JP7180220B2 - レーザスポット溶接方法 - Google Patents
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Description
複数重ねた金属板に対して所定領域にレーザ光軸を設定した状態で、
第1の照射径にてレーザを照射し前記金属板を加熱して溶融する第1ステップと、
前記第1ステップに連続して、前記第1の照射径から第2の照射径まで漸次または段階的に照射径を拡大しながらレーザを照射し溶融部を拡大する第2ステップと、
を含み、前記照射径の拡大はデフォーカス量の増加によって与えられる。
先ず、比較例として、図2(a)に示すように、デフォーカス量d1=30mmで0.2秒のレーザ照射を行った後、デフォーカス量をd2=90mmに増加させて0.15秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた(図中、デフォーカス量の増加における傾斜は制御に必要なタイムラグであり、本発明に係る操作を意図したものではない)。
図2(e)はその結果を示しており、図中において、ハッチングが付されている組合せでは良好な溶接結果が得られ、間隙の許容範囲を示している。上側の間隙gaが0の場合には、下側の間隙gb=1.0mmまで許容されているが、両方の間隙ga,gbがある組合せでは、概ね間隙の合計が0.9mm程度であった。いくつかの組合せではレーザ照射を延長することで改善が見られたが、図中太線で示された実施例1(後述)の間隙許容範囲と比較すると、下側の間隙gbが大きい範囲に差があることが分かる。
次に、本発明に係る実施例1として、図2(b)に示すように、デフォーカス量をd1=30mmからd2=90mmまで一定の比率で増加させながら、0.4秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図2(f)に実施例1の結果を示す。上述したように、比較例と比べると、下側の間隙gbが大きい範囲で1.0~1.1mmまで許容されており、上下合計の間隙は1.2~1.3mmまで許容範囲が拡大している。
次に、本発明に係る実施例2として、図2(c)に示すように、デフォーカス量をd1=30mmから0.2秒間に40mmまで相対的に緩やかな比率で増加させた後、次の0.2秒間にデフォーカス量をd2=90mmまで相対的に急な比率で増加させながら、合計0.4秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図2(g)に実施例2の結果を示す。先述の比較例に対しては間隙許容範囲が拡大しているものの、上述した実施例1と比較すると、下側の間隙gbが大きい範囲で0.2mm程度許容範囲が狭くなっている。
次に、本発明に係る実施例3として、図2(d)に示すように、デフォーカス量をd1=30mmから0.1秒間に50mmまで相対的に急な比率で増加させた後、次の0.3秒間にデフォーカス量をd2=90mmまで相対的に緩やかな比率で増加させながら、合計0.4秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図2(h)に実施例3の結果を示す。上述の実施例2とは逆に、上下合計の間隙が大きい領域で僅かながら実施例1を上回る結果が得られた。
先ず、本発明に係る実施例4として、図3(a)に示すように、デフォーカス量をd1=30mmから0.1秒間に60mmまで実施例3よりも急な比率で増加させた後、次の0.3秒間にデフォーカス量をd2=90mmまで実施例3よりも緩やかな比率で増加させながら、合計0.4秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図3(c)に実施例4の結果を示す。上述した実施例3と比較して、上側の間隙gaが0.3mm、下側の間隙gbが0.9~1.0mmの組合せが不良になったが、上側の間隙gaが0.2mm以下の場合には下側の間隙gbの許容範囲が1.3~1.4mmにまで拡大され、下側の間隙gbが大きい場合に有利であることが確認された。
次に、本発明に係る実施例5として、図3(b)に示すように、デフォーカス量をd1=30mmから0.1秒間に70mmまで実施例5よりも急な比率で増加させた後、次の0.3秒間にデフォーカス量をd2=90mmまで実施例5よりも緩やかな比率で増加させながら、合計0.4秒のレーザ照射を行うレーザスポット溶接を、金属板間の間隙ga,gbおよびそれらの組合せを変えて実施し、間隙の許容範囲を調べた。
図3(d)に実施例5の結果を示す。上述した実施例4と同様に、上側の間隙gaが0.3mm、下側の間隙gbが0.9~1.0mmの組合せは不良であったが、上側の間隙gaが0.6~0.7mmの場合に許容範囲の拡大が認められ、さらに、上側の間隙gaが0.2mm以下の場合には下側の間隙gbの許容範囲が1.3~1.5mmにまで拡大され、下側の間隙gbが大きい場合に有利であることが確認された。
図4は、実施例1~5の結果から示唆される本発明に係るレーザスポット溶接における最適な照射径変化パターンを示している。以下、このパターンを中心とした最適な実施形態について図4を参照しながら考察する。
11,12,13 金属板
21,21′,41 第1ステップ(加熱溶融)
22,42 第2ステップ(溶融部拡大)
22a 第1区間
22b 第2区間
23,43 第3ステップ(調整)
d1,d2 デフォーカス量
ga,gb 隙間
L1,L2 レーザ照射
S1,S2 スポット
φ1,φ2 レーザ照射径
W1,W2 溶融部
Claims (8)
- 複数重ねた金属板に対して所定領域にレーザ光軸を設定した状態で、
第1の照射径にてレーザを照射し前記金属板を加熱して溶融する第1ステップと、
前記第1ステップに連続して、前記第1の照射径から第2の照射径まで漸次または段階的に照射径を拡大しながらレーザを照射し溶融部を拡大する第2ステップと、
を含み、前記照射径の拡大はデフォーカス量の増加によって与えられる、レーザスポット溶接方法。 - 前記第2ステップは、レーザの照射径が前記第1の照射径から第1の速度で拡大する第1区間と、前記第1区間の後に前記第2の照射径まで第2の速度で拡大する第2区間とを含み、前記第1の速度は前記第2の速度よりも大きい、請求項1記載のレーザスポット溶接方法。
- 前記第2ステップは、レーザの照射径が前記第1の照射径から第2の照射径まで拡大するに従って、照射径の拡大速度が漸次または段階的に低下する、請求項1記載のレーザスポット溶接方法。
- 前記第1区間におけるレーザ照射時間は、前記第2区間におけるレーザ照射時間よりも短い、請求項2記載のレーザスポット溶接方法。
- 複数重ねた金属板に対して所定領域にレーザ光軸を設定した状態で、
レーザの照射径を、第1の照射径から漸次または段階的に拡大しながらレーザを照射して前記金属板を加熱して溶融する第1ステップと、
前記第1ステップに連続して、レーザの照射径を、第2の照射径まで漸次または段階的に拡大しながらレーザを照射して溶融部を拡大する第2ステップと、
を含み、前記照射径の拡大はデフォーカス量の増加によって与えられる、レーザスポット溶接方法。 - 前記第1ステップにおける照射径の拡大速度は、前記第2ステップにおける照射径の拡大速度よりも大きい、請求項5記載のレーザスポット溶接方法。
- 前記第1ステップにおけるレーザ照射時間は、前記第2ステップにおけるレーザ照射時間よりも短い、請求項1~6の何れか一項記載のレーザスポット溶接方法。
- 前記第1および第2ステップ中は、レーザ出力は実質的に一定である、請求項1~7の何れか一項記載のレーザスポット溶接方法。
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