JPH05253683A - レーザスポット溶接方法及び溶接トーチ - Google Patents

レーザスポット溶接方法及び溶接トーチ

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JPH05253683A
JPH05253683A JP4087970A JP8797092A JPH05253683A JP H05253683 A JPH05253683 A JP H05253683A JP 4087970 A JP4087970 A JP 4087970A JP 8797092 A JP8797092 A JP 8797092A JP H05253683 A JPH05253683 A JP H05253683A
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JP
Japan
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welded
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welding
annular magnet
laser beam
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Withdrawn
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JP4087970A
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English (en)
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Satoshi Soga
聡 曽我
Hiroshi Asada
博 朝田
Shoji Inoue
正二 井上
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 片側からだけの拘束によって被溶接材料を互
いに固定し、簡単な操作で被溶接材料をレーザスポット
溶接する。 【構成】 重ね合わせた被溶接材料S1 ,S2 の一面に
環状磁石14を配置し、環状磁石14の磁力によって被
溶接材料S1 ,S2 を互いに拘束する。環状磁石14の
上方にはレーザヘッド12が設けられており、レーザヘ
ッド12から環状磁石14の中央開口を経て前記被溶接
材料S1 の表面にレーザ光13が出射される。非磁性の
被溶接材料S1 ,S2 を溶接する場合には、強磁性の環
状金属板を裏面側に当てがい、環状金属板と環状磁石1
4との間で被溶接材料S1 ,S2 を挟持する。 【効果】 環状磁石14による磁気吸着力が溶接部の周
囲に均等に働くため、溶接点を中心として被溶接材料が
良好に且つ簡単に拘束される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、片側から拘束した状態
で被溶接材料をレーザスポット溶接する方法及び溶接ト
ーチに関する。
【0002】
【従来の技術】2枚の被溶接材料を相互に接続するスポ
ット溶接には、溶接される被溶接材料内に溶接電流を流
す抵抗溶接,溶接チップと被溶接材料の間に発生したア
ークにより被溶接材料を接合するアーク溶接等がある。
【0003】抵抗スポット溶接では、図1に示すように
溶接される金属板S1 ,S2 を重ね合わせて、アーム1
a,1bの先端にある電極2a,2bで拘束する。金属
板S1 ,S2 を介して電極2aと2bとの間に電流を供
給するとき、ジュール熱によって金属板S1 ,S2 が加
熱・溶融し、冶金的に接合される。
【0004】アークスポット溶接では、図2に示すよう
に重ね合わせた金属板S1 ,S2 の片側に溶接トーチ3
を配置し、チップ4に挿通した電極5と金属板S1 との
間にアーク6を発生させる。0.5〜5秒程度の時間で
アーク6を発生させ、電極5直下の部分の金属板S1
2 を局部的に溶融させ、融合部7を形成する。
【0005】また、最近ではレーザビームを熱源とした
スポット溶接も使用されるようになってきている。たと
えば、特開平1−104489号公報では、金属薄板を
粘着テープで互いに張り合せた後、全体を治具で固定
し、レーザビームを片側から照射するレーザースポット
溶接が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】抵抗スポット溶接で
は、両側から電極2a及び2bで挟み込むことによっ
て、重ね合わせた金属板S1 ,S2 を拘束する。そのた
め、適用可能な溶接部の形状に制約を受ける。たとえ
ば、図3に示すように金属製フックS3 を箱体S4 に取
り付けるとき、箱体S4 の内側にアーム1a又は1bが
入らないものでは、抵抗スポット溶接を採用することが
できない。
【0007】また、被溶接材料に幅があり、縁部から溶
接点までの距離が長い場合、アーム長を大きくしてい
る。しかし、アーク長を大きくすると回路のインダクタ
ンスが増加し、同じ溶接電流を流すために入力電流を増
加させることが必要になる。そのため、定格電流が大き
な溶接機が要求される。
【0008】他方、アークスポット溶接は、重ね合わせ
た金属板S1 ,S2 の片側からアーク6を照射する方式
であるため、図3に示した形状の溶接部に対しても提供
することができる。アークスポット溶接で1点当りの溶
接強度を上げようとすると、アーク6による入熱を大き
くする。そのため、金属板S1 ,S2 に与える熱影響が
大きく、組織変化による強度不足や熱変形等の問題が発
生する。特に、図3に示すように熱容量の大きく異なる
金属製フックS3 を箱体S4 に接合する場合、金属製フ
ックS3 に大きな熱変形が生じ易い。
【0009】また、前掲した特開平1−104489号
公報に記載されているレーザスポット溶接では、粘着テ
ープによる被溶接材料の貼合せや、貼り合わせた被溶接
材料を治具で固定する2段の拘束工程が必要とされる。
そのため、作業性に問題があり、自動化ラインにおいて
もライン構成が複雑化する。
【0010】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、磁力を使用した拘束力で被溶接材
料を片側から拘束することにより、簡単な作業で各種形
状の被溶接材料をスポット溶接することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザスポット
溶接は、その目的を達成するため、重ね合わせた被溶接
材料を一面に環状磁石を配置し、該環状磁石の磁力によ
って前記被溶接材料を互いに拘束し、前記環状磁石の中
央開口を通過したレーザ光で前記一面側から前記被溶接
材料を照射することを特徴とする。レーザ光は、被溶接
材料の一点に照射させる形式、或いは被溶接材料の表面
に円を描くように照射させる形式の何れであっても良
い。
【0012】また、本発明のレーザスポット溶接トーチ
は、溶接トーチの先端に環状磁石が装着され、該環状磁
石の中央開口を経てレーザ光が被溶接材料に投射される
ように、レーザヘッドを前記溶接トーチの内部に設けた
ことを特徴とする。
【0013】
【作 用】本発明においては、図4に示すように溶接ト
ーチ10を重ね合わせた被溶接材料S1 ,S2 に接触さ
せる。溶接トーチ10は、外套11にレーザヘッド12
を収容している。レーザ光発生源から出射されたレーザ
光13は、適宜のコンデンサー,反射ミラー等を経てレ
ーザヘッド12内に送り込まれ、被溶接材料S1 ,S2
に向けて出射される。外套11の先端部は若干縮径され
ており、そこに電磁石等の環状磁石14が配置されてい
る。
【0014】環状磁石14は、溶接トーチ10の外套1
1に単に嵌め込まれたものも使用可能であるが、外套1
1と一体化されたものが好ましい。一体化された環状磁
石14を使用するとき、環状磁石14に被溶接材料S
1 ,S2 を吸着させることによってレーザヘッド12の
先端と被溶接材料S1 の表面との間の距離が定まり、焦
点調節装置により焦点位置を毎回調節する必要がなくな
る。
【0015】環状磁石14は、20〜35mmの内径を
持つことが好ましい。35mmを超える内径では、溶接
点近傍に作用する拘束力が弱くなり、被溶接材料S,S
2 の間にギャップが生じ、ガス巻き込み等の欠陥が発生
し易くなる。しかし、25mm未満の内径では、環状磁
石14とレーザ光13との距離が小さくなり、環状磁石
14がレーザ光13により加熱され、磁気性能が劣化す
る。特に、レーザヘッド12を円運動させる場合、或い
は光学系を操作することによりレーザービームのみを円
運動させる場合には、その円軌跡を見込んで環状磁石1
4の内径を定める必要がある。
【0016】環状磁石14の磁力により、被溶接材料
S,S2 が相互に拘束される。すなわち、溶接トーチ1
0の先端を被溶接材料S,S2 に接触するだけの操作
で、所望の溶接条件が得られる。このとき、環状磁石1
4の磁力は溶接点を中心として円周方向に均等に作用す
るため、機械的なクランプと異なり被溶接材料S,S2
を異方性なく拘束することができる。また、レーザ光1
3は、磁力による影響を受けることがないため、被溶接
材料S,S2 の上に焦点を結び、溶込み部15を形成す
る。これによって、被溶接材料S,S2 は、相互に接合
される。
【0017】被溶接材料S,S2 を拘束する環状磁石1
4としては、拘束力を自由に調節することができる電磁
石が好ましい。また、電磁石を使用する場合、電源のオ
ン・オフにより、被溶接材料S,S2 の拘束状態或いは
非拘束状態が得られるため、溶接点に溶接トーチ10を
配置する作業及び溶接後に溶接トーチ10を被溶接材料
S,S2 から分離する作業が容易になる。
【0018】溶接トーチ10は、外套11内でレーザヘ
ッド12を円運動させる機構を備えることができる。こ
れにより、レーザ光13で円を描きながら被溶接材料
S,S2 が照射され、溶接強度の大きな溶接部が得られ
る。このとき、レーザ光13で描く円の径を変えること
によって溶接強度が変わるため、レーザヘッド12を円
運動させる機構としては、円軌道の径を調節する機能を
もつことが望ましい。
【0019】
【実施例】実施例1 :被溶接材料として、板厚0.7mmの普通鋼
鋼板SPCを使用した。片方の被溶接材料を図5に示す
ように金属製フック16に成形し、他方の被溶接材料を
箱体17に成形した。箱体17の上に載置した金属製フ
ック16に、図4に示した溶接トーチ10の先端を押し
付け、環状磁石14の磁力1KNで金属製フック16及
び箱体17を拘束した。
【0020】出力700Wのレーザ光13で半径2.5
mmの円を描きながら、金属製フック16の表面を照射
した。溶接速度を2m/分に設定し、レーザヘッド12
からアルゴンガスをアシストガスとして30リットル/
分の流量で金属製フック16に向け供給した。溶接部の
断面を観察したところ、図6に示すように、金属製フッ
ク16と箱体17との間に、互いに融合した環状の溶込
み部15が形成されていた。このときの溶込み径dは、
5.2mmであった。
【0021】溶込み径dは、レーザヘッド12が描く円
軌跡の径を変えることによって調整され、溶接部の引張
り強さに対し図7に示す影響を与える。すなわち、溶込
み径dが大きくなるほど、引張り剪断強さ及び十字引張
り強さ双方共に向上する。
【0022】レーザ光13で照射された金属製フック1
6においても、熱応力によって反りを生じ、縁部が箱体
17の表面から離間する。本実施例においては、溶接点
の中心から25mmの距離にある縁部が箱体17から離
間した距離を、熱歪みとして測定した。その結果、5K
N程度の引張り剪断強さをもつ溶接部の熱歪みは、0.
2mmであった。これに対し、同様な溶接強度をもつ溶
接部をアークスポット溶接法で溶接したとき、約1mm
の非常に大きな熱歪みが発生していた。
【0023】実施例2:板厚0.8mmのオーステナイ
ト系ステンレス鋼から実施例1と同様に金属製フック1
6及び箱体17を成形し、被溶接材料とした。この場
合、非磁性の金属製フック16及び箱体17を磁力によ
って拘束するため、図8に示すように強磁性体の環状金
属板18を箱体17の裏面に配置した。この状態で、実
施例1と同じ条件下で金属製フック16を箱体17にレ
ーザスポット溶接した。
【0024】得られた溶接部は、図9に示すように溶込
み径dに応じて変化する引張り剪断強さ及び十字引張り
強さの溶接強度をもっていた。また、一点当りの引張り
剪断強さが7KN程度の溶接部の熱歪みは、0.2mm
であった。これに対し、同様な溶接強度をもつ溶接部を
アークスポット溶接法で溶接したとき、約1.1mmの
非常に大きな熱歪みが発生していた。
【0025】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、レーザ光に磁力が影響を与えないことを利用して、
レーザヘッドから出射されるレーザ光の光路を取り囲む
ように環状磁石を配置し、この環状磁石の磁力で被溶接
材料を片側から拘束している。そのため、溶接点を中心
として均等な力で被溶接材料が拘束され、極めて簡単に
溶接作業を行うことができる。また、レーザ溶接である
ことから、歪み等の熱影響が抑制され形状特性に優れた
溶接部が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の抵抗スポット溶接により金属板を溶接
している状態
【図2】 従来のアークスポット溶接により金属板を溶
接している状態
【図3】 抵抗スポット溶接が適用できない溶接部
【図4】 本発明の溶接トーチを示す要部
【図5】 実施例1における溶接状態
【図6】 実施例1で得られた溶接部
【図7】 実施例1で得られた溶接部の強度と溶込み径
との関係
【図8】 実施例2における溶接状態
【図9】 実施例2で得られた溶接部の強度と溶込み径
との関係
【符号の説明】
10 溶接トーチ 12 レーザヘッド 13 レ
ーザ光 14 環状磁石 16 金属製フック(被溶接材
料) 17 箱体(被溶接材料)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重ね合わせた被溶接材料の一面に環状磁
    石を配置し、該環状磁石の磁力によって前記被溶接材料
    を互いに拘束し、前記環状磁石の中央開口を通過したレ
    ーザ光で前記一面側から前記被溶接材料を照射すること
    を特徴とするレーザスポット溶接方法。
  2. 【請求項2】 溶接トーチの先端に環状磁石が装着さ
    れ、該環状磁石の中央開口を経てレーザ光が被溶接材料
    に投射されるように、レーザヘッドを前記溶接トーチの
    内部に設けたことを特徴とするレーザスポット溶接トー
    チ。
JP4087970A 1992-03-12 1992-03-12 レーザスポット溶接方法及び溶接トーチ Withdrawn JPH05253683A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1302888C (zh) * 2004-12-23 2007-03-07 北京工业大学 一种磁场辅助激光焊接装置
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KR101286672B1 (ko) * 2011-07-08 2013-07-16 주식회사 성우하이텍 레이저 옵틱헤드
JP2016018756A (ja) * 2014-07-11 2016-02-01 株式会社豊田自動織機 電極体製造方法

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Effective date: 19990518