JP4848921B2 - Composite welding method and composite welding equipment - Google Patents

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Description

本発明は、被溶接物にレーザビームの照射とアーク溶接行う複合溶接方法と複合溶接装置に関するものである。     The present invention relates to a composite welding method and a composite welding apparatus for performing laser beam irradiation and arc welding on a workpiece.

レーザ溶接は、高エネルギー密度熱源であるため、熱影響部の狭い高速溶接が可能である。しかし、被溶接物間にギャップがあると、レーザビームがそのギャップから抜けてしまい、被溶接物を加熱できなくなる恐れがある。この問題点を克服するために、溶接プロセスからのアプローチとしてはフィラーを採用する方法とアーク溶接と複合する方法とがある。前者では、ギャップ裕度を向上させることができるものの、フィラーを溶融するのに十分なエネルギーが必要なため、レーザ溶接単独より高い出力のレーザを要求する。その結果、装置全体のコストが増加してしまう。一方、後者では、消耗電極方式のアークを被溶接物の溶接位置に発生させるアーク溶接を採用すれば、広いギャップ裕度が得られる。この種の技術として、MIGアーク溶接とレーザ溶接との複合溶接方法がある(例えば特許文献1参照)。     Since laser welding is a high energy density heat source, high-speed welding with a narrow heat-affected zone is possible. However, if there is a gap between the workpieces, the laser beam may come out of the gap and the workpiece may not be heated. In order to overcome this problem, approaches from the welding process include a method of employing a filler and a method of combining with arc welding. The former can improve the gap tolerance, but requires a high power laser compared to laser welding alone because it requires sufficient energy to melt the filler. As a result, the cost of the entire apparatus increases. On the other hand, in the latter case, a wide gap tolerance can be obtained by using arc welding in which a consumable electrode type arc is generated at the welding position of the workpiece. As this type of technique, there is a composite welding method of MIG arc welding and laser welding (see, for example, Patent Document 1).

このような複合溶接では、レーザ溶接とアーク溶接とをいかに設置するかは、非常に重要である。例えば、レーザ溶接とアーク溶接との配置によっては被溶接物の溶込みが異なってくる(例えば非特許文献1参照)。     In such composite welding, how to install laser welding and arc welding is very important. For example, the penetration of the workpiece is different depending on the arrangement of laser welding and arc welding (for example, see Non-Patent Document 1).

したがってレーザ溶接とアーク溶接との設置方法については、従来から多数の提案があった。例えば、レーザ照射位置とアーク狙い位置とを0.5mm〜5mm離すよう設置したほうがよいというもの(例えば特許文献1参照)、溶接方向に対して前方にレーザ、後方にアークを配置し、レーザ照射とアーク放電との間隔をアークがレーザと干渉しないよう設置したほうがよいとしているもの(例えば特許文献2参照)があった。     Therefore, there have been many proposals for installation methods of laser welding and arc welding. For example, it is better to install the laser irradiation position and the arc aiming position so as to be separated from each other by 0.5 mm to 5 mm (for example, see Patent Literature 1). In some cases, the distance between the arc discharge and the arc discharge should be set so that the arc does not interfere with the laser (see, for example, Patent Document 2).

前記従来の提案には、被溶接物の溶融または溶接速度に視点を置いてなされたものはほとんどであり、ワイヤの溶融の視点から提案されたものはなかった。     Most of the conventional proposals have been made from the viewpoint of melting or welding speed of an object to be welded, and none has been proposed from the viewpoint of melting of a wire.

また、通常、レーザ溶接ではレーザ照射の面積が小さいので、この点からは小さな溶融池しか作らない。一方、アーク溶接ではアーク放電の面積が大きく、それによって形成する溶融池のサイズも大きくなる。     Moreover, since the area of laser irradiation is usually small in laser welding, only a small molten pool can be made from this point. On the other hand, in arc welding, the area of arc discharge is large, thereby increasing the size of the molten pool formed.

複合溶接の溶融池はどちらかというとアーク溶接の溶融池に近い(例えば非特許文献1、2参照)。溶融池が大きいことは被溶接への投入熱量が多いことを意味し、溶接継手に大きな熱変形がもたらす恐れがある。施工上許される限り、できるだけ溶融池の大きさを減少させることが望ましい。レーザ溶接と比較してアーク溶接の溶融池のサイズが大きいので、複合溶接では溶融池のサイズを小さくするには、アーク溶接の溶融池のサイズを小さくすることが有効である。アーク溶接の溶融池のサイズを小さくするためには、アーク電流を小さくする必要がある。しかし、消耗電極アーク溶接ではアーク電流を小さくすることは、ワイヤ供給速度をも同時に小さくすることを意味する。その結果、単位溶接線長さの溶着金属量が減少し、所定の継手強度が得られなくなる恐れがある(例えば非特許文献3参照)。     The weld pool for composite welding is rather close to the weld pool for arc welding (see Non-Patent Documents 1 and 2, for example). A large weld pool means that a large amount of heat is input to the weld, and there is a risk that large thermal deformation will occur in the welded joint. As long as construction permits, it is desirable to reduce the size of the molten pool as much as possible. Since the size of the weld pool for arc welding is larger than that for laser welding, it is effective to reduce the size of the weld pool for arc welding in order to reduce the size of the weld pool for composite welding. In order to reduce the size of the weld pool for arc welding, it is necessary to reduce the arc current. However, in consumable electrode arc welding, reducing the arc current means reducing the wire feed rate at the same time. As a result, the amount of weld metal per unit weld line length may decrease, and a predetermined joint strength may not be obtained (see, for example, Non-Patent Document 3).

上述の通り、従来の複合溶接ではギャップ裕度を広げることはできるものの、溶融池の大きさを減少させることは困難であった。
特開2002−103069号公報 特開2002−346777号公報 片山聖二、内海怜、水谷正海、王静波、藤井孝治、アルミニウム合金のYAGレーザ・MIGハイブリッド溶接における溶込み特性とポロシティの防止機構、軽金属溶接、44、3(2006) 江口法孝、松本剛、江間光弘、笹部誠二、レーザ・アークハイブリッド溶接のアルミニウム合金継手特性、溶接学会全国大会講演概要、第71集、2002−10 社団法人溶接学会、溶接アーク物理研究委員会編、溶接プロセスの物理、黒木出版社、1996
As described above, the conventional composite welding can increase the gap margin, but it is difficult to reduce the size of the molten pool.
JP 2002-103069 A JP 2002-346777 A Katayama Seiji, Utsumi Rin, Mizutani Masami, Wang Shizunami, Fujii Koji, Penetration characteristics and porosity prevention mechanism in YAG laser / MIG hybrid welding of aluminum alloys, light metal welding, 44, 3 (2006) Noritaka Eguchi, Tsuyoshi Matsumoto, Mitsuhiro Ema, Seiji Isobe, Characteristics of Aluminum Alloy Joints in Laser-Arc Hybrid Welding, Summary of Lectures at National Conference of the Japan Welding Society, Vol. 71, 2002-10 Japan Welding Society, Welding Arc Physics Research Committee, Welding Process Physics, Kuroki Publishing Co., 1996

従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、アーク放電による溶融池の大きさを減少させる複合溶接方法と複合溶接装置を提供することにある。     In view of the problems of the prior art, the problem to be solved by the present invention is to provide a composite welding method and a composite welding apparatus that reduce the size of a molten pool by arc discharge.

上記目的を達成するため本発明は、被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射し、前記溶接位置に溶接ワイヤを送給して被溶接物との間でアーク溶接する複合溶接方法において、前記レーザビームの光軸と被溶接物の交点と前記送給方向の中心軸と被溶接物の交点とが前記溶接位置に生じる溶融池内に重ならないように位置し、かつ、前記レーザビームの光軸と前記送給方向の中心軸が交わる位置に前記レーザビームの光軸と前記送給方向の中心軸を配置して被溶接物を溶接する複合溶接方法、または、被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射する集光光学系と、前記溶接位置に溶接ワイヤを送給するトーチ及びワイヤ送給手段と、前記被溶接物と溶接ワイヤの間に溶接電力を供給するアーク発生手段を備え、前記レーザビームの光軸と被溶接物の交点と前記送給方向の中心軸と被溶接物の交点とが前記溶接位置に生じる溶融池内に重ならない位置で、かつ、前記レーザビームの光軸と前記送給方向の中心軸が交わる位置に前記レーザビームの光軸と前記送給方向の中心軸を配置した複合溶接装置である。   To achieve the above object, the present invention provides a composite welding method in which a laser beam is irradiated to a welding position of a workpiece, a welding wire is fed to the welding position, and arc welding is performed with the workpiece. The intersection of the optical axis of the laser beam and the workpiece, the central axis of the feeding direction and the intersection of the workpiece are positioned so as not to overlap in the weld pool generated at the welding position, and the optical axis of the laser beam And a welding method for welding the workpiece by arranging the optical axis of the laser beam and the central axis of the feeding direction at a position where the center axis of the feeding direction intersects the laser beam, or a laser at the welding position of the workpiece A condensing optical system for irradiating a beam; a torch for feeding a welding wire to the welding position; and a wire feeding means; and an arc generating means for supplying welding power between the workpiece and the welding wire, Laser beam optical axis and cover The intersection of the object, the central axis in the feeding direction, and the intersection of the workpieces do not overlap in the weld pool generated at the welding position, and the optical axis of the laser beam and the central axis in the feeding direction are In the composite welding apparatus, an optical axis of the laser beam and a central axis in the feeding direction are arranged at a crossing position.

このように被溶接物に供給する溶接ワイヤにレーザビームを照射するよう前記レーザビームの光軸と前記ワイヤの中心軸を配置し、レーザビームで溶接ワイヤを直接溶融することによってワイヤ溶融に必要なアーク電流を減少させ、アークによる溶融池の大きさを減少させることができる。     Thus, the optical axis of the laser beam and the central axis of the wire are arranged so as to irradiate the welding wire supplied to the workpiece to be welded, and the welding wire is directly melted by the laser beam, so that it is necessary for melting the wire. The arc current can be reduced, and the size of the molten pool caused by the arc can be reduced.

以上のように本発明は、被溶接物に供給するワイヤにレーザビームが直接に照射するよう前記レーザビームの光軸と前記ワイヤの中心軸とを配置し、レーザビームでワイヤを直接溶融することによってワイヤ溶融に必要なアーク電流を減少させ、アークによる溶融池の大きさを減少させることができる。     As described above, according to the present invention, the optical axis of the laser beam and the central axis of the wire are arranged so that the laser beam is directly applied to the wire to be welded, and the wire is directly melted by the laser beam. Thus, the arc current required for wire melting can be reduced, and the size of the molten pool caused by the arc can be reduced.

(実施の形態1)
図8は複合溶接装置の構成を示すブロック図である。1はレーザ発生手段で、レーザ発振器2とレーザ伝送手段3と集光光学系4とからなり、レーザビーム5を被溶接物6の溶接位置に照射する。
(Embodiment 1)
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the composite welding apparatus. Reference numeral 1 denotes a laser generating means, which comprises a laser oscillator 2, a laser transmission means 3, and a condensing optical system 4, and irradiates a welding position of a workpiece 6 with a laser beam 5.

前記レーザ発振器2は、制御手段12によってそのレーザ出力値及びレーザ出力タイミングを自由に制御することができる。前記レーザ伝送手段3は、光ファイバーであってもよく、レンズによって組み合わせた伝送系であってもよい。前記集光光学系4は、一枚あるいは複数のレンズから構成されてもよい。7は溶接ワイヤで、ワイヤ送給手段8によってトーチ9を通して前記被溶接物6の溶接位置に送給される。10はアーク発生手段で、溶接開始時には前記ワイヤ送給手段8を制御し、前記トーチ9を通して前記溶接ワイヤ7を前記被溶接物6の溶接位置に向かって送給し、前記溶接ワイヤ7と前記被溶接物6との間に溶接アーク11を発生するよう制御するが、溶接終了時には前記溶接ワイヤ送給手段8による溶接ワイヤ7の送給を停止させると共に、前記溶接アーク11を停止するよう制御する。前記アーク発生手段10は、制御手段12によってその出力値及び出力タイミングを自由に制御することができる。この制御手段12は、図示していないが、外部から溶接開始または溶接終了命令を受け、前記レーザ発生手段1と前記アーク発生手段10とを制御する。前記制御手段12は、前記レーザ発生手段1から発生するレーザビーム5の照射タイミングとその出力とを制御すると共に、前記アーク発生手段10から発生する溶接アーク11の放電タイミングとその出力とを制御する。なお、前記制御手段12として、コンピュータを使用してもよいが、コンピュータのような演算機能を有する部品、デバイス、装置あるいはそれらの組み合わせを使用してもよい。また、前記制御手段12として、ロボットを使用してもよい。詳細の説明を省略するが、ロボットを使用する場合は、前記ロボットのマニピュレータ部に前記集光光学系4と前記トーチ11とを固定して使用することができる。このように構成された従来の複合溶接装置の動作としては、溶接開始時には、溶接開始命令を受けた制御手段12はレーザ発生手段1にレーザ溶接開始信号を送り、レーザビームの照射を開始すると共に、アーク発生手段10にアーク溶接開始信号を送り、アーク放電を開始するが、溶接終了時には、溶接終了命令を受けた制御手段12はレーザ発生手段1にレーザ溶接終了信号を送り、レーザビームの照射を終了すると共に、アーク発生手段10にアーク溶接終了信号を送り、アーク放電を終了する。前記レーザ溶接と前記アーク溶接との溶接開始または溶接終了タイミングとレーザ溶接のレーザ出力またはアーク溶接のアーク出力とは、予め前記制御手段12にセットされたシーケンスに応じて動作することができる。   The laser oscillator 2 can freely control its laser output value and laser output timing by the control means 12. The laser transmission means 3 may be an optical fiber or a transmission system combined with a lens. The condensing optical system 4 may be composed of one or a plurality of lenses. A welding wire 7 is fed to the welding position of the workpiece 6 through the torch 9 by the wire feeding means 8. An arc generating means 10 controls the wire feeding means 8 at the start of welding, and feeds the welding wire 7 toward the welding position of the workpiece 6 through the torch 9, The welding arc 11 is controlled to be generated between the workpiece 6 and the workpiece 6. At the end of welding, the welding wire 7 is stopped by the welding wire feeding means 8 and the welding arc 11 is stopped. To do. The arc generating means 10 can freely control its output value and output timing by the control means 12. Although not shown, the control means 12 receives a welding start or welding end command from the outside and controls the laser generating means 1 and the arc generating means 10. The control means 12 controls the irradiation timing of the laser beam 5 generated from the laser generating means 1 and its output, and also controls the discharge timing of the welding arc 11 generated from the arc generating means 10 and its output. . As the control means 12, a computer may be used, but a component, a device, an apparatus having a calculation function such as a computer, or a combination thereof may be used. Further, a robot may be used as the control means 12. Although the detailed description is omitted, when the robot is used, the condensing optical system 4 and the torch 11 can be fixed to the manipulator portion of the robot. The operation of the conventional composite welding apparatus configured in this way is as follows. At the start of welding, the control means 12 that has received a welding start command sends a laser welding start signal to the laser generating means 1 to start laser beam irradiation. Then, an arc welding start signal is sent to the arc generating means 10 to start arc discharge. At the end of welding, the control means 12 that has received the welding end command sends a laser welding end signal to the laser generating means 1 to irradiate the laser beam. At the same time, an arc welding end signal is sent to the arc generating means 10 to end the arc discharge. The welding start or welding end timing of the laser welding and the arc welding and the laser output of the laser welding or the arc output of the arc welding can operate according to a sequence set in the control means 12 in advance.

図1は本発明の実施の形態1における複合溶接方法または複合溶接装置のレーザ照射位置とワイヤ狙い位置との相関関係を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the correlation between the laser irradiation position and the wire aiming position of the composite welding method or composite welding apparatus in Embodiment 1 of the present invention.

図1では、図8における構成のうち、被溶接物6近傍、すなわちトーチ9先端部分およびレーザビーム5の焦点近傍を示すもので、9aは、トーチ9の先端に取り付けられ、ワイヤ7に電力を供給する給電チップである。aa’はレーザビーム5の光軸であり、bb’は前記溶接ワイヤ7の中心軸である。cc’は、被溶接物6の表面にあり、溶接しようとする溶接線である。13は、前記溶接線cc’に形成されうる溶融池である。Aは、前記溶接線cc’の上にあり、前記光軸aa’と被溶接物6との交点を示すレーザ照射位置である。Bは、前記溶接線cc’の上にあり、前記溶接ワイヤ7の中心軸bb’と前記被溶接物6との交点を示すワイヤ狙い位置である。Cは前記溶接ワイヤ7の表面にあり、直接に前記レーザビーム5の照射を受ける照射領域の中で、前記給電チップ9aの先端から最も近い位置を示すレーザ照射先端位置である。L1は、前記レーザ照射位置Aと前記ワイヤ狙い位置Bとの前記被溶接物6の表面における距離を示すレーザ・アーク間距離である。L2は、前記給電チップ9aの先端から前記ワイヤ狙い位置Bまでの距離を示す電極・母材間距離である。L3は、前記ワイヤ狙い位置Bと前記レーザ照射先端位置Cとの間の距離、すなわち前記溶接ワイヤ7が前記給電チップ9aの先端から前記ワイヤ狙い位置Bに供給されるまでの間に、前記レーザビーム5の直接照射を受ける長さを示すレーザ照射長さである。L4は、前記給電チップ9aの先端から供給された溶接ワイヤの中で、前記レーザビーム5の直接照射を受けない部分の長さを示すレーザ非照射長さである。   FIG. 1 shows the vicinity of the workpiece 6, that is, the vicinity of the tip of the torch 9 and the focus of the laser beam 5 in the configuration in FIG. 8, and 9 a is attached to the tip of the torch 9, A power supply chip to be supplied. aa ′ is the optical axis of the laser beam 5, and bb ′ is the central axis of the welding wire 7. cc ′ is a weld line to be welded on the surface of the work piece 6. Reference numeral 13 denotes a molten pool that can be formed on the weld line cc '. A is a laser irradiation position on the weld line cc ′ and indicating the intersection of the optical axis aa ′ and the workpiece 6. B is a wire aiming position which is on the welding line cc ′ and indicates the intersection of the central axis bb ′ of the welding wire 7 and the workpiece 6. C is a laser irradiation tip position that is located on the surface of the welding wire 7 and indicates the position closest to the tip of the power feed tip 9a in the irradiation region that is directly irradiated with the laser beam 5. L1 is a laser-arc distance indicating a distance on the surface of the workpiece 6 between the laser irradiation position A and the wire aiming position B. L2 is a distance between the electrode and the base material indicating the distance from the tip of the power feed tip 9a to the wire aiming position B. L3 is a distance between the wire aiming position B and the laser irradiation tip position C, that is, before the welding wire 7 is supplied from the tip of the power feed tip 9a to the wire aiming position B. This is the laser irradiation length indicating the length of direct irradiation of the beam 5. L4 is a laser non-irradiation length indicating the length of a portion of the welding wire supplied from the tip of the power supply tip 9a that is not directly irradiated with the laser beam 5.

上記実施の形態の動作について説明する。溶接開始時と溶接終了時との動作について、図2を参照しつつ説明する。図2は、実施の形態1における複合溶接方法または複合溶接装置のアーク出力とレーザ出力との動作タイミングを示す模式図である。   The operation of the above embodiment will be described. Operations at the start of welding and at the end of welding will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing operation timings of the arc output and the laser output of the composite welding method or the composite welding apparatus in the first embodiment.

溶接開始時には、制御手段12は、アーク発生手段10にアーク溶接開始信号を送り、t1時点においてアーク溶接を開始させるが、その後Δt1期間だけ経過後にレーザ発生手段1にレーザ溶接開始信号を送り、t2時点においてレーザ溶接を開始させることによって溶接を開始する。前述の通り、レーザ溶接より先にアーク溶接を開始させていることは、特徴である。これは、仮にレーザ溶接を開始してからアーク溶接を開始させると、被溶接物6に向かって供給される溶接ワイヤ7は前記被溶接物6に接触してアーク11を発生する前に前記レーザビーム5の直接照射を受けて溶融してしまい、正常にアーク溶接を開始させることができなくなる恐れがあるためである。   At the start of welding, the control means 12 sends an arc welding start signal to the arc generating means 10 and starts arc welding at the time t1, but after that, after a period of Δt1, a laser welding start signal is sent to the laser generating means 1 and t2 Welding is started by starting laser welding at the time. As described above, it is a feature that arc welding is started before laser welding. If the arc welding is started after the laser welding is started, the welding wire 7 supplied toward the workpiece 6 is in contact with the workpiece 6 before the arc 11 is generated. This is because the beam 5 may be melted by direct irradiation and the arc welding cannot be started normally.

一方、溶接終了時には、制御手段12は、レーザ発生手段1にレーザ溶接終了信号を送り、t3時点においてレーザ溶接を終了させるが、その後Δt2期間だけ経過後にアーク発生手段10にアーク溶接終了信号を送り、t4時点においてアーク溶接を終了させることによって溶接を終了する。これは、通常、溶接を終了させる時にはトーチ9を止める操作が必要であるが、前記トーチ9が止まった状態でアーク11よりレーザビーム5を長く照射すると、被溶接物6における溶込み深さが増加しすぎ、そのため溶落ちが発生してしまう恐れがあるためである。前記Δt1期間及びΔt2期間は、被溶接物6の材質及び板厚と、アーク溶接の溶接条件と、レーザ溶接の溶接条件とによって調整することができる。   On the other hand, at the end of welding, the control means 12 sends a laser welding end signal to the laser generating means 1 and ends the laser welding at the time t3, but thereafter sends an arc welding end signal to the arc generating means 10 after a lapse of Δt2. , The arc welding is terminated at time t4 to terminate the welding. In general, it is necessary to stop the torch 9 when the welding is finished. However, when the laser beam 5 is irradiated longer than the arc 11 in a state where the torch 9 is stopped, the penetration depth in the workpiece 6 is reduced. This is because it increases too much, and there is a possibility that melting may occur. The Δt1 period and the Δt2 period can be adjusted according to the material and plate thickness of the workpiece 6, arc welding welding conditions, and laser welding welding conditions.

溶接が開始してから終了するまでの本溶接期間の動作について、図3を参照して説明する。図3は、実施の形態1における複合溶接方法または複合溶接装置の溶接開始後のワイヤ溶融及びアーク形態を示す模式図である。なお、図1に示す内容と同様の構成及び動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。Dは、アーク11が発生してからの溶接ワイヤ7の先端の位置を示すワイヤ先端である。L5は、前記アーク11の長さを示すアーク長である。L6は、チップ9aの先端から前記ワイヤ先端Dまでの距離であり、すなわちワイヤ突出し長さである。図の例では、前記アーク長L5がレーザ照射長さL3より短く描いている。実際の複合溶接では、図3に示すアーク長L5は、アーク溶接方法と前記溶接ワイヤ7の材質とが決まると、前記溶接ワイヤ7の供給速度と、レーザビーム5の出力と、複合溶接のアーク電流と、複合溶接のアーク電圧とによって決まる。良好な複合溶接を得るためには、前記アーク長L5を所定の範囲に制御することが重要である。   The operation in the main welding period from the start to the end of welding will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing wire melting and arc form after the start of welding by the composite welding method or composite welding apparatus in the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the place which has the structure, operation | movement, and effect similar to the content shown in FIG. 1, detailed description is abbreviate | omitted, and it demonstrates centering on a different part. D is a wire tip indicating the position of the tip of the welding wire 7 after the arc 11 is generated. L5 is an arc length indicating the length of the arc 11. L6 is the distance from the tip of the tip 9a to the wire tip D, that is, the wire protruding length. In the illustrated example, the arc length L5 is drawn shorter than the laser irradiation length L3. In actual composite welding, the arc length L5 shown in FIG. 3 is determined when the arc welding method and the material of the welding wire 7 are determined, the supply speed of the welding wire 7, the output of the laser beam 5, and the arc of the composite welding. It depends on the current and the arc voltage of the composite welding. In order to obtain good composite welding, it is important to control the arc length L5 within a predetermined range.

溶接ワイヤ7の供給速度が一定の場合において、アーク長L5とレーザビーム5のレーザ出力PLASERとアーク電流IARCとの関係について、図4を参照して説明する。図4は、同実施の形態1におけるレーザ出力とアーク長とアーク電流との相関関係を示す模式図である。L5はアーク長であり、LARC1とLARC2とはアーク溶接単独時のアーク単独時アーク長である。IARCはアーク電流であり、IARC1はアーク溶接単独時のアーク単独時アーク電流である。アーク溶接単独では、前記アーク単独時アーク長LARC1またはLARC2とは、前記アーク単独時アーク電流IARC1と、後述するが、アーク単独溶接時のアーク単独時アーク電圧によって決まる。例えば、アーク単独溶接時のアーク長L5がアーク単独時アーク長LARC2になるようにアーク単独時アーク電圧を選択すると、前記アーク単独時アーク長LARC2は、レーザ照射長さL3より長い。これは、溶接開始してからレーザビーム5を照射しても前記レーザビーム5が直接に溶接ワイヤ7に照射することがないことを意味する。この場合、アーク11の長さは、図4に示す曲線C1の通りとなるので、レーザ出力PLASERの影響を受けない。一方、アーク単独溶接時のアーク長L5が前記レーザ照射長さL3より小さくなるようアーク単独時アーク電圧を選択した場合、例えば、アーク単独時アーク長LARC1になるよう前記アーク単独時アーク電圧を選択し、なお、レーザ出力Pのレーザビーム5を照射した場合の複合溶接について考える。説明のため、この時、アーク長L5はアーク単独時アーク長動作点Eにあり、アーク電流IARCはアーク単独時アーク電流動作点E’にあるとする。アーク単独時アーク長LARC1がレーザ照射長さL3より短いため、レーザビーム5の照射が開始してから、溶接ワイヤ7はレーザビーム5の直生照射を受け、アーク溶接単独時より速い速度で溶融する。その結果、アーク長L5は、アーク単独時アーク長動作点Eから矢印Gの方向に曲線C2に沿って複合溶接時アーク長動作点Fに移動し、複合溶接時アーク長LARCAとなる。言うまでもなく、複合溶接時アーク長LARCAはアーク単独時アーク長LARC1より長い。同様に、アーク電流IARCは、アーク単独時アーク電流動作点E’から矢印Hの方向に曲線C3に沿って複合溶接時アーク電流動作点F’に移動し、複合溶接時アーク電流IARCAとなる。 When the supply speed of the welding wire 7 is constant, the relationship between the arc length L5, the laser output P LASER of the laser beam 5, and the arc current I ARC will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a correlation among laser output, arc length, and arc current in the first embodiment. L5 is the arc length, and L ARC1 and L ARC2 is arc alone when the arc length during arc welding alone. I ARC is the arc current, and I ARC1 is the arc current during arc welding alone. In arc welding alone, the arc length L ARC1 or L ARC2 in arc alone is determined by the arc current I ARC1 in arc alone and, as will be described later, the arc voltage in arc alone during arc welding. For example, when the arc voltage for arc only L ARC2 is selected so that the arc length L5 for arc single welding becomes arc length L ARC2 for arc only, the arc length L ARC2 for arc only is longer than the laser irradiation length L3. This means that the laser beam 5 does not directly irradiate the welding wire 7 even if the laser beam 5 is irradiated after welding is started. In this case, since the length of the arc 11 is as shown by the curve C1 shown in FIG. 4, it is not affected by the laser output P LASER . On the other hand, when the arc voltage for arc only is selected so that the arc length L5 at the time of arc independent welding is smaller than the laser irradiation length L3, for example, the arc voltage at the time of arc alone is set so as to be arc length L ARC1 at the time of arc alone. selected, Note, consider the composite welding when the laser beam 5 of laser output P a. For the sake of explanation, it is assumed that the arc length L5 is at the arc length operating point E when the arc is alone and the arc current I ARC is at the arc current operating point E ′ when the arc is alone. Since the arc length L ARC1 when the arc is alone is shorter than the laser irradiation length L3, after the irradiation of the laser beam 5 starts, the welding wire 7 receives the direct irradiation of the laser beam 5 at a higher speed than when the arc welding is alone. Melt. As a result, the arc length L5 moves from the arc length operating point E at the time of the arc alone to the arc length operating point F at the time of composite welding along the curve C2 in the direction of the arrow G, and becomes the arc length L ArcA at the time of composite welding. Needless to say, the arc length L ARCA during composite welding is longer than the arc length L ARC1 during arc alone. Similarly, the arc current I ARC is 'hybrid welding Arc current operating point F along the curve C3 from the direction of arrow H' moves into the arc itself during arc current operating point E, the hybrid welding when the arc current I ARCA Become.

以上に示すように、レーザ出力Pを照射することによって、実際のアーク電流IARCを差電流ΔI分だけ下げることができる。その結果、アーク11による入熱を下げることができ、アーク11による溶融池の大きさを減少させることができる。 As described above, by irradiating the laser output P A, it is possible to reduce the actual arc current I ARC difference current [Delta] I A min only. As a result, the heat input by the arc 11 can be lowered, and the size of the molten pool by the arc 11 can be reduced.

前記図4のアーク長L5とアーク電流IARCとレーザビーム5のレーザ出力PLASERとの相関関係と同様に、アーク電流IARCとアーク電圧VARCとワイヤ供給速度Vとの間に相関関係がある。その内容について、図5を参照して説明する。 Like the correlation between the laser output P LASER arc length L5 and arc current I ARC and the laser beam 5 of FIG. 4, the correlation between the arc current I ARC and the arc voltage V ARC and wire feed speed V M There is. The contents will be described with reference to FIG.

図5は、同実施の形態1におけるアーク電流とアーク電圧とワイヤ供給速度との相関関係を示す模式図である。なお、図4に示す内容と同様の構成及び動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。図5において、VARCはアーク長であり、Vはワイヤ供給速度である。VARC1はアーク溶接単独時のアーク単独時アーク電圧であり、VARCAは複合溶接時の複合溶接時アーク電圧である。溶接時の動作は、以下の通りである。Jは曲線C4におけるアーク単独時ワイヤ供給速度動作点であり、J’は前記動作点Jと対応する、曲線C5におけるアーク単独時アーク電圧動作点である。図4に示す通り、溶接ワイヤ7にレーザ出力Pのレーザビーム5を照射すると、同一のワイヤ供給速度Vでは、差電流ΔIだけアーク電流が低下する。その結果、ワイヤ供給速度Vは、アーク単独時ワイヤ供給速度動作点Jから矢印Lの方向に曲線6における複合溶接時ワイヤ供給速度動作点Kに移動する。この時、アーク電圧VARCは、曲線C5おけるアーク溶接単独時アーク電圧動作点K’’ではなく、矢印Mの方向に曲線7における複合溶接時アーク電圧動作点K’に移動する。この時のアーク電圧VARCは、複合溶接時アーク電圧 ARCA となる。これは、前述の通り、ワイヤ7がレーザビーム5の直接照射を受け、アーク溶接単独時より速く溶融するためである。また、使用するレーザ溶接またはアーク溶接の条件によっては、前記アーク電圧VARCは、曲線C8おける複合溶接時アーク電圧動作点K’’’に移動することも可能である。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the correlation among the arc current, arc voltage, and wire supply speed in the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the place which show | plays the same structure, operation | movement, and effect as the content shown in FIG. In FIG. 5, V ARC is the arc length, the V M is a wire feed rate. V ARC1 is arc alone when arc voltage during arc welding alone, V ARCA is a composite during welding arc voltage during the combined welding. The operation during welding is as follows. J is an arc-only wire supply speed operating point in the curve C4, and J ′ is an arc-only arc voltage operating point in the curve C5 corresponding to the operating point J. As shown in FIG. 4, it is irradiated with the laser beam 5 of laser output P A to the welding wire 7, the same wire feed speed V M, by the difference current [Delta] I A arc current is reduced. As a result, the wire feed speed V M moves the composite to the welding at the wire feed speed operating point K on the curve 6 from the arc itself when the wire feed speed operating point J in the direction of arrow L. At this time, the arc voltage V ARC moves not to the arc voltage operating point K ″ for arc welding alone in the curve C5 but to the arc voltage operating point K ′ for combined welding in the curve 7 in the direction of the arrow M. The arc voltage V ARC at this time becomes the arc voltage V ARCA during composite welding. This is because, as described above, the wire 7 is directly irradiated with the laser beam 5 and melts faster than arc welding alone. Further, depending on the laser welding or arc welding conditions to be used, the arc voltage V ARC can be moved to the arc voltage operating point K ′ ″ at the time of composite welding on the curve C8.

図4における曲線2と曲線3との相関関係について説明する。通常のアーク溶接または複合溶接では、良好な溶接を得るためには、ワイヤ供給速度Vと前記ワイヤ7の溶融速度とを等しくなるよう制御する必要がある。非特許文献3に示すアーク溶接単独時のワイヤ7の溶融速度の数式に基づき、(数1)に示すワイヤ供給速度Vとアーク電流Iとの関係を得ることができる。 The correlation between the curve 2 and the curve 3 in FIG. 4 will be described. In a typical arc welding or hybrid welding, in order to obtain a good weld, it is necessary to control so as to be equal to the wire feed speed V M and the melting rate of the wire 7. Based on the formula melting rate of the arc welding alone when the wire 7 shown in Non-Patent Document 3, it is possible to obtain the relationship between the wire feed speed V M and the arc current I A as shown in equation (1).

但し、Iはアーク単独時アーク電流である。Eはワイヤ突出し長さであり、図3に示すL6と同等である。αとβとは比例定数であり、非特許文献3によると、ワイヤの材質や径、シールドガスなどによって変化する。前記(数1)において概略的には、右側の第1項はアーク11によるワイヤ7の溶融への寄与、第2項はワイヤ7の突出し長さL6の部分の抵抗発熱による前記ワイヤ7の溶融への寄与を表す。 However, I A is the arc itself when the arc current. E X is the length and wire extension, which is equivalent to L6 shown in Fig. α and β are proportional constants, and according to Non-Patent Document 3, they vary depending on the material and diameter of the wire, shield gas, and the like. In the above (Equation 1), the first term on the right side contributes to the melting of the wire 7 by the arc 11, and the second term melts the wire 7 due to resistance heat generation at the portion of the protruding length L6 of the wire 7. Represents the contribution to

一方、レーザビーム5を直接ワイヤ7に照射した場合の前記ワイヤ7の溶融挙動を考えると、前記数式1の右側にレーザビーム5の照射による前記ワイヤ7の溶融への寄与を考慮すればよい。すなわち、発明の実施の形態1における複合溶接のワイヤ供給速度Vと複合溶接のアーク電流IAHとの関係を、(数2)の通り表すことができる。 On the other hand, considering the melting behavior of the wire 7 when the wire 7 is directly irradiated with the laser beam 5, the contribution to the melting of the wire 7 due to the irradiation of the laser beam 5 may be considered on the right side of the mathematical formula 1. That is, the relationship between arc current I AH composite welding wire feed speed V M of the hybrid welding in the first embodiment of the invention, can be expressed as (Equation 2).

但し、IAHは複合溶接時アーク電流であり、EXHはワイヤ突出し長さであり、PLASERはレーザ出力である。γは比例定数であり、ワイヤの材質や径、直接レーザビーム7の照射を受ける前記ワイヤ7の長さ、ワイヤ7の供給速度と関連するレーザ照射時間、レーザビーム7の広がり角度とその強度分布、図1に示す設置方法、などによって変化する。(数1)と(数2)との一元二次方程式を解き、なお、両者を比較することによって、図4に示す差電流ΔIを求める(数3)を得ることができる。 However, IAH is an arc current at the time of composite welding, EXH is a wire protrusion length, and P LASER is a laser output. γ is a proportional constant, and the material and diameter of the wire, the length of the wire 7 directly irradiated with the laser beam 7, the laser irradiation time related to the supply speed of the wire 7, the spread angle of the laser beam 7 and its intensity distribution. , Depending on the installation method shown in FIG. Solve centralized quadratic equations in (Expression 1) and (Equation 2), noted by comparing the two, it is possible to obtain the obtaining the difference currents [Delta] I A shown in FIG. 4 (Equation 3).

実際の溶接では、アーク単独溶接と複合溶接との両方ともアーク電圧またはアーク長を一定の範囲に維持することが望ましい。なお、図3に示すように、ワイヤ突出し長さL6と比較してアーク長L5が非常に短い。したがって、前記(数3)においてアーク溶接単独時の突出し長さEと複合溶接時の突出し長さEXHとを近似的に等しく仮定しても差し支えない。したがって、E=EXHとすることによって、より簡略化した(数4)を得ることができる。
In actual welding, it is desirable to maintain the arc voltage or arc length within a certain range for both arc single welding and composite welding. As shown in FIG. 3, the arc length L5 is much shorter than the wire protrusion length L6. Therefore, the equation (3) no problem even assuming approximately equal to the arc welding alone when the protruding length E X and protruding length during the combined welding E XH in. Therefore, by setting E X = E XH , a more simplified (Expression 4) can be obtained.

(数4)によると、複合溶接ではレーザ出力PLASERを増加することによって差電流ΔIを増加させることができる。但し、図4に示すように、差電流ΔIは無限に増加できるものではなく、限界差電流ΔIATHがある。前記限界差電流ΔIATHについて説明する。レーザ出力PLASERを増加させると、アーク長L5が増加するが、チップ・母材間距離L2が一定なので、ワイヤ突出し長さL6が短くなる。溶接ワイヤ7の先端部分において直接にレーザビーム5の照射を受ける長さは(L6−L5)なのでアーク長L5が増加すると、レーザビーム5の直接照射を受けるワイヤ7の長さが短くなる。これは、(数3)ではγ値が小さくなることに相当する。その結果、レーザ出力PLASERの増加と共にγ値が低下する。ワイヤ突出し長さL6がレーザ非照射長さL4とほぼ等しくなった場合、γ値もほとんど0まで低下する。
したがって、これ以上レーザ出力PLASERを増加しても、アーク電流IARCの低下がなくなる。この時の差電流は、限界差電流ΔIATHとなる。但し、厳密には、ワイヤ突出し長さL6がレーザ非照射長さL4と完全に等しくなることはない。これは、溶接ワイヤ7がレーザビーム5の照射を受けてから溶融するまでに時間が必要なためである。
すなわち、図4に示すように、どんなにレーザ出力PLASERを増やしても複合溶接のアーク長L5は、レーザ照射長さL3より常にレーザ加熱過渡長さL7分だけ短い。
According to equation (4), it is possible to increase the difference current [Delta] I A by increasing the laser output P LASER in hybrid welding. However, as shown in FIG. 4, the difference current ΔI A cannot be increased infinitely, and there is a limit difference current ΔI ATH . The limit difference current ΔI ATH will be described. When the laser output P LASER is increased, the arc length L5 is increased, but since the tip-base material distance L2 is constant, the wire protrusion length L6 is shortened. Since the length that is directly irradiated with the laser beam 5 at the distal end portion of the welding wire 7 is (L6-L5) , the length of the wire 7 that is directly irradiated with the laser beam 5 is shortened when the arc length L5 is increased. This corresponds to a decrease in the γ value in (Equation 3). As a result, the γ value decreases as the laser output P LASER increases. When the wire protrusion length L6 becomes substantially equal to the laser non-irradiation length L4, the γ value also decreases to almost zero.
Therefore, even if the laser output P LASER is further increased, the arc current I ARC is not reduced. The difference current at this time is the limit difference current ΔI ATH . However, strictly speaking, the wire protrusion length L6 is not completely equal to the laser non-irradiation length L4. This is because it takes time until the welding wire 7 is melted after being irradiated with the laser beam 5.
That is, as shown in FIG. 4, no matter how much the laser output P LASER is increased, the arc length L5 of the composite welding is always shorter than the laser irradiation length L3 by the laser heating transient length L7.

図6に、アルミ合金のMIGアーク溶接と半導体レーザ溶接との複合溶接において、レーザ出力を1.8kWに固定した場合に測定したワイヤ溶融速度Vとアーク電流IARCとの実測値を示す。同一のワイヤ溶融速度Vであると、L1=4mmの場合は、L1=0mmあるいはMIGアーク溶接単独のアーク電流IARCより低いことがわかる。これは、前述の通り、ワイヤ7に対するレーザビーム5の直接照射によるアーク電流の低下の結果である。 6, the composite welding between MIG arc welding and laser welding of aluminum alloy, shows the measured values of the measured wire melting rate V M and the arc current I ARC when fixing the laser output to 1.8 kW. If it is the same wire melting rate V M, L1 = in the case of 4 mm, L1 = 0 mm or it can be seen that less than MIG arc welding alone arc current I ARC. This is a result of a decrease in arc current due to direct irradiation of the laser beam 5 onto the wire 7 as described above.

本実施の形態では、図1から図6に示すように、被溶接物に供給する溶接ワイヤにレーザビームが直接に照射するよう前記レーザビームの光軸と前記ワイヤの中心軸とを配置し、レーザビームでワイヤを直接溶融することによってワイヤ溶融に必要なアーク電流を減少させ、アークによる溶融池の大きさを減少させることができる。     In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 6, the optical axis of the laser beam and the central axis of the wire are arranged so that the laser beam is directly applied to the welding wire supplied to the workpiece, By directly melting the wire with the laser beam, the arc current required for wire melting can be reduced, and the size of the molten pool by the arc can be reduced.

また、上記実施の形態では、溶接開始時には前記アーク溶接のアーク放電が開始してからレーザ溶接のレーザ照射を開始するが、溶接終了時には前記レーザ溶接のレーザ照射を終了してからアーク溶接のアーク放電を終了することによって同様の効果を得ることができる。   In the above embodiment, the laser welding laser irradiation is started after the arc welding arc discharge is started at the start of welding, but the arc welding arc is started after the laser welding laser irradiation is ended at the end of welding. A similar effect can be obtained by terminating the discharge.

また、上記の実施の形態では、アーク溶接に使用するワイヤが鉄を主成分とするワイヤでは銅めっきのないワイヤを使用することによって同様の効果を得ることができる。これは、通常、鉄を主成分とする溶接ワイヤのめっき材に使用する材料は銅が多いが、銅めっきのない溶接ワイヤを使用することによってレーザビーム5に対する吸収をめっきワイヤ表面の銅より高めることが可能であり、溶接ワイヤ7の溶融をよりしやすくすることができるためである。     Moreover, in said embodiment, the same effect can be acquired by using the wire which does not have copper plating in the wire used for arc welding in the wire which has iron as a main component. In general, the material used for the plating material of the welding wire mainly composed of iron is copper, but by using the welding wire having no copper plating, the absorption to the laser beam 5 is made higher than the copper on the surface of the plating wire. This is because the welding wire 7 can be more easily melted.

また、上記の実施の形態では、アーク溶接に使用する溶接ワイヤがAl−Mg合金系アルミニウムワイヤではMgの量を通常のアーク溶接用ワイヤの添加元素量の1.05から1.2倍含有させることによって同様の効果を得ることができる。これは、以下の原因による。図1に示すように、溶接中に溶接ワイヤ7の先端がアーク11による加熱のみではなく、レーザビーム5による加熱をも受ける。レーザ出力PLASERが高く、または同一のレーザ出力PLASERであってもレーザビーム5の径が細い場合は、レーザビーム5のパワー密度(溶接ワイヤ7の表面における、単位面積当りのレーザ出力PLASER)が高い。前記溶接ワイヤ7の先端に形成される溶融金属に含まれるMgは、パワー密度の高いレーザビーム5による加熱を受けるので、その蒸発は通常のアーク溶接単独時と比較し激しくなる。その結果、複合溶接の溶着金属部におけるMg含有量は、通常のアーク単独溶接と比較して低下してしまい、所定の継手性能が得られることになってしまうためである。 In the above embodiment, if the welding wire used for arc welding is an Al—Mg alloy-based aluminum wire, the amount of Mg is 1.05 to 1.2 times the amount of additive element of a normal arc welding wire. A similar effect can be obtained. This is due to the following causes. As shown in FIG. 1, the tip of the welding wire 7 is not only heated by the arc 11 but also heated by the laser beam 5 during welding. Laser power P LASER is high or the same when the diameter of the laser beam 5 be a laser output P LASER is thin, the surface of the power density (the welding wire 7 of the laser beam 5, the laser output P LASER per unit area, ) Is high. Since Mg contained in the molten metal formed at the tip of the welding wire 7 is heated by the laser beam 5 having a high power density, the evaporation thereof becomes more intense than in the case of ordinary arc welding alone. As a result, the Mg content in the weld metal part of the composite welding is reduced as compared with the ordinary arc single welding, and a predetermined joint performance is obtained.

(実施の形態2)
図7は本発明の実施の形態2における複合溶接方法または複合溶接装置のレーザ照射位置とワイヤ狙い位置との相関関係を示す模式図である。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a schematic diagram showing the correlation between the laser irradiation position and the wire aiming position of the composite welding method or composite welding apparatus in Embodiment 2 of the present invention.

なお、図1に示す内容と同様の構成及び動作と作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。aa’はレーザビーム5の光軸であり、bb’は溶接ワイヤ7の中心軸である。cc’は、被溶接物6の表面にあり、溶接しようとする溶接線である。太い矢印で示したのは、溶接方向である。θは、前記光軸aa’と前記溶接線cc’との前記溶接方向になす角度、レーザビーム傾斜角である。θは、前記中心軸bb’と前記溶接線cc’との前記溶接方向になす角度、ワイヤ傾斜角である。図1に示す模式図と比較して図7に示す模式図では、レーザビーム5の傾斜方向が異なる以外に、その他の構成は同様である。そうすることによっても、前記実施の形態1における複合溶接方法または溶接装置と同様の効果を実現することができる。なお、図7に示すように、レーザビーム傾斜角θとワイヤ傾斜角θとは共に鋭角または鈍角であるので、前記光軸aa’と中心軸bb’とのなす角度が小さく、狭い場所での溶接施工が容易である。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the place which show | plays the structure, operation | movement, and effect similar to the content shown in FIG. aa ′ is the optical axis of the laser beam 5, and bb ′ is the central axis of the welding wire 7. cc ′ is a weld line to be welded on the surface of the work piece 6. A thick arrow indicates the welding direction. θ L is an angle formed in the welding direction between the optical axis aa ′ and the welding line cc ′, and a laser beam inclination angle. θ A is an angle formed in the welding direction between the central axis bb ′ and the welding line cc ′, and a wire inclination angle. Compared with the schematic diagram shown in FIG. 1, the schematic diagram shown in FIG. 7 has the same configuration except for the inclination direction of the laser beam 5. Also by doing so, it is possible to achieve the same effect as the composite welding method or the welding apparatus in the first embodiment. As shown in FIG. 7, since both the laser beam inclination angle θ L and the wire inclination angle θ L are acute or obtuse, the angle formed by the optical axis aa ′ and the central axis bb ′ is small and a narrow place It is easy to weld in

図7において、レーザビーム傾斜角θとワイヤ傾斜角θとを鋭角に書いたが、言うまでもなく、鈍角であってもよい。なお、溶接方向としては太い矢印の方向と書いたが、その反対方向であてもよく、この時でも前記レーザビーム傾斜角θとワイヤ傾斜角θとは鈍角であってもよい。 In FIG. 7, the laser beam tilt angle θ L and the wire tilt angle θ L are written as acute angles, but it goes without saying that they may be obtuse angles. Although wrote direction of thick arrow as welding direction, may be addressed in the opposite direction, it may be obtuse angle with the laser beam inclination angle theta L and wire inclination angle theta L even when this.

本実施の形態では、図7に示すように、被溶接物に供給する溶接ワイヤにレーザビームが直接に照射するよう前記レーザビームの光軸と前記溶接ワイヤの中心軸とを配置し、レーザビームで溶接ワイヤを直接溶融すると共に、レーザビームの光軸と溶接線との溶接方向になす角度と、溶接ワイヤの中心軸と溶接線との溶接方向になす角度とを共に鋭角または鈍角とすることによってワイヤ溶融に必要なアーク電流を減少させ、アークによる溶融池の大きさを減少させることができるのみではなく、狭い場所での溶接施工を容易にすることができる。     In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the optical axis of the laser beam and the central axis of the welding wire are arranged so that the laser beam is directly irradiated onto the welding wire supplied to the workpiece, In addition to melting the welding wire directly, the angle formed in the welding direction between the optical axis of the laser beam and the welding line and the angle formed in the welding direction between the central axis of the welding wire and the welding line are both acute or obtuse. Thus, not only can the arc current required for melting the wire be reduced and the size of the molten pool caused by the arc can be reduced, but also welding in a narrow place can be facilitated.

また、上記の実施の形態1または実施の形態2では、溶接方向としては被溶接物表面におけるレーザビームの照射位置またはワイヤ狙い位置のいずれかが先行してもよい。     In the first embodiment or the second embodiment, the welding direction may be preceded by either the laser beam irradiation position or the wire aiming position on the surface of the workpiece.

以上のように本発明によれば、ワイヤ溶融に必要なアーク電流を減少させ、アークによる溶融池の大きさを減少させることができる複合溶接方法と複合溶接装置を提供できる。     As described above, according to the present invention, it is possible to provide a composite welding method and a composite welding apparatus that can reduce the arc current required for wire melting and reduce the size of the molten pool by the arc.

本発明の実施の形態1における複合溶接方法または複合溶接装置のレーザ照射位置とワイヤ狙い位置との相関関係を示す模式図The schematic diagram which shows the correlation with the laser irradiation position and wire aim position of the composite welding method or composite welding apparatus in Embodiment 1 of this invention 同実施の形態1における複合溶接方法または複合溶接装置のアーク出力とレーザ出力との動作タイミングを示す模式図The schematic diagram which shows the operation timing of the arc output and laser output of the composite welding method or composite welding apparatus in Embodiment 1 同実施の形態1における複合溶接方法または複合溶接装置の溶接開始後のワイヤ溶融及びアーク形態を示す模式図The schematic diagram which shows the wire melting and arc form after the welding start of the composite welding method or composite welding apparatus in Embodiment 1 同実施の形態1におけるレーザ出力とアーク長とアーク電流との相関関係を示す模式図Schematic diagram showing the correlation between laser output, arc length, and arc current in the first embodiment 同実施の形態1におけるアーク電流とアーク電圧とワイヤ供給速度との相関関係を示す模式図Schematic diagram showing the correlation between arc current, arc voltage, and wire supply speed in the first embodiment アルミ合金のMIGアーク溶接と半導体レーザ溶接との複合溶接において、レーザ出力を1.8kWに固定した場合に測定したワイヤ溶融速度とアーク電流の実測値を示すグラフGraph showing measured values of wire melting rate and arc current measured when laser output is fixed at 1.8 kW in composite welding of aluminum alloy MIG arc welding and semiconductor laser welding 本発明の実施の形態2における複合溶接方法または複合溶接装置のレーザ照射位置とワイヤ狙い位置との相関関係を示す模式図The schematic diagram which shows the correlation with the laser irradiation position and wire aim position of the composite welding method or composite welding apparatus in Embodiment 2 of this invention 複合溶接装置の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the composite welding equipment

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザ発生手段
2 レーザ発振器
3 レーザ伝送手段
4 集光光学系
5 レーザビーム
6 被溶接物
7 ワイヤ
8 ワイヤ送給手段
9 トーチ
9a 給電チップ
10 アーク発生手段
11 アーク
12 制御手段
13 溶融池輪郭
t1 時間
t2 時間
t3 時間
t4 時間
aa’ 光軸
bb’ ワイヤ中心軸
cc’ 溶接線
A レーザ照射位置
B ワイヤ狙い位置
C レーザ照射先端位置
C1 曲線
C2 曲線
C3 曲線
C4 曲線
C5 曲線
C6 曲線
C7 曲線
C8 曲線
D ワイヤ先端
E アーク単独時アーク長動作点
E’ アーク単独時アーク電流動作点
F 複合溶接時アーク長動作点
E’ 複合溶接時アーク電流動作点
G 矢印
H 矢印
J アーク単独時ワイヤ供給速度動作点
ARC アーク電流
ARC1 アーク単独時アーク電流
ARCA 複合溶接時アーク電流
ARCTH 限界アーク電流
J アーク単独時ワイヤ供給速度動作点
J’ アーク単独時アーク電圧動作点
K 複合溶接時ワイヤ供給速度動作点
K’ 複合溶接時アーク電圧動作点
K’’ 動作点
K’’’ 動作点
L 矢印
L1 レーザ・アーク間距離
L2 チップ・母材間距離
L3 レーザ照射長さ
L4 レーザ非照射長さ
L5 アーク長
L6 ワイヤ突出し長さ
L7 レーザ加熱過渡長さ
ARC1 アーク単独時アーク長
ARC2 アーク単独時アーク長
ARCA 複合溶接時アーク長
M 矢印
レーザ出力
LASER レーザ出力
ARC アーク電圧
ARC1 アーク単独時アーク電圧
ARCA 複合溶接時アーク電圧
θ レーザビーム傾斜角
θ ワイヤ傾斜角
ΔIATH 限界差電流
ΔI 差電流
ΔIATH 限界差電流
Δt1 期間
Δt2 期間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser generating means 2 Laser oscillator 3 Laser transmission means 4 Condensing optical system 5 Laser beam 6 To-be-welded object 7 Wire 8 Wire feeding means 9 Torch 9a Feeding tip 10 Arc generating means 11 Arc 12 Control means 13 Molten pool outline t1 Time t2 time t3 time t4 time aa ′ optical axis bb ′ wire center axis cc ′ welding line A laser irradiation position B wire aiming position C laser irradiation tip position C1 curve C2 curve C3 curve C4 curve C5 curve C6 curve C7 curve C8 curve D wire Tip E Arc length operating point for arc alone E 'Arc current operating point for arc alone F Arc length operating point for combined welding E' Arc current operating point for combined welding G arrow H arrow J Wire supply speed operating point for arc alone I ARC arc current I ARC1 arc alone when the arc current I ARCA hybrid welding time A Leakage current I ARCTH limiting the arc current J arc alone when the wire feed speed operating point J 'arc independently Arc voltage operating point K hybrid welding when the wire feed speed operating point K' hybrid welding Arc voltage operating point K '' operating point K ''' Operating point L Arrow L1 Distance between laser and arc L2 Distance between tip and base material L3 Laser irradiation length L4 Laser non-irradiation length L5 Arc length L6 Wire protrusion length L7 Laser heating transient length L Arc at arc of ARC1 alone The length L ARC2 arc alone during arc length L ARCA hybrid welding arc length M arrow P A laser output P lASER laser output V aRC arc voltage V ARC1 arc alone arc voltage V ARCA hybrid welding arc voltage theta L laser beam tilt angle theta A wire inclination angle [Delta] ATH threshold difference current [Delta] I A difference current [Delta] I ATH threshold difference current Δt1 phase Δt2 period

Claims (11)

被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射し、前記溶接位置に溶接ワイヤを送給して被溶接物との間でアーク溶接する複合溶接方法において、前記レーザビームの光軸と被溶接物の交点と前記送給方向の中心軸と被溶接物の交点とが前記溶接位置に生じる溶融池内に重ならないように位置し、かつ、前記レーザビームの光軸と前記送給方向の中心軸が交わる位置に前記レーザビームの光軸と前記送給方向の中心軸を配置して被溶接物を溶接する複合溶接方法。     In a composite welding method in which a laser beam is irradiated to a welding position of an object to be welded, a welding wire is fed to the welding position and arc welding is performed with the object to be welded, an optical axis of the laser beam and an object to be welded The intersection point, the central axis in the feeding direction, and the intersection point of the workpieces are positioned so as not to overlap in the weld pool generated at the welding position, and the optical axis of the laser beam and the central axis in the feeding direction intersect. A composite welding method in which an optical axis of the laser beam and a central axis in the feeding direction are arranged at positions to weld an object to be welded. 溶接開始時は前記アーク溶接のアーク放電が開始してからレーザビームを照射し、溶接終了時は前記レーザビームの照射を終了してからアーク溶接のアーク放電を終了する請求項1記載の複合溶接方法。     2. The composite welding according to claim 1, wherein the laser beam is irradiated after the arc discharge of the arc welding is started at the start of welding, and the arc discharge of the arc welding is terminated after the irradiation of the laser beam is completed at the end of welding. Method. 前記溶接ワイヤとして鉄を主成分とするワイヤを用いる時に、銅めっきのないものを使用する請求項1または2のいずれかに記載の複合溶接方法。   3. The composite welding method according to claim 1, wherein when a wire containing iron as a main component is used as the welding wire, one without copper plating is used. 前記溶接ワイヤとしてAl−Mg合金系アルミニウムワイヤを用いる時に、Mgの量を通常のアーク溶接用ワイヤの添加元素量の1.05から1.2倍含有させる請求項1または2に記載の複合溶接方法。 The composite welding according to claim 1 or 2 , wherein when an Al-Mg alloy-based aluminum wire is used as the welding wire, the amount of Mg is 1.05 to 1.2 times the amount of additive elements of a normal arc welding wire. Method. 前記レーザビームの光軸と溶接線との溶接方向になす角度と、前記送給方向の中心軸と溶接線との溶接方向になす角度とを共に鋭角または鈍角とする請求項1から4のいずれかに記載の複合溶接方法。     The angle formed in the welding direction between the optical axis of the laser beam and the welding line and the angle formed in the welding direction between the central axis in the feeding direction and the welding line are both acute angles or obtuse angles. The composite welding method according to claim 1. 溶接方向として、前記被溶接物表面におけるレーザビームの照射位置または前記溶接ワイヤ狙い位置のいずれかが先行する請求項1から5のいずれかに記載の複合溶接方法。     6. The composite welding method according to claim 1, wherein either a laser beam irradiation position or a welding wire aiming position on the surface of the workpiece is preceded as a welding direction. 被溶接物の溶接位置にレーザビームを照射する集光光学系と、前記溶接位置に溶接ワイヤを送給するトーチ及びワイヤ送給手段と、前記被溶接物と溶接ワイヤの間に溶接電力を供給するアーク発生手段を備え、前記レーザビームの光軸と被溶接物の交点と前記送給方向の中心軸と被溶接物の交点とが前記溶接位置に生じる溶融池内に重ならない位置で、かつ、前記レーザビームの光軸と前記送給方向の中心軸が交わる位置に前記レーザビームの光軸と前記送給方向の中心軸を配置した複合溶接装置。     A condensing optical system for irradiating a welding position of the workpiece to be welded, a torch and a wire feeding means for feeding a welding wire to the welding position, and supplying welding power between the workpiece and the welding wire Arc generating means, and the intersection of the optical axis of the laser beam and the workpiece to be welded, the central axis of the feeding direction and the intersection of the workpiece to be welded do not overlap in the weld pool generated at the welding position, and A composite welding apparatus in which the optical axis of the laser beam and the central axis in the feeding direction are arranged at a position where the optical axis of the laser beam and the central axis in the feeding direction intersect. 前記溶接ワイヤとして鉄を主成分とするワイヤを用いる時に、銅めっきのないものを使用する請求項7に記載の複合溶接装置。   The composite welding apparatus according to claim 7, wherein when a wire containing iron as a main component is used as the welding wire, an apparatus without copper plating is used. 前記溶接ワイヤとしてAl−Mg合金系アルミニウムワイヤを用いる時に、Mgの量を通常のアーク溶接用ワイヤの添加元素量の1.05から1.2倍含有させる請求項7記載の複合溶接装置。 The composite welding apparatus according to claim 7 , wherein when an Al-Mg alloy-based aluminum wire is used as the welding wire, the amount of Mg is 1.05 to 1.2 times the amount of additive elements of a normal arc welding wire. 前記レーザビームの光軸と溶接線との溶接方向になす角度と、前記送給方向の中心軸と溶接線との溶接方向になす角度とを共に鋭角または鈍角とする請求項7から9のいずれかに記載の複合溶接装置。     The angle formed in the welding direction between the optical axis of the laser beam and the welding line and the angle formed in the welding direction between the central axis in the feeding direction and the welding line are both acute angles or obtuse angles. A composite welding apparatus according to claim 1. 溶接方向として、前記被溶接物表面におけるレーザビームの照射位置または前記溶接ワイヤ狙い位置のいずれかが先行する請求項7から10のいずれかに記載の複合溶接装置。     The composite welding apparatus according to any one of claims 7 to 10, wherein either a laser beam irradiation position or a welding wire aiming position on the surface of the workpiece is preceded as a welding direction.
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