JPH06198472A - 高速レーザ溶接法 - Google Patents
高速レーザ溶接法Info
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- JPH06198472A JPH06198472A JP50A JP13093A JPH06198472A JP H06198472 A JPH06198472 A JP H06198472A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 13093 A JP13093 A JP 13093A JP H06198472 A JPH06198472 A JP H06198472A
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- welding
- laser beam
- gouging
- gouging surface
- molten pool
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】高速溶接であってもアンダーカットを発生させ
ることなく、安定して健全な溶接継手が得られるレーザ
溶接法を提供する。 【構成】レーザビームによる溶接中に、レーザビーム照
射部後方のキーホール以降に生成するガウジング面を後
熱し、少なくとも溶融池幅減少開始点においてガウジン
グ面を消失させることを特徴とする高速レーザ溶接方
法。 【効果】高速レーザ溶接においても、アンダーカットの
発生を防止して良質の継手を得ることができる。
ることなく、安定して健全な溶接継手が得られるレーザ
溶接法を提供する。 【構成】レーザビームによる溶接中に、レーザビーム照
射部後方のキーホール以降に生成するガウジング面を後
熱し、少なくとも溶融池幅減少開始点においてガウジン
グ面を消失させることを特徴とする高速レーザ溶接方
法。 【効果】高速レーザ溶接においても、アンダーカットの
発生を防止して良質の継手を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ溶接法の改良に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】金属材料の溶融溶接法の１つとして、レ
ーザビームを利用するレーザ溶接法があげられる。これ
はコヒーレントな高エネルギ密度の光熱源を利用する溶
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。
ーザビームを利用するレーザ溶接法があげられる。これ
はコヒーレントな高エネルギ密度の光熱源を利用する溶
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。
【０００３】しかしながら、レーザ溶接を製管などの高
速溶接に利用する際には、溶接速度の増加に伴って、ア
ンダーカットと呼ばれる溶接欠陥が発生しやすくなるこ
とが知られている。アンダーカットとは、溶接ビードの
両端、すなわち被溶接材未溶融部と溶融凝固部の境界付
近に発生する鋭い切り欠き状の表面欠陥である。
速溶接に利用する際には、溶接速度の増加に伴って、ア
ンダーカットと呼ばれる溶接欠陥が発生しやすくなるこ
とが知られている。アンダーカットとは、溶接ビードの
両端、すなわち被溶接材未溶融部と溶融凝固部の境界付
近に発生する鋭い切り欠き状の表面欠陥である。
【０００４】アンダーカットの発生状態は、レーザビー
ムの照射条件を一定とした場合、溶接速度が小さい場合
には発生せず、溶接速度の増加に伴って突発的な発生か
ら断続発生、連続発生へと変化していくことが知られて
いる。従って、被溶接材の裏面まで完全な溶込みが得ら
れる貫通溶接条件においても、アンダーカットが発生す
れば、品質管理上の観点から溶接速度を遅くする必要が
あるため、限界溶接速度は、被溶接材の裏面まで完全な
溶込みが得られる貫通溶接限界速度よりかなり低く抑え
られてしまう。
ムの照射条件を一定とした場合、溶接速度が小さい場合
には発生せず、溶接速度の増加に伴って突発的な発生か
ら断続発生、連続発生へと変化していくことが知られて
いる。従って、被溶接材の裏面まで完全な溶込みが得ら
れる貫通溶接条件においても、アンダーカットが発生す
れば、品質管理上の観点から溶接速度を遅くする必要が
あるため、限界溶接速度は、被溶接材の裏面まで完全な
溶込みが得られる貫通溶接限界速度よりかなり低く抑え
られてしまう。
【０００５】また、アンダーカットは、その発生機構が
未だに明確にされていないことから、ある確率で突発的
にアンダーカットが発生する遷移溶接速度領域を明確に
規定することが不可能であるため、実生産においては安
全係数を大きくとってさらに低速で溶接を行っているの
が現状である。このように、アンダーカットは溶接施工
上大きな問題となっているため、その防止対策について
様々な検討が行われている。
未だに明確にされていないことから、ある確率で突発的
にアンダーカットが発生する遷移溶接速度領域を明確に
規定することが不可能であるため、実生産においては安
全係数を大きくとってさらに低速で溶接を行っているの
が現状である。このように、アンダーカットは溶接施工
上大きな問題となっているため、その防止対策について
様々な検討が行われている。
【０００６】高周波抵抗シーム溶接後、発生したアンダ
ーカット部をレーザビームによって再溶融させ、アンダ
ーカットを消滅させる方法（特開昭62−176686号公報参
照）があるが、これはレーザ溶接でのアンダーカットの
発生機構およびその防止方法を本質的にとらえたもので
はなく、単なる溶接後の処理であってアンダーカットの
完全防止につながらない。
ーカット部をレーザビームによって再溶融させ、アンダ
ーカットを消滅させる方法（特開昭62−176686号公報参
照）があるが、これはレーザ溶接でのアンダーカットの
発生機構およびその防止方法を本質的にとらえたもので
はなく、単なる溶接後の処理であってアンダーカットの
完全防止につながらない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高速
溶接であっても上記のようなアンダーカットを発生させ
ることなく、健全な溶接継手が安定して得られるレーザ
溶接法を提供することにある。
溶接であっても上記のようなアンダーカットを発生させ
ることなく、健全な溶接継手が安定して得られるレーザ
溶接法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の高
速レーザ溶接法にある。
速レーザ溶接法にある。
【０００９】レーザビームによる溶接中に、レーザビー
ム照射部後方のキーホール以降に生成するガウジング面
を後熱し、少なくとも溶融池幅減少開始点においてガウ
ジング面を消失させることを特徴とする高速レーザ溶接
方法。
ム照射部後方のキーホール以降に生成するガウジング面
を後熱し、少なくとも溶融池幅減少開始点においてガウ
ジング面を消失させることを特徴とする高速レーザ溶接
方法。
【００１０】
【作用】本発明者らは、金属材料一般を対象とするレー
ザ溶接におけるアンダーカットの発生現象を、詳細に観
察、研究し、アンダーカットの発生機構を明らかにし
た。その発生機構は次に示すとおりである。
ザ溶接におけるアンダーカットの発生現象を、詳細に観
察、研究し、アンダーカットの発生機構を明らかにし
た。その発生機構は次に示すとおりである。
【００１１】図１は、鋼を対象とするレーザ溶接の際
の、溶接速度が比較的速いもののアンダーカットは発生
しない場合の、溶融池付近の溶接の進行状況の例を模式
的に示す図である。図１において、(a) は溶融池を真上
から見た平面図であり、10は被溶接材（母材) 、ｂ−ｂ
破線は溶接線を示す。図１(b) は(a) におけるｂ−ｂ破
線での溶融池の縦断面図である。図１(c) 、図１(d) 、
図１(e) および図１(f)は、それぞれ図１(a) 、図１(b)
におけるｃ−ｃ破線、ｄ−ｄ破線、ｅ−ｅ破線および
ｆ−ｆ破線での横断面を示す図である。また、図１にお
いて、１はキーホール、２はガウジング面、３は溶融金
属すなわち溶融池、３ａは溶融金属３の湯面、４は溶融
後凝固した部分、４ａは凝固面、５は母材未溶融部、６
は溶融池幅の減少が開始する点、７は溶融池の後端すな
わち凝固の完了点を示す。白抜きの矢印は溶接の進行方
向を示す。レーザビーム９の照射部は、通常、溶接線ｂ
−ｂ上の被溶接材10の表面である。
の、溶接速度が比較的速いもののアンダーカットは発生
しない場合の、溶融池付近の溶接の進行状況の例を模式
的に示す図である。図１において、(a) は溶融池を真上
から見た平面図であり、10は被溶接材（母材) 、ｂ−ｂ
破線は溶接線を示す。図１(b) は(a) におけるｂ−ｂ破
線での溶融池の縦断面図である。図１(c) 、図１(d) 、
図１(e) および図１(f)は、それぞれ図１(a) 、図１(b)
におけるｃ−ｃ破線、ｄ−ｄ破線、ｅ−ｅ破線および
ｆ−ｆ破線での横断面を示す図である。また、図１にお
いて、１はキーホール、２はガウジング面、３は溶融金
属すなわち溶融池、３ａは溶融金属３の湯面、４は溶融
後凝固した部分、４ａは凝固面、５は母材未溶融部、６
は溶融池幅の減少が開始する点、７は溶融池の後端すな
わち凝固の完了点を示す。白抜きの矢印は溶接の進行方
向を示す。レーザビーム９の照射部は、通常、溶接線ｂ
−ｂ上の被溶接材10の表面である。
【００１２】次に、高速のレーザ溶接の場合の進行過程
を図１を用いて説明する。
を図１を用いて説明する。
【００１３】レーザ溶接では、レーザビーム照射部に、
被溶接材（母材）10中の金属の蒸発の反跳圧と蒸発した
金属の蒸気圧により、図１(a) 、図１(b) に示すキーホ
ール１と呼ばれる孔が形成される。高速のレーザ溶接で
は、このキーホール１の前方および側方に、ガウジング
面２と呼ばれる母材未溶融部５の固体壁の露出した面の
発生を伴いながら、溶融金属３がキーホール１の後方に
追随するような形で溶接が進行する。このとき、溶融金
属３の湯面３ａは、図１(b) に示すようにキーホール１
の直後が最も低くなっており、後方に行くに従って上昇
し、それに伴って溶融金属３の凝固も、図示するように
凝固面４ａを形成しながら上方および後方に向かって進
行し、点７で凝固が完了する。
被溶接材（母材）10中の金属の蒸発の反跳圧と蒸発した
金属の蒸気圧により、図１(a) 、図１(b) に示すキーホ
ール１と呼ばれる孔が形成される。高速のレーザ溶接で
は、このキーホール１の前方および側方に、ガウジング
面２と呼ばれる母材未溶融部５の固体壁の露出した面の
発生を伴いながら、溶融金属３がキーホール１の後方に
追随するような形で溶接が進行する。このとき、溶融金
属３の湯面３ａは、図１(b) に示すようにキーホール１
の直後が最も低くなっており、後方に行くに従って上昇
し、それに伴って溶融金属３の凝固も、図示するように
凝固面４ａを形成しながら上方および後方に向かって進
行し、点７で凝固が完了する。
【００１４】上記の溶接の進行に伴う湯面３ａおよび凝
固面４ａの変化を示すものが、図１(c) 、図１(d) 、図
１(e) および図１(f) である。これらの図では、便宜上
後方の凝固面を示す線は省略してある。
固面４ａの変化を示すものが、図１(c) 、図１(d) 、図
１(e) および図１(f) である。これらの図では、便宜上
後方の凝固面を示す線は省略してある。
【００１５】図１(c) は、キーホール１にかなり近い、
図１(a) 、図１(b) におけるｃ−ｃ破線位置での状況を
示すものであるが、溶融金属３とガウジング面２との温
度差がかなり大きいために両者間の濡れ性は悪く、湯面
３ａの形状は上に凸の形となっている。
図１(a) 、図１(b) におけるｃ−ｃ破線位置での状況を
示すものであるが、溶融金属３とガウジング面２との温
度差がかなり大きいために両者間の濡れ性は悪く、湯面
３ａの形状は上に凸の形となっている。
【００１６】図１(d) は、溶融池幅が減少を開始する点
６、すなわち図１(a) 、図１(b) におけるｄ−ｄ破線位
置での状況を示すものである。この時点では、ガウジン
グ面２と溶融金属３との温度差も小さくなって濡れ性が
向上しているため、図１(c)に示す位置でガウジング面
２であった場所は溶融金属３で完全に濡れ、図１(d)に
示すようにガウジング面２は全て消失している。
６、すなわち図１(a) 、図１(b) におけるｄ−ｄ破線位
置での状況を示すものである。この時点では、ガウジン
グ面２と溶融金属３との温度差も小さくなって濡れ性が
向上しているため、図１(c)に示す位置でガウジング面
２であった場所は溶融金属３で完全に濡れ、図１(d)に
示すようにガウジング面２は全て消失している。
【００１７】図１(e) は凝固完了直前、すなわち図１に
おけるｅ−ｅ破線位置での状況、図１(f) は凝固が完了
した直後、すなわち図１におけるｆ−ｆ破線位置での状
況を示すものである。図１(f) に示すように、最終凝固
断面にはアンダーカットは存在しない。これは、図１
(d) に示すように、溶融池幅が減少を開始する点６の位
置では、既にガウジング面２が完全に消失してしまって
いることに起因している。
おけるｅ−ｅ破線位置での状況、図１(f) は凝固が完了
した直後、すなわち図１におけるｆ−ｆ破線位置での状
況を示すものである。図１(f) に示すように、最終凝固
断面にはアンダーカットは存在しない。これは、図１
(d) に示すように、溶融池幅が減少を開始する点６の位
置では、既にガウジング面２が完全に消失してしまって
いることに起因している。
【００１８】次に、溶接速度が速いためにアンダーカッ
トが発生する場合の、レーザ溶接の溶融池付近の溶接の
進行状況を説明する。
トが発生する場合の、レーザ溶接の溶融池付近の溶接の
進行状況を説明する。
【００１９】図２は、この例を模式的に示す図である。
図２においても、(a) は溶融池を真上から見た平面、
(b) は(a) におけるｂ−ｂ破線での溶融池の縦断面をそ
れぞれ示す図である。図２(c) 、図２(d) 、図２(e) お
よび図２(f) は、それぞれ図２(a) 、図２(b) における
ｃ−ｃ破線、ｄ−ｄ破線、ｅ−ｅ破線およびｆ−ｆ破線
での横断面を示す図である。これらの図でも、便宜上後
方の凝固面を示す線は省略してある。図２において、１
〜７および３ａ、４ａの各符号は図１と同じであり、符
号８はアンダーカットを示す。
図２においても、(a) は溶融池を真上から見た平面、
(b) は(a) におけるｂ−ｂ破線での溶融池の縦断面をそ
れぞれ示す図である。図２(c) 、図２(d) 、図２(e) お
よび図２(f) は、それぞれ図２(a) 、図２(b) における
ｃ−ｃ破線、ｄ−ｄ破線、ｅ−ｅ破線およびｆ−ｆ破線
での横断面を示す図である。これらの図でも、便宜上後
方の凝固面を示す線は省略してある。図２において、１
〜７および３ａ、４ａの各符号は図１と同じであり、符
号８はアンダーカットを示す。
【００２０】図２の場合における全体的な溶接の進行過
程は、図１の場合とほぼ同じであるが、この場合は図１
の場合より溶接速度が速いため、溶融池幅の減少が開始
する点６、すなわち図２(a) 、図２(b) のｄ−ｄ破線位
置においてもガウジング面２と溶融金属３との温度差が
大きい。そのため、図１(d) の状況と大差が生じて、図
２(d) に示すように、溶融金属３がガウジング面２を濡
らさず、すなわちガウジング面２が、まだ残った状態の
ままである。この後、図２(e) および図２(f)に示すよ
うに凝固が進行するため、図２(f) に示す鋭い切り欠き
状のアンダーカット８が発生することになる。溶接速度
がさらに上昇すると、溶融金属３とガウジング面２との
温度差はこれに伴って大きくなり、溶融金属３とガウジ
ング面２との濡れ性は一層劣化するため、アンダーカッ
ト８はさらに深く鋭いものとなる。以上がアンダーカッ
トの発生機構である。
程は、図１の場合とほぼ同じであるが、この場合は図１
の場合より溶接速度が速いため、溶融池幅の減少が開始
する点６、すなわち図２(a) 、図２(b) のｄ−ｄ破線位
置においてもガウジング面２と溶融金属３との温度差が
大きい。そのため、図１(d) の状況と大差が生じて、図
２(d) に示すように、溶融金属３がガウジング面２を濡
らさず、すなわちガウジング面２が、まだ残った状態の
ままである。この後、図２(e) および図２(f)に示すよ
うに凝固が進行するため、図２(f) に示す鋭い切り欠き
状のアンダーカット８が発生することになる。溶接速度
がさらに上昇すると、溶融金属３とガウジング面２との
温度差はこれに伴って大きくなり、溶融金属３とガウジ
ング面２との濡れ性は一層劣化するため、アンダーカッ
ト８はさらに深く鋭いものとなる。以上がアンダーカッ
トの発生機構である。
【００２１】上記のアンダーカットの発生機構から、ア
ンダーカット８は、図１(d) に示すように溶融池幅の減
少が開始する点６（ｄ−ｄ破線）の位置にガウジング面
２が残っていれば発生し、一方、図２(d) に示すように
この位置にガウジング面２が残っていなければ発生しな
いこと、また、ガウジング面２と溶融金属３すなわち溶
融池との温度差が余り大きくなければ、ガウジング面２
に溶融金属３が濡れ上がり、ガウジング面２が消失する
ことがわかる。
ンダーカット８は、図１(d) に示すように溶融池幅の減
少が開始する点６（ｄ−ｄ破線）の位置にガウジング面
２が残っていれば発生し、一方、図２(d) に示すように
この位置にガウジング面２が残っていなければ発生しな
いこと、また、ガウジング面２と溶融金属３すなわち溶
融池との温度差が余り大きくなければ、ガウジング面２
に溶融金属３が濡れ上がり、ガウジング面２が消失する
ことがわかる。
【００２２】本発明は、上述のような知見に基づき、実
際の溶接施工の際に実施し得る方法として開発された高
速レーザ溶接法である。この溶接法は、レーザビーム照
射部後方の溶融池幅減少開始点においてガウジング面が
消失するように、少なくともキーホール以降に生成する
ガウジング面を加熱しながら行うことを特徴とする高速
レーザ溶接方法である。本発明でいう「後熱」とは、こ
の溶接中の加熱を意味する。
際の溶接施工の際に実施し得る方法として開発された高
速レーザ溶接法である。この溶接法は、レーザビーム照
射部後方の溶融池幅減少開始点においてガウジング面が
消失するように、少なくともキーホール以降に生成する
ガウジング面を加熱しながら行うことを特徴とする高速
レーザ溶接方法である。本発明でいう「後熱」とは、こ
の溶接中の加熱を意味する。
【００２３】ガウジング面を加熱する方法としては、レ
ーザビームによる加熱があげられるが、ＴＩＧアーク、
高周波加熱等により、溶融池後方全体の温度を上昇させ
ることによって前記ガウジング面を加熱しても同様の効
果が得られる。
ーザビームによる加熱があげられるが、ＴＩＧアーク、
高周波加熱等により、溶融池後方全体の温度を上昇させ
ることによって前記ガウジング面を加熱しても同様の効
果が得られる。
【００２４】
【実施例】以下、実施例によって本発明法を詳細に説明
する。
する。
【００２５】図３は、本発明法の例を示す概略の縦断面
図である。これは、ガウジング面を加熱して溶融池後方
全体の温度を上昇させる（以下、後熱という）手段とし
て、ＴＩＧアークによる後熱法を板状の被溶接材に適用
した場合の溶接法を模式的に示すものである。溶接は、
図示するようにレーザビーム９をレンズ11またはミラー
によって集光して被溶接材10の溶接部に照射し、同時に
レーザビーム照射部の後方に発生するガウジング面２に
ＴＩＧ溶接トーチ13からＴＩＧアーク12を照射して後熱
しながら行う。図３において、ＬはＴＩＧ溶接トーチ13
の先端と被溶接材10の表面との離間距離、θはＴＩＧ溶
接トーチ13の軸心線と被溶接材10の表面との設置仰角で
ある。
図である。これは、ガウジング面を加熱して溶融池後方
全体の温度を上昇させる（以下、後熱という）手段とし
て、ＴＩＧアークによる後熱法を板状の被溶接材に適用
した場合の溶接法を模式的に示すものである。溶接は、
図示するようにレーザビーム９をレンズ11またはミラー
によって集光して被溶接材10の溶接部に照射し、同時に
レーザビーム照射部の後方に発生するガウジング面２に
ＴＩＧ溶接トーチ13からＴＩＧアーク12を照射して後熱
しながら行う。図３において、ＬはＴＩＧ溶接トーチ13
の先端と被溶接材10の表面との離間距離、θはＴＩＧ溶
接トーチ13の軸心線と被溶接材10の表面との設置仰角で
ある。
【００２６】図４は、表１に示す組成の1.5mm 厚さの S
US 304鋼を被溶接材10として、上記図３に示すＴＩＧア
ークを用いて後熱しながら溶接した場合の、溶融池付近
の溶接の進行状況を示す縦断面図である。図４(a) は溶
融池を真上から見た平面を、図４(b) は図４(a) におけ
るｂ−ｂ破線での溶融池の縦断面を、それぞれ示す図で
ある。図４(c) および図４(d) は、それぞれ図４(a) 、
図４(b) におけるｃ−ｃ破線およびｄ−ｄ破線での横断
面を示す図である。符号１〜７および３ａ、４ａは前記
図１と対応している。白抜きの矢印は溶接の進行方向を
示す。
US 304鋼を被溶接材10として、上記図３に示すＴＩＧア
ークを用いて後熱しながら溶接した場合の、溶融池付近
の溶接の進行状況を示す縦断面図である。図４(a) は溶
融池を真上から見た平面を、図４(b) は図４(a) におけ
るｂ−ｂ破線での溶融池の縦断面を、それぞれ示す図で
ある。図４(c) および図４(d) は、それぞれ図４(a) 、
図４(b) におけるｃ−ｃ破線およびｄ−ｄ破線での横断
面を示す図である。符号１〜７および３ａ、４ａは前記
図１と対応している。白抜きの矢印は溶接の進行方向を
示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】このときの溶接は、レーザ出力５kw、溶接
速度９m/min で、ＴＩＧ溶接トーチは被溶接材表面との
設置仰角を45°として斜め上後方に設置し、ＴＩＧ溶接
トーチの軸心線をレーザビーム照射部に一致させるとと
もに、ＴＩＧ溶接トーチの先端が被溶接材10の上方12mm
にくるような離間距離にして後熱しながら行った。ＴＩ
Ｇアークの電圧は20Ｖ、電流は125 Ａとした。
速度９m/min で、ＴＩＧ溶接トーチは被溶接材表面との
設置仰角を45°として斜め上後方に設置し、ＴＩＧ溶接
トーチの軸心線をレーザビーム照射部に一致させるとと
もに、ＴＩＧ溶接トーチの先端が被溶接材10の上方12mm
にくるような離間距離にして後熱しながら行った。ＴＩ
Ｇアークの電圧は20Ｖ、電流は125 Ａとした。
【００２９】この溶接でのレーザビームの照射条件と溶
接速度は、従来の後熱を用いない方法においてはアンダ
ーカットが発生する条件である。しかし、上記の後熱を
併用する方法により、ガウジング面２と溶融金属３との
濡れ性が向上して、図４(c)に示すように溶融池幅が減
少を開始する点６においてガウジング面２が完全に消失
し、前記図１(d) に示すガウジング面２が残っていない
状態が、早くも図４(a) 、図４(b) のｃ−ｃ破線で示す
位置で得られるので、アンダーカットは発生しないので
ある。
接速度は、従来の後熱を用いない方法においてはアンダ
ーカットが発生する条件である。しかし、上記の後熱を
併用する方法により、ガウジング面２と溶融金属３との
濡れ性が向上して、図４(c)に示すように溶融池幅が減
少を開始する点６においてガウジング面２が完全に消失
し、前記図１(d) に示すガウジング面２が残っていない
状態が、早くも図４(a) 、図４(b) のｃ−ｃ破線で示す
位置で得られるので、アンダーカットは発生しないので
ある。
【００３０】ところで、ガウジング面をＴＩＧアークに
よる後熱で消失させるためのＴＩＧ溶接トーチの設置条
件などは、次のようにすればよい。周知のように、ＴＩ
Ｇアークはレーザのような集中熱源ではなく分布熱源で
あり、図３に符号12で示すようにそのアークの分布は生
成するガウジング面に対して十分大きいため、電圧15Ｖ
以上、電流125 Ａ以上のＴＩＧアークであれば、レーザ
ビームの照射部と同位置またはその後方15mmの範囲内に
向けて照射することで、ガウジング面を後熱することが
できる。この場合、ＴＩＧ溶接トーチと被溶接材表面と
の設置仰角、トーチ先端と被溶接材表面との離間距離
は、それぞれ30〜90°、10〜15mmの範囲とするのが適当
である。
よる後熱で消失させるためのＴＩＧ溶接トーチの設置条
件などは、次のようにすればよい。周知のように、ＴＩ
Ｇアークはレーザのような集中熱源ではなく分布熱源で
あり、図３に符号12で示すようにそのアークの分布は生
成するガウジング面に対して十分大きいため、電圧15Ｖ
以上、電流125 Ａ以上のＴＩＧアークであれば、レーザ
ビームの照射部と同位置またはその後方15mmの範囲内に
向けて照射することで、ガウジング面を後熱することが
できる。この場合、ＴＩＧ溶接トーチと被溶接材表面と
の設置仰角、トーチ先端と被溶接材表面との離間距離
は、それぞれ30〜90°、10〜15mmの範囲とするのが適当
である。
【００３１】なお、前記ガウジング面の加熱昇温手段と
しては、前記のＴＩＧアークに代えてデフォーカス・レ
ーザビームを用いてもよい。また、フォーカス・レーザ
ビームを用いてその焦点を合わせつつ、ガウジング面の
みを捜査照射するようにしてもよいが、この場合には複
雑な制御を要するから高価な制御装置を備えなければな
らず、経済的ではない。
しては、前記のＴＩＧアークに代えてデフォーカス・レ
ーザビームを用いてもよい。また、フォーカス・レーザ
ビームを用いてその焦点を合わせつつ、ガウジング面の
みを捜査照射するようにしてもよいが、この場合には複
雑な制御を要するから高価な制御装置を備えなければな
らず、経済的ではない。
【００３２】次に、前記表１の被溶接材と図３に示す方
法を用いてレーザ溶接試験を実施した別の例を示す。こ
のときの溶接条件を表２に示す。比較例は、後熱のため
のＴＩＧアークを用いないものである。
法を用いてレーザ溶接試験を実施した別の例を示す。こ
のときの溶接条件を表２に示す。比較例は、後熱のため
のＴＩＧアークを用いないものである。
【００３３】試験に供した被溶接材の肉厚は、１mm、1.
5mm および２mmとした。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、出力は３kwおよび５k
w、焦点位置は被溶接材表面に設定して行った。後熱の
ためのＴＩＧアークは、電圧20Ｖ、電流125 Ａで、トー
チ軸心線はレーザビーム照射部後方３mm、トーチ先端と
被溶接材表面との離間距離は10mmm 、ＴＩＧ溶接トーチ
と被溶接材表面との設置仰角は45°の斜め後方からとし
た。
5mm および２mmとした。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、出力は３kwおよび５k
w、焦点位置は被溶接材表面に設定して行った。後熱の
ためのＴＩＧアークは、電圧20Ｖ、電流125 Ａで、トー
チ軸心線はレーザビーム照射部後方３mm、トーチ先端と
被溶接材表面との離間距離は10mmm 、ＴＩＧ溶接トーチ
と被溶接材表面との設置仰角は45°の斜め後方からとし
た。
【００３４】溶接結果の評価は、ビードが貫通するか否
か、およびアンダーカットの有無を観察する方法で行っ
た。これらの結果を表２に併記して示す。
か、およびアンダーカットの有無を観察する方法で行っ
た。これらの結果を表２に併記して示す。
【００３５】表２から明らかなように、本発明例では、
アンダーカットを発生させずに良質の継手が得られる限
界溶接速度は大幅に向上した。なお、表１中の非貫通と
は、対レーザ出力溶接速度が高すぎ、溶接不可能であっ
たことを意味する。
アンダーカットを発生させずに良質の継手が得られる限
界溶接速度は大幅に向上した。なお、表１中の非貫通と
は、対レーザ出力溶接速度が高すぎ、溶接不可能であっ
たことを意味する。
【００３６】
【表２】
【００３７】
【発明の効果】本発明法によれば、高速レーザ溶接にお
いても、アンダーカットの発生を防止して良質の継手を
得ることができる。
いても、アンダーカットの発生を防止して良質の継手を
得ることができる。
【図１】アンダーカットが発生しない場合の溶接部の状
況を模式的に示す図である。(a) は平面図である。(b)
は、(a) におけるｂ−ｂ破線での縦断面図である。(c)
は、(a) におけるc −c 破線での横断面図である。(d)
は、(a) におけるd −d 破線での横断面図である。(e)
は、(a) におけるe −e 破線での横断面図である。(f)
は、(a) におけるf −f 破線での横断面図である。
況を模式的に示す図である。(a) は平面図である。(b)
は、(a) におけるｂ−ｂ破線での縦断面図である。(c)
は、(a) におけるc −c 破線での横断面図である。(d)
は、(a) におけるd −d 破線での横断面図である。(e)
は、(a) におけるe −e 破線での横断面図である。(f)
は、(a) におけるf −f 破線での横断面図である。
【図２】アンダーカットが発生する場合の溶接部の状況
を模式的に示す図である。(a) は平面図である。(b)
は、(a) におけるｂ−ｂ破線での縦断面図である。(c)
は、(a) におけるc −c 破線での横断面図である。(d)
は、(a) におけるd −d 破線での横断面図である。(e)
は、(a) におけるe −e 破線での横断面図である。(f)
は、(a) におけるf −f 破線での横断面図である。
を模式的に示す図である。(a) は平面図である。(b)
は、(a) におけるｂ−ｂ破線での縦断面図である。(c)
は、(a) におけるc −c 破線での横断面図である。(d)
は、(a) におけるd −d 破線での横断面図である。(e)
は、(a) におけるe −e 破線での横断面図である。(f)
は、(a) におけるf −f 破線での横断面図である。
【図３】本発明法を示す概略の縦断面図である。
【図４】本発明法による溶接の際の溶接部の状況を模式
的に示す図である。(a) は平面図である。(b) は、(a)
におけるｂ−ｂ破線での縦断面図である。(c) は、(a)
におけるc −c 破線での横断面図である。(d) は、(a)
におけるd −d 破線での横断面図である。
的に示す図である。(a) は平面図である。(b) は、(a)
におけるｂ−ｂ破線での縦断面図である。(c) は、(a)
におけるc −c 破線での横断面図である。(d) は、(a)
におけるd −d 破線での横断面図である。
１：キーホール、２：ガウジング面、３：溶融金属（溶
融池）、３ａ：湯面、４：凝固部分、４ａ：凝固面、
５：母材未溶融部、６：溶融池幅の減少が開始する点、
７：凝固完了点、８：アンダーカット、９：レーザビー
ム、10：被溶接材（母材）、11：レンズ、12：ＴＩＧア
ーク、13：ＴＩＧ溶接トーチ、Ｌ：ＴＩＧ溶接トーチ13
の先端と被溶接材10の表面との離間距離、θ：ＴＩＧ溶
接トーチ13と被溶接材10の表面との設置仰角
融池）、３ａ：湯面、４：凝固部分、４ａ：凝固面、
５：母材未溶融部、６：溶融池幅の減少が開始する点、
７：凝固完了点、８：アンダーカット、９：レーザビー
ム、10：被溶接材（母材）、11：レンズ、12：ＴＩＧア
ーク、13：ＴＩＧ溶接トーチ、Ｌ：ＴＩＧ溶接トーチ13
の先端と被溶接材10の表面との離間距離、θ：ＴＩＧ溶
接トーチ13と被溶接材10の表面との設置仰角
Claims (1)
- 【請求項１】レーザビームによる溶接中に、レーザビー
ム照射部後方のキーホール以降に生成するガウジング面
を後熱し、少なくとも溶融池幅減少開始点においてガウ
ジング面を消失させることを特徴とする高速レーザ溶接
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06198472A (ja) | 1993-01-05 | 1993-01-05 | 高速レーザ溶接法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06198472A (ja) | 1993-01-05 | 1993-01-05 | 高速レーザ溶接法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06198472A true JPH06198472A (ja) | 1994-07-19 |
Family
ID=11465453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50A Pending JPH06198472A (ja) | 1993-01-05 | 1993-01-05 | 高速レーザ溶接法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06198472A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5859402A (en) * | 1994-12-24 | 1999-01-12 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Process for the welding of work pieces with laser beams |
| US6191379B1 (en) * | 1999-04-05 | 2001-02-20 | General Electric Company | Heat treatment for weld beads |
| JP2008284588A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | レーザとアークの複合溶接装置及び方法 |
| 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 |
| US8803029B2 (en) | 2006-08-03 | 2014-08-12 | Chrysler Group Llc | Dual beam laser welding head |
| US9061374B2 (en) | 2010-03-08 | 2015-06-23 | Kobe Steel, Ltd. | Laser/arc hybrid welding method and method for producing welded member using same |
| CN105328343A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-02-17 | 宁波中物东方光电技术有限公司 | 用于轴类零件的激光除胶装置 |
| CN114453754A (zh) * | 2022-01-30 | 2022-05-10 | 清华大学 | 基于激光电弧共熔池非耦合的高速焊驼峰缺陷抑制方法 |
-
1993
- 1993-01-05 JP JP50A patent/JPH06198472A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5859402A (en) * | 1994-12-24 | 1999-01-12 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Process for the welding of work pieces with laser beams |
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| US8253062B2 (en) | 2005-06-10 | 2012-08-28 | Chrysler Group Llc | System and methodology for zero-gap welding |
| US8803029B2 (en) | 2006-08-03 | 2014-08-12 | Chrysler Group Llc | Dual beam laser welding head |
| US8198565B2 (en) | 2007-04-11 | 2012-06-12 | Chrysler Group Llc | Laser-welding apparatus and method |
| JP2008284588A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | レーザとアークの複合溶接装置及び方法 |
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| CN114453754A (zh) * | 2022-01-30 | 2022-05-10 | 清华大学 | 基于激光电弧共熔池非耦合的高速焊驼峰缺陷抑制方法 |
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