JP2010167428A - Laser beam welding method - Google Patents
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Description
本発明は、重ね合わされた2枚の金属板に対して一方の面からレーザを照射して環状に溶接するレーザ溶接方法に関する。 The present invention relates to a laser welding method in which laser beams are irradiated from one surface to two superimposed metal plates and welded in an annular shape.
従来、自動車の車体等の構造部材として、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理された金属板が広く用いられている。 Conventionally, surface-treated metal plates such as galvanized steel plates have been widely used as structural members such as automobile bodies.
これらのメッキ鋼板をレーザ溶接するにあたり、スポット溶接をすると十分な面積が得られないことから、強度を考慮して円ビードで溶接する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 When laser welding these plated steel sheets, a sufficient area cannot be obtained when spot welding is performed, and therefore, a method of welding with a circular bead in consideration of strength has been proposed (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、円ビードを形成する作業の初期段階において、該円ビードにより囲繞された範囲内はメッキが溶けることなく、そのまま残ることが考えられる。溶けずに残った囲繞部は周囲からの熱伝導により、結局は溶け、ビードが形成されることも考えられるが、該ビードの形成過程で発生するメッキ金属が蒸発したガスは、その発生時点において、中心部がすでに周囲に形成されたビードによって閉塞されているために排出されず、内圧が高まって爆飛の発生の原因となり得る。 However, it is conceivable that in the initial stage of the work of forming the circular bead, the plating is not melted and remains in the area surrounded by the circular bead. It is conceivable that the surrounding portion that has not melted melts due to heat conduction from the surroundings, and eventually a bead is formed. Since the central portion is already closed by the bead formed in the periphery, it is not discharged, and the internal pressure increases, which may cause explosion.
また、囲繞部をなくしてメッキ金属のガスが排出される経路を確保するために、ビードをC字型等で形成した場合は、溶接に必要な面積が無駄に広くなって効率的でなく、疲労強度低下の原因になるとも考えられる。 In addition, when the bead is formed in a C-shape or the like in order to eliminate the surrounding portion and secure a path through which the metal plating gas is discharged, the area required for welding is unnecessarily widened and is not efficient. It may also cause a decrease in fatigue strength.
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、溶融ビードの形成が完了する前に、該溶融ビードの形成過程で処理材が蒸発して生じるガスを外部へ排出することができ、爆飛の発生を可及的に減少させることを可能にするレーザ溶接方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and before the formation of the molten bead is completed, the gas generated by evaporation of the treatment material in the process of forming the molten bead can be discharged to the outside. An object of the present invention is to provide a laser welding method that makes it possible to reduce the occurrence of explosions as much as possible.
本発明に係るレーザ溶接方法は、重ね合わされた2枚の金属板に対して一方の面からレーザを照射して環状に溶接するレーザ溶接方法において、前記金属板における積層面の少なくとも一方に表面処理が施され、溶融ビードで最終的に囲まれる範囲全域を、環状の溶接が終了する前に前記表面処理の処理材の蒸発温度以上に加熱することを特徴とする。 The laser welding method according to the present invention is a laser welding method in which laser beams are irradiated from one surface to two superimposed metal plates and welded in an annular shape, and at least one of the laminated surfaces of the metal plates is subjected to a surface treatment. And the entire region finally surrounded by the molten bead is heated to a temperature equal to or higher than the evaporation temperature of the surface treatment material before the end of the annular welding.
これにより、金属板の積層面で処理材が蒸発したガスは、外部への排出経路が確保され爆飛の発生を抑制することができる。 Thereby, the gas which the processing material evaporated on the lamination surface of the metal plate can secure the discharge path to the outside, and can suppress the occurrence of explosion.
前記積層面上で、前記レーザの照射直径部及び該照射直径部の周縁に形成されて、環状の溶接が終了する前に前記処理材が蒸発する温度以上の範囲を熱影響部とし、溶融ビードで最終的に囲まれる範囲全域に、前記熱影響部を通過させるようにしてもよい。 On the laminated surface, a laser bead diameter portion and a periphery of the light diameter portion are formed as a heat-affected zone in a range above the temperature at which the treatment material evaporates before the end of the annular welding, The heat-affected zone may be allowed to pass through the entire range that is finally surrounded by the above.
本発明に係るレーザ溶接方法によれば、金属板の積層面で処理材が蒸発したガスは、外部への排出経路が確保され爆飛の発生を抑制することができる。 According to the laser welding method according to the present invention, the gas in which the treatment material has evaporated on the laminated surface of the metal plates can secure a discharge path to the outside and suppress the occurrence of explosion.
以下、本発明に係るレーザ溶接方法について第1及び第2の実施形態を挙げ、添付の図1〜図8を参照しながら説明する。 Hereinafter, the laser welding method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
先ず、各実施の形態で共通する基本的な手段について説明する。各実施の形態に係るレーザ溶接方法では、図1に示すように、上板12と下板14が重ね合わされた積層体10aに対して一方の面(以下、上板12側の面とする。)に対して、図2に示すように、レーザ溶接機16からレーザL1を照射させ、その照射位置を移動させながら溶接を行う。各実施の形態に係るレーザ溶接方法で溶接対象するワークは、後述する積層体10b(図7、図8参照)等でもよい。
First, basic means common to the embodiments will be described. In the laser welding method according to each embodiment, as shown in FIG. 1, one surface (hereinafter referred to as a surface on the
レーザL1の照射位置を移動させる手段としては、レーザ溶接機16のレーザ照射部の向きを変えたり、所定の光学手段を介して照射方向を変えたり、又はワーク側を移動させればよい。レーザL1の照射位置を移動させる手段としては、ロボットによってレーザ溶接機16を移動させてもよい。レーザL1は、例えばYAGレーザである。レーザL1の照射位置を移動する速度は基本的には一定速度とする。
As a means for moving the irradiation position of the laser L1, the direction of the laser irradiation part of the
上板12には表面処理として亜鉛メッキが施され、鋼板12cの上面12a及び下面12bにメッキ層(処理材)が設けられている。同様に下板14には亜鉛メッキが施され、鋼板14cの上面14a及び下面14bにメッキ層が設けられている。
The
上板12の下面12bと、下板14の上面14aとの間にはスペーサ15を介して適度に狭い隙間G1が確保されている。
A moderately narrow gap G <b> 1 is secured between the
図2は、上板12の上面12a側からレーザ溶接機16より照射されたレーザL1が、上板12及び下板14に照射している状態を示す断面側面図である。レーザL1の照射直径部18(図3参照)、及び該照射直径部18の周縁に形成され、亜鉛メッキが蒸発する温度以上の範囲である熱影響部20が、上板12及び下板14に形成されている。熱影響部20は、環状の溶接が終了する前に亜鉛メッキが蒸発する範囲とする。
FIG. 2 is a cross-sectional side view illustrating a state in which the laser L1 irradiated from the
レーザL1の照射直径部18及び熱影響部20の断面は、積層面の下面12bと上面14aで実質的に同じ面積となっている。亜鉛メッキを蒸発させることで発生する亜鉛ガス24は、破線矢印で示すように、隙間G1から排出される。
The cross sections of the
図3の矢印で示すように、照射直径部18の中心O1を点P1から点P2まで移動させたとき、該照射直径部18が移動して通過した範囲(図3におけるダブルハッチ範囲)は溶接が行われる範囲であり、この範囲を溶融ビード22とする。また、熱影響部20が溶接途中で通過する領域(図3におけるハッチング範囲)は、環状の溶接が終了する前に亜鉛メッキが蒸発する領域であって、熱影響パス26とする。
As indicated by the arrows in FIG. 3, when the center O1 of the
環状の溶接が終了する前にメッキが蒸発する温度まで加熱される全域を熱影響範囲30(図4参照)とする。溶融ビード22は熱影響パス26に含まれる。熱影響パス26の幅をWとする。厳密には、熱影響パス26の幅は必ずしも一定ではないが、発明の理解が容易となるように一定幅であるものとする。
The entire region heated to a temperature at which the plating evaporates before the end of the annular welding is defined as a heat affected range 30 (see FIG. 4). The
本実施の形態に係るレーザ溶接方法では、溶融ビード22で最終的に囲まれる範囲全域が、環状の溶接が終了する前に亜鉛メッキの蒸発温度以上に加熱されるように、レーザL1を走査して上板12と下板14との溶接を行う。また、移動途中で熱影響パス26により囲繞される領域が生じないようにレーザL1の照射位置を所定の経路で移動させてもよい。
In the laser welding method according to the present embodiment, the laser L1 is scanned so that the entire range finally surrounded by the
次に、個別の実施形態について説明する。 Next, individual embodiments will be described.
図4に示すように、第1の実施形態に係るレーザ溶接方法では、照射直径部18の中心O1の経路32を、基点(重心)Aを中心として環状に一巡する閉経路として、積層面上において熱影響範囲30を円形に形成する。このとき、最終的に形成される熱影響範囲30の半径R1は熱影響パス26の幅W以下に設定する。これにより、最終的な熱影響範囲30は基点Aを含み、しかも、溶融ビード22で最終的に囲まれる範囲全域が、環状の溶接が終了する前に亜鉛メッキの蒸発温度以上に加熱される。また、レーザL1の移動途中で熱影響パス26により囲繞される領域が生じない。図4に示す例では、熱影響部20の端部を基点Aに一致させている。
As shown in FIG. 4, in the laser welding method according to the first embodiment, the
この溶接方法では、照射直径部18が始点と終点で少なくとも一部が重なり合っていれば、経路32は実質的に環状となり、これらの始点及び終点における応力の発生を防止できる。
In this welding method, if the
第1の実施形態に係るレーザ溶接方法において、レーザL1を走査させ、照射直径部18の中心O1が上板12上で一巡閉経路である円形状を描いた後の、積層体10aの断面側面図を図5に示す。図5に示すように、溶融ビード22の形成開始と同時に、上板12と下板14との積層面で亜鉛メッキが溶けて蒸発し、亜鉛ガス24が発生するが、破線矢印で示すように隙間G1から亜鉛ガス24は排出される。
In the laser welding method according to the first embodiment, the laser L1 is scanned, and the cross-sectional side surface of the laminated
このように、第1の実施の形態に係るレーザ溶接方法によれば、溶融ビード22で最終的に囲まれる範囲全域が、環状の溶接が終了する前に亜鉛メッキの蒸発温度以上に加熱される。
As described above, according to the laser welding method according to the first embodiment, the entire range finally surrounded by the
これにより、溶融ビード22が環状に閉じる前に、上板12と下板14との積層面で発生する亜鉛ガス24を外部へ排出する排出路が確保され、換言すれば、溶融ビード22が閉じたときには、その内部の亜鉛メッキはすでに蒸発して外部に排出されており、その内圧が高まることはなく爆飛の発生を抑制することができる。
Thereby, before the
仮に、環状の内部にガスが発生しても、その内圧が高まらない程度に微量であり、爆飛の発生を抑制することができる。また、経路32は環状であって、溶接後には始点及び終点の区別がなく、疲労強度の低下を防止できる。さらに、溶融ビード22の面積が、照射直径部18より大きくなり、溶接の接合強度が高まる。
Even if gas is generated inside the annular shape, the amount is so small that the internal pressure does not increase, and the occurrence of explosion can be suppressed. Moreover, the path |
さらにまた、熱影響範囲30を円形とすることによって、強度指向性のない安定した溶接が可能となるとともに、外観がよくなる。照射の経路を、一巡する閉経路に設定することにより安定し且つ無駄のない溶接が可能となる。
Furthermore, by making the heat-affected
図6に示すように、第2の実施形態に係るレーザ溶接方法では、照射直径部18の中心O1の経路34を、基点Aを基準とする正三角形となるような環状の一巡経路とし、且つ、基点Aから経路34による正三角形の頂点までの距離αを熱影響部20の半径β(=W/2)以下に設定しておく。これにより、三角形状の溶融ビード22が得られ、例えば、板材36の隅部形状に略合わせて溶接をすることができる。
As shown in FIG. 6, in the laser welding method according to the second embodiment, the
上記の各実施例では、上板12と下板14との間に隙間G1(図2参照)が設けられており、該隙間G1からガスが排出されるものとしたが、次に示すように、上板12と下板14は接触して積層されていてもよい。
In each of the above-described embodiments, the gap G1 (see FIG. 2) is provided between the
すなわち、図7に示すように、上板12と下板14を接して積層させて、その間に隙間はない。この場合、レーザL2は、所定の光学手段によって比較的短い焦点距離とし、照射直径部18及び熱影響部20の断面を、上板12の上面を長辺、下板14の下面14b側を短辺として、ある程度傾斜角度のある台形にしておくとよい。
That is, as shown in FIG. 7, the
このようにレーザL2を照射していると、照射直径部18、又は熱影響部20の範囲に溶融ビード22が形成されるが、該溶融ビード22の凝固、冷却過程で上板12及び下板14には体積収縮が生じる。このとき、図8に示すように、レーザL2の照射直径部18及び熱影響部20の断面図の形状から、レーザ溶接機16に近い方が、照射直径部18及び熱影響部20を合わせた領域が広いために、前記体積収縮は大きく、遠い方が前記体積収縮は小さい。よって、上板12と下板14との間には前記体積収縮の差に伴う隙間G2が周囲に形成される。
When the laser L2 is irradiated in this way, a
これによって、所定経路によって溶融ビード22が形成される前に、該溶融ビード22の形成過程で発生する亜鉛ガス24を隙間G2から外部へ排出することができ、爆飛の発生を可及的に減少させるという効果を達成することができる。
Thus, before the
上述した実施の形態では、レーザL1、L2の照射により溶融ビード22で最終的に囲まれる範囲全域を、環状の溶接が終了する前に表面処理材の蒸発温度以上となるように加熱しているが、加熱方法としてはこれに限らず、例えば、溶接用のレーザL1、L2とは別の熱源を用意してもよい。別の熱源による加熱は、レーザL1、L2と同期する必要はなく、適度に早い段階から加熱してもよい。
In the above-described embodiment, the entire range finally surrounded by the
一方、本実施例のように加熱にレーザ走査を利用すると、構成がシンプルになり好適である。 On the other hand, if laser scanning is used for heating as in the present embodiment, the configuration becomes simple, which is preferable.
また、上板12及び下板14は、その上下両面に亜鉛メッキが施されたものであるとしたが、これに限らず、上板12と下板14との間の重ね面の少なくとも一方、すなわち、上板12の下面12b、又は下板14の上面14aの少なくとも一方にメッキが施されていれば、本実施の形態に係るレーザ溶接方法は有効に適用することができる。
In addition, the
上述した実施の形態では、亜鉛メッキ鋼板であるとしたが、アルミメッキ鋼板やクロムメッキ鋼板等の表面処理でもよく、亜鉛メッキ鋼板に限定されない。 In the above-described embodiment, the galvanized steel sheet is used. However, surface treatment such as an aluminized steel sheet or a chrome plated steel sheet may be used, and the present invention is not limited to the galvanized steel sheet.
本発明に係るレーザ溶接方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 The laser welding method according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
10a、10b…積層体 12…上板
12a、14a…上面 12b、14b…下面
14…下板 16…レーザ溶接機
18…照射直径部 20…熱影響部
22…溶融ビード 24…亜鉛ガス
26…熱影響パス 30…熱影響範囲
32、34、36 G1、G2…隙間
L1、L2…レーザ O1…照射直径部の中心
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記金属板における積層面の少なくとも一方に表面処理が施され、
溶融ビードで最終的に囲まれる範囲全域を、環状の溶接が終了する前に前記表面処理の処理材の蒸発温度以上に加熱することを特徴とするレーザ溶接方法。 In a laser welding method in which a laser beam is irradiated from one surface to two stacked metal plates and welded in an annular shape,
Surface treatment is applied to at least one of the laminated surfaces of the metal plate,
A laser welding method characterized in that the entire range finally surrounded by a molten bead is heated to a temperature equal to or higher than the evaporation temperature of the surface-treated material before the end of annular welding.
前記積層面上で、前記レーザの照射直径部及び該照射直径部の周縁に形成されて、環状の溶接が終了する前に前記処理材が蒸発する温度以上の範囲を熱影響部とし、
溶融ビードで最終的に囲まれる範囲全域に、前記熱影響部を通過させることを特徴とするレーザ溶接方法。 The laser welding method according to claim 1, wherein
On the laminated surface, formed on the periphery of the irradiation diameter portion of the laser and the irradiation diameter portion, a range above the temperature at which the treatment material evaporates before the end of the annular welding is a heat affected zone,
A laser welding method, wherein the heat-affected zone is allowed to pass through an entire range finally surrounded by a molten bead.
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