JP6854184B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば板厚が１．０ｍｍ程度の薄いワークの端面を鈍角に突き合せてレーザ溶接を行うレーザ溶接方法に関する。さらに詳細には、一方のワークの端面に他方のワークの一端面を鈍角に突き合せてレーザ溶接を行う際、一方のワークと他方のワークとの位置決めを容易に行い得るレーザ溶接方法に関する。

従来、薄い板状のワークの端面を突き合わせてレーザ溶接を行う場合、一方のワークの端面と他方のワークの端面とを、直線的またはＬ形状に突き合せてレーザ溶接を行うのが一般的である。なお、本発明に関係あると思われる先行技術文献として、特許文献１，２，３等がある。

特開平８−２５７７７３号公報 特開２０１５−１３９７９５号公報 特開２０１７−５９６２５号公報

ところで、図１に示すように、一方の板状のワークＷ１の端面Ｆ１と他方のワークＷ２の端面Ｆ２とを鋭角に突き合せて、ワークＷ１とワークＷ２とを鈍角に突き合せたレーザ溶接を行う場合、一方のワークＷ１の角部Ｃ１と他方のワークＷ２の角部Ｃ２とを突き合せることになる。この場合、溶接治具を用いてワークＷ１，Ｗ２の位置決めを行い、一方のワークＷ１の角部Ｃ１と他方のワークＷ２の角部Ｃ２とを突き合せることになる。しかし、角部Ｃ１，Ｃ２は直角をなすものであるから、角部Ｃ１，Ｃ２を突き合せることは難しいものである。

また、ワークＷ１，Ｗ２の端面を突き合せる構成としては、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、種々の形態が考えられる。しかし、ワークＷ１，Ｗ２の端面の突き合せは、目視による突き合せであり、かつ例えば他方のワークＷ２の端面Ｆ２に対する一方のワークＷ１における角部Ｃ１の当接位置は常に一定位置とは限らず、レーザ溶接後の加工状態が不安定になり易いという問題がある。

本発明は、板状の第１のワークの端面に、前記第１のワークの表面から板厚未満の第１の距離だけ離れた前記板厚における中間位置から前記第１のワークの面と平行方向に突出する微小突出部を形成する工程と、板状の第２のワークの端部を、前記第１のワークの前記端面における前記表面から前記中間位置までの部分と前記中間位置から前記第１のワークの面と平行方向に突出する部分とで形成される凹状の角部に掛け、前記第１のワークと前記第２のワークとが鈍角に突き合わされた状態で前記第２のワークの端部を前記角部に位置決めする工程と、前記第１のワークと前記第２のワークとの突き合わせ部にレーザ光を照射して、前記第１のワークと前記第２のワークとをレーザ溶接する工程とを含むレーザ溶接方法を提供する。

上記のレーザ溶接方法において、前記第１のワークに前記表面から前記中間位置まで凹む正方形状または矩形状の凹部を形成する工程と、前記第１のワークを、前記凹部の第１の辺の延長線上の第１の端部から第２の端部に向かってレーザ切断するときに、前記凹部が存在しない位置では前記第１のワークを前記延長線で切断し、レーザ切断する位置が前記第１の辺に到達したら、レーザ切断の経路を屈曲させて、前記第１のワークを前記第１の辺と直交する前記凹部の第２の辺に沿って第２の距離だけレーザ切断し、レーザ切断の経路を再び屈曲させて、前記第１のワークを前記第１の辺と平行にレーザ切断し、レーザ切断する位置が前記第２の辺と対向する前記凹部の第３の辺に到達したら、レーザ切断の経路をさらに屈曲させて、前記第１のワークを前記第３の辺に沿って前記第１の辺に到達するまでレーザ切断することにより、前記延長線の位置を前記第１のワークの前記端面として、前記端面に前記微小突出部を形成する工程とをさらに含む。

上記のレーザ溶接方法において、前記第２の距離は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであり、前記凹部の第１の辺の長さは３．０ｍｍ以上、前記第１の端部から前記第２の端部までの距離である前記第１のワークの幅未満である。

上記のレーザ溶接方法において、前記第１の距離は、前記第１のワークの板厚をｔとしたとき、ｔ／３〜２ｔ／３の距離である。

本発明によれば、一方のワークの端面に形成した微小突出部に、他方のワークの一端部を掛けると共に、他方のワークの一端部を一方のワークの前記端面に当接して位置決めするものである。したがって、他方のワークは、２点支持でもって一方のワークに支持される態様となる。よって、一方のワークの端面と他方のワークの端面とを突き合せて一方のワークと他方のワークとを鈍角に突き合せた状態にレーザ溶接を行うとき、一方のワークと他方のワークとを正確に位置決めすることができるものである。

一方のワークと他方のワークの角部を突き合せて溶接する場合の説明図である。 一方のワークと他方のワークとの突き合せ形態の説明図である。 ワークの端面に微小突出部を形成する場合の説明図である。 一方のワークと他方のワークの一端部を突き合せ溶接する場合の説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、一方の板状のワークＷ１の端面Ｆ１と他方の板状のワークＷ２の端面Ｆ２とを鈍触に突き合せるには、次のように行う。

先ず、図３（Ａ）に示すように、一方のワークＷ１（第１のワーク）において一端面Ｆ１を形成すべき位置に、一端面Ｆ１の位置と一方の辺１Ａ（第１の辺）の位置が一致した、例えば正方形状または矩形状の凹部１を適数（１個以上）形成する。図３（Ｂ）に示すように、凹部１は、プレスを使用し、例えば、半抜き加工を行うことによって形成する。

次に、一方のワークＷ１の一端面Ｆ１を形成すべく、凹部１における辺１Ａの延長線上に一致した、ワークＷの一側ＷＡの位置Ｐ１（第１の端部）においてワークＷ１のレーザ切断加工を行う。すなわち、ワークＷ１の一側ＷＡから他側ＷＢ（第２の端部）へ向かってレーザ切断加工を開始する。そして、切断加工ラインＬが凹部１の辺１Ｂ（第２の辺）の位置Ｐ２に達したときに、この辺１Ｂに沿うようにレーザ切断方向（切断ラインＬ）を屈曲する。その後、辺１Ｂに沿って、例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ移動した位置Ｐ３において、辺１Ａと平行にレーザ切断を行うように、レーザ経路を屈曲する。

そして、凹部１の辺１Ｃ（第３の辺）にレーザ切断加工が達した位置Ｐ４において、レーザ切断方向を最初の切断ラインＬ方向に屈曲する。その後、凹部１の辺１Ａと一致した位置Ｐ５において、最初の切断ラインＬを延長するように、辺１Ａと平行にレーザ切断を行う。上述のように、凹部１の部分に切断ライン（レーザ切断経路）を屈曲することにより、凹部１の部分には、図３（Ｃ）に示すように、ワークＷ１の一端面Ｆ１から僅かに突出した微小突出部３が形成されることになる。

その後、前記辺１Ａと平行にレーザ切断加工を行い、別個の凹部１における辺１Ａと辺１Ｂとの交点位置Ｐ６に達したときに、前述同様にレーザ切断経路を屈曲してレーザ切断加工を行うことにより、別個の凹部１の部分に微小突出部３が形成されることになる。

ところで、前記凹部１は、例えば矩形状のごとき平行四辺形に限ることなく、例えば台形、三角形状や半円形状とすることも可能である。すなわち、ワークＷ１の一端面Ｆ１と平行な辺を有する形状であればよいものである。なお、微小突出部３を形成するに際しては、例えば切削加工等によって、ワークＷ１の一端面Ｆ１の全長に亘って段差部を形成することも可能である。

前記凹部１の深さＨは、ワークＷ１の板厚をｔｍｍとしたとき、ｔ／３〜２ｔ／３の範囲であることが望ましい。そして、前記ワークＷ１の一端面Ｆ１からの前記微小突出部３の突出量Ｐは、ワークＷ１の板厚をｔｍｍとしたとき、０．１ｔ〜０．３ｔの範囲であることが望ましい。そして、前記微小突出部３の一端面Ｆ１に沿う方向の長さは、１ｔ以上の所望の範囲とすることができ、例えば、３．０ｍｍ〜一方のワーク幅とすることができる。

ところで、一方のワークＷ１の一端面Ｆ１と他方のワークＷ２の一端面Ｆ２とを鋭角に突き合せ、一方のワークＷ１とワークＷ２とを鈍角に突き合せて位置決めする場合には、次のように行う。

すなわち、図４に示すように、一方のワークＷ１を、一方の位置決め治具５に適宜に固定位置決めすると共に、位置決め治具５を調節してワークＷ１の傾斜角を調節する。そして、他方のワークＷ２を、他方の位置決め治具７における取付部材９上に固定する。前記位置決め治具７における支柱１１はＺ軸方向に長く構成してあり、ベースフレーム（図示省略）に備えたＹ軸方向の枢軸（図示省略）を介して傾斜角を調節自在に備えられている。また、前記支柱１１は、例えば流体圧シリンダ等の伸縮作動部材（図示省略）によってＺ軸方向に伸縮自在に備えられている。

そして、前記支柱１１の上部に前記取付部材９がＹ軸及びＺ軸に直交するＸ軸方向に位置調節可能に備えられている。さらに、前記取付部材９は、Ｚ軸方向の軸心を中心として旋回調節可能に備えられている。

上記構成により、他方の位置決め治具７における取付部材９上に固定した他方のワークＷ２の一端面Ｆ２を、図４に示すように、一方のワークＷ１の一端面Ｆ１に突き合わせることができる。この際、他方のワークＷ２における裏面（下面）ＷＬを前記微小突出部３に掛けた態様に当接する。そして、他方のワークＷ２における角部Ｃ２を、一方のワークＷ１の一端面Ｆ１に当接して位置決めする。すなわち、一方のワークＷ１における微小突出部３と一端面Ｆ１との２点でもって他方のワークＷ２を支持した態様でもって、一方のワークＷ１に対する他方のワークＷ２の位置決めを行うものである。

前述のように、一方のワークＷ１の一端面Ｆ１と他方のワークＷ２の一端面Ｆ２とを突き合せて、ワークＷ１とワークＷ２とを鈍角に突き合せて位置決めした後に、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド（図示省略）から前記突き合せ位置へレーザ光ＬＢを上方向から照射して、一方のワークＷ１と他方のワークＷ２との突き合せ部のレーザ溶接を行うものである。

既に理解されるように、一方のワークＷ１の一端面Ｆ１に対する他方のワークＷ２の一端面Ｆ２の当接位置決めは、一方のワークＷ１の一端面Ｆ１に備えた微小突出部３に他方のワークＷ２の裏面を当接し、かつ他方のワークＷ２における角部Ｃ２を一方のワークＷ１の一端面Ｆ１に当接した形態で行うものである。したがって、一方のワークＷ１における微小突出部３と一端面Ｆ１との２点を利用して、他方のワークＷ２の一端面Ｆ２の位置決めを行うことになる。よって、一方のワークＷＬの一端面Ｆ１に対する他方のワークＷ２の一端面Ｆ２の当接位置決めを、容易に、かつ正確に行い得るものである。

ところで、以上のごとき説明から理解されるように、前記微小突出部３を形成する際の凹部１の深さＨと微小突出部３の突出量Ｐを、一方のワークＷ１と他方のワークＷ２との成す交差角度に対応して適宜に選択する。この構成により、他方のワークＷ２の一端部を、一方のワークＷ１の一端部の２点でもって当接位置決めできることになる。したがって、一方のワークＷ１と他方のワークＷ２とを所望の角度でもって当接位置決めすることが容易なものである。

本実施形態によれば、他方のワークＷ２における角部Ｃ２は、一方のワークＷ１の一端面Ｆ１の中間位置に当接し、かつ他方のワークＷ２の下面が微小突出部３に当接した状態にある。したがって、レーザ溶接時には、一方のワークＷ１及び他方のワークＷ２の一端面Ｆ１，Ｆ２付近や微小突出部３の部分は溶融される。そして、溶融金属の表面張力によって、一方のワークＷ１と他方のワークＷ２との突き合せ部分はＲ面でもって溶接されることになる。したがって、突き合せ溶接部の外観が向上するものである。

ところで、前記凹部１の深さＨをｔ／３以下にすると、前記微小突出部３の突出量ＰとワークＷ１，Ｗ２との突き合せ角度によっては、他方のワークＷ２の角部Ｃ２が一方のワークＷ１の一端面Ｆ１に当接しなくなることがある。また、深さＨを２ｔ／３以上にすると、ワークＷ１の下面に対する微小突出部３の突出量が大きくなり望ましいものではない。

また、前記微小突出部３の長さが３．０ｍｍ以下になると、他方のワークＷ２を掛けるときに、掛け難いことがある。

Ｗ１ 一方のワーク
Ｗ２ 他方のワーク
Ｆ１ 一方のワークの一端面
Ｆ２ 他方のワークの一端面
１ 凹部
３ 微小突出部

Claims (4)

1. 板状の第１のワークの端面に、前記第１のワークの表面から板厚未満の第１の距離だけ離れた前記板厚における中間位置から前記第１のワークの面と平行方向に突出する微小突出部を形成する工程と、
   板状の第２のワークの端部を、前記第１のワークの前記端面における前記表面から前記中間位置までの部分と前記中間位置から前記第１のワークの面と平行方向に突出する部分とで形成される凹状の角部に掛け、前記第１のワークと前記第２のワークとが鈍角に突き合わされた状態で前記第２のワークの端部を前記角部に位置決めする工程と、
   前記第１のワークと前記第２のワークとの突き合わせ部にレーザ光を照射して、前記第１のワークと前記第２のワークとをレーザ溶接する工程と、
   を含むレーザ溶接方法。
2. 前記第１のワークに前記表面から前記中間位置まで凹む正方形状または矩形状の凹部を形成する工程と、
   前記第１のワークを、前記凹部の第１の辺の延長線上の第１の端部から第２の端部に向かってレーザ切断するときに、前記凹部が存在しない位置では前記第１のワークを前記延長線で切断し、レーザ切断する位置が前記第１の辺に到達したら、レーザ切断の経路を屈曲させて、前記第１のワークを前記第１の辺と直交する前記凹部の第２の辺に沿って第２の距離だけレーザ切断し、レーザ切断の経路を再び屈曲させて、前記第１のワークを前記第１の辺と平行にレーザ切断し、レーザ切断する位置が前記第２の辺と対向する前記凹部の第３の辺に到達したら、レーザ切断の経路をさらに屈曲させて、前記第１のワークを前記第３の辺に沿って前記第１の辺に到達するまでレーザ切断することにより、前記延長線の位置を前記第１のワークの前記端面として、前記端面に前記微小突出部を形成する工程と、
   をさらに含む請求項１に記載のレーザ溶接方法。
3. 前記第２の距離は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであり、前記凹部の前記第１の辺の長さは３．０ｍｍ以上、前記第１の端部から前記第２の端部までの距離である前記第１のワークの幅未満である請求項２に記載のレーザ溶接方法。
4. 前記第１の距離は、前記第１のワークの板厚をｔとしたとき、ｔ／３〜２ｔ／３の距離である請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。

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