JPH06190575A - レーザによる溶接方法および装置 - Google Patents
レーザによる溶接方法および装置Info
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- JPH06190575A JPH06190575A JP5266363A JP26636393A JPH06190575A JP H06190575 A JPH06190575 A JP H06190575A JP 5266363 A JP5266363 A JP 5266363A JP 26636393 A JP26636393 A JP 26636393A JP H06190575 A JPH06190575 A JP H06190575A
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- welded
- welding
- elliptical
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 難溶接材料のレーザ溶接においても溶接割れ
等の溶接欠陥を低減する。 【構成】 金属材料を含む被溶接物にレーザビームを照
射しこれを溶接する際に、前記被溶接物の照射面でのビ
ーム形状を楕円形状とした。そしてこの楕円形状は、ジ
ャストフォーカス時において、前記被溶接物の照射面で
の形状が短軸と長軸との比率をＥ（但しＥ＝短軸／長
軸）としたときに、当該Ｅは０＜Ｅ≦０．９６の範囲と
なるようにした。前記楕円のビーム形状は、断面がほぼ
真円形状のレーザを前記被溶接物の照射面からの垂直軸
に対して傾斜させて照射することによって得ることがで
きる。また、前記楕円のビーム形状は、レーザを前記被
溶接物に照射させるときに前もって光学系手段によって
断面を楕円形状に加工しておいてもよい。
等の溶接欠陥を低減する。 【構成】 金属材料を含む被溶接物にレーザビームを照
射しこれを溶接する際に、前記被溶接物の照射面でのビ
ーム形状を楕円形状とした。そしてこの楕円形状は、ジ
ャストフォーカス時において、前記被溶接物の照射面で
の形状が短軸と長軸との比率をＥ（但しＥ＝短軸／長
軸）としたときに、当該Ｅは０＜Ｅ≦０．９６の範囲と
なるようにした。前記楕円のビーム形状は、断面がほぼ
真円形状のレーザを前記被溶接物の照射面からの垂直軸
に対して傾斜させて照射することによって得ることがで
きる。また、前記楕円のビーム形状は、レーザを前記被
溶接物に照射させるときに前もって光学系手段によって
断面を楕円形状に加工しておいてもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザによる金属を含
む材料の溶接方法に関し、更に詳しくはアルミニウム合
金のような材料の重ね溶接（ラップジョイント）、突合
せ溶接（バットジョイント）、隅肉溶接（フィレットジ
ョイント）等を行う場合のレーザ溶接方法に関する。特
に、これらの連続（シーム）溶接を行う場合のレーザ溶
接方法に関する。
む材料の溶接方法に関し、更に詳しくはアルミニウム合
金のような材料の重ね溶接（ラップジョイント）、突合
せ溶接（バットジョイント）、隅肉溶接（フィレットジ
ョイント）等を行う場合のレーザ溶接方法に関する。特
に、これらの連続（シーム）溶接を行う場合のレーザ溶
接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＪＩＳ Ｈ４０００〜Ｈ４１００に規定
されるアルミニウム合金は、比重が小さい、耐食性が高
い、外観が美しい、深絞りが可能等の優れた性能を有
し、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が、溶接
が容易でない合金としても知られている。
されるアルミニウム合金は、比重が小さい、耐食性が高
い、外観が美しい、深絞りが可能等の優れた性能を有
し、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が、溶接
が容易でない合金としても知られている。
【０００３】このような難溶接金属材料を溶接する方法
としては、古くからＭＩＧ、ＴＩＧ等のアーク溶接やス
ポット溶接、更にはＣＷ又は疑似ＣＷ型ＣＯ2レーザに
よる溶接が行われてきた。また最近では光ファイバーで
伝送可能なＹＡＧレーザによる溶接が検討されつつあ
る。
としては、古くからＭＩＧ、ＴＩＧ等のアーク溶接やス
ポット溶接、更にはＣＷ又は疑似ＣＷ型ＣＯ2レーザに
よる溶接が行われてきた。また最近では光ファイバーで
伝送可能なＹＡＧレーザによる溶接が検討されつつあ
る。
【０００４】ＹＡＧレーザによる溶接の場合は、レーザ
ビームを光ファイバー又は固定光学系で伝送後、集光光
学系に通して円形ビームとし、これを溶接ワークに照射
して溶接を行っている。
ビームを光ファイバー又は固定光学系で伝送後、集光光
学系に通して円形ビームとし、これを溶接ワークに照射
して溶接を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、アルミニウム
合金等の難溶接材料に対する以上のような従来の溶接方
法では溶接割れ又は亀裂やブローホール等の溶接欠陥が
発生し易いという問題がある。特にパルスＹＡＧレーザ
では、溶接割れの中でも凝固割れの発生が不可避である
ことが難溶接材料の産業界への普及を妨げている。ま
た、ＣＷ又は疑似ＣＷ型ＹＡＧレーザの場合でもレーザ
溶接における難溶接材料の凝固割れは高温且つ高速にな
るほど発生し易くなることが知られている。
合金等の難溶接材料に対する以上のような従来の溶接方
法では溶接割れ又は亀裂やブローホール等の溶接欠陥が
発生し易いという問題がある。特にパルスＹＡＧレーザ
では、溶接割れの中でも凝固割れの発生が不可避である
ことが難溶接材料の産業界への普及を妨げている。ま
た、ＣＷ又は疑似ＣＷ型ＹＡＧレーザの場合でもレーザ
溶接における難溶接材料の凝固割れは高温且つ高速にな
るほど発生し易くなることが知られている。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その目的は、難溶接材料のレーザ溶接においても溶接割
れ等の溶接欠陥を著しく低減できる溶接方法を提供する
ことである。
その目的は、難溶接材料のレーザ溶接においても溶接割
れ等の溶接欠陥を著しく低減できる溶接方法を提供する
ことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため以下のような構成とした。すなわち本発明は、
金属材料を含む被溶接物にレーザビームを照射しこれを
溶接する際に、前記被溶接物の照射面でのビーム形状を
楕円形状としたものである。
するため以下のような構成とした。すなわち本発明は、
金属材料を含む被溶接物にレーザビームを照射しこれを
溶接する際に、前記被溶接物の照射面でのビーム形状を
楕円形状としたものである。
【０００８】前記楕円形状は、ジャストフォーカス時に
おいて、前記被溶接物の照射面での形状が短軸と長軸と
の比率をＥ（但しＥ＝短軸／長軸）としたときに、当該
Ｅは下記の範囲となるようにすることが好ましい。
おいて、前記被溶接物の照射面での形状が短軸と長軸と
の比率をＥ（但しＥ＝短軸／長軸）としたときに、当該
Ｅは下記の範囲となるようにすることが好ましい。
【０００９】０＜Ｅ≦０．９６ また、前記楕円のビーム形状は、断面がほぼ真円形状の
レーザを前記被溶接物の照射面からの垂直軸に対して傾
斜させて照射することによって得ることができる。
レーザを前記被溶接物の照射面からの垂直軸に対して傾
斜させて照射することによって得ることができる。
【００１０】一方、前記楕円のビーム形状は、レーザを
前記被溶接物に照射させるときに前もって光学系手段に
よって断面を楕円形状に加工しておいてもよい。前記レ
ーザはＹＡＧレーザを用いることができ、金属材料を含
む被溶接物とは、たとえばアルミニウム合金などの難溶
接性金属である。
前記被溶接物に照射させるときに前もって光学系手段に
よって断面を楕円形状に加工しておいてもよい。前記レ
ーザはＹＡＧレーザを用いることができ、金属材料を含
む被溶接物とは、たとえばアルミニウム合金などの難溶
接性金属である。
【００１１】本発明はまた、励起ランプとレーザロッド
とを備えたレーザ共振器本体と、前記レーザ共振器本体
で発生されたレーザ光を導入するとともに、レーザビー
ムを断面楕円形状に加工し被溶接物に出射する光学系を
備えたレーザ出射ユニットとを有するレーザ溶接装置で
ある。
とを備えたレーザ共振器本体と、前記レーザ共振器本体
で発生されたレーザ光を導入するとともに、レーザビー
ムを断面楕円形状に加工し被溶接物に出射する光学系を
備えたレーザ出射ユニットとを有するレーザ溶接装置で
ある。
【００１２】前記光学系としては、平凸レンズまたは平
凹レンズ等の組み合わせレンズを用いることができる。
さらに、レーザ溶接装置としては、励起ランプとレーザ
ロッドとを備えたレーザ共振器本体と、前記レーザ共振
器本体で発生されたレーザ光を導入するとともにレーザ
ビームを断面楕円形状に加工し被溶接物に出射する光学
系を備えたレーザ出射ユニットと、前記レーザ出射ユニ
ットから出射されるレーザ光が、被溶接物の照射面から
の垂直軸に対して斜め方向に入射されるよう前記レーザ
出射ユニットを保持する保持手段とを備えた構造として
もよい。
凹レンズ等の組み合わせレンズを用いることができる。
さらに、レーザ溶接装置としては、励起ランプとレーザ
ロッドとを備えたレーザ共振器本体と、前記レーザ共振
器本体で発生されたレーザ光を導入するとともにレーザ
ビームを断面楕円形状に加工し被溶接物に出射する光学
系を備えたレーザ出射ユニットと、前記レーザ出射ユニ
ットから出射されるレーザ光が、被溶接物の照射面から
の垂直軸に対して斜め方向に入射されるよう前記レーザ
出射ユニットを保持する保持手段とを備えた構造として
もよい。
【００１３】前記保持手段としてはロボットアーム等を
用いることができる。以下に本発明を図面を参照して説
明する。本発明において照射面でのレーザビームのビー
ム形状を楕円形にするには、例えば図１に示すように、
ビームを円形に集光する光学系（図示せず）から円形の
レーザビーム２を被溶接物１の表面に垂直な線に対し角
度θ（以下、傾斜角θという）に傾斜させて照射するこ
とにより、照射面での形状が楕円形のビーム３を形成す
る方法がある。
用いることができる。以下に本発明を図面を参照して説
明する。本発明において照射面でのレーザビームのビー
ム形状を楕円形にするには、例えば図１に示すように、
ビームを円形に集光する光学系（図示せず）から円形の
レーザビーム２を被溶接物１の表面に垂直な線に対し角
度θ（以下、傾斜角θという）に傾斜させて照射するこ
とにより、照射面での形状が楕円形のビーム３を形成す
る方法がある。
【００１４】また図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、
ビームを直接楕円形に集光する光学系４ａ又は４ｂを用
い、この楕円形レーザビームを被溶接物の表面に対しほ
ぼ垂直に（傾斜角θ＝０°）照射して同様に照射面（こ
の場合は図２のＣの位置）での形状が楕円形のビーム５
を形成する方法がある。なお図２において、６はＡの位
置でのビーム形状、７はＢの位置でのビーム形状、１
０、１３は平凸レンズ、１１は平凸円筒レンズ、１４は
平凹円筒レンズを表す。
ビームを直接楕円形に集光する光学系４ａ又は４ｂを用
い、この楕円形レーザビームを被溶接物の表面に対しほ
ぼ垂直に（傾斜角θ＝０°）照射して同様に照射面（こ
の場合は図２のＣの位置）での形状が楕円形のビーム５
を形成する方法がある。なお図２において、６はＡの位
置でのビーム形状、７はＢの位置でのビーム形状、１
０、１３は平凸レンズ、１１は平凸円筒レンズ、１４は
平凹円筒レンズを表す。
【００１５】その他、円形のような定形；長方形、平行
四辺形、台形等の多角形；或は涙形のような不定形のレ
ーザビームを適当な遮蔽物等を用いて楕円形に変形し、
同様にほぼ垂直に照射する方法等がある。
四辺形、台形等の多角形；或は涙形のような不定形のレ
ーザビームを適当な遮蔽物等を用いて楕円形に変形し、
同様にほぼ垂直に照射する方法等がある。
【００１６】いずれの方法で形成された楕円形のビーム
においても、溶接部に亀裂等の溶接欠陥のない良好な溶
接を行うためには、楕円形状の短軸（Ｌmi）と長軸（Ｌ
ma）との比率（Ｅ＝Ｌmi／Ｌma）が０＜Ｅ≦０．９６の
範囲であることが望ましい。
においても、溶接部に亀裂等の溶接欠陥のない良好な溶
接を行うためには、楕円形状の短軸（Ｌmi）と長軸（Ｌ
ma）との比率（Ｅ＝Ｌmi／Ｌma）が０＜Ｅ≦０．９６の
範囲であることが望ましい。
【００１７】なお図１に示す方法で、楕円形のビームを
得る場合、ビームの傾斜角θは、楕円の短軸／長軸比
（Ｅ）を前記範囲にするために、その下限は１６゜とな
る。上限は出射ユニットの形状と被溶接物の全反射角に
より決まる。したがってθの範囲は１６゜＜θ＜９０
゜、好ましくは１６°＜θ≦４５°の範囲に設定され
る。
得る場合、ビームの傾斜角θは、楕円の短軸／長軸比
（Ｅ）を前記範囲にするために、その下限は１６゜とな
る。上限は出射ユニットの形状と被溶接物の全反射角に
より決まる。したがってθの範囲は１６゜＜θ＜９０
゜、好ましくは１６°＜θ≦４５°の範囲に設定され
る。
【００１８】また図１で楕円の楕円率ｅ、及び楕円率ｅ
と傾斜角θとの関係は、ジャストフォーカス点における
傾斜前のビーム半径をｄｃ、楕円の長軸半径をｄｅとす
ると、 楕円率ｅ＝ｄｃ／ｄｅ＝ｃｏｓθ となる。なお、傾斜後のビーム断面の面積Ｓｅは、 Ｓｅ＝４πｄｅ・ｄｃ＝４πｄｃ2／ｃｏｓθ で表され、傾斜前の面積の１／ｃｏｓθ倍になる。
と傾斜角θとの関係は、ジャストフォーカス点における
傾斜前のビーム半径をｄｃ、楕円の長軸半径をｄｅとす
ると、 楕円率ｅ＝ｄｃ／ｄｅ＝ｃｏｓθ となる。なお、傾斜後のビーム断面の面積Ｓｅは、 Ｓｅ＝４πｄｅ・ｄｃ＝４πｄｃ2／ｃｏｓθ で表され、傾斜前の面積の１／ｃｏｓθ倍になる。
【００１９】なお、ビームの走査方向と楕円の長軸との
角度φは４５゜以上になると楕円の短軸がビームの走査
方向に近くなるので本発明の効果が得られなくなる。し
たがって、０゜≦φ＜４５゜の範囲、特に０゜≦φ≦２
０゜の範囲が望ましい。
角度φは４５゜以上になると楕円の短軸がビームの走査
方向に近くなるので本発明の効果が得られなくなる。し
たがって、０゜≦φ＜４５゜の範囲、特に０゜≦φ≦２
０゜の範囲が望ましい。
【００２０】本発明で用いられる被溶接材料としては、
金属（合金を含む）含む材料であれば特に制限はない
が、特に難溶接性金属、例えばアルミニウム合金（例え
ばＪＩＳ Ｈ４０００〜Ｈ４１８０で規定されるアルミ
ニウム合金）、銅合金、チタニウム合金、ステンレス、
鉄鋼等の材料および金属と樹脂とを積層した材料等の、
高温割れやブローホール、ポロシティを生じるような材
料等が本発明に適した被溶接材料として挙げられる。
金属（合金を含む）含む材料であれば特に制限はない
が、特に難溶接性金属、例えばアルミニウム合金（例え
ばＪＩＳ Ｈ４０００〜Ｈ４１８０で規定されるアルミ
ニウム合金）、銅合金、チタニウム合金、ステンレス、
鉄鋼等の材料および金属と樹脂とを積層した材料等の、
高温割れやブローホール、ポロシティを生じるような材
料等が本発明に適した被溶接材料として挙げられる。
【００２１】また本発明に適用されるレーザとしては、
ＹＡＧレーザ（パルス型、連続型のいずれでもよい）等
の固体レーザ、ＣＯ2レーザ等の気体レーザ、半導体レ
ーザ、蒸気レーザ等がある。
ＹＡＧレーザ（パルス型、連続型のいずれでもよい）等
の固体レーザ、ＣＯ2レーザ等の気体レーザ、半導体レ
ーザ、蒸気レーザ等がある。
【００２２】
【実施例】以下に本発明を実施例によって説明する。本
実施例のレーザ溶接装置は、図１１に示す構成を有して
いる。同図において、１０１は励起源としての励起ラン
プで、この励起ランプに挟まれるようにしてＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザロッド１０２が配置されている。また、励起ラ
ンプ１０１には励起ランプ１０１に対して所定の電力を
供給する電源１０３が接続されている。
実施例のレーザ溶接装置は、図１１に示す構成を有して
いる。同図において、１０１は励起源としての励起ラン
プで、この励起ランプに挟まれるようにしてＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザロッド１０２が配置されている。また、励起ラ
ンプ１０１には励起ランプ１０１に対して所定の電力を
供給する電源１０３が接続されている。
【００２３】前記レーザロッド１０２の軸延長方向には
全反射ミラー１０４と出力ミラー１０５とが配置されて
いる。この出力ミラー１０５の外方には、出力されるレ
ーザ光を受ける拡大光学系１０６が配置されており、こ
の拡大光学系１０６を通過したレーザ光はファイバ用カ
ップリングレンズ１０７を通じて光ファイバ１０８に導
入されるようになっている。
全反射ミラー１０４と出力ミラー１０５とが配置されて
いる。この出力ミラー１０５の外方には、出力されるレ
ーザ光を受ける拡大光学系１０６が配置されており、こ
の拡大光学系１０６を通過したレーザ光はファイバ用カ
ップリングレンズ１０７を通じて光ファイバ１０８に導
入されるようになっている。
【００２４】前記光ファイバ１０８の先端には、光学系
４ａ（または４ｂ）を備えた出射ユニット１０９が取り
付けられており、この出射ユニット１０９から出力され
るレーザ光によって溶接（切断）が行われるようになっ
ている。
４ａ（または４ｂ）を備えた出射ユニット１０９が取り
付けられており、この出射ユニット１０９から出力され
るレーザ光によって溶接（切断）が行われるようになっ
ている。
【００２５】この出射ユニット１０９は図１１に示すよ
うに、ロボットのアーム１１０に把持され、アーム１１
０の動きで出射ユニットを移動したり、被照射面に対し
て斜め方向にレーザビームを照射できるようになってい
る。
うに、ロボットのアーム１１０に把持され、アーム１１
０の動きで出射ユニットを移動したり、被照射面に対し
て斜め方向にレーザビームを照射できるようになってい
る。
【００２６】本実施例では、ガス流量２０リットル／ｍ
ｉｎのＡｒシールドガス雰囲気中で、ＪＩＳ Ｈ４００
０のＡ５０５２ーＰ−Ｏで規定されるＡｌ−Ｍｇ合金
（長さ１００ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）１枚
（ビード・オン・プレート）の表面で溶接実験を行っ
た。
ｉｎのＡｒシールドガス雰囲気中で、ＪＩＳ Ｈ４００
０のＡ５０５２ーＰ−Ｏで規定されるＡｌ−Ｍｇ合金
（長さ１００ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）１枚
（ビード・オン・プレート）の表面で溶接実験を行っ
た。
【００２７】
【実施例１〜２】下記のレーザ及び光学系で得られた円
形のレーザビームを傾斜角θ＝２０゜（このとき得られ
た楕円の楕円率ｅ＝０．９４）（実施例１）、及びθ＝
３０゜（このとき得られた楕円の楕円率ｅ＝０．８７）
（実施例２）に変化させて照射し、溶接速度１．０ｍ／
ｓｅｃで、長さ１０ｍｍにわたって溶接を行った。な
お、このときのビームの走査方向と楕円の長軸との角度
φは０゜、すなわちビームの走査方向は楕円の長軸に対
して平行にした。 レーザ： パルスＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ） マルチモード 繰り返し周波数 １４ＰＰＳ レーザ出力波形 ２段矩形波 ピーク出力 （１段目）１．５２ＫＷ （２段目）０．５８ パルス幅 （１段目）１０ｍｓｅｃ （２段目）１０ｍｓｅｃ 平均出力 ２９４Ｗ 光学系： 焦点距離ｆ １２０ｍｍ 焦点位置 ジャストフォーカス ビーム形状 円形（直径１．１ｍｍ） この円形ビームを得るレンズ系の例として、図１２Ａに
示した両凸面レンズ１枚の構成や、図１２Ｂに示した平
凸面レンズを２枚配置した組み合わせレンズを用いるこ
とができる。
形のレーザビームを傾斜角θ＝２０゜（このとき得られ
た楕円の楕円率ｅ＝０．９４）（実施例１）、及びθ＝
３０゜（このとき得られた楕円の楕円率ｅ＝０．８７）
（実施例２）に変化させて照射し、溶接速度１．０ｍ／
ｓｅｃで、長さ１０ｍｍにわたって溶接を行った。な
お、このときのビームの走査方向と楕円の長軸との角度
φは０゜、すなわちビームの走査方向は楕円の長軸に対
して平行にした。 レーザ： パルスＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ） マルチモード 繰り返し周波数 １４ＰＰＳ レーザ出力波形 ２段矩形波 ピーク出力 （１段目）１．５２ＫＷ （２段目）０．５８ パルス幅 （１段目）１０ｍｓｅｃ （２段目）１０ｍｓｅｃ 平均出力 ２９４Ｗ 光学系： 焦点距離ｆ １２０ｍｍ 焦点位置 ジャストフォーカス ビーム形状 円形（直径１．１ｍｍ） この円形ビームを得るレンズ系の例として、図１２Ａに
示した両凸面レンズ１枚の構成や、図１２Ｂに示した平
凸面レンズを２枚配置した組み合わせレンズを用いるこ
とができる。
【００２８】次に以上のようにして作製した溶接物を評
価するため、顕微鏡観察により溶接部表面の亀裂、及び
溶接部内部（平行断面の観察による）の亀裂やブローホ
ールの発生状況を調べた。
価するため、顕微鏡観察により溶接部表面の亀裂、及び
溶接部内部（平行断面の観察による）の亀裂やブローホ
ールの発生状況を調べた。
【００２９】更に溶接物試料に対しある一定の変位を与
えて折り曲げる定変位曲げ試験を行い、同様に顕微鏡観
察により溶接部表面の亀裂の発生状況を調べた。なおこ
の定変位曲げ試験では、溶接部に溶接方向に平行な亀裂
が発生するが、この時、溶接部に凝固割れが存在する
と、曲げ応力によって各凝固割れが直線状の亀裂に成長
し、溶接方向に平行な長い亀裂として確認できる。一
方、溶接部に凝固割れが存在しなければ、亀裂は任意の
場所に起こるため、短い亀裂が各所に分散して生じるこ
とになる。
えて折り曲げる定変位曲げ試験を行い、同様に顕微鏡観
察により溶接部表面の亀裂の発生状況を調べた。なおこ
の定変位曲げ試験では、溶接部に溶接方向に平行な亀裂
が発生するが、この時、溶接部に凝固割れが存在する
と、曲げ応力によって各凝固割れが直線状の亀裂に成長
し、溶接方向に平行な長い亀裂として確認できる。一
方、溶接部に凝固割れが存在しなければ、亀裂は任意の
場所に起こるため、短い亀裂が各所に分散して生じるこ
とになる。
【００３０】以上の結果（但し定変位曲げ試験前の表面
観察を除く）を図３〜６に示す。なお図３は実施例１に
おいてビーム傾斜角θ＝２０°で溶接して得られた溶接
物の平行断面での溶接組織を示す顕微鏡写真図、 図４
は実施例２においてビーム傾斜角θ＝３０°で溶接して
得られた溶接物の平行断面での溶接組織を示す顕微鏡写
真図、図５は実施例１においてビーム傾斜角θ＝２０°
で溶接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表面の
溶接組織を示す顕微鏡写真図、また図６は実施例２にお
いてビーム傾斜角θ＝３０°で溶接して得られた溶接物
の定変位曲げ試験後の表面の溶接組織を示す顕微鏡写真
図である。
観察を除く）を図３〜６に示す。なお図３は実施例１に
おいてビーム傾斜角θ＝２０°で溶接して得られた溶接
物の平行断面での溶接組織を示す顕微鏡写真図、 図４
は実施例２においてビーム傾斜角θ＝３０°で溶接して
得られた溶接物の平行断面での溶接組織を示す顕微鏡写
真図、図５は実施例１においてビーム傾斜角θ＝２０°
で溶接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表面の
溶接組織を示す顕微鏡写真図、また図６は実施例２にお
いてビーム傾斜角θ＝３０°で溶接して得られた溶接物
の定変位曲げ試験後の表面の溶接組織を示す顕微鏡写真
図である。
【００３１】これらの結果から次のことが判った。即ち
溶接部の表面観察からは、全ての試料において長い亀裂
が全く生じないことが確認された。平面観察からは凝固
割れが低減されていることが判った。また定変位曲げ試
験の結果からは、傾斜角度θが大きくなるほど、亀裂が
各所に分散し、従って凝固割れの発生も抑制されること
が確認された。
溶接部の表面観察からは、全ての試料において長い亀裂
が全く生じないことが確認された。平面観察からは凝固
割れが低減されていることが判った。また定変位曲げ試
験の結果からは、傾斜角度θが大きくなるほど、亀裂が
各所に分散し、従って凝固割れの発生も抑制されること
が確認された。
【００３２】
【実施例３】本実施例３では、予め楕円に加工したレー
ザビームを被溶接面に対して垂直方向から照射する例を
示している。
ザビームを被溶接面に対して垂直方向から照射する例を
示している。
【００３３】光学系４ａは、図２（ａ）に示すように、
平凸レンズ１０，１２，１３と、平凸円筒レンズ１１と
の組み合わせで構成されており、レーザ光は、平凸レン
ズ１０および平凸円筒レンズ１１を通過した時点でビー
ム形状が楕円形になるように制御されている。このよう
な楕円を得るためにはたとえば前記光学系４ａの各レン
ズの中心軸に対する縦横の厚さ比率が異なるように加工
されている。
平凸レンズ１０，１２，１３と、平凸円筒レンズ１１と
の組み合わせで構成されており、レーザ光は、平凸レン
ズ１０および平凸円筒レンズ１１を通過した時点でビー
ム形状が楕円形になるように制御されている。このよう
な楕円を得るためにはたとえば前記光学系４ａの各レン
ズの中心軸に対する縦横の厚さ比率が異なるように加工
されている。
【００３４】また、前記光学系４ａのかわりに図２
（ｂ）に示すような光学系４ｂを用いてもよい。同図で
は、平凸円筒レンズ１４が用いられている。すなわち、
ビーム形状が真円形状（Ａの位置）で出射ユニット１０
９に導入されたレーザ光は、平凸レンズ１０および平凸
円筒レンズ１１を通過して楕円形のビーム形状に加工さ
れ（Ｂの位置）、さらに平凹円筒レンズ１４および平凸
レンズ１３を通過して、ビーム形状が絞られて（Ｃの位
置）、被溶接物に照射されるようになっている。
（ｂ）に示すような光学系４ｂを用いてもよい。同図で
は、平凸円筒レンズ１４が用いられている。すなわち、
ビーム形状が真円形状（Ａの位置）で出射ユニット１０
９に導入されたレーザ光は、平凸レンズ１０および平凸
円筒レンズ１１を通過して楕円形のビーム形状に加工さ
れ（Ｂの位置）、さらに平凹円筒レンズ１４および平凸
レンズ１３を通過して、ビーム形状が絞られて（Ｃの位
置）、被溶接物に照射されるようになっている。
【００３５】本実施例３では、楕円率０．９０のビーム
形状のレーザ光を被溶接面に対してほぼ垂直に照射し
て、溶接速度１．０ｍｍ／ｓｅｃで長さ１０ｍｍにわた
って溶接を行った。このときのビームの走査方向と楕円
の長軸との角度はほぼ０゜、すなわちビームの走査方向
は楕円の長軸に対してほぼ平行にした。このようにして
得られた溶接物を前述の実施例１および実施例２と同じ
方法で表面観察をしたところ、前記実施例１，２と同じ
結果が得られることがわかった。
形状のレーザ光を被溶接面に対してほぼ垂直に照射し
て、溶接速度１．０ｍｍ／ｓｅｃで長さ１０ｍｍにわた
って溶接を行った。このときのビームの走査方向と楕円
の長軸との角度はほぼ０゜、すなわちビームの走査方向
は楕円の長軸に対してほぼ平行にした。このようにして
得られた溶接物を前述の実施例１および実施例２と同じ
方法で表面観察をしたところ、前記実施例１，２と同じ
結果が得られることがわかった。
【００３６】
【比較例１〜２】傾斜角θを０°（この時の楕円率ｅは
１、即ち円形のレーザビームのまま）（比較例１）、及
び１０°（この時得られた楕円形の楕円率ｅ＝０．９
８）（比較例２）にして円形のレーザビームを照射した
他は実施例１〜２と同じ方法で溶接を行ない、同様に観
察、試験した。
１、即ち円形のレーザビームのまま）（比較例１）、及
び１０°（この時得られた楕円形の楕円率ｅ＝０．９
８）（比較例２）にして円形のレーザビームを照射した
他は実施例１〜２と同じ方法で溶接を行ない、同様に観
察、試験した。
【００３７】その結果（但し定変位曲げ試験前の表面観
察を除く）を図７〜１０に示す。なお、図７は比較例１
においてビーム傾斜角θ＝０°で得られた溶接物の平行
断面での溶接組織を示す顕微鏡写真図、図８は比較例２
においてビーム傾斜角θ＝１０°で溶接して得られた溶
接物の平行断面での溶接組織を示す顕微鏡写真図、図９
は比較例１においてビーム傾斜角θ＝０°で得られた溶
接物の定変位曲げ試験後の表面の溶接組織を示す顕微鏡
写真図、図１０は比較例２においてビーム傾斜角θ＝１
０°で溶接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表
面の溶接組織を示す顕微鏡写真図である。
察を除く）を図７〜１０に示す。なお、図７は比較例１
においてビーム傾斜角θ＝０°で得られた溶接物の平行
断面での溶接組織を示す顕微鏡写真図、図８は比較例２
においてビーム傾斜角θ＝１０°で溶接して得られた溶
接物の平行断面での溶接組織を示す顕微鏡写真図、図９
は比較例１においてビーム傾斜角θ＝０°で得られた溶
接物の定変位曲げ試験後の表面の溶接組織を示す顕微鏡
写真図、図１０は比較例２においてビーム傾斜角θ＝１
０°で溶接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表
面の溶接組織を示す顕微鏡写真図である。
【００３８】これらの結果から試料の表面観察では、溶
接部表面に長い亀裂が生じていることが確認された。平
面観察では凝固割れが発生していることが判った。これ
は定変位曲げ試験による表面観察によっても確認され
た。即ち定変位曲げ試験による表面観察では、大きな亀
裂の成長が見られ、凝固割れが溶接物表面から内部まで
深く生じていることが判った。
接部表面に長い亀裂が生じていることが確認された。平
面観察では凝固割れが発生していることが判った。これ
は定変位曲げ試験による表面観察によっても確認され
た。即ち定変位曲げ試験による表面観察では、大きな亀
裂の成長が見られ、凝固割れが溶接物表面から内部まで
深く生じていることが判った。
【００３９】
【発明の効果】本発明では、アルミニウム合金等の金属
材料を照射面でのビーム形状が特定の楕円率を有する楕
円形の状態でレーザビームを照射、溶接することによ
り、従来のレーザ溶接における溶接割れ、特に凝固割れ
等の溶接欠陥を著しく低減することができる。
材料を照射面でのビーム形状が特定の楕円率を有する楕
円形の状態でレーザビームを照射、溶接することによ
り、従来のレーザ溶接における溶接割れ、特に凝固割れ
等の溶接欠陥を著しく低減することができる。
【図１】 本発明において円形のレーザビームを用いて
照射面でのビーム形状を楕円にする一例の方法を説明す
るための説明図。
照射面でのビーム形状を楕円にする一例の方法を説明す
るための説明図。
【図２】 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明において円形
のレーザビームを用いて照射面でのビーム形状を楕円に
する他の一例の方法を説明するための説明図。
のレーザビームを用いて照射面でのビーム形状を楕円に
する他の一例の方法を説明するための説明図。
【図３】 実施例１においてビーム傾斜角θ＝２０°で
溶接して得られた溶接物の平行断面での溶接組織を示す
顕微鏡写真図。
溶接して得られた溶接物の平行断面での溶接組織を示す
顕微鏡写真図。
【図４】 実施例２においてビーム傾斜角θ＝３０°で
溶接して得られた溶接物の平行断面での溶接組織を示す
顕微鏡写真図。
溶接して得られた溶接物の平行断面での溶接組織を示す
顕微鏡写真図。
【図５】 実施例１においてビーム傾斜角θ＝２０°で
溶接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表面の溶
接組織を示す顕微鏡写真図。
溶接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表面の溶
接組織を示す顕微鏡写真図。
【図６】 実施例２においてビーム傾斜角θ＝３０°で
溶接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表面の溶
接組織を示す顕微鏡写真図。
溶接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表面の溶
接組織を示す顕微鏡写真図。
【図７】 比較例１においてビーム傾斜角θ＝０°で溶
接して得られた溶接物の平行断面での溶接組織を示す顕
微鏡写真図。
接して得られた溶接物の平行断面での溶接組織を示す顕
微鏡写真図。
【図８】 比較例２においてビーム傾斜角θ＝１０°で
溶接して得られた溶接物の平行断面での溶接組織を示す
顕微鏡写真図。
溶接して得られた溶接物の平行断面での溶接組織を示す
顕微鏡写真図。
【図９】 比較例１においてビーム傾斜角θ＝０°で溶
接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表面の溶接
組織を示す顕微鏡写真図。
接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表面の溶接
組織を示す顕微鏡写真図。
【図１０】 比較例２においてビーム傾斜角θ＝１０°
で溶接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表面の
溶接組織を示す顕微鏡写真図。
で溶接して得られた溶接物の定変位曲げ試験後の表面の
溶接組織を示す顕微鏡写真図。
【図１１】 本発明の実施例で用いたレーザ溶接装置の
概略図。
概略図。
【図１２】 本発明の実施例で用いた光学系の一例を示
す説明図。
す説明図。
１・・難溶接金属材料からなる被溶接物 ２・・照射面が円形のレーザビーム ３，７・・照射面が楕円形のレーザビーム ４ａ、４ｂ・・光学系 １０，１３・・平凸レンズ １１・・平凸円筒レンズ １４・・平凹円筒レンズ １０１・・励起ランプ １０２・・レーザロッド １０３・・電源 １０４・・全反射ミラー １０５・・出力ミラー １０６・・拡大光学系 １０７・・ファイバ用カップリングレンズ １０８・・光ファイバ １０９・・出射ユニット １１０・・アーム（ロボットアーム）
Claims (6)
- 【請求項１】 金属材料を含む被溶接物にレーザビーム
を照射し溶接する方法であって、 前記被溶接物の照射面でのビーム形状を楕円形状とした
レーザによる溶接方法。 - 【請求項２】 前記被溶接物の照射面での楕円のビーム
形状において、短軸と長軸との比率をＥ（但しＥ＝短軸
／長軸）としたときに、当該Ｅは下記の範囲となること
を特徴とする請求項１記載のレーザによる溶接方法。 ０＜Ｅ≦０．９６ - 【請求項３】 前記楕円のビーム形状は、断面がほぼ真
円形状のレーザを前記被溶接物の照射面からの垂直軸に
対して傾斜させて照射することによって得ることを特徴
とする請求項２記載のレーザによる溶接方法。 - 【請求項４】 前記楕円のビーム形状は、前もって光学
系手段によって断面が楕円に加工されたレーザを前記被
溶接物に照射させることによって得ることを特徴とする
請求項２記載のレーザによる溶接方法。 - 【請求項５】 励起ランプとレーザロッドとを備えたレ
ーザ共振器本体と、 前記レーザ共振器本体で発生されたレーザ光を導入する
とともに、レーザビームを断面楕円形状に加工し被溶接
物に出射する光学系を備えたレーザ出射ユニットとを有
するレーザ溶接装置。 - 【請求項６】 励起ランプとレーザロッドとを備えたレ
ーザ共振器本体と、 前記レーザ共振器本体で発生されたレーザ光を導入する
とともに、レーザビームを被溶接物に出射する光学系を
備えたレーザ出射ユニットと、 前記レーザ出射ユニットから出射されるレーザ光が、被
溶接物の照射面からの垂直軸に対して斜め方向に入射さ
れるよう前記レーザ出射ユニットを保持する保持手段と
を備えたレーザ溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5266363A JPH06190575A (ja) | 1992-10-23 | 1993-10-25 | レーザによる溶接方法および装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30971892 | 1992-10-23 | ||
| JP4-309718 | 1992-10-23 | ||
| JP5266363A JPH06190575A (ja) | 1992-10-23 | 1993-10-25 | レーザによる溶接方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06190575A true JPH06190575A (ja) | 1994-07-12 |
Family
ID=26547403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5266363A Pending JPH06190575A (ja) | 1992-10-23 | 1993-10-25 | レーザによる溶接方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06190575A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002004168A1 (en) * | 2000-07-06 | 2002-01-17 | Trico Products Corporation | Method and apparatus for flexible manufacturing a discrete curved product from feed stock |
| JP2005161404A (ja) * | 2003-11-14 | 2005-06-23 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | レーザ溶接用集光ヘッド |
| JP2005246454A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | レーザ溶接方法 |
| US7693696B2 (en) | 2005-06-10 | 2010-04-06 | Chrysler Group Llc | System and methodology for zero-gap welding |
| US8198565B2 (en) | 2007-04-11 | 2012-06-12 | Chrysler Group Llc | Laser-welding apparatus and method |
| WO2014073253A1 (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-15 | 東芝ライテック株式会社 | 放電ランプおよびその製造方法 |
| US8803029B2 (en) | 2006-08-03 | 2014-08-12 | Chrysler Group Llc | Dual beam laser welding head |
| JP2014151333A (ja) * | 2013-02-06 | 2014-08-25 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | 溶接継ぎ手の製造方法および溶接継ぎ手の製造装置 |
| US8872446B2 (en) | 2010-02-17 | 2014-10-28 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Welding method and superconducting accelerator |
| JP2017519254A (ja) * | 2014-08-28 | 2017-07-13 | ハンズ レーザー テクノロジー インダストリー グループ カンパニー リミテッド | 光学レンズ |
-
1993
- 1993-10-25 JP JP5266363A patent/JPH06190575A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6622540B2 (en) | 2000-07-06 | 2003-09-23 | Trico Products Corporation | Method and apparatus for flexible manufacturing a discrete curved product from feed stock |
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| JP4584683B2 (ja) * | 2003-11-14 | 2010-11-24 | 川崎重工業株式会社 | レーザ溶接用集光ヘッド |
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| US8198565B2 (en) | 2007-04-11 | 2012-06-12 | Chrysler Group Llc | Laser-welding apparatus and method |
| US8872446B2 (en) | 2010-02-17 | 2014-10-28 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Welding method and superconducting accelerator |
| WO2014073253A1 (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-15 | 東芝ライテック株式会社 | 放電ランプおよびその製造方法 |
| EP2919257A1 (en) * | 2012-11-07 | 2015-09-16 | Toshiba Lighting & Technology Corporation | Discharge lamp and method for manufacturing same |
| EP2919257A4 (en) * | 2012-11-07 | 2016-06-15 | Toshiba Lighting & Technology | DISCHARGE LAMP AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| JP2014151333A (ja) * | 2013-02-06 | 2014-08-25 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | 溶接継ぎ手の製造方法および溶接継ぎ手の製造装置 |
| JP2017519254A (ja) * | 2014-08-28 | 2017-07-13 | ハンズ レーザー テクノロジー インダストリー グループ カンパニー リミテッド | 光学レンズ |
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