JPH0256196B2 - - Google Patents
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- JPH0256196B2 JPH0256196B2 JP60073574A JP7357485A JPH0256196B2 JP H0256196 B2 JPH0256196 B2 JP H0256196B2 JP 60073574 A JP60073574 A JP 60073574A JP 7357485 A JP7357485 A JP 7357485A JP H0256196 B2 JPH0256196 B2 JP H0256196B2
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- welding
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- laser welding
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 44
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- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はレーザ溶接法の改良に関する。
金属材等の溶接方式の１つとしてレーザ溶接法
が知られている。
が知られている。
レーザ溶接は、集光レンズあいるいは集光ミラ
ーにより細く絞つた高エネルギ密度ビームを用い
るため高速・精密溶接が可能であり、また低入熱
であるため高品質継手が得られるという特徴を有
している。
ーにより細く絞つた高エネルギ密度ビームを用い
るため高速・精密溶接が可能であり、また低入熱
であるため高品質継手が得られるという特徴を有
している。
レーザ溶接では次のような過程で溶接が進行す
る。すなわち、集光されたレーザビームは非常に
エネルギ密度が高いため、被溶接物を瞬時に溶融
に至らしめると同時に、その一部を激しく蒸気化
させ、レーザ照射点にビーム孔を形成させる。蒸
気化に伴う反力が溶融金属のビーム孔への流入を
防ぐため、ビーム孔は安定して維持される。ビー
ム孔に突入したレーザビームは、散乱はするもの
のビーム孔壁にあたつて反射される結果、再集束
し、高エネルギ密度を維持しつつ被溶接部を穿孔
することになる。この結果、深溶け込み型の溶接
ビード形状が得られる。
る。すなわち、集光されたレーザビームは非常に
エネルギ密度が高いため、被溶接物を瞬時に溶融
に至らしめると同時に、その一部を激しく蒸気化
させ、レーザ照射点にビーム孔を形成させる。蒸
気化に伴う反力が溶融金属のビーム孔への流入を
防ぐため、ビーム孔は安定して維持される。ビー
ム孔に突入したレーザビームは、散乱はするもの
のビーム孔壁にあたつて反射される結果、再集束
し、高エネルギ密度を維持しつつ被溶接部を穿孔
することになる。この結果、深溶け込み型の溶接
ビード形状が得られる。
ビーム孔形成には上記蒸気化現象は不可欠であ
るが、金属蒸気による悪影響もまた考慮すべき問
題である。すなわち、金属蒸気はレーザビーム照
射により金属蒸気自身のプラズマ化及び雰囲気ガ
スのプラズマ化を促進するが、このようにして生
成されたプラズマはレーザビームを吸収及び反射
し、被溶接物に到達するビーム量を著しく減少さ
せ、溶け込み性能を低下させるという問題があ
る。
るが、金属蒸気による悪影響もまた考慮すべき問
題である。すなわち、金属蒸気はレーザビーム照
射により金属蒸気自身のプラズマ化及び雰囲気ガ
スのプラズマ化を促進するが、このようにして生
成されたプラズマはレーザビームを吸収及び反射
し、被溶接物に到達するビーム量を著しく減少さ
せ、溶け込み性能を低下させるという問題があ
る。
このため通常のレーザ溶接においては、金属蒸
気及びプラズマをレーザビーム近傍から除去する
ためにプラズマ除去ガスを用いている。しかしな
がらプラズマ除去ガスの吹き付け方法によつて
は、溶接ビードの形成が非常に不安定となるこ
と、また除去ガス用ノズルの設定に厳しい精度が
要求されること等の問題があり、プラズマ除去ガ
スを用いるレーザ溶接法の実用化は必ずしも容易
ではない。
気及びプラズマをレーザビーム近傍から除去する
ためにプラズマ除去ガスを用いている。しかしな
がらプラズマ除去ガスの吹き付け方法によつて
は、溶接ビードの形成が非常に不安定となるこ
と、また除去ガス用ノズルの設定に厳しい精度が
要求されること等の問題があり、プラズマ除去ガ
スを用いるレーザ溶接法の実用化は必ずしも容易
ではない。
第１図はレーザ溶接の実施状況を示すもので、
６は被溶接材、１はレーザビーム、２は集光レン
ズ、３は溶接用ノズル、５は溶接部であり、溶接
はレーザビームの軸線方向にセンタガス４（シー
ルドガス）を流しつつ行われる。このセンタガス
４は、溶接部５の大気からのシールド以外に集光
レンズ２への蒸着防止機能をも兼ねており、レー
ザ溶接においてこのセンタガスの使用は必要不可
欠なものである。前述したように、センタガスは
高温に加熱された金属蒸気及び金属蒸気プラズマ
と衝突し、一部がプラズマ化するが、金属蒸気及
びセンタガスのプラズマ化の難易度は、主に金属
蒸気、センタガスの電離電圧及びセンタガスによ
るレーザ照射部雰囲気の冷却能に依存するもので
あり、このためプラズマの発生状況はセンタガス
４の種類によつて異なつてくる。溶接部をシール
ドするために用いられる代表的なガスとしてHe
及びArが挙げられるが、これらのガスをレーザ
溶接のセンタガスに用いた場合、第２図に示すよ
うに集光レンズの焦点距離によつて溶け込み特性
に大きな相違が認められる。第２図Ａ及びＢはレ
ーザ出力を5kwで一定とし、集光レンズの焦点距
離を127mm，254mmと変えて、その際の溶け込み深
さを調べたものである。これによれば、焦点距離
127mmのレンズで集光した場合には、センタガス
の種類は溶け込み深さにはほとんど影響を及ぼさ
ないが、焦点距離254mmのレンズで集光するとHe
とArガスでは溶け込み深さに顕著な差が認めら
れ、センタガスにArを使用するとその溶け込み
深さはHeを使用した場合の1/3〜1/10に激減す
る。ArはHeに比し質量が大きくレーザ照射雰囲
気の冷却能に劣り、かつ電離電圧が小さいもので
あり、このためArをセンタガスに使用すると強
いプラズマが形成され、レーザビームがこれに吸
収・反射されて基材に到達するビーム量が減少
し、溶け込み深さの低下を招く。このような傾向
はレーザ出力を低下させても同様に認められる。
６は被溶接材、１はレーザビーム、２は集光レン
ズ、３は溶接用ノズル、５は溶接部であり、溶接
はレーザビームの軸線方向にセンタガス４（シー
ルドガス）を流しつつ行われる。このセンタガス
４は、溶接部５の大気からのシールド以外に集光
レンズ２への蒸着防止機能をも兼ねており、レー
ザ溶接においてこのセンタガスの使用は必要不可
欠なものである。前述したように、センタガスは
高温に加熱された金属蒸気及び金属蒸気プラズマ
と衝突し、一部がプラズマ化するが、金属蒸気及
びセンタガスのプラズマ化の難易度は、主に金属
蒸気、センタガスの電離電圧及びセンタガスによ
るレーザ照射部雰囲気の冷却能に依存するもので
あり、このためプラズマの発生状況はセンタガス
４の種類によつて異なつてくる。溶接部をシール
ドするために用いられる代表的なガスとしてHe
及びArが挙げられるが、これらのガスをレーザ
溶接のセンタガスに用いた場合、第２図に示すよ
うに集光レンズの焦点距離によつて溶け込み特性
に大きな相違が認められる。第２図Ａ及びＢはレ
ーザ出力を5kwで一定とし、集光レンズの焦点距
離を127mm，254mmと変えて、その際の溶け込み深
さを調べたものである。これによれば、焦点距離
127mmのレンズで集光した場合には、センタガス
の種類は溶け込み深さにはほとんど影響を及ぼさ
ないが、焦点距離254mmのレンズで集光するとHe
とArガスでは溶け込み深さに顕著な差が認めら
れ、センタガスにArを使用するとその溶け込み
深さはHeを使用した場合の1/3〜1/10に激減す
る。ArはHeに比し質量が大きくレーザ照射雰囲
気の冷却能に劣り、かつ電離電圧が小さいもので
あり、このためArをセンタガスに使用すると強
いプラズマが形成され、レーザビームがこれに吸
収・反射されて基材に到達するビーム量が減少
し、溶け込み深さの低下を招く。このような傾向
はレーザ出力を低下させても同様に認められる。
レーザ溶接では溶接時におけるスパツタ等を避
ける意味でなるべく焦点距離の長い集光レンズ
（または集光ミラー）を用いることが好ましいが、
上述したように比較的焦点距離の長いもの、具体
的には焦点距離200mm以上のレンズやミラーを用
いるような場合にはArガスの使用は実質上不可
能であり、Heガスを使用せざるを得なかつた。
しかしながらHeは極めて高価なガスであるため
ランニングコストが上昇し、これがレーザ溶接の
実用化を阻む要因の１つとなつていた。
ける意味でなるべく焦点距離の長い集光レンズ
（または集光ミラー）を用いることが好ましいが、
上述したように比較的焦点距離の長いもの、具体
的には焦点距離200mm以上のレンズやミラーを用
いるような場合にはArガスの使用は実質上不可
能であり、Heガスを使用せざるを得なかつた。
しかしながらHeは極めて高価なガスであるため
ランニングコストが上昇し、これがレーザ溶接の
実用化を阻む要因の１つとなつていた。
本発明者らはこのような従来の問題に鑑み、焦
点距離の長い集光レンズまたは集光ミラーを用い
て行われるレーザ溶接において溶け込み性とセン
タガス成分との関係について種々検討を重ねた結
果、センタガスとしてHeガスを所定の割合で含
むHe―Ar混合ガスを用いることによつてHeガ
スを用いた場合に劣らない溶け込みを有する溶接
ビームが得られることを見い出した。すなわち、
本発明はセンタガスとしてHeガスの割合が20〜
70％のHe―Ar混合ガスを用いて溶接することを
その基本的特徴とする。
点距離の長い集光レンズまたは集光ミラーを用い
て行われるレーザ溶接において溶け込み性とセン
タガス成分との関係について種々検討を重ねた結
果、センタガスとしてHeガスを所定の割合で含
むHe―Ar混合ガスを用いることによつてHeガ
スを用いた場合に劣らない溶け込みを有する溶接
ビームが得られることを見い出した。すなわち、
本発明はセンタガスとしてHeガスの割合が20〜
70％のHe―Ar混合ガスを用いて溶接することを
その基本的特徴とする。
以下本発明の詳細を説明する。
本発明はセンタガスとしてHeガスの割合が20
〜70％のHe―Ar混合ガスを用い、これを第１図
に示すように供給しつつレーザ溶接を行う。He
―Ar混合ガス中におけるHeの割合は20％まで下
げることができ、20％以上確保しておくことによ
り実用に耐え得る溶け込み深さを得ることができ
るが、これを下回ると溶け込み性が極端に低下す
る。一方、Heの割合が増大すると溶け込み性も
向上するが、Heの割合が40％を超える付近から
増加に見合う程の溶け込み性向上効果がなくな
り、このため経済性との関係からHeは70％を上
限とする。
〜70％のHe―Ar混合ガスを用い、これを第１図
に示すように供給しつつレーザ溶接を行う。He
―Ar混合ガス中におけるHeの割合は20％まで下
げることができ、20％以上確保しておくことによ
り実用に耐え得る溶け込み深さを得ることができ
るが、これを下回ると溶け込み性が極端に低下す
る。一方、Heの割合が増大すると溶け込み性も
向上するが、Heの割合が40％を超える付近から
増加に見合う程の溶け込み性向上効果がなくな
り、このため経済性との関係からHeは70％を上
限とする。
第３図はセンタガスとしてHe―Ar混合ガスを
用いた場合のHe―Ar混合比とCO2レーザの溶け
込み深さとの関係について調べた結果を示すもの
で、レーザビームの集光レンズとしては127mm，
254mmの各焦点距離をもつZnSeレンズを用い、出
力5kw、溶接速度1m／minの溶接条件により、
板厚12mmのSUS304鋼を溶接したものである。こ
れによれば焦点距離が254mmの集光レンズを用い
た場合、He／Ar＋Heが0.2を超える付近から溶
け込み性が急激に向上していることが判る。一
方、He／Ar＋Heが0.1を超える領域ではHeの混
合比を増大させても溶け込み性の大きな向上はな
い。このようなことから、経済性を考慮してHe
―Arの混合比はHe／Ar＋He＝0.2〜0.7に規制さ
れる。
用いた場合のHe―Ar混合比とCO2レーザの溶け
込み深さとの関係について調べた結果を示すもの
で、レーザビームの集光レンズとしては127mm，
254mmの各焦点距離をもつZnSeレンズを用い、出
力5kw、溶接速度1m／minの溶接条件により、
板厚12mmのSUS304鋼を溶接したものである。こ
れによれば焦点距離が254mmの集光レンズを用い
た場合、He／Ar＋Heが0.2を超える付近から溶
け込み性が急激に向上していることが判る。一
方、He／Ar＋Heが0.1を超える領域ではHeの混
合比を増大させても溶け込み性の大きな向上はな
い。このようなことから、経済性を考慮してHe
―Arの混合比はHe／Ar＋He＝0.2〜0.7に規制さ
れる。
以上のような成分のセンタガスを用いる効果
は、集光系に上記ZnSeレンズを用いた場合に限
らず、KClレンズ或はCu製ミラー等の集光ミラ
ーを用いた場合でも同様に認められ、またレーザ
出力を変化させても変らなかつた。
は、集光系に上記ZnSeレンズを用いた場合に限
らず、KClレンズ或はCu製ミラー等の集光ミラ
ーを用いた場合でも同様に認められ、またレーザ
出力を変化させても変らなかつた。
以上のような本発明法は、炭素鋼、低合金鋼、
高合金鋼等の鉄系金属のみならず、その他各種の
非鉄金属材料のレーザ溶接にも適用可能である。
高合金鋼等の鉄系金属のみならず、その他各種の
非鉄金属材料のレーザ溶接にも適用可能である。
以上述べたように本発明によれば、焦点距離の
長い集光レンズを用いて溶接を行うに当たり、使
用センタガスに関するランニングコスト低減化を
図りつつ十分な溶け込み深さを確保することがで
き、この種の溶接法の実用化を実質的に可能なら
しめるものである。
長い集光レンズを用いて溶接を行うに当たり、使
用センタガスに関するランニングコスト低減化を
図りつつ十分な溶け込み深さを確保することがで
き、この種の溶接法の実用化を実質的に可能なら
しめるものである。
第１図はレーザ溶接の実施状況を示す説明図で
ある。第２図Ａ，ＢはセンタガスとしてArガス
及びHeガスを用いてレーザ溶接を行つた場合の
溶け込み深さを比較して示すもので、第２図Ａは
焦点距離127mmの集光レンズを、また第２図Ｂは
焦点距離254mmの集光レンズをそれぞれ用いた場
合を示している。第３図はセンタガスとしてAr
―He混合ガスを用いる場合のAr―He混合比と
溶け込み深さとの関係を示すものである。
ある。第２図Ａ，ＢはセンタガスとしてArガス
及びHeガスを用いてレーザ溶接を行つた場合の
溶け込み深さを比較して示すもので、第２図Ａは
焦点距離127mmの集光レンズを、また第２図Ｂは
焦点距離254mmの集光レンズをそれぞれ用いた場
合を示している。第３図はセンタガスとしてAr
―He混合ガスを用いる場合のAr―He混合比と
溶け込み深さとの関係を示すものである。
Claims (1)
- １ 焦点距離が200mm以上の集光レンズまたは集
光ミラーでレーザビームを集束して行うレーザ溶
接法において、センタガスとしてHeガスの割合
が20〜70％のHe―Ar混合ガスを用いて溶接する
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 |
|---|---|---|---|
| JP60073574A JPS61232086A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | レ−ザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60073574A JPS61232086A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | レ−ザ溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61232086A JPS61232086A (ja) | 1986-10-16 |
| JPH0256196B2 true JPH0256196B2 (ja) | 1990-11-29 |
Family
ID=13522187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60073574A Granted JPS61232086A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | レ−ザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61232086A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012245523A (ja) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ溶接方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7169255B2 (ja) * | 2019-07-09 | 2022-11-10 | 大陽日酸株式会社 | 積層構造物の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5436695A (en) * | 1977-08-26 | 1979-03-17 | Hitachi Ltd | Laser processing method |
-
1985
- 1985-04-09 JP JP60073574A patent/JPS61232086A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5436695A (en) * | 1977-08-26 | 1979-03-17 | Hitachi Ltd | Laser processing method |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012245523A (ja) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ溶接方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61232086A (ja) | 1986-10-16 |
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