JP2002224867A - レーザ溶接方法 - Google Patents
レーザ溶接方法Info
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- JP2002224867A JP2002224867A JP2001025954A JP2001025954A JP2002224867A JP 2002224867 A JP2002224867 A JP 2002224867A JP 2001025954 A JP2001025954 A JP 2001025954A JP 2001025954 A JP2001025954 A JP 2001025954A JP 2002224867 A JP2002224867 A JP 2002224867A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザによるキーホール溶接において、ポロ
シティ、ブローホール、割れ等の溶接欠陥の発生を防止
する。 【解決手段】 出力のパルス変調を行うレーザによるキ
ーホール溶接において、金属溶融池の固有振動数と一致
した周波数でレーザ出力を周期的に変動させて溶接を行
う。
シティ、ブローホール、割れ等の溶接欠陥の発生を防止
する。 【解決手段】 出力のパルス変調を行うレーザによるキ
ーホール溶接において、金属溶融池の固有振動数と一致
した周波数でレーザ出力を周期的に変動させて溶接を行
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、レーザ溶
接方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願
の発明は、レーザによるキーホール溶接において、ポロ
シティーや割れなどの溶接欠陥の発生を効果的に防止す
ることのできる新しいレーザ溶接方法に関するものであ
る。
接方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願
の発明は、レーザによるキーホール溶接において、ポロ
シティーや割れなどの溶接欠陥の発生を効果的に防止す
ることのできる新しいレーザ溶接方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】近年、レーザ発振器の大出
力化が飛躍的に進み、深溶込み・高速溶接への適応が期
待されている。しかしながら、溶込みが深くなるにした
がい、キーホールを安定に維持することが困難となり、
これに基づき、ポロシティ、ブローホール、割れなどの
欠陥が発生しやすくなる。そのため、これらの欠陥を防
止し、高品質な溶接継手を提供することが課題となる。
つまり、レーザによる深溶込み溶接技術を、構造材など
を含む広範囲な材料加工に適応するためには、このよう
な欠陥の防止方法が必要不可欠となる。
力化が飛躍的に進み、深溶込み・高速溶接への適応が期
待されている。しかしながら、溶込みが深くなるにした
がい、キーホールを安定に維持することが困難となり、
これに基づき、ポロシティ、ブローホール、割れなどの
欠陥が発生しやすくなる。そのため、これらの欠陥を防
止し、高品質な溶接継手を提供することが課題となる。
つまり、レーザによる深溶込み溶接技術を、構造材など
を含む広範囲な材料加工に適応するためには、このよう
な欠陥の防止方法が必要不可欠となる。
【０００３】そこで、この出願の発明は、以上のような
問題点を解消し、レーザによるキーホール溶接におい
て、ポロシティ、ブローホール、割れなどの溶接欠陥の
発生を効果的に防止して高品質な溶接を実現することの
できる、新しいレーザ溶接方法を提供することを課題と
している。
問題点を解消し、レーザによるキーホール溶接におい
て、ポロシティ、ブローホール、割れなどの溶接欠陥の
発生を効果的に防止して高品質な溶接を実現することの
できる、新しいレーザ溶接方法を提供することを課題と
している。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、出力のパルス変調を行う
レーザによるキーホール溶接において、金属溶融池の固
有振動数と一致した周波数でレーザ出力を周期的に変動
させて溶接することを特徴とするレーザ溶接方法を提供
する。
の課題を解決するものとして、出力のパルス変調を行う
レーザによるキーホール溶接において、金属溶融池の固
有振動数と一致した周波数でレーザ出力を周期的に変動
させて溶接することを特徴とするレーザ溶接方法を提供
する。
【０００５】また、この出願の発明は、大出力のＣＯ2
レーザによる深溶込み溶接を行うことを特徴とする上記
のレーザ溶接方法も提供する。
レーザによる深溶込み溶接を行うことを特徴とする上記
のレーザ溶接方法も提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記のとおり
の特徴を有するものであるが、以下にその実施の形態に
ついて説明する。
の特徴を有するものであるが、以下にその実施の形態に
ついて説明する。
【０００７】すなわち、まず、この出願の発明は、レー
ザを用いたキーホール溶接において、溶融池の固有振動
と一致した周波数でレーザ出力を変動することにより、
ポロシティー、ブローホール及び割れ等の溶接欠陥を効
果的に防止することを特徴としている。
ザを用いたキーホール溶接において、溶融池の固有振動
と一致した周波数でレーザ出力を変動することにより、
ポロシティー、ブローホール及び割れ等の溶接欠陥を効
果的に防止することを特徴としている。
【０００８】概略的に説明すると、たとえば、図１に示
すように、レーザにより溶接を行う場合、溶込みが深く
なるに従って、キーホールの安定な形成が困難となり、
これにともなってポロシティ（空孔）などの溶接欠陥が
発生しやすくなる。このようなキーホール溶接におい
て、図２に示したような出力のパルス変調を行ったレー
ザにより溶接を行うと、図２とともに図３にも例示した
ように、パルスが立ち上がる（図２ｔ１、図３（ａ））
時点で、激しいプラズマの発生を伴って大量の溶融金属
がキーホール内部から噴出する（図３（ｂ））。噴出し
た溶融金属は、波動として溶接池表面を後端に向かって
移動し（図３（ｃ））、ここで反射した後（図３
（ｄ））再びキーホールへと戻る（図３（ｅ）
（ｆ））。そこで、この出願の発明においては、この溶
融金属の移動について、出力の変動周波数を溶融池の往
復運動の周波数すなわち溶融金属の固有振動周波数に一
致させる。このようにすることで、溶融池の共振により
溶融金属の流動を活発にすることができ、これにより上
記溶接欠陥の発生を防止することができる。なお、出力
の周期的な振動は、溶融金属の共振周波数で行えば、矩
形パルス波形だけでなく他のあらゆる波形でも実現する
ことができる。
すように、レーザにより溶接を行う場合、溶込みが深く
なるに従って、キーホールの安定な形成が困難となり、
これにともなってポロシティ（空孔）などの溶接欠陥が
発生しやすくなる。このようなキーホール溶接におい
て、図２に示したような出力のパルス変調を行ったレー
ザにより溶接を行うと、図２とともに図３にも例示した
ように、パルスが立ち上がる（図２ｔ１、図３（ａ））
時点で、激しいプラズマの発生を伴って大量の溶融金属
がキーホール内部から噴出する（図３（ｂ））。噴出し
た溶融金属は、波動として溶接池表面を後端に向かって
移動し（図３（ｃ））、ここで反射した後（図３
（ｄ））再びキーホールへと戻る（図３（ｅ）
（ｆ））。そこで、この出願の発明においては、この溶
融金属の移動について、出力の変動周波数を溶融池の往
復運動の周波数すなわち溶融金属の固有振動周波数に一
致させる。このようにすることで、溶融池の共振により
溶融金属の流動を活発にすることができ、これにより上
記溶接欠陥の発生を防止することができる。なお、出力
の周期的な振動は、溶融金属の共振周波数で行えば、矩
形パルス波形だけでなく他のあらゆる波形でも実現する
ことができる。
【０００９】以上のことからも明らかなように、この出
願の発明においては、「金属溶融池の固有振動数」は、
溶融した金属の表面で発生する波の往復運動の周波数を
意味している。従って、この発明では、出力のパルス変
調を行ってのレーザ溶接において、パルスレーザ出力を
この往復運動の周波数に一致させて周期的に変動させる
ことになる。
願の発明においては、「金属溶融池の固有振動数」は、
溶融した金属の表面で発生する波の往復運動の周波数を
意味している。従って、この発明では、出力のパルス変
調を行ってのレーザ溶接において、パルスレーザ出力を
この往復運動の周波数に一致させて周期的に変動させる
ことになる。
【００１０】従来では、ＹＡＧレーザ溶接を中心にレー
ザの出力変動により、プロホール、割れ、スパッタ等の
溶接欠陥を防止しようとする方法が知られているが、こ
の出願の発明のように、金属溶融池の固有振動に着目
し、これと一致した周波数の出力変動により欠陥を防止
した例は全く知られていない。
ザの出力変動により、プロホール、割れ、スパッタ等の
溶接欠陥を防止しようとする方法が知られているが、こ
の出願の発明のように、金属溶融池の固有振動に着目
し、これと一致した周波数の出力変動により欠陥を防止
した例は全く知られていない。
【００１１】また、亜鉛メッキ鋼板のポロシティをパル
ス発振によって防止した例も知られているが、亜鉛の高
い蒸気圧に起因して発生する欠陥の発生機構はこの出願
の発明で対象とした欠陥の機構と異なるものであり、し
たがって防止手法も本質的に相異している。
ス発振によって防止した例も知られているが、亜鉛の高
い蒸気圧に起因して発生する欠陥の発生機構はこの出願
の発明で対象とした欠陥の機構と異なるものであり、し
たがって防止手法も本質的に相異している。
【００１２】もちろん、この出願の発明においては、対
象とする被溶接材と、溶接材料の種類に特段の限定はな
く、レーザによるキーホール溶接についての基本技術と
してこの出願の発明は重要である。また、レーザ発振装
置についても同様に各種のものであってよい。出力をパ
ルス変調可能としているものであればよい。
象とする被溶接材と、溶接材料の種類に特段の限定はな
く、レーザによるキーホール溶接についての基本技術と
してこの出願の発明は重要である。また、レーザ発振装
置についても同様に各種のものであってよい。出力をパ
ルス変調可能としているものであればよい。
【００１３】なかでも、この出願の発明は、大出力レー
ザとしてＣＯ2レーザを用いての高品質深溶込み溶接に
好適に適用されることになる。
ザとしてＣＯ2レーザを用いての高品質深溶込み溶接に
好適に適用されることになる。
【００１４】そして、実際の溶接操作においては、溶融
金属表面の波の移動を高速度カメラ等で観察することに
よって、レーザ出力のパルス変調の周波数を溶融金属の
固有振動周波数にその場で一致させてもよいし、あらか
じめ一致させることが検証された周波数にレーザ出力の
パルス周波数を設定するようにしてもよい。
金属表面の波の移動を高速度カメラ等で観察することに
よって、レーザ出力のパルス変調の周波数を溶融金属の
固有振動周波数にその場で一致させてもよいし、あらか
じめ一致させることが検証された周波数にレーザ出力の
パルス周波数を設定するようにしてもよい。
【００１５】そこで、以下に実施例を示し、さらに詳し
くこの出願の発明について説明する。もちろん、以下の
例によって発明が限定されることはない。
くこの出願の発明について説明する。もちろん、以下の
例によって発明が限定されることはない。
【００１６】
【実施例】パルス変調を行ったＣＯ2レーザを用いて、
一般溶接構造用鋼ＳＭ４９０Ｃの部分溶込み溶接を行っ
た。シールドガスにはＨｅを用い、流量５０Ｌ／ｍｉｎ
でサイドシールドを行った。
一般溶接構造用鋼ＳＭ４９０Ｃの部分溶込み溶接を行っ
た。シールドガスにはＨｅを用い、流量５０Ｌ／ｍｉｎ
でサイドシールドを行った。
【００１７】出力波形は、図２に示すような矩形波を用
い、ピーク出力ＷPを２０ｋＷ、ベース出力ＷBを１２ｋ
Ｗに設定した。また、デューティーは５０％及び７０％
の２種類を選択し、種々の周波数のもとで、ビードオン
プレート溶接を行った。溶接欠陥の検出は、溶接試験片
の側面から、レーザビーム軸及び溶接線と直角方向に照
射したＸ線検査により行った。溶接金属の面積に対する
検出された欠陥面積の総和の割合（％）を欠陥発生率Ｐ
ｒと定義し、Ｐｒにより欠陥の抑制効果を評価した。図
４は、種々の周波数のもとでＰｒを測定した結果を示す
が、デューティーが５０％の時は１６Ｈｚ、７０％の時
は１３Ｈｚの周波数でそれぞれ欠陥が最も効果的に抑制
された。
い、ピーク出力ＷPを２０ｋＷ、ベース出力ＷBを１２ｋ
Ｗに設定した。また、デューティーは５０％及び７０％
の２種類を選択し、種々の周波数のもとで、ビードオン
プレート溶接を行った。溶接欠陥の検出は、溶接試験片
の側面から、レーザビーム軸及び溶接線と直角方向に照
射したＸ線検査により行った。溶接金属の面積に対する
検出された欠陥面積の総和の割合（％）を欠陥発生率Ｐ
ｒと定義し、Ｐｒにより欠陥の抑制効果を評価した。図
４は、種々の周波数のもとでＰｒを測定した結果を示す
が、デューティーが５０％の時は１６Ｈｚ、７０％の時
は１３Ｈｚの周波数でそれぞれ欠陥が最も効果的に抑制
された。
【００１８】このような条件のもとで、溶接中に溶融池
表面の動きを高速度カメラで観察した。その結果、図３
に模式図に示すように、レーザ出力がベース出力ＷBか
らピーク出力ＷPへ立ち上がるときに発生する波が溶融
池後端に向かって進み、後端で反射した後再びキーホー
ルへ向かう現象が観察された。この波の往復運動すなわ
ち固有振動の周波数ｆは、溶融池の長さをＬ、波の速度
（溶接速度）をｖとしたとき、以下の式で示される。
表面の動きを高速度カメラで観察した。その結果、図３
に模式図に示すように、レーザ出力がベース出力ＷBか
らピーク出力ＷPへ立ち上がるときに発生する波が溶融
池後端に向かって進み、後端で反射した後再びキーホー
ルへ向かう現象が観察された。この波の往復運動すなわ
ち固有振動の周波数ｆは、溶融池の長さをＬ、波の速度
（溶接速度）をｖとしたとき、以下の式で示される。
【００１９】ｆ＝ｖ／２Ｌ （１） 表１に、デューティが５０％及び７０％の時に高速度撮
影により求めたＬ、ｖ及び（１）式から求めたｆの値を
示す。表１より、いずれのデューティーにおいても、欠
陥が効果的に抑制されるパルス変調周波数と溶融池の固
有振動周波数が良く一致していることがわかる。したが
って、溶融池の固有振動と共振した周波数でレーザ出力
を周期的に変動させることにより、ポロシティー等の溶
接欠陥が効果的に防止できることが実証された。
影により求めたＬ、ｖ及び（１）式から求めたｆの値を
示す。表１より、いずれのデューティーにおいても、欠
陥が効果的に抑制されるパルス変調周波数と溶融池の固
有振動周波数が良く一致していることがわかる。したが
って、溶融池の固有振動と共振した周波数でレーザ出力
を周期的に変動させることにより、ポロシティー等の溶
接欠陥が効果的に防止できることが実証された。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【発明の効果】以上、詳しく説明したとおり、この出願
の発明によって、溶接欠陥の発生を抑えた、レーザによ
るキーホール溶接が可能となる。
の発明によって、溶接欠陥の発生を抑えた、レーザによ
るキーホール溶接が可能となる。
【００２２】また、特に厚板の溶接において深刻な問題
である溶接欠陥の防止方法が提供されることから、従来
困難であった厚板の高品質レーザ溶接が可能になり、レ
ーザ溶接の適用分野の拡大が可能となる。
である溶接欠陥の防止方法が提供されることから、従来
困難であった厚板の高品質レーザ溶接が可能になり、レ
ーザ溶接の適用分野の拡大が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】キーホールレーザ溶接について説明した概要図
である。
である。
【図２】実施例で使用した出力波形を例示した図であ
る。図中ＷPはピーク出力、ＷBはベース出力を示す。
る。図中ＷPはピーク出力、ＷBはベース出力を示す。
【図３】溶融池の動きを説明する模式図である。
【図４】周波数とポロシティ発生率の関係を示し、共振
周波数で最もポロシティ発生率が小さくなることを示し
ている。図中Ｐｒは欠陥発生率（溶接金属の面積に対す
る検出された欠陥面積の総和の割合（％））を示す。
周波数で最もポロシティ発生率が小さくなることを示し
ている。図中Ｐｒは欠陥発生率（溶接金属の面積に対す
る検出された欠陥面積の総和の割合（％））を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 勲 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 文部 科学省金属材料技術研究所内 (72)発明者 荒金 吾郎 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 文部 科学省金属材料技術研究所内 (72)発明者 本田 博史 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 文部 科学省金属材料技術研究所内 Ｆターム(参考） 4E068 BA00 CA02 CA03
Claims (2)
- 【請求項１】 出力のパルス変調を行うレーザによるキ
ーホール溶接において、金属溶融池の固有振動数と一致
した周波数でレーザ出力を周期的に変動させて溶接する
ことを特徴とするレーザ溶接方法。 - 【請求項２】 ＣＯ2レーザにより溶接することを特徴
とする請求項１のレーザ溶接方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001025954A JP4741087B2 (ja) | 2001-02-01 | 2001-02-01 | レーザ溶接方法 |
| PCT/JP2001/007703 WO2002060634A1 (fr) | 2001-02-01 | 2001-09-05 | Procede de soudage au laser |
| US10/240,166 US6900410B2 (en) | 2001-02-01 | 2001-09-05 | Laser welding processed |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001025954A JP4741087B2 (ja) | 2001-02-01 | 2001-02-01 | レーザ溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002224867A true JP2002224867A (ja) | 2002-08-13 |
| JP4741087B2 JP4741087B2 (ja) | 2011-08-03 |
Family
ID=18890857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001025954A Expired - Lifetime JP4741087B2 (ja) | 2001-02-01 | 2001-02-01 | レーザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4741087B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005238323A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-08 | National Institute For Materials Science | レーザ溶接方法 |
| JP2008068325A (ja) * | 2007-11-30 | 2008-03-27 | National Institute For Materials Science | レーザ溶接の出力変調波形の決定方法 |
| JP2008073771A (ja) * | 2007-11-30 | 2008-04-03 | National Institute For Materials Science | パルスレーザ溶接におけるパルス周波数の決定方法 |
| JP2014233760A (ja) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 溶接プロセス、溶接システム及び溶接物品 |
| WO2020241138A1 (ja) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ加工装置及びそれを用いたレーザ加工方法 |
| WO2020241136A1 (ja) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ加工装置及びそれを用いたレーザ加工方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09314373A (ja) * | 1996-05-27 | 1997-12-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | レーザビーム溶接方法 |
| JP2000107876A (ja) * | 1998-09-30 | 2000-04-18 | Suzuki Motor Corp | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
-
2001
- 2001-02-01 JP JP2001025954A patent/JP4741087B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09314373A (ja) * | 1996-05-27 | 1997-12-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | レーザビーム溶接方法 |
| JP2000107876A (ja) * | 1998-09-30 | 2000-04-18 | Suzuki Motor Corp | レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005238323A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-08 | National Institute For Materials Science | レーザ溶接方法 |
| JP4688423B2 (ja) * | 2004-02-27 | 2011-05-25 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | レーザ溶接方法 |
| JP2008068325A (ja) * | 2007-11-30 | 2008-03-27 | National Institute For Materials Science | レーザ溶接の出力変調波形の決定方法 |
| JP2008073771A (ja) * | 2007-11-30 | 2008-04-03 | National Institute For Materials Science | パルスレーザ溶接におけるパルス周波数の決定方法 |
| JP4667446B2 (ja) * | 2007-11-30 | 2011-04-13 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | パルスレーザ溶接におけるレーザ出力のパルス周波数の決定方法 |
| JP2014233760A (ja) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 溶接プロセス、溶接システム及び溶接物品 |
| US10328513B2 (en) | 2013-05-31 | 2019-06-25 | General Electric Company | Welding process, welding system, and welded article |
| WO2020241138A1 (ja) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ加工装置及びそれを用いたレーザ加工方法 |
| WO2020241136A1 (ja) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ加工装置及びそれを用いたレーザ加工方法 |
| JPWO2020241138A1 (ja) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | ||
| JP7382552B2 (ja) | 2019-05-29 | 2023-11-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ加工装置及びそれを用いたレーザ加工方法 |
| JP7382554B2 (ja) | 2019-05-29 | 2023-11-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ加工装置及びそれを用いたレーザ加工方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4741087B2 (ja) | 2011-08-03 |
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