JP7487454B2 - 溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接方法に関する。

近年、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム材料を用いて成形された部材にて構成される冷却装置において、アルミニウム材料を用いて成形された部材同士を接合するために、はんだ付やろう付を行うことが提案されている。
例えば、特許文献１に記載された液冷式冷却装置は、冷却液流通体の流入部の一端面にアルミニウム製入口ヘッダをろう付し、同じく流出部の一端面にアルミニウム製出口ヘッダをろう付し、冷却液流通体の他端面にアルミニウム製中間ヘッダをろう付することにより構成されている。
また、アルミニウム材料を用いて成形された部材を接合するための方法として、特許文献２には、レーザー溶接を行うことが提案されている。

特開２０１６－１６１１５８号公報 特開平４－２７００８８号公報

冷却液等の液体を用いて冷却対象物を冷却する冷却装置を製造するにあたって、アルミニウム材料を用いて成形された部材（以下、「アルミニウム材」と称する場合がある。）同士を重ね合わせて、レーザ溶接にて接合することが考えられる。そして、レーザ溶接を行う際に、線を描くようにレーザ光を連続的に照射する場合、先に照射した部位が熱収縮して変形することに起因して、その後に照射する部位が変位し（反り）、重ね合わせたアルミニウム材間の隙間が広がることが考えられる。そして、隙間が広がった部位にレーザ光を照射すると、溶融したアルミニウムがその隙間に流れ出す等して溶接欠陥が生じ、その箇所から液体が漏れるおそれがある。
本発明は、レーザ溶接を行った箇所から液体が漏れることを抑制することができる溶接方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもと完成させた本発明は、液体を収容する本体と、前記本体の開口部を覆うカバーと、の重ね合わせ部に対してレーザ溶接をする溶接方法であって、レーザヘッドを停止させてレーザ光を照射する仮溶接を行った後に、当該レーザヘッドを移動させながら前記開口部の周囲の少なくとも一部に当該レーザ光を照射する本溶接を行う溶接方法である。
ここで、前記本溶接は、前記仮溶接の照射部位を含むように行っても良い。
また、前記本溶接の照射の出力は、前記仮溶接の照射の出力よりも大きくても良い。
また、前記本溶接は、前記開口部の周囲の全周に対して行い、前記仮溶接は、前記本溶接の照射部位の一部に対して行っても良い。
また、前記本溶接は、前記開口部の周囲を囲むように矩形状に行い、前記仮溶接は、前記矩形状の四隅に行っても良い。
また、前記仮溶接は、前記四隅の内の一の隅に行い、次に、当該一の隅の対角にある隅に対して行っても良い。
また、前記本溶接は、前記仮溶接の照射部位とは異なる部位に前記レーザ光を照射しても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、液体を収容する本体と、前記本体の開口部を覆うカバーと、の重ね合わせ部に対してレーザ溶接をする溶接方法であって、前記開口部の周囲の少なくとも一部に線を描くようにレーザ光を照射する本溶接を行う前に、点を打つように当該レーザ光を照射する仮溶接を行う溶接方法である。
また、他の観点から捉えると、本発明は、液体を収容する本体と、前記本体の開口部を覆うカバーと、の重ね合わせ部に対してレーザ溶接をする溶接方法であって、前記開口部の周囲の少なくとも一部に対して複数回レーザ光を照射する溶接方法である。
また、他の観点から捉えると、本発明は、材質の異なる２つのアルミニウム材の重ね合わせ部に対してレーザ溶接をする溶接方法であって、レーザヘッドを停止させてレーザ光を照射する仮溶接を行った後に、当該レーザヘッドを移動させながら開口部の周囲の少なくとも一部に当該レーザ光を照射する本溶接を行う溶接方法である。

本発明によれば、レーザ溶接を行った箇所から液体が漏れることを抑制することができる溶接方法を提供することができる。

実施の形態に係る液冷式冷却装置の斜視図である。 液冷式冷却装置を構成する部品を分解した図である。 図１のIII－III部の断面図である。 図１のIV－IV部の断面図である。 （ａ）は、仮溶接を行った後の図であり、（ｂ）は、本溶接を行った後の図である。 本溶接を説明する斜視図である。 （ａ）は、図１のVII－VII部の断面図である。（ｂ）は、（ａ）のVIIb部の拡大図である。 仮溶接部及び本溶接部の形状の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る液冷式冷却装置１の斜視図である。
図２は、液冷式冷却装置１を構成する部品を分解した図である。
図３は、図１のIII－III部の断面図である。
図４は、図１のIV－IV部の断面図である。
実施の形態に係る液冷式冷却装置１は、内部に冷却液が流通する装置本体１０と、装置本体１０を流通する冷却液の流通方向を変更する変更部材２０と、を備えている。また、液冷式冷却装置１は、装置本体１０の外部から内部に冷却液を流入させる入口ジョイント３０と、装置本体１０の内部から外部に冷却液を流出させる出口ジョイント４０と、を備えている。

（装置本体１０）
装置本体１０は、概形が直方体の部材である。装置本体１０は、押出加工にて成形された、ＪＩＳ Ａ６０６３合金の押出材を用いて成形されており、押出方向が長手方向となるように成形されている。また、図１に示すように、装置本体１０の長手方向及び短手方向の長さは、上下方向の長さよりも大きい。なお、ＪＩＳ Ａ６０６３合金の質別は、Ｔ１、Ｔ５、Ｔ６であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、装置本体１０の硬さが、４２（ＨＶ（ビッカース硬さ））以上であることが望ましい。

装置本体１０の内部には、長手方向における一方の端部から他方の端部まで貫通した貫通孔１１が複数形成されている。本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、図４に示すように、貫通孔１１は、短手方向の中央部よりも手前側と、中央部よりも奥側とに、それぞれ６つ形成されている。

手前側の６つの貫通孔１１は、入口ジョイント３０を介して流入し、変更部材２０に至る前の冷却液が流通する流入側流路１１１として機能する。隣接する流入側流路１１１は、流入側壁１１１ａにより仕切られている。
他方、奥側の６つの貫通孔１１は、変更部材２０を通過後に流入し、出口ジョイント４０に至る前の冷却液が流通する流出側流路１１２として機能する。隣接する流出側流路１１２は、流出側壁１１２ａにより仕切られている。

また、装置本体１０には、長手方向における中央部に、上面から凹んだ空間１２が２つ形成されている。２つの空間１２の内の一つは、流入側流路１１１と連通するように形成された流入側空間１２１であり、他方は、流出側流路１１２と連通するように形成された流出側空間１２２である。
流入側空間１２１は、上壁１３及び流入側壁１１１ａが例えば切削加工にて除去されることで形成された空間であり、上壁１３が貫通された貫通孔１２１ａと、流入側壁１１１ａが除去された下部空間１２１ｂとにより形成される。なお、図２に示した例では、流入側壁１１１ａは、上側から下側にかけて全て除去されているが、上側の一部が除去され、下側の部分が残っていても良い。
流出側空間１２２は、上壁１３及び流出側壁１１２ａが例えば切削加工にて除去されることで形成された空間であり、上壁１３が貫通された貫通孔１２２ａと、流出側壁１１２ａが除去された下部空間１２２ｂとにより形成される。なお、図２に示した例では、流出側壁１１２ａは、上側から下側にかけて全て除去されているが、上側の一部が除去され、下側の部分が残っていても良い。

（変更部材２０）
変更部材２０は、装置本体１０における長手方向の両端部それぞれに配置されている。
変更部材２０は、概形が直方体の部材であるとともに、装置本体１０側の端面から凹んだ凹部２１が形成されている。凹部２１により、流入側流路１１１と流出側流路１１２とが連通させられている。
変更部材２０は、装置本体１０側の端面と、装置本体１０の長手方向の端面とが突き合わせられた状態で、突き合わせ部にレーザ溶接が施されることにより接合されている。

変更部材２０は、例えば、質別ＯのＪＩＳ Ａ３０００系合金からなる条に深絞り加工が施されることにより成形されたものであることを例示することができる。また、変更部材２０は、例えば、質別Ｈ１４のＪＩＳ Ａ３０００系合金又は質別Ｈ１４のＪＩＳ Ａ１０００系アルミニウムからなる素材に切削加工が施されることにより成形されたものであっても良い。

（入口ジョイント３０）
入口ジョイント３０は、円筒状であり中心線方向が上下方向となるように配置される入口パイプ３１と、入口パイプ３１を保持する保持部材３２とを有している。

入口パイプ３１は、上端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した上端側突出部３１１と、下端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した下端側突出部３１２とを有している。
入口パイプ３１における、下端側突出部３１２よりも下端側の部分が、保持部材３２に形成された後述する貫通孔３２１に挿入されている。
保持部材３２は、概形が板状の直方体の部材であり、中央部に円形の貫通孔３２１が形成されている。保持部材３２は、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材を用いて成形されている。なお、ＪＩＳ Ａ３００３合金の質別は、質別Ｈ１２又は質別Ｈ１８であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、保持部材３２の硬さが、３５（ＨＶ）以上であることが望ましい。

入口パイプ３１は、下端側突出部３１２よりも下端側の部分が、保持部材３２に形成された貫通孔３２１に挿入された状態でろう付されていることを例示することができる。下端側突出部３１２における最外径部と保持部材３２との間には、溶融したろう材からなるフィレット３３が形成されている。なお、入口パイプ３１と保持部材３２とはレーザ溶接にて接合されていても良い。レーザ溶接の場合には、入口パイプ３１の下端側突出部３１２よりも下端側の部分を保持部材３２に形成された貫通孔３２１に挿入した状態で、保持部材３２における、下面側からレーザ光を照射することを例示することができる。

そして、入口ジョイント３０は、入口パイプ３１の下端部が装置本体１０の流入側空間１２１に挿入され、保持部材３２の下端面が装置本体１０の上面に載せられた状態（保持部材３２と装置本体１０とを重ね合わせた状態）で、レーザ溶接が施されることにより接合されている。

（出口ジョイント４０）
出口ジョイント４０は、入口ジョイント３０と同様の部材であり、円筒状であり中心線方向が上下方向となるように配置される出口パイプ４１と、出口パイプ４１を保持する保持部材４２とを有している。

出口パイプ４１は、上端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した上端側突出部４１１と、下端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した下端側突出部４１２とを有している。
出口パイプ４１における、下端側突出部４１２よりも下端側の部分が、保持部材４２に形成された後述する貫通孔（不図示）に挿入されている。
保持部材４２は、概形が板状の直方体の部材であり、中央部に円形の貫通孔（不図示）が形成されている。保持部材４２は、保持部材３２と同様に、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材を用いて成形されている。なお、ＪＩＳ Ａ３００３合金の質別は、質別Ｈ１２又は質別Ｈ１８であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、保持部材４２の硬さが、３５（ＨＶ）以上であることが望ましい。

出口パイプ４１は、下端側突出部４１２よりも下端側の部分が、保持部材４２に形成された貫通孔（不図示）に挿入された状態でろう付されていることを例示することができる。下端側突出部４１２における最外径部と保持部材４２との間には、溶融したろう材からなるフィレット４３が形成されている。なお、出口パイプ４１と保持部材４２とはレーザ溶接にて接合されていても良い。レーザ溶接の場合には、出口パイプ４１の下端側突出部４１２よりも下端側の部分を保持部材４２に形成された貫通孔に挿入した状態で、保持部材４２における、下面側からレーザ光を照射することを例示することができる。

そして、出口ジョイント４０は、出口パイプ４１の下端部が装置本体１０の流出側空間１２２に挿入され、保持部材４２の下端面が装置本体１０の上面に載せられた状態（保持部材４２と装置本体１０とを重ね合わせた状態）で、レーザ溶接が施されることにより接合されている。

（液冷式冷却装置１の作用）
以上のように構成された液冷式冷却装置１には、装置本体１０の上面であって、入口ジョイント３０及び出口ジョイント４０が設けられた部位よりも長手方向の外側に、この液冷式冷却装置１により冷却される被冷却物が載せられる。被冷却物は、複数の直方体状の単電池１０１からなる組電池１００であることを例示することができる。

そして、液冷式冷却装置１においては、入口ジョイント３０の入口パイプ３１から装置本体１０の流入側空間１２１内に流入した冷却液が、流入側流路１１１を通って変更部材２０の凹部２１内に至る。変更部材２０の凹部２１内に至った冷却液は、その後、流出側流路１１２を通って流出側空間１２２に至り、出口ジョイント４０の出口パイプ４１から流出する。このようにして、冷却液が、装置本体１０の流入側流路１１１及び流出側流路１１２を流通する間に、装置本体１０の上面に載せられた組電池１００を冷却する。

（液冷式冷却装置１の製造方法）
以上のように構成された液冷式冷却装置１は、以下のようにして製造される。
装置本体１０における長手方向の両端部の端面と、変更部材２０における装置本体１０側の端面とを突き合わせた状態で、突き合わせ部に対して、レーザ光を連続的に照射する。このようにして、装置本体１０における長手方向の両端部に、変更部材２０を、レーザ溶接にて接合する。
突き合わせ部にレーザ光が照射されることで、突き合わせ部と略同一位置に溶接部２２（図３参照）が形成される。

また、装置本体１０の流入側空間１２１に入口ジョイント３０の入口パイプ３１の下端部を挿入し、入口ジョイント３０の保持部材３２の下端面を装置本体１０の上面に載せる（保持部材３２と装置本体１０とを重ね合わせる）。そして、保持部材３２と装置本体１０とを重ね合わせた状態で、保持部材３２に対してレーザ光を照射し、入口パイプ３１の周囲にレーザ光を照射する。このようにして、装置本体１０における中央部に、入口ジョイント３０を、レーザ溶接にて接合する。
重ね合わせ部にレーザ光が照射されることで、照射された位置と略同一位置に溶接部３４（図３参照）が形成される。

同様に、装置本体１０の流出側空間１２２に出口ジョイント４０の出口パイプ４１の下端部を挿入し、出口ジョイント４０の保持部材４２の下端面を装置本体１０の上面に載せる（保持部材４２と装置本体１０とを重ね合わせる）。そして、保持部材４２と装置本体１０とを重ね合わせた状態で、保持部材４２に対してレーザ光を照射し、出口パイプ４１の周囲にレーザ光を照射する。このようにして、装置本体１０における中央部に、出口ジョイント４０を、レーザ溶接にて接合する。
重ね合わせ部にレーザ光が照射されることで、照射された位置と略同一位置に溶接部４４（図１参照）が形成される。

（第１の実施形態に係るレーザ溶接工程）
以下に、重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程について詳述する。以下では、代表して、保持部材３２と装置本体１０との重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程について詳述する。
第１の実施形態においては、流入側空間１２１の開口部の一例としての貫通孔１２１ａの周囲の少なくとも一部に線を描くようにレーザ光を照射する本溶接を行う前に、この本溶接の照射部位の一部に対して点を打つようにレーザ光を照射する仮溶接を行う。

図５（ａ）は、仮溶接を行った後の図であり、図５（ｂ）は、本溶接を行った後の図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、液冷式冷却装置１を上方から見た図である。
図６は、本溶接を説明する斜視図である。
図５（ｂ）に示すように、本溶接を、流入側空間１２１の貫通孔１２１ａの周囲の全周に対して行う。つまり、図５（ｂ）に示すように、液冷式冷却装置１を上方から見た場合には、貫通孔１２１ａは、矩形状であることから、本溶接を、矩形状に行う。仮に、貫通孔１２１ａの端部形状が円形状である場合には、その円形状に沿うように本溶接を行っても良い。また、貫通孔１２１ａを覆う保持部材３２の端部形状に沿うように本溶接を行っても良い。第１の実施形態においては、保持部材３２の端部形状は、貫通孔１２１ａの形状に沿う矩形状であることから、本溶接を、貫通孔１２１ａよりも外側であって、保持部材３２の端部よりも内側である部位に、矩形状に行う。仮に、保持部材３２の端部形状が円形状である場合には、その円形状に沿うように本溶接を行っても良い。
そして、第１の実施形態においては、図５（ａ）に示すように、仮溶接を、本溶接による照射部位が形成する矩形状の四隅に行う。

レーザ溶接を行うにあたっては、装置本体１０と保持部材３２との重ね合わせ部に向けて、レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１からレーザ光Ｌを照射する。
仮溶接においては、矩形状の四隅のそれぞれにレーザヘッド１５１を移動させるとともに、その位置にレーザヘッド１５１を停止させてレーザ光Ｌを照射する。先ず、矩形の四隅の内の一の隅に行い、次に、当該一の隅の対角にある隅に対して行うことを例示することができる。例えば、図５（ａ）に示すように液冷式冷却装置１を上方から見た場合に、最初に矩形の四隅の内の左上の隅である左上隅５１の上方にレーザヘッド１５１を移動させるとともに、その位置にレーザヘッド１５１を停止させて、所定期間、レーザ光Ｌを照射する。そして、レーザ光Ｌを照射し終えた後に、左上隅５１の対角にある右下隅５３の上方にレーザヘッド１５１を移動させるとともに、その位置にレーザヘッド１５１を停止させて、所定期間、レーザ光Ｌを照射する。そして、レーザ光Ｌを照射し終えた後に、左下隅５２の上方にレーザヘッド１５１を移動させるとともに、その位置にレーザヘッド１５１を停止させて、所定期間、レーザ光Ｌを照射する。そして、レーザ光Ｌを照射し終えた後に、右上隅５４の上方にレーザヘッド１５１を移動させるとともに、その位置にレーザヘッド１５１を停止させて、所定期間、レーザ光Ｌを照射する。以下では、仮溶接が施されたことによる溶接部３４を仮溶接部３４１と称する場合がある。

本溶接においては、図６に示すように、貫通孔１２１ａの形状に沿って貫通孔１２１ａの周囲にレーザヘッド１５１を移動させながら、言い換えれば、保持部材３２の端部形状に沿ってレーザヘッド１５１を移動させながら、レーザ光Ｌを照射する。例えば、左上隅５１から左下隅５２へ、左下隅５２から右下隅５３へ、右下隅５３から右上隅５４へ、右上隅５４から左上隅５１へとレーザヘッド１５１を移動させながら、レーザ光Ｌを照射する。その際、仮溶接部３４１と同一位置にもレーザ光Ｌを照射する。つまり、本溶接を、仮溶接の照射部位を含むように行う。以下では、本溶接が施されたことによる溶接部３４を本溶接部３４２と称する場合がある。

なお、レーザ装置１５０のレーザ源は特に限定されない。ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、ファイバレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザであることを例示することができる。また、レーザ光Ｌの照射方向は、重ね合わせ部の保持部材３２の面に対して直交する方向でも良いし、直交方向に対して傾斜した方向であっても良い。

（溶接部）
上述したように製造される液冷式冷却装置１において、装置本体１０に用いられるアルミニウム材料と、入口ジョイント３０の保持部材３２に用いられるアルミニウム材料とは異なる。
これは、本発明者が鋭意研究したところ、材質の異なる２つのアルミニウム材がレーザ溶接にて接合されることで、レーザ溶接による溶融部の硬さが、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の硬さよりも硬くなることを見出したことに起因する。

図７（ａ）は、図１のVII－VII部の断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のVIIb部の拡大図である。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、保持部材３２と装置本体１０との重ね合わせ部の溶接部３４の断面形状を示している。レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１から保持部材３２に対してレーザ光Ｌが照射され、レーザ光Ｌのエネルギーが熱に変換されることによって、重ね合わせ部を構成している、保持部材３２と装置本体１０の母材自体が溶融し、その後急速に冷却される。この急速加熱・急速冷却により溶接部３４に組織変化が生じ、溶接部３４は、溶けて固まった溶融部３４ｍと、溶接熱により組織変化の生じた熱影響部３４ｈとにより構成される。熱影響部３４ｈは、保持部材３２の熱影響部３２ｈと、装置本体１０の熱影響部１０ｈとにより構成される。

また、十分な接合強度を確保するためには、レーザ光を照射しない方のアルミニウム材における溶融部の深さが、両アルミニウム材の接合界面における溶融部の幅以上であることが望ましい。それゆえ、装置本体１０における溶融部の深さＨ（図７（ｂ）参照）が、装置本体１０と保持部材３２の接合界面における溶融部３４ｍの幅Ｗ（図７（ｂ）参照）以上である。
また、十分な接合強度を確保するためには、溶融部３４ｍの幅Ｗが、レーザ光を照射する方のアルミニウム材の板厚の４５％以上の大きさであることが望ましい。それゆえ、溶融部３４ｍの幅Ｗが、レーザ光を照射する保持部材３２の板厚０．９～１．２（ｍｍ）の４５％以上の大きさである０．５（ｍｍ）を確保している。

また、溶融部３４ｍに生じる割れ等の溶接欠陥を抑制するためには、熱影響部３４ｈの幅が溶融部３４ｍの幅Ｗより小さいことが望ましい。それゆえ、保持部材３２の熱影響部３２ｈの幅及び装置本体１０の熱影響部１０ｈの幅が、溶融部３４ｍの幅Ｗより小さい。より具体的には、溶融部３４ｍの幅Ｗが０．５（ｍｍ）であるのに対して、装置本体１０の熱影響部１０ｈの幅が０．３（ｍｍ）、保持部材３２の熱影響部３２ｈの幅が０．２（ｍｍ）である。レーザ溶接は、例えばアーク溶接に比較して、エネルギー密度が極めて高いため、熱影響部の幅を小さくすることができるので、凝固・収縮を小さくすることができる。その結果、割れ等の溶接欠陥を抑制することができる。

ただし、液冷式冷却装置１においては、上述したように、装置本体１０における溶融部の深さＨが、装置本体１０と保持部材３２の接合界面における溶融部３４ｍの幅Ｗ以上であるとしても、装置本体１０における溶融部の深さＨが、貫通孔１１まで至っていない。つまり、溶融部３４ｍが、冷却液が流通する流入側流路１１１及び流出側流路１１２に達していない（図７（ａ）参照）。これにより、流入側流路１１１又は流出側流路１１２を流通する冷却液の流れを阻害することに起因して、圧力損失が増大することが抑制される。

そして、液冷式冷却装置１においては、上述した溶接部３４の形状を実現するように、ファイバレーザのレーザ装置１５０を用いて、以下の溶接条件にて、装置本体１０と保持部材３２との重ね合わせ部に対して、本溶接を施している。
本溶接の条件は、例えばスポット径が５０（μｍ）、不活性ガスとして窒素（Ｎ_２）を使用し、焦点は材料表面に合うように設定した場合に、レーザ出力をレーザの移動速度で割ったものをエネルギーとした場合に２２～２６（Ｊ／ｍｍ）となるように設定した。溶接条件は、例えば、接合体である保持部材３２の板厚によって好適な条件が異なるが、板厚０．９～１．２（ｍｍ）であれば上記条件が好適な条件である。

（仮溶接について）
ここで、本溶接を施す前に仮溶接を施さない場合には、保持部材３２の端部形状に沿って線を描くようにレーザ光を連続的に照射すると、先に照射した部位が熱収縮して変形することに起因して、その後に照射する部位が照射される前に変位し（反り）、装置本体１０と保持部材３２との間の隙間が大きくなることが考えられる。そして、隙間が大きくなった部位にレーザ光を照射すると、溶融したアルミニウムがその隙間に流れ出す等して、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて説明した溶接部３４の断面形状とは異なる形状となるおそれがある。つまり、隙間が大きくなった部位にレーザ光を照射すると、溶融したアルミニウムがその隙間に流れ出す等して、溶接欠陥が生じ、その箇所から冷却液が漏れるおそれがある。

上記事項に鑑み、第１の実施形態に係るレーザ溶接工程においては、本溶接を行う前に、装置本体１０と保持部材３２とを部分的に接合するべく仮溶接を行う。そして、これにより、本溶接を行う際に、先に照射した部位が熱収縮して変形する（反る）ことを抑制し、レーザ光を照射する前の装置本体１０と保持部材３２との間の隙間が大きくなることを抑制する。

第１の実施形態においては、本溶接のレーザ光の照射に伴い、仮溶接が施されたことによる仮溶接部３４１における装置本体１０と保持部材３２との間に隙間が生じないようにするのに十分な接合強度を確保するように、仮溶接を行う。
図８は、仮溶接部３４１及び本溶接部３４２の形状の一例を示す図である。図８においては、仮溶接部３４１の形状を実線で示し、本溶接部３４２の形状を二点鎖線で示している。
第１の実施形態に係る仮溶接においても、保持部材３２に対してレーザヘッド１５１からレーザ光Ｌを照射し、保持部材３２と装置本体１０の母材自体を溶融させ、溶けて固まった溶融部３４１ｍと、溶接熱により組織変化の生じた熱影響部３４１ｈとを構成させる。
第１の実施形態においては、仮溶接のためのレーザ光Ｌの照射部位と、本溶接のためのレーザ光Ｌの照射部位とが重なるように、仮溶接及び本溶接を行う。言い換えれば、本溶接を、仮溶接の照射部位を含むように行う。そして、図８に示すように、本溶接が施されたことによる本溶接部３４２よりも仮溶接が施されたことによる仮溶接部３４１の方が小さく、本溶接部３４２が仮溶接部３４１を包含する大きさとする。例えば、本溶接部３４２の断面形状は、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて説明した溶接部３４の断面形状と同じであることを例示することができる。
そして、仮溶接部３４１の形状が図８に示した形状となるように、仮溶接の条件を設定する。例えば、仮溶接のスポット径と本溶接のスポット径とを同じにするとともに、仮溶接のレーザ出力を本溶接のレーザ出力よりも小さくする。あるいは、仮溶接のスポット径を本溶接のスポット径よりも小さくするとともに、仮溶接のレーザ出力を本溶接のレーザ出力よりも小さくしても良い。あるいは、仮溶接のスポット径を本溶接のスポット径よりも小さくするとともに、仮溶接のレーザ出力と本溶接のレーザ出力とを同じにしても良い。

以上説明したように、第１の実施形態に係るレーザ溶接方法は、液体を収容する本体の一例としての装置本体１０と、装置本体１０の開口部の一例としての貫通孔１２１ａを覆うカバーの一例としての保持部材３２と、の重ね合わせ部に対してレーザ溶接する溶接方法であって、レーザヘッド１５１を停止させてレーザ光Ｌを照射する仮溶接を行った後に、レーザヘッド１５１を移動させながら貫通孔１２１ａの周囲の少なくとも一部にレーザ光Ｌを照射する本溶接を行う。言い換えれば、第１の実施形態に係るレーザ溶接方法は、貫通孔１２１ａの周囲の少なくとも一部に線を描くようにレーザ光Ｌを照射する本溶接を行う前に、点を打つようにレーザ光Ｌを照射する仮溶接を行う。これにより、レーザヘッド１５１を移動させながら行う本溶接の際に、先に照射した部位が熱収縮して変形する（反る）ことを抑制されるので、移動後にレーザ光が照射される前の装置本体１０と保持部材３２との間の隙間が大きくなることが抑制される。その結果、隙間が大きくなった部位にレーザ光が照射されて溶接欠陥が生じることに起因して、その箇所から冷却液が漏れることが抑制される。

また、第１の実施形態に係るレーザ溶接方法においては、本溶接は、貫通孔１２１ａの周囲の全周に対して行い、仮溶接は、本溶接の照射部位の一部に対して行う。より具体的には、本溶接は、貫通孔１２１ａの周囲を囲むように矩形状に行い、仮溶接は、矩形状の四隅である、左上隅５１、左下隅５２、右下隅５３、右上隅５４に対して行う。これにより、例えば、左上隅５１から左下隅５２へとレーザヘッド１５１を移動させながらレーザ光Ｌを照射する際に、先に左上隅５１付近に照射した部位が熱収縮したとしても、仮溶接された、左下隅５２、右下隅５３、右上隅５４は装置本体１０と保持部材３２とが接合されているので、保持部材３２の変形（反り）が抑制される。

なお、上述した第１の実施形態に係るレーザ溶接方法においては、仮溶接は、矩形状の四隅に行っているが、特にかかる態様に限定されない。本溶接を行うことに起因して、装置本体１０と保持部材３２との間の隙間が所定値以上に広がらないのであれば、仮溶接を行う位置は限定されない。なお、所定値は、その隙間に溶融したアルミニウムが流れ出す等して溶接欠陥が生じることに起因して冷却液が漏れてしまう値であることを例示することができる。

また、上述した第１の実施形態に係る仮溶接においては、矩形の四隅の内の一の隅である左上隅５１に行い、次に、左上隅５１の対角にある右下隅５３に対して行っている。これは、仮溶接をし終える前に、装置本体１０と保持部材３２との間の隙間が大きくなり過ぎることを抑制するためである。例えば、仮に、左上隅５１、左下隅５２、右下隅５３の順に仮溶接を行う場合に、右下隅５３に対して仮溶接を行うときに、左上隅５１及び左下隅５２に対して仮溶接を行ったことに起因して、装置本体１０と保持部材３２との間の隙間が所定値以上広がっていることを抑制するためである。しかしながら、仮溶接をし終える前に、装置本体１０と保持部材３２との間の隙間が大きくなり過ぎないのであれば、仮溶接を行う順序は特に限定されない。例えば、左上隅５１、左下隅５２、右下隅５３、右上隅５４の順に仮溶接を行っても良い。

また、上述した第１の実施形態に係る仮溶接においては、本溶接を、仮溶接の照射部位を含むように行っている。これは、本溶接を行うことに起因して、装置本体１０と保持部材３２との間の隙間が所定値以上に広がり難くするためである。また、装置本体１０と保持部材３２とが重なり合っている面積が小さいためでもある。また、液冷式冷却装置１の外観の美しさを向上させるためでもある。しかしながら、本溶接を、仮溶接の照射部位を含むように行うことに限定されない。例えば、本溶接は、仮溶接の照射部位とは異なる部位にレーザ光Ｌを照射しても良い。また、本溶接は、仮溶接の照射部位を部分的に含むようにレーザ光Ｌを照射しても良い。仮溶接の照射部位を本溶接の照射部位よりも内側にすることで、仮溶接の際に、レーザヘッド１５１を移動させる距離が小さくなるので、迅速に仮溶接を完了することが可能となる。

（第２の実施形態に係るレーザ溶接工程）
第２の実施形態に係るレーザ溶接工程は、第１の実施形態に係るレーザ溶接工程に対して、貫通孔１２１ａの周囲の全周に対して、レーザヘッド１５１を移動させながら、レーザ光Ｌを照射することを複数回行う点が異なる。つまり、第２の実施形態に係るレーザ溶接工程は、第１の実施形態に係るレーザ溶接工程に対して、仮溶接を行わずに、本溶接を複数回行う態様である。以下、第２の実施形態に係るレーザ溶接工程について、第１の実施形態に係るレーザ溶接工程と異なる点について説明する。

第２の実施形態に係るレーザ溶接工程においては、貫通孔１２１ａの周囲を囲むように矩形状に溶接部３４を形成する工程、例えば、左上隅５１から左下隅５２へ、左下隅５２から右下隅５３へ、右下隅５３から右上隅５４へ、右上隅５４から左上隅５１へとレーザヘッド１５１を移動させながら、レーザ光Ｌを照射する工程を、複数回行う。そして、１回目の工程の照射部位と、２回目以降の工程の照射部位とを同じにする。つまり、１回目の工程にて成形された溶接部に重ねて、２回目以降もレーザ光Ｌを照射する。

ここで、装置本体１０の材料が６０００系であることから、レーザ光Ｌが照射されることに起因して過大な溶接入熱が供給された場合には、微小割れが発生する場合もあり得る。これは、以下の理由によるものと考えられる。レーザ光Ｌの照射後の昇温過程において固相線温度以上・液相線温度以下に加熱される領域の粒界近傍が一旦溶融し、その後の降温過程においてその粒界近傍の溶融部が未だ凝固完了していないタイミングで、溶接熱による膨張収縮や溶接金属部の凝固収縮に起因する種々の変形が、この粒界近傍の溶融部に作用し、割れ限界ひずみを超えて開口させる。さらにそれに隣接する凝固完了前の溶接金属がその開口部に充填されない場合に、割れに至る。

保持部材３２の材料は３０００系であり、成分にＭｎ（マンガン）を添加したアルミ合金である。Ｍｎ（マンガン）は、一般には結晶粒を微細化するために微小割れを抑制できるので、同じ部位に、複数回レーザ光Ｌを照射することで、溶接部３４において、保持部材３２に含まれるＭｎ（マンガン）がより均等に混じることになる。その結果、溶接部３４の微小割れが抑制され、溶接欠陥が生じることが抑制される。

なお、上述した第２の実施形態に係るレーザ溶接工程においては、１回目の工程の照射部位と、２回目以降の工程の照射部位とを同じにしているが、特にかかる態様に限定されない。例えば、２回目の工程においては、貫通孔１２１ａの周囲を囲むように全周に亘って行い、その前に、全周の一部に対して行っても良い。また、１回目の工程においては、貫通孔１２１ａの周囲を囲むように全周に亘って行い、その後に、全周の一部に対して行っても良い。

以上説明したように、第２の実施形態に係るレーザ溶接方法は、装置本体１０と保持部材３２との重ね合わせ部に対してレーザ溶接をする溶接方法であって、液体を収容する本体と、貫通孔１２１ａの周囲の少なくとも一部に対して複数回レーザ光Ｌを照射する溶接方法である。複数回レーザ光Ｌが照射されることで、１回のみレーザ光Ｌが照射される場合よりも溶接欠陥が生じることが抑制されるので、レーザ溶接を行った箇所から冷却液が漏れることが抑制される。

なお、上述した第１の実施形態に係るレーザ溶接工程と第２の実施形態に係るレーザ溶接工程とを組み合わせても良い。つまり、第１の実施形態に係るレーザ溶接工程の仮溶接を行った後に、本溶接として、第２の実施形態に係るレーザ溶接工程のように、貫通孔１２１ａの周囲を囲むように矩形状に溶接部３４を形成する工程を複数回行っても良い。

１…液冷式冷却装置、１０…装置本体、１０ｈ…熱影響部、２０…変更部材、３０…入口ジョイント、３１…入口パイプ、３２…保持部材、３２ｈ…熱影響部、３４…溶接部、４０…出口ジョイント、４１…出口パイプ、４２…保持部材、３４１…仮溶接部、３４２…本溶接部

Claims (7)

1. 液体を収容する本体と、
   前記本体の開口部を覆うカバーと、
   の重ね合わせ部に対してレーザ溶接をする溶接方法であって、
   レーザヘッドを停止させてレーザ光を照射する仮溶接を行った後に、当該レーザヘッドを移動させながら前記開口部の周囲の少なくとも一部に当該レーザ光を照射する本溶接を行い、
   前記本溶接は、前記仮溶接の照射部位を含むように行い、当該本溶接が施されたことによる本溶接部よりも当該仮溶接が施されたことによる仮溶接部の方が小さく、当該本溶接部が当該仮溶接部を包含する大きさとする溶接方法。
2. 前記本溶接の照射の出力は、前記仮溶接の照射の出力よりも大きい
   請求項１に記載の溶接方法。
3. 前記本溶接は、前記開口部の周囲の全周に対して行い、
   前記仮溶接は、前記本溶接の照射部位の一部に対して行う
   請求項１又は２に記載の溶接方法。
4. 前記本溶接は、前記開口部の周囲を囲むように矩形状に行い、
   前記仮溶接は、前記矩形状の四隅に行う
   請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接方法。
5. 前記仮溶接は、前記四隅の内の一の隅に行い、次に、当該一の隅の対角にある隅に対して行う
   請求項４に記載の溶接方法。
6. 液体を収容する本体と、
   前記本体の開口部を覆うカバーと、
   の重ね合わせ部に対してレーザ溶接をする溶接方法であって、
   前記開口部の周囲の少なくとも一部に対して複数回レーザ光を照射し、
   １回目の照射工程の照射部位と、２回目以降の照射工程の照射部位とを同じにし、当該２回目以降の照射工程が施されたことによる後工程溶接部よりも当該１回目の照射工程が施されたことによる前工程溶接部の方が小さく、当該後工程溶接部が当該前工程溶接部を包含する大きさとする溶接方法。
7. 材質の異なる２つのアルミニウム材の重ね合わせ部に対してレーザ溶接をする溶接方法であって、
   レーザヘッドを停止させてレーザ光を照射する仮溶接を行った後に、当該レーザヘッドを移動させながら開口部の周囲の少なくとも一部に当該レーザ光を照射する本溶接を行い、
   前記本溶接は、前記仮溶接の照射部位を含むように行い、当該本溶接が施されたことによる本溶接部よりも当該仮溶接が施されたことによる仮溶接部の方が小さく、当該本溶接部が当該仮溶接部を包含する大きさとする溶接方法。