JP5253777B2 - Overlapping laser welding method and laser welded product - Google Patents
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Description
本発明は、薄板の重ね合わせレーザ溶接方法およびレーザ溶接品に関する。特に、重ね合わせた薄板の端面近傍をレーザ溶接するに際し、レーザ溶接部の溶接割れを抑制することができるレーザ溶接方法およびレーザ溶接品に関する。 The present invention relates to a method for laser welding of thin plates and a laser welded product. In particular, the present invention relates to a laser welding method and a laser welded product that can suppress weld cracking in a laser welded portion when laser welding is performed on the vicinity of end surfaces of stacked thin plates.
近年、自動車などの車体の高機能化、軽量化を目指し、従来の車体組立て溶接方法であるスポット溶接に代えて、レーザ溶接を適用するケースが増えつつある。スポット溶接に対するレーザ溶接のメリットとしては、
(1)レーザ溶接は片側からの溶接が可能なため、施工自由度が高く、スポット溶接の電極により被溶接材を狭持できないような構造であっても溶接が可能であること、
(2)点溶接であるスポット溶接に対し、線溶接が可能であり、溶接部材の強度・剛性の改善が期待できること、
などを挙げることができる。
In recent years, there has been an increasing number of cases in which laser welding is applied in place of spot welding, which is a conventional vehicle body assembly welding method, aiming to increase the functionality and weight of a vehicle body such as an automobile. The advantages of laser welding over spot welding are:
(1) Since laser welding is possible from one side, the degree of freedom of construction is high, and welding is possible even in a structure in which the material to be welded cannot be held by the electrode of spot welding.
(2) Compared to spot welding, which is spot welding, wire welding is possible, and improvement in strength and rigidity of the welded member can be expected.
And so on.
たとえば、非特許文献1には、フランジを有する薄板部材において、スポット溶接ではフランジ幅が14mm以上必要であるが、レーザ溶接であれば、8mmのフランジ幅があれば重ね合わせ溶接が可能である旨記載されている。また、上述した利点に加え、フランジレス(短フランジ幅化)による軽量化や同じ部材幅(部材断面積)を有していてもより大きな閉断面を形成することにより、さらなる部材剛性の向上が期待できることも示されている。
For example, in Non-Patent
なお、これまでの車体部品のレーザ溶接としては、上記非特許文献1のように、現在の主たる溶接法であるスポット溶接の代替として、フランジ幅が8mm以上である部材への適用の検討が行われているが、フランジ幅が8mm未満の部材へのレーザ溶接についての検討はなく、また、発生する割れに関する知見は全く示されていない。
As for conventional laser welding of body parts, as described in
一方、レーザ溶接時の割れについては、例えば特許文献1〜3に開示されているように、溶接熱歪みの発生が大きな厚板やもともと高温割れが発生し易い鋼材を対象としており、厚板などに比べ割れの発生が小さい自動車用薄板のレーザ溶接割れ対策についてはほとんど明らかにされていない。
On the other hand, as for cracking at the time of laser welding, for example, as disclosed in
また、レーザ溶接は、アーク溶接法などと比べ、低入熱での溶接が可能であり、さらに、薄鋼板では、溶融する金属量も小さく、発生する熱歪み量も厚板と比べ、極端に小さい条件となるため、自動車用薄板の割れに関しての知見は示されていない。 In addition, laser welding enables welding with low heat input compared to arc welding methods, etc. Furthermore, with thin steel plates, the amount of metal to be melted is small, and the amount of heat distortion that occurs is extremely low compared to thick plates. Because of the small conditions, no knowledge about the cracking of automotive thin plates is shown.
そこで本発明は、自動車用薄板の重ね合わせ溶接において、端面に沿ってレーザビームを走査して端面近傍を溶接する場合に発生する溶接欠陥を防止し、溶接品質および部材品質を確保する重ね合わせレーザ溶接方法およびレーザ溶接品を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention provides a superposition laser that prevents welding defects that occur when a laser beam is scanned along the end face and welds the vicinity of the end face in the superposition welding of a thin plate for automobiles, thereby ensuring welding quality and member quality. It is an object to provide a welding method and a laser welded product.
本発明者らは、レーザ溶接部の幅は通常1mm程度であることから、さらなるフランジレス化すなわちレーザ溶接部と端面との距離を小さくすることについて鋭意検討し、端面からの距離が8mm未満の端面近傍を端面に沿って重ね合わせ溶接するレーザ溶接技術に関する本発明を完成させた。これにより溶接品を軽量化をすることができ、又は、同じ部品幅であるときには閉断面積の拡大による部材剛性の向上をはかることが可能である。 Since the width of the laser welded portion is usually about 1 mm, the present inventors diligently studied to further reduce the flange, that is, reduce the distance between the laser welded portion and the end face, and the distance from the end face is less than 8 mm. The present invention relating to a laser welding technique in which the vicinity of the end face is overlapped and welded along the end face has been completed. As a result, the weight of the welded product can be reduced, or when the width of the parts is the same, it is possible to improve the member rigidity by increasing the closed cross-sectional area.
詳しくは本発明者らは、薄板である板厚0.7mm〜2.0mmの強度の異なる種々の鋼板を用い、同種鋼板同士を2枚重ね合わせ、レーザ溶接位置(レーザビームの照射位置と端面との距離)を変更して端面に沿ってレーザビームを走査して端面近傍を溶接する試験を実施し、以下の知見を得た。
(A)端面に極近い部位を溶接するとエッジが溶融し、溶融金属が垂れ下がった状態で凝固し、継手形状(外観品質)が損なわれる。
(B)エッジを溶融させないためには、端面からの距離が1.75mm以上離れた位置を溶接する必要がある。すなわち、溶接入熱が小さいレーザ溶接であっても、端面から、1.75mm以内を狙い位置として溶接した場合(これは、通常のレーザ溶接部幅に対し、1.0mm以上の未溶融部(=1.75mm−0.5mm)が期待される位置)、端面側では、抜熱の効果が小さいため、溶接の進行に伴いエッジが高温となり溶融する。
(C)端面から8mm以上離れた位置を溶接する場合には溶接割れが発生しない。
(D)端面から8mm未満の端面近傍を溶接した場合には、溶接部に割れが生じることがある。
Specifically, the present inventors used various steel plates with different strengths of 0.7 mm to 2.0 mm, which are thin plates, superposed two steel plates of the same type, and laser welding positions (laser beam irradiation positions and end faces). And the following findings were obtained by carrying out a test in which the laser beam was scanned along the end face and the vicinity of the end face was welded.
(A) When a portion very close to the end face is welded, the edge is melted, and the molten metal is solidified in a suspended state, and the joint shape (appearance quality) is impaired.
(B) In order not to melt the edge, it is necessary to weld a position at a distance of 1.75 mm or more from the end face. That is, even in the case of laser welding with low welding heat input, when welding with a target position within 1.75 mm from the end face (this is an unmelted portion of 1.0 mm or more with respect to the normal laser weld width ( = 1.75 mm-0.5 mm)), the end face side has a small effect of heat removal, so that the edge becomes hot and melts as welding proceeds.
(C) No welding crack occurs when welding a position 8 mm or more away from the end face.
(D) When the vicinity of the end surface less than 8 mm from the end surface is welded, a crack may occur in the welded portion.
さらにこの知見に基づき、溶接割れの発生要因について詳細に検討し、以下の知見を得た。
(E)図4に、端面に沿って該端面から2mmの位置をレーザ溶接(鋼板の板厚:1.4mm、溶接条件:出力4kW、速度2.5m/分)した際の溶接中の状態と発生した割れの外観を示す。図4(a)は鋼板1側からみた模式的図、図4(b)は溶接部を模式的に示した断面図で割れが発生した部分を示す。図4(a)において、溶接は、紙面の右から左に進行した。図4において、符号1、2は鋼板1、2であり、Aで示した部分が溶接部(溶接ビード)、Cで示した部分が割れである。また、割れはBで示した範囲で発生した。
ここで、割れBは、当該溶接中にレーザ照射点から約7mm後方(=レーザ照射後、約0.15秒後)で発生することがわかった。すなわち、割れは、レーザが照射され形成された溶融池が凝固した位置で発生し、これは溶融池が凝固して冷却する過程で発生することを意味すると考えられる。
Furthermore, based on this knowledge, the cause of weld cracking was examined in detail, and the following knowledge was obtained.
(E) FIG. 4 shows a state during welding when laser welding (steel plate thickness: 1.4 mm, welding condition: output 4 kW, speed 2.5 m / min) at a
Here, it was found that the crack B occurred about 7 mm behind the laser irradiation point (= about 0.15 seconds after laser irradiation) during the welding. That is, it is considered that cracking occurs at a position where a molten pool formed by irradiation with a laser is solidified, and this occurs in the process of solidifying and cooling the molten pool.
(F)図5に溶接部Aを挟んで端面側と母材側における溶接後の温度履歴を測定した結果を示す。温度測定は溶接部Aの中心から端面側と母材側にそれぞれ1.3mmの位置に熱電対を取り付けることによりおこなった。図5では横軸に溶接直後を0秒としたときの時間(秒)を、縦軸には温度(℃)を示している。図5(a)は端面から2mmの位置を溶接し割れが発生した場合、図5(b)は端面から4mmの位置を溶接し割れが発生しなかった場合の結果である。
図5(a)に示すように、割れが発生する場合には、端面側と母材側の溶接熱履歴が大きく異なる。これは、溶接入熱が小さく溶接時の熱歪みが小さいレーザ溶接であっても、端面近傍を溶接した場合には、端面側では溶接位置(=熱源)から端面までの距離が短く、抜熱が十分でない状態となる。そのため、端面側は母材側に対し高い温度となり、端面側と母材側の温度差が大きく、割れが発生する。一方、割れが発生しない場合には図5(b)のように端面側と母材側との熱履歴の差が小さい。
(F) FIG. 5 shows the results of measuring the temperature history after welding on the end face side and the base metal side with the welded part A in between. The temperature was measured by attaching a thermocouple at a position of 1.3 mm from the center of the weld A to the end face side and the base metal side. In FIG. 5, the horizontal axis indicates time (seconds) immediately after welding, and the vertical axis indicates temperature (° C.). FIG. 5 (a) shows the result when a crack is generated by welding at a position 2mm from the end face, and FIG. 5 (b) shows the result when a crack is not generated by welding at a position 4mm from the end face.
As shown in FIG. 5A, when a crack occurs, the welding heat history on the end face side and the base metal side are greatly different. This is because even when laser welding has a low welding heat input and thermal distortion during welding, when the vicinity of the end face is welded, the distance from the welding position (= heat source) to the end face is short on the end face side, and the heat is removed. Is not enough. Therefore, the end surface side is at a higher temperature than the base material side, and the temperature difference between the end surface side and the base material side is large, and cracking occurs. On the other hand, when cracking does not occur, the difference in thermal history between the end face side and the base material side is small as shown in FIG.
(G)図6は、割れ発生のメカニズムを模式的に示す説明図である。母材側と端面側との熱膨張量差が大きくなると、特に図6にEで示したように、溶接部Aは発生する溶接線に直交する方向の端面方向に大きく引っ張られるように歪みが大きくなり、割れCが発生する。 (G) FIG. 6 is an explanatory view schematically showing the mechanism of crack generation. When the difference in thermal expansion between the base metal side and the end face side becomes large, as shown by E in FIG. 6 in particular, the welded portion A is distorted so as to be greatly pulled in the end face direction perpendicular to the generated weld line. The crack C is generated.
(H)溶接時の割れは、母材側と端面側の抜熱の差に起因するため、端面からの距離が小さいほど割れの発生頻度は高くなる。端面からの距離が3.5mm以上離れた位置を溶接することにより、割れの発生頻度は大幅に低減する。 (H) Since cracks during welding are caused by a difference in heat removal between the base metal side and the end surface side, the frequency of occurrence of cracks increases as the distance from the end surface decreases. By welding the position where the distance from the end face is 3.5 mm or more, the occurrence frequency of cracks is greatly reduced.
(I)割れの防止には、端面側と母材側の温度差に起因する歪み量を小さくすることが重要であり、歪み量を小さくするには、溶接速度を2.5m/分未満とすること、溶接方向に断続した溶接部を繰り返し形成する断続溶接(ステッチ溶接)を行うこと、端面を冷却しつつ溶接すること、または端面を押圧して端面側の熱変形を抑制しつつ溶接することが有効である。 (I) In order to prevent cracking, it is important to reduce the amount of strain caused by the temperature difference between the end face side and the base material side. To reduce the amount of strain, the welding speed is less than 2.5 m / min. Performing intermittent welding (stitch welding) that repeatedly forms a welded portion intermittent in the welding direction, welding while cooling the end surface, or welding while pressing the end surface and suppressing thermal deformation on the end surface side It is effective.
以上の知見から発明者らは以下に示す本発明を完成させた。
請求項1に記載の発明は、重ね合わせた複数の薄板の端面に沿って該端面からの距離が1.75mm以上、3.5mm以下の領域にレーザビームを照射させて複数の薄板を溶接する重ね合わせレーザ溶接方法であって、溶接方向に断続した溶接部を繰り返し形成するステッチ溶接と、溶接部よりも端面側及び端面に工具を接触させることにより端面側及び端面のみを冷却しつつ溶接する端面冷却溶接と、端面を押圧しつつ溶接する端面押圧溶接と、を同時に用いて溶接を行うことを特徴とする重ね合わせレーザ溶接方法を提供することにより前記課題を解決する。
Based on the above findings, the inventors have completed the present invention shown below.
According to the first aspect of the present invention, a plurality of thin plates are welded by irradiating a laser beam to an area having a distance from the end surface of 1.75 mm to 3.5 mm along the end surfaces of the stacked thin plates. This is a superposition laser welding method, in which welding is repeatedly formed in an intermittent manner in the welding direction, and welding is performed while cooling only the end face side and the end face by bringing the tool into contact with the end face side and the end face from the weld part. The problem is solved by providing a superposition laser welding method characterized in that welding is performed by simultaneously using end face cooling welding and end face press welding for welding while pressing the end face.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の重ね合わせレーザ溶接方法における薄板は、板厚が0.7mm以上、2.0mm以下であることを特徴とする。
The invention described in
本発明によれば、特に薄板の鋼板において複数の鋼板を重ね合わせて端面近傍をレーザ溶接しても溶接割れが抑制され、外観品質の良好な溶接継手を得ることができる。 According to the present invention, even when a plurality of steel plates are superposed on a thin steel plate and laser welding is performed in the vicinity of the end surface, weld cracking is suppressed, and a welded joint with good appearance quality can be obtained.
図1は第一実施形態に係る本発明のレーザ溶接方法およびレーザ溶接品を説明するための図である。レーザ溶接品10は、図1に表わされる表側の鋼板11と、裏側の鋼板12(図1には表れていない。)とが端部から図1にIで示した距離の部分でレーザ溶接により一体化されている。ここで、レーザ溶接品10は、いわゆるステッチ溶接により溶接が行われているので、溶接部13、13、…と該溶接部13、13、…間に存する空走部14、14、…とを具備している。ここで、ステッチ溶接は割れが発生しない溶接長さで溶接して溶接部13を形成した後、適当な空走距離を設け空走部14を形成し、さらに溶接部13と空走部14とを形成するサイクルを繰り返し行うものである。
FIG. 1 is a view for explaining a laser welding method and a laser welded product of the present invention according to the first embodiment. The laser welded
このときの溶接部13、13、…の長さおよび空走部14、14、…の長さは、溶接条件(出力や速度)などにより変化するため、割れが発生しない溶接部長さを求め、適時設定する。なお、空走長さは割れが発生しなければ特に限定されるものではない。
The length of the welded
また、図1にIで示した距離は1.75mm以上、8.00mm未満である。これにより従来に比べ溶接品の軽量化、又は同じ部品幅であるときには閉断面積の拡大による部材剛性の向上をはかることが可能となる。 Moreover, the distance shown by I in FIG. 1 is 1.75 mm or more and less than 8.00 mm. As a result, the weight of the welded product can be reduced as compared with the conventional case, or the member rigidity can be improved by enlarging the closed cross-sectional area when the part width is the same.
そしてこのように端部に近い溶接であっても上記のステッチ溶接を行うことにより、被溶接材に投入される熱量が低減し、その結果、発生する歪み量が小さくなり、割れの発生を抑制させることができる。 And even if it is welding close to the end in this way, the amount of heat input to the welded material is reduced by performing the above-mentioned stitch welding, and as a result, the amount of distortion generated is reduced and the occurrence of cracks is suppressed. Can be made.
ここで、溶接される鋼板の鋼種は特に限定されるものではなく、レーザによる重ね合わせ溶接が適用できる薄鋼板であれば特に制限はない。また、裸材であってもめっき材であってもよい。ここで薄鋼板の厚さは、0.7mm〜2.0mmであることが好ましい。 Here, the steel type of the steel plate to be welded is not particularly limited, and is not particularly limited as long as it is a thin steel plate to which lap welding by laser can be applied. Further, it may be a bare material or a plating material. Here, the thickness of the thin steel plate is preferably 0.7 mm to 2.0 mm.
また、当該レーザの種類は通常に鋼材のレーザ溶接に用いられるレーザであれば、特に限定されることはなく、これには例えばCO2レーザ、YAGレーザ、ファイバーレーザなどを挙げることができる。なお、レーザ溶接におけるスポット径(レーザの鋼板への照射径)も特に限定されないが、0.5mm〜1.0mmが好ましく、得られる溶接部幅は約1mmであることが通常である。 Further, the type of the laser is not particularly limited as long as it is a laser usually used for laser welding of steel materials, and examples thereof include a CO 2 laser, a YAG laser, and a fiber laser. The spot diameter (laser irradiation diameter of the steel plate) in laser welding is not particularly limited, but is preferably 0.5 mm to 1.0 mm, and the resulting weld width is usually about 1 mm.
図2は第二実施形態に係る本発明のレーザ溶接方法およびレーザ溶接品を説明するための図である。レーザ溶接品20、20’は、表側の鋼板21、21’と、裏側の鋼板22、22’とが端部から図2にJ、J’で示した距離においてされるレーザ溶接により一体化されている。ここで、レーザ溶接品20、20’は端面に工具25、25’を接触させつつ溶接をおこなうことで端面を冷却させながら溶接をする。これにより端面が冷却されるため、端面側の到達温度が低下して熱歪の発生を抑制し、溶接部の割れを抑制することができる。ここで冷却される端部の範囲は割れが抑制されれば特に限定されることはないが、図2にF、F’で示したレーザ照射点と、該照射点から遡って10mmの点との間に相当する端部の全範囲であることが好ましい。
FIG. 2 is a view for explaining a laser welding method and a laser welded product according to the second embodiment of the present invention. The laser welded
また、図2にJ、J’で示した距離は1.75mm以上、8.00mm未満である。これにより従来に比べ溶接品の軽量化、又は同じ部品幅であるときには閉断面積の拡大による部材剛性の向上をはかることが可能となる。 Further, the distances indicated by J and J ′ in FIG. 2 are 1.75 mm or more and less than 8.00 mm. As a result, the weight of the welded product can be reduced as compared with the conventional case, or the member rigidity can be improved by enlarging the closed cross-sectional area when the part width is the same.
ここで、溶接される鋼板の鋼種は特に限定されるものではなく、レーザによる重ね合わせ溶接が適用できる薄鋼板であれば特に制限はない。また、裸材であってもめっき材であってもよい。ここで薄鋼板の厚さは、0.7mm〜2.0mmであることが好ましい。 Here, the steel type of the steel plate to be welded is not particularly limited, and is not particularly limited as long as it is a thin steel plate to which lap welding by laser can be applied. Further, it may be a bare material or a plating material. Here, the thickness of the thin steel plate is preferably 0.7 mm to 2.0 mm.
また、当該レーザの種類は通常に鋼材のレーザ溶接に用いられるレーザであれば、特に限定されることはなく、これには例えばCO2レーザ、YAGレーザ、ファイバーレーザなどを挙げることができる。なお、レーザ溶接におけるスポット径(レーザの鋼板への照射径)は特に限定されないが、0.5mm〜1.0mmが好ましく、得られる溶接部幅は約1mmであることが通常である。 Further, the type of the laser is not particularly limited as long as it is a laser usually used for laser welding of steel materials, and examples thereof include a CO 2 laser, a YAG laser, and a fiber laser. The spot diameter (laser irradiation diameter of the steel plate) in laser welding is not particularly limited, but is preferably 0.5 mm to 1.0 mm, and the resulting weld width is usually about 1 mm.
ここで当該冷却溶接のための工具の例を図2(a)および図2(b)に示した。図2(a)の工具は固定式工具25であり、直方体のブロック状であるとともにその一面には鋼板21、22の端部を受け入れる凹部26が形成されている。これにより鋼板21、22の端部を効率よく冷却させることができる。固定式工具25は熱伝導率の高い例えば銅や銅合金などの材料を用いるのが望ましい。また、抜熱効果を高めるために、内部に冷却水を供給する流路を配することがさらに望ましい。
Here, examples of the tool for cooling welding are shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). The tool shown in FIG. 2 (a) is a fixed
図2(b)の工具は回転式工具25’であり、鋼板21’、22’の積層方向に平行な回転軸を有する円筒状であるとともに外周面には鋼板21’、22’の端部を受け入れる凹部26’が形成されている。これにより鋼板21’、22’の端部を効率よく冷却させることができる。回転式工具25’は熱伝導率の高い例えば銅や銅合金などの材料を用いるのが望ましい。また、抜熱効果を高めるために、内部に冷却水を供給する流路を配することがさらに望ましい。
The tool in FIG. 2B is a
図3は第三実施形態に係る本発明のレーザ溶接方法およびレーザ溶接品を説明するための図である。レーザ溶接品30、30’は表側の鋼板31、31’と、裏側の鋼板32、32’とが端部から図3にK、K’で示した距離においてされたレーザ溶接により一体化されている。ここで、レーザ溶接品30、30’は端面に工具35、35’を接触させ、図3に直線矢印で示したように該工具35、35’を溶接部33、33’の方へ押圧しながら溶接されたものである。これにより溶接部33、33’に作用する歪みを小さくすることができ、該溶接部33、33’の割れを抑制することができる。ここで押圧される端部の範囲は割れが抑制されれば特に限定されることはないが、図3にG、G’で示したレーザ照射点と、該照射点から遡って10mmの点との間に相当する端面の全範囲であることが好ましい。
FIG. 3 is a view for explaining a laser welding method and a laser welded product of the present invention according to the third embodiment. The laser welded
また、図3にK、K’で示した距離は1.75mm以上、8.00mm未満である。これにより従来に比べ溶接品の軽量化、又は同じ部品幅であるときには閉断面積の拡大による部材剛性の向上をはかることが可能となる。 Further, the distances indicated by K and K ′ in FIG. 3 are 1.75 mm or more and less than 8.00 mm. As a result, the weight of the welded product can be reduced as compared with the conventional case, or the member rigidity can be improved by enlarging the closed cross-sectional area when the part width is the same.
ここで、溶接される鋼板の鋼種は特に限定されるものではなく、レーザ溶接の重ね溶接が適用できる薄鋼板であれば特に制限はない。また、裸材であってもめっき材であってもよい。ここで薄鋼板の厚さは、0.7mm〜2.0mmであることが好ましい。 Here, the steel type of the steel plate to be welded is not particularly limited, and is not particularly limited as long as it is a thin steel plate to which laser welding lap welding can be applied. Further, it may be a bare material or a plating material. Here, the thickness of the thin steel plate is preferably 0.7 mm to 2.0 mm.
また、当該レーザの種類は通常に鋼材のレーザ溶接に用いられるレーザであれば、特に限定されることはなく、これには例えばCO2レーザ、YAGレーザ、ファイバーレーザなどを挙げることができる。なお、レーザ溶接におけるスポット径(レーザの鋼板への照射径)は特に限定されないが、0.5mm〜1.0mmが好ましく、得られる溶接部幅は約1mmであることが通常である。 Further, the type of the laser is not particularly limited as long as it is a laser usually used for laser welding of steel materials, and examples thereof include a CO 2 laser, a YAG laser, and a fiber laser. The spot diameter (laser irradiation diameter of the steel plate) in laser welding is not particularly limited, but is preferably 0.5 mm to 1.0 mm, and the resulting weld width is usually about 1 mm.
ここで当該押圧溶接のための工具の例を図3(a)および図3(b)に示した。図3(a)の工具は固定式工具35であり、直方体のブロック状であるとともにその一面側には鋼板31、32の端部を受け入れる凹部36が形成されている。これにより鋼板31、32の端部を効率よく押圧することができる。固定式工具35はレーザ溶接時に変質しないような耐熱性を有するものであれば良く、例えば熱間工具鋼や耐熱性樹脂などを用いることができる。
Here, examples of tools for the press welding are shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). The tool shown in FIG. 3 (a) is a fixed
図3(b)の工具は回転式工具35’であり、鋼板31’、32’の積層方向に平行な回転軸を有する円筒状であるとともに外周面には鋼板31’、32’の端部を受け入れる凹部36’が形成されている。これにより鋼板31’、32’の端部を効率よく押圧することができる。回転式工具35’は高い耐熱性を有する例えば熱間工具鋼を用いるのが望ましい。
The tool shown in FIG. 3B is a
以上第一〜第三実施形態をそれぞれ別個に説明したが、実際にはこれらが単独で行われてもよいし、複数が組み合わされて行われてもよい。 As described above, the first to third embodiments have been described separately, but actually, these may be performed alone or in combination.
また、上記した各実施形態のレーザ溶接における溶接速度に関し、該溶接速度が速すぎると、溶接部(13、23、33など)の中心を軸として、溶融池が溶接進行方向の後方に大きく尾を引くような形状となる。すなわち、溶融池の凝固は母材から溶接部(13、23、33など)の中心方向に向かい進行するため、溶接部の端が凝固し、中央部に溶融金属が残存した領域が大きくなる。従ってここに歪みが生じるので割れが発生し易くなる。特に、溶接部(13、23、33など)が端面から近い距離にあると、発生する歪みも大きくなる。以上より、溶接速度は2.5m/分以下とすることが好ましい。 Further, regarding the welding speed in the laser welding of each of the above-described embodiments, if the welding speed is too high, the molten pool is greatly rearward in the welding progress direction with the center of the welded portion (13, 23, 33, etc.) as an axis. It becomes a shape that pulls. In other words, since the solidification of the molten pool proceeds from the base material toward the center of the welded portion (13, 23, 33, etc.), the end of the welded portion is solidified, and the region where the molten metal remains in the central portion becomes large. Therefore, since distortion occurs here, cracks are likely to occur. In particular, when the welded portion (13, 23, 33, etc.) is at a distance close to the end surface, the generated distortion increases. From the above, the welding speed is preferably 2.5 m / min or less.
より詳しくは、溶融池の凝固は母材から溶接部(13、23、33など)の中心方向に向かって進行し、中央部に溶融金属(液相)がわずかに残存した状態を経て凝固する。このとき、中央にわずかに液相が残存した状態で歪みが生じると割れが発生する。そのため、この液相が僅かに残存した領域と最も歪みが大きくなる領域との位置関係が重要となる。板厚2.0mmまでの重ね溶接において、ビームスポット径を0.6mm程度に絞るレーザ溶接では、溶融池が小さく上記した液相が僅かに残存している領域は小さいが、溶接速度が速くなるほど溶融池が大きくなるため、結果として液相がわずかに残存している領域も大きくなり、割れが生じる虞が高くなる。このことからも溶接速度を2.5m/分以下とすることが好ましい。 More specifically, the solidification of the molten pool proceeds from the base material toward the center of the welded portion (13, 23, 33, etc.), and solidifies through a state in which the molten metal (liquid phase) remains slightly in the central portion. . At this time, cracking occurs when distortion occurs with a slight liquid phase remaining in the center. For this reason, the positional relationship between the region where the liquid phase slightly remains and the region where the distortion is greatest is important. In lap welding up to a plate thickness of 2.0 mm, in laser welding in which the beam spot diameter is reduced to about 0.6 mm, the area where the molten pool is small and the liquid phase slightly remains is small, but the welding speed increases. Since the molten pool becomes large, as a result, the region where the liquid phase slightly remains also becomes large, and there is a high risk of cracking. For this reason as well, the welding speed is preferably set to 2.5 m / min or less.
実施例として強度、および板厚の異なる4種の鋼板(軟鋼:厚さ1.2mm、440鋼:厚さ0.7mm、590鋼:厚さ1.4mm、780鋼:厚さ1.6mm)を用い、2枚の鋼板を重ね合わせて溶接をおこなった。ここでは、実施例、および比較例を含めて、端面からレーザ照射位置までの距離、ステッチ溶接の有無、端面冷却有無、端面押圧有無などの条件を変更してN数=5のレーザ溶接試験を実施した。 As an example, four types of steel plates having different strengths and thicknesses (soft steel: thickness 1.2 mm, 440 steel: thickness 0.7 mm, 590 steel: thickness 1.4 mm, 780 steel: thickness 1.6 mm) The two steel plates were stacked and welded. Here, including the examples and comparative examples, the laser welding test with N number = 5 was performed by changing the conditions such as the distance from the end face to the laser irradiation position, the presence or absence of stitch welding, the end face cooling or the end face pressing, etc. Carried out.
ステッチ溶接では、所定の溶接速度にて溶接部長さ13mm、空走部長さ5mmを繰返す溶接をおこなった。端面冷却溶接では、2枚重ねた鋼板の端面に接触する幅(溶接方向に平行な方向)30mmの銅製の固定式工具を用いて抜熱しながら溶接した。ここでは端面と固定式工具の密着を確実なものとするため当該固定式工具を9.8N(1kgf)の力で端面に押し付けるように加圧した。また、端面冷却と端面押圧を同時に行う場合には、さらに98N(10kgf)の力で固定式工具を端面に押し付けるように押圧した。また、端面冷却をしない端面押圧溶接では、熱伝導率の低い、厚さ2.0mm、長さ30mm、幅10mmの樹脂板を上記固定式工具の表面に取付け、加圧力98N(10kgf)で端面を加圧しつつ溶接した。 In stitch welding, welding was repeated at a predetermined welding speed with a welded part length of 13 mm and an idle running part length of 5 mm. In the end face cooling welding, welding was performed while removing heat using a fixed tool made of copper having a width of 30 mm (direction parallel to the welding direction) in contact with the end faces of the two stacked steel plates. Here, in order to ensure the close contact between the end face and the fixed tool, the fixed tool was pressurized so as to be pressed against the end face with a force of 9.8 N (1 kgf). Further, when the end surface cooling and the end surface pressing were performed simultaneously, the fixed tool was pressed against the end surface with a force of 98 N (10 kgf). In end face pressure welding without end face cooling, a resin plate having a low thermal conductivity, a thickness of 2.0 mm, a length of 30 mm, and a width of 10 mm is attached to the surface of the fixed tool, and the end face is applied with a pressure of 98 N (10 kgf). Was welded while being pressurized.
なお、端面冷却および端面押圧においては、溶接点から溶接進行方向の反対方向に約10mmの範囲に対応する端部を含むように固定式工具を配置した。 In end face cooling and end face pressing, a fixed tool was arranged so as to include an end corresponding to a range of about 10 mm from the welding point in the direction opposite to the welding progress direction.
また、他の条件として、レーザ溶接には、YAGレーザを用い加工点出力を4.0kWに固定した。溶接速度は重ね合わせた鋼板の板厚により適正な貫通溶接条件を設定した。ここでレーザ光は、鋼板表面にて0.6mmのスポット径を有するように集光され、得られた溶接部幅は、概ね1.0mmであった。 As another condition, a YAG laser was used for laser welding, and the machining point output was fixed at 4.0 kW. As for the welding speed, appropriate through-welding conditions were set according to the thicknesses of the stacked steel plates. Here, the laser beam was condensed so as to have a spot diameter of 0.6 mm on the surface of the steel plate, and the obtained weld width was approximately 1.0 mm.
溶接結果の評価は外観観察によりおこない、板エッジの溶融の有無、溶接部内の割れの有無を評価した。具体的にはN=5の供試体のうち
○:全数割れ発生無し
△:1〜4本の割れ発生
×:全数割れ発生
とした。表1に試験条件および試験結果を示す。
Welding results were evaluated by appearance observation, and the presence or absence of melting of the plate edge and the presence or absence of cracks in the welded portion were evaluated. Specifically, among N = 5 specimens, O: No cracking occurred Δ: 1-4 cracks occurred x: All cracks occurred. Table 1 shows test conditions and test results.
表1に示すように、いずれの鋼種でも、板端面からの距離が1.5mmの場合(符号1、11、21)には、エッジ部に溶融を生じて外観品質に劣る結果となった。符号12〜16において板端面からの距離が1.75mm〜3.5mmの場合には、板端面から溶接部までの距離が大きくなるほど、割れの発生頻度は小さくなるものの、少なくとも1つの供試体で割れの発生が認められ必ずしも好ましいものではなかった。
As shown in Table 1, in any steel type, when the distance from the plate end surface was 1.5 mm (
一方、ステッチ溶接(符号4、18)、端面冷却溶接(符号5、7、9、19、23)、端面押圧溶接(符号6、7、10、20、24)の少なくとも1種を含む溶接では、板端面から溶接部までの距離が1.75mmの条件であっても割れの発生は認められなかった。
On the other hand, stitch welding (numeral 4, 18), the end surface cooling welding (
以上、現時点において、もっとも実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う重ね合わせレーザ溶接方法およびレーザ溶接品もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 While the present invention has been described in connection with the most practical and preferred embodiments at the present time, the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, The invention can be changed as appropriate without departing from the scope or spirit of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and the overlapping laser welding method and laser welded product accompanying such changes are also included in the technical scope of the present invention. Must be understood as being.
10、20、30 溶接品
11、12、21、22、31、32 鋼板
13 23、33 溶接部
14 空走部
25、35 固定式工具
25’、35’ 回転式工具
10, 20, 30 Welded
Claims (2)
溶接方向に断続した溶接部を繰り返し形成するステッチ溶接と、前記溶接部よりも前記端面側及び前記端面に工具を接触させることにより前記端面側及び前記端面のみを冷却しつつ溶接する端面冷却溶接と、前記端面を押圧しつつ溶接する端面押圧溶接と、を同時に用いて溶接を行うことを特徴とする重ね合わせレーザ溶接方法。 A superposition laser welding method for welding a plurality of thin plates by irradiating a laser beam to a region having a distance from the end surface of 1.75 mm to 3.5 mm along the end surfaces of the plurality of superposed thin plates. ,
A stitch weld which forms repeatedly welds intermittently in the welding direction, and the end surface cooling welding for welding while cooling only the end face side and the end face by contacting a tool to the end face and the end face than the weld superimposing the laser welding method and performing welding by using an end face pressing welding welding while pressing the end face, at the same time.
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