WO2020115942A1 - 接合方法 - Google Patents

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諒 吉田
大志 金木
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日本軽金属株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a joining method.
  • MIG welding laser welding, hybrid welding, etc. are known as methods for forming lap joints by welding the inner corners formed by overlapping metal members. Since MIG welding is performed while supplying the filler material, there is a merit that there is a large margin of positional deviation between the gap of the welded portion and the target position. On the other hand, MIG welding has the disadvantage that the welding speed is slow and the penetration depth is shallow. In MIG welding, if the welding speed is set high, there is a demerit that the weld metal (throat thickness) at the inner corner portion becomes insufficient and the joint strength decreases.
  • Laser welding has the merit of being able to increase the welding speed compared to arc welding such as MIG welding. On the other hand, laser welding has a demerit that the margin to the gap of the welded portion is extremely small because no filler material is added.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing conventional hybrid welding.
  • the inner corner formed by the surface 1b of the first metal member 1 and the end surface 2a of the second metal member 2 is welded.
  • the aiming positions of the preceding laser beam LB and the succeeding MIG arc 33 are both set to a corner P where the surface 1b of the first metal member 1 and the end surface 2a of the second metal member 2 intersect. There is.
  • the hybrid welding described above it is possible to perform welding by supplementing the disadvantages of laser welding and MIG welding.
  • the welding speed is set high in hybrid welding, the phenomenon of insufficient weld metal (throat thickness) at the inner corners still occurs, so the joint strength of the lap joint decreases and the gap or displacement of the welding target position shifts.
  • the robustness of accepting is reduced. Since the welding length has become longer with the increase in the size of the object to be welded in recent years, it is desired to increase the welding speed and improve the robustness.
  • the present invention provides a joining method capable of increasing the welding speed and enhancing the robustness that allows the gap between the metal members and the displacement of the welding target position. Is an issue.
  • the present invention provides a hybrid welding machine including a superposing step of superposing a front surface of a first metal member and a back surface of a second metal member, a preceding laser welding portion and a succeeding MIG welding portion.
  • Laser beam is applied from the surface of the second metal member to perform laser welding, and the inner corner formed by the surface of the first metal member and the end face of the second metal member is MIG welded.
  • the target position of the laser beam of the laser welded portion is set closer to the second metal member side than the target position of the MIG arc of the MIG welded portion. To do.
  • a part of the second metal member melted by the preceding laser beam becomes a weld metal of the subsequent MIG welding.
  • the amount of deposited metal (throat thickness) at the inner corner can be increased. This makes it possible to increase the welding speed and improve the joint strength. Further, by increasing the amount of deposited metal (throat thickness), it is possible to enhance the robustness that allows the gap between the metal members and the displacement of the welding target position.
  • the rotation angle between the reference line parallel to the traveling direction of the hybrid welding machine and the virtual line connecting the tips of the laser welded portion and the MIG welded portion is 20 to It is preferably set to 70°. Further, in the welding process, it is preferable to set the distance between the target position of the preceding laser beam and the target position of the subsequent MIG arc to 2 to 5 mm. Further, in the welding process, it is preferable to set the target angle of the MIG arc to 40 to 80°. Further, in the welding step, it is preferable to set the advance angle of the MIG arc to 5 to 50°.
  • a distance between the front surface of the first metal member and the back surface of the second metal member is set to 0 to 1.0 mm. Further, in the welding step, it is preferable that the laser beam is applied perpendicularly to the surface of the second metal member.
  • the welding speed can be increased and the robustness that allows the gap between the metal members and the displacement of the welding target position can be improved.
  • the joining method according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  • the first metal member 1 and the second metal member 2 are superposed and then joined by welding to form a lap joint.
  • an overlapping step and a welding step are performed.
  • the "front surface” means the surface opposite to the "back surface”.
  • the superposing step is a step of superposing the first metal member 1 and the second metal member 2, as shown in FIG.
  • the first metal member 1 and the second metal member 2 may have any shape, but in the present embodiment, both have a plate shape.
  • the first metal member 1 and the second metal member 2 are appropriately selected from weldable metals such as aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, steel and stainless steel.
  • the welding process is a process of welding the inner corner using the hybrid welding machine 10, as shown in FIGS. 2 to 5. 2, 4 and 5, the hybrid welding machine 10 moves from the right side to the left side. In FIG. 3, the hybrid welding machine 10 moves from the back side to the front side.
  • the hybrid welding machine 10 is configured to include a connecting portion 11, a laser welding portion 20, and a MIG welding portion 30.
  • the connecting portion 11 is attached to, for example, the tip of the arm robot.
  • the laser welded portion 20 includes a laser head 21 and is formed at one end of the connection portion 11. A laser beam LB is emitted from the laser head 21.
  • the MIG welding part 30 includes an arc torch 31 and is formed on the other end of the connecting part 11.
  • the filler material 32 is supplied from the arc torch 31, and a MIG arc 33 (see FIG. 5) is generated on the tip side.
  • the advance angle ⁇ 1 of the shaft portion of the laser head 21 is set to 10°, for example.
  • the advancing angle is the inclination angle of the shaft portion of the laser head 21 with respect to the vertical axis when the hybrid welding machine 10 is viewed from the side.
  • the advancing angle ⁇ 1 may be set appropriately between ⁇ 10 and 10° with respect to the vertical axis.
  • the target angle ⁇ 3 of the shaft portion of the laser head 21 is set to 90°, for example. That is, the laser beam LB is applied vertically to the surface 2b of the second metal member 2.
  • the target angle ⁇ 3 is an opening angle from the surface 2b of the second metal member 2 to the shaft portion of the laser head 21.
  • the aiming angle ⁇ 3 may be set appropriately between 70° and 110°.
  • the target position Q1 of the laser beam LB emitted from the laser head 21 is set to a position of 2.0 mm in the direction away from the end surface 2a in the present embodiment.
  • the aiming position Q1 may be appropriately set according to the plate thickness of the second metal member 2. For example, when the distance from the end face of the second metal member 1a is L1, 0 ⁇ L1 ⁇ 5.0 (mm) It can be set within the range.
  • the target position Q1 is set on the surface 2b of the second metal member 2 and on the second metal member 2 side (the side away from the end face 2a) with respect to the target position Q2 of the MIG arc 33 described later.
  • the advance angle ⁇ 2 of the shaft portion of the arc torch 31 is set to 40°, for example.
  • the advancing angle ⁇ 2 may be set appropriately between 30 and 50°.
  • the target angle ⁇ 4 of the shaft portion of the arc torch 31 is set to 70°, for example.
  • the target angle ⁇ 4 is an opening angle from the surface 1b of the first metal member 1 to the shaft portion of the arc torch 31.
  • the aiming angle ⁇ 4 may be set appropriately within the range of 50 to 80°.
  • the target position Q2 of the MIG arc 33 (see FIG. 5) generated from the arc torch 31 is set to be the corner portion P.
  • the opening angle (rotation angle ⁇ 5) with M2 is set to 40°, for example.
  • the reference line M2 is the same as the in-plane direction of the end surface 2a of the second metal member 2.
  • the rotation angle ⁇ 5 may be set appropriately between 30° and 50°.
  • the distance L2 from the target position Q1 of the laser beam LB on the virtual line M1 to the target position Q2 of the MIG arc 33 is set to about 3.0 mm.
  • the distance L2 may be set appropriately within the range of 1.0 ⁇ L2 ⁇ 5.0 (mm).
  • laser welding is performed by the laser beam LB emitted from the preceding laser head 21.
  • the target position Q1 of the laser beam LB is set at a position apart from the end surface 2a of the second metal member 2, and the end portion of the second metal member 2 melts substantially parallel to the end surface 2a.
  • MIG welding is performed by the arc torch 31 following the laser head 21.
  • the target position Q2 of the arc torch 31 is set so as to overlap the corner portion P.
  • the subsequent MIG arc 33 is induced at the cathode spot (laser-induced plasma LP generated at the tip side of the laser beam LB) generated by laser welding.
  • the molten pool WP formed by the MIG arc 33 and the end of the second metal member 2 melted (cut off) by the laser beam LB are fused, and the weld metal W is formed in the inner corner as shown in FIG. 6C. It is formed.
  • the output of the laser beam LB is set as described above, but it may be set to such a depth that the end of the second metal member 2 is not completely cut.
  • both the aiming position of the laser beam LB and the aiming position of the MIG arc 33 were the corner portions P.
  • This method has a demerit that the deposited metal becomes small when the welding speed is increased. Further, since the deposited metal becomes small, there is a problem that the robustness that allows the gap between the metal members and the displacement of the welding target position is low.
  • the joining method according to the present embodiment by irradiating the surface 2b with the laser beam LB from above the second metal member 2, the second metal member 2 melted by the preceding laser beam LB is irradiated. Since a part of it becomes the weld metal of the subsequent MIG welding, the weld metal amount at the inner corner (throat thickness Wd: see FIG. 6C) can be increased together with the filler material 32. This makes it possible to increase the welding speed and improve the joint strength. Further, by increasing the amount of deposited metal, it is possible to enhance the robustness that allows the gap between the metal members and the displacement of the welding target position.
  • the rotation angle with M1 is preferably set to 20 to 70°.
  • the distance L2 between the target position Q1 of the preceding laser beam LB and the target position Q2 of the subsequent MIG arc 33 is set to 2 to 5 mm. If the distance L2 is less than 2 mm, the distance between the laser head 21 and the arc torch 31 is too short, and it becomes difficult to appropriately bond them. If the distance L2 exceeds 5 mm, the induction effect of the MIG arc 33 by the cathode spot of laser welding cannot be exhibited, and the weld bead (weld metal W) may meander.
  • the distance between the front surface 1b of the first metal member 1 and the back surface 2c of the second metal member 2 it is preferable to set the distance between the front surface 1b of the first metal member 1 and the back surface 2c of the second metal member 2 to 0 to 1.0 mm. If the gap exceeds 1.0 mm, the bonding strength may decrease.
  • the 1st metal member 1 and the 2nd metal member 2 were joined using the hybrid welding machine 10, a lap joint was formed, and the tensile test was done about the said lap joint.
  • the welding speed of the comparative example and the example was set to 5.0 (m/min).
  • the laser output was set to 2.5 (kW) in the comparative example and 5.0 (kW) in the example.
  • the welding current of the MIG arc was set to 228 (A) in the comparative example and 250 (A) in the example.
  • Other conditions are as shown in FIG.
  • the advance angle ⁇ 1 of the laser heads 21 of the comparative example and the example were both set to 10°, and the advance angle ⁇ 2 of the arc torch 31 was set to 40°.
  • the target angle of the laser head 21 of the comparative example was set to 45°, and the target angle ⁇ 3 of the laser head 21 of the example was set to 90°.
  • the target angle of the MIG arc 33 of the comparative example was set to 45°.
  • the target position Q1 of the laser beam LB and the target position Q2 of the MIG arc 33 were both set to the corner P of the inner corner.
  • the distance L2 of the comparative example was set to 3.0 mm.
  • the target position Q1 of the laser beam LB is ⁇ 0.5 mm (offset distance ⁇ 0.5 mm) and +0.5 mm (offset distance 0.5 mm) in the direction away from the end face 2a.
  • the target position Q2 of the MIG arc 33 of the embodiment is set to the corner P of the inner corner.
  • the rotation angle ⁇ 5 of the example was set to 40°, and the distance L2 was set to 3.0 mm.
  • the gap between the first metal member 1 and the second metal member 2 was set to three types of 0 mm, 0.5 mm, and 1.0 mm with respect to the offset distance.
  • NO. No. 1 to 9 test pieces were obtained.
  • Ten to eighteen test pieces were obtained.
  • F J Tensile shear strength of joint (N/mm)
  • F BM JIS standard lower limit strength (N/mm 2 ) of the second metal member 2 (base material of the thin plate)
  • t Plate thickness (mm) of the second metal member 2 (base material on the thin plate side)
  • w Width of tensile test piece (mm)
  • the weld metal W is also thinned so as to be concave toward the inner corner.
  • the joint strength was 336 to 429 (N/mm), and the joint efficiencies all exceeded 70%.
  • the deposited metal W is formed with a large throat thickness so as to be convex in the direction away from the inner corner.
  • the average cross-sectional area of the deposited metal W according to the example was about three times as large as the average cross-sectional area of the deposited metal W according to the comparative example.
  • the joint strength and joint efficiency can be improved even if the gap between the front surface 2b of the first metal member 1 and the back surface 2c of the second metal member 2 is 0 to 1.0 mm. Further, it was found that in the example, even if the position of the laser beam LB deviates from the target position by ⁇ 0.5 mm, the joint strength and joint efficiency can be improved. That is, according to the embodiment, the throat thickness of the deposited metal W can be increased even if the welding speed is increased, so that the robustness that allows the gap between the metal members and the displacement of the welding target position is improved. I found that

Abstract

第一金属部材（１）の表面（１ｂ）と第二金属部材（２）の裏面（２ｃ）とを重ね合わせる重ね合わせ工程と、先行するレーザー溶接部（２０）及び後続するＭＩＧ溶接部（３０）を備えるハイブリッド溶接機（１０）を用いて、レーザービーム（ＬＢ）を第二金属部材（２）の表面（２ｂ）から照射してレーザー溶接を行うとともに、第一金属部材（１）の表面（１ｂ）と第二金属部材（２）の端面（２ａ）とで形成される内隅部をＭＩＧ溶接する溶接工程と、を含み、溶接工程では、レーザー溶接部（２０）のレーザービーム（ＬＢ）の狙い位置（Ｑ１）を、ＭＩＧ溶接部（３０）のＭＩＧアークの狙い位置（Ｑ２）よりも第二金属部材（２）側に設定することを特徴とする。

Description

接合方法
　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、ＭＩＧ溶接、レーザー溶接、ハイブリッド溶接等が知られている。ＭＩＧ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、ＭＩＧ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。ＭＩＧ溶接において、溶接速度を速く設定すると内隅部の溶着金属（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、ＭＩＧ溶接等の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ＭＩＧ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１１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ＭＩＧ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着金属（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ＭＩＧ溶接部を備えるハイブリッド溶接機を用いて、レーザービームを前記第二金属部材の表面から照射してレーザー溶接を行うとともに、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をＭＩＧ溶接する溶接工程と、を含み、前記溶接工程では、前記レーザー溶接部のレーザービームの狙い位置を、前記ＭＩＧ溶接部のＭＩＧアークの狙い位置よりも前記第二金属部材側に設定することを特徴とする。
　かかる接合方法によれば、レーザービームを第二金属部材の表面に照射することで、先行するレーザービームで溶融された第二金属部材の一部が、後続するＭＩＧ溶接の溶着金属となるため、内隅部の溶着金属量（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、溶着金属量（のど厚）を大きくすることにより、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、前記溶接工程では、上から見た際に、前記ハイブリッド溶接機の進行方向と平行な基準線と、前記レーザー溶接部及びＭＩＧ溶接部の先端同士を結ぶ仮想線との回転角を２０～７０°に設定することが好ましい。
　また、前記溶接工程では、先行するレーザービームの狙い位置と後続するＭＩＧアークの狙い位置との距離を２～５ｍｍに設定することが好ましい。
　また、前記溶接工程では、ＭＩＧアークの狙い角を４０～８０°に設定することが好ましい。
　また、前記溶接工程では、ＭＩＧアークの前進角を５～５０°に設定することが好ましい。
　また、前記重ね合わせ工程では、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の裏面との間を０～１．０ｍｍに設定することが好ましい。
　また、前記溶接工程では、レーザービームを前記第二金属部材の表面に対して垂直に照射することが好ましい。
　本発明に係る接合方法によれば、溶接速度の高速化を図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を示す正面図である。 本実施形態に係る接合方法の溶接工程を示す平面図である。 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。 本実施形態に係る接合方法の溶接工程のレーザービームの狙い位置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ＭＩＧアークの狙い位置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。 強度試験の溶接条件を示す表である。 強度試験の狙い設定を示す表である。 強度試験に係る比較例の継手強度及び継手効率を示す結果表である。 強度試験に係る実施例の継手強度及び継手効率を示す結果表である。 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。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。
　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。
　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とで内隅部が形成される。第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の端面２ａとが交わる点を角部Ｐとする。
　溶接工程は、図２～５に示すように、ハイブリッド溶接機１０を用いて内隅部を溶接する工程である。図２，４，５上では、ハイブリッド溶接機１０は右側から左側へ移動する。図３上では、ハイブリッド溶接機１０は奥側から手前側へ移動する。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、ＭＩＧ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。
　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５参照）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９０°に設定されている。つまり、レーザービームＬＢは第二金属部材２の表面２ｂに垂直に照射される。狙い角θ３とは、第二金属部材２の表面２ｂ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７０～１１０°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から照射されるレーザービームＬＢの狙い位置Ｑ１は、本実施形態では端面２ａから離間する方向に２．０ｍｍの位置に設定している。狙い位置Ｑ１は、第二金属部材２の板厚に応じて適宜設定すればよいが、例えば、第二金属部材１ａの端面からの距離をＬ１とすると、０＜Ｌ１≦５．０（ｍｍ）の範囲で設定すればよい。狙い位置Ｑ１は、第二金属部材２の表面２ｂ上であって、かつ、後記するＭＩＧアーク３３の狙い位置Ｑ２よりも第二金属部材２側（端面２ａから離間する側）に設定する。
　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、４０°に設定されている。前進角θ２は、３０～５０°の間で適宜設定すればよい。図３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、７０°に設定されている。狙い角θ４とは、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、５０～８０°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５参照）の狙い位置Ｑ２は、角部Ｐとなるように設定する。
　図４に示すように、ハイブリッド溶接機１０を上から見た場合、レーザーヘッド２１の先端と、アークトーチ３１の先端とを結ぶ仮想線Ｍ１と、ハイブリッド溶接機１０の進行方向に平行な基準線Ｍ２との開き角度（回転角θ５）は、例えば、４０°に設定する。本実施形態では、基準線Ｍ２は、第二金属部材２の端面２ａの面内方向と同一である。回転角θ５は、３０～５０°の間で適宜設定すればよい。仮想線Ｍ１上におけるレーザービームＬＢの狙い位置Ｑ１からＭＩＧアーク３３の狙い位置Ｑ２までの距離Ｌ２は、約３．０ｍｍに設定されている。距離Ｌ２は、１．０＜Ｌ２≦５．０（ｍｍ）の範囲で適宜設定すればよい。
　溶接工程では、図６Ａ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の狙い位置Ｑ１は、第二金属部材２の端面２ａから離れた位置に設定されており、端面２ａと概ね平行に第二金属部材２の端部が溶融する。このとき、図５に示すように、レーザー溶接によって形成されるキーホールＫＨ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。このようにすると、第二金属部材２の端部がレーザービームＬＢで切断されつつ溶融する。
　溶接工程では、図６Ｂ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の狙い位置Ｑ２は角部Ｐと重なるように設定している。図５にも示すように、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とレーザービームＬＢによって溶融された（切り取られた）第二金属部材２の端部とが融合し、図６Ｃに示すように内隅部に溶着金属Ｗが形成される。
　なお、溶接工程では、レーザービームＬＢの出力を前記したように設定したが、第二金属部材２の端部が完全に切断されない程度の深さに設定してもよい。
　ここで、図１１に示すように、従来のハイブリッド溶接によれば、レーザービームＬＢの狙い位置と、ＭＩＧアーク３３の狙い位置はいずれも角部Ｐであった。この方法であると、溶接速度を上昇させた場合に、溶着金属が小さくなってしまうというデメリットがあった。また、溶着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、レーザービームＬＢを第二金属部材２の上方から表面２ｂに照射することで、先行するレーザービームＬＢで溶融された第二金属部材２の一部が後続するＭＩＧ溶接の溶着金属となるため、溶加材３２とも相まって内隅部の溶着金属量（のど厚Ｗｄ：図６Ｃ参照）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、溶着金属量を大きくすることにより、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、上から見た際に、ハイブリッド溶接機１０の進行方向と平行な基準線Ｍ２と、レーザー溶接部２０及びＭＩＧ溶接部３０の先端同士を結ぶ仮想線Ｍ１との回転角を２０～７０°に設定することが好ましい。
　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の狙い位置Ｑ１と後続するＭＩＧアーク３３の狙い位置Ｑ２との距離Ｌ２は２～５ｍｍに設定することが好ましい。距離Ｌ２が２ｍｍ未満であると、レーザーヘッド２１とアークトーチ３１との距離が近すぎて好適に接合することが困難となる。距離Ｌ２が５ｍｍを超えるとレーザー溶接の陰極点によるＭＩＧアーク３３の誘導作用が発揮できなくなり、溶着ビード（溶着金属Ｗ）が蛇行するおそれがある。
　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との間を０～１．０ｍｍに設定することが好ましい。隙間が１．０ｍｍを超えると接合強度が低下するおそれがある。
　また、溶接工程では、ＭＩＧアーク３３の狙い角θ４を４０～８０°に設定することが好ましい。また、前記溶接工程では、ＭＩＧアーク３３の前進角θ２を５～５０°に設定することが好ましい。
　次に、本実施形態に係る実施例について説明する。ここでは、第一金属部材１と第二金属部材２とをハイブリッド溶接機１０を用いて接合して重ね継手を形成し、当該重ね継手について引張試験を行った。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－Ｈ３４、厚みｔ＝２．０ｍｍ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－Ｔ６、厚みｔ＝３．０ｍｍを用いた。
　図７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５．０（ｋＷ）に設定した。ＭＩＧアークの溶接電流は、比較例では２２８（Ａ）に設定し、実施例では２５０（Ａ）に設定した。その他の条件は図７に示す通りである。
　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４０°に設定した。比較例のレーザーヘッド２１の狙い角は４５°に設定し、実施例のレーザーヘッド２１の狙い角θ３は９０°に設定した。比較例のＭＩＧアーク３３の狙い角は４５°に設定した。
　比較例では、レーザービームＬＢの狙い位置Ｑ１及びＭＩＧアーク３３の狙い位置Ｑ２はいずれも内隅部の角部Ｐに設定した。比較例の距離Ｌ２は３．０ｍｍに設定した。
　一方、実施例では、レーザービームＬＢの狙い位置Ｑ１は、第二金属部材２の端面２ａから２．０ｍｍ（オフセット距離０ｍｍ）の位置を基準として、端面２ａ側へ－０．５ｍｍ（オフセット距離－０．５ｍｍ）、端面２ａから離間する方向へ＋０．５ｍｍ（オフセット距離０．５ｍｍ）の位置の３種類に設定した。実施例のＭＩＧアーク３３の狙い位置Ｑ２は内隅部の角部Ｐに設定した。実施例の回転角θ５は４０°に設定し、距離Ｌ２は３．０ｍｍに設定した。
　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、各試験片に対して引張試験を行い、下記の式（１）を用いて継手効率（％）を算出した。継手効率が７０％を超えたものを「良好」とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ＦＪ：継手の引張せん断強度（Ｎ／ｍｍ）
　ＦＢＭ：第二金属部材２（薄板側母材）のＪＩＳ規格下限強度（Ｎ／ｍｍ２）
　ｔ：第二金属部材２（薄板側母材）の板厚（ｍｍ）
　ｗ：引張試験片の幅（ｍｍ）
　図９に示すように、比較例では継手強度が最も高いものでもＮＯ．２の２９９（Ｎ／ｍｍ）であり、継手効率も全て７０％を下回った。また、溶着金属Ｗも内隅部に向けて凹となるように減肉している。
　これに対し、図１０に示すように、実施例では継手強度が３３６～４２９（Ｎ／ｍｍ）であり、継手効率も全て７０％を上回った。また、溶着金属Ｗは内隅部から離間する方向に向けて凸となるように大きなのど厚で形成されている。実施例に係る溶着金属Ｗの平均断面積は、比較例に係る溶着金属Ｗの平均断面積の約３倍の大きさであった。
　実施例であると、第一金属部材１の表面２ｂと第二金属部材２の裏面２ｃ同士の隙間が０～１．０ｍｍであっても継手強度及び継手効率を高めることができることがわかった。また、実施例であると、レーザービームＬＢの位置が狙い位置から±０．５ｍｍずれたとしても、継手強度及び継手効率を高めることができることがわかった。つまり、実施例によれば、溶接速度を速くしても、溶着金属Ｗの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ことがわかった。
　また、実施例によれば、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の裏面２ｃとの隙間が小さいほど、継手強度及び継手効率がともに高いことが分かった。
　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
　３０　　　ＭＩＧ溶接部
　３１　　　アークトーチ
　３２　　　溶加材
　３３　　　ＭＩＧアーク
　ＬＢ　　　レーザービーム
　Ｗ　　　　溶着金属
　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
　θ５　　　回転角

Claims (7)

  1. 　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ＭＩＧ溶接部を備えるハイブリッド溶接機を用いて、レーザービームを前記第二金属部材の表面から照射してレーザー溶接を行うとともに、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をＭＩＧ溶接する溶接工程と、を含み、
    　前記溶接工程では、前記レーザー溶接部のレーザービームの狙い位置を、前記ＭＩＧ溶接部のＭＩＧアークの狙い位置よりも前記第二金属部材側に設定することを特徴とする接合方法。
  2. 　前記溶接工程では、上から見た際に、前記ハイブリッド溶接機の進行方向と平行な基準線と、前記レーザー溶接部及びＭＩＧ溶接部の先端同士を結ぶ仮想線との回転角を２０～７０°に設定することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
  3. 　前記溶接工程では、先行するレーザービームの狙い位置と後続するＭＩＧアークの狙い位置との距離を２～５ｍｍに設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。
  4. 　前記溶接工程では、ＭＩＧアークの狙い角を４０～８０°に設定することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
  5. 　前記溶接工程では、ＭＩＧアークの前進角を５～５０°に設定することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
  6. 　前記重ね合わせ工程では、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の裏面との間を０～１．０ｍｍに設定することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
  7. 　前記溶接工程では、レーザービームを前記第二金属部材の表面に対して垂直に照射することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
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