JP7087647B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明はレーザ光による重ね隅肉溶接を行うためのレーザ溶接方法に係る。

従来、複数枚の金属板同士を接合する手法として重ね隅肉溶接が知られている。特許文献１には、上板と下板との重ね隅肉溶接において、上板の縁部における所定箇所と該所定箇所に対応する下板の所定箇所とをそれぞれ溶融して接合する工程と、この工程を開始する前に、前記所定箇所における溶接進行方向の終始端部に切り欠き部を形成する工程とを備える溶接方法が開示されている。この切り欠き部を形成したことにより、溶接終始端部における溶接欠陥の発生を抑制できるようにしている。

特開２０１７－２２５９９９号公報

しかしながら、特許文献１のものでは金属板に切り欠き部を形成する工程が必要であり溶接作業が煩雑である。また、重ね隅肉溶接にあっては、溶接終始端部以外の領域にあっても溶接欠陥が発生する可能性がある。例えば、上板と下板との境界部分である接合領域（ビードが形成される領域）に対しその延在方向の一方側から他方側に向けてレーザ光照射位置を走査して重ね隅肉溶接を行う場合に、この接合領域における他方側（レーザ光の走査方向の下流側）の端部よりも所定寸法だけ上流側において、溶融されていない母材（下板）にクラックが発生してしまう可能性がある。図９は、この下板ｂにおいて、接合領域ｄの延在方向に対して直交する方向に延在するクラックｃが発生した状態を示している。また、この図９における矢印はレーザ光の走査方向を示している。このようなクラックｃが発生してしまうと、上板ａと下板ｂとの接合部分における強度の低下を招いたり、この接合部分の見栄えの悪化に繋がったりする。以下、このクラックｃが発生する箇所を下板ｂの特定部位と呼ぶこととする。

このクラックｃの発生原因としては、下板ｂの特定部位に大きな応力が発生すること、および、この下板ｂの特定部位の強度が低下することが挙げられる。つまり、レーザ光の照射によって下板ｂの特定部位の温度が上昇し、この特定部位とその他の部位との温度差が大きくなった場合に、この特定部位が高温になることによる熱膨張量および冷却されることによる凝固収縮量が他の部位に比べて大きくなることから、この特定部位に大きな応力が発生してしまう。また、特定部位が高温になったことで強度が低下することになる。このように、下板ｂの特定部位にあっては、応力と強度とのバランスが崩れることが原因でクラックｃが発生するものと考えられる。

以上のような現象は、特に金属板がアルミニウム系金属板である場合に顕著である。なお、金属板が鋼板である場合にも同様に前記現象は発生する可能性がある。

以上の点に鑑み、本発明の発明者らは、母材（下板）の特定部位およびその周辺部の温度分布勾配が小さければ全体が略均一に冷却されて応力は小さくなり、また、母材の特定部位に対する入熱量を小さくすれば該特定部位の強度を高く維持でき、これらによってクラックが生じ難くなるといった新たな知見に基づいて本発明に至った。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、母材の特定部位におけるクラックの発生を抑制することができるレーザ溶接方法を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、鉛直方向で重ね合わされた金属板で成る上板および下板において予め設定された接合領域に対し該接合領域の延在方向の一方側から他方側に向けてレーザ光照射位置を走査して重ね隅肉溶接を行うレーザ溶接方法を前提とする。そして、このレーザ溶接方法は、前記上板の先端面の位置に対して、前記下板の先端面の位置を手前側に位置させ、前記上板の上面および該上板の前記先端面から、前記下板の上面に亘る前記接合領域内で、レーザ光を走査させて金属材料を溶融させて前記上板と前記下板とを溶接するに際し、前記レーザ光照射位置を、前記上板と前記下板との重ね合わせ部分である溶接線を跨ぐように楕円形または円形の軌跡に沿って移動させながら、その軌跡における中心を前記溶接線に沿って前記一方側から前記他方側に向けて移動させ、且つ、前記楕円形または円形の軌跡に沿う移動の方向を、前記溶接線に沿う方向において既に前記レーザ光が通過した範囲よりも下流側であって前記上板および前記下板の未溶融部分を前記レーザ光が通過する際に、前記上板に前記レーザ光が照射された後、前記下板に前記レーザ光が照射される方向に規定し、前記接合領域の延在方向に沿う方向での所定範囲において照射位置が走査される前記レーザ光の出力を、前記所定範囲において前記軌跡を１回転する毎に段階的に低下させていくと共に、前記レーザ光の走査位置が前記所定範囲における前記他方側の端部に達した時点から当該端部の温度を上昇させるべく当該端部に対する前記レーザ光の照射を一時的に継続することを特徴とする。

ここでいう所定範囲とは、前述した母材（金属板）の特定部位を含む範囲であって、実験やシミュレーションに基づいて規定される範囲（従来技術において母材にクラックが発生していた箇所を含む範囲）である。

前記特定事項により、重ね合わされた複数枚の金属板同士の間の接合領域にレーザ光を照射して重ね隅肉溶接を行う際、この接合領域の延在方向に沿う方向での所定範囲にあっては、照射位置が走査されるレーザ光の出力を、該所定範囲における一方側（接合領域の延在方向に沿う方向での走査の上流側）から他方側（接合領域の延在方向に沿う方向での走査の下流側）に向かって徐々に小さくする。これにより、この所定範囲におけるレーザ光の走査の下流側部分（前述した母材の特定部位）にあっては金属板の温度上昇が抑えられ、この特定部位とその他の部位との温度差を小さくすることができて（温度分布勾配を小さくできて）、この特定部位での応力を小さくすることができる。また、この特定部位の温度上昇が抑えられることで、その強度の低下を抑制することもできる。これにより、金属板にクラックが発生することを抑制できる。

本発明では、重ね隅肉溶接が行われる金属板の接合領域の延在方向に沿う方向での所定範囲において照射位置が走査されるレーザ光の出力を、この所定範囲における一方側から他方側に向かって徐々に小さくするようにしている。これにより、所定範囲におけるレーザ光の走査の下流側部分（特定部位）にあっては金属板の温度上昇が抑えられ、この特定部位とその他の部位との温度差を小さくすることができて、この特定部位での応力が小さくなる。また、この特定部位の温度上昇が抑えられることで、その強度の低下を抑制することもできる。これにより、金属板にクラックが発生することを抑制できる。

実施形態に係るレーザ溶接に使用されるレーザ溶接装置を示す概略構成図である。 実施形態に係るレーザ光の走査を説明するためのワークの斜視図である。 レーザ光照射位置の軌跡を説明するための図である。 実施形態に係るレーザ溶接におけるレーザ光照射位置の移動状態を説明するためのワークの溶接箇所を拡大して示す図である。 レーザ光照射位置とレーザ光出力との関係の一例を示す図である。 レーザ光照射位置とその位置における温度との関係の一例を示す図である。 特定部位の温度変化の一例を示す図である。 実験例において特定部位とビード中央部との温度差の推移を計測した結果を示す図である。 従来技術において下板にクラックが発生した状態を示すワークの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車の車体の製造工程で使用されるレーザ溶接装置により実施されるレーザ溶接方法として本発明を適用した場合について説明する。

－レーザ溶接装置の概略構成－
図１は、本実施形態に係るレーザ溶接に使用されるレーザ溶接装置１を示す概略構成図である。この図１に示すように、レーザ溶接装置１は、レーザ発振器２、レーザスキャナ３、溶接ロボット４、および、ロボットコントローラ５を備えている。

レーザ発振器２はレーザ光を生成する。この生成されたレーザ光は、光ファイバーケーブル２１を経てレーザスキャナ３に導かれる。レーザ光としては、例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ等を用いることができる。

レーザスキャナ３は、光ファイバーケーブル２１を経て導かれたレーザ光を、２枚のアルミニウム合金の板材（アルミニウム系金属板；以下、単に金属板という場合もある）Ｗ１，Ｗ２が重ね合わされて成るワークＷに照射する（図１の一点鎖線を参照）。レーザスキャナ３の内部には図示しないレンズ群や複数のミラー３１（図１では１個のミラー３１のみを示している）が収容されている。レンズ群としては、レーザ光を平行光にするためのコリメートレンズや、レーザ光をワークＷの加工点（ワークＷ上の所定のレーザ光照射位置）において焦点を結ぶように集光させる集光レンズ等が備えられている。また、各ミラー３１はそれぞれ回動軸３２を中心に回動可能に構成されている。具体的には、前記回動軸３２は走査モータ３３に連結されており、この走査モータ３３の作動に伴う回動軸３２の回動によって各ミラー３１が回動するようになっている。そして、これらミラー３１の回動によってレーザ光を走査し、ワークＷの所定範囲内でレーザ光照射位置を移動させることが可能となっている。これにより、レーザスキャナ３自体を移動させることなくレーザ光照射位置を移動することが可能である。各ミラー３１は例えばガルバノミラーを用いて構成することができる。

溶接ロボット４は、レーザスキャナ３を移動可能とするように構成されている。この溶接ロボット４は、多関節ロボットによって構成されている。具体的に、本実施形態のものでは、ベース台４１、該ベース台４１の内部に収容された回転機構（図示省略）、関節４２，４３，４４、および、アーム４５，４６，４７を備えている。回転機構の回転動作および各関節４２，４３，４４におけるアーム４５，４６，４７の揺動動作により、レーザスキャナ３を任意の方向に移動することが可能となっている。

ロボットコントローラ５には、予めオフラインティーチングによって、溶接対象箇所に向けてレーザスキャナ３を移動させるための情報（各関節４２，４３，４４の回動角度量等の情報）が記憶されている。そして、車体製造ライン上の溶接工程箇所まで車体が搬送されてきた際に、ロボットコントローラ５からの制御信号に従い、前記情報に基づいて溶接ロボット４が作動することで、レーザスキャナ３が溶接対象箇所に対向され、このレーザスキャナ３から溶接対象箇所に向けてレーザ光が照射されることで順次レーザ溶接が行われていくことになる。

また、前記ロボットコントローラ５には、ワークＷ上のレーザ光照射位置を移動させるための制御信号を出力するレーザ光走査制御部５１が備えられている。このレーザ光走査制御部５１は、前記走査モータ３３に対して制御信号を出力する。この制御信号に従って走査モータ３３が作動することにより、各ミラー３１が回動軸３２を中心に回動してレーザ光が走査され、ワークＷ上のレーザ光照射位置が移動される。このワークＷ上でのレーザ光照射位置の移動については後述する。

－溶接方法－
次に、本実施形態における溶接方法（レーザ溶接方法）について説明する。本実施形態の特徴はワークＷに向けて照射されるレーザ光の出力にあるが、このレーザ光の出力について説明する前に、レーザ光の走査について説明する。

本実施形態では、鉛直方向で重ね合わされた２枚の金属板Ｗ１，Ｗ２の重ね隅肉溶接を行う場合であって、この金属板Ｗ１，Ｗ２の重ね合わせ部分（重ね隅肉部分）に対して、前記レーザスキャナ３より出射されるレーザ光を上方から照射する場合について説明する。このため、以下では、上側の金属板を上板Ｗ１と呼び、下側の金属板を下板Ｗ２と呼ぶこととする。

図２は、本実施形態に係るレーザ光の走査を説明するためのワークＷの斜視図である。また、図３は、レーザ光照射位置の軌跡（移動軌跡）を説明するための図である。

これらの図に示すように、本実施形態における重ね隅肉溶接は、重ね合わされた上板Ｗ１と下板Ｗ２との重ね合わせ部分である溶接線Ｌに沿って金属材料を溶融させてこれら上板Ｗ１と下板Ｗ２とを溶接するものである。具体的には、上板Ｗ１の先端面（図２における手前側の端面）Ｗ１ａの位置に対して、下板Ｗ２の先端面（図２における手前側の端面）Ｗ２ａの位置を僅かに手前側に位置させ、これら上板Ｗ１の上面Ｗ１ｂおよび先端面Ｗ１ａから、下板Ｗ２の上面Ｗ２ｂに亘る所定の範囲内である接合領域（ビードが形成される領域）内で、レーザ光を走査させて（レーザ光の集光点（焦点）を走査させて）金属材料を溶融させ、これにより上板Ｗ１と下板Ｗ２とを溶接するようにしている。この種の溶接手法は一般にレーザウォブリング溶接と呼ばれている。

前記レーザ光の走査（上板Ｗ１および下板Ｗ２におけるレーザ光照射位置の移動）としては、図２に実線の矢印（レーザ光照射位置の軌跡）に示すように、レーザ光照射位置を、上板Ｗ１と下板Ｗ２との重ね合わせ部分である溶接線Ｌを跨ぐように楕円形の軌跡に沿って移動させながら、その軌跡における楕円形の中心を溶接線Ｌに沿う方向（図２における左方向）に移動させていく。図２では前記軌跡の中心を繋いだ線を一点鎖線Ｍで示しており、この一点鎖線Ｍが前記溶接線Ｌに平行となっている。

また、前記レーザ光照射位置の前記楕円形の軌跡に沿う移動方向として具体的には、前記溶接線Ｌに沿う方向において既にレーザ光が通過した範囲（図２にあっては範囲Ｘ）よりも下流側（図２にあっては左側）であって上板Ｗ１および下板Ｗ２の未溶融部分（未だレーザ光が照射されていない部分であって、図２にあっては点Ｘ１よりも左側に位置する領域）をレーザ光が通過する際に、上板Ｗ１にレーザ光が照射された後、下板Ｗ２にレーザ光が照射される方向に規定されている。つまり、図２における楕円形の軌跡を反時計回り方向に移動しながら、その軌跡における楕円形の中心が溶接線Ｌに沿って左方向に移動するようにレーザ光が走査されるようにしている。このレーザ光照射位置の移動は、前述したように、レーザ光走査制御部５１からの制御信号が、前記各ミラー３１を回動させる走査モータ３３に出力され、該走査モータ３３が作動して各ミラー３１が回動することにより行われる。

また、このレーザ光照射位置の前記楕円形の軌跡について詳述すると、例えば上板Ｗ１および下板Ｗ２の板厚寸法が１．５ｍｍ～３．０ｍｍである場合に、図３に示すように、楕円形の長軸方向（図３における上下方向であって前記溶接線Ｌに対して直交する方向）の長さ寸法（振幅）Ａは２．５ｍｍ～３．５ｍｍの範囲の所定値に設定される。また、楕円形の短軸方向（図３における左右方向であって前記溶接線Ｌに平行な方向）の長さ寸法（幅）Ｄは１．０ｍｍ～２．４ｍｍの範囲の所定値に設定される。また、溶接線Ｌに沿う方向のピッチ（前記軌跡における楕円形の中心を溶接線Ｌに沿う方向に移動させていく際の１回転当たりにおいて溶接線Ｌに沿う方向での走査移動量）Ｐは０．８ｍｍ～１．６ｍｍの範囲の所定値に設定される。これらの値はこれに限定されるものではなく、上板Ｗ１および下板Ｗ２の板厚寸法等に応じて実験またはシミュレーションによって適宜設定される。

また、本実施形態におけるレーザ光の条件として、楕円形の軌跡に沿う走査速度は２５００～５０００ｃｍ／ｍｉｎの範囲の所定値に設定される。この値もこれに限定されるものではなく、上板Ｗ１および下板Ｗ２の板厚寸法等に応じて実験またはシミュレーションによって適宜設定される。

次に、レーザ溶接による金属材料の溶融状態について説明する。図４は、このレーザ溶接におけるレーザ光照射位置の移動状態を説明するためのワークＷの溶接箇所を拡大して示す図である。この図４における点Ｓ１～Ｓ４はレーザ光照射位置を示している。つまり、この図４では、図４（ａ）から図４（ｄ）に移るに従って、レーザ光照射位置が、一点鎖線で示す楕円形の軌跡上をＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の順で移動していくことを表している。

この図４に示すように、本実施形態における重ね隅肉溶接では、上板Ｗ１と下板Ｗ２との重ね合わせ部分にレーザ光を照射して重ね隅肉溶接を行う際、レーザ光照射位置は、前述したように、上板Ｗ１と下板Ｗ２との重ね合わせ部分である溶接線Ｌを跨ぐように楕円形の軌跡に沿って移動しながら、その軌跡における楕円形の中心が溶接線Ｌに沿う方向（図４における左方向）に移動していく。そして、このレーザ光照射位置の移動としては、図４において、楕円形の軌跡を反時計回り方向に移動しながら、その軌跡における楕円形の中心が溶接線Ｌに沿って左方向に移動している。つまり、レーザ光照射位置の前記楕円形の軌跡に沿う移動方向は、溶接線Ｌに沿う方向において既にレーザ光が通過した範囲Ｘ（図２を参照）よりも下流側であって上板Ｗ１および下板Ｗ２の未溶融部分をレーザ光が通過する際に、上板Ｗ１にレーザ光が照射された後、下板Ｗ２にレーザ光が照射される方向に規定されている。

これにより、図４（ａ）で示すレーザ光の照射状態（照射位置Ｓ１）では、上板Ｗ１にレーザ光が照射されていることで、この照射位置Ｓ１で上板Ｗ１の金属材料が溶融され、該上板Ｗ１と下板Ｗ２とが架橋されることになる。この場合、レーザ光の熱は上板Ｗ１だけに留まらず下板Ｗ２にも伝達されることになり、このレーザ光照射位置において上板Ｗ１と下板Ｗ２とが良好に溶接される。また、レーザ光の熱が上板Ｗ１および下板Ｗ２の両方に伝達されているため、この際における上板Ｗ１においてレーザ光照射位置Ｓ１の周辺の領域（例えば図４（ａ）において破線で囲んだ領域）にあっては入熱量が比較的少なく金属材料の溶融が十分に行われていない状態（例えば半溶融状態）にある。その後、図４（ｂ）で示すレーザ光の照射状態（照射位置Ｓ２）のように、前記軌跡上を移動するレーザ光照射位置Ｓ２が下板Ｗ２上を経た後、図４（ｃ）で示すレーザ光の照射状態（照射位置Ｓ３）のように、レーザ光照射位置Ｓ３が再び上板Ｗ１上に達することで、前記溶融が十分に行われていなかった上板Ｗ１の前記領域（上板Ｗ１と下板Ｗ２とが既に溶接されている位置の周辺の領域；図４（ｃ）において破線で囲んだ領域）では、レーザ光の照射によって金属材料が完全に溶融されることになり、このレーザ光照射位置にあっても上板Ｗ１と下板Ｗ２とは良好に溶接される。つまり、図４（ｄ）で示すレーザ光の照射状態（照射位置Ｓ４）に達すると、この図４（ｄ）において破線で囲んだ領域が凝固することで、この領域において上板Ｗ１と下板Ｗ２とは良好に溶接されることになる。このような動作が、楕円形の軌跡に沿ってレーザ光照射位置が１回転する度に連続して行われることで、溶接線Ｌに沿って金属材料が溶融して上板Ｗ１と下板Ｗ２とが溶接されていく。

また、本実施形態の場合、上板Ｗ１にレーザ光が照射されている際には、この上板Ｗ１の溶融金属は重力の作用によって下板Ｗ２の溶融部分に流れ込みやすくなり、これら溶融金属が混合されることになる。つまり、上板Ｗ１と下板Ｗ２との重ね合わせ方向を鉛直方向とした場合には、重力を有効に利用することで上板Ｗ１と下板Ｗ２との架橋がより良好に行われ、溶接箇所の厚みが確保され、上板Ｗ１と下板Ｗ２とがよりいっそう高い接合強度で溶接されることになる。

このようなレーザ溶接方法では、楕円形の軌跡に沿って移動するレーザ光照射位置が再び上板Ｗ１に達した際には、この上板Ｗ１上の照射位置では、それまで十分に溶融されていなかった領域を溶融させることになる。つまり、完全に溶融されている領域に向けてレーザ光を照射するものとはなっていない。このため、完全に溶融されている領域に向けてレーザ光を照射することで溶湯（溶融金属）をキーホールの圧力で吹き飛ばしてしまうといったことは抑制され、溶接箇所（金属材料が溶融した後に凝固した領域）の厚み（ビードにおけるのど厚）を十分に確保することができ、溶接箇所における接合強度（継手強度）を十分に確保することができる。

－レーザ光の出力－
本実施形態の特徴は、レーザ光の出力にある。以下、具体的に説明する。

前述したように、従来技術における重ね隅肉溶接にあっては、図９に示すように、上板ａと下板ｂとの境界部分である接合領域（ビードが形成される領域）ｄに対しその延在方向の一方側（図９における右側）から他方側（図９における左側）に向けてレーザ光照射位置を走査して重ね隅肉溶接を行う場合に、この接合領域ｄにおける他方側（レーザ光の走査方向の下流側）の端部よりも所定寸法だけ上流側において、溶融されていない母材（下板ｂ）にクラックｃが発生してしまう可能性がある。このクラックｃの発生原因としては、下板ｂの特定部位（前記クラックｃが発生する部位）に大きな応力が発生すること、および、この下板ｂの特定部位の強度が低下することが挙げられる。つまり、レーザ光の照射によって下板ｂの特定部位の温度が上昇し、この特定部位とその他の部位との温度差が大きくなった場合に、この特定部位が高温になることによる熱膨張量および冷却されることによる凝固収縮量が他の部位に比べて大きくなることから、この特定部位に大きな応力が発生してしまう。また、特定部位が高温になったことで強度が低下することになる。このように、下板ｂの特定部位にあっては、応力と強度とのバランスが崩れることが原因でクラックｃが発生するものと考えられる。

この点に鑑み、本実施形態では、母材（下板Ｗ２）の特定部位（従来技術においてクラックが発生していた部位）およびその周辺部の温度分布勾配を小さくすることで全体を略均一に冷却させ、これによって応力を小さくし、また、母材の特定部位に対する入熱量を小さくすることで該特定部位の強度を高く維持して、前記クラックを生じ難くしたものである。

そのための手段として、本実施形態にあっては、前記接合領域の延在方向に沿う方向での所定範囲において照射位置が走査されるレーザ光の出力を、前記所定範囲における前記一方側から前記他方側に向かって徐々に小さくするようにしている。

具体的には、前記接合領域の延在方向に沿う方向におけるレーザ光の走査方向の上流端と下流端との略中間位置から前記下流端までの範囲を前記所定範囲として規定し、この所定範囲において、レーザ光の出力を走査方向の上流側から下流側に亘って徐々に小さくしている。

図５は、レーザ光照射位置とレーザ光出力との関係の一例を示す図である。この図５にあっては、横軸であるレーザ光照射位置における左端がレーザ光の走査方向の上流端（図２にあっては右端）であり、レーザ光照射位置における右端がレーザ光の走査方向の下流端（図２にあっては左端）である。この図５に示すように、レーザ光の走査方向の上流端と下流端との略中間位置（図５における位置Ｂ）から前記下流端までの範囲（図５における範囲Ｃ；本発明でいう、接合領域の延在方向に沿う方向での所定範囲）において、レーザ光の出力をＩ（Ｗ）からII（Ｗ）に徐々に低下させている。一例としては、５０００Ｗから４０００Ｗに亘って徐々に低下させている。これら値はこれに限定されるものではなく、実験またはシミュレーションによって設定される。なお、レーザ光の走査方向の上流端から前記略中間位置（位置Ｂ）までの範囲（図５における範囲Ｅ）にあってはレーザ光の出力をＩ（Ｗ）に固定している。図２において、図５における位置Ｂおよび範囲Ｃに相当する箇所については、図２で同一の符号を付して表している。

より具体的に、前述したように本実施形態ではレーザ光照射位置を楕円形の軌跡に沿って移動させながら、その軌跡における楕円形の中心を溶接線Ｌに沿う方向に移動させている。つまり、接合領域の延在方向に沿う方向にあってはレーザ光照射位置は部分的に往復動（一時的に上流側に戻る動作）を行うことになる。このため、前記範囲Ｃにおけるレーザ光の出力の変化の一例としては、前記楕円形の走査軌跡を１回転する毎にレーザ光の出力を段階的に低下させていくようにしている。また、走査軌跡の位置に関わりなく連続的に（前記走査軌跡の１回転途中においても）レーザ光の出力を低下させていくようにしてもよい。このため、本発明でいう「レーザ光の出力を、所定範囲における一方側から他方側に向かって徐々に小さくする」とは、本実施形態にあっては、レーザ光照射位置が、上板Ｗ１から下板Ｗ２に移る際において溶接線Ｌに達した時点でのレーザ光の出力が、その上流側において溶接線Ｌに達した時点でのレーザ光の出力よりも小さくなっていることを意味する。

このようにレーザ光の出力を調整することにより、前記範囲Ｃにあっては、従来技術のもの（レーザ光の走査方向の上流端から下流端に亘ってレーザ光の出力が一定のもの）に比べて、この範囲Ｃにおける温度が低くなる。図６は、レーザ光照射位置とその位置における温度との関係の一例を示す図である。この図６では、従来技術における各部の温度を一点鎖線で示し、本実施形態（本発明）における各部の温度を実線で示している。この図６から明らかなように、本実施形態にあっては、特定部位の温度変化が従来技術のものに比べて低くなっており、この特定部位とそれ以外の部位との温度差も小さくなっている。このため、この特定部位にあっては、高温になることによる熱膨張量および冷却されることによる凝固収縮量が他の部位に比べて大幅に大きくなるといったことがなく、この特定部位に大きな応力が発生してしまうこともない。また、特定部位が高温になることで強度が低下するといったこともない。このため、この特定部位にあっては、応力と強度とのバランスを良好に保つことができ、クラックの発生を抑制することができる。

また、本実施形態のもう一つの特徴としては、レーザ光の走査位置が前記下流端に達した際に、この下流端へのレーザ光の照射を一時的に継続するようにしている。一例としては、レーザ光の走査位置が前記下流端に達した時点で、０．１ｓｅｃだけ、この下流端へのレーザ光の照射を継続する。この値はこれに限定されるものではなく、この下流端の温度が予め設定された温度まで上昇するように実験またはシミュレーションによって設定される。これにより、この下流端の温度を高くすることができ、この部分での熱膨張量を大きくするようにしている。つまり、この下流端における冷却速度を前記特定部位での冷却速度に近付けるようにしている。これによっても、特定部位と前記下流端とは、高温になることによる熱膨張量および冷却されることによる凝固収縮量が略同等となり、この特定部位に大きな応力が発生してしまうことがない。このため、この特定部位に応力が集中してしまうことが回避され、これによってもクラックの発生を抑制することができる。

図７は特定部位の温度変化の一例を示す図である。この図７では、従来技術における特定部位の温度変化を一点鎖線で示し、本実施形態（本発明）における特定部位の温度変化を実線で示している。また、図７におけるタイミングＴ１において、レーザ光照射位置が特定部位に達したことで、この特定部位の温度が上昇している。また、従来技術にあってはタイミングＴ２においてレーザ光照射位置が前記下流端に達し、レーザ光の照射を解除しているのに対し、本実施形態にあっては、このタイミングＴ２に達してからも所定時間だけ前記下流端へのレーザ光の照射を継続し、その後、レーザ光の照射を解除している。

この図７から明らかなように、本実施形態にあっては、特定部位における冷却速度（単位時間当たりの温度低下量）が従来技術のものに比べて低くなっており、単位時間当たりの凝固収縮量を少なくすることでひずみ量を小さくし、これによってクラックの発生を抑制できるものとなっている。

－実験例－
次に、前記の効果を確認するために行った実験例について説明する。この実験例では、前記特定部位と前記接合領域に生成されたビードの中央部（ビードの延在方向における中央部）との温度差を、従来技術のものおよび本実施形態のものそれぞれについて計測した。

図８は、その計測結果を示している。この図８から明らかなように、本実施形態（本発明）のものでは、特定部位とビードの中央部との温度差が、従来技術のものに比べて大幅に小さくなっていた。これにより、前述した如く特定部位に大きな応力が発生してしまうことがなく、この特定部位におけるクラックの発生を抑制できることが確認された。

－他の実施形態－
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。

例えば、前記実施形態では、自動車の車体の製造工程で使用されるレーザ溶接装置１により実施されるレーザ溶接方法として本発明を適用した場合について説明したが、その他の部材のレーザ溶接に対しても本発明は適用することが可能である。

また、前記実施形態では、レーザ光照射位置を楕円形の軌跡に沿って移動させながら２枚のアルミニウム系金属板で成る上板Ｗ１と下板Ｗ２との重ね隅肉溶接を行う場合について説明した。本発明はこれに限らず、レーザ光照射位置を円形（真円形状）の軌跡に沿って移動させながら重ね隅肉溶接を行うようにしてもよい。また、前記軌跡に沿った移動方向としては反時計回り方向に限らず時計回り方向としてもよい。また、鋼板に対して重ね隅肉溶接を行う場合にも本発明は適用が可能である。

また、前記実施形態では、楕円形の軌跡に沿って移動させながら、その軌跡における楕円形の中心を溶接線Ｌに沿う方向に移動させていくレーザ光の走査を複数のミラー３１を回動させることにより行っていた。本発明はこれに限らず、レーザ光照射位置を楕円形の軌跡に沿って移動させる走査をミラー３１の回動によって行い、その軌跡における楕円形の中心の溶接線Ｌに沿う移動を、溶接ロボット４の各アーム４５，４６，４７の揺動動作によって実現するようにしてもよい。

本発明は、レーザ光によるアルミニウム系金属板の重ね隅肉溶接を行うレーザ溶接方法に適用可能である。

１ レーザ溶接装置
２ レーザ発振器
３１ ミラー
３３ 走査モータ
５１ レーザ光走査制御部
Ｗ ワーク
Ｗ１ 上板（金属板）
Ｗ２ 下板（金属板）
Ｌ 溶接線
Ｃ 接合領域の延在方向に沿う方向での所定範囲

Claims (1)

1. 鉛直方向で重ね合わされた金属板で成る上板および下板において予め設定された接合領域に対し該接合領域の延在方向の一方側から他方側に向けてレーザ光照射位置を走査して重ね隅肉溶接を行うレーザ溶接方法であって、
   前記上板の先端面の位置に対して、前記下板の先端面の位置を手前側に位置させ、前記上板の上面および該上板の前記先端面から、前記下板の上面に亘る前記接合領域内で、レーザ光を走査させて金属材料を溶融させて前記上板と前記下板とを溶接するに際し、
   前記レーザ光照射位置を、前記上板と前記下板との重ね合わせ部分である溶接線を跨ぐように楕円形または円形の軌跡に沿って移動させながら、その軌跡における中心を前記溶接線に沿って前記一方側から前記他方側に向けて移動させ、且つ、前記楕円形または円形の軌跡に沿う移動の方向を、前記溶接線に沿う方向において既に前記レーザ光が通過した範囲よりも下流側であって前記上板および前記下板の未溶融部分を前記レーザ光が通過する際に、前記上板に前記レーザ光が照射された後、前記下板に前記レーザ光が照射される方向に規定し、
   前記接合領域の延在方向に沿う方向での所定範囲において照射位置が走査される前記レーザ光の出力を、前記所定範囲において前記軌跡を１回転する毎に段階的に低下させていくと共に、前記レーザ光の走査位置が前記所定範囲における前記他方側の端部に達した時点から当該端部の温度を上昇させるべく当該端部に対する前記レーザ光の照射を一時的に継続することを特徴とするレーザ溶接方法。

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