JP2020044543A - Laser welding method - Google Patents

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Nozomi Tateyama
望美 立山
朋也 岡崎
Tomoya Okazaki
朋也 岡崎
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Abstract

【課題】溶接時におけるスパッタの発生を抑制可能なレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】第1のレーザ光81と、第1のレーザ光81と光軸が同じであると共に、第1のレーザ光81の照射領域の周縁部を照射可能な第2のレーザ光82と、を、ワーク9に照射する工程を備え、前記照射する工程において、第2のレーザ光82のエネルギー密度は、第1のレーザ光81のエネルギー密度の1.5%以上4.5%以下である、レーザ溶接方法。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser welding method capable of suppressing the generation of spatter during welding. SOLUTION: A first laser beam 81 and a second laser beam 82 having the same optical axis as the first laser beam 81 and capable of irradiating the peripheral portion of the irradiation region of the first laser beam 81. Is irradiated onto the work 9, and in the irradiation step, the energy density of the second laser light 82 is 1.5% or more and 4.5% or less of the energy density of the first laser light 81. There is a laser welding method. [Selection diagram] Fig. 3

Description

本発明は、レーザ溶接方法に関する。   The present invention relates to a laser welding method.

ワークを溶接する方法として、レーザ光をワークに照射する方法が知られている。
特許文献1には、第1のレーザ光と、第1のレーザ光の照射領域の周縁部を照射可能な第2のレーザ光と、を備えるレーザ光をワークに照射する、レーザ溶接方法が開示されている。
As a method of welding a work, a method of irradiating the work with laser light is known.
Patent Literature 1 discloses a laser welding method of irradiating a workpiece with laser light including a first laser light and a second laser light capable of irradiating a peripheral portion of an irradiation area of the first laser light. Have been.

特開2014−073526号公報JP 2014-073526 A

発明者らは、レーザ溶接方法に関し、以下の課題を見出した。
特許文献1に開示されているレーザ溶接方法では、第2のレーザ光のエネルギー密度を第1のレーザ光のエネルギー密度に比較して低く設定している。しかしながら、溶接時におけるスパッタの発生を抑制するためには、第2のレーザ光のエネルギー密度を第1のレーザ光のエネルギー密度に比較して適切に設定する必要がある。
The inventors have found the following problems with respect to the laser welding method.
In the laser welding method disclosed in Patent Document 1, the energy density of the second laser light is set lower than the energy density of the first laser light. However, in order to suppress the occurrence of spatter during welding, it is necessary to appropriately set the energy density of the second laser light in comparison with the energy density of the first laser light.

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、溶接時におけるスパッタの発生を抑制可能な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 view of such a problem, and has as its object to provide a laser welding method capable of suppressing generation of spatter during welding.

上記目的を達成する一態様は、レーザ溶接方法であって、第1のレーザ光と、前記第1のレーザ光と光軸が同じであると共に、前記第1のレーザ光の照射領域の周縁部を照射可能な第2のレーザ光と、を、ワークに照射する工程を備え、前記照射する工程において、前記第2のレーザ光のエネルギー密度は、前記第1のレーザ光のエネルギー密度の1.5%以上4.5%以下である。   One mode for achieving the above object is a laser welding method, wherein a first laser beam has the same optical axis as the first laser beam, and a peripheral portion of an irradiation region of the first laser beam. And irradiating the workpiece with a second laser beam capable of irradiating the laser beam. In the irradiating step, the energy density of the second laser beam is 1. 5% or more and 4.5% or less.

本発明に係るレーザ溶接方法では、第2のレーザ光のエネルギー密度が、第1のレーザ光のエネルギー密度の1.5%以上4.5%以下である。第2のレーザ光のみが照射されて発生する溶融池では、スパッタの発生が抑制される。また、第1のレーザ光が照射されて発生するキーホールから蒸発した溶融金属は、第2のレーザ光のみが照射されて発生する溶融池に付着する。そのため、本発明に係るレーザ溶接方法では、溶接時におけるスパッタの発生が抑制される。   In the laser welding method according to the present invention, the energy density of the second laser light is 1.5% or more and 4.5% or less of the energy density of the first laser light. In a molten pool generated by irradiation with only the second laser beam, generation of spatter is suppressed. The molten metal evaporated from the keyhole generated by the irradiation of the first laser light adheres to the molten pool generated by the irradiation of the second laser light alone. Therefore, in the laser welding method according to the present invention, generation of spatter during welding is suppressed.

本発明によれば、溶接時におけるスパッタの発生を抑制可能なレーザ溶接方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser welding method which can suppress generation | occurrence | production of the spatter at the time of welding can be provided.

第1の実施形態に係るレーザ溶接装置の全体図である。1 is an overall view of a laser welding device according to a first embodiment. 光軸に垂直な面で切断したレーザ光の断面図である。It is sectional drawing of the laser beam cut | disconnected in the surface perpendicular | vertical to an optical axis. 溶接時におけるワークの斜視図である。It is a perspective view of the work at the time of welding. 第2の実施形態に係るレーザ溶接装置の全体図である。It is the whole laser welding device concerning a 2nd embodiment. 第3の実施形態に係るレーザ溶接装置の全体図である。It is the whole laser welding device concerning a 3rd embodiment. スパッタ量のモニタリング方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the monitoring method of the amount of spatters. カメラを用いて計測したプラズマ光強度の一例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of plasma light intensity measured using a camera. 実施例1〜2、及び比較例1〜2におけるスパッタ量の計測結果を示すグラフである。5 is a graph showing measurement results of the amount of spatter in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例3〜8、及び比較例3〜6におけるスパッタ量の計測結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the amount of spatters in Examples 3-8 and Comparative Examples 3-6.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, in order to clarify the description, the following description and drawings are simplified as appropriate.

(第1の実施形態)
まず、図1〜3を参照して、本発明の第1の実施形態に係るレーザ溶接方法を実施するための装置(第1の実施形態に係るレーザ溶接装置)の構成について説明する。図1は、第1の実施形態に係るレーザ溶接装置の全体図である。図2は、光軸に垂直な面で切断したレーザ光の断面図である。図3は、溶接時におけるワークの斜視図である。
(First embodiment)
First, a configuration of an apparatus (a laser welding apparatus according to the first embodiment) for performing the laser welding method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall view of the laser welding apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a laser beam cut along a plane perpendicular to the optical axis. FIG. 3 is a perspective view of the workpiece during welding.

図1に示すように、レーザ溶接装置1は、ヘッド4、制御部5、発振器6、及びファイバー7を備える。ヘッド4は、図1に示すように、ガルバノミラー41、42を備える。図1に示すヘッド4内の矢印は、レーザ光の進行方向を示す。なお、図1には、レーザ溶接装置1に加えて、ワーク9を図示している。図2に示すように、レーザ光8は、第1のレーザ光81、及び第2のレーザ光82を備える。図3に示すように、ワーク9は、ワーク構成部材91、92を備える。なお、図3には、ワーク9に加えて、レーザ光8を図示している。   As shown in FIG. 1, the laser welding apparatus 1 includes a head 4, a control unit 5, an oscillator 6, and a fiber 7. The head 4 includes galvano mirrors 41 and 42 as shown in FIG. The arrow in the head 4 shown in FIG. 1 indicates the traveling direction of the laser light. FIG. 1 shows a work 9 in addition to the laser welding apparatus 1. As shown in FIG. 2, the laser light 8 includes a first laser light 81 and a second laser light 82. As shown in FIG. 3, the work 9 includes work constituent members 91 and 92. FIG. 3 shows the laser beam 8 in addition to the work 9.

なお、当然のことながら、図1及びその他の図面に示した右手系xyz直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、z軸正方向が鉛直上向き、xy平面が水平面であり、図面間で共通である。   Naturally, the right-handed xyz rectangular coordinates shown in FIG. 1 and other drawings are for convenience in describing the positional relationship of the components. Usually, the positive direction of the z-axis is vertically upward and the xy plane is the horizontal plane, which is common between the drawings.

図1に示すように、ヘッド4は、発振器6から発振されたレーザ光8をワーク9に照射する部材である。ヘッド4は、ガルバノミラー41、42を備える。ガルバノミラー41は、例えば図示しないx軸モータに接続されている。ガルバノミラー42は、例えば図示しないy軸モータに接続されている。x軸モータは、ガルバノミラー41をx軸方向に回転可能とする。y軸モータは、ガルバノミラー42をy軸方向に回転可能とする。ヘッド4に入射したレーザ光8の進路方向は、ガルバノミラー41、42の回転によって、調節される。   As shown in FIG. 1, the head 4 is a member that irradiates a work 9 with a laser beam 8 oscillated from an oscillator 6. The head 4 includes galvanometer mirrors 41 and 42. The galvanometer mirror 41 is connected to, for example, an x-axis motor (not shown). The galvanomirror 42 is connected to, for example, a y-axis motor (not shown). The x-axis motor enables the galvanometer mirror 41 to rotate in the x-axis direction. The y-axis motor enables the galvanometer mirror 42 to rotate in the y-axis direction. The traveling direction of the laser beam 8 incident on the head 4 is adjusted by the rotation of the galvanometer mirrors 41 and 42.

図1に示すように、ヘッド4は、制御部5に接続されている。制御部5は、ヘッド4に入射したレーザ光8の進路方向を制御する。制御部5は、例えば、図示しないx軸モータ及びy軸モータの回転を制御することによって、レーザ光8の進路方向を制御する。制御部5は、ヘッド4に加えて、発振器6にも接続されている。発振器6は、レーザ光8を発振する。制御部5は、発振器6から発振されるレーザ光8の出力等を制御する。レーザ光8は、例えば、ファイバーレーザである。レーザ光8の波長は、例えば、1030nm以上1120nm以下とすることができる。   As shown in FIG. 1, the head 4 is connected to the control unit 5. The control unit 5 controls the direction of the path of the laser light 8 incident on the head 4. The control unit 5 controls the direction of the path of the laser light 8 by controlling the rotation of an x-axis motor and a y-axis motor (not shown), for example. The control unit 5 is connected to the oscillator 6 in addition to the head 4. The oscillator 6 oscillates a laser beam 8. The control unit 5 controls the output of the laser light 8 oscillated from the oscillator 6 and the like. The laser light 8 is, for example, a fiber laser. The wavelength of the laser beam 8 can be, for example, 1030 nm or more and 1120 nm or less.

発振器6から発振されたレーザ光8は、ファイバー7を通ってヘッド4に入射する。発振器6から発振されたレーザ光8は、ファイバー7の配置によって図2に示す形状に調節される。ファイバー7は、断面円形状のコアと、コアを覆うように形成された第1クラッドと、第1クラッドを覆うように形成された第2クラッドと、を備える。コアには、イッテルビウム(Yb)等の希土類元素がドープされている。ファイバー7の屈折率は、コア、第1クラッド、第2クラッドの順に低くなる。   The laser light 8 oscillated from the oscillator 6 enters the head 4 through the fiber 7. The laser light 8 oscillated from the oscillator 6 is adjusted to the shape shown in FIG. The fiber 7 includes a core having a circular cross section, a first clad formed to cover the core, and a second clad formed to cover the first clad. The core is doped with a rare earth element such as ytterbium (Yb). The refractive index of the fiber 7 decreases in the order of the core, the first clad, and the second clad.

レーザ光8は、ファイバー7において増幅される。図1に示すように、レーザ溶接装置1は、2つのファイバー7を備える。2つのファイバー7のうち一方に入射したレーザ光8は、図2に示す第1のレーザ光81としてファイバー7から発振される。2つのファイバー7のうち他方に入射したレーザ光8は、図2に示す第2のレーザ光82としてファイバー7から発振される。発振された第1のレーザ光81及び第2のレーザ光82を合成し、図2に示す形状にレーザ光8を調節する。   Laser light 8 is amplified in fiber 7. As shown in FIG. 1, the laser welding device 1 includes two fibers 7. The laser beam 8 incident on one of the two fibers 7 is oscillated from the fiber 7 as a first laser beam 81 shown in FIG. The laser light 8 incident on the other of the two fibers 7 is oscillated from the fiber 7 as the second laser light 82 shown in FIG. The oscillated first laser light 81 and second laser light 82 are combined, and the laser light 8 is adjusted to the shape shown in FIG.

図2は、レーザ光8を光軸に垂直な面で切断した断面図である。図2に示すように、レーザ光8は、第1のレーザ光81と第2のレーザ光82とを備える。第1のレーザ光81及び第2のレーザ光82は、光軸に垂直な面で切断した切断面が、それぞれ円形状である。また、第1のレーザ光81及び第2のレーザ光82は、光軸が同一である。したがって、第2のレーザ光82は、第1のレーザ光81が照射可能な領域の周縁部を照射することができる。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the laser light 8 cut along a plane perpendicular to the optical axis. As shown in FIG. 2, the laser light 8 includes a first laser light 81 and a second laser light 82. Each of the first laser light 81 and the second laser light 82 has a circular cross section cut along a plane perpendicular to the optical axis. The first laser light 81 and the second laser light 82 have the same optical axis. Therefore, the second laser light 82 can irradiate the peripheral portion of the area where the first laser light 81 can be irradiated.

図2に示すd1は、第1のレーザ光81の半径である。図2に示すd2は、第2のレーザ光82の半径である。第1のレーザ光81の半径d1は、第2のレーザ光82の半径d2よりも小さい。第1のレーザ光81の半径d1は、例えば、第2のレーザ光82の半径の25%以上35%以下である。また、第2のレーザ光82のエネルギー密度は、第1のレーザ光81のエネルギー密度の1.5%以上4.5%以下である。   D1 shown in FIG. 2 is the radius of the first laser beam 81. D2 shown in FIG. 2 is the radius of the second laser light 82. The radius d1 of the first laser light 81 is smaller than the radius d2 of the second laser light 82. The radius d1 of the first laser light 81 is, for example, 25% or more and 35% or less of the radius of the second laser light 82. The energy density of the second laser light 82 is 1.5% or more and 4.5% or less of the energy density of the first laser light 81.

第1の実施形態に係るレーザ溶接方法は、第1のレーザ光81と第2のレーザ光82とを、ワーク9に照射する工程を備える。図3に、照射する工程を行う際におけるワーク9の斜視図を示す。   The laser welding method according to the first embodiment includes a step of irradiating the work 9 with the first laser light 81 and the second laser light 82. FIG. 3 shows a perspective view of the work 9 when performing the irradiation step.

ワーク9は、鋼製の部材である。ワーク9は、例えば、鋼鈑と鋼材との突き合せ材である。ワーク9は、ワーク構成部材91、92を備える。図3に示す例では、ワーク9は、直方体形状である。しかしながら、ワーク9の形状は、特に限定されない。ワーク9は、例えば、円柱形状であってもよい。ワーク構成部材91、92は、図3に示すように、接合面9aにおいて接合される。   The work 9 is a member made of steel. The work 9 is, for example, a butted material of a steel plate and a steel material. The work 9 includes work constituent members 91 and 92. In the example shown in FIG. 3, the work 9 has a rectangular parallelepiped shape. However, the shape of the work 9 is not particularly limited. The work 9 may have, for example, a cylindrical shape. The work components 91 and 92 are joined at the joining surface 9a as shown in FIG.

図3に示す例では、接合面9aのy軸正方向側からy軸負方向側に向かって、レーザ光8の照射領域を移動させつつ接合面9aの接合を行う。レーザ光8が照射されている領域では、ワーク構成部材91、92が溶融し、溶融池9cが形成される。   In the example shown in FIG. 3, the joining surface 9a is joined while moving the irradiation area of the laser beam 8 from the positive side of the joining surface 9a to the negative side of the y-axis. In the area where the laser beam 8 is irradiated, the work constituent members 91 and 92 are melted to form a molten pool 9c.

第1のレーザ光81が照射されている領域は、第2のレーザ光82のみが照射されている領域に比較して、高いエネルギー密度のレーザが照射される。したがって、第1のレーザ光81が照射されている領域は、ワーク構成部材91、92の溶融が特に進行しやすい。そのため、第1のレーザ光81が照射されている領域には、キーホール9dが形成される。   The region irradiated with the first laser light 81 is irradiated with a laser having a higher energy density than the region irradiated with only the second laser light 82. Therefore, in the region irradiated with the first laser beam 81, the melting of the work constituent members 91 and 92 is particularly easy to proceed. Therefore, a keyhole 9d is formed in a region irradiated with the first laser beam 81.

キーホール9d内では、ワーク構成部材91、92が溶融する際に、溶融金属が蒸発する。キーホール9d内で蒸発した溶融金属は、キーホール9dの外に飛び出すことがある。キーホール9dの外に飛び出した溶融金属は、キーホール9dの周縁部に形成されている溶融池9cに付着する。   In the keyhole 9d, when the work constituent members 91 and 92 are melted, the molten metal evaporates. The molten metal evaporated in the keyhole 9d may jump out of the keyhole 9d. The molten metal that has jumped out of the keyhole 9d adheres to a molten pool 9c formed at the periphery of the keyhole 9d.

溶融池9cは、レーザ光8の照射領域が移動すると、冷却し、ビード9bを生じる。溶融池9cに付着した溶融金属は、溶融池9cが冷却すると、溶融池9cと共にビード9bを形成する。したがって、キーホール9d内で溶融金属が蒸発しても、スパッタの発生が起こりにくい。   When the irradiation area of the laser beam 8 moves, the molten pool 9c cools and generates a bead 9b. When the molten pool 9c cools, the molten metal attached to the molten pool 9c forms a bead 9b together with the molten pool 9c. Therefore, even if the molten metal evaporates in the keyhole 9d, generation of spatter is less likely to occur.

また、第2のレーザ光82のみが照射されている領域は、緩やかに加熱されて溶融池9cが浅い。そのため、第2のレーザ光82のみが照射されている領域では、溶融金属の蒸発が起こりにくい。したがって、第2のレーザ光82のみが照射されている領域では、スパッタが発生しにくい。第1の実施形態に係るレーザ溶接方法は、上記の構成によって、溶接時におけるスパッタの発生を抑制することができる。   Further, the region irradiated with only the second laser light 82 is gradually heated, and the molten pool 9c is shallow. Therefore, evaporation of the molten metal is less likely to occur in a region irradiated with only the second laser light 82. Therefore, in a region where only the second laser light 82 is irradiated, spatter hardly occurs. With the above configuration, the laser welding method according to the first embodiment can suppress the generation of spatter during welding.

(第2の実施形態)
次に、図4を参照して、本発明の第2の実施形態に係るレーザ溶接方法を実施するための装置(第2の実施形態に係るレーザ溶接装置)の構成について説明する。図4は、第2の実施形態に係るレーザ溶接装置の全体図である。レーザ溶接装置2は、図4に示すように、図1に示した構成に加えて、DOE43を備える。なお、図4には、レーザ溶接装置2に加えて、ワーク9を図示している。その他の構成については、第1の実施形態において説明した構成と同様であるため、重複した説明は適宜省略する。
(Second embodiment)
Next, a configuration of an apparatus (a laser welding apparatus according to the second embodiment) for performing the laser welding method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an overall view of the laser welding apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, the laser welding apparatus 2 includes a DOE 43 in addition to the configuration shown in FIG. FIG. 4 shows the work 9 in addition to the laser welding device 2. The other configuration is the same as the configuration described in the first embodiment, and a duplicate description will be appropriately omitted.

レーザ溶接装置2は、DOE(Diffractive Optical Element)43を備える。DOE43は、レーザ光8の進路上であればどのような位置に配置されてもよい。DOE43は、例えば図4に示すように、ヘッド4内に配置される。レーザ溶接装置2では、レーザ溶接装置1におけるファイバー7の配置によるレーザ光8の形状の調節に代えて、レーザ光8をDOE43に通過させることによって、レーザ光8の形状を図2に示すように調節する。   The laser welding device 2 includes a DOE (Diffractive Optical Element) 43. The DOE 43 may be arranged at any position on the path of the laser beam 8. The DOE 43 is arranged in the head 4, for example, as shown in FIG. In the laser welding apparatus 2, instead of adjusting the shape of the laser light 8 by the arrangement of the fibers 7 in the laser welding apparatus 1, the shape of the laser light 8 is changed as shown in FIG. Adjust.

レーザ溶接装置2は、上記の構成によって、第1のレーザ光81と第2のレーザ光82とを、ワーク9に照射する工程を行うことができる。したがって、第2の実施形態に係るレーザ溶接方法は、溶接時におけるスパッタの発生を抑制することができる。さらに、第2の実施形態に係るレーザ溶接方法は、第1の実施形態において説明した効果と同様の効果を奏することができる。   With the above configuration, the laser welding device 2 can perform a step of irradiating the work 9 with the first laser light 81 and the second laser light 82. Therefore, the laser welding method according to the second embodiment can suppress generation of spatter during welding. Further, the laser welding method according to the second embodiment can provide the same effects as those described in the first embodiment.

(第3の実施形態)
次に、図5〜7を参照して、本発明の第3の実施形態に係るレーザ溶接方法を実施するための装置(第3の実施形態に係るレーザ溶接装置)の構成について説明する。図5は、第3の実施形態に係るレーザ溶接装置の全体図である。図5に示すヘッド4内の実線矢印は、レーザ光の進行方向を示す。図5に示すヘッド4内の点線矢印は、反射光の進行方向を示す。図6は、スパッタ量のモニタリング方法を示すフローチャートである。図7は、カメラを用いて計測したプラズマ光強度の一例を示すグラフである。
(Third embodiment)
Next, a configuration of an apparatus (a laser welding apparatus according to the third embodiment) for performing the laser welding method according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an overall view of the laser welding apparatus according to the third embodiment. A solid line arrow in the head 4 shown in FIG. 5 indicates a traveling direction of the laser beam. The dotted arrow in the head 4 shown in FIG. 5 indicates the traveling direction of the reflected light. FIG. 6 is a flowchart showing a method for monitoring the amount of spatter. FIG. 7 is a graph illustrating an example of plasma light intensity measured using a camera.

レーザ溶接装置3は、図2に示した構成に加えて、ミラー44、カメラ45を備える。第1のレーザ光81と第2のレーザ光82とを、ワーク9に照射する工程では、第1のレーザ光81と第2のレーザ光82とが反射し、反射光の一部が図5に示す点線矢印に示すようにヘッド4に入射する。ミラー44は、ヘッド4に入射した反射光の進路上に配置されている。   The laser welding device 3 includes a mirror 44 and a camera 45 in addition to the configuration shown in FIG. In the step of irradiating the work 9 with the first laser light 81 and the second laser light 82, the first laser light 81 and the second laser light 82 are reflected, and a part of the reflected light is The light enters the head 4 as indicated by a dotted arrow shown in FIG. The mirror 44 is arranged on the path of the reflected light that has entered the head 4.

カメラ45は、ミラー44において反射された反射光を撮影することができる。具体的には、ヘッド4に入射した反射光の一部は、ガルバノミラー42において反射した後に、ガルバノミラー41を通過する。反射光の進路上にミラー44を配置すると、カメラ45を用いて反射光強度を撮影することができる。   The camera 45 can capture the reflected light reflected by the mirror 44. Specifically, a part of the reflected light incident on the head 4 passes through the galvanometer mirror 41 after being reflected by the galvanometer mirror 42. When the mirror 44 is disposed on the path of the reflected light, the reflected light intensity can be photographed using the camera 45.

カメラ45は、制御部5に接続されている。レーザ溶接装置3は、第1のレーザ光81と第2のレーザ光82とを、ワーク9に照射する工程を行う際に、カメラ45において撮影された反射光強度を用いて、スパッタ量のモニタリングを行うことができる。スパッタ量のモニタリング方法の具体例を図6のフローチャートに示す。   The camera 45 is connected to the control unit 5. When performing the step of irradiating the first laser light 81 and the second laser light 82 to the work 9, the laser welding apparatus 3 monitors the amount of spatter using the reflected light intensity photographed by the camera 45. It can be performed. A specific example of the method of monitoring the amount of sputtering is shown in the flowchart of FIG.

スパッタ量のモニタリング方法では、溶接を行う部分をm個の区間に分割してモニタリングを行う。ただし、mは2以上の整数である。スパッタ量のモニタリング方法を行う際には、第2のレーザ光82のエネルギー密度を、第1のレーザ光81のエネルギー密度の1.5%以上4.5%以下の所定の値とした場合における反射光強度を予めカメラ45を用いて撮影する。そして、所定時間内における反射光強度の最大値と最小値との差分、すなわち振幅を定数Aとする。   In the method of monitoring the amount of spatter, monitoring is performed by dividing a portion to be welded into m sections. Here, m is an integer of 2 or more. When the method of monitoring the amount of sputtering is performed, the energy density of the second laser light 82 is set to a predetermined value of 1.5% to 4.5% of the energy density of the first laser light 81. The reflected light intensity is photographed using the camera 45 in advance. Then, the difference between the maximum value and the minimum value of the reflected light intensity within a predetermined time, that is, the amplitude is defined as a constant A.

スパッタ量のモニタリング方法では、まず、第1区間目の反射光強度を計測する工程(ステップS1)を行う。具体的には、カメラ45を用いて反射光を撮影し、制御部5において第1区間目の反射光強度を計測する。   In the method of monitoring the amount of sputtering, first, a step of measuring the reflected light intensity in the first section (Step S1) is performed. Specifically, the reflected light is photographed using the camera 45, and the control unit 5 measures the reflected light intensity in the first section.

次に、反射光強度の振幅が定数Aよりも小さいか否かを判定する工程(ステップS2)を行う。図7に、ステップS1において計測された反射光強度の波形の一例を示す。図7において点線で示された波形のように、反射光強度の最大値と最小値との差分が定数Aよりも小さい場合、第1区間目はスパッタの発生量が所定よりも少ないと判断する。すなわち、第1区間目における溶接が良好であると判断する。ステップS2において第1区間目における溶接が良好である場合、第2区間目における溶接を行う。   Next, a step (Step S2) of determining whether the amplitude of the reflected light intensity is smaller than a constant A is performed. FIG. 7 shows an example of the waveform of the reflected light intensity measured in step S1. When the difference between the maximum value and the minimum value of the reflected light intensity is smaller than the constant A, as in the waveform shown by the dotted line in FIG. 7, it is determined that the amount of spatter generated in the first section is smaller than a predetermined value. . That is, it is determined that the welding in the first section is good. If the welding in the first section is good in step S2, the welding in the second section is performed.

一方、図7において実線で示された波形のように、反射光強度の最大値と最小値との差分が定数A以上である場合、第1区間目はスパッタの発生量が所定以上であると判断する。すなわち、第1区間目における溶接が不良である判断する。ステップS2において第1区間目における溶接が不良である場合、溶接を行う部分全体に対して、溶接の不良率がB%より小さいか否かを判断する工程(ステップS3)を行う。   On the other hand, when the difference between the maximum value and the minimum value of the reflected light intensity is equal to or larger than the constant A, as in the waveform shown by the solid line in FIG. to decide. That is, it is determined that the welding in the first section is defective. If the welding in the first section is defective in step S2, a step (step S3) of determining whether or not the defective percentage of welding is smaller than B% is performed on the entire portion to be welded.

溶接を行う部分全体に対して、溶接の不良率がB%より小さい場合、レーザ出力を調整する工程(ステップS4)を行い、第2区間目における溶接を行う。このように、第m区間目までステップS1〜ステップS4を繰り返し行い、溶接を行う部分全体を溶接する。   When the defect rate of the welding is smaller than B% for the entire portion to be welded, the step of adjusting the laser output (Step S4) is performed, and the welding in the second section is performed. Thus, steps S1 to S4 are repeated until the m-th section, and the entire portion to be welded is welded.

なお、第n区間目を溶接する際に、ステップS3において、溶接を行う部分全体に対して、溶接の質が悪い区間がB%以上であった場合には、第n+1区間目における溶接を中止する。溶接が中止された当該ワーク9は、溶接不良品として処分される。   When welding the n-th section, in step S3, if the section with poor welding quality is B% or more for the entire portion to be welded, the welding in the (n + 1) -th section is stopped. I do. The work 9 whose welding has been stopped is disposed of as a defective welding product.

第3の実施形態に係るレーザ溶接方法は、第1のレーザ光81と第2のレーザ光82とを、ワーク9に照射する工程を行う際に、上記のスパッタ量のモニタリング方法を行うことによって、溶接時におけるスパッタの発生を抑制することができる。さらに、第3の実施形態に係るレーザ溶接方法は、第1〜2の実施形態において説明した効果と同様の効果を奏することができる。   In the laser welding method according to the third embodiment, when performing the step of irradiating the work 9 with the first laser light 81 and the second laser light 82, the above-described method of monitoring the amount of spatter is performed. In addition, generation of spatter during welding can be suppressed. Further, the laser welding method according to the third embodiment can provide the same effects as those described in the first and second embodiments.

以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples. The description is not intended to limit the invention.

[実施例1〜2]
実施例1では、第2のレーザ光82のエネルギー密度を、第1のレーザ光81のエネルギー密度の1.8%として、ワーク9の溶接を行った。なお、実施例1における第1のレーザ光81の半径d1は、第2のレーザ光82の半径d2を1として、0.25であった。また、実施例1において使用したワーク9は、鋼鈑と鋼材との突き合わせ材であった。実施例2では、第2のレーザ光82のエネルギー密度を、第1のレーザ光81のエネルギー密度の4.5%として、それ以外は実施例1と同様にして、ワーク9の溶接を行った。
[Examples 1 and 2]
In Example 1, the work 9 was welded with the energy density of the second laser light 82 set to 1.8% of the energy density of the first laser light 81. The radius d1 of the first laser beam 81 in Example 1 was 0.25, where 1 was the radius d2 of the second laser beam 82. The work 9 used in Example 1 was a butted material of a steel plate and a steel material. In Example 2, the work 9 was welded in the same manner as in Example 1 except that the energy density of the second laser light 82 was set to 4.5% of the energy density of the first laser light 81. .

[比較例1〜2]
比較例1では、第2のレーザ光82のエネルギー密度を、第1のレーザ光81のエネルギー密度の0%として、それ以外は実施例1と同様にして、ワーク9の溶接を行った。比較例2では、第2のレーザ光82のエネルギー密度を、第1のレーザ光81のエネルギー密度の100%として、それ以外は実施例1と同様にして、ワーク9の溶接を行った。
[Comparative Examples 1-2]
In Comparative Example 1, the work 9 was welded in the same manner as in Example 1 except that the energy density of the second laser light 82 was set to 0% of the energy density of the first laser light 81. In Comparative Example 2, the work 9 was welded in the same manner as in Example 1 except that the energy density of the second laser light 82 was set to 100% of the energy density of the first laser light 81.

(スパッタ量の計測)
実施例1〜2、及び比較例1〜2におけるスパッタ量を計測した。計測結果を図8に示す。図8に示すように、実施例1〜2は、比較例1〜2に比較して、スパッタ量が少なかった。このことから、第2のレーザ光82のエネルギー密度を、第1のレーザ光81のエネルギー密度の1.5%以上4.5%以下とすると、溶接時におけるスパッタの発生を抑制可能であることが確認された。
(Measurement of spatter amount)
The spatter amount in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 was measured. FIG. 8 shows the measurement results. As shown in FIG. 8, Examples 1 and 2 had a smaller amount of spatter than Comparative Examples 1 and 2. Thus, when the energy density of the second laser light 82 is set to 1.5% or more and 4.5% or less of the energy density of the first laser light 81, generation of spatter during welding can be suppressed. Was confirmed.

[実施例3〜8]
実施例3では、溶接深さ、すなわちキーホール9dの深さが1.2mmとなるように溶接を行った。なお、実施例3における第2のレーザ光82のエネルギー密度は、第1のレーザ光81のエネルギー密度の4.5%であった。実施例4では、溶接深さが3mmとなるようにし、それ以外は実施例3と同様にして溶接を行った。実施例5では、溶接深さが3.8mmとなるようにし、それ以外は実施例3と同様にして溶接を行った。
[Examples 3 to 8]
In Example 3, welding was performed such that the welding depth, that is, the depth of the keyhole 9d was 1.2 mm. The energy density of the second laser light 82 in Example 3 was 4.5% of the energy density of the first laser light 81. In Example 4, welding was performed in the same manner as in Example 3 except that the welding depth was 3 mm. In Example 5, welding was performed in the same manner as in Example 3 except that the welding depth was 3.8 mm.

実施例6では、溶接深さが4mmとなるようにし、それ以外は実施例3と同様にして溶接を行った。実施例7では、溶接深さが4.1mmとなるようにし、それ以外は実施例3と同様にして溶接を行った。実施例8では、溶接深さが4.2mmとなるようにし、それ以外は実施例3と同様にして溶接を行った。   In Example 6, welding was performed in the same manner as in Example 3 except that the welding depth was 4 mm. In Example 7, welding was performed in the same manner as in Example 3 except that the welding depth was 4.1 mm. In Example 8, welding was performed in the same manner as in Example 3 except that the welding depth was 4.2 mm.

[比較例3〜6]
比較例3では、溶接深さが1.5mmとなるように溶接を行った。なお、比較例3における第2のレーザ光82のエネルギー密度は、第1のレーザ光81のエネルギー密度の100%であった。比較例4では、溶接深さが3mmとなるようにし、それ以外は比較例3と同様にして溶接を行った。比較例5では、溶接深さが3.2mmとなるようにし、それ以外は比較例3と同様にして溶接を行った。比較例6では、溶接深さが4mmとなるようにし、それ以外は比較例3と同様にして溶接を行った。
[Comparative Examples 3 to 6]
In Comparative Example 3, welding was performed such that the welding depth was 1.5 mm. The energy density of the second laser light 82 in Comparative Example 3 was 100% of the energy density of the first laser light 81. In Comparative Example 4, welding was performed in the same manner as in Comparative Example 3 except that the welding depth was 3 mm. In Comparative Example 5, welding was performed in the same manner as in Comparative Example 3 except that the welding depth was 3.2 mm. In Comparative Example 6, welding was performed in the same manner as in Comparative Example 3 except that the welding depth was 4 mm.

(スパッタ量の計測)
実施例3〜8、及び比較例3〜6におけるスパッタ量を計測した。計測結果を図9に示す。図9に示すように、実施例3〜8は、比較例3〜6に比較して、スパッタ量が少なかった。このことから、第2のレーザ光82のエネルギー密度を、第1のレーザ光81のエネルギー密度の1.5%以上4.5%以下とすると、溶接時におけるスパッタの発生を抑制可能であることが確認された。
(Measurement of spatter amount)
The amount of spatter in Examples 3 to 8 and Comparative Examples 3 to 6 was measured. FIG. 9 shows the measurement results. As shown in FIG. 9, Examples 3 to 8 had a smaller amount of spatter than Comparative Examples 3 to 6. Therefore, when the energy density of the second laser light 82 is set to 1.5% or more and 4.5% or less of the energy density of the first laser light 81, generation of spatter during welding can be suppressed. Was confirmed.

比較例3〜6に示すように、溶接深さが深くなると、スパッタの発生が増加する。しかしながら、実施例3〜8では、溶接深さが深くなっても、スパッタの発生の増加を抑制可能であることが明らかになった。   As shown in Comparative Examples 3 to 6, as the welding depth increases, the generation of spatter increases. However, in Examples 3 to 8, it was clarified that even when the welding depth was deep, it was possible to suppress an increase in spatter generation.

以上で説明した本実施の形態に係る発明により、溶接時におけるスパッタの発生を抑制可能なレーザ溶接方法を提供することができる。   According to the invention according to the present embodiment described above, a laser welding method capable of suppressing generation of spatter during welding can be provided.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist.

1、2、3 レーザ溶接装置
4 ヘッド
41、42 ガルバノミラー
44 ミラー
45 カメラ
5 制御部
6 発振器
7 ファイバー
8 レーザ光
81 第1のレーザ光
82 第2のレーザ光
9 ワーク
91、92 ワーク構成部材
9a 接合面
9b ビード
9c 溶融池
9d キーホール
1, 2, 3 Laser welding device 4 Head 41, 42 Galvano mirror 44 Mirror 45 Camera 5 Control unit 6 Oscillator 7 Fiber 8 Laser light 81 First laser light 82 Second laser light 9 Work 91, 92 Work constituent member 9a Joining surface 9b Bead 9c Weld pool 9d Keyhole

Claims (1)

第1のレーザ光と、
前記第1のレーザ光と光軸が同じであると共に、前記第1のレーザ光の照射領域の周縁部を照射可能な第2のレーザ光と、を、ワークに照射する工程を備え、
前記照射する工程において、前記第2のレーザ光のエネルギー密度は、前記第1のレーザ光のエネルギー密度の1.5%以上4.5%以下である、
レーザ溶接方法。
A first laser beam;
Irradiating the workpiece with a second laser beam having the same optical axis as the first laser beam and capable of irradiating a peripheral portion of an irradiation region of the first laser beam,
In the irradiating step, the energy density of the second laser light is 1.5% or more and 4.5% or less of the energy density of the first laser light.
Laser welding method.
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