JPH0550275A - プレス成形用鋼板のレーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接開始端および溶接終了端でのヒケや溶融
付着物の発生を抑え、伸びフランジ成形性を高める。 【構成】 鋼板１１、１２の突合せ隙間Ｓを所定値以内
に設定し、レーザ光Ｌの照射開始位置と鋼板の溶接開始
側端面との間の距離Ｐ₁ を所定値以上に設定するととも
に、レーザ光Ｌの照射終了位置と鋼板の溶接終了側端面
との間の距離Ｐ₂ を所定値以上に設定し、レーザ光Ｌの
照射開始時期とフィラーワイヤ１３の供給開始時期との
ずれを一定範囲に設定するとともに、レーザ光Ｌの照射
終了時期とフィラーワイヤ１３の供給終了時期とのずれ
を一定範囲に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス成形に用いられ
る鋼板のレーザ溶接方法に関し、とくに伸びフランジ成
形性を高めるようにしたレーザ溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車工場ではプレス成形用素材
として、薄板鋼板をレーザ光により突合せ溶接した結合
素材が多く用いられている。通常、レーザ溶接における
突合せ間隙の許容量は板厚の１５〜２０％程度といわれ
ており、溶接線が長い場合は突合せ間隙を許容値内に維
持することは困難となる。そこで、突合せ間隙にフィラ
ーワイヤを送給し、このフィラーワイヤと被溶接材とに
レーザ光を照射して溶接する技術が開発されている。こ
れに関連する先行技術として、たとえば特公昭６３−３
２５５４号公報が知られている。

【０００３】フィラーワイヤを用いた薄板鋼板の突合せ
レーザ溶接においては、溶接条件が適正でないと溶接開
始端および溶接終了端で溶接不良が生じやすく、プレス
成形上問題が生じる。図９および図１０は、溶接開始端
における溶接不良の一例を示している。

【０００４】図９において、薄板鋼板１と薄板鋼板２と
の間に突合せ隙間Ｓが形成されており、隙間Ｓが生じる
突合せ部分は、レーザ溶接によって接合されている。突
合せ部分の溶接ビード３は、薄板鋼板１、２の溶接開始
側端面から距離Ｘだけ進んだ位置から形成されており、
距離Ｘに対応する部分には、いわゆるヒケ４が生じてい
る。

【０００５】図１０において、薄板鋼板５と薄板鋼板６
との突合せ部分の溶接ビード７は、薄板鋼板５、６の溶
接開始側端面から形成されているが、溶接開始側端面に
は球状の溶融付着物７ａが形成されている。球状の溶融
付着物７ａは薄板鋼板５、６の溶接前にフィラーワイヤ
のみがレーザ光によって溶融し、薄板鋼板５、６の溶接
開始側端面に付着したものである。

【０００６】図９および図１０のように、ヒケ４の発生
や球状の溶融付着物７ａの発生は、プレス成形時におけ
る伸びフランジ成形性を著しく低下させ、フランジ割れ
の原因となる。ここで、伸びフランジ成形とは、絞り成
形または曲げ成形において、パネル線長が成形前に比べ
て増大する成形形態をいう。伸びフランジ成形では、た
とえばパネル外縁が著しく伸ばされるため、延性の低い
材料を用いると破断が生じることがある。

【０００７】ヒケや球状の溶融付着物の発生によるフラ
ンジ割れを防止する方法として、たとえば実開平３−２
４３７１号公報が知られている。本公報には、鋼板の突
合せレーザ溶接後、溶接端部を切欠くことにより、ヒケ
などの溶接不足等の溶接欠陥を排除する旨が開示されて
いる。また、溶接前に予め鋼板の突合せ部分に切込み部
を形成し、鋼板の接合端部に球状の溶融物の発生するの
を防止するようにした技術も考えられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
溶接前に鋼板の突合せ部分に切込部を形成する方法や、
レーザ溶接後、溶接端部を切欠く方法の場合は、加工工
程が増加するとともに、素材形状の自由度が制限され生
産性の面で問題がある。また、切欠部を成形するために
はプレス機械および切欠用金型等が必要となり、金型は
切欠面の品質を維持するために定期的に研摩を行なうこ
とが必要となる。伸びフランジ成形においては、切欠面
の品質は重要であり、切欠面のバリが大きくなると却っ
て伸びフランジ成形性が低下する。したがって、伸びフ
ランジ成形性を高めるには、溶接開始端および溶接終了
端でのヒケや溶融付着物の発生を十分に抑えることが要
求される。

【０００９】本発明は、上記の問題に着目し、溶接開始
端および溶接終了端でのヒケや溶融付着物の発生を十分
に抑制でき、伸びフランジ成形性を高めることが可能な
プレス成形用鋼板のレーザ溶接方法を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明に
係るプレス成形用鋼板のレーザ溶接方法は、一方の鋼板
の端部と他方の鋼板の端部とを突合せ、該突合せ部分に
生じる隙間にフィラーワイヤを送給しつつ、該突合せ部
分をレーザ光の照射によって突合せ溶接を行なうレーザ
溶接方法において、前記鋼板の突合せ隙間を所定値以内
に設定し、前記レーザ光の照射開始位置と前記鋼板の溶
接開始側端面との間の距離を所定値以上に設定するとと
もに、前記レーザ光の照射終了位置と前記鋼板の溶接終
了側端面との間の距離を所定値以上に設定し、前記レー
ザ光の照射開始時期と前記フィラーワイヤの供給開始時
期とのずれを一定範囲に設定するとともに、前記レーザ
光の照射終了時期と前記フィラーワイヤの供給終了時期
とのずれを一定範囲に設定し、前記溶接条件の下で鋼板
のレーザ溶接を行なう方法から成る。

【００１１】

【作用】このように構成されたプレス成形用鋼板のレー
ザ溶接方法においては、鋼板の突合せ隙間が所定値以内
に設定された状態でレーザ溶接が開始される。レーザ溶
接開始時には、レーザ光の照射開始位置と鋼板の溶接開
始端面との間の距離が所定値以上に設定されるので、レ
ーザ光の出力が安定状態に達したところでレーザ溶接を
行なうことが可能となる。また、レーザ溶接開始時に
は、レーザ光の照射開始時期とフィラーワイヤの供給開
始時期とのずれが一定範囲とされるので、レーザ照射開
始時期に対してフィラーワイヤの供給開始時期が大幅に
遅れることがなくなる。したがって、レーザ光によって
突合せ部分が十分に溶融され、かつレーザ光が照射され
る位置には、ヒケの発生が防止される。

【００１２】レーザ溶接終了時には、レーザ光の照射終
了位置と鋼板の溶接終了端面との間の距離が所定値以上
に設定されるので、レーザ光の出力が安定している状態
でレーザ光の照射が終了される。また、レーザ溶接終了
時には、レーザ光の照射終了時期とフィラーワイヤの供
給終了時期とのずれが一定範囲とされるので、レーザ照
射終了時期に対するフィラーワイヤの供給停止時期が大
幅に早められることはなくなり、ヒケの発生が防止され
る。

【００１３】レーザ溶接における球状の溶融付着物の発
生防止は、つぎのような作用によって行なわれる。レー
ザ溶接開始時には、レーザ光の照射開始時期とフィラー
ワイヤの供給開始時期とのずれが一定範囲とされるの
で、レーザ照射開始時期に対してフィラーワイヤの供給
開始時期が大幅に早められることはなくなる。したがっ
て、鋼板の溶接が行なわれる前にフィラーワイヤのみが
レーザ光によって溶融されることはなくなり、鋼板の溶
接開始側端面への球状の溶融物の付着は防止される。

【００１４】レーザ溶接終了時には、レーザ光の照射終
了時期とフィラーワイヤの供給停止時期とのずれが一定
範囲とされるので、レーザ照射終了時期に対してフィラ
ーワイヤの供給終了時期が大幅に遅れることはなくな
る。したがって、上述と同様にフィラーワイヤのみがレ
ーザ光によって溶融されることはなくなり、鋼板の溶接
終了側端面への球状の溶融物の付着は防止される。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明に係るプレス成形用鋼板のレ
ーザ溶接方法の望ましい実施例を、図面を参照して説明
する。

【００１６】図１ないし図８は、本発明の一実施例を示
しており、とくに自動車のボデーに用いられる薄板鋼板
に適用した例を示している。図１は、本発明を実施する
ためのレーザ溶接装置の概要を示している。図１におい
て、１１は鋼板としての薄板鋼板を示しており、１２は
鋼板としての薄板鋼板を示している。薄板鋼板１１のシ
ェア切断された端面と、薄板鋼板１２のシェア切断され
た端面とは、突合せされている。薄板鋼板１１の端面と
薄板鋼板１２の端面との間には、突合せ隙間Ｓが生じて
いる。薄板鋼板１１、１２は、板厚Ｔが共に１．０ｍｍ
である。

【００１７】薄板鋼板１１と薄板鋼板１２との突合せ部
分の直上には集光レンズ２１を有するトーチ（図示略）
が位置している。図示されないレーザ発振器から出力さ
れたレーザ光Ｌは、集光レンズ２１によって収束され、
その焦点は突合せ部分にくるように調整されている。溶
接時には、薄板鋼板１１と薄板鋼板１２との間の突合せ
隙間Ｓには、フィラーワイヤ１３が自動送給されるよう
になっている。集光レンズ２１を有するトーチ（図示
略）とフィラーワイヤ１３を送給する送給装置（図示
略）とは、溶接方向に一体で移動するようになってい
る。

【００１８】つぎに、プレス成形用鋼板のレーザ溶接方
法の具体例を説明する。図１に示すように、薄板鋼板１
１と薄板鋼板１２が所定の位置にセットされると、レー
ザ発振器からレーザ光Ｌが出力され、レーザ光Ｌは集光
レンズ２１を通過して薄板鋼板１１、１２との突合せ部
分に照射される。これと同時に、レーザ光Ｌの照射部分
にフィラーワイヤ１３が自動送給される。この状態で集
光レンズ２１を有するトーチと送給装置との溶接進行方
向への移動が開始される。レーザ光Ｌの照射が開始され
ると、薄板鋼板１１、１２の突合せ部分の加熱溶融が行
なわれるとともに、フィラーワイヤ１３の加熱、溶融が
行なわれる。溶接時には、フィラーワイヤ１３の溶融に
よる溶融金属は、薄板鋼板１１、１２の間の突合せ隙間
Ｓに流入し、突合せ隙間Ｓはその溶融金属で満たされ
る。

【００１９】フィラーワイヤを用いた突合せレザー溶接
では、溶接条件が適正でないと、溶接開始端および終了
端にヒケや球状の溶融付着物が生じる。このヒケや溶融
付着物の発生はプレス成形時における伸びフランジ成形
性を著しく低下させ、フランジ割れの原因となる。本発
明は、後述するようにヒケや溶融付着物の発生を十分に
抑制することが可能な溶接条件で溶接を行なうことによ
り、伸びフランジ成形性を高めるようにしている。後述
する各試験例では、すべて板厚１．０ｍｍの薄板鋼板１
１、１２を用いた。

【００２０】図４は、突合せ隙間Ｓとヒケ発生率との関
係を示している。ここでは、ヒケはその長さが０．４ｍ
ｍを超えるものを対象とした。図４に示すように、突合
せ隙間Ｓが０．１ｍｍまではヒケ発生率は極度に低く、
突合せ隙間Ｓが０．２ｍｍになるとヒケ発生率が急激に
増加することが判明した。

【００２１】図５は、レーザ光Ｌの照射開始位置Ａと薄
板鋼板１１、１２の溶接開始側端面Ｂとの間の距離
Ｐ₁ 、またレーザ光Ｌの照射終了位置Ｅと薄板鋼板１
１、１２の溶接終了側端面Ｆとの間の距離Ｐ₂ とヒケ発
生率との関係を示している。図５に示すように、距離Ｐ
₁ 、Ｐ₂ をゼロに設定した場合は、ヒケの発生率が大幅
に増加し、距離Ｐ₁ 、Ｐ₂ をゼロから２ｍｍの間の値に
設定した場合は、距離Ｐ₁、Ｐ₂ をゼロに設定した場合
に比べてヒケの発生が１／３程度に減少した。距離
Ｐ ₁ 、Ｐ₂ を２ｍｍ以上に設定した場合は、ヒケの発生
は確認できなかった。

【００２２】図６は、レーザ光Ｌの照射時期とフィラー
ワイヤ供給時期とのずれに対するヒケおよび溶融付着物
の発生率を示している。図６において特性（イ）は、レ
ーザ光Ｌの照射時期に対してフィラーワイヤの供給時期
が早まる場合を示している。すなわち、特性（イ）は、
レーザ光Ｌの照射開始時期に対してフィラーワイヤの供
給を０．３〜０．１秒早めた場合であり、このような溶
接条件では球状の溶融付着物が高い割合で生じる。この
現象は、レーザ光Ｌの照射開始時期だけでなく照射終了
時期にも生じる。

【００２３】図６の特性（ハ）は、レーザ光Ｌの照射時
期に対してフィラーワイヤの供給時期が遅くなる場合を
示している。すなわち、特性（ハ）は、レーザ光Ｌの照
射に対してフィラーワイヤの供給が０．１〜０．３秒遅
れる場合であり、このような溶接条件ではヒケが高い割
合で生じる。この現象もレーザ光の照射開始時期だけで
なく照射終了時期にも生じる。特性（ロ）は、レーザ光
Ｌの照射時期に対してフィラーワイヤの供給時期が−
０．１〜０．１秒の場合であり、この状態ではヒケおよ
び溶融付着物の発生はなかった。

【００２４】図７はヒケと伸びフランジ率λとの関係を
示しており、図８は溶融付着物の大きさと伸びフランジ
率λとの関係を示している。ここで、伸びフランジ成形
とは、絞り成形または曲げ成形において、パネル線長が
成形前に比べて増大する成形形態をいい、絞り成形や曲
げ成形においては、伸びフランジ率が高いことが要求さ
れる。

【００２５】図２および図３は、曲げフランジ成形の成
形工程を示している。図２は突合せレーザ溶接された薄
板鋼板１１、１２を示しており、薄板鋼板１１、１２の
突合せ溶接部分（溶接ビード部分）には直径ｄ₀ の穴１
９が形成されている。図３は、図２の薄板鋼板１１、１
２をフランジ成形した後の形状を示している。フランジ
成形後は、穴１９の直径ｄ₀ が直径ｄになり、穴１９が
拡径される。伸びフランジ率はλ＝（ｄ−ｄ₀ ／ｄ₀）
×１００％で表され、伸びフランジ率が大きいほど伸び
フランジ成形性が良くなる。

【００２６】図７に示すように、ヒケが大きいほど伸び
フランジ率λは小さくなり、ヒケの長さが０．４ｍｍを
超えると、伸びフランジ率λが急激に低下することが判
明した。図８に示すように、溶融付着物の大きさが大き
いほど伸びフランジ率λは小さくなり、溶融付着物の大
きさが１ｍｍ³ を超えると伸びフランジ率λは急激に低
下することが判明した。

【００２７】このように、板厚Ｔが共に１．０ｍｍの薄
板鋼板を突合せレーザ溶接する際には、以下の溶接条件
〜で行なうことにより、ヒケや溶融付着物の発生が
十分に抑制され、伸びフランジ成形性を高めることが可
能となる。 突合せ隙間Ｓは、０．１ｍｍ以下に抑える。 レーザ光Ｌの照射開始位置（照射終了位置）と薄板
鋼板の溶接開始側端面（溶接終了側端面）の間の距離Ｐ
₁ 、Ｐ₂ を２ｍｍ以上に設定する。 レーザ光Ｌの照射開始時期（照射終了時期）に対す
るフィラーワイヤ１３の供給開始時期（供給終了時期）
を、−０．１〜０．１秒内に設定する。

【００２８】本実施例は、板厚１．０ｍｍの薄板鋼板の
突合せレーザ溶接に適用した場合を説明したが、鋼板の
成分または板厚が変われば、上述の溶接条件も勿論適宜
変更される。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、鋼板の突合せ隙間を所
定値以内に設定し、レーザ光の照射開始位置と鋼板の溶
接開始側端面との間の距離を所定値以上に設定するとと
もに、レーザ光の照射終了位置と鋼板の溶接終了側端面
との間の距離を所定値以上に設定し、レーザ光の照射開
始時期とフィラーワイヤの供給開始時期とのずれを一定
範囲に設定するとともに、レーザ光の照射終了時期とフ
ィラーワイヤの供給終了時期とのずれを一定範囲に設定
するようにしたので、溶接開始端および溶接終了端にお
けるヒケや溶融付着物の発生を十分抑制することができ
る。

【００３０】したがって、突合せレーザ溶接された鋼板
のプレス成形時における伸びフランジ成形性を向上させ
ることができ、フランジ割れを防止することができる。
その結果、レーザ溶接前またはレーザ溶接後に、溶接端
部を切欠く必要もなくなり、プレス成形工程における生
産性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いたレーザ溶接の一例を示す斜視図
である。

【図２】伸びフランジ成形された鋼板の斜視図である。

【図３】伸びフランジ成形前の鋼板の平面図である。

【図４】突合せ隙間とヒケ発生率との関係を示す特性図
である。

【図５】レーザ光照射開始位置から鋼板の溶接開始側端
面までの距離またはレーザ光照射終了位置から鋼板の溶
接終了側端面までの距離とヒケ発生率との関係を示す特
性図である。

【図６】レーザ光照射時期とフィラーワイヤ供給時期と
のずれとヒケまたは溶融付着物の発生率との関係を示す
特性図である。

【図７】ヒケと伸びフランジ率との関係を示す特性図で
ある。

【図８】溶融付着物の大きさと伸びフランジ率との関係
を示す特性図である。

【図９】レーザ溶接によって接合された鋼板の溶接開始
端にヒケが生じた状態を示す斜視図である。

【図１０】レーザ溶接によって接合された鋼板の溶接開
始端に溶融付着物が生じた状態を示す斜視図である。

【符号の説明】 １１、１２ 鋼板 １３ フィラーワイヤ ２１ 集光レンズ Ｌ レーザ光 Ｓ 突合せ隙間 Ｐ₁ レーザ光の照射開始位置と鋼板の溶接開始側端面
との間の距離 Ｐ₂ レーザ光の照射終了位置と鋼板の溶接終了側端面
との間の距離

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の鋼板の端部と他方の鋼板の端部と
   を突合せ、該突合せ部分に生じる隙間にフィラーワイヤ
   を送給しつつ、該突合せ部分をレーザ光の照射によって
   突合せ溶接を行なうレーザ溶接方法において、 前記鋼板の突合せ隙間を所定値以内に設定し、 前記レーザ光の照射開始位置と前記鋼板の溶接開始側端
   面との間の距離を所定値以上に設定するとともに、前記
   レーザ光の照射終了位置と前記鋼板の溶接終了側端面と
   の間の距離を所定値以上に設定し、 前記レーザ光の照射開始時期と前記フィラーワイヤの供
   給開始時期とのずれを一定範囲に設定するとともに、前
   記レーザ光の照射終了時期と前記フィラーワイヤの供給
   終了時期とのずれを一定範囲に設定し、 前記溶接条件の下で鋼板のレーザ溶接を行なうことを特
   徴とするプレス成形用鋼板のレーザ溶接方法。