JP2019018218A

JP2019018218A - 切断溶接方法

Info

Publication number: JP2019018218A
Application number: JP2017137042A
Authority: JP
Inventors: 裕美塔本; Hiromi Tomoto; 敏博福島; Toshihiro Fukushima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2019-02-07

Abstract

【課題】第１板材の切断端面と第２板材の切断端面とを突き合わせたときに隙間が発生することを抑制することが可能な切断溶接方法を提供する。【解決手段】切断溶接方法は、湾曲部を有する第１走査線に沿ってレーザ光を第１板材１０に照射することにより、第１板材１０を切断する工程と、第１走査線とは異なる第２走査線に沿ってレーザ光を第２板材２０に照射することにより、第２板材２０を切断する工程と、第１板材１０の切断端面１２と第２板材２０の切断端面２２とを突き合わせてレーザ光によって溶接する工程とを備える。第１走査線の凹曲線に対応する部分の第２走査線の凸曲線の曲率半径は、第１走査線の凹曲線よりも大きくなるように設定されるとともに、第１走査線の凸曲線に対応する部分の第２走査線の凹曲線の曲率半径は、第１走査線の凸曲線よりも小さくなるように設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、切断溶接方法に関する。

従来、第１板材および第２板材を切断し、その切断端面を突き合わせてレーザ光によって溶接する切断溶接方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１には、二枚の板材を重ね合わせた状態で共通の切断型にて同時に切断し、その切断された切り口を突き合わせてレーザ光によって溶接する切断溶接方法が記載されている。この切断溶接方法では、二枚の板材を重ね合わせた状態で共通の切断型にて同時に切断することにより、突き合わされる切り口の合致精度を確保することが可能であるとされている。そして、切断溶接方法が実施されることにより、二枚の板材が接合されたテーラードブランク材が製造される。

しかしながら、この切断溶接方法では、製造されるテーラードブランク材の形状などに応じて専用の切断型が必要になるという不都合がある。そこで、特許文献１には、二枚の板材を重ね合わせた状態でレーザ光によって同時に切断する方法も提案されている。

特開２０１２−１４８３３２号公報

ここで、図６および図７を参照して、上記のような従来の切断溶接方法の一例について説明する。この切断溶接方法では、図６に示すように、第１板材１１０および第２板材１２０を重ね合わせ、その第１板材１１０および第２板材１２０が重ね合わされた部分Ｐにレーザ光が走査線ＳＬ３に沿って照射される。なお、この例による走査線ＳＬ３は、湾曲部を有するＳ字状である。そして、レーザ光の照射により、第１板材１１０から切れ端１１１が切り落とされ、第２板材１２０から切れ端１２１が切り落とされる。

このレーザ光の照射による切断ではカーフ幅（切断幅）Ｗが生じる。このため、第１板材１１０の切断端面１１２の凹曲線部１１２ａの曲率半径が、第２板材１２０の切断端面１２２の凸曲線部１２２ａの曲率半径よりも大きくなるとともに、第１板材１１０の切断端面１１２の凸曲線部１１２ｂの曲率半径が、第２板材１２０の切断端面１２２の凹曲線部１２２ｂの曲率半径よりも小さくなる。すなわち、第１板材１１０の切断端面１１２と第２板材１２０の切断端面１２２とが一致しない。したがって、図７に示すように、第１板材１１０の切断端面１１２と第２板材１２０の切断端面１２２とを突き合わせたときに、隙間Ｇが発生する。

このような隙間Ｇが発生した状態で、第１板材１１０と第２板材１２０との突き合わせ部にレーザ光を照射して溶接すると、溶接部にヒケ（窪み）が形成されるという問題点がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、第１板材の切断端面と第２板材の切断端面とを突き合わせたときに隙間が発生することを抑制することが可能な切断溶接方法を提供することである。

本発明による切断溶接方法は、第１板材および第２板材を切断し、その切断端面を突き合わせて溶接するものである。この切断溶接方法は、湾曲部を有する第１走査線に沿ってレーザ光を第１板材に照射することにより、第１板材を切断する工程と、第１走査線とは異なる第２走査線に沿ってレーザ光を第２板材に照射することにより、第２板材を切断する工程と、第１板材の切断端面と第２板材の切断端面とを突き合わせてレーザ光によって溶接する工程とを備える。第１走査線の凹曲線に対応する部分の第２走査線の凸曲線の曲率半径は、第１走査線の凹曲線よりも大きくなるように設定されるとともに、第１走査線の凸曲線に対応する部分の第２走査線の凹曲線の曲率半径は、第１走査線の凸曲線よりも小さくなるように設定される。

このように構成することによって、カーフ幅を考慮して第２板材を切断する際の第２走査線を設定することにより、第１板材の切断端面と第２板材の切断端面とを一致させることができるので、第１板材の切断端面と第２板材の切断端面とを突き合わせたときに隙間が発生することを抑制することができる。

本発明の切断溶接方法によれば、第１板材の切断端面と第２板材の切断端面とを突き合わせたときに隙間が発生することを抑制することができる。

本実施形態の切断溶接方法を実施する切断溶接装置を説明するための図である。第１板材の切断工程を説明するための平面図である。第２板材の切断工程を説明するための平面図である。第１板材および第２板材の溶接工程を説明するための平面図である。本実施形態の変形例による切断溶接装置を示した斜視図である。従来の切断溶接方法の一例において、重ね合わせた第１板材および第２板材をレーザ光によって切断した状態を示した平面図である。従来の切断溶接方法の一例において、第１板材の切断端面と第２板材の切断端面とを突き合わせた状態を示した平面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態による切断溶接方法を実施する切断溶接装置の概略構成について説明する。

切断溶接装置は、第１板材１０および第２板材２０を切断し、その切断端面１２および２２を突き合わせてレーザ光によって溶接する切断溶接方法を実施可能に構成されている。この切断溶接装置は、図１に示すように、第１板材１０を保持する第１保持台１と、第２板材２０を保持する第２保持台２と、加工ヘッド３を含むレーザ装置（図示省略）とを備えている。なお、第１板材１０および第２板材２０は、たとえば金属製の平板である。

第１保持台１および第２保持台２は、スライド移動可能であり、加工ヘッド３による加工領域Ｒを挟んで対向するように配置されている。第１保持台１は、第１板材１０を加工領域Ｒに対して進退させるように構成され、第２保持台２は、第２板材２０を加工領域Ｒに対して進退させるように構成されている。レーザ装置は、加工ヘッド３から切断用および溶接用のレーザ光を出射可能であり、加工ヘッド３からレーザ光を出射させながら加工ヘッド３を走査させるように構成されている。

−切断溶接方法−
次に、図１〜図４を参照して、切断溶接装置により実施される切断溶接方法について説明する。

本実施形態の切断溶接方法は、第１板材１０を切断する工程と、第２板材２０を切断する工程と、第１板材１０の切断端面１２と第２板材２０の切断端面２２とを突き合わせて溶接する工程とを備えている。

まず、第１板材１０の切断工程では、図１（ａ）に示すように、第１保持台１がＸ１方向側に移動され、第１保持台１に保持される第１板材１０が加工領域Ｒに配置される。なお、第２保持台２はＸ１方向側に配置されており、第２保持台２に保持される第２板材２０が加工領域Ｒから退避されている。そして、加工ヘッド３が切断用のレーザ光を出射しながら走査されることにより、第１板材１０が切断される。

具体的には、図２に示すように、湾曲部を有するＳ字状の第１走査線ＳＬ１に沿って切断用のレーザ光が第１板材１０に照射される。これにより、第１板材１０から切れ端１１が切り落とされ、凹曲線部１２ａおよび凸曲線部１２ｂを有する切断端面１２が第１板材１０に形成される。なお、切断端面１２が平坦になるように、レーザ光の出力や焦点距離などが調整される。また、レーザ光による切断の際にカーフ幅（切断幅）Ｗが生じる。

次に、第２板材２０の切断工程では、図１（ｂ）に示すように、第１保持台１および第２保持台２がＸ２方向側に移動される。これにより、第２保持台２に保持される第２板材２０が加工領域Ｒに配置され、第１保持台１に保持される第１板材１０が加工領域Ｒから退避される。そして、加工ヘッド３が切断用のレーザ光を出射しながら走査されることにより、第２板材２０が切断される。

具体的には、図３に示すように、湾曲部を有するＳ字状の第２走査線ＳＬ２に沿って切断用のレーザ光が第２板材２０に照射される。これにより、第２板材２０から切れ端２１が切り落とされ、凸曲線部２２ａおよび凹曲線部２２ｂを有する切断端面２２が第２板材２０に形成される。なお、切断端面２２が平坦になるように、レーザ光の出力や焦点距離などが調整される。また、レーザ光による切断の際にカーフ幅Ｗが生じる。

ここで、第２走査線ＳＬ２を第１走査線ＳＬ１と同一に設定すると、従来例のようにカーフ幅Ｗに起因して湾曲部の曲率半径に差が生じて切断端面１２および２２が一致しなくなる。そこで、本実施形態では、切断端面１２および２２が一致するように、第１走査線ＳＬ１とは異なる第２走査線ＳＬ２が予め設定される。具体的には、第１走査線ＳＬ１の凹曲線（凹曲線部１２ａ形成用の湾曲部）に対応する部分の第２走査線ＳＬ２の凸曲線（凸曲線部２２ａ形成用の湾曲部）の曲率半径が、第１走査線の凹曲線よりも大きくなるように設定されるとともに、第１走査線ＳＬ１の凸曲線（凸曲線部１２ｂ形成用の湾曲部）に対応する部分の第２走査線ＳＬ２の凹曲線（凹曲線部２２ｂ形成用の湾曲部）の曲率半径が、第１走査線ＳＬ１の凸曲線よりも小さくなるように設定される。すなわち、第２板材２０の凸曲線部２２ａの曲率半径が第１板材１０の凹曲線部１２ａの曲率半径に一致するように、カーフ幅Ｗを考慮して第２走査線ＳＬ２が設定されるとともに、第２板材２０の凹曲線部２２ｂの曲率半径が第１板材１０の凸曲線部１２ｂの曲率半径に一致するように、カーフ幅Ｗを考慮して第２走査線ＳＬ２が設定される。これにより、第２板材２０には、第１板材１０の切断端面１２と一致する切断端面２２が形成される。

そして、第１板材１０および第２板材２０の溶接工程では、図１（ｃ）に示すように、第１保持台１がＸ１方向側に移動され、第１板材１０および第２板材２０が加工領域Ｒに配置される。その加工領域Ｒでは、第１板材１０の切断端面１２および第２板材２０の切断端面２２が突き合わされる。そして、加工ヘッド３が溶接用のレーザ光を出射しながら走査されることにより、第１板材１０および第２板材２０が溶接される。

具体的には、図４に示すように、突き合わされる切断端面１２および２２が一致されており、その第１板材１０と第２板材２０とのＳ字状の突き合わせ部に沿って溶接用のレーザ光が照射されることにより、第１板材１０および第２板材２０が溶接される。これにより、第１板材１０および第２板材２０が接合された複合材が製造される。

−効果−
本実施形態では、上記のように、カーフ幅Ｗを考慮して第２板材２０を切断する際の第２走査線ＳＬ２を設定することによって、第１板材１０の切断端面１２と第２板材２０の切断端面２２とを一致させることができるので、第１板材１０の切断端面１２と第２板材２０の切断端面２２とを突き合わせたときに隙間が発生することを抑制することができる。したがって、第１板材１０と第２板材２０とを突き合わせてレーザ光によって溶接する際に、溶接部にヒケ（窪み）が形成されることを抑制することができる。その結果、接合部が湾曲している場合であっても、接合部の接合品質の低下を抑制することができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施形態では、第１板材１０および第２板材２０が平板である例を示したが、これに限らず、図５に示す変形例のように、第１板材１０ａおよび第２板材２０ａが屈曲部を有する三次元的な形状であってもよい。この場合、第１板材１０ａが第１保持台１ａに保持され、その第１保持台１ａにより第１板材１０ａが加工領域Ｒに対して進退されるとともに、第２板材２０ａが第２保持台２ａに保持され、その第２保持台２ａにより第２板材２０ａが加工領域Ｒに対して進退されるようになっている。また、レーザ装置の加工ヘッド（図示省略）は、第１板材１０ａおよび第２板材２０ａの表面形状にならって移動する、すなわち加工ヘッドから出射されるレーザ光が第１板材１０ａおよび第２板材２０ａの表面に対して垂直に入射されるように移動する構成とされている。なお、図５の例では、第１板材１０ａおよび第２板材２０ａの切り落とされる部分をドットで示している。

また、本実施形態では、第１走査線ＳＬ１および第２走査線ＳＬ２が湾曲部を有するＳ字状である例を示したが、これに限らず、第１走査線および第２走査線が、湾曲部を有するその他の形状であってもよい。

また、本実施形態において、第１走査線ＳＬ１が、要求される切断端面１２の形状にカーフ幅Ｗを考慮して設定されていてもよい。

本発明は、第１板材および第２板材を切断し、その切断端面を突き合わせてレーザ光によって溶接する切断溶接方法に利用可能である。

１０第１板材
１０ａ第１板材
１２切断端面
２０第２板材
２０ａ第２板材
２２切断端面
ＳＬ１第１走査線
ＳＬ２第２走査線

Claims

第１板材および第２板材を切断し、その切断端面を突き合わせて溶接する切断溶接方法であって、
湾曲部を有する第１走査線に沿ってレーザ光を前記第１板材に照射することにより、前記第１板材を切断する工程と、
前記第１走査線とは異なる第２走査線に沿ってレーザ光を前記第２板材に照射することにより、前記第２板材を切断する工程と、
前記第１板材の切断端面と前記第２板材の切断端面とを突き合わせてレーザ光によって溶接する工程とを備え、
前記第１走査線の凹曲線に対応する部分の前記第２走査線の凸曲線の曲率半径は、前記第１走査線の凹曲線よりも大きくなるように設定されるとともに、前記第１走査線の凸曲線に対応する部分の前記第２走査線の凹曲線の曲率半径は、前記第１走査線の凸曲線よりも小さくなるように設定されることを特徴とする切断溶接方法。