JPH11147191A - 高炭素鋼のレーザ溶接方法 - Google Patents
高炭素鋼のレーザ溶接方法Info
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- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
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Abstract
材添加を行い、溶融金属のC量を制限することによっ
て、溶融金属中のガス発生を抑制し、ピットやブローホ
ールなどの溶融欠陥のない健全な溶接継手を得る。 【解決手段】次式で表わされる溶接金属2中のC含有量
CWM(重量%)が0.55重量%以下となるように母材
1のC含有量CBase(重量%)に対して、ワイヤ状、箔
状あるいは粉末状のフィラー材を添加し、希釈率(溶接
金属中の母材溶融率)がD(%)となる条件で溶接し、
鋼中Cの反応によるガス発生を抑制し、ピットやブロー
ホールなどの溶接欠陥の発生を防止する。 CWM=CBase×(D/100)+CFiller×{1−(D
/100)}
Description
のCを含む高炭素鋼板のレーザ溶接において、ブローホ
ール、ピットなどの欠陥のない継手を得る溶接方法に関
する。
のレーザ溶接においては、鋼中のCと大気中に含まれる
酸素との反応により、COあるいはCO2 ガスが発生
し、このガスの発生量が多い場合は、ガスが溶接中の溶
融金属から放出される際に、溶融金属がスパッタとして
飛散し、ピットと呼ばれる開口状の欠陥が生じる。ま
た、ガスの発生量が比較的少ない場合においても、溶接
金属の凝固時にガスが溶接部に内包され、ブローホール
と呼ばれる空孔状の欠陥が生じる。
ムの集光点におけるエネルギー密度が非常に高く、レー
ザビーム直下の溶融金属は局所的に極めて高温に加熱さ
れるため、鋼中Cの反応によるガス発生はレーザ照射条
件の調整等では避け難い。特に、高出力のレーザビーム
を用いて完全溶け込みのキーホール溶接を行う場合は、
レーザ溶接中に表裏からキーホールを通じて外気が混入
し易くなるため、ガス発生が促進され欠陥発生が顕著と
なる。
8−215870号公報に開示されているように、溶接
中に溶融プール表面に不活性ガスを吹付けて保護すると
ともに、裏当て金からも不活性ガスを流し裏面を保護す
るという方法が用いられている。この方法によれば、溶
接中溶融金属内に外気が混入するのを防ぐことができ、
鋼中Cの反応によるガス発生を抑制し、ブローホールの
ない溶接を行うことができる。
護ガスを流すことが可能な大がかりな機構の裏当て金が
必要となり、レーザ溶接の特徴である自由度の高い溶接
施工が制限されることになる上、高価な不活性ガスを大
量に消費することとなりコストアップを招くことにな
る。また、特に高出力、あるいは集光性の高いレーザビ
ームを用いて高速溶接を行う場合などに、不活性ガスに
よる溶融プールの保護が効果的に行われない場合も考え
られる。
を解決するべく、高炭素鋼のレーザ溶接において適切な
フィラー材添加を行い、溶融金属中のC量を制限するこ
とによって、溶融金属中のガス発生を抑制し、ピットや
ブローホールなどの溶融欠陥のない健全な溶接継手を得
ることが可能な溶接方法を提供するものである。
のレーザ溶接方法は、0.6重量%以上のCを含む鋼板
のレーザ溶接を行うにあたり、次式で表わされる溶接金
属中のC含有量が0.55重量%以下となるようにワイ
ヤ状、箔状あるいは粉末状のフィラー材を添加すること
により、鋼中Cの反応によるガス発生を抑制し、ピット
やブローホールなどの溶接欠陥の発生を防止するもので
ある。
×{1−(D/100)} CWM:溶接金属中のC含有量(重量%) CBase:母材のC含有量(重量%) CFiller:フィラーワイヤのC含有量(重量%) D:希釈率(溶接金属中の母材溶融率)(%)
含有量0.6重量%以上の高炭素鋼板のレーザ溶接にお
いて、ピット、ブローホールと呼ばれる開口状及び空孔
状の欠陥が発生するのは、溶接中に鋼中Cと大気中の酸
素が反応し、COあるいはCO2 ガスが発生するためで
ある。即ち、鋼中Cと酸素の反応を抑制することにより
欠陥の防止が可能となる。
しては、溶接中に溶融部を不活性ガスあるいは非酸化性
ガスで保護する方法が従来から開発されていたが、発明
者等は母材よりもC含有量が低いフィラー材を添加し、
溶融金属中のC濃度を低下させることが有効であること
を見出した。この溶融金属中のC濃度を低下させる手法
は、保護ガスによる方法よりも溶接速度等の溶接条件の
影響を受けにくく、安定した欠陥防止効果が得られると
いう利点がある。また、裏面側に裏当て金を設置して裏
面にも保護ガスを流す方法に比べると、追加設備が簡便
であるとともに、被溶接材の拘束に対する自由度が高
く、さらにガスの消費が少なくランニングコストが抑え
られるという利点がある。
欠陥防止方法について検討を重ねた結果、 CWM=CBase×(D/100)+CFiller×{1−(D
/100)} CWM:溶接金属中のC含有量(重量%) CBase:母材のC含有量(重量%) CFiller:フィラーワイヤのC含有量(重量%) D:希釈率(溶接金属中の母材溶融率)(%) で求められる溶融金属中のC量を0.55重量%以下と
することにより、ピット、ブローホールなどの溶接欠陥
のないレーザ溶接を行うことが可能となることを知見す
るに至った。
属中に溶け込んだ母材(被溶接材)の量の比で表わさ
れ、図1に示す溶接部の溶接方向と直交する断面の断面
図で説明すると、溶接金属2の断面積(母材1の溶融部
分(図中A、A’)の面積とフィラー材の溶融部分(図
中B)の面積との合計量)に対する、母材1の溶融部分
(図中A、A’)の断面積の比率である。つまり、 希釈率D={(A+A’)/(A+A’+B)}×10
0(%) で表わされる。
り臨界濃度すなわち0.55重量%以下に低下させるこ
とにより、鋼中Cと外気から混入する酸素の反応が抑制
され、高出力のレーザキーホール溶接においても、特別
な保護ガスの供給を必要とせず、保護ガスによる外気の
遮蔽が不十分であってもCO及びCO2 ガスの発生を防
ぐことが可能となる。
接する際に、フィラー材を添加せずにレーザ溶接を行っ
てもCOやCO2 の発生にともなう欠陥は発生しない。
この場合、溶接金属中のC濃度は被溶接材のC濃度とほ
ぼ同一となると考えられ、溶接金属中のC含有量は0.
6重量%未満の値であると考えられる。しかしながら、
C濃度が0.6重量%以上の鋼板をフィラー材を添加し
てレーザ溶接する場合は、溶接金属中のC濃度を0.5
5重量%以下まで低減しなければ前記欠陥の発生を防止
できない。この理由は、溶接金属内でC含有量が0.6
重量%以上の被溶接材とフィラー材との混合が不均一と
なるため、溶接金属全体の平均としてのC含有量が0.
6重量%未満であっても、部分的にC含有量の高い部分
が生じて、この部分からのCOやCO2 の発生が多くな
るためと考えられる。
炭素鋼のワイヤによる添加が最も一般的で汎用性が高い
といえるが、粉末状のものを用いたり、箔あるいは薄板
を突き合わせ面に予めインサートしても用いても、溶接
金属中のC量が前述の適正範囲にある限り同等の効果が
得られる。 実施例−1 次に本発明の実施例を示す。供試材および溶接条件は以
下の通りとし、突合わせギャップ量およびフィラーワイ
ヤ添加量を種々変化させて突合わせ溶接を行った。
mm、C含有量0.95重量%)、工具鋼SK7(板厚
4mm、C含有量0.63重量%) レーザ出力:5kW、溶接速度:1〜2m/min シールドガス:He(40リットル/min) 集光光学系:放物面鏡(焦点距離:10インチ) 焦点位置:±0mm(鋼板表面) 突合わせギャップ:0〜0.5mm フィラーワイヤ:極低炭素鋼(線径0.9mm、C含有
量0.005重量%) ワイヤ供給速度:2〜8m/min 溶接部は、ビード外観観察によるピット(ビード表面に
観察される穴状の欠陥)の有無とX線透過試験で検出さ
れたブローホール(ビードに内在する空孔状欠陥)の個
数によって評価した。
観察し、図1を用いて説明した前述の定義に従い実測を
行って求めた。試験結果を表1に示す。溶接金属中C含
有量は、 CWM=CBase×(D/100)+CFiller×{1−(D
/100)} を用いて計算し、ブローホール個数はX線透過像で確認
できる溶接長さ100mmあたりの個数とした。
発明の実施例であり、突合わせギャップを広めに設定し
たり、極低炭素鋼のフィラーワイヤの添加を多くするこ
とによって、溶接金属中のC含有量を0.55重量%以
下としたため、ビット及びブローホールのない健全な溶
接部が得られた。なお、実施例3は、ワイヤを添加して
溶接を行ったのではなく、フィラーワイヤと同組織の薄
板(厚さ0.5mm)を予め突き合わせ面間に挟んでお
いて溶接したものである。
ヤの添加が十分でなく、溶接金属中のC含有量が0.5
5重量%を越えたため、ピット、ブローホールが溶接部
に発生した。特にワイヤを添加しなかったNo.10で
は、ビード全線にわたって連続的にピットが発生すると
いう結果になった。また、No.13およびNo.14
についても、フィラーワイヤの添加が十分でなく、ピッ
トは発生していないもののブローホールの発生が認めら
れた。
突合わせギャップ量を一定とし、以下に示すフィラーワ
イヤ(a)又は(b)を用いて、母材SK7(板厚4m
m、C含有量0.63重量%)の突合溶接を行い、ピッ
ト及びブローホール発生状態を検出した。結果を表2に
示した。
有量0.005重量%) (b)低炭素鋼(線径0.9mm、C含有量0.12重
量%、JIS YGW−12相当) 表2から溶接金属中のC含有量を0.55重量%以下に
抑える条件下でピット及びブローホールのない優れた溶
接部を形成することができたことが明らかである。
0.6重量%以上のCを含む鋼板のレーザ溶接におい
て、次式で表わされる溶接金属中のC含有量が、0.5
5重量%以下となるようにフィラーワイヤを添加するこ
とによって、特殊なガスシールドを必要としないで、ビ
ットやブローホールのない健全な溶接を行うことが可能
となる。
箔、板状のインサート材を用いたり、粉末を供給してレ
ーザ溶接を行っても同様の効果が得られる。
Claims (2)
- 【請求項1】 0.6重量%以上のCを含む鋼板のレー
ザ溶接を行うにあたり、次式で表わされる溶接金属中の
C含有量が0.55重量%以下となるようにフィラーワ
イヤを添加することを特徴とする高炭素鋼のレーザ溶接
方法。 CWM=CBase×(D/100)+CFiller×{1−(D
/100)} CWM:溶接金属中のC含有量(重量%) CBase:母材のC含有量(重量%) CFiller:フィラーワイヤのC含有量(重量%) D:希釈率(溶接金属中の母材溶融率)(%) - 【請求項2】 前記フィラーワイヤの代わりに箔、板状
のインサート材を突合せあるいは重ね合わせ面間に挟持
し、あるいは粉末を供給してレーザ溶接を行うことを特
徴とする請求項1記載の高炭素鋼のレーザ溶接方法。
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JP31049397A JP3716583B2 (ja) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | 高炭素鋼のレーザ溶接方法 |
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JP31049397A Expired - Fee Related JP3716583B2 (ja) | 1997-11-12 | 1997-11-12 | 高炭素鋼のレーザ溶接方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10471544B2 (en) | 2014-05-09 | 2019-11-12 | Autotech Engineering A.I.E. | Methods for joining two blanks |
CN114829058A (zh) * | 2019-12-20 | 2022-07-29 | Sms集团有限公司 | 对接接头激光深熔焊接方法 |
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1997
- 1997-11-12 JP JP31049397A patent/JP3716583B2/ja not_active Expired - Fee Related
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US10471544B2 (en) | 2014-05-09 | 2019-11-12 | Autotech Engineering A.I.E. | Methods for joining two blanks |
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US11975408B2 (en) | 2019-12-20 | 2024-05-07 | Sms Group Gmbh | Butt-joint deep penetration laser welding method |
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