JP7297002B2 - Welding method and welding equipment - Google Patents

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Description

本発明は、溶接方法および溶接装置に関する。 The present invention relates to a welding method and welding apparatus.

従来、ハイブリッドレーザアーク溶接において、加工物の接合面上を電気アークに先行して単一のレーザビームが走査されるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in hybrid laser arc welding, it is known that a single laser beam is scanned prior to the electric arc on the joint surface of the workpiece (see, for example, Patent Document 1).

特許第6159147号公報Japanese Patent No. 6159147

ところで、加工物として熱伝導率が小さいチタン等の金属材料をアーク溶接する場合、溶接箇所に対して溶接進行方向に直交する幅方向では、溶接時の熱が伝わり難い。このため、溶融池が広がり難く、幅の狭い凸ビードが出来るとともに、溶接ワイヤの溶け込み量が増えてしまう。
上記従来技術は溶融池が広がりやすくするものであるが、加工物の接合面上を電気アークに先行して単一のレーザビームが走査されるので、やはりレーザビームによる入熱の範囲が前記幅方向に広がり難い。レーザ走査することで安定したビードは得ることができる。しかし、要求するビード幅と溶け込み深さを両立するのは難しいという課題がある。
そこで本発明は、溶接方法および溶接装置において、幅の広い安定した溶接ビードを形成することを目的とする。
By the way, when arc-welding a metal material such as titanium having a low thermal conductivity as a workpiece, the heat during welding is difficult to be conducted in the width direction orthogonal to the welding progress direction with respect to the welded portion. For this reason, it is difficult for the molten pool to expand, and a narrow convex bead is formed, and the welding wire penetration amount increases.
The above-mentioned prior art makes it easier for the molten pool to spread, but since the single laser beam is scanned over the joint surface of the workpiece prior to the electric arc, the range of heat input by the laser beam is also limited to the width. Difficult to spread in any direction. A stable bead can be obtained by laser scanning. However, there is a problem that it is difficult to achieve both the required bead width and penetration depth.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to form a wide and stable weld bead in a welding method and a welding apparatus.

上記課題の解決手段として、請求項1に記載した発明は、レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材(11,12)同士を溶接接合する溶接方法であって、前記レーザ照射は、ミラー(27,32)により照射方向を可変とするものであり、前記アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、前記アーク溶接により形成される溶融池(46a,46a1)の幅方向一側の端部(46a2)又は端部(46a2)近傍から、前記幅方向の中央部(51)を通過し、前記溶融池(46a,46a1)の前記幅方向他側の端部(46a3)又は端部(46a3)近傍までレーザ光が走査される第一経路(57)と、前記溶融池(46a,46a1)の前記幅方向一側の端部(46a2)又は端部(46a2)近傍に沿ってレーザ光が走査される第二経路(58)と、が設定され、前記第一経路(57)の走査と前記第二経路(58)の走査とを交互に繰り返しながら、予熱部(41b,42b)を生じさせつつ前記アーク溶接が進行することを特徴とする溶接方法を提供する。 As a means for solving the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is a welding method for welding and joining metal members (11, 12) using both laser irradiation and arc welding, wherein the laser irradiation is a mirror (27, 32) make the irradiation direction variable, and at a position preceding the arc welding in the welding progress direction, one side in the width direction of the molten pool (46a, 46a1) formed by the arc welding From the end (46a2) or near the end (46a2), passing through the center (51) in the width direction, the end (46a3) or the end on the other widthwise side of the molten pool (46a, 46a1) A first path (57) along which the laser beam is scanned to the vicinity of (46a3), and a laser beam along the edge (46a2) on one side in the width direction of the molten pool (46a, 46a1) or the vicinity of the edge (46a2). A second path (58) along which light is scanned is set, and while alternately repeating the scanning of the first path (57) and the scanning of the second path (58), the preheating units (41b, 42b) There is provided a welding method characterized in that the arc welding proceeds while generating

この構成によれば、溶接進行方向に先行するレーザ照射によって、アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置、例えばアーク溶接によって形成される溶融池における溶接進行方向の幅方向の両端部に、レーザ光を直接照射した予熱部を生じさせる。これにより、熱伝導率が小さい金属材料を溶接する場合にも、溶融池が幅方向に広がりやすくなり、安定した溶接ビードを形成することができる。
また、ミラーの設定により、複数のレーザ照射のうち、アーク陰極点となる幅方向中央部に走査されないレーザ照射(第二経路)も可能なので、アーク陰極点への入熱量が多くなり過ぎず、裏抜けを抑止することができる。
According to this configuration, the position offset to both sides from the center in the width direction of the welding path where arc welding is performed by laser irradiation preceding the welding direction, for example, the width in the welding direction in the molten pool formed by arc welding A preheated portion directly irradiated with laser light is generated at both ends in the direction. As a result, even when welding a metal material having a low thermal conductivity, the molten pool can easily spread in the width direction, and a stable weld bead can be formed.
In addition, depending on the setting of the mirror, it is also possible to perform laser irradiation (second path) that does not scan the center of the width direction, which is the arc cathode point, among the multiple laser irradiation, so that the amount of heat input to the arc cathode point does not become too large. It is possible to prevent back-through.

請求項2に記載した発明は、前記レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池(46a,46a1)の前記幅方向両端部(46a2,46a3)に対して行われること特徴とする。
この構成によれば、溶融池の幅方向両端部への入熱量を多くすることができ、より安定した溶接ビードを形成することができる。
The invention described in claim 2 is characterized in that the laser irradiation is performed to the width direction both ends (46a2, 46a3) of the molten pools (46a, 46a1) formed by the arc welding.
According to this configuration, it is possible to increase the amount of heat input to both ends in the width direction of the molten pool, and to form a more stable weld bead.

請求項3に記載した発明は、前記レーザ照射は、前記アーク溶接の溶接部の全体に入熱するように行われることを特徴とする。
この構成によれば、溶接ビード幅を広くすることができるとともに、少ないワイヤ使用量で要求されるビード幅を得ることができる。
The invention described in claim 3 is characterized in that the laser irradiation is performed so as to input heat to the entire welded portion of the arc welding.
According to this configuration, the weld bead width can be widened, and the required bead width can be obtained with a small amount of wire used.

請求項4に記載した発明は、前記第一経路(57)は、前記アーク溶接の進行方向に直交するように、前記幅方向に向けてレーザ光を走査し、前記第二経路(58)は、前記アーク溶接の進行方向に沿うようにレーザ光を走査し、前記第一経路(57)は、前記第二経路(58)よりも照射経路長さが長いことを特徴とする。
この構成によれば、レーザ光が幅方向に走査される場合は、溶融池の幅方向一側の端部と、溶融池の幅方向他側の端部との間の距離のように長い距離を照射するため、レーザの照射経路を長くすることで、適切に入熱させることができる。
In the invention described in claim 4 , the first path (57) scans the laser beam in the width direction so as to be orthogonal to the direction of progress of the arc welding, and the second path (58) scans the , the laser beam is scanned along the progressing direction of the arc welding, and the irradiation path length of the first path (57) is longer than that of the second path (58).
According to this configuration, when the laser beam is scanned in the width direction, a long distance such as the distance between the end of the molten pool on one side in the width direction and the end on the other side in the width direction of the molten pool , the heat can be appropriately input by lengthening the irradiation path of the laser.

請求項5に記載した発明は、当該溶接方法は、金属薄板あるいは金属薄板構造物の突合せ溶接、重ね隅肉溶接、または突き合わせ溶接に適用されることを特徴とする。
この構成によれば、裏抜けの可能性が高い薄板材の溶接であっても、精度良く溶接をすることができる。
The invention described in claim 5 is characterized in that the welding method is applied to butt welding, lap fillet welding, or butt welding of thin metal plates or thin metal plate structures.
According to this configuration, it is possible to perform welding with high precision even when welding thin plate materials that are highly likely to have strike-through.

請求項6に記載した発明は、前記金属部材(11,12)の材質はチタンであることを特徴とする。
この構成によれば、熱伝導性が低く、溶接ワイヤ消費が多いチタンに対して、先行するレーザ照射による予熱によって、ビード幅を広くするとともに、凸ビードになり難くして溶接ワイヤ使用量を削減することができる。
A sixth aspect of the present invention is characterized in that the metal members (11, 12) are made of titanium.
According to this configuration, titanium, which has low thermal conductivity and consumes a large amount of welding wire, is preheated by preceding laser irradiation to widen the bead width and prevent it from becoming a convex bead, thereby reducing the amount of welding wire used. can do.

請求項7に記載した発明は、レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材(11,12)同士を溶接接合する溶接装置であって、前記レーザ照射を行うレーザ照射部(6)と、前記アーク溶接を行うアーク溶接部(7)と、を備え、前記レーザ照射部(6)は、レーザ光の照射位置をレーザ光照射面方向に可変させるガルバノミラー(27,32)を備え、前記レーザ照射部(6)は、前記アーク溶接部(7)による前記アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、前記アーク溶接により形成される溶融池(46a,46a1)の幅方向一側の端部(46a2)又は端部(46a2)近傍から、前記幅方向の中央部(51)を通過し、前記溶融池(46a,46a1)の前記幅方向他側の端部(46a3)又は端部(46a3)近傍までレーザ光が走査される第一経路(57)と、前記溶融池(46a,46a1)の前記幅方向一側の端部(46a2)又は端部(46a2)近傍に沿ってレーザ光が走査される第二経路(58)と、が設定され、前記レーザ照射部(6)は、レーザ光が前記第一経路(57)を走査するときと、レーザ光が前記第二経路(58)を走査するときとで、前記ガルバノミラー(27,32)によってレーザ光の照射方向を制御し、前記レーザ照射を受けて予熱された予熱部(41b,42b)を生じさせること特徴とする溶接装置を提供する。
この構成によれば、溶接進行方向に先行するレーザ照射によって、アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置、例えばアーク溶接によって形成される溶融池における溶接進行方向の幅方向の両端部に、レーザ光を直接照射した予熱部を生じさせる。これにより、熱伝導率が小さい金属材料を溶接する場合にも、溶融池が幅方向に広がりやすくなり、溶接ビードを安定させることができる。
また、ガルバノミラーの作動により、レーザ照射方向を容易に可変させることができる。
また、ガルバノミラーの設定により、複数のレーザ照射経路のうち、アーク陰極点となる幅方向中央部にレーザ光が走査されないレーザ照射も可能となり、溶接部に入熱量が多くなり過ぎることを抑止し、裏抜けを抑止することができる。
The invention described in claim 7 is a welding apparatus for welding and joining metal members (11, 12) by using both laser irradiation and arc welding, wherein the laser irradiation unit (6) performs the laser irradiation, An arc welding part (7) that performs the arc welding, and the laser irradiation part (6) includes a galvanomirror (27, 32) that changes the irradiation position of the laser light in the direction of the laser light irradiation surface, The laser irradiation part (6) is located at a position preceding the arc welding by the arc welding part (7) in the welding progress direction, and on one side in the width direction of the molten pool (46a, 46a1) formed by the arc welding. From the end (46a2) or near the end (46a2), passing through the center (51) in the width direction, the end (46a3) or the end on the other widthwise side of the molten pool (46a, 46a1) A first path (57) along which the laser beam is scanned to the vicinity of (46a3), and a laser beam along the edge (46a2) on one side in the width direction of the molten pool (46a, 46a1) or the vicinity of the edge (46a2). A second path (58) along which the light is scanned is set, and the laser irradiation unit (6) operates when the laser light scans the first path (57) and when the laser light scans the second path ( 58) is scanned, the irradiation direction of the laser beam is controlled by the galvanometer mirrors (27, 32), and the preheated portions (41b, 42b) preheated by receiving the laser irradiation are generated. We provide welding equipment.
According to this configuration, the position offset to both sides from the center in the width direction of the welding path where arc welding is performed by laser irradiation preceding the welding direction, for example, the width in the welding direction in the molten pool formed by arc welding A preheated portion directly irradiated with laser light is generated at both ends in the direction. As a result, even when welding a metal material having a low thermal conductivity, the molten pool tends to expand in the width direction, and the weld bead can be stabilized.
In addition, the laser irradiation direction can be easily varied by operating the galvanomirror.
In addition, by setting the galvanometer mirror, it is possible to perform laser irradiation in which the laser beam does not scan the center of the width direction, which is the arc cathode point, among the multiple laser irradiation paths, suppressing the amount of heat input to the weld from becoming too large. , strike-through can be suppressed.

請求項8に記載した発明は、前記アーク溶接のシールドガスの供給にガス供給具(71)が用いられ、前記ガス供給具(71)は、ガス供給口(71h)からガス放出口(78)までのガス供給路(82)をラビリンス構造とすること特徴とする。
この構成によれば、ラビリンス構造によってシールドガスが大気と混ざることを抑止し、良質なシールドガスを溶接部に提供することができる。
In the eighth aspect of the invention, a gas supply tool (71) is used to supply the shielding gas for arc welding, and the gas supply tool (71) extends from a gas supply port (71h) to a gas discharge port (78). The gas supply path (82) to the point is characterized by having a labyrinth structure.
According to this configuration, the labyrinth structure prevents the shielding gas from being mixed with the atmosphere, and can provide the welding portion with the shielding gas of good quality.

本発明によれば、レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材同士を溶接接合する溶接方法及び溶接装置において、溶接進行方向に先行するレーザ照射によって、アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置が予熱されて、安定した溶接ビードを形成することができる。 According to the present invention, in a welding method and a welding apparatus for welding and joining metal members using both laser irradiation and arc welding, the width direction of the welding path where arc welding is performed by laser irradiation preceding the welding progress direction Locations offset to either side of the center can be preheated to form a stable weld bead.

本発明の実施形態の溶接装置の斜視図である。1 is a perspective view of a welding device according to an embodiment of the invention; FIG. ガルバノスキャナユニットの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a galvanometer scanner unit; 金属部材へのレーザ照射およびアーク溶接の実施状態を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a laser irradiation to a metal member and an implementation state of arc welding; 金属部材へのレーザ照射およびアーク溶接の実施状態を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state of laser irradiation and arc welding to a metal member; 実施形態のレーザ照射による予熱の作用を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the effect of preheating by laser irradiation of the embodiment; 比較例のレーザ照射による予熱の作用を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the effect of preheating by laser irradiation in a comparative example; 金属部材へのレーザ照射およびアーク溶接の実施状態を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a state of laser irradiation and arc welding to a metal member; レーザ光の走査ルート(設計上の軌跡)を示す作用説明図である。FIG. 4 is an explanatory drawing showing a scanning route (trajectory in design) of laser light; レーザ光の走査ルート(実際の軌跡)を示す作用説明図である。FIG. 10 is an operation explanatory diagram showing a scanning route (actual trajectory) of laser light; シールドガスを供給するガス供給具を示す第1斜視図である。FIG. 4 is a first perspective view showing a gas supply tool for supplying shielding gas; 上記ガス供給具を示す第2斜視図である。Fig. 2 is a second perspective view showing the gas supply tool;

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
<溶接装置>
図1に示すように、溶接装置1は、基台2と、基台2に設置されたアーム型ロボット3と、アーム型ロボット3のアーム4に固定されたレーザ照射部6およびアーク溶接部7と、基台2上に設けられた作業盤8と、を備えている。
また、溶接装置1は、アーム型ロボット3、レーザ照射部6、アーク溶接部7の作動などを制御する制御装置(不図示)を備えている。溶接装置1は、上記したレーザ照射とアーク溶接とを併用して作業盤8上に固定された金属部材11,12同士を溶接接合する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Welding equipment>
As shown in FIG. 1, a welding apparatus 1 includes a base 2, an arm-type robot 3 installed on the base 2, a laser irradiation unit 6 and an arc welding unit 7 fixed to an arm 4 of the arm-type robot 3. and a work board 8 provided on the base 2.
The welding device 1 also includes a control device (not shown) that controls the operations of the arm-shaped robot 3, the laser irradiation unit 6, the arc welding unit 7, and the like. The welding device 1 welds and joins the metal members 11 and 12 fixed on the work board 8 by using both the laser irradiation and the arc welding described above.

レーザ照射部6は、ガルバノスキャナユニット21(図2参照)を用いた仮想ツインビーム型である。ガルバノスキャナユニット21の説明は後述する。
アーク溶接部7は、シールドガスとして不活性ガス(例えばアルゴンガス)を用いたMIG溶接を行う部分である。アーク溶接部7は、溶接トーチ15を備え、溶接トーチ15の先端部からは電極である溶接ワイヤ16が突出している。また、溶接トーチ15の先端部には、シールドガスを吐出するノズル17が設けられている。アークの周辺や溶接される金属部材11,12に出来る溶融池の周辺は、ノズル17から供給されるシールドガスによって大気からシールドされる。
The laser irradiation unit 6 is of a virtual twin beam type using a galvanometer scanner unit 21 (see FIG. 2). A description of the galvanometer scanner unit 21 will be given later.
The arc welded portion 7 is a portion where MIG welding is performed using an inert gas (for example, argon gas) as a shielding gas. The arc welding part 7 has a welding torch 15, and a welding wire 16 as an electrode protrudes from the tip of the welding torch 15. As shown in FIG. A nozzle 17 for discharging shielding gas is provided at the tip of the welding torch 15 . The periphery of the arc and the periphery of the molten pool formed in the metal members 11 and 12 to be welded are shielded from the atmosphere by the shielding gas supplied from the nozzle 17 .

図2に示すように、ガルバノスキャナユニット21は、レーザ照射部6(図1参照)に備えるレーザ発振器(不図示)から発振されたレーザ光を所定の方向へ導く第1ガルバノユニット23および第2ガルバノユニット24を備えている。
レーザ発振器と第1ガルバノユニット23との間には、レーザ発振器から発したレーザ光を2つに分岐させる分岐ミラー(不図示)が設けられ、2つに分岐されたレーザ光41,42(図3参照)の一方のレーザ光41が第1ガルバノユニット23に届く。2つに分岐されたレーザ光41,42の他方のレーザ光42は、別のガルバノスキャナユニット21に送られる。
As shown in FIG. 2, the galvano scanner unit 21 includes a first galvano unit 23 and a second galvano unit 23 that guide laser light oscillated from a laser oscillator (not shown) provided in the laser irradiation unit 6 (see FIG. 1) in a predetermined direction. A galvano unit 24 is provided.
A branching mirror (not shown) is provided between the laser oscillator and the first galvano unit 23 for branching the laser beam emitted from the laser oscillator into two beams 41 and 42 (Fig. 3) reaches the first galvano unit 23 . The other laser beam 42 of the two split laser beams 41 and 42 is sent to another galvano scanner unit 21 .

第1ガルバノユニット23は、第1ガルバノモータ26と、第1ガルバノモータ26の回転軸26aに取り付けられたガルバノミラー27と、を備えている。ガルバノミラー27は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を第2ガルバノユニット24側に反射させる。第1ガルバノモータ26を作動させ、回転軸26aを矢印Aの方向に回動させることで、ガルバノミラー27を回動させ、レーザ光の第2ガルバノユニット24側への反射角度を変更することが可能である。 The first galvanometer unit 23 includes a first galvanometer motor 26 and a galvanometer mirror 27 attached to a rotating shaft 26 a of the first galvanometer motor 26 . The galvanometer mirror 27 reflects the laser light emitted from the laser oscillator to the second galvanometer unit 24 side. By actuating the first galvanometer motor 26 and rotating the rotating shaft 26a in the direction of arrow A, the galvanometer mirror 27 can be rotated to change the reflection angle of the laser light toward the second galvanometer unit 24 side. It is possible.

第2ガルバノユニット24は、第2ガルバノモータ31と、第2ガルバノモータ31の回転軸31aに取り付けられたガルバノミラー32と、を備えている。ガルバノミラー32は、第1ガルバノユニット23のガルバノミラー27で反射されたレーザ光41を、被溶接物である金属部材11(図1参照)側へ反射させる。第2ガルバノモータ31を作動させ、回転軸31aを矢印Bの方向に回動させることで、ガルバノミラー32を回動させ、レーザ光41の金属部材11側への反射角度を変更することが可能である。即ち、レーザ光41の金属部材11への照射位置を変更することが可能である。 The second galvanometer unit 24 includes a second galvanometer motor 31 and a galvanometer mirror 32 attached to a rotating shaft 31 a of the second galvanometer motor 31 . The galvano mirror 32 reflects the laser beam 41 reflected by the galvano mirror 27 of the first galvano unit 23 toward the metal member 11 (see FIG. 1), which is the object to be welded. By operating the second galvanometer motor 31 and rotating the rotating shaft 31a in the direction of the arrow B, the galvanometer mirror 32 can be rotated to change the reflection angle of the laser beam 41 toward the metal member 11 side. is. That is, it is possible to change the irradiation position of the metal member 11 with the laser beam 41 .

第1ガルバノモータ26の回転軸26aと、第2ガルバノモータ31の回転軸31aとは、互いに直交しており、レーザ光41の金属部材11側への照射位置を細かく調整することが可能である。
ガルバノスキャナユニット21は、第1ガルバノモータ26および第2ガルバノモータ31の作動を制御する制御部34を備えている。制御部34の指令によって、第1ガルバノモータ26の回転軸26aおよび第2ガルバノモータ31の回転軸31aの回動角度および回動方向が制御され、レーザ光41の金属部材11側への照射位置が設定される。
The rotating shaft 26a of the first galvano motor 26 and the rotating shaft 31a of the second galvano motor 31 are orthogonal to each other, and it is possible to finely adjust the irradiation position of the laser beam 41 toward the metal member 11 side. .
The galvanometer scanner unit 21 includes a controller 34 that controls the operations of the first galvanometer motor 26 and the second galvanometer motor 31 . The rotation angle and rotation direction of the rotation shaft 26a of the first galvano motor 26 and the rotation shaft 31a of the second galvano motor 31 are controlled by commands from the control unit 34, and the irradiation position of the laser beam 41 toward the metal member 11 is controlled. is set.

図3および図4は、金属部材11,12に、それぞれレーザ光41,42を照射するとともにアーク溶接(重ね継手溶接)中の状態を示している。図中矢印Fは、レーザ光41,42および溶接トーチ15の進行方向(即ち、溶接進行方向)を示す。図中矢印Hは、溶接経路の幅方向を示す。前記幅方向は、溶接進行方向に直交する方向で、かつ溶接箇所におけるアーク溶接部7の先端部に対向する面に沿う方向を示す。前記幅方向は、溶接箇所が複数面を有する立体形状の場合等は、アーク溶接部7の先端部の軸方向と直交する方向でもよい。
レーザ光41,42および溶接トーチ15は、一体に移動している。レーザ光41,42は、溶接トーチ15よりも溶接進行方向に先行して移動している。
3 and 4 show a state in which the metal members 11 and 12 are irradiated with laser beams 41 and 42, respectively, and arc welding (lap joint welding) is in progress. An arrow F in the drawing indicates the advancing direction of the laser beams 41 and 42 and the welding torch 15 (that is, the welding advancing direction). An arrow H in the drawing indicates the width direction of the welding path. The width direction is a direction orthogonal to the welding progress direction and indicates a direction along a surface facing the tip portion of the arc welded portion 7 at the welding location. The width direction may be a direction orthogonal to the axial direction of the tip portion of the arc welded portion 7 when the welded portion has a three-dimensional shape having a plurality of surfaces.
The laser beams 41 and 42 and the welding torch 15 move together. The laser beams 41 and 42 move ahead of the welding torch 15 in the welding advancing direction.

図4において、レーザ光41,42を照射する照射位置41a,42aは、アーク溶接により形成された溶融池46aにおける溶接進行方向Fに直交する幅方向Hの両端部にあるものとする。レーザ光41,42は、アーク溶接よりも先行して移動しているので、実際には、レーザ光41,42が照射されている位置では、まだアーク溶接がなされていない。従って、溶融池46aは出来ていないが、結果的に、レーザ光41,42の照射位置41a,42aが溶接ビード43溶融池46aの幅方向の両端部となるように、レーザ光41,42の照射位置41a,42aを設定している。この理由については、図5以降で説明する。図中符号41b,42bは、各照射位置41a,42aで金属材料が予熱されて生じる予熱部を示す。 In FIG. 4, the irradiation positions 41a and 42a irradiated with the laser beams 41 and 42 are assumed to be at both ends in the width direction H perpendicular to the welding advancing direction F in the molten pool 46a formed by arc welding. Since the laser beams 41 and 42 move ahead of the arc welding, the arc welding is not actually performed yet at the positions where the laser beams 41 and 42 are irradiated. Therefore, although the molten pool 46a is not formed, as a result, the laser beams 41 and 42 are irradiated so that the irradiation positions 41a and 42a of the laser beams 41 and 42 are both ends in the width direction of the weld bead 43 and the molten pool 46a. Irradiation positions 41a and 42a are set. The reason for this will be explained with reference to FIG. 5 and subsequent figures. Reference numerals 41b and 42b in the drawing denote preheating portions generated by preheating the metal material at the respective irradiation positions 41a and 42a.

図5に示す実施形態では、熱伝導率の小さい金属材料46(例えば、チタンなど)をアーク溶接する場合には、主にアーク溶接時に金属材料46に出来る溶融池46aが、溶接進行方向に対して直交する方向、即ち溶融池46aの幅方向に広く形成されるようにする。これには、アーク溶接部7の溶接トーチ15よりも溶接進行方向に先行して移動するレーザ光41,42を、溶融池46aにおける溶接進行方向に直交する幅方向の両端部となる箇所に照射して、その箇所を予熱する。 In the embodiment shown in FIG. 5, when arc welding a metal material 46 with low thermal conductivity (for example, titanium), the molten pool 46a formed in the metal material 46 mainly during arc welding is , ie, the width direction of the molten pool 46a. For this purpose, the laser beams 41 and 42 moving ahead of the welding torch 15 of the arc welding portion 7 in the welding progress direction are irradiated to both ends of the molten pool 46a in the width direction orthogonal to the welding progress direction. to preheat the area.

レーザ光41,42で予熱することで、レーザ光41,42の照射開始後に主にアーク溶接によって出来る溶融池46aの幅をより広くすることができる。
この結果、アーク溶接終了後には、出来たビード48の幅W1が広くなり、更に、ビード48の溶け込み深さD1を浅くしつつ金属材料46の表面46bからの突出高さP1を低くすることができる。これにより、アーク溶接時の溶接ワイヤ16の使用量を削減することができ、コストダウンを図ることができる。
By preheating with the laser beams 41 and 42, the width of the molten pool 46a formed mainly by arc welding after the start of irradiation with the laser beams 41 and 42 can be made wider.
As a result, after the arc welding is completed, the width W1 of the formed bead 48 is increased, and furthermore, the protrusion height P1 from the surface 46b of the metal material 46 can be decreased while the penetration depth D1 of the bead 48 is decreased. can. As a result, the amount of welding wire 16 used during arc welding can be reduced, and the cost can be reduced.

図6に示す比較例は、熱伝導率の小さい金属材料46の溶接をアーク溶接のみで行う場合を示す。この比較例では、アーク溶接の熱が周囲に伝わりにくいため、金属材料46に出来る溶融池46dが、幅方向に広くなりにくい。従って、アーク溶接終了後には、出来たビード49の幅W2が幅W1(図5参照)よりも狭く、更に、ビード49の溶け込み深さD2が溶け込み深さD1(図5参照)よりも深く、金属材料46の表面46bからの突出高さP2は、突出高さP1(図5参照)よりも高くなる。この結果として、アーク溶接時の溶接ワイヤ16の使用量が多くなり、コストアップを招く。 A comparative example shown in FIG. 6 shows a case where a metal material 46 having a low thermal conductivity is welded only by arc welding. In this comparative example, the heat of arc welding is less likely to be transmitted to the surroundings, so the molten pool 46d formed in the metal material 46 is less likely to widen in the width direction. Therefore, after arc welding is finished, the width W2 of the bead 49 formed is narrower than the width W1 (see FIG. 5), and the penetration depth D2 of the bead 49 is deeper than the penetration depth D1 (see FIG. 5). The protrusion height P2 of the metal material 46 from the surface 46b is higher than the protrusion height P1 (see FIG. 5). As a result, the amount of welding wire 16 used during arc welding increases, leading to an increase in cost.

以上の図5及び図6に示す通り、熱伝導率の小さい金属材料46であっても、溶融池46a,46dの幅の両端部を予熱すれば、その部分の金属材料46が溶融しやすくなるため、溶融池46a,46dの幅を広くすることができる。
また、溶融池46a,46dの幅が広くなれば、ビード48,49の溶け込み深さD1,D2を浅くすることができるとともに、表面46bからの突出高さP1,P2も低くすることができる。このようなレーザ照射による予熱は、金属薄板あるいは金属薄板構造物の溶接に好適な方法である。
As shown in FIGS. 5 and 6, even if the metal material 46 has a low thermal conductivity, preheating both ends of the width of the molten pools 46a and 46d facilitates the melting of the metal material 46 in those portions. Therefore, the width of the molten pools 46a and 46d can be widened.
Moreover, if the width of the molten pools 46a and 46d is widened, the penetration depths D1 and D2 of the beads 48 and 49 can be reduced, and the projection heights P1 and P2 from the surface 46b can also be reduced. Such preheating by laser irradiation is a suitable method for welding thin metal plates or thin metal plate structures.

図7に示すように、レーザ光41,42の金属部材11,12への照射位置41a,42a(黒丸で示す部分である。)は、溶接部のほぼ中央に位置する金属部材12の端面12aに対して、幅方向両側方にオフセットしている。レーザ光は、照射タイミングによっては、端面12aに対して対称または略対称な位置に配置されている。なお、図7で示す照射位置は、レーザ光が溶融池端部を照射するときの状態である。
また、アーク溶接のアーク陰極点(幅方向の中央部)51(丸印で示す部分である。)は、金属部材12の端面12aに一致する、又はほぼ一致するように端面12aに沿って移動する。
照射位置41a,42aは、溶接進行方向でアーク溶接のアーク陰極点51よりも先行して移動する。
As shown in FIG. 7, irradiation positions 41a and 42a (indicated by black circles) of the laser beams 41 and 42 on the metal members 11 and 12 are located on the end face 12a of the metal member 12 located substantially in the center of the welded portion. are offset on both sides in the width direction. The laser beams are arranged at symmetrical or substantially symmetrical positions with respect to the end surface 12a depending on the irradiation timing. In addition, the irradiation position shown in FIG. 7 is the state when the laser beam irradiates the edge of the molten pool.
In addition, the arc cathode point (central portion in the width direction) 51 (the portion indicated by the circle) of arc welding moves along the end face 12a so as to match or substantially match the end face 12a of the metal member 12. do.
The irradiation positions 41a and 42a move ahead of the arc cathode spot 51 of the arc welding in the welding advancing direction.

照射位置41a,42aは、アーク溶接により溶融池46aが形成された時点では、それ以後に形成される二点鎖線で示す溶融池46a1における溶接進行方向に直交する幅方向の両端部46a2,46a3をそれぞれ照射する。このように、レーザ光41,42の照射位置41a,42aは、溶融池46aの幅方向の両端部46a2,46a3の軌跡上を通過するように、金属部材11,12を予熱する。端部46a2は、溶融池46a1の幅方向一側の端部の一例に対応する。端部46a3は、溶融池46a1の幅方向他側の端部の一例に対応する。 At the time when the molten pool 46a is formed by arc welding, the irradiation positions 41a and 42a cover both ends 46a2 and 46a3 of the molten pool 46a1 formed thereafter in the width direction orthogonal to the welding progress direction, as indicated by the two-dot chain line. irradiate each. In this manner, the irradiation positions 41a and 42a of the laser beams 41 and 42 preheat the metal members 11 and 12 so as to pass along the trajectory of both widthwise end portions 46a2 and 46a3 of the molten pool 46a. The end portion 46a2 corresponds to an example of the end portion on one side in the width direction of the molten pool 46a1. The end portion 46a3 corresponds to an example of the end portion on the other side in the width direction of the molten pool 46a1.

レーザ光41,42により予熱される箇所、即ち予熱部41b,42bは、レーザ照射で予め定めた温度(例えば母材の融点以上)に予熱される部位であり、例えば実施形態では、予熱部41b,42bは、溶接部において互いに間隔を空けず接している。
このように、レーザ照射による予熱は、アーク溶接の溶接部の全体に入熱するように行われる。
The portions preheated by the laser beams 41 and 42, that is, the preheating portions 41b and 42b are portions preheated to a predetermined temperature (for example, the melting point of the base material or higher) by laser irradiation. , 42b are not spaced apart from each other at the weld.
In this manner, preheating by laser irradiation is performed so as to input heat to the entire welded portion of arc welding.

次に、予熱部41b,42bを形成するためのレーザ光42の走査(レーザ走査)について説明する。このレーザ走査は、前述のガルバノミラー27,32によりレーザ照射方向を可変とすることでなされる。
図8Aに示すように、金属部材11に金属部材12を重ねた溶接部において、レーザ照射は、溶融池46aの溶接進行方向に直交する幅方向一側の端部46a2から(又は端部46a2近傍から)、幅方向の中央部である端面12aを通過し、溶融池46aの前記幅方向他側の端部46a3まで(又は端部46a3近傍まで)、レーザ光42が走査される。このレーザ光42の走査経路を第一経路57とする。図中の第一経路57は、溶接進行方向上流側から順に符号57a,57b、・・・(以下アルファベット順)で示す。前記「端部46a2近傍」とは、例えば溶接幅が5mmの場合は、端部46a2から溶接幅方向の両側に0.5mm程度幅を含む範囲である。なお、溶接幅が広い場合は端部46a2近傍の幅は広がるが、同程度の比率で広がるわけではない。前記「端部46a3近傍」とは、例えば溶接幅が5mmの場合は、端部46a3から溶接幅方向の両側に0.5mm程度の幅を含む範囲である。なお、溶接幅が広い場合は端部46a3近傍の幅は広がるが、同程度の比率で広がるわけではない。
Next, scanning of the laser beam 42 (laser scanning) for forming the preheating portions 41b and 42b will be described. This laser scanning is performed by making the laser irradiation direction variable by the galvanometer mirrors 27 and 32 described above.
As shown in FIG. 8A, in the welded portion where the metal member 12 is superimposed on the metal member 11, the laser irradiation is performed from one end 46a2 in the width direction perpendicular to the welding progress direction of the molten pool 46a (or near the end 46a2). ), pass through the end surface 12a that is the central portion in the width direction, and reach an end portion 46a3 on the other side in the width direction of the molten pool 46a (or to the vicinity of the end portion 46a3). The scanning path of this laser beam 42 is defined as a first path 57 . The first path 57 in the drawing is denoted by reference numerals 57a, 57b, . For example, when the welding width is 5 mm, the "near the end portion 46a2" is a range including a width of about 0.5 mm on both sides in the welding width direction from the end portion 46a2. In addition, when the welding width is wide, the width in the vicinity of the end portion 46a2 widens, but it does not widen at the same rate. For example, when the welding width is 5 mm, the "near the edge 46a3" is a range including a width of about 0.5 mm on both sides in the welding width direction from the edge 46a3. In addition, when the welding width is wide, the width in the vicinity of the end portion 46a3 widens, but it does not widen at the same rate.

第一経路57は、設計上は、幅方向一側の端部46a2から幅方向他側の端部46a3まで、幅方向他側ほど溶接進行方向下流側に位置するように、溶接進行方向に直交する幅方向に対して傾斜した軌跡となる(図8A参照)。レーザ照射部6は、アーク溶接部7とともに溶接進行方向下流側に移動しながらレーザ照射を行うので、レーザ照射部6から見た実際の第一経路57は、溶接進行方向に直交する幅方向に沿う軌跡となる(図8B参照)。 The first path 57 is designed to be perpendicular to the welding direction, from the end 46a2 on one side in the width direction to the end 46a3 on the other side in the width direction, so that the other side in the width direction is located downstream in the direction of welding progress. The trajectory is inclined with respect to the width direction (see FIG. 8A). Since the laser irradiation unit 6 performs laser irradiation while moving downstream in the welding direction together with the arc welding unit 7, the actual first path 57 seen from the laser irradiation unit 6 extends in the width direction orthogonal to the welding direction. A trajectory follows (see FIG. 8B).

レーザ光42が幅方向他側の端部46a3に至ると、レーザ照射を一旦止めて、照射位置を幅方向一側の端部46a2に戻す。その後、溶融池46aの幅方向一側の端部46a2又は端部46a2近傍において溶接進行方向下流側に延びる直線上で、レーザ光41が走査される。このレーザ光41の走査経路を第二経路58とする。図中の第二経路58は、溶接進行方向上流側から順に符号58a,58b、・・・(以下アルファベット順)で示す。第二経路58における「端部46a2近傍」も第一経路57で述べた「端部46a2近傍」と同程度の範囲である。レーザ光42が第二経路58の溶接進行方向下流側の先端に至ると、レーザ照射を一旦止めて、照射位置を幅方向一側の端部46a2に戻す。 When the laser beam 42 reaches the end portion 46a3 on the other side in the width direction, the laser irradiation is temporarily stopped, and the irradiation position is returned to the end portion 46a2 on the one side in the width direction. After that, the laser beam 41 is scanned on a straight line extending downstream in the welding advancing direction at or near the edge 46a2 on one side in the width direction of the molten pool 46a. The scanning path of this laser beam 41 is referred to as a second path 58 . The second path 58 in the figure is denoted by reference numerals 58a, 58b, . The “near the end portion 46a2” in the second route 58 is also in the same range as the “near the end portion 46a2” described in the first route 57. FIG. When the laser beam 42 reaches the downstream end of the second path 58 in the welding direction, the laser irradiation is temporarily stopped, and the irradiation position is returned to the end portion 46a2 on one side in the width direction.

上記した第一経路57のレーザ走査と第二経路58のレーザ走査とを交互に繰り返しながら、溶融池46aの幅方向両端部に予熱部41b,42bを形成しつつ、アーク溶接を進行させる。図においては、第一経路57a、第二経路58a、第一経路57b、第二経路58b、・・・(以下アルファベット順)の順にアーク溶接を進行させる。
第一経路57は、第二経路58よりもレーザ照射距離が長く、長い距離のレーザ照射によって溶接部周辺に適切な入熱が可能である。幅方向に長い第一経路57のレーザ照射によって、幅方向他側の予熱部42bは幅方向に長い形状(例えば楕円状)となる。予熱部41b,42bは、溶接部の中央から幅方向一側にオフセットした位置で、互いに間隔を空けず接している。
While alternately repeating the laser scanning of the first path 57 and the laser scanning of the second path 58, arc welding is advanced while preheating portions 41b and 42b are formed at both ends in the width direction of the molten pool 46a. In the figure, arc welding proceeds in the order of a first path 57a, a second path 58a, a first path 57b, a second path 58b, .
The first path 57 has a longer laser irradiation distance than the second path 58, and appropriate heat input to the periphery of the welded portion is possible by long-distance laser irradiation. Due to the laser irradiation of the first path 57 that is long in the width direction, the preheating portion 42b on the other side in the width direction has a shape that is long in the width direction (for example, an elliptical shape). The preheating portions 41b and 42b are in contact with each other without a space therebetween at positions offset from the center of the welded portion to one side in the width direction.

図9および図10に示すように、溶接対象として、例えば、自動二輪車用の燃料タンク65、詳しくは、タンク本体66の上部に給油口67をレーザ照射とアーク溶接とを併用して溶接する場合、溶接部にシールドガスを供給するガス供給具71が用いられる。
なお、図9および図10では、ガス供給具71の内部形状の理解を容易にするため、ガス供給具71の一部を切断して示している。
As shown in FIGS. 9 and 10, the object to be welded is, for example, a fuel tank 65 for a motorcycle, more specifically, when welding a fuel filler port 67 on the top of a tank body 66 using both laser irradiation and arc welding. , a gas supply tool 71 is used to supply a shielding gas to the weld.
9 and 10, in order to facilitate understanding of the internal shape of the gas supply tool 71, a part of the gas supply tool 71 is shown cut away.

タンク本体66の上部に給油口67を溶接する際、タンク本体66には、給油口67が仮固定され、給油口67の上方に開口する開口部が蓋部材68で塞がれる。ガス供給具71は、例えば蓋部材68に固定されている。
ガス供給具71は、ドーナツ板状の天板71aと、天板71aの下面71bに同心円状に形成された複数の円筒部71c,71d,71e,71fと、2つの円筒部71d,71fの各下端を接続するテーパ状壁部71gと、を一体に備えている。
When the fuel filler port 67 is welded to the top of the tank body 66 , the fuel filler port 67 is temporarily fixed to the tank body 66 , and the upper opening of the fuel filler port 67 is closed with the lid member 68 . The gas supply tool 71 is fixed to the lid member 68, for example.
The gas supply tool 71 includes a doughnut-shaped top plate 71a, a plurality of cylindrical portions 71c, 71d, 71e, and 71f concentrically formed on a lower surface 71b of the top plate 71a, and two cylindrical portions 71d and 71f. A tapered wall portion 71g connecting the lower ends is integrally provided.

天板71aには、周縁部に上下に貫通する複数の貫通孔71hが開けられている。複数の円筒部71c,71d,71e,71fは、この順に給油口67から外周側に離れるように配置されている。最も給油口67に近い円筒部71cは、蓋部材68の外周面に外嵌している。
円筒部71d,71e,71fは、この順に天板71aから下方への突出量が小さくなる。円筒部71c,71dは、天板71aからの下方への突出量がほぼ同一である。
The top plate 71a has a plurality of through holes 71h extending vertically through the periphery. The plurality of cylindrical portions 71c, 71d, 71e, and 71f are arranged in this order so as to separate from the filler port 67 toward the outer peripheral side. The cylindrical portion 71 c closest to the fuel filler port 67 is fitted on the outer peripheral surface of the lid member 68 .
The cylindrical portions 71d, 71e, and 71f protrude downward from the top plate 71a in this order. The cylindrical portions 71c and 71d have substantially the same amount of downward protrusion from the top plate 71a.

円筒部71eは、下縁71jがテーパ状壁部71gから隔てて配置されている。テーパ状壁部71gは、給油口67から離れるにつれて次第に上方に位置するように形成されている。このように、テーパ状壁部71gを形成することで、テーパ状壁部71gとタンク本体66との間に、溶接トーチ15を楽に挿入可能な作業空間を形成することができる。 The cylindrical portion 71e is arranged such that the lower edge 71j is separated from the tapered wall portion 71g. The tapered wall portion 71g is formed so as to be positioned gradually upward as the distance from the filler port 67 increases. By forming the tapered wall portion 71g in this manner, a working space into which the welding torch 15 can be easily inserted can be formed between the tapered wall portion 71g and the tank body 66. FIG.

図10を参照し、天板71aの複数の貫通孔(ガス供給口)71hは、円筒部71e,71f間の筒状の空間73に連通し、空間73は、円筒部71eとテーパ状壁部71gとの隙間74を介して円筒部71d,71e間の筒状の空間76に連通している。
空間76は、円筒部71dの天板71a側の付根部に形成された複数の通孔71kを介して円筒部71c,71d間の円筒状の空間77に連通している。空間77は、下部に下方に開口する下部開口(ガス放出口)78を備え、下部開口78は、給油口67のタンク本体66への溶接予定部に臨むように形成されている。
Referring to FIG. 10, a plurality of through holes (gas supply ports) 71h of the top plate 71a communicate with a cylindrical space 73 between the cylindrical portions 71e and 71f. It communicates with a cylindrical space 76 between the cylindrical portions 71d and 71e via a gap 74 with the cylindrical portions 71g.
The space 76 communicates with the cylindrical space 77 between the cylindrical portions 71c and 71d through a plurality of through holes 71k formed in the base of the cylindrical portion 71d on the side of the top plate 71a. The space 77 has a lower opening (gas discharge port) 78 that opens downward, and the lower opening 78 is formed to face a portion of the fuel filler port 67 to be welded to the tank body 66 .

上記した空間73,76,77は、アーク溶接時のシールドガスが流れるガス通路81を形成している。ガス通路81の入口である複数の貫通孔71hと、ガス通路81と、ガス通路81の出口である下部開口78とは、ラビリンス構造のガス供給路82を構成している。
複数の貫通孔71hの少なくとも一つにシールドガス供給源(不図示)が接続され、ガス供給路82にシールドガスが流されて、下部開口78から溶接予定部にシールドガスを供給することができる。
The spaces 73, 76, 77 described above form a gas passage 81 through which a shielding gas flows during arc welding. A plurality of through holes 71h that are inlets of the gas passages 81, the gas passages 81, and lower openings 78 that are outlets of the gas passages 81 form a gas supply passage 82 having a labyrinth structure.
A shielding gas supply source (not shown) is connected to at least one of the plurality of through holes 71h, and the shielding gas is supplied to the portion to be welded from the lower opening 78 by flowing the shielding gas through the gas supply path 82. .

このようなガス供給路82を設けることで、ラビリンス構造によってシールドガスが大気と混ざることを抑止することができ、良質なシールドガスを溶接部に提供することができる。また、タンク本体66と給油口67との溶接部が円筒状であっても、溶接部の全体により均一にシールドガスを供給することができる。 By providing such a gas supply path 82, the shielding gas can be prevented from being mixed with the atmosphere by the labyrinth structure, and good-quality shielding gas can be provided to the welding portion. Further, even if the welded portion between the tank body 66 and the fuel filler port 67 is cylindrical, the shield gas can be more uniformly supplied to the entire welded portion.

以上説明したように、上記実施形態における溶接方法は、レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材11,12同士を溶接接合する溶接方法であって、アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、かつアーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、レーザ照射を受けて予熱される予熱部41b,42bを生じさせる。 As described above, the welding method in the above-described embodiment is a welding method in which the metal members 11 and 12 are welded together using both laser irradiation and arc welding. Preheating portions 41b and 42b that are preheated by receiving laser irradiation are generated at positions offset to both sides from the center in the width direction of the welding path where arc welding is performed.

この構成によれば、溶接進行方向に先行するレーザ照射によって、アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置、例えばアーク溶接によって形成される溶融池46a,46a1における溶接進行方向の幅方向の両端部46a2,46a3に、レーザ光を直接照射した予熱部を生じさせる。これにより、熱伝導率が小さい金属材料を溶接する場合にも、溶融池46a,46a1が幅方向に広がりやすくなり、安定した溶接ビードを形成することができる。 According to this configuration, welding progresses in the weld pools 46a and 46a1 formed by arc welding at positions offset to both sides from the center in the width direction of the welding path where arc welding is performed by laser irradiation preceding the welding progress direction. Preheated portions directly irradiated with laser light are generated at both ends 46a2 and 46a3 in the width direction of the direction. As a result, the molten pools 46a and 46a1 can easily spread in the width direction even when welding a metal material having a low thermal conductivity, and a stable weld bead can be formed.

また、上記溶接方法において、レーザ照射は、アーク溶接により形成される溶融池46a,46a1の幅方向両端部46a2,46a3に対して行われるので、溶融池46a,46a1の幅方向両端部46a2,46a3への入熱量を多くすることができ、より安定した溶接ビード43を形成することができる。 Further, in the welding method described above, since the laser irradiation is performed on both width direction end portions 46a2 and 46a3 of the molten pools 46a and 46a1 formed by arc welding, both width direction end portions 46a2 and 46a3 of the molten pools 46a and 46a1 A more stable weld bead 43 can be formed.

また、上記溶接方法において、レーザ照射は、アーク溶接の溶接部の全体に入熱するように行われるので、溶接ビード幅を広くすることができるとともに、凸ビードになり難くして溶接ワイヤ使用量を削減することができる。 In addition, in the above welding method, laser irradiation is performed so as to input heat to the entire welded portion of arc welding, so that the width of the weld bead can be widened, and it is difficult to form a convex bead, which reduces the amount of welding wire used. can be reduced.

また、上記溶接方法において、レーザ照射は、ガルバノミラー27,32により照射方向を可変とするものであり、前記レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池46a,46a1の幅方向一側の端部46a2から、幅方向の中央部(アーク陰極点51)を通過し、溶融池46a,46a1の前記幅方向他側の端部46a3までレーザ光が走査される第一経路57と、溶融池46a,46a1の前記幅方向一側の端部46a2に沿ってレーザ光が走査される第二経路58と、が設定され、前記第一経路57の走査と前記第二経路58の走査とを交互に繰り返しながら、前記アーク溶接が進行するので、ガルバノミラー27,32の設定により、複数のレーザ照射のうち、アーク陰極点51となる幅方向中央部に走査されないレーザ照射(第二経路58)も可能なので、アーク陰極点51への入熱量が多くなり過ぎず、裏抜けを抑止することができる。 In the welding method described above, the direction of laser irradiation can be changed by the galvanomirrors 27 and 32, and the laser irradiation is performed on one side in the width direction of the molten pools 46a and 46a1 formed by the arc welding. A first path 57 along which the laser beam is scanned from the end portion 46a2 to the end portion 46a3 on the other widthwise side of the molten pools 46a and 46a1, passing through the central portion (arc cathode point 51) in the width direction; A second path 58 along which the laser light is scanned along one widthwise end 46a2 of 46a and 46a1 is set, and the scanning of the first path 57 and the scanning of the second path 58 are alternately performed. Since the arc welding progresses while repeating the above, the setting of the galvano mirrors 27 and 32 allows the laser irradiation (second path 58) that is not scanned in the width direction central portion, which is the arc cathode spot 51, among the plurality of laser irradiations. Since it is possible, the amount of heat input to the arc cathode spot 51 does not become too large, and strike-through can be suppressed.

また、上記溶接方法において、第一経路57は、アーク溶接の進行方向に直交するように、幅方向に向けてレーザ光を走査し、第二経路58は、アーク溶接の進行方向に沿うようにレーザ光を走査し、第一経路57は、第二経路58よりも照射経路長さが長いので、レーザ光が幅方向に走査される場合は、溶融池46a,46a1の幅方向一側の端部46a2と溶融池46a,46a1の幅方向他側の端部46a3との間のように長い距離を照射するため、レーザ光の照射距離を長くすることで、適切に入熱させることができる。 In the welding method described above, the first path 57 scans the laser beam in the width direction so as to be orthogonal to the direction of arc welding, and the second path 58 scans the laser beam along the direction of arc welding. Since the first path 57 is longer than the second path 58, when the laser beam is scanned in the width direction, the width direction one end of the molten pools 46a and 46a1 is scanned. Since a long distance such as between the portion 46a2 and the end portion 46a3 on the other side in the width direction of the molten pools 46a and 46a1 is irradiated, heat can be appropriately input by lengthening the irradiation distance of the laser beam.

また、上記溶接方法において、当該溶接方法は、金属薄板あるいは金属薄板構造物の突合せ溶接、重ね隅肉溶接、または突き合わせ溶接に適用されるので、裏抜けの可能性が高い薄板材の溶接であっても、精度良く溶接をすることができる。 In addition, in the above welding method, since the welding method is applied to butt welding, lap fillet welding, or butt welding of thin metal plates or thin metal plate structures, it is possible to weld thin plate materials with a high possibility of strike-through. However, welding can be performed with high accuracy.

また、上記溶接方法において、金属部材11,12の材質はチタンであるので、熱伝導率が低く、溶接ワイヤ消費が多いチタンに対して、先行するレーザ照射による予熱によって、溶接ビード幅を広くするとともに、少ないワイヤ使用量で要求されるビード幅を得ることができる。 In the above welding method, since the material of the metal members 11 and 12 is titanium, the width of the weld bead is widened by preheating the titanium, which has a low thermal conductivity and consumes a large amount of welding wire, by preceding laser irradiation. At the same time, the required bead width can be obtained with a small amount of wire used.

上記実施形態における溶接装置は、レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材11,12同士を溶接接合する溶接装置1であって、レーザ照射を行うレーザ照射部6と、アーク溶接を行うアーク溶接部7と、を備え、レーザ照射部6は、アーク溶接部7によるアーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、かつアーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、レーザ照射を受けて予熱された予熱部を生じさせる。 The welding device in the above embodiment is a welding device 1 that welds and joins metal members 11 and 12 using both laser irradiation and arc welding. A welding part 7 is provided, and the laser irradiation part 6 is at a position preceding the arc welding by the arc welding part 7 in the welding progress direction, and offset to both sides from the center in the width direction of the welding path where arc welding is performed. A preheated portion preheated by laser irradiation is generated at the position.

この構成によれば、上記同様、溶接進行方向に先行するレーザ照射によって、アーク溶接が行われる溶接経路の幅方向中央から両側方にオフセットした位置に、レーザ光を直接照射した予熱部を生じさせるので、熱伝導率が小さい金属材料を溶接する場合にも、溶融池46a,46a1が幅方向に広がりやすくなり、安定した溶接ビードを形成することができる。 According to this configuration, in the same manner as described above, the laser irradiation leading in the direction of welding advances the preheating portion directly irradiated with the laser beam at positions offset to both sides from the center in the width direction of the welding path where the arc welding is performed. Therefore, even when welding a metal material having a low thermal conductivity, the molten pools 46a and 46a1 can easily spread in the width direction, and a stable weld bead can be formed.

また、上記溶接装置において、レーザ照射部6は、レーザ光の照射位置をレーザ光照射面方向に可変させるガルバノミラー27,32を備えているので、ガルバノミラー27,32の作動により、レーザ光照射方向を容易に可変させることができる。 In the welding apparatus, the laser irradiation unit 6 includes the galvanometer mirrors 27 and 32 that change the irradiation position of the laser beam in the direction of the laser beam irradiation surface. The direction can be changed easily.

また、上記溶接装置において、レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池46a,46a1の幅方向一側の端部46a2から、幅方向の中央部(アーク陰極点51)を通過し、溶融池46a,46a1の幅方向他側の端部46a3までレーザ光が走査される第一経路57と、溶融池46a,46a1の幅方向一側の端部46a2に沿ってレーザ光が走査される第二経路58と、が設定され、レーザ照射部6は、レーザ光が第一経路57を走査するときと、第二経路58を走査するときとで、ガルバノミラー27,32によってレーザ光の照射方向を制御するので、ガルバノミラー27,32の設定により、複数のレーザ照射のうち、アーク陰極点51となる幅方向中央部に走査されないレーザ照射も可能となり、溶接部に入熱量が多くなり過ぎることを抑止し、裏抜けを抑止することができる。 Further, in the welding apparatus, the laser irradiation passes from the end 46a2 on one side in the width direction of the molten pools 46a and 46a1 formed by the arc welding to the central portion (arc cathode point 51) in the width direction, and melts. A first path 57 along which the laser beam is scanned up to the edge 46a3 on the other side in the width direction of the pools 46a and 46a1, and a second path 57 in which the laser beam is scanned along the edge 46a2 on the one side in the width direction of the molten pools 46a and 46a1. Two paths 58 are set, and the laser irradiation unit 6 uses the galvanometer mirrors 27 and 32 to irradiate the laser light in the direction when the laser light scans the first path 57 and when the second path 58 is scanned. Therefore, by setting the galvanometer mirrors 27 and 32, it is possible to perform laser irradiation that is not scanned in the width direction central portion, which is the arc cathode point 51, among a plurality of laser irradiations, and the amount of heat input to the welded portion becomes too large. can be suppressed, and strike-through can be suppressed.

また、上記溶接装置において、アーク溶接のシールドガスの供給にガス供給具71が用いられ、ガス供給具71は、ガス供給口(貫通孔71h)からガス放出口(下部開口78)までのガス供給路82をラビリンス構造とするので、ラビリンス構造によってシールドガスが大気と混ざることを抑止し、良質なシールドガスを溶接部に提供することができる。 In addition, in the above welding apparatus, a gas supply tool 71 is used to supply a shielding gas for arc welding, and the gas supply tool 71 supplies gas from the gas supply port (through hole 71h) to the gas discharge port (lower opening 78). Since the path 82 has a labyrinth structure, the labyrinth structure prevents the shielding gas from being mixed with the atmosphere, and can provide the welding portion with good quality shielding gas.

上記実施形態における構成は本発明の一例であり、実施形態の構成要素を周知の構成要素に置き換える等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The configuration in the above embodiment is an example of the present invention, and various modifications such as replacing the constituent elements of the embodiment with known constituent elements are possible without departing from the gist of the present invention.

1 溶接装置
6 レーザ照射部
7 アーク溶接部
11,12 金属部材
27,32 ガルバノミラー
41b,42b 予熱部
46a,46a1 溶融池
46a2 端部(幅方向一側の端部)
46a3 端部(幅方向他側の端部)
51 アーク陰極点(幅方向の中央部)
57 第一経路
58 第二経路
71 ガス供給具
71h 貫通孔(ガス供給口)
78 下部開口(ガス放出口)
82 ガス供給路
1 welding device 6 laser irradiation part 7 arc welding part 11, 12 metal member 27, 32 galvanomirror 41b, 42b preheating part 46a, 46a1 molten pool 46a2 end (end on one side in width direction)
46a3 end (end on the other side in the width direction)
51 arc cathode spot (central part in the width direction)
57 first path 58 second path 71 gas supply tool 71h through hole (gas supply port)
78 lower opening (gas outlet)
82 gas supply path

Claims (8)

レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材(11,12)同士を溶接接合する溶接方法であって、
前記レーザ照射は、ミラー(27,32)により照射方向を可変とするものであり、
前記アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、
前記アーク溶接により形成される溶融池(46a,46a1)の幅方向一側の端部(46a2)又は端部(46a2)近傍から、前記幅方向の中央部(51)を通過し、前記溶融池(46a,46a1)の前記幅方向他側の端部(46a3)又は端部(46a3)近傍までレーザ光が走査される第一経路(57)と、
前記溶融池(46a,46a1)の前記幅方向一側の端部(46a2)又は端部(46a2)近傍に沿ってレーザ光が走査される第二経路(58)と、が設定され、
前記第一経路(57)の走査と前記第二経路(58)の走査とを交互に繰り返しながら、予熱部(41b,42b)を生じさせつつ前記アーク溶接が進行することを特徴とする溶接方法。
A welding method for welding and joining metal members (11, 12) using both laser irradiation and arc welding,
The laser irradiation makes the irradiation direction variable by mirrors (27, 32),
At a position preceding the arc welding in the welding progress direction,
From the end (46a2) on one side in the width direction of the molten pool (46a, 46a1) formed by the arc welding or near the end (46a2), passing through the central portion (51) in the width direction, the molten pool a first path (57) along which the laser beam scans up to the end (46a3) on the other side in the width direction of (46a, 46a1) or the vicinity of the end (46a3);
A second path (58) along which the laser beam is scanned along the edge (46a2) on one side in the width direction of the molten pool (46a, 46a1) or the vicinity of the edge (46a2) is set;
A welding method characterized in that the arc welding proceeds while the scanning of the first path (57) and the scanning of the second path (58) are alternately repeated while preheating portions (41b, 42b) are generated. .
前記レーザ照射は、前記アーク溶接により形成される溶融池(46a,46a1)の前記幅方向両端部(46a2,46a3)に対して行われることを特徴とする請求項1に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 1, wherein the laser irradiation is performed to the width direction both ends (46a2, 46a3) of the molten pools (46a, 46a1) formed by the arc welding. 前記レーザ照射は、前記アーク溶接の溶接部の全体に入熱するように行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の溶接方法。 3. The welding method according to claim 1, wherein the laser irradiation is performed so as to input heat to the entire welded portion of the arc welding. 前記第一経路(57)は、前記アーク溶接の進行方向に直交するように、前記幅方向に向けてレーザ光を走査し、
前記第二経路(58)は、前記アーク溶接の進行方向に沿うようにレーザ光を走査し、 前記第一経路(57)は、前記第二経路(58)よりも照射経路長さが長いことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の溶接方法。
The first path (57) scans the laser beam in the width direction so as to be orthogonal to the direction of arc welding,
The second path (58) scans the laser light along the direction of arc welding, and the first path (57) has a longer irradiation path length than the second path (58). The welding method according to any one of claims 1 to 3, characterized by:
当該溶接方法は、金属薄板あるいは金属薄板構造物の突合せ溶接、重ね隅肉溶接、または突き合わせ溶接に適用されることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の溶接方法。 5. A welding method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the welding method is applied to butt welding, lap fillet welding or butt welding of sheet metal or sheet metal structures. 前記金属部材(11,12)の材質はチタンであることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の溶接方法。 The welding method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the metal members (11, 12) are made of titanium. レーザ照射とアーク溶接とを併用して金属部材(11,12)同士を溶接接合する溶接装置であって、
前記レーザ照射を行うレーザ照射部(6)と、前記アーク溶接を行うアーク溶接部(7)と、を備え、
前記レーザ照射部(6)は、レーザ光の照射位置をレーザ光照射面方向に可変させるガルバノミラー(27,32)を備え、
前記レーザ照射部(6)は、前記アーク溶接部(7)による前記アーク溶接よりも溶接進行方向に先行した位置で、
前記アーク溶接により形成される溶融池(46a,46a1)の幅方向一側の端部(46a2)又は端部(46a2)近傍から、前記幅方向の中央部(51)を通過し、前記溶融池(46a,46a1)の前記幅方向他側の端部(46a3)又は端部(46a3)近傍までレーザ光が走査される第一経路(57)と、
前記溶融池(46a,46a1)の前記幅方向一側の端部(46a2)又は端部(46a2)近傍に沿ってレーザ光が走査される第二経路(58)と、が設定され、
前記レーザ照射部(6)は、レーザ光が前記第一経路(57)を走査するときと、レーザ光が前記第二経路(58)を走査するときとで、前記ガルバノミラー(27,32)によってレーザ光の照射方向を制御し、前記レーザ照射を受けて予熱された予熱部(41b,42b)を生じさせること特徴とする溶接装置。
A welding device for welding and joining metal members (11, 12) using both laser irradiation and arc welding,
A laser irradiation unit (6) that performs the laser irradiation and an arc welding unit (7) that performs the arc welding,
The laser irradiation unit (6) includes galvanomirrors (27, 32) that change the irradiation position of the laser light in the direction of the laser light irradiation surface,
The laser irradiation part (6) is at a position preceding the arc welding by the arc welding part (7) in the welding progress direction,
From the end (46a2) on one side in the width direction of the molten pool (46a, 46a1) formed by the arc welding or near the end (46a2), passing through the central portion (51) in the width direction, the molten pool a first path (57) along which the laser beam scans up to the end (46a3) on the other side in the width direction of (46a, 46a1) or the vicinity of the end (46a3);
A second path (58) along which the laser beam is scanned along the edge (46a2) on one side in the width direction of the molten pool (46a, 46a1) or the vicinity of the edge (46a2) is set;
The laser irradiating section (6) irradiates the galvanometer mirrors (27, 32) when the laser light scans the first path (57) and when the laser light scans the second path (58). A welding device characterized by controlling the irradiation direction of a laser beam by means of and generating preheated portions (41b, 42b) preheated by receiving the laser irradiation.
前記アーク溶接のシールドガスの供給にガス供給具(71)が用いられ、
前記ガス供給具(71)は、ガス供給口(71h)からガス放出口(78)までのガス供給路(82)をラビリンス構造とすることを特徴とする請求項7に記載の溶接装置。
A gas supply tool (71) is used to supply shielding gas for arc welding,
The welding device according to claim 7 , wherein the gas supply tool (71) has a labyrinth-structured gas supply path (82) from the gas supply port (71h) to the gas discharge port (78).
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