(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-11
(45)【発行日】2023-12-19
(54)【発明の名称】溶接方法及び溶接システム
(51)【国際特許分類】
B23K 20/12 20060101AFI20231212BHJP
B23K 26/346 20140101ALI20231212BHJP
【ＦＩ】
B23K20/12 330
B23K26/346
B23K20/12 360
B23K20/12 368
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2019131206
(22)【出願日】2019-07-16
(65)【公開番号】P2021013954
(43)【公開日】2021-02-12
【審査請求日】2022-06-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二
(74)【代理人】
【識別番号】100197561
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 三喜男
(72)【発明者】
【氏名】中井 正規
(72)【発明者】
【氏名】高橋 克典
(72)【発明者】
【氏名】森脇 幹文
(72)【発明者】
【氏名】山口 紘次朗
(72)【発明者】
【氏名】市原 浩一郎
(72)【発明者】
【氏名】氏平 直樹
【審査官】山下 浩平
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－０５８０４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０２３１５９５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／０２２１８４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００５－３２９４６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０３４３１３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２０／００ － ２０／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の融点を有する第１の材料からなる第１の部材と第２の融点を有する第２の材料からなる第２の部材とを溶接する溶接方法であって、
前記第１の部材と前記第２の部材を突き合せた状態で、前記第１の部材において前記第２の部材に隣接する第１の領域と、前記第２の部材において前記第１の部材に隣接する第２の領域とにそれぞれ第１のレーザと第２のレーザを照射して、前記第１の材料と前記第２の材料をそれぞれ軟化させる加熱工程と、
前記加熱工程で軟化された前記第１の材料を撹拌し、前記加熱工程で軟化された前記第２の材料に混合して、金属間化合物を生成する撹拌工程と、を含み、
前記第１の部材における前記第１のレーザの照射領域は、斜めに開先加工された斜面で形成されており、
前記第２の部材の端部は、対向方向に直交する垂直面で構成されていることを特徴とする、溶接方法。
【請求項2】
前記攪拌工程は、軟化された前記第１の材料にのみ工具を挿入し、工具挿入方向の軸を中心に前記工具を回転することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項3】
前記第１の部材は第１の円筒部材からなり、前記第２の部材は第２の円筒部材からなり、
前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材はそれらの中心軸を同一直線上に整列して同軸上に配置され、
前記第１の円筒部材の端面と前記第２の円筒部材の端面が突き合わされ、
前記加熱工程と前記撹拌工程において、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材が同一方向に又は逆方向に回転されることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接方法。
【請求項4】
前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材が同一速度又は異なる速度で回転されることを特徴とする請求項３に記載の溶接方法。
【請求項5】
前記第１の部材は直線状の第１の端面を有し、前記第２の部材は直線状の第２の端面を有し、
前記第１の端面と前記第２の端面が突き合わされることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接方法。
【請求項6】
前記第１の材料の前記第１の融点が前記第２の材料の前記第２の融点と同じであることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項7】
前記第１の材料の前記第１の融点が前記第２の材料の前記第２の融点よりも高いことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項8】
前記第１の材料は鉄で、前記第２の材料はアルミニウムであることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項9】
前記第１の部材と前記第２の部材は共に鉄であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項10】
前記第１の部材と前記第２の部材は共にアルミニウムであることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項11】
前記加熱工程で、前記鉄は、オーステナイト変態が開始する温度まで加熱されることを特徴とする請求項８又は９に記載の溶接方法。
【請求項12】
前記加熱工程で、前記アルミニウムは固溶体になる状態まで加熱されることを特徴とする請求項８又は１０に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接方法及び溶接システムに関する。
【背景技術】
【0002】
機械的強度の低い金属材料から作られた部品は補強を要求されることがある。この要求に応えるために、レーザ溶接が用いられる。レーザ溶接は、機械的強度の低い材料に機械的強度の高い材料を接合することで、補強を行う。金属材料においては、軽量材料として知られるアルミニウムなど、その機能に応じた最適な使用を行うため、機能に応じた材料の選択を実施する必要があり、適材適所の配置を実施することにより自動車軽量化と安全性能を両立させることができる。
【0003】
しかし、材料の組み合わせによっては、脆弱な金属間化合物が接合界面に生成されるおそれがある。この問題に対して、高融点材料にのみ熱量を与え、与える熱量を制御することで、低融点材料のみを溶かすようにして接合させる方法が提案されている（特許文献１参照）。この提案された方法によれば、脆弱な金属間化合物の生成を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００５－２７９７４４号公報
【0005】
ただ、接合させる金属材料が鉄とアルミニウムの場合、一度アルミニウムの溶融が始まると、アルミニウムの溶融は入熱した箇所から周囲へ素早く拡がる。また、図９に示すように、アルミニウムの溶融量が増え、接合界面におけるアルミニウムの濃度が７５％付近まで増えると、Ｆｅ２Ａｌ５又はＦｅＡｌ２などのアルミニウムを多く含む脆弱な金属間化合物が生成されるおそれがある。この問題は、接合界面の内、アルミニウムに近い領域で起こる。また、脆弱な金属間化合物をより多く含む領域は、機械的強度の劣る部位となり、想定されている荷重で変形してしまうおそれがある。
【0006】
これに対して、接合界面において溶融した鉄とアルミニウムを撹拌すると、接合界面における金属間化合物が均一に分散され、機械的強度が改善される。しかし、鉄の融点に相当する温度でアルミニウムを加熱すると、突沸が起こり、安定して撹拌することが難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで、本発明は、材料の融点よりも低い温度で軟化した材料を撹拌することで、材料を均一に拡散し、より機械的強度の大きい金属間化合物を生成するように、接合界面を制御する溶接方法及び溶接システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この目的を達成するために、第１の融点を有する第１の材料からなる第１の部材と第２の融点を有する第２の材料からなる第２の部材とを溶接する溶接方法は、
前記第１の部材と前記第２の部材を突き合せた状態で、前記第１の部材において前記第２の部材に隣接する第１の領域と、前記第２の部材において前記第１の部材に隣接する第２の領域とにそれぞれ第１のレーザと第２のレーザを照射して、前記第１の材料と前記第２の材料をそれぞれ軟化させる加熱工程と、
前記加熱工程で軟化された前記第１の材料を撹拌し、前記加熱工程で軟化された前記第２の材料に混合して、金属間化合物を生成する撹拌工程と、を含み、
前記第１の部材における前記第１のレーザの照射領域は、斜めに開先加工された斜面で形成されており、
前記第２の部材の端部は、対向方向に直交する垂直面で構成されていることを特徴とする。
前記第１の部材と前記第２の部材を突き合せた状態で、前記第１の部材において前記第２の部材に隣接する第１の領域と、前記第２の部材において前記第１の部材に隣接する第２の領域とにそれぞれ第１のレーザと第２のレーザを照射して、前記第１の材料と前記第２の材料をそれぞれ軟化させる加熱工程と、
前記加熱工程で軟化された前記第１の材料を撹拌し、前記加熱工程で軟化された前記第２の材料に混合して、金属間化合物を生成する撹拌工程と、を含み、
前記第１の部材における前記第１のレーザの照射領域は、斜めに開先加工された斜面で形成されており、
前記第２の部材の端部は、対向方向に直交する垂直面で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、軟化された第１の材料と第２の材料を攪拌することで、より機械的強度の大きい金属間化合物を生成し、均一に拡散させる溶接方法を提供できる。この方法により形成される部材は優れた靭性を有する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施形態１に係る溶接システムの概略構成を示す正面図である。
【図4】第１の部材と第２の部材の溶融池を示す断面図である。
【図5】実施形態２に係る溶接システムの概略構成を示す斜視図である。
【図6】実施形態３に係る溶接システムの概略構成を示す斜視図である。
【図7】鉄－炭素の状態図である。
【図8】アルミニウム－マグネシウムの状態図である。
【図9】鉄－アルミニウムの状態図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付図面を参照して本発明に係る溶接方法の実施形態を説明する。
【0012】
［溶接システム］
図１は実施形態１に係る溶接方法を実施するための溶接システムの概要を示す。図示する溶接システム１０は、溶接対象１２を支持する下部構造１４と、２つの金属部材からなる溶接対象１２にレーザを照射する上部構造１６を有する。
図１は実施形態１に係る溶接方法を実施するための溶接システムの概要を示す。図示する溶接システム１０は、溶接対象１２を支持する下部構造１４と、２つの金属部材からなる溶接対象１２にレーザを照射する上部構造１６を有する。
【0013】
下部構造１４は、建物の床等に固定された基台１８と、基台１８の上に配置された移動テーブル２０と、移動テーブル２０の上に配置された支持テーブル２２を有する。支持テーブル２２は、溶接対象１２を支持する水平支持面２４を備えている。支持テーブル２２はまた、水平支持面２４に支持されている溶接対象１２を固定するための治具２６を備えている。移動テーブル２０は、テーブル移動モータ２８に連結されており、モータ２８の駆動に基づいて、支持テーブル２２を水平支持面２４に平行で図の左右方向に伸びる方向（ｘ方向）に移動させることができるように構成されている。
【0014】
実施形態では、支持テーブル２２は、その内部に冷媒を輸送する空間の冷媒輸送路３０が形成されている。冷媒は、空気又は適当な液体のいずれかであってもよい。冷媒輸送路３０は冷媒循環路（管路）３２を介して冷却器３４に接続されている。冷却器３４は、冷媒循環路３２を介して冷媒輸送路３０に冷媒を輸送し、また、冷媒輸送路３０から冷媒循環路３２を介して冷媒を回収するためのポンプ３６と、回収された冷媒を再び冷却する熱交換器３８を備えている。
【0015】
上部構造１６は、図１の手前側から奥側に向かう方向（ｙ方向）に並んで配置されている２つの加熱装置を有する。加熱装置はそれぞれレーザ加工機４０Ａ，４０Ｂを有する。レーザ加工機４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ加工用レーザ発振器４２Ａ，４２Ｂを有する。レーザ発振器４２Ａ，４２Ｂから出力されるレーザ４４Ａ，４４Ｂは、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、その他のレーザのいずれであってもよい。レーザ加工機４０Ｂとそれに関連する構成は図３にのみ示す。
【0016】
上部構造１６は、２つの金属部材を含む溶接対象１２を摩擦撹拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）するための撹拌装置４６を有する。撹拌装置４６は、上方から下方に（ｚ方向に）向かって伸びる棒状の撹拌回転工具４８を有する。撹拌回転工具４８は、例えば、ＳＫＤ（合金工具鋼）、ニッケル合金、コバルト合金、タングステンカーバイドで形成されており、ｚ方向に伸びる軸を中心に回転するように工具回転モータ５０に連結される。工具回転モータ５０は、撹拌回転工具４８と共に、ｚ方向に移動できるように、工具移動モータ５２に連結されている。したがって、撹拌回転工具４８は、上述のレーザ照射により軟化する溶接対象１２に上方から挿入され、溶接対象１２内において回転するように構成されている。
【0017】
実施形態では、移動テーブル２０は、＋ｘ方向（図１における右側）に移動するように構成されている。したがって、溶接システム１０は、テーブル移動モータ２８の駆動に基づいて、レーザ４４Ａ，４４Ｂと撹拌回転工具４８に対して溶接対象１２を図上右側から左側に移動させ、これにより、レーザ４４Ａ，４４Ｂの照射位置と撹拌回転工具４８の撹拌位置を溶接対象１２に対して移動させるように構成されている。
【0018】
上述したテーブル移動モータ２８、ポンプ３６、レーザ発振器４２Ａ，４２Ｂ、工具回転モータ５０、及び工具移動モータ５２は、コントローラ５４に接続されている。コントローラ５４はまた、記憶部５６に接続されている（図２参照）。したがって、コントローラ５４は、記憶部５６に記憶されているプログラム又はデータに基づいて上述の機器を駆動し、所定の溶接加工を行うことができる。具体的に、溶接システム１０で行うことができる種々の溶接加工について説明する。
【0019】
［実施形態１］
実施形態１において、溶接対象１２は、図３に示すように、ｙ方向に突き合わせた２つの部材、すなわち第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂを含む。図面上、第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂは共に四角形の板状部材であるが、その組み合わせに限るものではない。
実施形態１において、溶接対象１２は、図３に示すように、ｙ方向に突き合わせた２つの部材、すなわち第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂを含む。図面上、第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂは共に四角形の板状部材であるが、その組み合わせに限るものではない。
【0020】
実施形態１では、第１の部材６２Ａは炭素鋼（鉄）で形成されている。第２の部材６２Ｂはアルミマグネシウム合金（アルミニウム）で形成されている。
【0021】
第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂは、第１の部材６２Ａを右、第２の部材６２Ｂを左に配置し、第１の部材６２Ａの直線状端面（第１の端面）と第２の部材６２Ｂの直線状端面（第２の端面）を突き合せ、突き合せた直線状端面をｘ方向に沿って配置した状態で、適当な治具２６によって固定されている（図１参照）。
【0022】
第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂは、突き合せた端面に隣接し且つこれに沿って延在する第１のレーザ照射領域６４Ａと第２のレーザ照射領域６４Ｂを有する。第１と第２のレーザ照射領域６４Ａ，６４Ｂは、レーザ４４Ａ，４４Ｂがそれぞれ照射される領域である。
【0023】
溶接時、コントローラ５４は記憶部５６に記憶されている溶接プログラムを読み出し、そのプログラムにしたがってテーブル移動モータ２８、レーザ発振器４２Ａ，４２Ｂ、工具回転モータ５０、及び工具移動モータ５２を駆動する。これにより、レーザ発振器４２Ａ，４２Ｂから出力されたレーザ４４Ａ，４４Ｂは、ｚ方向から第１のレーザ照射領域６４Ａと第２のレーザ照射領域６４Ｂにそれぞれ照射される。レーザ４４Ａ，４４Ｂの照射位置６６Ａ，６６Ｂは、テーブル移動モータ２８の駆動に基づいて第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂを含む溶接対象１２が＋ｘ方向に移動することにより、溶接対象１２に対して相対的に－ｘ方向に移動する。
【0024】
レーザ発振器４２Ａ，４２Ｂが発するレーザ４４Ａ，４４Ｂの光強度は第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂの材質に応じて決まり、第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂのレーザ照射領域６４Ａ，６４Ｂはそれぞれ所定の温度まで加熱される。この温度は、部材を構成している原子が熱的な活性化過程によって拡散することによりそれぞれのレーザ照射領域の材料が軟化する温度である。
【0025】
例えば、第１の部材６２Ａが鉄（鉄の融点は摂氏１５３８度である。）の場合、第１の部材６２は約摂氏９００度まで加熱される。また、第２の部材６２Ｂがアルミニウム（アルミニウムの融点は摂氏６６０度である。）の場合、第２の部材６２Ｂは約摂氏５００度まで加熱される。
【0026】
図７は、第１の部材６２Ａの材質である炭素鋼の状態図である。炭素鋼は、温度や炭素の比率に応じて、フェライト（α鉄）やオーステナイト（γ鉄）などの形態になることが知られている。フェライトは鉄原子で形成される体心立方格子構造を有している。一方、オーステナイトは鉄原子で形成される面心立方格子構造を有している。オーステナイトにおける鉄原子同士の間隔がフェライトに比べて広いため、他の原子（例えば炭素原子）の侵入が起こり易い。すなわち、オーステナイトに変化した第１の部材６２Ａは、第２の部材６２Ｂの材質であるアルミマグネシウム合金とも混ざり易い。
【0027】
図７に示す領域７２は、炭素鋼がオーステナイトになることを示す。一方、領域７４は、フェライトとオーステナイトが混在していることを示す。実施例として、第１の部材６２Ａの材質である炭素鋼の炭素含有量が約０．２％であるとき、炭素鋼が、加熱されることにより領域７４から領域７２に移り、オーステナイトに完全に変化する（オーステナイト変態が開始する）温度は約９００℃である。したがって、レーザ発振器４２Ａが発するレーザ４４Ａの光強度を、この温度に応じて決めることにより、第１の部材６２Ａは第２の部材６２Ｂと混ざり易くなる。
【0028】
図８は、第２の部材６２Ｂの材質であるアルミマグネシウム合金の状態図である。アルミマグネシウム合金は、温度やマグネシウムの比率に応じて、アルミニウムの固溶体になることが知られている。このとき、他の原子（例えばマグネシウム原子）の侵入が起こり易い。すなわち、アルミニウムの固溶体に変化した第２の部材６２Ｂは、第１の部材６２Ａの材質である炭素鋼とも混ざり易い。
【0029】
図８に示す領域７６は、アルミマグネシウム合金が固溶体になることを示す。実施例として、第２の部材６２Ｂの材質であるアルミマグネシウム合金のマグネシウム含有量が約５．６％であるとき、温度が約３００～５５０℃である限り、アルミマグネシウム合金は固溶体である。したがって、例えばアルミマグネシウム合金の温度が５００℃になるように、レーザ発振器４２Ｂが発するレーザ４４Ｂの光強度を決めることにより、第２の部材６２Ｂは第１の部材６２Ａと混ざり易くなる。
【0030】
第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂは、上述の温度までそれぞれ加熱されることにより混ざり易くなる、すなわち軟化した状態になる。
【0031】
この状態で、撹拌装置４６の撹拌回転工具４８は、工具回転モータ５０の駆動に基づいて回転しながら、工具移動モータ５２の駆動に基づいて、軟化した第１の部材６２Ａの第１のレーザ照射領域６４Ａに上方から挿入される。回転数は、好ましくは約２０００ｒｐｍである。これにより、軟化した第１の部材６２Ａが撹拌され、この撹拌された第１の部材６２Ａが、軟化した隣接する第２の部材６２Ｂと混合されて、第１の部材６２Ａと第２の部材６２Ｂの境界に図４に示す溶融池７８が形成される。
【0032】
上述のように、撹拌回転工具４８は第１のレーザ照射領域６４Ａに挿入されて第１の部材６２Ａを撹拌する。したがって、第１のレーザ照射領域６４Ａにおいて軟化した第１の部材６２Ａに第２のレーザ照射領域６４Ｂにおいて軟化した第２の部材６２Ｂが混じり、鉄原子の割合がアルミニウム原子の割合よりも多い金属間化合物（例えば、図９に示すＦｅＡｌ、ＦｅＡｌ２、Ｆｅ３Ａｌなど）が生成される。当業者に知られているように、ＦｅＡｌ、ＦｅＡｌ２、Ｆｅ３Ａｌなどの金属間化合物は、Ｆｅ２Ａｌ５、ＦｅＡｌ３などの金属間化合物に比べて機械的強度が大きい。また、機械的強度が小さい金属間化合物Ｆｅ２Ａｌ５、ＦｅＡｌ３が一部に生成されたとしても、撹拌回転工具４８が溶融池７８を撹拌することにより、それらの金属間化合物は均一に分散されるため、接合界面に脆い領域が生じることがない。
【0033】
上述のレーザ溶接中、冷却器３４のポンプ３６が連続的に駆動され、冷媒が、冷媒循環路３２を介して、冷媒輸送路３０に供給される（図１参照）。これにより、支持テーブル２２を介して溶接対象１２がその下面から冷却され、特に第２の部材６２Ｂが過度に加熱されないように制御される。
【0034】
［実施形態２］
図５に示す実施形態２の溶接システム１１０において、溶接対象の第１の部材と第２の部材は、同一又はほぼ同一の外径を有する略円柱状の第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂである。第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂの材質はそれぞれ、実施形態１の第１の部材と第２の部材と同じ、炭素鋼とアルミマグネシウム合金である。
図５に示す実施形態２の溶接システム１１０において、溶接対象の第１の部材と第２の部材は、同一又はほぼ同一の外径を有する略円柱状の第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂである。第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂの材質はそれぞれ、実施形態１の第１の部材と第２の部材と同じ、炭素鋼とアルミマグネシウム合金である。
【0035】
第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂはそれぞれ、中心軸を同一直線上に整列させて端面を合わせた状態で適当な手段によって中心軸の周りを回転可能に支持される。第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂはまた、第１のモータ１６８Ａと第２のモータ１６８Ｂにそれぞれ連結されており、同一方向に同一速度で、又は同一方向に異なる速度で、若しくは異なる方向に同一速度又は異なる速度で回転するようにしてある。
【0036】
レーザ加工機１４０Ａ，１４０Ｂは、第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂの突き合せ面を挟んでその両側に配置されており、レーザ加工機１４０Ａ，１４０Ｂのレーザ発振器１４２Ａ，１４２Ｂから出射されるレーザ１４４Ａ，１４４Ｂがそれぞれ、第１の部材１６２Ａにおいて第２の部材１６２Ｂに隣接する領域（第１のレーザ照射領域１６４Ａ）内の第１のレーザ照射位置１６６Ａと、第２の部材１６２Ｂにおいて第１の部材１６２Ａに隣接する領域（第２のレーザ照射領域１６４Ｂ）内の第２のレーザ照射位置１６６Ｂとに照射されるように設定されている。
【0037】
撹拌装置１４６は、撹拌回転工具１４８と、これに連結された工具回転モータ１５０を備えており、撹拌回転工具１４８の先端を第１のレーザ照射領域１６４Ａに対向させた状態で支持されている。撹拌装置１４６はまた、撹拌回転工具１４８を第１のレーザ照射領域１６４Ａに向けて進退させる工具移動モータ１５２を備えている。
【0038】
このように構成された実施形態２において、溶接時、第１のモータ１６８Ａと第２のモータ１６８Ｂの駆動に基づいて、第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂは、それらの中心軸を中心に同一方向又は異なる方向に回転される。この状態で、レーザ加工機１４０Ａ，１４０Ｂは、第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂの第１のレーザ照射領域１６４Ａと第２のレーザ照射領域１６４Ｂに第１のレーザ１４４Ａと第２のレーザ１４４Ｂをそれぞれ照射し、第１のレーザ照射領域１６４Ａと第２のレーザ照射領域１６４Ｂの材料を加熱して軟化させる。この状態で、工具回転モータ１５０と工具移動モータ１５２を駆動し、回転する撹拌回転工具１４８の先端を、軟化した第１のレーザ照射領域１６４Ａの材料に挿入してこれを回転撹拌する。また、第１の部材１６２Ａの材料の回転撹拌に、軟化した第２の部材１６２Ｂの材料が引き込まれ、これにより、第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂの境界領域において第１の部材１６２Ａの材料に第２の部材１６２Ｂの材料が混じり、鉄原子の割合がアルミニウム原子の割合よりも多い金属間化合物（例えば、ＦｅＡｌ、ＦｅＡｌ２、Ｆｅ３Ａｌなど）が生成される。
【0039】
このように、実施形態２によれば、第１のレーザ１４４Ａと第２のレーザ１４４Ｂは、第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂの第１のレーザ照射領域１６４Ａと第２のレーザ照射領域１６４Ｂを繰り返し加熱し、この繰り返し加熱された材料が撹拌回転工具１４８によって撹拌される。そのため、第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂが素早くかつ効率良く加熱されて撹拌される。また、第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂの回転速度を変えることにより、また、両者を逆方向に回転することによって、軟化した第１の部材１６２Ａと第２の部材１６２Ｂが効率良く撹拌される。
【0040】
［実施形態３］
図６に示す実施形態３の溶接システム２１０は、実施形態１の溶接システムの変形例で、そこでは、第１の部材２６２Ａにおける第１のレーザ照射領域２６４Ａの端部（第２の部材２６２Ｂに対向する部分）は斜めに開先加工された斜面２８０Ａで形成されており、第２の部材２６２Ｂの端部（第１の部材２６２Ａに対向する端部）は対向方向に直交する垂直面２８０Ｂで構成されている。その他の構成は実施形態１と同じである。したがって、実施形態１の装置又は箇所と同じ又は対応する装置又は箇所には、実施形態１の符号に「２００」を加えた符号を付して、説明を省略する。
図６に示す実施形態３の溶接システム２１０は、実施形態１の溶接システムの変形例で、そこでは、第１の部材２６２Ａにおける第１のレーザ照射領域２６４Ａの端部（第２の部材２６２Ｂに対向する部分）は斜めに開先加工された斜面２８０Ａで形成されており、第２の部材２６２Ｂの端部（第１の部材２６２Ａに対向する端部）は対向方向に直交する垂直面２８０Ｂで構成されている。その他の構成は実施形態１と同じである。したがって、実施形態１の装置又は箇所と同じ又は対応する装置又は箇所には、実施形態１の符号に「２００」を加えた符号を付して、説明を省略する。
【0041】
このように構成された実施形態３によれば、第１の部材２６２Ａの第１のレーザ照射領域２６４Ａ（斜面２８０Ａ）に照射されたレーザ２４４Ａは、第１のレーザ照射領域２６４Ａ（斜面２８０Ａ）で反射してこれに対向する第２の部材２６２Ｂの第２のレーザ照射領域２６４Ｂ（垂直面２８０Ｂ）に入射されて該第２のレーザ照射領域２６４Ｂを加熱する。また、第２のレーザ照射領域２６４Ｂ（垂直面２８０Ｂ）で反射したレーザ２４４Ａは再び第１のレーザ照射領域２６４Ａ（斜面２８０Ａ）に入射して該第１のレーザ照射領域２６４Ａを加熱する。したがって、実施形態３によれば、第１のレーザ照射領域２６４Ａと第２のレーザ照射領域２６４Ｂが共に効率良く加熱される。したがって、第１の部材の斜面２８０Ａの傾斜角度は、そこに照射されたレーザが第２の部材に向けて反射される角度（例えば、４５度）とすることが好ましい。
【0042】
上述した実施形態３は実施形態１に適用し、実施形態１における第１の部材の第１のレーザ照射領域を斜面で形成し、この斜面に第１のレーザを照射してもよい。この場合も、実施形態３と同様の効果が得られる。
【0043】
上述した実施形態１～３では、第１の部材が炭素鋼（鉄）、第２の部材がアルミマグネシウム合金（アルミニウム）であったが、本発明の適用はその組み合わせに限るものでない。例えば、第１の部材と第２の部材が共に鉄又はアルミニウムであってもよく、他の金属であってもよい。
【符号の説明】
【0044】
１０：溶接システム
４０Ａ，４０Ｂ：加熱装置（レーザ加工機）
４４Ａ，４４Ｂ：レーザ
４６：撹拌装置
６２Ａ：第１の部材
６２Ｂ：第２の部材
６４Ａ：第１のレーザ照射領域
６４Ｂ：第２のレーザ照射領域
４０Ａ，４０Ｂ：加熱装置（レーザ加工機）
４４Ａ，４４Ｂ：レーザ
４６：撹拌装置
６２Ａ：第１の部材
６２Ｂ：第２の部材
６４Ａ：第１のレーザ照射領域
６４Ｂ：第２のレーザ照射領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】