JPS59206191A - レ−ザ−溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、溶接に関するものであり、一層詳細には、板
、又は、構造部材の形状の、通常には金属であるが、し
かしながら、必ずしも鉄ではない金属を溶接することに
関するものである。

従来の技術 本発明が特に関している普通の溶接の要求は、１枚の板
を他の板に、直角の輪郭に、すなわち、目」溶接の形状
で溶接することである。

典型的には、このことは、それぞれの内部角に沿って「
スミ肉」溶接を生成することによって行なわれるが、こ
れは、−個のランを必要とも、厚板が使用されるならば
、接合される板の角を斜めに切る必要も生ずる。同様の
技術が、圧延、又は、細工された山形材が、板の面に溶
接によって接合されるべき時にも使用される。

高出力のレーザー光線の深い溶は込みの特性が、これら
のレーザー光線を、溶接過程におけるエネルギー源とし
て考えられるようにした。

本出願人による英国特許出願第ｔ、ｌ　　１０１，３／
号及び第ざ３　１０６３コ号「レーザー溶接」は、工場
又は現場の状態において使用するようにされたこのよう
な溶接過程を記載している。この溶接過程は、針金のよ
うな衝撃部材の使用を含んでおり、これによって、溶接
されるべき板の間における接合部における何らかのすき
まが、このすきまを貫いて焦点を合わされたレーザー光
線の逃げることによるエネルギーの損失に導かないよう
にし、すなわち、エネルギーの移行及びプラズマの形成
がないようにする。この従来技術の発明による方法は、
突き合わせ溶接と、Ｔ溶接との両方に応用されることが
できる。

本発明はＳＴｍ材、又は、同様の材料の溶接を溶融し、
溶接することを達成するために、精密に焦点を合わされ
たレーザー光線の深い溶は込みを利用する新規な溶接技
術を提供するものである。

一つの特長によると、本発明は、金属板をその下に横た
わっている、接触している、又は、近接している取付は
部材に溶接するために、高エネルギーのレーザー光線が
金属板の上に焦点を合わされ、この板の他の側において
板に相対的に前記の接触領域から動かされるようになっ
ている方法において、ガスの供給が、形成されたプラズ
マを少なくとも部分的に拘束するように向けられ、この
場合、焦点を合わされたレーザー光線が、板及びその下
に横たわっている部材の両方の金属を溶融し、これによ
って、凝固すると、溶接線が形成されるようにすること
を特徴とするものである。

普通には、板及びその下に横たわっている部（ダ　） 材の両方は、鉄である。この「栃によって、一般的に、
少なくとも３１！ｎＸの厚さの材料を指すものである。

３〜．２ｓ順が好適であることと、Ｓ〜ＪｓＹ！ｆｌの
レーザー光線が利用されることのできるこきとが見出さ
れた。

若しも、その下に横たわっている部材が、板から間隔を
貯かれていても、本発明方法は依然として使用されるこ
とができるが、しかしながら、充てん線が有利であるか
も知れない。なぜならば、溶融金属が、何らかのこのよ
うなすきまを充てんしようと企てるように流れるからで
あり、また、充てん針金は、この欠点を補い、改善され
た溶接特性を与えることができる。

板と、その下方に横たわっている取付は部材との間の関
係は、ＩＴＪ溶接の関係であっても良く、すなわち、下
方に横たわっている板が、上方の板に対して直角、又は
、はぼ直角に置かれる溶接であっても良い。溶接は、そ
れから、下方に横たわっている板の端面の中に、只／個
の深い溶は込みパスで通り、特異の形状の「通し溶接さ
れた」継手を与える。

この変形の関係においては、下方に横たわっている取付
は部材は、上方の板の下側に対して平行なくちびる、又
は、縁として接触するように形成される。形成されたく
ちびるの幅は９成されるべき本発明による一個又はそれ
以上の平行な「通し溶接」を許すことができる。

他の変形された関係は、熱論、−個の重なり合っている
が、しかしながら、一般的に平行な板の関係である。他
の関係も、また、以下に詳細に示されるように、見出さ
れることができるところである。

Ｔ溶接−に対して利用される上方の板は、一層好適には
、厚さが一〜／！５１１１であり、下方に横たわってい
る板は、任意の厚さであって良い。

英国特許第１２Ａ１．０１１Ｑ号が、上方の材料の板を
、通常は、点溶接として、貫いて切断するレーザー溶接
過程を記載していることは、公知である。そこに記載さ
れている過程は、その時に利用可能であった技術、すな
わち、低電力のレフ 一ザー光線を利用し、この過程・を薄板において実施し
ている。この特許は、溶接過程における固有の制限、す
なわち、輻射の電力密度は、溶接を形成するために残さ
れた不十分な材料がある程度にまで蒸発を防止するため
に、ある最大値以下に保持しなければならないことを認
めている。更に、この特許は、薄い材料に関しており、
（１７，Ｊｆｆｌｌｌが例として与えられており、また
、この板においては、熱伝導の問題及び溶接特性が、よ
り厚い材料によって得られる熱伝導の問題及び溶接特性
と相違している。このようにして、この従来技術の特許
の溶接過程の、より厚い材料への適用は不可能である。

発明が解決しようとする問題点 上記の本出願人の出願に係る特許出願の技術を類推する
ことによって、溶接領域へのガスの供給が、より厚い板
材料Ｃζ対して決定的に重要であることが分かった。こ
の形式の最大の溶は込みが必要とされる時には、本発明
によって、高電力のレーザー光線が、それらの性能の限
度（′） に対して使用される。溶接速度と、プラズマの逃げの制
御とのつり合いが、従来よりも、著しくより大きな尺度
で本質的となり、また、このことは、速度と深さとの間
のつり合いが達成されることのできる方法によるガスの
供給によって与えられる。

実施例 以下、本発明を添附図面を参照して説明する。

第１図は、金属板ｌを示しているが、この金属板ｌに沿
って、図示された溶接線の中に、表面、又は、その近く
に焦点を結んでいるレーザー光線ダが、衝撃する。レー
ザー光線ダの中のエネルギーが、材料を貫いて「かぎ穴
」を蒸発させ、この「かぎ穴」コ０の中の蒸気圧が、溶
融された壁６を維持する。実際には、蒸気は、「かぎ穴
」の頂部（そこに、レーザー光線は、レーザー阻止プラ
ズマを形成することができる）から逃げることを、ヘリ
ウムの制御された噴流によって、少なくとも部分的に阻
止される（第一図）。レーザー光線ダが金属板ｌに沿っ
て動＜１　　＞ かされるにつれ、「かぎ穴」は動く。レーザー光線は、
オリフィスの前方の材料を溶融し、材料がオリフィスの
背後において凝固する時に、深い溶は込みが、普通には
、１回のパスで形成されることができる。

第一図は、本発明方法を実施するために、例として示さ
れることのできる装置を、その本質的な特長を示すため
に、溶接線を含む平面によって切断した断面図を、略図
によって示すものである。

レーザー光線りは、金属板−の上に、その焦点を金属板
の頂部表面、又は、その近くにして衝撃する。若しも、
希望されるならば、消耗性針金／コが、例えば、溶接さ
れるべき部材がわずかに間隔を置かれている時に溶接輪
郭を制御するためにか、又は、溶接構成をどうにか変更
するためにか、焦点１０．又は、その近く°に供給され
ることもできる。

レーザー光線ダの金属板ｌの金属の上への衝撃は、金属
蒸気が生成されるようにし、また、プラズマが形成され
るようにする。ガスフードｊが、ヘリウムガス、又は、
ヘリウムを基材とする混合物のようなシールドガスを、
導溝１１１１中心ダクト／Ｓ及び包囲するダクト１６を
介して、プラズマを拘束するようなガス流の輪郭で供給
する。英国特許第１，３９／、’１９３号は、典凰的な
このようなフードを一層詳細に記載している。

レーザー光線ダのこのプラズマの上への焦点ＩＯにおけ
る衝撃は、エネルギーを吸収し、このエネルギーは、包
囲する金属に伝達され１連続的に溶融壁／ヲを形成する
が、この壁／？は、金属板コを下方に貫き、下方に横た
わっている部材３の中に延びている「かぎ穴」、２０を
形成する。溶融壁／１は、漸進的に溶接コｌにおいて凝
固し、−個の部材コ及び３を接合する。

第３図は、溶接材料コＳが、特長的な形状のものであり
、頂部においてより広く、中心においてやや球形であり
、先端部までテーパしていることを示している。溶接材
料−５は、熱に影響される金属コ３の狭い領域によって
包囲され、　ｌｌ　ま たとえ、４７個の上部からのパスが使用されただけであ
ってさえも、強固に取付ける。

第３図に示されるような溶接輪郭の強度が不適肖である
場合に対しては、第７図に示されるように作業をするこ
とも可能である。第７図に８いては、板コアは、下に横
たわっている支柱、又は、けたコｇに、図示されるよう
に、３個の平行な溶接コ９によって取付けられる。各溶
接コツは、頂部の板コクを貫き、けたコざのくちびる３
１の中に延びている。溶接コツは、図示されるように、
熱に影響される金属３０の領域によって集合的に包囲さ
れている。若しも、希望されるならば、溶接、２？は、
頂部の板コクだけではなく、くちびる３１にも完全に溶
は込み、くちびる３１の背側上に見られることができる
。

第Ｓ図は、本発明による３個の溶接３３を、頂部の板、
ｉＩｌと、その下に横たわっている板３Ｓとの間に示す
ものである。この下に横たわっている板３５は、それ自
体、Ｔ酸液３６によ（″　゛　　１ って板３７に直角に、上述の本出願人による英国特許出
願において記載されているレーザー技術も使用して溶接
されているが、この溶接は、レーザー遮断材料の使用を
含んでいる。

第６図は、本発明による溶接の他の変形を示すものであ
る。この変形においては、第３図を参照して、上方の板
、２コが板コダに、中央の溶接コ５によるだけではなく
、−個の側部の溶接コＳＩＬによっても固着されている
が、これら自体は、Ｔの内部の角に沿って見ることがで
き、まな、溶接輪郭を改善するために、添加線を利用し
ている。

第７図は、造船において利用される、しばしば出合わさ
れる副ユニットの組立てを示すものである。この組立体
は、板３ｔから成立っているが、板３ｒそれ自体見、ス
トリップの突き合わせ溶接によって組立てられており、
また、ストリップの溶接は、明瞭にするために省略され
ている。板、Ｊ　ｔの上に溶接されて平行な補強部材３
デがある。これらの補強部材３デの上には、（／、ｔ＋ 深いウェブＩＩＯが溶接されているが、各ウェブｔｔｔ
ｏは開口を有しており、スチフナ３りを受入れており、
また、ウェブｔｉｏのそれぞれは、上方に形成されたく
ちびるａｏ２Ｌを有している。

あるウェブｑｏは、ステフナ３デに交差し、あるウエブ
ク０は、スチフナ３９に対して平行に延びている。

このようなユニットは、上記の英国特許出願中に記載さ
れているように、手溶接によってか、又は、自動溶接に
よってか作られることができる。

ユニットは、図示されるように、他の板３Ｋ及びスチフ
ナ３９の副組立体に、更に組立てられるべきである。従
来、このことは、不便な場所における「オーバハング」
溶接の困難な技術を含んでいた。しかしながら、本発明
による技術を使用し、「通し溶接」が、最少の取扱い及
び不便を有して、上部の板を貫いて行なわれることがで
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、−個の金属板部分を、只１個のパスで上ｄか
ら作業をする理論的なレーザー溶接方法の原理を示す斜
視図、第２図は、本発明によって使用されることができ
る装置を、溶接線を通る平面によって切断して示す断面
図、第３図は、本発明によって、Ｔ溶接として実施され
た「通し溶接」の構造物を示す図、第ダ図は、補強バー
、又は、格子のくちびるを金属板の下側に取付ける１個
以上のこのような「通し溶銑を含んでいる同様な溶接取
付けの構造物を示す図、第Ｓ図は、本発明による溶接を
、前記の本出願人の出願に係る英国特許出願中に記載さ
れている型式の溶接と一諸に利用した混成溶接構造物を
示す断面図、第を図は、本発明による他の変形型式の溶
接を示す断面図、第７図は、本発明の溶接技術に対する
実際的な使用を示す斜視図である。 ｌ、コ・・金属板；ｔ・・レーザー光線：ｌコ・・消耗
性針金；コＯ・・かぎ穴；コク。 コク・・板；、２ｔ・・けた；、２？・・溶接：３１・
・くちびる；３デ・・補強部材。 ＦＩＧ　　２゜ （ｌＡ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　金属板を、この金属板に接触している、又は、近接
   しているその下方に横たわっている取付は部材に溶接す
   るために、高エネルギーのレーザー光線が金属板の上に
   焦点を合わされ、金属板に対して相対的に、前記の接触
   領域から金属板の他の側において動かされるようになっ
   ている溶接方法において、ガスの供給が、少なくとも部
   分的に形成されるプラズマを拘束するように向けられ、
   これによって、焦点を合わされたレーザー光線が、金属
   板と、その下に横たわっている取付は部材との両方の金
   属を溶融し、これによって、凝固すると溶接線が形成さ
   れるようにすることを特徴とする方法。 ユ　金属板が、３〜−５ｔＳの厚さの鉄板であり、レー
   ザー光線が５−コｓＷである特許請求の範囲第１項記載
   の溶接方法。 ３　金属板と、その下方に横たわっている取付は部材上
   の間の関係が、Ｔ溶接の関係であり、溶接が下方に横た
   わっている板の端面の中に通っている特許請求の範囲第
   １又は−項記載の溶接方法。 ４３個の溶接線が使用され、中央の溶接線は、端面の中
   に通る溶接を形成し、中央の溶接線の両側に置かれる溶
   接線は、端面の中に単に部分的に通っているだけである
   溶接を形成すると共に内部の角において部分的に見られ
   るよう番こなっている特許請求の範囲第３項記載の溶接
   方法。 ！　金属板が、その下方に横たわっている取付は部材の
   上に形成されたくちびるに、１個又はそれ以上のパスで
   溶接されるようにする特許請求の範囲第１又は−項記載
   の溶接方法。 ム　コ個の重なり合っている金属板が、１個又はそれ以
   上のパスで溶接されるようになっている特許請求の範囲
   第１又は−項記載の溶接方法。 ク　前記の金属板が、厚さがコ〜／７１１である特許請
   求の範囲第３〜６項のいずれかに記載の溶接方法。　　
   　゛ ｇ　少なくとも部分的に上に規定された溶接方法によっ
   て製造されたことを特徴とする構造物。