JP4036588B2 - レーザ溶接方法 - Google Patents
レーザ溶接方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4036588B2 JP4036588B2 JP32040999A JP32040999A JP4036588B2 JP 4036588 B2 JP4036588 B2 JP 4036588B2 JP 32040999 A JP32040999 A JP 32040999A JP 32040999 A JP32040999 A JP 32040999A JP 4036588 B2 JP4036588 B2 JP 4036588B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- laser welding
- welding
- laser
- welded
- 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
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 57
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 15
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 14
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 14
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼材等を接合するレーザ溶接方法、特に溶接金属内の気孔発生の防止に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高速溶接や深溶込み溶接として一般的に用いられているレーザ溶接方法は、レーザ発振装置によって発生したレーザビームを溶接トーチに導き、溶接トーチ内の集光レンズで集光して被溶接材に照射し、照射したビームエネルギで被溶接材７を加熱，溶融して接合する方法である。この被溶接材に照射されるレーザビームは集光レンズで細く絞られているため、アーク溶接の１０００倍以上の高エネルギ密度を有し、被溶接材にレーザビームを照射すると表面で激しい蒸発が生じ、その蒸気反力として被溶接材の表面に穴ができる。この穴に入ったレーザビームの反射損失は小さくなり、穴は次第に深くなり、深溶込みの溶接ができる。このレーザ溶接を行なうときに、溶接部の酸化防止や集光レンズ等にスパッタなどの飛散物が付着することを防止するために、溶接トーチの先端のノズルからシールドガスを噴出している。このシールドガスとしては不活性ガスであるアルゴンガスやヘリウムガスが一般的に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常、レーザ溶接法ではアルゴンガスやヘリウムガスをシールドガスに使用し、添加材などは使用せず被溶接材のみを溶融する。また、レーザ溶接方法は電子ビーム溶接方法と同様に非常にエネルギ密度が高い溶接方法であり、溶込み幅が狭く、溶込み深さも深い。しかし、溶込みが深いことや凝固速度が速いなどの原因から溶接金属中に気孔を発生する。例えば不活性ガスとしてアルゴンガス１００％をシールドガスに使用し、板厚１２ｍｍの軟鋼板にレーザ溶接を行なった結果、図５に示すように、溶接部９に複数の気孔１０が生じた。
【０００４】
この発明はかかる短所を改善し、溶込みが深くなるとともに気孔の発生を防止し、良質な溶接部を得ることができるレーザ溶接法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザ溶接方法は、シールドガスとして不活性ガスに炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスを用いることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明のレーザ溶接方法はシールドガスとして不活性ガスに炭酸ガスを容積比で９０％混合したガスを使用してレーザ溶接を行ない、溶融金属のレーザビームの吸収率を向上させて溶融金属の流動性を増し、気孔の発生を大幅に減少させるとともに溶込みを深くする。
【０００７】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例のレーザ溶接装置の構成図である。図に示すように、レーザ溶接装置は、レーザ発振装置１によって発生したレーザビーム２をレンズ３やミラー４で溶接トーチ５に導き、溶接トーチ５内の集光レンズ６で集光して被溶接材７に照射し、照射したビームエネルギで被溶接材７を加熱，溶融して接合する。このレーザ溶接を行なうときに、不活性ガスに炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスをシールドガスとして溶接トーチ６の先端のノズル８から噴出させる。
【０００８】
このレーザ溶接にシールドガスとして不活性ガスに炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスを使用する理由について説明する。各種シールドガスを使用してレーザ溶接中における溶融金属内の気孔生成挙動をリアルタイムＸ線透過観察装置により観察した結果、不活性ガスをシールドガスに用いた場合には多くの気泡が発生し、溶接金属中に凝固され気孔（欠陥）となっているのに対し、１００％の炭酸ガスをシールドガスに用いた場合、溶融金属内には気泡及び気孔の発生はほとんど見られないことが確認できた。このように不活性ガスをシールドガスとして使用した場合に溶融金属内に気泡が発生するのは、被溶接材７が溶融して形成されたキーホール先端でのレーザビーム吸収率に乱れが生じ、これにより溶融金属の流動が不規則となり気孔が発生したり、溶込み深さが不安定になると考えらる。そこでアルゴンガス中に炭酸ガスを種々の割合で混合したシールドガスを使用してレーザ溶接を行なった結果、アルゴンガスに炭酸ガスを８０％未満混合したシールドガスを用いると、やはり溶接金属内に気孔が発生し良好な溶接部が得られなかった。一方、炭酸ガスを９５％を超えて混合したシールドガスを使用した場合には、溶接金属中に固溶した酸素により溶接部の靭性が低下した。そしてアルゴンガスに炭酸ガスを８０％〜９５％混合した場合は、溶接金属内に気孔は発生せず、溶接部の靭性も低下せずに良質な溶接部を得ることができた。また不活性ガスとしてヘリウムガスを使用した場合も同様な結果が得られた。
【０００９】
〔具体例１〕 被溶接材７として板厚１２ｍｍの軟鋼板を使用し、レーザ発振装置１としてＹＡＧレーザ発振器を使用し、出力３．５ｋＷのレーザを用い、被溶接材７を移動する方法で、下向姿勢，ビートオンプレート溶接を実施した。被溶接材７の移動速度は５ｍｍ／ｓｅｃで行い、アルゴンガスに炭酸ガスを９５％混合したシールドガスを流量３０Ｌ／ｍｉｎで噴出させた。この溶接後、Ｘ線検査で気孔を観察した結果、溶接部には気孔の発生が見られなかった。また、溶込みを断面マクロ試験片により観察した結果、図２に示すように、気孔の発生がない良質な溶接部９を得ることができた。
【００１０】
〔具体例２〕 被溶接材７として板厚９ｍｍの軟鋼板を使用し、具体例１と同じ条件でアルゴンガスに炭酸ガスを８０％混合したシールドガスを使用してレーザ溶接を行なった結果、図３に示すように、被溶接材７の裏面まで溶融する貫通溶接となった。また、貫通溶接となったことにも起因するが、Ｘ線検査により気孔はほとんど見られないことも確認できた。
【００１１】
〔比較例〕また、被溶接材７として板厚９ｍｍの軟鋼板を使用し、具体例２と同じ条件でシールドガスとしてアルゴンガス１００％を使用してレーザ溶接を行なった結果、図４に示すように、部分溶込み溶接となり、溶接部９に気孔１０が発生した。この結果、アルゴンガス１００％のシールドガスを使用した場合よりも、アルゴンガス中に炭酸ガスを８０％〜９５％を混入することにより溶込みが深くなることが確認できた。これはアルゴンガス中に炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスをシールドガスとして使用することにより、溶融金属のレーザビームの吸収率が向上し、溶融金属の流動性が増して気孔の発生を大幅に減少させるとともに溶込みが深くなるものと考えられる。
【００１２】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、レーザ溶接を行なうときにシールドガスとして不活性ガスに炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスを使用することにより、気孔が発生せず靭性も低下しない良質な溶接部を得ることができる。
【００１３】
また、溶接部の溶込みを深くすることができるから、レーザ溶接の適用可能範囲を拡大するとともにその構造物の品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例のレーザ溶接装置の構成図である。
【図２】実施例で板厚１２ｍｍの軟鋼板をレーザ溶接した溶接部の断面図である。
【図３】実施例で板厚９ｍｍの軟鋼板をレーザ溶接した溶接部の断面図である。
【図４】アルゴンガス１００％のシールドガスを使用して板厚９ｍｍの軟鋼板をレーザ溶接した溶接部の断面図である。
【図５】アルゴンガス１００％のシールドガスを使用して板厚１２ｍｍの軟鋼板をレーザ溶接した溶接部の断面図である。
【符号の説明】
１ レーザ発振装置
２ レーザビーム
５ 溶接トーチ
６ 集光レンズ
７ 被溶接材
９ 溶接部
１０ 気孔
Claims (1)
- シールドガスとして不活性ガスに炭酸ガスを容積比で８０％〜９５％混合したガスを用いることを特徴とするレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32040999A JP4036588B2 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | レーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32040999A JP4036588B2 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | レーザ溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001138085A JP2001138085A (ja) | 2001-05-22 |
| JP4036588B2 true JP4036588B2 (ja) | 2008-01-23 |
Family
ID=18121144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32040999A Expired - Fee Related JP4036588B2 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | レーザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4036588B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7333276B2 (en) | 2005-08-08 | 2008-02-19 | Konica Minolta Opto, Inc. | Optical element and lighting device provided therewith |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2008754A4 (en) | 2006-02-17 | 2009-06-10 | Taiyo Nippon Sanso Corp | PROTECTION GAS FOR HYBRID WELDING AND THE GAS USING HYBRID WELDING METHOD |
| EP3034227A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-22 | Vlassenroot Polska sp. z o.o. | Method of butt joints laser welding with fixed power density, heat input and gas mixture |
-
1999
- 1999-11-11 JP JP32040999A patent/JP4036588B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7333276B2 (en) | 2005-08-08 | 2008-02-19 | Konica Minolta Opto, Inc. | Optical element and lighting device provided therewith |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001138085A (ja) | 2001-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pan et al. | High power disk laser-metal active gas arc hybrid welding of thick high tensile strength steel plates | |
| JP4120408B2 (ja) | レーザとアークの複合溶接方法およびそれに用いる溶接継手の開先形状 | |
| JP3762676B2 (ja) | ワークの溶接方法 | |
| JP2008126315A (ja) | 改良された溶込みを伴うレーザ溶接方法 | |
| CN102310289A (zh) | 混合激光弧焊接工艺和设备 | |
| Wang et al. | Stabilization mechanism and weld morphological features of fiber laser-arc hybrid welding of pure copper | |
| JP2005501737A (ja) | ガス流量調節を伴うハイブリッドレーザー−アーク溶接方法 | |
| Naito et al. | Effect of oxygen in ambient atmosphere on penetration characteristics in single yttrium–aluminum–garnet laser and hybrid welding | |
| US20050263500A1 (en) | Laser or laser/arc hybrid welding process with formation of a plasma on the backside | |
| Naito et al. | Keyhole behavior and liquid flow in molten pool during laser-arc hybrid welding | |
| Naito et al. | Observation of keyhole behavior and melt flows during laser-arc hybrid welding | |
| JP4026452B2 (ja) | レーザとアークの複合溶接方法およびそれに用いる溶接継手の開先形状 | |
| JP2009166080A (ja) | レーザ溶接方法 | |
| Chae et al. | The effect of shielding gas composition in CO2 laser—gas metal arc hybrid welding | |
| JP4036588B2 (ja) | レーザ溶接方法 | |
| Kinoshita et al. | Phenomena of welding with high-power fiber laser | |
| Uchiumi et al. | Penetration and welding phenomena in YAG laser-MIG hybrid welding of aluminum alloy | |
| Hayashi et al. | High-power CO2 laser-MIG hybrid welding for increased gap tolerance. Hybrid weldability of thick steel plates with a square groove | |
| Fujinaga et al. | Improvements of welding characteristics of aluminum alloys with YAG laser and TIG arc hybrid system | |
| JP4876260B2 (ja) | 溶接方法および溶接装置 | |
| JPH06198472A (ja) | 高速レーザ溶接法 | |
| JP2002273588A (ja) | レーザ切断加工方法 | |
| JPH08309568A (ja) | アルミニウム合金のレーザ溶接方法 | |
| Jokinen | Novel ways of using Nd: YAG laser for welding thick section austenitic stainless steel | |
| JPH09103892A (ja) | レーザー溶接方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050204 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071026 |
|
| 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: 20071030 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071030 |
|
| 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: 20101109 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 3 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 3 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 3 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111109 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121109 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121109 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131109 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |