JPH0819886A - Laser beam welding nozzle - Google Patents

Laser beam welding nozzle

Info

Publication number
JPH0819886A
JPH0819886A JP6151302A JP15130294A JPH0819886A JP H0819886 A JPH0819886 A JP H0819886A JP 6151302 A JP6151302 A JP 6151302A JP 15130294 A JP15130294 A JP 15130294A JP H0819886 A JPH0819886 A JP H0819886A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
welding
laser beam
welded
molten metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6151302A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Hisayoshi
孝行 久芳
Hirotsugu Inaba
洋次 稲葉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP6151302A priority Critical patent/JPH0819886A/en
Publication of JPH0819886A publication Critical patent/JPH0819886A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a laser beam welding nozzle capable of welding a thick object to be welded in high quality of no blow hole. CONSTITUTION:In the nozzle, which is provided with a means to irradiate a weld zone 1 of an object to be welded with a converged laser beam 6 and a means to inject a shield gas 13 for protecting weld zone, a means 12, which injects an enert gas or mixed thereof inside the converged laser beam 6 toward the weld zone of object to be welded 1 along its center axis, is provide.

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、集光されたレーザビー
ムを熱エネルギーとする溶接ノズルに関し、さらに詳し
くはたとえば肉厚3mm以上の厚肉の被溶接材を高品質に
溶接するレーザ溶接ノズルに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welding nozzle which uses a focused laser beam as heat energy, and more specifically, a laser welding nozzle for welding a material to be welded having a thickness of 3 mm or more with high quality. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ溶接はレーザ光を集光してそのエ
ネルギーを効果的に利用しようとするものであり、集光
された細いレーザビームを被溶接材に照射し、溶接部に
衝突させることによって、接合箇所を高温に加熱し溶融
溶接するものである。
2. Description of the Related Art Laser welding is a technique for focusing a laser beam and effectively utilizing the energy thereof. To irradiate a focused thin laser beam on a material to be welded and colliding it with a welding portion. According to the above, the joint portion is heated to a high temperature and melt-welded.

【0003】この溶接の特徴は種々あり、例えば、次の
ものが挙げられる。高速溶接が可能であり、しかも溶
接入力が小さいので溶接歪みや溶接変形が小さい。深
溶け込み溶接ができるので、厚肉の被溶接材の溶接に適
する。溶接部の幅が狭く熱影響による材質の劣化が少
ないので、高品質の精密溶接が可能である。これらの有
用な特徴によって、レーザ溶接は金属材料の接合法とし
て広く利用されている。
There are various characteristics of this welding, and for example, the following can be mentioned. High-speed welding is possible, and since welding input is small, welding distortion and welding deformation are small. Since deep penetration welding can be performed, it is suitable for welding thick materials to be welded. Since the width of the weld is narrow and the deterioration of the material due to the influence of heat is small, high quality precision welding is possible. Due to these useful characteristics, laser welding is widely used as a joining method for metallic materials.

【0004】図1は、後述する本発明のレーザ溶接ノズ
ルを用いる溶接方法を説明する図である。このレーザ溶
接方法では、高密度エネルギーであるレーザビーム6を
被溶接材1に貫通させて、いわゆるキーホール3を形成
させるのであるが、溶接中に気泡等に起因する溶接欠
陥、特に厚肉の被溶接材1を溶接するときには、ブロー
ホールが発生して、品質上重大な問題になることがあ
る。
FIG. 1 is a diagram for explaining a welding method using a laser welding nozzle of the present invention described later. In this laser welding method, the laser beam 6 having high density energy is penetrated through the material to be welded 1 to form the so-called keyhole 3. However, during welding, welding defects caused by bubbles or the like, particularly thick wall When welding the work piece 1 to be welded, blow holes may occur, which may cause a serious problem in quality.

【0005】図4は、レーザ溶接部にブローホールが発
生するメカニズムを説明する図であり、被溶接材1は溶
接中矢印の方向に移動する。レーザビーム6を溶接部に
照射することによってできるキャビティー内には、金属
原子の一部がイオン化した金属イオンと雰囲気ガスがイ
オン化したガスイオンからなるプラズマガス18が発生し
て、爆発的な噴出がおこる。このプラズマガス18は、被
溶接材1を溶融して溶融金属2を生じさせ、キャビティ
ーの片側(被溶接材の進行側)上部に溶融金属流16を形
成して、溶接部の近傍表面に溶融池をつくる。
FIG. 4 is a view for explaining the mechanism of blowhole formation in the laser welded portion, in which the material to be welded 1 moves in the direction of the arrow during welding. In the cavity formed by irradiating the welded portion with the laser beam 6, a plasma gas 18 composed of metal ions in which some of the metal atoms are ionized and gas ions in which the atmospheric gas is ionized is generated, and explosive ejection Happens. The plasma gas 18 melts the material to be welded 1 to generate molten metal 2, forms a molten metal flow 16 on one side of the cavity (advancing side of the material to be welded), and forms a molten metal on the surface near the welded portion. Create a molten pool.

【0006】被溶接材1が厚肉になると、さらに高出力
のレーザエネルギーが必要となって、プラズマガス量が
増加するので、発生するキャビティーの内径や深さを増
し、溶融金属2の発生量も増大する。このように溶融金
属2の量が増加すると、溶融金属2をその表面張力で保
持することが困難となり、キャビティー内に溶融金属2
の一部が流入して、キャビティーが閉塞状態となる。こ
のような状態になると、溶融金属2にプラズマガス18の
一部がトラップされ、ブローホール17を発生させる。
When the material to be welded 1 becomes thicker, higher output laser energy is required, and the amount of plasma gas increases, so that the inner diameter and the depth of the generated cavity are increased and the molten metal 2 is generated. The quantity also increases. When the amount of the molten metal 2 increases in this way, it becomes difficult to hold the molten metal 2 with its surface tension, and the molten metal 2 is retained in the cavity.
Part of the inflow and the cavity is closed. In such a state, a part of the plasma gas 18 is trapped in the molten metal 2 and a blow hole 17 is generated.

【0007】上記のメカニズムで発生するブローホール
を防止するため、従来から幾つかの方法が提案されてい
る。例えば、いわゆるツインビームレーザ溶接方法の提
案がある(特開昭60-240395 号公報を参照)。この溶接
方法では、照射するレーザビームを溶接用の第一レーザ
ビームと溶接金属整形用の第二レーザビームとに分配し
て、第一レーザビームで母材金属材料を照射し、かつ第
二レーザビームを第一レーザビームの照射位置直後の溶
融金属に照射することによって、溶融金属の流れを安定
にし、十分に金属蒸気を排出することによって溶接欠陥
を防止する。
In order to prevent blowholes generated by the above mechanism, several methods have been conventionally proposed. For example, there is a so-called twin-beam laser welding method (see JP-A-60-240395). In this welding method, the laser beam to be applied is divided into a first laser beam for welding and a second laser beam for shaping the weld metal, and the base metal material is irradiated with the first laser beam, and the second laser beam is applied. By irradiating the molten metal immediately after the irradiation position of the first laser beam with the beam, the flow of the molten metal is stabilized, and by sufficiently discharging the metal vapor, welding defects are prevented.

【0008】他の方法として、キーホールの前方(溶融
金属が存在する側)の内面壁にサイドガスを噴射するレ
ーザ溶接方法が提案されている。この方法では、サイド
ガスを溶融金属の内面壁に噴射することによって、溶接
金属がキーホール内へ侵入するのを防止して、溶接金属
の流れを安定化するものである。
As another method, a laser welding method has been proposed in which side gas is injected to the inner wall in front of the keyhole (on the side where the molten metal is present). In this method, the side gas is injected to the inner wall of the molten metal to prevent the weld metal from entering the keyhole and stabilize the flow of the weld metal.

【0009】しかしながら、上記方法では、次のような
問題が残る。すなわち、ツインビームレーザ溶接方法で
は、溶融金属の増加とともに、キャビティー内へ侵入す
る溶融金属を完全に防止することが難しくなり、厚肉の
被溶接材における対策として有効でない。また、第一レ
ーザビームと第二レーザビームとに分配するので、レー
ザ光源から供給されたレーザビームの一部を透過し、他
のレーザビームを反射させるために、装置内に透過ミラ
ーと反射したレーザビームを集光する集光ミラーを設け
る必要があり、設備費は割高となる。さらに被溶接材の
肉厚変化にしたがって、第二レーザビームの照射位置や
出力の調整が必要となるが、第一レーザビームに比べ低
出力である第二レーザビームは、第一レーザビームによ
って発生するプラズマガスに吸収され、照射位置や出力
の調整が的確に行われず、溶接金属の整形等が困難にな
り易いという問題がある。
However, the above method has the following problems. That is, in the twin-beam laser welding method, it becomes difficult to completely prevent molten metal from penetrating into the cavity as the amount of molten metal increases, and it is not effective as a countermeasure for a thick welded material. Further, since the first laser beam and the second laser beam are distributed, a part of the laser beam supplied from the laser light source is transmitted and the other laser beam is reflected by a transmission mirror in the device. Since it is necessary to provide a condenser mirror for condensing the laser beam, the equipment cost becomes expensive. Furthermore, it is necessary to adjust the irradiation position and output of the second laser beam as the thickness of the material to be welded changes, but the second laser beam, which has a lower output than the first laser beam, is generated by the first laser beam. However, there is a problem that the irradiation position and the output are not accurately adjusted and the shaping of the weld metal tends to be difficult.

【0010】一方、サイドガスをキーホールの内面壁に
噴射する方法では、溶融金属の侵入を防止し、溶融金属
の流れを安定化するには、サイドガスの噴射流量、噴射
位置および噴射角度等の適正条件の範囲が極端に狭く、
実際の操業で適用することが困難である。さらにレーザ
ビームが大出力(10kW以上)になる場合には、サイドガ
ス噴射の効果が全く発揮されないことが確認されてい
る。
On the other hand, in the method of injecting the side gas onto the inner wall of the keyhole, in order to prevent the invasion of the molten metal and stabilize the flow of the molten metal, the injection flow rate of the side gas, the injection position, the injection angle, etc. The range of appropriate conditions for is extremely narrow,
It is difficult to apply in actual operation. Further, it has been confirmed that the side gas injection effect is not exhibited at all when the laser beam has a large output (10 kW or more).

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の問題点に鑑みて、被溶接材が厚肉である場合に発
生し易い溶接欠陥(ブローホール)を確実に防止し、高
品質の溶接部を得ることができるレーザ溶接ノズルを提
供することを目的としている。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention reliably prevents welding defects (blowholes) that are likely to occur when the material to be welded is thick, and It is an object of the present invention to provide a laser welding nozzle capable of obtaining a quality welded portion.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前述の図4に示すよう
に、レーザ溶接におけるレーザビーム6を照射された溶
接部では、被溶接材1の金属蒸発の反跳圧と蒸発金属の
蒸気圧によって発生したキャビティーの深さが増大し
て、ついには被溶接材1を貫通してキーホール3が形成
される。キーホール3が形成されると、キーホール3の
内面から主に被溶接材1の外表面側に、一部は内面側に
流出する溶接金属の流れ16が発生し、キーホール前方の
溶接部の表面近傍に溶融池を形成する。
As shown in FIG. 4 described above, at the welded portion irradiated with the laser beam 6 in laser welding, the recoil pressure of metal evaporation of the material to be welded 1 and the vapor pressure of evaporated metal cause The depth of the generated cavity increases, and finally the keyhole 3 is formed through the material to be welded 1. When the keyhole 3 is formed, a flow 16 of the weld metal that flows out from the inner surface of the keyhole 3 mainly to the outer surface side of the material 1 to be welded and partly to the inner surface side is generated. A molten pool is formed near the surface of the.

【0013】被溶接材1が薄肉である場合には、キーホ
ール3の内面から流出する溶融金属2の発生量が少な
く、溶融金属2はその表面張力によって十分に保持され
るので、溶融池は安定した状態にある。
When the material to be welded 1 is thin, the amount of the molten metal 2 flowing out from the inner surface of the keyhole 3 is small and the molten metal 2 is sufficiently retained by its surface tension. It is in a stable state.

【0014】被溶接材1が厚肉になると、それにつれて
溶融金属2の発生量が増加する。これは、レーザ溶接、
特に高速レーザ溶接では、プラズマガス18の噴出熱エネ
ルギーによる二次的な溶融は少ないので、溶融する金属
量は被溶接材の肉厚寸法でほぼ決定されるからである。
したがって、被溶接材1が厚肉となって、溶融金属2が
増加して、溶融金属の表面張力と溶融した金属量のバラ
ンスが崩れると、キャビティー内への溶融金属2の侵入
が始まる。溶融金属2の侵入が始まると、レーザ溶接で
の溶接部の凝固速度は、他の溶接に比べて極端に速いの
で、プラズマガスは侵入した溶融金属2内に簡単にトラ
ップされて、ブローホール17として溶接部に残留する。
As the material to be welded 1 becomes thicker, the amount of molten metal 2 generated increases accordingly. This is laser welding,
Especially in high-speed laser welding, secondary melting due to the jetting heat energy of the plasma gas 18 is small, so the amount of metal to be melted is almost determined by the wall thickness of the material to be welded.
Therefore, when the material to be welded 1 becomes thick and the molten metal 2 increases and the balance between the surface tension of the molten metal and the amount of molten metal is lost, the molten metal 2 begins to enter the cavity. When the molten metal 2 starts to infiltrate, the solidification rate of the welded portion in laser welding is extremely higher than that of other welding, so the plasma gas is easily trapped in the invaded molten metal 2 and blowholes 17 Remains in the weld.

【0015】このように溶接部に残留するブローホール
17を防止するには、溶融金属2の発生量が増加しても溶
融金属2が侵入しないように、レーザビーム6の内側
で、かつその中心軸に沿って被溶接材1の溶接部に向け
て細径ガス流を噴射することによって、キーホール3内
への溶融金属2の侵入を防ぐとともに、プラズマガス18
を円滑に排出させる手段を設けることが有効である。
Blowholes remaining in the welded portion in this way
In order to prevent 17, the molten metal 2 should be directed toward the welded portion of the work material 1 inside the laser beam 6 and along the central axis thereof so that the molten metal 2 does not enter even if the amount of generated molten metal 2 increases. The molten metal 2 is prevented from entering the keyhole 3 and the plasma gas 18
It is effective to provide a means for smoothly discharging.

【0016】本発明のレーザ溶接ノズルは、上記の知見
に基づいて完成されたものであり、その要旨は次の通り
である。
The laser welding nozzle of the present invention has been completed based on the above findings, and its gist is as follows.

【0017】すなわち、図1に示すように、集光された
レーザビーム6を被溶接材1の溶接部に照射する手段
と、レーザビームおよび溶接部を保護するシールドガス
13を噴射する手段とを具備するレーザ溶接ノズルであっ
て、前記の集光されたレーザビーム6の内側で、かつそ
の中心軸に沿って被溶接材1の溶接部に向けて不活性ガ
スを噴射する手段12が具備されていることを特徴とする
レーザ溶接ノズルである。
That is, as shown in FIG. 1, means for irradiating the welded portion of the workpiece 1 with the focused laser beam 6 and a shield gas for protecting the laser beam and the welded portion.
A laser welding nozzle comprising means for injecting 13 and injecting an inert gas toward the welded portion of the material to be welded 1 inside the focused laser beam 6 and along the central axis thereof. A laser welding nozzle, characterized in that it comprises means 12 for injecting.

【0018】[0018]

【作用】本発明のレーザ溶接ノズルの構成を、図面に基
づいて説明する。
The structure of the laser welding nozzle of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0019】図1は、本発明のレーザ溶接ノズルの縦断
面図、およびそれをを用いてレーザ溶接を行う場合のガ
スおよび溶融金属の流れを示す図である。さらにレーザ
溶接ノズルの構成を理解し易くするため、図2には本発
明のレーザ溶接ノズルの主要部分の水平断面を示す。図
2(a)は図1中のA−A矢視の断面図を、図2(b)
は図1中のB−B矢視の断面図を示している。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a laser welding nozzle of the present invention, and a diagram showing flows of gas and molten metal when laser welding is performed using the nozzle. Further, in order to facilitate understanding of the structure of the laser welding nozzle, FIG. 2 shows a horizontal cross-section of the main part of the laser welding nozzle of the present invention. 2 (a) is a sectional view taken along the line AA in FIG.
Shows a sectional view taken along the line BB in FIG. 1.

【0020】本発明のレーザ溶接ノズルを用いたレーザ
溶接では、図示しないレーザ源から供給されるレーザを
集光したレーザビーム6を、溶接トーチ4の噴射口から
被溶接材1の溶接部に照射する。ここでレーザビーム6
を照射する標的となるのは、溶接トーチ4の中心軸、す
なわちレーザビーム6の中心軸上にある照射焦点15であ
る。レーザビーム6を照射される被溶接材1は、溶接作
業中は図中に示す矢印の方向に移動する。
In laser welding using the laser welding nozzle of the present invention, a laser beam 6 focused from a laser source (not shown) is irradiated from the injection port of the welding torch 4 onto the welded portion of the workpiece 1. To do. Laser beam 6 here
The irradiation target is the irradiation focus 15 on the central axis of the welding torch 4, that is, the central axis of the laser beam 6. The material 1 to be welded, which is irradiated with the laser beam 6, moves in the direction of the arrow shown in the drawing during the welding operation.

【0021】レーザビーム6の照射にともなって、被溶
接材1の溶接部にはキーホール3が形成されるととも
に、発生した溶融金属2は溶融金属流16となって被溶接
材1の溶接部の近傍に溶融池をつくる。さらに溶接トー
チ4からは、レーザビーム6を保護するため並びに溶接
部を酸化および窒化等の汚染から防止するため、レーザ
ビーム6の外周と溶接部の表面を覆うようにシールドガ
ス13が噴出される。
Along with the irradiation of the laser beam 6, a keyhole 3 is formed in the welded portion of the workpiece 1 and the generated molten metal 2 becomes a molten metal flow 16 and the welded portion of the workpiece 1 is welded. Create a molten pool near the. Further, from the welding torch 4, in order to protect the laser beam 6 and prevent the weld from being contaminated by oxidation and nitriding, a shield gas 13 is jetted so as to cover the outer periphery of the laser beam 6 and the surface of the weld. .

【0022】本発明のレーザ溶接ノズルの特徴は、シー
ルドガス(以下、第一ガスという)13の他に、レーザビ
ーム6の内側で、その中心軸上を照射焦点15に向けて噴
射されるガス(以下、第二ガスという)14を噴出させる
ことである。この第二ガスは細径で比較的高圧であるこ
とが必要である。第二ガス14を噴出させる手段として、
従来の溶接トーチ4の上部からノズル損傷防止部材10に
よって保護された第二ガス噴出ノズル12が、レーザビー
ム6と同軸に配設される。
The laser welding nozzle of the present invention is characterized in that, in addition to the shield gas (hereinafter referred to as the first gas) 13, a gas is injected inside the laser beam 6 with its central axis directed toward the irradiation focal point 15. (Hereinafter referred to as the second gas) 14 is to be ejected. This second gas must have a small diameter and a relatively high pressure. As a means for ejecting the second gas 14,
A second gas ejection nozzle 12 protected by a nozzle damage prevention member 10 from the upper part of the conventional welding torch 4 is arranged coaxially with the laser beam 6.

【0023】第二ガス供給口11から供給された不活性ガ
ス(例えば、Heガス、Arガス、またはこれらの混合ガ
ス)は、溶接トーチ4に取り付けられたシールドガス供
給口5から供給される第一ガス13に覆われて照射される
レーザビーム6の内側を、照射焦点15に向けて第二ガス
14となって噴出される。このように第二ガス14がレーザ
ビーム6の内側を同軸に噴射ができるのは、レーザモー
ドをリングモード(ドーナツ型)にしているためであ
る。また、第二ガス噴出ノズル12の先端は、ガスノズル
先端からの拡散を防止して、細径のガス流を照射焦点15
に至るまで保持するため、先端部の内径を二段階に絞る
形状のコンバーゼント形口とするのが望ましい。
The inert gas (eg, He gas, Ar gas, or mixed gas thereof) supplied from the second gas supply port 11 is supplied from the shield gas supply port 5 attached to the welding torch 4. The inside of the laser beam 6 which is covered with one gas 13 and is irradiated is directed toward the irradiation focus 15 to form a second gas.
It becomes 14 and erupts. The reason why the second gas 14 can be ejected coaxially inside the laser beam 6 is that the laser mode is the ring mode (donut type). In addition, the tip of the second gas ejection nozzle 12 prevents diffusion from the tip of the gas nozzle, and irradiates a small-diameter gas flow with an irradiation focus 15
In order to maintain the temperature up to the above, it is desirable to use a convergent type mouth in which the inner diameter of the tip portion is narrowed in two steps.

【0024】第二ガス噴出ノズル12を溶接トーチ4の中
心軸に設けるには、レーザビームの熱エネルギーから受
ける損傷を防止しなければならない。図1に示すよう
に、第二ガス噴出ノズル12の水平挿入位置を溶接トーチ
4の上部に設けて、エネルギー密度が低い集光段階のレ
ーザビームに照射させるようにしても、ノズル表面の熱
損傷を回避するこはできない。そこで、第二ガス噴出ノ
ズル12の構造は、ノズルの水冷が可能な二重管構造とし
ている。すなわち、図2および図3に示すように、ノズ
ル損傷防止部材10には、冷却給水口8から排水口9にむ
けて冷却水を還流する冷却水配管7が設けられている。
In order to provide the second gas ejection nozzle 12 on the central axis of the welding torch 4, it is necessary to prevent damage from the thermal energy of the laser beam. As shown in FIG. 1, even if the horizontal insertion position of the second gas ejection nozzle 12 is provided above the welding torch 4 so that the laser beam in the converging stage with low energy density is irradiated, thermal damage to the nozzle surface is caused. Can't be avoided. Therefore, the structure of the second gas ejection nozzle 12 is a double pipe structure capable of water cooling the nozzle. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the nozzle damage prevention member 10 is provided with a cooling water pipe 7 that circulates the cooling water from the cooling water supply port 8 to the drainage port 9.

【0025】上記の構成からなるレーザ溶接ノズルを用
いることによって、溶接部のキーホール3直上のガス流
は、溶接トーチ4の噴射口からレーザビーム6を覆って
噴出される低圧の第一ガス13の流れと、この溶接トーチ
の中心、すなわちレーザビーム6と同軸に照射焦点15に
向けて噴射される細径で高圧の第二ガス14の流れとで構
成されることになる。
By using the laser welding nozzle having the above-mentioned structure, the gas flow directly above the keyhole 3 of the welded portion is jetted from the jet port of the welding torch 4 over the laser beam 6 and is jetted at a low pressure. And the center of the welding torch, that is, the flow of the small-diameter, high-pressure second gas 14 which is ejected coaxially with the laser beam 6 toward the irradiation focal point 15.

【0026】前述の通り、レーザ溶接中、レーザビーム
6の照射をうける溶接部のキーホール3からプラズマガ
スの噴出と溶融金属2の流出が連続的に行われている。
しかし、溶融金属2の表面張力と溶融金属の量のバラン
スが崩れたとき、キーホール3内への溶融金属2の侵入
が発生する。このとき、レーザ溶接ノズルから噴射され
る第二ガス14は、キーホール3の中心軸上に位置する照
射焦点15に向けて、細径高圧ガス流として噴出されてい
るので、侵入する溶融金属2はキーホール3の内面壁に
押し戻され、キーホール3内への侵入が阻止される。し
かし、このとき発揮される溶融金属の侵入を阻止する作
用は、細径ガス流の場合に顕著である。
As described above, during the laser welding, the ejection of the plasma gas and the outflow of the molten metal 2 are continuously performed from the keyhole 3 of the welded portion which is irradiated with the laser beam 6.
However, when the balance between the surface tension of the molten metal 2 and the amount of the molten metal is lost, the intrusion of the molten metal 2 into the keyhole 3 occurs. At this time, the second gas 14 jetted from the laser welding nozzle is jetted as a small-diameter high-pressure gas flow toward the irradiation focal point 15 located on the central axis of the keyhole 3, so that the molten metal 2 entering Is pushed back to the inner wall of the keyhole 3 and is prevented from entering the keyhole 3. However, the effect of preventing the invasion of the molten metal exhibited at this time is remarkable in the case of the small-diameter gas flow.

【0027】第二ガス14の噴出径が大きくなると、逆に
溶接部近傍の溶融金属流16を乱して溶融金属の侵入を促
進することもあるので、その作用が低下する。したがっ
て、第二ガス14の噴出径は細径であるほど好ましく、そ
の目安はキーホールの内径と同寸法以下である。
When the ejection diameter of the second gas 14 becomes large, on the contrary, the molten metal flow 16 in the vicinity of the welded portion may be disturbed to promote the invasion of the molten metal, so that its action is deteriorated. Therefore, the ejection diameter of the second gas 14 is preferably as small as possible, and the guideline is equal to or smaller than the inner diameter of the keyhole.

【0028】上記の構造のレーザ溶接ノズルを用いて溶
接を行う場合、矢印方向に移送される被溶接材1にレー
ザビーム6が照射され、キーホール3からのプラズマガ
スの円滑な排出とキーホール3の後方へ向かう安定した
溶融金属流16を形成して溶接が進行するので、プラズマ
ガスの溶融金属2内へのトラップによるブローホール発
生は防止され、高品質のレーザ溶接部を確保することが
できる。
When welding is performed using the laser welding nozzle having the above structure, the material to be welded 1 transferred in the direction of the arrow is irradiated with the laser beam 6, and the plasma gas is smoothly discharged from the keyhole 3 and the keyhole 3 is discharged. Since a stable molten metal flow 16 is formed toward the rear of the molten metal 3 and welding proceeds, blowholes are prevented from being generated due to trapping of plasma gas in the molten metal 2, and a high quality laser welded portion can be secured. it can.

【0029】[0029]

【実施例】本発明のレーザ溶接ノズルを使用した場合の
効果を、実施例に基づいて説明する。
EXAMPLES The effects of using the laser welding nozzle of the present invention will be described based on examples.

【0030】図3は、実施例で使用したレーザ溶接の構
成を説明する図であり、溶接テーブル21上に各肉厚tの
試験材22を配置し、突き合わせ溶接を行った。第一ガ
ス、第二ガスの不活性ガスとしてはHeガスを使用し、比
較例として内面シールドを行う場合には、溶接テーブル
中央部からArガスを噴射している。試験材22としていず
れも第1表に示す化学成分を有する鋼板で、肉厚は3mm
以上の厚肉材を用いた。
FIG. 3 is a view for explaining the structure of the laser welding used in the embodiment, in which the test material 22 having each wall thickness t was arranged on the welding table 21 and the butt welding was performed. He gas was used as the inert gas of the first gas and the second gas, and when the inner surface was shielded as a comparative example, Ar gas was injected from the central portion of the welding table. Each of the test materials 22 is a steel plate having the chemical composition shown in Table 1 and has a wall thickness of 3 mm.
The thick material described above was used.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】本実施例では、レーザとして定格出力25kW
の炭酸ガスレーザ発振器を使用し、いずれの溶接もキー
ホールを貫通させる溶接とした。また溶接部の評価法と
して、溶接長さ 500mmの箇所から20個のミクロ断面を採
り、ミクロ観察によってブローホールの総発生個数を比
較する方法を採用した。
In this embodiment, the laser has a rated output of 25 kW.
Carbon dioxide gas laser oscillator was used, and all welding was welding to penetrate the keyhole. In addition, as a method of evaluating welds, a method was adopted in which 20 micro-sections were taken from a weld length of 500 mm and the total number of blowholes was compared by micro-observation.

【0033】本発明の規定に適合する本発明例として、
試験No.1〜11を準備した。そのうちNo.1〜4 は被溶接材
肉厚の影響を、No.5〜8 は溶接速度の影響を、No.9〜11
は本発明法の第二ガス噴出ノズルの口径の影響を調査す
るためのものである。
As an example of the present invention which meets the requirements of the present invention,
Test Nos. 1 to 11 were prepared. Of these, Nos. 1 to 4 affected the thickness of the material to be welded, Nos. 5 to 8 affected the welding speed, and Nos. 9 to 11
Is for investigating the influence of the diameter of the second gas ejection nozzle of the method of the present invention.

【0034】本発明の効果と比較するため、試験No.12
〜23の比較例を準備した。その内訳はNo.12 〜15は被溶
接材肉厚の影響を、No.16 〜19は溶接速度の影響を、さ
らにNo.20 〜23は従来行われていたサイドガスを使用し
た場合での溶接速度の影響を確認したものである。
To compare with the effect of the present invention, test No. 12
~ 23 comparative examples were prepared. The breakdowns are No. 12 to 15 for the effect of the wall thickness of the material to be welded, No. 16 to 19 for the effect of welding speed, and No. 20 to 23 for the case where the side gas used in the past was used. The effect of welding speed was confirmed.

【0035】図5は、サイドガスをキーホールの内面壁
に噴射する場合の構成を説明する図であるが、実施例で
はHeガス噴射による溶融金属2への影響を少なくするた
め、サイドガスノズルの口径は 1.0mmφとした。
FIG. 5 is a diagram for explaining the structure in which side gas is injected to the inner wall of the keyhole. In the embodiment, in order to reduce the influence of the He gas injection on the molten metal 2, the side gas nozzle The diameter was 1.0 mmφ.

【0036】本発明例の溶接条件および溶接部の評価結
果を表2に、比較例の溶接条件および溶接部の評価結果
を表3に示す。
Table 2 shows the welding conditions and the evaluation results of the welded portion of the present invention, and Table 3 shows the welding conditions and the evaluation results of the welded portion of the comparative example.

【0037】[0037]

【表2】 [Table 2]

【0038】[0038]

【表3】 [Table 3]

【0039】表2および表3から明らかなように、比較
例の試験No.12 〜15では被溶接材の肉厚が大きくなるに
従い、溶融金属の発生量が増加するのでブローホールの
発生個数が増加している。これに対し試験No.16 〜19で
は、溶接速度が速くなるとともにブローホールの発生は
抑制されるが0とならない。また、試験No.20 〜23で
は、サイドガスを使用しながら溶接速度を変化させた
が、試験No.16 〜19に比べて、サイドガスの使用によっ
てブローホールの発生は減少したが、0とならなかっ
た。
As is clear from Tables 2 and 3, in Test Nos. 12 to 15 of the comparative examples, the amount of molten metal generated increases as the wall thickness of the material to be welded increases, so the number of blowholes generated increases. It has increased. On the other hand, in Test Nos. 16 to 19, the welding speed was increased and the generation of blowholes was suppressed, but it was not zero. In addition, in Test Nos. 20 to 23, the welding speed was changed while using the side gas, but compared to Test Nos. 16 to 19, the use of side gas reduced the occurrence of blowholes, but it was 0. did not become.

【0040】比較例ではいずれの条件でもブローホール
の発生があったのに対し、本発明例では、第二ガスを噴
射ノズルの口径を 0.8〜 1.6mmとし流量 3.0〜 6.0リッ
トル/min で供給して、被溶接材の肉厚および溶接速度
を変化させたが、いずれの条件でも溶接部にブローホー
ルの発生はなかった。さらに目視観察でいずれも良好な
溶接ビードであることを確認している。したがって、本
発明のレーザ溶接ノズルを使用すれば、レーザビーム内
側の第二ガスの細径高圧ガス流の作用によって、プラズ
マガスの排出と溶融金属の流れとを円滑にして、ブロー
ホールの発生が無い溶接部を得ることができることが分
かる。
In the comparative example, blowholes were generated under all conditions, whereas in the example of the present invention, the second gas was supplied at a flow rate of 3.0 to 6.0 liters / min with the injection nozzle having a diameter of 0.8 to 1.6 mm. Then, the thickness of the material to be welded and the welding speed were changed, but no blowhole was generated in the welded portion under any of the conditions. Further, it was confirmed by visual observation that the weld beads were all good. Therefore, by using the laser welding nozzle of the present invention, the discharge of the plasma gas and the flow of the molten metal are made smooth by the action of the small-diameter high-pressure gas flow of the second gas inside the laser beam, and the generation of blow holes is prevented. It turns out that a missing weld can be obtained.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明のレーザ溶接ノズルを使用すれ
ば、厚肉の被溶接材であっても、良好な溶接ビード外観
とブローホールのない高品質なレーザ溶接部を得ること
ができる。しかも構造が簡単であるため、レーザ溶接ノ
ズルの製作、改造が安価にできる。
EFFECTS OF THE INVENTION By using the laser welding nozzle of the present invention, it is possible to obtain a high quality laser welded portion having a good weld bead appearance and no blowholes, even with a thick material to be welded. Moreover, since the structure is simple, the laser welding nozzle can be manufactured and modified inexpensively.

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

【図1】本発明のレーザ溶接ノズルの縦断面とそれをを
用いてレーザ溶接を行う場合の例を示す図である。
FIG. 1 is a view showing a longitudinal section of a laser welding nozzle of the present invention and an example of a case where laser welding is performed using the same.

【図2】図1に示す本発明のレーザ溶接ノズルの主要部
分の水平断面を示す図であり、(a)はA−A矢視の断
面図を、(b)はB−B矢視の断面図を示している。
FIG. 2 is a view showing a horizontal cross section of a main part of the laser welding nozzle of the present invention shown in FIG. 1, in which (a) is a cross sectional view taken along the line AA and (b) is a cross sectional view taken along the line BB. A cross-sectional view is shown.

【図3】実施例で使用したレーザ溶接の態様を説明する
図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a mode of laser welding used in an example.

【図4】レーザ溶接部にブローホールが発生するメカニ
ズムを説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a mechanism in which blow holes are generated in a laser welded portion.

【図5】実施例でサイドガスをキーホールの内面壁に噴
射する場合の構成を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration when side gas is injected to an inner surface wall of a keyhole in an embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…被溶接材、 2…溶融金属、 3…キーホール、
4…溶接トーチ 5…シールドガス(第一ガス)供給口、 6…レーザビ
ーム 7…冷却水配管、 8…冷却給水口、 9…冷却排水口 10…損傷防止部材、 11…第二ガス供給口、 12…第二
ガス噴出ノズル 13…シールドガス(第一ガス)、 14…第二ガス、 15
…照射焦点 16…溶融金属流、 17…ブローホール、 18…プラズマ
ガス 21…溶接テーブル、 22…試験材
1 ... Material to be welded, 2 ... Molten metal, 3 ... Keyhole,
4 ... Welding torch 5 ... Shield gas (first gas) supply port, 6 ... Laser beam 7 ... Cooling water pipe, 8 ... Cooling water supply port, 9 ... Cooling drainage port 10 ... Damage prevention member, 11 ... Second gas supply port , 12 ... Second gas ejection nozzle 13 ... Shield gas (first gas), 14 ... Second gas, 15
… Irradiation focus 16… Molten metal flow, 17… Blowhole, 18… Plasma gas 21… Welding table, 22… Test material

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】集光されたレーザビームを被溶接材の溶接
部に照射する手段と、レーザビームおよび溶接部を保護
するシールドガスを噴射する手段とを具備するレーザ溶
接ノズルであって、前記の集光されたレーザビームの内
側で、かつその中心軸に沿って被溶接材の溶接部に向け
て不活性ガスを噴射する手段が具備されていることを特
徴とするレーザ溶接ノズル。
1. A laser welding nozzle comprising means for irradiating a welded portion of a material to be welded with a focused laser beam and means for injecting a shield gas for protecting the laser beam and the welded portion. A laser welding nozzle comprising means for injecting an inert gas toward the welded portion of the material to be welded inside the focused laser beam and along the central axis thereof.
JP6151302A 1994-07-01 1994-07-01 Laser beam welding nozzle Pending JPH0819886A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6151302A JPH0819886A (en) 1994-07-01 1994-07-01 Laser beam welding nozzle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6151302A JPH0819886A (en) 1994-07-01 1994-07-01 Laser beam welding nozzle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0819886A true JPH0819886A (en) 1996-01-23

Family

ID=15515711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6151302A Pending JPH0819886A (en) 1994-07-01 1994-07-01 Laser beam welding nozzle

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0819886A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009512556A (en) * 2005-10-21 2009-03-26 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード Laser beam welding method using metal vapor capillary formation control
JP2009154186A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Tokyu Car Corp Laser welding method
JP2014210277A (en) * 2013-04-18 2014-11-13 株式会社アマダミヤチ Laser cutting method, laser emitting unit and laser cutting device
JP2016524460A (en) * 2013-04-19 2016-08-18 タンパピエル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングTannpapier GmbH Plasma perforation

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009512556A (en) * 2005-10-21 2009-03-26 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード Laser beam welding method using metal vapor capillary formation control
JP2009154186A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Tokyu Car Corp Laser welding method
JP2014210277A (en) * 2013-04-18 2014-11-13 株式会社アマダミヤチ Laser cutting method, laser emitting unit and laser cutting device
JP2016524460A (en) * 2013-04-19 2016-08-18 タンパピエル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングTannpapier GmbH Plasma perforation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5485279B2 (en) CO2 laser welding method using dynamic jet nozzle
Katayama et al. Elucidation of laser welding phenomena and factors affecting weld penetration and welding defects
US8884183B2 (en) Welding process and a welding arrangement
JP3159593B2 (en) Laser processing method and apparatus
US7319204B2 (en) Laser welding device and method
JP4120408B2 (en) Laser and arc combined welding method and groove shape of welded joint used therefor
Fabbro et al. Study of CW Nd-Yag laser welding of Zn-coated steel sheets
US20080116175A1 (en) Laser welding process with improved penetration
RU2660791C1 (en) LASER-ARC WELDING METHOD OF THE WORKPIECES BUTT JOINT OF CARBON STEEL WITH THE WALLS THICKNESS OF 10-45 mm
JP2005501737A (en) Hybrid laser-arc welding method with gas flow control
JP2001314985A (en) Laser beam welding method and laser beam welding device
Victor Hybrid laser arc welding
Yang et al. Vacuum-assisted laser welding of zinc-coated steels in a gap-free lap joint configuration
JP2009166080A (en) Laser beam welding method
JP4026452B2 (en) Laser and arc combined welding method and groove shape of welded joint used therefor
JP2811664B2 (en) Laser welding method for rustproof steel plate
Brandt et al. Laser cladding with a pulsed Nd: YAG laser and optical fibers
Hayashi et al. High-power CO2 laser-MIG hybrid welding for increased gap tolerance. Hybrid weldability of thick steel plates with a square groove
JP4102092B2 (en) Laser welding method
JPH0819886A (en) Laser beam welding nozzle
Uchiumi et al. Penetration and welding phenomena in YAG laser-MIG hybrid welding of aluminum alloy
Sun et al. The characteristics and reduction of porosity in high-power laser welds of thick AISI 304 plate
JPH06198472A (en) High-speed laser beam welding method
Zhang et al. Deep penetration welding of thick section steels with 10 kW fiber laser
US7038163B2 (en) Use of helium/nitrogen gas mixtures in up to 12 kW laser welding