JPH01162587A - レーザ溶接方法 - Google Patents
レーザ溶接方法Info
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- JPH01162587A JPH01162587A JP62321884A JP32188487A JPH01162587A JP H01162587 A JPH01162587 A JP H01162587A JP 62321884 A JP62321884 A JP 62321884A JP 32188487 A JP32188487 A JP 32188487A JP H01162587 A JPH01162587 A JP H01162587A
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明はレーザ溶接方法に関するものである。
（従来の技術）
熱源としてレーザ光を用いるレーザ溶接は、電子ビーム
溶接と同程度の高エネルギ集中性が得られ、この結果、
狭い溶融幅、深い溶込みとなる溶接部形状が得られるの
で、溶接歪の発生が少なく、高精度溶接法の一つとして
各種金属細線や薄板の溶接法として実用化されている。
溶接と同程度の高エネルギ集中性が得られ、この結果、
狭い溶融幅、深い溶込みとなる溶接部形状が得られるの
で、溶接歪の発生が少なく、高精度溶接法の一つとして
各種金属細線や薄板の溶接法として実用化されている。
一方、厚板溶接に対しては、第６図に示すような開先形
状を被溶接部材３１に設けて多層盛溶接が行われている
。つまり、例えば出力５〜ｌ０Ｋ−のＣＯ□レーザを用
いる場合にも、板厚Ｔが１０〜１５ ｍｍ以上になると
ワンパスでの溶接は困難となり、このため、図のように
、まず開先底部側にレンズ３２を用いてレーザ光を集光
させてこの開先底部側の肉盛溶接を行い、以降、上記レ
ンズ３２による集光点を順次上方へと移動させていくこ
とによって、多層盛溶接となる開先溶接が行われるので
ある。そして上記の開先底部側にレンズ３２によってレ
ーザ光を集光させる場合に、被溶接部材３１の表面側に
おける開先幅で上記レーザ光の集束径路を妨害しないよ
うにする必要があり、このため被溶接部材３１の開先形
状は、開先底部から表面側へと順次幅を広げた形状とな
されている。
状を被溶接部材３１に設けて多層盛溶接が行われている
。つまり、例えば出力５〜ｌ０Ｋ−のＣＯ□レーザを用
いる場合にも、板厚Ｔが１０〜１５ ｍｍ以上になると
ワンパスでの溶接は困難となり、このため、図のように
、まず開先底部側にレンズ３２を用いてレーザ光を集光
させてこの開先底部側の肉盛溶接を行い、以降、上記レ
ンズ３２による集光点を順次上方へと移動させていくこ
とによって、多層盛溶接となる開先溶接が行われるので
ある。そして上記の開先底部側にレンズ３２によってレ
ーザ光を集光させる場合に、被溶接部材３１の表面側に
おける開先幅で上記レーザ光の集束径路を妨害しないよ
うにする必要があり、このため被溶接部材３１の開先形
状は、開先底部から表面側へと順次幅を広げた形状とな
されている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、上記のように被溶接部材３１０表面側の
開先幅を広くする必要があるために、第７図の上記溶接
結果の断面模式図に示すように、溶着金属領域Ｂが大幅
に増大し、このため、溶接時のバス数が増加して溶接に
長時間を要することになると共に、溶接歪も大きくなる
。この結果、上記のような厚板溶接においては、前記し
たレーザ溶接の高エネルギ集中性という利点が充分には
生かせないという問題があった。
開先幅を広くする必要があるために、第７図の上記溶接
結果の断面模式図に示すように、溶着金属領域Ｂが大幅
に増大し、このため、溶接時のバス数が増加して溶接に
長時間を要することになると共に、溶接歪も大きくなる
。この結果、上記のような厚板溶接においては、前記し
たレーザ溶接の高エネルギ集中性という利点が充分には
生かせないという問題があった。
この発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであっ
て、その目的は、厚板等においても狭開先形状での溶接
を可能とするレーザ溶接方法を提供することにある。
て、その目的は、厚板等においても狭開先形状での溶接
を可能とするレーザ溶接方法を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
そこでこの発明のレーザ溶接方法は、開先溶接される被
溶接部材の相対向する被溶接面間に、入射口と出射口と
を有すると共に上記入射口を通して入射されるレーザ光
を上記出射口へと導く導光路部材を挿入し、開先底部側
に位置する上記出射口から出射するレーザ光によって開
先底部側の溶接を行うものである。
溶接部材の相対向する被溶接面間に、入射口と出射口と
を有すると共に上記入射口を通して入射されるレーザ光
を上記出射口へと導く導光路部材を挿入し、開先底部側
に位置する上記出射口から出射するレーザ光によって開
先底部側の溶接を行うものである。
（作用）
上記のレーザ溶接方法においては、被溶接部材の相対向
する被溶接面間に挿入した導光路部材の入射口に、例え
ばレンズを用いて細く絞られた高エネルギ密度状態のレ
ーザ光を入射させることによって、このレーザ光は、上
記導光路部材内を開先底部側へと導かれる。この導光路
部材はレーザ光の集束径に応じて小さな幅で構成するこ
とができ、したがって上記被溶接面間の距離、すなわち
開先幅も上記導光路部材と略同程度に小さくしても、開
先底部側へと上記導光路部材内を通して導かれるレーザ
光の高エネルギ密度状態は、上記被溶接部材の開先形状
で損なわれることはないので、厚板等においても狭い開
先幅、すなわち狭開先形状でのレーザ溶接が可能となる
。
する被溶接面間に挿入した導光路部材の入射口に、例え
ばレンズを用いて細く絞られた高エネルギ密度状態のレ
ーザ光を入射させることによって、このレーザ光は、上
記導光路部材内を開先底部側へと導かれる。この導光路
部材はレーザ光の集束径に応じて小さな幅で構成するこ
とができ、したがって上記被溶接面間の距離、すなわち
開先幅も上記導光路部材と略同程度に小さくしても、開
先底部側へと上記導光路部材内を通して導かれるレーザ
光の高エネルギ密度状態は、上記被溶接部材の開先形状
で損なわれることはないので、厚板等においても狭い開
先幅、すなわち狭開先形状でのレーザ溶接が可能となる
。
（実施例）
次にこの発明のレーザ溶接方法の具体的な実施例につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。
第１図は、この発明の一実施例を説明するための要部模
式図であり、同図において、１及び２はＩ形突合せ溶接
される被溶接部材であって、それらの被溶接面３．４間
に、略直方体形状の導光路部材５が挿入されている。こ
の導光路部材５は、被溶接部材１．２の板厚Ｔをやや超
える長さを有しており、したがって導光路部材５の上部
側は被溶接部材１．２の上面よりやや上方に突出するよ
うになされている。この導光路部材５には、その上端面
から下端面に貫通する貫通穴、すなわち導光路６が形成
されており、この導光路６の上端面における開口が入射
ロア、また下端面における開口が出射口８となされてい
る。また上記入射ロアの上方には、集光レンズ９が配設
され、このレンズ９の略焦点位置に上記入射ロアが位置
するようになされている。つまりレーザ発振器（図示せ
ず）から出力されるレーザ光は、上記レンズ９によって
集中し、細く絞られて上記入射ロアへと入射するように
なされているのである。
式図であり、同図において、１及び２はＩ形突合せ溶接
される被溶接部材であって、それらの被溶接面３．４間
に、略直方体形状の導光路部材５が挿入されている。こ
の導光路部材５は、被溶接部材１．２の板厚Ｔをやや超
える長さを有しており、したがって導光路部材５の上部
側は被溶接部材１．２の上面よりやや上方に突出するよ
うになされている。この導光路部材５には、その上端面
から下端面に貫通する貫通穴、すなわち導光路６が形成
されており、この導光路６の上端面における開口が入射
ロア、また下端面における開口が出射口８となされてい
る。また上記入射ロアの上方には、集光レンズ９が配設
され、このレンズ９の略焦点位置に上記入射ロアが位置
するようになされている。つまりレーザ発振器（図示せ
ず）から出力されるレーザ光は、上記レンズ９によって
集中し、細く絞られて上記入射ロアへと入射するように
なされているのである。
第２図には上記導光路部材５の断面を示す模式図を示し
ており、同図のように、上記ｉ光路部材５内には、上記
導光路６に隣接してこれに平行に上下に貫通するガス流
路１０が穿設されており、このガス流路１０を通してシ
ールドガスを上記出射口８付近へと供給し得るようにな
されている。
ており、同図のように、上記ｉ光路部材５内には、上記
導光路６に隣接してこれに平行に上下に貫通するガス流
路１０が穿設されており、このガス流路１０を通してシ
ールドガスを上記出射口８付近へと供給し得るようにな
されている。
また同図において１１はワイヤ供給装置の模式図であっ
て、このワイヤ供給装置１１からフィラヮイヤ１２が上
記出射口８の下部位置に供給される。
て、このワイヤ供給装置１１からフィラヮイヤ１２が上
記出射口８の下部位置に供給される。
なお上記フィラヮイヤ１２に替えて金属粉末を供給しな
がら溶接を行うことも可能であり、この場合には上記ワ
イヤ供給装置１１の替わりに、粉末供給装置が配置され
る。
がら溶接を行うことも可能であり、この場合には上記ワ
イヤ供給装置１１の替わりに、粉末供給装置が配置され
る。
第３図には上記導光路部材５の斜視図を示している。同
図のように、上記導光路６は断面略正方形（又は円筒形
）の形状で構成しており、その寸法は上記集束されたレ
ーザ光が入射し得る程度の、−辺１〜２ ｍｍ長（又は
半径１〜２ｍｍ）の大きさで構成している。このとき導
光路部材５の幅Ｗは３ｍｍ程度で構成することが可能で
ある。上記導光路６の内面には鏡面加工を施しており、
このため、上記入射ロアから入射するレーザ光は、鏡面
加工された上記導光路６内面で多重反射しながら出射口
８へと導かれ、この出射口８から出射することとなる。
図のように、上記導光路６は断面略正方形（又は円筒形
）の形状で構成しており、その寸法は上記集束されたレ
ーザ光が入射し得る程度の、−辺１〜２ ｍｍ長（又は
半径１〜２ｍｍ）の大きさで構成している。このとき導
光路部材５の幅Ｗは３ｍｍ程度で構成することが可能で
ある。上記導光路６の内面には鏡面加工を施しており、
このため、上記入射ロアから入射するレーザ光は、鏡面
加工された上記導光路６内面で多重反射しながら出射口
８へと導かれ、この出射口８から出射することとなる。
次に上記での溶接手順について説明する。第１図に示す
ように、導光路部材５を、その下端面が被溶接面３．４
間、すなわち開先領域の底部を覆うバックプレート１３
に近接する所定の位置に位置させ、ガス流路１０を通し
てシールドガスを供給しなからレーザ光の発振を行う。
ように、導光路部材５を、その下端面が被溶接面３．４
間、すなわち開先領域の底部を覆うバックプレート１３
に近接する所定の位置に位置させ、ガス流路１０を通し
てシールドガスを供給しなからレーザ光の発振を行う。
レンズ９で集光して細く絞られると共に高エネルギ密度
状態となったレーザ光は、入射ロアを通して導光路６内
へと導かれ、この導光路６の内面で多重反射しながら出
射口８側へと導かれる。この導光路６内面は、前記した
ように鏡面加工がなされているために、反射時の損失は
小さく抑えられる。すなわち出射口８においては、入射
ロアに比較して、エネルギ密度はやや低下するものの、
開先底部側の部材を溶融させる程度のエネルギ密度は充
分に存しており、この高エネルギ密度のレーザ光が出射
口８へと導かれると共に、出射口８から上記バックプレ
ート１３側、すなわち開先底部側へと出射される。なお
、上記レンズ９として長焦点レンズを用いることにより
、導光路６内部での多重反射回数が少なくなり、エネル
ギロスをより小さくすることができる。
状態となったレーザ光は、入射ロアを通して導光路６内
へと導かれ、この導光路６の内面で多重反射しながら出
射口８側へと導かれる。この導光路６内面は、前記した
ように鏡面加工がなされているために、反射時の損失は
小さく抑えられる。すなわち出射口８においては、入射
ロアに比較して、エネルギ密度はやや低下するものの、
開先底部側の部材を溶融させる程度のエネルギ密度は充
分に存しており、この高エネルギ密度のレーザ光が出射
口８へと導かれると共に、出射口８から上記バックプレ
ート１３側、すなわち開先底部側へと出射される。なお
、上記レンズ９として長焦点レンズを用いることにより
、導光路６内部での多重反射回数が少なくなり、エネル
ギロスをより小さくすることができる。
このように高エネルギ密度状態を略維持して出射口８か
ら出射されるレーザ光によって、フィシワイヤ１２或い
は金属粉末が溶融され、被溶接面３．４間の開先底部側
の溶着が与えられる。
ら出射されるレーザ光によって、フィシワイヤ１２或い
は金属粉末が溶融され、被溶接面３．４間の開先底部側
の溶着が与えられる。
そして第１図において紙面表裏方向に被溶接部材ｌ、２
を導光路部材５に対して相対的に移動していくことによ
って、開先底部の一層目の肉盛溶接が行われる。続いて
上記導光路部材５を被溶接部材１．２に対して漸時上昇
させながら上記操作を継続していくことによって、開先
内の積層溶接が行われ、厚板における■形突合せ溶接が
行われる。
を導光路部材５に対して相対的に移動していくことによ
って、開先底部の一層目の肉盛溶接が行われる。続いて
上記導光路部材５を被溶接部材１．２に対して漸時上昇
させながら上記操作を継続していくことによって、開先
内の積層溶接が行われ、厚板における■形突合せ溶接が
行われる。
上記導光路部材５はその厚みを３ ｍｍ程度で構成する
ことが可能であり、したがって開先幅ｔを４ｍｍ程度と
して、第４図に示すような溶着金属領域Ａの狭い多層溶
接が可能となる。１層当りの盛上り量は、フィラワイヤ
や粉末の供給量、或いはレーザパワー等との関係で異な
るものとなるが、５ＫＷのレーザ装置を用いて１層３〜
４鵬の盛上り量が得られている。
ことが可能であり、したがって開先幅ｔを４ｍｍ程度と
して、第４図に示すような溶着金属領域Ａの狭い多層溶
接が可能となる。１層当りの盛上り量は、フィラワイヤ
や粉末の供給量、或いはレーザパワー等との関係で異な
るものとなるが、５ＫＷのレーザ装置を用いて１層３〜
４鵬の盛上り量が得られている。
従来は、前記したように、板厚が増すと開先幅を板表面
側で大きくとる必要があるために、大出力（１５ＫＷク
ラス）のＣＯ２レーザ装置を用いた場合にも板厚４０〜
５０ｍｍが実用上の限界と考えられる。
側で大きくとる必要があるために、大出力（１５ＫＷク
ラス）のＣＯ２レーザ装置を用いた場合にも板厚４０〜
５０ｍｍが実用上の限界と考えられる。
また開先幅をより狭くするために、狭開先ＴＩＧ溶接法
を用いたとしても、１０〜１２ｍｍの開先幅が必要であ
る。しかしながら上記によれば、高エネルギ密度状態へ
と細く絞ったレーザ光が、開先内をその底部側へと導か
れるので、板厚１００ ｍｍ程度の被溶接部材に対して
も、４Ｍ以下の狭開先状態で溶接が可能であり、低歪、
高精度の厚板溶接を行うことができる。
を用いたとしても、１０〜１２ｍｍの開先幅が必要であ
る。しかしながら上記によれば、高エネルギ密度状態へ
と細く絞ったレーザ光が、開先内をその底部側へと導か
れるので、板厚１００ ｍｍ程度の被溶接部材に対して
も、４Ｍ以下の狭開先状態で溶接が可能であり、低歪、
高精度の厚板溶接を行うことができる。
第５図には導光路部材５の他の実施例を示している。こ
の導光路部材５は、導光路６の位置で左右に分割された
２つの部品５ａ、５ｂによって構成されており、相対向
する面はそれぞれ円弧面２１．２２として形成されると
共に、これらの円弧面２１．２２には鏡面加工が施され
ている。これらの部品５ａ、５ｂを被溶接部材の被溶接
面間に、上記各円弧面２１．２２を互いに離間させて配
設すると共に、紙面の表側と裏側との各端面が被溶接面
に略密着するように挿入する。したがって、導光路６は
上記各円弧面２１．２２と、これらの円弧面２１．２２
のエツジ部間に臨む上記被溶接面とによって囲繞される
空間として形成されることとなる。この場合、被溶接面
におけるレーザ光の反射効率が低下することとなるが、
前記第１実施例における導光路部材の厚みよりも小さ（
構成できるので、被溶接部材における開先幅をさらに狭
くすることが可能であり、溶着金属量の低減を行うこと
ができる。
の導光路部材５は、導光路６の位置で左右に分割された
２つの部品５ａ、５ｂによって構成されており、相対向
する面はそれぞれ円弧面２１．２２として形成されると
共に、これらの円弧面２１．２２には鏡面加工が施され
ている。これらの部品５ａ、５ｂを被溶接部材の被溶接
面間に、上記各円弧面２１．２２を互いに離間させて配
設すると共に、紙面の表側と裏側との各端面が被溶接面
に略密着するように挿入する。したがって、導光路６は
上記各円弧面２１．２２と、これらの円弧面２１．２２
のエツジ部間に臨む上記被溶接面とによって囲繞される
空間として形成されることとなる。この場合、被溶接面
におけるレーザ光の反射効率が低下することとなるが、
前記第１実施例における導光路部材の厚みよりも小さ（
構成できるので、被溶接部材における開先幅をさらに狭
くすることが可能であり、溶着金属量の低減を行うこと
ができる。
以上の説明のように上記実施例においては、レーザ光は
細く絞られた状態で被溶接部材の底部側まで導かれるの
で、被溶接部材には、従来のようにレーザ光の集束径路
に応じてその表面側の開先幅を広げるということが必要
でなくなり、上記レーザ光を導く導光路部材の厚味と略
同等幅の開先幅形状で溶接することが可能となるので、
厚板等における狭開先状態でのレーザ溶接を行うことが
できる。
細く絞られた状態で被溶接部材の底部側まで導かれるの
で、被溶接部材には、従来のようにレーザ光の集束径路
に応じてその表面側の開先幅を広げるということが必要
でなくなり、上記レーザ光を導く導光路部材の厚味と略
同等幅の開先幅形状で溶接することが可能となるので、
厚板等における狭開先状態でのレーザ溶接を行うことが
できる。
なお上記実施例はこの発明を限定するものではなく、こ
の発明の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば上記
においては導光路６の内面を鏡面加工して反射損失を低
減する構成として説明したが、例えば導光路内面に反射
被膜を形成して反射損失を抑えるようにすることや、ま
た上記では導光路６を上下に貫通する一直線状の形状と
した例について説明したが、例えば導光路の途中で４５
゜の反射面を形成して、側方よりレーザ光を入射して、
下方へと出射させる等の導光路形状とすることも可能で
ある。
の発明の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば上記
においては導光路６の内面を鏡面加工して反射損失を低
減する構成として説明したが、例えば導光路内面に反射
被膜を形成して反射損失を抑えるようにすることや、ま
た上記では導光路６を上下に貫通する一直線状の形状と
した例について説明したが、例えば導光路の途中で４５
゜の反射面を形成して、側方よりレーザ光を入射して、
下方へと出射させる等の導光路形状とすることも可能で
ある。
（発明の効果）
上記のようにこの発明のレーザ溶接方法においては、レ
ーザ光を細く絞った状態で導光路部材により被溶接部材
の開先底部側まで導くことが可能であり、従来のように
レーザ光の集束径路に応じて表面側の開先幅を広げるこ
とは必要でないので、厚板等に対しても上記導光路部材
の厚味と路間等の幅まで狭めた狭開先状態でのレーザ溶
接を行うことが可能となる。
ーザ光を細く絞った状態で導光路部材により被溶接部材
の開先底部側まで導くことが可能であり、従来のように
レーザ光の集束径路に応じて表面側の開先幅を広げるこ
とは必要でないので、厚板等に対しても上記導光路部材
の厚味と路間等の幅まで狭めた狭開先状態でのレーザ溶
接を行うことが可能となる。
第１図はこの発明のレーザ溶接方法の一実施例を説明す
るための要部模式図、第２図は第１図の１１−Ｕ線にお
ける断面図、第３図は上記における導光路部材の斜視図
、第４図は上記によりてなされたレーザ溶接結果の断面
模式図、第５図は導光路部材の他の実施例を示す斜視図
、第６図は従来のレーザ溶接法の説明図、第７図は従来
のレーザ溶接結果の断面模式図である。 １．２・・・被溶接部材、３．４・・・被溶接面、５・
・・導光路部材、７・・・入射口、８・・・出射口。
るための要部模式図、第２図は第１図の１１−Ｕ線にお
ける断面図、第３図は上記における導光路部材の斜視図
、第４図は上記によりてなされたレーザ溶接結果の断面
模式図、第５図は導光路部材の他の実施例を示す斜視図
、第６図は従来のレーザ溶接法の説明図、第７図は従来
のレーザ溶接結果の断面模式図である。 １．２・・・被溶接部材、３．４・・・被溶接面、５・
・・導光路部材、７・・・入射口、８・・・出射口。
Claims (1)
- １、開先溶接される被溶接部材の相対向する被溶接面間
に、入射口と出射口とを有すると共に上記入射口を通し
て入射されるレーザ光を上記出射口へと導く導光路部材
を挿入し、開先底部側に位置する上記出射口から出射す
るレーザ光によって開先底部側の溶接を行うことを特徴
とするレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62321884A JPH0729210B2 (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | レーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62321884A JPH0729210B2 (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | レーザ溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01162587A true JPH01162587A (ja) | 1989-06-27 |
| JPH0729210B2 JPH0729210B2 (ja) | 1995-04-05 |
Family
ID=18137477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62321884A Expired - Fee Related JPH0729210B2 (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | レーザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0729210B2 (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH0729210B2 (ja) | 1995-04-05 |
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