JP2964829B2 - 溶接方法および溶接装置 - Google Patents
溶接方法および溶接装置Info
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- plasma
- local heating
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- 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
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被溶接部材の表面にレ
ーザビーム等の局部加熱源を照射すると共に局部加熱部
位にフィラーワイヤを供給しながら溶融させて接合する
のに利用される溶接方法および溶接装置に関するもので
ある。
ーザビーム等の局部加熱源を照射すると共に局部加熱部
位にフィラーワイヤを供給しながら溶融させて接合する
のに利用される溶接方法および溶接装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】レーザ溶接などの局部加熱による溶接
は、被溶接部材に対する入熱が少なく溶接歪みの少ない
溶接方法として、例えば、薄鋼板の突き合わせ溶接や重
ね合わせ溶接等に用いられている。入熱が少ない理由
は、レーザビーム等の局部加熱源を極めて小さな点に集
めてエネルギを集中させることができるからである。
は、被溶接部材に対する入熱が少なく溶接歪みの少ない
溶接方法として、例えば、薄鋼板の突き合わせ溶接や重
ね合わせ溶接等に用いられている。入熱が少ない理由
は、レーザビーム等の局部加熱源を極めて小さな点に集
めてエネルギを集中させることができるからである。
【０００３】しかし他方では、集光点が小さいことから
レーザビームの狙い位置ずれや溶接部の隙間に対する許
容範囲が小さいという欠点を合わせ持っている。
レーザビームの狙い位置ずれや溶接部の隙間に対する許
容範囲が小さいという欠点を合わせ持っている。
【０００４】例えば、薄鋼板の突き合わせ溶接において
は、隙間裕度を拡大するためにフィラーワイヤを供給し
ながら溶接を行うことが多い。この場合、隙間に対する
裕度は拡大するが、フィラーワイヤに対するレーザビー
ムの狙い位置ずれという新たな問題が生じてしまう。そ
して、フィラーワイヤに対する狙い位置がずれると、フ
ィラーワイヤの溶融が不均一かつ不安定になり、ビード
がハンピング（波うち）を起こしてしまい、必要な溶接
強度が得られなくなってしまう。
は、隙間裕度を拡大するためにフィラーワイヤを供給し
ながら溶接を行うことが多い。この場合、隙間に対する
裕度は拡大するが、フィラーワイヤに対するレーザビー
ムの狙い位置ずれという新たな問題が生じてしまう。そ
して、フィラーワイヤに対する狙い位置がずれると、フ
ィラーワイヤの溶融が不均一かつ不安定になり、ビード
がハンピング（波うち）を起こしてしまい、必要な溶接
強度が得られなくなってしまう。
【０００５】このような溶接不良を低減するために、従
来は、フィラーワイヤ供給装置の機械的精度、あるい
は、レーザビームの伝送光学系の精度を向上させるとと
もに、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、突き合わせ状態
とした被溶接部材５２，５３の突き合わせ部分５４にレ
ーザビーム５５を照射すると共にフィラーワイヤ５６を
供給しながら溶融させて接合するにあたり、フィラーワ
イヤ５６の径よりもレーザビーム５５の径を相対的に大
きくし、狙い位置ずれに対する許容範囲を大きくすると
いう方法が取られていた。
来は、フィラーワイヤ供給装置の機械的精度、あるい
は、レーザビームの伝送光学系の精度を向上させるとと
もに、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、突き合わせ状態
とした被溶接部材５２，５３の突き合わせ部分５４にレ
ーザビーム５５を照射すると共にフィラーワイヤ５６を
供給しながら溶融させて接合するにあたり、フィラーワ
イヤ５６の径よりもレーザビーム５５の径を相対的に大
きくし、狙い位置ずれに対する許容範囲を大きくすると
いう方法が取られていた。
【０００６】ただし、このような方法では本質的に溶接
不良の発生を抑える手段とはなり得ないため、溶接後に
不良部分を検出する装置を備えることとし、不良品を後
工程に流さないようにする方法が取られているのが一般
的であった。そして、溶接後のビード形状の検査により
不良品を検出する装置を備えた溶接装置としては、例え
ば、溶接後のビード形状を工業用テレビ（ＩＴＶ）カメ
ラによって撮影して画像として取り込み処理することに
より、形状不良を検出するものがあった（例えば、特開
昭６３−４０６９２号公報）。
不良の発生を抑える手段とはなり得ないため、溶接後に
不良部分を検出する装置を備えることとし、不良品を後
工程に流さないようにする方法が取られているのが一般
的であった。そして、溶接後のビード形状の検査により
不良品を検出する装置を備えた溶接装置としては、例え
ば、溶接後のビード形状を工業用テレビ（ＩＴＶ）カメ
ラによって撮影して画像として取り込み処理することに
より、形状不良を検出するものがあった（例えば、特開
昭６３−４０６９２号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ビームの径をフィラーワイヤの径よりも相対的に大きく
する方法では、パワー密度が低下してしまうため、溶接
装置が遅くせざるを得ないこととなり、また、ビード幅
が広くなり溶接歪みが大きくなる等の欠点があった。
ビームの径をフィラーワイヤの径よりも相対的に大きく
する方法では、パワー密度が低下してしまうため、溶接
装置が遅くせざるを得ないこととなり、また、ビード幅
が広くなり溶接歪みが大きくなる等の欠点があった。
【０００８】他方、ビード形状を検査する方法では、溶
接後のビード形状の良否は判定できるものの、溶接中に
加工条件を修正することはできないため、溶接不良が発
生した溶接品については廃却せざるを得ず、特に部品が
大きい場合、材料費が高くついてしまうという問題点が
あった。
接後のビード形状の良否は判定できるものの、溶接中に
加工条件を修正することはできないため、溶接不良が発
生した溶接品については廃却せざるを得ず、特に部品が
大きい場合、材料費が高くついてしまうという問題点が
あった。
【０００９】したがって、このような背景から、溶接不
良を溶接後に検出するのではなく、溶接中に加工条件を
制御し溶接不良の発生を未然に防げるような溶接方法お
よび溶接装置の開発が望まれているという課題があっ
た。
良を溶接後に検出するのではなく、溶接中に加工条件を
制御し溶接不良の発生を未然に防げるような溶接方法お
よび溶接装置の開発が望まれているという課題があっ
た。
【００１０】
【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたものであって、被溶接部材の表面に局部
加熱源を照射すると共に局部加熱部位にフィラーワイヤ
を供給しながら溶融して接合するにあたり、フィラーワ
イヤと局部加熱源との位置ずれに起因する溶接不良の発
生を未然に防ぐことができ、不良品の発生にともなう部
品の廃却を低減することが可能であって、材料費の低減
ならびに溶接効率の向上をはかることができる溶接方法
および溶接装置を提供することを目的としている。
がみてなされたものであって、被溶接部材の表面に局部
加熱源を照射すると共に局部加熱部位にフィラーワイヤ
を供給しながら溶融して接合するにあたり、フィラーワ
イヤと局部加熱源との位置ずれに起因する溶接不良の発
生を未然に防ぐことができ、不良品の発生にともなう部
品の廃却を低減することが可能であって、材料費の低減
ならびに溶接効率の向上をはかることができる溶接方法
および溶接装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる溶接方法
は、被溶接部材の表面に局部加熱源を照射すると共に局
部加熱部位にフィラーワイヤを供給しながら溶融して接
合するあたり、溶接進行方向に対して局部加熱部位の両
側から溶接プラズマの強度を測定すると共に、局部加熱
部位の両側から測定した溶接プラズマの強度の差がある
値以下に維持されるようにフィラーワイヤと局部加熱部
位との相対的な位置関係を補正する構成としたことを特
徴としている。
は、被溶接部材の表面に局部加熱源を照射すると共に局
部加熱部位にフィラーワイヤを供給しながら溶融して接
合するあたり、溶接進行方向に対して局部加熱部位の両
側から溶接プラズマの強度を測定すると共に、局部加熱
部位の両側から測定した溶接プラズマの強度の差がある
値以下に維持されるようにフィラーワイヤと局部加熱部
位との相対的な位置関係を補正する構成としたことを特
徴としている。
【００１２】また、本発明に係わる溶接装置は、被溶接
部材の表面を局部加熱して溶融する局部加熱源と、局部
加熱部位にフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段
と、溶接進行方向に対して局部加熱部位の両側から溶接
プラズマの強度を測定するプラズマ強度測定手段と、局
部加熱部位の両側から測定した溶接プラズマの強度の差
がある値以下に維持されるようにフィラーワイヤと局部
加熱部位との相対的な位置関係を補正する位置補正手段
をそなえた構成としたことを特徴としている。
部材の表面を局部加熱して溶融する局部加熱源と、局部
加熱部位にフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段
と、溶接進行方向に対して局部加熱部位の両側から溶接
プラズマの強度を測定するプラズマ強度測定手段と、局
部加熱部位の両側から測定した溶接プラズマの強度の差
がある値以下に維持されるようにフィラーワイヤと局部
加熱部位との相対的な位置関係を補正する位置補正手段
をそなえた構成としたことを特徴としている。
【００１３】
【発明の作用】本発明に係わる溶接方法および溶接装置
は、上述した構成を有するものであるから、被溶接部材
の表面に局部加熱源を照射すると共に局部加熱部位にフ
ィラーワイヤを供給しながら溶融して接合する場合に、
溶接進行方向に対して局部加熱部位の両側から測定した
溶接プラズマの強度が大きくかつ等しいときには、フィ
ラーワイヤと局部加熱源との位置ずれが小さく、良好な
溶接が行われていると認識されることとなり、また、局
部加熱部位の両側から測定した溶接プラズマの強度の差
が大きいときには、フィラーワイヤと局部加熱源との位
置ずれが大きく、良好な溶接が行われがたくなっている
と認識されることとなり、さらに、局部加熱部位の両側
から測定した溶接プラズマの強度が小さくかつ等しいと
きには、フィラーワイヤおよび／または局部加熱源の位
置ずれが大きくなっていて溶接ができないものとなって
いることが認識されることとなり、したがって、局部加
熱部位の両側から測定した溶接プラズマの強度の差があ
る値以下に維持されるようにフィラーワイヤと局部加熱
部位との相対的な位置関係を補正することにより、フィ
ラーワイヤと局部加熱源との位置ずれに起因する溶接不
良の発生が未然に防止されることとなり、不良品の発生
が著しく削減されて材料費の低減ならびに溶接効率の向
上が実現されることとなる。
は、上述した構成を有するものであるから、被溶接部材
の表面に局部加熱源を照射すると共に局部加熱部位にフ
ィラーワイヤを供給しながら溶融して接合する場合に、
溶接進行方向に対して局部加熱部位の両側から測定した
溶接プラズマの強度が大きくかつ等しいときには、フィ
ラーワイヤと局部加熱源との位置ずれが小さく、良好な
溶接が行われていると認識されることとなり、また、局
部加熱部位の両側から測定した溶接プラズマの強度の差
が大きいときには、フィラーワイヤと局部加熱源との位
置ずれが大きく、良好な溶接が行われがたくなっている
と認識されることとなり、さらに、局部加熱部位の両側
から測定した溶接プラズマの強度が小さくかつ等しいと
きには、フィラーワイヤおよび／または局部加熱源の位
置ずれが大きくなっていて溶接ができないものとなって
いることが認識されることとなり、したがって、局部加
熱部位の両側から測定した溶接プラズマの強度の差があ
る値以下に維持されるようにフィラーワイヤと局部加熱
部位との相対的な位置関係を補正することにより、フィ
ラーワイヤと局部加熱源との位置ずれに起因する溶接不
良の発生が未然に防止されることとなり、不良品の発生
が著しく削減されて材料費の低減ならびに溶接効率の向
上が実現されることとなる。
【００１４】
【実施例】図１および図２は、本発明に係わる溶接方法
の実施に使用される溶接装置の一実施例を示すものであ
って、ここに示す溶接装置１は、突き合わせ状態にある
一方の被溶接部材２と他方の被溶接部材３との突き合わ
せ部分４に局部加熱源としてのレーザビーム５を照射す
るレーザ加工機の加工ヘッド６と、前記レーザビーム５
による局部加熱部位で発生する溶接プラズマ７の強度を
溶接進行方向の両側、すなわち、左側から測定する左側
プラズマセンサ８および右側から測定する右側プラズマ
センサ９と、前記左側プラズマセンサ８および右側プラ
ズマセンサ９より出力される強度データを解析するデー
タ解析部１１と、前記データ解析部１１でのデータ解析
結果にもとづいてレーザ加工機の加工ヘッド６等を制御
する加工機制御部１２と、レーザビーム５による局部加
熱部位にフィラーワイヤ１３を供給するワイヤ供給手段
としてのワイヤ供給ノズル１４およびワイヤ供給コンジ
ット１５をそなえており、ワイヤ供給ノズル１４は位置
補正手段としてのアクチュエータ１６によって位置調整
されるものとなっている。
の実施に使用される溶接装置の一実施例を示すものであ
って、ここに示す溶接装置１は、突き合わせ状態にある
一方の被溶接部材２と他方の被溶接部材３との突き合わ
せ部分４に局部加熱源としてのレーザビーム５を照射す
るレーザ加工機の加工ヘッド６と、前記レーザビーム５
による局部加熱部位で発生する溶接プラズマ７の強度を
溶接進行方向の両側、すなわち、左側から測定する左側
プラズマセンサ８および右側から測定する右側プラズマ
センサ９と、前記左側プラズマセンサ８および右側プラ
ズマセンサ９より出力される強度データを解析するデー
タ解析部１１と、前記データ解析部１１でのデータ解析
結果にもとづいてレーザ加工機の加工ヘッド６等を制御
する加工機制御部１２と、レーザビーム５による局部加
熱部位にフィラーワイヤ１３を供給するワイヤ供給手段
としてのワイヤ供給ノズル１４およびワイヤ供給コンジ
ット１５をそなえており、ワイヤ供給ノズル１４は位置
補正手段としてのアクチュエータ１６によって位置調整
されるものとなっている。
【００１５】さらに、図２にも示すように、レーザ加工
機の加工ヘッド６より出射されるレーザビーム５は、レ
ーザ発振器１７において発射したレーザビームがビーム
伝送光学系１８を介して伝送されて加工ヘッド６に至る
ものとしてあり、また、局部加熱源であるレーザビーム
５を出射する加工ヘッド６とフィラーワイヤ１３を供給
するワイヤ供給ノズル１４との位置関係を相対的に変化
させて補正する位置補正手段として矢印Ａ方向に相対移
動させるレーザ位置補正方向駆動部２１をそなえている
と共に、加工ヘッド６を矢印Ｂ方向（又は反対方向）に
相対移動させる溶接方向駆動部２２をそなえている。
機の加工ヘッド６より出射されるレーザビーム５は、レ
ーザ発振器１７において発射したレーザビームがビーム
伝送光学系１８を介して伝送されて加工ヘッド６に至る
ものとしてあり、また、局部加熱源であるレーザビーム
５を出射する加工ヘッド６とフィラーワイヤ１３を供給
するワイヤ供給ノズル１４との位置関係を相対的に変化
させて補正する位置補正手段として矢印Ａ方向に相対移
動させるレーザ位置補正方向駆動部２１をそなえている
と共に、加工ヘッド６を矢印Ｂ方向（又は反対方向）に
相対移動させる溶接方向駆動部２２をそなえている。
【００１６】次に、このような構造を有する溶接装置１
を用いて、突き合わせ状態にある被溶接部材２，３に対
して突き合わせ溶接を行って溶接ビード２０を介した接
合継手を得る場合には、レーザ発振器１７においてレー
ザビームを発生させ、ビーム伝送光学系１８により伝送
したレーザビーム５を加工ヘッド６から出射すると共
に、ワイヤ供給ノズル１４からフィラーワイヤ１３を供
給する。
を用いて、突き合わせ状態にある被溶接部材２，３に対
して突き合わせ溶接を行って溶接ビード２０を介した接
合継手を得る場合には、レーザ発振器１７においてレー
ザビームを発生させ、ビーム伝送光学系１８により伝送
したレーザビーム５を加工ヘッド６から出射すると共
に、ワイヤ供給ノズル１４からフィラーワイヤ１３を供
給する。
【００１７】そして、加工ヘッド６から出射したレーザ
ビーム５は、ワイヤ供給ノズル１４より供給されるフィ
ラーワイヤ１３および被溶接部材２，３の突き合わせ部
位４を照射して加熱する。この結果、レーザビーム５が
照射された点では局部加熱されることによってキーホー
ルと呼ばれる溶融池が形成され、溶接プラズマ７が発生
する。
ビーム５は、ワイヤ供給ノズル１４より供給されるフィ
ラーワイヤ１３および被溶接部材２，３の突き合わせ部
位４を照射して加熱する。この結果、レーザビーム５が
照射された点では局部加熱されることによってキーホー
ルと呼ばれる溶融池が形成され、溶接プラズマ７が発生
する。
【００１８】この溶接プラズマ７の強度は、溶接進行方
向に対して両側の部分に設けたプラズマセンサ８，９に
よって測定され、両プラズマセンサ８，９によって測定
された溶接プラズマ７の強度データはデータ解析部１１
に送られ、溶接線が形成される溶接進行方向の左右から
観察された溶接プラズマ７の強度差が計算される。
向に対して両側の部分に設けたプラズマセンサ８，９に
よって測定され、両プラズマセンサ８，９によって測定
された溶接プラズマ７の強度データはデータ解析部１１
に送られ、溶接線が形成される溶接進行方向の左右から
観察された溶接プラズマ７の強度差が計算される。
【００１９】ところで、レーザビーム５とフィラーワイ
ヤ１３との相対的な位置関係と、そのときにおいてプラ
ズマセンサ８，９によって測定されるプラズマ強度との
関係については、発明者らの実験的研究によって明らか
になっている。
ヤ１３との相対的な位置関係と、そのときにおいてプラ
ズマセンサ８，９によって測定されるプラズマ強度との
関係については、発明者らの実験的研究によって明らか
になっている。
【００２０】プラズマセンサ８，９は、局部加熱される
加工点に向けて材料表面に対し５〜８０度の角度で設置
することができるが、広角度側では検出感度が弱くなる
ため、好ましくは１０度前後の角度で溶接進行方向に対
して垂直な向きに設けるのが良い。
加工点に向けて材料表面に対し５〜８０度の角度で設置
することができるが、広角度側では検出感度が弱くなる
ため、好ましくは１０度前後の角度で溶接進行方向に対
して垂直な向きに設けるのが良い。
【００２１】このようなプラズマセンサ８，９の配置
は、プラズマ観察を最も感度良く行えることとなり、発
明者らの実験的研究により求められたものである。ただ
し、加工治具あるいは材料との干渉により上記のような
配置が不可能な場合においても、レーザビーム５を照射
する側から、左右対称に配置することにより、位置ずれ
の検知は可能である。
は、プラズマ観察を最も感度良く行えることとなり、発
明者らの実験的研究により求められたものである。ただ
し、加工治具あるいは材料との干渉により上記のような
配置が不可能な場合においても、レーザビーム５を照射
する側から、左右対称に配置することにより、位置ずれ
の検知は可能である。
【００２２】図３（Ａ）に示すように、突き合わせ部分
４にフィラーワイヤ１３が正確に供給されてレーザビー
ム５がその中心に照射されている場合には、正常な溶接
が行われるので、図３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、両プ
ラズマセンサ８，９によって測定されるプラズマ強度は
大きな値を示すと共に、左右の光の強度に差はない。そ
して、図４ないし図７に示すように、フィラーワイヤ１
３とレーザビーム５のどちらか一方あるいは両方が突き
合わせ部分４からずれた場合には、以下にさらに説明す
るように、溶接不良が発生し、計測されるプラズマ強度
に変化が見られる。
４にフィラーワイヤ１３が正確に供給されてレーザビー
ム５がその中心に照射されている場合には、正常な溶接
が行われるので、図３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、両プ
ラズマセンサ８，９によって測定されるプラズマ強度は
大きな値を示すと共に、左右の光の強度に差はない。そ
して、図４ないし図７に示すように、フィラーワイヤ１
３とレーザビーム５のどちらか一方あるいは両方が突き
合わせ部分４からずれた場合には、以下にさらに説明す
るように、溶接不良が発生し、計測されるプラズマ強度
に変化が見られる。
【００２３】突き合わせ部分４，フィラーワイヤ１３，
レーザビーム５の相対的な位置ずれとしては、図４に示
すように、レーザビーム５の位置は正常でフィラーワイ
ヤ１３の位置のみがレーザビーム５の照射範囲内でずれ
た場合や、図５に示すように、フィラーワイヤ１３が大
きくずれてレーザビーム５の照射範囲外となった場合
や、図６に示すように、フィラーワイヤ１３は正常な位
置でレーザビーム５の位置が大きくずれた場合や、図７
に示すように、フィラーワイヤ１３とレーザビーム５の
相対的な位置は正常であるが両者ともに突き合わせ部分
４からずれた場合が考えられる。
レーザビーム５の相対的な位置ずれとしては、図４に示
すように、レーザビーム５の位置は正常でフィラーワイ
ヤ１３の位置のみがレーザビーム５の照射範囲内でずれ
た場合や、図５に示すように、フィラーワイヤ１３が大
きくずれてレーザビーム５の照射範囲外となった場合
や、図６に示すように、フィラーワイヤ１３は正常な位
置でレーザビーム５の位置が大きくずれた場合や、図７
に示すように、フィラーワイヤ１３とレーザビーム５の
相対的な位置は正常であるが両者ともに突き合わせ部分
４からずれた場合が考えられる。
【００２４】これらのうち、図４に示すように、レーザ
ビーム５の位置は正常でフィラーワイヤ１３の位置のみ
がずれた場合でかつレーザビーム５がフィラーワイヤ１
３の一部に照射されている場合には、フィラーワイヤ１
３がずれた方向の左側プラズマセンサ８で計測されるプ
ラズマ強度が正常な場合より強くなり、反対側の右側プ
ラズマセンサ９で計測されるプラズマ強度は弱くなる。
ビーム５の位置は正常でフィラーワイヤ１３の位置のみ
がずれた場合でかつレーザビーム５がフィラーワイヤ１
３の一部に照射されている場合には、フィラーワイヤ１
３がずれた方向の左側プラズマセンサ８で計測されるプ
ラズマ強度が正常な場合より強くなり、反対側の右側プ
ラズマセンサ９で計測されるプラズマ強度は弱くなる。
【００２５】例えば、レーザ出力：３．５ｋＷ，溶接速
度：３．５ｍ／ｍｉｎ．の条件で板厚０．８ｍｍの被溶
接部材２，３を直径０．８ｍｍのフィラーワイヤ１３を
供給しながら溶接を行った場合、ワイヤ位置ずれによる
溶接不良が発生すると、正常な状態でのプラズマ強度に
対して±１５％以上変動することが発明者らの実験によ
り明らかになっている。すなわち、プラズマ強度が±１
５％以上変動したことをもって溶接不良が発生したこと
を検知することができる。
度：３．５ｍ／ｍｉｎ．の条件で板厚０．８ｍｍの被溶
接部材２，３を直径０．８ｍｍのフィラーワイヤ１３を
供給しながら溶接を行った場合、ワイヤ位置ずれによる
溶接不良が発生すると、正常な状態でのプラズマ強度に
対して±１５％以上変動することが発明者らの実験によ
り明らかになっている。すなわち、プラズマ強度が±１
５％以上変動したことをもって溶接不良が発生したこと
を検知することができる。
【００２６】このことを利用し、左右のプラズマセンサ
８，９からの光強度の差からデータ解析部１１において
フィラーワイヤ１３の位置ずれの方向を検出し、その情
報を加工機制御部１２に入力してこの加工機制御部１２
から補正指令をワイヤ供給ノズル１４を動かすためのア
クチュエータ１６に送り、位置ずれをなくす方向にワイ
ヤ供給ノズル１４を動かすことにより、正常な溶接が可
能となる。
８，９からの光強度の差からデータ解析部１１において
フィラーワイヤ１３の位置ずれの方向を検出し、その情
報を加工機制御部１２に入力してこの加工機制御部１２
から補正指令をワイヤ供給ノズル１４を動かすためのア
クチュエータ１６に送り、位置ずれをなくす方向にワイ
ヤ供給ノズル１４を動かすことにより、正常な溶接が可
能となる。
【００２７】あるいは、加工機制御部１２からの補正指
令に従って、加工ヘッド６を動かすことによりレーザビ
ーム軸をフィラーワイヤ１３の中心に動かすことによ
り、同様に正常な溶接が可能となる。このとき、レーザ
ビーム軸をずらすとレーザビーム軸と突き合わせ部分と
の位置関係が正常な状態からフィラーワイヤ１３がずれ
た分だけずれることとなるが、この程度のずれであれば
溶接品質には実質的には影響をおよぼさないことが確認
されている。その結果、フィラーワイヤ１３とレーザビ
ーム５の位置ずれに起因する溶接不良の発生を未然に防
ぐことが可能となり、不良品の発生にともなう部品の廃
却を低減することができる。
令に従って、加工ヘッド６を動かすことによりレーザビ
ーム軸をフィラーワイヤ１３の中心に動かすことによ
り、同様に正常な溶接が可能となる。このとき、レーザ
ビーム軸をずらすとレーザビーム軸と突き合わせ部分と
の位置関係が正常な状態からフィラーワイヤ１３がずれ
た分だけずれることとなるが、この程度のずれであれば
溶接品質には実質的には影響をおよぼさないことが確認
されている。その結果、フィラーワイヤ１３とレーザビ
ーム５の位置ずれに起因する溶接不良の発生を未然に防
ぐことが可能となり、不良品の発生にともなう部品の廃
却を低減することができる。
【００２８】また、図５に示す場合、正常な位置でフィ
ラーワイヤ無しの溶接を行われることとなるが、このと
きのプラズマ強度は左右ともにフィラーワイヤ１３を用
いた場合より１５％以上弱くなることが実験により確認
されている。
ラーワイヤ無しの溶接を行われることとなるが、このと
きのプラズマ強度は左右ともにフィラーワイヤ１３を用
いた場合より１５％以上弱くなることが実験により確認
されている。
【００２９】図６および図７に示す場合、溶接位置（プ
ラズマ発生点）が正常な位置から大きくずれるため、や
はり左右ともプラズマセンサ８，９によって検出される
プラズマ強度は１５％以上弱くなることが実験により確
認されている。
ラズマ発生点）が正常な位置から大きくずれるため、や
はり左右ともプラズマセンサ８，９によって検出される
プラズマ強度は１５％以上弱くなることが実験により確
認されている。
【００３０】このように、大きく位置ずれが起こった場
合は、プラズマ強度だけでは位置ずれの原因および方向
が特定できないため、フィードバックによる位置補正は
できないが、溶接不良発生の検知は可能であり、不良品
の下流工程への流出を防ぐことができる。
合は、プラズマ強度だけでは位置ずれの原因および方向
が特定できないため、フィードバックによる位置補正は
できないが、溶接不良発生の検知は可能であり、不良品
の下流工程への流出を防ぐことができる。
【００３１】本実施例においては、プラズマ強度の１５
％を超える変化をもって溶接不良発生を検知できること
としたが、この値は、ビーム径，ワイヤ径などによって
変動するものであり、個々の実施例において求める必要
がある。
％を超える変化をもって溶接不良発生を検知できること
としたが、この値は、ビーム径，ワイヤ径などによって
変動するものであり、個々の実施例において求める必要
がある。
【００３２】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
る溶接方法では、被溶接部材の表面に局部加熱源を照射
すると共に局部加熱部位にフィラーワイヤを供給しなが
ら溶融して接合するあたり、溶接進行方向に対して局部
加熱部位の両側から溶接プラズマの強度を測定すると共
に、局部加熱部位の両側から測定した溶接プラズマの強
度の差がある値以下に維持されるようにフィラーワイヤ
と局部加熱部位との相対的な位置関係を補正するように
したから、溶接進行方向に対して局部加熱部位の両側か
ら測定した溶接プラズマの強度が大きくかつ等しいとき
には、フィラーワイヤと局部加熱源との位置ずれが小さ
く、良好な溶接が行われていると認識されることとな
り、また、局部加熱部位の両側から測定した溶接プラズ
マの強度が等しい場合でもその値が小さいときや強度の
差が大きいときには、フィラーワイヤと局部加熱源との
位置ずれが大きく、良好な溶接が行われなくなっている
と認識されることとなってフィラーワイヤと局部加熱熱
源との位置ずれを解消することができると共に、位置ず
れに起因する溶接不良の発生を未然に防ぐことが可能と
なり、不良品の発生にともなう部品の廃却を低減するこ
とができ、そしてまた材料費の低減を実現することがで
き、フィラーワイヤあるいは局部加熱熱源の位置ずれが
制御可能な範囲を超えた場合においても、プラズマ強度
の測定により溶接不良発生を検知することが可能であっ
て不良品の下流工程への流出を防ぐことが可能になると
いう著しく優れた効果がもたらされ、また、本発明の溶
接装置によれば、被溶接部材の表面を局部加熱して溶融
する局部加熱源と、局部加熱部位にフィラーワイヤを供
給するワイヤ供給手段と、溶接進行方向に対して局部加
熱部位の両側から溶接プラズマの強度を測定するプラズ
マ強度測定手段と、局部加熱部位の両側から測定した溶
接プラズマの強度の差がある値以下に維持されるように
フィラーワイヤと局部加熱部位との相対的な位置関係を
補正する位置補正手段をそなえたものとしたから、本発
明に係わる溶接方法の実施を有効に行うことが可能にな
るという著しく優れた効果がもたらされる。
る溶接方法では、被溶接部材の表面に局部加熱源を照射
すると共に局部加熱部位にフィラーワイヤを供給しなが
ら溶融して接合するあたり、溶接進行方向に対して局部
加熱部位の両側から溶接プラズマの強度を測定すると共
に、局部加熱部位の両側から測定した溶接プラズマの強
度の差がある値以下に維持されるようにフィラーワイヤ
と局部加熱部位との相対的な位置関係を補正するように
したから、溶接進行方向に対して局部加熱部位の両側か
ら測定した溶接プラズマの強度が大きくかつ等しいとき
には、フィラーワイヤと局部加熱源との位置ずれが小さ
く、良好な溶接が行われていると認識されることとな
り、また、局部加熱部位の両側から測定した溶接プラズ
マの強度が等しい場合でもその値が小さいときや強度の
差が大きいときには、フィラーワイヤと局部加熱源との
位置ずれが大きく、良好な溶接が行われなくなっている
と認識されることとなってフィラーワイヤと局部加熱熱
源との位置ずれを解消することができると共に、位置ず
れに起因する溶接不良の発生を未然に防ぐことが可能と
なり、不良品の発生にともなう部品の廃却を低減するこ
とができ、そしてまた材料費の低減を実現することがで
き、フィラーワイヤあるいは局部加熱熱源の位置ずれが
制御可能な範囲を超えた場合においても、プラズマ強度
の測定により溶接不良発生を検知することが可能であっ
て不良品の下流工程への流出を防ぐことが可能になると
いう著しく優れた効果がもたらされ、また、本発明の溶
接装置によれば、被溶接部材の表面を局部加熱して溶融
する局部加熱源と、局部加熱部位にフィラーワイヤを供
給するワイヤ供給手段と、溶接進行方向に対して局部加
熱部位の両側から溶接プラズマの強度を測定するプラズ
マ強度測定手段と、局部加熱部位の両側から測定した溶
接プラズマの強度の差がある値以下に維持されるように
フィラーワイヤと局部加熱部位との相対的な位置関係を
補正する位置補正手段をそなえたものとしたから、本発
明に係わる溶接方法の実施を有効に行うことが可能にな
るという著しく優れた効果がもたらされる。
【図１】本発明の実施例による溶接装置の基本構成を示
すレーザビーム照射部分の斜面説明図である。
すレーザビーム照射部分の斜面説明図である。
【図２】本発明の実施例による溶接装置の基本構成を示
すほぼ全体の斜面説明図である。
すほぼ全体の斜面説明図である。
【図３】フィラーワイヤとレーザビームとの位置関係が
正常であるときの突き合わせ部分の断面説明図（図３の
（Ａ））ならびに左側プラズマセンサにより測定したプ
ラズマ強度（図３の（Ｂ））および右側プラズマセンサ
により測定したプラズマ強度（図３の（Ｃ））を示すグ
ラフである。
正常であるときの突き合わせ部分の断面説明図（図３の
（Ａ））ならびに左側プラズマセンサにより測定したプ
ラズマ強度（図３の（Ｂ））および右側プラズマセンサ
により測定したプラズマ強度（図３の（Ｃ））を示すグ
ラフである。
【図４】レーザビーム位置が正常でフィラーワイヤ位置
がレーザビーム照射範囲にかかる程度にずれているとき
の突き合わせ部分の断面説明図（図４の（Ａ））ならび
に左側プラズマセンサにより測定したプラズマ強度（図
４の（Ｂ））および右側プラズマセンサにより測定した
プラズマ強度（図４の（Ｃ））を示すグラフである。
がレーザビーム照射範囲にかかる程度にずれているとき
の突き合わせ部分の断面説明図（図４の（Ａ））ならび
に左側プラズマセンサにより測定したプラズマ強度（図
４の（Ｂ））および右側プラズマセンサにより測定した
プラズマ強度（図４の（Ｃ））を示すグラフである。
【図５】レーザビーム位置が正常でフィラーワイヤ位置
がレーザビーム照射範囲から外れる位置までずれている
ときの突き合わせ部分の断面説明図（図５の（Ａ））な
らびに左側プラズマセンサにより測定したプラズマ強度
（図５の（Ｂ））および右側プラズマセンサにより測定
したプラズマ強度（図５の（Ｃ））を示すグラフであ
る。
がレーザビーム照射範囲から外れる位置までずれている
ときの突き合わせ部分の断面説明図（図５の（Ａ））な
らびに左側プラズマセンサにより測定したプラズマ強度
（図５の（Ｂ））および右側プラズマセンサにより測定
したプラズマ強度（図５の（Ｃ））を示すグラフであ
る。
【図６】フィラーワイヤ位置が正常でレーザビーム位置
がフィラーワイヤ位置から外れているときの突き合わせ
部分の断面説明図（図６の（Ａ））ならびに左側プラズ
マセンサにより測定したプラズマ強度（図６の（Ｂ））
および右側プラズマセンサにより測定したプラズマ強度
（図６の（Ｃ））を示すグラフである。
がフィラーワイヤ位置から外れているときの突き合わせ
部分の断面説明図（図６の（Ａ））ならびに左側プラズ
マセンサにより測定したプラズマ強度（図６の（Ｂ））
および右側プラズマセンサにより測定したプラズマ強度
（図６の（Ｃ））を示すグラフである。
【図７】フィラーワイヤ位置およびレーザビーム位置が
ともに突き合わせ部分からずれているときの突き合わせ
部分の断面説明図（図７の（Ａ））ならびに左側プラズ
マセンサにより測定したプラズマ強度（図７の（Ｂ））
および右側プラズマセンサにより測定したプラズマ強度
（図７の（Ｃ））を示すグラフである。
ともに突き合わせ部分からずれているときの突き合わせ
部分の断面説明図（図７の（Ａ））ならびに左側プラズ
マセンサにより測定したプラズマ強度（図７の（Ｂ））
および右側プラズマセンサにより測定したプラズマ強度
（図７の（Ｃ））を示すグラフである。
【図８】フィラーワイヤ径よりもレーザビーム径を相対
的に大きくして突き合わせ溶接を行う従来例を示し、フ
ィラーワイヤ位置が正常とき（図８の（Ａ））およびず
れているとき（図８の（Ｂ））における突き合わせ部分
の断面説明図である。
的に大きくして突き合わせ溶接を行う従来例を示し、フ
ィラーワイヤ位置が正常とき（図８の（Ａ））およびず
れているとき（図８の（Ｂ））における突き合わせ部分
の断面説明図である。
１ 溶接装置 ２ 被溶接部材 ３ 被溶接部材 ４ 突き合わせ部分 ５ レーザビーム（局部加熱源） ６ レーザ加工機の加工ヘッド ７ 溶接プラズマ ８ 左側プラズマセンサ（プラズマ強度測定手段） ９ 右側プラズマセンサ（プラズマ強度測定手段） １１ データ解析部 １２ 加工機制御部 １３ フィラーワイヤ １４ ワイヤ供給ノズル（ワイヤ供給手段） １６ アクチュエータ（位置補正手段） １７ レーザ発振器 ２０ 溶接ビード ２１ レーザ位置補正方向駆動部（位置補正手段） ２２ 溶接方向駆動部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 21/88 Ｇ０１Ｎ 21/88 Ｚ (56)参考文献 特開 平５−66202（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−77074（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−133986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−210389（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/04 G01J 1/42 G01N 21/84 - 21/88
Claims (2)
- 【請求項１】 被溶接部材の表面に局部加熱源を照射す
ると共に局部加熱部位にフィラーワイヤを供給しながら
溶融して接合するにあたり、溶接進行方向に対して局部
加熱部位の両側から溶接プラズマの強度を測定すると共
に、局部加熱部位の両側から測定した溶接プラズマの強
度の差がある値以下に維持されるようにフィラーワイヤ
と局部加熱部位との相対的な位置関係を補正することを
特徴とする溶接方法。 - 【請求項２】 被溶接部材の表面に局部加熱して溶融す
る局部加熱源と、局部加熱部位にフィラーワイヤを供給
するワイヤ供給手段と、溶接進行方向に対して局部加熱
部位の両側から溶接プラズマの強度を測定するプラズマ
強度測定手段と、局部加熱部位の両側から測定した溶接
プラズマの強度の差がある値以下に維持されるようにフ
ィラーワイヤと局部加熱部位との相対的な位置関係を補
正する位置補正手段を備えたことを特徴とする溶接装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5075996A JP2964829B2 (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | 溶接方法および溶接装置 |
| US08/218,630 US5446257A (en) | 1993-04-01 | 1994-03-28 | Welding method and welding device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5075996A JP2964829B2 (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | 溶接方法および溶接装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06285655A JPH06285655A (ja) | 1994-10-11 |
| JP2964829B2 true JP2964829B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=13592413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5075996A Expired - Fee Related JP2964829B2 (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | 溶接方法および溶接装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5446257A (ja) |
| JP (1) | JP2964829B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0825069A (ja) * | 1994-07-08 | 1996-01-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | レーザ溶接装置、溶接状態管理方法及びスパークプラグ用中心電極の製造方法 |
| JP3740725B2 (ja) * | 1995-10-31 | 2006-02-01 | Ｊｆｅスチール株式会社 | マルテンサイト系ステンレス鋼のレーザ溶接用フィラー材料 |
| US6060685A (en) * | 1997-10-23 | 2000-05-09 | Trw Inc. | Method for monitoring laser weld quality via plasma light intensity measurements |
| US5961859A (en) * | 1997-10-23 | 1999-10-05 | Trw Inc. | Method and apparatus for monitoring laser weld quality via plasma size measurements |
| JP2910763B1 (ja) | 1998-06-03 | 1999-06-23 | スズキ株式会社 | 溶接レーザの焦点位置検出装置 |
| WO2000041836A1 (en) * | 1999-01-14 | 2000-07-20 | Powerlasers Limited | Structured multi-spot detecting technique for adaptive control of laser beam processing |
| DE10006852C5 (de) | 2000-02-16 | 2004-08-26 | Anders, Michael, Dr.-Ing. | Verfahren und Vorrichtung zum Fügen von Werkstückteilen mittels eines Energiestrahls, insbesondere Laserstrahls |
| US6617547B1 (en) | 2002-09-10 | 2003-09-09 | Ilich Abdurachmanov | Arc stray controlling welding apparatus |
| US7038162B2 (en) * | 2003-11-13 | 2006-05-02 | Honeywell International, Inc. | Hand-held laser welding wand filler media delivery systems and methods |
| US20060049153A1 (en) * | 2004-09-08 | 2006-03-09 | Cahoon Christopher L | Dual feed laser welding system |
| DE102006021755A1 (de) * | 2006-05-10 | 2007-11-15 | Edag Engineering + Design Ag | Energiestrahl-Löten oder -Schweißen von Bauteilen |
| DE102007005164A1 (de) * | 2007-01-29 | 2008-07-31 | Stürmer, Martin, Dr. Ing. | Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsüberwachung beim Laserstrahlfügen |
| JP5131437B2 (ja) * | 2007-07-04 | 2013-01-30 | トヨタ自動車株式会社 | 溶接装置および溶接方法 |
| DE102009045400B3 (de) * | 2009-10-06 | 2011-06-09 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Fügevorrichtung für ein stoffschlüssiges Fügen mittels eines Zusatzwerkstoffes |
| WO2012079163A1 (en) | 2010-12-17 | 2012-06-21 | Magna International Inc. | Laser beam welding |
| US10974349B2 (en) * | 2010-12-17 | 2021-04-13 | Magna Powertrain, Inc. | Method for gas metal arc welding (GMAW) of nitrided steel components using cored welding wire |
| US9339890B2 (en) * | 2011-12-13 | 2016-05-17 | Hypertherm, Inc. | Optimization and control of beam quality for material processing |
| US20140042131A1 (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-13 | Lincoln Global, Inc. | Laser welding consumable |
| US9203893B2 (en) * | 2013-03-08 | 2015-12-01 | Lincoln Global, Inc. | System and method for installing device drivers on welding equipment |
| JP6333670B2 (ja) * | 2014-08-27 | 2018-05-30 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | レーザ溶接装置及びその溶接方法 |
| DE102016222681B4 (de) | 2016-11-17 | 2022-05-19 | Audi Ag | Verfahren und System zum Vorbereiten einer Bearbeitung von mindestens zwei Bauteilen |
| KR102553135B1 (ko) | 2018-01-02 | 2023-07-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩 및 그 제조 방법 |
| CN116507441A (zh) * | 2020-10-09 | 2023-07-28 | 山崎马扎克公司 | 机床、机床的工件支撑件、机床的动作方法和程序 |
| CN112743234B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-06-07 | 长沙理工大学 | 一种高功率激光焊接镁合金厚板的方法与系统 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2994763A (en) * | 1959-12-10 | 1961-08-01 | Gen Electric | Arc stray control |
| EP0129962B1 (en) * | 1983-04-20 | 1989-07-12 | British Shipbuilders | Laser-beamwelding |
| US4918517A (en) * | 1989-01-26 | 1990-04-17 | Westinghouse Electric Corp. | System and process for video monitoring a welding operation |
-
1993
- 1993-04-01 JP JP5075996A patent/JP2964829B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-03-28 US US08/218,630 patent/US5446257A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06285655A (ja) | 1994-10-11 |
| US5446257A (en) | 1995-08-29 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |