JPH0919778A - 溶融金属が裏面に露出しないアルミニウム合金のレーザ溶接方法 - Google Patents
溶融金属が裏面に露出しないアルミニウム合金のレーザ溶接方法Info
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- JPH0919778A JPH0919778A JP7188050A JP18805095A JPH0919778A JP H0919778 A JPH0919778 A JP H0919778A JP 7188050 A JP7188050 A JP 7188050A JP 18805095 A JP18805095 A JP 18805095A JP H0919778 A JPH0919778 A JP H0919778A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ブローホール欠陥を抑制した健全な溶接部を
レーザ溶接で得る。 【構成】 溶融金属が裏面に露出しない溶接部でアルミ
ニウム合金をレーザ溶接する際、ビード幅に対する溶込
み深さの比（アスペクト比）が０．９以下となる溶接ビ
ードを形成する。板厚が大きな材料を溶接する場合に
は、溶込み深さを大きくする開先を付けた上板を使用す
る。 【効果】 アスペクト比を０．９以下に小さくすること
により残留気泡が少なくなり、機械的性質が良好な溶接
部が得られる。
レーザ溶接で得る。 【構成】 溶融金属が裏面に露出しない溶接部でアルミ
ニウム合金をレーザ溶接する際、ビード幅に対する溶込
み深さの比（アスペクト比）が０．９以下となる溶接ビ
ードを形成する。板厚が大きな材料を溶接する場合に
は、溶込み深さを大きくする開先を付けた上板を使用す
る。 【効果】 アスペクト比を０．９以下に小さくすること
により残留気泡が少なくなり、機械的性質が良好な溶接
部が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、重ね溶接，突合せ溶
接，隅肉溶接等で裏面に溶融金属を露出させることな
く、アルミニウム合金をレーザ溶接する方法に関する。
接，隅肉溶接等で裏面に溶融金属を露出させることな
く、アルミニウム合金をレーザ溶接する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金は、従来からアーク溶
接法で溶接されている。しかし、アーク溶接法では、比
較的軟質のアルミニウム合金を被溶接材料とするとき、
溶接歪みが大きく、溶接速度が遅いこと等が問題とな
る。この点、レーザ溶接法は、極めて高いエネルギー密
度でアルミニウム合金を加熱溶接することから、これら
の問題を解消する有望な手段として注目されている。他
方、重ね溶接等においては溶接後の表面状態を良好に維
持するため、被溶接側と反対側の表面に溶融金属が露出
しない条件下で溶接する方法が採用されている。しか
し、アルミニウム合金をレーザ溶接すると、ブローホー
ルによる欠陥を含む溶接部が形成され易く、特に溶融金
属が裏面に露出しない溶接部ではブローホールの発生が
顕著になる。
接法で溶接されている。しかし、アーク溶接法では、比
較的軟質のアルミニウム合金を被溶接材料とするとき、
溶接歪みが大きく、溶接速度が遅いこと等が問題とな
る。この点、レーザ溶接法は、極めて高いエネルギー密
度でアルミニウム合金を加熱溶接することから、これら
の問題を解消する有望な手段として注目されている。他
方、重ね溶接等においては溶接後の表面状態を良好に維
持するため、被溶接側と反対側の表面に溶融金属が露出
しない条件下で溶接する方法が採用されている。しか
し、アルミニウム合金をレーザ溶接すると、ブローホー
ルによる欠陥を含む溶接部が形成され易く、特に溶融金
属が裏面に露出しない溶接部ではブローホールの発生が
顕著になる。
【０００３】ブローホールを解消するため、従来から種
々の調査・研究が行われている。たとえば、レーザ溶接
法研究プロジェクト平成４年度及び５年度研究成果報告
書（平成６年５月発行）第１〜３４頁では、ブローホー
ルの発生に影響する溶接条件を詳細に検討し、（１）Ｈ
ｅガスよりＡｒガスをシールドガスとして使用する方が
ブローホール量が低減されること、（２）シールドガス
量を多くするとブローホール量が増加すること、（３）
合金材量の種類によっては焦点位置によってブローホー
ル量が増減すること、（４）ある程度以上の溶接速度で
はブローホール量が増加すること等を報告している。ま
た、溶接学会全国大会講演概要（平成６年３月１３日
社団法人溶接学会発行）第９４〜９５頁では、ブローホ
ール発生に及ぼすビーム集光特性の影響を調査・研究
し、ビームスポット直径Ｄに対するパワーＰの比Ｐ／Ｄ
が小さいほどブローホールの発生が減少すると報告して
いる。
々の調査・研究が行われている。たとえば、レーザ溶接
法研究プロジェクト平成４年度及び５年度研究成果報告
書（平成６年５月発行）第１〜３４頁では、ブローホー
ルの発生に影響する溶接条件を詳細に検討し、（１）Ｈ
ｅガスよりＡｒガスをシールドガスとして使用する方が
ブローホール量が低減されること、（２）シールドガス
量を多くするとブローホール量が増加すること、（３）
合金材量の種類によっては焦点位置によってブローホー
ル量が増減すること、（４）ある程度以上の溶接速度で
はブローホール量が増加すること等を報告している。ま
た、溶接学会全国大会講演概要（平成６年３月１３日
社団法人溶接学会発行）第９４〜９５頁では、ブローホ
ール発生に及ぼすビーム集光特性の影響を調査・研究
し、ビームスポット直径Ｄに対するパワーＰの比Ｐ／Ｄ
が小さいほどブローホールの発生が減少すると報告して
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た手段を採用した場合にあっても、依然としてブローホ
ールの発生が十分に抑制されない現状である。特に、溶
融金属が裏面に露出しない溶接部では、ブローホールの
発生が避けられない。その結果、レーザ溶接によって形
成された溶接部は、機械的強度の劣るものがあり、溶接
信頼性が十分でない。本発明は、このような問題を解消
すべく案出されたものであり、溶接ビードの幅に対する
溶込み深さの比でブローホール量を制御することによ
り、溶接欠陥であるブローホールを低減し、過剰品質と
なることなく健全な溶接部を形成することを目的とす
る。
た手段を採用した場合にあっても、依然としてブローホ
ールの発生が十分に抑制されない現状である。特に、溶
融金属が裏面に露出しない溶接部では、ブローホールの
発生が避けられない。その結果、レーザ溶接によって形
成された溶接部は、機械的強度の劣るものがあり、溶接
信頼性が十分でない。本発明は、このような問題を解消
すべく案出されたものであり、溶接ビードの幅に対する
溶込み深さの比でブローホール量を制御することによ
り、溶接欠陥であるブローホールを低減し、過剰品質と
なることなく健全な溶接部を形成することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ溶接方法
は、その目的を達成するため、溶融金属が裏面に露出し
ない溶接条件でアルミニウム合金をレーザ溶接する際、
溶込み深さ／ビード幅（以下、アスペクト比という）が
０．９以下となる溶接ビードを形成することを特徴とす
る。大きな溶込み深さが必要な場合には、開先を付けた
アルミニウム合金板を上板として使用することが好まし
い。ここで、ビード幅とは、見掛けのビード幅（後述の
図１１（ａ）中Ｗ）ではなく、溶込み先端角の延長線上
の幅（図１１（ａ）中Ｗ’）を示す。アスペクト比が
０．９以下の溶接部を得るための条件は、種々の要因に
よってビード形状が定まることから一概に定めることは
できないが、レーザ出力を高出力とし、フォーカス位置
をオーバーフォーカスとし、焦点距離を短くすることに
より得られる。
は、その目的を達成するため、溶融金属が裏面に露出し
ない溶接条件でアルミニウム合金をレーザ溶接する際、
溶込み深さ／ビード幅（以下、アスペクト比という）が
０．９以下となる溶接ビードを形成することを特徴とす
る。大きな溶込み深さが必要な場合には、開先を付けた
アルミニウム合金板を上板として使用することが好まし
い。ここで、ビード幅とは、見掛けのビード幅（後述の
図１１（ａ）中Ｗ）ではなく、溶込み先端角の延長線上
の幅（図１１（ａ）中Ｗ’）を示す。アスペクト比が
０．９以下の溶接部を得るための条件は、種々の要因に
よってビード形状が定まることから一概に定めることは
できないが、レーザ出力を高出力とし、フォーカス位置
をオーバーフォーカスとし、焦点距離を短くすることに
より得られる。
【０００６】本発明で使用するレーザには、炭酸ガスレ
ーザやＹＡＧレーザ等がある。高いレーザ出力は、被溶
接材の熱伝導速度より速い投下入熱を与えるため、溶融
部は深さ方向に進行し、幅方向には進行しにくい。その
結果、アスペクト比が大きくなる。レーザビームのモー
ドとしては、マルチモードが好ましい。シングルモード
を使用すると、アルミニウム合金の溶接では溶融金属の
沸騰，蒸発等が生じ、ブローホールが多く、ハンピング
ビードになり易い。アシストガスとしてはＡｒが好まし
い。図１に示すように、３〜４．５ｋＷ出力のＣＯ2 レ
ーザを用いて種々の溶込みが得られるように溶接する
と、Ｈｅガスを使用した方がブローホールが多くなるこ
とが判った。すなわち、Ｈｅガスの場合、大きなブロー
ホールが生じ易く、強度低下の原因となる。このことか
ら、Ａｒガスの使用が好ましい。
ーザやＹＡＧレーザ等がある。高いレーザ出力は、被溶
接材の熱伝導速度より速い投下入熱を与えるため、溶融
部は深さ方向に進行し、幅方向には進行しにくい。その
結果、アスペクト比が大きくなる。レーザビームのモー
ドとしては、マルチモードが好ましい。シングルモード
を使用すると、アルミニウム合金の溶接では溶融金属の
沸騰，蒸発等が生じ、ブローホールが多く、ハンピング
ビードになり易い。アシストガスとしてはＡｒが好まし
い。図１に示すように、３〜４．５ｋＷ出力のＣＯ2 レ
ーザを用いて種々の溶込みが得られるように溶接する
と、Ｈｅガスを使用した方がブローホールが多くなるこ
とが判った。すなわち、Ｈｅガスの場合、大きなブロー
ホールが生じ易く、強度低下の原因となる。このことか
ら、Ａｒガスの使用が好ましい。
【０００７】ガス流量としては、ノズルの開口単位面積
当りの流量０．６〜２．０リットル／分・ｍｍ2 の範囲
が好ましい。流量が０．６リットル／分・ｍｍ2 に満た
ないと、ビード表面の酸化が大きいこと，プラズマが発
生し易いこと，溶込みが不安定になること等の問題が生
じる。逆に２．０リットル／分・ｍｍ2 を超える流量で
は、ビードが凹凸の多いハンピングビードになること，
ブローホールが多いこと等の問題を生じる。ノズル径と
しては、４〜８ｍｍの孔径が好ましい。孔径が４ｍｍに
達しないとシールド効果が低く、８ｍｍを超える孔径で
は前述したガス流量の場合に必要な総ガス量が多大とな
るため、効率的でない。
当りの流量０．６〜２．０リットル／分・ｍｍ2 の範囲
が好ましい。流量が０．６リットル／分・ｍｍ2 に満た
ないと、ビード表面の酸化が大きいこと，プラズマが発
生し易いこと，溶込みが不安定になること等の問題が生
じる。逆に２．０リットル／分・ｍｍ2 を超える流量で
は、ビードが凹凸の多いハンピングビードになること，
ブローホールが多いこと等の問題を生じる。ノズル径と
しては、４〜８ｍｍの孔径が好ましい。孔径が４ｍｍに
達しないとシールド効果が低く、８ｍｍを超える孔径で
は前述したガス流量の場合に必要な総ガス量が多大とな
るため、効率的でない。
【０００８】レーザ溶接では、図２に示すように、レー
ザビームＬの焦点Ｆを被溶接材１の表面に位置させるジ
ャストフォーカス（ａ），被溶接材１の内部に位置させ
るアンダーフォーカス（ｂ），被溶接材１の上方に位置
させるオーバフォーカス（ｃ）がある。これらのうち、
アスペクト比を小さくするためには、後述の通りオーバ
フォーカスが好ましい。なかでも、被溶接材１の表面か
ら焦点位置Ｆまでの高さＨは、焦点距離７５〜２４５ｍ
ｍの光学系の場合、溶接に必要なパワー密度の関係から
０．３〜５ｍｍの範囲にすることが好ましい。高さが
０．３ｍｍに満たないと、後述するようにアスペクト比
を０．９以下にすることが困難であり、ブローホールを
低減することができない。逆に５ｍｍを超える高さで
は、十分な溶込みを得ることが困難になり、また溶接速
度を低くする必要があることから効率的でない。
ザビームＬの焦点Ｆを被溶接材１の表面に位置させるジ
ャストフォーカス（ａ），被溶接材１の内部に位置させ
るアンダーフォーカス（ｂ），被溶接材１の上方に位置
させるオーバフォーカス（ｃ）がある。これらのうち、
アスペクト比を小さくするためには、後述の通りオーバ
フォーカスが好ましい。なかでも、被溶接材１の表面か
ら焦点位置Ｆまでの高さＨは、焦点距離７５〜２４５ｍ
ｍの光学系の場合、溶接に必要なパワー密度の関係から
０．３〜５ｍｍの範囲にすることが好ましい。高さが
０．３ｍｍに満たないと、後述するようにアスペクト比
を０．９以下にすることが困難であり、ブローホールを
低減することができない。逆に５ｍｍを超える高さで
は、十分な溶込みを得ることが困難になり、また溶接速
度を低くする必要があることから効率的でない。
【０００９】焦点距離は、レンズや放物面鏡等の集光光
学系の種類，集光スポット径（レーザパス密度）や集光
進度に影響し、アスペクト比を小さくするためには焦点
距離の短い光学系ほど好ましい。集光レンズＣから焦点
位置Ｆまでの焦点距離ｄが図３（ａ）に示すように長い
と、焦点深度が深いことからアスペクト比が大きくな
る。これに対し、図３（ｂ）に示すように焦点距離ｄを
短くしたものでは、焦点深度が浅いため、焦点位置Ｆを
オーバフォーカスにすることでパワー密度がコントロー
ルし易くなる。これにより、適正なアスペクト比をもつ
ビード形状が得られる。なかでも、焦点距離ｄ＝７５〜
１５０ｍｍの範囲に設定すると、焦点深度が浅く、焦点
位置Ｆのオーバ量（前記高さＨ）を大きくする必要がな
く、被溶接材料１の表面から焦点位置までのオーバ量は
０．３〜３ｍｍが好ましい。
学系の種類，集光スポット径（レーザパス密度）や集光
進度に影響し、アスペクト比を小さくするためには焦点
距離の短い光学系ほど好ましい。集光レンズＣから焦点
位置Ｆまでの焦点距離ｄが図３（ａ）に示すように長い
と、焦点深度が深いことからアスペクト比が大きくな
る。これに対し、図３（ｂ）に示すように焦点距離ｄを
短くしたものでは、焦点深度が浅いため、焦点位置Ｆを
オーバフォーカスにすることでパワー密度がコントロー
ルし易くなる。これにより、適正なアスペクト比をもつ
ビード形状が得られる。なかでも、焦点距離ｄ＝７５〜
１５０ｍｍの範囲に設定すると、焦点深度が浅く、焦点
位置Ｆのオーバ量（前記高さＨ）を大きくする必要がな
く、被溶接材料１の表面から焦点位置までのオーバ量は
０．３〜３ｍｍが好ましい。
【００１０】本発明が対象とする溶接継手は、溶融金属
が裏面に露出しないものである限り、図４に示すように
重ね継手（ａ），突合せ継手（ｂ），重ね突合せ継手
（ｃ），隅肉継手（ｄ），隅肉・突合せ継手（ｅ），重
ね隅肉継手（ｆ）等、種々の継手がある。何れの継手形
状にあっても、アスペクト比を０．９以下にすることに
より、ブローホール量が抑制された健全な溶接部が得ら
れる。また、板厚の大きなアルミニウム材料を溶接する
ときには、十分な溶接強度を得るために溶込み深さを大
きく設定することが必要である。この場合、ビード幅に
比較して溶込み深さが大きいキーホールタイプの溶接ビ
ードが形成され易く、ブローホール量が大きくなる傾向
を示す。そこで、十分な溶込み深さを確保しつつ且つア
スペクト比の低減によりブローホール量を抑制するた
め、上板側に開先をつけることが好ましい。
が裏面に露出しないものである限り、図４に示すように
重ね継手（ａ），突合せ継手（ｂ），重ね突合せ継手
（ｃ），隅肉継手（ｄ），隅肉・突合せ継手（ｅ），重
ね隅肉継手（ｆ）等、種々の継手がある。何れの継手形
状にあっても、アスペクト比を０．９以下にすることに
より、ブローホール量が抑制された健全な溶接部が得ら
れる。また、板厚の大きなアルミニウム材料を溶接する
ときには、十分な溶接強度を得るために溶込み深さを大
きく設定することが必要である。この場合、ビード幅に
比較して溶込み深さが大きいキーホールタイプの溶接ビ
ードが形成され易く、ブローホール量が大きくなる傾向
を示す。そこで、十分な溶込み深さを確保しつつ且つア
スペクト比の低減によりブローホール量を抑制するた
め、上板側に開先をつけることが好ましい。
【００１１】開先としては、図５に示すように上板側に
Ｖ字型の開先を付けたもの（ａ），開先の底部に平坦部
を形成したもの（ｂ），重ね突合せ継手等では双方の被
溶接材に開先を付けたもの（ｃ）等がある。この種の開
先は、機械加工や押出しによって形成することができ
る。開先の角度としては、図５（ａ），（ｃ）の形状の
場合には５０〜９０度の範囲が好ましい。５０度未満の
開先角度では、図５（ｂ）に示すように平坦部を設け、
平坦部において得られるビード幅Ｂ以上の寸法の上板側
開先幅が得られるように好ましくは３０度以上の角度が
つけられる。しかし、９０度を超える開先角度では、供
給する溶加材の量が大きくなりすぎ、溶加材を溶融させ
るための熱量が増加することから、溶込みが減少するの
で好ましくない。開先をつけた被溶接材１に対しては、
図６（ａ）に示す関係でレーザビームが照射される。こ
の場合、溶加材を加えて溶接したものでは、被溶接材の
表面からの深さＤ1 ではなく、図６（ｂ）に示すように
開先底部からの深さＤ2 を溶込み深さとし、開先底部の
ビード幅Ｂに対する深さＤ2 の比でアスペクト比を表
す。
Ｖ字型の開先を付けたもの（ａ），開先の底部に平坦部
を形成したもの（ｂ），重ね突合せ継手等では双方の被
溶接材に開先を付けたもの（ｃ）等がある。この種の開
先は、機械加工や押出しによって形成することができ
る。開先の角度としては、図５（ａ），（ｃ）の形状の
場合には５０〜９０度の範囲が好ましい。５０度未満の
開先角度では、図５（ｂ）に示すように平坦部を設け、
平坦部において得られるビード幅Ｂ以上の寸法の上板側
開先幅が得られるように好ましくは３０度以上の角度が
つけられる。しかし、９０度を超える開先角度では、供
給する溶加材の量が大きくなりすぎ、溶加材を溶融させ
るための熱量が増加することから、溶込みが減少するの
で好ましくない。開先をつけた被溶接材１に対しては、
図６（ａ）に示す関係でレーザビームが照射される。こ
の場合、溶加材を加えて溶接したものでは、被溶接材の
表面からの深さＤ1 ではなく、図６（ｂ）に示すように
開先底部からの深さＤ2 を溶込み深さとし、開先底部の
ビード幅Ｂに対する深さＤ2 の比でアスペクト比を表
す。
【００１２】
【作用】裏面に溶融金属が露出しない溶接部をレーザ溶
接で形成するとき、ガス巻込み等に起因したブローホー
ルの発生は、アスペクト比に影響される。アスペクト比
が大きな溶接ビード、すなわち図７（ａ）に示すように
ビード幅に比較して溶込み深さの大きな溶接ビードで
は、ビードの深部にある気泡Ｇが浮上するまでに時間が
かかる。その間に、溶融金属Ｍが降温して粘性が高くな
るため、気泡Ｇが溶融金属Ｍの内部に閉じ込められ、ブ
ローホールとなる。これに対し、図７（ｂ）に示すよう
なアスペクト比の小さな溶接ビードでは、溶融金属Ｍの
粘性が上昇する前に気泡Ｇが浮上分離され、ブローホー
ルの少ない健全な溶接部が得られる。本発明者等は、こ
のアスペクト比がブローホール量に及ぼす影響を調査・
研究した結果、アスペクト比を０．９以下，好ましくは
０．７５以下にするとき、たとえ溶込み深さの大きな溶
接ビードであっても気泡Ｇの浮上分離が促進され、ブロ
ーホールが抑制された溶接部が得られることを解明し
た。アスペクト比は、溶接条件や開先形状等によって影
響されるが、０．９以下に設定する限り大きな溶込み深
さの溶接部であってもブローホールが抑制される。した
がって、得られた溶接部は、機械的特性に優れたものと
なり、溶接信頼性が向上する。
接で形成するとき、ガス巻込み等に起因したブローホー
ルの発生は、アスペクト比に影響される。アスペクト比
が大きな溶接ビード、すなわち図７（ａ）に示すように
ビード幅に比較して溶込み深さの大きな溶接ビードで
は、ビードの深部にある気泡Ｇが浮上するまでに時間が
かかる。その間に、溶融金属Ｍが降温して粘性が高くな
るため、気泡Ｇが溶融金属Ｍの内部に閉じ込められ、ブ
ローホールとなる。これに対し、図７（ｂ）に示すよう
なアスペクト比の小さな溶接ビードでは、溶融金属Ｍの
粘性が上昇する前に気泡Ｇが浮上分離され、ブローホー
ルの少ない健全な溶接部が得られる。本発明者等は、こ
のアスペクト比がブローホール量に及ぼす影響を調査・
研究した結果、アスペクト比を０．９以下，好ましくは
０．７５以下にするとき、たとえ溶込み深さの大きな溶
接ビードであっても気泡Ｇの浮上分離が促進され、ブロ
ーホールが抑制された溶接部が得られることを解明し
た。アスペクト比は、溶接条件や開先形状等によって影
響されるが、０．９以下に設定する限り大きな溶込み深
さの溶接部であってもブローホールが抑制される。した
がって、得られた溶接部は、機械的特性に優れたものと
なり、溶接信頼性が向上する。
【００１３】
【実施例】最大出力５ｋＷの炭酸ガスレーザ装置を使用
し、ノズル径５ｍｍのノズルを用い板厚１〜４ｍｍのＡ
ｌ−Ｍｇ系合金Ａ５０８３を溶接し、ブローホール発生
に及ぼすアスペクト比を調査した。溶接継手としては、
図４（ａ）に示す重ね継手を採用した。レーザ溶接によ
って形成された溶接部のブローホールを観察し、その量
を溶込み深さで整理した。その結果、図８に示すように
溶込み深さが２．５〜３．５ｍｍの領域及び３．５〜
４．５ｍｍの領域の何れにおいても、ブローホール量
のバラツキが大きかった。図８の試料Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅに
ついて、ブローホール量をＸ線撮影結果及びＪＩＳ等級
と共に図９に示す。なお、図９では、ブローホール量
（体積）を溶接部の１ｃｍ長さ当りのビード体積で除し
た値をブローホールの比率（％）として併せ示してい
る。図９から、ブローホール量４ｍｍ3 ／ｃｍ以上，す
なわちブローホール比率が２．７％以上の場合にＪＩＳ
２級となり、機械的性質が劣化する。表１は、Ａ〜Ｅの
各試料について各ブローホール比率の代表的な溶接条件
を示す。
し、ノズル径５ｍｍのノズルを用い板厚１〜４ｍｍのＡ
ｌ−Ｍｇ系合金Ａ５０８３を溶接し、ブローホール発生
に及ぼすアスペクト比を調査した。溶接継手としては、
図４（ａ）に示す重ね継手を採用した。レーザ溶接によ
って形成された溶接部のブローホールを観察し、その量
を溶込み深さで整理した。その結果、図８に示すように
溶込み深さが２．５〜３．５ｍｍの領域及び３．５〜
４．５ｍｍの領域の何れにおいても、ブローホール量
のバラツキが大きかった。図８の試料Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅに
ついて、ブローホール量をＸ線撮影結果及びＪＩＳ等級
と共に図９に示す。なお、図９では、ブローホール量
（体積）を溶接部の１ｃｍ長さ当りのビード体積で除し
た値をブローホールの比率（％）として併せ示してい
る。図９から、ブローホール量４ｍｍ3 ／ｃｍ以上，す
なわちブローホール比率が２．７％以上の場合にＪＩＳ
２級となり、機械的性質が劣化する。表１は、Ａ〜Ｅの
各試料について各ブローホール比率の代表的な溶接条件
を示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】そこで、同じ溶込み深さについて、溶接条
件とブローホール比率との関係を調査したところ、図１
０に示すようにブローホール比率がアスペクト比に支配
されていることを見い出した。すなわち、図１０から明
らかなように、焦点位置Ｆがオーバフォーカス側でアス
ペクト比が０．９以下、好ましくは０．７５以下となる
条件で溶接を行ったものでは、ブローホール比率が１％
以下となり、ＪＩＳ１級以上に相当するブローホール量
２ｍｍ3 ／ｃｍ以下の溶接部が形成されることが判っ
た。このアスペクト比とブローホール比率との関係は、
溶込み深さが３．５〜４．５ｍｍと大きくなった場合で
も同様であった。なお、図１０にあっては計測の都合
上、ビード幅を見掛け寸法Ｗで表示した。したがって図
１０では、アスペクト比が０．９以下において、ブロー
ホール率１％以上のものがみられる。これは、焦点位置
Ｆがジャストフォーカスのときのビードの断面形状に起
因するものである。すなわち、ジャストフォーカスで形
成されたビードが図１１（ａ）に示す断面形状をもつの
に対し、オーバフォーカスで形成されたビードは図１１
（ｂ）に示す断面形状を持つ。図１１（ａ）のアスペク
ト比を溶込み先端角の延長線上のビード幅Ｗ’で求める
と、アスペクト比が１．０〜１．３の範囲に入る。した
がって、アスペクト比が０．９以下においてはＪＩＳ
１級以上の溶接部が得られる。
件とブローホール比率との関係を調査したところ、図１
０に示すようにブローホール比率がアスペクト比に支配
されていることを見い出した。すなわち、図１０から明
らかなように、焦点位置Ｆがオーバフォーカス側でアス
ペクト比が０．９以下、好ましくは０．７５以下となる
条件で溶接を行ったものでは、ブローホール比率が１％
以下となり、ＪＩＳ１級以上に相当するブローホール量
２ｍｍ3 ／ｃｍ以下の溶接部が形成されることが判っ
た。このアスペクト比とブローホール比率との関係は、
溶込み深さが３．５〜４．５ｍｍと大きくなった場合で
も同様であった。なお、図１０にあっては計測の都合
上、ビード幅を見掛け寸法Ｗで表示した。したがって図
１０では、アスペクト比が０．９以下において、ブロー
ホール率１％以上のものがみられる。これは、焦点位置
Ｆがジャストフォーカスのときのビードの断面形状に起
因するものである。すなわち、ジャストフォーカスで形
成されたビードが図１１（ａ）に示す断面形状をもつの
に対し、オーバフォーカスで形成されたビードは図１１
（ｂ）に示す断面形状を持つ。図１１（ａ）のアスペク
ト比を溶込み先端角の延長線上のビード幅Ｗ’で求める
と、アスペクト比が１．０〜１．３の範囲に入る。した
がって、アスペクト比が０．９以下においてはＪＩＳ
１級以上の溶接部が得られる。
【００１６】次いで、開先がアスペクト比及びブローホ
ール比率に及ぼす影響を調査した。開先としては、図１
２に示すように、板厚ｔ＝８ｍｍの被溶接材１の表面に
底面ａの直径が２ｍｍ，ＪＩＳ ６Ｎ０１の被溶接材１
の表面から底面ａまでの深さｈが２ｍｍ，開き角度が３
０度の逆円錐台状の開先を形成した。開先底面ａを基準
として焦点位置をオーバフォーカス側に設定し、直径
１．２ｍｍの溶加材Ａ４０４３ＷＹを送給速度６〜１０
ｍ／分で供給しながら溶接した。この場合も、溶込みが
深くなるに従って、溶込み形状は図１３で（ａ）→
（ｂ）→（ｃ）と移行した。そして、アスペクト比とブ
ローホール比率との関係は、開先無し溶加材無しの図１
０よりも、図１４に示すようにブローホール比率が高く
なっていた。これも、溶込み形状が図１３（ｃ）の傾向
になり易いためであり、アスペクト比をＤ／Ｗ’で算出
すると、図１５に示すように０．９〜１．４の範囲にあ
った。以上の結果から、アスペクト比を０．９以下にす
ることにより、ブローホール比率を１級にできることが
確認された。
ール比率に及ぼす影響を調査した。開先としては、図１
２に示すように、板厚ｔ＝８ｍｍの被溶接材１の表面に
底面ａの直径が２ｍｍ，ＪＩＳ ６Ｎ０１の被溶接材１
の表面から底面ａまでの深さｈが２ｍｍ，開き角度が３
０度の逆円錐台状の開先を形成した。開先底面ａを基準
として焦点位置をオーバフォーカス側に設定し、直径
１．２ｍｍの溶加材Ａ４０４３ＷＹを送給速度６〜１０
ｍ／分で供給しながら溶接した。この場合も、溶込みが
深くなるに従って、溶込み形状は図１３で（ａ）→
（ｂ）→（ｃ）と移行した。そして、アスペクト比とブ
ローホール比率との関係は、開先無し溶加材無しの図１
０よりも、図１４に示すようにブローホール比率が高く
なっていた。これも、溶込み形状が図１３（ｃ）の傾向
になり易いためであり、アスペクト比をＤ／Ｗ’で算出
すると、図１５に示すように０．９〜１．４の範囲にあ
った。以上の結果から、アスペクト比を０．９以下にす
ることにより、ブローホール比率を１級にできることが
確認された。
【００１７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明にあって
は、ビード幅に対する溶込み深さの比、すなわちアスペ
クト比が０．９以下となる形状の溶接ビードを形成する
ことにより、気泡の巻込みに起因したブローホール欠陥
のない健全な溶接部を得ている。この溶接部は、ブロー
ホール量が低減されていることから、十分な機械的強度
をもち、溶接信頼性を向上させる。また、板厚の大きな
アルミニウム合金材を溶接するとき等にあっても、たと
えば開先形状の設計によってアスペクト比を０．９以下
にさげることにより、ブローホール欠陥を解消すること
が可能となる。
は、ビード幅に対する溶込み深さの比、すなわちアスペ
クト比が０．９以下となる形状の溶接ビードを形成する
ことにより、気泡の巻込みに起因したブローホール欠陥
のない健全な溶接部を得ている。この溶接部は、ブロー
ホール量が低減されていることから、十分な機械的強度
をもち、溶接信頼性を向上させる。また、板厚の大きな
アルミニウム合金材を溶接するとき等にあっても、たと
えば開先形状の設計によってアスペクト比を０．９以下
にさげることにより、ブローホール欠陥を解消すること
が可能となる。
【図１】 溶込み深さ及びブローホールの発生に及ぼす
影響がＡｒガス及びＨｅガスで異なることを示したグラ
フ
影響がＡｒガス及びＨｅガスで異なることを示したグラ
フ
【図２】 ジャストフォーカス（ａ），アンダーフォー
カス（ｂ）及びオーバフォーカス（ｃ）で、被溶接材に
照射しているレーザビームを示す図
カス（ｂ）及びオーバフォーカス（ｃ）で、被溶接材に
照射しているレーザビームを示す図
【図３】 レーザビームの焦点距離による影響を説明す
るための図
るための図
【図４】 本発明が対象とする重ね継手（ａ），突合せ
継手（ｂ），重ね突合せ継手（ｃ），隅肉継手（ｄ），
隅肉・突合せ継手（ｅ）及び重ね隅肉継手（ｆ）
継手（ｂ），重ね突合せ継手（ｃ），隅肉継手（ｄ），
隅肉・突合せ継手（ｅ）及び重ね隅肉継手（ｆ）
【図５】 上板に付けた開先を示し、Ｖ字型開先
（ａ），平坦部を設けた開先（ｂ）及び被溶接材の双方
に付けた開先（ｃ）
（ａ），平坦部を設けた開先（ｂ）及び被溶接材の双方
に付けた開先（ｃ）
【図６】 開先を付けた場合のアスペクト比を説明する
ための図
ための図
【図７】 アスペクト比がブローホール量に及ぼす影響
を説明するための図であり、キーホールタイプの溶接ビ
ード（ａ）及び熱伝導タイプの溶接ビード（ｂ）
を説明するための図であり、キーホールタイプの溶接ビ
ード（ａ）及び熱伝導タイプの溶接ビード（ｂ）
【図８】 溶込み深さがブローホール量に及ぼす影響を
示したグラフ
示したグラフ
【図９】 各ブローホール比率におけるブローホール
量，溶接部のブローホール分布及びＪＩＳ等級を表した
図表
量，溶接部のブローホール分布及びＪＩＳ等級を表した
図表
【図１０】 溶込み深さ２．５〜３．５ｍｍ及び３．５
〜４．５ｍｍにおけるアスペクト比とブローホール比率
との関係を示したグラフ
〜４．５ｍｍにおけるアスペクト比とブローホール比率
との関係を示したグラフ
【図１１】 焦点位置がビードの断面形状に及ぼす影響
を示し、ジャストフォーカスでのビード断面形状（ａ）
及びオーバフォーカスでのビード断面形状（ｂ）
を示し、ジャストフォーカスでのビード断面形状（ａ）
及びオーバフォーカスでのビード断面形状（ｂ）
【図１２】 開先を付けた被溶接材の断面形状
【図１３】 溶込み深さが大きくなるに従ったビードの
断面形状の変化
断面形状の変化
【図１４】 開先を付けた場合のアスペクト比とブロー
ホール比率との関係を表したグラフ
ホール比率との関係を表したグラフ
【図１５】 溶込み先端角の延長線上で求めたアスペク
ト比とブローホール比率との関係を表したグラフ
ト比とブローホール比率との関係を表したグラフ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 103:10 (72)発明者 及川 初彦 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 會社技術開発本部内 (72)発明者 斉藤 亨 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 會社技術開発本部内
Claims (5)
- 【請求項１】 溶融金属が裏面に露出しない溶接条件で
アルミニウム合金をレーザ溶接する際、ビード幅に対す
る溶込み深さの比が０．９以下となる溶接ビードを形成
することを特徴とするアルミニウム合金のレーザ溶接方
法。 - 【請求項２】 溶込み深さを大きくする開先を付けたア
ルミニウム合金板を上板として使用する請求項１記載の
レーザ溶接方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の開先として、５０〜９０
度の範囲で開先角度をつけたものを使用するレーザ溶接
方法。 - 【請求項４】 開先底部の平坦部で得られるビード幅以
上の寸法をもつ上板側開先幅を設けたＵ型開先を使用す
る請求項２記載のレーザ溶接方法。 - 【請求項５】 孔径４〜８ｍｍのノズルからＡｒガスを
０．６〜２．０リットル／分・ｍｍ2 の範囲で供給しな
がら、７５〜１５０ｍｍの焦点距離をもつレンズ又は放
物面鏡等の光学装置で集光されたマルチモードのレーザ
光を前記ノズルから照射すると共に、レーザ光の焦点位
置をアルミニウム合金の表面からオーバ側に０．３〜３
ｍｍに位置に設定してアルミニウム合金を溶融させるこ
とを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7188050A JPH0919778A (ja) | 1995-07-02 | 1995-07-02 | 溶融金属が裏面に露出しないアルミニウム合金のレーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7188050A JPH0919778A (ja) | 1995-07-02 | 1995-07-02 | 溶融金属が裏面に露出しないアルミニウム合金のレーザ溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0919778A true JPH0919778A (ja) | 1997-01-21 |
Family
ID=16216815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7188050A Withdrawn JPH0919778A (ja) | 1995-07-02 | 1995-07-02 | 溶融金属が裏面に露出しないアルミニウム合金のレーザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0919778A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005219115A (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Honda Motor Co Ltd | 金属薄板の突合せ溶接方法 |
| GB2412340A (en) * | 2003-05-30 | 2005-09-28 | Schlumberger Holdings | Welding in a welded splice assembly |
| US7340819B2 (en) | 2001-10-03 | 2008-03-11 | Schlumberger Technology Corporation | Field weldable connections |
| JP2008155226A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-10 | Nippon Steel Corp | 鋼板の重ねレーザ溶接継手及び重ねレーザ溶接方法 |
| JP2008238176A (ja) * | 2007-03-24 | 2008-10-09 | Aomori Prefecture | 歪みの無いレーザ接合材 |
| JP2009039749A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ加工装置およびレーザ加工方法 |
| JP2010227950A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Ihi Corp | レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法 |
| JP2013513486A (ja) * | 2009-12-11 | 2013-04-22 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | ２つの金属構成部材の溶接方法、および２つの金属構成部材を有する接合構成体 |
| JP2015000414A (ja) * | 2013-06-14 | 2015-01-05 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | レーザ溶接方法、溶接部材、および、燃料噴射弁 |
| US10457578B1 (en) | 2018-06-22 | 2019-10-29 | Gary McInnis | Automated sulfur burner for agricultural irrigation |
-
1995
- 1995-07-02 JP JP7188050A patent/JPH0919778A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7340819B2 (en) | 2001-10-03 | 2008-03-11 | Schlumberger Technology Corporation | Field weldable connections |
| GB2412340A (en) * | 2003-05-30 | 2005-09-28 | Schlumberger Holdings | Welding in a welded splice assembly |
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| US8890022B2 (en) | 2009-12-11 | 2014-11-18 | Daimler Ag | Method for welding two metal parts and connecting arrangement with two metal components |
| JP2015000414A (ja) * | 2013-06-14 | 2015-01-05 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | レーザ溶接方法、溶接部材、および、燃料噴射弁 |
| US10457578B1 (en) | 2018-06-22 | 2019-10-29 | Gary McInnis | Automated sulfur burner for agricultural irrigation |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020903 |