JPS6261786A - レ−ザ突合せ溶接法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザ突合せ溶接部を形成する方法、さらに
詳しくは、カン体などを製造するために筒状に形成され
た板材の向い合うエツジのごとく、溶接されるべき向い
合った縦方向に延びるエツジの間にレーザ突合せ溶接部
を連続的に形成する方法に関する。

［従来の技術１ ２つの部材の向い合ったエツジに沿ってレーザ突合せ溶
接部を形成する方法は、最近、ソーリン（５ａｕｒｉｎ
）他による米国特許第４．１５２．５７３号明細書で開
示されているように、接触する被溶接エツジが互につな
ぎ止められ、レーザビームに対して移動することによっ
て、実現されている。また、ニルセン（Ｎｉｌｓｅｎ）
による米国特許第４．３５４．０９０号明細書で７バー
ガイド装置＜２−ｂａｒ　ｇｕｉｄｅ　ａｐｐａｒａｔ
ｕｓ）を用いて、向い合う被溶接エツジを、レーザ溶接
のために第２図に示すように互に実質的にエツジ−エツ
ジ間接触するようガイドすることによっても実現されて
いる。

これら双方の公知のレーザ溶接技術において、被溶接エ
ツジは、通常シートメタルのような材料を切断したエツ
ジであり、該エツジは、エツジに近接する材料平面に本
質的に垂直に延びている。隣り合うエツジは、その継手
の厚みのすべてにわたって本質的に互に接触関係を保ち
、閉じた突合せ継手を形成するように配置される。

該被溶接継手は、片方の面の側からレーザビームを照射
することによって溶接される。

［発明が解決しようとする問題点］ はとんど同じ平面上に横たわる２つの部材間にこのよう
な突合せ継手を形成するには、次のような問題があった
。すなわち部材がその長さ方向に沿って、特に冶金学的
（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ）問題および／またはス
ラビング（ｓｌｕｂｂｉｎｇ）として知られている流体
の流れの問題（ｆｌｕｉｄｆｌｏｗ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ
）のために、入熱量を制限する必要上比較的高速でかつ
最小限の熱が入熱される溶接が行なわれるばあいに、一
貫性のないすなわち不揃いな溶接部が形成されるという
問題である。溶接継手の長さ方向に沿って被溶接エツジ
を移動するレーザエネルギーの伝達効率（ｔｒａｎｓｆ
ｅｒ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）のゆらぎがこの問題の発
生する１つの理由である。さらに限定していえば、切断
された１つまたは２つ以上の被溶接エツジに生じたバリ
（ｂｕｒｒ）の存在が前記一貫性のない溶接部の形成の
原因となっていることが見出されている。すなわちシー
トメタルのような材料がたとえば切断されるとき、通常
切断面に、シートメタルの平面から外に向ってその切断
方向に沿って延びるバリが形成される。継手に対して照
射されるレーザビームによって、溶接される側に向って
突合せ継手のバリが突出しているばあい、継手に当るレ
ーザビームは、バリに衝突し、そのエネルギーは散乱さ
れ、溶接のためにエツジに達すべきレーザエネルギーの
伝達効果は低下する。さらに、バリ自体溶接されるエツ
ジに比べてそれほどのｔｆｆｉをもたないので、レーザ
ビームと接触したあと短時間で蒸発してしまう。この蒸
発がざらにレーザエネルギーの被溶接エツジへの伝達の
さまたげとなりえ、バリのあった位置での溶接プラズマ
（ｗｅｌｄ　ｐｌａＳｍａ）の発生に寄与する。プラズ
マの存在はさらに、エツジへのエネルギー伝達の効率を
低下させる。したがってレーザ突合せ溶接されるエツジ
に沿った断続的で不規則なバリの存在は、特に溶接のた
め最小限の熱しか入熱されなかったばあいに、不完全な
溶込みゃ不完全な溶接部の形成をもたらす。一方レーザ
ビームのエネルギーを、バリが存在するときにおいても
充分溶接を行ないうるよう増加せしめると、わずかのバ
リしかない領域またはバリが全熱ない領域では、正常な
溶接部を形成するには過大な熱が入熱されてしまう。こ
のため、溶接部および熱影響部の範囲を拡げ、また関連
する冶金学的問題および起りうるスラビングの問題を浮
き上らせる。要するに、バリの存在は、溶接部に欠陥を
もたらし、またエツジが連続的にレーザ突合せ溶接され
る効率の低下をもたらす。

以上の問題は、溶接に先立ってバリを取るために被溶接
切断面を研削することによって避けられることはいうま
でもない。しかし、それでは余分な製造工程を、したが
って時間と費用を付は加えることになるので望ましいこ
とではない。他のとりうる解決法は、接触するエツジ上
のバリが、レーザビームの来る方向にある面と反対側に
ある面上で外側に向って生じているように配置する方法
である。しかし、不運なことに、多くの適用例では、実
際にあるスリッター（ｓｌｉｔｔｅｒ）すなわち切断装
置の構造および機能によれば、向い合う材料の切断され
た端面に発生するバリは互に逆の方向に延びているので
、これも実際的な解決法ではない。結局、切断された材
料片を突合せ溶接するために筒状に形成するときに、そ
の両方の側から突き出たバリが存在する溶接継手を作っ
てしまう。

本発明の目的は、最初にレーザビームが照射される溶接
継手の面にあるバリの存在による不都合を回避し、およ
びスラピングのような入熱に関する問題を最小限に押え
ながら、接触するエツジのより効果的かつ均一な溶接を
高速度で行なう、レーザ突合せ溶接部の形成法を提供す
ることにある。

本発明の目的はさらに、えられた入熱量で高速の溶接を
行なうことによってワークピースに大きなエネルギーの
より効率的な伝達を可能にするため、２つの部材の向い
合う接触エツジ間にレーザ突合せ溶接部を連続的に形成
し、熱影響部が比較的小さく、非常に細かい均一な溶接
部を形成する方法を提供することにある。

本発明の目的はさらに、前記の方法により、溶接される
部材の厚さのすべてにわたって比較的一様な断面をもつ
溶接部を作るため、高速度高効率で接触するエツジのキ
ーホール溶接を行なう方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記本発明の目的は、本発明を構成するつぎの方法によ
って達成される。すなわち、突合せ溶接される２つの部
材を用意し、２つの部材が互にわずか傾いて接触するよ
うに、すなわちエツジにより形成される突合せ継手が、
部材の第１の側に向って開かれており、該第１の側と反
対側にある部材の第２の側に向ってエツジが互に接触し
ているように部材のそれぞれのエツジを配置し、ならび
に ２つの部材のエツジを突合せ継手の方向に加圧しながら
、部材の第１の側から突合せ継手に照射されるレーザビ
ームであって、その少なくとも一部が突合せ継手の開い
た側に向って部材のエツジに延びてゆくような高エネル
ギー密度レーザビームを突合せ継手に照射することによ
って突合せ継手に突合せ溶接部を生ぜしめることよりな
る方法である。

［作用および実施例］ 本発明の方法は、その好ましい実施例によって次のよう
に説明される。

２つの部材間の突合せ溶接部は、少なくとも１つのレー
ザビームおよび他の部材をエツジを連続的に溶接するた
め突合せ継手の方向に相対的に移動させることによって
、部材のエツジの長手方向に沿って連続的に形成される
。

この実施例では、２つの部材は、一枚の板状材料の向い
゛合った両側よりなる。突合せ溶接される２つの部材を
用意する工程は、一枚の板状材料から、突合せ溶接され
るべき縦方向に拡がったエツジを有する筒状のワークピ
ースを形成する工程を含む。前記部材のそれぞれのエツ
ジを配置する工程は、該筒状のワークピースを、そのエ
ツジがＺバーガイド装置にガイドされることによって前
述のように接触するまで該装置上を移動さぜる工程を含
む。同工程はさらに、筒状のワークピースが、Ｚバーガ
イド装置上を移動するときに、該ワークピースの向き合
った側が互に少し傾斜するようにＺバーガイド装置上で
その位置が調節されうる支持手段によって該ワークピー
スを支える工程を含む。すでに開示された筒状のワーク
ピースは通常その断面が円筒形をなしているが、該ワー
クピースは前記支持手段によって若干西洋なし形に似た
（　ｐｅａｒ−ｓｈａｐｅｄ　）断面をなすように２バ
ーガイド装置に支えられている。すなわち、ワークピー
スの向い合う側が互に傾斜し、上方に継手が開くように
被溶接エツジがその（装置の）上方に位置している。こ
のため、継手の前記側（上側）のいかなるバリも、継手
の中心から外側に引張られるようになり、従来の方法に
比べて、レーザビームが障害物の少なくなったまたは障
害物のまったくない条件で入射できるようになる。

前記実施例では、部材の被溶接エツジは、隣り合う部材
の平面にほとんど垂直に、本質的に真直に切断されてい
る。バリは該切断の作用によってエツジ上に発生する。

したがって、エツジが本発明に開示されたとおりに位置
していると、該エツジを横切って設けられた断面図（た
とえば第１図）に見られるように、エツジは互に部材の
第１の側を向く方向に沿って次第に離れて行き、本質的
に部材の前記第２の側で互に点接触する。

さらに、本発明によれば、高エネルギー密度レーザビー
ムは、エツジのキーホール溶接を行なう突合せ継手に沿
って完全な溶け込みをさせることか好ましい。そのばあ
い、本方法の付加的な工程によって、部材の第２の側に
キーホール溶接時に突合せ継手を通過するレーザビーム
を吸収するためのレーザビームダンプ（ｄｕｍｐ）を提
供する。このことによって、キーホールから出る破片（
ｄｅｂｒｉｓ）を集めるほかに、たとえば、カン体その
他の筒状ワークピースの内側の損傷を防止する。また、
レーザエネルギーの不要な反射を防止する。このような
レーザビームダンプを使用することによって溶接作業者
の安全性かたかめられる。また、この方法では、二者択
一的に、冷却速度を落すために突合せ継手を通過し、継
手に戻ってくるレーザビームを正確に反射する手段を提
供するものであってもよい。

レーザビームが突合せ継手を完全に通過しキーホールを
形成すると、溶融したエツジの材料がキーホールを取り
囲む。本方法により突合せ継手の方向に２つの部材を溶
接することによって、該溶融エツジは、キーホールとレ
ーザビームが突合せ継手の方向に部材上を移動するとき
、そのキーホールのすぐ後ろ側で溶け合わされる。

本発明の第２の実施例は、それぞれのエツジを前記のよ
うに接触するよう位置させる締付は手段によって、溶接
ジグ（ｗｅｌｄｉｒ＋ｇ　ｊｉｏ）の中に被溶接部材を
締付ける方法を含む。

以下、図面を用いて説明することにより、前記およびそ
の他の本発明の目め、特徴および利点をより明確にする
。なお、図面は例示的に、本発明の２つの実施例を表わ
している。

第２図は、米国特許第４．１５２．５７３号および第４
、３５４．０９０号各明ｍ書で開示された方法によって
レーザ突合せ溶接される部材（１）および（′２Ｊの向
い合った接触するエツジを示している。被溶接エツジ（
３）および（４）はそれぞれの部材の面（５）に垂直に
延びた本質的に真直に切断されたエツジを示している。

その上にバリ（６）、（７）が切断操作によって切断面
上に残ついてる。

従来の方法による第２図のレーザ溶接では、レーザビー
ムは突合せ継手に向って、矢印（Ａ）の方向から部材の
一方の側に、このばあいは継手の上の側に当る。レーザ
ビームが上側のバリ（６）に当ると、レーザビーム光は
バリの存在によって適当に散乱され、非常に短い時間の
後、バリは熱せられ、その量が少ないために蒸発する。

したがってレーザエネルギーがエツジ（３）、（４）に
伝わる効率は落ちてしまう。すなわち、最初にバリによ
って、入射するレーザエネルギーが散乱され、溶接に用
いることができなくなり、引き続くバリの蒸発によって
溶接プラズマが接続されるエツジの上に生成するからで
ある。該プラズマおよび金属蒸気は、少くとも部分的に
レーザエネルギーの伝達を妨げる。

溶接の過程でのバリの効果は、溶接時のレーザエネルギ
ーの入力すなわち入熱が、カン体などを形成するための
薄い材料を高速で溶接するときに発生する冶金学的な問
題、たとえばスラビングの問題によって、最小に押えら
れているときに特に顕著となる。

連続溶接されるべきエツジに集束される所定のレーザビ
ームのエネルギーでは、接続されるエツジ上のバリの大
きさ、位置がさまざまに異なっているために、溶接継手
に沿った最初の位置では満足な溶接が行なわれるが、継
手に沿った他の位置では、不完全な溶け込みその他の溶
接の欠陥が発生しうる。したがって、継手のすべての長
さにわたって完全な溶込み溶接部を形成するためには、
使われるべき最小のレーザビームエネルギーは、エツジ
へのレーザエネルギーの伝達が最も悪い効率で行なわれ
るのに必要な溶接エネルギーとなる。したがって、エネ
ルギーの伝達がより効率的な溶接継手に沿った位置では
必然的に、余分な望ましくない熱が溶接時に入熱される
。

第２図のように配置されたエツジをキーホール溶接を行
なうための最小の熱量で、従来の方法によ、つてレーザ
溶接した突合せ継手の金属断面が第３図に示されている
。図で隣り合うエツジの間の溶接部（８）は、ワイング
ラスの形状をもち、その最も広い面は継手の上側にあり
、最も狭い面は底側にある。このタイプの一様でない溶
接部の形状は、一定のばあいにおいて問題となる。たと
えば、金属のカン体その他の製造にあたっては、カン体
のエツジは巻かれ、ネックイン（ｎｅｃｋ−ｉｎ）され
、外側にフランジが掛けられるなどされなければならな
いので、溶接部は一様な特性が望まれる。

切断されたエツジのバリによる不利な影響、および溶接
のための入熱が最小に限られたときに発生する一様でな
い溶接部の特性を低減しまたは避けるため、第１図に示
された本発明の詳細な説明する。部材０１）、０′２Ｊ
の向い合うエツジ（９）、□□□は該２つの部材０１）
、ＯＺが部材の第１の側（上側）にニー、４って開いて
おり、前記第１の側と反対側の部材の第２の側（底部）
に向って■の位置でエツジが接しているように、互に接
触して位置されている。レーザ突合せ溶接は、２つの部
材のエツジを突合せ継手の方向に向けて高エネルギー密
度レーザビームを突合せ継手に照射することによって行
なわれる。レーザビームは第１のすなわち上方の側から
、第１図の矢印（Ｂ）のように、少なくとも該ビームの
一部がエツジ（９）および色の開いた側に延びていく（
浸入する）ように、突合せ継手に向けられる。このよう
にして、継手上方のバリは、実質上継手の中心線から左
右に引張られ、散乱の影響を回避または低減し、バリの
蒸発の影響を低減する。レーザビームの少なくとも一部
がエツジの開いた側に延びることにより、加熱は、エツ
ジに当った瞬間から、第２図、第３図について説明した
従来技術の方法では上側のみであるのに対し、露出した
被溶接エツジのすべて沿って行なわれる。

このようにして、本発明の方法では、最小限の入熱と同
時に、継ぎ合わされる部材の厚みにわたって比較的一様
な溶接部の特性を実現する。

このようなキーホールレーザ突合せによって形成された
溶接部の断面を第４図に示す。図では溶接部の広さが材
料のすべての厚みにわたって比較的一様であることがわ
かる。

部材０１１．０２）の上側に向かって開かれている継手
、およびもう一方の下側の位置にで本質的に互に点での
み接触している向い合ったエツジ（９）、鳴からなる第
１図の配置において、突合せ継手の開いた側へ延びる高
エネルギー密度レーザビームは、容易にエツジの接触領
域０を溶接し、継手の下側にそのまま留まり、溶接のた
めのキーホールを形成する。このように部材を少し傾け
ることによって作られた継手において、両エツジの間が
ある間隔で隔てられており、また溶加剤（ｆｉｌｔｅｒ
　ａ＋ａｔｅｒｉａｌ）を加えないため、レーザビーム
を継手に向けたまま２つの部材のエツジを加圧して突合
せの方向に溶接されるようにする必要がある。継手の方
向に加わる力は概略第１図の矢印（Ｃ）　、（Ｄ）に示
される。この力は、継手に沿ってレーザによりキーホー
ル溶接された部材の向い合った溶融したエツジを効果的
に溶け合わせるのに充分な力でなければならない。

本発明の継ぎ合わされる２つの部材の長さ方向に沿った
連続突合せ溶接では、継手に沿ってキーホール溶接する
ため高エネルギー密度レーザビームを突合せ継手に照射
し、２つの部材を突合せ継手の方向に合わせながら、前
記の方法により、エツジを連続的に溶接するため継手の
方向に少なくとも１つのレーザビームとその他の関連部
材を移動させるように部材のそれぞれのエツジを配置す
ることによって、該溶接部が連続的に形成される。部材
を突合せ継手に向けて加圧する力の大きさは、継手に重
大なアプセット（ｕｐｓｅｔ）を作らず、溶融したエツ
ジを溶け合わすのに充分な大きさでなければならない。

必要な力は当業者に容易に理解されるように、継ぎ合わ
される部材の厚みに依存して変化する。

本発明の好ましい実施例によれば、突合せ溶接される２
つの部材は、縦方向に延びる向い合うエツジを有する筒
状ワークピースに形成される１枚のシート材料の向い合
う２辺である。エツジは、Ｚバーガイド装置によって所
望の接触をするようにガイドされながら、Ｚバーガイド
装置上を動くように位置される。公知の７バーガイド装
置とそれを用いる方法は前記米国特許第４，３５４，０
９０号明ｍｖｉに開示されており、本明細書においても
組込まれている。第５図はこのような装置の一部を示し
たもので、２バーのはカン体を形成し溶接する装＊ａｅ
に沿って延びており、通常隣接のレーザ溶接装置面のと
ころで終っている。第５図に示すように、中心部のガイ
ド部材の上部およびＺバーの上部ガイドバーは、Ｚバー
の開放端（ｄｉｓｃｈａｒｏｅ　ｅｎｄ）を越えてかつ
溶接点（−）を越えて外側に向って延びた片持ちばつ状
の突出部（ｃａｎ口１ｅｖｅｒｅｄ　ｎｏｓｅｐｏｒｔ
　ｔｏｎ）０８を有する。円線状の開口餡は、突出部ａ
Ｆ３を貫ぬくように設けられている。該開口は、エネル
ギービーム（Ｂ）が、下を通過するシート材料のエツジ
に集束されるように、溶接ヘッド（イ旧と同一軸上に設
けられている。突出部（ト）は以下に詳述するように、
シート材料のエツジの相対的な垂直方向のずれをさらに
押えるために垂直方向の障壁を提供する。

第５図の装置でカンを製造するために用いる材料は０．
１２７〜０．５０　＃（０，００５〜０．０２インチ）
の厚さを有し、好ましくは約０．２０３ｍｍ　（０，０
０８インチ）厚の７５ボンド錫板である。カン体を作る
ためのシート材料は従来のスリッター装置で切断され、
したがって第１図、第３図で示したように切断方向にエ
ツジに沿って外側に突き出たバリを形成する。切断され
た材料は、ロール形成器を経てカン形成機のフィードバ
ーを通り、第５図、第６Ａ図、および第７Ａ図の■に一
部示されているように多数の配置されたローラーによっ
て円筒形状に成形される。第６Ａ図や第７Ａ図のガイド
（４４）はローラーと組合せて用いられる。

シート材料の側面部のエツジを滑らせカン形成機のフィ
ードバーの溝の中で受は止めることによって、実質上平
らなシート材を一般的な筒状に形成する、長手方向に沿
って配置されたこのようなローラーやガイドのいくつか
の組合せがある。

シート材を形成する手段に加えて、該シート材を、形成
機の溝およびＺバーに沿ってならびに溶接部を通して送
り出すために設けられたいくつかの手段がある。このた
めには、従来のチェーンコンベア（ｃｈａｉｎ−ｔｙｐ
ｅ　ｃｏｎｖｅｙｏｒ）、ドライブローラー（ｄｒｉｖ
ｅ　ｒｏｌｌｅｒ）、往復ピストン（ｒｅｃｉｌ）ｒＯ
ｃａｔｉｎｏ　１１ｉｓｔｏｎ）またはブツシュロッド
（ｐｕｓｈ　ｒｏｄ）などを使用できる。しかし、高速
の溶接のためには米国特許第４，４９７，９９５号明細
書に開示されている装置が好ましく、本明細書において
もその内容が組込まれているものである。

第５図の２バーガイド装置は従来技術によって作動し、
個々のシート材力を送り、第６Ａ図のように一般の円筒
形状に形成す【。このばあい被溶接エツジは第６Ｂ図の
ように材料の厚みのす′べてにわたって接触しているこ
とは第２図、第３図を用いて議論したとおりである。本
発明の方法を実行するためには第５図の装置を改変し、
支持ローラー■を少し下げ、上部の支持ローラとガイド
を少し内側に移動するようにする。それによって第７Ａ
図にやや誇張して示すように、筒状のワークピース■の
形状は若干西洋なし形に似た形を有するようになる。そ
の結果、第１図や第７８図に示すように被溶接エツジは
互に少し傾くようになり、エツジによって形成される突
合せ継手は、筒状ワークピースの外側に向って開かれ、
内側に向って互に接触する。なお第６Ｂ図および第７Ｂ
図の、ワークピースを上下に挟む部材は、それぞれＺバ
ー６の上部ガイドバーと７バー６の中心部のガイド部材
の上部である。

上部ガイドバーの形状は第６Ｂ図のばあい若干の角度を
もって尖っているのに対し、第７Ｂ図のばあい平面状と
なっている。第７Ｂ図の平面状の形状によって、傾いた
エツジをより安定かつ一様にガイドすることができるよ
うになる。

本発明の方法はまた、溶接時に突合せ継手を貫通するレ
ーザビームのエネルギーを吸収する、筒状ワークピース
の内側にあるレーザビームダンプを設ける追加的な工程
を含むことが好ましい。これによってキーホールから出
た破片を集めるほか、筒状ワークピースの内部を溶接時
のレーザエネルギーによる損傷から防ぐことができる。

また作業者の安全性も増す。第８図および第９図に示す
ようにマンドレルのは、レーザ溶接機口から発生するレ
ーザビーム（Ｂ）からの光を吸収するためのレーザビー
ムダンプＱ４を含んでいる。マンドレルのは第８図のよ
うに接合ボルトのによってＺバー日から支えられている
。

マンドレルのひきずられている部分 （ｔｒａｉｌｉｎｇｐｏｒｔｉｏｎ）は、２バーガイド
の終点を越えて片持ちばつ状に延びている。この位置で
はマンドレルのは内側に延びており、およびワークピー
スが２バーガイドに沿ってレーザ溶接機を通るように移
動する方向に延びている。

レーザビームダンプＱ４とマンドレルのはレーザ溶接機
口の直下にあり、レーザビーム（Ｂ）からの光を吸収す
る。レーザ溶接機はたとえば２ＫｌｌのＣＯ２レーザで
ある。レーザビームダンプ０４は、受光のためのカップ
状の容器■を含む。該カップは光の入射する孔に対して
設けられている。カップの内側は、光を吸収するように
暗い色で、好ましくは黒で塗られている。はとんどのレ
ーザエネルギーはビームダンプによって吸収されるが、
１００％の効率をもって吸収されることはない。本発明
の好ましい例によれば、カップはその内側が黒に陽極処
理（ａｎｏｄｉｚｅ）されたアルミニウム合金より成っ
ている。しかし、銅その他の材料より成っていてもよい
。

容器は、形が筒状で、マンドレル内に置かれたスプール
形状の冷却器筒の中の開口内にすべりばめ（ｓｌｉｄｅ
　ｆｉｔ）によって取りはずし可能なように取り付けら
れる。容器はスプール中央の円筒状開口の壁の溝に受は
止められたスナップリング■の上でスプール内に支えら
れる。

スプールは、良好な熱伝導度をもって容器を密着して取
り巻く。熱伝導の能率を上げるため冷却器と容器の間に
サーマルグリースを入れる。

ことが好ましい。スプールは良好な熱伝導のため、また
耐食のために銅で作られ、マンドレルに形成された円筒
状の孔の中に位置するようにその形状が円筒であること
が好ましい。環状の冷却剤流路囚はスプールの外側の周
囲を取り巻くように形成されている。水などの冷却剤は
、第８図や第９図に描かれているように、マンドレルを
通る注入路および排出路によって連続的に供給される。

流路と反対の側にあるＯ−リング封入手段（０−ｒｉｎ
ｇ　ｓｅａｌｉｎｇ　ｍｅｍｂｅｒ）（３１）は、冷却
水を入れるための円筒状の穴にスプールを効果的に封入
する。本発明の他の実施例では冷却器は穴の中にろう付
けされる（ｂｒａｚｅｄＪ。レーザビームダンプおよび
マンドレルの詳細は、米国特許第４，４３６，９７９号
明細書に開示されており。

本明細書においても組込まれているものである。

本発明の別の実施例では、本発明の方法は、二者択一的
に、継手を貫き再び継手にはね返ることによって予熱や
後熱を行ない冷却率を下げるレーザビームを反射さぜる
手段を含むこともできる。この目的のための反射手段は
、第１１図で継手の下に（３２）として概略描かれてい
る。たとえば反射手段として、水冷された鋼材の上に設
けられた反射率の高い表面を用いることができる。第１
１図では、本発明の方法のさらに他の実施例が描かれて
いる。同図では、締付は手段（３８）〜（４１）により
溶接ジグ（３７）内に部材（３５）、（３６）を締付け
ることによって部材のそれぞれのエツジ（３３）、（３
４）が接触するように位置されている。レーザビームと
溶接ジグ内のワークピース間の相対的な移動は、突合せ
継手の縦方向に沿ったエツジを連続的に溶接しながら行
なわれる。第１１図で矢印ｆＥ）および（Ｆ）に示され
る接線方向の力は溶接時、前記のように２つの部材のエ
ツジを突合せ継手の方向に加圧するように働く。締付は
手段（３８）〜（４１）による締付けの力は矢印（Ｇ）
　、（旧、（Ｉ）および（Ｊ）に示されている。第５図
、第７Ａ図および第７Ｂ図の装置により、本発明の方法
を用いて溶接される、一般には円筒上のワークピースｎ
に働く力は第１０図に概略示されている。ワークピース
のを、多少西洋なし形ではあるが一般に円筒状に支える
ローラ■は、ワークピースの方向に加圧するバネ（４２
）によってそれぞれ押えられている。すなわち、第１０
図上で力（Ｆｌ）、（Ｆ２）、（Ｆ６）、（Ｆｌ）およ
び（Ｆ８）６部に向って筒状ワークピースに働いている
。ガイド（４４）はワークピースに対して（Ｆ９）、（
Ｆｌｏ）の力を及ぼしている。溶接領域の両側にＺバー
から延びた突出部ＯＦ３が、シート材料のエツジの相対
的な垂直方向のずれを押える垂直方向の障壁を提供する
ため、溶接の前後にわたって、部材のエツジの上側の表
面に連続的に接触している。第１０図に概略示されてい
る半径方向に向けられた力（Ｆ３）は、このことに関す
る突出部のの作用を表わしているものである。もし、突
出部（至）やガイド（４４）がなければ、部材の被溶接
自由端は、ワークピース材料の復元力によって上方に持
ち上ってしまう。筒状ワークピースに対する半径方向の
力は、２つの部材のエツジを突き合せ継手（４３）に向
ける接線方向の力（Ｆ４）、（Ｆ５）を誘発する。した
がって、継手を通るレーザご一ムのキーホール溶接によ
って溶融し、エツジの下側の接触部のずれが発生すると
、向い合う溶けたエツジは、前記力（Ｆ４）および（Ｆ
５）によって、より互いに接近し、実質的に溶け合ゎ・
される。溶融したエツジは、レーザビームが同体を連続
的に溶接するために突合せ継手に沿って移動するときに
形成されたキーホールの後で溶け合わされてしまう。

本発明の方法を実際に適用した例を説明する。

一般に円筒状のカン体は第５図、第７Ａ図および第７Ｂ
図の装置を用いてレーザ突合せ溶接された。

０．２０３１１１１（０，００８インチ）厚のスチール
シート材がカン体形成のために用いられた。筒状ワーク
ピースの向い合う側の切断されたエツジは２バーガイド
装置６を用いて接触するように位置された。ワークピー
スの２つの端はたがいに角度α−１７°で傾けられ、切
断されたエツジに形成された突き合せ継手が、筒状のワ
ークピースの外側に向けてｄ−０，０５１ｍｍ（０，０
０２インチ）の距離をもって開かれた。ここにｄは第１
図における開かれた両エツジ間の距離である。２ｋ１４
ＣＯ２ガスレーザから発生したレーザビームは、少なく
とも１０’　Ｗ／ｃｉのエネルギー密度、ワークピース
上で０．０７６〜０．１０２ｍｍ（０，００３〜０．０
０４インチ）のビーム幅をもち、毎分３０ｍの速度で移
動するカン体の継手の長手方向に連続キーホール溶接す
るため、レーザ溶接機口により突き合せ継手に照射され
た。溶接部は、被切断エツジ上のバリの存在にもかかわ
らず継手の長手方向に沿って良好に形成され、その結果
上部、底部ともに比較的一様な溶接部の断面形状を有し
た。溶接部（４５）の断面口を第１２図に示す。当業者
によって容易に理解されるように、本実施例と異なった
板材料の厚み、異なったワークピースの形状であっても
同様に本発明の方法によって突合せ溶接を行なうことが
できる。向い合ったエツジのなす角αは、本実施例と異
なった値をとってもよいが、被溶接材料の厚みにかかわ
らず、開いた継手が、通過するレーザビームの最大径を
超えないような値をとることが好ましい。これにより、
継手の中心線からいかなるバリをも引張り、充分なレー
ザエネルギーが開いた継手に入射し、直接向い合ったエ
ツジに当るようになる。

以上において、本発明に関してわずか２つの実施例を示
し説明したが、本発明は別設これに限定されるものでは
なく、当該分野において知られたさまざまの変更修正が
可能である。たとえば、本発明の方法を、エネルギーの
ビームがワークピースに働きかけるようにされた他の島
エネルギー密度の溶接方法に適用することも考えられる
。したがって、本発明の方法は、たとえば高エネルギー
密度の溶接ビームのようなビームに関しても有用である
。また開示された例では溶接される材料は薄いシート材
料であったが、本発明の方法はより厚い材料や金属質で
ない材料、たとえばプラスチック部材などにも適用でき
る。部材を溶接するばあい、溶接継手の同じ側または反
対側にいくつかのレーザビームを使用することもできる
。したがって、本発明は、本明細書に示され説明された
細部に限定されることなく、このようなすべての変更修
正をも含むものである。

［発明の効果］ 本発明の方法により特に、切断したワークピースのエツ
ジ上にバリが存在する結果として起る不揃いな溶接部が
形成されるという従来の局題を避けることができる。ま
た、レーザビームが最初に当る被溶接ワークピースの上
側ばかりでなく、それと反対の側に対しても溶接プラズ
マが同様に発生するので、より効率的で一様な熱分布を
実現し、溶接効率をたかめるという付加的な利点が生じ
る。また本発明の方法は、溶接部材料に近接した熱影響
部にある基礎材料のスラビングやダメージのような冶金
学的な問題に関する入熱の減少を実現する。またこの方
法は、溶接継手を貫くレーザビームのキーホール形成を
助け、より一様な性質ないし形状の溶接部を形成する。

反射されたレーザエネルギーが開かれた継手の中でトラ
ップされるようになるので、反射性の強い材料の表面で
あっても、レーザ溶接のためにマスクしたり、取り除い
たりする必要はない。したがって本発明の方法はたとえ
ば毎分１５〜７５１の速さで接触エツジが溶接されると
いった高速度レーザ突合せ溶接を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法によりレーザ突合せ溶接される
２つの部材のエツジを示す拡大側面図である。図では２
つの部材は互に少し傾斜し、被溶接エツジで突合せ溶接
される継手は、部材の第１の側に向って開いている。第
１の側と反対にある部材の第２の側に向ってエツジは互
に接触している。 第２図は、従来の技術によるレーザ溶接のための従来の
突合せ継手を有する２つの部材のエツジを示す拡大側面
図である。 第３図は、従来の技術による部材に設けられたレーザ突
合せ溶接部の、溶接方向を横切る１００倍に拡大された
断面図である。 第４図は、本発明による溶接されたレーザ突合せ継手の
溶接方向を横切る１００倍に拡大された断面図である。 第５図は、本発明によるカン体その他の筒状の部材に設
けられた縦方向に延びる溶接継手の向い合った接触エツ
ジをレーザ突合せ溶接する装置の側面図であり、その一
部には断面が示されている。 第６Ａ図は、従来技術の方法によったばあいの、第５図
の装置のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。 第６Ｂ図は、第５図の装置のｎ−ＩＩ線に沿った拡大断
面図であり、レーザ溶接のためエツジを接触させる従来
の技術を示す。 第７Ａ図は第６Ａ図と同様の断面図であるが、本発明の
方法に従って連続レーザ突合せ溶接を行なうばあいの、
異なった条件での第５図の装置の断面を示している。 第７Ｂ図は第６Ｂ図と同様の断面図であるが、第７Ａ図
の変更された装置によって配置された、本発明の方法に
よって溶接される向い合った接触エツジを示している。 第８図は、マンドレルが下の表面に支持され、レーザビ
ームダンプを、キーホール溶接時に被溶接エツジを貫通
するときのレーザエネルギーを吸収するために移動させ
ることができる第５図の２バーガイド装置の側面図であ
り、その一部には断面が示されている。 第９図は、第８図の装置の■−■線に沿った断面図であ
る。 第１０図は本発明の方法によってエツジがレーザ溶接さ
れる筒状のワークピースに加えられる力を慨略示した図
であり、力は向い合う接触するエツジに有効に加えられ
、エツジは突合せ継手の方向に溶接される。 第１１図は第１図と同様の図であるが、本発明の方法に
よってレーザ溶接される互に少し傾斜した２つの部材の
、溶接ジグの中のそれぞれのエツジを締付ける締付は手
段を示している。 第１２図は本発明の方法により形成された溶接部を横切
る拡大断面図である。 （図面の主要符号） （６）、（７）：バリ （９）、（至）：エッジ ０１）、０２１＝部材 （１３：接触点 但ニガイド装置 （２２１：ワークピース （２４＝レーザビームダンプ （３２）　：反射手段 （３７）　：溶接ジグ （３８）〜（４１）：締付は手段 （Ｂ）：レーザビーム 特許出願人　ニスダブリューニス・インコー才１　図 第２図 オ６Ｂ図 オフＢ図 Ａ７９図 第１０図 才１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　突合せ溶接される２つの部材を用意し、互にわずか
   傾いた前記２つの突合せ溶接さ れる部材のそれぞれの縦方向に延びたエッジをそれらが
   互に接触するように配置し、 少なくとも１つの高エネルギー密度レーザビームを突合
   せ継手に前記部材の第１の側から、前記エッジが縦方向
   に延びる方向と垂直の方向に照射することよりなり、 前記接触するエッジにより形成された突合せ継手が、前
   記部材の第１の側に向つて該エッジが縦方向に延びる方
   向と垂直の方向に開かれ、突合せ継手の接触するエッジ
   が前記第１の側の反対側にある前記部材の第２の側に向
   つて互に接触しており、 前記レーザビームの少なくとも１部が、前記部材を突合
   せ溶接する際、突合せ継手の方向に加圧された２つの部
   材のエッジの突合せ継手の前記開いた側に向って延びて
   ゆくことを特徴とするレーザ突合せ溶接法。 ２　前記突合せ溶接部が、前記エッジの長さ方向に沿つ
   て前記レーザビームの少なくとも１つを移動させること
   によつて連続的に形成され、前記部材が相互に突合せ継
   手に沿つた方向に前記エッジが連続的に溶接される特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３　前記２つの部材が、突合せ溶接される縦方向に延び
   た向い合うエッジを有する筒状ワークピースに形成され
   る１枚の材料の向い合つた両側である特許請求の範囲第
   ２項記載の方法。 ４　前記エッジを配置させる方法が、前記筒状ワークピ
   ースをガイド装置上移動させ、前記エッジを該ガイド装
   置によつて接触するようにガイドする方法を含む特許請
   求の範囲第３項記載の方法。 ５　前記筒状ワークピースが、前記ガイド装置上を移動
   するときに支持手段によつて支えられ、該支持手段の位
   置を前記ワークピースの向い合った側が互にわずか傾く
   ように前記ガイド装置について調節しうる特許請求の範
   囲第４項記載の方法。 ６　前記筒状ワークピースの断面が一般には円筒状であ
   り、その上部のエッジが向い合つたワークピースの両側
   を互に傾け、前記ワークピースの上側に前記継手を開く
   ことによつて前記ワークピースが、若干西洋なし形に似
   た断面を有することになるように前記ガイド装置上に前
   記支持手段によつて支えられる特許請求の範囲第５項記
   載の方法。 ７　前記高エネルギー密度レーザビームが、溶接時に突
   合せ継手を完全に貫く前記エッジのキーホール溶接を行
   なう特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８　前記部材の第２の側に、溶接時に突合せ継手を貫い
   たレーザビームを吸収するためレーザビームダンプを設
   ける付加的な工程を含む特許請求の範囲第７項記載の方
   法。 ９　前記部材の第２の側の近傍に前記突合せ溶接部を貫
   いたレーザビームを、部材を予熱および／または後熱す
   ることによってその冷却速度を落すため再び前記継手に
   反射させる手段を設ける付加的な工程を含む特許請求の
   範囲第７項記載の方法。 １０　前記部材のエッジが、切断作用によつて生じたバ
   リを残している本質的に真直に切断されたエッジであり
   、該エッジを横断する断面上において、前記部材の第１
   の側に向う方向に互に次第に離れて行き、前記部材の第
   ２の側で本質的に点接触するように位置される特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 １１　前記部材が、部材のそれぞれのエッジが接触する
   よう位置されるようにガイド装置上を移動する特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 １２　前記部材のそれぞれのエッジを接触するように移
   動させる方法が、締付け手段によつて溶接ジグ内に前記
   部材を締付ける方法を含む特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 １３　前記部材がシート材料から形成される特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 １４　突合せ溶接される２つの部材を用意し、互にわず
   か傾いた前記２つの突合せ溶接さ れる部材のそれぞれの縦方向に延びたエッジをそれらが
   互に接触するように配置し、 少なくとも１つの高エネルギー密度レーザビームを、部
   材の突合せ溶接を連続的に行なうために、該少なくとも
   １つのレーザビームと前記部材を相対的に前記突合せ継
   手に沿った方向に移動させながら前記突合せ継手に照射
   することよりなり、 前記接触するエッジにより形成された突合せ継手が、前
   記部材の第１の側に向つて該エッジが縦方向に延びる方
   向と垂直の方向に開かれ、突合せ継手の接触するエッジ
   が前記第１の側の反対側にある前記部材の第２の側に向
   つて互に接触しており、 前記レーザビームが部材の第１の側から継手に向つて前
   記エッジが縦方向に延びる方向と垂直の方向に照射され
   、該レーザビームの少なくとも一部が突合せ継手の開い
   た側に向つて延びてゆき、前記突合せ継手を完全に貫き
   、まわりに溶融した前記部材を有するキーホールを形成
   し、 前記２つの部材が溶接時に突合せ継手の方向に加圧され
   ることによって、前記キーホールとレーザビームが前記
   部材に対して突合せ継手の方向に移動するにしたがつて
   前記キーホールの直後で前記部材の溶融したエッジが溶
   け合わされるレーザ突合せ溶接法。 １５　前記部材が、そのそれぞれのエッジを突合せ接触
   させるようガイド装置上で移動する特許請求の範囲第１
   ４項記載の方法。 １６　前記２つの部材が、突合せ溶接される縦方向に延
   びた向い合うエッジを有する筒状ワークピースに形成さ
   れる１枚の材料の向い合つた両側である特許請求の範囲
   第１５項記載の方法。 １７　前記筒状ワークピースが、前記ガイド装置上を移
   動するときに支持手段によって支えられ、該支持手段の
   位置が前記ワークピースの向い合つた側が互にわずか傾
   くように前記ガイド装置について調節しうる特許請求の
   範囲第１６項記載の方法。 １８　前記筒状ワークピースの断面が一般には円筒状で
   あり、その上部のエッジが向い合ったワークピースの両
   側を互に傾け、前記ワークピースの上側に前記継手を開
   くことによって前記ワークピースが、若干西洋なし形に
   似た断面を有することになるように前記ガイド装置上に
   前記支持手段によつて支えられる特許請求の範囲第１７
   項記載の方法。 １９　突合せ溶接される２つの部材を用意し、互にわず
   か傾いた前記２つの突合せ溶接される部材のそれぞれの
   縦方向に延びたエッジをそれらが互に接触するように配
   置し、 少なくとも１つの高エネルギー密度ビームを突合せ継手
   に前記部材の第１の側から、前記エッジが縦方向に延び
   る方向と垂直の方向に照射することよりなり、 前記接触するエッジにより形成された突合せ継手が、前
   記部材の第１の側に向つて該エッジが縦方向に延びる方
   向と垂直の方向に開かれ、突合せ継手の接触するエッジ
   が前記第１の側の反対側にある前記部材の第２の側に向
   つて互に接触しており、 前記ビームの少なくとも１部が、前記部材を突合せ溶接
   する際、突合せ継手の方向に加圧された２つの部材のエ
   ッジの突合せ継手の前記開いた側に向つて延びてゆくこ
   とを特徴とする突合せ溶接法。 ２０　前記高エネルギー密度ビームがレーザビームであ
   る特許請求の範囲第１９項記載の方法。