JPH07246484A - レーザ溶接方法 - Google Patents

レーザ溶接方法

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JPH07246484A
JPH07246484A JP6067848A JP6784894A JPH07246484A JP H07246484 A JPH07246484 A JP H07246484A JP 6067848 A JP6067848 A JP 6067848A JP 6784894 A JP6784894 A JP 6784894A JP H07246484 A JPH07246484 A JP H07246484A
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JP
Japan
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plasma
laser beam
laser
welded
welding
Prior art date
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Pending
Application number
JP6067848A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Sato
謙一 佐藤
Hideaki Kurahashi
秀明 倉橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Auto Body Co Ltd
Original Assignee
Toyota Auto Body Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Auto Body Co Ltd filed Critical Toyota Auto Body Co Ltd
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Publication of JPH07246484A publication Critical patent/JPH07246484A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/346Working 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
    • B23K26/348Working 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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速溶接が可能なレーザ溶接方法を提供する 【構成】 プラズマトーチ3から高温のプラズマガス流
が照射され、その照射領域Bである被溶接板材1及び2
の表面に幅広い溶融池が形成される。さらに、前記照射
領域Bの移動方向に対する中心Cよりも後方に偏った位
置に照射されるレーザビームにより、プラズマトーチ3
によるプラズマガス雰囲気内に新たにプラズマが生成さ
れる。このため、移動速度を高速にしても、上記レーザ
ビームの同時照射に基づいて生成されるプラズマによ
り、プラズマアークの不連続性が補完されアーク放電が
安定して、被溶接板材1及び2側のプラズマアーク陽極
点がスムーズに移行する。従って、被溶接板材1及び2
に対するプラズマ入熱量が不足し、ジュール熱による溶
融が不連続となってレーザビームよる融合不良が生じる
ことがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、突き合わせ線に沿って
移動するプラズマトーチとレーザ加工ノズルとから、プ
ラズマガス流とレーザビームとを同時に照射して突き合
わせ溶接を行うレーザ溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】特開昭53−137044号公報、特公
昭56−49195号公報及び特開平5−200571
号公報に、プラズマガスアーク等を併用するレーザビー
ム溶接方法が開示されている。特開昭53−13704
4号公報に開示された多熱源溶接法は、先行熱源として
プラズマアーク等のアーク熱源を用い、後行熱源として
エネルギービームを用いたものである。特公昭56−4
9195号公報には、テグにより溶融した溶融池にレー
ザ光を照射して溶け込みを更に深くするようにしたテグ
とレーザの併用溶接法が開示されている。そして、この
公報第1頁右欄第16行から第17行に、上記方法によ
り溶接速度を、板厚0.5mmで2m/minに向上で
きることが記載されている。
【0003】また、特開平2−52183号公報に開示
された方法は図5に示すように、突き合わせ線に沿って
プラズマトーチと炭酸ガスレーザ加工ノズルを移動させ
るとともに、互いの照射位置を所定距離(20mm)異
ならせて、先行するプラズマガス流の照射に続いて後方
からレーザビームを照射する、いわゆる後追い溶接をす
ることにより、レーザビームの光吸収性が改善され、溶
融幅が広くなり溶け込み深さも深くなって、突き合わせ
精度(隙間、位置ずれ)に対する許容範囲に余裕が生じ
る利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者による実験によれば、上記特開平2−52183号公
報に開示された方法(プラズマ60A、炭酸ガスレーザ
5kw)により、板厚1.5mm鋼板の突き合わせ溶接
を行う際、プラズマトーチと炭酸ガスレーザ加工ノズル
の移動速度を5m/分以上に速めると、溶接不良が発生
するという問題点が確認された。これは、移動速度が5
m/分以上の高速では、アーク放電安定限界を超えてし
まい母材側のプラズマアーク陽極点がスムーズに移行し
ないため、母材に対するプラズマ入熱量が不足し、ジュ
ール熱による溶融が不連続となってレーザビームよる融
合不良が生じるものと考えられる。一方、従来のレーザ
溶接方法においては、レーザビームの拡散防止等の理由
からレーザビームの近傍に発生するプラズマガスを冷却
するため、側面からアシストガスを流していた。本発明
は上記問題点を解決するためになされたもので、レーザ
ビーム照射により生成されるプラズマガスを積極的に利
用して、上記プラズマアークの不連続性を補完しアーク
放電を安定させることにより、高速溶接が可能なレーザ
溶接方法を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項1に記載の本発明のレーザ溶接方法は、突き
合わせ線に沿って移動するプラズマトーチとレーザ加工
ノズルとから、プラズマガス流とレーザビームとを同時
に照射して突き合わせ溶接を行うレーザ溶接方法におい
て、前記突き合わせ線上の前記プラズマガス流の照射領
域内で、かつ該照射領域の移動方向に対する中心よりも
後方に偏った位置に、前記レーザビームを照射するよう
にしたことを特徴とする。
【0006】また、請求項2に記載の本発明のレーザ溶
接方法は、上記請求項1の構成において、略直上から前
記突き合わせ線上の前記レーザビームの照射位置に対し
て、シールドガスを毎分10〜20リットル噴射するこ
とを特徴とする。
【0007】
【作用及び発明の効果】上記請求項1に記載のレーザ溶
接方法によれば、突き合わせ線上のプラズマガス流の照
射領域内で、かつ該照射領域の移動方向に対する中心よ
りも後方に偏った位置にレーザビームが照射される。こ
のレーザビームの同時照射により、プラズマアークとレ
ーザビームの併用効果を損なうことなく、さらにレーザ
ビーム照射により生成されるプラズマにより、高速移動
に基づくプラズマアークの不連続性が補完され、アーク
放電が安定して従来にない高速で突き合わせ溶接を行う
ことができる効果がある。
【0008】また、請求項2に記載のレーザ溶接方法に
よれば、10〜20リットル/毎分のシールドガスを、
突き合わせ線上のレーザビームの照射位置の略直上から
噴射することにより、シールドガスの流量が不足して溶
接ビードが酸化してしまうことや、流量過多により溶接
ビードに風圧が加わり、溶融部の垂れ下がりや孔あき等
の不具合を生じることもないばかりか、突き合わせ線の
両側にばらつく溶接点を突き合わせ線上に収束させるこ
とができる効果がある。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を添付図面を参照して説明す
る。図1は本発明方法を実施する溶接装置の概略斜視図
である。被溶接板材1及び2は、それぞれ対応する端面
を突き合わせて図示しないクランパにより挟持して溶接
用治具に水平にセツトする。プラズマトーチ3は、突き
合わせ線A上に立てた垂直線aに対して溶接方向へ前傾
する姿勢で支持アーム4により支持される。また、炭酸
ガス(以下CO2と表す)レーザー加工ノズル5は、前
記垂直線aに対して後傾する姿勢で、前記プラズマトー
チ3と干渉しないようにするとともに、前記突き合わせ
線A上のプラズマガス流の照射領域B内で、かつ該照射
領域Bの移動方向に対する中心Cよりも後方に距離D偏
った位置にレーザビームが照射されるように焦点を合わ
せてセットされる(図2参照)。そして、レーザビーム
の照射点の略直上から、溶接部位の酸化を防止するアル
ゴンやヘリウム等の不活性のシールドガスを噴射するガ
ス噴射ノズル6を配設する。
【0010】上記プラズマトーチ3、CO2レーザー加
工ノズル5及びガス噴射ノズル6は、被溶接板材1及び
2の突き合わせ線Aに沿って正確に移動するように、図
示しない数値制御装置等により制御される。プラズマト
ーチ3から高温のプラズマガス流が照射され、その照射
領域Bである被溶接板材1及び2の表面に幅広い溶融池
が形成される。さらに、前記照射領域Bの移動方向に対
する中心Cよりも後方に距離D偏った位置に照射される
レーザビームにより、プラズマトーチ3によるプラズマ
ガス雰囲気内に新たにプラズマが生成される(図3参
照)。
【0011】このため、移動速度を高速にしても、上記
レーザビームの同時照射に基づいて生成されるプラズマ
により、プラズマアークの不連続性が補完されアーク放
電が安定して、被溶接板材1及び2側のプラズマアーク
陽極点がスムーズに移行する。従って、被溶接板材1及
び2に対するプラズマ入熱量が不足し、ジュール熱によ
る溶融が不連続となってレーザビームよる融合不良が生
じることがない。
【0012】図4は、本発明方法とプラズマ照射を20
mm先行させる従来方法との、被溶接板材(鋼板)の板
厚と溶接速度の関係を示したものである(但しプラズマ
60A、CO2レーザ5kw)。図4に示すように、溶
接速度を板厚1.5mmでは約5.5m/分、板厚1m
mでは約7.0m/分と、従来方法に比して大幅に高速
化できる。
【0013】さらに本発明方法は、レーザビームの照射
点の略直上に配設したガス噴射ノズル6から、毎分10
〜20リットルのシールドガスを噴射することにより、
突き合わせ線Aの両側にばらつく溶接点が、突き合わせ
線A上に収束するという利点を実験により確認すること
ができた。毎分10〜20リットルとするのは、シール
ドガスの流量が10リットル/毎分以下では、流量不足
により溶接ビードが酸化してしまい、20リットル/毎
分では流量過多により溶接ビードに風圧が加わり、溶融
部の垂れ下がりや孔あき等の不具合が発生するためであ
る。
【0014】また、本発明方法はプラズマ及びレーザビ
ームを併用するもので、溶接の際の溶融幅が広いから被
溶接板材1,2間の隙間及び突き合わせ位置の位置ズレ
の各許容量が増加するとともに、溶融幅が広く溶け込み
も深くなることから、アンダーカツトの発生が少なくな
り、強度を要求される部品等への適用が可能になる等の
利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施する溶接装置の概略斜視図で
ある。
【図2】プラズマガス流とレーザビームの同時照射を説
明する平面図である。
【図3】プラズマガス流とレーザビームの同時照射を説
明する側面図である。
【図4】被溶接板材(鋼板)の板厚と溶接速度の関係を
示したグラフである。
【図5】従来方法を説明する概略斜視図である。
【符号の説明】
1,2...被溶接板材 3...プラズマトーチ 5...CO2レーザ加工ノズル 6...ガス噴出ノズル、 A...突き合わせ線 B...照射領域 C...中心、 D...プラズマガス照射領域の中心とレーザビード照射
位置との距離

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 突き合わせ線に沿って移動するプラズマ
    トーチとレーザ加工ノズルとから、プラズマガス流とレ
    ーザビームとを同時に照射して突き合わせ溶接を行うレ
    ーザ溶接方法において、 前記突き合わせ線上の前記プラズマガス流の照射領域内
    で、かつ該照射領域の移動方向に対する中心よりも後方
    に偏った位置に、前記レーザビームを照射するようにし
    たことを特徴とするレーザ溶接方法。
  2. 【請求項2】 略直上から前記突き合わせ線上の前記レ
    ーザビームの照射位置に対して、シールドガスを毎分1
    0〜20リットル噴射することを特徴とする請求項1記
    載のレーザ溶接方法。
JP6067848A 1994-03-10 1994-03-10 レーザ溶接方法 Pending JPH07246484A (ja)

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Effective date: 20010313