JP4378635B2 - 重ねレーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は重ね合わせレーザ溶接方法に関し、より詳しくは所定形状の成形品部と、この成形品部の端縁に一体に形成されたフランジ部とを有する複数の被溶接部材の各該フランジ部同士を重ね合わせ、この重ね合わせ部にレーザ光を照射して各該フランジ部同士を一体的に接合する重ね合わせレーザ溶接方法に関する。

近年、複数枚の鋼板品の重ね合わせ溶接に、レーザ光を利用したレーザ溶接が採用されるようになってきている。例えば、自動車等の車両においては、ボディを構成する鋼板品としてのパネル材を２枚又は３枚重ね合わせ、その重ね合わせ部をレーザ溶接することが行われている。このような鋼板品の重ね合わせレーザ溶接では、一般に、所定形状の成形品部と、この成形品部の端縁に一体に形成されたフランジ部とがプレス加工等により一体成形された鋼板品を重ね合わせ、継ぎ手部となる各フランジ部の重ね合わせ部にレーザ光を照射して各フランジ部同士を一体的に接合する。

かかる重ね合わせレーザ溶接では、重ね合わされた各フランジ部間の隙間が大きいと、アンダーフィル、溶け落ちや分離ビード等の溶接不良が発生し、要求強度を確保できず品質上問題となる。

しかし、ボディを構成するパネル材のような鋼板品は、成形品部の形状が複雑であることからも、プレス加工等により精度高く成形することが困難であり、重ね合わされた各フランジ部間に不規則な隙間が生じやすい。

そこで、被溶接部である重ね合わされたフランジ部を加圧ローラで押圧しながらレーザ溶接する技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

この加圧ローラで被溶接部を押圧しながらレーザ溶接する技術では、ロボットのアーム等に固定、保持され、レーザ光を照射するレーザトーチと、このレーザトーチに昇降可能に保持された加圧ローラと、レーザトーチに固定、保持され、加圧ローラを昇降させるための油圧駆動機構等の昇降手段とを備えたレーザ溶接装置を用いる。そして、昇降手段の作動により加圧ローラで被溶接部の溶接線近傍を加圧しながら、ロボットの作動により加圧ローラ及び昇降手段と共にレーザトーチを溶接線に沿って移動させることにより、各フランジ部間における隙間を加圧ローラの加圧力で低減させながらレーザ溶接する。
特開２００４−６６２６８号公報 特開２００４−９００５４号公報

しかしながら、レーザトーチに保持された加圧ローラで隙間を矯正する上記従来技術では、以下に示す問題がある。すなわち、上記従来技術のようにロボットの作動で移動するレーザトーチに加圧ローラ及びその昇降手段を保持させる方式では、成形品部が複雑形状であること等により、加圧ローラ及び昇降手段と共にレーザトーチを溶接線に沿って移動させることが極めて面倒になったり、あるいは移動させること自体が不可能になったりする場合がある。

他方、ロボットの作動によりレーザトーチを移動させるレーザ溶接技術では、例えば複数箇所（複数の溶接線）を連続してレーザ溶接する場合に、一つの溶接線の溶接が終了してから次の溶接線の溶接を開始するまでの無駄時間、すなわち一つの溶接線の終点から次の溶接線の始点までの打点間をレーザトーチが移動する空走時間が長くなり、作業性が低いという問題がある。

そこで、ミラースキャンにより溶接線に沿ってレーザ光を走査させるリモートレーザ溶接を利用すれば、前記無駄時間の短縮化を図ることができる。しかし、このようなリモートレーザ溶接では、前記打点間をレーザ光が高速移動することから、レーザ光の照射位置に合わせて加圧ローラを打点間で移動させることは困難である。このため、複数の溶接線を連続してレーザ溶接する場合に、一つの加圧ローラを用いて溶接線近傍を加圧しながらリモートレーザ溶接することは困難となる。勿論、溶接線毎に加圧ローラを準備して予め待機させておけば、各加圧ローラで溶接線近傍を加圧しながらリモートレーザ溶接することが可能であるが、これでは装置の複雑化を招く。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、成形品部が複雑形状であってもその成形品部に一体に形成された被溶接部としてのフランジ部に対して、フランジ部間における隙間を低減させて溶接品質の向上を図りつつ、容易にレーザ溶接することのできる重ね合わせレーザ溶接方法を提供することを解決すべき技術課題とするものである。

また、本発明は、成形品部が複雑形状であってもその成形品部に一体に形成された被溶接部としてのフランジ部に対して、フランジ部間における隙間を低減させて溶接品質の向上を図りつつ、容易にレーザ溶接することができ、しかもミラースキャンによりレーザ光を走査させるリモートレーザ溶接にも適用することのできる重ね合わせレーザ溶接方法を提供することを解決すべき技術課題とするものである。

上記課題を解決する本発明の重ね合わせレーザ溶接方法は、所定形状の成形品部と、該成形品部の端縁に一体に形成された帯板状のフランジ部とを有する複数の被溶接部材の各該フランジ部同士を重ね合わせて被溶接部とし、該被溶接部にレーザ光を照射して各該フランジ部同士を一体的に接合する重ね合わせレーザ溶接方法であって、複数の前記被溶接部材のうちの少なくとも一つは、前記フランジ部が帯板状に長く延びる方向と平行に延びる弦をもつ弓形の凸曲面をもつような湾曲部を該フランジ部に有しており、前記湾曲部の前記凸曲面が他のフランジ部との重ね合わせ面となるように該凸曲面を内側に向けつつ各前記フランジ部同士を重ね合わせて前記被溶接部とする重ね合わせ工程と、前記凸曲面が平面となる方向に前記湾曲部が変形するように該湾曲部の両端部近傍に位置する両荷重点に荷重が付加されて、該湾曲部の変形により重ね合わせ面同士に押圧力が作用した荷重状態を保持しながら、両該荷重点間の所定範囲における前記被溶接部に前記レーザ光を照射して、重ね合わされた各前記フランジ部同士を該所定範囲で一体的に接合するレーザ溶接工程とを備えていることを特徴とするものである。

ここに、「フランジ部が帯板状に長く延びる方向と平行に延びる弦をもつ弓形の凸曲面」とは、帯板状に延びるフランジ部の長く延びる方向（すなわち、フランジ部の長手方向）に対して垂直な方向（すなわち、フランジ部の幅方向）に延びるような弦をもつ弓形の凸曲面を排除することにより、湾曲部が形成される方向等を明確にする意図で記載したものであり、該弦が該長手方向と正確に平行に延びていることを限定する意図ではない。したがって、フランジ部に湾曲部を加工成形する際の成形誤差等により、該長手方向と平行の方向から多少ずれた方向に該弦が延びている弓形の凸曲面部の場合も含まれ、この場合であっても、本発明の作用効果を当然に奏しうる。

この重ね合わせレーザ溶接方法では、被溶接部材のうちの少なくとも一つが弓形の凸曲面をもつ湾曲部をフランジ部に有するような、複数の被溶接部材を用いて重ね合わせレーザ溶接する。重ね合わせ工程では、複数の被溶接部材を重ね合わせて各フランジ部同士を重ね合わせて被溶接部とする。このとき、少なくとも一つの被溶接部材のフランジ部に設けられた湾曲部の凸曲面が他のフランジ部との重ね合わせ面となるように（湾曲部を有するフランジ部が重ね合わされる他のフランジ部の重ね合わせ面と該湾曲部の凸曲面とが対向するように）、該凸曲面を内側に向けつつ各フランジ部同士を重ね合わせる。

次のレーザ溶接工程で、湾曲部の凸曲面が平面となる方向（凸曲面の曲がる度合が小さくなる方向、すなわち曲率が小さくなる方向）に該湾曲部が変形するように該湾曲部の両端部（弓形における弦の両端部）近傍に位置する両荷重点に荷重が付加されて、該湾曲部の変形により重ね合わせ面同士に押圧力が作用した荷重状態を保持する。この荷重状態が保持されていれば、凸曲面が平面となる方向に湾曲部が変形することにより重ね合わせ面同士に押圧力が作用していることから、重ね合わせ面同士が近付くことによって重ね合わせ面間における隙間が低減する。このため、この荷重状態を保持しながら、両荷重点間の所定範囲における被溶接部にレーザ光を照射すれば、重ね合わされた各フランジ部間に確実にブリッジを形成して各フランジ部同士を該所定範囲で良好に一体的に接合することができる。

このように本発明の重ね合わせレーザ溶接方法では、レーザトーチに保持された加圧ローラやその昇降手段を利用することなく、重ね合わせ面間における隙間を低減することができる。このため、成形品部が複雑形状であってもその成形品部に一体に形成されたフランジ部同士の重ね合わせ部（被溶接部）に対して、両荷重点間に荷重が付加された荷重状態を保持しながら両荷重点間の所定範囲にレーザ光を照射するという、簡単かつ容易な方法により、フランジ部間における隙間を低減させて溶接品質の向上を図ることが可能となる。

本発明の重ね合わせレーザ溶接方法は、好適な態様において、前記重ね合わせ工程の後に、両前記荷重点に荷重を付加して前記荷重状態とすべく、両該荷重点を仮付け溶接して重ね合わされた各前記フランジ部を該荷重点で一体的に接合する仮付け溶接工程を実施する。

この重ね合わせレーザ溶接方法では、仮付け溶接工程で、湾曲部の両端部近傍に位置する両荷重点を仮付け溶接して、被溶接部としての重ね合わされた各フランジ部同士を両該荷重点で一体的に接合する。これにより、仮付け溶接工程の実施後は、凸曲面が平面となる方向に湾曲部が変形するように両荷重点に荷重が付加されて、該湾曲部の変形により重ね合わせ面同士に押圧力が作用した荷重状態が保持される。このため、この仮付け溶接工程の実施後に、両荷重点間の所定範囲における被溶接部にレーザ光を照射すれば、前記荷重状態を保持しながらのレーザ光照射を容易に行うことができる。すなわち、ロボットの作動でレーザトーチを移動させたり、あるいはミラースキャンさせたりすることによりレーザ光を溶接線に沿って移動させつつ照射する際に、荷重付加手段等を別途用いることなく両荷重点に荷重が付加された荷重状態を容易に維持しつつ被溶接部にレーザ照射することができ、またこのとき別途加圧ローラを用いることなく重ね合わせ面間の隙間を低減することができる。したがって、レーザ溶接工程における作業が極めて容易となり、しかも良好な接合状態を確実に得ることが可能となる。

本発明の重ね合わせレーザ溶接方法は、好適な態様において、前記レーザ溶接工程では、ミラースキャンによりレーザ光を走査させるリモートレーザ溶接を実施する。

この重ね合わせレーザ溶接方法では、ミラースキャンによりレーザ光を走査させるリモートレーザ溶接を利用してレーザ光を照射するので、複数箇所を連続してレーザ溶接する場合における前記無駄時間（一つの溶接線の終点から次の溶接線の始点までの打点間をレーザ光が移動する空走時間）の短縮化を図ることができ、作業性を一層向上させることが可能となる。

本発明の重ね合わせレーザ溶接方法は、所定形状の成形品部と、この成形品部の端縁に一体に形成されたフランジ部とを有する複数の被溶接部材を重ね合わせレーザ溶接するものである。すなわち、このような成形品部とフランジ部とを有する複数の被溶接部材の各フランジ部同士を重ね合わせて被溶接部とし、この被溶接部にレーザ光を照射して、各フランジ部同士を一体的に接合する。

本発明方法で溶接する被溶接部材の種類としては特に限定されず、例えば、Ｚｎ等よりなるめっき層が母材表面に被覆されためっき鋼板や、めっき層が被覆されていない裸鋼板等の鋼板品の他、アルミニウム合金板、銅合金板やステンレス鋼板等に本発明を適用することができる。

成形品部の形状や大きさは特に限定されず、適宜設定可能である。フランジ部は成形品部の端縁に一体に形成されている。複数の被溶接部材が重ね合わされたときに各フランジ部も同様に重ね合わされ、各フランジ部同士の重ね合わせ部がレーザ溶接される被溶接部となる。これら成形品部とフランジ部との一体物よりなる被溶接部材はプレス成形等により所定の形状に成形することができる。

帯板状のフランジ部における幅等の大きさとしては特に限定されない。そして、本発明では、複数の被溶接部材のうちの少なくとも一つが、帯板状のフランジ部が延びる長手方向と平行に延びる弦をもつ弓形の凸曲面をもつような湾曲部を該フランジ部に有している。すなわち、少なくとも一つの被溶接部材は、帯板状のフランジ部の少なくとも一部が弓形状に湾曲されて弓形の凸曲面をもつ湾曲部とされている。この湾曲部は、帯板状のフランジ部の長手方向の全体又は一部を弓形状に湾曲させることにより、該フランジ部に１個だけ設けることもできるし、あるいは帯板状のフランジ部の長手方向において断続的に複数回弓形状に湾曲させることにより、該フランジ部に複数個設けることもできる。また、重ね合わせる被溶接部材の枚数は特に限定されず、２枚でも３枚以上でもよい。そして、重ね合わされる複数の被溶接部材のうちフランジ部に前記湾曲部を設ける被溶接部材の数も特に限定されない。例えば、２枚の被溶接部材を重ね合わせレーザ溶接する場合は、そのうちの一方のみのフランジ部に前記湾曲部を設けてもよいし、双方のフランジ部に前記湾曲部を設けてもよい。また、３枚の被溶接部材を重ね合わせレーザ溶接する場合は、１枚のみの被溶接部材のフランジ部に前記湾曲部を設けてもよいし、２枚の被溶接部材のフランジ部に前記湾曲部を設けてもよいし、３枚全ての被溶接部材のフランジ部に前記湾曲部を設けてもよい。

フランジ部に設けられる湾曲部の形状や大きさは、重ね合わされる各フランジ部同士の間における隙間の大きさ等に応じて適宜設定することができる。この湾曲部における弓形の凸曲面は微小曲率をもつ凸曲面とすることができる。具体的には、凸曲面の高さ（弓形の弦からの頂点の高さ）は、前記隙間の大きさと同等以上とすることが好ましく、前記隙間の大きさよりも１．０〜２．０倍程度高くすることがより好ましい。凸曲面が前記隙間の大きさと同等以上の高さを有するような湾曲部であれば、重ね合わされる各フランジ部同士の間における隙間を効果的に矯正することができる。

また、フランジ部に前記湾曲部が設けられた被溶接部材については、この被溶接部材の成形品部の端縁形状、すなわち成形品部とフランジ部との境界線（稜）における形状は、成形品部の設計通りの形状とされ、フランジ部に前記湾曲部が設けられることによって所望の設計形状と異なる形状とされていない。

本発明の重ね合わせレーザ溶接方法は、重ね合わせ工程と、レーザ溶接工程とを備えている。

重ね合わせ工程では、前記湾曲部の前記凸曲面が他のフランジ部との重ね合わせ面となるように該凸曲面を内側に向けつつ各前記フランジ部同士を重ね合わせて被溶接部とする。すなわち、複数の被溶接部材を重ね合わせるとき、少なくとも一つの被溶接部材のフランジ部に設けられた湾曲部の凸曲面が他のフランジ部の重ね合わせ面と対向するように、該凸曲面を内側に向けつつ、各フランジ部同士を重ね合わせる。例えば、２枚の被溶接部材を重ね合わせる場合は、少なくとも一方の被溶接部材のフランジ部に設けられら湾曲部の凸曲面が他方のフランジ部の重ね合わせ面と対向するように（両方の被溶接部材のフランジ部に湾曲部が設けられているときは、両方の凸曲面同士が対向するように）、該凸曲面を内側に向けつつ各フランジ部同士を重ね合わせる。また、３枚の被溶接部材のうちの２枚の被溶接部材のフランジ部に前記湾曲部を設ける場合は、湾曲部を設けていないフランジ部をもつ被溶接部材が真ん中となり、その両側に、各前記凸曲面がそれぞれ内側を向くように湾曲部を設けたフランジ部をもつ２枚の被溶接部材が配置されるようにして、３枚の被溶接部材を重ね合わせる。

レーザ溶接工程では、前記凸曲面が平面となる方向に前記湾曲部が変形するように該湾曲部の両端部近傍に位置する両荷重点に荷重が付加されて、該湾曲部の変形により重ね合わせ面同士に押圧力が作用した荷重状態を保持しながら、両該荷重点間の所定範囲における前記被溶接部に前記レーザ光を照射して、重ね合わされた各前記フランジ部同士を該所定範囲で一体的に接合する。

湾曲部の両端部近傍とは、湾曲部の範囲内における湾曲部自体の両端部近傍であってもよいし、フランジ部に部分的に湾曲部が設けられている場合は部分的に設けられた湾曲部の両外側に在る平坦部における該湾曲部の両端部近傍であってもよいことを意味する。すなわち、フランジ部の全体又は部分的に設けられた湾曲部の範囲内における湾曲部自体の両端部近傍に位置する両荷重点に荷重が付加されてもよいし、あるいはフランジ部に部分的に設けられた湾曲部の両外側に在る平坦部における該湾曲部の両端部近傍に位置する両荷重点に荷重が付加されてもよい。

このように両荷重点に荷重が付加されれば、凸曲面が平面となる方向に湾曲部が変形し、この湾曲部の変形に伴ってフランジ部の重ね合わせ面同士（重ね合わされた両フランジ部のうちの少なくとも一方のフランジ部に設けられた湾曲部の凸曲面とこの凸曲面に重ね合わされた他方のフランジ部との重ね合わせ面）に押圧力が作用する。本発明におけるレーザ溶接工程では、このような押圧力が作用した荷重状態を保持しながら、両荷重点間の所定範囲における被溶接部にレーザ光を照射する。

こうして両荷重点に荷重が付加されて、凸曲面が平面となる方向に湾曲部が変形することにより重ね合わせ面同士に押圧力が作用した荷重状態を保持しながら、両荷重点間の所定範囲をレーザ溶接することで、重ね合わされたフランジ部の重ね合わせ面間における隙間を低減した状態でレーザ溶接することができるので、該隙間に起因する溶接不良を抑えて、溶接品質の向上を図ることが可能となる。

両荷重点に荷重を付加してその荷重状態を保持する方法としては、特に限定されない。例えば、重ね合わされたフランジ部の重ね合わせ方向における両側から両荷重点の位置で加圧ローラ等により挟み込んでもよい。ただし、仮に成形品部が複雑形状であっても容易にレーザ光を照射することができる等のレーザ溶接工程における作業をより容易にして作業性を向上させる等の観点から、両荷重点を仮付け溶接することが好ましい。

すなわち、本発明の被溶接部材の重ね合わせレーザ溶接方法では、前記重ね合わせ工程の後に、両前記荷重点に荷重を付加して前記荷重状態とすべく、両該荷重点を仮付け溶接して重ね合わされた各前記フランジ部を該荷重点で一体的に接合する仮付け溶接工程を実施することが好ましい。こうして仮付け溶接を実施すれば、凸曲面が平面となる方向に湾曲部が変形するように両荷重点に荷重が付加されて、該湾曲部の変形により重ね合わせ面同士に押圧力が作用した荷重状態を容易に維持することができる。このため、この仮付け溶接工程の実施後に、両荷重点間の所定範囲における重ね合わせ部にレーザ光を照射すれば、前記荷重状態を保持しながらのレーザ光照射を容易に行うことが可能となる。すなわち、ロボットの作動でレーザトーチを移動させたり、あるいはミラースキャンさせたりすることによりレーザ光を溶接線に沿って移動させつつ照射する際に、荷重付加手段等を別途用いることなく両荷重点に荷重が付加された荷重状態を維持することができ、また別途加圧ローラを用いることなく重ね合わせ面間の隙間を低減することができるので、レーザ溶接工程における作業が容易となる。

この仮付け溶接の方法は、重ね合わされた各フランジ部を一体的に接合することができる方法であれば特に限定されない。例えば、両荷重点をスポットガンで加圧しながら通電するスポット溶接を好適に利用することができる。

この仮付け溶接工程では、各被溶接部材を正確に位置決めしつつ重ね合わせた状態で行うことが好ましい。こうして仮付け溶接工程を実施した後は、正確に重ね合わされた各被溶接部材を一体的に取り扱うことができ、その後に行うレーザ溶接工程で、作業性を向上させることが可能となる。

レーザ溶接工程におけるレーザ光の照射方法や照射条件等は特に限定されない。例えば、ロボットの作動により、ロボットのアームに保持されたレーザトーチを被溶接部の溶接線に沿って移動させで該溶接線上にレーザ光を照射してもよい。ただし、レーザ溶接工程における作業性や生産性を考慮すれば、ミラースキャンによりレーザ光を走査させるリモートレーザ溶接を利用することが好ましい。

リモートレーザ溶接では、レーザ発振器から光学系を介して導入されたレーザ光を反射ミラーで所定方向に反射させることにより、溶接線に沿ってレーザ光を走査させる。すなわち、Ｘ軸及びＹ軸の２軸を回転中心として回転可能とされた反射ミラーについて、各軸方向の回転をそれぞれ制御することにより、レーザ光を所定方向に反射させることで、溶接線に沿ってレーザ光を走査させる。このようにミラースキャンによりレーザ光を走査させるリモートレーザ溶接を利用すれば、複数箇所を連続してレーザ溶接する場合における前記無駄時間の短縮化を図ることができ、レーザ溶接工程の作業性を向上させることが可能となる。

レーザ溶接工程で利用するレーザ光の種類としては特に限定されず、ＹＡＧレーザ、ＣＯ₂ レーザや半導体レーザ等を好適に用いることができる。

以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。

本実施例は、被溶接部材としての第１鋼板品１０、第２鋼板品２０及び第３鋼板品３０の３枚の鋼板品を、リモートレーザ溶接を利用して重ね合わせレーザ溶接するものである。

これら３枚の鋼板品は、自動車用のセンタピラー部材を構成するもので、いずれも板材から断面ハット状にプレス成形した一体成形品である。第１鋼板品１０は板厚０．６〜１ｍｍ程度のアウターパネル、第２鋼板品２０は板厚０．８〜１ｍｍ程度のインナーパネル、第３鋼板品３０は板厚２〜３ｍｍ程度のリンフォースである。なお、これら第１、第２及び第３鋼板品１０、２０及び３０はいずれも３０〜１２０ｃｍ程度の長尺部材である。そして、図１〜図５においては、第１、第２及び第３鋼板品１０、２０及び３０の一部が部分的に示されており、図示されない残りの部分も図１〜図５に示された部分と同様の構成とされている。

第１鋼板品１０は、断面カップ状又は略コの字状の第１成形品部１１と、この第１成形品部１１の端縁の一部（断面コの字状における両端部分）に一体に形成された略帯板状をなす一対の第１フランジ部１２、１２とから構成されている。

同様に、第２鋼板品２０は、断面カップ状又は略コの字状の第２成形品部２１と、この第２成形品部２１の端縁の一部（断面コの字状における両端部分）に一体に形成された略帯板状をなす一対の第２フランジ部２２、２２とから構成されている。

また、第３鋼板品３０は、断面カップ状又は略コの字状の第３成形品部３１と、この第３成形品部３１の端縁の一部（断面コの字状における両端部分）に一体に形成された帯板状をなす一対の第３フランジ部３２、３２とから構成されている。

そして、第１鋼板品１０及び第２鋼板品２０は、両者ともに、フランジ部が延びる長手方向と平行に延びる弦をもつ弓形の凸曲面をもつような湾曲部をフランジ部に複数個有している。

すなわち、第１鋼板品１０の第１フランジ部１２には、このフランジ部が延びる長手方向と平行に延びる弦をもつ弓形の第１凸曲面１３（図２参照）をもつような第１湾曲部１４と、この第１湾曲部１４の両端部近傍、具体的には第１湾曲部１４の両外側（長手方向における両外側）に一体に連接された一対の第１平坦部１５、１５とが形成されている。なお、これら第１湾曲部１４及び第１平坦部１５、１５は、第１フランジ部１２の長手方向に繰り返し形成されている。また、第１鋼板品１０の第１成形品部１１の端縁形状、すなわち第１成形品部１１と第１フランジ部１２との境界線（稜）における形状は、第１成形品部１１の設計通りの形状とされている。

同様に、第２鋼板品２０の第２フランジ部２２には、このフランジ部が延びる長手方向と平行に延びる弦をもつ弓形の第２凸曲面２３（図２参照）をもつような第２湾曲部２４と、この第２湾曲部２４の両端部近傍、具体的には第２湾曲部２４の両外側（長手方向における両外側）に一体に連接された一対の第２平坦部２５、２５とが形成されている。なお、これら第２湾曲部２４及び第２平坦部２５、２５は、第２フランジ部２２の長手方向に繰り返し形成されている。また、第２鋼板品２０の第２成形品部２１の端縁形状、すなわち第２成形品部２１と第２フランジ部２２との境界線（稜）における形状は、第２成形品部２１の設計通りの形状とされている。

ここに、上記第１湾曲部１４及び第２湾曲部２４の形状及び大きさは、後述する被溶接部における重ね合わせ面同士の間における隙間の大きさに応じて設定されている。具体的には、隙間の大きさが最大で１ｍｍ程度であることから、第１湾曲部１４の第１凸曲面１３及び第２湾曲部２４の第２凸曲面２３の高さは、いずれも該隙間の大きさよりも１〜２倍程度高い１〜２ｍｍ程度とされている。なお、第１湾曲部１４及び第２湾曲部２４の長さ（フランジ部の長手方向における湾曲部の長さ）は、いずれも３００ｍｍ程度とされている。

なお、上記第１平坦部１５、１５及び第２平坦部２５、２５の長さ（フランジ部の長手方向における平坦部の長さ）は、いずれも２０ｍｍ程度とされている。そして、後述するように、これら第１平坦部１５、１５及び第２平坦部２５、２５のほぼ中心位置が荷重点としての仮付け溶接打点４０（図５参照）となる。

このような構成を有する３枚の鋼板品について、以下に示すように、重ね合わせ工程と、仮付け溶接工程と、レーザ溶接工程とを備えた重ね合わせレーザ溶接方法により、重ね合わせレーザ溶接した。

＜重ね合わせ工程＞
図１及び図２に示されるように、湾曲部を設けていない第３フランジ部３２をもつ第３鋼板品３０を真ん中とし、その両側に第１鋼板品１０及び第２鋼板品２０を配置して、３枚の鋼板品を上下に重ね合わせた。このとき、第１凸曲面１３の頂点及び第２凸曲面２３の頂点同士が対向（第１平坦部１５、１５及び第２平坦部２５、２５同士もそれぞれ対向）するように位置合わせしつつ、第１鋼板品１０の第１フランジ部１２に設けられた第１凸曲面１３及び第２鋼板品２０の第２フランジ部２２に設けられた第２凸曲面２３をそれぞれ内側に向けて、第１フランジ部１２の第１凸曲面１３とこれに対向する第３フランジ部３２の上面とが重ね合わせ面になるとともに、第２フランジ部２２の第２凸曲面２３とこれに対向する第３フランジ部３２の下面とが重ね合わせ面となるように重ね合わせて、これらの重ね合わせ部を被溶接部とした。

＜仮付け溶接工程＞
次に、図３及び図４に示されるように、第１平坦部１５、１５及び第２平坦部２５、２５のほぼ中心部を仮付け溶接打点４０として、スポットガン４１で加圧しながら通電するスポット溶接をして、重ね合わされた第１フランジ部１２、第２フランジ部２２及び第３フランジ部２３を荷重点としての仮付け溶接打点４０で一体的に接合して仮付け溶接部４２とした。

これにより、第１フランジ部１２の第１凸曲面１３及び第２フランジ部２２の第２凸曲面２３がそれぞれ平面となるように第１湾曲部１４及び第２湾曲部２４がそれぞれ変形するように、第１湾曲部１４及び第２湾曲部２４の両端部付近に位置する両荷重点としての前記仮付け溶接打点４０に荷重が付加されて、第１湾曲部１４及び第２湾曲部２４湾曲部の変形により各重ね合わせ面同士に押圧力が作用した荷重状態を保持した。

＜レーザ溶接工程＞
最後に、本実施例では、リモートレーザ溶接を利用して、以下の条件でレーザ溶接した。

レーザ ：ＣＯ₂ レーザ
レーザ出力：３．５ｋＷ
溶接速度 ：１．０〜４．０ｍ／ｍｉｎ
このリモートレーザ溶接では、図５に示されるように、レーザ発振器５１と、Ｘ軸及びＹ軸の２軸を回転中心として回転可能で、複数のミラーやレンズからなる光学系５２を介してレーザ発振器５１から発振されたレーザ光５３が導入されるとともに、そのレーザ光５３を所定の方向に反射させる反射ミラー（スキャンミラー）５４と、反射ミラー５４についてＸ軸及びＹ軸方向の回転をそれぞれ制御することにより、レーザ光５３を所定位置及び所定方向に走査させるとともに、レーザ発振器５１からのレーザ光５３の発振を制御する制御手段５５とを備えた、リモートレーザ溶接装置を用いた。

そして、制御手段５５により、レーザ発振器５１のオン・オフ及び反射ミラー５４の回転を制御して、両前記荷重点間の所定範囲（本実施例では、第１及び第２湾曲部１４及び２４の長手方向のほぼ全体に相当する範囲）における被溶接部に対し、フランジ部の長手方向に沿ってレーザ光５３が走査するように照射して、重ね合わされた第１フランジ部１２、第２フランジ部２２及び第３フランジ部３２同士を該所定範囲で一体的に接合した。なお、本実施例では、第１平坦部１５、１５及び第２平坦部２５、２５の部位は、レーザ発振器５１からのレーザ光５３の発振をオフすることで、レーザ溶接しなかったが、これに限定されるものではない。

このように本実施例の重ね合わせレーザ溶接方法では、第１及び第２フランジ部１２及び２２に設けられた第１及び第２湾曲部１４及び２４の第１及び第２凸曲面１３及び２３が平面となるように第１及び第２湾曲部１４及び２４が変形するように、仮付け溶接工程で、第１及び第２湾曲部１４及び２４の両端部近傍に位置する両荷重点としての仮付け溶接打点４０をスポット溶接して接合している。これにより、両該荷重点に荷重を付加して、第１及び第２湾曲部１４及び２４の変形により各重ね合わせ面同士に押圧力が作用した荷重状態を保持して、各重ね合わせ面同士が近付くことによって各重ね合わせ面間における隙間を低減している。そして、その後のレーザ溶接工程で、前記荷重状態を保持しながら、リモートレーザ溶接を利用して所定範囲をレーザ溶接することから、重ね合わされた各重ね合わせ面間に確実にブリッジを形成して各フランジ部同士を該所定範囲で良好に一体的に接合することができる。

また、本実施例では、仮付け溶接工程で、３枚の鋼板品を位置決めしつつ前記荷重点としての仮付け溶接打点４０をスポット溶接することから、これら３枚の鋼板品を一体的に取り扱うことができるとともに、前記荷重状態を容易に維持することができる。しかも、レーザ溶接工程では、無駄時間の少ないリモートレーザ溶接を利用してレーザ溶接する。従って、本実施例の重ねレーザ溶接方法によれば、成形品部の形状にかかわらず、作業性や生産性を格段と向上させることが可能となり、しかも良好な接合状態を確実に得ることが可能となる。

本発明の実施例に係り、重ね合わせレーザ溶接方法における重ね合わせ工程の様子を模式的に示す部分斜視図である。 本発明の実施例に係り、重ね合わせレーザ溶接方法における重ね合わせ工程の様子を模式的に示す部分断面図である。 本発明の実施例に係り、重ね合わせレーザ溶接方法における仮付け溶接工程の様子を模式的に示す部分斜視図である。 本発明の実施例に係り、重ね合わせレーザ溶接方法における仮付け溶接工程の様子を模式的に示す部分断面図である。 本発明の実施例に係り、重ね合わせレーザ溶接方法におけるレーザ溶接工程の様子を模式的に示す部分斜視図である。

符号の説明

１０、２０、３０…第１、第２、第３鋼板品（被溶接部材）
１１、１２、１３…第１、第２、第３成形品部
１２、２２、３２…第１、第２、第３フランジ部
１３、２３…第１、第２凸曲面
１４、２４…第１、第２湾曲部
１５、２５…第１、第２平坦部
４０…仮付け溶接打点（荷重点）
５１…レーザ発振器
５２…光学系
５３…レーザ光
５４…反射ミラー
５５…制御手段

Claims (3)

1. 所定形状の成形品部と、該成形品部の端縁に一体に形成された帯板状のフランジ部とを有する複数の被溶接部材の各該フランジ部同士を重ね合わせて被溶接部とし、該被溶接部にレーザ光を照射して各該フランジ部同士を一体的に接合する重ね合わせレーザ溶接方法であって、
   複数の前記被溶接部材のうちの少なくとも一つは、前記フランジ部が帯板状に長く延びる方向と平行に延びる弦をもつ弓形の凸曲面をもつような湾曲部を該フランジ部に有しており、前記湾曲部の前記凸曲面が他のフランジ部との重ね合わせ面となるように該凸曲面を内側に向けつつ各前記フランジ部同士を重ね合わせて前記被溶接部とする重ね合わせ工程と、
   前記凸曲面が平面となる方向に前記湾曲部が変形するように該湾曲部の両端部近傍に位置する両荷重点に荷重が付加されて、該湾曲部の変形により重ね合わせ面同士に押圧力が作用した荷重状態を保持しながら、両該荷重点間の所定範囲における前記被溶接部に前記レーザ光を照射して、重ね合わされた各前記フランジ部同士を該所定範囲で一体的に接合するレーザ溶接工程とを備えていることを特徴とする重ね合わせレーザ溶接方法。
2. 前記重ね合わせ工程の後に、両前記荷重点に荷重を付加して前記荷重状態とすべく、両該荷重点を仮付け溶接して重ね合わされた各前記フランジ部を該荷重点で一体的に接合する仮付け溶接工程を実施することを特徴とする請求項１記載の重ね合わせレーザ溶接方法。
3. 前記レーザ溶接工程では、ミラースキャンにより前記レーザ光を走査させるリモートレーザ溶接を実施することを特徴とする請求項１又は２記載の重ね合わせレーザ溶接方法。

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