JP7137784B2 - レーザスポット溶接方法 - Google Patents
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Description
複数重ねた金属板に対して所定領域にレーザ光軸を設定した状態で、第1の照射径と第2の照射径の間で漸次または段階的に照射径を変化させながらレーザを照射するステップを含み、
前記第1および第2の照射径の一方が前記ステップ中の最小照射径であり、他方がスポット径を与える前記ステップ中の最大照射径であり、前記照射径の変化はデフォーカス量の変化によって与えられる。
図1(a)~(c)は、3枚の金属板11,12,13に対する本発明の第1実施形態に係るレーザスポット溶接10を示しており、図1(a)において、板厚t1,t2,t3の3枚の金属板11,12,13は、間隙ga,gbを有して重ねられている。
次に、第1実施形態に係るレーザスポット溶接10の効果を検証するために、レーザ照射径の変化パターンの異なる各場合について、金属板11,12,13間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えてレーザスポット溶接し、間隙の許容範囲を比較する実験を行った。実験では、金属板11,12,13として、最表面側(レーザ照射側)から、板厚t1=0.6mm、t2=1.2mm、t3=0.8mmの鋼板を使用し、レーザ出力6kWとして、デフォーカス量を30~90mm、レーザ照射径をφ1.8~5.0mmの間で変化させて0.4秒間のレーザ照射を行った。
先ず、比較例として、図2(a)に示すように、デフォーカス量d1=30mmで0.2秒のレーザ照射を行った後、デフォーカス量をd2=90mmに増加させて0.15秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図2(e)はその結果を示しており、図中において、ハッチングが付されている組合せでは良好な溶接結果が得られ、間隙の許容範囲を示している。上側の間隙gaが0の場合には、下側の間隙gb=1.0mmまで許容されているが、両方の間隙ga,gbがある組合せでは、概ね間隙の合計が0.9mm程度であった。いくつかの組合せではレーザ照射を延長することで改善が見られたが、図中太線で示された実施例1(後述)の間隙許容範囲と比較すると、下側の間隙gbが大きい範囲に差があることが分かる。
次に、本発明の第1実施形態に係る実施例1として、図2(b)に示すように、デフォーカス量をd1=30mmからd2=90mmまで一定の比率で増加させながら、0.4秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図2(f)に実施例1の結果を示す。上述したように、比較例と比較すると、下側の間隙gbが大きい範囲で1.0~1.1mmまで許容されており、上下合計の間隙は1.2~1.3mmまで許容範囲が拡大している。
次に、本発明の第1実施形態に係る実施例2として、図2(c)に示すように、デフォーカス量をd1=30mmから0.2秒間に40mmまで相対的に緩やかな比率で増加させた後、次の0.2秒間にデフォーカス量をd2=90mmまで相対的に急な比率で増加させながら、合計0.4秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図2(g)に実施例2の結果を示す。先述の比較例に対しては間隙許容範囲が拡大しているものの、上述した実施例1と比較すると、下側の間隙gbが大きい範囲で0.2mm程度許容範囲が狭くなっている。
次に、本発明の第1実施形態に係る実施例3として、図2(d)に示すように、デフォーカス量をd1=30mmから0.1秒間に50mmまで相対的に急な比率で増加させた後、次の0.3秒間にデフォーカス量をd2=90mmまで相対的に緩やかな比率で増加させながら、合計0.4秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図2(h)に実施例3の結果を示す。上述の実施例2とは逆に、上下合計の間隙が大きい領域で僅かながら実施例1を上回る結果が得られた。
先ず、本発明の第1実施形態に係る実施例4として、図3(a)に示すように、デフォーカス量をd1=30mmから0.1秒間に60mmまで実施例3よりも急な比率で増加させた後、次の0.3秒間にデフォーカス量をd2=90mmまで実施例3よりも緩やかな比率で増加させながら、合計0.4秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図3(c)に実施例4の結果を示す。上述した実施例3と比較して、上側の間隙gaが0.3mm、下側の間隙gbが0.9~1.0mmの組合せが不良になったが、上側の間隙gaが0.2mm以下の場合には下側の間隙gbの許容範囲が1.3~1.4mmにまで拡大され、下側の間隙gbが大きい場合に有利であることが確認された。
次に、本発明の第1実施形態に係る実施例5として、図3(b)に示すように、デフォーカス量をd1=30mmから0.1秒間に70mmまで実施例5よりも急な比率で増加させた後、次の0.3秒間にデフォーカス量をd2=90mmまで実施例5よりも緩やかな比率で増加させながら、合計0.4秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図3(d)に実施例5の結果を示す。上述した実施例4と同様に、上側の間隙gaが0.3mm、下側の間隙gbが0.9~1.0mmの組合せは不良であったが、上側の間隙gaが0.6~0.7mmの場合に許容範囲の拡大が認められ、さらに、上側の間隙gaが0.2mm以下の場合には下側の間隙gbの許容範囲が1.3~1.5mmにまで拡大され、下側の間隙gbが大きい場合に有利であることが確認された。
図5は、3枚の金属板51,52,53をレーザスポット溶接した溶接部を示す断面図である。金属板51,52,53の板厚は0.8mm,1.2mm,0.6mm、上側の間隙は0.5mm、下側の間隙は1.6mmであり、デフォーカス量d1=10mm/0.2秒、20mm/0.05秒、40mm/0.2秒、そしてデフォーカス量d2=90mmまで漸次段階的に増加させながらレーザ照射し、続けて0.8秒間レーザ照射を行ったところ、有効なスポット径の溶接部50Wが得られた。この実施例は下側の間隙が板厚よりも大きい特殊な場合であるが、このような場合でも隙間を有したまま溶接できることが確認できた。
次に、図6(a)~(c)は、3枚の金属板11,12,13に対する本発明の第2実施形態に係るレーザスポット溶接20を示している。図3(c)に示すレーザ照射径の変化パターンのみが第1実施形態と異なり、金属板11,12,13の材質や板厚t1,t2,t3、間隙ga,gbなど、基本的な構成は第1実施形態と同様である。
次に、第2実施形態に係るレーザスポット溶接20の効果を検証するために、第1実施形態と同じ条件で、図4(a)に示すように、デフォーカス量d1=90mmで0.1秒のレーザ照射を行った後、0.2秒間にデフォーカス量をd2=20mmまで一定の比率で減少させ、さらに0.1秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板11,12,13間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を比較する実験を行った。
11,12,13 金属板
d1,d2 デフォーカス量
ga,gb 隙間
L1,L2 レーザ照射
S1,S2 スポット
φ1,φ2 レーザ照射径
W1,W2 溶接部
Claims (6)
- 複数重ねた金属板に対して所定領域にレーザ光軸を固定的に設定した状態で、第1の照射径でレーザの照射を開始して第2の照射径まで漸次または段階的に照射径を拡大しながらレーザを照射し、前記第2の照射径にてレーザ照射を終了するレーザスポット溶接方法であって、
前記第1の照射径が溶接工程中の最小照射径であり、前記第1の照射径での前記レーザ照射により前記複数重ねた金属板を貫通する溶融部が形成され、前記第2の照射径がスポット径を与える前記溶接工程中の最大照射径であり、前記照射径の拡大はデフォーカス量の増加によって与えられ、前記照射径の拡大とともに前記溶融部が前記第2の照射径の範囲まで拡大される、レーザスポット溶接方法。 - 複数重ねた金属板に対して所定領域にレーザ光軸を固定的に設定した状態で、第1の照射径でレーザの照射を開始して第2の照射径まで漸次または段階的に照射径を縮小しながらレーザを照射し、前記第2の照射径にてレーザ照射を終了するレーザスポット溶接方法であって、
前記第1の照射径がスポット径を与える溶接工程中の最大照射径であり、前記第2の照射径が前記溶接工程中の最小照射径であり、前記照射径の縮小はデフォーカス量の減少によって与えられる、レーザスポット溶接方法。 - 前記溶接工程中は、レーザ出力は実質的に一定である、請求項1または2記載のレーザスポット溶接方法。
- 前記複数重ねた金属板は、照射側の板厚以下の間隙を許容して複数重ねられた鋼板であり、前記間隙は、間隔調整された間隙または間隔調整されていない間隙である、請求項1または2記載のレーザスポット溶接方法。
- 前記複数重ねた金属板は、照射側の板厚以下の間隙を許容して3枚以上重ねられた金属板であり、前記間隙は、間隔調整された間隙または間隔調整されていない間隙である、請求項1または2記載のレーザスポット溶接方法。
- 前記複数重ねた金属板は、板厚0.6~2.0mmの薄鋼板であり、合計板厚4.2mm以下で、照射側の板厚以下の間隙を許容して重ねられており、前記間隙は、間隔調整された間隙または間隔調整されていない間隙である、請求項1または2記載のレーザスポット溶接方法。
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