特開 2023-163707 レーザ溶接装置、レーザ溶接プログラム、及びレーザ溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023163707

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】レーザ溶接装置、レーザ溶接プログラム、及びレーザ溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20231102BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 F

B23K26/21 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022074782

(22)【出願日】2022-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】391009833

【氏名又は名称】株式会社ナ・デックス

(74)【代理人】

【識別番号】100153981

【弁理士】

【氏名又は名称】衛藤 寛啓

(72)【発明者】

【氏名】水谷 春樹

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA02

4E168DA13

4E168DA37

4E168EA02

4E168EA09

4E168KA04

(57)【要約】

【課題】隙間が存在する２つの金属板間の溶接品質を高められるレーザ溶接装置を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、第１金属板と第２金属板とを溶接するレーザ溶接装置である。レーザ溶接装置は、第１金属板及び第２金属板に対し、第１レーザ光と第２レーザ光とを照射する加工ヘッドと、第１レーザ光によって第１金属板に溶融池を形成しつつ、第２レーザ光によって第１金属板と第２金属板とを溶接するように加工ヘッドを制御する制御装置と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１金属板と第２金属板とを溶接するレーザ溶接装置であって、
前記第１金属板及び前記第２金属板に対し、第１レーザ光と第２レーザ光とを照射する加工ヘッドと、
前記第１レーザ光によって前記第１金属板に溶融池を形成しつつ、前記第２レーザ光によって前記第１金属板と前記第２金属板とを溶接するように前記加工ヘッドを制御する制御装置と、
を備える、レーザ溶接装置。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ溶接装置であって、
前記制御装置は、前記第１金属板と前記第２金属板との突合せ部分に前記第２レーザ光を照射させると共に、前記第１金属板のうち前記突合せ部分よりも鉛直方向において上方に位置する領域に前記第１レーザ光を照射させる、レーザ溶接装置。

【請求項3】

請求項１に記載のレーザ溶接装置であって、
前記制御装置は、前記第１金属板のうち前記第２金属板と重なった部分に前記第１レーザ光を照射させると共に、前記第１金属板のうち前記第１レーザ光の照射領域と溶接方向に沿って並ぶ領域に前記第２レーザ光を照射させる、レーザ溶接装置。

【請求項4】

第１レーザ光と第２レーザ光とを照射する加工ヘッドによる第１金属板と第２金属板とのレーザ溶接に用いられるレーザ溶接プログラムであって、
前記第１レーザ光によって前記第１金属板に溶融池を形成しつつ、前記第２レーザ光によって前記第１金属板と前記第２金属板とを溶接するように前記加工ヘッドを制御することをコンピュータに実行させる、レーザ溶接プログラム。

【請求項5】

第１レーザ光と第２レーザ光とを照射する加工ヘッドを用いた第１金属板と第２金属板とのレーザ溶接方法であって、
前記第１レーザ光によって前記第１金属板に溶融池を形成しつつ、前記第２レーザ光によって前記第１金属板と前記第２金属板とを溶接する工程を備える、レーザ溶接方法。

【請求項6】

第１金属板と第２金属板とを溶接するレーザ溶接装置であって、
前記第１金属板及び前記第２金属板に対し、レーザ光を照射する加工ヘッドと、
溶接方向と交差する方向に前記レーザ光の照射位置を変化させることで、少なくとも前記第１金属板に溶融池を形成しつつ、前記第１金属板と前記第２金属板とを溶接するように前記加工ヘッドを制御する制御装置と、
を備える、レーザ溶接装置。

【請求項7】

請求項６に記載のレーザ溶接装置であって、
前記制御装置は、前記第１金属板と前記第２金属板との突合せ部分における前記レーザ光による照射エネルギを、前記第１金属板のうち前記突合せ部分よりも鉛直方向において上方に位置する領域における前記レーザ光による照射エネルギよりも大きくする、レーザ溶接装置。

【請求項8】

請求項６に記載のレーザ溶接装置であって、
前記制御装置は、前記第１金属板と前記第２金属板とが重なった部分のうち第１領域における前記レーザ光による照射エネルギを、前記第１領域周辺の第２領域における前記レーザ光による照射エネルギよりも大きくする、レーザ溶接装置。

【請求項9】

レーザ光を照射する加工ヘッドによる第１金属板と第２金属板とのレーザ溶接に用いられるレーザ溶接プログラムであって、
溶接方向と交差する方向に前記レーザ光の照射位置を変化させることで、少なくとも前記第１金属板に溶融池を形成しつつ、前記第１金属板と前記第２金属板とを溶接するように前記加工ヘッドを制御することをコンピュータに実行させる、レーザ溶接プログラム。

【請求項10】

レーザ光を照射する加工ヘッドを用いた第１金属板と第２金属板とのレーザ溶接方法であって、
溶接方向と交差する方向に前記レーザ光の照射位置を変化させることで、少なくとも前記第１金属板に溶融池を形成しつつ、前記第１金属板と前記第２金属板とを溶接する工程を備える、レーザ溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ溶接装置、レーザ溶接プログラム、及びレーザ溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

２つの金属板を接合するレーザ溶接において、溶接品質を向上させるための種々の手法が考案されている。例えば、重ね溶接における隙間を埋めるために溶融部を形成してからウェービングを行う手法（特許文献１参照）、突合せ溶接においてウェービングによってスパッタを低減する手法（特許文献２参照）等が存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－０６２６８２号公報

【特許文献2】特開２０２１－１３３４１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の溶融部の形成後にウェービングを行う手法では、溶接の長さに限界が生じる。また、上述の突合せ溶接におけるウェービングでは、金属板間の隙間によって溶接欠陥が生じ得る。

【0005】

本開示の一局面は、隙間が存在する２つの金属板間の溶接品質を高められるレーザ溶接装置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】

本開示の一態様は、第１金属板と第２金属板とを溶接するレーザ溶接装置である。レーザ溶接装置は、第１金属板及び第２金属板に対し、第１レーザ光と第２レーザ光とを照射する加工ヘッドと、第１レーザ光によって第１金属板に溶融池を形成しつつ、第２レーザ光によって第１金属板と第２金属板とを溶接するように加工ヘッドを制御する制御装置と、を備える。

【0007】

このような構成によれば、溶接部に溶融金属を供給する溶融池の形成と、第１金属板と第２金属板との溶接とが同時に進行する。そのため、溶接長が制限されることなく、溶融金属によって隙間を埋めながら第１金属板と第２金属板とを接合できる。結果として、隙間が存在する２つの金属板間の溶接品質を高められる。

【0008】

本開示の一態様では、制御装置は、第１金属板と第２金属板との突合せ部分に第２レーザ光を照射させると共に、第１金属板のうち突合せ部分よりも鉛直方向において上方に位置する領域に第１レーザ光を照射させてもよい。このような構成によれば、突合せ溶接において、第１金属板と第２金属板との隙間に溶融金属を効率よく供給しつつ、第１金属板と第２金属板とを接合できる。

【0009】

本開示の一態様では、制御装置は、第１金属板のうち第２金属板と重なった部分に第１レーザ光を照射させると共に、第１金属板のうち第１レーザ光の照射領域と溶接方向に沿って並ぶ領域に第２レーザ光を照射させてもよい。このような構成によれば、重ね溶接において、第１金属板と第２金属板との隙間に溶融金属を効率よく供給しつつ、第１金属板と第２金属板とを接合できる。

【0010】

本開示の別の態様は、第１レーザ光と第２レーザ光とを照射する加工ヘッドによる第１金属板と第２金属板とのレーザ溶接に用いられるレーザ溶接プログラムである。レーザ溶接プログラムは、第１レーザ光によって第１金属板に溶融池を形成しつつ、第２レーザ光によって第１金属板と第２金属板とを溶接するように加工ヘッドを制御することをコンピュータに実行させる。

【0011】

本開示の別の態様は、第１レーザ光と第２レーザ光とを照射する加工ヘッドを用いた第１金属板と第２金属板とのレーザ溶接方法である。レーザ溶接方法は、第１レーザ光によって第１金属板に溶融池を形成しつつ、第２レーザ光によって第１金属板と第２金属板とを溶接する工程を備える。

【0012】

これらのような構成によれば、溶接長が制限されることなく、溶融金属によって隙間を埋めながら第１金属板と第２金属板とを接合できるため、隙間が存在する２つの金属板間の溶接品質を高められる。

【0013】

本開示の一態様は、第１金属板と第２金属板とを溶接するレーザ溶接装置である。レーザ溶接装置は、第１金属板及び第２金属板に対し、レーザ光を照射する加工ヘッドと、溶接方向と交差する方向にレーザ光の照射位置を変化させることで、少なくとも第１金属板に溶融池を形成しつつ、第１金属板と第２金属板とを溶接するように加工ヘッドを制御する制御装置と、を備える。

【0014】

このような構成によれば、溶接部に溶融金属を供給する溶融池の形成と、第１金属板と第２金属板との溶接とが同時に進行する。そのため、溶接長が制限されることなく、溶融金属によって隙間を埋めながら第１金属板と第２金属板とを接合できる。結果として、隙間が存在する２つの金属板間の溶接品質を高められる。

【0015】

本開示の一態様では、制御装置は、第１金属板と第２金属板との突合せ部分におけるレーザ光による照射エネルギを、第１金属板のうち突合せ部分よりも鉛直方向において上方に位置する領域におけるレーザ光による照射エネルギよりも大きくしてもよい。このような構成によれば、突合せ溶接において、第１金属板と第２金属板との隙間に溶融金属を効率よく供給しつつ、第１金属板と第２金属板とを接合できる。

【0016】

本開示の一態様では、制御装置は、第１金属板と第２金属板とが重なった部分のうち第１領域におけるレーザ光による照射エネルギを、第１領域周辺の第２領域におけるレーザ光による照射エネルギよりも大きくしてもよい。このような構成によれば、重ね溶接において、第１金属板と第２金属板との隙間に溶融金属を効率よく供給しつつ、第１金属板と第２金属板とを接合できる。

【0017】

本開示の別の態様は、レーザ光を照射する加工ヘッドによる第１金属板と第２金属板とのレーザ溶接に用いられるレーザ溶接プログラムである。レーザ溶接プログラムは、溶接方向と交差する方向にレーザ光の照射位置を変化させることで、少なくとも第１金属板に溶融池を形成しつつ、第１金属板と第２金属板とを溶接するように加工ヘッドを制御することをコンピュータに実行させる。

【0018】

本開示の別の態様は、レーザ光を照射する加工ヘッドを用いた第１金属板と第２金属板とのレーザ溶接方法である。レーザ溶接方法は、溶接方向と交差する方向にレーザ光の照射位置を変化させることで、少なくとも第１金属板に溶融池を形成しつつ、第１金属板と第２金属板とを溶接する工程を備える。

【0019】

これらのような構成によれば、溶接長が制限されることなく、溶融金属によって隙間を埋めながら第１金属板と第２金属板とを接合できるため、隙間が存在する２つの金属板間の溶接品質を高められる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、実施形態におけるレーザ溶接装置の模式図である。

【図2】図２Ａは、図１のレーザ溶接装置による溶接の状態を示す模式的な平面図であり、図２Ｂは、図１のレーザ溶接装置による溶接の状態を示す模式的な断面図である。

【図3】図３は、図１とは異なる実施形態におけるレーザ溶接装置の模式図である。

【図4】図４Ａは、図３のレーザ溶接装置による溶接の状態を示す模式的な平面図であり、図４Ｂは、図３のレーザ溶接装置による溶接の状態を示す模式的な断面図である。

【図5】図５は、図１とは異なる実施形態におけるレーザ溶接装置の模式図である。

【図6】図６Ａは、図５のレーザ溶接装置による溶接の状態を示す模式的な平面図であり、図６Ｂは、図５のレーザ溶接装置による溶接の状態を示す模式的な断面図である。

【図7】図７Ａ及び図７Ｂは、図５のレーザ溶接装置における照射エネルギの調整手法を示す模式図である。

【図8】図８は、図１とは異なる実施形態におけるレーザ溶接装置の模式図である。

【図9】図９Ａは、図８のレーザ溶接装置による溶接の状態を示す模式的な平面図であり、図９Ｂは、図８のレーザ溶接装置による溶接の状態を示す模式的な断面図である。

【図10】図１０Ａ及び図１０Ｂは、図８のレーザ溶接装置における照射エネルギの調整手法を示す模式図である。

【図11】図１１は、図１とは異なる実施形態におけるレーザ溶接装置におけるレーザ光の照射状態を示す模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示すレーザ溶接装置１は、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを突合せ溶接する装置である。

【0022】

加工される第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２は、端面同士が突き合わされるように配置される。レーザ溶接装置１は、レーザ供給部２と、加工ヘッド３と、制御装置４とを備える。

【0023】

＜レーザ供給部＞
レーザ供給部２は、レーザ光を生成して加工ヘッド３に供給する装置である。レーザ供給部２は、電源と、発振回路とを備える。レーザ供給部２が発生させるレーザ光のエネルギ分布のパターンは特に限定されない。

【0024】

＜加工ヘッド＞
加工ヘッド３は、レーザ供給部２から供給されたレーザ光を、上方から第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との接合部分に照射する。加工ヘッド３は、第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２に対し、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とを独立して照射可能に構成されている。

【0025】

第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２は、例えば、レーザ供給部２から供給されたレーザ光を分配素子によって分割することで生成される。分配素子としては、例えばナイフエッジを有するミラー、鏡面を有するプリズム等の光学素子（つまりビームスプリッタ）が使用できる。

【0026】

加工ヘッド３は、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２それぞれの照射強度（つまり照射エネルギ）、焦点位置、照射角度等のパラメータを個別に調整する。これらのパラメータは、例えば、レーザ供給部２の出力、及び加工ヘッド３内に設けられたミラー、集光レンズ等の光学素子の位置又は方向の制御によって調整される。

【0027】

＜制御装置＞
制御装置４は、レーザ供給部２及び加工ヘッド３を制御するように構成されている。制御装置４は、例えば、プロセッサと、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶媒体と、入出力部とを備えるコンピュータにより構成される。

【0028】

制御装置４は、レーザ供給部２が供給するレーザ光の強度等のプロファイルを設定する。また、制御装置４は、レーザ溶接プログラムに基づいて、図２Ａに示すように、第１レーザ光Ｌ１によって第１金属板Ｐ１に第１溶融池Ｍ１を形成しつつ、第２レーザ光Ｌ２によって第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを溶接するように加工ヘッド３を制御する。

【0029】

第２レーザ光Ｌ２は、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを溶接するように第２溶融池Ｍ２を形成する。第１レーザ光Ｌ１は、第２溶融池Ｍ２に溶融金属が流れ込む位置に第１溶融池Ｍ１を形成する。

【0030】

具体的には、図２Ｂに示すように、制御装置４は、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との突合せ部分に第２レーザ光Ｌ２を照射させると共に、第１金属板Ｐ１のうち突合せ部分よりも鉛直方向において上方に位置する領域に第１レーザ光Ｌ１を照射させる。

【0031】

本実施形態では、第１金属板Ｐ１は、第２金属板Ｐ２よりも厚みが大きい。また、第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２は、厚み方向が上下方向と平行となるように載置されている。そのため、第１金属板Ｐ１の上面は、第２金属板Ｐ２の上面よりも上方（つまり加工ヘッド３の近く）に位置する。

【0032】

また、本実施形態では、第１レーザ光Ｌ１の照射領域は、第２レーザ光Ｌ２の照射領域に対し、溶接方向Ｄと直交する方向（図２Ａ中の上下方向）に並んでいる。また、第１レーザ光Ｌ１の照射領域は、第２レーザ光Ｌ２の照射領域よりも大きい。

【0033】

ただし、第１レーザ光Ｌ１の照射領域は、第２レーザ光Ｌ２の照射領域と同じ大きさか、又は第２レーザ光Ｌ２の照射領域よりも小さくてもよい。また、第１レーザ光Ｌ１の照射エネルギと、第２レーザ光Ｌ２の照射エネルギとの大小関係は問われない。なお、第１レーザ光Ｌ１の照射エネルギは、アンダーフィル等の欠陥が発生しない大きさに設定される。

【0034】

第１レーザ光Ｌ１が照射された領域では、第１金属板Ｐ１の溶融によって第１溶融池Ｍ１が形成される。第１溶融池Ｍ１内の溶融金属（つまり融液）は、表面張力及び重力によって第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との突合せ部分（つまり隙間Ｇ及び第２溶融池Ｍ２）に向かって流入する。

【0035】

第１レーザ光Ｌ１によって形成された溶融金属は、第１金属板Ｐ１から第２金属板Ｐ２に向かう流動方向Ｆに沿って、第２レーザ光Ｌ２の照射領域に対し溶接の進行方向後方の領域に供給される。

【0036】

その結果、第１溶融池Ｍ１から供給された溶融金属が、第２レーザ光Ｌ２の照射領域（つまり第２溶融池Ｍ２）における溶融金属と共に凝固して、溶接部Ｗを形成する。溶接部Ｗは、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との隙間Ｇを埋めつつ、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを接合する。

【0037】

本実施形態では、溶接部Ｗを形成する第２レーザ光Ｌ２の照射領域は、第１金属板Ｐ１の突合せ端部と、第２金属板Ｐ２の突合せ端部との双方と重なっている。ただし、第２レーザ光Ｌ２の照射領域は、第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２の一方の突合せ端部のみと重なっていてもよい。

【0038】

また、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との厚みは同じであってもよい。つまり、第１金属板Ｐ１の上面と、第２金属板Ｐ２との上面とが面一であってもよい。この場合、第１金属板Ｐ１の上面が第２金属板Ｐ２の上面よりも上方に位置するように、第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２を傾斜させることで、第１溶融池Ｍ１の溶融金属を突合せ部分に供給できる。

【0039】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２によって、溶接部に溶融金属を供給する第１溶融池Ｍ１の形成と、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との溶接とが同時に進行する。そのため、溶接長が制限されることなく、溶融金属によって隙間を埋めながら第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを接合できる。結果として、隙間が存在する２つの金属板間の溶接品質を高められる。

【0040】

（１ｂ）第１金属板Ｐ１のうち突合せ部分よりも鉛直方向において上方に位置する領域に第１レーザ光Ｌ１を照射させることで、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との隙間に溶融金属を効率よく供給しつつ、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを接合できる。

【0041】

（１ｃ）第１溶融池Ｍ１を形成する第１レーザ光Ｌ１が第１金属板Ｐ１に対して溶接方向以外に移動しないため、スパッタの発生が抑制される。そのため、溶接速度を高めることができる。また、加工条件と溶接結果との対応が把握し易いため、レーザ溶接プログラムの構築が比較的容易となる。

【0042】

［２．第２実施形態］
［２－１．構成］
図３に示すレーザ溶接装置１Ａは、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを重ね溶接する装置である。

【0043】

加工される第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２は、厚み方向に少なくとも一部が重なるように配置される。第１金属板Ｐ１は、第２金属板Ｐ２よりも上方（つまり加工ヘッド３の近く）に配置される。

【0044】

レーザ溶接装置１Ａは、レーザ供給部２と、加工ヘッド３と、制御装置４Ａとを備える。レーザ溶接装置１Ａのレーザ供給部２及び加工ヘッド３は、第１実施形態のレーザ溶接装置１のレーザ供給部２及び加工ヘッド３と同じものである。

【0045】

＜制御装置＞
制御装置４Ａは、実行されるレーザ溶接プログラムの詳細を除いて、第１実施形態の制御装置４と同じ構成を有する。

【0046】

制御装置４Ａは、レーザ溶接プログラムに基づいて、図４Ａに示すように、第１レーザ光Ｌ１によって第１金属板Ｐ１に第１溶融池Ｍ１を形成しつつ、第２レーザ光Ｌ２によって第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを溶接するように加工ヘッド３を制御する。

【0047】

第２レーザ光Ｌ２は、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを溶接するように第２溶融池Ｍ２を形成する。第１レーザ光Ｌ１は、第２溶融池Ｍ２に溶融金属が流れ込む位置に第１溶融池Ｍ１を形成する。

【0048】

具体的には、制御装置４Ａは、第１金属板Ｐ１のうち第２金属板Ｐ２と厚み方向において重なった部分に第１レーザ光Ｌ１を照射させると共に、第１金属板Ｐ１のうち第１レーザ光Ｌ１の照射領域と溶接方向Ｄに沿って並ぶ領域に第２レーザ光Ｌ２を照射させる。

【0049】

これにより、図４Ｂに示すように、第１溶融池Ｍ１内の溶融金属が、第２レーザ光Ｌ２が照射された領域に流動方向Ｆに沿って供給され、第２溶融池Ｍ２内の溶融金属と共に、第１金属板Ｐ１を貫通して第２金属板Ｐ２に到達する溶接部Ｗを形成する。

【0050】

図４Ａでは、第１レーザ光Ｌ１の照射領域を取り囲むように第２レーザ光Ｌ２の照射領域が形成されている。なお、第２レーザ光Ｌ２は、第１レーザ光Ｌ１の照射領域に重ねて照射されてもよい。また、第２レーザ光Ｌ２は、第１レーザ光Ｌ１の照射領域に対し溶接の進行方向前方の領域のみに照射されてもよいし、第１レーザ光Ｌ１の照射領域に対し溶接の進行方向後方の領域のみに照射されてもよい。

【0051】

つまり、第２レーザ光Ｌ２の照射領域は、必ずしも第１レーザ光Ｌ１の照射領域を取り囲まなくてもよいし、第１レーザ光Ｌ１の照射領域を溶接方向に沿って前後に挟まなくてもよい。

【0052】

［２－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）第１金属板Ｐ１のうち第１レーザ光Ｌ１の照射領域と溶接方向に沿って並ぶ領域に第２レーザ光Ｌ２を照射させることで、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との隙間に溶融金属を効率よく供給しつつ、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを接合できる。

【0053】

［３．第３実施形態］
［３－１．構成］
図５に示すレーザ溶接装置１Ｂは、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを突合せ溶接する装置である。加工される第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２の配置は、図１の第１実施形態と同じである。

【0054】

レーザ溶接装置１Ｂは、レーザ供給部２と、加工ヘッド３Ｂと、制御装置４Ｂとを備える。レーザ溶接装置１Ｂのレーザ供給部２は、第１実施形態のレーザ溶接装置１のレーザ供給部２と同じものである。

【0055】

＜加工ヘッド＞
加工ヘッド３Ｂは、レーザ供給部２から供給されたレーザ光を、上方から第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との接合部分に照射する。加工ヘッド３Ｂは、第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２に対し、単一のレーザ光Ｌを照射可能に構成されている。

【0056】

加工ヘッド３Ｂは、レーザ光Ｌの照射強度（つまり照射エネルギ）、焦点位置、照射角度等のパラメータを調整する。これらのパラメータは、例えば、レーザ供給部２の出力、及び加工ヘッド３Ｂ内に設けられたミラー、集光レンズ等の光学素子の位置又は方向の制御によって調整される。

【0057】

＜制御装置＞
制御装置４Ｂは、実行されるレーザ溶接プログラムの詳細を除いて、第１実施形態の制御装置４と同じ構成を有する。

【0058】

制御装置４Ｂは、レーザ供給部２が供給するレーザ光の強度等のプロファイルを設定する。また、制御装置４Ｂは、レーザ溶接プログラムに基づいて、図６Ａに示すように、溶接方向Ｄと交差する方向にレーザ光Ｌの照射位置を変化させることで、少なくとも第１金属板Ｐ１に第１溶融池Ｍ１を形成しつつ、第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２とを溶接するように加工ヘッド３Ｂを制御する。

【0059】

具体的には、制御装置４Ｂは、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との突合せ部分を含む第１領域Ｒ１におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギを、第１金属板Ｐ１のうち突合せ部分よりも鉛直方向において上方に位置する第２領域Ｒ２におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギよりも大きくする。

【0060】

制御装置４Ｂは、レーザ光Ｌの照射位置が、第１金属板Ｐ１の内側（つまり第１溶融池Ｍ１の形成領域）と第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との突合せ部分（つまり隙間Ｇ）との間を往復する「８の字」状の軌跡となるように加工ヘッド３Ｂを制御する。このようなレーザ光Ｌの制御によって、溶接方向Ｄに交差するジグザグ状の溶接軌跡が形成される。

【0061】

また、制御装置４Ｂは、レーザ光Ｌの出力（つまりパワー密度）を一定としたまま、第２領域Ｒ２におけるレーザ光Ｌの照射位置の移動速度を、第１領域Ｒ１におけるレーザ光Ｌの照射位置の移動速度よりも大きくする。これにより、第１金属板Ｐ１の内側におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギが、突合せ部分におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギよりも小さくなる。なお、第２領域Ｒ２におけるレーザ光Ｌの照射エネルギは、アンダーフィル等の欠陥が発生しない大きさとして設定される。

【0062】

図６Ｂに示すように、レーザ光Ｌによって第１金属板Ｐ１の内側で形成された溶融金属は、第１金属板Ｐ１から第２金属板Ｐ２に向かう流動方向Ｆに沿って、突合せ部分におけるレーザ光Ｌの軌跡に対し溶接の進行方向後方の領域に供給される。その結果、第１溶融池Ｍ１から供給された溶融金属が、突合せ部分に形成される第２溶融池Ｍ２の溶融金属と共に凝固して、溶接部Ｗを形成する。

【0063】

本実施形態では、レーザ光Ｌの軌跡は、第１金属板Ｐ１の突合せ端部と、第２金属板Ｐ２の突合せ端部との双方と重なっている。ただし、レーザ光Ｌの軌跡は、第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２の一方の突合せ端部のみと重なっていてもよい。

【0064】

また、制御装置４Ｂは、レーザ光Ｌの強度を位置によって変えることで、第１領域Ｒ１におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギを、第２領域Ｒ２におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギよりも大きくしてもよい。

【0065】

さらに、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、制御装置４Ｂは、レーザ光Ｌの照射位置を変えつつ、照射位置に対するレーザ光Ｌの焦点高さを変えることで、照射エネルギを変化させてもよい。

【0066】

図７Ａは、レーザ光Ｌの焦点位置を変えずに、レーザ光Ｌを溶接方向と交差する方向に往復揺動させることで、焦点高さを変える例である。この例では、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との突合せ部分にレーザ光Ｌの焦点が重なる。一方で、照射位置が突合せ部分から離れるほど焦点高さが大きくなり、金属板に与えられるエネルギが低下する。

【0067】

図７Ｂは、レーザ光Ｌの焦点位置を変えずにレーザ光Ｌ全体を上下方向に往復移動させながら照射位置を変えることで、焦点高さを変える例である。この例では、レーザ光Ｌの照射位置が第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との突合せ部分にあるときにレーザ光Ｌの焦点が最も低くなる（つまり突合せ部分と重なる）。一方で、照射位置が突合せ部分から離れるほどレーザ光Ｌの焦点高さが大きくなり、金属板に与えられるエネルギが低下する。

【0068】

［３－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（３ａ）第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との突合せ部分におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギを、第１金属板Ｐ１のうち突合せ部分よりも鉛直方向において上方に位置する領域におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギよりも大きくすることで、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との隙間に溶融金属を効率よく供給しつつ、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを接合できる。

【0069】

（３ｂ）単一のレーザ光で溶接を行うことができるため、複雑な形状の溶接にも対応できる。

【0070】

［４．第４実施形態］
［４－１．構成］
図８に示すレーザ溶接装置１Ｃは、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを重ね溶接する装置である。加工される第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２の配置は、図３の第２実施形態と同じである。

【0071】

レーザ溶接装置１Ｃは、レーザ供給部２と、加工ヘッド３Ｂと、制御装置４Ｃとを備える。レーザ溶接装置１Ｃのレーザ供給部２は、第１実施形態のレーザ溶接装置１のレーザ供給部２と同じものである。レーザ溶接装置１Ｃの加工ヘッド３Ｂは、第３実施形態のレーザ溶接装置１Ｂの加工ヘッド３Ｂと同じものである。

【0072】

＜制御装置＞
制御装置４Ｃは、実行されるレーザ溶接プログラムの詳細を除いて、第１実施形態の制御装置４と同じ構成を有する。

【0073】

制御装置４Ｃは、レーザ供給部２が供給するレーザ光の強度等のプロファイルを設定する。また、制御装置４Ｃは、レーザ溶接プログラムに基づいて、図９Ａに示すように、溶接方向Ｄと交差する方向にレーザ光Ｌの照射位置を変化させることで、少なくとも第１金属板Ｐ１に第１溶融池Ｍ１を形成しつつ、第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２とを溶接するように加工ヘッド３Ｂを制御する。

【0074】

具体的には、制御装置４Ｃは、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とが重なった部分のうち第１領域Ｒ１におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギを、第１領域Ｒ１周辺の第２領域Ｒ２におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギよりも大きくする。なお、第２領域Ｒ２におけるレーザ光Ｌの照射エネルギは、アンダーフィル等の欠陥が発生しない大きさとして設定される。

【0075】

制御装置４Ｃは、レーザ光Ｌの照射位置が、溶接方向Ｄと交差する方向に２つの円が連結された「８の字」状の軌跡となるように加工ヘッド３Ｂを制御する。この軌跡は、溶接の中心部（つまり溶接ビードの幅方向における中心部）で交差する。このようなレーザ光Ｌの制御によって、溶接方向Ｄに交差するジグザグ状の溶接軌跡が形成される。

【0076】

第１領域Ｒ１は、溶接の中心部を含む領域である。２つの第２領域Ｒ２は、それぞれレーザ光Ｌの照射位置の折り返し部分を含む領域であり、第１領域Ｒ１を溶接方向Ｄと直交する方向に挟んでいる。

【0077】

制御装置４Ｃは、レーザ光Ｌの出力（つまりパワー密度）を一定としたまま、２つの第２領域Ｒ２におけるレーザ光Ｌの照射位置の移動速度を、第１領域Ｒ１におけるレーザ光Ｌの照射位置の移動速度よりも大きくする。これにより、第２領域Ｒ２におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギが、第１領域Ｒ１におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギよりも小さくなる。

【0078】

図９Ｂに示すように、レーザ光Ｌによって第２領域Ｒ２で形成された２つの第１溶融池Ｍ１の溶融金属は、流動方向Ｆに沿って第１領域Ｒ１に供給され、第２溶融池Ｍ２内の溶融金属と共に第１金属板Ｐ１を貫通して第２金属板Ｐ２に到達する溶接部Ｗを形成する。

【0079】

制御装置４Ｃは、レーザ光Ｌの強度を位置によって変えることで、第１領域Ｒ１におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギを、第２領域Ｒ２におけるレーザ光Ｌによる照射エネルギよりも大きくしてもよい。

【0080】

さらに、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、制御装置４Ｃは、レーザ光Ｌの照射位置を変えつつ、照射位置に対するレーザ光Ｌの焦点高さを変えることで、照射エネルギを変化させてもよい。

【0081】

図１０Ａは、レーザ光Ｌの焦点位置を変えずに、レーザ光Ｌを溶接方向と交差する方向に往復揺動させることで、焦点高さを変える例である。この例では、第１領域Ｒ１にレーザ光Ｌの焦点が重なる。一方で、照射位置が第１領域Ｒ１から離れるほど焦点高さが大きくなり、金属板に与えられるエネルギが低下する。

【0082】

図１０Ｂは、レーザ光Ｌの焦点位置を変えずにレーザ光Ｌ全体を上下方向に往復移動させながら照射位置を変えることで、焦点高さを変える例である。この例では、レーザ光Ｌの照射位置が第１領域Ｒ１にあるときにレーザ光Ｌの焦点が最も低くなる（つまり第１金属板Ｐ１と重なる）。一方で、照射位置が第１領域Ｒ１から離れるほどレーザ光Ｌの焦点高さが大きくなり、金属板に与えられるエネルギが低下する。

【0083】

［４－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（４ａ）第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とが重なった部分のうち第１領域Ｒ１におけるレーザ光による照射エネルギを、第１領域Ｒ１周辺の第２領域Ｒ２におけるレーザ光による照射エネルギよりも大きくすることで、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との隙間に溶融金属を効率よく供給しつつ、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを接合できる。

【0084】

（４ｂ）レーザ光による溶接幅を大きくできるため、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２との隙間が大きくても溶接が可能である。

【0085】

［５．第５実施形態］
（第１レーザ溶接プログラム）
第１実施形態の制御装置４又は第２実施形態の制御装置４Ａを構成するコンピュータは、このコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録された第１レーザ溶接プログラムによって制御装置４，４Ａとしての機能を実行する。

【0086】

第１レーザ溶接プログラムは、コンピュータに、第１レーザ光Ｌ１によって第１金属板Ｐ１に第１溶融池Ｍ１を形成しつつ、第２レーザ光Ｌ２によって第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを溶接するように加工ヘッド３を制御することを実行させる。

【0087】

（第２レーザ溶接プログラム）
第３実施形態の制御装置４Ｂ又は第４実施形態の制御装置４Ｃを構成するコンピュータは、このコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録された第２レーザ溶接プログラムによって制御装置４Ｂ，４Ｃとしての機能を実行する。

【0088】

第２レーザ溶接プログラムは、コンピュータに、溶接方向と交差する方向にレーザ光Ｌの照射位置を変化させることで、少なくとも第１金属板Ｐ１に第１溶融池Ｍ１を形成しつつ、第１金属板Ｐ１及び第２金属板Ｐ２とを溶接するように加工ヘッド３Ｂを制御することを実行させる。

【0089】

［６．第６実施形態］
（第１レーザ溶接方法）
第１実施形態のレーザ溶接装置１又は第２実施形態のレーザ溶接装置１Ａにより、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とを照射する加工ヘッド３を用いた第１レーザ溶接方法が実施される。

【0090】

第１レーザ溶接方法は、第１レーザ光Ｌ１によって第１金属板Ｐ１に第１溶融池Ｍ１を形成しつつ、第２レーザ光Ｌ２によって第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを溶接する工程を備える。

【0091】

（第２レーザ溶接方法）
第３実施形態のレーザ溶接装置１Ｂ又は第４実施形態のレーザ溶接装置１Ｃにより、レーザ光Ｌを照射する加工ヘッド３Ｂを用いた第２レーザ溶接方法が実施される。

【0092】

第２レーザ溶接方法は、溶接方向と交差する方向にレーザ光Ｌの照射位置を変化させることで、少なくとも第１金属板Ｐ１に第１溶融池Ｍ１を形成しつつ、第１金属板Ｐ１と第２金属板Ｐ２とを溶接する工程を備える。

【0093】

［７．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0094】

（７ａ）上記実施形態のレーザ溶接装置において、図１１に示すように、１つのレーザ光Ｌによって、第１溶融池Ｍ１の形成と、２つの金属板Ｐ１，Ｐ２の溶接（つまり第２溶融池Ｍ２の形成）とを同時に行ってもよい。

【0095】

（７ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0096】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…レーザ溶接装置、２…レーザ供給部、３，３Ｂ…加工ヘッド、
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…制御装置、Ｇ…隙間、Ｌ…レーザ光、Ｌ１…第１レーザ光、
Ｌ２…第２レーザ光、Ｍ１…第１溶融池、Ｍ２…第２溶融池、Ｐ１…第１金属板、
Ｐ２…第２金属板、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｗ…溶接部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】