JP5499590B2 - レーザー溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接装置に関する。

近年、上下に重ね合わされた二枚の金属板の溶接として、レーザー溶接が利用されつつある。このレーザー溶接は、二枚の金属板の上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板に対して移動させることにより、二枚の金属板を溶融させて線状の溶接ビードを形成させるものである。

また、レーザー光が照射される被照射部位にフィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接することにより、金属板だけでなくフィラーワイヤも溶融させて、すなわち溶融金属を増加させて、二枚の金属板を連結させることも知られている。

このようなレーザー溶接における溶接部の溶接品質を改良するものとして、例えば特許文献１には、２つの部品を溝内の溶接スポットで互いにレーザー溶接する際に溶接スポットに隣接するスポットを溶接と同時に加熱し、この加熱と溶接により溝に沿って溶接ビードを形成することが開示されている。

また、溶接部の溶接品質を改良するものとして、例えば特許文献２には、レーザー溶接に関するものでなくアーク溶接に関するものであるが、溶接開先の中央を第１電極で第１層溶接し、この第１電極の後方において、第１電極による溶接ビードを挟む両側の二箇所に夫々設置した第２電極と第３電極との間でアークを発生させて第２層溶接することで、第１電極による溶接ビード中で肉盛り量の少ない両側部分に溶融金属を補充することが開示されている。

特開２０００−３０１３７６号公報 特開平９−２０６９３４号公報

ところで、レーザー光が照射される被照射部位にフィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接する場合には、金属板とフィラーワイヤとをレーザー光によって溶融させることから、フィラーワイヤの溶融にエネルギーが消費されて金属板の溶融が不十分となることがある。

これに対して、二枚の金属板のうち上側の金属板表面に向けてレーザー光を照射することにより金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を形成し、この溶融池にフィラーワイヤをレーザー光よりも溶接進行方向後方側から供給することで、レーザー光のエネルギーがフィラーワイヤの溶融に消費されることなく、金属板の溶融に利用することが可能であると考えられる。

上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接する場合には、二枚の金属板における対向する面は一般に完全な平面ではないので、二枚の金属板間には少なからず隙間が生じることとなるが、フィラーワイヤを溶融池に供給する前記方法によれば、二枚の金属板の間の対向する面に隙間が生じている場合においても、フィラーワイヤを用いて二枚の金属板を連結させることができると考えられる。

しかしながら、二枚の金属板の対向する面の間に隙間が生じている状態で、フィラーワイヤを用いて二枚の金属板をレーザー溶接する際には、例えば前記隙間が予想以上に少なかった場合など、溶融金属の量が過剰となって溶融金属が凝固して形成されるビード部が金属板の上面から盛り上がり、金属板の上面からのビード部の高さが過大となる溶接不良を引き起こすことがある。

ビード部の高さが過大となると、ビード部が形成される部分に他の部品が組み付けられる場合には、この過大に形成されたビード部が他の部品との組み付けを阻害するという問題が生じる。また、ビード部の高さが過大となると、ビード部の両端部に応力が集中し亀裂が生じやすくなるという問題が生じる。

そこで、本発明は、前記技術的課題に鑑みてなされたものであり、フィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接する際に、ビード部の高さが過大となることを防止することができるレーザー溶接装置を提供することを目的とする。

このため、本願の請求項１に係る発明は、フィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接装置であって、前記二枚の金属板のうち上側の金属板表面に向けて第１のレーザー光を照射しつつ該第１のレーザー光を所定の溶接経路に沿って前記二枚の金属板に対して相対的に移動し、該第１のレーザー光によって前記金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を形成する第１のレーザー照射手段と、該第１のレーザー照射手段によって形成される前記溶融池に前記第１のレーザー光よりも溶接進行方向後方側からフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段と、前記第１のレーザー光に追随しつつ、前記溶融池の溶接進行方向後方に溶融金属が凝固して形成されるビード部の表面を溶融させるように第２のレーザー光を照射する第２のレーザー照射手段と、前記ビード部を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された前記ビード部の形状に基づいて、前記上側の金属板からの前記ビード部の高さを算出するビード部高さ算出手段と、前記ビード部高さ算出手段によって算出された前記ビード部の高さが所定高さ以上であるか否かを判定するビード部高さ判定手段とを備え、前記第２のレーザー照射手段は、前記ビード部高さ判定手段によって前記ビード部の高さが所定高さ以上であると判定された場合に前記第２のレーザー光を照射することを特徴としたものである。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレーザー溶接装置において、前記第２のレーザー照射手段は、前記ビード部の表面と該ビード部の幅方向両端近傍に位置する前記上側の金属板の表面とに前記第２のレーザー光を照射することを特徴としたものである。

更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のレーザー溶接装置において、前記第２のレーザー照射手段は、前記第２のレーザー光として半導体レーザー光を照射することを特徴としたものである。

本願の請求項１に係る発明によれば、第１のレーザー光によって形成された溶融池に第１のレーザー光よりも溶接進行方向後方側からフィラーワイヤを供給しながらレーザー溶接する際に、第１のレーザー光に追随しつつ溶融池の溶接進行方向後方に形成されるビード部の表面を溶融させるように第２のレーザー光が照射されるので、ビード部が金属板の上面から過大に盛り上がって形成される場合においても、第２のレーザー光によってビード部の表面を溶融させてビード部表面の溶融部分をビード部の幅方向外方側に変位させ、ビード部を扁平化することができる。これにより、ビード部の高さを低減することができ、ビード部の高さが過大となることを防止することができる。したがって、ビード部が形成された部分に他の部品が組み付けられる場合にはビード部が他の部品との組み付けを阻害することを抑制することができ、また、ビード部の両端部に応力が集中し亀裂が生じることを抑制することができ、溶接部の溶接品質を向上させることができる。
更に、撮像手段によって撮像されたビード部の形状に基づいて上側の金属板からのビード部の高さが算出され、算出されたビード部の高さが所定高さ以上である場合に第２のレーザー光が照射されるので、前記効果をより有効に奏することができる。

また、本願の請求項２に係る発明によれば、ビード部の表面とビード部の幅方向両端近傍に位置する上側の金属板の表面とに第２のレーザー光が照射されるので、ビード部の幅方向両端近傍に位置する上側の金属板も溶融させ、ビード部表面の溶融部分がビード部の幅方向外方側に変位することを促進させることができ、前記効果をより有効に奏することができる。

更に、本願の請求項３に係る発明によれば、第２のレーザー光として半導体レーザー光が照射されるので、前記効果をより具体的に実現することができる。

本発明の実施形態に係るレーザー溶接装置の要部を概略的に示す側面図である。 前記レーザー溶接装置の制御構成図である。 前記レーザー溶接装置においてレーザー溶接中にある二枚の金属板の第１のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す図である。 二枚の金属板間の隙間が少ない部分をレーザー溶接中にある二枚の金属板の第１のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す断面図である。 図４のＹ５ａ−Ｙ５ａ線、Ｙ５ｂ−Ｙ５ｂ線及びＹ５ｃ−Ｙ５ｃ線に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るレーザー溶接装置について、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るレーザー溶接装置の要部を概略的に示す側面図であり、図２は、前記レーザー溶接装置の制御構成図である。このレーザー溶接装置１０は、レーザー光（第１のレーザー光）ＬＢ１を発生する第１のレーザー照射手段としての第１のレーザーヘッド１と、レーザー光（第２のレーザー光）ＬＢ２を発生する第２のレーザー照射手段としての第２のレーザーヘッド２と、第１のレーザーヘッド１からのレーザー光被照射部位Ｌ１の後方にフィラーワイヤＸを供給するワイヤ供給装置３と、フィラーワイヤＸを所定温度に加熱するワイヤ加熱装置４と、レーザーヘッド１、２及びワイヤ供給装置３を支持すると共にワークＷに対して相対的に移動させるアーム型の溶接ロボット５とを有している。なお、図１では、溶接ロボット５のロボットアーム５１の先端のみが示されている。

本実施形態では、ワークＷとしては、上下に重ね合わされた平板状の二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２を一例として示している。二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２は、複数のクランプ治具７によって把持されているが、金属板Ｗ１、Ｗ２の精度上、対向する面の間には隙間Ｚが形成されている。

第１のレーザーヘッド１は、例えばＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー等の高出力レーザーを利用して構成され、エネルギー密度が高くキーホール型の深い溶融部を形成可能なレーザー光ＬＢ１を照射することができるようになっている。また、第１のレーザーヘッド１は、レーザー出力及びレーザー光ＬＢ１の焦点位置が可変に構成されているが、本実施形態ではレーザー光ＬＢ１の焦点位置は下側の金属板Ｗ２の下面に設定されている。

第２のレーザーヘッド２は、半導体レーザーを利用して構成され、第１のレーザー光ＬＢ１よりもエネルギー密度が低く熱伝導型の浅い溶融部を形成可能な半導体レーザー光ＬＢ２を照射することができるようになっている。第２のレーザーヘッド２もまた、レーザー出力及びレーザー光ＬＢ２の焦点位置が可変に構成されているが、本実施形態ではレーザー光ＬＢ２の焦点位置は上側の金属板Ｗ１の上面に設定されている。

第１のレーザーヘッド１と第２のレーザーヘッド２とはともに、ロボットアーム５１の先端に取付ブラケット５２を介して取り付けられている。この取付ブラケット５２は、平面状に形成されるとともにロボットアーム５１に沿って延びるように形成されており、取付ブラケット５２の溶接進行方向前方側に第１のレーザーヘッド１が取り付けられ、取付ブラケット５２の溶接進行方向後方側に第２のレーザーヘッド２が取り付けられている。

ワイヤ供給装置３は、第１のレーザー光ＬＢ１よりも溶接進行方向後方側において第１のレーザー光ＬＢ１の被照射部位Ｌ１の近傍に配置されたワイヤ供給ノズル３１と、ワイヤ供給モータ３３（図２参照）により駆動され、フィラーワイヤＸが巻回された図示しないワイヤロールより繰り出されたフィラーワイヤＸをワイヤ供給ノズル３１まで誘導するチューブ３２とを有している。ワイヤ供給モータ３３は、回転速度の制御が可能なサーボモータにより構成され、これにより、被溶接部位へのフィラーワイヤＸの供給量が調整可能になっている。

ワイヤ供給ノズル３１もまた、ロボットアーム５１の先端に取付ブラケット５２を介して取り付けられている。具体的には、ワイヤ供給ノズル３１は、第１のレーザーヘッド１の溶接進行方向後方側且つ第２のレーザーヘッド２の溶接進行方向前方側において取付ブラケット５２に取り付けられている。

このようにして、第１のレーザーヘッド１、第２のレーザーヘッド２及びワイヤ供給ノズル３１がロボットアーム５１の先端に取り付けられ、ワイヤ供給ノズル３１は、第１のレーザーヘッド２のレーザー光ＬＢ１の溶接進行方向後方側からフィラーワイヤＸを供給することができるようになっているとともに、第２のレーザーヘッド２は、第１のレーザー光ＬＢ１に追随して第２のレーザー光ＬＢ２を照射することができるようになっている。

また、第１のレーザーヘッド１、第２のレーザーヘッド２及びワイヤ供給ノズル３１は、第１のレーザーヘッド１から照射されるレーザー光ＬＢ１の中心ＬＢ１ｃ、第２のレーザーヘッド２から照射される第２のレーザー光ＬＢ２の中心ＬＢ２ｃ及びワイヤ供給ノズル３１から供給されるフィラーワイヤＸがともに溶接経路Ｒに沿って移動するように位置調整されるとともに、後述する図４に示すように、第２のレーザーヘッド２は、第１のレーザー光ＬＢ１によって形成される溶融池ＷＹの溶接進行方向後方に溶融金属Ｗｙ、Ｗｙ’が凝固して形成されるビード部ＷＢに第２のレーザー光ＬＢ２を照射することができるように位置調整されている。

ワイヤ加熱装置４は、フィラーワイヤＸに通電することにより、該ワイヤＸに生じるジュール熱で該ワイヤＸを加熱するものであり、加熱電源装置４１と、該加熱電源装置４１とワイヤ供給ノズル３１とを接続するノズル接続ケーブル４２と、該加熱電源装置４１とクランプ治具７とを接続する、すなわち加熱電源装置４１と金属板Ｗ１、Ｗ２とを接続する金属板接続ケーブル４３とを有し、加熱電源装置４１から流れる電流が、ノズル接続ケーブル４２、ワイヤ供給ノズル３１、フィラーワイヤＸ、金属板Ｗ１、Ｗ２、クランプ治具７、金属板接続ケーブル４３を介して加熱電源装置４１に戻るようになっている。なお、逆回りに電流が流れるように構成してももちろんよい。

ここで、前記所定温度は、フィラーワイヤＸの端部が、後述する図３に示す溶融池ＷＹに供給されたときに、ワイヤ加熱装置４による熱と溶融池ＷＹの熱とで溶融する温度に設定されている。フィラーワイヤＸを所定温度に加熱するための電流値については実験等を行って導けばよい。

レーザー溶接装置１０にはさらに、溶融池ＷＹの溶接進行方向後方に形成されるビード部ＷＢを上側の金属板Ｗ１の上方側から撮像する撮像手段としての撮像装置６が備えられている。撮像装置６は、例えばＣＣＤカメラなどによって所定周期毎に画像を取得可能に構成されており、撮像装置６は、第２のレーザーヘッド２からの第２のレーザー光被照射部位Ｌ２の溶接進行方向前方側においてビード部ＷＢを撮像することができるようになっている。

また、レーザー溶接装置１０には、図２に示すように、第１のレーザーヘッド１、第２のレーザーヘッド２、ワイヤ供給装置３のワイヤ供給モータ３３、ワイヤ加熱装置４及び溶接ロボット５の作動など、レーザー溶接装置１０に関係する構成を総合的に制御するコントロールユニット６０が備えられている。

このコントロールユニット６０は、撮像装置６によって撮像されたビード部ＷＢの形状に基づいて、上側の金属板Ｗ１の上面からのビード部ＷＢの高さを算出するビード部高さ算出手段としてのビード部高さ算出部６１と、該ビード部高さ算出部６１によって算出されたビード部ＷＢの高さが予め設定された所定高さ以上であるか否かを判定するビード部高さ判定手段としてのビード部高さ判定部６２とを備え、該ビード部高さ判定部６２によってビード部ＷＢの高さが所定高さ以上であると判定された場合に第２のレーザーヘッド２の作動を制御し、第２のレーザー光ＬＢ２を照射することができるようになっている。なお、コントロールユニット６０は、例えばマイクロコンピュータを主要部として構成されている。

このようにして構成されるレーザー溶接装置１０を用いてレーザー溶接する際には、図１に示すように、先ず、平板状の二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２を上下に重ね合わせた状態で二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２を所定位置においてクランプ治具７によって把持する。この二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２の対向する面の間には、前述したように隙間Ｚが生じている。

そして、二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２のうち上側の金属板Ｗ１表面に向けて第１のレーザー光ＬＢ１を照射しつつ該第１のレーザー光ＬＢ１を溶接経路に沿ってこれら二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２に対して相対的に移動させ、これにより、上下の金属板Ｗ１、Ｗ２の第１のレーザー光被照射部位Ｌ１を溶融させて上下の金属板Ｗ１、Ｗ２の溶融金属が貯留されてなる溶融池を形成する。そして、溶融池の熱とで溶融するように加熱されたフィラーワイヤＸを第１のレーザー光ＬＢ１よりも溶接進行方向後方側から溶融池に供給し、これにより、フィラーワイヤＸを溶融させて溶融池に溶融金属を追加供給する。

図３は、前記レーザー溶接装置によってレーザー溶接中にある二枚の金属板の第１のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す図であり、図３の（ａ）は、第１の金属板の第１のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す平面図、図３の（ｂ）は、図３（ａ）のＹ３ｂ−Ｙ３ｂ線に沿った断面図である。なお、第２のレーザー光ＬＢ２は、後述するように、溶融金属が凝固して形成されるビード部ＷＢの高さが所定高さ以上である場合に照射されるものであり、図３では、第２のレーザーヘッド２からレーザー光ＬＢ２が照射されていない状態が示されている。

図３を参照しつつ詳しく説明すると、先ず、溶接経路Ｒにおける第１のレーザー光ＬＢ１の中心ＬＢ１ｃの前方近傍では、上側の金属板Ｗ１における第１のレーザー光ＬＢ１の中心ＬＢ１ｃ近傍の金属が溶融され、溶融金属Ｗｙが生成され、溶融金属Ｗｙの周囲には、該溶融金属Ｗｙから伝達される熱により金属組織変化が生じた熱影響部ＷＣ（後述する図５参照）が生じている。第１のレーザー光ＬＢ１が照射される第１のレーザー光被照射部位Ｌ１は、第１のレーザー光ＬＢ１により金属がプラズマ状態となり、その圧力により溶融金属Ｗｙを周囲に押しやってキーホールＷＫが形成されている。

溶接経路Ｒにおける第１のレーザー光中心ＬＢ１ｃ位置では、キーホールＷＫは、上側の金属板Ｗ１を貫通して下側の金属板Ｗ２に達している。そして、下側の金属板Ｗ２においても、第１のレーザー光中心ＬＢ１ｃ近傍の金属が溶融されて溶融金属Ｗｙが生成され、下側の金属板Ｗ２の溶融金属Ｗｙの周囲にも熱影響部が生じている。また、上側の金属板Ｗ１の溶融金属Ｗｙは、重力により下側の金属板Ｗ２側に垂下し始めている。

溶接経路Ｒにおける第１のレーザー光中心ＬＢ１ｃの後方近傍では、上側の金属板Ｗ１の溶融金属Ｗｙが重力により下方へ垂下し、溶融経路Ｒにおける第１のレーザー光中心ＬＢ１ｃよりも後方位置においては、溶融金属Ｗｙが、先に形成されていたキーホールＷＫに運ばれ、溶融金属Ｗｙが貯留されてなる溶融池ＷＹが上側の金属板Ｗ１の上面から下側の金属板Ｗ２の下面にわたって形成されている。

本実施形態では、溶融池ＷＹの熱とで溶融するように加熱されたフィラーワイヤＸが、第１のレーザー光ＬＢ１よりも溶接進行方向後方側から溶融池ＷＹに供給され、フィラーワイヤＸが溶融して溶融金属Ｗｙ’が生成される。そして、この新たに生成された溶融金属Ｗｙ’が溶融池ＷＹ内に供給されることにより、もとから存在していた溶融池ＷＹ内の溶融金属Ｗｙが点線の矢印で示すように下方へ押しやられて、該溶融金属Ｗｙの隙間Ｚを超えた下方への垂下が促進され、上側の金属板Ｗ１と下側の金属板Ｗ２とが溶融金属Ｗｙにより連結されることとなる。

そして、溶接経路Ｒにおける第１のレーザー光中心ＬＢ１ｃよりもさらに後方位置においては、溶融池ＷＹの溶融金属Ｗｙ、Ｗｙ’が下側から凝固し始め、さらに後方においては、溶融池ＷＹの溶融金属Ｗｙ、Ｗｙ’が上から下まで全て凝固し、非溶融状態のビード部ＷＢが形成されることとなる。また、このビード部ＷＢの幅方向両側には、上下の金属板Ｗ１、Ｗ２のそれぞれに熱影響部ＷＣが存在している。

ここで、溶融池ＷＹへのフィラーワイヤＸの供給についてさらに説明すると、図３に示すように、フィラーワイヤＸは、溶接経路Ｒに沿って溶融池ＷＹに供給されるとともに、矢印βで示すように前下がりに傾斜した状態で溶融池ＷＹ内に進入するように供給される。より詳しくは、フィラーワイヤＸは、溶融池ＷＹに対するフィラーワイヤＸの進入位置、すなわちフィラーワイヤＸが溶融池ＷＹの上面と交差する溶接進行方向前端位置Ｘｐが、第１のレーザー光中心ＬＢ１ｃから溶接経路Ｒ後方の距離Ｄとなるように供給される。なお、本実施形態では、フィラーワイヤＸの進入位置Ｘｐが、例えば距離Ｄが第１のレーザー光ＬＢ１のビーム径の２倍となるように設定される。

このようにして、フィラーワイヤＸを供給しながら二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２をレーザー溶接することにより、金属板Ｗ１、Ｗ２の溶融金属ＷｙにフィラーワイヤＸの溶融金属Ｗｙ’を加えて溶融金属量を増大させることができるとともに、溶融池ＷＹ内へのフィラーワイヤＸの進入によって上側の金属板Ｗ１の溶融金属Ｗｙの下方への垂下を促進させることができ、二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２間に比較的大きい隙間Ｚが生じている場合においても、上下の金属板Ｗ１、Ｗ２を良好に連結させることができる。

また、本実施形態では、レーザー溶接装置１０に、ビード部ＷＢを撮像する撮像装置６が備えられており、レーザー溶接中に第２のレーザー光被照射部位Ｌ２よりも溶接進行方向前方側においてビード部ＷＢが撮像され、この撮像された画像がビード部高さ算出部６１に入力され、ビード部高さ算出部６１において、入力されたビード部ＷＢの画像から上側の金属板Ｗ１の上面からのビード部ＷＢの高さが算出され、ビード部高さ判定部６２において、この算出されたビード部ＷＢの高さが予め設定された所定高さ以上であるか否かが判定される。

図３に示すように、ビード部ＷＢが上側の金属板Ｗ１の上面から突出して形成されていない場合など、ビード部高さ判定部６２において、ビード部高さ算出部６１で算出されたビード部ＷＢの高さが所定高さ以上ではないと判定されると、第２のレーザーヘッドから第２のレーザー光ＬＢ２は照射されない。

しかしながら、二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２の対向する面の間に生じた隙間Ｚが予想以上に少ない場合など、ビード部高さ判定部６２において、ビード部高さ算出部６１で算出されたビード部ＷＢの高さが予め設定された所定高さ以上であると判定されると、第２のレーザーヘッド２から第２のレーザー光ＬＢ２が照射される。

図４は、二枚の金属板間の隙間が少ない部分をレーザー溶接中にある二枚の金属板のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す図であり、図５は、図４のＹ５ａ−Ｙ５ａ線、Ｙ５ｂ−Ｙ５ｂ線及びＹ５ｃ−Ｙ５ｃ線に沿った断面図である。図４に示すように、二枚の金属板Ｗ１、Ｗ２の対向する面の間の隙間Ｚが少ない部分をレーザー溶接中に、溶融池ＷＹの溶接進行方向後方側に形成されるビード部ＷＢが上側の金属板Ｗ１の上面から突出して形成される場合がある。

このように、レーザー溶接中に溶融池ＷＹの溶接進行方向後方側に形成されるビード部ＷＢが上側の金属板Ｗ１の上面から突出して形成された場合に、ビード部高さ判定部６２において、ビード部高さ算出部６１で算出されたビード部ＷＢの高さが所定高さ以上であると判定されると、第２のレーザーヘッド２の作動を制御して第２のレーザー光ＬＢ２が照射される。

図５（ａ）に示すように、第２のレーザーヘッド２から第２のレーザー光ＬＢ２が照射される被照射部位Ｌ２の溶接進行方向前方側において、上側の金属板Ｗ１からのビード部ＷＢの高さＨ１が予め設定された所定高さ以上であると判定されると、図５（ｂ）に示すように、第２のレーザー光ＬＢ２が照射される。この第２のレーザー光ＬＢ２は、ビード部ＷＢの表面を溶融させるようにビード部ＷＢに向けて照射され、例えばビード部ＷＢの表面とビード部ＷＢの幅方向両側に位置する上側の金属板Ｗ１の熱影響部ＷＣの表面とが照射されるなど、ビード部ＷＢの表面と該ビード部ＷＢの幅方向両側に位置する上側の金属板Ｗ１の表面とに照射される。

これにより、上側の金属板Ｗ１の上面から突出して形成されたビード部ＷＢの表面と該ビード部ＷＢの幅方向両側に位置する上側の金属板Ｗ１の表面とが溶融され、図５（ｃ）に示すように、ビード部ＷＢ表面の溶融金属がビード部ＷＢの幅方向外方側に変位させられ、ビード部ＷＢを扁平化することができる。

このようにして、第２のレーザー光ＬＢ２を照射することにより、ビード部ＷＢが上側の金属板Ｗ１の上面から突出して形成される場合においても、ビード部ＷＢ表面の溶融金属をビード部ＷＢの幅方向外方側に変位させ、ビード部ＷＢの幅を大きくしてビード部ＷＢの高さをＨ１からＨ２に低減することができ、ビード部ＷＢの高さが過大になることを防止することができる。また、ビード部ＷＢ表面の溶融金属をビード部ＷＢの幅方向外方側に変位させることで、図５（ａ）及び図５（ｃ）に示すように、ビード部ＷＢの両端部においてビード部ＷＢの表面と上側の金属板Ｗ１とのなす角度をθ１からθ２に大きくすることができる。

このように、本実施形態においては、第１のレーザー光ＬＢ１によって形成された溶融池ＷＹに第１のレーザー光ＬＢ１よりも溶接進行方向後方側からフィラーワイヤＸを供給しながらレーザー溶接する際に、第１のレーザー光ＬＢ１に追随しつつ溶融池ＷＹの溶接進行方向後方に形成されるビード部ＷＢの表面を溶融させるように第２のレーザー光ＬＢＢ２が照射されるので、ビード部ＷＢが金属板Ｗ１の上面から過大に盛り上がって形成される場合においても、第２のレーザー光ＬＢ２によってビード部ＷＢの表面を溶融させてビード部ＷＢ表面の溶融部分をビード部ＷＢの幅方向外方側に変位させ、ビード部ＷＢを扁平化することができる。これにより、ビード部ＷＢの高さを低減することができ、ビード部ＷＢの高さが過大となることを防止することができる。したがって、ビード部ＷＢが形成された部分に他の部品が組み付けられる場合にはビード部ＷＢが他の部品との組み付けを阻害することを抑制することができ、また、ビード部ＷＢの両端部に応力が集中し亀裂が生じることを抑制することができ、溶接部の溶接品質を向上させることができる。

また、ビード部ＷＢとビード部ＷＢの幅方向両端近傍に位置する上側の金属板Ｗ１との表面に第２のレーザー光ＬＢ２が照射されるので、ビード部ＷＢの幅方向両端近傍に位置する上側の金属板Ｗ１も溶融させ、ビード部ＷＢ表面の溶融部分がビード部ＷＢの幅方向外方側に変位することを促進させることができ、前記効果をより有効に奏することができる。

更に、撮像装置６によって撮像されたビード部ＷＢの形状に基づいて、上側の金属板Ｗ１からのビード部ＷＢの高さが算出され、算出されたビード部ＷＢの高さが所定高さ以上である場合に第２のレーザー光ＬＢ２が照射されるので、前記効果をより有効に奏することができる。

なお、本発明は、例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、フィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接する場合に、ビード部の高さが過大になることを防止することができるレーザー溶接装置を提供することができ、自動車産業の他、二枚の金属板の溶接が必要となる産業において広く利用される可能性がある。

１ 第１のレーザーヘッド
２ 第２のレーザーヘッド
３ ワイヤ供給装置
６ 撮像装置
１０ レーザー溶接装置
６０ コントロールユニット
６１ ビード部高さ算出部
６２ ビード部高さ判定部
ＬＢ１ 第１のレーザー光
ＬＢ２ 第２のレーザー光
Ｒ 溶接経路
Ｗ１、Ｗ２ 金属板
ＷＫ キーホール
Ｗｙ、Ｗｙ’ 溶融金属
ＷＹ 溶融池
Ｘ フィラーワイヤ

Claims (3)

1. フィラーワイヤを供給しながら上下に重ね合わせられた二枚の金属板をレーザー溶接するレーザー溶接装置であって、
   前記二枚の金属板のうち上側の金属板表面に向けて第１のレーザー光を照射しつつ該第１のレーザー光を所定の溶接経路に沿って前記二枚の金属板に対して相対的に移動し、該第１のレーザー光によって前記金属板を溶融させて溶融金属が貯留されてなる溶融池を形成する第１のレーザー照射手段と、
   該第１のレーザー照射手段によって形成される前記溶融池に前記第１のレーザー光よりも溶接進行方向後方側からフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段と、
   前記第１のレーザー光に追随しつつ、前記溶融池の溶接進行方向後方に溶融金属が凝固して形成されるビード部の表面を溶融させるように第２のレーザー光を照射する第２のレーザー照射手段と、
   前記ビード部を撮像する撮像手段と、
   該撮像手段によって撮像された前記ビード部の形状に基づいて、前記上側の金属板からの前記ビード部の高さを算出するビード部高さ算出手段と、
   前記ビード部高さ算出手段によって算出された前記ビード部の高さが所定高さ以上であるか否かを判定するビード部高さ判定手段とを備え、
   前記第２のレーザー照射手段は、前記ビード部高さ判定手段によって前記ビード部の高さが所定高さ以上であると判定された場合に前記第２のレーザー光を照射する、
   ことを特徴とするレーザー溶接装置。
2. 前記請求項１に記載のレーザー溶接装置において、
   前記第２のレーザー照射手段は、前記ビード部の表面と該ビード部の幅方向両端近傍に位置する前記上側の金属板の表面とに前記第２のレーザー光を照射する、
   ことを特徴とするレーザー溶接装置。
3. 前記請求項１または前記請求項２に記載のレーザー溶接装置において、
   前記第２のレーザー照射手段は、前記第２のレーザー光として半導体レーザー光を照射する、
   ことを特徴とするレーザー溶接装置。

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