JP2003311415A - レーザ誘導アーク溶接方法 - Google Patents
レーザ誘導アーク溶接方法Info
- Publication number
- JP2003311415A JP2003311415A JP2002126054A JP2002126054A JP2003311415A JP 2003311415 A JP2003311415 A JP 2003311415A JP 2002126054 A JP2002126054 A JP 2002126054A JP 2002126054 A JP2002126054 A JP 2002126054A JP 2003311415 A JP2003311415 A JP 2003311415A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arc
- laser
- current
- welding
- molten pool
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザによりアークを誘導するレーザ誘導ア
ーク溶接方法において、母材への入熱量を抑えつつ深い
溶け込みを可能とする。 【解決手段】 アーク電流をベース電流が流れる期間と
ピーク電流が流れる期間とを繰返す脈動電流とする。ア
ーク電流の脈動に同期してアーク電流がピーク電流とな
るときにアーク電極直下へレーザを照射する。上記の方
法では、アーク電流がピーク電流となるとき、すなわ
ち、母材に最も熱が与えられるときに、アーク電極直下
にレーザが照射されてアークが集中する。したがって、
アークによる入熱が集中するため、少ない入熱量で深い
溶け込みを実現することができる。
ーク溶接方法において、母材への入熱量を抑えつつ深い
溶け込みを可能とする。 【解決手段】 アーク電流をベース電流が流れる期間と
ピーク電流が流れる期間とを繰返す脈動電流とする。ア
ーク電流の脈動に同期してアーク電流がピーク電流とな
るときにアーク電極直下へレーザを照射する。上記の方
法では、アーク電流がピーク電流となるとき、すなわ
ち、母材に最も熱が与えられるときに、アーク電極直下
にレーザが照射されてアークが集中する。したがって、
アークによる入熱が集中するため、少ない入熱量で深い
溶け込みを実現することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明はアーク放電によっ
て発生する熱を利用して溶接を行うアーク溶接に関し、
詳しくは、レーザを用いてアークを誘導するレーザ誘導
アーク溶接方法に関する。
て発生する熱を利用して溶接を行うアーク溶接に関し、
詳しくは、レーザを用いてアークを誘導するレーザ誘導
アーク溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 従来のレーザ誘導アーク溶接方法とし
て、例えば、特開２０００−３０１３３８号公報に記載
の技術が知られている。上記公報に記載の技術では、図
７（ａ）に示すようにアーク放電に先だってまずレーザ
３０を母材３４に照射し、母材３４から金属蒸気３６
（電気導電性が高い）を発生させる。次いで、図７
（ｂ）に示すようにアーク電極３２と母材３４の間にア
ーク３８を発生させ、発生したアーク３８を金属蒸気３
６に誘導する。したがって、この技術では、アーク放電
に先だってレーザを照射することでアークをレーザ照射
位置に誘導し、アークの発生位置を所望の位置としてい
る。
て、例えば、特開２０００−３０１３３８号公報に記載
の技術が知られている。上記公報に記載の技術では、図
７（ａ）に示すようにアーク放電に先だってまずレーザ
３０を母材３４に照射し、母材３４から金属蒸気３６
（電気導電性が高い）を発生させる。次いで、図７
（ｂ）に示すようにアーク電極３２と母材３４の間にア
ーク３８を発生させ、発生したアーク３８を金属蒸気３
６に誘導する。したがって、この技術では、アーク放電
に先だってレーザを照射することでアークをレーザ照射
位置に誘導し、アークの発生位置を所望の位置としてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 上述した従来技術で
は、レーザはアークの発生に先立って照射され、アーク
の発生位置を制御するために利用される。このため、ア
ークが実際に発生してアーク電極と母材間に大電流が流
れる時にはレーザが照射されておらず、アークの発生後
は通常のアーク溶接と同様の溶接が行われる。したがっ
て、上述した従来の技術ではアークが広範囲に広がり、
深い溶け込みを得ようとすると母材への入熱量が必要以
上に大きくなるため、溶接後の母材に大きな熱歪が生じ
るという問題が生じる。
は、レーザはアークの発生に先立って照射され、アーク
の発生位置を制御するために利用される。このため、ア
ークが実際に発生してアーク電極と母材間に大電流が流
れる時にはレーザが照射されておらず、アークの発生後
は通常のアーク溶接と同様の溶接が行われる。したがっ
て、上述した従来の技術ではアークが広範囲に広がり、
深い溶け込みを得ようとすると母材への入熱量が必要以
上に大きくなるため、溶接後の母材に大きな熱歪が生じ
るという問題が生じる。
【０００４】本発明は、上述した実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、アーク電極と母材との間に大
電流が流れるときにレーザを母材に照射することで、母
材への入熱量を抑えつつ深い溶け込みを可能とする溶接
技術を実現することである。
ものであり、その目的は、アーク電極と母材との間に大
電流が流れるときにレーザを母材に照射することで、母
材への入熱量を抑えつつ深い溶け込みを可能とする溶接
技術を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】 上述した
課題を解決するために創作された本願発明は、レーザに
よりアークを誘導するレーザ誘導アーク溶接方法であっ
て、アーク電流をベース電流が流れるベース期間と大電
流が流れる大電流期間とを繰返す脈動電流とし、そのア
ーク電流の脈動に同期してアーク電流が大電流期間とさ
れているときにアーク電極直下へレーザを照射する。上
記の溶接方法では、アーク電流が大電流期間とされてい
るとき（すなわち、母材とアーク電極との間に大電流が
流れるとき）に、アーク電極直下にレーザが照射され
る。したがって、母材への入熱が大きい期間においてア
ークがレーザ照射位置に誘導されて集中し、アークの広
がりが防止される。したがって、アーク電極直下に集中
的に熱が与えられ、少ない入熱量で深い溶け込みを実現
することができる。なお、レーザが照射される期間は、
溶接条件等に応じて種々に設定することができ、大電流
期間の全期間としても良いし、大電流期間の一部の期間
としても良い。例えば、アークの広がりをできる限り抑
制したい場合には、大電流期間の全期間でレーザを照射
することが好ましい。また、アークの広がりを抑えつつ
ある程度の溶融幅が必要な場合には、大電流期間の一部
の期間でレーザを照射することが好ましい。
課題を解決するために創作された本願発明は、レーザに
よりアークを誘導するレーザ誘導アーク溶接方法であっ
て、アーク電流をベース電流が流れるベース期間と大電
流が流れる大電流期間とを繰返す脈動電流とし、そのア
ーク電流の脈動に同期してアーク電流が大電流期間とさ
れているときにアーク電極直下へレーザを照射する。上
記の溶接方法では、アーク電流が大電流期間とされてい
るとき（すなわち、母材とアーク電極との間に大電流が
流れるとき）に、アーク電極直下にレーザが照射され
る。したがって、母材への入熱が大きい期間においてア
ークがレーザ照射位置に誘導されて集中し、アークの広
がりが防止される。したがって、アーク電極直下に集中
的に熱が与えられ、少ない入熱量で深い溶け込みを実現
することができる。なお、レーザが照射される期間は、
溶接条件等に応じて種々に設定することができ、大電流
期間の全期間としても良いし、大電流期間の一部の期間
としても良い。例えば、アークの広がりをできる限り抑
制したい場合には、大電流期間の全期間でレーザを照射
することが好ましい。また、アークの広がりを抑えつつ
ある程度の溶融幅が必要な場合には、大電流期間の一部
の期間でレーザを照射することが好ましい。
【０００６】なお、アーク電極に溶接ワイヤが用いられ
る場合には、アーク電流の脈動周期が溶接ワイヤが溶融
して母材へ移行する周期と一致することが好ましい。こ
のような構成によると、ベース電流を比較的低い値とし
てもアークを安定して発生させることができる。したが
って、母材への入熱量を一定とした場合、ベース電流を
低くすることができれば、大電流期間にアーク電極と母
材との間に流れる電流をより大きくすることができる。
このため、レーザによりアークを誘導することにより入
熱の集中をより効率的に図ることができる。
る場合には、アーク電流の脈動周期が溶接ワイヤが溶融
して母材へ移行する周期と一致することが好ましい。こ
のような構成によると、ベース電流を比較的低い値とし
てもアークを安定して発生させることができる。したが
って、母材への入熱量を一定とした場合、ベース電流を
低くすることができれば、大電流期間にアーク電極と母
材との間に流れる電流をより大きくすることができる。
このため、レーザによりアークを誘導することにより入
熱の集中をより効率的に図ることができる。
【０００７】また、レーザの照射幅がワーク表面の溶融
領域幅の１／３以下に集中していることが好ましい。こ
のような構成によると、溶融領域幅より狭い範囲にアー
クの集中を図ることができ、少ない入熱量で深い溶け込
みを得ることができる。
領域幅の１／３以下に集中していることが好ましい。こ
のような構成によると、溶融領域幅より狭い範囲にアー
クの集中を図ることができ、少ない入熱量で深い溶け込
みを得ることができる。
【０００８】また、レーザの入熱量がアークの入熱量の
１／２以下に調整されていることが好ましい。このよう
な構成によると、レーザの照射によって溶融池表面に形
成される凹みが小さくなり、アークをレーザ照射位置に
集中させることができる。
１／２以下に調整されていることが好ましい。このよう
な構成によると、レーザの照射によって溶融池表面に形
成される凹みが小さくなり、アークをレーザ照射位置に
集中させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】 本発明の一実施の形態に係るア
ーク溶接方法を図面を参照して説明する。図１は本発明
の一実施の形態に係るアーク溶接方法を実施すための溶
接装置の概略の構成を示している。図１に示すように本
実施形態に係る溶接装置は、アーク溶接トーチ１６とレ
ーザヘッド１４を備える。アーク溶接トーチ１６は、そ
の先端から溶接ワイヤ１８（アーク電極）が突出する。
溶接ワイヤ１８は、母材１０を溶接する際に溶融して母
材１０に移行する。このため、溶接時には溶接ワイヤス
プール１９に巻き取られている溶接ワイヤ１８がワイヤ
送給ローラ１５により所定の速度で送り出される。これ
により、アーク溶接トーチ１６の先端から溶接ワイヤ１
８が所定の長さだけ突出するようになっている。溶接ワ
イヤ１８は、トーチケーブル１７によってアーク溶接電
源２７の陽極側（＋）に接続され、また、母材１０はア
ースケーブル２９によってアーク溶接電源２７の陰極側
（−）に接続される。これにより、溶接ワイヤ１８と母
材１０との間にアーク電圧が印可されるようになってい
る。なお、溶接ワイヤ１８をアーク溶接電源の陰極側に
接続し、母材１０をアーク溶接電源の陽極側に接続する
こともできる。また、アーク電極として非消耗型のタン
グステン電極（すなわち、溶接装置にＴＩＧ溶接装置）
を用いることもできる。
ーク溶接方法を図面を参照して説明する。図１は本発明
の一実施の形態に係るアーク溶接方法を実施すための溶
接装置の概略の構成を示している。図１に示すように本
実施形態に係る溶接装置は、アーク溶接トーチ１６とレ
ーザヘッド１４を備える。アーク溶接トーチ１６は、そ
の先端から溶接ワイヤ１８（アーク電極）が突出する。
溶接ワイヤ１８は、母材１０を溶接する際に溶融して母
材１０に移行する。このため、溶接時には溶接ワイヤス
プール１９に巻き取られている溶接ワイヤ１８がワイヤ
送給ローラ１５により所定の速度で送り出される。これ
により、アーク溶接トーチ１６の先端から溶接ワイヤ１
８が所定の長さだけ突出するようになっている。溶接ワ
イヤ１８は、トーチケーブル１７によってアーク溶接電
源２７の陽極側（＋）に接続され、また、母材１０はア
ースケーブル２９によってアーク溶接電源２７の陰極側
（−）に接続される。これにより、溶接ワイヤ１８と母
材１０との間にアーク電圧が印可されるようになってい
る。なお、溶接ワイヤ１８をアーク溶接電源の陰極側に
接続し、母材１０をアーク溶接電源の陽極側に接続する
こともできる。また、アーク電極として非消耗型のタン
グステン電極（すなわち、溶接装置にＴＩＧ溶接装置）
を用いることもできる。
【００１０】レーザヘッド１４は、導光ケーブル１１を
介してレーザ発振器１３に接続される。レーザヘッド１
４は、レーザ発振器１３から導光ケーブル１１を介して
伝送されたレーザ光を集光するための集光光学系を備え
ており、母材１０の所定の位置に集光したレーザ１２を
照射する。レーザ発振器１３としてはＹＡＧレーザやＣ
Ｏ２レーザ等の種々のレーザ発振器を用いることができ
る。レーザ発振器１３は、パルス同期信号ケーブル２８
によってアーク溶接電源２７に接続されている。
介してレーザ発振器１３に接続される。レーザヘッド１
４は、レーザ発振器１３から導光ケーブル１１を介して
伝送されたレーザ光を集光するための集光光学系を備え
ており、母材１０の所定の位置に集光したレーザ１２を
照射する。レーザ発振器１３としてはＹＡＧレーザやＣ
Ｏ２レーザ等の種々のレーザ発振器を用いることができ
る。レーザ発振器１３は、パルス同期信号ケーブル２８
によってアーク溶接電源２７に接続されている。
【００１１】アーク溶接電源２７は、溶接ワイヤ１８と
母材１０との間にアーク電圧を印可する装置である。本
実施形態では、アーク溶接電源２７は溶接ワイヤ１８と
母材１０との間にパルス状にアーク電圧を印可する。こ
のため、溶接ワイヤ１８と母材１０との間に流れるアー
ク電流がパルス状に脈動するようになっている。また、
アーク溶接電源２７は、アーク電流の脈動に同期して同
期信号をレーザ発振器１３に出力する。このため、レー
ザ発振器１３はアーク電流の脈動に同期してレーザ光を
出力し、同時にレーザヘッド１４から母材１０に照射さ
れるレーザ１２もアーク電流の脈動に同期することとな
る。
母材１０との間にアーク電圧を印可する装置である。本
実施形態では、アーク溶接電源２７は溶接ワイヤ１８と
母材１０との間にパルス状にアーク電圧を印可する。こ
のため、溶接ワイヤ１８と母材１０との間に流れるアー
ク電流がパルス状に脈動するようになっている。また、
アーク溶接電源２７は、アーク電流の脈動に同期して同
期信号をレーザ発振器１３に出力する。このため、レー
ザ発振器１３はアーク電流の脈動に同期してレーザ光を
出力し、同時にレーザヘッド１４から母材１０に照射さ
れるレーザ１２もアーク電流の脈動に同期することとな
る。
【００１２】ここで、溶接ワイヤ１８と母材１０との間
に流れるアーク電流と、レーザヘッド１４から照射され
るレーザ１２の出力との関係について図２を参照して説
明する。図２では、アーク電流の時間的変化と、レーザ
出力の時間的変化と、溶接ワイヤ１８の溶融から母材１
０への移行のタイミングを合せて示している。図２に示
すようにアーク電流は、ベース電流が流れる期間と、ピ
ーク電流が流れる期間とが交互に繰返される脈動電流と
される。アーク電流を脈動電流とするのは、母材への入
熱量を大きくすること無くピーク電流を大きくするため
である。すなわち、アークから母材１０へ入力される熱
量はアーク電流の平均値に比例する。このため、アーク
電流を脈動電流とすることで、アーク電流の平均値（す
なわち、母材への入熱量）を高くすることなくピーク電
流を大きくすることができる。また、アーク電流の脈動
周期は、溶接ワイヤ１８が溶融して母材１０へ移行する
周期と一致するようになっている。すなわち、アーク電
流が１周期（１パルス）だけ流れる間に、ワイヤ溶滴が
１個形成されて母材１０に移行するようになっている。
例えば、溶接ワイヤの径が１．２ｍｍの場合は、ピーク
電流を４６０Ａ、ベース電流を５０Ａとし、アーク電流
の脈動周期を１００〜５００Ｈｚの間で調整すること
で、アーク電流の脈動周期と溶接ワイヤの溶融・移行の
周期とを一致させることができる。アーク電流の脈動周
期と溶接ワイヤの溶融・移行の周期を一致させると、ベ
ース電流を小さくしてもアークを安定して発生させるこ
とができる。これにより、本実施形態ではベース電流を
できる限り小さくし、アーク電流の平均値を高くするこ
となくピーク電流を大きくしている。レーザ１２は、ア
ーク電流の脈動に同期して出力される。すなわち、アー
ク電流がベース電流からピーク電流になると同時にレー
ザの出力が開始され、アーク電流がピーク電流からベー
ス電流に戻る少し前にレーザの出力が停止される。した
がって、アーク電流がピーク電流とされているときにレ
ーザ１２が母材１０に照射される。レーザ１２が照射さ
れる期間は、アーク電流がピーク電流とされている期間
内で適宜設定することができる。ただし、後述するよう
に溶融池２４内の湯流れの促進のためには、アーク電流
がピーク電流とされている期間の前半においてレーザ１
２が照射されることが好ましい。なお、アーク電流はベ
ース電流に半周期分の正弦波状の電流を加えたように変
化する脈動電流としても良い。即ち正弦波状の電流が正
の値をとっている半周期分の正弦波状の電流をベース電
流に加える。この場合は、半周期分の正弦波状の電流が
加えられている期間内でレーザを出力する。
に流れるアーク電流と、レーザヘッド１４から照射され
るレーザ１２の出力との関係について図２を参照して説
明する。図２では、アーク電流の時間的変化と、レーザ
出力の時間的変化と、溶接ワイヤ１８の溶融から母材１
０への移行のタイミングを合せて示している。図２に示
すようにアーク電流は、ベース電流が流れる期間と、ピ
ーク電流が流れる期間とが交互に繰返される脈動電流と
される。アーク電流を脈動電流とするのは、母材への入
熱量を大きくすること無くピーク電流を大きくするため
である。すなわち、アークから母材１０へ入力される熱
量はアーク電流の平均値に比例する。このため、アーク
電流を脈動電流とすることで、アーク電流の平均値（す
なわち、母材への入熱量）を高くすることなくピーク電
流を大きくすることができる。また、アーク電流の脈動
周期は、溶接ワイヤ１８が溶融して母材１０へ移行する
周期と一致するようになっている。すなわち、アーク電
流が１周期（１パルス）だけ流れる間に、ワイヤ溶滴が
１個形成されて母材１０に移行するようになっている。
例えば、溶接ワイヤの径が１．２ｍｍの場合は、ピーク
電流を４６０Ａ、ベース電流を５０Ａとし、アーク電流
の脈動周期を１００〜５００Ｈｚの間で調整すること
で、アーク電流の脈動周期と溶接ワイヤの溶融・移行の
周期とを一致させることができる。アーク電流の脈動周
期と溶接ワイヤの溶融・移行の周期を一致させると、ベ
ース電流を小さくしてもアークを安定して発生させるこ
とができる。これにより、本実施形態ではベース電流を
できる限り小さくし、アーク電流の平均値を高くするこ
となくピーク電流を大きくしている。レーザ１２は、ア
ーク電流の脈動に同期して出力される。すなわち、アー
ク電流がベース電流からピーク電流になると同時にレー
ザの出力が開始され、アーク電流がピーク電流からベー
ス電流に戻る少し前にレーザの出力が停止される。した
がって、アーク電流がピーク電流とされているときにレ
ーザ１２が母材１０に照射される。レーザ１２が照射さ
れる期間は、アーク電流がピーク電流とされている期間
内で適宜設定することができる。ただし、後述するよう
に溶融池２４内の湯流れの促進のためには、アーク電流
がピーク電流とされている期間の前半においてレーザ１
２が照射されることが好ましい。なお、アーク電流はベ
ース電流に半周期分の正弦波状の電流を加えたように変
化する脈動電流としても良い。即ち正弦波状の電流が正
の値をとっている半周期分の正弦波状の電流をベース電
流に加える。この場合は、半周期分の正弦波状の電流が
加えられている期間内でレーザを出力する。
【００１３】なお、図１に示されている母材１０は、図
示省略した支持台により保持される。この支持台は、同
じく図示省略した駆動機構によって図１の右側方向（矢
印Ｘの反対方向）に移動するようになっている。このた
め、アーク溶接トーチ１６とレーザヘッド１４は、母材
１０に対して矢印Ｘで示される方向に相対的に移動す
る。したがって、母材１０に対する溶接は矢印Ｘ方向に
進行し、溶接後の母材１０には溶接金属２６（溶接ワイ
ヤ１８と母材１０が溶融して混合したもの）が形成され
ることとなる。
示省略した支持台により保持される。この支持台は、同
じく図示省略した駆動機構によって図１の右側方向（矢
印Ｘの反対方向）に移動するようになっている。このた
め、アーク溶接トーチ１６とレーザヘッド１４は、母材
１０に対して矢印Ｘで示される方向に相対的に移動す
る。したがって、母材１０に対する溶接は矢印Ｘ方向に
進行し、溶接後の母材１０には溶接金属２６（溶接ワイ
ヤ１８と母材１０が溶融して混合したもの）が形成され
ることとなる。
【００１４】また、図１から明らかなように、レーザヘ
ッド１４は溶接方向の上流側（矢印Ｘの方向）に配置さ
れ、アーク溶接トーチ１６は溶接方向の下流側（矢印Ｘ
の反対方向）に配置されている。さらに、アーク溶接ト
ーチ１６とレーザヘッド１４とは、母材１０の垂直方向
に対して傾斜して配置される。すなわち、アーク溶接ト
ーチ１６は溶接方向に対して上流側に、レーザヘッド１
４は下流側に向けて傾斜して配置されている。このた
め、溶接時には、アーク溶接トーチ１６の溶接方向前方
に形成される溶融池２４内にレーザヘッド１４からのレ
ーザ１２が照射されることとなる。なお、本実施形態に
おいては、支持台に保持された母材１０側を移動する構
成としたが、アーク溶接トーチ１６及びレーザヘッド１
４側を移動させることももちろん可能である。
ッド１４は溶接方向の上流側（矢印Ｘの方向）に配置さ
れ、アーク溶接トーチ１６は溶接方向の下流側（矢印Ｘ
の反対方向）に配置されている。さらに、アーク溶接ト
ーチ１６とレーザヘッド１４とは、母材１０の垂直方向
に対して傾斜して配置される。すなわち、アーク溶接ト
ーチ１６は溶接方向に対して上流側に、レーザヘッド１
４は下流側に向けて傾斜して配置されている。このた
め、溶接時には、アーク溶接トーチ１６の溶接方向前方
に形成される溶融池２４内にレーザヘッド１４からのレ
ーザ１２が照射されることとなる。なお、本実施形態に
おいては、支持台に保持された母材１０側を移動する構
成としたが、アーク溶接トーチ１６及びレーザヘッド１
４側を移動させることももちろん可能である。
【００１５】次に、上述した溶接装置を用いて溶接を行
う時の作用について説明する。既に説明したことから明
らかなように、上述した溶接装置ではアーク電流がピー
ク電流とされている期間にレーザヘッド１４からレーザ
１２を出力する（図２参照）。レーザヘッド１４から出
力されたレーザ１２は、図１に示すようにアーク溶接ト
ーチ１６の溶接方向前方に形成される溶融池２４表面に
照射される。このため、溶融池２４の表面からは金属蒸
気２２が発生し、この金属蒸気２２にアーク２０が誘導
され集中する。したがって、アーク電流がピーク電流と
なるときのアーク２０の広がりが抑制され、溶融池２４
表面のレーザ１２照射点近傍に集中的に熱が与えられ
る。このため、溶融幅を広げずに深い溶け込みを実現す
ることができる。
う時の作用について説明する。既に説明したことから明
らかなように、上述した溶接装置ではアーク電流がピー
ク電流とされている期間にレーザヘッド１４からレーザ
１２を出力する（図２参照）。レーザヘッド１４から出
力されたレーザ１２は、図１に示すようにアーク溶接ト
ーチ１６の溶接方向前方に形成される溶融池２４表面に
照射される。このため、溶融池２４の表面からは金属蒸
気２２が発生し、この金属蒸気２２にアーク２０が誘導
され集中する。したがって、アーク電流がピーク電流と
なるときのアーク２０の広がりが抑制され、溶融池２４
表面のレーザ１２照射点近傍に集中的に熱が与えられ
る。このため、溶融幅を広げずに深い溶け込みを実現す
ることができる。
【００１６】また、本実施形態では、アーク電流がピー
ク電流となるときにアーク２０をレーザ１２の照射位置
近傍に集中させることで、溶融池２４内に溶融池表面か
ら溶融池底部に向かう溶融金属の流れを形成し、これに
よっても溶融幅を広げずに深い溶け込みが実現されるも
のと考えられる。本実施形態において溶融池２４内に形
成されると考えられる溶融金属の流れとアーク電流の流
れを図３及び図４を参照して説明する。図３は溶融幅を
広げずに深い溶け込みを実現するために必要となる溶融
池内の溶融金属の流れを示し、図４は図３に示す溶融金
属の流れを実現するためのアーク電流の流れを示してい
る。溶融幅を広げずに深い溶け込みを実現するために
は、溶融池表面に与えられた熱を効率的に溶融池底部に
伝達する必要が生じる。このためには、図３に示すよう
な、溶融池２４の表面Ａの中心部から溶融池２４の底部
に向かう溶融金属の流れＦを実現することが好ましい。
このような溶融金属の流れＦが実現されれば、溶融池２
４の底部に到達した溶融金属により溶融池２４の底部に
ある母材１０に熱が与えられ、その溶融が促進される。
また、溶融池２４の底部に到達した溶融金属は、その後
方向転換して溶融池２４の側壁に沿って上向きに流れる
が、このときには溶融金属の温度が低下しているため溶
融池２４の側壁は溶融され難くなる。このため、溶融幅
が狭く、かつ、深い溶け込みを実現することができる。
ク電流となるときにアーク２０をレーザ１２の照射位置
近傍に集中させることで、溶融池２４内に溶融池表面か
ら溶融池底部に向かう溶融金属の流れを形成し、これに
よっても溶融幅を広げずに深い溶け込みが実現されるも
のと考えられる。本実施形態において溶融池２４内に形
成されると考えられる溶融金属の流れとアーク電流の流
れを図３及び図４を参照して説明する。図３は溶融幅を
広げずに深い溶け込みを実現するために必要となる溶融
池内の溶融金属の流れを示し、図４は図３に示す溶融金
属の流れを実現するためのアーク電流の流れを示してい
る。溶融幅を広げずに深い溶け込みを実現するために
は、溶融池表面に与えられた熱を効率的に溶融池底部に
伝達する必要が生じる。このためには、図３に示すよう
な、溶融池２４の表面Ａの中心部から溶融池２４の底部
に向かう溶融金属の流れＦを実現することが好ましい。
このような溶融金属の流れＦが実現されれば、溶融池２
４の底部に到達した溶融金属により溶融池２４の底部に
ある母材１０に熱が与えられ、その溶融が促進される。
また、溶融池２４の底部に到達した溶融金属は、その後
方向転換して溶融池２４の側壁に沿って上向きに流れる
が、このときには溶融金属の温度が低下しているため溶
融池２４の側壁は溶融され難くなる。このため、溶融幅
が狭く、かつ、深い溶け込みを実現することができる。
【００１７】かかる溶融金属の流れＦを実現するために
は、本実施形態のようにアーク電流がピーク電流とされ
ているときにレーザ１２を溶融池２４の表面に照射し、
レーザ１２が照射された部分にアーク２０を集中させる
ことが有効であると考えられる。すなわち、アーク２０
が集中して溶融池２４の表面に衝突すると、アーク２０
が衝突する部分には溶融池２４の表面Ａから底部Ｂに向
かう方向に力が作用する。この溶融池２４の表面Ａに作
用するアーク２０からの力と、溶融池２４内の電流密度
の高低差によって生じるローレンツ力（電磁圧）の差に
より、図３に示すような溶融金属の流れＦが促進され
る。図４に示すようにアーク２０が溶融池２４の表面Ａ
（レーザ光１２が照射された部分）に集中すると、アー
ク電流Ｅは、矢印に示すように表面Ａから溶融池２４内
に流入し、溶融池２４内で広がる。このため、溶融池２
４の表面Ａでは電流密度が高く、溶融池２４の底部Ｂで
は電流密度が低くなる。したがって、溶融池２４の表面
Ａでは電流密度が高いためその電磁圧が高くなり、溶融
池２４の底部Ｂでは電流密度が低いためその電磁圧が低
くなる。この溶融池２４の表面Ａと底部Ｂとの電磁圧の
差によって、溶融池２４の表面Ａから底部Ｂに向かう溶
融金属の流れが促進されることとなる。
は、本実施形態のようにアーク電流がピーク電流とされ
ているときにレーザ１２を溶融池２４の表面に照射し、
レーザ１２が照射された部分にアーク２０を集中させる
ことが有効であると考えられる。すなわち、アーク２０
が集中して溶融池２４の表面に衝突すると、アーク２０
が衝突する部分には溶融池２４の表面Ａから底部Ｂに向
かう方向に力が作用する。この溶融池２４の表面Ａに作
用するアーク２０からの力と、溶融池２４内の電流密度
の高低差によって生じるローレンツ力（電磁圧）の差に
より、図３に示すような溶融金属の流れＦが促進され
る。図４に示すようにアーク２０が溶融池２４の表面Ａ
（レーザ光１２が照射された部分）に集中すると、アー
ク電流Ｅは、矢印に示すように表面Ａから溶融池２４内
に流入し、溶融池２４内で広がる。このため、溶融池２
４の表面Ａでは電流密度が高く、溶融池２４の底部Ｂで
は電流密度が低くなる。したがって、溶融池２４の表面
Ａでは電流密度が高いためその電磁圧が高くなり、溶融
池２４の底部Ｂでは電流密度が低いためその電磁圧が低
くなる。この溶融池２４の表面Ａと底部Ｂとの電磁圧の
差によって、溶融池２４の表面Ａから底部Ｂに向かう溶
融金属の流れが促進されることとなる。
【００１８】また、溶融池２４の表面Ａにおける電流密
度が高いほど表面Ａと底部Ｂの電磁圧の差は大きくな
り、上述した溶融金属の流れは促進される。このため、
溶融池２４の表面におけるアーク電流の通電通路は狭い
ことが好ましい。したがって、図５に示すようにレーザ
１２の照射幅ＷＬは狭いほど好ましく、母材溶融幅ＷＭ
の１／３程度とすることが好ましい。さらに、電磁圧は
電流密度の２乗に比例する。このため、ピーク電流が大
きいほど溶融池２４の表面Ａにおける電磁圧と底部Ｂに
おける電磁圧の差は大きくなる。本実施形態では、アー
ク電流を脈動させ、さらに、アーク電流の脈動周期を溶
接ワイヤ１８の溶融・母材への移行周期と一致させるこ
とによってベース電流を低くし、これらによって平均電
流（母材１０への入熱量）を大きくすることなくピーク
電流を大きくしている。したがって、溶融池２４の表面
Ａと底部Ｂとの間に大きな電磁圧を発生し、上述した溶
融池２４内の溶融金属の流れが促進されるものと考えら
れる。
度が高いほど表面Ａと底部Ｂの電磁圧の差は大きくな
り、上述した溶融金属の流れは促進される。このため、
溶融池２４の表面におけるアーク電流の通電通路は狭い
ことが好ましい。したがって、図５に示すようにレーザ
１２の照射幅ＷＬは狭いほど好ましく、母材溶融幅ＷＭ
の１／３程度とすることが好ましい。さらに、電磁圧は
電流密度の２乗に比例する。このため、ピーク電流が大
きいほど溶融池２４の表面Ａにおける電磁圧と底部Ｂに
おける電磁圧の差は大きくなる。本実施形態では、アー
ク電流を脈動させ、さらに、アーク電流の脈動周期を溶
接ワイヤ１８の溶融・母材への移行周期と一致させるこ
とによってベース電流を低くし、これらによって平均電
流（母材１０への入熱量）を大きくすることなくピーク
電流を大きくしている。したがって、溶融池２４の表面
Ａと底部Ｂとの間に大きな電磁圧を発生し、上述した溶
融池２４内の溶融金属の流れが促進されるものと考えら
れる。
【００１９】なお、アーク電流がベース電流とされてい
る時はレーザ１２を溶融池１２の表面に照射してアーク
２０の集中を図っても、溶融池２４の表面Ａと低部Ｂの
電磁圧の差は小さく、上述した溶融金属の流れを促進す
る効果は小さい。また、溶融池２４内の溶融金属の流れ
にはある程度の慣性がある。このため、一旦図３に示す
溶融金属の流れＦが形成された後は、レーザ１２が照射
されなくても溶融金属の流れは暫らくは維持されると考
えられる。したがって、アーク電流がピーク電流とされ
ている期間の前半にレーザ１２を照射することで、効率
的に溶融池２４内の溶融金属の流れを促進することがで
きる。なお、レーザ１２の照射は連続的に行われても良
いし、高密度にパルス的に行われても良い。また、レー
ザ１２による母材１０への入熱が大きすぎると、溶融池
２４の表面から発生する金属蒸気の蒸発反力で、図６に
示すように溶融池２４に形成される凹部Ｃが大きくな
る。凹部Ｃが大きくなると凹部Ｃの周りの溶融池２４表
面が盛り上がり、アーク２０がレーザ１２の照射位置に
集中し難くなる。このような事態を避けるためには、レ
ーザ１２による入熱をアークの平均入熱の半分以下程度
に抑えることが好ましい。
る時はレーザ１２を溶融池１２の表面に照射してアーク
２０の集中を図っても、溶融池２４の表面Ａと低部Ｂの
電磁圧の差は小さく、上述した溶融金属の流れを促進す
る効果は小さい。また、溶融池２４内の溶融金属の流れ
にはある程度の慣性がある。このため、一旦図３に示す
溶融金属の流れＦが形成された後は、レーザ１２が照射
されなくても溶融金属の流れは暫らくは維持されると考
えられる。したがって、アーク電流がピーク電流とされ
ている期間の前半にレーザ１２を照射することで、効率
的に溶融池２４内の溶融金属の流れを促進することがで
きる。なお、レーザ１２の照射は連続的に行われても良
いし、高密度にパルス的に行われても良い。また、レー
ザ１２による母材１０への入熱が大きすぎると、溶融池
２４の表面から発生する金属蒸気の蒸発反力で、図６に
示すように溶融池２４に形成される凹部Ｃが大きくな
る。凹部Ｃが大きくなると凹部Ｃの周りの溶融池２４表
面が盛り上がり、アーク２０がレーザ１２の照射位置に
集中し難くなる。このような事態を避けるためには、レ
ーザ１２による入熱をアークの平均入熱の半分以下程度
に抑えることが好ましい。
【００２０】以上詳述したように本実施形態に係る溶接
装置では、アーク電流がピーク電流とされる期間にレー
ザが照射されてアークの集中が図られる。したがって、
入熱量を抑えつつ深い溶け込みを実現することができ
る。なお、入熱量を抑えつつ深い溶け込みを実現するこ
とができることから、本実施形態の溶接技術は薄板の付
け合せ溶接や自動車部品の溶接等に好適に実施すること
ができる。例えば、自動車の足回り部品であるサスペン
ションメンバー、プロペラシャフト、リヤアクスルハウ
ジング等の溶接に用いることができる。
装置では、アーク電流がピーク電流とされる期間にレー
ザが照射されてアークの集中が図られる。したがって、
入熱量を抑えつつ深い溶け込みを実現することができ
る。なお、入熱量を抑えつつ深い溶け込みを実現するこ
とができることから、本実施形態の溶接技術は薄板の付
け合せ溶接や自動車部品の溶接等に好適に実施すること
ができる。例えば、自動車の足回り部品であるサスペン
ションメンバー、プロペラシャフト、リヤアクスルハウ
ジング等の溶接に用いることができる。
【００２１】以上、本発明の好適な一実施形態について
詳細に説明したが、これは例示に過ぎず、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実
施することができる。なお、本明細書または図面に説明
した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによ
って技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項
記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本
明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に
達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成する
こと自体で技術的有用性を持つものである。
詳細に説明したが、これは例示に過ぎず、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実
施することができる。なお、本明細書または図面に説明
した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによ
って技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項
記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本
明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に
達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成する
こと自体で技術的有用性を持つものである。
【図１】 本発明の一実施の形態に係るアーク溶接方法
を実施すための溶接装置の概略の構成を示す図面であ
る。
を実施すための溶接装置の概略の構成を示す図面であ
る。
【図２】 アーク電流の時間的変化と、レーザ出力の時
間的変化と、溶接ワイヤの溶融から母材への移行の時間
的変化とをあわせて示す図面である。
間的変化と、溶接ワイヤの溶融から母材への移行の時間
的変化とをあわせて示す図面である。
【図３】 溶融幅を広げずに深い溶け込みを実現するた
めに必要となる溶融池内の溶融金属の流れを模式的に示
す図面である。
めに必要となる溶融池内の溶融金属の流れを模式的に示
す図面である。
【図４】 図３に示す溶融金属の流れを実現するための
アーク電流の流れを模式的に示す図面である。
アーク電流の流れを模式的に示す図面である。
【図５】 好ましいレーザの照射幅ＷＬと母材溶融幅Ｗ
Ｍの関係を模式的に示す図面である。
Ｍの関係を模式的に示す図面である。
【図６】 レーザによる母材への入熱が大きすぎるとき
の溶融池の形状を模式的に示す図面である。
の溶融池の形状を模式的に示す図面である。
【図７】 従来のレーザ誘導アーク溶接方法を説明する
ための図面である。
ための図面である。
１０・・母材
１２・・レーザ
１３・・レーザ発振器
１４・・レーザヘッド
１６・・アーク溶接トーチ
１８・・溶接ワイヤ
２０・・アーク
２４・・溶融池
２７・・アーク溶接電源
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザによりアークを誘導するレーザ誘
導アーク溶接方法であって、 アーク電流をベース電流が流れるベース期間と大電流が
流れる大電流期間とを繰返す脈動電流とし、そのアーク
電流の脈動に同期してアーク電流が大電流期間とされて
いるときにアーク電極直下へレーザを照射することを特
徴とするレーザ誘導アーク溶接方法。 - 【請求項２】 アーク電極には溶接ワイヤが用いられ、
アーク電流の脈動周期が溶接ワイヤが溶融して母材へ移
行する周期と一致していることを特徴とする請求項１に
記載のレーザ誘導アーク溶接方法。 - 【請求項３】 レーザの照射幅がワーク表面の溶融領域
幅の１／３以下に集中していることを特徴とする請求項
１に記載のレーザ誘導アーク溶接方法。 - 【請求項４】 レーザの入熱量がアークの入熱量の１／
２以下に調整されていることを特徴とする請求項１に記
載のレーザ誘導アーク溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002126054A JP4032815B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | レーザ誘導アーク溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002126054A JP4032815B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | レーザ誘導アーク溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003311415A true JP2003311415A (ja) | 2003-11-05 |
| JP4032815B2 JP4032815B2 (ja) | 2008-01-16 |
Family
ID=29540595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002126054A Expired - Fee Related JP4032815B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | レーザ誘導アーク溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4032815B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009178773A (ja) * | 2009-05-22 | 2009-08-13 | Panasonic Corp | レーザハイブリッドアーク溶接機とレーザハイブリッドアーク溶接システム |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106825929A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-06-13 | 北京工业大学 | 一种激光稳弧的交流电弧焊接方法 |
| CN109202291B (zh) * | 2018-11-01 | 2021-03-19 | 大连理工大学 | 一种抑制薄板焊接烧穿缺陷的脉冲激光诱导电弧焊接方法 |
-
2002
- 2002-04-26 JP JP2002126054A patent/JP4032815B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009178773A (ja) * | 2009-05-22 | 2009-08-13 | Panasonic Corp | レーザハイブリッドアーク溶接機とレーザハイブリッドアーク溶接システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4032815B2 (ja) | 2008-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10052706B2 (en) | Method and system to use AC welding waveform and enhanced consumable to improve welding of galvanized workpiece | |
| US9782850B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
| US9718147B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for root pass welding of the inner diameter of clad pipe | |
| EP2263823B1 (en) | Hybrid welding method and hybrid welding apparatus | |
| JP3200387U (ja) | 溶接パッドルと共にコンシューマブルを用いるシステム | |
| US7154065B2 (en) | Laser-hybrid welding with beam oscillation | |
| JP5398165B2 (ja) | レーザ・アーク複合溶接ヘッド及びその方法 | |
| US20130327749A1 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding aluminum to steel | |
| WO2010021094A1 (ja) | 複合溶接方法および複合溶接装置 | |
| JP4848921B2 (ja) | 複合溶接方法と複合溶接装置 | |
| EP1136167A1 (en) | Method for guiding arc by laser, and arc guiding welding and device by the method | |
| JP2002346777A (ja) | レーザ・アーク併用溶接方法 | |
| JP2003311415A (ja) | レーザ誘導アーク溶接方法 | |
| US4035605A (en) | Narrow groove welding method, and welding apparatus for practicing the method | |
| JP3631936B2 (ja) | 溶接方法及び溶接装置 | |
| JP2002331373A (ja) | アルミニウムの溶接方法 | |
| JP4394808B2 (ja) | レーザ光とアークを用いた溶融加工装置 | |
| JP2005034868A (ja) | アルミニウム又はマグネシウム製ダイキャストのアーク溶接方法 | |
| JP3615097B2 (ja) | レーザとアークとの複合溶接方法 | |
| JPH03477A (ja) | 複合熱源による溶接装置 | |
| JP3973813B2 (ja) | レーザーアーク溶接装置及びその方法並びにレーザーアークコーティング方法 | |
| JP3875082B2 (ja) | 多電極パルスアーク溶接方法 | |
| KR100561074B1 (ko) | 아크 용접 장치 및 용접 방법 | |
| JP2023173547A (ja) | レーザアークハイブリッド溶接装置 | |
| JPS58184084A (ja) | レ−ザ溶接法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041124 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061220 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070116 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070313 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071002 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071015 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131102 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |