JPH10202387A

JPH10202387A - 溶接方法及びこれを用いた溶接装置

Info

Publication number: JPH10202387A
Application number: JP9022052A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Saito; 茂樹齋藤
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-08-04
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JP3430834B2

Abstract

(57)【要約】【課題】外観の美観性を損なうことなく接合強度に優
れた溶接をすることができる溶接方法及びこれを用いた
溶接装置を提供すること。【解決手段】金属加工面５の所定の溶接点７に垂直に
主レーザ光９ａを照射する主レーザ光照射手段９と、こ
の主レーザ光照射手段９を保持する溶接機本体とを備
え、溶接機本体に、金属加工面５の溶接点７に対して斜
め方向から副レーザ光１１ａを照射する副レーザ光照射
手段１１を装備し、副レーザ光１１ａを溶接点７に照射
しつつ、副レーザ光照射手段１１の位置を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接装置にかか
り、特に自動車やオートバイ、その他の機械に使用され
る金属部品を溶接するために用いられる溶接方法及びこ
れを用いた溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、加工用の高出力のレーザ光線
を用いる溶接方法は広く知られている。即ち、金属等の
被加工部材の加工する部位に、直接レーザ光を照射し
て、被加工部材の一部分を溶融させて溶接を行うもので
ある。具体的には、図６に示すように、板状の被加工部
材を２枚用いて、両者を重ね合わせ、この重なっている
部分にレーザ光を照射することによって両被加工部材を
溶接する方法である。

【０００３】このとき、図６に示すように、レーザ光を
直線状に移動させると、加工される溶融部分も細い直線
状となり、外観は良好に維持される。また、図７に示す
ように、照射するレーザ光を溶接ラインに沿って直線状
に移動させると同時に、被加工部材と平行で溶接ライン
と直角に往復移動させる（ウェービング）と、各被加工
部材相互の溶接面積は増大する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
従来例には以下のような不都合があった。即ち、レーザ
光を被加工部材の溶接ラインに沿って、単純に直線状に
移動させる場合には、各被加工部材の溶融幅（ビード
幅）は狭く、２枚の被加工部材相互の溶接面積も小さい
ので、充分な接合強度を確保することができない場合が
ある、という不都合を生じていた。このことは、特に使
用されるレーザ光のスポット径が小さい場合に顕著であ
る。

【０００５】一方、レーザ光を被加工部材上の溶接ライ
ンに対して、細かく直角に往復移動させる場合には、溶
接面積は増大して接合強度は向上するものの、レーザ光
によって被加工部材の表面に現れる溶融幅も広くなって
しまい、加工後の被加工部材の外観が見苦しいものとな
る、という不都合を生じていた。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、外観の美観性を損なうことなく接合強
度に優れた溶接をすることができる溶接方法及びこれを
用いた溶接装置を提供することを、その目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明では、金属加工面の所定の
溶接点に垂直に主レーザ光を照射する主レーザ光照射手
段と、この主レーザ光照射手段を保持する溶接機本体と
を備え、溶接機本体に、金属加工面の溶接点に対して斜
め方向から副レーザ光を照射する副レーザ光照射手段を
装備し、副レーザ光を溶接点に照射しつつ、副レーザ光
照射手段の位置を変化させる、という方法を採ってい
る。

【０００８】以上のような方法を採ることで、垂直上方
かた照射される主レーザ光照射手段の主レーザ光によ
り、金属加工面の溶接点に被加工部材の一部を溶融させ
るエネルギが付与される。これにより、溶接点の近傍が
溶融する。また、これと同時に、斜め方向から副レーザ
光照射手段の副レーザ光が照射されることにより、金属
加工面の内部で溶融領域が拡大する。このとき、副レー
ザ光の照射方向は斜めであり、溶融部分の拡大方向も斜
めとなる。本発明では、副レーザ光照射手段の位置が、
照射手段位置変更機構によって種々変化するので、金属
加工面の内部の広い範囲が溶融され、溶接が行われる。

【０００９】また、請求項２記載の発明では、金属加工
面の所定の溶接点に垂直に主レーザ光を照射する主レー
ザ光照射手段と、この主レーザ光照射手段を保持する溶
接機本体とを備え、溶接機本体に、金属加工面の溶接点
に対して斜め方向から副レーザ光を照射する副レーザ光
照射手段を装備し、溶接機本体に、副レーザ光照射手段
の位置を変化させる照射手段位置変更機構を備える、と
いう構成を採っている。

【００１０】また、請求項３記載の発明では、副レーザ
光照射手段の照射する副レーザ光を、最大出力が主レー
ザ光の最大出力より大きく且つパルス状であるレーザ光
とするという構成を採り、その他の構成は請求項２記載
の発明と同様である。以上のように、最大出力が大きな
副レーザ光を用いると、特に、溶融部分を斜め方向によ
り拡大させることができる。

【００１１】更に、請求項４記載の発明では、副レーザ
光照射手段の照射する副レーザ光を、金属に対する吸収
効率が高く且つ一定出力の連続的なレーザ光とするとい
う構成を採り、その他の構成は請求項２記載の発明と同
様である。以上のように、金属に対する吸収効率が高い
レーザ光を副レーザ光として使用することにより、金属
加工面内でより溶融部分を広く拡大させることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１３】本実施形態にかかる溶接方法では、金属加
工面５の所定の溶接点７に垂直に主レーザ光９ａを照射
する主レーザ光照射手段９と、この主レーザ光照射手段
９を保持する溶接機本体とを備え、溶接機本体に、金属
加工面５の溶接点７に対して斜め方向から副レーザ光１
１ａを照射する副レーザ光照射手段１１を装備し、副レ
ーザ光１１ａを溶接点７に照射しつつ、副レーザ光照射
手段１１の位置を変化させることを特徴としている。

【００１４】以下詳細に説明すると、当該溶接装置に備
えられている主レーザ光照射手段９は、主レーザ光９ａ
としてのＣＯ₂レーザ光を照射するものである。この主
レーザ光照射手段９から照射される主レーザ光９ａは、
一定出力の連続的なレーザ光であり、被加工部材の金属
加工面５に対して垂直方向に照射されるようになってい
る。また、主レーザ光照射手段９の主レーザ光９ａは、
金属加工面５で焦点を結ぶように設定されている。即
ち、主レーザ光照射手段９の光源の下流側には、一方の
面が凸状に形成されたレンズ１３が配設されており、こ
のレンズ１３までは平行で入射された主レーザ光９ａが
集光される。そして、このレンズ１３の焦点距離は被加
工部材の金属加工面５までの距離と同一となっている。

【００１５】また、副レーザ光照射手段１１は副レーザ
光１１ａとして、例えばＹＡＧレーザ光を照射するもの
である。この副レーザ光照射手段１１から照射される副
レーザ光１１ａは、パルス状の非連続的なレーザ光であ
る。そして、副レーザ光１１ａは、被加工部材の金属加
工面５に対して、所定角度だけ傾いた斜め方向から照射
されるようになっている。ここで、副レーザ光照射手段
１１は、一般的な構成の光ファイバ１５を介して伝達さ
れ、この副レーザ光１１ａが所定のレンズ１３によって
集光される。そして、この副レーザ光１１ａは、上記し
た主レーザ光９ａが焦点を結ぶ溶接点７で同様に焦点を
結ぶように設定されている。

【００１６】副レーザ光照射手段１１には、図１（Ａ）
に示すように、副レーザ光１１ａが溶接点７に焦点を結
んだまま、その位置が変更できるように、照射手段位置
変更機構が設けられている。この照射手段位置変更機構
は、具体的には、主レーザ光９ａの光軸を中心として、
主レーザ光照射手段９の周りを回動自在に配設されてい
る腕状部材１７から構成されている。そして、この腕状
部材１７の端部に副レーザ光照射手段１１が固定されて
いる。従って、副レーザ光照射手段１１は、照射手段位
置変更機構により、主レーザ光照射手段９の周りを回り
ながら、主レーザ光９ａが照射されている溶接点７に、
副レーザ光１１ａを照射するようになっている。

【００１７】また、腕状部材１７は、図１（Ｂ）に示す
ように、主レーザ光照射手段９の進行方向に対して半円
状に移動することが可能で、この半円状の軌跡を往復移
動するようになっている。また、腕状部材１７の移動速
度は、主レーザ光照射手段９の被加工部材の金属加工面
５に対する相対速度より大きく設定されている。従っ
て、主レーザ光照射手段９が僅かに移動する間に、副レ
ーザ光照射手段１１は種々の位置に移動し、それぞれの
移動位置から溶接点７に向けて副レーザ光１１ａを照射
するようになっている。特に、図１は、副レーザ光１１
ａ自体の波長の関係から、光ファイバ１５によって副レ
ーザ光１１ａを伝送できる場合の実施形態である。

【００１８】ここで、副レーザ光照射手段１１の位置を
変更する照射手段位置変更機構としては、特に上記した
ものに限定されるものではない。即ち、本発明が意図す
るところは、副レーザ光照射手段１１が、副レーザ光１
１ａを照射する溶接点７の位置を変えることなく、副レ
ーザ光照射手段１１自体の位置を変更することにある。
従って、副レーザ光１１ａを溶接点７に照射したまま、
副レーザ光照射手段１１を直線的に移動させるようにし
ても良い。尚、副レーザ光１１ａは、被加工部材に対す
る吸収効率が高く、金属加工面５に対して斜め方向への
溶融部分の拡大が可能であるものであれば、一定出力の
連続的なレーザ光を用いてもよい。

【００１９】一方、副レーザ光１１ａが、光ファイバ１
５で伝送できないレーザ光である場合には、図２のよう
な構成とすることが望ましい。即ち、副レーザ光１１ａ
を発生する光源から、複数のミラーＡ，Ｂを介して、主
レーザ光照射手段９の近傍に導く。このとき、光学系に
は、副レーザ光１１ａを被加工部材の金属加工面５に対
して平行方向に反射させるミラーＡと、このミラーＡか
ら反射した副レーザ光１１ａを被加工部材の金属加工面
５に対して垂直方向に反射させるミラーＢが設けられて
いる。

【００２０】ミラーＢは、主レーザ光９ａを集光するレ
ンズ１３の上に配設されると共に、このレンズ１３の上
方を、ミラーＡから反射した副レーザ光１１ａの照射方
向に沿って往復運動するようになっている。従って、ミ
ラーＡで反射した副レーザ光１１ａは、常時ミラーＢに
入射され、このミラーＢによってレンズ１３の方向（被
加工部材の表面に対して垂直下方）に反射され、レンズ
１３に入射される。これにより、レンズ１３を通った副
レーザ光１１ａは、主レーザ光９ａが照射される溶接点
７と同一位置に照射される。また、これと同時に、副レ
ーザ光１１ａの照射方向は、ミラーＢの移動位置から溶
接点７への方向であるので、ミラーＢの移動に伴って副
レーザ光１１ａの照射方向も刻々変化する。尚、図２に
おいては、主レーザ光９ａは所定のスポット径のものが
金属加工面で焦点を結んでいるように記載しているが、
副レーザ光１１ａについては、説明の便宜上点線でその
経路を表している。

【００２１】次に、図３に基づいて、本発明にかかる溶
接方法の溶接原理について概説する。先ず、図３（Ａ）
は被加工部材の金属加工面５に対して垂直上方から主レ
ーザ光９ａのみが照射されている状態を説明する図であ
る。主レーザ光９としてのＣＯ₂レーザ光が金属加工面
５の溶接点７に照射されると、金属加工面５の表面が一
部溶融する。このとき、ＣＯ₂レーザ光による溶融部分
は略垂直方向に拡大する。

【００２２】一方、金属加工面５の表面に対して斜め方
向から副レーザ光１１ａとして、例えばＹＡＧレーザ光
のみが照射されると、この副レーザ光１１ａの作用によ
り、溶融部分が拡大する。このとき、副レーザ光１１ａ
による溶融部分は、キーホール（レーザ光が金属面に当
たり、発生した金属プラズマの圧力によって生じる微小
な凹み）の生成によって拡大するというのが定説であ
る。副レーザ光１１ａとしてのＹＡＧレーザ光は、上記
したように、パルス状のレーザ光であって出力が小さい
ので、副レーザ光１１ａ単独では被加工部材をあまり溶
融させることはできないが、主レーザ光９ａとしてのＣ
Ｏ₂レーザ光と同時に使用されることにより、副レーザ
光１１ａの照射方向の延長線上に溶融部分を拡大させる
ことができる。即ち、図３（Ｃ）に示すように、副レー
ザ光１１ａを斜めの方向から照射すると、溶融部分も斜
め方向に拡大する。

【００２３】本実施形態においては、上記した原理を利
用して、図４に示すように、主レーザ光照射手段９（図
１参照）によって主レーザ光９ａを被加工部材の金属加
工面５に対して垂直方向に照射すると共に、副レーザ光
照射手段１１（図１参照）から副レーザ光１１ａを溶接
点７に対して異なる位置から照射する。図４において
は、紙面と垂直の方向に溶接機本体が移動するようにな
っており、これと同時に、副レーザ光照射手段１１が紙
面上の左右方向に移動する。

【００２４】このため、副レーザ光照射手段１１の移動
によって、副レーザ光１１ａの照射方向も種々変化し、
図４に示すように、溶融部分が拡大する方向も副レーザ
光１１ａの方向に沿って種々の方向となる。図４におい
ては、略逆三角形状に溶融部分が拡大する。これによ
り、それぞれ被加工部材の境界面が広い範囲で溶融し、
被加工部材同士が強固に溶接される。

【００２５】また、主レーザ光照射手段９及び副レーザ
光照射手段１１は、上記した動作を続行しながら、図５
に示すように、被加工部材の金属加工面５に対して相対
的に移動する。これにより、金属加工面５が直線状に溶
接される。このため、被加工部材の金属加工面５の溶接
によるビード幅は狭く、外観の美観性が損なわれること
が無い。

【００２６】特に、図４及び図５は、２枚の薄い板状の
被加工部材の一部分を重ね合わせ、この重ね合わせた部
分を直線状に溶接する場合を示している。しかしなが
ら、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、溶
接ロボット等に本発明にかかる溶接方法を用いる溶接装
置を担持し、三次曲面的に溶接を行うような場合にも適
用することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶接装置
では、金属加工面の所定の溶接点に垂直に主レーザ光を
照射する主レーザ光照射手段と、この主レーザ光照射手
段を保持する溶接機本体とを備え、溶接機本体に、金属
加工面の溶接点に対して斜め方向から副レーザ光を照射
する副レーザ光照射手段を装備し、副レーザ光を溶接点
に照射しつつ、副レーザ光照射手段の位置を変化させる
ことを特徴としている。このため、金属加工面に現れる
ビード幅を狭く維持しつつ、被加工部材の金属加工面の
内部において、いわゆるウェービングと同様に、広い溶
接面積を確保することができ、外観の美観性を損なうこ
となく、高い溶接強度を確保することができる、という
優れた効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す図であり、図１
（Ａ）は側面図であり、図１（Ｂ）は主レーザ光と副レ
ーザ光との位置関係を示す平面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態を示す図であり、図２
（Ａ）は斜視図を示し、図２（Ｂ）は側面図を示す。

【図３】本発明の溶接原理を示す説明図であり、図３
（Ａ）は主レーザ光のみが照射されている状態を示し、
図３（Ｂ）は副レーザ光のみが照射されている状態を示
し、更に図３（Ｃ）は主レーザ光及び副レーザ光の双方
が照射されている状態を示す図である。

【図４】本発明の溶接方法によって板状の被加工部材を
溶接する場合を説明する側方断面図である。

【図５】本発明の溶接方法によって直線状に溶接を行う
場合を説明する斜視図である。

【図６】従来の溶接方法を示す斜視図である。

【図７】従来の他の溶接方法を示す斜視図であり、特に
レーザ光を直線状に移動させると共に、移動方向と直角
に往復させて溶接する場合を説明する図である。

【符号の説明】

５金属加工面７溶接点９主レーザ光照射手段９ａ主レーザ光１１副レーザ光照射手段１１ａ副レーザ光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属加工面の所定の溶接点に垂直に主レ
ーザ光を照射する主レーザ光照射手段と、この主レーザ
光照射手段を保持する溶接機本体とを備え、前記溶接機本体に、前記金属加工面の前記溶接点に対し
て斜め方向から副レーザ光を照射する副レーザ光照射手
段を装備し、前記副レーザ光を前記溶接点に照射しつつ、前記副レー
ザ光照射手段の位置を変化させることを特徴とする溶接
方法。
【請求項２】金属加工面の所定の溶接点に垂直に主レ
ーザ光を照射する主レーザ光照射手段と、この主レーザ
光照射手段を保持する溶接機本体とを備え、前記溶接機本体に、前記金属加工面の前記溶接点に対し
て斜め方向から副レーザ光を照射する副レーザ光照射手
段を装備し、前記溶接機本体に、前記副レーザ光照射手段の位置を変
化させる照射手段位置変更機構を備えたことを特徴とす
る溶接装置。
【請求項３】前記副レーザ光照射手段の照射する副レ
ーザ光を、最大出力が前記主レーザ光の最大出力より大
きく且つパルス状であるレーザ光とすることを特徴とし
た請求項２記載の溶接装置。
【請求項４】前記副レーザ光照射手段の照射する副レ
ーザ光を、金属に対する吸収効率が高く且つ一定出力の
連続的なレーザ光とすることを特徴とした請求項２記載
の溶接装置。