JPH0424158B2 - - Google Patents
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- JPH0424158B2 JPH0424158B2 JP59074423A JP7442384A JPH0424158B2 JP H0424158 B2 JPH0424158 B2 JP H0424158B2 JP 59074423 A JP59074423 A JP 59074423A JP 7442384 A JP7442384 A JP 7442384A JP H0424158 B2 JPH0424158 B2 JP H0424158B2
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- JP
- Japan
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- welding
- laser
- laser beam
- cavity
- filler wire
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/32—Wires
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は薄鋼板の突合せシーム溶接に関するも
のであり、特に、レーザビームで突合せ部を溶接
するレーザ溶接法に関する。
のであり、特に、レーザビームで突合せ部を溶接
するレーザ溶接法に関する。
［従来技術］
薄鋼板の連続処理ラインにおいて、先行のスト
リツプと後行のストリツプの端部を接続して連続
通板を行なうため、各種の溶接法が用いられてい
るが、板厚が薄いものについては、板の突合せ精
度の問題や、溶接速度の点で満足な溶接法がない
現状であり、これに代つてレーザ溶接法が注目さ
れている。
リツプと後行のストリツプの端部を接続して連続
通板を行なうため、各種の溶接法が用いられてい
るが、板厚が薄いものについては、板の突合せ精
度の問題や、溶接速度の点で満足な溶接法がない
現状であり、これに代つてレーザ溶接法が注目さ
れている。
薄鋼板のレーザ溶接は、例えば特開昭54−
32154号公報に開示されているように、通常、溶
接すべき２端面を突合せ、端面間中央に真上から
レーザビームを照射する。端面が平滑で互に密着
して十分な精度の突合せが行なわれている場合
は、突合せ端面の両側にレーザエネルギーが吸収
され、両端面が溶融されて溶接が行なわれる。し
かし、端面の凹凸や切断等で生じた曲り等で、両
端面間に隙間が生じている場合、集光されたレー
ザビームは隙間を通過したり、一方の端面のみに
吸収され、完全な溶接が行なえない。
32154号公報に開示されているように、通常、溶
接すべき２端面を突合せ、端面間中央に真上から
レーザビームを照射する。端面が平滑で互に密着
して十分な精度の突合せが行なわれている場合
は、突合せ端面の両側にレーザエネルギーが吸収
され、両端面が溶融されて溶接が行なわれる。し
かし、端面の凹凸や切断等で生じた曲り等で、両
端面間に隙間が生じている場合、集光されたレー
ザビームは隙間を通過したり、一方の端面のみに
吸収され、完全な溶接が行なえない。
このため、端面加工の精度を高めて、両端面間
の隙間を小さくする方法があるが、特に幅広の鋼
板においては、このための設備コストが極めて大
きくなる。
の隙間を小さくする方法があるが、特に幅広の鋼
板においては、このための設備コストが極めて大
きくなる。
又、フイラーワイヤーを使用して溶接線上に置
くか、フイードする方法があるが、レーザビーム
の中心，溶接線の中心およびワイヤーの中心が一
致していないと安定な溶融が得られず、又、フイ
ラーワイヤーと鋼板間の位置変動がある場合には
てレーザビームの照射条件を変更しないと、安定
な溶接が得られない。これらがうまく行かない
と、フイラーワイヤーそのものの飛散、熱変形を
生じ、不安定溶接が増し、溶接が不可能になるこ
ともある。
くか、フイードする方法があるが、レーザビーム
の中心，溶接線の中心およびワイヤーの中心が一
致していないと安定な溶融が得られず、又、フイ
ラーワイヤーと鋼板間の位置変動がある場合には
てレーザビームの照射条件を変更しないと、安定
な溶接が得られない。これらがうまく行かない
と、フイラーワイヤーそのものの飛散、熱変形を
生じ、不安定溶接が増し、溶接が不可能になるこ
ともある。
以上説明したように、従来のレーザによる極薄
板の溶接では、溶接現象の不安定から溶け落ちや
ハンピングが起り易く、またコイル突合せやレー
ザビームのシーム倣い制御に極めて高い精度が要
求されるという問題がある。
板の溶接では、溶接現象の不安定から溶け落ちや
ハンピングが起り易く、またコイル突合せやレー
ザビームのシーム倣い制御に極めて高い精度が要
求されるという問題がある。
［発明の目的］
本発明は、安定かつ効率よく溶接ワイヤーを用
いたシーム溶接を行なうレーザ溶接方法を提供す
ることを目的とする。
いたシーム溶接を行なうレーザ溶接方法を提供す
ることを目的とする。
［発明の構成，作用］
上記目的を達成するために本発明においては、
溶接線上にフイラーワイヤーを置き、溶接点の上
下部を半球状キヤビテイで遮蔽し、レーザビーム
を照射し、溶接点からの反射、放射エネルギー
を、キヤビテイ内面の多重反射により溶接点に収
束させ、溶接面におけるレーザビーム実効吸収率
を高める状態で突合せ間隔が広い場合でも良好な
ビード形成が出来るようにするとともに、最初に
レーザビームを低パワーで照射して、ワイヤーの
表面を溶融して鋼板に溶着させ、次に本溶接を実
施する。
溶接線上にフイラーワイヤーを置き、溶接点の上
下部を半球状キヤビテイで遮蔽し、レーザビーム
を照射し、溶接点からの反射、放射エネルギー
を、キヤビテイ内面の多重反射により溶接点に収
束させ、溶接面におけるレーザビーム実効吸収率
を高める状態で突合せ間隔が広い場合でも良好な
ビード形成が出来るようにするとともに、最初に
レーザビームを低パワーで照射して、ワイヤーの
表面を溶融して鋼板に溶着させ、次に本溶接を実
施する。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。第１ａ図に本発明を一態様で実施する装置構
成の概要を示す。１，１′は突合せ溶接されるべ
き薄鋼板、２は突合せ部、３はフイラーワイヤ
ー、４，４′は各々上部キヤビテイおよび下部キ
ヤビテイ、５はレーザビーム導入孔、６，６′は
雰囲気ガス入口、７，７′はキヤビテイ冷却水入
口、８，８′は同出口、LBはレーザビームであ
る。なお、キヤビテイ内面は、たとえば鏡面仕上
に金メツキが施され、極めて反射率が高い状態に
なつている。
る。第１ａ図に本発明を一態様で実施する装置構
成の概要を示す。１，１′は突合せ溶接されるべ
き薄鋼板、２は突合せ部、３はフイラーワイヤ
ー、４，４′は各々上部キヤビテイおよび下部キ
ヤビテイ、５はレーザビーム導入孔、６，６′は
雰囲気ガス入口、７，７′はキヤビテイ冷却水入
口、８，８′は同出口、LBはレーザビームであ
る。なお、キヤビテイ内面は、たとえば鏡面仕上
に金メツキが施され、極めて反射率が高い状態に
なつている。
この状態でレーザビームLBは、レンズにより
集光され、溶接点２上に照射される。レーザビー
ム投射部の断面を示す第１ｂ図を参照すると、溶
接面上のスポツト径ｄは、突合せ許要精度〓を考
えてそれより大きくなるようにし、又、レーザビ
ーム導入孔の大きさを極力小さくするように、ビ
ーム焦点位置は、出来るだけ上部キヤビテイの極
点位置に来るように光学系を設定する。
集光され、溶接点２上に照射される。レーザビー
ム投射部の断面を示す第１ｂ図を参照すると、溶
接面上のスポツト径ｄは、突合せ許要精度〓を考
えてそれより大きくなるようにし、又、レーザビ
ーム導入孔の大きさを極力小さくするように、ビ
ーム焦点位置は、出来るだけ上部キヤビテイの極
点位置に来るように光学系を設定する。
溶接はフイラーワイヤー３の表皮溶融による鋼
板１の融着と、本溶融の２段階で実施する。すな
わちフイラーワイヤー３の溶接線上への固定を初
めに実施して、本溶接でのワイヤーの飛散、又は
熱変化による溶接線上からのずれを防止する。
板１の融着と、本溶融の２段階で実施する。すな
わちフイラーワイヤー３の溶接線上への固定を初
めに実施して、本溶接でのワイヤーの飛散、又は
熱変化による溶接線上からのずれを防止する。
レーザビームのパワーはフイラーワイヤーの表
皮溶融よりわずかにこえるレベルでフイラーワイ
ヤー中央が溶融するレベルにはしない。なおこの
場合、ワイヤーの表面に光吸収物質をコーテイン
グし表皮溶融効率を高めてもよい。
皮溶融よりわずかにこえるレベルでフイラーワイ
ヤー中央が溶融するレベルにはしない。なおこの
場合、ワイヤーの表面に光吸収物質をコーテイン
グし表皮溶融効率を高めてもよい。
水溶性においては、レーザパワーは溶接ビード
幅ｂ（＝ｄ），板厚ｔ，フイラーワイヤー径dfおよ
び溶接速度からきまる溶融部溶融エネルギーPm
に若干の効率〓を考慮して設定する。
幅ｂ（＝ｄ），板厚ｔ，フイラーワイヤー径dfおよ
び溶接速度からきまる溶融部溶融エネルギーPm
に若干の効率〓を考慮して設定する。
この状態でレーザビームを照射すると、キヤビ
テイの多重反射効果により、溶接点上の実効吸収
率〓ｅはほぼ１に近い値となる。
テイの多重反射効果により、溶接点上の実効吸収
率〓ｅはほぼ１に近い値となる。
〓ｅ＝〓＋（１−〓）〓＋（１−〓）2〓＋……≒
１ また、本溶接での突合せの間隙を通つて下部に
通過したビームエネルギーも、下部キヤビテイで
反射され、さらに溶接部からの放射エネルギーも
同様にキヤビテイで多重反射され利用される。こ
のため、ハンピング等の不安定現象のない安定で
かつエネルギー効率の高い溶接が可能になる。ま
た、実効吸収率が高くとれるので、低エネルギー
密度状態でのフイラーワイヤーの表皮溶融が安定
に行なえる。このようにして、突合せ間隔が広い
場合でも、フイラーワイヤーを使用し、安定に余
裕のある幅広ビード溶接が行なえる。
１ また、本溶接での突合せの間隙を通つて下部に
通過したビームエネルギーも、下部キヤビテイで
反射され、さらに溶接部からの放射エネルギーも
同様にキヤビテイで多重反射され利用される。こ
のため、ハンピング等の不安定現象のない安定で
かつエネルギー効率の高い溶接が可能になる。ま
た、実効吸収率が高くとれるので、低エネルギー
密度状態でのフイラーワイヤーの表皮溶融が安定
に行なえる。このようにして、突合せ間隔が広い
場合でも、フイラーワイヤーを使用し、安定に余
裕のある幅広ビード溶接が行なえる。
第２ａ図に、本発明の実施例を説明するための
図面を示す。図面において、９は較正用レーザ
（例えばHe−Ne）であり、１０は上部キヤビテ
イ１と対向して置かれたギヤツプセンサである。
通常、較正用レーザ９は、溶接用パワーレーザ１
１と同軸に設置され、パワーレーザ１１の光路調
整用として用いられているが、このレーザビーム
を上部キヤビテイ１とギヤツプセンサ１０と一緒
に溶接シーム上に走行させることによつて突合せ
面の間隙〓と溶接線形状を光学的に検知し、制御
装置１２に記憶する。
図面を示す。図面において、９は較正用レーザ
（例えばHe−Ne）であり、１０は上部キヤビテ
イ１と対向して置かれたギヤツプセンサである。
通常、較正用レーザ９は、溶接用パワーレーザ１
１と同軸に設置され、パワーレーザ１１の光路調
整用として用いられているが、このレーザビーム
を上部キヤビテイ１とギヤツプセンサ１０と一緒
に溶接シーム上に走行させることによつて突合せ
面の間隙〓と溶接線形状を光学的に検知し、制御
装置１２に記憶する。
その後、第２ｂ図に示すように、フイラーワイ
ヤーを突合せ間隙上に、フイラーワイヤー設置固
定機２０，２０′で設定固定し、低レーザパワー
PLでワイヤー２を鋼板１に融着させる。続いて、
検知された間隙〓の最大値〓naxを考慮に入れて、
鋼板上のパワーレーザビーム径ｄを設定し、次に
溶融ビード幅ｂ，板厚ｔ，溶接速度Ｖ等の溶接条
件から、溶接に必要なレーザパワーＰを設定し、
溶接を開始する。
ヤーを突合せ間隙上に、フイラーワイヤー設置固
定機２０，２０′で設定固定し、低レーザパワー
PLでワイヤー２を鋼板１に融着させる。続いて、
検知された間隙〓の最大値〓naxを考慮に入れて、
鋼板上のパワーレーザビーム径ｄを設定し、次に
溶融ビード幅ｂ，板厚ｔ，溶接速度Ｖ等の溶接条
件から、溶接に必要なレーザパワーＰを設定し、
溶接を開始する。
溶接中は前もつて検知された溶接線形状に従つ
て上部キヤビテイ４および下部キヤビテイ４′が
位置制御される。
て上部キヤビテイ４および下部キヤビテイ４′が
位置制御される。
以上のように、キヤビテイを用いて実効吸収率
を１近くにする事が出来るので、突合せ間隔にフ
イラーワイヤー２をあらかじめ安定に鋼板１に融
着させてから、安定でかつエネルギー効率の高い
溶接が行なえると共に、必要なビード幅の広幅溶
接が出来るため、突合せ端面の加工に要する要求
精度が緩和され、レーザ溶接に必要な鋼板切断装
置，鋼板押え機構等の附帯設備コストが低滅さ
れ、またレーザザーム倣い制御も容易になり、自
動化が可能になる。
を１近くにする事が出来るので、突合せ間隔にフ
イラーワイヤー２をあらかじめ安定に鋼板１に融
着させてから、安定でかつエネルギー効率の高い
溶接が行なえると共に、必要なビード幅の広幅溶
接が出来るため、突合せ端面の加工に要する要求
精度が緩和され、レーザ溶接に必要な鋼板切断装
置，鋼板押え機構等の附帯設備コストが低滅さ
れ、またレーザザーム倣い制御も容易になり、自
動化が可能になる。
本発明の方法では、第１ａ図に示すように、キ
ヤビテイ上面から雰囲気ガスをキヤビテイ内に導
入出来るようになつている。このガスは通常の溶
接と同様に、シールガスとして働く。また本発明
の方法では、その特徴から、プラズマの発生もな
く、溶融部も熱伝導型に近い比較的静かな溶接が
可能で、従つてスパツターは極めて少ないが、鋼
板面上の油等の蒸発物がキヤビテイ内面に付着す
る可能性のある場合、このガスはこれを抑える役
目をする。
ヤビテイ上面から雰囲気ガスをキヤビテイ内に導
入出来るようになつている。このガスは通常の溶
接と同様に、シールガスとして働く。また本発明
の方法では、その特徴から、プラズマの発生もな
く、溶融部も熱伝導型に近い比較的静かな溶接が
可能で、従つてスパツターは極めて少ないが、鋼
板面上の油等の蒸発物がキヤビテイ内面に付着す
る可能性のある場合、このガスはこれを抑える役
目をする。
［実施例］
出力600WのYAGレーザを用い、半径15mmの金
メツキ銅製，水冷のキヤビテイを用い、鋼板上ビ
ームスポツト1.5mmの条件で、板厚0.2mmの薄板を
直径0.12mmのフイラーワイヤーを用いて、フイラ
ーワイヤー融着はレーザパワー200Wで速度は５
ｍ／minで、本溶接はレーザパワー600Wの条件
で溶接した場合、突合せ間隙が0.10mmあつたにも
かかわらず極めて安定なシーム溶接が行なわれ、
溶接速度は10ｍ／minであつた。このような溶接
速度では、従来法では末溶接又はハンピングが生
じて安定な溶接が不可能であつた。
メツキ銅製，水冷のキヤビテイを用い、鋼板上ビ
ームスポツト1.5mmの条件で、板厚0.2mmの薄板を
直径0.12mmのフイラーワイヤーを用いて、フイラ
ーワイヤー融着はレーザパワー200Wで速度は５
ｍ／minで、本溶接はレーザパワー600Wの条件
で溶接した場合、突合せ間隙が0.10mmあつたにも
かかわらず極めて安定なシーム溶接が行なわれ、
溶接速度は10ｍ／minであつた。このような溶接
速度では、従来法では末溶接又はハンピングが生
じて安定な溶接が不可能であつた。
［発明の効果］
以上説明したように本発明においては、レーザ
ビームを大きくした状態でフイラーワイヤーの鋼
板への融着ができるので、突合せ間隙が広い場合
でも、効率よく安定したシーム溶接を行なうこと
ができるので、鋼板の突合せ面の加工精度が緩和
され、従つて鋼板切断装置，鋼板温え機構等の附
帯設備コストの低滅を図ることができ、また、レ
ーザビーム倣い制御も容易になるので自動化が容
易である等、その効果は多大である。
ビームを大きくした状態でフイラーワイヤーの鋼
板への融着ができるので、突合せ間隙が広い場合
でも、効率よく安定したシーム溶接を行なうこと
ができるので、鋼板の突合せ面の加工精度が緩和
され、従つて鋼板切断装置，鋼板温え機構等の附
帯設備コストの低滅を図ることができ、また、レ
ーザビーム倣い制御も容易になるので自動化が容
易である等、その効果は多大である。
第１ａ図は本発明を一態様で実施する装置構成
の概略を示す断面図、第１ｂ図はレーザ照射部の
みを示す断面図である。第２ａ図は本発明の一実
施態様での突合せ間隙および溶接線側定装置構成
を示すブロツク図、第２ｂ図はフイラーワイヤー
装置固定機の説明図である。 １，１′…薄鋼板、２…突合せ部、３…フイラ
ーワイヤー、４…上部キヤビテイ、４′…下部キ
ヤビテイ、５…レーザビーム導入口、６，６′…
雰囲気ガス入口、７，７′…キヤビテイ冷却入口、
８，８′…キヤビテイ冷却出口、ｄ…パワーレー
ザビーム径、９…較正用レーザ、１０…ギヤツプ
センサ、１１…溶接用パワーレーザ、１２…制御
装置、２０，２０′…フイラーワイヤー設置固定
機、LB…レーザビーム。
の概略を示す断面図、第１ｂ図はレーザ照射部の
みを示す断面図である。第２ａ図は本発明の一実
施態様での突合せ間隙および溶接線側定装置構成
を示すブロツク図、第２ｂ図はフイラーワイヤー
装置固定機の説明図である。 １，１′…薄鋼板、２…突合せ部、３…フイラ
ーワイヤー、４…上部キヤビテイ、４′…下部キ
ヤビテイ、５…レーザビーム導入口、６，６′…
雰囲気ガス入口、７，７′…キヤビテイ冷却入口、
８，８′…キヤビテイ冷却出口、ｄ…パワーレー
ザビーム径、９…較正用レーザ、１０…ギヤツプ
センサ、１１…溶接用パワーレーザ、１２…制御
装置、２０，２０′…フイラーワイヤー設置固定
機、LB…レーザビーム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 溶接線上に溶接ワイヤーを設置し、上下部を
半球状キヤビテイで遮蔽し溶接線にレーザビーム
を照射し、溶接点からの反射、放射エネルギーを
キヤビテイ内面の多重反射により溶接点に収束さ
せる溶接において、 最初にレーザビームを低パワーで照射してワイ
ヤーの表面を溶融し鋼板に溶着させ、次に高パワ
ーで本溶接を実施することを特徴とするレーザに
よる薄鋼板の溶接法。 ２ 溶接後、低密度エネルギーで熱処理を行う特
許請求の範囲第１項記載のレーザによる薄鋼板の
溶接法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59074423A JPS60216986A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | レ−ザによる薄鋼板の溶接法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59074423A JPS60216986A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | レ−ザによる薄鋼板の溶接法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60216986A JPS60216986A (ja) | 1985-10-30 |
| JPH0424158B2 true JPH0424158B2 (ja) | 1992-04-24 |
Family
ID=13546775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59074423A Granted JPS60216986A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | レ−ザによる薄鋼板の溶接法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60216986A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4660074B2 (ja) * | 2003-05-26 | 2011-03-30 | 富士フイルム株式会社 | レーザアニール装置 |
| JP5951409B2 (ja) * | 2012-08-20 | 2016-07-13 | 株式会社東芝 | 溶接システムおよび溶接方法 |
| GB2519524A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-29 | Advanced laser technology ltd | Reflective dome |
| DE102022109123A1 (de) | 2022-04-13 | 2023-10-19 | Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg | Fügevorrichtung |
-
1984
- 1984-04-13 JP JP59074423A patent/JPS60216986A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60216986A (ja) | 1985-10-30 |
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