JP5527526B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ溶接方法に係り、特に、所定の溶接部に所定のレーザ溶接装置によりレーザ光を照射して複数の重ね合わされた金属板同士を溶接するレーザ溶接方法に関する。

従来、例えば自動車の車体のルーフやピラーなどにおいて、重ね合わされた亜鉛メッキ鋼板などをレーザ溶接により溶接することが知られている。しかしながら、レーザ溶接は、板と板との隙間（板間隙）や、それらの板間の傾きによっては、金属溶融量の不足により溶接不良が生じて、溶接部に欠陥（吹上げ、溶け落ち、穴あき、アンダーフィル、ビット発生など）が生じることが知られている。また、亜鉛メッキ鋼板のようなメッキ層を有する金属板をレーザ溶接する際には、メッキ層の爆飛現象により穴あきなどの欠陥が生じることも知られている。

これらの問題に対し、本願の発明者らは、低融点金属メッキ層が形成された複数の金属板の重ね合わせ部をレーザ溶接する際に、第１工程にて、溶接部に所定の溶接パターンとなるようにレーザ光を照射して低融点金属メッキを蒸発させると共に余熱することで金属溶融量を増加させ、第２工程にて、第１工程とは異なる溶接パターン（第１工程とは別の領域にレーザ光を照射するようにしている）で本工程（従来でいう、レーザ溶接による金属板同士の溶接）を行うレーザ溶接方法を発明すると共に出願し、その内容は特許文献１に開示されている。

特開２００９−１４８７８１

しかしながら、上述した特許文献１のレーザ溶接方法は、それに記載されているように所定の優れた効果を発揮するものの、その溶接方法を実際の工場のラインに適用するには、溶接しようとする金属板同士の隙間（板間隙）のばらつきやそれらの板間の傾きのばらつきなどの管理に限界があることに起因して、その効果を発揮する安定性に関して問題が残っていることが明らかになった。

即ち、金属板部品に発生する熱歪（熱応力）、成型による形状剛性、金属板部品の位置決め時などに起因して金属板部品に発生する力により、溶接後には接合されているように見えていた溶接部が剥がれてしまうことがあるという問題が明らかになった。本発明者らは、鋭意研究を重ね、これは、実際には、金属板同士の隙間（板間隙）やそれらの板間の傾きによっては溶接部における溶融金属量が十分ではないことに起因し、また、溶接中においても溶融した金属が急激に凝固する際に周りの金属と分離し易いことにも起因している、ことを検証により明らかにした。

そして、金属溶融量を増加させるために、特許文献１の第１工程においてレーザ光のエネルギ量を増加させると、低融点金属メッキの急激な膨張による爆飛現象が生じ金属板部品の溶接部に欠陥を与えてしまうことになり、特許文献１のレーザ溶接方法では、金属溶融量の増加量に限界がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、溶接部における金属溶融量を確実に増加させてレーザ溶接による溶接不良を抑制することが出来るレーザ溶接方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、複数の金属板を重ね、所定の溶接部に所定のレーザ溶接装置によりレーザ光を照射して溶接部により複数の金属板同士を溶接するレーザ溶接方法であって、溶接部を余熱するための所定の低入熱量のレーザ光を溶接部に照射する余熱工程と、この余熱工程の後に行われる本溶接工程であって、溶接部に複数の金属板同士を溶接可能な照射深さであり且つ所定の低入熱量より高い量の高入熱量のレーザ光を照射する本溶接工程と、この本溶接工程の後に行われる補熱工程であって、本溶接工程におけるレーザ光の照射範囲の外周部の全域に、本溶接工程における照射深さよりも照射深さが浅くなるようレーザ光の単位時間当たりの投入入熱量を下げたレーザ光を照射する補熱工程と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、この本溶接工程におけるレーザ光の照射範囲の外周部に、その外周部でのレーザ光の単位時間当たりの投入入熱量を下げて照射深さを浅くするようにしたレーザ光を照射する補熱工程を有しているので、本溶接工程による複数の金属板の溶接中における溶融金属の急激な凝固による周りの金属との分離現象が生じるとしても、本溶接工程におけるレーザ光の照射範囲の外周部にレーザ光を照射して溶融金属量をさらに増加させているので、本溶接工程における溶接部の溶融金属とその周りの金属との間にそれらをつなぎとめるような溶融金属を増加させて、分離現象を抑制し、その結果、溶接不良を抑制することが出来る。また、補熱工程におけるレーザ光の照射深さは、本溶接工程における照射深さより浅いので、本溶接工程における複数の金属板同士の溶接部自体に与える影響（例えば、本溶接工程において凝固し、或いは、凝固しつつある金属に再度熱を与え過ぎて溶融させてしまい結果的に溶接強度を低下させるなど）を抑えることが出来る。これらの結果、本発明によるレーザ溶接方法によれば、溶接部における金属溶融量を確実に増加させてレーザ溶接による溶接不良を抑制することが出来る。
また、本発明においては、本溶接工程の前に、その本溶接工程よりも低入熱量のレーザ光を溶接部に照射する余熱工程を有するので、この余熱工程により、さらに、溶融金属量を増加させることが出来、より確実に、溶接不良を抑制することが出来る。

本発明において、好ましくは、補熱工程におけるレーザ光の金属板への照射外径は、本溶接工程におけるレーザ光の金属板への照射外径よりも広い。
このように構成された本発明においては、補熱工程における照射外径を、本溶接工程における照射外径よりも広くしているので、線状に延びる「本溶接工程におけるレーザ光の照射範囲の外周部」を１度なぞって照射するだけでも、より確実に溶融金属量を増加させることが出来る。

本発明において、好ましくは、補熱工程におけるレーザ光の照射は、所定のレーザ溶接装置のレーザ光の焦点を金属板に対し照射方向にずらした状態で行われる。
このように構成された本発明においては、補熱工程におけるレーザ光の焦点をずらすことで、レーザ光の照射面積を増やし、また、レーザ光の照射深さを浅くすることが出来る。一方、レーザ光の焦点をずらすと、レーザ光のエネルギ密度が少なくなるが、レーザ光の照射面積は増えるので、溶融金属量の増加量自体は確保することが出来る。従って、本溶接工程におけるレーザ光の照射範囲の外周部の金属を確実に溶融させることが出来、上述した分離現象を確実に抑制することが出来る。

本発明において、好ましくは、複数の金属板は、母材よりも融点の低い金属メッキ層が形成された金属板を含む。
このように構成された本発明においては、母材よりも融点の低い金属メッキ層が形成された金属板を含み、この金属板に、本溶接工程よりも低入熱量のレーザ光を溶接部に照射する余熱工程が実施されることにより、メッキ層を爆飛なく除去しつつ、溶融金属量を増加させることが出来、より確実に、溶接不良を抑制することが出来る。

本発明において、好ましくは、本溶接工程において溶接部に照射されるレーザ光の照射箇所と、余熱工程において溶接部に照射されるレーザ光の照射箇所とが、ほぼ同一箇所である。
このように構成された本発明においては、余熱工程による入熱量を抑えても、メッキ層の除去を促進することが出来、本溶接工程において、そのメッキ層を除去した箇所の溶接接合性を向上させることが出来る。また、本溶接工程において、余熱工程でメッキ層を除去したレーザ光の照射箇所とほぼ同一箇所にレーザ光を照射するので、高入熱量のレーザ光を照射する本溶接工程において、仮にメッキ層が残っていたとしても、その残っているメッキ層の爆飛なく確実な溶接を行うことが出来る。

本発明によるレーザ溶接方法によれば、溶接部における金属溶融量を確実に増加させてレーザ溶接による溶接不良を抑制することが出来る。

本発明の実施形態によるレーザ溶接方法を実施するためのレーザ溶接装置の概略構成を示す概略図である。 重ね合わされた複数の金属板を所定の溶接部でレーザ溶接により溶接する状態を示す金属板の部分拡大斜視図である。 本発明の実施形態によるレーザ溶接方法が適用された亜鉛メッキ鋼板のレーザ溶接工程を説明するための図であり、金属鋼板の溶接部の溶融状態を可視化して示す一部拡大側面断面図（ａ）及びレーザ照射パターンを可視化して示す溶接部のレーザ照射方向から見た拡大平面図（ｂ）である。 図３に示すレーザ溶接工程における時間に対するレーザ光のエネルギ出力（ａ）、レーザ光の走査速度（ｂ）及びレーザ光の照射焦点（ｃ）の関係をそれぞれ示す線図である。 図１に示すレーザ溶接装置から照射されるレーザ光ＬＡの金属板Ｐと焦点距離ＦＬと照射面積（スポット径）とを説明するためのレーザ光ＬＡを可視化した概念図である。 溶接部へのレーザ照射パターンの例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法を説明する。
先ず、図１により、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法を実施するためのレーザ溶接装置を説明する。
図１は、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法を実施するためのレーザ溶接装置の概略構成を示す概略図である。
先ず、図１に示すように、本実施形態によるレーザ溶接装置１は、レーザ発振器２と、スキャナ加工ヘッド４と、これらを制御する制御装置６と、を有する。

レーザ発振器２は、制御装置６からの指令に基づいてレーザ光ＬＡを出力し、そのレーザ光ＬＡのエネルギ出力値は、制御装置６からの指令により調整可能となっている。レーザ発振器４から出力されたレーザ光ＬＡは、伝送ファイバ８を介してスキャナ加工ヘッド４に伝送される。レーザ光ＬＡとしては、ＣＯ₂レーザ光やＹＡＧレーザ光などがある。

スキャナ加工ヘッド４は、伝送ファイバ８から所定の角度で広がるレーザ光ＬＡを平行光に変換するコリメートレンズ１０と、平行光となったレーザ光を水平方向に平行光のまま反射する固定ミラー１２と、Ｘ軸モータ１４及びＹ軸モータ１６によりＸ−Ｙ軸方向に移動可能に設けられ、入力される平行光を下方に反射する可動ミラー１８と、この可動ミラー１８からの平行光となったレーザ光を被溶接物の溶接部に集光させるフォーカスレンズ２０と、カバースライド２２と、を有している。

コリメートレンズ１０は、アクチュエータ１１により上下方向（Ｚ軸方向）に高速に移動可能に構成されている。そして、フォーカスレンズ２０からの、レーザ光ＬＡが最も集光する位置までの距離であるＺ軸方向の焦点距離ＦＬは、そのコリメートレンズ１０のＺ軸方向の移動により調整される。レーザ光ＬＡが最も集光する位置は、レーザ光スポット径が最も小さくなる位置であり、レーザ光のエネルギ密度が最も高くなる位置でもある。コリメートレンズ１０のアクチュエータ１１は、制御装置６に接続され、焦点距離ＦＬが制御装置６により制御されるようになっている。

また、Ｘ軸モータ１４及びＹ軸モータ１６も制御装置６に接続され、可動ミラー１８を傾斜させることにより、フォーカスレンズ２０から出力されるレーザ光ＬＡをＸ−Ｙ軸方向に高速且つ自在に差し向けることが出来る。

従って、本実施形態によるレーザ溶接装置１では、アクチュエータ１１に取り付けられたコリメートレンズ１０のＺ軸方向の移動、及び、Ｘ軸モータ１４及びＹ軸モータ１６に取り付けられた可動ミラー１８のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動により、レーザ光ＬＡを、図１のＡで示すようなＸ、Ｙ、Ｚの各軸の範囲で最も集光するように照射可能となっており、且つ、そのレーザ光ＬＡの集光した部分はその範囲Ａ内で高速移動可能に照射可能となっている。

次に、図２により、図１に示すレーザ溶接装置１によるレーザ溶接の適用例を説明する。図２は、重ね合わされた複数の金属板を所定の溶接部でレーザ溶接により溶接する状態を示す金属板の部分拡大斜視図である。
本実施形態では、被溶接物は、自動車のルーフやドアなどに使用される亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２を想定し、これらを重ね合わせて、図１に示すレーザ溶接装置１によりレーザ光ＬＡを照射して互いに溶接するものとする。
図２に示す例では、母材である鋼板Ｂ１、Ｂ２よりも融点の低い亜鉛がメッキされたメッキ層Ｍ１、Ｍ２を有する亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２が２枚重ね合わされ、それらの金属板が、レーザ光ＬＡにより、溶接部Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の順でそれぞれスポット的に溶接される。

次に、図３乃至図５により、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法を説明する。
図３は、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法が適用された亜鉛メッキ鋼板のレーザ溶接工程を説明するための図であり、金属鋼板の溶接部の溶融状態を可視化して示す一部拡大側面断面図（ａ）及びレーザ照射パターンを可視化して示す溶接部のレーザ照射方向から見た拡大平面図（ｂ）であり、図４は、図３に示すレーザ溶接工程における時間に対するレーザ光のエネルギ出力（ａ）と、レーザ光の走査速度（ｂ）と、レーザ光の照射焦点（ｃ）との関係をそれぞれ示す線図であり、図５は、図１に示すレーザ溶接装置から照射されるレーザ光ＬＡの金属板Ｐと焦点距離ＦＬと照射面積（スポット径）とを説明するためのレーザ光ＬＡを可視化した概念図である。
なお、溶接部は、本実施形態では、図２に示すような溶接部Ｗ１、Ｗ２などであり、以下では、溶接部Ｗとして説明する。

図３に示すように、本実施形態のレーザ溶接方法が適用された溶接工程は、図３（ａ）、（ｂ）のそれぞれの上から余熱工程（第１工程）、本溶接工程（第２工程）、補熱工程（第２工程、補修工程）を有している。それらの工程は、上述した図１のレーザ溶接装置１を用いて行われる。例えば、レーザ光ＬＡの照射、その走査、焦点距離の調整などは、装置１の各構成要素２、４、１０、１１、１４、１６、１８などで行われ、説明は省略するが、制御装置６は、以下で説明するような各工程が実行されるよう、それらの各構成要素を制御する。

先ず、本実施形態における余熱工程では、図３（ｂ）の上段の図に示すように、レーザ光ＬＡ１を、溶接部Ｗの中心部から外周側に向けて渦巻き状の照射パターンで連続して照射する。

このとき、図４（ａ）に示すように、この余熱工程では、レーザ光ＬＡ１のエネルギ出力（エネルギ密度、金属板に入力される入熱量）は、後述する本溶接工程よりも低く設定され、亜鉛メッキ層Ｍ１、Ｍ２の爆飛が生じない程度且つ最大限に溶融金属量が得られるような値に設定されている。また、図４（ｂ）に示すように、レーザ光ＬＡ１の走査速度は一定である。

また、図４（ｃ）及び図５に示すように、レーザ光ＬＡ１の照射焦点は、金属板Ｐ１の表面に合わせられている。なお、図４（ｃ）の線図では、その０レベルが金属板の表面を表している。また、図５に示すように、余熱工程では、そのレーザ光ＬＡ１の焦点距離ＦＬ１が、金属板Ｐ１上になるように設定されている。

余熱工程における溶接部Ｗでは、これらのような設定で照射されたレーザ光ＬＡ１により、図３（ａ）の上段の図に示すように、上側の金属板Ｐ１のメッキ層Ｍ１、及び、金属板Ｐ１、Ｐ２間のメッキ層Ｍ１、Ｍ２がそれぞれ蒸発して除去され、主に上側の金属板Ｐ１の溶接部Ｗの中心部の金属が溶融し、下側の金属板Ｐ２の中心部も一部溶融する。

次に、本溶接工程（第２工程）が行われる。
本実施形態における本溶接工程では、図３（ｂ）の中段の図に示すように、レーザ光ＬＡ２を、余熱工程と同様の照射パターン、即ち、同一の照射箇所で、溶接部Ｗの中心部から外周側からに向けて渦巻き状に連続して照射する。

このとき、図４（ｂ）に示すように、この本溶接工程では、レーザ光ＬＡ２のエネルギ出力（エネルギ密度、金属板に入力される入熱量）は、金属板Ｐ１、Ｐ２同士を溶接可能な高入熱量に設定されている。また、図４（ｂ）に示すように、そのレーザ光ＬＡ２の走査速度は一定である。

また、図４（ｃ）及び図５に示すように、レーザ光ＬＡ２の照射焦点は、金属板Ｐ１の表面に合わせられている。また、図５に示すように、本溶接工程でも、溶接効率を最大限に得るために、そのレーザ光ＬＡ２の焦点距離ＦＬ２を、金属板Ｐ１上に合わせるように設定されている。

本溶接工程における溶接部Ｗでは、これらのような設定で照射されたレーザ光ＬＡ２により、図３（ａ）の中段の図に示すように、高入熱量のレーザ光ＬＡ２により、金属板Ｐ１、Ｐ２にキーホールが生じ、そのキーホールの周囲に金属が溶けて生じた溶融池が形成される。

次に、補熱工程（第３工程、補修工程）が行われる。
本実施形態における補熱工程では、図３（ｂ）の下段の図に示すように、レーザ光ＬＡ３を、本溶接工程においてレーザ光ＬＡ３を照射した範囲Ｗ’の外周部Ｗ”に１周にわたって円形のパターンで連続して照射する。

この補熱工程は、単位時間当たりの投入入熱量を下げることにより金属板Ｐ１の表面上でのレーザ光ＬＡの照射深さを浅くして、外周部Ｗ”において、金属溶融量をさらに増加させるための工程である。
図４（ａ）に示すように、この補熱工程では、レーザ光ＬＡ３のエネルギ出力（エネルギ密度、金属板に入力される入熱量）は、本溶接工程（第２工程）と同一に設定され、また、図４（ｂ）に示すように、そのレーザ光ＬＡ３の走査速度も、本溶接工程（第２工程）と同一であり且つ一定である。

本実施形態による補熱工程においては、図４（ｃ）及び図５に示すように、レーザ光ＬＡ３の照射焦点を、上述した図１に示すコリメートレンズ１０のアクチュエータ１１による上下方向（Ｚ軸方向）の調整により、金属板Ｐ１の表面から上方に所定距離隔てた位置に合わせ、それにより、レーザ光ＬＡ３の照射深さを浅くすると共に照射面積を増やすようにしている。

レーザ光ＬＡ３の照射深さについては、レーザ光ＬＡ３自体のエネルギ出力は本溶接工程と同一であるが（図４（ａ）参照）、焦点距離をずらしている分、金属板Ｐ１の表面上でのレーザ光ＬＡのエネルギ密度が下がるので、その照射深さが浅くなる。また、レーザ光ＬＡ３の走査速度は、本溶接工程（第２工程）と同一であるが、焦点距離をずらしている分、単位時間当たりの投入入熱量が下がるので、その照射深さが浅くなる。
本実施形態では、このように、あえて焦点距離をずらして、レーザ光ＬＡ３の照射深さを浅くなるようにしている。これは、上方側の金属板Ｐ１を主に溶融させて金属溶融量を増加させるためである。
なお、下方側の金属板Ｐ２まで大きく溶融させてしまうと、本溶接工程において凝固し、或いは、凝固しつつある金属に再度熱を与え過ぎて溶融させてしまい、結果的に溶接強度を低下させるなどの恐れがあるので、本実施形態では、このように、レーザ光ＬＡ３の照射深さを浅くしている。

一方、レーザ光ＬＡ３の照射面積については、図５に示すように、焦点距離を上方にずらした分、金属板Ｐ１の表面では、レーザ光ＬＡ３の照射外径が、余熱工程及び本溶接工程の場合（スポット径となる）よりも大きくなるので、これを利用し、レーザ光ＬＡ３により照射される面積（照射スポット面積）を広くとるようにしている。
本実施形態では、あえて焦点距離をずらして、レーザ光ＬＡ３の照射面積（照射スポット面積）を増やしている。これは、上方側の金属板Ｐ１の金属溶融量をより確実に増加させるためである。

補熱工程における溶接部Ｗでは、これらのような設定で照射されたレーザ光ＬＡ３により、図３（ａ）の下段の図に示すように、本溶接工程で形成された金属溶融部Ｗａ（凝固し、或いは、凝固しつつある状態）の外周部Ｗ”にさらに溶融金属Ｗｂが生じ（さらに増加し）、その溶融金属Ｗｂが凝固することにより、この補熱工程で形成された溶融金属部Ｗｂが金属溶接部Ｗａと金属板Ｐ１とをつなぎ留めるような働きをする（或る意味、補修をする）ようになる。

なお、この補熱工程において、レーザ光ＬＡの照射深さを浅くするために、焦点をずらさずに、或いは、ずらすと共に、レーザ光の出力自体を下げ、投入入熱量を下げるようにしても良い。その投入入熱量は、例えば、余熱工程程度の出力である。
なお、照射深さを浅くするためには、所定のレーザ光ＬＡの出力において、その走査速度を高めてもよい。例えば、上述した本溶接工程のレーザ光の出力のまま、焦点をずらさずに、その走査速度を本溶接工程よりも高めることで、レーザ光ＬＡの照射深さを浅くすることも出来る。もちろん、焦点をずらし、且つ、レーザ光の走査速度を高めて、レーザ光ＬＡの照射深さを浅くするようにしてもよい。

次に、図６により、溶接部へのレーザ照射パターンの例を説明する。図６は、溶接部へのレーザ照射パターンの例を示す図である。
図６（ａ）に示すように、レーザ照射パターンの変形例として、レーザの走査を直線的に行う「直線パターン」があり、それぞれ、複数直線、公差直線、放射状直線、四角や三角などの図形状、複数図形などがある。
また、図６（ｂ）に示すように、レーザの走査を円形状に行う「円形状パターン」があり、上述した本実施形態の補熱工程に適用された円パターン、他の変形例として、複数円、楕円、複数楕円などがある。

また、図６（ｃ）に示すように、レーザ照射パターンの変形例として、レーザの走査をＣ字、Ｓ字、ＳＩＮ形状に行う「Ｃ字、Ｓ字、ＳＩＮ形状パターン」があり、Ｓ字、複数Ｓ字、Ｃ字、複数Ｃ字、Ｓｉｎ波、複数Ｓｉｎ波などがある。
また、図６（ｄ）に示すように、レーザの走査を螺旋状に行う「螺旋形状パターン」があり、これは、上述した本実施形態の余熱工程及び本溶接工程に適用されている。
このような図６に示すようなレーザ照射パターンは、上述した装置１の構成により可能となっている。

次に、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法の作用効果を説明する。
本発明の実施形態によるレーザ溶接方法が適用されたレーザ溶接工程では、上述したように、複数の金属板Ｐ１、Ｐ２を重ね、レーザ溶接装置１により、溶接部Ｗに金属板Ｐ１、Ｐ２同士を溶接可能な高入熱量のレーザ光ＰＡ２を照射する本溶接工程と、この本溶接工程におけるレーザ光の照射範囲Ｗ’の外周部Ｗ”に本溶接工程よりも照射深さが浅いレーザ光ＬＡ３を照射する補熱工程と、を有しているので、本溶接工程による複数の金属板Ｐ１、Ｐ２の溶接中における溶融金属Ｗａの急激な凝固による周りの金属板Ｐ１との分離現象が生じるとしても、本溶接工程におけるレーザ光ＬＡ１の照射範囲Ｗ’の外周部Ｗ”にレーザ光ＬＡ３を照射して溶融金属量をさらに増加させているので、本溶接工程における溶接部Ｗの溶融金属Ｗａとその周りの金属板Ｐ１との間にそれらをつなぎとめるような溶融金属Ｗｂを増加させて、分離現象を抑制し、その結果、溶接不良を抑制することが出来る。

また、補熱工程におけるレーザ光ＬＡ３の照射深さは、本溶接工程における照射深さより浅いので、本溶接工程における複数の金属板Ｐ１、Ｐ２同士の溶接部Ｗ自体に与える影響（例えば、本溶接工程において凝固し、或いは、凝固しつつある金属に再度熱を与え過ぎて溶融させてしまい結果的に溶接強度を低下させるなど）を抑えることが出来る。
これらの結果、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法による補熱工程により、溶接部Ｗにおける金属溶融量を確実に増加させてレーザ溶接による溶接不良を抑制することが出来る。

ここで、外周部Ｗ”は円形状、即ち、線状に延び、本溶接工程の溶接部のように所定の範囲を有さず、円形状の照射パターンを選択せざるを得ない。これに対し、本発明の実施形態では、補熱工程におけるレーザ光の金属板への照射スポット面積を、本溶接工程におけるレーザ光の金属板への照射スポット面積よりも広くしているので、線状に延びる外周部Ｗ”をレーザ光ＬＡ３で１度なぞって照射するだけでも、より確実に溶融金属量を増加させることが出来る。

また、補熱工程は、レーザ溶接装置１のレーザ光の焦点を金属板Ｐ１に対し照射方向にずらして行われるので、レーザ光ＬＡ３の照射深さを浅くすることが出来る。一方、レーザ光の焦点をずらすと、一般的に、金属板に照射される部分でのレーザ光のエネルギ密度が少なくなるが、レーザ光の照射面積は増えるので、溶融金属量の増加量自体は確保することが出来る。従って、本溶接工程におけるレーザ光の照射範囲の外周部の金属を確実に溶融させることが出来、上述した分離現象を確実に抑制することが出来る。

また、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法が適用されたレーザ溶接工程では、上述したように、本溶接工程の前に、その本溶接工程よりも低入熱量のレーザ光を溶接部に照射する余熱工程を有している。この余熱工程により、さらに、溶融金属量を増加させることが出来、より確実に、溶接不良を抑制することが出来る。

また、本発明の実施形態においては、被溶接物として適用された金属板は、母材よりも融点の低い亜鉛メッキ層が形成された亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２であり、余熱工程においては、本溶接工程よりも低入熱量のレーザ光がそれらの亜鉛メッキ鋼板Ｐ１、Ｐ２に照射されるので、亜鉛メッキ層Ｍ１、Ｍ２を爆飛なく除去しつつ、溶融金属量を増加させることが出来、より確実に、溶接不良を抑制することが出来る。

また、本溶接工程において溶接部に照射されるレーザ光の照射箇所（照射パターン）と、余熱工程において溶接部に照射されるレーザ光の照射箇所（照射パターン）とが、ほぼ同一箇所であり、即ち、ほぼ同一の軌跡をなぞるパターンである。従って、余熱工程による入熱量を抑えても、亜鉛メッキ層Ｍ１、Ｍ２の除去を促進することが出来、本溶接工程において、それらのメッキ層Ｍ１、Ｍ２を除去した箇所の溶接接合性を向上させることが出来る。また、本溶接工程において、余熱工程で亜鉛メッキ層Ｍ１、Ｍ２を除去したレーザ光の照射箇所（照射パターン）とほぼ同一箇所に（同一照射パターンで）レーザ光を照射するので、高入熱量のレーザ光ＬＡ２を照射する本溶接工程において、仮にメッキ層Ｍ１、Ｍ２が残っていたとしても、その残っているメッキ層Ｍ１、Ｍ２の爆飛なく確実な溶接を行うことが出来る。
これらの結果、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法によれば、溶接部における金属溶融量を確実に増加させてレーザ溶接による溶接不良を抑制することが出来る。

なお、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法を亜鉛メッキ鋼板のレーザ溶接工程に適用したが、亜鉛メッキがなされていない鋼板に適用して、上述した余熱工程、本溶接工程及び補熱工程を行って金属溶融量を確実に確保し溶接不良を抑制するようにしても良く、或いは、亜鉛メッキがなされていない鋼板に対して、余熱工程を省略して、補熱工程において金属溶融量を確保して溶接不良を抑制するようにしてもよい。

１ レーザ溶接装置
２ レーザ発振器
４ スキャナ加工ヘッド
６ 制御装置
１０ コリメートレンズ
１１ アクチュエータ
１４、１６ Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ
１８ 可動ミラー
２０ フォーカスレンズ
ＡＬ レーザ光
ＦＬ 焦点距離
Ｍ 亜鉛メッキ層
Ｂ 母材である鋼板
Ｐ 亜鉛メッキ鋼板
Ｗ 溶接部
Ｗ’ 本溶接工程におけるレーザ光の照射範囲
Ｗ” 本溶接工程におけるレーザ光の照射範囲の外周部
Ｗａ 本溶接工程で形成された金属溶融部
Ｗｂ 補熱工程で形成された金属溶融部

Claims (5)

1. 複数の金属板を重ね、所定の溶接部に所定のレーザ溶接装置によりレーザ光を照射して上記溶接部により上記複数の金属板同士を溶接するレーザ溶接方法であって、
   上記溶接部を余熱するための所定の低入熱量のレーザ光を上記溶接部に照射する余熱工程と、
   この余熱工程の後に行われる本溶接工程であって、上記溶接部に上記複数の金属板同士を溶接可能な照射深さであり且つ上記所定の低入熱量より高い量の高入熱量のレーザ光を照射する本溶接工程と、
   この本溶接工程の後に行われる補熱工程であって、上記本溶接工程におけるレーザ光の照射範囲の外周部の全域に、上記本溶接工程における照射深さよりも照射深さが浅くなるようレーザ光の単位時間当たりの投入入熱量を下げたレーザ光を照射する補熱工程と、を有することを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 上記補熱工程におけるレーザ光の金属板への照射外径は、上記本溶接工程におけるレーザ光の金属板への照射外径よりも広い請求項１記載のレーザ溶接方法。
3. 上記補熱工程におけるレーザ光の照射は、上記所定のレーザ溶接装置のレーザ光の焦点を金属板に対し照射方向にずらした状態で行われる請求項１又は請求項２記載のレーザ溶接方法。
4. 上記複数の金属板は、母材よりも融点の低い金属メッキ層が形成された金属板を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。
5. 上記本溶接工程において上記溶接部に照射されるレーザ光の照射箇所と、上記余熱工程において上記溶接部に照射されるレーザ光の照射箇所とが、ほぼ同一箇所である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。

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