JP7132830B2 - Lap fillet welding method for aluminum alloy plate - Google Patents

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Description

本発明は、アルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法に関する。 The present invention relates to a lap fillet welding method for aluminum alloy plates.

従来、アルミニウム合金板の接合において、レーザ光を照射して重ね隅肉溶接することが行われている。重ね隅肉溶接では、2枚の板をずらして重ねて、上板の端部と下板の主面との間を溶接することができる。例えば、特許文献1には、溶接のビード幅を広げるために、ガルバノスキャナを利用してレーザ光を、円を描くように照射するいわゆるウォブリング照射を行う構成が開示されている。そして、当該構成では、レーザ光の軌跡の重なり具合を適宜設定することにより溶接部にポロシティが発生することを抑制している。 Conventionally, in joining aluminum alloy plates, lap fillet welding is performed by irradiating laser light. In a lap fillet weld, two plates can be staggered and overlapped and welded between the edge of the top plate and the major surface of the bottom plate. For example, Patent Literature 1 discloses a configuration for performing so-called wobbling irradiation in which a laser beam is irradiated in a circle using a galvanometer scanner in order to widen the bead width of welding. Further, in this configuration, the occurrence of porosity in the welded portion is suppressed by appropriately setting the degree of overlapping of the trajectories of the laser beams.

国際公開WO2016/194322号公報International publication WO2016/194322

しかしながら、レーザ光の照射によりアルミニウム合金板を重ね隅肉溶接すると、下板の端部から溶接ビードに向かって下板に割れが生じる場合がある。かかる割れは、レーザ光の照射による熱の発生に起因するものであることが分かった。すなわち、レーザ溶接直後の溶接ビード部分が熱収縮することにより、下板に大きな引張応力が発生する。特に溶接の後半になるほど溶接対象への入熱量が増加するため、溶接ビードの近傍は高温となる。そして、下板のフランジ部に結晶粒界に成分偏析や共晶等が生じていると、局部的に融解して開口し、これが起点となって下板先端部から亀裂が発生する。当該亀裂は、下板の結晶粒界に沿って伝搬して一部が溶接ビード内に達する。このような割れは溶接部の品質の低下を招く。 However, when aluminum alloy plates are lapped and fillet welded by laser light irradiation, cracks may occur in the lower plate from the edge of the lower plate toward the weld bead. It was found that such cracks were caused by heat generation due to laser light irradiation. That is, a large tensile stress is generated in the lower plate due to thermal contraction of the weld bead portion immediately after laser welding. Especially in the latter half of welding, the amount of heat input to the object to be welded increases, so the temperature near the weld bead becomes high. If segregation of components, eutectic crystals, or the like occurs at the grain boundaries of the flange portion of the lower plate, the portion is locally melted to form an opening. The crack propagates along the grain boundary of the lower plate and partially reaches the weld bead. Such cracks lead to deterioration of weld quality.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、割れの発生が防止されるアルミニウム合金板の隅肉溶接方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object thereof is to provide a fillet welding method for aluminum alloy plates that prevents the occurrence of cracks.

本発明の一態様は、アルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法であって、
ガルバノスキャナによってレーザ光の照射目標位置を溶接ラインに沿って移動させながら、上記レーザ光を照射する照射期間と該照射を中断する中断期間とを交互に繰り返し、
上記照射期間では、上記溶接ラインに沿って35mm以下の長さ走査して溶接ビードを形成し、
上記中断期間では、上記照射期間の1/3以上に相当する時間にわたって上記照射を中断する、アルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法にある。
One aspect of the present invention is a lap fillet welding method for an aluminum alloy plate,
While moving the irradiation target position of the laser light along the welding line by the galvanometer scanner, the irradiation period for irradiating the laser light and the interruption period for interrupting the irradiation are alternately repeated,
In the irradiation period, a weld bead is formed by scanning a length of 35 mm or less along the welding line,
In the lap fillet welding method for aluminum alloy plates, the irradiation is interrupted for a time corresponding to ⅓ or more of the irradiation period during the interruption period.

上記アルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法においては、照射期間では走査長さが35mm以下となるようにレーザ光を走査する。これにより、照射期間において溶接対象部位への入熱量が適度に抑制される。さらに、中断期間では、照射期間の1/3以上に相当する時間にわたって上記照射を中断するため、溶接対象部位において放熱が促される。さらに、中断期間では上記照射は中断されるが、ガルバノスキャナによるレーザ光の照射目標位置の移動は継続される。すなわち、照射期間と中断期間と交互に繰り返されてなる全期間にわたって、ガルバノスキャナによるレーザ光の照射目標位置の移動が継続される。その結果、中断期間を設けずに全期間にわたってレーザ光の照射を連続的に行って走査し続けた場合と同じ時間で溶接作業を終了することができる。これにより、作業時間が長くなることを抑制することができる。 In the method for lap fillet welding of aluminum alloy plates, the laser beam is scanned so that the scanning length is 35 mm or less during the irradiation period. As a result, the amount of heat input to the welding target site is moderately suppressed during the irradiation period. Furthermore, during the interruption period, the irradiation is interrupted for a period of time corresponding to ⅓ or more of the irradiation period, so heat dissipation is promoted at the welding target site. Furthermore, during the interruption period, the irradiation is interrupted, but the movement of the irradiation target position of the laser beam by the galvanometer scanner is continued. That is, the movement of the irradiation target position of the laser light by the galvanometer scanner is continued over the entire period in which the irradiation period and the interruption period are alternately repeated. As a result, the welding operation can be completed in the same amount of time as in the case where laser beam irradiation is continuously performed over the entire period without providing an interruption period and scanning is continued. As a result, it is possible to suppress the work time from becoming long.

以上のように、上記アルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法によれば、照射期間と中断期間とが交互に繰り返されることにより、連続して行われるレーザ光の走査が短い時間となるため、溶接対象部位が過度に加熱されることが防止されて溶接対象部位やその近辺において熱収縮に起因する割れが発生することが防止されるとともに、全期間にわたってガルバノスキャナによるレーザ光の照射目標位置の移動が継続されるため、作業時間が長くなることを抑制できる。 As described above, according to the lap fillet welding method for aluminum alloy plates, the irradiation period and the interruption period are alternately repeated, so that the laser beam scanning is performed continuously for a short time. Excessive heating of the target part is prevented, and cracks due to thermal contraction are prevented from occurring in the target part and its vicinity, and the target position of laser light irradiation by the galvanometer scanner is moved over the entire period. is continued, it is possible to suppress the work time from becoming long.

以上のごとく、本発明によれば、割れの発生が防止されるアルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for lap fillet welding of aluminum alloy plates in which the occurrence of cracks is prevented.

実施例1における、溶接システムの構成を示す概念図。1 is a conceptual diagram showing the configuration of a welding system in Embodiment 1. FIG. 実施例1における、溶接態様を示す概念図。4 is a conceptual diagram showing a welding mode in Example 1. FIG. 実施例1における、レーザ光の焦点の軌跡を示す概念図。4 is a conceptual diagram showing the locus of the focal point of laser light in Example 1. FIG. 実施例1における、溶接態様を示す断面概念図。FIG. 2 is a cross-sectional conceptual diagram showing a welding mode in Example 1; (a)試験例1、(b)試験例1及び(c)比較例2における照射期間と中断期間の態様を説明する概念図。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining aspects of an irradiation period and a discontinuation period in (a) Test Example 1, (b) Test Example 1, and (c) Comparative Example 2; (a)試験例2及び(b)試験例3における照射期間と中断期間の態様を説明する概念図。FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating aspects of an irradiation period and an interruption period in (a) Test Example 2 and (b) Test Example 3; (a)比較例1及び(b)試験例1における溶接ビードの例を示す図。(a) Comparative Example 1 and (b) A diagram showing an example of a weld bead in Test Example 1. FIG.

上記照射期間において、上記レーザ光を一定速度で走査することが好ましい。この場合には、照射期間において溶接対象部位に安定的に入熱されるため、溶接状態を良好とすることができる。 It is preferable that the laser beam is scanned at a constant speed during the irradiation period. In this case, since heat is stably input to the welding target portion during the irradiation period, the welding state can be improved.

上記照射期間において、上記レーザ光をウォブリングさせながら上記溶接ラインに沿って走査することが好ましい。この場合は、レーザ光のスポット径を大きくすることなく、溶接ビードの幅を大きくすることができる。その結果、溶接状態を一層良好にすることができる。 It is preferable to scan along the welding line while wobbling the laser beam during the irradiation period. In this case, the width of the weld bead can be increased without increasing the spot diameter of the laser beam. As a result, the welding state can be further improved.

また、上記照射期間において、上記レーザ光が照射される被照射面と反対側の裏面まで溶接対象部位を溶融させることが好ましい。この場合には、下板の溶接側端部に生じやすい割れの発生を効果的に抑制すことができる。この場合は、溶接対象部位が確実に溶融されて溶接状態を一層良好にすることができる。 Moreover, it is preferable that the welding target portion is melted up to the back surface on the side opposite to the surface to be irradiated with the laser beam during the irradiation period. In this case, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks that tend to occur at the weld-side end of the lower plate. In this case, the parts to be welded are reliably melted, and the welding state can be further improved.

(実施例1)
アルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法の実施例について、図1~図6を用いて説明する。
本実施例のアルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法では、図1に示すガルバノスキャナ20によってレーザ光Qの照射目標位置Qfを溶接ラインGに沿って移動させながら、図5(a)、図5(b)に示すように、レーザ光Qを照射する照射期間S1と該照射を中断する中断期間S2とを交互に繰り返す。
そして、照射期間S1では、溶接ラインGに沿って35mm以下の長さ走査して溶接ビードを形成する。
中断期間S2では、照射期間S1の1/3以上に相当する時間にわたってレーザ光Qの照射を中断する。
(Example 1)
An embodiment of the lap fillet welding method for aluminum alloy plates will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.
In the lap fillet welding method for aluminum alloy plates of the present embodiment, while moving the irradiation target position Qf of the laser beam Q along the welding line G by the galvanometer scanner 20 shown in FIG. As shown in (b), an irradiation period S1 during which the laser beam Q is irradiated and an interruption period S2 during which the irradiation is interrupted are alternately repeated.
In the irradiation period S1, a welding bead is formed by scanning along the welding line G for a length of 35 mm or less.
In the interruption period S2, the irradiation of the laser beam Q is interrupted for a time corresponding to ⅓ or more of the irradiation period S1.

本実施例の重ね隅肉溶接方法では、図1に示す、溶接システム100を使用した。溶接システム100は、レーザ発振器60、ガルバノスキャナ20、出力制御部30、走査制御部40、載置台50を備える。レーザ発振器60は、レーザ光Qを出力するように構成されている。レーザ発振器60の出力は出力制御部30により調整される。ガルバノスキャナ20は、モータ21、22、ミラー23及び集光レンズ24を備える。 In the lap fillet welding method of this example, a welding system 100 shown in FIG. 1 was used. The welding system 100 includes a laser oscillator 60 , a galvanometer scanner 20 , an output control section 30 , a scanning control section 40 and a mounting table 50 . The laser oscillator 60 is configured to output laser light Q. As shown in FIG. The output of the laser oscillator 60 is adjusted by the output controller 30 . The galvanometer scanner 20 includes motors 21 and 22, a mirror 23 and a condenser lens 24.

ガルバノスキャナ20は、レーザ光Qを、集光レンズ24を透過させて、ミラー23で反射させてその軌道を変更し、載置台50に載置したアルミニウム合金板10の溶接対象部位Aに向けて照射する。ミラー23はモータ21、22に接続されて回転可能に構成されており、走査制御部40によって所望の状態に駆動制御されている。集光レンズ24はレーザ光Qの焦点となる照射目標位置Qfを溶接対象部位Aに合わせるように構成されている。これにより、ガルバノスキャナ20は、図3に示すように、レーザ光Qの照射目標位置Qfを所定の態様で移動可能となっている。なお、本実施例では、レーザ発振器60として、トルンプ社製、型番TruDisk6002を使用した。また、ガルバノスキャナ20として、ワイ・イー・データ社製、型番8MC39A-3C4C8Aを使用した。 The galvanometer scanner 20 transmits the laser light Q through the condenser lens 24 and reflects it on the mirror 23 to change its trajectory and direct it toward the welding target site A of the aluminum alloy plate 10 mounted on the mounting table 50. Irradiate. The mirror 23 is connected to motors 21 and 22 so as to be rotatable, and is driven and controlled to a desired state by a scanning control section 40 . The condenser lens 24 is configured to align an irradiation target position Qf, which is the focal point of the laser beam Q, with the welding target site A. As shown in FIG. Thereby, as shown in FIG. 3, the galvanometer scanner 20 can move the irradiation target position Qf of the laser beam Q in a predetermined manner. In this embodiment, as the laser oscillator 60, TruDisk 6002 manufactured by Trumpf was used. As the galvanometer scanner 20, model number 8MC39A-3C4C8A manufactured by YE Data was used.

溶接対象となるアルミニウム合金板10としては、所望の組成のものを用いることができる。例えば、アルミニウム合金板10として、1000系~6000系アルミニウム合金からなる板材を使用することができる。なお、アルミニウム合金板10には純アルミニウムからなる板材を含むものとする。使用するアルミニウム合金板10の厚さや形状は特に限定されない。 A desired composition can be used as the aluminum alloy plate 10 to be welded. For example, as the aluminum alloy plate 10, a plate material made of a 1000 series to 6000 series aluminum alloy can be used. Note that the aluminum alloy plate 10 includes a plate material made of pure aluminum. The thickness and shape of the aluminum alloy plate 10 to be used are not particularly limited.

照射期間S1の前の準備工程として、図2及び図4(a)に示すように、溶接対象となる2枚のアルミニウム合金板10を重ねて、一方のアルミニウム合金板10である上板11の一方の端部である溶接側端部111が、他方のアルミニウム合金板である下板12の板面の上に位置するように互いにずらした状態とする。これにより、下板12は、上板11と重ならずに表出したフランジ部121を有する。図2、図3に示すように、フランジ部121の幅Fは、2.0mm~5.0mmとすることができ、本実施例では、3.0mmとしている。 As a preparatory step before the irradiation period S1, as shown in FIGS. The welding side end portion 111, which is one end portion, is shifted from each other so as to be positioned above the plate surface of the lower plate 12, which is the other aluminum alloy plate. Thereby, the lower plate 12 has the flange portion 121 exposed without overlapping with the upper plate 11 . As shown in FIGS. 2 and 3, the width F of the flange portion 121 can range from 2.0 mm to 5.0 mm, and is 3.0 mm in this embodiment.

上述のごとく重ね合わせた2枚のアルミニウム合金板10において、上板11には、上板11の溶接側端部111から、上板11の一方の板面である被照射面114の内方へ所定距離離れた位置に、溶接ラインGを設定する。本例では、図2に示すように、溶接ラインGは溶接側端部111から1.5mm離れ、溶接側端部111に平行な直線としている。ガルバノスキャナ20による、レーザ光の照射目標位置Qfの移動は、溶接方向X1に向けて溶接ラインGに沿って行う。 In the two aluminum alloy plates 10 superimposed as described above, the top plate 11 has a light beam extending from the welding side end 111 of the top plate 11 toward the irradiated surface 114, which is one plate surface of the top plate 11. A welding line G is set at a position separated by a predetermined distance. In this example, as shown in FIG. 2 , the welding line G is a straight line that is 1.5 mm away from the welding-side end 111 and parallel to the welding-side end 111 . The movement of the laser beam irradiation target position Qf by the galvanometer scanner 20 is performed along the welding line G in the welding direction X1.

図3に示すように、ガルバノスキャナ20によるレーザ光Qの照射目標位置Qfの移動は、照射期間S1及び中断期間S2を通じて全期間にわたって行う。すなわち、図3において破線で示すように、照射期間S1では、照射目標位置Qfが移動するとともに実線Qfaで示した照射目標位置Qfの軌跡の通りにレーザ光Qが照射されるが、中断期間S2ではガルバノスキャナ20による照射目標位置Qfの移動は継続しているが、レーザ光Qは照射されない。 As shown in FIG. 3, the movement of the irradiation target position Qf of the laser beam Q by the galvanometer scanner 20 is performed throughout the irradiation period S1 and the interruption period S2. That is, as indicated by the dashed line in FIG. 3, in the irradiation period S1, the irradiation target position Qf moves and the laser beam Q is irradiated along the trajectory of the irradiation target position Qf indicated by the solid line Qfa. Although the movement of the irradiation target position Qf by the galvanometer scanner 20 continues, the laser beam Q is not irradiated.

ガルバノスキャナ20によるレーザ光Qの照射目標位置Qfの移動態様は、限定されないが、照射期間S1においてレーザ光Qをウォブリングするような移動態様とすることができ、例えば、照射目標位置Qfの移動態様が螺旋状、波線状などとなるような態様とすることができる。本例では、レーザ光Qの照射目標位置Qfは、図3に示すように、円を描くように移動させつつ、溶接ラインGに平行に移動させることにより、レーザ光Qの照射目標位置Qfが螺旋を描くようにしている。そして、レーザ光Qの焦点の軌跡を動かす際の円の半径は適宜設定することができ、本例では、図3に示すように、溶接ラインGと溶接側端部111であるルート面との距離Sを1.5mmに設定している。これにより、ウォブリング幅Rは3.0mmとしている。なお、ウォブリングにおける円移動の周波数は適宜設定することができ、溶接方向に平行な方向への移動速度も適宜設定できる。本例では、ウォブリングにおける円移動の周波数を50Hzとし、溶接方向X1に平行な方向への移動速度を33.3mm/sとしている。 The mode of movement of the irradiation target position Qf of the laser beam Q by the galvanometer scanner 20 is not limited, but may be a movement mode of wobbling the laser beam Q during the irradiation period S1. can be helical, wavy, or the like. In this example, as shown in FIG. 3, the irradiation target position Qf of the laser beam Q is moved in a circular motion and parallel to the welding line G, so that the irradiation target position Qf of the laser beam Q is I'm trying to draw a spiral. The radius of the circle when moving the locus of the focal point of the laser beam Q can be set as appropriate. In this example, as shown in FIG. The distance S is set to 1.5 mm. As a result, the wobbling width R is set to 3.0 mm. The frequency of circular movement in wobbling can be set as appropriate, and the speed of movement in the direction parallel to the welding direction can also be set as appropriate. In this example, the frequency of circular movement in wobbling is set to 50 Hz, and the movement speed in the direction parallel to the welding direction X1 is set to 33.3 mm/s.

図3に示すように、照射期間S1において、走査長さLは35mm以下であって、好ましくは1~30mm、より好ましくは2~20mmとすることができ、本実施例では、5mm、2.5mm又は1.0mmとしている。繰り返し行われる照射期間S1において、すべての走査長さLが同じであってもよいし、35mm以下の範囲内で、走査長さLが異なるものが含まれていてもよい。なお、走査長さLとは図3に示すように、レーザ光Qが照射された領域の溶接方向X1の長さをいう。 As shown in FIG. 3, in the irradiation period S1, the scan length L is 35 mm or less, preferably 1 to 30 mm, more preferably 2 to 20 mm. 5 mm or 1.0 mm. In the repeated irradiation period S1, all scanning lengths L may be the same, or scanning lengths L may vary within a range of 35 mm or less. The scanning length L is the length of the region irradiated with the laser beam Q in the welding direction X1, as shown in FIG.

照射期間S1において、図4(b)に示すように、溶接対象部位Aにレーザ光Qを照射して、レーザ光Qが照射される被照射面114と反対側の裏面124まで溶接対象部位Aを溶融させる。これにより、溶接ビード70を形成する。本例では、レーザ光Qの照射により、溶接対象部位Aを反対側の裏面124まで溶融させて、反対側の裏面124に裏ビード82を表出させている。 In the irradiation period S1, as shown in FIG. 4B, the laser beam Q is irradiated to the welding target portion A, and the welding target portion A reaches the back surface 124 opposite to the irradiated surface 114 irradiated with the laser beam Q. to melt. Thereby, a weld bead 70 is formed. In this example, the irradiation of the laser beam Q melts the welding target portion A up to the back surface 124 on the opposite side, and the back bead 82 is exposed on the back surface 124 on the opposite side.

図3及び図5(a)に示すように、照射期間S1の終了後に中断期間S2が到来する。中断期間S2では、レーザ光Qの照射を停止する。中断期間S2の継続時間は、上述の通り、照射期間S1におけるレーザ光Qの照射時間の1/3以上に相当する時間であって、照射期間S1におけるレーザ光Qの照射時間の40%以上、50%以上、60%以上としてもよい。上述のごとく、中断期間S2では、レーザ光Qの照射を停止した状態で、ガルバノスキャナ20によるレーザ光Qの照射目標位置Qfの移動は継続されている。すなわち、中断期間S2では、レーザ光Qは照射されないが、ガルバノスキャナ20においてモータ22は照射期間S1と同様に駆動されて、ミラー23が変位している。 As shown in FIGS. 3 and 5A, the interruption period S2 comes after the irradiation period S1 ends. In the interruption period S2, the irradiation of the laser light Q is stopped. As described above, the duration of the interruption period S2 is a time corresponding to 1/3 or more of the irradiation time of the laser light Q in the irradiation period S1, and 40% or more of the irradiation time of the laser light Q in the irradiation period S1. It is good also as 50% or more and 60% or more. As described above, in the interruption period S2, the movement of the irradiation target position Qf of the laser beam Q by the galvanometer scanner 20 is continued while the irradiation of the laser beam Q is stopped. That is, during the interruption period S2, the laser beam Q is not irradiated, but the motor 22 in the galvanometer scanner 20 is driven in the same manner as during the irradiation period S1, and the mirror 23 is displaced.

(評価試験)
次に、実施例1のアルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法において、割れの発生の有無に関する評価試験を行った。
照射期間S1と中断期間S2とを一回ずつ行うことを1サイクルとした。1サイクル中の照射期間S1の継続時間を照射時間(ms/cycle)とし、1サイクル中の中断期間S2の継続時間を照射中断時間(ms/cycle)とし、図3に示す1サイクル中の照射期間S1における走査長さL(mm/cycle)等を含む試験条件を表1に示した。

Figure 0007132830000001
(Evaluation test)
Next, in the lap fillet welding method of the aluminum alloy plate of Example 1, an evaluation test was conducted regarding the presence or absence of cracking.
One cycle was defined as one irradiation period S1 and one discontinuation period S2. The duration of the irradiation period S1 in one cycle is the irradiation time (ms/cycle), the duration of the interruption period S2 in one cycle is the irradiation interruption time (ms/cycle), and the irradiation in one cycle shown in FIG. Table 1 shows the test conditions including the scanning length L (mm/cycle) in the period S1.
Figure 0007132830000001

表1に示すように、いずれの試験例、比較例においても、レーザ出力を3kW、溶接速度(溶接方向X1への照射目標位置Qfの移動速度)を33.3mm/sとし、溶接方向X1における溶接ビード全体の長さを50mmとした。なお、図4(b)に示すように、上板11の被照射面114におけるレーザ光Qのスポット径Tを0.6mmとした。 As shown in Table 1, in all test examples and comparative examples, the laser output was 3 kW, the welding speed (moving speed of the irradiation target position Qf in the welding direction X1) was 33.3 mm/s, and The length of the entire weld bead was 50 mm. Incidentally, as shown in FIG. 4B, the spot diameter T of the laser beam Q on the irradiated surface 114 of the upper plate 11 was set to 0.6 mm.

比較例1では表1及び図5(b)に示すように、照射中断時間を0msとして中断期間S2を設けずに、50mmの溶接ビード全体を一度に形成した。照射時間は1500msであった。 In Comparative Example 1, as shown in Table 1 and FIG. 5B, the entire weld bead of 50 mm was formed at once with the irradiation interruption time of 0 ms and no interruption period S2. The irradiation time was 1500 ms.

そして、試験例1では、表1及び図5(a)に示すように、1サイクル当たりの走査長さを5mm、1サイクル当たりの照射時間を150msとするとともに、1サイクル当たりの照射中断時間を50msとして、7サイクル行った後、最終の照射期間として合計の走査長さ50mmとなるまで照射し、全溶接作業を終了した。これにより、表1に示すように、試験例1における1サイクル当たりの照射中断時間は、照射期間S1におけるレーザ光Qの照射時間の33.3%であった。 Then, in Test Example 1, as shown in Table 1 and FIG. After 7 cycles of 50 ms, irradiation was performed until the total scanning length was 50 mm as the final irradiation period, and the entire welding operation was completed. As a result, as shown in Table 1, the irradiation interruption time per cycle in Test Example 1 was 33.3% of the irradiation time of the laser light Q in the irradiation period S1.

一方、比較例2では、表1及び図5(c)に示すように、1サイクル当たりの停止時間を25msとし、その他の条件を試験例1と同一とした。これにより、比較例2における1サイクル当たりの照射中断時間は、照射期間S1におけるレーザ光Qの照射時間の16.7%であった。 On the other hand, in Comparative Example 2, as shown in Table 1 and FIG. As a result, the irradiation interruption time per cycle in Comparative Example 2 was 16.7% of the irradiation time of the laser light Q in the irradiation period S1.

次に、試験例2では、表1及び図6(a)に示すように、1サイクル当たりの走査長さを2.5mm、1サイクル当たりの照射時間を75msとするとともに、1サイクル当たりの照射中断時間を25msとして、15サイクル行った。これにより、表1に示すように、試験例2における1サイクル当たりの照射中断時間は、照射期間S1におけるレーザ光Qの照射時間の33.3%であった。 Next, in Test Example 2, as shown in Table 1 and FIG. 6A, the scanning length per cycle was 2.5 mm, the irradiation time per cycle was 75 ms, and the irradiation 15 cycles were performed with an interruption time of 25 ms. As a result, as shown in Table 1, the irradiation interruption time per cycle in Test Example 2 was 33.3% of the irradiation time of the laser light Q in the irradiation period S1.

そして、試験例3では、表1及び図6(b)に示すように、1サイクル当たりの走査長さを1.0mm、1サイクル当たりの照射時間を30msとするとともに、1サイクル当たりの照射中断時間を10msとして、37サイクル行った後、最終の照射期間として合計の走査長さが50mmとなるまで照射し、全溶接作業を終了した。これにより、表1に示すように、試験例3における1サイクル当たりの照射中断時間は、照射期間S1におけるレーザ光Qの照射時間の33.3%であった。 In Test Example 3, as shown in Table 1 and FIG. 6B, the scanning length per cycle was 1.0 mm, the irradiation time per cycle was 30 ms, and the irradiation interruption per cycle After performing 37 cycles with a time of 10 ms, irradiation was performed until the total scanning length reached 50 mm as the final irradiation period, and the entire welding operation was completed. As a result, as shown in Table 1, the irradiation interruption time per cycle in Test Example 3 was 33.3% of the irradiation time of the laser light Q in the irradiation period S1.

各試験例及び各比較例における評価結果は以下の通りである。
まず、比較例1では、図7(a)に示すように、上記方法により溶接方向X1の長さ50mmの溶接ビード70が形成された。そして、溶接開始点71から溶接方向X1に40mmの位置に、下板12の溶接側端部111から溶接ビード70に向かって下板12に割れ113が生じた。図示しないが溶接ビード70の内部に到達する割れも存在した。
The evaluation results in each test example and each comparative example are as follows.
First, in Comparative Example 1, as shown in FIG. 7A, a weld bead 70 having a length of 50 mm in the welding direction X1 was formed by the above method. A crack 113 was generated in the lower plate 12 from the welding side end 111 of the lower plate 12 toward the weld bead 70 at a position 40 mm from the welding start point 71 in the welding direction X1. Although not shown, there was also a crack reaching the inside of the weld bead 70 .

また、比較例2では、中断期間S2ではレーザ光Qの照射が中断されるが、その前後の照射期間S1においてそれぞれ形成された溶接ビード片が延出して互いにつながることにより、全体として一繋がりの溶接ビードが形成された。そして、図示しないが、比較例2においても、比較例1の場合と同様に、下板12に割れ113が生じた。 Further, in Comparative Example 2, the irradiation of the laser beam Q is interrupted during the interruption period S2, but the weld bead pieces formed during the irradiation period S1 before and after the interruption period S1 are extended and connected to each other, so that the weld bead pieces are connected to each other as a whole. A weld bead was formed. Also in Comparative Example 2, cracks 113 occurred in the lower plate 12 in the same manner as in Comparative Example 1, although not shown.

一方、試験例1では、図7(b)に示すように、上記方法により溶接方向X1の長さ50mmの溶接ビードが形成された。中断期間S2では、レーザ光Qの照射が中断されるが、その前後の照射期間S1においてそれぞれ形成された溶接ビード片が延出して互いにつながることにより、溶接ビード80は全体として一繋がりとなっていた。また、試験例2及び試験例3においても、図示しないが、試験例1の場合と同様に上記方法により溶接方向X1の長さ50mmの一繋がりの溶接ビードが形成された。試験例1~3では、いずれの場合も溶接ビード80の形成にあたって、下板12に割れは生じていなかった。 On the other hand, in Test Example 1, as shown in FIG. 7B, a weld bead having a length of 50 mm in the welding direction X1 was formed by the above method. In the interruption period S2, the irradiation of the laser beam Q is interrupted, but the weld bead pieces formed in the irradiation period S1 before and after the interruption period S2 are extended and connected to each other, so that the weld bead 80 is connected as a whole. rice field. Also in Test Examples 2 and 3, although not shown, a continuous weld bead with a length of 50 mm in the welding direction X1 was formed in the same manner as in Test Example 1. In Test Examples 1 to 3, cracks did not occur in the lower plate 12 during the formation of the weld bead 80 in any case.

以上のように、試験例1~3の結果が示すように、1サイクル当たりの照射中断時間が照射時間の33.3%である場合に、溶接ビード80の形成にあたって、下板12に割れが生じないことが確認できた。 As described above, as shown by the results of Test Examples 1 to 3, cracks occurred in the lower plate 12 during the formation of the weld bead 80 when the irradiation interruption time per cycle was 33.3% of the irradiation time. It has been confirmed that this does not occur.

比較例1において、下板12の溶接側端部122を観察したところ、融解割れ(溶接割れ)が生じたと考えられる粒状の破面が多く観察された。一方、溶接側端部122よりもフランジ部121の中央側の領域における破面は脆性的であり結晶粒界に沿って進展する亀裂が確認された。これらに基づき、レーザ溶接によるフランジ部の割れの発生原因は、次のように推察される。すなわち、レーザ溶接直後の溶接ビード部分が熱収縮することで、下板に大きな引張応力が発生する。比較例1では、照射中断期間を設けないため、溶接の後半になるほど入熱量が増加して、フランジ部121は高温になる。この場合、フランジ部121内の結晶粒界に成分偏析や共晶等が生じていると局部的に溶解して開口し、これが起点となって下板の溶接側端部122から亀裂が発生し、その亀裂が結晶粒界に沿って伝搬して一部は溶接ビード70内にまで到達する。 In Comparative Example 1, when the weld-side end portion 122 of the lower plate 12 was observed, many granular fracture surfaces were observed, which were thought to be caused by fusion cracks (weld cracks). On the other hand, the fracture surface in the region closer to the center of the flange portion 121 than the welded end portion 122 was brittle, and cracks were confirmed to propagate along grain boundaries. Based on these, the cause of cracking in the flange portion due to laser welding is presumed as follows. That is, a large tensile stress is generated in the lower plate due to thermal contraction of the weld bead portion immediately after laser welding. In Comparative Example 1, since no irradiation interruption period is provided, the amount of heat input increases in the latter half of welding, and the temperature of the flange portion 121 becomes high. In this case, if segregation of ingredients, eutectic, etc. occurs in the crystal grain boundary in the flange portion 121, it will be locally dissolved and opened, and this will be the starting point and crack will occur from the welding side end portion 122 of the lower plate. , the crack propagates along the grain boundary and partially reaches the weld bead 70 .

一方、試験例1~3では、中断期間S2においてレーザ光Qの照射を中断する十分な時間が確保されるため、フランジ部121の熱が放出され、フランジ部121が高温となることが防止される。これにより、下板12の溶接側端部122が低温状態に維持されるため、溶接側端部122に局部的な融解が抑制され、下板12における割れの発生が抑制される。 On the other hand, in Test Examples 1 to 3, since sufficient time is ensured to interrupt the irradiation of the laser beam Q in the interruption period S2, the heat of the flange portion 121 is released and the flange portion 121 is prevented from becoming high temperature. be. As a result, the welding-side end portion 122 of the lower plate 12 is maintained at a low temperature, so local melting of the welding-side end portion 122 is suppressed, and cracking in the lower plate 12 is suppressed.

しかしながら、比較例2では、中断期間S2が設けられているものの、比較例1の場合と同様に、下板12に割れ113が生じていた。これは、比較例2では、1サイクル当たりの照射中断時間が照射時間の16.7%であって、その照射中断時間が比較的短いため、中断期間S2における放熱が十分に行われず、フランジ部121が高温の状態が維持された結果、上述の割れ113が生じたものと推察される。 However, in Comparative Example 2, cracks 113 occurred in the lower plate 12 as in the case of Comparative Example 1, although the interruption period S2 was provided. This is because in Comparative Example 2, the irradiation interruption time per cycle is 16.7% of the irradiation time, and the irradiation interruption time is relatively short. It is presumed that the above crack 113 occurred as a result of the 121 being maintained at a high temperature.

そして、中断期間S2が長くなるほどフランジ部121の放熱に有利であるため、1サイクル当たりの照射中断時間が照射期間S1におけるレーザ光Qの照射時間の1/3以上である場合に、下板12における割れの発生が抑制されることが推認された。 The longer the interruption period S2, the more advantageous the heat dissipation of the flange portion 121. Therefore, when the irradiation interruption time per cycle is 1/3 or more of the irradiation time of the laser beam Q in the irradiation period S1, the lower plate 12 It was presumed that the occurrence of cracks in was suppressed.

本実施例におけるアルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法の作用効果について、以下に詳述する。
本例のアルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法においては、照射期間S1では走査長さが35mm以下となるようにレーザ光を走査する。これにより、照射期間S1において溶接対象部位Aへの入熱量が適度に抑制される。さらに、中断期間S2では、照射期間S1の1/3以上に相当する時間にわたってレーザ光Qの照射を中断するため、溶接対象部位Aにおいて放熱が促される。さらに、中断期間S2では上記照射は中断されるが、ガルバノスキャナ20によるレーザ光Qの照射目標位置Qfの移動は継続される。すなわち、照射期間S1と中断期間S2と交互に繰り返されてなる全期間にわたって、ガルバノスキャナ20によるレーザ光Qの照射目標位置Qfの移動が継続される。その結果、中断期間S2を設けずに全期間にわたってレーザ光Qの照射を連続的に行って走査し続けた場合と同じ時間で溶接作業を終了することができる。これにより、作業時間が長くなることを抑制することができる。
The effects of the lap fillet welding method for aluminum alloy plates in this embodiment will be described in detail below.
In the lap fillet welding method for aluminum alloy plates of this example, the laser beam is scanned so that the scanning length is 35 mm or less during the irradiation period S1. As a result, the amount of heat input to the welding target site A is moderately suppressed during the irradiation period S1. Furthermore, in the interruption period S2, the irradiation of the laser beam Q is interrupted for a period of time corresponding to ⅓ or more of the irradiation period S1, so heat dissipation at the welding target site A is promoted. Furthermore, during the interruption period S2, the irradiation is interrupted, but the movement of the irradiation target position Qf of the laser beam Q by the galvanometer scanner 20 is continued. That is, the movement of the irradiation target position Qf of the laser beam Q by the galvanometer scanner 20 is continued over the entire period in which the irradiation period S1 and the interruption period S2 are alternately repeated. As a result, the welding operation can be completed in the same amount of time as in the case where the irradiation of the laser beam Q is continuously performed over the entire period without providing the interruption period S2. As a result, it is possible to suppress the work time from becoming long.

以上のように、本例のアルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法によれば、照射期間S1と中断期間S2とが交互に繰り返されることにより、連続して行われるレーザ光Qの走査が短い時間となるため、溶接対象部位Aが過度に加熱されることが防止されて溶接対象部位Aやその近辺において熱収縮に起因する割れが発生することが防止されるとともに、全期間にわたってガルバノスキャナ20によるレーザ光Qの照射目標位置Qfの移動が継続されるため、作業時間が長くなることを抑制できる。 As described above, according to the lap fillet welding method for aluminum alloy plates of the present example, the irradiation period S1 and the interruption period S2 are alternately repeated, so that the scanning of the laser beam Q that is continuously performed is short. Therefore, the welding target site A is prevented from being excessively heated, and the occurrence of cracks due to thermal contraction in the welding target site A and its vicinity is prevented, and the galvano scanner 20 over the entire period Since the irradiation target position Qf of the laser beam Q continues to move, it is possible to prevent the working time from becoming longer.

さらに、本例では、照射期間S1において、レーザ光Qを一定速度で走査するこれにより、形成される溶接ビード80を所定の範囲の大きさとすることができ、信頼性が向上するとともに、外観もよくなる。 Furthermore, in this example, the laser beam Q is scanned at a constant speed during the irradiation period S1, so that the formed weld bead 80 can have a size within a predetermined range, improving reliability and improving the appearance. Get better.

また、本例では、照射期間S1において、レーザ光Qをウォブリングさせながら溶接ラインGに沿って走査する。これにより、照射されるレーザ光Qのスポット径Tを大きくすることなく、形成される溶接ビード80の幅を大きくすることができ、溶接状態を良好にすることができる。 Further, in this example, in the irradiation period S1, the laser beam Q is scanned along the welding line G while wobbling. As a result, the width of the formed weld bead 80 can be increased without increasing the spot diameter T of the irradiated laser beam Q, thereby improving the welding state.

また、本例では、照射期間S1において、溶接対象部位Aにレーザ光Qを照射して、レーザ光Qが照射される被照射面114と反対側の裏面124まで溶接対象部位Aを溶融させる。これにより、溶接対象部位Aが確実に溶融されて上板11と下板12との接合状態を良好にすることができる。 In this example, in the irradiation period S1, the welding target site A is irradiated with the laser beam Q, and the welding target site A is melted up to the back surface 124 opposite to the irradiated surface 114 irradiated with the laser light Q. As a result, the portion A to be welded is reliably melted, and the joint state between the upper plate 11 and the lower plate 12 can be improved.

また、本例では、照射期間S1において、溶接対象部位Aにレーザ光Qを照射して、レーザ光Qが照射される被照射面114と反対側の裏面124まで溶接対象部位Aを溶融させる。これにより、下板12の溶接側端部122に生じやすい割れの発生を効果的に抑制すことができる。その結果、溶接対象部位が確実に溶融されて溶接状態を一層良好にすることができる。 In this example, in the irradiation period S1, the welding target site A is irradiated with the laser beam Q, and the welding target site A is melted up to the back surface 124 opposite to the irradiated surface 114 irradiated with the laser light Q. As a result, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks that are likely to occur in the weld-side end portion 122 of the lower plate 12 . As a result, the parts to be welded are reliably melted, and the welding state can be further improved.

以上のごとく、本例によれば、割れの発生が防止されるアルミニウム合金板の隅肉溶接方法を提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to provide a fillet welding method for an aluminum alloy plate that prevents the occurrence of cracks.

10 アルミニウム合金板
11 上板
111 溶接側端部
114 被照射面
12 下板
121 フランジ部
122 溶接側端部
124 裏面
20 ガルバノスキャナ
60レーザ発振器
80 溶接ビード
82 裏ビード
100 溶接システム
10 Aluminum alloy plate 11 Upper plate 111 Welding side end 114 Irradiated surface 12 Lower plate 121 Flange 122 Welding side end 124 Back surface 20 Galvano scanner 60 Laser oscillator 80 Weld bead 82 Back bead 100 Welding system

Claims (3)

アルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法であって、
ガルバノスキャナによってレーザ光の照射目標位置を溶接ラインに沿って移動させながら、上記レーザ光を照射する照射期間と該照射を中断する中断期間とを交互に繰り返し、
上記照射期間では、上記溶接ラインに沿って35mm以下の長さ走査して溶接ビードを形成し、
上記中断期間では、上記照射期間の1/3以上に相当する時間にわたって上記照射を中断する、アルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法。
A method for lap fillet welding of an aluminum alloy plate,
While moving the irradiation target position of the laser light along the welding line by the galvanometer scanner, the irradiation period for irradiating the laser light and the interruption period for interrupting the irradiation are alternately repeated,
In the irradiation period, a weld bead is formed by scanning a length of 35 mm or less along the welding line,
A method for lap fillet welding of aluminum alloy plates, wherein the irradiation is interrupted for a time corresponding to ⅓ or more of the irradiation period in the interruption period.
上記照射期間では、上記レーザ光をウォブリングさせながら上記溶接ラインに沿って走査する、請求項1に記載のアルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法。 2. The method of lap fillet welding of aluminum alloy plates according to claim 1, wherein during said irradiation period, said laser beam is scanned along said welding line while wobbling it. 上記照射期間では、上記レーザ光が照射される被照射面と反対側の裏面まで溶接対象部位を溶融させる、請求項1又は2に記載のアルミニウム合金板の重ね隅肉溶接方法。 The lap fillet welding method for aluminum alloy plates according to claim 1 or 2, wherein during the irradiation period, the welding target portion is melted up to the back surface opposite to the surface to be irradiated with the laser beam.
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