JPH01228687A - Laser beam welding method - Google Patents
Laser beam welding methodInfo
- Publication number
- JPH01228687A JPH01228687A JP63055385A JP5538588A JPH01228687A JP H01228687 A JPH01228687 A JP H01228687A JP 63055385 A JP63055385 A JP 63055385A JP 5538588 A JP5538588 A JP 5538588A JP H01228687 A JPH01228687 A JP H01228687A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitrogen
- welding
- laser
- joint
- laser beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は、極低温下において高強度、高じん性が要求さ
れる窒素添加オーステナイト系ステンレス鋼等の鋼材の
レーザ溶接法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention provides a method for laser welding steel materials such as nitrogen-added austenitic stainless steel that requires high strength and high toughness at extremely low temperatures. Regarding.
(従来の技術)
核融合炉で適用される超電導マグネット等の極低温用構
造材料は、4.2Kにおいて十分な耐力と破壊じん仕置
が求められ、たとえば日本原子力研究所の目標値として
は、耐カニ1200MPa以上、破壊じん性:200M
PaJm以上の材料特性が要求されている。(Prior art) Cryogenic structural materials such as superconducting magnets used in nuclear fusion reactors are required to have sufficient strength and destruction resistance at 4.2K, and for example, the target values of the Japan Atomic Energy Research Institute are Crab 1200MPa or more, fracture toughness: 200M
Material properties of PaJm or higher are required.
従来から、超電導マグネットのコイル支持材等の極低温
用構造材としては、オーステナイト系ステンレスw4(
SUS304LSSUS316LN等)が主として使用
されているが、これらの材料は下記第1表に示すように
、脱鋭敏化のために低炭素化されており、さらに強度を
高めるために窒素が添加されている。Traditionally, austenitic stainless steel w4 (
SUS304LSSUS316LN, etc.) are mainly used, but as shown in Table 1 below, these materials are reduced in carbon to desensitize them, and nitrogen is added to further increase their strength.
したがって、上記のような組成の鋼材を溶接する場合、
その溶接継手においても当然高い耐力ならびにじん装置
が要求される。第3図ならびに第4図は、各々、上記組
成のステンレス鋼材の極低温下(4,2K)における、
鋼材中の窒素含有量と耐力および破壊しん性の関係を示
すグラフである。Therefore, when welding steel materials with the above composition,
Naturally, high yield strength and dust protection are required for the welded joints as well. Figures 3 and 4 respectively show the state of the stainless steel material with the above composition at cryogenic temperatures (4,2K).
It is a graph showing the relationship between nitrogen content in steel materials, yield strength, and fracture resistance.
ところで、通常、溶接鋼材中の窒素の含有量は減少しや
すいことから、特に、溶接金属中の窒素含有量を確持す
ることが継手強度を維持するためには重要となる。By the way, since the nitrogen content in welded steel materials usually tends to decrease, it is particularly important to maintain the nitrogen content in the weld metal in order to maintain joint strength.
このような点を考慮して、従来の溶接としては、被覆ア
ーク溶接及びMIG溶接が主として使われている。被覆
アーク溶接は、フラックス中に窒化物を添加し、これに
より溶接金属中の窒素含有量を向上させるものであるが
、この方法においては溶接変形が比較的大きくなり精密
溶接を行う上で問題がある。一方、MIG溶接にあって
は、シールドガスにN2を混合し、これにより溶接金属
への窒素添加を図っているが、この方法においても被覆
アーク溶接と同様に、溶接変形が大きくなり、精密構造
物の溶接法には問題が多い。Taking these points into consideration, shielded arc welding and MIG welding are mainly used as conventional welding. In coated arc welding, nitride is added to the flux to increase the nitrogen content in the weld metal, but this method causes relatively large welding deformation, which poses a problem in precision welding. be. On the other hand, in MIG welding, N2 is mixed with the shielding gas to add nitrogen to the weld metal, but as with shielded arc welding, welding deformation becomes large and precision structures are There are many problems with welding methods.
また、従来、低歪が期待できる高エネルギー密度溶接と
して、電子ビーム溶接法も知られている。Further, electron beam welding is also known as a high energy density welding method that can be expected to produce low distortion.
しかしながら、電子ビーム溶接は真空チャンバー(10
’ 〜1..0−’Torr)内で溶接を行なうので、
必然的に鋼中の窒素が蒸発しやすくなり、このため溶接
金属中の窒素含有量が母材よりも著しく低下してしまい
、十分な継手強度が維持できないという問題があった。However, electron beam welding is performed in a vacuum chamber (10
'~1. .. Since welding is performed within 0-'Torr),
Inevitably, nitrogen in the steel tends to evaporate, resulting in a significantly lower nitrogen content in the weld metal than in the base metal, resulting in a problem in that sufficient joint strength cannot be maintained.
高窒素添加オーステナイト系ステンレ鋼等の溶接におい
て、十分な耐力及びじん性にすぐれた特性を有する溶接
継手を得ることができる溶接法を提0tすることを目的
とする。The purpose of this invention is to provide a welding method capable of obtaining a welded joint having sufficient yield strength and excellent toughness in welding high nitrogen-added austenitic stainless steel.
(課題を解決するための手段および作用)上記の目的を
達成するために、本発明の溶接法は、窒素添加型ステン
レス鋼からなる母材を溶接するに際して、溶接熱源とし
てレーザを用い、窒素雰囲気中においてレーザ溶接を行
うことによって、溶接継手部分の窒素含有量を増大させ
ることを特徴としている。(Means and effects for solving the problems) In order to achieve the above object, the welding method of the present invention uses a laser as a welding heat source and a nitrogen atmosphere when welding a base material made of nitrogen-added stainless steel. It is characterized by increasing the nitrogen content of the welded joint by performing laser welding inside.
本発明においては、たとえば、溶接母材としての高窒素
添加型オーステナイト系ステンレス鋼に対して発振され
たレーザ光を集光する光学系と、レーザ雰囲気をつくる
ためのシールド用BOXと、レーザ発振器を用い、該レ
ーザ加工雰囲気を窒素置換したのち、その雰囲気中でレ
ーザを照射するレーザ溶接法により溶接金属を形成し、
この溶接金属中の窒素含有量を増大させ、これにより十
分な耐力及び靭性を有する溶接継手を得ることができる
。In the present invention, for example, an optical system that focuses laser light emitted on high nitrogen-added austenitic stainless steel as a welding base material, a shielding box for creating a laser atmosphere, and a laser oscillator are provided. After replacing the laser processing atmosphere with nitrogen, forming a weld metal by a laser welding method in which laser is irradiated in the atmosphere,
By increasing the nitrogen content in this weld metal, it is possible to obtain a welded joint with sufficient yield strength and toughness.
通常、レーザ溶接法においては、レーザ光を被溶接物に
照射したときに生成されるプラズマの除去及び集光レン
ズ保護を目的として、レーザ光に対して同軸方向にアシ
ストガスを流すことが行われている。しかし、このアシ
ストガスを窒素にしただけでは、目的とする溶接金属へ
の窒素添加が有効に行い得ないことは、本発明者らによ
って確認“された。Normally, in laser welding methods, assist gas is flowed coaxially with the laser beam in order to remove the plasma generated when the workpiece is irradiated with the laser beam and protect the condenser lens. ing. However, the present inventors have confirmed that simply using nitrogen as the assist gas does not effectively add nitrogen to the weld metal.
本発明は、溶接法としてレーザ溶接を行い、窒素雰囲気
中でレーザ光を被溶接物に照射し、形成された溶融池に
窒素を積極的に溶解させ、溶接金属中の窒素含有量を増
大させるものである。このため、溶接金属(溶接継手部
分)は、耐力及びじん性の双方にすぐれた特性を有して
おり、またレーザ光を溶接熱源として用いているので、
溶接変形も最小限度に抑えることができる。The present invention uses laser welding as a welding method, irradiates the workpiece with laser light in a nitrogen atmosphere, actively dissolves nitrogen in the formed molten pool, and increases the nitrogen content in the weld metal. It is something. For this reason, the weld metal (welded joint part) has excellent properties in both yield strength and toughness, and since laser light is used as the welding heat source,
Welding deformation can also be minimized.
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照し
て説明する。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施例1
溶接装置は、第1図に示すように大出力のCO2レーザ
発振器1と、発振されたレーザ光2を伝送するための光
学系3と、伝送されたレーザ光2を集光するための集光
レンズ4と、レーザ雰囲気をつくたるための加工室5と
、加工室5を移動させるためのNCテーブル6から構成
されており、加工室5は、大気を排気するための排気ロ
ア、排気用ポンプ8及び窒素ガス9を吸入するための吸
入口10から構成される。Example 1 As shown in FIG. 1, a welding device includes a high-output CO2 laser oscillator 1, an optical system 3 for transmitting the oscillated laser beam 2, and a condensing system for condensing the transmitted laser beam 2. It consists of a condensing lens 4, a processing chamber 5 for creating a laser atmosphere, and an NC table 6 for moving the processing chamber 5.The processing chamber 5 has an exhaust lower for exhausting the atmosphere, It is composed of an exhaust pump 8 and an inlet 10 for inhaling nitrogen gas 9.
そして、本実施例においては、被溶接材11として、低
温用高窒素添加型オーステナイト系ステンレス鋼(SU
S304LN及び5US316LN)を使用した。なお
、本発明で用いることができるオーステナイト系ステン
レス鋼の具体例を挙げると下記第2表の通りである。In this embodiment, the material to be welded 11 is a low-temperature high nitrogen-added austenitic stainless steel (SU
S304LN and 5US316LN) were used. Specific examples of austenitic stainless steels that can be used in the present invention are shown in Table 2 below.
また、本実施例においては、レーザとして、最大出力1
0kwの炭酸ガスレーザを用いた。溶接条件は次の通り
である。In addition, in this embodiment, as a laser, the maximum output is 1
A 0 kW carbon dioxide laser was used. The welding conditions are as follows.
レーザ出カニ 4kw〜10kw
集光レンズ焦点距離: 127++g、190市、2
54龍、
加工速度: 1.000〜3000關/10焦点設
定位置ニー6〜OII++1
板厚= 2〜12+++m
また、継手の形態は突合せ継手とした。Laser output 4kw ~ 10kw Condensing lens focal length: 127++g, 190 cities, 2
54 Dragon, Processing speed: 1.000-3000 degrees/10 Focus setting position Knee 6-OII++1 Plate thickness = 2-12+++m In addition, the form of the joint was a butt joint.
まず、溶接前の準備として、レーザ雰囲気の窒素置換を
行なう。すなわち、加工室5内の空気を排気ロアから排
気ポンプ8(ロータリポンプ程度で良い)を用いて排気
し、大気の分圧を低下させた後、加工室5の吸入口10
から窒素ガス9を吸入し、加工室5内を窒素置換する。First, as a preparation before welding, the laser atmosphere is replaced with nitrogen. That is, the air in the machining chamber 5 is exhausted from the exhaust lower using an exhaust pump 8 (a rotary pump may be sufficient) to reduce the partial pressure of the atmosphere, and then
Nitrogen gas 9 is sucked in from the inside of the processing chamber 5 to replace the inside of the processing chamber 5 with nitrogen.
この状態で、被溶接材11にレーザ光2を照射し、溶接
部を生成させた。このときの窒素ガス圧をほぼ大気圧に
することにより、溶融金属中から散逸する窒素量より溶
融金属中に溶解する窒素量の方が多くなり、溶接金属中
に窒素を十分に含有させることが可能となる。溶接結果
の一例を下記第3表に示す。この表に示すように、本発
明の方法によれば、両母材とも、溶接金属中の窒素含有
量がIす材の含有量とほぼ同程度になることが認められ
た。In this state, the material to be welded 11 was irradiated with laser light 2 to generate a welded part. By setting the nitrogen gas pressure at this time to approximately atmospheric pressure, the amount of nitrogen dissolved in the molten metal is greater than the amount of nitrogen dissipated from the molten metal, making it possible to sufficiently contain nitrogen in the weld metal. It becomes possible. An example of welding results is shown in Table 3 below. As shown in this table, it was found that according to the method of the present invention, the nitrogen content in the weld metal of both base metals was approximately the same as the content of the I-material.
第3表
実施例2
オーステナイト系鋼材を母材とし、レーザを熱源として
用い、溶接金属の強度及びじん性が継手として最も望ま
しい値を得るように溶接金属中の窒素含有量を選定し、
これを実施するために雰囲気の窒素圧を調整する。第2
図は、このときの加工室の窒素圧と溶接金属中の窒素含
有量との関係を示すグラフである。Table 3 Example 2 Using an austenitic steel as the base material and using a laser as a heat source, the nitrogen content in the weld metal was selected so that the strength and toughness of the weld metal achieved the most desirable values for a joint,
To accomplish this, the nitrogen pressure of the atmosphere is adjusted. Second
The figure is a graph showing the relationship between the nitrogen pressure in the processing chamber and the nitrogen content in the weld metal at this time.
このように、本発明においては、靭性は若干低くてもよ
いが高強度を要する継手に対しては、窒素圧を十分に高
くする方法が採用できる。As described above, in the present invention, a method of increasing the nitrogen pressure to a sufficiently high level can be adopted for joints that may have slightly low toughness but require high strength.
実施例3
母材を高窒素添加高Mn鋼(例えば、前記第1表の鋼材
)とし、実施例1及び実施例2と同様の効果を得ること
ができる。Example 3 The same effects as in Example 1 and Example 2 can be obtained by using high nitrogen addition high Mn steel (for example, the steel material in Table 1 above) as the base material.
実施例4
さらに母材が高窒素添加型鋼材以外に、一般の鋼材にお
いても溶接による継手強度低下を防止する目的で、溶接
金属中に窒素を添加し、溶接金属の強度を母材に対し、
若干上昇させることにより、オーバーマツチングされた
溶接継手を形成することもできる。これにより、継手破
壊は必ず母材側で生ずる結果となり、溶接金属中の微小
欠陥等に起因する不慮の破断を効果的に防止することが
できる。Example 4 Furthermore, in order to prevent a decrease in joint strength due to welding even when the base metal is not only a high nitrogen addition type steel but also a general steel, nitrogen is added to the weld metal to increase the strength of the weld metal relative to the base metal.
By slightly raising it, it is also possible to form an overmatched welded joint. As a result, joint fracture always occurs on the base metal side, and accidental fracture caused by minute defects in the weld metal can be effectively prevented.
本発明のレーザ溶接法によれば、溶接金属中の窒素含有
量を増大させることができるので、強度及びじん性にす
ぐれた溶接継手を得ることができる。According to the laser welding method of the present invention, the nitrogen content in the weld metal can be increased, so a welded joint with excellent strength and toughness can be obtained.
第1図は本発明の実施例で用いる装置系の概略図、第2
図は窒素圧力と溶接金属中の窒素含有量との関係を示す
グラフ、第3図は窒素含有量と耐力との関係を示すグラ
フ、第4図は窒素含有量と破壊しん装置との関係を示す
グラフである。
1・・・発振器、2・・・レーザ光、5・・・加工室、
8・・・排気ポンプ。
出願人代理人 佐 藤 −雄
第1図Figure 1 is a schematic diagram of the equipment system used in the embodiment of the present invention, Figure 2
Figure 3 is a graph showing the relationship between nitrogen pressure and nitrogen content in the weld metal, Figure 3 is a graph showing the relationship between nitrogen content and proof stress, and Figure 4 is a graph showing the relationship between nitrogen content and fracture resistance equipment. This is a graph showing. 1... Oscillator, 2... Laser light, 5... Processing room,
8...Exhaust pump. Applicant's agent Mr. Sato Figure 1
Claims (1)
接熱源としてレーザを用い、窒素雰囲気中においてレー
ザ溶接を行うことによって、溶接継手部分の窒素含有量
を増大させることを特徴とする、レーザ溶接法。 2、溶接雰囲気の窒素の圧力を調整することによって、
溶接継手部分の窒素含有量を制御することを特徴とする
、請求項1記載のレーザ溶接法。[Claims] 1. When welding a base material made of stainless steel, a laser is used as a welding heat source and the laser welding is performed in a nitrogen atmosphere to increase the nitrogen content of the welded joint. Laser welding method. 2. By adjusting the nitrogen pressure in the welding atmosphere,
The laser welding method according to claim 1, characterized in that the nitrogen content of the weld joint is controlled.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63055385A JPH01228687A (en) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Laser beam welding method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63055385A JPH01228687A (en) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Laser beam welding method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01228687A true JPH01228687A (en) | 1989-09-12 |
Family
ID=12997034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63055385A Pending JPH01228687A (en) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Laser beam welding method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01228687A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7061576B2 (en) * | 1998-02-04 | 2006-06-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and method of cleaning optical element of the same |
-
1988
- 1988-03-09 JP JP63055385A patent/JPH01228687A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7061576B2 (en) * | 1998-02-04 | 2006-06-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and method of cleaning optical element of the same |
| US7119878B2 (en) | 1998-02-04 | 2006-10-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and method of cleaning optical element of the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2005501737A (en) | Hybrid laser-arc welding method with gas flow control | |
| JPH10216979A (en) | Laser bean machining head | |
| Yang et al. | Research progress of laser welding under subatmospheric pressure | |
| US20030173343A1 (en) | Method and installation for hybrid laser/arc welding using a power-diode laser | |
| JPH01228687A (en) | Laser beam welding method | |
| JP3383444B2 (en) | Laser welding method | |
| JP3590501B2 (en) | High-precision welding method for groove | |
| JPH06344171A (en) | Method of welding alloy steel and nonalloy steel with co2 continuous laser under protection gas | |
| US6770841B2 (en) | Use of helium/nitrogen gas mixtures in up to 8kW laser welding | |
| JPH0520192B2 (en) | ||
| JP3767359B2 (en) | Butt welding method and welded thin steel plate | |
| JPH0259189A (en) | Laser welding method for aluminum material and welded parts thereof | |
| JPH02268991A (en) | Laser welding method for galvanized steel sheets | |
| JPH06285657A (en) | Laser welding process | |
| JPH05245670A (en) | Method for welding high damping steel sheets with laser beam | |
| JPS57156888A (en) | Shielding device for laser welding | |
| JP4146336B2 (en) | Method and equipment for laser welding with Ar / He gas mixture in which Ar / He content is controlled by laser power | |
| JPH01278983A (en) | Laser welding method | |
| JPS6330193A (en) | Laser welding method | |
| JP2812772B2 (en) | Laser welding method | |
| JP2004017160A (en) | Use of helium/nitrogen gas mixture in up to 12kw laser welding | |
| JPH01197086A (en) | Method for welding inside magnetic field | |
| JPH09314368A (en) | Welding method for carbon steel using laser beam | |
| JP3217138B2 (en) | Laser welding wire | |
| Ga-Orza | Welding of aluminium alloys with high-power Nd: YAG lasers |