特開 2023-176154 レーザー溶接方法

(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】P2023176154

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】レーザー溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20231206BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20231206BHJP

   B23K 26/22 20060101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 G

B23K26/082

B23K26/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022088283

(22)【出願日】2022-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000219233

【氏名又は名称】東プレ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】椎井 大翔

(72)【発明者】

【氏名】大和田 誠人

(72)【発明者】

【氏名】河村 宥成

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA02

4E168BA16

4E168BA73

4E168BA85

4E168BA87

4E168BA88

4E168CB04

4E168DA29

4E168EA15

(57)【要約】

【課題】ブローホール等を発生させずに溶接径を拡大して、溶接強度を増大させ得るレーザー溶接方法を提供する。
【解決手段】レーザー溶接方法は、複数の金属板４，５を重ね合わせ、金属板４，５にレーザー光ＬＢを照射してスポット溶接部６を形成する。レーザー光ＬＢの軌跡１３を、大径円１１に沿った走査方向に移動する走査移動と、大径円１１よりも直径が小さい小径円１２を描くように揺動する揺動との組み合わせにより形成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の金属板を重ね合わせ、前記金属板にレーザー光を照射してスポット溶接部を形成するレーザー溶接方法であって、
前記レーザー光の軌跡を、大径円に沿った走査方向に移動する走査移動と、前記大径円よりも直径が小さい小径円を描くように揺動する揺動との組み合わせにより形成する、
レーザー溶接方法。

【請求項2】

前記スポット溶接部の中心部に、前記レーザー光を照射しない非照射部を形成する、
請求項１に記載のレーザー溶接方法。

【請求項3】

前記レーザー光の軌跡を、前記大径円に沿って一周する間に前記小径円を複数描くようにして形成する、
請求項１又は２に記載のレーザー溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザー溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

二枚の金属板を重ね合わせ、レーザー光を金属板の表面に照射し、レーザー光を照射した金属板の部分を溶融させて接合（スポット溶接）するレーザー溶接方法が知られている（特許文献１参照）。レーザー照射部（焦点）は、エネルギーを集中させるため、狭く絞られている。したがって、金属板の溶融部を広くするために、レーザー照射部を短時間で所定形状（例えば、円形）を描くように移動させることは、リモートレーザー溶接として既に公知である。

【0003】

特許文献１には、溶融部の中心部の周りを周回するようにレーザー光を走査し、次に、その走査軌跡と同心円状に、順次溶接半径を小さく設定してレーザー光を走査するレーザー溶接方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－１１５８７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の技術を用いて、溶融部の中心部の周りを多重に周回するようにレーザー光を走査して、スポット溶接部の外径を大きくすることにより、溶接強度は増大する。しかしながら、レーザー光を何度も金属板の表面に照射するので、特に溶融部の中心部の温度が上昇する。さらに、被溶接材がメッキ材であれば、メッキ金属が気化することによりブローホールが発生し、そのブローホールの発生が溶接強度の低下を招く原因になり得る。したがって、前述の技術では、溶接径の拡大には限界があった。

【0006】

そこで、本発明は、ブローホール等を発生させずに溶接径を拡大して、溶接強度を増大させ得るレーザー溶接方法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】

本発明の一態様に係るレーザー溶接方法は、複数の金属板を重ね合わせ、金属板にレーザー光を照射してスポット溶接部を形成するレーザー溶接方法であって、レーザー光の軌跡を、大径円に沿った走査方向に移動する走査移動と、大径円よりも直径が小さい小径円を描くように揺動する揺動との組み合わせにより形成する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様に係るレーザー溶接方法によれば、ブローホール等を発生させずに溶接径を拡大して、溶接強度を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係るレーザー溶接装置の概略図である。

【図2】一実施形態に係るレーザー溶接方法におけるガルバノスキャナヘッドによるウォブル形状を示す図である。

【図3】一実施形態に係るレーザー溶接方法におけるレーザー光を照射する軌跡を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

【0011】

［溶接装置］
図１は、本実施形態に係るレーザー溶接装置１の一例を示す概略図である。

【0012】

本実施形態に係るレーザー溶接装置１は、一般的にディスクレーザー溶接機と称される半導体レーザー発振の汎用溶接装置である。このレーザー溶接装置１は、溶接のためのレーザー光ＬＢを周回運動させるガルバノスキャナヘッド２と、ガルバノスキャナヘッド２を制御する制御部としてのコントローラ３とを備える。レーザー溶接装置１においては、コントローラ３に予め設定されたプログラムにより、レーザー光ＬＢを螺旋状に旋回させながら金属板４，５の表面に照射することが可能である。

【0013】

被溶接材としての金属板４，５は、例えば、ハイテン鋼板（高張力鋼板）に亜鉛メッキを施してなる亜鉛メッキ鋼板である。複数の金属板４，５が重ね合わされる。溶接上面側の金属板４の板厚は例えば１．２ｍｍであり、溶接下面側の金属板５の板厚が例えば２．０ｍｍである。溶接品質は、金属板４，５の双方の板厚が影響するが、金属板４，５の材質の影響は小さい。ただし、亜鉛メッキは溶接時に気化するので、溶接品質に大きく影響する。

【0014】

なお、被溶接材としての金属板４，５は、亜鉛メッキ鋼板に特に限定されるものではない。被溶接材としての金属板４，５は、例えば、アルミニウム及びシリコンの合金を用いたメッキを鋼板に施してなる、ホットプレス用のアルミニウムメッキ鋼板であってもよい。さらに、被溶接材としての金属板４，５は、メッキ処理を施してない普通鋼板であってもよい。

【0015】

［溶接方法］
図２は、本実施形態に係るレーザー溶接方法におけるガルバノスキャナヘッド２によるウォブル形状の一例を示す図である。図３は、本実施形態に係るレーザー溶接方法におけるレーザー光ＬＢを照射する軌跡の一例を示す図である。

【0016】

本実施形態に係るレーザー溶接方法は、複数の金属板４，５を重ね合わせ、金属板４，５の表面（上面）にレーザー光ＬＢを照射してスポット溶接部６を形成する（図１参照）。

【0017】

本実施形態に係るレーザー溶接方法は、レーザー光ＬＢを小さな直径Ｄ２を持つ小径円１２で連続旋回させながら、小径円１２よりも大きな直径Ｄ１を持つ大径円１１で一周させた軌跡１３でレーザースポット溶接を行う。また、本実施形態に係るレーザー溶接方法においては、スポット溶接部６の最中心部には、レーザー光ＬＢが照射されない部分である非照射部１４が存在する。

【0018】

本実施形態に係るレーザー溶接方法において、レーザー光ＬＢを照射する軌跡１３は、図３に示すような二重螺旋状の軌跡として形成される。詳細には、レーザー光ＬＢを照射する軌跡１３は、大径円１１に沿った走査方向に移動する走査移動と、大径円１１よりも直径が小さい小径円１２を連続的に描くように揺動する揺動（ウォブリング）との組み合わせにより形成する。

【0019】

また、本実施形態に係るレーザー溶接方法においては、レーザー光ＬＢの軌跡１３を、大径円１１に沿って一周する間に複数の小径円１２を連続的に描くようにして形成する。つまり、レーザー光ＬＢを小径円１２で早い速度で旋回させながら、レーザー光ＬＢを大径円１１で小径円１２の旋回速度よりも遅い走査速度で一周させる。

【0020】

さらに、本実施形態に係るレーザー溶接方法においては、スポット溶接部６の中心部に、レーザー光ＬＢを照射しない非照射部１４を形成する。小径円１２の直径Ｄ２が大径円１１の直径Ｄ１よりも小さい（Ｄ２＜Ｄ１)ために、レーザー光ＬＢの照射による照射範囲１５の中心部には、直径の差分（大径円１１の直径Ｄ１－小径円１２の直径Ｄ２）の外径を持つ非照射部１４が形成される（図２参照）。このため、スポット溶接部６の中心部には、レーザー光ＬＢを照射しない非照射部１４が存在する。ただし、非照射部１４の近傍にはレーザー光ＬＢが照射されるので、非照射部１４は一旦溶融状態となる。

【0021】

なお、「特開２０１８－１９２５１５号公報」の実施例２、図５には、前述のレーザー光の軌跡に類似し得る環状溶接ライン群（３５）が記載されている。しかしながら、当該環状溶接ライン群（３５）の中心部（３３）には「非照射部」がない点で、本実施形態とは異なる。

【0022】

仮に小径円と大径円の直径が同じ軌跡で溶接を行う（「特開２０１８－１９２５１５号公報」の図５参照）場合、溶接中心部に何度もレーザー光が集中するので、入熱量が過大となり、溶融部に貫通穴が形成される場合がある。

【0023】

［具体的実施例］
以下に、レーザー光の照射条件の一例を示す。

【0024】

レーザー光の照射エネルギー：約４５００Ｗ
大径円の直径：４ｍｍ
大径円に沿って移動する速度（走査速度）：３５ｍｍ／分
小径円の直径：３ｍｍ
小径円を描く速度（旋回速度）：２１回／秒
レーザー光の照射エネルギー、大径円の直径及び大径円に沿って移動する速度、小径円の直径及び小径円を描く速度等は、被溶接材の板厚等に応じて適宜に変更することが可能である。

【0025】

この具体的実施例では、レーザー光ＬＢを照射する軌跡１３は、直径Ｄ２が３ｍｍの小径円１２を連続的に描きながら、直径Ｄ１が４ｍｍの大径円１１を一周描く。そうすると、レーザー光ＬＢの軌跡１３の外径Ｄ０は７ｍｍであり、その軌跡１３の中心部には、直径１ｍｍの非照射部１４が形成される。

【0026】

また、この具体的実施例では、レーザー光ＬＢが大径円１１に沿って移動する速度は３５ｍｍ／分であり、レーザー光ＬＢが小径円１２を描く速度は２１回／秒である。このため、レーザー光ＬＢは、直径Ｄ１が４ｍｍの大径円１１を一周する間に、直径Ｄ２が３ｍｍの小径円１２を７.５周する。

【0027】

このため、レーザー光ＬＢを照射する軌跡１３は、少なくとも七つの円弧部分ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４，ＡＲ５，ＡＲ６，ＡＲ７を組み合わせて形成される（図３参照）。実際には、レーザー光ＬＢの照射による溶融部は７ｍｍよりも大きくなり、レーザー光ＬＢを照射する軌跡１３の中心部に存在する非照射部１４も一旦は溶融する。

【0028】

さらに、この具体的実施例では、図３に示される始点Ｓから終点Ｅまでレーザー光ＬＢを照射するものとし、レーザー光ＬＢの旋回方向は、平面視において反時計回りとした。

【0029】

なお、レーザー光ＬＢの旋回方向は平面視において反時計回りには限定はされず、レーザー光ＬＢの旋回方向が平面視において時計回りであってもよいのは勿論である。

【0030】

このように、この具体的実施例では、レーザー光ＬＢを小径円１２と大径円１１とを重ね合わせた螺旋状の軌跡１３を描きながらスポット溶接を行った（図３参照）。

【0031】

前述のように、レーザー光ＬＢの照射エネルギー、大径円１１の直径Ｄ１及び大径円１１に沿って移動する速度、小径円１２の直径Ｄ２及び小径円１２を描く速度は、被溶接材の板厚等に応じて適宜変更することが可能である。例えば、金属板４，５の板厚が大きくなる場合には、レーザー光ＬＢの照射エネルギーを大きくすると共に、大径円１１に沿って移動する速度及び小径円１２を描く速度を遅くするようにしてもよい。

【0032】

［作用効果等］
以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

【0033】

（１）本実施形態に係るレーザー溶接方法は、複数の金属板４，５を重ね合わせ、金属板４，５にレーザー光ＬＢを照射してスポット溶接部６を形成する。レーザー光ＬＢの軌跡１３を、大径円１１に沿った走査方向に移動する走査移動と、大径円１１よりも直径が小さい小径円１２を描くように揺動する揺動（ウォブリング）との組み合わせにより形成する。

【0034】

前述のように、レーザー光ＬＢを小径円１２と大径円１１とを重ね合わせた螺旋状の軌跡１３を描きながらスポット溶接を行い、特に小径円１２の直径Ｄ２が大径円１１の直径Ｄ１よりも小さいため、レーザー光ＬＢの軌跡１３の中心部に非照射部１４が形成される。このため、レーザー光ＬＢの照射による照射範囲１５の中心部の入熱量が他の部分よりも過大とならず、溶融部に貫通穴が形成されることを抑制できる。

【0035】

さらに、金属板４，５に対してレーザー光ＬＢを螺旋状に照射することにより、レーザー光ＬＢの照射による溶融部を広く形成することができ、溶接強度（特に、剥がし強度）を向上することが可能になる。

【0036】

また、本実施形態では、レーザー光ＬＢを大径円１１に沿った走査方向に移動する走査移動と、大径円１１よりも直径が小さい小径円１２を描くように揺動する揺動とを組み合わせた。このため、溶融部の金属が波打つことにより溶融部内に発生した蒸気を逃がす作用が起こり、溶接部のブローホールの発生を低減する効果がある。

【0037】

以上要するに、本実施形態によれば、ブローホール等を発生させずに溶接径を拡大して、溶接強度を増大させ得るレーザー溶接方法を提供することができる。

【0038】

（２）スポット溶接部６の中心部に、レーザー光ＬＢを照射しない非照射部１４を形成する。

【0039】

レーザー光ＬＢの軌跡１３の中心部に非照射部１４が形成されるため、レーザー光ＬＢの照射による照射範囲１５の中心部の入熱量が他の部分よりも過大とならず、溶融部に貫通穴が形成されることを抑制できる。

【0040】

（３）レーザー光ＬＢの軌跡１３を、大径円１１に沿って一周する間に小径円１２を複数描くようにして形成する。

【0041】

金属板４，５に対してレーザー光ＬＢが螺旋状に照射されるため、レーザー光ＬＢの照射による溶融部を広く形成することができ、溶接強度（特に、剥がし強度）を向上することが可能になる。

【0042】

ところで、本発明のレーザー溶接方法は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

【符号の説明】

【0043】

１ レーザー溶接装置
２ ガルバノスキャナヘッド
３ コントローラ
４ 金属板
５ 金属板
６ スポット溶接部
１１ 大径円
１２ 小径円
１３ 軌跡
１４ 非照射部
１５ 照射範囲
ＬＢ レーザー光
Ｄ０ レーザー光の照射範囲の外径
Ｄ１ 大径円の直径
Ｄ２ 小径円の直径

【図1】

【図2】

【図3】