JP2002035970A

JP2002035970A - レーザ溶接方法

Info

Publication number: JP2002035970A
Application number: JP2000229358A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kitano; 浩士北野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-05

Abstract

(57)【要約】【課題】板隙の管理が容易であり、生産性に優れ、高
品質の溶接部を形成することのできるレーザ溶接方法を
提供する。【解決手段】本発明は、少なくとも一方は母材よりも
低融点の被覆材により被覆された被覆母材（亜鉛メッキ
鋼板等）からなる二つの部材を重ね合わせ、その溶接見
込位置にレーザＬを照射して溶接するレーザ溶接方法に
関する。この二つの部材のうち少なくとも一方の部材は
フランジ部１１を有するフランジ付部材１である。フラ
ンジ部１１は、フランジ付部材１の溶接見込位置よりも
外側を他方の部材２から離隔する方向に曲げて形成され
ている。レーザ照射により発生する被覆材蒸気Ｇは、フ
ランジ部１１と他方の部材２との間から逃されるので、
溶接見込位置においてフランジ付部材１と他方の部材２
とが密着していてもブローホール等の発生を防止するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、母材よりも低融点
の被覆材により被覆された被接合部材を、相互にあるい
は他の被接合部材と重ね合わせて溶接するレーザ溶接方
法に関する。本発明のレーザ溶接方法は、亜鉛メッキ鋼
板等の溶接方法として好適である。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛メッキ鋼板、塗装鋼板等のように母
材よりも低融点の被覆材によって被覆された被溶接部材
を重ね合わせてレーザ溶接（以下、「重ね溶接」ともい
う。）すると、溶接時において被溶接部材間に発生する
被覆材蒸気が溶融金属を吹き飛ばすためにスパッタが激
しく発生し、また溶接ビードにピットやブローホールを
多発することが知られている。また、溶接しようとする
位置（以下、「溶接見込位置」ともいう。）において、
被溶接部材の間に適当な間隔の隙間を設けた状態でレー
ザを照射することにより、発生する被覆材蒸気をこの隙
間から逃して良好な重ね溶接が行われることも知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この被覆材蒸気を逃す
ための隙間は、広すぎると溶け落ちが起こり、狭すぎる
と蒸気を十分に逃すことができずブローホール発生等の
問題を解決することができない。このため溶接時には、
溶接見込位置における被溶接部材間の隙間（以下、「板
隙」ともいう。）を所定範囲に管理する必要がある。良
好な溶接品質の得られる板隙の範囲は、被溶接部材の厚
さにもよるが、例えば被溶接部材の厚さが０．６〜２．
０ｍｍの場合には通常０．２〜０．４ｍｍ程度である。

【０００４】この板隙を設ける方法として、特開昭６１
−２７１８９号公報には、被溶接部材に塑性加工（プレ
ス加工等）または切削加工を施すことにより、溶接見込
位置に板隙を形成させる方法が開示されている。また、
特開平７−３２１８０号公報には、まずレーザ照射側の
被溶接部材のみを溶接見込位置よりも拘束側においてレ
ーザを用いて溶融させ、この溶融金属の冷却時の収縮を
利用してレーザ照射側の被溶接部材を反り変形させて溶
接見込位置に板隙を形成し、次いで重ね溶接を行うレー
ザ溶接方法が開示されている。

【０００５】しかし、特開昭６１−２７１８９号公報に
記載の方法では、プレス加工または切削加工を行う工程
が増えるので製造効率が低下する。さらに、プレス加工
の場合にはプレス型の造り込みも必要となるうえ、特に
大型の被接合部材においてはプレス加工の精度や部材の
自重による変形等により板隙の管理が困難となる場合が
ある。また、特開平７−３２１８０号公報に記載の方法
では、被溶接部材の溶融と収縮により被溶接部材の自由
端を浮きあがらせて板隙を形成するため、板隙を高精度
に管理することは困難である。また、被溶接部材の溶融
と収縮により、この被溶接部材に余分な歪みや変形が生
じることとなるので好ましくない。さらに、一度レーザ
を照射して板隙を形成させた後に通常のレーザ溶接を行
うので、溶接速度が遅くなり生産性が低下する。

【０００６】本発明の目的は、板隙の管理が容易であ
り、生産性に優れ、高品質の溶接部を形成することので
きるレーザ溶接方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載のレーザ溶接方法は、二つの部材を重
ね合わせ、この重ね合わせ部の溶接見込位置にレーザを
照射して該二つの部材を溶接するレーザ溶接方法であっ
て、上記二つの部材のうち少なくとも一方の部材は母材
よりも低融点の被覆材により該母材が被覆された被覆母
材からなり、上記二つの部材のうち少なくとも一方の部
材はフランジ部を有するフランジ付部材であり、該フラ
ンジ部は上記一方の部材の上記溶接見込位置よりも外側
を上記他方の部材から離隔する方向に曲げて形成され、
上記レーザの照射は、少なくとも上記溶接見込位置にお
いて上記二つの部材を密着させた状態で行われることを
特徴とする。

【０００８】上記フランジ部の形成は、加工が容易であ
ることから、上記フランジ付部材と他方の部材とを重ね
合わせる前に行うことが好ましい。フランジ部の形成方
法は特に限定されないが、被溶接部材を打ち抜く工程に
おいて曲げ加工する方法によると、従来の製造工程に余
分な工程を加えることなくフランジ部を形成することが
でき、またプレス型等を必要としないので好ましい。

【０００９】上記フランジ部の形状は、上記フランジ付
部材の厚さをｔ₁、上記フランジ部の外径曲げ半径をＲ
としたとき、Ｒがｔ₁≦Ｒ≦１００ｍｍの範囲であるこ
とが好ましく、請求項２記載のように、２ｔ₁≦Ｒ≦５
０ｍｍの範囲であることがより好ましい。通常の曲げ加
工によってフランジ部を形成する場合には、Ｒをｔ₁よ
りも小さくすることは困難である。一方、Ｒが１００ｍ
ｍを超えると、フランジ付部材と他方の部材との間に形
成される空間が狭いため、被覆材蒸気を十分に逃すこと
ができず、ブローホール等が発生する場合がある。

【００１０】上記フランジ部と、上記フランジ付部材の
他部とのなす角度は、９０±３０°の範囲であることが
好ましく、より好ましくは９０±１５°であり、請求項
３記載のように９０±５°の範囲であることが最も好ま
しい。この角度が９０±５°であると、後述する実施例
のように、フランジ部を利用してメカニカルトラッキン
グを行う場合等に有利である。また、上記レーザの照射
は、請求項４記載のように、上記フランジ部の終了端に
上記他方の部材側への押圧力を加えながら行われること
が好ましい。なお、「フランジ部の開始端」とは、他方
の部材と接触する側のフランジ付部材の表面（外径側表
面）が、この他方の部材から離隔する方向に曲がり始め
る位置をいう。また、「フランジ部の終了端」とは、フ
ランジ部におけるフランジ付部材の板端（エッジ）をい
う。

【００１１】本発明の方法により溶接される被接合部材
のうち少なくとも一方は、母材の表面がこの母材よりも
低融点の被覆材により被覆された被覆母材からなる。こ
のような被覆母材としては、亜鉛メッキ鋼板、錫メッキ
鋼板、塗装鋼板等が挙げられる。被接合部材の双方がこ
の被覆母材からなる場合には、一方の被接合部材のみが
被覆母材からなる場合に比べて被覆材蒸気の発生量が多
いので、本発明の溶接方法を用いることによる効果がよ
く発揮される。上記フランジ部は、被接合部材の一方に
設けられていてもよく、双方に設けられていてもよい。
通常は、レーザが照射される側の部材のみにフランジ部
が設けられていることが好ましい。また、フランジ部の
幅は特に限定されず、例えば１〜５ｍｍとすることがで
き、１〜２ｍｍとすることが好ましい。フランジ部の幅
が小さすぎると、曲げ加工が困難となる場合がある。

【００１２】本発明の方法により溶接される被接合部材
の厚さは特に限定されないが、通常は０．２〜５．０ｍ
ｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは０．４
〜３．０ｍｍ、さらに好ましくは０．６〜２．０ｍｍの
範囲である。

【００１３】上記溶接見込位置は、通常はフランジ部の
開始端とすることが好ましい。実際の溶接時には、部材
の製造誤差や自重によるたわみ、あるいはレーザ照射手
段の制御誤差等により、溶接見込位置とは異なる位置に
レーザが照射される可能性もある。このとき、図６に示
すように、レーザＬの照射方向に垂直な平面上におい
て、溶接見込位置Ｗから実際にレーザが照射される溶接
位置Ｘまでの距離ａが０≦ａ≦２（Ｒ−ｔ₁）ｔ₁／Ｒ
（ただし、溶接見込位置Ｗからフランジ付部材の外側に
向かう方向を正とする。）となるように制御することが
好ましい。ここで、ｔ₁はフランジ付部材の厚さ、Ｒは
フランジ部の外径曲げ半径である。また、図６において
符号１はフランジ付部材、符号１１はフランジ付部材１
に形成されたフランジ部、符号２は他方の部材を示す。
ａが０未満では（例えば溶接位置Ｘ１）、被覆材蒸気を
十分に逃すことができずブローホールが発生する場合が
ある。一方、ａが２（Ｒ−ｔ₁）ｔ₁／Ｒを超えると（例
えば溶接位置Ｘ２）、フランジ付部材１と他方の部材２
との間隔が広すぎて溶け落ちが発生する場合がある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明を更に
具体的に説明する。本実施例の溶接方法に用いられる被
溶接部材は、図２に示すように、レーザ照射側に配置さ
れフランジ１１が形成された上部材（フランジ付部材）
１と、上部材１に対してレーザ照射側とは反対側に重ね
合わせて配置された下部材２とからなる。上部材１およ
び下部材２は、板厚０．８ｍｍで、片面当たり目付け量
６０ｇ／ｍ²のメッキが両面に施された合金化処理溶融
亜鉛メッキ鋼板亜鉛メッキ鋼板（ＧＡ６０／６０）を所
定形状に打ち抜いたものである。上部材１の板端から幅
３．０ｍｍの部分は、この打ち抜き工程において、図２
の上方向に曲げ加工されてフランジ部１１を形成してい
る。フランジ部１１の外径曲げ半径Ｒは１．６ｍｍであ
り、上部材１の他の部分とフランジ部１１とのなす角度
は９０°である。図２に示すように、上部材１と下部材
２との重ね合わせ部１２のうち、フランジ部１１の開始
端に相当する溶接見込位置Ｗにレーザを照射して溶接を
行う。

【００１５】溶接時の状況を図１に模式的に示す。図示
しないレーザトーチに取り付けられたローラ３は、その
外周面に形成された幅０．８ｍｍの凹部３ａによりフラ
ンジ部１１の端面１１ａをとらえ、この端面１１ａをガ
イドとして転がり移動可能である。この転がり移動によ
り、フランジ部１１に沿ってレーザトーチを移動させる
ことができる。レーザトーチは、ローラ３の幅中心に対
して一定の相対位置にレーザＬを照射するレーザ照射手
段を有する。本実施例では、フランジ部１１の開始端に
レーザＬが照射されるようにレーザ照射手段が調整され
ている。本実施例では、このようにフランジ部１１を利
用してメカニカルトラッキングを行うことにより、フラ
ンジ部１１を検出するためのセンサ等を用いることなく
レーザＬの照射位置を制御することができる。

【００１６】溶接時には、レーザトーチからローラ３を
介してフランジ部１１の端面１１ａに下部材２側（図２
の下側）への押圧力を加え、この押圧力により上部材１
と下部材２とを密着させながら、フランジ部１１の開始
端にレーザＬを照射し、上部材１および下部材２を溶融
させて溶融部４を形成する。このとき発生する亜鉛蒸気
Ｇは、フランジ部１１と下部材２との間から逃されるの
で、ブローホール等の発生が防止される。また、溶接見
込位置Ｗにおいて上部材１と下部材２の板隙は実質的に
０なので、溶け落ちが発生することはない。

【００１７】なお、図１では上部材１と下部材２とが重
ね合わせ部１２の全体で密着しているが、上部材１およ
び下部材２の設計形状やこれらの部材を保持する位置、
あるいは部材の製造誤差等により、図３（ａ）に示すよ
うに、外力が加わらない状態では両部材の間に隙間１３
が存在してもよい。このような場合にも、ローラ３から
端面１１ａに加えられる押圧力により、例えば図３
（ｂ）に示すように、少なくとも溶接見込位置Ｗにおい
て上部材１と下部材２とを密着させて（すなわち、板隙
を０として）、本発明の溶接方法を実施することができ
る。このときの押圧力は、少なくとも溶接見込位置Ｗに
おいて上部材１と下部材２とを接触させることができ、
かつ部材の変形等の不具合が起こらない程度であればよ
く、それほど厳密に制御する必要はない。

【００１８】上記実施例では、フランジ部を利用したメ
カニカルトラッキングによりレーザ照射位置を制御した
が、フランジ位置を検出するセンサ等によりレーザ照射
位置を制御してもよい。また、上記実施例ではメカニカ
ルトラッキングを行うためのローラ３を利用してフラン
ジ部１１の端面１１ａに押圧力を加えたが、レーザ照射
手段とは別に設けられた押圧手段（クランプ等）により
端面１１ａに押圧力を加えてもよい。例えば、上部材１
と下部材２とをあらかじめクランプで固定し、溶接を行
う長さの全範囲にわたって溶接見込位置Ｗにおける板隙
を０とした後にレーザ照射を行ってもよい。フランジ部
１１が形成されていることにより上部材１の剛性が向上
しているので、フランジ部をもたない場合に比べて押圧
箇所の間隔を広くすることができる。

【００１９】また、上記実施例では上部材１（レーザが
照射される側の被溶接部材）のみにフランジ部１１を設
けたが、図４に示すように、上部材１にはフランジ部を
形成せず、下部材２（レーザが照射される側とは反対側
の被溶接部材）にフランジ部２１を形成してもよい。ま
た、図５に示すように、上部材１および下部材２の双方
にそれぞれフランジ部１１およびフランジ部２１を設け
てもよい。

【００２０】

【発明の効果】溶接見込位置において、上部材と下部材
との間に所定の大きさの板隙を意図的に形成するという
従来技術によると、部材の形状、保持位置、押圧力等を
厳密に調整しなくてはならない。また、部材の製造誤差
等のため、板隙の大きさが所定の範囲内となるように管
理することは困難である。本発明によると、被溶接部材
にあらかじめフランジ部を形成し、このフランジ部の開
始端にレーザを照射することにより、溶接見込位置にお
ける板隙が０でも被覆材蒸気を逃すことができる。した
がって、従来のように所定の大きさの板隙が維持される
ように管理する代わりに、上部材と下部材とを単純に密
着させて（すなわち、板隙が実質的に０となるように管
理して）溶接すれば、溶け落ちやブローホール等を生じ
ることなく良好な溶接部を得ることができるので、板隙
の管理が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の溶接方法において、溶接時の状態を模
式的に示す断面図である。

【図２】実施例の溶接方法に用いる被溶接部材を示す斜
視図である。

【図３】（ａ）および（ｂ）は他の実施例を示す断面図
であって、（ａ）は被溶接部材に外力を加えない状態
を、（ｂ）は溶接時の状態を模式的に示す。

【図４】他の実施例において、溶接時の状態を模式的に
示す断面図である。

【図５】他の実施例において、溶接時の状態を模式的に
示す断面図である。

【図６】溶接見込位置と溶接位置との関係を示す断面図
である。

【符号の説明】

１；上部材（フランジ付部材）１１；フランジ部、１１
ａ；端面（フランジ部の終了端）、１２；重ね合わせ
部、２；下部材（他方の部材）、２１フランジ部、３；
ローラ、４；溶融部、Ｇ；亜鉛蒸気（被覆材蒸気）、
Ｌ；レーザ、Ｗ；溶接見込位置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二つの部材を重ね合わせ、この重ね合わ
せ部の溶接見込位置にレーザを照射して該二つの部材を
溶接するレーザ溶接方法であって、上記二つの部材のう
ち少なくとも一方の部材は母材よりも低融点の被覆材に
より該母材が被覆された被覆母材からなり、上記二つの部材のうち少なくとも一方の部材はフランジ
部を有するフランジ付部材であり、該フランジ部は上記
一方の部材の上記溶接見込位置よりも外側を上記他方の
部材から離隔する方向に曲げて形成され、上記レーザの照射は、少なくとも上記溶接見込位置にお
いて上記二つの部材を密着させた状態で行われることを
特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】上記フランジ付部材の厚さをｔ₁、上記
フランジ部の外径曲げ半径をＲとしたとき、Ｒがｔ₁≦
Ｒ≦１００ｍｍの範囲である請求項１記載のレーザ溶接
方法。
【請求項３】上記フランジ部と上記フランジ付部材の
他部とのなす角度は９０±５°である請求項１または２
記載のレーザ照射方法。
【請求項４】上記レーザの照射は、上記フランジ部の
終了端に上記他方の部材側への押圧力を加えながら行わ
れる請求項１、２または３記載のレーザ照射方法。