JPH10323791A - 熱間圧延鋼片の突合せ溶接方法およびレーザ溶接ノズル - Google Patents
熱間圧延鋼片の突合せ溶接方法およびレーザ溶接ノズルInfo
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- JPH10323791A JPH10323791A JP10081342A JP8134298A JPH10323791A JP H10323791 A JPH10323791 A JP H10323791A JP 10081342 A JP10081342 A JP 10081342A JP 8134298 A JP8134298 A JP 8134298A JP H10323791 A JPH10323791 A JP H10323791A
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/211—Bonding by welding with interposition of special material to facilitate connection of the parts
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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
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- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶接ビード部分の溶込み深さを均一にし、ス
パイキングや溶込み過ぎの無い溶融底部がフラットなビ
ード形状を得る。 【解決手段】 レーザビーム光軸ｌL に関し対称にセン
ターガスＧC を溶接部に吹き付けるとともに、側方より
サイドガスＧS を溶接部に吹き付けながらレーザビーム
ＬＢにより熱間圧延鋼片Ｂを突合せ溶接する方法におい
て、レーザ誘起プラズマＰの中心をレーザビームＬＢの
中心から溶接方向に、レーザ出力およびビーム径、なら
びにセンターガスの種類および流量から決まる基準プラ
ズマＰ0 の直径ＤP0の０．２〜０．５倍の距離だけずら
して溶接する。
パイキングや溶込み過ぎの無い溶融底部がフラットなビ
ード形状を得る。 【解決手段】 レーザビーム光軸ｌL に関し対称にセン
ターガスＧC を溶接部に吹き付けるとともに、側方より
サイドガスＧS を溶接部に吹き付けながらレーザビーム
ＬＢにより熱間圧延鋼片Ｂを突合せ溶接する方法におい
て、レーザ誘起プラズマＰの中心をレーザビームＬＢの
中心から溶接方向に、レーザ出力およびビーム径、なら
びにセンターガスの種類および流量から決まる基準プラ
ズマＰ0 の直径ＤP0の０．２〜０．５倍の距離だけずら
して溶接する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、シートバーやス
ラブなどの熱間圧延鋼片をレーザビームにより突合せ溶
接する方法、およびその溶接に用いられるレーザ溶接ノ
ズルに関する。
ラブなどの熱間圧延鋼片をレーザビームにより突合せ溶
接する方法、およびその溶接に用いられるレーザ溶接ノ
ズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０のように集光したレーザビームＬ
Ｂを被溶接材Ｂに照射して最もエネルギー密度の高くな
る領域であるキーホールＫを熱源とし、これを走査する
のが高エネルギービームであるレーザビームＬＢによる
溶接方法の原理である。
Ｂを被溶接材Ｂに照射して最もエネルギー密度の高くな
る領域であるキーホールＫを熱源とし、これを走査する
のが高エネルギービームであるレーザビームＬＢによる
溶接方法の原理である。
【０００３】この金属が円筒状に蒸発した領域であるキ
ーホールＫを走査することによって、周辺の溶融領域が
レーザビームＬＢの通過とともに徐々に凝固し、溶接ビ
ードが形成される。このキーホールＫはレーザ溶接の
際、キーホールＫ内の蒸発金属による蒸気圧と重力との
バランスによって形成されている。キーホールＫ上に発
生する蒸発金属、および溶接ガスがプラズマ化し、レー
ザ誘起プラズマＰとなり、このレーザ誘起プラズマＰと
レーザビームＬＢとの相互作用によって被溶接材Ｂへの
入射エネルギーが決定する。このレーザビームＬＢとプ
ラズマＰとの相互作用は時々刻々状態変化し、これに応
じて図１１のように溶込み深さｄも増減する。プラズマ
の量が増大した時にはレーザビームＬＢがプラズマに吸
収されてレーザビームＬＢが被溶接材Ｂに到達しなくな
り、溶込み深さｄが減少する。一方、プラズマの量が減
少した時にはレーザビームＬＢが被溶接材Ｂに容易に到
達するためスパイキングとなって溶込み深さｄが一時的
に増大する。特に、２５ kW以上の高出力レーザで溶接
するとプラズマの大きさは極めて大きくなり、溶込み深
さｄのばらつき率も２５〜３０％と非常に大きかった。
ーホールＫを走査することによって、周辺の溶融領域が
レーザビームＬＢの通過とともに徐々に凝固し、溶接ビ
ードが形成される。このキーホールＫはレーザ溶接の
際、キーホールＫ内の蒸発金属による蒸気圧と重力との
バランスによって形成されている。キーホールＫ上に発
生する蒸発金属、および溶接ガスがプラズマ化し、レー
ザ誘起プラズマＰとなり、このレーザ誘起プラズマＰと
レーザビームＬＢとの相互作用によって被溶接材Ｂへの
入射エネルギーが決定する。このレーザビームＬＢとプ
ラズマＰとの相互作用は時々刻々状態変化し、これに応
じて図１１のように溶込み深さｄも増減する。プラズマ
の量が増大した時にはレーザビームＬＢがプラズマに吸
収されてレーザビームＬＢが被溶接材Ｂに到達しなくな
り、溶込み深さｄが減少する。一方、プラズマの量が減
少した時にはレーザビームＬＢが被溶接材Ｂに容易に到
達するためスパイキングとなって溶込み深さｄが一時的
に増大する。特に、２５ kW以上の高出力レーザで溶接
するとプラズマの大きさは極めて大きくなり、溶込み深
さｄのばらつき率も２５〜３０％と非常に大きかった。
【０００４】熱延ラインにおける熱間圧延鋼片のレーザ
溶接では、もともと熱間圧延鋼片が９００℃以上の高温
であるため、レーザ照射によって金属が容易に沸点に達
しプラズマ化する。そして、レーザビームとレーザ誘起
プラズマとの相互作用が活性化しプラズマの増大、収縮
を繰り返しプラズマ発生領域が不安定となるため、これ
に応じてスパイキングが頻発し、溶込み深のさばらつき
が増大する。この溶込み深さの増減が大きいと、熱間圧
延連続化のようなシャー切断後の突合せ溶接の場合、圧
延時に破断しないように狙った接合面積率を確保するこ
とが大変難しい。また、開先突合せ溶接の場合、スパイ
キングによる溶込み深さｄが過大であると、図１１のよ
うに溶融金属が下方に流れ落ちる、いわゆる溶落ちＭＤ
が発生し、これによる接合面積率が低下するおそれがあ
る。
溶接では、もともと熱間圧延鋼片が９００℃以上の高温
であるため、レーザ照射によって金属が容易に沸点に達
しプラズマ化する。そして、レーザビームとレーザ誘起
プラズマとの相互作用が活性化しプラズマの増大、収縮
を繰り返しプラズマ発生領域が不安定となるため、これ
に応じてスパイキングが頻発し、溶込み深のさばらつき
が増大する。この溶込み深さの増減が大きいと、熱間圧
延連続化のようなシャー切断後の突合せ溶接の場合、圧
延時に破断しないように狙った接合面積率を確保するこ
とが大変難しい。また、開先突合せ溶接の場合、スパイ
キングによる溶込み深さｄが過大であると、図１１のよ
うに溶融金属が下方に流れ落ちる、いわゆる溶落ちＭＤ
が発生し、これによる接合面積率が低下するおそれがあ
る。
【０００５】このような現象に対して、従来は接合面積
率を実効突合せ厚さぎりぎりを狙うのではなく、レーザ
出力を落としたり、溶接速度を減速する等、熱間圧延鋼
片への全入力エネルギーを抑えて、溶込み深さのばらつ
きを減らす方法をとっていた。
率を実効突合せ厚さぎりぎりを狙うのではなく、レーザ
出力を落としたり、溶接速度を減速する等、熱間圧延鋼
片への全入力エネルギーを抑えて、溶込み深さのばらつ
きを減らす方法をとっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、溶接ビー
ド部分の溶込み深さを均一にし、スパイキングや溶込み
過ぎの無い溶融底部がフラットなビード形状を得ること
を課題としている。
ド部分の溶込み深さを均一にし、スパイキングや溶込み
過ぎの無い溶融底部がフラットなビード形状を得ること
を課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の熱間圧延鋼片
の突合せ溶接方法は、レーザビーム光軸に関し対称にセ
ンターガスを溶接部に吹き付けるとともに、側方よりサ
イドガスを溶接部に吹き付けながらレーザビームにより
熱間圧延鋼片を突合せ溶接する方法において、レーザ誘
起プラズマの中心をレーザビームの中心から溶接方向
に、レーザ出力およびビーム径、ならびにセンターガス
の種類および流量から決まる基準プラズマ径の０．２〜
０．５倍の距離だけずらして溶接する。
の突合せ溶接方法は、レーザビーム光軸に関し対称にセ
ンターガスを溶接部に吹き付けるとともに、側方よりサ
イドガスを溶接部に吹き付けながらレーザビームにより
熱間圧延鋼片を突合せ溶接する方法において、レーザ誘
起プラズマの中心をレーザビームの中心から溶接方向
に、レーザ出力およびビーム径、ならびにセンターガス
の種類および流量から決まる基準プラズマ径の０．２〜
０．５倍の距離だけずらして溶接する。
【０００８】レーザ照射によって、図１に示すようにキ
ーホールＫ上のレーザビーム光軸ｌL に沿って上昇する
レーザ誘起プラズマ（基準プラズマ）Ｐ0 が発生する。
この発明では、レーザ誘起プラズマＰ0 にサイドガスＧ
S を吹き付けて、溶接方向に、つまり未溶接位置方向に
基準プラズマ径ＤP0の０．２〜０．５倍の距離だけずら
す。ずれの距離が基準プラズマ径ＤP0の０．２倍未満で
あると、プラズマによる予備加熱およびプラズマを通過
したレーザビームの出力が確保できない。また、ずれの
距離が基準プラズマ径ＤP0の０．５倍を超えると、プラ
ズマの発生が不安定となる。レーザ誘起プラズマＰの発
生域がレーザビームＬＢの照射位置からδx ずれること
で、レーザビームＬＢは位置がずれたプラズマＰ中の電
子密度の比較的高い範囲を外れて溶接部を照射するた
め、レーザビームＬＢのプラズマＰに対する吸収量は減
少する。また、熱間圧延鋼片Ｂに到達するレーザビーム
ＬＢのエネルギ密度は増大し、かつ一定となる。この結
果、極端なスパイキングの発生が抑えられるとともに、
溶込み過ぎによる溶落ちがなくなり、溶込み深さが均一
となって溶融底部はフラットとなる。また、レーザエネ
ルギ効率が向上し、溶融深さと溶融幅とが増加して、安
定な接合部を形成することができる。これにより、接合
面積が増加して、突合せ線の変動が生じても、目外れの
許容値を拡大し、安定な接合部を形成することで、接合
の確度を上げ、レーザ溶接後の圧接プロセスでの破断を
防止することができる。
ーホールＫ上のレーザビーム光軸ｌL に沿って上昇する
レーザ誘起プラズマ（基準プラズマ）Ｐ0 が発生する。
この発明では、レーザ誘起プラズマＰ0 にサイドガスＧ
S を吹き付けて、溶接方向に、つまり未溶接位置方向に
基準プラズマ径ＤP0の０．２〜０．５倍の距離だけずら
す。ずれの距離が基準プラズマ径ＤP0の０．２倍未満で
あると、プラズマによる予備加熱およびプラズマを通過
したレーザビームの出力が確保できない。また、ずれの
距離が基準プラズマ径ＤP0の０．５倍を超えると、プラ
ズマの発生が不安定となる。レーザ誘起プラズマＰの発
生域がレーザビームＬＢの照射位置からδx ずれること
で、レーザビームＬＢは位置がずれたプラズマＰ中の電
子密度の比較的高い範囲を外れて溶接部を照射するた
め、レーザビームＬＢのプラズマＰに対する吸収量は減
少する。また、熱間圧延鋼片Ｂに到達するレーザビーム
ＬＢのエネルギ密度は増大し、かつ一定となる。この結
果、極端なスパイキングの発生が抑えられるとともに、
溶込み過ぎによる溶落ちがなくなり、溶込み深さが均一
となって溶融底部はフラットとなる。また、レーザエネ
ルギ効率が向上し、溶融深さと溶融幅とが増加して、安
定な接合部を形成することができる。これにより、接合
面積が増加して、突合せ線の変動が生じても、目外れの
許容値を拡大し、安定な接合部を形成することで、接合
の確度を上げ、レーザ溶接後の圧接プロセスでの破断を
防止することができる。
【０００９】この発明の熱間圧延鋼片の突合せ溶接用レ
ーザ溶接ノズルは、センターガス吹出し口がレーザビー
ム光軸を中心とする円周上にあるとともにレーザビーム
光軸に関し対称に配置された複数のセンターノズルと、
サイドガス吹出し口が前記円周より外側に位置する１個
のサイドノズルとを備え、センターガス合成点がレーザ
ビームの集光点より上方に位置し、前記サイドノズル軸
線とレーザビーム光軸との交点が前記センターガス合成
点とレーザビームの集光点との間に位置している。
ーザ溶接ノズルは、センターガス吹出し口がレーザビー
ム光軸を中心とする円周上にあるとともにレーザビーム
光軸に関し対称に配置された複数のセンターノズルと、
サイドガス吹出し口が前記円周より外側に位置する１個
のサイドノズルとを備え、センターガス合成点がレーザ
ビームの集光点より上方に位置し、前記サイドノズル軸
線とレーザビーム光軸との交点が前記センターガス合成
点とレーザビームの集光点との間に位置している。
【００１０】上記のように構成されたレーザ溶接ノズル
において、センターノズルおよびサイドノズルのそれぞ
れの吹出し口径および吹出し方向（ノズル傾斜角）は、
レーザ出力、溶接条件などに基づいてノズル設計時にあ
らかじめ決められる。ガスの合成圧力とレーザビームの
集光点との関係位置、したがってレーザ誘起プラズマの
中心を所要の位置させるには、センターガスおよびサイ
ドガスの流量をそれぞれ調整する。
において、センターノズルおよびサイドノズルのそれぞ
れの吹出し口径および吹出し方向（ノズル傾斜角）は、
レーザ出力、溶接条件などに基づいてノズル設計時にあ
らかじめ決められる。ガスの合成圧力とレーザビームの
集光点との関係位置、したがってレーザ誘起プラズマの
中心を所要の位置させるには、センターガスおよびサイ
ドガスの流量をそれぞれ調整する。
【００１１】
【発明の実施の形態】この発明の熱間圧延鋼片の突合せ
溶接方法は、９００℃以上の熱間圧延鋼片の非貫通突合
せ溶接に用いられる。熱間圧延鋼片の厚みは２５〜５０
mm 、幅（突合せ幅）は６００〜１２００ mm 程度であ
る。レーザはＣＯ2 レーザが適しており、出力は２５ k
W 以上、ビーム径は０．４〜０．６ mm 程度である。セ
ンターガスおよびサイドガスとして、ＨｅガスまたはＡ
ｒガスが用いられる。溶接部に供給されるセンターガス
の流量は４０〜１２０l/min 、サイドガスの流量は４０
〜８０l/min 程度である。
溶接方法は、９００℃以上の熱間圧延鋼片の非貫通突合
せ溶接に用いられる。熱間圧延鋼片の厚みは２５〜５０
mm 、幅（突合せ幅）は６００〜１２００ mm 程度であ
る。レーザはＣＯ2 レーザが適しており、出力は２５ k
W 以上、ビーム径は０．４〜０．６ mm 程度である。セ
ンターガスおよびサイドガスとして、ＨｅガスまたはＡ
ｒガスが用いられる。溶接部に供給されるセンターガス
の流量は４０〜１２０l/min 、サイドガスの流量は４０
〜８０l/min 程度である。
【００１２】図２は、この発明のレーザ溶接ノズルの実
施の形態の一例を示している。レーザ溶接ノズル１１
は、円筒状のノズル本体１２を備えている。ノズル本体
１２の下端部にセンターノズルブロック１５がねじ１６
で取り付けられている。センターノズルブロック１５に
は、レーザビームノズル１８およびこれの周囲に６個の
センターノズル２０が設けられている。センターノズル
２０のセンターガス吹出し口２１は、レーザビーム光軸
ｌL を中心とする円周上で６０゜の間隔をおいて配置さ
れている。センターガスＧc が、センターガス容器から
流量調節弁（いずれも図示しない）を介してセンターノ
ズル２０に供給される。センターノズルブロック１５に
サイドノズルブロック２５が取り付けられている。サイ
ドノズルブロック２５にサイドノズル２７が設けられて
いる。サイドノズル２７のサイドガス吹出し口２８は、
センターガス吹出し口２１と同一平面上にあって上記円
周より外側に位置している。サイドガスＧs が、サイド
ガス容器から流量調節弁（いずれも図示しない）を介し
てサイドノズル２７に供給される。なお、サイドノズル
２７に対向する位置に配置されたワイヤノズル３５から
フィラーワイヤＷが溶接部に供給される。
施の形態の一例を示している。レーザ溶接ノズル１１
は、円筒状のノズル本体１２を備えている。ノズル本体
１２の下端部にセンターノズルブロック１５がねじ１６
で取り付けられている。センターノズルブロック１５に
は、レーザビームノズル１８およびこれの周囲に６個の
センターノズル２０が設けられている。センターノズル
２０のセンターガス吹出し口２１は、レーザビーム光軸
ｌL を中心とする円周上で６０゜の間隔をおいて配置さ
れている。センターガスＧc が、センターガス容器から
流量調節弁（いずれも図示しない）を介してセンターノ
ズル２０に供給される。センターノズルブロック１５に
サイドノズルブロック２５が取り付けられている。サイ
ドノズルブロック２５にサイドノズル２７が設けられて
いる。サイドノズル２７のサイドガス吹出し口２８は、
センターガス吹出し口２１と同一平面上にあって上記円
周より外側に位置している。サイドガスＧs が、サイド
ガス容器から流量調節弁（いずれも図示しない）を介し
てサイドノズル２７に供給される。なお、サイドノズル
２７に対向する位置に配置されたワイヤノズル３５から
フィラーワイヤＷが溶接部に供給される。
【００１３】上記のように構成されたレーザ溶接ノズル
において、センターノズルおよびサイドノズルの寸法・
形状は、ガス流量の調整によってレーザ誘起プラズマの
中心を所要の位置に位置させることができる適切な値・
形状でなければならない。そのために、たとえば次のよ
うな寸法・形状が選ばれる。センターノズルの個数は５
〜７個、吹出し穴間隔ｄ1 は５〜２０ mm 、センターガ
ス吹出し口の直径は１〜２ mm 程度である。センターガ
ス吹出し合成角θC は、１０゜〜６０゜である。サイド
ガス吹出し口の直径は３〜６ mm 程度であり、サイドガ
ス吹出し角θSは、１５゜〜４５゜である。また、図３
に示すようにセンターガス合成点（センターノズル軸線
ｌC の交点）ＩC がレーザビームＬＢの集光点ＩL より
上方に位置し、サイドノズル軸線ｌS とレーザビーム光
軸ｌL との交点ＩS がセンターガス合成点ＩC とレーザ
ビームＬＢの集光点ＩL との間に位置している。なお、
図３において、ｘ軸が溶接線方向、ｙ軸が熱間圧延鋼片
の通板方向、ｚ軸が高さ方向をそれぞれ示している。ま
た、センターガス合成点と熱間圧延鋼片表面との間隔を
Ｈｃ、サイドガスの熱間圧延鋼片表面での吹出し点とレ
ーザビームＬＢの集光点ＩL との間隔（吹出し狙い位
置）をＬｘとして示している。間隔Ｈｃは１０〜２０ m
m 、吹出し狙い位置Ｌｘは３〜１０ mm 程度である。
において、センターノズルおよびサイドノズルの寸法・
形状は、ガス流量の調整によってレーザ誘起プラズマの
中心を所要の位置に位置させることができる適切な値・
形状でなければならない。そのために、たとえば次のよ
うな寸法・形状が選ばれる。センターノズルの個数は５
〜７個、吹出し穴間隔ｄ1 は５〜２０ mm 、センターガ
ス吹出し口の直径は１〜２ mm 程度である。センターガ
ス吹出し合成角θC は、１０゜〜６０゜である。サイド
ガス吹出し口の直径は３〜６ mm 程度であり、サイドガ
ス吹出し角θSは、１５゜〜４５゜である。また、図３
に示すようにセンターガス合成点（センターノズル軸線
ｌC の交点）ＩC がレーザビームＬＢの集光点ＩL より
上方に位置し、サイドノズル軸線ｌS とレーザビーム光
軸ｌL との交点ＩS がセンターガス合成点ＩC とレーザ
ビームＬＢの集光点ＩL との間に位置している。なお、
図３において、ｘ軸が溶接線方向、ｙ軸が熱間圧延鋼片
の通板方向、ｚ軸が高さ方向をそれぞれ示している。ま
た、センターガス合成点と熱間圧延鋼片表面との間隔を
Ｈｃ、サイドガスの熱間圧延鋼片表面での吹出し点とレ
ーザビームＬＢの集光点ＩL との間隔（吹出し狙い位
置）をＬｘとして示している。間隔Ｈｃは１０〜２０ m
m 、吹出し狙い位置Ｌｘは３〜１０ mm 程度である。
【００１４】図４に示すように、溶込み深さばらつき量
Ｂｄと平均溶込み深さｄとの比をばらつき率Ｂｄ／ｄと
定義すると、通常のレーザ溶接方法では、ばらつき率Ｂ
ｄ／ｄは約２０％である。また、ばらつき率Ｂｄ／ｄ
は、図５に示すように溶接速度Ｖには依存しない。溶接
速度Ｖが速くなると溶込み深さは減少し、同じ割合でば
らつき量Ｂｄも減少する。溶接中に発生するレーザ誘起
プラズマをレーザビームに対する２次熱源として利用す
る場合、上記ばらつき率Ｂｄ／ｄの２０％は約１５％に
減少する。
Ｂｄと平均溶込み深さｄとの比をばらつき率Ｂｄ／ｄと
定義すると、通常のレーザ溶接方法では、ばらつき率Ｂ
ｄ／ｄは約２０％である。また、ばらつき率Ｂｄ／ｄ
は、図５に示すように溶接速度Ｖには依存しない。溶接
速度Ｖが速くなると溶込み深さは減少し、同じ割合でば
らつき量Ｂｄも減少する。溶接中に発生するレーザ誘起
プラズマをレーザビームに対する２次熱源として利用す
る場合、上記ばらつき率Ｂｄ／ｄの２０％は約１５％に
減少する。
【００１５】つぎに、サイドガス吹出し位置と被溶接材
表面でのガス圧力分布との関係について説明する。図６
は、ガス圧力分布の測定方法の概要を示している。レー
ザ溶接ノズル１１の直下に受圧円盤４１が配置されてお
り、受圧円盤４１には直径０．５mmの受圧穴４３が設け
られている。受圧穴４３は、ガス圧力分布が変化しない
形状となっている。受圧円盤４１の下面に、受圧穴４３
を塞ぐようにして微小圧力センサ４５が取り付けられて
いる。微小圧力センサ４５からの信号は信号線４７を介
して増幅器などの信号処理装置を経てコンピュータ（い
ずれも図示しない）に送られ、データ処理される。
表面でのガス圧力分布との関係について説明する。図６
は、ガス圧力分布の測定方法の概要を示している。レー
ザ溶接ノズル１１の直下に受圧円盤４１が配置されてお
り、受圧円盤４１には直径０．５mmの受圧穴４３が設け
られている。受圧穴４３は、ガス圧力分布が変化しない
形状となっている。受圧円盤４１の下面に、受圧穴４３
を塞ぐようにして微小圧力センサ４５が取り付けられて
いる。微小圧力センサ４５からの信号は信号線４７を介
して増幅器などの信号処理装置を経てコンピュータ（い
ずれも図示しない）に送られ、データ処理される。
【００１６】図７に、圧力分布の測定結果を示す。セン
ターガスの流量は８０l/min 、サイドガスの流量を１２
０l/min に一定とした。図７（ａ）は、サイドガスの熱
間圧延鋼片表面での吹付け点とレーザビームの集光点と
の位置間隔Ｌｘ（図３参照）を−７mmにした場合の圧力
分布の測定結果を示す。図７（ｂ）は位置間隔Ｌｘを０
mm、図７（ｃ）は位置間隔Ｌｘを＋７mmにした場合の測
定結果である。その効果を図８に溶融形状の変化として
示した。図８（ａ）は、サイドガスの熱間圧延鋼片表面
での吹付け点とレーザビームの集光点との位置間隔Ｌｘ
を−７mmにした場合で、溶融深さが増大している。図８
（ｂ）は、位置間隔Ｌｘを０mmとした場合で、効果が少
ない。図８（ｃ）は、位置間隔Ｌｘを＋７mmとした場合
で、効果が全くない。センターガス吹出し合成角、吹出
し穴間隔、吹出し角、レーザビームとの交点位置、サイ
ドガスの吹出し角度と吹出し狙い位置、およびセンター
ガスノズルと熱間圧延鋼片の間隔を最適化した状態で
は、このばらつき率Ｂｄ／ｄは約５％減少する。
ターガスの流量は８０l/min 、サイドガスの流量を１２
０l/min に一定とした。図７（ａ）は、サイドガスの熱
間圧延鋼片表面での吹付け点とレーザビームの集光点と
の位置間隔Ｌｘ（図３参照）を−７mmにした場合の圧力
分布の測定結果を示す。図７（ｂ）は位置間隔Ｌｘを０
mm、図７（ｃ）は位置間隔Ｌｘを＋７mmにした場合の測
定結果である。その効果を図８に溶融形状の変化として
示した。図８（ａ）は、サイドガスの熱間圧延鋼片表面
での吹付け点とレーザビームの集光点との位置間隔Ｌｘ
を−７mmにした場合で、溶融深さが増大している。図８
（ｂ）は、位置間隔Ｌｘを０mmとした場合で、効果が少
ない。図８（ｃ）は、位置間隔Ｌｘを＋７mmとした場合
で、効果が全くない。センターガス吹出し合成角、吹出
し穴間隔、吹出し角、レーザビームとの交点位置、サイ
ドガスの吹出し角度と吹出し狙い位置、およびセンター
ガスノズルと熱間圧延鋼片の間隔を最適化した状態で
は、このばらつき率Ｂｄ／ｄは約５％減少する。
【００１７】図９は、開先材を突合せ溶接した時のサイ
ドガスの吹出し位置が不適切な場合のばらつき率Ｂｄ／
ｄへの影響を示している。レーザ集光点位置で溶接し、
サイドガスを含むレーザ溶接ノズルと被溶接材との相対
位置をノズル調整ずれ量Δｚとして横軸に示した。サイ
ドガスの効果が最も得られるレーザビームの集光点とガ
ス吹出し点との間隔が−４mmの時に、ばらつき率Ｂｄ／
ｄも最小となる。そして、レーザ溶接ノズルの調整ずれ
量Δｚに応じてばらつき率Ｂｄ／ｄは増大し、ずれ量が
０の時のＢｄ／ｄが約１０％であるのに対して６mmのず
れではＢｄ／ｄは約２０％に増大する。
ドガスの吹出し位置が不適切な場合のばらつき率Ｂｄ／
ｄへの影響を示している。レーザ集光点位置で溶接し、
サイドガスを含むレーザ溶接ノズルと被溶接材との相対
位置をノズル調整ずれ量Δｚとして横軸に示した。サイ
ドガスの効果が最も得られるレーザビームの集光点とガ
ス吹出し点との間隔が−４mmの時に、ばらつき率Ｂｄ／
ｄも最小となる。そして、レーザ溶接ノズルの調整ずれ
量Δｚに応じてばらつき率Ｂｄ／ｄは増大し、ずれ量が
０の時のＢｄ／ｄが約１０％であるのに対して６mmのず
れではＢｄ／ｄは約２０％に増大する。
【００１８】このように、それぞれのガス吹出し方向と
その流量、そしてガスの合成圧力とレーザビームの集光
点との関係を最適点とすることでプラズマの発生域を制
御でき、同時にばらつき率Ｂｄ／ｄも最適化できる。こ
れによりレーザエネルギ効率を高め、溶融深さと溶融幅
の増加を図り、溶込み過ぎによる溶落ちの無い安定な接
合部を形成することができる。
その流量、そしてガスの合成圧力とレーザビームの集光
点との関係を最適点とすることでプラズマの発生域を制
御でき、同時にばらつき率Ｂｄ／ｄも最適化できる。こ
れによりレーザエネルギ効率を高め、溶融深さと溶融幅
の増加を図り、溶込み過ぎによる溶落ちの無い安定な接
合部を形成することができる。
【００１９】
【実施例】４５ kW 炭酸ガスレーザを用い、約１０００
℃のＳＳ４１鋼板を突合せ溶接した。センターガスとし
てへリウムを８０ l/min、サイドガスとしてヘリウムを
８０ l/min吹き付けた。サイドガスの吹付け角度は３０
゜とし、溶接点に対する吹付け位置は未溶接点方向に４
mm前方を狙った。溶接速度Ｖは３m/min とした。突合せ
溶接の結果、突合せ溶接部での溶融金属の溶落ち、およ
び接合面積率の低下は無かった。このときのばらつき率
Ｂｄ／ｄは、約１０％であった。なお、溶接ガス条件の
調整不良の時のレーザビーム方向上方に６mm、サイドガ
ス吹付け位置が更に前方に１０mmずれた場合、ばらつき
率Ｂｄ／ｄは２０％に悪化した。
℃のＳＳ４１鋼板を突合せ溶接した。センターガスとし
てへリウムを８０ l/min、サイドガスとしてヘリウムを
８０ l/min吹き付けた。サイドガスの吹付け角度は３０
゜とし、溶接点に対する吹付け位置は未溶接点方向に４
mm前方を狙った。溶接速度Ｖは３m/min とした。突合せ
溶接の結果、突合せ溶接部での溶融金属の溶落ち、およ
び接合面積率の低下は無かった。このときのばらつき率
Ｂｄ／ｄは、約１０％であった。なお、溶接ガス条件の
調整不良の時のレーザビーム方向上方に６mm、サイドガ
ス吹付け位置が更に前方に１０mmずれた場合、ばらつき
率Ｂｄ／ｄは２０％に悪化した。
【００２０】
【発明の効果】この発明によれば、レーザエネルギー効
率を高め、溶融深さと溶融幅の増加を図り、溶込み過ぎ
による溶落ちの無い安定な接合部を形成することができ
る。
率を高め、溶融深さと溶融幅の増加を図り、溶込み過ぎ
による溶落ちの無い安定な接合部を形成することができ
る。
【図１】この発明の突合せ溶接方法の説明図である。
【図２】（ａ）はこの発明のレーザ溶接ノズルの縦断面
図であり、（ｂ）は底面図である。
図であり、（ｂ）は底面図である。
【図３】図２に示すレーザ溶接ノズルの位置関係を表す
記号の図面である。
記号の図面である。
【図４】溶込み深さのばらつき率の定義を説明する図面
である。
である。
【図５】溶接速度と溶込み深さのばらつき率との関係の
一例を示すグラフである。
一例を示すグラフである。
【図６】ガス圧力分布の測定方法を説明する図面であ
る。
る。
【図７】ガス圧力分布（プラズマのずれ）の測定結果を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図８】プラズマのずれによる溶融形状の変化を模式的
に示す図面である。
に示す図面である。
【図９】レーザ溶接ノズル位置のずれと溶込み深さのば
らつき率との関係を示すグラフである。
らつき率との関係を示すグラフである。
【図１０】レーザ溶接の一般的な方法を説明する図面で
ある。
ある。
【図１１】従来のレーザ溶接方法による溶込み深さの増
減を説明する図面である。
減を説明する図面である。
１１ 溶接ノズル １２ ノズル本体 １８ レーザビームノズル ２０ センターノズル ２１ センターノズル吹出し口 ２７ サイドノズル ２８ サイドノズル吹出し口 ＬＢ レーザビーム ＧC センターガス ＧS サイドガス Ｐ0 基準プラズマ Ｐ プラズマ Ｂ 熱間圧延鋼片（被溶接材） δx プラズマ位置のずれ
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザビーム光軸に関し対称にセンター
ガスを溶接部に吹き付けるとともに、側方よりサイドガ
スを溶接部に吹き付けながらレーザビームにより熱間圧
延鋼片を突合せ溶接する方法において、レーザ誘起プラ
ズマの中心をレーザビームの中心から溶接方向に、レー
ザ出力およびビーム径、ならびにセンターガスの種類お
よび流量から決まる基準プラズマ径の０．２〜０．５倍
の距離だけずらして溶接する熱間圧延鋼片の突合せ溶接
方法。 - 【請求項２】 センターガス吹出し口がレーザビーム光
軸を中心とする円周上にあるとともにレーザビーム光軸
に関し対称に配置された複数のセンターノズルと、サイ
ドガス吹出し口が前記円周より外側に位置する１個のサ
イドノズルとを備え、センターガス合成点がレーザビー
ムの集光点より上方に位置し、前記サイドノズル軸線と
レーザビーム光軸との交点が前記センターガス合成点と
レーザビームの集光点との間に位置する熱間圧延鋼片突
合せ溶接用レーザ溶接ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08134298A JP3635199B2 (ja) | 1997-03-28 | 1998-03-27 | 熱間圧延鋼片の突合せ溶接用レーザ溶接ノズル |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7687197 | 1997-03-28 | ||
| JP9-76871 | 1997-03-28 | ||
| JP08134298A JP3635199B2 (ja) | 1997-03-28 | 1998-03-27 | 熱間圧延鋼片の突合せ溶接用レーザ溶接ノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10323791A true JPH10323791A (ja) | 1998-12-08 |
| JP3635199B2 JP3635199B2 (ja) | 2005-04-06 |
Family
ID=26417992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08134298A Expired - Fee Related JP3635199B2 (ja) | 1997-03-28 | 1998-03-27 | 熱間圧延鋼片の突合せ溶接用レーザ溶接ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3635199B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2800756A1 (fr) * | 1999-11-10 | 2001-05-11 | Cogifer | Procede d'assemblage de deux elements adjacents d'un appareil de voie |
| KR100660221B1 (ko) | 2005-12-24 | 2006-12-21 | 주식회사 포스코 | 맞대기 용접장치 및 그 방법 |
| JP2007021505A (ja) * | 2005-07-12 | 2007-02-01 | Enshu Ltd | レーザ加工機のレーザ照射用ノズル装置及びこの照射用ノズルによるブロー方法。 |
| JP2008221314A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Jfe Steel Kk | レーザ溶接方法 |
| JP2016087635A (ja) * | 2014-10-31 | 2016-05-23 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レーザー溶接装置及びレーザー溶接方法 |
| WO2018117735A1 (ko) * | 2016-12-23 | 2018-06-28 | 주식회사 포스코 | 사이드 트리밍 장치 |
| US10328520B2 (en) | 2013-12-18 | 2019-06-25 | Posco | Apparatus and method for trimming a side of steel plate |
| CN115922061A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-04-07 | 长沙大科激光科技有限公司 | 基于超声实时测量的铜铝异种金属搭接焊方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105033455B (zh) * | 2015-08-11 | 2017-09-15 | 江苏科技大学 | 一种钢/铌激光焊接方法 |
-
1998
- 1998-03-27 JP JP08134298A patent/JP3635199B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2800756A1 (fr) * | 1999-11-10 | 2001-05-11 | Cogifer | Procede d'assemblage de deux elements adjacents d'un appareil de voie |
| JP2007021505A (ja) * | 2005-07-12 | 2007-02-01 | Enshu Ltd | レーザ加工機のレーザ照射用ノズル装置及びこの照射用ノズルによるブロー方法。 |
| KR100660221B1 (ko) | 2005-12-24 | 2006-12-21 | 주식회사 포스코 | 맞대기 용접장치 및 그 방법 |
| JP2008221314A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Jfe Steel Kk | レーザ溶接方法 |
| US10328520B2 (en) | 2013-12-18 | 2019-06-25 | Posco | Apparatus and method for trimming a side of steel plate |
| JP2016087635A (ja) * | 2014-10-31 | 2016-05-23 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レーザー溶接装置及びレーザー溶接方法 |
| WO2018117735A1 (ko) * | 2016-12-23 | 2018-06-28 | 주식회사 포스코 | 사이드 트리밍 장치 |
| CN115922061A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-04-07 | 长沙大科激光科技有限公司 | 基于超声实时测量的铜铝异种金属搭接焊方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3635199B2 (ja) | 2005-04-06 |
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