JPH05318153A - アルミニウム合金のパルスレーザ溶接方式 - Google Patents
アルミニウム合金のパルスレーザ溶接方式Info
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- JPH05318153A JPH05318153A JP4125115A JP12511592A JPH05318153A JP H05318153 A JPH05318153 A JP H05318153A JP 4125115 A JP4125115 A JP 4125115A JP 12511592 A JP12511592 A JP 12511592A JP H05318153 A JPH05318153 A JP H05318153A
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- welded
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Abstract
(57)【要約】
【目的】溶接割れを著しく低減し光学系に対する損傷を
少なくしてメンテナンスの負担を低減できるアルミニウ
ム合金のパルスレーザ溶接方式を提供する。 【構成】パルスレーザ装置、伝送路、レーザ出射ユニッ
ト、レーザ出射ユニット又は被溶接物を所定の方向また
は所定の位置に移動する移動装置を備え、パルスレーザ
を被溶接物に照射して重ねスポット溶接又は重ね連続溶
接を行なう場合に、被溶接物の溶接条件として、移動装
置によって被溶接物又はレーザ出射ユニットが移動する
ときの溶接速度は、６ｍｍ／秒から１６ｍｍ／秒までの
範囲であり、パルスレーザ発振器によって発振したパル
ス繰り返し周波数は、６サイクル以上であるよう構成さ
れる。
少なくしてメンテナンスの負担を低減できるアルミニウ
ム合金のパルスレーザ溶接方式を提供する。 【構成】パルスレーザ装置、伝送路、レーザ出射ユニッ
ト、レーザ出射ユニット又は被溶接物を所定の方向また
は所定の位置に移動する移動装置を備え、パルスレーザ
を被溶接物に照射して重ねスポット溶接又は重ね連続溶
接を行なう場合に、被溶接物の溶接条件として、移動装
置によって被溶接物又はレーザ出射ユニットが移動する
ときの溶接速度は、６ｍｍ／秒から１６ｍｍ／秒までの
範囲であり、パルスレーザ発振器によって発振したパル
ス繰り返し周波数は、６サイクル以上であるよう構成さ
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パルスレーザを用いた
アルミニウム合金のパルスレーザ溶接方法に関し、特
に、アルミニウム合金の重ねスポット溶接又は重ね連続
（ラップシーム）溶接を行なう場合のパルスレーザ溶接
方法に関する。
アルミニウム合金のパルスレーザ溶接方法に関し、特
に、アルミニウム合金の重ねスポット溶接又は重ね連続
（ラップシーム）溶接を行なう場合のパルスレーザ溶接
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金は、鉄鋼材に比べて比
重が軽く、耐食性が高く、外観が美麗であり、深絞りが
可能である等の優れた性質を有しており、ＪＩＳ規格で
は、Ｈ４０００〜Ｈ４１８０に規定されている。このア
ルミニウム合金は、一般に、機械部品、構造材料として
自動車、家電製品等の軽工業及び重工業界において広く
利用されている。
重が軽く、耐食性が高く、外観が美麗であり、深絞りが
可能である等の優れた性質を有しており、ＪＩＳ規格で
は、Ｈ４０００〜Ｈ４１８０に規定されている。このア
ルミニウム合金は、一般に、機械部品、構造材料として
自動車、家電製品等の軽工業及び重工業界において広く
利用されている。
【０００３】一般に、アルミニウム合金を溶接する方法
としては、例えばＭＩＧ、ＴＩＧ等のアーク溶接やＣＷ
（連続波）型ＣＯ2レーザによる溶接が行なわれてき
た。また最近では、パルスＹＡＧレーザによるアルミニ
ウム合金溶接法が検討されつつある。
としては、例えばＭＩＧ、ＴＩＧ等のアーク溶接やＣＷ
（連続波）型ＣＯ2レーザによる溶接が行なわれてき
た。また最近では、パルスＹＡＧレーザによるアルミニ
ウム合金溶接法が検討されつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＩ
Ｇ，ＴＩＧ等のアーク溶接、スポット溶接、ＣＷ型ＣＯ
2レーザ及びパルスＹＡＧレーザでは、溶接施工におい
て溶接割れが発生し易いことが知られている。特に、パ
ルスＹＡＧレーザでは、溶接割れ、とりわけ凝固割れの
発生が避けられず、このためにパルスＹＡＧレーザは産
業界に普及されていない。一般に、レーザ溶接によって
発生するアルミニウム合金の凝固割れは、高入熱、高溶
接速度になるほど発生し易くなる。
Ｇ，ＴＩＧ等のアーク溶接、スポット溶接、ＣＷ型ＣＯ
2レーザ及びパルスＹＡＧレーザでは、溶接施工におい
て溶接割れが発生し易いことが知られている。特に、パ
ルスＹＡＧレーザでは、溶接割れ、とりわけ凝固割れの
発生が避けられず、このためにパルスＹＡＧレーザは産
業界に普及されていない。一般に、レーザ溶接によって
発生するアルミニウム合金の凝固割れは、高入熱、高溶
接速度になるほど発生し易くなる。
【０００５】さらに、アルミニウム合金等の溶融粘度が
低い合金の場合には、レーザ照射における溶融凝固時
に、激しいスパッタまたはスプラッシュ（溶融体）を伴
う。これらのスパッタ等によりレーザ光学系が、著しく
損なわれていた。また、スパッタを防止するために、高
価な光学部品の手前に安価な保護ガラス（捨てガラス）
を挿入していたが、保護ガラスへのスパッタの付着量が
大きい場合には、保護ガラスを交換するための手間とそ
のためのコストとが非常にかかっていた。
低い合金の場合には、レーザ照射における溶融凝固時
に、激しいスパッタまたはスプラッシュ（溶融体）を伴
う。これらのスパッタ等によりレーザ光学系が、著しく
損なわれていた。また、スパッタを防止するために、高
価な光学部品の手前に安価な保護ガラス（捨てガラス）
を挿入していたが、保護ガラスへのスパッタの付着量が
大きい場合には、保護ガラスを交換するための手間とそ
のためのコストとが非常にかかっていた。
【０００６】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的はアルミニウム合金のパルスレーザ溶
接において、比較的高溶接速度であって、高せん断荷重
を維持しつつ、溶接割れを低減でき、しかも保護ガラス
の交換頻度を低減して、レーザ溶接のコストを低減する
ことのできるアルミニウム合金のパルスレーザ溶接方式
を提供することにある。
もので、その目的はアルミニウム合金のパルスレーザ溶
接において、比較的高溶接速度であって、高せん断荷重
を維持しつつ、溶接割れを低減でき、しかも保護ガラス
の交換頻度を低減して、レーザ溶接のコストを低減する
ことのできるアルミニウム合金のパルスレーザ溶接方式
を提供することにある。
【０００７】
【課題を達成するための手段】本発明は前記課題を達成
するために次のような構成とした。本発明では、レーザ
媒質を外部から励起するための励起源を有するパルスレ
ーザ発振器を備えたパルスレーザ装置、このパルスレー
ザ装置から出射されたパルスレーザを伝送する伝送路、
この伝送路から導入されたパレスレーザを集光して出射
するレーザ出射ユニット、このレーザ出射ユニット又は
被溶接物を所定の方向または所定の位置に移動する移動
装置を備えている。
するために次のような構成とした。本発明では、レーザ
媒質を外部から励起するための励起源を有するパルスレ
ーザ発振器を備えたパルスレーザ装置、このパルスレー
ザ装置から出射されたパルスレーザを伝送する伝送路、
この伝送路から導入されたパレスレーザを集光して出射
するレーザ出射ユニット、このレーザ出射ユニット又は
被溶接物を所定の方向または所定の位置に移動する移動
装置を備えている。
【０００８】そして、前記レーザ出射ユニットから出射
されたパルスレーザを前記被溶接物に照射して重ねスポ
ット溶接又は重ね連続溶接を行なう。さらに、前記被溶
接物の溶接条件として、前記移動装置によって前記被溶
接物又は前記レーザ出射ユニットが移動するときの溶接
速度は、６ｍｍ／秒から１６ｍｍ／秒までの範囲であ
り、前記パルスレーザ発振器によって発振したパルス繰
り返し周波数は、６サイクル以上であるよう構成され
る。
されたパルスレーザを前記被溶接物に照射して重ねスポ
ット溶接又は重ね連続溶接を行なう。さらに、前記被溶
接物の溶接条件として、前記移動装置によって前記被溶
接物又は前記レーザ出射ユニットが移動するときの溶接
速度は、６ｍｍ／秒から１６ｍｍ／秒までの範囲であ
り、前記パルスレーザ発振器によって発振したパルス繰
り返し周波数は、６サイクル以上であるよう構成され
る。
【０００９】この溶接速度の範囲又はパルス繰り返し周
波数は、例えば、き裂長さと引張りせん断荷重によって
決定される。なお、レーザ媒質としては、固体レーザで
はネオンジウムをドープしたイットリウム・アルミニウ
ムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ），ルビー，ガラス等が用
いられる。
波数は、例えば、き裂長さと引張りせん断荷重によって
決定される。なお、レーザ媒質としては、固体レーザで
はネオンジウムをドープしたイットリウム・アルミニウ
ムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ），ルビー，ガラス等が用
いられる。
【００１０】励起源としては、固体レーザであるＮｄ：
ＹＡＧレーザ，ルビーレーザ，色素レーザ，ガラスレー
ザ等にはフラッシュランプが用いられる。また、気体レ
ーザでは、ＣＯ2，ＣＯ，Ａｒ，エキシマ等が用いら
れ、ガスの放電等が用いられる。伝送路としては、例え
ば光ファイバーを用いた可動型または反射鏡を用いた固
定型などが用いられる。
ＹＡＧレーザ，ルビーレーザ，色素レーザ，ガラスレー
ザ等にはフラッシュランプが用いられる。また、気体レ
ーザでは、ＣＯ2，ＣＯ，Ａｒ，エキシマ等が用いら
れ、ガスの放電等が用いられる。伝送路としては、例え
ば光ファイバーを用いた可動型または反射鏡を用いた固
定型などが用いられる。
【００１１】移動装置としては、例えばレーザ出射ユニ
ットを被溶接物に対して移動すべく６軸多関節ロボット
を用いても良く、あるいは被溶接物をレーザ出射ユニッ
トに対して移動するようなＸＹＺステージ等の搬送装置
を用いてもよい。
ットを被溶接物に対して移動すべく６軸多関節ロボット
を用いても良く、あるいは被溶接物をレーザ出射ユニッ
トに対して移動するようなＸＹＺステージ等の搬送装置
を用いてもよい。
【００１２】
【作用】本発明によれば、移動装置によって被溶接物又
はレーザ出射ユニットが移動する際に、被溶接物に対す
る溶接速度が、６ｍｍ／秒から１６ｍｍ／秒までの範囲
に設定され、パルスレーザ発振器によって発振したパル
ス繰り返し周波数が、６サイクル以上に設定されて、パ
ルスレーザが被溶接物に照射されると、溶接速度につい
て、き裂長さが小さくなり、引張りせん断荷重がある程
度の値を維持し、パルス繰り返し周波数について、き裂
長さが減少し、引張りせん断荷重が増加する。従って、
溶接施工時に発生する溶接割れを著しく低減することが
できる。
はレーザ出射ユニットが移動する際に、被溶接物に対す
る溶接速度が、６ｍｍ／秒から１６ｍｍ／秒までの範囲
に設定され、パルスレーザ発振器によって発振したパル
ス繰り返し周波数が、６サイクル以上に設定されて、パ
ルスレーザが被溶接物に照射されると、溶接速度につい
て、き裂長さが小さくなり、引張りせん断荷重がある程
度の値を維持し、パルス繰り返し周波数について、き裂
長さが減少し、引張りせん断荷重が増加する。従って、
溶接施工時に発生する溶接割れを著しく低減することが
できる。
【００１３】また、アルミニウム合金又はレーザ出射ユ
ニットが移動するときの溶接速度を８ｍｍ／秒から１６
ｍｍ／秒までの範囲に設定し、パルスレーザ発振器によ
って発振したパルス繰り返し周波数は、８サイクル以上
に設定すれば、さらに前記効果が大となる。
ニットが移動するときの溶接速度を８ｍｍ／秒から１６
ｍｍ／秒までの範囲に設定し、パルスレーザ発振器によ
って発振したパルス繰り返し周波数は、８サイクル以上
に設定すれば、さらに前記効果が大となる。
【００１４】さらに、レーザ出射ユニットに導入された
レーザ光を集光してレーザ出射口から出射するレンズと
レーザ出射口とレンズとの間に設けられた保護ガラスと
を備え、移動装置によってレーザ出射ユニット又は被溶
接物が移動したとき、レンズにより集光されたレーザ光
の中心軸と被溶接物の表面に対する垂線とのなす角を、
１０°から４０°までの範囲に設定しても、前記同様な
効果が得られ、しかも保護ガラスの耐久性が増し、保護
ガラスの交換頻度を低減できる。
レーザ光を集光してレーザ出射口から出射するレンズと
レーザ出射口とレンズとの間に設けられた保護ガラスと
を備え、移動装置によってレーザ出射ユニット又は被溶
接物が移動したとき、レンズにより集光されたレーザ光
の中心軸と被溶接物の表面に対する垂線とのなす角を、
１０°から４０°までの範囲に設定しても、前記同様な
効果が得られ、しかも保護ガラスの耐久性が増し、保護
ガラスの交換頻度を低減できる。
【００１５】さらにまた、レンズにより集光されたレー
ザ光の中心軸と被溶接物の表面に対する垂線とのなす角
を、２０°に設定することで、保護ガラスの交換頻度を
さらに低減できる。
ザ光の中心軸と被溶接物の表面に対する垂線とのなす角
を、２０°に設定することで、保護ガラスの交換頻度を
さらに低減できる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
図１は実施例１の構成図である。 ＜実施例１＞図１に示すように、レーザ加工機は、次の
ようになっている。パルスレーザ装置１１は、Ｎｄ−Ｙ
ＡＧロッド（以下、ＹＡＧロッドという。）１２及びフ
ラッシュランプ１３を有するレーザ装置本体１１ａ、レ
ーザ装置本体１１ａに電源を供給するレーザ電源部１
４、レーザ電源部１４を制御するレーザコントローラ１
１ｂ、レーザ電源部１４の電源を冷却する冷却装置１５
から構成される。
図１は実施例１の構成図である。 ＜実施例１＞図１に示すように、レーザ加工機は、次の
ようになっている。パルスレーザ装置１１は、Ｎｄ−Ｙ
ＡＧロッド（以下、ＹＡＧロッドという。）１２及びフ
ラッシュランプ１３を有するレーザ装置本体１１ａ、レ
ーザ装置本体１１ａに電源を供給するレーザ電源部１
４、レーザ電源部１４を制御するレーザコントローラ１
１ｂ、レーザ電源部１４の電源を冷却する冷却装置１５
から構成される。
【００１７】ＹＡＧロッド１２は、フラッシュランプ１
３の電力供給を受けてマルチモードであって、波長が
１．０６μｍでレーザ発振するようになっている。な
お、ＹＡＧロッド１２で発振した繰り返し数は、８ｐｐ
ｓとなっており、パルス幅が１０ｍｓｅｃである。
３の電力供給を受けてマルチモードであって、波長が
１．０６μｍでレーザ発振するようになっている。な
お、ＹＡＧロッド１２で発振した繰り返し数は、８ｐｐ
ｓとなっており、パルス幅が１０ｍｓｅｃである。
【００１８】光ファイバー２１は、レーザ装置本体１１
ａに接続され、レーザ装置本体１１ａから出射されたレ
ーザ光をレーザ出射ユニット２２に伝送する。レーザ出
射ユニット２２は、６軸多関節ロボット１７に取り付け
られており、この６軸多関節ロボット１７によってＸ，
Ｙ，Ｚの３方向に移動可能になっており、任意の座標位
置（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）に設定されるようになっている。
ａに接続され、レーザ装置本体１１ａから出射されたレ
ーザ光をレーザ出射ユニット２２に伝送する。レーザ出
射ユニット２２は、６軸多関節ロボット１７に取り付け
られており、この６軸多関節ロボット１７によってＸ，
Ｙ，Ｚの３方向に移動可能になっており、任意の座標位
置（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）に設定されるようになっている。
【００１９】６軸多関節ロボット１７は、自己の座標位
置（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）と、ロボットコントロール装置１
６から出力されるレーザ出射ユニット２２を所定の位置
に設定するための制御位置情報（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）とに
基づき、レーザ出射ユニット２２を座標位置（Ｘ1，
Ｙ1，Ｚ1）に移動するよう制御を行なう。
置（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）と、ロボットコントロール装置１
６から出力されるレーザ出射ユニット２２を所定の位置
に設定するための制御位置情報（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）とに
基づき、レーザ出射ユニット２２を座標位置（Ｘ1，
Ｙ1，Ｚ1）に移動するよう制御を行なう。
【００２０】また、ロボットコントロール装置１６は、
レーザ出射ユニット２２が所定の位置または所定の方向
に移動するための制御位置情報を、６軸多関節ロボット
１７に与えるようになっている。
レーザ出射ユニット２２が所定の位置または所定の方向
に移動するための制御位置情報を、６軸多関節ロボット
１７に与えるようになっている。
【００２１】図２は３枚重ねの重ね継手を示す図であ
る。ビード長は２０ｍｍとした。図２に示すように、継
手形状は全て、３枚重ねの重ね継手とした。図２に示す
ように、基板２６の上に重ね部１ａを載置し、重ね部１
ａを挟んでクランプ治具２５と基板２６とで重ね部１ａ
を押さえることにより、重ね部１ａ（被溶接物１ａ）の
隙間が０となるようにした。
る。ビード長は２０ｍｍとした。図２に示すように、継
手形状は全て、３枚重ねの重ね継手とした。図２に示す
ように、基板２６の上に重ね部１ａを載置し、重ね部１
ａを挟んでクランプ治具２５と基板２６とで重ね部１ａ
を押さえることにより、重ね部１ａ（被溶接物１ａ）の
隙間が０となるようにした。
【００２２】レーザ電源部１４は、フラッシュランプ１
３の電圧制御によるピークパワーの制御、また例えば半
導体スイッチ等を用いた導通時間の制御を行なう。この
ような制御の下に、ＹＡＧロッド１２で発振したパルス
レーザのパルス繰り返し周波数が８サイクル／秒になっ
ている。図３はパルスレーザのレーザ波形として矩形波
パルスを示す図である。図３に示すような矩形波パルス
は、例えばパルス繰り返し周波数が８サイクル／秒とな
っている。
３の電圧制御によるピークパワーの制御、また例えば半
導体スイッチ等を用いた導通時間の制御を行なう。この
ような制御の下に、ＹＡＧロッド１２で発振したパルス
レーザのパルス繰り返し周波数が８サイクル／秒になっ
ている。図３はパルスレーザのレーザ波形として矩形波
パルスを示す図である。図３に示すような矩形波パルス
は、例えばパルス繰り返し周波数が８サイクル／秒とな
っている。
【００２３】次に、実施例１の構成を用いて、溶接条件
としてのピーク出力及び溶接速度の変化値を図４に示
す。すなわち、６軸多関節ロボット１７によってレーザ
出射ユニット２２がＸ方向に移動する際に、被溶接物１
ａに対する溶接速度が、４．１７ｍｍ／秒，８．３３，
１２．５，１６．７ｍｍ／秒に設定され、レーザ装置本
体１１ａによって発振したパルス繰り返し周波数が、８
サイクルに設定されて、パルスレーザが被溶接物１ａに
照射される。
としてのピーク出力及び溶接速度の変化値を図４に示
す。すなわち、６軸多関節ロボット１７によってレーザ
出射ユニット２２がＸ方向に移動する際に、被溶接物１
ａに対する溶接速度が、４．１７ｍｍ／秒，８．３３，
１２．５，１６．７ｍｍ／秒に設定され、レーザ装置本
体１１ａによって発振したパルス繰り返し周波数が、８
サイクルに設定されて、パルスレーザが被溶接物１ａに
照射される。
【００２４】このような重ね連続スポット溶接を行なっ
た後、被溶接物１ａの溶接割れの評価を行なう。溶接割
れの評価方法としては、溶接速度に対する垂直断面にお
ける全き裂長さの総和と、溶接速度に対する引張せん断
荷重とをそれぞれ測定する。引張せん断荷重は、機械的
特性の評価として、測定を行なう。
た後、被溶接物１ａの溶接割れの評価を行なう。溶接割
れの評価方法としては、溶接速度に対する垂直断面にお
ける全き裂長さの総和と、溶接速度に対する引張せん断
荷重とをそれぞれ測定する。引張せん断荷重は、機械的
特性の評価として、測定を行なう。
【００２５】図５はき裂長さの測定を示す図である。溶
接割れの評価として、垂直断面でのき裂長さの総和を以
下の式により、き裂長さＬｃとして定義して測定する。 Ｌｃ＝ΣＬｉ なお、図中で、Ｄｐはとけ込み深さであり、Ｄｎはナゲ
ット径であり、Ｌ1，Ｌ2は各き裂長さである。
接割れの評価として、垂直断面でのき裂長さの総和を以
下の式により、き裂長さＬｃとして定義して測定する。 Ｌｃ＝ΣＬｉ なお、図中で、Ｄｐはとけ込み深さであり、Ｄｎはナゲ
ット径であり、Ｌ1，Ｌ2は各き裂長さである。
【００２６】図６に、引張りせん断荷重の溶接速度依存
特性図を示し、図７に、き裂長さの溶接速度依存特性図
を示す。き裂長さについては、図７からもわかるよう
に、溶接速度に対して下に放物線を描く。高溶接速度で
は、凝固速度の増大と共にき裂長さが増大すると考えら
れる。各ピーク出力ともに、溶接速度Ｖが約１１．７ｍ
ｍ／ｓｅｃ．で最小値が得られた。
特性図を示し、図７に、き裂長さの溶接速度依存特性図
を示す。き裂長さについては、図７からもわかるよう
に、溶接速度に対して下に放物線を描く。高溶接速度で
は、凝固速度の増大と共にき裂長さが増大すると考えら
れる。各ピーク出力ともに、溶接速度Ｖが約１１．７ｍ
ｍ／ｓｅｃ．で最小値が得られた。
【００２７】引張りせん断荷重については、図６からも
わかるように、各ピーク出力ともに溶接速度が増すにつ
れて、減少する傾向を示した。なお、ピークパワー４Ｋ
Ｗでは、２枚目までとけ込み深さが達しなかったため
に、引張りせん断荷重が全く得られなかった。また、こ
のような結果は、８ＰＰＳ前後のパルス繰り返し周波数
でも、同じ傾向が得られた。
わかるように、各ピーク出力ともに溶接速度が増すにつ
れて、減少する傾向を示した。なお、ピークパワー４Ｋ
Ｗでは、２枚目までとけ込み深さが達しなかったため
に、引張りせん断荷重が全く得られなかった。また、こ
のような結果は、８ＰＰＳ前後のパルス繰り返し周波数
でも、同じ傾向が得られた。
【００２８】また、６軸多関節ロボット１７によりレー
ザ出射ユニット２２を傾斜させて、被溶接物１ａに対す
る垂線とレーザ光の光軸とのなす角度θを０°から４０
°まで変化されても、前記結果とほぼ同様の結果が得ら
れ、なおかつ被溶接物１ａの表面のき裂が完全に解消さ
れた。
ザ出射ユニット２２を傾斜させて、被溶接物１ａに対す
る垂線とレーザ光の光軸とのなす角度θを０°から４０
°まで変化されても、前記結果とほぼ同様の結果が得ら
れ、なおかつ被溶接物１ａの表面のき裂が完全に解消さ
れた。
【００２９】さらに、レーザ出射ユニット２２の保護効
果も高く、角度θが２０°である場合には、スパッタ防
止用の保護ガラスの耐久性の評価として、透過レーザ出
力が１０％低下するまでの溶接ビード本数を測定する
と、溶接ビード本数が約２５０本から約１５００本とな
り、約６倍の耐久性が得られた。
果も高く、角度θが２０°である場合には、スパッタ防
止用の保護ガラスの耐久性の評価として、透過レーザ出
力が１０％低下するまでの溶接ビード本数を測定する
と、溶接ビード本数が約２５０本から約１５００本とな
り、約６倍の耐久性が得られた。
【００３０】＜実施例２＞前記実施例１では、パルス繰
り返し周波数を一定とし、溶接速度を変化させたときの
き裂長さ，引張りせん断荷重の測定を説明した。実施例
２では、溶接速度を一定とし、パルス繰り返し数を変化
させたときのき裂長さ，引張りせん断荷重の測定を説明
する。
り返し周波数を一定とし、溶接速度を変化させたときの
き裂長さ，引張りせん断荷重の測定を説明した。実施例
２では、溶接速度を一定とし、パルス繰り返し数を変化
させたときのき裂長さ，引張りせん断荷重の測定を説明
する。
【００３１】レーザ電源部１４は、フラッシュランプ１
３の電圧制御によるピークパワーの制御、また例えば半
導体スイッチ等を用いた導通時間の制御を行なう。この
ような制御の下に、ＹＡＧロッド１２で発振したパルス
レーザのパルス繰り返し周波数が変化するようになって
いる。図３では、パルス繰り返し周波数が８サイクル／
秒を示したが、このパルス繰り返し周波数が０〜１２サ
イクル／秒に変化するようになっている。
３の電圧制御によるピークパワーの制御、また例えば半
導体スイッチ等を用いた導通時間の制御を行なう。この
ような制御の下に、ＹＡＧロッド１２で発振したパルス
レーザのパルス繰り返し周波数が変化するようになって
いる。図３では、パルス繰り返し周波数が８サイクル／
秒を示したが、このパルス繰り返し周波数が０〜１２サ
イクル／秒に変化するようになっている。
【００３２】溶接速度は、５０ｃｍ／分（８．３３ｍｍ
／秒）とし、レーザ波形のパルス幅は、１０ｍ秒とし、
ピーク出力は、６ｋＷとした。なお、その他の構成及び
その溶接条件は、前述した実施例１の溶接条件として同
一とする。図８に、溶接条件としての繰り返し周波数及
び平均出力の変化値を示す。
／秒）とし、レーザ波形のパルス幅は、１０ｍ秒とし、
ピーク出力は、６ｋＷとした。なお、その他の構成及び
その溶接条件は、前述した実施例１の溶接条件として同
一とする。図８に、溶接条件としての繰り返し周波数及
び平均出力の変化値を示す。
【００３３】次に、実施例２において、６軸多関節ロボ
ット１７によってレーザ出射ユニット２２がＸ方向に移
動する際に、被溶接物１ａに対する溶接速度が、８．３
３ｍｍ／秒に設定され、レーザ装置本体１１ａによって
発振したパルス繰り返し周波数が、３，５，７，８，
９，１０サイクルに設定されて、パルスレーザが被溶接
物１ａに照射される。
ット１７によってレーザ出射ユニット２２がＸ方向に移
動する際に、被溶接物１ａに対する溶接速度が、８．３
３ｍｍ／秒に設定され、レーザ装置本体１１ａによって
発振したパルス繰り返し周波数が、３，５，７，８，
９，１０サイクルに設定されて、パルスレーザが被溶接
物１ａに照射される。
【００３４】このような重ね連続スポット溶接を行なっ
た後、被溶接物１ａの溶接割れの評価を行なう。溶接割
れの評価方法としては、パルス繰り返し周波数に対する
全き裂長さと、パルス繰り返し周波数に対する引張せん
断荷重とを測定する。
た後、被溶接物１ａの溶接割れの評価を行なう。溶接割
れの評価方法としては、パルス繰り返し周波数に対する
全き裂長さと、パルス繰り返し周波数に対する引張せん
断荷重とを測定する。
【００３５】図９に、引張りせん断荷重のパルス繰り返
し周波数依存特性図を示し、図１０に、き裂長さのパル
ス繰り返し周波数依存特性図を示す。き裂長さについ
て、図１０からもわかるようにパルス繰り返し周波数が
増すにつれ、き裂長さが減少することがわかる。この理
由としては、蓄熱効果による凝固速度の減少および溶融
凝固部のマグネシウム組成減量による凝固割れ感受性の
低下によるものと考えられる。
し周波数依存特性図を示し、図１０に、き裂長さのパル
ス繰り返し周波数依存特性図を示す。き裂長さについ
て、図１０からもわかるようにパルス繰り返し周波数が
増すにつれ、き裂長さが減少することがわかる。この理
由としては、蓄熱効果による凝固速度の減少および溶融
凝固部のマグネシウム組成減量による凝固割れ感受性の
低下によるものと考えられる。
【００３６】引張りせん断荷重について、図９からもわ
かるように、パルス繰り返し周波数が増すにつれ、引張
りせん断荷重が増大することが分かった。また、この結
果は８．３３ｍｍ／秒前後の溶接速度でも同じ傾向が得
られた。
かるように、パルス繰り返し周波数が増すにつれ、引張
りせん断荷重が増大することが分かった。また、この結
果は８．３３ｍｍ／秒前後の溶接速度でも同じ傾向が得
られた。
【００３７】また、６軸多関節ロボット１７によりレー
ザ出射ユニット２２を傾斜させて、被溶接物１ａに対す
る垂線とレーザ光の光軸とのなす角度θを０°から４０
°まで変化されても、前記結果とほぼ同様の結果が得ら
れ、なおかつ被溶接物１ａの表面のき裂が完全に解消さ
れた。
ザ出射ユニット２２を傾斜させて、被溶接物１ａに対す
る垂線とレーザ光の光軸とのなす角度θを０°から４０
°まで変化されても、前記結果とほぼ同様の結果が得ら
れ、なおかつ被溶接物１ａの表面のき裂が完全に解消さ
れた。
【００３８】さらに、レーザ出射ユニット２２の保護効
果も高く、角度θが２０°である場合には、スパッタ防
止用の保護ガラス２２ｅの耐久性の評価として、透過レ
ーザ出力が１０％低下するまでの溶接ビード本数を測定
すると、溶接ビード本数が約２５０本から約１５００本
となり、約６倍の耐久性が得られた。
果も高く、角度θが２０°である場合には、スパッタ防
止用の保護ガラス２２ｅの耐久性の評価として、透過レ
ーザ出力が１０％低下するまでの溶接ビード本数を測定
すると、溶接ビード本数が約２５０本から約１５００本
となり、約６倍の耐久性が得られた。
【００３９】このように本実施例によれば、被溶接物１
ａに対する溶接速度が、所定の速度範囲に設定され、パ
ルス繰り返し周波数が、６サイクル以上に設定されて、
パルスレーザが被溶接物１ａに照射されると、溶接速度
について、き裂長さが小さくなり、引張りせん断荷重が
ある程度の値を維持し、パルス繰り返し周波数につい
て、き裂長さが減少し、引張りせん断荷重が増加する。
従って、溶接施工時に発生する溶接割れを著しく低減す
ることができる。
ａに対する溶接速度が、所定の速度範囲に設定され、パ
ルス繰り返し周波数が、６サイクル以上に設定されて、
パルスレーザが被溶接物１ａに照射されると、溶接速度
について、き裂長さが小さくなり、引張りせん断荷重が
ある程度の値を維持し、パルス繰り返し周波数につい
て、き裂長さが減少し、引張りせん断荷重が増加する。
従って、溶接施工時に発生する溶接割れを著しく低減す
ることができる。
【００４０】また、レーザ光の中心軸と被溶接物の表面
に対する垂線とのなす角を、１０°から４０°までの範
囲に設定することで、保護ガラスの耐久性が増し、保護
ガラスの交換頻度を低減できる。さらに角度を２０°に
設定することで、保護ガラスの交換頻度をさらに低減で
きる。
に対する垂線とのなす角を、１０°から４０°までの範
囲に設定することで、保護ガラスの耐久性が増し、保護
ガラスの交換頻度を低減できる。さらに角度を２０°に
設定することで、保護ガラスの交換頻度をさらに低減で
きる。
【００４１】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではない。上述した実施例では、移動装置とし
て、６軸多関節ロボット１７を用いたが、例えば被溶接
物１ａを移動するためのＸＹＺステージ等の移動機構を
用いて、前記レーザ出射ユニット２２から出射されたレ
ーザ光の被溶接物１ａに対する溶接速度を前述した範囲
にはいるように調節するようにしてもよい。
れるものではない。上述した実施例では、移動装置とし
て、６軸多関節ロボット１７を用いたが、例えば被溶接
物１ａを移動するためのＸＹＺステージ等の移動機構を
用いて、前記レーザ出射ユニット２２から出射されたレ
ーザ光の被溶接物１ａに対する溶接速度を前述した範囲
にはいるように調節するようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、被溶接物に対する溶接
速度が、所定の速度範囲に設定され、パルス繰り返し周
波数が、所定の周波数以上に設定されて、パルスレーザ
が被溶接物に照射されるので、溶接施工時に発生する溶
接割れを著しく低減することができる。
速度が、所定の速度範囲に設定され、パルス繰り返し周
波数が、所定の周波数以上に設定されて、パルスレーザ
が被溶接物に照射されるので、溶接施工時に発生する溶
接割れを著しく低減することができる。
【００４３】また、レーザ光の中心軸と被溶接物の表面
に対する垂線とのなす角を、所定の範囲に設定すること
で、保護ガラスの耐久性が増し、保護ガラスの交換頻度
を低減できる。
に対する垂線とのなす角を、所定の範囲に設定すること
で、保護ガラスの耐久性が増し、保護ガラスの交換頻度
を低減できる。
【図１】本発明の実施例１の構成図である。
【図２】３枚重ねの重ね継手を示す図である。
【図３】矩形波パルスを示す図である。
【図４】溶接条件としてのピーク出力及び溶接速度の変
化値を示す図である。
化値を示す図である。
【図５】き裂長さの測定を示す図である。
【図６】引張りせん断荷重の溶接速度依存特性図であ
る。
る。
【図７】き裂長さの溶接速度依存特性図である。
【図８】溶接条件としての繰り返し周波数及び平均出力
の変化値を示す図である。
の変化値を示す図である。
【図９】引張りせん断荷重のパルス繰り返し周波数依存
特性図である。
特性図である。
【図１０】き裂長さのパルス繰り返し周波数依存特性図
である。
である。
１ａ・・被溶接物 １１・・パルスレーザ装置 １１ａ・・パルスレーザ装置本体 １１ｂ・・レーザコントローラ １２・・レーザロッド １３・・フラッシュランプ １４・・レーザ電源部 １５・・冷却装置 １６・・ロボットコントロール装置 １７・・６軸多関節ロボット ２１・・光ファイバー ２２・・レーザ出射ユニット ２２ａ・・集光レンズ ２５・・クランプ治具
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザ媒質を外部から励起するための励
起源を有するパルスレーザ発振器を備えたパルスレーザ
装置と、このパルスレーザ装置から出射されたパルスレ
ーザを伝送する伝送路と、この伝送路から導入されたパ
ルスレーザを集光して出射するレーザ出射ユニットと、
このレーザ出射ユニット又は被溶接物を所定の方向また
は所定の位置に移動する移動装置とを備え、前記レーザ
出射ユニットから出射されたパルスレーザを前記被溶接
物に照射して重ねスポット溶接又は重ね連続溶接を行な
うアルミニウム合金のパルスレーザ溶接方式において、 前記被溶接物の溶接条件として、前記移動装置によって
前記被溶接物又は前記レーザ出射ユニットが移動すると
きの溶接速度は、６ｍｍ／秒から１６ｍｍ／秒までの範
囲であり、 前記パルスレーザ発振器によって発振したパルス繰り返
し周波数は、６サイクル以上であることを特徴とするア
ルミニウム合金のパルスレーザ溶接方式。 - 【請求項２】 前記被溶接物の溶接条件として、前記移
動装置によって前記アルミニウム合金又は前記レーザ出
射ユニットが移動するときの溶接速度は、８ｍｍ／秒か
ら１６ｍｍ／秒までの範囲であり、 前記パルスレーザ発振器によって発振したパルス繰り返
し周波数は、８サイクル以上であることを特徴とする請
求項１記載のアルミニウム合金のパルスレーザ溶接方
式。 - 【請求項３】 前記レーザ出射ユニットは、前記導入さ
れたレーザ光を集光してレーザ出射口から出射するレン
ズと、前記レーザ出射口とレンズとの間に設けられた保
護ガラスを備え、 前記移動装置によって前記レーザ出射ユニット又は前記
被溶接物が移動したとき、前記レンズにより集光された
レーザ光の中心軸と前記被溶接物の表面に対する垂線と
のなす角が、１０°から４０°までの範囲に設定される
ことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金のパ
ルスレーザ溶接方式。 - 【請求項４】 前記レンズにより集光されたレーザ光の
中心軸と前記被溶接物の表面に対する垂線とのなす角
が、２０°に設定されることを特徴とする請求項３記載
のアルミニウム合金のパルスレーザ溶接方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4125115A JPH05318153A (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | アルミニウム合金のパルスレーザ溶接方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4125115A JPH05318153A (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | アルミニウム合金のパルスレーザ溶接方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05318153A true JPH05318153A (ja) | 1993-12-03 |
Family
ID=14902221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4125115A Pending JPH05318153A (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | アルミニウム合金のパルスレーザ溶接方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05318153A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7591057B2 (en) | 2005-04-12 | 2009-09-22 | General Electric Company | Method of repairing spline and seal teeth of a mated component |
| US7687151B2 (en) | 2005-04-12 | 2010-03-30 | General Electric Company | Overlay for repairing spline and seal teeth of a mated component |
| CN105458503A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-06 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种复合铝合金外壳的激光密封焊接工艺 |
-
1992
- 1992-05-18 JP JP4125115A patent/JPH05318153A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7591057B2 (en) | 2005-04-12 | 2009-09-22 | General Electric Company | Method of repairing spline and seal teeth of a mated component |
| US7687151B2 (en) | 2005-04-12 | 2010-03-30 | General Electric Company | Overlay for repairing spline and seal teeth of a mated component |
| CN105458503A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-06 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种复合铝合金外壳的激光密封焊接工艺 |
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