JPH0716775A

JPH0716775A - ビーム溶接方法

Info

Publication number: JPH0716775A
Application number: JP5166653A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Fukahori; 貢深堀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1995-01-20
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JP3222271B2

Abstract

(57)【要約】【構成】重ね合わせた状態に溶接する３枚以上のフラ
ンジ部１２ａ・１４ａ・１３ａのうち、これらの重ね合
わせ方向における少なくとも一方側端部に位置すべきフ
ランジ部１２ａと、その他方側に隣接すべきフランジ部
１４ａとを、その重ね合わせ方向における上記一方側か
らの高密度エネルギービームの照射にて溶接し、フラン
ジ部１２ａに対して他方側に位置すべきフランジ部１４
ａ・１３ａ同士を、これら両者の端面との対向方向から
両者の重ね合わせ部へのビーム照射にて溶接する。【効果】溶接強度において高い信頼性を備えつつ、生
産性を高め得る。フランジ部１２ａ・１４ａ・１３ａに
おいては、硬度の高い部分であるビードが縦横に分布す
るので、あらゆる方向の入力加重に対して高い強度を備
え得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザあるいは電子ビ
ーム等の高密度エネルギービームの照射によって溶接を
行うビーム溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車の車体の組み立てにおいて
は、電気溶接であるスポット溶接が主として行われてい
る。このスポット溶接では、例えば図１０に示すよう
に、ワーク５１とワーク５２とを溶接する場合、これら
ワーク５１・５２に、溶接機の電極５３・５４により挟
み込むための広い幅の溶接しろ５１ａ・５２ａを形成す
る必要がある。このため、車体の重量増を招来してい
る。また、上記両電極５３・５４の移動スペースを確保
する必要があり、ワークの形状や溶接位置等が制限され
易くなっている。

【０００３】そこで、上記のように重ね合わされるワー
ク５１・５２に対しては、レーザあるいは電子ビーム等
の高密度エネルギービームの照射によるビーム溶接を行
うことが提案されている。即ち、このビーム溶接によれ
ば、上記溶接しろ５１ａ・５２ａは、ビームを照射して
溶接できる幅であればよく、狭くできる。また、ワーク
から離れた位置よりビームを照射するものであるから、
ワークの形状および溶接位置等による制限を受け難くな
っており、上記の各問題を解消することができる。

【０００４】一方、自動車の車体は、プレス成形された
部材を組み合わせて形成されることから、溶接継手部の
溶接では多数枚重ねとなる。例えば、図１１に示すよう
に、自動車の車体におけるセンタピラー６１では、高い
強度を得るため、サイドフレームアウタ６２とサイドフ
レームインナ６３とからなる閉断面構造を備えており、
さらに強度の向上を図るため、上記両部材の間に、レイ
ンフォースメント６４を備えている。従って、溶接継手
部、即ちフランジ部６２ａ・６３ａ・６４ａは３枚重ね
となる。このような３枚重ねのフランジ部６２ａ・６３
ａ・６４ａに対するビーム溶接方法としては、特開平４
−２７００８８号公報に開示されているように、単に、
各フランジ部６２ａ・６３ａ・６４ａの重ね合わせ方向
の一方から上記ビームを照射する方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ビーム溶接方法では、ビーム照射側の部材からその反対
側の部材に向かって、ビーム照射により発生する熱が順
次伝達されて各部材が溶融するものであるため、図１２
にも示すように、ビーム照射による部材の溶け込みの幅
が徐々に狭くなっていく。このため、ビーム照射側から
離れた部位の部材間においては、溶接面積が狭くなり十
分な溶接強度を確保できない虞がある。また、この問題
を解決するために、照射するビームの出力を高くするこ
と、上記のビーム照射方向の反対側からもビーム照射を
行うこと、あるいは高価ではあるがビーム径を小さく集
光できるメニスカスレンズを光学系に使用し、同一出力
に対する部材の溶融幅を狭くかつ深くすることなどが考
えられる。しかしながら、重ね合わせる部材の板厚が厚
い場合、あるいは重ね合わせる部材の枚数が多くなった
場合、これらの方法では、対応することができない。

【０００６】一方、他のビーム溶接方法として、特開昭
５８−１０３９８８号公報には、重ね合わされた部材の
端面との対向方向から重ね合わせ部に向かって直接ビー
ム照射を行う方法が開示されている。しかしながら、こ
のビーム溶接方法は、部材同士の狭い重ね合わせ部にビ
ーム照射を行うものであるため、ビーム照射位置を高精
度で制御する必要がある。従って、重ね合わされた各部
材間の全てに対してこのビーム溶接方法を適用すること
は、生産性の低下を招来するといった問題点を有してい
る。

【０００７】従って、本発明は、多数枚重ね合わされた
部材同士を溶接する場合において、各溶接部での溶接強
度の不足を防止することができ、かつ生産性を高めるこ
とができるビーム溶接方法の提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のビーム溶接方法
は、上記の課題を解決するために、高密度エネルギービ
ームにてワークを少なくとも３枚以上重ね合わせた状態
に溶接するビーム溶接方法であって、上記３枚以上のワ
ークのうち、これらワークの重ね合わせ方向における少
なくとも一方側端部に位置すべきワークと、このワーク
の他方側に隣接すべきワークとを、その重ね合わせ方向
における上記一方側からの上記ビーム照射にて溶接し、
上記一方側端部に位置すべきワークに対して他方側に位
置すべきワーク同士を、ワーク端面との対向方向からワ
ークの重ね合わせ部へのビーム照射にて溶接することを
特徴としている。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、ワークを３枚以上重ね合
わせた状態に溶接する際、これらワークの重ね合わせ方
向における少なくとも一方側端部に位置すべきワーク
と、このワークの他方側に隣接すべきワークとは、その
重ね合わせ方向における上記一方側からの高密度エネル
ギービーム照射にて溶接する。この場合、ビーム照射位
置の精度は比較的低くてもよく、溶接を簡単な制御で迅
速に行うことができる。その反面、ワークの厚さ、およ
び重ね合わされるワークの枚数によっては、上記２枚の
ワークに対する他方側のワークも、上記のビーム照射に
よって同時に溶接することは、溶接強度の点から困難で
ある。

【００１０】そこで、上記一方側端部に位置すべきワー
クに対して他方側に位置すべきワーク同士は、ワーク端
面との対向方向からワークの重ね合わせ部へのビーム照
射にて溶接する。この場合、隣接する各ワーク同士を確
実に溶接することができる。その反面、各ワークの重ね
合わせ部にビーム照射を行わなければならず、ビーム照
射位置を高精度で制御する必要があり、前記の溶接方法
に対して生産性が低くなる。従って、上記の両溶接方法
を併用することにより、溶接強度において高い信頼性を
備えつつ、生産性を高めることができる。

【００１１】また、上記の両溶接方法を行っていること
により、ワークの溶接部においては、硬度の高い部分で
あるビードが縦横に分布する。従って、あらゆる方向の
入力加重に対して高い強度を備えることができる。

【００１２】

【実施例】

〔実施例１〕本発明の一実施例を図１ないし図６に基づ
いて以下に説明する。本実施例のビーム溶接に使用され
るビーム溶接装置は、図４に示すように、レーザ発振器
１、反射鏡２、レンズ３、ミラーモータ４、レンズモー
タ５、ビーム状態モニタ６および制御装置７を備えてい
る。

【００１３】レーザ発振器１は、レーザを発生して図示
しないレーザトーチから出力するものであり、反射鏡２
は、レーザ発振器１から出力されたレーザをワーク８の
所定溶接部に導くものであり、レンズ３は、反射鏡２に
より反射されたレーザをワーク８の溶接部に収束させる
ものである。また、ミラーモータ４は、レーザの照射位
置を変化させるために反射鏡２を回転させるものであ
り、レンズモータ５は、レーザがワーク８の溶接部に収
束するように、レンズ３を移動させるものであり、ビー
ム状態モニタ６は、ワーク８の溶接部に照射されている
レーザの出力、およびレーザによる溶接状態等の光学式
モニタである。さらに、制御装置７は、ビーム状態モニ
タ６による検出状態等に基づいて、ミラーモータ４およ
びレンズモータ５の作動を制御するとともに、レーザ発
振器１の作動制御を行うものである。

【００１４】次に、上記のビーム溶接装置による溶接方
法について説明する。ここでは、図５に示すセンタピラ
ー１１を形成するための溶接を行うものとする。センタ
ピラー１１は、図６に示すように、サイドフレームアウ
タ１２、このサイドフレームアウタ１２と共に閉断面を
形成するサイドフレームインナ１３、および強度向上の
ために上記両部材間に設けられるレインフォースメント
１４からなる。そして、センタピラー１１は、上記各部
材のフランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａ同士を溶接する
ことにより形成される。

【００１５】センタピラー１１を形成する際には、図１
（ａ）に示すように、例えば先ずサイドフレームアウタ
１２とレインフォースメント１４とを重ね合わせ、これ
ら両者のフランジ部１２ａ・１４ａの重ね合わせ方向に
おける一方側、即ちフランジ部１２ａの外面との対向方
向側に前記レーザトーチを配する。そして、このレーザ
トーチからフランジ部１２ａ・１４ａに対してレーザ照
射を行うとともに、レーザトーチとサイドフレームアウ
タ１２およびレインフォースメント１４とをフランジ部
１２ａ・１４ａの長手方向に相対移動させて、両フラン
ジ部１２ａ・１４ａを溶接する。これにより生じるビー
ド１５は、フランジ部１２ａの外面側で幅が広く、フラ
ンジ部１４ａ方向に向かって幅が徐々に狭くなり、フラ
ンジ部１４ａにおけるサイドフレームインナ１３との対
向側面付近まで達するものとなる。

【００１６】次に、サイドフレームアウタ１２と溶接さ
れたレインフォースメント１４に対してサイドフレーム
インナ１３を重ね合わせ、これら両者のフランジ部１４
ａ・１３ａの端面との対向側に前記レーザトーチを配す
る。そして、このレーザトーチからフランジ部１４ａ・
１３ａの重ね合わせ部に対してレーザ照射を行うととも
に、レーザトーチと、サイドフレームアウタ１２、レイ
ンフォースメント１４およびサイドフレームインナ１３
とをフランジ部１４ａ・１３ａの長手方向に相対移動さ
せて、同図（ｂ）に示すように、両フランジ部１４ａ・
１３ａを溶接する。これにより生じるビード１６は、上
記のビード１５と同様、フランジ部１４ａ・１３ａの端
面側で幅が広く、この端面とは反対側の端面方向に向か
って幅が徐々に狭くなり、上記ビード１５のフランジ部
１４ａ側端部付近まで達するものとなる。

【００１７】その後、溶接されたフランジ部１２ａ・１
３ａ・１４ａには、同図（ｃ）に示すように、端部処理
用のシーミングウェルト１７が取り付けられる。

【００１８】上記のように、本ビーム溶接方法では、重
ね合わされた３枚のフランジ部１２ａ・１４ａ・１３ａ
を溶接する際に、一方側の２枚のフランジ部１２ａ・１
４ａに対しては、３枚のフランジ部１２ａ・１４ａ・１
３ａが溶接されたときに外面側となるフランジ部１２ａ
との対向位置からフランジ部１２ａ・１４ａの重ね合わ
せ方向にレーザを照射する第１の溶接方法を行う一方、
他方側の２枚のフランジ部１４ａ・１３ａに対しては、
これら両フランジ部１４ａ・１３ａの端面との対向位置
からフランジ部１４ａ・１３ａの重ね合わせ部にレーザ
を照射する第２の溶接方法を行っている。従って、隣接
する各フランジ部１２ａ・１４ａ・１３ａ同士を確実に
溶接し得るとともに、高い生産性を備えることができ
る。

【００１９】即ち、上記第１の溶接方法のみによる溶接
では、ビーム照射位置の精度は比較的低くてもよいもの
の、３枚重ねのフランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａを溶
接するには溶接強度の点で問題がある。一方、上記第２
の溶接方法のみによる溶接では、隣接する各フランジ部
１２ａ・１３ａ・１４ａ同士を確実に溶接し得るもの
の、各フランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａの重ね合わせ
部にビーム照射を行わなければならず、ビーム照射位置
を高精度で制御する必要があり、第１の溶接方法に対し
て生産性は低くなる。従って、上記第１および第２の溶
接方法を併用することにより、溶接強度において高い信
頼性を備えつつ、生産性を高めることができる。

【００２０】また、上記第１および第２の溶接方法を行
っていることにより、フランジ部１２ａ・１３ａ・１４
ａにおいては、硬度の高い部分であるビード１５および
ビード１６が縦横に分布する。従って、あらゆる方向の
入力加重に対して高い強度を備えることができる。

【００２１】また、フランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａ
に対し、高出力のレーザ照射で上記第１の溶接方法を行
うことのみによってフランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａ
を溶接する場合と比較して、他方側のフランジ部１３ａ
・１４ａの接合面積を適切に拡大でき、高い接合強度を
容易かつ確実に得ることができる。

【００２２】また、一方側のフランジ部１２ａ・１３ａ
同士、および他方側のフランジ部１３ａ・１４ａ同士を
個別に溶接するので、レーザ溶接装置のレーザ発振器１
は、低出力のものでも対応可能である。

【００２３】また、他方側の２枚のフランジ部１４ａ・
１３ａを、上記第２の溶接方法にて溶接するときには、
フランジ部１４ａ・１３ａの対向面側に存在するメッキ
層あるいは油分等の異物が気化することによって生じる
ガスが、外部へ排出され易くなる。従って、高出力のレ
ーザ照射で上記第１の溶接方法を行うことのみによって
フランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａを溶接する場合と比
較して、上記ガスによるブローホールが溶接部に生じ難
く、高い溶接強度を安定して得ることができる。

【００２４】また、図６に示すようなセンタピラー１１
に対してフランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａの溶接を行
う場合、溶接強度を確保する上では、フランジ部１２ａ
・１３ａ・１４ａから閉断面を形成するための湾曲が始
まる部位付近を溶接するのが有効である。そこで、上記
第１の溶接方法での溶接を上記の部位に行った場合に
は、図１（ｃ）に示すシーミングウェルト１７にて上記
溶接跡を覆い難く、この溶接跡により外観が低下するこ
とになる。これに対し、上記の部位にレーザ出力を調整
して第２の溶接方法での溶接を行った場合には、溶接跡
が外面側には生じない。従って、上記のように、他方側
のフランジ部１４ａ・１３ａの溶接を第２の溶接方法で
行った場合には、少なくとも、他方側の外面の外観を向
上することができる。

【００２５】尚、３枚のフランジ部１２ａ・１３ａ・１
４ａを重ね合わせて溶接する手順としては、上述したも
のの他、図２に示すように、先ず、フランジ部１４ａ・
１３ａを第２の溶接方法にて溶接した後、レインフォー
スメント１４にサイドフレームアウタ１２を重ね合わせ
て、図１（ｂ）に示すように、それらのフランジ部１４
ａ・１２ａを第１の溶接方法にて溶接するものを採用す
ることができる。

【００２６】また、他の方法として、図３に示すよう
に、３枚のフランジ部１２ａ・１３ａ・１４ａを予め重
ね合わせた状態に配し、フランジ部１２ａ側からの高出
力のレーザ照射での前記第１の溶接方法にて、フランジ
部１２ａ・１３ａ・１４ａを溶接するとともに、高出力
のレーザ照射での前記第２の溶接方法にて、フランジ部
１４ａ・１３ａを溶接する方法を採用してもよい。この
場合、レーザ溶接装置のレーザ発振器１には高出力のも
のが必要であるものの、第１の溶接方法により生じるビ
ード１５がフランジ部１２ａからフランジ部１４ａを経
てフランジ部１３ａまで達するとともに、第２の溶接方
法により生じるビード１６が上記ビード１５と交差する
位置まで深くなるものとすることができるので、フラン
ジ部１２ａ・１３ａ・１４ａの溶接強度をさらに高める
ことができる。

【００２７】〔実施例２〕本発明の他の実施例を図７な
いし図９に基づいて、以下に説明する。尚、説明の便宜
上、前記の実施例に示した部材と同一の機能を有する部
材には同一の符号を付記し、その説明を省略する。

【００２８】本実施例においては、４枚のワークを重ね
合わせて溶接する方法について説明する。この方法とし
ては、例えば図７ないし図９に示す３通りの方法があ
る。

【００２９】１番目の方法では、図７（ａ）に示すよう
に、先ず、重ね合わせて溶接すべき４枚のワーク２１〜
２４のうちの一方側の２枚のワーク２１・２２同士、お
よび他方側の２枚のワーク２３・２４同士をそれぞれ個
別に、前記第１の溶接方法にて溶接する。

【００３０】次に、同図（ｂ）に示すように、ワーク２
１と溶接されたワーク２２と、ワーク２４と溶接された
ワーク２３とを重ね合わせ、これら両ワーク２２・２３
を前記第２の溶接方法にて溶接して、４枚のワーク２１
〜２４の溶接を終了する。

【００３１】２番目の方法では、図８（ａ）に示すよう
に、先ず、重ね合わせて溶接すべき４枚のワーク２１〜
２４のうちの中央側の２枚のワーク２２・２３同士を前
記第２の溶接方法にて溶接する。

【００３２】次に、同図（ｂ）に示すように、ワーク２
２にワーク２１を重ね合わせ、前記第１の溶接方法にて
ワーク２２にワーク２１を溶接するとともに、ワーク２
３にワーク２４を重ね合わせ、同様に、前記第１の溶接
方法にてワーク２３にワーク２４を溶接して、４枚のワ
ーク２１〜２４の溶接を終了する。

【００３３】３番目の方法では、図９（ａ）に示すよう
に、先ず、重ね合わせて溶接すべき４枚のワーク２１〜
２４のうちの一方側の２枚のワーク２１・２２同士を前
記第１の溶接方法にて溶接する。

【００３４】次に、同図（ｂ）に示すように、ワーク２
２にワーク２３を重ね合わせ、前記第２の溶接方法にて
ワーク２２にワーク２３を溶接するとともに、ワーク２
３にワーク２４を重ね合わせ、同様に、前記第２の溶接
方法にてワーク２３にワーク２４を溶接して、４枚のワ
ーク２１〜２４の溶接を終了する。

【００３５】尚、図７（ａ）に示すのべ２回の第１の溶
接方法による溶接、図８（ｂ）に示すのべ２回の第１の
溶接方法による溶接、および図９（ｂ）に示すのべ２回
の第２の溶接方法による溶接は、１台のレーザ溶接装置
により各々個別に行うもの、あるいは２台のレーザ溶接
装置により同時に行うものの何れであってもよい。

【００３６】また、以上の実施例においては、３枚およ
び４枚のワークを重ね合わせて溶接する各場合について
示したが、本溶接方法は、さらに５枚重ね、６枚重ねと
いうように、３枚以上のワークを重ね合わせて溶接する
場合に適用可能である。

【００３７】

【発明の効果】本発明のビーム溶接方法は、以上のよう
に、重ね合わせた状態に溶接する３枚以上のワークのう
ち、これらワークの重ね合わせ方向における少なくとも
一方側端部に位置すべきワークと、このワークの他方側
に隣接すべきワークとを、その重ね合わせ方向における
上記一方側からの上記ビーム照射にて溶接し、上記一方
側端部に位置すべきワークに対して他方側に位置すべき
ワーク同士を、ワーク端面との対向方向からワークの重
ね合わせ部へのビーム照射にて溶接する構成である。

【００３８】これにより、ワークの重ね合わせ方向にお
ける少なくとも一方側端部に位置すべきワークと、この
ワークの他方側に隣接すべきワークに対しては、ビーム
照射位置の精度を低くして、溶接を簡単な制御で迅速に
行うことができる。また、上記一方側端部に位置すべき
ワークに対して他方側に位置すべきワーク同士も確実に
溶接することができる。従って、上記の両溶接方法を併
用することにより、溶接強度において高い信頼性を備え
つつ、生産性を高めることができる。また、上記の両溶
接方法を行っていることにより、ワークの溶接部におい
ては、硬度の高い部分であるビードが縦横に分布する。
従って、あらゆる方向の入力加重に対して高い強度を備
えることができるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図（ａ）は、本発明の一実施例のビーム溶接
方法を示すものであって、３枚のワークを重ね合わせて
溶接する場合の第１段階の溶接動作を示すワーク要部の
横断面図、同図（ｂ）は第２段階の溶接動作を示すワー
ク要部の横断面図、同図（ｃ）は溶接動作終了後に行う
ワークの端部に対する処理動作を示すワーク要部の横断
面図である。

【図２】図１（ａ）に示した溶接手順の他の例を示すワ
ーク要部の横断面図である。

【図３】図１に示した溶接方法の他の例を示すワーク要
部の横断面図である。

【図４】上記の溶接方法を実施するためのレーザ溶接装
置を示すブロック図である。

【図５】上記の溶接方法により形成されるセンタピラー
を備えた車体の斜視図である。

【図６】上記のセンタピラーの横断面図である。

【図７】同図（ａ）は、本発明の他の実施例のビーム溶
接方法を示すものであって、４枚のワークを重ね合わせ
て溶接する場合の第１段階の溶接動作を示すワーク要部
の横断面図、同図（ｂ）は第２段階の溶接動作を示すワ
ーク要部の横断面図である。

【図８】同図（ａ）は、図７（ａ）に示した第１段階の
溶接動作の他の例を示すワーク要部の横断面図、同図
（ｂ）は上記第１段階の溶接動作に続く第２段階の溶接
動作の他の例を示すワーク要部の横断面図である。

【図９】同図（ａ）は、図７（ａ）に示した第１段階の
溶接動作のさらに他の例を示すワーク要部の横断面図、
同図（ｂ）は上記第１段階の溶接動作に続く第２段階の
溶接動作のさらに他の例を示すワーク要部の横断面図で
ある。

【図１０】従来のスポット溶接方法を示す縦断面図であ
る。

【図１１】従来のビーム溶接方法にて形成される自動車
のセンタピラーを示す横断面図である。

【図１２】従来のビーム溶接方法を示す上記センタピラ
ー要部の横断面図である。

【符号の説明】

１レーザ発振器２反射鏡３レンズ４ミラーモータ５レンズモータ７制御装置７８ワーク１１センタピラー１２サイドフレームアウタ１２ａフランジ部１３サイドフレームインナ１３ａフランジ部１４レインフォースメント１４ａフランジ部１５ビード１６ビード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高密度エネルギービームにてワークを少な
くとも３枚以上重ね合わせた状態に溶接するビーム溶接
方法であって、上記３枚以上のワークのうち、これらワークの重ね合わ
せ方向における少なくとも一方側端部に位置すべきワー
クと、このワークの他方側に隣接すべきワークとを、そ
の重ね合わせ方向における上記一方側からの上記ビーム
照射にて溶接し、上記一方側端部に位置すべきワークに
対して他方側に位置すべきワーク同士を、ワーク端面と
の対向方向からワークの重ね合わせ部へのビーム照射に
て溶接することを特徴とするビーム溶接方法。