JPH09248691A - レーザ溶接方法 - Google Patents
レーザ溶接方法Info
- Publication number
- JPH09248691A JPH09248691A JP8085933A JP8593396A JPH09248691A JP H09248691 A JPH09248691 A JP H09248691A JP 8085933 A JP8085933 A JP 8085933A JP 8593396 A JP8593396 A JP 8593396A JP H09248691 A JPH09248691 A JP H09248691A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- welding
- hydrogen
- welded
- laser beam
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好な溶込みの溶接部を高い溶接速度で形成
する。 【構成】 不活性ガスに３〜３０原子％の水素を添加し
たアシストガスにを溶接ゾーンに供給し、溶接時の加熱
で被溶接材から発生した蒸気を除去しながらレーザ溶接
する。不活性ガスとしては、アルゴン，ヘリウム又は窒
素が使用される。水素添加量は、３〜３０原子％の範囲
で調整することが好ましい。 【効果】 水素添加によりプラズマが小さく且つ高温に
なり、被溶接材の溶込みが促進される。
する。 【構成】 不活性ガスに３〜３０原子％の水素を添加し
たアシストガスにを溶接ゾーンに供給し、溶接時の加熱
で被溶接材から発生した蒸気を除去しながらレーザ溶接
する。不活性ガスとしては、アルゴン，ヘリウム又は窒
素が使用される。水素添加量は、３〜３０原子％の範囲
で調整することが好ましい。 【効果】 水素添加によりプラズマが小さく且つ高温に
なり、被溶接材の溶込みが促進される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶込み深さ及び溶接速
度を改善したレーザ溶接方法に関する。
度を改善したレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属材料をアーク溶接する場合、溶接の
安定性，溶接部の酸化防止，品質改善等のために不活性
ガスを主体としたシールドガスによって溶接点の雰囲気
を調整している。他方、レーザビームを使用したレーザ
溶接では、アーク溶接に比較して被溶接材がより高温に
加熱され、鉄系金属では沸点以上に加熱されることもあ
る。そのため、被溶接材が蒸発し、発生した蒸気がプラ
ズマ化してレーザビームを吸収し、溶込みを阻害する要
因となる。発生蒸気による弊害を解消するため、シール
ドガスの外に、レーザビームを照射するノズル又は別途
設けたノズルから不活性ガスをアシストガスとして噴射
し、発生した蒸気を溶接点から除去している。蒸気の除
去は、大容量化，高速化が進められている近年のレーザ
溶接では、特に重要な手段となる。
安定性，溶接部の酸化防止，品質改善等のために不活性
ガスを主体としたシールドガスによって溶接点の雰囲気
を調整している。他方、レーザビームを使用したレーザ
溶接では、アーク溶接に比較して被溶接材がより高温に
加熱され、鉄系金属では沸点以上に加熱されることもあ
る。そのため、被溶接材が蒸発し、発生した蒸気がプラ
ズマ化してレーザビームを吸収し、溶込みを阻害する要
因となる。発生蒸気による弊害を解消するため、シール
ドガスの外に、レーザビームを照射するノズル又は別途
設けたノズルから不活性ガスをアシストガスとして噴射
し、発生した蒸気を溶接点から除去している。蒸気の除
去は、大容量化，高速化が進められている近年のレーザ
溶接では、特に重要な手段となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】出力を上げ、高速でレ
ーザ溶接すると、単位時間当りの金属蒸発量が増加し、
プラズマが発生し易くなる。その結果、被溶接材に加え
られる実効出力が低下し、溶込み不足の発生，溶接速度
の制限等の問題が顕在化し、低出力のレーザ溶接に比較
してアシストガスの役割が一層重要になる。アシストガ
スとしては、ヘリウム，アルゴン，窒素等が使用されて
おり、ガスの種類によって異なった特性を呈する。ヘリ
ウムは、電離電圧が高いことから出力を上げた場合でも
プラズマ化しにくいものの、高価なガスを消費するため
使用に制約を受ける。アルゴンは、ヘリウムに比較して
安価であることから溶接シールドガス，レーザ溶接のア
シストガス等として汎用されているが、電離電圧が低の
でレーザ焦光点のエネルギー密度が高くなるとプラズマ
化し、レーザ溶接に悪影響を及ぼす。窒素は、プラズマ
化しにくく且つ安価であるものの、窒素吸収が問題とな
る材料では使用できない。
ーザ溶接すると、単位時間当りの金属蒸発量が増加し、
プラズマが発生し易くなる。その結果、被溶接材に加え
られる実効出力が低下し、溶込み不足の発生，溶接速度
の制限等の問題が顕在化し、低出力のレーザ溶接に比較
してアシストガスの役割が一層重要になる。アシストガ
スとしては、ヘリウム，アルゴン，窒素等が使用されて
おり、ガスの種類によって異なった特性を呈する。ヘリ
ウムは、電離電圧が高いことから出力を上げた場合でも
プラズマ化しにくいものの、高価なガスを消費するため
使用に制約を受ける。アルゴンは、ヘリウムに比較して
安価であることから溶接シールドガス，レーザ溶接のア
シストガス等として汎用されているが、電離電圧が低の
でレーザ焦光点のエネルギー密度が高くなるとプラズマ
化し、レーザ溶接に悪影響を及ぼす。窒素は、プラズマ
化しにくく且つ安価であるものの、窒素吸収が問題とな
る材料では使用できない。
【０００４】実際の溶接施工では、これらガスの特性を
考慮して、ガスの種類を含めた適正なアシストガスの使
用条件を定めている。しかし、何れのガスを使用する場
合でも、溶込み，溶接速度等の改善は、レーザ溶接の生
産性を向上させる上で重要な課題である。本発明は、こ
のような要求に応えるべく案出されたものであり、不活
性ガスに水素を添加することにより、プラズマの影響を
低減し、溶込みが良好な溶接部を高い溶接速度で得るこ
とを目的とする。
考慮して、ガスの種類を含めた適正なアシストガスの使
用条件を定めている。しかし、何れのガスを使用する場
合でも、溶込み，溶接速度等の改善は、レーザ溶接の生
産性を向上させる上で重要な課題である。本発明は、こ
のような要求に応えるべく案出されたものであり、不活
性ガスに水素を添加することにより、プラズマの影響を
低減し、溶込みが良好な溶接部を高い溶接速度で得るこ
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、不活性ガスに３〜３０原
子％の水素を添加したアシストガスを溶接ゾーンに供給
し、溶接時の加熱で被溶接材から発生した蒸気を除去し
ながらレーザ溶接することを特徴とする。不活性ガスと
しては、アルゴン，ヘリウム又は窒素が使用される。不
活性ガスに対する水素の添加量は、３〜３０原子％の範
囲で調整することが好ましい。水素添加量が３原子％に
達しないと、プラズマの抑制及び昇温に及ぼす水素添加
の影響が小さくなる。逆に、３０原子％を超える水素添
加では、添加効果が飽和するばかりでなく、ガスの取扱
いや作業環境が危険になる。
は、その目的を達成するため、不活性ガスに３〜３０原
子％の水素を添加したアシストガスを溶接ゾーンに供給
し、溶接時の加熱で被溶接材から発生した蒸気を除去し
ながらレーザ溶接することを特徴とする。不活性ガスと
しては、アルゴン，ヘリウム又は窒素が使用される。不
活性ガスに対する水素の添加量は、３〜３０原子％の範
囲で調整することが好ましい。水素添加量が３原子％に
達しないと、プラズマの抑制及び昇温に及ぼす水素添加
の影響が小さくなる。逆に、３０原子％を超える水素添
加では、添加効果が飽和するばかりでなく、ガスの取扱
いや作業環境が危険になる。
【０００６】
【作用】水素を添加した不活性ガスをレーザ溶接のアシ
ストガスとして使用すると、プラズマが抑制される。こ
れは、添加された水素が解離し、水素の解離エネルギー
でプラズマが冷却されることに原因があるものと推察さ
れる。プラズマは、冷却されると収縮する性質があり、
収縮によって温度も上昇する。すなわち、プラズマが小
さくなり、それによりレーザビームのエネルギーを吸収
し溶接を阻害することが抑制され、結果として被溶接材
に到達するエネルギーが大きくなる。しかも、温度が上
昇したプラズマによって被溶接材が加熱されるため、レ
ーザビームとプラズマとの相互作用により溶込み深さも
深くなる。このようにして、本発明によるとき、良好な
溶込み深さをもつ溶接部が高速度で得られる。
ストガスとして使用すると、プラズマが抑制される。こ
れは、添加された水素が解離し、水素の解離エネルギー
でプラズマが冷却されることに原因があるものと推察さ
れる。プラズマは、冷却されると収縮する性質があり、
収縮によって温度も上昇する。すなわち、プラズマが小
さくなり、それによりレーザビームのエネルギーを吸収
し溶接を阻害することが抑制され、結果として被溶接材
に到達するエネルギーが大きくなる。しかも、温度が上
昇したプラズマによって被溶接材が加熱されるため、レ
ーザビームとプラズマとの相互作用により溶込み深さも
深くなる。このようにして、本発明によるとき、良好な
溶込み深さをもつ溶接部が高速度で得られる。
【０００７】
実施例１：板厚３ｍｍのステンレス鋼板を、出力５ｋＷ
のレーザビームで突合せ溶接した。レーザビーム１は、
図１に示すように照射口２から被溶接材３に向けて出射
された。このとき、照射口２からレーザビーム１と同軸
にセンターガスを噴射させ、集光ミラー（図示せず）を
保護した。また、アシストガスとして、サイドガスノズ
ル５からサイドガス６を溶接点に向けて噴射させた。セ
ンターガス４にはＡｒガスを、サイドガス６には水素濃
度を変えたＡｒガスを使用した。被溶接材３は、センタ
ーガス流量２０リットル／分，サイドガス流量１５リッ
トル／分，レーザ出力５ｋＷの条件下でレーザ溶接され
た。形成された溶接部を観察し、裏面まで溶融部が貫通
した最大溶接速度を調査した。図２の調査結果にみられ
るように、水素を１５％以上添加したサイドガス６を使
用した場合には、水素無添加のサイドガスを使用した場
合に比較して最大溶接速度が約５０％大きくなってい
た。
のレーザビームで突合せ溶接した。レーザビーム１は、
図１に示すように照射口２から被溶接材３に向けて出射
された。このとき、照射口２からレーザビーム１と同軸
にセンターガスを噴射させ、集光ミラー（図示せず）を
保護した。また、アシストガスとして、サイドガスノズ
ル５からサイドガス６を溶接点に向けて噴射させた。セ
ンターガス４にはＡｒガスを、サイドガス６には水素濃
度を変えたＡｒガスを使用した。被溶接材３は、センタ
ーガス流量２０リットル／分，サイドガス流量１５リッ
トル／分，レーザ出力５ｋＷの条件下でレーザ溶接され
た。形成された溶接部を観察し、裏面まで溶融部が貫通
した最大溶接速度を調査した。図２の調査結果にみられ
るように、水素を１５％以上添加したサイドガス６を使
用した場合には、水素無添加のサイドガスを使用した場
合に比較して最大溶接速度が約５０％大きくなってい
た。
【０００８】実施例２：板厚６ｍｍのステンレス鋼板を
出力８ｋＷのレーザビームで突合せ溶接した。この例で
は、センターガスとしてヘリウムを流量２０リットル／
分で、サイドガスとして種々の濃度で水素を添加したヘ
リウムガスを流量２５リットル／分で溶接点に供給し
た。実施例１と同様に裏面まで溶融部が貫通した最大溶
接速度を調査したところ、図３にみられるように水素添
加によって最大溶接速度が大幅に向上した。
出力８ｋＷのレーザビームで突合せ溶接した。この例で
は、センターガスとしてヘリウムを流量２０リットル／
分で、サイドガスとして種々の濃度で水素を添加したヘ
リウムガスを流量２５リットル／分で溶接点に供給し
た。実施例１と同様に裏面まで溶融部が貫通した最大溶
接速度を調査したところ、図３にみられるように水素添
加によって最大溶接速度が大幅に向上した。
【０００９】実施例３：板厚３．２ｍｍの熱延鋼板を２
枚重ねとし、出力５ｋＷのレーザビームで重ね溶接し
た。この例では、センターガスとしてアルゴンを流量２
０リットル／分で、サイドガスとして種々の濃度で水素
を添加した窒素を流量１５リットル／分で溶接点に供給
した。溶接部を観察し、溶込みが２枚目の熱延鋼板に達
し、安定した接合強度が得られる最大速度を調査した。
この最大速度をサイドガスの水素濃度との関係で整理し
たところ、図４の結果が得られた。この場合にも、水素
添加によって、最大溶接速度が上昇することが確認され
た。
枚重ねとし、出力５ｋＷのレーザビームで重ね溶接し
た。この例では、センターガスとしてアルゴンを流量２
０リットル／分で、サイドガスとして種々の濃度で水素
を添加した窒素を流量１５リットル／分で溶接点に供給
した。溶接部を観察し、溶込みが２枚目の熱延鋼板に達
し、安定した接合強度が得られる最大速度を調査した。
この最大速度をサイドガスの水素濃度との関係で整理し
たところ、図４の結果が得られた。この場合にも、水素
添加によって、最大溶接速度が上昇することが確認され
た。
【００１０】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、水素ガスを添加した不活性ガスをサイドガスとして
使用することにより、溶込みを促進させ、大きな溶接速
度でのレーザ溶接を可能にしている。このようにして、
本発明によるとき、良質の溶接部をもつ製品を高生産性
で製造することができる。
は、水素ガスを添加した不活性ガスをサイドガスとして
使用することにより、溶込みを促進させ、大きな溶接速
度でのレーザ溶接を可能にしている。このようにして、
本発明によるとき、良質の溶接部をもつ製品を高生産性
で製造することができる。
【図１】 レーザ溶接をしている状態を示す模式図
【図２】 アルゴンガスに添加した水素の濃度が最大溶
接速度に及ぼす影響
接速度に及ぼす影響
【図３】 ヘリウムガスに添加した水素の濃度が最大溶
接速度に及ぼす影響
接速度に及ぼす影響
【図４】 窒素ガスに添加した水素の濃度が最大溶接速
度に及ぼす影響
度に及ぼす影響
１：レーザビーム ２：照射口 ３：被溶接材料
４：センターガス ５：サイドガスノズル ６：サイドガス
４：センターガス ５：サイドガスノズル ６：サイドガス
Claims (2)
- 【請求項１】 不活性ガスに３〜３０原子％の水素を添
加したアシストガスを溶接ゾーンに供給し、溶接時の加
熱で被溶接材から発生した蒸気を除去しながらレーザ溶
接することを特徴とするレーザ溶接方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の不活性ガスとしてアルゴ
ン，ヘリウム又は窒素を使用するレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8085933A JPH09248691A (ja) | 1995-09-26 | 1996-03-14 | レーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27064895 | 1995-09-26 | ||
| JP7-270648 | 1996-01-11 | ||
| JP1926996 | 1996-01-11 | ||
| JP8085933A JPH09248691A (ja) | 1995-09-26 | 1996-03-14 | レーザ溶接方法 |
| JP8-19269 | 1996-06-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09248691A true JPH09248691A (ja) | 1997-09-22 |
Family
ID=27282564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8085933A Pending JPH09248691A (ja) | 1995-09-26 | 1996-03-14 | レーザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09248691A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190113836A (ko) * | 2017-01-31 | 2019-10-08 | 누부루 인크. | 청색 레이저를 사용한 구리 용접 방법 및 시스템 |
-
1996
- 1996-03-14 JP JP8085933A patent/JPH09248691A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190113836A (ko) * | 2017-01-31 | 2019-10-08 | 누부루 인크. | 청색 레이저를 사용한 구리 용접 방법 및 시스템 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040330 |