JP6672998B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の部材をレーザで溶接するレーザ溶接方法に関する。

複数の母材を接合するために、広くレーザ溶接が用いられている。例えば、下記特許文献１には、複数の板を重ねた重ね母材を挟んで加圧し、重ね母材の両面からレーザを照射してレーザ溶接する方法が開示されている。

特開２００３−３０５５８２号公報

しかしながら、特許文献１では、重ね母材の両面から同時にレーザを照射するので、各々のレーザ照射により溶融された部分がつながって溶け落ち、表面に凹、裏面に凸形状が現れ、品質が低下してしまうことがある。また、レーザの貫通も生じうる。これらの不都合を回避するために、特許文献１では、重ね母材の表裏で、レーザ照射ヘッドの位置をずらして、表側と裏側の溶融位置が重ならないようにする実施例が開示されている。しかしながら、溶融位置を重ねないため、接合強度が確保できないこともある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、溶融部分の溶け落ちを防ぎつつ、接合強度を確保して溶接の質を向上させる、レーザ溶接方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載のレーザ溶接方法は、第１部材と第２部材を重ね合わせた重ね合わせ部材の一方面側からレーザを照射して前記重ね合わせ部材を溶融させ、前記第１部材と前記第２部材の境界を越えて前記一方面側から他方面側の部材へ至ると共に前記他方面へ貫通しない第１溶融部を形成し、前記重ね合わせ部材の他方面側からレーザを照射して前記重ね合わせ部材を溶融させ、前記境界を越えて前記他方面側から前記第１溶融部の少なくとも一部へ至ると共に前記一方面へ貫通せず、前記他方面での平面視の面積が前記第１溶融部の前記一方面での平面視の面積よりも小さくなるように第２溶融部を形成して、前記第１部材と第２部材を溶接する。
請求項２に記載のレーザ溶接方法は、前記レーザの照射を水平方向に行う。

本発明のレーザ溶接方法では、まず、重ね合わせ部材の一方面側からレーザを照射して、第１溶融部を形成する。このとき、一方面側から他方面側の部材へ至ると共に他方面へ貫通しない（重ね合わせ部材を貫通しない）ように重ね合わせ部材を溶融させる。次に、他方面側から第１溶融部の少なくとも一部へ至ると共に一方面へ貫通しない（重ね合わせ部材を貫通しない）ように重ね合わせ部材を溶融させて第２溶融部を形成する。

このように、第１溶融部は重ね合わせ部材を貫通しないように形成され、第２溶融部も重ね合わせ部材を貫通しないように形成されるので、溶融部分の溶け落ちを防ぐことができる。また、第１溶融部は一方面側から他方面側の部材へ至るように形成され、第２溶融部は他方面側から第１溶融部へ至るように形成されるので、第１溶融部と第２溶融部とが重なり合った部分で一体となり、接合強度を確保することもでき、溶接の質を向上させることができる。

以上説明したように、請求項１に記載のレーザ溶接方法によれば、レーザにより形成された溶融部分の溶け落ちを防ぐことができると共に、接合強度を確保して溶接の質を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るレーザ溶接方法が適用される一例としての車体の一部の斜視図である。 第１実施形態に係るレーザ溶接方法が適用される溶接前の重ね合わせ部材の一部断面図である。 第１実施形態に係るレーザ溶接方法のプロセスにおいて、（Ａ）は第１溶融部が形成された状態、（Ｂ）は第２溶融部が形成された状態を示す断面図である。 第２実施形態に係るレーザ溶接方法のプロセスにおいて、（Ａ）は第１溶融部が形成された状態、（Ｂ）は第２溶融部が形成された状態、（Ｃ）は溶接完了後の状態を示す断面図である。 第２実施形態に係るレーザ溶接方法のプロセスにおいて、第２溶融部がずれて形成されたものを示す断面図である。 第３実施形態に係るレーザ溶接方法のプロセスにおいて、（Ａ）は第１溶融部が形成された状態、（Ｂ）は第２溶融部が形成された状態、（Ｃ）は溶接完了後の状態を示す断面図である。 第４実施形態に係るレーザ溶接方法のプロセスにおいて、（Ａ）は第１溶融部が形成された状態、（Ｂ）は第２溶融部が形成された状態、（Ｃ）は溶接完了後の状態を示す断面図である。

［第１実施形態］
図面を用いて、本発明の第１実施形態に係る車体部材の接合構造について説明する。なお、車両前後方向前方側を矢印ＦＲで示し、車両幅方向の内側を矢印ＩＮで示し、車両上下方向上側を矢印ＵＰで示す。また、以下の説明で、特記なく前後、上下の方向を用いる場合は、車両前後方向の前後、車両上下方向の上下を示すものとする。

本実施形態に係るレーザ溶接方法は、溶融時の粘性が低い材料、例えばアルミニウムなどの板材を溶接する場合や、板材の厚みが厚い場合に、効果的に溶け落ちを防止することができる。また、且つ、レーザが板面の両側からアクセス可能な部分に、好適である。例えば、図１に示されるように、自動車のボデー１０における、ドア開口部１２の周縁に形成されるピラーやルーフサイドレールのフランジ部１４や、ロッカ１６のフランジ部１８に適用することができる。

本実施形態では、第１部材２０と第２部材３０をレーザ溶接する。図２に示されるように、第１部材２０及び第２部材３０は、各々板状とされ、板面同士が重ね合わされて重ね合わせ部材２２が構成されている。以下、重ね合わせ部材２２の第１部材２０側の外面を「一方面２０Ａ」と称し、第２部材３０側の外面を「他方面３０Ａ」と称する。また、第１部材２０と第２部材３０の間の界面を「境界２４」と称する。

第１部材２０と第２部材３０を溶接する際には、まず、図３（Ａ）に示されるように、上側に配置された、重ね合わせ部材２２の一方面２０Ａ側から板厚方向へ向けてレーザＬ１を照射する。レーザ照射は、重ね合わせ部材２２における溶融部分が、境界２４を超えて第２部材３０へ至り、且つ、他方面３０Ａへ貫通しない（重ね合わせ部材２２を貫通しないように）ように、レーザＬ１の熱量を調整して行う。これにより、重ね合わせ部材２２には、一方面２０Ａから境界２４を超えて第２部材３０へ至る第１溶融部２６が形成される。

次に、図３（Ｂ）に示されるように、重ね合わせ部材２２を上下反転させ、重ね合わせ部材２２の第１溶融部２６と対応する部分において、他方面３０Ａ側から板厚方向へ向けてレーザＬ２を照射する。レーザＬ２の照射は、第１溶融部２６の形成後、第１溶融部２６が溶け落ちない半固化された状態となった後に行うことが好ましい。このレーザＬ２の照射は、重ね合わせ部材２２における溶融部分が、境界２４を超えて第１溶融部２６へ至り、且つ、一方面２０Ａへ貫通しない（重ね合わせ部材２２を貫通しないように）ように、レーザＬ２の熱量を調整して行う。

これにより、重ね合わせ部材２２には、他方面３０Ａから境界２４を超えて第１部材２０へ至る第２溶融部３６が形成される。第１溶融部２６と第２溶融部３６とは、一部で一体となる。第１溶融部２６の一方面２０Ａ側の径をＡ１、第２溶融部３６の他方面３０Ａ側の径をＡ２とすると、第１溶融部２６と第２溶融部３６の共通の溶融部分で、Ａ１、Ａ２よりも小さいナゲット径Ｒ１を確保することができる。また、一方面２０Ａに形成された第１溶融部２６に対応する部分の凹部の深さはＤ１となり、他方面３０Ａに形成された第２溶融部３６に対応する部分の凹部の深さはＤ２となる。

本実施形態のレーザ溶接方法によれば、第１溶融部２６及び第２溶融部３６は、各々重ね合わせ部材２２を貫通しないように形成されるので、溶融部分の溶け落ちを防ぐことができる。また、レーザの貫通も防止することができる。さらに、溶融部分の溶け落ちがないので、第１溶融部２６及び第２溶融部３６の表面に形成される凹部の深さＤ１、Ｄ２も浅くすることができる。

また、第１溶融部２６は一方面２０Ａ側から第２部材３０へ至るように形成され、第２溶融部３６は他方面３０Ａ側から境界２４を超えて第１溶融部２６へ至るように形成されるので、第１溶融部２６と第２溶融部３６とが重なり合って一部が一体となり、接合強度を確保することもでき、溶接の質を向上させることができる。

なお、本実施形態では、第２溶融部３６について境界２４を超えて第１溶融部２６へ至るように形成したが、第２溶融部３６は、必ずしも境界２４を超える必要はなく、第１溶融部２６へ至ることにより、第１溶融部２６と一部が一体となり、接合強度を確保することができる。本実施形態のように、第２溶融部３６が境界２４を跨いで形成されることにより、第１溶融部２６と第２溶融部３６とが一体となる共通の溶融部分でのナゲット径Ｒ１が大きくなり、接合強度をより高くすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態では、一方面２０Ａ側からのレーザ照射により形成する第１溶融部２６の平面視における面積を、第１実施形態の第１溶融部２６よりも大きくする点が異なっている。

第１部材２０と第２部材３０を溶接する際には、まず、図４（Ａ）に示されるように、上側に配置された、重ね合わせ部材２２の一方面２０Ａ側から板厚方向へ向けてレーザＬ１−２を照射する。レーザ照射は、重ね合わせ部材２２における溶融部分が、境界２４を超えて第２部材３０へ至り、且つ、他方面３０Ａへ貫通しない（重ね合わせ部材２２を貫通しない）ように、レーザ１−２の熱量を調整して行う。また、レーザＬ１−２の照射径を大きくして、溶融部分の径Ｂ１が、第１実施形態の径Ａ１よりも大きくなるようにする。これにより、重ね合わせ部材２２には、一方面２０Ａから境界２４を超えて第２部材３０へ至る第１溶融部２８が形成される。

次に、図４（Ｂ）に示されるように、重ね合わせ部材２２を上下反転させ、重ね合わせ部材２２の第１溶融部２８と対応する部分において、他方面３０Ａ側から板厚方向へ向けてレーザＬ２−２を照射する。レーザ照射は、重ね合わせ部材２２における溶融部分が、境界２４を超えて第１溶融部２６へ至り、且つ、一方面２０Ａへ貫通しない（重ね合わせ部材２２を貫通しない）ように、レーザＬ２−２の熱量を調整して行う。また、レーザＬ２−２の照射径は、第１実施形態と同程度とし、溶融部分の径Ｂ２が、第１実施形態の径Ａ２と同程度となるようにする。これにより、重ね合わせ部材２２には、他方面３０Ａから境界２４を超えて第１部材２０へ至る第２溶融部３８が形成される。

本実施形態のレーザ溶接方法によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、第１溶融部２８の径Ｂ１が径Ａ１よりも大きい。したがって、図５（Ａ）に示されるように、他方面３０Ａ側からのレーザ照射位置が、Ｗだけずれていても、図５（Ｂ）に示されるように、必要なナゲット径Ｒ２を確保することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１、２実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態では、レーザ照射の際の重ね合わせ部材２２の配置方向が第１実施形態と異なっており、境界２４が鉛直方向になるように、すなわち、板厚方向が水平方向になるように配置されている。

第１部材２０と第２部材３０を溶接する際には、まず、図６（Ａ）に示されるように、重ね合わせ部材２２の一方面２０Ａ側から板厚方向へ向けて水平方向にレーザＬ１を照射する。レーザ照射は、重ね合わせ部材２２における溶融部分が、境界２４を超えて第２部材３０へ至り、且つ、他方面３０Ａへ貫通しない（重ね合わせ部材２２を貫通しないように）ように、レーザＬ１の熱量を調整して行う。これにより、重ね合わせ部材２２には、一方面２０Ａから境界２４を超えて第２部材３０へ至る第１溶融部２６−３が形成される。

次に、図６（Ｂ）に示されるように、重ね合わせ部材２２の第１溶融部２６−３と対応する部分において、他方面３０Ａ側から板厚方向へ向けて水平方向にレーザＬ２を照射する。本実施形態では、レーザＬ２を照射する前に重ね合わせ部材２２を反転させる必要はない。このレーザＬ２の照射は、重ね合わせ部材２２における溶融部分が、境界２４を超えて第１溶融部２６−３へ至り、且つ、一方面２０Ａへ貫通しない（重ね合わせ部材２２を貫通しないように）ように、レーザＬ２の熱量を調整して行う。

これにより、重ね合わせ部材２２には、他方面３０Ａから境界２４を超えて第１部材２０へ至る第２溶融部３６−３が形成される。第１溶融部２６−３と第２溶融部３６−３とは、一部で一体となる。第１溶融部２６−３の一方面２０Ａ側の径をＡ１、第２溶融部３６−３の他方面３０Ａ側の径をＡ２とすると、第１溶融部２６−３と第２溶融部３６−３の共通の溶融部分で、Ａ１、Ａ２よりも小さいナゲット径Ｒ１を確保することができる。また、一方面２０Ａに形成された第１溶融部２６−３に対応する部分の上側に形成された凹部の深さはＤ１Ａとなり、下側に形成された凸部の突出高さはＤ１Ｂとなる。また、他方面３０Ａに形成された第２溶融部３６−３に対応する部分の上側に形成された凹部の深さはＤ２Ａとなり、下側に形成された凸部の突出高さはＤ２Ｂとなる。

本実施形態のレーザ溶接方法でも、第１溶融部２６−３及び第２溶融部３６−３は、各々重ね合わせ部材２２を貫通しないように形成されるので、溶融部分の溶け落ちを防ぐことができる。また、レーザの貫通も防止することができる。さらに、溶融による部材の下側への移動量も少ないので、第１溶融部２６−３及び第２溶融部３６−３の表面に形成される凹部の深さＤ１Ａ、Ｄ２Ａ、凸部の高さＤ１Ｂ、Ｄ２Ｂも小さくすることができる。

また、第１溶融部２６−３は一方面２０Ａ側から第２部材３０へ至るように形成され、第２溶融部３６−３は他方面３０Ａ側から境界２４を超えて第１溶融部２６−３へ至るように形成されるので、第１溶融部２６−３と第２溶融部３６−３とが重なり合って一部が一体となり、接合強度を確保することもでき、溶接の質を向上させることができる。

なお、本実施形態でも、第２溶融部３６−３は、必ずしも境界２４を超える必要はなく、第１溶融部２６−３へ至れば、第１溶融部２６−３と一部が一体となり、接合強度を確保することができる。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、第１−３実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態では、レーザＬ２の照射方向が第１実施形態と異なり、レーザＬ２は、斜め下側から斜め上方へ向かって照射される。
第１部材２０と第２部材３０を溶接する際には、まず、図７（Ａ）に示されるように、重ね合わせ部材２２の一方面２０Ａ側から板厚方向へ向けて水平方向にレーザＬ１を照射する。レーザ照射は、重ね合わせ部材２２における溶融部分が、境界２４を超えて第２部材３０へ至り、且つ、他方面３０Ａへ貫通しない（重ね合わせ部材２２を貫通しないように）ように、レーザＬ１の熱量を調整して行う。これにより、重ね合わせ部材２２には、一方面２０Ａから境界２４を超えて第２部材３０へ至る第１溶融部２６−４が形成される。

次に、図７（Ｂ）に示されるように、重ね合わせ部材２２を反転させず、重ね合わせ部材２２の第１溶融部２６−４と対応する部分において、他方面３０Ａ側の斜め上方へ向かってレーザＬ２を照射する。本実施形態では、レーザＬ２を照射する前に重ね合わせ部材２２を反転させない。このレーザＬ２の照射は、重ね合わせ部材２２における溶融部分が、境界２４を超えて第１溶融部２６−４へ至り、且つ、一方面２０Ａへ貫通しない（重ね合わせ部材２２を貫通しないように）ように、レーザＬ２の熱量を調整して行う。

これにより、重ね合わせ部材２２には、他方面３０Ａから境界２４を超えて第１部材２０へ至る第２溶融部３６−４が形成される。第１溶融部２６−４と第２溶融部３６−４とは、一部で一体となる。第１溶融部２６−４の一方面２０Ａ側の径をＡ１、第２溶融部３６−４の他方面３０Ａ側の径をＡ２とすると、第１溶融部２６−４と第２溶融部３６−４の共通の溶融部分で、Ａ１、Ａ２よりも小さいナゲット径Ｒ１を確保することができる。また、一方面２０Ａに形成された第１溶融部２６−４に対応する部分に形成された凹部の深さはＤ１となり、他方面３０Ａに形成された第２溶融部３６−４に対応する部分に形成された凸部の突出高さはＤ２Ｃとなる。

本実施形態のレーザ溶接方法でも、第１溶融部２６−４及び第２溶融部３６−４は、各々重ね合わせ部材２２を貫通しないように形成されるので、溶融部分の溶け落ちを防ぐことができる。また、レーザの貫通も防止することができる。さらに、溶融による下側への移動量も少ないので、第１溶融部２６−４の表面に形成される凹部の深さＤ１及び第２溶融部３６−４の表面に形成される凸部の高さＤ２Ｃも小さくすることができる。

また、第１溶融部２６−４は一方面２０Ａ側から第２部材３０へ至るように形成され、第２溶融部３６−４は他方面３０Ａ側から境界２４を超えて第１溶融部２６−４へ至るように形成されるので、第１溶融部２６−４と第２溶融部３６−４とが重なり合って一部が一体となり、接合強度を確保することもでき、溶接の質を向上させることができる。

また、レーザＬ２は、第１溶融部２６−４の斜め下側からレーザ照射を行うので、レーザのレンズ上に誤って溶融部分が溶け落ちることを防止することができる。

なお、第１−第４本実施形態では、２枚の部材の接合について説明したが、３枚以上の部材の接合であってもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

２０ 第１部材
２０Ａ 一方面
２２ 重ね合わせ部材
２６、２６−３、２６−４、２８ 第１溶融部
３０ 第２部材
３０Ａ 他方面
３６、３６−３、３６−４、３８ 第２溶融部
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１−２、Ｌ２−２ レーザ

Claims (2)

1. 第１部材と第２部材を重ね合わせた重ね合わせ部材の一方面側からレーザを照射して前記重ね合わせ部材を溶融させ、前記第１部材と前記第２部材の境界を越えて前記一方面側から他方面側の部材へ至ると共に前記他方面へ貫通しない第１溶融部を形成し、
   前記重ね合わせ部材の他方面側からレーザを照射して前記重ね合わせ部材を溶融させ、前記境界を越えて前記他方面側から前記第１溶融部の少なくとも一部へ至ると共に前記一方面へ貫通せず、前記他方面での平面視の面積が前記第１溶融部の前記一方面での平面視の面積よりも小さくなるように第２溶融部を形成して、前記第１部材と第２部材を溶接する、
   レーザ溶接方法。
2. 前記レーザの照射を水平方向に行う、
   請求項１に記載のレーザ溶接方法。