JP6678402B2 - Laser welding method and laser welding machine - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ溶接方法及びレーザ溶接機に関する。 The present invention relates to a laser welding method and a laser welding machine.
ステンレス鋼製の鉄道車両構体の形成には、主に抵抗スポット溶接が用いられてきた。鉄道車両構体における溶接箇所としては、例えば外板と出入口枠との溶接が挙げられる。出入口枠は、車両のドアなどが配置される部分であり、雨などが車両内に入り込まないように水密性が要求される。抵抗スポット溶接では、溶接部自体によってワークの水密性を確保することが難しいため、溶接個所に対応して樹脂シールを配置して水密性の確保が行われていた。しかしながら、樹脂シールは劣化が早く、水密性の維持のためのメンテナンスが不可欠となる。 Resistance spot welding has mainly been used to form stainless steel railcar structures. As a welding location in a railway vehicle structure, for example, a welding between an outer plate and an entrance / exit frame is given. The entrance / exit frame is a portion where a door of the vehicle is arranged, and is required to be watertight so that rain or the like does not enter the vehicle. In resistance spot welding, it is difficult to ensure the watertightness of the work by the welded portion itself, and therefore, a resin seal is arranged corresponding to the welding location to ensure the watertightness. However, the resin seal deteriorates quickly and maintenance for maintaining water tightness is indispensable.
このような問題に対し、近年では、溶接部自体によってワークの水密性を確保可能な技術としてレーザ溶接が着目されている。例えば特許文献1に記載の鉄道車両用構体では、外板の端部の外面側に出入口枠の端部を重ね合わせ、出入口枠の端部と外板の主面とをレーザ溶接によって連続溶接している。
In recent years, attention has been paid to laser welding as a technique capable of ensuring the watertightness of a work by a welded portion itself in response to such a problem. For example, in a railway vehicle structure described in
現状、レーザ溶接を行うに当たっては、溶接予定線に沿って自動でレーザ光を走査する溶接機が用いられている。しかしながら、自動溶接では、上述した外板と出入口枠との溶接のように立体的なワーク同士を溶接する場合に、レーザ光の倣い性(溶接予定線への沿わせ易さ)を確保しにくいという問題がある。自動溶接においてレーザ光の倣い性を確保するためには、ワークの形状に応じた複数点のティーチング(コンピュータへの加工座標の入力)がその都度必要となるため、溶接の作業性の向上が課題となっている。 At present, in performing laser welding, a welding machine that automatically scans a laser beam along a scheduled welding line is used. However, in the automatic welding, when welding three-dimensional workpieces like the above-described welding of the outer plate and the entrance / exit frame, it is difficult to secure the following property of laser light (easiness to follow the scheduled welding line). There is a problem. In order to ensure the following of laser light in automatic welding, it is necessary to teach (input machining coordinates to a computer) each time multiple points according to the shape of the work. It has become.
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、良好な作業性でワークを水密に溶接できるレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to provide a laser welding method and a laser welding apparatus capable of welding a work in a watertight manner with good workability.
上記課題の解決のため、本発明の一側面に係るレーザ溶接方法は、第1のワークの主面に第2のワークの端部を重ね合わせる配置工程と、ハンドトーチ型のレーザ溶接機を用い、第1のワークの主面と第2のワークの端部側の端面とに重ね合わせ部分に沿って連続的なレーザ溶接部を形成する溶接工程と、を備え、溶接工程において、第1のワークの主面に接する第1面と、第2のワークの端面に接する第2面とによって構成される凸状部を有する第1のコンタクトチップをレーザ溶接機のトーチ部に適用して主面と端面とのレーザ溶接を行う。 In order to solve the above-described problems, a laser welding method according to one aspect of the present invention uses an arrangement step of superposing an end of a second work on a main surface of a first work, and a hand torch type laser welding machine. A welding step of forming a continuous laser welded portion along the overlapped portion on the main surface of the first work and the end surface on the end side of the second work, and in the welding process, A first contact tip having a convex portion formed by a first surface in contact with a main surface of a work and a second surface in contact with an end surface of a second work is applied to a torch portion of a laser welding machine. And laser welding of the end face.
このレーザ溶接方法では、ハンドトーチ型のレーザ溶接機を用いて第1のワークの主面と第2のワークの端面とをレーザ溶接する。レーザ溶接によって連続的なレーザ溶接部を第1のワークの主面と第2のワークの端部側の端面とに形成することにより、ワークの水密性を十分に確保できる。また、このレーザ溶接方法では、ハンドトーチ型のレーザ溶接機を用いることで、自動溶接の場合とは異なり、レーザ光の倣い性を確保するための複雑なティーチング作業が不要となり、溶接の作業性を向上できる。トーチ部を把持して手作業でレーザ溶接を行うにあたり、トーチ部に適用される第1のコンタクトチップの第1面が第1のワークの主面に接し、第2面が第2のワークの端面に接する。このため、第1のワークの主面及び第2のワークの端面がガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを抑制できる。したがって、レーザ光の倣い性が損なわれることも回避される。 In this laser welding method, the main surface of the first work and the end surface of the second work are laser-welded using a hand torch type laser welding machine. By forming a continuous laser welded portion on the main surface of the first work and the end surface on the end side of the second work by laser welding, the water tightness of the work can be sufficiently ensured. Also, in this laser welding method, by using a hand torch type laser welding machine, unlike in the case of automatic welding, complicated teaching work to ensure the following of laser light is not required, and the workability of welding is improved. Can be improved. In performing laser welding by hand while holding the torch portion, the first surface of the first contact tip applied to the torch portion is in contact with the main surface of the first work, and the second surface is the second surface of the second work. Touch the end face. For this reason, the main surface of the first work and the end surface of the second work serve as guides, and it is possible to suppress the hand at hand gripping the torch portion. Therefore, it is possible to prevent the laser light from being damaged.
また、第1のコンタクトチップには、第1面と第2面とがなす角部に切欠部が更に形成されていてもよい。この場合、第2のワークの端面にバリなどが存在している場合でも、切欠部によって第1のコンタクトチップへのバリの衝突を避けることで、手動でのトーチ部の走査を好適に実施できる。 Further, the first contact chip may be further formed with a notch at a corner formed by the first surface and the second surface. In this case, even when burrs or the like are present on the end face of the second work, it is possible to preferably perform manual scanning of the torch portion by avoiding collision of the burrs with the first contact chip by the cutout portion. .
また、第1のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されていてもよい。この場合、例えばワークにアースを取り付けることで、通電の有無によるレーザ溶接機のインターロック機能を実現できる。これにより、レーザ溶接作業の安全性を向上できる。 Further, the first contact chip may be formed of a conductive material. In this case, for example, by attaching a ground to the work, the interlock function of the laser welding machine can be realized depending on the presence or absence of energization. Thereby, the safety of the laser welding operation can be improved.
また、第2のワークの端部の面取り加工を行う加工工程を更に備え、加工工程において、第2のワークの主面に接する第1面、及び第2のワークの端面に接する第2面によって構成される凹状部を有する第2のコンタクトチップをレーザ溶接機のトーチ部に適用して端部の面取り加工を行ってもよい。この面取り加工では、トーチ部に適用した第2のコンタクトチップの第1面が第2のワークの主面に接し、第2面が第2のワークの端面に接する。このため、第2のワークの主面及び端面がガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを抑制できる。 Further, the method further includes a processing step of chamfering an end portion of the second work, and in the processing step, the first surface in contact with the main surface of the second work and the second surface in contact with the end surface of the second work. The second contact tip having the formed concave portion may be applied to a torch portion of a laser welding machine to perform chamfering of an end portion. In this chamfering process, the first surface of the second contact chip applied to the torch portion is in contact with the main surface of the second work, and the second surface is in contact with the end surface of the second work. For this reason, the main surface and the end surface of the second work serve as guides, and it is possible to suppress the hand at hand gripping the torch portion.
また、第2のコンタクトチップは、第1のワークの主面に接する第3面を更に有していてもよい。この場合、第1のワークの主面が更にガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを一層確実に抑制できる。 Further, the second contact chip may further have a third surface that is in contact with the main surface of the first work. In this case, the main surface of the first work further serves as a guide, and it is possible to more surely prevent the hand from gripping the torch portion.
また、第2のコンタクトチップには、第1面と第2面とがなす隅部に切欠部が更に形成されていてもよい。この場合、第2のワークの端面にバリなどが存在している場合でも、切欠部によって第2のコンタクトチップへのバリの衝突を避けることで、トーチ部の走査を好適に実施できる。 Further, the second contact chip may further be formed with a notch at a corner formed by the first surface and the second surface. In this case, even when burrs or the like are present on the end face of the second work, scanning of the torch portion can be suitably performed by avoiding collision of the burrs with the second contact chip by the cutout portion.
また、第2のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されていてもよい。この場合、例えばワークにアースを取り付けることで、通電の有無によるレーザ溶接機のインターロック機構を実現できる。これにより、レーザ溶接作業の安全性を向上できる。 Further, the second contact chip may be formed of a conductive material. In this case, for example, by attaching a ground to the work, it is possible to realize an interlock mechanism of the laser welding machine depending on the presence or absence of energization. Thereby, the safety of the laser welding operation can be improved.
また、溶接工程において、レーザ溶接機からパルスレーザを照射させてレーザ溶接部を形成してもよい。CWレーザを用いる場合、溶接の途中でトーチ部の走査を止めると、止めた位置でワークに孔が開いてしまうことが考えられる。これに対し、パルスレーザを用いる場合、溶接の途中でトーチ部の走査を止めた場合でも、止めた位置でワークに孔が開いてしまうことが防止され、その位置からレーザ溶接を再開できる。 In the welding step, a laser weld may be formed by irradiating a pulse laser from a laser welding machine. In the case of using a CW laser, if scanning of the torch portion is stopped during welding, a hole may be opened in the work at the stopped position. On the other hand, when the pulse laser is used, even if the scanning of the torch portion is stopped during welding, a hole is prevented from being opened in the work at the stopped position, and laser welding can be resumed from that position.
また、第1のワークは、鉄道車両構体における開口部を保持する枠部材であると共に、第2のワークは、鉄道車両構体における外板であり、配置工程において、枠部材の車両外側面に外板を重ね合わせてもよい。このようなワークの接合体を鉄道車両構体に適用する場合、鉄道車両の側構体に出入口枠の厚さ分の張り出しが生じることがなく、良好な外観を形成できる。 In addition, the first work is a frame member that holds an opening in the railway vehicle structure, and the second work is an outer plate of the railway vehicle structure. The boards may be overlaid. In the case where such a joined body of works is applied to a railway vehicle structure, a good appearance can be formed without overhang by the thickness of the entrance frame on the side structure of the railway vehicle.
また、本発明の一側面に係るレーザ溶接機は、第1のワークの主面と第2のワークの端部との重ね合わせ部分に沿って連続的なレーザ溶接部を形成するハンドトーチ型のレーザ溶接機であって、第1のワークの主面に接する第1面と、第2のワークの端面に接する第2面とによって構成される凸状部を有する第1のコンタクトチップを取り付け可能なトーチ部を備える。 Further, a laser welding machine according to one aspect of the present invention is a hand torch type in which a continuous laser weld is formed along a portion where a main surface of a first work and an end of a second work overlap. A laser welding machine, capable of attaching a first contact tip having a convex portion formed by a first surface in contact with a main surface of a first work and a second surface in contact with an end surface of a second work. With a torch part.
このレーザ溶接機では、連続的なレーザ溶接部を第1のワークの主面と第2のワークの端部側の端面との重ね合わせ部分に形成することにより、当該重ね合わせ部分においてワークの水密性を十分に確保できる。また、このレーザ溶接機では、自動溶接の場合とは異なり、レーザ光の倣い性を確保するための複雑なティーチング作業が不要となり、溶接の作業性を向上できる。トーチ部を把持して手作業でレーザ溶接を行うにあたり、トーチ部に適用される第1のコンタクトチップの第1面が第1のワークの主面に接し、第2面が第2のワークの端面に接する。このため、第1のワークの主面及び第2のワークの端面がガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを抑制できる。したがって、レーザ光の倣い性が損なわれることも回避される。 In this laser welding machine, a continuous laser welded portion is formed at an overlapping portion between the main surface of the first work and the end surface on the end side of the second work, so that the work is made watertight at the overlapping portion. Nature can be sufficiently secured. In addition, unlike the automatic welding, this laser welding machine does not require a complicated teaching operation for ensuring the laser beam following property, thereby improving the welding workability. In performing laser welding by hand while holding the torch portion, the first surface of the first contact tip applied to the torch portion is in contact with the main surface of the first work, and the second surface is the second surface of the second work. Touch the end face. For this reason, the main surface of the first work and the end surface of the second work serve as guides, and it is possible to suppress the hand at hand gripping the torch portion. Therefore, it is possible to prevent the laser light from being damaged.
また、第1のコンタクトチップには、第1面と第2面とがなす角部に切欠部が更に形成されていてもよい。この場合、第2のワークの端面にバリなどが存在している場合でも、切欠部によって第1のコンタクトチップへのバリの衝突を避けることで、トーチ部の走査を好適に実施できる。 Further, the first contact chip may be further formed with a notch at a corner formed by the first surface and the second surface. In this case, even when burrs or the like are present on the end face of the second work, scanning of the torch portion can be suitably performed by avoiding collision of the burrs with the first contact chip by the cutout portion.
また、第1のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されていてもよい。この場合、例えばワークにアースを取り付けることで、通電の有無によるレーザ溶接機のインターロック機構を実現できる。これにより、レーザ溶接作業の安全性を向上できる。 Further, the first contact chip may be formed of a conductive material. In this case, for example, by attaching a ground to the work, it is possible to realize an interlock mechanism of the laser welding machine depending on the presence or absence of energization. Thereby, the safety of the laser welding operation can be improved.
また、トーチ部は、第2のワークの主面に接する第1面、及び第2のワークの端面に接する第2面によって構成される凹状部を有する第2のコンタクトチップを取り付け可能となっていてもよい。第2のコンタクトチップを用いた面取り加工では、トーチ部に適用した第2のコンタクトチップの第1面が第2のワークの主面に接し、第2面が第2のワークの端面に接する。このため、第2のワークの主面及び端面がガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを抑制できる。 Further, the torch portion can attach a second contact chip having a concave portion formed by a first surface in contact with the main surface of the second work and a second surface in contact with the end surface of the second work. You may. In the chamfering process using the second contact chip, the first surface of the second contact chip applied to the torch portion is in contact with the main surface of the second work, and the second surface is in contact with the end surface of the second work. For this reason, the main surface and the end surface of the second work serve as guides, and it is possible to suppress the hand at hand gripping the torch portion.
また、第2のコンタクトチップは、第1のワークの主面に接する第3面を更に有していてもよい。この場合、第1のワークの主面が更にガイドとなり、トーチ部を把持する手元のぶれを一層確実に抑制できる。 Further, the second contact chip may further have a third surface that is in contact with the main surface of the first work. In this case, the main surface of the first work further serves as a guide, and it is possible to more surely prevent the hand from gripping the torch portion.
また、第2のコンタクトチップには、第1面と第2面とがなす隅部に切欠部が更に形成されていてもよい。この場合、第2のワークの端面にバリなどが存在している場合でも、切欠部によって第2のコンタクトチップへのバリの衝突を避けることで、トーチ部の走査を好適に実施できる。 Further, the second contact chip may further be formed with a notch at a corner formed by the first surface and the second surface. In this case, even when burrs or the like are present on the end face of the second work, scanning of the torch portion can be suitably performed by avoiding collision of the burrs with the second contact chip by the cutout portion.
また、第2のコンタクトチップは、導電性材料によって形成されていてもよい。この場合、例えばワークにアースを取り付けることで、通電の有無によるレーザ溶接機のインターロック機構を実現できる。これにより、レーザ溶接作業の安全性を向上できる。 Further, the second contact chip may be formed of a conductive material. In this case, for example, by attaching a ground to the work, it is possible to realize an interlock mechanism of the laser welding machine depending on the presence or absence of energization. Thereby, the safety of the laser welding operation can be improved.
本発明によれば、良好な作業性でワークを水密に溶接できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a work can be welded watertight with favorable workability.
以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接装置の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a laser welding method and a laser welding apparatus according to one aspect of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係るレーザ溶接機の一実施形態を示す概略正面図である。同図に示すように、レーザ溶接機1は、ワーク同士を所定の溶接予定線に沿ってレーザ溶接する装置として構成されている。レーザ溶接機1は、いわゆるハンドトーチ型のレーザ溶接機であり、例えばファイバレーザ発振器を内蔵する箱状の本体部2と、本体部2から延びる可撓性のケーブル3の先端に設けられたトーチ部4とを備えている。
FIG. 1 is a schematic front view showing one embodiment of a laser welding machine according to the present invention. As shown in FIG. 1, the
本体部2は、CPU、メモリ、通信インタフェイス、ハードディスク等を備えたコンピュータシステムを内蔵し、レーザ発振条件等の制御を行う部分である。本体部2の上面側には、ディスプレイ5が設置されている。ディスプレイ5には、レーザ光の出力値やパルス幅などの諸条件の設定値、レーザ発振器の実温度・実出力値などが表示されるようになっている。また、本体部2の底面側には、キャスター6が設けられており、レーザ溶接機1が移動自在となっている。
The
トーチ部4は、ファイバレーザ発振器からのレーザ光を外部に出射する部分である。トーチ部4は、レーザ溶接を行う作業者が把持しやすい外径の略円筒状をなしている。トーチ部4の周面には、滑り止めや保護ガラスなどが設けられている。トーチ部4の先端には、コンタクトチップ7が着脱自在に取り付けられる。コンタクトチップ7は、中空の筒状部材であり、トーチ部4を通ったレーザ光は、コンタクトチップ7の先端から外部に出射する。レーザ溶接機1では、溶接対象や用途に応じて、先端形状の異なるコンタクトチップ7が用意されている。
The
レーザ溶接機1には、保護メガネ(不図示)が付属している。保護メガネの左右のレンズには、トーチ部4から出射するレーザ光に対応する波長の光をカットする機能が付加されている。このような保護メガネを装着することにより、レーザ溶接の際にレーザ光(若しくはその反射光)が作業者の目に直接入射してしまうことを防止でき、レーザ溶接時における作業者の安全性の向上が図られる。また、レーザ溶接機1には、インターロック機構のためのアースが設けられていることが好ましい。
The
図2は、レーザ溶接機を用いて形成される接合体の一例を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態で例示する接合体11は、ステンレス鋼製の鉄道車両の出入口枠(第1のワーク)12を外板(第2のワーク)13に溶接してなる接合体である。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a joined body formed using a laser welding machine. As shown in the figure, a
出入口枠12は、鉄道車両の側構体に設けられるドアの配置空間を形成する枠部材である。出入口枠12は、例えば厚さ1.0mm〜6.0mm程度のステンレス鋼によって形成されている。出入口枠12の一端側は平坦部14となっており、他端側は平坦部14から折れ曲がる折曲部15となっている。また、外板13は、鉄道車両の側構体の外郭部分を形成する平板部材である。外板13は、例えば厚さ1.0mm〜3.0mm程度のステンレス鋼によって形成されている。外板13は、例えば出入口枠12よりも薄いが、厚さの大小関係に特に制限はない。外板13と出入口枠12とが等厚であってもよい。
The entrance /
接合体11は、折曲部15の折れ曲がり方向が車内側を向くように、鉄道車両構体に適用される。本実施形態では、出入口枠12における平坦部14の車両外側面(主面)14aに対して外板13の端部16が重ね合されている。出入口枠12と外板13との重ね合わせ部分Pには、レーザ溶接又は抵抗スポット溶接が施されており、当該重ね合わせ部分Pの延在方向(ここでは図2の奥行方向)に沿って所定の間隔でスポット溶接部W1が形成されている。
The joined
また、出入口枠12の車両外側面14aと外板13における端部16側の端面16aとには、レーザ溶接による隅肉溶接が施されており、重ね合わせ部分Pの延在方向に沿って連続的なレーザ溶接部W2が形成されている。このような連続的なレーザ溶接部W2の形成により、出入口枠12と外板13とが強固かつ水密に接合されている。
Fillet welding by laser welding is performed on the vehicle
外板13における端部16の車両外側の角部16bには、面取り加工が施されている。接合体11では、出入口枠12の車両外側に外板13が重ね合されており、外板13の車両外側に出入口枠12が重ね合される場合と比較すると、鉄道車両の側構体に出入口枠12の厚さ分の張り出しが生じることがなく、良好な外観を形成できる。一方、出入口枠12の近傍に外板13の端部16が位置しているため、接合体11を側構体に適用した鉄道車両では、乗客等が外板13の端部16に触れる可能性がある。したがって、外板13の角部16bを面取り加工によってR形状としておくことが好適である。
A chamfering process is performed on a
続いて、上述した接合体11の製造工程について説明する。
Subsequently, a manufacturing process of the above-described joined
接合体11を製造するにあたっては、図3に示すように、まず、出入口枠12及び外板13を用意し、出入口枠12の車両外側面14aに外板13の端部16を重ね合わせる(配置工程)。次に、抵抗スポット溶接機などを用い、出入口枠12と外板13との重ね合わせ部分Pにスポット溶接部W1を形成する。
In manufacturing the joined
スポット溶接部W1の形成の後、出入口枠12の車両外側面14aと外板13の端部16側の端面16aとの重ね合わせ部分Pに沿って連続的なレーザ溶接部W2を形成する(溶接工程)。図4は、溶接工程でレーザ溶接機に適用する第1のコンタクトチップ7Aの一例を示す図である。同図に示すように、第1のコンタクトチップ7Aは、例えば導電性材料によって形成され、中空の円筒状をなしている。第1のコンタクトチップ7Aを形成する導電性材料は、ワークに傷を発生させない観点から、ワークの形成材料よりも硬度が低い材料であることが好適である。このような導電性材料としては、例えば銅、銅合金、導電性カーボンなどが挙げられる。
After the formation of the spot welding portion W1, a continuous laser welding portion W2 is formed along the overlapping portion P of the vehicle
第1のコンタクトチップ7Aは、ワークに対して所定の傾斜角をもって接触するように設計されている。ここでは、出入口枠12及び外板13に対し、第1のコンタクトチップ7Aが45°傾斜して接触するように設計されている。また、第1のコンタクトチップ7Aは、トーチ部4の先端に取り付けられた状態において、第1のコンタクトチップ7Aの中心軸L1とレーザ溶接機1の本体部2から導光されるレーザ光の光軸とが略一致するように設計されている。
The
第1のコンタクトチップ7Aの先端側には、凸状部21と、切欠部22とが設けられている。凸状部21は、レーザ溶接の際にワークに接触する部分である。凸状部21は、出入口枠12の車両外側面14aに接する第1面23と、外板13の端面16aに接する第2面24とによって構成されている。第1面23と第2面24とは、第1のコンタクトチップ7Aの先端において略直角をなしている。第1面23と第2面24とがなす角部25は、第1のコンタクトチップ7Aの中心軸L1上に位置している。この角部25には、R形状の切欠部26が設けられている。
On the tip end side of the
切欠部22は、レーザ溶接の際にワークから発生する溶接ヒュームを第1のコンタクトチップ7Aの外部に放出する部分である。溶接ヒュームとは、溶接時にワークの表面で発生した金属蒸気が空気中で凝固した粉塵である。切欠部22は、第1のコンタクトチップ7Aの周面の一部を第2面24に連続して矩形に切り欠くことによって形成されている。切欠部22により、凸状部21をワークに接触させた状態においても凸状部21の近傍の内部空間が外部に露出し、溶接ヒュームの放出経路が形成される。
The
溶接工程では、図5に示すように、上記の第1のコンタクトチップ7Aをトーチ部4の先端に取り付ける。そして、トーチ部4を出入口枠12及び外板13に対して45°程度傾けて把持し、第1のコンタクトチップ7Aにおける凸状部21の第1面23を出入口枠12の車両外側面14aに接触させると共に、第2面24を外板13の端面16aに接触させる。第1のコンタクトチップ7Aの切欠部26は、出入口枠12の車両外側面14aと外板13の端面16aとがなす隅部に対向する。
In the welding step, the
この状態で、トーチ部4からレーザ光を照射し、トーチ部4を出入口枠12の車両外側面14aと外板13の端部16との重ね合わせ部分Pに沿って手動で走査していくことにより、重ね合わせ部分Pに沿って連続的なレーザ溶接部W2を形成する。これにより、出入口枠12の車両外側面14aと外板13の端面16aとが隅肉溶接され、レーザ溶接部W2によって出入口枠12と外板13とが水密かつ強固に接合される。
In this state, a laser beam is emitted from the
なお、溶接工程においては、レーザ溶接機1のアースを出入口枠12又は外板13に対して接続しておくことが好ましい。この場合、第1のコンタクトチップ7Aが銅又は導電性カーボンなどの導電性材料によって形成されているので、トーチ部4、ワーク、アースを介した回路の通電状態に基づいて、レーザ溶接機1のインターロック機構を実現できる。例えば、第1のコンタクトチップ7Aがワークに接触しておらず、回路の通電状態がオフとなっている場合に、レーザ溶接機1からのレーザ光の出射を禁止することで、作業の安全性を担保できる。
In the welding step, it is preferable that the ground of the
レーザ溶接部W2の形成の後、外板13の端部16の面取り加工を行う(加工工程)。図6は、溶接工程でレーザ溶接機に適用する第2のコンタクトチップ7Bの一例を示す図である。同図に示すように、第2のコンタクトチップ7Bは、第1のコンタクトチップ7Aと同様に、例えば銅、銅合金、導電性カーボンなどの導電性材料によって形成され、中空の円筒状をなしている。
After the formation of the laser weld W2, chamfering of the
第2のコンタクトチップ7Bは、ワークに対して所定の傾斜角をもって接触するように設計されている。ここでは、出入口枠12及び外板13に対し第2のコンタクトチップ7Bが45°傾斜して接触するように設計されている。また、第2のコンタクトチップ7Bは、トーチ部4の先端に取り付けられた状態において、第2のコンタクトチップ7Bの中心軸L2とレーザ溶接機1の本体部2から導光されるレーザ光の光軸とが略一致するように設計されている。
The
第2のコンタクトチップ7Bの先端側には、凹状部31と、切欠部32とが設けられている。凹状部31は、レーザ溶接の際にワークに接触する部分である。凹状部31は、外板13の車両外側面(主面)16cに接する第1面33と、外板13の端面16aに接する第2面34とによって構成されている。第1面33と第2面34とは、第2のコンタクトチップ7Bの先端において略直角をなしている。第1面33と第2面34とがなす隅部35は、第2のコンタクトチップ7Bの中心軸L2上に位置している。この隅部35には、R形状の切欠部36が設けられている。
On the tip side of the
切欠部32は、第1のコンタクトチップ7Aの切欠部22と同様に、レーザ溶接の際にワークから発生する溶接ヒュームを第2のコンタクトチップ7Bの外部に放出する部分である。切欠部32は、第2のコンタクトチップ7Bの周面の一部を第1面33に連続して矩形に切り欠くことによって形成されている。切欠部32により、凹状部31をワークに接触させた状態においても凹状部31の近傍の内部空間が外部に露出し、溶接ヒュームの放出経路が形成される。
The
また、第2のコンタクトチップ7Bの先端側には、出入口枠12の車両外側面14aに接する第3面37が設けられている。第3面37は、第2面34に連続して切欠部32の反対側に形成されている。第2面34と第3面37とは、第2のコンタクトチップ7Bの先端において略直角をなしている。第2面34と第3面37とがなす角部38は、第2のコンタクトチップ7Bの中心軸L2に対し、切欠部32の反対側にずれて位置している。
Further, a
加工工程では、図7に示すように、上記の第2のコンタクトチップ7Bをトーチ部4の先端に取り付ける。そして、トーチ部4を出入口枠12及び外板13に対して45°程度傾けて把持し、第2のコンタクトチップ7Bにおける凹状部31の第1面33を外板13の車両外側面16cに接触させると共に、第2面34を外板13の端面16aに接触させる。また、第2のコンタクトチップ7Bの第3面37を出入口枠12の車両外側面14aに接触させる。第2のコンタクトチップ7Bの切欠部36は、外板13の端部16の角部16bに対向する。
In the processing step, the above-mentioned
この状態で、トーチ部4からレーザ光を照射し、トーチ部4を出入口枠12の車両外側面14aと外板13の端部16との重ね合わせ部分Pに沿って手動で走査していくことにより、外板13の端部16の角部16bをR状に加工する。角部16bの面取り加工により、角部16b及びその近傍に生じていたバリ等も同時に除去される。以上の工程により、図2に示した接合体11が得られる。
In this state, a laser beam is emitted from the
なお、加工工程においても、レーザ溶接機1のアースを出入口枠12又は外板13に対して接続しておくことが好ましい。第2のコンタクトチップ7Bも銅、銅合金、導電性カーボンなどの導電性材料によって形成されているので、トーチ部4、ワーク、アースを介した回路の通電状態に基づいて、レーザ溶接機1のインターロック機構を実現できる。
In the processing step, it is preferable that the ground of the
上述の工程では、外板13に出入口枠12を重ねわせる配置工程の後、レーザ溶接部W2を形成する溶接工程の前に、出入口枠12と外板13とをスポット溶接部W1によって接合している。外板13の厚さに比べて出入口枠12の厚さが大きい場合、レーザ溶接のみでは溶接強度の確保に必要な入熱量が過剰になることが考えられる。したがって、スポット溶接部W1によって出入口枠12と外板13の溶接強度を十分に確保した上で、水密性確保のためのレーザ溶接を組み合わせることで、レーザ溶接時のワークへの入熱量を抑えることができる。
In the above-mentioned process, the
本実施形態では、溶接工程において、レーザ溶接機1からパルスレーザを出射してレーザ溶接部W2を形成する。レーザ溶接の条件は、例えばパルス幅10ms〜30ms、周波数10Hz〜30Hz、入熱量10J〜30J程度である。レーザ溶接部W2は、個々のナゲットをオーバーラップさせることによって形成してもよい。また、加工工程においては、レーザ溶接機1からCWレーザを出射して面取り加工を行う。この場合のCWレーザの出力は、例えば200W〜250W程度である。
In the present embodiment, in the welding process, a laser beam is emitted from the
以上説明したように、このレーザ溶接方法では、ハンドトーチ型のレーザ溶接機1を用いて出入口枠12の車両外側面14aと外板13の端面16aとをレーザによって隅肉溶接する。レーザ溶接によって連続的なレーザ溶接部W2を出入口枠12の車両外側面14aと外板13の端面16aとに形成することにより、接合体11の水密性を十分に確保できる。また、このレーザ溶接方法では、ハンドトーチ型のレーザ溶接機1を用いることで、自動溶接の場合とは異なり、レーザ光の倣い性を確保するための複雑なティーチング作業が不要となり、溶接の作業性を向上できる。
As described above, in this laser welding method, the vehicle
本実施形態では、溶接工程において、トーチ部4を把持して手作業でレーザ溶接を行うにあたり、トーチ部4に適用される第1のコンタクトチップ7Aの第1面23が出入口枠12の車両外側面14aに接し、第2面24が外板13の端面16aに接する。このため、出入口枠12の車両外側面14a及び外板13の端面16aがガイドとなり、トーチ部4を把持する手元のぶれを抑制できる。したがって、レーザ光の倣い性が損なわれることも回避される。
In the present embodiment, in performing the laser welding by grasping the
また、本実施形態では、溶接工程において、レーザ溶接機1からパルスレーザを照射させてレーザ溶接部W2を形成する。溶接工程でCWレーザを用いる場合、溶接の途中でトーチ部4の走査を止めると、止めた位置でワークに孔が開いてしまうことが考えられる。これに対し、パルスレーザを用いる場合、溶接の途中でトーチ部4の走査を止めた場合でも、止めた位置でワークに孔が開いてしまうことが防止され、その位置からレーザ溶接を再開できる。したがって、溶接の作業性を一層向上できる。
In the present embodiment, in the welding step, a laser beam is radiated from the
また、本実施形態では、加工工程において、トーチ部4に適用される第2のコンタクトチップ7Bの第1面33が外板13の車両外側面16cに接し、第2面34が外板13の端面16aに接し、第3面37が出入口枠12の車両外側面14aに接する。このため、出入口枠12の車両外側面14a、外板13の端面16a及び車両外側面16cがガイドとなり、トーチ部4を把持する手元のぶれを抑制できる。なお、第2のコンタクトチップ7Bの第3面37は、必ずしも出入口枠12の車両外側面14aに接していなくてもよい。この場合でも、第1面33が外板13の車両外側面16cに接し、第2面34が外板13の端面16aに接することで、第2のコンタクトチップ7Bのガイド機能が十分に奏される。
Further, in the present embodiment, in the processing step, the
また、本実施形態では、第1のコンタクトチップ7Aにおいて、第1面23と第2面24とがなす角部25にR状の切欠部26が形成されている。同様に、第2のコンタクトチップ7Bにおいて、第1面33と第2面34とがなす隅部35にR状の切欠部36が形成されている。このような切欠部26,36の形成により、外板13の端面16a(特に角部)にバリなどが存在している場合でも、切欠部26,36によって第1のコンタクトチップ7A及び第2のコンタクトチップ7Bへのバリの衝突を避けることで、手動でのトーチ部4の走査を好適に実施できる。
Further, in the present embodiment, an R-shaped
また、本実施形態では、第1のコンタクトチップ7A及び第2のコンタクトチップ7Bが導電性材料によって形成されている。これにより、例えばワークにアースを取り付けることで、通電の有無によるレーザ溶接機1のインターロック機能を実現できる。これにより、レーザ溶接作業の安全性を向上できる。また、ワークよりも硬度の低い導電性材料を選択することで、ワークに傷が発生することも抑制される。
In the present embodiment, the
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、第1のワークとして出入口枠12を例示したが、第1のワークは、鉄道車両構体における開口部を保持する他の枠部材であってもよい。このような枠部材としては、例えば窓枠や幌枠などが挙げられる。また、第2のワークは、外板に限られない。本発明は、第1のワークと第2のワークとの隅肉溶接に広く適用可能である。また、本発明は、アルミニウム合金製の鉄道車両構体に用いられるワーク、マグネシウム合金製の鉄道車両構体のワークなどにも適用可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the
さらに、上記実施形態では、出入口枠12及び外板13に対し、第1のコンタクトチップ7A及び第2のコンタクトチップ7Bが45°傾斜するように凸状部21及び凹状部31が設計されているが、当該傾斜角が45°〜75°となる範囲で凸状部21及び凹状部31が設計されていてもよい。いずれの傾斜角の場合においても、第1のコンタクトチップ7A及び第2のコンタクトチップ7Bは、トーチ部4に対して同軸に取り付けられることが好ましい。
Further, in the above embodiment, the
1…レーザ溶接機、4…トーチ部、7A…第1のコンタクトチップ、7B…第2のコンタクトチップ、12…出入口枠(第1のワーク)、13…外板(第2のワーク)、14a…車両外側面(主面)、16…端部、16a…端面、16b…角部、16c…車両外側面(主面)、21…凸状部、23…第1面、24…第2面、25…角部、26…切欠部、31…凹状部、33…第1面、34…第2面、35…隅部、36…切欠部、37…第3面、P…重ね合わせ部分、W2…レーザ溶接部。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
ハンドトーチ型のレーザ溶接機を用い、前記第1のワークの前記主面と前記第2のワークの前記端部側の端面とに重ね合わせ部分に沿って連続的なレーザ溶接部を形成する溶接工程と、を備え、
前記溶接工程において、前記第1のワークの主面に接する第1面と、前記第2のワークの前記端面に接する第2面とによって構成される凸状部を有する第1のコンタクトチップを前記レーザ溶接機のトーチ部に適用して前記主面と前記端面とのレーザ溶接を行い、
前記第1のコンタクトチップには、前記第1面と前記第2面とがなす角部に切欠部が更に形成されているレーザ溶接方法。 An arranging step of superposing the end of the second work on the main surface of the first work;
Welding using a hand torch type laser welding machine to form a continuous laser weld along the overlapping portion between the main surface of the first work and the end surface on the end side of the second work. And a process,
In the welding step, the first contact tip having a convex portion formed by a first surface in contact with the main surface of the first work and a second surface in contact with the end surface of the second work is formed by the method described above. Laser welding of the main surface and the end surface by applying to the torch portion of a laser welding machine,
The laser welding method, wherein the first contact tip further includes a cutout at a corner formed by the first surface and the second surface.
前記加工工程において、前記第2のワークの主面に接する第1面、及び前記第2のワークの前記端面に接する第2面によって構成される凹状部を有する第2のコンタクトチップを前記レーザ溶接機のトーチ部に適用して前記端部の面取り加工を行う請求項1又は2記載のレーザ溶接方法。 A machining step of chamfering an end of the second work;
In the processing step, a second contact chip having a concave portion formed by a first surface in contact with a main surface of the second work and a second surface in contact with the end surface of the second work is subjected to the laser welding. 3. The laser welding method according to claim 1, wherein the edge is chamfered by applying to a torch portion of the machine.
前記配置工程において、前記枠部材の車両外側面に前記外板を重ね合わせる請求項1〜7のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。 The first work is a frame member that holds an opening in the railway vehicle structure, and the second work is an outer plate in the railway vehicle structure,
The laser welding method according to any one of claims 1 to 7, wherein, in the disposing step, the outer plate is overlapped on a vehicle outer side surface of the frame member.
前記第1のワークの主面に接する第1面と、前記第2のワークの前記端部側の端面に接する第2面とによって構成される凸状部を有する着脱自在の第1のコンタクトチップを有するトーチ部を備え、
前記第1のコンタクトチップには、前記第1面と前記第2面とがなす角部に切欠部が更に形成されているレーザ溶接機。 A hand torch type laser welding machine for forming a continuous laser weld along an overlapping portion between a main surface of a first work and an end of a second work,
A detachable first contact chip having a convex portion formed by a first surface in contact with the main surface of the first work and a second surface in contact with the end surface on the end side of the second work. Comprising a torch part having
A laser welding machine, wherein a cutout is further formed at a corner formed by the first surface and the second surface in the first contact tip.
前記第2のコンタクトチップは、前記第1のワークの主面に接する第3面を更に有している請求項9又は10記載のレーザ溶接機。 The torch portion includes a detachable second contact chip having a concave portion formed by a first surface in contact with a main surface of the second work and a second surface in contact with the end surface of the second work. Have
The laser welding machine according to claim 9, wherein the second contact tip further has a third surface in contact with a main surface of the first work .
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