JP4470721B2 - 溶接方法及び溶接整形装置 - Google Patents

Description

本発明は溶接方法及び溶接整形装置に関する。

レーザビーム等の高エネルギ密度ビームで溶接して溶接品を形成する技術を例にとって背景技術について説明する。高エネルギ密度ビームによれば、単位面積当たりの投入エネルギが多いため、溶接強度を向上させるのに有利である。近年、図１６及び図１７に示すように、レーザビームを用いて複数の板体１Ｘ，２Ｘ同士を溶接して溶接品を形成することが行われている。

また特許文献１（特公平２−４３５９０号公報）には、薄鋼板の端部同士を突き合わせ状態として溶接するシーム溶接において、レーザビームを光ファイバーにより搬送し、レーザビームのスポット径を鋼板の厚みの２倍以上に、もしくは、鋼板の突き合わせ隙間の１０倍以上のいずれかに設定すると共に、エネルギ密度をプラズマ発生限界より低くした状態で溶接を行う技術が開示されている。

また、特許文献２（特開昭６２−１０１３８２号公報）には、プーリのフランジ部を溶接で接合する溶接方法において、プーリのフランジの外周面（最大径部）の電極を外側から接触させ、且つ、非導電性及び耐熱性をもつリング状をなすセラミックス製の押さえ板をプーリのフランジの外側に配置してフランジをこれの厚み方向に押さえ板で挟んだ状態で、電極に溶接電流を流し、ジュール熱でフランジを溶接する技術が開示されている。
特公平２−４３５９０号公報 特開昭６２−１０１３８２号公報

上記した背景技術によれば、図１７に示すように、板体１Ｘ，２Ｘの合わせ面同士の境界に溶接凝固部５Ｘが形成されている。そして溶接強度及びその信頼性を高めることがますます要請されている。しかしながら、溶け込み深さを増加させるべく、入熱量を大きくすると、図１８に示すように、溶接凝固部５Ｘがハンピング現象を起こし、ハンピングビードとなるおそれがある。ハンピングビードとは、溶融凝固部が厚みの不均等を発生させつつ曲走する部位をいう。

また上記した特許文献１,２によれば、入熱量を大きくすると、溶接凝固部がハンピングビードとなることがある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、溶接凝固部がハンピングビードとなることを抑制するのに有利な溶接方法及び溶接整形装置を提供することを課題とする。

第１様相に係る溶接方法は、板体で形成された第１対象物と板体で形成された第２対象物とを縁継手構造をなした状態でその重ね合わせ面に沿った方向に高エネルギ密度ビームを照射させることにより溶接凝固部を形成する溶接方法において、溶接凝固部の露出面に接触し溶接凝固部を挟むように設けられ且つ溶接凝固部を有する第１対象物および第２対象物の厚み方向において互いの距離が可変で溶接凝固部の厚みを調整できる接触面を備える第１加圧体および第２加圧体を有する整形手段を用い、第１対象物および第２対象物を溶融させた後に凝固させて溶接凝固部を形成する際、溶接凝固部に形成され溶接凝固部を外方に露出させると共に溶融を経た露出面に、第１加圧体および第２加圧体を有する整形手段の接触面を接触させて加圧することにより、溶接凝固部を整形することを特徴とするものである。溶接凝固部に形成され溶接凝固部を外方に露出させると共に溶融を経た露出面が、整形手段の接触面により整形されるため、ハンピングビードが抑制される。従って入熱量が小さいときであっても、入熱量が大きいときであっても、ハンピングビードが抑制される。このように入熱量が大きいときであっても、ハンピングビードが抑制されるため、入熱量を大きくして溶け込み深さを大きくし、溶接凝固部の信頼性を高めることができる。

第２様相に係る溶接整形装置は、板体で形成された第１対象物と板体で形成された第２対象物とを縁継手構造をなした状態でその重ね合わせ面に沿った方向に高エネルギ密度ビームを照射させることにより形成された溶接凝固部を整形する溶接整形装置であり、第１対象物および第２対象物を溶融させた後に凝固させて形成される溶接凝固部を外方に露出させると共に溶融を経た露出面に、接触して露出面を加圧する接触面を有する整形手段を有しており、整形手段は、溶接凝固部の露出面に接触可能であり溶接凝固部を有する第１対象物および第２対象物の厚み方向において互いの距離が可変で溶接凝固部の厚みを調整できる接触面を備える第１加圧体と第２加圧体とを有することを特徴とするものである。
第３様相に係る溶接整形装置は、板体で形成された第１対象物と板体で形成された第２対象物とを縁継手構造をなした状態でその重ね合わせ面に沿った方向に高エネルギ密度ビームを照射させることにより形成された溶接凝固部を整形する溶接整形装置であり、第１対象物および第２対象物を溶融させた後に凝固させて形成される溶接凝固部を外方に露出させると共に溶融を経た露出面に、接触して露出面を加圧し、且つ、第１対象物および第２対象物の表面に当接する接触面を有する整形手段を有しており、整形手段は、溶接凝固部の露出面に接触可能であり溶接凝固部を挟むように設けられ且つ溶接凝固部を有する第１対象物および第２対象物の厚み方向において互いの距離が可変で溶接凝固部の厚みを調整できる接触面を備える第１加圧体と第２加圧体とを有することを特徴とするものである。
溶接凝固部を外方に露出させると共に溶融を経た露出面が整形手段の第１加圧体および第２加圧体により整形されるため、ハンピングビードが抑制される。従って入熱量が小さいときであっても、入熱量が大きいときであっても、ハンピングビードが抑制される。このように入熱量が大きいときであっても、ハンピングビードが抑制されるため、入熱量を大きくして溶け込み深さを大きくし、溶接凝固部の信頼性を高めることができる。

第１様相に係る溶接方法及び第２，３様相に係る溶接整形装置によれば、溶接凝固部を外方に露出させると共に溶融を経た露出面が整形手段の接触面により整形されるため、ハンピングビードが抑制される。従って、第１対象物と第２対象物との間に段差が形成されている場合であっても、あるいは、加熱条件が変動するような場合等であっても、良好な溶接凝固部が形成され、溶接条件の余裕度を高めることができる。
更に、溶接凝固部の厚み方向において互いの距離が可変で溶接凝固部の厚みを調整できる第１加圧体と第２加圧体により、溶接凝固部に対する鍛造効果も期待でき、組織の強化、ピンホール等の低減に有利である。

加熱手段としての高エネルギ密度ビームとしては、レーザビームまたは電子ビームが挙げられる。レーザとしてはＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、ルビーレーザ、Ａｒレーザ、ガラスレーザが例示される。第１対象物及び第２対象物を構成する金属としては、加熱により溶融させて接合できるものであれば良く、鉄系でも良いし、非鉄系でも良い。鉄系としては軟鋼系でも良いし、場合によっては硬鋼系でも良いし、合金鋼系でも良い。合金鋼系としてはステンレス鋼系等を例示できる。ステンレス鋼系としては、フェライト系、オーステナイト系、場合によってはマルテンサイト系でも良い。溶接品が鉄系である場合には、炭素含有量は質量比で１．０％以下、０．８％以下、０．５％以下、０．３％以下とすることができ、さらに０．１％以下、０．０５％以下とすることができる。なお、鉄系の場合には、過剰焼き入れを抑制するためには、炭素含有量を抑えることが好ましい。

第１対象物及び第２対象物は板体で形成されている。従って溶接品は、金属を基材とする複数の板体を溶接で組み付けて構成されている。この溶接品は、好ましくは、複数の板体の縁部同士を合わせると共に、加熱により溶接凝固部を介して複数の板体を接合されている。

整形手段は、加熱手段としての高エネルギ密度ビームにより加熱されている部分の後方に配置されている形態を例示することができる。この場合、加熱手段で加熱される部分と整形手段との距離が可変とされている形態を例示することができる。当該距離を可変とすれば、溶接凝固部の整形の程度を調整することができる。当該距離が過剰に長くて溶接凝固部が過剰に冷えているときには、溶接凝固部の整形の程度が制限される。当該距離が過剰に短くて溶接凝固部の溶融部分が過剰に多いときには、溶融部分が流出するおそれがある。これらの事情を考慮して当該距離を設定することが好ましい。

整形手段は、溶接凝固部を外方に露出させる溶融を経た露出面に接触する接触面を有する加圧体である。加圧体としては回転体を例示できる。回転体の場合には、溶接凝固部を連続的に整形するのに有利である。回転体は、回転ローラで形成しても良いし、キャタピラーやベルト等のエンドレス体で形成しても良い。回転体は従動タイプでも良いし、駆動タイプでも良い。整形手段は、溶接凝固部を挟むように溶接凝固部に接触可能な第１加圧体と第２加圧体とを備えている。第１加圧体及び第２加圧体のうち少なくも一方は、溶接凝固部の溶融を経た露出面に接触する接触面を有する回転ローラである形態を例示することができる。

溶接凝固部の厚み方向（板体の厚み方向）において、第１加圧体と第２加圧体との距離は可変とされている。この場合、溶接凝固部の厚みの変動に対処することができる。更に距離の変更により溶接凝固部に対する鍛造効果も調整できる。

また整形手段の第１加圧体および第２加圧体は、溶接凝固部の露出面に接触する接触面を有し且つ回転体の回転に伴い溶接凝固部に接触面が接触しつつ回転するエンドレス状をなすエンドレス体と、エンドレス体を保持する保持部とを備えている形態を例示することができる。エンドレス体としてベルト、チェーン等が例示される。エンドレス体は従動タイプでも良いし、駆動タイプでも良い。

本発明によれば、入熱量が大きいときであっても、整形手段によりハンピングビードが抑制されるため、入熱量を大きくして溶接を高速化することができ、かつ、溶け込み深さを大きくできる。この場合、第１対象物と第２対象物とが板体であるとき、溶接凝固部の溶け込み深さをＨＡミリメートルとし、第１対象物である第１板体の厚みをｔ１ミリメートルとしたとき、ＨＡ／ｔ１=２〜２０に設定されており、溶接凝固部の溶け込み深さ／板体の厚みの比が大きく設定されていることが好ましい。ＨＡ／ｔ１としては、溶接品の種類に応じて設定できるものの、２．５〜２０の範囲，２〜１９の範囲、２〜１８の範囲、２〜１５の範囲、２〜１０の範囲とすることができる。なお、ＨＡ／ｔ１については、下限値としては２．２または２．５または３または３．５または４または５を例示できる。この下限値と組み合わせ得る上限値としては、２０または１５または１０または８を例示できる。

溶接凝固部の厚み方向の幅をＷとしたとき、Ｗ≧ｔ１に設定されている形態を例示することができる。ここで、Ｗ=ｔ１×２とすることができる。従って、Ｗ=（ｔ１×２）×αとすることができる。α=０．８５〜１．１５、あるいは、０．９５〜１．０５とすることができる。

整形後の溶接凝固部は、溶け込み深さ方向に露出すると共に溶融を経た露出面を有する形態を採用することができる。殊に、整形後の溶接凝固部は、異なる方向に指向すると共に外方に露出する２つの露出面を有している形態を例示することができる。従って溶接凝固部は、溶融凝固部を外方に露出させると共に第１板体の厚み方向の一方側に指向する第１露出面と、溶融凝固部を外方に露出させると共に第２板体の厚み方向の他方側に指向する第２露出面とを有する形態を例示することができる。この場合、第１露出面及び第２露出面の双方が外方に露出しているため、第１露出面及び第２露出面の双方から溶接凝固部の溶け込み深さを目視または撮像装置等で視認することができ、溶接凝固部の強度の信頼性を一層高めることができる。

好ましい形態によれば、第１対象物と第２対象物とが板体であり、第１板体の厚みをｔ１とし、第２板体の厚みをｔ２としたとき、溶接凝固部の第１露出面は、溶接凝固部の厚み方向において、第１板体の縁部の表面の延長線に対して内方または外方にｔ１／５（ミリメートル）以内に設定されており、かつ、溶接凝固部の第２露出面は、溶接凝固部の厚み方向において、第２板体の縁部の表面の延長線に対して内方または外方にｔ１／５（ミリメートル）以内に設定されている形態を例示することができる。

従って好ましい形態によれば、溶接凝固部の第１露出面は第１板体の第１縁部の表面の延長線に沿って設定されていると共に、溶接凝固部の第２露出面は第２板体の第２縁部の表面の延長線に沿って設定されている形態を例示することができる。また、溶接凝固部の露出面は整形手段により整形された跡を有する形態を例示することができる。跡が凹または凸であれば、溶接凝固部を塗装する場合、塗装膜の密着性を改善することができる。

また溶接凝固部は、外方に露出すると共に第１板体及び第２板体のうちの一方側において外方に指向する露出面をもち、露出面と反対側の部位では、第１板体及び第２板体のうちの他方が露出している形態を採用することができる。この場合には、レーザビーム等の加熱源による加熱位置がずれたとき、あるいは、第１板体及び第２板体の厚みが均等でないときに生じ易い。

以下、本発明の実施例１について図１〜図６を参照して具体的に説明する。本実施例は縁継手構造に適用したものである。まず、図１に示すように、第１対象物として金属製の第１板体１を用いると共に、第２対象物として金属製の第２板体２を用いる。第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１とを重ね合わせる。第１板体１及び第２板体２は鉄系金属（例えば質量比で炭素含有量０．３％以下、特に０．１％以下）を基材とする。第１板体１の第１縁部１１の厚みはｔ１として、第２板体２の第２縁部２１の厚みはｔ２として示される。ここでｔ１=ｔ２またはｔ１≒ｔ２とされている。但し、ｔ１＜ｔ２でも、ｔ１＞ｔ２でも良い。

図１から理解できるように、レーザビーム７の照射前において、重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の第１端面１３と第２板体２の第２縁部２１の第２端面２３とは、同一平坦面状とされている。これによりレーザビーム７を照射させる照射均一性を高めることができ、溶接ビード部５を強度を高めるのに有利である。但し、第１端面１３と第２端面２３との間に段差が多少存在していても良い。

そして、図１に示すように、加熱手段である高エネルギ密度ビームとして機能するレーザビーム７（ＹＡＧ）を上方からレーザ発信器７２により第１縁部１１及び第２縁部２１の端面１３，２３に照射し、溶融させる。この結果、溶融部分６を形成し凝固させ、溶接凝固部として機能する溶接ビード部５を形成する。なお、レーザビーム溶接は、単位面積当たりの入熱量が大きいため急熱を引き起こし、また、冷却速度が速いため急冷を引き起こす。なお、溶接の際には、レーザビーム７は第１縁部１１及び第２縁部２１に対して矢印Ｘ１方向（溶接方向、図４参照）に相対移動する。この場合、第１縁部１１及び第２縁部２１を固定した状態でレーザビーム７を移動させても良いし、あるいは、レーザビーム７を固定させた状態で第１縁部１１及び第２縁部２１を移動させても良い。

図４に示すように、整形手段４は、レーザビーム７による入熱位置７ｃの後方に配置されている。後方とは、レーザビーム７が既に走査された部位をいう。整形手段４は、平滑な第１ローラ面４３（第１接触面）をもつ第１回転体４１（第１加圧体）と、平滑な第２ローラ面４４（第２接触面）をもつ第２回転体４２（第２加圧体）とを備えている。図３に示すように第１回転体４１は第１基体４６に回転可能に設けられている。第２回転体４２は第２基体４７に回転可能に設けられている。第１回転体４１及び第２回転体４２は駆動モータに接続されておらず、空転可能な従動タイプである。但し必要に応じて第１回転体４１及び第２回転体４２を駆動モータに接続し、駆動タイプとしても良い。

第１回転体４１及び第２回転体４２は同一径とされている。第１回転体４１の軸芯Ｐ１及び第２回転体４２の軸芯Ｐ２は互いに平行とされており、縦方向に沿っている。第１回転体４１及び第２回転体４２は、これを冷却する冷却通路を有する構造とすることができる。但し、冷却回路を有せずとも良い。また、第１回転体４１及び第２回転体４２は金属で形成されていても良いし、セラミックスで形成されていても良い。第１回転体４１及び第２回転体４２を金属で形成すれば、熱伝導性が良好であるため、溶融部分または溶接ビード部５の早期冷却に有利である。金属の場合には、鉄系、銅系、チタン系、アルミニウム系等を例示できる。セラミックスの場合には、アルミナ、シリカ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア等を例示できる。

本実施例によれば、レーザビーム７による入熱位置７ｃと整形手段４との間の距離Ｌ１は、可変とされている。この場合には、レーザビーム７による入熱位置７ｃに対して第１基体４６及び第２基体４７を溶接方向（矢印Ｘ１方向）において相対的に変位させることができる。この場合、第１板体１及び第２板体２が固定であるときには、レーザビーム７を第１板体１及び第２板体２に対して相対移動させることができる。このようにレーザビーム７が移動するときには、第１回転体４１と第２回転体４２をレーザビーム７に追従させることが好ましい。

またレーザビーム７が固定であるときには、第１板体１及び第２板体２をレーザビーム７に対して相対移動させることができる。この場合、第１回転体４１及び第２回転体４２は固定位置に配置されていても良いが、距離Ｌ１を可変とするようにレーザビーム７に対して移動可能に配置されていても良い。

上記した距離Ｌ１は、第１回転体４１と第２回転体４２との間の距離ＬＡが最接近している位置ＬＢと、レーザビーム７による入熱位置７ｃとの距離に相当する。溶接条件等に応じて、距離Ｌ１は適宜選択できるが、０＜Ｌ１＜１００ミリメートル、０＜Ｌ１＜５０ミリメートル、殊に０＜Ｌ１＜３０ミリメートルの関係にすることができる。距離Ｌ１を変化させることにより、整形手段４で整形するときにおける溶接ビード部５の温度を選択することができる。例えば、溶接ビード部５の表層及び内層が固化しているときに整形手段４で整形する形態、あるいは、溶接ビード部５の表層が固化しているものの内層が溶融状態であるときに整形手段４で整形する形態、あるいは、溶接ビード部５の表層が半凝固状態であるときに整形手段４で整形する形態等を、必要に応じて選択することができる。

また本実施例によれば、溶接ビード部５の厚み方向において、第１回転体４１の第１ローラ面４３と第２回転体４２の第２ローラ面４４との間における距離ＬＡ（図４参照）は、可変とされている。これにより溶接ビード部５の厚みを調整できる。距離ＬＡを調整すれば、溶接ビード部５に対する鍛造効果も期待できる。この場合、溶接ビード部５の組織の強化、ピンホール等の低減に有利である。

上記したように溶接ビード部５が形成されたら、図３〜図５に示すように、整形手段４は溶接ビード部５にあてがわれ、溶接ビード部５を整形する。この場合、図３に示すように、第１回転体４１の第１ローラ面４３は、溶接ビード部５の厚み方向の一方の第１露出面５１に当接する。第２回転体４２の第２ローラ面４４は、溶接ビード部５の厚み方向の他方の第２露出面５２に当接する。このように溶接ビード部５の露出面５１、５２が整形手段４により整形されるため、外観が良好な溶接ビード部５を得ることができる。整形の際に、図３に示すように、第１回転体４１の第１ローラ面４３は第１板体１の第１表面１４に当接すると共に、第２回転体４２の第２ローラ面４４は第２板体２の第２表面２４に当接する。これにより溶融ビード部５の厚みが規制される。

本実施例によれば、入熱量が小さいときであっても、入熱量が大きいときであっても、整形手段４により溶接ビード部５が整形されるため、ハンピングビードが抑制される。このように入熱量が大きいときであっても、ハンピングビードが抑制されるため、入熱量を大きくして溶け込み深さを大きくし、溶接ビード部５の強度を増加させるとともに、溶接ビード部５の信頼性を高めることができる。

図６は整形後の溶接ビード部５を示す。図６に示すように、整形後の溶接ビード部５は、外方に露出すると共に第１板体１の厚み方向の一方側に指向する第１露出面５１と、外方に露出すると共に第２板体２の厚み方向の他方側に指向する第２露出面５２と、第１露出面５１及び第２露出面５２に交差する第３露出面５３とを有する。なお露出面５１，５２は溶け込み方向（レーザビーム照射方向）に沿って延設されており、外方から視認できる。

図６に示すように、第１露出面５１及び第２露出面５２は、溶接ビード部５の厚み方向において互いに逆方向に指向している。第１露出面５１は第１回転体４１の第１ローラ面４３により整形されたものであり、第１板体１の第１縁部１１の第１表面１４に沿った平坦状とされている。第２露出面５２は第２回転体４２の第２ローラ面４４により整形されたものであり、第２板体２の第２縁部２１の第２表面２４に沿った平坦状とされている。

上記したように溶接ビード部５の第１露出面５１及び第２露出面５２は、第１ローラ面４３及び第２ローラ面４４により整形されているため、第１ローラ面４３及び第２ローラ面４４の跡を有することがある。跡が凹または凸であれば、塗装する場合に塗装膜の密着性を高めることができる。

上記した本実施例によれば、図６に示すように、溶接ビード部５の第１露出面５１は第１板体１の第１縁部１１の第１表面１４の延長線上に設定されている。また、溶接凝固部５の第２露出面５２は第２板体２の第２縁部２１の第２表面２４の延長線上に設定されている。

換言すれば、第１板体１の厚みをｔ１とし、第２板体２の厚みをｔ２としたときには、溶接ビード部５の第１露出面５１は、第１板体１の第１縁部１１の第１表面１４の延長線に対して厚み方向の内方または外方にｔ１／５（ミリメートル）以内に設定されている。また、第２露出面５２は、第２板体２の第２縁部２１の第２表面２４の延長線に対して厚み方向の内方または外方にｔ２／５（ミリメートル）以内に設定されている。

本実施例によれば、入熱量を増加させて溶接ビード部５の溶け込み深さを深くできるため、溶接ビード部５の溶け込み深さをＨＡミリメートルとし、第１板体１の第１縁部１１の厚みをｔ１ミリメートルとしたとき、ＨＡ／ｔ１=４〜１３の範囲、殊に４〜１１の範囲、４〜８の範囲に設定することができる。従って、（溶接ビード部５の溶け込み深さ）／（第１板体１の厚み）の比が大きく設定されている。このように溶け込み深さを深くすることは、通常の溶接ではできない。

更に本実施例によれば、溶接ビード部５の厚み方向の幅をＷ（図６参照）としたとき、Ｗ≧ｔ１に設定されている。ｔ１＋ｔ２＝ｔ３とすれば、Ｗ=ｔ３、Ｗ≒ｔ３に設定されている。よってＷ／ｔ３=０．８５〜１．１５の範囲、殊に０．９５〜１．０５の範囲に設定されている。

上記のように溶け込み深さが深い溶接ビード部５は、第１板体１及び第２板体２の第１縁部１１及び第２縁部２１を強固に接合している。従って第１板体１及び第２板体２とからなる中空室９０１をもつ容器９００（図３参照）を製造することができる。

以上説明したように本実施例によれば、整形手段４を構成する第１回転体４１と第２回転体４２により溶接ビード部５が整形されるため、ハンピングビードが抑制される。従って入熱量が小さいときであっても、入熱量が大きいときであっても、ハンピングビードが抑制される。

このように入熱量が大きいときであってもハンピングビードが抑制されるため、本実施例によれば、入熱量を大きくして溶け込み深さを大きくし、溶接ビード部５の信頼性を高めることができる。従って本実施例によれば、（溶接ビード部５の溶け込み深さ）／（第１板体１の厚みｔ１）の比を、通常では得られないほどに大きく設定することができる。

また本実施例によれば、溶接ビード部５の第１露出面５１及び第２露出面５２は外方に露出しているため、溶接ビード部５の溶け込み深さを外方から目視または撮像装置等で視認し易い。このため溶接ビード部５の強度の信頼性を高めることができる。殊に本実施例によれば、溶接ビード部５の厚みは、重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１との合計厚み（ｔ３）と同程度に設定されているため、溶接ビード部５の厚みが確保され、溶接ビード部５の強度を高めることができ、溶接ビード部５の強度の信頼性を高めることができ、更に外観の見栄え性を向上させることができる。

また本実施例によれば、溶接ビード部５が多少変形していたとしても、整形手段４である第１回転体４１の第１ローラ面４３及び第２回転体４２の第２ローラ面４４により溶接ビード部５が速やかに整形される。このため、レーザビーム７の照射前において、重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の第１端面１３と第２板体２の第２縁部２１の第２端面２３との間に段差が多少存在しているときであっても、その段差の影響を吸収する方向に溶接ビード部５を形成でき、良好な溶接ビード部５を形成するのに有利である。更に前述したように入熱量を大きくできるため、前記した段差があったとしても、その段差の影響を吸収する方向に溶接ビード部５を形成できる。従って溶接の際の条件余裕度を革新的に向上させることができる。

更に溶接の際には、レーザビーム７は連続溶接のため第１板体１及び第２板体２に対して矢印Ｘ１方向(溶接方向)に相対的に移動する。この場合、レーザビーム７の相対移動に対して整形手段４を追従させて第１板体１及び第２板体２に対して相対的に移動させれば、溶接ビード部５を連続的に整形できる。このため生産性が向上し、コストダウンに適する。

また本実施例によれば、溶接ビード部５がまだ高温である間に、溶接ビード部５が整形手段４である第１回転体４１の第１ローラ面４３及び第２回転体４２の第２ローラ面４４に接触してすばやく冷却される。このため溶接ビード部５の酸化が抑制され、防錆性が向上する。この意味では、第１回転体４１の第１ローラ面４３及び第２回転体４２の第２ローラ面４４は、熱伝導性が良好な金属（例えば銅、銅合金）で形成することができる。

（試験例）
図７は実施例１に係る試験例の溶接品の断面の写真を示す。溶接条件としては、レーザをＹＡＧレーザとし、レーザ出力を４．５ｋＷとし、ビーム集光径を０．６ミリメートルとし、第１板体１及び第２板体２の材質をステンレス鋼とし、第１板体１の厚みを０．６ミリメートル、第２板体２の厚みを０．６ミリメートルとし、溶接速度を３メートル／分とし、距離Ｌ１を８ミリメートルとし、第１回転体４１及び第２回転体４２の材質を銅合金とし、第１回転体４１の外径を４５ミリメートルとし、第２回転体４２の外径を４５ミリメートルとした。この試験例によれば、ＨＡは３．８ミリメートルとされている。従ってＨＡ／ｔ１=３．８ミリメートル／０．６ミリメートル≒６．３に設定されている。

この試験例によれば、（溶接ビード部５の溶け込み深さ）／（第１板体の厚み）の比を大きく設定することができる。また、溶接ビード部５の厚み方向の幅をＷとしたとき、Ｗは１．２ミリメートル程度とされているため、Ｗ≧ｔ１であり、Ｗ=ｔ１×２とすることができる。

図７の写真から理解できるように、溶接ビード部の第１露出面は外方に露出しつつ、第１板体の第１縁部の第１表面のほぼ延長線上に設定されている。また溶接ビード部の第２露出面は外方に露出しつつ、第２板体の第２縁部の第２表面のほぼ延長線上に設定されている。

図８〜図１０は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。図１０に示すように整形手段４は、平滑な第１ローラ面４３（第１接触面）をもつ第１回転体４１と、平滑な第２ローラ面４４（第２接触面）をもつ第２回転体４２とを備えている。第１回転体４１は第１基体４６に回転可能に設けられている。第２回転体４２は第２基体４７に回転可能に設けられている。第１回転体４１及び第２回転体４２は駆動モータに接続されておらず、空転可能な従動タイプである。第１回転体４１及び第２回転体４２は同一径とされている。第１回転体４１の軸芯Ｐ１及び第２回転体４２の軸芯Ｐ２は互いに平行とされており、横方向に沿っている。

溶接にあたっては、図８から理解できるように、レーザビーム７の照射前において、第１板体１の第１縁部１１と第２板体２の第２縁部２１とを重ね合わせると共に、横方向に沿わせておく。重ね合わせた第１板体１の第１縁部１１の第１端面１３と第２板体２の第２縁部２１の第２端面２３とは、同一平坦面状とされている。これによりレーザビーム７を照射させる照射均一性を高めることができ、溶接ビード部５の強度を高めるのに有利である。但し、第１端面１３と第２端面２３との間に段差が多少存在していても良い。

そして、図８に示すように、加熱手段である高エネルギ密度ビームとして機能するレーザビーム７（ＹＡＧ）をレーザ発信器７２から第１縁部１１及び第２縁部２１に横方に向けて照射し、第１端面１３と第２端面２３を溶融させる。この結果、溶融部分６を形成して凝固させ、溶接凝固部として機能する溶接ビード部５を形成する。

レーザビーム７を横方から照射する場合には、溶接ビード部５が重力方向の下方向に垂れるため、溶接ビード部５を下から支えるように回転体が１個でも足りることがある。即ち、下側の第２回転体４２を用いるものの、上側の第１回転体４１を省くこともできる。この場合、コスト低減、治具簡素化に有利である。

上記したように溶接ビード部５が形成されたら、図１０に示すように、整形手段４は溶接ビード部５にあてがわれ、溶接ビード部５を整形する。この場合、第１回転体４１の第１ローラ面４３は、溶接ビード部５の第１露出面５１に当接し、第２回転体４２の第２ローラ面４４は、溶接ビード部５の第２露出面５２に当接する。このように溶接ビード部５の露出面５１、５２が整形手段４により整形されるため、外観が良好な溶接ビード部５を得ることができる。従って入熱量が小さいときであっても、入熱量が大きいときであっても、ハンピングビードが抑制される。このように入熱量が大きいときであっても、ハンピングビードが抑制される。故に、入熱量を大きくして高速化すると共に溶け込み深さを大きくし、溶接ビード部５の信頼性を高めることができる。

このような本実施例においては、ハンピングビードが抑制されるため、入熱量を大きくして溶け込み深さを大きくし、溶接ビード部５の信頼性を高めることができる。従って（溶接ビード部５の溶け込み深さ）／（第１板体１の厚みｔ１）の比を、通常では得られないほどに大きく設定することができる。

図１１は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。整形手段４は、平滑な第１ローラ面４３（第１接触面）をもつ第１回転体４１と、平滑な第２ローラ面４４（第２接触面）をもつ第２回転体４２とを備えている。第１ローラ面４３及び第２ローラ面４４に向けて離形剤９１を塗布する塗布装置９０が設けられている。この場合には、溶接ビード部５に対する第１回転体４１及び第２回転体４２の離形性を離形剤９１により向上させ得ると共に、第１回転体４１及び第２回転体４２の過熱を抑制できる。

図１２は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。整形手段４は、平滑な第１ローラ面４３をもつ第１回転体４１と、平滑な第２ローラ面４４をもつ第２回転体４２とを備えている。第１回転体４１は、第１基体４６に保持されている駆動機構としての第１駆動モータ４１ｍにより回転駆動される。第２回転体４２は、第２基体４７に保持されている駆動機構としての第２駆動モータ４２ｍにより回転駆動される。なお、第１回転体４１と第２回転体４２との間に回転数差を設けることができる。この場合、第１露出面５１と第２露出面５２とで溶接線長の異なる場合に対応し易い。また場合によっては、第１回転体４１及び第２回転体４２は同期回転させることができる。

図１３は実施例５を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。第１板体１の厚みｔ１よりも、第２板体２の厚みｔ２が厚く設定されている。溶接ビード部５は、溶け込み深さ方向に延設されていると共に第１板体１側において外方に指向する露出面５１をもつ。そして、露出面５１と反対側の部位では、第２板体２の表面２４が露出している。図１３に示すように、第１回転体４１は第１露出面５１に当てられると共に、第２回転体４２は第２板体２の表面２４に当てられている。この場合においても、第１回転体４１と第２回転体４２とで溶接ビード部５が挟持されるため、第１露出面５１を良好に整形することができる。

図１４は実施例６を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。整形手段４は、平滑な第１ローラ面４３をもつ粗整形用の第１回転体４１と、平滑な第２ローラ面４４をもつ粗整形用の第２回転体４２とを備えている。更に整形手段４は、平滑な第１ローラ面４３０をもつ仕上整形用の第１回転体４１０と、平滑な第２ローラ面４４０をもつ仕上整形用の第２回転体４２０とを備えている。粗整形の後で仕上整形を実施するため、溶接ビード部５が良好に整形される。

図１５は実施例７を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。図１５に示すように、この整形手段４Ｂは、溶接ビード部５の厚みを挟むように配置されたエンドレス装置８１Ｂと第２エンドレス装置８５Ｂとを備えている。

第１エンドレス装置８１Ｂは、エンドレス状をなす第１エンドレス体８２Ｂと、第１エンドレス体８２Ｂを保持する第１保持部としての第１回転体８３Ｂとを備えている。同様に、第２エンドレス装置８５Ｂは、エンドレス状をなす第２エンドレス体８６Ｂと、第２エンドレス体８６Ｂを保持する第２保持部としての第２回転体８７Ｂとを備えている。

図１５に示すように、前記した第１エンドレス体８２Ｂは、複数の分割体８２０がエンドレス状に且つ相対移動可能に接続されたキャタピラ構造とされている。第１エンドレス体８２Ｂは、溶接ビード部５に接触する第１接触面８４Ｂを有する。第１回転体８３Ｂの回転に伴い、第１エンドレス体８２Ｂは、これの第１接触面８４Ｂが溶接ビード部５に接触しつつ回転する。第２エンドレス体８６Ｂも同様な構造とされている。

本実施例においても、レーザビーム７により溶接ビード部５が形成されたら、図１５に示すように、整形手段４Ｂは溶接ビード部５を整形する。つまり、第１エンドレス体８２Ｂの第１接触面８４Ｂは、溶接ビード部５に当接する。第２エンドレス体８６Ｂの第２接触面８８Ｂは、溶接ビード部５に当接する。

このように溶接ビード部５が整形手段４Ｂにより整形されるため、外観が良好な溶接ビード部５を得ることができる。従って入熱量が小さいときであっても、入熱量が大きいときであっても、ハンピングビードが抑制される。このように入熱量が大きいときであっても、ハンピングビードが抑制されるため、入熱量を大きくして溶け込み深さを大きくし、溶接ビード部５の強度を増加させると共に、溶接ビード部５の信頼性を高めることができる。

（その他）
実施例１では、整形手段を構成する回転体４１，４２は溶接ビード５のビード高さ方向の全長を押さえることにしているが、場合によっては、溶接ビード５のビード高さ方向の全長の一部（例えばビード高さ方向の全長の４０％以上または５０％以上）を押さえることにしても良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。

本発明は溶接品及び溶接方法に利用できる。本発明は、特に、レーザビーム等の高エネルギ密度ビームに代表される加熱手段により溶接した溶接品及び溶接方法に利用できる。

第１板体の第１縁部及び第２板体の第２縁部を重ね合わせた状態でレーザビームを照射している状態を示す構成図である。 第１板体の第１縁部及び第２板体の第２縁部を重ね合わせた状態でレーザビームを照射して溶融部分または溶接ビード部を形成している状態を示す構成図である。 レーザビームで形成した溶接ビード部を整形手段により整形している状態を示す構成図である。 レーザビームを照射しつつレーザビームの入熱位置よりも後方で溶接ビード部を整形している状態を示す構成図である。 レーザビームを照射しつつレーザビームの入熱位置よりも後方で溶接ビード部を整形している状態を示す構成図である。 溶接ビード部の断面を模式的に示す構成図である。 試験例に示す溶接ビード部の断面写真である。 実施例２に係り、第１板体の第１縁部及び第２板体の第２縁部を重ね合わせた状態でレーザビームを照射している状態を示す構成図である。 実施例２に係り、第１板体の第１縁部及び第２板体の第２縁部を重ね合わせた状態でレーザビームを照射して溶融部分または溶接ビード部を形成している状態を示す構成図である。 実施例２に係り、レーザビームで形成した溶接ビード部を整形している状態を示す構成図である。 実施例３に係り、レーザビームを照射しつつレーザビームの入熱位置よりも後方で溶接ビード部を整形している状態を示す構成図である。 実施例４に係り、レーザビームで形成した溶接ビード部を整形している状態を示す構成図である。 実施例５に係り、レーザビームで形成した溶接ビード部を整形している状態を示す構成図である。 実施例６に係り、レーザビームを照射しつつレーザビームの入熱位置よりも後方で溶接ビード部を整形している状態を示す構成図である。 実施例７に係り、レーザビームを照射しつつレーザビームの入熱位置よりも後方で溶接ビード部を整形している状態を示す構成図である。 従来技術に係り、第１板体の第１縁部及び第２板体の第２縁部を重ね合わせた状態でレーザビームを照射する状態を示す構成図である。 従来技術に係り、第１板体の第１縁部及び第２板体の第２縁部を重ね合わせた状態でレーザビームを照射して溶接ビード部を形成している状態を示す構成図である。 従来技術に係り、レーザビームを照射して形成された溶接ビード部がハンピングビードとなっている状態を示す構成図である。

図中、１は第１板体（第１対象物）、１１は第１縁部、２は第２板体（第２対象物）、２１は第２縁部、４は整形手段、４１は第１回転体、４２は第２回転体、４３は第１ローラ面、４４は第２ローラ面、８１Ｂは第１エンドレス装置、８５Ｂは第２エンドレス装置、５は溶接ビード部（溶接凝固部）、６は溶融部分、７はレーザビーム（高エネルギ密度ビーム、加熱手段）を示す。

Claims (18)

1. 板体で形成された第１対象物と板体で形成された第２対象物とを縁継手構造をなした状態でその重ね合わせ面に沿った方向に高エネルギ密度ビームを照射させることにより溶接凝固部を形成する溶接方法において、前記溶接凝固部の露出面に接触し前記溶接凝固部を挟むように設けられ且つ前記溶接凝固部を有する前記第１対象物および前記第２対象物の厚み方向において互いの距離が可変で前記溶接凝固部の厚みを調整できる接触面を備える第１加圧体および第２加圧体を有する整形手段を用い、
   前記第１対象物および前記第２対象物を溶融させた後に凝固させて前記溶接凝固部を形成する際、前記溶接凝固部に形成され前記溶接凝固部を外方に露出させると共に前記溶融を経た露出面に、前記第１加圧体および前記第２加圧体を有する前記整形手段の前記接触面を接触させて加圧することにより、前記溶接凝固部を整形することを特徴とする溶接方法。
2. 請求項１において、前記整形手段は、前記高エネルギ密度ビームにより加熱されている部分の後方に配置されていることを特徴とする溶接方法。
3. 請求項１または２において、前記第１加圧体及び前記第２加圧体のうち少なくも一方は、前記溶接凝固部に接触する前記接触面を有する回転可能な回転体であることを特徴とする溶接方法。
4. 請求項３において、前記整形手段を構成する前記第１加圧体および前記第２加圧体は、前記溶接凝固部に接触するための前記接触面を有し且つ前記回転体の回転に伴い前記溶接凝固部に前記接触面が接触しつつ回転するエンドレス状をなす前記エンドレス体と、前記エンドレス体を保持する保持部とを備えていることを特徴とする溶接方法。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記高エネルギ密度ビームで加熱される部分と前記整形手段との距離が可変とされていることを特徴とする溶接方法。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記溶接凝固部は、異なる方向に指向すると共に外方に露出する２つの前記露出面を有していることを特徴とする溶接方法。
7. 請求項１〜６のうちのいずれか一項において、前記第１対象物は第１板体であり、前記第２対象物は第２板体であり、前記第１板体の縁部と前記第２板体の縁部とが重ね合わせた状態とされていることを特徴とする溶接方法。
8. 請求項７において、前記溶接凝固部の溶け込み深さをＨＡミリメートルとし、前記第１板体の厚みをｔ１ミリメートルとしたとき、ＨＡ／ｔ１=２〜２０に設定されており、前記溶接凝固部の溶け込み深さ／前記第１板体の厚みの比が大きく設定されていることを特徴とする溶接方法。
9. 請求項７または８において、前記溶接凝固部は、前記溶接凝固部を外方に露出させると共に前記第１板体の厚み方向の一方側に指向する第１露出面と、前記溶接凝固部を外方に露出させると共に前記第２板体の厚み方向の他方側に指向する第２露出面とを有することを特徴とする溶接方法。
10. 請求項７または８において、前記溶接凝固部は、前記溶接凝固部を外方に露出させると共に前記第１板体及び前記第２板体のうちの一方側において外方に指向する前記露出面をもち、前記露出面と反対側の部位では、前記第１板体及び前記第２板体のうちの他方が露出していることを特徴とする溶接方法。
11. 請求項９において、前記第１板体の厚みをｔ１としたとき、前記溶接凝固部の前記第１露出面は、前記溶接凝固部の厚み方向において、前記第１板体の表面の延長線に対して内方または外方にｔ１／５（ミリメートル）以内に設定されており、かつ、前記溶接凝固部の前記第２露出面は、前記溶接凝固部の厚み方向において、前記第２板体の表面の延長線に対して内方または外方にｔ１／５（ミリメートル）以内に設定されていることを特徴とする溶接方法。
12. 請求項９において、前記溶接凝固部の前記第１露出面は前記第１板体の表面の延長線に沿って設定されていると共に、前記溶接凝固部の前記第２露出面は前記第２板体の表面の延長線に沿って設定されていることを特徴とする溶接方法。
13. 請求項１〜１２のうちの一項において、前記溶接凝固部の表層および内層が固化しているとき、または、前記溶接凝固部の前記表層が固化しており前記内層が溶融状態であるとき、または、前記表層が半凝固状態であるとき、前記整形手段の前記接触面で前記溶接凝固部を整形することを特徴とする溶接方法。
14. 板体で形成された第１対象物と板体で形成された第２対象物とを縁継手構造をなした状態でその重ね合わせ面に沿った方向に高エネルギ密度ビームを照射させることにより形成された溶接凝固部を整形する溶接整形装置であり、前記第１対象物および前記第２対象物を溶融させた後に凝固させて形成される前記溶接凝固部を外方に露出させると共に前記溶融を経た露出面に、接触して前記露出面を加圧する接触面を有する整形手段を有しており、
    前記整形手段は、前記溶接凝固部の前記露出面に接触可能であり前記溶接凝固部を挟むように設けられ且つ前記溶接凝固部を有する前記第１対象物および前記第２対象物の厚み方向において互いの距離が可変で前記溶接凝固部の厚みを調整できる前記接触面を備える第１加圧体と第２加圧体とを有することを特徴とする溶接整形装置。
15. 板体で形成された第１対象物と板体で形成された第２対象物とを縁継手構造をなした状態でその重ね合わせ面に沿った方向に高エネルギ密度ビームを照射させることにより形成された溶接凝固部を整形する溶接整形装置であり、前記第１対象物および前記第２対象物を溶融させた後に凝固させて形成される前記溶接凝固部を外方に露出させると共に前記溶融を経た露出面に、接触して前記露出面を加圧し、且つ、前記第１対象物および前記第２対象物の表面に当接する接触面を有する整形手段を有しており、
    前記整形手段は、前記溶接凝固部の前記露出面に接触可能であり前記溶接凝固部を挟むように設けられ且つ前記溶接凝固部を有する前記第１対象物および前記第２対象物の厚み方向において互いの距離が可変で前記溶接凝固部の厚みを調整できる前記接触面を備える第１加圧体と第２加圧体とを有することを特徴とする溶接整形装置。
16. 請求項１４または１５において、前記第１加圧体及び前記第２加圧体のうち少なくも一方は、前記溶接凝固部に接触して加圧する前記接触面を有する回転可能な回転体であることを特徴とする溶接整形装置。
17. 請求項１４または１５において、前記整形手段を構成する前記第１加圧体および前記第２加圧体は、前記溶接凝固部に接触可能な前記接触面を有し且つ前記回転体の回転に伴い前記溶接凝固部の前記露出面に前記接触面が接触しつつ回転するエンドレス状をなすエンドレス体と、前記エンドレス体を保持する保持部とを備えていることを特徴とする溶接整形装置。
18. 請求項１４〜１７のうちのいずれか一項において、前記第１対象物および前記第２対象物のうち前記高エネルギ密度ビームで加熱される部分と前記整形手段との距離が可変とされていることを特徴とする溶接整形装置。

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