JPH1076383A - レーザ溶接モニタ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】裏波ビードが健全に形成されていることを監視
するためのレーザ溶接モニタ方法を提供すること。 【解決手段】レーザビーム４を被溶接材１の突合わせ部
の一方の面の側から照射する突合わせ貫通溶接の溶接の
状況を監視するレーザ溶接モニタ方法において、レーザ
ビーム４の照射によって被溶接材１の他方の面に発生す
るプラズマ６の光を、被溶接材１の他方の面の側に配置
した複数のセンサ９ａ、９ｂによって測定し、複数のセ
ンサ９ａ、９ｂから得られる測定値の相対値を求めるこ
とにより溶接状況を監視する。また、複数のセンサ９
ａ、９ｂに加えて、被溶接材１の他方の面の側に配置し
た複数の赤外光センサによって赤外光を測定し、複数の
センサ９ａ、９ｂから得られる測定値の相対値と、複数
の赤外光センサから得られる赤外光の測定値の相対値と
を求めることにより溶接状況を監視する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームによ
る突合わせ貫通溶接において、裏波ビードが健全に形成
されていることを監視するためのレーザ溶接モニタ方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、レーザビーム突合わせ貫通溶
接において発生する欠陥の例を示す被溶接材の断面図で
ある。図１０（ａ）は、溶け込み不足による欠陥例を示
す被溶接材の断面図である。被溶接材１において、レー
ザビームが照射された側の面（以下、「表面」と呼ぶ）
には、溶融金属２が存在するが、その反対の側の面（以
下、「裏面」と呼ぶ）には溶融金属２は存在しない。

【０００３】図１０（ｂ）は、突合わせギャップによっ
て引き起こされた融合不良による欠陥例を示す被溶接材
の断面図である。被溶接材１の表面には、溶融金属２が
存在するが、裏面には突合わせギャップ３が存在し、溶
融金属２は存在しない。

【０００４】レーザビーム突合わせ貫通溶接において、
十分な継手強度を得るためには、被溶接材１を突合わせ
ている突合わせ部で、被溶接材１の板厚全部に亙って、
すなわち被溶接材１の表面から裏面までに亙って、被溶
接材１が溶融され、溶接されることが必要となる。

【０００５】しかし、特に被溶接材１の板厚が厚い場合
には、図１０に示すように溶け込み不足や、突合わせ部
の突合わせギャップ３などによる融合不良などによっ
て、溶接を行なう溶接部の裏面に欠陥が発生することが
多い。

【０００６】従って、このような欠陥をなくし、継手の
健全性を確保するために、裏波ビードの形成を監視する
ことが必要と思われる。例えば、この裏波ビードの形成
を監視するための方法としては、被溶接材１の裏面の側
に配置したカメラなどにより裏波ビードを目視により観
察することが考えられるが、この方法では、自動化が困
難といえる。

【０００７】自動化に適したレーザ溶接状況のモニタ方
法としては、溶接部に発生するプラズマ光の強度を測定
する方法がある。レーザ溶接においては、集光されたレ
ーザビームのエネルギーにより、溶接部において被溶接
材１が蒸発され、さらにプラズマ化される。このプラズ
マの状態は溶接状況と密接な関係にあり、プラズマの発
光状態を測定することで溶接状況をモニタすることがで
きる。

【０００８】レーザビームによる重ね溶接をモニタする
方法に関する従来技術は、特開平０５−０７７０７４号
公報に開示されている。これは、表面の側に設けた２つ
のセンサによって、プラズマ光強度を測定する方法であ
る。

【０００９】この方法においては、一方のセンサは、溶
接部をモニタする際に、仰角が大きくなるように設けて
ある。すなわち、この一方のセンサは、溶接部の状況
を、表面に対してほぼ垂直の位置から検出する。

【００１０】また、他方のセンサは、溶接部をモニタす
る際に、仰角が小さくなるように設けてある。すなわ
ち、この他方のセンサは、溶接部の状況を、表面に対し
てほぼ水平の位置から検出する。

【００１１】そして、この異なる位置に設けられた２つ
のセンサで検出されるプラズマ光強度をそれぞれの基準
値と比較し、両方のプラズマ光強度がそれぞれの基準値
より大きい場合に溶接が良好であると判断している。

【００１２】さらに、別の従来技術が、特開平０６−２
６２３７７号公報に開示されている。これは、表面の側
及び裏面の側にそれぞれ配置した一対の光センサによ
り、溶接部の表面及び裏面で発生するレーザ誘起プラズ
マの発光を測定し、レーザビームによる重ね溶接をモニ
タする方法である。

【００１３】この方法においては、表面で発生するプラ
ズマの発光強度Ｑ₁ と裏面で発生するプラズマの発光強
度Ｑ₂ とから総プラズマ強度Ｑを補正係数Ｚを用いて以
下の式で計算する。

【００１４】 Ｑ＝Ｑ₁ ＋Ｚ・Ｑ₂ （１） そして、この総プラズマ強度Ｑが設定基準値より大きい
場合に、溶接が良好であると判断している。

【００１５】しかしながら、これらの方法はいずれも重
ね溶接における継手品質を確保するためになされたもの
であり、先に述べたような突合わせ溶接において、裏面
に発生する欠陥の検出には注意が払われていない。これ
は重ね溶接においては、溶融金属２がレーザビームが照
射される側の被溶接材１、すなわち上の被溶接材１を貫
通して、レーザビームが照射されない側の被溶接材１、
すなわち下の被溶接材１にまで到達していれば十分であ
り、溶融金属２が下の被溶接材１を貫通して裏波ビード
が形成されているかどうかは問題ではないためである。

【００１６】先に述べた特開平０５−０７７０７４号公
報に開示された従来技術では、アンダーカットや溶け込
み不足を検出することはできるが、裏波ビードが形成さ
れているかどうかについては、検出できない。この発明
を適用して裏波ビードの形成を確保する、すなわち溶け
込みの深さを被溶接材１の板厚と同じにすることが可能
のように思えるが、表面の側からのみのプラズマ光強度
の測定では、間接的にしか裏面の状況をモニタできず、
裏波ビードのモニタとしては、信頼に欠ける。

【００１７】また、先に述べた特開平０６−２６２３７
７号公報に開示された従来技術では、表面の側に１つ、
そして裏面の側にも１つのセンサを配置し、プラズマ光
強度の絶対値を監視して、溶け込みの深さの管理を行な
っているが、この方法を突合わせ溶接における裏波ビー
ドの形成の確保に適用した場合には、次のような問題が
ある。

【００１８】まず、裏面の側に１つのセンサしか配置し
ていないため、突合わせ溶接における裏波ビードの形成
を高い信頼性で管理することが困難である。例えば、突
合わせ部に突合わせギャップ３がある場合を考える。

【００１９】図１１は、突合わせ部に突合わせギャップ
がある場合のレーザビーム突合わせ貫通溶接の状況例を
示す断面図である。レーザビーム４は集光されて被溶接
材１に照射されるため、エネルギーが狭い範囲に集中
し、非常に高いエネルギー密度が発生する。従って、溶
接部では、被溶接材１が蒸発して蒸発圧と蒸発反力によ
り周囲の溶融金属２を押しのけてキーホール５と呼ばれ
る深い空洞ができる。キーホール５内部には、レーザビ
ーム４が進入し、金属蒸気がレーザビーム４のエネルギ
ーにより電離されて生じた高温のプラズマ６が充満して
いる。

【００２０】ここで、突合わせ部に突合わせギャップ３
がある場合、レーザビーム４は、溶接部の表面のみを溶
融し、裏面を溶融せず、突合わせギャップ３を通過して
裏面の側に出ていくことがある。このとき、溶接部で発
生したプラズマ６は、キーホール５の開口部から表面に
発生し、同様に突合わせギャップ３を通過して裏面に噴
出するため、裏面にも発生する。

【００２１】この場合、レーザビーム４は、突合わせた
被溶接材１の裏面を溶融していないため、裏波ビードは
形成されない。つまり、１つのセンサで裏面のプラズマ
光強度を監視しても、レーザビーム４が貫通し、プラズ
マ６も発生していることは確認できるが、裏波ビードが
形成されているかどうかは解らない。

【００２２】さらに、突合わせた被溶接材１の裏面の側
にセンサを配置した場合には、溶接により裏面の側に多
く発生するスパッタやヒュームのため、センサの表面に
粉塵が付着する。このため、測定されるプラズマ光強度
が経時的に低下する。従って、このモニタ方法では、長
期にわたって溶接状況を監視する際に、センサ受光部の
表面の汚れによりプラズマ光強度の絶対値が変化してし
まい、判定が正しく行なわれなくなる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
レーザ溶接モニタ方法においては、突合わせ溶接におけ
る裏波ビードの形成を高い信頼性で管理することが困難
であり、裏波ビードが形成されているか否かは解らない
という問題があった。

【００２４】また、長期にわたって溶接状況を監視する
際に、センサ受光部の表面の汚れにより測定されるプラ
ズマ光強度の絶対値が変化してしまい、判定が正しく行
なわれなくなるという問題があった。

【００２５】本発明の目的は、レーザビームによる突合
わせ貫通熔接において、裏波ビードが健全に形成されて
いることを監視するためのレーザ溶接モニタ方法を提供
することにある。さらにセンサ受光部の表面の汚れの影
響を軽減するレーザ溶接モニタ方法を提供することにあ
る。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項１に対応する発明は、レーザビーム
を被溶接材の突合わせ部の一方の面の側から照射する突
合わせ貫通溶接の溶接の状況を監視するレーザ溶接モニ
タ方法において、レーザビームの照射によって被溶接材
の突合わせ部の他方の面に発生するプラズマ光を、被溶
接材の他方の面の側に配置した複数のセンサによって測
定し、複数のセンサから得られる測定値の相対値を求め
ることにより、溶接状況を監視するレーザ溶接モニタ方
法である。

【００２７】従って、まず、請求項１に対応する発明の
レーザ溶接モニタ方法においては、他方の面の側に複数
のセンサを配置したので、裏波ビードが健全に形成され
ているか否かの監視ができるレーザ溶接モニタ方法を提
供できる。

【００２８】さらに、複数のセンサから得られる測定値
の相対値を求めるようにしたので、センサ受光部の表面
の汚れの影響を軽減するレーザ溶接モニタ方法を提供で
きる。

【００２９】また、請求項２に対応する発明は、請求項
１記載のレーザ溶接モニタ方法において、複数のセンサ
に加えて、被溶接材の他方の面の側に配置した複数の赤
外光センサによって赤外光を測定し、複数のセンサから
得られる測定値の相対値と、複数の赤外光センサから得
られる赤外光の測定値の相対値とを求めることにより溶
接状況を監視するレーザ溶接モニタ方法である。

【００３０】従って、請求項２に対応する発明のレーザ
溶接モニタ方法においては、複数のセンサに加えて、複
数の赤外光センサによって赤外光を測定するようにした
ので、裏波ビードが健全に形成されているか否かの監視
ができるレーザ溶接モニタ方法を提供できる。

【００３１】さらに、複数のセンサから得られる測定値
の相対値と、複数の赤外光センサから得られる赤外光の
測定値の相対値とを求めるようにしたので、センサ受光
部の表面の汚れの影響を軽減するレーザ溶接モニタ方法
を提供できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に
係るレーザ溶接モニター方法において使用する機器の配
置を示す状態図である。

【００３３】図１１に示すレーザビーム突合わせ貫通溶
接を示す断面図と同一部分には、同一符号が付してあ
る。従って、重複する部分の詳細説明は省略してある。
図示していないレーザ発振器などから出力されたレーザ
ビーム４は、集光レンズ７あるいは集光ミラーなどによ
って集光され、突合わされた被溶接材１の突合わせ部が
溶融される。この溶融により溶接が行なわれる。溶接部
では、溶融金属２が溜まる溶融池から金属蒸気が噴出
し、この金属蒸気がレーザビーム４によりプラズマ化さ
れ、プラズマ６が発光する。

【００３４】このプラズマ６から放出される光は、第１
のフィルタ８ａを介して第１のセンサ９ａによって測定
され、また第２のフィルタ８ｂを介して第２のセンサ９
ｂによって測定される。

【００３５】第１のセンサ９ａは、裏面の側に、また溶
接部をモニタする際に仰角θ₁ が小さくなるように配置
されている。すなわち、この第１のセンサ９ａは、溶接
部の状況を、裏面に対してほぼ水平の位置から検出す
る。ここで、仰角θ₁ の例としては、５°から４０°程
度の範囲があげられる。この第１のセンサ９ａには、プ
ラズマ光センサなどが用いられる。

【００３６】第２のセンサ９ｂは、裏面の側に、また溶
接部をモニタする際に仰角θ₂ が大きくなるように配置
されている。すなわち、この第２のセンサ９ｂは、溶接
部の状況を、裏面に対してほぼ垂直の位置から検出す
る。ここで、仰角θ₂ は、９０°に近いほどプラズマ６
の状態の観察にはよいが、溶接部からのスパッタや、被
溶接材１を貫通したレーザビーム４などをある程度避け
なければならないため、例として、６０°から８０°程
度の範囲があげられる。この第２のセンサ９ｂには、第
１のセンサ９ａと同様に、プラズマ光センサなどが用い
られる。

【００３７】モニタ装置１０は、第１のセンサ９ａ及び
第２のセンサ９ｂで測定した結果からプラズマ光強度の
絶対値などを求める。以下、この第１のセンサ９ａで測
定されるプラズマ光強度の絶対値をＩ₁ とし、第２のセ
ンサ９ｂで測定されるプラズマ光強度の絶対値をＩ₂ と
し、例をあげてこのプラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂
による裏波ビードの形成の判定方法を説明する。

【００３８】図２は、レーザビーム出力の変化に対する
プラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂の変化の例を示す関
係図である。この例で、縦軸はプラズマ光強度の絶対値
を任意の単位で表し、横軸はレーザビーム出力の値を表
している。

【００３９】破線Ａは、裏波ビードが安定に形成される
場合の限界を示しており、この限界はレーザビーム出力
が約１１ｋＷのときとなっている。すなわち、レーザビ
ーム出力の値が大きい場合には、裏波ビードは安定に形
成され、プラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂ はともに大
きくなるが、レーザビーム出力が小さい場合には、裏波
ビードは安定に形成されず、プラズマ光強度の絶対値Ｉ
₁ 、Ｉ₂ は零に近くなる。

【００４０】また、プラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂
は、レーザビーム出力の低下につれて低下するが、第１
のセンサ９ａによって測定されたプラズマ光強度の絶対
値Ｉ₁ の方が、第２のセンサ９ｂによって測定されたプ
ラズマ光強度の絶対値Ｉ₂ よりも速く零に達する。

【００４１】このような、レーザビーム出力に対するプ
ラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂ の変化の違いを図３を
用いて説明する。図３は、溶接部の断面とセンサの配置
との関係を示す状態図である。

【００４２】従来技術の説明でも述べたように、レーザ
溶接においては、レーザビーム４が集光されて被溶接材
１に照射されるため、エネルギーが狭い範囲に集中し、
非常に高いエネルギー密度が発生する。従って、集光し
たレーザビーム４が照射される溶接部では、被溶接材１
が蒸発して蒸気圧と蒸発反力により、周囲の溶融金属２
を押しのけて、深い空洞であるキーホール５ができる。
キーホール５内部にはレーザビーム４が進入し、金属蒸
気がレーザビーム４のエネルギーにより電離されて生じ
た高温のプラズマ６が充満している。また、このプラズ
マ６は、キーホール５の口から外部に噴出して、外部に
もプラズマ６が生じる。

【００４３】第１のセンサ９ａから、この溶接部を見た
場合には、キーホール５外部のプラズマ６からの光のみ
を測定することになる。これに対し、第２のセンサ９ｂ
から、この溶接部を見た場合には、キーホール５外部の
プラズマ６ばかりでなく、キーホール５内部のプラズマ
６をも測定することになる。キーホール５内部のプラズ
マ６は、キーホール５外部のプラズマ６と比較して高温
で密度も高い。このため、大きい仰角θ₂ を持つように
配置された第２のセンサ９ｂによって測定されたプラズ
マ光強度の絶対値Ｉ₂ は、小さい仰角θ₁ を持つように
配置された第１のセンサ９ａによって測定されたプラズ
マ光強度の絶対値Ｉ₁ よりも大きくなる。

【００４４】また、キーホール５内部及び外部のプラズ
マ６はレーザビーム出力の変化に対して同じように変化
するため、プラズマ光強度の絶対値Ｉ1 、Ｉ2 は、とも
に同じように変化する。しかし、キーホール５が貫通す
る限界に近いレーザビーム出力では、キーホール５内部
のプラズマ６は存在していても、キーホール５外部のプ
ラズマ６はほとんど存在しないため、レーザビーム出力
の低下につれて、第１のセンサ９ａによって測定された
プラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ の方が、第２のセンサ９ｂ
によって測定されたプラズマ光強度の絶対値Ｉ₂ よりも
速く零に達する。

【００４５】本実施形態においては、裏波ビードが健全
に形成されているか否かの監視には、プラズマ光強度の
絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂ から求まる相対値を用いる。ここで、
もしレーザビーム出力の変化に対して、プラズマ光強度
の絶対値Ｉ₁、Ｉ₂ が同じように変化するなら、相対値
をとってもいつも一定の値となり、意味がなくなり、裏
波ビードの監視に適さないが、先に述べたように、レー
ザビーム出力の変化に対して、プラズマ光強度の絶対値
Ｉ₁ 、Ｉ₂ は異なった変化を示すため、相対値を用いる
ことができる。

【００４６】本実施形態では、最も単純に、相対値とし
て、プラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ をプラズマ光強度の絶
対値Ｉ₂ で割って、相対値Ｉ₁ ／Ｉ₂ 、すなわちプラズ
マ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ を求め、このプラズマ光強度比Ｉ
₁ ／Ｉ₂ により裏波ビードの監視を行なう。

【００４７】図４は、レーザビーム出力の変化に対する
プラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ の変化の例を示す関係図で
ある。この例で、縦軸はプラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ を
表し、横軸はレーザビーム出力の値を表している。

【００４８】破線Ａは、図２のときと同様に、裏波ビー
ドが安定に形成される場合の限界を示しており、この限
界はレーザビーム出力が約１１ｋＷのときとなってい
る。ゆえに、この例においては、プラズマ光強度比Ｉ₁
／Ｉ₂ が０．３２以上あれば健全な裏波ビードが形成さ
れる。

【００４９】ここで、本実施形態においては、プラズマ
光強度の絶対値Ｉ₁ をプラズマ光強度の絶対値Ｉ₂ で割
って、相対値Ｉ₁ ／Ｉ₂ 、すなわちプラズマ光強度比Ｉ
₁ ／Ｉ₂ を求めたが、他の計算によって求められる相対
値を用いることもできる。

【００５０】図５は、突合わせギャップ３の大きさｄの
変化に対するプラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂ の変化
の例を示す関係図である。この例で、縦軸はプラズマ光
強度の絶対値を任意の単位で表し、横軸は突合わせギャ
ップ３の大きさｄを表している。

【００５１】突合わせギャップ３の大きさｄが大きくな
ると、被溶接材１の溶接部における裏面が溶融せずに融
合不良となる。破線Ｂは、このような融合不良を引き起
こさない場合の限界を示しており、この限界は突合わせ
ギャップ３の大きさｄが０．２７５ｍｍのときとなって
いる。すなわち、突合わせギャップ３の大きさｄが小さ
いときには、融合不良を引き起こしにくく、突合わせギ
ャップ３の大きさｄが大きいときには、融合不良を引き
起こしやすい。

【００５２】また、第１のセンサ９ａによって測定され
たプラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ は、突合わせギャップ３
の大きさｄが増加するにしたがい減少するが、第２のセ
ンサ９ｂによって測定されたプラズマ光強度の絶対値Ｉ
₂ は、突合わせギャップ３の大きさｄが増加してもあま
り減少しない。

【００５３】このような、突合わせギャップ３の大きさ
ｄの変化に対するプラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂ の
変化の違いを図６を用いて説明する。図６は、突合わせ
ギャップ３がある場合の溶接部の断面とセンサの配置と
の関係を示す状態図である。

【００５４】突合わせギャップ３の大きさｄが大きくな
り、溶接部の裏面に未溶融部ができると、キーホール５
の裏面側の口は奥に入り、プラズマ６も突合わせギャッ
プ３の内側に入るため、外部に出ている部分が小さくな
る。このため、突合わせギャップ３の大きさｄの増加に
従い、第１のセンサ９ａによって測定されたプラズマ光
強度の絶対値Ｉ₁ は低下する。これに対し、第２のセン
サ９ｂでは、突合わせギャップ３の大きさｄが増大して
キーホール５の裏面側の口が奥に入っても、キーホール
５外部に出ているプラズマ６だけではなく、キーホール
５内部の強いプラズマ６を見ることができる。このた
め、突合わせギャップ３の大きさｄが増大しても、プラ
ズマ光強度の絶対値Ｉ₂ はあまり変化しない。

【００５５】ここで、突合わせギャップ３の大きさｄの
変化に対して、プラズマ光強度の絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂ は異
なった変化を示すため、先と同様にプラズマ光強度の絶
対値Ｉ₁ 、Ｉ₂ とを用い、相対値Ｉ₁ ／Ｉ₂ 、すなわち
プラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂を求め、このプラズマ光強
度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ により裏波ビードの監視を行なう。

【００５６】図７は、突合わせギャップ３の大きさｄの
変化に対するプラズマ光強度比Ｉ₁／Ｉ₂ の変化の例を
示す関係図である。この例で、縦軸はプラズマ光強度比
Ｉ₁ ／Ｉ₂ を表し、横軸は突合わせギャップ３の大きさ
ｄの値を表している。

【００５７】破線Ｂは、図５のときと同様に、被溶接材
１の溶接部における裏面が融合不良を引き起こさない場
合の限界を示しており、この限界は突合わせギャップ３
の大きさｄが０．２７５ｍｍのときとなっている。

【００５８】ゆえに、この例においては、プラズマ光強
度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ が０．２２以上あれば健全な裏波ビード
が形成される。図８は、時間の変化に対するプラズマ光
強度の絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂ の変化の例を示す関係図であ
る。

【００５９】この例で、縦軸はプラズマ光強度の絶対値
を任意の単位で表し、横軸は時間を表している。プラズ
マ光強度の絶対値Ｉ₁ 、Ｉ₂ は、長時間測定を続けた場
合には半減してしまう。これは、溶接の際に裏面の側に
多く発生するスパッタやヒュームなどの粉塵が、センサ
の受光部の表面などに付着し汚れるためである。しか
し、汚れの程度は、第１のセンサ９ａ、第２のセンサ９
ｂの位置にはあまり依存しない。

【００６０】特に、レーザビーム４によりシーム溶接
し、金属管を製造するなどの場合には、管の内側は溶接
によるヒュームが充満しており、汚れの程度はほとんど
センサの位置に依存しない。このため、あるセンサで測
定されるプラズマ光強度を参照値とし、他のセンサで測
定されるプラズマ光強度を参照値に対する相対値とする
と、この値はセンサ受光部の汚れに影響されない。

【００６１】図９は、時間の変化に対するプラズマ光強
度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ の変化の例を示す関係図である。この例
で、縦軸はプラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ を表し、横軸は
時間を表している。

【００６２】これから、センサの汚れの程度が第１のセ
ンサ９ａ、第２のセンサ９ｂでいつも厳密には同じでな
いため多少のばらつきはあるものの、このばらつきの程
度は初期値に対して±１５％以内に常におさまっている
ことが解る。すなわち、最悪の場合でも、センサの汚れ
による誤差は、１５％過大にプラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ
₂ を見積もる程度に過ぎないことが解る。

【００６３】このように、プラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂
の特性が図４、図７、図９に示した例のような場合に
は、プラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ とレーザビーム出力と
の関係及びプラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ と突合わせギャ
ップ３の大きさｄとの関係を双方合わせて考えれば、プ
ラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ が０．３２以上であれば健全
な裏波ビードが形成されることが解る。また、長時間の
使用を考えた場合には、１５％の安全率を考慮して、プ
ラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ を０．３７以上とすれば健全
な裏波ビードが形成されることが解る。

【００６４】本実施形態に係るレーザ溶接モニタ方法を
実際に適用する場合には、健全な裏波ビードが形成され
ているか否かを判定するプラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂ の
設定値は、被溶接材１の材質、厚み、溶接速度、レーザ
ビーム出力などの溶接パラメータに依存するため、先に
述べたような実験から予め求めておく必要がある。

【００６５】以上のように、本実施形態に係るレーザ溶
接モニタ方法は、まず実験から健全な裏波ビードが得ら
れる最小のプラズマ光強度比₁ ／Ｉ₂ を求めてこれを設
定値とする。次に、レーザ溶接を行ないながら、第１の
センサ９ａと第２のセンサ９ｂとによって測定されるプ
ラズマ光強度Ｉ₁ 、Ｉ₂ からプラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ
₂ を求める。そして、このプラズマ光強度比Ｉ₁ ／Ｉ₂
が予め求めておいた設定値以上であれば溶接は良好、設
定値以下であれば問題があると判断する。この判断に基
づき、問題がある場合には溶接を停止し、原因を調査
し、原因を取り除いた後に溶接を再開する。

【００６６】また、モニタ結果を被溶接材１の材質、厚
み、溶接速度、レーザビーム出力などの溶接パラメータ
にフィードバックして制御することもできる。ここで、
本実施形態では２つのセンサを用いたが、さらに多数の
センサを被溶接材１の裏面の側に配置し、プラズマ光強
度を測定し、同様の方法で相対値を求めることで、より
正確なモニタリングを行なうこともできる。

【００６７】あるいは、本実施形態で使用するセンサに
は、例えばプラズマ光センサなどが用いられると述べた
が、これらのセンサに加えて、複数の赤外光センサを被
溶接材１の裏面の側に配置し、溶接部の赤外光放射によ
り溶接部の温度やスパッタの発生状況などをモニタし、
この測定値の相対値を求めて先に述べたプラズマ光セン
サの測定値の相対値とこの赤外光センサの測定値の相対
値とを合わせて考慮することで、より正確なモニタリン
グを行なうことができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ溶
接モニタ方法においては、レーザビームの照射によって
被溶接材の他方の面に発生するプラズマ光を、被溶接材
の他方の面の側に配置した複数のセンサによって測定
し、この複数のセンサから得られる測定値の相対値を求
めることにより溶接状況を監視している。

【００６９】従って、突合わせ溶接における健全な裏波
ビードの形成が高い信頼性で監視できる。また、長期に
わたって溶接状況を監視しても、センサ受光部の表面の
汚れによる影響を軽減することができる。

【００７０】また、複数のセンサに加えて、被溶接材の
他方の面の側に配置した複数の赤外光センサによって赤
外光を測定し、複数の赤外光センサから得られる赤外光
の測定値の相対値と前記複数のセンサから得られる測定
値の相対値とにより溶接状況を監視している。従って、
より一層高い信頼性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係るレーザ溶接モニター方法にお
いて使用する機器の配置を示す状態図

【図２】レーザビーム出力の変化に対するプラズマ光強
度の絶対値の変化の例を示す関係図

【図３】溶接部の断面とセンサの配置との関係を示す状
態図

【図４】レーザビーム出力の変化に対するプラズマ光強
度比の変化の例を示す関係図

【図５】突合わせギャップの大きさの変化に対するプラ
ズマ光強度の絶対値の変化の例を示す関係図

【図６】突合わせギャップがある場合の溶接部の断面と
センサの配置との関係を示す状態図

【図７】突合わせギャップの大きさの変化に対するプラ
ズマ光強度比の変化の例を示す関係図

【図８】時間の変化に対するプラズマ光強度の絶対値の
変化の例を示す関係図

【図９】時間の変化に対するプラズマ光強度比の変化の
例を示す関係図

【図１０】レーザビーム突合わせ貫通溶接において発生
する欠陥の例を示す被溶接材の断面図

【図１１】突合わせ部に突合わせギャップがある場合の
レーザビーム突合わせ貫通溶接の状況例を示す断面図

【符号の説明】

１…被溶接材 ２…溶融金属 ３…突合わせギャップ ４…レーザビーム ５…キーホール ６…プラズマ ７…集光レンズ ８ａ…第１のフィルタ ８ｂ…第２のフィルタ ９ａ…第１のセンサ ９ｂ…第２のセンサ １０…モニタ装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを被溶接材の突合わせ部の
   一方の面の側から照射する突合わせ貫通溶接の溶接の状
   況を監視するレーザ溶接モニタ方法において、 前記レーザビームの照射によって前記被溶接材の突合わ
   せ部の他方の面に発生するプラズマ光を、前記被溶接材
   の他方の面の側に配置した複数のセンサによって測定
   し、 前記複数のセンサから得られる測定値の相対値を求める
   ことにより、溶接状況を監視することを特徴としたレー
   ザ溶接モニタ方法。
2. 【請求項２】 前記請求項１記載のレーザ溶接モニタ方
   法において、 前記複数のセンサに加えて、前記被溶接材の他方の面の
   側に配置した複数の赤外光センサによって赤外光を測定
   し、 前記複数のセンサから得られる測定値の相対値と、前記
   複数の赤外光センサから得られる赤外光の測定値の相対
   値とを求めることにより、溶接状況を監視することを特
   徴としたレーザ溶接モニタ方法。