JP3716583B2 - 高炭素鋼のレーザ溶接方法 - Google Patents
高炭素鋼のレーザ溶接方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3716583B2 JP3716583B2 JP31049397A JP31049397A JP3716583B2 JP 3716583 B2 JP3716583 B2 JP 3716583B2 JP 31049397 A JP31049397 A JP 31049397A JP 31049397 A JP31049397 A JP 31049397A JP 3716583 B2 JP3716583 B2 JP 3716583B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- content
- laser welding
- welding
- filler
- weld metal
- 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
Images
Classifications
-
- 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
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、0.6重量%以上のCを含む高炭素鋼板のレーザ溶接において、ブローホール、ピットなどの欠陥のない継手を得る溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
0.6重量%以上のCを含む高炭素鋼板のレーザ溶接においては、鋼中のCと大気中に含まれる酸素との反応により、COあるいはCO2 ガスが発生し、このガスの発生量が多い場合は、ガスが溶接中の溶融金属から放出される際に、溶融金属がスパッタとして飛散し、ピットと呼ばれる開口状の欠陥が生じる。また、ガスの発生量が比較的少ない場合においても、溶接金属の凝固時にガスが溶接部に内包され、ブローホールと呼ばれる空孔状の欠陥が生じる。
【0003】
レーザ溶接の場合、熱源とするレーザビームの集光点におけるエネルギー密度が非常に高く、レーザビーム直下の溶融金属は局所的に極めて高温に加熱されるため、鋼中Cの反応によるガス発生はレーザ照射条件の調整等では避け難い。特に、高出力のレーザビームを用いて完全溶け込みのキーホール溶接を行う場合は、レーザ溶接中に表裏からキーホールを通じて外気が混入し易くなるため、ガス発生が促進され欠陥発生が顕著となる。
【0004】
この問題を解決するために、従来、特開平8−215870号公報に開示されているように、溶接中に溶融プール表面に不活性ガスを吹付けて保護するとともに、裏当て金からも不活性ガスを流し裏面を保護するという方法が用いられている。この方法によれば、溶接中溶融金属内に外気が混入するのを防ぐことができ、鋼中Cの反応によるガス発生を抑制し、ブローホールのない溶接を行うことができる。
【0005】
しかしながら、この方法では、裏面側に保護ガスを流すことが可能な大がかりな機構の裏当て金が必要となり、レーザ溶接の特徴である自由度の高い溶接施工が制限されることになる上、高価な不活性ガスを大量に消費することとなりコストアップを招くことになる。また、特に高出力、あるいは集光性の高いレーザビームを用いて高速溶接を行う場合などに、不活性ガスによる溶融プールの保護が効果的に行われない場合も考えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題を解決するべく、高炭素鋼のレーザ溶接において適切なフィラー材添加を行い、溶融金属中のC量を制限することによって、溶融金属中のガス発生を抑制し、ピットやブローホールなどの溶融欠陥のない健全な溶接継手を得ることが可能な溶接方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明における高炭素鋼のレーザ溶接方法は、0.6重量%以上のCを含む鋼板のレーザ溶接を行うにあたり、次式で表わされる溶接金属中のC含有量が0.55重量%以下となるようにワイヤ状、箔状あるいは粉末状のフィラー材を添加することにより、鋼中Cの反応によるガス発生を抑制し、ピットやブローホールなどの溶接欠陥の発生を防止するものである。
【0008】
CWM=CBase×(D/100)+CFiller×{1−(D/100)}
CWM:溶接金属中のC含有量(重量%)
CBase:母材のC含有量(重量%)
CFiller:フィラーワイヤのC含有量(重量%)
D:希釈率(溶接金属中の母材溶融率)(%)
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の詳細を述べる。
C含有量0.6重量%以上の高炭素鋼板のレーザ溶接において、ピット、ブローホールと呼ばれる開口状及び空孔状の欠陥が発生するのは、溶接中に鋼中Cと大気中の酸素が反応し、COあるいはCO2 ガスが発生するためである。即ち、鋼中Cと酸素の反応を抑制することにより欠陥の防止が可能となる。
【0010】
この鋼中Cと酸素の反応を抑制する手法としては、溶接中に溶融部を不活性ガスあるいは非酸化性ガスで保護する方法が従来から開発されていたが、発明者等は母材よりもC含有量が低いフィラー材を添加し、溶融金属中のC濃度を低下させることが有効であることを見出した。
この溶融金属中のC濃度を低下させる手法は、保護ガスによる方法よりも溶接速度等の溶接条件の影響を受けにくく、安定した欠陥防止効果が得られるという利点がある。また、裏面側に裏当て金を設置して裏面にも保護ガスを流す方法に比べると、追加設備が簡便であるとともに、被溶接材の拘束に対する自由度が高く、さらにガスの消費が少なくランニングコストが抑えられるという利点がある。
【0011】
発明者等は、このフィラー材の添加による欠陥防止方法について検討を重ねた結果、
CWM=CBase×(D/100)+CFiller×{1−(D/100)}
CWM:溶接金属中のC含有量(重量%)
CBase:母材のC含有量(重量%)
CFiller:フィラーワイヤのC含有量(重量%)
D:希釈率(溶接金属中の母材溶融率)(%)
で求められる溶融金属中のC量を0.55重量%以下とすることにより、ピット、ブローホールなどの溶接欠陥のないレーザ溶接を行うことが可能となることを知見するに至った。
【0012】
希釈率Dは、溶接金属の量に対する溶接金属中に溶け込んだ母材(被溶接材)の量の比で表わされ、図1に示す溶接部の溶接方向と直交する断面の断面図で説明すると、溶接金属2の断面積(母材1の溶融部分(図中A、A’)の面積とフィラー材の溶融部分(図中B)の面積との合計量)に対する、母材1の溶融部分(図中A、A’)の断面積の比率である。つまり、
希釈率D={(A+A’)/(A+A’+B)}×100(%)
で表わされる。
【0013】
溶融金属のC濃度をフィラー材の添加により臨界濃度すなわち0.55重量%以下に低下させることにより、鋼中Cと外気から混入する酸素の反応が抑制され、高出力のレーザキーホール溶接においても、特別な保護ガスの供給を必要とせず、保護ガスによる外気の遮蔽が不十分であってもCO及びCO2 ガスの発生を防ぐことが可能となる。
【0014】
C濃度が0.6重量%未満である鋼板を溶接する際に、フィラー材を添加せずにレーザ溶接を行ってもCOやCO2 の発生にともなう欠陥は発生しない。この場合、溶接金属中のC濃度は被溶接材のC濃度とほぼ同一となると考えられ、溶接金属中のC含有量は0.6重量%未満の値であると考えられる。しかしながら、C濃度が0.6重量%以上の鋼板をフィラー材を添加してレーザ溶接する場合は、溶接金属中のC濃度を0.55重量%以下まで低減しなければ前記欠陥の発生を防止できない。この理由は、溶接金属内でC含有量が0.6重量%以上の被溶接材とフィラー材との混合が不均一となるため、溶接金属全体の平均としてのC含有量が0.6重量%未満であっても、部分的にC含有量の高い部分が生じて、この部分からのCOやCO2 の発生が多くなるためと考えられる。
【0015】
本発明法におけるフィラー材の添加は、低炭素鋼のワイヤによる添加が最も一般的で汎用性が高いといえるが、粉末状のものを用いたり、箔あるいは薄板を突き合わせ面に予めインサートしても用いても、溶接金属中のC量が前述の適正範囲にある限り同等の効果が得られる。
実施例−1
次に本発明の実施例を示す。供試材および溶接条件は以下の通りとし、突合わせギャップ量およびフィラーワイヤ添加量を種々変化させて突合わせ溶接を行った。
【0016】
母材(被溶接材):工具鋼SK4(板厚4mm、C含有量0.95重量%)、
工具鋼SK7(板厚4mm、C含有量0.63重量%)
レーザ出力:5kW、溶接速度:1〜2m/min
シールドガス:He(40リットル/min)
集光光学系:放物面鏡(焦点距離:10インチ)
焦点位置:±0mm(鋼板表面)
突合わせギャップ:0〜0.5mm
フィラーワイヤ:極低炭素鋼(線径0.9mm、C含有量0.005重量%)
ワイヤ供給速度:2〜8m/min
溶接部は、ビード外観観察によるピット(ビード表面に観察される穴状の欠陥)の有無とX線透過試験で検出されたブローホール(ビードに内在する空孔状欠陥)の個数によって評価した。
【0017】
溶接部の希釈率は、溶接後のビード断面を観察し、図1を用いて説明した前述の定義に従い実測を行って求めた。
試験結果を表1に示す。溶接金属中C含有量は、
CWM=CBase×(D/100)+CFiller×{1−(D/100)}
を用いて計算し、ブローホール個数はX線透過像で確認できる溶接長さ100mmあたりの個数とした。
【0018】
【表1】
【0019】
No.1〜5およびNo.11〜12は本発明の実施例であり、突合わせギャップを広めに設定したり、極低炭素鋼のフィラーワイヤの添加を多くすることによって、溶接金属中のC含有量を0.55重量%以下としたため、ビット及びブローホールのない健全な溶接部が得られた。なお、実施例3は、ワイヤを添加して溶接を行ったのではなく、フィラーワイヤと同組織の薄板(厚さ0.5mm)を予め突き合わせ面間に挟んでおいて溶接したものである。
【0020】
一方、No.6〜10では、フィラーワイヤの添加が十分でなく、溶接金属中のC含有量が0.55重量%を越えたため、ピット、ブローホールが溶接部に発生した。特にワイヤを添加しなかったNo.10では、ビード全線にわたって連続的にピットが発生するという結果になった。また、No.13およびNo.14についても、フィラーワイヤの添加が十分でなく、ピットは発生していないもののブローホールの発生が認められた。
【0021】
実施例−2
実施例−1と同様、レーザ装置、シールドガスを用い、突合わせギャップ量を一定とし、以下に示すフィラーワイヤ(a)又は(b)を用いて、母材SK7(板厚4mm、C含有量0.63重量%)の突合溶接を行い、ピット及びブローホール発生状態を検出した。結果を表2に示した。
【0022】
(a)極低炭素鋼(線径0.9mm、C含有量0.005重量%)
(b)低炭素鋼(線径0.9mm、C含有量0.12重量%、JIS YGW−12相当)
表2から溶接金属中のC含有量を0.55重量%以下に抑える条件下でピット及びブローホールのない優れた溶接部を形成することができたことが明らかである。
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明に従って、0.6重量%以上のCを含む鋼板のレーザ溶接において、次式で表わされる溶接金属中のC含有量が、0.55重量%以下となるようにフィラーワイヤを添加することによって、特殊なガスシールドを必要としないで、ビットやブローホールのない健全な溶接を行うことが可能となる。
【0025】
また、フィラー材としてワイヤの代わりに箔、板状のインサート材を用いたり、粉末を供給してレーザ溶接を行っても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】レーザ溶接部の模式断面図である。
【符号の説明】
1 母材
2 溶接金属
Claims (2)
- 0.6重量%以上のCを含む鋼板のレーザ溶接を行うにあたり、次式で表わされる溶接金属中のC含有量が0.55重量%以下となるようにフィラーワイヤを添加することを特徴とする高炭素鋼のレーザ溶接方法。
CWM=CBase×(D/100)+CFiller×{1−(D/100)}
CWM:溶接金属中のC含有量(重量%)
CBase:母材のC含有量(重量%)
CFiller:フィラーワイヤのC含有量(重量%)
D:希釈率(溶接金属中の母材溶融率)(%) - 前記フィラーワイヤの代わりに箔、板状のインサート材を突合せあるいは重ね合わせ面間に挟持し、あるいは粉末を供給してレーザ溶接を行うことを特徴とする請求項1記載の高炭素鋼のレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31049397A JP3716583B2 (ja) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | 高炭素鋼のレーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31049397A JP3716583B2 (ja) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | 高炭素鋼のレーザ溶接方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11147191A JPH11147191A (ja) | 1999-06-02 |
JP3716583B2 true JP3716583B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=18005899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31049397A Expired - Fee Related JP3716583B2 (ja) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | 高炭素鋼のレーザ溶接方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3716583B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2942143B1 (en) | 2014-05-09 | 2017-03-15 | Gestamp HardTech AB | Methods for joining two blanks and blanks and products obtained |
DE102020216163A1 (de) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Sms Group Gmbh | Stumpfstoßlasertiefschweißverfahren |
-
1997
- 1997-11-12 JP JP31049397A patent/JP3716583B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11147191A (ja) | 1999-06-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2008754A1 (en) | Shield gas for hybrid welding and method of hybrid welding using the same | |
Ancona et al. | Comparison of two different nozzles for laser beam welding of AA5083 aluminium alloy | |
JPWO2007026493A1 (ja) | ハイブリッド溶接用シールドガスおよび該ガスを用いた溶接方法 | |
CN113967789A (zh) | 一种铝硅涂层钢的激光拼焊方法 | |
Mazar Atabaki et al. | Hybrid laser/arc welding of thick high-strength steel in different configurations | |
JP3767375B2 (ja) | 亜鉛系めっき鋼板の重ね溶接方法及び溶接結合薄板 | |
JP5416422B2 (ja) | レーザ・アーク複合溶接法 | |
JP3716583B2 (ja) | 高炭素鋼のレーザ溶接方法 | |
JP2003290950A (ja) | 高張力鋼板のレーザ溶接方法 | |
Lee et al. | Optimization of gas shielding for the vacuum laser beam welding of Ti–6Al–4 V titanium alloy | |
JP3767350B2 (ja) | 亜鉛めっき鋼板の溶接方法 | |
JP2007090397A (ja) | 重ね隅肉溶接方法 | |
US20060175309A1 (en) | Laser beam welding method | |
JPH0919778A (ja) | 溶融金属が裏面に露出しないアルミニウム合金のレーザ溶接方法 | |
Leong et al. | Laser welding of aluminum alloys | |
US20060231533A1 (en) | Laser beam welding method | |
JP2006231363A (ja) | 鋼板のレーザ切断法 | |
JP2004130360A (ja) | レーザー溶接方法およびレーザー溶接装置 | |
Willgoss et al. | Laser welding of steels for power plant | |
JPH06285657A (ja) | レーザー溶接方法 | |
JP3205449B2 (ja) | レーザー溶接用フィラワイヤ | |
Han et al. | Laser-MIG hybrid welding of aluminium alloy extrusions for high-speed trains: effects of gap width on microstructure and properties | |
JP2812772B2 (ja) | レーザによる溶接方法 | |
JP2006075847A (ja) | レーザとアークのハイブリッド溶接方法 | |
JPH09314368A (ja) | レーザービームを用いた炭素鋼の溶接方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050725 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050809 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050822 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080909 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090909 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090909 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100909 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100909 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110909 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110909 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120909 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120909 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130909 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |