JPH0716776A - 重ね継手部のレーザー溶接方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流し台シンク及び自動車用燃料タンク類を耐
密にレーザー・ビーム溶接する場合に，重ね継手形状の
精度を向上し，溶融面積の増大を図り良好な溶接結果を
得ることを目的とする。 【構成】 重ね合わせた金属板の継手部をレーザー・ビ
ームによって溶接する場合に，被溶接部材の接合部を強
力にクランプし，そのクランプして重ね合わせた溶接継
手部の接触面の延長線またはその延長線と微小角を有す
る線からレーザー・ビームを接合部に照射して溶接す
る。こうすることによって，重ね継手部の板間の隙間を
なくし，溶接線ギリギリの所をクランプするから溶接時
の歪みを抑制し目ハズレを防止し，重ね継手部の接触面
の延長線方向に幅広く溶け込みができるので溶接強度を
一層高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，レーザー・ビームによ
って被溶接部材の重ね継手部を溶接する方法と装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来，たとえば流し台シンクや自動車の
燃料タンクなどは，たとえば図８に示すように，複数の
溶接部材から構成され，耐密溶接を要求されるために，
金属板１及び金属板２を重ね合わせた継手部を電極輪Ｅ
１及び電極輪Ｅ２によって押し潰しながら加圧溶接する
シーム溶接法などが採用されていた。また，このシーム
溶接などの採用される理由としては，流し台シンクの場
合は後工程の研磨作業を容易にすることや，溶接強度を
確実にするためである。また，継手部形状の精度が良く
なくても確実に溶接結果を得ることができるのも採用さ
れている大きな条件である。

【０００３】一方，レーザー・ビーム溶接ではたとえば
図６に示すように一方の被溶接部材の端面または図７の
ように重ね継手部を貫通溶接しているのが普通である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，前者の
シーム溶接の場合は，次のような問題がある。 １）シンク部がプレス加工であるからシンク部のコーナ
部に歪みが生じた場合に重ね継手精度に不具合いが生じ
溶接時にシーム溶接用電極輪の加圧力は溶接条件の制約
上，一定以上あげられず，ときには加圧力が不十分のた
めにチリを発生し，ブローホール塔お内部欠陥を生じる
ことがある。２）シーム溶接は電極輪の冷却水が周辺に
分散し作業環境に影響する。３）電極輪は消耗品として
保守整備が必要となる。４）シーム溶接部は熱影響範囲
が広いため熱歪みが大きくなる。５）シーム溶接機の重
量は大きく，自動化に制限がある。

【０００５】一方，後者のレーザー溶接の場合は，次の
ような問題がある。 １）図６の端面溶接においては，端面継手形状の精度を
良くしなければならず，また，図７のレーザー貫通溶接
と同様に，接触面に隙間があると極端に溶接強度が弱く
なる。２）溶融幅が狭く，溶接後のグラインデング加工
などが困難である。３）また図６及び図７の溶接方法に
おいては連続溶接の場合は溶接歪みのため溶接終点に近
くにつれて焦点がズレる恐れがある。とくに図６の場合
は溶接線の目ハズレを生じる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は，上記の問題を
解決するための溶接方法及び装置を開発したもので，次
のような技術的手段を講じてある。すなわち，レーザー
・ビームによって重ね継手を溶接する場合，被溶接部材
の接合部を強力にクランプし，そのクランプして重ね合
わせた溶接部の接触面の延長線またはその延長線と微小
角を有する線からレーザー・ビームを接合部に照射して
溶接することを主要な特徴とする。

【０００７】また，上記の方法を実施するための装置と
して，被溶接部材の重ね継手部をクランプするクランプ
装置と，そのクランプされた重ね継手部の接触面の延長
線に対し平行ないし小さい傾斜方向からレーザ・ビーム
を照射し，かつレーザー・ビームをその溶接線軌跡に倣
って移動する工業用ロボットまたはレーザー溶接マニピ
ュレータ等の自動機とを備えたレーザー溶接装置を提供
する。

【０００８】

【作用】本発明の溶接方法は，重ね合わせた金属板のそ
の接触面の延長線方向またはその延長線に対する微小傾
斜角方向からレーザー・ビームを照射して溶接する。し
たがって，溶接線に極めて接近したところを強力にクラ
ンプすることができるから，重ね合わせ継手部の板間の
隙間を完全になくし，継手部精度を向上し，溶接時の歪
みを抑制し目ハズレを防止できる。また，継手部の延長
線方向に溶け込みを形成することができるから接合部の
溶融幅が広くなり溶接強度を飛躍的に高めることができ
る。また溶融幅が広くなればシーム溶接同様に研削仕上
げ加工も容易になる。

【０００９】さらに本発明の方法を実施するための装置
によれば，その溶接ヘッド部は軽く工業用ロボット及び
マニピュレータ等の自動機を使用することができるか
ら，流し台シンク及び燃料タンク類の製造効率を高める
ことができる。また，シーム溶接機に比べ冷却水による
作業環境に影響を与えない。また，クランプ装置に冷や
し金を使用できるから被溶接部材の熱容量が調整できる
ので，抜け落ちが防止できる。

【００１０】

【実施例】図１〜図４は，本発明方法の実施例を示す説
明図である。また図５は本発明を実施するための装置の
概略図である。

【００１１】図１は金属板１及び金属板２を重ね合わせ
継手部を上クランプ３と下クランプ４でクランプした状
態を示す。この場合，継手部を強力なクランプ力で押圧
するので，たとえば金属板を前工程でプレス加工により
歪みが生じてもその影響を受けずに溶接線軌跡を正確に
確保できる。すなわち，従来では図６〜図７に示すよう
にレーザー・ビーム６は継手部に対し真上（直角方向）
から照射するため，クランプ位置を溶接線ギリギリまで
接近して設置することができなかったが，本発明の方法
では溶接部材の端面精度が悪くても溶接線に接近して十
分なクランプ力で溶接線をクランプするから精度の高い
溶接継手部が得られ良好な溶接結果が得られる。

【００１２】図２は重ね継手部のレーザー・ビーム６の
照射角度を示す。この場合は叙述した溶接部材のスミ肉
端面精度が悪くても図１のように継手部を板厚方向から
強力にクランプしたあと，レーザー・ビームを重ね合わ
せた接触面の延長線５に対し０°の角度から照射して溶
接する。したがって，クランプとレーザー・ビームとは
干渉しないから，溶接作業に何ら支障がない。

【００１３】図３は二枚の重ね継手部の接触面の延長線
５に対し任意の傾斜角度（たとえば１０°〜２０°範囲
内）からレーザービーム６を加工位置に照射して溶接し
た場合の一例を示す。

【００１４】叙述した方法では，一方の金属板がシンク
部を有するフランジ板と重ね合わせた継手部の場合でも
板厚方向から強力なクランプ力で溶接端面ギリギリまで
クランプするので，スミ肉端面精度を良くし，前工程の
プレス成形時に歪みが生じても，その影響を受けずに連
続溶接することができるから，図４のように継手部の溶
融幅が延長線方向に広がり，溶接強度を確実にする。

【００１５】次に，本発明方法を実施するための装置に
ついて図５の実施例に基づき説明する。７はレーザー発
振器で，レーザー出力設定器からの信号により設定され
た出力のレーザーエネルギを発生する。８，９は投光用
反射鏡で，レーザー発振器から照射されたレーザー・ビ
ーム６を反射角度で変化させ，目的の加工位置に照射す
るものである。１０は投光用反射鏡と共にレーザー・ビ
ームを溶接線にあわせて駆動する工業用ロボット又はマ
ニピュレータ等の自動機である。１１はレーザー発振器
７から発行されたレーザーの加工位置までの伝送経路を
示す。１２は上下冷し金１３，１４からなるクランプ装
置である。

【００１６】今，上下冷し金１３，１４の間で二枚の金
属板１及び金属板２を強力なクランプ力で保持する。こ
れによって確保された溶接継手部に対し，レーザー発振
器から照射されたレーザー・ビーム６を，反射鏡により
変化させ，重ね継手部の接触面の延長線５に対し任意の
傾斜角度（たとえば１０°〜２０°範囲内）から照射す
る。そして，自動機によりレーザー・ビームを溶接線方
向に駆動し溶接全周を溶接する。この間，クランプ装置
の冷やし金により被溶接部材の熱容量が調整できるの
で，抜け落ちが防止できる。また，本発明はレーザー・
ビーム溶接の重ね溶接法となるから，後工程の研削仕上
げ加工も容易である。

【００１７】

【発明の効果】以上で説明したように，本発明方法によ
れば，流し台シンクもしくは自動車用燃料タンク等のプ
レス加工による複数組立製品の周方向に連続した重ね継
手部を溶接する場合に，その重ね合わせた接触面の延長
線に対し，０°ないし任意の傾斜角度からレーザー・ビ
ームを照射するから，クランプとレーザー・ビームとは
干渉しないから，板厚方向から継手部の端面ギリギリま
で十分なクランプ力で確実にクランプすることができる
から，継手部の板間の隙間を完全になくし継手形状の精
度を飛躍的に向上し，溶接時の歪みを抑制し目ハズレを
防止できる。また，継手部の延長線方向に溶け込みを形
成することができるから接合部の溶融幅が広くなり溶接
強度を飛躍的に高めることができるなど，品質上良好な
溶接結果が得られる。また溶融幅が広くなればシーム溶
接同様に研削仕上げ加工も容易になる。

【００１８】さらに本発明の方法を実施するための装置
によれば，工業用ロボット及びマニピュレータ等の自動
機を使用することができるから，流し台シンク等の製造
効率を一層高めることができる。また，専用のシーム溶
接機に比べ冷却水による作業環境に全く影響がなく，し
かも専用機に替えてロボット等による自動化設備のコス
ト低減を実現する。また，クランプ装置に冷やし金を使
用できるから被溶接部材の熱容量が調整できるので，抜
け落ちが防止できるなど，溶接品質の安定確保に大きく
貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法によるクランプされた重ね継手形状
を示す説明図である。

【図２】本発明方法による重ね継手形状とレーザー・ビ
ーム照射角度を示す説明図である。

【図３】本発明方法による重ね継手部の接触面の延長線
に対するレーザー・ビームの照射角度を示す説明図であ
る。

【図４】本発明による溶接継手部の溶融面積の大きさを
示す図である。ある。

【図５】本発明方法を実施するための装置を示す構想図
である。

【図６】従来のスミ肉継手部の溶接部を示す図である。

【図７】従来の重ね継手部の貫通溶接部を示す図であ
る。

【図８】従来の重ねシーム溶接による溶接部を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 金属板 ２ 金属板 ３ 上クランプ ４ 下
クランプ ５ 延長線 ６ レーザー・ビーム ７ レ
ーザー発振器 ８ 投光用反射鏡 ９ 投光用反射鏡 １０ 自動機
１１ 伝送経路 １２ クランプ装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー・ビームによって重ね継手部を
   溶接する場合，被溶接部材の接合部を強力にクランプ
   し，そのクランプして重ね合わせた重ね溶接の接触面の
   延長線またはその延長線と微小角を有する線からレーザ
   ー・ビームを接合部に照射して溶接する重ね継手部のレ
   ーザー溶接方法。
2. 【請求項２】 被溶接部材の重ね継手部をクランプする
   クランプ装置と，そのクランプされた重ね合わせ継手部
   の接触面の延長線に対し平行ないし小さい傾斜方向から
   レーザ・ビームを照射し，かつレーザー・ビームをその
   溶接線軌跡に倣って移動させる工業用ロボット又はマニ
   ピュレータ等の自動機とからなるレーザー溶接装置。
3. 【請求項３】 前記クランプ装置が重ね継手部の両側か
   らクランプする冷やし金からなる請求項２のレーザー溶
   接装置。