JP3222271B2

JP3222271B2 - ビーム溶接方法

Info

Publication number: JP3222271B2
Application number: JP16665393A
Authority: JP
Inventors: 貢深堀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 2001-10-22
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JPH0716775A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザあるいは電子ビ
ーム等の高密度エネルギービームの照射によって溶接を
行うビーム溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車の車体の組み立てにおいて
は、電気溶接であるスポット溶接が主として行われてい
る。このスポット溶接では、例えば図１０に示すよう
に、ワーク５１とワーク５２とを溶接する場合、これら
ワーク５１・５２に、溶接機の電極５３・５４により挟
み込むための広い幅の溶接しろ５１ａ・５２ａを形成す
る必要がある。このため、車体の重量増を招来してい
る。また、上記両電極５３・５４の移動スペースを確保
する必要があり、ワークの形状や溶接位置等が制限され
易くなっている。

【０００３】そこで、上記のように重ね合わされるワー
ク５１・５２に対しては、レーザあるいは電子ビーム等
の高密度エネルギービームの照射によるビーム溶接を行
うことが提案されている。即ち、このビーム溶接によれ
ば、上記溶接しろ５１ａ・５２ａは、ビームを照射して
溶接できる幅であればよく、狭くできる。また、ワーク
から離れた位置よりビームを照射するものであるから、
ワークの形状および溶接位置等による制限を受け難くな
っており、上記の各問題を解消することができる。

【０００４】一方、自動車の車体は、プレス成形された
部材を組み合わせて形成されることから、溶接継手部の
溶接では多数枚重ねとなる。例えば、図１１に示すよう
に、自動車の車体におけるセンタピラー６１では、高い
強度を得るため、サイドフレームアウタ６２とサイドフ
レームインナ６３とからなる閉断面構造を備えており、
さらに強度の向上を図るため、上記両部材の間に、レイ
ンフォースメント６４を備えている。従って、溶接継手
部、即ちフランジ部６２ａ・６３ａ・６４ａは３枚重ね
となる。このような３枚重ねのフランジ部６２ａ・６３
ａ・６４ａに対するビーム溶接方法としては、特開平４
−２７００８８号公報に開示されているように、単に、
各フランジ部６２ａ・６３ａ・６４ａの重ね合わせ方向
の一方から上記ビームを照射する方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ビーム溶接方法では、ビーム照射側の部材からその反対
側の部材に向かって、ビーム照射により発生する熱が順
次伝達されて各部材が溶融するものであるため、図１２
にも示すように、ビーム照射による部材の溶け込みの幅
が徐々に狭くなっていく。このため、ビーム照射側から
離れた部位の部材間においては、溶接面積が狭くなり十
分な溶接強度を確保できない虞がある。また、この問題
を解決するために、照射するビームの出力を高くするこ
と、上記のビーム照射方向の反対側からもビーム照射を
行うこと、あるいは高価ではあるがビーム径を小さく集
光できるメニスカスレンズを光学系に使用し、同一出力
に対する部材の溶融幅を狭くかつ深くすることなどが考
えられる。しかしながら、重ね合わせる部材の板厚が厚
い場合、あるいは重ね合わせる部材の枚数が多くなった
場合、これらの方法では、対応することができない。

【０００６】一方、他のビーム溶接方法として、特開昭
５８−１０３９８８号公報には、重ね合わされた部材の
端面との対向方向から重ね合わせ部に向かって直接ビー
ム照射を行う方法が開示されている。しかしながら、こ
のビーム溶接方法は、部材同士の狭い重ね合わせ部にビ
ーム照射を行うものであるため、ビーム照射位置を高精
度で制御する必要がある。従って、重ね合わされた各部
材間の全てに対してこのビーム溶接方法を適用すること
は、生産性の低下を招来するといった問題点を有してい
る。

【０００７】従って、本発明は、多数枚重ね合わされた
部材同士を溶接する場合において、各溶接部での溶接強
度の不足を防止することができ、かつ生産性を高めるこ
とができるビーム溶接方法の提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のビーム溶接方法
は、上記の課題を解決するために、高密度エネルギービ
ームにてワークを３枚重ね合わせた状態に溶接するビー
ム溶接方法であって、上記３枚のワークを予め重ね合わ
せた状態に配し、これらワークの重ね合わせ方向におけ
る一方側端部に位置するワーク側からワークの重ね合わ
せ方向にビームを照射して、これら３枚のワークを溶接
する第１工程と、上記一方側端部に位置するワークに対
して他方側に位置するワーク同士を、ワーク端面との対
向方向からワークの重ね合わせ部へのビーム照射にて溶
接する第２工程とを含み、第１工程により生じる第１ビ
ードが他方側端部のワークまで達するとともに、第２工
程により生じる第２ビードが第１ビードと交差するよう
に設定されていることを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、ワークを３枚重ね合わせ
た状態に溶接する際、これらワークの重ね合わせ方向に
おける一方側端部に位置するワークと、このワークの他
方側に位置するワークとは、その重ね合わせ方向におけ
る上記一方側からの高密度エネルギービーム照射にて溶
接される。この場合、ビーム照射位置の精度は比較的低
くてもよく、溶接を簡単な制御で迅速に行うことができ
る。

【００１０】また、上記一方側端部に位置するワークに
対して他方側に位置するワーク同士は、ワーク端面との
対向方向からワークの重ね合わせ部へのビーム照射にて
溶接される。この場合、隣接する各ワーク同士を確実に
溶接することができる。その反面、各ワークの重ね合わ
せ部にビーム照射を行わなければならず、ビーム照射位
置を高精度で制御する必要があり、前記の溶接方法に対
して生産性が低くなる。従って、上記の両溶接方法を併
用することにより、溶接強度において高い信頼性を備え
つつ、生産性を高めることができる。

【００１１】また、上記の両溶接方法を行っていること
により、ワークの溶接部においては、硬度の高い部分で
あるビードが縦横に分布する。従って、あらゆる方向の
入力加重に対して高い強度を備えることができる。

【００１２】

【実施例】〔実施例〕本発明の一実施例を図１ないし図６に基づいて以下に説
明する。本実施例のビーム溶接に使用されるビーム溶接
装置は、図４に示すように、レーザ発振器１、反射鏡
２、レンズ３、ミラーモータ４、レンズモータ５、ビー
ム状態モニタ６および制御装置７を備えている。

【００１３】レーザ発振器１は、レーザを発生して図示
しないレーザトーチから出力するものであり、反射鏡２
は、レーザ発振器１から出力されたレーザをワーク８の
所定溶接部に導くものであり、レンズ３は、反射鏡２に
より反射されたレーザをワーク８の溶接部に収束させる
ものである。また、ミラーモータ４は、レーザの照射位
置を変化させるために反射鏡２を回転させるものであ
り、レンズモータ５は、レーザがワーク８の溶接部に収
束するように、レンズ３を移動させるものであり、ビー
ム状態モニタ６は、ワーク８の溶接部に照射されている
レーザの出力、およびレーザによる溶接状態等の光学式
モニタである。さらに、制御装置７は、ビーム状態モニ
タ６による検出状態等に基づいて、ミラーモータ４およ
びレンズモータ５の作動を制御するとともに、レーザ発
振器１の作動制御を行うものである。

【００１４】次に、上記のビーム溶接装置による溶接方
法について説明する。ここでは、図５に示すセンタピラ
ー１１を形成するための溶接を行うものとする。センタ
ピラー１１は、図６に示すように、サイドフレームアウ
タ１２、このサイドフレームアウタ１２と共に閉断面を
形成するサイドフレームインナ１３、および強度向上の
ために上記両部材間に設けられるレインフォースメント
１４からなる。そして、センタピラー１１は、上記各部
材のフランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａ同士を溶接する
ことにより形成される。

【００１５】センタピラー１１を形成する際には、図１
（ａ）に示すように、例えば先ずサイドフレームアウタ
１２とレインフォースメント１４とを重ね合わせ、これ
ら両者のフランジ部１２ａ・１４ａの重ね合わせ方向に
おける一方側、即ちフランジ部１２ａの外面との対向方
向側に前記レーザトーチを配する。そして、このレーザ
トーチからフランジ部１２ａ・１４ａに対してレーザ照
射を行うとともに、レーザトーチとサイドフレームアウ
タ１２およびレインフォースメント１４とをフランジ部
１２ａ・１４ａの長手方向に相対移動させて、両フラン
ジ部１２ａ・１４ａを溶接する。これにより生じるビー
ド１５は、フランジ部１２ａの外面側で幅が広く、フラ
ンジ部１４ａ方向に向かって幅が徐々に狭くなり、フラ
ンジ部１４ａにおけるサイドフレームインナ１３との対
向側面付近まで達するものとなる。

【００１６】次に、サイドフレームアウタ１２と溶接さ
れたレインフォースメント１４に対してサイドフレーム
インナ１３を重ね合わせ、これら両者のフランジ部１４
ａ・１３ａの端面との対向側に前記レーザトーチを配す
る。そして、このレーザトーチからフランジ部１４ａ・
１３ａの重ね合わせ部に対してレーザ照射を行うととも
に、レーザトーチと、サイドフレームアウタ１２、レイ
ンフォースメント１４およびサイドフレームインナ１３
とをフランジ部１４ａ・１３ａの長手方向に相対移動さ
せて、同図（ｂ）に示すように、両フランジ部１４ａ・
１３ａを溶接する。これにより生じるビード１６は、上
記のビード１５と同様、フランジ部１４ａ・１３ａの端
面側で幅が広く、この端面とは反対側の端面方向に向か
って幅が徐々に狭くなり、上記ビード１５のフランジ部
１４ａ側端部付近まで達するものとなる。

【００１７】その後、溶接されたフランジ部１２ａ・１
３ａ・１４ａには、同図（ｃ）に示すように、端部処理
用のシーミングウェルト１７が取り付けられる。

【００１８】上記のように、本ビーム溶接方法では、重
ね合わされた３枚のフランジ部１２ａ・１４ａ・１３ａ
を溶接する際に、一方側の２枚のフランジ部１２ａ・１
４ａに対しては、３枚のフランジ部１２ａ・１４ａ・１
３ａが溶接されたときに外面側となるフランジ部１２ａ
との対向位置からフランジ部１２ａ・１４ａの重ね合わ
せ方向にレーザを照射する第１の溶接方法を行う一方、
他方側の２枚のフランジ部１４ａ・１３ａに対しては、
これら両フランジ部１４ａ・１３ａの端面との対向位置
からフランジ部１４ａ・１３ａの重ね合わせ部にレーザ
を照射する第２の溶接方法を行っている。従って、隣接
する各フランジ部１２ａ・１４ａ・１３ａ同士を確実に
溶接し得るとともに、高い生産性を備えることができ
る。

【００１９】即ち、上記第１の溶接方法のみによる溶接
では、ビーム照射位置の精度は比較的低くてもよいもの
の、３枚重ねのフランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａを溶
接するには溶接強度の点で問題がある。一方、上記第２
の溶接方法のみによる溶接では、隣接する各フランジ部
１２ａ・１３ａ・１４ａ同士を確実に溶接し得るもの
の、各フランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａの重ね合わせ
部にビーム照射を行わなければならず、ビーム照射位置
を高精度で制御する必要があり、第１の溶接方法に対し
て生産性は低くなる。従って、上記第１および第２の溶
接方法を併用することにより、溶接強度において高い信
頼性を備えつつ、生産性を高めることができる。

【００２０】また、上記第１および第２の溶接方法を行
っていることにより、フランジ部１２ａ・１３ａ・１４
ａにおいては、硬度の高い部分であるビード１５および
ビード１６が縦横に分布する。従って、あらゆる方向の
入力加重に対して高い強度を備えることができる。

【００２１】また、フランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａ
に対し、高出力のレーザ照射で上記第１の溶接方法を行
うことのみによってフランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａ
を溶接する場合と比較して、他方側のフランジ部１３ａ
・１４ａの接合面積を適切に拡大でき、高い接合強度を
容易かつ確実に得ることができる。

【００２２】また、一方側のフランジ部１２ａ・１４ａ
同士、および他方側のフランジ部１３ａ・１４ａ同士を
個別に溶接するので、レーザ溶接装置のレーザ発振器１
は、低出力のものでも対応可能である。

【００２３】また、他方側の２枚のフランジ部１４ａ・
１３ａを、上記第２の溶接方法にて溶接するときには、
フランジ部１４ａ・１３ａの対向面側に存在するメッキ
層あるいは油分等の異物が気化することによって生じる
ガスが、外部へ排出され易くなる。従って、高出力のレ
ーザ照射で上記第１の溶接方法を行うことのみによって
フランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａを溶接する場合と比
較して、上記ガスによるブローホールが溶接部に生じ難
く、高い溶接強度を安定して得ることができる。

【００２４】また、図６に示すようなセンタピラー１１
に対してフランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａの溶接を行
う場合、溶接強度を確保する上では、フランジ部１２ａ
・１３ａ・１４ａから閉断面を形成するための湾曲が始
まる部位付近を溶接するのが有効である。そこで、上記
第１の溶接方法での溶接を上記の部位に行った場合に
は、図１（ｃ）に示すシーミングウェルト１７にて上記
溶接跡を覆い難く、この溶接跡により外観が低下するこ
とになる。これに対し、上記の部位にレーザ出力を調整
して第２の溶接方法での溶接を行った場合には、溶接跡
が外面側には生じない。従って、上記のように、他方側
のフランジ部１４ａ・１３ａの溶接を第２の溶接方法で
行った場合には、少なくとも、他方側の外面の外観を向
上することができる。

【００２５】尚、３枚のフランジ部１２ａ・１３ａ・１
４ａを重ね合わせて溶接する手順としては、上述したも
のの他、図２に示すように、先ず、フランジ部１４ａ・
１３ａを第２の溶接方法にて溶接した後、レインフォー
スメント１４にサイドフレームアウタ１２を重ね合わせ
て、図１（ｂ）に示すように、それらのフランジ部１４
ａ・１２ａを第１の溶接方法にて溶接するものを採用す
ることができる。

【００２６】また、他の方法として、図３に示すよう
に、３枚のフランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａを予め重
ね合わせた状態に配し、フランジ部１２ａ側からの高出
力のレーザ照射での前記第１の溶接方法にて、フランジ
部１２ａ・１３ａ・１４ａを溶接する（第１工程）とと
もに、高出力のレーザ照射での前記第２の溶接方法に
て、フランジ部１４ａ・１３ａを溶接する（第２工程）
方法を採用してもよい。この場合、レーザ溶接装置のレ
ーザ発振器１には高出力のものが必要であるものの、第
１の溶接方法により生じるビード１５（第１ビード）が
フランジ部１２ａからフランジ部１４ａを経てフランジ
部１３ａまで達するとともに、第２の溶接方法により生
じるビード１６（第２ビード）が上記ビード１５と交差
する位置まで深くなるものとすることができるので、フ
ランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａの溶接強度をさらに高
めることができる。

【００２７】〔参考例〕本発明の参考例を図７ないし図９に基づいて、以下に説
明する。尚、説明の便宜上、前記の実施例に示した部材
と同一の機能を有する部材には同一の符号を付記し、そ
の説明を省略する。

【００２８】本参考例においては、４枚のワークを重ね
合わせて溶接する方法について説明する。この方法とし
ては、例えば図７ないし図９に示す３通りの方法があ
る。

【００２９】１番目の方法では、図７（ａ）に示すよう
に、先ず、重ね合わせて溶接すべき４枚のワーク２１〜
２４のうちの一方側の２枚のワーク２１・２２同士、お
よび他方側の２枚のワーク２３・２４同士をそれぞれ個
別に、前記第１の溶接方法にて溶接する。

【００３０】次に、同図（ｂ）に示すように、ワーク２
１と溶接されたワーク２２と、ワーク２４と溶接された
ワーク２３とを重ね合わせ、これら両ワーク２２・２３
を前記第２の溶接方法にて溶接して、４枚のワーク２１
〜２４の溶接を終了する。

【００３１】２番目の方法では、図８（ａ）に示すよう
に、先ず、重ね合わせて溶接すべき４枚のワーク２１〜
２４のうちの中央側の２枚のワーク２２・２３同士を前
記第２の溶接方法にて溶接する。

【００３２】次に、同図（ｂ）に示すように、ワーク２
２にワーク２１を重ね合わせ、前記第１の溶接方法にて
ワーク２２にワーク２１を溶接するとともに、ワーク２
３にワーク２４を重ね合わせ、同様に、前記第１の溶接
方法にてワーク２３にワーク２４を溶接して、４枚のワ
ーク２１〜２４の溶接を終了する。

【００３３】３番目の方法では、図９（ａ）に示すよう
に、先ず、重ね合わせて溶接すべき４枚のワーク２１〜
２４のうちの一方側の２枚のワーク２１・２２同士を前
記第１の溶接方法にて溶接する。

【００３４】次に、同図（ｂ）に示すように、ワーク２
２にワーク２３を重ね合わせ、前記第２の溶接方法にて
ワーク２２にワーク２３を溶接するとともに、ワーク２
３にワーク２４を重ね合わせ、同様に、前記第２の溶接
方法にてワーク２３にワーク２４を溶接して、４枚のワ
ーク２１〜２４の溶接を終了する。

【００３５】尚、図７（ａ）に示すのべ２回の第１の溶
接方法による溶接、図８（ｂ）に示すのべ２回の第１の
溶接方法による溶接、および図９（ｂ）に示すのべ２回
の第２の溶接方法による溶接は、１台のレーザ溶接装置
により各々個別に行うもの、あるいは２台のレーザ溶接
装置により同時に行うものの何れであってもよい。

【００３６】また、以上の参考例においては、３枚およ
び４枚のワークを重ね合わせて溶接する各場合について
示したが、さらに５枚重ね、６枚重ねというように、３
枚以上のワークを重ね合わせて溶接する場合に適用可能
である。

【００３７】

【発明の効果】本発明のビーム溶接方法は、以上のよう
に、高密度エネルギービームにてワークを３枚重ね合わ
せた状態に溶接するビーム溶接方法であって、上記３枚
のワークを予め重ね合わせた状態に配し、これらワーク
の重ね合わせ方向における一方側端部に位置するワーク
側からワークの重ね合わせ方向にビームを照射して、こ
れら３枚のワークを溶接する第１工程と、上記一方側端
部に位置するワークに対して他方側に位置するワーク同
士を、ワーク端面との対向方向からワークの重ね合わせ
部へのビーム照射にて溶接する第２工程とを含み、第１
工程により生じる第１ビードが他方側端部のワークまで
達するとともに、第２工程により生じる第２ビードが第
１ビードと交差するように設定されている構成である。

【００３８】これにより、ワークの重ね合わせ方向にお
ける一方側端部に位置するワークと、このワークの他方
側に位置するワークに対しては、ビーム照射位置の精度
を低くして、溶接を簡単な制御で迅速に行うことができ
る。また、上記一方側端部に位置するワークに対して他
方側に位置するワーク同士も確実に溶接することができ
る。従って、上記の両溶接方法を併用することにより、
溶接強度において高い信頼性を備えつつ、生産性を高め
ることができる。また、上記の両溶接方法を行っている
ことにより、ワークの溶接部においては、硬度の高い部
分であるビードが縦横に分布する。従って、あらゆる方
向の入力加重に対して高い強度を備えることができると
いった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図（ａ）は、本発明の一実施例のビーム溶接
方法を示すものであって、３枚のワークを重ね合わせて
溶接する場合の第１段階の溶接動作を示すワーク要部の
横断面図、同図（ｂ）は第２段階の溶接動作を示すワー
ク要部の横断面図、同図（ｃ）は溶接動作終了後に行う
ワークの端部に対する処理動作を示すワーク要部の横断
面図である。

【図２】図１（ａ）に示した溶接手順の他の例を示すワ
ーク要部の横断面図である。

【図３】図１に示した溶接方法の他の例を示すワーク要
部の横断面図である。

【図４】上記の溶接方法を実施するためのレーザ溶接装
置を示すブロック図である。

【図５】上記の溶接方法により形成されるセンタピラー
を備えた車体の斜視図である。

【図６】上記のセンタピラーの横断面図である。

【図７】同図（ａ）は、本発明の参考例のビーム溶接方
法を示すものであって、４枚のワークを重ね合わせて溶
接する場合の第１段階の溶接動作を示すワーク要部の横
断面図、同図（ｂ）は第２段階の溶接動作を示すワーク
要部の横断面図である。

【図８】同図（ａ）は、図７（ａ）に示した第１段階の
溶接動作の他の例を示すワーク要部の横断面図、同図
（ｂ）は上記第１段階の溶接動作に続く第２段階の溶接
動作の他の例を示すワーク要部の横断面図である。

【図９】同図（ａ）は、図７（ａ）に示した第１段階の
溶接動作のさらに他の例を示すワーク要部の横断面図、
同図（ｂ）は上記第１段階の溶接動作に続く第２段階の
溶接動作のさらに他の例を示すワーク要部の横断面図で
ある。

【図１０】従来のスポット溶接方法を示す縦断面図であ
る。

【図１１】従来のビーム溶接方法にて形成される自動車
のセンタピラーを示す横断面図である。

【図１２】従来のビーム溶接方法を示す上記センタピラ
ー要部の横断面図である。

【符号の説明】

１レーザ発振器２反射鏡３レンズ４ミラーモータ５レンズモータ７制御装置７８ワーク１１センタピラー１２サイドフレームアウタ１２ａフランジ部１３サイドフレームインナ１３ａフランジ部１４レインフォースメント１４ａフランジ部１５ビード（第１ビード）１６ビード（第２ビード）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高密度エネルギービームにてワークを３枚
重ね合わせた状態に溶接するビーム溶接方法であって、上記３枚のワークを予め重ね合わせた状態に配し、これ
らワークの重ね合わせ方向における一方側端部に位置す
るワーク側からワークの重ね合わせ方向にビームを照射
して、これら３枚のワークを溶接する第１工程と、上記一方側端部に位置するワークに対して他方側に位置
するワーク同士を、ワーク端面との対向方向からワーク
の重ね合わせ部へのビーム照射にて溶接する第２工程と
を含み、第１工程により生じる第１ビードが他方側端部のワーク
まで達するとともに、第２工程により生じる第２ビード
が第１ビードと交差するように設定されていることを特
徴とするビーム溶接方法。