JP5609595B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示される技術では、レーザ溶接を行う前に、一つのめっき板材にレーザを照射して、めっきを気化させるとともにめっき板材に凸部を形成する。そして、めっき板材を重ね合わせることでめっき板材間に隙間を形成し、各めっき板材を加圧しながらレーザ溶接を行う。これにより、レーザ溶接中に前記隙間から亜鉛蒸気を除去する。
また、溶接方向に一直線状に走査した場合の走査距離と比較して、その走査距離が大きく伸びてしまう。
前記所定の走査軌跡に沿った、前記各金属板を溶融させるレーザの走査速度よりも速い走査速度が設定され、前記第二レーザは、前記第一レーザの走査速度よりも遅く、かつ、前記所定の走査軌跡に沿った前記各金属板を溶融させるレーザの走査速度よりも速い走査速度が設定されるとともに、前記第一レーザの走査軌跡よりも内側を走査するような走査軌跡が設定される、ものである。
また、表面処理層は、ワークW(鋼板W1)溶融時に気化するものであればよく、例えば、アルミのめっき層等であっても構わない。
このようなレーザ溶接装置では、例えば、レーザ発信器から発振されるレーザを、ロボットによる溶接トーチ動作やガルバノスキャナミラー等を制御して、レーザ10を高速で走査する。
本実施形態では、レーザ10を照射する前に、前記照射条件を設定し(つまり、前記レーザ溶接装置を制御し)、前記照射条件に対応するレーザ10を合計五回照射する。以下では、説明の便宜上、一回目に照射されるレーザから順に、レーザ11〜15と表記する。
なお、以下では、説明の便宜上、レーザ11〜15は、それぞれ中心位置Cを中心として平面視略円状の走査軌跡11L〜15Lを描くものとする。従って、図2における溶接半径R1〜R3が、照射条件である走査軌跡に対応する。
この場合、一回目のレーザ11は、中心位置Cを中心とした溶接半径R1の平面視略円状の走査軌跡11Lを描くように、各ワークにW・Wに照射される(図1に示す中心位置Cを通る中心線L参照)。
従って、一回目のレーザ11は、各ワークW・Wの溶接形状に沿って走査するレーザとなる。
つまり、一回目のレーザ照射に要する時間(以下、「照射時間」と表記する)T1は、単にレーザ溶接を行う場合の照射時間と略同程度の長さとなる。
この場合、二回目のレーザ12は、一回目の走査軌跡11Lと略同一の走査軌跡12Lを描くように、各ワークW・Wに照射される。
この場合、三回目のレーザ13は、一回目および二回目の走査軌跡11L・12Lと略同一の走査軌跡13Lを描くように、各ワークW・Wに照射される。また、三回目の照射時間T3は、二回目の照射時間T2と略同一の長さとなる。
より詳細には、亜鉛蒸気W21は、二回目および三回目の走査軌跡12L・13Lの中心位置Cに対応する、溶融部W3の内側の部分に集められる。
また、二回目および三回目のレーザ12・13は、一回目の走査速度V1よりも速い走査速度V2が設定される。
溶接半径R2は、溶接半径R1よりも小さい値である。従って、四回目のレーザ14は、一回目から三回目の走査軌跡11L〜13Lよりも内側に位置する平面視略円状の走査軌跡14Lを描くように、各ワークW・Wに照射される。
従って、四回目の照射時間T4は、二回目および三回目の照射時間T2・T3に近い時間となる。このため、一回目の照射時間T1よりも充分短い時間となる。
溶接半径R3は、溶接半径R2よりも小さい値である。従って、五回目のレーザ15は、四回目の走査軌跡14Lの内側に位置する平面視略円状の走査軌跡15Lを描くように、各ワークW・Wに照射される。
これにより、集めた亜鉛蒸気W21は、前記キーホールよりまとめて排出される。従って、各レーザ14・15によって亜鉛蒸気W21が攪拌除去されて、五回目のレーザ照射後の溶融部W3には、亜鉛蒸気W21が存在しない状態となる(図6参照)。
また、四回目および五回目のレーザ14・15は、二回目および三回目のレーザ12・13の走査速度V2よりも遅い走査速度V3が設定されるとともに、二回目および三回目の走査軌跡12L・13Lよりも内側を走査するような走査軌跡14L・15Lが設定される。
また、四回目および五回目の走査速度V3は、それぞれ亜鉛蒸気W21を攪拌除去できれば、必ずしも二回目および三回目の走査速度V2よりも遅い速度である必要はない。ただし、確実に亜鉛蒸気W21を攪拌除去するという観点から、走査速度V2よりも遅い速度であることが好ましい。
従って、レーザ溶接時に、溶融部W3内に亜鉛蒸気W21が滞留することによる溶接欠陥(例えば、ブローホール等)の発生を低減できる。このため、レーザ溶接で接合した各ワークW・Wの強度(例えば、引っ張り強度等)を向上できる。
従って、短時間で亜鉛蒸気W21による溶接欠陥の発生を低減できるとともに各ワークW・Wを接合できるため、生産性を向上できる。
従って、溶接部の外観状態を確認するだけで、どのような走査軌跡にて溶接を行ったかを把握することができ、第三者による不正行為(第三者が本実施例と同様の溶接方法にて溶接を行ったこと)を認識できる。つまり、第三者による不正行為の事実を容易に立証できる。
従って、一回目のレーザ照射にて各ワークW・Wを溶融させ、二回目のレーザ照射にて溶融部W3の中心部W4に亜鉛蒸気W21を集め、三回目のレーザ照射にて集めた亜鉛蒸気W21を攪拌除去する。
また、三回目および四回目のレーザ10が、前記走査軌跡41L・42Lよりも内側に、中心位置Cを基準として互いに位相が反対の走査軌跡43L・44Lを描き、溶融部W3の中心部W4に亜鉛蒸気W21を集める。
そして、五回目および六回目のレーザ10が、前記走査軌跡43L・44Lよりも内側に、中心位置Cを基準として互いに位相が反対の走査軌跡45L・46Lを描き、集めた亜鉛蒸気W21を攪拌除去する。
これは、亜鉛蒸気W21を攪拌除去するために照射するレーザ10も同様である。
また、二回以上照射する場合には各レーザ10の照射条件が同じもしくは異なる照射条件に設定される。
つまり、位置P2までレーザ10を走査した時点で、走査速度V11を走査速度V12に変更し、当該変更したレーザ10により位置P3まで走査を継続する。このとき、徐々に溶接半径が小さくなるように、常に溶接半径(照射条件)が設定される。
つまり、位置P3までレーザ10を走査した時点で、走査速度V12を走査速度V13に変更し、当該変更したレーザ10により位置P4まで走査を継続する。このとき、徐々に溶接半径が小さくなるように、常に溶接半径(照射条件)が変更される。
例えば、図3にあるような平面視略円状の走査軌跡を描くようなレーザ10を照射した後で、図9にあるような平面視略渦巻状の走査軌跡を描くようなレーザ10を照射しても構わない。
これは、亜鉛蒸気W21を攪拌除去する場合も同様である。
二回目のレーザ10は、走査軌跡61Lよりも内側を描く走査軌跡62Lとなるように、中心位置Cから中心位置C1への移動量を考慮して、その溶接半径が設定される。
二回目のレーザ10により、亜鉛蒸気W21は、中心位置C1に対応する溶融部W3の内側の部分に集められる。
三回目のレーザ10は、走査軌跡62Lよりも内側を描く走査軌跡63Lとなるように、中心位置C1から中心位置C2への移動量を考慮して、その溶接半径が設定される。
三回目のレーザ10により、亜鉛蒸気W21は、中心位置C2に対応する溶融部W3の内側の部分に集められる。
四回目のレーザ10により、亜鉛蒸気W21は攪拌除去される。
この場合、繋げられた一直線状の溶接部の全ての部分(溶接部の始端から終端まで)において、溶接欠陥の発生を低減できる。
11 レーザ(溶接形状に沿ったレーザ)
11L 走査軌跡(溶接形状)
12・13 レーザ(第一レーザ)
12L・13L 走査軌跡(第一レーザの走査軌跡)
14・15 レーザ(第二レーザ)
14L・15L 走査軌跡(第二レーザの走査軌跡)
W ワーク(金属板)
W2 めっき層(表面処理層)
W3 溶融部
W21 亜鉛蒸気(気化させた表面処理層)
Claims (3)
- 表面処理が行われて表面処理層が形成される金属板を少なくとも一つ含む複数の金属板を重ね合わせ、所定の走査軌跡に沿って走査するレーザを前記各金属板に照射することで、前記各金属板を溶融させるとともに前記表面処理層を気化させて、前記各金属板を接合するレーザ溶接方法であって、
前記所定の走査軌跡に沿った、前記各金属板を溶融させるレーザ照射後に、前記各金属板の溶融部の範囲内を走査する第一レーザを前記各金属板に照射して、前記表面処理層が気化することにより前記溶融部内に飛散した蒸気を、前記溶融部の内側へ集める第一レーザを前記各金属板に照射する第一工程と、
前記第一レーザ照射後に、前記第一レーザの走査軌跡の範囲内を走査する第二レーザを前記各金属板に照射して、前記溶融部にキーホールを生成する第二工程と、
を行う、
レーザ溶接方法。 - 前記第一レーザは、
照射前に照射条件が設定されて少なくとも一回前記各金属板に照射され、
または、
走査中に前記第一レーザの照射条件が設定されて前記各金属板に照射され、
前記第一レーザの照射条件は、
前記第一レーザの走査速度、走査軌跡、および出力のうち、少なくともいずれか一つである、
請求項1に記載のレーザ溶接方法。 - 前記第一レーザは、
前記所定の走査軌跡に沿った、前記各金属板を溶融させるレーザの走査速度よりも速い走査速度が設定され、
前記第二レーザは、
前記第一レーザの走査速度よりも遅く、かつ、前記所定の走査軌跡に沿った前記各金属板を溶融させるレーザの走査速度よりも速い走査速度が設定されるとともに、前記第一レーザの走査軌跡よりも内側を走査するような走査軌跡が設定される、
請求項2に記載のレーザ溶接方法。
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