JPH01317694A - 薄板の突合せレーザ溶接方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、薄板をレーザ溶接により突き合わせて溶接
する方法に関するものである。

［従来の技術］ 第６図は従来の薄板の突合せレーザ溶接手段を説明する
ための溶接状態を示す側面図であり、図において、１は
突合せ溶接しようとする２枚の薄板であり、一般に薄板
１，１の突合せ部１ａ、１ａは、溶接線全長にわたって
密着することなく、適当な間隔のギャップ２を有してい
る。また、３は治具６に取り付けられ各薄板１を載置さ
れる定盤、４は定盤３との間に薄板１を挟持してボルト
５により締め付けて固定する押え金具、７は図示しない
レーザ光源から薄板１の突合せ部１ａの溶接線に照射さ
れたレーザビームである。

薄板１を突合せ部１ａにて突合せレーザ溶接しようとす
る場合、一般には、定盤３．押え金具４′およびボルト
５により治具６上に薄板１，１を固定し、できるだけギ
ャップ２を小さくするように配置するが、ギャップ２は
皆無にはならない。

一般に、レーザ溶接に際して、ギャップ２は、溶接部位
のビーム径の１／２あるいは薄板１の板厚の１／１０以
下でなければ、良好な溶接を行なえない。

レーザ溶接は、上述のような精度で薄板１，１を突き合
わせて固定した後、その突合せ部１ａ。

ｌａの溶接線に沿ってレーザビーム７を照射して行ない
、キーホール溶接によって薄板１，１のビーム照射の裏
側まで完全に溶接して接合する。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ 従来の薄板の突合せレーザ溶接手段によれば。

上述のように、ギャップ２をレーザビーム径の１／２あ
るいは薄板１の板厚の１／１０以下にしなければ、レー
ザビーム７がギャップ２を通り抜け、薄板１，１を溶融
させることができず、完全な溶接ができないので、薄板
１，１の突合せ部１ａ。

１ａのギャップ２を上述の精度内とするために、溶接を
行なう前に薄板１，１の端面を機械加工する必要がある
ほか、ギャップ２が大きい場合には。

フィラーを送給しなからレーザ溶接する必要があり、多
大の労力を要するなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ギャップ精度が１バス溶接の精度内に入って
いなくても、従来の治具やレーザ溶接装置にて完全な薄
板の突合せ溶接を容易に行なえるようにした溶接方法を
得ることを目的とする８ ［課題を解決するための手段］ この発明に係る薄板の突合せレーザ溶接方法は。

薄板の突合せ溶接線の全長にわたってレーザ溶接による
ブルーフレーム（プラズマ）の光線（紫外線。

可視光線もしくは紫外線）を検出するまで、レーザビー
ムによる溶接を繰り返して行なうものである。

［作　　　用］ この発明における薄板の突合せレーザ溶接方法は、次の
ような原理に基づいて行なわれる。つまり、レーザ溶接
を行なう場合、その溶接が良好に行なわれている場合に
は、安定したブルーフレーム（プラズマ）が発生する。

従って、レーザ溶接中に常時ブルーフレームの光線が発
生しているか否かを監視し、このブルーフレームによる
紫外線が。

溶接線全長にわたって検出されるまで、レーザビームに
よる溶接を繰り返して行なう。

ここで、ブルーフレームが発生しないのは、薄板の突合
せ部のギャップが１パス溶接の許容値を超えている場合
であるが、このような場合でも、レーザビームのデイフ
ォーカスおよびレーザビームの薄板端面での反射によっ
て、レーザビームが薄板の裏面側まで到達し、突合せ部
の下部が溶融して薄板は融接される。このとき、直ちに
ブルーフレームは発生しないが、レーザ溶接による熱収
縮により薄板間の開先が狭められる。この」二にさらに
レーザ溶接を施すと、先、に形成された下部の溶融物が
再溶融され、ブルーフレームが発生しながら、突合せ部
上部の薄板が溶融する。このときには、突合せ部のギャ
ップも狭くなっているので２レーザビームの照射により
、全体が再溶融され安定したブルーフレームが発生する
。

また、薄板の突合せ溶接部の品質の良否は、ブルーフレ
ームが発生しているか否かで判断できる。

このようなブルーフレームの光線が薄板の突合せ溶接線
の全長にわたって検出されるまで、自動的にレーザ溶接
を行なうことにより、ギャップが大きくても良好な突合
せレーザ溶接が行なわれたことになる。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する６本実
施例による薄板の突合せレーザ溶接方法を行なうに際し
て用いられる治具やレーザ溶接装置を、第１図により説
明する。第１図において、１〜７は第６図に示したもの
と同様のもので、１は突合せ溶接しようとする２枚の薄
板、２は薄板１．１の突合せ部Ｌａ、ｌａ間のギャップ
、３は治具６に取り付けられ各薄板１を載置される定盤
、４は定ｇ１３との間に薄板１を挟持してボルト５によ
り締め付けて固定する押え金具、７は図示しないレーザ
光源から薄板１の突合せ部１ａの溶接線に照射されたレ
ーザビーム、７ａは良好な溶接が行なわれている時に発
生するブルーフレームである。

そして、本実施例において、８はブルーフレーム７ａか
ら発生する紫外線を検出する紫外線センサ、９はレーザ
照射中（レーザ溶接中）に紫外線センサ８からの検出信
号に基づきブルーフレーム７ａの紫外線を薄板１，１の
突合せ溶接線全長にわたって検出したか否かを判断して
繰り返し溶接を続行するか否かを判定する制御装置、１
０はこの制御装置９からの指令信号を受けてレーザ溶接
の制御を行なうべくレーザ走行部１１へ制御信号を送出
するレーザ加工機用コントローラである。

次に、以上のように構成された装置の動作を第２図（フ
ローチャート）により簡単に説明する。レーザ加工機用
コントローラ１０からレーザ走行部１１へ制御信号を送
ることにより、レーザ走行部１１にてレーザ光源（図示
せず）を薄板１，１の突合せ部１ａ、ｌａの溶接線に沿
って移動させ、レーザ溶接を実行する（ステップＳ１）
、このようにして、レーザ溶接を開始すると、そのレー
ザ溶接中、紫外線センサ８によりブルーフレーム７ａの
紫外線が常時監視・検出される（ステップＳ２）。

そして、制御装置９において、紫外線センサ８からの検
出信号に基づき、ブルーフレーム７ａの紫外線が、薄板
１，１の突合せ溶接線全長にわたって検出されたか否か
を判断しくステップ８３）、検出されていない場合には
、縁り返し溶接を続行すべく前に戻って再度レーザ溶接
を実行すべく指令信号がコントローラ１０へ出力される
（ステップＳ４）、一方、ステップＳ３にて検出された
と判断された場合には、溶接を終了して、次の溶接ポイ
ントへ移動するように指令信号がコントローラ１０へ出
力される（ステップＳ５）。

さて、上述のような装置を用いて本発明の方法を実行す
ることにより行なりれるレーザ溶接の具体的な例につい
て説明する。ここでは、第３〜５図により、金属製の薄
板１．１を突合せ溶接する際について、特に薄板１，１
の突合せ部１ａ、１ａのギャップ２が、１パス溶接の許
容値よりも大きい場合の突合せ溶接に、本発明の方法を
適用した例について説明する。なお、第３図は前述の通
りギャップ２が大きい場合にその突合せ部へレーザを照
射した状態を示す断面図、第４図はレーザを照射して１
パス溶接を終了した後の突合せ部の状態を示す断面図、
第５図はさらに２パス溶接終了後の突合せ部の状態を示
す断面図であり、各回において、２ａは１パス溶接の熱
収縮により狭められたギャップ（後述する）、１２は１
パス溶接により形成された溶融金属、１３は２パス溶接
により形成された溶融金属である。

突合せレーザ溶接に際して、薄板１，１の突合せ部１ａ
、ｌａのギャップ２が、１パス溶接の許容値よりも大き
いと、通常、安定したブルーフレーム（プラズマ）は発
生せず良好な溶接が行なわれない。

しかし、ギャップ２が１パス溶接の許容値を超えている
場合であっても、第３図に示すように、レーザビーム７
は、そのデイフォーカスによるビーム径の増大と薄板端
面での反射とによって、薄板１，１の裏面側にまで到達
し、突合せ部１ａ。

１ａの下部が溶融して、第４図に示すように、溶融金属
１２によってギャップ２の下部が埋められることになる
。ただし、このときには、直ちにブルーフレームは発生
しない。

また、１パス溶接終了後、レーザ溶接による熱収縮によ
り薄板１，１間の開先が狭められ、ギャップ２ａは狭く
なる（第４図参照）。

このように開先の状況が変化した状態で、さらに繰り返
してレーザ溶接を施すと、ギャップが狭く良好に接合さ
れた部分が再溶融されるとともに、ギャップが広がった
部分も、先に形成された開先下部側の溶融金属１２が再
溶融され開先のギャップが狭くなるので、レーザビーム
７の照射により開先（突合せ部１ａ、ｌａ）上部の薄板
１，１も溶融する（第５図の溶融金属１３参照）。

このときには、前述の通り、突合せ部１ａ、１ａのギャ
ップ２ａも狭くなっているので、レーザビーム７の照射
により、全体が再溶融され安定したブルーフレームが発
生する。

このようなブルーフレームから発せられる紫外線を、前
述のように紫外線センサ８により検出し、その紫外線が
薄板１，１の突合せ溶接線の全長にわたって検出される
まで、自動的にレーザビーム７の照射を繰り返して行な
うことにより、１パス溶接ではギャップ２が広すぎて良
好な溶接ができなかった部位も、良好に突合せレーザ溶
接されることになる。

以上のように、本実施例の方法によれば、薄板１．１の
突合せ溶接線の全長にわたってレーザ溶接によるブルー
フレーム（プラズマ）の紫外線が検出されるまで、レー
ザビーム７による溶接を緑り返して行なうので、突合せ
部１ａ、ｌａの開先精度の悪い溶接部であっても、ギャ
ップ２の精度を気にすることなく、良好な継手を極めて
容易に得られる。また、ブルーフレームの紫外線を常時
検出することにより、レーザ溶接中の品質がリアルタイ
ムで監視され、溶接部の品質が大幅に向上する利点もあ
る。

なお、上記実施例では、薄板１が金属である場合につい
て説明したが、セラミックス等の溶融する他の材質であ
ってもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例では、ブルーフレームの紫外線を検出
する場合について説明したが、ブルーフレームの可視光
線もしくは赤外線を検出するようにしても、上記実施例
と同様の効果を奏する。

さらに、上記実施例では、繰り返し溶接する場合の溶接
条件については触れなかったが、２パス目以降の溶接条
件は、１パス目の溶接条件を同じとしてもよいが、より
ビード幅を広げるために、レーザ出力を大きくしたり、
溶接速度を遅くしたりすることにより、より効果を高め
ることができる。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば、薄板の突合せ溶接線
の全長にわたってレーザ溶接によるブルーフレームの光
線を検出するまで、上記レーザビームによる溶接を繰り
返して行なうことで、突合せ部の開先精度の悪い溶接部
であっても良好な継手を極めて容易に得られるほか、ブ
ルーフレームの光線を検出することによりレーザ溶接中
の品質をリアルタイムで自動的に監視でき、溶接部の品
質を大幅に向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による薄板の突合せレーザ
溶接方法を行なうに際して用いられる装置を示す模式的
な側面図、第２図は上記実施例装置の動作を説明するた
めのフローチャート、第３〜５図はいずれも本実施例に
よる方法にて溶接される突合せ部の状態を示す断面図、
第６図は従来の薄板の突合せレーザ溶接手段を説明する
ための溶接状態を示す側面図である。 図において、１・・・−薄板、１ａ−・突合せ部、２゜
２ａ−ギャップ、７−レーザビーム、７ａ−ブルーフレ
ーム、８・・・−紫外線センサ。 なお、図中、同一の符号は同一、又は相当部分を示して
いる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 薄板を突き合わせてレーザビームにより溶接を行なう薄
   板の突合せレーザ溶接方法において、上記薄板の突合せ
   溶接線の全長にわたってレーザ溶接によるブルーフレー
   ムの光線が検出されるまで、上記レーザビームによる溶
   接を繰り返して行なうことを特徴とする薄板の突合せレ
   ーザ溶接方法。