JPS60221185A - レ−ザによる薄鋼板の溶接方法 - Google Patents
レ−ザによる薄鋼板の溶接方法Info
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- JPS60221185A JPS60221185A JP59077054A JP7705484A JPS60221185A JP S60221185 A JPS60221185 A JP S60221185A JP 59077054 A JP59077054 A JP 59077054A JP 7705484 A JP7705484 A JP 7705484A JP S60221185 A JPS60221185 A JP S60221185A
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- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、薄鋼板の突合せビーム溶接に関し、特に、レ
ーザを用いる突合せ溶接に関する。
ーザを用いる突合せ溶接に関する。
［従来技術］
薄鋼板の連続処理ラインにおいて、先行のストリップの
後端と後行のストリップの先部を接続して連続通板を行
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、そこでレーザ溶接法
が注目されている。
後端と後行のストリップの先部を接続して連続通板を行
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、そこでレーザ溶接法
が注目されている。
薄鋼板のレーザ溶接は通常、特開昭５４−３２１５４号
公報に開示されているように、溶接すべき２端面を突合
せ、端面間中央にレンズ等の光学系で集光したエネルギ
ー密度の高いレーザビームを照射して、単位溶接当り入
熱速度の小さい高速溶接を行うのが特徴となっている。
公報に開示されているように、溶接すべき２端面を突合
せ、端面間中央にレンズ等の光学系で集光したエネルギ
ー密度の高いレーザビームを照射して、単位溶接当り入
熱速度の小さい高速溶接を行うのが特徴となっている。
この場合、端面が平旦で互に十分密着している場合は、
突合せ面の両側がレーザビームによって溶融され溶接が
行われる。しかし端面の凸凹や曲り等で、両端面間に隙
間を生じている場合には、集光されたレーザビームはこ
の隙間を通過したり（第２ａ図）、一方の端面のみに吸
収されたり（第一２ ｂ図）する結果、完全な突合せ溶
接が行われないことになる。
突合せ面の両側がレーザビームによって溶融され溶接が
行われる。しかし端面の凸凹や曲り等で、両端面間に隙
間を生じている場合には、集光されたレーザビームはこ
の隙間を通過したり（第２ａ図）、一方の端面のみに吸
収されたり（第一２ ｂ図）する結果、完全な突合せ溶
接が行われないことになる。
このため従来のレーザ溶接では、剪断機構や押え機構等
の周辺設備の改良により端面加工突合せの精度を極端に
高める必要があり、このため設備費が極めて大きくなっ
ている。
の周辺設備の改良により端面加工突合せの精度を極端に
高める必要があり、このため設備費が極めて大きくなっ
ている。
突合せが精度よく行われた場合でも、幾分かの間隙は残
る。溶接は周辺の金属が溶融してこの間隙を埋めるよう
にして行われるが、レーザビームを絞る通常の溶接では
、溶融金属部が小さいため間隙を十分埋め切れず、ハン
ピングが生じ溶接が不安定になる。
る。溶接は周辺の金属が溶融してこの間隙を埋めるよう
にして行われるが、レーザビームを絞る通常の溶接では
、溶融金属部が小さいため間隙を十分埋め切れず、ハン
ピングが生じ溶接が不安定になる。
また鋼板の突合せ以外にも薄鋼板のレーザ溶接を困難に
している問題がある。
している問題がある。
すなわち、いま鋼板表面のレーザビーム吸収率を改とし
、継手部溶融に必要なエネルギーをＰＭ（Ｋｖ）とする
と、溶接に必要なレーザパワーＰ （Ｋｗ）は、 Ｐ＝ＰＭ／ｃ；（ となる。
、継手部溶融に必要なエネルギーをＰＭ（Ｋｖ）とする
と、溶接に必要なレーザパワーＰ （Ｋｗ）は、 Ｐ＝ＰＭ／ｃ；（ となる。
一般に吸収率ｄは種々の要因によって変るが、現在、鋼
板突合せに最もよく使われているＣ０２レーザの場合、
常温において０．１程度であり、従って溶接に最低限必
要なエネルギーを投入しないと溶接が開始しない。
板突合せに最もよく使われているＣ０２レーザの場合、
常温において０．１程度であり、従って溶接に最低限必
要なエネルギーを投入しないと溶接が開始しない。
しかし、一度表面が溶融すると吸収率ｄは１に近くなる
ため、熱が入りすぎ、ハンピングが生じ安定した溶接を
行いにくい。
ため、熱が入りすぎ、ハンピングが生じ安定した溶接を
行いにくい。
また、吸収率ｄを上げるために、通常、プラズマを発生
させる方法がとられるが、この場合、エネルギー密度を
プラズマ発生限界以上（たとえば５Ｘ１０’ ｌｉｔ／
ｃｎＴ）にする必要があるため、現状のレーザマシンの
もつ出力ではビーム径を小さく集光しなければならず、
やはり高精度の突合せを要する。
させる方法がとられるが、この場合、エネルギー密度を
プラズマ発生限界以上（たとえば５Ｘ１０’ ｌｉｔ／
ｃｎＴ）にする必要があるため、現状のレーザマシンの
もつ出力ではビーム径を小さく集光しなければならず、
やはり高精度の突合せを要する。
更にビームスポット径が小さいと、突合せ線に添っての
倣いが困難で、溶接口外れが起り易くなる。
倣いが困難で、溶接口外れが起り易くなる。
以上述べた様に、従来行われている、レーザビームを集
光して高エネルギー相変、低入熱の高速溶接では、溶は
落ち、ハンピング、目外れ等の問題があり、特に極薄銅
板では、安定した溶接を行うことが難しく、製造ライン
でのレーザを用いた全自動溶接機は実用化されていない
。
光して高エネルギー相変、低入熱の高速溶接では、溶は
落ち、ハンピング、目外れ等の問題があり、特に極薄銅
板では、安定した溶接を行うことが難しく、製造ライン
でのレーザを用いた全自動溶接機は実用化されていない
。
［発明の目的］
本発明は、これらの問題点を考慮し、安定かつ効率のよ
いレーザ溶接を行なう方法を提供することを目的とする
。
いレーザ溶接を行なう方法を提供することを目的とする
。
［発明の掃成２作用］
本発明では、レーザビームを極端に絞らず、むしろ適当
にスポット径を大きくし、かつエネルギー密度を低くし
た状態で溶接を行う。以下図面を参照して本発明の詳細
な説明する。
にスポット径を大きくし、かつエネルギー密度を低くし
た状態で溶接を行う。以下図面を参照して本発明の詳細
な説明する。
第１図に本発明の実施態様を概念的に示す。同図におい
て、ｌ、１′は溶接されるべき鋼板、２は光学系、３は
レーザビーム、４は衝合せ間隙である。
て、ｌ、１′は溶接されるべき鋼板、２は光学系、３は
レーザビーム、４は衝合せ間隙である。
第３図は突合せ溶接後の溶接部の断面を示す。同図にお
いて、５が溶融凝固部である。
いて、５が溶融凝固部である。
第５ａ図および第５ｂ図に、光ファイバー６を使用して
レーザビームを溶接部に搬送する態様を示す。
レーザビームを溶接部に搬送する態様を示す。
本発明により鋼板１，１′を突合せ溶接する場合には、
第１図に示すようにレーザビーム３を極端に絞らず、鋼
板の衝合せ間隙４の値ｇに対してビームスポット径ｄを
遥かに大きくする。すなわち、ビーム径ｄの大きさを鋼
板の板厚ｔの２倍以上あるいは鋼板間の間隙ｇの１０倍
以上とする。また照射面におけるレーザビームの入力エ
ネルギー密度は、プラズマが発生するような高密度では
なく、それより低い値に設定する。そのため、レーザの
出力エネルギーＰにはエネルギー吸収率や溶接速度によ
って最高値があるが、例えば５ Ｘ １０″ｌｉｔ／ｃ
Ｊ以下に設定する。このようにして鋼板１゜１′の突合
せ部にレーザビーム３を照射すれば、プラズマ発生、溶
は落ち、ハンピング等が発生することなく、間隙ｇに対
して十分広い領域を溶融して第３図に示すようにハンピ
ングを生じず、かつ相手部板厚減少が小さい、安定した
溶接を行うことができる。
第１図に示すようにレーザビーム３を極端に絞らず、鋼
板の衝合せ間隙４の値ｇに対してビームスポット径ｄを
遥かに大きくする。すなわち、ビーム径ｄの大きさを鋼
板の板厚ｔの２倍以上あるいは鋼板間の間隙ｇの１０倍
以上とする。また照射面におけるレーザビームの入力エ
ネルギー密度は、プラズマが発生するような高密度では
なく、それより低い値に設定する。そのため、レーザの
出力エネルギーＰにはエネルギー吸収率や溶接速度によ
って最高値があるが、例えば５ Ｘ １０″ｌｉｔ／ｃ
Ｊ以下に設定する。このようにして鋼板１゜１′の突合
せ部にレーザビーム３を照射すれば、プラズマ発生、溶
は落ち、ハンピング等が発生することなく、間隙ｇに対
して十分広い領域を溶融して第３図に示すようにハンピ
ングを生じず、かつ相手部板厚減少が小さい、安定した
溶接を行うことができる。
なお第４図はレーザの出力エネルギーＰを増加していっ
た場合の溶融部温度Ｔを概念的に示したものである。Ｔ
Ｍは金属の融点を示し、ＴＨは溶融部の温度が高くなり
すぎてハンピング、溶は落ち等が始まる温度である。こ
の温度ＴＨは、レーザの出力エネルギー、鋼板へのエネ
ルギー吸収率。
た場合の溶融部温度Ｔを概念的に示したものである。Ｔ
Ｍは金属の融点を示し、ＴＨは溶融部の温度が高くなり
すぎてハンピング、溶は落ち等が始まる温度である。こ
の温度ＴＨは、レーザの出力エネルギー、鋼板へのエネ
ルギー吸収率。
レーザビームのエネルギー密度、板厚、溶融幅。
溶接速度、鋼板の熱材料特性等から決まるが、溶融部温
度Ｔが領域Ｈになるように設定する。
度Ｔが領域Ｈになるように設定する。
以上説明したように、本発明はビームスポットを大きく
、エネルギー密度を低くすることを特徴とするため、光
学率が簡単になる。
、エネルギー密度を低くすることを特徴とするため、光
学率が簡単になる。
第５ａ図はレーザビーム照射部にファイバーを用いた場
合の説明で、ファイバー６、レンズ系７の調整により、
最適条件のビームスポット径で溶接する。さらに本発明
では、ビームを極端に絞り込むのでなく、適当に拡げて
使用するため、第５ｂ図に示すように、レンズ系を用い
ることなく、ファイバーを出たままの状態のビームを用
いることも可能である。
合の説明で、ファイバー６、レンズ系７の調整により、
最適条件のビームスポット径で溶接する。さらに本発明
では、ビームを極端に絞り込むのでなく、適当に拡げて
使用するため、第５ｂ図に示すように、レンズ系を用い
ることなく、ファイバーを出たままの状態のビームを用
いることも可能である。
また、ファイバーは一本でなく、複数本を用い、かつこ
れらのファイバを何本毎かに区分し、かつ適当なパワー
をもったビームを所定区分のファイバーのみに投入する
ことにより、溶接部へ照射するビーム径を変えたり、ま
た第６図に示すように、たとえば、突合せ間隙部に対す
る中央のファイバー７にビームを投入せず、その周囲の
８個のファイバのみにビームを投入して特定のエネルギ
ー分布のビームパターン８を形成し使用することも可能
である。
れらのファイバを何本毎かに区分し、かつ適当なパワー
をもったビームを所定区分のファイバーのみに投入する
ことにより、溶接部へ照射するビーム径を変えたり、ま
た第６図に示すように、たとえば、突合せ間隙部に対す
る中央のファイバー７にビームを投入せず、その周囲の
８個のファイバのみにビームを投入して特定のエネルギ
ー分布のビームパターン８を形成し使用することも可能
である。
第７図に本発明を一態様で実施する装置構成を示す。第
７図において、９，９′は溶接部を被覆するキャビティ
、１０はレーザ発振装置、１１はレーザビーム照射ヘッ
ド、１３．１３’は鋼板１゜１′の上下クランプ機構、
１４はレーザビーム照射ヘッド１１を板幅方向に走査す
るヘッド倣い駆動機構、１５はレーザビーム照射ヘッド
を上下方向に移動させ、鋼板上のビームスポット径を調
節するビームスポット調節機構である。
７図において、９，９′は溶接部を被覆するキャビティ
、１０はレーザ発振装置、１１はレーザビーム照射ヘッ
ド、１３．１３’は鋼板１゜１′の上下クランプ機構、
１４はレーザビーム照射ヘッド１１を板幅方向に走査す
るヘッド倣い駆動機構、１５はレーザビーム照射ヘッド
を上下方向に移動させ、鋼板上のビームスポット径を調
節するビームスポット調節機構である。
被溶接鋼板１，１′はレーザビームの吸収効率を上げる
ため、キャビティ９，９′内に収容し、クランプ機構１
３．１３’により押えた後、レーザ発振装置ｌＯから光
ファイバー６によりレーザビーム照射ヘッド１１に搬送
し、ビームスポット調節機構１５によってビームスポッ
ト径を調節した後、ヘッド倣い駆動機構１４によってレ
ーザビーム３を鋼板ｌ、１′の突合せ部に沿って走査す
る。
ため、キャビティ９，９′内に収容し、クランプ機構１
３．１３’により押えた後、レーザ発振装置ｌＯから光
ファイバー６によりレーザビーム照射ヘッド１１に搬送
し、ビームスポット調節機構１５によってビームスポッ
ト径を調節した後、ヘッド倣い駆動機構１４によってレ
ーザビーム３を鋼板ｌ、１′の突合せ部に沿って走査す
る。
この場合、薄板で安定した溶接を行うために、レーザパ
ワー、エネルギー密度、ビームスポットサイズ等に特徴
を持たしているが、この特徴が有効に生かされるために
は、レーザビームの吸収率が大きいことが望ましい。そ
のため使用レーザの波長を短波長側に設定する、たとえ
ばＹ’ＡＧレーザ等を使用すると共に、キャビティ構造
を用いて実効的な吸収率を向上させている。
ワー、エネルギー密度、ビームスポットサイズ等に特徴
を持たしているが、この特徴が有効に生かされるために
は、レーザビームの吸収率が大きいことが望ましい。そ
のため使用レーザの波長を短波長側に設定する、たとえ
ばＹ’ＡＧレーザ等を使用すると共に、キャビティ構造
を用いて実効的な吸収率を向上させている。
キャビティ断面は半球状が最も望ましいが、長手方向に
伸びた半円筒形状等、他の形状も考えられる。また第７
図では、キャビティはクランプ機構に組込んで押え機構
の一部としているが、勿論、クランプ機構と独立にし、
ビーム照射ヘッドと一体として移動させることも可能で
ある。
伸びた半円筒形状等、他の形状も考えられる。また第７
図では、キャビティはクランプ機構に組込んで押え機構
の一部としているが、勿論、クランプ機構と独立にし、
ビーム照射ヘッドと一体として移動させることも可能で
ある。
［実施例］
出力６００警のＹＡＧレーザおよびコアー径０．６ｎｏ
のファイバーを用い、半径７＋ｎｍの金メツキ鋼製のキ
ャビティを用いて、鋼板上のビームスポット径２．０面
の条件で板厚０．１８ｍｍの薄板を溶接した結果、ギャ
ップが０．０９ｎｏあったにもかかわらず極めて安定な
シーム溶接が行われた。
のファイバーを用い、半径７＋ｎｍの金メツキ鋼製のキ
ャビティを用いて、鋼板上のビームスポット径２．０面
の条件で板厚０．１８ｍｍの薄板を溶接した結果、ギャ
ップが０．０９ｎｏあったにもかかわらず極めて安定な
シーム溶接が行われた。
このギャップは、従来法では未溶融、又はハンピングが
生じて安定な溶接が不可能であったものである。
生じて安定な溶接が不可能であったものである。
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、薄鋼板の溶接を確
実に行うことができ、しかも周辺設備の簡素化を図るこ
とができる等、その効果は極めて大きい。
実に行うことができ、しかも周辺設備の簡素化を図るこ
とができる等、その効果は極めて大きい。
第１図は本発明方法の一実施態様を概念的に示す側面図
、第２ａ図および第２ｂ図は従来法の実施態様を概念的
に示す側面図である。 第３図は本発明方法による溶接部を示す説明図、第４図
は本発明方法におけるレーザの出力エネルギーと溶融部
温度との関係を示すグラフ、第５ａ図および第５ｂ図は
本発明の実施態様を示し、レーザビーム搬送に光ファイ
バーを用いた場合を示す説明図、第６図も本発明の実施
態様を示し、光ファイバーの一部に選択的にレーザビー
ムを導入する一例を示す説明図である。 第７図は本発明方法を一態様で実施する装置構成を示す
斜視図である。 １．１’：鋼板 ２：光学系 ３：レーザビーム ４：衝合せ間隙 ５：溶融凝固部 ６：光フアイバー ７＝光フアイバー（中央） ８：ビームパターン９．９
′キヤビテイ １０：レーザ発振装置１１：ビーム照射
ヘッド １３．１３’：クランプ機構１４：ヘッド倣い
駆動機構 １５：ビームスポット調節機構 手続有ｌ正書（自発） 特許庁長官 若杉 和夫 殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第０７７０５４号３
、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区大手町二丁目６番３号名称 （６
６５）新日本製鐵株式會社 代表者 武 １） 豊 ４、代理人 〒１０３ 電話 ０３−８６４−６０５２
住所 東京都中央区東日本橋２丁目２７番６号６、補正
の内容 以上
、第２ａ図および第２ｂ図は従来法の実施態様を概念的
に示す側面図である。 第３図は本発明方法による溶接部を示す説明図、第４図
は本発明方法におけるレーザの出力エネルギーと溶融部
温度との関係を示すグラフ、第５ａ図および第５ｂ図は
本発明の実施態様を示し、レーザビーム搬送に光ファイ
バーを用いた場合を示す説明図、第６図も本発明の実施
態様を示し、光ファイバーの一部に選択的にレーザビー
ムを導入する一例を示す説明図である。 第７図は本発明方法を一態様で実施する装置構成を示す
斜視図である。 １．１’：鋼板 ２：光学系 ３：レーザビーム ４：衝合せ間隙 ５：溶融凝固部 ６：光フアイバー ７＝光フアイバー（中央） ８：ビームパターン９．９
′キヤビテイ １０：レーザ発振装置１１：ビーム照射
ヘッド １３．１３’：クランプ機構１４：ヘッド倣い
駆動機構 １５：ビームスポット調節機構 手続有ｌ正書（自発） 特許庁長官 若杉 和夫 殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第０７７０５４号３
、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区大手町二丁目６番３号名称 （６
６５）新日本製鐵株式會社 代表者 武 １） 豊 ４、代理人 〒１０３ 電話 ０３−８６４−６０５２
住所 東京都中央区東日本橋２丁目２７番６号６、補正
の内容 以上
Claims (1)
- 光ファイバーを用いてレーザビームを溶接部に搬送し、
かつ該レーザビームのスポット径を溶接しようとする鋼
板の厚さの２倍以上、もしくは鋼板の突合せ間隙の１０
倍以上のいずれかに設定するとともに、エネルギー密度
をプラズマ発生限界より低くした状態で溶接を行うこと
を特徴とするレーザによる薄鋼板の溶接法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077054A JPS60221185A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | レ−ザによる薄鋼板の溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077054A JPS60221185A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | レ−ザによる薄鋼板の溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60221185A true JPS60221185A (ja) | 1985-11-05 |
| JPH0243590B2 JPH0243590B2 (ja) | 1990-09-28 |
Family
ID=13623070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59077054A Granted JPS60221185A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | レ−ザによる薄鋼板の溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60221185A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6487090A (en) * | 1987-09-30 | 1989-03-31 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | Butt welding method by laser beam |
| JPH01162588A (ja) * | 1987-12-19 | 1989-06-27 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | レーザ溶接方法 |
| JP2008264839A (ja) | 2007-04-20 | 2008-11-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | レーザ溶接装置、レーザ溶接方法及び金属板材の製造方法 |
| CN109317819A (zh) * | 2017-07-28 | 2019-02-12 | 劳斯莱斯有限公司 | 用于将第一组件与第二组件焊接在一起的方法和设备 |
-
1984
- 1984-04-17 JP JP59077054A patent/JPS60221185A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6487090A (en) * | 1987-09-30 | 1989-03-31 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | Butt welding method by laser beam |
| JPH01162588A (ja) * | 1987-12-19 | 1989-06-27 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | レーザ溶接方法 |
| JP2008264839A (ja) | 2007-04-20 | 2008-11-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | レーザ溶接装置、レーザ溶接方法及び金属板材の製造方法 |
| CN109317819A (zh) * | 2017-07-28 | 2019-02-12 | 劳斯莱斯有限公司 | 用于将第一组件与第二组件焊接在一起的方法和设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0243590B2 (ja) | 1990-09-28 |
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