JPH10272578A - Pulse laser led arc welding method - Google Patents
Pulse laser led arc welding methodInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＴＩＧ溶接時の溶接速度の高速化にともな
い、アークの発生の不安定や溶込不足が課題であり、こ
の対策の一手法であるレーザーでアークを誘導する方法
には高出力レーザーを用いており、鋼材の溶接部の特性
がレーザ溶接に近く、また高価である。
【解決手段】 アークの狙い位置に、パルス発振のレー
ザーまたはＱスイッチ発振のレーザーを先行して照射
し、鋼材を加熱・あるいは鋼材表面にプラズマを形成
し、アーク発生点をこのレーザー照射部に誘導する。特
にこれらのレーザーのパルスピーク出力が１ｋＷ以上あ
れば平均出力は低くとも良い。また、誘導やＴＩＧの溶
込効果はレーザーを先行させる距離が０〜２ｍｍにす
る。
(57) [Problem] With the increase in welding speed in TIG welding, instability of arc generation or insufficient penetration is a problem, and a method of inducing arc by laser, which is one method of this measure, is Uses a high-power laser, and the characteristics of the welded portion of the steel material are close to those of laser welding and are expensive. SOLUTION: A pulsed laser or a Q-switched laser is radiated to a target position of an arc in advance, thereby heating a steel material or forming a plasma on the steel material surface, and guiding an arc generating point to the laser irradiation part. I do. In particular, if the pulse peak output of these lasers is 1 kW or more, the average output may be low. In addition, for the effect of the induction and the penetration of the TIG, the distance at which the laser advances is set to 0 to 2 mm.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】ＴＩＧ溶接における、高速溶
接時のアークの安定化、溶け込み量の向上に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to stabilization of an arc during high-speed welding in TIG welding and improvement of the penetration amount.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＴＩＧ溶接の課題の中には、溶け込み不
足がある。この問題を解決する手法の一つとして、ＴＩ
Ｇ溶接のＷ電極の狙い位置より先行させて、１〜５ｋＷ
の高出力のレーザーを鋼材に照射する技術が、特開昭６
２−２６３８６９や特許登録１７９８８９６で開発され
ている。この技術では、レーザーによる溶け込みが加わ
って、ＴＩＧ溶接時の溶け込み量も増大する。特にレー
ザー溶接とＴＩＧ溶接を複合させた場合の溶け込み量
は、単純に両溶接法の溶け込み量の和よりも大きくなる
ことがある。これはレーザー照射によって、溶接部にキ
ーホールが形成されるため、ＴＩＧの加熱が鋼材の表面
からだけではなく、キーホール内部からも行われるため
であると考えられている。また、レーザーの反射が、Ｔ
ＩＧアークによって緩和され、レーザーの鋼材への吸収
率が向上するためとも考えられている。2. Description of the Related Art One of the problems of TIG welding is insufficient penetration. As one of the methods to solve this problem, TI
1-5 kW ahead of the target position of the W electrode for G welding
Technology to irradiate steel with high-power laser of
2-263869 and Patent Registration 1798896. In this technique, the penetration by laser is added, and the penetration at the time of TIG welding also increases. In particular, the penetration amount when laser welding and TIG welding are combined may be larger than the sum of the penetration amounts of both welding methods. It is considered that this is because the keyhole is formed in the welded portion by the laser irradiation, so that the TIG is heated not only from the surface of the steel material but also from the inside of the keyhole. Also, the reflection of the laser is T
It is also considered that the IG arc is alleviated and the laser absorptivity to the steel material is improved.
【０００３】ここで共通していることはレーザーの平
均出力が１〜５ｋＷの高出力であること、レーザーの
発振形態が単純な連続発振であること、レーザーの励起
にはＣＯ2 あるいはＹＡＧ（特開昭６１−３６８２）で
あることである。レーザーの発振には、連続発振の他
に、パルス発振があり、また、連続発振の共振回路を制
御したＱスイッチ発振もある。また、レーザーの励起源
としてはＣＯ2 、ＹＡＧ、エキシマ、Ｈｅ−Ｎｅなど様
々なものがある。[0003] Here, the common points are that the average output of the laser is a high output of 1 to 5 kW, the oscillation mode of the laser is a simple continuous oscillation, and CO 2 or YAG (special 61-3682). Laser oscillation includes pulse oscillation in addition to continuous oscillation, and Q-switch oscillation in which a continuous oscillation resonance circuit is controlled. There are various laser excitation sources such as CO 2 , YAG, excimer, and He—Ne.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようする課題】従来の技術では確かにＴ
ＩＧ溶接の溶け込みが向上する。この技術の特徴は、高
出力レーザーとＴＩＧを複合化していることがある。Ｔ
ＩＧ溶接はレーザー溶接の補助熱源として用いられてい
るため、溶接時の鋼材の温度履歴はレーザー溶接に近
く、急冷凝固組織をしており、必ずしも耐割れ性で優れ
ていない。また、高価な高出力レーザーを用いるため、
ＴＩＧ溶接と比べると、装置費用が２桁ほど高くなる。In the prior art, T
The penetration of IG welding is improved. The feature of this technique is that a high-power laser and TIG are combined. T
Since IG welding is used as an auxiliary heat source for laser welding, the temperature history of steel during welding is close to that of laser welding, has a rapidly solidified structure, and is not necessarily excellent in crack resistance. Also, because expensive high-power lasers are used,
The equipment cost is about two orders of magnitude higher than TIG welding.
【０００５】本発明では、こうしたＴＩＧ溶接とレーザ
ー溶接を複合化させる技術において、従来のＴＩＧ溶接
を補助とした高価なレーザー溶接ではなく、小出力な安
価なレーザーをアーク発生の誘導熱源としたＴＩＧ溶接
技術を提供することである。In the present invention, in such a technique of combining TIG welding and laser welding, a TIG using a low-power, inexpensive laser as an induction heat source for arc generation is used instead of expensive laser welding assisted by conventional TIG welding. It is to provide welding technology.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、ＴＩＧ溶接において、アーク溶接の狙い位置に先
行して、パルスレーザーを照射し、加熱あるいは鋼材表
面にプラズマを形成し、アークの発生点をこの照射部に
誘導・集中させることを特徴とするパルスレーザー先導
のアーク溶接技術にある。また、レーザー発振方式がパ
ルスレーザー発振またはＱスイッチ発振であること、こ
れらパルスレーザーのピーク出力が１ｋＷ以上であるこ
と、また、パルスレーザーの励起源の種類が ＹＡＧ、
ＣＯ2 またはエキシマであること、そして、パルスレー
ザーの狙い位置が、アーク溶接の狙い位置よりも０〜２
ｍｍ先行することを特徴とする技術である。The gist of the present invention is that, in TIG welding, prior to the target position of arc welding, a pulse laser is irradiated to heat or form a plasma on the steel material surface to form an arc. The present invention is directed to a pulse laser-driven arc welding technique characterized in that a point of occurrence is guided and concentrated at the irradiation part. Further, the laser oscillation method is pulse laser oscillation or Q-switch oscillation, the peak output of these pulse lasers is 1 kW or more, and the excitation source of the pulse laser is YAG,
CO 2 or excimer, and the target position of the pulse laser is 0 to 2 than the target position of the arc welding.
mm ahead.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】レーザーを照射した鋼材表面は局
所的に加熱される。表面温度が上がったところは、鋼材
の仕事関数が低減し、電子吸収能力が高まる。また、レ
ーザー照射によってキーホールができなくても、鋼材の
表面が昇温・溶融すれば、その表面の金属蒸気密度、電
子が上昇する。従って、ＴＩＧ溶接の狙い位置近傍にレ
ーザーを照射すれば、この局部は、ＴＩＧ溶接における
陽極点になりやすく、また、アークの電流が流れやすく
なるため、アーク電流が集中する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A steel surface irradiated with a laser is locally heated. Where the surface temperature increases, the work function of the steel material decreases, and the electron absorption capacity increases. Even if a keyhole cannot be formed by laser irradiation, if the surface of the steel material is heated and melted, the metal vapor density and electrons on the surface increase. Therefore, if a laser is irradiated near the target position of TIG welding, this local portion is likely to be an anode point in TIG welding, and the arc current is likely to flow, so that the arc current is concentrated.
【０００８】同じ平均出力でも、レーザーの加熱・溶融
能力を向上させるためにはパルス発振のレーザーを用い
るほうが、連続発振を用いるよりも高くなる。特に、Ｑ
スイッチ発振タイプのレーザーの場合ではこの能力が１
０倍近くになることもある。従って、低出力なレーザー
を用いて、アークを誘導するには、連続発振よりもパル
ス発振あるいはＱスイッチ発振を用いる必要がある。[0008] Even with the same average output, in order to improve the heating / melting ability of the laser, using a pulsed laser is higher than using continuous oscillation. In particular, Q
In the case of a switch oscillation type laser, this capability is 1
It can be nearly 0 times. Therefore, in order to induce an arc using a low-power laser, it is necessary to use pulse oscillation or Q-switch oscillation rather than continuous oscillation.
【０００９】特にアークを誘導・集中させるために必要
な鋼材の加熱を行うには、パルスもしくはＱスイッチ発
振の最高出力は１ｋＷ以上必要である。但し、この時の
平均出力は１００Ｗ以下であっても良い。レーザーの励
起源としては先に述べた最高出力１ｋＷを得るために、
ＣＯ2 、ＹＡＧ、エキシマを用いることが望ましい。ま
た、レーザーで誘導できる距離には限界があるため、ア
ークの狙い位置とレーザーの狙い位置の距離は０〜２ｍ
ｍ以内にする必要がある。In particular, in order to heat a steel material necessary for inducing and concentrating an arc, the maximum output of pulse or Q-switch oscillation needs to be 1 kW or more. However, the average output at this time may be 100 W or less. As a laser excitation source, in order to obtain the above-mentioned maximum output of 1 kW,
It is desirable to use CO 2 , YAG, and excimer. Also, since there is a limit to the distance that can be guided by the laser, the distance between the target position of the arc and the target position of the laser is 0 to 2 m.
m.
【００１０】[0010]
実施例１（パルス発振レーザーによるＴＩＧ溶接時の溶
込の増加） 表１に従来型の手法であるＴＩＧ溶接、レーザー溶接
（パルス発振）の試験条件を、また、表２にＴＩＧ溶接
単独、レーザー溶接単独、そして今回の発明技術の溶け
込み断面積を比較する。このように本発明の技術の溶け
込み面積は、ＴＩＧ単独溶接、レーザー単独溶接時の和
よりも３倍近く増えている。Example 1 (Increase in penetration during TIG welding by pulsed laser) Table 1 shows the test conditions of TIG welding and laser welding (pulse oscillation) as conventional methods, and Table 2 shows TIG welding alone and laser. The penetration cross-sections of the welding alone and the present invention technology are compared. As described above, the penetration area of the technique of the present invention is almost three times larger than the sum of the TIG welding and the laser welding.
【００１１】[0011]
【表１】 [Table 1]
【００１２】[0012]
【表２】 [Table 2]
【００１３】実施例２（Ｑスイッチ発振レーザーによる
ＴＩＧ溶接時のアークの安定化） 表３に従来型の手法であるＴＩＧ溶接、レーザー溶接
(Ｑスイッチ発振)の試験条件を、また、表４にＴＩＧ溶
接単独、レーザー溶接単独、そして今回の発明技術のビ
ード外観形状を比較する。このように本発明の技術によ
り、高速溶接時のアークが安定した。Example 2 (Stabilization of arc during TIG welding by Q-switched laser) Table 3 shows the conventional methods of TIG welding and laser welding.
(Q switch oscillation) test conditions, and Table 4 compares TIG welding alone, laser welding alone, and the bead appearance shape of the present invention technology. Thus, the arc of high-speed welding was stabilized by the technique of the present invention.
【００１４】[0014]
【表３】 [Table 3]
【００１５】[0015]
【表４】 [Table 4]
【００１６】実施例５（レーザーの励起種による効果の
変化） 表５にレーザーの励起種によるアーク誘導への効果を示
す。Example 5 (Change in Effect by Laser Excited Species) Table 5 shows the effect of laser excited species on arc induction.
【００１７】[0017]
【表５】 [Table 5]
【００１８】実施例４（レーザー照射位置とアークの距
離の溶込増加への影響） 先述した表１の溶接条件で、レーザーの照射位置とアー
クの狙い位置の距離（図１）の影響を示す。レーザー１
を鋼材表面３に照射するが、このときＴＩＧ２の電極の
先端を延長した鋼材表面４に距離５先行させる。この時
先行させる距離によって、溶込みへの効果が変わる。こ
の結果を表６に示す。Example 4 (Effect of Increase in Penetration by Distance between Laser Irradiation Position and Arc) The effect of the distance (FIG. 1) between the laser irradiation position and the arc target position under the welding conditions in Table 1 described above is shown. . Laser 1
Is irradiated onto the steel surface 3, and at this time, the tip of the electrode of the TIG 2 is advanced by a distance 5 to the extended steel surface 4. At this time, the effect on the penetration changes depending on the distance preceding. Table 6 shows the results.
【００１９】[0019]
【表６】 [Table 6]
【００２０】[0020]
【発明の効果】廉価な低出力のレーザーをアーク溶接の
前に照射することにより、高速溶接時のアークの安定の
向上、溶け込み量の増大が認められた。このことによ
り、高速溶接が廉価にできるようになった。By irradiating an inexpensive low-power laser before arc welding, it has been confirmed that the arc stability is improved and the penetration amount is increased at the time of high-speed welding. As a result, high-speed welding can be performed at low cost.
【図１】本発明を示す図FIG. 1 illustrates the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 及川 初彦 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 小原 昌弘 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 水橋 伸雄 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 児玉 真二 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 藤 雅雄 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Hatsuhiko Oikawa 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Nippon Steel Corporation Technology Development Division (72) Inventor Masahiro Ohara 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Made in New Japan Inside the Technology Development Division of the Iron and Steel Company (72) Nobuo Mizuhashi 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Prefecture Within the Technology Development Division of Nippon Steel Corporation (72) Shinji Kodama 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba New Japan (72) Inventor Masao Fuji 20-1 Shintomi, Futtsu City, Chiba Prefecture Nippon Steel Corporation Technology Development Division
Claims (5)
位置に先行して、パルスレーザーを照射し、鋼材を加熱
あるいは鋼材表面にプラズマを形成し、アークの発生点
をこの照射部に誘導・集中させることを特徴とするパル
スレーザー先導のアーク溶接方法。1. In TIG welding, prior to a target position of arc welding, a pulse laser is irradiated to heat a steel material or to form a plasma on the surface of a steel material, and an arc generating point is guided and concentrated at the irradiated portion. An arc welding method led by a pulsed laser.
またはＱスイッチ発振であることを特徴とする請求項１
記載のパルスレーザー先導のアーク溶接方法。2. The laser oscillation method is pulse laser oscillation or Q-switch oscillation.
An arc welding method led by a pulsed laser as described.
上であることを特徴とする請求項１または２記載のパル
スレーザー先導のアーク溶接方法。3. A pulse laser-driven arc welding method according to claim 1, wherein the peak output of the pulse laser is 1 kW or more.
Ｇ、ＣＯ2 またはエキシマであることを特徴とする請求
項１〜３記載のパルスレーザー先導のアーク溶接方法。4. The type of the excitation source of the pulse laser is YA
G, arc welding method of pulsed laser leading of claims 1 to 3, wherein it is a CO 2 or excimer.
接の狙い位置よりも０〜２ｍｍ先行することを特徴とす
る請求項１〜４記載のパルスレーザー先導のアーク溶接
方法。5. The method of claim 1, wherein the target position of the pulse laser is ahead of the target position of the arc welding by 0 to 2 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9092773A JPH10272578A (en) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | Pulse laser led arc welding method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9092773A JPH10272578A (en) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | Pulse laser led arc welding method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10272578A true JPH10272578A (en) | 1998-10-13 |
Family
ID=14063750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9092773A Pending JPH10272578A (en) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | Pulse laser led arc welding method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10272578A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003024658A1 (en) * | 2001-09-17 | 2003-03-27 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Work welding method |
| WO2007074998A1 (en) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Korea Institute Of Industrial Technology | Laser-rotate arc hybrid welding system and thereof method |
| CN109202292A (en) * | 2018-11-15 | 2019-01-15 | 哈尔滨现代焊接技术有限公司 | Laser+plasma arc+TIG arc combines welding method |
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-
1997
- 1997-03-28 JP JP9092773A patent/JPH10272578A/en active Pending
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