JPH0451271B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0451271B2 JPH0451271B2 JP63067895A JP6789588A JPH0451271B2 JP H0451271 B2 JPH0451271 B2 JP H0451271B2 JP 63067895 A JP63067895 A JP 63067895A JP 6789588 A JP6789588 A JP 6789588A JP H0451271 B2 JPH0451271 B2 JP H0451271B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tig
- laser
- welding
- nozzle
- gas
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. tungsten inert gas [TIG], metal inert gas [MIG] or plasma welding
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は高エネルギービームとアークを併用し
た溶接方法に関するものである。
た溶接方法に関するものである。
（従来の技術）
TIG（Tungsten Inert Gas ARC）とレーザの
複合溶接法の従来技術として、例えば特公昭56−
49195号に記載の方法があげられる。これにおい
ては、レーザ光を照射する部分をあらかじめTIG
で溶融させておくことにより吸収率を上げ、溶け
込みを深めるがその主旨となるが、これは必ずし
もレーザとTIGノズルの位置関係等の諸条件を適
切に定めたものではない。例えば複合溶接の際レ
ーザノズルとTIG電極の間隔を大きくしすぎると
複合検果は低下する。またサイドから吹くガスの
流量が大きすぎても同様に複合効果が低下する等
複合効果による深溶け込み溶接実現の安定性・再
現性に問題があつた。
複合溶接法の従来技術として、例えば特公昭56−
49195号に記載の方法があげられる。これにおい
ては、レーザ光を照射する部分をあらかじめTIG
で溶融させておくことにより吸収率を上げ、溶け
込みを深めるがその主旨となるが、これは必ずし
もレーザとTIGノズルの位置関係等の諸条件を適
切に定めたものではない。例えば複合溶接の際レ
ーザノズルとTIG電極の間隔を大きくしすぎると
複合検果は低下する。またサイドから吹くガスの
流量が大きすぎても同様に複合効果が低下する等
複合効果による深溶け込み溶接実現の安定性・再
現性に問題があつた。
（発明が解決しようとする課題）
このような問題は複合溶接時に発生するプラズ
マの位置・大きさが安定しないことに帰因する。
そこで、本発明はレーザノズルとTIG電極の位置
関係、ガスの流量などの具体的条件設定を行うこ
とにより、最適なプラズマ条件およびそのプラズ
マを安定して実現できるレーザとTIGの複合溶接
方法を提供することを目的とする。
マの位置・大きさが安定しないことに帰因する。
そこで、本発明はレーザノズルとTIG電極の位置
関係、ガスの流量などの具体的条件設定を行うこ
とにより、最適なプラズマ条件およびそのプラズ
マを安定して実現できるレーザとTIGの複合溶接
方法を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
以上の問題点をふまえ、本発明は、レーザと
TIGを併用した鋼材の溶接に於て、レーザノズル
のレーザ放出穴の内径DIを４mmmm以上８mm以下
にし同外径をDOを15mm以上にし、さらにレーザ
ノズルの中心とTIG電極先端間の距離ｌを２mm以
上５mm以下にすること、またはこれらの条件の他
にTIGシールドガスの流量を５／min以上20
／min以下にすることにより、与えられたレー
ザパワー、TIGパワー、溶接速度のもとで溶込み
に寄与するレーザエネルギーを最大にして、最大
溶込みを得ることを特徴とするものである。
TIGを併用した鋼材の溶接に於て、レーザノズル
のレーザ放出穴の内径DIを４mmmm以上８mm以下
にし同外径をDOを15mm以上にし、さらにレーザ
ノズルの中心とTIG電極先端間の距離ｌを２mm以
上５mm以下にすること、またはこれらの条件の他
にTIGシールドガスの流量を５／min以上20
／min以下にすることにより、与えられたレー
ザパワー、TIGパワー、溶接速度のもとで溶込み
に寄与するレーザエネルギーを最大にして、最大
溶込みを得ることを特徴とするものである。
（作 用）
以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明にもとずくノズル部分の概略図
である。図中、レーザノズルの内径をDI、外径
をDO、レーザノズル中心とTIG電極先端との水
平距離をｌ、レーザガス（センターガス）流量を
fC、TIGガス（サイドガス）流量をfSとする。さ
て、ここで最も重要なことは、溶け込みの大きさ
は溶接時に発生するプラズマと密接な関係がある
という事である。即ち発生するプラズマがある程
度大きければそれだけレーザ光の吸収も大きくな
りその分だけ溶接に寄与するエネルギーを奪うこ
とになる。またプラズマがTIG電極からある程度
離れたとこにできるとTIGによる溶融部がレーザ
エネルギーを吸収する前に凝固することになり、
複合効果が低下する。そこでDI，DO，ｌ，fC，fS
を変えることにより溶接部における種々のガス圧
分布を実現し、これによつてプラズマの位置、大
きさを制御する事を考える。以上の考えに基づい
て実験を行つたところ以下の事が判明した。
である。図中、レーザノズルの内径をDI、外径
をDO、レーザノズル中心とTIG電極先端との水
平距離をｌ、レーザガス（センターガス）流量を
fC、TIGガス（サイドガス）流量をfSとする。さ
て、ここで最も重要なことは、溶け込みの大きさ
は溶接時に発生するプラズマと密接な関係がある
という事である。即ち発生するプラズマがある程
度大きければそれだけレーザ光の吸収も大きくな
りその分だけ溶接に寄与するエネルギーを奪うこ
とになる。またプラズマがTIG電極からある程度
離れたとこにできるとTIGによる溶融部がレーザ
エネルギーを吸収する前に凝固することになり、
複合効果が低下する。そこでDI，DO，ｌ，fC，fS
を変えることにより溶接部における種々のガス圧
分布を実現し、これによつてプラズマの位置、大
きさを制御する事を考える。以上の考えに基づい
て実験を行つたところ以下の事が判明した。
レーザノズルの内径DIとプラズマ、溶け込
み深さの関係を調べたところ、DIが増加する
とともにプラズマの大きさは単調に減少し、か
つ溶け込みも深くなる傾向にあり、レーザノズ
ル内径４mm以上で両者とも安定する。
み深さの関係を調べたところ、DIが増加する
とともにプラズマの大きさは単調に減少し、か
つ溶け込みも深くなる傾向にあり、レーザノズ
ル内径４mm以上で両者とも安定する。
レーザノズルの外径DOとプラズマ、溶け込
み深さの関係を調べたところDOが15mm未満で
はプラズマの大きさにばらつきがあるが、15mm
以上でその大きさは単調に減少し、かつ溶け込
みも深くなる傾向にあり、DO＝20mm以上で両
者とも安定する。
み深さの関係を調べたところDOが15mm未満で
はプラズマの大きさにばらつきがあるが、15mm
以上でその大きさは単調に減少し、かつ溶け込
みも深くなる傾向にあり、DO＝20mm以上で両
者とも安定する。
レーザノズル中心とTIG電極先端との水平距
離ｌとプラズマ溶け込み深さの関係を調べたと
ころｌ＝２〜５mmでプラズマはTIG電極側に引
き寄せられ、ｌが５mm超ではTIG電極から離れ
ていく傾向にある。一方溶け込み深さはプラズ
マが離れてゆくとともに小さくなる。
離ｌとプラズマ溶け込み深さの関係を調べたと
ころｌ＝２〜５mmでプラズマはTIG電極側に引
き寄せられ、ｌが５mm超ではTIG電極から離れ
ていく傾向にある。一方溶け込み深さはプラズ
マが離れてゆくとともに小さくなる。
TIGガガス流量fSが20／min超になると
TIG電極からプラズマが離れる事によつて溶け
込み深さの減少が起こる。
TIG電極からプラズマが離れる事によつて溶け
込み深さの減少が起こる。
なお、本結果はレーザパワー8kW（一定）、
TIG電流100A（一定）、溶接速度8m／min（一定）
ノズル先端からワークまでの距離10mm等の条件で
行い、得られたものであるが他の条件においても
同様の結果が得られることが確かめられている。
なお、溶込みの評価は厚さ３mmのSUS304の平板
で行い、加工ガスはレーザガス、TIGガスともに
ヘリウムガスを使用した。
TIG電流100A（一定）、溶接速度8m／min（一定）
ノズル先端からワークまでの距離10mm等の条件で
行い、得られたものであるが他の条件においても
同様の結果が得られることが確かめられている。
なお、溶込みの評価は厚さ３mmのSUS304の平板
で行い、加工ガスはレーザガス、TIGガスともに
ヘリウムガスを使用した。
以上の知見に基づいてレーザノズルの内径を４
mm以上に設定した。またノズル内径を大きくしす
ぎることによるガスの損失を考えて上限を８mm以
下とした。また上記の事実に基づいてレーザノ
ズルの外径DO15mm以上に設定した。上限は他の
装置との接触がない限り、特に制限はない。上記
の事実に基づいてレーザノズルの中心とTIG電
極先端間の距離ｌを２mm以上５mm以下に設定し
た。さらに上記の事実に基づいてTIGシールド
ガス流量を20／min以下に設定した。またガス
流量を小さくしすぎることによるTIG電極の消耗
を考えて下限を５／minにした。
mm以上に設定した。またノズル内径を大きくしす
ぎることによるガスの損失を考えて上限を８mm以
下とした。また上記の事実に基づいてレーザノ
ズルの外径DO15mm以上に設定した。上限は他の
装置との接触がない限り、特に制限はない。上記
の事実に基づいてレーザノズルの中心とTIG電
極先端間の距離ｌを２mm以上５mm以下に設定し
た。さらに上記の事実に基づいてTIGシールド
ガス流量を20／min以下に設定した。またガス
流量を小さくしすぎることによるTIG電極の消耗
を考えて下限を５／minにした。
（実施例）
以下に、本発明を用いて造管を行つた例を示
す。
す。
第２図は造管ラインの概略図である。レーザ発
振器３から出たレーザビームは、ミラー溶接８
-1，８-4によりその方向を変えた後レンズ６によ
つて集光されレーザノズル１から溶接部へと照射
される。
振器３から出たレーザビームは、ミラー溶接８
-1，８-4によりその方向を変えた後レンズ６によ
つて集光されレーザノズル１から溶接部へと照射
される。
第３図はレーザノズル部分の拡大図である。レ
ーザノズル部分はTIGトーチ２の先端部と一体化
されており、両者の位置関係およびレーザノズル
の内径、外径は本発明に基づいて設定してあるノ
ズルから出たレーザビーム１１はTIGアーク１２
により溶融された部分に照射されるようになつて
いる。一方、第２図において被溶接パイプ９は造
管方向にスリツト１０が入つている。
ーザノズル部分はTIGトーチ２の先端部と一体化
されており、両者の位置関係およびレーザノズル
の内径、外径は本発明に基づいて設定してあるノ
ズルから出たレーザビーム１１はTIGアーク１２
により溶融された部分に照射されるようになつて
いる。一方、第２図において被溶接パイプ９は造
管方向にスリツト１０が入つている。
溶接時はスクイズロール５-1，５-2により左右
から押しつける事によつてスリツトの両サイドを
密着させ、密着部に真上からレーザビームおよび
TIGアークを照射し溶接を行つた。
から押しつける事によつてスリツトの両サイドを
密着させ、密着部に真上からレーザビームおよび
TIGアークを照射し溶接を行つた。
溶接条件は次の通りである、
被溶接パイプ：スリツト入パイプ
材質SUS304、外径30mm、厚さ３mm
レーザ発振器：リングモード（Ｍ＝．５）
パワー8kW
レーザノズル：内径４mm、外径２mm、
レーザガスHe40／min
TIG溶接機：TIG電流100A、
TIGガスHe10／min
造管速度：8m／min
ノズル先端からパイプ表面までの距離10mm
レーザノズル中心とTIG電極先端との水平距離
３mm 以上の条件により欠陥のない溶接ビードが高速
かつ安定に得られた。
３mm 以上の条件により欠陥のない溶接ビードが高速
かつ安定に得られた。
（発明の効果）
以上から、本発明を用いると、プラズマの位
置、大きさを、レーザエネルギーが溶接部に対し
て最も大きく寄与するように、かつ複合効果が最
も大きくなるように設定出来る。
置、大きさを、レーザエネルギーが溶接部に対し
て最も大きく寄与するように、かつ複合効果が最
も大きくなるように設定出来る。
そして、このような最適複合条件のもとで溶接
を行うと、溶込みが最大になり溶接部の品質が飛
躍的に向上する等の顕著な効果がある。
を行うと、溶込みが最大になり溶接部の品質が飛
躍的に向上する等の顕著な効果がある。
第１図はレーザノズル先端部およびTIGトーチ
先端部を示した側面図、又、第２図は本発明の実
施態様例を示した概略図、第３図は同じく本発明
を実施した際のノズル部分の概略図である。 １…レーザノズル、２…TIGトーチ、３…レー
ザ発振器、４…TIG溶接機、５…スクイズロー
ル、６…レンズ、７…光路ダクト、８…伝送ミラ
ー、９…溶接パイプ、１０…スリツト、１１…レ
ーザビーム、１２…TIGアーク、１３…ワーク、
１４…被溶接材の移動方向。
先端部を示した側面図、又、第２図は本発明の実
施態様例を示した概略図、第３図は同じく本発明
を実施した際のノズル部分の概略図である。 １…レーザノズル、２…TIGトーチ、３…レー
ザ発振器、４…TIG溶接機、５…スクイズロー
ル、６…レンズ、７…光路ダクト、８…伝送ミラ
ー、９…溶接パイプ、１０…スリツト、１１…レ
ーザビーム、１２…TIGアーク、１３…ワーク、
１４…被溶接材の移動方向。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ レーザとTIGを併用した鋼材の溶接に於て、
レーザノズルのレーザ放出穴の内径DIを４mm以
上８mm以下にし同外径DOを15mm以上にし、さら
にレーザノズルの中心とTIG電極先端間の距離ｌ
を２mm以上５mm以下にして溶接することを特徴と
するレーザとTIGの複合溶接方法。 ２ TIGシールドガスの流量を５／min以上20
／min以下にすることを特徴とする請求項１記
載のレーザとTIGの複合溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63067895A JPH01241392A (ja) | 1988-03-22 | 1988-03-22 | Ｔｉｇとレーザの複合溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63067895A JPH01241392A (ja) | 1988-03-22 | 1988-03-22 | Ｔｉｇとレーザの複合溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01241392A JPH01241392A (ja) | 1989-09-26 |
| JPH0451271B2 true JPH0451271B2 (ja) | 1992-08-18 |
Family
ID=13358088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63067895A Granted JPH01241392A (ja) | 1988-03-22 | 1988-03-22 | Ｔｉｇとレーザの複合溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01241392A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4334568A1 (de) * | 1993-10-11 | 1995-04-13 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung |
| EP1273383B1 (en) | 2000-04-10 | 2009-12-02 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Welding system |
| FR2809645B1 (fr) * | 2000-05-31 | 2002-09-27 | Air Liquide | Application d'un procede hybride laser-arc au soudage de tube |
| JP3762676B2 (ja) * | 2001-09-17 | 2006-04-05 | 本田技研工業株式会社 | ワークの溶接方法 |
| JP5827454B2 (ja) | 2010-03-08 | 2015-12-02 | 株式会社神戸製鋼所 | レーザー・アーク複合溶接方法及び該溶接方法による溶接部材の製造方法 |
| CN104191092B (zh) * | 2014-08-06 | 2016-05-04 | 沈阳富创精密设备有限公司 | L型铝合金结构的激光-tig复合填丝密封焊接方法 |
| CN121083099B (zh) * | 2025-11-11 | 2026-01-23 | 洛阳船舶材料研究所(中国船舶集团有限公司第七二五研究所) | 一种多热源耦合的钛合金焊接装置及方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60106688A (ja) * | 1983-11-16 | 1985-06-12 | Hitachi Ltd | レ−ザ加工装置 |
-
1988
- 1988-03-22 JP JP63067895A patent/JPH01241392A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01241392A (ja) | 1989-09-26 |
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