WO2020183878A1

WO2020183878A1 - ろう接方法及びろう接装置

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Publication number: WO2020183878A1
Application number: PCT/JP2020/000154
Authority: WO
Inventors: 奥村徳二; 金子貢; 藤内啓輝; 後藤彰; 新井仁
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: CA3133421A1; CN113573835B; JPWO2020183878A1; CN113573835A; US20220126387A1

Abstract

本発明はろう接方法及びろう接装置（１０、５４、５６）に関する。ろう接方法は、被溶接部（１６）にろう材（１２）を供給するろう材供給工程と、被溶接部（１６）に供給されたろう材（１２）に対して、レーザをろう付け進行方向に沿って移動させつつ照射して溶接ビード（１８）を形成するレーザ照射工程とを有する。レーザ照射工程では、ろう材（１２）のレーザ照射箇所（４４）よりもろう付け進行方向の後側の溶接ビード（１８）を含む部分であるガス噴射対象部分（４６）に向かって、ろう付け進行方向でガス噴射対象部分（４６）上から又はガス噴射対象部分（４６）よりも前側からガスを噴射する。

Description

ろう接方法及びろう接装置

　本発明は、ろう材を溶融させて固化させることで、ワークの被溶接部に溶接ビードを形成して前記ワーク同士を接合するろう接方法及びろう接装置に関する。

　例えば、特許第２５１４１５０号公報に開示されるように、ろう材を溶融させて固化させることで、ワークの被溶接部に溶接ビードを形成してワーク同士を接合するろう接方法が知られている。具体的には、ワークの被溶接部に供給したろう材に対して、レーザをろう接進行方向に沿って移動させつつ照射する。これによって溶融したろう材で被溶接部を濡らした後、該ろう材を降温させて固化させる。その結果、被溶接部に溶接ビードが形成され、該溶接ビードを介してワーク同士が接合される。

　この種のろう接方法では、溶融したろう材を冷却して固化を促すべく、ワークに向かってガスを供給することがある。特許第２５１４１５０号公報のろう接方法では、レーザの照射口に対して、ろう接進行方向に直交する方向（以下、単に直交方向ともいう）に隣接するようにガスの噴射口を配設し、該噴射口からレーザの照射方向と平行にガスを噴射している。

　ところで、例えば、車体を構成するルーフパネル及びサイドパネルをワークとし、これらの外表面側に接合ビードを形成して接合体を得るような場合、溶接ビードの表面形状が接合体の外観に影響する。このため、レーザ照射時にろう材から生じるスパッタやヒュームが堆積した状態で溶接ビードが形成されると、接合体の美観意匠性が低下したり、溶接ビードに堆積したスパッタやヒュームを削りとる作業が余分に生じたりする。

　そこで、スパッタやヒュームが堆積した溶接ビードが形成されることを抑制することが求められる。しかしながら、上記のように配設されたガスの噴射口から、レーザの照射方向と平行にガスを噴射しても、スパッタやヒュームが堆積した溶接ビードが形成されることを抑制することは困難であった。

　また、上記のように噴射されたガスにより、レーザ照射前のろう材や被溶接部が冷却されると、ろう材の溶融効率が低下したり、被溶接部の濡れ性が低下したりする懸念がある。その結果、溶接ビードを介してワークを効率的に接合することや、良好に接合することが困難になる懸念がある。

　本発明は上記した課題を考慮してなされたものであり、スパッタやヒュームが堆積した溶接ビードが形成されることを抑制できるとともに、ワークを効率的且つ良好に接合可能なろう接方法及びろう接装置を提供することを目的とする。

　本発明の一実施形態は、ろう材を溶融させて固化させることで、ワークの被溶接部に溶接ビードを形成して前記ワーク同士を接合するろう接方法であって、前記被溶接部にろう材を供給するろう材供給工程と、前記被溶接部に供給された前記ろう材に対して、レーザをろう付け進行方向に沿って移動させつつ照射して前記溶接ビードを形成するレーザ照射工程と、を有し、前記レーザ照射工程では、前記レーザが照射される前記ろう材のレーザ照射箇所よりも前記ろう付け進行方向の後側の前記溶接ビードを含む部分であるガス噴射対象部分に向かって、前記ろう付け進行方向で前記ガス噴射対象部分上から又は前記ガス噴射対象部分よりも前側からガスを噴射する。

　本発明の別の一態様は、ろう材を溶融させて固化させることで、ワークの被溶接部に溶接ビードを形成して前記ワーク同士を接合するろう接装置であって、前記被溶接部にろう材を供給するろう材供給機構と、前記被溶接部に供給された前記ろう材にレーザを照射するレーザ照射機構と、前記被溶接部に対して相対的に、前記ろう材供給機構及び前記レーザ照射機構をろう付け進行方向に移動させる搬送機構と、前記レーザ照射機構により前記レーザが照射される前記ろう材のレーザ照射箇所よりも前記ろう付け進行方向の後側の前記溶接ビードを含む部分であるガス噴射対象部分に向かって、前記ろう付け進行方向で前記ガス噴射対象部分上から又は前記ガス噴射対象部分よりも前側からガスを噴射するガス噴射機構と、を備える。

　本発明では、上記のガス噴射対象部分に向かって、ろう付け進行方向でガス噴射対象部分上から又はガス噴射対象部分よりも前方からガスを噴射する。この場合、ワークに沿って流れるガスの流速や流量のピークを、レーザ照射箇所よりもろう付け進行方向の後側に発生させることができる。このガスによって、スパッタやヒュームを分散させることで、レーザ照射箇所からろう付け進行方向の後側に生じる溶融したろう材上に、スパッタやヒュームが堆積することを抑制できる。ひいては、スパッタやヒュームが堆積した溶接ビードが形成されることを抑制できる。

　また、上記のようにガスを噴射することで、レーザ照射機構よりもろう付け進行方向の前側、すなわち、レーザが照射される前のろう材や被溶接部がガスによって冷却されることを抑制できる。この場合、ろう材が冷却されていない分、レーザを照射したろう材を速やかに溶融させることができる。また、被溶接部が冷却されていない分、溶融したろう材で被溶接部を濡らし易くすることができる。その結果、溶接ビードを介してワークを効率的に接合することや、良好に接合することが可能になる。

　以上から、本発明によれば、スパッタやヒュームが堆積した溶接ビードが形成されることを抑制できるとともに、ワークを効率的且つ良好に接合することが可能となる。

本発明の実施形態に係るろう接装置とワークの概略斜視図である。図１のろう接装置の要部拡大説明図である。変形例に係るろう接装置の要部拡大説明図である。別の変形例に係るろう接装置の要部拡大説明図である。

　本発明に係るろう接方法及びろう接装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

　図１に示すように、本実施形態に係るろう接装置１０は、ろう材１２を溶融させて固化させることで、ワーク１４の被溶接部１６に溶接ビード１８を形成してワーク１４同士を接合するものである。このろう接装置１０は、例えば、車体２０を構成するルーフパネル２２及びサイドパネル２４のそれぞれをワーク１４とし、これらのワーク１４の外表面側に溶接ビード１８を形成して接合体２６を得る場合等のように、溶接ビード１８の表面形状が接合体２６の外観に影響するワーク１４同士を接合する場合に特に好適に適用できる。

　そこで、以下では、ルーフパネル２２及びサイドパネル２４をワーク１４とし、ルーフパネル２２の外表面側の車幅方向の両端部において、車体２０の前後方向（矢印Ｘ方向）に延在して配設された被溶接部１６に対し、ろう接装置１０により溶接ビード１８を形成する場合を例に挙げて説明する。しかしながら、特にこれに限定されるものではなく、本発明に係るろう接装置１０は、種々のワークをろう接する場合に適用可能である。

　図１及び図２に示すように、ろう接装置１０は、ろう材供給機構２８と、レーザ照射機構３０と、搬送機構３２と、ガス噴射機構３４とを主に備える。ろう材供給機構２８は、不図示のリール部から繰り出したワイヤ状のろう材１２をガイド部３６を介してワーク１４の被溶接部１６に供給する。

　レーザ照射機構３０は、不図示のレーザ発振器と、該レーザ発振器に不図示の伝送ケーブル等を介して接続される照射ノズル３８と、照射ノズル３８を保持する保持部４０とを有し、ワーク１４の被溶接部１６に供給されたろう材１２にレーザを照射する。具体的には、レーザ発振器で発振されたレーザを、照射ノズル３８の先端に設けられた照射口４２からろう材１２に向かって照射する。レーザが照射されて昇温したろう材１２は、溶融して被溶接部１６を濡らした後に、降温して固化し、溶接ビード１８を形成する。

　ガス噴射機構３４は、レーザ照射機構３０によりレーザが照射されるろう材１２のレーザ照射箇所４４よりもろう付け進行方向の後側（矢印Ｘ２側）の溶接ビード１８を含む部分（以下、「ガス噴射対象部分４６」ともいう）に向かってガスを噴射する。具体的には、ガス噴射機構３４は、不図示のガス源から圧縮ガスが供給される噴射ノズル４８を有し、噴射ノズル４８の先端に設けられた噴射口５０からガス噴射対象部分４６に向かってガスを噴射する。ガス噴射機構３４が噴射するガスの一例としては、ドライエアや、アルゴンガス等があげられる。

　本実施形態では、ガス噴射機構３４の噴射ノズル４８は、レーザ照射機構３０の保持部４０に保持される。噴射ノズル４８の噴射口５０は、照射ノズル３８の照射口４２よりもろう付け進行方向の後側に配置される。ガス噴射機構３４は、ろう付け進行方向でガス噴射対象部分４６より前側（矢印Ｘ１側）からガス噴射対象部分４６に向かってガスを噴射する。つまり、ガス噴射機構３４は、ガスの噴射方向Ｙ（図２参照）が、レーザの照射方向Ｚ（図２参照）に対して傾斜するように、ろう付け進行方向の前側（矢印Ｘ１側）から後側（矢印Ｘ２側）に向かってガスを噴射する。

　搬送機構３２は、例えば、多関節ロボットからなり、その先端部に設けられた支持フレーム５２に、ろう材供給機構２８のガイド部３６と、レーザ照射機構３０の保持部４０とを支持する。このため、搬送機構３２は、支持フレーム５２を移動させることで、被溶接部１６に対して、ガイド部３６と、照射ノズル３８と、噴射ノズル４８とのそれぞれを、ろう付け進行方向に沿って一体に移動させることができる。なお、搬送機構３２は、支持フレーム５２をろう付け進行方向や、ワーク１４の被溶接部１６に接近及び離間する方向等に３次元的に動かすことが可能である一般的な構成とすることができるため、その詳細な説明については省略する。

　本実施形態に係るろう接装置１０は、基本的には上記のように構成される。次に、本実施形態に係るろう接方法について、ろう接装置１０を用いて、被溶接部１６に溶接ビード１８を形成することで、ルーフパネル２２とサイドパネル２４とを接合する場合を例に挙げて説明する。

　このろう接方法では、先ず、被溶接部１６にろう材１２を供給するろう材供給工程を行う。なお、ろう材１２及び被溶接部１６は、ろう材１２を溶融し易くしたり、被溶接部１６を溶融したろう材１２で濡らし易くしたりするため、予熱されていることが好ましい。

　次に、被溶接部１６に供給されたろう材１２に対して、レーザをろう付け進行方向に沿って移動させつつ照射して溶接ビード１８を形成するレーザ照射工程を行う。すなわち、レーザ照射により昇温したろう材１２は、溶融して被溶接部１６を濡らした後、降温することで固化する。これによって、被溶接部１６に溶接ビード１８が形成される。レーザが照射されたろう材１２からはスパッタやヒュームが生じることがある。

　レーザ照射工程では、ガス噴射対象部分４６に向かって、ろう付け進行方向でガス噴射対象部分４６よりも前側からガスを噴射する。すなわち、ガスの噴射方向Ｙがレーザの照射方向Ｚに対して傾斜するように、ろう付け進行方向の前側から後側に向かってガスを噴射する。また、レーザの照射口４２よりもろう付け進行方向の後側に配置されたガスの噴射口５０からガスを噴射する。

　上記のようにしてガス噴射対象部分４６に向かってガスを噴射することで、ワーク１４に沿って流れるガスの流速や流量のピークを、レーザ照射箇所４４よりもろう付け進行方向の後側に発生させることができる。このガスによって、スパッタやヒュームを分散させることで、レーザ照射箇所４４からろう付け進行方向の後側に生じる溶融したろう材１２上に、スパッタやヒュームが堆積することを抑制できる。ひいては、スパッタやヒュームが堆積した溶接ビード１８が形成されることを抑制できる。

　また、上記のようにガスを噴射することで、レーザ照射機構３０よりもろう付け進行方向の前側、すなわち、レーザが照射される前のろう材１２や被溶接部１６がガスによって冷却されることを抑制できる。この場合、ろう材１２が冷却されていない分、レーザを照射したろう材１２を速やかに溶融させることができる。また、被溶接部１６が冷却されていない分、溶融したろう材１２で被溶接部１６を濡らし易くすることができる。その結果、溶接ビード１８を介してワーク１４を効率的に接合することや、良好に接合することが可能になる。

　以上から、本実施形態に係るろう接装置１０及びろう接方法によれば、スパッタやヒュームが堆積した溶接ビード１８が形成されることを抑制できるとともに、ワーク１４を効率的且つ良好に接合することが可能となる。このため、ろう接を行っても、接合体２６（図１参照）の美観意匠性が低下したり、溶接ビード１８に堆積したスパッタやヒュームを削りとる作業が余分に生じたりすることを抑制できる。

　上記の実施形態に係るろう接方法のレーザ照射工程では、ガスの噴射方向Ｙがレーザの照射方向Ｚに対して傾斜するように、ろう付け進行方向の前側から後側に向かってガスを噴射することとした。また、上記の実施形態に係るろう接装置１０では、ガス噴射機構３４は、ガスの噴射方向Ｙがレーザの照射方向Ｚに対して傾斜するように、ろう付け進行方向の前側から後側に向かってガスを噴射することとした。

　これらの場合、上記のようにガスを噴射することで、ワーク１４上にろう付け進行方向の前側から後側に向かうガスの流れを効果的に形成することが可能になる。このため、溶融しているろう材１２から遠ざかるようにスパッタやヒュームを良好に分散させることができる。その結果、スパッタやヒュームが堆積した溶接ビード１８が形成されることを一層効果的に抑制できる。また、レーザ照射前のろう材１２や被溶接部１６にガスが供給されて冷却されることを効果的に抑制可能となるため、ワーク１４を一層効率的且つ良好に接合することが可能となる。

　なお、ガスの噴射方向Ｙは、レーザの照射方向Ｚに対して上記のように傾斜することに限定されるものではない。レーザ照射箇所４４とガス噴射対象部分４６との距離は、ろう付け進行方向に沿ったレーザの進行速度等に応じて変化する。このため、レーザの進行速度等に合わせて、ガスの噴射方向Ｙも適宜設定することが好ましい。

　例えば、レーザの進行速度が小さくなると、レーザ照射箇所４４とガス噴射対象部分４６との距離も短くなる傾向にある。このため、ガス噴射機構３４は、レーザの照射方向Ｚに対するガスの噴射方向Ｙの傾斜角度を小さくしてもよい。さらに、ガス噴射機構３４は、ガスの噴射方向Ｙがレーザの照射方向Ｚに沿うように、ガス噴射対象部分４６に向かってガスを噴射することとしてもよい。これらによっても、スパッタやヒュームを良好に分散させて、溶融しているろう材１２から遠ざけることが可能になる。

　なお、ガスの噴射方向Ｙとレーザの照射方向Ｚとを沿わせる場合、ガス噴射機構３４は、ろう付け進行方向でガス噴射対象部分４６上からガス噴射対象部分４６に向かってガスを噴射することになる。

　上記の実施形態に係るろう接方法のレーザ照射工程では、レーザの照射口４２よりもろう付け進行方向の後側に配置されたガスの噴射口５０からガスを噴射することとした。また、上記の実施形態に係るろう接装置１０では、ガス噴射機構３４のガスの噴射口５０は、レーザ照射機構３０のレーザの照射口４２よりもろう付け進行方向の後側に配置されることとした。

　これらの場合、ガスの噴射口５０をガス噴射対象部分４６に近接させることができるため、ガス噴射対象部分４６に対して効率的にガスを噴射することが可能になる。また、レーザの照射方向Ｚに対するガスの噴射方向Ｙの傾斜角度を小さくしたり、レーザの照射方向Ｚにガスの噴射方向Ｙを沿わせたりすることが容易になる。

　なお、ガスの噴射口５０はレーザの照射口４２よりもろう付け進行方向の後側に配置されることに限定されるものではない。例えば、図３に示す変形例に係るろう接装置５４のように、ガス噴射機構３４の噴射ノズル４８は、その噴射口５０が照射ノズル３８の照射口４２よりもろう付け進行方向の前側に配置されるように保持部４０に保持されていてもよい。このように照射口４２よりも前側に配置された噴射口５０から、ガス噴射対象部分４６に向かってガスを噴射する場合、ガス噴射機構３４は、ガスの噴射方向Ｙがレーザの照射方向Ｚに対して傾斜するように、ろう付け進行方向の前側から後側に向かってガスを噴射することになる。

　このように噴射口５０が照射口４２よりも前側に配置されることで、レーザ照射箇所４４とガス噴射対象部分４６との距離が短い場合であっても、レーザの照射方向Ｚに対するガスの噴射方向Ｙの傾斜角度を容易に大きくすることができる。これによって、ワーク１４上にろう付け進行方向の前側から後側に向かうガスの流れを効果的に形成することが可能になる。その結果、溶融しているろう材１２から遠ざかるようにスパッタやヒュームを良好に分散させることや、レーザ照射前のろう材１２や被溶接部１６にガスが供給されて冷却されることを効果的に抑制することが可能となる。

　また、図１～図３に示すろう接装置１０、５４では、ガス噴射機構３４の噴射ノズル４８が、レーザ照射機構３０の保持部４０に保持されることとした。この場合、ろう接装置１０、５４の小型化や簡素化等を図ることが容易になる。しかしながら、特にこれに限定されるものではなく、例えば、図４に示す変形例に係るろう接装置５６のように、ガス噴射機構３４の噴射ノズル４８は、レーザ照射機構３０とは別個に、搬送機構３２（図１参照）の支持フレーム５２に支持されていてもよい。

　このろう接装置５６では、例えば、ガス噴射機構３４の噴射ノズル４８は、その噴射口５０が照射ノズル３８の照射口４２よりもろう付け進行方向の前側に配置されるように支持フレーム５２に支持されている。このため、ガス噴射機構３４は、ろう付け進行方向でガス噴射対象部分４６よりも前側からガスを噴射する。すなわち、ガス噴射機構３４は、ガスの噴射方向Ｙがレーザの照射方向Ｚに対して傾斜するように、ろう付け進行方向の前側から後側に向かってガスを噴射する。

　また、不図示ではあるが、ガス噴射機構３４の噴射ノズル４８は、その噴射口５０が照射ノズル３８の照射口４２よりもろう付け進行方向の後側に配置されるように、レーザ照射機構３０とは別個に支持フレーム５２に支持されていてもよい。この場合、ガス噴射機構３４は、ろう付け進行方向でガス噴射対象部分４６上からガス噴射対象部分４６に向かってガスを噴射するようにしてもよい。また、ガス噴射機構３４は、ろう付け進行方向でガス噴射対象部分４６よりも前側からガス噴射対象部分４６に向かってガスを噴射するようにしてもよい。

　上記のように、ガス噴射機構３４の噴射ノズル４８と、レーザ照射機構３０とが別個に支持されるようにすることで、ガス噴射対象部分４６に向かう噴射方向Ｙの角度調整の自由度を向上させること等が可能になる。

　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

１０、５４、５６…ろう接装置　　　　　　　　　１２…ろう材
１４…ワーク　　　　　　　　　　　　　　　　　１６…被溶接部
１８…溶接ビード　　　　　　　　　　　　　　　２６…接合体
２８…ろう材供給機構　　　　　　　　　　　　　３０…レーザ照射機構
３２…搬送機構　　　　　　　　　　　　　　　　３４…ガス噴射機構
４２…照射口　　　　　　　　　　　　　　　　　４４…レーザ照射箇所
４６…ガス噴射対象部分　　　　　　　　　　　　５０…噴射口

Claims

　ろう材（１２）を溶融させて固化させることで、ワーク（１４）の被溶接部（１６）に溶接ビード（１８）を形成して前記ワーク同士を接合するろう接方法であって、
　前記被溶接部に前記ろう材を供給するろう材供給工程と、
　前記被溶接部に供給された前記ろう材に対して、レーザをろう付け進行方向に沿って移動させつつ照射して前記溶接ビードを形成するレーザ照射工程と、を有し、
　前記レーザ照射工程では、前記レーザが照射される前記ろう材のレーザ照射箇所（４４）よりも前記ろう付け進行方向の後側の前記溶接ビードを含む部分であるガス噴射対象部分（４６）に向かって、前記ろう付け進行方向で前記ガス噴射対象部分上から又は前記ガス噴射対象部分よりも前側からガスを噴射する、ろう接方法。
　請求項１記載のろう接方法において、
　前記レーザ照射工程では、前記ガスの噴射方向が前記レーザの照射方向に対して傾斜するように、前記ろう付け進行方向の前側から後側に向かって前記ガスを噴射する、ろう接方法。
　請求項１又は２記載のろう接方法において、
　前記レーザ照射工程では、前記レーザの照射口（４２）よりも前記ろう付け進行方向の後側に配置された前記ガスの噴射口（５０）から前記ガスを噴射する、ろう接方法。
　ろう材（１２）を溶融させて固化させることで、ワーク（１４）の被溶接部（１６）に溶接ビード（１８）を形成して前記ワーク同士を接合するろう接装置（１０、５４、５６）であって、
　前記被溶接部に前記ろう材を供給するろう材供給機構（２８）と、
　前記被溶接部に供給された前記ろう材にレーザを照射するレーザ照射機構（３０）と、
　前記被溶接部に対して相対的に、前記ろう材供給機構及び前記レーザ照射機構をろう付け進行方向に移動させる搬送機構（３２）と、
　前記レーザ照射機構により前記レーザが照射される前記ろう材のレーザ照射箇所（４４）よりも前記ろう付け進行方向の後側の前記溶接ビードを含む部分であるガス噴射対象部分（４６）に向かって、前記ろう付け進行方向で前記ガス噴射対象部分上から又は前記ガス噴射対象部分よりも前側からガスを噴射するガス噴射機構（３４）と、
　を備える、ろう接装置。
　請求項４記載のろう接装置において、
　前記ガス噴射機構は、前記ガスの噴射方向が前記レーザの照射方向に対して傾斜するように、前記ろう付け進行方向の前側から後側に向かって前記ガスを噴射する、ろう接装置。
　請求項４又は５記載のろう接装置において、
　前記ガス噴射機構の前記ガスの噴射口（５０）は、前記レーザ照射機構の前記レーザの照射口（４２）よりも前記ろう付け進行方向の後側に配置される、ろう接装置。