JP6167817B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents
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特許文献1、2によれば、溶接継手を形成するための溶融金属の不足を補うための追加の部材や追加の部分が必要である。このため、被溶接部材の重量およびコストが増加する。また、特許文献1では、レーザ溶接設備に加えて補助金属板を一方の金属板上に載置するための設備が必要であり、特許文献2ではレーザ溶接設備に加えて金属板に折り返し部を形成するための設備が必要である。このため設備費用が増加し、その結果、製造コストが増加する。
本発明は、第1の厚さを持つ金属板と、隙間を隔てて金属板の一方面に対面する一方面を有する金属部材とを、レーザにより溶接するレーザ溶接方法であって、金属板の一方面とは反対側の面である他方面にレーザを照射することにより、レーザの照射領域に位置する金属を溶融させるとともに、溶融金属を流動させることにより、金属板に第1の厚さよりも大きい厚さを持つ盛り上がり部を形成する第1工程と、盛り上がり部にレーザを照射することにより金属板と金属部材とを溶接する第2工程と、を含む、レーザ溶接方法を提供する。この場合、前記第1工程は、金属板の他方面にレーザを照射することにより、レーザの照射領域に位置する金属を溶融させるとともに、溶融金属を他方面上における照射領域とは異なる領域に移動させることにより、金属板に第1の厚さよりも大きい厚さを持つ盛り上がり部を形成する工程であるのがよい。特に、前記第1工程は、金属板の他方面にレーザを照射することにより、レーザの照射領域に位置する金属を溶融させるとともに、溶融金属を他方面上における照射領域の隣接領域に移動させることにより、隣接領域に第1の厚さよりも大きい厚さを持つ盛り上がり部を形成する工程であるのがよい。
図6は、実施例1に係るレーザ溶接方法を示す図である。この例では、第1工程にてレーザヘッド3から出射されるレーザL1が図6(a)に示すように第1金属板1の他方面1bに斜め方向(第1金属板1の他方面1bの垂線に対して傾斜した方向)から照射される。すると、レーザL1の照射領域に位置する金属が溶融及び蒸発するとともに、溶融金属が蒸発金属の圧力を受けて流動し、照射領域の隣接領域Nに移動する。このため隣接領域Nに盛り上がり部Bが形成される。
図7は、実施例2に係るレーザ溶接方法を示す図である。この例では、第1工程にて、実施例1と同様に、レーザヘッド3から出射されるレーザL1が図7(a)に示すように第1金属板1の他方面1bに斜め方向から照射される。すると、レーザL1の照射領域に位置する金属が溶融及び蒸発するとともに、溶融金属が蒸発金属の圧力を受けて流動し、照射領域の隣接領域Nに移動する。このため隣接領域Nに盛り上がり部Bが形成される。
図8は、実施例3に係るレーザ溶接方法を示す図である。この例では、第1工程にてレーザヘッド3から出射されるレーザL1が図8(a)に示すように第1金属板1の他方面1bの垂線に平行な方向から(つまり第1金属板1に垂直な方向から)第1金属板1の他方面1bに照射される。すると、レーザL1の照射領域に位置する金属が溶融及び蒸発するとともに、溶融金属が蒸発金属の圧力を受けて流動し、照射領域の隣接領域Nに移動する。このため隣接領域Nに盛り上がり部Bが形成される。なお、第1工程にてレーザを垂直方向から第1金属板1に照射した場合、照射領域における入熱量の局所的な差等に起因して、盛り上がり部が形成される場所や形成される盛り上がり部の形状が異なる。この例では、盛り上がり部Bは、照射領域の周りにリング状に形成される。
図9は、実施例4に係るレーザ溶接方法を示す図である。この例では、第1工程にてレーザヘッド3から出射されるレーザL1が図9(a)に示すように第1金属板1の他方面1bに垂直方向から照射される。すると、レーザL1の照射領域に位置する金属が溶融及び蒸発するとともに、溶融金属が蒸発金属の圧力を受けて流動する。斯かる流動によって盛り上がり部Bが形成される。なお、レーザを垂直方向から第1金属板1に照射した場合、上述したように照射領域における入熱量の局所的な差等に起因して、盛り上がり部が形成される場所や形成される盛り上がり部の形状が異なる。この例では、盛り上がり部Bは、照射領域の中央部分に形成される。
図10は、実施例5に係るレーザ溶接方法を示す図である。この例では、第1工程にてレーザヘッド3から出射されたレーザL1が図10(a)に示すように第1金属板1の他方面1bの垂線に平行な方向から(つまり第1金属板1に垂直な方向から)第1金属板1の他方面1bに照射される。また、レーザの照射と同時に、ノズル4からエアー(ガス)が照射部位に吹き付けられる。エアーの吹き付け方向は、第1金属板1の他方面1bの垂線に対して傾斜した方向である。すると、レーザL1の照射領域に位置する金属が溶融するとともに、溶融金属がエアーの吹き付けによる外力を受けて流動し、照射領域の隣接領域Nに移動する。このため隣接領域Nに盛り上がり部Bが形成される。
図11は、実施例6に係るレーザ溶接方法を示す図である。この例では、第1工程にてレーザヘッド3から出射されたレーザL1が図11(a)に示すように斜め方向から第1金属板1の他方面1bに照射される。また、レーザの照射と同時に、ノズル4からエアーが照射部位に吹き付けられる。エアーの吹き付け方向は、第1金属板1の他方面1bの垂線に対して傾斜した方向である。すると、レーザL1の照射領域に位置する金属が溶融するとともに、溶融金属がエアーの吹き付けによる外力を受けて流動し、照射領域の隣接領域Nに移動する。このため隣接領域Nに盛り上がり部Bが形成される。
図12は、実施例7に係るレーザ溶接方法を示す図である。この例では、第1工程にてレーザヘッド3から出射されるレーザL1が図12(a)に示すように斜め方向から第1金属板1の他方面1bに照射される。また、レーザの照射と同時に、ノズル4からエアーが照射部位に吹き付けられる。エアーの吹き付け方向は、第1金属板1の他方面1bの垂線に対して傾斜した方向である。すると、レーザL1の照射領域に位置する金属が溶融するとともに、溶融金属がエアーの吹き付けによる外力を受けて流動し、照射領域の隣接領域Nに移動する。このため隣接領域Nに盛り上がり部Bが形成される。
図13は、実施例8に係るレーザ溶接方法を示す図である。この例では、第1金属板1と第2金属板2がそれぞれ鉛直方向に沿って対面配置される。したがって、第1金属板1と第2金属板2は、水平方向(重力方向に垂直な方向)に隙間Gを隔てて離間している。図13(a)に示すように、第1工程では、レーザヘッド3が第1金属板1へのレーザの照射領域よりも高い位置に配置される。そして、レーザヘッド3から出射したレーザL1が斜め上方から第1金属板1の他方面1bに照射される。すると、レーザL1の照射領域に位置する金属が溶融及び蒸発するとともに、溶融金属が蒸発金属の圧力を受けて流動し、照射領域の下方の隣接領域Nに移動する。このため隣接領域Nに盛り上がり部Bが形成される。
第1金属板と第2金属板との間の隙間Gの大きさと、レーザが照射される第1金属板の板厚との関係を調査した。この場合において、亜鉛メッキ鋼板(SCGA270D)からなる第1金属板と第2金属板とを上下方向(重力方向)に沿って対面配置させた。そして、ファイバーレーザ発振器(5kW級)で発振したレーザをガルバノレーザヘッドから出射させて第1金属板に照射して、第1金属板と第2金属板との溶接を試みた。また、板厚の異なる複数の第1金属板を用いてレーザ溶接を試みることにより、第1金属板の板厚と溶接可能隙間(隙間を隔てて配置された第1金属板と第2金属板とをレーザ溶接によって溶接接合することが可能である隙間の最大値)との関係を調べた。
次に、レーザ照射角と盛り上がり部の大きさとの関係を調査した。この場合において、亜鉛メッキ鋼板(SCGA270D)からなる金属板にレーザを照射して、金属板に盛り上がり部を形成した。また、レーザ照射角を変化させて金属板にレーザを照射することにより、レーザ照射角と盛り上がり部の高さ(盛り上がり量)との関係を調べた。
また、レーザの強度(出力)と盛り上がり部の大きさとの関係を調査した。この場合において、亜鉛メッキ鋼板(SCGA270D)からなる金属板にレーザを照射した。また、レーザ出力を変化させて金属板にレーザを照射することにより、レーザの強度と盛り上がり部の高さ(盛り上がり量)との関係を調べた。
Claims (6)
- 第1の厚さを持つ金属板と、隙間を隔てて前記金属板の一方面に対面する一方面を有する金属部材とを、レーザにより溶接するレーザ溶接方法であって、
前記金属板の前記一方面とは反対側の面である他方面にレーザを照射することにより、レーザの照射領域に位置する金属を溶融させるとともに、溶融金属を流動させることにより、前記金属板に前記第1の厚さよりも大きい厚さを持つ盛り上がり部を形成する第1工程と、
前記盛り上がり部にレーザを照射することにより前記金属板と前記金属部材とを溶接する第2工程と、
を含む、レーザ溶接方法。 - 請求項1に記載のレーザ溶接方法において、
前記第1工程は、前記金属板の前記他方面にレーザを照射することにより、レーザの照射領域に位置する金属を溶融させるとともに、溶融金属を前記他方面上における前記照射領域とは異なる領域に移動させることにより、前記金属板に前記第1の厚さよりも大きい厚さを持つ盛り上がり部を形成する工程である、レーザ溶接方法。 - 請求項1または2に記載のレーザ溶接方法において、
前記第1工程は、前記金属板の前記他方面にレーザを照射することにより、レーザの照射領域に位置する金属を溶融させるとともに、溶融金属を前記他方面上における前記照射領域の隣接領域に移動させることにより、前記隣接領域に前記第1の厚さよりも大きい厚さを持つ盛り上がり部を形成する工程である、レーザ溶接方法。 - 請求項3に記載のレーザ溶接方法において、
前記第1工程は、前記他方面にレーザを照射することによりレーザの照射領域に位置する金属を溶融及び蒸発させるとともに、溶融金属が蒸発金属の圧力を受けて前記隣接領域に移動することにより、前記他方面に前記盛り上がり部を形成する工程である、レーザ溶接方法。 - 請求項3に記載のレーザ溶接方法において、
前記第1工程は、前記金属板の他方面にレーザを照射することによりレーザの照射領域に位置する金属を溶融させるとともに、溶融金属にガスを吹き付けて前記溶融金属を前記隣接領域に移動させることにより、前記他方面に前記盛り上がり部を形成する工程である、レーザ溶接方法。 - 請求項1乃至5のいずれか1項2に記載のレーザ溶接方法において、
前記第1工程は、前記金属板の前記他方面の垂線に対して傾斜した方向から前記他方面にレーザを照射する工程である、レーザ溶接方法。
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