JP2979889B2 - Butt welding method and butt welding apparatus for metallic materials - Google Patents

Butt welding method and butt welding apparatus for metallic materials

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JP2979889B2 JP5060022A JP6002293A JP2979889B2 JP 2979889 B2 JP2979889 B2 JP 2979889B2 JP 5060022 A JP5060022 A JP 5060022A JP 6002293 A JP6002293 A JP 6002293A JP 2979889 B2 JP2979889 B2 JP 2979889B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、突き合わせ状態とした
金属材料の突き合わせ溶接に関し、とくに、元素の含有
成分が異なる金属材料を突き合わせ溶接するのに利用さ
れる金属材料の突き合わせ溶接方法および突き合わせ溶
接装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a butt welding of metal materials in a butt state, and more particularly to a method for butt welding of metallic materials.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a butt welding method and a butt welding apparatus for a metal material used for butt welding metal materials having different components .

【0002】[0002]

【従来の技術】突き合わせ状態とした金属材料に対して
突き合わせ溶接を行う場合には、高エネルギ密度ビーム
等の局部加熱源を2つの金属材料の突き合わせ部位付近
に照射し、突き合わせられている2つの金属材料の双方
を溶融したのち凝固させることによって接合している。
2. Description of the Related Art When butt welding is performed on a metal material in a butt state, a local heating source such as a high energy density beam is applied to the vicinity of the butt portion of the two metal materials, and the two butted metal materials are butt-welded. The two metal materials are joined by melting and then solidifying.

【0003】一般に、高エネルギ密度ビームは極めて小
さな点にエネルギが集中しているため、良好な溶接を行
うためには、突き合わせ位置にビームが正確に照射され
る必要がある。そして、ビームの照射位置がずれると、
片方の金属材料が片寄って溶融され、突き合わせ部の一
部ないしは全部が接合されないこととなるので、溶接強
度の著しい低下をまねく。
In general, a high energy density beam has its energy concentrated at an extremely small point, and therefore, in order to perform good welding, it is necessary to accurately irradiate the beam at the abutting position. And when the beam irradiation position shifts,
One of the metal materials is melted side by side, and a part or the whole of the butted portion is not joined, so that the welding strength is remarkably reduced.

【0004】このようなビーム狙い位置ずれによる溶接
不良の発生を抑える機能を持った従来の金属材料の突き
合わせ溶接装置としては、図9に示すようなものがあ
る。
FIG. 9 shows a conventional butt welding apparatus for a metal material having a function of suppressing the occurrence of welding defects due to such a beam aiming position shift.

【0005】図9に示す金属材料の突き合わせ溶接装置
51は、突き合わせ状態にある一方の金属材料52と他
方の金属材料53との突き合わせ部分54にレーザビー
ム55を照射するレーザ加工機の加工ヘッド56と、前
記レーザビーム55による局部加熱部位を観察するカメ
ラ57と、前記カメラ57からの画像信号を処理する画
像処理部58と、前記画像処理部58での画像処理結果
にもとづいてレーザ加工機の加工ヘッド56等を制御す
る加工機制御部59をそなえた構造を有している。
[0005] A metal material butt welding apparatus 51 shown in FIG. 9 is a processing head 56 of a laser processing machine for irradiating a laser beam 55 to a butt portion 54 of one metal material 52 and the other metal material 53 in a butt state. A camera 57 for observing a locally heated region by the laser beam 55; an image processing unit 58 for processing an image signal from the camera 57; and a laser processing machine based on an image processing result of the image processing unit 58. It has a structure provided with a processing machine control unit 59 for controlling the processing head 56 and the like.

【0006】このような構造を有する金属材料の突き合
わせ溶接装置51を用いて、突き合わせ状態にある金属
材料52,53に対して突き合わせ溶接を行う場合に
は、加工ヘッド56よりレーザビーム55を出射させて
このレーザビーム55を突き合わせ部分54に照射し、
溶接プラズマ60が発生する状態で突き合わせ部分54
の金属材料52,53を局部溶融したのち凝固させるこ
とによって溶接ビード61を形成させた状態にして溶接
し、この間、溶接ビード61により形成された溶接線を
カメラ57で画像として取り込み、画像処理部58での
画像処理により求められた溶接線位置を加工機制御部5
9に入力してレーザ加工機にフィードバックすることに
より加工ヘッド56の位置を制御し、位置ずれを生じて
いる場合にはこれを補正する。
When butt welding is performed on metal materials 52 and 53 in a butt state using the butt welding apparatus 51 for metal material having such a structure, a laser beam 55 is emitted from a processing head 56. A lever laser beam 55 is applied to the butted portion 54,
When the welding plasma 60 is generated,
After the metal materials 52 and 53 are locally melted and solidified, a weld bead 61 is formed and welded. During this time, the welding line formed by the weld bead 61 is captured as an image by the camera 57, and the image processing unit The welding line position determined by the image processing at 58 is
The position of the processing head 56 is controlled by inputting the result to a laser processing machine 9 and feeding it back to the laser processing machine.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の突き合わせ溶接装置51における制御方法
は、あくまで加工条件の制御であり、溶接の良否が溶接
線の位置出しの精度、あるいはレーザ加工機の精度の影
響を受けることが原理的に避けられない。また、この方
法で制御可能なのは、ビームの照射位置のみであり、ビ
ームそのものの強度や品質を反映した制御はできないと
いう問題点があった。
However, the control method in such a conventional butt welding apparatus 51 is to control the processing conditions, and the quality of the welding is determined by the accuracy of positioning the welding line or the laser processing machine. It is in principle unavoidable to be affected by accuracy. Further, only the beam irradiation position can be controlled by this method, and there is a problem that control that reflects the intensity and quality of the beam itself cannot be performed.

【0008】そして、ビーム照射位置,ビーム品質,強
度などのさまざまな因子に左右される溶接品質の良否を
直接判定するためには、溶接現象そのもののモニタリン
グが不可欠であり、さらには、その情報をレーザ加工機
等の局部加熱加工機にフィードバックし、溶接状態をコ
ントロールするシステムを持つことがのぞまれていると
いう課題があった。
[0008] In order to directly determine the quality of welding quality, which is affected by various factors such as the beam irradiation position, beam quality, and intensity, monitoring of the welding phenomena itself is indispensable. There is a problem that it is desired to have a system for controlling a welding state by feeding back to a local heating processing machine such as a laser processing machine.

【0009】[0009]

【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、元素の含有成分が異なる金属材
料を突き合わせ状態にし、高ネルギ密度ビーム等の局部
加熱源を用いて行う突き合わせ溶接において、ビーム等
の局部加熱源の照射位置、ビーム等の局部加熱源の品
質,強度などのさまざまな因子に左右される溶接品質の
良否を直接判定することが可能であり、溶接狙い位置ず
れによる溶接不良の発生を未然に防止しないしは最小限
に抑えることが可能である金属材料の突き合わせ溶接方
法および突き合わせ溶接装置を提供することを目的とし
ている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such conventional problems, the metal material containing component elements are different
Butt welding using a local heating source such as a high energy density beam in a butt state , the influence of various factors such as the irradiation position of the local heating source such as a beam, the quality and strength of the local heating source such as a beam, etc. Butt welding method and butt welding of metal materials that can directly determine the quality of the welding quality to be performed and prevent or minimize the occurrence of welding defects due to misalignment of the welding target It is intended to provide a device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる金属材料
の突き合わせ溶接方法は、元素の含有成分が異なる金属
材料の溶接において、突き合わせ状態とした金属材料の
突き合わせ部分を局部加熱して突き合わせ溶接するにあ
たり、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含
まれる元素の波長の少なくとも1つの強度を測定しつつ
突き合わせ溶接する構成とすることによって前述した従
来の課題を解決するための手段としたことを特徴として
おり、本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶接方法の
実施態様においては、突き合わせ状態とした金属材料の
突き合わせ部分を局部加熱して突き合わせ溶接するにあ
たり、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含
まれる元素の波長の少なくとも1つずつの強度を測定し
つつ突き合わせ溶接する構成とすることができ、また、
同じく実施態様において、溶接プラズマに含まれる特定
元素の波長の強度変化に応じて局部加熱位置を制御する
構成とすることができる。
SUMMARY OF THE INVENTION A butt welding method of a metal material according to the present invention is a method of locally welding a butt portion of a metal material in a butt state in welding metal materials having different element contents. Included in the welding plasma generated at the local heating site
Of the wavelengths of each element, relatively more than the other metal material
And characterized in that the means for solving the conventional problems described above by the structure where measured while butt welding at least one strong at a wavelength of Murrell elements, the metallic material of the present invention In an embodiment of the butt welding method, when the butt portion of the metal material in the butt state is locally heated and butt-welded, the wavelength of each element included in the welding plasma generated at the locally heated site is smaller than that of the other metal material. Butt welding can be performed while measuring the intensity of at least one of the wavelengths of the elements contained in a relatively large amount,
Similarly, in the embodiment, the local heating position may be controlled in accordance with a change in the intensity of the wavelength of the specific element included in the welding plasma.

【0011】また、本発明に係わる金属材料の突き合わ
せ溶接装置は、元素の含有成分が異なる金属材料を突き
合わせ溶接する装置において、突き合わせ状態とした金
属材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加
熱源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれ
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く
含まれる元素の波長の少なくとも1つの強度を測定する
プラズマセンサをそなえた構成とすることによって前述
した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴
としており、本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶接
装置の実施態様においては、突き合わせ状態とした金属
材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加熱
源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含
まれる元素の波長の少なくとも1つずつの強度を測定す
るプラズマセンサをそなえた構成とすることができ、ま
た、同じく実施態様において、プラズマセンサにより検
知された溶接プラズマに含まれる特定元素の波長の強度
変化に応じて局部加熱源と突き合わせ状態とした金属材
料との位置関係を相対的に変化させる移動手段をそなえ
た構成とすることができる。
Further, butt welding device for a metallic material according to the present invention, thrust a metal material containing components different elements
In a butt welding apparatus , a local heating source that locally heats and melts a butt portion of a metal material in a butt state, and a wavelength of each element included in a welding plasma generated at the locally heated portion, which is relatively higher than a partner metal material. Often
And characterized in that the means for solving the conventional problems described above by a structure provided with a plasma sensor for measuring at least one strong at the wavelength of elements contained, metal material of the present invention In the embodiment of the butt welding apparatus, a local heating source for locally heating and melting the butt portion of the metal material in the butt state, and the other metal of the wavelength of each element contained in the welding plasma generated at the local heating site A plasma sensor for measuring the intensity of at least one of the wavelengths of the elements contained relatively more than the material can be provided, and in the same embodiment, the welding plasma detected by the plasma sensor can be provided. Depending on the change in the intensity of the wavelength of the specific element contained, the positional relationship between the local heating source and the metal material that was brought into abutting state was determined. It can be configured to include a moving means for changing pairs manner.

【0012】[0012]

【発明の作用】本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶
接方法および突き合わせ溶接装置は、上述した構成を有
するものであるから、突き合わせ状態とした金属材料を
高エネルギ密度ビーム等の局部加熱源を用いて突き合わ
せ溶接を行う場合に、ビーム等の局部加熱源の照射位
置、ビーム等の局部加熱源の品質,強度などのさまざま
な因子に左右される溶接品質の良否がオンラインでリア
ルタイムに直接判定されるものとなり、ビーム等の局部
加熱源の照射位置が直接判定されることによってビーム
狙い位置にずれを生じているときには直ちに位置修正が
なされることにより溶接不良の発生が未然に防止されな
いしは最小限に抑えうるものとなり、高品質の溶接継手
が得られることとなる。
Since the butt welding method and the butt welding apparatus for a metal material according to the present invention have the above-described configuration, the butt-welded metal material is formed by using a local heating source such as a high energy density beam. When performing butt welding, the quality of welding quality, which is affected by various factors such as the irradiation position of the local heating source such as a beam, the quality and strength of the local heating source such as a beam, is directly judged online and in real time. Therefore, when the irradiation position of the local heating source such as a beam is directly determined and the target position of the beam is deviated, the position is corrected immediately so that the occurrence of welding defects is prevented or minimized. Thus, a high quality welded joint can be obtained.

【0013】[0013]

【実施例】図1および図2は、本発明に係わる金属材料
の突き合わせ溶接方法の実施に使用される突き合わせ溶
接装置の一実施例を示すものであって、ここに示す金属
材料の突き合わせ溶接装置1は、突き合わせ状態にある
一方の金属材料(ここでは、Mg含有量が比較的多い5
000系アルミニウム合金)2と他方の金属材料(ここ
では、Zn含有量が比較的多い7000系アルミニウム
合金)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に含まれる各元素の波長のうちとくにM
gの波長の強度を測定するマグネシウム用プラズマセン
サ8と、前記溶接プラズマ7に含まれる各元素の波長の
うちとくにZnの波長の強度を測定する亜鉛用プラズマ
センサ9と、前記マグネシウム用プラズマセンサ8およ
び亜鉛用プラズマセンサ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をそなえている。
1 and 2 show an embodiment of a butt welding apparatus used for carrying out a butt welding method for a metal material according to the present invention. The butt welding apparatus for a metal material shown here is shown in FIG. Reference numeral 1 denotes one of the metal materials in the abutting state (here, the Mg content is relatively high 5).
000 series aluminum alloy) 2 and the other metal material (here, a 7000 series aluminum alloy having a relatively large Zn content) 3 by a laser processing machine that irradiates a laser beam 5 as a local heating source to a butted portion 4. Head 6
And the wavelength of each element contained in the welding plasma 7 generated at the locally heated portion by the laser beam 5,
g plasma sensor 8 for measuring the intensity of the wavelength of g, zinc plasma sensor 9 for measuring the intensity of the wavelength of Zn among the wavelengths of the respective elements contained in the welding plasma 7, and the plasma sensor 8 for the magnesium. And a data analyzing unit 11 for analyzing intensity data output from the plasma sensor 9 for zinc, and a processing machine control unit 12 for controlling a processing head 6 and the like of a laser processing machine based on a data analysis result of the data analyzing unit 11. Is provided.

【0014】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13において発射したレーザビームがビーム
伝送光学系14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と突き合わせ状態とした金属
材料2,3との位置関係を相対的に変化させる移動手段
として、矢印A方向に相対移動させる溶接位置制御方向
駆動部15と、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16をそなえている。
Further, as shown in FIG. 2, a laser beam 5 emitted from a processing head 6 of a laser processing machine is processed by transmitting a laser beam emitted from a laser oscillator 13 via a beam transmission optical system 14. As a moving means for reaching the head 6, and as a moving means for relatively changing the positional relationship between the working material 6 for emitting the laser beam 5 as a local heating source and the metal materials 2 and 3 brought into abutting state, arrows A It has a welding position control direction drive unit 15 for relatively moving in the direction, and a welding direction drive unit 16 for relatively moving in the direction of the arrow B (or the opposite direction).

【0015】次表1においては、一方の金属材料2であ
る5000系アルミニウム合金と、他方の金属材料3で
ある7000系アルミニウム合金の化学組成、とくにマ
グネシウムと亜鉛の含有量を示す。
The following Table 1 shows the chemical compositions of the 5000 type aluminum alloy as one metal material 2 and the 7000 type aluminum alloy as the other metal material 3, especially the contents of magnesium and zinc.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】次に、このような構造を有する金属材料の
突き合わせ溶接装置1を用いて、突き合わせ状態にある
金属材料2,3に対して突き合わせ溶接を行って溶接ビ
ード17を介した接合継手を得る場合には、レーザ発振
器13よりレーザビームを発生させ、ビーム伝送光学系
14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。
Next, using the metal material butt welding apparatus 1 having such a structure, butt welding is performed on the metal materials 2 and 3 in the butt state to obtain a joint joint via the weld bead 17. In this case, a laser beam is generated from the laser oscillator 13, and the laser beam 5 transmitted by the beam transmission optical system 14 is emitted from the processing head 6.

【0018】このレーザビーム5は突き合わせ状態にあ
る金属材料2,3の突き合わせ部分4を照射しつつ溶接
方向駆動部16の作動によって矢印B方向に所定の速度
で移動し、両プラズマセンサ8,9は局部加熱部位で発
生する溶接プラズマ7との相対的位置関係を一定に保っ
た状態でプラズマ光を検知する。
The laser beam 5 moves at a predetermined speed in the direction of arrow B by the operation of the welding direction drive unit 16 while irradiating the butted portions 4 of the metal materials 2 and 3 in the butted state. Detects the plasma light in a state where the relative positional relationship with the welding plasma 7 generated at the locally heated portion is kept constant.

【0019】本実施例における溶接プラズマ7中に含ま
れる各元素の波長は、アルミニウムに起因するものが主
であるが、そのほかに添加元素に起因する波長が含まれ
ている。この中で、マグネシウム用プラズマセンサ8は
マグネシウムの波長を選択的に検知し、また、亜鉛用プ
ラズマセンサ9は亜鉛の波長を選択的に検知して、それ
ぞれの強度を測定する。そして、測定された信号はデー
タ解析部11に送られ、各々の波長の時間的な強度変化
が連続的に記録される。
In the present embodiment, the wavelength of each element contained in the welding plasma 7 is mainly attributable to aluminum, but also includes the wavelength attributable to an additional element. Among them, the plasma sensor for magnesium 8 selectively detects the wavelength of magnesium, and the plasma sensor 9 for zinc selectively detects the wavelength of zinc to measure the respective intensities. Then, the measured signal is sent to the data analysis unit 11, and the temporal intensity change of each wavelength is continuously recorded.

【0020】図3のうちの図3(A)は、レーザビーム
5が突き合わせ部分4に正確に照射され、溶接ビード1
7を介して良好な溶接が行われるときの溶接ビード17
の形成状況を示しており、溶接プラズマ7に含まれる主
要添加元素の波長の分布を図3(B)において示してい
る。この図3(B)より明らかなように、5000系合
金である一方の金属材料2に多く含まれているマグネシ
ウムのピークとともに7000系合金である他方の金属
材料3に多く含まれている亜鉛のピークが観察される。
このときのマグネシウムと亜鉛のプラズマの強度比は、
金属材料2,3中の含有量にほぼ比例する。
FIG. 3A of FIG. 3 shows that the laser beam 5 is accurately irradiated on the butted portion 4 and the welding bead 1
Weld bead 17 when good welding takes place via 7
3B, and the distribution of the wavelength of the main additive element contained in the welding plasma 7 is shown in FIG. As is clear from FIG. 3B, the peak of magnesium contained in one metal material 2 which is a 5000 series alloy and the peak of zinc contained in the other metal material 3 which is a 7000 series alloy are increased. A peak is observed.
At this time, the intensity ratio of the plasma of magnesium and zinc is
It is almost proportional to the content in the metal materials 2 and 3.

【0021】図4はレーザビーム5の照射位置が一方の
金属材料2である7000系合金側にずれたことが原因
で突き合わせ部分4の一部が溶融せず、溶接不良となっ
た場合の溶接ビード17の形成状況およびMg,Znの
波長の分布を示したものである。図4(B)より明らか
なように、亜鉛の波長の強度がマグネシウムの波長の強
度に比べて相対的に低くなっていることが明らかであ
る。したがって、溶接作業中にこのような波長の強度分
布が表われたときには、溶接位置制御方向駆動部15を
作動させて、レーザビーム5の照射位置を他方の金属材
料3側に相対移動させて、レーザビーム5の照射位置が
突き合わせ部分4に対応するように補正する必要がある
こととなり、また、このような補正を自動的に実行でき
るようすることももちろん可能である。
FIG. 4 shows welding when the irradiation position of the laser beam 5 is shifted to the 7000 series alloy side, which is one of the metal materials 2, so that a part of the butted portion 4 is not melted, resulting in poor welding. FIG. 9 shows the formation state of the bead 17 and the wavelength distribution of Mg and Zn. As is clear from FIG. 4B, the intensity of the wavelength of zinc is relatively lower than the intensity of the wavelength of magnesium. Therefore, when such a wavelength intensity distribution appears during the welding operation, the welding position control direction driving unit 15 is operated to relatively move the irradiation position of the laser beam 5 to the other metal material 3 side, It is necessary to correct the irradiation position of the laser beam 5 so as to correspond to the butted portion 4, and it is of course possible to automatically execute such correction.

【0022】図5はレーザビーム5の照射位置が他方の
金属材料3である5000系合金側にずれたことが原因
で突き合わせ部分4の一部が溶融せず、溶接不良となっ
た場合の溶接ビード17の形成状況およびMg,Znの
波長分布を示したものである。図5(B)より明らかな
ように、マグネシウムの波長の強度が亜鉛の波長の強度
よりも相対的に低くなっていることが明らかである。し
たがって、溶接作業中にこのような波長の強度分布が表
われたときには、溶接位置制御方向駆動部15を作動さ
せて、レーザビーム5の照射位置を一方の金属材料2側
に相対移動させて、レーザビーム5の照射位置が突き合
わせ部分4に対応するように補正する必要があることと
なり、また、このような補正を自動的に実行できるよう
することももちろん可能である。
FIG. 5 shows a case where a part of the butted portion 4 is not melted due to a shift of the irradiation position of the laser beam 5 to the 5000 type alloy which is the other metal material 3, resulting in poor welding. FIG. 5 shows a state of formation of a bead 17 and a wavelength distribution of Mg and Zn. As apparent from FIG. 5B, it is clear that the intensity of the wavelength of magnesium is relatively lower than the intensity of the wavelength of zinc. Therefore, when such a wavelength intensity distribution appears during the welding operation, the welding position control direction driving unit 15 is operated to relatively move the irradiation position of the laser beam 5 to the one metal material 2 side. It is necessary to correct the irradiation position of the laser beam 5 so as to correspond to the butted portion 4, and it is of course possible to automatically execute such correction.

【0023】この種の突き合わせ溶接において、十分な
溶接強度を得るためには、レーザビーム5の位置ずれを
溶接ビー17の最小幅以下に抑え、突き合わせ部分4
に未接合部が存在しないようにする必要がある。逆に言
えば、未接合部が存在しないかぎり多少のずれは問題が
なく、良好な溶接が行われている条件下でもマグネシウ
ムあるいは亜鉛のどちらかのプラズマ強度低下は起こり
得る。
[0023] In this kind of butt welding, in order to obtain a sufficient weld strength, suppressing the positional deviation of the laser beam 5 below the minimum width of the weld bead 17, the abutting portion 4
It is necessary to make sure that there is no unjoined part in the horn. Conversely, as long as there is no unbonded portion, there is no problem in slight deviation, and the plasma strength of either magnesium or zinc can be reduced even under the condition where good welding is performed.

【0024】本実施例においては、最小溶接ビード幅が
およそ1.1mmであったため、最大でその半分の0.
55mmの位置ずれが許容される。そして、0.55m
mずれたとき溶融体積比はおよそ1:0.4となること
が発明者らの実験により明らかになっている。また、強
度比の許容範囲は、溶接ビード17の断面形状,金属材
料2,3の組成等により変化するものであり、個々の実
施例において求める必要がある。
In this embodiment, since the minimum weld bead width is approximately 1.1 mm, the maximum bead width is 0.1 mm at the maximum.
A displacement of 55 mm is allowed. And 0.55m
It has been clarified by experiments of the inventors that the molten volume ratio becomes approximately 1: 0.4 when the distance is shifted by m. Further, the allowable range of the strength ratio varies depending on the cross-sectional shape of the weld bead 17, the composition of the metal materials 2 and 3, and the like, and needs to be determined in each embodiment.

【0025】図6ないし図8には他の実施例を示す。FIGS. 6 to 8 show another embodiment.

【0026】図6ないし図8において一方の金属材料2
は普通冷間圧延鋼板であり、他方の金属材料3は表面に
亜鉛めっき皮膜3aを有する亜鉛めっき鋼板である。
In FIG. 6 to FIG.
Is a normal cold-rolled steel sheet, and the other metal material 3 is a galvanized steel sheet having a galvanized film 3a on the surface.

【0027】そこで、レーザビームが金属材料2,3の
突き合わせ部分4に正確に照射されて良好な溶接が行わ
れる図6(A)に示す場合、亜鉛めっき鋼板の表面の亜
鉛がプラズマ化して亜鉛の波長が図6(B)に示すある
強度で観察される。ところが、図7(A)に示すように
レーザビームが突き合わせ部分4よりも一方の金属材料
2である冷間圧延鋼板側にずれた場合、図7(B)に示
すように亜鉛の波長はほとんど観察されなくなり、反対
に、図8(A)に示すようにレーザビームが突き合わせ
部分4よりも他方の金属材料3である亜鉛めっき鋼板側
にずれた場合、図8(B)に示すように良好な溶接が行
われた場合よりも亜鉛の波長が強い強度で観察される。
Therefore, in the case shown in FIG. 6A, in which the laser beam is accurately irradiated to the butted portions 4 of the metal materials 2 and 3 and good welding is performed, as shown in FIG. Is observed at a certain intensity shown in FIG. 6 (B). However, when the laser beam is shifted from the butted portion 4 to the cold rolled steel plate side, which is one of the metal materials 2, as shown in FIG. 7 (A), the wavelength of zinc is almost the same as shown in FIG. 7 (B). When the laser beam is no longer observed, and conversely, as shown in FIG. 8A, the laser beam is shifted from the butted portion 4 to the galvanized steel sheet side, which is the other metal material 3, as shown in FIG. The wavelength of zinc is observed at a higher intensity than when a proper welding is performed.

【0028】このように、溶接プラズマ中に含まれる元
素の波長のうち1種類の元素だけの波長の強度を測定し
つつ突き合わせ溶接を行う場合には、良好な溶接が行わ
れた場合の亜鉛のプラズマ強度,亜鉛めっき鋼板側にず
れたときのプラズマ強度およびその変化量は、溶接ビー
ド形状,めっき量等の条件によって異なってくるため、
プラズマ強度の管理範囲を求めておく必要がある。
As described above, when butt welding is performed while measuring the intensity of the wavelength of only one element among the wavelengths of the elements contained in the welding plasma, the zinc in the case where good welding is performed is performed. Since the plasma intensity and the plasma intensity when it is shifted to the galvanized steel sheet side and the amount of change are different depending on conditions such as the weld bead shape and the plating amount,
It is necessary to determine the control range of the plasma intensity.

【0029】なお、上記各実施例においては、アルミ合
金同士の溶接,鋼板同士の溶接について述べたが、本発
明は、プラズマ中に含まれる特定の波長に着目してその
強度を測定しつつ溶接の良否の判断を行おうとするもの
であり、溶接に供する材料の種類に限定されるものでは
ない。
In each of the above embodiments, welding of aluminum alloys and welding of steel plates have been described. However, the present invention focuses on a specific wavelength contained in plasma and measures the strength while measuring the intensity. Is determined, and the present invention is not limited to the type of material to be provided for welding.

【0030】このように、加工中のプラズマに含まれる
波長とその強度の変化を測定することにより、溶融部が
突き合わせ状態にある金属材料のどちら側にずれている
か、さらにはその際のずれ量が良好な溶接を行ううえで
許容されるものか否かをオンラインでかつリアルタイム
で検出することができ、溶接不良への移行ないしは溶接
不良の発生を確実に検知することが可能となる。
As described above, by measuring the change in the wavelength contained in the plasma being processed and its intensity, it is possible to determine to which side of the metal material the molten portion is shifted, and the amount of shift at that time. It is possible to detect online or in real time whether or not the welding is acceptable for performing good welding, and it is possible to reliably detect transition to welding failure or occurrence of welding failure.

【0031】さらに、検出されたデータを加工機制御部
にフィードバックし、レーザビーム照射位置を金属材料
の突き合わせ部分に対して相対的に移動して、先の実施
例の場合にはマグネシウムの波長と亜鉛の波長の強度比
が許容される範囲内となるように、また、後の実施例の
場合には亜鉛の波長の強度が許容される範囲内となるよ
うに補正することにより、良好な溶接を安定して行うこ
とが可能となる。
Further, the detected data is fed back to the processing machine control unit, and the laser beam irradiation position is moved relative to the abutting portion of the metal material. By correcting the intensity ratio of the wavelength of zinc to be within an allowable range, and in the case of a later embodiment, correcting the intensity of the wavelength of zinc to be within an allowable range, good welding can be achieved. Can be performed stably.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
る金属材料の突き合わせ溶接方法では、元素の含有成分
が異なる金属材料の溶接において、突き合わせ状態とし
た金属材料の突き合わせ部分を局部加熱して突き合わせ
溶接するにあたり、局部加熱部位で発生する溶接プラズ
マに含まれる各元素の波長のうち相手金属材料よりも相
対的に多く含まれる元素の波長の少なくとも1つの強
を測定しつつ突き合わせ溶接することとしたから、突き
合わせ状態とした金属材料を高エネルギ密度ビーム等の
局部加熱源を用いて突き合わせ溶接を行う場合に、局部
加熱源の照射位置,局部加熱源の品質,強度などのさま
ざまな因子に左右される溶接品質の良否がオンラインで
リアルタイムで直接知ることが可能となり、溶接狙い位
置ずれによる溶接不良の発生を未然に防止しないしは最
小限に抑えることが可能であり、高品質の溶接の自動化
が可能になるという著しく優れた効果がもたらされるこ
ととなり、また、本発明に係わる金属材料の突き合わせ
溶接装置では、元素の含有成分が異なる金属材料を突き
合わせ溶接する装置において、突き合わせ状態とした金
属材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加
熱源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれ
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く
含まれる元素の波長の少なくとも1つの強度を測定する
プラズマセンサをそなえた構成としたから、本発明に係
わる金属材料の突き合わせ溶接方法の実施に有効なもの
であるという著しく優れた効果がもたらされる。
As described above, in the butt welding method for metal materials according to the present invention, when welding metal materials having different elemental components, the butt portions of the metal materials in the butt state are locally heated. At the time of butt welding, the wavelength of each element contained in the welding plasma generated at the locally heated part is more than that of the other metal material.
Since it was decided to while measuring butt welding at least one strong at the wavelength of the elements contained in pairwise many, butt welding using a metal material that is a state abutting localized heating source such as a high energy density beam In the case of welding, it is possible to directly know in real time online whether the welding quality is good or bad depending on various factors such as the irradiation position of the local heating source, the quality and strength of the local heating source, and the welding failure due to the displacement of the welding target position. It is possible to prevent or minimize the occurrence of the problem beforehand, and to achieve a remarkably excellent effect that high-quality welding can be automated. In addition, butting of metal materials according to the present invention In welding equipment, metal materials with different elemental content
In a butt welding apparatus , a local heating source that locally heats and melts a butt portion of a metal material in a butt state, and a wavelength of each element included in a welding plasma generated at the locally heated portion, which is relatively higher than a partner metal material. Often
Because was configured provided with a plasma sensor for measuring at least one strong at the wavelength of elements contained, resulting in remarkably excellent effect that is effective in the practice of the butt welding method of metal materials according to the present invention It is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶接装置
の一実施例を示し、とくに突き合わせ状態にある金属材
料およびレーザ加工機の加工ヘッド部分を示す斜面説明
図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a slope of a metal material butt welding apparatus according to an embodiment of the present invention, particularly showing a metal material in a butt state and a processing head portion of a laser beam machine;

【図2】本発明に係わる金属材料の突き合わせ溶接装置
の一実施例を示し、突き合わせ溶接装置の全体を示す概
略斜面説明図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an embodiment of a butt welding apparatus for a metal material according to the present invention, and showing the entire butt welding apparatus.

【図3】本発明の一実施例において、レーザビームが金
属材料の突き合わせ部分に正確に照射されているときに
おける溶接ビード位置を示す断面説明図(図3の
(A))およびMg,Znのプラズマ強度を示すグラフ
(図3の(B))である。
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view showing a welding bead position when a laser beam is accurately applied to a butt portion of a metal material (FIG. 3A) and a diagram of Mg and Zn in one embodiment of the present invention. It is a graph ((B) of FIG. 3) which shows a plasma intensity.

【図4】本発明の一実施例において、レーザビームが金
属材料の突き合わせ部分よりも一方の金属材料2側にず
れているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説明
図(図4の(A))およびMg,Znのプラズマ強度を
示すグラフ(図4の(B))である。
FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view showing a position of a welding bead when a laser beam is shifted to one metal material 2 side from a butt portion of a metal material in one embodiment of the present invention (FIG. 4A) 5) is a graph (FIG. 4B) showing the plasma intensity of Mg and Zn.

【図5】本発明の一実施例において、レーザビームが金
属材料の突き合わせ部分よりも他方の金属材料3側にず
れているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説明
図(図5の(A))およびMg,Znのプラズマ強度を
示すグラフ(図5の(B))である。
FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view showing a position of a weld bead when the laser beam is shifted to the other metal material 3 side from a butt portion of the metal material in one embodiment of the present invention (FIG. 5A) 6) is a graph (FIG. 5B) showing the plasma intensity of Mg and Zn.

【図6】本発明の他の実施例において、レーザビームが
金属材料の突き合わせ部分に正確に照射されているとき
における溶接ビード位置を示す断面説明図(図6の
(A))およびZnのプラズマ強度を示すグラフ(図6
の(B))である。
FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view showing a weld bead position when a laser beam is accurately applied to a butt portion of a metal material in another embodiment of the present invention (FIG. 6A) and a plasma of Zn; Graph showing strength (FIG. 6)
(B)).

【図7】本発明の他の実施例において、レーザビームが
金属材料の突き合わせ部分よりも一方の金属材料2側に
ずれているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説
明図(図7の(A))およびZnのプラズマ強度を示す
グラフ(図7の(B))である。
FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view showing a position of a welding bead when the laser beam is shifted to one metal material 2 side from a butt portion of the metal material in another embodiment of the present invention ((A in FIG. 7); 8) is a graph showing the plasma intensity of Zn (FIG. 7B).

【図8】本発明の一実施例において、レーザビームが金
属材料の突き合わせ部分よりも他方の金属材料3側にず
れているときにおける溶接ビードの位置を示す断面説明
図(図8の(A))およびZnのプラズマ強度を示すグ
ラフ(図8の(B))である。
FIG. 8 is an explanatory sectional view showing a position of a welding bead when the laser beam is shifted to the other metal material 3 side from the butt portion of the metal material in one embodiment of the present invention (FIG. 8A) 9) is a graph (FIG. 8B) showing the plasma intensity of Zn.

【図9】従来例における金属材料の突き合わせ溶接装置
を示す斜面説明図である。
FIG. 9 is an explanatory view of a slope showing a metal material butt welding apparatus in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 金属材料の突き合わせ溶接装置 2 一方の金属材料 3 他方の金属材料 4 金属材料の突き合わせ部分 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 マグネシウム用プラズマセンサ 9 亜鉛用プラズマセンサ 11 データ解析部 12 加工機制御部 13 レーザ発振器 14 ビーム伝送光学系 15 溶接位置制御方向駆動部(移動手段) 16 溶接方向駆動部(移動手段) 17 溶接ビード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal material butt welding device 2 One metal material 3 The other metal material 4 Metal material butt portion 5 Laser beam (local heating source) 6 Processing head of laser processing machine 7 Welding plasma 8 Plasma sensor for magnesium 9 Plasma for zinc Sensor 11 Data analysis unit 12 Processing machine control unit 13 Laser oscillator 14 Beam transmission optical system 15 Welding position control direction drive unit (moving means) 16 Welding direction drive unit (moving means) 17 Weld bead

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G01N 21/71 G01N 21/71 21/84 21/84 Z // B23K 103:10 (56)参考文献 特開 昭54−51097(JP,A) 特開 平5−66202(JP,A) 特開 平5−77074(JP,A) 特開 昭59−48644(JP,A) 特開 昭59−159065(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 - 26/08 G01N 21/71 G01N 21/84 G01J 1/42 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI G01N 21/71 G01N 21/71 21/84 21/84 Z // B23K 103: 10 (56) References JP-A-54-51097 (JP, A) JP-A-5-66202 (JP, A) JP-A-5-77074 (JP, A) JP-A-59-48644 (JP, A) JP-A-59-159065 (JP, A) (58) Survey Field (Int.Cl. 6 , DB name) B23K 26/00-26/08 G01N 21/71 G01N 21/84 G01J 1/42

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 元素の含有成分が異なる金属材料の溶接
において、突き合わせ状態とした金属材料の突き合わせ
部分を局部加熱して突き合わせ溶接するにあたり、局部
加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる各元素の波
長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含まれる元素
の波長の少なくとも1つの強度を測定しつつ突き合わせ
溶接することを特徴とする金属材料の突き合わせ溶接方
法。
In a welding of metal materials having different element contents, when a butt portion of a metal material in a butt state is locally heated and butt-welded, each butt of each element contained in a welding plasma generated at a locally heated portion is obtained . wave
Elements that are relatively large in length compared to the other metal material
Butt welding method of metal materials, characterized by the measured while butt welding at least one strong degree of wavelength.
【請求項2】 突き合わせ状態とした金属材料の突き合
わせ部分を局部加熱して突き合わせ溶接するにあたり、
局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる各元素
の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く含まれる
元素の波長の少なくとも1つずつの強度を測定しつつ突
き合わせ溶接する請求項1に記載の金属材料の突き合わ
せ溶接方法。
2. A method of locally heating a butt portion of a metal material in a butt state by butt welding.
The butt welding while measuring the intensity of at least one of the wavelengths of the elements relatively more contained than the counterpart metal material among the wavelengths of the respective elements contained in the welding plasma generated at the local heating site, and performing butt welding. Butt welding method of metal materials.
【請求項3】 溶接プラズマに含まれる特定元素の波長
の強度変化に応じて局部加熱位置を制御する請求項1ま
たは2に記載の金属材料の突き合わせ溶接方法。
3. The butt welding method for a metal material according to claim 1, wherein the local heating position is controlled in accordance with a change in the intensity of the wavelength of the specific element contained in the welding plasma.
【請求項4】 元素の含有成分が異なる金属材料を突き
合わせ溶接する装置において、突き合わせ状態とした金
属材料の突き合わせ部分を局部加熱して溶融する局部加
熱源と、局部加熱部位で発生する溶接プラズマに含まれ
各元素の波長のうち相手金属材料よりも相対的に多く
含まれる元素の波長の少なくとも1つの強度を測定する
プラズマセンサをそなえたことを特徴とする金属材料の
突き合わせ溶接装置。
4. A metal material having a different element content is struck by metal.
In a butt welding apparatus , a local heating source that locally heats and melts a butt portion of a metal material in a butt state, and a wavelength of each element included in a welding plasma generated at the locally heated portion, which is relatively higher than a partner metal material. Often
The at least one intensity at the wavelength of elements contained equipped plasma sensor for measuring butt welding device for a metallic material characterized.
【請求項5】 突き合わせ状態とした金属材料の突き合
わせ部分を局部加熱して溶融する局部加熱源と、局部加
熱部位で発生する溶接プラズマに含まれる各元素の波長
のうち相手金属材料よりも相対的に多く含まれる元素の
波長の少なくとも1つずつの強度を測定するプラズマセ
ンサをそなえた請求項4に記載の金属材料の突き合わせ
溶接装置。
5. A local heating source for locally heating and melting a butt portion of a metal material in a butt state, and a wavelength of each element contained in a welding plasma generated at the local heating portion, relative to a partner metal material. The butt welding apparatus for a metal material according to claim 4, further comprising a plasma sensor for measuring the intensity of at least one of the wavelengths of the elements contained in the metal material.
【請求項6】 プラズマセンサにより検知された溶接プ
ラズマに含まれる特定元素の波長の強度変化に応じて局
部加熱源と突き合わせ状態とした金属材料との位置関係
を相対的に変化させる移動手段をそなえた請求項4また
は5に記載の金属材料の突き合わせ溶接装置。
6. A moving means for relatively changing the positional relationship between a local heating source and a metal material brought into abutting state in accordance with a change in the intensity of the wavelength of a specific element contained in the welding plasma detected by the plasma sensor. A butt welding apparatus for a metal material according to claim 4 or 5.
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