JPH0333074B2

JPH0333074B2 -

Info

Publication number: JPH0333074B2
Application number: JP62244365A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsuno; Tsuneo Imatani; Nobuyuki Sato; Osamu Teruchi
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1991-05-15
Also published as: JPS6487090A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はレーザビームによる突合せ溶接方法に
関し、さらに詳しく例えば缶胴などを製造するた
めに薄板状の溶接部材を突合せ、この突合せ端面
に沿つてレーザビームを照射し突合せ溶接を行う
方法に関する。

〔従来の技術〕

レーザビーム溶接は狭い範囲ヘレーザ光のエネ
ルギーを集中させることが可能であるため、金属
薄板の突合せ溶接に適している。ところで、レー
ザビームにより金属薄板を突合せ溶接する場合、
溶接速度を上げるにつれてレーザビームのエネル
ギー密度も高める必要があり、そのような高速溶
接時には次のような現象が発生する。すなわち、
ハンピングと呼ばれるこぶ状の突起が溶接ビード
表側に沿つて不連続に現われたり、また溶接条件
によつては溶接部の中央部が連続的に盛上り裏面
側が凹んでしまうアンダーカツトを生じ、この状
態が一段と進むと穴あきが生じることもある。そ
して、上記現象は例えば厚さ0.2mmの表面処理鋼
板を溶接速度30ｍ／min以上で溶接するときに著
しく発生する。上記の現象は特開昭62−61786号
公報に開示されている方法により多少改善するこ
とができる。

この特開昭62−61786号公報に提案された方法
によると、第９図に示すように溶接部材はαの角
度に傾けられた上方がｄの距離だけ開いた状態で
突合される。溶接部材はＣ、Ｄで示す方向の力で
押し付けられ下端が線接触状態となりレーザビー
ムは上部Ｂの方向から突合せ部に照射される。

〔発明が解決しようとする問題点〕上記特開昭62−61786号公報に提案された方法
には次のような問題点があつた。

すなわち、突合せをαの開き角で行う場合、端
面の接触は線状となるので、突合せのくい違いが
起きやすく第９図に示すような突合せ形状を安定
して形成することは困難である。

また、突合せ部端面下部では両端面が接触して
いるものの、接触部近傍の部材の質量が少なくシ
ートの厚さが極度に薄い場合の突合せ溶接と同じ
くレーザ光に接触後短時間で蒸発し易く穴あきの
原因となる。

さらに、突合せはαの開き角で行われるため溶
接後の突合せ面の形状も平担でなく折れ曲つたい
びつな形状となる。

そこで、本発明は上記問題点を解決するために
なされたもので、安定した突合せ形状により、高
速度にて穴あきのない一様な溶接部の得られるレ
ーザビームによる突合せ溶接方法を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明に係るレ
ーザビームによる突合せ溶接方法にあつては、薄
板の溶接部材を突合せ、この突合せ端面に沿つて
レーザビームを照射し突合せ溶接を行う方法にお
いて、上記溶接部材の突合せ端面の少くとも一方
に、その長手方向に繰り返し現れるようにした凹
みを設け、突合せ端面間に幅が繰り返し変化する
間〓を生じた状態で高速度溶接を行うことを特徴
とする。

〔作用〕

突合せ部における微小な間〓の存在が溶接に好
ましい効果を生じさせる原因については次のよう
に推測される。

すなわち、レーザビームによる溶接では、キー
ホールと呼ばれるレーザビームの穴が形成されて
いることが知られているが、高速溶接時にはこの
キーホールの伸びる方向が真直ぐ下方に向かつて
いるのではなく、溶接の下流方向に向つて斜めに
なつており、そのため溶接部が盛り上がり裏面が
切れ込むようなアンダーカツト現象、あるいはハ
ンピング現象が発生するものと考えられる。そし
て、このような現象はビードオンプレートと呼ば
れる、単に平板上にレーザビームを照射したとき
の方が顕著に現われるのである。例えば厚さ0.2
mmの表面処理鋼板のビードオンプレートではレー
ザビーム移行速度20ｍ／min以上で上記現象が顕
著に現われる。ビードオンプレートの方が突合せ
溶接よりも溶接部の盛り上がりあるいはハンピン
グ等の現象が著しく生じるのはキーホールの溶接
下流方向への曲がりが著しいためであり、言い替
えれば、突合せ部の〓間がキーホールの曲がりを
是正する効果を有していると考えられるのであ
る。そして、突合せ部に積極的に微小な間〓を設
けることによりキーホールの方向をより下方に向
けることが可能になるものと考えられる。

いずれにしても、突合せ部に存在する微小な間
〓の効果により、溶接部の盛り上がりあるいはハ
ンピング等の殆んどない溶接が出来ることが判明
したのである。なお、突合せ部の間〓はレーザビ
ームが入り込めるようにレーザビームの波長（炭
酸ガスレーザで10.6μｍ）以上の幅であることが
好ましい。

本発明と特開昭62−61786号公報に開示された
発明との作用上の差異は次のように考えられる。

キーホールの発生を伴うキーホール溶接では、
キーホールは溶融金属で取り囲まれており、この
キーホールを溶融金属が埋め込むようにして溶接
が進行して行く。

特開昭62−61786号の発明では、キーホールは、
突合せ端面の上方が開かれているため、突合せ端
面の裏面側である下方部にて形成されることにな
る。この際、キーホールを埋めるべき溶融金属の
量は従来の突合せ溶接あるいは、本発明よりも比
較的少なく、このため、キーホールの大きさが大
きくなると、そのキーホールを溶融金属にて埋め
込むことが難しくなる。また、キーホールの大き
さの変化は溶接部での溶融金属の遍在を助長す
る。最終的な突合せ方向へのブランクの移行によ
り多少の溶融金属の遍在は、ある程度是正される
可能性はあるが、穴あきあるいは著しい溶融金属
の遍在を完全に是正することは難しい。

キーホールの大きさは突合せ部の微妙な状態に
左右されるが、特開昭62−61786号の発明のよう
に、突合せ端面の一方端だけを、正確に突合せ、
キーホールの大きさを均一に保つことは、実際に
は容易なことではないと考えられる。

本発明では、突合せ部において、決められた大
きさの間〓を有することを特徴としている。この
場合、レーザビームの照射により形成された溶融
金属の一部が溶接上流側に設けられた微小な間〓
に入り込む。このことが間〓の無い場合に比べ
て、キーホールの下方への直進性を高めることに
なるのであり、それにより溶接速度を高めても、
正常な溶接が可能となるのである。

このように本発明では、キーホールは突合せ端
面の深さ方向のほぼ全長に渡つて比較的まつすぐ
に形成されるのであり、このキーホールを取り囲
んでいる溶融金属がキーホールを順次埋め込むこ
とにより正常な溶接が行えるのである。突合せ部
の間〓が大き過ぎると、レーザビームはその周囲
を溶融金属で取り囲まれることなく突合せ部に入
り込むのであり、その結果溶接欠陥を生じ易くな
るのである。したがつて、突合せ部での間〓の大
きさは適正な値とする必要がある。

このように突合せ部に設けられた間〓の形状に
おいて、またその間〓がもたらす効果において本
発明と特開昭62−61786号の発明とでは異なるの
である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。第１図は本発明の第１の実施例を示し、同図
において、１，２は金属薄板の溶接部材であり、
溶接部材１には円弧状の凹部が複数形成され、溶
接部材２と突合せたとき間〓３，３…が溶接方向
において断続的に形成される。また、同図に示す
ように突合された溶接部材１，２は従来公知の送
り装置によりレーザビームＢとの間に相対運動が
与えられ、ハンピング等のない溶接部が得られ
る。突合せ部の間〓はレーザビームが入り込める
ようにレーザの波長（炭酸ガスレーザでは10.6μ
ｍ）以上の幅であることが好ましく、図に示すよ
うに、間〓が突合せ部にて上下方向に貫通してい
る場合、間〓の幅は板厚の35％以下が好ましい。
また、間〓と間〓との間の実質的に接触している
突合せ部の長さは、間〓の効果を溶接部全体に渡
つて保つためにレーザビームの直径の２倍以下で
あることが好ましく、レーザビームの直径以下と
するのが特に好ましい。

第１図における溶接部材１の端面長手方向に繰
り返し現れるようにした凹みの形状は、例えば第
４図に示すようにローレツト６で加工することに
より得られる。すなわち、溶接部材１は台４と上
部押えローラ５との間をピツカー７，７で押され
て移動しつつ、サイドローラ８とローレツト６と
で加圧され溶接部材１にローレツト６を圧接させ
ることにより、ローレツト６の表面の凹凸が溶接
部材１の一側面に転写される。また、加工の他の
方法としては、フライス加工や研削加工などの切
削加工により突合せ、端面の一部を削つて端面に
凹凸をつけることもできる。

以下、この実施例の具体的な実験例を示す。

まず、クロム量が100mg／m²の金属クロム層と、
金属クロム量換算で15mg／m²のオキサイドクロム
層とを有し、板厚が0.21mmのテインフリーステイ
ール薄板の缶胴体の内面と成るべき面にエポキシ
フエノール系塗料を塗り、さらに外面となるべき
面に印刷を行つた後、シヤーリングマシンを用い
てブランク状に切断した。しかる後、第４図に示
す装置を用いて、ブランクの一方の突合せ端面に
鋸歯状の凹凸を付けた。その鋸歯の歯の最大深さ
は0.04mmで、歯のピツチは0.1mmに設定されてい
る。

次に、このブランクをロールフオーミングし
て、内径が65.3mm、高さが104.7mmの円筒状に成
形した。この円筒状のブランクの一対の端面を突
き合わせ、そこにレーザビームを照射しながら、
その突合せ部を溶接した。その際、円筒状のブラ
ンクを50ｍ／minの速度で移動させ、炭酸ガスレ
ーザを用いてレーザビームの出力は2.2kwとし、
焦点距離が63.5mmの集光レンズを用いてレーザビ
ームを集光した。

この得られた溶接缶胴の溶接部の断面を５％硝
酸アルコール溶液により腐食した状態を示す拡大
断面図（倍率86倍）を、第５図に示す。その溶接
部における溶融凝固部１１は照射面側の盛り上が
りあるいは裏面側の切れ込み１２などの欠陥の全
くない正常な状態であつた。

比較のため、ブランクの両端を直線状に切断し
たもの、すなわち、間〓の幅が実質的に零である
ブランクを用いて、同じ溶接条件にて溶接を行つ
た。この突合せ間〓が実質的に零のブランクを用
いて得た溶接部の断面を５％硝酸アルコール溶液
により腐食した状態を示す拡大断面図（倍率86
倍）を、第６図に示す。したがつて、突合せ間〓
が無い時には、第６図に示すように、溶融凝固部
１１の盛り上り及び裏面側の切れ込み１２が顕著
に生じていた。

また、他の比較例としては第７図に示すように
溶接部材１の両端が突出し、中間部が後退する湾
形に形成されており、溶接部材２と突合せたとき
間〓３が生じるものがある。この比較例ではシヤ
ーリングマシンを用いてブランク状に切断する
際、突き合わせるべき一方のブランクの端面が凹
状になるように、すなわち、両端部が突き出てお
り中央部が凹むような形状とし、もう一方が直線
状となるようにした。この得られた溶接缶胴のう
ち、突合せ間〓が0.04mmのブランクを溶接して得
られた溶接部の断面を５％硝酸アルコール溶液に
より腐食した状態を示す拡大断面図（倍率86倍）
を第８図に示す。

したがつて、本実施例は第７図に示す比較例と
比べて、間〓の大きさを制御することが容易とな
り、間〓の幅は多少大きくしても間〓の全体積は
小さくできるため、溶接部の厚みの減少あるいは
穴あきが生じ難くなる。このように間〓の幅を大
きくすることにより、間〓の効果が高まり、より
好ましい溶接状態を得ることができる。

第２図は本発明の第２の実施例を示す図であ
り、この実施例のように突合せ端面が凹凸に加工
された薄板状の溶接部材１，２を突合せた場合
に、その凸部にて必ずしも溶接部材１，２同士が
接触する必要はなく、図に示すように離れている
部分があつても前記第１の実施例と同様の効果を
得ることができる。

第３図は本発明の第３の実施例を示す図であ
り、この実施例のように突合せ部の微小な間〓
３，３…は突合せ部の上下方向に貫通することな
く、空洞状であつても第１の実施例と同様の効果
を得ることができる。この実施例の空洞は連続し
て形成されていても、断続して形成されていても
良い。また、空洞は表面に開放されていても良
い。

突合せ部に空洞を形成させるには突合せ部の少
くとも一方の端面に、例えば第３図に示すように
多くの微小な凹みをつける方法がある。このよう
な微小な凹みはサンドブラスト加工のような方法
で得ることができる。また、前記したような方法
で成形工具を溶接部材の端面に押し当て、連続あ
るいは断続した凹みを突合せ端面に転写すること
により微小な空洞を形成することができる。

なお、本発明における溶接部材としては、鋼
板、ブリキあるいはテインフリーステイール等の
表面処理鋼板、アルミニウムおよびその合金など
の金属薄板が用いられる。また、プラスチツク材
へ本発明を適用することも可能である。そして、
適用される溶接部材の板厚は0.15〜0.4mm程度が
好ましいが、本発明はこの板厚に特に限定されな
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、突合せ
部に幅が繰り返し変化する間〓を設けることによ
り、従来密着した突合せ部を高速にて突合せ溶接
した際に生じていたレーザビーム照射面側の溶融
凝固部の盛り上りおよび裏面側の切れ込み、ある
いはハンピング等の溶接欠陥を発生させることな
く、高速度溶接を行うことができる。その結果、
溶接時間が短縮され良好な溶接部が得られる。

また、間〓の大きさを制御することが容易とな
り、間〓の幅は多少大きくしても間〓の全体積は
小さくできるため、溶接部の厚みの減少あるいは
穴あきが生じ難くなる。したがつて、間〓の幅を
大きくすることにより、間〓の効果が高まり、よ
り好ましい溶接状態を得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図乃至第３図は各々本発明の第１乃至第３
の実施例を示す斜視図、第４図は本発明の第１の
実施例に用いられる溶接部材の加工状態を示す正
面図、第５図は本発明の第１の実施例で得られた
溶接部の拡大断面図、第６図は比較例である溶接
部の拡大断面図、第７図は他の比較例を示す斜視
図、第８図は第７図に示す比較例で得られた溶接
部の断面拡大図、第９図は従来の技術を示す断面
図である。１，２……溶接部材、３……間〓、１１……溶
融凝固部、１２……切れ込み。

Claims

【特許請求の範囲】１薄板の溶接部材を突合せ、この突合せ端面に
沿つてレーザビームを照射し突合せ溶接を行う方
法において、上記溶接部材の突合せ端面の少くと
も一方に、その長手方向に繰り返し現れるように
した凹みを設け、突合せ端面間に幅が繰り返し変
化する間〓を生じた状態で高速度溶接を行うこと
を特徴とするレーザビームによる突合せ溶接方
法。２上記突合せ端面間の最大幅は上記溶接部材の
板厚の35％以下に設定してなる特許請求の範囲第
１項記載のレーザビームによる突合せ溶接方法。