JPH0315632A - レーザ肉盛溶接方法 - 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］ 本発明は、溶接棒や溶接ワイヤ等の溶加材を用い、レー
ザビームを照射することにより溶接を行うレーザ肉盛溶
接方法に関するものである。

〔従来の技術〕

レーザビームは高密度集中熱源であるので、金属材料に
照射することによって、局部的な加熱、溶融、および蒸
発のプロセスを行い、さまざまの表面改質を施すことが
できる。特にレーザ肉盛溶接においては、レーザビーム
の出力密度が高いことを利用して、タングステンやモリ
ブデンなどの高融点材料も肉盛できるうえ、母材への熱
入力が小さいので、歪や変形の発生が少ない。また、高
速で肉盛できるなどの特徴を持っている。

そこで、例えば板材どうしの突き合わせ溶接を行うため
に、特開昭５　９　−　２　３　２　６　８　７’号公
報に開示されているように、母材である板材の上方から
レーザビームを照射するとともに、溶加材を板材の下方
から供給して溶接を行う溶接装置が知られている。

しかし、このような溶接装置では、溶接ワイヤの供給方
法が限定されるために、母材の形状や大きさなどの制約
が大きい。また、板材どうしの間隔が適切な大きさにな
るように管理しなければ正常に溶接を行うことができな
いので、溶接工数が多くかかる。

そこで、レーザビームを母材の上方から照射するととも
に、溶加材も母材の上方から供給して溶接するレーザ肉
盛溶接方法も用いられている。すなわち、溶加材を粉末
状に加工して母材に付着させたり、ワイヤ状に加工して
コイル状に巻き取ったものを順次繰り出すことにより、
溶加材を母材の上方から供給することができる。

特に、上記溶加材をワイヤ状に加工して供給する方法は
、材料の歩留まり、および生産性が高く、また、ハンド
リングがしやすいなどの特徴を有しているために、多く
用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来のレーザ肉盛溶接方法では、溶加材
をワイヤ状に加工して供給する方法を用いる場合、溶接
品質がレーザビームの照射条件によって変化しやすい。

例えば、レーザビーム径を小さく絞ると、溶加材が狭い
範囲でしか溶融しないために盛り上がってしまい、玉状
になったり、また、第７図、および第８図に示すように
、急勾配で盛り上がる盛り上がり部３１が山脈状に形成
されたりしがちである．そのために、ある程度以上に溶
加材を供給しても、盛り上がりが大きくなるだけで溶接
強度の向上に有効に寄与せず、溶接部の強度や見栄えを
向上させることが困難である。

一方、レーザビーム径を大きくすると、こんどはエネル
ギー密度が減少するので、溶加材の一部が未溶融の状態
で残りがちになり、やはり、溶接部の強度を確保するこ
とが困難になる。

また、レーザビーム径を大きくするとともに、レーザの
出力を大きくすることも考えられるが、これでは母材に
おける溶接部周辺への加熱量が大きくなるために、必要
以上に母材の変形や歪を招きがちになるという問題を生
じることになる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るレーザ肉盛溶接方法は、上記の課題を解決
するために、母材に照射するレーザビームを溶接ライン
に沿って移動させながら、溶加材を供給して溶接を行う
レーザ肉盛溶接方法において、上記レーザビームを、外
周部の照射光強度が中心部の照射光強度よりも大きくな
るように、リング状に集光させるとともに、レーザビー
ムの外周部における移動方向側に溶加材を供給すること
を特徴としている。

〔作　用〕

上記の構戊により、溶加材は、レーザビームにおける照
射光強度が大きい外周部に供給されるので、確実に溶融
して、母材の溶接が行われる。また、上記溶加材が供給
される位置は、レーザビームにおける移動方向側の外周
部なので、溶接が行われた直後の部分には、レーザビー
ムの移動にともなってレーザビームにおける中心部が照
射される。すると、レーザビームにおける中心部は照射
光強度が小さいため、溶接が行われた直後の部分の溶加
材は、一旦冷却されて凝固し始める。

そして、さらにレーザビームが移動すると、上記一旦冷
却された部分には、こんどはレーザビームにおける移動
方向と反対側の外周部が照射されるので、溶加材は再び
加熱されて溶融し、緩やかに盛り上がる形状に広がる。

したがって、溶加材が山脈状になったり、玉状になった
りすることなく、少量の溶加材でも有効に溶接強度の向
上に寄与するので、溶接部の強度や見栄えを容易に向上
させることができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第６図に基づいて説明
すれば、以下の通りである。

レンズｌｌａを備え、リング状に集光されたリングモー
ドのレーザビームを発生する、例えば出力３．８ｋｗの
レーザビームヘッド１１には、第２図に示すように、ワ
イヤガイド１２を固定するブラケット１３が取りつけら
れている。ワイヤガイド１２は、第１図に示すように、
ワイヤ送給機ｌ４から送られる溶加材ワイヤ１５を案内
し、リング状に集光されたレーザビーム２ｌの外周部に
おける、レーザビームヘッド１１にブラケット１３が取
りつけられている側に、水平面と３０”　の角度を保っ
て供給するようになっている。

上記ワイヤ送給機１４には、ワイヤ状に加工された溶加
材ワイヤ１５がコイル状に巻き取られており、レーザビ
ームヘッド１ｌが溶接ラインに沿って移動するのに伴い
、溶加材ワイヤｌ５を順次繰り出すようになっている。

上記のような溶接装置を用いて、普通鋼板に溶加材であ
るシリコンブロンズ系ろう材による肉盛溶接を行う例に
ついて、以下に説明する。

まず、レーザビームヘッド１ｌの焦点調節を行い、例え
ば合焦状態からのずれを＋１４．５ｍｕ＋に設定するこ
とにより、第３図に示すように、レーザビーム２ｌにお
ける外周部２１ａの照射光強度が、中心部２ｌｂの照射
光強度よりも大きくなるように、リング状に集光させる
．また、溶加材ワイヤ１５として、直径１　ｍｍのシリ
コンブロンズ系ろう材ワイヤをワイヤ送給［１４にセッ
トする。

そして、ワイヤガイドｌ２のブラケット１３が、鋼板２
２・２３の溶接ライン上、すなわち、レーザビームへッ
ドｌ１の移動方向側に位置するように、レーザビームヘ
ッド１ｌを配置し、溶加材ワイヤ１５を２．７５ｍ／ｍ
ｉｎの速度で給送しながら、レーザビームへノド１１を
１．０ｍ／ｍｉｎの走査速度で移動させる。ここで、レ
ーザビームヘッド１１を移動させるのに代えて、鋼板２
２・２３を反対方向に移動させてもよい。

すると、溶加材ワイヤｌ５は、照射光強度の大きい、レ
ーザビーム２１の外周部２１ａに供給されるので確実に
溶融し、第４図に示すように、急勾配で盛り上がる盛り
上がり部２４が形成されて、鋼板２２・２３が溶接され
る。このとき、溶加材ワイヤ１５の供給位置が、例えば
第６図に示すように、ｔ容加材ワイヤｌ５の曲がり癖や
遊びなどの原因で多少ずれたとしても、レーザビーム２
１はリング状に形威されているので、やはり、溶加材ワ
イヤｌ５は確実に溶融し、溶接が行われる。

一方、レーザビームヘッド１１が移動すると、上記盛り
上がり部２４には、レーザビーム２ｌの中心部２ｌｂが
照射されるようになる。すると、このレーザビーム２１
の中心部２ｌｂは、照射光強度が小さいので、盛り上が
り部２４は一旦冷却されて凝固し始める。

さらにレーザビームヘッド１ｌが移動すると、こんどは
、レーザビーム２１の外周部２１ａにおける、レーザビ
ームヘッド１ｌの移動方向と反対側の部分が、盛り上が
り部２４に照射される。すると、盛り上がり部２４は、
再び加熱されて溶融し、また、このときには鋼板２２・
２３のぬれ性もよくなっているので、第５図に示すよう
に、緩やかに盛り上がる形状に広がる。

それゆえ、溶加材ワイヤ１５の量が少なくても、効果的
に溶接部の強度を向上させることができる。

また、再加熱時に際しては、レーザビーム２ｌがリング
状に形威されているために、例えば湾曲した溶接ライン
に沿って溶接を行う場合でも、盛り上がり部２４にはレ
ーザビーム２ｌの外周部２１ａが確実に照射され、再加
熱が行われる。それゆえ、溶接ラインに対する追従性が
高く、任意の溶接ラインに沿って溶接することが容易に
できる。

なお、本実施例においては、ろう材によってレーザ肉盛
溶接を行う例について説明したが、例えばタングステン
やモリブデンなど、高融点を有する材料を溶加材として
用いる場合でも、同じ効果は得られる。

また、ワイヤガイド１２は、上記のように、レーザビー
ムヘッド１１と一体的に移動するように取りつけられた
ものに限らず、別の駆動源によって独立して移動するよ
うに設けられたものでもよい。

さらに、レーザビームヘッドｌ１の移動速度等も、上記
の設定に限らず、例えばレーザビーム２１の大きさや移
動速度等を変えることにより、盛り上がり部２４の加熱
程度や冷却程度を調整することもできる。

〔発明の効果〕

本発明に係るレーザ肉盛溶接方法は、以上のように、母
材に照射するレーザビームを溶接ラインに沿って移動さ
せながら、溶加材を供給して溶接を行うレーザ肉盛溶接
方法において、上記レーザビームを、外周部の照射光強
度が中心部の照射光強度よりも大きくなるように、リン
グ状に集光させるとともに、レーザビームの外周部にお
ける移動方向側に溶加材を供給する構成である。

これにより、溶加材は、山脈状になったり玉状になった
りすることがなく、緩やかに盛り上がる形状に広がって
、少量の溶加材でも有効に溶接強度の向上に寄与するの
で、溶接部の強度や見栄えを容易に向上させることがで
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示すものであ
って、第ｌ図はレーザ肉盛溶接を行っている状態を示す
斜視図、第２図はレーザビームヘッドの構或を示す側面
図、第３図はレーザビームの照射光強度の分布状態を示
す説明図、第４図は第１図におけるＡ−Ａ矢視断面図、
第５図は同Ｂ−Ｂ矢視断面図、第６図は溶加材ワイヤの
位置がずれた状態を示す平面図である。 第７図および第８図は従来例を示すものであって、第７
図は溶接部の状態を示す斜視図、第８図は第７図におけ
るＣ−Ｃ矢視断面図である。 ｌ５は溶加材ワイヤ、２ｌはレーザビーム、２１ａは外
周部、２ｌｂは中心部、２２・２３はｗ４板（母材）で
ある。 菓 １ 図 ：＼ 業４図 （Ａ−Ａ野面Ｘ） 箪 ２ 図 ３ 篤５図 （Ｂ−８断ｌｉｉ図） 宵 ６ 図 冨 ７ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、母材に照射するレーザビームを溶接ラインに沿って
   移動させながら、溶加材を供給して溶接を行うレーザ肉
   盛溶接方法において、上記レーザビームを、外周部の照
   射光強度が中心部の照射光強度よりも大きくなるように
   、リング状に集光させるとともに、レーザビームの外周
   部における移動方向側に溶加材を供給することを特徴と
   するレーザ肉盛溶接方法。