ハイブリッド溶接用継手
【課題】レーザ・アークハイブリッド溶接を高速で行うことができるようにしたハイブリッド溶接用継手を提供すること。
【解決手段】板材からなる一対の被接合部材１１を接合すべく突き合わせた接合端部同士を、レーザ溶接とアーク溶接が連続するレーザ・アークハイブリッド溶接を行うために、その突き合わせた一対の接合端部によって形成されるものであって、接合端部には、レーザ照射側に位置する段差面１３と、その段差面１３より突き合わせ方向に突き出したレーザ反照射側に位置する接合突起１２とが形成され、接合突起１２同士を突き合わせることで、向かい合う段差面１３同士によって溶接溝１５が形成されるハイブリッド溶接用継手１０。
【解決手段】板材からなる一対の被接合部材１１を接合すべく突き合わせた接合端部同士を、レーザ溶接とアーク溶接が連続するレーザ・アークハイブリッド溶接を行うために、その突き合わせた一対の接合端部によって形成されるものであって、接合端部には、レーザ照射側に位置する段差面１３と、その段差面１３より突き合わせ方向に突き出したレーザ反照射側に位置する接合突起１２とが形成され、接合突起１２同士を突き合わせることで、向かい合う段差面１３同士によって溶接溝１５が形成されるハイブリッド溶接用継手１０。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接とＭＩＧ溶接などのアーク溶接を組み合わせたレーザ・アークハイブリッド溶接に対応したハイブリッド溶接用継手に関し、特に高速でしかも品質良く溶接することを可能にしたハイブリッド溶接用継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉄道車両では、側構体や屋根構体に、アルミ合金からなるシングルスキンあるいはダブルスキンの形材が使用され、形材同士の接合端部を突き合わせた継手部分がレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合される。レーザ溶接とアーク溶接を連続して行うものに対応したハイブリッド溶接用継手に関しては、下記特許文献１にダブルスキンパネルの押出中空形材を接合する場合について開示がある。図１０は、同文献に記載されたハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【０００３】
押出中空形材１１０，１２０は、上面板１１１，１２１と下面板１１２，１２２とが複数の傾斜リブ（不図示）によって連結され、特に突き合わされる端部には、面板１１１，１２１或いは１１２，１２２とほぼ直交する端部リブ１１３，１２３が形成されている。そして、この端部リブ１１３，１２３から突き出した突起部１１５，１１６と突起部１２５，１２６とが重なり合って嵌合し、接合端部同士の突き合わせによってハイブリッド溶接用継手が構成される。このハイブリッド溶接用継手は、角度の小さい狭開先１３１，１３２が形成され、レーザ・アークハイブリッド溶接の際、先行するレーザ溶接によって細い深い溶け込みをつくり、その直後を追随するＭＩＧ溶接によって溶加材であるフィラーワイヤを充填させていく。
【特許文献１】特開２００７−１３０６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のハイブリッド溶接用継手は、ＭＩＧ溶接のフィラーワイヤで充填する開先空間が大きいため、接合速度を上昇させる妨げとなっていた。すなわち、従来のハイブリッド溶接用継手は、例えば上面板１１１と突起部１２６の突き当て面を溶接させることになるが、その突き当て面全体が傾斜面となって開先が形成されているので、狭開先１３１であってもフィラーワイヤによる充填空間が大きかった。そのため、レーザを使用したハイブリッド溶接であっても、ＭＩＧによる溶接速度の上昇には限界があった。また、Ｖ字開先のハイブリッド溶接用継手は、レーザを反射させやすいアルミ合金材の接合の場合、斜面を反射してもルート部にレーザが集まりにくいため、エネルギ効率が良くない等の問題もあった。
【０００５】
そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、レーザ・アークハイブリッド溶接を高速で行うことができるようにしたハイブリッド溶接用継手を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、板材からなる一対の被接合部材を接合すべく突き合わせた接合端部同士を、レーザ溶接とアーク溶接が連続するレーザ・アークハイブリッド溶接を行うために、その突き合わせた一対の接合端部によって形成されるものであって、前記接合端部には、レーザ照射側に位置する段差面と、その段差面より突き合わせ方向に突き出したレーザ反照射側に位置する接合突起とが形成され、当該接合突起同士を突き合わせることで、向かい合う段差面同士によって溶接溝が形成されるものであることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記段差面は２段であって、前記溶接溝の幅がレーザ照射側から前記接合突起側へと段階的に狭くなるようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記段差面が、レーザ照射方向にほぼ平行な面であって、前記溶接溝の幅がレーザ照射側から前記接合突起側へとほぼ一定であることが好ましい。
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、２段に形成された前記段差面のうち、前記レーザ照射側の段差面は、前記溶接溝をレーザ照射側に広げるようにした傾斜面又は曲面であり、前記接合突起側の段差面は、前記溶接溝の幅がほぼ一定になるようにレーザ照射方向にほぼ平行な面であり、２段に形成された前記段差面が曲面によって連続して形成されたものであることが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記接合端部には、その被接合部材のレーザ照射側表面に突設された切削用突起が形成され、その切削用突起にまで前記段差面が形成されているものであることが好ましい。
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記溶接溝の最も広い溝幅が前記レーザのスポット径とほぼ同じであることが好ましい。
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記接合端部が、前記レーザ・アークハイブリッド溶接の溶接方向に沿った角部が曲面によって形成されているものであることが好ましい。
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記被接合部材は押出中空形材であって、前記接合端部が、複数のリブによって連結された上面板及び下面板の一方又は双方に形成されたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のハイブリッド溶接用継手では、接合突起同士を突き合わせた当接面に対し、段差面によって形成された溶接溝を介してレーザビームが照射され、その後方では、レーザビームで予熱された溶接溝内にＭＩＧなどのアーク溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝内に充填される。
よって、本発明によれば、レーザ溶接を行う箇所が板厚全体ではなく、接合突起が当接した一部であるため、レーザ溶接を行う面積が小さい分、レーザビームの熱が入りやすく、高速での溶接が可能となる。また、段差面による溶接溝は、従来のＶ字開先に比べて幅が狭く容積が小さいため、溶かしたフィラーワイヤを充填する時間も短縮することができ、この点でも溶接速度を上げることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明に係るハイブリッド溶接用継手の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
（第１実施形態）
図１は、被接合部材であるアルミ板同士を接合する第１実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。図示する一対のアルミ板１１は、上下両面が平行な厚さ一定の板材であって、両者の上下両面が面一になるように突き合わせた接合端部にハイブリッド溶接用継手が形成される。本実施形態のハイブリッド溶接用継手１０は、一対のアルミ板１１に対して形成された同じ形の端部形状によって構成されている。
【００１１】
ハイブリッド溶接用継手１０は、アルミ板１１の接合端部において面内方向（板厚方向に直交する図面横方向をいう。以下、同じ）に突き出した接合突起１２が形成され、接合端部が段差形状になっている。従って、接合時には図示するように接合突起１２同士が突き合わされ、レーザ照射側（図面上方）には、段差面１３同士の隙間が溶接溝１５となって形成される。接合突起１２の突き当て面や段差面１３は、アルミ板１１の上下両面にほぼ直交するように形成されている。
【００１２】
被接合部材であるアルミ板１１は、押出形材であるため、押し出し方向に沿った角部は曲面のＲになっているが、ハイブリッド溶接用継手１０の基本形状は図２に示すように角を有する矩形断面で構成されたものである。このハイブリッド溶接用継手１０ｘから分かるように、段差面１３ｘは面外方向（板厚方向の図面縦方向ろいう。以下、同じ）に平行であり、接合突起１２ｘ同士が当接することにより、一定幅の溶接溝１５ｘが構成されるようになっている。
【００１３】
ところで、ハイブリッド溶接用継手１０を構成する各部の寸法は、板厚ａが３ｍｍであるアルミ板１１に対し、厚さｂが２ｍｍの接合突起１２が形成されている。ただし、角部が曲面になっているため、１．４ｍｍ分が実際に突き当てられる当接幅ｃとなっている。また、段差面１３と接合突起１２との段差ｄが０．３ｍｍであるため、溶接溝１５は、溝幅が０．６ｍｍであり、接合突起１２の厚さｂが２ｍｍであるので深さがおよそ１ｍｍになる。溶接溝１５の溝幅を０．６ｍｍにしているのは、照射されるレーザビームのスポット径に合わせているからである。
【００１４】
そこで、アルミ板１１同士を接合するには、接合突起１２同士を突き合わせて構成されるハイブリッド溶接用継手１０にハイブリッド溶接が行われる。ハイブリッド溶接は、例えばファイバーレーザが使用され、接合突起１２の当接面１６に沿うようにレーザビームが照射され、図面を貫く接合線方向に移動しながら連続的な溶接が行われる。その際、シールドガスはＭＩＧ溶接のトーチから同軸で供給され、また、レーザビームの照射が行われる後方では、ＭＩＧトーチによるＭＩＧ溶接が追随して行われる。なお、レーザはファイバーレーザの他、半導体レーザやＹＡＧレーザなどであってもよく、また、アーク溶接はＴＩＧ溶接であってもよい。
【００１５】
こうしたハイブリッド溶接用継手１０に対するハイブリッド溶接では、先行するレーザビームＢが溶接溝１５内に入り込み、図３（ａ）に示すように、接合突起１２同士が当接した当接面１６の位置に照射される。なお、図３では、レーザビームＢの反射が分かりやすいように、左側半分だけを示している。
ハイブリッド溶接によるレーザビームＢは、板厚ａのうち接合突起１２の当接幅ｃ部分を溶融させる。そして、その後方では、レーザビームＢによって予熱された溶接溝１５内にＭＩＧ溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝１５を埋めるように充填される。
【００１６】
本実施形態のハイブリッド溶接用継手１０では、アルミ板１１同士を図１に示すように面内方向に接合する場合、レーザによる溶融を行う箇所が板厚全体ではなく、一部である当接面１６の範囲である。よって、レーザによる溶融を行う面積が小さいので、レーザビームＢの熱が入りやすくなり、高出力にすることなく高速での溶接が可能となる。また、本実施形態の溶接溝１５は、従来のＶ字開先に比べて幅が狭く容積が小さいため、溶かしたフィラーワイヤを充填する時間も短縮することができ、この点でも溶接速度を上げることが可能になる。
【００１７】
ところで、図３（ｂ）に示すように、角部に曲面が形成されただけの従来形では、突き合わされた部分付近に照射されたレーザビームＢの一部が反射してしまい溶接効率が良くない。これに対して本実施形態の溶接溝１５は、図３（ａ）に示すように、段差面１３の曲面Ｒ１によって、レーザビームＢが反射してレール部に集中するため、当接面１６のレーザ溶接を効率良く行うことができる。また、従来形と同じ形状の曲面Ｒ２部分で反射したレーザビームは、溶接溝１５内の段差面１３に当たる。従って、直接段差面１３に照射されるレーザビームＢも含めて溶接溝１５内を予熱するため、次のＭＩＧ溶接を効率良く行うことができ、速度を上げた溶接作業が可能になる。
【００１８】
また、レーザ溶接では、レーザビームによって溶接部が瞬時に加熱されてガス化されるため、ブローホールなどの溶接欠陥が生じる問題がある。しかし、本実施形態では、当接面１６の面積が小さくレーザビームＢの熱が全体に入って溶け込むため、溶接欠陥を防止したビードを得ることが可能になる。そして、溶接溝１５の容積が小さいため、前述したようにＭＩＧ溶接の速度を上げても、フィラーワイヤの供給不足によるアンダーフィルを回避することができる。
【００１９】
（第２実施形態）
次に図４は、被接合部材であるアルミ板同士を接合する第２実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。このアルミ板２１も、上下両面が平行な厚さ一定の板材であり、一対のアルミ板２１同士を突き合わせた接合端部にハイブリッド溶接用継手２０が形成される。すなわち、ハイブリッド溶接用継手２０は、一対のアルミ板２１に対して形成された同じ形の端部形状によって構成される。
【００２０】
アルミ板２１の接合端部には、面内方向に突き出した接合突起２２が形成され、接合端部が段差形状になっている。そして特に、本実施形態では接合突起２２から２段形状に段差面２３，２４が形成され、接合時には図示するように接合突起２２同士が突き合わされ、レーザ照射側（図面上方）に、段差面２３，２４同士の隙間が溶接溝２５となって形成される。接合突起２２の突き当て面や段差面２３，２４は、アルミ板２１の上下両面にほぼ直交するように形成されている。そして、このアルミ板２１も押出形材であるため、押し出し方向に沿った角部が曲面になっている。
【００２１】
ところで、ハイブリッド溶接用継手２０を構成する各部の寸法は、板厚ｅが３ｍｍのアルミ板２１に対し、接合突起２２同士が接する当接面２６の当接幅ｆが１ｍｍである。また、段差面２３，２４の各段差位置は、下面側からの距離ｇ，ｈが１．６ｍｍと２ｍｍであり、それぞれ当接面２６との段差ｉ，ｊが０．１ｍｍと０．３ｍｍである。従って、溶接溝２５は、表面から深さ１ｍｍほどの位置までの溝幅が０．６ｍｍであり、そこから更に０．４ｍｍほどの深さが溝幅０．２ｍｍと狭くなった２段形状の溝が形成される。ここでも溝幅の０．６ｍｍは、照射されるレーザビームのスポット径に合わせている。
【００２２】
そこで、図示するハイブリッド溶接用継手２０には、先ず図面上方からファイバーレーザなどを使用してレーザビームが照射される。その際、前方ではレーザ用シールドガスが供給され、また、そうしたレーザビームの後方では、ＭＩＧトーチによるＭＩＧ溶接が追随して行われる。従って、先行するレーザビームが溶接溝２５内に入り込み、接合突起２２同士が当接した当接面２６の位置に照射され、板厚ｅのうち接合突起２２の当接幅ｆ部分を溶融させたレーザによる溶融が行われる。レーザによる溶融の後方では、レーザビームによって熱が加えられた溶接溝２５にＭＩＧ溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝２５を埋めるように充填される。
【００２３】
よって、本実施形態のハイブリッド溶接用継手２０でも、板厚ｅの一部である当接面２６をレーザにより溶融するため、溶接面積が小さくなることによって、レーザビームの熱が入りやすくなり、高出力にすることなく高速での溶接が可能となる。特に本実施形態では溶接溝２５が深くなっているため、より高速化が可能になる。また、溶接溝２５の容積が小さいため溶かしたフィラーワイヤを充填する時間も短縮することができ、この点でも溶接速度を上げることが可能になる。なお、溶接溝２５が深くなっても溝幅が狭いため、本実施形態における高速化の影響はない。
【００２４】
その他、レーザビームが溶接溝２５内を予熱することにより、ＭＩＧ溶接の速度を上げることができる。また、溶接溝２５内の曲面によってレーザビームがレール部側に反射していくので、当接面２６のレーザによる溶融を効率良く行うことができる。そのため、本実施形態では、当接面２６の面積が小さくレーザビームＢの熱が全体に入って溶け込むため、ブローホールなどの溶接欠陥を防止したビードを得ることが可能になる。更に、溶接溝２５の容積が小さいことで、ＭＩＧ溶接の速度を上げてもフィラーワイヤの供給不足によるアンダーフィルを回避することができる。
【００２５】
（第３実施形態）
次に、図５は、被接合部材であるアルミ板同士を接合する、第３実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図であり、図６は、同じハイブリッド溶接用継手の拡大図である。
本実施形態のハイブリッド溶接用継手３０も、一対のアルミ板３１同士を突き合わせた接合端部を接合するものであり、各アルミ板３１の接合端部に対称形状で形成されている。ただし、本実施形態では、アルミ板３１の接合端部に切削用突起３８が面外方向に突設されている。具体的には、厚さｋが３ｍｍのアルミ板３１に対し、高さｌが１．５ｍｍで、幅ｍが１０ｍｍの切削用突起３８が、図面を貫く接合方向に連続して形成されている。なお、切削用突起３８は溶接後に切削され、溶接表面が面一に仕上げられる。
【００２６】
そして、こうしたアルミ板３１の接合端部には、前記第２実施形態と同様に、２段形状の段差面３３，３４とともに、面内方向に突き出した接合突起３２が形成されている。接合時には図示するように接合突起３２同士が突き合わされ、レーザ照射側（図面上方）に、段差面３３，３４同士の隙間が溶接溝３５となって形成される。そして、このアルミ板３１も押出形材であるため、押し出し方向に沿った角部が曲面になっている。
【００２７】
アルミ板３１に形成されたハイブリッド溶接用継手３０の各部寸法は、４．５ｍｍの板厚の接合端部に対し、接合突起３２の高さｏが２ｍｍであり、段差面３４の高さｐが３ｍｍである。そして、本実施形態では、段差面３４はアルミ板３１の上下両面にほぼ直交しているが、段差面３３は、傾斜して形成されている。段差面３４同士の幅ｑが０．２ｍｍであるのに対し、段差面３３同士による最も広い開口部の幅ｒはレーザビームのスポット径に合わせた０．６ｍｍであり、段差面３３の傾斜角θは５°である。また、段差面３３から３４へ連続する曲面Ｒ３は、その曲率半径が２ｍｍで形成されている。
【００２８】
そこで、このハイブリッド溶接用継手３０に対しても、図面上方からファイバーレーザなどを使用してレーザビームの照射によるレーザによる溶融が行われ、その後方ではＭＩＧ溶接が追随して行われる。先行するレーザビームは溶接溝３５内に入り込み、接合突起３２同士が当接した当接面３６の位置に照射され、当接面３６部分が溶融する。レーザによる溶融の後方では、レーザビームによって熱が加えられた溶接溝３５にＭＩＧ溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝３５を埋めるように充填される。
【００２９】
よって、本実施形態のハイブリッド溶接用継手３０でも、板厚の一部である当接面３６をレーザにより溶融するため、溶接面積が小さくなることによってレーザビームの熱が入りやすくなり、高出力にすることなく高速での溶接が可能となる。特に本実施形態のハイブリッド溶接用継手３０は、段差面３３の角度や曲面Ｒ３の曲率半径を設定することで、突き合わされた部分へとレーザビームが集中し易く、エネルギ効率の良いレーザによる溶融が行われる。図７は、ハイブリッド溶接用継手３０に照射されるレーザビームＢを模式的に示した図である。レーザビームＢの反射が分かりやすいように、左側半分だけを示している。
【００３０】
溶接溝３５内に照射されたレーザビームＢは、段差面３４同士の隙間に直接入る他、傾斜面である段差面３３や曲面Ｒ３に当たって反射して段差面３４同士の隙間に入っていく。すなわち、曲面ばかりだと外向きに反射してしまう部分ができ、斜面だけでは集中が起きない。そこで、本実施形態では、傾斜した段差面３３と曲面Ｒ３などを組み合わせ、効率良くレーザビームのエネルギが接合部に集中するようにしている。従って、溶接溝３５内に照射されたレーザビームＢは、接合部に集中して当接面３６のレーザ溶接を効率良く行うことができるため、溶接速度を上げる他、当接面３６の溶け込みによってブローホールなどの溶接欠陥を防止したビードを得ることが可能になる。
【００３１】
一方、溶接溝３５の容積が小さいため溶かしたフィラーワイヤを充填する時間も短縮することができ、この点でも溶接速度を上げることが可能になる。ただし、本実施形態では、最終的に切削用突起３８の厚さ分だけ削り取ってしまうため、溶接溝３５内にフィラーワイヤを完全に充填する必要もない。従って、切削用突起３８を削り取って残る部分が段差面３４の溝部分なので、フィラーワイヤの充填量は更に少なくて済み、この点でも溶接速度を上げることができ、アンダーフィルの問題も解消できる。その他、レーザビームが溶接溝３５内を予熱することにより、ＭＩＧ溶接の速度を上げることができるなどの効果を奏する。なお、本実施形態では段差面３３を傾斜面としたが、緩やかな曲面とするようにしたものであってもよい。
【００３２】
（第４実施形態）
次に、被接合部材がアルミ合金の押出中空形材である場合について説明する。図８は、押出中空形材同士を接合する第４実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。図示する押出中空形材は、その一部分しか示していないが、図１０に示す従来例と同様に構成され、上面板１１１，１２１と不図示の下面板とが複数の傾斜リブによって連結され、特に突き合わされる接合端部には上面板１１１，１２１などと直交する端部リブ１１３，１２３が形成されている。そして、接合端部は、上下両面板に対称的に構成され、端部リブ１１３，１２３から突き出した突起部１１５，１２６とが重なり合って嵌合し、ハイブリッド溶接用継手４０が構成される。
【００３３】
ハイブリッド溶接用継手４０は、例えば上面板１２１と突起部１２６の接合端部に前記第１実施形態と同様に形成されている。すなわち、上面板１２１と突起部１２６の接合端部において面内方向に突き出した接合突起４１が形成され、突き合わされた状態でレーザ照射側（図面上方）に段差面４２同士の隙間による溶接溝４３が形成される。
そして、本実施形態でも、図示するハイブリッド溶接用継手４０には、先行するレーザビームが溶接溝４３内に入り込み、接合突起４１同士が当接した当接面４５が溶融し、その後方ではレーザビームによって熱が加えられた溶接溝４３にＭＩＧ溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝４３を埋めるように充填される。
【００３４】
よって、この押出中空形材のハイブリッド溶接用継手４０でも、当接面４５の面積が小さく、レーザビームの熱が全体に入りやすいため、高出力にすることなく高速での溶接が可能となり、また、ブローホールなどの溶接欠陥を防止したビードを得ることが可能になる。そして、レーザビームによる溶接溝４３内の予熱や、その溶接溝４３の容積が小さいことにより、ＭＩＧ溶接の速度を上げることも可能になるなど、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００３５】
（第５実施形態）
次に、本実施形態でも被接合部材がアルミ合金の押出中空形材である場合について説明する。図８は、押出中空形材同士を接合する第５実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。図示する押出中空形材は、その一部分しか示していないが、上面板６１，６２と、不図示の下面板とが複数の傾斜リブによって連結されている。そして、押出中空形材の一方の上面板５８側端部にあって、上面板６２や下面板と直交する端部リブ６３が形成され、その端部リブ６３からは面内方向に突き出し、図示するように屈曲して他方の上面板６１を受ける受突起６４が形成されている。
【００３６】
押出中空形材は、接合端部が上下両面板に対称的に構成され、図示するように上面板６１，６２同士或いは下面板同士が接合端部を突き合わせたハイブリッド溶接用継手５０が構成されている。ハイブリッド溶接用継手５０は、肉厚に形成された上面板６１，６２の接合端部に、前記第３実施形態と同様に形成されている。すなわち、面外方向に突設した切削用突起５８が形成され、接合端部には２段形状の段差面５３，５４とともに、面内方向に突き出した接合突起５２が形成されている。上面板６１，６２の接合突起５２同士が突き合わされ、レーザ照射側（図面上方）に、段差面５３，５４同士の隙間が溶接溝５５となる。
【００３７】
そして、本実施形態でも、図示するように押出中空形材同士を嵌合させたハイブリッド溶接用継手５０にハイブリッド溶接が行われる。先行するレーザビームが溶接溝５３内に入り込み、接合突起５１同士が当接した当接面５５が溶融し、その後方ではレーザビームによって熱が加えられた溶接溝５３にＭＩＧ溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝５３を埋めるように充填される。
【００３８】
よって、この押出中空形材のハイブリッド溶接用継手５０でも、当接面５５の面積が小さく、レーザビームの熱が全体に入りやすいため、高出力にすることなく高速での溶接が可能となり、また、ブローホールなどの溶接欠陥を防止したビードを得ることが可能になる。そして、レーザビームによる溶接溝５３内の予熱や、その溶接溝５３の容積が小さいことにより、ＭＩＧ溶接の速度を上げることも可能になるなど、前記第３実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態では、受突起６４による空間６５にシールドガスが入り込み、ブローホールなどの溶接欠陥を防止して高品質の溶接部が得られる。
【００３９】
以上、本発明に係るハイブリッド溶接用継手について複数の実施形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記各実施形態で示した被接合部材の寸法は一例であって、異なるサイズのあってもなんら問題はない。
また、前記実施形態では、被接合部材としてアルミ板やアルミ合金からなる押出中空形材を示して説明したが、被接合部材の材質や形状はこれらに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】被接合部材であるアルミ板同士を接合する第１実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【図２】第１実施形態のハイブリッド溶接用継手について原形を示した図である。
【図３】第１実施形態のハイブリッド溶接用継手について、レーザビームの反射を対比して示した図である。
【図４】被接合部材であるアルミ板同士を接合する第２実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【図５】被接合部材であるアルミ板同士を接合する第３実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【図６】図５に示した第３実施形態のハイブリッド溶接用継手の拡大図である。
【図７】第３実施形態のハイブリッド溶接用継手に照射されるレーザビームを模式的に示した図である。
【図８】被接合部材である押出中空形材同士を接合する第４実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【図９】被接合部材である押出中空形材同士を接合する第５実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【図１０】従来のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ ハイブリッド溶接用継手
１１ アルミ板
１２ 接合突起
１３ 段差面
１５ 溶接溝
１６ 当接面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接とＭＩＧ溶接などのアーク溶接を組み合わせたレーザ・アークハイブリッド溶接に対応したハイブリッド溶接用継手に関し、特に高速でしかも品質良く溶接することを可能にしたハイブリッド溶接用継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉄道車両では、側構体や屋根構体に、アルミ合金からなるシングルスキンあるいはダブルスキンの形材が使用され、形材同士の接合端部を突き合わせた継手部分がレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合される。レーザ溶接とアーク溶接を連続して行うものに対応したハイブリッド溶接用継手に関しては、下記特許文献１にダブルスキンパネルの押出中空形材を接合する場合について開示がある。図１０は、同文献に記載されたハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【０００３】
押出中空形材１１０，１２０は、上面板１１１，１２１と下面板１１２，１２２とが複数の傾斜リブ（不図示）によって連結され、特に突き合わされる端部には、面板１１１，１２１或いは１１２，１２２とほぼ直交する端部リブ１１３，１２３が形成されている。そして、この端部リブ１１３，１２３から突き出した突起部１１５，１１６と突起部１２５，１２６とが重なり合って嵌合し、接合端部同士の突き合わせによってハイブリッド溶接用継手が構成される。このハイブリッド溶接用継手は、角度の小さい狭開先１３１，１３２が形成され、レーザ・アークハイブリッド溶接の際、先行するレーザ溶接によって細い深い溶け込みをつくり、その直後を追随するＭＩＧ溶接によって溶加材であるフィラーワイヤを充填させていく。
【特許文献１】特開２００７−１３０６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のハイブリッド溶接用継手は、ＭＩＧ溶接のフィラーワイヤで充填する開先空間が大きいため、接合速度を上昇させる妨げとなっていた。すなわち、従来のハイブリッド溶接用継手は、例えば上面板１１１と突起部１２６の突き当て面を溶接させることになるが、その突き当て面全体が傾斜面となって開先が形成されているので、狭開先１３１であってもフィラーワイヤによる充填空間が大きかった。そのため、レーザを使用したハイブリッド溶接であっても、ＭＩＧによる溶接速度の上昇には限界があった。また、Ｖ字開先のハイブリッド溶接用継手は、レーザを反射させやすいアルミ合金材の接合の場合、斜面を反射してもルート部にレーザが集まりにくいため、エネルギ効率が良くない等の問題もあった。
【０００５】
そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、レーザ・アークハイブリッド溶接を高速で行うことができるようにしたハイブリッド溶接用継手を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、板材からなる一対の被接合部材を接合すべく突き合わせた接合端部同士を、レーザ溶接とアーク溶接が連続するレーザ・アークハイブリッド溶接を行うために、その突き合わせた一対の接合端部によって形成されるものであって、前記接合端部には、レーザ照射側に位置する段差面と、その段差面より突き合わせ方向に突き出したレーザ反照射側に位置する接合突起とが形成され、当該接合突起同士を突き合わせることで、向かい合う段差面同士によって溶接溝が形成されるものであることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記段差面は２段であって、前記溶接溝の幅がレーザ照射側から前記接合突起側へと段階的に狭くなるようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記段差面が、レーザ照射方向にほぼ平行な面であって、前記溶接溝の幅がレーザ照射側から前記接合突起側へとほぼ一定であることが好ましい。
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、２段に形成された前記段差面のうち、前記レーザ照射側の段差面は、前記溶接溝をレーザ照射側に広げるようにした傾斜面又は曲面であり、前記接合突起側の段差面は、前記溶接溝の幅がほぼ一定になるようにレーザ照射方向にほぼ平行な面であり、２段に形成された前記段差面が曲面によって連続して形成されたものであることが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記接合端部には、その被接合部材のレーザ照射側表面に突設された切削用突起が形成され、その切削用突起にまで前記段差面が形成されているものであることが好ましい。
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記溶接溝の最も広い溝幅が前記レーザのスポット径とほぼ同じであることが好ましい。
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記接合端部が、前記レーザ・アークハイブリッド溶接の溶接方向に沿った角部が曲面によって形成されているものであることが好ましい。
また、本発明に係るハイブリッド溶接用継手は、前記被接合部材は押出中空形材であって、前記接合端部が、複数のリブによって連結された上面板及び下面板の一方又は双方に形成されたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のハイブリッド溶接用継手では、接合突起同士を突き合わせた当接面に対し、段差面によって形成された溶接溝を介してレーザビームが照射され、その後方では、レーザビームで予熱された溶接溝内にＭＩＧなどのアーク溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝内に充填される。
よって、本発明によれば、レーザ溶接を行う箇所が板厚全体ではなく、接合突起が当接した一部であるため、レーザ溶接を行う面積が小さい分、レーザビームの熱が入りやすく、高速での溶接が可能となる。また、段差面による溶接溝は、従来のＶ字開先に比べて幅が狭く容積が小さいため、溶かしたフィラーワイヤを充填する時間も短縮することができ、この点でも溶接速度を上げることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明に係るハイブリッド溶接用継手の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
（第１実施形態）
図１は、被接合部材であるアルミ板同士を接合する第１実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。図示する一対のアルミ板１１は、上下両面が平行な厚さ一定の板材であって、両者の上下両面が面一になるように突き合わせた接合端部にハイブリッド溶接用継手が形成される。本実施形態のハイブリッド溶接用継手１０は、一対のアルミ板１１に対して形成された同じ形の端部形状によって構成されている。
【００１１】
ハイブリッド溶接用継手１０は、アルミ板１１の接合端部において面内方向（板厚方向に直交する図面横方向をいう。以下、同じ）に突き出した接合突起１２が形成され、接合端部が段差形状になっている。従って、接合時には図示するように接合突起１２同士が突き合わされ、レーザ照射側（図面上方）には、段差面１３同士の隙間が溶接溝１５となって形成される。接合突起１２の突き当て面や段差面１３は、アルミ板１１の上下両面にほぼ直交するように形成されている。
【００１２】
被接合部材であるアルミ板１１は、押出形材であるため、押し出し方向に沿った角部は曲面のＲになっているが、ハイブリッド溶接用継手１０の基本形状は図２に示すように角を有する矩形断面で構成されたものである。このハイブリッド溶接用継手１０ｘから分かるように、段差面１３ｘは面外方向（板厚方向の図面縦方向ろいう。以下、同じ）に平行であり、接合突起１２ｘ同士が当接することにより、一定幅の溶接溝１５ｘが構成されるようになっている。
【００１３】
ところで、ハイブリッド溶接用継手１０を構成する各部の寸法は、板厚ａが３ｍｍであるアルミ板１１に対し、厚さｂが２ｍｍの接合突起１２が形成されている。ただし、角部が曲面になっているため、１．４ｍｍ分が実際に突き当てられる当接幅ｃとなっている。また、段差面１３と接合突起１２との段差ｄが０．３ｍｍであるため、溶接溝１５は、溝幅が０．６ｍｍであり、接合突起１２の厚さｂが２ｍｍであるので深さがおよそ１ｍｍになる。溶接溝１５の溝幅を０．６ｍｍにしているのは、照射されるレーザビームのスポット径に合わせているからである。
【００１４】
そこで、アルミ板１１同士を接合するには、接合突起１２同士を突き合わせて構成されるハイブリッド溶接用継手１０にハイブリッド溶接が行われる。ハイブリッド溶接は、例えばファイバーレーザが使用され、接合突起１２の当接面１６に沿うようにレーザビームが照射され、図面を貫く接合線方向に移動しながら連続的な溶接が行われる。その際、シールドガスはＭＩＧ溶接のトーチから同軸で供給され、また、レーザビームの照射が行われる後方では、ＭＩＧトーチによるＭＩＧ溶接が追随して行われる。なお、レーザはファイバーレーザの他、半導体レーザやＹＡＧレーザなどであってもよく、また、アーク溶接はＴＩＧ溶接であってもよい。
【００１５】
こうしたハイブリッド溶接用継手１０に対するハイブリッド溶接では、先行するレーザビームＢが溶接溝１５内に入り込み、図３（ａ）に示すように、接合突起１２同士が当接した当接面１６の位置に照射される。なお、図３では、レーザビームＢの反射が分かりやすいように、左側半分だけを示している。
ハイブリッド溶接によるレーザビームＢは、板厚ａのうち接合突起１２の当接幅ｃ部分を溶融させる。そして、その後方では、レーザビームＢによって予熱された溶接溝１５内にＭＩＧ溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝１５を埋めるように充填される。
【００１６】
本実施形態のハイブリッド溶接用継手１０では、アルミ板１１同士を図１に示すように面内方向に接合する場合、レーザによる溶融を行う箇所が板厚全体ではなく、一部である当接面１６の範囲である。よって、レーザによる溶融を行う面積が小さいので、レーザビームＢの熱が入りやすくなり、高出力にすることなく高速での溶接が可能となる。また、本実施形態の溶接溝１５は、従来のＶ字開先に比べて幅が狭く容積が小さいため、溶かしたフィラーワイヤを充填する時間も短縮することができ、この点でも溶接速度を上げることが可能になる。
【００１７】
ところで、図３（ｂ）に示すように、角部に曲面が形成されただけの従来形では、突き合わされた部分付近に照射されたレーザビームＢの一部が反射してしまい溶接効率が良くない。これに対して本実施形態の溶接溝１５は、図３（ａ）に示すように、段差面１３の曲面Ｒ１によって、レーザビームＢが反射してレール部に集中するため、当接面１６のレーザ溶接を効率良く行うことができる。また、従来形と同じ形状の曲面Ｒ２部分で反射したレーザビームは、溶接溝１５内の段差面１３に当たる。従って、直接段差面１３に照射されるレーザビームＢも含めて溶接溝１５内を予熱するため、次のＭＩＧ溶接を効率良く行うことができ、速度を上げた溶接作業が可能になる。
【００１８】
また、レーザ溶接では、レーザビームによって溶接部が瞬時に加熱されてガス化されるため、ブローホールなどの溶接欠陥が生じる問題がある。しかし、本実施形態では、当接面１６の面積が小さくレーザビームＢの熱が全体に入って溶け込むため、溶接欠陥を防止したビードを得ることが可能になる。そして、溶接溝１５の容積が小さいため、前述したようにＭＩＧ溶接の速度を上げても、フィラーワイヤの供給不足によるアンダーフィルを回避することができる。
【００１９】
（第２実施形態）
次に図４は、被接合部材であるアルミ板同士を接合する第２実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。このアルミ板２１も、上下両面が平行な厚さ一定の板材であり、一対のアルミ板２１同士を突き合わせた接合端部にハイブリッド溶接用継手２０が形成される。すなわち、ハイブリッド溶接用継手２０は、一対のアルミ板２１に対して形成された同じ形の端部形状によって構成される。
【００２０】
アルミ板２１の接合端部には、面内方向に突き出した接合突起２２が形成され、接合端部が段差形状になっている。そして特に、本実施形態では接合突起２２から２段形状に段差面２３，２４が形成され、接合時には図示するように接合突起２２同士が突き合わされ、レーザ照射側（図面上方）に、段差面２３，２４同士の隙間が溶接溝２５となって形成される。接合突起２２の突き当て面や段差面２３，２４は、アルミ板２１の上下両面にほぼ直交するように形成されている。そして、このアルミ板２１も押出形材であるため、押し出し方向に沿った角部が曲面になっている。
【００２１】
ところで、ハイブリッド溶接用継手２０を構成する各部の寸法は、板厚ｅが３ｍｍのアルミ板２１に対し、接合突起２２同士が接する当接面２６の当接幅ｆが１ｍｍである。また、段差面２３，２４の各段差位置は、下面側からの距離ｇ，ｈが１．６ｍｍと２ｍｍであり、それぞれ当接面２６との段差ｉ，ｊが０．１ｍｍと０．３ｍｍである。従って、溶接溝２５は、表面から深さ１ｍｍほどの位置までの溝幅が０．６ｍｍであり、そこから更に０．４ｍｍほどの深さが溝幅０．２ｍｍと狭くなった２段形状の溝が形成される。ここでも溝幅の０．６ｍｍは、照射されるレーザビームのスポット径に合わせている。
【００２２】
そこで、図示するハイブリッド溶接用継手２０には、先ず図面上方からファイバーレーザなどを使用してレーザビームが照射される。その際、前方ではレーザ用シールドガスが供給され、また、そうしたレーザビームの後方では、ＭＩＧトーチによるＭＩＧ溶接が追随して行われる。従って、先行するレーザビームが溶接溝２５内に入り込み、接合突起２２同士が当接した当接面２６の位置に照射され、板厚ｅのうち接合突起２２の当接幅ｆ部分を溶融させたレーザによる溶融が行われる。レーザによる溶融の後方では、レーザビームによって熱が加えられた溶接溝２５にＭＩＧ溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝２５を埋めるように充填される。
【００２３】
よって、本実施形態のハイブリッド溶接用継手２０でも、板厚ｅの一部である当接面２６をレーザにより溶融するため、溶接面積が小さくなることによって、レーザビームの熱が入りやすくなり、高出力にすることなく高速での溶接が可能となる。特に本実施形態では溶接溝２５が深くなっているため、より高速化が可能になる。また、溶接溝２５の容積が小さいため溶かしたフィラーワイヤを充填する時間も短縮することができ、この点でも溶接速度を上げることが可能になる。なお、溶接溝２５が深くなっても溝幅が狭いため、本実施形態における高速化の影響はない。
【００２４】
その他、レーザビームが溶接溝２５内を予熱することにより、ＭＩＧ溶接の速度を上げることができる。また、溶接溝２５内の曲面によってレーザビームがレール部側に反射していくので、当接面２６のレーザによる溶融を効率良く行うことができる。そのため、本実施形態では、当接面２６の面積が小さくレーザビームＢの熱が全体に入って溶け込むため、ブローホールなどの溶接欠陥を防止したビードを得ることが可能になる。更に、溶接溝２５の容積が小さいことで、ＭＩＧ溶接の速度を上げてもフィラーワイヤの供給不足によるアンダーフィルを回避することができる。
【００２５】
（第３実施形態）
次に、図５は、被接合部材であるアルミ板同士を接合する、第３実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図であり、図６は、同じハイブリッド溶接用継手の拡大図である。
本実施形態のハイブリッド溶接用継手３０も、一対のアルミ板３１同士を突き合わせた接合端部を接合するものであり、各アルミ板３１の接合端部に対称形状で形成されている。ただし、本実施形態では、アルミ板３１の接合端部に切削用突起３８が面外方向に突設されている。具体的には、厚さｋが３ｍｍのアルミ板３１に対し、高さｌが１．５ｍｍで、幅ｍが１０ｍｍの切削用突起３８が、図面を貫く接合方向に連続して形成されている。なお、切削用突起３８は溶接後に切削され、溶接表面が面一に仕上げられる。
【００２６】
そして、こうしたアルミ板３１の接合端部には、前記第２実施形態と同様に、２段形状の段差面３３，３４とともに、面内方向に突き出した接合突起３２が形成されている。接合時には図示するように接合突起３２同士が突き合わされ、レーザ照射側（図面上方）に、段差面３３，３４同士の隙間が溶接溝３５となって形成される。そして、このアルミ板３１も押出形材であるため、押し出し方向に沿った角部が曲面になっている。
【００２７】
アルミ板３１に形成されたハイブリッド溶接用継手３０の各部寸法は、４．５ｍｍの板厚の接合端部に対し、接合突起３２の高さｏが２ｍｍであり、段差面３４の高さｐが３ｍｍである。そして、本実施形態では、段差面３４はアルミ板３１の上下両面にほぼ直交しているが、段差面３３は、傾斜して形成されている。段差面３４同士の幅ｑが０．２ｍｍであるのに対し、段差面３３同士による最も広い開口部の幅ｒはレーザビームのスポット径に合わせた０．６ｍｍであり、段差面３３の傾斜角θは５°である。また、段差面３３から３４へ連続する曲面Ｒ３は、その曲率半径が２ｍｍで形成されている。
【００２８】
そこで、このハイブリッド溶接用継手３０に対しても、図面上方からファイバーレーザなどを使用してレーザビームの照射によるレーザによる溶融が行われ、その後方ではＭＩＧ溶接が追随して行われる。先行するレーザビームは溶接溝３５内に入り込み、接合突起３２同士が当接した当接面３６の位置に照射され、当接面３６部分が溶融する。レーザによる溶融の後方では、レーザビームによって熱が加えられた溶接溝３５にＭＩＧ溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝３５を埋めるように充填される。
【００２９】
よって、本実施形態のハイブリッド溶接用継手３０でも、板厚の一部である当接面３６をレーザにより溶融するため、溶接面積が小さくなることによってレーザビームの熱が入りやすくなり、高出力にすることなく高速での溶接が可能となる。特に本実施形態のハイブリッド溶接用継手３０は、段差面３３の角度や曲面Ｒ３の曲率半径を設定することで、突き合わされた部分へとレーザビームが集中し易く、エネルギ効率の良いレーザによる溶融が行われる。図７は、ハイブリッド溶接用継手３０に照射されるレーザビームＢを模式的に示した図である。レーザビームＢの反射が分かりやすいように、左側半分だけを示している。
【００３０】
溶接溝３５内に照射されたレーザビームＢは、段差面３４同士の隙間に直接入る他、傾斜面である段差面３３や曲面Ｒ３に当たって反射して段差面３４同士の隙間に入っていく。すなわち、曲面ばかりだと外向きに反射してしまう部分ができ、斜面だけでは集中が起きない。そこで、本実施形態では、傾斜した段差面３３と曲面Ｒ３などを組み合わせ、効率良くレーザビームのエネルギが接合部に集中するようにしている。従って、溶接溝３５内に照射されたレーザビームＢは、接合部に集中して当接面３６のレーザ溶接を効率良く行うことができるため、溶接速度を上げる他、当接面３６の溶け込みによってブローホールなどの溶接欠陥を防止したビードを得ることが可能になる。
【００３１】
一方、溶接溝３５の容積が小さいため溶かしたフィラーワイヤを充填する時間も短縮することができ、この点でも溶接速度を上げることが可能になる。ただし、本実施形態では、最終的に切削用突起３８の厚さ分だけ削り取ってしまうため、溶接溝３５内にフィラーワイヤを完全に充填する必要もない。従って、切削用突起３８を削り取って残る部分が段差面３４の溝部分なので、フィラーワイヤの充填量は更に少なくて済み、この点でも溶接速度を上げることができ、アンダーフィルの問題も解消できる。その他、レーザビームが溶接溝３５内を予熱することにより、ＭＩＧ溶接の速度を上げることができるなどの効果を奏する。なお、本実施形態では段差面３３を傾斜面としたが、緩やかな曲面とするようにしたものであってもよい。
【００３２】
（第４実施形態）
次に、被接合部材がアルミ合金の押出中空形材である場合について説明する。図８は、押出中空形材同士を接合する第４実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。図示する押出中空形材は、その一部分しか示していないが、図１０に示す従来例と同様に構成され、上面板１１１，１２１と不図示の下面板とが複数の傾斜リブによって連結され、特に突き合わされる接合端部には上面板１１１，１２１などと直交する端部リブ１１３，１２３が形成されている。そして、接合端部は、上下両面板に対称的に構成され、端部リブ１１３，１２３から突き出した突起部１１５，１２６とが重なり合って嵌合し、ハイブリッド溶接用継手４０が構成される。
【００３３】
ハイブリッド溶接用継手４０は、例えば上面板１２１と突起部１２６の接合端部に前記第１実施形態と同様に形成されている。すなわち、上面板１２１と突起部１２６の接合端部において面内方向に突き出した接合突起４１が形成され、突き合わされた状態でレーザ照射側（図面上方）に段差面４２同士の隙間による溶接溝４３が形成される。
そして、本実施形態でも、図示するハイブリッド溶接用継手４０には、先行するレーザビームが溶接溝４３内に入り込み、接合突起４１同士が当接した当接面４５が溶融し、その後方ではレーザビームによって熱が加えられた溶接溝４３にＭＩＧ溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝４３を埋めるように充填される。
【００３４】
よって、この押出中空形材のハイブリッド溶接用継手４０でも、当接面４５の面積が小さく、レーザビームの熱が全体に入りやすいため、高出力にすることなく高速での溶接が可能となり、また、ブローホールなどの溶接欠陥を防止したビードを得ることが可能になる。そして、レーザビームによる溶接溝４３内の予熱や、その溶接溝４３の容積が小さいことにより、ＭＩＧ溶接の速度を上げることも可能になるなど、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００３５】
（第５実施形態）
次に、本実施形態でも被接合部材がアルミ合金の押出中空形材である場合について説明する。図８は、押出中空形材同士を接合する第５実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。図示する押出中空形材は、その一部分しか示していないが、上面板６１，６２と、不図示の下面板とが複数の傾斜リブによって連結されている。そして、押出中空形材の一方の上面板５８側端部にあって、上面板６２や下面板と直交する端部リブ６３が形成され、その端部リブ６３からは面内方向に突き出し、図示するように屈曲して他方の上面板６１を受ける受突起６４が形成されている。
【００３６】
押出中空形材は、接合端部が上下両面板に対称的に構成され、図示するように上面板６１，６２同士或いは下面板同士が接合端部を突き合わせたハイブリッド溶接用継手５０が構成されている。ハイブリッド溶接用継手５０は、肉厚に形成された上面板６１，６２の接合端部に、前記第３実施形態と同様に形成されている。すなわち、面外方向に突設した切削用突起５８が形成され、接合端部には２段形状の段差面５３，５４とともに、面内方向に突き出した接合突起５２が形成されている。上面板６１，６２の接合突起５２同士が突き合わされ、レーザ照射側（図面上方）に、段差面５３，５４同士の隙間が溶接溝５５となる。
【００３７】
そして、本実施形態でも、図示するように押出中空形材同士を嵌合させたハイブリッド溶接用継手５０にハイブリッド溶接が行われる。先行するレーザビームが溶接溝５３内に入り込み、接合突起５１同士が当接した当接面５５が溶融し、その後方ではレーザビームによって熱が加えられた溶接溝５３にＭＩＧ溶接が行われ、溶けたフィラーワイヤが溶接溝５３を埋めるように充填される。
【００３８】
よって、この押出中空形材のハイブリッド溶接用継手５０でも、当接面５５の面積が小さく、レーザビームの熱が全体に入りやすいため、高出力にすることなく高速での溶接が可能となり、また、ブローホールなどの溶接欠陥を防止したビードを得ることが可能になる。そして、レーザビームによる溶接溝５３内の予熱や、その溶接溝５３の容積が小さいことにより、ＭＩＧ溶接の速度を上げることも可能になるなど、前記第３実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態では、受突起６４による空間６５にシールドガスが入り込み、ブローホールなどの溶接欠陥を防止して高品質の溶接部が得られる。
【００３９】
以上、本発明に係るハイブリッド溶接用継手について複数の実施形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記各実施形態で示した被接合部材の寸法は一例であって、異なるサイズのあってもなんら問題はない。
また、前記実施形態では、被接合部材としてアルミ板やアルミ合金からなる押出中空形材を示して説明したが、被接合部材の材質や形状はこれらに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】被接合部材であるアルミ板同士を接合する第１実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【図２】第１実施形態のハイブリッド溶接用継手について原形を示した図である。
【図３】第１実施形態のハイブリッド溶接用継手について、レーザビームの反射を対比して示した図である。
【図４】被接合部材であるアルミ板同士を接合する第２実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【図５】被接合部材であるアルミ板同士を接合する第３実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【図６】図５に示した第３実施形態のハイブリッド溶接用継手の拡大図である。
【図７】第３実施形態のハイブリッド溶接用継手に照射されるレーザビームを模式的に示した図である。
【図８】被接合部材である押出中空形材同士を接合する第４実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【図９】被接合部材である押出中空形材同士を接合する第５実施形態のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【図１０】従来のハイブリッド溶接用継手を示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ ハイブリッド溶接用継手
１１ アルミ板
１２ 接合突起
１３ 段差面
１５ 溶接溝
１６ 当接面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材からなる一対の被接合部材を接合すべく突き合わせた接合端部同士を、レーザ溶接とアーク溶接が連続するレーザ・アークハイブリッド溶接を行うために、その突き合わせた一対の接合端部によって形成されるハイブリッド溶接用継手において、
前記接合端部には、レーザ照射側に位置する段差面と、その段差面より突き合わせ方向に突き出したレーザ反照射側に位置する接合突起とが形成され、当該接合突起同士を突き合わせることで、向かい合う段差面同士によって溶接溝が形成されるものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項２】
請求項１に記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記段差面は２段であって、前記溶接溝の幅がレーザ照射側から前記接合突起側へと段階的に狭くなるようにしたものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記段差面は、レーザ照射方向にほぼ平行な面であって、前記溶接溝の幅がレーザ照射側から前記接合突起側へとほぼ一定であることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項４】
請求項２に記載するハイブリッド溶接用継手において、
２段に形成された前記段差面のうち、前記レーザ照射側の段差面は、前記溶接溝をレーザ照射側に広げるようにした傾斜面又は曲面であり、前記接合突起側の段差面は、前記溶接溝の幅がほぼ一定になるようにレーザ照射方向にほぼ平行な面であり、２段に形成された前記段差面が曲面によって連続して形成されたものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記接合端部には、その被接合部材のレーザ照射側表面に突設された切削用突起が形成され、その切削用突起にまで前記段差面が形成されているものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記溶接溝の最も広い溝幅が、前記レーザのスポット径とほぼ同じであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記接合端部は、前記レーザ・アークハイブリッド溶接の溶接方向に沿った角部が曲面によって形成されているものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記被接合部材は押出中空形材であって、前記接合端部が、複数のリブによって連結された上面板及び下面板の一方又は双方に形成されたものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項１】
板材からなる一対の被接合部材を接合すべく突き合わせた接合端部同士を、レーザ溶接とアーク溶接が連続するレーザ・アークハイブリッド溶接を行うために、その突き合わせた一対の接合端部によって形成されるハイブリッド溶接用継手において、
前記接合端部には、レーザ照射側に位置する段差面と、その段差面より突き合わせ方向に突き出したレーザ反照射側に位置する接合突起とが形成され、当該接合突起同士を突き合わせることで、向かい合う段差面同士によって溶接溝が形成されるものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項２】
請求項１に記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記段差面は２段であって、前記溶接溝の幅がレーザ照射側から前記接合突起側へと段階的に狭くなるようにしたものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記段差面は、レーザ照射方向にほぼ平行な面であって、前記溶接溝の幅がレーザ照射側から前記接合突起側へとほぼ一定であることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項４】
請求項２に記載するハイブリッド溶接用継手において、
２段に形成された前記段差面のうち、前記レーザ照射側の段差面は、前記溶接溝をレーザ照射側に広げるようにした傾斜面又は曲面であり、前記接合突起側の段差面は、前記溶接溝の幅がほぼ一定になるようにレーザ照射方向にほぼ平行な面であり、２段に形成された前記段差面が曲面によって連続して形成されたものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記接合端部には、その被接合部材のレーザ照射側表面に突設された切削用突起が形成され、その切削用突起にまで前記段差面が形成されているものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記溶接溝の最も広い溝幅が、前記レーザのスポット径とほぼ同じであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記接合端部は、前記レーザ・アークハイブリッド溶接の溶接方向に沿った角部が曲面によって形成されているものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載するハイブリッド溶接用継手において、
前記被接合部材は押出中空形材であって、前記接合端部が、複数のリブによって連結された上面板及び下面板の一方又は双方に形成されたものであることを特徴とするハイブリッド溶接用継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１３１８６２（Ｐ２００９−１３１８６２Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０８１６７（Ｐ２００７−３０８１６７）
【出願日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
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