JPH04167989A

JPH04167989A - ２ビームレーザ溶接法

Info

Publication number: JPH04167989A
Application number: JP2296747A
Authority: JP
Inventors: Shingo Suminoe; 伸吾住江; Yoshiya Sakai; 酒井　芳也; Fumito Yoshino; 芳野　文人; Hiroyuki Shimizu; 弘之清水
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1992-06-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、２ビームレーザ溶接法に関し、鋼板の溶接、
特に亜鉛メツキ鋼板、ジンクプライマ塗付鋼板等の表面
処理鋼板の溶接、又はアルミ材及び表面処理アルミ材の
溶接に適するレーザ溶接法に関するものである。

（従来の技術）近年、耐久性向上を目的として表面処理鋼板が各種産業
に使用されている。

表面処理鋼板は、溶接時にピット、スパッタ等の溶接欠
陥が発生し易いため、現状では被覆アーク溶接部或いは
ソリッドワイヤを用いた低速溶接法が一般に採用されて
いる。しかし乍ら、この方法では完全に溶接欠陥を防止
できないばかりでなく、低速なための能率低下や、鋼板
の間隙による溶は落ち、アンダーカット等の欠陥も発生
し易いという欠点がある。

上記欠点を克服する方法として、第１図に示すように、
レーザ光を２つに分割し、本溶接に先立って、反射鏡１
７及び先行溶接用トーチ１３からなる先行ビームによっ
て防錆皮膜１５を蒸発除去させる技術が提案されている
。この技術によると、本溶接を行う前に、ピットやスパ
ッタ等の欠陥を生じさせる主原因の防錆皮膜を除去でき
、また先行ビームによって予熱効果も期待できるので、
望ましい溶接が可能になる。

但し、溶接に必要なエネルギーを得るためには。

レンズ等で５０〜１００μｍφ程度に絞る必要があるが
、溶接ワイヤの幅（１〜２ｍｍ）やワイヤの巻きぐせに
よる溶接ムラをなくすために、本溶接ビーム、先行溶接
ビーム共に溶接方向と垂直な方向にスキャンすることに
よって対応している（第２図参照）。

スキャンする方法としては、第３図及び第４図のように
、可動ミラー１９を用いる方法や、溶接ヘッド１８の全
体を振動させる方法が用いられている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、第３図及び第４図に示すスキャン方法は、機械
的な駆動機構が必要であって、溶接現場という悪影響で
は耐久性に問題があり、また構成上複雑で高価になる。

スキャンする方法には電気光学的な手段もあるが、いず
れにしても高速溶接を行うためには、スキャン周波数を
高くする必要が生じ、更に高価な部品が必要になる。ま
た、ビームスポットを母材に平行に（平面状に）スキャ
ンするためには、集光光学系に性能の良いフラットフィ
ールド特性を持たせる必要があり、光学系も複雑、高価
となる。

勿論、従来の通常のレーザ溶接法、すなわち、１本のレ
ーザビームを用いる溶接方法（例、特開昭５８−１８４
０８２号公報）では、表面処理鋼板等の溶接を高品質、
高作業性にて行うことは不可能である。

本発明は、上記従来技術におけるビームスキャン法に伴
う欠点を解消すると共に、溶接に必要にレーザビーム照
射光強度を確保しつつ、ワイヤの巻きぐせや太さの影響
を受けることなく高速で良好なレーザ溶接を可能にする
方法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）前記課題を解決するため、本発明者等は、先の提案に係
る２ビームレーザ溶接法の光学系について種々研究を重
ねた結果、ここに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は、溶接棒又は溶接ワイヤを用いてレ
ーザ溶接を行う際に、レーザビームを２つに分割し、先
行ビームにより予熱処理を行った後に後行ビームにより
溶接するか、或いは先行ビームにより溶接を行った後に
後行ビームにより後熱処理を行う方法において、非点収
差を故意に発生させる光学系を用いて、その第１無線或
いは第２無線を被溶接材の溶接部或いは熱処理部に位置
させることによって溶接を行うことを特徴とする２ビー
ムレーザ溶接法を要旨とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用）本発明の２ビームレーザ溶接法は、前述のように、非点
収差を故意に発生させる光学系を用いて、その第１無線
或いは第２無線を被溶接材の溶接部或いは熱処理部に位
置させることによって溶接を行うことを最も特徴として
おり、これにより、ビームスキャン法に伴う高価で複雑
な構成及び耐久性の必要なしに、溶接に必要な照射光強
度を確保しつつ、ワイヤーの巻きぐせや太さの影響なし
に。

高速で良好な溶接が可能になる。その理由は以下のとお
りである。

すなわち、第５図に示すように、非点収差が発生してい
る光学系の第１焦点Ｆ１又は第２焦点Ｆ２では、一般に
細長い無線ができる。これらの無線上では、その長手方
向の長さ（照射幅）の１乗にのみ比例して照射光強度が
変化するため、必要な照射光強度を確保しながら、照射
幅を任意に広くとることができる。したがって、敢えて
スキャンする方法を採用しなくとも、ワイヤーの巻きぐ
せや太さの影響を受けることもない。また、各無線の照
射幅に応じて、第１無線或いは第２無線を予熱処理や後
熱処理又は本溶接に利用できる。

非点収差を故意に発生させる光学系としては、種々の態
様が可能である。凹又は凸シリンドリカルレンズ、球面
レンズなどのレンズや、放物面鏡、シリンドリカルミラ
ーなどのミラーの１個又は複数個を単独で或いは組合せ
て、第１無線Ｆ０．第２無線Ｆ２を得ることができる。

勿論、この非点収差光学系は、先行ビーム系、後行ビー
ム系の一方、或いは双方に適宜設けることができる。

また、他のレーザビーム溶接条件は特に制限されない。

本発明の溶接法は、各種の被溶接材の溶接に適用できる
が、特に亜鉛メツキ鋼板、ジンクプライマ塗付鋼板等の
表面処理鋼板の溶接、又はアルミ材及び表面処理アルミ
材の溶接に適している。

（実施例）次に本発明の実施例を示す。

失履貫工本例は、第６図に示す光学系の構成において、Ａ部には
何も置かないで、Ｂ部及び０部に非点収差光学系を置い
た例である。

非点収差光学系をＢ部に置いた詳細図を第７図に示す。

第８図は第７図をＡ方向から、また第９図は第７図をＢ
方向からそれぞれ見た図であり、第１０図は第２無線の
形状を表わしており、Ｑｌは無線長さであり、Ｑ２は無
線幅である。

第７図に示すように、レーザ光９を最初に球面レンズ３
で１次に凸シリンドリカルレンズ４で絞り、第１無線Ｆ
１、第２無線Ｆ２を作るにの第２無線Ｆ２に垂直に被溶
接材又は母材１．２の溶接部１０を配置する。そして、
溶接部１０と第２無線Ｆ２の交点に溶接ワイヤー８を挿
入し、ワークを移動させながら溶接する。なお、第７図
〜第９図は突き合わせ溶接の場合を表わしている。

以上の構成の光学系において、レーザビーム径を５０＋
＋＋−φ、球面レンズ３の焦点距離ｆ□を１２７ｍｍ、
凸シリンドリカルレンズ４の焦点距離ｆ２を３００ｍｍ
、これらの３と４の間隔ｄを６Ｃ）＋■とすると、第２
無線Ｆ２は凸シリンドリカルレンズ４からＬ＝６７ｍｍ
の位置にできる。この時、第２無線Ｆ２の長さＱ工は約
５ｍ＠、幅Ｑ２は約５０μ−程度となる。

レーザとして５ＫＷのＣｏ２レーザを用いると、第２無
線Ｆ２での照射光強度は約２０ＧＷ／ｍ”となる。この
光強度の下では、亜鉛メツキ鋼板などを１５０〜３００
ｃｍ／ｗｉｎの高速で溶接することが可能である。

失産奥ｌ実施例１に示したＢ部及び０部に置く非点収差光学系の
変形例を第１１図〜第１４図に示す。

第１１図の例は、凸シリンドリカルレンズ４に代えて、
凹シリンドリカルレンズ５を用いた光学系の例である。

第１２図の例は、凸シリンドリカルレンズ４を２枚用い
た光学系の例である。

第１３図は球面レンズ３を傾けた光学系の例である。

第１４図は放物面、１１７とシリンドリカルミラー６を
用いた光学系である。

いずれの光学系も第１無線Ｆ１、第２無線Ｆ２を作るこ
とができ、またそれぞれの無線に任意の照射光強度が得
られる。

夫五何立第６図において、Ｂ部及び０部には軸対称光学系（球面
レンズ、放物面鏡等）を置き、Ａ部に非点収差光学系（
シリンドリカルレンズ、シリンドカルミラー等）を置く
構成とした。これによっても。

２つの無線Ｆ□、Ｆ２を作ることができる。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明の２ビームレーザ溶接法に
よれば、非点収差光学系を用いてその第１無線又は第２
無線を溶接部或いは熱処理部に位置させるので、予熱処
理又は後熱処理或いは本溶接に必要な照射光強度を確保
しつつ、所定の照射幅が得られ、ワイヤの巻きぐせや太
さ等に影響されることなく高速で良好な溶接が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は先の提案に係る２ビームレーザ溶接に
おける光学系並びに溶接法を説明する図で、第１図及び
第３図は異なる光学系を示し、第２図（ａ）はスキャン
する態様を説明する平面図で、第２図（ｂ）はその側面
図であり、第４図は溶接ヘッド全体を振動する状態を示
す側面図であり、第５図は非点収差光学系の第１無線と
第２無線を説明する図、第６図は本発明の２ビームレーザ溶接における光学系に
おいて非点収差光学系を設ける個所を示す説明図、第７図は非点収差光学系の一例を示す斜視図で、第８図
は第７図のＡ方向から見た図、第９図は第７図のＢ方向
から見た図であり、第１０図は無線の長さ（Ｑよ）及び幅（Ｑ２）を説明す
る図、第１１図〜第１４図は非点収差光学系のそれぞれ異なる
構成を説明する図で、それぞれ（ａ）は溶接ヘッドの移
動方向から見た図で、（ｂ）は溶接ヘッドの移動方向に
直角方向から見た図である。１．２・・・被溶接材（母材）、３・・・球面レンズ、
４・・・凸シリンドリカルリンズ、５・・・凹シリンド
リカルリンズ、６・・・シリンドリカルミラー、７・・
・放物面鏡、８・・・溶接ワイヤ、９・・・レーザ光、
１０・・・溶接部、１１・・・レーザ発振器、１２・・
・ビームスプリンタ、１３・・・反射ミラー、１５・・
・防錆皮膜、１６・・・ビード、Ｆ工・・・第１無線、
Ｆ２・・・第２無線。特許出願人　　株式会社神戸農鋼所代理人弁理士　中　　村　　　尚第１図第２図（ａ）　　　　　　　　（ｂ）第３図　　　第４図第６図区第１１図（ａ）　　　　（ｂ）第１２図（Ｑ）　　　　（ｂ）第１３図（ａ）　　　　　　（ｂ）第１・（Ｇ）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶接棒又は溶接ワイヤを用いてレーザ溶接を行う
際に、レーザビームを２つに分割し、先行ビームにより
予熱処理を行った後に後行ビームにより溶接するか、或
いは先行ビームにより溶接を行った後に後行ビームによ
り後熱処理を行う方法において、非点収差を故意に発生
させる光学系を用いて、その第１無線或いは第２無線を
被溶接材の溶接部或いは熱処理部に位置させることを特
徴とする２ビームレーザ溶接法。