JP2003126978A - レーザによる差厚材の突き合わせ溶接方法 - Google Patents
レーザによる差厚材の突き合わせ溶接方法Info
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- JP2003126978A JP2003126978A JP2001320389A JP2001320389A JP2003126978A JP 2003126978 A JP2003126978 A JP 2003126978A JP 2001320389 A JP2001320389 A JP 2001320389A JP 2001320389 A JP2001320389 A JP 2001320389A JP 2003126978 A JP2003126978 A JP 2003126978A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】レーザで差厚溶接を行う際に応力集中部のない
ビード止端部の滑らかな溶接断面が得られるレーザによ
る差厚材の突き合わせ溶接方法を実現する。 【解決手段】厚板３と薄板４との差厚材を突合わせ溶接
するにあたり、両材料３、４の板厚方向と垂直な一方の
面どうしが同一平面となるよう突き合わせ、厚板材３の
一方の面と反対面側の薄板４の他方面からはみ出た部分
について、ガス、グラインダ等により加工し突き合わせ
面からの延長線を基準として厚板３の端面までの角度θ
の値が、（レーザの集光角の半分）＜θ＜９０°となる
傾斜面６を形成し、レーザ１の光軸と突き合わせ面５の
延長線とが一致するような状態で、厚板３の傾斜面６を
形成した面側から、被溶接材３、４に向けてレーザ１を
照射する。 これにより、その溶接したビード止端部は
応力集中部が生じず、且つレーザ１を板厚方向に平行に
照射するためレーザ１の能力相応の溶け込み深さが得ら
れる。
ビード止端部の滑らかな溶接断面が得られるレーザによ
る差厚材の突き合わせ溶接方法を実現する。 【解決手段】厚板３と薄板４との差厚材を突合わせ溶接
するにあたり、両材料３、４の板厚方向と垂直な一方の
面どうしが同一平面となるよう突き合わせ、厚板材３の
一方の面と反対面側の薄板４の他方面からはみ出た部分
について、ガス、グラインダ等により加工し突き合わせ
面からの延長線を基準として厚板３の端面までの角度θ
の値が、（レーザの集光角の半分）＜θ＜９０°となる
傾斜面６を形成し、レーザ１の光軸と突き合わせ面５の
延長線とが一致するような状態で、厚板３の傾斜面６を
形成した面側から、被溶接材３、４に向けてレーザ１を
照射する。 これにより、その溶接したビード止端部は
応力集中部が生じず、且つレーザ１を板厚方向に平行に
照射するためレーザ１の能力相応の溶け込み深さが得ら
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザによる差厚材
の突き合わせ溶接方法に関する。
の突き合わせ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ溶接は、概ね出力１ｋＷ当たり約
１ｍｍの溶け込みが得られ、高パワー密度である。この
ため、図６に示すように、レーザ１を照射した母材１５
の表面で蒸発が起こり、その蒸発反力により溶融金属２
からなる溶融池内に、キーホールと呼ばれる幅が狭く溶
込みの深い深溶込み１６が得られる。
１ｍｍの溶け込みが得られ、高パワー密度である。この
ため、図６に示すように、レーザ１を照射した母材１５
の表面で蒸発が起こり、その蒸発反力により溶融金属２
からなる溶融池内に、キーホールと呼ばれる幅が狭く溶
込みの深い深溶込み１６が得られる。
【０００３】上記レーザ溶接は、アーク溶接と比べ、高
速で低歪みといったことを特徴とする溶接方法である。
速で低歪みといったことを特徴とする溶接方法である。
【０００４】このレーザによる溶接は、数ｍｍ程度の薄
板材について自動車業界等で普及している。例えば、自
動車業界では、自動車ボディーの部分薄板化による応力
の均等化、軽量化、歩留まりの向上等を目的とし、ドア
リング、サイドレール等々に薄板で板厚の異なる材料
（以下、差厚材とする）を組み合わせている。
板材について自動車業界等で普及している。例えば、自
動車業界では、自動車ボディーの部分薄板化による応力
の均等化、軽量化、歩留まりの向上等を目的とし、ドア
リング、サイドレール等々に薄板で板厚の異なる材料
（以下、差厚材とする）を組み合わせている。
【０００５】そうすることによってコスト的にもボディ
強度面でも大いに、その効果がでるため、それらの差厚
材を組み合わせる際の突き合わせ溶接（テーラードブラ
ンク溶接）にレーザ溶接を用いている。
強度面でも大いに、その効果がでるため、それらの差厚
材を組み合わせる際の突き合わせ溶接（テーラードブラ
ンク溶接）にレーザ溶接を用いている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、レー
ザの大出力化とともに厚板材へレーザ溶接を適用するこ
との期待が高まり、さらに材料の厚板化が進むにつれて
テーラードブランク溶接でも材料どうしの板厚差が大き
くなってきている。
ザの大出力化とともに厚板材へレーザ溶接を適用するこ
との期待が高まり、さらに材料の厚板化が進むにつれて
テーラードブランク溶接でも材料どうしの板厚差が大き
くなってきている。
【０００７】その結果、図７に示すように、突き合わせ
面５に段差が生じる状態となる。このような厚板３と薄
板４との配置状態で突き合わせ溶接を行うためにレーザ
を照射した場合、図８に示すような溶接状態となり、ビ
ード止端部１４に応力集中が生じ強度が低下するという
問題が生じる。
面５に段差が生じる状態となる。このような厚板３と薄
板４との配置状態で突き合わせ溶接を行うためにレーザ
を照射した場合、図８に示すような溶接状態となり、ビ
ード止端部１４に応力集中が生じ強度が低下するという
問題が生じる。
【０００８】また、レーザ１が厚板材３の突き合わせ面
のエッジに遮られるため、レーザ１がそのエッジを溶融
することにより突き合わせ面に投入されるレーザエネル
ギが減少し、板材３及び４の深さ方向への溶融効率が悪
くなるといった問題も生じることとなる。
のエッジに遮られるため、レーザ１がそのエッジを溶融
することにより突き合わせ面に投入されるレーザエネル
ギが減少し、板材３及び４の深さ方向への溶融効率が悪
くなるといった問題も生じることとなる。
【０００９】そこで、上述した問題点の解決法として、
例えば、特開昭６２−１４４８８８号公報に示される技
術を適用することが考えられる。
例えば、特開昭６２−１４４８８８号公報に示される技
術を適用することが考えられる。
【００１０】つまり、図９に示すように、レーザ１の集
光レンズ（図示せず）をレーザの光軸に対して傾かせ、
板厚の小さい板材４よりも板厚の大きい板材３に照射す
るエネルギ密度を大きくすることにより、両板材３、４
を十分に溶融させる溶接方法を採用することが考えられ
る。
光レンズ（図示せず）をレーザの光軸に対して傾かせ、
板厚の小さい板材４よりも板厚の大きい板材３に照射す
るエネルギ密度を大きくすることにより、両板材３、４
を十分に溶融させる溶接方法を採用することが考えられ
る。
【００１１】しかしながら、上述したように、突き合わ
せ溶接を行う板材の厚板化が進むことにより、レーザ１
を傾けて厚板３側に照射しても板厚差が大きいために、
図９に示すように、厚板３の垂直面（突き合わせ面）を
完全に溶融させることは困難になる。
せ溶接を行う板材の厚板化が進むことにより、レーザ１
を傾けて厚板３側に照射しても板厚差が大きいために、
図９に示すように、厚板３の垂直面（突き合わせ面）を
完全に溶融させることは困難になる。
【００１２】その結果、レーザ照射により、厚板３の突
き合わせ面５の上部部分は溶融金属が重力によって下方
に落ちることによって、図９に示すくぼみ８が生じる。
また、その溶融金属が薄板４の上面に溶け落ち、図９中
のビード止端部１４に示すような応力集中が生じ易い溶
接形状となる。
き合わせ面５の上部部分は溶融金属が重力によって下方
に落ちることによって、図９に示すくぼみ８が生じる。
また、その溶融金属が薄板４の上面に溶け落ち、図９中
のビード止端部１４に示すような応力集中が生じ易い溶
接形状となる。
【００１３】このため、グラインダ等によって溶接止端
部１４を整え、応力集中が生じやすく無い形状とする必
要があり、溶接工程が煩雑となる問題点があった。
部１４を整え、応力集中が生じやすく無い形状とする必
要があり、溶接工程が煩雑となる問題点があった。
【００１４】また、薄板４に対しても深い溶け込みを得
るためには、本来板厚方向にレーザを照射すべきである
が、板厚方向に対し、斜めに照射するため、薄板４側の
完全溶接も困難となり、深さ方向に対してレーザの溶融
効率が良い溶接方法とは言い難い。
るためには、本来板厚方向にレーザを照射すべきである
が、板厚方向に対し、斜めに照射するため、薄板４側の
完全溶接も困難となり、深さ方向に対してレーザの溶融
効率が良い溶接方法とは言い難い。
【００１５】本発明は、このような事情に鑑みて提案さ
れたものであり、その目的は、レーザで差厚材溶接を行
う際に応力集中部のないビード止端部の滑らかな溶接断
面を得ることが可能なレーザによる差厚材の突き合わせ
溶接方法を実現することである。
れたものであり、その目的は、レーザで差厚材溶接を行
う際に応力集中部のないビード止端部の滑らかな溶接断
面を得ることが可能なレーザによる差厚材の突き合わせ
溶接方法を実現することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。 （１）板厚が互いに異なる厚板と薄板との被溶接材を、
相互に突き合わせて溶接するレーザによる差厚材の突き
合わせ溶接方法において、上記被溶接材の一方の面どう
しが同一平面となるように互いの端面を突き合わせ、上
記突き合わせられた端面のうち、上記薄板の端面とは対
向していない厚板端面の部分を、互いに対向する端面の
板厚方向を基準として、レーザ集光角の半分以上９０°
未満だけ傾斜する傾斜面を有するように加工し、上記被
溶接材の他方の面側から上記突き合わせた厚板と薄板と
の境界部分にレーザを照射し、上記厚板と薄板とを互い
に溶接する。
め、本発明は次のように構成される。 （１）板厚が互いに異なる厚板と薄板との被溶接材を、
相互に突き合わせて溶接するレーザによる差厚材の突き
合わせ溶接方法において、上記被溶接材の一方の面どう
しが同一平面となるように互いの端面を突き合わせ、上
記突き合わせられた端面のうち、上記薄板の端面とは対
向していない厚板端面の部分を、互いに対向する端面の
板厚方向を基準として、レーザ集光角の半分以上９０°
未満だけ傾斜する傾斜面を有するように加工し、上記被
溶接材の他方の面側から上記突き合わせた厚板と薄板と
の境界部分にレーザを照射し、上記厚板と薄板とを互い
に溶接する。
【００１７】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記レーザの光軸と、上記突き合わせられた端面とは、
互いに平行となるように、突き合わせた厚板と薄板との
境界部分にレーザを照射する。
上記レーザの光軸と、上記突き合わせられた端面とは、
互いに平行となるように、突き合わせた厚板と薄板との
境界部分にレーザを照射する。
【００１８】（３）また、好ましくは、上記（１）又は
（２）において、上記レーザは、上記被溶接材の一方の
面側からも、突き合わせた厚板と薄板との境界部分に照
射する。
（２）において、上記レーザは、上記被溶接材の一方の
面側からも、突き合わせた厚板と薄板との境界部分に照
射する。
【００１９】厚板の端面が、レーザ集光角の半分以上９
０°未満だけ傾斜する傾斜面を有するように加工される
ので、レーザが厚板の端面に遮られることなく、突き合
わせ部分に照射することができる。
０°未満だけ傾斜する傾斜面を有するように加工される
ので、レーザが厚板の端面に遮られることなく、突き合
わせ部分に照射することができる。
【００２０】これにより、レーザを突き合わせられた端
面の板厚方向に対して、レーザの光軸を大きく傾斜する
ことなく、照射して溶接することができる。
面の板厚方向に対して、レーザの光軸を大きく傾斜する
ことなく、照射して溶接することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００２２】図１に示すように、厚板３と薄板４との差
厚材を突合わせ溶接するにあたり、両材料３、４の板厚
方向と垂直な一方の面（図１における下方の面）どうし
が同一平面となるように、これら厚板３と薄板４の端面
を相互に突き合わせる。
厚材を突合わせ溶接するにあたり、両材料３、４の板厚
方向と垂直な一方の面（図１における下方の面）どうし
が同一平面となるように、これら厚板３と薄板４の端面
を相互に突き合わせる。
【００２３】そして、厚板材３の上記一方の面と反対面
側の、薄板４の他方面からはみ出た部分（突き合わせら
れた端面のうち、上記薄板の端面とは対向していない厚
板端面の部分）について、ガス、グラインダ等により加
工し、突き合わせ面からの延長線（互いに対向する端面
の板厚方向）を基準として、厚板３の端面までの角度θ
の値が、（レーザの集光角の半分）＜θ＜９０°となる
傾斜面６を形成する。
側の、薄板４の他方面からはみ出た部分（突き合わせら
れた端面のうち、上記薄板の端面とは対向していない厚
板端面の部分）について、ガス、グラインダ等により加
工し、突き合わせ面からの延長線（互いに対向する端面
の板厚方向）を基準として、厚板３の端面までの角度θ
の値が、（レーザの集光角の半分）＜θ＜９０°となる
傾斜面６を形成する。
【００２４】次に、図２に示すように、レーザ１の光軸
と突き合わせ面５の延長線とが一致するような状態（レ
ーザの光軸と、上記突き合わせられた端面とは、互いに
平行となるような状態）で、厚板３の傾斜面６を形成し
た面側から、被溶接材３、４との境界部分に向けてレー
ザ１を照射する。
と突き合わせ面５の延長線とが一致するような状態（レ
ーザの光軸と、上記突き合わせられた端面とは、互いに
平行となるような状態）で、厚板３の傾斜面６を形成し
た面側から、被溶接材３、４との境界部分に向けてレー
ザ１を照射する。
【００２５】これにより、その溶接したビード止端部は
応力集中部が生じず、且つレーザ１を板厚方向に平行に
照射するためレーザ１の能力相応の溶け込み深さが得ら
れることとなる。
応力集中部が生じず、且つレーザ１を板厚方向に平行に
照射するためレーザ１の能力相応の溶け込み深さが得ら
れることとなる。
【００２６】また、厚板３の傾斜面６の角度θをレーザ
１の集光角の半分より大きくすることにより、図２に示
すようにレーザ１が厚板３側のエッジ（厚板３の表面と
傾斜面６との境界部分）に当たること無く、溶接が可能
であるためにレーザエネルギを不必要に損失することが
ない。
１の集光角の半分より大きくすることにより、図２に示
すようにレーザ１が厚板３側のエッジ（厚板３の表面と
傾斜面６との境界部分）に当たること無く、溶接が可能
であるためにレーザエネルギを不必要に損失することが
ない。
【００２７】また、厚板３に傾斜面６を形成しているた
め、レーザ１を照射することにより図３に示すようにレ
ーザ溶接時に発生するプラズマ１０によってレーザ照射
による突き合わせ面だけでなく傾斜面６、薄板４上面
が、矢印９に示すように加熱され、厚板３の傾斜面６、
薄板４上面の濡れ性が増す。
め、レーザ１を照射することにより図３に示すようにレ
ーザ溶接時に発生するプラズマ１０によってレーザ照射
による突き合わせ面だけでなく傾斜面６、薄板４上面
が、矢印９に示すように加熱され、厚板３の傾斜面６、
薄板４上面の濡れ性が増す。
【００２８】その結果、レーザ溶接時の厚板３側につい
ては、図４に示すように、レーザ１によって溶融された
溶融金属２が表面張力１１によって濡れ性が増加した傾
斜面６に沿って上方に吸い上げられる。
ては、図４に示すように、レーザ１によって溶融された
溶融金属２が表面張力１１によって濡れ性が増加した傾
斜面６に沿って上方に吸い上げられる。
【００２９】また、薄板４側については表面張力１２に
よって薄板４上面に沿って、溶融金属２が、なだらかに
広がり応力集中のないビード止端部が形成される。
よって薄板４上面に沿って、溶融金属２が、なだらかに
広がり応力集中のないビード止端部が形成される。
【００３０】さらに、溶接時の溶融金属２が表面張力１
１及び１２によって厚板３の斜面６方向及び薄板４上面
の面方向の両方向から引張られる。このため、溶融金属
２の中央部は、図４に示すように、表面が応力集中しや
すい凸型でなくなだらかな凹型の形状となる。
１及び１２によって厚板３の斜面６方向及び薄板４上面
の面方向の両方向から引張られる。このため、溶融金属
２の中央部は、図４に示すように、表面が応力集中しや
すい凸型でなくなだらかな凹型の形状となる。
【００３１】その結果、応力集中が抑制された溶接ビー
ド止端部及びビード中央部の形状となり、強度低下を防
止することができる。
ド止端部及びビード中央部の形状となり、強度低下を防
止することができる。
【００３２】さらに、レーザ１の照射方向を突き合わせ
する板厚方向と平行に突き合わせ面に照射する事によ
り、レーザ１を厚板３に向け傾ける溶接方法と比べより
深い溶け込みが得られる。
する板厚方向と平行に突き合わせ面に照射する事によ
り、レーザ１を厚板３に向け傾ける溶接方法と比べより
深い溶け込みが得られる。
【００３３】なお、本発明の一実施形態であるレーザ溶
接方法に用いる薄板４は、レーザ１が貫通するような板
厚でなくともよい。
接方法に用いる薄板４は、レーザ１が貫通するような板
厚でなくともよい。
【００３４】薄板４の板厚をレーザが貫通できない程厚
い板厚とした場合には、レーザ１を板材３、４の一方面
及び他方面の両方向の面側から、厚板３と薄板４との境
界部分に向けてレーザ１を照射することによって、図５
に示すような断面形状１３が得られ、完全溶込みを得る
ような方法とすることもできる。
い板厚とした場合には、レーザ１を板材３、４の一方面
及び他方面の両方向の面側から、厚板３と薄板４との境
界部分に向けてレーザ１を照射することによって、図５
に示すような断面形状１３が得られ、完全溶込みを得る
ような方法とすることもできる。
【００３５】また、上述した例においては、傾斜面６は
一面としたが、傾斜角度が互いに異なる二面とすること
もできる。
一面としたが、傾斜角度が互いに異なる二面とすること
もできる。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、レーザで差厚溶接を行
う際に応力集中部のないビード止端部の滑らかな溶接断
面を得ることが可能なレーザによる差厚材の突き合わせ
溶接方法を実現することができる。
う際に応力集中部のないビード止端部の滑らかな溶接断
面を得ることが可能なレーザによる差厚材の突き合わせ
溶接方法を実現することができる。
【図１】本発明の一実施形態であるレーザ溶接方法の説
明図である。
明図である。
【図２】本発明の一実施形態であるレーザ溶接方法の説
明図である。
明図である。
【図３】本発明の一実施形態であるレーザ溶接方法によ
る溶接時に発生するプラズマの影響を示す図である。
る溶接時に発生するプラズマの影響を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態であるレーザ溶接方法によ
る溶接時に生ずる溶融金属に加えられる力の説明図であ
る。
る溶接時に生ずる溶融金属に加えられる力の説明図であ
る。
【図５】本発明の一実施形態であるレーザ溶接方法にお
いて、レーザが貫通しない厚板を溶接する場合の例の説
明図である。
いて、レーザが貫通しない厚板を溶接する場合の例の説
明図である。
【図６】レーザ溶接時の溶融状態説明図である。
【図７】従来技術における突き合わせ溶接の説明図であ
る。
る。
【図８】従来技術における突き合わせ溶接の説明図であ
る。
る。
【図９】従来技術における突き合わせ溶接の説明図であ
る。
る。
１ レーザ
２ 溶融金属
３ 厚板材
４ 薄板材
５ 突き合わせ面
６ 傾斜面
８ 溶接時に発生するくぼみ
９ プラズマによる表面加熱方向
１０ 溶接時に発生するプラズマ
１１ 溶接時に傾斜面に発生する表面張力
１２ 溶接時に発生する薄板上方面での表面
張力 １３ レーザ照射による溶融断面形状 １４ ビード止端応力集中部 １５ 母材
張力 １３ レーザ照射による溶融断面形状 １４ ビード止端応力集中部 １５ 母材
Claims (3)
- 【請求項１】板厚が互いに異なる厚板と薄板との被溶接
材を、相互に突き合わせて溶接するレーザによる差厚材
の突き合わせ溶接方法において、 上記被溶接材の一方の面どうしが同一平面となるように
互いの端面を突き合わせ、 上記突き合わせられた端面のうち、上記薄板の端面とは
対向していない厚板端面の部分を、互いに対向する端面
の板厚方向を基準として、レーザ集光角の半分以上９０
°未満だけ傾斜する傾斜面を有するように加工し、 上記被溶接材の他方の面側から上記突き合わせた厚板と
薄板との境界部分にレーザを照射し、 上記厚板と薄板とを互いに溶接することを特徴とするレ
ーザによる差厚材の突き合わせ溶接方法。 - 【請求項２】請求項１記載のレーザによる差厚材の突き
合わせ溶接方法において、上記レーザの光軸と、上記突
き合わせられた端面とは、互いに平行となるように、突
き合わせた厚板と薄板との境界部分にレーザを照射する
ことを特徴とするレーザによる差厚材の突き合わせ溶接
方法。 - 【請求項３】請求項１又は２記載のレーザによる差厚材
の突き合わせ溶接方法において、上記レーザは、上記被
溶接材の一方の面側からも、突き合わせた厚板と薄板と
の境界部分に照射することを特徴とするレーザによる差
厚材の突き合わせ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001320389A JP2003126978A (ja) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | レーザによる差厚材の突き合わせ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001320389A JP2003126978A (ja) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | レーザによる差厚材の突き合わせ溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003126978A true JP2003126978A (ja) | 2003-05-08 |
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ID=19137789
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001320389A Pending JP2003126978A (ja) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | レーザによる差厚材の突き合わせ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003126978A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2001
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