鋼板で構成された構造体のレーザー溶接方法
【課題】鋼板で構成された構造体の重ね部のレーザー溶接における溶接部の遅れ破壊を防止できるレーザー溶接方法を提供する。
【解決手段】鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの延長線上の始終端から３０ｍｍ以内の範囲に仮付けを施し、次いでこの重ね部をレーザー溶接する。好ましくは、この仮付けが予定されるレーザー溶接ビードの始終端上に施され、また、好ましくは、さらに仮付けが、予定されるレーザー溶接ビードの始終端の中間部において施され、隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍ以内となるように施される。
【解決手段】鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの延長線上の始終端から３０ｍｍ以内の範囲に仮付けを施し、次いでこの重ね部をレーザー溶接する。好ましくは、この仮付けが予定されるレーザー溶接ビードの始終端上に施され、また、好ましくは、さらに仮付けが、予定されるレーザー溶接ビードの始終端の中間部において施され、隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍ以内となるように施される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板で構成された構造体のレーザーの溶接方法に関し、特に、構造体を製作するに際し、鋼板あるいは成形した鋼板のフランジなどを重ね、この重ね部をレーザー溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー溶接は、レーザー光を熱源とするため、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接などのアーク溶接に比べて入熱量の制御が容易で、しかも確実に制御が行える。このため、溶接速度やレーザービームの照射出力、さらにはシールドガス流量などの溶接条件を適切に設定することによって、熱変形が小さく、偏析の少ない良好な溶接部を形成することができる溶接方法であり、薄鋼板等の溶接に好適である。
例えば、自動車工業や電気機器工業その他の分野では、薄鋼板を成形加工した部材の溶接などに採用されており、これに関連する改善技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、薄鋼板を突き合わせ、突き合わせ面に沿ってレーザー溶接する際に、溶接が溶接面の一端から他端に向かう一方向に進められるため、溶接熱により生じる鋼板の反りによって、突き合わせ部が拡開し、溶接が困難となる問題点を解決するために、溶接予定箇所の互いに隔離した複数の位置でパルスレーザー溶接により仮付けを行った後、溶接予定箇所の全長にわたってレーザー溶接による本溶接を行うことが開示されている。
また、特許文献２には、フランジ部を有する２つのパネル部材をフランジ部を対向、当接させた状態でレーザービームで溶接し、閉断面のコーチジョイントと称される自動車用の構造体を製造するに際し、当接するフランジ部のギャップの変動による適正な溶け込み深さを確保するために、重ね部のレーザー照射予定面に適当な間隔で貫通穴を形成、これにピン部を有する補助プレートを嵌装したのち、レーザービームを照射して溶接する方法を提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−２１５２８８号公報
【特許文献２】特開平９−１０９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザー溶接は薄鋼板などの溶接に好適であり、自動車用の構造体の溶接にも適用範囲が拡大されている。さらに近年は、燃料比の改善や安全性の向上といった要求に対応するため、引張強度が４４０ＭＰａ以上の高強度（ハイテン）の薄鋼板が多く使用されるようになっており、高強度の薄鋼板をレーザー溶接により溶接することが求められている。
【０００５】
図８（ａ）〜（ｄ）は、自動車の車体パネル構造体の例を示すものであり、これらの構造体は、上述のように、高張力鋼よりなる薄板材から形成されている。
図８において（ａ）は、フランジ部４及びこれに続く折り曲げ部５を有する軸方向に垂直な断面形状がハット形状に成形された二つの部材２と３を、フランジ部４、６が互いに対向するように配置してフランジ部４、６を重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、（ｂ）は、上述のハット形状の部材２のフランジ部４を、平坦な鋼板部材８に対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、（ｃ）は、上述のような二つのハット形状の部材２、３のフランジ部４、６を平坦な鋼板部材８を介して対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、更に、（ｄ）は、上述のようなハット形状の部材を複数（図では、２、３の２枚）、同一方向に重ね合わせ、重ね部を溶接して構造体を形成したものである。
このように、フランジ部を有する部材を用いて、フランジ部を有する部材同士、或いはフランジ部を有する部材と板部材とを重ね合わせ、少なくともフランジ部の重なり部で溶接することによって、構造体が製作されている。
しかしながら、このような高強度の薄鋼板で構成される構造体の重ね部のレーザー溶接において、溶接終了後の溶接部に割れや破断が発生することがある。
【０００６】
発明者らは、自動車に使用される鋼板で構成された構造体を例にしてこの上記のような鋼板の重ね部のレーザー溶接における破断の状況を調査した。すなわち、図７（ａ）、（ｂ）は、構造体の例を示すものであり、（ａ）は、上面視がＩ形状、（ｂ）は、上面視がＨ形状のものである。
引張強度が９８０ＭＰａ級で板厚１．２ｍｍの薄鋼板を図７（ａ）に示すようにフランジ４、６、これに続く折り曲げ部５、７をそれぞれ有し、断面がハット形状に成形して２つの成形部材２、３を製作し、各成形部材のフランジ部４、６を対向させて重ね合わせ、フランジの重ね合わせ部６をレーザービームにより溶接して構造体１を製作した。
また、構造体の長さは６００ｍｍ、レーザー溶接ビードの長さは５８０ｍｍとした。成形部材の長手方向の前後端の１０ｍｍは非溶接部とした。
なお、レーザー溶接条件は、ビード幅狙い：板厚ｍｍ×１．０、ビームウエスト０．６ｍｍ、焦点外し：＋２ｍｍ、加工点出力：３．５ｋｗ、溶接速度：２ｍ／ｍｉｎ、チップ径：５ｍｍφとし、シールド方法は、同軸センターシールド（裏面シールドなし）、シールドガスはＡｒを２５ｌ／分とした。
また、レーザー溶接に先立ち、成形部材の溶接部となるフランジ部の両表面はウエスで払拭し、清浄なものとし、締め付け治具にてフランジの重ね部を上下からクランプ冶具(図示せず)にて固定した。
なお、図７(ｂ)の場合の溶接方法も、成形部材の上面視の形状がＨ形状である点以外は、図７（ａ）の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０００７】
レーザー溶接終了後、クランプ冶具を取り外してまもなく、すなわち、薄鋼板の板厚にもよるが溶接終了後（溶接終了後８時間以内）に、図７（ａ）（ｂ）において、破断部１６が認められた。
【０００８】
発明者らは、上述のようなレーザー溶接部の割れについて、その原因をさらに詳細に確認するためにＴピール強度試験を行い、溶接後の経過時間や、鋼種などの影響をさらに詳細に検討した。このＴピール強度試験は、図５に示すように、Ｌ字状に曲げた２つの試験片１４、１４のそれぞれの短辺の一端側を対向させて重ね合わせ、その重ね部をレーザー溶接して試験体１５（Ｔピール試験体）とした後、この試験体１５の２つの試験片１４、１４の短辺の他端側（非溶接端側）を互いに逆方向に引張り、溶接部が破断する際の最大引張荷重（Ｎ／ｍｍ）をＴピール強度として評価するものである。
【０００９】
まず、鋼種として９８０ＭＰａ級鋼を対象として厚さ１．２ｍｍの薄鋼板を用い、試験体、試験片の形状、寸法は、図５に示すものとして重ね部をレーザー溶接し、図５に示すように重ね部に長さ３０ｍｍの溶接ビードを形成した。
なお、レーザー溶接条件は、上記と同様、ビード幅狙い：板厚ｍｍ×１．０、ビームウエスト０．６ｍｍ、焦点外し：＋２ｍｍ、加工点出力：３．５ｋｗ、溶接速度：２ｍ／ｍｉｎ、チップ径：５ｍｍφとし、シールド方法は、同軸センターシールド（裏面シールドなし）、シールドガスはＡｒを２５ｌ／分とした。
また、レーザー溶接に先立ち、成形部材の溶接部となる各フランジ部の両表面はウエスで払拭し、清浄なものとし、締め付け治具にてフランジの重ね部をクランプ冶具(図示せず)にて固定した。
この試験においては、溶接終了からの経過時間を、溶接終了直後（終了から６分以内）、３０分、１時間、５時間、８時間、５０時間、と変えた場合のＴピール試験体１５をそれぞれ引張試験装置にかけ、引張試験を行い引張最大荷重（Ｎ／ｍｍ）、すなわちＴピール強度、を求めた。なお、引張速度は１０ｍｍ／ｍｉｎとした。また、このとき、試験体の破断部位についても確認した。
【００１０】
その結果、Ｔピール強度は、溶接終了直後では極めて低いものであったが、溶接終了からの時間経過と共に高くなり、溶接終了から８時間以上経過するとほぼ一定の強度が得られることが判った。なお、溶接終了直後のＴピール強度は、溶接終了から８時間経過後のＴピール強度の２５％以下であった。
【００１１】
また、上記試験において、溶接終了直後のＴピール試験体１５は、溶接金属の部位で破断していたが、溶接終了から８時間以上経過したものではボンド部（溶融境界）又はＨＡＺ近傍での破断となっており、このことから、母材並みの継手強度が得られることが判った。一方、溶接終了直後のＴピール試験体１５の破断位置は溶接金属であり、その破面形態は擬劈開破面が主であり、一部に粒界破面が認められ、溶接金属の脆化による割れであることが確認された。
なお、図６は、レーザー溶接部の破断状況をパターン化して示す溶接ビードの溶接方向に垂直な断面模式図であり、（ａ）は溶接金属１７での破断、（ｂ）は熱影響部（ＨＡＺ）又はボンド部１８（溶融境界）近傍での破断、（ｃ）は、母材１６での破断、をそれぞれ示す。
【００１２】
発明者らは、さらに、鋼板の引張強度が４４０ＭＰａ級、５９０ＭＰａ級、および７８０ＭＰａ級の他の高強度鋼についても、試験体、溶接条件、試験条件等を上記９８０ＭＰａ級の鋼種と同様として調査を行った。その結果、これら引張強度が４４０ＭＰａ以上の高強度鋼のＴピール強度も、溶接終了直後は極めて低いが、時間が経過するにつれて増大し、８〜１０時間経過するとほぼ一定のＴピール強度レベルに達することが確認された。
すなわち、溶接終了直後は、溶接終了後十分な時間、例えば８時間以上経過後の強度レベルの２５％程度しかなく、かつ溶接金属の部分で破断することが判った。
一方、引張強度が２７０ＭＰａ級の鋼種でも、同様な試験を行ったが、引張強度が２７０ＭＰａ級の場合は、溶接直後（溶接後６分程度経過）のＴピール強度は低下せず、溶接終了から８時間以上経過したもののＴピール強度とほぼ同等であった。このような破壊は起こらなかった。
【００１３】
これらの結果から、これらの溶接直後の溶接金属の破断は、溶接金属の水素脆化による遅れ破壊によるものであると考えられた。すなわち、溶接部周辺の大気中の水分、或いは、成形部材の表面に付着している水分や炭化水素などが、レーザー溶接の際のレーザービームにより分解されて原子状水素となり、溶接部の溶融金属中に侵入し、拡散する。特にマルテンサイト等の硬化組織に拡散し、集積しやすい。また、レーザー溶接により細くて長いビードを形成した場合、冷却時のビード長手方向の収縮により引張りの残留応力や歪が生じる。また、溶接変形だけでなく、成形部材のスプリングバック等の外部からの引張応力も作用することもある。これら残留応力や歪は構造体の大きさや形状にもよるが、ビードの始終端部に集中しやすい。このように大きな応力や歪が集中する部位に水素は局所的に集積し、亀裂の発生や破断を招くことになるものである。
【００１４】
上述の特許文献１や２は、鋼板からなる構造体の重ね部のレーザー溶接におけるこのような遅れ破壊の防止を図るものではなく、鋼板からなる構造体の重ね部のレーザー溶接における溶接部の遅れ破壊を防止する方法は、これまで提案されていない。
従って、本発明は、鋼板からなる構造体の重ね部のレーザー溶接における溶接部の遅れ破壊を防止できるレーザー溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの延長線上の始終端から３０ｍｍ以内の範囲に仮付けを施し、次いでこの重ね部をレーザー溶接することを特徴とする構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（２）前記仮付けが、予定されるレーザー溶接ビードの始終端上に施されることを特徴とする（１）に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（３）鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの始終端の中間部において仮付けを施し、隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍ以内となるようにすることを特徴とする（１）に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（４）前記仮付けの直径が、ビード幅より大きいことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（５）前記仮付けが、スポット溶接により施されることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（６）前記仮付けが、機械的締結手段により施されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【００１６】
（７）前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を対向させて重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（８）前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、平坦な他の鋼板の平坦部を重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（９）前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を、平坦なさらに他の鋼板の平坦部を介して対向させ、重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（１０）前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を同じ方向に重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（１１）前記構造体の鋼板の引張強度が４４０ＭＰａ以上であることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レーザー溶接を施す前の仮付けにより、接合部の位置が固定される。このため、少なくともレーザー溶接直後（溶接後約８時間以内）において、溶接に伴う変形や、成形部材のスプリングバックなどによってレーザー溶接部に負荷される応力を緩和することができる。このため、溶接の際に溶接部に水素が侵入しても溶接部に亀裂が発生したり、破壊に至ること、すなわち遅れ破壊を防止することができる。
溶接時に進入した水素は、時間の経過により大気中に放散されるため、遅れ破壊の危険性は時間の経過と共に緩和される。従って、少なくとも溶接直後（溶接後約８時間以内）において溶接部に負荷される応力を緩和することができ、遅れ破壊を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の方法を添付の図面を用いて具体的に説明する。
図１は、本発明のレーザー溶接方法の一実施形態による構造材を示す斜視図である。この実施形態においては、上面視がＩ形状の構造体を例示している。
図１に示すように、構造体１は、軸方向の断面形状がハット形状に成形された成形部材２、３から構成され、各成形部材は、薄鋼板をプレスなどによりそれぞれフランジ４、６およびそれぞれこれに続く折り曲げ部５、７が形成されている。これらの成形部材２、３は、フランジ部４、６が対向するように重ねられ、形成されたフランジの重ね部９の溶接予定線に沿って、仮付けＤが、Ｄｓ、Ｄｅ、およびＤ２〜Ｄ４のように施されている。なお、図１の例では、重ね部の上下の鋼板はスポット溶接により、仮付け固定されている。
この後、重ね部９はレーザートーチ１０により溶接され、レーザー溶接ビード１１が形成される。
【００１９】
図２は、本発明のレーザー溶接方法の一実施形態の構造体の溶接状況を示す上面の部分平面図であり、溶接部、仮付けの位置関係が示されている。
フランジの重ね部９のレーザー溶接ビードが形成される予定線１２の延長線１３上において、ビードの始端Ｓと終端Ｅから、距離Ｇ１、あるいはＧ２以内の範囲に始端近傍の仮止めＤｓ、終端近傍の仮付けＤｅが施されており、また、始終端以外の予定される溶接ビード（溶接ビードの中間部とも記す）には、Ｄ２〜Ｄ４の仮付けが施されている。
【００２０】
上述のように、仮付けＤは、レーザー溶接ビード（溶接部）への応力の影響を軽減ないしは分散するために、上下の鋼板を少なくともフランジ部において固定するものであるから、この作用、効果を有する限りにおいて、仮付けを施す位置、仮付け箇所数、仮付けの形態などは、特に限定されるものではない。すなわち、仮付けは、溶接ビードの形成が予定される溶接予定位置(線)上、或いはその延長(線)上、或いはその周辺近傍に設けることができる。
なお、溶接ビードの始終端（Ｓ，Ｅ）および溶接ビードの延長線上を含む近傍部位は、応力が集中し易い部位であるので、本発明においては、予定されるレーザー溶接ビード１２の延長線１３上において始終端から３０ｍｍ以内の範囲に、少なくとも仮付けを施すものとする。
予定される溶接ビードの延長線上で始終端から３０ｍｍ以上離れると、溶接始終端と仮付けとの間が離れすぎて、始終端に対する仮付けの効果が小さくなるためである。予定される溶接ビードの始終端上に仮付けすることは、より好ましい。
すなわち、図２に示すように、仮付けＤｓ、Ｄｅは、予定されるレーザー溶接ビード１２の延長線上において始終端Ｓ，Ｅ、からＧ１、Ｇ２の範囲内に施すものであり、Ｇ１、Ｇ２は、３０ｍｍ以内とするものである。また、Ｄｓ，Ｄｅを予定される溶接ビードの始端Ｓ、終端上とすることも好ましい。
なお、本発明において、仮付け部の一部が、延長線または溶接ビードにかかっている場合は、その仮付けは、延長線上或いは溶接ビード上にあるものとする。
【００２１】
また、仮付けを施す箇所数は、特に限定されず、予定される溶接ビードの長さＬに応じて決定することができる。すなわち、仮付け箇所数が多ければ予定される溶接ビードに対する応力の影響を抑制ないし分散できる点では有利であるが、仮付けのための作業が増え、コスト、能率の点で好ましくない。一方、予定される溶接ビードの長さに対して仮付け箇所数が少なすぎると、仮付けの間隔が開くことになり、溶接ビードに対する応力の影響を抑制、分散する効果が不十分となる。従って、予定される溶接ビードの始終端の中間部においても仮付けを施し、隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍ以内となるように、仮付けの箇所数及び／又は仮付けの間隔を調整することが好ましい。隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍよりも離れると溶接ビード（溶接部）に影響する応力を抑制し、分散する効果が不十分となるからである。
【００２２】
図２に示すように、レーザー溶接ビードの予定線１２の延長線上の始終端の近傍の仮付けＤｓ，Ｄｅのほか、予定される溶接ビード１２の中間部に施されているＤ２〜Ｄ４において、隣り合う仮付けとの間隔Ｆ１〜Ｆ４（Ｄｓ〜Ｄ２，Ｄ２〜Ｄ３，Ｄ３〜Ｄ４、Ｄ４〜Ｄｅの間隔をそれぞれＦ１，Ｆ２，Ｆ３、Ｆ４とする）は、上述のように、１００ｍｍ以下であることが好ましい。
予定される溶接ビードの長さが短かく、隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍを超えないような場合は、前述のような始終端近傍に仮付けを施すのみでも良いことは言うまでもない。
【００２３】
仮付けの大きさ（例えば、仮付け部Ｄの直径ｄ）は、特に限定するものではないが、小さすぎると、予定される溶接ビードに対する応力の影響を抑制、分散する効果が不十分となるので、少なくとも予定される溶接ビードの幅ｔ、すなわち、ビードの溶接方向に直角な方向の長さ、以上であることが好ましい。
すなわち、図３は、本発明の溶接方法における仮付け部近傍部を拡大した平面模式図であり、仮付けＤの大きさを説明するものである。すなわち、仮付けＤの直径ｄは、予定される溶接ビードの幅ｔ以上とすること（ｄ≧ｔ）が好ましい。仮付けの直径ｄが溶接ビードの幅（溶接方向に直角な方向の幅）より小さすぎると、溶接ビード（溶接部）に影響する応力を抑制し、分散する効果が不十分となるからである。好ましくは、ｄは１．５ｔ〜３．０ｔである。
【００２４】
仮付けを施す方法は、その仮付けが、溶接ビードに対する応力の影響を抑制、分散する効果が十分得られる限りにおいてが特に限定されるものではなく、溶接或いは機械的な方法など適宜選択することができる。
機械的な方法としては、クランプ冶具を使用してフランジの重ね部を挟むようにして仮付けすることができる。しかしながら、レーザー溶接に際してはクランプ冶具との干渉を避けるためのレーザー装置の移動回避が必要となる。特に、仮付け箇所数が多く、隣り合う仮付け箇所との間隔が小さい場合、クランプ冶具の取り付け数も多く、かつ作業が煩雑となる。しかしながら、一つの仮付け範囲を大きくする必要がある場合は、クランプ冶具の大きさを適切に選択することにより、範囲の大きな仮付けが容易に得られるので好適である。
【００２５】
一方、溶接による方法は、上述のような機械的な方法の場合とは異なり、レーザー溶接に際してはクランプ冶具との干渉を避けるためのレーザー装置の移動回避が不要であり、仮付け数箇所数が多い場合でも効率的に仮付けを施すことができる。また、小さな構造体や小さな範囲の仮付けを形成する場合に好適である。しかしながら、大型の構造体をレーザー溶接する場合や、大きな範囲の仮付けを形成する場合は、スポットの大きさに限界がある。このように、レーザー溶接する構造体の性状、仮付け箇所数、間隔、仮付け範囲の大きさなどの条件に応じて、仮付けを形成する手段を適切に選択することができる。
【００２６】
図４（ａ）（ｂ）は、本発明のレーザー溶接方法の他の実施形態による構造体の例を示すもので、上面視がＨ形状の構造体の例において成形部材のフランジの重ね部にレーザー溶接ビードが形成されている。（ａ）では、溶接ビードの始終端部にスポット溶接により仮付けが施されており、（ｂ）では、溶接ビードの始終端部および始終端の中間に複数の仮付けが施されている。これらの例においても、仮付けを施す位置、仮付け箇所数、仮付けの形態などに関しては上述のとおりであるので、詳細な説明は省略する。
【００２７】
本発明のレーザー溶接方法は、構造体に限らず、薄鋼板を重ね合わせ、重ね部をレーザー溶接する際に広く適用できるものであり、その範囲を限定されるものではない。前述のように、図８において、（ａ）は、フランジ部４及びこれに続く折り曲げ部５を有する軸方向に垂直な断面形状がハット形状に成形された二つの部材２と３を、フランジ部４、６が互いに対向するように配置してフランジ部４、６を重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、（ｂ）は、上述のハット形状の部材２のフランジ部４を、平坦な鋼板部材８に対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、（ｃ）は、上述のような二つのハット形状の部材２、３のフランジ部４、６を平坦な鋼板部材８を介して対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、更に、（ｄ）は、上述のようなハット形状の部材を複数（図では、２、３の２枚）、同一方向に重ね合わせ、重ね部を溶接して構造体を形成したものである。このような形態の構造体のレーザー溶接においては、成形部材のスプリングバックによる応力集中があるので、本発明の効果を一層好適に得ることができる。
【００２８】
本発明のレーザー溶接方法は、特に鋼種を限定するものではないが、前述のように、引張強度が２７０ＭＰａ級の鋼では遅れ破壊が生じなかったことなどから、高強度の鋼板、特に、遅れ破壊の問題が顕著となる引張強さが４４０ＭＰａ以上の鋼種の鋼材を用いる構造体の場合に適用することが好ましい。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
板厚１〜１．２ｍｍの高強度の薄鋼板（引張強度４４０ＭＰａの鋼成分は、質量％で、Ｃ：０．１０％、Ｓｉ：０．１１％、Ｍｎ：０．９５％、９８０ＭＰａの鋼成分は、質量％で、Ｃ：０．１３％、Ｓｉ：１．００％、Ｍｎ：２．２０％であった。）を成形した図１に示す形状の２つの成形部材をフランジを対向させて重ね合わせ、フランジの重ね合わせ部をレーザー溶接により構造体を作成した。成形部材の軸方向長さ７００ｍｍ、溶接ビードの長さは５０〜６００ｍｍとした。
レーザー溶接に先立ち、フランジの重ね部に各形態で仮付けを施し、レーザー溶接後の遅れ破壊の有無を確認した。仮付けの位置、仮付けの間隔、仮付けの大きさ(直径)は、表１に示すとおりである。なお、レーザー溶接条件は、上述と同様、ビード幅狙い：板厚ｍｍ×１．０、ビームウエスト０．６ｍｍ、焦点外し：＋２ｍｍ、加工点出力：３．５ｋｗ、溶接速度：２ｍ／ｍｉｎ、チップ径：５ｍｍφとし、シールド方法は、同軸センターシールド（裏面シールドなし）とし、シールドガスはＡｒを２５ｌ／分とした。
【００３０】
【表１】
表１から判るように、予定される溶接ビード延長線上において始終端部の近傍に仮付けを施さなかった比較例１、２および、始終端部から３０ｍｍを超えた位置に仮付けを施した比較例３では、遅れ破壊が発生した。これに対して、予定される溶接ビードの延長線上で、始終端から３０ｍｍ以内に仮付けを施した本発明の実施例では、いずれも遅れ破壊は発生しなかった。また、実施例４から判るように、溶接ビードの始終端部の近傍のみに仮付けを施した場合でも、遅れ破壊の発生を抑制できることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のレーザー溶接方法の一実施形態による構造体を示す斜視図である。
【図２】本発明のレーザー溶接方法の一実施形態による構造体の溶接状況を示す上面の部分平面図である。
【図３】本発明のレーザー溶接方法における仮付けの大きさを説明する平面模式図である。
【図４】本発明のレーザー溶接方法の他の実施形態による構造体の例を示す斜視図であり、（ａ）は溶接ビードの始終端部にのみ仮付けを施した状態、（ｂ）は溶接ビードの始終端部及び中間部に仮付けを施した状態、をそれぞれ示す。
【図５】Ｔピール強度試験のための試験体の状況を示す図である。
【図６】Ｔピール強度試験におけるレーザー溶接部の破断状況をパターン化して示す断面模式図であり、（ａ）は、溶着金属での破断、（ｂ）は、ＨＡＺ又はボンド部近傍での破断、（ｃ）は母材での破断、をそれぞれ示す。
【図７】構造体材のレーザー溶接における遅れ破壊の発生箇所を示す模式図であり、（ａ）は上面視がＩ形状の構造体の場合、（ｂ）は上面視がＨ形状の構造体の場合を示す。
【図８】フランジの構造および構造体の断面形状を示す模式図であり、（ａ）はフランジ部を他の部材のフランジ部と対向させて重ね合わせたもの、（ｂ）はフランジ部を他の平坦な板と重ね合わせたもの、（ｃ）はフランジ部を他の部材のフランジ部と平坦な板を介して対向させて重ね合わせたもの、（ｄ）は、フランジ部の他の部材のフランジ部と同方向に重ね合わせたものをそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００３２】
１ 構造体
２ 成形部材(鋼板)
３ 成形部材(鋼板)
４ フランジ部
５ 折り曲げ部
６ フランジ部
７ 折り曲げ部
８ 平坦な鋼板部材
９ 重ね部
１０ レーザートーチ
１１ レーザー溶接ビード
１２ 予定されるレーザー溶接ビード線
１３ 予定されるレーザー溶接ビード線の延長線
１４ Ｔピール試験片
１５ Ｔピール試験体
１６ 母材
１７ 溶着金属
１８ ボンド部又は熱影響部
１９ 亀裂、破断部
Ｄ 仮付け
Ｓ ビード始端部
Ｅ ビード終端部
Ｄｓ ビード始端部近傍の仮付け
Ｄｅ ビード終端部近傍の仮付け
Ｄ１〜Ｄｎ 中間部の仮付け
Ｇ１ ビード始端部からビード始端部近傍の仮付けまでの間隔
Ｇ２ ビード終端部からビード終端部近傍の仮付けまでの間隔
Ｆ１〜Ｆｎ 隣接する仮付けとの間隔
Ｌ 予定ビード長さ
ｄ 仮付けの直径
ｔ レーザー溶接部の幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板で構成された構造体のレーザーの溶接方法に関し、特に、構造体を製作するに際し、鋼板あるいは成形した鋼板のフランジなどを重ね、この重ね部をレーザー溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー溶接は、レーザー光を熱源とするため、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接などのアーク溶接に比べて入熱量の制御が容易で、しかも確実に制御が行える。このため、溶接速度やレーザービームの照射出力、さらにはシールドガス流量などの溶接条件を適切に設定することによって、熱変形が小さく、偏析の少ない良好な溶接部を形成することができる溶接方法であり、薄鋼板等の溶接に好適である。
例えば、自動車工業や電気機器工業その他の分野では、薄鋼板を成形加工した部材の溶接などに採用されており、これに関連する改善技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、薄鋼板を突き合わせ、突き合わせ面に沿ってレーザー溶接する際に、溶接が溶接面の一端から他端に向かう一方向に進められるため、溶接熱により生じる鋼板の反りによって、突き合わせ部が拡開し、溶接が困難となる問題点を解決するために、溶接予定箇所の互いに隔離した複数の位置でパルスレーザー溶接により仮付けを行った後、溶接予定箇所の全長にわたってレーザー溶接による本溶接を行うことが開示されている。
また、特許文献２には、フランジ部を有する２つのパネル部材をフランジ部を対向、当接させた状態でレーザービームで溶接し、閉断面のコーチジョイントと称される自動車用の構造体を製造するに際し、当接するフランジ部のギャップの変動による適正な溶け込み深さを確保するために、重ね部のレーザー照射予定面に適当な間隔で貫通穴を形成、これにピン部を有する補助プレートを嵌装したのち、レーザービームを照射して溶接する方法を提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−２１５２８８号公報
【特許文献２】特開平９−１０９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザー溶接は薄鋼板などの溶接に好適であり、自動車用の構造体の溶接にも適用範囲が拡大されている。さらに近年は、燃料比の改善や安全性の向上といった要求に対応するため、引張強度が４４０ＭＰａ以上の高強度（ハイテン）の薄鋼板が多く使用されるようになっており、高強度の薄鋼板をレーザー溶接により溶接することが求められている。
【０００５】
図８（ａ）〜（ｄ）は、自動車の車体パネル構造体の例を示すものであり、これらの構造体は、上述のように、高張力鋼よりなる薄板材から形成されている。
図８において（ａ）は、フランジ部４及びこれに続く折り曲げ部５を有する軸方向に垂直な断面形状がハット形状に成形された二つの部材２と３を、フランジ部４、６が互いに対向するように配置してフランジ部４、６を重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、（ｂ）は、上述のハット形状の部材２のフランジ部４を、平坦な鋼板部材８に対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、（ｃ）は、上述のような二つのハット形状の部材２、３のフランジ部４、６を平坦な鋼板部材８を介して対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、更に、（ｄ）は、上述のようなハット形状の部材を複数（図では、２、３の２枚）、同一方向に重ね合わせ、重ね部を溶接して構造体を形成したものである。
このように、フランジ部を有する部材を用いて、フランジ部を有する部材同士、或いはフランジ部を有する部材と板部材とを重ね合わせ、少なくともフランジ部の重なり部で溶接することによって、構造体が製作されている。
しかしながら、このような高強度の薄鋼板で構成される構造体の重ね部のレーザー溶接において、溶接終了後の溶接部に割れや破断が発生することがある。
【０００６】
発明者らは、自動車に使用される鋼板で構成された構造体を例にしてこの上記のような鋼板の重ね部のレーザー溶接における破断の状況を調査した。すなわち、図７（ａ）、（ｂ）は、構造体の例を示すものであり、（ａ）は、上面視がＩ形状、（ｂ）は、上面視がＨ形状のものである。
引張強度が９８０ＭＰａ級で板厚１．２ｍｍの薄鋼板を図７（ａ）に示すようにフランジ４、６、これに続く折り曲げ部５、７をそれぞれ有し、断面がハット形状に成形して２つの成形部材２、３を製作し、各成形部材のフランジ部４、６を対向させて重ね合わせ、フランジの重ね合わせ部６をレーザービームにより溶接して構造体１を製作した。
また、構造体の長さは６００ｍｍ、レーザー溶接ビードの長さは５８０ｍｍとした。成形部材の長手方向の前後端の１０ｍｍは非溶接部とした。
なお、レーザー溶接条件は、ビード幅狙い：板厚ｍｍ×１．０、ビームウエスト０．６ｍｍ、焦点外し：＋２ｍｍ、加工点出力：３．５ｋｗ、溶接速度：２ｍ／ｍｉｎ、チップ径：５ｍｍφとし、シールド方法は、同軸センターシールド（裏面シールドなし）、シールドガスはＡｒを２５ｌ／分とした。
また、レーザー溶接に先立ち、成形部材の溶接部となるフランジ部の両表面はウエスで払拭し、清浄なものとし、締め付け治具にてフランジの重ね部を上下からクランプ冶具(図示せず)にて固定した。
なお、図７(ｂ)の場合の溶接方法も、成形部材の上面視の形状がＨ形状である点以外は、図７（ａ）の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０００７】
レーザー溶接終了後、クランプ冶具を取り外してまもなく、すなわち、薄鋼板の板厚にもよるが溶接終了後（溶接終了後８時間以内）に、図７（ａ）（ｂ）において、破断部１６が認められた。
【０００８】
発明者らは、上述のようなレーザー溶接部の割れについて、その原因をさらに詳細に確認するためにＴピール強度試験を行い、溶接後の経過時間や、鋼種などの影響をさらに詳細に検討した。このＴピール強度試験は、図５に示すように、Ｌ字状に曲げた２つの試験片１４、１４のそれぞれの短辺の一端側を対向させて重ね合わせ、その重ね部をレーザー溶接して試験体１５（Ｔピール試験体）とした後、この試験体１５の２つの試験片１４、１４の短辺の他端側（非溶接端側）を互いに逆方向に引張り、溶接部が破断する際の最大引張荷重（Ｎ／ｍｍ）をＴピール強度として評価するものである。
【０００９】
まず、鋼種として９８０ＭＰａ級鋼を対象として厚さ１．２ｍｍの薄鋼板を用い、試験体、試験片の形状、寸法は、図５に示すものとして重ね部をレーザー溶接し、図５に示すように重ね部に長さ３０ｍｍの溶接ビードを形成した。
なお、レーザー溶接条件は、上記と同様、ビード幅狙い：板厚ｍｍ×１．０、ビームウエスト０．６ｍｍ、焦点外し：＋２ｍｍ、加工点出力：３．５ｋｗ、溶接速度：２ｍ／ｍｉｎ、チップ径：５ｍｍφとし、シールド方法は、同軸センターシールド（裏面シールドなし）、シールドガスはＡｒを２５ｌ／分とした。
また、レーザー溶接に先立ち、成形部材の溶接部となる各フランジ部の両表面はウエスで払拭し、清浄なものとし、締め付け治具にてフランジの重ね部をクランプ冶具(図示せず)にて固定した。
この試験においては、溶接終了からの経過時間を、溶接終了直後（終了から６分以内）、３０分、１時間、５時間、８時間、５０時間、と変えた場合のＴピール試験体１５をそれぞれ引張試験装置にかけ、引張試験を行い引張最大荷重（Ｎ／ｍｍ）、すなわちＴピール強度、を求めた。なお、引張速度は１０ｍｍ／ｍｉｎとした。また、このとき、試験体の破断部位についても確認した。
【００１０】
その結果、Ｔピール強度は、溶接終了直後では極めて低いものであったが、溶接終了からの時間経過と共に高くなり、溶接終了から８時間以上経過するとほぼ一定の強度が得られることが判った。なお、溶接終了直後のＴピール強度は、溶接終了から８時間経過後のＴピール強度の２５％以下であった。
【００１１】
また、上記試験において、溶接終了直後のＴピール試験体１５は、溶接金属の部位で破断していたが、溶接終了から８時間以上経過したものではボンド部（溶融境界）又はＨＡＺ近傍での破断となっており、このことから、母材並みの継手強度が得られることが判った。一方、溶接終了直後のＴピール試験体１５の破断位置は溶接金属であり、その破面形態は擬劈開破面が主であり、一部に粒界破面が認められ、溶接金属の脆化による割れであることが確認された。
なお、図６は、レーザー溶接部の破断状況をパターン化して示す溶接ビードの溶接方向に垂直な断面模式図であり、（ａ）は溶接金属１７での破断、（ｂ）は熱影響部（ＨＡＺ）又はボンド部１８（溶融境界）近傍での破断、（ｃ）は、母材１６での破断、をそれぞれ示す。
【００１２】
発明者らは、さらに、鋼板の引張強度が４４０ＭＰａ級、５９０ＭＰａ級、および７８０ＭＰａ級の他の高強度鋼についても、試験体、溶接条件、試験条件等を上記９８０ＭＰａ級の鋼種と同様として調査を行った。その結果、これら引張強度が４４０ＭＰａ以上の高強度鋼のＴピール強度も、溶接終了直後は極めて低いが、時間が経過するにつれて増大し、８〜１０時間経過するとほぼ一定のＴピール強度レベルに達することが確認された。
すなわち、溶接終了直後は、溶接終了後十分な時間、例えば８時間以上経過後の強度レベルの２５％程度しかなく、かつ溶接金属の部分で破断することが判った。
一方、引張強度が２７０ＭＰａ級の鋼種でも、同様な試験を行ったが、引張強度が２７０ＭＰａ級の場合は、溶接直後（溶接後６分程度経過）のＴピール強度は低下せず、溶接終了から８時間以上経過したもののＴピール強度とほぼ同等であった。このような破壊は起こらなかった。
【００１３】
これらの結果から、これらの溶接直後の溶接金属の破断は、溶接金属の水素脆化による遅れ破壊によるものであると考えられた。すなわち、溶接部周辺の大気中の水分、或いは、成形部材の表面に付着している水分や炭化水素などが、レーザー溶接の際のレーザービームにより分解されて原子状水素となり、溶接部の溶融金属中に侵入し、拡散する。特にマルテンサイト等の硬化組織に拡散し、集積しやすい。また、レーザー溶接により細くて長いビードを形成した場合、冷却時のビード長手方向の収縮により引張りの残留応力や歪が生じる。また、溶接変形だけでなく、成形部材のスプリングバック等の外部からの引張応力も作用することもある。これら残留応力や歪は構造体の大きさや形状にもよるが、ビードの始終端部に集中しやすい。このように大きな応力や歪が集中する部位に水素は局所的に集積し、亀裂の発生や破断を招くことになるものである。
【００１４】
上述の特許文献１や２は、鋼板からなる構造体の重ね部のレーザー溶接におけるこのような遅れ破壊の防止を図るものではなく、鋼板からなる構造体の重ね部のレーザー溶接における溶接部の遅れ破壊を防止する方法は、これまで提案されていない。
従って、本発明は、鋼板からなる構造体の重ね部のレーザー溶接における溶接部の遅れ破壊を防止できるレーザー溶接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの延長線上の始終端から３０ｍｍ以内の範囲に仮付けを施し、次いでこの重ね部をレーザー溶接することを特徴とする構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（２）前記仮付けが、予定されるレーザー溶接ビードの始終端上に施されることを特徴とする（１）に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（３）鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの始終端の中間部において仮付けを施し、隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍ以内となるようにすることを特徴とする（１）に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（４）前記仮付けの直径が、ビード幅より大きいことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（５）前記仮付けが、スポット溶接により施されることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（６）前記仮付けが、機械的締結手段により施されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【００１６】
（７）前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を対向させて重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（８）前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、平坦な他の鋼板の平坦部を重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（９）前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を、平坦なさらに他の鋼板の平坦部を介して対向させ、重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（１０）前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を同じ方向に重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
（１１）前記構造体の鋼板の引張強度が４４０ＭＰａ以上であることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レーザー溶接を施す前の仮付けにより、接合部の位置が固定される。このため、少なくともレーザー溶接直後（溶接後約８時間以内）において、溶接に伴う変形や、成形部材のスプリングバックなどによってレーザー溶接部に負荷される応力を緩和することができる。このため、溶接の際に溶接部に水素が侵入しても溶接部に亀裂が発生したり、破壊に至ること、すなわち遅れ破壊を防止することができる。
溶接時に進入した水素は、時間の経過により大気中に放散されるため、遅れ破壊の危険性は時間の経過と共に緩和される。従って、少なくとも溶接直後（溶接後約８時間以内）において溶接部に負荷される応力を緩和することができ、遅れ破壊を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の方法を添付の図面を用いて具体的に説明する。
図１は、本発明のレーザー溶接方法の一実施形態による構造材を示す斜視図である。この実施形態においては、上面視がＩ形状の構造体を例示している。
図１に示すように、構造体１は、軸方向の断面形状がハット形状に成形された成形部材２、３から構成され、各成形部材は、薄鋼板をプレスなどによりそれぞれフランジ４、６およびそれぞれこれに続く折り曲げ部５、７が形成されている。これらの成形部材２、３は、フランジ部４、６が対向するように重ねられ、形成されたフランジの重ね部９の溶接予定線に沿って、仮付けＤが、Ｄｓ、Ｄｅ、およびＤ２〜Ｄ４のように施されている。なお、図１の例では、重ね部の上下の鋼板はスポット溶接により、仮付け固定されている。
この後、重ね部９はレーザートーチ１０により溶接され、レーザー溶接ビード１１が形成される。
【００１９】
図２は、本発明のレーザー溶接方法の一実施形態の構造体の溶接状況を示す上面の部分平面図であり、溶接部、仮付けの位置関係が示されている。
フランジの重ね部９のレーザー溶接ビードが形成される予定線１２の延長線１３上において、ビードの始端Ｓと終端Ｅから、距離Ｇ１、あるいはＧ２以内の範囲に始端近傍の仮止めＤｓ、終端近傍の仮付けＤｅが施されており、また、始終端以外の予定される溶接ビード（溶接ビードの中間部とも記す）には、Ｄ２〜Ｄ４の仮付けが施されている。
【００２０】
上述のように、仮付けＤは、レーザー溶接ビード（溶接部）への応力の影響を軽減ないしは分散するために、上下の鋼板を少なくともフランジ部において固定するものであるから、この作用、効果を有する限りにおいて、仮付けを施す位置、仮付け箇所数、仮付けの形態などは、特に限定されるものではない。すなわち、仮付けは、溶接ビードの形成が予定される溶接予定位置(線)上、或いはその延長(線)上、或いはその周辺近傍に設けることができる。
なお、溶接ビードの始終端（Ｓ，Ｅ）および溶接ビードの延長線上を含む近傍部位は、応力が集中し易い部位であるので、本発明においては、予定されるレーザー溶接ビード１２の延長線１３上において始終端から３０ｍｍ以内の範囲に、少なくとも仮付けを施すものとする。
予定される溶接ビードの延長線上で始終端から３０ｍｍ以上離れると、溶接始終端と仮付けとの間が離れすぎて、始終端に対する仮付けの効果が小さくなるためである。予定される溶接ビードの始終端上に仮付けすることは、より好ましい。
すなわち、図２に示すように、仮付けＤｓ、Ｄｅは、予定されるレーザー溶接ビード１２の延長線上において始終端Ｓ，Ｅ、からＧ１、Ｇ２の範囲内に施すものであり、Ｇ１、Ｇ２は、３０ｍｍ以内とするものである。また、Ｄｓ，Ｄｅを予定される溶接ビードの始端Ｓ、終端上とすることも好ましい。
なお、本発明において、仮付け部の一部が、延長線または溶接ビードにかかっている場合は、その仮付けは、延長線上或いは溶接ビード上にあるものとする。
【００２１】
また、仮付けを施す箇所数は、特に限定されず、予定される溶接ビードの長さＬに応じて決定することができる。すなわち、仮付け箇所数が多ければ予定される溶接ビードに対する応力の影響を抑制ないし分散できる点では有利であるが、仮付けのための作業が増え、コスト、能率の点で好ましくない。一方、予定される溶接ビードの長さに対して仮付け箇所数が少なすぎると、仮付けの間隔が開くことになり、溶接ビードに対する応力の影響を抑制、分散する効果が不十分となる。従って、予定される溶接ビードの始終端の中間部においても仮付けを施し、隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍ以内となるように、仮付けの箇所数及び／又は仮付けの間隔を調整することが好ましい。隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍよりも離れると溶接ビード（溶接部）に影響する応力を抑制し、分散する効果が不十分となるからである。
【００２２】
図２に示すように、レーザー溶接ビードの予定線１２の延長線上の始終端の近傍の仮付けＤｓ，Ｄｅのほか、予定される溶接ビード１２の中間部に施されているＤ２〜Ｄ４において、隣り合う仮付けとの間隔Ｆ１〜Ｆ４（Ｄｓ〜Ｄ２，Ｄ２〜Ｄ３，Ｄ３〜Ｄ４、Ｄ４〜Ｄｅの間隔をそれぞれＦ１，Ｆ２，Ｆ３、Ｆ４とする）は、上述のように、１００ｍｍ以下であることが好ましい。
予定される溶接ビードの長さが短かく、隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍを超えないような場合は、前述のような始終端近傍に仮付けを施すのみでも良いことは言うまでもない。
【００２３】
仮付けの大きさ（例えば、仮付け部Ｄの直径ｄ）は、特に限定するものではないが、小さすぎると、予定される溶接ビードに対する応力の影響を抑制、分散する効果が不十分となるので、少なくとも予定される溶接ビードの幅ｔ、すなわち、ビードの溶接方向に直角な方向の長さ、以上であることが好ましい。
すなわち、図３は、本発明の溶接方法における仮付け部近傍部を拡大した平面模式図であり、仮付けＤの大きさを説明するものである。すなわち、仮付けＤの直径ｄは、予定される溶接ビードの幅ｔ以上とすること（ｄ≧ｔ）が好ましい。仮付けの直径ｄが溶接ビードの幅（溶接方向に直角な方向の幅）より小さすぎると、溶接ビード（溶接部）に影響する応力を抑制し、分散する効果が不十分となるからである。好ましくは、ｄは１．５ｔ〜３．０ｔである。
【００２４】
仮付けを施す方法は、その仮付けが、溶接ビードに対する応力の影響を抑制、分散する効果が十分得られる限りにおいてが特に限定されるものではなく、溶接或いは機械的な方法など適宜選択することができる。
機械的な方法としては、クランプ冶具を使用してフランジの重ね部を挟むようにして仮付けすることができる。しかしながら、レーザー溶接に際してはクランプ冶具との干渉を避けるためのレーザー装置の移動回避が必要となる。特に、仮付け箇所数が多く、隣り合う仮付け箇所との間隔が小さい場合、クランプ冶具の取り付け数も多く、かつ作業が煩雑となる。しかしながら、一つの仮付け範囲を大きくする必要がある場合は、クランプ冶具の大きさを適切に選択することにより、範囲の大きな仮付けが容易に得られるので好適である。
【００２５】
一方、溶接による方法は、上述のような機械的な方法の場合とは異なり、レーザー溶接に際してはクランプ冶具との干渉を避けるためのレーザー装置の移動回避が不要であり、仮付け数箇所数が多い場合でも効率的に仮付けを施すことができる。また、小さな構造体や小さな範囲の仮付けを形成する場合に好適である。しかしながら、大型の構造体をレーザー溶接する場合や、大きな範囲の仮付けを形成する場合は、スポットの大きさに限界がある。このように、レーザー溶接する構造体の性状、仮付け箇所数、間隔、仮付け範囲の大きさなどの条件に応じて、仮付けを形成する手段を適切に選択することができる。
【００２６】
図４（ａ）（ｂ）は、本発明のレーザー溶接方法の他の実施形態による構造体の例を示すもので、上面視がＨ形状の構造体の例において成形部材のフランジの重ね部にレーザー溶接ビードが形成されている。（ａ）では、溶接ビードの始終端部にスポット溶接により仮付けが施されており、（ｂ）では、溶接ビードの始終端部および始終端の中間に複数の仮付けが施されている。これらの例においても、仮付けを施す位置、仮付け箇所数、仮付けの形態などに関しては上述のとおりであるので、詳細な説明は省略する。
【００２７】
本発明のレーザー溶接方法は、構造体に限らず、薄鋼板を重ね合わせ、重ね部をレーザー溶接する際に広く適用できるものであり、その範囲を限定されるものではない。前述のように、図８において、（ａ）は、フランジ部４及びこれに続く折り曲げ部５を有する軸方向に垂直な断面形状がハット形状に成形された二つの部材２と３を、フランジ部４、６が互いに対向するように配置してフランジ部４、６を重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、（ｂ）は、上述のハット形状の部材２のフランジ部４を、平坦な鋼板部材８に対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、（ｃ）は、上述のような二つのハット形状の部材２、３のフランジ部４、６を平坦な鋼板部材８を介して対向するように配置して重ね合わせ、重ね合わせ部を溶接して構造体を形成したものであり、更に、（ｄ）は、上述のようなハット形状の部材を複数（図では、２、３の２枚）、同一方向に重ね合わせ、重ね部を溶接して構造体を形成したものである。このような形態の構造体のレーザー溶接においては、成形部材のスプリングバックによる応力集中があるので、本発明の効果を一層好適に得ることができる。
【００２８】
本発明のレーザー溶接方法は、特に鋼種を限定するものではないが、前述のように、引張強度が２７０ＭＰａ級の鋼では遅れ破壊が生じなかったことなどから、高強度の鋼板、特に、遅れ破壊の問題が顕著となる引張強さが４４０ＭＰａ以上の鋼種の鋼材を用いる構造体の場合に適用することが好ましい。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
板厚１〜１．２ｍｍの高強度の薄鋼板（引張強度４４０ＭＰａの鋼成分は、質量％で、Ｃ：０．１０％、Ｓｉ：０．１１％、Ｍｎ：０．９５％、９８０ＭＰａの鋼成分は、質量％で、Ｃ：０．１３％、Ｓｉ：１．００％、Ｍｎ：２．２０％であった。）を成形した図１に示す形状の２つの成形部材をフランジを対向させて重ね合わせ、フランジの重ね合わせ部をレーザー溶接により構造体を作成した。成形部材の軸方向長さ７００ｍｍ、溶接ビードの長さは５０〜６００ｍｍとした。
レーザー溶接に先立ち、フランジの重ね部に各形態で仮付けを施し、レーザー溶接後の遅れ破壊の有無を確認した。仮付けの位置、仮付けの間隔、仮付けの大きさ(直径)は、表１に示すとおりである。なお、レーザー溶接条件は、上述と同様、ビード幅狙い：板厚ｍｍ×１．０、ビームウエスト０．６ｍｍ、焦点外し：＋２ｍｍ、加工点出力：３．５ｋｗ、溶接速度：２ｍ／ｍｉｎ、チップ径：５ｍｍφとし、シールド方法は、同軸センターシールド（裏面シールドなし）とし、シールドガスはＡｒを２５ｌ／分とした。
【００３０】
【表１】
表１から判るように、予定される溶接ビード延長線上において始終端部の近傍に仮付けを施さなかった比較例１、２および、始終端部から３０ｍｍを超えた位置に仮付けを施した比較例３では、遅れ破壊が発生した。これに対して、予定される溶接ビードの延長線上で、始終端から３０ｍｍ以内に仮付けを施した本発明の実施例では、いずれも遅れ破壊は発生しなかった。また、実施例４から判るように、溶接ビードの始終端部の近傍のみに仮付けを施した場合でも、遅れ破壊の発生を抑制できることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のレーザー溶接方法の一実施形態による構造体を示す斜視図である。
【図２】本発明のレーザー溶接方法の一実施形態による構造体の溶接状況を示す上面の部分平面図である。
【図３】本発明のレーザー溶接方法における仮付けの大きさを説明する平面模式図である。
【図４】本発明のレーザー溶接方法の他の実施形態による構造体の例を示す斜視図であり、（ａ）は溶接ビードの始終端部にのみ仮付けを施した状態、（ｂ）は溶接ビードの始終端部及び中間部に仮付けを施した状態、をそれぞれ示す。
【図５】Ｔピール強度試験のための試験体の状況を示す図である。
【図６】Ｔピール強度試験におけるレーザー溶接部の破断状況をパターン化して示す断面模式図であり、（ａ）は、溶着金属での破断、（ｂ）は、ＨＡＺ又はボンド部近傍での破断、（ｃ）は母材での破断、をそれぞれ示す。
【図７】構造体材のレーザー溶接における遅れ破壊の発生箇所を示す模式図であり、（ａ）は上面視がＩ形状の構造体の場合、（ｂ）は上面視がＨ形状の構造体の場合を示す。
【図８】フランジの構造および構造体の断面形状を示す模式図であり、（ａ）はフランジ部を他の部材のフランジ部と対向させて重ね合わせたもの、（ｂ）はフランジ部を他の平坦な板と重ね合わせたもの、（ｃ）はフランジ部を他の部材のフランジ部と平坦な板を介して対向させて重ね合わせたもの、（ｄ）は、フランジ部の他の部材のフランジ部と同方向に重ね合わせたものをそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００３２】
１ 構造体
２ 成形部材(鋼板)
３ 成形部材(鋼板)
４ フランジ部
５ 折り曲げ部
６ フランジ部
７ 折り曲げ部
８ 平坦な鋼板部材
９ 重ね部
１０ レーザートーチ
１１ レーザー溶接ビード
１２ 予定されるレーザー溶接ビード線
１３ 予定されるレーザー溶接ビード線の延長線
１４ Ｔピール試験片
１５ Ｔピール試験体
１６ 母材
１７ 溶着金属
１８ ボンド部又は熱影響部
１９ 亀裂、破断部
Ｄ 仮付け
Ｓ ビード始端部
Ｅ ビード終端部
Ｄｓ ビード始端部近傍の仮付け
Ｄｅ ビード終端部近傍の仮付け
Ｄ１〜Ｄｎ 中間部の仮付け
Ｇ１ ビード始端部からビード始端部近傍の仮付けまでの間隔
Ｇ２ ビード終端部からビード終端部近傍の仮付けまでの間隔
Ｆ１〜Ｆｎ 隣接する仮付けとの間隔
Ｌ 予定ビード長さ
ｄ 仮付けの直径
ｔ レーザー溶接部の幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの延長線上の始終端から３０ｍｍ以内の範囲に仮付けを施し、次いでこの重ね部をレーザー溶接することを特徴とする構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項２】
前記仮付けが、予定されるレーザー溶接ビードの始終端上に施されることを特徴とする請求項１に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項３】
鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの始終端の中間部において仮付けを施し、隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍ以内となるようにすることを特徴とする請求項１に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項４】
前記仮付けの直径が、ビード幅より大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項５】
前記仮付けが、スポット溶接により施されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項６】
前記仮付けが、機械的締結手段により施されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項７】
前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を対向させて重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項８】
前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、平坦な他の鋼板の平坦部を重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項９】
前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を、平坦なさらに他の鋼板の平坦部を介して対向させ、重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項１０】
前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を同じ方向に重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項１１】
前記構造体の鋼板の引張強度が４４０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項１】
鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの延長線上の始終端から３０ｍｍ以内の範囲に仮付けを施し、次いでこの重ね部をレーザー溶接することを特徴とする構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項２】
前記仮付けが、予定されるレーザー溶接ビードの始終端上に施されることを特徴とする請求項１に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項３】
鋼板で構成される構造体の複数の鋼板を重ね合わせて形成された重ね部の最上段の鋼板の上面からレーザービームを照射して最下段の鋼板の下面までを溶融させて重ね部を溶接する鋼板の重ね部のレーザー溶接において、重ね部の予定されるレーザー溶接ビードの始終端の中間部において仮付けを施し、隣り合う仮付けとの間隔が１００ｍｍ以内となるようにすることを特徴とする請求項１に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項４】
前記仮付けの直径が、ビード幅より大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項５】
前記仮付けが、スポット溶接により施されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項６】
前記仮付けが、機械的締結手段により施されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項７】
前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を対向させて重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項８】
前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、平坦な他の鋼板の平坦部を重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項９】
前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を、平坦なさらに他の鋼板の平坦部を介して対向させ、重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項１０】
前記構造体の鋼板の重ね部が、一方の鋼板が少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する鋼板であり、この一方の鋼板のフランジ部に、少なくとも片側に折り曲げ部及びそれに続くフランジ部を有する他の鋼板のフランジ部を同じ方向に重ね合わせて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【請求項１１】
前記構造体の鋼板の引張強度が４４０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の鋼板の重ね部のレーザー溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１７８９０５（Ｐ２００８−１７８９０５Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６２１２（Ｐ２００７−１６２１２）
【出願日】平成１９年１月２６日（２００７．１．２６）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２６日（２００７．１．２６）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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