レーザー溶接方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、レーザー溶接に関し、さらに詳しくは溶接後プレス成形されるテーラードブランク材や、対向液圧成形されるハイドロフォ−ム材などのレーザー溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にレーザー溶接における溶接ビードの断面形状は、表面側が広く、裏面側が狭くなったワインカップ状を呈しており、裏ビード幅が表ビードと比べて非常に狭いことが特徴である。このように裏側のビードが狭いために、レーザー溶接をする際、溶接突合せ部の間隔は板厚の１０％程度より広く取れない。また、溶接速度を貫通限界速度よりもかなり低くせざるをえない。
【０００３】特に、板厚が２mmを超える相互に厚みの異なる鋼板によるテーラードブランク材の溶接の場合は、溶接部の断面形状が安定せず、かつ裏側のビードが狭いことに起因した、凹凸の激しい形状になり、疲労特性が低い。
【０００４】この問題を解決するためのこれまでの技術としては、■ 溶接部直下に反射板を置き、反射光を利用して、裏面を加熱する。
■ 溶接部裏側をＴＩＧ溶接によって加熱する。
■ 溶接部の下方に電極を配置し、この電極と溶接部に電圧を印加して、電極と溶接部の間にプラズマを発生させ、このプラズマで溶接部裏面を加熱する。などの方法が、例えば特開平５−２９３６８３号公報などで開示されている。
【０００５】これらの方法は、母材が裏面からも加熱されるために、裏面の溶融量が増大し、裏側のビード幅も広がるためにより確実な溶接が実現できるだけでなく、レーザー溶接時の板の突合せの間隔を広く取れるので、間隔の精度を緩和できるという利点がある。また、裏面を溶融しているため最適な反射光量やＴＩＧ入熱を投与すれば裏面ビードが平滑になり、疲労特性の高いビードが得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方法はいずれもレーザー溶接装置以外の追加設備が必ずしも簡単でないために、従来の装置をそのまま使用できないことに加えて、発明者らが詳細な確認実験を行ったところ、従来の方法には以下の問題があった。すなわち、■の場合に効果が得られる条件として、溶接部と反射板の距離が３mm以内であること、溶接速度が貫通限界速度の５０％程度であるという制限があった。また、反射板の効果は数回の溶接を行うことによって反射板表面に付着したスプラッシュなどで半減し、この半減するまでの溶接回数は、銅あるは銅合金の場合でも１０回程度であった。■の場合では、ＴＩＧ電極（Ｗ系材料）の消耗が激しので、この電極の寿命が短く、また、溶接速度が１m/min を超えると裏側のビードの凹凸が大きくなった。■の場合は、溶接部と電極の間に電圧を印加するための装置、鋼材と電極との間の絶縁などが必要になり、必ずしも全ての溶接例に対して適用できない。
【０００７】本発明は、特別な追加設備なく、裏面ビードを改善することができるレーザー溶接方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者らは、突合せ溶接部の裏面に電離・解離電圧の低いＡｒを供給することだけによっても、条件によっては、貫通したレーザービームによってＡｒがプラズマ化し、このプラズマによって溶接部裏面が加熱されることがあることを見出し、その条件を究明するに至り本発明を完成させた。すなわち本発明がその要旨とするところは、「（１） 同厚鋼板どうし、または、異厚鋼板どうしの突合せレーザー溶接において、レーザーの焦点位置を、同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板の表面より、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は厚い方の鋼板の表面より、集光レンズの焦点距離に対して、オーバーフォーカス量を０．５％以内、アンダーフォーカス量を１％以内とし、また溶接速度を同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板板厚、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は平均板厚の貫通限界速度の５０％以上、９０％以下とし、さらに鋼板の裏面の雰囲気をＡｒとすることを特徴とするレーザー溶接方法。
（２） さらに、溶接部裏面のＡｒ流速を、１０m/min 以上、１２０m/min 以下とすることを特徴とする前記（１）に記載のレーザー溶接方法。」である。
【０００９】
【発明の実施の形態】一般にガスをプラズマ化するには、ガス分子を原子に解離するエネルギーと、この原子から電子を電離させるためのエネルギーが必要である。単原子分子であるＡｒは、大気の主成分であるＮ2 やＯ2 などの２原子分子ガスや、他の単原子分子の不活性ガスと比べても、解離エネルギーが極めて小さく、プラズマ発生が非常に容易なガスである。また、Ａｒは比較的安価であり、入手も非常に容易である。
【００１０】本発明の場合、このＡｒをプラズマ化するには電離エネルギー以上のエネルギーをレーザービームで投与する必要がある。また、Ａｒプラズマを溶接部裏面のビ−ムが貫通した箇所で生成させる必要がある。従って、貫通してきたビームのエネルギーが、溶接部裏面の必要な位置で、Ａｒを電離させるために必要なエネルギーより高いことが本発明を可能にするための重要な要件となる。そのためには以下に述べるような制限が必要になる。
【００１１】レーザー照射位置に関しては、同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板板厚、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は厚い方の鋼板の表面から焦点距離の０．５％より高いオーバーフォーカスに、また１％より深いアンダーフォーカスにすると、鋼板表面でのビームのエネルギー密度が低下し、ビームの貫通エネルギー量が低減するので、裏面に供給したＡｒをプラズマ化できない。したがって、この位置をオーバーフォ−カスの０．５％以内、アンダーフォーカスの１％以内にする必要がある。
【００１２】溶接速度に関しては、ビームの貫通限界の９０％を超えると、上記と同様に裏面に貫通するビームのエネルギー量が低下して、裏面に供給したＡｒをプラズマ化できないため、溶接速度は、同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板板厚、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は平均板厚の貫通限界速度の９０％以下にする必要がある。下限速度については、目的とするビード幅が得られるように適宜減速するが、従来技術よりも溶接時間を短縮するためには５０％以上とすることが好ましい。
【００１３】さらに、裏面のＡｒの流速に関しては、１２０m/min を超えると、Ａｒプラズマが冷やされ、安定しなくなるため、流速は１２０m/min 以下にする。効果が確認できる流速は１０〜１２０m/min であるが、この範囲で３０〜１００m/min で安定した効果が見られる。したがって、目的とするビード幅によって流量は変わるが、３０〜１００m/min が好ましい。流速は、突合せ部裏面中心に相当する空間での速度、つまり鋼材を配置したときの突合せ部直下での流速をいう。
【００１４】また、Ａｒ濃度に関してはＡｒプラズマを安定して発生させるために、突合せ部直下で９０％以上にすることが好ましい。一般に入手可能な、市販の高純度Ａｒ（通常９９．９９％）を使用するのがよい。
【００１５】図１に、本発明の概略図を示す。鋼板１と鋼板２をレーザービーム３を用いて、突合せ溶接部４を溶接する際、鋼板１、鋼板２を支える支持台５の下方より、突合せ溶接部４の裏面に向かって、Ａｒガス吹出し口６より、Ａｒガス８を吹き付ける。
【００１６】図２に、本発明におけるビームの照射位置を示す。鋼板１および鋼板２（この図では鋼板１の板厚が鋼板２よりも厚い）を突合せてレーザービーム３で溶接する時、ビームの焦点位置は、板厚が厚い鋼板１の鋼板表面位置９（＝ジャストフォーカス位置）を挟んで、オーバーフォーカス側１０あるいはアンダーフォーカス側１１の範囲にある。本発明ではこの焦点位置を集光レンズ１３の焦点距離Ｆに対する割合で、オーバーフォーカス側０．５％以内、アンダーフォーカス側１％以内の範囲とする。すなわち、図２でδ0 ／Ｆ≦０．５％、およびδU ／Ｆ≦１％とする。
【００１７】図３に、Ａｒガスの吹出し口の形状の例を示す。（ａ）は孔形状吹出し口６、（ｂ）はスリット状吹出し口７をそれぞれ示している。何れの方法でもガスの流速や濃度が本発明の範囲になるように配置する。なお、吹出し口の配置は左右対称である方が、流速や濃度の分布がほぼ一様となる点で有利であるため、好ましい。
【００１８】図４に、Ａｒガスの吹出し口の角度の例を示す。突合せ裏面に向かって、（ａ）の場合は吹出し角度θで吹き上り、（ｂ）の場合は角度を付けずに水平に吹き付ける。
【００１９】なお、突合せ部の間隔の突合せ部中心線１２に対するビームの焦点位置は、板厚および板厚差によって突合せ部中心線１２より板厚の厚い側にずらすなど、適宜最適な位置になるよう配置する。
【００２０】
【実施例】さらに、Ａｒ流速などの諸条件の有効範囲に関して、以下実施例により説明する。Ａｒの吹出し口形状は、図１（ａ）の形状を用いた。このとき、孔の径は１．５mm、隣合う孔の間隔は１０mm、孔の個数は１７個（各左右、計３４個）にした。そして、Ａｒの吹出し角度は４５゜、対向する孔の間隔は１４mm、孔の出口と鋼板を設置する距離は１４mmとした。この装置を作成し、鋼板を突合せ部の間隔が無限（鋼板なし）と２mmの場合の（本来は０．１mm等のオ−ダ−で測定すべきであるが、計測器のサイズの関係で２mmが最小）、突合せ部裏面中心のＡｒ流速を、熱流速計を用いて測定した。この時のＡｒ総流量と流速の関係を表１に示す。
【００２１】
【表１】
間隔によって流速が減速するため、本発明では、流速が必要な場合についてのみ、間隔が無限（鋼板なし）の値を示し、それ以外はＡｒ流量で表記する。
【００２２】（実施例１）板厚３．２mmどうしの板を、レーザー溶接する場合の本発明の実施例を表２に示す。溶接条件は、レーザー出力：５kW（ＣＯ2 、ビームエネルギーの伝送は９０％）
焦点距離 ：７．５インチ（約１９０mm）
貫通限界速度：４．５m/min （３．２mm板ビードオンの場合）このときの焦点位置は鋼板表面±０mmＡｒシールド：２０ l/min（レーザーと同軸に鋼板表面から吹き付ける）
裏面Ａｒ ：図１の装置においてＡｒの吹出しに関し、以下の配置を有する Ａｒ吹出し孔の径 ＝１．５mm 孔数 ＝１７個（各左右、計３４個）
間隔 隣合う孔間 ＝１０mm 対向する孔間 ＝１４mm 鋼板裏面と孔間 ＝１４mm 上向き角度 ＝４５゜
【００２３】
【表２】
効果がある速度は貫通限界速度の９０％以下だが、突合せの間隔が大きくなると、隙間を埋めるために多くの鋼板を溶融させなくてならないので、効果がある速度は低減する。なお、この隙間の拡大による速度の低減代は、鋼板の板厚に依存する。
【００２４】（実施例２）板厚１．０mmどうしの板をレーザー溶接する場合の本発明の実施例を表３に示す。
レーザー出力：５kW（ＣＯ2 、ビームエネルギーの伝送は９０％）
焦点距離 ：７．５インチ（約１９０mm）
貫通限界速度：１０m/min （１．０mm板ビ−ドオンの場合）このときの焦点位置は鋼板表面±０mmＡｒシールド：１５ l/min（レーザーと同軸に鋼板表面から吹きつける）
裏面Ａｒ ：図１の装置においてＡｒの吹出しに関し、以下の配置を有するＡｒ吹出し孔の径 ＝１．５mm孔数 ＝１７個（各左右、計３４個）
間隔隣合う孔間 ＝１０mm対向する孔間 ＝１４mm鋼板裏面と孔間 ＝１４mm上向き角度 ＝４５゜この場合、総Ａｒ流量が１０ l/minあたり、吹出し孔出口でのＡｒ流速は約１７０m/min 、突合せ裏面で流速は約１７m/min 。
【００２５】
【表３】
このように、焦点位置がオーバーフォーカスで０．５％以内、アンダーフォーカスで１％以内で効果がある。
【００２６】（実施例３）板厚１．０mmどうしの板をレーザー溶接する場合の本発明の実施例を表４に示す。
レ−ザ−出力：５kW（ＣＯ2 、ビ−ムエネルギ−の伝送は９０％）
焦点距離 ：７．５インチ（約１９０mm）
貫通限界速度：１０m/min （１．０mm板ビ−ドオンの場合）このときの焦点位置は鋼板表面±０mmＡｒシ−ルド：１５ l/min（レーザーと同軸に鋼板表面から吹き付ける）
裏面Ａｒ ：図１の装置においてＡｒの吹出しに関し、以下の配置を有するＡｒ吹出し孔の径 ＝１．５mm孔数 ＝１７個（各左右、計３４個）
間隔隣合う孔間 ＝１０mm対向する孔間 ＝１４mm鋼板裏面と孔間 ＝１４mm上向き角度 ＝４５゜
【００２７】
【表４】
このように、Ａｒの流速が１２０m/min 以下で効果がより高くなる。
【００２８】
【発明の効果】本発明により、ビード厚みならびに裏面のビード幅は、従来のレーザー溶接の２割以上拡大し、かつ、ビード表面の平滑性も向上した。また、従来と同等のビードが得られる溶接速度の限界も２割ほど向上した。このような特徴を有する本発明は、特に板厚が０．６〜３．２mmの同厚、あるいは板厚比が１：３以内の板厚の薄板の溶接において本発明は効果を有しており、テーラードブランク材、あるいはハイドロフォーム材の溶接時における高速溶接、高耐ギャップ許容、高疲労特性の溶接技術を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接方法を示す概略図である。
【図２】本発明におけるビ−ムの照射位置を示した図である。
【図３】Ａｒガスの吹出口の形状の例を示した図である。
（ａ）孔形状、（ｂ）スリット形状
【図４】Ａｒガスの吹出口の角度の例を示した図である。
（ａ）吹上がり、（ｂ）水平横吹き
【符号の説明】
１：鋼板
２：鋼板
３：レーザービーム
４：突合せ溶接部
５：支持台
６：Ａｒガス吹出し口（孔形状）
７：Ａｒガス吹出し口（スリット状）
８：Ａｒガス
９：鋼板の表面位置
１０：オ−バーフォ−カス側
１１：アンダーフォ−カス側
１２：突合せ部中心線
１３：集光レンズ
Ｆ：集光レンズの焦点距離
θ：吹上がり角度
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、レーザー溶接に関し、さらに詳しくは溶接後プレス成形されるテーラードブランク材や、対向液圧成形されるハイドロフォ−ム材などのレーザー溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にレーザー溶接における溶接ビードの断面形状は、表面側が広く、裏面側が狭くなったワインカップ状を呈しており、裏ビード幅が表ビードと比べて非常に狭いことが特徴である。このように裏側のビードが狭いために、レーザー溶接をする際、溶接突合せ部の間隔は板厚の１０％程度より広く取れない。また、溶接速度を貫通限界速度よりもかなり低くせざるをえない。
【０００３】特に、板厚が２mmを超える相互に厚みの異なる鋼板によるテーラードブランク材の溶接の場合は、溶接部の断面形状が安定せず、かつ裏側のビードが狭いことに起因した、凹凸の激しい形状になり、疲労特性が低い。
【０００４】この問題を解決するためのこれまでの技術としては、
【０００５】これらの方法は、母材が裏面からも加熱されるために、裏面の溶融量が増大し、裏側のビード幅も広がるためにより確実な溶接が実現できるだけでなく、レーザー溶接時の板の突合せの間隔を広く取れるので、間隔の精度を緩和できるという利点がある。また、裏面を溶融しているため最適な反射光量やＴＩＧ入熱を投与すれば裏面ビードが平滑になり、疲労特性の高いビードが得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方法はいずれもレーザー溶接装置以外の追加設備が必ずしも簡単でないために、従来の装置をそのまま使用できないことに加えて、発明者らが詳細な確認実験を行ったところ、従来の方法には以下の問題があった。すなわち、
【０００７】本発明は、特別な追加設備なく、裏面ビードを改善することができるレーザー溶接方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者らは、突合せ溶接部の裏面に電離・解離電圧の低いＡｒを供給することだけによっても、条件によっては、貫通したレーザービームによってＡｒがプラズマ化し、このプラズマによって溶接部裏面が加熱されることがあることを見出し、その条件を究明するに至り本発明を完成させた。すなわち本発明がその要旨とするところは、「（１） 同厚鋼板どうし、または、異厚鋼板どうしの突合せレーザー溶接において、レーザーの焦点位置を、同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板の表面より、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は厚い方の鋼板の表面より、集光レンズの焦点距離に対して、オーバーフォーカス量を０．５％以内、アンダーフォーカス量を１％以内とし、また溶接速度を同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板板厚、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は平均板厚の貫通限界速度の５０％以上、９０％以下とし、さらに鋼板の裏面の雰囲気をＡｒとすることを特徴とするレーザー溶接方法。
（２） さらに、溶接部裏面のＡｒ流速を、１０m/min 以上、１２０m/min 以下とすることを特徴とする前記（１）に記載のレーザー溶接方法。」である。
【０００９】
【発明の実施の形態】一般にガスをプラズマ化するには、ガス分子を原子に解離するエネルギーと、この原子から電子を電離させるためのエネルギーが必要である。単原子分子であるＡｒは、大気の主成分であるＮ2 やＯ2 などの２原子分子ガスや、他の単原子分子の不活性ガスと比べても、解離エネルギーが極めて小さく、プラズマ発生が非常に容易なガスである。また、Ａｒは比較的安価であり、入手も非常に容易である。
【００１０】本発明の場合、このＡｒをプラズマ化するには電離エネルギー以上のエネルギーをレーザービームで投与する必要がある。また、Ａｒプラズマを溶接部裏面のビ−ムが貫通した箇所で生成させる必要がある。従って、貫通してきたビームのエネルギーが、溶接部裏面の必要な位置で、Ａｒを電離させるために必要なエネルギーより高いことが本発明を可能にするための重要な要件となる。そのためには以下に述べるような制限が必要になる。
【００１１】レーザー照射位置に関しては、同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板板厚、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は厚い方の鋼板の表面から焦点距離の０．５％より高いオーバーフォーカスに、また１％より深いアンダーフォーカスにすると、鋼板表面でのビームのエネルギー密度が低下し、ビームの貫通エネルギー量が低減するので、裏面に供給したＡｒをプラズマ化できない。したがって、この位置をオーバーフォ−カスの０．５％以内、アンダーフォーカスの１％以内にする必要がある。
【００１２】溶接速度に関しては、ビームの貫通限界の９０％を超えると、上記と同様に裏面に貫通するビームのエネルギー量が低下して、裏面に供給したＡｒをプラズマ化できないため、溶接速度は、同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板板厚、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は平均板厚の貫通限界速度の９０％以下にする必要がある。下限速度については、目的とするビード幅が得られるように適宜減速するが、従来技術よりも溶接時間を短縮するためには５０％以上とすることが好ましい。
【００１３】さらに、裏面のＡｒの流速に関しては、１２０m/min を超えると、Ａｒプラズマが冷やされ、安定しなくなるため、流速は１２０m/min 以下にする。効果が確認できる流速は１０〜１２０m/min であるが、この範囲で３０〜１００m/min で安定した効果が見られる。したがって、目的とするビード幅によって流量は変わるが、３０〜１００m/min が好ましい。流速は、突合せ部裏面中心に相当する空間での速度、つまり鋼材を配置したときの突合せ部直下での流速をいう。
【００１４】また、Ａｒ濃度に関してはＡｒプラズマを安定して発生させるために、突合せ部直下で９０％以上にすることが好ましい。一般に入手可能な、市販の高純度Ａｒ（通常９９．９９％）を使用するのがよい。
【００１５】図１に、本発明の概略図を示す。鋼板１と鋼板２をレーザービーム３を用いて、突合せ溶接部４を溶接する際、鋼板１、鋼板２を支える支持台５の下方より、突合せ溶接部４の裏面に向かって、Ａｒガス吹出し口６より、Ａｒガス８を吹き付ける。
【００１６】図２に、本発明におけるビームの照射位置を示す。鋼板１および鋼板２（この図では鋼板１の板厚が鋼板２よりも厚い）を突合せてレーザービーム３で溶接する時、ビームの焦点位置は、板厚が厚い鋼板１の鋼板表面位置９（＝ジャストフォーカス位置）を挟んで、オーバーフォーカス側１０あるいはアンダーフォーカス側１１の範囲にある。本発明ではこの焦点位置を集光レンズ１３の焦点距離Ｆに対する割合で、オーバーフォーカス側０．５％以内、アンダーフォーカス側１％以内の範囲とする。すなわち、図２でδ0 ／Ｆ≦０．５％、およびδU ／Ｆ≦１％とする。
【００１７】図３に、Ａｒガスの吹出し口の形状の例を示す。（ａ）は孔形状吹出し口６、（ｂ）はスリット状吹出し口７をそれぞれ示している。何れの方法でもガスの流速や濃度が本発明の範囲になるように配置する。なお、吹出し口の配置は左右対称である方が、流速や濃度の分布がほぼ一様となる点で有利であるため、好ましい。
【００１８】図４に、Ａｒガスの吹出し口の角度の例を示す。突合せ裏面に向かって、（ａ）の場合は吹出し角度θで吹き上り、（ｂ）の場合は角度を付けずに水平に吹き付ける。
【００１９】なお、突合せ部の間隔の突合せ部中心線１２に対するビームの焦点位置は、板厚および板厚差によって突合せ部中心線１２より板厚の厚い側にずらすなど、適宜最適な位置になるよう配置する。
【００２０】
【実施例】さらに、Ａｒ流速などの諸条件の有効範囲に関して、以下実施例により説明する。Ａｒの吹出し口形状は、図１（ａ）の形状を用いた。このとき、孔の径は１．５mm、隣合う孔の間隔は１０mm、孔の個数は１７個（各左右、計３４個）にした。そして、Ａｒの吹出し角度は４５゜、対向する孔の間隔は１４mm、孔の出口と鋼板を設置する距離は１４mmとした。この装置を作成し、鋼板を突合せ部の間隔が無限（鋼板なし）と２mmの場合の（本来は０．１mm等のオ−ダ−で測定すべきであるが、計測器のサイズの関係で２mmが最小）、突合せ部裏面中心のＡｒ流速を、熱流速計を用いて測定した。この時のＡｒ総流量と流速の関係を表１に示す。
【００２１】
【表１】
間隔によって流速が減速するため、本発明では、流速が必要な場合についてのみ、間隔が無限（鋼板なし）の値を示し、それ以外はＡｒ流量で表記する。
【００２２】（実施例１）板厚３．２mmどうしの板を、レーザー溶接する場合の本発明の実施例を表２に示す。溶接条件は、レーザー出力：５kW（ＣＯ2 、ビームエネルギーの伝送は９０％）
焦点距離 ：７．５インチ（約１９０mm）
貫通限界速度：４．５m/min （３．２mm板ビードオンの場合）このときの焦点位置は鋼板表面±０mmＡｒシールド：２０ l/min（レーザーと同軸に鋼板表面から吹き付ける）
裏面Ａｒ ：図１の装置においてＡｒの吹出しに関し、以下の配置を有する Ａｒ吹出し孔の径 ＝１．５mm 孔数 ＝１７個（各左右、計３４個）
間隔 隣合う孔間 ＝１０mm 対向する孔間 ＝１４mm 鋼板裏面と孔間 ＝１４mm 上向き角度 ＝４５゜
【００２３】
【表２】
効果がある速度は貫通限界速度の９０％以下だが、突合せの間隔が大きくなると、隙間を埋めるために多くの鋼板を溶融させなくてならないので、効果がある速度は低減する。なお、この隙間の拡大による速度の低減代は、鋼板の板厚に依存する。
【００２４】（実施例２）板厚１．０mmどうしの板をレーザー溶接する場合の本発明の実施例を表３に示す。
レーザー出力：５kW（ＣＯ2 、ビームエネルギーの伝送は９０％）
焦点距離 ：７．５インチ（約１９０mm）
貫通限界速度：１０m/min （１．０mm板ビ−ドオンの場合）このときの焦点位置は鋼板表面±０mmＡｒシールド：１５ l/min（レーザーと同軸に鋼板表面から吹きつける）
裏面Ａｒ ：図１の装置においてＡｒの吹出しに関し、以下の配置を有するＡｒ吹出し孔の径 ＝１．５mm孔数 ＝１７個（各左右、計３４個）
間隔隣合う孔間 ＝１０mm対向する孔間 ＝１４mm鋼板裏面と孔間 ＝１４mm上向き角度 ＝４５゜この場合、総Ａｒ流量が１０ l/minあたり、吹出し孔出口でのＡｒ流速は約１７０m/min 、突合せ裏面で流速は約１７m/min 。
【００２５】
【表３】
このように、焦点位置がオーバーフォーカスで０．５％以内、アンダーフォーカスで１％以内で効果がある。
【００２６】（実施例３）板厚１．０mmどうしの板をレーザー溶接する場合の本発明の実施例を表４に示す。
レ−ザ−出力：５kW（ＣＯ2 、ビ−ムエネルギ−の伝送は９０％）
焦点距離 ：７．５インチ（約１９０mm）
貫通限界速度：１０m/min （１．０mm板ビ−ドオンの場合）このときの焦点位置は鋼板表面±０mmＡｒシ−ルド：１５ l/min（レーザーと同軸に鋼板表面から吹き付ける）
裏面Ａｒ ：図１の装置においてＡｒの吹出しに関し、以下の配置を有するＡｒ吹出し孔の径 ＝１．５mm孔数 ＝１７個（各左右、計３４個）
間隔隣合う孔間 ＝１０mm対向する孔間 ＝１４mm鋼板裏面と孔間 ＝１４mm上向き角度 ＝４５゜
【００２７】
【表４】
このように、Ａｒの流速が１２０m/min 以下で効果がより高くなる。
【００２８】
【発明の効果】本発明により、ビード厚みならびに裏面のビード幅は、従来のレーザー溶接の２割以上拡大し、かつ、ビード表面の平滑性も向上した。また、従来と同等のビードが得られる溶接速度の限界も２割ほど向上した。このような特徴を有する本発明は、特に板厚が０．６〜３．２mmの同厚、あるいは板厚比が１：３以内の板厚の薄板の溶接において本発明は効果を有しており、テーラードブランク材、あるいはハイドロフォーム材の溶接時における高速溶接、高耐ギャップ許容、高疲労特性の溶接技術を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接方法を示す概略図である。
【図２】本発明におけるビ−ムの照射位置を示した図である。
【図３】Ａｒガスの吹出口の形状の例を示した図である。
（ａ）孔形状、（ｂ）スリット形状
【図４】Ａｒガスの吹出口の角度の例を示した図である。
（ａ）吹上がり、（ｂ）水平横吹き
【符号の説明】
１：鋼板
２：鋼板
３：レーザービーム
４：突合せ溶接部
５：支持台
６：Ａｒガス吹出し口（孔形状）
７：Ａｒガス吹出し口（スリット状）
８：Ａｒガス
９：鋼板の表面位置
１０：オ−バーフォ−カス側
１１：アンダーフォ−カス側
１２：突合せ部中心線
１３：集光レンズ
Ｆ：集光レンズの焦点距離
θ：吹上がり角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】 同厚鋼板どうし、または、異厚鋼板どうしの突合せレーザー溶接において、レーザーの焦点位置を、同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板の表面より、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は厚い方の鋼板の表面より、集光レンズの焦点距離に対して、オーバーフォーカス量を０．５％以内、アンダーフォーカス量を１％以内とし、また溶接速度を同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板板厚、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は平均板厚の貫通限界速度の５０％以上、９０％以下とし、さらに鋼板の裏面の雰囲気をＡｒとすることを特徴とするレーザー溶接方法。
【請求項２】 さらに、溶接部裏面のＡｒ流速を、１０m/min 以上、１２０m/min 以下とすることを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶接方法。
【請求項１】 同厚鋼板どうし、または、異厚鋼板どうしの突合せレーザー溶接において、レーザーの焦点位置を、同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板の表面より、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は厚い方の鋼板の表面より、集光レンズの焦点距離に対して、オーバーフォーカス量を０．５％以内、アンダーフォーカス量を１％以内とし、また溶接速度を同厚鋼板どうしの溶接の場合は両方の鋼板板厚、また、異厚鋼板どうしの溶接の場合は平均板厚の貫通限界速度の５０％以上、９０％以下とし、さらに鋼板の裏面の雰囲気をＡｒとすることを特徴とするレーザー溶接方法。
【請求項２】 さらに、溶接部裏面のＡｒ流速を、１０m/min 以上、１２０m/min 以下とすることを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【特許番号】特許第３２６０６９０号（Ｐ３２６０６９０）
【登録日】平成１３年１２月１４日（２００１．１２．１４）
【発行日】平成１４年２月２５日（２００２．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−１２８８３４
【出願日】平成１０年５月１２日（１９９８．５．１２）
【公開番号】特開平１１−３２０１５１
【公開日】平成１１年１１月２４日（１９９９．１１．２４）
【審査請求日】平成１２年１１月６日（２０００．１１．６）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【参考文献】
【文献】特開 平６−１５５０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平３−１３２８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平８−２７６２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平８−１７４２５１（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１３年１２月１４日（２００１．１２．１４）
【発行日】平成１４年２月２５日（２００２．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年５月１２日（１９９８．５．１２）
【公開番号】特開平１１−３２０１５１
【公開日】平成１１年１１月２４日（１９９９．１１．２４）
【審査請求日】平成１２年１１月６日（２０００．１１．６）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【参考文献】
【文献】特開 平６−１５５０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平３−１３２８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平８−２７６２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平８−１７４２５１（ＪＰ，Ａ）
[ Back to top ]