JP7036683B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームを照射することによって、積層された複数枚の金属板を重ね合せ溶接するレーザ溶接方法に関するものである。

従来から、積層された複数枚の金属板にレーザビームを照射することで、これら複数枚の金属板に亘って溶融池を形成し、この溶融池が凝固した溶接部によって積層された複数枚の金属板を接合するレーザ溶接方法が知られている。

もっとも、複数枚の金属板に、金属メッキ層が形成された金属板や鋳物板が含まれている場合、換言すると、溶融することでメッキ蒸気や水素ガス等のガスが発生する金属板が含まれている場合において、金属板同士の間に隙間がないときには、溶接時に発生するガスが十分に抜けず、メッキ蒸気が溶融金属を吹き飛ばしたり、水素ガスが溶接部に残留してブローホールを生じさせたりするおそれがある。

このような問題を解決するために、例えば特許文献１には、重ね合わせた亜鉛メッキ鋼板を接合するレーザ溶接方法において、一回目のレーザにより、鋼板を溶融させるとともにメッキ層を気化させ、二回目および三回目のレーザ照射により、亜鉛蒸気を溶融部の中心部に集め、四回目および五回目のレーザ照射により、集めた亜鉛蒸気を攪拌除去することが開示されている。

特開２０１２－１１５８７６号公報

しかしながら、上記特許文献１のものでは、亜鉛蒸気量（メッキ蒸気量）が多い場合には、メッキ蒸気を溶融部の中心部に集めた際に、メッキ蒸気が膨張して溶融部ごと吹き飛ばしてしまい、溶接不良が生じるおそれがある。特に、レーザ照射側とは反対側の金属板を貫通させない非貫通溶接の場合には、メッキ蒸気が溶融部内に滞留し易いことから、このような溶接不良が生じ易い。

また、例えばアルミダイキャストのような鋳物板の場合には、鋳造時に固溶された水素ガスが、レーザビームを照射することで鋳物板が溶融した際に気泡として多量に析出するため、上記特許文献１のもののようにガスを中央部に集めて攪拌するだけでは、水素ガスが十分に抜けず、溶融部が凝固するまでに排出されなかった水素ガスがブローホールとして溶接部に残るケースも想定される。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、積層された複数枚の金属板を重ね合せ溶接するレーザ溶接方法において、溶接時に発生するガス量に左右されることなく、発生するガスを確実に逃がしながら高品質の溶接を行う技術を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るレーザ溶接方法では、複数枚の金属板に亘って溶融池を形成するのに先立ち、金属板が溶融することで発生するガスの逃げ道を確保するようにしている。

具体的には、本発明は、レーザビームを照射することによって、積層された複数枚の金属板を重ね合せ溶接するレーザ溶接方法を対象としている。

そして、このレーザ溶接方法は、上記複数枚の金属板は、溶融することでガスが発生する金属板を少なくとも１枚含む、第１金属板、…、第ｎ金属板（ｎは２以上の整数）の順に積層されたｎ枚の金属板で構成されており、第１レーザビームを上記第１金属板側から照射することにより、第１金属板から第ｎ－１金属板を積層方向に貫通して第ｎ金属板に達する、ガスの逃げ道となる窪みを形成する窪み形成工程と、上記窪みの外側に円を描くように走査しながら第２レーザビームを照射することで、当該窪みの形状を保持するように、上記複数枚の金属板における当該窪みの周囲に溶融池を形成する溶融工程と、を含むことを特徴とするものである。

なお、本発明において「第ｎ金属板に達する」とは、第ｎ金属板の少なくとも一部に窪みが形成されていることを意味する。よって、窪みは、第ｎ金属板を貫通していてもよいし、第ｎ金属板を貫通していなくてもよい。

この構成によれば、第１金属板から第ｎ－１金属板を積層方向に貫通して第ｎ金属板に達する窪みを形成した後に、かかる窪みの形状を保持するように、窪みの周囲に溶融池を形成することから、金属板が溶融することで発生するガス量が多い場合でも、窪みを介して溶融池内部のガスを確実に外部に逃がすことができ、これにより、高品質の溶接を行うことができる。

また、上記レーザ溶接方法では、上記溶融することでガスが発生する金属板は、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であり、上記ガスはメッキ蒸気であることが好ましい。

この構成によれば、例えばメッキ蒸気が溶融池内部に滞留し易い非貫通溶接において、メッキ蒸気が多量に発生する場合でも、窪みを介してメッキ蒸気を外部に逃がしながら溶融池を形成することができるので、メッキ蒸気が膨張して溶融金属を吹き飛ばすのを確実に抑えて、溶接不良が生じるのを抑制することができる。

さらに、上記レーザ溶接方法では、上記溶融することでガスが発生する金属板は、鋳物板であり、上記ガスは鋳造時に当該鋳物板に固溶された水素ガスであることが好ましい。

この構成によれば、鋳物板を溶融した際に、鋳造時に鋳物板に固溶された水素ガスが多量に析出した場合でも、窪みを介して水素ガスを外部に逃がしながら溶融池を形成することができるので、溶融池が凝固した溶接部にブローホールが生じるのを確実に抑制することができる。

また、上記レーザ溶接方法では、第３レーザビームを上記溶融池に照射することで、上記窪みを溶融金属で埋める埋没工程を、上記溶融工程の後に含むことが好ましい。

上記溶融工程において金属板の溶融が進行すると、最終的には窪みが埋まる場合もあるが、窪みが残る場合もあるところ、この構成によれば、第３レーザビームを照射することで、残った窪みを溶融金属で確実に埋めるので、溶融池が凝固した溶接部の表面を滑らかな形状に確実に形成することができる。

さらに、上記レーザ溶接方法では、上記第２レーザビームの積層方向における焦点の位置が、上記第１レーザビームの積層方向における焦点の位置よりも深いことが好ましい。

この構成によれば、積層方向における焦点の位置が、第１レーザビームの積層方向における焦点の位置よりも深い、換言すると、エネルギー密度が相対的に高い第２レーザビームを窪みの周囲に照射することから、第ｎ金属板等のレーザ照射側から遠い金属板における窪みの周囲を、高い入熱によって確実に溶融させることができる。

以上説明したように、本発明に係るレーザ溶接方法によれば、溶接時に発生するガス量に左右されることなく、発生するガスを確実に逃がしながら高品質の溶接を行うことができる。

本発明の実施形態１に係るレーザ溶接方法で形成された溶接構造体を模式的に示す断面図である。 レーザ溶接方法を実施するためのレーザ溶接装置を模式的に示す概略構成図である。 レーザ溶接方法を模式的に説明する図であり、同図（ａ）は窪み形成工程であり、同図（ｂ）は溶融工程であり、同図（ｃ）は埋没工程である。 窪み形成工程を模式的に説明する図である。 溶融工程を模式的に説明する図である。 溶融工程を模式的に説明する斜視図である。 埋没工程を模式的に説明する図である。 被溶接材のセット例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係るレーザ溶接方法で形成された溶接構造体を模式的に示す断面図である。 レーザ溶接方法を模式的に説明する図であり、同図（ａ）は窪み形成工程であり、同図（ｂ）は溶融工程であり、同図（ｃ）は埋没工程である。 せん断引張試験の試験結果を模式的に示す図である。 従来のレーザ溶接方法を模式的に説明する図である。 従来のレーザ溶接方法を模式的に説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係るレーザ溶接方法で形成された溶接構造体１０を模式的に示す断面図である。この溶接構造体１０は、積層された第１～第３鋼板１１，１２，１３に対し第１鋼板１１側からレーザビームＬＢを照射することで、これら第１～第３鋼板１１，１２，１３に亘って溶融池１６（図３等参照）を形成し、この溶融池１６が凝固した溶接部１５によって積層された第１～第３鋼板１１，１２，１３を接合したものである。本実施形態では、第１鋼板（第１金属板）１１、第２鋼板（第２金属板）１２および第３鋼板（第３金属板）１３は、それぞれ亜鉛メッキ鋼板で構成されている。

ここで注目すべきは、亜鉛メッキ鋼板を溶融した場合には亜鉛蒸気が発生するところ、この溶接構造体１０は、溶接部１５が第３鋼板１３を貫通していないため、亜鉛蒸気が抜け難い非貫通溶接で形成されたものであり、且つ、第１鋼板１１と第２鋼板１２との間および第２鋼板１２と第３鋼板１３との間に、亜鉛蒸気が抜ける隙間がないにもかかわらず、溶接不良を生じることなく高品質の溶接部１５が形成されている点である。以下、このような溶接不良のない溶接構造体１０の形成を可能とする本実施形態のレーザ溶接方法について詳細に説明する。

－レーザ溶接装置－
図２は、本実施形態のレーザ溶接方法を実施するためのレーザ溶接装置５０を模式的に示す概略構成図である。このレーザ溶接装置５０は、ワークＷから離れた位置でレーザビームＬＢを照射してレーザ溶接を行うリモートレーザとして構成されている。レーザ溶接装置５０は、図２（ａ）に示すように、レーザビームＬＢを出力するレーザ発振器５１と、ロボット５２と、ファイバケーブル５４を介してレーザ発振器５１から供給されたレーザビームＬＢを走査してワークＷに照射する３Ｄスキャナ６０と、を備えている。ロボット５２は、複数のサーボモータ（図示せず）によって駆動される複数の関節を有する多関節型ロボットであり、制御装置（図示せず）の指令に基づき、先端部に取り付けられた３Ｄスキャナ６０を移動させるように構成されている。

３Ｄスキャナ６０は、図２（ｂ）に示すように、センサー６１と、集光レンズ６２と、固定ミラー６３と、可動ミラー６４と、収束レンズ６５と、を備えている。レーザ発振器５１から３Ｄスキャナ６０に供給されたレーザビームＬＢは、センサー６１から集光レンズ６２に出射され、集光レンズ６２により集光された後、固定ミラー６３で可動ミラー６４に向けて反射され、可動ミラー６４により方向が変化された後、収束レンズ６５を介して所定のスポット径となるようにワークＷに向けて照射される。このような構成により、本実施形態のレーザ溶接装置５０では、制御装置（図示せず）の指令に基づいて、可動ミラー６４が駆動することによって、例えばワークＷから５００ｍｍ離れた状態で２００ｍｍ四方の範囲内における所定の位置にレーザビームＬＢを照射することが可能になっている。

集光レンズ６２は、アクチュエータ（図示せず）により上下方向に移動可能に構成されていて、当該集光レンズ６２を上下方向に移動させることで、焦点距離が上下方向に調整されるようになっている。それ故、本実施形態のレーザ溶接装置５０では、ワークＷの上面を基準（０）とした場合における焦点Ｆを＋側または－側にシフトさせることで、デフォーカス状態とインフォーカス状態とを容易に実現することが可能になっている。

－レーザ溶接方法－
次に、上記レーザ溶接装置５０を用いた本実施形態のレーザ溶接方法について説明するが、本発明を理解し易くするために、これに先立ち、亜鉛メッキ鋼板を含む複数の金属板を重ね合せ溶接する場合における従来のレーザ溶接方法について説明する。

図１２は、従来のレーザ溶接方法を模式的に説明する図である。従来のレーザ溶接方法では、図１２（ａ）に示すように、亜鉛メッキ鋼板である第１鋼板１１１および第２鋼板１１２に対して、レーザビームＬＢを照射することで、第１鋼板１１１を積層方向に貫通して第２鋼板１１２に達する溶融池１１６ａを形成し、例えば円を描くように走査しながらレーザビームＬＢを照射して溶融池１１６を拡大する（溶融池１１６ａの外側に溶融池１１６ｂを形成する）。

このように、レーザビームＬＢを照射して溶融池１１６を拡大していくと、母材（鋼板）よりも融点の低い亜鉛メッキが昇華し、溶融池１１６内部の亜鉛蒸気量が増加していくが、第２鋼板１１２を貫通させない非貫通溶接で、且つ、第１鋼板１１１と第２鋼板１１２との間に隙間がない場合には、発生した亜鉛蒸気１１９の逃げ道がなく、亜鉛蒸気１１９が溶融池１１６内部に留まることになる。このため、多量の亜鉛蒸気１１９が発生した場合には、図１２（ｂ）に示すように、亜鉛蒸気１１９が爆ぜて（膨張して）溶融金属１１８ごと吹き飛ばし、溶接不良が生じる（溶接部が成立しない）おそれがある。

そこで、本実施形態のレーザ溶接方法では、第１～第３鋼板１１，１２，１３に溶融池１６を形成するのに先立ち、第１～第３鋼板１１，１２，１３が溶融することで発生する亜鉛蒸気（メッキ蒸気）の逃げ道を確保するようにしている。

具体的には、本実施形態のレーザ溶接方法では、図３（ａ）に示すように、第１レーザビームＬＢ１を第１鋼板１１側から照射することにより、第１および第２鋼板１１，１２を積層方向に貫通して第３鋼板１３に達する、亜鉛蒸気の逃げ道となる窪み１７を形成する窪み形成工程と、図３（ｂ）に示すように、窪み１７の外側に第２レーザビームＬＢ２を照射することで、窪み１７の形状を保持するように、第１～第３鋼板１１，１２，１３における窪み１７の周囲に溶融池１６を形成する溶融工程と、図３（ｃ）に示すように、第３レーザビームＬＢ３を溶融池１６に照射することで、窪み１７を溶融金属で埋める埋没工程と、を含むようにしている。以下、これらの工程について詳細に説明する。なお、説明の便宜上、積層方向における第１鋼板１１側を上側とし、積層方向における第３鋼板１３側を下側とする。

［窪み形成工程］
図４は、窪み形成工程を模式的に説明する図である。窪み形成工程では、図４（ａ）に示すように、第１レーザビームＬＢ１を第１鋼板１１側から相対的に小さい範囲に照射することにより、照射範囲における溶融金属１８と周辺の亜鉛メッキをスパッタで飛散させて、図４（ｂ）に示すように、第１および第２鋼板１１，１２を積層方向に貫通して第３鋼板１３に達する窪み１７を形成する。

この窪み形成工程では、時間を掛けず素早く窪み１７を形成するために、相対的に高出力の第１レーザビームＬＢ１を入射回数１回で照射する。

もっとも、相対的に高出力の第１レーザビームＬＢ１を、エネルギー密度が高い状態で照射すると、スパッタで吹き飛ばされる勢いが強くなり過ぎ、上方に吹き飛ばされた溶融金属１８が当たることでレーザ溶接装置５０を損傷するおそれがあることから、図４（ａ）に示すように、焦点Ｆが第１鋼板１１よりも上側に位置するデフォーカス状態で第１レーザビームＬＢ１を照射する。

さらに、窪み形成工程では、相対的に小さい範囲に窪み１７を形成することから、円を描くように走査される第１レーザビームＬＢ１の走査速度Ｖ１は相対的に低速でよい。しかも、必ずしも円を描くように走査しながら第１レーザビームＬＢ１を照射する必要はなく、移動停止させた状態で第１レーザビームＬＢ１を照射してもよい。

なお、上記の出力、入射回数、積層方向におけるレーザ焦点位置および走査速度はあくまでも一例であり、第１および第２鋼板１１，１２を積層方向に貫通して第３鋼板１３に達する窪み１７を形成することができるのであれば、他の条件で第１レーザビームＬＢ１を照射してもよい。

［溶融工程］
図５は、溶融工程を模式的に説明する図であり、図６は、溶融工程を模式的に説明する斜視図である。溶融工程では、図５（ａ）に示すように、窪み形成工程で形成した窪み１７の外側を狙って、第２レーザビームＬＢ２を広範囲に照射することで、図５（ｂ）に示すように、第１～第３鋼板１１，１２，１３における窪み１７の周囲に溶融池１６を形成する。

このとき、相対的に高出力でレーザビームＬＢを照射すると、溶融金属がすべて吹き飛んでしまうケースがあることから、溶融工程では、相対的に低出力の第２レーザビームＬＢ２を照射する。もっとも、第２および第３鋼板１２，１３を確実に溶融させるために、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、焦点Ｆが第３鋼板１３に達するインフォーカス状態で第２レーザビームＬＢ２を照射する。このように、第２レーザビームＬＢ２の積層方向における焦点Ｆの位置を、第１レーザビームＬＢ１の積層方向における焦点Ｆの位置よりも深くすることで、第２および第３鋼板１２，１３への入熱を高くして、窪み１７よりも下側の母材を確実に溶融させることができる。

また、溶融工程では、図５（ｂ）および図６に示すように、窪み１７の形状を保持するように、第１～第３鋼板１１，１２，１３における窪み１７の周囲に溶融池１６を形成する。このとき、窪み１７の外側に、円を描くように走査しながら第２レーザビームＬＢ２を照射するが、溶融池１６を形成しながら、発生した亜鉛蒸気１９を窪み１７を介して外部に逃がすことが重要であり、溶融池１６を攪拌する必要はないので、第２レーザビームＬＢ２の走査速度Ｖ２は相対的に高速でなくてもよい。もっとも、第２レーザビームＬＢ２の走査速度Ｖ２があまりに遅いと照射している部分だけに孔が空くケースも想定される。それ故、後述の第３レーザビームＬＢ３の走査速度Ｖ３を相対的に高速とした場合に、第２レーザビームＬＢ２の走査速度Ｖ２は、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３を満たす中速に設定されることが好ましい。

なお、第２レーザビームＬＢ２の入熱回数は、１回でも複数回でもよい。例えば第２レーザビームＬＢ２を中速で１周させることで、亜鉛蒸気１９を窪み１７から逃がしながら、所望の溶融池１６が形成されるのであれば入熱回数は１回でもよいし、また例えば、所望の接合強度を確保するために、複数周させながら溶融池１６を拡大するのであれば入熱回数を複数回としてもよい。

このように、窪み１７の形状を保持するように、窪み１７の外側に第２レーザビームＬＢ２をインフォーカス状態で照射することにより、図５（ｂ）の拡大図に示すように、溶融池１６を形成・拡大する過程で発生した亜鉛蒸気１９が溶融池１６の中央に集まるとともに、入熱の高い底部側から流れ込む溶融金属によって窪み１７が埋められながら、窪み１７を介して亜鉛蒸気１９が外部に排出される。

そうして、第２レーザビームＬＢ２の照射を終えると、図５（ｃ）に示すように、窪み１７の底部側から溶融池１６を構成する溶融金属が窪み１７内に一気に流れ込むことで、窪み１７が底部側から埋まりながら亜鉛蒸気１９が外部に排出される。これにより、図５（ｄ）に示すように、亜鉛蒸気１９が排出された溶融池１６に小さな窪み１７が残った状態となるが、場合によっては、窪み１７が溶融金属によって自然と埋没するケースもある。

なお、上記の出力、積層方向におけるレーザ焦点位置、走査速度はあくまでも一例であり、窪み１７の形状を保持するように、第１～第３鋼板１１，１２，１３における窪み１７の周囲に溶融池１６を形成することができるのであれば、他の条件で第２レーザビームＬＢ２を照射してもよい。

［埋没工程］
図７は、埋没工程を模式的に説明する図である。埋没工程では、図７（ａ）に示すように、窪み１７を埋め立てる範囲に合わせて第３レーザビームＬＢ３を溶融池１６に照射することで、窪み１７を溶融金属で埋めて、図７（ｂ）に示すように、凝固することで溶接部１５となる溶融池１６の表面１６ａを滑らかにする。なお、上述の如く、溶融工程で窪み１７が自然に埋没した場合には、埋没工程を省略することができる。

この埋没工程では、相対的に高出力でレーザビームＬＢを照射すると、溶融池１６がすべて吹き飛んでしまうケースがあることから、相対的に低出力の第３レーザビームＬＢ３を入射回数１回～複数回で照射する。また、同様の理由から、図７（ａ）に示すように、焦点Ｆが第１鋼板１１よりも上側に位置するデフォーカス状態で第３レーザビームＬＢ３を照射する。

さらに、埋没工程では、時間を掛けず溶融池１６の表面１６ａを滑らかにするために、溶融池１６を攪拌させるべく、円を描くように走査される第３レーザビームＬＢ３の走査速度Ｖ３を相対的に高速に設定する。

なお、上記の出力、入射回数、積層方向におけるレーザ焦点位置および走査速度はあくまでも一例であり、残った窪み１７を埋めることができるのであれば、他の条件で第３レーザビームＬＢ３を照射してもよい。

以上のように、本実施形態のレーザ溶接方法によれば、第１レーザビームＬＢ１を照射することにより、第１および第２鋼板１１，１２を積層方向に貫通して第３鋼板１３に達する窪み１７を形成するとともに、第２レーザビームＬＢ２を照射することにより、かかる窪み１７の形状を保持するように、窪み１７の周囲に溶融池１６を形成することから、第１～第３鋼板１１，１２，１３が溶融することで発生する亜鉛蒸気１９が多い場合でも、発生した亜鉛蒸気１９を窪み１７を介して確実に外部に逃がすことができる。それ故、亜鉛蒸気１９が多量に発生する場合でも、亜鉛蒸気１９が爆ぜて（膨張して）溶融金属を吹き飛ばすのを確実に抑えて、溶接不良が生じるのを抑制することができる。

また、第３レーザビームＬＢ３を照射することで、残った窪み１７を溶融金属で埋めるので、溶融池１６が凝固した溶接部１５の表面１５ａを滑らかな形状に確実に形成することができる。

さらに、積層方向における焦点Ｆの位置が、第１レーザビームＬＢ１の積層方向における焦点Ｆの位置よりも深い、換言すると、エネルギー密度が相対的に高い第２レーザビームＬＢ２を窪み１７の外側に照射することから、第２および第３鋼板１２，１３における窪み１７の周囲を、高い入熱によって確実に溶融させることができる。

－実験例１－
次に、本実施形態のレーザ溶接方法の効果を確認するために行った実験例について説明する。

実験例１では、第１鋼板１１として厚さ０．６ｍｍの亜鉛メッキ鋼板を、第２鋼板１２として厚さ０．７ｍｍの亜鉛メッキ鋼板を、また、第３鋼板１３として厚さ１．８ｍｍの亜鉛メッキ鋼板をそれぞれ用意し、これらを第１～第３鋼板１１，１２，１３の順で積層し、上記レーザ溶接装置５０を用いた上記レーザ溶接方法で溶接を行った。具体的には、より不利な条件とするべく、亜鉛蒸気の逃げ道を無くすように、鋼板同士の隙間を０（ｍｍ）として、円形状の溶接パターンで非貫通溶接を行った。なお、隙間＝０（ｍｍ）は、図８に示すように、治具７０上に載せた第１～第３鋼板１１，１２，１３をクランプ７１で押さえつけることで実現した。

このような実験を行った結果、溶接過程において亜鉛蒸気が膨張して溶融金属を吹き飛ばすことなく、上記図１で示したような、高品質の溶接部１５を有する溶接構造体１０が形成されることが確認された。

（実施形態２）
本実施形態は、アルミダイキャスト板２１，２２で溶接構造体２０を構成している点が、上記実施形態１と異なるものである。以下、実施形態１と異なる点を中心に説明する。

図９は、本実施形態に係るレーザ溶接方法で形成された溶接構造体２０を模式的に示す断面図である。この溶接構造体２０は、積層された第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２にレーザビームＬＢを照射することで、これら第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２に亘って溶融池２６（図１０参照）を形成し、この溶融池２６が凝固した溶接部２５によって積層された第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２を接合したものである。

図１３は、従来のレーザ溶接方法を模式的に説明する図である。従来のレーザ溶接方法では、図１３（ａ）に示すように、第１および第２アルミダイキャスト板１２１，１２２に対して、レーザビームＬＢを照射することで、第１および第２アルミダイキャスト板１２１，１２２を積層方向に貫通する溶融池１２６ａを形成し、例えば円を描くように走査しながらレーザビームＬＢを照射して溶融池１２６を拡大する（溶融池１２６ａの外側に溶融池１２６ｂを形成する）。

このように、レーザビームＬＢを照射して溶融池１２６を拡大していくと、鋳造時に第１および第２アルミダイキャスト板１２１，１２２に固溶された水素ガス１２９が気泡として多量に析出していく。そうして、溶融池１２６が凝固するまでに排出されなかった気泡（水素ガス１２９）が、図１３（ｂ）に示すように、ブローホール１３０として溶接部１２５に残り、ブローホール１３０の多寡により溶接部１２５の強度にバラツキが生じることになる。

そこで、本実施形態のレーザ溶接方法では、上記実施形態１と同様に、第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２に溶融池２６を形成するのに先立ち、第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２が溶融することで析出する水素ガス２９の逃げ道を確保するようにしている。

具体的には、本実施形態のレーザ溶接方法では、図１０（ａ）に示すように、第１レーザビームＬＢ１を第１アルミダイキャスト板２１側から照射することにより、溶融金属２８を吹き飛ばし、第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２を積層方向に貫通する、水素ガス２９の逃げ道となる窪み２７を形成する窪み形成工程と、図１０（ｂ）に示すように、窪み２７の外側に第２レーザビームＬＢ２を照射することで、窪み２７の形状を保持するように、第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２における窪み２７の周囲に溶融池２６を形成しながら、窪み２７を介して水素ガス２９を外部に逃がす溶融工程と、図１０（ｃ）に示すように、第３レーザビームＬＢ３を溶融池２６に照射することで、窪み２７を溶融金属で埋める埋没工程と、を含むようにしている。

これにより、第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２を溶融した際に、鋳造時に第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２に固溶された水素ガス２９が気泡として多量に析出した場合でも、析出した水素ガス２９を窪み２７を介して外部に逃がしながら溶融池２６を形成することができるので、溶融池２６が凝固した溶接部２５にブローホールが生じるのを確実に抑制することができる。

－実験例２－
次に、本実施形態のレーザ溶接方法の効果を確認するために行った実験例について説明する。

実験例では、第１アルミダイキャスト板２１として厚さ２．５ｍｍのものを、第２アルミダイキャスト板２２として厚さ２．５ｍｍのものをそれぞれ用意し、これらを第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２の順で積層し、上記レーザ溶接装置５０を用いた上記レーザ溶接方法で溶接を行った。具体的には、より不利な条件とするべく、水素ガスの逃げ道を無くすように、鋼板同士の隙間を０（ｍｍ）として、円形状の溶接パターンで、貫通溶接を行ったものを本発明例とした。なお、隙間＝０（ｍｍ）は、図８に示すのと同様に、治具７０上に載せた第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２をクランプ７１で押さえつけることで実現した。

また、厚さ２．５ｍｍの第１および第２アルミダイキャスト板１２１，１２２を積層し、従来のレーザ溶接方法で溶接を行ったものを比較例とした。

比較例と本発明例についてせん断引張試験を行った結果を図１１に示す。図１１から明らかなように、本発明例では、比較例に比して、せん断引張強度のバラツキが低減されることが、換言すると、溶接部２５におけるブローホールの発生を抑制して安定した強度が得られることが確認された。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記各実施形態では、隙間なく積層された第１～第３鋼板１１，１２，１３および第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２に本発明を適用したが、これに限らず、隙間を有して積層された複数枚の金属板に本発明を適用してもよい。

また、上記各実施形態では、窪み１７，２７を非貫通としたが、これに限らず、窪み１７，２７が第３鋼板１３や第２アルミダイキャスト板２２を貫通してもよい。

上記実施形態１では、第１～第３鋼板１１，１２，１３を全て亜鉛メッキ鋼板で構成したが、第１～第３鋼板１１，１２，１３のうちの少なくとも１枚を亜鉛メッキ鋼板で構成するのであれば、これに限らず、残りを他の金属板で構成してもよい。

上記実施形態２では、第１および第２アルミダイキャスト板２１，２２で溶接構造体２０を構成したが、これに限らず、アルミダイキャスト板と他の金属板で溶接構造体を構成してもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明によると、溶接時に発生するガス量に左右されることなく、発生するガスを確実に逃がしながら高品質の溶接を行うことができるので、積層された複数枚の金属板を重ね合せ溶接するレーザ溶接方法に適用して極めて有益である。

１１ 第１鋼板（第１金属板）
１２ 第２鋼板（第ｎ－１金属板）
１３ 第３鋼板（第ｎ金属板）
１６ 溶融池
１７ 窪み
１９ 亜鉛蒸気
２１ 第１アルミダイキャスト板（第１金属板）
２２ 第２アルミダイキャスト板（第ｎ金属板）
２６ 溶融池
２７ 窪み
２９ 水素ガス
Ｆ 焦点
ＬＢ１ 第１レーザビーム
ＬＢ２ 第２レーザビーム
ＬＢ３ 第３レーザビーム

Claims (5)

1. レーザビームを照射することによって、積層された複数枚の金属板を重ね合せ溶接するレーザ溶接方法であって、
   上記複数枚の金属板は、溶融することでガスが発生する金属板を少なくとも１枚含む、第１金属板、…、第ｎ金属板（ｎは２以上の整数）の順に積層されたｎ枚の金属板で構成されており、
   第１レーザビームを上記第１金属板側から照射することにより、第１金属板から第ｎ－１金属板を積層方向に貫通して第ｎ金属板に達する、ガスの逃げ道となる窪みを形成する窪み形成工程と、
   上記窪みの外側に円を描くように走査しながら第２レーザビームを照射することで、当該窪みの形状を保持するように、上記複数枚の金属板における当該窪みの周囲に溶融池を形成する溶融工程と、
   を含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 上記請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
   上記溶融することでガスが発生する金属板は、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であり、上記ガスはメッキ蒸気であることを特徴とするレーザ溶接方法。
3. 上記請求項１に記載のレーザ溶接方法において、
   上記溶融することでガスが発生する金属板は、鋳物板であり、上記ガスは鋳造時に当該鋳物板に固溶された水素ガスであることを特徴とするレーザ溶接方法。
4. 上記請求項１～３のいずれか１つに記載のレーザ溶接方法において、
   第３レーザビームを上記溶融池に照射することで、上記窪みを溶融金属で埋める埋没工程を、上記溶融工程の後に含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
5. 上記請求項１～４のいずれか１つに記載のレーザ溶接方法において、
   上記第２レーザビームの積層方向における焦点の位置が、上記第１レーザビームの積層方向における焦点の位置よりも深いことを特徴とするレーザ溶接方法。

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