レーザ溶接用接合継手および接合体
【課題】ブローホールの発生を抑えた品質の良い溶接を行うためのレーザ溶接用接合継手を提供すること。
【解決手段】シールドガスを噴射しながら行うレーザ溶接やレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合する第１及び第２被接合部材１Ａ，１Ｂに形成され、第１被接合部材１Ａは、第２接合部材１Ｂの接合端面と突き合わされる接合突起１１と、レーザの反照射側にあって接合突起１１に突き合わされた第２被接合部材１３，１４を受ける支持突起６とが形成され、その支持突起６は、レーザの照射側に凹んだ凹部１２を形成したものであって、その凹部１２内面は、接合突起１１に形成された反照射側の平面部２２から凹部底面２４へと連続し、その凹部底面２４が接合突起１１の接合端面２１を超えて延び、照射側に突き出て第２被接合部材１３，１４を受ける先端支持部２５に連続するように形成されたレーザ溶接用接合継手１０Ａ，１０Ｂ。
【解決手段】シールドガスを噴射しながら行うレーザ溶接やレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合する第１及び第２被接合部材１Ａ，１Ｂに形成され、第１被接合部材１Ａは、第２接合部材１Ｂの接合端面と突き合わされる接合突起１１と、レーザの反照射側にあって接合突起１１に突き合わされた第２被接合部材１３，１４を受ける支持突起６とが形成され、その支持突起６は、レーザの照射側に凹んだ凹部１２を形成したものであって、その凹部１２内面は、接合突起１１に形成された反照射側の平面部２２から凹部底面２４へと連続し、その凹部底面２４が接合突起１１の接合端面２１を超えて延び、照射側に突き出て第２被接合部材１３，１４を受ける先端支持部２５に連続するように形成されたレーザ溶接用接合継手１０Ａ，１０Ｂ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金材からなる被接合部材をレーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接するためのレーザ溶接用接合継手に関し、特にブローホールなどの欠陥を無くして接合品質を良くした接合体を構成するためのレーザ溶接用接合継手及び当該継手によってレーザ溶接された接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両などでは、車体軽量化に対応すべく軽量なアルミニウム合金材による車両構体が採用されている。アルミニウム合金部材の接合には、溶接ワイヤを消耗電極として溶着するＭＩＧ溶接などが採用されている。例えば図９に示すように、鉄道車両構体を構成する外板１０１，１０２は、その端部に継手が形成されており、端面が斜めになって接合部１１０に開先を形成するようにして重ね合わされる。より具体的には、一方の外板１０１には受け部１０５が形成されており、そこに他方の外板１０２の端部が重ね合わされて図示するような断面Ｖ字の開先が形成される。ＭＩＧ溶接は不活性ガス中で行われるので、シールドガスが噴射され、その開先のある接合部１１０に溶接ワイヤを溶かしながら外板１０１，１０２が溶着する。
【０００３】
一方、最近では、アルミニウム合金部材の接合に対し、こうしたアーク溶接の他にレーザ溶接が試みられている。レーザビームは、高エネルギー密度の集中熱源としての性質を持ち、低入熱で深溶込みの溶接ができ、接合すべき部材に及ぼす熱影響や熱変形が極めて少なく、また高速による溶接が可能だからである。しかしながら、アルミニウム合金部材のレーザ溶接方法はブローホールが発生したり裏面が酸化するなどの欠陥が多発する問題点があった。この点、特開平７−１６４１７３号公報では、アルミニウム合金部材同士をレーザ溶接するに当たって、品質の高い溶接部をもった接合体を安定して提供するためのレーザ溶接方法が提案されている。
【０００４】
図１０は、同公報に開示された接合部の断面図である。アルミニウム合金からなる板材２０１，２０２は、端部に断面矩形の凸部２１１，２１２が形成され、端面同士を互いに突き合わせることによって空洞２２０が形成される。板材２０１，２０２の接合部には、図面上方から接合部２３０にレーザビームが照射され、その接合部２３０が連続する接合線に沿って溶接が行われる。その際、レーザビームと同方向からシールドガスが接合部２３０に向けて噴射され、更に反照射側では空洞２２０内に一方の開口端を塞いだ状態で他方の開口端からバックシールドガスが供給される。よって、図１０に示す接合継手では、バックシールドガスとして不活性ガスが供給され、た状態でレーザ溶接が行われるため、ブローホールが発生するなど欠陥を極めて少なくすることができ、高品質の溶接部をもった接合体が安定して得られるという効果を奏する。
【特許文献１】特開平７−１６４１７３号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１０に示す前記特許文献１の接合継手では、バックシールドガスを供給する空洞２２０を形成するため、板材２０１，２０２に凸部２１１，２１２を設ける必要があった。特許文献１には、図１０に示すもの以外にも同様に空洞を形成する接合継手が記載されているが、いずれも空洞を構成するための形状になってしまい、凸部２１１，２１２などのような余分な部分が鉄道車両用構体などの接合体の重量を大幅に増加させてしまうことになる。また、こうした従来の接合継手では、レーザビームと同方向から噴射するシールドガスの他に、空洞２２０内にバックシールドガスを供給しているため、接合に際して余分な手間がかかる他、接合装置としてもコスト高なものになってしまう。
【０００６】
よって、本発明は、かかる課題を解決すべく、ブローホールの発生を抑えた品質の良い溶接を行うためのレーザ溶接用接合継手および当該継手によって溶接された接合体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】
【０００７】
本発明のレーザ溶接用接合継手は、第１被接合部材と第２被接合部材との接合端面を突き合わせた接合部に、シールドガスを噴射しながら行うレーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合するための、当該第１及び第２被接合部材に形成されたものであって、前記第１被接合部材は、前記第２接合部材の接合端面と突き合わされる接合突起と、レーザの反照射側にあって前記接合突起に突き合わされた前記第２被接合部材を受ける支持突起とが形成され、その支持突起は、レーザの照射側に凹んだ凹部を形成したものであって、その凹部内面は、前記接合突起に形成された反照射側の平面部から凹部底面へと連続し、その凹部底面が前記接合突起の接合端面を超えて延び、前記照射側に突き出て前記第２被接合部材を受ける先端支持部に連続するように形成されたものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明のレーザ溶接用接合継手は、前記支持突起が、前記接合突起の平面部から略半円形状の曲面と、レーザ照射側の部材表面とほぼ平行な前記凹部底面と、略半円形状の先端支持部の曲面が連続するように形成されたものであることが好ましい。
本発明のレーザ溶接用接合継手は、前記第１被接合部材の接合突起が、前記第２被接合部材の接合部分と肉厚が等しいことが好ましい。
本発明のレーザ溶接用接合継手は、前記第１被接合部材と第２被接合部材が、上面板と下面板とが複数のリブによって連結された中空形材であって、前記第１被接合部材は、その上面板側と下面板側とに形成された前記支持突起が端部リブによって連結されたものであり、上下の支持突起が第２被接合部材の上面板と下面板との間に嵌め込まれ、第１被接合部材の接合突起と第２被接合部材の上面板及び下面板の自由端とを接合端面同士突き合わせるようにしたものであることが好ましい。
本発明のレーザ溶接用接合継手は、前記第１被接合部材と第２被接合部材との端面間の接合部に開先が形成され、その開先部分が溶接されたものであることが好ましい。
【０００９】
本発明の接合体は、第１被接合部材と第２被接合部材に形成された接合継手を組み合わせた接合部を、シールドガスを噴射しながら行うレーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合してなるものであって、前記接合継手は、前記第１被接合部材に前記第２接合部材の接合端面と突き合わされる接合突起と、レーザの反照射側にあって前記接合突起に突き合わされた前記第２被接合部材を受ける支持突起とが形成され、その支持突起が、レーザの照射側に凹んだ凹部を形成したものであって、その凹部内面が、前記接合突起に形成された反照射側の平面部から凹部底面へと連続し、その凹部底面が前記接合突起の接合端面を超えて延び、前記照射側に突き出て前記第２被接合部材を受ける先端支持部に連続するように形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明の接合体は、前記第１被接合部材と第２被接合部材が上面板と下面板とが複数のリブによって連結された中空形材であって、前記第１被接合部材は、その上面板側と下面板側とに形成された前記支持突起が端部リブによって連結されたものであり、上下の支持突起が第２被接合部材の上面板と下面板との間に嵌め込まれ、肉厚が等しい第１被接合部材の接合突起と第２被接合部材の上面板及び下面板の接合部分とを接合端面同士突き合わせて溶接したものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
よって、本発明によれば、支持突起の凹部によって構成する空間がシールドガスを充填させる空間として十分広いものとなるため、従来のものと比べて接合品質を良いものとすることができる。また、接合突起には平面部が形成されており、溶接する他方の接合部との肉厚を同じにすることで、レーザビームによって入った熱の接合部における拡散がほぼ左右均等になって、接合部の溶融が左右バランス良く行われることで接合時間を短縮することができ、また接合品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明に係るレーザ溶接用接合継手および接合体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。先ず図１は、レーザ溶接によって構成した鉄道車両構体を示した図である。この鉄道車両８０は、左右の面を形成する側構体８１と、屋根を形成する屋根構体８２と、車体長手方向に対して両端を閉鎖する面を形成する妻構体８３と、床面を形成する台枠８４とから構成されている。そして、側構体８１や屋根構体８２は、車体一両分の長さの押出中空形材８８が幅方向に複数溶接接合されている。
【００１２】
ここで、図２及び図３は、被接合部材である押出中空形材のレーザ溶接用接合継手を示した図であるが、これは図４及び図５に示すレーザ溶接用接合継手に至る過程のレーザ溶接用接合継手を示したものである。従って、図２及び図３のレーザ溶接用接合継手を簡単に説明した後に、本実施形態のレーザ溶接用接合継手について具体的に説明する。なお、図示した押出中空形材は、いずれも押出し成形されたアルミニウム合金によるものであり、鉄道車両８０を構成する押出中空形材８８に相当するものである。
【００１３】
先ず、図２に示すレーザ溶接用接合継手は、押出中空形材４１Ａ，４１Ｂの左側端部と右側端部とにそれぞれ形成されている。押出中空形材４１は、上面板４２と下面板４３とが複数の傾斜したリブ４４によって連結されている。左右端部に位置する端部リブ４５，４６は、上面板４２および下面板４３に直交し、左端には支持突起４７が突設され、右端には上面板４２と下面板４３とが延長するように突き出した突出部４２ａ，４３ａが形成されている。支持突起４７の付け根部分には、レーザ照射面側に円弧状の溝部４９が長手方向に形成されている。
【００１４】
従って、押出中空形材４１Ａ，４１Ｂのレーザ溶接用接合継手では、図示するように支持突起４７，４７が突出部４２ａ，４３ａの間に嵌り込む。そこで、接合端面同士が突き合わされた接合部４８にレーザビームが照射され、それと同時に照射側からシールドガスが噴射される。レーザビームが照射された接合部４８では、集中的な加熱による溶融によって溶接が行われるが、その際、レーザビームの照射部分には端面間の隙間があって、その隙間からシールドガスが入り込む。そのため、レーザ照射面側から接合部に噴射されたシールドガスが溝部４９の空間内に充填されてバックシールドガスとなる。
【００１５】
しかし、図２に示すレーザ溶接用接合継手では、両方にそれぞれ端部リブ４５，４６があるため重量が重くしてしまっている。また、バックシールドガスを溜める溝部４９が浅く断面積が小さいため、シールドガスが入り込む空間が十分でなく、良好な品質が得られない可能性がある。また、レーザビームが照射される位置の形状が左右非対称であるため、レーザビームによって入った熱の拡散に偏りが生じてしまい、この点でも接合品質の低下を招くおそれがある。
【００１６】
そこで、レーザ溶接用継手形状としては、次に図３に示すような形状のものが考えられる。図３に示す押出中空形材５１Ａ，５１Ｂは、上面板５２と下面板５３とが複数の傾斜したリブ５４によって連結され、左側端部にのみ端部リブ５５が形成されている。その端部リブ５５からは支持突起５６が突き出し、押出中空形材５１Ｂでは、上面板５２や下面板５３の延長上に自由端５７，５８が形成されている。そして、支持突起５６の付け根には、レーザ照射面に溝部５９が形成されている。この溝部５９は、上面板５２の接合端面５２ａや下面板５３の接合端面５３ａから内側に向けて緩やかに湾曲して形成され、自由端５７，５８と重ね合わされてできた空間の断面がいわゆる水滴形状になっている。
【００１７】
接合端面同士が突き合わされた接合部にはレーザビームが照射され、同時にシールドガスが噴射される。レーザビームが照射された接合部では、集中的な加熱によって溶融して溶接が行われるが、その際、レーザビームの照射部分には端面間の隙間があって、その隙間からシールドガスが入り込む。そのため、このレーザ溶接用接合継手でも、レーザ照射面側から接合部に噴射されたシールドガスが溝部５９の空間内に充填されてバックシールドガスとなる。
【００１８】
しかし、このレーザ溶接用接合継手における溝部５９は、図２の溝部４９に比べればより深くなってシールドガスが入り込む空間が広くなったが、それでも十分でないため良好な品質が得られない可能性がある。また、レーザビームが照射される位置の形状が左右非対称であるため、レーザビームによって入った熱の拡散に偏りが生じるため、やはりこの点でも接合品質の低下を招くおそれがある。
そこで、以上のような問題点を考慮して、図４及び図５に示すレーザ溶接用接合継手を提案するに至った。図４は、離間した一対の押出中空形材の端部同士を示した図であり、図５は、その端部同士を組み合わせた接合状態を示した図である。
【００１９】
図４に示す一対の押出中空形材１Ａ，１Ｂは、アルミニウム合金の押出中空形材であり、各々の右側端部と左側端部とがレーザ溶接によって接合可能なレーザ溶接用接合継手が形成されている。この押出中空形材１Ａ，１Ｂは、図１に示す鉄道車両８０を構成する押出中空形材８８に相当するものであり、幅方向の端部に図示するような継手が形成されている。その押出中空形材１Ａ，１Ｂは、ほぼ平行な上面板２と下面板３とが幅方向に傾斜した複数のリブ４によって連結され、トラス状の断面が形成されている。
【００２０】
本実施形態のレーザ溶接用接合継手は、押出中空形材１Ａの左側端部に形成された継手１０Ａと、レーザ溶接用接合継手の他方は、押出中空形材１Ｂの右側端部に形成された継手１０Ｂとからなる。継手１０Ａは、上面板２と下面板３に直交する端部リブ５が形成され、その端部リブ５からは、幅方向外側に向けて上下の２箇所において支持突起６が突設されている。継手１０Ｂは、押出中空形材１Ｂの右側端部に位置するリブ４から上面板２及び下面板３が延長した自由端１３，１４になっている。自由端１３，１４は端面位置が揃っているため、リブ４の傾きによって上面板２側の自由端１３が長く、下面板３側の自由端１４が短くなっている。
【００２１】
継手１０Ａの支持突起６，６は、継手１０Ｂの自由端１３，１４の間に嵌め込まれるように構成されたものであり、その支持突起６，６は上下対称形状で形成されている。そこで、継手１０Ａについて、下面板３側の形状を図６に示して更に詳しく形状を説明する。
支持突起６は、下面板３と端部リブ５との連結部分に形成されている。下面板３の延長線上にその下面板３よりも肉厚の接合突起１１が形成され、支持突起６は、この接合突起１１と同方向に更に突き出して形成されている。その先端には表面側に折れ曲がった先端支持部２５を有し、この先端支持部２５は、接合突起１１に突き当てられる継手１０Ｂの自由端１３，１４をレーザビームの反照射面側から支える部分になる。
【００２２】
そして、この支持突起６は、レーザ接合時にシールドガスを溜める空間を形成するための凹部１２を形成している。凹部１２は、支持突起６と接合突起１１とが明確に別突起と認識させるような形状であり、接合端面２１から平面部２２を介して奥の円弧部２３に連続し、深く入り込んだ袋状になっている。その凹部１２には、幅広の凹部底面２４が形成され、反対側に先端支持部２５が突き出している。従って、本実施形態では、先に提案した継手のように単なる溝とするのではなく、支持突起６の形状を工夫することによって広い空間が得られるようにしている。また、継手１０Ａでは、下面板３（上面板２も同じ）と端部リブ５との連結部分は、支持突起６の反対側が内側に向けて凸面１５が形成され、凹部１２の広がりによって当該部分の肉厚が薄くならないようにしている。
【００２３】
一方、継手１０Ｂは、上面板２側の自由端１３の先端部分１３ａと、下面板３側の自由端１４の全体は、継手１０Ａの接合突起１１と同じ厚さになるように厚肉に形成されている。従って、接合突起１１は、前述したように平面部２２が形成された突起になっているため、図５に示すように上下の接合端面２１と２６、２１と２７が突き合わされた状態では、その突き合わされた面（レーザビームの照射位置）を挟んで肉厚が等しく左右対称になっている。
【００２４】
本実施形態の押出中空形材１Ａ，１Ｂは、上面板２、下面板３の板厚が２ｍｍ程度、そしてリブ４，５の肉厚が１．５ｍｍ程度で押出し成形されたダブルスキンパネルであって、図１に示す鉄道車両の側パネルである。そのため、図４及び図５に示す継手１０Ａ，１０Ｂは、２０数メートルの長さにわたって形成されている。そして、継手１０Ａについて見てみると、凹部１２を構成する接合突起１１の平面部２２は、長さが３．０ｍｍ以下で形成され、凹部底面２４と平面部２２との間隔が０．５〜３．０ｍｍで形成されている。これは、凹部１２が浅く、円弧部２３が深くなると、成形ダイスの当該部分が薄くなって強度が確保できず、安定した形材の製作が困難になるからである。従って、こうした寸法で成形することで成形ダイスの強度を確保して安定して形材を製作するようにしている。
【００２５】
そこで、本実施形態のレーザ溶接用接合継手によって押出中空形材１Ａ，１Ｂをレーザ溶接によって接合する場合は、図４及び図５に示すように支持突起６，６を自由端１３，１４の間に嵌め込で突き合わせる。このとき、同じ厚さの接合突起１１と自由端１３，１４の接合端面２１と２６、２１と２７がそれぞれ突き合わされ、支持突起６の先端支持部２５がそうした自由端１３，１４を形材内側から支えている。先端支持部２５は、その断面形状が略半円形状であるため、接合方向（図面を貫く方向）に線接触した状態で支えるようになっている。従って、面接触に比べて寸法精度が出しやすく、接合端面２１と２６、２１と２７との各突き合わせを正確に行うことができる。
【００２６】
次に、接合端面２１と２６、２１と２７とを突き合わせた各接合部に、上面板２や下面板３の外側から接合部にレーザビームが照射され、そのレーザビームが接合線に沿って移動する。レーザビームと同方向からはシールドガスが接合部に向けて同時に噴射される。そのため、レーザビームが照射された接合部では、集中的な加熱によって溶融して溶接が行われるが、その際、レーザビームの照射部分にできる隙間からシールドガスが入り込んで凹部１２の空間内に充填され、レーザビームの照射面裏側にシールドガスの雰囲気が生成される。
【００２７】
従って、バックシールドガスを作った状態でレーザ溶接を行うことでブローホールの発生を抑え、品質の良い溶接を実現することができる。そのため、押出中空形材１Ａ，１Ｂをレーザ溶接してできた接合体、例えば図１に示す鉄道車両構体についても接合部の品質を良くし、溶接品質を高めることができた。
また、凹部１２を構成する支持突起６を形成することにより、簡単な構成で接合品質を高めた接合体を提供することができる。そして、レーザ溶接に際してシールドガスを通常のレーザ溶接と同様にレーザビームの照射方向と同方向から噴射すればよいため、従来例で示した特許文献１のようにバックシールドガスを別に供給する必要がなく、この点でも接合部の品質を高めた接合体を容易に得ることができるようになった。
【００２８】
そして、本実施形態では特に、支持突起６の凹部１２によって構成する空間がシールドガスを充填させる空間として十分広いものとなるため、従来のものと比べて接合品質を良いものとすることができた。
また、接合突起１１には平面部２２が形成され、接合突起１１と自由端１３の先端部１３ａや先端部１４とが同じ厚さであるため、レーザビームによって入った熱の接合部における拡散がほぼ左右均等になる。従って、接合部の溶融が左右バランス良く行われることで接合時間を短縮することができ、また接合品質を向上させることができる。
【００２９】
ここで、図７は、継手１０Ａの変形例を示した図であって、特に下面板側の拡大図である。前記実施形態では、図６に示すように凹部底面２４は接合突起１１の平面部２２や下面板３（上面板２も同じ）の表面とほぼ平行になっていた。しかし、図７（ａ）に示す凹部底面２４ａのように傾きを付けたり、図７（ｂ）に示す凹部底面２４ｂのように円弧となるようにしてもよい。こうし凹部底面２４ａ，２４ｂのような形状にすることによって支持突起６の肉厚を厚くして強度を上げることができる。
【００３０】
次に、図８は、第２実施形態のレーザ溶接用接合継手を示した図であり、本実施形態では特にレーザ溶接とＭＩＧ溶接を組み合わせたレーザ・アークハイブリッド溶接による接合の場合を示すものである。前記第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
この被接合体である押出中空形材１Ｃ，１Ｄは、第１実施形態と同様に、ほぼ平行な上面板２と下面板３とが複数のリブ４によって連結されている。左側端部の継手は、端部リブ５から幅方向外側に向けて接合突起１６と凹部１２を形成する支持突起６が形成され、右側端部継手の自由端１７，１８に嵌り込むようになっている。更に本実施形態では、接合突起１６と自由端１７，１８の接合端面が斜めに形成され、図示するように嵌め合わされた場合に開先１９が形成されるようになっている。
【００３１】
そこで、レーザ・アークハイブリッド溶接による押出中空形材１Ｃ，１Ｄの接合は、接合突起１６と自由端１７，１８との間の開先２８にレーザビームが照射され、その時、進行方向の前方からはシールドガスが供給される。そして、進行方向後方には、例えばＭＩＧトーチによりＭＩＧアークを供給することで溶接が行われる。接合部に供給されたシールドガスは、支持突起６によってできた凹部１２の空間内に入り込んで充填され、シールドガスの雰囲気が生成される。
【００３２】
従って、本実施形態でも接合部の裏側にシールドガスの雰囲気を作ることでブローホールの発生を抑え、品質の良い溶接を実現することができ、鉄道車両構体などの接合体について接合部の品質を確保したものを提供することができるようになった。
また、凹部を有する支持突起６を形成することにより、簡単な構成で接合部の品質を高めた接合体を提供することができ、バックシールドガスを別に供給するものでもないため、取り扱いが容易である。
【００３３】
そして、本実施形態でもシールドガスを溜める接合部の空間が支持突起６の凹部１２によって広くなっているため、従来のものと比べて良好な品質が得られるようになった。
また、接合突起１６には平面部２２（図６参照）が形成された形状をしたものであるため、接合突起１６と自由端１７，１８とが同じ厚さであって左右対称になっている。従って、接合部の溶融が左右バランス良く行われることで接合時間を短縮することができ、また接合品質を向上させることができる。
【００３４】
以上、本発明に係るレーザ溶接用接合継手および接合体の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では押出中空形材を例に挙げて説明したが、被接合部材は平板であって、その端部を突き合わせてレーザ溶接する場合にも本発明のレーザ溶接用接合継手を適用することができる。また、接合体は鉄道車両用構体に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】レーザ溶接によって構成された鉄道車両を示した図である。
【図２】被接合部材である押出中空形材のレーザ溶接用接合継手の一案を示した図である。
【図３】被接合部材である押出中空形材のレーザ溶接用接合継手の一案を示した図である。
【図４】レーザ溶接用接合継手の一実施形態であって、離間した一対の押出中空形材の端部同士を示した図である。
【図５】レーザ溶接用接合継手の第１実施形態であって、一対の押出中空形材の端部同士を組み合わせた接合状態を示した図である。
【図６】第１被接合部材の継手形状を示した図である。
【図７】第１被接合部材の継手形状の変形例を示した図である。
【図８】レーザ溶接用接合継手の第２実施形態であって、一対の押出中空形材の端部同士を組み合わせた接合状態を示した図である。
【図９】ＭＩＧ溶接によって接合する鉄道車両構体の外板の接合部を示した図である。
【図１０】バックシールドガスを封入してレーザ溶接する、従来の接合方法を実行する接合部を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１Ａ，１Ｂ 押出中空形材
２ 上面板
３ 下面板
４ リブ
５ 端部リブ
６ 支持突起
１０Ａ，１０Ｂ 継手
１１ 接合突起
１３，１４ 自由端
２１ 接合端面
２２ 平面部
２３ 円弧部
２４ 凹部底面
２５ 先端支持部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金材からなる被接合部材をレーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接するためのレーザ溶接用接合継手に関し、特にブローホールなどの欠陥を無くして接合品質を良くした接合体を構成するためのレーザ溶接用接合継手及び当該継手によってレーザ溶接された接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両などでは、車体軽量化に対応すべく軽量なアルミニウム合金材による車両構体が採用されている。アルミニウム合金部材の接合には、溶接ワイヤを消耗電極として溶着するＭＩＧ溶接などが採用されている。例えば図９に示すように、鉄道車両構体を構成する外板１０１，１０２は、その端部に継手が形成されており、端面が斜めになって接合部１１０に開先を形成するようにして重ね合わされる。より具体的には、一方の外板１０１には受け部１０５が形成されており、そこに他方の外板１０２の端部が重ね合わされて図示するような断面Ｖ字の開先が形成される。ＭＩＧ溶接は不活性ガス中で行われるので、シールドガスが噴射され、その開先のある接合部１１０に溶接ワイヤを溶かしながら外板１０１，１０２が溶着する。
【０００３】
一方、最近では、アルミニウム合金部材の接合に対し、こうしたアーク溶接の他にレーザ溶接が試みられている。レーザビームは、高エネルギー密度の集中熱源としての性質を持ち、低入熱で深溶込みの溶接ができ、接合すべき部材に及ぼす熱影響や熱変形が極めて少なく、また高速による溶接が可能だからである。しかしながら、アルミニウム合金部材のレーザ溶接方法はブローホールが発生したり裏面が酸化するなどの欠陥が多発する問題点があった。この点、特開平７−１６４１７３号公報では、アルミニウム合金部材同士をレーザ溶接するに当たって、品質の高い溶接部をもった接合体を安定して提供するためのレーザ溶接方法が提案されている。
【０００４】
図１０は、同公報に開示された接合部の断面図である。アルミニウム合金からなる板材２０１，２０２は、端部に断面矩形の凸部２１１，２１２が形成され、端面同士を互いに突き合わせることによって空洞２２０が形成される。板材２０１，２０２の接合部には、図面上方から接合部２３０にレーザビームが照射され、その接合部２３０が連続する接合線に沿って溶接が行われる。その際、レーザビームと同方向からシールドガスが接合部２３０に向けて噴射され、更に反照射側では空洞２２０内に一方の開口端を塞いだ状態で他方の開口端からバックシールドガスが供給される。よって、図１０に示す接合継手では、バックシールドガスとして不活性ガスが供給され、た状態でレーザ溶接が行われるため、ブローホールが発生するなど欠陥を極めて少なくすることができ、高品質の溶接部をもった接合体が安定して得られるという効果を奏する。
【特許文献１】特開平７−１６４１７３号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１０に示す前記特許文献１の接合継手では、バックシールドガスを供給する空洞２２０を形成するため、板材２０１，２０２に凸部２１１，２１２を設ける必要があった。特許文献１には、図１０に示すもの以外にも同様に空洞を形成する接合継手が記載されているが、いずれも空洞を構成するための形状になってしまい、凸部２１１，２１２などのような余分な部分が鉄道車両用構体などの接合体の重量を大幅に増加させてしまうことになる。また、こうした従来の接合継手では、レーザビームと同方向から噴射するシールドガスの他に、空洞２２０内にバックシールドガスを供給しているため、接合に際して余分な手間がかかる他、接合装置としてもコスト高なものになってしまう。
【０００６】
よって、本発明は、かかる課題を解決すべく、ブローホールの発生を抑えた品質の良い溶接を行うためのレーザ溶接用接合継手および当該継手によって溶接された接合体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】
【０００７】
本発明のレーザ溶接用接合継手は、第１被接合部材と第２被接合部材との接合端面を突き合わせた接合部に、シールドガスを噴射しながら行うレーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合するための、当該第１及び第２被接合部材に形成されたものであって、前記第１被接合部材は、前記第２接合部材の接合端面と突き合わされる接合突起と、レーザの反照射側にあって前記接合突起に突き合わされた前記第２被接合部材を受ける支持突起とが形成され、その支持突起は、レーザの照射側に凹んだ凹部を形成したものであって、その凹部内面は、前記接合突起に形成された反照射側の平面部から凹部底面へと連続し、その凹部底面が前記接合突起の接合端面を超えて延び、前記照射側に突き出て前記第２被接合部材を受ける先端支持部に連続するように形成されたものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明のレーザ溶接用接合継手は、前記支持突起が、前記接合突起の平面部から略半円形状の曲面と、レーザ照射側の部材表面とほぼ平行な前記凹部底面と、略半円形状の先端支持部の曲面が連続するように形成されたものであることが好ましい。
本発明のレーザ溶接用接合継手は、前記第１被接合部材の接合突起が、前記第２被接合部材の接合部分と肉厚が等しいことが好ましい。
本発明のレーザ溶接用接合継手は、前記第１被接合部材と第２被接合部材が、上面板と下面板とが複数のリブによって連結された中空形材であって、前記第１被接合部材は、その上面板側と下面板側とに形成された前記支持突起が端部リブによって連結されたものであり、上下の支持突起が第２被接合部材の上面板と下面板との間に嵌め込まれ、第１被接合部材の接合突起と第２被接合部材の上面板及び下面板の自由端とを接合端面同士突き合わせるようにしたものであることが好ましい。
本発明のレーザ溶接用接合継手は、前記第１被接合部材と第２被接合部材との端面間の接合部に開先が形成され、その開先部分が溶接されたものであることが好ましい。
【０００９】
本発明の接合体は、第１被接合部材と第２被接合部材に形成された接合継手を組み合わせた接合部を、シールドガスを噴射しながら行うレーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合してなるものであって、前記接合継手は、前記第１被接合部材に前記第２接合部材の接合端面と突き合わされる接合突起と、レーザの反照射側にあって前記接合突起に突き合わされた前記第２被接合部材を受ける支持突起とが形成され、その支持突起が、レーザの照射側に凹んだ凹部を形成したものであって、その凹部内面が、前記接合突起に形成された反照射側の平面部から凹部底面へと連続し、その凹部底面が前記接合突起の接合端面を超えて延び、前記照射側に突き出て前記第２被接合部材を受ける先端支持部に連続するように形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明の接合体は、前記第１被接合部材と第２被接合部材が上面板と下面板とが複数のリブによって連結された中空形材であって、前記第１被接合部材は、その上面板側と下面板側とに形成された前記支持突起が端部リブによって連結されたものであり、上下の支持突起が第２被接合部材の上面板と下面板との間に嵌め込まれ、肉厚が等しい第１被接合部材の接合突起と第２被接合部材の上面板及び下面板の接合部分とを接合端面同士突き合わせて溶接したものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
よって、本発明によれば、支持突起の凹部によって構成する空間がシールドガスを充填させる空間として十分広いものとなるため、従来のものと比べて接合品質を良いものとすることができる。また、接合突起には平面部が形成されており、溶接する他方の接合部との肉厚を同じにすることで、レーザビームによって入った熱の接合部における拡散がほぼ左右均等になって、接合部の溶融が左右バランス良く行われることで接合時間を短縮することができ、また接合品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明に係るレーザ溶接用接合継手および接合体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。先ず図１は、レーザ溶接によって構成した鉄道車両構体を示した図である。この鉄道車両８０は、左右の面を形成する側構体８１と、屋根を形成する屋根構体８２と、車体長手方向に対して両端を閉鎖する面を形成する妻構体８３と、床面を形成する台枠８４とから構成されている。そして、側構体８１や屋根構体８２は、車体一両分の長さの押出中空形材８８が幅方向に複数溶接接合されている。
【００１２】
ここで、図２及び図３は、被接合部材である押出中空形材のレーザ溶接用接合継手を示した図であるが、これは図４及び図５に示すレーザ溶接用接合継手に至る過程のレーザ溶接用接合継手を示したものである。従って、図２及び図３のレーザ溶接用接合継手を簡単に説明した後に、本実施形態のレーザ溶接用接合継手について具体的に説明する。なお、図示した押出中空形材は、いずれも押出し成形されたアルミニウム合金によるものであり、鉄道車両８０を構成する押出中空形材８８に相当するものである。
【００１３】
先ず、図２に示すレーザ溶接用接合継手は、押出中空形材４１Ａ，４１Ｂの左側端部と右側端部とにそれぞれ形成されている。押出中空形材４１は、上面板４２と下面板４３とが複数の傾斜したリブ４４によって連結されている。左右端部に位置する端部リブ４５，４６は、上面板４２および下面板４３に直交し、左端には支持突起４７が突設され、右端には上面板４２と下面板４３とが延長するように突き出した突出部４２ａ，４３ａが形成されている。支持突起４７の付け根部分には、レーザ照射面側に円弧状の溝部４９が長手方向に形成されている。
【００１４】
従って、押出中空形材４１Ａ，４１Ｂのレーザ溶接用接合継手では、図示するように支持突起４７，４７が突出部４２ａ，４３ａの間に嵌り込む。そこで、接合端面同士が突き合わされた接合部４８にレーザビームが照射され、それと同時に照射側からシールドガスが噴射される。レーザビームが照射された接合部４８では、集中的な加熱による溶融によって溶接が行われるが、その際、レーザビームの照射部分には端面間の隙間があって、その隙間からシールドガスが入り込む。そのため、レーザ照射面側から接合部に噴射されたシールドガスが溝部４９の空間内に充填されてバックシールドガスとなる。
【００１５】
しかし、図２に示すレーザ溶接用接合継手では、両方にそれぞれ端部リブ４５，４６があるため重量が重くしてしまっている。また、バックシールドガスを溜める溝部４９が浅く断面積が小さいため、シールドガスが入り込む空間が十分でなく、良好な品質が得られない可能性がある。また、レーザビームが照射される位置の形状が左右非対称であるため、レーザビームによって入った熱の拡散に偏りが生じてしまい、この点でも接合品質の低下を招くおそれがある。
【００１６】
そこで、レーザ溶接用継手形状としては、次に図３に示すような形状のものが考えられる。図３に示す押出中空形材５１Ａ，５１Ｂは、上面板５２と下面板５３とが複数の傾斜したリブ５４によって連結され、左側端部にのみ端部リブ５５が形成されている。その端部リブ５５からは支持突起５６が突き出し、押出中空形材５１Ｂでは、上面板５２や下面板５３の延長上に自由端５７，５８が形成されている。そして、支持突起５６の付け根には、レーザ照射面に溝部５９が形成されている。この溝部５９は、上面板５２の接合端面５２ａや下面板５３の接合端面５３ａから内側に向けて緩やかに湾曲して形成され、自由端５７，５８と重ね合わされてできた空間の断面がいわゆる水滴形状になっている。
【００１７】
接合端面同士が突き合わされた接合部にはレーザビームが照射され、同時にシールドガスが噴射される。レーザビームが照射された接合部では、集中的な加熱によって溶融して溶接が行われるが、その際、レーザビームの照射部分には端面間の隙間があって、その隙間からシールドガスが入り込む。そのため、このレーザ溶接用接合継手でも、レーザ照射面側から接合部に噴射されたシールドガスが溝部５９の空間内に充填されてバックシールドガスとなる。
【００１８】
しかし、このレーザ溶接用接合継手における溝部５９は、図２の溝部４９に比べればより深くなってシールドガスが入り込む空間が広くなったが、それでも十分でないため良好な品質が得られない可能性がある。また、レーザビームが照射される位置の形状が左右非対称であるため、レーザビームによって入った熱の拡散に偏りが生じるため、やはりこの点でも接合品質の低下を招くおそれがある。
そこで、以上のような問題点を考慮して、図４及び図５に示すレーザ溶接用接合継手を提案するに至った。図４は、離間した一対の押出中空形材の端部同士を示した図であり、図５は、その端部同士を組み合わせた接合状態を示した図である。
【００１９】
図４に示す一対の押出中空形材１Ａ，１Ｂは、アルミニウム合金の押出中空形材であり、各々の右側端部と左側端部とがレーザ溶接によって接合可能なレーザ溶接用接合継手が形成されている。この押出中空形材１Ａ，１Ｂは、図１に示す鉄道車両８０を構成する押出中空形材８８に相当するものであり、幅方向の端部に図示するような継手が形成されている。その押出中空形材１Ａ，１Ｂは、ほぼ平行な上面板２と下面板３とが幅方向に傾斜した複数のリブ４によって連結され、トラス状の断面が形成されている。
【００２０】
本実施形態のレーザ溶接用接合継手は、押出中空形材１Ａの左側端部に形成された継手１０Ａと、レーザ溶接用接合継手の他方は、押出中空形材１Ｂの右側端部に形成された継手１０Ｂとからなる。継手１０Ａは、上面板２と下面板３に直交する端部リブ５が形成され、その端部リブ５からは、幅方向外側に向けて上下の２箇所において支持突起６が突設されている。継手１０Ｂは、押出中空形材１Ｂの右側端部に位置するリブ４から上面板２及び下面板３が延長した自由端１３，１４になっている。自由端１３，１４は端面位置が揃っているため、リブ４の傾きによって上面板２側の自由端１３が長く、下面板３側の自由端１４が短くなっている。
【００２１】
継手１０Ａの支持突起６，６は、継手１０Ｂの自由端１３，１４の間に嵌め込まれるように構成されたものであり、その支持突起６，６は上下対称形状で形成されている。そこで、継手１０Ａについて、下面板３側の形状を図６に示して更に詳しく形状を説明する。
支持突起６は、下面板３と端部リブ５との連結部分に形成されている。下面板３の延長線上にその下面板３よりも肉厚の接合突起１１が形成され、支持突起６は、この接合突起１１と同方向に更に突き出して形成されている。その先端には表面側に折れ曲がった先端支持部２５を有し、この先端支持部２５は、接合突起１１に突き当てられる継手１０Ｂの自由端１３，１４をレーザビームの反照射面側から支える部分になる。
【００２２】
そして、この支持突起６は、レーザ接合時にシールドガスを溜める空間を形成するための凹部１２を形成している。凹部１２は、支持突起６と接合突起１１とが明確に別突起と認識させるような形状であり、接合端面２１から平面部２２を介して奥の円弧部２３に連続し、深く入り込んだ袋状になっている。その凹部１２には、幅広の凹部底面２４が形成され、反対側に先端支持部２５が突き出している。従って、本実施形態では、先に提案した継手のように単なる溝とするのではなく、支持突起６の形状を工夫することによって広い空間が得られるようにしている。また、継手１０Ａでは、下面板３（上面板２も同じ）と端部リブ５との連結部分は、支持突起６の反対側が内側に向けて凸面１５が形成され、凹部１２の広がりによって当該部分の肉厚が薄くならないようにしている。
【００２３】
一方、継手１０Ｂは、上面板２側の自由端１３の先端部分１３ａと、下面板３側の自由端１４の全体は、継手１０Ａの接合突起１１と同じ厚さになるように厚肉に形成されている。従って、接合突起１１は、前述したように平面部２２が形成された突起になっているため、図５に示すように上下の接合端面２１と２６、２１と２７が突き合わされた状態では、その突き合わされた面（レーザビームの照射位置）を挟んで肉厚が等しく左右対称になっている。
【００２４】
本実施形態の押出中空形材１Ａ，１Ｂは、上面板２、下面板３の板厚が２ｍｍ程度、そしてリブ４，５の肉厚が１．５ｍｍ程度で押出し成形されたダブルスキンパネルであって、図１に示す鉄道車両の側パネルである。そのため、図４及び図５に示す継手１０Ａ，１０Ｂは、２０数メートルの長さにわたって形成されている。そして、継手１０Ａについて見てみると、凹部１２を構成する接合突起１１の平面部２２は、長さが３．０ｍｍ以下で形成され、凹部底面２４と平面部２２との間隔が０．５〜３．０ｍｍで形成されている。これは、凹部１２が浅く、円弧部２３が深くなると、成形ダイスの当該部分が薄くなって強度が確保できず、安定した形材の製作が困難になるからである。従って、こうした寸法で成形することで成形ダイスの強度を確保して安定して形材を製作するようにしている。
【００２５】
そこで、本実施形態のレーザ溶接用接合継手によって押出中空形材１Ａ，１Ｂをレーザ溶接によって接合する場合は、図４及び図５に示すように支持突起６，６を自由端１３，１４の間に嵌め込で突き合わせる。このとき、同じ厚さの接合突起１１と自由端１３，１４の接合端面２１と２６、２１と２７がそれぞれ突き合わされ、支持突起６の先端支持部２５がそうした自由端１３，１４を形材内側から支えている。先端支持部２５は、その断面形状が略半円形状であるため、接合方向（図面を貫く方向）に線接触した状態で支えるようになっている。従って、面接触に比べて寸法精度が出しやすく、接合端面２１と２６、２１と２７との各突き合わせを正確に行うことができる。
【００２６】
次に、接合端面２１と２６、２１と２７とを突き合わせた各接合部に、上面板２や下面板３の外側から接合部にレーザビームが照射され、そのレーザビームが接合線に沿って移動する。レーザビームと同方向からはシールドガスが接合部に向けて同時に噴射される。そのため、レーザビームが照射された接合部では、集中的な加熱によって溶融して溶接が行われるが、その際、レーザビームの照射部分にできる隙間からシールドガスが入り込んで凹部１２の空間内に充填され、レーザビームの照射面裏側にシールドガスの雰囲気が生成される。
【００２７】
従って、バックシールドガスを作った状態でレーザ溶接を行うことでブローホールの発生を抑え、品質の良い溶接を実現することができる。そのため、押出中空形材１Ａ，１Ｂをレーザ溶接してできた接合体、例えば図１に示す鉄道車両構体についても接合部の品質を良くし、溶接品質を高めることができた。
また、凹部１２を構成する支持突起６を形成することにより、簡単な構成で接合品質を高めた接合体を提供することができる。そして、レーザ溶接に際してシールドガスを通常のレーザ溶接と同様にレーザビームの照射方向と同方向から噴射すればよいため、従来例で示した特許文献１のようにバックシールドガスを別に供給する必要がなく、この点でも接合部の品質を高めた接合体を容易に得ることができるようになった。
【００２８】
そして、本実施形態では特に、支持突起６の凹部１２によって構成する空間がシールドガスを充填させる空間として十分広いものとなるため、従来のものと比べて接合品質を良いものとすることができた。
また、接合突起１１には平面部２２が形成され、接合突起１１と自由端１３の先端部１３ａや先端部１４とが同じ厚さであるため、レーザビームによって入った熱の接合部における拡散がほぼ左右均等になる。従って、接合部の溶融が左右バランス良く行われることで接合時間を短縮することができ、また接合品質を向上させることができる。
【００２９】
ここで、図７は、継手１０Ａの変形例を示した図であって、特に下面板側の拡大図である。前記実施形態では、図６に示すように凹部底面２４は接合突起１１の平面部２２や下面板３（上面板２も同じ）の表面とほぼ平行になっていた。しかし、図７（ａ）に示す凹部底面２４ａのように傾きを付けたり、図７（ｂ）に示す凹部底面２４ｂのように円弧となるようにしてもよい。こうし凹部底面２４ａ，２４ｂのような形状にすることによって支持突起６の肉厚を厚くして強度を上げることができる。
【００３０】
次に、図８は、第２実施形態のレーザ溶接用接合継手を示した図であり、本実施形態では特にレーザ溶接とＭＩＧ溶接を組み合わせたレーザ・アークハイブリッド溶接による接合の場合を示すものである。前記第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
この被接合体である押出中空形材１Ｃ，１Ｄは、第１実施形態と同様に、ほぼ平行な上面板２と下面板３とが複数のリブ４によって連結されている。左側端部の継手は、端部リブ５から幅方向外側に向けて接合突起１６と凹部１２を形成する支持突起６が形成され、右側端部継手の自由端１７，１８に嵌り込むようになっている。更に本実施形態では、接合突起１６と自由端１７，１８の接合端面が斜めに形成され、図示するように嵌め合わされた場合に開先１９が形成されるようになっている。
【００３１】
そこで、レーザ・アークハイブリッド溶接による押出中空形材１Ｃ，１Ｄの接合は、接合突起１６と自由端１７，１８との間の開先２８にレーザビームが照射され、その時、進行方向の前方からはシールドガスが供給される。そして、進行方向後方には、例えばＭＩＧトーチによりＭＩＧアークを供給することで溶接が行われる。接合部に供給されたシールドガスは、支持突起６によってできた凹部１２の空間内に入り込んで充填され、シールドガスの雰囲気が生成される。
【００３２】
従って、本実施形態でも接合部の裏側にシールドガスの雰囲気を作ることでブローホールの発生を抑え、品質の良い溶接を実現することができ、鉄道車両構体などの接合体について接合部の品質を確保したものを提供することができるようになった。
また、凹部を有する支持突起６を形成することにより、簡単な構成で接合部の品質を高めた接合体を提供することができ、バックシールドガスを別に供給するものでもないため、取り扱いが容易である。
【００３３】
そして、本実施形態でもシールドガスを溜める接合部の空間が支持突起６の凹部１２によって広くなっているため、従来のものと比べて良好な品質が得られるようになった。
また、接合突起１６には平面部２２（図６参照）が形成された形状をしたものであるため、接合突起１６と自由端１７，１８とが同じ厚さであって左右対称になっている。従って、接合部の溶融が左右バランス良く行われることで接合時間を短縮することができ、また接合品質を向上させることができる。
【００３４】
以上、本発明に係るレーザ溶接用接合継手および接合体の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では押出中空形材を例に挙げて説明したが、被接合部材は平板であって、その端部を突き合わせてレーザ溶接する場合にも本発明のレーザ溶接用接合継手を適用することができる。また、接合体は鉄道車両用構体に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】レーザ溶接によって構成された鉄道車両を示した図である。
【図２】被接合部材である押出中空形材のレーザ溶接用接合継手の一案を示した図である。
【図３】被接合部材である押出中空形材のレーザ溶接用接合継手の一案を示した図である。
【図４】レーザ溶接用接合継手の一実施形態であって、離間した一対の押出中空形材の端部同士を示した図である。
【図５】レーザ溶接用接合継手の第１実施形態であって、一対の押出中空形材の端部同士を組み合わせた接合状態を示した図である。
【図６】第１被接合部材の継手形状を示した図である。
【図７】第１被接合部材の継手形状の変形例を示した図である。
【図８】レーザ溶接用接合継手の第２実施形態であって、一対の押出中空形材の端部同士を組み合わせた接合状態を示した図である。
【図９】ＭＩＧ溶接によって接合する鉄道車両構体の外板の接合部を示した図である。
【図１０】バックシールドガスを封入してレーザ溶接する、従来の接合方法を実行する接合部を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１Ａ，１Ｂ 押出中空形材
２ 上面板
３ 下面板
４ リブ
５ 端部リブ
６ 支持突起
１０Ａ，１０Ｂ 継手
１１ 接合突起
１３，１４ 自由端
２１ 接合端面
２２ 平面部
２３ 円弧部
２４ 凹部底面
２５ 先端支持部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１被接合部材と第２被接合部材との接合端面を突き合わせた接合部に、シールドガスを噴射しながら行うレーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合するための、当該第１及び第２被接合部材に形成されたレーザ溶接用接合継手において、
前記第１被接合部材は、前記第２接合部材の接合端面と突き合わされる接合突起と、レーザの反照射側にあって前記接合突起に突き合わされた前記第２被接合部材を受ける支持突起とが形成され、
その支持突起は、レーザの照射側に凹んだ凹部を形成したものであって、その凹部内面は、前記接合突起に形成された反照射側の平面部から凹部底面へと連続し、その凹部底面が前記接合突起の接合端面を超えて延び、前記照射側に突き出て前記第２被接合部材を受ける先端支持部に連続するように形成されたものであることを特徴とするレーザ溶接用接合継手。
【請求項２】
請求項１に記載するレーザ溶接用接合継手において、
前記支持突起は、前記接合突起の平面部から略半円形状の曲面と、レーザ照射側の部材表面とほぼ平行な前記凹部底面と、略半円形状の先端支持部の曲面が連続するように形成されたものであることを特徴とするレーザ溶接接合継手。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するレーザ溶接用接合継手において、
前記第１被接合部材の接合突起は、前記第２被接合部材の接合部分と肉厚が等しいことを特徴とするレーザ溶接用接合継手。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載するレーザ溶接用接合継手において、
前記第１被接合部材と第２被接合部材は、上面板と下面板とが複数のリブによって連結された中空形材であって、
前記第１被接合部材は、その上面板側と下面板側とに形成された前記支持突起が端部リブによって連結されたものであり、上下の支持突起が第２被接合部材の上面板と下面板との間に嵌め込まれ、第１被接合部材の接合突起と第２被接合部材の上面板及び下面板の自由端とを接合端面同士突き合わせるようにしたものであることを特徴とするレーザ溶接用接合継手。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載するレーザ溶接用接合継手において、
前記第１被接合部材と第２被接合部材との端面間の接合部に開先が形成され、その開先部分が溶接されたものであることを特徴するレーザ溶接用接合継手。
【請求項６】
第１被接合部材と第２被接合部材に形成された接合継手を組み合わせた接合部を、シールドガスを噴射しながら行うレーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合してなる接合体において、
前記接合継手は、前記第１被接合部材に前記第２接合部材の接合端面と突き合わされる接合突起と、レーザの反照射側にあって前記接合突起に突き合わされた前記第２被接合部材を受ける支持突起とが形成され、その支持突起が、レーザの照射側に凹んだ凹部を形成したものであって、その凹部内面が、前記接合突起に形成された反照射側の平面部から凹部底面へと連続し、その凹部底面が前記接合突起の接合端面を超えて延び、前記照射側に突き出て前記第２被接合部材を受ける先端支持部に連続するように形成されたものであることを特徴とする接合体。
【請求項７】
請求項６に記載する接合体において、
前記第１被接合部材と第２被接合部材は、上面板と下面板とが複数のリブによって連結された中空形材であって、
前記第１被接合部材は、その上面板側と下面板側とに形成された前記支持突起が端部リブによって連結されたものであり、上下の支持突起が第２被接合部材の上面板と下面板との間に嵌め込まれ、肉厚が等しい第１被接合部材の接合突起と第２被接合部材の上面板及び下面板の接合部分とを接合端面同士突き合わせて溶接したものであることを特徴とする接合体。
【請求項１】
第１被接合部材と第２被接合部材との接合端面を突き合わせた接合部に、シールドガスを噴射しながら行うレーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合するための、当該第１及び第２被接合部材に形成されたレーザ溶接用接合継手において、
前記第１被接合部材は、前記第２接合部材の接合端面と突き合わされる接合突起と、レーザの反照射側にあって前記接合突起に突き合わされた前記第２被接合部材を受ける支持突起とが形成され、
その支持突起は、レーザの照射側に凹んだ凹部を形成したものであって、その凹部内面は、前記接合突起に形成された反照射側の平面部から凹部底面へと連続し、その凹部底面が前記接合突起の接合端面を超えて延び、前記照射側に突き出て前記第２被接合部材を受ける先端支持部に連続するように形成されたものであることを特徴とするレーザ溶接用接合継手。
【請求項２】
請求項１に記載するレーザ溶接用接合継手において、
前記支持突起は、前記接合突起の平面部から略半円形状の曲面と、レーザ照射側の部材表面とほぼ平行な前記凹部底面と、略半円形状の先端支持部の曲面が連続するように形成されたものであることを特徴とするレーザ溶接接合継手。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するレーザ溶接用接合継手において、
前記第１被接合部材の接合突起は、前記第２被接合部材の接合部分と肉厚が等しいことを特徴とするレーザ溶接用接合継手。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載するレーザ溶接用接合継手において、
前記第１被接合部材と第２被接合部材は、上面板と下面板とが複数のリブによって連結された中空形材であって、
前記第１被接合部材は、その上面板側と下面板側とに形成された前記支持突起が端部リブによって連結されたものであり、上下の支持突起が第２被接合部材の上面板と下面板との間に嵌め込まれ、第１被接合部材の接合突起と第２被接合部材の上面板及び下面板の自由端とを接合端面同士突き合わせるようにしたものであることを特徴とするレーザ溶接用接合継手。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載するレーザ溶接用接合継手において、
前記第１被接合部材と第２被接合部材との端面間の接合部に開先が形成され、その開先部分が溶接されたものであることを特徴するレーザ溶接用接合継手。
【請求項６】
第１被接合部材と第２被接合部材に形成された接合継手を組み合わせた接合部を、シールドガスを噴射しながら行うレーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接によって接合してなる接合体において、
前記接合継手は、前記第１被接合部材に前記第２接合部材の接合端面と突き合わされる接合突起と、レーザの反照射側にあって前記接合突起に突き合わされた前記第２被接合部材を受ける支持突起とが形成され、その支持突起が、レーザの照射側に凹んだ凹部を形成したものであって、その凹部内面が、前記接合突起に形成された反照射側の平面部から凹部底面へと連続し、その凹部底面が前記接合突起の接合端面を超えて延び、前記照射側に突き出て前記第２被接合部材を受ける先端支持部に連続するように形成されたものであることを特徴とする接合体。
【請求項７】
請求項６に記載する接合体において、
前記第１被接合部材と第２被接合部材は、上面板と下面板とが複数のリブによって連結された中空形材であって、
前記第１被接合部材は、その上面板側と下面板側とに形成された前記支持突起が端部リブによって連結されたものであり、上下の支持突起が第２被接合部材の上面板と下面板との間に嵌め込まれ、肉厚が等しい第１被接合部材の接合突起と第２被接合部材の上面板及び下面板の接合部分とを接合端面同士突き合わせて溶接したものであることを特徴とする接合体。
【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２００８−１１４２３３（Ｐ２００８−１１４２３３Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９７６７３（Ｐ２００６−２９７６７３）
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【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２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【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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