特許 7571619 金属部材の製造方法

(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】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】金属部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/26 20140101AFI20241016BHJP

   B23K 26/348 20140101ALI20241016BHJP

   B23K 26/242 20140101ALI20241016BHJP

   B23K 9/16 20060101ALI20241016BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

B23K26/26

B23K26/348

B23K26/242

B23K9/16 K

B23K26/21 F

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021032258

(22)【出願日】2021-03-02

(65)【公開番号】P2022133532

(43)【公開日】2022-09-14

【審査請求日】2023-12-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】達富 正英

(72)【発明者】

【氏名】山内 淳司

(72)【発明者】

【氏名】竹口 貴博

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－１４４８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３７３０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属部材の製造方法であって、
金属製の第１板材の端面と前記第１板材の板厚よりも大きな板厚を有する金属製の第２板材の端面とが突き合わされるように、前記第１板材と前記第２板材とを配置する突合せ工程と、
前記第１板材の端面と前記第２板材の端面とが突き合わされた突合せ部を溶接するための溶接工程と、
を有し、
前記溶接工程は、
前記第２板材上の位置であり、前記突合せ部および前記突合せ部に沿った方向における前記第２板材の一端から予め定められた距離離れた第１位置にて金属を溶融させるエネルギの付与を開始し、前記第１位置から前記突合せ部上の第２位置に向かって前記エネルギの付与位置を移動させる第１工程と、
前記第２位置から、前記突合せ部上の位置であり、前記突合せ部に沿った方向における前記第２板材の他端から予め定められた距離離れた第３位置に向かって前記エネルギの付与位置を前記突合せ部に沿って移動させることによって前記突合せ部を溶接する第２工程と、
前記第３位置から、前記第２板材上の位置であり、前記突合せ部から予め定められた距離離れた第４位置に向かって前記エネルギの付与位置を移動させて、前記第４位置にて前記エネルギの付与を終了する第３工程と、を有し、
前記溶接工程では、レーザ溶接、または、前記レーザ溶接とアーク溶接とが組み合わされたレーザアークハイブリッド溶接によって前記突合せ部を溶接し、
前記レーザ溶接のレーザ光の焦点スポット径は、０．５ミリメートル以上、かつ、１．２ミリメートル以下であり、
前記第１位置と前記突合せ部との距離と前記第４位置と前記突合せ部との距離とのうちの少なくとも一方は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である、金属部材の製造方法。

【請求項2】

金属部材の製造方法であって、
金属製の第１板材の端面と前記第１板材の板厚よりも大きな板厚を有する金属製の第２板材の端面とが突き合わされるように、前記第１板材と前記第２板材とを配置する突合せ工程と、
前記第１板材の端面と前記第２板材の端面とが突き合わされた突合せ部を溶接するための溶接工程と、
を有し、
前記溶接工程は、
前記第２板材上の位置であり、前記突合せ部および前記突合せ部に沿った方向における前記第２板材の一端から予め定められた距離離れた第１位置にて金属を溶融させるエネルギの付与を開始し、前記第１位置から前記突合せ部上の第２位置に向かって前記エネルギの付与位置を移動させる第１工程と、
前記第２位置から、前記突合せ部上の位置であり、前記突合せ部に沿った方向における前記第２板材の他端から予め定められた距離離れた第３位置に向かって前記エネルギの付与位置を前記突合せ部に沿って移動させることによって前記突合せ部を溶接する第２工程と、
前記第３位置から、前記第２板材上の位置であり、前記突合せ部から予め定められた距離離れた第４位置に向かって前記エネルギの付与位置を移動させて、前記第４位置にて前記エネルギの付与を終了する第３工程と、を有し、
前記溶接工程では、レーザ溶接、または、前記レーザ溶接とアーク溶接とが組み合わされたレーザアークハイブリッド溶接によって前記突合せ部を溶接し、
前記レーザ溶接のレーザ光の焦点スポット径は、０．５ミリメートル以上、かつ、１．２ミリメートル以下であり、
前記第１位置と前記第２板材の前記一端との距離と、前記第３位置と前記第２板材の前記他端との距離とのうちの少なくとも一方は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である、金属部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、金属部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属部材の製造方法に関して、特許文献１には、レーザ溶接において溶融池を良好に形成するために、溶接開始部の入熱量を本溶接部の入熱量以上に設定し、溶接終了部の入熱量を本溶接部の入熱量以下に設定するレーザ溶接制御方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－０３９１４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した方法では、溶接開始部や溶接終了部における穴空きを抑制するために、溶接開始部や溶接終了部における入熱量を緻密に設定する必要があり、手間がかかる。そのため、より簡易な方法で、溶接開始部や溶接終了部における穴空きを抑制可能な技術が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、金属部材の製造方法が提供される。この金属部材の製造方法は、金属製の第１板材の端面と前記第１板材の板厚よりも大きな板厚を有する金属製の第２板材の端面とが突き合わされるように、前記第１板材と前記第２板材とを配置する突合せ工程と、前記第１板材の端面と前記第２板材の端面とが突き合わされた突合せ部を溶接するための溶接工程と、を有する。前記溶接工程は、前記第２板材上の位置であり、前記突合せ部および前記突合せ部に沿った方向における前記第２板材の一端から予め定められた距離離れた第１位置にて金属を溶融させるエネルギの付与を開始し、前記第１位置から前記突合せ部上の第２位置に向かって前記エネルギの付与位置を移動させる第１工程と、前記第２位置から、前記突合せ部上の位置であり、前記突合せ部に沿った方向における前記第２板材の他端から予め定められた距離離れた第３位置に向かって前記エネルギの付与位置を前記突合せ部に沿って移動させることによって前記突合せ部を溶接する第２工程と、前記第３位置から、前記第２板材上の位置であり、前記突合せ部から予め定められた距離離れた第４位置に向かって前記エネルギの付与位置を移動させて、前記第４位置にて前記エネルギの付与を終了する第３工程と、を有する。
この形態の金属部材の製造方法によれば、第１板材の板厚よりも大きな板厚を有する第２板材上の第１位置にてエネルギの付与を開始し、第２板材上の第４位置にてエネルギの付与を終了するので、エネルギの付与を開始する際、および、エネルギの付与を終了する際に、穴空きが生じにくい。そのため、第１位置や第４位置における入熱量を緻密に設定しなくても、穴空きが生じることを抑制できる。
（２）上記形態の金属部材の製造方法において、前記溶接工程では、レーザ溶接、または、前記レーザ溶接とアーク溶接とが組み合わされたレーザアークハイブリッド溶接によって前記突合せ部を溶接してもよい。
この形態の金属部材の製造方法によれば、レーザ溶接、または、レーザアークハイブリッド溶接によって突合せ部を溶接するので、突合せ部を高速で溶接できる。
（３）上記形態の金属部材の製造方法において、前記レーザ溶接のレーザ光の焦点スポット径は、０．５ミリメートル以上、かつ、１．２ミリメートル以下であり、前記第１位置と前記突合せ部との距離と前記第４位置と前記突合せ部との距離とのうちの少なくとも一方は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下であってもよい。
この形態の金属部材の製造方法によれば、レーザ光の照射が開始される第１位置と突合せ部との距離やレーザ光の照射が終了される第４位置と突合せ部との距離を十分に確保できるので、レーザ光の照射が開始される際やレーザ光の照射が終了される際にレーザ光の照射によって溶融した金属が突合せ部から落下して穴が空くことを抑制できる。
（４）上記形態の金属部材の製造方法において、前記レーザ溶接のレーザ光の焦点スポット径は、０．５ミリメートル以上、かつ、１．２ミリメートル以下であり、前記第１位置と前記第２板材の前記一端との距離と、前記第３位置と前記第２板材の前記他端との距離とのうちの少なくとも一方は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下であってもよい。
この形態の金属部材の製造方法によれば、レーザ光の照射位置と第２板材の一端や他端との距離を十分に確保できるので、レーザ光の照射によって溶融した金属が第２板材の一端や他端から落下して穴が空くことを抑制できる。
本開示は、金属部材の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、レーザ溶接方法、レーザ溶接装置、レーザアークハイブリッド溶接方法、レーザアークハイブリッド溶接装置等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の金属部材の概略構成を示す斜視図。

【図2】第１実施形態の溶接装置の概略構成を示す説明図。

【図3】第１実施形態の金属部材の製造方法の内容を示すフローチャート。

【図4】溶接工程におけるレーザ光およびアークの移動経路を示す上面図。

【図5】溶接工程におけるレーザ光の移動速度および出力を示す説明図。

【図6】第１実施形態の溶接工程の様子を示す説明図。

【図7】比較例の溶接工程の様子を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における金属部材１０の概略構成を示す斜視図である。金属部材１０は、薄板部１１と、厚板部１２と、溶接継手部１３とを有している。薄板部１１および厚板部１２は、板状に構成されている。厚板部１２の板厚ｔ２は、薄板部１１の板厚ｔ１よりも大きい。溶接継手部１３は、薄板部１１と厚板部１２とを互いに固定している。

【0009】

薄板部１１および厚板部１２は、同じ種類の金属材料で形成されている。本実施形態では、薄板部１１および厚板部１２の材料は、鋼である。薄板部１１および厚板部１２の材料は、鋼に限られず、例えば、アルミニウム合金や、チタン合金や、マグネシウム合金でもよい。なお、薄板部１１と厚板部１２とが互いに異なる種類の金属材料で形成されてもよい。例えば、薄板部１１が鋼で形成され、厚板部１２がアルミニウム合金で形成されてもよい。

【0010】

金属部材１０は、板厚ｔ１と同じ板厚を有する金属製の第１板材２０と、板厚ｔ２と同じ板厚を有する金属製の第２板材３０とを突合せ溶接することによって製造される。薄板部１１は、第１板材２０で形成され、厚板部１２は、第２板材３０で形成される。溶接継手部１３は、第１板材２０と第２板材３０とを突合せ溶接することによって形成される。本実施形態では、第１板材２０および第２板材３０は、平板である。なお、他の実施形態では、第１板材２０と第２板材３０との少なくともいずれか一方は、平板ではなく、曲面板でもよい。

【0011】

図２は、本実施形態における金属部材１０の製造に用いられる溶接装置１００の概略構成を模式的に示す説明図である。本実施形態では、溶接装置１００は、レーザ溶接部１１０と、アーク溶接部１２０と、溶接位置変更部１３０と、ステージ１４０と、制御部１５０とを備えている。ステージ１４０には、ワークＷＫとして、第１板材２０と第２板材３０とが固定される。第１板材２０の端面と第２板材３０の端面とが突き合わされるように、第１板材２０と第２板材３０とがステージ１４０に固定される。

【0012】

レーザ溶接部１１０は、レーザ発振器１１１と、レーザヘッド１１５とを備えている。レーザ発振器１１１は、レーザ光ＬＳを発生させる。本実施形態では、レーザ発振器１１１の発生させるレーザ光ＬＳは、ファイバレーザである。レーザ発振器１１１の発生させるレーザ光ＬＳは、例えば、ディスクレーザや半導体レーザやＹＡＧレーザ等の、ファイバレーザ以外の固体レーザでもよい。レーザ発振器１１１の発生させるレーザ光ＬＳは、固体レーザではなく、例えば、炭酸ガスレーザ等の気体レーザでもよい。

【0013】

レーザヘッド１１５は、光ファイバ１１２によってレーザ発振器１１１に接続されている。レーザ発振器１１１の発生させるレーザ光ＬＳは、光ファイバ１１２によってレーザ発振器１１１からレーザヘッド１１５に伝送され、レーザヘッド１１５からワークＷＫに向かって射出される。レーザ発振器１１１の発生させるレーザ光ＬＳが炭酸ガスレーザである場合には、光ファイバ１１２ではなく、ベンドミラーによってレーザ発振器１１１からレーザヘッド１１５にレーザ光ＬＳが伝送されてもよい。図２では図示を省略しているが、レーザヘッド１１５には、シールドガスとして、アルゴンガス等が供給される。

【0014】

アーク溶接部１２０は、溶接用電源装置１２１と、アークトーチ１２５とを備えている。溶接用電源装置１２１は、パワーケーブル１２２によってアークトーチ１２５に電気的に接続されている。溶接用電源装置１２１は、アースケーブル１２３によってワークＷＫに電気的に接続される。溶接用電源装置１２１は、アークトーチ１２５とワークＷＫとの間に電圧を印加して、アークトーチ１２５とワークＷＫとの間にアークＡＣを発生させる。

【0015】

アークトーチ１２５は、ＭＩＧ溶接用、炭酸ガスアーク溶接用、あるいは、ＭＡＧ溶接用のアークトーチとして構成されている。つまり、図２では図示を省略しているが、アークトーチ１２５には、電極として、ワークＷＫの材料と同じ材料を主成分とする溶接ワイヤが供給され、シールドガスとして、アルゴンガス、炭酸ガス、あるいは、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等が供給される。なお、アークトーチ１２５は、ＴＩＧ溶接用のアークトーチとして構成されてもよい。

【0016】

溶接位置変更部１３０は、ワークＷＫに対するレーザヘッド１１５およびアークトーチ１２５の相対位置を変更する。本実施形態では、溶接位置変更部１３０は、ロボットアームによって構成されている。より具体的には、溶接位置変更部１３０は、６つの回転軸Ｊ１～Ｊ６を有する垂直多関節ロボットによって構成されている。溶接位置変更部１３０の先端部には、固定部材１３５を介して、レーザヘッド１１５とアークトーチ１２５とが固定されている。溶接位置変更部１３０は、固定部材１３５に固定されたレーザヘッド１１５とアークトーチ１２５とを一体として移動させることによって、ワークＷＫに対するレーザヘッド１１５およびアークトーチ１２５の相対位置を変更する。なお、溶接位置変更部１３０は、垂直多関節ロボットではなく、例えば、水平多関節ロボットによって構成されてもよい。溶接位置変更部１３０は、ロボットアームではなく、例えば、電動リニアアクチュエータ等が組み合わされて構成されてもよい。

【0017】

他の実施形態では、溶接位置変更部１３０は、レーザヘッド１１５とアークトーチ１２５とを一体として移動させるのではなく、レーザヘッド１１５とアークトーチ１２５とを互いに独立して移動させてもよい。溶接位置変更部１３０は、レーザヘッド１１５およびアークトーチ１２５を移動させずに、ステージ１４０を移動させることによって、ワークＷＫに対するレーザヘッド１１５およびアークトーチ１２５の相対位置を変更してもよい。また、溶接位置変更部１３０は、レーザヘッド１１５、アークトーチ１２５、および、ステージ１４０を移動させることによって、ワークＷＫに対するレーザヘッド１１５およびアークトーチ１２５の相対位置を変更してもよい。

【0018】

制御部１５０は、ＣＰＵと、メモリと、入出力インターフェースとを備えたコンピュータとして構成されている。本実施形態では、制御部１５０は、レーザ溶接部１１０を制御してレーザヘッド１１５からワークＷＫにレーザ光ＬＳを照射するとともに、アーク溶接部１２０を制御してアークトーチ１２５からワークＷＫにアークＡＣを照射することによって、金属を溶融させるエネルギをワークＷＫに付与する。制御部１５０は、溶接位置変更部１３０を制御してワークＷＫに対するレーザヘッド１１５およびアークトーチ１２５の相対位置を変更することによって、ワークＷＫ上におけるレーザ光ＬＳやアークＡＣの照射位置、換言すれば、ワークＷＫ上におけるエネルギの付与位置を移動させる。なお、制御部１５０は、コンピュータではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

【0019】

図３は、本実施形態における金属部材１０の製造方法の内容を示すフローチャートである。図４は、レーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置の移動経路を示す上面図である。図３に示すように、まず、ステップＳ１１０にて、第１板材２０の端面と第２板材３０の端面とが互いに突き合わされるように、第１板材２０と第２板材３０とが配置される。本実施形態では、第１板材２０の端面と第２板材３０の端面とが互いに突き合わされるように、第１板材２０と第２板材３０とがステージ１４０に固定される。この際、第１板材２０または第２板材３０には、アースケーブル１２３が接続される。第１板材２０と第２板材３０とがステージ１４０に固定された状態で、第１板材２０の端面と第２板材３０の端面とが接触していてもよいし、第１板材２０の端面と第２板材３０の端面との間に所定の幅の隙間が設けられてもよい。

【0020】

本実施形態では、第１板材２０の底面と第２板材３０の底面とが面一になるように第１板材２０と第２板材３０とがステージ１４０に固定される。なお、第１板材２０の上面と第２板材３０の上面とが面一になるように第１板材２０と第２板材３０とがステージ１４０に固定されてもよいし、第１板材２０の上面と第２板材３０の上面との間に段差が形成され、かつ、第１板材２０の底面と第２板材３０の底面との間に段差が形成されるように第１板材２０と第２板材３０とがステージ１４０に固定されてもよい。

【0021】

次に、ステップＳ１２０にて、図４に示す第２板材３０上の第１位置Ｐ１に向けてレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射が開始され、第１位置Ｐ１から図４に示す突合せ部４０上の第２位置Ｐ２に向かってレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置が移動される。本実施形態では、制御部１５０がレーザ溶接部１１０を制御することによってレーザヘッド１１５からのレーザ光ＬＳの照射が開始され、制御部１５０がアーク溶接部１２０を制御することによってアークトーチ１２５からのアークＡＣの照射が開始される。レーザ光ＬＳの焦点スポット径Ｄは、０．５ミリメートル以上、かつ、１．２ミリメートル以下である。焦点スポット径Ｄとは、焦点スポットの直径のことを意味する。本実施形態では、制御部１５０が溶接位置変更部１３０を制御してステージ１４０に対してレーザヘッド１１５およびアークトーチ１２５を移動させることによって、レーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置が移動される。

【0022】

第１位置Ｐ１は、第１板材２０と第２板材３０とが突き合わされている突合せ部４０から所定距離離れた位置であり、かつ、突合せ部４０に沿った方向における第２板材３０の一端から所定距離離れた位置である。本実施形態では、第１位置Ｐ１と突合せ部４０との距離Ｌ１は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である。第１位置Ｐ１と第２板材３０の一端との距離Ｌ２は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である。

【0023】

第２位置Ｐ２は、第２板材３０の一端から所定距離離れた位置である。本実施形態では、第２位置Ｐ２と第２板材３０の一端との距離Ｌ３は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である。

【0024】

図３のステップＳ１３０にて、第２位置Ｐ２から図４に示す突合せ部４０上の第３位置Ｐ３に向かって、レーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置が突合せ部４０に沿って移動されることによって、第１板材２０と第２板材３０とが溶接される。

【0025】

第３位置Ｐ３は、突合せ部４０に沿った方向における第２板材３０の他端から所定距離離れた位置である。本実施形態では、第３位置Ｐ３と第２板材３０の他端との距離Ｌ４は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である。

【0026】

図３のステップＳ１４０にて、第３位置Ｐ３から図４に示す第２板材３０上の第４位置Ｐ４に向かってレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置が移動された後、第４位置Ｐ４にてレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射が終了される。本実施形態では、制御部１５０がレーザ溶接部１１０を制御することによって、レーザヘッド１１５からのレーザ光ＬＳの照射が終了され、制御部１５０がアーク溶接部１２０を制御することによって、アークトーチ１２５からのアークＡＣの照射が終了される。

【0027】

第４位置Ｐ４は、突合せ部４０から所定距離離れた位置であり、かつ、第２板材３０の他端から所定距離離れた位置である。本実施形態では、第４位置Ｐ４と突合せ部４０との距離Ｌ５は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である。第４位置Ｐ４と第２板材３０の他端との距離Ｌ６は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である。

【0028】

上述したステップＳ１２０からステップＳ１４０までの工程のことを溶接工程と呼ぶ。溶接工程のうち、ステップＳ１２０の工程のことを第１工程と呼び、ステップＳ１３０の工程のことを第２工程と呼び、ステップＳ１４０の工程のことを第３工程と呼ぶ。図４には、第１工程におけるレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置の移動経路Ｒ１と、第２工程におけるレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置の移動経路Ｒ２と、第３工程におけるレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置の移動経路Ｒ３とが表されている。本実施形態では、第１工程における移動経路Ｒ１は、第２板材３０の一端に平行である。上方から視て突合せ部４０が一直線状に形成されているので、第２工程における移動経路Ｒ２は、一直線状である。第３工程における移動経路Ｒ３は、第２板材３０の他端に平行である。第１工程から第３工程では、これらの移動経路Ｒ１～Ｒ３に沿って一筆書きのようにしてレーザ光ＬＳおよびアークＡＣが照射される。なお、他の実施形態では、第１工程における移動経路Ｒ１は、第２板材３０の一端に交差する方向に平行でもよいし、第３工程における移動経路Ｒ３は、第２板材３０の他端に交差する方向に平行でもよい。

【0029】

第１板材２０と第２板材３０とが溶接によって一体化されることによって、金属部材１０が製造される。その後、金属部材１０がステージ１４０から取り外される。金属部材１０のうち、第２位置Ｐ２に対して一端側の部分、および、第３位置Ｐ３に対して他端側の部分には、レーザ光ＬＳおよびアークＡＣが照射されておらず、溶接継手部１３が形成されていない。本実施形態では、金属部材１０がステージ１４０から取り外された後、金属部材１０のうち、第２位置Ｐ２に対して一端側の部分、および、第３位置Ｐ３に対して他端側の部分が切断によって除去される。

【0030】

図５は、上述したステップＳ１２０からステップＳ１４０において移動するレーザ光ＬＳの照射位置の移動速度とレーザ光ＬＳの出力とを示す説明図である。図５において、横軸は、ワークＷＫ上の位置を表しており、縦軸は、レーザ光ＬＳの照射位置の移動速度とレーザ光ＬＳの出力とを表している。

【0031】

本実施形態では、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までレーザ光ＬＳの照射位置を移動させる際には、制御部１５０は、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かうほどレーザ光ＬＳの照射位置の移動速度を速くし、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かうほどレーザ光ＬＳの出力を大きくする。より具体的には、制御部１５０は、所定出力Ｐｗ１で第１位置Ｐ１に向けてレーザ光ＬＳの照射を開始するとともに、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かってレーザ光ＬＳの照射位置の移動を開始する。この際、制御部１５０は、初速度ゼロで移動を開始したレーザ光ＬＳの照射位置の移動速度が第２位置Ｐ２の近傍にて所定速度Ｖ１になり、第２位置Ｐ２の近傍にてレーザ光ＬＳの出力が所定出力Ｐｗ２になるように、レーザ光ＬＳの照射位置の移動速度、および、レーザ光ＬＳの出力を線形に増加させる。なお、他の実施形態では、制御部１５０は、レーザ光ＬＳの照射位置の移動速度やレーザ光ＬＳの出力を非線形に増加させてもよい。

【0032】

第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３までレーザ光ＬＳの照射位置を移動させる際には、制御部１５０は、レーザ光ＬＳの照射位置の移動速度、および、レーザ光ＬＳの出力を一定に保つ。より具体的には、制御部１５０は、レーザ光ＬＳの照射位置の移動速度を速度Ｖ１に保ち、レーザ光ＬＳの出力を出力Ｐｗ２に保つ。

【0033】

第３位置Ｐ３から第４位置Ｐ４までレーザ光ＬＳの照射位置を移動させる際には、制御部１５０は、第３位置Ｐ３から第４位置Ｐ４に向かうほどレーザ光ＬＳの照射位置の移動速度を遅くし、第３位置Ｐ３から第４位置Ｐ４に向かうほどレーザ光ＬＳの出力を小さくする。より具体的には、制御部１５０は、レーザ光ＬＳの照射位置の移動速度が第４位置Ｐ４にてゼロになり、第４位置Ｐ４にてレーザ光ＬＳの出力が出力Ｐｗ１になるように、レーザ光ＬＳの照射位置の移動速度、および、レーザ光ＬＳの出力を線形に減少させる。なお、他の実施形態では、第４位置Ｐ４におけるレーザ光ＬＳの出力は、出力Ｐｗ２より小さく、かつ、出力Ｐｗ１よりも大きい出力でもよいし、出力Ｐｗ１よりも小さい出力でもよい。制御部１５０は、レーザ光ＬＳの照射位置の移動速度やレーザ光ＬＳの出力を非線形に減少させてもよい。

【0034】

本実施形態では、制御部１５０は、第１位置Ｐ１および第４位置Ｐ４におけるレーザ光ＬＳの照射位置の移動速度をゼロにするので、レーザ光ＬＳの照射開始位置や照射終了位置がずれることを抑制できる。また、制御部１５０は、レーザ光ＬＳの照射位置を第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３に移動させる際の移動速度を、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に移動させる際の移動速度や、第３位置Ｐ３から第４位置Ｐ４に移動させる際の移動速度よりも速くするので、溶接にかかる時間が長くなることを抑制できる。また、制御部１５０は、レーザ光ＬＳの照射位置を第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３に移動させる際に、レーザ光ＬＳの照射位置の移動速度とレーザ光ＬＳの出力を一定に保つので、突合せ部４０の位置ごとに溶接品質のばらつきが生じることを抑制できる。また、制御部１５０は、レーザ光ＬＳの照射位置の移動速度やレーザ光ＬＳの出力を線形に変化させることによってレーザ光ＬＳの照射位置の移動速度やレーザ光ＬＳの出力を調整するので、簡易な制御でレーザ光ＬＳの照射位置の移動速度やレーザ光ＬＳの出力を調整することができる。

【0035】

図６は、本実施形態における溶接工程の様子を模式的に示す説明図である。図７は、比較例における溶接工程の様子を模式的に示す説明図である。図６には、第１位置Ｐ１に向けてレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射を開始した後、レーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置を第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２を経由して第３位置Ｐ３に向かって移動させる様子が表されている。図７には、突合せ部４０の端部に向けてレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射を開始した後、突合せ部４０の一端から他端に向かってレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置を移動させる様子が表されている。

【0036】

図６に示すように、ワークＷＫに対してレーザ光ＬＳおよびアークＡＣが照射されることによって、ワークＷＫが溶融して溶融金属ＭＭからなる溶融池が形成される。一般に、ワークＷＫの端部に近いほどワークＷＫの端部から溶融金属ＭＭが落下しやすいので、ワークＷＫの端部に近いほどワークＷＫに穴が空きやすい。突合せ部４０では第１板材２０と第２板材３０との間から溶融金属ＭＭが落下することがあるので、突合せ部４０では突合せ部４０以外の部分に比べて穴が空きやすい。突合せ部４０以外の部分では板厚が小さいほど穴が空きやすい。したがって、図７に示すように、突合せ部４０の端部に向けてレーザ光ＬＳの照射を開始した後、突合せ部４０の一端から他端に向かってレーザ光ＬＳの照射位置を移動させた場合には、ワークＷＫに穴ＨＬが空きやすい。

【0037】

これに対して、以上で説明した本実施形態における金属部材１０の製造方法によれば、溶接工程において、図６に示すように第１板材２０の板厚ｔ１よりも大きな板厚ｔ２を有する第２板材３０上の第１位置Ｐ１にてワークＷＫへのエネルギの付与を開始し、かつ、第２板材３０上の第４位置Ｐ４にてワークＷＫへのエネルギの付与を終了するので、ワークＷＫへのエネルギの付与を開始する際、および、ワークＷＫへのエネルギの付与を終了する際の穴空きを生じにくくできる。そのため、第１位置Ｐ１や第４位置Ｐ４における入熱量を緻密に設定しなくても、ワークＷＫに穴空きが生じることを抑制できる。特に、本実施形態では、レーザ溶接とアーク溶接とが組み合わされたレーザアークハイブリッド溶接によってワークＷＫを溶接する。つまり、レーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射によってワークＷＫにエネルギを付与する。そのため、アーク溶接のみによって溶接する形態に比べて高速で溶接することができる。さらに、レーザ溶接のみによって溶接する形態に比べて広範囲を溶融させることができるので、突合せ部４０における第１板材２０と第２板材３０との隙間の管理を容易化できる。

【0038】

また、本実施形態では、レーザ光ＬＳの焦点スポット径Ｄは、０．５ミリメートル以上、かつ、１．２ミリメートル以下であり、レーザ光ＬＳの照射が開始される第１位置Ｐ１と突合せ部４０との距離Ｌ１、および、レーザ光ＬＳの照射が終了される第４位置Ｐ４と突合せ部４０との距離Ｌ５は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である。そのため、レーザ光ＬＳの照射を開始する際やレーザ光ＬＳの照射を終了する際に、レーザ光ＬＳの照射によって溶融した金属が突合せ部４０から落下して穴が空くことを抑制できる。

【0039】

また、本実施形態では、レーザ光ＬＳの焦点スポット径Ｄは、０．５ミリメートル以上、かつ、１．２ミリメートル以下であり、第１位置Ｐ１と第２板材３０の一端との距離Ｌ２、第２位置Ｐ２と第２板材３０の一端との距離Ｌ３、第３位置Ｐ３と第２板材３０の他端との距離Ｌ４、および、第４位置Ｐ４と第２板材３０の他端との距離Ｌ６は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である。そのため、レーザ光ＬＳの照射位置と第２板材３０の一端や他端との距離を十分に確保できるので、レーザ光ＬＳの照射によって溶融した金属が第２板材３０の一端や他端から落下して穴が空くことを抑制できる。特に、本実施形態では、上述したとおり、第１板材２０と第２板材３０とを溶接することによって製造された金属部材１０のうち、突合せ部４０を溶接されていない部分である、第２位置Ｐ２に対して第２板材３０の一端側の部分と、第３位置Ｐ３に対して第２板材３０の他端側の部分とが切断によって除去される。第２位置Ｐ２と第２板材３０の一端との距離Ｌ３や、第３位置Ｐ３と第２板材３０の他端との距離Ｌ４を５．０ミリメートル以下にすることによって、切断によって除去される部分の面積を小さくすることができるので、歩留まりが悪くなることを抑制できる。

【0040】

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上述した実施形態の金属部材１０の製造方法では、レーザ溶接とアーク溶接とが組み合わされたレーザアークハイブリッド溶接によって第１板材２０と第２板材３０とが溶接されることによって、金属部材１０が製造される。これに対して、アーク溶接と組み合わされていないレーザ溶接によって第１板材２０と第２板材３０とが溶接されることによって金属部材１０が製造されてもよい。レーザ溶接と組み合わされていないアーク溶接によって第１板材２０と第２板材３０とが溶接されることによって金属部材１０が製造されてもよいし、電子ビーム溶接によって第１板材２０と第２板材３０とが溶接されることによって金属部材１０が製造されてもよい。

【0041】

（Ｂ２）上述した各実施形態の金属部材１０の製造方法では、上方から視て突合せ部４０が一直線状に形成されており、溶接工程の第２工程におけるレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置の移動経路Ｒ２は、一直線状である。これに対して、金属部材１０の製造方法では、上方から視て突合せ部４０が曲線部分を有しており、第２工程におけるレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置の移動経路Ｒ２は、突合せ部４０に沿った曲線部分を有してもよい。例えば、上方から視て突合せ部４０が波状に形成されており、第２工程におけるレーザ光ＬＳおよびアークＡＣの照射位置の移動経路Ｒ２は、突合せ部４０に沿った波状であってもよい。

【0042】

（Ｂ３）上述した各実施形態の金属部材１０の製造方法では、レーザ光ＬＳの照射が開始される第１位置Ｐ１と突合せ部４０との距離Ｌ１、および、レーザ光ＬＳの照射が終了される第４位置Ｐ４と突合せ部４０との距離Ｌ５は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である。これに対して、レーザ光ＬＳの照射が開始される第１位置Ｐ１と突合せ部４０との距離Ｌ１と、レーザ光ＬＳの照射が終了される第４位置Ｐ４と突合せ部４０との距離Ｌ５とのうちの少なくとも一方は、１．０ミリメートル未満でもよいし、５．０ミリメートルを超えてもよい。

【0043】

（Ｂ４）上述した各実施形態の金属部材１０の製造方法では、第１位置Ｐ１と第２板材３０の一端との距離Ｌ２、第２位置Ｐ２と第２板材３０の一端との距離Ｌ３、第３位置Ｐ３と第２板材３０の他端との距離Ｌ４、および、第４位置Ｐ４と第２板材３０の他端との距離Ｌ６は、１．０ミリメートル以上、かつ、５．０ミリメートル以下である。これに対して、第１位置Ｐ１と第２板材３０の一端との距離Ｌ２と、第２位置Ｐ２と第２板材３０の一端との距離Ｌ３と、第３位置Ｐ３と第２板材３０の他端との距離Ｌ４と、第４位置Ｐ４と第２板材３０の他端との距離Ｌ６とのうちの少なくともいずれか１つは、１．０ミリメートル未満でもよいし、５．０ミリメートルを超えてもよい。

【0044】

（Ｂ５）上述した各実施形態の金属部材１０の製造方法において、制御部１５０は、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向にレーザヘッド１１５を移動させながら、移動中のレーザヘッド１１５からのレーザ光ＬＳの照射を第１位置Ｐ１にて開始させてもよい。この場合、第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３に向かう方向にレーザヘッド１１５を移動させながら、移動中のレーザヘッド１１５からのレーザ光ＬＳの照射を第２位置Ｐ２にて開始させる形態とは異なり、レーザ光ＬＳの照射開始タイミングが意図せず早くなったとしてもレーザ光ＬＳの照射開始位置と第２板材３０の一端との距離にずれが生じにくい。そのため、レーザ光ＬＳの照射開始位置と第２板材３０の一端との距離が意図せず近くなって穴空きが生じることを抑制できる。

【0045】

（Ｂ６）上述した各実施形態の金属部材１０の製造方法において、制御部１５０は、第３位置Ｐ３から第４位置Ｐ４に向かう方向にレーザヘッド１１５を移動させながら、レーザヘッド１１５からのレーザ光ＬＳの照射を第４位置Ｐ４にて終了させてもよい。この場合、第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３に向かう方向にレーザヘッド１１５を移動させながら、レーザヘッド１１５からのレーザ光ＬＳの照射を第３位置Ｐ３にて終了させる形態とは異なり、レーザ光ＬＳの照射終了タイミングが意図せず遅くなったとしてもレーザ光ＬＳの照射終了位置と第２板材３０の他端との距離にずれが生じにくい。そのため、レーザ光ＬＳの照射終了位置と第２板材３０の他端との距離が意図せず近くなって穴空きが生じることを抑制できる。

【0046】

（Ｂ７）上述した各実施形態の金属部材１０の製造方法の溶接工程において、移動経路Ｒ１と移動経路Ｒ２との接続部分、および、移動経路Ｒ２と移動経路Ｒ３との接続部分は、微分可能な線を描くように設けられてもよい。この場合、移動経路Ｒ１と移動経路Ｒ２との接続部分や移動経路Ｒ２と移動経路Ｒ３との接続部分が微分不可能な線を描くように設けられた形態、例えば、移動経路Ｒ１と移動経路Ｒ２とが直角に折れ曲がるように接続された形態に比べて、溶接位置変更部１３０の制御が容易になる。そのため、第２位置Ｐ２や第３位置Ｐ３の近傍においてレーザ光ＬＳの照射位置の移動速度が遅くなることに起因して第２位置Ｐ２や第３位置Ｐ３の近傍に穴空きが生じることを抑制できる。

【0047】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0048】

１０…金属部材、１１…薄板部、１２…厚板部、１３…溶接継手部、２０…第１板材、３０…第２板材、４０…突合せ部、１００…溶接装置、１１０…レーザ溶接部、１１１…レーザ発振器、１１２…光ファイバ、１１５…レーザヘッド、１２０…アーク溶接部、１２１…溶接用電源装置、１２２…パワーケーブル、１２３…アースケーブル、１２５…アークトーチ、１３０…溶接位置変更部、１３５…固定部材、１４０…ステージ、１５０…制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】