平成 24年 度 修 士 論 文
突合せレーザ溶接の照射位置裕度に及ぼす 焦点はずし距離の影響
三重大学大学院工学研究科 博 士 前 期 課 程 機 械 工 学 専 攻
赤 井 隆 介
大下 L学'¥;1
目次
第 1章 緒 言 1・1 研 究 背 景
1・1‑1 レーザ加工の特徴 1‑1・2 レーザ溶接の特徴
1‑1・3 開先ギャップ裕度の拡大方法
1・2 焦点はずし距離がレーザ溶接部に与える影響 1‑3 研 究 目 的
第 2章 実 験 装 置 及 び 実 験 方 法 2‑1 供 試 材
2‑2 実験装置の構成 2・3 実験手順
2・4 ず ら し 量6の定義及びレーザ照射の位置決め方法 2・4・1ず ら し 量6の 定 義
2・4・2 レーザ照射の位置決め方法 2・5 実 験 条 件
2・6 レーザのスポット径 2干 溶 接 部 の 評 価 方 法
2‑7・1 ビード断面の観察方法 2‑7‑1‑1 試 験 片 の 切 断 方 法 2・7・1・2 研 磨 及 び 腐 食 方 法
2・7・2 ピード幅及びピード断面積の測定方法 2・7・2・1 ピード形状の測定方法
2‑7・2‑2 ピード幅の測定方法 2‑7・2・3 ピード断面積の測定方法 2・8 熱 サ イ ク ル の 測 定
第 3章 照射位置裕度に及ぼす焦点はずし距離の影響 3‑1 溶 接 部 の 外 観 及 び 断 面 の 観 察 結 果
3・2 溶 接 部 の 分 類 に よ る 照 射 位 置 裕 度 の 調 査 3・3 ピード形状
3・4 ピ ー ド 幅 の 測 定 結 果 3・5 ピ ー ド 断 面 積 の 測 定 結 果 第4章 熱 履 歴 の 測 定 と 考 察
4‑1 熱 履 歴 の 測 定 結 果
会2 移 動 熱 源 の 理 論 に よ る 熱 履 歴 の 推 定
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・19
第5章 結 言 参考文献 謝辞
22
1
第 1章 緒 言
1‑1 研 究 背 景
1 ‑1 ‑1 レ ー ザ 加 工 の 特 徴
レ ー ザ 加 工 は 指 向 性 ， 集 光 性 に 優 れ た レ ー ザ 光 を レ ン ズ や ミ ラ ー を 用 い て 微 小 ス ポ ッ ト に 収 束 さ せ ， そ れ に よ っ て 得 ら れ る 高 い エ ネ ル ギ 密 度 を 利 用 す る 非 接 触 の 熱 加 工 法 で あ る . 最 近 で は レ ー ザ 発 振 器 の 出 力 ・ 性 能 が 飛 躍 的 に 向 上 し た こ と で ， レ ー ザ 加 工 の 実 用 化 が 進 み ， 切 断 ， 溶 接 ， 微 細 加 工 な ど ， 幅 広 く 利 用 さ れ て い る . レ ー ザ 加 工 の 特 徴 と し て ，
1 ) 高 い エ ネ ノ レ ギ 密 度 の 熱 源 が 得 ら れ る の で ， 難 加 工 材 料 に 適 用 で き る . 2) 光 学 系 を 利 用 し て い る の で ， 加 工 時 の 制 御 が 容 易 で あ る .
3) 非 接 触 加 工 で あ る た め 工 具 の 摩 耗 が な く ， 加 工 歪 み が 少 な い . 4) コ ン ピ ュ ー タ と の 接 続 性 が 良 い .
な ど が あ り ， 従 来 の 工 作 機 械 で は 得 が た い 長 所 を 持 っ て い る .
1‑1‑2 レ ー ザ 溶 接 の 特 徴
レ ー ザ 溶 接 は ， 集 光 し た レ ー ザ 光 を 被 加 工 物 に 照 射 し て ， 金 属 を 局 所 的 に 溶 融 さ せ て 接 合 を 行 う 溶 接 法 で あ り ， 高 エ ネ ノ レ ギ 密 度 の 熱 源 を 利 用 す る た め ， 従 来 の 溶 接 法 と 比 較 し て ，
1 ) 高 速 深 溶 込 み 溶 接 で あ り ， 局 所 で の 溶 接 や 異 種 材 料 間 で の 溶 接 が 可 能 で あ る .
2)熱 影 響 層 ， 熱 歪 み が 少 な く ， 溶 接 部 の 性 状 や 品 質 に お い て 優 れ て い る . 3)溶 接 の フ レ キ シ ピ リ テ ィ が 高 く ， 制 御 性 に 優 れ て い る .
な ど の 特 徴 が あ る 1) こ れ ら の 特 徴 と レ ー ザ 装 置 の 高 出 力 化 な ど も 伴 い ， レ ー ザ 溶 接 は 現 在 ， 自 動 車 産 業 等 で 広 く 利 用 さ れ て い る . 例 え ば ， 自 動 車 産 業 に お い て ， テ ー ラ ー ド ブ ラ ン ク と 呼 ば れ る ， 板 厚 や 強 度 の 異 な る 鋼 板 を 突 合 せ て 溶 接 し た 部 材 を 作 製 す る 際 は ， レ ー ザ 溶 接 が 他 の 溶 接 法 と 比 べ
三 重 大 学 た 学 院 L学 研 究 科
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て 特 に 多 く 使 わ れ て い る 2) こ れ は ， レ ー ザ 溶 接 に は ， ア ー ク 溶 接 や プ ラ ズ マ 溶 接 に 比 べ て 溶 接 速 度 が 速 く ， 低 入 熱 で ， 溶 接 変 形 が 抑 制 で き る と い う 利 点 が あ る た め で あ る . 同 様 に ， レ ー ザ 溶 接 は 連 続 線 溶 接 の た め ， 自 動 車 の 生 産 ラ イ ン で 主 流 と な っ て い る ス ポ ッ ト 溶 接 に 比 べ ， 剛 性 ， 静 的 ・ 疲 労 強 度 や 衝 突 強 度 も 飛 躍 的 に 向 上 す る と 言 わ れ て い る . 例 え ば ， 車 体 の 全 溶 接 長 の 約 45%に レ ー ザ 溶 接 を 適 用 し た 結 果 ， 従 来 車 に 比 べ て 曲 げ 剛 性 が 35%， ね じ り 剛 性 が 80%と 向 上 す る こ と が 確 認 さ れ て い る 3)
し か し そ の 反 面 ， レ ー ザ 溶 接 は 以 下 の よ う に 留 意 す べ き 点 も あ る . 1 ) ス ポ ッ ト 径 が 微 小 で あ る た め に ， 突 合 せ 継 手 や 重 ね 継 手 な ど の 継 手 に
お い て 溶 接 を 行 う と き ， 厳 密 な ギ ャ ッ プ 管 理 ， レ ー ザ 照 射 位 置 の 正 確 な 設 定 ， な ら び に 溶 接 の 接 触 面 を 広 く 保 つ た め の 前 加 工 等 が 必 要 で あ る.
2)レ ー ザ 溶 接 は 母 材 の 材 質 及 び そ の 材 料 の 表 面 状 態 に 左 右 さ れ る た め ， 金 ， 銀 ， 銅 ， ア ル ミ ニ ウ ム な ど の 電 気 伝 導 度 の 高 い 金 属 材 料 は ビ ー ム 吸 収 率 が 低 く ， 溶 接 し に く い . ま た 材 料 の 表 面 粗 さ や 表 面 の 酸 化 皮 膜 に よ っ て も 吸 収 率 が 変 化 す る の で ， こ れ ら を 考 慮 す る 必 要 が あ る . 3)レ ー ザ 光 は 材 料 表 面 で の 反 射 率 が 高 く ， 溶 接 用 と し て 用 い る に は よ り
高 い エ ネ ノ レ ギ が 必 要 と な る た め ， シ ス テ ム が 大 型 化 し ， 導 入 コ ス ト ， 生 産 コ ス ト が 他 の 溶 接 法 と 比 べ 高 い .
こ れ ら は ， レ ー ザ 溶 接 の 適 用 範 囲 の 拡 大 を 阻 害 す る 大 き な 要 因 と な っ て い る.
l闇 1‑3 開 先 ギ ャ ッ プ 裕 度 の 拡 大 方 法
以 上 の 問 題 を 克 服 す る た め ， 現 在 ， レ ー ザ 溶 接 と 従 来 の ア ー ク 溶 接 を 複 合 さ せ た ハ イ ブ リ ッ ド 溶 接 法 の 研 究 や 開 発 が 行 わ れ て い る . こ の ハ イ ブ リ
ッ ド 溶 接 の 熱 源 の 組 合 せ と し て は ， CO2レ ー ザ と TIGア ー ク ， ま た は MIG アークや， YAGレ ー ザ と TIGア ー ク な ど が あ る . 従 来 の ア ー ク 溶 接 の 特 徴 で あ る ， 溶 接 欠 陥 の 少 な い 良 好 な 溶 接 外 観 が 得 ら れ る が ， 溶 込 み が 浅 く 高 速 溶 接 に は 不 向 き で あ る と い っ た 点 と ， 前 述 し た レ ー ザ 溶 接 の 欠 点 と を そ
三重大学ノに学152 工 学 研 科 ・
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れ ぞ れ 相 互 補 完 す る た め や ， レ ー ザ 溶 接 の コ ス ト パ フ ォ ー マ ン ス を 上 げ て ， そ の 実 用 場 面 や 生 産 効 率 を 増 す た め に ， こ れ ら の 研 究 が 行 わ れ て い る .
ま た ， 従 来 の レ ー ザ 溶 接 で は ， 母 材 そ の も の を 溶 融 し ， 溶 接 す る の が 一 般 的 で あ る が ， フ ィ ラ ー ワ イ ヤ や 金 属 粉 末 な ど の 充 填 剤 を 突 合 せ 部 に 添 加 し な が ら 溶 接 を 行 う ， フ ィ ラ ー ワ イ ヤ 添 加 型 の レ ー ザ 溶 接 法 も 研 究 さ れ て い る . 王 ら 4)に よ る 報 告 に よ れ ば ， レ ー ザ ・ MIGア ー ク ハ イ ブ リ ッ ド 溶 接 に フ ィ ラ ー ワ イ ヤ を 添 加 し た レ ー ザ 溶 接 に よ っ て ， 溶 接 速 度 4m/min，ギャ ッ プ 1mmを 有 す る 板 厚 2mmの ア ル ミ ニ ウ ム 合 金 A5052の 突 合 せ 継 手 お よ び 重 ね 継 手 の 溶 接 を 行 っ て お り ， 開 先 の ギ ャ ッ プ 裕 度 の 拡 大 に 成 功 し て い
る.
ま た ， 藤 長 ら 5) に よ る 報 告 に よ れ ば ， フ ィ ラ ー を 添 加 し た YAGレ ー ザ 溶 接 に お い て ， 溶 接 速 度 5mm/s， ギ ャ ッ プ 幅 1mmを 有 す る 板 厚 5mmの SUS304鋼 の 突 合 せ 溶 接 が 行 わ れ ， 健 全 な 溶 接 継 手 が 得 ら れ て い る . こ れ ら の よ う に ， 開 先 の ギ ャ ッ プ 裕 度 の 拡 大 に つ い て は ， ハ イ ブ リ ッ ド 溶 接 な ど の 研 究 で 種 々 報 告 さ れ て い る .
1‑2 焦 点 は ず し 距 離 が レ ー ザ 溶 接 部 に 与 え る 影 響
照 射 位 置 を ず ら し て 溶 接 し た 際 に ， 突 合 せ 溶 接 部 に ど の よ う な 影 響 が 与 え る か に つ い て は ， 前 報 に お い て 報 告 さ れ て お り ， レ ー ザ の ス ポ ッ ト が 2 枚 の 試 験 片 に 当 た っ て い る 場 合 と ， 片 側 の み に 当 た っ て い る 場 合 と で は 溶 接 部 の 形 成 過 程 が 異 な る こ と か ら ， ス ポ ッ ト 径 が 照 射 位 置 裕 度 に 影 響 を 与 え る 因 子 と し て 提 案 さ れ た .
ス ポ ッ ト 径 を 変 化 さ せ る 方 法 と し て ， 焦 点 は ず し を 行 う こ と が 考 え ら れ ， 焦 点 は ず し 距 離 が レ ー ザ 溶 接 部 の 溶 込 み 形 状 に 与 え る 影 響 に つ い て こ れ ま で 研 究 さ れ て き た . Nawiら 6)に よ る 報 告 に よ れ ば ， 2.5kWの Nd:YAGレ ー ザ を 用 い て SUS304の ス ポ ッ ト 溶 接 を 行 っ た 場 合 ， 焦 点 は ず し 距 離 を 大 き く し て い く と ， 溶 込 み 深 さ が 徐 々 に 減 少 し ， ピ ー ド 幅 が 増 加 す る こ と が わ か っ た .
ま た ， 張 ら は 7)高 出 力 フ ァ イ バ レ ー ザ に よ る 低 溶 接 溶 接 速 度 領 域 で の 溶 接
三 重 大 学 大 学il克 仁 学 研 究 科
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特 性 ， 溶 込 み 現 象 に つ い て 検 討 し ， SUS316Lを 用 い て ピ ー ド オ ン プ レ ー ト 溶 接 を 行 っ た 場 合 ， 焦 点 は ず し 距 離 が ‑7mm の と き に ， 最 大 溶 込 み 深 さ
18.2mmが 得 ら れ る こ と を 明 ら か に し た .
他 に ， 焦 点 は ず し 距 離 が 溶 接 欠 陥 に 与 え る 影 響 に つ い て も 種 々 報 告 さ れ て い る . 山 口 ら 8)は 20kWフ ァ イ バ レ ー ザ を 用 い た 時 の ス パ イ ク 発 生 傾 向 を 調 査 し ， 溶 込 み 深 さ 位 置 に お け る パ ワ ー 密 度 が 大 き い ほ ど ス パ イ ク が 発 生 し や す い と い う こ と を 明 ら か に し た . ま た ， 柿 本 ら 9)は 矩 形 波 の レ ー ザ 溶 接 に よ る ポ ロ シ テ ィ の 発 生 に つ い て 研 究 し ， パ ル ス 幅 を 長 く し て 焦 点 は ず し 距 離 を 大 き く す る こ と で ， 溶 込 み 深 さ を 確 保 し た ま ま ポ ロ シ テ ィ の 発 生 を 抑 制 す る こ と が で き る 可 能 性 を 示 し た .
1‑3 研 究 目 的
以 上 の よ う に 焦 点 は ず し 距 離 が レ ー ザ 溶 接 部 に 影 響 を 与 え る こ と が わ か っ て お り ， そ れ ら の い く つ か は ス ポ ッ ト 径 の 変 化 に よ る も の で あ る と い
う 考 察 が な さ れ て い る .
そ こ で 本 研 究 で は ， 前 報 に お い て 提 案 さ れ た ， ス ポ ッ ト 径 が 照 射 位 置 裕 度 に ど の よ う な 影 響 を 与 え る か に つ い て ， 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ る こ
と で 調 査 し た . そ の た め に ， 焦 点 は ず し を 行 い 低 炭 素 鋼 お よ び オ ー ス テ ナ イ ト 系 ス テ ン レ ス 鋼 の I型 突 合 せ 溶 接 を 行 っ た . そ の 際 ， 突 合 せ 部 か ら レ ー ザ 照 射 位 置 を ず ら し レ ー ザ 溶 接 を 行 い ， 各 焦 点 は ず し 距 離 お よ び 溶 接 速 度 に お け る 照 射 位 置 裕 度 の 調 査 を 行 っ た . ま た ， 溶 接 後 の 試 験 片 の ビ ー ド 外 観 お よ び 断 面 の 観 察 に よ り ， レ ー ザ 照 射 位 置 の ず ら し 量 お よ び 焦 点 は ず し 距 離 が 突 合 せ レ ー ザ 溶 接 部 の 形 成 に 与 え る 影 響 に つ い て 検 討 し た . さ ら に ， 熱 電 対 に よ る 溶 接 中 の 熱 サ イ ク ル の 測 定 を 行 い ， レ ー ザ 照 射 位 置 の ず ら し 量 お よ び 焦 点 、 は ず し 距 離 の 変 化 に よ る ， 2枚 の 供 試 材 へ の 入 熱 比 率 の 変 化 に つ い て 検 討 し た .
三 重 大 学 大 学 工 学 研 究 科
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第 2章 実 験 装 置 お よ び 実 験 方 法
2‑1 供 試 材
供 試 材 と し て 冷 間 圧 延 鋼 板 SPCCお よ び オ ー ス テ ナ イ ト 系 ス テ ン レ ス 鋼 SUS304を 使 用 し た . 寸 法 は い ず れ も 10x 100 x 0.8mmで あ る . SPCCお よ び SUS304 の 化 学 組 成 の 規 格 値 を Table 2‑1 に ， 主 要 な 熱 的 な 物 性 値 を Table 2・2に 示 す . な お ， こ れ ら の 供 試 材 の 端 部 に は シ ャ ー リ ン グ 加 工 に よ る だ れ が 存 在 し て お り ， そ の 断 面 を Fig.2‑1に 示 す . こ の だ れ を 光 学 顕 微 鏡 ， マ イ ク ロ メ ー タ 付 き ス テ ー ジ ( ニ コ ン 社 製 MHS 2X2) お よ び デ ジ タ ル カ ウ ン タ ( ニ コ ン 社 製 カ ス タ ム Fit)に よ っ て 計 測 し た と こ ろ ， SPCC は 0.39mm に 渡 っ て だ れ が 続 き ， 最 大 で 0.062mm で あ っ た . SUS304 は 0.46mmに 渡 っ て だ れ が 続 き ， 最 大 で 0.10mmで あ っ た . Fig.2‑2に 溶 接 前 の 突 合 せ 部 の 断 面 写 真 を 示 す . こ れ ら の 突 合 せ 部 に 対 し て ， 図 の 方 向 か ら
レ ー ザ を 照 射 し て ， 溶 接 を 行 っ た .
2‑2 実 験 装 置 の 構 成
本 研 究 で 用 い た レ ー ザ 溶 接 装 置 の 構 成 を Fig.2‑3 に 示 す . レ ー ザ 発 振 器 に は ， 定 格 出 力 1k W， 波 長 10.6μm， ビ ー ム 径 20mm， 連 続 発 振 型 の 炭 酸 ガ ス レ ー ザ 発 振 器 ( ア マ ダ 社 製 OLC‑I000P) を 用 い た . 発 振 さ れ た レ ー ザ 光 は 焦 点 距 離 127mmの ZnSe製 レ ン ズ に よ り 集 光 さ れ ， 突 合 せ 部 に 照 射 さ れ る .
次 に ， 突 合 せ レ ー ザ 溶 接 用 の 治 具 の 図 面 を Fig.2‑4に 示 す . こ の 治 具 の 供 試 材 を 固 定 す る 部 分 は ， 上 部 に あ る ピ ッ チ lmmの ネ ジ に よ り 吊 り 上 げ ら れ た 状 態 に な っ て お り ， ネ ジ の 頭 部 に は Fig.2‑4(a)に 示 す よ う に 360 ご と に 放 射 状 に 線 が 計 10本 引 か れ て い る . こ れ に よ っ て 突 合 せ 部 を レ ー ザ 照 射 位 置 か ら O.lmmず つ 上 下 に 調 節 し た . ま た ， Fig.2‑4に 示 し た よ う に ， 突 合 せ レ ー ザ 溶 接 用 治 具 は ， 有 効 ス ト ロ ー ク 500mm， 分 解 能 O.Olmmの 電 動 ス ラ イ ダ ( オ リ エ ン タ ノ レ モ ー タ 社 製 EZlimo EZHS6C剛 50) に 取 り 付 け ら
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れ ， レ ー ザ 光 の 照 射 に 同 期 し て 直 線 移 動 す る . 電 動 ス ラ イ ダ の 動 作 は 接 続 さ れ て い る コ ン ト ロ ー ラ に よ り 制 御 さ れ る . コ ン ト ロ ー ラ へ の 動 作 プ ロ グ ラ ム の 入 力 は ， 接 続 さ れ た パ ソ コ ン の ア プ リ ケ ー シ ョ ン ( ハ イ パ ー タ ー ミ ナ ル ) に よ り 行 い ， こ の 動 作 プ ロ グ ラ ム に よ り 溶 接 速 度 お よ び 溶 接 長 を 設 定 し た .
決 め ら れ た 設 定 時 間 だ け ， レ ー ザ 光 を 突 合 せ 部 に 照 射 す る た め ， Fig.2‑4 に 示 し た よ う に ， レ ー ザ 発 振 器 と 集 光 レ ン ズ の 聞 に レ ー ザ 光 遮 断 装 置 を 設 置 し た . こ の 遮 断 装 置 に は 下 向 き 45 の 角 度 で モ リ ブ デ ン 製 の 反 射 鏡 が 取 り 付 け ら れ て お り ， 圧 搾 空 気 で 作 動 す る 駆 動 シ リ ン ダ ー に よ り 上 下 に 動 作 す る . な お ， こ の 駆 動 シ リ ン ダ ー の 上 下 方 向 の 動 作 は 時 開 設 定 器 に よ り 制 御 さ れ て お り ， 反 射 鏡 が 最 下 部 に あ る と き に は ， 反 射 鏡 が 光 路 内 に 進 入 す る こ と に よ り ， レ ー ザ 光 は 下 方 に 反 射 さ れ ， 下 部 の 耐 火 レ ン ガ に 照 射 さ れ る . 一 方 ， 反 射 鏡 が 最 上 部 に あ る と き に は ， 反 射 鏡 は 光 路 内 に な く ， レ ー ザ 光 は 集 光 レ ン ズ に 到 達 し ， 溶 接 加 工 を 行 う こ と が で き る .
2‑3 実 験 手 順
溶 接 前 処 理 と し て ， 供 試 材 を ア セ ト ン で 拭 き 取 り ， 脱 脂 し た 後 に ， 供 試 材 を 治 具 に 固 定 し た . そ の 後 ， 電 動 ス ラ イ ダ の 動 作 プ ロ グ ラ ム で 溶 接 速 度 を 設 定 し ， レ ー ザ 光 遮 断 装 置 と 同 期 さ せ る こ と で 溶 接 を 行 っ た . ま た ， 溶 接 中 は 集 光 レ ン ズ の 保 護 の た め に ， 窒 素 ガ ス を 201/minで 噴 出 さ せ た .
2‑4 突 合 せ 部 の 検 出 方 法 お よ び ず ら し 量 6の 定 義
2‑4‑1 ず ら し 量 6の 定 義
本 研 究 で は ， Fig.2‑5に 示 す よ う に ， 1型 突 合 せ 溶 接 継 手 の 突 合 せ 部 か ら ， レ ー ザ の 照 射 位 置 を ず ら し て 溶 接 し た . そ こ で ， 突 合 せ 部 か ら レ ー ザ 照 射 位 置 を ず ら し た と き の ず ら し 量 を 6と 定 義 し た . ま た ， 8の 値 は Fig.2‑6 に 示 す よ う に ， 突 合 せ 部 か ら 上 方 を JE， 下 方 を 負 と し た . 横 向 姿 勢 に お い
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て， (jを O.lmmず つ 増 加 さ せ ， 溶 接 長 全 体 が 溶 接 不 可 に な る よ う な 条 件 ま で 実 験 を 行 っ た .
2・4‑2 突 合 せ 部 の 検 出 方 法
レ ー ザ 照 射 の 位 置 決 め に は ， レ ー ザ 発 振 器 に 装 備 さ れ て い る 赤 色 の ガ イ ド レ ー ザ で あ る He‑Ne レ ー ザ を 利 用 し た . Fig.2・7に 示 す よ う に ， 突 合 せ 継 手 の 開 先 に He‑Neレ ー ザ を 照 射 す る と ， 一 部 の 光 が 開 先 を 透 過 す る . そ こで， Fig.2‑4に 示 し た レ ー ザ 突 合 せ 溶 接 用 治 具 の 上 部 に あ る ネ ジ を 回 し ， 供 試 材 の 位 置 を 調 整 し た と き に ， こ の 透 過 光 が 最 も 強 ま る 位 置 を 突 合 せ 部
と し た .
2‑5 実 験 条 件
本 研 究 で は ， 溶 接 速 度 及 び 焦 点 は ず し 距 離 の 変 化 が 突 合 せ 部 の 形 成 に 与 え る 影 響 を 検 討 す る た め ， こ れ ら を 変 化 さ せ て 実 験 を 行 っ た . SPCC に お け る 実 験 条 件 を 以 下 に ま と め て 示 す .
レ ー ザ 出 力 レ ン ズ 焦 点 距 離 焦 点 は ず し 距 離
レ ー ザ が 照 射 さ れ て か ら
ス ラ イ ダ が 動 き 出 す ま で の 時 間 レ ー ザ 照 射 位 置 の ず ら し 量 6 溶 接 長
溶 接 速 度 溶 接 姿 勢 溶 接 方 向
• 900W 127mm
• df=‑2mm'""'‑' +2mm
• 0.5sec ( j
=-0.6mm~+0.8mm
100mm . 20， 40mm/s
‑横向
・ 右 進
焦 点 は ず し 距 離 は 試 験 片 の レ ー ザ 照 射 側 表 面 を Omm と し ， 焦 点 を 集 光 レ ン ズ 側 に 移 動 さ せ た 時 を 正 ， 試 験 片 側 に 移 動 さ せ た 時 を 負 と し た .
SPCC の 実 験 結 果 か ら ， 溶 接 速 度 が よ り 高 速 の と き に 焦 点 は ず し に よ る
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影 響 が 出 や す い と 考 え ， SUS304の 実 験 条 件 を 以 下 の よ う に 設 定 し た .
レ ー ザ 出 力 ・・・ 900W
レ ン ズ 焦 点 距 離 ・・・ 127mm
焦 点 は ず し 距 離 ・・・ df=‑2mm'"'‑' + Omm レ ー ザ が 照 射 さ れ て か ら
ス ラ イ ダ が 動 き 出 す ま で の 時 間 レ ー ザ 照 射 位 置 の ず ら し 量 6 溶 接 長
溶 接 速 度
• 0.5sec
8 =-0.4mm~+O.6mm
‑ 試 験 片 の 端 100mm
• 60， 80mm/s 溶 接 姿 勢
溶 接 方 向
向 進 横 右
2‑6 レ ー ザ の ス ポ ッ ト 径
レ ー ザ の ス ポ ッ ト 径 は ， レ ー ザ 溶 接 特 性 に 多 大 な 影 響 を 与 え る 因 子 で あ り ， 前 報 に お い て は 照 射 位 置 裕 度 に 影 響 を 与 え る こ と が 指 摘 さ れ た . 本 研 究 で は ス ポ ッ ト 径 を 変 化 さ せ る た め に 焦 点 は ず し を 行 っ た た め ， そ の 際 の ス ポ ッ ト 径 の 理 論 値 を 計 算 し た .
光 の 集 光 に は ， レ ン ズ の 回 折 が 影 響 す る こ と か ら ， 回 折 限 界 ま で 収 差 補 正 さ れ た と し た と き ， 回 折 限 界 に よ っ て 求 ま る レ ー ザ の 理 論 ス ポ ッ ト 径 do は， Airyの 公 式 か ら 次 式 に よ り 計 算 す る こ と が で き る 5)
dA = 2.44
笠
V D
λ:レーザの波長
f:集 光 レ ン ズ の 焦 点 距 離 D:ビーム径
こ こ で ， 本 実 験 に お け る 値 を そ れ ぞ れ 代 入 す る と (λ=1 0.6μm， f=127mm， D=20mm)， do主 0.160mmと 求 ま る . ま た ， 焦 点 は ず し を 行 っ た 際 の ス ポ ッ
ト 径 を ， レ ー ザ ビ ー ム 全 体 を 双 曲 線 と し て 近 似 し ， 以 下 の 式 で 計 算 し た .
L重 大 学 大 学 院 工 研 究 科
r = /ro +
土 (
)2Z2ILl 0 fO:回 折 限 界
z:焦 点 は ず し 距 離 λ:レ ー ザ の 波 長
こ の 式 よ り ， 焦 点 は ず し 距 離 z=::t2mmで は rミ 0.165mmと 求 ま る .
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こ れ ら は あ く ま で も 理 論 値 で あ り ， ビ ー ム ウ エ ス ト 近 傍 で レ ー ザ 光 が 回 折 限 界 ま で 収 束 さ れ た と き の ス ポ ッ ト 径 の 値 で あ る . 実 際 の レ ー ザ の ス ポ ッ ト 径 は こ れ 以 上 に 大 き な 値 に な り ， 本 研 究 で 用 い た レ ー ザ の ス ポ ッ ト 径 も こ れ 以 上 の 大 き さ を 持 つ こ と が 予 想 さ れ る .
2‑7 溶 接 部 の 評 価 方 法
2‑7・1ピ ー ド 断 面 の 観 察 方 法
2‑7田ト1 試 験 片 の 切 断 方 法
ピ ー ド 断 面 観 察 を 行 う た め ， 溶 接 さ れ た 試 験 片 を リ フ ァ イ ン カ ッ タ ー ( ) に よ り そ れ ぞ れ 約 5mm幅 で 切 り 出 し た .
全 域 で 完 全 溶 込 み が 可 能 で あ っ た 試 験 片 に つ い て は ， 溶 接 開 始 点 か ら 50mmの 位 置 で 切 断 し ， 後 述 の ピ ー ド 幅 及 び ピ ー ド の 断 面 積 の 測 定 を 行 っ fこ.
全 域 で 完 全 溶 込 み が 得 ら れ な か っ た 条 件 の 試 験 片 に つ い て は ， 溶 込 み が 見 ら れ た 箇 所 ， ま た は 全 域 完 全 溶 込 み が 可 能 で あ っ た 試 験 片 と 同 様 に 溶 接 開 始 点 か ら 50mmの 位 置 で 切 り 出 し ， 断 面 観 察 を 行 っ た .
2‑7‑1‑2 研 磨 及 び 腐 食 方 法
切 り 出 し た 試 験 片 の 断 面 を#400""'#2000ま で の 耐 水 研 磨 紙 で 湿 式 研 磨 し た 後 ， 研 磨 の 最 終 仕 上 げ と し て 酸 化 ク ロ ム 粉 末 を 用 い て バ フ 研 磨 を 行 い ，
L重 大 学 大 学 :I克 [学石背究科
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鏡 面 仕 上 げ を し た . SPCCは 常 温 の 3%ナ イ タ ー ル 溶 液 に 30秒程， SUS304 は 常 温 の 35%塩 酸 に 30分 程 浸 し て エ ッ チ ン グ し た .
2・7‑2 ピ ー ド 断 面 形 状 の 測 定 方 法
2‑7‑2‑1 ピ ー ド 断 面 形 状 の 測 定 方 法
ピ ー ド 断 面 形 状 を 測 定 す る た め ， 光 学 顕 微 鏡 ( ニ コ ン 社 製 MHS 2 x 2)，
マ イ ク ロ メ ー タ 及 び デ ジ タ ル カ ウ ン タ 付 き ス テ ー ジ ( ニ コ ン 社 製 カ ス タ ム Fit) を用いて， Fig2‑8に 示 す よ う に ， 試 験 片 表 面 か ら 試 験 片 裏 側 ま で 板 厚 方 向 に O.lmm刻 み で ビ ー ド の 輪 郭 を プ ロ ッ ト し ， こ れ を ピ ー ド 断 面 形 状 と し た .
2‑7‑2‑2 ピ ー ド 幅 の 測 定 方 法
Fig2‑8に お い て ， 試 験 片 表 面 の プ ロ ッ ト 聞 の 距 離 を 表 の ピ ー ド 幅 ， 試 験 片 裏 側 の プ ロ ッ ト 間 の 距 離 を 裏 の ピ ー ド 幅 と し た .
2‑7‑2・3 ピ ー ド 断 面 積 の 測 定 方 法
ピ ー ド 断 面 積 の 測 定 は ， Fig.2‑8で 測 定 し た ピ ー ド の 輪 郭 を 基 に ， Fig2‑9 に 示 す よ う に ， ピ ー ド 断 面 を 突 合 せ 部 が 存 在 し た 箇 所 で 二 分 し ， そ れ ら を 板 厚 方 向 に O.lmm毎 に 台 形 近 似 し た 面 積 Spl~Sp8 および Sml~Sm8 のうち， d
の+側に当たる面積 Spl~Sp8 の和を Sp ， ð の一側に当たる面積 Sml~Sm8 の和を
S mと し ， そ れ ぞ れ の ビ ー ド 断 面 積 と し た . そ し て こ の 面 積 む と S mの 和 を Sと し ， 全 体 の ピ ー ド 断 面 積 と し た . ま た ， ピ ー ド 幅 と 同 様 に ， 添 字 と し て 焦 点 は ず し 距 離 の 数 値 を 付 け 足 し た . 溶 接 長 全 域 で 完 全 溶 込 み が 可 能 で な か っ た と き の 試 験 片 の ピ ー ド 断 面 積 に つ い て も 同 様 の 方 法 で 測 定 し た .
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2‑8 熱 サ イ ク ル の 測 定 方 法
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焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ た と き に ， 熱 サ イ ク ル に ど の よ う な 変 化 が 生 じ る か を 確 認 す る た め ， 熱 電 対 に よ り 溶 接 中 の 熱 サ イ ク ル を 測 定 し た .
実 験 条 件 は 以 下 の 通 り で あ る . 供 試 材
レ ー ザ 出 力 レ ン ズ 焦 点 距 離 焦 点 は ず し 距 離
レ ー ザ が 照 射 さ れ て か ら
ス ラ イ ダ が 動 き 出 す ま で の 時 間 溶 接 速 度
溶 接 長 溶 接 姿 勢 溶 接 方 向 ず ら し 量 8
熱 電 対 の 取 り 付 け 位 置
. SPCC(100 x 20 x 0.8mm)
• 900W 127mm
df=‑2mm"'‑' ::t Omm
• 0.5sec
・40mm/s
m m
A υ
ハ
り
‑ 横 向
・ 右 進
a =-O.3~+0.3mm
・ 突 合 せ 部 か ら 約 2mm，3mm，4mm 離 れ た 位 置 の 供 試 材 表 面
熱 電 対 に は ア ル メ ル ・ ク ロ メ ル 線 を 使 用 し ， れ パ ー カ ッ シ ョ ン 溶 接 機 に より， 2枚 の 供 試 材 に 対 し て ， 計 6箇 所 溶 接 し た . こ れ ら の 熱 電 対 の 取 り 付 け 位 置 を Fig.2・10に 示 す . あ ら か じ め 熱 電 対 の 取 り 付 け 位 置 を ハ イ ト ゲ ー ジ で け が き ， そ の 位 置 を 狙 っ て 溶 接 し た が ， そ の 位 置 が ず れ て し ま う こ と が あ っ た . そ こ で ， 熱 電 対 の 取 り 付 け 後 に は ， 突 合 せ 部 か ら 取 り 付 け 位 置 ま で の 距 離 を 読 み 取 り 顕 微 鏡 に よ り 測 定 し ， そ の 正 確 な 熱 電 対 の 取 り 付 け 位 置 を 記 録 し た .
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第 3章 照 射 位 置 裕 度 に 及 ぼ す 焦 点 は ず し 距 離 の 影 響 3‑1 溶 接 部 の 外 観 及 び 断 面 観 察
レ ー ザ 照 射 位 置 ， 焦 点 は ず し 距 離 ， お よ び 溶 接 速 度 を 変 化 さ せ て 突 合 せ レ ー ザ 溶 接 し た 際 の SPCCの 溶 接 部 の 外 観 写 真 を Fig.3‑1 r
‑ .
̲
，Fig.3‑3， 断 面 写 真 を Fig.3‑4のr‑.̲，Fig.3‑6に， SUS304の 溶 接 部 の 外 観 写 真 を Fig.3‑7，‑.̲rFig.3‑8， 断 面 写 真 を Fig.3‑9.̲，r‑Fig.ト 10に 示 す . な お ， 溶 接 速 度 20mm/s， a =ー0.5mmお よ び+0.7mmの 条 件 で は ， 不 安 定 な ビ ー ド が 形 成 さ れ た . こ の と き の 溶 接 部 の 断 面 形 状 は 観 察 す る 場 所 に よ っ て 大 き く 異 な っ た た め 断 面 観 察 は 行 わ な か っ た . 同 様 の 理 由 か ら ， df= +2mmに お い て 断 面 観 察 が 困 難 で あ っ た も の は 観 察 対 象 か ら 除 外 し た .
溶 接 部 外 観 を 目 視 に よ り 観 察 し た と こ ろ ， 不 安 定 な ピ ー ド が 形 成 さ れ た も の を 除 き ， 表 側 で は 6お よ び 焦 点 は ず し 距 離 に よ る 違 い は 見 ら れ な か っ た . 裏 側 で は ， aが 大 き い と き に 不 完 全 溶 込 み が 見 ら れ た 試 験 片 が あ っ た .
ピ ー ド 断 面 観 察 を 行 っ た と こ ろ ， 各 条 件 に お い て ピ ー ド 形 状 や 溶 込 み の 状 態 に 様 々 な 違 い が 見 ら れ た . そ こ で ， 以 降 の 節 に お い
て ピ ー ド 断 面 観 察 に 関 す る 考 察 を 行 っ た .
3‑2 溶 接 部 の 分 類 に よ る 照 射 位 置 裕 度 の 調 査
各 溶 接 速 度 に お い て ， レ ー ザ 照 射 位 置 ， 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ た と き ， SPCCの 溶 接 可 否 の 結 果 を Fig3‑11に 示 す . 溶 接 可 否 は Fig.3‑1̲，r‑.Fig3‑6に 示 し た 溶 接 部 の 外 観 お よ び 断 面 観 察 に よ り ， 溶 接 条 件 を 以 下 の 3種 に 分 類 し た . 。 は 溶 接 長 の 全 域 に お い て 完 全 溶 込 み が 得 ら れ た 条 件 で あ り ， 適 正 な 溶 接 条 件 と し た . /::，.は一部溶 接 さ れ て い る が ， 不 完 全 溶 込 み な ど の 溶 接 欠 陥 が 発 生 し た 条 件 ， x は 溶 接 長 の 全 域 に お い て 溶 接 が 不 可 能 で あ っ た 条 件 を 示 し て い る . Fig.3‑11 に お い て oの 範 囲 で 示 さ れ る 照 射 位 置 裕 度 は ， 溶 接 速 度 20mm/s では df=Omm および df=-2mm において -0.3mm~ 十 0.5mm ，溶 接速度 40mm/s では df=Omm のときー 0.2mm~+0.2mm ， df=‑2mmのと きの .2mm~+0.3mm となった. df=+2mmの と き は ， い ず れ の 溶 接 速 度 に お い て も 適 正 な 溶 接 条 件 は 得 ら れ な か っ た . こ の と き の 溶 接
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部は， Fig.3‑3に 示 し た よ う に ， ピ ー ド の 形 成 が 所 々 不 安 定 で あ っ たり， Fig3‑6 に 示 し た よ う に ， ほ ぼ 全 て に お い て 不 完 全 溶 込 み が 観 察 さ れ 適 正 な 溶 接 条 件 が 得 ら れ な か っ た . 焦 点 は ず し 距 離 を 正 側 に 外 す と ， ピ ー ド 波 目 の 乱 れ の 不 安 定 な ピ ー ド が 形 成 さ れ た り
7)， 溶 込 み が 浅 く な る り と 言 わ れ て お り ， 本 研 究 に お い て も そ れ ら の 傾 向 が 見 ら れ た . そ の た め ， 以 降 の 考 察 お よ び SUS304で の 実 験 は df=+2mmの も の を 除 外 し て 行 っ た .
SUS304の 溶 接 可 否 を Fig3‑12に 示 す . Fig3‑7'"'‑'Fig.3‑8に 示 し た 溶 接 部 を SPCCの 場 合 と 同 様 に 分 類 し た . Fig3‑12よ り ， 照 射 位 置 裕 度 は ， 溶 接 速 度 60mm/sで は df=Ommお よ び df=‑2mmに お い て ー 0.lmm~+0.3mm ，溶接速度 80mm/s では df=Omm および df= ー 2mm の
とき・0.1mm~+0.2mm となった.
以 上 の 結 果 よ り ， SPCCに お い て 40mm/sで 溶 接 を 行 っ た 場 合 の み ， 焦 点 は ず し 距 離 の 変 化 に よ り 照 射 位 置 裕 度 に 差 が 生 じ る こ と が わ か っ た .
3‑3 ピ ー ド 形 状
レ ー ザ 照 射 位 置 お よ び 焦 点 は ず し 距 離 の 変 化 が 溶 接 部 に お よ ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 す る た め ， ピ ー ド 断 面 形 状 の 測 定 を 行 っ た . Fig.3・13に SPCCを 溶 接 速 度 20mm/sで 溶 接 し た 際 の ピ ー ド 断 面 形 状 を 8ご と に 示 す . こ の 図 に お い て ， 青 線 が df=土Omm， 赤 線 が dfニ ー2mmの と き の ピ ー ド 形 状 を 示 し て お り ， 黒 の 太 線 は 開 先 を 示 し て い る . ま た ， レ ー ザ は 図 の 右 か ら 照 射 さ れ た も の と す る . dfニOmm
と df=‑2mmを 比 較 し た と き ， 0=周 0.2'"'‑'+0.4mmの 範 囲 で は ， ビ ー ド 形 状 に 大 き な 違 い は 見 ら れ な か っ た . 一 方 ， 0=+0.5mmで は df=‑2mm の 時 に 上 板 の ピ ー ド が ， df=Ommの 場 合 と 比 較 し て 全 体 的 に 狭 く な っており， 0ニ ー0.3mmで は 下 板 の ピ ー ド が 全 体 的 に 狭 く な っ て い る . つまり， 8の 絶 対 値 が 大 き い と き ， 負 側 に 焦 点 は ず し を 行 う こ と で ， レ ー ザ を ず ら し て 照 射 し た 側 の 板 の ピ ー ド が 狭 く な る と い う こ と で あ る .
Fig.3‑14に SPCCを 溶 接 速 度 40mm/sで 溶 接 し た 際 の ピ ー ド 形 状 を 8ご と に 示 す .df=Ommと df=‑2mmの ピ ー ド 断 面 形 状 を 比 較 す る と， 0=・O.l'"'‑'+O.lmmの 範 囲 で は ， 表 面 の ピ ー ド 幅 は ほ と ん ど 変 わ
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ら な い が ， 板 厚 方 向 に い く に つ れ df=嗣2mmの 方 が 狭 く な る 傾 向 が 見 ら れ た . o=土0.2mmお よ び 土0.3mmで は レ ー ザ を ず ら し て 照 射 し た 側 の 板 の ピ ー ド 幅 が 狭 く な り ， も う 一 方 の 板 の ピ ー ド 幅 は 広 く な っ た .
Fig.3‑15に SUS304を 溶 接 速 度 60mm/sで 溶 接 し た 際 の ピ ー ド 形 状 を 8ご と に 示 す .df=Ommと df=司2mmの ピ ー ド 断 面 形 状 を 比 較 し たとき， o=+0.2mmお よ び o=‑O.lmmの と き は ， ほ と ん ど 違 い は 見 ら れ な か っ た . 一 方 ， o=土Ommお よ び o=+O.lmmでは， df=四2mmの 方 が 全 体 的 に ピ ー ド 幅 が 広 く な っ た . こ れ は ， 開 先 が シ ャ ー リ ン グ 加 工 し た ま ま の 状 態 で あ る た め ， 開 先 に 微 小 な ギ ャ ッ プ が 生 じ ， そ こ か ら レ ー ザ が 漏 れ 出 て し ま う こ と が 原 因 で あ る と 思 わ れ る . そ の 漏 れ が ， 強 度 分 布 が 最 大 で あ る 中 央 に よ り 集 中 し て い る df=Omm の 場 合 の 方 が 多 く な る た め 上 記 の よ う な 傾 向 が 見 ら れ た と 考 え ら れ る .o=土0.3mmお よ び 土O.mmで は レ ー ザ を ず ら し て 照 射 し た 側 の 板 の ピ ー ド 幅 が 狭 く な り ， も う 一 方 の 板 の ピ ー ド 幅 は 広 く な っ た .
Fig.3‑16に SUS304を 溶 接 速 度 80mm/sで 溶 接 し た 際 の ピ ー ド 断 面 形 状 を 8 ご と に 示 す . o=+O.lmm の 場 合 は df=・2mm のとき，
df=Ommと 比 較 し て 全 体 的 に ピ ー ド 幅 が 広 く な っ た . こ れ は 溶 接 速 度 60mm/s の と き と 同 様 に レ ー ザ の 漏 れ が 原 因 で あ る と 考 え ら れ る.o=土0.2mmで は レ ー ザ を ず ら し て 照 射 し た 側 の 板 の ピ ー ド 幅 が 狭 く な り ， も う 一 方 の 板 の ピ ー ド 幅 は 広 く な る と い う こ れ ま で と 同 様 の 傾 向 が 見 ら れ た .
以 上 の 結 果 よ り ， 焦 点 は ず し 距 離 dfを Ommか ら ‑2mmに す る こ と で ， ピ ー ド 断 面 形 状 が 変 化 す る 場 合 が あ る こ と が 分 か っ た . こ れ ら の 変 化 を 定 量 的 に 扱 う た め ， 本 研 究 で は ピ ー ド 幅 お よ び ピ ー
ド 断 面 積 を 測 定 し 考 察 を 行 っ た .
3四4 ピ ー ド 幅 の 測 定 結 果
溶 接 後 の ピ ー ド 断 面 に お い て ， レ ー ザ 照 射 側 に あ た る 表 面 の ピ ー ド 幅 ， お よ び 裏 面 の ピ ー ド 幅 を そ れ ぞ れ 測 定 し た . そ れ ら を 全 体 の ピ ー ド 幅 ， 上 板 と 下 板 に 分 け た ビ ー ド 幅 を 溶 接 速 度 ご と に ま
と め た .
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Fig.3・17に 溶 接 速 度 20mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 全 体 の ピ ー ド 幅 の 関 係 を 示 す . 溶 接 速 度 20mm/sで は 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ て も ， 表 面 と 裏 面 の ピ ー ド 幅 に 変 化 は 見 ら れ な か っ た . 又 ， Fig.3‑18 に 溶 接 速 度 20mm/s に 狙 い 位 置 と 上 板 お よ び 下 板 の ピ ー ド 幅 と の 関 係 を そ れ ぞ れ 示 す . 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ て も 上 板 と 下 板 そ れ ぞ れ の ピ ー ド 幅 に 対 す る 影 響 は 見 ら れ な か っ た .
Fig.3‑19に 溶 接 速 度 40mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 全 体 の ビ ー ド 幅 の 関 係 を 示 す . 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ た と き ， 表 面 の ピ ー ド 幅 は dfニ ー2mm の 方 が わ ず か に 大 き く な り ， 裏 面 の ピ ー ド 幅 は df=‑2mm の 方 が 小 さ く な る 傾 向 が 見 ら れ た . Fig.3・20 に 溶 接 速 度 40mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 上 板 お よ び 下 板 の ピ ー ド 幅 と の 関 係 を そ れ ぞ れ 示 す .df=Ommと df=ー2mmを 比 較 す る と ， 板 の 表 面 で は レ ー ザ を ず ら し て 照 射 し た 側 の 板 ， つ ま り 8>0の と き の Tou と T.2U， お よ び 8>0の と き の TOL と‑2Lに は ほ と ん ど 差 は 見 ら れ な か っ た .
し か し ， そ れ ら と 反 対 の 板 で は ， df=Oの 方 が 若 干 増 加 す る と い う 傾 向 が 見 ら れ た .
Fig.3・21に 溶 接 速 度 60mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 全 体 の ピ ー ド 幅 の 関 係 を 示 す . 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ て も ， 表 面 と 裏 面 の ピ ー ド 幅 に ほ と ん ど 差 は 見 ら れ な か っ た . Fig.3‑22に 60mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 上 板 お よ び 下 板 の ピ ー ド 幅 と の 関 係 を そ れ ぞ れ 示 す . 表 面 で は 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ て も 上 板 ， 下 板 と も に ほ と ん
ど 変 化 は 見 ら れ な か っ た . 裏 面 で も 同 様 に 焦 点 は ず し 距 離 に よ る 影 響 は ほ と ん ど 見 ら れ な か っ た .
Fig.3‑23に 溶 接 速 度 80mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 全 体 の ピ ー ド 幅 の 関 係 を 示 す . 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ て も ， 表 面 と 裏 面 の ピ ー ド 幅 に 差 は 見 ら れ な か っ た . Fig.3‑24に 溶 接 速 度 80mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 上 板 お よ び 下 板 の ピ ー ド 幅 と の 関 係 を そ れ ぞ れ 示 す . 表 面 で は 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ て も 上 板 ， 下 板 と も に ほ と ん
ど 変 化 は 見 ら れ な か っ た .
以 上 の 結 果 よ り ， 溶 接 速 度 40mm/sを 除 い て ピ ー ド 幅 に 大 き な 違 い は 見 ら れ な か っ た . 焦 点 は ず し を 行 う こ と で ス ポ ッ ト 径 が 大 き く な り ， 表 面 の ピ ー ド 幅 は 増 加 す る こ と が 予 想 さ れ る が ， 溶 接 速 度 が 20mm/sと 比 較 的 遅 い と き に は ， 溶 融 部 の 形 成 に 熱 伝 導 が 関 与 す る た め ， 大 き な 違 い が 生 じ な か っ た も の と 思 わ れ る . ま た ， 裏
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側 の ピ ー ド 幅 に 変 化 が 生 じ な か っ た の も 同 様 の 理 由 で あ る と 考 え ら れ る . 溶 接 速 度 が 60mm/sお よ び 80mm/sの 場 合 も 同 様 に ， 溶 融 部 の 形 成 に 熱 伝 導 が 関 与 す る た め ， ピ ー ド 幅 に 変 化 が 見 ら れ な か っ た と 考 え ら れ る .
溶 接 速 度 40mm/sでは， df= ‑2mmの 方 が df=+Ommの と き よ り も 裏 側 の ピ ー ド 幅 が 狭 く な っ て い る が 照 射 位 置 裕 度 は 広 く な っ た . 一 般 に ビ ー ド 幅 が 広 い 方 が 照 射 位 置 裕 度 は 広 く な る こ と が 予 想 さ れるが， Fig3‑12に お い て そ う な っ て い な い の は ， 照 射 位 置 裕 度 に 影 響 す る 因 子 が ピ ー ド 幅 よ り も む し ろ ， 入 熱 が 大 き く 関 与 し て い る の で は な い か と 考 え ら れ る . そ こ で 入 熱 の 影 響 を 明 ら か に す る た め に ， 次 節 に お い て ピ ー ド 断 面 積 を 測 定 し 考 察 し た .
3‑5 ピ ー ド 断 面 積 の 測 定 結 果
焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ た と き ， 各 条 件 で の 上 板 お よ び し た 板 へ の 入 熱 の 偏 り を 調 査 す る た め ， ピ ー ド 断 面 積 の 測 定 を 行 っ た .
こ ち ら も ピ ー ド 幅 と 同 様 に ， 全 体 の 断 面 積 お よ び ， 上 板 と 下 板 に 分 け た 断 面 積 を 溶 接 速 度 ご と に ま と め た .
Fig.3‑25(a)に 溶 接 速 度 20mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 全 体 の 断 面 積 の 関 係 を 示 す . ま た ， Fig.3‑25(b)に 溶 接 速 度 20mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 上 板 お よ び 下 板 の 断 面 積 と の 関 係 を そ れ ぞ れ 示 す . こ の 溶 接 速 度 に お い て は ， ほ と ん ど の 8に お い て 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ て も ピ ー ド 断 面 積 に 変 化 は 見 ら れ な か っ た . た だ し ， 8が プ ラ ス 側 に 大 き い と き は ， 焦 点 は ず し 距 離 を df=・2mmに す る こ と で ピ ー ド 断 面 積 は 減 少 し ， 上 板 に お い て 減 少 し て い る こ と が 分 か つ fこ.
Fig.3‑26(a)に 溶 接 速 度 40mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 全 体 の 断 面 積 の 関 係 を 示 す . ま た ， Fig.3‑26(b)に 溶 接 速 度 40mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 上 板 お よ び 下 板 の 断 面 積 と の 関 係 を そ れ ぞ れ 示 す . 8<0 の と き に は 断 面 積 は df=・2mmの 方 が df=Ommよ り も 小 さ く な っ た .
しかし， 8>0の と き に は ほ ぼ 同 じ か df=・2mmの 方 が 大 き く な っ た . また， 8の 絶 対 値 が 大 き い と き に は ， 焦 点 は ず し 距 離 を df=ー2mm に す る こ と で ， レ ー ザ を ず ら し て 照 射 し た 側 の ビ ー ド 断 面 積 が 減 少 し ， も う 一 方 の 板 で は 増 加 し た .
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Fig.3・27(a)に 溶 接 速 度 60mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 全 体 の 断 面 積 の 関 係 を 示 す . ま た ， Fig.3‑27(b)に 溶 接 速 度 60mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 上 板 お よ び 下 板 の 断 面 積 と の 関 係 を そ れ ぞ れ 示 す . こ の 溶 接 速 度 で は 20mm/sの 場 合 と 同 様 の 傾 向 が 見 ら れ た . 従 っ て ， 溶 接 速 度 が 比 較 的 遅 い 時 は ， 物 性 値 に よ ら ず 焦 点 は ず し 距 離 の 影 響 が 小 さ い こ と が 分 か っ た . こ れ は 加 熱 時 聞 が 長 い た め ， 表 面 の ピ ー ド が 熱 伝 導 に よ っ て 形 成 さ れ た た め ， 焦 点 は ず し 距 離 の 影 響 が 小 さ か っ た の で は な い か と 考 え ら れ る .
Fig.3・28(a)に 溶 接 速 度 80mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 全 体 の 断 面 積 の 関 係 を 示 す . ま た ， Fig.3‑28(b)に 溶 接 速 度 80mm/sに お け る 狙 い 位 置 と 上 板 お よ び 下 板 の 断 面 積 と の 関 係 を そ れ ぞ れ 示 す . 全 体 の 断 面 積 は 焦 点 は ず し 距 離 を 変 化 さ せ て も ほ と ん ど 変 化 は 見 ら れ な か っ た . ま た ， o=+O.3mmを 除 き 溶 接 速 度 40mm/sの 時 と 同 様 の 傾 向 が 見 ら れ た .
以 上 の 結 果 よ り ， SPCCに お い て 溶 接 速 度 が 速 く ， 8の 絶 対 値 が 大 き い と き に ， 焦 点 は ず し 距 離 を Ommから・2mmに す る こ と で ， 照 射 位 置 を ず ら し た と き の 入 熱 の 偏 り が 少 な く な る こ と が わ か っ た . 照 射 位 置 を ず ら し て レ ー ザ を 照 射 し た と き ， 照 射 さ れ た 側 の 板 に 入 熱 が 偏 り ， 反 対 側 の 板 よ り も 多 く 溶 融 す る . こ の 入 熱 の 偏 り が 大 き く な り す ぎ る と ， 照 射 さ れ て な い 側 の 板 へ の 入 熱 が 少 な く な り ， 溶 接 不 可 と な る . し か し ， 焦 点 は ず し 距 離 を Ommか ら ‑2mm に す る こ と で ， こ の 偏 り を 小 さ く す る こ と が で き る 条 件 が あ る と い う こ と が わ か っ た . そ の 結 果 ， 照 射 さ れ て な い 側 の 板 の 溶 融 が df=土Ommよ り も dfニー2mmの 方 が 多 く な る た め ， SPCCを 溶 接 速 度 40mm/sで 溶 接 し た 際 の 照 射 位 置 裕 度 が 広 く な っ た と 考 え ら れ る .
溶 接 速 度 80mm/sに お い て も 40mm/sの と き と 類 似 し た 傾 向 が 見 ら れ た が ， 照 射 位 置 裕 度 に 変 化 が 見 ら れ な か っ た の は ， 入 熱 が 変 化 す る と い っ て も か な り 微 小 な 量 で あ っ た た め ， ず ら し 量 が O.lmm 間 隔 で は 広 く ， そ れ よ り 小 さ い 範 囲 で 照 射 位 置 裕 度 が 変 化 し て い る 可 能 性 が 考 え ら れ る .
入 熱 の 偏 り が 小 さ く な っ た 原 因 と し て 焦 点 は ず し 距 離 が 変 化 し た こ と に よ る ， 板 表 面 に 照 射 さ れ る レ ー ザ の 強 度 分 布 が 変 化 し た こ と が 考 え ら れ る . 突 合 せ 溶 接 に お け る ， ス ポ ッ ト 径 が 変 化 し た 際 の レ ー ザ の 強 度 分 布 の 変 化 の 概 略 図 を Fig3‑29 に 示 す . 青 線 が
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