JP3326245B2 - レーザービームにより金属シートを突合せ溶接する方法及びその装置 - Google Patents
レーザービームにより金属シートを突合せ溶接する方法及びその装置Info
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- JP3326245B2 JP3326245B2 JP19355493A JP19355493A JP3326245B2 JP 3326245 B2 JP3326245 B2 JP 3326245B2 JP 19355493 A JP19355493 A JP 19355493A JP 19355493 A JP19355493 A JP 19355493A JP 3326245 B2 JP3326245 B2 JP 3326245B2
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
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- B23K26/26—Seam welding of rectilinear seams
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- Optics & Photonics (AREA)
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザービームにより金
属シートを突合せ溶接する方法と装置を提供することを
目的とする。
属シートを突合せ溶接する方法と装置を提供することを
目的とする。
【０００２】
【従来の技術】レーザービームによる金属シートの突合
せ溶接は、溶接すべき金属シートの精度、形状及び位置
の非常に厳しい要件を必要とする。
せ溶接は、溶接すべき金属シートの精度、形状及び位置
の非常に厳しい要件を必要とする。
【０００３】実際上、溶接継目の品質は、金属シートの
位置及び金属シート間の接合面の領域における接触状態
の精度の度合いに大きく依存する。
位置及び金属シート間の接合面の領域における接触状態
の精度の度合いに大きく依存する。
【０００４】溶接すべき金属シート間の接合面の領域で
の接触状態が悪い場合、即ち、金属シート間の間隔が大
き過ぎる場合には、接合面が不連続となりかつ孔が発生
する可能性がある。
の接触状態が悪い場合、即ち、金属シート間の間隔が大
き過ぎる場合には、接合面が不連続となりかつ孔が発生
する可能性がある。
【０００５】更に、接合面の領域での金属シートの間隔
が部分的に大き過ぎた場合でも溶接継目がある範囲で破
損する。
が部分的に大き過ぎた場合でも溶接継目がある範囲で破
損する。
【０００６】かかる場合面の破損は、それがある限度を
越えなければ許容できる。
越えなければ許容できる。
【０００７】従って、例えば自動車工業界において規定
される標準では、溶接継目の破損の総量即ち金属シート
の上部及び下部の破損の累積量は、板厚が１ｍｍ以下の
金属シートに対して、板厚が薄い方の金属シートの厚さ
の２０％を越えないことが要求される。
される標準では、溶接継目の破損の総量即ち金属シート
の上部及び下部の破損の累積量は、板厚が１ｍｍ以下の
金属シートに対して、板厚が薄い方の金属シートの厚さ
の２０％を越えないことが要求される。
【０００８】同様に、１ｍｍ以上の板厚の金属シートに
対して、溶接継目の破損の総量は薄い方の金属シートの
板厚の１０％を越えてはならない。
対して、溶接継目の破損の総量は薄い方の金属シートの
板厚の１０％を越えてはならない。
【０００９】不連続的な継手又は大きな破損部を有する
継手が発生する危険性を制限するため、金属シートの剪
断加工の質が近年改善されて切断縁の起伏が制限され、
かつ金属シート間の間隙をより良好に制御するため、金
属シートの相互接触が改善されている。
継手が発生する危険性を制限するため、金属シートの剪
断加工の質が近年改善されて切断縁の起伏が制限され、
かつ金属シート間の間隙をより良好に制御するため、金
属シートの相互接触が改善されている。
【００１０】しかしながら、良好な結果を得るために
は、非常に正確で高価な剪断加工を施すこと又は同じブ
レードを使用して同時に二つの継ぎ合わされるシート状
の金属片を切断することを可能とする二重剪断を使用す
ることが必要である。他にレーザービームにより溶接さ
れるシート状の金属片を準備する段階に解決すべき点が
ある。
は、非常に正確で高価な剪断加工を施すこと又は同じブ
レードを使用して同時に二つの継ぎ合わされるシート状
の金属片を切断することを可能とする二重剪断を使用す
ることが必要である。他にレーザービームにより溶接さ
れるシート状の金属片を準備する段階に解決すべき点が
ある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明はレーザービー
ムにより金属シートを突合せ溶接する方法とその装置と
を提供することを目的とする。即ち、金属シートの接合
面の領域での間隙を最小にし標準剪断（Ｓｔａｎｄａｒ
ｄ Ｓｈｅａｒ）と呼ばれる方法により金属シートを別
個に剪断した場合でも良質の溶接継目を得るようにする
ことを目的とする。
ムにより金属シートを突合せ溶接する方法とその装置と
を提供することを目的とする。即ち、金属シートの接合
面の領域での間隙を最小にし標準剪断（Ｓｔａｎｄａｒ
ｄ Ｓｈｅａｒ）と呼ばれる方法により金属シートを別
個に剪断した場合でも良質の溶接継目を得るようにする
ことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はレーザービームにより金属シートを突合せ
溶接する方法において、金属シートの接合面の方向に向
う横方向圧力を溶接しようとする金属シートに作用させ
て、前記金属シート間の接触圧力が、接合面の領域の任
意の点で、低い方の弾性限度を有する金属シートの弾性
限度の０．０５倍と最小の座屈圧力を有する金属シート
の座屈圧力との間にあるようにし、溶接継目がレーザー
ビームにより前記金属シートの局部的な熔融を発生して
溶接継目が接合面の領域に形成されるように構成されて
いる。
め、本発明はレーザービームにより金属シートを突合せ
溶接する方法において、金属シートの接合面の方向に向
う横方向圧力を溶接しようとする金属シートに作用させ
て、前記金属シート間の接触圧力が、接合面の領域の任
意の点で、低い方の弾性限度を有する金属シートの弾性
限度の０．０５倍と最小の座屈圧力を有する金属シート
の座屈圧力との間にあるようにし、溶接継目がレーザー
ビームにより前記金属シートの局部的な熔融を発生して
溶接継目が接合面の領域に形成されるように構成されて
いる。
【００１３】本発明はその他に以下の特徴を有する。即
ち、 一 金属シート間の接触圧力がその金属シートの接合面
の両端部に作用する点により当該接触圧力を変化させる
ことが可能であること、 ― 金属シート間の圧力が、間隔が最小又はゼロである
点での値よりも、間隔が大きい接合面の点でより大きい
値となること、 一 金属シート間の接触圧力が、金属シートの接合面の
両端付近で最小値であり、かつその接合面の中央付近で
最大値であること、 一 最小圧力が低い弾性限度を有する方の金属シートの
弾性限度の０．０５倍に等しく、最大圧力が最小の座屈
応力を有する方の金属シートの座屈応力に等しいこと、
である。
ち、 一 金属シート間の接触圧力がその金属シートの接合面
の両端部に作用する点により当該接触圧力を変化させる
ことが可能であること、 ― 金属シート間の圧力が、間隔が最小又はゼロである
点での値よりも、間隔が大きい接合面の点でより大きい
値となること、 一 金属シート間の接触圧力が、金属シートの接合面の
両端付近で最小値であり、かつその接合面の中央付近で
最大値であること、 一 最小圧力が低い弾性限度を有する方の金属シートの
弾性限度の０．０５倍に等しく、最大圧力が最小の座屈
応力を有する方の金属シートの座屈応力に等しいこと、
である。
【００１４】本発明は、更に、上述の方法を実施する、
レーザービームにより金属シートを突合せ溶接する装置
であって、溶接すべき金属シートの接合面に向けて横方
向圧力をかける手段を備えて構成されている。
レーザービームにより金属シートを突合せ溶接する装置
であって、溶接すべき金属シートの接合面に向けて横方
向圧力をかける手段を備えて構成されている。
【００１５】
【実施例】本発明の方法は、図示しないレーザービーム
により少くとも２枚の金属シート１および２の端部と端
部を溶接する手段を有している。
により少くとも２枚の金属シート１および２の端部と端
部を溶接する手段を有している。
【００１６】この方法は、溶接すべき金属シート１及び
２に前記金属シートの接合面３に向けて横方向の圧力Ｆ
を作用させる段階を有している。ここで、接合面３の領
域の接触している側部の面４及び５に作用する接触圧力
Ｐは、０．０５ＲｅとＰｆの間にあり、Ｒｅは低い弾性
限度を有する方の金属シート１又は２の弾性限度であ
り、Ｒｆは最小の限界座屈応力を有する方の金属シート
１又は２の限界座屈応力である。
２に前記金属シートの接合面３に向けて横方向の圧力Ｆ
を作用させる段階を有している。ここで、接合面３の領
域の接触している側部の面４及び５に作用する接触圧力
Ｐは、０．０５ＲｅとＰｆの間にあり、Ｒｅは低い弾性
限度を有する方の金属シート１又は２の弾性限度であ
り、Ｒｆは最小の限界座屈応力を有する方の金属シート
１又は２の限界座屈応力である。
【００１７】実際、金属シート１及び２に作用する横方
向の圧力Ｆが低すぎて、接触圧力Ｐが限界値の０．０５
Ｒｅに達する場合には、接合面３の領域の金属シート１
及び２間の接触は、溶接後、十分に溶接された継目を得
るのに満足のいく品質を確保できないものとなる。
向の圧力Ｆが低すぎて、接触圧力Ｐが限界値の０．０５
Ｒｅに達する場合には、接合面３の領域の金属シート１
及び２間の接触は、溶接後、十分に溶接された継目を得
るのに満足のいく品質を確保できないものとなる。
【００１８】同様に力Ｆが大きすぎると、２つの金属シ
ート１及び２間の接触圧力Ｐは低い方の限界座屈応力を
有する金属シート１又は２の限界屈圧力よりも大きくな
り、金属シートの座屈が発生し、そして溶接後、溶接継
目が変位して加工することさえ不可能となる。
ート１及び２間の接触圧力Ｐは低い方の限界座屈応力を
有する金属シート１又は２の限界屈圧力よりも大きくな
り、金属シートの座屈が発生し、そして溶接後、溶接継
目が変位して加工することさえ不可能となる。
【００１９】金属シート１及び２の限界座屈応力Ｐｆは
金属シートの機械的特性及びクランプジョーの外側に設
けられた自由長さに依存する。
金属シートの機械的特性及びクランプジョーの外側に設
けられた自由長さに依存する。
【００２０】例えば、１７０メガパスカルに等しい弾性
限度を有する、自動車用低炭素ミルド鋼の０．８ｍｍ厚
の二枚の金属シートを溶接する場合、接合面３の領域に
かかる接触圧力は、８．５メガパスカル＜Ｐ＜１５メガ
パスカルの範囲になければならない。
限度を有する、自動車用低炭素ミルド鋼の０．８ｍｍ厚
の二枚の金属シートを溶接する場合、接合面３の領域に
かかる接触圧力は、８．５メガパスカル＜Ｐ＜１５メガ
パスカルの範囲になければならない。
【００２１】本発明の溶接方法は当該金属シートの接合
面３の方向に向けられた横方向圧力Ｆを金属シート１及
び２に作用させるように構成されている。接合面３の領
域で金属シート１及び２の間の接触圧力は、接合面３の
両端部６及び７に対して作用する点に依存して変化させ
ることができる。
面３の方向に向けられた横方向圧力Ｆを金属シート１及
び２に作用させるように構成されている。接合面３の領
域で金属シート１及び２の間の接触圧力は、接合面３の
両端部６及び７に対して作用する点に依存して変化させ
ることができる。
【００２２】圧力Ｐの最小値Ｐ1は接合面３の両端部６
及び７付近に作用し、かつ最大値Ｐ2は接合面３（図
２）の中央域に作用する。
及び７付近に作用し、かつ最大値Ｐ2は接合面３（図
２）の中央域に作用する。
【００２３】接合面３の領域における接触圧力Ｐの配分
の限定された場合では、接合面の両端６及び７付近に作
用する最少圧力Ｐ1の値は０．０５Ｒｅに等しく、接合
面３の中央部付近での最大圧力Ｐ2の値はＰｆに等し
い。
の限定された場合では、接合面の両端６及び７付近に作
用する最少圧力Ｐ1の値は０．０５Ｒｅに等しく、接合
面３の中央部付近での最大圧力Ｐ2の値はＰｆに等し
い。
【００２４】接合面３の領域での金属シート１及び２の
間に作用する接触圧力の配分のかかる変化により、これ
らの金属シートの座屈の危険性を最少限にすることが可
能となる。それは、かかる座屈が歪曲により金属シート
の辺縁を介して発生し、金属シートを貯蔵し移送する間
に破損する可能性があるからである。
間に作用する接触圧力の配分のかかる変化により、これ
らの金属シートの座屈の危険性を最少限にすることが可
能となる。それは、かかる座屈が歪曲により金属シート
の辺縁を介して発生し、金属シートを貯蔵し移送する間
に破損する可能性があるからである。
【００２５】加えて、 接触圧力の配分のかかる変化によ
り、 接合面３の全長にわたり一様な金属シート１及び２
間の良質の接触を与えることができる。
り、 接合面３の全長にわたり一様な金属シート１及び２
間の良質の接触を与えることができる。
【００２６】事実、金属シートを剪断する操作により、
剪断された金属シートの中央部領域で応力が解除され
る。
剪断された金属シートの中央部領域で応力が解除され
る。
【００２７】この応力削除により、この領域、即ち剪断
された金属シートの中央部での収縮が発生し、従って、
この領域に顕著な間隙が残る可能性がある。
された金属シートの中央部での収縮が発生し、従って、
この領域に顕著な間隙が残る可能性がある。
【００２８】熔接設備が監視装置を備えている場合に
は、接合面の領域に間隙を大きくした点を設けることが
可能となる。本発明は金属シート１、２の間に圧力Ｐを
作用させるものであり、この圧力Ｐは大きな間隙を有す
る接合面の点おいて、間隙が最少又はゼロである点での
値Ｐ1よりも大きい値Ｐ2を有している。
は、接合面の領域に間隙を大きくした点を設けることが
可能となる。本発明は金属シート１、２の間に圧力Ｐを
作用させるものであり、この圧力Ｐは大きな間隙を有す
る接合面の点おいて、間隙が最少又はゼロである点での
値Ｐ1よりも大きい値Ｐ2を有している。
【００２９】本発明はまた、レーザビームにより金属シ
ートを突合せ溶接する装置に関する。
ートを突合せ溶接する装置に関する。
【００３０】この装置は、溶接すべき金属シート１及び
２の接合面３の方向に向う横方向圧力を作用させる手段
を備えている。
２の接合面３の方向に向う横方向圧力を作用させる手段
を備えている。
【００３１】これらの手段は少なくとも３部材で構成さ
れており、これらは分離してもよく又は分離しないでも
よく、最小接触圧力Ｐ１を接合面３の両端部６及び７の
付近に作用させ、かつ最大接触圧力Ｐ２を当該接合面３
の中央部付近に作用させることができる。
れており、これらは分離してもよく又は分離しないでも
よく、最小接触圧力Ｐ１を接合面３の両端部６及び７の
付近に作用させ、かつ最大接触圧力Ｐ２を当該接合面３
の中央部付近に作用させることができる。
【００３２】図３に示された実施例では、溶接すべき各
金属シート１及び２はパッド１０、１１、１２及び１３
により各金属シート１及び２の上面及び下面と接触した
状態で保持されていて、それぞれパッド１０、１１は金
属シート１の上面及び下面を保持しパッド１２、１３は
金属シート２の上面及び下面を保持している。
金属シート１及び２はパッド１０、１１、１２及び１３
により各金属シート１及び２の上面及び下面と接触した
状態で保持されていて、それぞれパッド１０、１１は金
属シート１の上面及び下面を保持しパッド１２、１３は
金属シート２の上面及び下面を保持している。
【００３３】パッド１０、１１、１２及び１３には垂直
方向の圧力がベアリングローラ１４、１５、１６及び１
７によりそれぞれ作用する。
方向の圧力がベアリングローラ１４、１５、１６及び１
７によりそれぞれ作用する。
【００３４】金属シート１及び２に横方向圧力をかける
手段は、例えば、パッド１０、１１、１２及び１３にそ
れぞれ周りに連結されたシリンダ１８、１９、２０及び
２１で構成される。
手段は、例えば、パッド１０、１１、１２及び１３にそ
れぞれ周りに連結されたシリンダ１８、１９、２０及び
２１で構成される。
【００３５】全体として、溶接装置は一連のパッド１
０、１１、１２及び１３と、それらと共に移動するシリ
ンダ１８、１９、２０及び２１とで構成される。
０、１１、１２及び１３と、それらと共に移動するシリ
ンダ１８、１９、２０及び２１とで構成される。
【００３６】各金属シート１又は２は、図示しないレー
ザービームの方向へ移動する間、少なくとも３セットの
パッドで保持されており、２セットの端部パッドはそれ
らのシリンダにより、接合面３の端部付近に、最小の接
触圧力Ｐ１を得るように調整された力を付勢し、かつ１
セットの中央パッドはそのシリンダにより、接合面３の
中央付近に、最大の接触圧力Ｐ２を得るように調整され
た力を付勢する。
ザービームの方向へ移動する間、少なくとも３セットの
パッドで保持されており、２セットの端部パッドはそれ
らのシリンダにより、接合面３の端部付近に、最小の接
触圧力Ｐ１を得るように調整された力を付勢し、かつ１
セットの中央パッドはそのシリンダにより、接合面３の
中央付近に、最大の接触圧力Ｐ２を得るように調整され
た力を付勢する。
【００３７】本発明による、レーザービームで金属シー
トを突合せ溶接する方法及び装置は、溶接すべき金属シ
ートの端と端との間の間隙を最小限にすることと、金属
シートの溶接後継目の開きを防止することとを可能にす
る。
トを突合せ溶接する方法及び装置は、溶接すべき金属シ
ートの端と端との間の間隙を最小限にすることと、金属
シートの溶接後継目の開きを防止することとを可能にす
る。
【図１】突合せ溶接すべき２枚の金属シートを図解的に
示した斜視図である。
示した斜視図である。
【図２】本発明の方法による、接合面の領域における金
属シート間の接触圧力の分配の一例を示すダイヤグラム
である。
属シート間の接触圧力の分配の一例を示すダイヤグラム
である。
【図３】本発明の溶接装置の実施例を図解的に示す図で
ある。
ある。
１： 金属シート ２： 金属シート ３： 接合面 ４： 側面 ５： 側面 ６： 端部 ７： 端部 １０、１１、１２、１３： パッド １４、１５、１６、１７： ベアリングローラ １８、１９、２０、２１： シリンダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−1093（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200917（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−137685（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−89882（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/26 B23K 37/04
Claims (6)
- 【請求項１】 レーザービームにより金属シート（１、
２）を突合せ溶接する方法であって、金属シート（１、
２）の接合面（３）の方向に向う横方向圧力Ｆを溶接す
べき金属シート（１、２）に付勢し、接合面（３）の領
域の任意の点で、前記金属シート間の接触圧力Ｐが、低
い弾性限度を有する方の金属シート（１又は２）の弾性
限度の０．０５倍と小さい座屈応力を有する方の金属シ
ート（１又は２）の座屈応力Ｐｆとの間の値にあるよう
にし、レーザービームを使って前記金属シート（１、
２）の局部溶接により、溶接継目を接合面（３）の領域
に形成することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記金属シート（１、２）間の接触圧力
Ｐを、前記金属シートの接合面（３）の両端部（６、
７）に対し、付勢される点によって変化させることが可
能であることを特徴とする請求項１記載の溶接方法。 - 【請求項３】 金属シート（１、２）間の圧力Ｐが、大
きな間隙を有する接合面（３）の点において、間隙が最
小又はゼロの点での圧力値Ｐ1よりも大きい圧力値Ｐ2を
有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。 - 【請求項４】 金属シート（１，２）間の接触圧力Ｐが
前記金属シートの接合面（３）の両端部（６、７）付近
で最小値（Ｐ1）を有し、かつ接合面（３）の中央部付
近で最大値（Ｐ2）を有することを特徴とする請求項１
又は２記載の方法。 - 【請求項５】 前記最小圧力（Ｐ1）が、低い弾性限度
を有する方の金属シート（１又は２）の弾性限度Ｒｅの
０．０５倍に等しく、かつ最大圧力（Ｐ２を有する方の
金属シート（１又は２）の弾性限度Ｒｅの０．０５倍に
等しく、かつ最大圧力（Ｐ2）が、小さい座屈応力を有
する方の金属シート（１又は２）の座屈応力（Ｐ1）に
等しいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の方
法を具体化する、レーザービームにより金属シート
（１、２）を突合せ溶接する装置であって、前記金属シ
ート（１、２）に横方向圧力を作用させる手段（１８、
１９、２０、２１）を備え、この圧力は溶接すべき前記
金属シートの接合面（３）の方向へ向けられることを特
徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9209669A FR2694513B1 (fr) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | Procédé et dispositif de soudage bord à bord de tôles au moyen d'un faisceau laser. |
| FR9209669 | 1992-08-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06155084A JPH06155084A (ja) | 1994-06-03 |
| JP3326245B2 true JP3326245B2 (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=9432606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19355493A Expired - Fee Related JP3326245B2 (ja) | 1992-08-04 | 1993-08-04 | レーザービームにより金属シートを突合せ溶接する方法及びその装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5399834A (ja) |
| EP (1) | EP0583181B1 (ja) |
| JP (1) | JP3326245B2 (ja) |
| AT (1) | ATE158737T1 (ja) |
| CA (1) | CA2101091C (ja) |
| DE (1) | DE69314268T2 (ja) |
| ES (1) | ES2108840T3 (ja) |
| FR (1) | FR2694513B1 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1256688B (it) * | 1992-03-04 | 1995-12-12 | Lara Consultants Srl | Procedimento per la realizzazione di manufatti strutturali mediante, lavorazioni combinate di taglio e saldatura, apparecchiatura per l'esecuzione di tale procedimento e manufatti cosi' ottenuti |
| FR2704471B1 (fr) * | 1993-04-28 | 1995-07-21 | Lorraine Laminage | Installation de positionnement bord à bord et de soudage au moyen d'un faisceau laser d'au moins deux flans de tôle. |
| FR2727342A1 (fr) * | 1994-11-28 | 1996-05-31 | Lorraine Laminage | Dispositif de guidage et de transfert d'au moins deux flans de tole prealablement accostes bord a bord, notamment dans une installation de soudage |
| FR2732630B1 (fr) * | 1995-04-04 | 1997-06-20 | Lorraine Laminage | Procede de soudage bord a bord de deux flans metalliques |
| CA2167111A1 (en) * | 1996-01-12 | 1997-07-13 | Bob Bishop | Method and apparatus for butt welding together sheet blanks |
| JP4211083B2 (ja) * | 1998-04-27 | 2009-01-21 | 日産自動車株式会社 | 突き合せ溶接方法及び装置 |
| JP6077329B2 (ja) * | 2013-02-19 | 2017-02-08 | 株式会社Ｊｓｏｌ | 溶接変形の計算システム及び計算プログラム |
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