JP2021171795A - Laser welding method - Google Patents
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Abstract
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.
レーザ溶接では、溶接している箇所（溶接部）の酸化を防止するために、不活性ガスで溶接部をシールドしている（特許文献１）。一般に、ステンレス鋼からなる部材同士をレーザ溶接する場合、シールドのためのガス（シールドガス）として、安価な窒素が用いられている。特に、窒素は、金属に雇用する特性があるため、窒素をシールドガスとして用いることで、金属中におけるブローホール発生の抑制が期待できる。これに対し、シールドガスとしてアルゴンを用いると、ステンレス鋼などの金属中にブローホールを生じることが避けられないため、ブローホールの発生が好ましくないと思われる場合には、アルゴンをシールドガスとして用いることは避けられていた。 In laser welding, the welded portion is shielded with an inert gas in order to prevent oxidation of the welded portion (welded portion) (Patent Document 1). Generally, when laser welding members made of stainless steel with each other, inexpensive nitrogen is used as a gas for shielding (shielding gas). In particular, since nitrogen has the property of being used in metals, it can be expected to suppress the occurrence of blow holes in metals by using nitrogen as a shield gas. On the other hand, when argon is used as the shield gas, it is inevitable that blow holes are generated in a metal such as stainless steel. Therefore, when it is considered that the generation of blow holes is not preferable, argon is used as the shield gas. That was avoided.
ところで、ステンレス鋼からなり外径０．４５ｍｍ，内径０．２３ｍｍ程度の微細管と、ステンレス鋼のワッシャとを、窒素をシールドガスとしてレーザ溶接すると、溶接割れが発生するという問題があった。 By the way, when a fine tube made of stainless steel having an outer diameter of 0.45 mm and an inner diameter of about 0.23 mm and a stainless steel washer are laser-welded using nitrogen as a shield gas, there is a problem that welding cracks occur.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、微細管のレーザ溶接における溶接割れの発生を、抑制することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to suppress the occurrence of welding cracks in laser welding of microtubules.
本発明に係るレーザ溶接方法は、ステンレス鋼から構成されて外径が０．５ｍｍ以下の管と、ステンレス鋼から構成されて管の太さに適合した貫通孔が中央部に形成されたワッシャとを溶接するレーザ溶接方法であって、ワッシャの貫通孔に管を貫通させる第１工程と、貫通孔に貫通している管とワッシャとが接触する溶接部に、窒素より低い熱伝導率の不活性ガスから構成されたシールドガスを吹き付けた状態でレーザを照射することで、溶接部を溶接する第２工程とを備える。 The laser welding method according to the present invention includes a pipe made of stainless steel and having an outer diameter of 0.5 mm or less, and a washer made of stainless steel and having a through hole formed in the center corresponding to the thickness of the pipe. In the laser welding method of welding, the first step of penetrating the pipe through the through hole of the washer and the welded part where the pipe penetrating the through hole and the washer come into contact with each other have a thermal conductivity lower than that of nitrogen. A second step of welding the welded portion is provided by irradiating the laser with a shield gas composed of the active gas.
上記レーザ溶接方法の一構成例において、シールドガスは、アルゴンであり、第２工程は、溶接部に、シールドガスを毎分５〜２０リットルで吹き付ける。 In one configuration example of the laser welding method, the shield gas is argon, and in the second step, the shield gas is sprayed onto the welded portion at 5 to 20 liters per minute.
上記レーザ溶接方法の一構成例において、第２工程は、溶接部にシールドガスを吹き付けた状態で、出力１７０〜２１０Ｗのレーザを照射することで、溶接部を溶接する。 In one configuration example of the laser welding method, in the second step, the welded portion is welded by irradiating the welded portion with a laser having an output of 170 to 210 W in a state where the shield gas is blown onto the welded portion.
上記レーザ溶接方法の一構成例において、第２工程は、パルスレーザの照射により溶接部を溶接する。 In one configuration example of the laser welding method, in the second step, the welded portion is welded by irradiation with a pulse laser.
上記レーザ溶接方法の一構成例において、第２工程は、パルス間隔が５〜２０ｍｓのパルスレーザの照射により溶接部を溶接する。 In one configuration example of the laser welding method, in the second step, the welded portion is welded by irradiation with a pulse laser having a pulse interval of 5 to 20 ms.
上記レーザ溶接方法の一構成例において、第２工程は、溶接部に対して局所的に、シールドガスを吹き付ける。 In one configuration example of the laser welding method, the second step locally blows a shield gas onto the welded portion.
上記レーザ溶接方法の一構成例において、第２工程は、溶接部の溶接深さを０．２ｍｍ以下として溶接部を溶接する。 In one configuration example of the laser welding method, in the second step, the welded portion is welded with the welding depth of the welded portion set to 0.2 mm or less.
以上説明したように、本発明によれば、アルゴンなどの、窒素より低い熱伝導率の不活性ガスから構成されたシールドガスを用いるので、微細管のレーザ溶接における溶接割れの発生が抑制できる。 As described above, according to the present invention, since a shield gas composed of an inert gas having a thermal conductivity lower than that of nitrogen, such as argon, is used, the occurrence of welding cracks in laser welding of fine tubes can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態に係るレーザ溶接方法について図１を参照して説明する。このレーザ溶接方法は、ステンレス鋼から構成されて外径が０．５ｍｍ以下の管１０１と、ステンレス鋼から構成されて管１０１の太さに適合した貫通孔１０２ａが中央部に形成されたワッシャ１０２とを溶接するレーザ溶接方法である。
Hereinafter, the laser welding method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this laser welding method, a
まず、第１工程Ｓ１０１で、図１の（ａ）に示すように、ワッシャ１０２の貫通孔１０２ａに管１０１を貫通させる。管１０１は、例えば、外径φ０．４５ｍｍ、内径０．２３ｍｍである。ワッシャ１０２は、円柱形状とされた先端部１２１と、座金形状の後部１２２とを備える。また、ワッシャ１０２は、先端部１２１と後部１２２との間に、先端部１２１から後部１２２にかけて暫時に外径が増大するテーパ部１２３を備える。これらは、一体の金属で加工されるものである。
First, in the first step S101, as shown in FIG. 1A, the
次に、第２工程Ｓ１０２で、図１の（ｂ）に示すように、貫通孔１０２ａに貫通している管１０１とワッシャ１０２とが接触する溶接部１０３に、窒素より低い熱伝導率の不活性ガスから構成されたシールドガスを吹き付けた状態でレーザを照射することで、溶接部１０３を溶接する。レーザ溶接においては、所定の軸を用い、貫通孔１０２ａに管１０１を貫通させている状態で、管軸中心に回転させながらレーザ照射を実施する。溶接された管１０１とワッシャ１０２とは、例えば、圧力センサの導圧管を構成する部品として用いることができる。
Next, in the second step S102, as shown in FIG. 1B, the
例えば、シールドガスは、アルゴンであり、第２工程は、溶接部１０３に、シールドガスを毎分５〜２０リットルで吹き付ける。また、第２工程は、溶接部１０３にシールドガスを吹き付けた状態で、出力１７０〜２１０Ｗのレーザを照射することで、溶接部１０３を溶接する。レーザ出力が１７０Ｗを下回ると、シールドガスにアルゴンを用いても、溶接割れが発生し易くなることが確認された。一方、レーザ出力が２１０Ｗを上回ると、溶融過多のため、管１０１の管壁に貫通する穴が形成されてしまう。
For example, the shield gas is argon, and in the second step, the shield gas is sprayed on the
また、第２工程は、パルスレーザの照射により溶接部１０３を溶接することもできる。この場合、パルス間隔が５〜２０ｍｓのパルスレーザの照射により溶接部１０３を溶接する。なお、第２工程では、溶接部１０３の溶接深さを０．２ｍｍ以下として溶接部１０３を溶接する。パルスレーザの照射により溶接することで、管１０１における熱歪の発生が抑制できる。
Further, in the second step, the
ここで、上述したレーザ溶接方法を実施するためのレーザ溶接装置について、図２を参照して説明する。レーザ溶接装置は、光源２０１、レーザヘッド２０２、制御部２０３、およびシールドガス供給機構２０４を備える。光源２０１は、例えば、レーザ発振機構を備え、パルス状のレーザ光Ｌを出射する。光源２０１から出射されるレーザ光Ｌは、制御部２０３により、レーザ出力のパワー、パルス間隔などが制御される。
Here, a laser welding apparatus for carrying out the above-mentioned laser welding method will be described with reference to FIG. The laser welding apparatus includes a
レーザヘッド２０２は、光源２０１から出射されるレーザ光Ｌを案内する導管２１１と、導管２１１に連絡してレーザ光Ｌを案内する空間２１３を形成する円筒状のレーザ光案内部２１２と、導管２１１とレーザ光案内部２１２との間には配設される集光レンズ２１４とを有する。
The
シールドガス供給機構２０４は、ガスノズル２１５と、シールドガス（例えばアルゴン）を収容するボンベ２１６と、減圧弁２１７を有する。ガスノズル２１５には、ボンベ２１６に減圧弁２１７を介して連絡するガス供給路２１８が取り付けられている。シールドガスは、ガス供給路２１８を介してガスノズル２１５に導かれ、ガスノズル２１５から、レーザ光照射部２０５に対して局所的に供給される。管１０１は、外径が０．５ｍｍ以下と微細管であり、溶接部１０３が微細であるためノズルなどを用いて溶接部１０３に対して局所的にシールドガスを吹き付けることで、溶接部１０３の酸化が、より確実に防止できる。
The shield
上述した実施の形態によれば、アルゴンなどの、窒素より低い熱伝導率の不活性ガスから構成されたシールドガスを用いるので、微細な径の管１０１のレーザ溶接における、溶接部１０３における溶接割れの発生が抑制できるようになる。
According to the above-described embodiment, since a shield gas composed of an inert gas having a thermal conductivity lower than that of nitrogen such as argon is used, weld cracks in the
発明者らの鋭意の検討の結果、実施の形態に係るレーザ溶接方法によれば、シールドガスにアルゴンを用い、ブローホールが発生しても、これが溶接部の割れを誘引することがなく、溶接割れが防止できることを確認できた。発明者らの研究により、窒素は、熱伝導率が比較的高く、この結果、窒素をシールドガスに用いると、溶接部が急冷凝固して、溶接割れが生じ易くなることを突き止めた。 As a result of diligent studies by the inventors, according to the laser welding method according to the embodiment, argon is used as the shield gas, and even if a blow hole is generated, it does not induce cracks in the welded portion and is welded. It was confirmed that cracking could be prevented. Research by the inventors has found that nitrogen has a relatively high thermal conductivity, and as a result, when nitrogen is used as a shield gas, the welded portion is rapidly cooled and solidified, and weld cracks are likely to occur.
従って、窒素より熱伝導率の低い不活性ガスをシールドガスに用いることで、溶接部における急冷凝固が抑制でき、溶接割れが生じにくくなるものと考えられる。なお、不活性ガスとしては、ヘリウム、窒素、アルゴン、二酸化炭素が挙げられる。ここで、ヘリウムの熱伝導率は１５．０であり、窒素の熱伝導率は２．５９８であり、アルゴンの熱伝導率は１．７７２であり、二酸化炭素の熱伝導率は１．６６２である。従って、窒素より熱伝導率の低い不活性ガスとして、アルゴンに他に、二酸化炭素も利用可能である。 Therefore, it is considered that by using an inert gas having a thermal conductivity lower than that of nitrogen as the shield gas, quenching solidification in the welded portion can be suppressed and welding cracks are less likely to occur. Examples of the inert gas include helium, nitrogen, argon and carbon dioxide. Here, the thermal conductivity of helium is 15.0, the thermal conductivity of nitrogen is 2.598, the thermal conductivity of argon is 1.772, and the thermal conductivity of carbon dioxide is 1.662. be. Therefore, carbon dioxide can be used in addition to argon as an inert gas having a lower thermal conductivity than nitrogen.
以上に説明したように、本発明によれば、アルゴンなどの、窒素より低い熱伝導率の不活性ガスから構成されたシールドガスを用いるので、微細管のレーザ溶接における溶接割れの発生が抑制できるようになる。 As described above, according to the present invention, since a shield gas composed of an inert gas having a thermal conductivity lower than that of nitrogen such as argon is used, the occurrence of welding cracks in laser welding of fine tubes can be suppressed. Will be.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications and combinations can be carried out by a person having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. That is clear.
１０１…管、１０２…ワッシャ、１０２ａ…貫通孔、１０３…溶接部、１２１…先端部、１２２…後部、１２３…テーパ部。 101 ... pipe, 102 ... washer, 102a ... through hole, 103 ... welded part, 121 ... tip part, 122 ... rear part, 123 ... tapered part.
Claims (7)
前記ワッシャの前記貫通孔に前記管を貫通させる第１工程と、
前記貫通孔に貫通している前記管と前記ワッシャとが接触する溶接部に、窒素より低い熱伝導率の不活性ガスから構成されたシールドガスを吹き付けた状態でレーザを照射することで、前記溶接部を溶接する第２工程と
を備えるレーザ溶接方法。 It is a laser welding method that welds a pipe made of stainless steel with an outer diameter of 0.5 mm or less and a washer made of stainless steel and having a through hole formed in the center corresponding to the thickness of the pipe. hand,
The first step of penetrating the pipe through the through hole of the washer, and
By irradiating the welded portion where the pipe penetrating the through hole and the washer come into contact with a laser while spraying a shield gas composed of an inert gas having a thermal conductivity lower than that of nitrogen. A laser welding method including a second step of welding a welded portion.
前記シールドガスは、アルゴンであり、
前記第２工程は、前記溶接部に、前記シールドガスを毎分５〜２０リットルで吹き付ける
ことを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to claim 1,
The shield gas is argon and
The second step is a laser welding method characterized in that the shield gas is sprayed onto the welded portion at a rate of 5 to 20 liters per minute.
前記第２工程は、前記溶接部に前記シールドガスを吹き付けた状態で、出力１７０〜２１０Ｗのレーザを照射することで、前記溶接部を溶接する
ことを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to claim 1 or 2.
The second step is a laser welding method characterized in that the welded portion is welded by irradiating the welded portion with a laser having an output of 170 to 210 W in a state where the shield gas is blown onto the welded portion.
前記第２工程は、パルスレーザの照射により前記溶接部を溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to any one of claims 1 to 3,
The second step is a laser welding method characterized in that the welded portion is welded by irradiation with a pulse laser.
前記第２工程は、パルス間隔が５〜２０ｍｓのパルスレーザの照射により前記溶接部を溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to claim 4,
The second step is a laser welding method characterized in that the welded portion is welded by irradiation with a pulse laser having a pulse interval of 5 to 20 ms.
前記第２工程は、前記溶接部に対して局所的に、前記シールドガスを吹き付けることを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to any one of claims 1 to 5,
The second step is a laser welding method characterized in that the shield gas is locally blown onto the welded portion.
前記第２工程は、前記溶接部の溶接深さを０．２ｍｍ以下として前記溶接部を溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。 In the laser welding method according to any one of claims 1 to 6,
The second step is a laser welding method characterized in that the welded portion is welded with the welding depth of the welded portion set to 0.2 mm or less.
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