CN110997219A - 复合焊接方法及复合焊接装置 - Google Patents

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Abstract

提供即使在母材间具有间隙的对接焊接的情况下也能够不使熔敷金属落下而进行焊接的复合焊接方法及复合焊接装置。本发明的复合焊接装置(1)是并用激光焊和电弧焊来对第一接头(J1)和第二接头(J2)进行对接焊接的复合焊接装置，其中，具备：激光焊装置(2)，具备向焊接部照射激光(L)的激光头(21)；及电弧焊装置(3)，具备向焊接部供给填充金属(W)的焊炬(31)，激光头(21)能够进行横向焊接且配置于焊接方向的上游侧，焊炬(31)能够进行横向焊接且配置于焊接方向的下游侧，复合焊接装置(1)构成为，在以使焊接线成为大致水平的方式将第一接头(J1)及第二接头(J2)上下配置的状态下横向焊接。

Description

复合焊接方法及复合焊接装置
技术领域
本发明涉及复合焊接方法及复合焊接装置，尤其涉及适合于在母材间具有间隙的对接焊接的复合焊接方法及复合焊接装置。
背景技术
例如，作为吊车、高空作业车、桥梁维护车等的构成部件的吊杆是具有中空的筒形状的长条的钢构造物。该吊杆近年来通过将具有截面大致U字形状的钢材的开放侧的两端部彼此对接焊接而形成为长条的筒形状。
例如，在专利文献1中公开了一种吊杆的焊接方法，将弯曲加工成截面U字状的长条的高张力钢板即上钢板和以比该上钢板大的弯曲半径弯曲加工成截面U字状且板厚比所述上钢板厚的长条的高张力钢板即下钢板分别在端面处焊接而制作截面筒型的吊杆，其特征在于，所述上钢板和所述下钢板的端缘彼此的对接接合部分不使用背衬金属而通过电弧焊在先且激光焊在后的复合焊接来焊接，在在先的所述电弧焊中，将所述上钢板和所述下钢板的对接表面部熔融，向母材的熔融金属添加填充金属的熔融金属，在在后的所述激光焊中使所述熔融金属和对接接合部分的双方的母材向接合部的深度方向熔入。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6085010号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在从焊接线的铅垂上方进行焊接的向下焊接中，在使电弧焊在先且使激光焊在后的情况下，会向在电弧焊时生成的熔敷金属照射激光，因此会产生熔敷金属被激光按压而落下这一问题。尤其是，在母材间具有间隙的对接焊接的情况下，熔敷金属容易落下。另外，要想抑制这样的熔敷金属的落下现象，结果需要背衬件。
本发明鉴于上述的问题点而创造，其目的在于，提供即使在母材间具有间隙的对接焊接的情况下也能够不使熔敷金属落下而焊接的复合焊接方法及复合焊接装置。
用于解决课题的方案
根据本发明，提供一种复合焊接方法，并用激光焊和电弧焊来将第一接头和第二接头对接焊接，其特征在于，在将所述第一接头及所述第二接头上下配置的状态下，以使所述激光焊在先且使所述电弧焊在后的方式横向焊接。
所述第一接头及所述第二接头可以沿着焊接线而在至少一部分具有间隙。
所述复合焊接方法可以利用通过所述激光焊而熔融后的母材填埋所述间隙而进行所述电弧焊。
另外，可以是，在所述激光焊中使用的激光的光径被设定为比所述间隙的最大值大，在所述电弧焊中使用的填充金属的直径被设定为比所述间隙的最大值小。
另外，所述激光焊时的激光的入射角度例如是大致90°。
另外，可以将所述第一接头及所述第二接头中的板厚较大的一方配置于下侧。
另外，可以是，所述第一接头由具有大致U字形状或大致半圆形状的截面的钢材的截面中的两端部构成，所述第二接头可以由具有具备与所述第一接头的所述两端部对置的两端部的截面的钢材构成。此时，可以对位于所述钢材的左右的两个焊接线朝向同一方向同时焊接，也可以对位于所述钢材的左右的两个焊接线朝向相反方向同时焊接。
另外，根据本发明，提供一种复合焊接装置，并用激光焊和电弧焊来将第一接头和第二接头对接焊接，其特征在于，包括：激光头，向焊接部照射激光；及焊炬，向焊接部供给填充金属，所述激光头能够进行横向焊接且配置于焊接方向的上游侧，所述焊炬能够进行横向焊接且配置于焊接方向的下游侧，在将所述第一接头及所述第二接头上下配置的状态下横向焊接。
发明效果
根据上述的本发明的复合焊接方法及复合焊接装置，通过使通过在先的激光焊而熔融后的母材(熔融金属)通过自重而落入，即使在第一接头与第二接头之间具有间隙的情况下，也能够将该间隙利用熔融后的母材(熔融金属)填埋，能够不使熔敷金属落下而高效地进行电弧焊。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的复合焊接装置的整体结构的俯视图。
图2是示出本发明的第一实施方式的复合焊接方法的原理的剖视图，(A)示出了初始状态，(B)示出了电弧焊前的状态，(C)示出了焊接完成后的状态。
图3是示出试验片的截面宏观的图，(A)示出了第一比较例，(B)示出了第二比较例，(C)示出了第一试验片，(D)示出了第二试验片。
图4是示出作为焊接对象物的工件的一例的剖视图，(A)示出了第一例，(B)示出了第二例，(C)示出了第三例，(D)示出了第四例。
图5是示出本发明的其他实施方式的复合焊接方法的图，(A)示出了第二实施方式，(B)示出了第三实施方式。
具体实施方式
以下，使用图1～图5(B)来说明本发明的实施方式。在此，图1是示出本发明的一实施方式的复合焊接装置的整体结构的俯视图。图2是示出本发明的第一实施方式的复合焊接方法的原理的剖视图，(A)示出了初始状态，(B)示出了电弧焊前的状态，(C)示出了焊接完成后的状态。
例如，如图1所示，本发明的一实施方式的复合焊接装置1是并用激光焊和电弧焊而将第一接头J1和第二接头J2对接焊接的复合焊接装置，具有具备向焊接部照射激光L的激光头21的激光焊装置2和具备向焊接部供给填充金属W的焊炬31的电弧焊装置3，激光头21能够进行横向焊接且配置于焊接方向的上游侧，焊炬31能够进行横向焊接且配置于焊接方向的下游侧，复合焊接装置1构成为在将第一接头J1及第二接头J2上下配置的状态下横向焊接。
在此，为了便于说明，如图1及图2(A)所示，在沿着焊接线的方向上设定X轴，在与X轴垂直的水平方向上设定Y轴，在铅垂方向上设定Z轴。
激光焊装置2例如具备激光头21、生成激光的激光激发器22及将激光从激光激发器22向激光头21输送的光纤23。需要说明的是，虽然未图示，但激光焊装置2也可以具备将激光头21固定于规定的位置的固定单元、将激光头21以能够移动的方式支撑的机械手臂。
激光头21例如被定位成激光L向焊接部垂直照射。即，XY平面中的激光L的入射角α被设定为约90°。即使在这样垂直照射了激光L的情况下，在焊接部形成有间隙的情况下，激光L的反射量也少，由通过激光L而熔融后的母材(熔融金属)吸收激光L，因此由激光L的反射光引起的激光头21的损伤少。需要说明的是，激光L的入射角α也可以设定为比90°小的角度。
电弧焊装置3例如具备焊炬31、将填充金属W(焊丝)呈线圈状卷绕的焊丝滚筒32及从焊丝滚筒32向焊炬31送出填充金属W的焊丝供送装置33。需要说明的是，虽然未图示，但电弧焊装置3也可以具备将焊炬31固定于规定的位置的固定单元、向焊接部供给保护气体的保护气体供给单元。
焊炬31例如被定位成XY平面中的填充金属W的入射角β成为45°左右。另外，焊炬31可以被定位成相对于YZ平面平行的状态，也可以被定位成相对于YZ平面倾斜的状态。
另外，如图1所示，激光焊装置2配置于比电弧焊装置3靠焊接方向(X轴方向)的上游侧处。即，激光头21配置于比焊炬31靠焊接方向(X轴方向)的上游侧处。因此，本实施方式的复合焊接装置1构成为，在并用了激光焊和电弧焊的复合焊接中，使激光焊在先，使电弧焊在后。
第一接头J1及第二接头J2例如是具有规定的形状的钢板。如图2(A)所示，第一接头J1及第二接头J2在将第二接头J2配置于下方且将第一接头J1配置于上方的状态下被对接焊接。另外，假设第二接头J2的板厚D2比第一接头J1的板厚D1大。即，在本实施方式中，将第一接头J1及第二接头J2中的板厚较大的一方配置于下侧。
另外，第一接头J1及第二接头J2由于由钢板形成，所以具有不少的加工误差、变形等，如图2(A)所示，有时会在焊接部的Z轴方向上形成间隙Δg。若向具有该间隙Δg的焊接部在横向(Y轴方向)上照射激光L，则如图2(B)所示，第一接头J1的母材熔融，因自重而下方垂落。因此，形成于第一接头J1与第二接头J2之间的间隙Δg由通过激光L而熔融后的母材(熔融金属)填埋。
在本实施方式中，由于使第一接头J1的熔融后的母材(熔融金属)垂落于第二接头J2的端部上，所以在构成其托盘的观点上，第二接头J2的板厚D2优选比第一接头J1的板厚D1大。需要说明的是，当然，根据需要，第二接头J2的板厚D2也可以是与第一接头J1的板厚D1相同的大小，第二接头J2的板厚D2还可以比第一接头J1的板厚D1小。
通过这样使激光焊在先，能够将间隙Δg利用熔融后的母材(熔融金属)填埋而进行电弧焊，如图2(C)所示，能够形成焊接缺陷少的漂亮的焊道。
另外，激光L由于需要在照射于焊接部时至少将第一接头J1的下端加热，所以激光L的光径被设定为比焊接线上的间隙Δg的最大值大。另一方面，由于在电弧焊时间隙Δg变窄，所以填充金属W的直径也可以被设定为比间隙Δg的最大值小。
在此，图3是示出试验片的截面宏观的图，(A)示出了第一比较例，(B)示出了第二比较例，(C)示出了第一试验片，(D)示出了第二试验片。需要说明的是，各图所示的图尺的刻度是1mm。
第一比较例示出了以往的向下焊接且间隙0mm的情况，第二比较例示出了以往的向下焊接且间隙1mm的情况，第一试验片示出了横向焊接且间隙0mm的情况，第二试验片示出了横向焊接且间隙1mm的情况。都是以使激光焊在先且使电弧焊在后的方式在相同的条件下复合焊接。
在如上述的专利文献1所记载的发明那样在向下焊接中使电弧焊在先且使激光焊在后的情况下，熔敷金属通过激光而落下，产生焊接不良。另外，即使在如第一比较例及第二比较例那样在向下焊接中使激光焊在先的情况下，如图3(A)及图3(B)所示，焊道也会向背侧大幅突出，在表侧产生下陷(undercut)、不满(underfill)等焊接缺陷。
在焊道大幅突出的情况下，需要对该部分进行机械加工，作业工序及作业时间会增加。另外，在产生了焊接缺陷的情况下，必须通过手动作业来修正焊接缺陷。
相对于此，在如本实施方式这样在横向焊接中使激光焊在先的情况下，如图3(C)及图3(D)所示，能够减小向背侧突出的焊道的鼓出，能够进行在表侧的焊道中也没有下陷、不满等焊接缺陷的高品质的焊接。
根据上述的本实施方式的复合焊接装置及复合焊接方法，由于在将第一接头J1及第二接头J2上下配置的状态下，以使激光焊在先且使电弧焊在后的方式横向焊接，所以能够使通过在先的激光焊而熔融后的母材(熔融金属)通过自重而落入。因此，即使在第一接头J1与第二接头J2之间具有间隙Δg的情况下，也能够将该间隙Δg利用熔融后的母材(熔融金属)填埋，能够不使熔敷金属落下而有效地进行电弧焊。
接着，对通过本实施方式的复合焊接方法而焊接的工件4的形状进行说明。在此，图4是示出作为焊接对象物的工件的一例的剖视图，(A)示出了第一例，(B)示出了第二例，(C)示出了第三例，(D)示出了第四例。
图4(A)所示的工件4例如示出了在吊车、高空作业车等中使用的吊杆、悬臂等筒型的钢材。工件4相对于使用时的姿势被上下一分为二，上侧工件41具有带棱角的U字形状的截面，下侧工件42具有圆的U字形状的截面。一般，下侧工件42的板厚形成为比上侧工件41的板厚大。第一接头J1由上侧工件41的两端部构成，第二接头J2由下侧工件42的两端部构成。
图4(B)所示的工件4例如示出了在钢构造物的柱子等中使用的中空的大致四棱柱形状的钢材。工件4沿着长度方向被一分为二，在焊接时，将一方配置于上侧而设为上侧工件41，将另一方配置于下侧而设为下侧工件42。上侧工件41及下侧工件42具有相同的形状，分别具有带棱角的U字形状的截面。第一接头J1由上侧工件41的两端部构成，第二接头J2由下侧工件42的两端部构成。
图4(C)所示的工件4例如示出了在配管等中使用的中空的圆筒形状的钢材。工件4沿着长度方向被一分为二，在焊接时，将一方配置于上侧而设为上侧工件41，将另一方配置于下侧而设为下侧工件42。上侧工件41及下侧工件42具有相同的形状，分别具有半圆形状的截面。第一接头J1由上侧工件41的两端部构成，第二接头J2由下侧工件42的两端部构成。
需要说明的是，上述的工件4只是一例，并不限定于这些形状。即，第一接头J1由具有大致U字形状或大致半圆形状的截面的钢材的截面中的两端部构成，第二接头J2由具有具备与第一接头J1的两端部对置的两端部的截面的钢材构成即可。
另外，图4(D)所示的工件4例如示出了在配管等中使用的中空的圆筒形状的钢材。工件4通过将长条的钢板折弯成圆形状而形成，在焊接时，将两端的接缝横向配置。第一接头J1由配置于上侧的钢板的端部构成，第二接头J2由配置于下侧的钢板的端部构成。这样，工件4可以仅在长度方向的单侧具有焊接部。
接着，对如图4(A)所示的工件4那样在钢材的左右两侧具有焊接部的情况下的焊接方法进行说明。在此，图5是示出本发明的其他实施方式的复合焊接方法的图，(A)示出了第二实施方式，(B)示出了第三实施方式。需要说明的是，在各图中，简化了激光焊装置2及电弧焊装置3的图。
图5(A)所示的第二实施方式的焊接方法对位于工件4的左右的两个焊接线朝向同一方向同时焊接。另外，图5(B)所示的第三实施方式的焊接方法对位于工件4的左右的两个焊接线朝向相反方向同时焊接。进行这些焊接方法的复合焊接装置1具备使激光头21及焊炬31沿着工件4在水平方向上移动的移动单元5。
移动单元5具备在工件4的两侧平行配置的轨道51和在轨道51上行驶的台车52。台车52具备支撑激光头21及焊炬31的支撑构件53和使台车52自行的驱动电动机54。需要说明的是，台车52的驱动单元并不限定于图示的结构。
在图5(A)所示的第二实施方式中，在工件4的左右两侧配置的台车52被安设于轨道51上的相同侧(图的左侧)，同步地向相同方向移动。在图5(B)所示的第三实施方式中，在工件4的左右两侧配置的台车52被安设于轨道51上的相反侧(图的左侧和右侧)，同步地向相反方向移动。
通过这样对在工件4的左右两侧配置的焊接部利用横向焊接同时焊接，能够缩短焊接时间，并且能够减少工件4的焊接时的入热中的变形。需要说明的是，在仅在单侧具有焊接部的工件4的情况下，将具有轨道51及台车52的移动单元5仅配置于工件4的单侧即可。
本发明不限定于上述的实施方式，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内各种变更。
标号说明
1 复合焊接装置
2 激光焊装置
3 电弧焊装置
4 工件
5 移动单元
21 激光头
22 激光激发器
23 光纤
31 焊炬
32 焊丝滚筒
33 焊丝供送装置
41 上侧工件
42 下侧工件
51 轨道
52 台车
53 支撑构件
54 驱动电动机
J1 第一接头
J2 第二接头。

Claims (10)

1.一种复合焊接方法，并用激光焊和电弧焊来将第一接头和第二接头对接焊接，其特征在于，
在将所述第一接头及所述第二接头上下配置的状态下，以使所述激光焊在先且使所述电弧焊在后的方式横向焊接。
2.根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，
所述第一接头及所述第二接头沿着焊接线而在至少一部分具有间隙。
3.根据权利要求2所述的复合焊接方法，其特征在于，
利用通过所述激光焊而熔融的母材填埋所述间隙，而进行所述电弧焊。
4.根据权利要求2所述的复合焊接方法，其特征在于，
在所述激光焊中使用的激光的光径被设定为比所述间隙的最大值大，在所述电弧焊中使用的填充金属的直径被设定为比所述间隙的最大值小。
5.根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，
所述激光焊时的激光的入射角度是大致90°。
6.根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，
将所述第一接头及所述第二接头中的板厚较大的一方配置于下侧。
7.根据权利要求1所述的复合焊接方法，其特征在于，
所述第一接头由具有大致U字形状或大致半圆形状的截面的钢材的截面中的两端部构成，所述第二接头由具有具备与所述第一接头的所述两端部对置的两端部的截面的钢材构成。
8.根据权利要求7所述的复合焊接方法，其特征在于，
对位于所述钢材的左右的两个焊接线朝向同一方向同时焊接。
9.根据权利要求7所述的复合焊接方法，其特征在于，
对位于所述钢材的左右的两个焊接线朝向相反方向同时焊接。
10.一种复合焊接装置，并用激光焊和电弧焊来将第一接头和第二接头对接焊接，其特征在于，包括：
激光头，向焊接部照射激光；及
焊炬，向焊接部供给填充金属，
所述激光头能够进行横向焊接且配置于焊接方向的上游侧，
所述焊炬能够进行横向焊接且配置于焊接方向的下游侧，
在将所述第一接头及所述第二接头上下配置的状态下横向焊接。
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