JP6482820B2 - Laser welding apparatus and laser welding method - Google Patents

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Description

本発明は、鋼板を突き合せた突合せ部にレーザー光を照射して突合せ溶接部を生成し突き合せられた鋼板を連続して接合するレーザー溶接装置及びレーザー溶接方法に関する。   The present invention relates to a laser welding apparatus and a laser welding method in which a butt welded portion is irradiated with laser light to form a butt weld and a joined steel plate is continuously joined.

従来から、熱延鋼板などの鋼板同士をレーザー溶接機を用いて連続的に突合せ溶接する場合、溶融金属が大気と反応して酸化することを防止するため、突合せ溶接部に保護ガスとしての不活性ガスを吹き付けている。この不活性ガスとしては、例えば、ヘリウムガスやアルゴンガスが用いられる。   Conventionally, when continuously butt-welding steel sheets such as hot-rolled steel sheets using a laser welding machine, in order to prevent the molten metal from reacting with the atmosphere and being oxidized, a non-protective gas is applied to the butt weld. Active gas is sprayed. As the inert gas, for example, helium gas or argon gas is used.

例えば、特許文献１では、被溶接材の裏面側に設置した多数の孔からアルゴンガスを対流させるように噴射し、溶接裏面部をアルゴンガス雰囲気として溶接することによって、裏面にアルゴンプラズマを生成させている。このアルゴンプラズマによって裏面ビードの改善を図っている。   For example, in Patent Document 1, argon plasma is injected from a large number of holes installed on the back surface side of the material to be welded so as to convect, and the welding back surface portion is welded as an argon gas atmosphere, thereby generating argon plasma on the back surface. ing. The argon plasma improves the backside bead.

また、特許文献２では、保護ガスとしてヘリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いている。ここで、混合ガスは、１８〜５５容量％のヘリウムガスを含有している。   In Patent Document 2, a mixed gas of helium gas and argon gas is used as the protective gas. Here, the mixed gas contains 18 to 55 volume% helium gas.

特開平１１−３２０１５１号公報JP-A-11-320151 特開平６−３４４１７１号公報JP-A-6-344171

一般に、レーザー出力が５ｋＷまでの低出力の場合、保護ガスはアルゴンガス、ヘリウムガス、あるいはアルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスとが用いられる。前述の特許文献１および特許文献２では、レーザー出力５ｋＷでのレーザー溶接結果が示されているものである。一方、レーザー出力が５ｋＷを超える高出力の場合、保護ガスはアルゴンガスではなく、ヘリウムガスが用いられる。   In general, when the laser output is as low as 5 kW, the protective gas is argon gas, helium gas, or a mixed gas of argon gas and helium gas. In Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, the results of laser welding at a laser output of 5 kW are shown. On the other hand, when the laser output is higher than 5 kW, the protective gas is not argon gas but helium gas.

希ガスは、電離電圧が大きい傾向であり、希ガスの中でもヘリウムガスの電離電圧は非常に大きい。このため、ヘリウムガスは、高出力レーザーによる溶接であってもプラズマ化しにくく、高出力レーザーを用いた溶接時の保護ガスとして用いられる。一方、アルゴンガスの電離電圧は、ヘリウムガスほどには大きくなく、入熱密度が高い高出力レーザーでは、突合せ溶接時に発生する金属プラズマに呼応してアルゴンガスがプラズマ化し、このプラズマによってレーザー光の溶接部への透過量が低減されて溶接を阻害するため、高出力レーザーを用いた溶接時の保護ガスとしてはヘリウムガスが選択されている。   Noble gases tend to have a high ionization voltage, and among rare gases, the ionization voltage of helium gas is very large. For this reason, helium gas is difficult to be converted into plasma even when welding with a high-power laser, and is used as a protective gas during welding using a high-power laser. On the other hand, the ionization voltage of argon gas is not as high as that of helium gas, and in a high-power laser with a high heat input density, argon gas is turned into plasma in response to the metal plasma generated during butt welding. Since the amount of permeation to the welded portion is reduced to inhibit welding, helium gas is selected as a protective gas during welding using a high-power laser.

鉄鋼プロセスラインでは、突合せ溶接によって鋼板を連続溶接するが、鋼板の溶接にかかる時間は、鉄鋼プロセスラインの生産性を大きく左右する。したがって、鉄鋼プロセスラインでは、高出力レーザーを用いた突合せ溶接を行って生産性を上げるようにしている。   In the steel process line, steel plates are continuously welded by butt welding, but the time taken to weld the steel plates greatly affects the productivity of the steel process line. Therefore, in the steel process line, butt welding using a high-power laser is performed to increase productivity.

しかし、ヘリウムガスは、アルゴンガスに比して高価でありコスト面で不利である。また、ヘリウムガスは、比熱が高く突合せ溶接部の溶融部の冷却速度が速いため、裏抜け不良やアンダーカットなどの溶接不良を生じさせる場合がある。   However, helium gas is more expensive than argon gas and is disadvantageous in terms of cost. In addition, helium gas has a high specific heat, and the cooling rate of the melted part of the butt weld is high, which may cause welding defects such as back-through defects and undercuts.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大出力レーザーを用いて鋼板の突合せ溶接処理の生産性を向上させる場合、保護ガスのコストを抑え、かつ、溶接不良を低減することができるレーザー溶接装置及びレーザー溶接方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and when improving the productivity of a butt welding process of a steel sheet using a high-power laser, the cost of the protective gas can be suppressed, and poor welding can be reduced. An object of the present invention is to provide a laser welding apparatus and a laser welding method that can be used.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザー溶接装置は、鋼板を突き合せた突合せ部にレーザー光を照射して突合せ溶接部を生成し連続して鋼板を溶接するレーザー溶接装置であって、前記突合せ溶接部の前記レーザー光の照射側にヘリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給する混合ガス供給部と、前記突合せ溶接部の前記レーザー光の非照射側にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給部と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the laser welding apparatus according to the present invention generates a butt weld by irradiating a laser beam to a butt portion where the steel plates are butted, and continuously welds the steel plates. A laser welding apparatus, wherein a mixed gas supply unit that supplies a mixed gas of helium gas and argon gas to the laser beam irradiation side of the butt welding unit, and a laser beam non-irradiation side of the butt welding unit And an argon gas supply unit for supplying argon gas.

また、本発明にかかるレーザー溶接装置は、上記の発明において、前記混合ガスは、５０〜７０体積％のヘリウムガスを含むことが好ましい。   In the laser welding apparatus according to the present invention, the mixed gas preferably contains 50 to 70% by volume of helium gas.

また、本発明にかかるレーザー溶接装置は、上記の発明において、前記混合ガス供給部は、前記レーザー光の光軸と同軸の方向から前記混合ガスを前記突合せ溶接部に供給する同軸供給ノズルと、前記レーザー光の光軸に対して第１の所定角度傾斜した方向から前記混合ガスを前記突合せ溶接部に供給する上部斜め供給ノズルと、を備え、前記アルゴンガス供給部は、前記レーザー光の光軸に対して第２の所定角度傾斜した方向から前記アルゴンガスを前記突合せ溶接部に供給する下部斜め供給ノズルを備えることが好ましい。   Further, in the laser welding apparatus according to the present invention, in the above invention, the mixed gas supply unit includes a coaxial supply nozzle that supplies the mixed gas to the butt welding unit from a direction coaxial with the optical axis of the laser beam, An upper oblique supply nozzle that supplies the mixed gas to the butt welding portion from a direction inclined at a first predetermined angle with respect to the optical axis of the laser light, and the argon gas supply portion includes the light of the laser light. It is preferable to provide a lower oblique supply nozzle that supplies the argon gas to the butt weld from a direction inclined at a second predetermined angle with respect to the axis.

また、本発明にかかるレーザー溶接装置は、上記の発明において、前記上部斜め供給ノズルは、前記突合せ溶接の溶接進行方向側から前記突合せ溶接部に対して斜めに前記混合ガスを供給し、前記下部斜め供給ノズルは、前記突合せ溶接の溶接進行方向側から前記突合せ溶接部に対して斜めに前記アルゴンガスを供給することが好ましい。   In the laser welding apparatus according to the present invention, in the above invention, the upper oblique supply nozzle supplies the mixed gas obliquely to the butt weld from the welding progress direction side of the butt welding, The oblique supply nozzle preferably supplies the argon gas obliquely to the butt weld from the welding progress direction side of the butt welding.

また、本発明にかかるレーザー溶接装置は、上記の発明において、前記レーザー光は、１０〜２０ｋＷの出力光であることが好ましい。   Moreover, in the laser welding apparatus according to the present invention, in the above invention, the laser light is preferably output light of 10 to 20 kW.

また、本発明にかかるレーザー溶接方法は、鋼板を突き合せた突合せ部にレーザー光を照射して突合せ溶接部を生成し連続して鋼板を溶接するレーザー溶接方法であって、前記突合せ溶接部の前記レーザー光の照射側にヘリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給するとともに、前記突合せ溶接部の前記レーザー光の非照射側にアルゴンガスを供給することが好ましい。   Further, the laser welding method according to the present invention is a laser welding method for generating a butt weld by irradiating a butt portion where the steel plates are butted together to continuously weld the steel plate. It is preferable to supply a mixed gas of helium gas and argon gas to the laser light irradiation side and supply argon gas to the laser light non-irradiation side of the butt weld.

また、本発明にかかるレーザー溶接方法は、上記の発明において、前記混合ガスは、５０〜７０体積％のヘリウムガスを含むことが好ましい。   In the laser welding method according to the present invention, the mixed gas preferably contains 50 to 70% by volume of helium gas.

本発明によれば、突合せ溶接部のレーザー光の照射側にヘリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給するとともに、前記突合せ溶接部の前記レーザー光の非照射側にアルゴンガスを供給するようにしている。したがって、高価なヘリウムガスの使用量が低減されるのでコストを抑えることができる。また、非照射側の保護ガスには、ヘリウムガスに比して比熱が低いアルゴンガスのみを用いているため、突合せ溶接部内の溶融金属が冷えて固まる現象を遅らせることができる。この結果、深い溶け込み深さを得ることができ、非照射側の溶融性が改善され、溶接不良を低減することができる。   According to the present invention, a mixed gas of helium gas and argon gas is supplied to the laser beam irradiation side of the butt weld, and argon gas is supplied to the laser beam non-irradiation side of the butt weld. ing. Therefore, the amount of expensive helium gas used can be reduced, and the cost can be reduced. In addition, since only the argon gas having a specific heat lower than that of the helium gas is used as the non-irradiation side protective gas, the phenomenon that the molten metal in the butt weld is cooled and solidified can be delayed. As a result, a deep penetration depth can be obtained, the meltability on the non-irradiation side can be improved, and poor welding can be reduced.

図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザー溶接装置の全体構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示した鋼板の溶接状態を斜め上からみた斜視図である。2 is a perspective view of the welded state of the steel sheet shown in FIG. 1 as viewed obliquely from above.

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（装置構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザー溶接装置の全体構成を示す模式図である。また、図２は、図１に示した鋼板１の溶接状態を斜め上からみた斜視図である。図１及び図２に示すように、このレーザー溶接装置は、鋼板１ａ，１ｂを突き合わせ、この突合せ領域Ｅ１に対し、レーザー照射によって溶融した突合せ溶接部Ｅ２を溶接進行方向（＋Ｘ方向）Ａ１に向けて連続して生成し、鋼板１ａ，１ｂを、溶接領域Ｅ３を介して接続した鋼板１を形成する。本実施の形態では、突合せ溶接部Ｅ２の溶接進行方向Ａ１への生成は、鋼板１（１ａ，１ｂ）を後方（−Ｘ方向）への移動によって行っているが、鋼板１（１ａ，１ｂ）とレーザー光３とが相対的に移動できればよい。例えば、鋼板１（１ａ，１ｂ）を停止状態にしてレーザー光３を溶接進行方向（＋Ｘ方向）Ａ１に移動させてもよい。 (Device configuration)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the welded state of the steel plate 1 shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, this laser welding apparatus abuts the steel plates 1a and 1b, and directs the butt weld E2 melted by laser irradiation toward the butt area E1 in the welding progress direction (+ X direction) A1. The steel plate 1 is formed continuously and connected to the steel plates 1a and 1b via the welding region E3. In the present embodiment, the generation of the butt weld E2 in the welding progress direction A1 is performed by moving the steel plate 1 (1a, 1b) backward (−X direction), but the steel plate 1 (1a, 1b). And the laser beam 3 may be moved relative to each other. For example, the steel plate 1 (1a, 1b) may be stopped and the laser beam 3 may be moved in the welding progress direction (+ X direction) A1.

レーザー溶接装置は、鋼板１の表面Ｓ１側からレーザー光３を突合せ溶接部Ｅ２に照射するレーザー光源２と、ヘリウム（Ｈｅ）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガスＧ１を突合せ溶接部Ｅ２の表面Ｓ１側に供給するとともに、アルゴンガスＧ２を突合せ溶接部Ｅ２の裏面Ｓ２側に供給するガス供給部１０と、少なくともレーザー光源２及びガス供給部１０を制御するコントローラ３０とを有する。   The laser welding apparatus uses a laser light source 2 that irradiates a butt weld E2 with laser light 3 from the surface S1 side of the steel plate 1, and a mixed gas G1 of helium (He) gas and argon (Ar) gas in the butt weld E2. A gas supply unit 10 that supplies argon gas G2 to the back surface S2 side of the butt weld E2 and a controller 30 that controls at least the laser light source 2 and the gas supply unit 10 are provided.

レーザー光源２は、突合せ溶接部Ｅ２の表面Ｓ１側にレーザー光３を集光する。レーザー光源２は、１０〜２０ｋＷの高出力レーザー光を出力し、例えばＣＯ２レーザーである。レーザー光３の光軸Ｃ１は、表面Ｓ１に垂直（Ｚ方向に平行）である。 The laser light source 2 condenses the laser light 3 on the surface S1 side of the butt weld E2. The laser light source 2 outputs high-power laser light of 10 to 20 kW, and is, for example, a CO 2 laser. The optical axis C1 of the laser beam 3 is perpendicular to the surface S1 (parallel to the Z direction).

ガス供給部１０は、混合ガスＧ１を突合せ溶接部Ｅ２の表面Ｓ１側に供給する混合ガス供給部１１と、アルゴンガスＧ２を突合せ溶接部Ｅ２の裏面Ｓ２側に供給するアルゴンガス供給部１２とを有する。   The gas supply unit 10 includes a mixed gas supply unit 11 that supplies the mixed gas G1 to the surface S1 side of the butt weld E2, and an argon gas supply unit 12 that supplies the argon gas G2 to the back surface S2 side of the butt weld E2. Have.

混合ガス供給部１１は、ヘリウムガスボンベ２０のヘリウムガスとアルゴンガスボンベ２１のアルゴンガスとを混合した混合ガスＧ１を、配管４ａを介してノズル４に供給するとともに、配管５ａを介してノズル５に供給する。この混合ガスＧ１は、５０〜７０体積％のヘリウムガスを含有する。   The mixed gas supply unit 11 supplies a mixed gas G1 obtained by mixing the helium gas in the helium gas cylinder 20 and the argon gas in the argon gas cylinder 21 to the nozzle 4 through the pipe 4a and also supplies the nozzle 5 through the pipe 5a. To do. The mixed gas G1 contains 50 to 70% by volume of helium gas.

ノズル４は、レーザー光３に干渉しないように形成された管状ノズルであり、上部の一端が配管４ａに接続される。配管４ａを介して流入した混合ガスＧ１は、下部の管状開口から、光軸Ｃ１に平行して噴き付けられ、突合せ溶接部Ｅ２の表面Ｓ１側に供給される。ノズル４の管状開口と突合せ溶接部Ｅ２の表面Ｓ１との距離は、８〜１５ｍｍである。また、噴き付けられる混合ガスＧ１の流量は、３０〜１００Ｌ／ｍｉｎである。   The nozzle 4 is a tubular nozzle formed so as not to interfere with the laser beam 3, and an upper end is connected to the pipe 4 a. The mixed gas G1 flowing in through the pipe 4a is sprayed from the lower tubular opening in parallel to the optical axis C1 and supplied to the surface S1 side of the butt weld E2. The distance between the tubular opening of the nozzle 4 and the surface S1 of the butt weld E2 is 8 to 15 mm. Moreover, the flow volume of the mixed gas G1 sprayed is 30-100 L / min.

ノズル５は、鋼板１の表面Ｓ１側に配置され、光軸Ｃ１に対して４０〜６０度の傾きθ１で、溶接進行方向Ａ１（＋Ｘ方向）側から混合ガスＧ１を突合せ溶接部Ｅ２の表面Ｓ１に噴き付けて供給する。ノズル５の先端と突合せ溶接部Ｅ２の表面Ｓ１との距離は、３０〜５０ｍｍである。また、噴き付けられる混合ガスＧ１の流量は、４０〜１００Ｌ／ｍｉｎである。   The nozzle 5 is disposed on the surface S1 side of the steel plate 1 and has a slope θ1 of 40 to 60 degrees with respect to the optical axis C1 and the mixed gas G1 from the welding progress direction A1 (+ X direction) side to the surface S1 of the butt weld E2. Suppose to spray. The distance between the tip of the nozzle 5 and the surface S1 of the butt weld E2 is 30 to 50 mm. Moreover, the flow volume of the mixed gas G1 sprayed is 40-100 L / min.

一方、アルゴンガス供給部１２は、アルゴンガスボンベ２１のアルゴンガスを流量調整し、配管６ａを介してノズル６に供給する。ノズル６は、鋼板１の裏面Ｓ２側に配置され、光軸Ｃ１に対して４０〜６０度の傾きθ２で、溶接進行方向Ａ１(＋Ｘ方向)側からアルゴンガスＧ２を突合せ溶接部Ｅ２の裏面Ｓ２に噴き付けて供給する。ノズル６の先端と突合せ溶接部Ｅ２の裏面Ｓ２との距離は、３０〜５０ｍｍである。また、噴き付けられるアルゴンガスＧ２の流量は、３０〜８０Ｌ／ｍｉｎである。   On the other hand, the argon gas supply unit 12 adjusts the flow rate of the argon gas in the argon gas cylinder 21 and supplies it to the nozzle 6 via the pipe 6a. The nozzle 6 is disposed on the back surface S2 side of the steel plate 1, and has an inclination θ2 of 40 to 60 degrees with respect to the optical axis C1, and argon gas G2 is applied from the welding progress direction A1 (+ X direction) side to the back surface S2 of the butt weld E2. Suppose to spray. The distance between the tip of the nozzle 6 and the back surface S2 of the butt weld E2 is 30 to 50 mm. The flow rate of the argon gas G2 sprayed is 30 to 80 L / min.

なお、レーザー光３にて溶接する突合せ溶接部Ｅ２、レーザー光３、及びノズル４は、ＸＺ平面上に存在している。ノズル５，６は、ＸＺ平面上に存在させてもよいし、ＸＺ平面に対して対称になるようにそれぞれ複数本存在させてもよい。また、溶接速度は、３．０〜６．０ｍ／ｍｉｎである。また、鋼板１の厚さは、１．６〜６．０ｍｍである。   Note that the butt weld E2, the laser beam 3, and the nozzle 4 to be welded with the laser beam 3 exist on the XZ plane. The nozzles 5 and 6 may be present on the XZ plane, or a plurality of nozzles may be present so as to be symmetric with respect to the XZ plane. The welding speed is 3.0 to 6.0 m / min. Moreover, the thickness of the steel plate 1 is 1.6 to 6.0 mm.

（表面側の混合ガスの作用）
ここで、突合せ溶接部Ｅ２の表面Ｓ１側にアルゴンガスのみを噴き付ける場合、レーザー光３によって発生する金属蒸気に呼応してアルゴンガスがプラズマ化し、表面Ｓ１の上部領域Ｅ１０にプラズマが生成される。この上部領域Ｅ１０のプラズマは、レーザー光３の突合せ溶接部Ｅ２への照射を阻止し、レーザー光３による突合せ溶接部Ｅ２へのエネルギー供給が抑えられて突合せ溶接部Ｅ２の溶融を確実に行えなくなる。 (Operation of mixed gas on the surface side)
Here, when only argon gas is sprayed on the surface S1 side of the butt weld E2, the argon gas is turned into plasma in response to the metal vapor generated by the laser beam 3, and plasma is generated in the upper region E10 of the surface S1. . The plasma in the upper region E10 prevents the laser beam 3 from being irradiated to the butt weld E2, and the energy supply to the butt weld E2 by the laser beam 3 is suppressed, so that the butt weld E2 cannot be reliably melted. .

本実施の形態では、アルゴンガスに比して電離電圧が大きいヘリウムガスを５０〜７０体積％含んでいるので、上部領域Ｅ１０でのプラズマ発生を抑えることができる。この結果、レーザー光３のエネルギーを損失無く突合せ溶接部Ｅ２に供給することができる。もちろん、アルゴンガス及びヘリウムガスは、保護ガスとして機能する。また、溶接速度が速くても、表面Ｓ１側への溶融金属の供給が間に合うため、表面Ｓ１側でのアンダーカットを防止することができる。   In this embodiment, since helium gas having a larger ionization voltage than argon gas is contained in an amount of 50 to 70% by volume, plasma generation in the upper region E10 can be suppressed. As a result, the energy of the laser beam 3 can be supplied to the butt weld E2 without loss. Of course, argon gas and helium gas function as protective gases. Even if the welding speed is high, the supply of the molten metal to the surface S1 side is in time, so that undercutting on the surface S1 side can be prevented.

（裏面側のアルゴンガスの作用）
一方、突合せ溶接部Ｅ２の裏面Ｓ２側では、アルゴンガスＧ２のみを噴き付けている。裏面Ｓ２側では、レーザー光３が存在しないため、ヘリウムガスを設ける必要がないからである。また、アルゴンガスＧ２は、ヘリウムガスに比して比熱が低いため、突合せ溶接部Ｅ２の裏面Ｓ２の下部領域Ｅ２０における冷却速度をヘリウムガスに比して遅くすることができる。すなわち、突合せ溶接部Ｅ２内の溶融金属が冷えて固まる現象を遅らせることができるので、従来より、深い溶け込み深さを得ることができ、裏面Ｓ２の溶融性が改善される。その結果、裏面Ｓ２のビード幅を広くすることができる。 (Action of backside argon gas)
On the other hand, only the argon gas G2 is sprayed on the back surface S2 side of the butt weld E2. This is because there is no need to provide helium gas on the back surface S2 side because the laser beam 3 does not exist. Further, since the specific heat of the argon gas G2 is lower than that of the helium gas, the cooling rate in the lower region E20 of the back surface S2 of the butt weld E2 can be made slower than that of the helium gas. That is, since the phenomenon that the molten metal in the butt weld E2 cools and hardens can be delayed, a deeper penetration depth can be obtained and the meltability of the back surface S2 is improved. As a result, the bead width of the back surface S2 can be increased.

本実施の形態では、１０〜２０ｋＷの大出力レーザーを用いて溶接速度を速くして鋼板１の突合せ溶接処理の生産性を向上させる場合であっても、保護ガスとして、表面Ｓ１の上部領域Ｅ１０のみにヘリウムガスを含む混合ガスＧ１を用いてレーザー光３のエネルギー供給効率を高め、裏面Ｓ２の下部領域Ｅ２０にはアルゴンガスＧ２のみを用いているので、保護ガスに含まれるヘリウムガスの含有量を減らすことができ、保護ガスのコストを抑えることができる。また、下部領域Ｅ２０にアルゴンガスＧ２を用い、突合せ溶接部Ｅ２の溶融金属が冷えて固まる現象を遅らせることができるので、裏面Ｓ２及び表面Ｓ１での溶接不良を低減することができる。   In the present embodiment, even when the welding speed is increased by using a high power laser of 10 to 20 kW to improve the productivity of the butt welding process of the steel sheet 1, the upper region E10 of the surface S1 is used as a protective gas. Only the mixed gas G1 containing helium gas is used to increase the energy supply efficiency of the laser beam 3 and only the argon gas G2 is used for the lower region E20 of the back surface S2, so the content of helium gas contained in the protective gas The cost of protective gas can be reduced. Moreover, since argon gas G2 is used for the lower region E20 and the molten metal of the butt weld E2 is cooled and hardened, the welding failure on the back surface S2 and the front surface S1 can be reduced.

（実施例）
次に、実施例について説明する。この実施例の溶接対象の鋼板１は、板厚５．５ｍｍの極低炭素鋼である。レーザー光源２は、ＣＯ２レーザーである。レーザー光３の出力は、１５ｋＷである。また、溶接速度は、３．２ｍ／ｍｉｎである。また、フィラワイヤを用い、その速度は３．０ｍ／ｍｉｎである。 (Example)
Next, examples will be described. The steel plate 1 to be welded in this example is an ultra-low carbon steel having a thickness of 5.5 mm. The laser light source 2 is a CO 2 laser. The output of the laser beam 3 is 15 kW. The welding speed is 3.2 m / min. Further, a filler wire is used and the speed is 3.0 m / min.

ノズル４からの混合ガスＧ１は、ヘリウムガス５５体積％を含有し、流量５０Ｌ／ｍｉｎである。また、ノズル５からの混合ガスＧ１は、ヘリウムガス５５体積％を含有し、流量８０Ｌ／ｍｉｎである。さらに、ノズル６からのアルゴンガスＧ２は、アルゴンガスの流量５０Ｌ／ｍｉｎである。   The mixed gas G1 from the nozzle 4 contains 55% by volume of helium gas and has a flow rate of 50 L / min. The mixed gas G1 from the nozzle 5 contains 55% by volume of helium gas and has a flow rate of 80 L / min. Further, the argon gas G2 from the nozzle 6 has an argon gas flow rate of 50 L / min.

また、ノズル５の角度θ１及びノズル６の角度θ２は、それぞれ４５度である。ノズル４，５，６から表面Ｓ１あるいは裏面Ｓ２までの距離は、それぞれ１３ｍｍ、４０ｍｍ、４１ｍｍである。さらに、ノズル５，６の直径は、４ｍｍである。   The angle θ1 of the nozzle 5 and the angle θ2 of the nozzle 6 are 45 degrees, respectively. The distances from the nozzles 4, 5, 6 to the front surface S1 or the back surface S2 are 13 mm, 40 mm, and 41 mm, respectively. Furthermore, the diameter of the nozzles 5 and 6 is 4 mm.

本実施例では、上述した３．２ｍ／ｍｉｎの溶接速度であっても、溶接不良が低減された突合せ溶接を実現できた。しかも、この場合におけるヘリウムガス使用量は、全て混合ガスＧ１とした場合に比して７０％低減され、コストを抑えることができた。   In this example, butt welding with reduced welding defects was realized even at the above-described welding speed of 3.2 m / min. In addition, the amount of helium gas used in this case is reduced by 70% compared to the case where all the mixed gas G1 is used, and the cost can be suppressed.

１，１ａ，１ｂ 鋼板
２ レーザー光源
３ レーザー光
４，５，６ ノズル
４ａ，５ａ，６ａ 配管
１０ ガス供給部
１１ 混合ガス供給部
１２ アルゴンガス供給部
２０ ヘリウムガスボンベ
２１ アルゴンガスボンベ
３０ コントローラ
Ａ１ 溶接進行方向
Ｃ１ 光軸
Ｅ１ 突合せ領域
Ｅ２ 突合せ溶接部
Ｅ３ 溶接領域
Ｅ１０ 上部領域
Ｅ２０ 下部領域
Ｇ１ 混合ガス
Ｇ２ アルゴンガス
Ｓ１ 表面
Ｓ２ 裏面
θ１，θ２ 傾き 1, 1a, 1b Steel plate 2 Laser light source 3 Laser light 4, 5, 6 Nozzle 4a, 5a, 6a Piping 10 Gas supply part 11 Mixed gas supply part 12 Argon gas supply part 20 Helium gas cylinder 21 Argon gas cylinder 30 Controller A1 Welding direction C1 Optical axis E1 Butt region E2 Butt weld E3 Weld region E10 Upper region E20 Lower region G1 Mixed gas G2 Argon gas S1 Surface S2 Back surface θ1, θ2 Inclination

Claims (2)

鋼板を突き合せた突合せ部に１０〜２０ｋＷのレーザー光を照射して突合せ溶接部を生成し連続して鋼板を溶接するレーザー溶接装置であって、
前記突合せ溶接部の前記レーザー光の照射側に５０〜７０体積％のヘリウムガスを含むヘリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給する混合ガス供給部と、
前記突合せ溶接部の前記レーザー光の非照射側にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給部と、
を備え、
前記混合ガス供給部は、
前記レーザー光の光軸に平行であって前記レーザー光の外周に沿って管状に前記混合ガスを前記突合せ溶接部に供給する同軸供給ノズルと、
前記レーザー光の光軸に対して第１の所定角度傾斜した方向から、前記同軸供給ノズルからの前記混合ガスの流量に比して大きい流量の前記混合ガスを溶接進行方向側から前記突合せ溶接部に供給する上部斜め供給ノズルと、
を備え、
前記アルゴンガス供給部は、
前記レーザー光の光軸に対して第２の所定角度傾斜した方向であって溶接進行方向側から前記アルゴンガスを前記突合せ溶接部に供給する下部斜め供給ノズルを備えることを特徴とするレーザー溶接装置。 A laser welding apparatus for generating a butt weld by continuously irradiating a butt portion where a steel plate is abutted with a laser beam of 10 to 20 kW, and continuously welding the steel plate,
A mixed gas supply unit that supplies a mixed gas of helium gas containing 50 to 70% by volume of helium gas and argon gas to the laser beam irradiation side of the butt weld;
An argon gas supply unit for supplying argon gas to the non-irradiated side of the laser beam of the butt weld,
With
The mixed gas supply unit includes:
A coaxial supply nozzle that is parallel to the optical axis of the laser beam and supplies the mixed gas to the butt weld in a tubular shape along the outer periphery of the laser beam;
From the direction inclined at a first predetermined angle with respect to the optical axis of the laser beam, the butt weld is applied to the mixed gas having a flow rate larger than the flow rate of the mixed gas from the coaxial supply nozzle from the welding progress direction side. An upper oblique supply nozzle to supply to,
With
The argon gas supply unit
A laser welding apparatus, comprising: a lower oblique supply nozzle that supplies the argon gas to the butt weld from a welding progress direction side in a direction inclined at a second predetermined angle with respect to the optical axis of the laser light. . 鋼板を突き合せた突合せ部に１０〜２０ｋＷのレーザー光を照射して突合せ溶接部を生成し連続して鋼板を溶接するレーザー溶接方法であって、
前記突合せ溶接部の前記レーザー光の照射側に５０〜７０体積％のヘリウムガスを含むヘリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給するとともに、前記突合せ溶接部の前記レーザー光の非照射側にアルゴンガスを供給し、前記レーザー光の照射側に対する混合ガスは、前記レーザー光の光軸に平行であって前記レーザー光の外周に沿って管状に供給するとともに、前記レーザー光の光軸に対して第１の所定角度傾斜した溶接進行方向側から、管状に供給される前記混合ガスの流量に比して大きい流量の前記混合ガスを前記突合せ溶接部に供給することを特徴とするレーザー溶接方法。 A laser welding method in which a butt welding portion is generated by irradiating a butt portion where a steel plate is abutted with a laser beam of 10 to 20 kW, and the steel plate is continuously welded.
A mixed gas of helium gas containing 50 to 70% by volume of helium gas and argon gas is supplied to the laser light irradiation side of the butt weld, and argon is supplied to the laser light non-irradiation side of the butt weld. The gas is supplied, and the mixed gas for the laser light irradiation side is supplied in a tube shape along the outer periphery of the laser light parallel to the optical axis of the laser light, and with respect to the optical axis of the laser light. A laser welding method, wherein the mixed gas having a flow rate larger than a flow rate of the mixed gas supplied in a tubular shape is supplied to the butt welding portion from a welding progress direction side inclined at a first predetermined angle.
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