JP2007090402A - Laser welding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば円形、四角形または三角形状の輪郭を有した部材を相手方の部材に全周にわたってレーザ溶接するのに好適に用いられるレーザ溶接方法に関する。 The present invention relates to a laser welding method suitably used for laser-welding a member having, for example, a circular, square, or triangular contour to the other member over the entire circumference.
一般に、レーザ発振器を用いてレーザビームを出射させ、このレーザビームを集光レンズ等で集束させることにより、溶接対象の部位に集束したレーザビームを照射して溶接ビードを形成し、溶接作業を行う構成としたレーザ溶接装置および溶接方法は知られている(例えば、特許文献1,2参照)。 In general, a laser beam is emitted using a laser oscillator, and the laser beam is focused by a condenser lens or the like, so that a welding bead is formed by irradiating the focused laser beam to a welding target portion, and a welding operation is performed. A laser welding apparatus and a welding method configured as described above are known (for example, see Patent Documents 1 and 2).
この種の従来技術によるレーザ溶接では、レーザビームのスポット径を小さく絞ることにより、溶接対象となる部材表面でのエネルギ密度を、例えばアーク溶接等に比較して10〜100倍程度まで増大させることができ、溶接ビードの幅を小さくして深い溶込みを得ることができる。 In this type of conventional laser welding, the energy density on the surface of the member to be welded is increased to about 10 to 100 times, for example, compared with arc welding or the like by narrowing the spot diameter of the laser beam. It is possible to obtain a deep penetration by reducing the width of the weld bead.
そして、このようなレーザ溶接は、エネルギ密度が高いので、高速溶接を実現できる上に、溶接対象(被溶接部材)への入熱量がアーク溶接に較べて極端に小さく、低歪みの溶接が可能となる。また、入熱量が少ないために、溶接金属部(溶接ビードの部分)が急熱、急冷されてマルテンサイト組織となり、非常に硬くなるという特質がある。 And since such laser welding has high energy density, high-speed welding can be realized, and the amount of heat input to the welding target (member to be welded) is extremely small compared to arc welding, enabling low distortion welding. It becomes. Further, since the amount of heat input is small, the weld metal part (weld bead part) is rapidly heated and rapidly cooled to form a martensite structure, which is very hard.
ところで、上述した従来技術によるレーザ溶接を、例えば円形の輪郭を有する円形部材の溶接作業に適用した場合には、円形部材の全周に沿って行う所謂円周溶接に特有な問題として低温割れ等が発生するという問題がある。 By the way, when the above-described laser welding according to the prior art is applied to, for example, a welding operation of a circular member having a circular contour, a problem peculiar to so-called circumferential welding performed along the entire circumference of the circular member is cold cracking or the like. There is a problem that occurs.
即ち、円形部材を相手方部材に対し全周にわたってレーザ溶接(円周溶接)する場合に、円形部材は、相手方部材により外側から取囲まれて完全に拘束され、溶接時の熱影響による熱変形(膨脹または収縮)が規制されるため、これが原因となって低温割れ等が発生する。特に、レーザ溶接の溶接金属部(溶接ビードの部分)は、前述の如く急熱、急冷されてマルテンサイト組織となり、非常に硬くなるという特質があるために、溶接ビードの表面側には割れが発生し易い。 In other words, when laser welding (circumferential welding) is performed on a circular member over the entire circumference of the counterpart member, the circular member is surrounded and completely restrained from the outside by the counterpart member, and thermal deformation due to the thermal influence during welding ( (Expansion or contraction) is regulated, and this causes cold cracking. In particular, the weld metal part (weld bead part) of laser welding has the property that it is rapidly heated and quenched to become a martensite structure and becomes very hard as described above, and therefore there is a crack on the surface side of the weld bead. It is easy to generate.
また、前述の如きレーザ溶接(円周溶接)を行う場合に、内側に位置する円形部材は、溶接による入熱を外側へと拡散することができないために温度上昇してしまい、溶接後の冷却速度が遅くなる傾向がある。これに対し、円形部材を取囲む外側の相手方部材は、溶接時の入熱を外側へと拡散することができるので、冷却速度も相対的に速くなる傾向がある。 Further, when performing laser welding (circumferential welding) as described above, the circular member located on the inside rises in temperature because heat input by welding cannot be diffused outward, and cooling after welding is performed. There is a tendency to slow down. On the other hand, the outer counterpart member surrounding the circular member can diffuse heat input during welding to the outside, so that the cooling rate tends to be relatively high.
このため、内側の円形部材と外側の相手方部材との間には、溶接後の冷却速度が不均一となって温度差が生じ易く、熱的な膨脹・収縮がアンバランスとなる。しかも、レーザ溶接の場合は、溶接ビードの部分が急熱、急冷されてマルテンサイト組織となり、非常に硬くなるという悪条件が重なるため、溶接ビード部にクラック(亀裂)が発生し易くなる。 For this reason, the cooling rate after welding becomes uneven between the inner circular member and the outer counterpart member, and a temperature difference is likely to occur, and thermal expansion / contraction is unbalanced. In addition, in the case of laser welding, the weld bead portion is rapidly heated and rapidly cooled to become a martensite structure, and the adverse condition that it becomes very hard overlaps, so that cracks (cracks) are likely to occur in the weld bead portion.
また、円周溶接の場合は、溶接の開始位置と終了位置が一致するために、円形部材の輪郭(全周)にわたる温度分布が不均一となり、溶接変形も不均一になってしまう。そして、溶接ビードの部分に少しでも割れ(クラック)等が発生すると、これが起点となって溶接構造物全体の強度を低下させる原因になるという問題がある。 In the case of circumferential welding, since the welding start position and the end position coincide with each other, the temperature distribution over the contour (the entire circumference) of the circular member becomes non-uniform, and the welding deformation also becomes non-uniform. And even if a crack (crack) etc. generate | occur | produces even a little in the part of a weld bead, there exists a problem that this becomes a starting point and causes the strength of the whole welded structure to fall.
特に、従来技術(特許文献1,2)によるレーザ溶接は、溶接後のビード形状を再溶融によって整えることを目的としたもので、レーザパワーを連続的に変えるのではなく、レーザ照射の停止、再照射を断続的に行うものである。しかも、レーザ照射の狙い位置は、例えば1回目と2回目とで同一の照射位置となり、レーザ照射の狙い位置を変えることなく、再溶融させるものである。 In particular, the laser welding according to the prior art (Patent Documents 1 and 2) is intended to arrange the bead shape after welding by remelting, and instead of continuously changing the laser power, the laser irradiation is stopped, Re-irradiation is performed intermittently. Moreover, the laser irradiation target position is, for example, the same irradiation position at the first time and the second time, and is remelted without changing the laser irradiation target position.
このため、従来技術によるレーザ溶接を、例えば円形または非円形の輪郭を有する一側部材を相手方部材に対し全周にわたって溶接する全周溶接(円周溶接)作業に適用した場合には、前述したように所謂円周溶接等に特有な問題として溶接ビードの部分に割れ等が発生し易いという問題がある。 For this reason, when laser welding according to the prior art is applied to, for example, an all-around welding (circumferential welding) operation in which a one-side member having a circular or non-circular contour is welded to the other member over the entire circumference, the above-described operation is performed. Thus, as a problem peculiar to so-called circumferential welding or the like, there is a problem that a crack or the like is likely to occur in the weld bead portion.
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、例えば円周溶接等のように部材の輪郭全周にわたる溶接作業に適用した場合でも、溶接ビードの部分等に割れが発生するのを防止でき、信頼性を向上できるようにしたレーザ溶接方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is, for example, in the case of a weld bead portion even when applied to a welding operation over the entire contour of a member such as circumferential welding. An object of the present invention is to provide a laser welding method capable of preventing the occurrence of cracks and improving the reliability.
上述した課題を解決するために、本発明は、円形または非円形の輪郭を有した一側部材を相手方部材に全周にわたってレーザ溶接するレーザ溶接方法に適用される。 In order to solve the above-described problems, the present invention is applied to a laser welding method in which a one-side member having a circular or non-circular contour is laser-welded to a counterpart member over the entire circumference.
そして、請求項1の発明による溶接方法の特徴は、前記一側部材の輪郭に沿ってレーザビームを1周するまで照射し、前記輪郭の全周にわたった溶接ビードを形成する1周目のレーザ照射工程と、前記1周目に行ったレーザビームの照射を停止することなく、前記1周目の溶接ビードの位置よりも外側位置に沿ってレーザビームを照射する2周目のレーザ照射工程とを含むことにある。 In the welding method according to the first aspect of the present invention, the laser beam is irradiated until it makes one round along the outline of the one side member, and a weld bead is formed over the entire circumference of the outline. Laser irradiation step and second laser irradiation step of irradiating a laser beam along a position outside the position of the weld bead on the first round without stopping the laser beam irradiation performed on the first round. It is in including.
また、請求項2の発明によると、前記2周目のレーザ照射工程では、前記レーザビームのパワーを前記1周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら前記溶接ビードの輪郭に沿ってレーザ照射を行い、2周目が終了したらレーザ照射を停止するようにしている。
According to the invention of
一方、請求項3の発明によると、前記2周目のレーザ照射工程では、前記レーザビームを1周目のレーザ照射よりもデフォーカスしながら前記溶接ビードの輪郭に沿ってレーザ照射を行い、2周目が終了したらレーザ照射を停止するようにしている。
On the other hand, according to the invention of
また、請求項4の発明によると、前記2周目のレーザ照射工程では、前記溶接ビードが形成された部位のピーク温度をオーステナイト化変態点(A1 )よりも低い温度に設定するようにしている。
According to the invention of
また、請求項5の発明によると、前記2周目のレーザ照射工程では、前記溶接ビードが形成された部位のピーク温度をマルテンサイト変態開始点(Ms )よりも高い温度に設定するようにしている。
According to the invention of
さらに、請求項6の発明によると、前記2周目のレーザ照射工程では、前記溶接ビードが形成された部位のピーク温度をオーステナイト化変態点(A1 )よりも低い温度で、かつマルテンサイト変態開始点(Ms )よりも高いピーク温度に設定するようにしている。 According to the invention of claim 6, in the second laser irradiation step, the peak temperature of the portion where the weld bead is formed is lower than the austenitization transformation point (A1) and the martensitic transformation starts. A peak temperature higher than the point (Ms) is set.
上述の如く、請求項1に記載の発明によれば、1周目のレーザ照射工程では、一側部材の輪郭に沿ってレーザビームを1周する位置まで照射することにより、一側部材と相手方部材との間に前記輪郭の全周にわたった溶接ビードを形成することができ、その後にレーザビームの照射を停止することなく行う2周目のレーザ照射工程では、一側部材にレーザビームを照射することなく前記溶接ビードの位置よりも外側位置に沿ってレーザビームを照射することにより、溶接ビードの外側に位置する部位(相手方部材)を加熱し、相手方部材の温度を上昇させることができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, in the laser irradiation process in the first round, the laser beam is irradiated to the position that makes one round along the outline of the one side member. A weld bead that extends over the entire circumference of the contour can be formed with the member, and then, in the second laser irradiation step performed without stopping the laser beam irradiation, the laser beam is applied to the one side member. By irradiating the laser beam along a position outside the position of the weld bead without irradiating, a portion (a counterpart member) located outside the weld bead can be heated and the temperature of the counterpart member can be raised. .
この結果、一側部材と相手方部材との温度差を縮め、溶接ビードの内側と外側との温度分布を同等にでき、両者の冷却速度もほぼ等しくなるので、溶接ビードの部分に割れ等が発生するのを防止できる。即ち、従来のレーザ溶接方法では、溶接ビードの部分が急冷され、その組織がマルテンサイト化して割れ易い傾向にあった。しかし、本発明では、2周目のレーザ照射で溶接ビードの外側に位置する部位を再加熱することにより、溶接ビードの内側と外側との温度分布を同等にして、両者の冷却速度を遅くすることができる。このため、溶接ビードの部分は徐冷され、組織がマルテンサイト化するのを抑えることができ、溶接割れ等を防止して信頼性を向上することができる。 As a result, the temperature difference between the one side member and the counterpart member can be reduced, the temperature distribution between the inside and outside of the weld bead can be made equal, and the cooling rate of both can be made almost equal, so that cracks etc. occur in the weld bead portion. Can be prevented. That is, in the conventional laser welding method, the weld bead portion is rapidly cooled, and the structure tends to be martensite and easily cracked. However, in the present invention, the temperature distribution between the inside and outside of the weld bead is made equal by slowing the cooling rate of both by reheating the portion located outside the weld bead by the second round of laser irradiation. be able to. For this reason, the weld bead portion is gradually cooled to prevent the structure from becoming martensite, and it is possible to prevent weld cracks and improve reliability.
また、請求項2に記載の発明によると、2周目のレーザ照射工程では、レーザビームのパワーを1周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら溶接ビードの輪郭に沿ってレーザ照射を行い、2周目が終了したらレーザ照射を停止するため、溶接ビードの内側と外側とで温度分布をほぼ等しくできる上に、溶接ビードの周方向においても温度の均一化を図ることができ、冷却速度のばらつきを小さく抑えて割れ等の発生を防ぐことができる。そして、レーザビームのパワーを徐々に小さくするので、2周目のレーザ照射による入熱を減らすことができ、溶接歪み、変形を抑制することができる。
Further, according to the invention of
一方、請求項3に記載の発明によると、2周目のレーザ照射工程では、レーザビームを1周目のレーザ照射よりもデフォーカスしながら溶接ビードの輪郭に沿ってレーザ照射を行い、2周目が終了したらレーザ照射を停止するため、この場合でも、溶接ビードの内側と外側とで温度分布をほぼ等しくできる上に、溶接ビードの周方向においても温度の均一化を図ることができ、冷却速度のばらつきを小さく抑えることができる。そして、レーザビームをデフォーカスしながら照射を停止するので、2周目のレーザ照射による入熱を減らすことができると共に、材料全体の温度を均一化することができ、溶接割れ等の発生を防ぎ、溶接歪み、変形を抑制することができる。しかも、レーザビームのデフォーカスにより、例えば円周溶接の場合に問題となる溶接終端位置でのクレータ処理等を行う必要がなくなり、溶接作業の簡略化を図ることができる。 On the other hand, according to the third aspect of the present invention, in the second laser irradiation step, laser irradiation is performed along the contour of the weld bead while the laser beam is defocused rather than the first laser irradiation. In this case, the temperature distribution can be made almost equal between the inside and outside of the weld bead, and the temperature can be made uniform in the circumferential direction of the weld bead. Variation in speed can be reduced. Since irradiation is stopped while the laser beam is defocused, the heat input by the second round of laser irradiation can be reduced, the temperature of the entire material can be made uniform, and the occurrence of weld cracks and the like can be prevented. , Welding distortion and deformation can be suppressed. In addition, the defocusing of the laser beam eliminates the need for crater processing at the welding end position, which is a problem in circumferential welding, for example, and simplifies the welding operation.
また、請求項4に記載の発明は、溶接ビードが形成された部位のピーク温度を2周目のレーザ照射工程でオーステナイト化変態点(A1 )よりも低い温度に設定するので、2周目のレーザ照射工程では、所謂焼き戻しと同様な熱処理を行うことができ、内部応力の除去、硬さの抑制、割れ防止等を図り、溶接個所に強靭性を与えることができる。
In the invention according to
また、請求項5に記載の発明は、2周目のレーザ照射工程において溶接ビードが形成された部位の温度を、マルテンサイト変態開始点(Ms )よりも高いピーク温度に設定するので、溶接ビードの部分を徐冷して、組織がマルテンサイト化するのを抑えることができ、溶接割れ等を防止して信頼性を向上することができる。
Further, the invention according to
さらに、請求項6に記載の発明は、2周目のレーザ照射工程において溶接ビードが形成された部位のピーク温度を、オーステナイト化変態点(A1 )よりも低い温度で、かつマルテンサイト変態開始点(Ms )よりも高いピーク温度に設定するので、溶接ビードの部分を徐冷して、組織がマルテンサイト化するのを抑えることができ、溶接割れ等を防止して信頼性を向上することができる。 Furthermore, in the invention described in claim 6, the peak temperature of the site where the weld bead is formed in the second laser irradiation step is lower than the austenitization transformation point (A1) and the martensitic transformation start point. Since the peak temperature is set higher than (Ms), the weld bead portion can be gradually cooled to prevent the structure from martensite, and weld cracks can be prevented to improve reliability. it can.
以下、本発明の実施の形態によるレーザ溶接方法を、その適用対象として建設機械(油圧ショベル)を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。 Hereinafter, a laser welding method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking a construction machine (hydraulic excavator) as an example of application.
ここで、図1ないし図7は本発明の第1の実施の形態を示している。図中、1は建設機械としての油圧ショベルで、該油圧ショベル1は、自走可能な装軌式の下部走行体2と、下部走行体2上に旋回可能に搭載された上部旋回体3と、上部旋回体3の前部側に俯仰動可能に設けられたオフセットブーム式の作業装置4とにより大略構成されている。
Here, FIG. 1 to FIG. 7 show a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a hydraulic excavator as a construction machine. The hydraulic excavator 1 includes a self-propelled track-type
この場合、作業装置4は、上部旋回体3に俯仰動可能に取付けられたロアブーム5と、このロアブーム5の先端部に左,右方向に揺動可能に取付けられたアッパブーム6と、このアッパブーム6の先端部に左,右方向に揺動可能に取付けられたアームステー7と、このアームステー7に俯仰動可能に取付けられた後述のアーム11と、このアーム11の先端部に回動可能に取付けられた作業具としてのバケット8とにより大略構成されている。そして、ロアブーム5、アッパブーム6およびアーム11は、建設機械用の作業腕を構成するものである。
In this case, the working
また、オフセットブーム式の作業装置4にあっては、ロアブーム5の先端部とアームステー7との間にリンクロッド(図示せず)が左,右方向に回動可能に連結して設けられている。そして、このリンクロッドは、ロアブーム5、アッパブーム6、アームステー7と共に平行リンクを構成し、この平行リンクによってアーム11とロアブーム5とが常に平行な状態を保持する構成となっている。
Further, in the offset boom
また、上部旋回体3とロアブーム5との間には、ブームシリンダ5Aが設けられ、アームステー7とアーム11との間には、アームシリンダ7Aが設けられ、アーム11とバケット8との間には、バケットリンク9,10を介してバケットシリンダ8Aが設けられている。
Further, a
11は油圧ショベル1の作業腕を構成する作業装置4のアームで、このアーム11は、図2に示すように左,右のウェブ12(一方のみ図示)と、上,下のフランジ13,14とからなる合計4枚の板材(鋼板)を用いて横断面が四角形状をなす閉断面の溶接構造体として形成されている。
ここで、左,右のウェブ12には、長さ方向の一側(基端側)に斜めに傾斜したカット部12Aが形成され、このカット部12Aには、後述の補強板17がレーザ溶接等の手段で接合される。また、ウェブ12の他側(先端側)には、後述のボス19が接合される半円形状の切欠き部12Bと、後述のボス20が挿通状態で接合される円形の挿通穴部12Cとが設けられている。
Here, the left and
そして、アーム11の基端側(長さ方向の一側)には、後述の補強板17を下側のフランジ14との間で挟むように閉塞板15が設けられ、この閉塞板15は、アーム11の一側を閉塞するため各ウェブ12、上側のフランジ13および補強板17の端部に溶接により接合されている。
A closing
また、上側のフランジ13と閉塞板15との外側面には、シリンダブラケット16が溶接により接合して設けられ、このシリンダブラケット16には、図1に示す如くアームシリンダ7Aの先端部がピン結合されると共に、バケットシリンダ8Aの基端部がピン結合されるものである。
A
17はアーム11の基端側にボス18を取付けるための補強板で、該補強板17は、図2に示すように略三角形状の板材(鋼板)を用いて形成され、その周囲は、ウェブ12のカット部12A、下側のフランジ14、閉塞板15およびボス18の外周にそれぞれ溶接により接合されている。そして、このボス18には、図1に示すアームステー7が回動可能にピン結合されるものである。
この場合、補強板17は、ウェブ12よりも厚肉の板材により形成され、アーム11のウェブ12、下側のフランジ14および閉塞板15に対するボス18の接合強度等を高めると共に、下側のフランジ14と閉塞板15との間でボス18を補強する機能を有するものである。
In this case, the reinforcing
19はアーム11の先端(長さ方向の他側)に設けられた他のボスで、該ボス19は、左,右のウェブ12の切欠き部12B、上,下のフランジ13,14の先端にそれぞれ溶接により固着されている。そして、ボス19には、図1に示すバケット8が回動可能にピン結合されるものである。
20はアーム11の先端側に設けられた別のボスで、該ボス20は、アーム11内を左,右方向に貫通して延び、その両端側が左,右のウェブ12の挿通穴部12Cに後述のレーザ溶接により接合されるものである。そして、このボス20には、図1に示すバケットリンク9の一側が回動可能にピン結合されるものである。
ここで、ボス20は、例えば図3に示す如く中心線O−Oに対し半径Rの外径寸法をもった円筒状の筒体として形成され、円形の輪郭を有した一側部材を構成するものである。そして、このボス20は、相手方部材となるウェブ12の挿通穴部12C内に図3に示す如く挿通した状態で、両者の間には後述のレーザビーム22を用いた円周溶接が施される。これにより、ボス20は、ウェブ12の挿通穴部12Cに全周にわたって接合されるものである。
Here, the
21は本実施の形態で用いたレーザ溶接機で、このレーザ溶接機21は、レーザ発振器(図示せず)から出射されたレーザ光を、集光レンズ、反射鏡等の集光装置(図示せず)により微小な面積範囲に集光させつつ、この集光したレーザビーム22を図3に示すように溶接対象物(ウェブ12とボス20との間)に向けて照射するものである。
また、レーザ溶接機21は、ボス20の外周側で後述の照射軌跡23,25に沿って移動され、1周目,2周目のレーザ照射工程を実行するものである。なお、ウェブ12とボス20との間のレーザ溶接部には、必要に応じてフィラワイヤ等の溶加材を供給する構成としてもよいものである。
Further, the
本実施の形態によるレーザ溶接方法が適用される油圧ショベル1は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。 The hydraulic excavator 1 to which the laser welding method according to the present embodiment is applied has the above-described configuration. Next, the operation thereof will be described.
まず、例えば作業現場等で油圧ショベル1(車両)を路上走行するときには、下部走行体2を走行駆動することによって車両を前進または後進することができる。また、上部旋回体3を下部走行体2上で旋回駆動することにより、作業装置4の方向を適宜に変えることができる。
First, for example, when the hydraulic excavator 1 (vehicle) travels on the road at a work site or the like, the vehicle can be moved forward or backward by driving the
そして、オフセットブーム式の作業装置4により土砂等の掘削作業を行うときには、ブームシリンダ5A、アームシリンダ7Aおよびバケットシリンダ8Aを伸縮させることにより、作業装置4のロアブーム5、アーム11およびバケット8を作動させ、このバケット8によって掘削作業を行うことができる。
When excavation work such as earth and sand is performed by the offset boom
また、オフセットブーム式の作業装置4は、オフセットシリンダ(図示せず)を伸縮させることにより、ロアブーム5に対してアッパブーム6を左,右に回動することができ、アーム11をロアブーム5に対し左,右に平行移動させた状態で、例えば側溝堀り作業等を容易に行うことができる。
Further, the offset boom
さらに、図1に示すように作業装置4のロアブーム5を上方に大きく仰動し、アーム11およびバケット8をロアブーム5側に折り畳むように回動した状態では、作業装置4全体を上部旋回体3の旋回半径内に収めることができ、狭い作業現場でも周囲の障害物等に接触することなく、土砂等の掘削作業を円滑に行うことができる。
Further, as shown in FIG. 1, in a state where the
次に、本実施の形態で採用したレーザ溶接方法について、アーム11のウェブ12とボス20との溶接部(接合部位)を例に挙げ、図3ないし図7を参照して説明する。
Next, the laser welding method employed in the present embodiment will be described with reference to FIG. 3 to FIG. 7, taking as an example a welded portion (joined part) between the
まず、一側部材であるボス20を、図3に示す如く相手方部材となるウェブ12の挿通穴部12C内に挿通した状態で、レーザ溶接機21をレーザ照射の開始点(図3中の点PA )に配置し、この点PA の位置でレーザ溶接機21から真下に向けてレーザビーム22を照射しつつ、このレーザビーム22をボス20の輪郭に沿って1周する位置まで連続的に移動させる(1周目のレーザ照射工程)。
First, in a state where the
この場合、レーザ溶接機21のレーザビーム22は、図3に示すように中心線O−Oの周囲で半径Rの照射軌跡23に沿って点PA ,PB ,PC ,PD へと移動され、最後に点PA の位置に戻った段階で、ボス20の輪郭(全周)にわたった円周溶接による溶接ビード24を図4、図5に示す如く形成する。
In this case, the
ここで、点PB は、開始点である点PA から照射軌跡23に沿って90度だけ離間した位置にあり、点PC は、点PA から照射軌跡23に沿って180度だけ離間した位置にあり、点PD は、点PA から照射軌跡23に沿って270度だけ離間した位置にある。そして、レーザビーム22が再び点PA の位置まで1周し、全周(360度)にわたる溶接ビード24を形成した段階が、1周目のレーザ照射工程に相当するものである。
Here, the point PB is at a position separated from the starting point PA by 90 degrees along the
次に、2周目のレーザ照射工程では、レーザ溶接機21によるレーザビーム22の照射を停止することなく、レーザビーム22のパワーを1周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら照射軌跡25に沿ってレーザ照射を行い、2周目の終了位置(図3中の点PE )でレーザビーム22の照射を停止するものである。
Next, in the laser irradiation process of the second round, without stopping the irradiation of the
この場合、2周目の照射軌跡25は、1周目の照射軌跡23よりも大なる円軌道を描くように、図4に示す溶接ビード24の輪郭に沿って溶接ビード24の位置よりも外側位置にレーザビーム22を照射するものである。そして、2周目のレーザ照射工程では、レーザビーム22のパワーを照射軌跡25に沿って徐々に下げながら、終了位置となる点PE でレーザビーム22の照射を停止する。
In this case, the
これにより、例えばレーザ照射の開始点である点PA の温度分布を調べてみると、点PA の位置における溶接ビード24の温度は、図6中に示す特性線26のように制御され、1周目のレーザ照射を開始した後に溶接ビード24の照射位置が点PA から照射軌跡23に沿って90度の位置(例えば、図3中の点PB )に達する間にオーステナイト化変態点(A1 )よりも高い温度まで一旦は上昇する。
Thus, for example, when the temperature distribution at the point PA, which is the starting point of laser irradiation, is examined, the temperature of the
そして、溶接ビード24の照射位置が270度の位置(図3中の点PD )に達する間に、点PA の位置における溶接ビード24の温度は、マルテンサイト変態開始点(Ms )に近付くように低下する。しかし、1周目のレーザ照射に続いて2周目のレーザ照射を行うことにより、溶接ビード24の温度(点PA の位置における温度)は再び上昇し、ピーク温度T1 に達した後に徐々に温度が低下される。
Then, while the irradiation position of the
この場合、2周目のレーザ照射では、レーザビーム22のパワーを1周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら、レーザビーム22を溶接ビード24の位置よりも外側位置(図4に示す照射軌跡25)に沿って照射するため、2周目のレーザ照射によって溶接ビード24の温度(ピーク温度T1 )を、オーステナイト化変態点(A1 )よりも低い温度に設定することができる。
In this case, in the second laser irradiation, the
また、2周目のレーザ照射によって溶接ビード24の温度(ピーク温度T1 )を、マルテンサイト変態開始点(Ms )よりも高い温度に設定することができる。このため、ウェブ12の挿通穴部12Cとボス20との間に形成する溶接ビード24の組織がマルテンサイト化するのを抑えることができ、所謂低温割れ等の発生を防ぐことができる。
Further, the temperature of the weld bead 24 (peak temperature T1) can be set to a temperature higher than the martensitic transformation start point (Ms) by the second laser irradiation. For this reason, it can suppress that the structure | tissue of the
また、図4中に示す点PB ,PC ,PD の位置においても溶接ビード24の温度を、図7中に示す特性線27,28,29のように制御することができる。即ち、溶接ビード24の温度は、点PB の位置で図7中に一点鎖線で示す特性線27の如く制御され、点PC の位置では図7中に二点鎖線で示す特性線28の如く制御され、点PD の位置では図7中に破線で示す特性線29の如く制御される。
Also, the temperature of the
このように、2周目のレーザ照射では、レーザビーム22のパワーを1周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら、レーザビーム22を溶接ビード24の位置よりも外側位置(図4に示す照射軌跡25)に沿って照射するため、例えば点PB の位置において溶接ビード24は、特性線27の如く角度450度と540度の間でピーク温度T2 となり、このピーク温度T2 を、点PA のピーク温度T1 よりも低い温度(T2 <T1 )に設定することができる。
In this way, in the second round of laser irradiation, the
また、点PC の位置において溶接ビード24は、特性線28の如く角度540度を少し過ぎた段階でピーク温度T3 となり、このピーク温度T3 を、点PA ,PB のピーク温度T1 ,T2 よりも低い温度(T3 <T2 <T1 )に設定することができる。また、これらの点PB ,PC の位置でのピーク温度T2 ,T3 を、マルテンサイト変態開始点(Ms )よりも高い温度に設定することができる。
At the point PC, the
そして、2周目のレーザ照射が、例えば角度550度の位置を過ぎ、レーザ照射を停止させる角度720度(図4中の点PE )の位置となるまでの間には、点PA 〜PD にわたる溶接ビード24の温度を、特性線26〜29に示す如くマルテンサイト変態開始点(Ms )よりも徐々に低い温度となるようにほぼ均一化して低下させ、ボス20の全周にわたる溶接ビード24の部分を徐々に冷却(徐冷)することができる。
Then, during the second laser irradiation, for example, after the position of the angle 550 degrees and until the position of the
かくして、本実施の形態によれば、1周目のレーザ照射工程において、半径Rの円筒部材からなるボス20の輪郭(照射軌跡23)に沿ってレーザビーム22を1周する位置まで照射することにより、ウェブ12の挿通穴部12Cとボス20との間に全周にわたった溶接ビード24を形成することができる。
Thus, according to the present embodiment, in the first laser irradiation step, the
そして、この場合には、レーザ溶接機21によるレーザビーム22のスポット径を小さく絞ることにより、そのエネルギ密度をアーク溶接等に比較して10〜100倍程度まで増大させることができ、溶接ビード24の幅を小さくして深い溶込みを得ることができるものである。
In this case, by narrowing the spot diameter of the
また、その後にレーザビーム22の照射を停止することなく行う2周目のレーザ照射工程では、ボス20にレーザビーム22を照射することなく、溶接ビード24の位置よりも外側位置となる照射軌跡25に沿ってレーザビーム22を照射することにより、溶接ビード24の外側に位置する部位(ウェブ12の挿通穴部12Aの周囲)を加熱でき、ウェブ12側の温度を上昇させることができる。
Further, in the second laser irradiation step that is performed without stopping the irradiation of the
しかも、2周目のレーザ照射工程では、レーザビーム22のパワーを1周目のレーザ照射よりも徐々に下げながら溶接ビード24の輪郭に沿ってレーザ照射を行い、2周目の終了位置(点PE の位置)でレーザ照射を停止するため、ウェブ12とボス20との温度差を縮め、溶接ビード24の内側と外側との温度分布を同等にできると共に、溶接ビード24の周方向においても図7中の特性線26,27,28,29に示す如く温度の均一化を図ることができる。
Moreover, in the laser irradiation process for the second round, laser irradiation is performed along the contour of the
即ち、従来のレーザ溶接方法では、溶接ビードの部分が急冷され、その組織がマルテンサイト化して割れ易い傾向にあった。しかし、本実施の形態では、溶接ビード24の外側に位置する挿通穴部12Aの周囲を2周目のレーザ照射で再加熱することにより、溶接ビード24の内側と外側との温度分布を同等にして、両者の冷却速度を遅くすることができる。
That is, in the conventional laser welding method, the weld bead portion is rapidly cooled, and the structure tends to be martensite and easily cracked. However, in the present embodiment, the temperature distribution between the inside and outside of the
このため、溶接ビード24の部分は徐冷され、組織がマルテンサイト化するのを抑えることができ、溶接ビード24の部分に割れ等が発生するのを防止できる。そして、2周目のレーザ照射ではレーザビーム22のパワーを徐々に小さくするので、溶接ビード24の全周にわたって冷却速度にばらつきが生じるのを小さく抑えることができると共に、2周目のレーザ照射による入熱を減らすことができ、溶接歪み、変形を抑制することができ、割れ等の発生を防ぐことができる。
For this reason, the
従って、本実施の形態によれば、ウェブ12の挿通穴部12Cとボス20との間に全周にわたって溶接ビード24を形成する所謂円周溶接においても、溶接ビード24の途中部分等に割れが発生するのを防止でき、円周溶接の信頼性を向上することができる。
Therefore, according to the present embodiment, even in so-called circumferential welding in which the
次に、図8は本発明の第2の実施の形態を示し、本実施の形態では、前述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Shall.
しかし、本実施の形態の特徴は、2周目のレーザ照射工程において、レーザビーム31を1周目のレーザ照射よりもデフォーカスしながら溶接ビード24の位置よりも外側位置の照射軌跡32に沿ってレーザ照射を行い、2周目の終了位置(図8中の点PE の位置)でレーザ照射を停止するようにしたことにある。
However, the feature of the present embodiment is that, in the laser irradiation process of the second round, the
ここで、2周目のレーザ照射に用いるレーザビーム31は、1周目のレーザ照射よりも徐々にデフォーカスされることによって、そのビーム径が点PA の近傍位置ではビーム径31Aとなり、点PB の近傍位置ではビーム径31Bとなる。そして、点PC の近傍位置ではビーム径31Cとなり、点PD の近傍位置ではビーム径31Dとなり、さらに2周目の終了位置である点PE の位置ではビーム径31Eとなる。
Here, the
このように、2周目のレーザ照射に用いるレーザビーム31は、照射軌跡32に沿って徐々にデフォーカスされることにより、ビーム径31A,31B,31C,31D,31Eの順番で漸次大きくなるように制御されるものである。
As described above, the
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができ、溶接ビード24の内側と外側とで温度分布をほぼ等しくできる上に、溶接ビード24の周方向においても温度の均一化を図ることができ、冷却速度のばらつきを小さく抑えることができる。
Thus, in the present embodiment configured as described above, it is possible to obtain substantially the same operation and effect as the first embodiment, and the temperature distribution can be made substantially equal between the inside and the outside of the
特に、本実施の形態では、2周目のレーザ照射に用いるレーザビーム31を照射軌跡32に沿って徐々にデフォーカスし、そのビーム径31A,31B,31C,31D,31Eを漸次大きくするので、2周目のレーザ照射による入熱を減らすことができると共に、材料全体の温度を均一化することができ、溶接割れ等の発生を防ぎ、溶接歪み、変形を抑制することができる。
In particular, in the present embodiment, the
しかも、レーザビーム31のデフォーカスにより、例えば円周溶接の場合に問題となる溶接終端位置(例えば、点PA ,Eの位置)で、2重にレーザが照射されるためのクレータ処理等を特別に行う必要がなくなり、溶接作業の簡略化を図ることができる。
Moreover, due to the defocusing of the
次に、図9は本発明の第3の実施の形態を示し、本実施の形態では、前述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Shall.
しかし、本実施の形態の特徴は、アーム11の基端側にボス18を取付けるための補強板17を、ウェブ12のカット部12A、下側のフランジ14、閉塞板15およびボス18の外周にそれぞれレーザ溶接により接合する構成としたことにある。
However, the present embodiment is characterized in that the reinforcing
この場合、補強板17は、溶接対象の一側部材となり、相手方部材は、ウェブ12のカット部12A、下側のフランジ14、閉塞板15およびボス18により構成されるものである。そして、補強板17は、図9に示すように略三角形状の板材(鋼板)を用いて形成され、その周囲には、1周目のレーザ照射により直線状の溶接ビード部41A,41B,41Dと円弧状の溶接ビード部41Cとが形成されている。
In this case, the reinforcing
即ち、直線状の溶接ビード部41Aは、ウェブ12のカット部12Aと補強板17との間を接合し、溶接ビード部41Bは、下側のフランジ14と補強板17との間を接合するものである。また、円弧状の溶接ビード部41Cは、ボス18と補強板17との間を円弧状に接合するものであり、直線状の溶接ビード部41Dは、閉塞板15と補強板17との間を直線状に接合するものである。
That is, the linear weld bead portion 41 </ b> A joins between the
ここで、1周目のレーザ照射工程では、図9中に矢印で示すように直線状の溶接ビード部41A,41B、円弧状の溶接ビード部41C、直線状の溶接ビード部41Dの順番で、補強板17の輪郭(周囲)にわたってレーザビーム(図示せず)を照射する。
Here, in the first laser irradiation step, as indicated by arrows in FIG. 9, the linear
そして、2周目のレーザ照射工程では、溶接ビード部41A,41B,41C,41Dの外側となる位置に沿って、前述した第1または第2の実施の形態とほぼ同様にレーザビームを照射し、2周目の終了位置でレーザビームの照射を停止するものである。
In the second laser irradiation step, the laser beam is irradiated along the positions outside the
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第1,第2の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができ、例えば略三角形状をなす補強板17の周囲を、ウェブ12のカット部12A、下側のフランジ14、ボス18および閉塞板15に対して全周にわたり接合することができる。
Thus, in the present embodiment configured as described above, it is possible to obtain substantially the same operational effects as those of the first and second embodiments. For example, the web around the reinforcing
なお、前記第1の実施の形態では、円筒状のボス20をウェブ12の挿通穴部12C内に円周溶接する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図10に示す第1の変形例のように、円形の一側部材51を相手方部材52にレーザ溶接する場合に適用してもよい。
In the first embodiment, the case where the
また、例えば図11に示す第2の変形例のように、四角形状をなす一側部材61を相手方部材62にレーザ溶接する場合等に適用してもよい。さらに、一側部材は、三角形、五角形、六角形または楕円形等の非円形状をなす部材であってもよいものである。
Further, for example, as in the second modification shown in FIG. 11, the present invention may be applied to the case where the one-
また、前記第1の実施の形態では、2周目のレーザ照射を点PE の位置(例えば、720度の位置)で停止する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば2周目のレーザ照射を点PE の位置よりも前,後にずらすようにし、開始点となる点Aの位置から、例えば700〜750度程度となる位置で2周目のレーザ照射を停止しても、溶接ビードに対する徐冷効果を発揮できるものである。そして、この点は前記第2,第3の実施の形態(変形例1,2)についても同様である。 In the first embodiment, the case where laser irradiation for the second round is stopped at the position of point PE (for example, a position of 720 degrees) has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the laser irradiation in the second round is shifted before and after the position of the point PE, and the position is about 700 to 750 degrees from the position of the point A as the starting point. Thus, even if laser irradiation for the second round is stopped, the effect of slow cooling on the weld bead can be exhibited. This also applies to the second and third embodiments (modifications 1 and 2).
1 油圧ショベル(建設機械)
4 作業装置
11 アーム
12 ウェブ(相手方部材)
12C 挿通穴部
13 上側のフランジ
14 下側のフランジ
15 閉塞板
17 補強板(一側部材)
18 ボス
20 ボス(一側部材)
21 レーザ溶接機
22,31 レーザビーム
23,25,32 照射軌跡
24 溶接ビード
31A,31B,31C,31D,31E ビーム径
41A,41B,41C,41D 溶接ビード部
51,61 一側部材
52,62 相手方部材
1 Excavator (construction machine)
4 Working
18
21
Claims (6)
前記一側部材の輪郭に沿ってレーザビームを1周するまで照射し、前記輪郭の全周にわたった溶接ビードを形成する1周目のレーザ照射工程と、
前記1周目に行ったレーザビームの照射を停止することなく、前記1周目の溶接ビードの位置よりも外側位置に沿ってレーザビームを照射する2周目のレーザ照射工程とを含むことを特徴とするレーザ溶接方法。 In a laser welding method for laser welding a one-side member having a circular or non-circular contour to the other member over the entire circumference,
Irradiating a laser beam along the contour of the one side member until it makes one round, and forming a weld bead over the entire circumference of the contour;
And a second laser irradiation step of irradiating the laser beam along a position outside the position of the weld bead in the first cycle without stopping the laser beam irradiation performed in the first cycle. A characteristic laser welding method.
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011230157A (en) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Suzuki Motor Corp | Laser lap welding method for galvanized steel sheet |
JP2012148345A (en) * | 2012-03-23 | 2012-08-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Welding method of forming raw material using high strength steel plate, laser welding apparatus, forming raw material obtained by method, forming method, and formed article |
-
2005
- 2005-09-29 JP JP2005284882A patent/JP2007090402A/en active Pending
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JP2012148345A (en) * | 2012-03-23 | 2012-08-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Welding method of forming raw material using high strength steel plate, laser welding apparatus, forming raw material obtained by method, forming method, and formed article |
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