JP7332872B2 - 複合溶接方法 - Google Patents
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Description
前記アーク溶接のエネルギー密度ρAと前記レーザ溶接のエネルギー密度ρLとの比率(ρA/ρL)が下記の式(1)を満たすように、前記レーザ溶接のレーザビーム径φL及び前記アーク溶接の溶接ワイヤ径φAを選択するとともに、
レーザ溶接の入熱量QL及びアーク溶接の入熱量QAが下記の式(2)を満たし、かつ、前記第2被溶接部材における見かけの入熱領域の体積Vqと、前記第1被溶接部材及び前記第2被溶接部材の接触領域における前記第1被溶接部材の単位体積Vtとの比率(Vq/Vt)が下記の式(3)を満たす条件で溶接を行う、複合溶接方法。
ρA/ρL <1.0 ・・・式(1)
(QL+QA)/(t1)2 ≦30(J/mm3) ・・・式(2)
Vq/Vt <1.0 ・・・式(3)
ここで、前記ρAは、下記の式(4)により算出されるアーク溶接のエネルギー密度(W/mm2)であり、前記ρLは、下記の式(5)により算出されるレーザ溶接のエネルギー密度(W/mm2)であり、前記QLは、下記の式(6)により算出されるレーザ溶接の入熱量(J/mm)であり、前記QAは、下記の式(7)により算出されるアーク溶接の入熱量(J/mm)であり、前記Vqは、下記の式(8)により算出される前記入熱領域の体積(mm3)であり、前記Vtは、下記の式(9)により前記接触領域の単位体積(mm3)である。
ρA=I×E/[(φA)2×(π/4)] ・・・式(4)
ρL=P/[(φL)2×(π/4)] ・・・式(5)
QL=P×60/Ls ・・・式(6)
QA=I×E×60/Ls ・・・式(7)
Vq=[(π/8)×[(φL)2+(φA)2]+(d/2)×(φL+φA)]×t2 ・・・式(8)
Vt=t1×t2×1 ・・・式(9)
I:アーク溶接電流(A)
E:アーク溶接電圧(V)
φA:溶接ワイヤ径(mm)
P:レーザ出力(W)
φL:レーザビーム径(mm)
Ls:溶接速度(mm/min)
t1:第1被溶接部材の厚み(mm)
t2:第2被溶接部材の厚み(mm)
d:レーザビーム径φLの中心から溶接ワイヤ径φAの中心までの距離(mm)
である。
本実施形態の複合溶接方法において、アーク溶接のエネルギー密度ρAは、下記の式(4)により算出されるパラメータであり、レーザ溶接のエネルギー密度ρLは、下記の式(5)により算出されるパラメータである。本明細書においては、それらの数値を「W/mm2」の単位で表示する。
本実施形態の複合溶接方法は、アーク溶接のエネルギー密度ρAとレーザ溶接のエネルギー密度ρLとの比率(ρA/ρL)が下記の式(1)を満たすように、レーザ溶接のレーザビーム径(φL)及びアーク溶接の溶接ワイヤ径(φA)を選択することが好ましい。
本実施形態の複合溶接方法において、レーザ溶接の入熱量QL及びアーク溶接の入熱量QAは、下記の式(6)及び式(7)により算出されるパラメータである。本明細書においては、それらの数値を「J/mm」の単位で表示する。
本実施形態の複合溶接方法において、第2被溶接部材における見かけの入熱領域の体積Vqは、下記の式(8)により算出されるパラメータであり、第1被溶接部材及び第2被溶接部材の接触領域における第1被溶接部材の単位体積Vtは、下記の式(9)により算出されるパラメータである。本明細書においては、それらの数値を「mm3」の単位で表示する。
(QL+QA)/(t1)2 ≦30(J/mm3) ・・・式(2)
Vq/Vt <1.0 ・・・式(3)
本実施形態は、レーザ溶接及びアーク溶接による複合溶接方法である。レーザ溶接とアーク溶接を併用する複合溶接による効果を有効に得るため、レーザビーム照射位置とアーク照射位置との間隔を一定の範囲に設定することが好ましい。具体的には、レーザビーム径の中心と溶接ワイヤ径の中心との間隔が0mm超であることが好ましい。当該間隔が過大であると、入熱領域が過大となって、溶接後の変形を招く恐れがあるため、3mm以下であることが好ましい。
レーザ溶接は、キーホール型の溶接方法、すなわち、母材裏側までの貫通孔を溶融金属内に形成させながら接合するタイプの溶接方法である。レーザビームのエネルギー密度が高いので、母材が急速に加熱及び溶融される。本実施形態の複合溶接方法に適用されるレーザビームの種類は、特に限定されない。例えば、CO2レーザ,YAGレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザ等を用いることができる。レーザ出力としては、3000W(3kW)以上を使用することができる。
本実施形態の複合溶接方法に適用されるアーク溶接の種類は、特に限定されない。例えば、サブマージアーク溶接、ガスシールドアーク溶接、MIG溶接、MAG溶接等を使用することができる。アーク溶接する際、50~500Aの電流、15~45Vの電圧を適用することができる。
本実施形態に係る複合溶接方法は、第1被溶接部材がフランジ材であり、第2被溶接部材がウェブ材である製品の接合に適用することができる。例えば、T字形の継手やH字形の継手において、図1に示すように、フランジ材1の表面3にウェブ材2の端面4を突き合わせて溶接することができる。第1被溶接部材の厚みは、第2被溶接部材の厚みと同じ又はそれよりも大きいことが好ましい。また、本実施形態に係る第1被接合部材及び第2被接合部材として、鋼板を使用することができる。
溶接後の試験体を用いて、当該試験体におけるフランジ側の第1被溶接部材の変形角θ(°)を測定した。図5に示すように、試験体21を基盤22の上に置いた後、試験体21における第1被溶接部材1の端部23が基盤22から浮き上がる場合は、第1被溶接部材1の端部23と基盤22との隙間h(mm)を測定した。隙間hが変形量に相当する。第1被溶接部材1の中心24から端部23までの長さ25が50mmであるから、逆三角関数を用いた以下の式により変形角θを算出した。
試験体の溶接部を長手方向に対し垂直に切断し、その断面を目視で観察した。表ビードにアンダーカット等の欠陥がなく、裏ビードが安定して形成されている場合を、外観が良好であると評価した。
フランジ側の第1被溶接部材の表面とウェブ側の第2被溶接部材の端面とを突き合わせて、レーザ溶接及びアーク溶接を併用した複合溶接を施した。レーザ溶接の溶接条件は、表1に示す出力(kW)でレーザビームを照射した。アーク溶接の溶接条件は、表1に示す溶接電流(A)、溶接電圧(V)、溶接ワイヤ径(mm)を使用し、シールドガス種がAr+20体積%CO2、流量が25L/minで行った。継手の隙間は0mmであった。これらの溶接により得られた試験体を用いて、溶接後の変形角θ(°)を測定し、溶接部の外観観察を行った。変形角θの測定結果を表1~表5に示す。溶接後の変形抑制効果に関しては、変形角θが1.0°以下である場合を良好と評価し、変形角θが1.0°を超える場合を不適と評価した。
2 第2被溶接部材
3 第1被溶接部材の表面
4 第2被溶接部材の端面
5 見かけの入熱領域
6 接触領域
7 接触領域における第1被溶接部材の領域
11 レーザビーム照射部位
12 アーク放射部位
21 試験体
22 基盤
23 端部
24 中心
25 中心から端部までの長さ
φA 溶接ワイヤ径
φL レーザビーム径
t1 第1被溶接部材の厚み
t2 第2被溶接部材の厚み
d レーザビーム径の中心から溶接ワイヤ径の中心までの距離
B 見かけの入熱領域の面積
Claims (5)
- 第1被溶接部材の表面と第2被溶接部材の端面とを突き合わせて溶接するレーザ溶接及びアーク溶接による複合溶接方法であって、
前記アーク溶接のエネルギー密度ρAと前記レーザ溶接のエネルギー密度ρLとの比率(ρA/ρL)が下記の式(1)を満たすように、前記レーザ溶接のレーザビーム径φL及び前記アーク溶接の溶接ワイヤ径φAを選択するとともに、
前記レーザビーム径φ L は、0.3~0.6mmの範囲で選定し、
レーザ溶接の入熱量QL及びアーク溶接の入熱量QAが下記の式(2)を満たし、かつ、前記第2被溶接部材における見かけの入熱領域の体積Vqと、前記第1被溶接部材及び前記第2被溶接部材の接触領域における前記第1被溶接部材の単位体積Vtとの比率(Vq/Vt)が下記の式(3)を満たす条件で溶接を行う、複合溶接方法。
ρA/ρL <1.0 ・・・式(1)
(QL+QA)/(t1)2 ≦30(J/mm3) ・・・式(2)
Vq/Vt <1.0 ・・・式(3)
ここで、前記ρAは、下記の式(4)により算出されるアーク溶接のエネルギー密度(W/mm2)であり、前記ρLは、下記の式(5)により算出されるレーザ溶接のエネルギー密度(W/mm2)であり、前記QLは、下記の式(6)により算出されるレーザ溶接の入熱量(J/mm)であり、前記QAは、下記の式(7)により算出されるアーク溶接の入熱量(J/mm)であり、前記Vqは、下記の式(8)により算出される前記入熱領域の体積(mm3)であり、前記Vtは、下記の式(9)により前記接触領域の単位体積(mm3)である。
ρA=I×E/[(φA)2×(π/4)] ・・・式(4)
ρL=P/[(φL)2×(π/4)] ・・・式(5)
QL=P×60/Ls ・・・式(6)
QA=I×E×60/Ls ・・・式(7)
Vq=[(π/8)×[(φL)2+(φA)2]+(d/2)×(φL+φA)]×t2 ・・・式(8)
Vt=t1×t2×1 ・・・式(9)
I:アーク溶接電流(A)
E:アーク溶接電圧(V)
φA:溶接ワイヤ径(mm)
P:レーザ出力(W)
φL:レーザビーム径(mm)
Ls:溶接速度(mm/min)
t1:第1被溶接部材の厚み(mm)
t2:第2被溶接部材の厚み(mm)
d:レーザビーム径φLの中心から溶接ワイヤ径φAの中心までの距離(mm) - 前記アーク溶接及び前記レーザ溶接は、片側からの1パス溶接を行う、請求項1に記載の複合溶接方法。
- 前記アーク溶接は、シールドガスとして、アルゴンガスに2~30体積%の炭酸ガスを混合したガスを用いる、請求項1または2に記載の複合溶接方法。
- 前記第1被溶接部材の厚みは、前記第2被溶接部材の厚みと同じ又はそれよりも大きい、請求項1~3のいずれかに記載の複合溶接方法。
- 前記第1被溶接部材及び前記第2被溶接部材は、亜鉛系めっき鋼板である、請求項1~4のいずれかに記載の複合溶接方法。
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JP2021037519A JP2021037519A (ja) | 2021-03-11 |
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---|---|---|---|---|
JP2004195528A (ja) | 2002-12-20 | 2004-07-15 | Daihen Corp | マグネシウム又はマグネシウム合金のレーザ照射アーク溶接方法 |
JP2010125512A (ja) | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Kobe Steel Ltd | レーザ・アーク複合溶接法 |
JP2019089099A (ja) | 2017-11-14 | 2019-06-13 | 日新製鋼株式会社 | 亜鉛系めっき鋼板の複合溶接方法 |
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2019
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