JPH06114582A - Pulse laser beam irradiating method for plated steel sheet - Google Patents

Pulse laser beam irradiating method for plated steel sheet

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JPH06114582A
JPH06114582A JP4292059A JP29205992A JPH06114582A JP H06114582 A JPH06114582 A JP H06114582A JP 4292059 A JP4292059 A JP 4292059A JP 29205992 A JP29205992 A JP 29205992A JP H06114582 A JPH06114582 A JP H06114582A
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JP
Japan
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pulse
plated steel
steel sheet
pulse laser
laser
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JP4292059A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichiro Terashi
雄一郎 寺師
Koichi Haruta
浩一 春田
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Original Assignee
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide the pulse laser beam irradiating method of the plated steel sheet having good welding external appearance free from weld defects with a little scattering of spatters, etc., and capable of obtaining weld beads with sufficient welding strength. CONSTITUTION:A flash lamp control part 14 to control a flash lamp 13 so as to generate two rectangular waves in a pulse waveform in each period of a pulse laser beam oscillated by a YAG pulse laser 12 is provided. The flash lamp control part 14 controls the relation of a peak power value P1 and its pulse width t1 of a first rectangular wave with a peak power value P2 and its pulse width t2 of a second rectangular wave in the specified range and the plated steel sheet is irradiated with the pulse laser beam oscillated by the YAG pulse laser 12 under control of this flash lamp control part 14 to perform welding.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、パルスレーザを用いた
メッキ鋼板のレーザ照射方法に関し、特にメッキ鋼板の
重ねスポット溶接及び重ね連続(ラップシーム)溶接に
おいて部分溶け込み溶接(セミペネトレーション)を行
なう場合のパルスレーザ照射方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for irradiating a plated steel sheet with a laser beam using a pulsed laser, and particularly in the case of performing partial penetration welding (semi-penetration) in lap spot welding and lap seam welding of the plated steel sheet. Pulsed laser irradiation method.

【0002】[0002]

【従来技術】Znメッキ鋼板は、防錆効果を得るため
に、表面及び裏面にZnメッキ処理を施した鋼板であ
り、代表的な鋼板としてJIS規格 G3302で規定
されている。このZnメッキ鋼板の板厚は、熱延原板を
用いた場合には、1.6mm以上6.0mm以下であ
り、冷延原板を用いた場合には、0.11mm以上3.
2mm以下である。このZnメッキ鋼板は、自動車、家
電製品等の軽工業及び重工業において広く利用されてい
る。
2. Description of the Related Art A Zn-plated steel sheet is a steel sheet whose front and back surfaces are Zn-plated in order to obtain a rust preventive effect, and is stipulated in JIS G3302 as a typical steel sheet. The thickness of this Zn-plated steel sheet is 1.6 mm or more and 6.0 mm or less when the hot-rolled original sheet is used, and 0.11 mm or more and 3. 1 mm when the cold-rolled original sheet is used.
It is 2 mm or less. This Zn-plated steel sheet is widely used in light industry and heavy industry such as automobiles and home appliances.

【0003】Znメッキ鋼板の重ね溶接としては、次の
ような例がある。図14(a)に示すような2枚重ね溶
接例では、両面にZnメッキ3を有する2つの鋼板2−
1,2−2を重ねたものであり、図14(b)に示す例
ではZnメッキ3を有する1つの鋼板2aを折り曲げて
2枚重ねとしたものである。
Examples of lap welding of Zn-plated steel sheets are as follows. In the example of two-layer lap welding as shown in FIG. 14 (a), two steel plates having Zn plating 3 on both surfaces 2-
1 and 2 are stacked, and in the example shown in FIG. 14B, one steel plate 2a having the Zn plating 3 is bent to stack two.

【0004】図15(a)に示すような3枚重ね溶接で
は、両面にZnメッキ3を有する3つの鋼板2−1,2
−2,2−3を重ねたものであり、図15(b)に示す
例では両面にZnメッキ3を有する1つの鋼板2bを折
り曲げ、且つこの鋼板2bのくぼみに両面にZnメッキ
3を有する1つの鋼板2−1を挿入して3枚重ねとした
ものである。
In three-layer lap welding as shown in FIG. 15 (a), three steel plates 2-1 and 2-2 having Zn plating 3 on both sides are welded.
In the example shown in FIG. 15B, one steel plate 2b having Zn plating 3 on both sides is bent, and the recess of this steel plate 2b has Zn plating 3 on both sides. One steel plate 2-1 is inserted and three plates are stacked.

【0005】図16(a)(b)に示すような4枚以上
の複数枚重ね溶接なども、上記同様にして行われる。重
ね溶接におけるセミペネトレーション溶接の目的は、お
もに接合強度を確保しながら、表面鋼板の外観品質を維
持することにある。すなわち、図15(b)に示すよう
に溶接後の表面仕上げ加工無しで元の鋼板表面の外観品
質を確保する。また、図15(a)に示すような場合に
は、最小の表面仕上げ加工で元の鋼板表面の外観品質を
維持する。Znメッキ鋼板に表面加工として例えば研削
加工等の表面のZnメッキ層を損なうような加工方法を
用いると、Znメッキ処理の防錆効果が、著しく損なわ
れてしまう。
Multi-layer welding of four or more sheets as shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b) is also performed in the same manner as above. The purpose of semi-penetration welding in lap welding is to maintain the appearance quality of the surface steel sheet while mainly securing the bonding strength. That is, as shown in FIG. 15 (b), the appearance quality of the original steel plate surface is ensured without surface finishing after welding. Further, in the case as shown in FIG. 15A, the appearance quality of the original steel plate surface is maintained by the minimum surface finishing. If a processing method that damages the surface of the Zn-plated layer, such as grinding, is used as the surface treatment of the Zn-plated steel sheet, the anticorrosive effect of the Zn plating treatment is significantly impaired.

【0006】一般に、Znメッキ鋼板をレーザ溶接する
方法として、例えばCW(連続発振)型及びパレス発振
型レーザ(以下、パレスレーザという。)を用いる方法
が知られている。 (1)CW型レーザを用いた例として、例えばCW型C
2レーザによる重ね溶接が上げられる。CW型CO2
ーザでは、溶接中にキーホール及びレーザ誘起プラズマ
が連続して保持される。このため、レーザ照射により発
生したZn金属蒸気(一部はプラズマ化)は、キーホー
ルから効率的に除去されるものの、レーザ出力がパルス
レーザに比較して投入過多になってしまう。
Generally, as a method of laser welding a Zn-plated steel sheet, for example, a method using a CW (continuous oscillation) type laser and a pallet oscillation type laser (hereinafter referred to as a palace laser) is known. (1) As an example using a CW type laser, for example, a CW type C
Lap welding by O 2 laser can be improved. In the CW type CO 2 laser, the keyhole and laser-induced plasma are continuously maintained during welding. Therefore, the Zn metal vapor (partly turned into plasma) generated by laser irradiation is efficiently removed from the keyhole, but the laser output becomes excessive compared to the pulse laser.

【0007】このため、溶融凝固部が大となり、フルペ
ネトレーション(貫通溶接)になってしまう。また、注
意深く照射条件を選定して部分的にセミペネトレーショ
ンが得られても、溶接ワークであるZnメッキ鋼板間の
隙間(以下、ワーク間ギャップという。)にバラツキが
あり、さらにはZnメッキ鋼板のメッキ目付け量にもバ
ラツキがある(例えばF08の場合に、Zn目付け量;
60〜100g/m2)等の理由によりフルペネトレー
ションが発生してしまうか、または過大な入熱のために
歪が発生するため、健全な鋼板の表面外観が得られなか
った。 (2)一方、パルスレーザを用いた例としては、Nd:
YAGレーザなどの固体レーザによる重ね溶接が上げら
れる。Nd:YAGレーザでは、重ね連続溶接及び重ね
スポット溶接が知られている。
For this reason, the melted and solidified portion becomes large, resulting in full penetration (penetration welding). Even if the irradiation conditions are carefully selected and a partial semi-penetration is obtained, the gap between the Zn-plated steel sheets, which is a welding work (hereinafter referred to as the work-to-work gap), varies, and further, the Zn-plated steel sheet There are variations in the coating weight of the plating (for example, in the case of F08, the Zn coating weight;
For example, 60 to 100 g / m 2 ) or the like causes full penetration, or distortion occurs due to excessive heat input, so that a sound steel sheet surface appearance cannot be obtained. (2) On the other hand, as an example using a pulse laser, Nd:
Lap welding with a solid-state laser such as a YAG laser is used. For Nd: YAG laser, lap continuous welding and lap spot welding are known.

【0008】パルスレーザでの出力は、以下のように規
定される。平均出力Pは、 P=E・f となる。
The output of the pulse laser is defined as follows. The average output P is P = E · f.

【0009】また、1パルスのエネルギーEは、 E=P’・t となる。The energy E of one pulse is E = P'.t.

【0010】ここで、P(W)は平均出力であり、E
(J)は1パルスのエネルギーである。P’(W)は、
1パルスのピークパワーであってパルス幅当りの平均ピ
ークパワーのことであり、t(sec.;秒)は、1パ
ルスのパルス幅であり、f(Hz)は、パルス周波数で
ある。
Where P (W) is the average output and E
(J) is the energy of one pulse. P '(W) is
It is the peak power of one pulse and the average peak power per pulse width, t (sec .; second) is the pulse width of one pulse, and f (Hz) is the pulse frequency.

【0011】一般的に、パルスレーザ溶接において所定
の溶接速度に対する溶接体積及び溶け込み深さは、パル
スエネルギーでほぼ決定される。そこで、所望の溶け込
みを得るために必要な1パルスのエネルギー(平均出力
とパルス周波数で決定)は、例えば図17に示すように
報告されている。ここで、図17において、パルス溶接
では同一曲線中でも加工条件として、例えばパルス時
間、周波数、平均出力を最適に合わせている。平均出力
が同じ場合には、CWに比較してパルスでは溶け込みが
深くなる。
Generally, in pulsed laser welding, the welding volume and the penetration depth for a given welding speed are almost determined by the pulse energy. Therefore, the energy of one pulse (determined by the average output and the pulse frequency) required to obtain the desired fusion is reported as shown in FIG. 17, for example. Here, in FIG. 17, in pulse welding, for example, pulse time, frequency, and average output are optimally matched as processing conditions even in the same curve. When the average output is the same, the pulse has deeper penetration than the CW.

【0012】パルスエネルギーを与えるパルス波形とし
ては、次のようなものがある。図18に示すような矩形
波では、パルス幅t内でピークパワーPがほぼ変化して
いない。図19に示すような積分波形では、パルス幅t
内でピークパワーPが変化している。図20にCW重畳
型例を示す。これらの例では、基本的には前述したよう
に矩形波でのパルスエネルギーで所望の溶け込み深さが
決定される。
The following are pulse waveforms that give pulse energy. With a rectangular wave as shown in FIG. 18, the peak power P is almost unchanged within the pulse width t. In the integrated waveform as shown in FIG. 19, the pulse width t
The peak power P is changing within. FIG. 20 shows a CW superposition type example. In these examples, basically, as described above, the desired penetration depth is determined by the pulse energy of the rectangular wave.

【0013】また、パルスレーザ照射により表面が吹き
飛ばされ易い金属の場合には、パルスエネルギー密度
(ピークパワー密度)を選定することにより、良好な溶
接ビードが得られる。
In the case of a metal whose surface is easily blown off by pulsed laser irradiation, a good weld bead can be obtained by selecting the pulse energy density (peak power density).

【0014】このようなZnメッキ鋼板の板厚や所定の
溶接速度に対する所望の溶け込み深さを得るために必要
なパルスエネルギー及びパルスエネルギー密度(ピーク
パワー密度)は、従来の公知の方法により容易に得られ
る。
The pulse energy and the pulse energy density (peak power density) required to obtain the desired penetration depth for the plate thickness and the predetermined welding speed of such a Zn-plated steel sheet can be easily determined by a conventionally known method. can get.

【0015】また、レーザ溶接に際しては、溶接ヒュー
ムやスパッタがレンズに付着するなど光学系を損ねるた
め、ヒューム及びスパッタ防止法が検討されきた。光学
系をスパッタ及びヒュームから保護する方法としては、
ワークレンズ間に保護のためのガラス板を設置する方法
と、圧搾空気をノズルから吹き出してスパッタ等を吹き
飛ばす方法、または両方を併用する方法がある。
Further, during laser welding, fumes and spatter prevention methods have been investigated because welding fumes and spatter adhere to the lens and damage the optical system. As a method of protecting the optical system from spatter and fume,
There are a method of installing a glass plate for protection between the work lenses, a method of blowing compressed air from a nozzle to blow out spatters, or a method of using both.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法にあっては、次のような問題があった。すなわち、一
般的なNd:YAGレーザパルスレーザでは、パルス発
振によるレーザ照射により、キーホール及びレーザ誘起
プラズマが断続的に発生する。このため、レーザ照射に
より発生したメッキ金属蒸気(一部はプラズマ化)を1
パルス毎に効率的に取り除く必要がある。
However, the above method has the following problems. That is, in a general Nd: YAG laser pulse laser, keyhole and laser-induced plasma are intermittently generated by laser irradiation by pulse oscillation. Therefore, the plating metal vapor generated by laser irradiation (a part of it is converted to plasma) is
It must be removed efficiently for each pulse.

【0017】ところが、単一の矩形波パルスでは、メッ
キ金属蒸気を除去することができず、溶融池内に取れ込
まれて溶接欠陥となる(これをブローホールという。)
場合と、蒸気圧力によって溶融金属が飛散する場合(接
合不良)のどちらかになる。どちらの場合にも、ブロー
ホール、スパッタ飛散等の溶接外観不良に加え、溶接強
度の著しい低下を生じてしまう。
However, with a single rectangular wave pulse, the plating metal vapor cannot be removed and is taken into the molten pool and becomes a welding defect (this is called a blow hole).
Either the case or the case where the molten metal is scattered by the steam pressure (bonding failure). In either case, in addition to poor welding appearance such as blowholes and spatter scattering, the welding strength is significantly reduced.

【0018】また、多くのスパッタ飛散等は、光学系の
損傷を引き起こし、メンテナンスの負担を増加させてし
まう。さらには、鋼板間に隙間がある場合では、前述の
現象に加え、隙間を通ってメッキ金属蒸気が外に逃げ出
すことによって溶接金属が鋼板間で飛散する現象が発生
し、溶接不良となる。ただし、ワーク間ギャップがある
範囲にあるときには、鋼板間からメッキ金属蒸気が効率
的に逃げ出すために良好な溶接ビードが得られる場合が
ある。
Also, a large amount of spatter scattering or the like causes damage to the optical system and increases the burden of maintenance. Further, in the case where there is a gap between the steel plates, in addition to the above-mentioned phenomenon, the phenomenon that the weld metal scatters between the steel plates due to the escape of the plating metal vapor to the outside through the gap, resulting in poor welding. However, when the work gap is within a certain range, a good weld bead may be obtained because the plated metal vapor efficiently escapes from between the steel plates.

【0019】しかしながら、このワーク間ギャップ範囲
を維持することは、工業的に非常に困難なことであっ
た。また、光学系の保護に関しては、従来の方法では、
スパッタが大きな運動量を持って飛散してくる(これを
スプラッシュという。)ために、圧搾空気ではこれを完
全に除去できず、スパッタが保護ガラスに付着したり、
損傷を受ける。
However, maintaining this gap range between works has been extremely difficult industrially. Regarding the protection of the optical system, the conventional method is
Since spatter is scattered with a large momentum (this is called splash), it cannot be completely removed by compressed air, and spatter adheres to the protective glass,
Get damaged.

【0020】また、ヒューム(金属微粒子)も完全には
除去できずに、保護ガラスや放物鏡等の光学系に付着す
る。このため、保護ガラス等の光学部品にコストがかか
ることや、保護ガラス等の光学部品の交換による時間的
な損失が生ずる等の問題があった。
Further, fumes (fine metal particles) cannot be completely removed and adhere to optical systems such as protective glass and parabolic mirrors. For this reason, there have been problems that the optical components such as the protective glass are expensive and that there is a time loss due to replacement of the optical components such as the protective glass.

【0021】本発明の目的は、メッキ鋼板の重ね合わせ
溶接において、ブローホール等の溶接欠陥のない良好な
溶接外観を持ち、スパッタ等の飛散が少なく、溶接強度
の十分な溶接ビードを得ることのできるメッキ鋼板のパ
ルスレーザ照射方式を提供することにある。
It is an object of the present invention to obtain a weld bead having a good weld appearance with no welding defects such as blowholes, little scattering of spatter, etc., and sufficient welding strength in lap welding of plated steel sheets. It is to provide a pulsed laser irradiation method of a plated steel sheet that can be performed.

【0022】[0022]

【課題を達成するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、レーザ媒質と、このレーザ媒質を外部から
励起する励起源とを有するパルスレーザ発振器を備えた
パルスレーザ装置から出力されるパルスレーザをメッキ
鋼板に照射するメッキ鋼板のパルスレーザ照射方式にお
いて、前記パルスレーザ発振器で発振するパルスレーザ
の各周期におけるパルス波形の中に2つの矩形波を生成
するよう前記パルスレーザ発振器を制御する。
In order to achieve the above object, the present invention is output from a pulse laser device provided with a pulse laser oscillator having a laser medium and an excitation source for externally exciting the laser medium. In a pulsed laser irradiation method of a plated steel sheet for irradiating a plated steel sheet with a pulsed laser, the pulse laser oscillator is controlled to generate two rectangular waves in a pulse waveform in each cycle of the pulse laser oscillated by the pulse laser oscillator. .

【0023】すなわち、1番目の矩形波のピークパワー
値P1及びそのパルス幅t1と、2番目の矩形波のピーク
パワー値P2及びそのパルス幅t2との関係を所定の範囲
に制御し、この所定の範囲のもとに前記パルスレーザ発
振器で発振したパルスレーザを前記メッキ鋼板に照射し
メッキ鋼板の溶接を行なう。
That is, the relationship between the peak power value P 1 of the first rectangular wave and its pulse width t 1 and the peak power value P 2 of the second rectangular wave and its pulse width t 2 is controlled within a predetermined range. Then, within the predetermined range, the plated steel plate is irradiated with a pulse laser oscillated by the pulse laser oscillator to weld the plated steel plate.

【0024】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。また、気体レーザではCO2等が用いられ
る。
For the solid-state laser, yttrium-aluminum garnet (Nd: YAG) doped with neondium, ruby, glass or the like is used as the laser medium. Further, CO 2 or the like is used in the gas laser.

【0025】励起源としては、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
ュランプ及び半導体レーザ等が用いられる。ここで、前
記制御の方法としては、励起源の電力を変化させて前記
ピークパワーの制御を行うと共に、励起源の例えば半導
体スイッチ等を用いて導通時間を変化させてパルス幅の
制御を行う。
As the excitation source, Nd: YAG laser, ruby laser, dye laser, glass laser, etc., such as flash lamp, semiconductor laser, etc. are used. Here, as the control method, the peak power is controlled by changing the power of the excitation source, and the pulse width is controlled by changing the conduction time by using, for example, a semiconductor switch of the excitation source.

【0026】また、本発明では、前記パルスレーザ発振
器において、パルス繰り返し数f、溶接速度V、及び溶
接ナゲットの直径Dとの関係を所定の範囲に制限し、こ
の所定の範囲のもとに、前記パルスレーザ発振器からパ
ルスレーザを発振するようにしてもよい。
Further, in the present invention, in the pulse laser oscillator, the relationship between the pulse repetition number f, the welding speed V, and the diameter D of the welding nugget is limited to a predetermined range, and within this predetermined range, A pulse laser may be oscillated from the pulse laser oscillator.

【0027】[0027]

【作用】本発明によれば、発振制御部により、パルスレ
ーザ発振器においてパルスレーザの各周期におけるパル
ス波形の中に2つの矩形波が生成され、また1番目の矩
形波のピークパワー値P1及びそのパルス幅t1と、2番
目の矩形波のピークパワー値P2及びそのパルス幅t2
の関係が所定の範囲に制御されるので、発振したパルス
レーザをメッキ鋼板に照射すると、溶接ビードからメッ
キ金属蒸気を効率的に除去して、溶接欠陥の非常に少な
い良好な溶接外観を持つ溶接強度の大きい溶接ビードを
得ることができる。
According to the present invention, the oscillation control section generates two rectangular waves in the pulse waveform in each cycle of the pulse laser in the pulse laser oscillator, and the peak power value P 1 and the peak power value P 1 of the first rectangular wave are generated. Since the relationship between the pulse width t 1 , the peak power value P 2 of the second rectangular wave and the pulse width t 2 is controlled within a predetermined range, when the oscillated pulse laser is applied to the plated steel sheet, the welding bead is The plated metal vapor can be efficiently removed from the to obtain high-strength weld beads with a good weld appearance with very few weld defects.

【0028】また、前記発振制御部における所定の範囲
は、 0<t1/(t1+t2)<1 P1/P2>1 t1/(t1+t2)<0.6・(P1/P2)−0.2 であり、この範囲のパルスレーザを照射することで、前
記効果を奏する。
The predetermined range in the oscillation control section is 0 <t 1 / (t 1 + t 2 ) <1 P 1 / P 2 > 1 t 1 / (t 1 + t 2 ) <0.6. ( P 1 / P 2 ) −0.2, and by irradiating the pulse laser in this range, the above effect is exhibited.

【0029】また、前記所定の範囲は、より好ましくは 0.3<t1/(t1+t2)<0.5 1.5>P1/P2>2.0 であり、この範囲にあるパルスレーザを照射すること
で、さらに効果が大となる。この場合に前記波形にCW
(連続発振)重畳するようにしても良い。
The predetermined range is more preferably 0.3 <t 1 / (t 1 + t 2 ) <0.5 1.5> P 1 / P 2 > 2.0, and within this range. Irradiation with a certain pulsed laser further enhances the effect. In this case, the waveform is CW
(Continuous oscillation) may be superposed.

【0030】さらに、発振制御部の制御の下に、2つの
矩形波間の時間間隔tintを10milli second(以下、
m sec.と略称する)以下にすることで、効果を奏
する。
Further, under the control of the oscillation control unit, the time interval tint between two rectangular waves is set to 10 millisecond (hereinafter,
m sec. (Abbreviated as)) The following effects are achieved.

【0031】また、発振制御部の制御の下に、2つの矩
形波間の時間間隔tintを2m sec.以下にするこ
とで、いっそう効果が大となる。さらに、発振制御部
は、パルスレーザのパルスエネルギーが複数枚の重ね合
わせのメッキ鋼板に対して1枚目のメッキ鋼板を貫通し
て2枚目のメッキ鋼板を部分溶け込みさせる強度となる
ようにパルス発振器を制御することで、セミペネトレー
ションの強度を持つパルスレーザを照射できる。
Under the control of the oscillation controller, the time interval tint between the two rectangular waves is 2 msec. The effect will be even greater by setting the following. Further, the oscillation control unit applies a pulse so that the pulse energy of the pulse laser has such a strength that it penetrates the first plated steel sheet and partially melts the second plated steel sheet into a plurality of superposed plated steel sheets. By controlling the oscillator, it is possible to irradiate a pulsed laser with a semi-penetration intensity.

【0032】また、パルスレーザの中心軸とメッキ鋼板
表面に対する垂線とのなす角度θが0°から60°の範
囲とすることで効果を奏する。さらに、パルスレーザの
中心軸とメッキ鋼板表面に対する垂線とのなす角度θが
10°から40°の範囲とすることでさらに効果が大と
なる。
Further, the effect can be obtained by setting the angle θ formed by the central axis of the pulse laser and the perpendicular to the surface of the plated steel plate in the range of 0 ° to 60 °. Further, when the angle θ formed by the central axis of the pulse laser and the perpendicular to the surface of the plated steel sheet is in the range of 10 ° to 40 °, the effect is further enhanced.

【0033】一方、前記パルスレーザ発振器において、
パルス繰り返し数f、溶接速度V、及び溶接ナゲットの
直径Dとの関係式、 1−V/(f×D)=L で表されるパルス重なり率L(以下、ラップ率と略称)
を0.5から0.9の範囲に制限することにより、溶接
強度の高い溶接ビードを得られる。
On the other hand, in the pulse laser oscillator,
Relational expression between the pulse repetition number f, the welding speed V, and the diameter D of the welding nugget, 1-V / (f × D) = L, the pulse overlap rate L (hereinafter abbreviated as the lap rate)
Is limited to the range of 0.5 to 0.9, a weld bead with high weld strength can be obtained.

【0034】ここで、前記のラップ率Lを0.7から
0.8の範囲に制限することにより、溶接強度が高く、
安定した溶接ビードを得ることが可能となる。
Here, by limiting the lap ratio L in the range of 0.7 to 0.8, the welding strength is high,
It is possible to obtain a stable weld bead.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
図1は本発明に係るメッキ鋼板のパルスレーザ照射方法
を実現するためのレーザ溶接機の概略構成図である。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser welding machine for realizing a pulsed laser irradiation method for a plated steel sheet according to the present invention.

【0036】<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:YAGロッド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14、レーザ電源部14
を制御するレーザコントローラ11b、冷却装置15か
ら構成される。
<Embodiment 1> As shown in FIG. 1, the laser processing machine is as follows. Pulse laser device 11
Is an Nd: YAG rod 12 and a flash lamp 13.
Device main body 11a having a laser device main body 11a
Power source 14 for supplying power to the
And a cooling device 15.

【0037】Nd:YAGロッド12は、フラッシュラ
ンプ13の電力供給を受けてマルチモードで、平均出力
400Wであって、波長が1.06μmで発振するよう
になっている。なお、パルス繰り返し数は、8ppsと
なっており、1パルスエネルギーが50Jとする。
The Nd: YAG rod 12 receives the power from the flash lamp 13 and is multimode, has an average output of 400 W and oscillates at a wavelength of 1.06 μm. The number of pulse repetitions is 8 pps, and one pulse energy is 50J.

【0038】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。
The optical fiber 21 is the laser device main body 11
The laser beam emitted from the laser device main body 11a is connected to the laser beam a and is transmitted to the laser emission unit 22. The laser emission unit 22 is attached to the 6-axis articulated robot 17, and the 6-axis articulated robot 17 allows X,
It is movable in three directions of Y and Z, and is set at an arbitrary coordinate position (X 1 , Y 1 , Z 1 ).

【0039】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
1,Z1)に移動するよう制御を行なう。
The 6-axis articulated robot 17 has its own coordinate position (X 2 , Y 2 , Z 2 ) and the robot controller 1.
Based on the control position information (X 1 , Y 1 , Z 1 ) for setting the laser emission unit 22 output from 6 for a predetermined position, the laser emission unit 22 is moved to the coordinate position (X 1 ,
Control to move to Y 1 , Z 1 ).

【0040】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も、6軸多関節ロボット
17に与えるようになっている。
Further, the robot control device 16 is
Control position information for moving the laser emission unit 22 in a predetermined position or in a predetermined direction is also given to the 6-axis articulated robot 17.

【0041】図2はレーザ出射ユニット22の構成図で
ある。図2に示すように、本体22c内には、集光レン
ズ22aが設けられており、先端が先細りに構成されて
いる。集光レンズ22aで集光されたレーザ光が、レー
ザ出射口22dから出射するように構成されている。集
光レンズ22aは、焦点距離が120mmであり、広が
り角(ハーフアングル)が15mradの範囲内であっ
て、焦点位置がジャストフォーカスのものを用いる。ま
た、レーザ出射ユニット22には、アルゴンガス又は窒
素ガスなどのガスが10リットル/分で流入するように
なっている。
FIG. 2 is a block diagram of the laser emission unit 22. As shown in FIG. 2, a condenser lens 22a is provided in the main body 22c, and the tip is tapered. The laser light condensed by the condenser lens 22a is configured to be emitted from the laser emission port 22d. The condensing lens 22a has a focal length of 120 mm, a divergence angle (half angle) of 15 mrad, and a focal position of just focus. A gas such as argon gas or nitrogen gas flows into the laser emission unit 22 at a rate of 10 liters / minute.

【0042】前記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ユ
ニット18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,Z
1)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。
The 6-axis articulated robot 17 is a control for setting its own coordinate position (X 2 , Y 2 , Z 2 ) and the laser emission unit 22 output from the robot control unit 18 at predetermined positions. Position information (X 1 , Y 1 , Z
Based on 1 ), the laser emission unit 22 is controlled to move to the coordinate position (X 1 , Y 1 , Z 1 ).

【0043】従って、6軸多関節ロボット17によるレ
ーザ出射ユニット22のX方向への傾き制御によって、
溶接試料1cの表面からの垂線Hに対するレーザ光の中
心軸Cの角度θが、20°に設定されるようになってい
る。また、6軸多関節ロボット17によるレーザ出射ユ
ニット22のX方向への移動制御によって、溶接試料1
cの溶接速度を50cm/minにしている。
Therefore, by controlling the tilt of the laser emitting unit 22 in the X direction by the 6-axis articulated robot 17,
The angle θ of the central axis C of the laser light with respect to the perpendicular line H from the surface of the welded sample 1c is set to 20 °. Further, the welding sample 1 is controlled by the movement control of the laser emitting unit 22 in the X direction by the 6-axis articulated robot 17.
The welding speed of c is 50 cm / min.

【0044】被溶接物1cは、亜鉛メッキ鋼板(JIS
G3302 SGCC SDN)であり、F08(最
小呼び目付け量 両面60/60g/m2)であり、長
さL100(mm)×幅W30(mm)×厚さT0.8
(mm)であり、3枚重ねであって、各鋼板間の隙間は
0mmである。また溶接ビード長は20mmとする。
The object to be welded 1c is a galvanized steel plate (JIS
G3302 SGCC SDN), F08 (minimum nominal weight both sides 60/60 g / m 2 ), length L100 (mm) × width W30 (mm) × thickness T0.8
(Mm), three sheets are stacked, and the gap between the steel plates is 0 mm. The weld bead length is 20 mm.

【0045】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、パルスYAGレーザ12で発振した
パルスレーザのレーザ波形として、図3に示すように2
段矩形波を用いている。ここで、P1は1段目のピーク
パワーであり、t1はそのパルス幅である。P2は2段目
のピークパワーであり、t2はそのパルス幅である。ま
た、fはパルス繰り返し周波数である。
The laser power supply unit 14 is the flash lamp 1
The peak power is controlled by the voltage control of 3 and the conduction time is controlled by using, for example, a semiconductor switch. Under such control, the laser waveform of the pulse laser oscillated by the pulse YAG laser 12 is 2 as shown in FIG.
A stepped rectangular wave is used. Here, P 1 is the peak power of the first stage, and t 1 is its pulse width. P 2 is the peak power of the second stage, and t 2 is its pulse width. Further, f is a pulse repetition frequency.

【0046】従って、1段目のエネルギーE1は、 E1=P1・t1 で表され、2段目のエネルギーE2は、 E2=P2・t2 で表される。また、ここで1パルスの平均ピークパワー
AUを、1パルスのパルスエネルギーをEtotとし
て、 PAU=Etot/(t1+t2)=(E1+E2)/(t1
+t2) で定義する。
Therefore, the energy E 1 of the first stage is represented by E 1 = P 1 · t 1 , and the energy E 2 of the second stage is represented by E 2 = P 2 · t 2 . Further, here, the average peak power P AU of 1 pulse is defined as E tot with the pulse energy of 1 pulse, and P AU = Etot / (t 1 + t 2 ) = (E 1 + E 2 ) / (t 1
+ T 2 ).

【0047】実施例1では、1枚目の鋼板2−1貫通か
ら2枚目の鋼板2−2の部分溶け込みの溶接ビードを得
るために、パルスエネルギー一定の他に、平均ピークパ
ワーPAUを一定になるように設定した。この条件下で
は、その他の設定を変えても、溶け込み深さは、あまり
かわらない。実施例1では、PAU=5KWに設定した。
In Example 1, in order to obtain a weld bead that partially penetrates from the first steel plate 2-1 through the second steel plate 2-2, the average peak power P AU is set in addition to the constant pulse energy. It was set to be constant. Under this condition, the penetration depth does not change much even if other settings are changed. In Example 1, P AU = 5 KW was set.

【0048】さらに、次の量を定義する。すなわち、 α=P1/P2 β=t1/(t1+t2) である。このα、βを変数としてマトリックスを組み、
変数αが3以下の範囲で実験を行った。ビード外観の
他、引張試験による引張せん断荷重の測定値を得て評価
を行なう。
Further, the following quantities are defined. That is, α = P 1 / P 2 β = t 1 / (t 1 + t 2 ). A matrix is constructed with these α and β as variables,
The experiment was performed in the range where the variable α was 3 or less. In addition to the bead appearance, the tensile shear load measured by the tensile test is obtained and evaluated.

【0049】この結果、各点での引張強度から図4に示
すような評価結果が得られた。図4において、○は25
0kgf以上であり、△は150kgf以上250kg
f未満であり、×は150kgf未満の点である。ま
た、図5に、変数βを0.4に固定したときにおける変
数αを変化させたときの引張せん断荷重の変化を示す。
As a result, the evaluation results shown in FIG. 4 were obtained from the tensile strength at each point. In FIG. 4, 25 is 25
0kgf or more, △ is 150kgf or more 250kg
It is less than f and x is less than 150 kgf. Further, FIG. 5 shows a change in tensile shear load when the variable α is changed when the variable β is fixed to 0.4.

【0050】以上の結果を総合すると、図6に示すよう
に 1<α<3、0<β<1、β<0.6α−0.2 ・・・・・(1) の範囲では、従来の単純な1段の矩形パルスから得られ
た溶接ビードに比較して十分な溶接強度を持ち、かつ外
観も良好な溶接ビードが得られ、大幅な改善がなされる
ことが判明した。
Summarizing the above results, as shown in FIG. 6, in the range of 1 <α <3, 0 <β <1, β <0.6α-0.2 (1) It was found that a weld bead having sufficient weld strength and a good appearance was obtained as compared with the weld bead obtained from the simple one-step rectangular pulse of, and a great improvement was made.

【0051】また、その中でも特に 1.5<α<2、0.3<β<0.5 ・・・・・(2) の範囲では、図9(写真1)に示すように溶接欠陥が非
常に少ない美しいビード外観が得られるとともに、最も
強い溶接強度が得られた。
In particular, in the range of 1.5 <α <2, 0.3 <β <0.5 (2), the welding defects are as shown in FIG. 9 (Photo 1). A very few beautiful bead appearance was obtained and the strongest welding strength was obtained.

【0052】このように実施例1では、溶接ビードから
メッキ金属蒸気を効率的に除去して、溶接欠陥の非常に
少ない良好な溶接外観を持つ溶接強度の大きい溶接ビー
ドを得ることができる。
As described above, in Example 1, the plated metal vapor can be efficiently removed from the weld bead to obtain a weld bead having a high weld strength and a good weld appearance with very few welding defects.

【0053】以上の実施例1では、鋼板間の隙間を0m
mにして行ったが、これに75μmの隙間を空けて不等
式(2)範囲内の条件で溶接を行った場合には、さらに
良好な400kgfを越す引張せん断荷重と、溶接欠陥
がほとんどない溶接ビードが得られる。
In Example 1 above, the gap between the steel plates was set to 0 m.
However, when welding was performed under the conditions within the range of the inequality (2) with a gap of 75 μm, a welding shear bead having a better tensile shear load of more than 400 kgf and almost no welding defects. Is obtained.

【0054】<実施例2>レーザ電源部14a(図示し
ない)は、代表的な2段矩形波において、1段目のパル
ス波形と2段目のパルス波形とのパルス間隔tintを0
〜10m sec.まで変化させるようフラッシュラン
プ13を制御する。パルス間隔tintが0のとき、すな
わち、2段連続矩形波を図7に示す。
<Embodiment 2> The laser power supply unit 14a (not shown) has a pulse interval tint between the first-stage pulse waveform and the second-stage pulse waveform of 0 in a typical two-stage rectangular wave.
-10 msec. The flash lamp 13 is controlled so as to change up to. When the pulse interval tint is 0, that is, a two-stage continuous rectangular wave is shown in FIG.

【0055】パルス間隔tintを0〜10m sec.
まで変化させると、その結果として、図8に示すように
2段矩形波の1段目と2段目パルス間隔tintを大きく
するほど引張せん断荷重が減少し、溶接ビードの外観も
単一矩形波(比較例1)に近づくことがわかる。
The pulse interval tint is 0 to 10 msec.
As a result, as shown in FIG. 8, as the pulse interval tint of the first and second steps of the two-step rectangular wave is increased, the tensile shear load decreases, and the appearance of the welding bead also becomes a single rectangular wave. It turns out that it approaches (Comparative Example 1).

【0056】<実施例3>本実施例3では、前述の実施
例1における代表的な2段矩形波において、パルス繰り
返し数f、溶接速度V、および溶接ナゲット直径Dを用
いて L=1−V/(f×D) で表されるラップ率L(パルス重なり率)を定義し、パ
ルス繰り返し数fと溶接速度Vをラップ率が様々な値を
とるように変化させた。但し、亜鉛メッキ鋼板の2枚目
を部分溶接するようにピークパワーの値を変化させた。
<Embodiment 3> In Embodiment 3, in the typical two-stage rectangular wave in Embodiment 1 described above, the pulse repetition number f, the welding speed V, and the welding nugget diameter D are used to obtain L = 1− The lap rate L (pulse overlap rate) represented by V / (f × D) was defined, and the pulse repetition number f and the welding speed V were changed so that the lap rate had various values. However, the value of the peak power was changed so as to partially weld the second galvanized steel sheet.

【0057】ここで、本実施例3におけるレーザ加工機
は、前述の実施例1に対して、Nd:YAGロッド12
におけるP1とP2のパルスエネルギー比;α=P1/P2
=1.6とすると共に、一段目の矩形波のパルス幅T1
を4m sec.、二段目の矩形波のパルス幅T2を6
m sec.とする。その他の条件は前述の実施例1と
同様とする。
Here, the laser processing machine according to the third embodiment is different from the first embodiment in that the Nd: YAG rod 12 is used.
Pulse energy ratio of P 1 and P 2 at; α = P 1 / P 2
= 1.6 and the pulse width T 1 of the first-stage rectangular wave
For 4 msec. , The pulse width T 2 of the second-stage rectangular wave is 6
m sec. And The other conditions are the same as those in the first embodiment.

【0058】以上の条件のもとで、ラップ率L、パルス
繰り返し数f、溶接速度Vのうち、何れかひとつを一定
値に保ち、その他の値を可変として実験を行い、引張り
せん断荷重の評価を行った。その結果を図10に示す。
Under the above conditions, one of the lap rate L, the pulse repetition number f, and the welding speed V is kept at a constant value, and the other values are made variable to carry out an experiment to evaluate the tensile shear load. I went. The result is shown in FIG.

【0059】同図において、ラップ率Lの値が0.5か
ら0.9の範囲にあるとき、良好な引張りせん断荷重を
得ることが可能である。さらに、ラップ率Lが0.7か
ら0.8の範囲にある場合には、より良好な引張りせん
断荷重を得ることができる。言い換えれば、ラップ率L
が上記の範囲内の値となるようにパルス繰り返し数f及
び溶接速度Vを設定することにより、良好な引張りせん
断荷重を得ることが可能となる。
In the figure, when the value of the lapping rate L is in the range of 0.5 to 0.9, it is possible to obtain a good tensile shear load. Further, when the lap ratio L is in the range of 0.7 to 0.8, a better tensile shear load can be obtained. In other words, the lap rate L
It is possible to obtain a good tensile shear load by setting the pulse repetition number f and the welding speed V so that is within the above range.

【0060】次に実施例1とその他との比較例を説明す
る。 (比較例1)まず、比較例1は、実施例1と同一出力で
あって、かつ同一ピークエネルギーをもつ1段矩形波パ
ルスによる溶接である。比較例1の場合には、図11
(写真2)に示すように溶接ビード表面に盛り上がり、
また穴ができて溶接外観不良となる。穴の部分では、亜
鉛蒸気の噴出による表面溶融金属の飛散が発生し、溶融
金属の欠如が発生している。図11においては、盛り上
がり部A、穴部Bが示されており、盛り上がり部Aの溶
融金属内部にはブローホールが発生している。
Next, a comparative example of the first embodiment and others will be described. (Comparative Example 1) First, Comparative Example 1 is welding with a one-stage rectangular wave pulse having the same output and the same peak energy as those of Example 1. In the case of Comparative Example 1, FIG.
As shown in (Photo 2), the welding bead surface rises,
In addition, holes are formed and the appearance of the weld becomes poor. In the hole portion, the surface molten metal is scattered due to the ejection of zinc vapor, and the lack of molten metal occurs. In FIG. 11, a raised portion A and a hole portion B are shown, and blowholes are generated inside the molten metal in the raised portion A.

【0061】また、このために溶融金属の飛散によるス
パッタが多く、これが試料表面に固着するために、外観
不良の一つとなる。また、盛り上がった部分では、1枚
目の鋼板2−1と2枚目の鋼板2−2との間に亜鉛蒸気
を取り込んだ大きなブローホールが溶融金属内部に発生
しており、これが発生する部分ではほとんど鋼板間に融
着部位を生じない。以上の2つの現象により溶接強度は
極端に落ち込み、溶接不良となっている。
For this reason, a large amount of spatter due to the scattering of the molten metal adheres to the sample surface, which is one of the poor appearances. Further, in the raised portion, a large blow hole incorporating zinc vapor is generated inside the molten metal between the first steel plate 2-1 and the second steel plate 2-2, and the portion where this occurs In that case, there is almost no fusion site between the steel sheets. Due to the above two phenomena, the welding strength is extremely lowered, resulting in poor welding.

【0062】(比較例2)比較例2では、1枚目の鋼板
2−1と2枚目の鋼板2−2の間に75μmの隙間を空
け、1段の矩形波での溶接を行った。その結果、比較例
1と同様に図12(写真3)に示すように溶接外観不
良、例えば表面盛り上がり、ブローホール、スパッタ等
となり、引張せん断荷重も著しく低い値しか示さず、溶
接不良となっている。図12においては、盛り上がり部
Aが示されており、盛り上がり部Aの溶融金属内部には
ブローホールが発生している。またスパッタは系外に噴
出してレーザ出射部の光学系を損ねる。
(Comparative Example 2) In Comparative Example 2, a gap of 75 μm was formed between the first steel plate 2-1 and the second steel plate 2-2, and welding was performed with a single rectangular wave. . As a result, similar to Comparative Example 1, as shown in FIG. 12 (Photo 3), the welding appearance becomes defective, for example, the surface rises, blowholes, spatters, etc., and the tensile shear load also shows a remarkably low value, resulting in welding failure. There is. In FIG. 12, the raised portion A is shown, and blowholes are generated inside the molten metal in the raised portion A. Further, the spatter spouts out of the system and damages the optical system of the laser emitting part.

【0063】(比較例3)比較例3では、パルス波形を
2段矩形波としているが、変数α,βを前記不等式
(1)の範囲外としたものである。例えば変数αが1.
2であって、βが0.8である点における溶接ビード外
観を図13(写真4)に示す。この範囲では、溶接ビー
ド外観の乱れ、スパッタの飛散、ブローホールの溶融池
内取り込みによる溶接強度の低下が見られ、溶接不良と
なる。
Comparative Example 3 In Comparative Example 3, the pulse waveform is a two-stage rectangular wave, but the variables α and β are outside the range of the inequality (1). For example, if the variable α is 1.
FIG. 13 (Photo 4) shows the appearance of the weld bead at a point of 2 and β of 0.8. In this range, the appearance of the weld bead is disturbed, spatter is scattered, and the weld strength is reduced due to the incorporation of blowholes in the molten pool, resulting in poor welding.

【0064】図13において、ブローホールを含む溶接
ビード乱れ部Cが発生しており、スパッタは系外に噴出
している。また、パルスレーザの中心軸とメッキ鋼板表
面に対する垂線とのなす角度θが0°から60°の範囲
とすることで、レンズ22の直前に配置した保護ガラス
の耐久性(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)は約200本から約800本とおお
よそ4倍の耐久性が得られた。
In FIG. 13, a weld bead turbulence portion C including blow holes is generated, and spatter is jetted out of the system. Further, by setting the angle θ between the central axis of the pulse laser and the perpendicular to the surface of the plated steel sheet to be in the range of 0 ° to 60 °, the durability of the protective glass arranged immediately before the lens 22 (transmission laser output is 10% The weld bead count until it decreased was about 200 to about 800, which was about four times the durability.

【0065】θが大きくなりすぎると、溶接ワーク及び
ワーク・クランプ治具等への干渉が問題になる。その場
合には、θが10°から40°の適切な範囲とすること
で、保護ガラスの耐久性が確保できる。
If θ becomes too large, there is a problem of interference with the welding work, the work clamp jig, and the like. In that case, the durability of the protective glass can be secured by setting θ to an appropriate range of 10 ° to 40 °.

【0066】このように実施例1及び実施例2と比較例
1ないし比較例3とを説明したが、実施例1及び実施例
2によれば、パルスレーザ照射波形を2段矩形波とし、
所定の範囲に照射条件を設定することで、溶接ビードか
らメッキ金属蒸気を効率的に除去して、溶接欠陥の非常
に少ない良好な溶接外観を持つ溶接強度の大きい溶接ビ
ードを得ることができる。また、光学系に損傷を与える
ことが少なく、よってメンテナンスの負担を低減でき
る。
Although the first and second embodiments and the first to third comparative examples are described above, according to the first and second embodiments, the pulse laser irradiation waveform is a two-stage rectangular wave,
By setting the irradiation condition in a predetermined range, it is possible to efficiently remove the plating metal vapor from the weld bead and obtain a weld bead having a high welding strength and a good weld appearance with very few welding defects. In addition, the optical system is less likely to be damaged, and thus the burden of maintenance can be reduced.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明によれば、パルスレーザ照射波形
を所定の2段矩形波とすることで、溶接ビードからメッ
キ金属蒸気を効率的に除去して、溶接欠陥の非常に少な
い良好な溶接外観を持つ、溶接強度の大きい溶接ビード
を得ることができる。また、光学系に損傷を与えること
が少なく、メンテナンスの負担を低減できる。
According to the present invention, the pulsed laser irradiation waveform is a predetermined two-stage rectangular wave, so that the plating metal vapor can be efficiently removed from the welding bead, resulting in good welding with very few welding defects. It is possible to obtain a weld bead having an appearance and high welding strength. Further, the optical system is less likely to be damaged, and the burden of maintenance can be reduced.

【0068】さらに、パルス重なり率を所定の値に制限
することにより、溶接強度が高く、安定した溶接ビード
が得られるパルスレーザの照射方法を提供することが可
能となる。
Further, by limiting the pulse overlap rate to a predetermined value, it becomes possible to provide a pulse laser irradiation method which has a high welding strength and can obtain a stable welding bead.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】レーザ出射ユニットの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a laser emission unit.

【図3】2段矩形波を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a two-stage rectangular wave.

【図4】マトリクス試験におけるせん断荷重を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a shear load in a matrix test.

【図5】βが0.4におけるαと引張せん断荷重の関係
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between α and a tensile shear load when β is 0.4.

【図6】αとβの総合良好溶接範囲を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a comprehensive good welding range of α and β.

【図7】2段連続矩形波を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a two-stage continuous rectangular wave.

【図8】1段目と2段目のパルス間隔と引張せん断荷重
の関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a pulse interval in the first and second steps and a tensile shear load.

【図9】実施例1の溶接ビード外観を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the appearance of a weld bead of Example 1.

【図10】パルス重なり率と引張りせん断荷重の関係を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a pulse overlap rate and a tensile shear load.

【図11】比較例1の溶接ビード外観を示す図である。11 is a diagram showing the appearance of a weld bead in Comparative Example 1. FIG.

【図12】比較例2の溶接ビード外観を示す図である。FIG. 12 is a view showing the appearance of a weld bead of Comparative Example 2.

【図13】比較例3の溶接ビード外観を示す図である。13 is a diagram showing the appearance of a weld bead in Comparative Example 3. FIG.

【図14】2枚重ねの部分溶け込み溶接例を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing an example of partial penetration welding in which two sheets are stacked.

【図15】3枚重ねの部分溶け込み溶接例を示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing an example of partial penetration welding in which three sheets are stacked.

【図16】4枚重ね以上の部分溶け込み溶接例を示す図
である。
FIG. 16 is a diagram showing an example of partial penetration welding in which four or more sheets are stacked.

【図17】所望の溶け込み深さを得るために必要な1パ
ルスエネルギーを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing one pulse energy required to obtain a desired penetration depth.

【図18】矩形波を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a rectangular wave.

【図19】積分波形を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing an integrated waveform.

【図20】CW重畳型の波形を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a CW superposition type waveform.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・メッキ鋼板 2・・鋼板 3・・亜鉛メッキ 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・・YAGレーザ 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 22c・・本体 22d・・レーザ出射口 1 ··· Plated steel sheet 2 · · Steel sheet 3 · · Galvanized 11 · · Pulse laser device 11a · · Pulse laser device body 11b · · Laser controller 12 · · YAG laser 13 · · Flash lamp 14 · · Laser power supply unit 15 · ·・ Cooling device 16 ・ Robot control device 17 ・ ・ 6 axis articulated robot 21 ・ ・ Optical fiber 22 ・ ・ Laser emission unit 22a ・ ・ Condenser lens 22c ・ ・ Main body 22d ・ ・ Laser emission port

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ媒質と、このレーザ媒質を外部か
ら励起する励起源と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から出力されるパルスレーザをメッ
キ鋼板に照射するメッキ鋼板のパルスレーザ照射方法に
おいて、 前記パルスレーザ発振器で発信するパルスレーザの各周
期におけるパルス波形の中に2つの矩形波を生成させ、 前記矩形波の1番目の矩形波のピークパワー値P1及び
そのパルス幅t1と、2番目の矩形波のピークパワー値
2及びそのパルス幅t2との関係を所定の範囲に制限
し、 前記パルスレーザ発振器から前記範囲においてパルスレ
ーザを前記メッキ鋼板に照射することを特徴とするメッ
キ鋼板のパルスレーザ照射方法。
1. A method for irradiating a plated steel sheet with a pulse laser, which irradiates a plated steel sheet with a pulse laser output from a pulse laser device having a pulse laser oscillator having a laser medium and an excitation source for exciting the laser medium from the outside. In the above, two rectangular waves are generated in the pulse waveform in each cycle of the pulse laser emitted from the pulse laser oscillator, and the peak power value P 1 of the first rectangular wave of the rectangular wave and its pulse width t 1 , and wherein a second rectangular wave relationship between the peak power value P 2 and the pulse width t 2 of the limit in a predetermined range, irradiating a pulsed laser to the plated steel sheet in the range from the pulse laser oscillator Pulsed laser irradiation method for plated steel sheet.
【請求項2】 前記所定の範囲を 0<t1/(t1+t2)<1 P1/P2>1 t1/(t1+t2)<0.6・(P1/P2)−0.2 としたことを特徴とする請求項1記載のメッキ鋼板のパ
ルスレーザ照射方法。
2. The predetermined range is 0 <t 1 / (t 1 + t 2 ) <1 P 1 / P 2 > 1 t 1 / (t 1 + t 2 ) <0.6 · (P 1 / P 2 ) -0.2 was set, and the pulse laser irradiation method of the plated steel sheet according to claim 1 characterized by things.
【請求項3】 前記所定の範囲を 0.3<t1/(t1+t2)<0.5 1.5≧P1/P2≧2.0 としたことを特徴とする請求項1記載のメッキ鋼板のパ
ルスレーザ照射方法。
3. The predetermined range is set to 0.3 <t 1 / (t 1 + t 2 ) <0.5 1.5 ≧ P 1 / P 2 ≧ 2.0. A method for irradiating a plated steel sheet with a pulsed laser.
【請求項4】 前記2つの波形間の時間間隔を10m
sec.(milli second)以下としたことを特徴とする
請求項1記載のメッキ鋼板のパルスレーザ照射方法。
4. The time interval between the two waveforms is 10 m
sec. (Milli second) or less, The pulse laser irradiation method of the plated steel plate of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 前記2つの波形間の時間間隔を2m s
ec.以下としたことを特徴とする請求項1記載のメッ
キ鋼板のパルスレーザ照射方法。
5. The time interval between the two waveforms is 2 ms.
ec. The pulsed laser irradiation method for a plated steel sheet according to claim 1, wherein:
【請求項6】 前記パルスレーザ発振器の出力を、前記
パルスレーザのパルスエネルギーが複数枚の重ね合わせ
のメッキ鋼板に対してN枚目までを溶接する時、(N−
1)枚目のメッキ鋼板を貫通してN枚目のメッキ鋼板を
部分溶け込みさせる強度となるように制御することを特
徴とする請求項1記載のメッキ鋼板のパルスレーザ照射
方法。
6. When welding the output of the pulse laser oscillator up to the Nth sheet of the plated steel sheets with the pulse energy of the pulsed laser, the (N-
1) The pulse laser irradiation method for a plated steel sheet according to claim 1, wherein the strength is controlled so as to penetrate the first plated steel sheet and partially melt the Nth plated steel sheet.
【請求項7】 前記パルスレーザの中心軸と前記メッキ
鋼板表面に対する垂線とのなす角度が0°から60°の
範囲にあることを特徴とする請求項1記載のメッキ鋼板
のパルスレーザ照射方法。
7. The method for irradiating a plated steel sheet with a pulse laser according to claim 1, wherein an angle formed by a central axis of the pulse laser and a perpendicular to the surface of the plated steel sheet is in a range of 0 ° to 60 °.
【請求項8】 前記パルスレーザの中心軸と前記メッキ
鋼板表面に対する垂線とのなす角度が10°から40°
の範囲にあることを特徴とする請求項1記載のメッキ鋼
板のパルスレーザ照射方法。
8. The angle formed by the central axis of the pulse laser and the perpendicular to the surface of the plated steel sheet is 10 ° to 40 °.
2. The method for irradiating a plated steel sheet with a pulsed laser according to claim 1, wherein:
【請求項9】 前記パルスレーザ発振器において、パル
ス繰り返し数f、溶接速度V、及び溶接ナゲットの直径
Dとの関係を所定の範囲に制限することを特徴とする請
求項1記載のメッキ鋼板のパルスレーザ照射方法。
9. The pulse of a plated steel sheet according to claim 1, wherein in the pulse laser oscillator, the relationship among the pulse repetition number f, the welding speed V, and the diameter D of the welding nugget is limited to a predetermined range. Laser irradiation method.
【請求項10】 前記所定の範囲を、 0.5≦{1−V/(f×D)}≦0.9 としたことを特徴とする請求項9記載のパルスレーザ照
射方法。
10. The pulse laser irradiation method according to claim 9, wherein the predetermined range is 0.5 ≦ {1-V / (f × D)} ≦ 0.9.
【請求項11】 前記所定の範囲を、 0.7≦{1−V/(f×D)}≦0.8 としたことを特徴とする請求項9記載のパルスレーザ照
射方法。
11. The pulse laser irradiation method according to claim 9, wherein the predetermined range is 0.7 ≦ {1-V / (f × D)} ≦ 0.8.
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