JP6967700B2 - レーザ溶接方法、レーザ溶接条件決定方法、およびレーザ溶接システム - Google Patents
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Description
L=A/B
A=W−Φ+V/(2×F)
B=W−Φ−V/(2×F)
幅Aは、回転半径rの2倍の距離に、溶接速度Vで半周期の時間(1/2F)で進んだ距離を足して得られる。幅Bは回転半径rの2倍の距離に、溶接速度Vで半周期の時間(1/(2×F))で逆に進んだ距離を引いて得られる。したがって、幅A、Bは以下の数式で表される。
A=2×r+V/(2×F)
B=2×r−V/(2×F)
ここで、回転半径rとは、螺旋の軌跡の回転成分としてのビード29の幅方向24aの回転半径である。溶接方向24は螺旋状の軌跡の直線成分が合成されるため、螺旋における溶接方向24への回転ではビームスポット23aの移動の相対速度が上がり、逆に、螺旋の方向24bへの戻り回転の時は、ビームスポット23aの移動の相対速度が低下する。回転半径rは以下の数式により、ビード29の幅Wおよびビーム径Φから算出される。
r=(W−Φ)/2
以上の関係から、幅A、Bは以下の数式で表される。
A=W−Φ+V/(2×F)
B=W−Φ−V/(2×F)
上記の数式によって求められ、予め設定される間隔係数Lは、第4の溶接条件(図7参照)に示すスピン軌道が得られるように、好ましくは1.5〜3、より好ましくは2から2.5に設定することで、ビード29の幅方向24aの変動や、ピット33等の気泡の発生を抑制したビード29を作成することが出来る。スピン軌道36を用いたレーザ溶接を行う際に、溶接速度Vやビード幅Wを変更した後に、間隔係数Lを用いて、回転半径rと回転周波数Fを算出し、決定することで、溶接速度Vやビード幅Wが変更されても、意図したレーザ光23の螺旋の間隔係数Lに対応した一定の重なり度合で、スピン軌道36の溶接を行うことができるようになり、溶接個所の入熱の粗密を容易に調整できる。
F=V×{(L+1)/(L−1)}/{2×(W−Φ)}
ここで、レーザ発振器の仕様からステップS103にてビーム径Φが設定され、ステップS102またはステップS107の推奨値Haとして、要求されるタクトタイム等から溶接速度Vが決定され、要求される継手強度に応じてビード幅Wが決められる。したがって、スピン軌道36における螺旋の軌跡の粗密を示すスピン間隔の複数の値にそれぞれ対応する間隔係数Lの複数の値を予め決めておけば、ステップS104で推奨値Hbの回転周波数Fを求めることが出来る。
10 記憶装置
11 溶接条件決定部
12 条件設定器
13 溶接対象物情報入力部
14 レーザ光情報入力部
15 パラメータ変更入力部
16 表示部
17 制御部
21 キーホール
22 溶融池
23 レーザ光
23a ビームスポット
24 溶接方向
25 キーホール前壁
26 金属蒸気
27 キーホール後壁
28 気泡
29 ビード
29a 再凝固層
29b ビード端
30 金属板
31 金属板
32 ギャップ
33 ピット
34 未溶融部
36 スピン軌道
501 溶接対象物
A 幅
B 幅
Φ ビーム径
W ビード幅
r 回転半径
Claims (14)
- 溶接方向に移動する回転中心を周回する螺旋形状を有する軌跡に沿って溶接対象物に対して相対的に移動するビームスポットを形成するようにレーザ光を前記溶接対象物に照射するステップと、
前記照射されたレーザ光により前記溶接対象物を溶接するステップと、
を含み、前記レーザ光を前記溶接対象物に照射するステップは、前記溶接方向における前記螺旋形状を有する前記軌跡の重なり度合を示す値である間隔係数に基づいて前記レーザ光を前記溶接対象物に照射するステップを含み、
前記間隔係数は、前記ビームスポットが前記溶接方向の反対の方向の成分を有する移動速度で前記回転中心を周回する前記溶接方向における第2の幅に対する、前記ビームスポットが前記溶接方向の成分を有する移動速度で前記回転中心を周回する前記溶接方向における第1の幅の比であり、前記間隔係数は2〜2.5の範囲である、レーザ溶接方法。 - 前記間隔係数は、レーザビームの前記ビームスポットが一度通過した領域の外縁のみに接触するように、レーザビームの前記ビームスポットが通過するように設定され、
前記領域は、溶接方向にレーザビームで前記溶接対象物に形成されたビードの中心線の近くにある、請求項1に記載のレーザ溶接方法。 - 前記照射されたレーザ光により前記溶接対象物を溶接する前記ステップは、前記照射されたレーザ光により前記溶接対象物にビードを形成するように前記溶接対象物を溶接するステップを含み、
前記間隔係数Lは、前記第1の幅Aと、前記第2の幅Bと、前記ビームスポットのビーム径Φと、前記ビームスポットが前記溶接方向に移動する溶接速度Vと、前記ビームスポットが前記回転中心を周回する回転周波数Fと、前記ビードのビード幅Wとにより以下の数式、
L=A/B、A=W−Φ+V/(2×F)、
B=W−Φ−V/(2×F)、
で表される、請求項1に記載のレーザ溶接方法。 - 前記回転中心が前記溶接方向に移動する溶接速度Vと、前記間隔係数Lと、前記ビード幅Wと、前記ビーム径Φとにより前記回転周波数Fは以下の式、
F=V×{(L+1)/(L−1)}/{2×(W−Φ)}、
で求められる、請求項3に記載のレーザ溶接方法。 - 前記第1の幅は、前記ビームスポットが前記溶接方向の前記成分を有する前記移動速度で前記回転中心を周回するときに前記ビームスポットが照射される範囲の前記溶接方向における幅であり、
前記第2の幅は、前記ビームスポットが前記溶接方向の反対の前記方向の前記成分を有する前記移動速度で前記回転中心を周回するときに前記ビームスポットが照射される範囲の前記溶接方向における幅である、請求項1から4のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。 - 前記照射されたレーザ光により前記溶接対象物を溶接する前記ステップは、前記照射されたレーザ光により前記溶接対象物を溶融して溶融池を形成するステップを含み、
前記レーザ光を前記溶接対象物に照射する前記ステップは、前記軌跡に沿って移動する方向で前記溶融池の外縁部の前方に位置する前記溶接対象物の未溶融部に前記レーザ光を照射するステップを含む、請求項1に記載のレーザ溶接方法。 - 溶接方向に移動する回転中心を周回する螺旋形状を有する軌跡に沿って溶接対象物に対して相対的に移動するビームスポットを形成するようにレーザ光を前記溶接対象物に照射して前記溶接対象物を溶接するレーザ溶接システムで用いられるレーザ溶接条件決定方法であって、
前記溶接対象物に関する情報であって前記溶接対象物の材質と継手の形状と前記溶接対象物の厚みとの内の少なくとも1つを含む溶接対象物情報に基づき、前記回転中心が前記溶接方向に移動する溶接速度と、前記レーザ光により前記溶接対象物に形成されるビードのビード幅と、前記レーザ光により前記溶接対象物に形成される溶接部の溶込み深さの内の1つ以上を決定するステップと、
前記レーザ光に関する情報であって前記軌跡の重なり度合を示す値である間隔係数と前記レーザ光のビーム径の情報とを含むレーザ光情報を設定するステップと、
前記溶接速度と前記間隔係数と前記ビード幅と前記ビーム径の前記情報とに基づき、前記ビームスポットが前記回転中心を周回する回転周波数と、前記レーザ光のレーザ出力の内の1つ以上を決定するステップと、
を含み、
前記間隔係数は、前記ビームスポットが前記溶接方向の反対の方向の成分を有する移動速度で前記回転中心を周回する前記溶接方向における第2の幅に対する、前記ビームスポットが前記溶接方向の成分を有する移動速度で前記回転中心を周回する前記溶接方向における第1の幅の比であり、前記間隔係数は2〜2.5の範囲である、レーザ溶接条件決定方法。 - 前記間隔係数は、レーザビームの前記ビームスポットが一度通過した領域の外縁のみに接触するように、レーザビームの前記ビームスポットが通過するように設定され、
前記領域は、溶接方向にレーザビームで前記溶接対象物に形成されたビードの中心線の近くにある、請求項7に記載のレーザ溶接条件決定方法。 - 前記溶接速度と前記ビード幅と前記溶込み深さの内の前記決定された1つ以上と、前記回転周波数と前記レーザ出力の内の前記決定された1つ以上とを表示するステップと、
前記溶接速度と前記ビード幅と前記溶込み深さの内の前記決定された1つ以上のうちの少なくとも1つを変更し再決定するステップと、
前記溶接速度と前記ビード幅と前記溶込み深さの内の前記決定された1つ以上のうちの前記再決定された少なくとも1つに基づき、前記回転周波数と前記レーザ出力の内の前記1つ以上を再決定するステップと、
をさらに含む、請求項7に記載のレーザ溶接条件決定方法。 - 前記第1の幅は、前記ビームスポットが前記溶接方向の前記成分を有する前記移動速度で前記回転中心を周回するときに前記ビームスポットが照射される範囲の前記溶接方向における幅であり、
前記第2の幅は、前記ビームスポットが前記溶接方向の反対の前記方向の前記成分を有する前記移動速度で前記回転中心を周回するときに前記ビームスポットが照射される範囲の前記溶接方向における幅である、請求項8から9のいずれか一項に記載のレーザ溶接条件決定方法。 - 前記回転中心が前記溶接方向に移動する溶接速度Vと、前記間隔係数Lと、前記ビード幅Wと、前記ビーム径Φとにより前記回転周波数Fは以下の式、
F=V×{(L+1)/(L−1)}/{2×(W−Φ)}、
で求められる、請求項7に記載のレーザ溶接条件決定方法。 - レーザ光を溶接対象物に向けて出射するレーザ用ヘッドと、
溶接方向に移動する回転中心を周回する螺旋形状を有する軌跡に沿って前記溶接対象物に対して相対的に移動するビームスポットを形成するように前記レーザ光を前記溶接対象物に照射するように、前記レーザ用ヘッドと前記レーザ光とを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記溶接対象物に関する情報であって前記溶接対象物の材質と継手の形状と前記溶接 対象物の厚みとの内の少なくとも1つを含む溶接対象物情報を入力するための溶接対象物情報入力部と、
前記レーザ光に関する情報であって前記軌跡の重なり度合を示す値である間隔係数と前記レーザ光のビーム径の情報とを含むレーザ光情報を入力するためのレーザ光情報入力部と、
前記溶接対象物情報に基づいて、前記回転中心が前記溶接方向に移動する溶接速度と、前記レーザ光により前記溶接対象物に形成されるビードのビード幅と、前記レーザ光により前記溶接対象物に形成される溶接部の溶込み深さの内の1つ以上の第1の推奨値を決定し、
前記レーザ光情報の前記間隔係数と前記ビーム径の前記情報と前記1つ以上の第1の推奨値の内の前記溶接速度と前記ビード幅の第1の推奨値とに基づいて、前記ビームスポットが前記回転中心を周回する回転周波数と、前記レーザ光のレーザ出力の内の1つ以上の第2の推奨値を決定する、
ように構成された溶接条件決定部と、
を有し、前記間隔係数は、前記ビームスポットが前記溶接方向の反対の方向の成分を有する移動速度で前記回転中心を周回する前記溶接方向における第2の幅に対する、前記ビームスポットが前記溶接方向の成分を有する移動速度で前記回転中心を周回する前記溶接方向における第1の幅の比であり、前記間隔係数は1.5〜3の範囲であり、前記間隔係数は、レーザビームの前記ビームスポットが一度通過した領域の外縁のみに接触するように、レーザビームの前記ビームスポットが通過するように設定され、
前記領域は、溶接方向にレーザビームで前記溶接対象物に形成されたビードの中心線の近くにある、レーザ溶接システム。 - 前記レーザ光情報入力部は、前記間隔係数を入力する間隔係数入力部を有し、
前記溶接条件決定部は、前記溶接速度Vと前記間隔係数Lと前記ビード幅Wと前記ビームスポットのビーム径Φとにより前記回転周波数Fを以下の式、
F=V×{(L+1)/(L−1)}/{2×(W−Φ)}、
で求める、請求項12に記載のレーザ溶接システム。 - 前記第1の幅は、前記ビームスポットが前記溶接方向の前記成分を有する前記移動速度で前記回転中心を周回するときに前記ビームスポットが照射される範囲の前記溶接方向における幅であり、
前記第2の幅は、前記ビームスポットが前記溶接方向の反対の前記方向の前記成分を有する前記移動速度で前記回転中心を周回するときに前記ビームスポットが照射される範囲の前記溶接方向における幅である、請求項13に記載のレーザ溶接システム。
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