビードを連続的に形成したりする方法が採用され、いず
れも溶接の形態としてはシーム溶接であると言える。ま
た、自動車ボディには、防水、防音や接着などの目的で
シーラ材101を充填することが多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術におけるレ
ーザシーム溶接ではシーラ材101が断熱材として作用
し、蓄熱効果が生じるため、溶接ビードの溶け込み深さ
が漸増して均一にならない。即ち、図7(A)に示すよ
うにビードの前半が適正な溶け込み深さ102になるよ
うに溶接条件を設定すると、後半の溶け込みが過大にな
り、例えばドアのヘミング加工部100に適用するとド
アの外板面に熱歪による変形や溶接焼けが生じて外観品
質を損ったり、図7(C)に示すように亜鉛めっき鋼板
を使用している場合には、亜鉛蒸気によるブローホール
103やピット104が増大するという問題点を有して
いた。一方、図7(B)に示すようにビードの後半が適
正な溶け込み深さ102になるように溶接条件を設定す
ると、前半の溶け込みが不足して接合強度を満足しない
という問題点を有していた。
【0004】本発明は、従来の技術が有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、YAGレーザ等によるレーザシーム溶接におい
て外観品質や接合強度を満足することができるレーザシ
ーム溶接の入熱制御方法を提供しようとするものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、シーラ材や樹脂被膜など蓄熱効果を有する蓄熱
部材を介して鋼板をレーザでシーム溶接する場合の入熱
制御方法において、レーザシーム溶接の溶接条件を所定
の条件に設定して溶接を開始した後、溶接ビードの形成
に従って前記蓄熱部材の蓄熱効果が飽和する時点まで、
無段階又は段階的に前記溶接条件を決定するパラメータ
を可変して前記レーザによる前記鋼板への入熱を制御す
るものである。
【0006】
【作用】所定の溶接条件で溶接開始後、シーラ材等の蓄
熱部材の蓄熱効果が飽和する時点まで、レーザによる鋼
板への入熱が、無段階又は段階的に制御されることによ
って、溶接ビードの溶け込み深さが均一に形成される。
【0007】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図1は本発明に係るレーザシーム溶接の入熱
制御方法をドアのヘミング加工部に適用した場合の説明
図、図2はパルス波形のピーク値をステップダウンさせ
て入熱制御する場合のレーザ出力波形図、図3はパルス
幅をステップダウンさせて入熱制御する場合のレーザ出
力波形図、図4はパルス周波数をステップダウンさせて
入熱制御する場合のレーザ出力波形図、図5は溶接速度
をステップアップさせて入熱制御する場合の溶接速度を
示す図、図6(A)はデュラ鋼板(有機複合めっき鋼
板)の断面図、図6(B)は制振鋼板の断面図である。
【0008】YAGレーザは、光励起により発振を行う
ものであり、励起源として高輝度発光が可能なアークラ
ンプが使用される。励起用アークランプの点灯形態の違
いにより、YAGレーザの発振形態には、CW(連続)
励起、準CW励起、パルス励起などがある。
【0009】本実施例では、アークランプの放電電流の
パルス変調による準CW励起レーザを適用した場合につ
いて説明する。レーザシーム溶接の溶接条件を決定する
パラメータとしては、準CW励起の場合に、パルス波形
のピーク値、パルス幅、パルス周波数や溶接速度などが
ある。
【0010】ドアのヘミング加工部にレーザシーム溶接
を行うには図1に示すように、亜鉛めっき鋼板のインナ
ードアパネル1と充填されたシーラ材2を介して亜鉛め
っき鋼板のアウタードアパネル3をヘミング加工した後
に、ヘミング加工部4に産業用ロボットに装着したYA
Gレーザ発振装置の出射光学部5を対向させると共に、
所定の溶接条件に設定して出射光学部5を動かしながら
YAGレーザ6をヘミング加工部4に照射して溶接ビー
ドを形成し、シーム溶接を行う。
【0011】図2は、パルス波形のピーク値WPをステ
ップダウンさせて、YAGレーザ6によってヘミング加
工部4へ供給される熱エネルギー、いわゆる入熱を制御
する方法を示し、徐々にピーク値WPをWP1からW
2、WP3と小さくしていくものである(WP1>WP2
>WP3)。
【0012】即ち、ビードの前半が適正な溶け込み深さ
になるように、レーザシーム溶接の溶接条件を決定する
パラメータの1つであるピーク値WPを、溶接開始時に
WP1と設定する。そして、シーラ材2の蓄熱効果が飽
和する時まで、ピーク値WPを所定の時間間隔でWP1
からWP2、WP3と小さくすることによって、YAGレ
ーザ6の出力をステップダウンさせる。すると、YAG
レーザ6によるヘミング加工部4への入熱を制御するこ
とができ、適度な溶接ビードの溶け込み深さが均一に形
成される。
【0013】図3は、パルス波形のパルス幅TPをステ
ップダウンさせて、YAGレーザ6によるヘミング加工
部4への入熱を制御する方法を示し、徐々にパルス幅T
PをTP1からTP2、TP3と小さくしていくものであ
る(TP1>TP2>TP3)。
【0014】即ち、ビードの前半が適正な溶け込み深さ
になるように、レーザシーム溶接の溶接条件を決定する
パラメータの1つであるパルス幅TPを、溶接開始時に
TP1と設定する。そして、シーラ材2の蓄熱効果が飽
和する時まで、パルス幅TPを所定の時間間隔でTP1
からTP2、TP3と小さくすることによって、YAGレ
ーザ6の出力をステップダウンさせる。すると、YAG
レーザ6によるヘミング加工部4への入熱を制御するこ
とができ、適度な溶接ビードの溶け込み深さが均一に形
成される。
【0015】図4は、パルス周波数fをステップダウン
させて、YAGレーザ6によるヘミング加工部4への入
熱を制御する方法を示し、徐々にパルス周波数fをf1
からf2、f3と小さくしていくものである(f1>f2
3)。
【0016】即ち、ビードの前半が適正な溶け込み深さ
になるように、レーザシーム溶接の溶接条件を決定する
パラメータの1つであるパルス周波数fを、溶接開始時
にf1と設定する。そして、シーラ材2の蓄熱効果が飽
和する時まで、パルス周波数fを所定の時間間隔でf1
からf2、f3と小さくすることによって、YAGレーザ
6の出力をステップダウンさせる。すると、YAGレー
ザ6によるヘミング加工部4への入熱を制御することが
でき、適度な溶接ビードの溶け込み深さが均一に形成さ
れる。
【0017】図5は、出射光学部5の移動速度である溶
接速度vをステップアップさせて、YAGレーザ6によ
るヘミング加工部4への入熱を制御する方法を示し、徐
々に溶接速度vをv1からv2、v3と大きくしていくも
のである(v1<v2<v3)。
【0018】即ち、ビードの前半が適正な溶け込み深さ
になるように、レーザシーム溶接の溶接条件を決定する
パラメータの1つである溶接速度vを、溶接開始時にv
1と設定する。そして、シーラ材2の蓄熱効果が飽和す
る時まで、溶接速度vを所定の時間間隔でv1からv2
3と大きくすることによって、YAGレーザ6による
ヘミング加工部4への入熱を制御することができ、適度
な溶接ビードの溶け込み深さが均一に形成される。
【0019】以上のように図2〜図5に示したものは、
レーザシーム溶接の溶接条件を決定するパラメータのう
ち1つのパラメータのみ可変させ他のパラメータを固定
してYAGレーザ6によるヘミング加工部4への入熱制
御を行った。
【0020】また、YAGレーザ6のパルス波形のピー
ク値WP、パルス幅TP、パルス周波数fや溶接速度v
などのレーザシーム溶接の溶接条件を決定するパラメー
タを、任意に組合せてYAGレーザ6によるヘミング加
工部4への入熱をステップダウンすることもできる。
【0021】なお、本実施例では、亜鉛めっき鋼板のイ
ンナードアパネル1とアウタードアパネル3にシーラ材
2が充填される場合を示したが、YAGレーザ6による
鋼板への入熱をレーザシーム溶接の溶接条件を決定する
各種パラメータをステップダウン等して制御するのは、
薄鋼板レーザシーム溶接一般に有効である。
【0022】また、図6(A)(B)に示すように鋼板
10にZn-Niめっき(又はZn-Feめっき)層11を介
して樹脂12がコーティングされたデュラ鋼板(有機複
合めっき鋼板)13や、樹脂15が鋼板16,17にサ
ンドイッチされた制振鋼板18のように樹脂12,15
が断熱材として作用するものには特に有効である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、溶
接ビードの溶け込み深さが均一になり、溶け込み不足や
過熱による欠陥が無くなり、接合強度の安定とレベルア
ップが図れる。また、亜鉛蒸気やシーラ巻き込みによる
ブローホールやピットが防止できる。また、熱歪による
変形や溶接焼けが防止でき、外観品質を向上できる。ま
た、過熱によるヒュームの増大を防止できるので、出射
光学部のレンズの汚れ防止が図れる他、プラズマの発生
による出力低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザシーム溶接の入熱制御方法
をドアのヘミング加工部に適用した場合の説明図
【図2】パルス波形のピーク値をステップダウンさせて
入熱制御する場合のレーザ出力波形図
【図3】パルス幅をステップダウンさせて入熱制御する
場合のレーザ出力波形図
【図4】パルス周波数をステップダウンさせて入熱制御
する場合のレーザ出力波形図
【図5】溶接速度をステップアップさせて入熱制御する
場合の溶接速度を示す図
【図6】(A)はデュラ鋼板(有機複合めっき鋼板)の
断面図、(B)は制振鋼板の断面図
【図7】(A)と(B)は従来技術におけるヘミング加
工部の溶け込み深さを示す溶接線方向の断面図、(C)
は従来技術における亜鉛めっき鋼板を使用している場合
のヘミング加工部の溶接断面図
【符号の説明】
1…インナードアパネル(鋼板)、2…シーラ材(蓄熱
部材)、3…アウタードアパネル(鋼板)、4…ヘミン
グ加工部、6…YAGレーザ、f1,f2,f3…パルス
周波数(パラメータ)、TP1,TP2,TP3…パルス
幅(パラメータ)、v1,v2,v3…溶接速度(パラメ
ータ)、WP1,WP2,WP3…ピーク値(パラメー
タ)。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シーラ材や樹脂被膜など蓄熱効果を有す
    る蓄熱部材を介して鋼板をレーザでシーム溶接する場合
    の入熱制御方法において、レーザシーム溶接の溶接条件
    を所定の条件に設定して溶接を開始した後、溶接ビード
    の形成に従って前記蓄熱部材の蓄熱効果が飽和する時点
    まで、無段階又は段階的に前記溶接条件を決定するパラ
    メータを可変して前記レーザによる前記鋼板への入熱を
    制御することを特徴とするレーザシーム溶接の入熱制御
    方法。
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