JP2003290950A - Laser welding method for high tension steel plate - Google Patents
Laser welding method for high tension steel plateInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高張力鋼板のレー
ザ溶接方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser welding method for high strength steel sheets.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、自動車の安全対策のため、また低
燃費化や二酸化炭素排出量削減を目的とした軽量化のた
め、自動車の車体に高張力鋼板を使用する必要性が高ま
っている。高張力鋼板を重ね溶接や突合わせ溶接によっ
て溶接接合すると、溶接部および溶接熱影響部における
強度が低下し、母材部に比較して軟化する現象が見られ
る。このような軟化が発生すると、こうした継手を有す
る部材に大きな力がかかったときに軟化部で座屈が生ず
ることがある。また、溶接部を含む鋼板を用いて成形加
工を行った際、軟化した溶接部あるいは溶接熱影響部に
おいて破断が生じることがある。このように、高張力鋼
板を使用したにも関わらずその性能を十分に発揮させる
ことができない。2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing need to use high-strength steel plates for automobile bodies for safety measures for automobiles and for weight reduction for the purpose of reducing fuel consumption and reducing carbon dioxide emissions. When high-strength steel sheets are welded and joined by lap welding or butt welding, the strength at the welded portion and the weld heat affected zone decreases, and there is a phenomenon of softening compared to the base metal portion. When such softening occurs, buckling may occur in the softened portion when a large force is applied to a member having such a joint. Further, when forming is performed using a steel sheet including a welded portion, fracture may occur in the softened welded portion or the weld heat affected zone. As described above, the performance cannot be sufficiently exhibited even though the high-tensile steel plate is used.
【０００３】最近、下記（１）式のＨＴ値が０．００７
を超える高張力鋼板が注目されている。この値は、溶接
熱影響部の軟化の程度を示す指標として実験的に決めた
ものである。
ＨＴ＝（１＋４Ｃ−０．１Ｓｉ−０．１Ｍｎ−Ｎｂ−Ｍｏ）／（Ｈｖ（Ｍ）−Ｈ
ｖ（ＢＭ）） （１）
ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏは各元素の含有量
（質量％）である。Ｈｖ（Ｍ）は当該鋼板がフルマルテ
ンサイトになったときのビッカース硬さである。Ｈｖ
（ＢＭ）は鋼板のビッカース硬さである。Recently, the HT value of the following equation (1) is 0.007.
High-strength steel sheets that exceed the above are attracting attention. This value is experimentally determined as an index indicating the degree of softening of the weld heat affected zone. HT = (1 + 4C-0.1Si-0.1Mn-Nb-Mo) / (Hv (M) -Hv (BM)) (1) However, C, Si, Mn, Nb, and Mo are content of each element. (Mass%). Hv (M) is the Vickers hardness when the steel sheet becomes full martensite. Hv
(BM) is the Vickers hardness of the steel sheet.
【０００４】鋼材の高張力を得る方法には、析出物や固
溶元素を用いて組織を硬くする方法と、硬質の組織を軟
質の組織に分散させて複合組織とする方法がある。しか
し高張力鋼板の高い成形性を得るためには、複合組織に
よって高張力を得る方が有利である。このため、近年の
より高張力でより高成形性を有する鋼板の研究開発の中
で、フェライトにマルテンサイトを分散させた２相鋼に
代表される鋼板が開発されてきた。こうした鋼板では結
果的に上記ＨＴ値が高くなるとともに、溶接熱影響部の
軟化が著しくなるという問題が発生した。As a method for obtaining a high tensile strength of a steel material, there are a method of hardening a structure by using a precipitate and a solid solution element and a method of dispersing a hard structure in a soft structure to form a composite structure. However, in order to obtain high formability of the high-strength steel sheet, it is more advantageous to obtain high tension by the composite structure. Therefore, in recent research and development of steel sheets having higher tensile strength and higher formability, steel sheets typified by duplex phase steel in which ferrite is dispersed with martensite have been developed. In such a steel sheet, as a result, the HT value becomes high, and the softening of the weld heat affected zone becomes remarkable.
【０００５】特開２０００−１７８６５４号公報に記載
のものは、高張力鋼板において、鋼成分と圧延条件を規
定してＮｂＮ析出を有効に活用することで、フェライト
及びマルテンサイトからなる溶接熱影響軟化部の狭い高
張力薄鋼板を提供できるとしている。しかしながら、析
出物を多量に析出させると、高張力鋼板の伸びに代表さ
れる成形性が著しく低下してしまうことから、冶金的な
手段によっては熱影響部軟化の抑制と高い成形性を両立
させることは困難であった。Japanese Patent Laid-Open No. 2000-178654 discloses a high-strength steel sheet in which a steel composition and rolling conditions are specified to effectively utilize NbN precipitation to soften a weld heat-induced softening composed of ferrite and martensite. It is said that it is possible to provide a high-strength thin steel sheet with a narrow section. However, if a large amount of precipitates are deposited, the formability represented by the elongation of the high-strength steel plate will be significantly reduced. Therefore, depending on the metallurgical means, suppression of heat-affected zone softening and high formability can both be achieved. It was difficult.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記ＨＴ値が０．００
７を超える高張力鋼板を溶接接合した材料は、溶接接合
部付近の軟化を抑えることができず、成形加工時に溶接
接合部付近から破断が生じたり、部材に大きな力がかか
ったときに溶接接合部で座屈が生じる問題があった。本
発明は、ＨＴ値が０．００７を超える高張力鋼板におい
て、溶接接合部の軟化を防止することのできる溶接方法
を提供することを目的とする。The above HT value is 0.00
Materials made by welding and joining high-strength steel sheets exceeding 7 cannot suppress softening in the vicinity of the welded joint, and fracture occurs from the vicinity of the welded joint during forming or when a large force is applied to the members. There was a problem that buckling occurred in the part. An object of the present invention is to provide a welding method capable of preventing softening of a welded joint in a high-strength steel sheet having an HT value of more than 0.007.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とす
るところは以下のとおりである。
（１）下記（１）式のＨＴ値が０．００７を超える高張
力鋼板のレーザ溶接方法において、溶接速度を１．０ｍ
／min以上とし、レーザ照射点３付近を含む鋼板１の昇
温部分を冷却するための冷却手段を設けることを特徴と
する高張力鋼板のレーザ溶接方法。
ＨＴ＝（１＋４Ｃ−０．１Ｓｉ−０．１Ｍｎ−Ｎｂ−Ｍｏ）／（Ｈｖ（Ｍ）−Ｈ
ｖ（ＢＭ）） （１）
ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏは各元素の含有量
（質量％）である。Ｈｖ（Ｍ）は当該鋼板がフルマルテ
ンサイトになったときのビッカース硬さである。Ｈｖ
（ＢＭ）は鋼板のビッカース硬さである。
（２）前記冷却手段は、強制冷却した良熱伝導性金属か
らなる冷却板１０を鋼板１の片面又は両面に密着してな
り、前記冷却板１０と溶接線４との間の距離ｘは０．３
ｍｍ以上５ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１に
記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。
（３）前記冷却手段は、鋼板１の片面又は両面から昇温
部分に冷却ガス１７を吹き付けるものであり、溶接速度
を２．５ｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする請求項
１に記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。
（４）前記冷却手段は、鋼板１の片面又は両面から昇温
部分に冷却用の液体１８を供給するものであり、溶接速
度を２．５ｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする請求
項１に記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。
（５）前記冷却手段は、鋼板１の片面又は両面から昇温
部分に冷却用の霧１９を吹き付けるものであり、溶接速
度を２．５ｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする請求
項１に記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。
（６）前記冷却手段に加えて、水冷した良熱伝導性金属
からなる冷却板１０を鋼板１の片面又は両面に密着して
なる冷却手段を有し、前記冷却板１０と溶接線４との間
の距離ｘは０．３ｍｍ以上５ｍｍ以内であり、溶接速度
を１．０ｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする請求項
３乃至５のいずれかに記載の高張力鋼板のレーザ溶接方
法。
（７）前記冷却ガス１７、冷却用の液体１８、冷却用の
霧１９のいずれかは、前記冷却板１０から鋼板１に対し
て溶接線４に沿って供給することを特徴とする請求項６
に記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。
（８）前記冷却手段は、鋼板に接して流動する液体１８
であることを特徴とする請求項１に記載の高張力鋼板の
レーザ溶接方法。
（９）前記冷却手段は、鋼板の温度が２００℃以上の領
域を冷却することを特徴とする請求項１乃至８のいずれ
かに記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。
（１０）前記冷却手段は、レーザ照射点３の後方の下記
（２）式で計算される距離Ｌまでの範囲を冷却すること
を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の高張力
鋼板のレーザ溶接方法。
Ｌ（ｍｍ）＝２０×ｗ2×ｖ （２）
ただし、ｗ（ｍｍ）は平均溶接ビード幅、ｖ（ｍ／ｍｉ
ｎ）は溶接速度である。That is, the gist of the present invention is as follows. (1) In the laser welding method of the high-tensile steel plate whose HT value of the following formula (1) exceeds 0.007, the welding speed is 1.0 m.
/ Min or more, and a laser welding method for a high-strength steel sheet, characterized in that cooling means is provided for cooling the temperature rising portion of the steel sheet 1 including the vicinity of the laser irradiation point 3. HT = (1 + 4C-0.1Si-0.1Mn-Nb-Mo) / (Hv (M) -Hv (BM)) (1) However, C, Si, Mn, Nb, and Mo are content of each element. (Mass%). Hv (M) is the Vickers hardness when the steel sheet becomes full martensite. Hv
(BM) is the Vickers hardness of the steel sheet. (2) The cooling means comprises a forcedly cooled cooling plate 10 made of a metal having good thermal conductivity, which is in close contact with one side or both sides of the steel plate 1, and the distance x between the cooling plate 10 and the welding line 4 is 0. .3
The method for laser welding a high-strength steel sheet according to claim 1, wherein the length is 5 mm or more and 5 mm or less. (3) The cooling means blows the cooling gas 17 from one or both sides of the steel sheet 1 to the temperature rising portion, and the welding speed is set to 2.5 m / min or more. Laser welding method for high strength steel sheet. (4) The cooling means supplies the cooling liquid 18 from one side or both sides of the steel plate 1 to the temperature rising portion, and the welding speed is set to 2.5 m / min or more. Laser welding method for high-strength steel sheet according to. (5) The cooling means sprays a cooling fog 19 from one or both sides of the steel plate 1 to a temperature rising portion, and sets the welding speed to 2.5 m / min or more. A method for laser welding a high-strength steel sheet as described. (6) In addition to the cooling means, the cooling plate 10 made of a water-cooled good heat conductive metal is adhered to one side or both sides of the steel plate 1, and the cooling plate 10 and the welding line 4 are connected to each other. The distance x is 0.3 mm or more and 5 mm or less, and the welding speed is 1.0 m / min or more, and the laser welding method for high-strength steel sheet according to any one of claims 3 to 5, wherein: (7) Any one of the cooling gas 17, the cooling liquid 18, and the cooling mist 19 is supplied from the cooling plate 10 to the steel plate 1 along a welding line 4.
Laser welding method for high-strength steel sheet according to. (8) The cooling means is a liquid 18 that flows in contact with the steel plate.
The method for laser welding a high-strength steel sheet according to claim 1, wherein (9) The laser welding method for a high-strength steel plate according to any one of claims 1 to 8, wherein the cooling means cools a region where the temperature of the steel plate is 200 ° C or higher. (10) The high tension according to any one of claims 1 to 8, wherein the cooling means cools a range behind the laser irradiation point 3 up to a distance L calculated by the following equation (2). Laser welding method for steel sheets. L (mm) = 20 × w 2 × v (2) where w (mm) is the average weld bead width, v (m / mi)
n) is the welding speed.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】本発明は、下記ＨＴ値が０．００
７を超える高張力鋼板を対象とする。このような指標を
有する鋼板は、焼入れ強化によって優れた高張力を発揮
することができる一方、従来の溶接方法では溶接部及び
溶接熱影響部の軟化が発生するからである。
ＨＴ＝（１＋４Ｃ−０．１Ｓｉ−０．１Ｍｎ−Ｎｂ−Ｍｏ）／（Ｈｖ（Ｍ）−Ｈ
ｖ（ＢＭ）） （１）
ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏは各元素の含有量
（質量％）である。また、Ｈｖ（Ｍ）は当該鋼板がフル
マルテンサイトになったときのビッカース硬さであり、
鋼板を水焼入れなどの手段によってフルマルテンサイト
組織とした上で、焼入れままでビッカース硬度を測定す
ることにより評価することができる。また、Ｈｖ（Ｍ）
はＣ濃度との相関が高く、
Ｈｖ（Ｍ）＝８８４Ｃ（１−０．３Ｃ2）＋２９４
としてＣ濃度（質量％）から計算で求めることもでき
る。Ｈｖ（ＢＭ）は鋼板母材のビッカース硬さであり、
母材の引張強度Ｔ（ｋｇｆ／ｍｍ2）からＨｖ（ＢＭ）
＝３Ｔとして求めることも可能である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention has the following HT value of 0.00.
The target is high-strength steel sheets exceeding 7. This is because the steel sheet having such an index can exhibit excellent high tension by quenching strengthening, while the conventional welding method causes softening of the weld zone and the weld heat affected zone. HT = (1 + 4C-0.1Si-0.1Mn-Nb-Mo) / (Hv (M) -Hv (BM)) (1) However, C, Si, Mn, Nb, and Mo are content of each element. (Mass%). Hv (M) is the Vickers hardness when the steel sheet becomes full martensite,
It can be evaluated by making a steel plate into a full martensite structure by means such as water quenching and then measuring the Vickers hardness as it is quenched. Also, Hv (M)
Has a high correlation with the C concentration, and can also be calculated from the C concentration (mass%) as Hv (M) = 884C (1-0.3C 2 ) +294. Hv (BM) is the Vickers hardness of the steel plate base material,
From the tensile strength T (kgf / mm 2 ) of the base material to Hv (BM)
It is also possible to obtain it as = 3T.
【０００９】本発明は、板厚が３ｍｍ以下の薄鋼板の溶
接において特に優れた効果を有する。板厚が厚い場合で
あって溶接ビード幅が狭い場合には、溶接部近傍に軟化
部が発生しても、軟化部は硬質の溶接金属と母材に力学
的に拘束されることによって悪影響が生じない。それに
対し、板厚が３ｍｍ以下の薄鋼板においては、実際の溶
接施工においては軟化部の幅を板厚に対して十分狭くす
ることができる程度に入熱を低減することができず、そ
の結果軟化部が力学的に悪影響を及ぼすことを抑えるこ
とができず、本発明によって軟化部の生成を抑制するこ
とが必要になるからである。The present invention has a particularly excellent effect in welding a thin steel plate having a plate thickness of 3 mm or less. When the plate thickness is large and the weld bead width is narrow, even if a softened portion occurs near the welded portion, the softened portion is adversely affected by being mechanically restrained by the hard weld metal and the base metal. Does not happen. On the other hand, in the case of a thin steel plate having a plate thickness of 3 mm or less, the heat input cannot be reduced to the extent that the width of the softened portion can be made sufficiently narrower than the plate thickness in the actual welding work. This is because it is not possible to prevent the softened portion from exerting a mechanically adverse effect, and it is necessary to suppress the generation of the softened portion according to the present invention.
【００１０】本発明は、溶接方法としてレーザ溶接を採
用する。レーザ溶接であれば、レーザビームスポット径
を小さく絞って少ない入熱量で溶接を行うことができ、
溶接部近傍の熱影響を極少にすることができるからであ
る。ビームスポット径を１．０ｍｍ以下とすると好まし
い。０．６ｍｍ以下とすればより好ましい。The present invention employs laser welding as the welding method. With laser welding, it is possible to reduce the laser beam spot diameter to a small amount and to perform welding.
This is because the heat effect in the vicinity of the welded portion can be minimized. The beam spot diameter is preferably 1.0 mm or less. More preferably, it is 0.6 mm or less.
【００１１】溶接が行われた後の溶接部近傍における熱
影響を少なくするためには、溶接速度を１ｍ／ｍｉｎ以
上とすることが有効である。溶接速度が１ｍ／ｍｉｎ未
満であると、溶接中に加工点から熱が周囲に広がり、溶
接入熱のうちで溶融に費やされる熱量が減少し、溶接部
周辺の温度上昇に費やされる熱量が増大し、結果として
溶接部周辺の軟化を助長する。それに対し、溶接速度を
１ｍ／ｍｉｎ以上とすることにより、溶接入熱を最大限
に溶融に費やすことが可能になる。その結果、溶接部近
傍の熱影響部は、溶接に寄与せず、溶接部周辺の温度を
上昇させているだけの加工点からの無効熱流束の影響は
少なくなり、主に高温の溶接ビードからの熱流束によっ
て形成されることとなる。溶接速度を２．５ｍ／ｍｉｎ
以上とすると、加工点からその周囲への無効熱流束の影
響は一層少なくなり、好適である。It is effective to set the welding speed to 1 m / min or more in order to reduce the thermal effect in the vicinity of the welded portion after the welding is performed. If the welding speed is less than 1 m / min, the heat spreads from the processing point to the surroundings during welding, the amount of heat consumed for melting in the welding heat input decreases, and the amount of heat consumed for increasing the temperature around the weld increases. As a result, the softening around the welded portion is promoted. On the other hand, by setting the welding speed to 1 m / min or more, it is possible to maximize the welding heat input for melting. As a result, the heat-affected zone near the weld does not contribute to welding, and the effect of reactive heat flux from the processing point that only raises the temperature around the weld is reduced, mainly from high-temperature weld beads. Will be formed by the heat flux. Welding speed is 2.5m / min
In the above case, the influence of the ineffective heat flux from the processing point to the surroundings is further reduced, which is preferable.
【００１２】ＨＴが０．００７を超える鋼板の溶接にお
いて、溶接部近傍の軟化を防止するためには、以上の対
策に加え、溶接部近傍の温度上昇範囲を極力低減すると
ともに、温度上昇部をできるだけ速い冷却速度で冷却す
ることが有効である。In order to prevent softening in the vicinity of the welded portion in the welding of steel plates with HT exceeding 0.007, in addition to the above measures, the temperature rising range in the vicinity of the welded portion is reduced as much as possible and It is effective to cool at the fastest cooling rate.
【００１３】本発明は、レーザ照射点３付近を含む鋼板
１の昇温部分を冷却するための冷却手段を設けることを
特徴とする。鋼板の昇温部分とは、レーザ照射点付近か
ら始まり、移動するレーザ照射点３後方の溶接線４上に
形成される高温の溶接ビード５、及び高温の溶接ビード
５からの熱流束によって加熱される熱影響部を含む部分
である。鋼板の昇温部分のうち、レーザ照射点３付近が
最も高温の部分であり、冷却手段はこの部分を有効に冷
却することが重要である。The present invention is characterized by providing cooling means for cooling the temperature rising portion of the steel sheet 1 including the vicinity of the laser irradiation point 3. The temperature rising portion of the steel sheet is heated by the high temperature welding bead 5 formed on the welding line 4 behind the moving laser irradiation point 3 starting from the vicinity of the laser irradiation point and the heat flux from the high temperature welding bead 5. This is the part that includes the heat affected zone. Of the temperature rising portion of the steel sheet, the portion near the laser irradiation point 3 is the highest temperature portion, and it is important that the cooling means effectively cool this portion.
【００１４】ここにおいて、溶接線４とは、レーザビー
ムスポット中心が移動する軌跡であり、溶接完了後にお
いて溶接線上にビード５が形成される。Here, the welding line 4 is a locus along which the center of the laser beam spot moves, and the bead 5 is formed on the welding line after the welding is completed.
【００１５】鋼板の昇温部分を冷却するための冷却手段
としては、図１に示すように、強制冷却した良熱伝導性
金属からなる冷却板１０を鋼板１の片面又は両面に密着
する手段を採用することができる。良熱伝導性金属とし
ては、熱伝導度が鉄の熱伝導度の３倍以上のものを用い
ると良い。銅は熱伝導度が０．９２３ｃａｌ・ｃｍ-1ｓ
-1ｄｅｇ-1であり、冷却板１０を構成する材料として最
も好ましい。冷却板１０は、内部に冷却媒体を流通させ
る冷却媒体通路１１を形成することによって強制冷却
し、低温に保持することができる。冷却板１０は鋼板１
に密着することにより、鋼板１の温度を低下させる。密
着の手段としては、鋼板１を表裏両面から圧力をかけて
押さえ、鋼板に接する部分の片面又は両面を上記冷却板
とすることによって行うことができる。通常は、溶接を
行う鋼板を固定するための固定装置６のクランプ６ａま
たは溶接定盤６ｂの一方または両方において、鋼板１と
接する部分を上記冷却板１０とすることによって行うこ
とができる。As a cooling means for cooling the temperature rising portion of the steel sheet, as shown in FIG. 1, a means for bringing a cooling plate 10 made of forcibly cooled good heat conductive metal into close contact with one side or both sides of the steel sheet 1 is used. Can be adopted. As the good thermal conductive metal, it is preferable to use a metal whose thermal conductivity is three times or more that of iron. Copper has a thermal conductivity of 0.923 cal · cm −1 s
−1 deg −1, which is the most preferable material for the cooling plate 10. The cooling plate 10 can be forcibly cooled by forming a cooling medium passage 11 through which a cooling medium is circulated therein, and can be kept at a low temperature. Cooling plate 10 is steel plate 1
The temperature of the steel plate 1 is lowered by closely contacting with. As a means for the close contact, pressure can be applied to the steel plate 1 from both front and back surfaces, and one or both surfaces of the portion in contact with the steel plate can be used as the cooling plate. Usually, in one or both of the clamp 6a and the welding surface plate 6b of the fixing device 6 for fixing the steel plate to be welded, the portion in contact with the steel plate 1 can be the cooling plate 10.
【００１６】冷却板１０を強制冷却させる手段として
は、冷却板１０中に冷却媒体通路１１を形成し、該通路
に冷却媒体を流通させることによって行うことができ
る。具体的には、水を流通させる方法、液体窒素の気化
ガスや液体窒素そのものを流通させる方法を採用するこ
とができる。液体窒素そのものを流す場合には、冷却板
１０を含む固定装置全体を乾燥空気中に置くなど、結露
しないように工夫すると良い。As means for forcibly cooling the cooling plate 10, a cooling medium passage 11 may be formed in the cooling plate 10 and a cooling medium may be circulated in the passage. Specifically, a method of circulating water or a method of circulating a vaporized gas of liquid nitrogen or liquid nitrogen itself can be adopted. When the liquid nitrogen itself is allowed to flow, it is advisable to devise the whole fixing device including the cooling plate 10 in dry air so as to prevent condensation.
【００１７】レーザ溶接の溶接中において、レーザ照射
点３は溶接線４に沿って所定の溶接速度で移動する一
方、鋼板１に密着させた冷却板１０は溶接中において鋼
板１に固定したままである。従って、当然のことながら
冷却板１０を溶接線４を覆って密着することはできず、
溶接が完了した後の溶接ビード５に冷却板１０を直接密
着して冷却することができない。従って、溶接中のレー
ザ照射点３及び溶接が完了して温度が上昇している溶接
ビード５部を有効に冷却するためには、冷却板１０を極
力溶接線４に近接させて配置することが重要である。本
発明においては、冷却板１０と溶接線４との間の距離ｘ
を５ｍｍ以内とすることにより、溶接中及び溶接後の昇
温部分を有効に冷却し、溶接部近傍の鋼板の軟化を防止
することが可能になる。一方、レーザ溶接においてビー
ムスポット径を小さく絞った場合においても、溶接ビー
ドを形成するためには冷却板１０と溶接線４との距離ｘ
を０．３ｍｍ以上確保する必要がある。During the welding of the laser welding, the laser irradiation point 3 moves along the welding line 4 at a predetermined welding speed, while the cooling plate 10 adhered to the steel plate 1 remains fixed to the steel plate 1 during welding. is there. Therefore, naturally, the cooling plate 10 cannot be adhered to the welding line 4 by covering it.
It is not possible to directly cool the cooling plate 10 to the welding bead 5 after the welding is completed to cool it. Therefore, in order to effectively cool the laser irradiation point 3 during welding and the welding bead 5 where welding is completed and the temperature is rising, the cooling plate 10 should be arranged as close to the welding line 4 as possible. is important. In the present invention, the distance x between the cooling plate 10 and the weld line 4
By setting the thickness to be 5 mm or less, it is possible to effectively cool the temperature rising portion during and after welding, and prevent softening of the steel sheet in the vicinity of the welding portion. On the other hand, even when the beam spot diameter is reduced to a small value in laser welding, in order to form the welding bead, the distance x between the cooling plate 10 and the welding line 4 is set.
Is required to be 0.3 mm or more.
【００１８】上記本発明のように、水冷した良熱伝導性
金属からなる冷却板１０を溶接線４との間の距離ｘが５
ｍｍ以内になるように密着配置して冷却を行うことによ
り、レーザ照射点３における入熱のうち側方に伝搬する
熱は冷却板１０に吸収され、レーザ照射点３側方の温度
上昇を有効に防止することができる。さらに、前述のよ
うに溶接速度を１．０ｍ／ｍｉｎ以上の速度とすること
により、レーザ照射点３の側方への熱の広がりを抑制す
ることができ、レーザによる入熱を効率よく鋼板１の溶
融に使うことができ、周辺への熱の拡散を防止すること
ができる。As in the present invention, the distance x between the cooling plate 10 made of water-cooled good heat conductive metal and the welding line 4 is 5.
By closely arranging the heat so as to be within mm, and cooling the heat, the heat that propagates to the side of the heat input at the laser irradiation point 3 is absorbed by the cooling plate 10, and the temperature rise on the side of the laser irradiation point 3 is effective. Can be prevented. Further, as described above, by setting the welding speed to 1.0 m / min or more, the spread of heat to the side of the laser irradiation point 3 can be suppressed, and the heat input by the laser can be efficiently performed. It can be used for melting and can prevent the diffusion of heat to the surroundings.
【００１９】冷却板１０の材質としては、例えばクロム
銅を用いることができる。クロム銅は無酸素銅に比べる
と強度が高く、このため鋼板に押圧して用いる冷却板の
寿命を長くすることができる。冷却板１０が鋼板１と接
触する表面には、無酸素銅など軟らかい金属からなる薄
板をロウ付けし、クランプ圧によって鋼板と密着しやす
いようにしても良い。鋼板表裏面から鋼板１をクランプ
する固定装置６の全体を銅合金で製造することとしても
良いが、銅合金は比較的高価であることから、溶接線付
近の鋼板１と密着する部分のみを銅合金で製造した冷却
板１０とすると好ましい。As the material of the cooling plate 10, for example, chromium copper can be used. Chromium copper has higher strength than oxygen-free copper, and therefore, the life of the cooling plate used by pressing it against the steel plate can be extended. A thin plate made of a soft metal such as oxygen-free copper may be brazed to the surface of the cooling plate 10 in contact with the steel plate 1 so that the thin plate is easily adhered to the steel plate by the clamping pressure. The entire fixing device 6 that clamps the steel plate 1 from the front and back surfaces of the steel plate may be made of a copper alloy, but since the copper alloy is relatively expensive, only the portion of the welding device near the welding line that closely adheres to the steel plate 1 The cooling plate 10 made of an alloy is preferable.
【００２０】冷却板１０を鋼板１に密着させて鋼板１か
ら冷却板１０への熱伝導を図るに際しては、冷却板１０
を鋼板１に密着する単位面積あたりの圧力を高くするほ
ど良好な熱伝導を実現することができる。図１に示すよ
うに、冷却板１０を装着したクランプ６ａを、鋼板に接
する面積が小さくなるように構成することにより、クラ
ンプ圧発生用シリンダー６ｃによるクランプ力が同じで
あっても冷却板表面積あたりの圧力を増大させることが
でき、好ましい。When the cooling plate 10 is brought into close contact with the steel plate 1 to conduct heat from the steel plate 1 to the cooling plate 10, the cooling plate 10
The higher the pressure per unit area of contacting the steel sheet 1 with the steel sheet 1, the better heat conduction can be realized. As shown in FIG. 1, by configuring the clamp 6a with the cooling plate 10 so that the area in contact with the steel plate is small, even if the clamping force by the clamping pressure generating cylinder 6c is the same, It is preferable because the pressure can be increased.
【００２１】本発明の冷却手段はまた、鋼板１の片面又
は両面から昇温部分に冷却ガス１７を吹き付ける方法を
採用することができる。冷却ガス１７の吹き付けに当た
っては、図２に示すように、鋼板１の温度が最も上昇す
るレーザ照射点３付近については冷却ガスノズル１２に
よって直接レーザ照射点に冷却ガス１７を吹き付け、レ
ーザ照射点３が通過した後の高温に加熱されたビード５
部については冷却ガス発生器１３から供給される冷却ガ
ス１７によって冷却することができる。冷却ガス１７と
しては、水素、ヘリウム、窒素、二酸化炭素ガスなどが
挙げられる。水素やヘリウムガスは抜熱能力に優れる。
窒素ガスの場合は液体窒素から蒸発した直後の十分に冷
たいガスを用いることができる。二酸化炭素ガスでは断
熱膨張によりガスを冷却することができる。空気を用い
る場合、十分なガス流量の確保が必要であり、５０リッ
トル／ｍｉｎ以上の流量を用いるべきである。水素ガス
は可燃性ガスであるので、防爆仕様の排気装置が準備で
きている場合に使用することができる。なお、図２にお
いては、鋼板１は鋼板押さえ用ホイール９によって保持
され、溶接に際してはレーザビーム２を固定し、鋼板１
を鋼板移動方向２２に一定速度（溶接速度）で移動す
る。The cooling means of the present invention can also employ a method in which the cooling gas 17 is blown from one side or both sides of the steel sheet 1 to the temperature rising portion. In spraying the cooling gas 17, as shown in FIG. 2, in the vicinity of the laser irradiation point 3 where the temperature of the steel sheet 1 rises most, the cooling gas 17 directly sprays the cooling gas 17 to the laser irradiation point, and Bead 5 heated to high temperature after passing
The parts can be cooled by the cooling gas 17 supplied from the cooling gas generator 13. Examples of the cooling gas 17 include hydrogen, helium, nitrogen and carbon dioxide gas. Hydrogen and helium gas have excellent heat removal capability.
In the case of nitrogen gas, a sufficiently cold gas immediately after evaporation from liquid nitrogen can be used. Carbon dioxide gas can be cooled by adiabatic expansion. When using air, it is necessary to secure a sufficient gas flow rate, and a flow rate of 50 liter / min or more should be used. Since hydrogen gas is a combustible gas, it can be used when an explosion-proof exhaust device is ready. In addition, in FIG. 2, the steel plate 1 is held by the steel plate pressing wheel 9, and the laser beam 2 is fixed during welding.
Is moved in the steel plate moving direction 22 at a constant speed (welding speed).
【００２２】前記冷却板１０を溶接線４から５ｍｍ以内
の距離において鋼板１に密着させる本発明においては、
レーザ照射点３から側方に流出する熱は冷却板１０によ
って奪われ、レーザ照射点側方の温度上昇を有効に防止
することができる。そのため、溶接速度は１．０ｍ／ｍ
ｉｎ以上の速度であれば十分であった。それに対し、レ
ーザ照射点付近に冷却ガス１７を吹き付ける本発明にお
いては、溶接速度１．０ｍ／ｍｉｎ程度の場合において
は、レーザ照射点側方の温度上昇を十分に防止しようと
すると高速ガスの吹き付けが必要となり、溶接現象が乱
れ、良好な溶接ビード５が形成されず、ハンピングなど
の形状不良が発生することとなる。そこで、冷却ガス吹
き付けによる本発明においては、溶接速度を２．５ｍ／
ｍｉｎ以上の速度とし、レーザ照射点３における入熱を
鋼板の溶融のみに消費し、側方への熱流束をより一層低
減することが必要となる。In the present invention in which the cooling plate 10 is brought into close contact with the steel plate 1 within a distance of 5 mm from the welding line 4,
The heat flowing laterally from the laser irradiation point 3 is taken away by the cooling plate 10 and the temperature rise laterally of the laser irradiation point can be effectively prevented. Therefore, the welding speed is 1.0m / m
A speed of in or higher was sufficient. On the other hand, in the present invention in which the cooling gas 17 is blown near the laser irradiation point, when the welding speed is about 1.0 m / min, in order to sufficiently prevent the temperature rise on the side of the laser irradiation point, the high speed gas is blown. Therefore, the welding phenomenon is disturbed, the good welding bead 5 is not formed, and a defective shape such as humping occurs. Therefore, in the present invention in which the cooling gas is sprayed, the welding speed is 2.5 m /
It is necessary to set the speed to min or more, consume the heat input at the laser irradiation point 3 only for melting the steel sheet, and further reduce the heat flux to the side.
【００２３】本発明の冷却手段はまた、鋼板１の片面又
は両面から昇温部分に冷却用の液体１８を供給する方法
を採用することができる。液体１８の供給に当たって
は、鋼板の温度が最も上昇するレーザ照射点３を含め、
レーザ照射点３が通過した後の高温に加熱されたビード
５部にも液体を供給する。液体１８としては、液体窒素
の他、水や切削油などの油が用いられる。水や油を用い
る場合、発生した蒸気を集める吸引装置を併用すること
が好ましい。冷却用の液体を供給する本発明の場合、上
記冷却ガスを吹き付ける発明と同様、溶接速度を２．５
ｍ／min以上の速度とすることが必要である。The cooling means of the present invention may also employ a method of supplying the cooling liquid 18 from one or both surfaces of the steel plate 1 to the temperature rising portion. In supplying the liquid 18, including the laser irradiation point 3 where the temperature of the steel plate rises most,
The liquid is also supplied to the bead 5 part heated to a high temperature after the laser irradiation point 3 has passed. As the liquid 18, in addition to liquid nitrogen, water or oil such as cutting oil is used. When water or oil is used, it is preferable to use a suction device for collecting the generated vapor. In the case of the present invention in which a liquid for cooling is supplied, the welding speed is 2.5
It is necessary to set the speed to m / min or more.
【００２４】本発明の冷却手段はまた、鋼板１の片面又
は両面から昇温部分に冷却用の霧１９を吹き付ける方法
を採用することができる。霧１９の吹き付けに当たって
は、鋼板１の温度が最も上昇するレーザ照射点３を含
め、レーザ照射点が通過した後の高温に加熱されたビー
ド５部にも吹き付けを行う。霧１９を形成するための液
体としては、液体窒素の他、水や切削油などの油が用い
られる。水や油を用いる場合、発生した蒸気を集める吸
引装置を併用することが好ましい。霧を吹き付ける本発
明の場合、上記冷却ガスを吹き付ける発明と同様、溶接
速度を２．５ｍ／min以上の速度とすることが必要であ
る。The cooling means of the present invention can also employ a method in which a cooling mist 19 is blown from one or both sides of the steel sheet 1 to the temperature rising portion. When the mist 19 is sprayed, the bead 5 heated to a high temperature after the laser irradiation point passes, including the laser irradiation point 3 where the temperature of the steel plate 1 rises most, is also sprayed. As the liquid for forming the fog 19, in addition to liquid nitrogen, water or oil such as cutting oil is used. When water or oil is used, it is preferable to use a suction device for collecting the generated vapor. In the case of the present invention in which a mist is blown, it is necessary to set the welding speed to a speed of 2.5 m / min or more, as in the above invention in which a cooling gas is blown.
【００２５】上記冷却ガス１７の吹き付け、冷却用液体
１８の供給、霧１９の吹き付けを行う冷却手段として、
図２〜図６に示す手段を用いることができる。As a cooling means for spraying the cooling gas 17, supplying the cooling liquid 18, and spraying the mist 19,
The means shown in FIGS. 2 to 6 can be used.
【００２６】図２においては、冷却ガスノズル１２から
レーザ照射点３に向けて冷却ガス１７を吹き付けると同
時に、冷却ガス発生器１３から吹き出した冷却ガス１７
を高温のビード部およびその周辺に吹き付ける。冷却ガ
スノズル１２および冷却ガス発生器１３をそれぞれ液体
供給ノズルおよび液体供給器とすれば、液体１８を供給
する冷却手段として用いることができる。また、冷却ガ
スノズル１３および冷却ガス発生器１３をそれぞれ霧噴
霧ノズルおよび霧発生器とすれば、霧１９を吹き付ける
冷却手段として用いることができる。In FIG. 2, the cooling gas 17 is blown from the cooling gas nozzle 12 toward the laser irradiation point 3 and at the same time, the cooling gas 17 blown from the cooling gas generator 13 is blown.
Is sprayed on and around the hot beads. If the cooling gas nozzle 12 and the cooling gas generator 13 are a liquid supply nozzle and a liquid supply device, respectively, they can be used as a cooling means for supplying the liquid 18. Further, if the cooling gas nozzle 13 and the cooling gas generator 13 are a mist spray nozzle and a mist generator, respectively, they can be used as a cooling means for spraying the mist 19.
【００２７】図３に示す冷却手段においては、霧発生器
１４がレーザ照射点３および高温のビード５部をカバー
するように配置され、霧発生器１４から鋼板１に霧１９
を吹き付けることができる。霧発生器１４を冷却ガス吹
き付け器とすれば、冷却ガス１７を吹き付ける冷却手段
として用いることができる。また霧発生器１４を液体供
給器とすれば、液体１８を供給する冷却手段として用い
ることができる。図３に示す例では、シールドガス７を
レーザビーム２と同軸に流すセンターシールドトーチ８
を用いており、レーザ照射点３に吹き付けられるシール
ドガス７による冷却を付加している。In the cooling means shown in FIG. 3, the fog generator 14 is arranged so as to cover the laser irradiation point 3 and the high temperature bead 5 part, and the fog generator 14 sprays the fog 19 on the steel plate 1.
Can be sprayed. If the mist generator 14 is a cooling gas blowing device, it can be used as a cooling means for blowing the cooling gas 17. If the mist generator 14 is a liquid supply device, it can be used as a cooling means for supplying the liquid 18. In the example shown in FIG. 3, a center shield torch 8 for flowing the shield gas 7 coaxially with the laser beam 2 is used.
Is used, and cooling by the shield gas 7 sprayed on the laser irradiation point 3 is added.
【００２８】図４においては、溶接線４の両側に鋼板１
を固定するための固定装置６が配置されている。固定装
置６は、鋼板下面側から鋼板を保持する溶接定盤６ｂ
と、鋼板上面側から鋼板を保持するクランプ６ａとから
なり、クランプ６ａと溶接定盤６ｂとの間に鋼板１を押
しつけることによって鋼板１を固定することができる。
図４に示すように、このクランプ６ａと溶接定盤６ｂの
一方または両方から冷却ガス１７を鋼板１に向かって吹
き付けることにより、冷却ガス１７を吹き付ける本発明
の冷却手段とすることができる。冷却ガス１７は、冷却
ガス通路１５から供給され、ノズルを経由して鋼板１に
吹き付けられる。冷却ガス１７を吹き付けるかわりに液
体１８を供給することにより、冷却用の液体１８を供給
する本発明の冷却手段とすることができる。さらに、冷
却ガス１７を吹き付けるかわりに霧１９を吹き付けるこ
とにより、霧１９を吹き付ける本発明の冷却手段とする
ことができる。図４に示すように固定装置６から冷却ガ
スなどを吹き付けることとすれば、鋼板１を駆動しなく
ても鋼板表裏面からの冷却が容易である。鋼板裏面側か
ら吹き付ける冷却ガス１７は、レーザ照射点３を直接狙
わないように吹き付けることが好ましい。レーザ照射点
３を直接狙った場合、冷却ガスの流速を上げるとスパッ
タが増大するという不都合が生じるからである。これは
鋼板を貫通して減衰されたビームにより維持される鋼板
裏面のビームホール開口部が、強いパワーのビームによ
り維持される鋼板表面のビームホール開口部に対して不
安定であるためである。In FIG. 4, the steel plate 1 is provided on both sides of the welding line 4.
A fixing device 6 for fixing the is arranged. The fixing device 6 is a welding surface plate 6b that holds the steel plate from the lower surface side of the steel plate.
And a clamp 6a that holds the steel plate from the upper surface side of the steel plate, and the steel plate 1 can be fixed by pressing the steel plate 1 between the clamp 6a and the welding surface plate 6b.
As shown in FIG. 4, by blowing the cooling gas 17 toward the steel sheet 1 from one or both of the clamp 6a and the welding surface plate 6b, the cooling means of the present invention for blowing the cooling gas 17 can be obtained. The cooling gas 17 is supplied from the cooling gas passage 15 and is sprayed onto the steel plate 1 via the nozzle. By supplying the liquid 18 instead of spraying the cooling gas 17, the cooling means of the present invention for supplying the liquid 18 for cooling can be obtained. Further, by spraying the mist 19 instead of spraying the cooling gas 17, the cooling means of the present invention for spraying the mist 19 can be obtained. If a cooling gas or the like is blown from the fixing device 6 as shown in FIG. 4, cooling from the front and back surfaces of the steel sheet is easy without driving the steel sheet 1. The cooling gas 17 blown from the back surface side of the steel plate is preferably blown so as not to directly aim at the laser irradiation point 3. This is because, when the laser irradiation point 3 is aimed directly, increasing the flow rate of the cooling gas causes an inconvenience that spattering increases. This is because the beam hole opening on the back surface of the steel sheet, which is maintained by the beam attenuated through the steel sheet, is unstable with respect to the beam hole opening on the front surface of the steel sheet, which is maintained by the beam of high power.
【００２９】レーザ溶接における溶融金属を大気から保
護する目的でシールドガス７が用いられる。シールドガ
スをレーザビーム２と同軸に流すセンターシールドトー
チ８を用いる場合、シールドガスによる冷却と上記図４
に示す固定装置６から吹き付ける冷却ガス１７とを組み
合わせて鋼板を冷却することができる。この場合、シー
ルドガス７と冷却用ガス１７のガス種を別々にすること
も可能である。The shield gas 7 is used for the purpose of protecting the molten metal in the laser welding from the atmosphere. When the center shield torch 8 that allows the shield gas to flow coaxially with the laser beam 2 is used, cooling with the shield gas and the above-mentioned FIG.
The steel plate can be cooled in combination with the cooling gas 17 blown from the fixing device 6 shown in FIG. In this case, the gas species of the shield gas 7 and the cooling gas 17 can be different.
【００３０】上記冷却ガス１７の吹き付け、冷却用液体
１８の供給、霧１９の吹き付けを行う冷却手段に加え、
水冷した良熱伝導性金属からなる冷却板１０を鋼板１の
片面又は両面に密着してなる前記冷却手段を付加するこ
とにより、より一層優れた効果を発揮することができ
る。この場合、前述の冷却板を用いる発明と同様、溶接
速度を１．０ｍ／min以上の速度とすることが必要であ
る。冷却ガス１７の吹き付け、冷却用液体１８の供給、
霧１９の吹き付けを行う冷却手段については、それぞれ
の冷却手段についての前述した方法をそのまま採用する
ことができる。また、冷却板１０を用いた冷却手段につ
いても、前述した方法をそのまま採用することができ
る。図５に示す例は、霧発生器１４による霧１９の吹き
付けと冷却板１０による冷却を併用した例である。In addition to the cooling means for spraying the cooling gas 17, supplying the cooling liquid 18, and spraying the mist 19,
By adding the cooling means in which the cooling plate 10 made of water-cooled good heat conductive metal is adhered to one side or both sides of the steel plate 1, a further excellent effect can be exhibited. In this case, it is necessary to set the welding speed to 1.0 m / min or more, as in the invention using the cooling plate. Spraying the cooling gas 17, supplying the cooling liquid 18,
As for the cooling means for spraying the mist 19, the method described above for each cooling means can be adopted as it is. Also, as for the cooling means using the cooling plate 10, the method described above can be adopted as it is. The example shown in FIG. 5 is an example in which the spray of the mist 19 by the mist generator 14 and the cooling by the cooling plate 10 are used together.
【００３１】冷却ガス１７、冷却用の液体１８、冷却用
の霧１９による冷却と冷却板１０による冷却を併用する
上記本発明においては、前記冷却ガス１７、冷却用の液
体１８、冷却用の霧１９のいずれかは、図６に示すよう
に冷却板１０から鋼板１に対して溶接線４に沿って供給
することとしても良い。これにより、冷却板１０を直接
密着することができない溶接線４の真上を、冷却ガス１
７や冷却用の液体１８、冷却用の霧１９で冷却すること
が可能となる。特にＹＡＧレーザや半導体レーザを用い
たレーザ溶接の場合、液体窒素の霧１９を冷却用の霧と
して用いることができる。これらレーザは、波長が短い
ことから加工点にレーザ誘起プラズマを生成することが
なく、このため加工点付近の窒素がプラズマ化すること
はなく、その結果溶鋼に多量に窒素が溶解せず、良好な
溶接部が形成されるからである。In the present invention in which the cooling by the cooling gas 17, the cooling liquid 18, the cooling mist 19 and the cooling by the cooling plate 10 are used together, the cooling gas 17, the cooling liquid 18, and the cooling mist are used. Any of 19 may be supplied from the cooling plate 10 to the steel plate 1 along the welding line 4 as shown in FIG. As a result, the cooling gas 1 cannot be directly contacted with the cooling plate 10 just above the welding line 4.
It is possible to cool with the liquid 7, the liquid 18 for cooling, and the mist 19 for cooling. Particularly in the case of laser welding using a YAG laser or a semiconductor laser, the liquid nitrogen mist 19 can be used as a cooling mist. Since these lasers do not generate laser-induced plasma at the processing point due to their short wavelength, nitrogen in the vicinity of the processing point does not turn into plasma, and as a result, a large amount of nitrogen does not dissolve in the molten steel, which is good. This is because a large weld is formed.
【００３２】本発明の冷却手段として、鋼板１に接して
流動する液体１８を用いることができる。図７に示すよ
うに、液体容器１６の中に高速で流れる液体１８浴を形
成し、当該液体１８中に溶接する鋼板１を浸漬し、レー
ザ溶接を行う。液体１８の流速は鋼板１との相対速度で
定義する。液体１８として液体窒素が好ましい。液体窒
素流速は１０ｍ／ｍｉｎ以上の速度とする。液体１８と
して液体窒素を選択し、レーザ光源をＹＡＧレーザ光の
波長程度より短い光源（短波長レーザ：ＹＡＧレーザの
波長である１．０６μｍ以下）とすれば、窒素の溶接ビ
ードへの溶解に伴う欠陥の発生を回避することが可能で
ある。短波長レーザであれば、水や液体窒素で吸収され
ることがなく、溶接可能である。またレーザ誘起プラズ
マ中での原子状窒素の生成がないことから、溶鋼への窒
素溶解量が少なくて済むからである。溶接速度は１ｍ／
ｍｉｎ以上の速度とする。これにより、レーザビームに
よる入力は主に鋼板の溶解に用いられ、レーザ照射点か
ら周囲への熱の拡散を低減することができる。As the cooling means of the present invention, the liquid 18 that flows in contact with the steel plate 1 can be used. As shown in FIG. 7, a high-speed liquid 18 bath is formed in the liquid container 16, the steel plate 1 to be welded is immersed in the liquid 18, and laser welding is performed. The flow velocity of the liquid 18 is defined by the relative velocity with the steel plate 1. Liquid 18 is preferably liquid nitrogen. The liquid nitrogen flow rate is 10 m / min or more. If liquid nitrogen is selected as the liquid 18 and the laser light source is a light source shorter than the wavelength of the YAG laser light (short wavelength laser: 1.06 μm or less, which is the wavelength of the YAG laser), the nitrogen melts into the welding beads. It is possible to avoid the occurrence of defects. A short wavelength laser can be welded without being absorbed by water or liquid nitrogen. Also, since atomic nitrogen is not generated in the laser-induced plasma, the amount of nitrogen dissolved in the molten steel can be small. Welding speed is 1m /
The speed should be at least min. Thereby, the input by the laser beam is mainly used for melting the steel sheet, and the diffusion of heat from the laser irradiation point to the surroundings can be reduced.
【００３３】本発明の冷却手段は、レーザ照射点付近を
含む鋼板の昇温部分を冷却するにあたり、鋼板の温度が
２００℃以上の領域を冷却することとすると好ましい。
例えばビードの温度が４００℃まで低下したところで冷
却手段による冷却を止めてしまうと、４００℃以下の冷
却速度が緩冷却となり、鋼板の軟化を十分に防止するこ
とができなくなる。The cooling means of the present invention preferably cools a region where the temperature of the steel sheet is 200 ° C. or higher in cooling the temperature rising portion of the steel sheet including the vicinity of the laser irradiation point.
For example, if the cooling by the cooling means is stopped when the temperature of the bead is lowered to 400 ° C., the cooling rate of 400 ° C. or less becomes slow cooling, and it becomes impossible to sufficiently prevent the softening of the steel sheet.
【００３４】本発明の冷却手段は、レーザ照射点付近を
含む鋼板の昇温部分を冷却するにあたり、レーザ照射点
の後方の下記（２）式で計算される距離Ｌまでの範囲を
冷却することとすると好ましい。これにより、急冷却と
すべき温度領域をすべて急冷却することが可能になり、
鋼板の軟化を十分に防止することができる。レーザ照射
点（加工点）から冷却を終了する点までのビード上の長
さをいくつかの入熱量（平均ビード幅）と溶接速度につ
いて変更した実験を行い、軟化程度を調査した。このと
き軟化の抑制が可能であった長さは、液体や霧の良によ
って変化したが、種々の冷却条件すべてに対して軟化抑
制が可能であった長さ（Ｌ）を平均溶接ビード幅（Ｗ）
と溶接速度（ｖ）の関数として回帰した結果、（２）式
が得られたものである。
Ｌ（ｍｍ）＝２０×ｗ2×ｖ （２）
ただし、ｗ（ｍｍ）は平均溶接ビード幅、ｖ（ｍ／ｍｉ
ｎ）は溶接速度である。The cooling means of the present invention cools the range up to the distance L calculated by the following equation (2) behind the laser irradiation point when cooling the temperature rising portion of the steel sheet including the vicinity of the laser irradiation point. Is preferable. This makes it possible to rapidly cool all temperature regions that should be rapidly cooled,
It is possible to sufficiently prevent the softening of the steel sheet. An experiment was conducted in which the length on the bead from the laser irradiation point (processing point) to the point where cooling was terminated was changed for several heat input amounts (average bead width) and welding speed, and the degree of softening was investigated. The length at which softening could be suppressed at this time varied depending on the quality of the liquid or mist, but the length (L) at which softening could be suppressed under all various cooling conditions was calculated as the average weld bead width ( W)
As a result of the regression as a function of the welding speed (v) and the welding speed (v), the equation (2) is obtained. L (mm) = 20 × w 2 × v (2) where w (mm) is the average weld bead width, v (m / mi)
n) is the welding speed.
【００３５】本発明の冷却手段は、レーザビーム照射点
近傍においては、できるだけレーザ照射点３に近い位置
から冷却を開始することが好ましい。特に、レーザビー
ム側方であって、溶接線４から側方にわずかにずれた位
置の最高到達温度を低下するためには、レーザビームの
直近の位置を有効に冷却することが重要である。The cooling means of the present invention preferably starts cooling at a position as close to the laser irradiation point 3 as possible in the vicinity of the laser beam irradiation point. In particular, in order to reduce the maximum temperature reached at a position laterally of the laser beam and slightly deviated laterally from the welding line 4, it is important to effectively cool the position immediately adjacent to the laser beam.
【００３６】[0036]
【００３７】[0037]
【表１】 [Table 1]
【００３８】表１に示す各種鋼板強度、ＨＴ値、板厚を
有する鋼板を突合わせ溶接するに際し、本発明のレーザ
溶接方法を適用した。レーザ溶接光源としてはＹＡＧレ
ーザまたは炭酸ガスレーザを使用し、シールド方法はセ
ンターシールドトーチを採用した。レーザ溶接光源、シ
ールドガス種、加工点における出力、溶接速度は表１に
示すとおりである。The laser welding method of the present invention was applied to the butt welding of steel plates having various steel plate strengths, HT values, and plate thicknesses shown in Table 1. A YAG laser or a carbon dioxide laser was used as the laser welding light source, and a center shield torch was used as the shielding method. Table 1 shows the laser welding light source, the shielding gas type, the output at the processing point, and the welding speed.
【００３９】冷却手段として、表１に示すように図１〜
図８の各種冷却手段を用いた。表１の「配置位置」に記
載した内容は、冷却手段が冷却板１０である場合は、冷
却板１０と溶接線４との距離ｘを記載しており、冷却ガ
ス１７、冷却用液体１８、冷却用霧１９の吹き付けの場
合は、溶接線に沿った吹き付け範囲を示している。吹き
付け範囲において、プラス数字はレーザ照射点より後
側、マイナス数字はレーザ照射点より前側の位置を示
す。また、Ｎｏ．１０の液体中浸漬においては、液体１
８と鋼板１との相対速度を記載している。As a cooling means, as shown in Table 1, FIG.
Various cooling means shown in FIG. 8 were used. When the cooling means is the cooling plate 10, the content described in “Arrangement position” of Table 1 describes the distance x between the cooling plate 10 and the welding line 4, the cooling gas 17, the cooling liquid 18, In the case of spraying the cooling fog 19, the spraying range along the welding line is shown. In the spraying range, a plus number indicates a position behind the laser irradiation point and a minus number indicates a position before the laser irradiation point. In addition, No. In immersion in 10 liquids, liquid 1
8 and the relative speed of the steel plate 1 are described.
【００４０】溶接後の成形性評価においては、エリクセ
ン試験をした場合に、溶接金属の部分で破断したものを
「ＯＫ」（良好）、熱影響部破断で成形高さが母材に比
べて大幅に低下したものを「ＮＧ」（不良）としてい
る。In the evaluation of the formability after welding, when the Erichsen test was performed, what was broken at the weld metal part was "OK" (good), and the forming height was significantly higher than that of the base metal due to the heat affected zone fracture. Those that have fallen to “NG” are defined as “NG” (defective).
【００４１】表１のＮｏ．１〜８が本発明例である。Ｎ
ｏ．１は図１に示す水冷銅合金製の冷却板１０を鋼板の
表裏面から鋼板１に密着することにより冷却手段とし
た。冷却板１０と溶接線４との距離ｘは０．６ｍｍであ
る。Ｎｏ．２は図２に示す冷却ガスノズル１２と冷却ガ
ス発生器１３から冷却ガス１７としてヘリウムガスを吹
き付けて冷却を行った。鋼板の冷却位置は、レーザ照射
点３の手前５ｍｍから後方１５０ｍｍまでである。Ｎ
ｏ．３は図３に示す霧発生器１４を冷却用の液体供給器
に替え、水溶性油を液体１８として鋼板に供給した。鋼
板の冷却位置は、レーザ照射点３の後方３ｍｍから後方
１００ｍｍまでである。Ｎｏ．４は同じく図３に示す霧
発生器１４を用い、霧１９として水を噴霧した。鋼板の
冷却位置は、レーザ照射点３の手前５ｍｍから後方１５
０ｍｍまでである。Ｎｏ．５は図５に示す冷却板１０と
霧発生装置１４とを併用し、霧発生装置１４からは水を
噴霧した。霧発生装置１４による鋼板の冷却位置は、レ
ーザ照射点３の手前５ｍｍから後方１００ｍｍまでであ
る。Ｎｏ．６は同じく図５に示す冷却板１０と霧発生装
置１４とを併用し、霧発生装置１４からは液体窒素の霧
を噴霧した。霧発生装置１４による鋼板の冷却位置は、
レーザ照射点３の手前５ｍｍから後方１５０ｍｍまでで
ある。Ｎｏ．７は図６に示す冷却手段を用い、冷却板１
０による冷却と冷却板１０から吹き付ける冷却用ガス１
７とを併用した。冷却板１０の冷却媒体通路１１には液
体窒素気化ガスを流通させて冷却媒体とし、同じ液体窒
素気化ガスを冷却ガス通路１５を経由して鋼板１に吹き
付ける冷却用ガス１７とした。冷却板１０と溶接線４と
の距離ｘは０．６ｍｍである。Ｎｏ．８は図７に示す液
体容器１６に冷却用の液体１８として水を用い、水中に
鋼板１を浸漬してレーザ溶接を行った。冷却用の水に流
れを形成し、水と鋼板１との相対速度を１０ｍ／ｍｉｎ
とした。本発明例Ｎｏ．１〜８は、いずれも成形性評価
結果が「ＯＫ」であり、良好な溶接部を形成することが
できた。No. 1 in Table 1 1 to 8 are examples of the present invention. N
o. The cooling means 1 is a cooling means made by adhering the cooling plate 10 made of the water-cooled copper alloy shown in FIG. 1 to the steel plate 1 from the front and back surfaces of the steel plate. The distance x between the cooling plate 10 and the welding line 4 is 0.6 mm. No. In No. 2, helium gas was sprayed as the cooling gas 17 from the cooling gas nozzle 12 and the cooling gas generator 13 shown in FIG. The cooling position of the steel sheet is from 5 mm before the laser irradiation point 3 to 150 mm behind the laser irradiation point 3. N
o. In No. 3, the fog generator 14 shown in FIG. 3 was replaced with a cooling liquid supplier, and water-soluble oil was supplied as liquid 18 to the steel sheet. The cooling position of the steel plate is from 3 mm behind the laser irradiation point 3 to 100 mm behind. No. Similarly, 4 used the fog generator 14 shown in FIG. 3, and sprayed water as the fog 19. The cooling position of the steel plate is from 5 mm before the laser irradiation point 3 to 15 behind the laser irradiation point 3.
It is up to 0 mm. No. In No. 5, the cooling plate 10 and the fog generator 14 shown in FIG. 5 were used together, and water was sprayed from the fog generator 14. The cooling position of the steel plate by the fog generator 14 is from 5 mm before the laser irradiation point 3 to 100 mm behind the laser irradiation point 3. No. Similarly, 6 used the cooling plate 10 and the mist generator 14 shown in FIG. 5 together, and sprayed a mist of liquid nitrogen from the mist generator 14. The cooling position of the steel plate by the fog generator 14 is
It is from 5 mm before the laser irradiation point 3 to 150 mm behind it. No. 7 is a cooling plate 1 using the cooling means shown in FIG.
0 cooling and cooling gas sprayed from the cooling plate 1
Used together with 7. Liquid nitrogen vaporized gas was passed through the cooling medium passage 11 of the cooling plate 10 to serve as a cooling medium, and the same liquid nitrogen vaporized gas was used as the cooling gas 17 to be sprayed onto the steel sheet 1 via the cooling gas passage 15. The distance x between the cooling plate 10 and the welding line 4 is 0.6 mm. No. In No. 8, water was used as the cooling liquid 18 in the liquid container 16 shown in FIG. 7, and the steel plate 1 was immersed in the water for laser welding. A flow is formed in the cooling water, and the relative speed between the water and the steel plate 1 is 10 m / min.
And Inventive Example No. In all of 1 to 8, the formability evaluation result was "OK", and good welds could be formed.
【００４２】表１のＮｏ．９〜１９が比較例である。Ｎ
ｏ．９〜１１はＨＴ値が本発明の範囲より低く、本発明
の冷却手段を用いなくても良好な成形性評価結果を得て
いる。Ｎｏ．１２〜１９はいずれもＨＴ値が本発明範囲
内である。Ｎｏ．１２〜１５は本発明の冷却手段を用い
ずに図８に示す方法を採用しているので、成形性評価結
果がいずれも不良であった。Ｎｏ．１６、１７は図１に
示す冷却板１０を用いているものの、Ｎｏ．１６は冷却
板１０と溶接線４との距離が本発明範囲よりも広すぎ、
Ｎｏ．１７は溶接速度が本発明範囲よりも遅すぎ、いず
れも成形性評価結果が不良であった。Ｎｏ．１８、１９
は図３に示す本発明の冷却手段を用いているものの、Ｎ
ｏ．１８は冷却開始位置がレーザ照射点３から離れす
ぎ、Ｎｏ．１９は溶接速度が遅すぎ、いずれも効果を発
揮することができなかった。No. 1 in Table 1 9 to 19 are comparative examples. N
o. Nos. 9 to 11 have HT values lower than the range of the present invention, and good moldability evaluation results are obtained without using the cooling means of the present invention. No. 12 to 19 all have HT values within the range of the present invention. No. Since Nos. 12 to 15 adopted the method shown in FIG. 8 without using the cooling means of the present invention, all the moldability evaluation results were poor. No. Nos. 16 and 17 use the cooling plate 10 shown in FIG. 16, the distance between the cooling plate 10 and the welding line 4 is too wide than the range of the present invention,
No. In No. 17, the welding speed was too slower than the range of the present invention, and the moldability evaluation results were all poor. No. 18, 19
N uses the cooling means of the present invention shown in FIG.
o. In No. 18, the cooling start position is too far from the laser irradiation point 3, and No. No. 19 was too slow in welding speed and could not exert any effect.
【００４３】本実施例において、冷却手段による冷却範
囲が（２）式の距離Ｌより長い場合と短い場合が存在す
るが、本発明例においては、効率的な冷却が可能であっ
たため、距離Ｌより短い冷却範囲であっても冷却終了時
点で溶接ビード温度は２００℃以下になっていた。In the present embodiment, the cooling range by the cooling means may be longer or shorter than the distance L of the equation (2), but in the present invention example, since the efficient cooling was possible, the distance L Even in the shorter cooling range, the welding bead temperature was 200 ° C. or lower at the end of cooling.
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明は、ＨＴ値が０．００７を超える
高張力鋼板において、本発明の冷却手段を用いて溶接部
および溶接熱影響部の冷却を促進することにより、溶接
接合部の軟化を防止することができる。EFFECTS OF THE INVENTION In the present invention, in a high-strength steel sheet having an HT value of more than 0.007, the cooling means of the present invention is used to promote cooling of the welded portion and the weld heat affected zone, thereby softening the welded joint. Can be prevented.
【図１】本発明の冷却板を用いたレーザ溶接方法を示す
図であり、溶接方向に垂直にみた図である。FIG. 1 is a diagram showing a laser welding method using a cooling plate according to the present invention, and is a diagram viewed perpendicularly to a welding direction.
【図２】本発明の冷却ガス吹き付けを用いたレーザ溶接
方法を示す図であり、溶接方向に平行にみた図である。FIG. 2 is a diagram showing a laser welding method using a cooling gas spraying according to the present invention, and is a diagram viewed parallel to the welding direction.
【図３】本発明の霧吹き付けを用いたレーザ溶接方法を
示す図であり、（ａ）は溶接方向に垂直にみた図、
（ｂ）は溶接方向に平行にみた図である。FIG. 3 is a diagram showing a laser welding method using mist spraying according to the present invention, FIG.
(B) is the figure seen parallel to the welding direction.
【図４】本発明の冷却ガス吹き付けを用いたレーザ溶接
方法を示す図であり、溶接方向に垂直にみた図である。FIG. 4 is a diagram showing a laser welding method using the cooling gas spraying according to the present invention, and is a diagram viewed perpendicularly to the welding direction.
【図５】本発明の冷却板と霧吹き付けを併用したレーザ
溶接方法を示す図であり、（ａ）は溶接方向に垂直にみ
た図、（ｂ）は溶接方向に平行にみた図である。5A and 5B are views showing a laser welding method using both a cooling plate and mist spraying according to the present invention, FIG. 5A being a view perpendicular to the welding direction, and FIG. 5B being a view parallel to the welding direction.
【図６】本発明の冷却板と冷却ガス吹き付けを併用した
レーザ溶接方法を示す図であり、溶接方向に垂直にみた
図である。FIG. 6 is a diagram showing a laser welding method in which a cooling plate and cooling gas spraying of the present invention are used in combination, and is a diagram viewed perpendicularly to the welding direction.
【図７】本発明の液体中に浸漬するレーザ溶接方法を示
す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a laser welding method of immersing in a liquid of the present invention.
【図８】従来のレーザ溶接方法を示す図であり、溶接方
向に垂直にみた図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional laser welding method, as seen perpendicularly to the welding direction.
１ 鋼板 ２ レーザビーム ３ レーザ照射点 ４ 溶接線 ５ ビード ６ 固定装置 ６ａ クランプ ６ｂ 溶接定盤 ６ｃ クランプ圧発生用シリンダー ７ シールドガス ８ センターシールドトーチ ９ 鋼板押さえ用ホイール １０ 冷却板 １１ 冷却媒体通路 １２ 冷却ガスノズル １３ 冷却ガス発生器 １４ 霧発生器 １５ 冷却ガス通路 １６ 液体容器 １７ 冷却ガス １８ 液体 １９ 霧 ２０ 液体流 ２１ 溶接進行方向 ２２ 鋼板移動方向 ｘ 冷却板と溶接線との距離 1 steel plate 2 laser beam 3 Laser irradiation point 4 welding line 5 beads 6 Fixing device 6a clamp 6b Welding surface plate 6c Clamp pressure generation cylinder 7 Shield gas 8 center shield torch 9 Steel plate holding wheel 10 Cooling plate 11 Coolant passage 12 Cooling gas nozzle 13 Cooling gas generator 14 fog generator 15 Cooling gas passage 16 liquid containers 17 Cooling gas 18 liquid 19 fog 20 liquid flow 21 welding direction 22 Steel plate moving direction x Distance between cooling plate and welding line
フロントページの続き (72)発明者 濱谷 秀樹 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 野中 俊樹 東海市東海町５−３ 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内 (72)発明者 岡本 力 東海市東海町５−３ 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内 (72)発明者 谷口 裕一 東海市東海町５−３ 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内 (72)発明者 小林 順一 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E068 BD00 CB06 CH08 CJ01 CJ07 DA14 DB01 Continued front page (72) Inventor Hideki Hamaya 20-1 Shintomi, Futtsu City Nippon Steel Co., Ltd. Inside the surgical development headquarters (72) Inventor Toshiki Nonaka 5-3 Tokai-cho, Tokai-shi Nippon Steel Corporation Inside Nagoya Steel Works (72) Inventor Riki Okamoto 5-3 Tokai-cho, Tokai-shi Nippon Steel Corporation Inside Nagoya Steel Works (72) Inventor Yuichi Taniguchi 5-3 Tokai-cho, Tokai-shi Nippon Steel Corporation Inside Nagoya Steel Works (72) Inventor Junichi Kobayashi 20-1 Shintomi, Futtsu City Nippon Steel Co., Ltd. Inside the surgical development headquarters F-term (reference) 4E068 BD00 CB06 CH08 CJ01 CJ07 DA14 DB01
Claims (10)
える高張力鋼板のレーザ溶接方法において、溶接速度を
１．０ｍ／min以上とし、レーザ照射点付近を含む鋼板
の昇温部分を冷却するための冷却手段を設けることを特
徴とする高張力鋼板のレーザ溶接方法。 ＨＴ＝（１＋４Ｃ−０．１Ｓｉ−０．１Ｍｎ−Ｎｂ−Ｍｏ）／（Ｈｖ（Ｍ）−Ｈ ｖ（ＢＭ）） （１） ただし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏは各元素の含有量
（質量％）である。Ｈｖ（Ｍ）は当該鋼板がフルマルテ
ンサイトになったときのビッカース硬さである。Ｈｖ
（ＢＭ）は鋼板のビッカース硬さである。1. A method for laser welding a high-strength steel sheet having an HT value of more than 0.007 in the following formula (1), wherein the welding speed is 1.0 m / min or more and the temperature rising portion of the steel sheet including the vicinity of the laser irradiation point. A method for laser welding a high-strength steel sheet, characterized by comprising cooling means for cooling the steel. HT = (1 + 4C-0.1Si-0.1Mn-Nb-Mo) / (Hv (M) -Hv (BM)) (1) However, C, Si, Mn, Nb, and Mo are content of each element. (Mass%). Hv (M) is the Vickers hardness when the steel sheet becomes full martensite. Hv
(BM) is the Vickers hardness of the steel sheet.
性金属からなる冷却板を鋼板の片面又は両面に密着して
なり、前記冷却板と溶接線との間の距離は０．３ｍｍ以
上５ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１に記載の
高張力鋼板のレーザ溶接方法。2. The cooling means comprises a forcedly cooled cooling plate made of a good heat conductive metal, which is in close contact with one or both sides of the steel plate, and the distance between the cooling plate and the welding line is 0.3 mm or more. It is within 5 mm, The laser welding method of the high tensile steel plate of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
ら昇温部分に冷却ガスを吹き付けるものであり、溶接速
度を２．５ｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする請求
項１に記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。3. The cooling means blows cooling gas from one side or both sides of the steel sheet to a temperature rising portion, and the welding speed is 2.5 m / min or more. Laser welding method for high strength steel sheet.
ら昇温部分に冷却用の液体を供給するものであり、溶接
速度を２．５ｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする請
求項１に記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。4. The cooling means supplies a cooling liquid from one side or both sides of a steel plate to a temperature rising portion, and a welding speed is 2.5 m / min or more. Laser welding method for high-strength steel sheet according to.
ら昇温部分に冷却用の霧を吹き付けるものであり、溶接
速度を２．５ｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする請
求項１に記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。5. The cooling means blows cooling mist from one or both sides of a steel sheet to a temperature rising portion, and the welding speed is set to 2.5 m / min or more. A method for laser welding a high-strength steel sheet as described.
導性金属からなる冷却板を鋼板の片面又は両面に密着し
てなる冷却手段を有し、前記冷却板と溶接線との間の距
離は０．３ｍｍ以上５ｍｍ以内であり、溶接速度を１．
０ｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする請求項３乃至
５のいずれかに記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。6. In addition to the cooling means, a cooling plate made of a water-cooled metal having good thermal conductivity is adhered to one side or both sides of the steel plate, and the cooling means is provided between the cooling plate and the welding line. The distance is 0.3 mm or more and 5 mm or less, and the welding speed is 1.
The laser welding method for a high-strength steel sheet according to claim 3, wherein the laser welding speed is 0 m / min or more.
霧のいずれかは、前記冷却板から鋼板に対して溶接線に
沿って供給することを特徴とする請求項６に記載の高張
力鋼板のレーザ溶接方法。7. The high temperature cooling apparatus according to claim 6, wherein any one of the cooling gas, the cooling liquid, and the cooling mist is supplied from the cooling plate to the steel plate along a welding line. Laser welding method for tensile steel sheets.
液体であることを特徴とする請求項１に記載の高張力鋼
板のレーザ溶接方法。8. The laser welding method for a high-strength steel plate according to claim 1, wherein the cooling means is a liquid that flows in contact with the steel plate.
以上の領域を冷却することを特徴とする請求項１乃至８
のいずれかに記載の高張力鋼板のレーザ溶接方法。9. The cooling means has a steel plate temperature of 200.degree.
9. Cooling the above-mentioned area | region, 1 thru | or 8 characterized by the above-mentioned.
A laser welding method for a high-strength steel sheet according to any one of 1.
の下記（２）式で計算される距離Ｌまでの範囲を冷却す
ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の
高張力鋼板のレーザ溶接方法。 Ｌ（ｍｍ）＝２０×ｗ2×ｖ （２） ただし、ｗ（ｍｍ）は平均溶接ビード幅、ｖ（ｍ／ｍｉ
ｎ）は溶接速度である。10. The high temperature cooling apparatus according to claim 1, wherein the cooling unit cools a range behind the laser irradiation point up to a distance L calculated by the following equation (2). Laser welding method for tensile steel sheets. L (mm) = 20 × w 2 × v (2) where w (mm) is the average weld bead width, v (m / mi)
n) is the welding speed.
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