JP6318797B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製の板材同士をレーザ溶接によって接合するためのレーザ溶接技術に関する。

従来、金属製の板材同士を重ねてレーザ溶接によって接合するための技術が種々提案されている。特許文献１には、レーザ溶接方法において、互いに接合される２つの金属板のうちレーザ照射側の金属板の上面に別の金属板を置き、レーザ照射時にこの別の金属も合わせて溶融させるための技術が開示されている。これにより、２つの金属板の隙間が大きい場合であっても、当該隙間を埋めるのに十分な溶融金属を確保することが可能になる。特許文献２には、不規則な寸法の隙間を有する金属製の薄板同士を重ね継手溶接する方法において、レーザ溶接を２回に分けて実施し、１回目のレーザ溶接時にレーザの照射をデフォーカス状態で行うことによって２回目のレーザ溶接前に板隙間寸法のバラツキを低減するための技術が開示されている。特許文献３，４にはいずれも、板材同士を隙間の無い状態で重ね隅肉継手溶接するとともに、接合部分の形状を滑らかにすることによって応力集中を緩和するための技術が開示されている。

特開平６−２９７１７１号公報 特開２０１０−２３０４７号公報 特開２００４−１４８３３３号公報 実開昭６０−６０１７５号公報

（発明が解決しようとする課題）

ところで、上記特許文献１〜４に開示のレーザ溶接は、アーク溶接に比べてエネルギー密度が高く、高速且つ低歪みで精密な溶接が可能になるため有利である。一方で、溶接時の加工精度を高める目的や、亜鉛メッキ鋼板などの板材において溶接時に生じるメッキ蒸気の逃げ道を確保する目的では、板材同士の間に隙間を積極的に設けるのが一般的である。この場合、隙間が大き過ぎると当該隙間を埋めるための溶融金属が不足するため、特許文献３，４に開示のような隅肉継手溶接をレーザ溶接によって行うのが難しくなる。従って、このような隅肉継手溶接を行う際に、本来はレーザ溶接の利点を活かしたいという要請があるにも関わらず、板材同士の間に積極的に隙間を設ける必要があるという理由によって、レーザ溶接に代えてアーク溶接を使わざるを得なかった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、金属製の溶接対象物同士の間に隙間がある場合でも溶接対象物同士をレーザ溶接によって確実に接合するのに有効な技術を提供することである。

（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ溶接方法は、金属製の溶接対象物同士をレーザ溶接によって接合するための方法である。このレーザ溶接方法では、第１の溶接対象物の下方に隙間を隔てて第２の溶接対象物が配置された状態で、第１の溶接対象物よりも上方位置から隙間を挟んで第１の溶接対象物及び第２の溶接対象物の双方にわたる溶接予定領域に向けてレーザ光を照射することにより第１の溶接対象物と第２の溶接対象物とを接合する。この場合、第１の溶接対象物及び第２の溶接対象物のそれぞれの溶融金属が隙間に入り込んで固化することによって隙間を塞ぐような溶接継手が形成される。その結果、アーク溶接に比べてエネルギー密度が高く、高速且つ低歪みで精密な溶接が可能なレーザ溶接を用いることによって、第１の溶接対象物と第２の溶接対象物との間に隙間を設ける必要がある場合でも、溶接対象物同士をレーザ溶接によって確実に接合することが可能になる。

上記のレーザ溶接方法では、溶接予定領域に第１の溶接対象物と第２の溶接対象物とを接合する溶接継手が形成された状態で、溶接継手が隙間に面する第１対向面と第１の溶接対象物及び第２の溶接対象物のうち相対的に強度の低い方の低強度溶接対象物が隙間に面する第２対向面とのなす角度が鈍角となるようにレーザ溶接条件を設定する。この場合、レーザ溶接条件として、典型的にはレーザ光のレーザ照射強度、溶接速度、溶接位置（レーザ光の照射位置）等が挙げられる。第１対向面と第２対向面とのなす角度が鈍角になることにより、溶接継手と強度の低い方の低強度溶接対象物との境界部分に生じる応力集中が緩和されるため当該境界部分の疲労強度を向上させることができる。

上記のレーザ溶接方法では、第１の溶接対象物及び第２の溶接対象物はいずれも、隙間を挟んで互いに板厚方向について重ねられる金属板材であり、溶接予定領域のうち隙間の板隙間寸法と第１の溶接対象物の板側面の位置との少なくとも一方の情報に基づいてレーザ溶接条件を設定するのが好ましい。この場合、例えば隙間の板隙間寸法に基づいてレーザ光のレーザ照射強度を変更したり、第１の溶接対象物の板側面の位置に基づいて溶接位置（レーザ光の照射位置）を変更したりすることができる。これにより、隙間の板隙間寸法や第１の溶接対象物の板側面の位置や形状に応じた最適な条件下でレーザ溶接を行うことが可能になる。

上記のレーザ溶接方法では、第１の溶接対象物よりも上方位置から板厚方向と交差する斜め方向にレーザ光を照射し、且つ第１の溶接対象物の単位面積あたりの入熱量が第２の溶接対象物の単位面積あたりの入熱量を上回るように当該レーザ光のビームプロファイルを制御するのが好ましい。第１の溶接対象物よりも上方位置から斜め方向にレーザ光を照射する場合、第１の溶接対象物に対しては、板隙間寸法に応じた溶融金属量が確保できるような入熱分布が適用され、第２の溶接対象物に対しては、第１の溶接対象物の溶融金属との間でブリッジを形成する程度に溶接対象物を溶融させ、且つ溶接対象物自体に穴あきを生じさせないような入熱分布が適用される。これにより、第１の溶接対象物及び第２の溶接対象物のそれぞれに必要な入熱量を適正に供給することができる。

上記のレーザ溶接方法では、第１の溶接対象物の板側面は、当該第１の溶接対象物の板端面、或いは当該第１の溶接対象物の板厚方向に貫通状に形成された開口部の開口内壁面であるのが好ましい。第１の溶接対象物の板側面が板端面である場合、溶接予定領域に含まれるこの板端面の位置情報を用いてレーザ溶接条件が設定される。これに対して、第１の溶接対象物の板側面が開口内壁面である場合、溶接予定領域に含まれるこの開口内壁面の位置情報を用いてレーザ溶接条件が設定される。これにより、上記のレーザ溶接処理を少なくとも２つの溶接態様に効果的に適用することができる。

以上のように、本発明によれば、金属製の溶接対象物同士の間に隙間がある場合でも溶接対象物同士をレーザ溶接によって確実に接合することが可能になった。

図１は、本実施の形態のレーザ溶接システム１００のシステム構成図である。 図２は、レーザ溶接処理のフローチャートを示す図である。 図３は、図２中のステップＳ１０１〜ステップＳ１０３までに対応する処理の様子を模式的に示す図である。 図４は、図２中のステップＳ１０４に対応する処理の様子を模式的に示す図である。 図５は、本実施の形態のレーザ溶接処理の評価結果を示す図である。 図６は、本実施の形態の溶接継手Ｂの特徴を比較例とともに示す図である。 図７は、本実施の形態のレーザ溶接処理の評価結果を示す図である。 図８は、本実施の形態のレーザ溶接処理におけるレーザ光ＬｂのビームプロファイルＢＰを示す図である。 図９は、図８に示すビームプロファイルＢＰを実現するための手法について説明する図である。 図１０は、図９に示す形態の変更例を示す図である。 図１１は、第１の溶接態様を示す図である。 図１２は、第２の溶接態様を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態のレーザ溶接システム１００は、いずれも金属製の第１の板材Ｗ１（レーザ照射側に位置する上側の金属板材）と第２の板材Ｗ２（上側の板材のレーザ照射側とは反対側に位置する下側の金属板材）とをレーザ溶接で互いに接合するためのシステムである。この場合、２つの板材Ｗ１，Ｗ２は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙによって規定される平面上に延在し、且つ板厚方向である第３方向Ｚについて互いに重ねられて接合される。ここでいう第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２がそれぞれ、本発明の「第１の溶接対象物（金属板材）」及び「第２の溶接対象物（金属板材）」に相当する。

本実施の形態では、第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２はともに亜鉛メッキ鋼板によって構成されている。このため、レーザ溶接時に生じるメッキ蒸気の逃げ道を確保する目的で、第１の板材Ｗ１の下方に第２の板材Ｗ２が重ねられた状態で、第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２との間に所定の板隙間寸法ｄの隙間１０２が設けられている。この場合、隙間１０２の板隙間寸法ｄが大きくなり過ぎると溶接不良が生じ易くなるため、隙間１０２の板隙間寸法ｄの管理が重要である。そこで、本実施の形態のレーザ溶接システム１００は、この板隙間寸法ｄを管理しつつレーザ溶接についての溶接品質を向上させる機能を果たす。

このレーザ溶接システム１００は、レーザ変位計１１０、レーザ発振器１２０、レーザ溶接ヘッド１３０及び制御装置１４０を備えている。このレーザ溶接システム１００は、第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２とをレーザ溶接によって互いに接合するためのレーザ溶接処理に使用される。

レーザ変位計１１０は、レーザ溶接前の溶接予定領域１０１についての情報（第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２との隙間１０２の板隙間寸法ｄ、及び第１の板材Ｗ１の板端面Ｗ１ｂの位置（以下、「板端面位置Ｐａ」ともいう））を測定する測定機としての機能を果たす。第１の板材Ｗ１の板端面Ｗ１ｂは、第１の板材Ｗ１の上面Ｗ１ａと交差する方向に延在する、第１の板材Ｗ１の板側面でもある。レーザ変位計１１０は、光源からのレーザ光Ｌａが測定対象物にて反射された反射光をイメージセンサ（半導体素子）で受光する既知のセンサを用いて構成されている。この場合、レーザ変位計１１０は、図１中の第１方向Ｘについての線状トレースによって、板隙間寸法ｄ及び板端面位置Ｐａを精度良く測定することができる。このレーザ変位計１１０は、制御装置１４０と電気的に接続されており、板隙間寸法ｄ及び第１の板材Ｗ１の位置ずれを示す測定情報Ｄ１が制御装置１４０に伝送される。

レーザ発振器１２０は、レーザを発生する機能を果たす既知の装置である。このレーザ発振器１２０で発生したレーザ光Ｌｂは、増幅媒体としてのレーザ伝送ファイバー１２１を通じてレーザ溶接ヘッド１３０から出力される。このレーザ発振器１２０は、レーザ溶接ヘッド１３０とともに、レーザ光Ｌｂを照射するための実質的なレーザ溶接装置を構成している。レーザ溶接ヘッド１３０は、典型的には、１個以上のミラーを使用してレーザ光を走査させる既知のガルバノスキャナを用いて構成される。このレーザ溶接ヘッド１３０は、第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２が重ねられた状態で、隙間１０２を挟んで第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２の双方にわたる所望の溶接予定領域１０１に向けて第１の板材Ｗ１よりも上方位置から板厚方向と交差する斜め方向にレーザ光Ｌｂを照射するように構成されている。

制御装置１４０は、レーザ変位計１１０から伝送された測定情報Ｄ１に基づいてレーザ発振器１２０及びレーザ溶接ヘッド１３０のそれぞれに対して指令信号Ｄ２及びＤ３を出力する。この場合、レーザ発振器１２０が指令信号Ｄ２に基づいて制御され、レーザ溶接ヘッド１３０が指令信号Ｄ３に基づいて制御される。この目的のため、制御装置１４０は、信号が入力される信号入力部、信号を出力するための信号出力部、測定情報やレーザ溶接条件等を記憶するための記憶部、入力された信号や予め記憶されている情報に基づいて演算処理を行う演算処理部等を備えている。

上記構成のレーザ溶接システム１００によるレーザ溶接処理については、図２〜図１２が参照される。

図２のステップＳ１０１によれば、隙間１０２の板隙間寸法ｄと第１の板材Ｗ１の板端面位置Ｐａがレーザ変位計１１０によって測定される。ステップＳ１０２によれば、制御装置１４０は、ステップＳ１０１で測定された測定結果（図１中の測定情報Ｄ１）に基づいてレーザ溶接条件を設定する。具体的には、予め設定されているレーザ溶接条件を補正する必要があるか否かについて判定する。レーザ溶接条件の補正が必要である場合（ステップＳ１０２のＹｅｓ場合）には、ステップＳ１０３において溶接条件の補正処理を実施した後にステップＳ１０４にすすむ。

ステップＳ１０３の補正処理では、制御装置１４０は、ステップＳ１０１の測定結果に応じた最適なレーザ溶接条件（レーザ光Ｌｂのレーザ照射強度（レーザ出力）、溶接速度（スキャン速度）、溶接位置（レーザ光Ｌｂの照射位置）、レーザ軌跡（レーザ走査形状）等）を導出し、現在のレーザ溶接条件をこの最適なレーザ溶接条件に補正して記憶する。

これに対して、レーザ溶接条件の補正が必要でない場合（ステップＳ１０２のＮｏの場合）には、ステップＳ１０３をスキップしてステップＳ１０４にすすむ。この場合、制御装置１４０は、記憶している現在のレーザ溶接条件を補正することなく最適なレーザ溶接条件とする。

ステップＳ１０４によれば、第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２とを実際に接合するためのレーザ溶接が実行される。具体的に説明すると、制御装置１４０は、記憶している最適なレーザ溶接条件を実現するための指令信号Ｄ２及びＤ３をそれぞれレーザ発振器１２０及びレーザ溶接ヘッド１３０に対して出力する。これにより、この最適なレーザ溶接条件のもとにレーザ溶接ヘッド１３０から出力されたレーザ光は、溶接予定領域１０１に照射されつつ図１中の第１方向Ｘに沿って所定の溶接速度でスキャンされる。

図２中のステップＳ１０３の補正処理によれば、第１の板材Ｗ１の板端面Ｗ１ｂの形状精度が低い場合、例えば板端面Ｗ１ｂの形状が図１中の第１方向Ｘについて変化している（位置ズレがある）場合であっても、ステップＳ１０１の測定結果に応じてレーザ軌跡を補正することによって対処することができる。具体的には、図３が参照されるように、第１の板材Ｗ１の板端面Ｗ１ｂのうち第１方向Ｘの異なる二箇所について板端面位置Ｐａが第１位置（二点鎖線で示される位置）から第２位置（実線で示される位置）へと変化している場合には、これに応じてレーザ溶接ヘッド１３０を制御してレーザ光Ｌｂの照射方向を第１方向（二点鎖線で示される方向）から第２方向（実線で示される方向）へと変更することができる。このようなレーザ光Ｌｂの照射方向の変更は、レーザ光Ｌａを用いて予め測定された板端面位置Ｐａの測定結果に基づいて実際のレーザ溶接時に実行されてもよいし、或いは実際のレーザ溶接時にレーザ光Ｌａを用いて並行して実施される板端面位置Ｐａの測定結果に基づいて実行されてもよい。これにより、第１の板材Ｗ１の板端面Ｗ１ｂの形状精度が低い場合であっても、板端面Ｗ１ｂの位置や形状に応じた最適な条件下でレーザ溶接を行うことによって、第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２との良好な接合状態を実現することができる。

図２中のステップＳ１０４のレーザ溶接では、図４に示されるように、溶接予定領域１０１に向けて斜め方向Ｃからレーザ光Ｌｂを照射し、且つ図１中の第１方向Ｘにレーザ光Ｌｂを移動させるようなレーザ照射方法を採用するのが好ましい。この場合、隙間１０２を挟んで第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２の双方にレーザ光Ｌｂが照射される。具体的に説明すると、第１の板材Ｗ１では、上面Ｗ１ａのうち板端面位置Ｐａから第２方向Ｙに沿って板内方へ距離Ｌだけシフトしたシフト位置Ｐｂまでの範囲にレーザ光Ｌｂが照射され、且つ板端面Ｗ１ｂの全体にレーザ光Ｌｂが照射される。第２の板材Ｗ２では、第１の板材Ｗ１の板端面Ｗ１ｂの下方に位置する領域にレーザ光Ｌｂが照射される。

上記のレーザ照射方法によれば、第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２のそれぞれの溶融金属が隙間１０２に入り込んで固化することによって、第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２とを接合する溶接継手、即ち隙間１０２を塞ぐ溶接継手（「溶接ビード」ともいう）Ｂが形成される。このような溶接継手Ｂは「重ね隅肉継手」とも称呼される。その結果、アーク溶接に比べてエネルギー密度が高く、高速且つ低歪みで精密な溶接が可能なレーザ溶接を用いることによって、第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２との間に隙間１０２を設ける必要がある場合でも、２つの板材Ｗ１，Ｗ２をレーザ溶接によって確実に接合することが可能になる。この場合、第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２は、レーザ照射時の入熱による金属溶融によって、フィラーワイヤ等の別部材を使用することなく互いに接合される。

第１の板材Ｗ１の溶融金属が隙間１０２に入り込む過程では、この溶融金属は、第１の板材Ｗ１のうちシフト位置Ｐｂよりも板内方の未溶融の部位のみによって支持される。即ち、第１の板材Ｗ１の溶融金属は、第２方向Ｙについての片側のみが支持される、所謂「片持ち梁」のような形態をなす。この形態によれば、所謂「両持ち梁」のような形態である重ね継手と比べると、第１の板材Ｗ１の溶融金属は表面張力が弱まり易く第２の板材Ｗ２側へ垂れ易い。このため、重ね隅肉継手の場合は、重ね継手の場合に比べて、溶融金属を引き上げる力が低いため、隙間１０２を確実に塞ぐのに有効であるという作用効果を奏する。この作用効果について具体的には図５の評価結果が参照される。

図５の評価結果によれば、重ね隅肉継手の場合には、第１の板材Ｗ１の溶融金属が片側のみから支持されることによってブリッジを形成し難く、第２の板材Ｗ２側へ垂れ易い。これに対して、重ね継手の場合には、第１の板材Ｗ１の溶融金属が両側から支持されることによってブリッジを形成し易く、第２の板材Ｗ２側へ垂れ難い。その結果、重ね隅肉継手の場合は、第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２とを確実に接合可能な最大許容隙間寸法を、重ね継手の場合のｄ１［ｍｍ］からｄ２［ｍｍ］まで引き上げることが可能になる。一例として、最大許容隙間寸法ｄ１を０．３［ｍｍ］としたとき、最大許容隙間寸法ｄ２を０．７［ｍｍ］とすることができる。

また、第２の板材Ｗ２が板厚の相違等によって第１の板材Ｗ１よりも低強度であるときには、図４に示されるように、溶接継手Ｂに係る第１対向面Ａ１と第２の板材Ｗ２に係る第２対向面Ａ２とのなす角度θが鈍角となるようにレーザ溶接条件が設定されるのが好ましい。この場合、溶接継手Ｂが隙間１０２に面する対向面が第１対向面Ａ１であり、第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２のうち相対的に強度の低い方の板材Ｗ２（低強度溶接対象物）が隙間１０２に面する対向面が第２対向面Ａ２である。要するに、溶接継手Ｂは、第１対向面Ａ１と第２対向面Ａ２とのなす角度θが鈍角となるような断面形状を有するのが好ましい。

また、本実施の形態では、図６の左側に示されるように、溶接継手Ｂが第１対向面Ａ１と第２対向面Ａ２との境界部分（境界点Ｍ）から第１対向面Ａ１に沿って強度の低い方の板材Ｗ２（低強度溶接対象物）側に入り込むようにレーザ溶接条件を設定するのが好ましい。この場合、溶接継手Ｂは、板材Ｗ２においては境界点Ｍを通り板厚方向である第３方向Ｚに延在する境界線Ａ３よりも板内方（図６中の左側の領域）に突出する（「まわり込む」ともいう）突出部Ｂａを備える。このような構成によれば、第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２に第３方向Ｚについて互いに離間するような荷重が作用した荷重作用時に第１対向面Ａ１と第２対向面Ａ２との境界部分（境界点Ｍ）に生じるき裂の進展を遅らせることができ、その結果、荷重作用時の疲労強度が高くなる。これに対して、図６の右側に示される比較例では、溶接継手Ｂは、板材Ｗ２においては境界線Ａ３よりも板外方（図６中の右側の領域）に存在するのみで、突出部Ｂａのような部位を備えていない。この比較例の場合には、前述の荷重作用時に第１対向面Ａ１と第２対向面Ａ２との境界部分（境界点Ｍ）からき裂が進展し易くなり、その結果、本実施の形態に比べて荷重作用時の疲労強度が低くなる。

この目的のために、板材Ｗ１，Ｗ２に対してレーザ光Ｌｂを斜め方向Ｃから照射することによって、溶接継手Ｂの断面形状が斜め方向Ｃに向かう凸形状となるようにすることができる。或いは、レーザ光Ｌｂの照射方向にかかわらず、溶融金属に風を作用させて斜め方向Ｃに流動させるような手法によって溶接継手Ｂの断面形状を定めるようにしてもよい。角度θが鋭角である場合、溶接継手Ｂと低強度側の第２の板材Ｗ２との境界部分に応力が集中し易くなり当該境界部分の疲労強度が低下する。これに対して、本実施形態のように、角度θが鈍角になるようにすることで、また溶接継手Ｂに突出部Ｂａを設けることで、溶接継手Ｂと第２の板材Ｗ２との境界部分に生じる応力集中が緩和されるため当該境界部分の疲労強度を向上させることができるという作用効果を奏する。この作用効果について具体的には図７の評価結果が参照される。

図７中の評価では、３つの形態Ｃ１〜Ｃ３について、溶接継手Ｂを介して接続された第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２に対して互いに離間する方向の荷重を入力することによって疲労強度を測定した。図７中のグラフでは、縦軸が１回あたりに入力される荷重Ｓ［Ｎ］を示しており、横軸が荷重の入力回数ｎ「回」を示している。この場合、第１の板材Ｗ１が第２の板材Ｗ２よりも低強度となるように構成した。第１の形態Ｃ１は、上記の角度θが鈍角となるように板材Ｗ１，Ｗ２に対してレーザ光Ｌｂが斜め方向から照射されたレーザ溶接によるものである。第２の形態Ｃ２は、上記の角度θが鋭角となるように板材Ｗ１，Ｗ２に対してレーザ光Ｌｂが面直方向（垂直方向）から照射されたレーザ溶接によるものである。一方で、第３の形態Ｃ３は、アーク溶接によるものである。これら３つの形態Ｃ１〜Ｃ３を比較した場合、角度θが鈍角となるようにレーザ光Ｌｂが照射されるレーザ溶接（第１の形態Ｃ１）を用いることによって、疲労強度を向上させることが可能であることが確認された。

上記のレーザ照射方法（図２中のステップＳ１０４）では、レーザ光Ｌｂが第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２の双方に一度に照射され、且つ斜め方向に照射される場合、レーザ照射位置がずれると第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２との間における溶融金属量のバランスが大幅に変わるため、レーザ溶接性能が低下することが想定される。そこで、レーザ溶接性能の更なるレベルアップを図るべく、レーザ発振器１２０及びレーザ溶接ヘッド１３０を制御することによってレーザ光Ｌｂのビームプロファイル（入熱分布）を適正化するのが好ましい。例えば、図８に示されるように、レーザ照射側である第１の板材Ｗ１に供給される単位面積あたりの入熱量が、第２の板材Ｗ２に供給される単位面積あたりの入熱量を上回るようなビームプロファイルＢＰを採用することができる。

より具体的に説明すると、第１の板材Ｗ１に対しては、レーザ変位計１１０によって測定された隙間１０２の板隙間寸法ｄや第１の板材Ｗ１の板端面位置Ｐａに応じて、隙間１０２を塞ぐのに十分な量の溶融金属を第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２との間で適正なバランスで発生させるような入熱分布が適用される。即ち、第１の板材Ｗ１に対しては、板隙間寸法ｄに応じた溶融金属量が確保できるような入熱分布（例えば、板隙間寸法ｄが相対的に大きい部位に対しては隙間１０２に溶融金属が垂れる量が増えるような入熱分布）が適用される。また、第２の板材Ｗ２に対しては、第１の板材Ｗ１の溶融金属との間でブリッジを形成する程度に板材を溶融させ、且つ板材自体に穴あきを生じさせないような入熱分布が適用される。このようなビームプロファイルＢＰによれば、第１の板材Ｗ１及び第２の板材Ｗ２のそれぞれに必要な入熱量を適正に供給することができる。

更に、このビームプロファイルの適正化処理を、図２中のステップＳ１０３の補正処理と組み合わせることによって、第１の板材Ｗ１の板端面Ｗ１ｂの形状精度が低い場合であっても、この板端面Ｗ１ｂの形状に追従するようにビームプロファイルＢＰを変更することによって、第１の板材Ｗ１と第２の板材Ｗ２とを確実に接合することができる。

上記のビームプロファイルＢＰを実現するために、例えば図９に示されるような手法を採用することができる。図９に示される手法では、レーザ照射強度や溶接速度等を調整しつつ、レーザ光Ｌｂを所定の回転軸を中心に矢印Ｒ１方向に円形状に走査することができる。或いは、レーザ照射強度や溶接速度等を調整しつつ、レーザ光Ｌｂを矢印Ｒ２方向に沿ってジグザグ状に走査することができる。また、図９に示す形態の変更例として、図１０に示されるように、第１の板材Ｗ１に照射されるレーザ光Ｌｂ１（ビームプロファイルＢＰ１）と第２の板材Ｗ２に照射されるレーザ光Ｌｂ２（ビームプロファイルＢＰ２）の双方を用いることもできる。この場合、２つのレーザ光Ｌｂ１，Ｌｂ２は、それぞれが別個の光源から照射されたものであってもよいし、或いは１つの光源がスプリッタ（分割手段）で分割されて照射されたものであってもよい。

上記のレーザ溶接処理を、図１１及び図１２に示されるような２つの溶接態様に少なくとも効果的に適用することができる。図１１に示される第１の溶接態様は、前記の各図面に示すレーザ溶接に対応したものであり、第１の板材Ｗ１の板端面（板側面）Ｗ１ｂが溶接予定領域１０１に含まれる。この場合、板端面Ｗ１ｂの位置情報を用いてレーザ溶接条件を設定することができる。この条件下でのレーザ溶接によれば、概して第１の板材Ｗ１の板端面Ｗ１ｂと第２の板材Ｗ２の上面Ｗ２ａとによって区画される領域に溶接継手Ｂが形成される。

これに対して、図１２に示される第２の溶接態様は、別の板側面の位置情報を用いてレーザ溶接条件を設定する例である。この場合、第１の板材Ｗ１の板厚方向（第３方向Ｚ）に貫通状に形成された開口部１０３の開口内壁面Ｗ１ｂ’の位置情報を用いてレーザ溶接条件を設定することができる。開口内壁面Ｗ１ｂ’は、板端面Ｗ１ｂと同様に第１の板材Ｗ１の板側面でもある。この目的のため、第１の板材Ｗ１に予め開口部１０３に開口形成するステップを設けるのが好ましい。この条件下でのレーザ溶接によれば、概して第１の板材Ｗ１の開口部１０３の開口内壁面Ｗ１ｂ’と第２の板材Ｗ２の上面Ｗ２ａとによって区画される領域に溶接継手Ｂ’が形成される。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記実施の形態では、金属製の２つの板材Ｗ１，Ｗ２をレーザ溶接によって接合する場合について記載したが、本発明では、２つの板材Ｗ１，Ｗ２のうちの少なくとも一方が板材以外の溶接対象物、例えば金属製のブロック状の部材として構成されてもよい。

上記実施の形態では、隙間１０２の板隙間寸法ｄと第１の板材Ｗ１の板端面Ｗ１ｂの位置との双方の情報に基づいてレーザ溶接条件が設定される場合について記載したが、本発明では、隙間１０２の板隙間寸法ｄと第１の板材Ｗ１の板端面Ｗ１ｂの位置との少なくとも一方の情報に基づいてレーザ溶接条件が設定されてもよい。

上記実施の形態では、溶接継手Ｂに対する鈍角の規定対象を、第１の板材Ｗ１よりも低強度である第２の板材Ｗ２とする場合について記載したが、第１の板材Ｗ１が第２の板材Ｗ２である場合には、鈍角の規定対象を第１の板材Ｗ１にすることができる。

上記の実施形態や種々の変更例の記載に基づいた場合、本発明では以下の各態様（アスペクト）を採り得る。

本発明では、
「金属製の溶接対象物同士をレーザ溶接によって接合するためのレーザ溶接システムであって、
第１の溶接対象物の下方に隙間を隔てて第２の溶接対象物が配置された状態で、前記隙間を挟んで前記第１の溶接対象物及び前記第２の溶接対象物の双方にわたる溶接予定領域に向けて前記第１の溶接対象物よりも上方位置からレーザ光を照射するためのレーザ溶接装置と、
前記レーザ溶接装置を制御する制御装置と、
を含む、レーザ溶接システム。」という態様（態様１）を採り得る。

本発明では、
「前記態様１に記載のレーザ溶接システムであって、
前記制御装置は、前記溶接予定領域に前記第１の溶接対象物と前記第２の溶接対象物とを接合する溶接継手が形成された状態で、前記溶接継手が前記隙間に面する第１対向面と前記第１の溶接対象物及び前記第２の溶接対象物のうち相対的に強度の低い方の低強度溶接対象物が前記隙間に面する第２対向面とのなす角度が鈍角となるように、前記レーザ溶接装置におけるレーザ溶接条件を設定する、レーザ溶接システム。」という態様（態様２）を採り得る。

本発明では、
「前記態様１又は２に記載のレーザ溶接システムであって、
前記第１の溶接対象物及び前記第２の溶接対象物はいずれも、前記隙間を挟んで互いに板厚方向について重ねられる金属板材であり、
更に、前記溶接予定領域のうち前記隙間の板隙間寸法と前記第１の溶接対象物の板側面の位置との少なくとも一方の情報を測定する測定機を備え、
前記制御装置は、前記測定機によって測定された情報に基づいて、前記レーザ溶接装置におけるレーザ溶接条件を設定する、レーザ溶接システム。」という態様（態様３）を採り得る。

１００…レーザ溶接システム、１０１…溶接予定領域、１０２…隙間、１０３…開口、１１０…レーザ変位計、１２０…レーザ発振器、１２１…レーザ伝送ファイバー、１３０…レーザ溶接ヘッド、１４０…制御装置

Claims (4)

1. 金属製の溶接対象物同士をレーザ溶接によって接合するためのレーザ溶接方法であって、
   第１の溶接対象物の下方に隙間を隔てて第２の溶接対象物が配置された状態で、前記隙間を挟んで前記第１の溶接対象物及び前記第２の溶接対象物の双方にわたる溶接予定領域に向けて前記第１の溶接対象物よりも上方位置からレーザ光を照射することにより前記第１の溶接対象物と前記第２の溶接対象物とを接合するレーザ溶接方法において、
   前記溶接予定領域に前記第１の溶接対象物と前記第２の溶接対象物とを接合する溶接継手が形成された状態で、前記溶接継手が前記隙間に面する第１対向面と前記第１の溶接対象物及び前記第２の溶接対象物のうち相対的に強度の低い方の低強度溶接対象物が前記隙間に面する第２対向面とのなす角度が鈍角となるようにレーザ溶接条件を設定する、レーザ溶接方法。
2. 請求項１に記載のレーザ溶接方法であって、
   前記第１の溶接対象物及び前記第２の溶接対象物はいずれも、前記隙間を挟んで互いに板厚方向について重ねられる金属板材であり、
   前記溶接予定領域のうち前記隙間の板隙間寸法と前記第１の溶接対象物の板側面の位置との少なくとも一方の情報に基づいてレーザ溶接条件を設定する、レーザ溶接方法。
3. 請求項２に記載のレーザ溶接方法であって、
   前記第１の溶接対象物よりも上方位置から前記板厚方向と交差する斜め方向に前記レーザ光を照射し、且つ前記第１の溶接対象物の単位面積あたりの入熱量が前記第２の溶接対象物の単位面積あたりの入熱量を上回るように当該レーザ光のビームプロファイルを制御する、レーザ溶接方法。
4. 請求項２又は３に記載のレーザ溶接方法であって、
   前記第１の溶接対象物の前記板側面は、当該第１の溶接対象物の板端面、或いは当該第１の溶接対象物の板厚方向に貫通状に形成された開口部の開口内壁面である、レーザ溶接方法。
   

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