JPS6018287A

JPS6018287A - 重ね合せレ−ザ溶接における溶接不良検出方法

Info

Publication number: JPS6018287A
Application number: JP58125404A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Ishida; 修一石田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-07-12
Filing date: 1983-07-12
Publication date: 1985-01-30
Also published as: JPS6252678B2

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】〔発明の技術分野〕本発明はレーザ溶接において、溶接状態の良・不良を検
出する溶接不良検出方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、溶接加工は溶接する加工物のそれぞれの溶接部
を溶融させ、その溶融部分を互に混合させ、凝固させて
結合する。その方法は用途によシ珈々あるが、アーク溶
接、抵抗溶接等が通常用いられる。また、近年では、レ
ーザ６ビームによる溶接加工もレーザ光の特性を生かし
てさかんに行なわれるようになった。特に微小部分のス
ポット溶接、複雑な形状の加工物の内部の溶接など利用
価値は高い。特に加工物の内部の溶接はレーザが光であ
るという特性を十分に生かし、加工物のすきまからレー
ザビームを通して溶接を行なったシ、ガラス部分を透過
させ内部を溶接するといったことが可能となっている。

また、大型加工物の溶接も大出力レーザを用いて行なわ
れている。

レーザ溶接において、溶接する２つの加工物を重ねて溶
接する場合、特にスポット溶接では、加工物の重なる部
分のギャップが溶接結果の良否を左右する要素とな石。

レーザ溶接による溶接状態は第１図および第２図に示す
とおシである。すなわち、第１図において、加工物とし
て上部部材（１）と下部部材（２）とが重ね合わせられ
、上部部材（１）の上方からレーザビーム（３）が照射
される。このとき、レーザビーム（３）によって上部部
材（１）が溶融し、ついで下部部材（２）が溶融する。

このとき、下部部材（２）に伝達するエネルギは上部部
材（１）を貫通したレーザビーム（３）から下部部材（
２）に直接伝達される熱（Ｅｌ）と、上部部材（１）の
溶融部（４）が下部部材（２）に接触したときに伝達す
る熱（Ｅ２）とがある。そして、この熱（Ｅｌ）、　（
Ｅ２）によって下部部材（２）が溶融され、それぞれの
溶融部（４）　、　（５）が混合し、第２図のように溶
融凝固部（６）が生じ上・下部部材（１１，（２＋が結
合される。このとき、溶接において大きな効果を示すの
は溶融部（４）から伝達する熱（Ｅ２）の方である。

ここで、上参下部部材（１）、（２１間にギャップが存
在したまま溶接を行なうと、レーザビーム（３）照射後
、上部部材（１）の溶融部（４）が下部部材（２）に接
触しにくくなシ熱（Ｅ２）の伝達が十分に行なわれなく
なる。

第３図、第４図および第５図に上・下部部材（１）。

（２）間にギャップが存在しているときの溶接状態を示
す。第３図はギャップ（１０のために溶融凝固部（６）
が上部部材（１）と下部部材（２）とを十分に接合せず
、溶接強度が不足となる。また、第４図に示すように溶
融凝固部（６）が偏ってしまい、さらに結合強度が弱く
なる場合もある。さらに第５図では、上・下部部材（１
）、（２）のそれぞれの溶融部が接触できずに凝固して
しまい、凍つたく接合が行なわれない場合もある。

このように、上・下部部材間のギャップが存在すること
により溶接不良が生じる。また、ギャップの程度により
不良の程度が変化する。しかしながら、従来、溶接加工
中に不良を検出する手段はなく、溶接後の溶接部を目視
で検査するしか方法がなかった。この方法では、多くの
労力と時間を必要とし、生産性の低下、コストアップの
原因となっていた。

また、その他の手段として溶接前に、ギャップを画像と
して観察し、検出する方法が考えられる。

しかしながら、この方法ではギャップの像を得るための
光学系を装置として別に用意し、溶接加工用機器の近傍
に設置する必要があり、空間的な制約が大きくなる。ま
た、加工物の形状が複雑である場合、その溶接部を画像
処理し、その結果を定量的に判断するのは非常に困短で
ある。

〔発明の目的〕

本発明の目的はレーザ溶接において、溶接状態の良・不
良を溶接加工時と同時に検出する溶接不良検出方法を提
供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、レーザ溶接において、溶接部に照射したレー
ザ光が一方の部材を貫通した時点前後にわたシレーザ光
の反射光を検出し、この反射光のピーク値の強度と所定
値とを比較し、この比較により溶接状態の良・不良を判
定するレーザ溶接における溶接不良検出方法である。

〔発明の実施例〕

本発明者はレーザ溶接によシ接合する部材間にギャップ
が存在したまま溶接部にレーザ光を照射すると、レーザ
光が上部部材を貫通した時点の前後の間に反射光の強度
に特異なピーク値が発生することを発見した。第６図に
加工状態の変化に対するレーザ光照射の強度変化および
溶接部からの反射光の変化を示す。なお、反射光はレー
ザ光の入射光路と同軸成分のみを検出したものである。

縦軸はレーザ光の照射強度および反射光強度であシ、横
軸は時間である。接合する部材の溶接部にレーザ光の照
射開始が（Ａ、）の時点によって行なわれる。この後、
レーザ光照射強度はピーク値（Ｂ）に達し、溶接加工終
了時点（Ｃ）まで徐々に減少する。この（Ａ）〜（Ｃ）
の間における反射光強度は、溶接部の加工状轢によって
種々の特徴を有する。

すなわち、レーザ照射開始時点（Ａ）の直後にレーザ光
照射強度と同様に反射光の強度が急激に増加し、ピーク
値（Ｄ）が存在する。これは、第８図に示すように上部
部材（１）の表面においてレーザ光（３）の照射によシ
溶融部（４）が形成され始めた時点である。このピーク
値（Ｄ）の後には反射光強度が急激に減少し谷（Ｂ）が
存在するが、この時点での溶接部の状態は第８図に示す
ように上部部材（１）においてレーザ光（３）によるビ
ーム孔（１５＋が形成され成長している段階である。さ
らにこの後、第９図に示すようにレーザ光（３）はビー
ム孔（１８をさらに成長させ上部部材（１）を貫通する
。この時、上部部材（１）と下部部材（２）との間にギ
ャップ（１０１が存在すると、反射光にピーク値（Ｆ）
が現われる。また、このピーク値（Ｆ）の後の反射光が
弱く、分布がなだらかな領域（Ｇ）では、加工状態は第
１図で示したように上部部材（１）のビーム（い１０と
溶融部（４）が拡大し、下部部材（２）のビーム孔が成
長し、それぞれの溶融部が混合する状態である。さらに
、大小のピークが連続して存在する領域（Ｈ）では、加
工状態は第２図で示したように溶接部における溶融部が
ビーム孔をふさぎ、凝固し溶融凝固部（６）が形成され
る状態となる。

このように、溶接加工中の部材からの反射光は加工状態
によシ種々の特徴を示す。特に、上部部材と下部部材と
の間にギャップが存在すると反射光強度が急激に増加し
特異なピーク値（１”）が現われる。ここで、本発明者
は上部部材と下部部材との間のギャップとピーク値（Ｆ
）の関係を調べた。

この関係を調べるだめの装置を第１０図に示す。

レーザ発振器（２１）から発振するレーザ光（３）がレ
ーザ発振器（２１）の前方に設けられたダイクロイック
ミラー（２つによって反射され、ダイクロイックミラー
（２りの□下方に設けられた集光レンズ１２３１によっ
て集光され上部部材（１）に達する。まだ、ダイクロイ
ックミラー（２２の上方には可視光遮断フィルタ＋；ａ
を備えた反射光検出器り）がレーザ光（３）の入射光路
と同軸上に設置されている。この反射光検出器＠）は反
射光強度を電圧値に変換するものである。また、この反
射光検出器（２５１はダイクロイックミラー（財）を介
してレーザ光（３）による反射光のうち、レーザ光（３
）の入射光路と同軸の反射光成分１２６Ｊを検出する。

このような装置によシ測定した、ギャップ（相と反射光
成分（２Ｇ）によるピーク値（Ｆ）の強度とのＰＪｉ係
を第１１図に示す。なお、溶接する部材の利賀はステン
レス鋼で、上部部材（１）が厚さ０．１３ｍｍ、下部部
材の厚さが１朋である。またレーザ光＜３１の照射エネ
ルギは７丁、集光レンズ（２３１の焦点距離は９０ｍ１
で、レーザ光（３）を最／ＪＳに絞シ込んだ位置、すな
わち集光レンズ（ハ）の焦点位置で溶接を行なった。こ
の実験によシ反射光強度のピーク値（Ｆ）はギャップが
大きくなる程、大きくなり、十分に大きくなると一定に
なることがわかった。第１１図に示す結果では、ギャッ
プがＱ、１ｌｌｌｉ以内でピーク値（Ｆ）の変化が激し
い。

このことから、ピーク値（１”）が大きくなると溶接不
良となることがわかる。そこで、あらかじめピーク値（
Ｆ）の許容限度を所定値として定めておき、溶接加工中
に上部部材（１）をレーザ光（３）が貫通した時点前後
にわたり反射光のピーク値（Ｆ）を測定し、所定値と比
較する。このとき、ピーク値（Ｆ）が所定値よシ大きけ
れば、ギャップが過大であり浴接不良であるとの判断が
できる。

反射光のピーク値（Ｆ）を測定するだめの装置は。

例えば第１θ図に示したものでよい。また、測定値と所
定値の比較を行なうだめの装置％また、比較後の処理を
行なうだめの装置は通常の計算機など周知の技術を用い
ればよい。

以上のように、レーザ溶接加工中に溶接部からの反射光
を検出することによシ溶接状態の良・不良を判断するこ
とが可能となった。このため、溶接加工後に溶接状態を
目視などによる検査を行なうことが不要となシ、その結
果生産性の向」二、生産コストの低下、さらには溶接部
の信頼性の確保が可能となった。また、第１０図で示し
たように、反射光を検出する反射光検出器（ハ）をレー
ザ光（３）の入射光路と同軸上に設置し、反射光のうち
レーザ光（３）の入射光路と同軸の反射光検出器）のみ
検出することは、集光レンズ（ハ）、上・下部部材（１
１、（２＋の周辺に反射検出器（ハ）などの反射光を検
出するための機器を設置する必要はない。このため、集
光レンズ（２）などの光学系に空間的な制約を与えるこ
となく、従来どおシの光学系を用いることができる。

また、溶接する部材がどのような形状でも、反射光検出
器（２５）の位置を変更することなく反射光を測定する
ことができ、非常に汎用性に富んだものとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のレーザ溶接における溶接
不良検出方法では、溶接加工中に溶接状態の良・不良を
判断することができ、溶接加工後の検査が不要となった
。このため、生産性の向上。

溶接部の信頼性の確保が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザ溶接における溶接状況を説明するだめの
断面図、第２図ないし第５図は溶接された状態を示す断
面図、第６図はレーザ溶接の加工過程におけるレーザ光
照射強度と反射光強度を示す図、第７図ないし第９図は
レーザ溶接により加工される部材の加工状況を示す断面
図、第１０図はレーザ溶接加工装置を示す概略図、第１
１図は部材間のギャップと反射光成分のピーク値との関
係を示す図である。（１）・・・上部部材、（２）・・・下部部材。（３）・・・レーザ光、（２ω・・・反射光検出装置。（ハ）・・・反射光成分つ代理人　弁理士　則近憲佑　（ｊｌか１名）■　１　口
　室２図ず３図　室４図亨　５　図寧　６　図策７図　丁３図　室９図Ｙ　ｌＯ図六〜ツフ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶接により接合する部材のそれぞれの溶接部を重
ね合わせ、この溶接部にレーザ光を照射し溶接するとき
の溶接状態の良・不良を判断する溶接不良検出方法にお
いて、前記溶接部に照射したレーザ光が一方の部材を貫
通した時点前後にわたり前記レーザ光の反射光を検出し
、この反射光の強度と所定値とを比較し、この比較によ
り溶接状態の良・不良を判定するレーザ溶接における溶
接不良検出方法。
（２）反射光はこの反射光のうち前記レーザ光の入射光
路と同軸の反射光成分のみ検出されることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のレーザ溶接における溶接不
良検出方法。