JP2008284588A - Equipment and method for combined welding of laser and arc - Google Patents

Equipment and method for combined welding of laser and arc Download PDF

Info

Publication number
JP2008284588A
JP2008284588A JP2007132015A JP2007132015A JP2008284588A JP 2008284588 A JP2008284588 A JP 2008284588A JP 2007132015 A JP2007132015 A JP 2007132015A JP 2007132015 A JP2007132015 A JP 2007132015A JP 2008284588 A JP2008284588 A JP 2008284588A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arc
laser
shielding gas
combined
electrode
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
Application number
JP2007132015A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5294573B2 (en
Inventor
Eiji Ashida
栄次 芦田
Kiyokuto Cho
旭東 張
Shogun Ra
湘軍 羅
Hiroo Koide
宏夫 小出
Noriaki Goto
紀昭 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Original Assignee
Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi GE Nuclear Energy Ltd filed Critical Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority to JP2007132015A priority Critical patent/JP5294573B2/en
Publication of JP2008284588A publication Critical patent/JP2008284588A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5294573B2 publication Critical patent/JP5294573B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide equipment and a method for combined welding using jointly a laser and an arc by which high-quality weld zone where is free from the generation of weld defects such as porosity is obtained and also stable weld bead is formed. <P>SOLUTION: By forming a fine and deep groove-like keyhole on the surface of a material to be welded by irradiation of a laser beam and generating the arc between the electrode for the heat source of the arc and the material to be welded, a molten pool is formed on the surface of the material to be welded. The keyhole and the molten pool are connected. The keyhole is shielded by laser shielding gas and the molten pool is shielded by are shielding gas. The laser shielding gas and the arc shielding gas are different gas. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザとアークを用いる複合溶接方法及び装置に関する。   The present invention relates to a composite welding method and apparatus using a laser and an arc.

原子力設備の炉内構造物等の機器の溶接には、ポロシティ、溶接割れ等の溶接欠陥の無い高品質な溶接が要求される。このため、これらの機器の溶接には、一般的に高品質な溶接部を得ることが可能なアーク溶接法の一つであるTIG(Tungsten Inert Gas)溶接法が用いられている。TIG溶接法は、非消耗電極を用い、被溶接材と非消耗電極の間にアークを発生させ、その熱により被溶接材を溶融して溶接するものである。しかし、TIG溶接で厚さ3mm以上の中厚板の溶接を行う場合には、溶接開先を形成し、溶融部にフィラワイヤ（溶加材）を送給し、多数パスの積層を行い、溶接開先を埋めることにより溶接を行う。このため、被溶接材の板厚が厚い場合には、非常に多くの溶接時間を要する。   For welding equipment such as reactor internals of nuclear facilities, high-quality welding without weld defects such as porosity and weld cracking is required. For this reason, the TIG (Tungsten Inert Gas) welding method, which is one of arc welding methods that can generally obtain high-quality welds, is used for welding these devices. The TIG welding method uses a non-consumable electrode, generates an arc between the material to be welded and the non-consumable electrode, and melts and welds the material to be welded by the heat. However, when welding medium-thickness plates with a thickness of 3 mm or more by TIG welding, a welding groove is formed, filler wire (filler material) is fed to the melted part, multiple passes are laminated, and welding is performed. Welding is performed by filling the groove. For this reason, when the plate | board thickness of a to-be-welded material is thick, very much welding time is required.

近年、中厚板の高能率溶接法としてレーザとアークを併用した溶接方法が提案されている。レーザとアークを併用する複合溶接法は、レーザによる深い溶込み、アークによる熔融金属、両熱源の複合効果等を利用するため、厚板の溶接及び高速溶接に有効である。   In recent years, a welding method using both a laser and an arc has been proposed as a high-efficiency welding method for medium thickness plates. The combined welding method using both laser and arc is effective for thick plate welding and high-speed welding because it uses deep penetration by laser, molten metal by arc, combined effect of both heat sources, and the like.

例えば、特開昭59-66991号公報に記載された溶接方法では、MIG(Metal Inert Gas)溶接で母材を溶融させ、生じたクレータの底面近くにレーザ光線の焦点位置を合わせて溶接することにより、厚板の溶接を行うものである。   For example, in the welding method described in JP-A-59-66991, the base material is melted by MIG (Metal Inert Gas) welding, and the focus position of the laser beam is adjusted to be close to the bottom surface of the generated crater. Thus, the thick plate is welded.

特開平10-216972号公報に記載された溶接方法では、先行のレーザと後行の消耗電極式アークのアークの複合溶接によって、ルートギャップを有する突合せ継手の溶接を行うものである。また、特開2003-164983号公報に記載された溶接方法では、金属部材の接合面に溶接開先を形成し、溶接開先の開先線から0.1mm以上離れた位置を目標として、シールドガス雰囲気中においてレーザ光とアークを複合したハイブリッド溶接を行うものである。   In the welding method described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-216972, a butt joint having a root gap is welded by a composite welding of a preceding laser and an arc of a consumable electrode type arc that follows. Further, in the welding method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-164983, a welding groove is formed on the joint surface of the metal member, and the shield gas is targeted at a position 0.1 mm or more away from the groove line of the welding groove. Hybrid welding in which laser light and arc are combined is performed in an atmosphere.

特開昭59-66991号公報JP 59-66991 A 特開平10-216972号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-216972 特開2003-164983号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-164983

レーザ溶接法は、キーホールと呼ばれる細く深い穴を形成することにより深い溶込みを得ることができる。しかしながら、キーホールの下部でシールドガスの巻き込みによる気泡が発生し易い。この気泡が溶接金属の凝固過程で溶接金属中にトラップされるとポロシティと呼ばれる溶接欠陥が発生する。レーザ溶接法によってステンレス鋼を溶接する場合には、ポロシティの発生防止のために、シールドガスとして、窒素ガスが用いられている。   In the laser welding method, deep penetration can be obtained by forming narrow and deep holes called keyholes. However, bubbles are likely to be generated due to entrapment of shield gas at the lower part of the keyhole. When these bubbles are trapped in the weld metal during the solidification process of the weld metal, a weld defect called porosity is generated. When welding stainless steel by the laser welding method, nitrogen gas is used as a shielding gas in order to prevent the occurrence of porosity.

レーザとアークを併用する複合溶接法では、アークで形成されたクレータ部にレーザ光を照射する。そのため、シールドガスは、アークの安定化のためにアーク溶接用と同等あるいは類似のシールドガスが用いられている。即ち、アーク溶接用のシールドガスによって、両熱源で形成された溶融プール及びその近傍のシールドを行っている。   In the composite welding method using both a laser and an arc, the crater portion formed by the arc is irradiated with laser light. Therefore, the shielding gas is the same or similar to that for arc welding in order to stabilize the arc. In other words, the molten pool formed by both heat sources and the shield in the vicinity thereof are performed by the arc welding shield gas.

アーク溶接用のシールドガスは、Ar及びHe等の不活性ガスを主成分にしている。このガスをレーザ溶融部のシールドガスに用いると、ポロシティ等の溶接欠陥の無い溶接部を得ることはできない。また、レーザ溶接に有効なシールドガスをアークにも適用すると、アークが不安定となり良好な溶接ビードを得ることができない。   The shield gas for arc welding is mainly composed of an inert gas such as Ar and He. If this gas is used as the shielding gas for the laser melting portion, it is not possible to obtain a welded portion having no weld defects such as porosity. Further, when a shield gas effective for laser welding is applied to an arc, the arc becomes unstable and a good weld bead cannot be obtained.

本発明の目的は、ポロシティ等の溶接欠陥の発生の無い高品質な溶接部を得ることができると共に、安定した溶接ビードを形成することができるレーザとアークを併用した複合溶接装置及び方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a composite welding apparatus and method using both a laser and an arc that can obtain a high-quality weld without occurrence of weld defects such as porosity and can form a stable weld bead. There is to do.

本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法では、レーザ光の照射によって被溶接材の表面に細く深い溝状のキーホールを形成し、アーク熱源用の電極と被溶接材の間にアークを発生させることによって、被溶接材の表面に溶融池を形成する。キーホールと溶融池は接続される。キーホールは、レーザ用シールドガスによってシールドされ、溶融池は、アーク用シールドガスによってシールドされる。レーザ用シールドガスとアーク用シールドガスは異なるガスである。   According to the laser and arc combined welding apparatus and method of the present invention, a thin and deep groove-shaped keyhole is formed on the surface of the material to be welded by laser light irradiation, and an arc is generated between the electrode for the arc heat source and the material to be welded. By generating it, a molten pool is formed on the surface of the material to be welded. The keyhole and weld pool are connected. The keyhole is shielded by a laser shielding gas, and the molten pool is shielded by an arc shielding gas. The laser shielding gas and the arc shielding gas are different gases.

本発明によると、ポロシティ等の溶接欠陥の発生の無い高品質な溶接部を得ることができると共に、安定した溶接ビードの形成ができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a high-quality weld without occurrence of weld defects such as porosity, and to form a stable weld bead.

図１を参照して、本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法の第１の例を説明する。本例の複合溶接装置は、レーザ光１を照射するレーザ加工ヘッド２とアークトーチ１１とを有する。レーザ加工ヘッド２の下にはレーザ用シールドガス８を噴射するシールドノズル７が設けられている。レーザ加工ヘッド２とシールドノズル７は同軸的に配置されている。シールドノズル７は、レーザ用シールドガス８を、レーザ光１の周りを囲むように噴射する。   With reference to FIG. 1, the 1st example of the laser and arc combined welding apparatus and method of this invention is demonstrated. The composite welding apparatus of this example includes a laser processing head 2 that irradiates a laser beam 1 and an arc torch 11. Below the laser processing head 2, a shield nozzle 7 for injecting a laser shielding gas 8 is provided. The laser processing head 2 and the shield nozzle 7 are arranged coaxially. The shield nozzle 7 injects a laser shielding gas 8 so as to surround the laser beam 1.

アークトーチ１１の周囲には、アーク用シールドガス１３を噴射するシールドノズル１２が設けられている。アークトーチ１１の先端には、アーク熱源用の電極９が装着されている。アークトーチ１１とシールドノズル１２は同軸的に配置されている。シールドノズル１２は、アーク用シールドガス１３を、電極９の周りを囲むように噴射する。   Around the arc torch 11, a shield nozzle 12 for injecting an arc shielding gas 13 is provided. An arc heat source electrode 9 is attached to the tip of the arc torch 11. The arc torch 11 and the shield nozzle 12 are arranged coaxially. The shield nozzle 12 injects the arc shielding gas 13 so as to surround the electrode 9.

矢印は、溶接の進行方向を示す。レーザ加工ヘッド２とアークトーチ１１は、溶接の進行方向に沿って並んで配置されているが、レーザ加工ヘッド２は、溶接の進行方向に対して、アークトーチ１１より前側に配置されている。レーザ加工ヘッド２は、その中心軸線が、被溶接材４の表面に垂直となるように、配置される。一方、アークトーチ１１は、その中心軸線が、被溶接材４の表面に対して50°〜70°となるように、配置される。   The arrow indicates the direction of welding progress. The laser processing head 2 and the arc torch 11 are arranged side by side along the welding direction, but the laser processing head 2 is arranged on the front side of the arc torch 11 with respect to the welding direction. The laser processing head 2 is arranged so that the center axis thereof is perpendicular to the surface of the workpiece 4. On the other hand, the arc torch 11 is arranged such that the central axis thereof is 50 ° to 70 ° with respect to the surface of the workpiece 4.

図示していないレーザ発振器からのレーザ光１が、光ファイバー等を介して伝送され、集束レンズ３により集光され、被溶接材４に照射される。それによってキーホール５が形成される。キーホール５は、レーザ光による高密度エネルギによって生成されたガスによって形成された細く深い穴である。キーホール５とその周辺部分は、シールドノズル７から噴射されたレーザ用シールドガス８によってシールドされる。   A laser beam 1 from a laser oscillator (not shown) is transmitted through an optical fiber or the like, collected by a focusing lens 3, and irradiated onto a material to be welded 4. Thereby, the keyhole 5 is formed. The keyhole 5 is a thin and deep hole formed by a gas generated by high-density energy by laser light. The keyhole 5 and its peripheral part are shielded by the laser shielding gas 8 ejected from the shield nozzle 7.

電極９は図示していない溶接電源に接続される。それによって、電極９と被溶接材４の間にアーク１０が発生し、被溶接材４の表面に溶融池６が形成される。電極９及びアーク１０は、シールドノズル１２から噴射されたアーク用シールドガス１３によってシールドされる。   The electrode 9 is connected to a welding power source (not shown). As a result, an arc 10 is generated between the electrode 9 and the workpiece 4 and a weld pool 6 is formed on the surface of the workpiece 4. The electrode 9 and the arc 10 are shielded by the arc shielding gas 13 injected from the shield nozzle 12.

レーザ光１によって形成されたキーホール５とアーク１０によって形成された溶融池６は接続される。ここで、２つのシールドガスの噴射位置、流量等を調整することにより、キーホール５及びその周辺部分はレーザ用シールドガス８によってシールドし、電極９の先端部分及び溶融池６は、アーク用シールドガス１３によってシールドすることができる。   The keyhole 5 formed by the laser beam 1 and the molten pool 6 formed by the arc 10 are connected. Here, by adjusting the injection position and flow rate of the two shield gases, the keyhole 5 and its peripheral portion are shielded by the laser shield gas 8, and the tip portion of the electrode 9 and the molten pool 6 are shielded by the arc. It can be shielded by the gas 13.

本例では、レーザ用シールドガス８とアーク用シールドガス１３として、異なるガスを用いることができる。レーザ用シールドガス８として、キーホール５に取り込まれても、ポロシティが発生する可能性が低いガスを選定することができる。レーザ用シールドガス８としては、溶融金属中に取り込まれ、気孔を生成しやすい、Ar及びHe等の不活性ガスを含むガスを用いることはできない。レーザ用シールドガス８として好ましいのは、溶融金属中に取り込まれても、気泡として残存しにくい、即ち、溶融金属に吸収され易いガスである。このようなガスとしては、被溶接材がステンレス鋼やインコネル材のようにFe-Crを含む材料の場合には、窒素ガスが望ましい。また、被溶接材が炭素鋼の場合には、炭酸ガスが望ましい。炭酸ガスの場合には、分解され、酸素が溶融金属中に吸収される。   In this example, different gases can be used as the laser shielding gas 8 and the arc shielding gas 13. As the laser shielding gas 8, it is possible to select a gas that is less likely to generate porosity even when taken into the keyhole 5. As the laser shielding gas 8, a gas containing an inert gas such as Ar and He that is taken into the molten metal and easily generates pores cannot be used. The laser shielding gas 8 is preferably a gas that does not easily remain as bubbles even if it is taken into the molten metal, that is, is easily absorbed by the molten metal. As such a gas, nitrogen gas is desirable when the material to be welded is a material containing Fe—Cr, such as stainless steel or Inconel material. Further, when the material to be welded is carbon steel, carbon dioxide gas is desirable. In the case of carbon dioxide, it is decomposed and oxygen is absorbed into the molten metal.

アーク用シールドガス１３としては、不活性ガス又は不活性ガスを主成分とし、酸化性のガス種を含むガスを用いるのが望ましい。不活性ガスは、アーク熱源用の電極の先端部分を保護し、酸化性のガス種は、アークを安定化させる。   As the arc shielding gas 13, it is desirable to use an inert gas or a gas containing an inert gas as a main component and an oxidizing gas species. The inert gas protects the tip portion of the electrode for the arc heat source, and the oxidizing gas species stabilizes the arc.

本例によると、レーザ用シールドガス８とアーク用シールドガス１３として、異なるガスを用いるから、レーザ照射によって形成されるキーホールに起因するポロシティの発生を防止することができると共に、安定したアークが得られ、高品質な溶接部を得ることができる。   According to this example, since different gases are used as the laser shielding gas 8 and the arc shielding gas 13, it is possible to prevent the occurrence of porosity due to the keyhole formed by the laser irradiation, and a stable arc is generated. As a result, a high-quality weld can be obtained.

本例では、アーク熱源用の電極９は、消耗電極であるMIG(Metal Inert Gas Welding)電極である。しかしながら、非消耗電極であるTIG(Tungsten Inert Gas)電極であってもよく、いずれであっても良好な溶接品質を得ることができる。   In this example, the electrode 9 for the arc heat source is a MIG (Metal Inert Gas Welding) electrode which is a consumable electrode. However, it may be a TIG (Tungsten Inert Gas) electrode that is a non-consumable electrode, and any of them can provide good welding quality.

図２はレーザとアーク間の距離とMIG電流の関係の実験結果を示す。図１に示すように、レーザ光とアーク間の距離Ｄは、レーザ光の光軸が被溶接材表面と交差する点とアーク電極の中心軸線が被溶接材表面と交差する点の間の距離である。レーザ出力は4ｋWである。ここで、レーザ光とアーク間の距離Ｄが6mmより小さい領域Ａと、レーザ光とアーク間の距離Ｄが6mm〜20mmである領域Ｂと、レーザ光とアーク間の距離Ｄが20mmより大きい領域Ｃに分ける。領域Ａのように、レーザ光とアーク間の距離Ｄが短すぎると、キーホール５と溶融池６が重畳し、溶融池６の変動が激しくなり、キーホール５の安定形成を阻害する。そのため、溶融金属の溶け落ち等が発生し、安定したビードの形成が得られない。逆に、領域Ｃのように、レーザ光とアーク間の距離Ｄが長すぎると、キーホール５と溶融池６が分離し、両熱源を複合化した相乗効果が得られない。このため、領域Ｂのように、レーザ光とアーク間の距離はＤ＝6mm〜20mmが望ましい。   FIG. 2 shows the experimental results of the relationship between the laser-arc distance and the MIG current. As shown in FIG. 1, the distance D between the laser beam and the arc is the distance between the point where the optical axis of the laser beam intersects the surface of the workpiece and the point where the central axis of the arc electrode intersects the surface of the workpiece. It is. The laser output is 4 kW. Here, a region A in which the distance D between the laser beam and the arc is less than 6 mm, a region B in which the distance D between the laser beam and the arc is 6 mm to 20 mm, and a region in which the distance D between the laser beam and the arc is greater than 20 mm. Divide into C. When the distance D between the laser beam and the arc is too short as in the region A, the keyhole 5 and the molten pool 6 are overlapped with each other, and the fluctuation of the molten pool 6 becomes intense, and the stable formation of the keyhole 5 is inhibited. For this reason, molten metal may be melted off, and stable bead formation cannot be obtained. Conversely, if the distance D between the laser beam and the arc is too long as in the region C, the keyhole 5 and the molten pool 6 are separated, and a synergistic effect obtained by combining both heat sources cannot be obtained. For this reason, as in the region B, the distance between the laser beam and the arc is preferably D = 6 mm to 20 mm.

図３ａは、片面溶接によって、２つの板材を突き合せ溶接する方法を示す。図示のように、２つの被溶接材４a、４bの端面を突き合せる。突き合せ部にて、一方の面にて、断面が逆台形状の溝からなる開先部１５を形成する。   FIG. 3a shows a method of butt welding two plates by single-sided welding. As shown in the drawing, the end faces of the two workpieces 4a and 4b are brought into contact with each other. At the butt portion, a groove portion 15 having a reverse trapezoidal cross section is formed on one surface.

被溶接材４a、４bの厚さＨはＨ＝12mmである。開先部１５の底幅ｄは、小さい方がよいが、キーホールの生成に影響を及ぼさない大きさがよい。本例では、開先部の底幅ｄは、ｄ＝1〜4mmが望ましい。   The thickness H of the workpieces 4a and 4b is H = 12 mm. The bottom width d of the groove portion 15 is preferably small, but is preferably large enough not to affect the generation of the keyhole. In this example, the bottom width d of the groove is preferably d = 1 to 4 mm.

開先部１５のルートフェース厚さｈは、大きいほうがよい。本例のようにレーザとアークの複合溶接では、ルートフェース厚さｈを大きくすることによって、レーザの深溶け込み溶接の効果を最大限に利用することができる。ルートフェース厚さｈは、レーザとアークの溶接条件によって決まるが、本例では、ｈ＝8mmである。開先角度θは、開先面への融合不良を防止するため、θ＝5°〜20°が望ましい。   The root face thickness h of the groove portion 15 should be larger. In combined welding of laser and arc as in this example, the effect of laser deep penetration welding can be maximized by increasing the root face thickness h. The root face thickness h is determined by the laser and arc welding conditions, but in this example, h = 8 mm. The groove angle θ is preferably θ = 5 ° to 20 ° in order to prevent poor fusion to the groove surface.

図３ａに示す被溶接材４a、４bを、図１に示す複合溶接装置を用いて、実際に溶接した。被溶接材４a、４bは、オーステナイト系ステンレス鋼SUS316Lの板材である。レーザ光源として、Nd:YAGレーザを用い、アーク熱源用電極９として、MIG電極を用いた。レーザ用シールドガス８は、ステンレス鋼溶接金属中に溶解し易い窒素ガスを用いた。また、アーク用シールドガス１３は、MIG電極アークの安定が得られ易いAｒ＋O2ガスを用いた。アーク用シールドガス１３は、Arのみでもよく、Ar+CO2、又は、Aｒ＋He+CO2等のガスを用いてもよい。 The workpieces 4a and 4b shown in FIG. 3a were actually welded using the composite welding apparatus shown in FIG. The materials to be welded 4a and 4b are plate materials made of austenitic stainless steel SUS316L. An Nd: YAG laser was used as the laser light source, and an MIG electrode was used as the arc heat source electrode 9. As the laser shielding gas 8, a nitrogen gas that is easily dissolved in a stainless steel weld metal was used. Further, as the arc shielding gas 13, Ar + O 2 gas, which is easy to obtain the stability of the MIG electrode arc, was used. The arc shielding gas 13 may be Ar alone, or a gas such as Ar + CO 2 or Ar + He + CO 2 may be used.

図４は、本例による溶接部の断面写真の一例である。溶込みの良好な溶接欠陥の無い溶接部が得られている。本例の溶接条件は次の通りである。
レーザ出力：4ｋW
溶接速度：0.3〜0.8m/min
MIG電流：150〜250A、
溶接電圧：21〜30V
レーザ用シールドガス：N2、20l/min
MIGアーク用シールドガス：Ar＋O2、25l/min
レーザとアーク間の距離：6mm〜20mm
レーザは、CO2レーザでもよいが、好ましくは、プラズマの発生の無いかあるいは極力少ないNd:YAGレーザ、ファイバーレーザ等の波長の短いレーザが望ましい。 FIG. 4 is an example of a cross-sectional photograph of the welded portion according to this example. A weld with good penetration and no weld defects is obtained. The welding conditions in this example are as follows.
Laser power: 4kW
Welding speed: 0.3-0.8m / min
MIG current: 150-250A,
Welding voltage: 21-30V
Laser shielding gas: N 2 , 20l / min
Shield gas for MIG arc: Ar + O 2 , 25l / min
Distance between laser and arc: 6mm ~ 20mm
The laser may be a CO 2 laser, but preferably a laser with a short wavelength such as an Nd: YAG laser or a fiber laser that generates no or as little plasma as possible.

本実施例では、オーステナイト系ステンレス鋼SUS316Lを用いたが、他のFe-Crを含むオーステナイト系ステンレス鋼SUS304、SUS310等を用いても良く、インコネル材等でもよい。また、溶接は片面溶接であってもよいが、両面溶接でもよい。さらに、複数層の多層溶接でもよいことは言うまでも無い。   In this embodiment, austenitic stainless steel SUS316L is used, but other austenitic stainless steels SUS304, SUS310, etc. containing Fe-Cr may be used, or Inconel material may be used. The welding may be single-sided welding or double-sided welding. Furthermore, it goes without saying that multiple layers of multi-layer welding may be used.

図３ｂは、両面溶接によって、２つの板材を突き合せ溶接する方法を示す。図示のように、２つの被溶接材４a、４bの端面を突き合せる。突き合せ部２０にて、両方の面にて、断面が逆台形状の溝からなる開先部１５ａ、１５ｂを形成する。各開先部１５ａ、１５ｂの形状は、図３ａの開先部１５の形状と同様であってよい。   FIG. 3b shows a method of butt welding two plates by double-sided welding. As shown in the drawing, the end faces of the two workpieces 4a and 4b are brought into contact with each other. In the butt | matching part 20, the groove parts 15a and 15b which a cross section becomes a reverse trapezoid groove | channel are formed in both surfaces. The shape of each groove part 15a, 15b may be the same as that of the groove part 15 of FIG. 3a.

図３ｂに示す被溶接材４a、４bを、図１に示す複合溶接装置を用いて、実際に溶接した。本実施形態では、被溶接材４a、４bは、厚さ16mmの炭素鋼からなる。アーク電極はMIG溶接電極である。溶接条件は以下の通りである。
レーザ出力：3kW〜4kW
溶接速度：0.4〜1.0m/min
溶接電流：150A〜250A
溶接電圧：22V〜30V
レーザ用シールドガス：CO2、15〜20l/min
アーク用シールドガス；Ar、20〜30l/min
レーザとアーク間の距離：6mm〜20mm
本実施形態では、表側も裏側も同じ溶接条件を用いたが、表側と裏側で溶接条件を変えてもかまわない。被溶接材の炭素鋼の成分は、シリコンやマンガン等の脱酸元素が多い方が望ましい。 The workpieces 4a and 4b shown in FIG. 3b were actually welded using the composite welding apparatus shown in FIG. In this embodiment, the welded materials 4a and 4b are made of carbon steel having a thickness of 16 mm. The arc electrode is a MIG welding electrode. The welding conditions are as follows.
Laser output: 3kW to 4kW
Welding speed: 0.4 ~ 1.0m / min
Welding current: 150A ~ 250A
Welding voltage: 22V-30V
Laser shield gas: CO 2, 15~20l / min
Arc shielding gas; Ar, 20-30l / min
Distance between laser and arc: 6mm ~ 20mm
In the present embodiment, the same welding conditions are used on the front side and the back side, but the welding conditions may be changed on the front side and the back side. It is desirable that the carbon steel component of the material to be welded is rich in deoxidizing elements such as silicon and manganese.

図５は、本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法の第２の例を示す。本例では、レーザ用シールドノズル１７は、レーザ加工ヘッド２とは別個に設けられている。本例でも、レーザ用シールドガスとアーク用シールドガスの噴射位置、流量等を調整することにより、キーホール５及びその周辺部分はレーザ用シールドガス８によってシールドし、電極９の先端部分及び溶融池６は、アーク用シールドガス１３によってシールドすることができる。   FIG. 5 shows a second example of the combined laser and arc welding apparatus and method of the present invention. In this example, the laser shield nozzle 17 is provided separately from the laser processing head 2. Also in this example, by adjusting the injection position and flow rate of the laser shielding gas and arc shielding gas, the keyhole 5 and its peripheral portion are shielded by the laser shielding gas 8, and the tip portion of the electrode 9 and the molten pool are shielded. 6 can be shielded by the arc shielding gas 13.

図示の例では、レーザ用シールドノズル１７は、溶接の進行方向に対して、レーザ加工ヘッド２より後側に配置されているが、レーザ加工ヘッド２の前側又は側面方向に配置してもよい。   In the illustrated example, the laser shield nozzle 17 is disposed on the rear side of the laser processing head 2 with respect to the welding progress direction, but may be disposed on the front side or the side surface direction of the laser processing head 2.

図６は、本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法の第３の例を示す。本例では、レーザ用シールドノズル１７は、レーザ加工ヘッド２とは別個に設けられている。レーザ用シールドノズル１７は、溶接の進行方向に対して、レーザ加工ヘッド２より前側に配置されている。更に、本例では、レーザ加工ヘッド２とアークトーチ１１の間に遮蔽板１８が設けられている。遮蔽板１８を設けることによって、レーザ用シールドノズル１７から噴出されたレーザ用シールドガス８がアーク１０及びその周囲に到達することが阻止される。更に、アーク用シールドガス１３がキーホール５及びその周辺部分に及ぼす影響を低減することができる。尚、レーザ用シールドノズル１７は、溶接の進行方向に対して、レーザ加工ヘッド２より後側に且つ遮蔽板１８の前方に配置してもよい。更に、レーザ用シールドノズル１７は、溶接の進行方向に対して、レーザ加工ヘッド２の側面方向に設置してもよい。   FIG. 6 shows a third example of the combined laser and arc welding apparatus and method of the present invention. In this example, the laser shield nozzle 17 is provided separately from the laser processing head 2. The laser shield nozzle 17 is disposed in front of the laser processing head 2 with respect to the welding direction. Further, in this example, a shielding plate 18 is provided between the laser processing head 2 and the arc torch 11. By providing the shielding plate 18, the laser shielding gas 8 ejected from the laser shielding nozzle 17 is prevented from reaching the arc 10 and its surroundings. Further, the influence of the arc shielding gas 13 on the keyhole 5 and its peripheral portion can be reduced. The laser shield nozzle 17 may be disposed behind the laser processing head 2 and in front of the shielding plate 18 with respect to the welding progress direction. Furthermore, the laser shield nozzle 17 may be installed in the side surface direction of the laser processing head 2 with respect to the welding progress direction.

図７は、本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法の第４の例を示す。本例では、レーザ用シールドノズル１７は、レーザ加工ヘッド２とは別個に設けられている。アーク電極９は消耗電極であるTIG電極であり、溶加材（フィラワイヤ）２１をレーザとアークで形成された溶融池６内に連続的に挿入し溶接を行う。レーザ用シールドノズル１７は、溶接の進行方向に対して、レーザ加工ヘッド２より後側に配置され、アークトーチ１１より前側に配置されている。溶加材２１は、溶接の進行方向に対して、アークトーチ１１より後側に配置されている。   FIG. 7 shows a fourth example of the combined laser and arc welding apparatus and method of the present invention. In this example, the laser shield nozzle 17 is provided separately from the laser processing head 2. The arc electrode 9 is a TIG electrode that is a consumable electrode, and a filler material (filler wire) 21 is continuously inserted into a molten pool 6 formed by a laser and an arc to perform welding. The laser shield nozzle 17 is arranged on the rear side of the laser processing head 2 and on the front side of the arc torch 11 with respect to the welding progress direction. The filler material 21 is arranged behind the arc torch 11 with respect to the welding progress direction.

本例でも、レーザ用シールドガスとアーク用シールドガスの噴射位置、流量等を調整することにより、キーホール５及びその周辺部分はレーザ用シールドガス８によってシールドし、電極９の先端部分及び溶融池６は、アーク用シールドガス１３によってシールドすることができる。   Also in this example, by adjusting the injection position and flow rate of the laser shielding gas and arc shielding gas, the keyhole 5 and its peripheral portion are shielded by the laser shielding gas 8, and the tip portion of the electrode 9 and the molten pool are shielded. 6 can be shielded by the arc shielding gas 13.

図示の例では、レーザ用シールドノズル１７は、レーザ加工ヘッド２とは別個に設けられているが、図１の例のように、レーザ用シールドノズルをレーザ加工ヘッド２と同軸的に配置してもよい。   In the illustrated example, the laser shield nozzle 17 is provided separately from the laser processing head 2, but the laser shield nozzle 17 is arranged coaxially with the laser processing head 2 as in the example of FIG. Also good.

図７に示す複合溶接装置を用いて、実際に、２つの鋼管を突き合せ溶接した。本実施形態では、被溶接材４a、４bは、窒素を0.2mass%〜0.5mass％含む厚さ6mmのオーステナイト系ステンレス鋼管である。   The two steel pipes were actually butt welded using the composite welding apparatus shown in FIG. In this embodiment, the materials to be welded 4a and 4b are 6 mm thick austenitic stainless steel pipes containing 0.2 mass% to 0.5 mass% of nitrogen.

レーザ用シールドガス８は第１の例と同様に窒素ガスを用いた。また、アーク用シールドガス１３はアルゴンガスを用いた。窒素を多く含むステンレス鋼を、通常の不活性ガスを用いてレーザ溶接を行うと、溶接条件にもよるが、20％程度の脱窒素を生ずる。しかし、本発明では、溶融金属に吸収されやすい窒素ガスをシールドガスに用いるので、脱窒素が生じにくい。   Nitrogen gas was used as the laser shielding gas 8 as in the first example. The arc shielding gas 13 was argon gas. When stainless steel containing a lot of nitrogen is subjected to laser welding using a normal inert gas, denitrification of about 20% occurs depending on the welding conditions. However, in the present invention, nitrogen gas that is easily absorbed by the molten metal is used as the shielding gas, so that denitrification is unlikely to occur.

アークの非消耗電極はアルゴンガスによりシールドされているので、電極の酸化等による消耗及びアークの不安定現象は生じない。しかも、電極から離れた部分のアークは一部窒素ガスにさらされるが、アークは高温のため、窒素ガスの解離を促進する。そのため、溶接金属に窒素は吸収されやすくなり、脱窒素を妨げる効果も期待できる。   Since the non-consumable electrode of the arc is shielded by argon gas, consumption due to electrode oxidation or the like and arc instability phenomenon do not occur. In addition, a part of the arc away from the electrode is partially exposed to the nitrogen gas, but the arc is high temperature, so that the dissociation of the nitrogen gas is promoted. Therefore, nitrogen is easily absorbed by the weld metal, and an effect of preventing denitrification can be expected.

このため、原子力機器等に用いられる0.1mass％程度の窒素を含むステンレス鋼の溶接に本発明の方法を用いれば、レーザのキーホールによる深溶込み溶接部の脱窒素を母材の窒素量の10％程度以下に低減することができる。なお、0.01mass％程度の窒素量の少ないステンレス鋼の溶接においては、溶接金属部の窒素量は被溶接材に比べ0.01mass〜0.03mass％程度増加する。   For this reason, if the method of the present invention is used for welding of stainless steel containing about 0.1 mass% nitrogen used in nuclear power equipment, etc., the nitrogen content of the base metal is reduced by denitrification of the deep penetration weld by the laser keyhole. It can be reduced to about 10% or less. In addition, in the welding of stainless steel with a small amount of nitrogen of about 0.01 mass%, the amount of nitrogen in the weld metal portion increases by about 0.01 mass to 0.03 mass% compared to the welded material.

図８は、本例による溶接部の断面写真の一例である。溶込みの良好な溶接欠陥の無い溶接部が得られている。本例の溶接条件は以下の通りである。
レーザ出力：2.5kW〜4kW、溶接速度：0.4〜1.5m/min
TIG電流：120A〜250A、アーク高さ：1mm〜3mm
溶加材：0.5〜2.0m/min（φ1.2）
レーザ用シールドガス：N2、15〜20l/min
アーク用シールドガス；Ar、20〜30l/min
レーザとアーク間の距離：6mm〜20mm
本実施形態での溶加材２１の挿入は、アーク電極の後方から行ったが、レーザ光の前方から挿入してもよい。また、アーク熱源用電極９はMIG電極でもよい。溶加材等の溶接材料は、溶接金属部の窒素含有率が被溶接材料の窒素含有率とほぼ同等になるように調整された溶加材２１を用いることが望ましい。 FIG. 8 is an example of a cross-sectional photograph of the welded portion according to this example. A weld with good penetration and no weld defects is obtained. The welding conditions in this example are as follows.
Laser power: 2.5kW-4kW, welding speed: 0.4-1.5m / min
TIG current: 120A ~ 250A, arc height: 1mm ~ 3mm
Filler material: 0.5 to 2.0 m / min (φ1.2)
Laser shield gas: N 2, 15~20l / min
Arc shielding gas; Ar, 20-30l / min
Distance between laser and arc: 6mm ~ 20mm
In the present embodiment, the filler material 21 is inserted from the rear of the arc electrode, but may be inserted from the front of the laser beam. The arc heat source electrode 9 may be a MIG electrode. As a welding material such as a filler material, it is desirable to use a filler material 21 adjusted so that the nitrogen content of the weld metal portion is substantially equal to the nitrogen content of the material to be welded.

本発明の溶接方法及び装置は以下のような効果を有するものである。本発明によれば、シールドガス等の巻き込み等により気泡を生じ易いレーザ光により形成されるキーホール及びその周辺部分のシールドに、溶融金属中にガスを巻き込んでも気泡を生成しにくいシールドガスを用いることができる。また、アーク熱源用電極先端部のアークの安定性に起因する部分のシールドは、アークの安定性に最も適正なガスを使用できる。そのため、ポロシティ等の溶接欠陥の発生の無い高品質な溶接部を有する溶接構造物が得られる。また、本発明を窒素を含有するステンレス鋼に適用すれば、脱窒素の少ない高品質な溶接部を得ることができる。   The welding method and apparatus of the present invention have the following effects. According to the present invention, a shield gas that does not easily generate bubbles even when gas is entrained in molten metal is used for a keyhole formed by a laser beam that is likely to generate bubbles due to entrapment of a shield gas or the like and a shield in the periphery thereof. be able to. Moreover, the shield most suitable for arc stability can be used for the shield of the part resulting from the arc stability of the arc heat source electrode tip. Therefore, a welded structure having a high-quality weld without the occurrence of weld defects such as porosity can be obtained. Moreover, if the present invention is applied to nitrogen-containing stainless steel, a high-quality weld with little denitrification can be obtained.

以上、本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。   The example of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be easily made by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. Will be understood.

本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法の第１の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the combined welding apparatus and method of the laser and arc of this invention. 本発明の複合溶接装置及び方法において、レーザとアーク間の距離とMIG電流の関係を説明する図である。In the composite welding apparatus and method of this invention, it is a figure explaining the relationship between the distance between a laser and an arc, and MIG current. 本発明による溶接方法に用いる突合せ材の溶接用開先部の形状の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the shape of the groove part for welding of the butt | matching material used for the welding method by this invention. 本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法の第１の例を用いた溶接部の断面写真の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional photograph of the welding part using the 1st example of the combined welding apparatus and method of the laser and arc of this invention. 本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法の第２の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the combined welding apparatus and method of the laser and arc of this invention. 本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法の第３の例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example of the laser and arc combined welding apparatus and method of this invention. 本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法の第４の例を示す図である。It is a figure which shows the 4th example of the laser and arc combined welding apparatus and method of this invention. 本発明のレーザとアークの複合溶接装置及び方法の第１の例を用いた溶接部の断面写真の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional photograph of the welding part using the 1st example of the combined welding apparatus and method of the laser and arc of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…レーザ光、２…レーザ加工ヘッド、３…集束レンズ、４,４a,４b…被溶接材、５…キーホール、６…溶融池、７…シールドノズル、８…レーザ用シールドガス、９…アーク熱源用電極、１０…アーク、１１…アークトーチ、１２…アークシールドノズル、１３…アーク用シールドガス、１７…レーザ用シールドノズル（サイドノズル）、１８…遮蔽板、２０…突合せ面、２１…溶加材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser beam, 2 ... Laser processing head, 3 ... Condensing lens, 4, 4a, 4b ... To-be-welded material, 5 ... Keyhole, 6 ... Molten pool, 7 ... Shield nozzle, 8 ... Laser shielding gas, 9 ... Arc heat source electrode, 10 ... arc, 11 ... arc torch, 12 ... arc shield nozzle, 13 ... arc shield gas, 17 ... laser shield nozzle (side nozzle), 18 ... shield plate, 20 ... butting surface, 21 ... Filler metal

Claims (20)

レーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、レーザ光の照射部の周囲にレーザ用シールドガスを噴射するレーザ用シールドガスノズルと、アーク熱源用の電極を有するアークトーチと、前記アーク熱源用の電極の周囲にアーク用シールドガスを噴射するアーク用シールドガスノズルと、を有する複合溶接装置において、
前記レーザ光の照射によって被溶接材の表面に形成された細い溝状のキーホールと、前記電極と被溶接材の間に発生したアークによって被溶接材の表面に形成された溶融池とが接続されるように、前記レーザ加工ヘッドと前記アークトーチの位置が設定され、前記レーザ用シールドガスによって前記キーホールがシールドされ、前記アーク用シールドガスによって前記溶融池がシールドされ、前記レーザ用シールドガスと前記アーク用シールドガスは異なるガスであることを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。 Laser processing head for irradiating laser light, laser shielding gas nozzle for injecting laser shielding gas around laser light irradiation portion, arc torch having an electrode for arc heat source, and surrounding of electrode for arc heat source In a composite welding apparatus having an arc shielding gas nozzle for injecting arc shielding gas to
The narrow groove-shaped keyhole formed on the surface of the workpiece by irradiation with the laser beam and the molten pool formed on the surface of the workpiece by the arc generated between the electrode and the workpiece are connected. The position of the laser processing head and the arc torch is set, the keyhole is shielded by the laser shielding gas, the molten pool is shielded by the arc shielding gas, and the laser shielding gas And the arc shielding gas is a different gas. 請求項１記載のレーザとアークの複合溶接装置において、前記レーザ用シールドガスは、溶融金属に吸収され易いガスであることを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。   2. The combined laser and arc welding apparatus according to claim 1, wherein the laser shielding gas is a gas that is easily absorbed by molten metal. 請求項１記載のレーザとアークの複合溶接装置において、前記レーザ用シールドガスは、窒素又は炭酸ガスを主成分として含むことを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。   2. The laser / arc combined welding apparatus according to claim 1, wherein the laser shielding gas contains nitrogen or carbon dioxide as a main component. 請求項１記載のレーザとアークの複合溶接装置において、前記アーク用シールドガスは不活性ガス又は不活性ガスを主成分とし、アーク安定のためのガス種を含むことを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。   2. The laser / arc combined welding apparatus according to claim 1, wherein the arc shielding gas contains an inert gas or an inert gas as a main component and includes a gas species for stabilizing the arc. Composite welding equipment. 請求項１記載のレーザとアークの複合溶接装置において、前記レーザ光の光軸が被溶接材表面と交わる点と前記アーク熱源用の電極の中心軸線が被溶接材表面と交わる点の間の距離が6mm〜20mmとなるように、前記レーザ加工ヘッドと前記アークトーチの位置が設定されていることを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。   2. The laser-arc combined welding apparatus according to claim 1, wherein a distance between a point where the optical axis of the laser beam intersects the surface of the workpiece and a point where the central axis of the arc heat source electrode intersects the surface of the workpiece. The laser and arc combined welding apparatus, wherein positions of the laser processing head and the arc torch are set so that the distance is 6 mm to 20 mm. 請求項１記載のレーザとアークの複合溶接装置において、前記レーザ用シールドガスノズルから噴射された前記ノズルレーザ用シールドガスと前記アーク用シールドガスノズルから噴射されたアーク用シールドガスとを分離する遮蔽板が設けられていることを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。   2. The combined laser and arc welding apparatus according to claim 1, wherein a shielding plate for separating the nozzle laser shielding gas ejected from the laser shielding gas nozzle and the arc shielding gas ejected from the arc shielding gas nozzle is provided. A combined laser and arc welding apparatus characterized by being provided. 請求項１記載のレーザとアークの複合溶接装置において、前記レーザ用シールドガスノズルは前記レーザ加工ヘッドと同軸的に配置されていることを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。   2. The laser / arc combined welding apparatus according to claim 1, wherein the laser shielding gas nozzle is disposed coaxially with the laser processing head. 請求項１記載のレーザとアークの複合溶接装置において、前記レーザ用シールドガスノズルは前記レーザ加工ヘッドとは別個に設けられていることを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。   2. The combined laser and arc welding apparatus according to claim 1, wherein the laser shielding gas nozzle is provided separately from the laser processing head. 請求項１記載のレーザとアークの複合溶接装置において、前記アーク用シールドガスノズルは前記アークトーチと同軸的に配置されていることを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。   2. The combined laser and arc welding apparatus according to claim 1, wherein the arc shielding gas nozzle is disposed coaxially with the arc torch. 請求項１記載のレーザとアークの複合溶接装置において、前記アーク用シールドガスノズルは前記アークトーチとは別個に設けられていることを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。   2. The combined laser and arc welding apparatus according to claim 1, wherein the arc shielding gas nozzle is provided separately from the arc torch. 請求項１記載のレーザとアークの複合溶接装置において、前記アーク熱源用の電極はMIG電極又はTIG電極であることを特徴とするレーザとアークの複合溶接装置。   2. The combined laser and arc welding apparatus according to claim 1, wherein the electrode for the arc heat source is a MIG electrode or a TIG electrode. レーザ光の照射によって被溶接材の表面に細い溝状のキーホールを生成するステップと、
アーク熱源用の電極と被溶接材の間に発生したアークによって被溶接材の表面に溶融池を生成するステップと、
前記レーザ光の照射部の周囲にレーザ用シールドガスを噴射するステップと、
前記アーク熱源用の電極の周囲にアーク用シールドガスを噴射するステップと、
を有するレーザとアークの複合溶接方法において、
前記キーホールと前記溶融池とが接続されるように、前記アーク熱源用の電極と前記レーザ光の照射位置が設定され、前記レーザ用シールドガスによって前記キーホールがシールドされ、前記アーク用シールドガスによって前記溶融池がシールドされ、前記レーザ用シールドガスと前記アーク用シールドガスは異なるガスであることを特徴とするレーザとアークの複合溶接方法。 Generating a narrow groove-shaped keyhole on the surface of the workpiece by laser light irradiation;
Generating a molten pool on the surface of the workpiece by an arc generated between the electrode for the arc heat source and the workpiece,
Injecting a laser shielding gas around the laser light irradiation section;
Injecting an arc shielding gas around the electrode for the arc heat source;
In a combined laser and arc welding method having
The arc heat source electrode and the irradiation position of the laser beam are set so that the keyhole and the molten pool are connected, the keyhole is shielded by the laser shielding gas, and the arc shielding gas The weld pool is shielded by the laser, and the laser shielding gas and the arc shielding gas are different gases. 請求項１２記載のレーザとアークの複合溶接方法において、前記レーザ光の光軸が被溶接材表面と交わる点と前記アーク熱源用の電極の中心軸線が被溶接材表面と交わる点の間の距離が6mm〜20mmとなるように、前記アーク熱源用の電極と前記レーザ光の照射位置が設定されていることを特徴とするレーザとアークの複合溶接方法。   13. The laser-arc combined welding method according to claim 12, wherein a distance between a point where the optical axis of the laser beam intersects the surface of the workpiece and a point where the central axis of the arc heat source electrode intersects the surface of the workpiece. The laser and arc combined welding method is characterized in that the arc heat source electrode and the irradiation position of the laser beam are set so as to be 6 mm to 20 mm. 請求項１２記載のレーザとアークの複合溶接方法において、２つの被溶接材を突き合せるステップと、該突き合せ部に溶接開先部を形成するステップと、を有し、前記溶接開先部は逆台形状断面の溝状をなし、開先角度が5°〜20°、開先底部の溝幅が１mm〜4mmであることを特徴とするレーザとアークの複合溶接方法。   13. The combined laser and arc welding method according to claim 12, comprising a step of abutting two materials to be welded, and a step of forming a weld groove portion at the butted portion, wherein the weld groove portion is A combined laser and arc welding method characterized by having a groove shape with an inverted trapezoidal cross section, a groove angle of 5 ° to 20 °, and a groove width of a groove bottom of 1 mm to 4 mm. 請求項１２記載のレーザとアークの複合溶接方法において、前記ノズルレーザ用シールドガスと前記アーク用シールドガスとを分離する遮蔽板を設けるステップと、を有することを特徴とするレーザとアークの複合溶接方法。   13. The combined laser and arc welding method according to claim 12, further comprising the step of providing a shielding plate for separating the nozzle laser shielding gas and the arc shielding gas. Method. 請求項１２記載のレーザとアークの複合溶接方法において、前記アーク熱源用の電極としてTIG電極を用い、溶接金属部の窒素含有率が被溶接材料の窒素含有率と実質的に同等になるように調整された窒素含有量を有する溶加材を用いることを特徴とするレーザとアークの複合溶接方法。   13. The combined laser and arc welding method according to claim 12, wherein a TIG electrode is used as the arc heat source electrode so that the nitrogen content of the weld metal portion is substantially equal to the nitrogen content of the material to be welded. A laser and arc combined welding method characterized by using a filler metal having an adjusted nitrogen content. 請求項１２記載のレーザとアークの複合溶接方法において、前記被溶接材はステンレス鋼構造物であることを特徴とするレーザとアークの複合溶接方法。   13. The combined laser and arc welding method according to claim 12, wherein the material to be welded is a stainless steel structure. 請求項１７記載のレーザとアークの複合溶接方法において、前記ステンレス鋼構造物は、0.2〜0.5mass%の窒素を含むステンレス鋼からなり、前記レーザ用シールドガスは窒素を主成分として含むことを特徴とするレーザとアークの複合溶接方法。   18. The combined laser and arc welding method according to claim 17, wherein the stainless steel structure is made of stainless steel containing 0.2 to 0.5 mass% nitrogen, and the laser shielding gas contains nitrogen as a main component. Combined laser and arc welding method. 請求項１７記載のレーザとアークの複合溶接方法において、前記ステンレス鋼構造物の溶接金属部の窒素含有率が、前記被溶接材であるステンレス鋼構造物の窒素含有率と同等及びそれ以上であることを特徴とするレーザとアークの複合溶接方法。   18. The combined laser and arc welding method according to claim 17, wherein the nitrogen content of the weld metal part of the stainless steel structure is equal to or greater than the nitrogen content of the stainless steel structure as the material to be welded. A combined laser and arc welding method characterized by the above. 請求項１７記載のレーザとアークの複合溶接方法において、前記ステンレス鋼構造物が原子力炉内構造物であることを特徴とするレーザとアークの複合溶接方法。   18. The combined laser and arc welding method according to claim 17, wherein the stainless steel structure is a nuclear reactor internal structure.
JP2007132015A 2007-05-17 2007-05-17 Laser and arc combined welding apparatus and method Active JP5294573B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007132015A JP5294573B2 (en) 2007-05-17 2007-05-17 Laser and arc combined welding apparatus and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007132015A JP5294573B2 (en) 2007-05-17 2007-05-17 Laser and arc combined welding apparatus and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008284588A true JP2008284588A (en) 2008-11-27
JP5294573B2 JP5294573B2 (en) 2013-09-18

Family

ID=40144807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007132015A Active JP5294573B2 (en) 2007-05-17 2007-05-17 Laser and arc combined welding apparatus and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5294573B2 (en)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010149160A (en) * 2008-12-26 2010-07-08 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Method of manufacturing reactor core shroud for nuclear power plant, and nuclear power plant structure
JP2011045920A (en) * 2009-08-28 2011-03-10 Honda Motor Co Ltd Welding method
JP2011183427A (en) * 2010-03-08 2011-09-22 Kobe Steel Ltd Laser arc combination welding method and method of producing welded member according to the welding method
JP2011218362A (en) * 2010-04-02 2011-11-04 Nippon Steel Corp Laser and arc compound welding method and groove of metal plate for butt welding
JP2012000630A (en) * 2010-06-16 2012-01-05 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Laser welding apparatus
JP2013000751A (en) * 2011-06-13 2013-01-07 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Butt welding method of steel member
JP2013529550A (en) * 2010-07-07 2013-07-22 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード MIG / MAG welding to carbon steel using rotary arc and gaseous mixture of Ar / He / O2
WO2013113630A1 (en) * 2012-01-31 2013-08-08 Aktiebolaget Skf Assembly with weld joint formed in hybrid welding process and method of forming the weld joint
CN103286458A (en) * 2013-06-03 2013-09-11 中国钢研科技集团有限公司 Laser and arc hybrid welding method
JP2013545619A (en) * 2010-12-17 2013-12-26 マグナ インターナショナル インコーポレイテッド Laser beam welding
CN105108333A (en) * 2015-08-31 2015-12-02 广州有色金属研究院 Gas protection method used for laser-arc composite welding
CN105710511A (en) * 2016-04-11 2016-06-29 西南交通大学 Manufacturing method for alloy welded splice
FR3039444A1 (en) * 2015-07-30 2017-02-03 Inst De Rech Tech Jules Verne OPTIMIZED LASER-ARC HYBRID WELDING PROCESS
CN107252976A (en) * 2017-06-08 2017-10-17 广东省焊接技术研究所（广东省中乌研究院） A kind of hybrid Laser-Arc Welding air protection method for laser pre-amplifier
US9808887B2 (en) 2012-01-31 2017-11-07 Aktiebolaget Skf Assembly with weld joint formed in hybrid welding process
KR20180089278A (en) * 2017-01-30 2018-08-08 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Arc welding device, arc welding method, and magnetism control device for arc welding
JP2019044242A (en) * 2017-09-05 2019-03-22 日新製鋼株式会社 Austenitic stainless weld member
KR102175564B1 (en) * 2019-05-10 2020-11-06 주식회사 포스코 The gas tungsten arc welding method with improved welding speed and formability and the welding apparatus thereof
CN113305438A (en) * 2021-05-11 2021-08-27 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 Protection device for thick plate titanium alloy high-power laser welding

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104625403B (en) * 2015-01-27 2016-04-27 湖南大学 A kind of method suppressing myriawatt level laser to weld slab upper surface defect
US20200223012A1 (en) * 2017-09-20 2020-07-16 Jfe Steel Corporation Laser-arc hybrid welding method
GB2569110B (en) * 2017-11-30 2021-12-15 Acergy France SAS Preheating Method and Apparatus for Welding
CN111230306B (en) * 2020-02-17 2021-07-13 西安交通大学 F/A ratio synchronous regulation and control method for bimetal penetrating laser welding complex layer tissue

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06198472A (en) * 1993-01-05 1994-07-19 Sumitomo Metal Ind Ltd High-speed laser beam welding method
JPH10501468A (en) * 1995-03-29 1998-02-10 レール・リキード・ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード Arc welding method for shielding gas mixture and stainless steel workpiece
JPH10296489A (en) * 1997-04-23 1998-11-10 Hitachi Ltd Shield jig
JPH1158017A (en) * 1997-06-10 1999-03-02 Toshiba Corp Method and equipment for tig welding
JPH11320090A (en) * 1998-05-08 1999-11-24 Omron Corp Method for arc welding of wire to terminal and its arc welding equipment
JP2000334588A (en) * 1999-05-26 2000-12-05 Nkk Corp Production pof austenitic stainless steel welded tube
JP2001150137A (en) * 1999-10-05 2001-06-05 L'air Liquide Method and device for executing mig welding of aluminum and aluminum alloy
JP2002001557A (en) * 2000-04-19 2002-01-08 Hitachi Constr Mach Co Ltd Butt welding method by laser beam
JP2002137075A (en) * 2000-10-31 2002-05-14 Babcock Hitachi Kk Method of high-speed laser beam welding
JP2002346777A (en) * 2001-05-24 2002-12-04 Hitachi Constr Mach Co Ltd Method for combined welding with laser beam and arc
JP2003164983A (en) * 2001-11-28 2003-06-10 Toshiba Corp Welding method for metallic member
JP2003251481A (en) * 2002-02-27 2003-09-09 Sumitomo Heavy Ind Ltd Pulsed laser welding method and equipment
JP2004009096A (en) * 2002-06-06 2004-01-15 Babcock Hitachi Kk Laser welding device
JP2004223543A (en) * 2003-01-21 2004-08-12 Jfe Engineering Kk Compound welding method of laser beam and arc, and groove shape of welded joint used for the same
JP2004298896A (en) * 2003-03-28 2004-10-28 Jfe Engineering Kk Groove working method and composite welding method using laser and arc
JP2005232586A (en) * 2004-01-22 2005-09-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method and apparatus for improving residual stress in tubular body
JP2005254328A (en) * 2004-02-10 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hybrid laser machining method and hybrid laser torch used therein
JP2006082122A (en) * 2004-09-17 2006-03-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Consumable electrode type arc welding device
WO2007026493A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-08 Taiyo Nippon Sanso Corporation Shielding gas for hybrid welding and welding method using such gas
JP2008248315A (en) * 2007-03-30 2008-10-16 Jfe Steel Kk Method for manufacturing ultrahigh-strength, high-deformability welded steel pipe having excellent toughness in base material and weld zone

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06198472A (en) * 1993-01-05 1994-07-19 Sumitomo Metal Ind Ltd High-speed laser beam welding method
JPH10501468A (en) * 1995-03-29 1998-02-10 レール・リキード・ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード Arc welding method for shielding gas mixture and stainless steel workpiece
JPH10296489A (en) * 1997-04-23 1998-11-10 Hitachi Ltd Shield jig
JPH1158017A (en) * 1997-06-10 1999-03-02 Toshiba Corp Method and equipment for tig welding
JPH11320090A (en) * 1998-05-08 1999-11-24 Omron Corp Method for arc welding of wire to terminal and its arc welding equipment
JP2000334588A (en) * 1999-05-26 2000-12-05 Nkk Corp Production pof austenitic stainless steel welded tube
JP2001150137A (en) * 1999-10-05 2001-06-05 L'air Liquide Method and device for executing mig welding of aluminum and aluminum alloy
JP2002001557A (en) * 2000-04-19 2002-01-08 Hitachi Constr Mach Co Ltd Butt welding method by laser beam
JP2002137075A (en) * 2000-10-31 2002-05-14 Babcock Hitachi Kk Method of high-speed laser beam welding
JP2002346777A (en) * 2001-05-24 2002-12-04 Hitachi Constr Mach Co Ltd Method for combined welding with laser beam and arc
JP2003164983A (en) * 2001-11-28 2003-06-10 Toshiba Corp Welding method for metallic member
JP2003251481A (en) * 2002-02-27 2003-09-09 Sumitomo Heavy Ind Ltd Pulsed laser welding method and equipment
JP2004009096A (en) * 2002-06-06 2004-01-15 Babcock Hitachi Kk Laser welding device
JP2004223543A (en) * 2003-01-21 2004-08-12 Jfe Engineering Kk Compound welding method of laser beam and arc, and groove shape of welded joint used for the same
JP2004298896A (en) * 2003-03-28 2004-10-28 Jfe Engineering Kk Groove working method and composite welding method using laser and arc
JP2005232586A (en) * 2004-01-22 2005-09-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method and apparatus for improving residual stress in tubular body
JP2005254328A (en) * 2004-02-10 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hybrid laser machining method and hybrid laser torch used therein
JP2006082122A (en) * 2004-09-17 2006-03-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Consumable electrode type arc welding device
WO2007026493A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-08 Taiyo Nippon Sanso Corporation Shielding gas for hybrid welding and welding method using such gas
JP2008248315A (en) * 2007-03-30 2008-10-16 Jfe Steel Kk Method for manufacturing ultrahigh-strength, high-deformability welded steel pipe having excellent toughness in base material and weld zone

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8681923B2 (en) 2008-12-26 2014-03-25 Hitachi, Ltd. Method of manufacturing core shroud for nuclear power plant and structure of nuclear power plant
JP2010149160A (en) * 2008-12-26 2010-07-08 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Method of manufacturing reactor core shroud for nuclear power plant, and nuclear power plant structure
JP2011045920A (en) * 2009-08-28 2011-03-10 Honda Motor Co Ltd Welding method
EP2546020A4 (en) * 2010-03-08 2017-08-02 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Laser/arc hybrid welding method and method for producing welded member using same
JP2011183427A (en) * 2010-03-08 2011-09-22 Kobe Steel Ltd Laser arc combination welding method and method of producing welded member according to the welding method
CN102791420A (en) * 2010-03-08 2012-11-21 株式会社神户制钢所 Laser/arc hybrid welding method and method of producing welded member using same
KR101436705B1 (en) * 2010-03-08 2014-09-02 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Laser/arc hybrid welding method and method of producing welded member using same
US9061374B2 (en) 2010-03-08 2015-06-23 Kobe Steel, Ltd. Laser/arc hybrid welding method and method for producing welded member using same
JP2011218362A (en) * 2010-04-02 2011-11-04 Nippon Steel Corp Laser and arc compound welding method and groove of metal plate for butt welding
JP2012000630A (en) * 2010-06-16 2012-01-05 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Laser welding apparatus
JP2013529550A (en) * 2010-07-07 2013-07-22 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード MIG / MAG welding to carbon steel using rotary arc and gaseous mixture of Ar / He / O2
JP2013545619A (en) * 2010-12-17 2013-12-26 マグナ インターナショナル インコーポレイテッド Laser beam welding
JP2013000751A (en) * 2011-06-13 2013-01-07 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Butt welding method of steel member
WO2013113630A1 (en) * 2012-01-31 2013-08-08 Aktiebolaget Skf Assembly with weld joint formed in hybrid welding process and method of forming the weld joint
US9808887B2 (en) 2012-01-31 2017-11-07 Aktiebolaget Skf Assembly with weld joint formed in hybrid welding process
CN103286458B (en) * 2013-06-03 2015-09-30 中国钢研科技集团有限公司 A kind of laser-arc hybrid welding in industry method
CN103286458A (en) * 2013-06-03 2013-09-11 中国钢研科技集团有限公司 Laser and arc hybrid welding method
FR3039444A1 (en) * 2015-07-30 2017-02-03 Inst De Rech Tech Jules Verne OPTIMIZED LASER-ARC HYBRID WELDING PROCESS
CN105108333A (en) * 2015-08-31 2015-12-02 广州有色金属研究院 Gas protection method used for laser-arc composite welding
CN105710511A (en) * 2016-04-11 2016-06-29 西南交通大学 Manufacturing method for alloy welded splice
KR20180089278A (en) * 2017-01-30 2018-08-08 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Arc welding device, arc welding method, and magnetism control device for arc welding
KR102051277B1 (en) * 2017-01-30 2019-12-03 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Arc welding device, arc welding method, and magnetism control device for arc welding
CN107252976A (en) * 2017-06-08 2017-10-17 广东省焊接技术研究所（广东省中乌研究院） A kind of hybrid Laser-Arc Welding air protection method for laser pre-amplifier
JP2019044242A (en) * 2017-09-05 2019-03-22 日新製鋼株式会社 Austenitic stainless weld member
KR102175564B1 (en) * 2019-05-10 2020-11-06 주식회사 포스코 The gas tungsten arc welding method with improved welding speed and formability and the welding apparatus thereof
CN113305438A (en) * 2021-05-11 2021-08-27 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 Protection device for thick plate titanium alloy high-power laser welding

Also Published As

Publication number Publication date
JP5294573B2 (en) 2013-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5294573B2 (en) Laser and arc combined welding apparatus and method
US20050263500A1 (en) Laser or laser/arc hybrid welding process with formation of a plasma on the backside
US8253060B2 (en) Hybrid laser arc welding process and apparatus
JP5822376B2 (en) Laser welding method for steel sheet
US8546720B2 (en) Hybrid welding apparatus and system and method of welding
US8884183B2 (en) Welding process and a welding arrangement
US20080116175A1 (en) Laser welding process with improved penetration
CN104907696B (en) A kind of laser-arc hybrid welding in industry method considering welding current value
WO2003024658A1 (en) Work welding method
KR20140008532A (en) Hybrid welding method for t-joint using laser beam welding and arc welding
JP2004223543A (en) Compound welding method of laser beam and arc, and groove shape of welded joint used for the same
JP2009107017A (en) Method for controlling weld quality
JP2011218362A (en) Laser and arc compound welding method and groove of metal plate for butt welding
JP5318543B2 (en) Laser-arc combined welding method
JP4876260B2 (en) Welding method and welding apparatus
JP5341538B2 (en) Laser welding equipment
US20190299314A1 (en) Method of cleaning a workpiece after a thermal joining process with cathodic cleaning; cleaning device and processing gas
JP2009178761A (en) Penetration welding method of t type joint and penetration welding structure
US20080206586A1 (en) Penetration welding method of t-type joint and penetration welding structure of t-type joint
JP4026452B2 (en) Laser and arc combined welding method and groove shape of welded joint used therefor
JP2012081480A (en) Welding gas and plasma welding method
JP2014079783A (en) Laser and arc hybrid welding method, hybrid welding head and hybrid welding apparatus
JP3591630B2 (en) Laser-arc combined welding method and welding apparatus
JP2003001453A (en) Combined heat source welding method
JP2014024078A (en) Laser welding apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090415

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110816

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110823

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111024

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120508

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120709

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20121211

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130308

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20130318

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: 20130604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130611

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5294573

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150