JPH05228681A - Laser welding method and cooling head used for this method - Google Patents
Laser welding method and cooling head used for this methodInfo
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- JPH05228681A JPH05228681A JP4072394A JP7239492A JPH05228681A JP H05228681 A JPH05228681 A JP H05228681A JP 4072394 A JP4072394 A JP 4072394A JP 7239492 A JP7239492 A JP 7239492A JP H05228681 A JPH05228681 A JP H05228681A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料の溶融接合に
使用されるレーザ溶接法に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a laser welding method used for fusion bonding of metallic materials.
【０００２】金属材料の溶融溶接法の１つとして、レー
ザビームを利用したレーザ溶接法がある。これは、コヒ
ーレントな高エネルギ密度の光熱源を利用した溶接であ
るため、高速で低入熱、深溶込みの高品質継手が得られ
るという特徴を有している。レーザ溶接での溶接プロセ
スは次のように説明される。A laser welding method using a laser beam is known as one of the fusion welding methods for metallic materials. Since this is welding using a coherent light source of high energy density, it has a feature that a high quality joint with low heat input and deep penetration can be obtained at high speed. The welding process in laser welding is described as follows.
【０００３】レーザ発振器で発振されたレーザビーム
は、集光レンズまたは集光ミラーで集光されることによ
り、高エネルギ密度のビームとなって被溶接部に照射さ
れる。この際、被溶接部は瞬時に加熱、溶融され、同時
に激しい蒸発を伴う。この蒸発の反力が溶融池を下方に
押し込み、レーザビーム照射点にキーホールと呼ばれる
狭く深い孔を形成する。キーホールが形成されると、そ
こに照射されたレーザビームは、キーホール壁面に当た
って多重反射を繰り返し、高エネルギ密度を保持したま
までキーホール底部に達する。このように、レーザ溶接
においては被溶接材内部に直接高密度の入熱が与えられ
るため、深くて幅が狭い低入熱の高品質継手が得られ
る。A laser beam oscillated by a laser oscillator is condensed by a condenser lens or a condenser mirror to be a high energy density beam, which is applied to a welded portion. At this time, the portion to be welded is instantly heated and melted and, at the same time, violently evaporated. The reaction force of this evaporation pushes the molten pool downward, forming a narrow deep hole called a keyhole at the laser beam irradiation point. When the keyhole is formed, the laser beam irradiated onto the keyhole hits the wall surface of the keyhole and repeats multiple reflection, and reaches the bottom of the keyhole while maintaining a high energy density. Thus, in laser welding, since high-density heat input is directly applied to the inside of the material to be welded, a deep and narrow high-quality joint with low heat input can be obtained.
【０００４】しかしながら、レーザ溶接には、以下に述
べるようなプラズマに起因する問題が存在する。レーザ
溶接において、溶接時に発生する金属蒸気は、溶接部上
方に噴出してレーザビームを吸収し、金属プラズマを形
成する。プラズマは、レーザの吸収率が高いため、一度
プラズマが形成されると、レーザをさらに吸収しながら
大きく成長する。このようにして形成されたプラズマ
が、レーザを吸収したり散乱させるため、大きなエネル
ギの損失を伴う。However, laser welding has a problem due to plasma as described below. In laser welding, metal vapor generated at the time of welding jets above the welded portion and absorbs the laser beam to form metal plasma. Since plasma has a high laser absorption rate, once plasma is formed, it grows large while further absorbing the laser. The plasma thus formed absorbs and scatters the laser, with a large loss of energy.
【０００５】また、溶接時には、通常、溶接部の酸化お
よび窒化を防止する目的で、Ａｒを溶接部のシールドガ
スとして用いている。Ａｒの電離電圧はあまり大きくな
いため、入熱密度が特に大きいような溶接条件において
は、シールドガスもプラズマ化し、さらに大きなプラズ
マを形成するため、エネルギの損失もさらに大きくな
り、溶け込み深さが大きく減少する。このように、レー
ザ溶接時に発生するプラズマは、大きなエネルギ損失を
伴い、溶け込み深さの低下をもたらすため、実用上の大
きな問題点となっている。Further, during welding, Ar is usually used as a shield gas for the welded portion for the purpose of preventing oxidation and nitridation of the welded portion. Since the ionization voltage of Ar is not so large, under welding conditions where the heat input density is particularly large, the shield gas is also turned into plasma and a larger plasma is formed, resulting in a larger energy loss and a larger penetration depth. Decrease. As described above, the plasma generated during laser welding causes a large energy loss and causes a decrease in the penetration depth, which is a serious problem in practical use.
【０００６】プラズマの発生量を左右する因子として
は、シールドガスの電離電圧、シールドガスの冷却能力
があげられる。シールドガスに電離電圧が大きいガスを
使用すると、シールドガスがプラズマ化しにくいため、
プラズマは余り大きく成長できなくなる。また、シール
ドガスの冷却能力が高い場合、シールドガスが金属プラ
ズマの熱エネルギを効率よく吸収するため、プラズマの
成長は抑制される。Ｈｅは、電離電圧が高く、熱伝導率
も大きいため、プラズマの成長を抑制するのに大きな効
果がある。また、Ｈｅは、Ａｒと同様に不活性ガスであ
り、溶接部の汚染を防ぐためのシールドガスとして使用
することが可能である。Factors that influence the amount of plasma generated are the ionization voltage of the shield gas and the cooling capacity of the shield gas. If a gas with a high ionization voltage is used as the shield gas, the shield gas will not easily turn into plasma,
Plasma cannot grow too large. Further, when the cooling capacity of the shield gas is high, the shield gas efficiently absorbs the heat energy of the metal plasma, so that the growth of the plasma is suppressed. Since He has a high ionization voltage and a large thermal conductivity, He is very effective in suppressing the growth of plasma. Further, He is an inert gas like Ar and can be used as a shield gas for preventing contamination of the welded portion.
【０００７】このようなことから、Ａｒの代わりにＨｅ
を、シールドガスに用いてプラズマを抑制する方法が考
えられる。しかし、Ｈｅは非常に高価なガスであるた
め、Ｈｅガス単独で用いることはコスト的に不利であ
る。そこで、ＨｅとＡｒの混合ガスで代用させる方法
が、特開昭６１−２３２０８６号公報により提案されて
いる。Therefore, He is replaced by He instead of Ar.
A method of suppressing plasma by using the above as a shield gas can be considered. However, since He is a very expensive gas, it is costly to use He gas alone. Therefore, a method of substituting with a mixed gas of He and Ar has been proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-232086.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、Ｈｅの混合割合を３０％未満にするとプラズマの成
長を抑制する作用が失われるため、Ｈｅの混合割合を３
０％以上に保つ必要がある。従って、この方法を用いた
場合にも、溶接コストの大幅アップは避けられず、特殊
な用途以外には実用化は困難である。一方、発生したプ
ラズマをサイドガスと呼ばれる側方から吹き付ける高速
のＡｒガスによって吹き飛ばす方法も提案されている
が、吹き付け角度、位置、流速等に対する非常に高精度
な制御が要求されるため、実用化は難しい。However, in this method, when the He mixing ratio is less than 30%, the effect of suppressing plasma growth is lost, so the He mixing ratio is set to 3%.
It is necessary to keep it at 0% or more. Therefore, even when this method is used, a large increase in welding cost is unavoidable, and it is difficult to put it into practical use except for special applications. On the other hand, a method has also been proposed in which the generated plasma is blown off by a high-speed Ar gas, which is called side gas, but it is required for practical use because very precise control of the blowing angle, position, flow velocity, etc. is required. Is difficult
【０００９】本発明の目的は、シールドガスとしてＨｅ
を使用したりサイドガスを併用することなく、安価なＡ
ｒガスを用いるのみでプラズマの成長を抑え得て、溶け
込み深さを大きくできるレーザ溶接法を提供することに
ある。本発明の他の目的は、プラズマの成長を抑えるに
特に有効な冷却ヘッドを提供することにある。An object of the present invention is to use He as a shielding gas.
Cheap A without using gas or side gas
It is an object of the present invention to provide a laser welding method capable of suppressing the growth of plasma only by using r gas and increasing the penetration depth. Another object of the present invention is to provide a cooling head that is particularly effective in suppressing plasma growth.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】レーザ溶接において溶け
込み深さが減少する原因は、前述したように、溶接部直
上に発生するプラズマが、レーザービームを吸収したり
散乱させることにある。プラズマは、その物理的性質
上、高温高圧であるほどエネルギを吸収して成長し易く
なり、逆に、冷却するか、あるいは密度を低くしてやる
と、プラズマ状態を維持できなくなり、消失する。As described above, the reason why the penetration depth is reduced in laser welding is that the plasma generated immediately above the welded portion absorbs or scatters the laser beam. Due to the physical properties of plasma, the higher the temperature and the pressure, the easier it is for energy to be absorbed and to grow. On the contrary, when the plasma is cooled or the density is lowered, the plasma state cannot be maintained and disappears.
【００１１】本発明者らは、このようなプラズマの物理
的性質に着目し、プラズマを冷却させる方法、プラズマ
を拡散させて密度を低下させる方法を見出すべく実験、
研究を行った。その結果、溶接部直上に発生するプラズ
マを、通水冷却された水冷銅板等の冷却ヘッドで冷却す
れば、これを消失させ得ること、溶接部に向けてシール
ドガスを噴射する経路の途中で、外周側へ放射状に広が
る外向きのガス流れを形成すれば、プラズマを縮小させ
得ることを知見した。The inventors of the present invention focused on such physical properties of plasma and conducted experiments to find a method for cooling the plasma and a method for diffusing the plasma to reduce the density.
I did a research. As a result, if the plasma generated directly above the weld is cooled by a cooling head such as a water-cooled copper plate that has been water-cooled, it can be eliminated, in the middle of the path for injecting the shield gas toward the weld, It was found that the plasma can be reduced by forming an outward gas flow that radially spreads to the outer peripheral side.
【００１２】本発明のレーザ溶接法は、かかる知見に基
づいて開発されたもので、集光されたレーザビームを被
溶接材の被溶接部に照射するレーザ溶接法において、被
溶接部に照射されるレーザビームを通過させる直径1.８
ｍｍ未満のビーム通過孔が設けられた冷却ヘッドを、被
溶接材からの距離が2.２ｍｍ未満の位置に保持して溶接
を行ない、その溶接中、冷却ヘッドのビーム入射側から
レーザビームに沿って第１のシールドガスを噴射すると
共に、冷却ヘッドから被溶接部へ向けて第２のシールド
ガスを噴射することを特徴とする。The laser welding method of the present invention was developed on the basis of such knowledge, and in the laser welding method of irradiating a welded portion of a welded material with a focused laser beam, the welded portion is irradiated. Diameter that allows the laser beam to pass 1.8
Welding is performed by holding the cooling head with a beam passage hole of less than mm in a position where the distance from the material to be welded is less than 2.2 mm, and during welding, from the beam incident side of the cooling head along the laser beam. And injecting the first shield gas, and injecting the second shield gas from the cooling head toward the welded portion.
【００１３】また、本発明の冷却ヘッドは、内部を冷却
液が流通する高熱伝導性の金属板材からなり、該板材に
両面間を通過するビーム通過孔を設けると共に、板材中
にシールドガスを導入するガス路を設け、該ガス路の出
口を、板材の一方の面のビーム通過孔周囲および溶接部
対向位置に開口させたことを特徴とする。Further, the cooling head of the present invention is made of a metal plate material having a high thermal conductivity in which a cooling liquid flows, the plate material is provided with a beam passage hole passing between both surfaces, and a shield gas is introduced into the plate material. Is provided, and an outlet of the gas passage is opened around the beam passage hole on one surface of the plate material and at a position facing the welded portion.
【００１４】[0014]
【作用】図１は本発明のレーザ溶接法の一実施態様を模
式的に示す側面図である。1 is a side view schematically showing one embodiment of the laser welding method of the present invention.
【００１５】トーチ１からは、下方の被溶接材２の被溶
接部２ａに向けて、集光されたレーザビームＢが照射さ
れると共に、第１のシールドガスＧ１としてのＡｒが噴
出される。トーチ１と被溶接材２との間には、銅板から
なる冷却ヘッド３が保持されている。From the torch 1, the focused laser beam B is irradiated toward the welded portion 2a of the welded material 2 below, and Ar as the first shield gas G1 is ejected. A cooling head 3 made of a copper plate is held between the torch 1 and the material 2 to be welded.
【００１６】冷却ヘッド３は、図２および図３に示すよ
うに、上下面を貫通した円形のビーム通過孔３ａを有す
る。冷却ヘッド３には、ビーム通過孔３ａを半周にわた
って包囲するＵ字状の通水路３ｂが設けられると共に、
通水路３ｂに包囲された形でガス路３ｃが設けられてい
る。ガス路３ｃの先端部は、ビーム通過孔３ａを包囲す
る四角形に形成され、角コーナ部が冷却ヘッド３の下面
に開口して４つの下向きノズル３ｄを形成している。ま
た、ガス路３ｃの先端部近傍には、溶接部２ｂに対向す
る第２のノズル３ｅが設けられている。As shown in FIGS. 2 and 3, the cooling head 3 has a circular beam passage hole 3a penetrating the upper and lower surfaces thereof. The cooling head 3 is provided with a U-shaped water passage 3b that surrounds the beam passage hole 3a over a half circumference, and
A gas passage 3c is provided so as to be surrounded by the water passage 3b. The tip of the gas passage 3c is formed in a quadrangle surrounding the beam passage hole 3a, and a corner portion thereof opens on the lower surface of the cooling head 3 to form four downward nozzles 3d. A second nozzle 3e facing the welded portion 2b is provided near the tip of the gas passage 3c.
【００１７】なお、通水路３ｂ並びにノズル３ｄおよび
３ｅの配置は図示例に限るものでなく、例えば通水路３
ｂは複数系路を、レーザ貫通孔３ａを包囲するノズル３
ｄはレーザ貫通孔を中心とする同心円周上に５個以上
を、また溶接部２ｂに対向するノズル３ｅは前記円周上
以外に２個以上を、それぞれ設けるようにしてもよいこ
とは言うまでもない。The arrangement of the water passage 3b and the nozzles 3d and 3e is not limited to the illustrated example, and for example, the water passage 3
b is a nozzle 3 that surrounds the laser through hole 3a in a plurality of paths
It goes without saying that d may be provided in five or more pieces on a concentric circle centered on the laser through hole, and two or more nozzles 3e facing the welded portion 2b may be provided other than on the circumference. ..
【００１８】溶接の際には、冷却ヘッド３のビーム通過
孔３ａの中心をレーザビームＢのビーム軸に一致させ、
ビーム通過孔３ａを通して被溶接材２の被溶接部２ａに
レーザビームＢを照射する。また、冷却ヘッド３の通水
路３ｂには冷却水を流通させ、ガス路３ｃには、第２の
シールドガスＧ２としてのＡｒを導入する。At the time of welding, the center of the beam passage hole 3a of the cooling head 3 is aligned with the beam axis of the laser beam B,
The laser beam B is applied to the welded portion 2a of the welded material 2 through the beam passage hole 3a. Further, the cooling water is circulated through the water passage 3b of the cooling head 3, and Ar as the second shield gas G2 is introduced into the gas passage 3c.
【００１９】被溶接部２ａへのレーザビームＢの照射に
より、その金属が溶融および蒸発して、金属蒸気が上方
へ爆発的に噴出する。しかし、水冷銅板からなる冷却ヘ
ッド３によって、この金属蒸気が冷却されエネルギを失
うため、プラズマは生じない。By irradiating the welded portion 2a with the laser beam B, the metal is melted and evaporated, and the metal vapor is explosively ejected upward. However, since the cooling head 3 made of a water-cooled copper plate cools the metal vapor and loses energy, plasma is not generated.
【００２０】また、トーチ１から噴出された第１のシー
ルドガスＧ１は、冷却ヘッド３の上面にあたって周囲に
広がり、外向きのガス流を形成する。溶接中には、金属
の蒸発量が突発的に増え、金属蒸気がビーム通過孔３ａ
を通って冷却ヘッド３の上方に噴出する場合があるが、
その場合も、噴出蒸気のエネルギが、外向きのガス流に
よって奪い去られるため、プラズマは生じない。Further, the first shield gas G1 ejected from the torch 1 reaches the upper surface of the cooling head 3 and spreads to the periphery to form an outward gas flow. During welding, the evaporation amount of the metal suddenly increases, and the metal vapor is absorbed by the beam passage hole 3a.
There is a case in which it spouts above the cooling head 3 through the
Also in that case, the energy of the ejected vapor is taken away by the outward gas flow, and thus plasma is not generated.
【００２１】これらの相乗りより、シールドガスＧ１お
よびＧ２としてＡｒを使用し、また、サイドガスを併用
していないにもかかわらず、レーザービームＢは、エネ
ルギーの損失なしに被溶接部２ａに照射され、溶け込み
深さは従来法に比べて大幅に増大する。ここで、シール
ドガスＧ１は、光学系を保護する機能も有する。シール
ドガスＧ２は、冷却ヘッド３の複数のノズル３ｄからレ
ーザービームＢを包囲するように被溶接材２へ噴射され
て、溶接部の酸化および窒化等の汚染を防ぐ。また、第
２のノズル３ｅは、高速溶接時に溶融池が後方に長く延
在する場合でも充分なシールド性を保証する。From these jointing, the laser beam B is applied to the welded portion 2a without energy loss, although Ar is used as the shielding gas G1 and G2 and the side gas is not used together. The penetration depth is significantly increased compared to the conventional method. Here, the shield gas G1 also has a function of protecting the optical system. The shield gas G2 is sprayed from the plurality of nozzles 3d of the cooling head 3 onto the welded material 2 so as to surround the laser beam B, and prevents contamination such as oxidation and nitridation of the welded portion. Further, the second nozzle 3e guarantees sufficient shielding property even when the molten pool extends long backwards during high speed welding.
【００２２】このように、本発明のレーザ溶接法は、Ｈ
ｅおよびサイドガスなしで、プラズマの発生を抑える作
用がある。ただし、レーザ通過孔の直径ａが大きすぎた
り、被溶接材から冷却ヘッドまでの距離ｂが大きすぎる
と、プラズマを冷却する能力が低くなるため、プラズマ
が発生し、溶け込み深さが減少する。従って、ａとｂに
は適正値が存在する。As described above, the laser welding method of the present invention uses H
There is an effect of suppressing the generation of plasma without using e and side gas. However, if the diameter a of the laser passage hole is too large, or if the distance b from the material to be welded to the cooling head is too large, the ability to cool the plasma decreases, so that plasma is generated and the penetration depth decreases. Therefore, proper values exist for a and b.
【００２３】図４は、焦点距離２５４ｍｍの集光ミラー
を用いて、レーザ出力５ｋＷ、溶接速度１ｍ／ｍｉｎ、
ｂ＝１ｍｍとして溶接を行った場合の、溶け込み深さと
レーザ通過孔の直径ａとの関係を調査した結果を示す。
図４から明らかなように、ａの値が1.８ｍｍ以上になる
と、急激に溶け込みが浅くなる。図５は、溶け込み深さ
に及ぼすｂ値の影響の調査結果を示す。ここでレーザ通
過孔の直径ａは１ｍｍとし、他の条件は図４の場合と同
一条件とした。図５から明らかなように、ｂ値が2.２ｍ
ｍ以上で急激に溶け込み深さが減少している。集光ミラ
ーの焦点距離、レーザ出力、溶接速度を変化させても同
様の結果が得られた。以上の結果から、ａの適正値は1.
８ｍｍ未満、ｂの適正値は2.２ｍｍ未満となることが明
らかである。FIG. 4 shows a laser having a laser output of 5 kW, a welding speed of 1 m / min, and a focusing mirror having a focal length of 254 mm.
The result of investigating the relationship between the penetration depth and the diameter a of the laser passage hole when welding was performed with b = 1 mm is shown.
As is clear from FIG. 4, when the value of a is 1.8 mm or more, the penetration becomes shallow rapidly. FIG. 5 shows the results of investigation of the influence of the b value on the penetration depth. Here, the diameter a of the laser passage hole was set to 1 mm, and the other conditions were the same as those in FIG. As is clear from Fig. 5, the b value is 2.2 m.
The penetration depth sharply decreases at m or more. Similar results were obtained by changing the focal length of the condenser mirror, the laser output, and the welding speed. From the above results, the appropriate value of a is 1.
It is clear that the appropriate value of less than 8 mm and b is less than 2.2 mm.
【００２４】冷却ヘッドの材質は、熱伝導率が大きい金
属が良く、この点から銅が最も望ましいが、ステンレス
鋼、真ちゅう等も使用できる。The material of the cooling head is preferably a metal having a high thermal conductivity, and copper is most preferable from this point, but stainless steel, brass, etc. can also be used.
【００２５】冷却ヘッドの大きさは、ビーム通過孔の中
心から溶接進行方向および左右両方向にそれぞれ１２ｍ
ｍ以上、溶接進行方向とは逆方向に２０ｍｍ以上（平面
積：約７７０ｍｍ2 以上）の大きさを確保するのが望ま
しい。その理由は、これより小さい場合にはシールドガ
スＧ１およびＧ２のガス流れに乱れが生じ、溶接部の保
護（シールド）が充分にできなくなるおそれがあるから
である。なお、大きさの上限は何ら制限するものではな
い。しかし、あまり大きいと、溶接部分等を観察等する
必要がある場合にそれが困難になるから、その大きさは
溶接進行方向および左右両方向にそれぞれ２０ｍｍ、溶
接進行方向とは逆方向に３０ｍｍ（平面積：約２０００
ｍｍ2 ）程度とするのが良い。The size of the cooling head is 12 m from the center of the beam passage hole in the welding advancing direction and in both left and right directions.
It is desirable to secure a size of m or more and 20 mm or more (planar area: about 770 mm 2 or more) in the direction opposite to the welding proceeding direction. The reason for this is that if it is smaller than this, the gas flows of the shield gases G1 and G2 may be disturbed and the welded part may not be sufficiently protected (shielded). The upper limit of the size is not limited at all. However, if it is too large, it becomes difficult when it is necessary to observe the welded part, etc. Therefore, the size is 20 mm in each of the welding advancing direction and the left and right directions, and 30 mm in the direction opposite to the welding advancing direction (flat Area: about 2000
It is better to set it to about mm 2 ).
【００２６】また、シールドガスＧ１およびＧ２の流量
としては、それぞれ１０リットル／ｍｉｎ以上とするの
が望ましい。その理由は、流量が１０リットル／分より
少ない場合には、シールドガスＧ１にあっては溶接時に
発生するプラズマを充分に拡散・消失させ得ないおそれ
があるからであり、またシールドガスＧ２にあっては溶
接部分を充分に保護（シールド）し得ないおそれがある
からである。なお、何れのガスＧ１およびＧ２も、その
流量の上限は何ら制限するものではない。The flow rates of the shield gases G1 and G2 are preferably 10 liters / min or more. The reason is that when the flow rate is less than 10 liters / minute, the shield gas G1 may not be able to sufficiently diffuse and extinguish the plasma generated during welding, and the shield gas G2 does not. This is because the welded part may not be sufficiently protected (shielded). The upper limits of the flow rates of the gases G1 and G2 are not limited at all.
【００２７】[0027]
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.
【００２８】表１に示す化学組成の鋼板をレーザ溶接す
るにあたり、図２および図３に示す冷却ヘッドを使用し
た。冷却ヘッドの仕様および使用条件を表２に示す。レ
ーザ溶接は、定格出力５ｋＷの炭酸ガスレーザ発振器を
使用し、出力を５ｋＷ、焦点を鋼板表面に設定して実施
した。溶接速度を変化させたときの溶け込み深さを、冷
却ヘッドを使用しない従来法の場合と比較して図６に示
す。本発明の実施により、溶け込み深さが1.２〜1.５倍
に向上した。レーザ出力を変化させても、５ｋＷの場合
と同様の効果が得られた。The laser heads shown in FIGS. 2 and 3 were used for laser welding the steel sheets having the chemical compositions shown in Table 1. Table 2 shows the specifications and usage conditions of the cooling head. The laser welding was carried out by using a carbon dioxide gas laser oscillator with a rated output of 5 kW, setting the output to 5 kW and setting the focus on the steel plate surface. The penetration depth when the welding speed is changed is shown in FIG. 6 in comparison with the case of the conventional method which does not use a cooling head. By carrying out the present invention, the penetration depth was improved by 1.2 to 1.5 times. Even when the laser output was changed, the same effect as in the case of 5 kW was obtained.
【００２９】[0029]
【表１】 [Table 1]
【００３０】[0030]
【表２】 [Table 2]
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のレーザ溶接法は、プラズマの発生を抑えて、大幅な溶
け込み深さの増大を達成し得る。しかも、Ｈｅを使用す
る必要がないので、溶接コストは従来と実質的に変わら
ず、更に、サイドガスを使わないので、複雑な制御機構
を必要としない。As is apparent from the above description, the laser welding method of the present invention can suppress the generation of plasma and achieve a large increase in the penetration depth. Moreover, since it is not necessary to use He, the welding cost is substantially the same as the conventional one, and since side gas is not used, a complicated control mechanism is not required.
【００３２】また、本発明の冷却ヘッドは、内部を冷却
液が流通する高熱伝導性の金属板材からなるので、溶接
部直上に生じるプラズマを充分に冷却でき、且つ、ビー
ム入側から噴射される第１のシールドガスをその入側面
で外向きのガス流に効果的に整流する。ビーム通過孔の
周囲から第２のシールドガスを噴出するので、溶接部の
汚染を充分に防止し、溶融地が後方へ長く延在する場合
も、溶接部対向位置に設けたガス出口からの第２のシー
ルドガスにより充分なシールド性を確保する。Further, since the cooling head of the present invention is made of a metal plate material having a high thermal conductivity in which the cooling liquid flows, the plasma generated directly above the welded portion can be sufficiently cooled, and is injected from the beam entrance side. Effectively rectify the first shield gas at its entrance side into an outward gas flow. Since the second shield gas is ejected from around the beam passage hole, the contamination of the welded portion is sufficiently prevented, and even when the molten ground extends backward for a long time, the second shield gas is provided from the gas outlet provided at the position facing the welded portion. Sufficient shielding property is secured by the shielding gas of 2.
【図１】本発明のレーザ溶接法の一実施態様を模式的に
示す側面図である。FIG. 1 is a side view schematically showing an embodiment of a laser welding method of the present invention.
【図２】本発明の冷却ヘッドの一例を示す平面図であ
る。FIG. 2 is a plan view showing an example of a cooling head of the present invention.
【図３】図２の冷却ヘッドの縦断側面図である。3 is a vertical side view of the cooling head of FIG.
【図４】レーザ通過孔の直径と溶け込み深さとの関係を
示す図表である。FIG. 4 is a chart showing a relationship between a diameter of a laser passage hole and a penetration depth.
【図５】被溶接材から冷却ヘッドまでの距離と溶け込み
深さとの関係を示す図表である。FIG. 5 is a table showing the relationship between the distance from the material to be welded to the cooling head and the penetration depth.
【図６】溶接速度と溶け込みとの関係を、本発明法およ
び従来法について示す図表である。FIG. 6 is a chart showing the relationship between welding speed and penetration for the method of the present invention and the conventional method.
１ トーチ ２ 被溶接材 ２ａ 被溶接部 ２ｂ 溶接部 ３ 冷却ヘッド ３ａ ビーム通過孔 ３ｂ 通水路 ３ｃ ガス路 ３ｄ，３ｂ ノズル Ｂ レーザービーム Ｇ１，Ｇ２ シールドガス 1 Torch 2 Welded material 2a Welded portion 2b Welded portion 3 Cooling head 3a Beam passage hole 3b Water passage 3c Gas passage 3d, 3b Nozzle B Laser beam G1, G2 Shield gas
Claims (2)
溶接部に照射するレーザ溶接法において、被溶接部に照
射されるレーザビームを通過させる直径1.８ｍｍ未満の
ビーム通過孔が設けられた冷却ヘッドを、被溶接材から
の距離が2.２ｍｍ未満の位置に保持して溶接を行ない、
その溶接中、冷却ヘッドのビーム入射側からレーザビー
ムに沿って第１のシールドガスを噴射すると共に、冷却
ヘッドから被溶接部へ向けて第２のシールドガスを噴射
することを特徴とするレーザ溶接法。1. A laser welding method for irradiating a welded portion of a material to be welded with a focused laser beam, wherein a beam passage hole having a diameter of less than 1.8 mm is provided for passing the laser beam irradiated to the welded portion. The cooling head is held at a position where the distance from the material to be welded is less than 2.2 mm, and welding is performed.
During the welding, the first shield gas is jetted along the laser beam from the beam incident side of the cooling head, and the second shield gas is jetted from the cooling head toward the welded portion. Law.
属板材からなり、該板材に両面間を通過するビーム通過
孔を設けると共に、板材中にシールドガスを導入するガ
ス路を設け、該ガス路の出口を、板材の一方の面のビー
ム通過孔周囲および溶接部対向位置に開口させたことを
特徴とする冷却ヘッド。2. A metal plate material having a high thermal conductivity through which a cooling liquid flows, a beam passage hole passing between both surfaces of the plate material is provided, and a gas passage for introducing a shield gas is provided in the plate material. A cooling head, characterized in that the outlet of the gas passage is opened around the beam passage hole on one surface of the plate material and at a position facing the welding portion.
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