JP4575640B2

JP4575640B2 - Laser welding method and laser welding apparatus

Info

Publication number: JP4575640B2
Application number: JP2002298660A
Authority: JP
Inventors: 義範柴田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP2004130360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の金属材を溶接するレーザー溶接方法およびレーザー溶接方法を用いたレーザー溶接装置に関し、詳しくは、溶接時に溶融池からのスパッタの飛散が抑えられたレーザー溶接方法およびレーザー溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、亜鉛メッキ鋼板等を積層させた状態で溶接して接合する重ね溶接においてレーザー溶接が用いられるようになってきている。
【０００３】
レーザー溶接は、加熱源としてレーザー光線を用いて溶接を行う溶接方法である。鋼板の重ね溶接において加熱源としてのレーザー光を照射すると、レーザー光が少なくとも上方に位置する鋼板を貫通して下側に位置する鋼板とともにレーザー光が照射されて形成したキーホールの近傍が溶融する。キーホールは、レーザー光の膨大な熱エネルギーにより、直接照射された部分が瞬時に蒸発して生じる。そして、二枚の鋼板の溶融液が混合した後に凝固することで、二枚の鋼板が積層した状態で溶接される。
【０００４】
しかしながら、表面に母材より低沸点の材質よりなる被膜を有する亜鉛メッキ鋼板などの板材の重ね溶接においては、不斉ビード等の問題を引き起こしていた。
【０００５】
亜鉛メッキ鋼板においては、鋼板の表面に鋼板より低沸点の亜鉛メッキ被膜が形成されている。二枚の亜鉛メッキ鋼板を重ね合わせると、表面から亜鉛メッキ被膜、鋼板、亜鉛メッキ被膜、亜鉛メッキ被膜、鋼板、亜鉛メッキ被膜が積層した状態となる。この重ね合わされた亜鉛メッキ鋼板の表面にレーザー光を照射すると、レーザー光が照射された部分において重ね合わされた二枚の亜鉛メッキ鋼板が厚さ方向に溶融する。この溶融により二枚の鋼板の溶融液が混合しその後の凝固により二枚の亜鉛メッキ鋼板が重ね溶接されるが、二枚の鋼板が溶融した状態においては二枚の鋼板に挟まれた亜鉛メッキ被膜も同様に溶融している。そして、亜鉛メッキ被膜は沸点（亜鉛メッキに使用されるＺｎの沸点は約９０６℃）が鋼板の融点（母材であるＦｅの融点は約１５００℃）より低く、鋼板の溶融液中で亜鉛メッキ被膜がガス化し、溶融池の表面から溶融液を吹き飛ばしながらガスが吹き出す。このガスの吹き出しにより、不斉ビードが発生していた。また、ガスが溶融液中に気泡として残留するという問題もあった。
【０００６】
不斉ビードを解消することを目的として、溶接される亜鉛メッキ鋼板の間にすき間をもうける方法がある（たとえば、特許文献１、２参照。）。
【０００７】
特許文献１には、「２枚の防錆鋼板の重ねレーザ溶接方法であって、先端に凸形状部を有するポンチの前記凸形状部により一方の鋼板の一面に圧印加工を施して、該一面の圧印部周囲に環状の盛り上り部および／または他面に山状の盛り上り部を形成し、一方の鋼板と他方の鋼板を前記盛り上り部による隙間をもたせて重ね合せ、重ね合せ部にレーザ溶接を施す、重ねレーザ溶接方法」が開示されている。
【０００８】
そして、特許文献２には、「表面処理が施された板材を重ね合わせて溶接するレーザ溶接方法において、前記板材の間隔を所定間隔に規制して溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。」が開示されている。
【０００９】
亜鉛メッキ鋼板の間にすき間をもうけると、溶接時に発生したガスは、このすき間から逃げるようになる。このため、良好なビードが得られるようになる効果を有する。
【００１０】
亜鉛メッキ鋼板の間にすき間をもうけて行うレーザー溶接においては、溶接される亜鉛メッキ鋼板の溶融液間に隙間が生じるため、良好な溶接品質を得るために亜鉛メッキ鋼板の隙間を０．１〜０．４ｍｍに保持する必要があった。しかしながら、亜鉛メッキ鋼板の隙間をこの範囲内に規制することは困難であった。すなわち、実際の重ね溶接が施される亜鉛メッキ鋼板はプレス成形等の成形が施されているため、隙間を規制することが困難となっていた。
【００１１】
重ね溶接において溶接不良の発生を抑える別の方法としてシールドガスを酸素に富んだガスを用いる方法がある（たとえば、特許文献３参照。）。
【００１２】
特許文献３には、「亜鉛被覆結合表面領域を有する亜鉛メッキ鋼シート部材のレーザー溶接法であって、該部材を、その結合表面領域が密接に接触し、かつ該部材の一方の，該結合領域と反対側の外側表面領域をレーザー照射に曝露するように配置し，そしてレーザービームを曝露領域上に向けて、該部材を該結合表面領域にて、一緒に加熱および融合して、該部材を接合する溶接ナゲットを形成する工程を含むレーザー溶接法において、該溶接法が、曝露領域のレーザー照射中に、該曝露領域を酸素に富んだガスで包囲して、生成する溶接ナゲット中の多孔度を減少させることを特徴とする上記の溶接法。」が開示されている。
【００１３】
シールドガス中の酸素濃度が上昇すると、溶融液と酸素とが反応を生じ、その反応熱により溶融液の温度が上昇する。溶融液の温度の上昇は溶融液の粘性の低下を引き起こし、溶融液中のガスの溶融池からの吹き出しが容易となる。
【００１４】
しかしながら、酸素濃度の高いシールドガスを用いると、照射されたレーザー光により生じるキーホールの周囲からガスが吹き出していく。このとき、多くのスパッタが発生飛散する。このスパッタの飛散により生じた溶融池の溶融液量の不足分は周囲の亜鉛メッキ鋼板が溶融して埋められるため溶接後の見かけは良好であるが、溶融液がスパッタとして飛散しているため、ビードの断面において欠肉が発生して溶接強度が低下するという問題があった。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−１６２３８７号公報
【特許文献２】
特開平１１−２７７２６４号公報
【特許文献３】
特開平５−９６３９２号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、溶接される金属の融点より低沸点の金属よりなる中間層を有する金属材の溶接において溶接不良が生じないレーザー溶接方法を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明者はキーホールの近傍の溶融液の粘性は高く、その外周部の溶融液の粘性は低くすることで、スパッタの発生が抑えられたレーザー溶接方法となることを見出した。
【００１８】
すなわち、本発明のレーザー溶接方法は、積層した状態の複数の鋼材と、複数の鋼材の間にもうけられた鋼材より低沸点の金属よりなる亜鉛メッキ層と、からなる積層体にシールドガスとともにレーザー光を照射して溶接するレーザー溶接方法であって、シールドガスが、シールドガス全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなり、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスがレーザー光により積層体が溶融した溶融池でありかつシールドガスが供給された外側に供給されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明のレーザー溶接方法は、低沸点の中間層を有する金属材の溶接を行っても、溶接時にスパッタの発生が抑えられ、さらに気泡の残留も抑えられたレーザー溶接を行うことができる。本発明のレーザー溶接は、メッキ鋼板等の表面に被膜が形成された金属材料を当接した状態で溶接できるため、高い溶接強度で溶接できる。
【００２０】
また、本発明のレーザー溶接装置は、本発明のレーザー溶接方法を用いる装置である。
【００２１】
すなわち、本発明のレーザー溶接装置は、被加工物に照射されるレーザー光を発する発光手段と、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなるシールドガスを供給するシールドガス発生装置と、シールドガス発生装置からのシールドガスをレーザー光が被加工物に照射されて形成されたキーホールを囲包するように吹き出すシールドガス吹き出し口が開口したノズルと、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素と、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスを供給する酸化性ガス発生装置と、酸化性ガス発生装置からの酸化性ガスが被加工物の溶融池でありかつシールドガスが吹き付けられた外側に向けて吹き出す酸化性ガス吹き出し口が開口したノズルと、を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明のレーザー溶接装置は、溶接時にスパッタの発生および気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる。さらに、本発明のレーザー溶接装置は、メッキ鋼板等の表面に被膜が形成された金属材料を当接した状態で溶接できるため、高い溶接強度で溶接できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（レーザー溶接方法）
本発明のレーザー溶接方法は、積層した状態の複数の鋼材と、複数の鋼材の間にもうけられた金属材より低沸点の金属よりなる亜鉛メッキ層と、からなる積層体にシールドガスとともにレーザー光を照射して溶接するレーザー溶接方法である。すなわち、本発明のレーザー溶接方法は、それぞれの間に亜鉛メッキ層を介して積層した状態の複数の鋼材を重ね溶接できる。
【００２４】
また、本発明のレーザー溶接方法は、溶接される鋼材の厚さはレーザー光を照射されたときに溶融できる厚さであれば特に限定されるものではない。また、溶接される鋼材は、板状を有することが好ましい。
【００２５】
本発明のレーザー溶接方法においては、鋼材の数は特に限定されない。すなわち、溶接される鋼材が二層だけでなく、三層以上であってもよい。
【００２６】
シールドガスが、シールドガス全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなる。シールドガスは、レーザー光が照射された照射部に形成されたキーホールを囲包するように供給されるガスである。そして、シールドガス中の酸素量が３０ｖｏｌ％未満となることで、キーホール近傍においての溶融池を形成する溶融液の粘度の低下が抑えられ、スパッタの飛散が抑えられる。なお、シールドガス中の酸素ガス濃度が３０ｖｏｌ％以上となると、スパッタの飛散が生じるようになる。
【００２７】
シールドガスを構成する不活性ガスとは、従来のレーザー溶接においてシールドガスとして用いられているガスを用いることができる。たとえば、アルゴンガスをあげることができる。
【００２８】
本発明のレーザー溶接方法は、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスがレーザー光により積層体が溶融した溶融池でありかつシールドガスが供給された外側に供給されている。酸化性ガスがシールドガスの外側の溶融池に供給されることで、酸化性ガスが供給された部分において溶融液の粘度が低下する。この粘度の低下した部分から亜鉛メッキ層のガスが吹き出す。この結果、溶融池の溶融液中からガスが排出され、溶接不良が生じなくなる。
【００２９】
酸化性ガスに含まれる酸素ガスが３０ｖｏｌ％未満となると、溶融液の粘度の低下が十分でなくなり、ガスの排出が不十分となる。そして、結果として、溶接不良が生じるようになる。
【００３０】
レーザー光が積層体の表面を走査することが好ましい。すなわち、レーザー光を走査することで、線状にレーザー溶接を行うことができ、溶接部の長さを長くすることができる。このことは、溶接強度を増加させる。なお、レーザー光が走査されるときには、シールドガスおよび酸化性ガスが吹き付けられる位置がレーザー光の走査と同様に移動する。
【００３１】
酸化性ガスは、レーザー光の走査方向の後方に供給されることが好ましい。すなわち、酸化性ガスが走査方向の後方に供給されることで、レーザー光が走査された溶接において溶融池からのガスの吹き出しを生じさせることができる。
【００３２】
亜鉛メッキ層は、鋼材の表面に形成された被膜よりなる。すなわち、本発明のレーザー溶接方法は、表面に被膜が形成された鋼材の溶接に用いることができる。
【００３３】
なお、亜鉛メッキ層は、積層した状態にある二枚の鋼材のうちの一方の表面に形成された被膜であっても、積層した状態にある二つの鋼材のうちの両者の表面に形成された被膜であっても、どちらでもよい。すなわち、本発明のレーザー溶接方法は、表面に被膜が形成された鋼材と被膜が形成されていない鋼材の溶接および表面に被膜が形成された鋼材同士の溶接に用いることができる。
【００３４】
亜鉛メッキ層が積層した状態にある二枚の鋼材のうちの両者の表面に形成された被膜であるときに、亜鉛メッキ層を構成する二層の被膜は、溶接時にガス化して溶融液から排出されるため、同種の金属であっても異種の金属であってもどちらでもよい。
【００３５】
本発明は、鋼材が鋼板よりなりかつ被膜が亜鉛メッキ被膜よりなる亜鉛メッキ鋼板に使用可能である。すなわち、本発明のレーザー溶接方法は、亜鉛メッキ鋼板の溶接に効果を発揮できる。
【００３６】
本発明のレーザー溶接方法は、溶接される鋼材の間にすき間をもうけることなく、溶接時にスパッタの発生および気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる効果を有する。
【００３７】
（レーザー溶接装置）
本発明のレーザー溶接装置は、発光手段と、ノズルと、を有する。
【００３８】
発光手段は、被加工物に照射されるレーザー光を発する。すなわち、発光手段は、レーザー溶接において被加工物を溶融させるための加熱源となるレーザー光を照射するための装置である。本発明のレーザー溶接装置において発光手段は特に限定されるものではなく、従来のレーザー溶接装置に用いられているレーザー溶接トーチを用いることができる。
【００３９】
ノズルは、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％未満の酸素ガスと、残部が不活性ガスと、からなるシールドガスを供給するシールドガス発生装置と、シールドガス発生装置からのシールドガスをレーザー光が被加工物に照射されて形成されたキーホールを囲包するように吹き出すシールドガス吹き出し口が開口している。すなわち、キーホールを囲包するように酸素量が規制されたシールドガスを供給する。シールドガス中の酸素量が３０ｖｏｌ％未満となることで、キーホール近傍においての溶融池を形成する溶融液の粘度の低下が抑えられ、スパッタの飛散が抑えられる。なお、シールドガス中の酸素ガス濃度が３０ｖｏｌ％以上となると、スパッタの飛散が生じるようになる。
【００４０】
シールドガスを構成する不活性ガスとは、従来のレーザー溶接においてシールドガスとして用いられているガスを用いることができる。たとえば、アルゴンガスをあげることができる。
【００４１】
ノズルは、全体を１００ｖｏｌ％としたときに３０ｖｏｌ％以上の酸素と、残部が不活性ガスと、からなる酸化性ガスを供給する酸化性ガス発生装置と、酸化性ガス発生装置からの酸化性ガスが被加工物の溶融池でありかつシールドガスが吹き付けられた外側に向けて吹き出す酸化性ガス吹き出し口が開口している。すなわち、酸化性ガスを被加工物の溶融池でありかつシールドガスが供給された外側に供給する。酸化性ガスがシールドガスの外側の溶融池に供給されることで、酸化性ガスが供給された部分において溶融液の粘度が低下する。この粘度の低下した部分からは中間層のガスが排出されやすくなる。この結果、溶融池の溶融液中からガスが排出され、溶接不良が生じなくなる。
【００４２】
酸化性ガスに含まれる酸素ガスが３０ｖｏｌ％未満となると、溶融液の粘度の低下が十分でなくなり、ガスの排出が不十分となる。そして、結果として、溶接不良が生じるようになる。
【００４３】
レーザー光が照射される被加工物の位置が移動することが好ましい。すなわち、本発明のレーザー溶接装置において、レーザー光が照射される位置が移動することは、レーザー光が被加工物の表面を走査されることを示す。レーザー光が走査することで、本発明のレーザー溶接装置は、線状に溶接できることを示す。
【００４４】
レーザー光が照射される被加工物の位置の移動は、発光手段および／または被加工物を変位させることにより行うことができる。すなわち、本発明のレーザー溶接装置は、発光手段および／または被加工物を相対的に変位させる移送手段を有することが好ましい。
【００４５】
酸化性ガスは、前記レーザー光が走査した後方に供給されることが好ましい。
酸化性ガスが走査方向の後方に供給されることで、レーザー光が走査された溶接において溶融池からガスを排出させることができる。
【００４６】
シールドガス供給手段および酸化性ガス供給手段は、シールドガスあるいは酸化性ガスを発生するガス発生手段と、ガス発生手段からのガスを吹き出して所定の位置に供給する吹き出し口と、を有することが好ましい。すなわち、ガス発生手段により所望の組成の各ガスを発生し、発生した各ガスのそれぞれが吹き出しグチから所定の位置に供給される。
【００４７】
シールドガス供給手段は、シールドガスを発生するシールドガス発生手段と、シールドガス発生手段からのシールドガスを吹き出して所定の位置に供給するシールドガス吹き出し口と、を有することが好ましい。
【００４８】
酸化性ガス供給手段は、酸化性ガスを発生する酸化性ガス発生手段と、酸化性ガス発生手段からの酸化性ガスを吹き出して所定の位置に供給する酸化性ガス吹き出し口と、を有することが好ましい。
【００４９】
ガス発生手段は、所望の組成を有するガスを発生させることができる装置であれば特に限定されない。たとえば、酸素ガスボンベおよび不活性ガスボンベを有し、両ガスボンベからのガスを混合して供給する装置をあげることができる。
【００５０】
吹き出し口を有することで、吹き出し口の向きを調節することで、所望の位置に各ガスを供給できるようになる。吹き出し口は、特に限定されるものではなく、従来のレーザー溶接装置においてシールドガスの供給に用いられた吹き出し口を用いることができる。
【００５１】
シールドガス吹き出し口は、発光手段に一体に形成されたことが好ましい。シールドガス吹き出し口が発光手段に一体に形成されることで、シールドガスの溶融池への供給を簡単に行うことができるようになる。また、シールドガス吹き出し口は、発光手段に一体に形成されることで、装置の構成が簡単になる。
【００５２】
シールドガス吹き出し口近傍においてシールドガスの流路がレーザー光と平行に形成されることが好ましい。シールドガスの流路がレーザー光と平行に形成されることで、レーザー光の光線と平行にシールドガスを吹き出すことができる。さらに好ましくは、レーザー光の光線と同一軸でシールドガスを流す同軸ガスシールドによりシールドガスが供給されることが好ましい。
【００５３】
酸化性ガス吹き出し口は、発光手段に一体に一体に形成されたことが好ましい。吹き出し口が発光手段に一体に形成されることで、溶融池の所望に位置への酸化性ガスの供給が容易になる。たとえば、レーザー光が走査するレーザー溶接を行うときに、吹き出し口を走査方向の後方側にもうけることで、走査方向の後方の溶融池に酸化性ガスを供給できるようになる。吹き出し口近傍において酸化性ガスの流路がレーザー光と平行に形成されることで、レーザー光の光線と平行に酸化性ガスを吹き出すことができる。
【００５４】
本発明のレーザー溶接装置において、溶接に用いられるレーザー光は、溶接される溶接材にエネルギーを付与できるレーザー光であれば特に限定されない。たとえば、ガラス：ネオジム³⁺レーザー、ＹＡＧ：ネオジム³⁺レーザー、ルビーレーザー、ヘリウム−ネオンレーザー、クリプトンレーザー、アルゴンレーザー、Ｈ₂レーザー、Ｎ₂レーザー、半導体レーザー等のレーザー光をあげることができる。より好ましいレーザーとしては、ＹＡＧ：ネオジム³⁺レーザーや半導体レーザーをあげることができる。
【００５５】
本発明のレーザー溶接装置は、上述のレーザー溶接方法を用いてレーザー溶接を行うレーザー溶接装置であり、溶接される金属材の間にすき間をもうけることなく、溶接時にスパッタの発生および気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる効果を有する。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００５７】
本発明の実施例としてレーザー溶接装置を製作し、実際にレーザー溶接を行った。
【００５８】
（実施例１）
（レーザー溶接装置）
図１に断面が示されたレーザー溶接トーチを有するレーザー溶接装置を製作した。
【００５９】
レーザー溶接トーチ１は、レーザー光を発する発光部（図示せず）と、内部をレーザー光およびシールドガスが流れる発光部に一体に形成された略中空筒状を有するガスノズル２と、ガスノズル２の基端部側の側壁面で内部と外部とを連通するシールドガス流路２１を介してガスノズル１の内部にシールドガスを供給するシールドガス供給装置（図示せず）と、開口部がガスノズル２の先端面に開口しかつガスノズルを形成する壁部の内部に形成された酸化性ガス流路２２と、酸化性ガス流路の他方の開口部に連通するガス流路２２に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給装置（図示せず）と、を有する。
【００６０】
発光部は、最大出力が６ｋＷのＹＡＧレーザー光を発生する。また、発光部は、レーザー光の焦点を調節できる。発光部は、ガスノズルの軸心の中空部でありかつ基端部側にもうけられている。また、発光部は、発せられるレーザー光がガスノズル２の軸心を透過するように配されている。
【００６１】
ガスノズル２は、基端部から先端部にすすむにつれて内径が縮径している。この縮径によりシールドガスをキーホールの近傍に供給できる。
【００６２】
シールドガス供給装置は、アルゴンガスボンベと、酸素ガスボンベと、を有し、両ガスボンベからのガスを任意の混合比で混合させてシールドガス流路２１に供給する。シールドガス流路２１に供給されたシールドガスは、ガスノズル２の軸心部の中空部を通過してガスノズル２の先端部からガスノズル２の軸方向に吹き出す。
【００６３】
酸化性ガス供給装置は、アルゴンガスボンベと、酸素ガスボンベと、を有し、両ガスボンベからのガスを任意の混合比で混合させて酸化性ガス流路２２に供給する。酸化性ガス流路２２の酸化性ガス供給装置と接続されていない端部は、ガスノズル２の先端面に開口している。また、酸化性ガス流路２２の開口部は、ガスノズル２の端面に複数もうけられている。複数の開口部は、略筒状の端面に半周にわたってもうけられている。酸化性ガス供給装置から酸化性ガス流路２２に供給された酸化性ガスは、ガスノズル２の端面からシールドガスの外周にそって吹き出す。
【００６４】
本実施例のレーザー溶接装置は、レーザー光が走査して溶接を行うレーザー溶接に用いる。レーザー光が走査するレーザー溶接においては、酸化性ガス供給装置に連通した酸化性ガス流路２２の開口部がレーザー光の走査方向の後方側に配列した状態で用いられる。
【００６５】
本実施例のレーザー溶接装置のレーザー溶接トーチは、溶接の加熱源となるレーザー光、シールドガスおよび酸化性ガスをひとつのレーザー溶接トーチから発することができる。レーザー光の照射位置ならびにシールドガスおよび酸化性ガスの噴出方向を一定にすることができる。また、レーザー溶接トーチがこれらの機能を一体に有しているため、レーザー溶接装置における溶接部の近傍の構成が簡易となり、レーザー溶接装置の取り扱いが容易となる。
【００６６】
（レーザー溶接）
板厚０．８ｍｍの合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（表裏両面メッキ、片面あたり亜鉛目付量：４５ｇ／ｃｍ²）を二枚積層させて本実施例のレーザー溶接装置を用いてレーザー溶接を行った。積層した状態での亜鉛メッキ鋼板は、お互いの表面が密着している。
【００６７】
本実施例のレーザー溶接においては、シールドガスに１００％アルゴンガスを用い、酸化性ガスに１００％の酸素ガスを用いた。
【００６８】
また、レーザー溶接は、レーザーの出力が２．５ｋＷ、レーザー光の走査速度が２ｍ／ｍｉｎで行われた。また、レーザー溶接時に供給されるシールドガスの流速は２０ｌ／ｍｉｎで、酸化性ガスの流速は１０ｌ／ｍｉｎであった。なお、不活性ガス中の酸素ガスの割合については、混合される酸素ガスの量がおよそ３０％で溶融池の特性が大きく変わることが別の実験で確認されている。
【００６９】
（比較例１）
比較例１として、アルゴンガスよりなるシールドガスのみを用いてレーザー溶接を行った。
【００７０】
具体的には、実施例１のレーザー溶接装置を用いて、酸化性ガスおよびシールドガス中の酸素ガスを供給しない状態で、実施例１において溶接された亜鉛メッキ鋼板にレーザー溶接を行った。なお、本比較例は、シールドガス以外は、実施例１と同様の条件によりレーザー溶接が行われた。
【００７１】
（比較例２）
比較例２として、酸素ガスよりなるシールドガスのみを用いてレーザー溶接を行った。
【００７２】
具体的には、実施例１のレーザー溶接装置を用いて、酸化性ガスおよびシールドガス中のアルゴンガスを供給しない状態で、実施例１において溶接された亜鉛メッキ鋼板にレーザー溶接を行った。なお、本比較例は、シールドガス以外は、実施例１と同様の条件によりレーザー溶接が行われた。
【００７３】
（評価）
実施例１および比較例１、２のレーザー溶接により溶接された亜鉛メッキ鋼板の溶接後の溶接断面を撮影し、示した。
【００７４】
実施例１の溶接断面を図２に、比較例１の溶接断面を図３に、比較例２の溶接断面を図４に示した。
【００７５】
実施例１のレーザー溶接においては、シールドガスによりキーホール周囲のスパッタの発生が大幅に抑制され、溶融池の飛散が生じていない。その結果として、良好なビードが形成されていることが図２より確認できる。すなわち、実施例１のレーザー溶接は、溶接される鋼板の間に低沸点の金属よりなる亜鉛メッキ被膜を有していても、亜鉛メッキのガスによる溶接不良を生じさせることなく溶接できた。
【００７６】
比較例１のレーザー溶接においては、レーザー溶接中に溶融池全体からスパッタが飛散していることが確認された。すなわち、本比較例においては溶融池の粘度が高く、溶融池の内部で発生した亜鉛ガスが溶融池から吹き出すときに溶融液を飛散させるためである。そして、スパッタにより、溶接後の断面には大きな欠陥が生じることが図３より確認できる。
【００７７】
比較例２のレーザー溶接においては、キーホール後方の溶融池全体から細かいスパッタが飛散していることが確認された。また、本比較例において形成された溶融池は実施例１および比較例１と比較してかなり大きくなっている。すなわち、本比較例においては、シールドガスとして酸素ガスを用いており、酸素ガスの作用により溶融池の溶融液の温度が上昇するとともに粘度が低下している。溶融液が高温になることで、凝固するまでの時間が長時間となるため溶融池が大きくなる。そして、溶融池の溶融液の粘度が低下することで、発生したガスが溶融液中で溜まって気泡が大きくなる前に溶融液から吹き出す。このため、細かいスパッタが多量に発生する。そして、スパッタにより多量の溶融液が飛散することで、溶接後のビードには溶融金属の欠肉が図４より確認できる。
【００７８】
以上のことから、本発明のレーザー溶接装置により本発明のレーザー溶接方法を用いてレーザー溶接を行った実施例１は、従来のレーザー溶接では溶接不良が発生した重ね合わせ溶接を溶接不良を発生させることなく行うことができる。
【００７９】
（実施例２）
実施例２として、図５にその断面が示されたレーザ−溶接トーチを有するレーザー溶接装置を作成した。本実施例のレーザー溶接トーチ１は、実施例１のレーザー溶接装置のレーザー溶接トーチの変形形態である。
【００８０】
具体的には、酸化性ガス流路２３がガスノズル２と別体でもうけられた以外は、実施例１に示されたレーザー溶接トーチと同様の構成である。酸化性ガス流路２３の開口部は、長方形状に形成されている。そして、この開口部は、レーザー光の走査方向の後方側に位置している。開口部から吹き出す酸化性ガスは、レーザー光により溶融した溶融池でありかつシールドガスの外周部に供給されるように開口部がもうけられている。
【００８１】
本実施例においても実施例１と同様にレーザー溶接を行ったところ、溶接不良を生じることなく、溶接を行うことができた。
【００８２】
（実施例３）
実施例３として、図６にその断面が示されたレーザ−溶接トーチを有するレーザー溶接装置を作成した。本実施例のレーザー溶接トーチ１は、実施例１および２のレーザー溶接装置のレーザー溶接トーチの変形形態である。
【００８３】
具体的には、シールドガス流路２４がガスノズル２と別体でもうけられた以外は、実施例２に示されたレーザー溶接トーチと同様の構成である。シールドガス流路２４の開口部は、長方形状に形成されている。そして、この開口部は、レーザー光の走査方向の前方側に位置している。開口部から吹き出すシールドガスは、レーザー光が照射されたキーホールの近傍に供給される。
【００８４】
本実施例においても実施例１と同様にレーザー溶接を行ったところ、溶接不良を生じることなく、溶接を行うことができた。
【００８５】
（実施例４）
実施例４として、図７にその断面が示されたレーザ−溶接トーチを有するレーザー溶接装置を作成した。本実施例のレーザー溶接トーチ１は、実施例１〜３のレーザー溶接装置のレーザー溶接トーチの変形形態である。
【００８６】
具体的には、酸化性ガス流路２５がガスノズルと別体でもうけられかつ開口部がレーザー光の走査方向の前方に側に位置した以外は、実施例２に示されたレーザー溶接トーチと同様の構成である。酸化性ガス流路２５の開口部は、長方形状に形成されている。開口部から吹き出す酸化性ガスは、溶融池に向けて発せられる。なお、本実施例においては、溶融池に向けて酸化性ガスが供給されたとしても、シールドガスがレーザー光と同軸で吹き付けられているため、キーホールの近傍には酸化性ガスは供給されなくなっている。
【００８７】
本実施例においても実施例１と同様にレーザー溶接を行ったところ、溶接不良を生じることなく、溶接を行うことができた。
【００８８】
実施例２〜４より、実施例１の変形形態によるレーザー溶接装置を用いて亜鉛メッキ鋼板の溶接を行っても溶接不良を生じさせることなく、溶接を行うことができる。
【００８９】
【発明の効果】
本発明のレーザー溶接方法は、低沸点の亜鉛メッキ層を有する鋼材の溶接を行っても、溶接時にスパッタの発生が抑えられることで、気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる。本発明のレーザー溶接は、亜鉛メッキ鋼板等の表面に被膜が形成された鋼材を当接した状態で溶接できるため、高い溶接強度で溶接できる。
【００９０】
また、本発明のレーザー溶接装置は、本発明のレーザー溶接方法を用いてレーザー溶接を行うことができる。すなわち、溶接時にスパッタの発生および気泡の残留が抑えられたレーザー溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のレーザー溶接トーチの構成を示した図である。
【図２】実施例１においてレーザー溶接された溶接部の断面の写真である。
【図３】比較例１においてレーザー溶接された溶接部の断面の写真である。
【図４】比較例２においてレーザー溶接された溶接部の断面の写真である。
【図５】実施例２のレーザー溶接トーチの構成を示した図である。
【図６】実施例３のレーザー溶接トーチの構成を示した図である。
【図７】実施例４のレーザー溶接トーチの構成を示した図である。
【符号の説明】
１…レーザー溶接用トーチ２…ガスノズル
２１、２４…シールドガス流路
２２、２３、２５…酸化性ガス流路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser welding method for welding a plurality of metal materials and a laser welding apparatus using the laser welding method, and more particularly to a laser welding method and a laser welding apparatus in which spattering from a molten pool is suppressed during welding. .
[0002]
[Prior art]
In recent years, laser welding has come to be used in lap welding in which galvanized steel sheets and the like are welded and joined in a stacked state.
[0003]
Laser welding is a welding method in which welding is performed using a laser beam as a heating source. When irradiating a laser beam as a heating source in lap welding of steel plates, the laser beam penetrates at least the upper steel plate and the vicinity of the keyhole formed by the laser light irradiation with the lower steel plate melts. . The keyhole is generated by instantly evaporating the directly irradiated portion by the enormous heat energy of the laser beam. And it is welded in the state which the two steel plates laminated | stacked by solidifying after the molten liquid of two steel plates mixed.
[0004]
However, in the lap welding of a plate material such as a galvanized steel plate having a coating made of a material having a boiling point lower than that of the base material on the surface, problems such as asymmetric beads have been caused.
[0005]
In a galvanized steel sheet, a galvanized film having a lower boiling point than that of the steel sheet is formed on the surface of the steel sheet. When two galvanized steel sheets are superposed, a galvanized film, a steel sheet, a galvanized film, a galvanized film, a steel sheet, and a galvanized film are laminated from the surface. When laser light is irradiated on the surface of the superposed galvanized steel sheet, the two superposed galvanized steel sheets are melted in the thickness direction at the portion irradiated with the laser light. The molten liquid of the two steel plates is mixed by this melting, and the two galvanized steel plates are lap welded by the subsequent solidification, but in the state where the two steel plates are melted, the galvanization sandwiched between the two steel plates The coating is melted as well. The galvanized coating has a boiling point (the boiling point of Zn used for galvanizing is about 906 ° C.) lower than the melting point of the steel plate (the melting point of Fe as the base material is about 1500 ° C.). The coating is gasified, and the gas is blown out while blowing the melt from the surface of the molten pool. As a result of this gas blowing, asymmetric beads were generated. There is also a problem that the gas remains as bubbles in the melt.
[0006]
For the purpose of eliminating the asymmetric bead, there is a method of creating a gap between the galvanized steel sheets to be welded (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
[0007]
Patent Document 1 states that “a method of laminating two rust-proof steel plates by laser welding, wherein one surface of one steel plate is subjected to coining by the convex portion of the punch having a convex portion at the tip. An annular raised portion and / or a mountain-like raised portion is formed on the other side of the coined portion, and one steel plate and the other steel plate are overlapped with a gap by the raised portion, and the overlapped portion is formed. A “lap laser welding method for performing laser welding” is disclosed.
[0008]
Patent Document 2 discloses a “laser welding method in which, in a laser welding method in which plate materials subjected to surface treatment are overlapped and welded, the interval between the plate materials is regulated to a predetermined interval, and welding is performed.” Is disclosed.
[0009]
If a gap is created between the galvanized steel sheets, the gas generated during welding escapes from the gap. For this reason, it has an effect that a good bead can be obtained.
[0010]
In laser welding performed with a gap between galvanized steel sheets, gaps occur between the melts of the galvanized steel sheets to be welded. It was necessary to hold at 0.4 mm. However, it has been difficult to regulate the gap between the galvanized steel sheets within this range. That is, since the galvanized steel sheet to which actual lap welding is performed is formed by press forming or the like, it is difficult to regulate the gap.
[0011]
As another method for suppressing the occurrence of poor welding in lap welding, there is a method of using a gas rich in oxygen as a shielding gas (see, for example, Patent Document 3).
[0012]
Patent Document 3 discloses that “a laser welding method of a galvanized steel sheet member having a zinc-coated bonding surface region, the bonding surface region of which is in close contact, and one of the members, the bonding Placing the outer surface region opposite the region to be exposed to laser radiation and directing a laser beam over the exposed region to heat and fuse the member together in the bonding surface region Forming a weld nugget that joins the exposed nuggets in the weld nugget produced by surrounding the exposed region with an oxygen-rich gas during laser irradiation of the exposed region. The above-mentioned welding method characterized in that the degree is reduced. "
[0013]
When the oxygen concentration in the shield gas increases, the melt and oxygen react with each other, and the temperature of the melt rises due to the reaction heat. The rise in the temperature of the melt causes a decrease in the viscosity of the melt, and the gas in the melt can be easily blown out from the molten pool.
[0014]
However, when a shield gas having a high oxygen concentration is used, the gas blows out from around the keyhole generated by the irradiated laser light. At this time, many spatters are generated and scattered. Since the surrounding galvanized steel sheet is melted and filled, the appearance after welding is good, but the molten liquid is scattered as spatter. There was a problem in that the weld strength was reduced due to the occurrence of a thin wall in the cross section of the bead.
[0015]
[Patent Document 1]
JP 2001-162387 A
[Patent Document 2]
JP-A-11-277264
[Patent Document 3]
JP-A-5-96392
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object to provide a laser welding method in which welding failure does not occur in welding of a metal material having an intermediate layer made of a metal having a boiling point lower than the melting point of the metal to be welded. And
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have a laser welding method in which the viscosity of the melt near the keyhole is high and the viscosity of the melt around the keyhole is low, so that the occurrence of spatter is suppressed. I found.
[0018]
That is, the laser welding method of the present invention comprises a plurality of laminated states. Steel And multiple Steel Was made during Steel Made of lower boiling metal Galvanized layer A laser welding method of irradiating a laminate comprising a laser beam together with a shield gas to weld, wherein the shield gas is less than 30 vol% oxygen gas when the entire shield gas is 100 vol%, and the remainder is not An active gas and a molten pool in which the laminated body is melted by laser light with an oxidizing gas comprising 30 vol% or more of oxygen gas and the remainder being an inert gas when the whole is 100 vol% and is shielded The gas is supplied to the outside where the gas is supplied.
[0019]
According to the laser welding method of the present invention, even when a metal material having a low-boiling intermediate layer is welded, it is possible to perform laser welding in which the generation of spatter is suppressed during welding and the remaining of bubbles is also suppressed. The laser welding of the present invention can be welded with high welding strength because it can be welded in a state where a metal material having a coating formed on the surface of a plated steel plate or the like is in contact.
[0020]
The laser welding apparatus of the present invention is an apparatus that uses the laser welding method of the present invention.
[0021]
That is, the laser welding apparatus of the present invention comprises a light emitting means for emitting a laser beam applied to a workpiece, an oxygen gas of less than 30 vol% when the whole is 100 vol%, and the balance being an inert gas. Shield gas Supply shield gas generator and shield gas from shield gas generator. Enclose the keyhole formed by irradiating the workpiece with laser light A nozzle with an open shield gas outlet , An oxidizing gas composed of 30 vol% or more oxygen and the balance of an inert gas when the whole is 100 vol% The oxidizing gas generator to be supplied and the oxidizing gas from the oxidizing gas generator It is a molten pool of work piece and shielding gas Sprayed Outside A nozzle with an oxidizing gas outlet opening It is characterized by having.
[0022]
The laser welding apparatus of the present invention can perform laser welding in which generation of spatters and residual bubbles are suppressed during welding. Furthermore, since the laser welding apparatus of the present invention can be welded in a state where a metal material having a coating formed on the surface of a plated steel plate or the like is in contact, it can be welded with high welding strength.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Laser welding method)
The laser welding method of the present invention comprises a plurality of stacked states. Steel And multiple Steel Made of metal with a lower boiling point than the metal material Galvanized layer And a laser welding method for welding by irradiating a laser beam together with a shielding gas to a laminate comprising the above. That is, the laser welding method of the present invention has a Galvanized layer A plurality of stacked through Steel Can be welded together.
[0024]
Further, the laser welding method of the present invention is welded. Steel The thickness is not particularly limited as long as it can be melted when irradiated with laser light. Also be welded Steel Preferably has a plate shape.
[0025]
In the laser welding method of the present invention, Steel The number of is not particularly limited. That is, welded Steel May be not only two layers but also three or more layers.
[0026]
When the shielding gas is 100 vol% of the entire shielding gas, the shielding gas is composed of oxygen gas of less than 30 vol% and the balance is an inert gas. The shield gas is a gas that is supplied so as to surround the keyhole formed in the irradiation unit irradiated with the laser beam. And since the amount of oxygen in shield gas will be less than 30 vol%, the fall of the viscosity of the melt which forms the molten pool in the keyhole vicinity is suppressed, and scattering of a sputter | spatter is suppressed. Note that when the oxygen gas concentration in the shield gas is 30 vol% or more, spattering occurs.
[0027]
As the inert gas constituting the shield gas, a gas used as a shield gas in conventional laser welding can be used. For example, argon gas can be raised.
[0028]
The laser welding method of the present invention is a molten pool in which an oxide gas composed of 30 vol% or more oxygen gas and the remainder is an inert gas when the whole is 100 vol% and the laminate is melted by laser light, and Shield gas is supplied to the outside. By supplying the oxidizing gas to the molten pool outside the shield gas, the viscosity of the melt is lowered in the portion where the oxidizing gas is supplied. From this reduced viscosity part Galvanized layer The gas blows out. As a result, gas is discharged from the molten liquid in the molten pool, so that welding failure does not occur.
[0029]
When the oxygen gas contained in the oxidizing gas is less than 30 vol%, the viscosity of the melt is not sufficiently lowered, and the gas is not sufficiently discharged. As a result, poor welding occurs.
[0030]
It is preferable that the laser beam scans the surface of the laminate. That is, by scanning with laser light, laser welding can be performed linearly, and the length of the welded portion can be increased. This increases the weld strength. When the laser beam is scanned, the position where the shield gas and the oxidizing gas are sprayed moves in the same manner as the laser beam scan.
[0031]
The oxidizing gas is preferably supplied behind the scanning direction of the laser beam. That is, by supplying the oxidizing gas backward in the scanning direction, gas can be blown out from the molten pool in the laser beam scanned welding.
[0032]
Galvanized layer Is Steel It consists of a film formed on the surface. That is, in the laser welding method of the present invention, a film was formed on the surface. Steel It can be used for welding.
[0033]
In addition, Galvanized layer Is the two stacked Steel Even the film formed on the surface of one of the two Steel Either of them may be a film formed on both surfaces. That is, the laser welding method of the present invention has a film formed on the surface. Steel And no film is formed Steel Welding and surface coating formed Steel It can be used for welding between each other.
[0034]
Galvanized layer Two sheets in a stacked state Steel When it is a film formed on the surface of both, Galvanized layer Since the two-layer coating constituting the gas is gasified at the time of welding and discharged from the melt, it may be either the same kind of metal or a different kind of metal.
[0035]
The present invention Steel Can be used for a galvanized steel sheet made of a steel plate and a coating film made of a galvanized film. That is, the laser welding method of the present invention can exert an effect on welding of a galvanized steel sheet.
[0036]
The laser welding method of the present invention is welded. Steel There is an effect that it is possible to perform laser welding in which generation of spatter and residual bubbles are suppressed during welding without forming a gap between them.
[0037]
(Laser welding equipment)
The laser welding apparatus of the present invention comprises a light emitting means, A nozzle, Have
[0038]
The light emitting means emits laser light that is irradiated onto the workpiece. That is, the light emitting means is an apparatus for irradiating a laser beam serving as a heating source for melting a workpiece in laser welding. In the laser welding apparatus of the present invention, the light emitting means is not particularly limited, and a laser welding torch used in a conventional laser welding apparatus can be used.
[0039]
Nozzle , A shielding gas consisting of oxygen gas of less than 30 vol% when the whole is 100 vol% and an inert gas as the balance Supply shield gas generator and shield gas from shield gas generator. Enclose the keyhole formed by irradiating the workpiece with laser light The shield gas outlet that blows out is open. That is, Keyhole Shield gas with restricted oxygen amount to enclose Supply . When the amount of oxygen in the shield gas is less than 30 vol%, a decrease in the viscosity of the melt forming the molten pool in the vicinity of the keyhole can be suppressed, and spattering can be suppressed. Note that when the oxygen gas concentration in the shield gas is 30 vol% or more, spattering occurs.
[0040]
As the inert gas constituting the shield gas, a gas used as a shield gas in conventional laser welding can be used. For example, argon gas can be raised.
[0041]
Nozzle , An oxidizing gas composed of 30 vol% or more oxygen and the balance of an inert gas when the whole is 100 vol% The oxidizing gas generator to be supplied and the oxidizing gas from the oxidizing gas generator It is a molten pool of work piece and shielding gas Sprayed Outside An oxidizing gas outlet that blows out is opened. That is, Oxidizing gas on the work pool and outside of the shield gas supply Supply . By supplying the oxidizing gas to the molten pool outside the shield gas, the viscosity of the melt is lowered in the portion where the oxidizing gas is supplied. The gas in the intermediate layer is easily discharged from the portion where the viscosity is lowered. As a result, gas is discharged from the molten liquid in the molten pool, and welding defects do not occur.
[0042]
When the oxygen gas contained in the oxidizing gas is less than 30 vol%, the viscosity of the melt is not sufficiently lowered, and the gas is not sufficiently discharged. As a result, poor welding occurs.
[0043]
It is preferable that the position of the workpiece to be irradiated with the laser light moves. That is, in the laser welding apparatus of the present invention, the movement of the position irradiated with laser light indicates that the laser light is scanned over the surface of the workpiece. Scanning with laser light indicates that the laser welding apparatus of the present invention can be welded linearly.
[0044]
The position of the workpiece irradiated with the laser light can be moved by displacing the light emitting means and / or the workpiece. That is, the laser welding apparatus of the present invention preferably has a light emitting means and / or a transfer means for relatively displacing the workpiece.
[0045]
The oxidizing gas is preferably supplied behind the scanned laser beam.
By supplying the oxidizing gas backward in the scanning direction, the gas can be discharged from the molten pool in the welding where the laser beam is scanned.
[0046]
The shield gas supply means and the oxidizing gas supply means preferably include a gas generation means for generating a shield gas or an oxidizing gas, and a blowout port for blowing out the gas from the gas generation means and supplying the gas to a predetermined position. . That is, each gas having a desired composition is generated by the gas generating means, and each of the generated gases is supplied to a predetermined position from the blowout gusset.
[0047]
The shield gas supply means preferably includes a shield gas generation means for generating a shield gas, and a shield gas outlet for blowing out the shield gas from the shield gas generation means and supplying the shield gas to a predetermined position.
[0048]
The oxidizing gas supply means has an oxidizing gas generating means for generating an oxidizing gas, and an oxidizing gas outlet for blowing out the oxidizing gas from the oxidizing gas generating means and supplying it to a predetermined position. preferable.
[0049]
The gas generating means is not particularly limited as long as it is an apparatus that can generate a gas having a desired composition. For example, an apparatus having an oxygen gas cylinder and an inert gas cylinder and supplying gas from both gas cylinders can be given.
[0050]
By having the air outlet, each gas can be supplied to a desired position by adjusting the direction of the air outlet. The air outlet is not particularly limited, and the air outlet used for supplying the shielding gas in the conventional laser welding apparatus can be used.
[0051]
The shield gas outlet is preferably formed integrally with the light emitting means. Since the shield gas outlet is formed integrally with the light emitting means, the shield gas can be easily supplied to the molten pool. Further, the shield gas outlet is formed integrally with the light emitting means, thereby simplifying the configuration of the apparatus.
[0052]
In the vicinity of the shield gas outlet, the shield gas flow path is preferably formed in parallel with the laser beam. By forming the flow path of the shield gas in parallel with the laser light, the shield gas can be blown out in parallel with the light beam of the laser light. More preferably, the shielding gas is preferably supplied by a coaxial gas shield in which the shielding gas flows along the same axis as the laser beam.
[0053]
The oxidizing gas outlet is preferably formed integrally with the light emitting means. Since the outlet is formed integrally with the light emitting means, it is easy to supply the oxidizing gas to the desired position of the molten pool. For example, when performing laser welding in which laser light is scanned, an oxidizing gas can be supplied to the molten pool on the rear side in the scanning direction by providing the blowout port on the rear side in the scanning direction. By forming the oxidizing gas flow path in parallel with the laser beam in the vicinity of the blowing port, the oxidizing gas can be blown out in parallel with the laser beam.
[0054]
In the laser welding apparatus of the present invention, the laser beam used for welding is not particularly limited as long as the laser beam can impart energy to the welded material to be welded. For example, glass: neodymium ³⁺ Laser, YAG: Neodymium ³⁺ Laser, ruby laser, helium-neon laser, krypton laser, argon laser, H ₂ Laser, N ₂ Laser light such as laser and semiconductor laser can be used. As a more preferable laser, YAG: neodymium ³⁺ Lasers and semiconductor lasers can be mentioned.
[0055]
The laser welding apparatus of the present invention is a laser welding apparatus that performs laser welding using the above-described laser welding method. Sputtering and residual bubbles are not generated during welding without creating a gap between the metal materials to be welded. It has the effect of suppressing laser welding.
[0056]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
[0057]
A laser welding apparatus was manufactured as an example of the present invention, and laser welding was actually performed.
[0058]
Example 1
(Laser welding equipment)
A laser welding apparatus having a laser welding torch whose cross section is shown in FIG. 1 was manufactured.
[0059]
The laser welding torch 1 includes a light emitting part (not shown) that emits laser light, a gas nozzle 2 having a substantially hollow cylindrical shape integrally formed with a light emitting part through which laser light and shielding gas flow, and a base of the gas nozzle 2. A shield gas supply device (not shown) that supplies a shield gas to the inside of the gas nozzle 1 via a shield gas flow path 21 that communicates the inside and the outside on the side wall surface on the end side, and an opening is the tip of the gas nozzle 2 An oxidation gas is supplied to the oxidizing gas flow path 22 formed in the inside of the wall portion that opens to the surface and forms the gas nozzle, and the gas flow path 22 that communicates with the other opening of the oxidizing gas flow path. And a sex gas supply device (not shown).
[0060]
The light emitting unit generates YAG laser light having a maximum output of 6 kW. The light emitting unit can adjust the focus of the laser light. The light emitting part is a hollow part of the axial center of the gas nozzle and is provided on the base end side. The light emitting unit is arranged so that the emitted laser light passes through the axis of the gas nozzle 2.
[0061]
The gas nozzle 2 has an inner diameter that decreases from the proximal end to the distal end. With this diameter reduction, the shielding gas can be supplied in the vicinity of the keyhole.
[0062]
The shield gas supply device has an argon gas cylinder and an oxygen gas cylinder, and mixes gas from both gas cylinders at an arbitrary mixing ratio and supplies the mixed gas to the shield gas flow path 21. The shield gas supplied to the shield gas flow path 21 passes through the hollow portion of the axial center portion of the gas nozzle 2 and blows out from the distal end portion of the gas nozzle 2 in the axial direction of the gas nozzle 2.
[0063]
The oxidizing gas supply device has an argon gas cylinder and an oxygen gas cylinder, mixes the gas from both gas cylinders at an arbitrary mixing ratio, and supplies the mixed gas to the oxidizing gas flow path 22. An end portion of the oxidizing gas flow path 22 that is not connected to the oxidizing gas supply device is open to the distal end surface of the gas nozzle 2. In addition, a plurality of openings of the oxidizing gas flow path 22 are provided on the end face of the gas nozzle 2. The plurality of openings are provided on a substantially cylindrical end surface over a half circumference. The oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply device to the oxidizing gas flow path 22 is blown out from the end face of the gas nozzle 2 along the outer periphery of the shield gas.
[0064]
The laser welding apparatus of this embodiment is used for laser welding in which laser light is scanned to perform welding. In laser welding in which laser light is scanned, the openings of the oxidizing gas flow path 22 communicating with the oxidizing gas supply device are used in a state where they are arranged on the rear side in the scanning direction of the laser light.
[0065]
The laser welding torch of the laser welding apparatus of the present embodiment can emit laser light, a shielding gas, and an oxidizing gas as a heating source for welding from one laser welding torch. The irradiation position of the laser beam and the ejection direction of the shield gas and the oxidizing gas can be made constant. Further, since the laser welding torch has these functions integrally, the configuration in the vicinity of the welded portion in the laser welding apparatus is simplified, and the laser welding apparatus is easily handled.
[0066]
(Laser welding)
Alloyed hot-dip galvanized steel sheet with a thickness of 0.8 mm (both front and back plating, zinc weight per side: 45 g / cm ² ) Were laminated and laser welding was performed using the laser welding apparatus of this example. The surfaces of the galvanized steel sheets in the laminated state are in close contact with each other.
[0067]
In the laser welding of this embodiment, 100% argon gas is used as the shielding gas, and the oxidizing gas is used. 100% The oxygen gas was used.
[0068]
Laser welding was performed at a laser output of 2.5 kW and a laser beam scanning speed of 2 m / min. Further, the flow rate of the shield gas supplied during laser welding was 20 l / min, and the flow rate of the oxidizing gas was 10 l / min. As for the ratio of oxygen gas in the inert gas, it has been confirmed in another experiment that the characteristics of the molten pool change greatly when the amount of oxygen gas mixed is approximately 30%.
[0069]
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, laser welding was performed using only a shielding gas made of argon gas.
[0070]
Specifically, using the laser welding apparatus of Example 1, laser welding was performed on the galvanized steel sheet welded in Example 1 without supplying the oxidizing gas and the oxygen gas in the shield gas. In this comparative example, laser welding was performed under the same conditions as in Example 1 except for the shielding gas.
[0071]
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, laser welding was performed using only a shielding gas made of oxygen gas.
[0072]
Specifically, using the laser welding apparatus of Example 1, laser welding was performed on the galvanized steel sheet welded in Example 1 without supplying the oxidizing gas and the argon gas in the shielding gas. In this comparative example, laser welding was performed under the same conditions as in Example 1 except for the shielding gas.
[0073]
(Evaluation)
The welding cross section after welding of the galvanized steel sheet welded by laser welding of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was photographed and shown.
[0074]
The weld cross section of Example 1 is shown in FIG. 2, the weld cross section of Comparative Example 1 is shown in FIG. 3, and the weld cross section of Comparative Example 2 is shown in FIG.
[0075]
In the laser welding of Example 1, the generation of spatter around the keyhole is greatly suppressed by the shielding gas, and the molten pool is not scattered. As a result, it can be confirmed from FIG. 2 that a good bead is formed. That is, the laser welding of Example 1 was able to be welded without causing poor welding due to the galvanizing gas even when the steel plate to be welded had a galvanized film made of a low boiling point metal.
[0076]
In the laser welding of Comparative Example 1, it was confirmed that spatter was scattered from the entire molten pool during laser welding. That is, in this comparative example, the viscosity of the molten pool is high, and the molten liquid is scattered when zinc gas generated inside the molten pool blows out of the molten pool. And it can confirm from FIG. 3 that a big defect arises in the cross section after welding by sputtering.
[0077]
In the laser welding of Comparative Example 2, it was confirmed that fine spatter was scattered from the entire molten pool behind the keyhole. Further, the molten pool formed in this comparative example is considerably larger than that in Example 1 and Comparative Example 1. That is, in this comparative example, oxygen gas is used as the shielding gas, and the temperature of the molten liquid in the molten pool is increased and the viscosity is decreased by the action of the oxygen gas. Since the time until solidification takes a long time due to the high temperature of the melt, the molten pool becomes large. And since the viscosity of the molten liquid of a molten pool falls, the generated gas accumulates in a molten liquid, and it blows out from a molten liquid before a bubble becomes large. For this reason, a large amount of fine spatter is generated. And since a large amount of molten liquid scatters by sputtering, the lack of molten metal can be confirmed in the bead after welding from FIG.
[0078]
From the above, the laser welding apparatus of the present invention can be used for the present invention. Laser welding method In Example 1 in which laser welding was performed using the laser beam, it is possible to perform lap welding in which welding failure occurs in conventional laser welding without causing welding failure.
[0079]
(Example 2)
As Example 2, a laser welding apparatus having a laser-welding torch whose cross section is shown in FIG. The laser welding torch 1 of the present embodiment is a modified form of the laser welding torch of the laser welding apparatus of the first embodiment.
[0080]
Specifically, the structure is the same as that of the laser welding torch shown in Example 1 except that the oxidizing gas flow path 23 is provided separately from the gas nozzle 2. The opening of the oxidizing gas channel 23 is formed in a rectangular shape. And this opening part is located in the back side of the scanning direction of a laser beam. The oxidizing gas blown out from the opening is a molten pool melted by laser light, and an opening is provided so as to be supplied to the outer periphery of the shielding gas.
[0081]
Also in this example, when laser welding was performed in the same manner as in Example 1, welding could be performed without causing poor welding.
[0082]
(Example 3)
As Example 3, a laser welding apparatus having a laser-welding torch whose cross section is shown in FIG. The laser welding torch 1 of the present embodiment is a modified form of the laser welding torch of the laser welding apparatus of the first and second embodiments.
[0083]
Specifically, the configuration is the same as that of the laser welding torch shown in Example 2 except that the shield gas flow path 24 is provided separately from the gas nozzle 2. The opening of the shield gas channel 24 is formed in a rectangular shape. And this opening part is located in the front side of the scanning direction of a laser beam. The shield gas blown from the opening is supplied in the vicinity of the keyhole irradiated with the laser beam.
[0084]
Also in this example, when laser welding was performed in the same manner as in Example 1, welding could be performed without causing poor welding.
[0085]
Example 4
As Example 4, a laser welding apparatus having a laser-welding torch whose cross section is shown in FIG. The laser welding torch 1 of the present embodiment is a modified form of the laser welding torch of the laser welding apparatus of the first to third embodiments.
[0086]
Specifically, it is the same as the laser welding torch shown in Example 2 except that the oxidizing gas channel 25 is provided separately from the gas nozzle and the opening is located on the front side in the scanning direction of the laser beam. It is the composition. The opening of the oxidizing gas channel 25 is formed in a rectangular shape. The oxidizing gas blown out from the opening is emitted toward the molten pool. In this embodiment, even if the oxidizing gas is supplied toward the molten pool, the shielding gas is not With laser light Since it is sprayed coaxially, oxidizing gas is no longer supplied near the keyhole.
[0087]
Also in this example, when laser welding was performed in the same manner as in Example 1, welding could be performed without causing poor welding.
[0088]
From Examples 2 to 4, welding can be performed without causing poor welding even when the galvanized steel sheet is welded using the laser welding apparatus according to the modification of Example 1.
[0089]
【The invention's effect】
The laser welding method of the present invention has a low boiling point. Galvanized layer Have Steel Even when welding is performed, laser welding in which residual bubbles are suppressed can be performed by suppressing generation of spatter during welding. The laser welding of the present invention zinc A coating was formed on the surface of a plated steel sheet, etc. Steel Can be welded with high welding strength.
[0090]
The laser welding apparatus of the present invention can perform laser welding using the laser welding method of the present invention. That is, it is possible to perform laser welding in which generation of spatters and residual bubbles are suppressed during welding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a configuration of a laser welding torch according to a first embodiment.
2 is a photograph of a cross section of a welded portion laser welded in Example 1. FIG.
3 is a photograph of a cross section of a welded portion laser welded in Comparative Example 1. FIG.
4 is a photograph of a cross section of a welded portion laser welded in Comparative Example 2. FIG.
5 is a view showing a configuration of a laser welding torch of Example 2. FIG.
6 is a view showing a configuration of a laser welding torch of Example 3. FIG.
7 is a view showing a configuration of a laser welding torch of Example 4. FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... Laser welding torch 2 ... Gas nozzle
21, 24 ... Shield gas flow path
22, 23, 25 ... oxidizing gas flow path

Claims

Laser that irradiates laser beam together with shield gas to weld a laminate comprising a plurality of laminated steel materials and a galvanized layer made of a metal having a lower boiling point than the steel materials provided between the plurality of steel materials A welding method,
The shielding gas comprises less than 30 vol% oxygen gas when the entire shielding gas is 100 vol%, and the balance is an inert gas,
When the whole is 100 vol%, an oxidizing gas composed of oxygen gas of 30 vol% or more and the remainder is an inert gas is a molten pool in which the laminate is melted by the laser beam, and the shielding gas is supplied. A laser welding method, wherein the laser welding method is supplied to the outside.

The laser welding method according to claim 1, wherein the laser beam scans the surface of the laminate.

The laser welding method according to claim 2, wherein the oxidizing gas is supplied rearward in the scanning direction of the laser light.

The laser welding method according to claim 1, wherein the galvanized layer is formed of a coating formed on the surface of the steel material.

The laser welding method according to claim 4, wherein the steel material is a galvanized steel plate made of a steel plate and the coating is a galvanized coating.

A light emitting means for emitting a laser beam applied to the workpiece;
A shield gas generator for supplying a shield gas consisting of oxygen gas of less than 30 vol% when the whole is 100 vol% and the balance being an inert gas, and the laser beam from the shield gas generator A nozzle having a shield gas outlet that is blown out so as to surround the keyhole formed by irradiating the workpiece;
An oxidizing gas generator for supplying an oxidizing gas composed of 30 vol% or more of oxygen and the balance of an inert gas when the total is 100 vol%, and an oxidizing gas from the oxidizing gas generator A nozzle in which an oxidizing gas blowout opening that is a molten pool of a workpiece and blows out toward the outside where the shielding gas is blown;
A laser welding apparatus comprising:

The laser welding apparatus according to claim 6, wherein a position of the workpiece irradiated with the laser light moves.

The laser welding apparatus according to claim 7, wherein the oxidizing gas is supplied behind the laser beam scanned.