JP5851213B2 - Welding method and welding apparatus using arc and laser - Google Patents
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Description
本発明は、アーク溶接とレーザー溶接を複合的に用いた溶接によって、厚さの大きい厚鋼板等の被溶接材の溶接を行うようにした、アークとレーザーを用いた溶接方法と溶接装置に関する。 The present invention relates to a welding method and welding apparatus using an arc and a laser, in which a workpiece to be welded such as a thick steel plate is welded by welding using a combination of arc welding and laser welding.
近年、例えばレーザー溶接とアーク溶接を組み合わせて、レーザー溶接の高エネルギーによる溶け込み深さと高速性、そして、アーク溶接による十分な溶着量という両者の長所を取り入れたハイブリッド溶接が知られている。
例えば、特許文献1に記載されたレーザ溶接とアーク溶接による溶接方法では、Y型の開先形状部とその底部の間隙が形成された厚鋼板の被溶接部に対して、アーク溶接とレーザー溶接を併用して行うことで溶接している。この場合、アーク放電によって発生するプラズマがレーザー光と干渉しないように、Y型開先形状部にレーザー照射をアーク放電に先行して行い、レーザー光の合焦位置をY開先部のV字形の開先部の底面より上方で被溶接材の表面近傍に調整する。
In recent years, for example, hybrid welding is known that combines the advantages of laser welding and arc welding to combine the advantages of laser welding with high energy penetration depth and high speed, and a sufficient amount of welding by arc welding.
For example, in the welding method by laser welding and arc welding described in Patent Document 1, arc welding and laser welding are performed on a welded portion of a thick steel plate in which a gap between the Y-shaped groove shape portion and the bottom portion is formed. Welding is performed by carrying out in combination. In this case, in order to prevent the plasma generated by the arc discharge from interfering with the laser beam, the Y-shaped groove-shaped portion is irradiated with laser prior to the arc discharge, and the focus position of the laser beam is V-shaped at the Y groove portion. It adjusts to the surface vicinity of a to-be-welded material above the bottom face of this groove part.
一方、アーク溶接のアークプラズマにレーザー光が吸収されないように、アークプラズマとレーザー光が干渉しない距離に設定する。そして、レーザー光の合焦位置を開口部内の上方に設定することによって、レーザー光による深い溶け込みエネルギーを残しつつアーク溶接が行われる前に被溶接材のV字形の開口部に広く加熱が行われることで、アーク放電によって開先内部までアーク溶接が可能になるとしている。 On the other hand, the distance is set such that the arc plasma and the laser beam do not interfere so that the laser beam is not absorbed by the arc plasma of arc welding. Then, by setting the focusing position of the laser light above the opening, the V-shaped opening of the workpiece is widely heated before arc welding is performed while leaving deep penetration energy by the laser light. Therefore, it is said that arc welding is possible to the inside of the groove by arc discharge.
しかしながら、上述した溶接方法では、レーザー光源として、ビーム径φ0.3mmのような高密度エネルギーによるレーザー溶接を行うと、被溶接材間の間隙(ギャップ)が大きいところでビームが素通りしてしまうという欠点が生じる。また、レーザーのビームの素通りを防ぐために、レーザー光の焦点位置をY開先部の開先部内の上方にずらして設定しているが、この場合にはレーザー光の溶け込み深さが浅くなり、厚鋼板の裏面まで溶接できないという欠点が生じる。
また、ハイブリッド溶接では、厚鋼板の溶接に際し、鋼板の板厚が厚くなると重力の影響で溶融池が開先部に保持されずに間隙を通って裏面に垂れ落ちる等の現象が起こり、裏波の形状が悪いという不具合も生じる。
However, in the above-described welding method, when laser welding is performed with a high-density energy such as a beam diameter of 0.3 mm as a laser light source, the beam passes through where the gap (gap) between the workpieces is large. Occurs. Moreover, in order to prevent the laser beam from passing through, the focal position of the laser beam is set to be shifted upward in the groove portion of the Y groove portion, but in this case, the penetration depth of the laser beam becomes shallow, There is a disadvantage that the back surface of the thick steel plate cannot be welded.
In hybrid welding, when thick steel plates are welded, a phenomenon such as dripping of the weld pool through the gap to the back surface occurs due to the influence of gravity, due to the influence of gravity. There is also a problem that the shape of is bad.
本発明は、このような課題に鑑みて、上述した従来の溶接方法よりも被溶接材間のギャップの裕度が大きく、レーザー光の焦点をずらすことなく深溶け込み溶接を行えるようにした、アーク及びレーザーを用いた溶接方法と溶接装置を提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention has a larger tolerance of the gap between the workpieces than the conventional welding method described above, and is capable of performing deep penetration welding without shifting the focus of the laser beam. And it aims at providing the welding method and welding apparatus using a laser.
本発明によるアーク及びレーザーを用いた溶接方法は、アーク放電とレーザー照射によって被溶接材の開先と該開先に続くレーザー光の直径より大きい間隙を溶接するようにしたアーク及びレーザーによる溶接方法であって、アーク溶接器でアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶接する工程と、溶着金属を凝固させる工程と、レーザー溶接器のレーザ光を溶着金属に合焦させて再溶融させて被溶接材の開先から間隙に向けてレーザー溶接する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、アーク溶接器によって被溶接材の開先をアーク溶接することで開先に被溶接材とアーク溶接器の溶接ワイヤによって溶着金属を生成させ、この溶着金属が凝固した後でレーザー溶接器によってレーザー光を溶着金属に合焦させて再溶融させ、間隙の部分を深溶け込み溶接する。その際、凝固した溶着金属をレーザー光によって再溶融させるから、溶融金属が溶融しすぎによって被溶接材の裏面へ垂れ落ちて裏波が垂れるという現象を防止できる。
A welding method using an arc and a laser according to the present invention is a welding method using an arc and a laser that welds a gap of a material to be welded and a gap larger than the diameter of the laser beam following the groove by arc discharge and laser irradiation. a is a step of welding the weld metal GMA arc welding to the workpieces in an arc welder, a step of solidifying the deposited metal, again by focusing the laser light of the laser welder to weld metal And a step of performing laser welding from the groove of the material to be welded toward the gap.
According to the present invention, a weld metal is generated by the welding wire of the welded material and the arc welder by arc welding the groove of the welded material with an arc welder, and the weld metal is solidified. The laser beam is focused on the weld metal by a laser welder and melted again, and the gap is deeply welded. At this time, since the solidified weld metal is remelted by the laser beam, it is possible to prevent a phenomenon in which the back metal hangs down due to the molten metal being excessively melted and dripping onto the back surface of the material to be welded.
また、アーク溶接器とレーザー溶接器とは所定間隔を開けて走行しながらそれぞれ溶接を行い、レーザー溶接器が所定間隔を走行する時間が経過するまでに溶着金属が凝固するように設定されていることが好ましい。
非溶接部の開先に沿って走行するアーク溶接器によって開先をアーク溶接して溶接ワイヤによって溶着金属が生成され、レーザー溶接器がその溶着金属部分に到達するまでに所定間隔を走行する時間が経過して溶着金属が凝固するので、レーザー溶接器のレーザー光を凝固した溶着金属に照射させて再溶融させることができて溶接位置がずれないで、被溶接材の開先から間隙までを溶接できる。
アーク溶接器とレーザー溶接器は一体に連結されて走行してもよいし、別個に走行するようにしてもよい。
The arc welder and the laser welder are set so that welding is performed while running at a predetermined interval, and the weld metal is solidified by the time when the laser welder travels the predetermined interval. It is preferable.
The time during which the weld metal is generated by welding the arc by welding the groove with an arc welder that travels along the groove of the non-welded part, and the laser welder travels at a predetermined interval until the weld metal part is reached. As the weld metal solidifies after the elapse of time, it can be re-melted by irradiating the solidified weld metal with the laser beam from the laser welder, so that the welding position does not deviate and the gap from the groove to the gap of the welded material is maintained. Can be welded.
The arc welder and the laser welder may be connected integrally to travel, or may be traveled separately.
また、アーク溶接器とレーザー溶接器とは所定間隔を開けて連結部材により一体に保持されていてもよく、この場合には連結部材の走行速度によってアーク溶接器によって溶着金属が生成された後、走行するレーザー溶接器によるレーザー溶接をその溶着金属が凝固した後に行わせるよう調整できて溶接位置のずれを確実に防止できる。
所定間隔は例えば35mm以上であり、所定間隔を1秒以上かけてアーク溶接器とレーザー溶接器とが走行するようにしてもよく、35mm/s以下の速度でアーク溶接器とレーザー溶接器が走行する。
Further, the arc welder and the laser welder may be integrally held by a connecting member with a predetermined interval, and in this case, after the weld metal is generated by the arc welder according to the traveling speed of the connecting member, It is possible to adjust so that laser welding by the traveling laser welder is performed after the weld metal is solidified, so that deviation of the welding position can be surely prevented.
The predetermined interval is, for example, 35 mm or more, and the arc welder and the laser welder may travel over a predetermined interval of 1 second or more. The arc welder and the laser welder travel at a speed of 35 mm / s or less. To do.
また、本発明によるアークとレーザーによる溶接方法は、アーク放電とレーザー照射によって被溶接材の開先と該開先に続く間隙を溶接するようにしたアークとレーザーによる溶接方法において、アーク溶接器でアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶接する工程と、溶着金属を凝固させる工程と、レーザー溶接器のレーザー光を溶着金属に合焦させて再溶融させて被溶接材の開先から間隙に向けてレーザー溶接する工程とを備え、アーク溶接の際にアークセンサによって溶接ワイヤを調芯させ、アークセンサによる調芯情報に基づいてレーザー溶接器の調芯と焦点調整を行うことを特徴とする。
この場合、アークセンサによってアーク溶接器の調芯を行った情報をレーザー溶接器の調芯と焦点位置の調整に利用することができるため、自動的にレーザー光が適正な位置に照射され、レーザー光の調整手段を別途必要としない。
Also, the arc and laser welding method according to the present invention is an arc and laser welding method in which a groove of a material to be welded and a gap following the groove are welded by arc discharge and laser irradiation. The process of arc welding and welding the weld metal to the groove of the welded material, the process of solidifying the weld metal, and focusing the laser beam of the laser welder on the weld metal to remelt and opening the welded material Laser welding from the tip toward the gap, aligning the welding wire with the arc sensor during arc welding, and aligning and focusing the laser welder based on the alignment information from the arc sensor It is characterized by .
In this case, the information on the alignment of the arc welder by the arc sensor can be used for the alignment of the laser welder and the adjustment of the focal position, so the laser beam is automatically irradiated to the appropriate position, and the laser No additional light adjustment means is required.
本発明によるアーク及びレーザーによる溶接装置は、アーク放電とレーザー照射によって被溶接材の開先と該開先に続くレーザー光の直径より大きい間隙を溶接するようにしたアーク及びレーザーによる溶接装置であって、アーク放電によってアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶着させるアーク溶接器と、凝固した溶着金属にレーザー光を照射して再溶融させて間隙をレーザー溶接するレーザー溶接器と、アーク溶接器とレーザー溶接器とを時間差を設けて開先の溶接位置に沿って走行させる駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、被溶接材の開先にアーク溶接器を対向させてアーク溶接することで開先に溶着金属を生成させ、この溶着金属が凝固した後でレーザー溶接器が溶着金属をレーザー照射して再溶融させるように駆動制御手段によってアーク溶接器とレーザー溶接器との走行に時間差を開けさせる。これによって、レーザー光で溶着金属を再溶融させて開先と間隙の部分を深溶け込み溶接する。その際、凝固した溶着金属をレーザー光によって再溶融させるから、溶融金属が溶融しすぎによって被溶接材の裏面へ垂れ落ちて裏波が垂れることがない。
Welding device according to an arc and laser according to the present invention, arc discharge and welding device according to an arc and laser which is adapted to weld diameter larger gap GMA and the open destination followed laser light workpieces by laser irradiation met An arc welder that arc welds by arc discharge and deposits the weld metal on the groove of the welded material, and a laser welder that laser welds the solidified weld metal to remelt and laser welds the gap And a drive control means for causing the arc welder and the laser welder to travel along the welding position of the groove with a time difference.
According to the present invention, a weld metal is generated in the groove by arc welding with the arc welder opposed to the groove of the workpiece, and after the weld metal is solidified, the laser welder lasers the weld metal. A drive control means causes a time difference in travel between the arc welder and the laser welder so as to irradiate and remelt. As a result, the weld metal is remelted with laser light to deeply weld the groove and the gap. At that time, the solidified weld metal is remelted by laser light, so that the molten metal does not droop to the back surface of the material to be welded and the back wave does not droop.
また、アーク溶接器とレーザー溶接器は間隔を開けて設置されていて連結部材によって一体とされていてもよい。
アーク溶接器とレーザー溶接器が一体とされている場合、連結部材によってアーク溶接器とレーザー溶接器の間隔を設定すると共に駆動制御手段によって走行速度を設定することで、被溶接位置でのアーク溶接による溶着金属の生成と凝固後のレーザー溶接による再溶融とを連続して行うよう制御することができる。
Moreover, the arc welder and the laser welder may be installed with a space therebetween and may be integrated by a connecting member.
When the arc welder and the laser welder are integrated, the distance between the arc welder and the laser welder is set by the connecting member, and the traveling speed is set by the drive control means, so that the arc welding at the welding position is performed. It is possible to control so as to continuously perform the generation of the weld metal by the remelting and the remelting by the laser welding after the solidification.
或いは、アーク溶接器とレーザー溶接器は間隔を開けて設置されていて互いに分離されていてもよい。
この場合には、アーク溶接器とレーザー溶接器の間隔を走行速度によって個別に設定でき、被溶接位置でのアーク溶接による溶着金属の生成と凝固後のレーザー溶接による再溶融とを連続して行うよう制御することができる。
Alternatively, the arc welder and the laser welder may be spaced apart and separated from each other.
In this case, the distance between the arc welder and the laser welder can be set individually according to the traveling speed, and the generation of the weld metal by arc welding at the welding position and the remelting by laser welding after solidification are continuously performed. Can be controlled.
また、本発明によるアーク及びレーザーによる溶接装置は、アーク放電とレーザー照射によって被溶接材同士の開先と該開先に続く間隙を溶接するようにしたアーク及びレーザーによる溶接装置において、アーク放電によってアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶着させるアーク溶接器と、凝固した溶着金属にレーザー光を照射して再溶融させて間隙をレーザー溶接するレーザー溶接器と、アーク溶接器とレーザー溶接器とを時間差を設けて開先の溶接位置に沿って走行させる駆動制御手段と、アーク溶接時における溶接電圧及び溶接電流に基づいて調芯するアーク溶接器調芯手段と、アーク溶接器を調芯するための波形情報によってレーザー光の調芯と焦点位置を溶着金属に合致させるレーザー溶接器調芯手段と、を備えることを特徴とする。
アーク溶接器調芯手段によってアーク溶接器の調芯をしてアーク溶接を行い、その後のレーザー溶接時に、アーク溶接の波形情報に基づいてレーザー溶接器調芯手段によってレーザー光の調芯を行い焦点を溶着金属に合致させることができる。
The arc and laser welding apparatus according to the present invention is an arc and laser welding apparatus that welds a gap between workpieces and a gap following the gap by arc discharge and laser irradiation. An arc welder that welds a weld metal to the groove of the material to be welded by arc welding, a laser welder that laser-welds the solidified weld metal to remelt and welds the gap, and an arc welder Drive control means for causing the laser welder to travel along the welding position of the groove with a time difference, arc welder alignment means for aligning based on the welding voltage and welding current during arc welding, and the arc welder a laser welder aligning means to align the alignment and focus position of the laser beam to the weld metal by the waveform information for alignment, and in that it comprises And butterflies.
The arc welder is aligned by the arc welder aligning means, and arc welding is performed. At the subsequent laser welding, the laser beam is aligned by the laser welder aligning means based on the waveform information of the arc welding, and the focus is set. Can be matched to the weld metal.
本発明によるアーク及びレーザーを用いた溶接方法と溶接装置によれば、アーク溶接器のアーク放電によってアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶着させ、溶着金属が凝固した後で、レーザー溶接器のレーザ光を溶着金属に合焦させ、レーザー溶接で溶着金属を再溶融させることで、被溶接材の開先とこれに続く間隙を溶接することができ、アーク溶接によって溶着金属が開先部の底部を埋めて凝固することで間隙のギャップ裕度が大きいという利点がある。
また、溶着金属の凝固後にレーザー光によって溶着金属に焦点を合わせて再溶融させることで、高密度エネルギーを利用して開先部の裏側の間隙を深溶け込み溶接によって溶接できると共に、被溶接材の厚みが大きくても溶融金属が重みで裏面に垂れる現象を防いで裏波が垂れないので見栄えがよい。
According to the welding method and welding apparatus using an arc and a laser according to the present invention, arc welding is performed by arc discharge of an arc welder, and a weld metal is deposited on the groove of the workpiece, and after the weld metal is solidified, By focusing the laser beam of the laser welder on the weld metal and remelting the weld metal by laser welding, the groove of the welded material and the gap following it can be welded. There is an advantage that the gap tolerance of the gap is large by filling the bottom of the groove portion and solidifying.
In addition, by focusing and remelting the weld metal with laser light after solidification of the weld metal, the gap on the back side of the groove can be welded by deep penetration welding using high-density energy, and the welded material Even if the thickness is large, it prevents the phenomenon that the molten metal hangs down on the back surface due to weight, and the back wave does not hang down, so it looks good.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置について説明する。
図1乃至図6は第一実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置1を示す図である。
図1及び図2に示すアーク及びレーザーによる溶接装置1は、アーク溶接器2とレーザー溶接器3とがそれぞれアーム部2a、3aを介して連結部材を構成する治具7に連結され、アーク溶接器2とレーザー溶接器3は所定間隔Lを開けて離間して設定されている。レーザー溶接器3のアーム部3aは図示しない調整手段によってアーク溶接器2との間隔Lを調整できるように設定されている。治具7の脚部8はその下部に設けたレール9によって開先15に沿うように摺動可能とされている。
アーク及びレーザーによる溶接装置1で溶接される被溶接材11は、例えば厚鋼材12,13であり、厚鋼材12,13の対向する面の溶接部14には例えばV字形状の開先15とその裏面に続く所定幅の間隙(ギャップ)16とがY字状開先部として形成されている。
Hereinafter, an arc and laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 to 6 are views showing a welding apparatus 1 using an arc and a laser according to the first embodiment.
The arc and laser welding apparatus 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes an
Materials to be welded 11 to be welded by the arc and laser welding apparatus 1 are, for example,
次に、アーク及びレーザーによる溶接装置1の溶接を制御する監視制御装置18について、図2により説明する。
図2において、監視制御装置18は、アーク溶接器2のアークセンサ19と、アーク溶接器2及びレーザー溶接器3の走行制御と焦点調整を行う制御部26とを備えている。
アークセンサ19には、アーク溶接器2と母材である被溶接材11との間を接続する並列の回路の配線に電流計22と電圧計23がそれぞれ配設されており、例えば電流計22には電源24が直列に接続されている。アークセンサ19は、アーク溶接器2で被溶接材11の開先15を溶接する際に図3(a)、(b)に示す溶接ワイヤ25の揺動に伴うアーク電流(溶接電流)とアーク電圧(溶接電圧)の変化を電流計22と電圧計23でそれぞれ検知することによって、開先15と溶接ワイヤ25との位置関係を把握するようにしている。
Next, the
In FIG. 2, the
In the
電流計22と電圧計23で検知されたアーク電流とアーク電圧は、制御部26の入力手段27に入力され、演算手段28によってアーク溶接器2の溶接ワイヤ25の適正な調芯位置を演算し、アーク溶接器調芯手段29によってアーク溶接器2の調芯を行う。
制御部26内には、治具7を走行させることでアーク溶接器2とレーザー溶接器3を開先15に沿って一定速度で走行させる駆動制御手段30と、演算手段28から出力されるアーク溶接器2の調芯情報に基づいてレーザー溶接器3を溶接位置に調芯すると共に焦点調整するレーザー溶接器調芯手段31とが設けられている。
The arc current and arc voltage detected by the
In the
駆動制御手段30には治具7をレール9に沿って走行させる駆動モータM1が設けられ、治具7の走行によって一定間隔を以て移動するアーク溶接器2とレーザー溶接器3により被溶接材11の開先15の溶接部14を、時間差を開けてそれぞれ連続的に溶接するように設定されている。本実施形態では、治具7に対してアーク溶接器2が走行方向に先行する位置に設けられ、所定間隔Lを開けてレーザー溶接器3が後行する位置に設けられている。
この場合、アーク溶接器2とレーザー溶接部3の走行の時間差は、アーク溶接で非溶接部14に生成される溶着金属kが凝固した後で溶着金属kにレーザー溶接が行われるように設定されている。そのため、所定距離Lとして治具7の走行速度が例えばL/秒以下になり、1秒以上の時間差が設定されていることが好ましい。
また、レーザー溶接器3のアーク部3aには上述した調整手段によってアーク溶接器2との距離Lを調整するための位置調整モータM2が接続されている。
The drive control means 30 is provided with a drive motor M1 for causing the
In this case, the traveling time difference between the
Further, a position adjustment motor M2 for adjusting the distance L from the
本実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置1は上述の構成を備えており、次に厚鋼板12,13の溶接方法について説明する。
まず、図1及び図4に示す厚鋼材12,13の対向する面の溶接部14に形成された例えば断面V字形状の開先15の底部15aをライン状の溶接領域として、アーク溶接器2をアーク放電させると共にレーザー溶接器3のレーザー光を照射させながら、所定間隔Lを開けたアーク溶接器2とレーザー溶接器3を、モータM1を駆動させることによって一定速度でX方向に走行させる。そのため、溶接領域の溶接部14に対して、先行するアーク溶接と後に続くレーザー溶接とに時間差が生じる。
The arc and laser welding apparatus 1 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, a welding method for the
First, the
アーク溶接器2を用いたアーク溶接として例えばマグ溶接を行う。アーク溶接に際し、アーク溶接器2を走行させながら開先15の底部15aに対向する位置に連続的にアーク放電を行う。アーク溶接に際し、アーク溶接器2からアーク放電と共にアルゴンや炭酸ガス等のシールドガスが放出される。
For example, mag welding is performed as arc welding using the
ここで、アーク溶接では、トーチの溶接ワイヤ25を揺動させながらアーク溶接を行うが、その際、図3(a)に示すように、揺動の中心が開先15の中心線Oに位置していれば、電流計22で検出するアーク電流(溶接電流)と電圧計23で検出するアーク電圧(溶接電圧)の波形が中心線Oに対して左右対称のものになる。このような波形を検出した場合、電流計22と電圧計23の波形情報を制御部26の入力手段27から入力し、演算手段28でこれを演算して揺動する溶接ワイヤ25が中心線Oに対称な調芯位置にあることを検知する。
Here, in arc welding, arc welding is performed while swinging the
これに対し、図3(b)に示すように、溶接ワイヤ25の揺動の中心が開先15の中心線Oに対して偏っていれば、電流計22で検出するアーク電流と電圧計23で検出するアーク電圧の各波形が中心線Oに対して左右非対称のものになる。このような場合には、電流計22と電圧計23の波形情報が制御部26の入力手段27を介して演算手段28で検知され、アーク電流の波形とアーク電圧の波形が、図3(b)に示すように中心線Oに対して左右非対称であることを演算して検知する。
そして、その演算した制御信号をアーク溶接器調芯手段29によってアーク溶接器2に出力して図1でY方向に溶接ワイヤ25の調芯を行い、揺動する溶接ワイヤ25が開先15の中心線Oに対して対称となるように溶接位置を決める。こうして、アークセンサ19と制御部26の演算手段28及びアーク溶接器調芯手段29とによってアーク調芯のフィードバック制御を行う。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, if the center of oscillation of the
Then, the calculated control signal is output to the
そして、図5に示すように、開先15の底部15aには、アーク放電によって厚鋼板12、13と溶接ワイヤ25を溶融させて溶融池ができ、これが溶着金属kとしてアーク溶接器2の走行に応じて連続してライン状に形成される。アーク溶接器2とレーザー溶接器3とは所定距離Lだけ離隔しているため、治具7の走行速度に応じてアーク溶接器2が走行してアーク放電が行われた後レーザー溶接器3のレーザー光が到達するまでの間に、その領域の溶着金属kが開先15の底部15aで次第に冷却されて凝固され、厚鋼板12、12の開先15の底部15aが溶接される。
Then, as shown in FIG. 5, at the bottom 15a of the
そして、時間差をおいて治具7と共に走行するレーザー溶接器3によって溶接部14の凝固された溶着金属kの溶接を行う。レーザー溶接器3による溶接に際し、制御部26の演算手段28からアークセンサ19によって設定されたアーク溶接のための調芯位置の波形情報がレーザー溶接のための溶接位置としてレーザー溶接器調芯手段31に出力される。これによって、レーザー溶接器3は、アークセンサ19によって設定された溶接位置である調芯位置に倣って、図6に示すように、凝固した溶着金属kの位置に自動的に調芯されてレーザー光の焦点を合致させる。
従って、レーザー溶接器3のための調芯と焦点位置を調整する手段をアーク溶接の調芯を行うアークセンサ19とは別に設ける必要がない。
The welded metal k solidified in the welded
Therefore, it is not necessary to provide an alignment means for the
次に、開先15の凝固した溶着金属kに対してレーザー溶接器3によって溶着金属kに合焦した状態でレーザー光を照射し、再溶融させる。レーザー溶接の際、アーク溶接によって厚鋼板12,13の間隙16が溶着金属kによって埋められているので、レーザー光の直径が間隙16の直径より小さくてもレーザー光が間隙16を素通りすることなく、溶着金属kを再溶融させた溶融金属と共に間隙16が溶融されることによって間隙16を深溶け込み溶接する。
また、本実施形態による溶接では、アーク溶接での溶着金属kが凝固した後にレーザー溶接で再溶融するので溶けすぎず、厚鋼板12,13の板厚が厚くても溶融金属の重みで厚鋼板12、13の裏面まで溶融金属が垂れるおそれがなく、裏波が垂れない。
Next, a laser beam is irradiated to the weld metal k solidified in the
Further, in the welding according to the present embodiment, the weld metal k in arc welding is solidified and then remelted by laser welding so that it does not melt too much, and even if the thickness of the
このようにして、治具7で連結されたアーク溶接器2とレーザー溶接器3とが、X方向において所定間隔Lを開けて開先15に沿って一定速度で走行しながら、連続する溶接部14をアーク溶接器3によってアーク溶接して連続する溶着金属kを形成する。そして、後続のレーザー溶接器3が到達する迄のタイムラグによって溶着金属kが凝固することになり、その後、所定時間遅れて走行するレーザー溶接器3によって、凝固した溶着金属kにレーザー光を照射することで再溶融させて、間隙16を連続して深溶け込み溶接する。
In this way, the
本実施形態のアーク及びレーザーによる溶接装置1による溶接方法の具体例について説明する。
被溶接材である厚鋼板12,13の板厚をそれぞれ19.0mm、開先15の側壁のテーパ角を3度、開先15につながる間隙16の深さを15.0mm、間隙16の内径を1.0mm、裏面側の開先テーパ角度(面取り角)を45度とし、レーザー光のビーム径を0.6mmとした。
そして、アーク溶接を連続して行い、開先15の底部15aに線状の溶着金属kが生成された後、凝固後にレーザー溶接を連続して行った。この場合、間隙16の内径が2mmまでは十分な溶接を行えたが、間隙16の内径が2mmを超えるとレーザー光のビームが素通りする部分が発生し、十分な溶接ができない場合があった。
そのため、間隙16のギャップ裕度は最大2mmであり、レーザー光のビーム径0.6mmと比較して大きな裕度が得られた。
なお、アーク溶接器2とレーザー溶接器3の距離Lは少なくとも35mm以上、例えば50mmとし、走行速度を35mm/s以下、例えば50mm/sに設定すれば、アーク溶接とレーザー溶接との間に1秒以上の時間差が設定され、その間に溶着金属kを凝固できる。
The specific example of the welding method by the welding apparatus 1 by the arc and laser of this embodiment is demonstrated.
The thicknesses of the
Then, arc welding was continuously performed, and after the linear weld metal k was generated on the bottom 15a of the
For this reason, the gap margin of the
In addition, if the distance L between the
上述のように本実施形態によるアーク及びレーザーによる溶接装置1及び溶接方法によれば、アーク溶接器2とレーザー溶接器3を所定間隔を開けて連続して走行させながら、開先15の溶接部14を溶接することで、アーク溶接によって開先15の底部15aに溶着金属kを生成して厚鋼板12,13を溶接し間隙16の上端部が埋められているから、その後に、レーザー光の直径が間隙16の内径より小さくてもレーザー溶接を行うことができる。例えばビーム径6mmに対して間隙16のギャップ裕度が最大2mmに大きく設定できるという利点もある。
As described above, according to the arc and laser welding apparatus 1 and the welding method according to the present embodiment, the
また、レーザー溶接に際して、上述した従来技術のように、焦点位置を溶着金属kから上方にずらして照射すると間隙16への溶け込みが浅くなる弊害があったが、本実施形態によればレーザー光の焦点を溶着金属kからずらす必要がなく、レーザー光による高密度エネルギーを利用して深溶け込み溶接を行える。
また、アーク溶接によって開先15に生成した溶着金属kが凝固した後で、アーク溶接と同じ位置にレーザー光を照射して溶着金属kに焦点を合わせて再溶融させるため、溶着金属kが溶融した溶融金属は溶けすぎず、厚鋼板12,13の板厚が厚くても溶融金属の重みで厚鋼板12,13の裏面に垂れ落ちて裏波の形状を悪化させることがない。
更に、アーク溶接器2とレーザー溶接器3とが治具7によって35mm以上走行方向に離間して連結されているため、35mm/s以下の一定速度で連続走行させながらアーク溶接による溶着金属kが凝固した後にレーザー溶接できる。
In laser welding, as in the prior art described above, if the focal position is shifted upward from the weld metal k and irradiated, there is a problem that the penetration into the
In addition, after the weld metal k formed on the
Furthermore, since the
また、アーク溶接時にアークセンサ19によってアーク溶接の調芯を行い、その後に制御手段26によってその調芯のための波形情報をレーザー溶接器3に供給して自動的に調芯して溶接線を倣い、レーザー光の焦点位置を溶着金属kに合致させることができる。そのため、レーザー溶接器3の調芯及び焦点調整のための手段を別個設ける必要がなく、溶接装置1の構成が簡単であり、溶接方法の制御が容易になる。
Also, arc welding is aligned by the
なお、本発明によるアーク及びレーザーによる溶接方法及び溶接装置1は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り適宜の変更が可能である。
上述の実施形態による溶接装置1では、アーク溶接器2とレーザー溶接器3を治具7に連結して一体に保持して移動可能に構成したが、本発明は上述した構成に限定されることはなく、アーク溶接器2とレーザー溶接器3を別々の治具7に保持して、駆動制御手段30によって個別に所定速度で走行させながら、或いは静止状態で、アーク溶接とレーザー溶接を行うようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、アーク溶接器2とレーザー溶接器3を走行させながら順次溶接させるようにしたが、必ずしも走行させる必要はない。例えば、アーク溶接器2とレーザー溶接器3を静止状態にして、アーク溶接器2でアーク溶接を行い、所定時間経過して溶融池が溶着金属kとして凝固した後に、レーザー溶接器3で溶着金属kのレーザー溶接を行うようにしてもよい。
Note that the arc and laser welding method and the welding apparatus 1 according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
In the welding apparatus 1 according to the above-described embodiment, the
In the above-described embodiment, the
1 溶接装置
2 アーク溶接器
3 レーザー溶接器
7 治具
11 被溶接材
12、13 厚鋼板
15 開先
16 間隙
18 監視制御手段
19 アークセンサ
22 電流計
23 電圧計
26 制御部
28 演算手段
29 アーク溶接器調芯手段
30 駆動制御手段
31 レーザー溶接器調芯手段
k 溶着金属
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
28 Calculation means 29 Arc welder alignment means 30 Drive control means 31 Laser welder alignment means k Weld metal
Claims (8)
アーク溶接器でアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶接する工程と、
前記溶着金属を凝固させる工程と、
前記レーザー溶接器のレーザー光を前記溶着金属に合焦させて再溶融させて前記被溶接材の開先から間隙に向けてレーザー溶接する工程と
を備えたことを特徴とするアーク及びレーザーによる溶接方法。 By arc discharge and laser irradiation a arc and laser by welding method so as to weld the GMA and the diameter is larger than the gap of the open destination subsequent laser beam workpieces,
Arc welding with an arc welder and welding the weld metal to the groove of the workpiece,
Solidifying the weld metal;
Arc and laser welding, comprising: a step of focusing a laser beam of the laser welder on the weld metal and remelting the laser beam from a groove of the material to be welded toward a gap. Method.
アーク溶接器でアーク溶接して被溶接材の開先に溶着金属を溶接する工程と、
前記溶着金属を凝固させる工程と、
前記レーザー溶接器のレーザー光を前記溶着金属に合焦させて再溶融させて前記被溶接材の開先から間隙に向けてレーザー溶接する工程とを備え、
アーク溶接の際にアークセンサによって溶接ワイヤを調芯させ、前記アークセンサによる調芯情報に基づいて前記レーザー溶接器の調芯と焦点調整を行うことを特徴とするアーク及びレーザーによる溶接方法。 In the arc and laser welding method in which the gap of the welded material and the gap following the groove are welded by arc discharge and laser irradiation,
Arc welding with an arc welder and welding the weld metal to the groove of the workpiece,
Solidifying the weld metal;
A step of focusing the laser beam of the laser welder on the weld metal and remelting the laser beam toward the gap from the groove of the welded material,
A welding method using an arc and a laser, wherein a welding wire is aligned by an arc sensor during arc welding, and alignment and focus adjustment of the laser welder are performed based on alignment information by the arc sensor.
アーク放電によってアーク溶接して被溶接材の前記開先に溶着金属を溶着させるアーク溶接器と、
凝固した前記溶着金属にレーザー光を照射して再溶融させて前記間隙をレーザー溶接するレーザー溶接器と、
前記アーク溶接器とレーザー溶接器とを時間差を設けて前記開先の溶接位置に沿って走行させる駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とするアーク及びレーザーによる溶接装置。 By arc discharge and laser irradiation to a welding device according to arcs and lasers so as to weld the GMA and the diameter is larger than the gap of the open destination subsequent laser beam between workpieces,
An arc welder that welds a weld metal to the groove of the material to be welded by arc welding by arc discharge;
A laser welder for laser welding the gap by irradiating the solidified weld metal with laser light to remelt; and
Drive control means for causing the arc welder and the laser welder to travel along the welding position of the groove with a time difference;
An arc and laser welding apparatus characterized by comprising:
アーク放電によってアーク溶接して被溶接材の前記開先に溶着金属を溶着させるアーク溶接器と、
凝固した前記溶着金属にレーザー光を照射して再溶融させて前記間隙をレーザー溶接するレーザー溶接器と、
前記アーク溶接器とレーザー溶接器とを時間差を設けて前記開先の溶接位置に沿って走行させる駆動制御手段と、
アーク溶接時における溶接電圧及び溶接電流に基づいて調芯するアーク溶接器調芯手段と、
前記アーク溶接器を調芯するための波形情報によってレーザー光の調芯と焦点位置を前記溶着金属に合致させるレーザー溶接器調芯手段と、
を備えたことを特徴とするアーク及びレーザーによる溶接装置。 In an arc and laser welding apparatus that welds a gap between workpieces and a gap following the gap by arc discharge and laser irradiation,
An arc welder that welds a weld metal to the groove of the material to be welded by arc welding by arc discharge;
A laser welder for laser welding the gap by irradiating the solidified weld metal with laser light to remelt; and
Drive control means for causing the arc welder and the laser welder to travel along the welding position of the groove with a time difference;
An arc welder alignment means for aligning based on the welding voltage and welding current during arc welding;
Laser welder aligning means for aligning the laser beam and the focal position with the weld metal according to waveform information for aligning the arc welder;
Welding device according to features and to luer over click and laser further comprising a.
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