JP6032236B2 - レーザ溶接方法および溶接構造 - Google Patents
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Description
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレーザ溶接方法を行うためのレーザ溶接装置の一例を示した模式図であり、(a)は、側面方向の溶接状態を示した図であり、(b)は、正面方向の溶接状態を示した図である。
図1は、本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置100の全体構成を模式的に示した図であり、(a)は、側面方向の溶接状態を示した図であり、(b)は、正面方向の溶接状態を示した図である。
図2は、第1の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第1のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、(a)〜(c)に示す順で、第1のレーザ光をワークに照射することを示した図である。
図4は、第1の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第2のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、(a)〜(d)は、これらに示す順で、第2のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、(e)は、第2のレーザ光照射後の溶接部を示した図である。
図6は、第2の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第2のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、(a),(b)は溶融部の凝固の変化を示した図、(c),(d)は、これらに示す順で、第2のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、(e)は、第2のレーザ光照射後の溶接部を示した図である。
図8は、第3の実施形態のレーザ溶接方法に係る、第2のレーザ光照射工程を説明するための模式図であり、(a)は、第1のレーザ光照射後の凝固部を示した図であり、(b),(c)は、これらに示す順で、第2のレーザ光をワークに照射することを示した図であり、(d)は、第2のレーザ光照射後の凝固部を示した図である。
〔実施例1(図4相当)〕
厚さ1.2mm、1.0mmの6000系アルミニウム合金の板材(ワーク)を準備し、溶接径が、8mmとなるように、第1のレーザ光を照射し、さらに、これらを第1実施形態に示す方法(図4に示す)で、溶融部の外周より徐々に内側に第2のレーザ光の走査軌跡を収束させて、溶融部を徐冷して凝固させ、溶接部を形成した。第1のレーザ光の出力は、2.5〜4.0kwであり、第2のレーザ光の出力は、0.5〜1.5kwの範囲である。同様に、ワークとなる板材をL字状に曲げて、図14に示すように溶接した。
実施例1と同じように、溶接した。実施例1と相違する点は、第2の実施形態に示す方法(図6)参照で、第1のレーザ光を照射後、一旦、溶融部の中心部が凝固する前、かつ等軸晶を形成する領域までレーザ光の照射を停止し続ける。等軸晶を形成後、再度レーザ光を当てて、それより内側の領域を徐冷し、溶融部を凝固させた(溶接部を形成した)点である。
実施例1と同じように、溶接した。実施例1と相違する点は、第2のレーザ光の照射を行っていない点である。
実施例1、2および比較例に係る溶接部を電解研磨した後、顕微鏡観察を行った。図10(a)は実施例1に係る溶接部の組織写真、(b)は実施例2に係る溶接部の組織写真、(c)は比較例に係る溶接部の組織写真である。
実施例1および比較例に係る溶接部の断面を顕微鏡で観察した。図11(a)は実施例1に係る溶接部の断面写真、(b)は比較例に係る溶接部の断面写真である。
実施例1、2および比較例に係る溶接部に対する亀裂の最大長さと、割れの総長さを、それぞれサンプル数3個にして測定した。図12(a)は実施例1、実施例2、および比較例に係る溶接部の亀裂の最大長さ、(b)は実施例1、実施例2、および比較例に係る溶接部の亀裂の総長さである。
実施例1および比較例に対して、溶接部にせん断荷重を作用させたときにおける表面の状態を観察した。図13(a)は、溶接部にせん断荷重を作用させたときにおける、実施例2に係る溶接部の表面写真、(b)は、溶接部にせん断荷重を作用させたときにおける、比較例に係る溶接部の亀裂の表面写真である。
Claims (11)
- 複数の金属製のワーク同士を溶接する際に、前記ワーク同士の一部を溶接領域として、該溶接領域に第1のレーザ光を照射することにより、前記溶接領域内のワークが溶融した溶融部を形成する第1のレーザ光照射工程と、
前記溶融部が凝固するまでの間、または、前記溶融部が凝固した凝固部が形成された後に、
前記溶融部または前記凝固部の中心部から外れた照射開始位置から該中心部に向かって該中心部の周りに第2のレーザ光が周回するように、または、前記溶融部または前記凝固部の中心部とその周りを含む照射開始領域から前記中心部に第2のレーザ光が集光するように、
前記第2のレーザ光を照射する第2のレーザ光照射工程と、を含むことを特徴とするレーザ溶接方法。 - 前記第2のレーザ光照射工程は、前記溶融部が凝固するまでの間に行われるものであり、
前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部に向かう方向の凝固の進行に合わせて、前記溶融部に前記第2のレーザ光を照射することにより、前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部に向う方向の凝固の進行を遅らせることを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶接方法。 - 前記第2のレーザ光照射工程において、前記照射開始位置が、前記溶融部の周縁上にある、または、前記照射開始領域が、前記溶融部の周縁で囲われた領域であることを特徴とする請求項2に記載のレーザ溶接方法。
- 前記第2のレーザ光照射工程において、前記照射開始位置が、前記溶融部の周縁と前記溶融部の中心部との間にある、または、前記照射開始領域が、前記溶融部の周縁と前記溶融部の中心部との間に周縁が位置するような前記中心部を含んだ領域であることを特徴とする請求項3に記載のレーザ溶接方法。
- 前記第2のレーザ光照射工程において、前記凝固の進行に伴って、前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部まで柱状晶組織が成長するように、前記第2のレーザ光の照射を行うことを特徴とする請求項3または4に記載のレーザ溶接方法。
- 前記第1のレーザ光照射工程後、前記第2のレーザ光照射前において、前記凝固の進行に伴って、前記溶融部の中心部を囲うように、前記溶融部の周縁から前記溶融部の中心部に向かって柱状晶組織が成長し、該柱状晶組織の成長から等軸晶組織の成長に変化した後に、前記第2のレーザ光照射工程を開始し、
該第2のレーザ光照射工程において、前記溶融部の中心部を囲うように前記等軸晶組織を残し、該等軸晶組織から前記溶融部の中心部まで柱状晶組織が成長するように、前記第2のレーザ光の照射を行うことを特徴とする請求項4に記載のレーザ溶接方法。 - 前記第2のレーザ光照射工程は、前記溶融部が凝固した前記凝固部に前記第2のレーザ光を照射して、前記凝固部を再溶融させるものであり、
前記第1のレーザ光の照射後の前記溶融部の中心部およびその近傍の領域が凝固するまでの冷却速度よりも、前記第2のレーザ光の照射により再溶融した凝固部の中心部およびその近傍の領域が凝固するまでの冷却速度の方が遅くなるように、
前記凝固部の中心部およびその近傍の領域の周縁上を、前記照射開始位置とする、または、前記凝固部の中心部およびその近傍の領域の周縁で囲われた領域を、前記照射開始領域として、前記第2のレーザ光を照射することを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶接方法。 - 前記凝固部は、前記凝固部の中心部を含むように等軸晶組織が形成された等軸晶領域と、前記凝固部の周縁から前記等軸晶領域に向かって、前記等軸晶領域を囲うように柱状晶組織が形成された柱状晶領域とを含み、
前記等軸晶領域の等軸晶組織が柱状晶組織となるように、前記第2のレーザ光を照射することを特徴とする請求項7に記載のレーザ溶接方法。 - 前記凝固部は、前記凝固部の中心部を含むように等軸晶組織が形成された等軸晶領域と、前記凝固部の周縁から前記等軸晶領域に向かって、前記等軸晶領域を囲うように柱状晶組織が形成された柱状晶領域とを含み、
前記等軸晶領域の等軸晶組織の一部が前記凝固部の中心部を囲い、かつ、前記等軸晶領域の残りの等軸晶組織が柱状晶組織となるように、前記等軸晶領域に前記第2のレーザ光を照射することを特徴とする請求項7に記載のレーザ溶接方法。 - 複数の金属製のワーク同士の一部をレーザ光で溶融して溶接した溶接部を備えた溶接構造であって、
前記溶接部は、前記溶接部の周縁から前記溶接部の中心部に向う方向に、前記溶接部の周縁から柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第1の柱状晶領域と、
前記第1の柱状晶領域から、前記溶接部の中心部を囲うように形成された等軸晶組織からなる等軸晶領域と、
該等軸晶領域から前記溶接部の中心部まで、前記溶接部の中心部に向かって、柱状の結晶が延在した柱状晶組織からなる第2の柱状晶領域と備えることを特徴とする溶接構造。 - 複数の金属製のワーク同士の一部をレーザ光で溶融して溶接した溶接部を備えた溶接構造であって、
前記溶接部のレーザ光が照射された側の表面は、前記溶接部の周縁からに前記溶接部の中心部に向かって凹んだ主凹面と、該溶接部の中心部近傍において該主凹面からさらに凹んだ副凹面とをからなり、前記副凹面に対応する前記溶接部の裏面は、凹みを有しない、または、前記副凹面よりも浅い凹面となっていることを特徴する溶接構造。
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