JP7318741B2

JP7318741B2 - 接合方法

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Publication number: JP7318741B2
Application number: JP2021567128A
Authority: JP
Inventors: 諒吉田; 大志金木
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2023-08-01
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Description

本発明は、接合方法に関する。

金属部材同士を重ね合わせて形成された内隅部を溶接して重ね継手を形成する方法として、アーク溶接、レーザー溶接、ハイブリッド溶接等が知られている。アーク溶接は、溶加材を供給しながら溶接するので溶接部の隙間や溶接狙い位置の位置ずれの余度が大きいというメリットがある。一方、アーク溶接は、溶接速度が遅く、溶け込み深さが浅いというデメリットがある。アーク溶接において、溶接速度を速く設定すると内隅部の溶接金属（のど厚）が不足して、継手強度が低下するというデメリットがある。

レーザー溶接は、アーク溶接と比較して溶接速度を上げることができるというメリットがある。一方、レーザー溶接は溶加材を添加しないので、溶接部の隙間や溶接狙い位置の位置ずれに対する余度が極めて小さいというデメリットがある。

ハイブリッド溶接は、先行するレーザー溶接部及び後続するアーク溶接部を備えるハイブリッド溶接機を用いて溶接を行う（特許文献１参照）。図１３は、従来のハイブリッド溶接を示す模式断面図である。当該ハイブリッド溶接では、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の端面２ａとで形成された内隅部Ｕを溶接している。当該ハイブリッド溶接では、先行するレーザービームＬＢ及び後続するＭＩＧアーク３３の各溶接狙い位置は、ともに第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の端面２ａとが交わる角部Ｐに設定している。

特開２０１６－３０２８９号公報

前記したハイブリッド溶接によれば、レーザー溶接及びアーク溶接の各デメリットを補って溶接を行うことができる。しかし、ハイブリッド溶接で溶接速度を速く設定すると内隅部の溶接金属（のど厚）が不足するという事象は依然として発生するため、重ね継手の継手強度が低下するとともに、隙間や溶接狙い位置の位置ずれを許容するロバスト性が低下するという問題がある。昨今、溶接対象物の大型化に伴い、溶接長が長くなっていることから、溶接速度の高速化とロバスト性の向上が望まれている。

このような観点から、本発明は、溶接速度の高速化を図ることができるとともに、金属部材同士の隙間や溶接狙い位置の位置ずれを許容するロバスト性を高めることができる接合方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、第一金属部材の表面と第二金属部材の裏面とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、先行するレーザー溶接部及び後続するアーク溶接部を備えるハイブリッド溶接機を用いて、前記第一金属部材と前記第二金属部材とをハイブリッド溶接する溶接工程と、を含み、前記溶接工程では、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅部に設定される設定移動ルートに沿って、前記内隅部に対してレーザービームを照射してレーザー溶接を行うとともにアーク溶接を行い、前記設定移動ルートに対して前記レーザービームが交差するように前記レーザービームを振幅させ、前記設定移動ルートは、前記第二金属部材の端面と平行にしつつ、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とが交わる角部に対して前記第二金属部材から離間する側にオフセットした位置であって、当該端面と直交する方向に－０．５ｍｍ以上の範囲に設定する、ことを特徴とする。

かかる接合方法によれば、レーザービームを振幅させることで、溶け込み幅を大きくすることができるとともに、内隅部の溶接金属（のど厚）を大きくことができる。これにより、溶接速度の高速化と継手強度の向上の両立を図ることができる。また、溶接金属（のど厚）を大きくすることができるため、金属部材同士の隙間や溶接狙い位置の位置ずれを許容するロバスト性を高めることができる。

また、前記第一金属部材と前記第二金属部材との隙間を０～１ｍｍに設定することが好ましい。
また、前記ハイブリッド溶接機は、前記アーク溶接部が、先行する前記レーザー溶接部の後方のみに配置されることが好ましい。
また、前記溶接工程によって前記内隅部に形成される溶接金属ののど厚が１～５ｍｍであることが好ましい。

また、前記第一金属部材がアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、前記第二金属部材がアルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。
かかる接合方法によれば、より好適に接合することができる。

本発明に係る接合方法によれば、溶接速度の高速化を図ることができるとともに、金属部材同士の隙間や溶接狙い位置の位置ずれを許容するロバスト性を高めることができる。

本発明の実施形態に係る接合方法の重ね合わせ工程を示す斜視図である。本実施形態に係る接合方法の溶接工程を示す側面図である。本実施形態に係る接合方法の溶接工程のレーザー溶接を示す断面図である。本実施形態に係る接合方法の溶接工程のレーザー溶接の振幅状況を示す斜視図である。本実施形態に係る接合方法の溶接工程のＭＩＧ溶接を示す断面図である。本実施形態に係る接合方法の溶接工程後の状態を示す断面図である。本実施形態に係る接合方法の溶接工程を側方から見た模式図である。継手強度試験における比較例及び実施例の溶接条件を示す表である。継手強度試験における比較例の実験結果を示す表であって、各試験片のマクロ断面である。継手強度試験における実施例の実験結果を示す表であって、各試験片のマクロ断面である。継手強度試験における試験結果を工法別で対比したグラフである。継手強度試験におけるのど厚と継手強度との関係を示すグラフである。従来のハイブリッド溶接を示す模式断面図である。

本発明の実施形態に係る接合方法について図面を参照して詳細に説明する。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。また、実施形態における構成要素は、一部又は全部を適宜組み合わせることができる。図１に示すように、本実施形態に係る接合方法では、第一金属部材１と第二金属部材２とを重ね合わせた後に溶接で接合し、重ね継手を形成する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合わせ工程と、溶接工程と、を行う。なお、説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面を意味する。なお、本明細書において、記号「～」を用いて下限値と上限値により数値範囲を表記する場合、その下限値及び上限値の両方を包含するものとする。

重ね合わせ工程は、図１に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２とを重ね合わせる工程である。第一金属部材１及び第二金属部材２は、どのような形状でもよいが、本実施形態ではいずれも板状を呈する。第一金属部材１及び第二金属部材２は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、鉄鋼、ステンレス鋼等の溶接可能な金属から適宜選択される。中でも、第一金属部材１及び第二金属部材２としては、アルミニウム又はアルミニウム合金が好適に用いられる。すなわち、第一金属部材１はアルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。また、第二金属部材２はアルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。本実施形態では、第一金属部材１及び第二金属部材２が、アルミニウム合金である場合を例示する。

重ね合わせ工程では、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の裏面２ｃとを重ね合わせる。第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の端面２ａとで内隅部Ｕが形成される。内隅部Ｕにレーザー溶接及びアーク溶接の溶接狙い位置となる「設定移動ルートＬ１」を設定する。より具体的には、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の端面２ａとが交わってできる線分を「設定移動ルートＬ１」に設定する。また、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の端面２ａとが交わる角を角部Ｐとする。すなわち、内隅部Ｕの角部Ｐに設定移動ルートＬ１を設定する。なお、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の裏面２ｃとの間に隙間があり、第一金属部材１と第二金属部材２とが離隔している場合には、第二金属部材２の裏面２ｃにおける端面２ａ側の下端部から第一金属部材１の表面１ｂに向けて下ろした垂線と、第一金属部材１の表面１ｂとの交点を角部Ｐとする。

設定移動ルートＬ１は、端面２ａと平行としつつ、角部Ｐに対して第二金属部材２側にオフセットした位置に設定することもできるし、角部Ｐに対して第二金属部材２から離間する側にオフセットした位置に設定することもできる。例えば、設定移動ルートＬ１は、第二金属部材２の端面２ａと平行にしつつ、角部Ｐに対して、端面２ａと直交する方向に－０．５～１．０ｍｍの範囲に設定することができる。設定移動ルートＬ１は、角部Ｐに対して、－０．５～０．５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。なお、角部Ｐから第二金属部材２に近づく方向をプラス、第二金属部材２から遠ざかる方向をマイナスとする。

溶接工程は、図２に示すように、ハイブリッド溶接機１０を用いて、第一金属部材１と第二金属部材２とが重ね合わされて形成される内隅部Ｕを溶接する工程である。溶接工程では、第一金属部材１と第二金属部材２とを、レーザー溶接とアーク溶接によるレーザー・アークハイブリッド溶接により溶接する。図２では、ハイブリッド溶接機１０はレーザー溶接部２０が先行するように右側から左側へ移動する。なお、アーク溶接としては、例えば、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接、ＴＩＧ溶接等のガスシールドアーク溶接を適用することができる。これらのうち、ロボットアームを利用した自動化に適しており、シールドガスに起因する被接合部材の酸化が生じにくいとの理由から、ＭＩＧ溶接を用いることが好ましい。本実施形態では、アーク溶接として、ＭＩＧ溶接を適用する場合を例示して説明する。

ハイブリッド溶接機１０は、接続部１１と、レーザー溶接部２０と、アーク溶接部３０とを含んで構成されている。接続部１１は、例えば、アームロボットの先端に取り付けられている。レーザー溶接部２０は、レーザーヘッド２１を備えており、接続部１１の一端に形成されている。レーザーヘッド２１からレーザービームＬＢが照射される。なお、上述の通り本実施形態ではアーク溶接としてＭＩＧ溶接を行ことから、以降、「アーク溶接部３０」を「ＭＩＧ溶接部３０」として説明する。

ＭＩＧ溶接部３０は、アークトーチ３１を備えており、接続部１１の他端に形成されている。アークトーチ３１から溶加材３２が供給されるとともに、先端側にＭＩＧアーク３３（図７参照）が発生する。

図２に示すように、レーザーヘッド２１の軸部の前進角θ１は、例えば１０°に設定されている。前進角とは、ハイブリッド溶接機１０を溶接進行方向に対して側面から見た場合の鉛直軸に対するレーザーヘッド２１の軸部の傾斜角度である。前進角θ１は、鉛直軸に対して－１０～１０°の間で適宜設定すればよい。図３に示すように、レーザーヘッド２１の軸部の狙い角θ３は、例えば４５°に設定されている。狙い角θ３とは、溶接進行方向から見た場合の第一金属部材１の表面１ｂからレーザーヘッド２１の軸部までの開き角度である。狙い角θ３は、例えば、３０～６０°の間で適宜設定すればよい。

図４に示すように、溶接工程では、レーザービームＬＢを振幅（オシレーション）させて溶接を行う。なお、図４では、説明の便宜上、ＭＩＧ溶接部３０の描画を省略している。溶接工程では、設定移動ルートＬ１に沿ってレーザー溶接部２０を移動させつつ、レーザービームＬＢが設定移動ルートＬ１を交差するように振幅させる。つまり、設定移動ルートＬ１に沿ってレーザー溶接部２０を移動させつつ、レーザービームＬＢの振幅の中心（溶接狙い位置Ｑ１：図３）が、設定移動ルートＬ１となるように設定する。言い換えれば、アーク溶接による溶接進行ルートと交差するようにレーザービームＬＢを振幅させる。レーザービームＬＢの振幅幅は、適宜設定すればよいが、例えば、０．３～１０ｍｍとすることができる。レーザービームＬＢの振幅幅は、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは０．８ｍｍ以上、さらに好ましくは１ｍｍ以上であり、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは４ｍｍ以下、さらに好ましく３ｍｍ以下である。レーザービームＬＢの振幅幅が上記範囲の下限値以上であることで、溶接幅が広がり、継手強度が増加する傾向にある。レーザービームＬＢの振幅幅が上記範囲の上限値以下であることで、レーザービームの照射範囲をアーク溶接による熱伝導が及ぶ範囲に留めて、レーザービームによる溶け込みを担保することにより、継手強度を実効的に向上させやすくなる。なお、本明細書において、レーザービームＬＢの振幅幅は、照射位置における一方の最端から他方の最端までの長さをいうものとする。また、レーザービームＬＢの振幅幅は、レーザービームＬＢの振幅の中心軸と直交する平面状における長さをいうものとする。また、周波数は２５０～８００Ｈｚ、好ましくは２７０～７００Ｈｚとすることができる。また、レーザー溶接によって形成されるキーホールＫＨ（図７参照）が第一金属部材１に形成される程度にレーザービームＬＢの出力を設定することが好ましい。

なお、本実施形態では、レーザービームＬＢが設定移動ルートＬ１に対して直線状に往復することで、溶接進行方向に向けてジグザグになるように振幅させるが、これに限定されるものではない。例えば、レーザービームＬＢが、設定移動ルートＬ１に交差するように波型、円、楕円、多角形等、またはこれらを組み合わせた軌跡を描くように振幅させてもよい。

図２に示すように、アークトーチ３１の軸部の前進角θ２は、例えば、３０°に設定されている。前進角θ２は、１０～５０°の間で適宜設定すればよい。図５に示すように、アークトーチ３１の軸部の狙い角θ４は、例えば、４５°に設定されている。狙い角θ４とは、溶接進行方向から見た場合の第一金属部材１の表面１ｂからアークトーチ３１の軸部までの開き角度である。狙い角θ４は、３０～８０°の範囲で適宜設定すればよい。アークトーチ３１から発生するＭＩＧアーク３３（図７参照）の溶接狙い位置Ｑ２は、設定移動ルートＬ１となるように設定する。

溶接工程では、図３に示すように、先行するレーザーヘッド２１から照射されるレーザービームＬＢによってレーザー溶接が行われる。レーザービームＬＢの溶接狙い位置Ｑ１は設定移動ルートＬ１に設定し、設定移動ルートＬ１を交差するようにレーザービームＬＢを振幅させながら溶接を行う。レーザービームＬＢを振幅させるため、振幅させない場合に比べて角部Ｐの周囲が大きく溶融する。

溶接工程では、図５に示すように、レーザーヘッド２１に後続するアークトーチ３１によってＭＩＧ溶接が行われる。アークトーチ３１の溶接狙い位置Ｑ２は設定移動ルートＬ１と重なるように設定している。溶接狙い位置Ｑ１と溶接狙い位置Ｑ２の距離は、例えば、０～５ｍｍ以内で適宜設定することができる。図７に示すように、レーザー溶接によって発生する陰極点（レーザービームＬＢの先端側に発生するレーザー誘起プラズマＬＰ）に、後続するＭＩＧアーク３３が誘導される。ＭＩＧアーク３３によって形成された溶融池ＷＰ（図５参照）とレーザービームＬＢによって溶融された部分とが融合し、図６に示すように内隅部Ｕに溶接金属（溶接ビード）Ｗが形成される。

溶接工程では、内隅部の溶接を行い得るような条件となるように溶接速度を適宜設定すればよいが、溶接速度を２～１０ｍ／ｍｉｎに設定することが好ましい。溶接速度は、より好ましくは３ｍ／ｍｉｎ以上、さらに好ましくは４ｍ／ｍｉｎ以上、より好ましくは８ｍ／ｍｉｎ以下、さらに好ましくは６ｍ／ｍｉｎ以下である。溶接速度が上記範囲の下限値以上であることで、溶接を高速化して溶接長の長い溶接対象物に対しても短時間で溶接を行いやすくなる。溶接速度が上記範囲の上限値以下であることで、溶接金属Ｗに十分なのど厚が得られて、接合強度の低下を抑えやすくなる。

溶接工程において内隅部Ｕに形成される溶接金属Ｗののど厚は、内隅部Ｕに形成される溶接金属Ｗにより継手強度が十分に得られるように、第一金属部材１と第二金属部材２との板厚に応じて適宜設定すればよいが、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは１．５ｍｍ以上、さらに好ましくは１．８ｍｍ以上、特に好ましくは２ｍｍ以上であり、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは４ｍｍ以下、さらに好ましくは３ｍｍ以下、特に好ましくは２．５ｍｍ以上である。溶接金属Ｗののど厚を上記範囲の下限値以上とすることで、継手強度が向上する傾向にある。本明細書において、のど厚とは、溶接進行方向と直交する断面において、ルート部から溶接金属Ｗの上部表面までの長さが最小となる部分の厚さ（実際のど厚）を意味するものとする。

ここで、従来のハイブリッド溶接によれば、溶接速度が比較的に低い場合には、アーク溶接による広い溶接幅と、レーザー溶接による深い溶け込み深さとの両方の長所を複合化することができる。しかしながら、溶接速度を上昇させた場合には、アーク溶接による溶接幅が狭くなるとともに、先行するレーザービームの照射範囲が狭いため、角部Ｐ周りの溶け込み幅が小さくなり、溶接金属も小さくなってしまうというデメリットがあった。すなわち、図１３に示すように、内隅部に対して行う従来のハイブリッド溶接では、高速溶接の場合に溶接金属ののど厚が減少し、継手強度が低下するものであった。また、溶接金属が小さくなってしまうために、金属部材同士の隙間や溶接狙い位置の位置ずれを許容するロバスト性が低いという問題があった。

これに対し、本実施形態に係る接合方法によれば、設定移動ルートＬ１に沿ってレーザー溶接部２０を移動させつつ、設定移動ルートＬ１を交差するようにレーザービームＬＢを振幅させるため、角部Ｐの周囲の溶け込み幅を大きくすることができる。これにより、先行するレーザービームＬＢで溶融された角部Ｐの周囲の金属が、後続するＭＩＧ溶接の溶接金属となるため、溶加材３２とも相まって内隅部Ｕの溶接金属Ｗを大きくすることができるとともに、のど厚も大きくすることができる。これにより、溶接速度の高速化を図ることができるとともに、継手強度の低下を抑えて維持することができる。また、レーザービームＬＢを振幅させることで溶接金属Ｗを大きくすることができるとともに、金属部材同士の隙間や溶接狙い位置の位置ずれを許容するロバスト性を高めることができる。

また、本実施形態の溶接工程のように、先行するレーザービームＬＢの溶接狙い位置Ｑ１と後続するＭＩＧアーク３３の溶接狙い位置Ｑ２との距離は０～５ｍｍに設定することが好ましい。溶接狙い位置Ｑ１と溶接狙い位置Ｑ２との距離が上記範囲の下限値以上に設定されることで、アーク溶接がレーザー溶接に先行することを防ぐとともに、レーザーヘッド２１とアークトーチ３１との距離を保って接合を行いやすくなる。また、溶接狙い位置Ｑ１と溶接狙い位置Ｑ２との距離が上記範囲の上限値以下に設定されることで、レーザー溶接の陰極点によるＭＩＧアーク３３の誘導作用が好適に発揮され、溶着ビード（溶接金属Ｗ）を蛇行させずに、溶接を高速化しやすくなる。

また、重ね合わせ工程では、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の裏面２ｃとの隙間を０～１ｍｍに設定することが好ましい。隙間が１ｍｍを超えると継手強度が低下するおそれがある。

次に、本発明に係る実施例について説明する。ここでは、ハイブリッド溶接機１０を用いて第一金属部材１と第二金属部材２とを接合して重ね継手を形成した試験片を得た。さらに、各試験片から引張試験片と断面観察試験片を作成し、当該重ね継手について継手強度試験（引張試験）を行うとともに、マクロ断面を観察した。比較例ではレーザービームＬＢを振幅させずにハイブリッド溶接を行い、実施例では前記した実施形態のようにレーザービームＬＢを振幅させてハイブリッド溶接を行った。

比較例及び実施例ともに、第一金属部材１はアルミニウム合金Ａ５０５２、厚みｔ＝２ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍを用いた。比較例及び実施例ともに、第二金属部材２はアルミニウム合金Ａ６０６１、厚みｔ＝３ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍを用いた。第一金属部材１と第二金属部材２との重ね代は、幅方向に６０ｍｍに設定した。重ね合わせた第一金属部材１と第二金属部材２とを溶接して試験片を作成した後、試験片の平面視で設定移動ルートＬ１と直交する方向の全長２４０ｍｍを長さとし、幅を２０ｍｍとする平面視長方形状の引張試験片を切り出して、引張試験に供した。また、角部Ｐから第二金属部材２側に向けた１５ｍｍ分と、角部Ｐから第二金属部材２から離間する側へ向けた３０ｍｍ分との合計４５ｍｍを長さとし、幅を２０ｍｍとする平面視長方形状の断面観察試験片を切り出して、断面観察に供した。

図８に示すように、比較例及び実施例の溶接速度は５．０（ｍ／ｍｉｎ）に設定した。レーザー出力は、比較例では２．５（ｋＷ）に設定し、実施例では４．５（ｋＷ）に設定した。ＭＩＧアークの設定溶接電流は、比較例では２２８（Ａ）に設定し、実施例では２３０（Ａ）に設定した。実施例のレーザービームＬＢの振幅幅は３．２ｍｍに設定し、周波数は３３５Ｈｚに設定した。

また、図８に示すように、比較例及び実施例のレーザーヘッド２１の前進角θ１は共に１０°に設定し、アークトーチ３１の前進角θ２は共に３０°に設定した。比較例及び実施例において、のレーザーヘッド２１の狙い角θ３は４５°に設定し、ＭＩＧアーク３３の狙い角θ４は４５°に設定した。その他の条件は図８示す通りである。

比較例及び実施例では、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の端面２ａとが交って形成される内隅部Ｕの角部Ｐに設定移動ルートを設定するとともに、角部Ｐからオフセットした位置に設定移動ルートを設定した。言い換えれば、レーザービームＬＢの溶接狙い位置Ｑ１及びＭＩＧアーク３３の溶接狙い位置Ｑ２を角部Ｐと直交する方向にオフセット（位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３）させて各条件の接合状況を確認した。具体的には、図１に示すように、位置Ｘ１は設定移動ルートＬ１と重なる位置（オフセット距離＝０）とした。位置Ｘ２は設定移動ルートＬ１から＋０．５ｍｍ（第二金属部材２側へ０．５ｍｍ）の位置とした。位置Ｘ３は設定移動ルートＬ１から－０．５ｍｍ（第二金属部材２から離間する側へ０．５ｍｍ）の位置とした。

また、比較例及び実施例ともに、前記のオフセット距離（－０．５ｍｍ、０ｍｍ、０．５ｍｍ）に対し、第一金属部材１と第二金属部材２の隙間を０ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍの３種類に設定した。これにより、比較例ではＮＯ．１～９の試験片が得られ、実施例ではＮＯ．１０～１８の試験片が得られた。

また、比較例及び実施例とも、各引張試験片に対して、幅方向の両端二箇所を保持して互いに離間する方向に引っ張る引張試験を行うことで最大試験力Ｆ（Ｎ）を測定した。また、各引張試験片に含まれる溶接金属Ｗについて、引張試験片の幅方向（溶接進行方向）の長さにあたる、溶接部の長さＬＬ（ｍｍ）を測定した。そして、下記の式（１）を用いて継手強度を算出して、２回分の引張試験片からの得られる継手強度の平均値を取った。継手強度が２００Ｎ／ｍｍを超え、かつ、のど厚（実際のど厚）が１．５ｍｍを超えたものを「良好」とした。

継手強度（Ｎ／ｍｍ）＝最大試験力Ｆ（Ｎ）／溶接部の長さＬＬ（ｍｍ）式（１）
また、比較例及び実施例とも、各断面観察試験片に対して、エメリー研磨紙にて研磨し、タッカー氏液にてエッチングした後に、光学顕微鏡を使用して断面を観察した。
断面観察により、内隅部Ｕに形成された溶接金属Ｗののど厚を計測した。溶接金属Ｗののど厚は、ルート部から溶接金属Ｗの上部表面までの長さが最小となる部分の厚さを計測することで得た。具体的には、溶接金属Ｗの下部と第一金属部材１の表面１ｂとの交点のうち第二金属部材２に近い側の交点から溶接金属Ｗの上部表面までの長さが最小となる部分の厚さ（第一最小のど厚）と、溶接金属Ｗの下部と第二金属部材２の裏面２ｃとの交点から溶接金属Ｗの上部表面までの長さが最小となる部分の厚さ（第二最小のど厚）とのうち、小さい方の最小のど厚を溶接金属Ｗののど厚として得た。

図９に示すように、比較例の溶接金属Ｗは内隅部Ｕに向けて凹となるように減肉する傾向があることがわかった。一方、図１０に示すように、実施例の溶接金属Ｗは内隅部Ｕから離間する方向に凸となるように形成される傾向があることがわかった。

また、図９及び図１０に示すように、実施例ののど厚は、比較例ののど厚よりも概ね大きくなることがわかった。具体的には、比較例ののど厚は０．９～１．９ｍｍであったのに対し、実施例ののど厚は１．８～２．２ｍｍであった。試験片ＮＯ．１を除き、隙間及びオフセットが同条件であれば、比較例よりも実施例ののど厚の方が大きくなることがわかった。

また、比較例の継手強度は１４１～２９９（Ｎ／ｍｍ）であったのに対し、実施例の継手強度は２１３～３４８（Ｎ／ｍｍ）であった。図１１に示すように、隙間及びオフセットが同条件であれば、実施例の継手強度は比較例の継手強度よりすべての試験片で上回ることがわかった。

また、図１２で示すように、実施例では、すべての試験片で継手強度が２００Ｎ／ｍｍを超え、かつ、のど厚が１．５ｍｍを超えて良好となることがわかった。一方、比較例では、前記の基準を満たした試験片は一つだけ（試験片ＮＯ．１）であった。

また、図１２に示すように、比較例の継手強度及びのど厚（白抜きマーク）は、条件ごとのばらつきが大きいのに対し、実施例の継手強度及びのど厚（黒塗りマーク）は、条件ごとのばらつきが小さく、接合品質が安定していることがわかった。

また、実施例では、第一金属部材１と第二金属部材２との隙間が小さい（無い）方が、継手強度及びのど厚が大きくなることがわかった。また、実施例では、第一金属部材１と第二金属部材２との隙間が０．５ｍｍ、１．０ｍｍの場合は、オフセット量が－０．５、０、＋０．５の順で継手強度が大きくなることがわかった。

以上のように、実施例によれば、比較例よりも継手強度を高めることができる。また、実施例によれば、溶接金属Ｗののど厚を大きくすることができるため、溶接速度の高速化を図ることができるとともに、金属部材同士の隙間や溶接狙い位置の位置ずれを許容するロバスト性を高めることができる。

１第一金属部材
２第二金属部材
１０ハイブリッド溶接機
２０レーザー溶接部
２１レーザーヘッド
３０ＭＩＧ溶接部
３１アークトーチ
３２溶加材
３３ＭＩＧアーク
ＬＢレーザービーム
Ｕ内隅部
Ｗ溶接金属
θ１レーザーヘッドの前進角
θ２アークトーチの前進角
θ３レーザーヘッドの狙い角
θ４アークトーチの狙い角

Claims

第一金属部材の表面と第二金属部材の裏面とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、
先行するレーザー溶接部及び後続するアーク溶接部を備えるハイブリッド溶接機を用いて、前記第一金属部材と前記第二金属部材とをハイブリッド溶接する溶接工程と、を含み、
前記溶接工程では、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅部に設定される設定移動ルートに沿って、前記内隅部に対してレーザービームを照射してレーザー溶接を行うとともにアーク溶接を行い、前記設定移動ルートに対して前記レーザービームが交差するように前記レーザービームを振幅させ、
前記設定移動ルートは、前記第二金属部材の端面と平行にしつつ、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とが交わる角部に対して前記第二金属部材から離間する側にオフセットした位置であって、当該端面と直交する方向に－０．５ｍｍ以上の範囲に設定する、ことを特徴とする接合方法。
前記第一金属部材と前記第二金属部材との隙間を０～１ｍｍに設定する、請求項１に記載の接合方法。
前記ハイブリッド溶接機は、前記アーク溶接部が、先行する前記レーザー溶接部の後方のみに配置される、請求項１又は２に記載の接合方法。
前記溶接工程によって前記内隅部に形成される溶接金属ののど厚が１～５ｍｍである、請求項１に記載の接合方法。
前記第一金属部材がアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、前記第二金属部材がアルミニウム又はアルミニウム合金製である、請求項１に記載の接合方法。