JP3212551B2 - レーザ溶接方法および装置 - Google Patents
レーザ溶接方法および装置Info
- Publication number
- JP3212551B2 JP3212551B2 JP02114698A JP2114698A JP3212551B2 JP 3212551 B2 JP3212551 B2 JP 3212551B2 JP 02114698 A JP02114698 A JP 02114698A JP 2114698 A JP2114698 A JP 2114698A JP 3212551 B2 JP3212551 B2 JP 3212551B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- laser beam
- laser
- base material
- welding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接方法お
よび装置に関し、典型的には自動車、家電などの用途に
供される薄板のレーザ溶接（板厚や鋼種の異なる鋼板同
士の溶接も含む）のレーザ溶接方法および装置に関す
る。
よび装置に関し、典型的には自動車、家電などの用途に
供される薄板のレーザ溶接（板厚や鋼種の異なる鋼板同
士の溶接も含む）のレーザ溶接方法および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般にレーザ溶接における溶接ビードの
断面形状はワインカップ状を呈しており、裏ビード幅が
表ビードと比べて非常に狭くなる。従って、突合せ溶接
をする際、開先ギャップ（母材間の間隙）の許容量は母
材の板厚の１０％以下とされており、母材の保持に要求
される精度が非常に厳しく、裏ビード幅の確保が望まれ
てきた。この問題を解決するためのこれまでの技術とし
ては、突合せ部の下方に電極を配置し、この母材と電極
の間に電圧を印加して、母材と電極の間にプラズマを発
生させ、このプラズマによって裏面から加熱する手法
（特開平５−２９３６８３号公報に開示）などが開発さ
れている。
断面形状はワインカップ状を呈しており、裏ビード幅が
表ビードと比べて非常に狭くなる。従って、突合せ溶接
をする際、開先ギャップ（母材間の間隙）の許容量は母
材の板厚の１０％以下とされており、母材の保持に要求
される精度が非常に厳しく、裏ビード幅の確保が望まれ
てきた。この問題を解決するためのこれまでの技術とし
ては、突合せ部の下方に電極を配置し、この母材と電極
の間に電圧を印加して、母材と電極の間にプラズマを発
生させ、このプラズマによって裏面から加熱する手法
（特開平５−２９３６８３号公報に開示）などが開発さ
れている。
【０００３】この方法を用いると、母材が裏面からも加
熱されるために、裏面の溶融量が増大し、裏ビード幅も
広がるため、溶接強度が向上する上に突合せ溶接時の母
材の保持精度を緩和する効果があるとされている。この
技術において電極は母材の下方に配置されており、スパ
ッタなどが付着する。この課題を解決するため、電極材
料に鋼の代わりに、タングステンや銅を用いることが前
記特開平５−２９３６８３号公報にて開示されている。
熱されるために、裏面の溶融量が増大し、裏ビード幅も
広がるため、溶接強度が向上する上に突合せ溶接時の母
材の保持精度を緩和する効果があるとされている。この
技術において電極は母材の下方に配置されており、スパ
ッタなどが付着する。この課題を解決するため、電極材
料に鋼の代わりに、タングステンや銅を用いることが前
記特開平５−２９３６８３号公報にて開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】発明者らが実際に電極
材料に鋼と銅を用いて確認したところ、銅のほうが鋼よ
りもレーザビーム照射による表面の損傷量は極めて少な
かった。しかし、スパッタは毎溶接毎に発生しており、
スパッタが銅の表面に付着する。このスパッタが付着し
た電極を連続して使用した場合、スパッタによって母材
と電極間のプラズマは不安定になり、溶接ビード形状も
溶接毎に変わってしまう。安定した溶接ビードが得られ
るという観点からは、銅やタングステン電極の寿命は短
かい。
材料に鋼と銅を用いて確認したところ、銅のほうが鋼よ
りもレーザビーム照射による表面の損傷量は極めて少な
かった。しかし、スパッタは毎溶接毎に発生しており、
スパッタが銅の表面に付着する。このスパッタが付着し
た電極を連続して使用した場合、スパッタによって母材
と電極間のプラズマは不安定になり、溶接ビード形状も
溶接毎に変わってしまう。安定した溶接ビードが得られ
るという観点からは、銅やタングステン電極の寿命は短
かい。
【０００５】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、
長時間連続して安定した溶接が可能な、レーザビームが
母材を貫通するように溶接するレーザ溶接で、母材の裏
側に電極を配置し、前記母材と電極間に電圧を印加して
発生させるプラズマによって母材の裏面を加熱するレー
ザ溶接方法および装置を提供することを目的とする。
長時間連続して安定した溶接が可能な、レーザビームが
母材を貫通するように溶接するレーザ溶接で、母材の裏
側に電極を配置し、前記母材と電極間に電圧を印加して
発生させるプラズマによって母材の裏面を加熱するレー
ザ溶接方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発明者らは、常に清浄な
電極で安定したプラズマを発生させるために、レーザビ
ームが照射中であっても電極のスパッタを除去可能であ
るような電極形状と、その形状を利用した溶接方法を種
々検討の結果、本発明を完成したものであって、その要
旨とするところは以下の通りである。
電極で安定したプラズマを発生させるために、レーザビ
ームが照射中であっても電極のスパッタを除去可能であ
るような電極形状と、その形状を利用した溶接方法を種
々検討の結果、本発明を完成したものであって、その要
旨とするところは以下の通りである。
【０００７】（１）レーザビームが母材を貫通するよう
に溶接するレーザ溶接方法であって、レーザビーム入射
側から見て母材の裏側に配置した電極にレーザビームを
照射しつつ、前記母材と電極間に電圧を印加して発生さ
せるプラズマによって母材の裏面を加熱するレーザ溶接
方法において、レーザビームが前記電極の一ヶ所に照射
され続けないように前記電極を回転させつつ、レーザビ
ームの照射を受けない上記電極上の位置で、レーザビー
ムによる前記電極表面のスパッタを除去しながら溶接を
行うことを特徴とするレーザ溶接方法。
に溶接するレーザ溶接方法であって、レーザビーム入射
側から見て母材の裏側に配置した電極にレーザビームを
照射しつつ、前記母材と電極間に電圧を印加して発生さ
せるプラズマによって母材の裏面を加熱するレーザ溶接
方法において、レーザビームが前記電極の一ヶ所に照射
され続けないように前記電極を回転させつつ、レーザビ
ームの照射を受けない上記電極上の位置で、レーザビー
ムによる前記電極表面のスパッタを除去しながら溶接を
行うことを特徴とするレーザ溶接方法。
【０００８】（２）前記電極が円盤状で、円盤の中心以
外の点がレーザビーム照射位置となることを特徴とする
前記（１）に記載のレーザ溶接方法。 （３）前記電極を冷却しながら溶接を行うことを特徴と
する前記（１）または（２）に記載のレーザ溶接方法。 （４）プラズマ作動ガスとして純Ａｒを供給しながら溶
接を行うことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれ
かに記載のレーザ溶接方法。
外の点がレーザビーム照射位置となることを特徴とする
前記（１）に記載のレーザ溶接方法。 （３）前記電極を冷却しながら溶接を行うことを特徴と
する前記（１）または（２）に記載のレーザ溶接方法。 （４）プラズマ作動ガスとして純Ａｒを供給しながら溶
接を行うことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれ
かに記載のレーザ溶接方法。
【０００９】（５）レーザビームが母材を貫通するよう
に溶接するレーザ溶接で、レーザビーム入射側から見て
母材の裏側に配置した電極にレーザビームを照射しつ
つ、前記母材と電極間に電圧を印加して発生させるプラ
ズマによって母材の裏面を加熱するレーザ溶接装置にお
いて、レーザビームが前記電極の一ヶ所に照射され続け
ないように、前記電極を回転させる手段と、レーザビー
ムの照射を受けない上記電極上の位置で、レーザビーム
による前記電極表面のスパッタを除去する手段とを具備
することを特徴とするレーザ溶接装置。
に溶接するレーザ溶接で、レーザビーム入射側から見て
母材の裏側に配置した電極にレーザビームを照射しつ
つ、前記母材と電極間に電圧を印加して発生させるプラ
ズマによって母材の裏面を加熱するレーザ溶接装置にお
いて、レーザビームが前記電極の一ヶ所に照射され続け
ないように、前記電極を回転させる手段と、レーザビー
ムの照射を受けない上記電極上の位置で、レーザビーム
による前記電極表面のスパッタを除去する手段とを具備
することを特徴とするレーザ溶接装置。
【００１０】（６）前記電極が円盤状で、円盤の中心以
外の点がレーザビーム照射位置となることを特徴とする
前記（５）に記載のレーザ溶接装置。 （７）前記電極を冷却する手段をさらに具備することを
特徴とする前記（５）または（６）に記載のレーザ溶接
装置。 （８）プラズマ作動ガスとして純Ａｒを供給する手段を
さらに具備することを特徴とする前記（５）〜（７）の
いずれかに記載のレーザ溶接装置。
外の点がレーザビーム照射位置となることを特徴とする
前記（５）に記載のレーザ溶接装置。 （７）前記電極を冷却する手段をさらに具備することを
特徴とする前記（５）または（６）に記載のレーザ溶接
装置。 （８）プラズマ作動ガスとして純Ａｒを供給する手段を
さらに具備することを特徴とする前記（５）〜（７）の
いずれかに記載のレーザ溶接装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明によるレーザ溶接装置を用
いて、本発明のレーザ溶接方法により鋼板の突合せ溶接
を行う一例を図１に示す。２枚の鋼板、鋼板１と鋼板２
をレーザビーム３を用いて溶接する際、突合せ溶接部下
方に電極４（この例では円盤状）を配置し、母材２，３
と電極４との間に、プラズマ作動ガス５（純Ａｒが好ま
しい、純度は一般に入手可能な９９．９９％程度で良
い）を供給しつつ、電源６により電圧を印加し、プラズ
マ７を発生させる。この際、電極４を回転させ、レーザ
ビーム３の照射位置を電極４の回転中心以外に選べば、
電極４の回転によりレーザビーム３が電極４の１カ所に
照射され続けないので、レーザビーム３が当たっていな
い位置に電極表面に付着するスパッタを除去するための
除去装置８（ブラシや砥石など）を常に接触させること
により、プラズマ７によるスパッタを除去し、電極表面
を溶接中常に清浄化することが可能となる。
いて、本発明のレーザ溶接方法により鋼板の突合せ溶接
を行う一例を図１に示す。２枚の鋼板、鋼板１と鋼板２
をレーザビーム３を用いて溶接する際、突合せ溶接部下
方に電極４（この例では円盤状）を配置し、母材２，３
と電極４との間に、プラズマ作動ガス５（純Ａｒが好ま
しい、純度は一般に入手可能な９９．９９％程度で良
い）を供給しつつ、電源６により電圧を印加し、プラズ
マ７を発生させる。この際、電極４を回転させ、レーザ
ビーム３の照射位置を電極４の回転中心以外に選べば、
電極４の回転によりレーザビーム３が電極４の１カ所に
照射され続けないので、レーザビーム３が当たっていな
い位置に電極表面に付着するスパッタを除去するための
除去装置８（ブラシや砥石など）を常に接触させること
により、プラズマ７によるスパッタを除去し、電極表面
を溶接中常に清浄化することが可能となる。
【００１２】電極４の形状およびスパッタ除去装置の配
置は、図２（ａ）〜（ｃ）などの形状が考えられる。電
極形状は円盤状にするのが簡便で回転にも都合が良い。
レーザビーム３の照射による電極４の損傷を低減させる
ため、電極４の材質は銅または銅合金にすることが好ま
しく、さらに好ましくは電極を冷却することが好まし
い。冷却は空気を吹き付けて空冷しても良いし、装置構
成上可能であれば、電極内に冷却水を通して水冷しても
良い。
置は、図２（ａ）〜（ｃ）などの形状が考えられる。電
極形状は円盤状にするのが簡便で回転にも都合が良い。
レーザビーム３の照射による電極４の損傷を低減させる
ため、電極４の材質は銅または銅合金にすることが好ま
しく、さらに好ましくは電極を冷却することが好まし
い。冷却は空気を吹き付けて空冷しても良いし、装置構
成上可能であれば、電極内に冷却水を通して水冷しても
良い。
【００１３】プラズマ７を安定して発生させるには、電
極４上のレーザビーム照射点の接線速度が、溶接速度と
ほぼ等しくなるように、電極の回転速度を調節すること
が好ましい。溶接される鋼板の裏側に接する車輪状のも
のに電極を直結しておけば、鋼板の移動に伴い電極を回
転させることが可能で、電極回転速度の自由度は狭くな
るが、電極回転のために新たな動力を必要としないので
装置構成を単純化できる。
極４上のレーザビーム照射点の接線速度が、溶接速度と
ほぼ等しくなるように、電極の回転速度を調節すること
が好ましい。溶接される鋼板の裏側に接する車輪状のも
のに電極を直結しておけば、鋼板の移動に伴い電極を回
転させることが可能で、電極回転速度の自由度は狭くな
るが、電極回転のために新たな動力を必要としないので
装置構成を単純化できる。
【００１４】なお、シングルモードのレーザビームを用
いる場合は、母材表面にオーバーフォーカスにするほう
が、表面ビード形状およびプラズマ制御の容易性から好
ましい。
いる場合は、母材表面にオーバーフォーカスにするほう
が、表面ビード形状およびプラズマ制御の容易性から好
ましい。
【００１５】
【実施例】板厚１．４ｍｍと０．７ｍｍの突合せ溶接を
５ｋＷのＣＯ2 レーザを用いて行った。レーザビームを
レンズ（焦点距離１０インチ）で１．４ｍｍの鋼材の表
面エッジにフォーカスさせ、両板の裏面レベルをあわせ
て、突合せギャップ量が０．１５ｍｍ、溶接速度が５ｍ
／ｍｉｎ、給電量が２５Ｖ×４０Ａ、プラズマ作動ガス
が純Ａｒ（純度９９．９９％）で、かつ、流量が２０ｌ
／ｍｉｎで溶接した場合について、電極に平板を用いた
場合と、本発明の電極（径４０ｍｍ×幅３ｍｍ）＋スパ
ッタ除去装置（金属ブラシ）での、電極の寿命を比較し
た結果を表１に示す。
５ｋＷのＣＯ2 レーザを用いて行った。レーザビームを
レンズ（焦点距離１０インチ）で１．４ｍｍの鋼材の表
面エッジにフォーカスさせ、両板の裏面レベルをあわせ
て、突合せギャップ量が０．１５ｍｍ、溶接速度が５ｍ
／ｍｉｎ、給電量が２５Ｖ×４０Ａ、プラズマ作動ガス
が純Ａｒ（純度９９．９９％）で、かつ、流量が２０ｌ
／ｍｉｎで溶接した場合について、電極に平板を用いた
場合と、本発明の電極（径４０ｍｍ×幅３ｍｍ）＋スパ
ッタ除去装置（金属ブラシ）での、電極の寿命を比較し
た結果を表１に示す。
【００１６】従来の平板形状をした鉄製電極よりも、銅
製電極を使用するにことにより電極の寿命は向上するこ
とは既に報告されているが、本発明のように電極の回転
とスパッタ除去機構を追加することにより、電極寿命が
飛躍的に向上している。
製電極を使用するにことにより電極の寿命は向上するこ
とは既に報告されているが、本発明のように電極の回転
とスパッタ除去機構を追加することにより、電極寿命が
飛躍的に向上している。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【発明の効果】本発明により、裏ビード確保のためにレ
ーザビーム裏側にプラズマを発生させるレーザ溶接にお
いて、スパッタを除去し電極表面を溶接中常に清浄に保
てるために、電極寿命を飛躍的に向上させ、電極の劣化
による溶接部の品質低下を防止し、均質・高品質な溶接
部を実現可能としたばかりでなく、長時間連続して安定
な溶接を可能としたので、溶接効率も飛躍的に向上させ
ることができた。したがって、本発明は、工業的に極め
て価値の高い発明であるといえる。
ーザビーム裏側にプラズマを発生させるレーザ溶接にお
いて、スパッタを除去し電極表面を溶接中常に清浄に保
てるために、電極寿命を飛躍的に向上させ、電極の劣化
による溶接部の品質低下を防止し、均質・高品質な溶接
部を実現可能としたばかりでなく、長時間連続して安定
な溶接を可能としたので、溶接効率も飛躍的に向上させ
ることができた。したがって、本発明は、工業的に極め
て価値の高い発明であるといえる。
【図１】図１は、本発明によるレーザ溶接を行う一例を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明による電極形状
の例を示す図であり、（ａ）円盤外周照射型、（ｂ）円
盤板面照射型、（ｃ）ベルト外周照射型をそれぞれ示し
ている。
の例を示す図であり、（ａ）円盤外周照射型、（ｂ）円
盤板面照射型、（ｃ）ベルト外周照射型をそれぞれ示し
ている。
１…鋼板 ２…鋼板 ３…レーザビーム ４…電極 ５…プラズマ作動ガス ６…電源 ７…プラズマ ８…スパッタ除去装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立田 修 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 昭58−184085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−232079（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−22273（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 B23K 26/14
Claims (8)
- 【請求項１】 レーザビームが母材を貫通するように溶
接するレーザ溶接方法であって、レーザビーム入射側か
ら見て母材の裏側に配置した電極にレーザビームを照射
しつつ、前記母材と電極間に電圧を印加して発生させる
プラズマによって母材の裏面を加熱するレーザ溶接方法
において、 レーザビームが前記電極の一ヶ所に照射され続けないよ
うに前記電極を回転させつつ、レーザビームの照射を受
けない上記電極上の位置で、レーザビームによる前記電
極表面のスパッタを除去しながら溶接を行うことを特徴
とするレーザ溶接方法。 - 【請求項２】 前記電極が円盤状で、円盤の中心以外の
点がレーザビーム照射位置となることを特徴とする請求
項１に記載のレーザ溶接方法。 - 【請求項３】 前記電極を冷却しながら溶接を行うこと
を特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接方
法。 - 【請求項４】 プラズマ作動ガスとして純Ａｒを供給し
ながら溶接を行うことを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載のレーザ溶接方法。 - 【請求項５】 レーザビームが母材を貫通するように溶
接するレーザ溶接で、レーザビーム入射側から見て母材
の裏側に配置した電極にレーザビームを照射しつつ、前
記母材と電極間に電圧を印加して発生させるプラズマに
よって母材の裏面を加熱するレーザ溶接装置において、 レーザビームが前記電極の一ヶ所に照射され続けないよ
うに、前記電極を回転させる手段と、レーザビームの照
射を受けない上記電極上の位置で、レーザビームによる
前記電極表面のスパッタを除去する手段とを具備するこ
とを特徴とするレーザ溶接装置。 - 【請求項６】 前記電極が円盤状で、円盤の中心以外の
点がレーザビーム照射位置となることを特徴とする請求
項５に記載のレーザ溶接装置。 - 【請求項７】 前記電極を冷却する手段をさらに具備す
ることを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ溶
接装置。 - 【請求項８】 プラズマ作動ガスとして純Ａｒを供給す
る手段をさらに具備することを特徴とする請求項５〜７
のいずれかに記載のレーザ溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02114698A JP3212551B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | レーザ溶接方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02114698A JP3212551B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | レーザ溶接方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11221688A JPH11221688A (ja) | 1999-08-17 |
| JP3212551B2 true JP3212551B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=12046771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02114698A Expired - Fee Related JP3212551B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | レーザ溶接方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3212551B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE1024529B1 (fr) * | 2016-09-02 | 2018-04-03 | Centre de Recherches Metallurgiques asbl- Centrum Voor Research in de Metallurgie vzw | Méthode et dispositif pour augmenter la sensibilité de la mesure en ligne de la propreté de surface des bandes d'acier |
-
1998
- 1998-02-02 JP JP02114698A patent/JP3212551B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11221688A (ja) | 1999-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3762676B2 (ja) | ワークの溶接方法 | |
| US8884183B2 (en) | Welding process and a welding arrangement | |
| JP2009518189A (ja) | レーザー回転アークハイブリッド溶接装置およびその方法 | |
| JP6216111B2 (ja) | 溶接システム、溶接プロセス及び溶接物品 | |
| JP2013534185A (ja) | Ｍｉｇ／ｍａｇトーチをｔｉｇトーチと組み合わせて使用するアーク溶接装置及び方法 | |
| JP3767369B2 (ja) | 薄鋼板の重ね溶接方法及び溶接結合薄鋼板 | |
| CN110087811B (zh) | 热接合处理之后的采用阴极清洁的清洁工件的方法和装置 | |
| US20080206586A1 (en) | Penetration welding method of t-type joint and penetration welding structure of t-type joint | |
| JP3212551B2 (ja) | レーザ溶接方法および装置 | |
| JP2007090397A (ja) | 重ね隅肉溶接方法 | |
| JP2002346777A (ja) | レーザ・アーク併用溶接方法 | |
| CN105618933B (zh) | 一种高效高质的激光‑微弧等离子复合焊接方法 | |
| JP2008055479A (ja) | 金属板の突合せ接合方法および接合金属板 | |
| CN116786983A (zh) | 超声-激光同步复合连续缝焊设备和方法 | |
| JP3591630B2 (ja) | レーザ−アーク複合溶接方法および溶接装置 | |
| JP2004130360A (ja) | レーザー溶接方法およびレーザー溶接装置 | |
| JPH10225782A (ja) | レーザとアークによる複合溶接方法 | |
| JP2001246485A (ja) | レーザ・アーク複合溶接装置 | |
| JP2002178176A (ja) | 突合わせ溶接方法及び溶接結合薄鋼板 | |
| CN112207443A (zh) | 激光电弧复合焊接装置 | |
| JP2006110565A (ja) | レーザ溶接方法 | |
| JP3767359B2 (ja) | 突合わせ溶接方法及び溶接結合薄鋼板 | |
| JPH02268991A (ja) | 亜鉛メッキ鋼板のレーザ溶接方法 | |
| JP2004195528A (ja) | マグネシウム又はマグネシウム合金のレーザ照射アーク溶接方法 | |
| JP3290627B2 (ja) | 電圧印加型レーザ溶接方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010612 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |