JPH1071480A - めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法 - Google Patents
めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法Info
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- JPH1071480A JPH1071480A JP8244041A JP24404196A JPH1071480A JP H1071480 A JPH1071480 A JP H1071480A JP 8244041 A JP8244041 A JP 8244041A JP 24404196 A JP24404196 A JP 24404196A JP H1071480 A JPH1071480 A JP H1071480A
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- plated steel
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- steel sheet
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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
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の技術では困難であった、めっき鋼板の
重ねレーザ溶接での欠陥低減を目的とする。 【解決手段】 レーザビームを重ね合わせためっき鋼板
上に集光させ、レーザビームの光軸を２次元の軌跡の走
査を行ないつつ溶接個所を順次移動して溶接を行ない、
かつ、前記走査の幅は前記レーザビームの光軸の基準軸
を中心とするすべての方向に対して、前記レーザビーム
の集光スポット直径の０．２倍以上、１０倍以下とす
る。走査パターンが円または楕円運動の場合、鋼板上で
のレーザビームの光軸の軌跡の重なりを一定範囲内にと
どめる。
重ねレーザ溶接での欠陥低減を目的とする。 【解決手段】 レーザビームを重ね合わせためっき鋼板
上に集光させ、レーザビームの光軸を２次元の軌跡の走
査を行ないつつ溶接個所を順次移動して溶接を行ない、
かつ、前記走査の幅は前記レーザビームの光軸の基準軸
を中心とするすべての方向に対して、前記レーザビーム
の集光スポット直径の０．２倍以上、１０倍以下とす
る。走査パターンが円または楕円運動の場合、鋼板上で
のレーザビームの光軸の軌跡の重なりを一定範囲内にと
どめる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車および自動車
部品、家電製品、産業機器などの製造において、鋼板に
耐食性をもたせるためにめっきを施された鋼板の、重ね
レーザ溶接を行う方法に関する。ここでめっき金属とし
ては、例えば、鉛、アルミニウム、亜鉛、すず、クロム
がある。
部品、家電製品、産業機器などの製造において、鋼板に
耐食性をもたせるためにめっきを施された鋼板の、重ね
レーザ溶接を行う方法に関する。ここでめっき金属とし
ては、例えば、鉛、アルミニウム、亜鉛、すず、クロム
がある。
【０００２】
【従来の技術】一般にめっきを施された鋼板を密着させ
て重ね、溶融溶接を行うと、めっき金属の蒸気のために
ピットが生じたり、溶接金属中に気泡が生じたりして、
安定して良好な溶接部品質を確保することは困難であ
る。これは、レーザ溶接においても例外ではない。この
ためめっき鋼板の重ね溶接では、鋼板間に隙間を設け
て、めっき金属及びその蒸気が溶接金属中に混入しない
ような方法が採られる。例えば、特開昭６１−２７１８
９では、鋼板間に隙間を設ける方法として、塑性加工に
より亜鉛めっき鋼板間に空隙を設ける方法が開示されて
いる。
て重ね、溶融溶接を行うと、めっき金属の蒸気のために
ピットが生じたり、溶接金属中に気泡が生じたりして、
安定して良好な溶接部品質を確保することは困難であ
る。これは、レーザ溶接においても例外ではない。この
ためめっき鋼板の重ね溶接では、鋼板間に隙間を設け
て、めっき金属及びその蒸気が溶接金属中に混入しない
ような方法が採られる。例えば、特開昭６１−２７１８
９では、鋼板間に隙間を設ける方法として、塑性加工に
より亜鉛めっき鋼板間に空隙を設ける方法が開示されて
いる。
【０００３】また、レーザビームをパルス状に照射し
て、めっき鋼板の欠陥のない重ね溶接を行う方法も考え
られている。例えば、特公平５−５０２７８において開
示されている方法は、間欠したレーザ光をステップ状に
変化するように波形制御を加え、めっき鋼板の良好な重
ねレーザ溶接部を得ようとするものである。
て、めっき鋼板の欠陥のない重ね溶接を行う方法も考え
られている。例えば、特公平５−５０２７８において開
示されている方法は、間欠したレーザ光をステップ状に
変化するように波形制御を加え、めっき鋼板の良好な重
ねレーザ溶接部を得ようとするものである。
【０００４】一方、レーザビームを一定の基準軸に対し
振動させながら、ワークを基準軸に対して振動方向と直
角方向に相対的に駆動する、ビームの振動法が用いられ
ることがある。例えば、特公昭５４−１０１５９６に記
載されている方法は、加工線と直角な方向にレーザビー
ムを振動させることで、振動方向に沿った温度勾配を緩
やかとし、突合せ溶接を良好に行うものである。
振動させながら、ワークを基準軸に対して振動方向と直
角方向に相対的に駆動する、ビームの振動法が用いられ
ることがある。例えば、特公昭５４−１０１５９６に記
載されている方法は、加工線と直角な方向にレーザビー
ムを振動させることで、振動方向に沿った温度勾配を緩
やかとし、突合せ溶接を良好に行うものである。
【０００５】さらに、レーザ光を回転させる方法も試み
られている。例えば、特公昭５４−１１６３５６に開示
されているものでは、突合せレーザ溶接において、突合
せギャップの裕度を広げることができるとされている。
また、板厚の違う２枚の鋼板の突合せ溶接にも用いられ
ている。しかし、振動や回転方法が従来、めっき鋼板の
重ね溶接に適用されることはなかった。
られている。例えば、特公昭５４−１１６３５６に開示
されているものでは、突合せレーザ溶接において、突合
せギャップの裕度を広げることができるとされている。
また、板厚の違う２枚の鋼板の突合せ溶接にも用いられ
ている。しかし、振動や回転方法が従来、めっき鋼板の
重ね溶接に適用されることはなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】鋼板間に空隙を設ける
方法では、鋼板間に一定の隙間を再現性良く連続して設
けることは難しく、隙間が広くなりすぎて溶融金属が不
足し、溶接ビードが凹形状となって強度不足が生じた
り、部分的に隙間が無くなって溶接欠陥が残ったりと実
用上課題が多いものである。また、レーザ光をパルス状
に照射する方法では、種々のめっき種・めっき厚に対し
て再現性が悪く、広く一般に用いられることはなかっ
た。そこで本発明は、めっき鋼板の重ねレーザ溶接を簡
便かつ良好に行う方法を提供することを目的としてい
る。
方法では、鋼板間に一定の隙間を再現性良く連続して設
けることは難しく、隙間が広くなりすぎて溶融金属が不
足し、溶接ビードが凹形状となって強度不足が生じた
り、部分的に隙間が無くなって溶接欠陥が残ったりと実
用上課題が多いものである。また、レーザ光をパルス状
に照射する方法では、種々のめっき種・めっき厚に対し
て再現性が悪く、広く一般に用いられることはなかっ
た。そこで本発明は、めっき鋼板の重ねレーザ溶接を簡
便かつ良好に行う方法を提供することを目的としてい
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法に
おいて、レーザビームを重ね合わせためっき鋼板上に集
光させ、レーザビームの光軸を２次元の軌跡の走査を行
ないつつ溶接個所を順次移動して溶接を行ない、かつ、
前記走査の幅は前記レーザビームの光軸の基準軸を中心
とするすべての方向に対して、前記レーザビームの集光
スポット直径４の０．２倍以上、１０倍以下であること
を特徴とするめっき鋼板の重ねレーザ溶接方法である。
さらにレーザビームの光軸の走査を、基準軸を中心とす
る円運動とすること、基準軸を中心とするレーザビーム
の光軸の円運動を、下記式（ａ）を満足する半径Ｒ、周
波数νで行うことも特徴とする。 ０＜α≦５ ・・・・・ （ａ） ただし、α＝（１−β2 ）0.5 ／（πβ）＋（ｓｉｎ-1
（β））／π−１／２ ここで、β＝Ｖ0 ／（２πνＲ） Ｖ0 ：基準軸に対するめっき鋼板の相対移動の速度 ν：基準軸に対する光軸の円運動の周波数 Ｒ：基準軸に対する光軸の円運動の半径 π：円周率
するものであって、めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法に
おいて、レーザビームを重ね合わせためっき鋼板上に集
光させ、レーザビームの光軸を２次元の軌跡の走査を行
ないつつ溶接個所を順次移動して溶接を行ない、かつ、
前記走査の幅は前記レーザビームの光軸の基準軸を中心
とするすべての方向に対して、前記レーザビームの集光
スポット直径４の０．２倍以上、１０倍以下であること
を特徴とするめっき鋼板の重ねレーザ溶接方法である。
さらにレーザビームの光軸の走査を、基準軸を中心とす
る円運動とすること、基準軸を中心とするレーザビーム
の光軸の円運動を、下記式（ａ）を満足する半径Ｒ、周
波数νで行うことも特徴とする。 ０＜α≦５ ・・・・・ （ａ） ただし、α＝（１−β2 ）0.5 ／（πβ）＋（ｓｉｎ-1
（β））／π−１／２ ここで、β＝Ｖ0 ／（２πνＲ） Ｖ0 ：基準軸に対するめっき鋼板の相対移動の速度 ν：基準軸に対する光軸の円運動の周波数 Ｒ：基準軸に対する光軸の円運動の半径 π：円周率
【０００８】また、レーザビームの光軸の走査を、基準
軸に対するめっき鋼板の移動方向に長軸を持ち直角方向
に短軸を持ちかつこれら長軸と短軸の交点を基準軸とす
る楕円運動とし、かつ短径が長径の０．２倍以上である
こと、基準軸を長軸と短軸の交点とするレーザビームの
光軸の楕円運動を、下記式（ａ）を満足する長径２Ｒ
L 、周波数νで行うことも特徴とする。 ０＜α≦５ ・・・・・ （ａ） ただし、α＝（１−β2 ）0.5 ／（πβ）＋（ｓｉｎ-1
（β））／π−１／２ ここで、β＝Ｖ0 ／（２πνＲ） Ｖ0 ：基準軸に対するめっき鋼板の相対移動の速度 ν：基準軸に対する光軸の円運動の周波数 ２ＲL ：基準軸に対する光軸の楕円運動の長径 π：円周率
軸に対するめっき鋼板の移動方向に長軸を持ち直角方向
に短軸を持ちかつこれら長軸と短軸の交点を基準軸とす
る楕円運動とし、かつ短径が長径の０．２倍以上である
こと、基準軸を長軸と短軸の交点とするレーザビームの
光軸の楕円運動を、下記式（ａ）を満足する長径２Ｒ
L 、周波数νで行うことも特徴とする。 ０＜α≦５ ・・・・・ （ａ） ただし、α＝（１−β2 ）0.5 ／（πβ）＋（ｓｉｎ-1
（β））／π−１／２ ここで、β＝Ｖ0 ／（２πνＲ） Ｖ0 ：基準軸に対するめっき鋼板の相対移動の速度 ν：基準軸に対する光軸の円運動の周波数 ２ＲL ：基準軸に対する光軸の楕円運動の長径 π：円周率
【０００９】またさらに、レーザビームの光軸の走査
を、めっき鋼板の移動方向を８の字の横方向とし、８の
字の中心を基準軸とする８の字運動とすることも特徴と
する。
を、めっき鋼板の移動方向を８の字の横方向とし、８の
字の中心を基準軸とする８の字運動とすることも特徴と
する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明はめっき鋼板の重ね溶接に
おいて、レーザビームを一定範囲内に走査しつつ溶接を
行う。図１はレーザビームの走査範囲の説明図である
が、この図で見るように、レーザビーム１を重ね合わせ
ためっき鋼板２上に集光させ、かつ前記レーザビームの
光軸７を、一定の走査範囲５、すなわち基準軸３を中心
とするすべての方向に対して、前記レーザビームの集光
スポット直径４の０．２倍以上、１０倍以下の幅で走査
し、レーザ溶接を行うものである。このようにレーザビ
ームを走査することにより、欠陥を含んで凝固し始めて
いる部位に再度レーザ光を照射し、凝固を遅らせ、また
攪拌して欠陥を抑制できることを見いだした。
おいて、レーザビームを一定範囲内に走査しつつ溶接を
行う。図１はレーザビームの走査範囲の説明図である
が、この図で見るように、レーザビーム１を重ね合わせ
ためっき鋼板２上に集光させ、かつ前記レーザビームの
光軸７を、一定の走査範囲５、すなわち基準軸３を中心
とするすべての方向に対して、前記レーザビームの集光
スポット直径４の０．２倍以上、１０倍以下の幅で走査
し、レーザ溶接を行うものである。このようにレーザビ
ームを走査することにより、欠陥を含んで凝固し始めて
いる部位に再度レーザ光を照射し、凝固を遅らせ、また
攪拌して欠陥を抑制できることを見いだした。
【００１１】レーザビームの走査は、例えばレーザビー
ムの光路中のベンドミラーを駆動するなどの手段によ
り、２次元の軌跡の走査例えば溶接進行方向およびこれ
に直角な方向への２つの走査を組み合わせて行う。この
時それぞれの走査パターンには、例えば単振動（横軸に
時間をとって表せば正弦波）または等速往復運動（横軸
に時間をとって表せば三角波）がある。走査の基準軸３
は、走査範囲の大きさを０とした時に、機器構成上定ま
るレーザビームの光軸のことである。
ムの光路中のベンドミラーを駆動するなどの手段によ
り、２次元の軌跡の走査例えば溶接進行方向およびこれ
に直角な方向への２つの走査を組み合わせて行う。この
時それぞれの走査パターンには、例えば単振動（横軸に
時間をとって表せば正弦波）または等速往復運動（横軸
に時間をとって表せば三角波）がある。走査の基準軸３
は、走査範囲の大きさを０とした時に、機器構成上定ま
るレーザビームの光軸のことである。
【００１２】さらに、レーザビームの集光スポット径４
は、１／ｅ2 強度で定義される集光位置でのレーザビー
ムの平均直径とする。また、焦点距離、焦点位置、レー
ザ出力およびレーザ光の走査基準軸とめっき鋼板の相対
運動の速度は、ビームを走査しない場合に、溶接しよう
とするめっき鋼板と同厚の裸鋼板が良好に重ね溶接がで
きる条件を目安とする。
は、１／ｅ2 強度で定義される集光位置でのレーザビー
ムの平均直径とする。また、焦点距離、焦点位置、レー
ザ出力およびレーザ光の走査基準軸とめっき鋼板の相対
運動の速度は、ビームを走査しない場合に、溶接しよう
とするめっき鋼板と同厚の裸鋼板が良好に重ね溶接がで
きる条件を目安とする。
【００１３】走査範囲をスポット径の０．２倍以上、１
０倍以下としたのは、この範囲内において良好な溶接部
を確保することができるからである。すなわち、０．２
倍未満では、攪拌できず溶接欠陥の低減効果が認められ
ず、１０倍を超えると入熱が過大となって溶け落ちが生
じやすくなる。基準軸に対するレーザビームの光軸の走
査範囲の外周が円でない種々の走査パターンに対し、走
査径は基準軸を中心とするすべての方向に対する最大走
査幅と最小走査幅をもって定義する。すなわち、最大走
査幅は、集光スポット径の１０倍以下とし、最小走査幅
は集光スポット径の０．２倍以上とする。
０倍以下としたのは、この範囲内において良好な溶接部
を確保することができるからである。すなわち、０．２
倍未満では、攪拌できず溶接欠陥の低減効果が認められ
ず、１０倍を超えると入熱が過大となって溶け落ちが生
じやすくなる。基準軸に対するレーザビームの光軸の走
査範囲の外周が円でない種々の走査パターンに対し、走
査径は基準軸を中心とするすべての方向に対する最大走
査幅と最小走査幅をもって定義する。すなわち、最大走
査幅は、集光スポット径の１０倍以下とし、最小走査幅
は集光スポット径の０．２倍以上とする。
【００１４】ここで上記のレーザビーム光軸の走査の一
つの典型的なパターンとして基準軸を中心とする円運動
をするものがある。円運動は、溶接線方向及びこれに直
角方向へのレーザビームの走査を同周期で位相が９０度
ずれた単振動、すなわち横軸に時間をとって表せば正弦
波とすることによって実現することができる。
つの典型的なパターンとして基準軸を中心とする円運動
をするものがある。円運動は、溶接線方向及びこれに直
角方向へのレーザビームの走査を同周期で位相が９０度
ずれた単振動、すなわち横軸に時間をとって表せば正弦
波とすることによって実現することができる。
【００１５】さらにこの場合望ましくは、基準軸３中心
とするレーザビームの光軸の円運動を、下記式（ａ）を
満足する半径Ｒ、周波数νで行う。 ０＜α≦５ ・・・・・ （ａ） ただし、α＝（１−β2 ）0.5 ／（πβ）＋（ｓｉｎ-1
（β））／π−１／２・・・・・ （ｂ） ここで、β＝Ｖ0 ／（２πνＲ） Ｖ0 ：基準軸に対するめっき鋼板の相対移動の速度 ν：基準軸に対する光軸の円運動の周波数 Ｒ：基準軸に対する光軸の円運動の半径 π：円周率
とするレーザビームの光軸の円運動を、下記式（ａ）を
満足する半径Ｒ、周波数νで行う。 ０＜α≦５ ・・・・・ （ａ） ただし、α＝（１−β2 ）0.5 ／（πβ）＋（ｓｉｎ-1
（β））／π−１／２・・・・・ （ｂ） ここで、β＝Ｖ0 ／（２πνＲ） Ｖ0 ：基準軸に対するめっき鋼板の相対移動の速度 ν：基準軸に対する光軸の円運動の周波数 Ｒ：基準軸に対する光軸の円運動の半径 π：円周率
【００１６】ここで、パラメータαは一般に、レーザビ
ームの光軸の軌跡の重なり程度を表しており、図２にお
いてα＝（ＢＤ）／（Ｄ’Ｄ）で定義する。なお図２は
溶接速度３ｍ／ｍｉｎ、ビームの走査を直径０．５ｍ
ｍ、周波数１００Ｈｚの円運動としたときの軌跡を示し
ている。ただし、点Ｂ、Ｄ、およびＤ’は、基準軸に対
するレーザビームの走査と基準軸と鋼板の相対移動との
合成運動の、溶接進行方向に対する速度成分が０となる
点である。溶接進行方向に対する合成速度が０となる点
が１点しか存在しない場合、α＝０とする。走査が円運
動の場合には、パラメータαは、前記式（ｂ）で与えら
れる。
ームの光軸の軌跡の重なり程度を表しており、図２にお
いてα＝（ＢＤ）／（Ｄ’Ｄ）で定義する。なお図２は
溶接速度３ｍ／ｍｉｎ、ビームの走査を直径０．５ｍ
ｍ、周波数１００Ｈｚの円運動としたときの軌跡を示し
ている。ただし、点Ｂ、Ｄ、およびＤ’は、基準軸に対
するレーザビームの走査と基準軸と鋼板の相対移動との
合成運動の、溶接進行方向に対する速度成分が０となる
点である。溶接進行方向に対する合成速度が０となる点
が１点しか存在しない場合、α＝０とする。走査が円運
動の場合には、パラメータαは、前記式（ｂ）で与えら
れる。
【００１７】α＝０に近い場合、図３に示す軌跡とな
り、α＝５に近い場合、図４に示すような軌跡となる。
なお図３は溶接速度５ｍ／ｍｉｎ、ビームの走査を直径
０．５ｍｍ、周波数５５Ｈｚの円運動としたとき、図４
は溶接速度２．５ｍ／ｍｉｎ、ビームの走査を直径１．
５ｍｍ、周波数１５０Ｈｚの円運動としたときの軌跡を
示している。α＞０に制限したのは、レーザビームの軌
跡を十分に重ね、溶融金属の攪拌を行うために必要とな
るからであり、またα≦５と制限したのは、α＞５とな
るとαが大きくなるに従ってスパッタの発生が激しくな
り、良好な溶接が行えなくなるからである。
り、α＝５に近い場合、図４に示すような軌跡となる。
なお図３は溶接速度５ｍ／ｍｉｎ、ビームの走査を直径
０．５ｍｍ、周波数５５Ｈｚの円運動としたとき、図４
は溶接速度２．５ｍ／ｍｉｎ、ビームの走査を直径１．
５ｍｍ、周波数１５０Ｈｚの円運動としたときの軌跡を
示している。α＞０に制限したのは、レーザビームの軌
跡を十分に重ね、溶融金属の攪拌を行うために必要とな
るからであり、またα≦５と制限したのは、α＞５とな
るとαが大きくなるに従ってスパッタの発生が激しくな
り、良好な溶接が行えなくなるからである。
【００１８】また、レーザビームの走査を長軸と短軸の
交点を基準軸とする楕円とすることによっても同様の効
果を得ることができる。この時、楕円の長軸を溶接進行
方向に合わせることによって、溶融金属の攪拌をより効
果的に行うことができる。すなわち、基準軸３に対する
レーザビームの光軸７の走査を、基準軸３に対するめっ
き鋼板の移動方向に長軸を持ち、直角方向に短軸を持つ
楕円とし、かつ短径が長径の０．２倍以上とする。
交点を基準軸とする楕円とすることによっても同様の効
果を得ることができる。この時、楕円の長軸を溶接進行
方向に合わせることによって、溶融金属の攪拌をより効
果的に行うことができる。すなわち、基準軸３に対する
レーザビームの光軸７の走査を、基準軸３に対するめっ
き鋼板の移動方向に長軸を持ち、直角方向に短軸を持つ
楕円とし、かつ短径が長径の０．２倍以上とする。
【００１９】さらにこの場合望ましくは、基準軸を長軸
と短軸の交点とするレーザビームの光軸７の楕円運動
を、下記式（ａ）を満足する長径２ＲL 、周波数νで行
う。 ０＜α≦５ ・・・・・ （ａ） ただし、α＝（１−β2 ）0.5 ／（πβ）＋（ｓｉｎ-1
（β））／π−１／２ ここで、β＝Ｖ0 ／（２πνＲ） Ｖ0 ：基準軸に対するめっき鋼板の相対移動の速度 ν：基準軸に対する光軸の円運動の周波数 ２ＲL ：基準軸に対する光軸の楕円運動の長径 π：円周率
と短軸の交点とするレーザビームの光軸７の楕円運動
を、下記式（ａ）を満足する長径２ＲL 、周波数νで行
う。 ０＜α≦５ ・・・・・ （ａ） ただし、α＝（１−β2 ）0.5 ／（πβ）＋（ｓｉｎ-1
（β））／π−１／２ ここで、β＝Ｖ0 ／（２πνＲ） Ｖ0 ：基準軸に対するめっき鋼板の相対移動の速度 ν：基準軸に対する光軸の円運動の周波数 ２ＲL ：基準軸に対する光軸の楕円運動の長径 π：円周率
【００２０】楕円運動の場合に、長径と短径の比を短径
／長径≧０．２としたのは、短径が小さくなりすぎる
と、溶接進行方向への単純な振動に近づき、スパッタが
激しくなって良好な溶接ができなくなるからである。
／長径≧０．２としたのは、短径が小さくなりすぎる
と、溶接進行方向への単純な振動に近づき、スパッタが
激しくなって良好な溶接ができなくなるからである。
【００２１】さらに、例えば図５のように、走査パター
ンを８の字状にすることも欠陥抑制には有効である。す
なわち、レーザビームの光軸の走査をめっき鋼板の移動
方向を８の字の横方向とし、８の字の中心点を基準軸と
する８の字運動とする。８の字パターンは、溶接進行方
向と、これに直角方向への走査を周期をもった運動、例
えば単振動とし、溶接進行方向への走査の周波数をこれ
に直角方向への走査の周波数の２倍とし、位相を所定に
することにより実現できる。なお図５は溶接速度３．６
ｍ／ｍｉｎ、基準周波数５０Ｈｚ、溶接進行方向への走
査幅３ｍｍ、直角方向への走査幅１ｍｍの軌跡を示して
いる。この走査パターンでは、めっき鋼板上でのレーザ
ビーム光軸の軌跡の重なりが大きくなってもスパッタが
生じ難く、特に厚目付のめっき鋼板の重ね溶接に有利で
ある。
ンを８の字状にすることも欠陥抑制には有効である。す
なわち、レーザビームの光軸の走査をめっき鋼板の移動
方向を８の字の横方向とし、８の字の中心点を基準軸と
する８の字運動とする。８の字パターンは、溶接進行方
向と、これに直角方向への走査を周期をもった運動、例
えば単振動とし、溶接進行方向への走査の周波数をこれ
に直角方向への走査の周波数の２倍とし、位相を所定に
することにより実現できる。なお図５は溶接速度３．６
ｍ／ｍｉｎ、基準周波数５０Ｈｚ、溶接進行方向への走
査幅３ｍｍ、直角方向への走査幅１ｍｍの軌跡を示して
いる。この走査パターンでは、めっき鋼板上でのレーザ
ビーム光軸の軌跡の重なりが大きくなってもスパッタが
生じ難く、特に厚目付のめっき鋼板の重ね溶接に有利で
ある。
【００２２】
実施例１ 表１は、レーザ出力５ｋＷ、溶接速度３ｍ／ｍｉｎで、
レーザビームを円状に走査し、周波数と直径を変えて亜
鉛めっき鋼板を溶接した結果を示している。レーザビー
ムの集光スポット径は０．５ｍｍである。溶接欠陥の有
無判定にはＸ線透過試験と引張試験を併用して行った。
溶接品質の判定基準として、Ｘ線透過試験で欠陥が認め
られず、かつ溶接継手の強度が母材に比較して低下して
いないものを優、強度低下はほとんど認められないもの
のＸ線透過試験で若干の欠陥が認められるものを良、強
度が著しく低下するか又はＸ線透過試験で欠陥の認めら
れたものを不良とした。本発明の方法によるものはいず
れも良以上の結果になっているが、特にパラメータαの
条件も満足するものは優の結果となっている。
レーザビームを円状に走査し、周波数と直径を変えて亜
鉛めっき鋼板を溶接した結果を示している。レーザビー
ムの集光スポット径は０．５ｍｍである。溶接欠陥の有
無判定にはＸ線透過試験と引張試験を併用して行った。
溶接品質の判定基準として、Ｘ線透過試験で欠陥が認め
られず、かつ溶接継手の強度が母材に比較して低下して
いないものを優、強度低下はほとんど認められないもの
のＸ線透過試験で若干の欠陥が認められるものを良、強
度が著しく低下するか又はＸ線透過試験で欠陥の認めら
れたものを不良とした。本発明の方法によるものはいず
れも良以上の結果になっているが、特にパラメータαの
条件も満足するものは優の結果となっている。
【００２３】
【表１】
【００２４】実施例２ 表２は、レーザ出力５ｋＷ、溶接速度４ｍ／ｍｉｎで、
レーザビームを溶接進行方向に長い楕円状に走査し、周
波数と直径を変えてアルミめっき鋼板を溶接した結果を
示している。レーザビームの集光スポット径は０．５ｍ
ｍである。溶接部の品質を比較するために、溶接ビード
と直角方向に応力を印可して重ね継手の引張試験を実施
した。品質の判定基準は、適用対象にも依存するが、こ
こでは、同じサイズの母材引張強度と同等以上の強度で
あれば優、母材強度の９０％以上の強度で良、９０％未
満の強度で不良と判定している。本発明の方法によるも
のはいずれも良以上の結果になっているが、特に短径と
長径の比およびパラメータαの条件も満足するものは優
の結果となっている。
レーザビームを溶接進行方向に長い楕円状に走査し、周
波数と直径を変えてアルミめっき鋼板を溶接した結果を
示している。レーザビームの集光スポット径は０．５ｍ
ｍである。溶接部の品質を比較するために、溶接ビード
と直角方向に応力を印可して重ね継手の引張試験を実施
した。品質の判定基準は、適用対象にも依存するが、こ
こでは、同じサイズの母材引張強度と同等以上の強度で
あれば優、母材強度の９０％以上の強度で良、９０％未
満の強度で不良と判定している。本発明の方法によるも
のはいずれも良以上の結果になっているが、特に短径と
長径の比およびパラメータαの条件も満足するものは優
の結果となっている。
【００２５】
【表２】
【００２６】実施例３ レーザビームを８の字に運動させるため、基準角速度ω
で振動させ（この振動方向をＸ方向とする）つつ、これ
に直角方向（Ｙ方向とする）に２倍の高調波でレーザビ
ームを走査した。すなわち、走査基準軸に対する座標値
が、 ｘ＝ＲP ｓｉｎ（ωｔ） ｙ＝ＲL ｓｉｎ（２ωｔ） の関数で与えられるレーザビームの走査を行い、鉛めっ
き材のレーザ重ね溶接を行った。なお上式におけるＲ
P 、ＲL は２ＲP が８の字の上下方向長さ、２ＲLが８
の字の幅に相当する。めっき材の板厚は０．８ｍｍであ
る。レーザ出力は３ｋＷ、走査基準軸に対するワークの
相対送り速度は３ｍ／ｍｉｎである。溶接部の品質評価
判定方法は、実施例１と同じである。本発明の方法によ
るものはいずれも優の溶接結果となった。
で振動させ（この振動方向をＸ方向とする）つつ、これ
に直角方向（Ｙ方向とする）に２倍の高調波でレーザビ
ームを走査した。すなわち、走査基準軸に対する座標値
が、 ｘ＝ＲP ｓｉｎ（ωｔ） ｙ＝ＲL ｓｉｎ（２ωｔ） の関数で与えられるレーザビームの走査を行い、鉛めっ
き材のレーザ重ね溶接を行った。なお上式におけるＲ
P 、ＲL は２ＲP が８の字の上下方向長さ、２ＲLが８
の字の幅に相当する。めっき材の板厚は０．８ｍｍであ
る。レーザ出力は３ｋＷ、走査基準軸に対するワークの
相対送り速度は３ｍ／ｍｉｎである。溶接部の品質評価
判定方法は、実施例１と同じである。本発明の方法によ
るものはいずれも優の溶接結果となった。
【００２７】
【表３】
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、めっき種、目付量に関
わらず、めっき鋼板の重ねレーザ溶接において、良好な
溶接部品質を簡便に実現することが可能であり、産業
上、その効果は大である。
わらず、めっき鋼板の重ねレーザ溶接において、良好な
溶接部品質を簡便に実現することが可能であり、産業
上、その効果は大である。
【図１】レーザビームの走査範囲の説明図
【図２】レーザビーム光軸の鋼板上での軌跡を示すグラ
フ
フ
【図３】α≒０の時の、レーザビーム光軸の鋼板上での
軌跡を示すグラフ
軌跡を示すグラフ
【図４】α≒５の時の、レーザビーム光軸の鋼板上での
軌跡を示すグラフ
軌跡を示すグラフ
【図５】８の字運動でのレーザビーム光軸の鋼板上での
軌跡を示すグラフ
軌跡を示すグラフ
１ レーザビーム ２ めっき鋼板 ３ 基準軸 ４ 集光スポット径 ５ 走査範囲 ６ めっき鋼板と基準軸の相対運動の方向 ７ レーザビームの光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小原 昌弘 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 宮崎 康信 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内
Claims (6)
- 【請求項１】 めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法におい
て、レーザビームを重ね合わせためっき鋼板上に集光さ
せ、レーザビームの光軸を２次元の軌跡の走査を行ない
つつ溶接個所を順次移動して溶接を行ない、かつ、前記
走査の幅は前記レーザビームの光軸の基準軸を中心とす
るすべての方向に対して、前記レーザビームの集光スポ
ット直径の０．２倍以上、１０倍以下であることを特徴
とするめっき鋼板の重ねレーザ溶接方法。 - 【請求項２】 レーザビームの光軸の走査を、基準軸を
中心とする円運動とすることを特徴とする請求項１記載
のめっき鋼板の重ねレーザ溶接方法。 - 【請求項３】 基準軸を中心とするレーザビームの光軸
の円運動を、下記式（ａ）を満足する半径Ｒ、周波数ν
で行うことを特徴とする請求項２記載のめっき鋼板の重
ねレーザ溶接方法。 ０＜α≦５ ・・・・・ （ａ） ただし、α＝（１−β2 ）0.5 ／（πβ）＋（ｓｉｎ-1
（β））／π−１／２ ここで、β＝Ｖ0 ／（２πνＲ） Ｖ0 ：基準軸に対するめっき鋼板の相対移動の速度 ν：基準軸に対する光軸の円運動の周波数 Ｒ：基準軸に対する光軸の円運動の半径 π：円周率 - 【請求項４】 レーザビームの光軸の走査を、基準軸に
対するめっき鋼板の移動方向に長軸を持ち直角方向に短
軸を持ちかつこれら長軸と短軸の交点を基準軸とする楕
円運動とし、かつ短径が長径の０．２倍以上であること
を特徴とする請求項１記載のめっき鋼板の重ねレーザ溶
接方法。 - 【請求項５】 基準軸を長軸と短軸の交点とするレーザ
ビームの光軸の楕円運動を、下記式（ａ）を満足する長
径２ＲL 、周波数νで行うことを特徴とする請求項４記
載のめっき鋼板の重ねレーザ溶接方法。 ０＜α≦５ ・・・・・ （ａ） ただし、α＝（１−β2 ）0.5 ／（πβ）＋（ｓｉｎ-1
（β））／π−１／２ ここで、β＝Ｖ0 ／（２πνＲ） Ｖ0 ：基準軸に対するめっき鋼板の相対移動の速度 ν：基準軸に対する光軸の円運動の周波数 ２ＲL ：基準軸に対する光軸の楕円運動の長径 π：円周率 - 【請求項６】 レーザビームの光軸の走査を、めっき鋼
板の移動方向を８の字の横方向とし、８の字の中心を基
準軸とする８の字運動とすることを特徴とする請求項１
記載のめっき鋼板の重ねレーザ溶接方法。
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| JP24404196A JP3238077B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1071480A true JPH1071480A (ja) | 1998-03-17 |
| JP3238077B2 JP3238077B2 (ja) | 2001-12-10 |
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| JP24404196A Expired - Fee Related JP3238077B2 (ja) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | めっき鋼板の重ねレーザ溶接方法 |
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