JP6044579B2 - 溶接方法及び溶接構造体 - Google Patents

Description

本発明は溶接方法及び溶接構造体に関し、特に、レーザ溶接についての溶接方法及び溶接構造体に関する。

従来から、重ね合わせた複数の溶接対象物（例えば金属板等）を接合する溶接方法の一つとして、加工歪みが少なく、高速溶接が可能であり、残留熱影響部も少ないなどの利点から、レーザ溶接による溶接方法が広く利用されている。レーザ溶接方法においては、一般的に、レーザ光を一直線状に走査させることによって、一直線状に溶接部が形成されることが多い。

ここで、一直線状に形成された溶接部においては、両端部に応力集中が発生する。したがって、このような溶接部は欠損しやすく、溶接部の品質が安定し難いなどの問題点が指摘されていた。よって、このような問題点を改善するために、様々な形状からなる溶接部を形成するレーザ溶接方法が提案されてきた。

例えば、特許文献１には、対向配置される２個の「Ｃ字」形状からなる溶接部を形成するレーザ溶接方法が開示されている。このようなレーザ溶接方法によって、応力集中の発生しやすい溶接範囲の両側端部には、Ｃ字形状における円弧である、溶接部の曲線部が配置される。一方、溶接部の始端（レーザ照射の始点）及び終端（レーザ照射の終点）は、外力の影響を受け難い（溶接強度の向上にあまり寄与しない）両側端部の中間部に配置される。これによって、応力集中の発生しやすい両側端部に溶接部の始端及び終端が配置されないので、溶接部における応力集中が緩和される。また、特許文献１におけるレーザ溶接方法は、対向配置される２個の「Ｃ字」によって溶接部を形成することから、外力の影響を受け難い中間部の溶接を省略している。つまり、溶接強度の向上にあまり寄与しない位置を溶接しないことによって、生産効率が向上している。

特開２００９−２３３７１２号公報

ここで、レーザ溶接によって形成された溶接構造体においては、溶接部と母材との境界で応力集中が発生しやすいという傾向がある。そのため、溶接部と母材との境界で亀裂が生じるおそれがある。さらに、亀裂の進展方向に同様の境界が存在すると、その亀裂が進展しやすくなる。これにより、接合された溶接対象物が破断するという問題が生じるおそれがある。

一方、上述した特許文献１にかかるレーザ溶接方法で形成された溶接部は、この２個のＣ字形状からなる溶接部と同程度の大きさの円形状又は円周形状で形成された溶接部と比較して、同程度の強度特性を有するに過ぎない。したがって、特許文献１にかかるレーザ溶接方法で形成された溶接部は、同程度の大きさの円形状又は円周形状で形成された溶接部と比較して、上述した問題に対して有効な効果を奏するわけではない。

本発明の目的は、このような課題を解決するためになされたものであり、溶接強度を向上させることが可能な溶接方法及び溶接構造体を提供することにある。

本発明にかかる溶接方法は、複数の溶接対象物を重ね合わせてレーザ溶接を行って前記複数の溶接対象物を接合する溶接方法であって、レーザ溶接によって、前記溶接対象物上の仮想閉曲線に沿って複数のナゲットを形成することによって、溶接部を形成し、互いに隣り合う前記ナゲット間のピッチ寸法ｐに対する、前記ナゲットの径ｄの比ｄ／ｐが、１／２より大きく、かつ、１以下である。

また、本発明にかかる溶接構造体は、レーザ溶接によって形成された溶接部により接合された複数の溶接対象物を有する溶接構造体であって、前記溶接部は、前記溶接対象物上の仮想閉曲線に沿って形成された複数のナゲットを有し、互いに隣り合う前記ナゲット間のピッチ寸法ｐに対する、前記ナゲットの径ｄの比ｄ／ｐが、１／２より大きく、かつ、１以下である。

互いに隣り合うナゲット間のピッチ寸法ｐに対する、ナゲットの径ｄの比ｄ／ｐが、１／２より大きく、かつ、１以下となるように、複数のナゲットを形成することによって、隣り合うナゲットが、間に母材を挟んで断続的に配置される。したがって、亀裂の進展方向に母材（溶接対象物）が設けられる。したがって、亀裂の進展を抑制することが可能となる。したがって、溶接強度を向上させることが可能となる。

また、好ましくは、重ね合わされた前記複数の溶接対象物の厚さＴに対する、前記ナゲットの径ｄの比ｄ／Ｔが、３以下である。
このように構成されていることによって、溶接対象物を垂直に設置した姿勢で溶接を行った場合であっても、ナゲットの自重垂れを抑制することが可能となる。したがって、打点姿勢によらないで、ナゲットの自重垂れを抑制することが可能となり、溶接対象物を水平に設置した姿勢で溶接を行った場合と同等の溶接強度を保つことが可能となる。

また、好ましくは、前記複数の溶接対象物のうち、レーザ光を照射しない側の前記溶接対象物の厚さｔに対する、前記ナゲットの径ｄの比ｄ／ｔが、１．５以下である。
このように構成されていることによって、溶接対象物がダイキャスト材や鋳物等で形成された場合であっても、レーザ光を照射しない側に突起が形成されることを抑制することが可能となる。したがって、溶接対象物がダイキャスト材や鋳物等で形成された場合であっても、適切に溶接を行うことが可能となる。

本発明によれば、溶接強度を向上させることが可能な溶接方法及び溶接構造体を提供できる。

実施の形態１にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体を示す図である。 実施の形態１にかかる溶接方法を示す図である。 実施の形態１にかかる、様々な数のナゲットから構成される溶接部の例を示す図である。 実施の形態１にかかる、ピッチ寸法ｐに対するナゲット径ｄの比ｄ／ｐと、溶接強度との関係を示すグラフである。 比較例にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体を示す図である。 実施の形態１にかかる溶接部の破断のメカニズムについて説明するための図である。 実施の形態１にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体の強度試験の結果と、比較例にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体の強度試験の結果とを比較する図である。 実施の形態２に関連し、溶接対象物２，４を垂直に設置した姿勢で溶接を行う状態を示した図である。 総厚Ｔに対するナゲット径ｄの比ｄ／Ｔと、上側凹量及び下側凸量との関係を測定した結果を示すグラフである。 実施の形態２にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体の強度試験の結果と、比較例にかる溶接方法によって形成された溶接構造体の強度試験の結果とを比較する図である。 実施の形態３にかかる溶接方法によって形成された溶接部の溶接形状と、比較例にかかる溶接方法によって形成された溶接部の溶接形状とを比較する図である。 厚さｔに対するナゲット径ｄの比ｄ／ｔと、突起量との関係を測定した結果を示すグラフである。 変形例にかかる溶接部を例示する図である。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体１を示す図であり、（ａ）は溶接構造体１の平面図を示し、（ｂ）は溶接構造体１のＡ−Ａ線断面図を示す。

溶接構造体１は、複数の溶接対象物（例えば金属板等）を有する。本実施の形態では、溶接構造体１は、互いに重ね合わされた２つの溶接対象物２，４を有する。溶接対象物２，４は、溶接部１０によって、重ね合わされた状態で接合されている。溶接部１０は、後述するように、レーザ溶接によって形成される。レーザ溶接の際、レーザ光は、溶接対象物２に照射される。言い換えると、溶接対象物４は、レーザ光を照射しない側の溶接対象物である。

溶接部１０は、複数のナゲット１２によって構成されている。図１の例では、溶接部１０は、６個のナゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆを有する。溶接部１０におけるナゲット１２の数は、任意である。また、各ナゲット１２は、図１（ａ）に示すように、例えば略円形に形成されている。なお、ナゲット１２の形状は、円形に限られず、例えば楕円形状であってもよいし、多角形形状であってもよい。

ナゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは、一点鎖線で示された仮想閉曲線１４に沿って配置されるように形成されている。なお、本実施の形態においては、仮想閉曲線１４が円形である例を示しているが、仮想閉曲線１４は、円形に限られない。仮想閉曲線１４は、楕円であってもよく、任意の曲線又は多角形であってもよい。本実施の形態においては、仮想閉曲線１４は、直径Ｄの円形である。

図１（ｂ）に示すように、ナゲット１２の径（例えば直径）をｄとする。また、互いに隣り合うナゲット１２間（例えばナゲット１２ａ及びナゲット１２ｂ）のピッチ寸法をｐとする。この場合、ナゲット１２は、１／２＜ｄ／ｐ≦１となるように配置されるように形成されている。言い換えると、ナゲット１２は、ピッチ寸法ｐに対するナゲット径ｄの比ｄ／ｐが、１／２より大きく、かつ、１以下となるように、配置されている。

なお、ピッチ寸法ｐは、隣り合うナゲット１２間の距離（間隔）を示す値である。例えば、ナゲット１２が円形形状である場合、ピッチ寸法ｐは、隣り合うナゲット１２の中心間の距離を示してもよい。例えば、ナゲット１２ａとナゲット１２ｂとの間のピッチ寸法ｐは、ナゲット１２ａの中心近傍の位置と、ナゲット１２ｂの中心近傍の位置との距離であってもよい。

また、ナゲット径ｄは、ナゲット１２が円形形状である場合は、ナゲット１２の直径であってもよい。一方、ナゲット１２が楕円形状である場合、ナゲット径ｄは、長軸長さであってもよいし、長軸長さと短軸長さの平均値であってもよい。つまり、ナゲット径とは、ナゲット１２の大きさ（外径寸法）を示す値である。

また、ピッチ寸法ｐは、溶接部１０において厳密に一定でなくてもよい。つまり、例えば、ナゲット１２ａとナゲット１２ｂの間のピッチ寸法ｐと、ナゲット１２ｂとナゲット１２ｃとの間のピッチ寸法ｐとは、互いに同じでなくてもよい。また、各ナゲット１２の径ｄは、厳密に同じでなくてもよい。例えば、ナゲット１２ａの径とナゲット１２ｂの径とは、互いに同じでなくてもよい。

また、図１（ｂ）に示すように、溶接対象物２，４の間隙を含む溶接対象物２，４の厚さ（総厚）をＴとする。また、レーザ光を照射しない側の溶接対象物である溶接対象物４の厚さをｔとする。これらの総厚Ｔ及び溶接対象物４の厚さｔについては、後述する他の実施の形態において述べる。

図２は、実施の形態１にかかる溶接方法を示す図である。実施の形態１にかかる溶接方法は、溶接装置１００によって実施される。溶接装置１００は、照射部１０２と、制御部１０４とを少なくとも有する。照射部１０２は、例えばガルバノスキャナ等のレーザスキャナであって、内蔵されたガルバノミラーの向きを制御することによって、溶接対象物２の予め定められた位置に、レーザ光ＬＡを照射する。これにより、レーザ光ＬＡが照射された位置に、ナゲット１２が形成される。制御部１０４は、複数のナゲット１２が１／２＜ｄ／ｐ≦１の条件で形成されるように、照射部１０２（特にガルバノミラーの向き）を制御する。

そして、各ナゲット１２の形成方法については、以下に示されるような、様々な方法が存在する。しかしながら、本実施の形態にかかる溶接方法を行う上では、何れの形成方法を採用しても構わない。

図２（ａ）は、「定点式形成法」を示す。この定点式形成法においては、例えば、溶接対象物２における予め定められたポイントに、レーザ光ＬＡを一定時間照射することで、円形のナゲット１２が形成される。具体的には、制御部１０４は、溶接対象物２におけるナゲット１２ａが形成されるべき位置にレーザ光ＬＡが照射されるように、照射部１０２を制御する。これにより、照射部１０２は、制御部１０４の制御によって設定された位置に、レーザ光ＬＡを一定時間照射して、ナゲット１２ａを形成する。ナゲット１２ａが形成されると、制御部１０４は、ナゲット１２ｂが形成されるべき位置にレーザ光ＬＡが照射されるように、照射部１０２を制御する。以下同様にして、溶接装置１００は、溶接対象物２，４に、ナゲット１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆを形成する。

図２（ｂ）は、「走査式形成法」を示す。この走査式形成法においては、例えば、溶接対象物２において、矢印Ｂで示すように、円周の軌跡（例えば、図１（ａ）におけるナゲット１２の外周と同形状の軌跡）に沿ってレーザ光ＬＡを走査することで、環状のナゲット１２が形成される。具体的には、制御部１０４は、溶接対象物２におけるナゲット１２ａが形成されるべき位置において、円周の軌跡に沿ってレーザ光ＬＡが走査されるように、照射部１０２を制御する。これにより、照射部１０２は、環状のナゲット１２ａを形成する。ナゲット１２ａが形成されると、制御部１０４は、ナゲット１２ｂが形成されるべき位置にレーザ光ＬＡが照射されるように、照射部１０２を制御する。以下同様にして、溶接装置１００は、溶接対象物２，４に、ナゲット１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆを形成する。

図２（ｃ）は、「塗潰し式形成法」を示す。この塗潰し式形成法においては、まず、円周の軌跡に沿ってレーザ光ＬＡを走査して環状のナゲットを形成する。次に、矢印Ｃで示すように、形成された環状のナゲットの内部を塗り潰すようにレーザ光ＬＡを走査することで、円形のナゲット１２を形成する。具体的には、制御部１０４は、溶接対象物２におけるナゲット１２ａが形成されるべき位置において、円周の軌跡に沿ってレーザ光ＬＡが走査されるように、照射部１０２を制御する。これにより、照射部１０２は、環状のナゲットを形成する。次に、制御部１０４は、形成された環状のナゲットの内部を塗り潰すようにレーザ光ＬＡが走査されるように、照射部１０２を制御する。これにより、照射部１０２は、環状のナゲットの内部を塗り潰すようにレーザ光ＬＡを走査して、円形のナゲット１２を形成する。ナゲット１２ａが形成されると、制御部１０４は、ナゲット１２ｂが形成されるべき位置にレーザ光ＬＡが照射されるように、照射部１０２を制御する。以下同様にして、溶接装置１００は、溶接対象物２，４に、ナゲット１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆを形成する。

図２（ｄ）は、「スクリュー式形成法」を示す。このスクリュー式形成法においては、例えば、溶接対象物２において、矢印Ｄで示すように、渦巻状の軌跡に沿ってレーザ光ＬＡを走査することで、円形のナゲット１２が形成される。具体的には、制御部１０４は、溶接対象物２におけるナゲット１２ａが形成されるべき位置において、渦巻状の軌跡に沿ってレーザ光ＬＡが走査されるように、照射部１０２を制御する。これにより、照射部１０２は、円形のナゲット１２ａを形成する。ナゲット１２ａが形成されると、制御部１０４は、ナゲット１２ｂが形成されるべき位置にレーザ光ＬＡが照射されるように、照射部１０２を制御する。以下同様にして、溶接装置１００は、溶接対象物２，４に、ナゲット１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆを形成する。

図３は、実施の形態１にかかる、様々な数のナゲット１２から構成される溶接部１０の例を示す図である。図３には、ナゲット数（打点数）が３，４，５である場合の溶接部１０が、それぞれ示されている。

図３（ａ）は、ナゲット数が３個である溶接部１０を示す。溶接部１０は、３個のナゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有する。ナゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、仮想閉曲線１４（例えば直径Ｄの円形）に沿って配置されるように形成されている。また、各ナゲット１２の径はｄであり、互いに隣り合うナゲット１２間のピッチ寸法はｐである。このとき、ナゲット１２は、１／２＜ｄ／ｐ≦１となるように配置されている。

図３（ｂ）は、ナゲット数が４個である溶接部１０を示す。溶接部１０は、４個のナゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有する。ナゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、仮想閉曲線１４（例えば直径Ｄの円形）に沿って配置されるように形成されている。また、各ナゲット１２の径はｄであり、互いに隣り合うナゲット１２間のピッチ寸法はｐである。このとき、ナゲット１２は、１／２＜ｄ／ｐ≦１となるように配置されている。

図３（ｃ）は、ナゲット数が５個である溶接部１０を示す。溶接部１０は、５個のナゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅを有する。ナゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅは、仮想閉曲線１４（例えば直径Ｄの円形）に沿って配置されるように形成されている。また、各ナゲット１２の径はｄであり、互いに隣り合うナゲット１２間のピッチ寸法はｐである。このとき、ナゲット１２は、１／２＜ｄ／ｐ≦１となるように配置されている。

図４は、実施の形態１にかかる、ピッチ寸法ｐに対するナゲット径ｄの比ｄ／ｐと、溶接強度との関係を示すグラフである。ここで、図４（ａ）は、ピッチ寸法ｐに対するナゲット径ｄの比ｄ／ｐと、剥離強度比率との関係を示すグラフであり、図４（ｂ）は、ピッチ寸法ｐに対するナゲット径ｄの比ｄ／ｐと、せん断強度比率との関係を示すグラフである。なお、図４の例にかかるグラフは、ナゲット１２の数が３，４，５，６であり、０．２＜ｄ／ｐ＜２であり、溶接対象物２が板厚１．２ｍｍのアルミニウム合金であり、溶接対象物４が板厚１．０ｍｍのアルミニウム合金である場合を条件とした強度試験の結果を示している。

ここで、剥離強度とは、例えば、接合された溶接対象物２，４を剥離させる剥離方向（溶接対象物の厚み方向）に向かって加えられる引張荷重であって、溶接対象物２，４（溶接部１０）が剥離せずに耐え得る引張荷重の最大値によって示される。また、せん断強度とは、例えば、接合された溶接対象物２，４に対して、せん断方向（溶接対象物の厚み方向と直交する方向）に向かって加えられる引張荷重であって、溶接対象物２，４（溶接部１０）がせん断方向に剥離せずに耐え得る引張荷重の最大値によって示される。

また、剥離強度比率とは、溶接部１０と同程度の大きさ（例えば直径Ｄ＋ｄ）からなる略円形の１つのナゲットで接合された場合の剥離強度を１とした場合の、実施の形態１にかかる溶接方法で形成された溶接部１０の剥離強度の比率を示す。同様に、せん断強度比率とは、溶接部１０と同程度の大きさ（例えば直径Ｄ＋ｄ）からなる略円形の１つのナゲットで接合された場合のせん断強度を１とした場合の、実施の形態１にかかる溶接方法で形成された溶接部１０のせん断強度の比率を示す。

図４（ａ）に示すように、ｄ／ｐ＜０．５の場合、剥離強度比率は、１よりも小さい。言い換えると、このとき、実施の形態１にかかる溶接方法で形成された溶接部１０の剥離強度は、溶接部１０と同程度の大きさ（例えば直径Ｄ＋ｄ）からなる略円形の１つのナゲットで接合された場合の剥離強度よりも小さくなっている。

ｄ／ｐ＜０．５の場合、ピッチ寸法ｐに対してナゲット径が小さく、各ナゲット１２が離れている。そのため、強度特性について、複数のナゲット１２が相互に影響を及ぼさず、各ナゲット１２の単独の強度を超える荷重が加わった場合に、破断が生じる。したがって、この場合、各ナゲット１２それぞれの内部で別個に破断する。つまり、ｄ／ｐ＜０．５の場合、実施の形態１にかかる溶接方法は、溶接強度の向上に寄与していない。

また、１＜ｄ／ｐの場合、剥離強度比率は、１の近傍である。言い換えると、このとき、実施の形態１にかかる溶接方法で形成された溶接部１０の剥離強度は、溶接部１０と同程度の大きさ（例えば直径Ｄ＋ｄ）からなる略円形の１つのナゲットで接合された場合の剥離強度と、ほぼ同程度である。

１＜ｄ／ｐの場合、ピッチ寸法ｐに対してナゲット径が大きすぎ、隣り合うナゲット１２同士が重なってしまっている。したがって、ナゲット１２の集まりである溶接部１０の外周に沿って破断する（つまり複数のナゲット１２が一体となって破断する）。また、この場合、隣り合うナゲット１２同士が重なっているので、複数のナゲット１２から構成される溶接部１０の形状は、その溶接部１０と同程度の大きさからなる略円形の１つのナゲットの形状と、強度特性上、ほぼ同一となる。したがって、この場合、溶接部１０と同程度の大きさからなる略円形の１つのナゲットで接合したときの強度特性と同様の強度特性となる。つまり、１＜ｄ／ｐの場合、実施の形態１にかかる溶接方法は、溶接強度の向上にあまり寄与していない。

一方、０．５＜ｄ／ｐ≦１の場合、領域Ａ（破線で示す）で示すように、剥離強度比率は、１よりも大きい。言い換えると、このとき、実施の形態１にかかる溶接方法で形成された溶接部１０の剥離強度は、溶接部１０と同程度の大きさ（例えば直径Ｄ＋ｄ）からなる略円形の１つのナゲットで接合された場合の剥離強度よりも大きくなっている。したがって、この場合、溶接強度を向上させることが可能となる。

０．５＜ｄ／ｐ≦１の場合、隣り合うナゲット１２は離間しているので、隣り合うナゲット１２間に母材（溶接対象物２，４）が設けられる。したがって、ナゲットが一体となり一度に破断することが抑制される。さらに、隣り合うナゲット１２が離れすぎないため、ナゲットが個々に破断することも抑制される。したがって、この場合、母材（溶接対象物２，４）で破断する。

また、図４（ｂ）に示すように、せん断強度特性についても、領域Ｂ（破線で示す）で示すように、図４（ａ）に示す結果と同様の結果が得られる。つまり、せん断強度についても、０．５＜ｄ／ｐ≦１の場合に、溶接強度を向上させることが可能となる。

以下、本実施の形態にかかる溶接方法のメカニズムについて説明する。
図５は、比較例にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体９０を示す図であり、（ａ）は溶接構造体９０の平面図を示し、（ｂ）は溶接構造体９０のＡ−Ａ線断面図を示す。

溶接構造体９０は、実施の形態１にかかる溶接構造体１と同様に、互いに重ね合わされた２つの溶接対象物２，４を有する。溶接対象物２，４は、溶接部９２によって、重ね合された状態で接合されている。溶接部９２は、レーザ溶接によって形成される。溶接部９２は、略円形の１つのナゲットで構成される。

ここで、レーザ溶接においては、溶融部である溶接部９２と、母材である溶接対象物２，４との境界（図５（ｂ）に矢印Ｂで示す）で応力集中が発生する。したがって、この境界位置で亀裂が発生しやすい。さらに、図５（ａ）の矢印Ｃで示すように、円形の溶接部９２の円周に沿って境界位置が連続して存在する。つまり、比較例においては、矢印Ｃで示すように亀裂が進展し、その進展方向に境界位置が存在するので、亀裂が進展しやすくなる。

図６は、実施の形態１にかかる溶接部１０の破断のメカニズムについて説明するための図である。まず、溶接部１０において、ナゲット１２ａと母材である溶接対象物２，４との境界の点Ｐで応力集中が発生し、亀裂が発生する。そして、溶接部１０の外周（太い破線で示す）であるナゲット１２ａの円周に沿って、ナゲット１２ａと母材（溶接対象物２，４）との境界が存在することから、矢印Ａ１で示すように、このナゲット１２ａの円周に沿って、亀裂が進展する。

そして、点Ｂ１において、ナゲット１２ａの円周は、溶接部１０の外周から外れ、溶接部１０の内側に位置することとなる。したがって、亀裂の進展方向は、矢印Ａ２に示す方向に変わることとなる。したがって、点Ｂ１においては、亀裂の進展方向が連続である場合と比較して、亀裂の進展が抑制される。さらに、点Ｂ１には、母材である溶接対象物２，４が存在することとなる。言い換えると、点Ｂ１においては、ナゲット１２と母材との境界が存在しない。したがって、点Ｂ１においては、ナゲット１２（溶接部１０）と母材との境界が連続する場合と比較して、亀裂の進展が抑制される。このことは、点Ｂ２においても同様である。このように、実施の形態１にかかる溶接方法により、隣り合うナゲット１２が、間に母材を挟んで断続的に配置されることによって、溶接部１０全体として、亀裂の進展を抑制することが可能となる。したがって、溶接強度を向上させることが可能となる。

図７は、実施の形態１にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体１の強度試験の結果と、比較例にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体９０の強度試験の結果とを比較する図であり、（ａ）は、実施の形態１にかかる溶接方法についての強度試験の結果を示し、（ｂ）は、比較例にかかる溶接方法についての強度試験の結果を示す。

図７において、縦軸は、溶接構造体に加えた荷重を示し、横軸は、経過時間を示す。つまり、図７は、荷重の経時変化を示すグラフを表している。ここで、溶接構造体のエネルギー吸収量は、図７に示すグラフにおいて、荷重の経時変化を示す曲線と、縦軸及び横軸とで囲まれた領域（斜線で示す）の面積で示される。

ここで、図７（ａ）に示された、実施の形態１にかかる溶接構造体１のエネルギー吸収量Ｓ１は、図７（ｂ）に示された、比較例にかかる溶接構造体９０のエネルギー吸収量Ｓ２よりも大きい。これは、図４を用いて上述したように、実施の形態１にかかる溶接構造体１は、母材（溶接対象物）で破断されるからである。したがって、図７で示すように、エネルギー吸収量を向上させることが可能となる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２にかかる溶接構造体１においては、実施の形態１にかかる溶接構造体１と同様に、溶接部１０によって、溶接対象物２，４が接合されている。溶接部１０は、実施の形態１と同様に、複数のナゲット１２によって構成されている。ナゲット１２は、実施の形態１と同様に、１／２＜ｄ／ｐ≦１となるように配置されるように形成されている。さらに、実施の形態２においては、ｄ≦３Ｔとなるようにナゲット１２が形成されている点で、実施の形態１と異なる。言い換えると、実施の形態２においては、総厚Ｔに対するナゲット径ｄの比ｄ／Ｔが、３以下となるように、ナゲット１２が形成されている。実施の形態２においては、このように構成されていることによって、溶接対象物２，４を垂直に設置した姿勢でレーザ溶接を行った場合であっても、溶融金属（ナゲット１２）の自重垂れを抑制することが可能となる。

図８は、実施の形態２に関連し、溶接対象物２，４を垂直に設置した姿勢で溶接を行う状態を示した図である。図８に示すように、実施の形態２にかかる溶接方法おいては、この状態で、溶接対象物２，４が垂直に設置される。そして、溶接装置１００の照射部１０２は、水平方向に、レーザ光ＬＡを、溶接対象物２に対して照射する。

このとき、形成されたナゲット１２においては、溶融金属が自重によって下側に移動してしまう自重垂れが生じるおそれがある。ここで、図８に示すように、溶融金属が自重によって下側に移動したことにより、ナゲット１２の上側には凹みが生じ、下側には出っ張りが生じる。ここで、ナゲット１２の上側の、溶接対象物２の表面Ａからの凹みの量を上側凹量Ｈ１とする。また、ナゲット１２の下側の、溶接対象物２の表面Ａからの出っ張りの量を下側凸量Ｈ２とする。

図９は、総厚Ｔに対するナゲット径ｄの比ｄ／Ｔと、上側凹量Ｈ１及び下側凸量Ｈ２との関係を測定した結果を示すグラフであり、（ａ）は、比ｄ／Ｔと、上側凹量Ｈ１との関係を示し、（ｂ）は、比ｄ／Ｔと、下側凸量Ｈ２との関係を示す。

図９（ａ）に示すように、０＜ｄ／Ｔ≦３においては、上側凹量Ｈ１は、ほぼ０である。一方、３＜ｄ／Ｔにおいては、上側凹量Ｈ１は０を超える値となり、ｄ／Ｔが増加するにつれて、上側凹量Ｈ１は増加する。また、図９（ｂ）に示すように、０＜ｄ／Ｔ≦３においては、下側凸量Ｈ２は、ほぼ０である。一方、３＜ｄ／Ｔにおいては、下側凸量Ｈ２は０を超える値となり、ｄ／Ｔが増加するにつれて、下側凸量Ｈ２は増加する。したがって、０＜ｄ／Ｔ≦３の条件では、ナゲット１２の自重垂れの発生を抑制することが可能となる。よって、実施の形態２においては、溶接対象物２，４を垂直に設置した姿勢であっても、ナゲット１２の自重垂れを抑制することが可能となる。

図１０は、実施の形態２にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体１の強度試験の結果と、比較例にかる溶接方法によって形成された溶接構造体の強度試験の結果とを比較する図である。ここで、比較例にかかる溶接方法は、図５を用いて上述したものと同様である。また、図１０には、溶接部１０が６個のナゲット１２で構成される場合を例示している。また、図１０において、縦軸は、剥離強度比を示す。図１０における剥離強度比は、図１（ａ）に示すように溶接対象物２，４を水平に設置した姿勢で溶接を行ったときの剥離強度（水平剥離強度）を１とした場合の、図８に示すように溶接対象物２，４を垂直に設置した姿勢で溶接を行ったときの剥離強度（垂直剥離強度）の比率を示す。また、比較例にかかる溶接部９２の径をｄとすると、ｄ／Ｔの値は５．５程度である。また、実施の形態２にかかるナゲット１２の径をｄとすると、ｄ／Ｔの値は１．５程度である。

図１０に示すように、比較例にかかる溶接部９２においては、剥離強度比は１未満となる。つまり、比較例においては、溶接対象物２，４を垂直に設置した姿勢で溶接を行うと、溶接対象物２，４を水平に設置した姿勢で溶接を行った場合と比較して、溶接強度が悪化する。一方、実施の形態２にかかるナゲット１２（溶接部１０）においては、剥離強度比は１程度となる。つまり、実施の形態２においては、溶接対象物２，４を垂直に設置した姿勢で溶接を行っても、溶接対象物２，４を水平に設置した姿勢で溶接を行った場合と同等の溶接強度を保っている。

比較例にかかる溶接部９２においては、溶接強度を保つために径を大きくすると、総厚Ｔに対する径ｄの値が大きくなってしまう。したがって、溶接対象物２，４を垂直に設置した姿勢で溶接を行うと、ナゲット１２の自重垂れが生じてしまう。したがって、溶接対象物２，４を水平に設置した姿勢で溶接を行った場合と比較して、溶接強度が悪化する。

一方、本実施の形態においては、ナゲットの径が小さくても溶接強度を保つことが可能となる。したがって、実施の形態２においては、溶接対象物２，４を垂直に設置した姿勢で溶接を行っても、ナゲット１２の自重垂れを抑制することが可能となる。つまり、実施の形態２においては、打点姿勢によらないで、溶融金属の自重垂れを抑制できる。さらに、実施の形態２においては、溶接対象物２，４を水平に設置した姿勢で溶接を行った場合と同等の溶接強度を保つことが可能となる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３にかかる溶接構造体１においては、実施の形態１にかかる溶接構造体１と同様に、溶接部１０によって、溶接対象物２，４が接合されている。溶接部１０は、実施の形態１と同様に、複数のナゲット１２によって構成されている。ナゲット１２は、実施の形態１と同様に、１／２＜ｄ／ｐ≦１となるように配置されるように形成されている。さらに、実施の形態３においては、ｄ≦１．５ｔとなるようにナゲット１２が形成されている点で、実施の形態１と異なる。言い換えると、実施の形態３においては、レーザ光を照射しない側の溶接対象物４の厚さｔに対するナゲット径ｄの比ｄ／ｔが、１．５以下となるように、ナゲット１２が形成されている。実施の形態３においては、このように構成されていることによって、溶接対象物２，４がダイキャスト材や鋳物等である場合であっても、適切に溶接を行うことが可能となる。

図１１は、実施の形態３にかかる溶接方法によって形成された溶接部１０の溶接形状と、比較例にかかる溶接方法によって形成された溶接部９２の溶接形状とを比較する図である。図１１（ａ）は、比較例にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体９０の溶接部９２における断面図を示し、図１１（ｂ）は、実施の形態３にかかる溶接方法によって形成された溶接構造体１の溶接部９２における断面図を示す。図１１（ｂ）においては、溶接部１０が３個のナゲット１２で構成される場合を例示している。

図１１において、溶接対象物２，４の少なくとも一方は、ダイキャスト材で形成されている。ダイキャスト材に溶接を施すと、ダイキャスト材の内部に含まれる気体又は不純物等が膨張する。これにより、溶接により溶融した溶融金属が、レーザ光を照射しない側の面から吹き出し、その吹き出した溶融金属からなる突起が形成されるおそれがある。これにより、溶接形状が悪化する。

図１１（ａ）に示すように、比較例にかかる溶接構造体９０の溶接部９２は、略円形の１つのナゲットで構成される。ここで、溶接強度を保つためには、溶接部９２の径を大きくする必要がある。したがって、溶接部９２の径ｄは、溶接対象物４の厚さｔの１．５倍よりも大きくなる。このように、溶接対象物４の厚さｔに対して溶接部９２の径ｄが大きくなると、図１１（ａ）に示すように、溶接部９２を形成する溶融金属が、溶接対象物４の下面（レーザ光を照射しない側の面）から吹き出し、突起９４が形成される。なお、この突起の高さを示す突起量をＨ３とする。

一方、図１１（ｂ）に示すように、実施の形態３にかかる溶接構造体１の溶接部１０は、複数（図１１（ｂ）では３個）のナゲット１２で構成される。ここで、上述したように、本実施の形態においては、溶接強度を保つための条件は、１／２＜ｄ／ｐ≦１であり、ナゲット径ｄを大きくする必要はない。したがって、実施の形態３においては、図１１（ｂ）に示すように、溶接対象物４の下面には、突起が形成されない。

図１２は、厚さｔに対するナゲット径ｄの比ｄ／ｔと、突起量Ｈ３との関係を測定した結果を示すグラフである。なお、この測定は、溶接対象物２，４がダイキャスト材で形成された溶接構造体を用いて行われている。

図１２に示すように、０＜ｄ／ｔ≦１．５においては、突起量Ｈ３は０である。つまり、このとき、突起は形成されていない。一方、１．５＜ｄ／ｔ＜４においては、突起量Ｈ３は０を超える値となり、ｄ／ｔが増加するにつれて、突起量Ｈ３は増加する。したがって、ｄ／ｔ≦１．５の条件では、溶接対象物２，４がダイキャスト材で形成された場合であっても、突起を形成することを抑制することが可能となる。よって、実施の形態３においては、実施の形態１と同様に溶接強度を保ちつつ、溶接形状を向上させることが可能となる。

（変形例）
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述した実施の形態においては、溶接対象物の数は２個としたが、これに限られない。溶接対象物の数は、３個以上であってもよい。また、本実施の形態にかかる溶接方法は、表面処理の施工の有無に関わらず、任意の溶接対象物に対して適用可能である。

また、本実施の形態においては、溶接部１０は、複数のナゲット１２が仮想閉曲線１４に沿って配置されるように構成されるとしたが、このような構成に限られない。例えば、図１３（ａ）に示すように、仮想閉曲線１４に沿って配置された複数のナゲット１２の内側にナゲット１６を形成するようにして、溶接部１０を形成してもよい。また、例えば、図１３（ｂ）に示すように、仮想閉曲線１４に沿って配置された複数のナゲット１２からなるナゲット群１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを組み合わせるようにして、溶接部１０を形成してもよい。なお、このとき、ナゲット群１８Ａを構成するナゲット１２と、ナゲット群１８Ｂを構成するナゲット１２と、ナゲット群１８Ｃを構成するナゲット１２とは、互いに共通してもよい。

また、上述した実施の形態において、照射部１０２は、制御部１０４の制御によって、レーザ光の照射位置を設定するとしたが、このような構成に限られない。例えば、作業者の操作によって、レーザ光の照射位置を設定してもよい。

１ 溶接構造体
２ 溶接対象物
４ 溶接対象物
１０ 溶接部
１２ ナゲット
１４ 仮想閉曲線
１００ 溶接装置
１０２ 照射部
１０４ 制御部

Claims (6)

1. 複数の溶接対象物を重ね合わせてレーザ溶接を行って前記複数の溶接対象物を接合する溶接方法であって、
   レーザ溶接によって、前記溶接対象物上の仮想閉曲線に沿って複数のナゲットを形成することによって、溶接部を形成し、
   前記仮想閉曲線の全周にわたって、互いに隣り合う前記ナゲット間のピッチ寸法ｐに対する、前記ナゲットの径ｄの比ｄ／ｐが、１／２より大きく、かつ、１以下である
   溶接方法。
2. 重ね合わされた前記複数の溶接対象物の厚さＴに対する、前記ナゲットの径ｄの比ｄ／Ｔが、３以下である
   請求項１に記載の溶接方法。
3. 前記複数の溶接対象物のうち、レーザ光を照射しない側の前記溶接対象物の厚さｔに対する、前記ナゲットの径ｄの比ｄ／ｔが、１．５以下である
   請求項１に記載の溶接方法。
4. レーザ溶接によって形成された溶接部により接合された複数の溶接対象物を有する溶接構造体であって、
   前記溶接部は、前記溶接対象物上の仮想閉曲線に沿って形成された複数のナゲットを有し、
   前記仮想閉曲線の全周にわたって、互いに隣り合う前記ナゲット間のピッチ寸法ｐに対する、前記ナゲットの径ｄの比ｄ／ｐが、１／２より大きく、かつ、１以下である
   溶接構造体。
5. 重ね合わされた前記複数の溶接対象物の厚さＴに対する、前記ナゲットの径ｄの比ｄ／Ｔが、３以下である
   請求項４に記載の溶接構造体。
6. 前記複数の溶接対象物のうち、レーザ光を照射しない側の前記溶接対象物の厚さｔに対する、前記ナゲットの径ｄの比ｄ／ｔが、１．５以下である
   請求項４に記載の溶接構造体。

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