JPH0760466A - レーザ溶接方法 - Google Patents

レーザ溶接方法

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JPH0760466A
JPH0760466A JP5210239A JP21023993A JPH0760466A JP H0760466 A JPH0760466 A JP H0760466A JP 5210239 A JP5210239 A JP 5210239A JP 21023993 A JP21023993 A JP 21023993A JP H0760466 A JPH0760466 A JP H0760466A
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Hiroshi Mihashi
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融池に対して噴射された粉末溶加材のすべ
てが溶解するようにし、この粉末溶加材によりギャップ
における肉盛りが良好に行われるようすること。 【構成】 レーザビームのビーム径dを被溶接物間のギ
ャップ寸法Gの一倍以上に設定し、一回目のスキャニン
グを一方の被溶接物の溶接部側の端面よりギャップ寸法
Gの0.2〜0.8倍変位した幅範囲にスキャニングセ
ンタP1 が位置すべく行い、その幅範囲へ向けてレーザ
ビーム照射と共に粉末溶加材を噴射し、二回目のスキャ
ニングを他方の被溶接物の溶接部側の端面よりギャップ
寸法Gの0.2〜0.8倍変位した幅範囲にスキャニン
グセンタP2 が位置すべく行い、その幅範囲へ向けてレ
ーザビーム照射と共に粉末溶加材を噴射し、三回目のス
キャニングをスキャニングセンタP3 がギャップの幅方
向中央位置に位置すべく行ってレーザビームのみ照射す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は粉末溶加材を使用したレ
ーザ溶接方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】継手のレーザ溶接において、継手形状に
応じて溶接部(継手部)に発生する開先、ギャップを埋
め、良好な充填溶接ビードを得るべく、粉末金属製の溶
加材(充填材、肉盛材)を使用することは、従来より行
われている。
【0003】この粉末溶加材を使用したレーザ溶接は、
レーザビームの被溶接物に対する照射点近くに生じる溶
融池に対してノズルより粉末溶加材を噴射することによ
り行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】レーザ溶接におけるレ
ーザビームのビーム径(スポット径)は、非常に小さ
く、このため、従来は、溶融池に対して噴射された粉末
溶加材の全体にはレーザビームが照射されない状態が生
じ、粉末溶加材のすべてを溶解することが不可能であっ
た。
【0005】本発明は、従来の粉末溶加材を使用したレ
ーザ溶接に於ける上述の如き問題点に着目してなされた
ものであり、溶融池に対して噴射された粉末溶加材のす
べてが溶解するようにし、またこの粉末溶加材によりギ
ャップにおける肉盛りが良好に行われるようにし、被溶
接物の継手部に発生するギャップに対する溶接可能範囲
の拡大と効率のよいレーザ溶接を行えるように改良され
たレーザ溶接方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、レーザビームの照射による溶接部に粉末溶
加材を供給し、被溶接物間のギャップ幅方向へレーザビ
ームをスキャニングしてレーザ溶接を行うレーザ溶接方
法において、レーザビームのビーム径を被溶接物間のギ
ャップ寸法の一倍以上に設定し、一回目のスキャニング
を一方の被溶接物の溶接部側の端面よりギャップ寸法の
n/10倍変位した幅範囲にスキャニングセンタが位置
すべく行い、その幅範囲へ向けてレーザビーム照射と共
に粉末溶加材を噴射し、二回目のスキャニングを他方の
被溶接物の溶接部側の端面よりギャップ寸法のn/10
倍変位した幅範囲にスキャニングセンタが位置すべく行
い、その幅範囲へ向けてレーザビーム照射と共に粉末溶
加材を噴射し、三回目のスキャニングをスキャニングセ
ンタがギャップの幅方向中央位置に位置すべく行ってレ
ーザビームのみ照射することを特徴とするレーザ溶接方
法によって達成される。
【0007】本発明によるレーザ溶接方法においては、
前記nが2〜8であることが好ましく、さらにレーザビ
ームの被溶接物に対する照射角度は、一回目〜三回目の
スキャニングのすべてにおいて被溶接物に対して面直と
なる角度に設定、あるいは一回目及び二回目のスキャニ
ングについては被溶接物に対して45度以上、135度
以下、三回目のスキャニングについては被溶接物に対し
て面直となる角度に設定されてよい。
【0008】また本発明によるレーザ溶接方法において
は、溶接対象が、被溶接物の板厚が6mmまで、ギャッ
プ寸法が2mmまでに制限されてよい。
【0009】
【作用】上述の如き構成によれば、一回目と二回目のス
キャニングによりレーザビームの照射位置ならびに粉末
溶加材の噴射位置がギャップ寸法のn/10倍好ましく
は0.2〜0.8倍変位した幅範囲内にてギャップ幅方
向に振られ、三回目のスキャニングによりギャップ幅方
向中央位置に対してレーザビームのみの照射が行われ、
この一連のスキャニングとレーザビームのビーム径がギ
ャップ寸法の一倍以上に設定されていることとが相まっ
て作用して粉末溶加材のすべてが溶解し、またこの粉末
溶加材によるギャップにおける肉盛りが良好に行われ
る。
【0010】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
【0011】図1は本発明によるレーザ溶接方法の実施
に使用するレーザ溶接装置の一実施例を示している。図
1において、符号1はレーザ加工ヘッドを示している。
レーザ加工ヘッド1は、中心部にレーザビームノズル3
を、レーザビームノズル3の外側に溶加材ノズル5を有
している。
【0012】レーザビームノズル3にはレーザ発振器7
よりレーザビームLBが供給され、このレーザビームノ
ズル3に供給されたレーザビームLBは被溶接物Wの溶
接部に照射される。これにより溶接物Wの溶接部に溶融
池Mが生じる。
【0013】レーザビームLBは集光レンズ9により集
光され、集光レンズ9は溶接物Wに対する照射位置にお
けるビーム径を設定する。
【0014】溶加材ノズル5はホース11によって粉末
溶加材供給装置13に接続されている。粉末溶加材供給
装置13には、粉末溶加材ホッパ15が設けられている
と共に、図示されていないキャリアガス源よりホース1
7によりキャリアガスが供給され、粉末溶加材ホッパ1
5が貯容している粉末溶加材を制御装置19により制御
される流量をもってキャリアガスにより溶加材ノズル5
へ圧送する。
【0015】これにより溶加材ノズル5は、キャリアガ
スと共に圧送された粉末溶加材を溶融池Mへ向けて噴射
する。
【0016】レーザ加工用ヘッド1は、図示されていな
い一般的な支持駆動機構により、スキャニングのために
被溶接物Wのギャップ方向へ平行移動可能に、また被溶
接物Wに対して傾斜可能になっている。
【0017】本発明によるレーザ溶接方法における一つ
の特徴は、図2に示されている如く、レーザビームのビ
ーム径dを被溶接物W1 、W2 間のギャップ寸法Gの一
倍以上に設定することであり、もう一つの特徴は、図2
に示されている如く、レーザ加工ヘッド1の一回目のス
キャニングを一方の被溶接物W1 の溶接部側の端面E1
よりギャップ寸法Gのn/10倍好ましくは0.2〜
0.8倍変位した幅範囲AにスキャニングセンタP1
位置すべく行い、その幅範囲Aへ向けてレーザビーム照
射と共に粉末溶加材を噴射し、二回目のスキャニングを
他方の被溶接物W2 の溶接部側の端面E2 よりギャップ
寸法Gのn/10倍0.2〜0.8倍変位した幅範囲B
にスキャニングセンタP2 が位置すべく行い、その幅範
囲Bへ向けてレーザビーム照射と共に粉末溶加材を噴射
し、三回目のスキャニングをスキャニングセンタがギャ
ップの幅方向中央位置に位置すべく行ってレーザビーム
のみ照射することである。
【0018】この一連のスキャニングは三回のスキャニ
ングを一サイクルとして繰り返し行われ、例えば四回目
のスキャニングは一回目と同じスキャニングが、五回目
のスキャニングは二回目と同じスキャニングが、六回目
のスキャニングは三回目と同じスキャニングが行われ
る。したがって、スキャンニングの回数は3の倍数で行
われるものである。
【0019】この場合のレーザビームの被溶接物W1
2 に対する照射角度は、一回目〜三回目のスキャニン
グのすべてにおいて被溶接物W1 、W2 に対して面直と
なる角度に設定される。
【0020】なお、レーザビームLBの被溶接物Wに対
する照射角度と粉末溶加材の被溶接物Wに対する噴射角
度との相対角度は、ノズル構造上、不変であり、レーザ
ビームLBの被溶接物Wに対する照射角度が変化すれ
ば、それの変化角と同一角度だけ粉末溶加材の被溶接物
Wに対する噴射角度が変化する。
【0021】図3(a)〜(d)は上述の如きスキャニ
ングのもとにレーザ溶接を行った場合の被溶接物Wの状
態変化を示している。(a)は加工前の状態を、(b)
は一回目のスキャニング後の状態を、(c)は二回目の
スキャニング後の状態を、(d)は三回目のスキャニン
グ後の状態を各々示している。
【0022】なお、図3において、黒塗り部分mは溶解
した粉末溶加材による肉盛り部分を示しており、この図
より粉末溶加材によりギャップにおける肉盛りが良好に
行われることが理解されよう。
【0023】また図4に示されている如く、レーザビー
ムの被溶接物Wに対する照射角度は、一回目及び二回目
のスキャニングについては被溶接物Wに対して45度以
上、135度以下、三回目のスキャニングについては被
溶接物に対して面直となる角度に設定されてもよい。こ
れは、被溶接物Wに対して面直方向からレーザビームL
Bを照射できない場合や、被溶接物Wの板厚が薄く、ギ
ャップ寸法が大きい場合に有利である。この場合のレー
ザ加工ヘッド1の傾斜駆動はすでに公知の駆動機構で行
われるものである。
【0024】図5(a)〜(d)は上述の如き照射角度
によるスキャニングのもとにレーザ溶接を行った場合の
被溶接物Wの状態変化を示している。なお、図5におい
ても、(a)は加工前の状態を、(b)は一回目のスキ
ャニング後の状態を、(c)は二回目のスキャニング後
の状態を、(d)は三回目のスキャニング後の状態を各
々示している。
【0025】なお、図5においても、黒塗り部分mは溶
解した粉末溶加材による肉盛り部分を示しており、この
場合も粉末溶加材によりギャップにおける肉盛りが良好
に行われることが理解されよう。
【0026】図6(a)〜(d)は、図5に示された被
溶接物Wと同一の溶接物に対し、照射角度を面直にして
レーザ溶接を行った場合の被溶接物の状態変化を示して
いる。この場合は、粉末溶加材によるギャップの肉盛り
が良好に行われない。
【0027】また本発明によるレーザ溶接方法は、その
有効範囲として、上述の何れの実施例においても、溶接
対象を、被溶接物の板厚が6mmまで、ギャップ寸法が
2mmまでに制限している。この制限は、被溶接物の継
手部に発生するギャップに対する溶接可能範囲の拡大に
なっている。
【0028】以上に於ては、本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
による本発明によるレーザ溶接方法によれば、一回目と
二回目のスキャニングによりレーザビームの照射位置な
らびに粉末溶加材の噴射位置がギャップ寸法のn/10
倍好ましくは0.2〜0.8倍変位した幅範囲内にてギ
ャップ幅方向に振られ、三回目のスキャニングによりギ
ャップ幅方向中央位置に対してレーザビームのみの照射
が行われ、この一連のスキャニングとレーザビームのビ
ーム径がギャップ寸法の一倍以上に設定されていること
とが相まって作用することにより、粉末溶加材のすべて
が溶解し、この粉末溶加材によるギャップにおける肉盛
りが良好に行われ、また被溶接物の継手部に発生するギ
ャップに対する溶接可能範囲が拡大され、効率のよいレ
ーザ溶接が行われるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレーザ溶接方法の実施に使用する
レーザ溶接装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図2】本発明によるレーザ溶接方法の実施要領を示す
説明図である。
【図3】(a)〜(d)は本発明によるレーザ溶接方法
によりレーザ溶接を行った場合の被溶接物の状態変化を
示す説明図である。
【図4】本発明によるレーザ溶接方法の他の実施要領を
示す説明図である。
【図5】(a)〜(d)は本発明によるレーザ溶接方法
によりレーザ溶接を行った場合の被溶接物の状態変化を
示す説明図である。
【図6】(a)〜(d)は本発明によるレーザ溶接方法
以外の方法によりレーザ溶接を行った場合の被溶接物の
状態変化を示す説明図である。
【符号の説明】
1 レーザ加工用ノズル 3 レーザビームノズル 5 溶加材ノズル 9 集光レンズ 15 粉末溶加材ホッパ d ビーム径 G ギャップ寸法 P1 、P2 、P3 スキャニングセンタ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザビームの照射による溶接部に粉末
    溶加材を供給し、被溶接物間のギャップ幅方向へレーザ
    ビームをスキャニングしてレーザ溶接を行うレーザ溶接
    方法において、 レーザビームのビーム径を被溶接物間のギャップ寸法の
    一倍以上に設定し、一回目のスキャニングを一方の被溶
    接物の溶接部側の端面よりギャップ寸法のn/10倍変
    位した幅範囲にスキャニングセンタが位置すべく行い、
    その幅範囲へ向けてレーザビーム照射と共に粉末溶加材
    を噴射し、二回目のスキャニングを他方の被溶接物の溶
    接部側の端面よりギャップ寸法のn/10倍変位した幅
    範囲にスキャニングセンタが位置すべく行い、その幅範
    囲へ向けてレーザビーム照射と共に粉末溶加材を噴射
    し、三回目のスキャニングをスキャニングセンタがギャ
    ップの幅方向中央位置に位置すべく行ってレーザビーム
    のみ照射することを特徴とするレーザ溶接方法。
  2. 【請求項2】 前記nが2〜8であることを特徴とする
    請求項1記載のレーザ溶接方法。
  3. 【請求項3】 レーザビームの被溶接物に対する照射角
    度を一回目〜三回目のスキャニングのすべてにおいて被
    溶接物に対して面直となる角度に設定することを特徴と
    する請求項1記載のレーザ溶接方法。
  4. 【請求項4】 レーザビームの被溶接物に対する照射角
    度を、一回目及び二回目のスキャニングについては被溶
    接物に対して45度以上、135度以下、三回目のスキ
    ャニングについては被溶接物に対して面直となる角度に
    設定することを特徴とする請求項1記載のレーザ溶接方
    法。
  5. 【請求項5】 溶接対象を、被溶接物の板厚が6mmま
    で、ギャップ寸法が2mmまでに制限することを特徴と
    する請求項1〜4の何れかに記載のレーザ溶接方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012115909A (ja) * 2012-02-17 2012-06-21 Mitsubishi Electric Corp レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
RU2746510C2 (ru) * 2016-10-17 2021-04-14 ЭкссонМобил Рисерч энд Энджиниринг Компани Способ сварки с лазерным нанесением металла, детали, полученные этим способом, и применение в нефтяной, газовой и нефтехимической промышленности

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