JPS6099494A - レ−ザによる薄鋼板の溶接法 - Google Patents
レ−ザによる薄鋼板の溶接法Info
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- JPS6099494A JPS6099494A JP58206930A JP20693083A JPS6099494A JP S6099494 A JPS6099494 A JP S6099494A JP 58206930 A JP58206930 A JP 58206930A JP 20693083 A JP20693083 A JP 20693083A JP S6099494 A JPS6099494 A JP S6099494A
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- laser beam
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- 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
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
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- B23K26/26—Seam welding of rectilinear seams
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
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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〕
本発明は極薄鋼板の突合せシーム溶接に関するものであ
る。
る。
薄鋼板の連続処理ラインにおいて、先行のストリップと
後行のストリップの端部を接続して連続通板を行なうた
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、これに代ってレーザ溶接法
が江［」されている。
後行のストリップの端部を接続して連続通板を行なうた
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、これに代ってレーザ溶接法
が江［」されている。
薄鋼板のレーザ溶接は例えば特開昭５４−３２１５４号
公報に開示されているように、通常、溶接す八き２端面
を突合せ、端面間中央に真」二からレーザビームを照射
する。端面が平滑で互に密着して十分な精度の突合せが
行なわれている場合は、突合せ端面の両側にレーザエネ
ルギーが吸収され、両端面が溶融されて溶接が行なわｔ
シる。しかし、端面の凹凸やＩＪＪ断等で生じた曲り等
で、両端面間に隙間が生している場合、集光された１）
−ザビームは隙間を通過したり、一方の端部のみに吸収
され、完全な溶接が行なえない。
公報に開示されているように、通常、溶接す八き２端面
を突合せ、端面間中央に真」二からレーザビームを照射
する。端面が平滑で互に密着して十分な精度の突合せが
行なわれている場合は、突合せ端面の両側にレーザエネ
ルギーが吸収され、両端面が溶融されて溶接が行なわｔ
シる。しかし、端面の凹凸やＩＪＪ断等で生じた曲り等
で、両端面間に隙間が生している場合、集光された１）
−ザビームは隙間を通過したり、一方の端部のみに吸収
され、完全な溶接が行なえない。
このため、端面加工の精度を高めて、両端面間の隙間を
小さくする方法があるが、特に幅広の鋼板においては、
このための設備コス）−が極めて大きくなる。
小さくする方法があるが、特に幅広の鋼板においては、
このための設備コス）−が極めて大きくなる。
また、レーザビーム径を大きくして、若干の端面間隙間
がある場合でも、両端面を加熱溶融させ、溶接を行なう
ことも考えられるが、実際は以下に述べる理由がら安定
な溶接が難しい。
がある場合でも、両端面を加熱溶融させ、溶接を行なう
ことも考えられるが、実際は以下に述べる理由がら安定
な溶接が難しい。
いま、鋼板表面のレーザビーム吸収率を改、相手部溶融
に不要なエネルギーをＰ Ｍ Ｋｗとすると、溶接に必
要なレーザパワーＰＫｗは、 Ｐ”ＰＭ／Ｇ（・・・・・（１） となる。
に不要なエネルギーをＰ Ｍ Ｋｗとすると、溶接に必
要なレーザパワーＰＫｗは、 Ｐ”ＰＭ／Ｇ（・・・・・（１） となる。
一般に、吸収率σは、綱板表面粗さ、被膜２表面温度、
レーザビームの波長等によって変化する。
レーザビームの波長等によって変化する。
たとえば、現在工業的に最もよく使われているＣ○２レ
ーザの場合、常温において改は０．１以下であり、従っ
て溶接に最低限必要なエネルギーの１０倍以上のレーザ
ビームエネルギーを投入しないと溶接が開始しない。し
かし一度表面が加熱溶融すると、吸収率σは０．９以上
になるため、溶融に必要なエネルギーの１０倍のエネル
ギーが溶接部に投入される結果、溶融物落下（溶は落ち
）が起り。
ーザの場合、常温において改は０．１以下であり、従っ
て溶接に最低限必要なエネルギーの１０倍以上のレーザ
ビームエネルギーを投入しないと溶接が開始しない。し
かし一度表面が加熱溶融すると、吸収率σは０．９以上
になるため、溶融に必要なエネルギーの１０倍のエネル
ギーが溶接部に投入される結果、溶融物落下（溶は落ち
）が起り。
これが周期的に繰り返されてハンピング現象を生じ、安
定した溶接が行なえない。
定した溶接が行なえない。
またプラズマを発生させて、安定エネルギー吸収状態に
して吸収率ｄを高くする方法もあるが、この場合エネル
ギー密度をブラスマ発生限界以上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
く集光しなけれはならず、やはり高精度の突合せを要す
る。
して吸収率ｄを高くする方法もあるが、この場合エネル
ギー密度をブラスマ発生限界以上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
く集光しなけれはならず、やはり高精度の突合せを要す
る。
以上説明したように、従来のレーザによる極薄板の溶接
では、溶接現象の不安定から溶は落ちやハンピングが起
り易く、またコイル突合せやレーザビームのシーム倣い
制御に極めて高い精度が要求されるという問題がある。
では、溶接現象の不安定から溶は落ちやハンピングが起
り易く、またコイル突合せやレーザビームのシーム倣い
制御に極めて高い精度が要求されるという問題がある。
本発明は、これらの問題点を考慮し、レーザビーム径を
大きくした状態で、安定がっ効率よくシーム溶接が行な
える方法を提供することを目的とする。
大きくした状態で、安定がっ効率よくシーム溶接が行な
える方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明においては、溶接点の
上下部を半球状キャビティで遮蔽し、溶接点からの反射
、放射エネルギーを、キャビティ内面の多重反射により
溶接点に収束させ、溶接面におけるレーザビーム実効吸
収率を高める。
上下部を半球状キャビティで遮蔽し、溶接点からの反射
、放射エネルギーを、キャビティ内面の多重反射により
溶接点に収束させ、溶接面におけるレーザビーム実効吸
収率を高める。
第１８図に、本発明を一態様で実施する装置構成の概要
を示ず。■、１′は突合せ溶接されるべき薄鋼板、２は
突合せ部、３はレーザビーム、４゜４′ は各々上部キ
ャビティおよび下部キャビティ、５はレーザビーム導入
孔、６．６’ は雰囲気ガス入口、７，７′はキャビテ
ィ冷却水入口、８゜８′は同出口である。また、キャビ
ティ内面はたとえば鏡面仕」二の上に金メッキが施され
、極めて反射率が高い状態になっており、又、内面半球
は溶接点２が中心となるような寸法、配置となっている
。
を示ず。■、１′は突合せ溶接されるべき薄鋼板、２は
突合せ部、３はレーザビーム、４゜４′ は各々上部キ
ャビティおよび下部キャビティ、５はレーザビーム導入
孔、６．６’ は雰囲気ガス入口、７，７′はキャビテ
ィ冷却水入口、８゜８′は同出口である。また、キャビ
ティ内面はたとえば鏡面仕」二の上に金メッキが施され
、極めて反射率が高い状態になっており、又、内面半球
は溶接点２が中心となるような寸法、配置となっている
。
この状態でレーザビームは、レンズにより集光され、溶
接点２」二に照射される。レーザビーム投射部の断面を
示す第１ｂ図を参照すると、溶接面上のスポット径ｄは
、突合せ許容精度δを考えてそれより大きくなるように
し、又、レーザビーム導入孔の大きさを極力小さくする
ように、ビーム焦点位置は、出来るだけ上部キャビティ
の極点位置に来るように光学系を設定する。レーザビー
ムパワーは、溶接ビード幅ｂ （：ｄ） 、板厚ｔ、溶
接速度Ｖからきまる溶接部溶融エネルギーＰＭに若干の
効率ηを考慮して設定する。
接点２」二に照射される。レーザビーム投射部の断面を
示す第１ｂ図を参照すると、溶接面上のスポット径ｄは
、突合せ許容精度δを考えてそれより大きくなるように
し、又、レーザビーム導入孔の大きさを極力小さくする
ように、ビーム焦点位置は、出来るだけ上部キャビティ
の極点位置に来るように光学系を設定する。レーザビー
ムパワーは、溶接ビード幅ｂ （：ｄ） 、板厚ｔ、溶
接速度Ｖからきまる溶接部溶融エネルギーＰＭに若干の
効率ηを考慮して設定する。
この状態でレーザビー１１を照射すると、キャビティの
多重反射効果により、溶接点上の実効吸収率ｄ、ｅはほ
ぼ１に近い値となる。
多重反射効果により、溶接点上の実効吸収率ｄ、ｅはほ
ぼ１に近い値となる。
ａｅ＝ｃ（＋（Ｌ −ａ）＋（］ ＋ｃ０２（ｉ＋−−
−−１・・・・・（２） また、突合せの間隙を通って下部に通過したビームエネ
ルギーも、下部キャビティで反射され、さらに溶融部か
らの放射エネルギーも同様にキャビティで多重反射され
利用される。このため、ハンピング等の不安定現象のな
い安定でかつエネルギー効率の高い溶接が可能になる。
−−１・・・・・（２） また、突合せの間隙を通って下部に通過したビームエネ
ルギーも、下部キャビティで反射され、さらに溶融部か
らの放射エネルギーも同様にキャビティで多重反射され
利用される。このため、ハンピング等の不安定現象のな
い安定でかつエネルギー効率の高い溶接が可能になる。
また、実効吸収率が高くとれるため、ビーム焦点を鋼板
面から外した状態での溶接がｊｉｆ能であるため、突合
せ間隙に対して余裕のある幅広ビード溶接が行なえる。
面から外した状態での溶接がｊｉｆ能であるため、突合
せ間隙に対して余裕のある幅広ビード溶接が行なえる。
第２図に、本発明の詳細な説明するための図面を示す。
図において、９は較正用レーザ（例えばＨｅ−Ｎｅ）で
あり、ＩＯは上部キャビティｌと対向して置かれたギャ
ップセンサである。
あり、ＩＯは上部キャビティｌと対向して置かれたギャ
ップセンサである。
通常、較正用レーザ９は、溶接用パワーレーザ１１と同
軸に設置され、パワーレーザの光路調整用として用いら
れているが、このレーザビームを上部キャビティ１とギ
ャップセンサ１０と一緒に溶接シーム上に走行させるこ
とによって突合せ面の間隙δと溶接線形状を光学的に検
知し、制御装置１２に記憶する。続いて、検知された間
隙δの最大値δｎ１ａＸを考慮に入れて、鋼板上のパワ
ーレーザビーム径ｄを設定し、次に溶融ビード幅す。
軸に設置され、パワーレーザの光路調整用として用いら
れているが、このレーザビームを上部キャビティ１とギ
ャップセンサ１０と一緒に溶接シーム上に走行させるこ
とによって突合せ面の間隙δと溶接線形状を光学的に検
知し、制御装置１２に記憶する。続いて、検知された間
隙δの最大値δｎ１ａＸを考慮に入れて、鋼板上のパワ
ーレーザビーム径ｄを設定し、次に溶融ビード幅す。
板厚ｔｙＷｊ接速度Ｖ等の溶接条件から、溶接に必要な
レーザパワーＰを設定し、溶接を開始する。
レーザパワーＰを設定し、溶接を開始する。
溶接中は前もって検知された溶接線形状に従って、上部
キャビティ４および下部キャビティ４′ が位置制御さ
れる。
キャビティ４および下部キャビティ４′ が位置制御さ
れる。
以上のように、キャビティを用い実効吸収率を１近くで
溶接することによって、安定でかつエネルギー効率の高
い溶接が行なえると共に、必要なビート幅の広幅溶接が
出来るため、突合せ端面の加」二に要する要求精度が緩
和され、レーザ溶接に必要な鉤仮切断装置、ｆｌｉｔ、
５ｉ押え機構等の附帯説（ｉ＃コストが低減され、また
レーザビーム倣い制御も容易になり、自動化が可能にな
る。
溶接することによって、安定でかつエネルギー効率の高
い溶接が行なえると共に、必要なビート幅の広幅溶接が
出来るため、突合せ端面の加」二に要する要求精度が緩
和され、レーザ溶接に必要な鉤仮切断装置、ｆｌｉｔ、
５ｉ押え機構等の附帯説（ｉ＃コストが低減され、また
レーザビーム倣い制御も容易になり、自動化が可能にな
る。
本発明の方法では、第］、ａ図に示すように、キャビテ
ィ上面から雰囲気ガスをキャビティ内に導入出来るよう
になっている。このガスは通常の溶接と同様に、シール
ガスとして働く。また本発明の方法では、その特徴から
、プラズマの発生もなく、溶融部も熱伝導型に近い比較
的静かな溶接が可能で従ってスパッターは極めて少ない
が、鋼板面」二の油等の蒸発物がキャビティ内面に付着
する可能性のある場合、このガスはこれを抑える役目を
する。第３ａ図は、広幅ビート溶接を行なった場合に往
々に−して見られる溶接部断面形状で、溶融部重力のた
め下方に撓んだ形状となるが、下部キャビティ内ガス圧
力を上部より若干高めにすることによって、第３ｂ図に
見ら、ｌＬるように、平担な断面形状にすることが可能
である。
ィ上面から雰囲気ガスをキャビティ内に導入出来るよう
になっている。このガスは通常の溶接と同様に、シール
ガスとして働く。また本発明の方法では、その特徴から
、プラズマの発生もなく、溶融部も熱伝導型に近い比較
的静かな溶接が可能で従ってスパッターは極めて少ない
が、鋼板面」二の油等の蒸発物がキャビティ内面に付着
する可能性のある場合、このガスはこれを抑える役目を
する。第３ａ図は、広幅ビート溶接を行なった場合に往
々に−して見られる溶接部断面形状で、溶融部重力のた
め下方に撓んだ形状となるが、下部キャビティ内ガス圧
力を上部より若干高めにすることによって、第３ｂ図に
見ら、ｌＬるように、平担な断面形状にすることが可能
である。
出力２００ＷのＹＡＧレーザを用い、半径１．０ ｍ
＋ｎの金メツキ銅製、水冷のキャビネットを用い、鋼板
上ビームスボッｈ１ｍｍの条件で、板厚０．２ｍｍの薄
鋼板を溶接した場合、突合せ間隙が０．０５ｍｍあった
にもかかわらず、極めて安定なシーム溶接が行なわれ、
溶接速度は１０ｍ／ｍｉｎであった。
＋ｎの金メツキ銅製、水冷のキャビネットを用い、鋼板
上ビームスボッｈ１ｍｍの条件で、板厚０．２ｍｍの薄
鋼板を溶接した場合、突合せ間隙が０．０５ｍｍあった
にもかかわらず、極めて安定なシーム溶接が行なわれ、
溶接速度は１０ｍ／ｍｉｎであった。
これは同出力のＹＡＧレーザを用いた場合の２倍の溶接
速度てあり、又ＣＯ２レーザを用いた溶接では、ハンピ
ングが生じて、安定な溶接は不可能であった。
速度てあり、又ＣＯ２レーザを用いた溶接では、ハンピ
ングが生じて、安定な溶接は不可能であった。
以上説明したように本発明においては、レーザビーム径
を大きくした状態で効率よく安定したビーム溶接を行な
うことができるので、鋼板の突合せ面の加工精度が緩和
され、従って鋼板切断装置。
を大きくした状態で効率よく安定したビーム溶接を行な
うことができるので、鋼板の突合せ面の加工精度が緩和
され、従って鋼板切断装置。
鋼板押え機構等の附帯設備コストの低減を図ることがて
き、また、レーザビーム倣い制御も容易になるので自動
化が容易である等、その効果は多大である。
き、また、レーザビーム倣い制御も容易になるので自動
化が容易である等、その効果は多大である。
第１ａ図は本発明を一態様で実施する装置構成の概略を
示す断面図、第１ｂ図はレーザ照射部のみを示す断面図
である。 第２図は本発明の一実施態様での突合せ間隙および溶接
線測定装置構成を示すブロック図である。 第３ａ図は従来の溶接法による溶接部断面形状を示す説
明図、第３ｂ図は本発明の一実施例での溶接部断面形状
を示す説明図である。 ］、 １’ ：薄鋼板 ２：突合せ部 ３：レーザビーム ４：上部キャビティ４＋ ＝下部キ
ャビティ ５：レーザビーム導入口６．６’：雰囲気ガ
ス入口 ア、７’：キャビティ冷却水入口 ８．８’：キャビティ冷却水出口 ｄ：パワーレーザビーム径 ９：較正用レーザ ｌＯ：ギャップセンサ１１：溶接用
パワーレーザ １２：制御装置特許出願人 新日本製鐵
株式會社 第１ａ図 ６′ 第２図 第３ａ図 第３ｂ図
示す断面図、第１ｂ図はレーザ照射部のみを示す断面図
である。 第２図は本発明の一実施態様での突合せ間隙および溶接
線測定装置構成を示すブロック図である。 第３ａ図は従来の溶接法による溶接部断面形状を示す説
明図、第３ｂ図は本発明の一実施例での溶接部断面形状
を示す説明図である。 ］、 １’ ：薄鋼板 ２：突合せ部 ３：レーザビーム ４：上部キャビティ４＋ ＝下部キ
ャビティ ５：レーザビーム導入口６．６’：雰囲気ガ
ス入口 ア、７’：キャビティ冷却水入口 ８．８’：キャビティ冷却水出口 ｄ：パワーレーザビーム径 ９：較正用レーザ ｌＯ：ギャップセンサ１１：溶接用
パワーレーザ １２：制御装置特許出願人 新日本製鐵
株式會社 第１ａ図 ６′ 第２図 第３ａ図 第３ｂ図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 溶接点の上下部を半球状キャビティで遮蔽し。 溶接点からの反射、放射エネルギーを、キャビティ内面
の多重反射により溶接点に収束させ、溶接面におけるレ
ーザビーム実効吸収率を高めるようにしたことを特徴と
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 |
|---|---|---|---|
| JP58206930A JPS6099494A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | レ−ザによる薄鋼板の溶接法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58206930A JPS6099494A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | レ−ザによる薄鋼板の溶接法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6099494A true JPS6099494A (ja) | 1985-06-03 |
Family
ID=16531404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58206930A Pending JPS6099494A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | レ−ザによる薄鋼板の溶接法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6099494A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4990741A (en) * | 1990-02-06 | 1991-02-05 | Rockwell International Corporation | Method of laser welding |
| JPH05212572A (ja) * | 1992-02-05 | 1993-08-24 | Fanuc Ltd | レーザ加工装置 |
| CN110328447A (zh) * | 2018-03-28 | 2019-10-15 | 丰田自动车株式会社 | 金属部件的激光对接焊方法 |
| CN115070211A (zh) * | 2021-03-02 | 2022-09-20 | 丰田自动车株式会社 | 金属部件的制造方法 |
-
1983
- 1983-11-01 JP JP58206930A patent/JPS6099494A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4990741A (en) * | 1990-02-06 | 1991-02-05 | Rockwell International Corporation | Method of laser welding |
| JPH05212572A (ja) * | 1992-02-05 | 1993-08-24 | Fanuc Ltd | レーザ加工装置 |
| CN110328447A (zh) * | 2018-03-28 | 2019-10-15 | 丰田自动车株式会社 | 金属部件的激光对接焊方法 |
| CN115070211A (zh) * | 2021-03-02 | 2022-09-20 | 丰田自动车株式会社 | 金属部件的制造方法 |
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