JP2005131642A - フレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 略Ｌ字形状の２つの部材から形成され、かつ、継手部に段差を有するフレア継手に対して、レーザを照射しながら消耗電極パルスアーク溶接を行うフレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法において、２m/minを超える高速溶接を行うとアーク２がふらつき不安定になるために溶け落ち等の溶接欠陥が発生することがある。
【解決手段】 アーク２が段差エッジ部Ｂよりも外側に広がりアークがふらつくことを防止するために、前記段差エッジ部Ｂに遮蔽板１１ａ，１１ｂを設けて前記フレア継手をレーザ照射パルスアーク溶接する。前記遮蔽板１１ａ、１１ｂの材質は、セラミックス、カーボン又は継手を形成する部材よりも熱伝導のよい金属等とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、略Ｌ字形状の２つの部材から形成され、かつ、継手部に段差を有するフレア継手に対して良好な高速溶接を行うためのフレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法に関するものである。

図３は、本発明の対象となる段差を有するフレア継手を示す図である。同図に示すように、本発明が対象とするフレア継手は、略Ｌ字形状の２つの部材１ａ、１ｂから形成され、かつ、継手部に段差Ｌ［mm］を有する。部材１ａ、１ｂは鉄鋼材、アルミニウム材等であり、２mm以下程度の薄板である。このフレア継手を高速溶接するために、レーザを照射しながら消耗電極パルスアーク溶接を行う。

図４は、レーザ照射パルスアーク溶接を行うための溶接装置の構成図である。パルスアーク溶接用溶接電源９は、溶接トーチ５と母材１ａ、１ｂとの間にパルスアーク２を発生させるための電力を供給すると共に、ワイヤ送給装置の送給ロール６の回転を制御して溶接ワイヤ４を送給する。レーザ３は、レーザ発振装置１０から出力されて、光ファイバー８及びレーザヘッド７を通って、フレア継手部に照射される。一般的に、レーザ３の照射位置がアーク２の発生位置よりも先行するように配置することが多い。レーザ照射パルスアーク溶接では、レーザ３及びアーク２の２つの熱源から母材１ａ、１ｂへ入熱するので、高速溶接を行うことができる。さらに、アーク溶接にパルスアーク溶接を採用するので、スパッタの発生が非常に少ない美しいビード外観を得ることができる。

図５は、フレア継手部のアーク発生状態を示す図である。同図では溶接進行方向の後方から見た図であるために、レーザ照射はアーク２に隠れて見えていない。溶接速度が２m/min程度以下の場合には、アーク２に通電する溶接電流は２００Ａ程度以下になる。このときに、フレア継手部の段差Ｌが３〜６mm程度である場合には、アーク２の広がりは段差Ｌ内に略収まり良好なレーザ照射パルスアーク溶接を行うことができる。また、段差Ｌが３mm未満の場合には段差Ｌが小さいのでアーク２の発生状態への影響は少なく、良好なレーザ照射パルスアーク溶接を行うことができる。（特許文献１参照）

ところで、特許文献２に記載する従来技術は、薄板重ね継手をレーザ照射アーク溶接するものである。このアーク溶接には短絡移行溶接を使用するものである。しかし、図５で上述したように、溶接速度が２m/min程度でも溶接電流は２００Ａ程度となり、短絡移行溶接をすることができる電流範囲外となる。このために、この従来技術では最高溶接速度が２m/min程度に制限される。

特開２００２−１９２３６３号公報 特開２００２−１０３０６９号公報

上述したレーザ照射パルスアーク溶接では、溶接装置が高価になるために、それに見合った高効率の溶接（高速溶接）を行いたいという要求が強い。ここでいう高速溶接とは、２〜６m/minの溶接を意味する。しかしながら、上述したレーザ照射パルスアーク溶接によって、上述した段差を有するフレア継手を２m/min超の高速溶接すると、アークがふらつくためにビード形成が不良になったり段差部に溶け落ちが発生したりする。

図６は、高速溶接時のアーク発生状態を示す図である。溶接速度が２m/minを超えると溶接電流は２００Ａを超えることになり、アーク２の広がりが大きくなる。このときに、段差Ｌが３〜６mm程度であると、アーク２の広がりが段差Ｌよりも大きくなり、以下のようなアーク発生状態になる。すなわち、同図（Ａ）に示すように、アーク２が継手中心部Ａに対して略対象に形成される良好な状態と、同図（Ｂ）に示すように、アーク２が段差エッジ部Ｂから外側に偏って形成される不良な状態とを繰り返すことになる。このようなアーク２のふらつき現象が発生すると、ビードが段差部の方向に偏り不良ビードになったり、段差部への入熱が過大となり溶け落ちが発生したりする不具合が発生する。

溶接速度が２m/min以下であるときには溶接電流が小さくなりアーク２の広がりも小さくなるために、上述したアーク２のふらつき現象は発生しない。しかし、溶接速度が２m/minを超える高速溶接では、溶接電流が大きくなりアーク２の広がりも大きくなるために、段差エッジ部Ｂを乗り越えてアーク２のふらつき現象が発生することになる。

そこで、本発明では、３〜６mmの段差を有するフレア継手に対して２m/minを超える高速溶接を行ったときに、アークのふらつき現象の発生を抑制して良好な溶接品質を得ることができるレーザ照射パルスアーク溶接方法を提供する。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、略Ｌ字形状の２つの部材から形成され、かつ、継手部に段差を有するフレア継手に対して、レーザを照射しながら消耗電極パルスアーク溶接を行うフレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法において、
アークが段差エッジ部よりも外側に広がりアークがふらつくことを防止するために、前記段差エッジ部に遮蔽板を設けたことを特徴とするフレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法である。

また、第２の発明は、第１の発明記載の遮蔽板の材質が、セラミックス又はカーボン又は継手を形成する部材よりも熱伝導のよい金属であることを特徴とするフレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法である。

また、第３の発明は、第１の発明又は第２の発明記載の遮蔽板が、パルスアーク溶接用トーチの先端部に配設され、溶接時に段差エッジ部に近接することを特徴とするフレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法である。

上記第１の発明によれば、段差のあるフレア継手に対して２m/minを超える高速溶接を行っても、段差エッジ部に設けた遮蔽板によってアークが段差エッジ部から外側に広がってふらつくことがないので、良好な溶接品質を得ることができる。

上記第２の発明によれば、遮蔽板の材質をセラミックス、カーボン又は継手を形成する部材よりも熱伝導のよい金属にすることによって、遮蔽板がアークからの熱によって溶融して部材と溶着することを防止することができる。

上記第３の発明によれば、遮蔽板が溶接トーチと一体となって移動して溶接時に段差エッジ部と近接するために、段差エッジ部に遮蔽板を予め設置する必要がなく施工準備が簡単になる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク発生状態を示す図である。同図では溶接進行方向の後方から見た図であるために、レーザ照射はアーク２に隠れて見えていない。同図は、略Ｌ字形状の２つの部材からなり、３〜６mmの段差を有するフレア継手に対して、２m/minを超える高速溶接をレーザ照射パルスアーク溶接によって行う場合である。本発明は、同図に示すように、高速溶接時に溶接電流が大きくなりアーク２の広がりが大きくなることによってアーク２が段差エッジ部Ｂから外側にはみ出してふらつくのを防止するために、段差エッジ部Ｂに遮蔽板１１ａ、１１ｂを設けるものである。この遮蔽板にはアーク２からの熱に耐えうるように耐熱性材料を使用する必要がある。具体的には、同図（Ａ）に示すように、セラミックス又はカーボンが使用できる。また、同図（Ｂ）に示すように、銅、鉄、アルミニウム等の金属材料を使用することもできる。

同図（Ａ）に示すように、遮蔽板１１ａがセラミックス又はカーボンであるときには、遮蔽板１１ａは絶縁物又は導電率が低い材料であるので、アーク２は遮蔽板１１ａには形成されない。このために、アーク２は継手中心部Ａに対して略対象形状となる。したがって、アーク２がふらつくことがなく、安定した高速のレーザ照射パルスアーク溶接を行うことができる。

また、同図（Ｂ）に示すように、遮蔽板１１ｂが金属材料であるときには、アーク２は遮蔽板１１ｂにも形成される。しかし、この場合でも、アーク２は段差エッジ部Ｂから外側にはみ出すことはないために、継手中心部Ａに対してやや偏った形状にはなるが、その偏りはわずかである。このために、安定した高速のレーザ照射パルスアーク溶接を行うことができる。

ところで、アーク２からの熱によって遮蔽板１１ａ、１１ｂが部材に溶着することがときにはある。これを防止するためには、遮蔽板に、セラミックス、カーボン又は継手を形成する部材よりも熱伝導のよい銅のような金属材料を使用すれば良い。熱伝導がよい材料では、アーク２からの熱が逃げるために溶着することはない。セラミックス又はカーボンはアーク２からの熱によって溶融しないので、溶着しない。

［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の形態２に係るアーク発生状態を示す図である。同図は、上述した図１とは異なり遮蔽板１２がパルスアーク溶接用トーチ５の先端部に位置調整機構１３を介して配設されているものである。この遮蔽板１２は、位置調整機構１３を調整して溶接時に段差エッジ部Ｂに近接して、アーク２が段差エッジ部Ｂから外側に偏ってアーク２がふらつくのを防止する。この遮蔽板１２の材質については、上述した実施の形態１と同様である。また、この遮蔽板１２の作用効果も実施の形態１と同様である。ただし、この実施の形態２の遮蔽板１２は段差エッジ部Ｂに設ける必要がなく、溶接トーチ５と一体となって移動するので、施工準備が簡単になる利点がある。

本発明の実施の形態１に係るアーク発生状態図である。 本発明の実施の形態２に係るアーク発生状態図である。 本発明が対象とする段差を有するフレア継手を示す図である。 従来技術におけるレーザ照射パルスアーク溶接装置の構成図である。 従来技術におけるアーク発生状態図である。 従来技術の課題を説明するための高速溶接時のアーク発生状態図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 部材（母材）
２ アーク
３ レーザ
４ 溶接ワイヤ
５ 溶接トーチ
６ 送給ロール
７ レーザヘッド
８ 光ファイバー
９ 溶接電源
１０ レーザ発振装置
１１ａ、１１ｂ 遮蔽板
１２ 遮蔽板
１３ 位置調整機構
Ａ 継手中心部
Ｂ 段差エッジ部
Ｌ 段差

Claims (3)

1. 略Ｌ字形状の２つの部材から形成され、かつ、継手部に段差を有するフレア継手に対して、レーザを照射しながら消耗電極パルスアーク溶接を行うフレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法において、
   アークが段差エッジ部よりも外側に広がりアークがふらつくことを防止するために、前記段差エッジ部に遮蔽板を設けたことを特徴とするフレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法。
2. 請求項１記載の遮蔽板の材質が、セラミックス又はカーボン又は継手を形成する部材よりも熱伝導のよい金属であることを特徴とするフレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法。
3. 請求項１又は請求項２記載の遮蔽板が、パルスアーク溶接用トーチの先端部に配設されて、溶接時には段差エッジ部と近接することを特徴とするフレア継手のレーザ照射パルスアーク溶接方法。
   
   

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