JP3290627B2 - 電圧印加型レーザ溶接方法 - Google Patents
電圧印加型レーザ溶接方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】自動車、家電などの用途に供
される鋼板のレーザ溶接技術に関する。
される鋼板のレーザ溶接技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にレーザ溶接における溶接ビ−ドの
断面形状は、表面側が広く、裏面側が狭くなったワイン
カップ状を呈しており、裏ビード幅が表ビードと比べて
非常に狭くなることが特徴である。このように裏側のビ
ードが狭いために、レーザ溶接をする際、溶接部におい
てレーザビームの貫通する間隙は母材の板厚の１０％程
度より広く取れず、溶接の際に母材を精度よく保持して
おくことが非常に困難であった。この問題を解決するた
めの、これまでの技術としては、溶接部の直下にレー
ザの反射板をおき、反射光を利用して、裏ビ−ド幅を増
大させる。溶接部裏側からＴＩＧ電極によって加熱を
する。溶接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、例え
ば特開平５−２９３６８３号公報に開示された方法など
が開発されている。
断面形状は、表面側が広く、裏面側が狭くなったワイン
カップ状を呈しており、裏ビード幅が表ビードと比べて
非常に狭くなることが特徴である。このように裏側のビ
ードが狭いために、レーザ溶接をする際、溶接部におい
てレーザビームの貫通する間隙は母材の板厚の１０％程
度より広く取れず、溶接の際に母材を精度よく保持して
おくことが非常に困難であった。この問題を解決するた
めの、これまでの技術としては、溶接部の直下にレー
ザの反射板をおき、反射光を利用して、裏ビ−ド幅を増
大させる。溶接部裏側からＴＩＧ電極によって加熱を
する。溶接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、例え
ば特開平５−２９３６８３号公報に開示された方法など
が開発されている。
【０００３】これらの方法は、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−ド幅も広が
るためにより確実な溶接が実現できるだけでなく、レー
ザ溶接時の母材間の間隙を広く取れるので、間隙の精度
規制を緩和できるという利点がある。
れるために、裏面の溶融量が増大し、裏ビ−ド幅も広が
るためにより確実な溶接が実現できるだけでなく、レー
ザ溶接時の母材間の間隙を広く取れるので、間隙の精度
規制を緩和できるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各従来法には以下のような問題点があった。すなわち、
の反射を利用する場合は、母材と反射板の距離は３ｍ
ｍ以内であること、裏ビ−ド幅の拡大の効果が認められ
る溶接速度の限界が低速（３ｍ／ｍｉｎ程度）であるこ
と、反射板へのスプラッシュの付着があり反射板の寿命
が短いことなどの問題がある。
各従来法には以下のような問題点があった。すなわち、
の反射を利用する場合は、母材と反射板の距離は３ｍ
ｍ以内であること、裏ビ−ド幅の拡大の効果が認められ
る溶接速度の限界が低速（３ｍ／ｍｉｎ程度）であるこ
と、反射板へのスプラッシュの付着があり反射板の寿命
が短いことなどの問題がある。
【０００５】のＴＩＧ電極を使用する場合は、ＴＩＧ
電極の寿命が短いこと、溶接速度が低い（１ｍ／ｍｉｎ
程度）ことが問題である。の電圧を印加する場合は、
母材と電極の間の大気（酸素と窒素の混合ガス）が電離
しにくく、シールドガスにＡｒを使用する程度ではプラ
ズマの発生が安定しないことが大きな問題であるが、さ
らに、印加する電圧を高くすると、ア−ク発生時の瞬間
の発熱量が大きく過加熱になること、レーザの貫通能力
に対してプラズマが過大であると溶接部が過加熱されて
ビ−ド形状が不良になること（特に薄板の溶接時）など
に問題がある。
電極の寿命が短いこと、溶接速度が低い（１ｍ／ｍｉｎ
程度）ことが問題である。の電圧を印加する場合は、
母材と電極の間の大気（酸素と窒素の混合ガス）が電離
しにくく、シールドガスにＡｒを使用する程度ではプラ
ズマの発生が安定しないことが大きな問題であるが、さ
らに、印加する電圧を高くすると、ア−ク発生時の瞬間
の発熱量が大きく過加熱になること、レーザの貫通能力
に対してプラズマが過大であると溶接部が過加熱されて
ビ−ド形状が不良になること（特に薄板の溶接時）など
に問題がある。
【０００６】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ために、特にの場合のプラズマを安定化し、裏ビード
幅を拡大して確実な溶接を可能とするとともに、レーザ
溶接時の母材間の間隙の精度規制の緩和や、溶接速度の
高速化を目的とする。
ために、特にの場合のプラズマを安定化し、裏ビード
幅を拡大して確実な溶接を可能とするとともに、レーザ
溶接時の母材間の間隙の精度規制の緩和や、溶接速度の
高速化を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明者らは大気と比べ
て、ＡｒやＨｅガスのほうがプラズマ化するために必要
なエネルギ−が低いことに着眼し、これらのガスをプラ
ズマ作動ガスとして利用し、併せて実用化を踏まえた付
随事項を見出し、本発明に至った。その要旨とするとこ
ろは次の通りである。
て、ＡｒやＨｅガスのほうがプラズマ化するために必要
なエネルギ−が低いことに着眼し、これらのガスをプラ
ズマ作動ガスとして利用し、併せて実用化を踏まえた付
随事項を見出し、本発明に至った。その要旨とするとこ
ろは次の通りである。
【０００８】（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
裏面を加熱する電圧印加型レーザ溶接方法において、プ
ラズマ作動ガス供給管より、前記母材の裏面と前記電極
の間に、Ａｒを９０体積％以上含有するプラズマ作動ガ
スを供給しながら溶接を行うことを特徴とする電圧印加
型レーザ溶接方法。
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
裏面を加熱する電圧印加型レーザ溶接方法において、プ
ラズマ作動ガス供給管より、前記母材の裏面と前記電極
の間に、Ａｒを９０体積％以上含有するプラズマ作動ガ
スを供給しながら溶接を行うことを特徴とする電圧印加
型レーザ溶接方法。
【０００９】（２）前記プラズマ作動ガスがＨｅの混合
率が３０〜８０体積％のＡｒ／Ｈｅ混合ガスであること
を特徴とする前記（１）に記載の電圧印加型レーザ溶接
方法。 （３）レーザビームの貫通する間隙が、母材の平均板厚
の２０％以下であることを特徴とする前記（１）または
（２）に記載の電圧印加型レーザ溶接方法。 （４）母材と同電位にある導電体の中で溶接部裏面が電
極に最も近く、かつ、電極と溶接部裏面との距離が３〜
１０ｍｍであることを特徴とする前記（１）〜（３）の
いずれかに記載の電圧印加型レーザ溶接方法。
率が３０〜８０体積％のＡｒ／Ｈｅ混合ガスであること
を特徴とする前記（１）に記載の電圧印加型レーザ溶接
方法。 （３）レーザビームの貫通する間隙が、母材の平均板厚
の２０％以下であることを特徴とする前記（１）または
（２）に記載の電圧印加型レーザ溶接方法。 （４）母材と同電位にある導電体の中で溶接部裏面が電
極に最も近く、かつ、電極と溶接部裏面との距離が３〜
１０ｍｍであることを特徴とする前記（１）〜（３）の
いずれかに記載の電圧印加型レーザ溶接方法。
【００１０】（５） 電圧を印加する電源が定電流型の
電源であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいず
れかに記載の電圧印加型レーザ溶接方法。 （６） 前記電極が銅または銅合金であることを特徴と
する前記（１）〜（５）のいずれかに記載の電圧印加型
レーザ溶接方法。
電源であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいず
れかに記載の電圧印加型レーザ溶接方法。 （６） 前記電極が銅または銅合金であることを特徴と
する前記（１）〜（５）のいずれかに記載の電圧印加型
レーザ溶接方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の溶接方法を突合せレーザ
溶接に適用する場合の一例を図１に示す。同一の板厚１
である母材２と母材３を突合せてレーザビーム４を用い
て溶接する際には、通常突合せ溶接部５に、レーザビー
ム４の貫通する間隙６がある。従来方法においては通常
この間隙６は板厚１の１０％未満である。この時母材Ａ
２と母材３を支持台７上に固定し、突合せ溶接部裏面の
下方に、幅８の電極９を、突合せ溶接部／電極の距離１
０が、溶接部と同電位である支持台７と電極９との距離
１１よりも短くなるように配置する。そして、プラズマ
作動ガス供給管１３より、突合せ部５と電極９との間に
プラズマ作動ガス１３を供給し、かつ、この間に電源１
４により電圧を印加する。この際、電極９と支持台７は
絶縁体１５で絶縁する必要がある。
溶接に適用する場合の一例を図１に示す。同一の板厚１
である母材２と母材３を突合せてレーザビーム４を用い
て溶接する際には、通常突合せ溶接部５に、レーザビー
ム４の貫通する間隙６がある。従来方法においては通常
この間隙６は板厚１の１０％未満である。この時母材Ａ
２と母材３を支持台７上に固定し、突合せ溶接部裏面の
下方に、幅８の電極９を、突合せ溶接部／電極の距離１
０が、溶接部と同電位である支持台７と電極９との距離
１１よりも短くなるように配置する。そして、プラズマ
作動ガス供給管１３より、突合せ部５と電極９との間に
プラズマ作動ガス１３を供給し、かつ、この間に電源１
４により電圧を印加する。この際、電極９と支持台７は
絶縁体１５で絶縁する必要がある。
【００１２】この電圧を印加した状態でレーザ溶接を行
うと、鋼材２、３の裏面のレーザビーム貫通部にレーザ
誘起プラズマ１６が発生し、かつ電極９表面のレーザ照
射部位が昇温し、プラズマ発生のための極１７になりや
すくなる（熱電子放出能あるいは電圧降下ロス分の低
減）。ここでレーザ誘起プラズマ１６と極１７との間に
電圧印加されているため、この間にプラズマ１８が生成
する。このプラズマ１８によって突合せ溶接部裏面を加
熱して、裏ビ−ド幅の拡大が可能となる。
うと、鋼材２、３の裏面のレーザビーム貫通部にレーザ
誘起プラズマ１６が発生し、かつ電極９表面のレーザ照
射部位が昇温し、プラズマ発生のための極１７になりや
すくなる（熱電子放出能あるいは電圧降下ロス分の低
減）。ここでレーザ誘起プラズマ１６と極１７との間に
電圧印加されているため、この間にプラズマ１８が生成
する。このプラズマ１８によって突合せ溶接部裏面を加
熱して、裏ビ−ド幅の拡大が可能となる。
【００１３】プラズマ作動ガス１３にＡｒを９０体積％
以上を含有するガスを用いるのは、ガスがプラズマ化す
るために必要なエネルギーが少なく、大気、酸素、窒素
と比べてプラズマを安定して発生させるためである。Ａ
ｒが９０体積％未満ではプラズマの発生が著しく不安定
になる。
以上を含有するガスを用いるのは、ガスがプラズマ化す
るために必要なエネルギーが少なく、大気、酸素、窒素
と比べてプラズマを安定して発生させるためである。Ａ
ｒが９０体積％未満ではプラズマの発生が著しく不安定
になる。
【００１４】特に、板厚が１ｍｍ以下の鋼材に対して
は、印加する入熱が１ｋＷ以下と低いこと、およびガス
のコストを抑えるため、純Ａｒを用いることが好まし
い。純Ａｒは、一般に入手可能な９９．９９％程度の純
度のもので良い。また、プラズマ動作ガスから鋼材への
熱伝達係数を大きくし、鋼材裏面のみならず板厚方向全
体におけるビード幅を効率よく拡大する目的で、Ａｒ／
Ｈｅ混合ガスを用いるのも良い、この場合Ｈｅの混合率
は、全体の３０〜８０体積％とするのが好ましい。この
理由は、３０体積％以上混合しないと熱伝達係数を大き
くする効果が十分に現れなく、８０％を超えて混合する
と、ＨｅはＡｒに比較してプラズマ発生に要するエネル
ギーが大きいため、プラズマが不安定になるからであ
る。レーザビーム４の貫通する間隙６を平均板厚の２０
％以下にするのが好ましい。その理由は、間隙６を母材
２、３の平均板厚の２０％より大きくすると、溶接部５
の厚みを平均板厚の８０％以上に確保することが困難に
なり、溶接部５の機械的特性を鋼材２、３の特性よりも
劣化する可能性があるためである。
は、印加する入熱が１ｋＷ以下と低いこと、およびガス
のコストを抑えるため、純Ａｒを用いることが好まし
い。純Ａｒは、一般に入手可能な９９．９９％程度の純
度のもので良い。また、プラズマ動作ガスから鋼材への
熱伝達係数を大きくし、鋼材裏面のみならず板厚方向全
体におけるビード幅を効率よく拡大する目的で、Ａｒ／
Ｈｅ混合ガスを用いるのも良い、この場合Ｈｅの混合率
は、全体の３０〜８０体積％とするのが好ましい。この
理由は、３０体積％以上混合しないと熱伝達係数を大き
くする効果が十分に現れなく、８０％を超えて混合する
と、ＨｅはＡｒに比較してプラズマ発生に要するエネル
ギーが大きいため、プラズマが不安定になるからであ
る。レーザビーム４の貫通する間隙６を平均板厚の２０
％以下にするのが好ましい。その理由は、間隙６を母材
２、３の平均板厚の２０％より大きくすると、溶接部５
の厚みを平均板厚の８０％以上に確保することが困難に
なり、溶接部５の機械的特性を鋼材２、３の特性よりも
劣化する可能性があるためである。
【００１５】突合せ溶接部５と電極９との距離１０は、
プラズマ１８を安定して発生させるために１０ｍｍ以下
にすることが好ましい。一方、距離１０を３ｍｍ未満に
すると、スプラッシュにより電極９の寿命が極端に短く
なる上に、ガス供給管１２など他の部品配置に困難を生
ずるので３ｍｍ以上とすることが好ましい。ただし、当
然ながら電極９から鋼材２、３と同電位にある導電体
（本実施例では支持台７）までの距離（同じく距離１
１）が、電極９と突合せ溶接部５との距離１０以下であ
る場合、プラズマ１８はこの同電位部と電極９との間で
発生し、裏ビ−ドの加熱に有効とならないので、電極９
から溶接部５までの距離は、溶接される鋼材２、３と同
電位にあるすべての箇所よりも短くする必要がある。
プラズマ１８を安定して発生させるために１０ｍｍ以下
にすることが好ましい。一方、距離１０を３ｍｍ未満に
すると、スプラッシュにより電極９の寿命が極端に短く
なる上に、ガス供給管１２など他の部品配置に困難を生
ずるので３ｍｍ以上とすることが好ましい。ただし、当
然ながら電極９から鋼材２、３と同電位にある導電体
（本実施例では支持台７）までの距離（同じく距離１
１）が、電極９と突合せ溶接部５との距離１０以下であ
る場合、プラズマ１８はこの同電位部と電極９との間で
発生し、裏ビ−ドの加熱に有効とならないので、電極９
から溶接部５までの距離は、溶接される鋼材２、３と同
電位にあるすべての箇所よりも短くする必要がある。
【００１６】本発明において鋼材２、３と電極９との距
離１０を変化させながら溶接を行うことは困難である。
従って、鋼材２、３と電極９との距離１０を固定してい
ても電圧を変化でき、プラズマ１８の発生状態を制御で
きるほうが装置的な利便性が高い。そのため、給電する
ための電源は電圧変化の可能な定電流電源のほうが良
い。
離１０を変化させながら溶接を行うことは困難である。
従って、鋼材２、３と電極９との距離１０を固定してい
ても電圧を変化でき、プラズマ１８の発生状態を制御で
きるほうが装置的な利便性が高い。そのため、給電する
ための電源は電圧変化の可能な定電流電源のほうが良
い。
【００１７】電極９の材質は、スパッタなどによる電極
表面の劣化を低減する観点から銅または銅合金が好まし
い。また、電極９の幅が３ｍｍを超えると、電極側での
プラズマ発生点が不安定になりやすいため、電極９の幅
は３ｍｍ以下にすることが、さらに好ましい。なお、電
圧印加による入熱量が多いと過加熱によりハンピング
が、また、少ない場合は加熱量不足により、裏面のビ−
ド幅の拡大が図れない。そのため、給電量は、裏面のビ
ードを拡大させるために１５Ａ以上に、また、ハンピン
グが発生しないために５０Ａ以下にする必要がある。
表面の劣化を低減する観点から銅または銅合金が好まし
い。また、電極９の幅が３ｍｍを超えると、電極側での
プラズマ発生点が不安定になりやすいため、電極９の幅
は３ｍｍ以下にすることが、さらに好ましい。なお、電
圧印加による入熱量が多いと過加熱によりハンピング
が、また、少ない場合は加熱量不足により、裏面のビ−
ド幅の拡大が図れない。そのため、給電量は、裏面のビ
ードを拡大させるために１５Ａ以上に、また、ハンピン
グが発生しないために５０Ａ以下にする必要がある。
【００１８】本発明は、上記説明した突合せ溶接のみな
らず、従来のレーザ溶接で、レーザビーム貫通した裏側
に、溶接部にプラズマが有効に働くような電極の配置さ
え可能であれば、重ね合せ溶接や隅肉溶接など他の溶接
にも適用可能である。また、突合せ溶接においては、同
一板厚同士の溶接に限らず、板厚の異なる鋼材を溶接す
る際も、本発明の方法によれば、従来の溶接法に比べ、
ビ−ド形状の平滑化が可能となるので、溶接部の強度特
性や疲労特性を向上させることができる。
らず、従来のレーザ溶接で、レーザビーム貫通した裏側
に、溶接部にプラズマが有効に働くような電極の配置さ
え可能であれば、重ね合せ溶接や隅肉溶接など他の溶接
にも適用可能である。また、突合せ溶接においては、同
一板厚同士の溶接に限らず、板厚の異なる鋼材を溶接す
る際も、本発明の方法によれば、従来の溶接法に比べ、
ビ−ド形状の平滑化が可能となるので、溶接部の強度特
性や疲労特性を向上させることができる。
【００１９】
【実施例】（実施例１）板厚０．８ｍｍの軟鋼の突合せ
溶接をＣＯ2 レーザを用いて従来方法および本発明で行
った場合の差を比較した。この時の電極と溶接部の距離
は５ｍｍ、プラズマガスには純Ａｒ（純度９９．９９
％）を、電極には幅２ｍｍタフピッチ銅を使用してい
る。レーザ照射条件は出力５ｋＷ（実行率８０％）、シ
ングルモ−ドのレーザ光を焦点距離１０インチで、鋼材
表面にフォ−カスして溶接を行い、シ−ルドガスはＡｒ
（１５ｌ／ｍｉｎ）を用いた。
溶接をＣＯ2 レーザを用いて従来方法および本発明で行
った場合の差を比較した。この時の電極と溶接部の距離
は５ｍｍ、プラズマガスには純Ａｒ（純度９９．９９
％）を、電極には幅２ｍｍタフピッチ銅を使用してい
る。レーザ照射条件は出力５ｋＷ（実行率８０％）、シ
ングルモ−ドのレーザ光を焦点距離１０インチで、鋼材
表面にフォ−カスして溶接を行い、シ−ルドガスはＡｒ
（１５ｌ／ｍｉｎ）を用いた。
【００２０】表１にその結果を示すように、従来レーザ
溶接（５ｋＷ、ＣＯ2 ）では突合せ溶接部の母材間の間
隙の限界は１０％程度、溶接速度は５ｍ／ｍｉｎ程度あ
った。これを超える間隙や速度の場合、裏ビ−ド幅が確
保できなかった。また、反射板や単に電圧を印加する従
来法でも、板厚が０．８ｍｍの薄板溶接に求められる間
隙幅の緩和や溶接の高速化は達成できなかった。
溶接（５ｋＷ、ＣＯ2 ）では突合せ溶接部の母材間の間
隙の限界は１０％程度、溶接速度は５ｍ／ｍｉｎ程度あ
った。これを超える間隙や速度の場合、裏ビ−ド幅が確
保できなかった。また、反射板や単に電圧を印加する従
来法でも、板厚が０．８ｍｍの薄板溶接に求められる間
隙幅の緩和や溶接の高速化は達成できなかった。
【００２１】一方、本発明では、プラズマを安定して発
生できるＡｒをプラズマ作動ガスとして用いることによ
り、従来法では、突合せ溶接部の間隙を十分に狭くしな
ければならなかったものが、平均板厚の２０％程度にま
で緩和され、溶接速度が７ｍ／ｍｉｎと高速化された
０．８ｍｍ鋼材の突合せ溶接が可能となった。
生できるＡｒをプラズマ作動ガスとして用いることによ
り、従来法では、突合せ溶接部の間隙を十分に狭くしな
ければならなかったものが、平均板厚の２０％程度にま
で緩和され、溶接速度が７ｍ／ｍｉｎと高速化された
０．８ｍｍ鋼材の突合せ溶接が可能となった。
【００２２】
【表１】
【００２３】（実施例２）板厚３．２ｍｍの軟鋼をＣＯ
2 レーザを用いて従来方法および本発明で行った場合の
差を比較した。この時の電極と溶接部の距離は３ｍｍ、
電極にはタフピッチ銅を使用した。レーザ照射条件は、
出力＝５ｋＷ、ビームのモード＝シングルモード、焦点
距離＝１０インチ、フォーカス度＝鋼材の表面、溶接速
度＝３．５ｍ／ｍｉｎとした。結果を表２に示す。
2 レーザを用いて従来方法および本発明で行った場合の
差を比較した。この時の電極と溶接部の距離は３ｍｍ、
電極にはタフピッチ銅を使用した。レーザ照射条件は、
出力＝５ｋＷ、ビームのモード＝シングルモード、焦点
距離＝１０インチ、フォーカス度＝鋼材の表面、溶接速
度＝３．５ｍ／ｍｉｎとした。結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】このように電圧を印加することによって、
裏面ビード幅は拡大するが、プラズマ作動ガスとしては
Ａｒを供給することにより、裏面ビード幅は大きく増大
する。またこのガスにＨｅを添加すると裏面ビードだけ
でなく、ビード中央部の幅も増大する。従って、間隙精
度の緩和や高速溶接に適したレーザ溶接方法といえる。 （実施例３）板厚３．２ｍｍ、２．０ｍｍ、０．８ｍｍ
の軟鋼をＣＯ2 レーザを用いて従来方法および本発明で
行った場合の差を比較した。この時の電極と溶接部の距
離は３ｍｍ、電極にはタフピッチ銅を使用した。レーザ
照射条件は、出力＝５ｋＷ、ビームのモード＝シングル
モード、焦点距離＝１０インチ、フォーカス度＝鋼材の
表面、シールドガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）、プラズ
マ作動ガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）とした。結果を表
３に示す。
裏面ビード幅は拡大するが、プラズマ作動ガスとしては
Ａｒを供給することにより、裏面ビード幅は大きく増大
する。またこのガスにＨｅを添加すると裏面ビードだけ
でなく、ビード中央部の幅も増大する。従って、間隙精
度の緩和や高速溶接に適したレーザ溶接方法といえる。 （実施例３）板厚３．２ｍｍ、２．０ｍｍ、０．８ｍｍ
の軟鋼をＣＯ2 レーザを用いて従来方法および本発明で
行った場合の差を比較した。この時の電極と溶接部の距
離は３ｍｍ、電極にはタフピッチ銅を使用した。レーザ
照射条件は、出力＝５ｋＷ、ビームのモード＝シングル
モード、焦点距離＝１０インチ、フォーカス度＝鋼材の
表面、シールドガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）、プラズ
マ作動ガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）とした。結果を表
３に示す。
【００２６】
【表３】
【００２７】本発明のレーザ溶接方法は、溶接する鋼材
の板厚によらず効果が得られている。 （実施例４）板厚３．２ｍｍ、２．０ｍｍの軟鋼をＣＯ
2 レーザを用いて従来方法および本発明で行った場合の
差を比較した。この時の電極と溶接部の距離は３ｍｍ、
電極にはタフピッチ銅を使用した。レーザ照射条件は、
出力＝５ｋＷ、ビームのモード＝シングルモード、焦点
距離＝１０インチ、フォーカス度＝鋼材２の表面より−
１ｍｍ、シールドガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）、プラ
ズマ作動ガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）とした。結果を
表４に示す。
の板厚によらず効果が得られている。 （実施例４）板厚３．２ｍｍ、２．０ｍｍの軟鋼をＣＯ
2 レーザを用いて従来方法および本発明で行った場合の
差を比較した。この時の電極と溶接部の距離は３ｍｍ、
電極にはタフピッチ銅を使用した。レーザ照射条件は、
出力＝５ｋＷ、ビームのモード＝シングルモード、焦点
距離＝１０インチ、フォーカス度＝鋼材２の表面より−
１ｍｍ、シールドガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）、プラ
ズマ作動ガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）とした。結果を
表４に示す。
【００２８】
【表４】
【００２９】溶接する双方の鋼板に板厚差がある場合の
溶接速度や突合せ間隙量の上限値は、両板厚の平均板厚
の鋼板を溶接する場合を目安に決定すればよいこともこ
の実施例からわかる。 （実施例５）板厚２．０ｍｍ、０．８ｍｍの軟鋼をＣＯ
2 レーザを用いて従来方法および本発明で行った場合の
差を比較した。この時の電極と溶接部の距離は３ｍｍ、
電極にはタフピッチ銅を使用した。レーザ照射条件は、
出力＝５ｋＷ、ビームのモード＝シングルモード、焦点
距離＝１０インチ、フォーカス度＝鋼材２の表面より−
０．５ｍｍ、シールドガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）、
プラズマ作動ガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）とした。結
果を表５に示す。
溶接速度や突合せ間隙量の上限値は、両板厚の平均板厚
の鋼板を溶接する場合を目安に決定すればよいこともこ
の実施例からわかる。 （実施例５）板厚２．０ｍｍ、０．８ｍｍの軟鋼をＣＯ
2 レーザを用いて従来方法および本発明で行った場合の
差を比較した。この時の電極と溶接部の距離は３ｍｍ、
電極にはタフピッチ銅を使用した。レーザ照射条件は、
出力＝５ｋＷ、ビームのモード＝シングルモード、焦点
距離＝１０インチ、フォーカス度＝鋼材２の表面より−
０．５ｍｍ、シールドガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）、
プラズマ作動ガス＝Ａｒ（２０ｌ／ｍｉｎ）とした。結
果を表５に示す。
【００３０】
【表５】
【００３１】板厚２．０ｍｍ、０．８ｍｍの組み合わせ
でも、実施例４と同様に、本発明の方法では良好なビー
ド形状が得られ、異なる板厚の鋼板を溶接する場合にも
効果的に適用できることがわかる。
でも、実施例４と同様に、本発明の方法では良好なビー
ド形状が得られ、異なる板厚の鋼板を溶接する場合にも
効果的に適用できることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】本発明により、レーザ溶接時の溶接部の
裏ビードの幅が確保できるために確実なレーザ溶接が実
現できる。また、同一出力のレーザを使用した従来法に
比較して、機械的特性を保ちつつ、間隙精度の緩和、溶
接速度の高速化を実現し、効率的な連続溶接方法を提供
する。従って本発明は工業的価値の極めて高い発明であ
る。
裏ビードの幅が確保できるために確実なレーザ溶接が実
現できる。また、同一出力のレーザを使用した従来法に
比較して、機械的特性を保ちつつ、間隙精度の緩和、溶
接速度の高速化を実現し、効率的な連続溶接方法を提供
する。従って本発明は工業的価値の極めて高い発明であ
る。
【図１】図１は、本発明の電圧印加型レーザ溶接方法の
一例を示す概略図である。
一例を示す概略図である。
１…板厚 ２…母材 ３…母材 ４…レーザビーム ５…突合せ溶接部 ６…間隙 ７…鋼材の支持台 ８…電極幅 ９…電極 １０…突合せ溶接部／電極の距離 １１…支持台／電極の距離 １２…プラズマ作動ガス供給管 １３…プラズマ作動ガス １４…電源 １５…絶縁体 １６…レーザ誘起プラズマ １７…極 １８…プラズマ
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 平５−293683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−184085（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−276290（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−232079（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−234782（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 B23K 26/12 B23K 26/14 H05H 1/48
Claims (6)
- 【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
を加熱する電圧印加型レーザ溶接方法において、プラズマ作動ガス供給管より、 前記母材の裏面と前記電
極の間に、Ａｒを９０体積％以上含有するプラズマ作動
ガスを供給しながら溶接を行うことを特徴とする電圧印
加型レーザ溶接方法。 - 【請求項２】 前記プラズマ作動ガスがＨｅの混合率が
３０〜８０体積％のＡｒ／Ｈｅ混合ガスであることを特
徴とする請求項１に記載の電圧印加型レーザ溶接方法。 - 【請求項３】 レーザビームの貫通する間隙が、母材の
平均板厚の２０％以下であることを特徴とする請求項１
または２に記載の電圧印加型レーザ溶接方法。 - 【請求項４】 母材と同電位にある導電体の中で溶接部
裏面が電極に最も近く、かつ、電極と溶接部裏面との距
離が３〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３
のいずれかに記載の電圧印加型レーザ溶接方法。 - 【請求項５】 電圧を印加する電源が定電流型の電源で
あることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
電圧印加型レーザ溶接方法。 - 【請求項６】 前記電極が銅または銅合金であることを
特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電圧印加型
レーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12105698A JP3290627B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-04-30 | 電圧印加型レーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-21114 | 1998-02-02 | ||
| JP2111498 | 1998-02-02 | ||
| JP12105698A JP3290627B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-04-30 | 電圧印加型レーザ溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11277262A JPH11277262A (ja) | 1999-10-12 |
| JP3290627B2 true JP3290627B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=26358137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12105698A Expired - Fee Related JP3290627B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-04-30 | 電圧印加型レーザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3290627B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111946574B (zh) * | 2020-07-07 | 2022-02-15 | 华中科技大学 | 一种激光诱导射频放电等离子体推进器 |
-
1998
- 1998-04-30 JP JP12105698A patent/JP3290627B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11277262A (ja) | 1999-10-12 |
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