JP2003170285A - アルミニウムの溶接方法 - Google Patents
アルミニウムの溶接方法Info
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- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 アルミニウム合金等の特に薄板の溶接を高
速度で行うときに、溶融部の溶け落ちを生じることな
く、深い溶け込みが効率的に得られるアルミニウムの溶
接方法を提供すること。 【解決手段】 アルミニウム２ａ、２ｂの溶接位置にア
ルミニウムに対する吸収率の高いレーザダイオード光を
照射して溶接位置を溶融し、上記溶融された溶接位置と
ＭＩＧ溶接電源の溶接ワイヤ５との間にＭＩＧアークを
発生させて溶接を行うアルミニウムの溶接方法であっ
て、薄板のアルミニウムを高速で溶接する溶接方法。
速度で行うときに、溶融部の溶け落ちを生じることな
く、深い溶け込みが効率的に得られるアルミニウムの溶
接方法を提供すること。 【解決手段】 アルミニウム２ａ、２ｂの溶接位置にア
ルミニウムに対する吸収率の高いレーザダイオード光を
照射して溶接位置を溶融し、上記溶融された溶接位置と
ＭＩＧ溶接電源の溶接ワイヤ５との間にＭＩＧアークを
発生させて溶接を行うアルミニウムの溶接方法であっ
て、薄板のアルミニウムを高速で溶接する溶接方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アークとレーザと
を組み合わせてアルミニウムの特に薄板の溶接を高速で
行うときに発生する溶け落ち又は溶け込み不足等の溶接
不良を防止して、効率的に被溶接物の溶接品質を良好と
するアルミニウムの溶接方法に関する。
を組み合わせてアルミニウムの特に薄板の溶接を高速で
行うときに発生する溶け落ち又は溶け込み不足等の溶接
不良を防止して、効率的に被溶接物の溶接品質を良好と
するアルミニウムの溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム及びその合金（以下、アル
ミニウム合金等という）の溶接方法は、鉄鋼の溶接と原
理的には同じであるが金属としての性質には大きな差異
があるので溶接条件が異なり、容易に溶接できない金属
である。アルミニウム合金等が容易に溶接できない理由
は以下の通りである。（Ａ）アルミニウム合金等は酸素
との親和力が大きく、大気中で表面に酸化皮膜が生成さ
れる。（Ｂ）この表面の酸化皮膜の酸化アルミニウムの
溶融温度が内部のアルミニウムよりも高いので、内部が
先に流動性を有して、酸化皮膜を巻き込む。（Ｃ）アル
ミニウム合金等の比重が小さいので、酸化物の浮き上が
りが悪く、溶接部に巻き込まれやすい。（Ｄ）溶融温度
が低いので溶け落ちやすい。（Ｅ）熱伝導度が鉄の約４
倍もあるので熱が散りやすく、局部加熱が難しい。
ミニウム合金等という）の溶接方法は、鉄鋼の溶接と原
理的には同じであるが金属としての性質には大きな差異
があるので溶接条件が異なり、容易に溶接できない金属
である。アルミニウム合金等が容易に溶接できない理由
は以下の通りである。（Ａ）アルミニウム合金等は酸素
との親和力が大きく、大気中で表面に酸化皮膜が生成さ
れる。（Ｂ）この表面の酸化皮膜の酸化アルミニウムの
溶融温度が内部のアルミニウムよりも高いので、内部が
先に流動性を有して、酸化皮膜を巻き込む。（Ｃ）アル
ミニウム合金等の比重が小さいので、酸化物の浮き上が
りが悪く、溶接部に巻き込まれやすい。（Ｄ）溶融温度
が低いので溶け落ちやすい。（Ｅ）熱伝導度が鉄の約４
倍もあるので熱が散りやすく、局部加熱が難しい。
【０００３】以上のような問題点は、アルゴン、ヘリウ
ムなどの不活性ガスによるＭＩＧアーク溶接方法によっ
てある程度解消普及している。さらに高速度で高品質の
アルミニウム合金等の溶接を実施するために、アークと
ＹＡＧレーザ光とを複合させて溶接する方法が、近年の
ＹＡＧレーザの急速な進歩によって実用化されてきた。
ムなどの不活性ガスによるＭＩＧアーク溶接方法によっ
てある程度解消普及している。さらに高速度で高品質の
アルミニウム合金等の溶接を実施するために、アークと
ＹＡＧレーザ光とを複合させて溶接する方法が、近年の
ＹＡＧレーザの急速な進歩によって実用化されてきた。
【０００４】従来、レーザ溶接では、ＣＯ２レーザが主
に使われてきた。ＣＯ２レーザは数ＫＷ以上の出力が容
易に得られ、集光性が良いので、高エネルギー密度が得
やすく、エネルギー変換効率が約１０％程度であり、広
く産業界に利用されてきた。逆に、ＹＡＧレーザはラン
プ励起方式でエネルギー変換効率が３％程度と低く、大
きなレーザ出力を得るためには、大形の冷却機構、大き
な給電設備等が必要であり、溶接装置としての利用頻度
が低調であった。しかし、半導体を励起源とするＹＡＧ
レーザの開発が進み、ＣＯ２レーザと同等のエネルギ変
換効率（約１０％）の装置が開発されるようになり、Ｙ
ＡＧレーザを使用した溶接も行われている。以下、半導
体を励起源としたＹＡＧレーザのことを単にＹＡＧレー
ザと言う。
に使われてきた。ＣＯ２レーザは数ＫＷ以上の出力が容
易に得られ、集光性が良いので、高エネルギー密度が得
やすく、エネルギー変換効率が約１０％程度であり、広
く産業界に利用されてきた。逆に、ＹＡＧレーザはラン
プ励起方式でエネルギー変換効率が３％程度と低く、大
きなレーザ出力を得るためには、大形の冷却機構、大き
な給電設備等が必要であり、溶接装置としての利用頻度
が低調であった。しかし、半導体を励起源とするＹＡＧ
レーザの開発が進み、ＣＯ２レーザと同等のエネルギ変
換効率（約１０％）の装置が開発されるようになり、Ｙ
ＡＧレーザを使用した溶接も行われている。以下、半導
体を励起源としたＹＡＧレーザのことを単にＹＡＧレー
ザと言う。
【０００５】一方、アーク溶接は、エネルギー密度が低
い、溶け込みが浅い等の欠点があり、この問題点を解消
する方法として、レーザとアークとを複合させて溶接す
る方法がある。レーザによって溶融池を作り、その溶融
池にワイヤを溶融しながら充填することによって深い溶
け込みを得ることができる。
い、溶け込みが浅い等の欠点があり、この問題点を解消
する方法として、レーザとアークとを複合させて溶接す
る方法がある。レーザによって溶融池を作り、その溶融
池にワイヤを溶融しながら充填することによって深い溶
け込みを得ることができる。
【０００６】図２は、ＹＡＧレーザとＭＩＧアークとの
複合溶接によってアルミニウム合金等からなる重ね隅肉
溶接を溶接するときの溶接位置拡大概略図であり、同図
（Ａ）は紙面に対して平行方向（同図に矢印で示す溶接
方向）にＹＡＧレーザとＭＩＧアークとを移動させて溶
接するときの概略図であって、同図（Ｂ）は同図（Ａ）
をＢ矢印から見たときのＭＩＧ溶接トーチを省略した概
略図である。以下、図２を参照して従来のアルミニウム
合金等の重ね隅肉溶接の溶接方法を説明する。図２に示
すように、アルミニウム合金等の上板２ａとアルミニウ
ム合金等の下板２ｂとを重ね合わせたときの溶接位置Ｐ
１にＹＡＧレーザを照射する。上記レーザ光が照射され
ることによって溶接位置Ｐ１の表面の金属は蒸発する。
上記金属が蒸発している状態は電気伝導度が良く非常に
電気が流れやすい状態となる。このレーザ光の照射され
る溶接位置に溶接トーチ１の先端４から図示を省略した
ワイヤ送給機構によって溶接ワイヤ５を予め設定した送
給速度で送給すると共に、図示を省略した溶接電源によ
って上記溶接位置Ｐ１の後方からアーク３を発生させて
溶接を行う。
複合溶接によってアルミニウム合金等からなる重ね隅肉
溶接を溶接するときの溶接位置拡大概略図であり、同図
（Ａ）は紙面に対して平行方向（同図に矢印で示す溶接
方向）にＹＡＧレーザとＭＩＧアークとを移動させて溶
接するときの概略図であって、同図（Ｂ）は同図（Ａ）
をＢ矢印から見たときのＭＩＧ溶接トーチを省略した概
略図である。以下、図２を参照して従来のアルミニウム
合金等の重ね隅肉溶接の溶接方法を説明する。図２に示
すように、アルミニウム合金等の上板２ａとアルミニウ
ム合金等の下板２ｂとを重ね合わせたときの溶接位置Ｐ
１にＹＡＧレーザを照射する。上記レーザ光が照射され
ることによって溶接位置Ｐ１の表面の金属は蒸発する。
上記金属が蒸発している状態は電気伝導度が良く非常に
電気が流れやすい状態となる。このレーザ光の照射され
る溶接位置に溶接トーチ１の先端４から図示を省略した
ワイヤ送給機構によって溶接ワイヤ５を予め設定した送
給速度で送給すると共に、図示を省略した溶接電源によ
って上記溶接位置Ｐ１の後方からアーク３を発生させて
溶接を行う。
【０００７】以上のように、ＹＡＧレーザとＭＩＧアー
クとを複合溶接する方法によると、予めレーザによって
溶融池を形成し、その溶融池にワイヤを溶融移行させな
がら充填することで、ＭＩＧアーク単独で溶接するより
も深い溶け込みを得ることができる。
クとを複合溶接する方法によると、予めレーザによって
溶融池を形成し、その溶融池にワイヤを溶融移行させな
がら充填することで、ＭＩＧアーク単独で溶接するより
も深い溶け込みを得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術で説明し
たように、ＭＩＧアークとＹＡＧレーザとを複合させる
ことで、ＭＩＧアーク単独で溶接するよりも深い溶け込
みを得る溶接が行える。しかし、ＭＩＧアークとＹＡＧ
レーザとを複合させる溶接方法は、レーザ光がアルミニ
ウム合金等を充分に溶融する溶接速度であれば有効であ
るが、上記溶接速度には限界がある。そこで速度を一定
にしてＭＩＧ溶接電源の出力を増加させると薄板の溶接
では、入熱が大きすぎて被溶接物の溶け落ちが生じる。
たように、ＭＩＧアークとＹＡＧレーザとを複合させる
ことで、ＭＩＧアーク単独で溶接するよりも深い溶け込
みを得る溶接が行える。しかし、ＭＩＧアークとＹＡＧ
レーザとを複合させる溶接方法は、レーザ光がアルミニ
ウム合金等を充分に溶融する溶接速度であれば有効であ
るが、上記溶接速度には限界がある。そこで速度を一定
にしてＭＩＧ溶接電源の出力を増加させると薄板の溶接
では、入熱が大きすぎて被溶接物の溶け落ちが生じる。
【０００９】図３はＭＩＧアークとＹＡＧレーザとを複
合溶接させたときのアルミニウム合金等の溶け込み状態
の溶接断面を示す図である。以下、同図によって、ＭＩ
ＧアークとＹＡＧレーザとによってアルミニウム合金等
を重ね合わせたときの重ね隅肉溶接の溶接状態について
説明する。同図において、アルミニウム合金等の上板の
厚さは１．２ｍｍであり、下板の厚さは１．５ｍｍであ
って上板と下板とのギャップ長が１ｍｍに予め設定され
ている。溶接位置は下板の表面上に配置している。この
ときのＹＡＧレーザの出力を１．８ＫＷで固定して、溶
接速度とＭＩＧアークの出力電力値とをそれぞれ（ａ）
２m/minと２．１ＫＷ（ｂ）３m/minと２．２ＫＷ（ｃ）
４m/minと２．３ＫＷとしたときのそれぞれの溶接断面
を示している。（ａ）のときは、下板１．５ｍｍ厚に対
する溶け込み深さは０．３３ｍｍであって、溶け込みの
比率は２２％であった。（ｂ）のときは、下板１．５ｍ
ｍ厚に対する溶け込み深さは０．１ｍｍであって、溶け
込みの比率は７％であった。（ｃ）のときは、下板１．
５ｍｍ厚に対する溶け込み深さは０ｍｍであって、溶け
込みの比率は０％であった。すなわち溶接速度が４m/mi
n以上になると下板への溶け込みは得られなかった。こ
こで、溶け込みの比率とは、溶け込み深さの値を下板の
板厚の値で除した値である。（以下、溶け込みの比率と
いう）
合溶接させたときのアルミニウム合金等の溶け込み状態
の溶接断面を示す図である。以下、同図によって、ＭＩ
ＧアークとＹＡＧレーザとによってアルミニウム合金等
を重ね合わせたときの重ね隅肉溶接の溶接状態について
説明する。同図において、アルミニウム合金等の上板の
厚さは１．２ｍｍであり、下板の厚さは１．５ｍｍであ
って上板と下板とのギャップ長が１ｍｍに予め設定され
ている。溶接位置は下板の表面上に配置している。この
ときのＹＡＧレーザの出力を１．８ＫＷで固定して、溶
接速度とＭＩＧアークの出力電力値とをそれぞれ（ａ）
２m/minと２．１ＫＷ（ｂ）３m/minと２．２ＫＷ（ｃ）
４m/minと２．３ＫＷとしたときのそれぞれの溶接断面
を示している。（ａ）のときは、下板１．５ｍｍ厚に対
する溶け込み深さは０．３３ｍｍであって、溶け込みの
比率は２２％であった。（ｂ）のときは、下板１．５ｍ
ｍ厚に対する溶け込み深さは０．１ｍｍであって、溶け
込みの比率は７％であった。（ｃ）のときは、下板１．
５ｍｍ厚に対する溶け込み深さは０ｍｍであって、溶け
込みの比率は０％であった。すなわち溶接速度が４m/mi
n以上になると下板への溶け込みは得られなかった。こ
こで、溶け込みの比率とは、溶け込み深さの値を下板の
板厚の値で除した値である。（以下、溶け込みの比率と
いう）
【００１０】溶接速度が４m/minよりも遅い場合は、Ｙ
ＡＧレーザがアルミニウム合金等の表面を溶融する時間
が充分にあり、したがって、下板にも溶け込みを有する
溶接を行うことができる。しかし４m/min以上になると
ＹＡＧレーザがアルミニウム合金等の表面を溶融する前
に、ＭＩＧアークの溶接が進行するために、充分な溶け
込みが得られない。そこで、ＭＩＧアークの電力を増加
させて溶け込みを増大させることが考えられるが、入熱
が大きすぎて溶融部の溶け落ちが発生し特に薄板の溶接
には適さない。また、ＹＡＧレーザの出力を増加させる
ために、大出力の装置が必要となり、初期投資が大とな
って、効率的でない。
ＡＧレーザがアルミニウム合金等の表面を溶融する時間
が充分にあり、したがって、下板にも溶け込みを有する
溶接を行うことができる。しかし４m/min以上になると
ＹＡＧレーザがアルミニウム合金等の表面を溶融する前
に、ＭＩＧアークの溶接が進行するために、充分な溶け
込みが得られない。そこで、ＭＩＧアークの電力を増加
させて溶け込みを増大させることが考えられるが、入熱
が大きすぎて溶融部の溶け落ちが発生し特に薄板の溶接
には適さない。また、ＹＡＧレーザの出力を増加させる
ために、大出力の装置が必要となり、初期投資が大とな
って、効率的でない。
【００１１】そこで、本発明は、アルミニウム合金等の
特に薄板の溶接を高速度で行うときに、溶融部の溶け落
ちを生じることなく、深い溶け込みが効率的に得られる
アルミニウムの溶接方法を提供する。
特に薄板の溶接を高速度で行うときに、溶融部の溶け落
ちを生じることなく、深い溶け込みが効率的に得られる
アルミニウムの溶接方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウムの
溶接方法は、レーザ光とアークとをアルミニウムの溶接
位置に複合させて溶接を行う溶接方法に適用される。
溶接方法は、レーザ光とアークとをアルミニウムの溶接
位置に複合させて溶接を行う溶接方法に適用される。
【００１３】出願時の請求項１の発明は、アルミニウム
の溶接位置にアルミニウムに対する吸収率の高いレーザ
ダイオード光を照射して溶接位置を溶融し、上記溶融さ
れた溶接位置とＭＩＧ溶接電源の溶接ワイヤとの間にＭ
ＩＧアークを発生させて溶接を行うアルミニウムの溶接
方法であって、薄板のアルミニウムを高速で溶接する溶
接方法である。
の溶接位置にアルミニウムに対する吸収率の高いレーザ
ダイオード光を照射して溶接位置を溶融し、上記溶融さ
れた溶接位置とＭＩＧ溶接電源の溶接ワイヤとの間にＭ
ＩＧアークを発生させて溶接を行うアルミニウムの溶接
方法であって、薄板のアルミニウムを高速で溶接する溶
接方法である。
【００１４】出願時の請求項２の発明は、上記レーザダ
イオード光の波長が、アルミニウムにおける光の吸収率
が最も高い範囲である波長７５０ｎｍ乃至９８０ｎｍの
間で発振するレーザダイオードからなる請求項１に記載
のアルミニウムの溶接方法である。
イオード光の波長が、アルミニウムにおける光の吸収率
が最も高い範囲である波長７５０ｎｍ乃至９８０ｎｍの
間で発振するレーザダイオードからなる請求項１に記載
のアルミニウムの溶接方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、当該出願に係る発明の特
徴を最もよく表す図である。図１は、後述する図４と同
じなので、説明は図４で後述する。図４は、本発明の実
施例を示すアルミニウムの溶接方法を説明する概略図で
あって、レーザダイオードとＭＩＧアークとの複合溶接
によってアルミニウム合金等からなる重ね隅肉継手を溶
接するときの溶接位置拡大概略図であり、同図（Ａ）は
紙面に対して平行方向（同図に矢印で示す溶接方向）に
レーザダイオードとＭＩＧアークとを移動させて溶接す
るときの概略図であって、同図（Ｂ）は同図（Ａ）をＢ
矢印から見たときのＭＩＧ溶接トーチを省略した概略図
である。
徴を最もよく表す図である。図１は、後述する図４と同
じなので、説明は図４で後述する。図４は、本発明の実
施例を示すアルミニウムの溶接方法を説明する概略図で
あって、レーザダイオードとＭＩＧアークとの複合溶接
によってアルミニウム合金等からなる重ね隅肉継手を溶
接するときの溶接位置拡大概略図であり、同図（Ａ）は
紙面に対して平行方向（同図に矢印で示す溶接方向）に
レーザダイオードとＭＩＧアークとを移動させて溶接す
るときの概略図であって、同図（Ｂ）は同図（Ａ）をＢ
矢印から見たときのＭＩＧ溶接トーチを省略した概略図
である。
【００１６】図４を説明する前に、アルミニウム合金等
のレーザ光の吸収率について説明をして、次に図４の説
明をする。アルミニウム合金等は軟鋼材に比べて反射率
が高く熱伝導度も非常に大きな金属である。また、光の
吸収率が最適となる波長の範囲は、７５０ｎｍから９８
０ｎｍである。そのため、波長が１０６００ｎｍで発振
するＣＯ２レーザ及び波長が１０６０ｎｍで発振するＹ
ＡＧレーザでは、アルミニウム合金等への光の吸収率が
悪く、このときの光の吸収率はＣＯ２レーザ光が約２％
であり、ＹＡＧレーザ光が約６％である。したがって、
ＣＯ２レーザ及びＹＡＧレーザによってアルミニウム合
金等を高速度溶接するときには、吸収率が低いために大
出力のレーザ発振装置としなければ表面を溶融させるこ
とが困難である。しかし、本発明で使用するレーザダイ
オードは、波長が８０８ｎｍ又は９４０ｎｍであって、
この波長におけるレーザダイオードの発振効率は非常に
良く安定した発振状態となる。この８０８ｎｍ又は９４
０ｎｍの波長のダイオードレーザ光は、アルミニウム合
金等による光の吸収率の値が最も高い波長７５０ｎｍ乃
至９８０ｎｍの範囲内であって、このときのアルミニウ
ム合金等へのダイオードレーザ光の吸収率は約１４％と
なり、ＹＡＧレーザ光の２倍以上の高い吸収率である。
のレーザ光の吸収率について説明をして、次に図４の説
明をする。アルミニウム合金等は軟鋼材に比べて反射率
が高く熱伝導度も非常に大きな金属である。また、光の
吸収率が最適となる波長の範囲は、７５０ｎｍから９８
０ｎｍである。そのため、波長が１０６００ｎｍで発振
するＣＯ２レーザ及び波長が１０６０ｎｍで発振するＹ
ＡＧレーザでは、アルミニウム合金等への光の吸収率が
悪く、このときの光の吸収率はＣＯ２レーザ光が約２％
であり、ＹＡＧレーザ光が約６％である。したがって、
ＣＯ２レーザ及びＹＡＧレーザによってアルミニウム合
金等を高速度溶接するときには、吸収率が低いために大
出力のレーザ発振装置としなければ表面を溶融させるこ
とが困難である。しかし、本発明で使用するレーザダイ
オードは、波長が８０８ｎｍ又は９４０ｎｍであって、
この波長におけるレーザダイオードの発振効率は非常に
良く安定した発振状態となる。この８０８ｎｍ又は９４
０ｎｍの波長のダイオードレーザ光は、アルミニウム合
金等による光の吸収率の値が最も高い波長７５０ｎｍ乃
至９８０ｎｍの範囲内であって、このときのアルミニウ
ム合金等へのダイオードレーザ光の吸収率は約１４％と
なり、ＹＡＧレーザ光の２倍以上の高い吸収率である。
【００１７】次に、図４を参照して本発明のアルミニウ
ムの溶接方法を説明する。図４に示すように、アルミニ
ウム合金等の上板２ａとアルミニウム合金等の下板２ｂ
とを重ね合わせたときの溶接位置Ｐ１にレーザダイオー
ドのレーザ光を照射する。上記レーザ光が照射されると
溶接位置Ｐ１の表面の金属は蒸発する。上記金属が蒸発
している状態は電気伝導度が良く非常に電気が流れやす
い状態となる。このレーザ光の照射される溶接位置に溶
接トーチ１の先端４から図示を省略したワイヤ送給機構
によって溶接ワイヤ５を予め設定した送給速度で送給す
ると共に、図示を省略した溶接電源によって上記溶接位
置Ｐ１の後方からアーク３を発生させて溶接を行う。
ムの溶接方法を説明する。図４に示すように、アルミニ
ウム合金等の上板２ａとアルミニウム合金等の下板２ｂ
とを重ね合わせたときの溶接位置Ｐ１にレーザダイオー
ドのレーザ光を照射する。上記レーザ光が照射されると
溶接位置Ｐ１の表面の金属は蒸発する。上記金属が蒸発
している状態は電気伝導度が良く非常に電気が流れやす
い状態となる。このレーザ光の照射される溶接位置に溶
接トーチ１の先端４から図示を省略したワイヤ送給機構
によって溶接ワイヤ５を予め設定した送給速度で送給す
ると共に、図示を省略した溶接電源によって上記溶接位
置Ｐ１の後方からアーク３を発生させて溶接を行う。
【００１８】このときアルミニウム合金等の下板２ｂの
表面に入射するダイオードレーザ光の入射角は、レーザ
光の反射光が被溶接物の表面上で反射して図示を省略し
たダイオードレーザ光の発振器に直接戻り、発振器の障
害とならないような入射角であって例えば３０度に予め
設定されている。
表面に入射するダイオードレーザ光の入射角は、レーザ
光の反射光が被溶接物の表面上で反射して図示を省略し
たダイオードレーザ光の発振器に直接戻り、発振器の障
害とならないような入射角であって例えば３０度に予め
設定されている。
【００１９】図５は図４に示す本発明のアルミニウム合
金の溶接方法によって、ＭＩＧアークとレーザダイオー
ドとを複合溶接させたときのアルミニウム合金等の溶け
込み状態の溶接断面を示す図である。以下、同図を参照
して、ＭＩＧアークとレーザダイオードとによってアル
ミニウム合金等を重ね合わせたときの重ね隅肉溶接の溶
接状態について説明する。同図において、アルミニウム
合金等の上板の厚さは１．２ｍｍであり、下板の厚さは
１．５ｍｍであって上板と下板とのギャップ長が１ｍｍ
に予め設定されている。溶接位置は下板の表面上に設定
している。このときのレーザダイオードの出力を１．８
ＫＷで固定して、溶接速度とＭＩＧアークの出力電力値
とをそれぞれ（ａ）２m/minと２．１ＫＷ（ｂ）３m/min
と２．２ＫＷ（ｃ）４m/minと２．３ＫＷとしたときの
それぞれの溶接断面を示している。（ａ）のときは、下
板１．５ｍｍ厚に対する溶け込み深さは１．０ｍｍであ
って、溶け込みの比率は６７％であった。（ｂ）のとき
は、下板１．５ｍｍ厚に対する溶け込み深さは０．８７
ｍｍであって、溶け込みの比率は５８％であった。
（ｃ）のときは、下板１．５ｍｍ厚に対する溶け込み深
さは０．６ｍｍであって、溶け込みの比率は４０％であ
った。
金の溶接方法によって、ＭＩＧアークとレーザダイオー
ドとを複合溶接させたときのアルミニウム合金等の溶け
込み状態の溶接断面を示す図である。以下、同図を参照
して、ＭＩＧアークとレーザダイオードとによってアル
ミニウム合金等を重ね合わせたときの重ね隅肉溶接の溶
接状態について説明する。同図において、アルミニウム
合金等の上板の厚さは１．２ｍｍであり、下板の厚さは
１．５ｍｍであって上板と下板とのギャップ長が１ｍｍ
に予め設定されている。溶接位置は下板の表面上に設定
している。このときのレーザダイオードの出力を１．８
ＫＷで固定して、溶接速度とＭＩＧアークの出力電力値
とをそれぞれ（ａ）２m/minと２．１ＫＷ（ｂ）３m/min
と２．２ＫＷ（ｃ）４m/minと２．３ＫＷとしたときの
それぞれの溶接断面を示している。（ａ）のときは、下
板１．５ｍｍ厚に対する溶け込み深さは１．０ｍｍであ
って、溶け込みの比率は６７％であった。（ｂ）のとき
は、下板１．５ｍｍ厚に対する溶け込み深さは０．８７
ｍｍであって、溶け込みの比率は５８％であった。
（ｃ）のときは、下板１．５ｍｍ厚に対する溶け込み深
さは０．６ｍｍであって、溶け込みの比率は４０％であ
った。
【００２０】以上のように、従来技術において、アルミ
ニウム合金等を高速で溶接する際にＣＯ２レーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等では溶け込み不足となったが、アルミニウム
合金等の吸収率の高い波長８０８ｎｍ又は９４０ｎｍで
発振するレーザダイオードを使用することによって充分
な溶け込みを得ることができる。
ニウム合金等を高速で溶接する際にＣＯ２レーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等では溶け込み不足となったが、アルミニウム
合金等の吸収率の高い波長８０８ｎｍ又は９４０ｎｍで
発振するレーザダイオードを使用することによって充分
な溶け込みを得ることができる。
【００２１】本発明の実施例では２枚のアルミニウム合
金等を重ね合わせて隅肉溶接を行う重ね継手溶接方法を
説明したが、突き合わせ継手溶接、Ｔ継手溶接等の他の
溶接方法でも同様に、高速溶接時に深い溶け込みを得る
ことができる。
金等を重ね合わせて隅肉溶接を行う重ね継手溶接方法を
説明したが、突き合わせ継手溶接、Ｔ継手溶接等の他の
溶接方法でも同様に、高速溶接時に深い溶け込みを得る
ことができる。
【００２２】また、通常溶接時は、レーザ光の集光ビー
ム径を１ｍｍ程度に集光させてエネルギー密度を高くし
て溶接を行っているが、本発明のレーザダイオードを使
用した溶接方法は上記したように、アルミニウム合金等
の吸収率が非常に大きいために、大きなエネルギー密度
で集光させて溶接を行うことなく、集光ビーム径を２ｍ
ｍ乃至６ｍｍ程度に調整することによってアルミニウム
合金等の高速度溶接時に深い溶け込みを得ることができ
ると共に、次の利点も得ることができる。 （ａ）アルミニウム合金等のダイオードレーザ光が照射
される位置は表面の金属が蒸発して非常に電気が流れや
すい状態であり、アークが収束しやすくなる。レーザビ
ーム径を調整して、ダイオードレーザ光の照射位置を広
くすることによって、従来技術のように照射位置が狭い
ときよりも広くして、アークが収束しやすい領域を確保
することができる。溶接速度が遅いときには問題でない
が、速度が速くなるほどアークの発生状態は不安定にな
り溶接位置での収束が不安定になる。そのために、上記
のように集光ビーム径を２ｍｍ乃至６ｍｍ程度に調整し
てダイオードレーザ光の照射範囲を若干広くとることに
よって、高速移動時でも溶接位置にアークを収束させる
ことができる。したがって、溶接速度に合わせてレーザ
光の集光ビーム系を調整することによって溶接位置によ
り安定したアークを発生させることができる。
ム径を１ｍｍ程度に集光させてエネルギー密度を高くし
て溶接を行っているが、本発明のレーザダイオードを使
用した溶接方法は上記したように、アルミニウム合金等
の吸収率が非常に大きいために、大きなエネルギー密度
で集光させて溶接を行うことなく、集光ビーム径を２ｍ
ｍ乃至６ｍｍ程度に調整することによってアルミニウム
合金等の高速度溶接時に深い溶け込みを得ることができ
ると共に、次の利点も得ることができる。 （ａ）アルミニウム合金等のダイオードレーザ光が照射
される位置は表面の金属が蒸発して非常に電気が流れや
すい状態であり、アークが収束しやすくなる。レーザビ
ーム径を調整して、ダイオードレーザ光の照射位置を広
くすることによって、従来技術のように照射位置が狭い
ときよりも広くして、アークが収束しやすい領域を確保
することができる。溶接速度が遅いときには問題でない
が、速度が速くなるほどアークの発生状態は不安定にな
り溶接位置での収束が不安定になる。そのために、上記
のように集光ビーム径を２ｍｍ乃至６ｍｍ程度に調整し
てダイオードレーザ光の照射範囲を若干広くとることに
よって、高速移動時でも溶接位置にアークを収束させる
ことができる。したがって、溶接速度に合わせてレーザ
光の集光ビーム系を調整することによって溶接位置によ
り安定したアークを発生させることができる。
【００２３】（ｂ）突き合わせ溶接のギャップ長が大き
い場合でも上記のように集光ビーム径を調整することに
よって、ギャップ長に対応したダイオードレーザ光を照
射することができ、継手溶接不良を激減させることがで
きる。 （ｃ）アルミニウム合金等の板厚に対する溶け込み深さ
を上記のように集光ビーム径を変えることによって、調
整することができ、特に薄板の溶接時に入熱が大きすぎ
ることによる溶け落ち不良を防ぐことができる。
い場合でも上記のように集光ビーム径を調整することに
よって、ギャップ長に対応したダイオードレーザ光を照
射することができ、継手溶接不良を激減させることがで
きる。 （ｃ）アルミニウム合金等の板厚に対する溶け込み深さ
を上記のように集光ビーム径を変えることによって、調
整することができ、特に薄板の溶接時に入熱が大きすぎ
ることによる溶け落ち不良を防ぐことができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明のアルミニウムの溶接方法は、薄
板のアルミニウム合金等の溶接を高速度で溶接するとき
にＭＩＧアークとダイオードレーザとを複合させて溶接
を行う溶接方法であって、特にアルミニウム合金等の光
の吸収率の最も高い７５０ｎｍから９８０ｎｍの波長で
ある８０８ｎｍ又は９４０ｎｍの波長のダイオードレー
ザ光を照射することによって以下の効果を得ることがで
きる。 （ａ）アルミニウム合金等の高速溶接時に発生する溶け
込み不足を解消することができ、常に良好な溶接品質を
確保することができるとともに安定した溶接を行うこと
ができる。 （ｂ）隅肉溶接に限らず、突き合わせ継手溶接、Ｔ継手
溶接等の他の溶接方法でも同様に、高速溶接時に深い溶
け込みを得ることができる。
板のアルミニウム合金等の溶接を高速度で溶接するとき
にＭＩＧアークとダイオードレーザとを複合させて溶接
を行う溶接方法であって、特にアルミニウム合金等の光
の吸収率の最も高い７５０ｎｍから９８０ｎｍの波長で
ある８０８ｎｍ又は９４０ｎｍの波長のダイオードレー
ザ光を照射することによって以下の効果を得ることがで
きる。 （ａ）アルミニウム合金等の高速溶接時に発生する溶け
込み不足を解消することができ、常に良好な溶接品質を
確保することができるとともに安定した溶接を行うこと
ができる。 （ｂ）隅肉溶接に限らず、突き合わせ継手溶接、Ｔ継手
溶接等の他の溶接方法でも同様に、高速溶接時に深い溶
け込みを得ることができる。
【００２５】また、集光ビーム径を２ｍｍ乃至６ｍｍ程
度に調整してダイオードレーザ光の照射範囲を若干広く
することで、集光ビーム径を小さくするよりも高速移動
時において溶接位置にアークを収束させることができ、
溶接位置でより安定したアークを発生させることができ
ると共に薄板の溶接でも溶け落ちのない良品質の溶接を
効率的に行うことができる。
度に調整してダイオードレーザ光の照射範囲を若干広く
することで、集光ビーム径を小さくするよりも高速移動
時において溶接位置にアークを収束させることができ、
溶接位置でより安定したアークを発生させることができ
ると共に薄板の溶接でも溶け落ちのない良品質の溶接を
効率的に行うことができる。
【図１】当該出願に係る発明の特徴を最もよく表す図で
ある。
ある。
【図２】ＹＡＧレーザとＭＩＧアークとの複合溶接によ
ってアルミニウム合金等からなる重ね隅肉溶接を溶接す
るときの溶接位置拡大概略図である。
ってアルミニウム合金等からなる重ね隅肉溶接を溶接す
るときの溶接位置拡大概略図である。
【図３】ＭＩＧアークとＹＡＧレーザとを複合溶接させ
たときのアルミニウム合金等の溶け込み状態の溶接断面
を示す図である。
たときのアルミニウム合金等の溶け込み状態の溶接断面
を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示すアルミニウムの溶接方法
を説明する概略図である。
を説明する概略図である。
【図５】図４に示す本発明のアルミニウム合金の溶接方
法によって、ＭＩＧアークとレーザダイオードとを複合
溶接させたときのアルミニウム合金等の溶け込み状態の
溶接断面を示す図である。
法によって、ＭＩＧアークとレーザダイオードとを複合
溶接させたときのアルミニウム合金等の溶け込み状態の
溶接断面を示す図である。
１ 溶接ワイヤ
２ａ アルミニウム合金等上板
２ｂ アルミニウム合金等下板
３ アーク
４ 溶接トーチ先端
５ 溶接ワイヤ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
// Ｂ２３Ｋ 103:10 Ｂ２３Ｋ 103:10
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ光とアークとをアルミニウムの溶
接位置に複合させて溶接を行うアルミニウムの溶接方法
において、前記アルミニウムの溶接位置にアルミニウム
に対する吸収率の高いレーザダイオード光を照射して前
記溶接位置を溶融し、前記溶融された溶接位置とＭＩＧ
溶接電源の溶接ワイヤとの間にアークを発生させて溶接
を行うアルミニウムの溶接方法であって、薄板のアルミ
ニウムを高速で溶接するアルミニウムの溶接方法。 - 【請求項２】 前記レーザダイオード光の波長が、アル
ミニウムにおける光の吸収率が最も高い範囲である波長
７５０ｎｍ乃至９８０ｎｍの間で発振するレーザダイオ
ードからなる請求項１に記載のアルミニウムの溶接方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001368645A JP2003170285A (ja) | 2001-12-03 | 2001-12-03 | アルミニウムの溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001368645A JP2003170285A (ja) | 2001-12-03 | 2001-12-03 | アルミニウムの溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003170285A true JP2003170285A (ja) | 2003-06-17 |
Family
ID=19178207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001368645A Pending JP2003170285A (ja) | 2001-12-03 | 2001-12-03 | アルミニウムの溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003170285A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100617948B1 (ko) | 2005-06-09 | 2006-08-30 | 주식회사 포스코 | 필렛 용접부의 기공 저감을 위한 편면 하이브리드 용접방법 |
| JP2007130683A (ja) * | 2005-11-14 | 2007-05-31 | Kinki Sharyo Co Ltd | 鉄道車両の構体材溶接接合方法とそれに用いる継手構造 |
| CN101947695A (zh) * | 2010-09-09 | 2011-01-19 | 中国兵器工业第五二研究所 | 一种高强铝合金激光-mig复合焊接技术 |
| CN102357734A (zh) * | 2011-09-22 | 2012-02-22 | 北京工业大学 | 一种激光填丝焊接连接2xxx与7xxx异种铝合金的方法 |
| EP3415264A1 (en) | 2017-06-15 | 2018-12-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laser-beam welding method and laser-beam welding apparatus |
| CN110052710A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-26 | 江苏集萃先进金属材料研究所有限公司 | 一种铝合金激光焊接方法 |
| CN113039037A (zh) * | 2018-12-03 | 2021-06-25 | 日本轻金属株式会社 | 接合方法 |
| WO2021131560A1 (ja) * | 2019-12-25 | 2021-07-01 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| KR20240006445A (ko) | 2022-07-06 | 2024-01-15 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 알루미늄 또는 알루미늄 합금재의 스폿 용접 방법 및용접 조인트 |
-
2001
- 2001-12-03 JP JP2001368645A patent/JP2003170285A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100617948B1 (ko) | 2005-06-09 | 2006-08-30 | 주식회사 포스코 | 필렛 용접부의 기공 저감을 위한 편면 하이브리드 용접방법 |
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| EP3415264A1 (en) | 2017-06-15 | 2018-12-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laser-beam welding method and laser-beam welding apparatus |
| US20180361507A1 (en) * | 2017-06-15 | 2018-12-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laser-beam welding method and laser-beam welding apparatus |
| US10857624B2 (en) | 2017-06-15 | 2020-12-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laser-beam welding method and laser-beam welding apparatus |
| CN113039037B (zh) * | 2018-12-03 | 2023-11-14 | 日本轻金属株式会社 | 接合方法 |
| CN113039037A (zh) * | 2018-12-03 | 2021-06-25 | 日本轻金属株式会社 | 接合方法 |
| CN110052710A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-26 | 江苏集萃先进金属材料研究所有限公司 | 一种铝合金激光焊接方法 |
| JPWO2021131560A1 (ja) * | 2019-12-25 | 2021-07-01 | ||
| CN114867577A (zh) * | 2019-12-25 | 2022-08-05 | 日本轻金属株式会社 | 接合方法 |
| JP7318740B2 (ja) | 2019-12-25 | 2023-08-01 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| WO2021131560A1 (ja) * | 2019-12-25 | 2021-07-01 | 日本軽金属株式会社 | 接合方法 |
| CN114867577B (zh) * | 2019-12-25 | 2024-04-26 | 日本轻金属株式会社 | 接合方法 |
| KR20240006445A (ko) | 2022-07-06 | 2024-01-15 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 알루미늄 또는 알루미늄 합금재의 스폿 용접 방법 및용접 조인트 |
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